KR20030008433A - 멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템을 갖는 반도체소자제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체소자 제조장치는 가스 배출구가 마련되며 외부와 밀폐된 반응공간을 제공하는 반응챔버와, 공정의 대상이 되는 웨이퍼를 안착시키기 위해 상기 반응챔버 내에 설치되는 서셉터를 구비하는데; 상기 반응챔버 측벽 내부에는 상기 측벽을 따라 외측환형유로와 내측환형유로가 형성되어 있고 상기 외측환형유로와 내측환형유로는 연결유로에 의해서 서로 연결되며, 상기 외측환형유로는 가스공급관을 통하여 상기 반응챔버의 외부와 연결되고, 상기 내측환형유로는 복수개의 가스분사관를 통하여 상기 반응챔버의 내부와 연결됨으로써, 상기 반응챔버의 내벽을 따라 복수개의 가스분사공이 환형으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 별도의 가스 인젝터를 구비할 필요 없이 간단한 장치구조로 균일한 가스 분포를 얻을 수 있게 된다. 또한, 유로가 이중으로 되어 있기 때문에 가스가 균일한 압력과 속도로 분사되게 되고, 혼합가스가 가스공급관을 통하여 주입될 경우에도 유로 내에서 가스들이 충분히 혼합될 수 있기 때문에 공정 균일도가 향상되게 된다.

Description

멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템을 갖는 반도체소자 제조장치{Semiconductor device fabrication apparatus having multi-hole angled gas injection system}
본 발명은 반도체소자 제조장치에 관한 것으로서, 특히 반응챔버 내에 가스가 균일하게 분포되도록 가스를 분사하는 멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템(multi-hole angled gas injection system)을 구비한 반도체소자 제조장치에 관한 것이다.
생산수율을 높이기 위하여 웨이퍼를 대구경화 시킬수록 반도체소자 제조장치의 구조적 문제로 인하여 박막증착 공정 또는 건식식각 공정 등에서 공정 균일도가 저하되는 문제가 더 발생한다. 이러한 공정 균일도 저하는 반도체소자의 생산수율을 감소시키는 직접적 원인 중의 하나이므로 공정 균일도를 향상시키기 위하여 유체역학적 및 기하학적 측면 등을 고려하여 반도체소자 제조장치를 만들어야 한다.
공정 균일도는 반응챔버에 가스를 공급하는 방식에 따라 영향을 많이 받는다. 플라즈마를 이용하여 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)나 비등방성 식각 등과 같은 다양한 공정을 수행하는 반도체소자 제조장치의 경우에도 마찬가지이다.
가스공급 방식으로서 보통 알려진 것으로는 샤워헤드 방식(showerhead type), 싱글 인젝터 방식(single injector type), 바플 방식(baffle type) 등이 있다.
샤워헤드 방식은 수백개 이상의 분사홀을 갖는 샤워헤드가 웨이퍼 바로 상부에 위치하여 가스를 분사하는 방식을 말하며, 막의 균일성 확보에 유리하다. 그러나, 샤워헤드와 웨이퍼 사이의 간격이 비교적 작기 때문에 플라즈마 형성을 위한 가스의 활성화(activation)가 늦어져 박막 특성이 저하되는 문제가 있다.
싱글 인젝터 방식은 하나의 가스 인젝터를 통하여 가스를 분사시키는 방식을 말하며, 이는 돔(dome)형태의 반응챔버 구조에만 적합하므로 그 사용범위가 제한적이다. 그리고, 박막의 균일성 확보도 용이치 않다.
바플 방식은 주로 APCVD 장치에 사용되며, 벨트 컨베이어(belt conveyor)를 이용하고, 막질 특성이 우수하다. 그러나, 막의 균일성을 확보하는 것이 용이치 않으며, 시스템 자체가 복잡하여 사용상 유지관리가 용이치 않고, LPCVD 장치에는 적용하기 어렵다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가스 인젝터를 별도로 부착함이 없이 간단하게 챔버 벽에 멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템을 바로 형성시키므로써 반응챔버 내에 가스가 균일하게 분포되게 하는 반도체소자 제조장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체소자 제조장치의 전체적인 개략도;
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 반도체소자 제조장치의 멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템(muti-hole angled gas injection system)을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
110: 반응챔버 120: 가스배출구
130: 서셉터 140: 웨이퍼
150: 플라즈마 전극 160: 벨자
170: 가열수단 121: 냉각수관
131: 가스공급관 151: 오링
161: 외측환형유로 165: 연결유로
171: 내측환형유로 181: 가스분사관
191: 가스 분사공
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조장치는, 가스 배출구가 마련되며 외부와 밀폐된 반응공간을 제공하는 반응챔버와, 공정의 대상이 되는 웨이퍼를 안착시키기 위해 상기 반응챔버 내에 설치되는 서셉터를 구비하는데; 상기 반응챔버 측벽 내부에는 상기 측벽을 따라 외측환형유로와 내측환형유로가 형성되어 있고 상기 외측환형유로와 내측환형유로는 연결유로에 의해서 서로 연결되며, 상기 외측환형유로는 가스공급관을 통하여 상기 반응챔버의 외부와 연결되고, 상기 내측환형유로는 복수개의 가스분사관를 통하여 상기 반응챔버의 내부와 연결됨으로써, 상기 반응챔버의 내벽을 따라 복수개의 가스분사공이 환형으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연결유로는 서로 대향하도록 두군데 마련되며, 상기 가스공급관과 상기 외측환형유로가 만나는 부분이 상기 연결유로 사이의 중간에 위치하는 것이 바람직하다.
외부로부터 RF 전력을 인가받아 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 전극이 더 구비될 수 있으며, 가열수단이 상기 반응챔버의 외측 상부에 더 설치될 수 있다.
상기 가스 분사공들은 일정한 간격으로 배치되며 1 내지 7mm 의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 가스 분사공의 개수는 8 내지 150 개인 것이 바람직하다. 상기 가스분사관은 수평하거나 상방으로 경사져 있을 수 있는데, 경사져 있을 때의 각도는 60°이하인 것이 바람직하다. 상기 반응챔버의 상부는 돔(dome) 형태를 갖는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체소자 제조장치의 전체적인 개략도이다.
도 1을 참조하면, 반응챔버(110)는 외부와 밀폐된 반응공간을 제공하며 소정부위에 가스 배출구(120)가 마련되어 있다. 반응챔버(110) 내에는 공정의 대상이 되는 웨이퍼(140)를 안착시키기 위한 서셉터(130)가 설치된다. 반응챔버(110) 상부 외측에는 외부로부터 RF 전력을 인가받아 반응챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 전극(150)이 설치된다. 플라즈마를 이용하는 공정이 아닐 경우에는 이러한 플라즈마 전극(150)이 필요없다.
가스는 반응챔버(110)의 측벽에 환형으로 배열된 복수개의 가스 분사공(191)을 통하여 분사된다. 이것이 바로 본 발명의 가장 큰 특징이다. 반응챔버(110)의 상부는 돔 형태인 것이 바람직하다. 재질로는 석영이나 알루미나가 좋다. 벨자(160)는 플라즈마 전극(150)을 포함하여 반응챔버(110)의 상부 외측을 덮도록 설치된다. 벨자(160) 내부에는 반응챔버(110)의 내부를 가열하기 위한 가열수단(170)이 설치된다.
가스 분사공(191)을 통하여 가스를 상방으로 분사시키면 반응챔버(110)의 상부가 돔 형태이기 때문에 분사가스가 매우 균일하게 반응챔버(110) 내에 분포하게 된다. 특히 반응챔버(110)의 상부에 부딪칠 때 가열수단(170)에서 발생한 열을 전달받아 활성화가 잘 되기 때문에 웨이퍼(140)에의 증착 등이 더 잘 일어나게 된다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 반도체소자 제조장치의 멀티 홀 앵글드 가스분사 시스템(muti-hole angled gas injection system)을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다. 여기서, 도 3은 도 2의 유로를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 반응챔버(110) 측벽 내부에는 측벽을 따라 외측환형유로(161)와 내측환형유로(171)가 형성되어 있고 외측환형유로(161)와 내측환형유로(171)는 연결유로(165)에 의해서 서로 연결된다. 연결유로(165)는 두군데 마련되는데 참조부호 C 및 D로 표시된 부분에 위치하여 서로 대향한다.
외측환형유로(161)는 가스공급관(131)을 통하여 반응챔버(110)의 외부와 연결된다. 참조부호 A로 표시한 부분은 외측환형유로(161)와 가스공급관(131)의 연결부위이다. 여기서는 가스공급관(131)이 반응챔버(110)의 측벽을 따라 밑부분으로 내려와서 외부로 연결되는 경우를 도시하였다. 참조부호 A로 표시한 부분은 C와 D의 중간에 위치한다. 참조부호 B로 표시한 부분은 단지 가스공급관(131)이 없을 뿐 참조부호 A로 표시한 부분과 동일한 유로 구조를 가진다.
내측환형유로(171)는 복수개의 가스분사관(181)을 통하여 반응챔버(110)의 내부와 연결된다. 따라서, 반응챔버(110)의 내벽에는 그 내벽을 따라 복수개의 가스 분사공(191)이 환형으로 배치되게 된다.
가스분사관(181)은 수평하거나 상방으로 경사져 있을 수 있는데, 가스가 위쪽으로 분사되도록 상방으로 경사지는 것이 더 바람직하다. 이 때의 경사는 60°이하가 바람직하다. 가스 분사공(191)들은 일정한 간격으로 배치되며 각각 1 내지 7mm 의 직경을 갖는다. 그리고 그 개수는 장치의 크기에 따라 다를 것이지만 8 내지 150개 정도이면 좋다.
도 2에 도시된 반응챔버(110) 측벽의 윗단부는 돔형태를 갖는 상부와의 결합 부위이다. 이 부분에는 냉각수가 흐르는 냉각수관(121)이 환형으로 설치되어 있다. 내측환형유로(171) 및 외측환형유로(161)는 반응챔버(110)를 수평절단하고 윗부분의 저면에 환형 홈을 판 다음에 이들을 다시 나사 결합(141) 하여 형성한다. 그리고 리크(leak)가 생기지 않도록 결합부위에 오링(151)을 개재한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 반도체소자 제조장치에 의하면, 별도의 가스 인젝터를 구비할 필요 없이 간단한 장치구조로 균일한 가스 분포를 얻을 수 있게 된다.
또한, 유로가 이중으로 되어 있기 때문에 가스가 균일한 압력과 속도로 분사되게 되고, 혼합가스가 가스공급관(131)을 통하여 주입될 경우에도 유로 내에서 가스들이 충분히 혼합될 수 있기 때문에 공정 균일도가 향상되게 된다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (9)

  1. 가스 배출구가 마련되며 외부와 밀폐된 반응공간을 제공하는 반응챔버와, 공정의 대상이 되는 웨이퍼를 안착시키기 위해 상기 반응챔버 내에 설치되는 서셉터를 구비하는데,
    상기 반응챔버 측벽 내부에는 상기 측벽을 따라 외측환형유로와 내측환형유로가 형성되어 있고 상기 외측환형유로와 내측환형유로는 연결유로에 의해서 서로 연결되며, 상기 외측환형유로는 가스공급관을 통하여 상기 반응챔버의 외부와 연결되고, 상기 내측환형유로는 복수개의 가스분사관를 통하여 상기 반응챔버의 내부와 연결됨으로써 상기 반응챔버의 내벽을 따라 복수개의 가스분사공이 환형으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결유로가 서로 대향하도록 두군데 마련되며, 상기 가스공급관과 상기 외측환형유로가 만나는 부분이 상기 연결유로 사이의 중간에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 외부로부터 RF 전력을 인가받아 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 전극이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 분사공들이 일정한 간격으로 배치되며 1 내지 7mm 의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스 분사공의 개수가 8 내지 150 개인 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가스분사관이 수평하거나 상방으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스분사관이 60°이하의 각도로 위쪽으로 경사진 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반응챔버의 상부가 돔 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반응챔버의 외측 상부에 가열수단이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조장치.
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