KR20030037092A - 반도체 제조장치 - Google Patents

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김동수
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 가스물질을 저장하는 가스저장장치와, 그 내부에 웨이퍼가 안착되는 챔버를 연결하여, 상기 챔버의 내부로 상기 하나 이상의 가스물질을 유입하여 확산 분사하는 가스유입장치에 관한 것으로, 상기 가스저장장치에 각각 일단이 연결되고, 타단이 상기 챔버의 내부로 인입된 제 1 및 제 2 유입관과; 상기 제 1 유입관의 타 끝단에 연결되고, 상기 웨이퍼의 직 상방에서 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 제 1 인젝터 홀을 포함하는 탑 플로우 방식 제 1 인젝터와; 상기 제 2 유입관의 타 끝단에 연결되고, 상기 챔버의 측벽의 일부를 이루면서, 상기 웨이퍼의 상부 측방에서 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 제 2 인젝터 홀을 포함하며, 상기 제 1 인젝터의 하부에 설치되는 원형 링 형상의 사이드 플로우 방식 제 2 인젝터를 포함하는 가스유입장치를 제공한다.

Description

반도체 제조장치{semiconductor manufacturing apparatus}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 웨이퍼의 직접적인 처리 및 가공 공정이 이루어지는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)에 부설되어, 상기 챔버의 내부로 가스를 유입하여 확산 분사하는 가스유입장치에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.
이러한 반도체 소자는 기판인 웨이퍼(wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 전술한 박막의 증착 및 패터닝 등의 웨이퍼 처리 가공공정은 통상 챔버형 프로세스 모듈 내에서 이루어진다.
이러한 챔버형 프로세스 모듈은 목적하는 공정에 따라 다양하게 변형된 구성을 가지고 있으나, 그 일례로 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 가공, 처리하는 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈을 통하여 설명하면, 이는 통상 도 1에 도시한 바와 같이 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어, 상기 웨이퍼(1)의 직접적인 처리, 가공공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)(20)와, 상기 챔버(20) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응물질 등 기체 상의 필요물질을 저장하고, 이를 챔버(20) 내로 공급하는 가스저장장치(40)를 포함하고 있다.
이때 챔버(20)에는 전술한 가스저장장치(40)로부터 소스 및 반응물질이 공급될 수 있도록 연결된 유입관(23)과, 그 내부의 기체를 배출함으로써 압력을 제어할 수 있도록 하는 유출관(24) 및 이의 말단에 부설되는 펌프(P)를 포함하고 있으며, 상기 챔버(20)의 내부는 종단하는 절연판(26)에 의하여 제 1 영역(28a)과 제 2 영역(28b)으로 구분되어 있다.
이 중 제 1 영역(28a)에는 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 발생소스(50)가 실장되고, 제 2 영역(28b)에는 처리대상물인 웨이퍼(1)를 파지하는 척(30)이 설치되어, 상기 척(30)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 바, 전술한 가스저장장치(40) 내에 저장된 소스 및 반응물질이 챔버(20)의 내부로 인입되면, 플라즈마 발생소스(50)가 변화하는 전자기장을 생성하여 제 2 영역(28b)에 플라즈마를 생성함으로써, 상기 플라즈마를 통해 척(30) 상부에 안착된 웨이퍼(1)를 처리하게 되는 것이다.
이때 상기 챔버(20)의 제 2 영역(28b)에 설치되는 척(30)의 내부에는, 통상 플라즈마 발생소스(50)를 통해 발생된 플라즈마 이온의 임팩트(impact) 에너지를 조절하는 바이어스(bias) 소스(60)가 실장되어 있다.
또한 전술한 챔버(20)의 내부에는 가스저장장치(40)로부터 공급된 기체물질을 챔버(20)의 내부 전면적으로 고르게 확산시키기 위한 인젝터(injector)가 상기 유입관(23)에 연장 설치됨으로써 보다 균일한 웨이퍼(1)의 처리를 가능하게 하는데, 이러한 인젝터는 그 형태에 따라 몇 가지로 구분 가능한 바, 이 중 하나는 도 1에 도시한 바와 같이 웨이퍼(1)의 직 상방에 설치되어, 그 하부의 웨이퍼(1) 방향으로 가스를 분사하는 탑 플로우(top flow) 방식의 인젝터(70a)이다.
이는 챔버(20)를 종단하는 절연판(26)의 상부 또는 하부나, 상기 절연판(26)의 내부에 실장될 수 있으며, 특히 상기 탑 플로우 방식의 인젝터(70a)가 절연판(26)의 내부 또는 상부에 설치되는 경우에는 소스 및 반응 가스물질이 제 2 영역(28b)으로 확산 분사될 수 있도록 상기 절연판(26)에는 다수의 관통된 홀(26a)이 설치된다.
또 다른 방식의 인젝터는, 통상 가스 링(gas ring)이라 불리는 사이드 플로우(side flow) 방식의 인젝터인데, 이는 도 2에 도시한 바와 같이 챔버(20)의 측벽의 일부를 이루는 링 형상을 가지고 있어, 웨이퍼(1)의 상방 측면에서 상기 웨이퍼(1) 방향으로 가스를 분사하는 구성을 가지고 있다.
이 때 도 2에 있어서, 상기 사이드 플로우 방식의 인젝터(70b)를 제외한 다른 모든 구성요소는 도 1과 동일한 기능을 수행하는 바, 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 도시하였으며, 도 3은 이러한 일반적인 사이드 플로우 방식의 인젝터(70b)의 사시도를 도시한 것이다.
즉, 이는 챔버(20)의 측벽의 일부를 이루도록 결합되는 원형 링의 환체로 이루어지며, 이의 내면에는 다수의 인젝터 홀(71)이 형성되어, 유입관(23)을 경유하여 유입된 소스 및 반응 가스는 상기 인젝터 홀(71)을 통해 챔버(20)의 측면 웨이퍼(1)의 상방에서 그 하단 방향으로 가스를 분사하게 된다.
그러나 전술한 여러 가지 방식의 인젝터(70a 또는 70b)를 채용한 챔버(20)를 사용하여 웨이퍼(1)를 처리함에 있어서 몇 가지 문제점이 나타나는데, 이는 특히 300mm 이상의 직경을 가지는 대형 웨이퍼를 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 씨브이디(CVD) 방법으로 처리하는 경우에 빈번하게 관찰되는 박막의 불균일한 증착 및 폴리머(polymer)의 생성등이 그것이다.
이러한 고밀도 플라즈마 씨브이디 방법(HDP-CVD)에 대하여 간단히 설명하면, 현재 반도체 디바이스가 미세화 됨에 따라 웨이퍼 상에 다층 배선 이 구성되고, 이에 층간절연막은 좀 더 엄격한 광역 평탄화와 엄격한 초점 심도(Depth of Focus) 및 배선간의 무공극(Void Free)한 채움 등의 기능이 요구되고 있다. 이러한 기능을 만족시키기 위한 것으로 박막의 성장 및 이의 패터닝을 동시에 수행하는 고밀도 플라즈마 씨브이디 방법(HDP-CVD)이 각광받고 있는데, 이는 옥사이드(oxide)를 포함하는 소스 가스와, Ar 또는 He 등의 불활성가스로 이루어진 반응가스를 사용하여, 도 1 및 도 2에 도시한 구성을 가지는 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈(10)을 통해 웨이퍼의 상면에 층간절연막을 구현하는 것이다.
이때 챔버(20) 압력을 낮게 유지하기 위하여 유출관(24)의 말단에 부설되는 펌프(P)로는 통상 터보분자 펌프가 사용되고, 플라즈마 소스(50)로는 이씨알(ECR: Electron Cyclotron Resonance)또는 아이씨피(ICP :Inductively Coupled Plasma)방식의 플라즈마 소스를 사용함으로써, 챔버(20)의 내부를 고 진공의 환경으로 조성한 상태에서 그 내부에 고밀도의 플라즈마를 생성하게 되는데, 이때 척(30)의 내부에 설치된 바이어스 소스(60)를 엄격하게 제어하여 웨이퍼(1)에 정밀 제어된 바이어스 전극을 인가하여 웨이퍼의 상면에 박막의 증착 및 이의 패터닝을 동시에 진행한다.
이러한 동시 공정을 통하여 배선간에 무공극(Void Free)한 채움 및 상대적으로 광역한 평탄화를 가지는 층간절연막의 구현을 가능하게 하는데, 그러나 이러한 고밀도 플라즈마 씨브이디(HDP-CVD) 방법을 전술한 도 1 또는 도 2에 도시한 일반적인 챔버(20)를 통해 구현함에 있어서, 불필요한 폴리머의 생성 및 특히 피 처리체가 직경 300mm 이상의 대형 웨이퍼인 경우에 나타나는 불균일한 박막은 여전히 문제점으로 존재하고 있다.
이는 반응가스와 소스가스의 유입을 동일한 인젝터(70a 또는 70b)로 수행함에 기인하는데, 이러한 동일 인젝터(70a 또는 70b)를 통하여 챔버(20)의 내부로 확산 분사되는 가스는 각각 반응가스와 소스가스로서, 이때 상기 반응가스로는 통상 소스가스의 플라즈마 여기 속도를 가속하는 촉매 역할의 Ar, He 등 불활성 가스가 사용되고, 소스 가스는 이러한 반응가스에 의해 플라즈마로 여기된 상태로 화학반응을 함으로써 박막의 증착 및 이의 패터닝을 수행하는 옥사이드(oxide)를 포함하는 가스물질이다.
그러나 반응가스와 소스가스를 전술한 바와 같이 동일한 인젝터(70a 또는 70b)를 통하여 챔버(20)의 내부로 확산 분사하게 되면, 소스가스의 화학반응이 지나치게 빨리 일어나게 되어 올바른 반응위치, 즉 웨이퍼(1)에 근접한 위치에서 반응이 일어나기 전(前)에 이미 화학반응이 일어나게 되고, 이때의 반응 생성물은 챔버(20)의 측벽 등에 불필요한 폴리머(polymer)의 형태로 부착된다.
이러한 폴리머는 챔버(20)의 내부에서 진행되는 화학반응에 불순물로 작용하게 되는데, 특히 이들 폴리머가 중첩 형성되어 그 크기가 커지면 중력에 의하여 챔버(20)의 측벽에서 떨어지면서 파쇄되어 파티클(partical)로 작용하여 챔버 내의 올바른 공정 진행을 방해하게 된다.
특히 이러한 현상은 그 직경이 300mm 이상인 대형웨이퍼의 경우에 보다 심각하게 나타나고 있는데, 또한 전술한 바와 같이 그 직경이 300mm 이상의 대형 웨이퍼의 경우에는 각각의 인젝터(70a 또는 70b)를 통하여 분사되는 소스 및 반응가스의 밀도가 웨이퍼의 전면적에 고르게 퍼지지 못하여, 웨이퍼(1)의 상면에 구현되는 박막의 균일도(uniformity)가 떨어지게 되는바, 이러한 몇 가지 문제점은 현재 반도체 제조공정에 있어서 소자의 신뢰도를 저하시키는 심각한 위협이 되고 있다.
또한 전술한 폴리머의 발생 및 불 균일한 박막의 증착 등의 현상은 비단 고밀도 플라즈마 씨브이디(HDP-CVD) 방법에만 국한된 것은 아니며, 일반적인 챔버에 부설되는 통상의 인젝터를 사용할 경우에 공통적으로 나타나고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 특히 그 직경이 300mm 이상인 대형 웨이퍼를 가공, 처리함에 있어서 보다 균일한 박막의 구현을 가능하게 하고, 챔버 내에서 불필요하게 형성되는 폴리머의 발생을 억제하는 것이 가능한, 보다 개선된 반도체 제조용 챔버에 부설되는 가스유입장치를 제공한다.
도 1은 일반적인 탑 플로우 방식의 인젝터를 채용한 챔버를 도시한 구조도
도 2는 일반적인 사이드 플로우 방식의 인젝터를 채용한 챔버를 도시한 구조도
도 3은 도 2의 사이드 플로우 방식의 인젝터를 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 가스유입장치가 부설된 챔버를 도시한 구조도
도 5는 본 발명에 따른 가스유입장치에 포함되는 사이드 플로우 방식의 인젝터를 도시한 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 웨이퍼
100 : 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈
120 : 챔버122 : 가스유입장치
123a, 123b : 제 1 및 제 2 유입관
124 : 유출관128a, 128b : 제 1 및 제 2 영역
126 : 절연판130 : 척
140 : 가스저장장치150 : 플라즈마 발생소스
160 : 바이어스 소스170a, 170b : 제 1 및 제 2 인젝터
P : 펌프
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 하나 이상의 가스물질을 저장하는 가스저장장치와, 그 내부에 웨이퍼가 안착되는 챔버를 연결하여, 상기 챔버의 내부로 상기 하나 이상의 가스물질을 유입하여 확산 분사하는 가스유입장치로서, 상기 가스저장장치에 각각 일단이 연결되고, 타단이 상기 챔버의 내부로 인입된 제 1 및 제 2 유입관과; 상기 제 1 유입관의 타 끝단에 연결되고, 상기 웨이퍼의 직 상방에서 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 제 1 인젝터 홀을 포함하는 탑 플로우 방식 제 1 인젝터와; 상기 제 2 유입관의 타 끝단에 연결되고, 상기 챔버의 측벽의 일부를 이루면서, 상기 웨이퍼의 상부 측방에서 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 제 2 인젝터 홀을 포함하며, 상기 제 1 인젝터의 하부에 설치되는 원형 링 형상의 사이드 플로우 방식 제 2 인젝터를 포함하는 가스유입장치를 제공한다.
이때 상기 웨이퍼는 그 직경이 300mm 이상의 대형 웨이퍼인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 가스저장장치는 각각 소스가스를 저장하는 제 1 가스저장장치와, 반응가스를 저장하는 제 2 가스저장장치로 구분되고, 상기 챔버는 그 내부를 종단하여 각각 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하는 절연판과; 상기 제 1 영역에 실장되는 플라즈마 발생소스와; 상기 제 2 영역에 설치되어 그 상면에 상기 웨이퍼가안착되는 척과; 상기 척의 내부에 실장되는 바이어스 소스를 더욱 포함하며, 상기 제 1 유입관의 일단은 상기 제 1 가스저장장치에 연결되고, 상기 제 2 유입관의 일단은 상기 제 2 가스저장장치에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 제 2 인젝터 홀의 직경은 2 마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 인젝터가 상기 제 1 영역 또는 상기 절연판의 내부에 실장될 경우에, 상기 절연판에는 상기 제 1 인젝터로부터 분사된 소스가스가 상기 제 2 영역으로 확산될 수 있도록 하는 다수의 홀을 더욱 포함하고, 상기 제 2 인젝터는 상기 절연판의 하부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 1 가스저장장치에 저장된 가스는 옥사이드를 포함하고, 상기 제 2 가스저장장치에 저장된 가스는 아르곤, 헬륨 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 유출관의 말단에 연결된 펌프는 터보분자 펌프이고, 상기 플라즈마 소스는 이씨알(Electron Cyclotron Resonance : ECR), 아씨피(Inductively Coupled Plasma: ICP) 중 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 인젝터를 포함하는 가스유입장치는, 반도체 제조공정에 사용되는 여러가지 챔버형 프로세스 모듈에 적용 가능한 것을 특징으로 하는데, 그 일례로서 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 처리, 가공하는 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈을 통해 이하 설명한다.
본 발명에 따른 가스유입장치가 부설된 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈은 도 4에 도시한 바와 같이, 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어, 상기 웨이퍼(1)의 직접적인 처리, 가공공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)(120)와, 상기 챔버(120) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응물질 등 기체 상의 필요물질을 저장하고, 이를 챔버(120) 내로 공급하는 가스저장장치(140)를 포함하고 있음은 일반적인 경우와 동양(同樣)이다.
이때 특히 상기 가스저장장치(140)는 각각 소스가스를 저장하고 있는 제 1 가스저장장치(140a)와, 반응가스를 저장하고 있는 제 2 가스저장장치(140b)로 엄격하게 구분되어 있고, 챔버(120)에는 전술한 각각의 가스저장장치(140a, 140b)로부터 각각 소스물질과 반응물질이 공급될 수 있도록 연결된 제 1 유입관(123a)과 제 2 유입관(123b)이 설치됨이 상이한데, 또한 상기 챔버(120)는 그 내부의 기체를 배출함으로써 압력을 제어할 수 있도록 하는 유출관(124) 및 이의 말단에 부설되는 펌프(P)를 포함하고 있으며, 상기 챔버(120)의 내부는 종단하는 절연판(126)에 의하여 제 1 영역(128a)과 제 2 영역(128b)으로 구분되어 있다.
이 중 제 1 영역(128a)에는 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 발생소스(150)가 실장되고, 제 2 영역(128b)에는 처리대상물인 웨이퍼(1)를 파지하는 척(130)이 설치되어, 상기 척(130)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 바, 전술한 가스저장장치(140) 내에 저장된 소스 및 반응물질이 각각 챔버(120)의 내부로 인입되면, 플라즈마 발생소스(150)가 변화하는 전자기장을 생성하여 제 2 영역(128b)에 플라즈마를 생성함으로써, 상기 플라즈마를 통해 척(130) 상부에 안착된 웨이퍼(1)를 처리하게 되는 것이다.
이때 바람직하게는 상기 챔버(120)의 제 2 영역(128b)에 설치되는 척(130)의 내부에는 플라즈마 발생소스(150)를 통해 발생된 플라즈마 이온의 임팩트(impact) 에너지를 조절하는 바이어스(bias) 소스(160)가 실장되어 있다.
또한 상기 챔버(120)의 내부에는 전술한 제 1 및 제 2 유입관(123a, 123b)을 통하여 각각 유입된 소스 및 반응가스를 챔버(120)의 내부 전면적 으로 고르게 확산시키기 위하여, 제 1 및 제 2 유입관(170a, 170b)에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 인젝터(170a, 170b)가 부설되어 보다 균일한 웨이퍼(1)의 처리를 가능하게 하는 바, 이때 제 1 인젝터(170a)는 웨이퍼(1)의 직 상방에 설치되어, 그 하부의 웨이퍼(1) 방향으로 가스를 분사하는 다수의 제 1 인젝터 홀(미도시)을 포함하는 탑 플로우(top flow) 방식의 인젝터로서, 이는 챔버(120)를 종단하는 절연판(126)의 상부 또는 하부나, 절연판(126)의 내부에 실장 될 수 있다.
이때 특히 상기 탑 플로우 방식의 제 1 인젝터(170a)가 절연판(126)의 내부 또는 상부에 설치되는 경우에는, 도시한 바와 같이 소스가스가 제 2 영역(128b)으로 확산 분사될 수 있도록 상기 절연판(126)에는 다수의 관통된 홀(126a)이 설치되는 것이 바람직하고, 또한 제 2 인젝터(170b)는 챔버(120)의 측벽의 일부를 이루면서, 웨이퍼(1)의 상방에서 상기 웨이퍼(1) 방향으로 가스를 분사할 수 있도록 원 형링의 형상으로 상기 제 1 인젝터(170a)의 하방에 설치되는 사이드 플로우(side flow) 방식인 것을 특징으로 한다.
이때 도 4와, 상기 제 2 인젝터(170b)를 도시한 사시도인 도 5를 통하여 좀 더 상세히 설명하면, 이는 챔버(120)의 측벽의 일부를 이루도록 결합되는 원형 링의 형상을 가지고 있고, 이의 내면에는 다수의 제 2 인젝터 홀(171)이 형성되어 있어, 제 2 유입관(123b)을 통하여 유입된 반응 가스들은 상기 제 2 인젝터 홀(171)을 통하여 챔버(120)의 측면 웨이퍼(1)의 상방에서 그 하단의 웨이퍼(1) 방향으로 분사된다.
전술한 바와 같이 본 발명은 각각의 가스저장장치(140a, 140b)에 일단이 연결되고, 타단이 챔버(120)의 내부로 인입되는 제 1 및 제 2 유입관(123a, 123b)과, 상기 제 1 및 제 2 유입관(123a, 123b)의 타 끝단에 각각 설치되는 제 1 및 제 2 인젝터(170a, 170b)를 포함하는 가스유입장치(122)를 제공하는 것을 특징으로 하는데, 이때 특히 제 1 및 제 2 인젝터(170a, 170b)는 서로 다른 확산 방식으로 서로 다른 높이에 설치함으로써 소스 및 반응가스를 서로 다른 높이에서 확산시키는 것을 특징으로 한다.
이때 바람직하게는 웨이퍼(1)에서 상대적으로 가까운 곳에서는 반응가스가 확산되며, 이러한 반응가스의 상부에서 소스가스가 확산되는 바, 이러한 본 발명에 따른 가스유입장치(122)가 부설되는 챔버(120)는 특히 300mm 이상의 직경을 가지는 대형 웨이퍼를 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 씨브이디(CVD) 방법으로 처리하는 경우에 더욱 효과적이다.
이 경우에 있어서, 특히 소스가스로는 옥사이드(oxide)를 포함하는 기체상의 물질이 사용되고, 상기 반응가스로는 Ar 또는 He 중 선택된 하나인 불활성가스가 사용되는데, 또한 바람직하게는 상기 챔버(120)의 내부 압력을 낮게 유지하기 위하여 유출관(124)의 말단에 설치되는 펌프(P)로는 터보분자 펌프가 사용되며, 플라즈마 소스(150)로는 이씨알(ECR : Electron Cyclotron Resonance)또는 아이씨피 (ICP : Inductively Coupled Plasma)방식의 플라즈마 소스 중 선택된 하나가 사용되는 것이 유리하다.
이러한 본 발명에 따른 가스유입장치(122)가 부설된 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈(100)을 통해 웨이퍼(1)를 가공 처리하는 방법을 설명하면, 먼저 척(130)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되어 챔버(120)가 밀폐된 후, 유출관(124)의 말단에 부설된 펌프(P)가 가동하여 챔버(120)의 내부를 적절한 압력으로 조절하게 된다.
이후 제 1 및 제 2 가스저장장치(140a, 140b)에 각각 저장된 소스가스와 반응가스가 제 1 및 제 2 유입관(123a, 123b)을 경유하여 제 1 및 제 2 인젝터(170a, 170b)에 도달하게 되는데, 이때 제 1 인젝터(170a)는 탑 플로우 방식으로 소스가스를 확산하게 되고, 제 2 인젝터(170b)는 사이드 플로우 방식으로 반응가스를 확산하게 된다.
이러한 반응 및 소스가스의 챔버(120) 내로의 확산과 동시에, 플라즈마 소스(150)가 구동함으로써 소스 및 반응가스를 플라즈마로 여기하면, 이러한 플라즈마는 척(130)의 내부에 실장된 바이어스 소스(160)에 의하여 제어된 임팩트 에너지를 가지고 웨이퍼(1)를 가공, 처리하게 된다.
이때 특히 본 발명에서는 이들 소스 및 반응가스의 확산위치를 서로 다르게, 즉 반응가스를 소스가스의 하부로 웨이퍼(1)에 보다 근접하여 확산하고, 이의 상부에 소스가스를 확산함으로써 웨이퍼의 근접한 상면에서 반응을 일으키는 것이 가능한 바, 일반적인 인젝터가 부설된 챔버와 달리 폴리머의 생성을 현저하게 감소하는 것이 가능하며, 또한 탑 플로우 방식과 사이드 플로우 방식의 제 1 및 제 2 인젝터(170a, 170b)를 겸용함으로써 보다 균일한 박막의 증착을 가능하게 하는 것이다.
이때 특히 본 발명에 따른 가스유입장치(122)가 부설되는 챔버(120)로 특히 300mm 이상의 직경을 가지는 대형 웨이퍼를 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 씨브이디(CVD) 방법으로 처리하는 경우에는 제 2 인젝터 홀(171)의 직경은 0.2 마이크로미터(㎛) 정도로 하는 것이 유리한 바, 이는 그 직경이 지나치게 작을 경우에 소스가스의 플라즈마로 여기가 지나치게 빠를 수 있고, 반면에 이보다 클 경우에는 플라즈마로 여기현상이 지연되어 올바른 반응이 유도되지 않을 수 있기 때문이다.
이후 웨이퍼(1)의 처리, 가공이 완료되면 다른 웨이퍼로 교체한 후, 다시 전술한 과정을 반복하게 된다.
본 발명은 웨이퍼에 상대적으로 가까운 곳에서 사이드 플로우 방식으로 반응가스를 확산시키고, 이보다 높은 위치에서 소스가스를 탑 플로우 방식으로 확산시킴으로써, 웨이퍼의 보다 근접한 위치에서 반응을 일으켜 균일한 박막의 구현 및 폴리머를 억제하는 장점을 가지고 있다.
특히, 이러한 본 발명에 따른 가스유입장치는 전술한 플라즈마 처리 챔버형프로세스 모듈 뿐 만이 아니라, 하나 이상의 가스를 사용하여 웨이퍼를 처리하는 모든 공정에 적용이 가능한 것을 특징으로 하는 바, 이때 하나의 가스를 사용하는 경우에는 동일 물질을 서로 다른 방식으로 확산하는 제 1 및 제 2 인젝터를 통하여 보다 균일한 처리를 가능하게 하는 잇점을 가지게 됨은 당업자에게는 자명한 사실일 것이다.
또한 두 개 이상의 가스가 사용될 경우에는 가스 물질들의 반응속도에 따라 반응속도가 상대적으로 빠른 물질을 하부 제 2 인젝터를 통하여 분사하고, 이보다 상대적으로 반응속도가 느린 물질을 상부 제 1 인젝터를 통하여 확산 분사함으로써 웨이퍼에 보다 근접한 위치에서 반응이 일어나도록 하는 것이 가능하다.
특히 이러한 본 발명에 따른 가스유입장치 및 인젝터를 사용할 경우에는 폴리머의 생성을 억제할 수 있으므로, 챔버 내부의 환경을 보다 정밀하게 제어하는 것이 가능하며, 특히 챔버의 세정주기를 단축하여 비용의 절감이라는 부수적인 정점을 가지게 된다.
또한 300mm 이상의 직경을 가지는 대형웨이퍼의 경우에 있어서, 특히 균일한 박막의 증착을 가능하게 함으로써 보다 개선된 소자의 구현을 가능하는 장점을 가지고 있다.

Claims (7)

  1. 하나 이상의 가스물질을 저장하는 가스저장장치와, 그 내부에 웨이퍼가 안착되는 챔버를 연결하여, 상기 챔버의 내부로 상기 하나 이상의 가스물질을 유입하여 확산 분사하는 가스유입장치로서,
    상기 가스저장장치에 각각 일단이 연결되고, 타단이 상기 챔버의 내부로 인입된 제 1 및 제 2 유입관과;
    상기 제 1 유입관의 타 끝단에 연결되고, 상기 웨이퍼의 직 상방에서 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 제 1 인젝터 홀을 포함하는 탑 플로우 방식 제 1 인젝터와;
    상기 제 2 유입관의 타 끝단에 연결되고, 상기 챔버의 측벽의 일부를 이루면서, 상기 웨이퍼의 상부 측방에서 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 제 2 인젝터 홀을 포함하며, 상기 제 1 인젝터의 하부에 설치되는 원형 링 형상의 사이드 플로우 방식 제 2 인젝터
    를 포함하는 가스유입장치
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼는 그 직경이 300mm 이상의 대형 웨이퍼인 가스유입장치
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스저장장치는 각각 소스가스를 저장하는 제 1 가스저장장치와, 반응가스를 저장하는 제 2 가스저장장치로 구분되고,
    상기 챔버는 그 내부를 종단하여 각각 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분하는 절연판과;
    상기 제 1 영역에 실장되는 플라즈마 발생소스와;
    상기 제 2 영역에 설치되어 그 상면에 상기 웨이퍼가 안착되는 척과;
    상기 척의 내부에 실장되는 바이어스 소스를 더욱 포함하며,
    상기 제 1 유입관의 일단은 상기 제 1 가스저장장치에 연결되고, 상기 제 2 유입관의 일단은 상기 제 2 가스저장장치에 각각 연결되는 가스유입장치
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 인젝터 홀의 직경은 2 마이크로미터 이하인 가스유입장치
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 인젝터가 상기 제 1 영역 또는 상기 절연판의 내부에 실장될 경우에, 상기 절연판에는 상기 제 1 인젝터로부터 분사된 소스가스가 상기 제 2 영역으로 확산될 수 있도록 하는 다수의 홀을 더욱 포함하고, 상기 제 2 인젝터는 상기 절연판의 하부에 설치되는 가스유입장치
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 가스저장장치에 저장된 가스는 옥사이드를 포함하고, 상기 제 2 가스저장장치에 저장된 가스는 아르곤, 헬륨 중 선택된 하나인 가스유입장치
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유출관의 말단에 연결된 펌프는 터보분자 펌프이고, 상기 플라즈마 소스는 이씨알(Electron Cyclotron Resonance : ECR), 아씨피(Inductively Coupled Plasma: ICP) 중 선택된 하나인 가스유입장치
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