KR20050072291A - 화학기상증착장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 공정의 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학기상증착장비의 프로세싱 챔버 내부를 클리닝하기 위하여 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source, RPS)로부터 프로세싱 챔버 내부로 플라즈마를 주입하기 위한 플라즈마 인젝션튜브의 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화학기상증착장비는 화학기상증착공정이 수행되는 프로세싱 챔버와, 상기 프로세싱 챔버를 클리닝하기 위한 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 소스와, 상기 원격 플라즈마 소스로부터 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 인젝션튜브를 포함하고,
상기 플라즈마 인젝션튜브는 상기 프로세싱 챔버의 압력변화 시에 상기 프로세싱 챔버에 전달되는 충격이 방지되도록 완충기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

화학기상증착장비{Chemical Vapor Deposition Apparatus}
본 발명은 반도체 공정의 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학기상증착장비의 프로세싱 챔버 내부를 클리닝하기 위하여 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source, RPS)로부터 프로세싱 챔버 내부로 플라즈마를 주입하기 위한 플라즈마 인젝션튜브의 구조에 관한 것이다.
반도체제조공정에 있어서 화학기상증착(CVD)공정은 가스간의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 증착하여 절연막이나 전도성막을 형성시키는 공정으로, 가열 유도 화학반응이 진행되는 기판 표면에 반응가스를 제공하여 박막을 형성하는 열적 CVD공정과, 고주파(RF) 에너지에 의해 반응가스를 여기 및/또는 해리하여 반응성이 높은 플라즈마를 발생시키고 이에 따라 화학반응에 필요한 에너지를 감소시켜 낮은 온도로 공정을 수행하는 플라즈마 인핸스드 CVD(Plasma Enhanced CVD, PECVD)공정과, 플라즈마 인핸스드 CVD공정과 유사하나 전기용량 에너지보다는 유도에너지를 사용하여 반응성을 더욱 높인 고밀도 플라즈마 CVD(High Density Plasma CVD, HDP-CVD)공정 등이 있다.
이들 화학기상증착공정에서 반응가스는 반도체 웨이퍼 뿐만 아니라 프로세싱 챔버 내벽에도 증착물을 남기게 되는데, 이 증착물은 공정상의 불순물로 작용하므로 제거해야 할 필요가 있다. 이를 제거하기 위한 방법으로는 대한민국 공개특허 2001-0049697호에 개시된 바와 같이 NF3 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고 이를 프로세싱 챔버에 주입하여 클리닝하는 방법이 사용되고, 이를 위하여 프로세싱 챔버의 상부에 클리닝용 원격 플라즈마 소스(RPS)를 장착하고 프로세싱 챔버와 원격 플라즈마 소스를 플라즈마 인젝션튜브로 연결하게 된다.
화학기상증착공정들 중 HDP-CVD공정은 공정 중에 프로세싱 챔버 내부를 진공으로 했다가 공정을 마치고 프로세싱 챔버를 배기하여 대기압상태로 전환하게 되는데, 대기압상태로 전환되는 과정에서 프로세싱 챔버는 미소하나마 순간적인 팽창을 하게 되고 이때 프로세싱 챔버 상부에 설치된 원격 플라즈마 소스의 하중으로 인한 충격이 전달되어 플라즈마 인젝션튜브와 프로세싱 챔버의 연결부위가 파손될 우려가 있는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 프로세싱 챔버 내부의 압력 변화 시에 프로세싱 챔버에 전달되는 충격을 완충하여 프로세싱 챔버의 파손을 방지할 수 있는 플라즈마 인젝션튜브를 구비하는 화학기상증착장비를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장비는 화학기상증착공정이 수행되는 프로세싱 챔버와, 상기 프로세싱 챔버를 클리닝하기 위한 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 소스와, 상기 원격 플라즈마 소스로부터 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 인젝션튜브를 포함하고,
상기 플라즈마 인젝션튜브는 상기 프로세싱 챔버의 압력변화 시에 상기 프로세싱 챔버에 전달되는 충격이 방지되도록 완충기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 길이가 가변적인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 복수의 튜브가 미끄럼 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 외주면에 미끄럼면이 형성된 제1인젝션튜브와, 상기 제1인젝션튜브와 미끄럼 운동하도록 내주면에 미끄럼면이 형성된 제2인젝션튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 상기 제1인젝션튜브와 상기 제2인젝션튜브의 미끄럼면 사이의 기밀 유지를 위한 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오링은 상기 제1인젝션튜브에 형성되는 오링홈에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2인젝션튜브는 클리닝용 플라즈마가 지나는 유로를 형성하는 메인튜브와, 상기 메인튜브 내부에 마련되어 증착공정용 반응가스가 지나는 유로를 형성하는 보조튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조튜브는 상기 메인튜브의 일측에 마련되는 흡입구로부터 반경방향으로 상기 메인튜브의 중심축에 이르고 상기 메인튜브의 중심축을 따라 하측으로 연장되어 상기 프로세싱 챔버에 이르는 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원격 플라즈마 소스는 상기 프로세싱 챔버의 상부에 설치되고, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 상하방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 외주면에 미끄럼면이 형성된 제1인젝션튜브와, 상기 제1인젝션튜브와 미끄럼 운동하도록 내주면에 미끄럼면이 형성된 제2인젝션튜브와, 상기 제1인젝션튜브와 상기 제2인젝션튜브의 미끄럼면 사이의 기밀 유지를 위한 오링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학기상증착장비를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1과 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학기상증착장비는 내부에서 증착공정이 수행되는 Al2O3 재질의 프로세싱 챔버(100)와, 상기 프로세싱 챔버(100) 상부에 설치되며 증착공정에 사용되는 반응가스를 생성할 각종 기기들을 설치되는 하우징(200)과, 상기 하우징(200)의 상부에 설치되며 프로세싱 챔버(100)의 클리닝에 사용되는 플라즈마를 제공하는 원격 플라즈마 소스(300)와, 상기 원격 플라즈마 소스(300)로부터 상기 프로세싱 챔버(100)에 플라즈마를 공급하기 위하여 양단부가 상기 원격 플라즈마 소스(300)와 상기 프로세싱 챔버(100)에 연결되며 하우징(200)을 관통하여 설치되는 플라즈마 인젝션튜브(400)를 포함하여 구성된다. 상기 원격 플라즈마 소스(300)는 하우징(200)에 의해 지지되며, 하우징(200)은 미도시된 구조물을 통하여 지면에 의해 지지된다.
플라즈마 인젝션튜브(400)는 가장 상단에 위치하며 원격 플라즈마 소스(300)에 상단부가 고정되는 제1연결튜브(410)과, 제1연결튜브(410)의 아래쪽에 위치하는 제1인젝션튜브(420)와, 제1인젝션튜브(420)와 미끄럼 운동 가능하게 설치되는 제2인젝션튜브(430)와, 제2인젝션튜브(430) 아래쪽에 위치하여 프로세싱 챔버(100)에 연결되는 제2연결튜브(440)을 포함한다.
제1연결튜브(410)은 상단에 형성된 플랜지부(411)가 원격 플라즈마 소스(300)의 외측에 볼트결합 되어 고정되고, 그 하단부는 제2인젝션튜브(430)와 결합되는데, 이 결합부에는 기밀유지를 위한 제1오링(510)이 마련된다.
제1인젝션튜브(420)는 그 하부가 제2인젝션튜브(430) 내에 삽입되어 미끄럼 가능하게 설치되는데, 이를 위하여 제1인젝션튜브(420)의 하부에는 제2인젝션튜브(430)에 삽입되는 삽입부(421)가 마련되고, 이 삽입부(421)의 외주면에는 미끄럼면이 마련된다. 삽입부(421)의 상측에는 제2인젝션튜브(430)가 과도하게 밀려 올라가지 않도록 상승범위를 제한하기 위한 걸림턱(422)이 마련된다.
제2인젝션튜브(430)는 클리닝용 플라즈마가 지나는 유로를 형성하는 메인튜브(431)와, 상기 메인튜브(431) 내부에 마련되어 증착공정용 반응가스가 지나는 유로를 형성하는 보조튜브(432)를 포함한다. 메인튜브(431)의 상부에는 제1인젝션튜브(420)의 삽입부(421)를 수용하는 수용부(431a)가 마련되며 수용부(431a)의 내주면에는 미끄럼면이 형성된다. 메인튜브(431)의 하부에 마련되는 플랜지부(431b)는 하우징(200) 내부를 구획하는 미드플레이트(210)에 고정되는데, 제2인젝션튜브(430)가 상하로 유동 가능하도록 스프링볼트에 의해 체결된다.
보조튜브(432)는 하우징(200)에 장착되는 기기들로부터 반응가스를 공급 받아 프로세싱 챔버(100)에 전달하는데, 메인튜브(431)의 일측에 마련되는 흡입구(432a)로부터 반경방향으로 메인튜브(431)의 중심축에 이르고 다시 메인튜브(431)의 중심축을 따라 하측으로 연장되어 프로세싱 챔버(100)에 이르는 유로를 형성한다.
그리고 제1인젝션튜브(420)의 삽입부(421)와 제2인젝션튜브(430)의 수용부(431a)의 미끄럼면 사이의 기밀유지를 위하여 제2오링(520)이 마련되며, 이 제2오링(520)은 삽입부(421)의 하측에 마련되는 오링홈(423)에 설치된다.
제2연결튜브(440)는 양단부가 제2인젝션튜브(430)와 프로세싱 챔버(100)에 연결되며, 프로세싱 챔버(100)와 동일한 Al2O3 재질로 만들어지는데, 이는 알루미늄재질의 제1,2인젝션튜브(420,430)를 프로세싱 챔버(100)로부터 이격시켜 증착공정에서 전기적인 안정성을 도모하기 위함이다. 그리고 연결부위에서 기밀유지를 위하여 제2연결튜브(440)의 상하단에는 제3,4오링(530,540)이 마련된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학기상증착장비의 동작을 설명한다.
화학기상증착공정은 프로세싱 챔버(100) 내부에서 수행되며, 이때 증착공정에 필요한 반응가스는 하우징(200) 내부의 기기로부터 생성되어 제2인젝션튜브(430)의 보조튜브(432)를 통하여 프로세싱 챔버(100) 내부로 공급된다.
한편, 증착공정에서 챔버 내부에 증착된 증착물을 제거하기 위하여 원격 플라즈마 소스(300)에서 NF3 가스로부터 발생된 플라즈마는 플라즈마 인젝션튜브(400)를 통하여 프로세싱 챔버(100) 내부로 공급된다.
하우징(200)은 미도시된 구조물을 통해 지면에 의해 지지되므로 프로세싱 챔버(100)가 진공일 때 하우징(200)과 원격 플라즈마 소스(300)의 하중은 프로세싱 챔버(100)에 전달되지 않는다.
프로세싱 챔버(100)는 증착 공정 중에는 진공에 가까운 낮은 기압상태에 있다가 증착공정을 마친 후에는 별도로 마련된 배기장치를 통하여 대기압 상태로 전환하게 된다. 이때 챔버 내부의 압력이 순간적으로 높아짐에 따라 프로세싱 챔버(100)가 순간적으로 팽창하게 된다. 이에 따라 제2연결튜브(440)와 제2인젝션튜브(430)가 함께 밀려올라가게 되는데 원격 플라즈마 소스(300)의 하중으로 인하여 제1인젝션튜브(420)는 밀려올라가지 않고 제1인젝션튜브(420)와 제2인젝션튜브(430) 사이에는 도3에 도시된 바와 같이 미끄럼운동이 일어나게 된다. 따라서 프로세싱 챔버(100) 내부의 압력변화로 인해 프로세싱 챔버(100)가 팽창할 때 제1인젝션튜브(420)와 제2인젝션튜브(430) 사이에서 일어나는 미끄럼운동으로 인하여 플라즈마 인젝션튜브(400)의 전체적인 길이가 짧아지면서 원격 플라즈마 소스(300)의 하중으로 인한 충격이 프로세싱 챔버(100)에 전달되지 않도록 완충작용을 하여 플라즈마 인젝션튜브(400)와 프로세싱 챔버(100)의 연결부위에서의 파손이 방지된다.
결론적으로 프로세싱 챔버(100) 내부의 압력상태에 따라 제2인젝션튜브(430)가 상하로 슬라이딩하게 되므로 원격 플라즈마 소스(300)의 하중으로 인한 충격이 프로세싱 챔버(100)에 전달되는 것이 방지된다.
또한, 제1인젝션튜브(420)와 제2인젝션튜브(430) 사이에 마련되는 제2오링(520)은 미끄럼면 사이에서 발생할 수 있는 누설을 방지한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착장비는 플라즈마 인젝션튜브의 제1인젝션튜브가 제2인젝션튜브내에 미끄럼 가능하게 설치되어 프로세싱 챔버의 압력변화 시에 원격 플라즈마 소스의 하중으로 인한 충격이 프로세싱 챔버에 전달되지 않아 프로세싱 챔버의 파손을 방지 할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학기상증착장비를 도시한 단면도.
도2는 도1의 화학기상증착장비의 플라즈마 인젝션튜브의 요부를 도시한 단면도.
도3은 도2의 화학상증착장비의 플라즈마 인젝션튜브의 동작을 도시한 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 프로세싱 챔버 200: 하우징
210: 미드플레이트 300: 원격 플라즈마 소스
400: 플라즈마 인젝션튜브 410: 제1연결튜브
420: 제1인젝션튜브 430: 제2인젝션튜브
431: 메인튜브 432: 보조튜브
440: 제2연결관

Claims (10)

  1. 화학기상증착공정이 수행되는 프로세싱 챔버와, 상기 프로세싱 챔버를 클리닝하기 위한 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 소스와, 상기 원격 플라즈마 소스로부터 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 인젝션튜브를 포함하고,
    상기 플라즈마 인젝션튜브는 상기 프로세싱 챔버의 압력변화 시에 상기 프로세싱 챔버에 전달되는 충격이 방지되도록 완충기능을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 인젝션튜브는 길이가 가변적인 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 인젝션튜브는 복수의 튜브가 미끄럼 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 인젝션튜브는 외주면에 미끄럼면이 형성된 제1인젝션튜브와, 상기 제1인젝션튜브와 미끄럼 운동하도록 내주면에 미끄럼면이 형성된 제2인젝션튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 인젝션튜브는 상기 제1인젝션튜브와 상기 제2인젝션튜브의 미끄럼면 사이의 기밀 유지를 위한 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오링은 상기 제1인젝션튜브에 형성되는 오링홈에 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2인젝션튜브는 클리닝용 플라즈마가 지나는 유로를 형성하는 메인튜브와, 상기 메인튜브 내부에 마련되어 증착공정용 반응가스가 지나는 유로를 형성하는 보조튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조튜브는 상기 메인튜브의 일측에 마련되는 흡입구로부터 반경방향으로 상기 메인튜브의 중심축에 이르고 상기 메인튜브의 중심축을 따라 하측으로 연장되어 상기 프로세싱 챔버에 이르는 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 소스는 상기 프로세싱 챔버의 상부에 설치되고, 상기 플라즈마 인젝션튜브는 상하방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 인젝션튜브는 외주면에 미끄럼면이 형성된 제1인젝션튜브와, 상기 제1인젝션튜브와 미끄럼 운동하도록 내주면에 미끄럼면이 형성된 제2인젝션튜브와, 상기 제1인젝션튜브와 상기 제2인젝션튜브의 미끄럼면 사이의 기밀 유지를 위한 오링을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
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