KR20060036727A - 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정챔버 내부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 균일해질 수 있도록 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐을 개시한 것이다. 개시한 가스공급노즐은 내부에 길이방향으로 형성된 공급유로와, 상기 공급유로의 출구 쪽에 출구방향으로 갈수록 내경이 점차 확장되도록 형성된 확산유도부를 포함하는 것이다.

Description

반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐{GAS SUPPLY NOZZLE OF PROCESSING CHAMBER FOR MAKING SEMICONDUCTOR}
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2은 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A"부 상세도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐의 출구구조를 나타낸 단면도로, 다른 실시 예를 보인 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐의 출구 배치구조를 나타낸 정면도로, 다른 실시 예를 보인 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 공정챔버, 11: 몸체,
12: 덮개, 13: 척,
14: 가스 분배링, 17: 가스공급부,
19: 배기구, 21: 압력제어장치,
22: 진공펌프, 24: 유도코일,
30: 가스공급노즐, 32: 공급유로,
34,43: 확산유도부, 35: 내경축소부.
본 발명은 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 기판 쪽으로 공급하는 공정가스를 고르게 분사할 수 있도록 한 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐에 관한 것이다.
반도체 제조공정 가운데 통상의 증착공정이나 식각공정 등을 수행할 때는 진공상태의 공정챔버 내부에 반응성 공정가스를 공급한 후, 고주파전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 해리됨과 동시에 화학적 반응이 생기도록 함으로써 반도체 기판 표면에 증착이나 식각이 이루어지도록 한다.
이러한 공정들을 수행할 때는 공정챔버 내부로 공급되는 공정가스가 반도체 기판(W) 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 반도체 기판(W) 표면의 증착이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있게 된다. 또 식각공정을 수행할 때도 공정가스의 분포가 균일할 때 전체적으로 스퍼터링(sputtering)이 균일해지면서 소망하는 식각을 수행할 수 있게 된다. 따라서 통상적인 반도체 제조용 공정챔버의 내부에는 공정가스를 기판 주위의 반응영역에 고르게 공급할 수 있도록 다수의 가스공급노즐들이 설치되어 있다.
통상적인 공정챔버에 있어서 가스공급노즐들은 미국특허 6,486,081호에 개시 된 바와 같이, 공정가스를 기판 상부의 반응영역에 고루 공급할 수 있도록 다수개가 상호 이격된 상태에서 공정챔버의 내면으로부터 소정길이 돌출하는 형태로 설치되어 있다. 또 이러한 가스공급노즐들은 일부를 제외한 대부분의 노즐들이 동일평면 상에 위치하고 길이가 동일하게 마련됨으로써 반응영역에 공정가스의 분배가 고르게 이루어질 수 있도록 하고 있다.
그러나 이러한 종래 가스공급노즐들은 각 노즐의 출구가 하나로 이루어진 것이고, 노즐의 출구부분이 직선형으로 이루어진 것이기 때문에 각 노즐로부터 분사되는 공정가스의 확산범위가 크지 않아 반응영역에 공급되는 공정가스의 분포가 균일해지도록 하기 어려웠다. 특히 가스공급노즐들로부터 분사되는 공정가스는 노즐의 출구가 직선형인 관계로 소정구간 직진성을 유지하는데, 노즐을 설치하는 과정에서 일부 노즐의 출구방향이 틀어질 경우 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 불균일해질 수 있기 때문에 가스공급노즐을 설치할 때 세심한 주의를 기울여야 하는 등 가스공급노즐의 설치가 어려웠다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공정챔버 내부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 균일해지도록 하여 소망하는 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스공급노즐을 설치하는 과정에서 일부 노즐의 출구방향이 틀어지더라도 공정챔버 내부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 균일해질 수 있도록 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공정챔버 내부로 공정가스를 공급하는 가스공급노즐을 포함하는 반도체 제조용 공정챔버에 있어서, 상기 가스공급노즐은 내부에 길이방향으로 형성된 공급유로와, 상기 공급유로의 출구 쪽에 출구방향으로 갈수록 내경이 점차 확장되도록 형성된 확산유도부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가스공급노즐은 방사형으로 분기되는 복수의 출구를 구비하며, 상기 복수의 출구에 상기 확산유도부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가스공급노즐은 상기 공급유로와 상기 확산유도부 사이에 상기 공급유로의 내경보다 내경이 축소되는 되도록 형성되는 내경축소부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 확산유도부의 분사각이 3 ~ 15도이고, 상기 확산유도부의 길이가 2 ~ 5mm 인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버(10)는 반도체 기판(W)의 가공공정을 수행하기 위한 공간을 형성하는 것으로 상부가 개방된 원통형의 몸체(11)와, 몸체(11)의 개방된 상부를 덮는 덮개(12)를 포함한다. 여기 서 공정챔버(10)를 통해 수행하는 가공공정이란 반도체 기판(W) 상에 막을 형성시키기 위한 증착공정일 수 있고, 반도체 기판(W) 표면에 형성된 막을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 공정일 수 있다.
공정챔버(10)의 내부에는 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 척(13)이 설치된다. 척(13)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판(W)을 고정할 수 있는 정전 척으로 이루어진다.
공정챔버(10)의 내측 상부에는 공정챔버(10)의 내부로 공정가스를 공급하기 위한 다수의 가스공급노즐들(30)이 설치된다. 가스공급노즐들(30)은 덮개(12)의 하단에 결합되는 원형의 가스 분배링(14) 내주면에 다수개가 상호 이격된 상태로 설치된다. 가스 분배링(14)에는 각 가스공급노즐(30)로 공정가스를 공급할 수 있도록 가스안내홈(15)이 형성되고, 가스안내홈(15)은 공정가스를 공급하는 가스공급부(17)와 배관(16)을 통해 연결된다. 또 가스 분배링(14)과 몸체(11)가 상호 결합되는 부분에는 공정챔버(10) 내부가 진공상태로 유지될 수 있도록 함과 동시에 공정가스의 누설을 방지하기 위한 실링부재(18)가 설치된다. 여기서 가스공급부(17)는 구체적으로 도시하지는 않았지만 공정가스를 저장하는 저장용기이거나 공정가스를 발생시키는 가스발생기일 수 있고, 공정가스의 공급을 조절하는 밸브시스템을 포함하는 것일 수 있다.
공정챔버(10) 하부 쪽에는 공정챔버(10) 내부의 반응 부산물 및 미 반응가스를 배출시키기 위한 배출구(19)가 형성되고, 배출구(19)와 연결된 배출유로(120)에는 공정챔버(10) 내부를 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(22) 및 압력제어장치 (21)가 설치된다.
덮개(12) 상부에는 공정챔버(10) 내부로 공급되는 공정가스를 플라스마 상태로 만들기 위해 전기장을 형성하는 것으로 고주파 전원(23)이 연결된 유도코일(24)이 설치된다. 이때 덮개(12)는 유도코일(24)에 의해 생기는 전기장이 덮개(12) 내측에 형성되어 공정가스를 플라즈마 상태로 만들 수 있도록 세라믹 재질로 이루어지고, 공정챔버(10) 내부의 척(13)에는 플라즈마 상태의 공정가스를 반도체 기판(W)으로 유도할 수 있도록 바이어스 전원이 인가된다.
이러한 공정챔버(10)를 이용하여 증착공정을 수행할 때는 공정챔버(10) 내부의 척(13)에 반도체 기판(W)을 고정시키고, 증착을 수행하기 위한 반응성 공정가스가 가스공급노즐들(30)을 통해 공정챔버(10) 내부로 공급되도록 하며, 진공펌프(22)와 압력제어장치(21)의 동작에 의해 공정챔버(10) 내부가 진공상태를 유지하도록 한다. 또 유도코일(24)에 전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 되도록 한다. 이렇게 하면, 공정가스가 해리되고 화학반응이 생기면서 반도체 기판(W) 표면에 증착에 의한 막이 형성된다.
기판(W) 표면의 막을 식각하는 공정을 수행할 때는 공정챔버(10) 내에 식각공정을 수행하기 위한 공정가스를 주입하여 플라즈마 상태를 만든 후, 이온화 된 입자들이 반도체 기판(W)에 충돌하도록 함으로써 물리적 또는 화학적 작용에 의해 원하는 패턴으로 식각시킬 수 있다.
한편, 이와 같은 공정들을 수행할 때는 공정가스가 반도체 기판(W) 주위의 반응영역에 균일하게 분포하고 공정가스의 밀도가 높을 때 기판(W) 표면에 소망하 는 공정을 균일하게 수행할 수 있게 되는데, 본 발명은 각 가스공급노즐(30)로부터 공정챔버(10) 내부로 공급되는 공정가스가 확산되도록 함으로써 기판(W) 상부의 반응영역에 공정가스가 균일하게 분포할 수 있도록 한다.
이러한 가스공급노즐(30)은 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 분배링(14)에 결합되며 내부에 길이방향으로 공급유로(32)가 형성된 노즐몸체(31)를 구비한다. 노즐몸체(31)는 출구 쪽으로 갈수록 외경이 점차 작아지는 테이퍼형태로 이루어지고, 공급유로(32)의 입구 쪽에 마련된 나사결합부(33)가 가스 분배링(14)에 체결됨으로써 고정된다.
가스공급노즐(30)의 출구에는 도 3에 도시한 바와 같이, 출구방향으로 갈수록 내경이 점차 확장되는 콘(Cone)형 확산유도부(34)가 마련된다. 또 확산유도부(34)와 공급유로(32) 사이에는 공급유로(32)의 내경보다 작아지는 내경축소부(35)가 마련된다.
이러한 구성은 확산유도부(34)에 의해 공정챔버(10) 내부로 분사되는 공정가스의 분사각(θ)이 커져 반도체 기판(W) 상부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 보다 균일해 질 수 있도록 한 것이다. 즉 각 가스공급노즐(30)로부터 분사되는 공정가스의 분사범위가 넓어짐으로써 반응영역 전체의 공정가스 분포가 균일해져 증착공정이나 식각공정 등을 보다 균일하게 수행할 수 있도록 한 것이다. 또 이러한 구성은 가스공급노즐(30)을 설치하는 과정에서 출구의 방향이 다소 틀어지더라도 각 가스공급노즐(30)의 분사범위가 넓어짐으로 인해 공정챔버(10) 내부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 균일해질 수 있도록 한 것이다. 이때 확 산유도부(34)의 분사각(θ)은 3 ~ 15도 정도가 되도록 함이 좋고, 확산유도부(34)의 길이( )는 2 ~ 5mm 정도가 되도록 함이 좋다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 가스공급노즐의 다른 실시 예를 나타낸 것이다. 이는 가스공급노즐(40)의 출구가 공급유로(41)로부터 방사형으로 분기된 복수의 출구(42)로 이루어지고, 각 출구(42)에 상술한 바와 같은 확산유도부(43)가 마련된 경우이다. 이는 가스공급노즐(40)로부터 분사되는 공정가스의 확산범위가 더욱 커지도록 하여 공정가스의 분포가 더욱 균일해 질 수 있도록 한 것이다. 이때는 도 5에 도시한 바와 같이, 4개의 출구(42)가 상호 등 간격을 유지하도록 배치하는 것이 좋고, 도 4에 도시한 바와 같이, 가스공급노즐(40)의 중심선과 각 출구(42)의 중심선 사이의 각도(α)는 대략 60도 정도를 유지하도록 하는 것이 좋다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐은 출구에 마련되는 확산유도부에 의해 공정챔버 내부로 분사되는 공정가스의 분사각이 커져서 반도체 기판 상부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 보다 균일해지기 때문에 공정챔버 내에서 수행하는 증착이나 식각공정 등이 균일하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 가스공급노즐의 출구에 확산유도부가 마련되기 때문에 가스공급노즐을 설치하는 과정에서 일부 노즐의 출구방향이 틀어지더라도 공정챔버 내부의 반응영역으로 공급되는 공정가스의 분포가 균일해질 수 있기 때문에 종래 가스공급노즐에 비하여 가스공급노즐의 설치가 용이한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 공정챔버 내부로 공정가스를 공급하는 가스공급노즐을 포함하는 반도체 제조용 공정챔버에 있어서,
    상기 가스공급노즐은 내부에 길이방향으로 형성된 공급유로와, 상기 공급유로의 출구 쪽에 출구방향으로 갈수록 내경이 점차 확장되도록 형성된 확산유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급노즐은 방사형으로 분기되는 복수의 출구를 구비하며, 상기 복수의 출구에 상기 확산유도부가 마련되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스공급노즐은 상기 공급유로와 상기 확산유도부 사이에 상기 공급유로의 내경보다 내경이 축소되는 되도록 형성되는 내경축소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 확산유도부의 분사각이 3 ~ 15도 인 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 확산유도부의 길이가 2 ~ 5mm 인 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버의 가스공급노즐.
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