KR20080020202A - Shower head assembly in semiconductor device fabricating equipment - Google Patents

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Abstract

A shower head assembly of semiconductor device fabricating equipment is provided to enhance the reliability of a thin film forming process by implementing the shower head assembly in a CVD apparatus. A shower head assembly of semiconductor device fabricating equipment includes a shower head body(11), a spraying plate, and an inner spraying plate(20). The shower head body has a space part of a buffer where process gas flows in. The spraying plate, which is formed at a lower portion of the shower head body, sprays gas injected in the space. The inner spraying plate, which is installed at the space and formed the same diameter as the spraying plate, includes plural distribution holes.

Description

반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조{Shower head assembly in semiconductor device fabricating equipment}Shower head assembly in semiconductor device fabrication equipment

도 1은 종래기술에 따른 박막형성 장치의 개략적 블록도1 is a schematic block diagram of a thin film forming apparatus according to the prior art

도 2는 도 1중 샤워 헤드의 세부 형태도2 is a detailed configuration diagram of the shower head of FIG.

도 3은 도 2의 샤워 헤드의 구조에 따라 생성되는 파티클 발생 패턴도3 is a particle generation pattern diagram generated according to the structure of the shower head of FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 샤워 헤드 조립체의 구조도4 is a structural diagram of a shower head assembly according to an embodiment of the present invention

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 소자 제조장비에 관한 것으로, 특히 박막형성 장치에 적용되는 샤워 헤드 조립체 구조에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device manufacturing equipment for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a shower head assembly structure applied to the thin film forming apparatus.

근래에, 휴대용 멀티미디어 플레이어(PMP), 컴퓨터 등과 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 메모리 등과 같은 반도체 소자의 기능도 비약적으로 발전하고 있다. 최근의 반도체 제품들의 경우, 경쟁력 확보를 위해 낮은 비용, 고품질을 위해 필수적으로 제품의 고집적화가 요구된다. 고집적화를 위해서는 트랜지스 터 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운이 수반되어지며, 그에 따라 반도체 제조 공정 및 제조 장비도 다양한 형태로 발전되어지는 추세이다. 특히, 하이 퍼포먼스 디바이스를 사용자들이 요구함에 따라 그러한 반도체 소자를 제조하는 제조 장비의 기능이나 동작 퍼포먼스는 매우 중요하게 대두되고 있다. In recent years, with the rapid spread of information media such as portable multimedia players (PMPs), computers, and the like, the functions of semiconductor devices such as semiconductor memories and the like have been rapidly developed. In the case of recent semiconductor products, high integration of products is essential for low cost and high quality to secure competitiveness. In order to achieve high integration, scale-down including thinning and shortening the gate oxide thickness and channel lengths of the transistor device is accompanied, and accordingly, semiconductor manufacturing processes and manufacturing equipments are also developed in various forms. In particular, as users demand high-performance devices, the function and operation performance of manufacturing equipment for manufacturing such semiconductor devices are very important.

통상적으로, 반도체 제조공정에 있어서 웨이퍼를 가공하는 제조장비는 웨이퍼를 이송하기 위한 이송로봇과, 웨이퍼의 상부에 원하는 물질막을 형성하는 박막형성 장비와, 웨이퍼 상에 감광액을 도포하는 코터(coater)와, 상기 도포된 감광액을 베이킹하는 베이크 유닛과, 상기 웨이퍼를 일정한 위치에 정렬시키기 위한 정렬기와, 마스크나 레티클의 패턴이 웨이퍼 상부의 감광막에 전사되도록 하기 위해 노광원을 제공하는 노광기와, 상기 노광된 감광막을 현상하여 식각 마스크로서 사용되어질 감광막 패턴이 얻어지도록 하는 현상기와, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 막을 식각하는 식각장치와, 상기 웨이퍼의 특정한 부분에 필요한 불순물 이온을 주입하기 위한 이온 주입장치를 포함한다. In general, a manufacturing apparatus for processing a wafer in a semiconductor manufacturing process includes a transfer robot for transferring a wafer, a thin film forming apparatus for forming a desired material film on top of the wafer, a coater for applying a photoresist on the wafer, A bake unit for baking the applied photosensitive liquid, an aligner for aligning the wafer at a predetermined position, an exposure unit for providing an exposure source to transfer a pattern of a mask or a reticle to the photosensitive film on the wafer, A developing device for developing a photoresist film to obtain a photoresist pattern to be used as an etching mask, an etching apparatus for etching an exposed film using the photoresist pattern as an etching mask, and an ion for implanting impurity ions required for a specific portion of the wafer And an injection device.

상기한 반도체 제조 장비들 중에서 박막형성 장비로써 박막을 형성하는 방법들 중에는 스퍼터링 방법이나 CVD(Chemical Vapor Deposion)방법이 있다. 여기서, CVD 방법의 종류들로서는 APCVD(Atmospheric Pressure CVD), LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법이 잘 알려져 있다.Among the above semiconductor manufacturing equipment, among the methods of forming a thin film as a thin film forming equipment is a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Deposion) method. Here, as the types of CVD methods, APCVD (Atmospheric Pressure CVD), LPCVD (Low Pressure CVD), and PECVD (Plasma Enhanced CVD) methods are well known.

도 1은 종래기술에 따른 박막형성 장치의 개략적 블록도이다. 종래 기술에 의한 CVD 설비는 도 1에 도시된 바와 같이 증착 챔버(C)를 형성하는 본체(1)가 있 고, 상기 증착 챔버(C)에는 웨이퍼(W)를 안착시키는 서셉터(2)가 있고, 상기 서셉터(2)의 내부에는 웨이퍼(W)에 열을 가하도록 히터(3)가 설치되어 있으며, 상기 서셉터(2)의 상부에는 웨이퍼(W)에 공정 가스를 분사하기 위한 샤워 헤드(10)가 설치되어 있다.1 is a schematic block diagram of a thin film forming apparatus according to the prior art. In the CVD apparatus according to the prior art, as shown in FIG. 1, the main body 1 forms a deposition chamber C, and the deposition chamber C includes a susceptor 2 on which a wafer W is seated. The heater 3 is installed inside the susceptor 2 to apply heat to the wafer W, and the shower for injecting a process gas onto the wafer W is disposed above the susceptor 2. The head 10 is provided.

상기 샤워 헤드(12)는 소정의 체적을 가지는 샤워 헤드 몸체(11)의 내부에 공정 가스가 유입되는 버퍼 공간부(12)가 형성되어 있고, 상기 샤워 헤드 몸체(11)의 저면에는 상기 버퍼 공간부(12)에 유입된 공정 가스들이 웨이퍼(W)의 상면에 분사되도록 복수 개의 분사홀(13a)이 관통 형성된 분사판(13)이 설치되어 있다.The shower head 12 has a buffer space 12 into which a process gas is introduced into a shower head body 11 having a predetermined volume, and a bottom of the shower head body 11 has the buffer space. An injection plate 13 having a plurality of injection holes 13a penetrated therein is installed so that the process gases introduced into the unit 12 are injected onto the upper surface of the wafer W.

미설명 부호(12a)는 가스가 공급되는 가스 공급관을 나타낸다. 이와 같이 구성된 증착 장비는 먼저, 웨이퍼(W)의 상면에 박막을 증착 시키기 위해서 서셉터(2)의 상면에 웨이퍼(W)를 탑재 하고 웨이퍼(W)를 일정 온도로 가열한 상태에서 샤워 헤드(10)의 버퍼 공간부(12)에 유입된 증착 가스와 캐리어 가스 및 산소로 이루어진 공정 가스를 서셉터(2)에 안착되어 있는 웨이퍼(W)의 상면에 분사하여 일정 두께의 증착막을 형성하게 된다. 보통 히터(3)의 가열 온도는 350℃ ~ 500℃ 정도로 설정된다.Reference numeral 12a denotes a gas supply pipe to which gas is supplied. In the deposition apparatus configured as described above, in order to deposit a thin film on the upper surface of the wafer W, the shower head is mounted on the upper surface of the susceptor 2 and the wafer W is heated to a predetermined temperature. The deposition gas introduced into the buffer space portion 12 of FIG. 10 and a process gas including a carrier gas and oxygen are sprayed onto the upper surface of the wafer W seated on the susceptor 2 to form a deposition film having a predetermined thickness. . Usually, the heating temperature of the heater 3 is set to about 350 to 500 degreeC.

도 2를 참조하면, 도 1중 샤워 헤드의 세부 형태가 보여진다. 도면에서, 내부 분산 플레이트(13)가 도 1의 버퍼 공간부(12)의 내부에 위치되어 있는 것이 보여진다. 상기 내부 분산 플레이트(13)는 상기 가스 공급관(11)을 통해 인가되는 가스를 내부공간에 분산시켜 상기 분사판(15)으로 공급하는 역할을 한다. 여기서, 상기 내부 분산 플레이트(13)의 구조는 중심점에 대하여 서로 같은 거리에 이격 위치 된 3개의 스루홀(14)이 형성된 원반형으로 되어 있기 때문에, 가스의 분산 역할을 충분히 수행하지 못한다. 이에 따라, 웨이퍼의 상부에는 도 3에서 보여지는 바와 같은 파티클 불량이 발생되는 문제점이 있다. Referring to FIG. 2, the detailed shape of the shower head of FIG. 1 is shown. In the figure, it is seen that the inner distribution plate 13 is located inside the buffer space 12 of FIG. 1. The internal distribution plate 13 serves to distribute the gas applied through the gas supply pipe 11 to the internal space and supply the gas to the injection plate 15. In this case, since the internal dispersion plate 13 has a disk shape in which three through holes 14 are spaced apart from each other at the same distance from the center point, the inner dispersion plate 13 does not sufficiently perform a role of dispersing gas. Accordingly, there is a problem that particle defects, as shown in FIG. 3, occur at the top of the wafer.

도 3은 도 2의 샤워 헤드의 구조에 따라 생성되는 파티클 발생 패턴도이다. 도면을 참조하면, 샤워 헤드의 형태에 대응되는 파티클 패턴이 나타나 불량을 형성하는 것이 보여진다. 이러한 요인은 상기 내부 분산 플레이트(13)에 가스가 부딪히면서 빠른 속도로 옆으로 퍼져나감에 따라, 샤워 헤드 및 챔버 내부의 압력이 흔들려 챔버 및 샤워 헤드에 부착되어 있는 파티클이 샤워 헤드와 같은 형상으로 웨이퍼 상에 부착되기 때문이다. FIG. 3 is a particle generation pattern diagram generated according to the structure of the shower head of FIG. 2. Referring to the drawings, it is seen that a particle pattern corresponding to the shape of the shower head appears to form a defect. This is caused by the fact that as the gas strikes the inner distribution plate 13 and spreads laterally at high speed, the shower head and the pressure inside the chamber are shaken, and the particles attached to the chamber and the shower head are shaped like a shower head. This is because it is attached to the phase.

결국, 가스의 분산 기능을 보다 원활히 하여 파티클의 발생을 최소화 또는 감소시킬 수 있는 바람직한 해결책이 절실히 요망된다. As a result, there is an urgent need for a preferred solution that can facilitate the dispersion function of the gas to minimize or reduce the generation of particles.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 반도체 소자 제조장비에서의 개선된 샤워 헤드 조립체 구조를 제공함에 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved shower head assembly structure in a semiconductor device manufacturing equipment that can solve the above-mentioned conventional problems.

본 발명의 다른 목적은 챔버 내부 파티클의 발생을 최소화 또는 감소시킬 수 있는 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a shower head assembly structure in a semiconductor device manufacturing apparatus capable of minimizing or reducing generation of particles in a chamber.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조는, According to an aspect of the present invention for achieving the above objects, the shower head assembly structure in a semiconductor device manufacturing equipment,

내부에 형성된 버퍼 공간부에 공정 가스가 유입되는 샤워 헤드 몸체와;A shower head body through which a process gas flows into a buffer space formed therein;

상기 샤워 헤드 몸체의 저면에 설치되어 상기 버퍼 공간부에 유입된 가스를 분사하는 분사판과;An injection plate installed on a bottom surface of the shower head body to inject a gas introduced into the buffer space;

상기 버퍼 공간부에 설치되고 상기 분사판의 상부에서 상기 분사판과 실질적으로 동일한 직경으로 이루어지며 복수의 분산 홀들이 형성된 내부 분산 플레이트를 구비한다. It is provided in the buffer space portion and has an internal distribution plate made of a substantially the same diameter as the injection plate in the upper portion of the injection plate and formed with a plurality of dispersion holes.

바람직하기로, 상기 내부 분산 플레이트는, 상기 분사판의 외경 프레임의 가장자리에 고정적으로 설치될 수 있으며, 상기 분산 홀들은, 상기 샤워 헤드의 중심점에 대하여 동심원을 이루면서 방사선 형태로 확장 형성되어질 수 있다. Preferably, the inner dispersion plate may be fixedly installed at an edge of the outer diameter frame of the jet plate, and the dispersion holes may be extended in a radiation form while forming a concentric circle with respect to a center point of the shower head.

또한, 상기 샤워 헤드 조립체는 화학 기상 증착 장비에 바람직하게 적용될 수 있다. In addition, the shower head assembly may be preferably applied to chemical vapor deposition equipment.

상기한 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조에 따르면, 공정가스의 분산흐름에 의해 웨이퍼 상에 나타나는 파티클 발생 불량이 최소화 또는 감소되는 효과가 있다.According to the shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing equipment, there is an effect that the particle generation defects appearing on the wafer is minimized or reduced by the dispersion flow of the process gas.

이하에서는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조에 대한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 비록 서로 다른 도면에 표시되어 있더라도 동일 내지 유사한 기능을 수행하는 구성요소들은 동일한 참조부호로서 나타나 있다. Hereinafter, a preferred embodiment of the shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although shown in different drawings, components that perform the same or similar functions are represented by the same reference numerals.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 샤워 헤드 조립체의 구조도이다. 도면을 참 조하면, 내부에 형성된 버퍼 공간부에 공정 가스가 유입되는 샤워 헤드 몸체(11)와, 상기 샤워 헤드 몸체의 저면에 설치되어 상기 버퍼 공간부에 유입된 가스를 분사하는 분사판(15)과, 상기 버퍼 공간부에 설치되고 상기 분사판의 상부에서 상기 분사판과 실질적으로 동일한 직경으로 이루어지며 복수의 분산 홀(21)들이 형성된 내부 분산 플레이트(20)를 구비한 조립체 구조가 보여진다. 4 is a structural diagram of a shower head assembly according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, a shower head body 11 into which a process gas flows into a buffer space portion formed therein, and a jet plate 15 installed on a bottom surface of the shower head body to spray gas introduced into the buffer space portion. ) And an assembly structure having an inner distribution plate 20 installed in the buffer space and having a diameter substantially the same as that of the injection plate and having a plurality of distribution holes 21 formed thereon. .

여기서, 상기 내부 분산 플레이트(20)는, 상기 분사판(15)의 외경 프레임의 가장자리에 고정적으로 설치될 수 있으며, 상기 분산 홀(21)들은, 상기 샤워 헤드의 중심점에 대하여 동심원을 이루면서 방사선 형태로 확장 형성되어질 수 있다. 또한, 상기한 바와 같은 내부 분산 플레이트(20)를 가지는 샤워 헤드 조립체는 화학 기상 증착 장비에 바람직하게 적용될 수 있다. Here, the inner dispersion plate 20 may be fixedly installed at the edge of the outer diameter frame of the jet plate 15, the dispersion holes 21, the radiation shape while forming a concentric circle with respect to the center point of the shower head It can be extended to form. In addition, the shower head assembly having the internal dispersion plate 20 as described above may be preferably applied to chemical vapor deposition equipment.

도 4에서 보여지는 바와 같은 내부 분산 플레이트(20)의 재질은 스테인레스 스틸일 수 있다. 여기서, 상기 분산 홀(21)의 내경 가공은 방전가공이 바람직하며, 가스 흐름의 저항을 최대한 줄이기 위하여 연마처리될 수 있다. 결국, 종래의 구조에 비해 큰 분산 면적을 가지며 다수의 분산 홀들이 형성되기 때문에 가스의 분산시에 받는 저항이 작아서, 가스 흐름에 따라 발생되는 파티클의 수가 현저히 감소될 수 있게 된다. The material of the inner dispersion plate 20 as shown in FIG. 4 may be stainless steel. Here, the inner diameter machining of the dispersion hole 21 is preferably electric discharge machining, and may be polished to reduce the resistance of the gas flow as much as possible. As a result, since a large dispersion area and a plurality of dispersion holes are formed in comparison with the conventional structure, the resistance received at the time of gas dispersion is small, so that the number of particles generated by the gas flow can be significantly reduced.

그러므로, 도 4에서 보여지는 화살표와 같이 내부의 가스 분산 흐름과 외부의 가스흐름 분산 간의 압력차이가 비교적 작으므로 상기 내부 분산 플레이트(20)에 가스가 부딪히면서 퍼져나가는 속도가 느리다. 이에 따라, 샤워 헤드 및 챔버 내부의 압력이 흔들림이 적어 챔버 및 샤워 헤드에 부착되어 있는 파티클이 비산될 수 있는 확률이 상대적으로 준다. 그러므로, 웨이퍼 상에는 샤워 헤드와 같은 형상의 파티클 패턴이 부착되기 어렵게 된다. Therefore, as shown by the arrow shown in FIG. 4, since the pressure difference between the gas dispersion flow inside and the gas flow dispersion outside is relatively small, the rate of spreading as the gas strikes the internal dispersion plate 20 is slow. Accordingly, the pressure inside the shower head and the chamber is less shaken, and thus the probability that particles attached to the chamber and the shower head are scattered is relatively high. Therefore, it is difficult to attach a particle pattern shaped like a shower head onto the wafer.

이와 같이, 도 4의 구조에 따라, 공정가스의 분산흐름에 의해 웨이퍼 상에 나타나는 파티클 발생 불량이 줄어든다. As described above, according to the structure of FIG. 4, defects in particle generation appearing on the wafer due to the dispersion flow of the process gas are reduced.

상기한 설명에서는 본 발명의 실시예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 내부 분산 플레이트의 형상이나 사이즈, 그리고 설치 위치를 변경할 수 있음은 물론이다. In the above description, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, for example. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified or changed within the scope of the technical idea of the present invention. . For example, if the matter is different, it is possible to change the shape and size of the inner dispersion plate and the installation position.

상기한 바와 같이 본 발명의 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조에 따르면, 공정가스의 분산흐름에 의해 웨이퍼 상에 나타나는 파티클 발생 불량이 최소화 또는 감소되는 효과가 있다. 그러므로 본 발명의 장치를 화학기상증착 장비에 적용할 경우에 제조공정의 로스가 감소되고 박막 형성 공정의 신뢰성이 증대되는 장점이 있다. As described above, according to the shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention, particle generation defects appearing on the wafer are minimized or reduced by the dispersion flow of process gas. Therefore, when the apparatus of the present invention is applied to chemical vapor deposition equipment, there is an advantage that the loss of the manufacturing process is reduced and the reliability of the thin film forming process is increased.

Claims (4)

반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조에 있어서:In the shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing equipment: 내부에 형성된 버퍼 공간부에 공정 가스가 유입되는 샤워 헤드 몸체와;A shower head body through which a process gas flows into a buffer space formed therein; 상기 샤워 헤드 몸체의 저면에 설치되어 상기 버퍼 공간부에 유입된 가스를 분사하는 분사판과;An injection plate installed on a bottom surface of the shower head body to inject a gas introduced into the buffer space; 상기 버퍼 공간부에 설치되고 상기 분사판의 상부에서 상기 분사판과 실질적으로 동일한 직경으로 이루어지며 복수의 분산 홀들이 형성된 내부 분산 플레이트를 구비함을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조.Shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing equipment, characterized in that provided in the buffer space and the upper portion of the jet plate having a substantially the same diameter as the jet plate and formed with a plurality of dispersion holes formed a plurality of dispersion holes . 제1항에 있어서, 상기 내부 분산 플레이트는,The method of claim 1, wherein the inner dispersion plate, 상기 분사판의 외경 프레임의 가장자리에 고정적으로 설치됨을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조. Shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing equipment, characterized in that fixedly installed on the edge of the outer frame of the jet plate. 제1항에 있어서, 상기 분산 홀들은, The method of claim 1, wherein the dispersion holes, 상기 샤워 헤드의 중심점에 대하여 동심원을 이루면서 방사선 형태를 확장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조.Shower head assembly structure in the semiconductor device manufacturing equipment, characterized in that the radiation form extending to form a concentric circle with respect to the center point of the shower head. 제1항에 있어서, 상기 샤워 헤드 조립체는 화학 기상 증착 장비에 적용됨을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장비에서의 샤워 헤드 조립체 구조.2. The shower head assembly structure of claim 1, wherein the shower head assembly is applied to chemical vapor deposition equipment.
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