KR20080060782A - 가스 노즐과, 이들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착설비 - Google Patents

가스 노즐과, 이들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착설비 Download PDF

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KR20080060782A
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Abstract

본 발명은 가스 노즐 및 이들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비에 관한 것이다. 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 공정 챔버 내부에 복수 개의 가스 노즐들을 구비한다. 가스 노즐은 하나의 몸체에 서로 다른 소스 가스들을 분사하는 복수 개의 분사구를 구비한다. 따라서 본 발명에 의하면, 하나의 몸체를 이용하여 복수 개의 소스 가스를 공급하는 가스 노즐을 구비함으로써, 가스 노즐들을 구비하는 전체 설비의 구조를 단순화하고, 가스 분사량을 균일하게 할 수 있다.
반도체 제조 설비, HDP-CVD, 플라즈마, 가스 인젝터, 가스 노즐, 분사구

Description

가스 노즐과, 이들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비{GAS NOZZLES AND PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION EQUIPMENT COMPRISING THEM}
도 1은 일반적인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 개략적인 구성을 도시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 가스 인젝터의 구성을 도시한 평면도;
도 3은 도 1에 도시된 가스 노즐의 구성을 도시한 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 구성을 도시한 도면;
도 5는 도 4에 도시된 가스 인젝터의 구성을 도시한 평면도;
도 6은 도 4에 도시된 가스 노즐의 구성을 도시한 단면도; 그리고
도 7은 도 6에 도시된 가스 노즐의 구성을 도시한 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 플라즈마 화학 기상 증착 설비 102 : 상부 챔버
104 : 하부 챔버 106 : 정전척
110 : 공정 챔버 120 : 가스 노즐
122 : 몸체 124 : 분사구
126 : 가스 공급 통로 128 : 체결부
130 : 가스 인젝터
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 가스 노즐 및 이들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비에 관한 것이다.
점차 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 회로 패턴들의 선폭이 더욱 미세화되고 있다. 이에 따라 회로 패턴들 사이의 갭을 채우는 능력을 극대화시키는 증착 공정인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma CVD : HDP CVD) 방법이 개발되어 있다. HDP CVD 방법은 종래의 플라즈마 CVD(Plasma Enhanced CVD : PE CVD)보다 높은 이온화 효율을 갖도록 전기장과 자기장을 인가하여 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성, 소스 가스를 분해하여 웨이퍼 상에 증착 절연막을 증착하는 방식이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 설비(2)는 증착 공정을 처리하기 위하여, 다양한 소스 가스들을 복수 개의 가스 노즐(20)들을 통해 공정 챔버(10) 내부로 공급된다. 공정 챔버(10)는 상부 챔버(12)와 하부 챔버(14)로 이루어지며, 하부 챔버(14) 내부에는 웨이퍼가 안착되는 정전척(16)이 배치된다.
따라서 가스 노즐(20)들은 상부 챔버(12)의 내부 측벽에 설치되는 가스 인젝터(gas injector)(30) 예를 들어, 가스 링(gas ring)에 일정 간격으로 배치된다. 즉, 가스 인젝터(30)는 가스 노즐(20)들이 공정 챔버(10) 내부 측벽 상단에서 공정 챔버(10) 내부의 공간을 향하도록 복수 개가 배치되며, 다양한 소스 가스들을 각각 공급하는 가스 공급원(미도시됨)으로부터 해당 소스 가스들을 공급받아 가스 노즐(20)들을 통해 공정 챔버(10) 내부로 소스 가스 및 혼합 가스를 분사시킨다. 예를 들어, 가스 노즐들은 도 2에 도시된 바와 같이, 3 개가 하나의 세트(set)(32)로 형성되고, 9 개의 세트(32)가 가스 인젝터(30)에 설치되고, 실란 가스 공급원 및 산소 가스 공급원에 각각 연결된다. 이 때, 각각의 세트(32)는 공정 챔버(10) 내부로 실란(silane) 가스를 분사하는 제 1 가스 노즐(20a) 및 제 3 가스 노즐(20c)과, 산소(O2) 가스를 분사하는 제 2 가스 노즐(20b)로 구비된다.
이러한 가스 노즐(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 몸체(22)에 하나의 분사구(24)를 구비한다. 노즐 몸체(22)는 일단에 가스 인젝터(30)를 통하여 반도체 제조 설비(도 1의 2)의 가스 공급 라인(미도시됨)에 연결되는 체결부(28)와, 타단에 하나의 분사구(24)를 구비한다. 분사구(24)는 가스 공급원(예를 들어, 실란 가스 공급원, 산소 가스 공급원)들에 연결되는 가스 공급 통로(26)와 연결되어, 소스 가스를 가스 공급 통로(26)와 동일한 방향으로 직진 분사한다. 즉, 분사구(24)는 노즐 몸체(22)의 내부 중앙에서 길이 방향으로 관통된 가스 공급 경로(26)보다 작은 직경으로 형성되어, 가스 노즐(20)의 중앙 부분에서 소스 가스를 분사한다.
그러나 이러한 가스 노즐(20)은 소스 가스를 노즐 몸체(22)에 형성된 하나의 분사구(24)을 이용하여 직진 분사하기 때문에, 공정 챔버(10) 내부로 균일하게 소스 가스를 분사할 수 없으며, 이로 인해 증착 공정에서의 증착율(deposition rate) 이 저하되는 문제점이 있다. 또 이러한 가스 노즐(20)은 하나의 분사구(20)를 구비함에 따라 소스 가스를 분사하는 방향을 조절할 수가 없다.
본 발명의 목적은 반도체 제조 설비에서 하나의 몸체를 이용하여 복수 개의 소스 가스를 공급하는 가스 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 가스 노즐들의 구조를 단순화하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 몸체를 이용하여 복수 개의 소스 가스를 공급하는 가스 노즐들을 구비하여, 가스 분사량을 균일하게 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 가스 노즐은 하나의 몸체를 이용하여 복수 개의 소스 가스를 분사하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 가스 노즐은 전체 시스템을 단순화할 수 있다.
본 발명의 반도체 제조 설비에서 이용되는 가스 노즐은, 상기 가스 노즐을 형성하는 원통형의 몸체와; 상기 몸체의 내부에 길이 방향으로 나란히 관통되어 서로 다른 가스를 공급하는 복수 개의 가스 공급 통로들과; 상기 몸체의 일단에 구비되고, 상기 가스 공급 통로들에 각각 연결되어 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 분사구들 및; 상기 몸체의 타단에 구비되어 상기 반도체 제조 설비에 연결되는 체결부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급 통로들은; 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 통로와; 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 통로 및; 상기 제 2 가스를 공급하는 제 3 가스 공급 통로를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 분사구들은; 상기 제 1 가스 공급 통로에 연결되는 제 1 분사구와, 상기 제 2 가스 공급 통로에 연결되는 제 2 분사구 및, 상기 제 3 가스 공급 통로에 연결되는 제 3 분사구를 포함한다. 여기서 상기 제 1 가스는 산소 가스이고, 상기 제 2 가스는 실란(silane) 가스이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 하나의 몸체를 이용하여 복수 개의 소스 가스를 공급하는 가스 노즐들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비가 제공된다. 이와 같은 본 발명의 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 전체 설비의 기구적인 구조를 단순화할 수 있으며, 가스를 균일하게 분사할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 화학 기상 증착 설비는, 공정 챔버와; 서로 다른 가스를 공급하는 가스 공급원들 및; 하나의 몸체로 구비되고, 상기 가스 공급원들로부터 상기 서로 다른 가스를 공급받아서 상기 공정 챔버 내부로 상기 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 가스 노즐들을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 노즐들은 상기 공정 챔버 내부에 구비되는 가스 인젝터에 배치된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 가스 노즐은; 상기 가스 노즐을 형성하는 원통형의 상기 몸체와; 상기 몸체의 내부에 길이 방향으로 나란히 관통되어 상기 서로 다른 가스를 공급하는 복수 개의 가스 공급 통로들과; 상기 몸체의 일단에 구비되 고, 상기 가스 공급 통로들에 각각 연결되어 상기 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 분사구들 및; 상기 몸체의 타단에 구비되어 상기 공정 챔버 내부에 체결되는 체결부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 가스 공급 통로들은; 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 통로와; 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 통로 및; 상기 제 2 가스를 공급하는 제 3 가스 공급 통로를 포함한다. 이 때, 상기 분사구들은; 상기 제 1 가스 공급 통로에 연결되는 제 1 분사구와, 상기 제 2 가스 공급 통로에 연결되는 제 2 분사구 및, 상기 제 3 가스 공급 통로에 연결되는 제 3 분사구를 포함한다. 여기서 상기 제 1 가스는 산소 가스이고, 상기 제 2 가스는 실란(silane) 가스이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 예컨대, 고밀도 플 라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 설비로서, 하나의 몸체에 복수 개의 분사구(도 7의 124a ~ 124c)들이 형성되는 복수 개의 가스 노즐(120)들을 포함한다. 또 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 상부 챔버(102) 및 하부 챔버(104)가 결합되어 내부에 공정 처리실을 형성하는 공정 챔버(110)와, 가스 노즐(120)들로 서로 다른 소스 가스를 공급하는 가스 공급원(미도시됨)들을 포함한다. 가스 노즐(120)들은 각각 가스 공급원들로부터 서로 다른 가스를 공급받아서 공정 챔버(110)로 각각 서로 다른 가스를 분사한다.
상부 챔버(102)는 하부면이 개방되고, 내부 측벽에 복수 개의 가스 노즐(120)들이 일정 간격을 유지하여 배치되는 가스 인젝터(gas injector)(130)가 구비된다. 가스 인젝터(130)는 복수 개의 가스 노즐(120)들을 통하여 공정 챔버(110) 내부로 다양한 소스 가스를 균일하게 공급한다.
하부 챔버(104)는 상부면이 개방되어 상부 챔버(102)와 결합되고, 내부 하단부에 웨이퍼가 안착되는 정전척(106)이 배치된다.
도 5를 참조하면, 가스 인젝터(130)는 공정 챔버(110)(즉, 상부 챔버) 내부 측벽에 구비되고, 복수 개의 가스 노즐(120)들이 일정 간격을 유지하여 배치된다. 이 때, 각각의 가스 노즐(120)들은 하나의 몸체로 구성되어 서로 다른 소스 가스를 공정 챔버(110) 내부로 분사한다. 예컨대, 가스 인젝터(130)는 9 개의 가스 노즐(120)들을 일정한 간격으로 배치되고, 각각의 가스 노즐(120)들은 실란 가스 공급원 및 산소 가스 공급원과 연결되어 각각 실란(SiH4 : silane) 가스 및 산소(O2) 가스를 공정 챔버(110) 내부로 분사한다.
따라서 본 발명의 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 기존의 3 개의 가스 노즐(도 2의 32)들을 하나의 가스 노즐(120)로 구비함으로써, 소스 가스를 균일하게 분사할 수 있으며, 전체 설비에서 가스 노즐(120)의 배치 구조가 단순해진다.
구체적으로 도 6 및 도 7을 참조하면, 각각의 가스 노즐(120)은 원통형의 몸체(122)와, 몸체(122)의 내부에 길이 방향으로 나란히 관통되어 증착 공정을 처리하기 위해, 서로 다른 가스를 공급하는 복수 개의 가스 공급 통로(126 : 126a ~ 126c)들과, 몸체(122)의 일단에 구비되고, 가스 공급 통로(126)들에 각각 연결되어 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 분사구(124 : 124a ~ 124c)들 및, 몸체(122)의 타단에 구비되어 공정 챔버(110) 내부(즉, 가스 인젝터)에 체결되는 체결부(128)를 포함한다.
가스 공급 통로(126)들은 제 1 가스 공급원으로부터 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 통로(126a)와, 제 2 가스 공급원으로부터 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 통로(126b) 및, 제 2 가스 공급원으로부터 제 2 가스를 공급하는 제 3 가스 공급 통로(126c)를 포함한다.
이 때, 각각의 분사구(124)들은 제 1 가스 공급 통로(126a)에 연결되는 제 1 분사구(124a)와, 제 2 가스 공급 통로(126b)에 연결되는 제 2 분사구(124b) 및, 제 3 가스 공급 통로(126c)에 연결되는 제 3 분사구(124c)를 포함한다. 여기서 제 1 가스는 산소 가스이고, 제 2 가스는 실란(silane) 가스이다. 그리고 제 1 가스 공급 통로(126a)와 제 3 가스 공급 통로(126c)는 가스 인젝터(130) 내부 또는 제 1 가스 공급원에 연결되어 제 1 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 통해 연결된다.
따라서 본 발명의 플라즈마 화학 기상 증착 설비(100)는 하나의 몸체를 이용하여 서로 다른 소스 가스들을 분사하는 가스 노즐(120)들을 구비함으로써, 가스 노즐(120)들을 개수를 줄일 수 있으며 이로 인해 전체 설비(100)의 가스 노즐(120)에 대한 기구 구성이 단순하다.
이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 설비의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 가스 노즐은 하나의 몸체에 복수 개의 서로 다른 소스 가스를 분사함으로써, 공정 챔버로 소스 가스를 균일하게 분사할 수 있다.
또한, 이러한 가스 노즐들을 구비하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비는 가스 노즐들을 개수를 줄임으로써, 전체 설비의 가스 노즐에 대한 기구 구성이 단순화할 수 있다.

Claims (10)

  1. 반도체 제조 설비의 가스 노즐에 있어서:
    상기 가스 노즐을 형성하는 원통형의 몸체와;
    상기 몸체의 내부에 길이 방향으로 나란히 관통되어 서로 다른 가스를 공급하는 복수 개의 가스 공급 통로들과;
    상기 몸체의 일단에 구비되고, 상기 가스 공급 통로들에 각각 연결되어 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 분사구들 및;
    상기 몸체의 타단에 구비되어 상기 반도체 제조 설비에 연결되는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 통로들은;
    제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 통로와;
    제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 통로 및;
    상기 제 2 가스를 공급하는 제 3 가스 공급 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 노즐.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분사구들은;
    상기 제 1 가스 공급 통로에 연결되는 제 1 분사구와,
    상기 제 2 가스 공급 통로에 연결되는 제 2 분사구 및,
    상기 제 3 가스 공급 통로에 연결되는 제 3 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 노즐.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 산소 가스이고, 상기 제 2 가스는 실란(silane) 가스인 것을 특징으로 하는 가스 노즐.
  5. 플라즈마 화학 기상 증착 설비에 있어서:
    공정 챔버와;
    서로 다른 가스를 공급하는 가스 공급원들 및;
    하나의 몸체로 구비되고, 상기 가스 공급원들로부터 상기 서로 다른 가스를 공급받아서 상기 공정 챔버 내부로 상기 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 가스 노즐들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 노즐들은 상기 공정 챔버 내부에 구비되는 가스 인젝터에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 노즐은;
    상기 가스 노즐을 형성하는 원통형의 상기 몸체와;
    상기 몸체의 내부에 길이 방향으로 나란히 관통되어 상기 서로 다른 가스를 공급하는 복수 개의 가스 공급 통로들과;
    상기 몸체의 일단에 구비되고, 상기 가스 공급 통로들에 각각 연결되어 상기 서로 다른 가스를 분사하는 복수 개의 분사구들 및;
    상기 몸체의 타단에 구비되어 상기 공정 챔버 내부에 체결되는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 공급 통로들은;
    제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 통로와;
    제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 통로 및;
    상기 제 2 가스를 공급하는 제 3 가스 공급 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분사구들은;
    상기 제 1 가스 공급 통로에 연결되는 제 1 분사구와,
    상기 제 2 가스 공급 통로에 연결되는 제 2 분사구 및,
    상기 제 3 가스 공급 통로에 연결되는 제 3 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 산소 가스이고, 상기 제 2 가스는 실란(silane) 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학 기상 증착 설비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103871853A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 上海华力微电子有限公司 改善薄膜均匀性的装置及方法

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CN103871853A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 上海华力微电子有限公司 改善薄膜均匀性的装置及方法

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