KR20080098992A - 분리형 노즐을 가지는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착장치 - Google Patents

분리형 노즐을 가지는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착장치 Download PDF

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Abstract

분리형 노즐을 가지는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치가 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정챔버와, 공정챔버 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 기판지지부와, 공정챔버의 상부에 설치되며 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 상부 가스공급노즐과, 공정챔버의 측면에 설치되며 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 복수의 측면 가스공급노즐 및 공정챔버로 분사된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함하며, 상부 가스공급노즐은 원통형의 제1 도관을 가지고 원통형의 제1 도관 하단에 제1 체결부를 가지는 노즐 본체 및 판상형 부재를 가지고 판상형 부재의 상단에 연결된 원통형의 제2 도관에 제2 체결부를 가지며, 제2 체결부를 통해 제1 체결부와 결합하여 노즐 본체로부터 제공된 공정가스를 하방으로 분사하는 노즐분사부를 포함한다.
기판, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착, 노즐

Description

분리형 노즐을 가지는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치 {Apparatus for high density plasma chemical vapor deposition with separating nozzle}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 있어서 상부 가스공급노즐을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 세정 가스가 공정챔버 내벽으로 공급되는 모습을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 도 2의 상부 가스공급노즐의 일실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 도 2의 상부 가스공급노즐의 변형된 예를 나타내는 종단면도이다.
도 6은 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 복수의 가스공급노즐이 반도체 기판 상으로 공정가스를 분사하는 모습을 나타내는 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판
100: 공정챔버
200: 기판지지부
300: 상부 가스공급노즐
400: 복수의 측면 가스공급노즐
500: 플라즈마 발생부
본 발명은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리형 노즐을 가지는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기상 증착(CVD, Chemical vapor deposition) 공정은 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중 주요한 공정 중의 하나로서 가스의 화학적 반응에 의해 반도체 기판 표면 위에 단결정의 반도체막이나 절연막 등을 형성하는 공정이다.
그런데, 화학 기상 증착 방법의 경우, 최근 반도체 제조 기술의 급속한 발달로 반도체 소자가 고집적화되고, 금속 배선들 간의 간격이 점차 미세화됨에 따라 금속 배선들 사이의 갭(gap)을 완전히 메우는 데는 한계가 있다.
따라서, 최근에는 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치들 중에 높은 종횡비를 갖는 공간을 효과적으로 채울 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD, High density plasma chemical vapor deposition) 장치가 주로 사용되고 있다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 처리실 내에 전기장과 자기장을 인가하여 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성하고 공정가스들을 분해하여 반도체 기판 상에 절연막 등의 증착과 동시에 불활성 가스를 이용한 에칭을 진행하여 높은 종횡비를 갖는 갭 내를 보이드(void) 없이 채울 수 있다.
일반적으로, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 공정챔버 내에 복수의 노즐들이 설치되고, 복수의 공정가스들은 혼합된 상태에서 이들 노즐들에 의해 공정챔버 내로 분사된다. 공정챔버의 외측에는 고주파 전력이 인가되는 유도코일이 설치되며, 이에 의해 공정가스들은 공정챔버 내에서 플라즈마 상태로 여기되어 증착 공정이 진행되게 된다.
이러한 공정을 수행함에 있어서 반응실 내부로 공급되는 공정가스가 반도체 기판 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 기판 표면의 증착 및 에칭이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있게 된다. 그런데, 공정은 매우 낮은 압력에서 이루어지기 때문에 반응실 내부의 공정가스의 분포는 민감하게 변화하게 되므로 반도체 기판 주위에 공정 가스가 균일하게 분포되도록 하기 위해서는 가스를 분배하는 노즐들의 정밀한 설계가 요구된다. 또한, 증착 공정이 진행되는 동안 챔버의 내벽에는 반응부산물들이 증착되어 후에 파티클로 작용하므로 공정을 완료한 후 에칭가스를 사용하여 정기적으로 챔버 내를 세정하여야 한다.
따라서, 공정챔버의 상부에 위치하는 상부 가스공급노즐은 공정챔버의 내부로 공정 가스를 균일하게 분사하고 세정 가스를 원활하게 공급하기 위해, 원통형인 노즐 본체의 하단에 디스크 형상의 판상형 부재를 가지고 여기에 다수의 가스분사구를 가지는 형상을 가지게 된다.
그러나, 종래의 상부 가스공급노즐은 다음과 같은 문제점이 있다.
상부 가스공급노즐은 원통형의 도관을 가진 노즐 본체와 노즐 본체 하단에 연결된 판상형 부재를 가진 노즐분사부로 구성되어 있는데, 이를 일체형으로 제작함으로써 제작 비용이 상승하였고 제작 기간이 긴 문제점이 있었다.
또한, 다양한 반도체 기판의 크기에 대응하기 위해서는 일체형인 상부 가스공급노즐 전체를 교체하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 분리형 상부 가스공급노즐을 제공함으로써 제작 비용을 절감하고 제작 기간을 단축시키며 노즐의 교체를 용이하게 하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정챔버와, 상기 공정챔버 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 기판지지부와, 상기 공정챔버의 상부에 설치되며 상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 상부 가스공급노즐과, 상기 공정챔버의 측면에 설치되며 상기 공정챔버의 내부로 상기 공정가스를 공급하는 복수의 측면 가스공급노즐 및 상기 공정챔버로 분사된 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함하며, 상기 상부 가스공급노즐은 원통형의 제1 도관을 가지고 상기 원통형의 제1 도관 하단에 제1 체결부를 가지는 노즐 본체 및 판상형 부재를 가지고 상기 판상형 부재의 상단에 연결된 원통형의 제2 도관에 제2 체결부를 가지며, 상기 제2 체결부를 통해 상기 제1 체결부와 결합하여 상기 노즐 본체로부터 제공된 상기 공정가스를 하방으로 분사하는 노즐분사부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 공정챔버(100)와, 기판지지부(200)와, 상부 가스공급노즐(300)과, 복수의 측면 가스공급 노즐(400) 및 플라즈마 발생부(500)를 포함하며, 상부 가스공급노즐(300)은 노즐 본체(310) 및 노즐분사부(320)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 가공 공정을 수행하기 위한 공정챔버(100)는 상부가 개방된 원통형의 챔버 본체(110)와, 챔버 본체(110)의 개방된 상부를 덮는 챔버 덮개(120)를 포함한다.
공정챔버(100)는 외부로부터 밀폐되며, 반도체 기판(10) 상에 박막을 형성시키는 증착 공정과, 반도체 기판(10) 표면에 형성된 막을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 식각 공정이 수행되는 공간을 제공한다.
챔버 본체(110)의 상부면은 개방되고, 측면에는 반도체 기판(10)이 반입되는 반입부(111)가 형성되며, 하부면에는 공정진행 중에 발생되는 공정챔버(100) 내부의 반응부산물 및 미반응가스를 배출시키기 위한 가스배기부(112)가 형성된다. 가스배기부(112)에는 공정챔버(100) 내부를 진공 상태로 유지할 수 있는 진공펌프(도시되지 않음) 및 압력제어장치(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 챔버 본체(110)는 내열성 및 내식성, 비전도성을 갖는 세라믹 재질로 한다.
챔버 덮개(120)는 하부가 개방된 돔(dome) 형상을 가진다.
챔버 덮개(120)와 챔버 본체(110) 사이에는 공정챔버(100) 내부를 시일링(sealing)하기 위한 오링(O-ring, 도시되지 않음)이 삽입될 수 있으며, 공정이 진행하는 동안 오링이 공정챔버(100) 내의 열로 인해 변형되는 것을 방지하기 위한 냉각부재(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
챔버 덮개(120)는 고주파 에너지가 전달되는 절연체 재료, 바람직하게는 산 화 알루미늄과 세라믹 재질로 만들어진다. 챔버 덮개(120)의 상부에는 챔버 덮개(120)의 온도를 조절하는 가열플레이트(도시되지 않음)와, 냉각플레이트(도시되지 않음)와, 지지플레이트(도시되지 않음)로 구성될 수 있다.
플라즈마 발생부(500)는 공정챔버(100)로 분사된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 발생부(500)는 유도코일과 고주파 발생기(RF generator)를 포함한다.
유도코일은 코일 형상으로 챔버 덮개(120)의 외측벽을 감싸도록 배치되며, 공정챔버(100) 내부로 공급되는 공정가스를 플라스마 상태로 만들기 위한 전자기장을 형성한다. 유도코일은 고주파 발생기(RF generator, 520)에 연결되어 있다. 고주파 발생기(520)에서 발생된 고주파 전력(RF power)을 챔버 덮개(120) 주변에 감겨 있는 유도코일을 통하여 공정챔버(100) 내에 인가한다. 따라서, 유도코일은 공정챔버(100) 내부로 분사된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 제공하는 에너지원으로서 기능한다.
공정챔버(100)의 내부에는 반도체 기판(10)이 놓여지는 기판지지부(200)가 설치된다.
기판지지부(200)는 바람직하게는 정전기력을 이용하여 반도체 기판(10)을 고정할 수 있는 정전척(ESC, Electro Static Chuck)이 사용될 수 있다. 정전척은 반도체 및 LCD 제조장비의 공정챔버(100) 내부에 반도체 기판이 놓여지는 곳으로, 정전기의 힘만으로 기판을 하부전극에 고정시키는 역할을 한다.
기판지지부(200)에는 공정챔버(100) 내에서 형성된 플라즈마 상태의 공정가 스를 반도체 기판(10) 상으로 유도할 수 있도록 고주파 발생기(220)에 의해 바이어스 전원이 인가된다.
바람직하게는 기판지지부(200)를 공정챔버(100) 내에서 상하로 이동시키는 구동부(210)가 설치될 수 있다. 반도체 기판(10)이 공정챔버(100)로 반입되거나 공정챔버(100)로부터 반출되는 경우, 기판지지부(200)는 챔버 본체(110)의 측면에 형성된 반입구보다 아래에 위치하게 된다. 그리고, 증착 및 식각 공정이 수행되는 경우, 기판지지부(200)는 챔버 덮개(120) 내에서 형성된 플라즈마와 일정거리를 유지하도록 위치하게 된다. 따라서, 구동부(210)는 필요에 따라 기판지지부(200)를 승강시키거나 하강시키게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공정챔버(100)의 상측 중앙부와 측면 부분에는 공정챔버(100) 내에서 증착 및 식각 공정을 수행할 수 있도록 공정챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하기 위한 복수의 가스공급노즐(300, 400)이 설치된다.
상부 가스공급노즐(300)은 공정챔버(100)의 상부에 설치되며 공정챔버(100)의 내부로 공정가스를 공급한다. 상부 가스공급노즐(300)은 공정가스를 공급하는 제1 가스공급부(350)에 연결된다.
복수의 측면 가스공급노즐(400)은 공정챔버(100)의 측면에 설치되며 공정챔버(100)의 내부로 공정가스를 공급한다. 바람직하게는 복수의 측면 가스공급노즐(400)은 공정챔버(100)에 설치된 가스분배링(410)에 설치될 수 있다.
가스분배링(410)은 챔버 덮개(120)의 하단부 또는 챔버 본체(110)의 상단부에 결합될 수 있으며, 바람직하게는 사각 단면을 가진 원형의 링 형상을 가질 수 있다. 가스분배링(410)의 내부에는 복수의 측면 가스공급노즐(400)로 공정가스를 공급할 수 있도록 복수의 가스공급홈(411)이 가스분배링(410)의 원주면을 따라 동일한 간격으로 형성된다. 복수의 측면 가스공급노즐(400)은 챔버 덮개(120) 내의 공간을 향하도록 가스공급홈(411)에 배치되며, 제2 가스공급부(420)로부터 공정가스를 공급받는다.
바람직하게는, 복수의 측면 가스공급노즐(400)의 분사방향은 조절될 수 있으며, 반도체 기판(10)의 중심 부분으로 공정가스를 분사하게 된다. 다른 실시예에 의하면, 복수의 측면 가스공급노즐(400)의 분사방향을 조절하여 반도체 기판(10)의 가장자리 부분으로 공정가스를 분사할 수 있다.
가스분배링(410)은 내열성 및 내식성, 비전도성을 갖는 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 제1 가스공급부(350) 및 제2 가스공급부(420)는 메인공급관, 혼합부, 복수의 서브공급관 및 복수의 가스저장부를 포함할 수 있다.
상부 가스공급노즐(300)과 복수의 측면 가스공급노즐(400)로 공급되는 공정가스는 반도체 기판(10) 상에 증착 및 식각을 위한 적어도 2가지 이상의 혼합된 가스들을 포함한다.
도시되지 않았으나, 복수의 가스저장부에는 상부 가스공급노즐(300) 또는 복수의 측면 가스공급노즐(400)로 공급되는 각각의 가스들이 저장되며, 이들 가스는 각각의 서브공급관을 통해 혼합부로 공급된다.
반도체 기판(10) 상에 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하는 경우, 제1 서브공급관을 통해 공급되는 가스는 실란(Silane, SiH4)이고, 제2 서브공급관을 통해 공급되는 가스는 산소(O2)일 수 있다. 또한, 높은 종횡비를 갖는 갭(gap) 내를 보이드(void) 없이 효과적으로 채우기 위해, 증착이 진행되는 동안 식각이 이루어지도록 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스가 제3 서브공급관을 통해 공급될 수 있다. 노즐로 공급되는 가스에는 캐리어 가스가 더 포함될 수 있다.
각각의 서브공급관을 통해 공급되는 가스는 혼합부에서 혼합된 후 메인공급관을 통해 상부 가스공급노즐(300) 및 복수의 측면 가스공급노즐(400)로 공급된다. 각각의 서브공급관과 메인공급관에는 내부 통로를 개폐하는 개폐밸브 또는 유량을 조절하는 유량조절밸브가 설치될 수 있다.
도 2는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 있어서 상부 가스공급노즐을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상부 가스공급노즐(300)은 노즐 본체(310), 노즐분사부(320), 가스홀(330a, 330b), 복수의 가스분사구(340)를 포함한다.
상부 가스공급노즐(300)의 노즐 본체(310)는 원통형의 제1 도관을 가지고 원통형의 제1 도관 하단에는 제1 체결부(311)가 형성되어 있다. 제1 체결부(311)를 통해 노즐분사부(320)의 상단의 제2 체결부(321)와 결합된다. 원통형의 제1 도관의 상단은 그 중심축이 반도체 기판(10)의 중심과 일치하도록 챔버 덮개(120)의 상부에 고정된다.
상부 가스공급노즐(300)의 노즐분사부(320)는 수평 방향으로 형성되는 판상형 부재를 가지고 판상형 부재 상단에 연결된 원통형의 제2 도관에 제2 체결부(321)가 형성되어 있다. 제2 체결부(321)를 통해 노즐 본체(310)의 하단의 제1 체결부(311)와 결합된다.
바람직하게는 판상형 부재는 평평한 디스크 형태를 가진다. 이러한 형상의 노즐분사부(320)는 공정챔버(100)의 내벽을 세정하기 위하여 세정 가스(131)를 공정챔버(100)의 내벽으로 효과적으로 공급하도록 도와준다.
도 3은 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 세정 가스(131)가 공정챔버 내벽으로 공급되는 모습을 나타내는 종단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 세정 가스(131)는 노즐분사부(320)와 챔버 덮개(120) 사이로 공급되는 데, 세정 가스(131)가 노즐분사부(320)의 판상형 부재에 의해 굴절되어 공정챔버(100)의 내벽 쪽으로 공급됨으로써, 세정 공정에서 공정챔버(100)의 내벽을 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
공정챔버(100) 내벽의 세정이 필요한 이유는 증착 공정이 진행되는 동안 공정챔버(100)의 내벽에도 반응 부산물들이 증착되어 후에 파티클로 작용하게 되기 때문이다. 따라서, 공정을 완료한 후 세정 가스(131)를 사용하여 정기적으로 공정챔버(100) 내를 세정하여야 한다.
세정 가스(131)는 원격 플라즈마 발생기(RPG, Remote plasma generator)로부터 발생된 플라즈마 가스를 사용할 수 있다. 세정 가스(131)는 NF3, F2, COF2, C3F8, C4F8 등의 불소(F)가 포함된 가스를 사용할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기로 세정 가스(131)를 공급하여 세정 가스(131)를 플라즈마 상태로 변형시키고, 플라즈마 상태의 세정 가스(131)를 공정챔버(100)에 공급하여 공정챔버(100) 내벽의 화학 물질 등을 세정하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 판상형 부재의 하단은 공정가스를 분사하는 가스분사구(340)가 위치하는 곳으로 원통형의 형상을 가진다. 바람직하게는, 수직 방향에 대하여 일정한 각도의 경사를 가지도록 상부로 연장 형성된 측벽을 가질 수 있다. 따라서, 판상형 부재의 하단은 전체적으로 절단된 원추형의 형상을 가지게 된다.
가스홀(330a, 330b)은 그 중심축과 반도체 기판(10)의 중심축이 일치하도록 노즐 본체(310)와 노즐분사부(320) 내부에 상하 방향의 관통홀로 형성된다. 이 가스홀(330a, 330b)에는 공정가스를 공급하는 제1 가스공급부(350)가 배관을 통해 연결된다.
복수의 가스분사구(340)는 판상형 부재의 하단 측면에 원주방향을 따라 균등한 간격으로 원형으로 배열된다. 따라서, 가스홀(330a, 330b)로부터 공급받은 공정가스를 반도체 기판(10)을 향해 균일하게 분사할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 바람직하게는, 복수의 가스분사구(340)는 판상형 부재 하단에 형성된 일정한 각도의 경사를 가지는 측벽에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 가스분사구(340)는 가스홀(330a, 330b)의 중심축으로부터 반경 방향으로 경 사지도록 형성된다.
복수의 가스분사구(340)는 원주방향으로 모든 방향에 걸쳐 형성되어 있고, 공급되는 공정가스의 확산이 원활이 이루어질 수 있도록 아래 방향으로 경사져 있으므로, 상부 가스공급노즐(300)은 반도체 기판(10)의 가장자리 부분으로 공정가스를 균일하게 분사할 수 있게 된다. 이로서, 복수의 측면 가스공급노즐(400)만으로 반도체 기판(10)의 가장자리 부분에 공정가스를 균일하게 공급하는데 있어 생기는 문제점을 해결할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 복수의 가스분사구(340)의 위치를 조절하여 반도체 기판(10)의 중심부에 공정가스를 공급하게 할 수 있다.
한편, 종래의 상부 가스공급노즐(300)은 원통형의 도관인 노즐 본체(310)와 판상형 부재인 노즐분사구가 일체형으로 이루어진다.
그러나, 종래의 일체형 상부 가스공급노즐(300)은 문제점이 있다. 즉, 상부 가스공급노즐(300)을 일체형으로 제작하는 데 있어서 형상으로 인해 제작이 어렵기 때문에 제작 비용이 상승하였고 제작 기간이 긴 문제점이 있었다. 또한, 다양한 반도체 기판의 크기에 대응하기 위해서는 일체형인 상부 가스공급노즐(300) 전체를 교체하여야 하는 문제점이 있었다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상부 가스공급노즐(300)은 원통형의 제1 도관인 노즐 본체(310)와 판상형 부재인 노즐분사부(320)가 분리되어 있다.
노즐 본체(310)는 원통형의 제1 도관 하단에 제1 체결부(311)를 가지고, 노 즐분사부(320)는 판상형 부재 상단에 제2 체결부(321)를 가진다. 노즐 본체(310)와 노즐분사부(320)는 따로 제작되어 제1 체결부(311)와 제2 체결부(321)를 통해 결합된다.
노즐 본체(310)와 노즐분사부(320)를 분리하여 제작함으로써, 제작이 용이하고 제작 비용을 절감하게 되며 제작 기간을 단축시키는 효과가 있다. 또한, 다양한 반도체 기판의 크기에 대응하기 위해 노즐 본체(310) 또는 노즐 분사부(320)만을 교체할 수 있게 되어 상부 가스공급노즐(300)의 분리 및 교체가 용이하게 된다.
도 4는 도 2의 상부 가스공급노즐의 일실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 제1 체결부(311)는 원통의 내면에 형성된 암나사부이고, 제2 체결부(321)는 원통의 원주면에 형성된 수나사부일 수 있다. 즉, 제1 체결부(311)의 경우, 노즐 본체(310)를 관통하는 가스홀(330a)과 중심을 같이 하는 드릴 홀을 일정한 깊이로 낸 후, 나사 탭을 내어 형성한다. 그리고, 제2 체결부(321)의 경우, 노즐분사부(320)의 상단 부분인 원통형의 제2 도관의 원주면에 제1 체결부(311)에 대응하는 수나사를 내어 형성한다.
도 5는 도 2의 상부 가스공급노즐의 변형된 예를 나타내는 종단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 의하면, 제1 체결부(311)는 원통의 원주면에 형성된 수나사부이고, 제2 체결부(321)는 원통의 내면에 형성된 암나사부일 수 있다.
제1 체결부(311)와 제2 체결부(321)는 나사 결합을 통해 쉽게 조립 및 분해가 가능하다.
한편, 제1 체결부(311)와 제2 체결부(321)에는 결합부의 기밀을 유지하기 위한 패킹이 사용될 수 있다. 패킹용 재료로는 공정가스의 종류 및 공정 온도에 따라 결정될 수 있으며, 고무패킹, 합성수지패킹, 금속패킹 등이 사용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용해 증착 공정을 수행할 때는 공정챔버(100) 내부의 기판지지부(200)에 반도체 기판(10)을 고정시키고, 증착을 수행하기 위한 공정가스가 가스공급노즐들을 통해 공정챔버(100)의 내부로 공급되도록 한다. 이 때, 진공펌프와 압력제어장치의 동작에 의해 공정챔버(100)의 내부가 진공 상태를 유지되도록 하며, 유도코일에 전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 되도록 한다. 이렇게 하면 공정가스가 해리되고 화학반응이 생기면서 반도체 기판(10) 표면에 증착에 의한 박막이 형성된다.
원하는 공정을 균일하게 수행하기 위해서는 공정가스가 반도체 기판(10) 주위에 균일하게 분포하고 공정가스의 밀도가 높아야 한다. 반도체 기판(10) 상부의 반응 영역에 공정가스가 고르게 공급될 수 있도록 공정챔버(100)의 측면 둘레 부분에 설치되는 복수의 측면 가스공급노즐(400)과 챔버 덮개(120)의 상부 중앙에 설치되는 상부 가스공급노즐(300)을 구비한다.
도 6은 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 복수의 가스공급노즐이 반도체 기판 상으로 공정가스를 분사하는 모습을 나타내는 종단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상부 가스공급노즐(300)은 제1 가스공급부(350)로 부터 공급되는 공정가스(301)를, 복수의 측면 가스공급노즐(400)은 제2 가스공급부(420)로부터 공급되는 공정가스(301)를 반도체 기판(10) 상에 분사하게 된다. 바람직하게는 상부 가스공급노즐(300)은 반도체 기판(10)의 가장자리 부분을 향해, 복수의 측면 가스공급노즐(400)은 반도체 기판(10)의 중심부를 향해 공정가스(301)를 분사하게 된다. 다른 실시예에 의하면, 상기와 반대로, 상부 가스공급노즐(300)은 반도체 기판(10)의 중심부를 향해, 복수의 측면 가스공급노즐(400)은 반도체 기판(10)의 가장자리 부분을 향해 공정가스(301)를 분사할 수 있다.
증착 공정이 끝나게 되면 원격 플라즈마 발생기로 세정 가스(131)를 공급하여 세정 가스(131)를 플라즈마 상태로 변형시키고, 플라즈마 상태의 세정 가스(131)를 공정챔버(100)에 공급하여 공정챔버(100) 내벽의 화학 물질 등을 세정하게 된다. 세정 가스(131)는 노즐분사부(320)와 챔버 덮개(120) 사이로 공급되는 데, 세정 가스(131)가 노즐분사부(320)의 판상형 부재에 의해 굴절되어 공정챔버(100)의 내벽 쪽으로 공급됨으로써, 세정 공정에서 공정챔버(100)의 내벽을 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
한편, 다양한 크기의 반도체 기판(10)에 대응하기 위하여 기판지지부(200)의 높이를 조절하거나 상부 가스공급노즐(300)의 노즐 본체(310) 또는 노즐분사부(320)를 교체할 수 있다. 즉, 반도체 기판(10)의 크기가 바뀌는 경우에는, 먼저 공정을 진행할 때의 기판지지부(200)의 높이를 대략적으로 조절한다. 그리고 나서, 상부 가스공급노즐(300)의 노즐 본체(310)를 교체하여 상부 가스공급노즐(300)의 분사 높이를 조절하거나, 다른 형태의 노즐분사부(320)를 교체하여 분사 방향 또는 분사 영역을 조절할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 일체형인 상부 가스공급노즐을 원통형의 제1 도관을 가진 노즐 본체와 판상형 부재를 가진 노즐분사부로 분리하여 제작함으로써 제작 비용을 절감하고 제작 기간을 단축시키고자 하는 장점이 있다.
둘째, 다양한 반도체 기판의 크기에 대응하기 위해 노즐 본체 또는 노즐분사부만을 교체할 수 있도록 하여 노즐의 분리 및 교체가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 기판지지부;
    상기 공정챔버의 상부에 설치되며 상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 상부 가스공급노즐;
    상기 공정챔버의 측면에 설치되며 상기 공정챔버의 내부로 상기 공정가스를 공급하는 복수의 측면 가스공급노즐; 및
    상기 공정챔버로 분사된 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함하며,
    상기 상부 가스공급노즐은,
    원통형의 제1 도관을 가지고 상기 원통형의 제1 도관 하단에 제1 체결부를 가지는 노즐 본체; 및
    판상형 부재를 가지고 상기 판상형 부재의 상단에 연결된 원통형의 제2 도관에 제2 체결부를 가지며, 상기 제2 체결부를 통해 상기 제1 체결부와 결합하여 상기 노즐 본체로부터 제공된 상기 공정가스를 하방으로 분사하는 노즐분사부를 포함하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 가스공급노즐은,
    상기 노즐 본체와 상기 노즐분사부 내부에 상하 방향의 관통홀로 형성되며 상기 공정가스를 공급하는 가스홀; 및
    상기 판상형 부재의 하단 측면에 형성되며 상기 가스홀로부터 공급받은 상기 공정가스를 상기 반도체 기판을 향해 분사하는 복수의 가스분사구를 더 포함하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 가스분사구는 상기 가스홀의 중심축으로부터 반경 방향으로 경사지도록 형성되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 체결부는 상기 원통형의 제1 도관의 내면에 형성된 암나사부이고, 제2 체결부는 상기 원통형의 제2 도관의 원주면에 형성된 수나사부인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 체결부는 상기 원통형의 제1 도관의 원주면에 형성된 수나사부이고, 제2 체결부는 상기 원통형의 제2 도관의 내면에 형성된 암나사부인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
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