KR20180054141A - 반도체 장비용 가스노즐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기장(플라즈마)의 흐름에 맞춰 홀(Hole)의 배열과 분사가스 가이드 구조를 형성하여, 분사되는 가스에 와류를 형성하되 분사되는 가스에 의한 압력의 불균형을 방지하여 플라즈마 발생 효율을 높이면서도 국부 플라즈마 발생을 억제하고, 노즐 표면에서의 아킹(Arcing) 방지 및 파티클(Particle)의 발생을 최소화할 뿐만 아니라, 제조가 용이하여 제조 시 불량율을 현저하게 낮출 수 있는 반도체 장비용 가스노즐을 제공한다.

Description

반도체 장비용 가스노즐{Gas nozzle for semi-conductor equipment}
본 발명은 가스를 분사하는 가스노즐(Gas nozzle)에 대한 것으로서, 특히, 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source, RPS)와 같은 반도체 장비의 챔버 내에 가스를 분사할 시 반응효율을 높이기 위해 분사되는 가스가 와류를 형성토록 함과 아울러 제조가 용이한 반도체 장비용 가스노즐에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에 사용되는 장비들 중 증착, 식각, 세정 공정 등에 사용되는 챔버(Chamber, 이하 '공정챔버'라 함) 내에서는 증착, 식각, 세정 등 반도체 소자의 처리를 수행하기 위하여 플라즈마를 발생시킬 필요가 있다.
일례로서, 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source, RPS)는 반도체 소자 제조 공정 장비들 중 증착, 식각, 세정 공정 등에 사용되는 각각의 챔버(Chamber, 이하 '공정챔버'라 함) 내에서 증착, 식각, 세정 등 반도체 소자의 처리를 위한 공정을 수행하는데 필요한 플라즈마를 발생시키는 장비이다.
최근 CCP(Capacitive Coupled Plasma)나 ICP(Inductive Coupled Plasma)와 같이 웨이퍼 처리 공간인 공정챔버 내에서 플라즈마를 직접 생성하는 기술(다이렉트 플라즈마 기술)이 선택비(Selectivity) 개선에 한계가 있어, 웨이퍼 막질에 손상을 주는 문제를 해결하기 위하여 RPS를 이용하여 플라즈마를 생성하는 기술이 매우 중요하게 다루어지고 있다.
RPS 또는 플라즈마를 직접 생성하는 공정챔버에 공정가스를 분사하기 위해 사용되는 가스노즐(Gas Nozzle)은 플라즈마 발생을 위해 주입되는 공정가스를 RPS챔버(Chamber) 내부에 플라즈마가 잘 발생되도록 골고루 분사해 주는 부품으로서, 통상 알루미늄 합금(Al6061-T6) 재질의 바디에 전기적 절연성을 확보하기 위해 표면을 아노다이징(Anodizing) 처리하여 제조된다.
이러한 종래의 가스노즐 중, 도 1에 도시된 바와 같이, 분사되는 가스를 회전시켜 와류를 형성시킴으로써 플라즈마 발생효율을 높인 미국 MKS사의 RPS용 가스노즐(이하 '종래기술'이라 함)이 많이 사용되고 있다. 도 1을 참조하여 살펴보면, 종래기술에 따른 가스노즐(10)은, 타원형의 노즐 하면에 다수개의 제1홀(11)이 원형을 이루며 사선으로 관통 형성되고, 원형을 이루는 제1홀(11) 중앙에 제1홀(11)보다 직경이 작은 다수의 제2홀(12)이 수직으로 관통 형성되는 구조를 가지고 있다. 도 2에 제1홀(11)이 사선으로 형성된 도 1의 가스노즐의 하면의 확대단면도를 도시하였다.
도 1에 나타난 바와 같이, 종래기술에 따른 가스노즐(10)은 공정가스의 분산을 좋게 하기 위하여 제1홀(11)을 사선으로 관통 형성하면서 원형을 이루도록 하기 때문에 홀 제작이 매우 어렵고, 이에 따라 불량률이 50% 이상으로 매우 높아 제작 단가가 매우 높은 단점이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 가스노즐(10)은 사선으로 제1홀(11)이 형성되기 때문에, 형성된 홀의 가장자리(13)가 매우 예리하게 가공되기 때문에 아노다이징 표면처리 후에도 해당 부분에 전하가 쉽게 누적되고, 누적된 전하로 인해 전위가 높아져서 결국 아킹(Arcing)이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다. 이러한 아킹은 도 3에 나타난 바와 같이, 제1홀(11) 주변을 조각내며, 조각난 알루미늄이 떨어져 챔버 내부에 파티클(Particle)을 발생시킴으로써 처리중인 반도체 소자에 불량을 발생시키게 된다. 도 3은 도 1의 MKS사의 RPS용 가스노즐이 아킹으로 인하여 변형된 상태를 보여주는 사진이다.
뿐만 아니라, 종래기술에 따른 가스노즐(10)은 직경이 큰 제1홀(11)을 통해 나오는 많은 가스가 바깥쪽으로 분사되면서 직경이 작은 제2홀(12)을 통해서는 상대적으로 적은 양의 가스가 분사되기 때문에, 제2홀(12) 주변에 압력의 불균이 발생하게 되고, 이에 따라 정상적인 플라즈마가 형성되지 못하고 국부 플라즈마의 발생을 초래하게 되며, 가스노즐뿐만 아니라 RPS를 비롯한 RF Generator 등 연관된 고가의 장비들의 고장의 원인이 된다.
전술한 바와 같이, 정밀한 가공이 요구되기 때문에 제작 단가가 높고, 와류를 생성하기 위해 사선으로 예리하게 가공된 부위로부터 아킹(Arcing)이 발생하며, 이에 따라 국부적인 플라즈마가 빈번히 발생함에 따라 수명이 짧고 파티클(Particle)이 많이 발생하여 처리중인 반도체 소자뿐만 아니라 연관된 고가의 장비들의 손상을 초래하는 반도체 장비용 가스노즐의 개선이 매우 시급한 실정이다.
KR 10-2015-0138666 A (2015.12.10.) US 2012-0192398 A1 (2012.08.02.) KR 10-2011-0006934 A (2011.01.21.) KR 10-2001-0011728 A (2001.02.15.)
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 장비용 가스노즐의 홀 형성이 용이하고 예리한 부위가 없는 구조로서, 제작이 용이하고 아킹의 발생을 억제하여 수명이 길고 파티클 발생이 없는 반도체 장비용 가스 노즐을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 플라즈마 발생을 위해 형성되는 전자기장의 흐름에 맞춰 홀의 직경과 배열을 형성함으로써 플라즈마 형성을 원활하게 하고 국부 플라즈마의 발생을 방지할 수 있는 반도체 장비용 가스 노즐을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 홀의 형성을 용이하게 함과 아울러 분사되는 공정가스에 와류를 형성하여 국부 플라즈마의 발생을 방지하고 플라즈마 발생 효율을 현격히 향상시킨 반도체 장비용 가스 노즐을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스 노즐은, 반도체 장비의 공정챔버에 플라즈마 발생용 공정가스를 분사하는 가스노즐에 있어서, 상기 공정가스가 분사되는 분사면을 수직으로 관통하여 형성되는 서로 다른 직경을 갖는 3종의 분사홀을 구비하고, 상기 분사면의 좌측에 위치하는 다수의 분사홀들로 구성되되, 상기 가스노즐 장착 시 플라즈마가 형성되는 라인의 좌측 외곽에 가장 큰 직경을 갖는 다수의 제1분사홀들로 구성되는 제1분사부; 상기 분사면의 중앙에 위치하는 다수의 분사홀들로 구성되되, 중앙에 분산 배치되는 가장 작은 직경을 갖는 다수의 제3분사홀들과, 상기 제3분사홀들 주위에 분산 배치되는 중간 크기의 직경을 갖는 다수의 제2분사홀들로 구성되는 제2분사부; 및 상기 분사면의 우측에 위치하는 다수의 분사홀들로 구성되되, 중간 크기의 직경을 갖는 다수의 제2분사홀들로 구성되는 제3분사부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스 노즐은, 상기 제2분사부 중 제3분사홀들이 형성된 부분과 대응되는 노즐 내부의 중심면이 주변의 바닥면보다 높게 형성되고, 상기 중심면을 중심으로 주변의 바닥면과 만나는 면이 라운드 지게 형성되며, 상기 바닥면과 둘레의 측면이 만나는 면이 라운드 진 구조로 형성됨으로써, 챔버 내부로 분사되는 가스가 서로 부딪치면서 분산하도록 하여 챔버 내부에서 플라즈마 발생을 용이하게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스 노즐은, 상기 제2분사부 중 제3분사홀들이 형성된 부분과 대응되는 노즐 내부의 중심면이 주변의 바닥면과 같은 높이로 형성되고, 상기 바닥면에서 측면까지 라운드지게 연장하여 형성됨으로써, 챔버 내부로 분사되는 가스가 분사면의 중앙으로 모여 밀도를 높임으로써 챔버 내부에서 플라즈마 발생을 용이하게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스 노즐은, 상기 노즐 내부로 가스를 주입하는 가스주입구의 내벽에 나사산이 형성되고, 상기 제1분사부 및 제3분사부와 대응되는 측면이 바닥면까지 라운드 지게 형성되고, 제2분사부와 대응되는 노즐 내부의 중심면 및 바닥면은 같은 높이로 평평하게 형성되되, 상기 제2분사부 중 제2분사홀들이 형성된 부분과 대응되는 노즐 내부의 홀이, 상기 가스주입구에서 주입되는 가스의 회전방향을 따라 홀 입구까지 경사지게 골이 일방향으로 형성됨으로써, 챔버 내부로 분사되는 가스가 와류를 형성하도록 함으로써 챔버 내부에서 플라즈마의 발생을 용이하게 하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스 노즐은, 상기 가스주입구의 내벽 표면은 소프트 아노다이징(Soft Anodizing) 처리하여 주입되는 가스와 내벽의 마찰로 인해 발생하는 정전기를 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스 노즐은, 저면에 상기 분사면을 구비하고, 상기 분사면과 대응되는 내부에 분사가스 가이드 구조를 형성하며, 상부 중앙을 관통하여 상기 가스주입구가 형성되는 헤드; 및 상기 헤드가 삽입되는 삽입구를 형성하고, 상기 헤드를 볼트 등의 고정수단으로 결합하며, 중앙에 형성된 가스통로를 통해 외부의 가스를 이송하여 상기 헤드의 가스주입구를 통해 상기 헤드의 내부에 가스를 공급하는 노즐바디;로 구성됨으로써, 헤드 내부에 형성되는 분사가스 가이드 구조의 가공이 용이할 뿐만 아니라, 헤드의 내부가 단차진 결합부위로 인해 이중으로 보호됨으로써, 외부의 플라즈마가 헤드 내부로 유입되는 것을 완전히 차단하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명은 공정가스가 분사되는 홀의 배열과 가스의 분사 각도를 조정하는 내부구조의 특성에 따른 와류 형성으로 플라즈마 점화 에러 발생을 최소화하여 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 홀의 가장자리를 부드럽게 가공하여 아킹 발생을 억제하여 가스노즐의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 본 발명은 아킹으로 발생할 수 있는 노즐의 조각 발생을 감소시켜 파티클 발생을 최소화함으로써 반도체 소자의 품질 경쟁력 확보 및 불량 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 홀 가공 대비 홀 가공이 용이하여 가공 시 불량률을 현저히 낮출 수 있으며, 이에 따라 가스노즐의 제작단가를 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 가스가 분사되는 헤드(Head)와 노즐바디(Head holder)로 분리하여 제작 및 결합함으로써 공정가스의 분사홀 및 헤드 내부의 분사가스 가이드 구조를 형성하는 것이 용이하며, 별도의 분사홀 커버가 필요치 않기 때문에 분사홀 커버를 통해 유입되는 플라즈마로 인한 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 일례로서, 미국 MKS사의 RPS용 가스노즐 사진,
도 2는 도 1의 MKS사의 RPS용 가스노즐의 사선으로 형성된 홀 부위의 확대단면도,
도 3은 도 1의 MKS사의 RPS용 가스노즐의 불량상태 사진,
도 4는 반도체 장비용 가스노즐의 주변에 형성되는 플라즈마가 흐르는 방향을 설명하기 위한 사진,
도 5는 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐에 형성된 가스 분사홀의 직경과 배치를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 수직으로 형성된 홀 부위의 확대단면도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1실시 예에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 내부 구조도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 제2실시 예에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 내부 구조도,
도 11 및 도 12는 본 발명의 제3실시 예에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 내부 구조도,
도 13은 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 분해 및 결합사시도,
도 14는 종래기술에 따른 가스노즐과 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 측단면도를 비교한 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 소스용 가스 노즐에 대한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타낸다. 하기의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, "부"의 용어에 대한 의미는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수도 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 전자기장의 흐름에 맞춰 홀(Hole)의 배열과 분사가스 가이드 구조를 형성하여, 분사되는 가스에 와류를 형성하되 분사되는 가스에 의한 압력의 불균형을 방지하여 플라즈마 발생 효율을 높이면서도 국부 플라즈마 발생을 억제하고, 노즐 표면에서의 아킹(Arcing) 방지 및 파티클(Particle)의 발생을 최소화할 뿐만 아니라, 제조가 용이하여 제조 시 불량율을 현저하게 낮출 수 있는 반도체 장비용 가스노즐을 제공한다.
먼저, 도 4는 반도체 장비용 가스노즐의 주변에 형성되는 플라즈마가 흐르는 방향을 설명하기 위한 사진으로서, 플라즈마가 가스노즐이 장착된 RPS의 챔버 내부에서 챔버를 따라 수직으로 형성되어 흐르는 것이 아니라, 백색 화살표와 같이 좌측 하단 부위에서 우측 상단 부위 방향으로 형성되는 것을 플라즈마가 흐른 흔적(자국)을 통해 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐에서 가스가 분사되는 분사면(110)을 관통하여 형성되는 분사홀들을 서로 다른 3종의 직경을 갖도록 하고 이를 플라즈마가 흐르는 라인에 맞추어 배치한다. 이때, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐에 형성되는 3종의 분사홀들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 분사면(110)을 수직으로 관통하여 형성되므로, 분사면을 사선으로 관통하여 형성되는 종래의 가스노즐과 달리 가장자리(114)가 덜 날카롭고 부드럽게 가공됨으로써 아킹이 발생하지 않는다. 도 5는 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐에 형성된 가스 분사홀의 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 수직으로 형성된 홀 부위의 확대단면도이다.
설명의 편의를 위하여 분사면(110)에 형성되는 위치에 따라 제1 내지 제3분사부(111-113)로 명명한다. 먼저, 제1분사부(111)는 플라즈마가 흐르는 라인의 외곽에 위치하도록 분사면(110)의 좌측에 위치하는 홀들로 구성되는 부분으로서, 가장 많은 가스가 분사되도록 가장 큰 직경(제1직경)을 갖는 다수의 홀들로 구성된다. 제1분사부(111)는 챔버 내에 플라즈마가 발생되더라도 플라즈마가 흐르는 라인의 외곽에 위치하기 때문에 큰 직경(제1직경)을 가지는 홀들로 구성되어 있음에도 불구하고 플라즈마가 홀 내부로 타고 들어오지 않으면서도 플라즈마의 생성에 필요한 가스를 충분히 공급할 수 있다.
다음으로, 제2분사부(112)는 분사면(110)의 중앙에 위치하는 홀들로 구성되는 부분으로서, 중앙에 가장 작은 직경(제3직경)의 홀들(112a)을 분산 배치하고, 중간 크기의 직경(제2직경)을 갖는 홀들을 그 주변에 분산 배치한다.
마지막으로, 제3분사부(113)는 분사면(110)의 우측에 위치하는 홀들로 구성되는 부분으로서, 중간 크기의 직경(제2직경)을 갖는 홀들로 구성된다.
다시, 도 5 및 도 6을 참조하면, 분사면(110)을 수직으로 관통하여 분사홀(111-113)이 형성되므로, 홀을 따라 챔버 내부로 분사되는 가스에 와류가 발생하지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은 도 6과 같이 분사면(110) 내부의 측면(120)을 라운드 진 경사면으로 구성함으로써 분사되는 가스가 휘어져서 분사되도록 한다. 이에 따라, 가스가 분사되면서 와류를 형성하게 됨으로써 플라즈마의 발생효율을 높여주게 된다.
도 7 내지 도 12는 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 분사면(110) 내부의 구조에 대한 일 실시예로서, 먼저, 도 7 및 도 8에 도시된 제1실시 예를 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 분사면(110)의 제2분사부(112) 중 제3직경의 홀들이 배치된 부분(112a)과 대응되는 내부의 중심면(130)이 주변의 바닥면(140)보다 높게 형성되고, 중심면(130)을 중심으로 주변의 바닥면(140)과 만나는 면이 라운드 지게 형성되며, 상기 바닥면(140)과 둘레의 측면(120)이 만나는 면을 라운드 진 구조로 형성하여, 상기 측면(120)과 바닥면(140) 및 중심면(130)이 이루는 단면이 'U'자형을 이루도록 한다.
이에 따라 본 발명의 제1실시 예에 따른 가스노즐은, 라운드 진 양 측면(120)이 제1분사부(111)로 분사되는 가스(F1) 및 제3분사부(113)로 분사되는 가스(F2)를 분사면(110)의 중앙 쪽으로 휘어지도록 하고, 중심면(130)과 바닥면(140) 사이에 라운드 진 면이 제2분사부(112)의 제2직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스(F3)를 바깥쪽으로 휘어지도록 하며, 중심면(130)에서 제2분사부(112)의 제3직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스(F4)는 수직으로 분사시킨다. 이에 따라, 제1분사부(111)와 제2분사부(112), 그리고 제3분사부(113)와 제2분사부(112)에서 분사되는 가스가 서로 부딪치면서 분산함에 따라 챔버 내부에서 플라즈마의 발생을 용이하게 한다.
다음으로, 도 9 및 도 10에 도시된 제2실시 예를 설명하면, 분사면(110)의 제2분사부(112) 중 제3직경의 홀들이 배치된 부분(112a)과 대응되는 내부의 중심면(130)을 바닥면(140)과 같은 높이로 형성하고, 상기 중심면(130) 주변의 면을 측면(120)까지 라운드지게 연장하여 형성된 구조를 갖는다.
이에 따라, 본 발명의 제2실시 예에 따른 가스노즐은, 중심면(130)을 둘러싸며 라운드진 측면(120) 및 바닥면(140)이 제1분사부(111)를 통해 분사되는 가스(F1) 및 제3분사부(113)를 통해 분사되는 가스(F2)와 제2분사부(112)의 제2직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스(F3)를 분사면(110)의 중앙 쪽으로 휘어지도록 하며, 중심면(130)에서 제2분사부(112)의 제3직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스(F4)를 수직으로 분사시킨다. 이에 따라, 제1분사부(111)와 제3분사부(113) 및 제2분사부(112)의 제2직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스가 분사면(110)의 중앙으로 모여 밀도를 높임으로써 챔버 내부에서 플라즈마의 발생을 용이하게 한다.
다음으로, 도 11 및 도 12에 도시된 제3실시 예를 설명하면, 먼저 가스 주입구(150)를 통해 노즐의 내부로 주입되는 가스는 가스주입구(150)의 내벽에 형성된 나사산을 따라 회전하면서 주입된다. 이때, 가스와 가스주입구(150)의 마찰에 의해 발생하는 정전기를 제거하기 위하여 가스주입구(150)의 표면은 소프트 아노다이징(Soft Anodizing) 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 가스노즐은, 분사면(110)의 제1분사부(111) 및 제3분사부(113)와 대응되는 측면(120)이 바닥면(140)까지 라운드 지게 형성되고, 제2분사부(112)와 대응되는 내부의 중심면(130) 및 바닥면(140)은 같은 높이로 평평하게 형성되되, 제2분사부(112) 중 제2직경의 홀들이 배치된 부분과 대응되는 내부의 홀 입구가 상기 가스주입구(150)에서 회전하면서 주입되는 가스의 회전방향을 따라 홀 입구까지 경사지게 골이 일방향으로 형성된 구조를 갖는다.
이에 따라, 본 발명의 제3실시 예에 따른 가스노즐은 노즐의 내부로 회전하면서 주입된 가스를 다시 라운드진 측면(120)을 따라 제1분사부(111) 및 제3분사부(113)를 통해 분사시켜, 가스(F1) 및 가스(F2)를 분사면(110)의 중앙 쪽으로 휘어지도록 하며, 노즐의 내부로 회전하면서 주입된 가스를 제2분사부(112)의 제2직경을 갖는 홀들을 통해 회전하는 방향을 따라 회전하면서 분사(F3)되도록 하고, 중심면(130)에서 제2분사부(112)의 제3직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스(F4)를 수직으로 분사시킨다. 이에 따라, 제1분사부(111)와 제3분사부(113)를 통해 분사되는 가스가 분사면(110)의 중앙으로 모이도록 함과 아울러, 제2분사부(112)의 제2직경을 갖는 홀들을 통해 분사되는 가스가 와류를 형성하도록 함으로써 챔버 내부에서 플라즈마의 발생을 용이하게 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은, 가스 분사홀을 분사면에 대하여 수직으로 타공하되 서로 다른 3종의 직경을 갖는 분사홀을 플라즈마 형성 라인에 맞춰 배치함으로써 아킹 또는 국부 플라즈마의 발생 없이 플라즈마가 용이하게 발생되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은, 분사홀을 통해 분사되는 가스의 휘어짐을 유도하도록 가스 분사면 내부의 구조를 형성함으로써 플라즈마의 발생효율을 향상시킨다.
한편, 도 13은 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 분해 및 결합 사시도로서, 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은 전술한 분사홀을 통해 분사되는 가스의 휘어짐을 유도하도록 하기 위하여 형성하는 가스 분사면 내부의 구조를 용이하게 가공할 수 있도록 헤드(100) 및 노즐바디(200)로 분리된 구성을 갖는다.
상기 헤드(100)는 저면에 가스 분사구가 형성되는 분사면(110)을 구비하고, 상기 분사면(110)과 대응되는 내부에 분사가스 가이드 구조를 형성하며, 상부 중앙을 관통하여 가스주입구(150)가 형성된다. 상기 노즐바디(200)는 상기 헤드(100)가 삽입되는 삽입구를 형성하고, 삽입된 헤드(100)를 볼트 등의 고정수단으로 결합하며, 중앙에 형성된 가스통로를 통해 외부의 가스를 이송하여 상기 헤드(100)의 가스주입구(150)를 통해 헤드(100) 내부에 가스를 공급한다.
본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐이 헤드(100)와 노즐바디(200)로 분리 및 결합되는 구조는 가스 분사 중에 챔버 내에서 생성되는 플라즈마가 노즐 내부로 유입되는 것을 방지한다. 설명의 편의를 위하여, 도 14의 (a) 및 (b)에 종래기술에 따른 가스노즐과 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐의 간략한 측단면도를 나란히 도시하였다.
도 14에 도시한 바와 같이, 노즐(10)의 내부가 캡(20)에 의해 커버되는 종래의 가스노즐과 달리, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은 가스 분사홀이 형성된 헤드(100)가 노즐바디(200)에 삽입될 시 헤드(100)의 내부가 서로 마주보는 헤드(100)와 노즐바디(200)에 의하여 커버되는 구조로서, 헤드(100) 내부에 형성되는 분사가스 가이드 구조의 가공이 용이할 뿐만 아니라, 헤드(100)의 내부가 단차진 결합부위로 인해 이중으로 보호됨으로써, 외부의 플라즈마가 헤드(100) 내부로 유입되는 것을 완전히 차단할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 장비용 가스노즐은 가스가 분사되는 헤드(Head)와 노즐바디(Head holder)로 분리하여 제작 및 결합함으로써 공정가스의 분사홀 및 헤드 내부의 분사가스 가이드 구조를 형성하는 것이 용이하며, 별도의 분사홀 커버가 필요치 않기 때문에 분사홀 커버를 통해 유입되는 플라즈마로 인한 손상을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. 반도체 장비의 공정챔버에 플라즈마 발생용 공정가스를 분사하는 가스노즐에 있어서,
    상기 공정가스가 분사되는 분사면을 수직으로 관통하여 형성되는 서로 다른 직경을 갖는 3종의 분사홀을 구비하고,
    상기 분사면의 좌측에 위치하는 다수의 분사홀들로 구성되되, 상기 가스노즐 장착 시 플라즈마가 형성되는 라인의 좌측 외곽에 가장 큰 직경을 갖는 다수의 제1분사홀들로 구성되는 제1분사부;
    상기 분사면의 중앙에 위치하는 다수의 분사홀들로 구성되되, 중앙에 분산 배치되는 가장 작은 직경을 갖는 다수의 제3분사홀들과, 상기 제3분사홀들 주위에 분산 배치되는 중간 크기의 직경을 갖는 다수의 제2분사홀들로 구성되는 제2분사부; 및
    상기 분사면의 우측에 위치하는 다수의 분사홀들로 구성되되, 중간 크기의 직경을 갖는 다수의 제2분사홀들로 구성되는 제3분사부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 가스노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2분사부 중 제3분사홀들이 형성된 부분과 대응되는 노즐 내부의 중심면이 주변의 바닥면보다 높게 형성되고,
    상기 중심면을 중심으로 주변의 바닥면과 만나는 면이 라운드 지게 형성되며,
    상기 바닥면과 둘레의 측면이 만나는 면이 라운드 진 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 가스노즐.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2분사부 중 제3분사홀들이 형성된 부분과 대응되는 노즐 내부의 중심면이 주변의 바닥면과 같은 높이로 형성되고,
    상기 바닥면에서 측면까지 라운드지게 연장하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 가스노즐.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 내부로 가스를 주입하는 가스주입구의 내벽에 나사산이 형성되고,
    상기 제1분사부 및 제3분사부와 대응되는 측면이 바닥면까지 라운드 지게 형성되고, 제2분사부와 대응되는 노즐 내부의 중심면 및 바닥면은 같은 높이로 평평하게 형성되되, 상기 제2분사부 중 제2분사홀들이 형성된 부분과 대응되는 노즐 내부의 홀이, 상기 가스주입구에서 주입되는 가스의 회전방향을 따라 홀 입구까지 경사지게 골이 일방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 가스노즐.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가스주입구의 내벽 표면은 소프트 아노다이징(Soft Anodizing) 처리된 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 가스노즐.
  6. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    저면에 상기 분사면을 구비하고, 상기 분사면과 대응되는 내부에 분사가스 가이드 구조를 형성하며, 상부 중앙을 관통하여 상기 가스주입구가 형성되는 헤드; 및
    상기 헤드가 삽입되는 삽입구를 형성하고, 상기 헤드를 볼트 등의 고정수단으로 결합하며, 중앙에 형성된 가스통로를 통해 외부의 가스를 이송하여 상기 헤드의 가스주입구를 통해 상기 헤드의 내부에 가스를 공급하는 노즐바디;로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 가스노즐.
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