KR20220089056A - 혼합 가스 공급 장치 및 혼합 가스 정량 공급 방법 - Google Patents

혼합 가스 공급 장치 및 혼합 가스 정량 공급 방법 Download PDF

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세메스 주식회사
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Abstract

혼합 가스 공급 장치는, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 가스 공급 소스들, 상기 가스 공급 소스들 각각과 유체적으로 연결되며, 상기 가스 공급 소스로부터 서로 다른 가스를 각각의 유량에 따라 공급받아 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하는 가스 믹서 및 상기 가스 믹서와 유체적으로 연결되며, 상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들 각각으로 공급하는 유량 분배기를 포함한다. 이로써, 균일한 혼합비를 갖는 혼합 가스가 분배될 수 있다.

Description

혼합 가스 공급 장치 및 혼합 가스 정량 공급 방법{APPARTUS FOR PROVIDING A MIXED GAS AND METHOD OF PROVIDING A MIXED GAS AT A PRETERMINED AMOUNT}
본 발명의 실시예들은, 혼합 가스 공급 장치 및 혼합 가스 정량 공급 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 서로 다른 종류의 가스를 정량을 공급받아 정량 비율에 따른 혼합 비를 갖는 혼합 가스를 공급하는 혼합 가스 공급 장치 및 혼합 가스 정량 공급 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 기술의 급속한 발달로 반도체 소자가 고집적화 되고 금속 배선들의 간격이 미세화 됨에 따라 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition : HDP-CVD) 방법이 개발되어 있다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법은 종래의 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PE-CVD)보다 높은 이온화 효율을 갖도록 전기장과 자기장을 인가하여 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성하고, 공급되는 공정 가스를 분해하여 웨이퍼 상에 막을 증착하게 된다.
플라즈마 공정을 이용한 반도체 제조 장치 중에는 생산 수율 향상을 위하여 하나의 공정 챔버 내부에 다수의 공정 스테이지들을 적층 구조로 구비하고, 각각의 공정 스테이지에서 플라즈마 공정을 수행하는 제조 장치를 포함한다. 이 경우에 하나의 가스 공급 장치를 이용하여 다수의 공정 스테이지들로 공정 가스를 분배하여 공급하는 방식이 주로 사용되고 있다.
이 때, 플라즈마 공정을 이용한 제조 공정에서는 반도체 기판으로 공급되는 공정 가스의 종류, 혼합비, 공급량에 따라서 공정 결과물에 영향을 끼치게 된다. 즉, 다수의 공정 스테이지들로 공급되는 공정 가스의 혼합비가 다를 경우 해당 플라즈마 처리 공정에 문제가 발생할 수 있다.
특히, 공정 가스는 다수의 공정 가스들을 혼합하여 사용하게 되는데, 공정 가스가 균일하게 혼합되지 않는 경우에도 공정 결과에 영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 공정 가스가 균일하게 혼합될 수 있는 혼합 가스 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 공정 가스가 균일하게 혼합될 수 있는 혼합 가스 정량 공급 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스 공급 장치는, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 가스 공급 소스들, 상기 가스 공급 소스들 각각과 유체적으로 연결되며, 상기 가스 공급 소스로부터 서로 다른 가스를 각각의 유량에 따라 공급받아 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하는 가스 믹서 및 상기 가스 믹서와 유체적으로 연결되며, 상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들 각각으로 공급하는 유량 분배기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 믹서는 내부로 유입된 상기 서로 다른 가스들을 포함하는 예비 혼합 가스에 형성할 수 있도록 구비된 와류 형성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 와류 형성부는, 양측 단부가 서로 반대되는 회전 방향으로 트위스트된 트위스트부 및 상기 트위스트부의 일 단부와 연결되며, 상부 및 하부가 각각 타원형으로 대칭되어 중심에 오목하게 리세스가 형성된 타원부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트위스트부 및 상기 타원부를 포함하는 단위체가 복수개로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급 소스들 및 가스 믹서를 상호 연통시키며, 유량 조절기가 구비된 제1 가스 공급 라인 및 상기 가스 믹서 및 유량 분배기를 상호 연통시키는 제2 가스 공급 라인이 추가적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유량 분배기로부터 분기되어 상기 공정 챔버들과 각각 연결된 복수의 채널이 추가적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스의 정량 공급 방법에 있어서, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 가스 공급 소스들로부터 서로 다른 가스를 각각의 유량에 따라 공급한다. 이어서, 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하고, 상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들 각각으로 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하기 위하여, 가스 믹서 내부로 유입된 상기 서로 다른 가스들을 포함하는 예비 혼합 가스에 와류 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 다수의 가스 공급 소스들로부터 공급되는 다수의 공정 가스들을 균일하게 혼합하고, 다수의 공정 가스들이 균일하게 혼합된 혼합 가스를 균일하게 분배하여 기판에 대한 공정이 수행되는 다수의 공정 챔버로 공급될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 믹서에 포함된 와류 형성부를 설명하기 위한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스의 정량 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시된 믹서에 포함된 와류 형성부를 설명하기 위한 정면도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스 공급 장치는 다수의 가스 공급 소스들(110), 가스 믹서(150) 및 유량 분배기(170)을 포함한다.
상기 가스 공급 장치(100)는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 반도체 기판에 대한 공정이 수행되는 다수의 공정 챔버들(20)로 혼합된 공정 가스를 균일하게 공급하기 위하여 바람직하게 사용될 수 있다. 여기서, 기판은 실리콘 웨이퍼와 같이 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 기판일 수 있고, 또는 동종의 기술로서 평판 디스플레이 소자를 제조하기 위한 유리 기판 또는 유연 기판일 수 있다. 한편, 상기 혼합 가스 공급 장치(100)는 플라즈마 화학 기상 장치에 한정되는 것은 아니며, 반도체 제조 공정 중에서 다수의 공정 챔버(혹은 공정 영역) 내로 혼합 공정 가스를 균일하게 분배하여 공급하는 구성에서 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 다수의 가스 공급 소스들(110)은 기판의 공정 처리에 필요한 서로 다른 공정 가스를 공급한다. 이와 달리, 가스 공급 소스(110)들은 몇 개씩 그룹을 이루고, 그룹 단위로 서로 다른 공정 가스를 공급할 수도 있다. 가스 공급 소스(110)들에서 공급되는 공정 가스의 종류는 수행하고자 하는 공정에 따라서 달라 질 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 가스 공급 소스들은 제1 가스 공급 소스, 제2 가스 공급 소스 및 제3 가스 공급 소스를 포함할 수 있다.
상기 가스 믹서(150)는 다수의 가스 공급 소스들(110)와 유체적으로 연결된다. 즉, 상기 가스 믹서(150)는 다수의 가스 공급 소스들(110)로부터 각각의 공정 가스를 공급받을 수 있다.
상기 가스 믹서(150)은 다수의 가스 공급 소스(100)로부터 공급되는 다수의 공정 가스들을 균일하게 혼합하여 일정한 가스 혼합비를 갖는 혼합 가스를 형성한다. 이때, 상기 가스 믹서는 내부로 유입되는 예비 혼합 가스를 와류를 이용하여 믹싱함으로써, 일정한 혼합비를 갖는 혼합 가스를 형성한다. 이로써, 상기 혼합 가스는 상기 가스 믹서에 유입된 가스의 유량비에 대응되는 상기 가스 혼합비를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급 소스들 및 가스 믹서를 상호 연통시키는 제1 가스 공급 라인이 구비될 수 있다. 상기 제1 가스 공급 라인 상에는 유량 조절기(130)가 구비될 수 있다.
상기 제1 가스 공급 라인의 일 단부는 분기되어 각각 가스 공급 소스들과 연통되며, 상기 제1 가스 공급 라인의 타 단부는 상기 가스 믹서와 연통될 수 있다.
상기 유량 분배기(170)는 상기 가스 믹서와 유체적으로 연결된다. 즉, 상기 유량 분배기로부터 배출된 혼합 가스는 상기 유량 분배기로 공급될 수 있다.
상기 유량 분배기(170)는 상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들(20; 21, 22) 각각으로 공급할 수 있다. 상기 유량 분배기로 유입되는 혼합 가스는 균일하게 혼합되어 일정한 혼합비를 가질 수 있다. 이로써, 상기 유량 분배기는 일정한 혼합비를 갖는 혼합 가스를 공정 챔버에 일정한 유량으로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 믹서(150)는 내부로 유입된 상기 서로 다른 가스들을 포함하는 예비 혼합 가스에 형성할 수 있도록 구비된 와류 형성부(151)를 포함한다. 상기 와류 형성부는 상기 가스 믹서의 유입부를 통하여 유입된 예비 혼합 가스를 플로우시키면서 와류를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 와류 형성부(151)는 트위스트부 및 타원부를 포함한다.
상기 트위스트부는 플레이트를 양측 단부가 서로 반대되는 회전 방향으로 트위스트하여 형성될 수 있다. 이로써, 상기 트위스트부의 표면을 따라 예비 혼합 가스가 플로우되면서 1차 혼합될 수 있다.
상기 타원부는 상기 트위스트부의 일 단부와 연결된다. 상기 타원부는 상부 및 하부가 각각 타원형으로 대칭되어 중심에 오목하게 리세스가 형성된다. 이로써, 상기 트위스트부로 1차 혼합된 예비 혼합 가스가 상기 타원부의 표면을 따라 유동함으로써 2차 혼합될 수 있다. 이로써, 상기 와류 형성부는 내부로 공급되는 유량에 따라 상기 예비 혼합 가스를 전체적으로 균일한 혼합비를 갖는 혼합 가스로 변환시킬 수 있다.
여기서 상기 트위스트부 및 상기 타원부를 단위체로 하여 복수개로 배열될 수 있다. 이로써, 상기 가스 믹서는 보다 균일한 혼합비를 갖는 혼합 가스를 형성할 수 있다.
상기 가스 분배기(170)는 가스 믹서(150)에서 다수의 공정 가스들을 균일하게 혼합된 공정 가스를 제공받고, 이를 여러 갈래로 분기하여 기판에 대한 공정이 수행되는 공정 챔버(20)들로 공급한다. 특히, 가스 분배기(170)는 다수의 공정 챔버 내에 구비된 스테이지로 균일하게 공정 가스(혼합 가스)를 분배할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 분배기로부터 분기되어 상기 공정 챔버들과 각각 연결된 복수의 채널들(180)이 추가적으로 구비된다.
상기 채널들은 균일한 공급량으로 분배하여 혼합 가스를 상기 챔버들 각각으로 공급할 수 있다.
본 실시예에서 있어서, 채널들 각각의 상에는 유량 측정기들(미도시)과 니들 밸브(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 유량 측정기들은 공정 챔버(20)와 연결된 유로의 최종단에 구비되며, 혼합 가스의 유량을 측정한다. 한편, 니들 밸브는 유량 측정기(134)에서 측정된 값들에 근거하여 공정 챔버(20)들로 공급되는 혼합 가스의 공급량을 미세 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 가스의 정량 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 가스 공급 소스들로부터 서로 다른 가스를 각각의 유량에 따라 공급받는다. 이때 상기 유량들의 유량비가 혼합 가스의 혼합비에 대응된다(S110).
이어서, 와류를 이용하여 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합한다(S130). 이때, 상기 와류 형성부를 포함하는 가스 믹서가 이용될 수 있다.
이후, 상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들 각각으로 공급한다(S150). 이로써, 균일하게 혼합비를 갖는 혼합 가스가 공정 챔버 들 내부로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 혼합 가스 공급 장치는, 다수의 가스 공급 소스들로부터 공급되는 다수의 공정 가스들을 균일하게 혼합하고, 다수의 공정 가스들이 균일하게 혼합된 혼합 가스를 균일하게 분배하여 기판에 대한 공정이 수행되는 다수의 공정 챔버로 공급될 수 있다. 상기 혼합 가스 공급 장치는 플라즈마 공정 가스를 이용하여 반도체 제조 설비에 적용될 수 있다.
100 : 혼합 가스 공급 장치 110 : 가스 공급 소스들
150 : 가스 믹서 170 : 가스 분배기

Claims (8)

  1. 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 가스 공급 소스들;
    상기 가스 공급 소스들 각각과 유체적으로 연결되며, 상기 가스 공급 소스로부터 서로 다른 가스를 각각의 유량에 따라 공급받아 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하는 가스 믹서; 및
    상기 가스 믹서와 유체적으로 연결되며, 상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들 각각으로 공급하는 유량 분배기를 포함하는 혼합 가스 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 믹서는 내부로 유입된 상기 서로 다른 가스들을 포함하는 예비 혼합 가스에 형성할 수 있도록 구비된 와류 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 와류 형성부는
    양측 단부가 서로 반대되는 회전 방향으로 트위스트된 트위스트부; 및
    상기 트위스트부의 일 단부와 연결되며, 상부 및 하부가 각각 타원형으로 대칭되어 중심에 오목하게 리세스가 형성된 타원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 트위스트부 및 상기 타원부를 단위체로 하여 복수개로 배열된 것을 특징으로 하는 혼합 가스 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 소스들 및 가스 믹서를 상호 연통시키며, 유량 조절기가 구비된 제1 가스 공급 라인; 및
    상기 가스 믹서 및 유량 분배기를 상호 연통시키는 제2 가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유량 분배기로부터 분기되어 상기 공정 챔버들과 각각 연결된 복수의 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스 공급 장치.
  7. 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 가스 공급 소스들로부터 서로 다른 가스를 각각의 유량에 따라 공급받는 단계;
    상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합비를 갖는 상기 혼합 가스를 특정 유량비으로 공정 챔버들 각각으로 공급하는 혼합 가스 정량 공급 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유량에 따른 혼합비를 갖는 혼합 가스로 혼합하는 단계는, 가스 믹서 내부로 유입된 상기 서로 다른 가스들을 포함하는 예비 혼합 가스에 와류 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 정량 공급 방법.
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