KR20240036764A - 성막 장치 - Google Patents

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KR20240036764A
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vertical chamber
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이정현
이상엽
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 성막 장치는 내부 공간을 가지며 가스가 배기되는 배기구를 가지는 종형 챔버와, 상기 종형 챔버의 내부에 설치되며 복수개의 웨이퍼가 상기 종형 챔버의 하단부에서 상단부로 순차적으로 적층되는 웨이퍼 보트와, 상기 종형 챔버를 관통하여 배치되어 상기 종형 챔버의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관에 연결되어 상기 웨이퍼로 가스를 분사하는 인젝터를 포함하며, 상기 가스 공급관은 상기 인젝터의 길이 방향 중앙부에 연결될 수 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로를 구성하는 반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 피처리체, 예를 들면 반도체 웨이퍼에 성막, 에칭, 산화, 확산, 개질(reformation) 등의 각종의 처리가 행해진다. 그리고, 웨이퍼의 성막 처리는 일예로서 종형 챔버를 가지는 배치식의 성막 장치 내에서 행해진다. 이를 위해, 종형 챔버 내에는 성막을 위한 가스를 분사하는 인젝터가 구비되며, 인젝터는 직선형 원형관에 노즐이 형성된 구조를 가진다. 그리고, 인젝터에 가스를 공급하는 가스 공급관은 인젝터의 하단부에 연결되어 인젝터로 가스를 공급한다.
그런데, 이러한 종래의 방식에 의해 가스를 웨이퍼로 분사하는 경우 인젝터의 기체 이동 경로를 따라 상부측에 배치되는 웨이퍼 측으로 갈수록 실리콘 공급량 뿐만 아니라 여러가지 반응 기체의 양이 부족해져서 웨이퍼 상에 형성되는 막의 두께에 있어서 급격한 산포 구배가 생기는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 종형 챔버의 웨이퍼에 공급되는 가스의 양이 보다 균일하도록 하여 웨이퍼 상에 균일한 막이 형성될 수 있는 성막 장치를 제공하는 것이다.
예시적인 실시예에 따른 성막 장치는 내부 공간을 가지며 가스가 배기되는 배기구를 가지는 종형 챔버와, 상기 종형 챔버의 내부에 설치되며 복수개의 웨이퍼가 상기 종형 챔버의 하단부에서 상단부로 순차적으로 적층되는 웨이퍼 보트와, 상기 종형 챔버를 관통하여 배치되어 상기 종형 챔버의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관에 연결되어 상기 웨이퍼로 가스를 분사하는 인젝터를 포함하며, 상기 가스 공급관은 상기 인젝터의 길이 방향 중앙부에 연결될 수 있다.
종형 챔버의 웨이퍼에 공급되는 가스의 양이 보다 균일하도록 하여 웨이퍼 상에 균일한 막이 형성될 수 있는 성막 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 인젝터를 나타내는 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 가스공급관과 인젝터를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 종래기술에 따른 인젝터 및 인젝터를 통해 분사되는 질량 플럭스를 나타내는 그래프이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 인젝터 및 인젝터를 통해 분사되는 질량 플럭스를 나타내는 그래프이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 가스 공급관과 인젝터를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 종래기술에 따른 인젝터 및 도 2, 3, 6에 도시된 인젝터에 의한 질량 플럭스를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이고, 도 2는 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 인젝터를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 성막 장치(100)는 일예로서, 종형 챔버(120), 웨이퍼 보트(130), 가스 공급관(140), 방열부(150) 및 인젝터(160, injector)를 포함한다.
종형 챔버(120)는 내부 공간을 가지며, 가스가 배기되는 배기구(121)를 가진다. 일예로서, 종형 챔버(120)는 가열 장치로서의 히터(110)의 내측에 배치된다. 히터(110)는 종형 챔버(120)의 내부에 열에너지를 제공할 수 있으며, 종형 챔버(120)의 내부가 가열되도록 한다. 예를 들어 히터(110)는 통 형상(예를 들어, 원통 형상)의 단열부재와 단열부재의 내부면에 제공되는 발열체로 이루어질 수 있고, 높이 방향으로 복수의 영역으로 나뉘어 온도 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 종형 챔버(120)는 종형 챔버(120)의 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(140)이 관통되어 설치될 수 있도록 관통홀(122)을 구비한다. 관통홀(122)은 종형 챔버(120)의 하단부에 구비될 수 있다.
일예로서, 종형 챔버(120)는 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 유리 재료로 이루어지며, 상단이 폐쇄되고 하단이 개구된 원통 형상을 가질 수 있다. 종형 챔버(120)는 웨이퍼(W)에 성막 처리를 위한 공간을 제공한다.
웨이퍼 보트(130)는 종형 챔버(120)의 내부에 설치되며, 웨이퍼 보트(130)에는 복수개의 웨이퍼(W)가 종형 챔버(120)의 하단부에서부터 상단부로 순차적으로 적층된다. 이를 위해 웨이퍼 보트(130)는 복수개의 웨이퍼(W)를 다단으로 수납하기 위한 복수개의 지주(132)를 가질 수 있다. 일예로서, 웨이퍼 보트(130)는 종형 챔버(120)와 같이 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 유리 재료로 이루어질 수 있다.
가스 공급관(140)은 종형 챔버(120)에 설치되며, 종형 챔버(120)의 관통홀(122)을 통해 일단부가 종형 챔버(120)의 내부에 배치된다. 일예로서, 가스 공급관(140)은 인젝터(160)에 연결되어 웨이퍼(W)로 분사되는 가스를 인젝터(160)로 공급한다. 한편, 도 1에는 가스 공급관(140)을 하나만 도시하였으나, 가스 공급관(140)은 종형 챔버(120)의 원주 방향을 따라 복수개가 상호 이격 배치될 수 있다. 일예로서, 종형 챔버(120)에는 3개의 가스 공급관(140)이 상호 이격 배치될 수 있다. 그리고, 가스 공급관(140)은 인젝터(160)의 길이 방향 중앙부에 연결될 수 있다. 이에 따라, 가스 공급관(140)을 통해 공급되는 가사는 인젝터(160)의 중앙부에서부터 상단부와 하단부로 유동될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
인젝터(160)는 가스 공급관(140)에 연결되어 웨이퍼(W)로 가스를 분사한다. 일예로서, 가스 공급관(140)은 인젝터(160)의 길이 방향 중앙부에 연결되어 인젝터(160)의 중앙부에서 상단부와 하단부로 유동할 수 있다. 그리고, 인젝터(160)는 가스 공급관(140)에 연결되는 하나의 관으로 구성될 수 있다. 한편, 인젝터(160)에는 가스 공급관(140)으로부터 공급되는 가스가 유동되는 가스 유동로(162) 및 가스 유동로(162)에 연결되는 복수개의 노즐(164)이 형성된다. 그리고, 인젝터(160)는 일예로서 외경(D1)이 동일한 원형관 형상을 가지며, 종형 챔버(120)의 길이 방향으로 배치된다. 또한, 인젝터(160)는 예를 들어 상단부와 하단부가 폐쇄된 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 인젝터(160)의 중앙부로 공급된 가스는 노즐(164)을 통해 분사되며 인젝터(160)의 상부와 하부를 통해서는 배출되지 않는다. 여기서, 길이 방향이라 함은 도 1의 Y축 방향을 의미하고, 폭 방향이라 함은 도 1의 X축 방향을 의미한다.
한편, 가스 유동로(162)는 동일한 직경을 가질 수 있다. 일예로서, 일예로서, 가스 공급관(140)에 구비되는 가스 유로의 단면적은 가스 유동로(162)의 단면적보다 크거나 같을 수 있다. 이에 따라, 노즐(164)로부터 분사되는 가스의 양이 보다 많아질 수 있다.
상기한 바와 같이, 가스 공급관(140)이 인젝터(160)의 길이 방향 중앙부에서 인젝터(160)에 연결됨으로써 인젝터(160)의 중앙부에 배치되는 노즐(164)로부터 분사되는 가스의 양과 노즐(164)의 상단부와 하단부에서 분사되는 가스의 양과의 차이를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 상에 균일한 막이 형성되도록 하는 것이다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 가스 공급관과 인젝터를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3을 참조하면, 가스 공급관(240)은 인젝터(260)에 연결되어 웨이퍼(W, 도 1 참조)로 분사되는 가스를 인젝터(260)로 공급한다. 일예로서, 가스 공급관(240)은 인젝터(260)의 길이 방향 중앙부에서 인젝터(260)에 연결될 수 있다. 한편, 가스 공급관(240)에는 복수개의 관으로 구성되는 인젝터(260)와의 연결을 위해 복수개로 분기되는 분기관부(242)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 가스 공급관(240)을 통해 공급되는 가스는 분기관부(242)를 통해 분기되어 복수개의 인젝터(260)로 공급될 수 있다.
인젝터(260)는 가스 공급관(240)에 연결되어 웨이퍼(W)로 가스를 분사한다. 상기한 바와 같이, 가스 공급관(240)은 인젝터(260)의 길이 방향 중앙부에서 인젝터(260)에 연결된다. 한편, 인젝터(260)는 복수개의 관으로 구성될 수 있다. 한편, 인젝터(260)에는 가스 공급관(240)으로부터 공급되는 가스가 유동되는 가스 유동로(미도시) 및 가스 유동로에 연결되는 복수개의 노즐(264)이 형성된다. 그리고, 인젝터(260)는 일예로서 외경(D1)이 동일한 원형관 형상을 가질 수 있다. 또한, 인젝터(260)는 예를 들어 상단부와 하단부가 폐쇄된 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 인젝터(260)의 중앙부로 공급된 가스는 노즐(264)을 통해 분사되며 인젝터(260)의 상부와 하부를 통해서는 배출되지 않는다.
한편, 가스 유동로는 동일한 직경을 가질 수 있다. 일예로서, 가스 공급관(140)에 구비되는 가스 유로의 단면적은 가스 인젝터(260)에 구비되는 가스 유동로의 단면적보다 크거나 같을 수 있다. 이에 따라, 노즐(264)로부터 분사되는 가스의 양이 보다 많아질 수 있다.
이와 같이, 가스 공급관(240)이 인젝터(260)의 길이 방향 중앙부에서 인젝터(260)에 연결됨으로써 인젝터(260)의 중앙부에 배치되는 노즐(264)로부터 분사되는 가스의 양과 노즐(264)의 상단부와 하단부에서 분사되는 가스의 양과의 차이를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 상에 균일한 막이 형성되도록 하는 것이다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 도 4에는 종래 기술에 따른 인젝터 및 종래기술에 따른 인젝터에 의해 분사되는 가스의 양을 나타내는 그래프이며, 도 5는 예시적인 실시예에 따른 인젝터 및 예시적인 실시예에 따른 인젝터에 의해 분사되는 가스의 양을 나타내는 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래기술과 같이 가스 공급관(40)이 인젝터(60)의 하단부에서 연결되는 경우 노즐을 통해 분사되는 가스의 양이 하단부에서 많고 상단부로 갈수록 줄어드는 것을 알 수 있으며, 하단부에서 분사되는 가스의 양과 상단부에서 분사되는 가스의 양의 편차가 크다는 것을 알 수 있다. 하지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 공급관(240)이 인젝터(260)의 중앙부에서 연결되는 경우 노즐을 통해 분사되는 가스의 양이 중앙부에서부터 상단부와 하단부로 갈수록 거의 차이가 없이 일정하게 분사되는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 인젝터(260)로부터 분사되는 가스의 양의 편차가 크지 않으며, 단위 부피당 반응하는 면적이 많을 것으로 예상되는 종형 챔버의 중앙부에 가장 많은 양의 가스를 공급할 수 있으므로 실제 공정 진행 시 산포 개선에 도움이 될 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 성막 장치에 구비되는 가스 공급관과 인젝터를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6을 참조하면, 가스 공급관(340)은 복수개의 인젝터(360)에 연결되어 웨이퍼(W, 도 1 참조)로 분사되는 가스를 인젝터(360)로 공급한다. 일예로서, 가스 공급관(340)도 복수개가 구비되며, 복수개의 가스 공급관(340)은 복수개의 인젝터(360)에 각각 연결될 수 있다. 한편, 가스 공급관(340)은 인젝터(360)의 길이 방향 중앙부에서 인젝터(360)에 연결될 수 있다. 한편, 가스 공급관(340) 중 일부에에는 복수개의 관으로 구성되는 인젝터(360)와의 연결을 위해 복수개로 분기되는 분기관부(342)를 구비할 수 있다.
인젝터(360)는 가스 공급관(340)에 연결되어 웨이퍼(W)로 가스를 분사한다. 한편, 인젝터(360)는 하나의 관으로 구성되는 제1 인젝터(370)와, 복수개의 관으로 구성되는 제2 인젝터(380)를 구비할 수 있다. 한편, 가스 공급관(340)은 제1,2 인젝터(370, 380)의 길이 방향 중앙부에서 제1,2 인젝터(370,380)에 연결된다. 또한, 제1,2 인젝터(370,380)에는 가스 공급관(340)으로부터 공급되는 가스가 유동되는 가스 유동로(미도시) 및 가스 유동로에 연결되는 복수개의 노즐(374, 384)이 형성된다. 또한, 제1,2 인젝터(370,380)는 예를 들어 상단부와 하단부가 폐쇄된 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1,2 인젝터(370,380)의 중앙부로 공급된 가스는 노즐(374,384)을 통해 분사되며 제1,2 인젝터(370,380)의 상부와 하부를 통해서는 배출되지 않는다.
한편, 가스 유동로는 동일한 직경을 가질 수 있다. 일예로서, 가스 공급관(340)에 구비되는 가스 유로의 단면적은 가스 인젝터(360)에 구비되는 가스 유동로의 단면적보다 크거나 같을 수 있다. 이에 따라, 노즐(264)로부터 분사되는 가스의 양이 보다 많아질 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 인젝터(360)가 제1,2 인젝터(370,380)를 구비하는 경우 가스의 질량 플럭스(Mass Flux)가 개선되는 것을 알 수 있다. 그리고, 종래기술과 비교하여 도 2에 도시된 인젝터(260)를 구비하는 실시예에서의 종형 챔버와 도 3에 도시된 인젝터(360)를 구비하는 실시예에서의 종형 챔버 모두에서 가스의 질량 플럭스(Mass Flux)가 개선되는 것을 알 수 있다. 그리고, 종래기술과 비교하여 평균 질량 플럭스가 도 2의 실시예의 경우 5.6%, 도 3의 실시예의 경우 17.3%, 제1,2 인젝터(370,380)를 모두 구비하는 도 6의 실시예의 경우에서 18.2%가 향상됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 성막 장치
120 : 종형 챔버
130 : 웨이퍼 보트
140, 240, 340 : 가스 공급관
150 : 방열부
160, 260, 360 : 인젝터
370 : 제1 인젝터
380 : 제2 인젝터

Claims (10)

  1. 내부 공간을 가지며, 가스가 배기되는 배기구를 가지는 종형 챔버;
    상기 종형 챔버의 내부에 설치되며, 복수개의 웨이퍼가 상기 종형 챔버의 하단부에서 상단부로 순차적으로 적층되는 웨이퍼 보트;
    상기 종형 챔버를 관통하여 배치되어 상기 종형 챔버의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급관; 및
    상기 가스 공급관에 연결되어 상기 웨이퍼로 가스를 분사하는 인젝터;
    를 포함하며,
    상기 가스 공급관은 상기 인젝터의 길이 방향 중앙부에 연결되는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 종형 챔버의 길이 방향으로 배치되며,
    상기 가스 공급관으로부터 공급되는 가스가 유동하는 가스 유동로 및 상기 가스 유동로에 연결되는 복수개의 노즐이 형성되는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 가스 공급관에 연결되는 하나의 관으로 구성되는 성막 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인젝터는 외경이 동일하며 단면이 원형인 직선관 형상을 가지며, 상기 가스 유동로는 동일한 직경을 가지는 성막 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 가스 공급관에 연결되는 복수개의 관으로 구성되는 성막 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인젝터에 구비되는 복수의 관은 외경이 동일하며, 단면이 원형인 직선관 형상을 가지며,
    상기 가스 유동로는 동일한 직경을 가지는 성막 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스 공급관에는 상기 복수개의 관으로 구성되는 상기 인젝터와의 연결을 위해 복수개로 분기되는 분기관부를 구비하는 성막 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급관에 구비되는 가스 유로의 단면적은 상기 가스 유동로의 단면적보다 크거나 같은 성막 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 가스 공급관에 연결되는 하나의 관으로 구성되는 제1 인젝터와, 상기 가스 공급관에 연결되는 복수개의 관으로 구성되는 제2 인젝터를 구비하는 성막 장치.
  10. 내부 공간을 가지며, 가스가 배기되는 배기구를 가지는 종형 챔버;
    상기 종형 챔버의 내부에 설치되며, 복수개의 웨이퍼가 상기 종형 챔버의 하단부에서 상단부로 순차적으로 적층되는 웨이퍼 보트;
    상기 종형 챔버를 관통하여 배치되어 상기 종형 챔버의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급관; 및
    상기 가스 공급관에 연결되어 상기 웨이퍼로 가스를 분사하는 인젝터;
    를 포함하며,
    상기 인젝터로 공급되는 가스는 상기 인젝터의 길이 방향 중앙부에서 상기 인젝터의 상부와 하부로 분배되어 유동하는 성막 장치.
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