KR100389449B1 - 대칭형 유로블럭을 가지는 진공판 - Google Patents

대칭형 유로블럭을 가지는 진공판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)용 매엽식(枚葉式) 챔버 내에 설치되어, 균일한 배기 압력을 가능하게 하는 진공판(vacuum plate)에 관한 것으로, 중심으로부터 동일 거리에 서로 대칭되도록 일정간격 이격되어, 관통된 4개의 배기홀을 포함하는 상부 진공판 판넬과; 상기 배기홀로 유입된 공기를 유도하는 유로블럭(air-load block)과, 상기 유로블럭을 통하여 유도된 공기를 배출하는 하나의 펌핑홀을 포함하면서, 상부 진공판 판넬의 하부에서 결합되는 하부 진공판 판넬로 이루어지는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버 진공판을 제공하여, 보다 개선된 박막의 구현을 가능하게 한다.

Description

대칭형 유로블럭을 가지는 진공판{vacuum plate have symmetrical air-load block}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 저압화학기상증착용 챔버 내에 설치되어 균일한 배기흐름을 가능하게 하는 진공판(vacuum plate)에 관한 것이다.
저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)이란, 화학가스들의 화학적 반응을 이용하여 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 화학기상증착방법(Chemical Vapor Deposition)의 하나로서, 특히 화학가스들의 반응환경으로 대기압보다 낮은 저압의 분위기를 가지는 것을 특징으로 한다.
즉, 저압 화학기상증착방법은 상압보다 낮는 압력분위기에서 기체상의 소스및 반응물질의 화학반응을 발생시켜, 이들의 생성물을 웨이퍼 상에 박막의 형태로 증착하는 방법으로, 이를 위하여 통상 도 1에 도시한 바와 같은 구성을 가지는 반도체 제조장치가 사용된다.
저압화학기상증착용 반도체 제조장치의 일례로, 도면에 도시한 바와 같이 그 내부에 피 적층체인 웨이퍼(5)를 가지는, 밀폐된 반응 용기인 수직 퍼니스 방식의 매엽식 챔버(vertical furnace single wafer chamber)(10)와, 상기 챔버(10) 내로 인입되어 화학반응을 일으키는 소스 및 반응물질을 각각 저장하고, 이를 공급하는 가스공급부(50)와, 상기 챔버(10)의 내부를 저압으로 조절하는 환경조절장치(60)를 포함하고 있다.
이때 가스 공급부(50)는 소스 및 반응물질을 각각 저장하는 저장탱크(T)와, 상기 저장탱크(T)에 저장된 소스 및 반응물질을 챔버(10)의 내부로 확산 주입하기 위한 다수의 튜브형 인젝터(54a, 54b)를 포함하고 있는데, 이러한 다수의 튜브형 인젝터(54a, 54b)는 각각 챔버(10)의 저면(12)을 관통하도록 수직 설치되어, 챔버(10)의 내부로 소스 및 반응물질을 확산 분사하게 된다.
또한 피 적층체인 웨이퍼(5)를 그 내부에 포함하고 있어, 상기 다수의 튜브형 인젝터(54a, 54b)를 통하여 분사된 소스 및 반응물질의 화학반응에 의한 반응생성물을 웨이퍼(5) 상에 증착되도록 하는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버(10)는, 바람직하게는 박막 증착 속도의 향상을 위하여 웨이퍼(5)를 가열할 수 있는 히터(22)가 내장된 서셉터(20)를 포함하고 있어, 상기 서셉터(20) 상에 웨이퍼(5)가 안착되는 구성을 가지고 있다.
또한 이러한 저압화학기상장착용 반도체 제조장치에는, 챔버(10)의 저면(12)을 관통 설치되는 배출관(64)과, 상기 배출관(64)에 연결된 펌프(P)등을 포함하는 환경조절장치(60)를 가지고 있어, 챔버(10)의 내부환경을 대기압보다 낮은 진공상태로 조성하게 되는데, 이와 같이 상기 환경조절장치(60)가 챔버의 내부를 저압으로 제어하면, 가스공급부(50)를 통하여 챔버(10) 내로 소스 및 반응가스를 각각 공급함으로써, 웨이퍼(5) 상에 이들 소스 및 반응물질 간에 발생되는 흡착, 분해, 반응, 탈착 등의 반응을 통하여 박막을 성장하게 된다.
이때, 전술한 바와 같이 챔버(10)의 내부를 대기압보다 낮은 저압의 분위기로 조성하는 이유는, 소스 및 반응가스 분자들이 가지는 평균자유행로(mean free path)를 연장함으로써 웨이퍼 상에 균일한 분포를 가능하게 하기 위함으로, 또한 반응이 완료된 후 웨이퍼 상의 잔유물 탈착에도 용이한 장점을 가지고 있다. 이러한 구성을 가지는 저압 화학기상증착용 반도체 제조장치를 통하여, 웨이퍼 상에 증착되는 박막의 성막속도(D)는, 이하에 제시된 아레니우스 식과 같이 표현이 가능한데,
D=kpnexp(-Ea/kT)
이때 k는 상수이고, p는 반응기내 즉, 챔버 내부의 압력을 나타내며, Ea는 반응기체가 가지는 활성화 에너지로서, 위 식을 통해서 저압화학기상증착방법을 통하여 박막을 구현함에 있어, 균일한 압력 및 온도의 유지가 균일한 박막을 구현하기 위한 필수적인 과제임을 알 수 있다.
특히, 도 1에 도시한 바와 같은 구성을 가지는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버는, 다엽식과 비교하여, 매우 빠른 속도로 박막을 성장시키게 되므로, 소스 및 반응가스의 분사 압력과, 배기 압력이 매우 크고, 따라서 챔버 내의 소스 및 반응가스의 잔류시간은 상대적으로 매우 짧은 것을 특징으로 한다.
이는 특히 매엽식 챔버 내부의 압력을 균일하게 제어하는 것이 용이하지 않음을 의미하는데, 한편, 웨이퍼의 상부에 균일한 압력을 유지하기 위해서는 웨이퍼 상에 공급되는 소스 및 반응가스의 균일한 공급압력과, 잔류가스의 균일한 배기압력이 요구된다. 또한 특히 저압 화학기상증착용 챔버는, 반응 공정 중 낮은 압력을 유지하기 위하여 더욱 큰 배기압력을 필요로 하는 바, 배기압력을 일정하게 하는 것은 웨이퍼 상의 압력 균일화에 필수적인 요소이다.
만일 이러한 배기 압력이 불균일 하게 되면, 웨이퍼 상부의 가스 흐름 또한 불균일하게 되고, 이와 같이 국부적인 가스 흐름의 불균일은 웨이퍼 상에 불균일한 박막성장의 원인이 됨과 동시에, 이러한 가스흐름의 불균일이 커질 경우에, 챔버의 내에는 삼차원 핵 생성에 의한 기상반응(Vapor phase reaction)현상이 발생하여 분말이 관찰되는 경우가 빈번하다.
이러한 배기 압력의 불균일 현상을 방지하기 위하여, 챔버의 저면(12) 중앙에 배출관(64)을 설치하는 방안을 생각할 수 있는데, 통상 챔버(10)의 저면(12) 중앙에는, 서셉터(20) 및 상기 서셉터(20)의 구동을 위한 다수의 장치가 설치되는 바, 이는 현실상 불가능한 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 현상을 해결하기 위하여, 챔버(10)의 저면(12)에는, 균일한 배기흐름을 가능하게 하는 진공판(30)이설치되는데, 이를 일반적인 진공판(30)의 분해 사시도를 도시한 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
일반적인 진공판(30)은 상부 진공판 판넬(30a)과, 하부 진공판 판넬(30b)이 서로 결합된 구성을 가지는 바, 이들 상부 진공판 판넬(30a)과, 하부 진공판 판넬(30b)의 중앙에는 각각 전술한 서셉터 및 이의 구동을 위한 다수의 장치가 관통되는 서셉터 홀(36a, 36b)과, 이러한 서셉터 홀(36a, 36b)로 부터 일정한 거리에 위치하는, 가스 저장장치에 저장된 가스를 분사하기 위한 다수의 튜브형 가스 인젝터(54a, 54b, 54c, 54d, 54e)가 관통되는 인젝터 홀(32a-1, 32a-2, 32a-3, 32a-4, 32a-5, 32b-1, 32b-2, 32b-3, 32b-4, 32b-5)을 각각 가지고 있어, 전술한 상부 진공판 판넬(30a)과, 하부 진공판 판넬(30b)이 서로 결합되어, 챔버의 저면(12) 상부에 장착되고, 상기 서셉터 홀(36a, 36b)과 인젝터 홀(32a-1, 32a-2, 32a-3, 32a-4, 32a-5, 32b-1, 32b-2, 32b-3, 32b-4, 32b-5)에 각각 서셉터와 인젝터(54a, 54b, 54c, 54d, 54e)가 관통 설치된다.
이때 특히 상부 진공판 판넬(30a)에는, 챔버 내부의 대기를 배출할 수 있는 다수의 배기홀(34)을 가지고 있으며, 이러한 상부 진공판 판넬(30a)과 결합되는 하부 진공판 판넬(30b)에는, 전술한 다수의 배기홀(34)을 통하여 유입된 대기가 외부로 배출되는 펌핑홀(40)이 설치되어, 상기 범핑홀(40)에 배출관(도 1의 64)의 일단이 연결된다.
이때 상기 배출관(64)의 타단에는, 환경조절장치(60)에 포함되는 배기 수단인 펌프(P) 등이 연결되어, 챔버(10)의 내부 대기를 외부로 배출하게 되는데, 이러한 구성을 가지는 일반적인 진공판(30)을 사용하여 박막을 증착할 경우에 챔버의 내부가 고진공(Ultra High Vacuum)이 아니거나, 또는 많은 양의 반응가스가 유입되지 못할 경우에, 여전히 불균일한 배기 압력현상이 나타나게 된다.(도 1 참조)
즉, 상부 진공판 판넬(30a)과 하부 진공판 판넬(30b)이 결합된 경우에, 하부 진공판 판넬(30b)의 일측면에 치우치도록 형성된 펌핑홀(40)을 통하여 챔버 내부의 대기를 배기하게 되면, 상부 진공판 판넬(30a) 상에 형성된 다수의 배기홀(34) 중 일부영역, 즉 도면에 A로 표시된 영역이 가지는 배기 압력은 다른 곳에 비하여 상대적으로 크게 되는 바, 많은 양의 가스가 공급되어 A 영역을 제외한 부분에 형성된 배기 홀을 통해서 배기가 가능하게 하거나, 또는 고진공 상태에서 성막을 진행하지 않을 경우에, 이러한 A 영역 부근의 배기압력이 다른 영역보다 상대적으로 커지는 배기압력의 불균일 현상이 여전히 발생하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 균일한 배기압력을 구현을 위한, 보다 개선된 진공판을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 저압화학기상증착용 매엽식 챔버의 내부구조를 개략적으로 도시한 내부 단면도
도 2는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버에 포함되는, 일반적인 진공판의 분해사시도
도 3은 저압화학기상증착용 매엽식 챔버에 포함되는, 본 발명에 따른 진공판의 분해사시도
도 4a는 본 발명에 따른 상부 진공판 판넬의 평면도
도 4b는 본 발명에 따른 하부 진공판 판넬의 평면도
도 5는 본 발명에 따른 진공판의 원리를 설명하기 위한 예시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12:챔버저면 54a, 54b, 54c, 54d, 54e:인젝터
130:진공판 130a:상부 진공판 판넬
130b:하부 진공판 판넬
132a-1, 132a-2, 132a-3, 132a-4, 132a-5:상부 진공판 판넬 인젝터홀
132b-1, 132b-2, 132b-3, 132b-4, 132b-5:하부 진공판 판넬 인젝터홀
136a:상부 진공판 판넬 서셉터 홀
136b:하부 진공판 판넬 서셉터홀
138a, 138b, 138c, 138d: 제 1, 제2, 제3, 제4 배기홀
140:펌핑 홀 141:측벽
142:유로블럭 142a, 142b:제 1 및 제 2 개구부
143a, 143b:제 1 및 제 2 오픈 홀
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 그 내부에 웨이퍼가 장착되는 서셉터를 가지는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버와, 상기 챔버의 내부로 소스 및 반응가스를 인입하는 가스 공급부와, 상기 챔버의 내부의 대기를 외부로 배출하여 감압하는 환경조절장치를 가지는 반도체 제조장치에 있어서, 상기 챔버의 내부에 장착되어 상기 챔버의 내부 대기를 상기 환경조절장치로 배기하는 진공판으로서, 중심으로부터 동일거리에, 동일한 크기를 가지고, 일정하게 이격된 대칭적인 제1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀을 가지는 상부 진공판 판넬과; 가장자리를 따라 수직하게 돌출된 측벽과, 상기 환경조절장치와 연결되는 펌핑홀과, 상기 상부 진공판 판넬의 4개의 배기 홀로부터 균일한 압력으로 챔버 내부의 대기를 배기하여 상기 펌핑홀로 배출하는, 돌출된 대칭형 유로 블록을 가지고, 상기 유로블럭의 상면과, 상기 측벽의 상면이, 상기 상부 진공판 판넬의 저면에 접촉하여 결합되는 하부 진공판 판넬을 포함하는 진공판을 제공한다.
이때 상기 유로블럭은 상기 제 1 및 제 2 배기홀을 통하여 인입된 대기를 각각 합쳐지도록 하는 제 1 우묵부와; 상기 제 3 및 제 4 배기홀을 통하여 인입된 대기를 합쳐지도록 하는, 상기 제 1 우묵부와 동일한 크기를 가지는 제 2 우묵부를 가지고, 상기 제 1 우묵부에는 상기 제 1 배기홀과 제 2 배기홀로부터 동일 거리에 형성되어 상기 제 1 배기홀과 제 2 배기홀로부터 인입된 공기를 상기 펌핑홀로 배출되도록 하는 제 1 오픈홀을 가지고, 상기 제 2 우묵부는 상기 제 3 배기홀과, 제 4 배기홀로부터 동일거리에 형성되어 상기 제 3 배기홀과 제 4 배기홀로부터 인입된 공기를 상기 펌핑홀로 배출되도록 하는, 상기 펌핑홀로부터 제 1 오픈홀까지의 거리와 동일한 거리에 형성된 제 2 오픈홀을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 서셉터는 챔버의 저면 중앙에 수직하게 돌출되고, 상기 소스 가스 및 반응가스는 각각 상기 챔버의 저면 외주면을 따라 수직하게 돌출된 다수의 튜브형 인젝터에의하여 공급되는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버이고, 상기 진공판은 상기 서셉터가 관통하는 하나의 서셉터 관통홀을 상기 4개의 배기홀 사이에 가지고, 상기 진공판의 가장자리를 따라 상기 다수의 튜브형 인젝터가 각각 관통되는 다수의 인젝터 홀을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 진공판은, 이의 분해 사시도를 도시한 도 3 과 같이, 서로 대응되는 상부 진공판 판넬(130a)과, 하부 진공판 판넬(130b)이 결합되는 구성을 가지고 있다.
이러한 본 발명에 따른 진공판(130)은, 일반적인 진공판과 동일하게 챔버의 저면(12) 상부에 장착되는데, 이때 각각의 상, 하부 판넬(130a, 130b)의 중앙에는, 동일한 크기의 서로 대응하는 서셉터 홀(136a, 136b)을 가지고 있어, 서셉터 및 서셉터의 구동을 위한 다수의 장치가 관통 설치되며, 또한 상부 진공판 판넬(130a)과 하부 진공판 판넬(130b)이 각각 가지는 서셉터 홀(136a, 136b)의 주변으로는, 서로 대응되는 다수의 인젝터 홀(132a-1, 132a-2, 132a-3, 132a-4, 132a-5, 132b-1, 132b-2, 132b-3, 132b-4, 132b-5)이 각각 형성되어 있어, 상기 상, 하부 진공판 판넬(130a, 130b)이 위치 맞춤되어 결합된 상태로 챔버의 저면(12) 상부에 장착될 경우에, 챔버의 저면(12)으로부터 수직 돌출 된 다수의 튜브형 인젝터(54a, 54b, 54c, 54d, 54e)가 각 인젝터 홀(132a-1, 132a-2, 132a-3, 132a-4, 132a-5, 132b-1, 132b-2, 132b-3, 132b-4, 132b-5)을 관통하는 구성을 가지고 있음은 일반적인 진공판과 동양(同樣)이다.
이때 본 발명에 따른 상부 진공판 판넬(130a) 중앙의 서셉터 홀(136a)과, 이의 가장자리에 위치한 다수의 인젝터 홀(132a-1, 132a-2, 132a-3, 132a-4, 132a-5)의 사이에는, 서로 대칭적인 배열을 갖는 네 개의 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)이 각각 위치하는데, 이는 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이, 중심에서 같은 거리 상에, 동일간격 이격된 상태에서 서로 대칭적으로 쌍을 이루는 두 쌍의 배기홀 즉, 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)과, 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)로 구분된다.
또한 이러한 상부 진공판 판넬(130a)의 하부에 결합되는 하부 진공판 판넬 (130b)상에는 가장자리를 따라 수직하게 설치된 측벽(141)이 위치하여, 상기 측벽(141)의 상면과 상부 진공판 판넬(130a)의 저면이 맞닿는 구성을 가지고 있어, 상부 진공판 판넬(130a)과 하부 진공판 판넬(130b) 사이에 일정정도의 공간을 정의하게 된다.
또한 상기 하부 진공판 판넬(130b)에는 일방향으로 치우친 펌핑홀(140)이 관통 설치되는 바, 상기 펌핑홀(140)에는 환경조절장치에 포함되는 펌프 등의 감압수단에 일단이 연결되는 배출관의 타단이 연결되어, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)로부터 인입된 챔버 내부의 대기가, 상부 진공판 판넬(130a)과 하부 진공판 판넬(130b) 사이의 공간에 일정정도 저장된 상태에서, 하부 진공판 판넬(130b)의 펌핑홀(140)로 배출되게 된다. (도 1 참조)
이때 특히 본 발명에 따른 진공판(130)에 있어서, 전술한 하부 진공판판넬(130b) 상에는 소정의 형상을 가지는 대칭형 유로블럭(air-load block)(142)이 위치하여 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)을 통해 각각 흡입되는 대기에 균일한 압력을 부여하게 되는데, 즉, 하부 진공판 판넬(130b)의 가장자리에 수직 설치된 측벽(141)의 안쪽으로, 서셉터 홀(136b)을 감싸면서, 상기 측벽(141)과 동일 높이를 가지는 대칭형 유로블록(142)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 유로블럭(142)은 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)의 하단부와 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)의 하단부에, 각각 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)의 하단부와 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)의 하단부를 통하여 인입된 공기를 저장할 수 있도록, 서로 대칭적인 형상을 가지는 제 1 및 제 2 우묵부(142a, 142b)를 가지고 있어, 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)과 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)을 통하여 인입된 대기는 각각 제 1 및 제 2 우묵부(142a, 142b)를 거쳐 펌핑홀(140) 쪽으로 배출되는데, 이러한 제 1 및 제 2 우묵부(142a, 142b)에는 각각 일방향으로 오픈된 홀(143a, 143b)이 설치되어, 이를 통해서 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)과 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)로 각각 인입된 공기는 동일한 압력을 가지고 펌핑홀(140)로 배출하게 된다.
이를 좀 더 자세히 설명하면, 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)과 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)로 각각 흡입된 공기의 흐름은 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)의 하단에 형성된 제 1 우묵부(142a)와, 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)의 하단에 형성된 제 2 우묵부(142b)로 각각 인입되어 펌핑홀(140) 방향으로 배출되는데, 이때 제 1 배기홀(138a)과 제 3 배기홀(138c)로 각각 인입된 공기는, 제 1 및 제 2 우묵부(142a, 142b)가 가지는 오픈 홀(143a, 143b)을 향해 순방향으로, 펌핑홀(140) 방향으로 흘러가게 되지만, 제 2 배기홀(138b)과 제 4 배기홀(138b)로 각각 인입된 공기는, 펌핑홀(140) 방향으로 흘러 배기되기 위하여, 오픈된 홀(143a, 143b)을 향해 거꾸로 거슬러 올라가 빠져나가게 되므로, 이들에 부여되는 압력은 각각 동일하게 된다.
이는 본 발명에 따른 진공판(130)을 구성하는 상부 진공판 판넬(130a)과 하부 진공판 판넬(130b)을 각각 도시한 평면도인 도 4a 및 도 4b를 통하여 보다 잘 이해될 수 있는데, 즉, 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)을 통하여 진공판 내부로 흡입된 공기는 각각 제 1 우묵부(142a)에 저장되는데, 이때 제 1 우묵부(142a)는 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)로부터 동일거리에 위치한 일 방향으로 오픈된 홀(143a)을 가지고 있고, 펌핑홀(140)에서 발생된 흡인력은 상기 일방향으로 오픈된 홀(143a)을 통해서 작용되므로, 이들 각각의 공기의 흐름은 동일한 배출압력을 가지고 호픈 홀(143a)을 통하여 펌핑홀(140)로 배출된다. 이는 제 2 우묵부(142b)의 상단에 위치한 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)을 통하여 인입된 공기에도 동일하게 적용되므로, 결국 본 발명에 따른 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)을 통하여 각각 인입되는 대기의 배기압력은 동일하게 작용된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공판(130)은, 상부 진공판 판넬에 4개의 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)을 각각 대칭적인 위치에 형성하고, 상기 4개의 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)로부터 인입된 공기에 동일 압력을 부여하는 유로블럭(142)을 하부 진공판 판넬(130b)에 설치함으로써, 각각의 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)에서 펌핑 홀(140)까지의 동일 가스 흐름정도를 부여하게 되고, 따라서 어떠한 공정 조건에서도 대칭적 가스흐름을 형성하는 것이 가능하다.
이러한 본 발명의 원리를, 도 5에 도시한 바와 같이, 두 개의 파이프를 흐르는 공기의 흐름을 예를 들어 설명하면, 실제 기체상태의 대기의 흐름은 압력의 차이가 존재할 경우에 발생하게 되는 바, 동일한 압력이, 두 개 즉, 제 1 및 제 2 파이프(L, M)에 각각 가해질 경우에 이들 각 파이프(L, M)를 통해 이동하는 기체의 유량은 각 파이프가 가지는 항력에 비례하게 된다.
따라서 제 1 파이프(L)를 통해서 이동하는 기체의 유량을 Q1, 제 2 파이프(M)를 통해서 이동하는 기체의 유량을 Q2라 하고, 각 파이프가 가지는 항력을 C1, C2, 각 파이프에 가해지는 동일한 압력을 P라 하면,
Q1=k1×C1×P
Q2=k2×C2×P (k1, k2는 상수)
로 표현이 가능하고, 이때 각 파이프(L, M)에 가해지는 압력이 동일하다면, 각각의 파이프(L, M)를 통한 기체의 통과량은 파이프가 가지는 항력에 비례하게 됨을 알 수 있다.
따라서 동일한 재질로 이루어진 두 개의 파이프를 통해서 동일한 압력(P)을 가하여 같은 양의 대기를 이동시키고자 할 경우에, 각 파이프가 가지는 항력을 동일하게 하면 되는 바, 이는 가장 간단하게는 두 개의 파이프가 동일 반경 및 동일 길이를 부여함으로서 가능하게 된다.
본 발명에서는 이러한 원리를 확장하여 응용한 것으로(도 3과 도 4a 및 도 4b를 참조), 본 발명에 따른 상부 진공판 판넬(130a)에 서로 쌍을 이루며 대칭적으로 형성된, 동일한 크기의 4 개 즉, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)을 통하여 흡입된 챔버 내부의 대기는, 각각 하부 진공판 판넬의 제 1 및 제 2 우묵부(142a, 142b)에 의하여 각각 두 개씩, 즉, 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)과 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)을 통해서 흡입된 대기로 각각 짝지워져 합쳐진다. 이때, 제 1 우묵부(142a)와 제 2 우묵부(142b)는, 위에서 설명한 도 5의 제 1 및 제 2 파이프(l, m)와 비교될 수 있는데, 제 1 및 제 2 우묵부(142a, 142b)는 각각 제 1 및 제 2 배기홀(138a, 138b)과, 제 3 및 제 4 배기홀(138c, 138d)로부터 동일거리에 형성된 제 1 및 제 2 오픈홀(143a, 143b)을 가지고 있고, 이들 제 1 및 제 2 오픈홀(143a, 143b)로부터 펌핑홀(140)까지의 거리는 동일한 바, 펌핑홀(140)에서부터 감압되어 제 1 및 제 2 오픈홀(143a, 143b)에 부여되는 배기압력은 각각 제 1, 제 2, 제3, 제4 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)에 균일하게 분배된다.
따라서 본 발명에 따른 진공판(130)을 장착할 경우에, 챔버 내부의 대기는, 서로 다른 위치에 형성된 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀(138a, 138b, 138c, 138d)을 통하여 균일하게 배기되고, 균일한 박막을 성장시킬 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 따른 진공판을, 일반적인 저압화학기상증착용 매엽식 챔버에 장착하고, 저압화학기상증착방법을 통하여 웨이퍼 상에 실리콘 다이옥사이드(Silicon dioxide)를 성막시킨 결과를 통하여, 보다 개선된 박막이 구현됨을 확인할 수 있는데, 이때의 공정조건으로 기판온도는 750℃이고, 수 Torr의 압력분위기에서 소스 및 반응가스로 N2O 와 SiH4를 각각 공급하여 SiO2박막을 성장시킨 결과이다.
이때 반응 및 소스가스는 이하와 같은 몇 단계의 화학반응을 통하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하게 되는데, 즉,
1단계 : 2N2O → 2N2+ O2
2단계 : SiH4→ SiH2+ H2
로 반응 및 소스 가스는 각각 열분해 되고, 이때의 분해 생성물인 O2와 SiH2는,
O2+ SiH2→SiO2+ H2와 같이 반응하여, 반응 생성물인 SiO2를 웨이퍼 상에 증착하게 된다. 이 반응의 활성화 에너지는 0.4eV로 매우 낮아, 중간화합물을 형성하지 않고 박막을 성장시키게 되는데, 이와 같은 N2O-SiH4계실리콘 옥사이드 화학기상증착방법은 기판 내의 균일한 압력의 유지가 필수적인 요소인 바, 기판 상에 압력의 차이가 존재하는 경우 성막의 균일도로 나타나게 된다.
이때 전술한 반응조건 하에서, 본 발명에 따른 진공판이 장착된 저압화학기상증착용 매엽식 챔버를 사용하여 박막을 성장시킬 경우 200mm 지름의 웨이퍼 상에 2.5%이하의 불 균일도를 가지는 성막을 얻을 수 있다.
이는 일반적인 진공판을 사용하여 동일조건, 동일장비를 통해 박막을 구현할 경우 10% 정도의 불 균일도를 나타내는 것과 비교하면, 크게 개선된 결과임을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 진공판에 있어서, 도면에 예시된 바는 일례이며, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명한 사실일 것이다. 즉, 본 발명에 따른 진공판의 형상은 원형이 아닌 사각 또는 다각형형상으로 이루어지는 것도 가능하며, 펌핑홀 또한 측벽에 설치되는 등 다양한 변형이 가능하나, 이는 모두 본 발명의 범주 내에 속한다 할 것이다.
본 발명에 따른 진공판은 그 외형상에 있어서, 일반적인 진공판과 같이, 중앙에 형성된 하나의 서셉터 홀과, 상기 서셉터 홀의 주변으로 다수의 인젝터 홀을 가지고 있어, 챔버의 저면 상부에 장착되는 구성을 가지는 바, 통상의 저압화학기상증착용 매엽식 챔버에 별다른 변형을 가하지 않고 적용이 가능한 장점을 가지고 있다. 특히 본 발명에 따른 진공판은 상부 진공판 판넬에 형성된 동일 위치에 관통된 4개의 배기홀과, 상기 배기홀로 유입된 대기에 동일한 압력을 부여하여 펌핑홀로 배출하는 유로 블록을, 상기 상부 진공판 판넬과 결합되는 하부 진공판 판넬 상에 설치함으로써, 어떠한 공정조간 하에서도 균일한 배기압력을 유지할 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한 그 구성면에 있어서 간단한 구조를 가지고 있어 제조가 용이하며, 특히 챔버의 내부에 균일한 배기압력을 구현하게 되므로 챔버내의 압력 및 소스 및 반응가스의 양을 넓은 범위에서 조절이 가능하여, 보다 균일한, 개선된 박막을 구현하는 것을 가능하게 한다.

Claims (3)

  1. 그 내부에 웨이퍼가 장착되는 서셉터를 가지는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버와, 상기 챔버의 내부로 소스 및 반응가스를 인입하는 가스 공급부와, 상기 챔버의 내부의 대기를 외부로 배출하여 감압하는 환경조절장치를 가지는 반도체 제조장치에 있어서, 상기 챔버의 내부에 장착되어 상기 챔버의 내부 대기를 상기 환경조절장치로 배기하는 진공판으로서,
    중심으로부터 동일거리에, 동일한 크기를 가지고, 일정하게 이격된 대칭적인 제1, 제 2, 제 3, 제 4 배기홀을 가지는 상부 진공판 판넬과;
    가장자리를 따라 수직하게 돌출된 측벽과, 상기 환경조절장치와 연결되는 펌핑홀과, 상기 상부 진공판 판넬의 4개의 배기 홀로부터 균일한 압력으로 챔버 내부의 대기를 배기하여 상기 펌핑홀로 배출하는, 돌출된 대칭형 유로 블록을 가지고, 상기 유로블럭의 상면과, 상기 측벽의 상면이, 상기 상부 진공판 판넬의 저면에 접촉하여 결합되는 하부 진공판 판넬
    을 포함하는 진공판
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로블럭은 상기 제 1 및 제 2 배기홀을 통하여 인입된 대기를 각각 합쳐지도록 하는 제 1 우묵부와;
    상기 제 3 및 제 4 배기홀을 통하여 인입된 대기를 합쳐지도록 하는, 상기 제 1 우묵부와 동일한 크기를 가지는 제 2 우묵부를 가지고,
    상기 제 1 우묵부에는 상기 제 1 배기홀과 제 2 배기홀로부터 동일 거리에 형성되어 상기 제 1 배기홀과 제 2 배기홀로부터 인입된 공기를 상기 펌핑홀로 배출되도록 하는 제 1 오픈홀을 가지고, 상기 제 2 우묵부는 상기 제 3 배기홀과, 제 4 배기홀로부터 동일거리에 형성되어 상기 제 3 배기홀과 제 4 배기홀로부터 인입된 공기를 상기 펌핑홀로 배출되도록 하는, 상기 펌핑홀로부터 제 1 오픈홀까지의 거리와 동일한 거리에 형성된 제 2 오픈홀을 가지는 진공판
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터는 챔버의 저면 중앙에 수직하게 돌출되고, 상기 소스 가스 및 반응가스는 각각 상기 챔버의 저면 외주면을 따라 수직하게 돌출된 다수의 튜브형 인젝터에 의하여 공급되는 저압화학기상증착용 매엽식 챔버이고,
    상기 진공판은 상기 서셉터가 관통하는 하나의 서셉터 관통홀을 상기 4개의 배기홀 사이에 가지고, 상기 진공판의 가장자리를 따라 상기 다수의 튜브형 인젝터가 각각 관통되는 다수의 인젝터 홀을 더욱 포함하는 진공판
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