KR100557761B1 - 반도체 제조용 공정챔버 - Google Patents

반도체 제조용 공정챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정챔버 내부의 공정가스의 유동이 전체적으로 균일해질 수 있도록 하여 소망하는 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 한 반도체 제조용 공정챔버를 개시한 것이다. 개시한 반도체 제조용 공정챔버는 공정챔버 내부의 반도체 기판 쪽으로 공정가스를 공급하기 위한 공급구와, 공정챔버 내부의 가스를 배출시키기 위한 배출구를 포함하며, 상기 반도체 기판 주위의 공정가스 분포가 균일해질 수 있도록 상기 공정챔버 내부의 상기 배출구 쪽에 설치되어 상기 공정가스의 유동을 안내하는 유동안내부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 제조용 공정챔버{PROCESSING CHAMBER FOR MAKING SEMICONDUCTOR}
도 1은 종래 반도체 제조용 공정챔버의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버의 유동안내부재 구성을 나타낸 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 공정챔버, 11: 제1챔버부재,
12: 제2챔버부재, 13: 척,
14: 공급노즐, 15: 배기구,
17: 진공펌프, 18: 압력제어장치,
21: 유도코일, 22: 실링부재,
30: 유동안내부재.
본 발명은 반도체 제조용 공정챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부의 공정가스 유동이 전체적으로 균일해져 반도체 기판 상에 수행하는 소망하는 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 한 반도체 제조용 공정챔버에 관한 것이다.
일반적인 반도체 제조공정은 반도체 기판의 표면에 막을 형성시키는 증착공정이나, 반도체 기판 표면에 형성된 막의 소정부분을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 식각공정을 포함한다.
증착공정은 화학기상증착(CVD)이나 물리기상증착(PVD)공정 등이 알려져 있으며, 화학기상증착(CVD) 방법으로는 플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하는 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)이 널리 이용되고 있다. 식각공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각방식이 주로 사용되고 있다. 플라즈마 식각은 플라즈마 상태에서 이온의 물리적 충돌과 화학적 반응을 동시에 진행시켜 이온이 기판 물질을 스퍼터링(sputtering)시키는 방식으로 소망하는 패턴의 식각을 수행한다.
도 1은 상술한 바와 같은 공정들을 수행할 수 있는 반도체 제조용 공정챔버의 예를 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 공정챔버(1)는 내부에 반도체 기판(W)을 고정시키기 위한 척(2)을 구비하고, 공정챔버(1) 내부로 공정가스를 공급하기 위한 다수의 공급노즐들(3)을 구비한다. 또 공정챔버(1) 내부의 반응 부산물 및 미 반응 가스들을 배출시키기 위한 배출구(4)를 구비한다. 배출구(4)와 연결되는 배출유로(5)에는 공정챔버(1) 내부를 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(7) 및 압력제어장치(6)가 설치된다. 또 공정챔버(1) 상측에는 내부로 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 만들어 줌으로써 증착공정이나 식각공정을 수행할 수 있게 하는 유도코일(8)이 설치된다.
이러한 공정챔버(1)에서 증착공정을 수행할 때는 플라즈마 상태의 공정가스가 반도체 기판(W) 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 반도체 기판(W) 표면의 증착이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있다. 또 식각공정을 수행할 때도 공정가스의 분포가 균일할 때 스퍼터링이 균일해지면서 소망하는 식각을 수행할 수 있다.
그러나 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 공정챔버(1)는 배출구(4)의 위치가 공정챔버(1) 하부의 치우친 위치에 마련되어 있기 때문에 공정챔버(1) 내부를 거치는 공정가스의 유동이 균일하지 않아 반도체 기판(W) 상에 소망하는 공정을 균일하게 수행할 수 없었다. 즉 배출구(4) 쪽으로 유동하는 공정챔버(1) 내부의 편향된 기류의 영향으로 기판 주위의 공정가스(플라즈마 상태) 분포가 균일해질 수 없었기 때문에 증착이나 식각상태가 불균일해지는 문제가 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공정챔버의 배출구가 어느 한쪽에 치우치더라도 공정챔버 내부의 공정가스의 유동이 전체적으로 균일해질 수 있도록 하여 소망하는 가공공정이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 반도체 제조용 공정챔버를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버는 공정챔버 내부의 반도체 기판 쪽으로 공정가스를 공급하기 위한 공급구와, 공정챔버 내부의 가스를 배출시키기 위한 배출구를 포함하며, 상기 반도체 기판 주위의 공정가스 분포가 균일해질 수 있도록 상기 공정챔버 내부의 상기 배출구 쪽에 설치되어 상기 공정가스의 유동을 안내하는 유동안내부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유동안내부재는 상기 배출구 쪽으로 유동하는 공정가스 중 일부의 기류방향을 상기 배출구 쪽으로 유동하는 나머지 공정가스의 기류방향과 어긋난 방향으로 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 배출구가 상기 공정챔버 하부의 중심으로부터 한쪽으로 치우친 위치에 형성되고, 상기 유동안내부재가 상기 배출구 상부위치의 상기 공정챔버 내면에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유동안내부재는 상기 배출구 쪽으로 유동하는 공정가스의 일부를 상기 공정챔버의 하측 중심방향으로 안내하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 유동안내부재가 반원형으로 이루어지며, 상기 공정가스를 유도하는 표면이 상기 유동안내부재가 설치되는 위치의 상기 공정챔버 내면에 대하여 경사를 구비하는 경사면으로 된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버(10)는 상호 결합되어 반도체 기판(W)의 가공공정을 수행하기 위한 공간을 형성하는 것으로 상부의 제1챔버부재(11)와, 하부의 제2챔버부재(12)를 포함한다. 여기서 공정챔버(10)를 통해 수행하는 가공공정이란 반도체 기판(W) 상에 막을 형성시키기 위한 증착공정일 수 있고, 반도체 기판(W) 표면에 형성된 막의 소정부분을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 공정일 수 있다.
공정챔버(10)의 내부에는 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 척(13)이 설치된다. 이 척(13)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판(W)을 고정할 수 있는 정전 척으로 이루어진다. 또 공정챔버(10)의 내측 상부에는 공정챔버(10)의 내부로 공정가스를 공급하기 위한 다수의 공급노즐들(14)이 설치된다. 다수의 공급노즐들(14)은 도면에 도시하지는 않았지만 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부와 연결된다. 가스를 공급하는 가스공급부는 통상 공정가스를 저장하는 저장용기나 공정가스를 발생시키는 가스발생기, 공정가스를 운송하기 위한 배관들 및 공정가스의 공급을 조절하는 밸브시스템을 포함할 수 있다.
공정챔버(10) 하부의 한 쪽에는 공정챔버(10) 내부의 반응 부산물 및 미 반응가스를 배출시키기 위한 배출구(15)가 형성되며, 배출구(15)와 연결되는 배출유로(16)에는 공정챔버(10) 내부를 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(17) 및 압력제어장치(18)가 설치된다.
또 제1챔버부재(11) 상부에는 공정챔버(11) 내부로 공급되는 공정가스를 플라스마 상태로 만들기 위해 전기장을 형성하는 것으로 고주파 전원(20)이 연결된 유도코일(21)이 설치된다. 이때 제1챔버부재(11)는 유도코일(21)에 의해서 생기는 전기장이 제1챔버부재(11) 내측에 형성되어 공정가스를 플라즈마 상태로 만들 수 있도록 세라믹 재질로 이루어지고, 공정챔버(10) 내부의 척(13)에는 바이어스 전원을 인가하여 플라즈마 상태의 공정가스를 반도체 기판(W)으로 유도할 수 있도록 함이 바람직하다.
제1챔버부재(11)와 제2챔버부재(12)가 상호 대면하여 결합되는 부분에는 공 정챔버(10) 내부가 진공상태로 유지될 수 있도록 함과 동시에 공정가스의 누설을 방지할 수 있도록 하는 실링부재(22)가 설치된다.
이러한 공정챔버(10)를 이용하여 증착공정을 수행할 때는 공정챔버(10) 내부에 반도체 기판(W)을 재치시키고, 증착을 수행하기 위한 반응성 공정가스가 공급노즐(14)을 통해 공정챔버(10) 내부로 공급되도록 하며, 진공펌프(17)와 압력제어장치(18)의 동작에 의해 공정챔버(10) 내부가 진공상태를 유지하도록 한다. 또 유도코일(21)에 전원을 인가하여 공정챔버(10) 내부 상측공간에 전기장이 형성되도록 함으로써 내부의 공정가스가 플라즈마 상태가 되도록 한다. 이렇게 하면 공정가스가 화학반응과 함께 활성화되면서 반도체 기판 표면에 증착되어 소망하는 막을 형성시킬 수 있게 된다.
또 기판 표면의 막을 특정패턴으로 식각하는 공정을 수행할 때는 공정챔버(10) 내에 식각공정을 수행하기 위한 공정가스를 주입하여 플라즈마 상태를 만든 후, 이온화 된 입자들이 반도체 기판에 충돌하도록 함으로써 물리적 또는 화학적 작용에 의해 원하는 패턴으로 식각시킬 수 있게 된다.
한편, 이와 같은 공정들을 수행할 때는 공정가스가 반도체 기판(W) 주위에 균일하게 분포하도록 할 때 기판(W) 표면에 소망하는 공정을 균일하게 수행할 수 있게 되는데, 본 발명은 공정챔버(10) 내부의 배출구(15) 쪽에 공정가스의 유동을 안내하는 유동안내부재(30)를 설치함으로써 공정챔버(10) 내부의 공정가스 유동이 균일해지도록 할 수 있다.
즉 본 발명과 같은 공정챔버(10)는 배출구(15)가 공정챔버(10)의 하부 한쪽 에 치우치도록 배치되어 있기 때문에 다수의 공급노즐(14)로부터 공급된 공정가스가 기판(W)의 가공공정을 수행한 후 배출구(15) 쪽으로 흐르는 과정에서 배출구(15) 방향으로 치우칠 수 있고, 반도체 기판(W) 주위의 공정가스 유동이 불균일해질 수 있다. 그러나 본 발명은 배출구(15) 쪽에 설치되는 유동안내부재(30)가 배출구(15) 쪽으로 유동하는 공정가스의 일부를 배출방향과 어긋난 방향으로 안내함으로써 반도체 기판(W) 주위의 공정가스 유동이 전체적으로 균일해 질 수 있도록 한다.
유동안내부재(30)는 도 3에 도시한 바와 같이, 배출구(15)가 마련된 쪽 공정챔버(10) 내면에 대응하여 결합될 수 있도록 반원형상으로 마련되며, 공정가스의 유동을 안내하는 상부 표면(31)이 공정챔버(10) 내면에 대하여 소정각도의 경사를 구비하는 경사면으로 이루어진다. 그리고 고정나사(32) 체결을 통하여 배출구(15) 상측의 제2챔버부재(12) 내면에 고정된다.
이러한 공정챔버(10) 내부에서 공정가스의 유동은 도 2에 도시한 바와 같이, 배출구(15) 반대편 상부공간으로부터 배출구(15) 쪽으로 유동하는 제1기류(F1)와, 배출구(15)와 가까운 쪽 상부공간으로부터 배출구(15) 쪽으로 유동하다가 유동안내부재(30)의 안내에 의해 제1기류(F1)의 방향과 어긋난 방향으로 유동하는 제2기류(F2)가 생기게 된다. 따라서 배출구(15) 쪽으로 유동하는 대부분의 제1기류(F1)는 거의 역방향으로 유동하는 제2기류(F2)의 영향으로 세력이 약해지므로 공정챔버 내부의 전체기류가 배출구(15) 쪽으로 쏠리는 현상이 방지되어 공정챔버(10) 내부의 상측 공간 유동을 균일화할 수 있게 된다. 결국 반도체 기판(W) 주위에서는 공정가 스의 분포가 균일해져 반도체 기판(W) 상에 소망하는 증착공정이나 식각공정을 균일하게 수행할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 공정챔버는 공정챔버의 배출구 쪽에 설치된 유동안내부재에 의해 공정가스의 유동이 안내 되어 반도체 기판 주위를 유동하는 공정가스 분포가 균일해지기 때문에 증착공정이나 식각공정 등 공정챔버 내에서 수행하는 소망하는 가공공정을 균일하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 공정챔버 내부의 반도체 기판 쪽으로 공정가스를 공급하기 위한 공급구와, 공정챔버 내부의 가스를 배출시키기 위한 배출구를 포함하는 반도체 제조용 공정챔버에 있어서,
    상기 반도체 기판 주위의 공정가스 분포가 균일해질 수 있도록 상기 공정챔버 내부의 상기 배출구 쪽에 설치되어 상기 공정가스의 유동을 안내하는 유동안내부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동안내부재는 상기 배출구 쪽으로 유동하는 공정가스 중 일부의 기류방향을 상기 배출구 쪽으로 유동하는 나머지 공정가스의 기류방향과 어긋난 방향으로 유도하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배출구가 상기 공정챔버 하부의 중심으로부터 한쪽으로 치우친 위치에 형성되고, 상기 유동안내부재가 상기 배출구 상부위치의 상기 공정챔버 내면에 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유동안내부재는 상기 배출구 쪽으로 유동하는 공정가스의 일부를 상기 공정챔버의 하측 중심방향으로 안내하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유동안내부재가 반원형으로 이루어지며, 상기 공정가스를 유도하는 표면이 상기 유동안내부재가 설치되는 위치의 상기 공정챔버 내면에 대하여 경사를 구비하는 경사면으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 공정챔버.
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