KR101121981B1 - 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버의 공간부 내의 압력을 안정적으로 조절할 수 있도록 구조가 개선된 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 행해지는 공간부가 형성되어 있으며, 일측에 배기구가 관통 형성되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 기판지지대와, 상기 기판지지대의 상방에 배치되며, 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 가스분사기와, 상기 배기구에 연결되며, 챔버의 공간부에 진공을 형성하는 펌핑유닛 및 상기 배기구의 단면적을 변경하기 위한 조절수단;을 포함하고, 상기 조절수단은 중공의 형상으로 형성되며 상기 배기구에 삽입되는 펌핑어댑터를 포함한다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}

본 발명은 반도체 기판에 대한 일정한 처리를 행하기 위한 기판처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 기판 상에 서로 성질을 달리하는 도전막, 반도체막 및 절연막 등의 박막을 그 적층의 순서 및 패턴의 형상을 조합하여 일정한 기능을 수행하는 전자회로를 실현하는 과정이라고 말할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자 제조 공정에서는 여러 가지 박막의 증착과 식각 단위 공정이 반복적으로 이루어지며, 이러한 단위 공정을 실시하기 위해 챔버를 구비한 기판처리장치가 이용되고 있다.

도 1에는 종래의 박막증착장치(CVD : Chemical vapor deposition)가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 박막증착장치(9)는 챔버(1)와, 기판지지대(2)와, 샤워헤드(3)와, 플라즈마 발생기(도면 미도시)를 구비한다. 챔버(1)의 내부에는 증착공정이 행해지는 공간부(1a)가 마련되어 있으며, 챔버의 일측 측벽에는 기판의 반입/반출을 위한 게이트(1b)가 마련되어 있다. 또한, 챔버의 하단부에는 챔버의 공간부를 진공 상태로 유지하기 위하여, 펌핑포트(미도시)가 연결되는 배기구가 관통 형성되어 있다. 기판지지대(2)는 챔버의 공간부(1a)에 승강 및 회전가능하게 설치되며, 그 위에 기판이 안착된다. 샤워헤드(3)는 기판지지대의 상측에 배치되며, 기판을 향하여 소스(source)를 분사한다. 플라즈마 발생기는 챔버의 공간부, 보다 구체적으로는 샤워헤드와 기판지지대 사이의 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 또한, 챔버의 내부에는 기판을 가열하기 위한 히터(도면 미도시) 등이 설치될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 박막증착장치에 있어서, 샤워헤드에서 소스가 분사되면, 이 공정가스가 기판 상에 증착되어 박막이 형성된다. 이때, 펌핑포트를 통해 챔버의 공간부를 감압시키며, 공간부에 플라즈마를 발생시킴으로서 공정 효율을 향상시킨다.

한편, 상기와 같이 박막증착공정에 있어서 공정가스의 상태에 따라 공정조건이 변경될 필요성이 있다. 예를 들어, 액상 소스 이용하는 공정의 경우에는, 펌핑 효율을 높이는 것이 공정에 이점이 있다. 반면, 기상 소스를 이용하는 공정의 경우에는, 펌핑 효율이 높은 것보다는 플라즈마를 형성시키는 챔버 내의 가스 잔류 시간을 길게 해주고, 플라즈마가 형성되는 챔버의 상부 공간과 펌핑이 일어나는 챔버의 하부 공간 사이에 압력 구배가 있는 것이 공정 효율을 향상시킨다.

하지만, 종래의 박막증착장치의 경우에는 펌핑포트에 마련되어 있는 스로틀 밸브(throttle valve)에만 의존하여 펌핑 압력을 제어하고 있으므로, 펌핑 압력의 조절에 한계가 있다. 또한, 추가적으로 Backstream 현상을 막기 위해 밸러스트 밸브(ballast valve) 등을 이용하여 펌핑 압력 제어를 보완하려는 시도가 있으나, 다양한 공정 진행 시 플라즈마 형성 불안정으로 압력 불균형이 발생할 수 있다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 챔버의 공간부 내의 압력을 안정적으로 조절할 수 있도록 구조가 개선된 기판처리장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 행해지는 공간부가 형성되어 있으며, 일측에 배기구가 관통 형성되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 기판지지대와, 상기 기판지지대의 상방에 배치되며, 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 가스분사기와, 상기 배기구에 연결되며, 챔버의 공간부에 진공을 형성하는 펌핑유닛 및 상기 배기구의 단면적을 변경하기 위한 조절수단;을 포함하고, 상기 조절수단은 중공의 형상으로 형성되며 상기 배기구에 삽입되는 펌핑어댑터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 챔버의 공간부 내의 압력을 안정적으로 조절할 수 있다.

도 1에는 종래의 박막증착장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 펌핑어댑터의 사시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 펌핑어댑터를 사용하였을때의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 펌핑어댑터의 사시도이며, 도 4는 본 실시예에 따른 펌핑어댑터를 사용하였을 때의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리장치(100)는 챔버(10)와, 기판지지대(20)와, 가스분사기(30)와, 히터(도면 미도시)와, 플라즈마 발생기와, 펌핑유닛과, 조절수단을 포함한다.

챔버(10)는 기판에 대한 여러가지 공정, 예를 들어 증착공정이나 식각공정 등이 행해지는 곳이다. 챔버의 내부에는 기판에 대한 공정이 진행되는 공간부(11)와, 기판의 반입/반출은 위한 게이트(12)가 마련되어 있다. 또한, 챔버의 일측에는 챔버의 공간부에 잔존하는 가스를 배출하기 위한(공간부에 진공압을 인가하기 위한) 배기구(13)가 관통 형성되는데, 본 실시예의 경우 챔버의 바닥부에 배기구가 원형으로 관통 형성된다.

기판지지대(20)는 평판 형상으로 형성되며, 그 위에 기판이 로딩된다. 이 기판지지대는 구동축(21)에 연결된다. 구동축(21)은 챔버의 배기구를 통해 챔버의 공간부로 삽입되어 기판지지대에 연결되며, 승강 및 회전가능하게 설치된다.

가스분사기(30)는 기판을 향하여 공정가스를 분사하기 위한 것으로, 본 실시예의 경우 가스분사기(30)는 샤워헤드 형태로 구성되어 챔버의 탑리드에 설치된다. 그리고, 공정가스는 기판에 대한 소정의 공정을 행하기 위한 것으로, 식각공정의 경우에는 HF나 NH₃와 같은 식각가스가 이용되고, 증착공정의 경우에는 반응가스와 소스가스가 공정가스로 이용된다. 본 실시예의 경우에는, 박막증착을 위한 소스가스와 반응가스가 이용된다.

히터(도면 미도시)는 챔버의 공간부(11) 및 기판을 공정온도로 가열하기 위한 것이다. 이 히터는 링 형상으로 형성되어 기판지지대 주위를 감싸도록 설치될 수도 있고, 할로겐 램프와 같은 발열램프가 히터로 사용될 수도 있다.

플라즈마 발생기(도면 미도시)는 챔버의 공간부, 보다 정확하게는 증착공정이 진행되는 기판지지대와 가스분사기 사이의 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 것이다. 이 플라즈마 발생기는 기판지지대(또는 가스분사기)에 전원을 인가하는 전원부를 포함하며, 기판지지대에 전원이 인가시 가스분사기는 접지되며, 이에 따라 기판지지대와 가스분사기 사이에 플라즈마가 형성된다.

펌핑유닛(도면 미도시)은 챔버의 공간부에 진공압을 형성(즉, 챔버 내부의 압력을 낮추기 위함)하기 위한 것이다. 펌핑유닛은 챔버의 배기구에 연결되는 배기덕트와, 펌프를 포함한다. 펌프의 구동시 배기구를 통해 챔버 내의 가스가 배출되며, 이에 따라 챔버의 공간부에 진공이 형성된다.

조절수단은 공정의 종류에 따라 펌핑유닛에서 챔버의 공간부로 전달되는 진공압이 조절되도록, 배기구의 단면적을 변경하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우 조절수단은 펌핑어댑터(40)를 포함하며, 이 펌핑어댑터(40)는 공정시 공정가스와 반응하지 않도록 세라믹 또는 알루미늄 재질로 이루어진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 펌핑어댑터(40)는 몸통부(41)와 플랜지부(42)로 이루어진다. 몸통부(41)는 배기구(13)의 형상에 대응되도록 중공형의 원통 형상으로 형성되며, 챔버의 배기구(13)에 삽입된다. 그리고, 몸통부(41)의 내부에 구동축이 배치된다. 플랜지부(42)는 몸통부(41)의 상단부로부터 외측 방향으로 연장 형성되며, 챔버의 바닥면에 밀착된다. 이와 같이 이루어진 펌핑어댑터는 복수로 구비되는데, 이때 각 펌핑어댑터의 내경(D), 즉 내측 직경은 서로 상이하게 형성된다.

상기한 바와 같이 구성된 펌핑어댑터(40)가 배기구(13)에 삽입되면, 도 2에 도시된 바와 같이 배기구(13)의 단면적이 줄어들게 되며, 이에 따라 챔버의 공간부(11)로 진공압이 전달되는 면적 즉 펌핑어댑터(40)의 내주면과 구동축(21) 외주면 사이의 면적 역시 줄어들게 된다. 따라서, 펌핑유닛에서부터 챔버의 공간부로 전달되는 진공압의 세기가 감소하게 된다. 이때, 내경이 상이한 다양한 종류의 펌핑어댑터(40)가 구비되어 있으므로, 공정별 이용하는 소스의 종류, 양 및 압력에 따라 펌핑어댑터를 장착함으로써, 챔버의 공간부 내로 인가되는 진공압을 변경할 수 있으며, 그 결과 증착 효율이 향상되게 된다.

실제로, 다양한 내측 반경을 가지는 펌핑어댑터를 장착하여 실험해 본 결과가 도 4에 나타나 있다. 도 4에서 X 축은 챔버 바닥면에서부터의 높이이며, Y축은 해당 지점에서의 압력이다. 그리고, 1번 그래프는 펌핑어댑터를 장착하지 않은 경우이고, 2번 그래프는 펌핑어댑터 원통부(41)의 두께가 5mm인 경우 즉 배기구의 내측 반경이 5mm 감소한 경우이며, 3번 그래프는 펌핑어댑터의 원통부 두께가 10mm인 경우이고, 4번 그래프는 펌핑어댑터의 원통부 두께가 15mm인 경우이다.

도 4를 참조하면, 챔버의 바닥면으로부터 0.1m 이상의 지점에서는 펌핑어댑터의 두께가 두꺼울수록(즉, 배기구의 단면적이 작아질수록) 압력이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 이와 같이 챔버 내의 압력이 높다는 것은, 챔버 내부에 잔존하는 공정가스의 양이 많다는 것을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 펌핑어댑터를 챔버에 장착하면, 공정 조건에 따라 챔버 내부로 인가되는 진공압의 세기를 변경할 수 있다. 예를 들어, 액상 소스 이용하는 공정의 경우에는 펌핑어댑터를 장착하지 않음으로써 펌핑 효율을 높이고, 기상 소스를 이용하는 경우에는 펌핑어댑터를 장착하여 펌핑력을 감소시킴으로써 챔버 내의 가스 잔류 시간을 연장할 수 있다. 따라서, 공정의 종류에 따라 공정효율을 극대화할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 펌핑어댑터의 장착시 챔버 내의 일정높이구간 즉 0.1 ~ 0.2 구간에서는, 챔버 내의 압력이 높아진 상태에서 안정적으로 유지된다. 따라서, 종래에 밸러스트 밸브(ballast valve)를 사용하였을 때와 같이, 압력 불균형 현상이 발생되는 것도 방지된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

예를 들어, 본 실시예의 경우 배기구의 형상에 대응되도록 펌핑어댑터가 중공의 원통 형상으로 형성되었으나, 배기구가 사각형 형태로 형성되는 경우에는 펌핑어댑터 역시 중공의 사각형 형상으로 형성될 수 있다.

100...기판처리장치 10...챔버
13...배기구 20...기판지지대
30...가스분사기 40...펌핑어댑터

Claims (4)

1. 기판에 대한 공정이 행해지는 공간부가 형성되어 있으며, 일측에 배기구가 관통 형성되어 있는 챔버;
   상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 기판지지대;
   상기 기판지지대의 상방에 배치되며, 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 가스분사기;
   상기 배기구에 연결되며, 챔버의 공간부에 진공을 형성하는 펌핑유닛; 및
   상기 배기구의 단면적을 변경하기 위한 조절수단;을 포함하고,
   상기 조절수단은 중공의 형상으로 형성되며 상기 배기구에 삽입되는 펌핑어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 펌핑어댑터는 중공의 원통 형상으로 형성되어 상기 배기구에 삽입되는 몸통부와, 상기 몸통부의 단부로부터 외측 방향으로 연장 형성되며 상기 챔버의 내측면에 밀착되는 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 펌핑어댑터는 세라믹 또는 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.

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