KR101253332B1 - 균일한 가스분사를 위한 가스분배판 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 일정한 반응공간을 형성하는 챔버의 내부에 설치되며, 기판안치대의 상부로 가스를 분사하는 다수의 분사홀을 구비하는 가스분배판에 있어서, 중심부에 형성되는 제1 영역; 상기 제1영역의 외곽에 형성되는 제2 영역으로 구분되며, 상기 제1영역에서의 유체컨덕턴스가 상기 제2 영역에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 가스분배판에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 가스분배판의 중앙부보다 주변부에서의 유체 컨덕던스를 높여줄 수 있기 때문에 종래와 같이 기판의 중앙부가 주변부보다 막두께가 두꺼워지는 등의 공정 불균일 현상이 크게 개선된다.

가스분배판. 노즐부

Description

균일한 가스분사를 위한 가스분배판{Gas distribution plate for uniform gas injection}

도 1은 PECVD장치의 일반적인 구성도

도 2는 종래 가스분배판의 부분 단면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가스분배판이 3개 영역으로 구획된 모습을 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 주변부로 갈수록 노즐의 직경이 커지는 가스분배판을 나타낸 도면

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 주변부로 갈수록 노즐의 길이가 짧아지는 가스분배판을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 가스분배판 110 : 분사홀

112 : 노즐부 114 : 유입부

116 : 확산부

본 발명은 반도체소자 또는 평면표시장치를 제조하기 위해 웨이퍼 또는 글래스(이하 '기판'이라 함)를 처리하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 기판처리장치의 내부로 원료물질을 분사하는 가스분배판에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각(etching)공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.

특히 증착 또는 식각 공정은 원료물질의 종류나 막질 특성에 따라 매우 다양한 종류를 가지는데, 최근에는 저온공정이 가능하고 막질이 우수한 장점 때문에 플라즈마를 이용하는 방법이 많이 사용된다.

플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치는 플라즈마의 발생소스에 따라서 CCP(Capacitively Coupled Plasma)장치와 ICP(Inductively Coupled Plasma)장치로 구분된다.

CCP장치는 서로 대향하는 전극 사이에 RF전기장을 형성한 후 RF전기장에 의하여 가속된 전자가 중성기체와 충돌하므로써 플라즈마가 발생되는 원리로 동작하며, ICP장치는 챔버 외부에 설치된 안테나에 의하여 챔버 내부에 형성되는 유도전 기장에 의하여 플라즈마가 발생되는 원리로 동작한다.

도 1은 CCP타입의 플라즈마를 발생시켜 증착공정을 수행하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.

이를 살펴보면, 반응공간을 형성하는 챔버(11)의 내부에 기판(s)을 안치하는 한편 승강운동이 가능한 기판안치대(12)가 설치되고, 기판안치대(12)의 상부에는 다수의 분사홀(14)을 가지는 가스분배판(13)이 설치되며, 챔버(11)의 하부에는 배기구(21)가 형성된다.

가스분배판(13)은 플라즈마전극(15)의 저면에 결합하며, 특히 가스분배판(13)의 주변부가 플라즈마전극(15)에 결합함으로써 가스분배판(13)과 플라즈마전극(15)의 사이에는 원료물질을 일차 확산시키는 버퍼공간(16)이 형성된다. 이때 가스분배판(13)과 플라즈마전극(15)은 통상 알루미늄 재질로 제조되므로 양자는 전기적으로 연결된 상태가 된다.

플라즈마 전극(15)의 중앙부에는 상기 버퍼공간(16)과 연통되는 가스공급관(18)이 연결되며, 버퍼공간(16) 내부에서 상기 가스공급관(18)의 출구 부근에는 공급된 원료물질을 확산시키기 위한 배플(17)이 설치된다.

또한 플라즈마 전극(15)의 중앙부에는 RF전력을 공급하는 RF전원(20)이 연결되며, RF전원(20)과 플라즈마 전극(15)의 사이에는 임피던스를 정합시키는 매처(19)가 설치된다.

이러한 PECVD장치(10)에서는 다음과 같은 순서로 공정이 진행된다.

먼저 미도시된 기판출입구를 통해 반입된 기판(s)이 기판안치대(12)에 안치되면, 배기구(21)를 통해 진공펌핑을 수행하여 공정분위기를 조성한 다음 기판안치대(12)를 상부의 공정위치까지 상승시킨다.

기판안치대(12)가 공정위치에 도달하면 가스분배판(13)을 통해 원료물질을 분사하는 한편, RF전원(20)에서 플라즈마전극(15)에 RF전력을 인가한다.

플라즈마 전극(15)에 인가된 RF전력은 가스분배판(13)과 접지된 기판안치대(12) 사이에 RF전기장을 형성하며, RF전기장에 의해 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 활성종이 생성되며 이렇게 생성된 활성종이 기판(s)의 표면에 증착되어 박막을 형성한다.

한편, 증착공정에서는 박막의 두께가 기판(s)의 전면적에 걸쳐 균일하여야 하므로 균일도(uniformity) 특성이 막질을 판단하는 중요한 기준이 되며, 이는 대면적 액정패널을 제작하기 위해 유리기판을 처리하는 경우에 특히 중요하다.

이러한 박막균일도는 챔버(11)의 내부로 분사되는 원료물질의 균일도, 플라즈마의 균일도, 전극간의 거리 등에 의해 크게 좌우된다.

특히 원료물질을 챔버(11) 내부로 균일하게 분사하기 위해서 가스분배판(13)에는 매우 정밀하게 가공된 수만개의 분사홀(14)이 균일하게 형성되어 있다.

가스분배판(13)에는 부분 단면도인 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 분사홀(14)이 형성되어 있으며, 특히 분사홀(14)은 다른 부분보다 상대적으로 작은 직경 을 가지는 노즐부(14a), 상기 노즐부(14a)의 상부(또는 일측)에 형성되는 유입부(14b), 상기 노즐부(14a)의 하부(또는 타측)에 형성되는 확산부(14c)를 포함하는 단면형상을 가진다.

현재의 가스분배판(13)에는 전 면적에 걸쳐 동일한 형상의 분사홀(14)이 균일하게 형성되어 있으며, 원료물질의 유속이나 유량은 이러한 분사홀(14)의 개수나 노즐부(14a)의 직경에 의해 크게 좌우된다.

그런데 가스분배판(13)의 분사홀(14)을 균일하게 형성하여도 기판(s)에 증착된 막두께를 분석해보면 대부분의 경우에는 중앙부가 주변부보다 두껍게 나타난다.

이러한 현상은 여러 가지 요인 때문에 발생하는데, 가스공급관(18)이 연결되는 중앙부에서의 가스분압이 주변부보다 더 높기 때문이기도 하고, 가스분배판(13)의 중앙부가 자중에 의해 하부로 처지는 현상 때문에 기판(s)과 가스분배판(13)과의 간격이 중앙부에서 더 좁아지기 때문이기도 하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 챔버 내부에 분사되는 원료물질의 균일도를 향상시킴으로써 공정의 균일도를 향상시키는데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 일정한 반응공간을 형성하 는 챔버의 내부에 설치되며, 기판안치대의 상부로 가스를 분사하는 다수의 분사홀을 구비하는 가스분배판에 있어서, 중심부에 형성되는 제1 영역; 상기 제1영역의 외곽에 형성되는 제2 영역으로 구분되며, 상기 제1영역에서의 유체컨덕턴스가 상기 제2 영역에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 가스분배판을 제공한다.

상기 가스분배판의 일면과 타면을 관통하는 상기 분사홀은 가스가 유입되는 유입부, 가스가 분사되는 확산부, 상기 유입부와 상기 확산부에 비해 직경이 작고 상기 유입부와 상기 확산부 사이에 형성되는 노즐부로 이루어지는 가스분배판에 있어서, 상기 제1 영역에 형성된 노즐부의 유체컨덕턴스가 상기 제2 영역에 형성된 노즐부에 비하여 더 작은 것이 바람직하다.

이때 상기 제1 영역에 형성된 노즐부가 상기 제2 영역에 형성된 노즐부에 비하여 더 작은 직경을 가질 수 있다.

또한 상기 제1 영역에 형성된 노즐부가 상기 제2 영역에 형성된 노즐부에 비하여 더 긴 길이를 가질 수 있다.

또한 상기 제1 영역에 형성된 분사홀의 밀도가 상기 제2 영역에 비하여 더 작을 수 있다.

상기 제1영역과 상기 제2 영역은 상기 가스분배판의 가로축 또는 세로축을 기준으로 대칭구조를 가지는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예는 가스분배판(100)을 다수의 영역으로 구분한 후 각 영역마다 다른 형상의 분사홀을 형성하는 점에 특징이 있다.

예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 가스분배판(100)을 3개 영역으로 구분하여 가스분배판(100)의 중앙부를 제1 영역(A), 제1 영역(A)을 둘러싸는 부분을 제2 영역(B), 제2 영역(B)을 둘러싸는 부분을 제3 영역(C)으로 구분한다. 물론, 가스분배판(100)의 크기에 따라 2개 영역으로 구분할 수도 있고 4개 이상의 영역으로 구분할 수도 있다.

도 3에서는 액정표시소자의 제조장치에 사용되는 가스분배판(100)을 도시한 것이어서 사각 형상을 가지며, 따라서 제1 영역(A)은 사각형으로 설정되고, 제2,3 영역(B,C)는 가운데가 개구된 사각 프레임 형상으로 설정된다.

각 영역의 폭은 축방향을 기준으로 동일한 것이 바람직하다. 즉, 각 영역은 가스분배판(100)의 중심에서부터 장축방향으로 동일한 폭을 가지며, 가스분배판(100)의 중심에서부터 단축방향으로도 동일한 폭을 가진다.

그러나 각 영역의 폭은 챔버 내부의 공정조건에 따라 달라질 수 있다. 또한 원형의 웨이퍼를 처리하는 반도체제조장치에 사용되는 가스분배판인 경우에는 상기 제1 영역(A)은 원형으로 설정되고, 이를 둘러싸는 제2,3 영역(B,C)은 링 형태로 설정될 수 있다.

이와 같이 다수의 영역으로 구분된 가스분배판(100)에 형성되는 분사홀(110) 의 밀도는 균일한 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 분사홀(110)의 밀도를 영역별로 달리할 수도 있다.

예를 들어 중앙부의 제1 영역(A)보다 주변부의 제2,3 영역(B,C)으로 갈수록 분사홀(110)의 밀도가 높아지도록 하면 주변부에서의 가스유량이 증가하므로 기판(s)의 중앙부와 주변부에서의 막두께를 균일하게 하는데 기여할 수 있다.

분사홀(110)의 단면형상은 가스가 유입되는 유입부(114), 가스가 분사되는 확산부(116),상기 유입부(114)와 상기 확산부(116)에 비해 직경이 작고 상기 유입부(114)와 상기 확산부(116) 사이에 형성되는 노즐부(112)를 포함하여 이루어지는 점에서는 종래와 마찬가지이다.

다만 본 발명의 실시예에 따른 가스분배판(100)은 각 영역마다 노즐부(112)의 형상을 달리한 점에 특징이 있다.

먼저 도 4는 가스분배판(100)의 각 영역별로 노즐부(112)의 직경을 달리한 모습을 나타낸 도면으로서, 비교의 편의를 위하여 제1,2,3 영역(A,B,C)에 하나씩의 분사홀(110)만을 도시하였고, 노즐부(112)의 직경도 실제보다 과장하여 도시하였다.

이를 살펴보면 제1 영역(A)의 노즐부(112) 직경보다 제2 영역(B)의 노즐부(112) 직경이 더 크며, 제2 영역(B)의 노즐부(112) 직경보다 제3 영역(C)의 노즐부(112) 직경이 더 크다.

예를 들어 제1 영역(A)의 노즐부(112) 직경은 0.45mm, 제2 영역(B)의 노즐부(112) 직경은 0.55mm, 제3 영역(C)의 노즐부(112) 직경은 0.65mm 가 될 수 있다.

노즐부(112)의 직경이 커지면 컨덕턴스가 증가하므로 가스분배판(100)의 주변부로 갈수록 원료물질의 유량이 증가하게 된다. 따라서 기판(s)의 중앙부에서 박막이 더 두껍게 형성되는 등의 공정불균일 현상이 크게 개선된다.

한편, 노즐부(112)의 직경을 각 영역별로 다르게 형성하는 대신에, 도 5에 도시된 바와 같이 가스분배판(100)의 주변부로 갈수록 노즐부(112)의 길이를 짧게 형성할 수도 있다. 이 경우에도 노즐부(112)의 직경이나 길이는 실제보다 과장하여 도시하였다.

노즐부(112)의 길이가 짧아질수록 컨덕턴스가 증가하므로, 이 경우에도 가스분배판(100)의 주변부로 갈수록 원료물질의 유량이 증가하게 되어, 중앙부에서 원료물질의 밀도가 높아지는 현상을 크게 개선할 수 있다.

한편, 이와 같이 가스분배판(100)을 여러 영역으로 구분하는 경우라도 같은 영역내의 분사홀(110)은 서로 동일한 형상, 즉 동일한 노즐직경 및 노즐길이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 가스분배판(100)에서는 노즐부(112)의 직경 또는 길이가 동일한 부분을 하나의 영역으로 구분하고 있으므로, 가스분배판(100) 전체를 일체로 제조하지 않고 제작시간 등을 고려하여 각 영역별로 분리 제작한 후 이를 결합하여 사용할 수도 있다. 물론 하나의 알루미늄 모재에 영역별로 노즐부(112)의 직경이나 길이를 달리해가면서 제작할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 가스분배판의 중앙부보다 주변부에서의 유체 컨덕던스를 높여줄 수 있기 때문에 종래와 같이 기판의 중앙부가 주변부보다 막두께가 두꺼워지는 등의 공정 불균일 현상이 크게 개선된다.

Claims (6)

1. 일정한 반응공간을 형성하는 챔버의 내부에 설치되며, 기판안치대의 상부로 가스를 분사하는 다수의 분사홀을 구비하는 가스분배판에 있어서,

   상기 가스분배판은 중심부에 형성되는 제1 영역과, 상기 제1 영역의 외곽에 형성되는 제2 영역으로 구분되며,

   상기 가스분배판의 일면과 타면을 관통하는 상기 분사홀은 가스가 유입되는 유입부, 가스가 분사되는 확산부, 상기 유입부와 상기 확산부에 비해 직경이 작고 상기 유입부와 상기 확산부 사이에 형성되는 노즐부로 이루어지고,

   상기 제1 영역에 형성된 분사홀의 노즐부는 상기 제2 영역에 형성된 분사홀의 노즐부보다 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 가스분배판
2. 삭제
3. 일정한 반응공간을 형성하는 챔버의 내부에 설치되며, 기판안치대의 상부로 가스를 분사하는 다수의 분사홀을 구비하는 가스분배판에 있어서,

   상기 가스분배판은 중심부에 형성되는 제1 영역과, 상기 제1 영역의 외곽에 형성되는 제2 영역으로 구분되며,

   상기 가스분배판의 일면과 타면을 관통하는 상기 분사홀은 가스가 유입되는 유입부, 가스가 분사되는 확산부, 상기 유입부와 상기 확산부에 비해 직경이 작고 상기 유입부와 상기 확산부 사이에 형성되는 노즐부로 이루어지고,

   상기 제1 영역에 형성된 분사홀의 노즐부가 상기 제2 영역에 형성된 분사홀의 노즐부에 비하여 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 가스분배판
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 영역에 형성된 분사홀의 밀도가 상기 제2 영역에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 가스분배판
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1영역과 상기 제2 영역은 상기 가스분배판의 가로축 또는 세로축을 기준으로 대칭구조를 가지는 것을 특징으로 하는 가스분배판

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