KR101564582B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조를 위한 기판처리장치에 관한 것으로, 본 발명의 기판처리장치는 기판안치수단 하부에 회전가능한 방사형의 가스공급수단을 설치하고, 이를 통해 퍼지가스를 공급함으로써 기판안치수단의 하부영역을 균일하게 퍼지한다. 따라서, 불순물의 발생에 의한 장비 효율의 저하나 장비의 손상을 막을 수 있다.
챔버, 퍼지가스, 증착

Description

기판처리장치 {substrate processing apparatus}
본 발명은 반도체 소자용 제조 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자의 제조를 위해 기판 위에 박막을 증착이나 증착된 박막을 식각하는 공정을 수행하기 위한 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 유리나 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 위에 박막을 증착하고, 감광성 물질 등을 이용하여 증착된 박막을 식각함으로써 원하는 형태로 패터닝하는 공정을 반복함으로써 이루어진다.
이러한 박막의 증착이나 증착된 박막의 식각과 같은 공정은 최적의 공정 환경을 제공하는 기판처리장치의 내부에서 진행된다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 기판처리장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(10)와, 기판(S)을 안착시키기 위한 기판안치수단(22), 소스가스(source gas)를 챔 버(10) 내부로 공급하기 위한 제 1 가스공급수단(30), 기판(S)을 가열하기 위한 가열수단(40) 및 퍼지가스(purge gas)를 공급하기 위한 제 2 가스공급수단(50)을 포함한다.
제 1 가스공급수단(30)은 챔버(10)의 상부면을 관통하여 기판안치수단(22) 위에 놓인 기판(S)을 향해 소스가스를 분사한다. 기판안치수단(22)의 하부에는 구동축(24)이 연결되어 있어 기판안치수단(22)을 지지하거나 구동하는데, 구동축(24)은 챔버(10)의 하부면을 관통하여 외부와 연결된다. 챔버(10)의 일측면에는 배기구(18)가 형성되어 있어, 이를 통해 챔버(10) 내부의 가스를 밖으로 배출한다. 챔버(10)의 하부면은 석영 재질의 투명 창(19)으로 이루어져 있으며, 투명 창(19) 하부에는 가열수단(40)이 위치한다. 가열수단(40)은 다수의 램프로 이루어질 수 있으며, 투명 창(19)을 통해 기판안치수단(22)을 간접적으로 가열함으로써 기판(S)이 균일한 온도가 되도록 한다.
그런데, 이러한 기판처리장치에서 박막의 증착이나 식각에 기여하지 못한 소스가스의 일부가 기판안치수단(22)의 하부로 유입되면, 기판안치수단(22)의 배면 또는 챔버(10)의 투명 창(19)에 악영향을 미치게 된다. 즉, 기판안치수단(22)의 하부로 유입된 소스가스는 그 종류에 따라 기판안치수단(22)의 배면이나 챔버(10)의 투명 창(19)에 증착될 수 있으며, 또는 기판안치수단(22)의 배면이나 챔버(10)의 투명 창(19)에 손상을 입히게 된다. 따라서, 기판(S)을 가열하는데 있어 효율이 저하되거나, 챔버(10) 내부에 불순물을 유발할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 제 2 가스공급수단(50)을 통하여 기판안치수단(22)의 하부에 퍼지가스를 주입하여 소스가스가 기판안치수단(22) 하부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 제 2 가스공급수단(50)은 대개 챔버(10)의 하부면을 관통하여 설치된다. 이때, 제 2 가스공급수단(50)은 구동축(24)을 둘러싸며 투명 창(19)을 관통하도록 설치될 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 기판처리장치에서는, 챔버(10) 하부면의 어느 한 부분, 예를 들어, 가운데 부분에서만 퍼지가스가 공급되므로, 기판안치수단(22)의 하부영역이 고루 퍼지되기 어려운 문제가 있다. 즉, 종래의 기판처리장치와 같은 구조에서는, 퍼지가스가 어느 한쪽으로 쏠리는 현상이 생길 수 있다.
이에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 종래의 기판처리장치 내부에서 가스의 흐름을 개략적으로 도시한 단면도이다. 여기서, 소스가스의 흐름은 점선 화살표로 표시하고, 퍼지가스의 흐름은 직선 화살표로 표시한다.
도시한 바와 같이, 챔버(10)의 일측면에 위치하는 배기구(18)를 통해 챔버(10) 내부의 가스를 배기할 경우, 챔버(10)의 하부면 중앙에 위치한 제 2 가스공급수단(50)으로부터 기판안치수단(22)의 하부로 주입되는 퍼지가스는 배기 방향에 따라, 배기구(18) 쪽으로 쏠리게 된다. 이 경우, 기판안치수단(22)의 상부로 공급되는 소스가스는 배기 방향의 반대쪽으로 흐르게 되어, 기판안치수단(22)의 하부와 챔버(10)의 하부면 사이 공간으로 유입된다. 따라서, 소스가스가 투명 창(19) 또는 기판안치수단(22)의 배면에 증착되어 불순물이 발생하거나, 투명 창(19) 또는 기판안치수단(22)의 배면을 손상시키게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 장비의 효율 저하 및 손상을 방지할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기판처리장치는 일측에 배기구를 가지는 챔버와, 상기 챔버 내부에 배치되며, 제 1 면에 기판이 안치되는 기판안치수단과, 상기 챔버 내부 상기 기판안치수단의 제 1 면으로 소스 가스를 공급하는 제 1 가스공급수단과, 상기 챔버 내부 상기 기판안치수단의 제 2 면으로 퍼지 가스를 공급하며, 상기 기판안치수단에 평행하고 방사형으로 연결된 다수의 제 1 수평부를 가지는 제 2 가스공급수단을 포함한다.
상기 다수의 제 1 수평부 각각은 인접한 제 1 수평부를 향하는 측면에 다수의 분사홀을 가지거나, 상기 기판안치수단의 제 2 면을 향하는 면에 다수의 분사홀을 가진다.
상기 제 2 가스공급수단은 회전 가능하다.
본 발명의 기판처리장치는 상기 기판안치수단과 연결되고, 상기 기판안치수단을 승하강 또는 회전하는 구동축을 더 포함한다.
상기 제 2 가스공급수단은 상기 다수의 제 1 수평부의 중심에 상기 구동축과 연결되는 수직부를 더 포함한다.
본 발명의 기판처리장치는 상기 챔버의 하부면 바깥쪽에 상기 기판안치수단을 가열하기 위한 가열수단을 더 포함한다.
상기 가열수단은 원형으로 배치된 다수의 램프를 포함한다.
상기 제 2 가스공급수단은 내측면이 상기 다수의 제 1 수평부와 연결되며 원형의 고리모양을 가지는 제 2 수평부를 더 포함한다.
상기 제 2 수평부는 상기 기판안치수단의 제 2 면을 향하는 면에 다수의 분사홀을 가진다.
또는, 상기 제 2 수평부는 내측면과 외측면 중의 어느 하나에 다수의 분사홀을 가진다.
본 발명에서는 회전가능한 방사형의 가스공급수단을 통해 퍼지가스를 공급함으로써, 퍼지가스가 어느 한 방향으로 쏠리지 않고 모든 방향에 대해 고르게 분사되어 기판안치수단의 하부영역을 균일하게 퍼지할 수 있다. 따라서, 기판안치수단의 하부영역에 소스가스가 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 불순물의 발생에 의한 장비 효율의 저하나 장비의 손상을 막을 수 있다.
첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 가스공급수단의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가열수단의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제 2 가스공급수단의 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 기판처리장치는 챔버(110)와 기판안치수단(122), 제 1 가스공급수단(130), 가열수단(140) 및 제 2 가스공급수단(150)을 포함한다.
챔버(110)는 밀폐된 반응공간을 제공하는 것으로, 상부면(112)과 하부면(114) 및 측면(116)으로 이루어질 수 있다. 이러한 상부면(112)과 하부면(114) 및 측면(116)은 오링(O-ring)과 같은 기계적 봉인물이나 개스킷(gasket)을 사이에 개재하여 연결됨으로써 밀폐된 공간을 형성한다.
여기서, 상부면(112)과 하부면(114)은 석영 재질로 형성되며 돔(dome) 형태일 수 있다. 또한, 상부면(112)과 하부면(114) 사이의 측면(116)은 스테인리스강(stainless steel)이나 알루미늄과 같은 물질로 형성될 수 있다.
한편, 챔버의 상부면(112)과 측면(116)은 동일한 물질로 형성될 수도 있으며, 이러한 경우 상부면(112)과 측면(116)은 일체형으로 형성될 수도 있다.
챔버의 측면(116)에는 배기구(118)가 형성되는데, 배기구(118)는 외부의 진공펌프(도시하지 않음)와 연결된다. 배기구(118)는 챔버(110) 내부의 공기를 외부로 배출하여, 챔버(110) 내부를 진공상태로 만들거나 챔버(110) 내부의 압력을 균 일하게 유지한다.
챔버(110) 내부에는 기판(S)을 안착시키기 위한 기판안치수단(122)이 위치한다. 이러한 기판안치수단(122)은 기판(S)의 형상에 대응하는 모양을 가지며, 그 형태는 사각형 또는 원형일 수 있다. 도 3에서는 기판안치수단(122) 위에 하나의 기판(S)이 놓인 경우를 도시하였으나, 기판안치수단(122) 상에는 한꺼번에 다수의 기판(S)이 놓일 수도 있다. 즉, 도시하지 않았지만, 기판안치수단(122)은 각 기판이 안치되는 다수의 서셉터와 다수의 서셉터를 지지하는 디스크로 구성될 수도 있다.
기판안치수단(122)의 배면에는 기판안치수단(122)의 지지 또는 구동을 위한 구동축(124)이 연결되어 있다. 구동축(124)은 챔버의 하부면(114)을 관통하여 모터와 같은 외부의 구동수단(미도시)과 연결된다. 따라서, 기판안치수단(122)은 구동축(124)에 의해 상하운동 또는 회전운동 등을 하게 된다.
한편, 배기구(118)와 마주 대하는 챔버의 측면(116)에는 소스가스를 챔버(110) 내부로 공급하기 위한 제 1 가스공급수단(130)이 설치된다. 소스가스는 그 종류에 따라 기판(S) 상에 증착되어 박막을 형성하거나, 증착된 박막을 식각한다. 이러한 제 1 가스공급수단(130)은 챔버의 상부면(112)을 관통하여 설치될 수도 있다.
제 1 가스공급수단(130)은, 도 4에 도시한 것처럼, 기판안치수단(122)에 대응하는 링(ring) 모양의 가스관(130a)과 가스관(130a)의 내부면을 따라 형성된 다수의 홀(130b)을 포함한다. 이러한 다수의 홀(130b)은 가스관(130a)의 내부면을 따라 형성될 수도 있으며, 가스관(130a)의 하부면, 즉, 기판안치수단(122)을 향하는 면을 따라 형성될 수도 있다. 또는, 제 1 가스공급수단(130)은 하부면에 다수의 홀을 포함하는 가스분사판의 형태를 가질 수도 있다.
챔버의 하부면(114) 바깥쪽에는 기판안치수단(122)을 가열하여 기판(S)이 균일한 온도가 되도록 하기 위한 가열수단(140)이 위치한다. 이러한 가열수단(140)은 다수의 램프를 포함할 수 있다. 이때, 도 5에 도시한 것처럼, 램프들은 구동축(124)을 중심으로 원형으로 배치된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제 2 가스공급수단(150)은 회전가능한 것으로, 수직부(154)와 다수의 수평부(152)를 포함한다. 이러한 제 2 가스공급수단(150)은 챔버(110) 내부, 보다 상세하게는, 기판안치수단(122)의 하부영역에 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스를 퍼지가스로 공급한다.
수직부(154)는 기판안치수단(122)에 수직한 방향으로 연장되며, 구동축(124)에 장착될 수 있다. 이와 같이, 수직부(154)를 구동축(124)에 장착할 경우, 제 2 가스공급수단(150)은 구동축(124)과 함께 회전하게 되므로, 제 2 가스공급수단(150)의 회전을 위한 별도의 구동수단을 생략할 수 있다.
한편, 다수의 수평부(152)는 수직부(154)로부터 기판안치수단(122)에 평행한 방향을 따라 방사형으로 연장된다. 즉, 도 6에 도시한 것처럼, 제 2 가스공급수단(150)은 수직부(154)를 중심으로 십자 모양을 이루는 4개의 수평부(152)를 포함할 수 있으며, 수평부(152)의 개수는 변경될 수 있다. 수평부(152) 각각은 일면에 퍼지가스를 분사하기 위한 다수의 분사홀(152a)을 포함한다. 이러한 분사홀(152a) 은 도면상에서와 같이 인접한 수평부(152)를 향하는 측면에 형성될 수 있으며, 또는 기판안치수단(122)을 향하는 상면에 형성될 수도 있다. 이중, 분사홀(152a)이 기판안치수단(122)을 향하는 상면에 형성될 경우에는, 분사홀(152a)을 통해 분사된 퍼지가스에 의해 기판처리공정이 영향을 받을 수도 있으므로, 분사홀(152a)은 인접한 수평부(152)를 향하는 측면에 위치하는 것이 바람직하다.
이러한 기판처리장치를 이용하여 기판 상에 박막을 증착하거나 증착된 박막을 식각하는 기판처리공정은 다음과 같다.
먼저, 처리하고자 하는 기판(S)을 기판안치수단(122) 상에 배치한 후, 배기구(118)를 통해 챔버(110) 내부의 공기를 배출하여 챔버(110) 내부를 진공 상태로 만든다. 이어, 가열수단(140)을 이용하여 기판안치수단(122)을 가열함으로써, 기판(S)이 공정 수행을 위한 온도 조건하에 놓이도록 한다.
다음, 배기구(118)를 통해 지속적으로 배기하여 챔버(110) 내부를 일정 압력으로 유지하면서, 제 1 가스공급수단(130)과 제 2 가스공급수단(150)을 통해 소스가스 및 퍼지가스를 챔버(110) 내부로 공급한다. 이때, 기판안치수단(122)은 구동축(124)에 의해 회전운동을 하게 된다. 따라서, 기판안치수단(122)의 위에 놓인 기판(S)을 향해 주입된 소스가스는 기판(S) 상에 증착되거나 증착된 박막을 식각한다. 반면, 제 2 가스공급수단(150)을 통해 공급되는 퍼지가스는 기판안치수단(122)의 하부영역을 퍼지함으로써, 소스가스가 기판안치수단(122)의 하부영역으로 유입되는 것을 방지한다. 여기서, 제 2 가스공급수단(150)은 구동축(124)과 함께 회전한다.
이러한 본 발명의 기판처리장치에서 기판처리공정시 가스의 흐름이 도 7에 도시되어 있다. 도 7은 발명의 기판처리장치 내부에서 가스의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 기판처리공정시 퍼지가스는 회전하는 방사형의 수평부(152)로부터 기판안치수단(122)의 하부영역으로 주입된다. 여기서, 분사홀(152a)이 수평부(152)의 측면에 형성될 경우, 퍼지가스는 기판안치수단(122)에 평행한 방향으로 분사되고, 분사된 퍼지가스는 회전하면서 배기방향에 의해 기판안치수단(122)의 배면쪽으로 이동하며 기판안치수단(122)의 하부영역을 퍼지하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 퍼지가스가 여러 방향에서 주입되어 배기 방향으로 쏠리지 않고 기판안치수단(122)의 하부영역에 고루 공급되며, 기판안치수단(122)의 하부영역은 균일하게 퍼지될 수 있다. 또한, 제 2 가스공급수단(150)이 회전하면서 퍼지가스가 공급되므로, 원심력에 의해 기존보다 더 넓은 구역을 퍼지할 수 있다.
이에 따라, 기판안치수단(122)의 하부영역으로 소스가스가 유입되는 것을 방지하여 기판안치수단(122)의 배면 또는 챔버의 하부면(114)에 불순물이 증착되거나 손상되는 것을 막을 수 있다.
앞선 본 발명의 실시예에서는, 퍼지가스를 공급하는 제 2 가스공급수단이 수직부와, 수직부로부터 방사형으로 연장된 다수의 수평부를 포함하는 구조를 가지나, 제 2 가스공급수단의 구조는 변경될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 가스공급수단을 도시한 사시도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 가스공급수단(250)은 수직부(254)와 다수의 제 1 수평부(252) 및 제 2 수평부(256)를 포함한다. 앞선 실시예에서와 마찬가지로, 수직부(254)는 기판안치수단(도 3의 122)에 수직한 방향으로 연장되며, 구동축(도 3의 124)에 장착될 수 있다. 다수의 제 1 수평부(252)는 수직부(254)로부터 기판안치수단(도 3의 122)에 평행한 방향을 따라 방사형으로 연장되어, 일끝이 수직부(254)와 연결된다. 제 1 수평부(252)는 4개로 도시되어 있으나, 그 개수는 변경될 수 있다. 또한, 제 2 수평부(256)는 원형의 고리 모양을 가지며, 제 2 수평부(256)의 내측면은 제 1 수평부(252)의 타끝과 연결된다. 제 1 수평부(252) 및 제 2 수평부(256) 각각은 일면에 퍼지가스를 분사하기 위한 다수의 분사홀(252a, 256a)을 포함한다. 이러한 분사홀(252a, 256a)은 도면상에서와 같이, 기판안치수단(도 3의 122)을 향하는 상면에 형성될 수 있다. 또는, 분사홀(252a, 256a)은 제 1 수평부(252) 및 제 2 수평부(256)의 측면에 형성될 수도 있는데, 이때, 제 2 수평부(256)의 분사홀(256a)은 제 2 수평부(256)의 내측면이나 외측면을 따라 형성될 수도 있다.
본 발명은 상기한 예에 한정되지 않고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 적용이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 기판처리장치 내부에서 가스의 흐름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 가스공급수단의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가열수단의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제 2 가스공급수단의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 기판처리장치 내부에서 가스의 흐름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 가스공급수단의 사시도이다.

Claims (11)

  1. 일측에 배기구를 가지는 챔버와;
    상기 챔버 내부에 배치되며, 제 1 면에 기판이 안치되는 기판안치수단과;
    상기 기판안치수단과 연결되고, 상기 기판안치수단을 승하강 또는 회전하는 구동축과;
    상기 챔버 내부 상기 기판안치수단의 제 1 면으로 소스 가스를 공급하는 제 1 가스공급수단과;
    상기 챔버 내부 상기 기판안치수단의 제 2 면으로 퍼지 가스를 공급하는 제 2 가스공급수단을 포함하고,
    상기 제 2 가스공급수단은,
    상기 기판안치수단의 하부영역에 회전가능하도록 구비되고,
    상기 기판안치수단에 평행하고 방사형으로 연결된 다수의 제 1 수평부; 및
    내측면이 상기 다수의 제 1 수평부와 연결되며 원형의 고리모양을 가지는 제 2 수평부;를 포함하며,
    상기 제 1 수평부 및 제 2 수평부는, 그 길이방향을 따라 설정된 간격으로 다수의 분사홀이 형성되고,
    상기 제 2 가스공급수단은, 상기 다수의 제 1 수평부의 중심에 상기 구동축과 연결되는 수직부를 더 포함하고,
    상기 수직부는 상기 구동축에 장착되어 하나의 구동수단에 의해 상기 구동축과 상기 수직부가 회전하도록 구비되는
    기판처리장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 제 1 수평부 각각은 상기 기판안치수단의 제 2 면을 향하는 면에 다수의 분사홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 제 1 수평부 각각은 인접한 제 1 수평부를 향하는 측면에 다수의 분사홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버의 하부면 바깥쪽에 상기 기판안치수단을 가열하기 위한 가열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가열수단은 원형으로 배치된 다수의 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 수평부는 상기 기판안치수단의 제 2 면을 향하는 면에 다수의 분사홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 수평부는 내측면과 외측면 중의 어느 하나에 다수의 분사홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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