KR20060124813A - 기판 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

아크 방전에 의한 사고를 최소화할 수 있는 기판 가공 장치에서, 챔버는 기판을 수용하며, 기판에 대한 가공 공정을 수행한다. 챔버 상부에 배치되어 공정 가스를 기판 상으로 균일하게 도입하기 위한 샤워 헤드는 가스 도입 배관 및 가스 도입 배관의 단부에 결합된 제1플랜지를 가진다. 공정 가스를 샤워 헤드로 공급하기 위한 가스 공급부는 샤워 헤드의 가스 도입 배관과 연결되는 가스 공급 배관 및 상기 가스 공급 배관의 단부에 결합된 제2플랜지를 가진다. 세라믹 재질로 이루어지는 다수의 체결 부재들은 상기 제1플랜지와 제2플랜지를 관통하여 체결됨으로써 가스 공급부와 샤워 헤드를 연결한다. 이와 같이, 세라믹 재질로 형성되는 체결 부재는 강한 절연체로서, 아크 방전이 유도되더라도 쉽게 파손되지 않기 때문에 아크 방전에 의한 설비의 손상을 용이하게 방지할 수 있다.

Description

기판 가공 장치{Apparatus for processing a substrate}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 체결 부재를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 기판 가공 장치 102 : 챔버
104 : 게이트 108 : 펌프
109 : 배기관 110 : 샤워 헤드
112 : 가스 도입 배관 114 : 제1플랜지
120 : 가스 공급부 122 : 가스 공급 배관
124 : 히팅 자켓 126 : 히팅 자켓 전원
128 : 제2플랜지 130 : 체결 부재
140 : RF 전원
본 발명은 기판 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팸 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 증착 공정은 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하는 공정으로서 타겟(target) 물질로부터 스퍼터링된 입자들을 이용하는 물질 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 방법과, 공정 가스의 화학적인 반응을 이용하는 화학 기상 증착 방법(chemical vapor deposition; CVD)이 사용되고 있다. 최근에는 낮은 반응 온도에서 막의 증착이 가능한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방법이 널리 사용되고 있다.
상기 식각 공정은 반도체 기판 상에 형성된 막을 전기적인 패턴으로 형성하 기 위해 상기 막의 특정 영역을 제거하는 공정으로 습식 식각 방법과 건식 식각 방법이 있다. 최근, 0.13㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 반도체 장치에서는 플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하는 건식 식각 방법이 주로 사용되고 있다.
PECVD 장치와 건식 식각 장치는 플라즈마 상태의 가스를 사용한다는 점에서 공통점이 있으며, 장치의 내부 구성도 유사하다. 상기 가공 장치들은 반도체 기판을 가공하기 위한 챔버와, 챔버로 공급되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 전극과, 반도체 기판을 지지하기 위한 척을 갖는다.
상기 가공 장치들에 대한 일 예로서, 미합중국 등록특허 제5,510,297호(Telford, et al.)와 미합중국 등록특허 제5,565,382호(Tseng, et al.)에는 플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하여 서셉터 상에 지지된 반도체 기판 상에 막을 형성하는 장치가 개시되어 있으며, 미합중국 등록특허 제5,259,922호(Yamano, et al.)와 미합중국 등록특허 제6,239,036호(Arkta, et al.)에는 RF 전원 인가에 의해 형성된 플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하여 반도체 기판 상에 막을 식각하는 장치가 개시되어 있다.
상기 RF 전원을 인가하여 공정 가스를 플라즈마 상태로 이용하는 가공 장치는 챔버 상부에 구비되어 샤워 헤드(shower head) 및 상기 샤워 헤드로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부가 구비된다. 상기 가스 공급부로부터 공급된 공정 가스는 가스 배관을 통해 상기 샤워 헤드로 전달된다.
상기 가스 배관에는 공정 가스의 가열하기 위하여 수 볼트(Volt)의 전원이 인가될 수 있다. 또한, 상기 샤워 헤드에는 상기 챔버 내부로 공급된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위하여 RF 전원이 인가된다. 여기서, 상기 가스 배관은 상기 샤워 헤드와 연결되므로, 상기 RF 전원에 의해 아크 방전이 발생되면 상기 가스 배관과 샤워 헤드 사이에 전기가 통할 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 배관 및 샤워 헤드를 체결하는 동시에 전기가 통하지 않도록 하는 절연 부재가 구비되고 있다.
그런데, 현재 사용되고 있는 절연 부재는 플라스틱 재질로 이루어져 있기 때문에, 상기 샤워 헤드에 고전압의 아크 방전에 의해 쉽게 파손하는 문제점이 발생한다. 뿐만 아니라, 상기 샤워 헤드 및 가스 라인 사이에 전기가 통하게 되면, 설비에 고전압이 인가되어 상기 설비를 조작하는 작업자가 감전 피해를 입을 수 있으며 설비에 치명적인 손상이 야기될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 아크 방전에 의한 손상을 최소화할 수 있는 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판 가공 장치는, 기판을 수용하며 상기 기판에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 챔버와, 가스 도입 배관과 상기 가스 도입 배관의 단부에 결합된 제1플랜지를 가지며 상기 챔버 상부에 배치되어 상기 가공 공정에 소요되는 공정 가스를 상기 기판 상으로 균일하게 도입 하기 위한 샤워 헤드와, 상기 가스 도입 배관과 연결되는 가스 공급 배관과 상기 가스 공급 배관의 단부에 결합된 제2플랜지를 가지며 상기 가스 공급 배관을 통해 상기 공정 가스를 상기 샤워 헤드로 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 가스 공급부와 상기 샤워 헤드를 연결하기 위하여 상기 제1플랜지와 제2플랜지를 관통하여 체결되며 세라믹 재질로 이루어지는 다수의 체결 부재들을 포함한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 기판 가공 장치는 가스 공급부와 샤워 헤드를 연결하기 위한 플랜지들이 세라믹 재질의 체결 부재에 의해 체결된다. 따라서, 샤워 헤드에 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 전원이 인가되어 상기 체결 부재 상으로 아크 방전이 발생되더라도, 세라믹 재질의 체결 부재는 쉽게 파손되지 않기 때문에 상기 아크 방전으로 인한 설비가 손상되거나 작업자가 감전되는 사고를 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 체결 부재는 특정한 기능을 수행하는 장치에 한정되지 않고, 소정의 장치들 사이를 절연시키기 위한 다양한 장치에 사용될 수 있다. 특히, 플라즈마를 이용하는 화학 기상 증착 장치에서 가스를 분배하기 위한 샤워 헤드와 가스 공급부 사이를 연결하며 동시에 절연시키기 위한 용도로 사용되는 것이 바람직하다. 이하에서는, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 이용하여 본 발명을 설명한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적 인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 기판 가공 장치는 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판(W)에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 챔버(100), 상기 기판(W) 상으로 공정 가스를 균일하게 도입하기 위한 샤워 헤드(110), 상기 샤워 헤드(110)로 상기 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(120) 및 상기 샤워 헤드(110)와 가스 공급부(120)를 연결하기 위한 체결 부재(130)를 포함한다.
상기 챔버(100)의 일측에는 상기 챔버에 대한 기판(W)의 반·출입시에 개폐되는 게이트(104)가 배치된다. 또한, 상기 챔버(100)의 바닥부에는 배기구(106)가 설치되어 있으며, 상기 챔버(100)의 내부를 진공으로 만들 수 있도록 상기 배기구(106)에는 진공 펌프(108)가 설치된 배기관(109)이 접속되어 있다.
상기 챔버(100) 내에는 비전도성 재료로 이루어진 척(102)이 설치되어 있다. 상기 척 상에 지지되는 기판(W)을 기 설정된 온도로 가열할 수 있도록, 상기 척의 하면에 히터(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 상기 척의 상면에는 얇은 세라믹 재질의 정전척(도시되지 않음)이 구비된다. 상기 정전척이 발생시키는 쿨롱(coulomb)력에 의해 상기 척(102) 상에 웨이퍼가 흡착 유지된다. 상기 척(102)의 주변부에는 상하 방향으로 승강할 수 있는 리프터 핀(lifter pin, 도시되지 않음)들이 설치되어 있다. 상기 리프터 핀은 상기 챔버에 대한 기판(W)의 반입·반출시, 승강 기구(도시되지 않음)에 의해 승강하여 기판(W)을 들어 올리거나 내리는 역할을 한다.
상기 챔버(100)의 천정부에는 샤워 헤드(110)가 장착되어 있다. 상기 샤워 헤드(110)는 상기 척(102)의 상면 전체를 덮는 크기로 상기 척(102)으로부터 소정 거리로 이격되고, 상기 척(102)과 대향하여 배치된다. 이에 따라, 상기 샤워 헤드(110)와 척(102) 사이에는 플라즈마가 형성되는 처리 공간이 형성된다.
상기 샤워 헤드(110)의 하부에는 공정 가스를 분출하기 위한 다수의 분사 구멍(도시되지 않음)이 형성되어 있으며, 상기 챔버(100) 내에 공정 가스를 샤워 형상으로 제공한다. 또한, 상기 샤워 헤드(110)의 상부에는 가스 공급부(120)로부터 공정 가스를 도입하기 위한 가스 도입 배관(112) 및 상기 가스 도입 배관(112)의 단부에 설치된 제1플랜지(114)를 구비한다.
또한, 상기 샤워 헤드(110)와 척(102) 사이의 처리 공간에 플라즈마를 형성하기 위하여, 상기 챔버(100)의 천정부에는 리드선(도시되지 않음)을 거쳐 매칭 회로(도시되지 않음)와 RF 전원(140)이 접속되어 있다. 바람직하게는, 상기 RF 전원 (140)은 약 400 내지 500㎑의 저 주파수에서 1000W 미만의 RF 전력을 상기 샤워 헤드(110)에 인가한다.
상기 챔버(100)의 일측에는 상기 기판(W) 상에 소정의 막을 증착하기 위해 상기 샤워 헤드(110)로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(120)가 구비된다. 상기 가스 공급부(120)는 액상의 공정 가스 소스를 저장하는 저장 탱크(도시되지 않음) 및 상기 공정 가스 소스를 버블링(bubbling)하여 기화시키기 위한 버블러 시스템(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 가스 공급부(120)는 기상 이송 시스템(vapor delivery system) 또는 액상 이송 시스템(liquid delivery system)으로 구성될 수 있다.
상기 가스 공급부(120)는 상기 가스 공급부(120)로부터 제공되는 공정 가스 상기 샤워 헤드(110)로 전달하기 위한 가스 공급 배관(124) 및 상기 가스 공급 배관(124)의 단부에 설치된 제2플랜지(128)를 구비한다. 또한, 상기 가스 공급 배관(124)의 외측에는 상기 샤워 헤드로(110)로 전달되는 공정 가스를 가열하기 위한 히팅 자켓(124)을 구비한다. 상기 히팅 자켓(124)과 연결되는 히팅 자켓 전원(126)은 상기 히팅 자켓(124)을 발열시키기 위한 전원을 인가한다.
예를 들면, TEOS(tetraethylorthosilicate) 산화막 증착 공정의 경우 액상의 TEOS 소스가 상기 가스 공급부로부터 상기 가스 라인을 통해 전달된다. 이 때, 상기 가스 전원부는 약 5V의 전원을 상기 가스 라인에 인가함으로써, 상기 TEOS 소스를 약 150℃ 이상의 온도로 가열하여 상기 TEOS 소스를 기화시킬 수 있다.
이때, 도시된 바와 같이 상기 샤워 헤드(110)의 가스 도입 배관(112)과 가스 공급부(120)의 가스 공급 배관(122)은 제1플랜지(114) 및 제2플랜지(128)를 관통하는 체결 부재(130)에 의해 연결된다. 상기 체결 부재(130)는 볼트 형상을 가지며, 강도 및 절연성이 강한 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상기 체결 부재(130) 상으로 아크 방전이 발생하여 상기 체결 부재(130)가 파손되거나 또는 상기 체결 부재(130)를 통해 전기가 흐르는 현상을 방지하기 위함이다.
도 2는 도 1의 체결 부재를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 체결 부재(130)는 머리부(132), 몸통부(134) 및 버퍼 부재(136)를 포함하여 구성된다. 상기 머리부(132)에는 체결 또는 해체를 위한 헤드 홈(133)이 형성되어 있다. 상기 헤드 홈(133)은 육각 렌치가 삽입될 수 있도록 육각형의 형상을 가진다. 그러나, 상기 헤드 홈(133)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 상기 체결 부재(130)가 헤드 홈(133)의 형상에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 몸통부(134)를 통해 상기 제1 및 제2플랜지(114, 128)가 체결되며, 상기 몸통부(134)는 상기 머리부(132)와 일체로 형성된다. 또한, 상기 체결 부재(130)는 상기 샤워 헤드(110)의 가스 도입 배관(112)과 가스 공급부(120)의 가스 공급 배관(128)이 서로 절연되도록 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 상기 몸통부(134)는 세라믹으로 이루어진다.
이와 같이 세라믹 재질로 이루어진 상기 체결 부재(133)는 종래의 플라스틱 재질의 체결 부재에 비해 큰 강도를 가진다. 따라서, 상기 가스 도입 배관(112)과 가스 공급 배관(128) 사이에서 RF 전원(140)의 고전압에 의한 아크 방전이 발생하더라도 쉽게 파손되지 않는다. 또한, 상기 체결 부재(133)에 의해 상기 아크 방전에 의해 상기 전원이 인가되는 히팅 자켓(124)으로 전기가 흐르는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 체결 부재(130)의 머리부(132)와 몸통부(134) 사이에는 버퍼 부재(136)가 개재된다. 상기 버퍼 부재(136)는 링 형상을 가지는 것이 바람직하며, 상기 링 중앙부를 통해 상기 몸통부(134)가 삽입되도록 상기 몸통부(134)의 직경보다 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 체결 부재(130)를 강하게 조이더라도 상기 버퍼 부재(136)가 세라믹 재질의 쉽게 깨지는 약점을 보완할 수 있다.
전술한 본 발명에 의하면, 세라믹 재질로 형성되는 체결 부재는 전기적인 손상에 쉽게 파손되지 않는다. 따라서, 샤워 헤드 및 가스 공급 라인 사이에 전기가 통하여 작업자가 감전되거나, 설비에 손상을 초래하는 문제점을 최소화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 기판을 수용하며 상기 기판에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 챔버;
    가스 도입 배관과 상기 가스 도입 배관의 단부에 결합된 제1플랜지를 가지며, 상기 챔버 상부에 배치되어 상기 가공 공정에 소요되는 공정 가스를 상기 기판 상으로 균일하게 도입하기 위한 샤워 헤드;
    상기 가스 도입 배관과 연결되는 가스 공급 배관과 상기 가스 공급 배관의 단부에 결합된 제2플랜지를 가지며, 상기 가스 공급 배관을 통해 상기 공정 가스를 상기 샤워 헤드로 공급하기 위한 가스 공급부; 및
    상기 가스 공급부와 상기 샤워 헤드를 연결하기 위하여 상기 제1플랜지와 제2플랜지를 관통하여 체결되며, 세라믹 재질로 이루어지는 다수의 체결 부재들을 포함하는 기판 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 체결 부재는 체결 또는 해체를 위한 헤드 홈을 갖는 머리부와 몸통부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 체결 부재는 상기 몸통부가 삽입되는 링 형상을 가지며, 절연 재질로 이루어진 버퍼 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 샤워 헤드는 상기 챔버 내부로 도입되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위하여 RF 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200093754A (ko) * 2019-01-29 2020-08-06 주성엔지니어링(주) 샤워헤드 및 이를 포함하는 기판처리장치

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KR20200093754A (ko) * 2019-01-29 2020-08-06 주성엔지니어링(주) 샤워헤드 및 이를 포함하는 기판처리장치

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