KR20090070573A - 탑 노즐 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20090070573A
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원준호
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치의 세정 가스를 공정 챔버 내부로 균일하게 공급하기 위한 탑 노즐에 관한 것이다. 탑 노즐은 세정 가스와 공정 가스가 혼합되지 않도록 상부면으로부터 하부면으로 관통되고, 세정 가스 유로와 연결되고 공정 가스 유로와는 독립적으로 형성되는 복수 개의 분사관들을 구비한다. 이러한 탑 노즐은 세정 가스 유로로부터 공급되는 세정 가스가 원형 플레이트의 상부면과 분사관들을 통해 공정 챔버의 중앙과 가장자리로 공급한다. 본 발명에 의하면, 세정 가스를 공정 챔버 내부에 균일하게 공급할 수 있으며, 이로 인하여 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
기판 처리 장치, 탑 노즐, 분사관, 세정 공정, 세정 가스, 공정 챔버

Description

탑 노즐 및 기판 처리 장치{TOP NOZZLE AND SUBSTRATE TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 기판 상으로 두 종류의 가스를 분사하는 탑 노즐(top nozzle) 및 이를 가지는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 공정은 가스의 화학적 반응에 의해 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 공정이다. 이러한 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치들 중에 최근에는 높은 종횡비를 갖는 공간을 효과적으로 채울 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition : HDP-CVD) 설비가 주로 사용되고 있다.
HDP-CVD 설비는 증착 공정을 처리할 때 공정 챔버 내부로 공급되는 공정 가스가 웨이퍼 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 반도체 기판 표면의 증착이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있게 된다. 또 식각 공정을 수행할 때도 공정 가스의 분포가 균일할 때 전체적으로 스퍼터링(sputtering)이 균일해지면서 소망하는 식각을 수행할 수 있게 된다. 또 식각 공정 후의 공정 챔버를 세정하는 세정 공정에서도 공정 가스의 분포가 균일할 때 세정 효율이 향상된다.
도 1을 참조하면, 식각 공정 후 플라즈마를 이용하여 세정 공정을 처리하는 기판 처리 장치(2)는 공정 챔버(10), 정전척(20), 구동부(22), 배기부(30) 그리고 가스 공급 부재(40, 50)를 포함한다.
공정 챔버(10)는 상부 및 하부 챔버(12, 14)를 포함한다. 상부 챔버(12)는 측면에 복수 개의 사이드 노즐(side nozzle)(50)들과, 상면에 탑 노즐(top nozzle)(40)이 장착된다. 사이드 노즐(50)들과, 탑 노즐(40)은 공정을 처리하기 위한 다양한 공정 가스(예를 들어, 반응 가스, 세정 가스 및 불활성 가스 등)를 공정 챔버(10)의 내부로 공급한다. 상부 챔버(12)의 상면에는 상부 전극(4)이 설치된다.
하부 챔버(14)는 상부 챔버(12)의 하부에 배치된다. 하부 챔버(14)와 상부 챔버(12)는 서로 분리와 결합이 가능하도록 제작된다. 하부 챔버(14)의 일측에는 출입구(16)가 제공된다. 출입구(16)는 공정 진행시 기판(W)의 출입이 이루어진다. 또한, 하부 챔버(14)의 다른 일측에는 배출구(18)가 제공된다. 배출구(18)는 공정 진행시 사용되는 공정 가스가 배출되는 개구이다.
정전척(20)는 웨이퍼 기판(W)을 지지한다. 정전척(20)은 공정 챔버(10) 내에 형성된 플라즈마를 웨이퍼 기판(W)상으로 유도하는 하부 전극(미도시됨)이 배치된다. 구동부(22)는 공정시 웨이퍼 기판(W)의 높이를 조절하기 위해 정전척(20)을 상하로 이동시킨다.
배기부(30)는 공정 챔버(10) 내부의 가스를 외부로 배출시킨다. 또한 배기부(30)는 공정 챔버(10) 내부 압력을 공정 압력으로 감압시킨다. 배기부(30)는 배 기 라인(36)과, 개폐 부재(32), 그리고 흡입 부재(34)를 포함한다. 배기 라인(36)은 배출구(18)와 연결된다. 개폐 부재(32)는 예를 들어, 게이트 밸브로 구비되어 배기 라인(36)상에 설치된다. 개폐 부재(32)는 배기 라인(36)의 가스 이동 통로를 개폐한다. 흡입 부재(34)는 예를 들어, 터보 펌프로 구비되어 개폐 부재(32)의 후단에서 배기 라인(36)상에 설치된다. 흡입 부재(34)는 공정 챔버(10) 내부의 가스를 강제로 흡입시킨다. 또한, 흡입 부재(34)는 공정 챔버(10) 내부의 가스를 강제 배출함으로써, 공정 챔버(10) 내부의 압력을 조절한다.
이러한 기판 처리 장치(2)는 식각 공정 후, 공정 챔버(10) 내부(예를 들어, 공정 챔버 내측벽, 정전척 등)에 흡착된 반응 부산물(예를 들어, 폴리머 등)들을 제거하는 세정 공정을 처리할 때, 세정 가스가 공정 챔버(10) 내부에 균일하게 분포하도록 공급되어야 한다. 이를 위해 탑 노즐(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 세정 가스가 내부에 공정 가스 유로가 형성된 관(42)을 경유하여 탑 노즐(40)의 하단에 배치되는 원형 플레이트(44)의 상부면을 따라 흘러서 공정 챔버(10)로 공급된다.
그러나 이러한 탑 노즐(40)은 공정 가스가 원형 플레이트(44)의 하단부에 구비되는 복수 개의 분사공들에 의해 공정 챔버(10) 내부로 균일하게 공급되지만, 세정 가스는 원형 플레이트(44)의 상부면을 따라 공급되기 때문에, 공정 챔버(10)의 중앙 부분에는 상대적으로 세정 가스의 밀도가 낮아진다. 따라서 세정 가스가 공정 챔버(10)의 내측벽으로 지나치게 공급되므로, 정전척(20)의 세정에 문제가 발생되고, 이로 인해 정전척(20)에 파티클이 잔존하게 된다. 그 결과, 정전척(20)에 안착 된 웨이퍼 기판(W)을 냉각시키기 위한 냉각 가스(예를 들어, 헬륨 가스)의 공급 경로(미도시됨)가 막히게 되어, 냉각 가스가 누출되는 현상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 세정 가스를 공정 챔버에 균일하게 공급하는 탑 노즐 및 이를 가지는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 세정 효율을 향상시키기 위한 탑 노즐 및 이를 가지는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 배치되며 기판을 지지하는 척, 기 공정 챔버 내의 상부에 배치되며 상기 공정 챔버로 공정 가스 및 세정 가스를 공급하는 탑 노즐을 포함한다. 상기 탑 노즐은 내부에 공정 가스 유로를 갖는 관 형상의 제 1 몸체, 상기 제 1 몸체로부터 아래 방향으로 연장되며 상기 제 1 몸체보다 큰 직경의 플레이트 형상을 가지고 상기 공정 가스 유로와 연결되는 내부 공간을 가지고 그 하면에 상기 내부 공간으로 유입된 공정 가스를 아래 방향으로 분사하는 다수의 분사공들을 구비하는 제 2 몸체, 그리고 내부에 세정 가스 유로를 가지며, 상기 제 2 몸체의 상부에 위치되는 관 형상의 제 3 몸체를 포함한다. 상기 제 2 몸체는 상부면으로부터 하부면으로 관통되고 상기 내부 공간과 독립적으로 형성되는 복수 개의 분사관들을 구비한다.
상기 분사관들은 상기 제 2 몸체의 중앙에서부터 가장자리 방향으로 균일하게 배치되는 방사형으로 구비될 수 있다.
상기 제 3 몸체는 상기 제 1 몸체를 감싸도록 배치되며, 상기 제 3 몸체보다 작은 직경을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 제 1 가스와 제 2 가스를 분사하는 탑 노즐을 제공한다. 상기 탑 노즐은 제 1 몸체, 상기 제 1 몸체로부터 아래 방향으로 연장되는 제 2 몸체, 상기 제 1 몸체를 감싸도록 배치되며 상기 제 2 몸체로부터는 이격되게 배치되는 제 3 몸체, 그리고 상기 제 2 몸체를 상하 방향으로 관통하도록 제공되는 분사관들을 포함한다. 상기 제 1 몸체, 상기 제 2 몸체, 상기 제 3 몸체, 그리고 상기 분사관들은, 제 1 가스가 상기 제 1 몸체와 상기 제 2 몸체의 내부 공간을 통해 흐른 후, 상기 제 2 몸체의 저면에 형성된 분사공들을 통해 아래 방향으로 분사되고, 제 2 가스가 상기 제 3 몸체를 통해 흐른 후, 상기 제 2 가스의 일부는 상기 제 3 몸체의 상부면을 따라 흐른 후 아래 방향으로 공급되고, 상기 제 2 가스의 나머지 일부는 상기 분사관들을 통해 아래 방향으로 공급되도록 제공된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기판 처리 장치에 구비되는 탑 노즐은 원형 플레이트를 관통하여 세정 가스를 공급하는 복수 개의 분사관들을 구비함으로써, 세정 가스를 원형 플레이트의 상부면과 분사관들을 통해 공정 챔버의 가장자리 부분과 중앙 부분에 균일하게 공급할 수 있다.
그러므로 탑 노즐은 세정 가스를 공정 챔버의 내측벽과 정전척으로 원할하게 공급하여, 세정 공정 시, 파티클 발생 방지 및 정전척의 냉각 가스 누출을 방지함으로써, 본 발명의 탑 노즐을 구비하는 기판 처리 장치는 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 탑 노즐의 구성을 도시한 사시도, 그리고 도 5는 도 4에 도시된 탑 노즐의 상세한 구성을 도시한 단면도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 식각 공정 후 플라즈마를 이용하여 세정 공정을 처리하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 설비로, 공정 챔버(110) 내부로 균일하게 세정 가스를 공급하기 위한 탑 노즐(140)을 구비한다.
그리고 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 척(120), 구동부(122), 배기부(30) 그리고 가스 공급부재(140, 150)를 포함한다.
공정 챔버(110)는 상부 및 하부 챔버(112, 114)를 포함한다. 상부 챔버(112)는 측면에 복수 개의 사이드 노즐(150)들과, 상면에 탑 노즐(140)이 장착된다. 사 이드 노즐(150)들과 탑 노즐(140)은 공정을 처리하기 위한 다양한 공정 가스와 세정 가스 등을 공정 챔버(110)의 내부로 공급한다.
또 상부 챔버(112)의 상면에는 상부 전극(102)이 설치된다. 상부 전극(102)은 코일 형상으로 상부 챔버(112) 상면 외측에서 상부 챔버(112)를 감싸도록 배치된다. 하부 챔버(114)는 상부 챔버(112)의 하부에 배치되고, 상부 챔버(112)와 서로 분리와 결합이 가능하도록 제작된다. 하부 챔버(114)의 일측에는 출입구(116)가 제공되어, 공정 진행시 웨이퍼 기판(W)의 출입이 이루어진다. 또한 하부 챔버(114)의 다른 일측에는 배출구(118)가 제공된다. 배출구(118)는 공정 진행시 사용되는 공정 가스 및 세정 가스가 배출되는 개구이다.
척(120)은 웨이퍼 기판(W)을 지지한다. 척으로는 정전척이 사용될 수 있다. 정전척(120)의 내부에는 공정 챔버(110) 내에 형성된 플라즈마를 웨이퍼 기판(W)상으로 유도하는 하부 전극(미도시됨)이 배치된다. 구동부(122)는 공정시 웨이퍼 기판(W)의 높이를 조절하기 위해 정전척(120)을 상하로 이동시킨다.
배기부(130)는 공정 챔버(110) 내부의 가스를 외부로 배출시키거나, 공정 챔버(110) 내부의 압력을 공정 압력으로 감압시킨다. 배기부(130)는 배기 라인(136)과, 개폐 부재(132), 그리고 흡입 부재(134)를 포함한다. 배기 라인(136)은 배출구(118)와 연결된다. 개폐 부재(132)는 예를 들어, 게이트 밸브로 구비되어 배기 라인(136)상에 설치된다. 개폐 부재(132)는 배기 라인(136)의 가스 이동 통로를 개폐한다. 흡입 부재(134)는 예를 들어, 터보 펌프로 구비되어 개폐 부재(132)의 후단에서 배기 라인(136)상에 설치된다. 흡입 부재(134)는 공정 챔버(110) 내부의 가 스를 강제로 흡입시킨다. 또한, 흡입 부재(134)는 공정 챔버(110) 내부의 가스를 강제 배출함으로써, 공정 챔버(110) 내부의 압력을 조절한다.
이러한 기판 처리 장치(100)는 식각 공정 후, 공정 챔버(110) 내부(예를 들어, 공정 챔버 내측벽, 정전척 등)에 흡착된 반응 부산물(예를 들어, 폴리머 등)들을 제거하기 위하여 세정 공정을 처리한다. 이 때, 기판 처리 장치(100)는 세정 가스가 공정 챔버(110) 내부에 균일하게 분포되도록 공급한다.
이를 위해 탑 노즐(140)은 도 4에 도시된 바와 같이, 세정 가스가 탑 노즐(140)의 원형 플레이트(144)의 상부면을 따라 흘러서 공정 챔버(110)의 가장자리부분으로 공급하고, 동시에 원형 플레이트(144)에 구비되는 복수 개의 분사관(146)들을 통해 공정 챔버(110)의 중앙 부분으로 공급하여 공정 챔버(110) 내부에 균일하게 분포되도록 한다.
구체적으로 도 5를 참조하면, 탑 노즐(140)은 내부에 공정 가스 유로를 갖는 관 형상의 제 1 몸체(142)와, 제 1 몸체(142)의 하단에 원형 플레이트 형상으로 형성되고, 공정 가스 유로와 연결되어 공정 가스가 분사되는 다수의 분사공(141)들을 구비하고, 그리고 세정 가스를 공급하기 위해 원형 플레이트의 상부면으로부터 하부면으로 관통되고, 공정 가스 유로와 독립적으로 형성되는 복수 개의 분사관(146)들이 구비되는 제 2 몸체(144) 및, 공정 챔버(110)로 세정 가스를 공급하기 위한 세정 가스 유로를 갖는 관 형상의 제 3 몸체(148)를 포함한다. 제 3 몸체(148)은 제 1 몸체(142)를 감싸도록 배치되며, 제 2 몸체는 제 3 몸체보다 큰 직경을 가진다.
제 2 몸체(144)에 형성된 분사공(141)들은 제 2 몸체(144) 중앙에서부터 일정한 간격과 방향으로 배치되어 균일한 형상을 제공하고, 분사관(146)들은 세정 가스와 공정 가스가 혼합되지 않도록 가스 유로가 분사공들과 상호 독립적으로 형성된다. 또 분사관(146)들은 제 2 몸체(144)의 중앙으로부터 가장자리 방향으로 균일하게 배치되는 방사형으로 구비될 수 있다. 또 분사관(146)들은 웨이퍼 기판(W)의 크기에 따라 적정량 예를 들어, 분사관의 개수, 크기 및, 위치 등이 결정될 수 있다.
또 제 3 몸체(148)는 공정 챔버(110) 내벽에 흡착되는 반응 부산물을 제거하기 위해 세정 가스를 공급하기 위해 제공된다. 공정 챔버(110)는 증착 또는 식각 공정이 진행됨에 따라 발생되는 반응 부산물에 의해 내벽이 오염된다. 이러한 반응 부산물은 공정 챔버(110) 내벽에 흡착된 후 공정 진행시 웨이퍼 기판(W) 상으로 떨어져나가 웨이퍼 기판(W)을 오염시킨다. 따라서, 탑 노즐(140)은 도 5 및 도 6의 화살표로 나타낸 바와 같이, 세정 가스가 제 3 몸체(148)를 통해 제 2 몸체(144)의 상부면을 따라 공정 챔버(110)의 가장자리 부분으로 공급하는 동시에, 제 2 몸체(144)의 분사관들을 통해 공정 챔버의 중앙 부분으로 공급한다.
따라서 본 발명의 탑 노즐(140)은 세정 가스를 공정 챔버(110) 내부로 균일하게 공급한다.
이상에서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치에 구비되는 탑 노즐의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변 경이 가능하다.
도 1은 종래기술의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 탑 노즐의 구성을 도시한 사시도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시한 도면;
도 4는 도 3에 도시된 탑 노즐의 구성을 도시한 사시도;
도 5는 도 4에 도시된 탑 노즐의 상세한 구성을 도시한 단면도; 그리고
도 6은 도 4에 도시된 기판 처리 장치의 세정 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 기판 처리 장치 110 : 공정 챔버
120 : 정전척 130 : 배기부
140 : 탑 노즐 141 : 분사공
142 : 제 1 몸체 143 : 공정 가스 유로
144 : 제 2 몸체 146 : 분사관
148 : 제 3 몸체

Claims (4)

  1. 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 척과;
    상기 공정 챔버 내의 상부에 배치되며, 상기 공정 챔버로 공정 가스 및 세정 가스를 공급하는 탑 노즐을 포함하되,
    상기 탑 노즐은
    내부에 공정 가스 유로를 갖는 관 형상의 제 1 몸체와;
    상기 제 1 몸체로부터 아래 방향으로 연장되며 상기 제 1 몸체보다 큰 직경의 플레이트 형상을 가지는, 그리고 상기 공정 가스 유로와 연결되는 내부 공간을 가지고 그 하면에 상기 내부 공간으로 유입된 공정 가스를 아래 방향으로 분사하는 다수의 분사공들을 구비하는 제 2 몸체와, 그리고
    내부에 세정 가스 유로를 가지며, 상기 제 2 몸체의 상부에 위치되는 관 형상의 제 3 몸체를 포함하되;
    상기 제 2 몸체는 상부면으로부터 하부면으로 관통되고 상기 내부 공간과 독립적으로 형성되는 복수 개의 분사관들을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사관들은 상기 제 2 몸체의 중앙에서부터 가장자리 방향으로 균일하 게 배치되는 방사형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 몸체는 상기 제 1 몸체를 감싸도록 배치되며, 상기 제 3 몸체보다 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 탑 노즐에 있어서,
    제 1 몸체와;
    상기 제 1 몸체로부터 아래 방향으로 연장되는 제 2 몸체와;
    상기 제 1 몸체를 감싸도록 배치되며, 상기 제 2 몸체로부터는 이격되게 배치되는 제 3 몸체와;
    상기 제 2 몸체를 상하 방향으로 관통하도록 제공되는 분사관들을 포함하되,
    상기 제 1 몸체, 상기 제 2 몸체, 상기 제 3 몸체, 그리고 상기 분사관들은,
    제 1 가스가 상기 제 1 몸체와 상기 제 2 몸체의 내부 공간을 통해 흐른 후, 상기 제 2 몸체의 저면에 형성된 분사공들을 통해 아래 방향으로 분사되고, 제 2 가스가 상기 제 3 몸체를 통해 흐른 후, 상기 제 2 가스의 일부는 상기 제 3 몸체의 상부면을 따라 흐른 후 아래 방향으로 공급되고, 상기 제 2 가스의 나머지 일부는 상기 분사관들을 통해 아래 방향으로 공급되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 탑 노즐.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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