KR20090081834A - 퇴적물 저감부를 가진 상압, 플라즈마 기상 증착 및식각장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 기상증착 및 식각 장치가 개시된다. 그러한 플라즈마 기상증착 및 식각장치는 반도체 기판상에 증착 및 식각 공정이 진행되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 반응 후 잔류하는 가스를 외부로 배출시키는 배출부와, 상기 배출부를 통하여 배출되는 가스에 함유된 가스들을 제거하는 스크러버와, 그리고 상기 배출부와 스크러버의 사이에 배치되어 배출가스의 속도를 높히고 예기 에너지를 보존하는 퇴적물 저감부를 포함한다.

증착, 식각, 플라즈마, 비 기계식 유체 펌프, 챔버, 스크러버, 퇴적물, 퇴적, 가스

Description

퇴적물 저감부를 가진 상압, 플라즈마 기상 증착 및 식각장치{APPARATUS FOR PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION AND ETCHING}

본 발명은 플라즈마 기상 증착 및 식각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버의 배기부에서 배출되는 가스의 배출속도를 높이거나 플라즈마에 의해 분해함 으로써 가스의 예기 에너지를 보존하여 기계식 배기장치 (MECHANICAL PUMP) 내부에 잔존하는 퇴적물의 량을 줄일 수 있는 플라즈마 기상 증착 및 식각 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마(Plasma)는 고체, 액체, 기체도 아닌 제4의 물질로 기체의 일부가 전리된 가스를 의미한다. 이러한 플라즈마는 전기적으로 중성이나 양성과 음성으로 하전된 입자에 의해 전도도를 띄고 전자장에 민감한 반응을 보인다. 따라서, 플라즈마에 인가되는 전자장을 적절히 제어함으로써 플라즈마의 인위적인 제어가 가능하므로 반도체 소자, 플랫 패널 디스플레이, 또는 기타 직접 회로 제조공정에 적용될 수 있다.

즉, 박막 증착과 회로 패턴 식각 공정에 있어서, RF 등의 고주파 전원을 반응로(Chamber)의 양 전극에 인가하고, 반응가스를 반응로 내부에 주입하여 글로우 방전을 발생시킴으로써 기판, 웨이퍼 등의 표면을 식각 혹은 박막 증착을 할 수 있다.

이와 같이, 플라즈마를 이용하여 기판의 처리공정을 수행할 수 있는 반응장치가 근래에 다수 개발되고 있다.

도1 에는 이러한 플라즈마 기상증착 및 식각장치의 일예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 반도체 기판(W)상에 증착공정이 진행되는 챔버(1)와, 상기 챔버(1)의 내부에 잔류하는 가스를 외부로 배출시키는 배출부(2)와, 상기 배출부(2)를 통하여 배출되는 가스에 함유된 가스들을 제거하는 스크러버(3)를 포함한다.

상기 챔버(1)는 내부에 공간이 형성되며, 기상증착에 필요한 가스들이 유입된다. 챔버(1)에 유입된 가스는 RF 전원 공급부(Radio Frequency;5)에 의하여 발생한 초고주파나 열에너지에 의하여 예기되어서 라디칼의 형태로 존재하게 된다. 그리고, 이 라디칼중 일부는 반응에 의하여 반도체 기판(W)상에 기상증착된다.

상기 배출부(3)는 진공펌프를 포함하며, 일측에 연결된 배기관(7)을 통하여 상기 챔버(1)의 내부에서 반응하지 못하거나 반응 후 잔존하는 가스들을 챔버(1)의 외부로 배출시킨다. 그리고, 상기 스크러버(3)는 배출부(2)에 의하여 배출된 가스를 열분해하고 분해된 가스들은 물을 사용하여 흡착해서 제거하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 플라즈마 기상증착 및 식각 장치는 배기시 가스가 챔버로부터 멀어질수록 라디칼의 예기 에너지가 감소함으로써 가스에 포함된 고 경도의 퇴적물이 진공펌프의 후단부터 스크러버 입구까지 구간에 퇴적된다.

따라서, 플라즈마 기상증착 및 식각 장치의 내부를 적절한 압력으로 유지하 는데 장애를 일으키거나, 고속 회전하는 기계식 배기 장치의 내부 벽면에 상처를 주어서 정상적인 배기가 불가능하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 챔버의 배기부로 배출되는 가스의 배출속도를 높이고 플라즈마등 적절한 예기 에너지를 배기 개스에 공급함으로써 배출되는 가스의 예기 에너지를 보존하여 배기부, 특히 기계식 펌프내에 잔존할 수 있는 퇴적물의 량을 줄일 수 있는 플라즈마 기상증착 및 식각 장치를 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예는 반도체 기판상에 증착 및 식각 공정이 진행되는 챔버; 상기 챔버의 내부에 반응 후 잔류하는 가스를 외부로 배출시키는 배출부; 상기 배출부를 통하여 배출되는 가스에 함유된 가스들을 제거하는 스크러버; 그리고 상기 배출부와 스크러버의 사이에 배치되어 배출가스의 속도를 높히고 예기 에너지를 보존하는 퇴적물 저감부를 포함하는 기상증착 및 식각장치를 제공한다.

이러한 기상증착 및 식각장치에 있어서, 상기 퇴적물 저감부는 상기 배출부의 후단에 연결되는 벤츄리관과, 상기 벤츄리관에 공기를 공급하는 압축기와, 상기 배출부 후단의 배기관에 플라즈마 및 이에 준하는 에너지를 전달하여 가스가 예기 에너지를 보존하도록 하는 예기부와, 상기 벤츄리관의 외부에 제공되어 소음을 제거하는 소음 방지부를 포함한다.

상기 벤츄리관의 상부는 상기 압축기의 배관에 제1 클램프에 의하여 연결되 고, 상기 벤츄리관의 측부에는 연결관이 연결되며 제2 클램프에 의하여 상기 배기관과 연결되고, 상기 벤츄리관의 하부는 제3 클램프에 의하여 상기 스크러버에 연결된다.

상기 예기부는 상기 배기관의 내부에 제공되는 전극봉 혹은 가열코일과, 상기 전극봉 혹은 가열코일에 전원을 공급하는 RF 전원공급부로 이루어진다.

그리고, 상기 예기부는 상기 챔버와 배출부의 사이, 혹은 상기 배출부와 벤츄리관의 사이에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 기상증착 및 식각 장치는 챔버의 배기부로 배출되는 가스의 배출속도를 높히고, 예기 에너지를 보존시킴으로써 배기부에 잔존하는 퇴적물의 량을 줄일 수 있음으로 오작동을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 기상 증착 및 식각장치의 구조를 설명한다.

도2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기상증착 및 식각 장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도3 은 도2 의 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 기상증착 장치는 반도체 기판(W)상에 증착 및 식각 공정이 진행되는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 내부에서 반응 후 잔류하는 가스를 외부로 배출시키는 배출부(12)와, 상기 배출부(12)를 통하여 배출되는 가스에 함유된 가스들을 제거하는 스크러버(Scrubber;14)와, 상기 배출부(12)와 스크러버(14)의 사이에 배치되어 배출가스의 속도를 높히고 예기 에너지를 보존하는 비기계 방식의 퇴적물 저감부(16)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 플라즈마 기상증착 및 식각 장치에 있어서, 상기 챔버(10)는 내부에 공간이 형성되며, 기상증착에 필요한 가스들이 유입된다. 그리고, 상기 챔버(10)에는 RF 전원 공급부(R)가 연결됨으로써 챔버(10)에 유입된 가스를 초고주파나 열에너지에 의하여 예기시킨다.

따라서, 상기 챔버(10)의 내부로 유입된 가스는 라디칼(Radical)의 형태로 존재하게 된다. 그리고, 이 라디칼중 일부는 반응에 의하여 반도체 기판(W)상에 기상 증착된다.

상기 배출부(12)는 다양한 종류의 진공펌프를 포함하나, 바람직하게는 기계식 배기 펌프(MECHNICAL PUMP)를 포함한다. 그리고, 상기 배출부(12)의 일측에는 배기관(P)이 연결된다. 그리고, 이 배기관(P)은 상기 스크러버(14)에 연결된다.

따라서, 상기 챔버(10)의 내부에 반응하지 못하거나 반응된 후 잔존하는 가스들은 상기 배출부(12)가 구동하는 경우 배기관(P)을 통하여 상기 스크러버(14)로 배출된다.

상기 스크러버(14)는 샤워방식(Shower type)으로서 탱크(18)에 물을 저장하고, 이 물에 가스들을 주입하여 가스들을 집진하는 방식이다. 집진된 가스들은 탱크(18)의 상부에 연결된 배관(29)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.

그리고, 이 스크러버(14)에는 열교환기(30)가 연결된다. 따라서, 상기 스크러버(14)가 상기 배출부(12)에 의하여 배출된 가스를 샤워하는 동안 물의 온도가 올라가므로 이 열교환기(30)를 사용하여 냉각을 시킨다.

또한, 상기 스크러버(14)에는 PH 조절기(28)가 연결된다. 따라서, 배출부(12)로부터 배출된 배기가스가 통상적으로 산성(Acid)이므로 상기 PH 조절기(28)에 의하여 이 배기가스를 중화시킬 수 있다.

한편, 상기 배출부(12)와 스크러버(14)의 사이에는 퇴적물 저감부(16)가 제공된다. 따라서, 이 퇴적물 저감부(16)은 상기 챔버(10)로부터 배출되는 가스가 고형화 되는 것을 방지하여 퇴적물의 퇴적을 감소시킨다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 퇴적물 저감부(16)는 도3 및 도6 에 도시된 바와 같이, 배출부(12)의 배기관(P)에 연결되는 벤츄리 관(Ventury Tube;20)과, 상기 벤츄리 관(20)에 공기를 공급하는 압축기(22)와, 상기 배출부(12)의 배기관(P)에 플라즈마 에너지를 전달하여 가스가 예기 에너지를 보존하도록 하는 예기부(26)와, 상기 벤츄리관(20)의 소음을 방지하는 소음 방지부(37)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 퇴적물 저감부에 있어서, 상기 벤츄리관(20)은 배출부(12)의 배기관(P)에 연통하며, 벤츄리 관 형상을 갖는 관체를 포함한다. 이 벤츄리관(20)은 통상적인 구조의 벤츄리관으로서 오목하게 형성된다.

즉, 상기 벤츄리관(20)의 상부(L2)는 압축기의 배관(L1)에 제1 클램프(C1)에 의하여 연결된다. 그리고, 벤츄리관(20)의 측부(L3)에는 연결관(27)이 연결되며 제2 클램프(C2)에 의하여 배기관(P)과 연결된다. 또한, 벤츄리관(20)의 하부(L4)는 제3 클램프(C3)에 의하여 스크러버(14)의 배관(L5)에 연결된다.

따라서, 고압의 유체가 이 벤츄리 관(20)을 통과하는 경우 오목하게 형성된 부분 통과시 유속이 증가하고 이에 연결된 부분은 저압으로 된다.

이때, 연결관(27)은 여러 구역으로 분리함으로써 가스가 통과할 때 배기관(P)의 내부 압력을 효율적으로 낮출 수 있다.

이러한 벤츄리관(20)의 외부에는 소음 방지부(37)가 제공됨으로써 벤츄리관(20)으로부터 발생하는 소음을 최소화할 수 있다. 이러한 소음 방지부(37)는 통상적인 구조의 소음 방지부를 포함한다. 즉, 상기 소음 방지부(37)는 흡음재 등에 의하여 소음을 제거하는 방식이다.

그리고, 상기 벤츄리 관(20)의 일측에는 상기 압축기(22)가 연결된다. 이러한 압축기(22)는 통상적인 구조의 압축기를 포함한다.

따라서, 상기 압축기(22)가 구동하는 경우, 고압의 공기가 벤츄리 관(20)을 고속으로 통과함으로써 배출부(12)의 후단에 연결된 배기관(P)은 상대적으로 저압상태가 된다.

결과적으로, 배출부(12)로부터 배출된 가스는 이러한 벤츄리 효과에 의하여 가속됨으로써 벤츄리 관(20)을 통하여 스크러버(14)로 직접 주입된 뒤 중화 과정을 거쳐서 대기로 배출된다.

그리고, 상기 예기부(26)는 도3 및 도4 에 도시된 바와 같이, 배기관(P)의 내부에 배치된다. 이러한 예기부(26)는 열을 발생할 수 있는 장치들, 즉 히터, 버너, 플라즈마 장치 등이 선택적으로 사용될 수 있다.

이와 같이 배기관(P)내에 예기부(26)를 제공함으로써 배기가스가 벤츄리관을 통과한 많은 량의 에어와 혼합되기 전에 태울 수 있다.

도4 에는 이러한 예기부중 플라즈마 방식이 도시된다. 즉, 전극봉(26)이 배기관(P)의 내부에 제공되고, 이 전극봉(26)에 RF 전원 공급부가 연결된다. 이때, 전극봉(26)의 표면에는 다공(h)이 형성된다.

따라서, 이러한 전극봉(26)에 전원이 공급되는 경우 플라즈마가 발생하고, 이 플라즈마에 의하여 소정 온도의 열이 발생함으로써 배기관(P)을 통과하는 가스를 가열하게 된다.

이러한 예기부는 도5 에 도시된 바와 같이, 히터방식도 적용될 수 있다. 즉, 가열코일(35)이 배기관(P)의 내부에 제공되고, 이 가열코일(35)에 RF 전원 공급부(34)가 연결된다.

따라서, 이러한 가열코일(35)에 전원이 공급되는 경우 소정 온도의 열이 발생함으로써 배기관(P)을 통과하는 가스를 가열하게 된다.

이러한 예기부(26)는 플라즈마 기상증착 및 식각 장치의 설계에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

그리고, 상기 예기부(26)는 배출부(12)와 스크러버(14)의 사이에 제공되는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 다양하게 제공될 수 있다.

즉, 도7 에 도시된 바와 같이, 예기부(42)가 챔버(10)와 배출부(12)의 사이에 연결된 배관(40)상에 제공될 수도 있다. 따라서, 상기 챔버(10)로부터 배출된 개스가 이 배관(40)을 통과하는 과정에서 예기부(42)에 의하여 예열됨으로써 예기 에너지가 보존된 상태에서 배출부(12)로 공급된다.

결과적으로, 예기 에너지가 보존된 배기가스는 배출부(12)의 내부에 퇴적되는 것이 방지될 수 있다.

이때, 상기 예기부는 도4 에 도시된 플라즈마 방식, 혹은 도5 에 도시된 히터방식이 선택적으로 적용될 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같이, 상기 예기부(41)는 챔버(10)와 배출부(12)의 사이, 혹은 배출부(12)와 스크러버(14)의 사이에만 제공되는 것은 아니고, 챔버(10)와 배출부(12)의 사이와, 배출부(12)와 스크러버(14)의 사이 모두에 제공될 수도 있다.

이는 플라즈마 기상증착 및 식각장치의 설계에 따라 적절하게 선택되어 질 수 있다.

상기한 바와 같이, 다양한 장소에 제공될 수 있는 예기부에 있어서, 예기부(26)가 배기관(P) 내부를 가열하는 경우, 배기관(P)을 통과하는 가스가 열에너지를 받아서 예기 에너지가 보존되므로,배출부(12)에 의하여 배출되는 가스가 고형물보다는 개스 상태로 배출이 됨으로써 배출부(12) 및 배기관(P)의 내부에 최소한의 퇴적 만을 만들 수 있다.

그리고, 상기 배출가스는 퇴적물 저감부(16)에 의하여 가속되어 스크러버(14)에 저장된 물 표면에 직접 주입될 수 있다. 물에 주입된 개스는 포말을 일으키면서 물과 배기 개스의 반응을 촉진시키기 때문에 종래의 스크러버에 설치되는 버닝 장치를 제거 할 수도 있다.

결과적으로, 배기가스들이 스크러버(14)에 공급되는 과정에서 퇴적을 최소화 함으로써 배출부(12) 내부에서 발생할 수 있는 고형화 된 퇴적물이 비싼 펌프의 벽면을 상하게 만드는 현상을 방지함으로써 고가의 펌프를 장 기간 사용할 수 있다.

도1 은 종래기술에 따른 플라즈마 기상증착 및 식각장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 기상증착 및 식각장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.

도3 은 도2 의 측면도이다.

도4 는 도3 에 도시된 예기부의 구조를 상세하게 보여주는 도면이다.

도5 는 도4 에 도시된 예기부의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

도6 은 도3 의 "A"부에 도시된 벤츄리관의 구조를 상세하게 보여주는 도면이다.

도7 은 도2 에 도시된 예기부가 챔버와 배출부의 사이에 배치되는 상태를 보여주는 측면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명*

10: 챔버 12: 배출부

14: 스크러버 16: 퇴적물 저감부

20: 벤츄리관 37: 소음기

Claims (6)

1. 반도체 기판상에 증착 및 식각 공정이 진행되는 챔버;

   상기 챔버의 내부에 반응 후 잔류하는 가스를 외부로 배출시키는 배출부;

   상기 배출부를 통하여 배출되는 가스에 함유된 가스들을 제거하는 스크러버; 그리고

   상기 배출부와 스크러버의 사이에 배치되어 배출가스의 속도를 높히고 예기 에너지를 보존하는 퇴적물 저감부를 포함하는 기상증착 및 식각장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 퇴적물 저감부는 상기 배출부의 후단에 연결되는 벤츄리관과, 상기 벤츄리관에 공기를 공급하는 압축기와, 상기 배출부 후단의 배기관에 플라즈마 및 이에 준하는 에너지를 전달하여 가스가 예기 에너지를 보존하도록 하는 예기부와, 상기 벤츄리관의 외부에 제공되어 소음을 제거하는 소음 방지부를 포함하는 기상증착 및 식각장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 벤츄리관의 상부는 상기 압축기의 배관에 제1 클램프에 의하여 연결되고, 상기 벤츄리관의 측부에는 연결관이 연결되며 제2 클램프에 의하여 상기 배기관과 연결되고, 상기 벤츄리관의 하부는 제3 클램프에 의하여 상기 스크러버에 연결되는 것을 특징으로 하는 기상증착 및 식각장치.
4. 제2 항에 있어서, 상기 예기부는 상기 배기관의 내부에 제공되는 전극봉과, 상기 전극봉에 전원을 공급하는 RF 전원공급부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기상증착 및 식각장치.
5. 제2 항에 있어서, 상기 예기부는 상기 배기관의 내부에 제공되는 가열코일과, 상기 가열코일에 전원을 공급하는 RF 전원공급부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기상증착 및 식각장치.
6. 제2 항에 있어서, 상기 예기부는 상기 챔버와 배출부의 사이, 혹은 상기 배출부와 벤츄리관의 사이에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 기상증착 및 식각장치.

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