KR20090124754A - 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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KR20090124754A
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Abstract

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정 챔버와, 공정 챔버 내에 배치되며, 반도체 기판이 놓여지는 기판 지지부와, 공정 챔버의 일측벽에 설치되며, 반도체 기판을 공정 챔버 내부로 반입하거나 외부로 반출하기 위한 제1 게이트 홀과, 공정 챔버의 일측벽에 설치되며, 반도체 기판을 사이에 두고 제1 게이트 홀과 대향하도록 형성되는 제2 게이트 홀과, 공정 챔버의 상부 또는 측면에 설치되며, 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐 및 공정 챔버로 분사된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함한다.
고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치, 제1 게이트 홀, 펌핑 홀

Description

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치 {Apparatus for high density plasma chemical vapor deposition}
본 발명은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 상태의 공정 가스가 균일하게 분포할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기상 증착(CVD, Chemical vapor deposition) 공정은 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중 주요한 공정 중의 하나로서 가스의 화학적 반응에 의해 반도체 기판 표면 위에 단결정의 반도체막이나 절연막 등을 형성하는 공정이다.
그런데, 화학 기상 증착 방법의 경우, 최근 반도체 제조 기술의 급속한 발달로 반도체 소자가 고집적화되고, 금속 배선들 간의 간격이 점차 미세화됨에 따라 금속 배선들 사이의 갭(gap)을 완전히 메우는 데는 한계가 있다.
따라서, 최근에는 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치들 중에 높은 종횡비를 갖는 공간을 효과적으로 채울 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD, High density plasma chemical vapor deposition) 장치가 주로 사용되고 있 다. 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 처리실 내에 전기장과 자기장을 인가하여 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성하고 공정 가스들을 분해하여 반도체 기판 상에 절연막 등의 증착과 동시에 불활성 가스를 이용한 에칭을 진행하여 높은 종횡비를 갖는 갭 내를 보이드(void) 없이 채울 수 있다.
일반적으로, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 공정 챔버 내에 복수의 노즐들이 설치되고, 복수의 공정 가스들은 혼합된 상태에서 이들 노즐들에 의해 공정 챔버 내로 분사된다. 공정 챔버의 외측에는 고주파 전력이 인가되는 유도 코일이 설치되며, 이에 의해 공정 가스들은 공정 챔버 내에서 플라즈마 상태로 여기되어 증착 공정이 진행되게 된다.
이러한 공정을 수행함에 있어서 공정 챔버 내부로 공급되는 플라즈마 상태의 공정 가스가 반도체 기판 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 기판 표면의 증착 및 에칭이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있게 된다. 그런데, 플라즈마를 이용하는 공정은 매우 낮은 압력에서 이루어지기 때문에 공정 챔버 내부의 플라즈마 상태의 공정 가스의 분포는 민감하게 변화하게 된다. 따라서, 반도체 기판 주위에 플라즈마 상태의 공정 가스가 균일하게 분포할 수 있는 구조의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치가 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정 챔버의 내부 구조를 대칭적으로 제작하여 플라즈마 상태의 공정 가스가 균일하게 분포할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 배치되며, 반도체 기판이 놓여지는 기판 지지부와, 상기 공정 챔버의 일측벽에 설치되며, 상기 반도체 기판을 상기 공정 챔버 내부로 반입하거나 외부로 반출하기 위한 제1 게이트 홀과, 상기 공정 챔버의 일측벽에 설치되며, 상기 반도체 기판을 사이에 두고 상기 제1 게이트 홀과 대향하도록 형성되는 제2 게이트 홀과, 상기 공정 챔버의 상부 또는 측면에 설치되며, 상기 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐 및 상기 공정 챔버로 분사된 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 반도체 기판이 반입 또는 반출되는 게이트 홀을 포함하여 공정 챔버의 내부 구조를 대칭적으로 제작함으로써, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 플라즈마를 발생시킬 때에 공정 챔버 내에서 전기적인 대칭성을 유도할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시킬 때에 전기적인 대칭성을 유도함으로써 반도체 기판 주위에 플라즈마 상태의 공정 가스를 균일하게 분포시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 반도체 기판 표면에의 증착 또는 에칭 공정을 균일하게 수행할 수 있으므로 공정의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 공정 챔버(100)와, 기판 지지부(200)와, 상부 가스 공급 노즐(300)과, 복수의 측면 가스 공급 노즐(400) 및 플라즈마 발생부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(100)는 상부가 개방된 챔버 본체(110)와, 챔버 본체(110)의 개방된 상부를 덮는 챔버 덮개(120)를 포함할 수 있다. 챔버 본체(110)는 대략 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
공정 챔버(100)는 외부로부터 밀폐되며, 반도체 기판(10) 상에 박막을 형성시키는 증착 공정과, 반도체 기판(10) 표면에 형성된 막을 식각하여 특정 패턴을 형성시키는 식각 공정 등이 수행되는 공간을 제공할 수 있다.
챔버 본체(110)의 상부면은 개방되고, 챔버 덮개(120)는 하부가 개방된 돔(dome) 형상을 가질 수 있다. 챔버 덮개(120)와 챔버 본체(110) 사이에는 공정 챔버(100) 내부를 시일링(sealing)하기 위한 오링(O-ring, 도시되지 않음)이 삽입될 수 있으며, 공정이 진행하는 동안 오링이 공정 챔버(100) 내의 열로 인해 변형되는 것을 방지하기 위한 냉각 부재(도시되지 않음)가 제공될 수도 있다. 챔버 본체(110)는 내열성 및 내식성, 비전도성을 갖는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 챔버 본체(110)의 측면에는 반도체 기판(10)이 출입하는 게이트 홀(130)이 형성되고, 챔버 본체(110)의 하단에는 공정 챔버(100) 내부를 진공 상태로 형성하는 펌핑 홀(150)과 공정 챔버(100) 내부에서 발생한 반응 부산물을 외부로 배출하는 가스 배기구(도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 자세히 후술한다.
챔버 덮개(120)는 고주파 에너지가 전달되는 절연체 재료, 바람직하게는 산화 알루미늄과 세라믹 재질로 만들어진다. 챔버 덮개(120)의 상부에는 챔버 덮개(120)의 온도를 조절하는 가열플레이트(도시되지 않음)와, 냉각플레이트(도시되지 않음)와, 지지플레이트(도시되지 않음)로 구성될 수 있다.
한편, 공정 챔버(100)의 내부에는 반도체 기판(10)이 놓여지는 기판 지지부(200)가 설치될 수 있다. 바람직하게는, 기판 지지부(200)는 정전기력을 이용하여 반도체 기판(10)을 고정할 수 있는 정전척(ESC, Electro Static Chuck)이 사용될 수 있다. 정전척은 반도체 및 LCD 제조 장비의 공정 챔버(100) 내부에 반도체 기판이 놓여지는 곳으로, 정전기의 힘만으로 기판을 하부 전극에 고정시키는 역할을 할 수 있다.
기판 지지부(200)에는 공정 챔버(100) 내에서 형성된 플라즈마 상태의 공정 가스를 반도체 기판(10) 상으로 유도할 수 있도록 고주파 발생기(RF generator)(220)에 의해 바이어스 전원이 인가될 수 있다.
한편, 기판 지지부(200)의 하부 또는 측면에는 기판 지지부(200)를 공정 챔버(100) 내에서 상하로 이동시키는 구동부(210)가 연결될 수 있다. 반도체 기판(10)이 공정 챔버(100)로 반입되거나 공정 챔버(100)로부터 반출되는 경우, 기판 지지부(200)는 챔버 본체(110)의 측면에 형성된 제1 게이트 홀(130)보다 아래에 위치하도록 하강할 수 있다. 그리고, 증착 및 식각 공정 등이 수행되는 경우, 기판 지지부(200)는 챔버 덮개(120) 내에서 형성된 플라즈마와 일정 거리를 유지할 수 있도록 상승할 수 있다. 따라서, 구동부(210)는 필요에 따라 기판 지지부(200)를 승강시키거나 하강시킬 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(100)의 상측 중앙부와 측면 부분에는 공정 챔버(100) 내에서 증착 및 식각 공정 등을 수행할 수 있도록 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 공급 노즐(300, 400)이 설치될 수 있다. 따라서, 반도체 기판(10) 상부의 반응 영역에 공정 가스가 고르게 공급될 수 있다. 복수의 가스 공급 노즐(300, 400)로 공급되는 공정 가스는 반도체 기판(10) 상에 증착 및 식각을 위한 적어도 2가지 이상의 혼합된 가스들을 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐은 크게 상부 가스 공급 노즐(300)과 측면 가스 공급 노즐(400)로 나눌 수 있다.
상부 가스 공급 노즐(300)은 공정 챔버(100)의 상부에 설치되며 공정 챔버(100)의 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 상부 가스 공급 노즐(300)은 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급부(350)에 연결될 수 있다. 상부 가스 공급 노즐(300)은 공정 챔버(100)의 내부로 공정 가스를 균일하게 분사할 수 있도록 노즐 분사구에 다수의 가스 분사구를 가질 수 있다 또한, 상부 가스 공급 노즐(300)은 공정 챔버(100)의 내벽을 세정하기 위한 세정 가스가 공정 챔버(100) 내부로 원활하게 공급될 수 있도록 원통형인 노즐 본체의 하단에 디스크 형상의 판상형 부재를 가질 수 있다.
공정 챔버(100) 내벽의 세정이 필요한 이유는 증착 공정이 진행되는 동안 공정 챔버(100)의 내벽에도 반응 부산물들이 증착되어 후에 파티클로 작용하게 되기 때문이다. 이 때, 세정 가스는 원격 플라즈마 발생기(RPG, Remote plasma generator)(170)로부터 발생된 플라즈마 가스를 사용할 수 있다. 세정 가스는 NF3, F2, COF2, C3F8, C4F8 등의 불소(F)가 포함된 가스를 사용할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(170)로 세정 가스를 공급하여 세정 가스를 플라즈마 상태로 변형시키고, 플라즈마 상태의 세정 가스를 공정 챔버(100)에 공급하여 공정 챔버(100) 내벽의 화학 물질 등을 세정할 수 있다.
복수의 측면 가스 공급 노즐(400)은 공정 챔버(100)의 측면에 설치되며 공정 챔버(100)의 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 바람직하게는, 복수의 측면 가스 공급 노즐(400)은 공정 챔버(100)에 설치된 가스 분배링(410)에 설치될 수 있다.
가스 분배링(410)은 챔버 덮개(120)의 하단부 또는 챔버 본체(110)의 상단부에 결합될 수 있으며, 바람직하게는, 사각 단면을 가진 원형의 링 형상을 가질 수 있다. 가스 분배링(410)의 내부에는 복수의 측면 가스 공급 노즐(400)로 공정 가스를 공급할 수 있도록 복수의 가스 공급홈(411)이 가스 분배링(410)의 원주면을 따라 동일한 간격으로 형성된다. 복수의 측면 가스 공급 노즐(400)은 챔버 덮개(120) 내의 공간을 향하도록 가스 공급홈(411)에 배치되며, 제2 가스 공급부(420)로부터 공정 가스를 공급받을 수 있다. 가스 분배링(410)은 내열성 및 내식성, 비전도성을 갖는 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
복수의 측면 가스 공급 노즐(400)의 분사 방향은 조절될 수 있으며, 바람직하게는, 반도체 기판(10)의 중심 부분으로 공정 가스를 분사할 수 있다. 또는, 복수의 측면 가스 공급 노즐(400)의 분사 방향을 조절하여 반도체 기판(10)의 가장자리 부분으로 공정 가스를 분사할 수도 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 제1 가스 공급부(350) 및 제2 가스 공급부(420)는 메인 공급관, 혼합부, 복수의 서브 공급관 및 복수의 가스 저장부를 포함할 수 있다.
플라즈마 발생부(500)는 공정 챔버(100)로 분사된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.. 플라즈마 발생부(500)는 유도 코일(510)과 고주파 발생기(RF generator)(520)를 포함할 수 있다.
유도 코일(510)은 코일 형상으로 챔버 덮개(120)의 외측벽을 감싸도록 배치되며, 공정 챔버(100) 내부로 공급되는 공정 가스를 플라스마 상태로 만들기 위한 전자기장을 할 수 있다. 유도 코일(510)은 고주파 발생기(520)에 연결될 수 있다. 고주파 발생기(520)에서 발생된 고주파 전력(RF power)을 챔버 덮개(120) 주변에 감겨 있는 유도 코일(510)을 통하여 공정 챔버(100) 내에 인가할 수 있다. 따라서, 유도 코일(510)은 공정 챔버(100) 내부로 분사된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 제공하는 에너지원으로서 사용될 수 있다.
한편, 공정 챔버(100)의 일측벽에는 반도체 기판(10)을 공정 챔버(100) 내부로 반입하거나 외부로 반출하기 위한 제1 게이트 홀(130)이 설치될 수 있다. 제1 게이트 홀(130)은 반도체 기판(10)이 공정 챔버(100) 내부로 출입하는 통로를 제공하며, 반도체 기판(10)은 외부에 설치된 로봇 암 등의 이송 장치(도시되지 않음)에 의해 반입 또는 반출될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 경우, 공정 챔버(100)의 일측벽에는 반도체 기판(10)을 사이에 두고 제1 게이트 홀(130)과 대향하도록 형성되는 제2 게이트 홀(140)이 설치될 수 있다. 바람직하게는, 제2 게이트 홀(140)은 반도체 기판(10)을 사이에 두고 제1 게이트 홀(130)과 대칭이 되도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서는 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 사용하게 되는데, 만약 제1 게이트 홀(130)이 공정 챔버(100)의 일측벽에만 형성되어 있는 경우, 구조적으로 비대칭이므로 플라즈마를 발생시킬 때에 전기적인 비대칭성이 발생하게 된다. 따라서, 공정 챔버(100) 내부의 공정 가스는 전체적으로 불균일하게 플라즈마 상태로 여기되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일실시예에 따르면, 반도체 기판(10)을 사이에 두고 제1 게이트 홀(130)과 마주보는 위치에 제2 게이트 홀(140)을 형성하여 구조적으로 대칭을 이룸으로써 플라즈마를 발생시킬 때에 전기적인 대칭성을 유도함으로써 공정 가스가 반도체 기판(10) 주위에 균일하게 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 따라서, 반도체 기판(10) 표면의 증착 및 에칭이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있다.
한편, 제2 게이트 홀(140)의 입구 측에는, 공정 챔버(100)의 일측벽에 결합 되며, 제2 게이트 홀(140)을 밀폐시키는 게이트 홀 커버(141)가 설치될 수 있다. 바람직하게는, 게이트 홀 커버(141)는 반도체 기판(10)을 사이에 두고 반도체 기판(10)이 반입 또는 반출될 때에 제1 게이트 홀(130)을 개폐하는 도어(도시되지 않음)와 대칭되는 위치에 설치될 수 있다. 도 1에서는, 챔버 본체(110)의 외측벽에 설치된 예를 나타내고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제2 게이트 홀(140)과 게이트 홀 커버(141) 사이에는 공정 챔버(100) 내부의 공정 가스가 외부로 유출되는 것을 차단하는 시일 부재(도시되지 않음)가 삽입될 수 있다. 즉, 시일 부재는 제2 게이트 홀(140)과 게이트 홀 커버(141) 사이에 설치되어 그 결합 부분의 기밀을 유지할 수 있는 있는데, 시일 부재로는 공정 가스의 종류 및 공정 온도 등의 조건에 따라 결정될 수 있으며, 고무 패킹, 합성 수지 패킹, 금속 패킹 등이 사용될 수 있다.
한편, 공정 챔버(100)의 하단에는 공정 챔버(100)의 내부를 진공 상태로 형성하기 위해 공정 챔버(100) 내부의 공기를 외부로 배출시키는 복수의 펌핑 홀(150)이 설치될 수 있다. 또한, 복수의 펌핑 홀(150)에는 공정 챔버(100) 내부를 진공 상태로 유지할 수 있도록 공정 챔버(100) 내부의 공기를 외부로 배출시켜 진공압을 제공하는 진공 펌프(도시되지 않음)가 연결될 수 있다. 바람직하게는, 진공 펌프로서 드라이 펌프를 사용할 수 있다. 드라이 펌프는 주로 화학 기상 증착 장치나 식각 장치 등에서 활성 가스의 배기 및 고온 진공 배기에 사용되며, 불활성 가스의 배기 펌프로 사용될 수도 있다. 또한, 진공 펌프에는 진공 펌프에 의해 제공되는 진공압을 제어하는 제어 밸브 등과 같은 압력 제어 장치(도시되지 않음)가 연 결될 수 있다.
도 2는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 공정 챔버 내부에 2 개의 펌핑 홀이 설치된 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 공정 챔버 내부에 3 개의 펌핑 홀이 설치된 예를 나타내는 도면이다.
바람직하게는, 복수의 펌핑 홀(150)은 반도체 기판(10)을 중심으로 동심원 상에 등간격으로 배치되는 형성될 수 있다. 도 2에서는 2 개의 펌핑 홀(151, 152)이 설치된 예를 나타낸다. 2 개의 펌핑 홀(151, 152)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)을 사이에 두고 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 플라즈마를 발생시킬 때에 전기적인 대칭성을 유도함으로써 공정 가스가 반도체 기판(10) 주위에 균일하게 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.
도 3은 3 개의 펌핑 홀(151, 152, 153)이 설치된 예를 나타낸다. 3 개의 펌핑 홀(151, 152, 153)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)을 중심으로 등간격(예를 들면, 120도 간격)으로 원형 배열되어 원형 대칭을 이루는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 플라즈마를 발생시킬 때에 전기적인 대칭성을 유도함으로써 공정 가스가 반도체 기판(10) 주위에 균일하게 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.
도 2 및 도 3은 예시적인 것이며, 이에 한정되지 않고, 펌핑 홀(150)의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 변경 가능하다.
또한, 공정 챔버(100)의 하단에는 공정 진행 중에 공정 챔버(100) 내부에서 발생되는 반응 부산물 또는 미반응 가스를 배출시키기 위한 복수의 가스 배기부(도 시되지 않음)가 설치될 수 있다. 복수의 가스 배기부에는 공정 챔부(100) 내부의 반응 부산물 등을 배출시키는 드레인 펌프(도시되지 않음)가 연결될 수 있다. 한편, 복수의 가스 배기부는 상술한 복수의 펌핑 홀(150)과 같은 위치에 함께 구성될 수도 있는데, 이 경우에는 복수의 펌핑 홀(150)에 연결된 배관에 3웨이 밸브 등을 사용하여 진공 펌프와 드레인 펌프를 연결할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 가스 배기구는, 복수의 펌핑 홀과 마찬가지로, 반도체 기판을 중심으로 동심원 상에 등간격으로 배치되는 형성될 수 있다. 이는 복수의 펌핑 홀(150)에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같으므로 이하 생략한다.
한편, 본 발명에서는 게이트 홀(130), 펌핑 홀(150), 가스 배기구(도시되지 않음)를 예로 들고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 공정 챔버(100) 내에 구비되는 구성 요소들, 예를 들면, 챔버 본체(110) 또는 챔버 덮개(120)에 설치되는 검사창(도시되지 않음) 등은 상술한 바와 같이 반도체 기판(10)을 중심으로 동심원 상에 등간격으로 배치되는 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 증착 공정을 수행하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 세정 공정을 수행하는 모습을 나타낸 도면이다.
고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 이용하여 증착 공정을 수행할 때는, 공정 챔버(100) 내부의 기판 지지부(200)에 반도체 기판(10)을 고정시키고, 증착을 수행하기 위한 공정 가스가 복수의 가스 공급 노즐들(300, 400)을 통해 공정 챔버(100)의 내부로 공급되도록 한다. 이 때, 진공 펌프와 압력 제어 장치의 동작에 의해 공정 챔버(100)의 내부가 진공 상태를 유지되도록 하며, 유도 코일(510)에 전원을 인가하여 공정 가스가 플라즈마 상태로 되도록 한다. 이렇게 하면 공정 가스가 해리되고 화학 반응이 생기면서 반도체 기판(10) 표면에 증착에 의한 박막이 형성된다.
도 4는 복수의 가스 공급 노즐이 반도체 기판 상으로 공정 가스를 분사하는 모습을 나타내는데, 상부 가스 공급 노즐(300)은 제1 가스 공급부(350)로부터 공급되는 공정 가스(301)를, 복수의 측면 가스 공급 노즐(400)은 제2 가스 공급부(420)로부터 공급되는 공정 가스(301)를 반도체 기판(10) 상에 분사할 수 있다. 바람직하게는, 상부 가스 공급 노즐(300)은 반도체 기판(10)의 가장자리 부분을 향해, 복수의 측면 가스 공급 노즐(400)은 반도체 기판(10)의 중심부를 향해 공정 가스(301)를 분사하게 된다. 한편, 다양한 크기의 반도체 기판(10)에 대응하기 위하여 기판 지지부(200)의 높이를 조절하거나 상부 가스 공급 노즐(300)를 교체할 수 있다.
증착 공정이 끝나게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 원격 플라즈마 발생기(170)로 세정 가스(131)를 공급하여 세정 가스(131)를 플라즈마 상태로 변형시키고, 플라즈마 상태의 세정 가스(131)를 공정 챔버(100)에 공급하여 공정 챔버(100) 내벽의 화학 물질 등을 세정하게 된다. 세정 가스(131)는 노즐 분사부와 챔버 덮 개(120) 사이로 공급되는 데, 세정 가스(131)가 노즐 분사부의 판상형 부재에 의해 굴절되어 공정 챔버(100)의 내벽 쪽으로 공급됨으로써, 세정 공정에서 공정 챔버(100)의 내벽을 효과적으로 세정할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 경우, 반도체 기판이 반입 또는 반출되는 게이트 홀을 포함하여 공정 챔버(100)의 내부 구조를 대칭적으로 제작함으로써, 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마를 발생시킬 때에 공정 챔버(100) 내에서 전기적인 대칭성을 유도할 수 있고, 반도체 기판 주위에 플라즈마 상태의 공정 가스를 균일하게 분포시킬 수 있다. 또한, 반도체 기판 표면에의 증착 또는 에칭 공정을 균일하게 수행할 수 있으므로 공정의 효율성을 높일 수 있다.
본 발명에서는 플라즈마를 이용한 증착 공정을 수행하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 플라즈마를 이용하는 모든 장비에 대하여 적용 가능하다.
본 실시예에서 반도체 기판(10)은 평판표시장치(FPD, Flat Panel Display)를 제조하기 위한 것으로 직사각형의 평판이며, 평판표시장치는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), 또는 ELD(Electro Luminescence Display) 일 수 있다. 또는, 반도체 기판(10)은 반도체 칩 제조에 사용되는 웨이퍼(wafer)일 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다 는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 공정 챔버 내부에 2 개의 펌핑 홀이 설치된 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 공정 챔버 내부에 3 개의 펌핑 홀이 설치된 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 증착 공정을 수행하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 세정 공정을 수행하는 모습을 나타낸 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치
10: 기판 100: 공정 챔버
130: 제1 게이트 홀 140: 제2 게이트 홀
150: 복수의 펌핑 홀 200: 기판 지지부
300: 상부 가스공급노즐 400: 복수의 측면 가스공급노즐
500: 플라즈마 발생부

Claims (5)

  1. 챔버 본체와 챔버 덮개를 구비하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되며, 반도체 기판이 놓여지는 기판 지지부;
    상기 공정 챔버의 일측벽에 설치되며, 상기 반도체 기판을 상기 공정 챔버 내부로 반입하거나 외부로 반출하기 위한 제1 게이트 홀;
    상기 공정 챔버의 일측벽에 설치되며, 상기 반도체 기판을 사이에 두고 상기 제1 게이트 홀과 대향하도록 형성되는 제2 게이트 홀;
    상기 공정 챔버의 상부 또는 측면에 설치되며, 상기 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및
    상기 공정 챔버로 분사된 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생부를 포함하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 게이트 홀은 상기 반도체 기판을 중심으로 상기 제1 게이트 홀과 대칭이 되도록 형성되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 게이트 홀의 입구 측에는, 상기 공정 챔버의 일측벽에 결합되며, 상기 제2 게이트 홀을 밀폐시키는 게이트 홀 커버가 설치되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 게이트 홀과 상기 게이트 홀 커버 사이에는 상기 공정 챔버 내부의 상기 공정 가스가 외부로 유출되는 것을 차단하는 시일 부재가 삽입되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 하단에 설치되며, 상기 공정 챔버의 내부를 진공 상태로 형성하기 위해 상기 공정 챔버 내부의 공기를 외부로 배출시키는 복수의 펌핑 홀을 더 포함하며,
    상기 복수의 펌핑 홀은 상기 반도체 기판을 중심으로 동심원 상에 등간격으로 배치되는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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