KR20100005004U - 가스 분사 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 처리 가스가 도입되는 공급구가 형성된 상부판과, 상기 상부판에 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간으로 도입된 처리 가스를 분사하는 분사구가 형성된 하부판 및 상기 내부 공간을 상하로 구획하는 배플판을 포함하고, 상기 상부판의 하면에는 상기 배플판의 에지부의 둘레 방향을 따라 연통홈이 형성된 가스 분사 유닛을 제공한다.
이와 같은 본 고안은 배플판을 관통하는 수직 방향 외에 배플판의 측방으로 우회 유로가 형성됨으로써, 기판의 중심부에 비하여 처리 가스의 분사 밀도가 낮은 기판의 외곽부에 대한 처리 가스의 분사 밀도를 보상할 수 있다. 따라서, 기판의 중심부와 외곽부에 대한 분사 압력이 균일하여 기판 처리를 균일하게 실시할 수 있다.
샤워헤드, 배플, 챔버, 가스 분사, 균일성, 기판 처리

Description

가스 분사 유닛{GAS INJECTION UNIT}
본 고안은 가스 분사 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 전체에 균일하게 처리 가스를 분사할 수 있는 가스 분사 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서는 기판 상에 박막을 증착하는 증착 공정과, 기판 상에 형성된 박막을 식각하는 식각 공정을 반복적으로 수행한다. 이러한 반도체 제조 공정의 대부분은 공정 효율의 향상을 위해 혹은 공정 자체를 가능하게 하기 위해 대기압보다 낮은 진공 분위기에서 이루어지므로, 기밀한 공간을 제공하는 공정 챔버 내에 기판을 배치시켜 각종 공정을 수행하게 된다.
일반적인 공정 챔버의 내부에는 기판이 안착되는 기판 지지부가 형성되고, 기판 지지부에 대향하여 공정 챔버의 내부 상측에는 가스 분사부가 형성된다. 이때, 가스 분사부는 외부에서 공급된 처리 가스를 다수의 분사구가 형성된 분사판을 통해 기판 방향으로 분사하는 샤워헤드(shower-head)를 사용하는 것이 보통이다. 이러한 샤워헤드는 처리 가스의 균일 분사를 위해 몸체의 내부에 소정 공간에 형성되고, 소정 공간 내에서 처리 가스를 확산시키기 위한 배플(baffle) 부재가 소정 공간을 상하로 구획하도록 설치된다. 이때, 샤워헤드 내부로 공급된 처리 가스는 배플 부재의 수평부에 형성된 확산홀을 통해 상부 영역에서 하부 영역으로 이동하면서 확산된다.
그러나, 종래의 샤워헤드는 처리 가스가 배플 부재의 확산홀을 통해 수직 방향으로만 확산 이동하므로, 대부분의 처리 가스가 분사판의 중심부를 통해 기판 방향으로 분사됨으로써, 분사판의 중심부와 외곽부에서 분사 압력이 균일하지 않은 현상이 발생하였다. 특히, 배플 부재를 수용하는 분사판은 배플 부재보다 더 큰 수평 면적을 갖는 것이 보통이므로, 처리 가스가 수직 방향으로만 확산 이동될 경우 분사판의 외측으로 연장된 분사판의 에지부에서는 중심부에 비하여 분사 압력이 더욱 낮아지는 현상이 발생하였다. 이로 인해, 기판 처리 예를 들어, 박막 증착, 박막 식각 및 기판 세정이 균일하지 못한 문제점이 있었고, 심한 경우에는 기판의 끝단부인 에지부까지 처리 가스가 도달하지 못함으로써 불량이 발생되는 원인이 되었다.
본 고안은 중심부와 외곽부의 분사 압력이 균일하여 기판 처리를 균일하게 실시할 수 있도록 한 가스 분사 유닛을 제공한다.
또한, 본 고안은 기판의 에지부까지 균일하게 처리 가스를 도달시켜 원하는 전체 영역에 대한 기판 처리를 균일하게 실시할 수 있도록 한 가스 분사 유닛을 제공한다.
본 고안에 따른 가스 분사 유닛은, 처리 가스가 도입되는 공급구가 형성된 상부판과, 상기 상부판에 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간으로 도입된 처리 가스를 분사하는 분사구가 형성된 하부판 및 상기 내부 공간을 상하로 구획하는 배플판을 포함하고, 상기 상부판의 하면에는 상기 배플판의 에지부의 둘레 방향을 따라 연통홈이 형성된다.
상기 연통홈은 상기 배플판의 에지부의 둘레 방향을 따라 연속적 또는 부분적으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 연통홈은 상기 배플판의 외곽에서 상방으로 절곡 형성된 측벽부의 상부에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 분사구는, 상기 하부판의 상부면에서 하방으로 연장된 상부 원통부와, 상기 상부 원통부의 하부에 연결되고, 상기 상부 원통부보다 보다 직경이 적은 소구경부 및 상기 소구경부에서 상기 하부판의 하부면까지 연장되는 하부 원통부를 포함하며, 상기 분사구는 서로 인접 배치되고 상부 원통부의 수직 길이가 서로 다른 적어도 한 쌍을 포함하는 것이 바람직하다.
본 고안은 배플판을 관통하는 수직 방향 뿐만 아리라 배플판의 측방으로 우회 유로가 추가로 형성됨으로써, 기판의 중심부에 비하여 처리 가스의 분사 밀도가 낮은 기판의 외곽부에 대한 처리 가스의 분사 밀도를 보상할 수 있다. 따라서, 기판의 중심부와 외곽부에 대한 분사 압력이 균일하여 기판 처리를 균일하게 실시할 수 있다.
또한, 본 고안은 배플판의 측방으로 형성되는 우회 유로를 통해 기판의 에지부까지 처리 가스가 도달될 수 있다. 따라서, 기판의 에지부까지 균일하게 처리 가스를 분사하여 원하는 전체 영역에 대한 기판 처리를 균일하게 실시할 수 있다.
이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 가스 분사 유닛을 구비하는 기판 처리 장치를 나타낸 모식도이다. 또한, 도 2는 본 고안의 실시예에 따라 도 1의 S 영역을 확 대하여 나타낸 부분 단면도이고, 도 3은 본 고안의 변형예에 따라 도 1의 S 영역을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다. 또한, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 가스 분사 유닛의 분사 흐름을 설명하기 위해 나타낸 부분 모식도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기의 기판 처리 장치는, 소정의 처리 공간을 형성하는 챔버(110)와, 상기 챔버(110) 내의 하부에 설치되고 기판(G)이 로딩(loading)되는 기판 지지부(200) 및 상기 기판 지지부(200)에 대향하여 설치되고 상기 챔버(110) 내부로 가스를 분사하는 가스 분사부(300)를 포함한다.
챔버(110)는 상부가 개방되고 내부가 비어있는 챔버 몸체(111)와, 상기 챔버 몸체(111)의 상부를 덮어주는 챔버 리드(lid)(112)를 포함하는 분리형으로 제작된다. 물론, 상기 챔버 몸체(111)의 내부 형상은 처리할 기판(G) 즉, 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판의 형상에 대응하여 박스형, 원통형, 다각형 등 다양하게 변경될 수 있으며, 상기 챔버 몸체(111) 및 상기 챔버 리드(112)는 일체형으로 제작될 수도 있다. 이러한 챔버(110)의 일측 측벽에는 기판(G)이 챔버(110) 내부로 인입될 수 있도록 게이트(210)가 마련되고, 하부에는 챔버(110) 내부의 배기를 위한 배기부(130)가 마련된다. 상기 게이트(210)는 처리할 기판(G)이 인입되거나 또는 처리된 기판(G)이 인출되도록 개방 및 폐쇄된다. 또한, 상기 배기부(130)는 기판(G) 처리시 발생되는 반응 부산물 및 처리 가스 등을 챔버(110) 외부로 배기하는 역할을 한다. 특히, 상기 배기부(130)는 압력 조절 밸브 및 진공 펌프와 연결되어 챔버(110) 내부의 압력을 일정하게 유지하는 역할을 할 수도 있다.
기판 지지부(200)는 기판(G)이 로딩되는 히터블록(210) 및 상기 히터블 록(210)을 지지하는 지지대(220)를 구비한다. 상기 히터블록(210)의 몸체에는 공정 온도의 제어를 위해 가열 수단(211)이 마련된다. 물론, 공정 조건에 따라 상기의 가열 수단(211) 대신에 냉각 수단이 마련될 수도 있음은 물론이다. 한편, 도시되지는 않았지만, 상기 히터블록(210)의 내에는 기판(G)의 로딩 또는 언로딩을 위한 별도의 리프트핀이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 지지대(220)는 구동 수단(230)에 의해 상하 이동이 가능하다. 상기의 구동 수단(230)은 지지대(220)를 상하로 이동시키는 어떠한 부재라도 구성 가능하다. 즉, 유압 또는 공압을 이용한 실린더를 사용할 수 있으며, LM 가이드(Linear Motor Guide)를 사용하여도 무방하다. 또한, 이들을 조합하여 사용할 수 있음은 물론이다.
가스 분사부(300)는 처리 가스가 도입되는 공급구(311)가 형성된 상부판(310)과, 상기 상부판(310)에 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간으로 도입된 처리 가스를 분사하는 분사구(321)가 형성된 하부판(320) 및 상기 내부 공간을 상하로 구획하는 배플판(330)을 포함한다.
상기 하부판(320)은 다수의 분사구(321)가 형성된 수평부와, 상기 수평부의 외곽에서 상방으로 절곡 형성된 측벽부를 포함하며, 상기의 측벽부가 상부판(310)의 하면에 결합되도록 나사(340) 체결된다. 물론, 측벽부는 상부판(310)의 측부에 결합될 수도 있으며, 나사(340) 이외의 다른 체결 수단이 사용될 수도 있다. 여기서, 분사구(321)는 수평부의 상부면에서 하방으로 연장된 상부 원통부(A)와, 상부 원통부(A)의 하부에 연결되고, 상부 원통부(A) 보다 직경이 적은 소구경부(B) 및 소구경부(B)에서 수평부의 하부면까지 연장되는 하부 원통부(C)를 포함하며, 하부 원통부(C)는 하방으로 갈수록 직경이 증가되는 것이 바람직하다. 이에, 분사구(321)는 수직에서 볼 때 입구 보다 출구가 큰 모래시계 형상으로 형성된다. 또한, 수평부의 평면에서 볼 때 다수의 동일 크기의 분사구(321)가 방사상으로 개구된다.
한편, 다수의 분사구(321)는 전체 상부 원통부의 평균 수직 길이보다 큰 상부 원통부를 갖는 제 1 분사구(321a)와, 전체 상부 원통부의 평균 수직 길이보다 작은 상부 원통부를 갖는 제 2 분사구(321b)를 포함하며, 제 1 분사구(321a)와 제 2 분사구(321b)는 서로 인접하여 배치된다. 이때, 도 2와 같이 제 1 분사구(321a) 또는 제 2 분사구(321b)는 다수의 분사구(321a-1,321a-2)(321b-1,321b-2)가 하나의 그룹(321a)(321b)을 이루도록 구성될 수도 있고, 도 3과 같이 제 1 분사구(321a) 또는 제 2 분사구(321b)는 단수로 구성될 수도 있을 것이다. 따라서, 하부판(320)의 특정 영역에는 상부 원통부(A)의 수직 길이가 다른 제 1, 제 2 분사구(321a,321b)가 규칙적인 패턴을 가지도록 배치되거나, 무작위적으로 배치된다. 이처럼, 제 1, 제 2 분사구(321a,321b)는 상부 원통부(A)의 수직 길이가 서로 달라 하부 원통부(C)의 수직 길이 또한 서로 달라짐으로써, 처리 가스의 분사시 확산 압력 및 확산 범위가 서로 다르게 조절된다. 그 결과, 서로 다른 확산 특성을 갖는 처리 가스가 기판(G) 방향으로 분사되면서 서로 혼합되어 더욱 균일한 분사 흐름을 형성하게 된다.
상기 배플판(330)은 다수의 확산홀(331)이 형성된 수평부와, 상기 수평부의 외곽에서 상방으로 절곡 형성된 측벽부를 포함하며, 측벽부의 일측이 상부판(310) 또는 하부판(320)에 연결된다. 이에 따라, 상부판(310)과 하부판(320)이 결합되어 형성된 내부 공간은 배플판(330)에 의해 상부 영역과 하부 영역으로 구획된다. 챔버(110) 외측에서 공급된 처리 가스는 상부판(310)의 공급구(311)를 통해 상부 영역으로 이동하면서 확산되고, 상부 영역에서 확산된 처리 가스는 배플판(330)의 확산홀을 통해 하부 영역으로 이동하면서 더욱 확산된다. 이렇게 배플판(330)에 의해 확산된 처리 가스가 하부판(320)의 분사구(321)을 통해 기판(G) 방향으로 균일하게 분사된다.
상기 상부판(310)에는 외부로부터 처리 가스가 도입되는 적어도 하나의 공급구(311)가 형성되고, 하부판(320)과 결합되어 상부판(310)의 하부면과 하부판(320)의 상부면 사이에 소정의 내부 공간을 형성한다. 이때, 상부판(310)의 하부면에는 상기 배플판(330)의 에지부의 둘레 방향을 따라 연통홈(313)이 형성된다. 예를 들어, 상기 연통홈(313)은 배플판(330)의 외곽부에서 상방으로 절곡 형성된 측벽부의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 연통홈(313)은 배플판(330)의 에지부의 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성되는 링 형상이거나, 또는 배플판(330)의 에지부의 둘레 방향을 따라 부분적으로 형성되는 절단된 링 형상일 수 있다. 이러한 연통홈(313)은 배플판(330)에 의해 구획된 내부 공간의 상하 영역을 측방에서 연통시켜주는 측방 우회 유로를 형성한다. 즉, 도 4와 같이, 상부 영역으로 도입된 처리 가스의 일부(F1)는 배플판(330)의 수평부에 형성된 다수의 확산홀(331)이 제공하는 수직 확산 유로를 통해 하부 영역으로 이동되지만, 나머지 일부(F2)는 배플판(330)의 측벽부 상단과 상부판(310)의 연통홈(313)이 형성하는 측방 우회 유로를 통해 하부 영역으로 이동된다. 이때, 측방 우회 유로를 통해 하부 영역으로 이동된 처리 가스(F2)는 하부판(320)의 외곽부에 형성된 분사구를 통해 분사된다. 따라서, 기판(G)의 중심부에 비하여 처리 가스의 분사 밀도가 낮은 기판(G)의 외곽부에 대한 처리 가스의 분사 밀도를 보상해 줄 뿐만 아니라, 기판(G)의 끝단부인 에지부까지 처리 가스가 도달되게 할 수 있다. 이로 인해, 기판(G) 전체에 걸쳐 처리 가스의 분사 밀도를 더욱 균일하게 제어할수 있게 됨으로써, 기판(G) 처리 예를 들어, 박막 증착, 박막 식각 및 기판(G) 세정을 더욱 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 상부판(310)에는 냉각 유로(312)가 마련될 수 있다. 상기 냉각 유로(312)는 냉각수 공급부(미도시)에 연결된다. 이에 따라, 냉각수 공급부로부터 제공된 냉각수가 냉각 유로(312)를 순환하면서 열팽창으로 인한 몸체 파손을 방지하고, 열팽창으로 인해 처리 가스가 이동하는 경로 즉, 공급구(311), 확산홀(331) 및 분사구(321)가 막히는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 실시예는 처리 가스를 활성화시켜 처리 효율을 더욱 증대하기 위한 플라즈마 수단이 더욱 구비할 수 있다. 이를 위해 다양한 형태의 플라즈마 발생 수단이 사용될 수 있다. 이때, 상기 기판 지지부(200)와 가스 분사부(300)를 두 전극으로 사용하여 플라즈마를 발생시키는 용량성 결합 플라즈마 방식을 통해 플라즈마를 생성하는 것이 효과적이다. 이를 위해, 플라즈마 발생 수단은 기판 지지부(200)에 고주파의 전압을 제공하는 플라즈마 전원 공급부 및 가스 분사부(300)에 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압 공급부를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 기판 지지부(200)의 히터블록(210) 몸체가 전극으로 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 상기 히터블록(210) 몸체 내에 플라즈마 전극판이 별도로 마련될 수도 있다. 또한, 물론, 본 고안의 플라즈마 발생 수단은 이에 한정되지 않고, 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마 방식을 통해 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
이상, 본 고안에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 실용신안등록청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 가스 분사 유닛을 구비하는 기판 처리 장치을 나타낸 모식도.
도 2는 본 고안의 실시예에 따라 도 1의 S 영역을 확대하여 나타낸 부분 단면도.
도 3은 본 고안의 변형예에 따라 도 1의 S 영역을 확대하여 나타낸 부분 단면도.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 가스 분사 유닛의 분사 흐름을 설명하기 위해 나타낸 부분 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 챔버 200: 기판 지지부
210: 히터블록 220: 지지대
300: 가스 분사부 310: 상부판
311: 공급구 312: 냉각 유로
313: 연통홈 320: 하부판
321: 분사구 330: 배플판
331: 확산홀

Claims (4)

  1. 처리 가스가 도입되는 공급구가 형성된 상부판;
    상기 상부판에 결합되어 내부 공간을 형성하고, 상기 내부 공간으로 도입된 처리 가스를 분사하는 분사구가 형성된 하부판; 및
    상기 내부 공간을 상하로 구획하는 배플판; 을 포함하고,
    상기 상부판의 하면에는 상기 배플판의 에지부의 둘레 방향을 따라 연통홈이 형성된 가스 분사 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연통홈은 상기 배플판의 에지부의 둘레 방향을 따라 연속적 또는 부분적으로 형성되는 가스 분사 유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연통홈은 상기 배플판의 외곽에서 상방으로 절곡 형성된 측벽부의 상부에 형성되는 가스 분사 유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사구는,
    상기 하부판의 상부면에서 하방으로 연장된 상부 원통부와,
    상기 상부 원통부의 하부에 연결되고, 상기 상부 원통부보다 보다 직경이 적은 소구경부 및
    상기 소구경부에서 상기 하부판의 하부면까지 연장되는 하부 원통부를 포함하며,
    상기 분사구는 서로 인접 배치되고 상부 원통부의 수직 길이가 서로 다른 적어도 한 쌍을 포함하는 가스 분사 유닛.
KR2020080014806U 2008-11-06 2008-11-06 가스 분사 유닛 KR200452532Y1 (ko)

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