KR20100066874A - 복수기판 처리장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 기판들에 대해 한꺼번에 공정을 처리할 수 있는 복수기판 처리장치를 개시한다. 챔버는 내부에 공정 공간을 갖는다. 기판 지지대는 챔버 내에 설치되며, 상면에 중심 둘레를 따라 복수의 기판들이 안착되는 기판 안착부들을 구비한다. 샤워 헤드는 챔버 내에서 기판 지지대의 상측에 설치되는 것으로, 기판 안착부들에 안착된 기판들 쪽으로 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 가스 분사부가 복수 개의 분사 세그먼트들로 분리 가능하게 되며, 분사 세그먼트들에 형성된 노즐들이 기판 지지대의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시키게 형성되어, 기판 안착부들에 안착된 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되게 하는 샤워 헤드;를 구비하며, 기판 지지대와 샤워 헤드 중 적어도 하나가 챔버 내에서 회전 가능하게 설치된다. 따라서, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있으며, 이를 위한 샤워 헤드를 재구성하는 것이 용이해질 수 있다.
반도체, 복수기판, 처리

Description

복수기판 처리장치{Apparatus for treatment of plural substrates}
본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 기판 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 기판들에 대해 한꺼번에 공정을 처리할 수 있는 복수기판 처리장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위하여, 기판 상에 증착, 식각 등 여러 공정을 거치게 된다. 상기 공정은 일반적으로 기판 처리장치의 챔버(chamber) 내에서 행하여진다. 예컨대, 화학기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 또는 원자층 증착(ALD, Atomic Layer Deposition) 공정의 경우, 기판 처리장치는 챔버와 함께, 챔버 내에 기판 지지대와, 샤워 헤드를 구비한다.
기판 지지대는 상면에 기판을 안착하는 기판 안착부를 구비하며, 발열수단에 의하여 가열 가능하다. 그리고, 기판 지지대는 회전구동수단에 의해 회전 가능하거나, 승강구동수단에 의해 승강 가능하다. 샤워 헤드는 기판 지지대 상측에 배치되어서, 회전하는 기판 지지대 쪽으로 공정 가스를 분사함으로써, 상기 기판 지지대의 기판 안착부에 안착된 기판에 박막이 증착되도록 한다.
한편, 생산성을 향상시키기 위해, 복수의 기판들을 챔버 내에 한꺼번에 공급 하여 공정 처리하는 복수기판 처리장치가 제안되고 있다. 여기서, 복수기판 처리장치는 기판들을 기판 지지대의 상면에 기판 지지대의 회전중심 둘레를 따라 배열시켜 안착하도록 기판 안착부들을 구비한다.
상기 복수기판 처리장치는 기판들의 각 중심이 기판 지지대의 회전 중심으로부터 벗어나 위치하게 되므로, 펌핑 유로 등으로 인해 기판들 상에 공정 가스가 고르게 공급되지 못할 수 있다. 즉, 챔버 내의 공정 가스를 배기하기 위한 펌핑(pumping) 유로가 기판 지지대의 바깥쪽에 위치한 경우, 샤워 헤드로부터 분사되는 공정 가스가 펌핑 유로에 작용하는 펌핑력에 의해 기판 지지대의 바깥쪽 방향으로 치우쳐 흐를 수 있다.
이에 따라, 기판들에 증착된 박막 두께가 기판 지지대의 회전 중심에 위치한 부위로부터 기판 지지대의 가장자리에 위치한 부위로 갈수록 얇아질 수 있다. 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되지 않을 수 있는 것이다. 따라서, 전술한 원인 등을 고려하여, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있게 샤워 헤드가 구성될 필요가 있다.
한편, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있게 샤워 헤드를 구성하더라도, 공정 조건의 변화 등으로 인해 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되지 않을 수 있다. 이 경우, 샤워 헤드를 재구성해서 교체해야 하는데, 종래에 따르면, 샤워 헤드 전체를 교체하는 것이 일반적이어서, 샤워 헤드의 제조 비용과 샤워 헤드를 재구성할 때의 작업 효율 등에 불리함이 있다.
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있으며, 이를 위한 샤워 헤드의 재구성이 용이할 수 있는 복수기판 처리장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수기판 처리장치는, 내부에 공정 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 설치되며, 상면에 중심 둘레를 따라 복수의 기판들이 안착되는 기판 안착부들을 구비한 기판 지지대; 및 상기 챔버 내에서 상기 기판 지지대의 상측에 설치되는 것으로, 상기 기판 안착부들에 안착된 기판들 쪽으로 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 가스 분사부가 복수 개의 분사 세그먼트들로 분리 가능하게 되며, 상기 분사 세그먼트들에 형성된 노즐들이 상기 기판 지지대의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시키게 형성되어, 상기 기판 안착부들에 안착된 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되게 하는 샤워 헤드;를 구비하며, 상기 기판 지지대와 상기 샤워 헤드 중 적어도 하나가 상기 챔버 내에서 회전 가능하게 설치된다.
본 발명에 따르면, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따르면, 공정 조건의 변화 등으로 인해 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되지 않는 경우, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있도록, 샤워 헤드를 재구성하는 것이 용이해질 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 샤워 헤드의 제조 비용을 절감하고, 샤워 헤드를 재구성을 할 때의 작업 효율을 향상시키는데 유리할 수 있다. 아울러, 본 발명에 따르면, 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되도록 조정하는 작업을 더욱 정밀하게 할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기판 처리장치에 대한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 복수기판 처리장치(100)는 복수의 기판(W)들을 챔버(110) 내에서 한꺼번에 공정 처리하기 위한 것으로, 챔버(110)와, 기판 지지대(120), 및 샤워 헤드(130)를 포함하여 구성된다.
챔버(110)는 내부에 공정 공간을 갖는다. 여기서, 공정이란 반도체 제조 공정일 수 있다. 챔버(110)는 일 예로서, 기판(W) 상에 공정 가스를 분사하여 박막을 증착시키는 공정, 즉, 화학기상 증착 공정 또는 원자층 증착 공정을 수행하는 진공 챔버일 수 있다. 그리고, 기판(W)은 웨이퍼(wafer)일 수 있다.
기판 지지대(120)는 복수의 기판(W)들이 안착되어 지지되게 하는 것이다. 기판 지지대(120)는 챔버(110)의 내부 공간에 회전 및 승강 가능하게 설치될 수 있다. 이 경우, 기판 지지대(120)는 회전구동수단(미도시)에 의해 회전 가능하게 되고, 승강구동수단(미도시)에 의해 승강 가능할 수 있다. 한편, 기판 지지대(120)가 회전하지 않게 설치된다면, 샤워 헤드(130)가 회전구동수단(미도시)에 의해 회 전할 수도 있다.
기판 지지대(120)에는 상면에 회전중심 둘레를 따라 복수의 기판(W)들이 안착되게 기판 안착부(121)들이 마련된다. 기판 안착부(121)는 기판(W)이 안착될 수 있는 다양한 구조로 각각 이루어질 수 있다. 그 일 예로, 기판 안착부(121)는 기판(W)이 상부로부터 수용되어 안착될 수 있게 기판 지지대(120)의 상면으로부터 오목한 형상을 가질 수 있다.
샤워 헤드(130)는 챔버(110) 내에서 기판 지지대(120)의 상측에 설치된다. 여기서, 샤워 헤드(130)는 챔버(110)의 상부 개구를 덮어 챔버(110) 내를 밀폐하는 탑 리드(top lead, 111)에 장착될 수 있다. 샤워 헤드(130)는 기판 안착부(121)들에 안착된 기판(W)들 쪽으로 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 가스 분사부(131)를 구비한다.
가스 분사부(131)는 기판 지지대(120)의 회전에 의해 기판 안착부(121)들의 기판(W)들이 회전하는 동안, 기판(W)들 쪽으로 공정 가스를 분사함으로써, 모든 기판(W)들 상에 공정 가스가 공급될 수 있게 한다. 가스 분사부(131)는 공정 가스를 분사하는 다수의 노즐(131a)을 구비할 수 있다. 여기서, 노즐(131a)들은 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 챔버(110) 내의 가스를 배기하기 위한 펌핑 유로(101)가 기판 지지대(120)의 바깥쪽에 위치한 경우, 가스 분사부(131)로부터 분사되는 공정 가스가 펌핑 유로(101)에 작용하는 펌핑력에 의해 기판 지지대(120)의 바깥쪽 방향으로 치우쳐 흐를 수 있다. 이에 따라, 기판(W)들에 증착된 박막 두께가 기판 지지 대(120)의 회전 중심에 위치한 부위로부터 기판 지지대(120)의 가장자리에 위치한 부위로 갈수록 얇아질 수 있다.
즉, 기판 지지대(120)의 중앙으로부터 기판 지지대(120)의 가장자리 쪽으로 갈수록 공정 가스의 분사량이 감소되어 기판(W)들과 공정 가스가 반응하는 양이 적게 되어, 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착되지 않을 수 있는 것이다. 이러한 경우, 기판 지지대(120)의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록, 도 2에 도시된 바와 같이 노즐(131a)의 크기를 점차 크게 할 수 있다.
다른 예로, 도 3에 도시된 바와 같이 노즐(131a)들 간의 간격을 점차 좁게 할 수 있다. 또 다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 노즐(131a)의 개수를 점차 많게 할 수 있다. 따라서, 기판 지지대(120)의 가장자리로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시켜 기판(W)들과 공정 가스가 반응하는 양을 늘릴 수 있다. 그 결과, 기판(W)들 상에 공정 가스가 고르게 공급되어, 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있다.
이와 같이 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있게 노즐(131)들을 구성하더라도, 공정 조건의 변화 등으로 인해 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있도록, 샤워 헤드(130)를 재구성할 필요가 있게 된다. 본 실시예에서는, 샤워 헤드(130)를 재구성하기 용이하도록, 가스 분사부(131)가 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 분사 세그먼트(132)들로 분리 가능하게 된다. 여기서, 분사 세그먼트(132)들에는 노즐(131a)들이 각각 형성된다.
즉, 본 실시예에서는 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있도록, 가스 분사부(131)의 분사 세그먼트(132)들 중 적어도 어느 하나만을 분리한 후, 균일한 증착 조건을 충족하는 새로운 분사 세그먼트로 교체하여 샤워 헤드를 재구성할 수 있다.
이는 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있도록, 샤워 헤드 전체를 분리한 후, 균일한 증착 조건을 충족하도록 재구성된 샤워 헤드로 교체하는 비교예에 비해, 샤워 헤드의 재구성이 용이해질 수 있는 것이다. 그 결과, 본 실시예는 샤워 헤드(130)의 제조 비용을 절감하는데 유리할 수 있다. 그리고, 샤워 헤드를 재구성을 할 때의 작업 효율을 향상시키는데 유리할 수 있다. 또한, 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착되도록 조정하는 작업이 더욱 정밀하게 이루어질 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6은 샤워 헤드의 다른 예를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 샤워 헤드(230)에 있어서, 하나의 가스 분사부(231)는 메인 분사 세그먼트(232)와, 적어도 하나의 서브 분사 세그먼트(233)로 분리될 수 있다.
메인 분사 세그먼트(232)는 부채꼴 형상을 갖고 중심이 샤워 헤드(230)의 중심을 향하게 배치된다. 그리고, 서브 분사 세그먼트(233)는 메인 분사 세그먼트(232)의 측면에 배치된다. 도시된 바와 같이, 서브 분사 세그먼트(233)가 2개로 구비된 경우, 서브 분사 세그먼트(232)들은 메인 분사 세그먼트(232)의 양측에 배치될 수 있다.
여기서, 서브 분사 세그먼트(233)들은 각각 부채꼴 형상을 갖고 중심이 샤워 헤드(230)의 중심을 향하게 배치된다. 따라서, 가스 분사부(231)는 전체적으로 부채꼴 형상을 이루게 되며, 중심이 샤워 헤드(230)의 중심을 향하게 배치될 수 있다. 메인 분사 세그먼트(232)와 서브 분사 세그먼트(233)에는 공정 가스를 분사하기 위한 노즐(231a)들이 형성된다.
상기 노즐(231a)의 크기, 노즐(231a)들 간의 간격, 노즐(231a)의 개수는 다양할 수 있다. 일 예로, 메인 분사 세그먼트(232)에 형성된 노즐(231a)들은 모두 크기가 동일하고, 기판 지지대(120)의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록, 노즐(231a)들 간의 간격과 노즐(231a)의 개수가 동일할 수 있다.
이 경우, 기판 지지대(120)의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록, 공정 가스의 분사량이 감소되는 경우가 있다. 이에 공정 가스의 분사량을 증가시키기 위해, 서브 분사 세그먼트(233)들에는 가장자리 쪽에만 노즐(231a)들이 일부 형성될 수 있다. 따라서, 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있다.
한편, 공정 조건의 변화 등으로 인해 기판(W)들에 박막이 균일한 두께로 증착되지 않은 경우, 메인 분사 세그먼트(232)를 그대로 둔 채, 서브 분사 세그먼트(233)들을 분리한 후, 균일한 증착 조건을 충족하는 새로운 서브 분사 세그먼트들로 교체하여 샤워 헤드를 재구성할 수 있다. 이는 가스 분사부 전체를 교체하는 것에 비해, 제조 비용 및 조정 작업 등에 유리할 수 있다.
한편, 도 7은 도 1에 있어서, 샤워 헤드의 또 다른 예를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바에 따르면, 샤워 헤드(330)는 여러 종류의 가스를 서로 다른 영역에서 각각 분사하도록 구성된다.
예컨대, 챔버(110) 내에 화학기상 증착 또는 원자층 증착 공정이 수행된다면, 소스 가스 및 반응 가스를 분사하여 기판(W)들에 박막이 증착되게 할 수 있다. 이 경우, 가스 분사부들에는 소스 가스를 분사하는 적어도 하나의 소스 가스용 분사부(331)와, 반응 가스를 분사하는 적어도 하나의 반응 가스용 분사부(332)가 포함될 수 있다. 소스 가스용 분사부(331)와 반응 가스 분사부(332)는 부채꼴 형상으로 각각 이루어지고, 중심이 샤워 헤드(330)의 중심을 향하게 배열될 수 있다.
그리고, 소스 가스용 분사부(331) 및 반응 가스 분사부(332)는 전술한 예에서와 같이 복수 개의 분사 세그먼트들로 각각 분리됨으로써, 샤워 헤드를 용이하게 재구성할 수 있게 한다.
또한, 소스 가스용 분사부(331)가 반응 가스 분사부(332)는 서로 분리 가능하게 되어 소스 가스의 종류가 달라져 노즐의 구성이 다른 경우, 소스 가스용 분사부(331)의 교체가 용이해질 수 있고, 반응 가스의 종류가 달라져 노즐의 구성이 다른 경우, 반응 가스용 분사부(332)의 교체가 용이해질 수 있다.
한편, 샤워 헤드(330)에는 소스 가스용 분사부(331)와 반응 가스용 분사부(332) 사이에서 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스용 분사부(333)가 더 구비될 수 있다. 불활성 가스는 소스 가스와 반응 가스가 혼합되지 않게 차단하는 기능과 퍼지(purge) 기능을 하기 위한 것이다.
불활성 가스용 분사부(233)는 부채꼴 형상으로 이루어지고, 중심이 샤워 헤 드(330)의 중심을 향하게 배열될 수 있다. 그리고, 불활성 가스용 분사부(333)는 소스 가스용 분사부(331)와 반응 가스용 분사부(332)에 대해 분리 가능하게 되어, 소스 가스용 분사부(331)와 반응 가스용 분사부(332)의 교체를 용이하게 할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수기판 처리장치에 대한 단면도.
도 2 내지 도 4는 도 1의 샤워 헤드에 있어서, 가스 분사부에 구비된 노즐의 구성에 대한 다양한 예를 각각 도시한 평면도.
도 5는 도 1에 있어서, 샤워 헤드의 다른 예를 도시한 평면도.
도 6은 도 5에 있어서, 하나의 가스 분사부를 발췌하여 도시한 평면도.
도 7은 도 1에 있어서, 샤워 헤드의 또 다른 예를 도시한 평면도.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉
110..챔버 120..기판 지지대
130,230,330..샤워 헤드 231..가스 분사부
232..메인 분사 세그먼트 233..서브 분사 세그먼트
331..소스 가스용 분사부 332..반응 가스용 분사부
333..불활성 가스용 분사부 W..기판

Claims (7)

  1. 내부에 공정 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내에 설치되며, 상면에 중심 둘레를 따라 복수의 기판들이 안착되는 기판 안착부들을 구비한 기판 지지대; 및
    상기 챔버 내에서 상기 기판 지지대의 상측에 설치되는 것으로, 상기 기판 안착부들에 안착된 기판들 쪽으로 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 가스 분사부가 복수 개의 분사 세그먼트들로 분리 가능하게 되며, 상기 분사 세그먼트들에 형성된 노즐들이 상기 기판 지지대의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시키게 형성되어, 상기 기판 안착부들에 안착된 기판들에 박막이 균일한 두께로 증착되게 하는 샤워 헤드;를 구비하며,
    상기 기판 지지대와 상기 샤워 헤드 중 적어도 하나가 상기 챔버 내에서 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부는 부채꼴 형상을 갖고 중심이 상기 샤워 헤드의 중심을 향하게 배치된 메인 분사 세그먼트와, 각각 부채꼴 형상을 갖고 중심이 상기 샤워 헤드의 중심을 향하고 상기 메인 분사 세그먼트의 측면에 배치되는 적어도 하나의 서브 분사 세그먼트로 분리 가능하게 된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 분사부는 복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 가스 분사부들은 중심이 상기 샤워 헤드의 중심을 향하게 배열되고 서로 분리 가능하게 된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 분사부들에는 소스 가스를 분사하는 적어도 하나의 소스 가스용 분사부와, 반응 가스를 분사하는 적어도 하나의 반응 가스용 분사부가 포함된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 샤워 헤드에는 상기 소스 가스용 분사부와 상기 반응 가스용 분사부 사이에서 불활성 가스를 분사하는 불활성 가스용 분사부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 서브 분사 세그먼트에 형성된 노즐들은 상기 서브 분사 세그먼트의 가장자리 쪽에만 배치된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노즐들은 상기 기판 지지대의 중앙으로부터 가장자리 쪽으로 갈수록 서로 간의 간격이 점차 좁아지는 경우, 크기가 점차 커지는 경우, 및 개수가 점차 많아지는 경우 중 선택된 어느 하나의 경우로 형성된 것을 특징으로 하는 복수기판 처리장치.
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