KR20160083715A - 가스 분사 유닛을 포함하는 반도체 공정 설비 - Google Patents

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Abstract

반도체 공정 설비가 제공된다. 상기 반도체 공정 설비는 공정 대상물을 지지하는 서셉터; 상기 서셉터와 이격되고, 상기 공정 대상물의 상부면과 마주보는 오목 영역 및 상기 오목 영역의 외측에 위치하는 경사면을 포함하는 가스 박스; 및 상기 가스 박스의 상기 오목 영역 내에 위치하는 샤워 헤드를 포함한다. 상기 가스 박스의 상기 경사면의 경사각은 10°초과 35°미만이다.

Description

가스 분사 유닛을 포함하는 반도체 공정 설비{Semiconductor processing apparatus having a gas spray unit}
본 발명은 공정 대상물 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함하는 반도체 공정 설비에 관한 것이다.
반도체 공정 설비는 공정 가스를 이용하여 공정 대상물 상에 층을 형성하는 증착 설비를 포함한다. 상기 반도체 공정 설비는 공정 대상물을 지지하는 서셉터 및 상기 공정 대상물 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함할 수 있다. 상기 가스 분사 유닛은 가스 분사구들을 포함하는 샤워 헤드 및 상기 샤워 헤드로 공정 가스를 전달하는 가스 박스를 포함할 수 있다. 상기 반도체 공정 설비에서는 공정 대상물 상에 형성되는 층의 두께 산포를 감소하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정 대상물 상에 형성되는 층의 두께 산포를 최소화할 수 있는 반도체 공정 설비를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 공정 대상물 상에서 공정 가스의 급격한 속도 변화가 방지될 수 있는 반도체 공정 설비를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 앞서 언급한 과제들로 한정되지 않는다. 여기서 언급되지 않은 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 공정 설비는 공정 대상물을 지지하는 서셉터; 상기 서셉터와 이격되고, 상기 공정 대상물의 상부면과 마주보는 오목 영역 및 상기 오목 영역의 외측에 위치하는 경사면을 포함하는 가스 박스; 및 상기 가스 박스의 상기 오목 영역 내에 위치하는 샤워 헤드를 포함한다. 상기 가스 박스의 상기 경사면의 경사각은 10°초과 35°미만이다.
상기 가스 박스의 상기 오목 영역의 수평 길이는 상기 공정 대상물의 수평 길이보다 작을 수 있다.
상기 가스 박스의 상기 경사면의 최고 레벨은 상기 샤워 헤드의 하부면의 레벨과 동일할 수 있다.
상기 샤워 헤드는 가스 분사구들을 포함할 수 있다. 상기 샤워 헤드의 상기 가스 분사구들은 상기 공정 대상물을 따라 나란히 위치할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 공정 설비는 공정 대상물을 지지하는 서셉터; 및 상기 서셉터와 이격되고, 상기 공정 대상물 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함한다. 상기 가스 분사 유닛은 상기 공정 대상물의 가장 자리와 마주보는 경사면 및 상기 경사면의 내측에 위치하는 가스 분사구들을 포함한다. 상기 가스 분사 유닛의 상기 경사면의 경사각은 10°초과 35°미만이다.
상기 가스 분사 유닛의 상기 경사면의 경사각은 15°내지 30°일 수 있다.
상기 반도체 공정 설비는 상기 가스 분사 유닛의 외측에 위치하는 배플 조립체(baffle assembly)를 더 포함할 수 있다. 상기 배플 조립체는 상기 가스 분사 유닛의 측면을 따라 연장되는 슬릿을 포함할 수 있다.
상기 반도체 공정 설비는 상기 배플 조립체의 외측에 위치하는 공정 챔버를 더 포함할 수 있다. 상기 공정 챔버는 상기 배플 조립체를 따라 연장되는 배기 덕트를 포함할 수 있다.
상기 반도체 공정 설비는 상기 공정 챔버의 외측에 위치하는 배기 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 배기 유닛은 상기 공정 챔버의 상기 배기 덕트와 직접 연결될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 공정 설비는 웨이퍼를 지지하는 서셉터; 상기 서셉터의 상부에 위치하고, 가스 분사구들을 포함하는 샤워 헤드; 및 상기 서셉터와 이격되고, 상기 샤워 헤드를 수용하는 오목 영역 및 상기 오목 영역의 외측에 위치하는 경사면을 포함하는 가스 박스를 포함한다. 상기 가스 박스의 상기 경사면은 10°초과 35°미만의 경사를 갖는다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 공정 설비는 공정 대상물 상에서 공정 가스의 급격한 속도 변화가 방지될 수 있다. 따라서 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 공정 설비에서는 공정 대상물 상에 형성되는 층의 두께 산포가 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 공정 설비를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 도 1에 도시된 반도체 공정 설비를 부분적으로 나타낸 도면들이다.
도 3은 도 1의 P 영역을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서 가스 박스의 형상에 따른 벽 전단 응력(wall shear stress)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 공정 설비의 서셉터 및 가스 분사 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a의 R 영역을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 공정 설비를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다. 여기서, 본 발명의 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이므로, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않도록 다른 형태로 구체화될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호로 표시된 부분들은 동일한 구성 요소들을 의미하며, 도면들에 있어서 층 또는 영역의 길이와 두께는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 덧붙여, 제 1 구성 요소가 제 2 구성 요소 "상"에 있다고 기재되는 경우, 상기 제 1 구성 요소가 상기 제 2 구성 요소와 직접 접촉하는 상측에 위치하는 것뿐만 아니라, 상기 제 1 구성 요소와 상기 제 2 구성 요소 사이에 제 3 구성 요소가 위치하는 경우도 포함한다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위한 것으로, 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 다만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서는 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소는 당업자의 편의에 따라 임의로 명명될 수 있다.
본 발명의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
덧붙여, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
　
(실시 예)
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2a 및 2b는 도 1에 도시된 반도체 공정 설비를 부분적으로 나타낸 도면들이다. 도 3은 도 1의 P 영역을 확대한 도면이다.
도 1, 2a, 2b 및 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비는 공정 챔버(100), 서셉터(200), 가스 분사 유닛(gas spray unit, 300), 서셉터 구동 유닛(400), 가스 공급 유닛(500), 배기 유닛(600), 커버 부재(cover element, 700) 및 배플 조립체(baffle assembly, 800)를 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 설정된 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 챔버(100)는 공정 대상물(W) 상에 층을 형성하는 공간을 제공할 수 있다. 상기 공정 대상물(W)은 웨이퍼를 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 하부 챔버(110) 및 상부 챔버(120)를 포함할 수 있다.
상기 하부 챔버(110)는 상기 공정 대상물(W)을 로딩/언로딩하는 공간을 제공할 수 있다. 상기 하부 챔버(110)는 로딩/언로딩 포트(111) 및 게이트 밸브(112)를 포함할 수 있다. 상기 공정 대상물(W)은 상기 하부 챔버(110)의 상기 로딩/언로딩 포트(111)를 통해 상기 공정 챔버(100)의 내부로 유입될 수 있다. 상기 설정된 공정이 종료된 상기 공정 대상물(W)은 상기 하부 챔버(110)의 상기 로딩/언로딩 포트(111)를 통해 상기 공정 챔버(100)로부터 배출될 수 있다. 상기 로딩/언로딩 포트(111)는 상기 게이트 밸브(112)에 의해 개폐될 수 있다.
상기 상부 챔버(120)는 상기 공정 대상물(W) 상으로 공정 가스가 분사되는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 챔버(120)의 내부에서 상기 설정된 공정에 의해 상기 공정 대상물(W) 상에 층이 형성될 수 있다.
상기 상부 챔버(120)는 상기 하부 챔버(110)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 상부 챔버(120)의 내부 공간은 상기 하부 챔버(110)의 내부 공간과 연결될 수 있다. 상기 하부 챔버(120)로 유입된 상기 공정 대상물(W)은 상기 상부 챔버(120)로 이동된 후, 상기 공정 가스가 분사될 수 있다.
상기 상부 챔버(120)는 배기 덕트(121)를 포함할 수 있다. 상기 배기 덕트(121)는 공정 가스의 배기 통로 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 챔버(120)의 내부로 분사된 공정 가스는 상기 배기 덕트(121)를 통해 상기 공정 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 배기 덕트(121)는 상기 상부 챔버(120)의 측벽을 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기 덕트(121)는 상기 상부 챔버(120)의 상기 측벽 내에 위치할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)의 상기 배기 덕트(121)는 상기 배기 유닛(600)과 직접 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기 유닛(600)은 상기 상부 챔버(120)의 외측에 위치할 수 있다.
상기 서셉터(200)는 상기 공정 대상물(W)을 지지할 수 있다. 상기 서셉터(200)는 상기 서셉터 구동 유닛(400)에 의해 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 서셉터 구동 유닛(400)은 상기 서셉터(200)를 상기 하부 챔버(110) 또는 상기 상부 챔버(120)로 이동할 수 있다. 상기 하부 챔버(120)로 유입된 상기 공정 대상물(W)은 상기 서셉터 구동 유닛(400)에 의해 상기 상부 챔버(120)로 이동될 수 있다. 상기 설정된 공정이 종료된 상기 공정 대상물(W)은 상기 서셉터 구동 유닛(400)에 의해 상기 하부 챔버(110)로 이동될 수 있다.
상기 서셉터(200)의 내부에는 히터(210)가 위치할 수 있다. 상기 설정된 공정이 수행되는 동안, 상기 공정 대상물(W)은 상기 히터(210)에 의해 가열될 수 있다.
상기 가스 분사 유닛(300)은 상기 공정 대상물(W) 상으로 상기 공정 가스를 분사할 수 있다. 상기 가스 분사 유닛(300)은 상기 서셉터(200)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 가스 분사 유닛(300)은 상기 서셉터 구동 유닛(400)에 의해 상승된 상기 서셉터(200)와 이격될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분사 유닛(300)은 상기 상부 챔버(120) 내에 위치할 수 있다. 상기 가스 분사 유닛(300)은 상기 상부 챔버(120)의 상단과 결합할 수 있다.
상기 가스 분사 유닛(300)은 가스 박스(gas box, 310), 샤워 헤드(320) 및 분사 노즐(330)을 포함할 수 있다.
상기 가스 박스(310)는 상기 샤워 헤드(320)로 상기 공정 가스를 전달할 수 있다. 상기 가스 박스(310)는 가스 통로(gas path, 311)를 포함할 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 가스 통로(311)는 상기 가스 공급 유닛(500)과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비는 두 가지의 공정 가스를 이용할 수 있다. 상기 가스 공급 유닛(500)은 제 1 가스 공급 유닛(510) 및 제 2 가스 공급 유닛(520)을 포함할 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 가스 통로(311)는 제 1 가스 통로(311a) 및 제 2 가스 통로(311b)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 가스 통로(311a)는 상기 제 1 가스 공급 유닛(510)과 연결될 수 있다. 상기 제 2 가스 통로(311b)는 상기 제 2 가스 공급 유닛(520)과 연결될 수 있다. 상기 제 2 가스 통로(311b)의 수는 상기 제 1 가스 통로(311a)의 수와 다를 수 있다.
상기 가스 박스(310)는 오목 영역(310c), 경사면(310s) 및 림면(rim surface, 310r)을 포함할 수 있다.
상기 오목 영역(310c)은 상기 공정 대상물(W)과 마주볼 수 있다. 상기 오목 영역(310c)은 상기 서셉터(200)와 마주보는 상기 가스 박스(310)의 표면 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 오목 영역(310c)은 상기 가스 박스(310)의 하부면 내에 위치할 수 있다.
상기 오목 영역(310c)의 수평 길이는 상기 공정 대상물(W)의 수평 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 오목 영역(310c)의 직경은 상기 공정 대상물(W)의 직경보다 작을 수 있다.
상기 오목 영역(310c)은 안착 영역(310a) 및 혼합 영역(310m)을 포함할 수 있다. 상기 혼합 영역(310m)은 상기 안착 영역(310a)의 내측에 위치할 수 있다. 상기 안착 영역(310a)은 상기 혼합 영역(310m)을 둘러쌀 수 있다. 상기 혼합 영역(310m)은 상기 오목 영역(310c)의 중앙에 위치할 수 있다.
상기 혼합 영역(310m)은 상기 안착 영역(310a)에서 상기 가스 박스(310)의 내측으로 리세스된 형상일 수 있다. 상기 혼합 영역(310m)의 최저 레벨은 상기 안착 영역(310a)의 최고 레벨과 동일할 수 있다.
상기 경사면(310s)은 상기 오목 영역(310c)의 외측에 위치할 수 있다. 상기 경사면(310s)은 상기 오목 영역(310c)의 가장 자리를 따라 연장될 수 있다. 상기 오목 영역(310c)은 상기 경사면(310s)의 내측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 경사면(310s)은 상기 공정 대상물(W)의 가장 자리와 마주볼 수 있다.
상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)과 상기 서셉터(200) 사이의 수직 거리는 상기 서셉터(200)의 가장 자리로 갈수록 감소할 수 있다. 예를 들어, 상기 경사면(310s)의 직경은 상기 공정 대상물(W)에 가까워질수록 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 경사면(310s)의 최소 직경은 상기 공정 대상물(W)의 직경의 0.84배 내지 0.9배일 수 있다. 예를 들어, 상기 경사면(310s)의 최대 직경은 상기 공정 대상물(W)의 직경의 1.1배 내지 1.14배일 수 있다.
상기 경사면(310s)은 상기 오목 영역(310c)의 측벽과 연속할 수 있다. 예를 들어, 상기 경사면(310s)의 최고 레벨은 상기 오목 영역(310c)의 최저 레벨과 동일할 수 있다.
상기 림면(310r)은 상기 경사면(310s)의 외측에 위치할 수 있다. 상기 림면(310r)은 상기 경사면(310s)의 가장 자리를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 박스(310)의 수평 길이는 상기 서셉터(200)의 수평 길이보다 클 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 림면(310r)은 상기 서셉터(200)의 가장 자리 상에 위치할 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 림면(310r)은 상기 서셉터(200)의 상부면과 평행할 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)는 상기 가스 박스(310)를 통해 전달된 공정 가스를 분사할 수 있다. 상기 샤워 헤드(320)는 상기 가스 박스(310)의 상기 오목 영역(310c) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤워 헤드(320)의 수평 길이는 상기 공정 대상물(W)의 수평 길이보다 작을 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)는 상기 오목 영역(310c)의 상기 안착 영역(310a)과 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤워 헤드(320)의 가장 자리는 상기 가스 박스(310)의 상기 안착 영역(310a)과 직접 접촉할 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)는 상기 가스 박스(310)의 상기 혼합 영역(310m)과 이격될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 가스 통로(311a)를 통해 전달된 공정 가스와 상기 제 2 가스 통로(311b)를 통해 전달된 공정 가스는 상기 샤워 헤드(320)와 상기 혼합 영역(310m) 사이의 공간에서 혼합될 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)의 하부면은 상기 공정 대상물(W)의 상부면과 마주볼 수 있다. 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면은 상기 공정 대상물(W)의 상기 상부면과 평행할 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)의 측면의 수직 길이는 상기 오목 영역(310c)의 상기 안착 영역(310a)의 측벽의 수직 길이와 동일할 수 있다. 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면의 레벨은 상기 오목 영역(310c)의 상기 안착 영역(310a)의 최저 레벨과 동일할 수 있다. 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면의 레벨은 상기 가스 박스(310)의 상기 오목 영역(310c)의 최저 레벨과 동일할 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 최고 레벨은 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면의 레벨과 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤워 헤드(320)의 하부면은 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)과 연속될 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)와 상기 공정 대상물(W) 사이의 수직 거리는 상기 서셉터(200)와 상기 가스 박스(310)의 상기 림면(310r) 사이의 수직 거리와 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 서셉터(200)와 상기 가스 박스(310)의 상기 림면(310r) 사이의 수직 거리는 상기 샤워 헤드(320)와 상기 공정 대상물(W) 사이의 수직 거리의 0.1배 내지 0.16배일 수 있다.
상기 샤워 헤드(320)는 가스 분사구들(321)을 포함할 수 있다. 상기 가스 분사구들(321)은 상기 공정 대상물(W)을 향할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분사구들(321)은 수직 방향으로 연장될 수 있다. 상기 가스 분사구들(321)은 상기 공정 대상물(W)의 상부면을 따라 나란히 위치할 수 있다.
상기 가스 분사구들(321)은 상기 혼합 영역(310m)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 혼합 영역(310m)의 수평 길이는 상기 가스 분사구들(321)의 최대 수평 길이보다 클 수 있다. 상기 가스 분사구들(321)의 최대 수평 길이는 상기 공정 대상물(W)의 수평 길이와 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분사구들(321)의 최대 직경은 상기 공정 대상물(W)의 직경의 0.6배 내지 0.7배일 수 있다.
상기 분사 노즐(330)은 상기 가스 박스(310)의 상기 가스 통로(311)와 연결될 수 있다. 상기 분사 노즐(330)은 상기 가스 박스(310)와 상기 샤워 헤드(320) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 분사 노즐(330)은 상기 가스 박스(310)의 상기 혼합 영역(310m) 내에 위치할 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 가스 통로(311)를 통해 전달된 공정 가스는 상기 분사 노즐(330)에 의해 상기 샤워 헤드(320) 상으로 분사될 수 있다.
상기 커버 부재(700)는 상기 서셉터 구동 유닛(400)에 의해 상승한 상기 서셉터(200)의 가장 자리를 덮을 수 있다. 상기 상부 챔버(120) 내에서 상기 서셉터(200)의 위치는 상기 커버 부재(700)에 의해 결정될 수 있다.
상기 커버 부재(700)의 상부면은 상기 가스 박스(310)의 상기 림면(310r)과 마주볼 수 있다. 상기 커버 부재(700)의 상부면은 상기 가스 박스(310)의 상기 림면(310r)과 이격될 수 있다. 상기 가스 분사 유닛(300)에 의해 분사된 공정 가스는 상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)을 통해 배출될 수 있다.
상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)은 상기 공정 챔버(100)의 상기 배기 덕트(121)와 수평 정렬될 수 있다. 상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)은 상기 공정 챔버(100)의 상기 배기 덕트(121)의 최저 레벨과 최고 레벨 사이에 위치할 수 있다.
상기 배플 조립체(800)는 상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)을 통해 배출되는 공정 가스의 흐름을 분산할 수 있다. 상기 배플 조립체(800)는 상기 배기 유닛(600)의 위치에 따른 공정 가스의 배출 속도가 달라지는 것을 방지할 수 있다.
상기 배플 조립체(800)는 상기 가스 분사 유닛(300)의 외측에 위치할 수 있다. 상기 배플 조립체(800)는 슬릿(800S)을 포함할 수 있다. 상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)은 상기 가스 분사 유닛(300)의 측면을 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 배플 조립체(800)는 서로 이격된 하부 배플(810) 및 상부 배플(820)을 포함할 수 있다.
상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)은 상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)과 수평 정렬될 수 있다. 상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)은 상기 서셉터(200)와 상기 가스 분사 유닛(300) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 배플(810)은 상기 서셉터(200)의 측면 상에 위치하고, 상기 상부 배플(820)은 상기 가스 분사 유닛(300)의 측면 상에 위치할 수 있다.
상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)의 크기는 상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)의 크기보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 부재(700)와 상기 가스 박스(310) 사이의 공간(300S)은 상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)의 최저 레벨과 최고 레벨 사이에 위치할 수 있다.
상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)은 상기 공정 챔버(100)의 상기 배기 덕트(121)와 수평 정렬될 수 있다. 상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)의 크기는 상기 공정 챔버(100)의 상기 배기 덕트(121)의 크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 배플 조립체(800)의 상기 슬릿(800S)은 상기 공정 챔버(100)의 상기 배기 덕트(121)의 최저 레벨과 최고 레벨 사이에 위치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서 가스 박스(310)의 경사면(310s)의 경사각에 따른 정규화된 벽 전단 응력(normalized wall shear stress)의 변화를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 4에 도시된 그래프의 가로축은 공정 대상물의 정규화된 반경(normalized radius)이다.
도 4를 참조하면, 가스 박스(310)의 경사면(310s)의 경사각이 15°내지 35°이면, 공정 대상물 상의 위치에 따른 정규화된 벽 전단 응력을 나타낸 그래프는 공정 대상물의 정규화된 반경이 대략 0.8 내지 0.9인 지점에서 변곡점을 갖는다. 그러나, 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 경사각이 10°으로 낮아지면, 공정 대상물 상의 위치에 따른 정규화된 벽 전단 응력을 나타낸 그래프는 공정 대상물의 정규화된 반경이 대략 0.6 내지 0.7인 지점에서 변곡점을 갖는다.
상기 정규화된 벽 전단 응력을 나타낸 그래프에서 변곡점은 유동의 급격한 변화가 발생하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 경사각이 10°로 낮아지면, 공정 가스의 이동 속도의 급격히 변하는 지점이 상대적으로 상기 공정 대상물(W)의 내측 방향으로 이동한다.
상기 공정 가스의 급격한 속도 변화는 상기 공정 대상물(W) 상에 형성되는 층의 두께의 급격한 변화를 유발할 수 있다. 즉, 상기 공정 가스의 이동 속도가 변하는 지점이 상대적으로 상기 공정 대상물(W)의 내측 방향으로 이동하면, 상기 공정 대상물(W) 상에 형성되는 층의 두께 산포는 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서는 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 경사각이 10°초과, 바람직하게는 15°이상으로 한정된다.
또한, 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 경사각이 35°으로 높아지면, 상기 공정 대상물 상의 위치에 따른 정규화된 벽 전단 응력을 나타낸 그래프의 경사각 상대적으로 커진다. 상기 공정 대상물 상의 위치에 따른 정규화된 벽 전단 응력을 나타낸 그래프의 경사는 상기 공정 대상물 상의 위치에 따른 상기 공정 가스의 속도 변화량을 의미한다. 즉, 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 경사각이 35°으로 높아지면, 상기 공정 대상물(W) 상에서 상기 공정 가스가 상대적으로 빠르게 이동하게 된다. 상기 공정 가스의 이동 속도가 빨라지면, 상기 공정 대상물(W) 상의 인접한 두 위치에서 증착되는 층의 두께 차이가 커질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서는 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)의 경사각이 35°미만, 바람직하게는 30°이하로 한정된다.
결과적으로 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비는 가스 분사 유닛의 가스 박스가 공정 대상물보다 작은 직경의 샤워 헤드를 수용하는 오목 영역 및 상기 오목 영역의 외측에 위치하는 경사면을 포함하되, 상기 경사면의 경사각을 10°초과 35°미만, 바람직하게는 15° 내지 30°로 한정한다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서는 공정 대상물 상에서 공정 가스의 급격한 속도 변화가 방지될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서는 공정 대상물 상에서 공정 가스가 상대적으로 낮은 이동 속도를 가질 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비에서는 공정 대상물 상에 형성되는 층의 두께 산포가 최소화될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비의 서셉터 및 가스 분사 유닛을 나타낸 도면이다. 도 5b는 도 5a의 R 영역을 확대한 도면이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비의 가스 분사 유닛(300)은 가스 박스(310), 가스 분사구들(321)을 포함하는 샤워 헤드(320) 및 상기 가스 박스(310)와 상기 샤워 헤드(320) 사이에 위치하는 분사 노즐(330)을 포함할 수 있다.
상기 가스 박스(310)는 샤워 헤드(320)의 외측에 위치하는 경사면(310s) 및 상기 경사면(310s)의 외측에 위치하는 림면(310r)을 포함할 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)은 상기 샤워 헤드(320)의 하부면과 직접 연결되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 박스(310)는 상기 경사면(310s)과 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면 사이에 위치하는 중간면(intermediate surface, 310i)을 더 포함할 수 있다.
상기 가스 박스(310)의 상기 중간면(310i)은 상기 가스 박스(310)의 상기 경사면(310s)과 연속될 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 중간면(310i)은 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면과 연속될 수 있다. 상기 가스 박스(310)의 상기 중간면(310i)의 레벨은 상기 샤워 헤드(320)의 상기 하부면의 레벨과 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 박스(310)의 상기 중간면(310i)은 공정 대상물(W)의 상부면과 평행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 공정 설비는 공정 챔버(100), 서셉터(200), 가스 분사 유닛(300), 서셉터 구동 유닛(400), 가스 공급 유닛(500), 배기 유닛(600) 및 커버 부재(700)를 포함할 수 있다. 상기 가스 공급 유닛(500)은 제 1 가스 공급 유닛(510) 및 제 2 가스 공급 유닛(520)을 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 하부 챔버(110) 및 상부 챔버(120)를 포함할 수 있다. 상기 하부 챔버(110)는 로딩/언로딩 포트(111), 게이트 밸브(112) 및 배기 포트(113)를 포함할 수 있다.
상기 가스 분사 유닛(300)에 의해 분사된 공정 가스는 상기 하부 챔버(110)의 상기 배기 포트(113)를 통해 배기될 수 있다. 상기 하부 챔버(110)의 상기 배기 포트(113)는 상기 배기 유닛(600)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기 유닛(600)은 상기 하부 챔버(110)의 외측에 위치할 수 있다.
100 : 공정 챔버 200 : 서셉터
300 : 가스 분사 유닛 310 : 평판 샤워 헤드
320 : 가스 박스 400 : 서셉터 구동 유닛
500 : 가스 공급 유닛 600 : 배기 유닛
800 : 배플 조립체

Claims (10)

  1. 공정 대상물을 지지하는 서셉터;
    상기 서셉터와 이격되고, 상기 공정 대상물의 상부면과 마주보는 오목 영역 및 상기 오목 영역의 외측에 위치하는 경사면을 포함하는 가스 박스; 및
    상기 가스 박스의 상기 오목 영역 내에 위치하는 샤워 헤드를 포함하되,
    상기 가스 박스의 상기 경사면의 경사각은 10°초과 35°미만인 반도체 공정 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 박스의 상기 오목 영역의 수평 길이는 상기 공정 대상물의 수평 길이보다 작은 반도체 공정 설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 박스의 상기 경사면의 최고 레벨은 상기 샤워 헤드의 하부면의 레벨과 동일한 반도체 공정 설비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 가스 분사구들을 포함하되, 상기 샤워 헤드의 상기 가스 분사구들은 상기 공정 대상물을 따라 나란히 위치하는 반도체 공정 설비.
  5. 공정 대상물을 지지하는 서셉터; 및
    상기 서셉터와 이격되고, 상기 공정 대상물 상으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함하되,
    상기 가스 분사 유닛은 상기 공정 대상물의 가장 자리와 마주보는 경사면 및 상기 경사면의 내측에 위치하는 가스 분사구들을 포함하고,
    상기 가스 분사 유닛의 상기 경사면의 경사각은 10°초과 35°미만인 반도체 공정 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분사 유닛의 상기 경사면의 경사각은 15°내지 30°인 반도체 공정 설비.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분사 유닛의 외측에 위치하는 배플 조립체(baffle assembly)를 더 포함하되,
    상기 배플 조립체는 상기 가스 분사 유닛의 측면을 따라 연장되는 슬릿을 포함하는 반도체 공정 설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배플 조립체의 외측에 위치하는 공정 챔버를 더 포함하되,
    상기 공정 챔버는 상기 배플 조립체를 따라 연장되는 배기 덕트를 포함하는 반도체 공정 설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 외측에 위치하는 배기 유닛을 더 포함하되,
    상기 배기 유닛은 상기 공정 챔버의 상기 배기 덕트와 직접 연결되는 반도체 공정 설비.
  10. 웨이퍼를 지지하는 서셉터;
    상기 서셉터의 상부에 위치하고, 가스 분사구들을 포함하는 샤워 헤드; 및
    상기 서셉터와 이격되고, 상기 샤워 헤드를 수용하는 오목 영역 및 상기 오목 영역의 외측에 위치하는 경사면을 포함하는 가스 박스를 포함하되,
    상기 가스 박스의 상기 경사면은 10°초과 35°미만의 경사를 갖는 반도체 공정 설비.
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