KR20180002103A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예의 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 갖는 공정 챔버, 상기 처리 공간 상부에 위치하며 상기 처리 공간으로 가스를 분사하는 샤워 헤드, 공정 가스 공급관을 통해 유입된 공정 가스를 상기 샤워 헤드로 공급하는 가스 공급 블록, 상기 가스 공급 블록 상부에 위치되며 상기 공정 챔버로 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급부, 상기 클리닝 가스 공급부와 상기 가스 공급 블록을 연결하는 중공형의 도파관, 상기 도파관과 결합되고 상기 공정 챔버로 상기 클리닝 가스의 공급을 단속하는 게이트 밸브 조립체, 및 상기 게이트 밸브 조립체와 상기 가스 공급 블록 사이의 도파관으로 커튼 가스를 공급하여 상기 공정 가스가 상기 게이트 밸브측으로 유입됨을 방지하도록 구성된 커튼 가스 공급부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Wafer Processing Apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 공정 가스의 역류를 방지할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로 장치의 집적 밀도가 기하 급수적으로 감소됨에 따라, 미세 패턴에 대한 요구가 증대되고 있다. 균일한 두께 및 선폭을 갖는 미세 패턴을 제작하기 위하여, 반도체 기판(웨이퍼)상에 증착 또는 식각을 위해 제공되는 가스들이 고르게 분사되는 작업이 수반되어야 한다.
현재, 반도체 기판상에 고르게 가스를 분사하기 위하여, 반도체 기판 상부에서 가스를 공급하는 샤워 헤드(shower head) 방식이 이용되고 있다.
또한, 반도체 디바이스의 특성을 균일하게 하는 기판 처리 방법의 일환으로, 적어도 2종류의 공정 가스를 교대로 공급하여, 기판 표면에서 반응시키는 교대 공급 방법, 일명 ALD(atomic layer deposition) 방식이 있다. 교대 공급 방법에서는, 각 가스가 기판 표면 이외에서 반응하는 것을 억제하기 위해서, 각 가스를 공급하는 동안에 클리닝 가스(퍼지 가스)를 제공하여 잔류 가스를 제거하고 있다.
본 발명은 공정 챔버의 오염을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 제공할 것이다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 갖는 공정 챔버, 상기 처리 공간 상부에 위치하며 상기 처리 공간으로 가스를 분사하는 샤워 헤드, 공정 가스 공급관을 통해 유입된 공정 가스를 상기 샤워 헤드로 공급하는 가스 공급 블록, 상기 가스 공급 블록 상부에 위치되며 상기 공정 챔버로 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급부, 상기 클리닝 가스 공급부와 상기 가스 공급 블록을 연결하는 중공형의 도파관, 상기 도파관과 결합되고 상기 공정 챔버로 상기 클리닝 가스의 공급을 단속하는 게이트 밸브 조립체, 및 상기 게이트 밸브 조립체와 상기 가스 공급 블록 사이의 도파관으로 커튼 가스를 공급하여 상기 공정 가스가 상기 게이트 밸브측으로 유입됨을 방지하도록 구성된 커튼 가스 공급부를 포함한다.
발명에 따르면, 공정 가스 주입시, 공정 가스 주입구 보다 상류에 역류 방지 가스를 공급하는 커튼 가스 공급부를 설치하여, 공정 가스의 역류를 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커튼 가스 공급부와 도파관의 관계를 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커튼 가스 공급 시점을 설명하기 ALD 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 게이트 밸브 및 커튼 가스 공급관을 확대하여 보여주는 단면도이다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 기판 처리 장치는 처리 공간(100a)을 갖는 공정 챔버(100)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(100)는 웨이퍼(w)가 입출될 도어 밸브(D1), 기판 지지대(110), 샤워 헤드(120), 가스 공급 블록(130), 공정 가스 공급부(140) 및 클리닝 가스 공급부(150)를 포함할 수 있다.
기판 지지대(110)는 웨이퍼가 안착되는 스테이지(111) 및 처리 공간(100a)의 바닥부에 위치되어 상기 스테이지(121)를 지지하는 지지부(112)를 포함할 수 있다. 지지부(112)는 처리 공간(100a)의 저부를 관통하도록 구성되며, 처리 공간(110) 외부에 구비될 수 있는 승강부(도시되지 않음)에 의해 구동력을 제공받을 수 있다. 상기 승강부로부터 구동력을 제공받은 지지부(112)에 의해, 도어 밸브(D1)를 통해 장입된 웨이퍼(w)는 처리 공간(100a) 내부로 상승될 수 있다.
샤워 헤드(120)는 공정 챔버(100)의 상부에 위치되어, 공정 가스를 상기 처리 공간(100a)에 제공할 수 있다.
상기 가스 공급 블록(130)은 샤워 헤드(120) 상부에 위치되어, 제공되는 가스들을 적절히 혼합시켜 상기 샤워 헤드(120)로 공급할 수 있다. 가스 공급 블록(130)은 예를 들어, Al2O5 물질과 같은 절연블록으로 구성될 수 있다.
상기 공정 가스 공급부(140)는 상기 가스 공급 블록(130)에 연결될 수 있다. 상기 공정 가스 공급부(140)는 적어도 하나의 공정 가스 공급원(141)과 연결되는 공급관(145)으로 구성될 수 있다. 각각의 공급원(141)은 성막을 위한 다양한 원료 가스를 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 공급원(141)이 구비되는 경우, 복수의 공급원(141a,141b,141c)들은 각각 서브 공급관(142a,142b,142c)에 의해 연결될 수 있고, 상기 복수의 서브 공급관(142a,142b,142c)은 하나의 메인 공급관(145)에 의해 통합될 수 있다. 본 실시예에서, 공정 가스 공급부(140)의 공급관(145)은 상기 메인 공급관에 해당할 수 있다.
상기 공정 가스 공급부(140)는 복수의 가스들이 동시에 또는 선택적으로 공급될 수 있도록 상기 서브 공급관(142a~142c)마다 개폐 밸브(143, 143a~143c)가 구비될 수 있다. 아울러, 상기 복수의 공급원들(141, 141a~141c)과 상기 개폐 밸브(143, 143a~143c) 사이 각각에 매스플로우 콘트롤러(MFC, 도시되지 않음)가 더 구비될 수 있다.
클리닝 가스 공급부(150)는 가스 공급 블록(130) 상부에 위치되어, 상기 공정 챔버(100)의 처리 공간(100a) 내부에 적어도 하나의 클리닝 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 클리닝 가스 공급부(150)와 상기 가스 공급 블록(130)은 중공형의 도파관(160)에 의해 상호 연결될 수 있다. 클리닝 가스 공급부(150)는 클리닝 가스원(152)과 연결된 리모트 플라즈마 유닛(156)을 포함할 수 있다. 상기 클리닝 가스원(152) 및 리모트 플라즈마 유닛(156)은 상부로부터 순차적으로 배치될 수 있으며, 상기 클리닝 가스원(152)과 리모트 플라즈마 유닛(156) 사이에 개폐 밸브(154)가 구비될 수 있다. 상기 개폐 밸브(154)는 클리닝 가스원(152)로부터 제공되는 가스를 선택적으로 상기 리모트 플라즈마 유닛(156)에 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 클리닝 가스 공급부(150) 역시 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 클리닝 가스로는 불활성 가스, 예컨대, 질소, 헬륨, 네온 또는 아르곤 가스가 이용될 수 있다. 상기 리모트 플라즈마 유닛(156)은 제공된 클리닝 가스를 플라즈마화시킬 수 있다.
한편, 상기 클리닝 가스 공급부(150)와 상기 가스 공급 블록(130) 사이를 연결하는 도파관(160)에 게이트 밸브(170)가 더 설치될 수 있다. 상기 게이트 밸브(170)는 상기 가스 공급 블록(130)로부터 역류되는 공정 가스의 유입을 차단하는 역할 및 플라즈마화된 클리닝 가스를 가스 공급 블록(130)에 선택적으로 제공하는 역할을 수행할 수 있다.
일반적으로, 웨이퍼상의 성막 공정은 클리닝 가스가 차단된 상태에서 진행되는 것이 일반적이다. 이에 따라, 웨이퍼 성막 공정시, 상기 게이트 밸브(170)는 폐쇄될 수 있다. 그런데, 상기 성막 과정에서, 공정 가스들이 샤워 헤드(120) 방향뿐만 아니라, 다시 도파관(160) 방향(클리닝 가스 공급부 방향)으로 역류되는 현상이 종종 발생될 수 있다. 이와 같은 현상은 ALD 장비의 경우 챔버 내부 압력을 수시로 변화시키는 원인이 될 수 있다.
상기 게이트 밸브(170)에 의해 공정 가스가 클리닝 가스 공급부(150)로 역류되는 것은 방지될 수 있으나, 상기 게이트 밸브(170) 하단에 위치하여 도파관(160)의 내부 통로를 차단하기 위한 차단 부재 부분(도시되지 않음)에 의도치 않은 물질막이 증착될 수 있다. 이와 같은 잔류 물질막은, 게이트 밸브(170)의 하단에 생성되기 때문에 상기 클리닝 가스의 전달로도 쉽게 제거되지 않고, 게이트 밸브(170)의 기능을 저하시키거나, 심지어 웨이퍼상에 낙하되어 다른 전기적 문제를 유발할 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 게이트 밸브(170)와 공정 가스 공급부(140)의 공급관(145) 사이의 도파관(160)에 역류 방지를 위한 커튼 가스 공급부(200)를 설치한다. 커튼 가스 공급부(200)는 커튼 가스 공급원(205)과 연결되는 커튼 가스 공급관(210)을 포함할 수 있다. 커튼 가스 공급관(210)은 게이트 밸브(170)와 상기 공급관(145) 사이의 도파관(160)과 연통되어, 상기 도파관(160) 내부로 커튼 가스를 공급할 수 있다. 여기서, 상기 커튼 가스는 예를 들어, Ar일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 도파관(160)은 일측벽에 상기 커튼 가스 공급관(210)이 삽입 고정되는 확산 홈부(H1)가 구비될 수 있다. 확산 홈부(H1)에 대응되는 도파관(160)의 내벽에 복수의 분사공(H2)이 구비된다. 이에 따라, 커튼 가스 공급관(210)을 통해 공급되는 커튼 가스들은 상기 분사공(H2)을 통해 도파관(160) 내측으로 분사된다.
상기 분사된 커튼 가스는 도파관(160)내에 설치된 게이트 밸브(170)의 저면에 전달되어, 상기 게이트 밸브(170) 하부면의 막 생성을 저지할 수 있다.
예를 들어, 상기 커튼 가스는 게이트 밸브(170) 하부 면의 막 생성을 저지할 수 있도록 공정 가스 단계와 동시에 주입될 수 있다.
여기서, 도 4를 참조하여, 2개의 공정 가스를 이용하여 ALD 방식으로 박막을 증착하는 방법을 예를 들어 설명하도록 한다.
먼저, 성막을 위한 제 1 공정 가스를 일정 시간 공급한 다음, 퍼지 가스를 공급하여, 반응되지 않는 잔류물을 제거한다. 다음, 제 1 공정 가스와 반응될 제 2 공정 가스를 일정 시간 공급한 다음, 다시 퍼지 가스를 공급하여, 반응되지 않은 잔류물을 제거한다.
이때, 상기 제 1 공정 가스 주입단계, 퍼지 가스 주입단계, 제 2 공정 가스 주입단계 및 퍼지 가스 주입단계로 구성된 일련의 단계를 하나의 성막 사이클로 정의할 수 있으며, 상기 성막 사이클은 막 두께를 고려하여 다수 번 반복 실시될 수 있다. 또한, 다수번의 성막 사이클을 진행하여, 성막이 완료된 후, 챔버내에 클리닝 가스를 일정 시간 공급하여 챔버 내부를 클리닝할 수 있다. 상기 커튼 가스는 상기 클리닝 가스 공급 단계를 제외하고, 상기 성막 사이클 동안 연속적으로 주입될 수 있다.
이에 따라, 성막 중 압력 변화에 의해 공정 가스들이 역류되더라도, 커튼 가스 공급부(200)에 의해, 상기 공정 가스들이 게이트 밸브(170)쪽으로 흘러 들어감이 차단될 뿐만 아니라, 게이트 밸브(170) 하부면에 비정상적인 성막을 방지할 수 있다.
또한, 커튼 가스 공급부(200)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 밸브(170)과 일체로, 다시 말해, 직접 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 게이트 밸브(170)는 상기 도파관(160) 내부를 차단하는 차단 부재(170a)를 포함할 수 있다. 상기 차단 부재(170a) 하부에 상기 커튼 가스 공급관(210)으로부터 공급된 상기 커튼 가스를 상기 도파관(160) 내부 통로로 분사하는 커튼 가스 분사부(211)를 구비할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 게이트 밸브와 공정 가스 공급부 사이에 커튼 가스 공급부를 설치한다. 이에 따라, 공정 가스가 역류되더라도, 게이트 밸브 저부에 의도하지 않은 성막을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 게이트 밸브(170)로서, 부재 슬라이드 타입을 예를 들어 설명하였지만, 솔리드 웨지(solid wedge) 타입, 플렉서블(flexible) 타입, 스프링(spring) 타입, 벨로우 씰(bellow seal) 타입, 볼(ball) 타입 및 체크(check) 밸브 타입 등 다양한 형태의 밸브가 여기에 이용될 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 반도체 제조 장치 100a : 처리 공간
120 : 샤워 헤드 130 : 가스 공급 블록
140 : 공정 가스 공급부 145 : 메인 공급관
150 : 클리닝 가스 공급부 160 : 도파관
170 : 게이트 밸브 200 : 커튼 가스 공급부

Claims (7)

  1. 내부에 처리 공간을 갖는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 상부에 위치하며 상기 처리 공간으로 가스를 분사하는 샤워 헤드;
    공정 가스 공급관을 통해 유입된 공정 가스를 상기 샤워 헤드로 공급하는 가스 공급 블록;
    상기 가스 공급 블록 상부에 위치되며, 상기 공정 챔버로 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급부;
    상기 클리닝 가스 공급부와 상기 가스 공급 블록을 연결하는 중공형의 도파관;
    상기 도파관과 결합되고, 상기 공정 챔버로 상기 클리닝 가스의 공급을 단속하는 게이트 밸브 조립체; 및
    상기 게이트 밸브 조립체와 상기 가스 공급 블록 사이의 도파관으로 커튼 가스를 공급하여, 상기 공정 가스가 상기 게이트 밸브측으로 유입됨을 방지하도록 구성된 커튼 가스 공급부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스 공급부는 상기 클리닝 가스를 활성화시키기 위한 리모트 플라즈마 유닛을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커튼 가스 공급부는,
    상기 커튼 가스를 상기 도파관으로 공급하기 위해 상기 도파관에 연결되는 커튼 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도파관은 상기 커튼 가스 공급관이 삽입 고정되는 확산 홈부와,
    상기 확산 홈부와 대응되는 도파관 내벽에, 상기 커튼 가스 공급관을 통해 제공되는 상기 커튼 가스를 상기 도파관 내부로 분사하는 복수의 분사공을 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커튼 가스 공급부는 상기 게이트 밸브 조립체와 일체로 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브 조립체는 상기 도파관 내부의 통로를 차단하는 차단 부재와,
    상기 차단 부재 하부에 설치되며 상기 커튼 가스 공급관으로부터 공급된 상기 커튼 가스를 상기 도파관 내부 통로로 분사하기 위한 커튼 가스 분사부를 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커튼 가스 공급부는 상기 공정 가스 유입시 상기 커튼 가스가 제공되도록 제어되는 기판 처리 장치.
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