KR20230130300A - 배플 링 및 에지 링을 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

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강동석
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Abstract

기판 처리 장치는, 기판 처리 공정이 수행되는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 설치되어 기판을 안착시키고, 상기 기판 처리 공정시에 중심축을 기준으로 회전하는 기판 지지대와, 공정 가스 공급원으로부터 공급된 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하는 샤워 헤드 유닛과, 상기 기판 지지대의 외측 원주 방향으로 상기 기판 지지대를 둘러싸며 상기 기판 지지대와 함께 회전하는 에지 링과, 상기 공정 챔버의 일측에 고정되고 상기 에지 링의 외주면에 대응하는 형상의 내주면을 가지되, 상기 에지 링의 외주면과 상기 내주면 사이에 갭 공간이 형성되는 배플 링과, 상기 공정 가스가 상기 갭 공간을 통해 상기 공정 챔버의 하부 공간으로 침투하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스 공급원으로부터 공급된 퍼지 가스를 상기 갭 공간의 상측으로 방출하는 퍼지 가스 제공부로 이루어진다.

Description

배플 링 및 에지 링을 갖는 기판 처리 장치{Substrate processing apparatus having a baffle ring and an edge ring}
본 발명은 기판에 박막을 증착하거나, 식각, 세정하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 배플 링과 에지 링 사이의 갭 공간을 통한 공정 가스의 누설이 방지되는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기판에 반응가스를 공급하여 박막을 증착시키는 박막 증착 방법은 원자층박막증착(ALD; Atomic Layer Deposition)과 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등이 알려져 있다. 상기 원자층박막증착법은 기판에 반응가스의 공급과 퍼지를 교대로 시행하여 기판에 흡착 및 증착시키는 방법이고, 상기 화학기상증착법은 반응가스를 동시에 분사하여 기판에 증착시키는 방법이다.
이 박막 증착 방법을 실행하는 장치는 예컨대 내부에 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)를 탑재하기 위한 히터 부재를 갖는 공정 챔버와, 해당 히터 부재와 대향하여 마련된 웨이퍼 표면을 향해서 공정 가스의 공급을 실행하는 기판 처리 장치를 구비하고 있다.
그런데, 반도체 분야용 기판 처리 장치 중에서는 샤워 헤드에서 분사된 공정 가스가 챔버 하부로 침투하지 않도록 공정 챔버에 배플 링과 에지 링 구조를 채용하는 예가 있다. 일반적으로, 기판 지지대와 결합되는 에지 링은 상기 기판 지지대의 상하 운동에 따라 함께 움직인다. 특히, 기판 처리 공정시에는 상기 기판 지지대가 공정 위치로 이동하는데, 이 때에는 배플 링과 에지 링은 0.5 내지 2mm 정도의 일정한 간격을 유지하는 상태가 된다.
이 때, 챔버 하부에 퍼지 가스를 공급하면, 배플 링과 에지 링 사이의 갭 공간을 통해 퍼지 가스가 상방으로 방출됨으로써, 상측의 공정 가스가 챔버 하부로 이동하는 것이 방지될 수 있다. 그런데, 이러한 퍼지 가스의 분사 압력 제어나 방출 경로가 올바르지 않으면 상기 공정 가스와의 충돌로 이물질을 발생시키거나, 바람직하지 않은 기판 하면의 증착 등의 문제를 야기할 수 있다.
한국특허공개공보 2021-0047064호 (2021.4.29. 공개)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배플 링 및 에지 링 사이의 갭 공간을 통해 상방으로 방출되는 퍼지 가스로 인하여 공정 가스의 기능에 장애가 발생하지 않도록 상기 개선된 갭 공간의 구조를 제시하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판 처리 공정이 수행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 설치되어 기판을 안착시키고, 상기 기판 처리 공정시에 중심축을 기준으로 회전하는 기판 지지대; 공정 가스 공급원으로부터 공급된 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하는 샤워 헤드 유닛; 상기 기판 지지대의 외측 원주 방향으로 상기 기판 지지대를 둘러싸며 상기 기판 지지대와 함께 회전하는 에지 링; 상기 공정 챔버의 일측에 고정되고 상기 에지 링의 외주면에 대응하는 형상의 내주면을 가지되, 상기 에지 링의 외주면과 상기 내주면 사이에 갭 공간이 형성되는 배플 링; 및 상기 공정 가스가 상기 갭 공간을 통해 상기 공정 챔버의 하부 공간으로 침투하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스 공급원으로부터 공급된 퍼지 가스를 상기 갭 공간의 상측으로 방출하는 퍼지 가스 제공부를 포함하되, 상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대의 반경 방향으로 형성된 수평 갭과 상기 기판 지지대의 축방향으로 형성된 수직 갭이 각각 적어도 1회 이상 교대로 반복되는 구조를 갖는다.
상기 회전 지지대는 상기 기판 처리 공정시에 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 포함한다.
상기 샤워 헤드 유닛은 상기 공정 챔버의 탑 리드에 설치되고, 상기 샤워 헤드 유닛에서 분사된 공정 가스가 상기 기판을 처리한 후에 남은 잔여 가스와, 상기 갭 공간의 상측으로 방출된 상기 퍼지 가스는, 상기 공정 챔버의 측벽에 형성된 펌핑 포트를 통해 외부로 배출된다.
상기 갭 공간은 상기 기판 지지대가 회전 및 승강 움직임을 갖는 경우에도 상기 에지 링과 상기 배플 링 간에 간섭이 발생하지 않도록 형성된다.
상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대의 반경 방향으로 형성된 수평 갭이 2회 반복되고, 상기 기판 지지대의 축방향으로 형성된 수직 갭이 3회 반복된다.
상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대의 반경 방향으로 형성된 수평 갭이 n회 반복되고, 상기 기판 지지대의 축방향으로 형성된 수직 갭이 n+1회 반복되며, 상기 갭 공간의 하측 입구 및 상측 출구는 모두 상기 수직 갭으로 형성된다.
상기 갭 공간의 상측 출구는 상측으로 갈수록 넓어지는 플레어 형상을 갖는다.
상기 갭 공간의 상측 출구는, 상기 반경 방향을 기준으로 내측 면이 수직면으로, 외측 면이 상기 반경 방향을 기준으로 외측으로 기울어진 경사면으로 형성된다.
상기 샤워 헤드 유닛의 하면은 제1 표면과, 상기 제1 표면으로부터 하방으로 돌출된 제2 표면과, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 연결하는 경사면을 포함하고, 상기 경사면은, 상기 갭 공간의 상측으로 방출된 상기 퍼지 가스가 상기 반경 방향을 기준으로 외측으로 가이드하기 위해, 상기 갭 공간의 상측 출구 근처에 형성된다.
상기 n회 반복되는 수평 갭 또는 상기 n+1회 반복되는 수직 갭은 상기 하측 입구로부터 상기 상측 출구로 갈수록 그 길이가 작아진다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 배플 링 및 에지 링 사이의 갭 공간을 통해 상방으로 방출되는 퍼지 가스에 의해 공정 가스의 기능이 방해되는 문제가 해소될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 잔여 공정 가스와 퍼지 가스가 공정 챔버의 외부로 원활하게 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 공정 가스에 의한 기판 박막 증착 품질이 향상되고, 기판에 이물질이 발생하거나 기판 후면 증착과 같은 부작용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 종래의 갭 공간의 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 갭 공간의 형상을 도시한, 도 1의 영역 S의 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 갭 공간의 형상을 도시한, 도 1의 영역 S의 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 갭 공간의 형상을 도시한, 도 1의 영역 S의 일부 확대도이다.
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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 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 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)의 구성을 도시한 종단면도이다.
기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 기판 지지대(20), 샤워 헤드 유닛(10), 에지 링(55), 배플 링(50), 퍼지 가스 제공부(30) 및 펌핑 포트(115)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버(110)는 기판(W)을 수용하고 상기 기판(W)에 대해 공정 가스(G1)를 공급함으로써 기판 처리 공정이 수행되는 공간이다. 공정 챔버(110)는 탑 리드(111)와, 측벽(112)과, 하벽(113)으로 구성될 수 있다.
탑 리드(111)에는, 공정 가스 공급원(미도시 됨)으로부터 공급된 공정 가스(G1)를 기판(W)에 분사하는 샤워 헤드 유닛(10)이 설치될 수 있다. 구체적으로, 샤워 헤드 유닛(10)은 인입 포트 블록(11), 확산 블록(12) 및 분사 노즐(13)의 조합으로 이루어질 수 있다. 인입 포트 블록(11)에는 유입관(5)의 하측 단부가 결합되고, 상기 유입관(5)의 하측 단부는 확산 블록(12)의 확산 영역(14)과 연통된다. 상기 유입관(5)을 통해 공급된 공정 가스(G1)는 상기 확산 영역(14)에 의해 중심으로부터 외측 방향으로 확산된다. 이와 같이 외측으로 확산된 가스는 확산 블록(12)과 분사 노즐(13) 사이의 버퍼 공간에 모인 후 최종적으로 분사 노즐(13)에 형성된 다수의 노즐공(15)을 통해 하방으로 분사된다. 이러한 공정 가스(G1)는 기판(W)의 상면에 박막을 증착하기 위해, 단일 종류의 가스가 사용될 수도 있고 상호 반응하는 복수의 가스가 사용될 수도 있다.
기판 지지대(20)는 공정 챔버(110) 내에 배치되어 기판(W)을 안착시키고, 기판 처리 공정시에 리니어 모터와 같은 구동 장치(미도시 됨)에 의해 승강하여(T), 도 1과 같이 기판(W)을 샤워 헤드 유닛(10)에 인접한 공정 위치로 이동될 수 있다. 또한, 기판 처리 공정시에 기판(W)의 균일한 증착을 위해, 기판 지지대(20)는 중심축(22)을 기준으로 등속으로 회전할 수 있다(R). 상기 중심축(22)은 공정 챔버(110)의 하벽(113)을 통과하여 외부의 구동 장치와 결합된다. 또한, 상기 기판 지지대(20)에는 기판 처리 공정시 상기 안착되는 기판(W)을 가열하기 위한 히터(미도시 됨)가 구비될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판 지지대(20)의 외측 원주 방향으로 상기 기판 지지대(20)를 둘러싸며 상기 기판 지지대(20)와 함께 회전하는 에지 링(55)이 설치된다. 또한, 상기 공정 챔버(110)의 일측에는 배플 링(50)이 고정적으로 설치된다. 상기 배플 링(50)의 내주면은 상기 에지 링(55)의 외주면에 대응하는 형상을 가지며, 이에 따라 상기 에지 링(55)의 외주면과 상기 내주면 사이에는 갭 공간(S)이 형성된다. 상기 갭 공간(S)의 간격은 0.5 내지 2mm 정도의 범위에 속한다.
공정 챔버(110)의 하벽(113)의 일측에는 퍼지 가스 제공부(30)가 설치될 수 있다. 퍼지 가스 제공부(30)는 상기 공정 가스(G1)가 상기 갭 공간(S)을 통해 상기 공정 챔버(110)의 하부 공간으로 침투하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스 공급원(미도시 됨)으로부터 공급된 퍼지 가스(G2)를 상기 갭 공간(S)의 상측으로 방출한다. 여기서, 상기 갭 공간(S)은, 상기 기판 지지대(20)의 반경 방향으로 형성된 수평 갭과 상기 기판 지지대(20)의 축방향으로 형성된 수직 갭이 각각 적어도 1회 이상 교대로 반복되는 구조를 갖는다.
한편, 펌핑 포트(115)는 음압 펌프(미도시 됨)에 의해, 상기 기판을 처리하고 남은 공정 가스(G1)의 잔여 가스(G2) 및 상기 상방으로 방출된 퍼지 가스(G3)를 펌핑하여 외부로 배출한다. 특히, 상기 펌핑 포트(115)는 상기 가스들(G2, G3)을 기판 지지대(20)의 반경 방향 외측으로 배출하도록, 상기 공정 챔버(110)의 측벽(112)에 배치될 수 있다.
도 2와 같은 종래의 배플 링(4) 및 에지 링(3)의 구조로 인한 종래의 갭 공간(So)의 형상은 퍼지 가스(G3)를 전반적으로 반경 방향 내측으로 가이드한다. 따라서, 상기 퍼지 가스(G3)는 기판 지지대(2)의 반경 방향 외측을 향하여 유동하는 공정 가스(G1)와 만나는 지점(Zo)에서 역방향으로 충돌을 일으키고 이로 인해 국소적으로 와류(L)가 발생된다. 이러한 와류는 기판(W)의 균일한 증착을 방해하고, 기판(W)에 이물을 형성하거나 기판(W)의 하면이 증착되는 부작용을 일으킨다.
이러한 문제점을 고려하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 갭 공간(S)의 형태는 도 3 내지 도 5와 같이 개선될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 갭 공간(Sa)의 형상을 도시한 일부 확대도이다.
제1 실시예에 따르면 상기 갭 공간(Sa)은, 상기 기판 지지대(20)의 반경 방향으로 형성된 수평 갭(S2)과 상기 기판 지지대(20)의 축방향으로 형성된 수직 갭(S1)이 각각 여러 번 교대로 반복되는 구조를 갖는다. 이러한 갭 공간(Sa)의 구조로 인해, 상기 기판 지지대(20)가 회전(R) 및 승강(T) 움직임을 갖는 경우에도 상기 에지 링(55a)과 상기 배플 링(50a) 간에 간섭이 발생하지 않게 된다. 만약, 수직 갭(S)의 적어도 일부라도 기판(W)의 위로 갈수록 반경방향 외측을 향하게 되면, 기판 지지대(20)와 함께 에지 링(55a)이 상승할 때 에지 링(55a)과 배플 링(50a) 간의 간섭이 발생한다. 따라서, 이러한 간섭을 배제하기 위해서는 상기 수직 갭(S1)은 도 2와 같이 위로 갈수록 반경방향 내측을 향하거나 수직방향을 향하여야 한다.
그런데, 전술한 바와 같이, 수직 갭(S1)이 위로 갈수록 반경방향 내측을 향하게 되면 와류 발생 등의 부작용이 유발되므로, 제1 실시예에서 수직 갭(S1)은 수직 방향을 향하는 것이 최선이다. 이와 같이 수직 갭(S1)을 포함하는 갭 공간(Sa)은 상방으로 방출되는 퍼지 가스(G3)의 마찰을 줄여 유동을 보다 원활하게 해 줄 뿐만 아니라, 상측 출구 지점(Za)으로 방출되는 퍼지 가스(G3)의 방향이 적어도 기판(W) 쪽을 향하지 않기 때문에 공정 가스(G1)와의 충돌도 최소화할 수 있게 된다.
한편, 도 3에서 상기 갭 공간(S)은, 상기 기판 지지대(20)의 반경 방향으로 형성된 수평 갭(S2)이 2회 반복되고, 상기 기판 지지대(20)의 축방향으로 형성된 수직 갭(S1)이 3회 반복되는 것으로 예시되어 있으나 이에 한하는 것은 아니다. 일반적으로 설명하면, 상기 갭 공간(S)은, 상기 기판 지지대(20)의 반경 방향으로 형성된 수평 갭(S2)이 n회 반복되고, 상기 기판 지지대(20)의 축방향으로 형성된 수직 갭(S1)이 n+1회 반복된다. 다만, 상기 갭 공간(S)의 하측 입구 및 상측 출구는 모두 상기 수직 갭(S1)으로 형성된다.
한편, 상측 출구(Za) 근처에서의 수직 갭(S1), 즉 최종 수직 갭(S1)은 퍼지 가스(G3)의 방출 방향을 결정하므로 수직 방향을 향하게 할 필요가 있지만, 나머지 수직 갭은 반드시 그럴 필요는 없다. 따라서, 최종 수직 갭(S1)을 제외한 그 이외의 수직 갭(S1)은 도 2에 도시된 바와 같이 반경 방향 내측으로 경사지게 형성할 수도 있을 것이다.
이러한 복수의 수평 갭(S2)과 복수의 수직 갭(S1)은 모두 동일한 크기를 갖도록 설계할 수도 있지만, 하측 입구로부터 상측 출구(Za)로 갈수록 복수의 수평 갭(S2) 및/또는 복수의 수직 갭(S1)은 그 길이가 점차로 작아지도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 상측 출구(Za)로 갈수록 점차로 감소하는 수직 갭(S1) 또는 수평 갭(S2)의 길이는 하측 입구에서는 퍼지 가스(G3)의 유입이 용이하게 하고, 상측 출구(Za)에서는 속도 증가 효과를 발생시킨다. 이러한 속도 증가 효과로 인해, 공정 가스(G1)가 공정 챔버(110)의 하부로 침투하는 것이 한층 더 억제된다. 예를 들어, 상기 길이의 감소 비율이 20% 내외가 되도록 설계할 수 있다. 일례로, 수직 갭(S1)은 도 3과 같이 하측 입구에서 상측 출구(Za) 방향으로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제3 수직 갭을 포함할 수 있다, 이때 복수의 수직 갭(S1)의 높이는 제1 수직 갭, 제2 수직 갭, 제3 수직 갭 순으로 높을 수 있다. 즉, 하측 입구와 최인접한 제1 수직 갭의 높이가 가장 높을 수 있고, 상측 출구(Za)와 최인접한 제3 수직 갭의 높이가 가장 낮을 수 있다.
예를 들어, 상측 출구(Za)와 최인접한 제3 수직 갭의 높이는 그 아래에 배치된 제2 수직 갭의 높이의 약 65% 내지 약 95%일 수 있다. 또한, 제2 수직 갭의 높이는 그 아래에 배치되며 하측 입구와 최인접한 제1 수직 갭의 높이의 약 65% 내지 약 95%일 수 있다.
상기 제1 및 제2 수직 갭의 높이, 제2 및 제3 수직 갭의 높이 차이 각각이 약 65% 미만인 경우, 상측 출구(Za)에서 퍼지 가스(G3)의 속도 증가 효과가 미미할 수 있고, 이로 인해 공정 가스(G1)가 공정 챔버(110) 하부로 침투하는 것을 한층 더 억제할 수 있는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 수직 갭의 높이, 제2 및 제3 수직 갭의 높이 차이 각각이 약 95%를 초과할 경우, 수직 갭들의 높이 차이가 크게 나지 않아 상측 출구(Za)에서 퍼지 가스(G3)의 속도 증가 효과가 미미할 수 있다.
또한, 이러한 압력 분포의 추가적인 향상을 위해서, 상기 수직 갭(S1)과 상기 수평 갭(S2)이 연결되는 코너 부분에 곡률 반경 내지 라운드(round)을 형성할 수도 있다. 특히, 상기 라운드는 상측 출구 근처(Za)에 가까운 코너 부분에 적용할 경우 보다 양호한 압력 분포 향상 효과를 나타낸다. 여기서, 상기 코너 부분은 상기 에지 링(55a) 및 상기 배플 링(50a) 중 적어도 한 곳에 형성될 수 있다. 또한, 상기 코너 부분의 곡률 반경 값은 갭 공간(Sa)을 유동하는 퍼지 가스(G3)의 유동 특성을 고려하여, 대응되는 수직 갭(S1)의 수직 방향 높이, 수평 갭(S2)의 수평 방향 길이보다 작거나 같을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 갭 공간(Sb)의 형상을 도시한 일부 확대도이다. 제2 실시예에서 갭 공간(Sb)은 기본적으로 제1 실시예에서의 갭 공간(Sa)과 유사한 형태를 갖지만, 상기 갭 공간(Sb)의 상측 출구(Zb) 근처에 위치한 수직 갭(즉, 최종 수직 갭)(S3)이 상측으로 갈수록 넓어지는 플레어(flare) 형상을 갖는다는 점에서만 차이가 있다.
따라서, 상기 갭 공간(S)의 상측 출구(Zb)에 위치한 수직 갭(S3)은 상기 기판(W)의 반경 방향을 기준으로 내측 면(ci)이 수직면으로, 외측 면(co)이 상기 반경 방향의 외측으로 기울어진 경사면으로 형성된다. 이러한 최종 수직 갭(S3)의 형상으로 인해, 퍼지 가스(G3)는 평균적으로 반경 방향을 기준으로 외측으로(기판(W)과 멀어지는 방향으로) 향하게 되므로 상측 출구(Zb) 근처에서 공정 가스(G1)와의 충돌을 한층 더 완화할 수 있다. 그러면서도, 에지 링(55b)과 결합된 기판 지지대(20)가 승강하더라도 에지 링(55b)과 배플 링(50b) 간의 간섭도 발생하지 않는다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 갭 공간(Sc)의 형상을 도시한 일부 확대도이다. 상기 제3 실시예에서도 갭 공간(Sc)의 형상은 제1 실시예의 갭 공간(Sa)의 형상과 동일하다. 다만, 제3 실시예에서는 퍼지 가스(G3)가 반경 방향의 외측을 향하도록 가이드 하기 위해, 샤워 헤드 유닛(10)의 하면의 형상을 수정하였다.
구체적으로, 상기 샤워 헤드 유닛(10)의 하면은 제1 표면(17)과, 상기 제1 표면(17)으로부터 하방으로 돌출된 제2 표면(18)과, 상기 제1 표면(17)과 상기 제2 표면(18)을 연결하는 경사면(19)으로 이루어진다.
상기 경사면(19)은, 상기 갭 공간(S)의 상측으로 방출된 상기 퍼지 가스(G3)가 상기 반경 방향을 기준으로 외측을 향하도록 가이드하기 위해, 상기 갭 공간(S)의 상측 출구(Zc)의 근처에 형성되는 것이 바람직하다.
일례로, 수직 방향을 기준으로 상측 출구(Zc)와 최인접한 수직 갭(S1)은 상기 제1 표면(17)과 오버랩될 수 있고, 상기 경사면(19)과 오버랩되지 않을 수 있다. 이에 따라, 퍼지 가스(G3)가 수직 갭(S1)으로부터 수직 방향 상방으로 방출된다고 하더라도, 상기 경사면(19)에 의해 퍼지 가스(G3)의 방향이 어느 정도는 반경 방향의 외측으로 전환될 수 있다.
이와 다르게, 수직 방향을 기준으로 상측 출구(Zc)와 최인접한 수직 갭(S1)은 상기 제1 표면(17) 및 상기 경사면(19)과 각각 부분적으로 오버랩될 수 있다. 이에 따라, 퍼지 가스(G3)가 수직 갭(S1)으로부터 수직 방향 상방으로 방출된다고 하더라도, 상기 퍼지 가스(G3)는 상기 경사면(19)에 가이드되어 반경 방향의 외측으로 전환될 수 있다.
이와 또 다르게, 수직 방향을 기준으로 상측 출구(Zc)와 최인접한 수직 갭(S1)은 상기 경사면(19)과 오버랩될 수 있고, 상기 제1 표면(17)과 오버랩되지 않을 수 있다. 이때, 상기 제1 표면(17)과 상기 경사면(19)의 경계를 시작점으로 하고 상기 경사면(19)과 상기 제2 표면(18)의 경계를 끝점으로 할 때, 수평 방향을 기준으로 상측 출구(Zc)와 최인접한 수직 갭(S1)은 약 50% 미만인 지점이 위치할 수 있다. 상기 수직 갭(S1)의 위치가 약 50% 이상인 경우, 상기 경사면(19)이 상기 수직 갭(S1)으로부터 상방 방출된 퍼지 가스(G3)의 유동 방향을 효과적으로 가이드하기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 수직 갭(S1)의 위치는 상기 경사면(19)을 이용해 상기 퍼지 가스(G3)를 효과적으로 가이드하기 위해 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.
이로 인해, 퍼지 가스(G3)는 평균적으로 반경 방향을 기준으로 외측으로(기판(W)과 멀어지는 방향으로) 향하게 되므로 상측 출구(Zc) 근처에서 공정 가스(G1)와의 충돌을 한층 더 완화할 수 있다.
이하에서는 도 2와 같은 종래 기술과 도 3 내지 도 5와 같은 본 발명의 실시예에서, 퍼지 가스의 유량에 따른 증착 성능을 비교한다.
먼저, 챔버 하부의 퍼지 가스 유량을 1000sccm으로 세팅하면 종래 기술 및 본 발명의 실시예들 모두에서, 기판 에지의 두께 감소나 기판 후면 증착 영역이 넓어지는 것과 같은 부작용이 발생하지 않았다.
그러나, 상기 퍼지 가스 유량을 4000scc으로 세팅하면, 종래 기술에서는 기판 에지의 두께 감소(약 10%)나 기판 후면 증착 영역이 넓어지는 문제가 발생하였으나, 본 발명의 실시예들에서는 기판 중심의 증착 두께와 기판 에지의 증착 두께 차이가 거의 없었고 기판 후면의 증착 영역도 허용된 범위 이내에 속하였다.
이상과 같은 실험 결과에 근거할 때, 본 발명에서 제시하는 갭 공간 구조에 의해 퍼지 가스의 방출 방향이 개선된 기판 처리 장치에 따르면, 특히 퍼지 가스의 압력이 높게 요구되는 기판 처리 공정에서 기판 에지의 두께 감소나 기판 후면 증착 영역이 넓어지는 것과 같은 부작용을 최소화할 수 있을 것으로 예상된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
G1: 공정 가스
G2: 잔여 가스
G3: 퍼지 가스
Sa, Sb, Sc: 갭 공간
S1: 수직 갭
S2: 수평 갭
W: 기판
10: 샤워 헤드 블록
11: 인입 포트 블록
12: 확산 블록
13: 분사 노즐
14: 확산 영역
15: 노즐공
20: 기판 지지대
22: 회전축
30: 퍼지 가스 제공부
50: 배플 링
55: 에지 링
110: 공정 챔버
111: 탑 리드
112: 측벽
113: 하벽
115: 펌핑 포트

Claims (10)

  1. 기판 처리 공정이 수행되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 설치되어 기판을 안착시키고, 상기 기판 처리 공정시에 중심축을 기준으로 회전하는 기판 지지대;
    공정 가스 공급원으로부터 공급된 공정 가스를 상기 기판 상에 분사하는 샤워 헤드 유닛;
    상기 기판 지지대의 외측 원주 방향으로 상기 기판 지지대를 둘러싸며 상기 기판 지지대와 함께 회전하는 에지 링;
    상기 공정 챔버의 일측에 고정되고 상기 에지 링의 외주면에 대응하는 형상의 내주면을 가지되, 상기 에지 링의 외주면과 상기 내주면 사이에 갭 공간이 형성되는 배플 링; 및
    상기 공정 가스가 상기 갭 공간을 통해 상기 공정 챔버의 하부 공간으로 침투하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스 공급원으로부터 공급된 퍼지 가스를 상기 갭 공간의 상측으로 방출하는 퍼지 가스 제공부를 포함하되,
    상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대의 반경 방향으로 형성된 수평 갭과 상기 기판 지지대의 축방향으로 형성된 수직 갭이 각각 적어도 1회 이상 교대로 반복되는 구조를 갖는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 지지대는 상기 기판 처리 공정시에 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 포함하는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드 유닛은 상기 공정 챔버의 탑 리드에 설치되고,
    상기 샤워 헤드 유닛에서 분사된 공정 가스가 상기 기판을 처리한 후에 남은 잔여 가스와, 상기 갭 공간의 상측으로 방출된 상기 퍼지 가스는, 상기 공정 챔버의 측벽에 형성된 펌핑 포트를 통해 외부로 배출되는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대가 회전 및 승강 움직임을 갖는 경우에도 상기 에지 링과 상기 배플 링 간에 간섭이 발생하지 않도록 형성되는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대의 반경 방향으로 형성된 수평 갭이 2회 반복되고, 상기 기판 지지대의 축방향으로 형성된 수직 갭이 3회 반복되는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 갭 공간은, 상기 기판 지지대의 반경 방향으로 형성된 수평 갭이 n회 반복되고, 상기 기판 지지대의 축방향으로 형성된 수직 갭이 n+1회 반복되며, 상기 갭 공간의 하측 입구 및 상측 출구는 모두 상기 수직 갭으로 형성되는, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 갭 공간의 상측 출구는 상측으로 갈수록 넓어지는 플레어 형상을 갖는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 갭 공간의 상측 출구는, 상기 반경 방향을 기준으로 내측 면이 수직면으로, 외측 면이 상기 반경 방향을 기준으로 외측으로 기울어진 경사면으로 형성되는, 기판 처리 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 샤워 헤드 유닛의 하면은 제1 표면과, 상기 제1 표면으로부터 하방으로 돌출된 제2 표면과, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면을 연결하는 경사면을 포함하고,
    상기 경사면은, 상기 갭 공간의 상측으로 방출된 상기 퍼지 가스가 상기 반경 방향을 기준으로 외측으로 가이드하기 위해, 상기 갭 공간의 상측 출구 근처에 형성되는, 기판 처리 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 n회 반복되는 수평 갭 또는 상기 n+1회 반복되는 수직 갭은 상기 하측 입구로부터 상기 상측 출구로 갈수록 그 길이가 작아지는, 기판 처리 장치.
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