KR20230168404A - 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230168404A
KR20230168404A KR1020220068816A KR20220068816A KR20230168404A KR 20230168404 A KR20230168404 A KR 20230168404A KR 1020220068816 A KR1020220068816 A KR 1020220068816A KR 20220068816 A KR20220068816 A KR 20220068816A KR 20230168404 A KR20230168404 A KR 20230168404A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
flow structure
gas flow
substrate processing
central hole
Prior art date
Application number
KR1020220068816A
Other languages
English (en)
Inventor
문형철
Original Assignee
주식회사 한화
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 한화 filed Critical 주식회사 한화
Priority to KR1020220068816A priority Critical patent/KR20230168404A/ko
Publication of KR20230168404A publication Critical patent/KR20230168404A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45587—Mechanical means for changing the gas flow
    • C23C16/45589—Movable means, e.g. fans
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 웨이퍼를 수용하는 챔버; 및
상기 웨이퍼에 가스를 분사하는 샤워 헤드부를 포함하고, 상기 샤워 헤드부는, 상기 샤워 헤드부로 가스를 유입하는 가스 유입부; 상기 웨이퍼에 가스를 분사하는 가스 분사부; 상기 가스 유입부와 상기 가스 분사부 사이에 형성된 가스 유동 구조; 및 상기 가스 유동 구조와 상기 가스 분사부 사이에 형성된 유동 공간부를 포함하고, 상기 유동 공간부는, 상기 가스 유동 구조에서 상기 가스 분사부의 측면을 향해 경사지게 형성된 상측 경사면부를 포함하고, 상기 가스 유동 구조는, 상기 가스 유동 구조의 수직 방향으로 형성되는 중앙 홀 부; 상기 중앙 홀 부를 둘러싸도록 형성되고, 상기 가스 유동 구조의 하단부를 관통하는 복수의 사이드 관통부; 및 상기 가스 유동 구조의 측면부에 배치된 복수의 측면 홀 부를 포함하고, 상기 복수의 측면 홀 부는 상기 상측 경사면부와 대응되는 위치에 형성된다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내에 공정 가스를 균일하게 공급시키는 구조를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판 처리 장치에서, 웨이퍼에 반응가스를 공급하여 웨이퍼의 상면에 박막을 증착시키는 박막 증착 방법은 원자층박막증착(ALD; Atomic Layer Deposition)과 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등이 알려져 있다. 상기 원자층박막증착법은 웨이퍼에 반응가스의 공급과 퍼지를 교대로 시행하여 웨이퍼에 흡착 및 증착시키는 방법이고, 상기 화학기상증착법은 반응가스를 동시에 분사하여 웨이퍼에 증착시키는 방법이다.
이러한 박막 증착 방법을 이용하는 장치 중 웨이퍼를 반응시키는 단일 반응 챔버는 단일 웨이퍼를 직접 가열하고 웨이퍼보다 낮은 온도에서 웨이퍼에 반응 가스를 균일하게 공급한다. 이는 단일 웨이퍼만 처리하므로 고품질의 박막을 얻을 수 있으나, 증착 속도가 저속으로 진행되어야 하는 조건에서는 단일 반응 챔버만 사용할 경우 생산성이 현저히 감소되는 문제가 있다.
또한 이러한 원자층박막증착 공정 또는 화학기상증착 공정에서, 웨이퍼의 표면에 가스를 균일(Uniform)하게 분사할 목적으로 샤워헤드의 전면부에 복수의 노즐이 배치되는 구조를 채용한다.
이때, 밀폐된 챔버 안으로 공정 가스를 유동시킬 때, 웨이퍼 상에 가스가 균일하게 증측 또는 식각되도록 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하게 유동될 수 있게끔 샤워 헤드 상으로 균일하게 혼합된 가스를 분배하여야 한다. 또한 공정 가스가 샤워 헤드의 중심부에만 밀집되지 않고 균일하게 챔버 내로 분사되도록 하기 위해 공정 가스를 균일하게 확산 및 분배할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 공급되는 가스가 균일하게 혼합 및 확산되어 샤워 헤드로 공급되는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 웨이퍼를 수용하는 챔버; 및 상기 웨이퍼에 가스를 분사하는 샤워 헤드부를 포함하고, 상기 샤워 헤드부는, 상기 샤워 헤드부로 가스를 유입하는 가스 유입부; 상기 웨이퍼에 가스를 분사하는 가스 분사부; 상기 가스 유입부와 상기 가스 분사부 사이에 형성된 가스 유동 구조; 및 상기 가스 유동 구조와 상기 가스 분사부 사이에 형성된 유동 공간부를 포함하고, 상기 유동 공간부는, 상기 가스 유동 구조에서 상기 가스 분사부의 측면을 향해 경사지게 형성된 상측 경사면부를 포함하고, 상기 가스 유동 구조는, 상기 가스 유동 구조의 수직 방향으로 형성되는 중앙 홀 부; 상기 중앙 홀 부를 둘러싸도록 형성되고, 상기 가스 유동 구조의 하단부를 관통하는 복수의 사이드 관통부; 및 상기 가스 유동 구조의 측면부에 배치된 복수의 측면 홀 부를 포함하고, 상기 복수의 측면 홀 부는 상기 상측 경사면부와 대응되는 위치에 형성된다.
수직 방향을 기준으로, 상기 복수의 사이드 관통부 및 상기 복수의 측면 홀 부는 서로 오버랩되지 않는 영역에 배치될 수 있다.
상기 복수의 측면 홀 부는 상기 중앙 홀 부의 하측부와 연결될 수 있다.
상기 복수의 측면 홀 부 각각은 상기 중앙 홀 부와 수직 방향으로 연결될 수 있다.
상기 복수의 측면 홀 부의 길이 방향은 상기 중앙 홀 부의 길이 방향을 기준으로 예각 또는 둔각을 이루며 형성될 수 있다.
상기 복수의 사이드 관통부의 단면적의 합은 상기 중앙 홀 부의 단면적과 같은 기판 처리 장치.
상기 중앙 홀 부는 볼록하게 형성된 중앙 홀 부 하단부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 사이드 관통부와 상기 복수의 측면 홀 부는 상기 가스 유동 구조의 중심부를 기준으로 일 회전 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.
상기 가스 유동 구조는 하단부를 포함하고, 상기 하단부는, 평평하게 형성된 가운데 부분 및 볼록하게 형성된 모서리 부분을 포함하고, 상기 복수의 사이드 관통부는 상기 평평하게 형성된 가운데 부분과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 가스 유동 구조의 상면에서 상기 복수의 사이드 관통부의 위치는, 상기 상면의 반지름의 40퍼센트 내지 60퍼센트인 위치에 형성될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치는, 가스 유동 구조를 통해 공정 가스를 균일하게 혼합하고 확산시킬 수 있어 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하게 공정 가스가 분포되도록 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급 부분을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 유동 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3(a)는 도 2의 A 부분을 바라본 가스 유동 구조의 상면도이다. 도 3(b)는 도 3(a)의 B-B 부분 단면도이고, 도 3(c)는 도 3(b)의 C-C 부분 단면도이다. 도3(d)는 도 3(a)의 D-D 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 E 방향을 바라본 도면이다.
도 5는 도 1의 D 부분을 확대한 도면으로, 가스 유동 구조는 도 3(a)의 B-B부분 단면이다.
도 6은 도 1의 D 부분을 확대한 도면으로, 가스 유동 구조는 도 3(a)의 D-D부분 단면이다.
도 7(a)는 가스 유동 구조가 배치되지 않았을 경우의 가스의 확산 유동을 나타낸 그래프이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 유동 구조가 배치되어 있을 경우의 가스의 확산 유동을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측면 홀 부를 나타낸 도면들이다. 도 8(a)는 복수의 측면 홀 부의 길이 방향이 중앙 홀 부의 길이 방향을 기준으로 예각을 이루며 형성되는 모습이 나타나 있다. 도 8(b)는 복수의 측면 홀 부의 길이 방향이 중앙 홀 부의 길이 방향을 기준으로 둔각을 이루며 형성되는 모습이 나타나 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 공급 부분을 나타낸 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 유동 구조를 나타낸 사시도이다. 도 3(a)는 도 2의 A 부분을 바라본 가스 유동 구조의 상면도이다. 도 3(b)는 도 3(a)의 B-B 부분 단면도이고, 도 3(c)는 도 3(b)의 C-C 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(C) 및 웨이퍼(W)에 가스를 분사하는 샤워 헤드부(10)를 포함하고, 샤워 헤드부(10)는, 샤워 헤드부(10)로 가스를 유입하는 가스 유입부(100), 웨이퍼(W)에 가스를 분사하는 가스 분사부(200), 가스 유입부(100)와 가스 분사부(200) 사이에 형성된 가스 유동 구조(400) 및 가스 유동 구조(400)와 가스 분사부(200) 사이에 형성된 유동 공간부(500)를 포함한다. 이때 유동 공간부(500)는, 가스 유동 구조(400)에서 가스 분사부(200)의 측면을 향해 경사지게 형성된 상측 경사면부(510)를 포함한다. 또한 가스 유동 구조(400)는 그 측면부에 배치된 복수의 측면 홀 부(450)를 포함하고, 복수의 측면 홀 부(450)는 상측 경사면부(510)와 대응되는 위치에 형성된다.
본 실시예에 따른 샤워 헤드부(10)의 상측에는, 플라즈마를 발생시키는 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source), 원격 플라즈마 소스와 가스 유입부(100) 사이를 개폐하는 게이트 밸브를 포함한다.
가스 유입부(100)는 제1 가스가 유입되는 제1 가스 유입부(110) 및 제2 가스가 유입되는 제2 가스 유입부(120)를 포함한다. 예를 들면, 제1 가스 유입부(110)로부터는 소스 가스(Source Gas)가 유입되고, 제2 가스 유입부(120)로부터는 반응물 가스(Reactant Gas)가 유입될 수 있다. 본 실시예에서는 가스 유입부가 2개인 경우를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하며, 가스 유입부가 3개 이상 형성된 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.
증착 공정시, 게이트 밸브는 폐쇄되어 있는 상태에서 제1 가스가 제1 가스 유입부(110)로 공급되고, 제2 가스가 제2 가스 유입부(120)로 공급될 수 있다. 이때 제1 가스와 제2 가스는 서로 반응하면서 플라즈마(Plasma)를 생성할 수 있다.
따라서 웨이퍼(W)에 플라즈마가 생성된 가스가 분사되어 증착 공정을 수행할 수 있다.
증착 공정이 완료된 후에는, 게이트 밸브가 개방되고, 원격 플라즈마 소스에서 기 생성된 플라즈마가 챔버(C) 내로 공급되어 증착 공정이 끝난 챔버 내부를 클리닝 할 수 있다.
본 실시예에 따른 샤워 헤드부(10)는 가스 유동 구조(400)를 포함할 수 있다. 제1,2 가스 유입부(110, 120)에서 유입되는 가스는 중공의 원통형으로 형성된 연결부(300)의 내부 공간으로 유입되며, 중공의 연결부(300)로 유입된 가스는 연결부(300)의 중공 부분에 배치된 가스 유동 구조(400)를 통과하여 가스 분사부(200)로 유동될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 가스 분사부(200)의 측면을 향해 경사지게 형성된 상측 경사면부(510)가 유동 공간부(500)에 형성될 수 있다. 가스 유동 구조(400)의 측면부에 형성된 복수의 측면 홀 부(450)를 빠져 나온 가스는, 복수의 측면 홀 부(450)의 길이 방향과 대응되는 위치에 형성된 상측 경사면부(510)를 타고 가스 분사부(200)의 측면부를 향해 유동될 수 있다. 이를 통해 가스 유동 구조(400)를 통해 유출되는 가스가 유동 공간부(500)의 측면부까지 고르게 퍼짐으로써 가스 분사부(200)가 공정 가스를 웨이퍼(W)에 고르게 분사할 수 있다.
복수의 측면 홀 부(450)를 빠져나온 가스가 상측 경사면부(510)를 타고 유동될 수 있도록, 복수의 측면 홀 부(450)는 상측 경사면부(510)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 복수의 측면 홀 부(450)가 유동 공간부(500)를 벗어난 위치에 배치되거나, 복수의 측면 홀 부(450)가 향하는 방향이 상측 경사면부(510)와 대응되지 않고 가스 분사부(200)를 직접 향할 경우, 배출된 가스가 상측 경사면부(510)를 타고 유동 공간부(500)의 측면 공간들로 유동되기 어려워질 수 있다. 이에 본 실시예와 같이 복수의 측면 홀 부(450)가 향하는 방향이 상측 경사면부(510)를 향하도록 함으로써, 가스가 유동 공간부(500)의 측면 공간까지 효율적으로 확산될 수 있게 하여 가스 분사부(200)를 통해 공정 가스가 웨이퍼(W)에 고르게 분사되도록 할 수 있다.
상측 경사면부(510)는 가스 분사부(200)와 측단부 각도(a)를 가지도록 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 측단부 각도(a)는 약 5도 이하일 수 있다. 자세하게, 측단부 각도(a)는 약 1도 내지 약 3도일 수 있다. 측단부 각도(a)가 약 5도를 초과할 경우, 경사각에 의해 복수의 측면 홀 부(450) 및 이와 대응되는 경사면부(510) 사이에 와류가 발생할 수 있다. 또한, 측단부 각도(a)가 약 5도를 초과할 경우, 복수의 측면 홀 부(450)를 통해 방출된 가스가 상대적으로 큰 경사각을 가지는 경사면부(510)에 의해 유동 공간부(500)의 측면 공간까지 고르게 확산되기 어려울 수 있다. 또한, 측단부 각도(a)가 약 1도 미만인 경우 상대적으로 작은 경사각에 의해 가스를 유동 공간부(500)의 측면 영역으로 고르게 제공하는 효과가 미미할 수 있다. 이에 따라, 측단부 각도(a)는 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 유동 구조에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 유동 구조(400)는, 상단부에서 가스 유동 구조(400)의 외측 방향으로 둘레 돌출된 안착부(430)를 더 포함할 수 있다. 안착부(430)는 연결부(300)에 형성된 걸림턱부(310)에 안착되어 연결부(300) 내부에 안정적으로 장착될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 가스 유동 구조(400)가 연결부(300)의 걸림턱부(310)에 안착되는 구조로 배치됨에 따라 추후 가스 유동 구조(400)에 대한 유지 보수를 용이하게 진행할 수 있다.
또한 가스 유동 구조(400)는, 모서리 부분이 볼록하게 형성된 하단부(440)를 포함할 수 있다. 하단부(440) 부분에서 발생하는 가스의 유동에 있어서 가스가 가스 유동 구조(400)의 외부 표면과 부딪히며 발생할 수 있는 마찰력을 곡면 형상을 통해 최소화 시킴으로써, 가스 유동 구조(400)를 벗어난 가스가 유동 공간부(500)의 내부에서 가스 유동 구조(400)의 방해를 받지 않고 자연스럽게 확산되도록 할 수 있다.
가스 유동 구조(400)와 가스 분사부(200)는 서로 이격되게 배치될 수 있다. 가스 유동 구조(400)와 가스 분사부(200)의 간격이 좁아질 경우, 가스 분사부(200)의 중앙부로 방출되는 가스의 양이 적어지므로 균일성(Uniformity)이 저하될 우려가 있다. 또한 가스 유동 구조(400)와 가스 분사부(200)의 간격이 넓어질 경우, 가스 분사부(200)의 중앙부로 가스가 고르게 방출될 수 있으나, 가스의 유동 특성이 저하될 우려가 있다. 따라서 가스 유동 구조(400)와 가스 분사부(200) 사이 간격을 적절하게 유지시킬 필요가 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 유동 구조(400)는, 가스 유동 구조(400)의 수직 방향으로 형성되는 중앙 홀 부(410), 중앙 홀 부(410)를 둘러싸도록 형성되고, 가스 유동 구조(400)의 하단부를 관통하는 복수의 사이드 관통부(420)를 포함할 수 있다.
이때, 도 3(a)를 참조하면, 복수의 사이드 관통부(420)의 단면적의 합은, 중앙 홀 부(410)의 단면적과 같을 수 있다. 복수의 사이드 관통부(420)는 가스 유동 구조(400)의 하단부로 곧바로 연결되어, 가스 유동 구조(400)로 유입된 가스가 가스 분사부(200)의 중앙부로 유동될 수 있다. 반면에, 중앙 홀 부(410)의 경우, 가스 유동 구조(400)의 측면부에 형성된 복수의 측면 홀 부(450)를 통해 가스가 가스 분사부(200)의 측면부를 향하여 유동될 수 있다. 다시 말하면, 가스 분사부(200)의 중앙부와 측면부에 가스를 고르게 확산시킬 수 있도록, 복수의 사이드 관통부(420)의 단면적의 합이 중앙 홀부(410)의 단면적과 동일하게 설계될 수 있다.
도 3(a)를 참조하면, 복수의 사이드 관통부(420)의 개수는 8개로 도시되어 있으나, 복수의 사이드 관통부(420)의 개수는 이에 한정되지 아니하며, 중앙 홀 부(410)의 단면적과 복수의 사이드 관통부(420)의 단면적의 합이 동일한 조건에서 다양한 개수로 형성될 수 있다.
도 3(a)를 참조하면, 가스 유동 구조(400)의 상면에서 복수의 사이드 관통부(420)의 위치(Rb)는, 상면의 반지름(Ra)의 40퍼센트 내지 60퍼센트인 위치에 형성될 수 있다. 복수의 사이드 관통부(420)의 위치(Rb)는, 상면의 중심(C1) 을 기준으로 복수의 사이드 관통부(420)의 중심(C2)까지의 거리로 정의될 수 있다.
가스 유동 구조(400)의 상면에서 복수의 사이드 관통부(420)의 위치(Rb)는 반지름(Ra)의 40퍼센트 미만일 경우에는, 가스 분사부(200)의 가운데 부분에 공급되는 가스의 양이 증가할 수 있다. 따라서 가스 분사부(200)의 가운데 부분과 가장자리 부분 간에 공급되는 가스의 양이 차이가 나므로 공급되는 가스의 균일성(Uniformity)이 저하될 수 있다.
또한 가스 유동 구조(400)의 상면에서 복수의 사이드 관통부(420)의 위치(Rb)는 반지름(Ra)의 60퍼센트 초과일 경우에는, 가스 분사부(200)의 가운데 부분에 공급되는 가스의 양이 감소하여, 가스 분사부(200)의 가운데 부분에 가스가 상대적으로 덜 공급되어, 가스 분사부(200)의 가운데 부분과 가장자리 부분 간에 공급되는 가스의 양이 차이가 나므로 공급되는 가스의 균일성(Uniformity)이 저하될 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 중앙 홀 부(410)의 하단부(410a)는 볼록하게 형성될 수 있다. 중앙 홀 부(410)의 하단부(410a)가 볼록하게 형성됨으로써, 중앙 홀 부(410)의 하단부(410a)에서의 유입된 가스들의 마찰이 최소화될 수 있으며, 복수의 측면 홀 부(450)로 균일하게 확산되도록 할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 3(b) 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 복수의 측면 홀 부(450)는 중앙 홀 부(410)의 하측부와 연결될 수 있다. 따라서 중앙 홀 부(410)를 통해 유입된 가스는, 복수의 측면 홀 부(450)를 통해 가스 유동 구조(400)의 측면 방향으로 배출될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 복수의 측면 홀 부(450) 각각은 중앙 홀 부(410)와 수직 방향으로 연결될 수 있다. 수직 방향으로 연결된 복수의 측면 홀 부(450)는, 유동 공간부(500)의 상측 경사면부(510)와 대응되도록 배치되어, 복수의 측면 홀 부(450)로부터 배출된 가스가 상측 경사면부(510)를 타고 유동 공간부(500)의 측면 공간들로 확산되게 할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 중앙 홀 부(410)의 하단부(410a)는 곡면이고, 하단부(410a)의 곡면의 곡률 반경(r)은 중앙 홀 부(410)의 직경(d)의 1/2 값과 대응될 수 있다.
도 3(c)를 참조하면, 복수의 사이드 관통부(420)와 복수의 측면 홀 부(450)는 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 복수의 사이드 관통부(420)와 복수의 측면 홀 부(450)는 수직 방향을 기준으로 오버랩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 자세하게, 복수의 사이드 관통부(420)와 복수의 측면 홀 부(450)는, 가스 유동 구조(400)의 중심부를 기준으로 일 회전 방향(R)을 따라 교대로 배치될 수 있다. 즉, 복수의 사이드 관통부(420)와 복수의 측면 홀 부(450)는 회전 방향(R)을 따라 회전 대칭을 이루도록 배치되어, 가스 유동 구조(400)를 통과하는 가스들이 회전 방향을 따라 균일하게 확산될 수 있도록 할 수 있다.
도 3(c)를 참조하면, 가스 유동 구조(400)의 하측부에서 복수의 사이드 관통부(420)의 위치는 중앙 홀 부(410)의 중심보다 가스 유동 구조(400)의 가장자리와 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 중앙 홀 부(410)와 복수의 사이드 관통부(420) 사이의 거리(d1)는, 복수의 사이드 관통부(420)와 가스 유동 구조(400)의 가장자리 까지의 거리(d2)보다 더 길 수 있다. 여기서, d1은 중앙 홀 부(410)의 중심과 사이드 관통부(420) 중심 사이의 반지름 방향 거리를 의미하고, d2는 사이드 관통부(420)의 중심과 가스 유동 구조(400)의 가장자리 까지의 반지름 방향 거리를 의미한다.
도 3(d)을 참조하면, 하단부(440)는, 평평하게 형성된 가운데 부분(a1) 및 볼록하게 형성된 모서리 부분(a2)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 사이드 관통부(420)는 평평하게 형성된 가운데 부분과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 복수의 사이드 ?職類?(420)는 평평하게 형성된 가운데 부분과 연결될 수 있다.
도 4는 도 1의 E 방향을 바라본 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 유동 구조(400)에서, 복수의 사이드 관통부(420)는 가스 분사부(200)에 형성된 노즐(210)과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 이때 복수의 사이드 관통부(420)의 중심(CE)은 노즐(210)의 중심과 수직 방향으로 오버랩되도록 배치될 수 있다. 본 실시예는 도 4에 도시된 노즐의 크기 및 위치에 한정되지 않으며, 노즐의 크기가 크거나 작아도, 1개 또는 복수개가 제공되어도 하나의 노즐의 중심과 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 노즐의 사이즈는 가스의 종류, 웨이퍼의 크기 등에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 효과적 측면에 대해 설명한다.
도 5는 도 1의 D 부분을 확대한 도면으로, 가스 유동 구조는 도 3(a)의 B-B부분 단면이다. 도 6은 도 1의 D 부분을 확대한 도면으로, 가스 유동 구조는 도 3(a)의 D-D부분 단면이다. 도 7(a)는 가스 유동 구조가 배치되지 않았을 경우의 가스의 확산 유동을 나타낸 그래프이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 유동 구조가 배치되어 있을 경우의 가스의 확산 유동을 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 가스 유동 구조(400)로 유입된 가스는 가스 유동 구조(400)의 측면부 및 하측부로 배출됨을 확인할 수 있다. 가스 유동 구조(400)의 하측부로 배출된 가스는 가스 분사부(200)의 중앙부를 중심으로 가스 분사부(200)의 측면부 방향으로 확산됨을 확인할 수 있다. 또한 가스 유동 구조(400)의 측면부로 배출된 가스는 유동 공간부(500)의 상측 경사면부(510)를 타고 가스 유동 구조(400)의 측면부로 확산됨을 확인할 수 있다.
도 7에는 가스 유동 실험을 통해 본 실시예에 따른 가스 유동 구조의 유무에 따른 가스의 확산 정도를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 7(a)의 경우 가스 유동 구조가 존재하지 않아 유동 공간부로 유입된 가스가 가운데 부분에 몰려있는 경향이 있는 반면, 도 7(b)의 경우 가스 유동 구조(400)를 통해 유동 공간부 내부의 가스를 균일하게 확산시켜 유동 공간부 및 가스 분사부(200)에 가스가 균일하게 확산되는 모습을 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 7에서 확인할 수 있듯이 가스 유동 구조(400)를 통해 유동 공간부(500) 내로 배출되는 가스를 확산시켜 공정 가스의 확산 균일도(Uniformity)를 확보함으로써, 가스 분사부(200)를 통해 확산되는 가스가 웨이퍼의 전역에 고르게 도달할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 가스 유동 구조에 대해 설명한다.
도 8(a)는 복수의 측면 홀 부의 길이 방향이 중앙 홀 부의 길이 방향을 기준으로 예각을 이루며 형성되는 모습이 나타나 있다. 도 8(b)는 복수의 측면 홀 부의 길이 방향이 중앙 홀 부의 길이 방향을 기준으로 둔각을 이루며 형성되는 모습이 나타나 있다.
도 8(a)을 참조하면, 복수의 측면 홀 부(450')의 길이 방향이, 중앙 홀 부(410)의 길이 방향을 기준으로 예각을 이루며 형성될 수 있다. 또한 도 8(b)를 참조하면, 복수의 측면 홀 부(450'')의 길이 방향이, 중앙 홀 부(410)의 길이 방향을 기준으로 둔각을 이루며 형성될 수 있다.
이와 같이, 복수의 측면 홀 부(450', 450'')의 길이방향 형성 각도는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 다만 각도가 달라진 복수의 측면 홀 부(450', 450'')라 하더라도, 상측 경사면부(510, 510')에 대응되도록 복수의 측면 홀 부(450', 450'')의 길이 방향이 형성되어야 한다. 이를 통해 복수의 측면 홀 부(450', 450'')를 통과한 가스가 상측 경사면부(510, 510')를 타고 측면부로 확산될 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
C: 챔버
W: 웨이퍼
100: 가스 유입부
200: 가스 분사부
300: 연결부
310: 걸림턱부
400: 가스 유동 구조
410: 중앙 홀 부
410a: 중앙 홀 부 하단부
420: 사이드 관통부
430: 안착부
440: 하단부
450: 측면 홀 부
500: 유동 공간부
510: 상측 경사면부
a: 측단부 각도

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 수용하는 챔버; 및
    상기 웨이퍼에 가스를 분사하는 샤워 헤드부를 포함하고,
    상기 샤워 헤드부는,
    상기 샤워 헤드부로 가스를 유입하는 가스 유입부;
    상기 웨이퍼에 가스를 분사하는 가스 분사부;
    상기 가스 유입부와 상기 가스 분사부 사이에 형성된 가스 유동 구조; 및
    상기 가스 유동 구조와 상기 가스 분사부 사이에 형성된 유동 공간부를 포함하고,
    상기 유동 공간부는, 상기 가스 유동 구조에서 상기 가스 분사부의 측면을 향해 경사지게 형성된 상측 경사면부를 포함하고,
    상기 가스 유동 구조는,
    상기 가스 유동 구조의 수직 방향으로 형성되는 중앙 홀 부;
    상기 중앙 홀 부를 둘러싸도록 형성되고, 상기 가스 유동 구조의 하단부를 관통하는 복수의 사이드 관통부; 및
    상기 가스 유동 구조의 측면부에 배치된 복수의 측면 홀 부를 포함하고,
    상기 복수의 측면 홀 부는 상기 상측 경사면부와 대응되는 위치에 형성되는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    수직 방향을 기준으로, 상기 복수의 사이드 관통부 및 상기 복수의 측면 홀 부는 서로 오버랩되지 않는 영역에 배치되는 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 홀 부는 상기 중앙 홀 부의 하측부와 연결되는 기판 처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 홀 부 각각은 상기 중앙 홀 부와 수직 방향으로 연결되는 기판 처리 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 측면 홀 부의 길이 방향은 상기 중앙 홀 부의 길이 방향을 기준으로 예각 또는 둔각을 이루며 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 관통부의 단면적의 합은 상기 중앙 홀 부의 단면적과 같은 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 중앙 홀 부는 볼록하게 형성된 중앙 홀 부 하단부를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 관통부와 상기 복수의 측면 홀 부는 상기 가스 유동 구조의 중심부를 기준으로 일 회전 방향을 따라 교대로 배치되는 기판 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 유동 구조는 하단부를 포함하고,
    상기 하단부는, 평평하게 형성된 가운데 부분 및 볼록하게 형성된 모서리 부분을 포함하고,
    상기 복수의 사이드 관통부는 상기 평평하게 형성된 가운데 부분과 대응되는 영역에 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 유동 구조의 상면에서 상기 복수의 사이드 관통부의 위치는, 상기 상면의 반지름의 40퍼센트 내지 60퍼센트인 위치에 형성되는 기판 처리 장치.
KR1020220068816A 2022-06-07 2022-06-07 기판 처리 장치 KR20230168404A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220068816A KR20230168404A (ko) 2022-06-07 2022-06-07 기판 처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220068816A KR20230168404A (ko) 2022-06-07 2022-06-07 기판 처리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230168404A true KR20230168404A (ko) 2023-12-14

Family

ID=89167025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220068816A KR20230168404A (ko) 2022-06-07 2022-06-07 기판 처리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230168404A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10519546B2 (en) Apparatus and method for providing a uniform flow of gas
KR101893693B1 (ko) 가스 혼합 장치 및 기판 처리 장치
TWI759741B (zh) 用於半導體處理的氣體分配噴頭
KR101373828B1 (ko) 균일한 가스 전달을 반응기에 제공하기 위한 방법 및 장치
KR100614648B1 (ko) 반도체 소자 제조에 사용되는 기판 처리 장치
KR100550342B1 (ko) 가스 산포 방법, 및 샤워 헤드, 및 샤워 헤드를 구비하는반도체 기판 가공 장치
US9493875B2 (en) Shower head unit and chemical vapor deposition apparatus
US7018940B2 (en) Method and apparatus for providing uniform gas delivery to substrates in CVD and PECVD processes
CN105839077B (zh) 用于沉积iii-v主族半导体层的方法和装置
KR20060044039A (ko) 반도체 제조장치
KR20110011270A (ko) 샤워헤드 및 이를 포함하는 화학기상증착장치
US20150252475A1 (en) Cvd apparatus with gas delivery ring
KR100923453B1 (ko) 샤워헤드를 구비한 반도체 소자 제조 장비
KR20060107683A (ko) 화학 기상 증착 장치
KR20230168404A (ko) 기판 처리 장치
KR20100004762A (ko) 화학 기상 증착 장치
TW202045768A (zh) 循環式磊晶沉積系統及其氣體分流模組
KR20240031729A (ko) 기판 처리 장치
KR20230162432A (ko) 기판 처리 장치
KR20080022699A (ko) 유량조절블럭을 구비한 샤워헤드
KR20230161211A (ko) 기판 처리 장치
KR100972802B1 (ko) 샤워헤드를 구비한 반도체 소자 제조 장비
KR20060100961A (ko) 샤워헤드 및 이를 구비한 원자층 증착설비
KR100528029B1 (ko) 박막 증착용 샤워헤드
KR102495928B1 (ko) 반도체 박막증착장치용 샤워헤드

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant