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KR100725108B1 - 가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치 - Google Patents

가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치 Download PDF

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KR100725108B1
KR100725108B1 KR1020050097979A KR20050097979A KR100725108B1 KR 100725108 B1 KR100725108 B1 KR 100725108B1 KR 1020050097979 A KR1020050097979 A KR 1020050097979A KR 20050097979 A KR20050097979 A KR 20050097979A KR 100725108 B1 KR100725108 B1 KR 100725108B1
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gas ring
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삼성전자주식회사
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Abstract

가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치는 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링 및 제1 가스 링과 연결되며 공정 가스를 공급하기 위한 공급 라인으로부터 제공되는 공정 가스를 제1 가스 링으로 제공하기 위한 제2 가스 링을 포함한다. 공정 가스는 제2 가스 링에서 버퍼링된 후 제1 가스 링을 통하여 기판 상으로 공급된다. 기판 상에 공정 가스를 균일한 상태로 공급할 수 있다.

Description

가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치{Apparatus for supplying gas and apparatus for manufacturing a substrate having the same}
도 1은 종래 기술에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 2의 제2 가스 링을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 12는 도11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 13은 종래 기술에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 제1 가스 링 112 : 노즐
120 : 제2 가스 링 122 : 개구
124 : 밀봉 부재 126 : 프레임
130 : 공급 라인 210 : 제1 가스 링
212 : 노즐 220 : 제2 가스 링
222 : 개구 230 : 공급 라인
310 : 제1 가스 링 312 : 노즐
320 : 제2 가스 링 322 : 연결 라인
330 : 공급 라인 302 : 제1 가스 공급부
304 : 제2 가스 공급부 510 : 챔버
520 : 스테이지 530 : 가스 공급부
540 : 가스 배출부
본 발명은 가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 가공을 위한 공정 가스를 기판 상으로 공급하기 위한 가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 증착 공정 중 화학 기상 증착 공정이나 상기 식각 공정 중 건식 식각 공정의 경우 기판 상으로 공정 가스를 제공하여 공정이 수행된다. 상기 공정 가스는 증착 균일성 및 식각 균일성을 위해 상기 기판 상으로 균일하게 제공되어야 한 다. 상기 공정 가스를 기판 상으로 제공하기 위한 방식에는 샤워 헤드 방식과 인젝터(injector) 방식이 있다.
상기 인젝터 방식을 이용하여 가스를 공급하는 기판 가공 장치의 예로서, 일본 특허공개공보 제2000-263141호에는 기판의 주변으로부터 기판의 중심을 향해 공정 가스를 공급하는 가스 링을 갖는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이다.
도 1을 참조하면, 가스 공급 장치(20)는 일반적인 인젝터 타입으로, 가스 링(22) 및 노즐(24)을 포함한다. 상기 가스 링(22)은 기판 가공 공정이 수행되는 챔버(10)의 주위를 따라 구비되며, 공정 가스를 제공하기 위한 공급 라인과 연결된다. 노즐(24)은 상기 가스 링(22)과 연결되고, 상기 챔버(10) 내부의 기판(미도시) 상으로 상기 공정 가스를 분사하며, 다수개가 구비된다.
상기 가스 공급 장치(20)는 하나의 공급 라인에 의해 공정 가스가 상기 가스 링(22)으로 공급되고, 공급된 공정 가스가 다수개의 노즐(24)을 통해 상기 기판 상으로 균일하게 분사된다.
그러나 상기 공급 라인이 상기 가스 링(22)의 일측에 연결되므로 각각의 노즐(24)에서 분사되는 공정 가스가 균일하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 공급 라인과 인접한 노즐(24)에서 분사되는 공정 가스의 유량과 상기 공급 라인과 이격된 노즐(24)에서 분사되는 공정 가스의 유량이 다를 수 있다. 상기 노즐들(24)에서 분사되는 공정 가스의 유량 차이로 인해 공정 균일도가 나빠지는 문제점이 있다. 또한 반도체 장치가 미세화되고 기판의 크기가 커질수록 상기와 같은 공정 가스의 유량 차이에 따른 영향은 더욱 커진다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기판 상으로 공정 가스를 균일하게 공급하는 가스 공급 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 가스 공급 장치를 갖는 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 가스 공급 장치는 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링 및 상기 제1 가스 링과 연결되며, 상기 공정 가스를 공급하기 위한 공급 라인으로부터 제공되는 상기 공정 가스를 상기 제1 가스 링으로 제공하기 위한 제2 가스 링을 포함한다.
상기 가스 공급 장치에서 상기 제2 가스 링은 상기 제1 가스 링의 내부를 따라 구비되며, 상기 제2 가스 링에 형성된 다수의 개구를 통해 상기 제1 가스 링과 연결될 수 있다. 또한, 상기 가스 공급 장치는 상기 제1 가스 링의 외측면을 따라 상기 제2 가스 링이 접촉하도록 구비되고, 상기 제1 가스 링과 제2 가스 링의 접촉면에 형성된 다수의 개구를 통해 상기 제1 가스 링과 제2 가스 링이 연결될 수도 있다. 그리고, 상기 가스 공급 장치는 상기 제1 가스 링과 상기 제2 가스 링은 서로 이격되도록 배치되고, 상기 제1 가스 링과 제2 가스 링의 연결을 위한 다수의 연결 라인을 통해 서로 연결될 수도 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 가스 공급 장치는 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링 및 상기 제1 가스 링의 내부를 따라 구비되고, 상기 공정 가스가 제공되는 공급 라인과 연결되며, 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 개구를 갖는 제2 가스 링을 포함한다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 기판 가공 장치는 기판을 수용하기 위한 챔버와 상기 수용된 기판을 수평으로 지지하기 위한 스테이지를 구비한다. 가스 공급부는 상기 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 상기 기판의 가공을 위한 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링 및 상기 제1 가스 링의 내부를 따라 구비되고, 상기 공정 가스가 제공되는 공급 라인과 연결되며, 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 개구를 갖는 제2 가스 링을 포함한다. 배출부는 상기 챔버와 연결되며, 상기 챔버 내부에 존재하는 미반응 공정 가스 및 공정 부산물을 배출한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예들에 따르면 상기 공정 가스는 제2 가스 링 및 제1 가스 링을 지나면서 균일하게 분포되고, 균일하게 분포된 공정 가스가 노즐을 통해 기판 상으로 공급된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 가스 공급 장치 및 이를 갖는 기판 가공 장치에 대해 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 가스 링, 노즐, 공급 라인, 개구 또는 연결 라인의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 또한, 각 가스 링이 "제1" 및/또는 "제2"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 가스 링을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1" 및/또는 "제2"는 각 가스 링에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가스 공급 장치(100)는 크게 제1 가스 링(110) 및 제2 가스 링(120)을 구비한다.
상기 제1 가스 링(110)은 링 형태를 가지며, 기판 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버(10)와 일체로 형성된다. 구체적으로 상기 제1 가스 링(110)은 상기 챔버(10)의 공간을 둘러싸도록 구비된다. 상기 제1 가스 링(110)은 수평 상태로 구비되는 것이 바람직하다. 상기 챔버(10)의 내부에는 기판을 수평 상태로 지지하는 스테이지(12)가 구비된다. 상기 제1 가스 링(110)의 위치는 상기 기판의 위치보다 더 높은 것이 바람직하다.
상기 제1 가스 링(110)에는 다수의 노즐(112)이 연결된다. 상기 노즐들(112)은 상기 스테이지(12)에 지지되는 기판을 향하도록 상기 챔버(10)의 내부까지 연장된다. 상기 노즐들(112)은 실질적으로 균일한 간격만큼 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기에서는 제1 가스 링(110)이 상기 챔버(10)와 일체로 형성되는 것으로 설명되었지만, 상기 제1 가스 링(110)은 상기 챔버(10)와 이격되어 상기 챔버(10)를 둘러싸도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 노즐들(112)은 상기 챔버(10)를 관통하여 내부까지 연장된다.
도 4는 도 2의 제2 가스 링을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 제2 가스 링(120)은 링 형태를 가지며, 상기 제1 가스 링(110)의 내부를 따라 구비된다. 구체적으로 상기 제2 가스 링(120)은 단면적의 지름이 상기 제1 가스 링(110)의 단면적의 지름보다 작다.
상기 제2 가스 링(120)은 다수의 개구(122)를 갖는다. 상기 개구들(122)은 상기 제1 가스 링(110)에 의해 한정되는 제1 공간과 상기 제2 가스 링(120)에 의해 한정되는 제2 공간을 연결시킨다. 상기 개구들(122)은 상기 제2 가스 링(120)에 실질적으로 균일한 간격만큼 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한 상기 개구들(122)은 상기 제2 가스 링(120)의 어느 방향에 배치되어도 무방하지만 서로 동일한 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 개구들(122)은 상기 제2 가스 링(120)의 상부, 하부, 내측 또는 외측을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 개구들(122)의 위치는 상기 노즐들(112)의 위치와 서로 엇갈리도록 배 치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 개구들(122)을 통해 상기 제1 가스 링(110)으로 공급된 상기 공정 가스가 상기 노즐들(112)로 바로 공급되는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 제2 가스 링(120)은 가스 저장부(미도시)와 연결되는 공급 라인과 연결된다. 상기 공급 라인은 상기 제1 가스 링(110)을 관통하여 상기 제2 가스 링(120)과 연결된다. 상기 공급 라인과 상기 제2 가스 링(120)이 연결되는 부위는 밀봉 부재(124)에 의해 밀봉된다. 상기 밀봉 부재(124)는 상기 연결 부위를 통해 상기 공정 가스가 누설되는 것을 방지한다.
상기 제1 가스 링(110)의 내부에는 상기 제2 가스 링(120)을 지지하는 프레임(126)이 구비된다. 상기 프레임(126)은 상기 제2 가스 링(120)이 상기 제1 가스 링(110)의 내측면과 실질적으로 일정한 간격을 갖도록 지지한다. 구체적으로, 상기 제1 가스 링(110)이 수평으로 배치되므로, 상기 프레임(126)은 상기 제2 가스 링(120)이 상기 제1 가스 링(110) 내부에서 수평으로 배치되도록 한다.
상기 제2 가스 링(120)에서 상기 개구들(122)의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치와도 서로 엇갈리도록 배치되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 공급 라인은 상기 개구(122)와 개구(122) 사이에 위치하는 상기 제2 가스 링(120)과 연결된다. 따라서 상기 공급 라인을 통해 상기 제2 가스 링(120)으로 공급되는 공정 가스가 상기 개구(122)를 통해 바로 상기 제1 가스 링(110)으로 공급되지 않는다. 상기 공정 가스는 상기 제2 가스 링(120)에서 균일하게 분포된 후에 상기 개구(122)를 통해 상기 제1 가스 링(120)으로 공급된다. 예를 들어, 상기 공급 라인이 하나이고 상기 개구(122)가 두 개인 경우, 상기 개구들(122)은 상기 제2 가스 링(120)의 중심을 기준으로 180도를 이루도록 배치되고, 상기 공급 라인은 상기 개구들(122)과 각각 90도를 이루도록 상기 제2 가스 링(120)에 연결된다.
상기에서는 상기 제2 가스 링(120)에 하나의 공급 라인이 연결되는 것으로 설명되었지만, 상기 공급 라인은 다수개가 구비될 수도 있다. 이 경우 상기 공급 라인들은 하나의 가스 저장부와 연결되거나 각각 서로 다른 가스 저장부들과 연결될 수 있다. 상기와 같이 상기 공급 라인이 다수개 구비되는 경우, 상기 개구들(122)의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 공급 라인으로부터 제공된 공정 가스를 상기 개구들(122)을 통하여 보다 균일하게 상기 제1 가스 링(110)으로 제공하기 위해서이다. 또한, 상기 개구들(122)의 개수와 상기 공급 라인의 개수가 동일한 경우, 두 개의 가스 링(110, 120)을 이용하더라도 하나의 가스 링을 이용하여 공정 가스를 공급하는 것과 실질적으로 유사한 효과밖에 얻을 수 없기 때문이다.
상기 가스 공급 장치(100)는 상기 공정 가스를 상기 제2 가스 링(120)과 제1 가스 링(110)을 통과시켜 고르게 분포시킨 상태에서 노즐(112)을 통해 상기 기판 상으로 공급한다. 따라서 상기 공정 가스를 균일하게 공급할 수 있고, 상기 공정 가스에 의한 기판 가공의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
제2 실시예
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 가스 공급 장치(200)는 크게 제1 가스 링(210) 및 제2 가스 링(220)을 구비한다.
상기 제1 가스 링(210)은 상기 제1 실시예에 따른 제1 가스 링(110)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제2 가스 링(220)은 링 형태를 가지며, 상기 제1 가스 링(110)의 지름보다 큰 지름을 갖는다. 상기 제2 가스 링(220)은 상기 제1 가스 링(210)과 외접하도록 구비된다. 구체적으로 상기 제2 가스 링(220)의 안쪽 부위와 상기 제1 가스 링(210)의 바깥쪽 부위가 서로 접한다.
이때, 상기 제2 가스 링(220)은 단면적의 지름이 상기 제1 가스 링(210)의 단면적의 지름과 같은 것이 바람직하다. 그러나, 상기 제2 가스 링(220)은 단면적의 지름이 상기 제1 가스 링(210)의 단면적의 지름보다 크거나 작더라도 무방하다.
상기에서는 상기 제2 가스 링(220)이 상기 제1 가스 링(210)의 지름보다 큰 지름을 가지면서 상기 제1 가스 링(210)의 바깥쪽 부위와 외접하는 경우만을 설명하였지만, 상기 제2 가스 링(220)은 상기 제1 가스 링(210)의 지름과 동일한 지름을 가지면서 상기 제1 가스 링(210)의 위쪽 부위 또는 아래쪽 부위와 외접할 수 있다. 또한, 상기 제2 가스 링(220)은 상기 제1 가스 링(210)의 지름보다 작은 지름을 가지면서 상기 제1 가스 링(210)의 안쪽 부위와 외접할 수도 있다.
상기 제1 가스 링(210)과 상기 제2 가스 링(220)이 외접하는 부위에는 다수 의 개구(222)가 구비된다. 상기 개구들(222)은 상기 제1 가스 링(210)에 의해 한정되는 제1 공간과 상기 제2 가스 링(220)에 의해 한정되는 제2 공간을 연결시킨다. 상기 개구들(222)은 상기 제2 가스 링(220)에 실질적으로 균일한 간격만큼 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 개구들(222)의 위치는 상기 노즐들(212)의 위치와 서로 엇갈리도록 배치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 개구들(222)을 통해 상기 제1 가스 링(210)으로 공급된 상기 공정 가스가 상기 노즐들(212)로 바로 공급되는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 제1 가스 링(210)과 상기 제2 가스 링(220)은 실질적으로 평행하도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제2 가스 링(220)은 가스 저장부(미도시)와 연결되는 공급 라인과 연결된다. 상기 공급 라인은 상기 제1 가스 링(210)을 관통하여 상기 제2 가스 링(220)과 연결된다. 도시되지는 않았지만, 상기 공급 라인과 상기 제2 가스 링(220)이 연결되는 부위는 밀봉 부재에 의해 밀봉되는 것이 바람직하다. 상기 밀봉 부재는 상기 연결 부위를 통해 상기 공정 가스가 누설되는 것을 방지한다.
상기 개구들(222)의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치와도 서로 엇갈리도록 배치되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 공급 라인은 상기 개구(222)와 개구(222) 사이에 위치하는 상기 제2 가스 링(220)과 연결된다. 따라서 상기 공급 라인을 통해 상기 제2 가스 링(220)으로 공급되는 공정 가스가 상기 개구(222)를 통해 바로 상기 제1 가스 링(210)으로 공급되지 않는다. 상기 공정 가스는 상기 제2 가스 링(220)에서 균일하게 분포된 후에 상기 개구(222)를 통해 상기 제1 가스 링(220)으로 공급된다.
상기에서는 상기 제2 가스 링(220)에 하나의 공급 라인이 연결되는 것으로 설명되었지만, 상기 공급 라인은 다수개가 구비될 수도 있다. 이 경우 상기 공급 라인들은 하나의 가스 저장부와 연결되거나 각각 서로 다른 가스 저장부들과 연결될 수 있다. 상기와 같이 상기 공급 라인이 다수개 구비되는 경우, 상기 개구들(222)의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 공급 라인으로부터 제공된 공정 가스를 상기 개구들(222)을 통하여 보다 균일하게 상기 제1 가스 링(210)으로 제공하기 위해서이다. 또한, 상기 개구들(222)의 개수와 상기 공급 라인의 개수가 동일한 경우, 두 개의 가스 링(210, 220)을 이용하더라도 하나의 가스 링을 이용하여 공정 가스를 공급하는 것과 실질적으로 유사한 효과밖에 얻을 수 없기 때문이다.
상기 가스 공급 장치(200)는 상기 공정 가스를 상기 제2 가스 링(220)과 제1 가스 링(210)을 통과시켜 고르게 분포시킨 상태에서 노즐(212)을 통해 상기 기판 상으로 공급한다. 따라서 상기 공정 가스를 균일하게 공급할 수 있고, 상기 공정 가스에 의한 기판 가공의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
제3 실시예
도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 가스 공급 장치(300)는 크게 제1 가스 링(310) 및 제2 가스 링(320)을 구비한다.
상기 가스 공급 장치(300)는 상기 제1 가스 링(310)과 상기 제2 가스 링(320)이 서로 이격되며 다수개의 개구(222) 대신에 다수개의 연결 라인(322)을 통해 상기 제1 가스 링(310)과 상기 제2 가스 링(320)이 연결되는 것을 제외하면, 상기 제2 실시예에 따른 가스 공급 장치(200)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 가스 공급 장치(300)는 상기 공정 가스를 상기 제2 가스 링(320)으로 공급한 후, 상기 연결 라인들(322)을 통하여 다시 상기 제1 가스 링(210)으로 공급하여 고르게 분포시킨 상태에서 노즐(212)을 통해 상기 기판 상으로 공급한다. 따라서 상기 공정 가스를 균일하게 공급할 수 있고, 상기 공정 가스에 의한 기판 가공의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
제4 실시예
도 9는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 가스 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
상기 가스 공급 장치(400)는 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(404)를 포함한다. 상기 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(404)는 각각 상기 제1 실시예에 따른 가스 공급 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 그러므 로 상기 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(404)에 대한 설명은 생략한다. 한편, 상기 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(404)로 제2 내지 제3 실시예에 따른 가스 공급 장치가 각각 채용될 수도 있다.
상기 제1 가스 공급부(402)와 상기 제2 가스 공급부(404)는 챔버(10)의 벽에 적층된 형태로 배치된다. 상기 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(404)는 각각 서로 다른 가스 저장부와 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 가스 공급부(402)로부터 상기 챔버(10)로 공급되는 제1 가스와 상기 제2 가스 공급부(404)로붙터 상기 챔버(10)로 공급되는 제2 가스가 서로 다른 것이 바람직하다. 한편, 상기 상기 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(404)는 하나의 가스 저장부와 연결될 수도 있다.
상기 가스 공급 장치(400)는 상기 제1 가스 공급부(402) 및 제2 가스 공급부(402)를 통하여 상기 공정 가스를 스테이지(12)에 지지되는 기판 상으로 균일하게 공급한다. 따라서 상기 공정 가스에 의한 기판 가공의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
제5 실시예
도 11은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면 단면도이고, 도 12는 도11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 기판 가공 장치(500)는 챔버(510), 스테이 지(520), 가스 공급부(530) 및 가스 배출부(540)를 포함한다.
상기 챔버(510)는 기판 가공 공정이 수행되는 공간을 제공하며, 중공의 원통 형태를 갖는다. 상기 챔버(510)의 일측에는 상기 기판의 출입을 위한 출입구(512)가 구비된다. 상기 챔버(510)의 저면에는 기판 가공 공정에 사용되는 공정 가스에 의해 발생한 부산물 및 미반응 가스의 배출을 위한 배출구(514)가 구비된다.
상기 스테이지(520)는 상기 챔버(510)의 내부에 구비되며, 상기 기판 가공 공정이 수행되는 동안 상기 기판을 수평 상태로 지지한다.
상기 가스 공급부(530)는 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급한다. 상기 가스 공급부(530)는 상기 제1 실시예에 따른 가스 공급 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 그러므로 상기 가스 공급부(530)에 대한 구체적 설명은 생략한다. 한편, 상기 가스 공급부(530)는 제2 내지 제4 실시예에 따른 가스 공급 장치가 각각 채용될 수도 있다.
상기 가스 배출부(540)는 상기 챔버(110)의 하부에 구비되며, 상기 부산물 및 미반응 가스를 외부로 배출한다. 상기 가스 배출부(540)는 진공 펌프(548), 진공 라인(542), 스로틀 밸브(544) 및 게이트 밸브(546)로 구성된다.
상기 진공 펌프(548)는 챔버(510) 내부를 진공 상태로 유지하며, 기판의 가공 공정 중에 발생하는 반응 부산물 및 미반응 가스를 배출하기 위한 진공력을 제공한다. 상기 기판 가공 공정의 예로는 증착 공정이나 식각 공정 등을 들 수 있다. 상기 진공 라인(542)은 챔버(510)의 배출구(514)와 진공 펌프(548)를 연결한다. 상기 스로틀 밸브(544)는 진공 라인(542) 상에 구비되며 챔버(510) 내부의 진공도를 조절한다. 게이트 밸브(546)는 진공 펌프(548)의 동작에 따라 개폐된다.
상기 기판 가공 장치(500)는 상기 가스 공급부(530)를 통해 상기 스테이지(520)에 지지된 기판 상으로 공정 가스를 균일한 상태로 공급할 수 있다. 그러므로 상기 공정 가스에 의해 이루어지는 상기 기판 가공 공정의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.
실험예
도 13은 종래 기술에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 13에서는 종래 기술에 따른 가스 공급 장치를 두 개 적층하고 각각 서로 다른 공정 가스를 동시에 기판 상으로 공급하였다. 도 14에서는 제4 실시예에 따른 가스 공급 장치를 이용하여 서로 다른 공정 가스를 동시에 기판 상으로 공급하였다. 상기 시뮬레이션은 챔버 내부의 압력 5mTorr, O2 가스 100sccm, SiH4 가스 80sccm 인 조건에서 이루어졌으며, 상기 기판의 직경은 200mm이다. 도 13 및 도 14는 기판 상에서의 기체 농도 비율을 각각 계산하여 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, 농도 균일도가 0.075%이고, 가스 링에 연결된 공급 라인의 위치에 의한 영향이 나타났다. 즉, 상기 공급 라인이 연결된 위치와 인접한 노즐에서 분사되는 공정 가스의 유량과 상기 공급 라인이 연결된 위치와 인접한 노즐에서 분사되는 공정 가스의 유량이 서로 차이를 보였다. 즉, 상기 O2 가스와 SiH4 가스의 농도 비율이 균일하지 않았다. 그러므로 반도체 장치가 미세화되고 기판의 면적이 더욱 커지면 공정 균일도에 영향을 미쳐 반도체 장치의 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.
한편, 도 14를 참조하면, 농도 균일도가 0.041%로 도 13의 농도 균일도에 비해 약 45% 이상 개선되었음을 알 수 있다. 또한, 가스 링에 연결된 공급 라인의 위치에 의한 무관하게 노즐에서 분사되는 공정 가스의 유량이 균일하였다. 기판 전체의 영역에서 최적 농도비율 (100sccm/80sccm = 1.25)에 근접하고 있으며, 이는 상기 O2 가스와 SiH4 가스가 효율적으로 혼합되었음을 나타낸다. 그러므로 반도체 장치가 미세화되고 기판의 면적이 더욱 커지더라도 공정 균일도를 향상시킬 수 있고, 반도체 장치의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 공급 장치 및 기판 가공 장치는 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링 및 제1 가스 링과 연결되며, 공급 라인으로부터 제공되는 공정 가스를 제1 가스 링으로 제공하기 위한 제2 가스 링을 포함한다. 상기 공정 가스가 제2 가스 링으로 공급되어 일차적으로 고르게 분포되고, 이후 다시 상기 공정 가스가 제1 가스 링으로 공급되어 이차적으로 고르게 분포된다. 이후 노즐을 통해 기판 상으로 공급되므로 상기 공정 가스를 균일하게 공급할 수 있고, 상기 공정 가스에 의한 기판 가공의 공정 균일도를 향상시킬 수 있 다. 그러므로 반도체 장치가 미세화되고 기판의 크기가 커지더라도 기판 전체를 균일하게 가공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링; 및
    상기 제1 가스 링의 내부를 따라 구비되며, 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 개구를 가지며, 상기 공정 가스를 공급하기 위한 공급 라인으로부터 제공되는 상기 공정 가스를 상기 제1 가스 링으로 제공하는 제2 가스 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 개구들의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치 및 상기 노즐들의 위치와 각각 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 개구들의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  5. 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링; 및
    상기 제1 가스 링의 외측면을 따라 접촉하도록 구비되고, 상기 제1 가스 링과의 접촉 부위에 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 개구를 가지며, 상기 공정 가스를 공급하기 위한 공급 라인으로부터 제공되는 상기 공정 가스를 상기 제1 가스 링으로 제공하기 위한 제2 가스 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상 개구들의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치 및 상기 노즐들의 위치와 각각 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 개구들의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  8. 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링; 및
    상기 제1 가스 링과 이격되도록 배치되고, 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 연결 라인을 가지며, 상기 공정 가스를 공급하기 위한 공급 라인으로부터 제공되는 상기 공정 가스를 상기 제1 가스 링으로 제공하기 위한 제2 가스 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연결 라인들의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치 및 상기 노즐들의 위치와 각각 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 연결 라인들의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많 은 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  11. 챔버 내부에 수평으로 배치된 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링;
    상기 제1 가스 링의 내부를 따라 구비되고, 상기 공정 가스가 제공되는 공급 라인과 연결되며, 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 개구를 갖는 제2 가스 링; 및
    상기 공급 라인과 상기 제2 가스 링의 연결 부위를 밀봉하기 위한 밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 가스 링의 내부에 구비되며, 상기 제2 가스 링이 상기 제1 가스 링과 실질적으로 일정한 간격을 가지도록 상기 제2 가스 링을 지지하기 위한 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 개구들의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치 및 상기 노즐들의 위치와 각각 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 개구들의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많은 것 을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  16. 기판을 수용하기 위한 챔버;
    상기 수용된 기판을 수평으로 지지하기 위한 스테이지;
    상기 기판의 주위로부터 상기 기판을 향해 상기 기판의 가공을 위한 공정 가스를 분사하기 위한 노즐을 갖는 제1 가스 링 및 상기 제1 가스 링의 내부를 따라 구비되고, 상기 공정 가스가 제공되는 공급 라인과 연결되며, 상기 제1 가스 링과의 연결을 위한 다수의 개구를 갖는 제2 가스 링을 포함하는 가스 공급부; 및
    상기 챔버와 연결되며, 상기 챔버 내부에 존재하는 미반응 공정 가스 및 공정 부산물을 배출하기 위한 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 공급 라인과 상기 제2 가스 링의 연결 부위를 밀봉하기 위한 밀봉 부재 및 상기 제1 가스 링의 내부에 구비되며, 상기 제2 가스 링이 상기 제1 가스 링과 실질적으로 일정한 간격을 가지도록 상기 제2 가스 링을 지지하기 위한 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 개구들의 위치는 상기 공급 라인이 연결되는 위치 및 상기 노즐들의 위치와 각각 엇갈리도록 배치되며, 상기 개구들의 개수는 상기 공급 라인의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 가스 공급부가 다수개인 경우, 상기 가스 공급부는 적층 형태로 배치되며, 각각의 가스 공급부로부터 서로 다른 공정 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
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