균일한 가스분사를 위한 가스분사장치 document_id A220623044875

본 발명은 반도체 또는 액정표시소자 제조장치의 가스분사수단에 관한 것으로서, 구체적으로는 배기구쪽으로 갈수록 분사홀의 직경이 점진적으로 또는 단계적으로 커지는 가스분사수단 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다. 일반적으로 반도체소자 또는 액정표시소자를 제조하기 위해서는 모재가 되는 웨이퍼 또는 글래스(이하, '기판'이라 함)에 공정가스를 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝(patterning)하는 식각공정 등을 거쳐야 한다. 도 1은 반도체소자 제조공정에서 기판(s)에 형성된 트렌치나 콘택홀을 메우는 공정, 즉 갭필(gap-fill) 공정을 수행하기 위해 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 고밀도 플라즈 화학기상증착(HDP CVD: High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 장치의 구성을 예시한 단면도이다. HDP CVD장치는 도시된 바와 같이 일정한 반응공간을 형성하는 챔버(10), 상기 챔버(10)의 내부에 설치되어 기판(s)을 안치하는 기판안치대(20)를 포함한다. 챔버(10)는 통상 알루미늄재질의 바디(11)와 상기 바디(11)의 상부에 놓여지는 석영재질의 돔(12)으로 이루어지며, 돔(12)의 상부에는 RF전력이 인가되는 RF안테나(50)가 설치된다. RF안테나(50)는 RF전원(60)에 연결되며, RF안테나(50)와 RF전원(60)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 정합회로(62)가 설치된다. RF안테나(50)에 RF전력이 인가될 때 챔버 바디(11)는 통상 접지되며, 기판안치대(20)는 바이어스 RF전원(미도시)에 연결되거나 접지된다. 챔버 바디(11)의 하부에는 잔류가스를 배출하기 위한 배기구(14)가 설치되며, 배기구(14)에는 터보분자펌프(TMP) 등의 진공펌프가 설치된다. 기판안치대(20)는 구동축(22)에 의해 승강할 수 있으며, 이를 위해 기판안치대(20)와 챔버 저면의 사이에는 승강운동에도 불구하고 진공을 유지할 수 있는 벨로우즈(24)가 설치된다. 한편, 이러한 기판처리장치에는 챔버(10) 내부로 공정가스를 분사하는 가스분사수단이 설치되어야 하며, 가스분사수단의 종류에는 인젝터, 링 인젝터, 빌트인 인젝터 등이 있다. 도 1에서는 이 중에서 챔버 바디(11)의 측부를 관통하여 챔버내부로 인입 설치되는 인젝터(30)를 도시하였다. 도면에는 2개의 인젝터(30)를 도시하였지만, 웨이퍼를 처리하는 반도체소자 제조장치의 챔버(10)는 대부분 원형의 평면을 가지기 때문에 균일한 가스분사를 위하여 전체적으로는 도 2에 도시된 바와 같이 훨씬 더 많은 개수(통상적으로는 8개 내지 16개 정도)의 인젝터(30)를 대칭적으로 배치하여야 한다. 이와 같이 챔버 바디(11)에 다수의 인젝터(30)를 일일이 관통시켜서 설치하지 않고, 도 3에 도시된 바와 같은 링 인젝터(40)를 이용할 수도 있다. 링 인젝터(40)는 챔버(10)의 내부에 설치되는 것으로서 기판안치대(20) 상부의 반응영역에 위치하고 기판(s)의 형상에 대응하는 링 형상을 가지며 대략 기판(s)보다 큰 직경을 가진다. 링 인젝터(40)는 기판안치대(20)에 고정될 수도 있고 챔버(10) 내측에 고정될 수도 있으며, 분사홀은 기판(s) 방향으로 균일하게 형성된다. 이러한 링 인젝터(40)를 도 4에 도시된 바와 같이 챔버 내벽에 내장시킨 구성이 빌트인 인젝터(42)라고 할 수 있다. 기판처리장치에서는 이와 같이 다양한 형태의 가스분사수단이 사용되고 있지만, 이들 가스분사수단을 설계하는데 있어서 가장 중점적인 요소는 챔버(10) 내부로 공정가스를 최대한 균일하게 분사하는 것이라고 할 수 있다. 그런데 가스분사수단의 분사홀 직경이나 간격을 아무리 균일하게 형성하여도 챔버 내부에 존재하는 비균일적 요인으로 인해 원하는 만큼 공정 균일도를 확보하지 못하는 경우가 종종 발생한다. 챔버 내부에 존재하는 대표적인 비균일적 요인은 진공펌프에 의한 압력불균형이다. 즉, 진공펌프의 펌핑압력으로 인하여 챔버 내부에는 배기구(14) 부근과 반대쪽 사이에 압력불균형이 발생하게 되고, 이 때문에 기판(s) 상에서 공정가스의 분압(partial pressure)을 균일하게 확보하기가 어려워지며, 이것은 공정균일도를 향상시키는데 제한요인으로 작용하게 된다. 특히, 기판의 크기가 대면적화됨에 따라 기판처리장치의 부피증가 및 이에 따른 배기설비의 대용량화 등으로 인해 공정균일도를 확보하기가 더욱 어려워지게 된다.