特開 2023-129311 ガス供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023129311

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】ガス供給装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20230907BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/31 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026454

(22)【出願日】2023-02-22

(31)【優先権主張番号】10-2022-0027267

(32)【優先日】2022-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0028582

(32)【優先日】2022-03-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】523000167

【氏名又は名称】ハンファ・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】徐 東源

(72)【発明者】

【氏名】李 奎範

(72)【発明者】

【氏名】千 ▲ミン▼鎬

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030CA04

4K030CA12

4K030EA05

4K030EA06

4K030FA01

4K030HA01

4K030KA11

4K030LA15

5F045AA03

5F045AA08

5F045AA15

5F045DP03

5F045EB06

5F045EE02

5F045EE04

5F045EE14

5F045EE19

5F045EF05

5F045EH18

(57)【要約】

【課題】インサイチュクリーニングのためのリモートプラズマ装置を有する半導体工程装備に用いられるゲート弁にパージガスを供給することによって、蒸着工程時にゲート弁の下面が蒸着される現象を防止する。
【解決手段】ガス供給装置は、洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源と、プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、前記洗浄ガスを流動させる第１流路と、前記第１流路内の第１位置に設けられて前記第１流路を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断するゲート弁と、前記プロセスガスを流動させ、前記第１位置より下流の第２位置で前記第１流路と合流する第２流路と、前記ゲート弁を通過した洗浄ガスまたは前記プロセスガスをチャンバ内に噴射するシャワーヘッドユニットからなる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源と、
プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、
前記洗浄ガスを流動させる第１流路と、
前記第１流路内の第１位置に設けられて前記第１流路を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断するゲート弁と、
前記プロセスガスを流動させ、前記第１位置より下流の第２位置で前記第１流路と合流する第２流路と、
前記ゲート弁を通過した前記洗浄ガスまたは前記プロセスガスをチャンバ内に噴射するシャワーヘッドユニットと、を含むガス供給装置であって、
前記ゲート弁は、
内部空間に形成された空洞と、
前記空洞にパージガスを流入する流入孔と、
前記空洞と連通され、前記ゲート弁の下面に開放されて前記パージガスを下方に噴射する複数の噴射孔と、を含む、ガス供給装置。

【請求項2】

前記パージガスを供給するパージガス供給源と、
供給された前記パージガスを前記流入孔に流動させる第３流路と、をさらに含む、請求項１に記載のガス供給装置。

【請求項3】

前記プロセスガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるときに供給されて前記シャワーヘッドユニットを介して前記チャンバ内に噴射される、請求項１に記載のガス供給装置。

【請求項4】

前記パージガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるとき、前記ゲート弁の下面に噴射されることによって、前記プロセスガスによる前記ゲート弁の下面の蒸着を防止する、請求項２に記載のガス供給装置。

【請求項5】

前記空洞は前記ゲート弁の上面より下面に近い位置で、前記ゲート弁の横方向に沿って並んで形成される、請求項１に記載のガス供給装置。

【請求項6】

洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源と、
プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、
前記洗浄ガスを流動させる第１流路と、
前記第１流路内に設けられて前記第１流路を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断するゲート弁と、
前記プロセスガスを流動させ、前記ゲート弁より下流で前記第１流路と合流する第２流路と、
前記ゲート弁を通過した前記洗浄ガスまたは前記プロセスガスをチャンバ内に噴射するシャワーヘッドユニットと、
前記ゲート弁の下面に隣接してパージガスを噴射することによって、前記プロセスガスによる前記ゲート弁の下面の蒸着を防止するパージガス噴射構造と、を含むガス供給装置であって、
前記パージガス噴射構造は、
前記ゲート弁の下面近くで前記第１流路を囲む方向に形成されるガス供給リングと、
前記パージガスを前記ガス供給リングに流動させる第３流路と、
前記ガス供給リングと連通されて前記ガス供給リングに流動した前記パージガスを前記ゲート弁の下面に隣接して噴射する複数の噴射孔と、を含む、ガス供給装置。

【請求項7】

前記プロセスガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるときに供給されて前記シャワーヘッドユニットを介して前記チャンバ内に噴射される、請求項６に記載のガス供給装置。

【請求項8】

前記パージガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるとき、前記ゲート弁の下面に噴射される、請求項７に記載のガス供給装置。

【請求項9】

前記パージガス噴射構造に前記パージガスを供給するパージガス供給源をさらに含む、請求項６に記載のガス供給装置。

【請求項10】

前記ガス供給リングの断面直径は前記第３流路の直径より大きい、請求項６に記載のガス供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は基板に薄膜を蒸着するか、エッチング、洗浄する基板処理装置に関し、特に、前記基板に洗浄ガスおよび／またはプロセスガスを噴射するガス供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、基板に反応ガスを供給して薄膜を蒸着させる薄膜蒸着方法は、原子層薄膜蒸着（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）および化学気相蒸着（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが知られている。前記原子層薄膜蒸着法は、基板に反応ガスの供給とパージとを交互に実施して基板に吸着および蒸着させる方法であり、前記化学気相蒸着法は反応ガスを同時に噴射して基板に蒸着させる方法である。

【0003】

このような薄膜蒸着方法を実行する半導体装備は、例えば内部に半導体ウエハ（以下、ウエハという）を搭載するためのヒータ部材を有するプロセスチャンバと、該当ヒータ部材と対向して設けられたウエハ表面に向かってプロセスガスの供給を実行するガス供給装置と、を備えている。このガス供給装置には複数種のプロセスガスが互いに混ざらないように、また、横方向に拡散してウエハ表面に均一に供給されるようにガス流路が形成されることができる。

【0004】

また、一般に前記ガス供給装置は、インサイチュクリーニング（ｉｎ－ｓｉｔｕ ｃｌｅａｎｉｎｇ）のためにリモートプラズマ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ）方式を用いる。前記リモートプラズマ方式とは、プラズマに励起された洗浄ガスをプロセスチャンバ内に供給することによって前記チャンバ内部の蒸着物質を洗浄する技術である。具体的には、洗浄の際にはゲート弁が開かれてプラズマに励起された洗浄ガスが前記チャンバ内に供給され、蒸着工程時には前記ゲート弁が閉じられ、前記ゲート弁の下流地点で合流するプロセスガス流路を介してプロセスガスが供給されて蒸着工程が行われる。

【0005】

しかし、このように前記ゲート弁は蒸着工程時に閉じられている状態にあるので、プロセスガスがウエハを蒸着する間前記ゲート弁の下面も不要に蒸着される問題が発生する。このように、ゲート弁の下面に異物が蒸着されると、ゲート弁自体の動作にも障害が発生し得るだけでなく、後に前記異物が分離され落下されてシャワーヘッドに連結される流路の一部を閉塞するか蒸着されるウエハを汚染させる問題も発生し得る。

【0006】

このような問題を解決するために、ゲート弁の下面に別にパージガスを噴射する方式を考慮し得るが、前記パージガスをゲート弁の下面に均一に供給することが容易ではなく、前記のような不要な蒸着を防止するために必要とされるパージガスの流量が非常に大きいという限界がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１－０１２６７６４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする技術的課題は、インサイチュクリーニングのためのリモートプラズマ装置を有する半導体工程装備に用いられるゲート弁にパージガスを供給することによって、蒸着工程時にゲート弁の下面が蒸着される現象を防止することにある。

【0009】

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、インサイチュクリーニングのためのリモートプラズマ装置を有する半導体工程装備に用いられるゲート弁自体にパージガス供給流路を形成し、前記供給流路を介してパージガスを噴射することによって蒸着工程時のゲート弁の下面蒸着を未然に防止しようとすることにある。

【0010】

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、インサイチュクリーニングのためのリモートプラズマ装置を有する半導体工程装備に用いられるゲート弁の下面の近くにパージガスを噴射することによって、蒸着工程時にゲート弁の下面が蒸着される現象を防止することにある。

【0011】

本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、前記ゲート弁の下面の蒸着防止のためのより効果的な噴射構造および噴射条件を提供しようとすることにある。

【0012】

本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるガス供給装置は、洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源；プロセスガスを供給するプロセスガス供給源；前記洗浄ガスを流動させる第１流路；前記第１流路内の第１位置に設けられて前記第１流路を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断するゲート弁；前記プロセスガスを流動させ、前記第１位置より下流の第２位置で前記第１流路と合流する第２流路；および前記ゲート弁を通過した洗浄ガスまたは前記プロセスガスをチャンバ内に噴射するシャワーヘッドユニットを含み、ここで前記ゲート弁は、内部空間に形成された空洞；前記空洞にパージガスを流入する流入孔；および前記空洞と連通され、前記ゲート弁の下面に開放されて前記パージガスを下方に噴射する複数の噴射孔を含む。

【0014】

前記ガス供給装置は、前記パージガスを供給するパージガス供給源；および前記供給されたパージガスを前記流入孔に流動させる第３流路をさらに含む。

【0015】

前記プロセスガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるときに供給されて前記シャワーヘッドユニットを介して前記チャンバ内に噴射される。

【0016】

前記パージガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるとき、前記ゲート弁の下面に噴射されることによって、前記プロセスガスによる前記ゲート弁の下面の蒸着を防止する。

【0017】

前記空洞は前記ゲート弁の上面より下面に近い位置で、前記ゲート弁の横方向に沿って並んで形成される。

【0018】

前記技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるガス供給装置は、洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源；プロセスガスを供給するプロセスガス供給源；前記洗浄ガスを流動させる第１流路；前記第１流路内に設けられて前記第１流路を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断するゲート弁；前記プロセスガスを流動させ、前記ゲート弁より下流で前記第１流路と合流する第２流路；および前記ゲート弁を通過した洗浄ガスまたは前記プロセスガスをチャンバ内に噴射するシャワーヘッドユニットを含み、前記ゲート弁の下面に隣接してパージガスを噴射することによって、前記プロセスガスによる前記ゲート弁の下面の蒸着を防止するパージガス噴射構造をさらに含む。

【0019】

ここで、前記パージガス噴射構造は、前記ゲート弁の下面近くで前記第１流路を囲む方向に形成されるガス供給リング；前記パージガスを前記ガス供給リングに流動させる第３流路；および前記ガス供給リングと連通されて前記ガス供給リングに流動したパージガスを前記ゲート弁の下面に隣接して噴射する複数の噴射孔を含む。

【0020】

前記プロセスガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるときに供給されて前記シャワーヘッドユニットを介して前記チャンバ内に噴射される。

【0021】

前記パージガスは前記ゲート弁が閉じられた状態であるとき、前記ゲート弁の下面に噴射される。

【0022】

前記ガス供給装置は、前記パージガス噴射構造に前記パージガスを供給するパージガス供給源をさらに含む。

【0023】

前記ガス供給リングの断面直径は前記第３流路の直径より大きい。

【発明の効果】

【0024】

本発明による薄膜蒸着工程に用いられるガス供給装置によれば、ゲート弁の下面が蒸着される現象を防止することによって異物発生による各種問題を予防することができる。

【0025】

また、本発明による薄膜蒸着工程に用いられるガス供給装置によれば、ゲート弁の蒸着防止のためのパージガスの供給流量を最小化できるので、相対的にソースガスおよび反応ガスのようなプロセスガスの濃度を増加させ得る、ステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）の改善効果がある。

【0026】

また、本発明による薄膜蒸着工程に用いられるガス供給装置によれば、ゲート弁の蒸着防止のためのパージガスの供給流量を最小化できるので、工程圧力を減少させることができるため、工程ウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）を増加させる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１実施形態によるガス供給装置を示す正面図である。

【図2】図１のガス供給装置を縦方向に切断した縦断面図である。

【図3】ガス供給装置に設けられるゲート弁の下面方向から見た図である。

【図4a】本発明の一実施形態によるゲート弁で複数の噴射孔が垂直方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【図4b】本発明の一実施形態によるゲート弁で複数の噴射孔が垂直方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【図4c】本発明の一実施形態によるゲート弁で複数の噴射孔が垂直方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【図5a】本発明の他の実施形態によるゲート弁で複数の噴射孔が傾いた方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【図5b】本発明の他の実施形態によるゲート弁で複数の噴射孔が傾いた方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【図6】本発明の他の実施形態によるゲート弁で複数の噴射孔が形成された弁の下面が上方に凹状に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【図7】本発明の第２実施形態によるガス供給装置を示す正面図である。

【図8】図７のガス供給装置を縦方向に切断した縦断面図である。

【図9a】図８のＡ領域を拡大して示す本発明の一実施形態によるパージガス噴射構造の縦断面図である。

【図9b】図９ａのＢ－Ｂ’に沿って切断した横断面図である。

【図10】図８のＡ領域を拡大して示す本発明の他の実施形態によるパージガス噴射構造の縦断面図である。

【図11】図８のＡ領域を拡大して示す本発明のまた他の実施形態によるパージガス噴射構造の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の利点および特徴、並びにこれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すると明確になる。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現することができ、本実施形態は、単に本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。明細書全体にわたって同一参照符号は同一構成要素を指すものとする。

【0029】

他に定義のない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学的用語を含む）は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通して理解される意味で使用される。また、一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り理想的にまたは過度に解析されない。

【0030】

本明細書で使用された用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数形は文面で特記しない限り、複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素の他に一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

【0031】

以下、添付する図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。

【0032】

図１は本発明の一実施形態によるガス供給装置１００を示す正面図である。図１を参照すると、前記ガス供給装置１００は洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源１１と、プロセスガスを供給するプロセスガス供給源１２と、パージガスを供給するパージガス供給源１３と、シャワーヘッドユニット４０と、を含む。

【0033】

前記洗浄ガスはインサイチュクリーニングのためにリモートプラズマ方式によりプラズマに励起されたガスであり得、前記プロセスガス（ｐｒｏｃｅｓｓ ｇａｓ）はソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）、反応ガス（ｒｅａｃｔａｎｔ ｇａｓ）を含むことができる。また、前記パージガス（ｐｕｒｇｅ ｇａｓ）は、特定方向へのガス流入を遮断するために噴射される反応性が低い不活性ガスであり得る。

【0034】

前記洗浄ガス、前記プロセスガスおよび前記パージガスは、それぞれの供給源１１，１２，１３からそれぞれの供給管２１，２２，２３を介して供給されることができる。

【0035】

シャワーヘッドユニット４０は洗浄ガスまたは前記プロセスガスを、その下方に位置するプロセスチャンバ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）（図示せず）内に配置されたウエハ（図示せず）に均一に噴射する機能を有する。特に、シャワーヘッドユニット４０は、工程モードである場合は前記ウエハにプロセスガスを供給し、洗浄モードである場合は前記ウエハに洗浄ガスを供給する。

【0036】

図２は図１のガス供給装置１００を縦方向に切断した縦断面図である。図２に示すように、洗浄ガス供給源１１から供給される洗浄ガスは第１供給管２１内の第１流路３１を介してシャワーヘッドユニット４０まで供給されることができる。この時、第１流路３１の上流側の一地点にはゲート弁５０が設けられている。前記ゲート弁５０は前記第１流路３１を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断できる機能を有する。

【0037】

一方、プロセスガス供給源１２から供給されるプロセスガスは第２供給管２２内の第２流路３２を介して第１流路３１に供給されることができる。この時、前記第２流路３２は前記ゲート弁５０より下流の位置で前記第１流路３１と合流する。前記プロセスガスは前記ゲート弁５０が閉じられた状態であるときに供給され、前記シャワーヘッドユニット４０を介して前記プロセスチャンバ内に噴射され得る。反面、前記洗浄ガスはゲート弁５０が開かれた状態のときに供給され、前記シャワーヘッドユニット４０を介して前記プロセスチャンバ内に噴射され得る。もちろん、このような洗浄ガス供給時にはプロセスガスの供給は別の弁装置により遮断されなければならない。

【0038】

シャワーヘッドユニット４０はこのように共通の第１流路３１を介して供給される洗浄ガスまたはプロセスガスを下側のプロセスチャンバ内に供給する。具体的には、シャワーヘッドユニット４０は引込ポートブロック４１、拡散ブロック４３および噴射ノズル４５の組み合わせからなる。引込ポートブロック４１には第１流路３１の下側端部が結合され、前記第１流路３１の下側端部は拡散ブロック４３の拡散領域１６と連通される。前記第１流路３１を介して供給されたガスは前記拡散領域１６により中心から外側方向に拡散する。このように外側に拡散したガスは拡散ブロック４３と噴射ノズル４５との間のバッファ空間１７に溜まった後に最終的に噴射ノズル４５に形成された多数のノズル孔１８を介して下方に噴射される。

【0039】

本発明の一実施形態によれば、ゲート弁５０が閉じられた状態でプロセスガスが供給されるときにゲート弁５０の下面が蒸着されることを防止するために、ゲート弁５０自体の内部空洞（ｃａｖｉｔｙ）からゲート弁５０の下面にパージガスが噴射される。このため、パージガス供給源１３とゲート弁５０の空洞とは供給管２３により形成される第３流路３３を介して連結される。また、図３に示すように、ゲート弁５０の下面５２にはその内部の空洞と連通される複数の噴射孔５１が形成されているため、前記空洞に溜まったパージガスが前記複数の噴射孔５１を介して噴射される。このようにゲート弁５０自体でパージガスを噴射できる構造により、弁下面５２の全体で均一にパージガスが供給されるようにして少ないガス流量でも弁下面５２の蒸着を十分に遮断することができる。

【0040】

前記ゲート弁５０の詳細な構成は後述する図４ａないし図６を参照してより詳しく説明する。先に、図４ａないし図４ｃは本発明の一実施形態によるゲート弁５０で複数の噴射孔５１が垂直方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。

【0041】

図４ａを参照すると、ゲート弁５０ａは内部空間に形成された空洞５４と、前記第３流路３３と連結されて前記空洞５４にパージガスを流入する流入孔５３と、前記空洞５４と連通されて前記ゲート弁の下面５２に開放されて前記パージガスを下方に噴射する複数の噴射孔５１ａと、を含む。

【0042】

前記パージガスは前記ゲート弁５０ａが閉じられた状態であるとき、前記ゲート弁５０ａの下面５２に噴射されることによって、前記プロセスガスによる前記ゲート弁５０ａの下面５２の蒸着を防止することができる。特に、前記空洞５４は前記ゲート弁５０ａの上面より下面に近い位置で、前記ゲート弁５０ａの横方向に沿って並んで形成されることができる。

【0043】

前記複数の噴射孔５１は前記空洞５４から前記ゲート弁の下面５２に向かって垂直方向に整列している。したがって、パージガスはゲート弁５０ａの下方に噴射されるので、より下流側で第２流路３２を介して供給されるプロセスガスが前記ゲート弁５０ａ側に流入することを根本的に遮断することができる。

【0044】

この時、前記複数の噴射孔５１ａは図４ａに示されているように、前記ゲート弁５０ａの下面５２に対して等間隔に配置されることができる。しかし、これに限らず、図４ｂのゲート弁５０ｂのように、前記複数の噴射孔５１は前記ゲート弁の下面５２に対して、中央から外郭に行くほどより狭い間隔で配置されることもできる。この時、最外郭領域に配置された複数の噴射孔５１ｂの密度は中心領域に配置された複数の噴射孔５１ｂの密度の約２倍未満であり得る。前記複数の噴射孔５１ｂの密度は中心領域から外郭領域に行くほど大きくなる。この場合は、弁下面５２の中心を基準として外郭でより高い噴霧圧力が形成されるので、弁下面５２の中でも外側領域の蒸着の可能性をより確かに除去することができる。

【0045】

また、図４ｃのゲート弁５０ｃのように、前記複数の噴射孔５１ｃは前記ゲート弁の下面５２に対して、中央から外郭に行くほどより広い間隔で配置されることもできる。この時、中心領域に配置された複数の噴射孔５１ｃの密度は最外郭領域に配置された複数の噴射孔５１ｃの密度の約２倍未満であり得る。前記複数の噴射孔５１ｃの密度は中心領域から外郭領域に行くほど小さくなる。この場合は、弁下面５２の中心でより高い噴霧圧力が形成されるので、弁下面５２の中でも中央領域の蒸着の可能性をより確実に除去することができる。

【0046】

図５ａおよび図５ｂは本発明の他の実施形態によるゲート弁５０で複数の噴射孔５１が傾いた方向に形成された実施形態を示す縦断面図である。この中で、図５ａに示すゲート弁５０ｄでは、複数の噴射孔５１ｄが前記空洞５４から前記ゲート弁の下面５２に向かって拡張されるフレア状（ｆｌａｒｅｄ ｓｈａｐｅ）に整列する。この時、中心領域に配置された複数の噴射孔５１ｄは垂直方向に延びる形状を有することができ、前記中心領域の外側に配置された複数の噴射孔５１ｄは前記中心領域で下面５２の縁領域に行くほど傾斜して延びる形状を有することができる。詳しくは、前記中心領域に配置された噴射孔５１ｄの内側面は下面５２と垂直であり得る。また、前記中心領域の外側に配置された噴射孔５１ｄの内側面と下面５２とは約５５度～約８０度の傾斜角を有することができる。この場合は、パージガスの噴射面積が拡張されるので、蒸着ガス遮断領域が広くなる効果がある。好ましくは、第１流路３１に供給されるパージガスの流動特性およびゲート弁５０ｄの下面に物質が蒸着されることを防止するために前記傾斜角は約６０度～約７５度の範囲を満たすことができる。

【0047】

また、図５ｂに示すゲート弁５０ｅでは、複数の噴射孔５１が前記空洞５４から前記ゲート弁の下面５２に向かって縮小されるテーパー形状（ｔａｐｅｒｅｄ ｓｈａｐｅ）に整列することができる。この時、中心領域に配置された複数の噴射孔５１ｅは垂直方向に延びる形状を有することができ、前記中心領域の外側に配置された複数の噴射孔５１ｅは前記中心領域で下面５２の縁領域に行くほど傾斜して延びる形状を有することができる。詳しくは、前記中心領域に配置された噴射孔５１ｅの内側面は下面５２と垂直であり得る。また、前記中心領域の外側に配置された噴射孔５１ｅの内側面と下面５２とは約５５度～約８０度の傾斜角を有することができる。この場合は、パージガスの噴射面積は縮小されるが、その噴霧圧力が中央に集中して上昇する効果がある。好ましくは、第１流路３１に供給されるパージガスの流動特性およびゲート弁５０ｅの下面に物質が蒸着されることを防止するために前記傾斜角は約６０度～約７５度の範囲を満たすことができる。

【0048】

ここで、最外郭領域はゲート弁５０ｅの下面５２の直径から中心方向に約２０％以下の領域を意味し、中心領域はゲート弁５０ｅの下面５２の中心から直径方向に約３０％以下の領域を意味する。また、密度は下面５２の単位面積当たり噴射孔５１ｂが占める面積を意味する。

【0049】

図６は本発明の他の実施形態によるゲート弁５０ｆで複数の噴射孔５１が形成された弁の下面５２ｆが上方に凹状に形成された実施形態を示す縦断面図である。前記ゲート弁５０ｆの下面５２ｆは前記ゲート弁の上面に向かって凹んだ（ｃｏｎｃａｖｅ）形状を有する。また、前記複数の噴射孔５１ｆは前記ゲート弁の下面５２に対して、中央から外郭に行くほどより大きい高さを有する。例えば、中央近くの噴射孔の高さｄ１に比べて、外側の噴射孔の高さｄ２が大きくなるように形成される。例えば、下面５２ｆに配置された複数の噴射孔５１ｆの中心に配置された噴射孔５１ｆの高さｄ１は最も小さくてもよく、外側に配置された噴射孔５１ｆの高さｄ２は最も高くてもよい。この場合は、パージガスが全般的に下方に噴射されると同時に、中央より外側付近でより高い直進性が保障される。この時、外側に配置された噴射孔５１ｆの高さｄ２は中心に配置された噴射孔５１ｆの高さｄ１の約２倍以内の範囲で高くてもよい。前記高さの差の比が２倍を超える場合、流動特性は改善されることができる。しかし、下面５２ｆの中心部の厚さが過度に薄くなるか、下面５２の外郭領域が過度に厚く提供されて機器の信頼性が低下するかまたは大きさ、重量が増加してコンパクトに提供されにくい。したがって、前記噴射孔５１ｆの高さｄ１，ｄ２に対する比率は上述した範囲を満たすことが好ましい。

【0050】

これまでゲート弁自体に流路を形成して前記ゲート弁の下面の蒸着を防止する本発明の第１実施形態によるガス供給装置について説明した。以下では前記ゲート弁の下面の蒸着を防止するために、前記ゲート弁の下面に隣接してパージガスを噴射する本発明の第２実施形態によるガス供給装置について説明する。

【0051】

図７は本発明の第２実施形態によるガス供給装置２００を示す正面図である。図７を参照すると、前記ガス供給装置２００は洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給源１１１と、プロセスガスを供給するプロセスガス供給源１１２と、パージガスを供給するパージガス供給源１１３と、シャワーヘッドユニット１４０と、を含む。

【0052】

前記洗浄ガスはインサイチュクリーニングのためにリモートプラズマ方式によりプラズマに励起されたガスであり得、前記プロセスガス（ｐｒｏｃｅｓｓ ｇａｓ）はソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）と反応ガス（ｒｅａｃｔａｎｔ ｇａｓ）とを含むことができる。また、前記パージガス（ｐｕｒｇｅ ｇａｓ）は、特定方向へのガス流入を遮断するために噴射される反応性が低い不活性ガスであり得る。

【0053】

前記洗浄ガス、前記プロセスガスおよび前記パージガスは、それぞれの供給源１１１，１１２，１１３からそれぞれの供給管１２１，１２２，１２３を介して供給されることができる。

【0054】

シャワーヘッドユニット１４０は洗浄ガスまたは前記プロセスガスを、その下方に位置するプロセスチャンバ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）（図示せず）内に配置されたウエハ（図示せず）に均一に噴射する機能を有する。特に、シャワーヘッドユニット１４０は工程モードであるときは前記ウエハにプロセスガスを供給し、洗浄モードであるときには前記ウエハに洗浄ガスを供給する。

【0055】

図８は図７のガス供給装置２００を縦方向に切断した縦断面図である。図８に示すように、洗浄ガス供給源１１１から供給される洗浄ガスは第１供給管１２１内の第１流路１３１を介してシャワーヘッドユニット１４０まで供給されるとができる。この時、第１流路１３１の上流側の一地点にはゲート弁１５０が設けられている。前記ゲート弁１５０は前記第１流路１３１を開閉することによって前記洗浄ガスを通過させるか遮断できる機能を有する。

【0056】

一方、プロセスガス供給源１１２から供給されるプロセスガスは、第２供給管１２２内の第２流路１３２を介して第１流路１３１に供給されることができる。この時、前記第２流路１３２は前記ゲート弁１５０より下流の位置で前記第１流路１３１と合流する。前記プロセスガスは前記ゲート弁１５０が閉じられた状態であるときに供給されて前記シャワーヘッドユニット１４０を介して前記プロセスチャンバ内に噴射され得る。反面、前記洗浄ガスはゲート弁１５０が開かれた状態のときに供給されて前記シャワーヘッドユニット１４０を介して前記プロセスチャンバ内に噴射され得る。もちろん、このような洗浄ガスを供給するときにはプロセスガスの供給は別の弁装置により遮断されなければならない。

【0057】

シャワーヘッドユニット１４０は、このように共通の第１流路１３１を介して供給される洗浄ガスまたはプロセスガスを下側のプロセスチャンバ内に供給する。具体的には、シャワーヘッドユニット１４０は引込ポートブロック１４１、拡散ブロック１４３および噴射ノズル１４５の組み合わせからなる。引込ポートブロック１４１には第１流路１３１の下側端部が結合され、前記第１流路１３１の下側端部は拡散ブロック１４３の拡散領域１１６と連通される。前記第１流路１３１を介して供給されたガスは前記拡散領域１１６により中心から外側方向に拡散する。このように外側に拡散したガスは拡散ブロック１４３と噴射ノズル１４５との間のバッファ空間１１７に溜まった後最終的に噴射ノズル１４５に形成された多数のノズル孔１１８を介して下方に噴射される。

【0058】

本発明の一実施形態によれば、ゲート弁１５０が閉じられた状態でプロセスガスが供給されるときにゲート弁１５０の下面が蒸着されることを防止するために、ゲート弁１５０の下面近くにパージガスが噴射される。このため、パージガス供給源１１３と、ゲート弁１５０の下面近くの一地点とは、供給管１２３により形成される第３流路１３３を介して連結される。

【0059】

このように、前記ゲート弁１５０の下面近くにパージガスを供給するための詳細な構成は後述する図９ａないし図１１を参照してより詳しく説明する。

【0060】

図９ａは図８のＡ領域を拡大して示す本発明の一実施形態によるパージガス噴射構造１７０ａの縦断面図であり、図９ｂは図９ａのＢ－Ｂ’に沿って切断した前記パージガス噴射構造１７０ａの横断面図である。

【0061】

前記パージガス噴射構造１７０ａは、前記ゲート弁１５０が閉じられており、第２流路１３２によりプロセスガスが供給されるときに、前記ゲート弁１５０の下面１５２に隣接してパージガスを噴射することによって、前記プロセスガスによる前記ゲート弁の下面蒸着を防止する。

【0062】

具体的には、前記パージガス噴射構造１７０ａは、前記ゲート弁１５０の下面１５２近くで前記第１流路１３１を囲む方向に形成されるガス供給リング１７５ａと、前記パージガス供給源１１３からのパージガスを前記ガス供給リング１７５ａの内部に流動させる第３流路１３３と、前記ガス供給リング１７５ａと連通されて前記ガス供給リング１７５ａに流動したパージガスを前記ゲート弁１５０の下面１５２に隣接して噴射する複数の噴射孔１７１ａと、からなる。

【0063】

この時、十分なバッファリング（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）容量を備えるように、前記ガス供給リング１７５ａの断面直径は前記第３流路１３３の直径よりはるかに大きくなるように設計されることが好ましい。

【0064】

また、図９ｂに示すように、前記複数の噴射孔１７１ａは前記ガス供給リング１７５ａの円周方向に沿って均等に配置されることができる。しかし、これに限らず、前記円周方向に沿って複数の噴射孔１７１ａを不均等に配置することもできる。例えば、前記第３流路１３３と近い側の噴射孔１７１ａの間の間隔より前記第３流路１３３より遠い側の噴射孔１７１ａの間の間隔がよりコンパクトになるように配置することもできる。均等配置の場合、パージガスの進入路である第３流路１３３近くの噴射孔１７１ａでの噴霧圧力が円周方向の反対側に位置する噴射孔１７１ａでの噴霧圧力より高い問題が生じ得るが、このような不均等な配置によりこのような問題を緩和することができる。

【0065】

しかし、図９ａに示すように、第１流路１３１の直径をｄとし、噴射孔１７１ａの半径をｒとし、噴射孔１７１ａの個数をｎとすると、第１流路１３１の中心に到達するパージガスの流量（Ｑ）は次の数式１のように計算される。

【0066】

【数1】

【0067】

ゲート弁１５０の下面１５２の蒸着防止効果、すなわち、カーテン効果のためのパージガスの流量（Ｑ）は理想的には前記数式１のように計算される。しかし、第１流路１３１の下流側ではプロセスガスのポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）が起こっているので、前記パージガスも下方に引っ張られる効果が発生し得る。そのため、パージガスが水平に噴射されるとしても第１流路１３１の中心付近ではパージガスが多少の下方向へ向かうことになる。この場合は、第１流路１３１の中心領域ではパージ効果が弱まるので、これを補償するためにより多くの流量のパージガスが求められるが、これはパージガスの浪費によるエネルギ損失だけでなく、全体工程にも悪影響を与える恐れがある。

【0068】

したがって、このように問題が発生し得る第１流路１３１の中心領域でパージガスが下向く問題を解消するために噴射孔１７１ａの方向をある程度上向かせる必要がある。どの程度の上向き角度（θ）が適正であるかが問題であるが、このような上向き角度（θ）は次の数式２により得られる。

【0069】

【数2】

【0070】

ここで、ｄは前述したように、第１流路１３１の直径であり、ｋは噴射孔１７１からゲート弁１５０の下面１５２までの距離である。数式２に係るより詳しい説明のために次の図１０を参照する。

【0071】

図１０は図８のＡ領域を拡大して示す本発明の他の実施形態によるパージガス噴射構造１７０ｂの縦断面図である。ここで、複数の噴射孔１７１ｂは前記ガス供給リング１７５ｂから横方向を基準として、前記ゲート弁１５０の下面１５２に向かって上方に傾くように配置される。具体的には、前記上方に傾いた角度、すなわち上向き角度（θ）は前述した数式２により計算される。図１０を参照すると、前記上向き角度（θ）はパージガスが傾いて噴射された後、ゲート弁１５０の下面で反射して復帰する位置が第１流路１３１の中心に位置するという仮定により計算された値である。このような上向き角度（θ）は実務的には３０°～４５°内の範囲を満たすことが好ましい。前記上向き角度（θ）が下限より小さいとパージガスの中央たわみに対する補償が不十分になり、上限より大きいとパージガスが過度に縦方向に噴射されることによってゲート弁１５０の下面１５２の中央でのカーテン効果が弱まる。すなわち、実施形態によるガス供給装置２００は前記上向き角度（θ）が上述した範囲を満たすようにすることができる。そして、前記上向き角度（θ）と前述した数式２とにより前記第１流路１３１の直径ｄおよび前記噴射孔１７１の位置ｋを設定することができ、これにより上述した効果を導き出すことができる。

【0072】

一方、図１１は図８のＡ領域を拡大して示す本発明のまた他の実施形態によるパージガス噴射構造１７０ｃの縦断面図である。図１１を参照すると、ガス供給リング１７５ｃの円周方向に離隔配置される複数の噴射孔１７１ｃそれぞれは、縦方向に再び分けられる複数のサブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３で構成されることができる。このように複数のサブ噴射孔を用いる場合は相対的にパージガスのより均一な噴射が可能になる。このような複数のサブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３を縦方向に離隔形成するために、ガス供給リング１７５ｃの断面は図９ａおよび図１０に示されたような円形でない、縦方向に細長い楕円形であり得る。

【0073】

前記複数のサブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３は、前記ガス供給リング１７５ｃから横方向を基準として、前記ゲート弁１５０の下面１５２に向かって上方に傾くように配置される。具体的には、前記上向き角θ_１，θ_２，θ_３は、図１０の噴射孔１７１ｂと同様に上向きに３０°～４５°内の範囲を満たす。

【0074】

ただし、この時それぞれのサブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３の縦方向位置が互いに異なるので、このような異なる位置によるサブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３の上向き角および直径を個別に設計する必要がある。

【0075】

先に、サブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３の直径の観点では、それぞれのサブ噴射孔での流量を均等化するためにゲート弁１５０の下面１５２からより離隔したサブ噴射孔であるほどより大きい直径を有するようにすることが好ましい。

【0076】

また、サブ噴射孔１７１－１，１７１－２，１７１－３が向かう上向き角θ_１，θ_２，θ_３の観点では、それぞれのサブ噴射孔が前記数式２を満すために、ゲート弁１５０の下面１５２からより離隔したサブ噴射孔であるほどより大きい上向き角を有するようにすることが好ましい。これは、前記数式２において、「ｋ」はより下に位置した噴射孔であるほど大きい値を有するからである。

【0077】

以上、添付する図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず他の具体的な形態で実施できることを理解することができる。したがって、上記一実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図10】

【図11】