KR102193667B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
가스 공급 장치 및 이를 이용한 박막 증착 장치를 제시한다.
본 기술의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 기판에 대하여 처리 공간이 제공되는 챔버 몸체와, 챔버 몸체 상부에 위치하는 챔버 리드를 포함하는 챔버와, 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와, 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와, 기판 지지부의 회전 방향을 따라 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와, 기판 지지부의 회전 방향을 따라 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과, 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스가 공급되는 분리가스 영역과, 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부와, 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 기판에 대하여 처리 공간이 제공되는 챔버 몸체와, 챔버 몸체 상부에 위치하는 챔버 리드를 포함하는 챔버와, 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와, 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와, 기판 지지부의 회전 방향을 따라 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와, 기판 지지부의 회전 방향을 따라 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과, 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스가 공급되는 분리가스 영역과, 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부와, 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 축소율을 계속해서 증가하고 있으며, 이에 따라 비아 홀, 콘택 홀 등의 소형화 및 박막화가 요구된다. 구경이 작은 홀을 매립하기 위해서는 스텝 커버리지 특성이 우수한 공정 방식이 필요하며, 이에 따라 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 방식이 주로 이용되고 있다.
원자층 증착 방식의 박막 형성 방법은 소스가스 공급, 퍼지가스 공급, 반응가스 공급 및 퍼지가스 공급의 단계를 한 사이클로 하여 수행되며, 기판 상에 박막을 균일하게 증착할 수 있는 장점이 있다. 다만, 사이클 당 공정 시간이 길어 박막 증착 속도가 낮다.
이러한 속도 문제를 해결하기 위해 복수의 기판들을 챔버 내에서 한번에 처리하는 복수 기판 처리 장치가 개발되었다. 복수 기판 처리 장치는 챔버 내의 회전 가능한 기판 지지부 상에 복수의 기판을 안착시키고, 기판의 증착면과 대향하는 면에 설치된 가스 공급 장치로부터 소스/퍼지/반응 가스를 공급하는 장치이다. 복수 기판 처리 장치를 이용하면, 복수의 기판에 대해 동시에 박막을 증착할 수 있어 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시한 것과 같이, 기판처리장치(100)는 챔버(110), 기판지지부(120) 및 가스 공급 장치(130)를 포함할 수 있다.
챔버(110)는 하부 플레이트(111), 측부 플레이트(112) 및 상부 플레이트(113)를 구비할 수 있다. 하부 플레이트(111)는 원판 형상으로 이루어질 수 있으며, 측부 플레이트(112)는 하부 플레이트(111)의 가장자리로부터 상방으로 수직 연장된다. 아울러, 측부 플레이트(112)에는 기판(W)이 인입 및 인출되는 게이트(미도시)가 형성될 수 있다. 측부 플레이트(112)의 상면에는 측부 플레이트(112)와 결합되는 가스 공급 장치(113)가 마련된다. 측부 플레이트(112) 상면에 가스 공급 장치(113)를 밀폐 결합시킴에 따라 챔버(110) 내부에 증착 공간이 형성된다. 여기에서, 하부 플레이트(111) 및 측부 플레이트(112)는 챔버 몸체로 작용하고, 상부 플레이트(113)는 챔버 리드로 작용한다.
챔버(110) 내부에는 기판 지지부(120)와 가스 공급 장치(130) 사이에 박막 증착 공간(160)이 형성된다. 따라서, 박막 증착 공간(160)에서 가스를 공급하여 복수의 기판(W) 상에 박막이 증착되게 된다.
기판 지지부(120)는 챔버(110) 내부에 설치되며, 서셉터(121), 기판 안착부(122) 및 샤프트(123)를 포함할 수 있다.
서셉터(121)는 원판 형상을 가지며, 챔버(110) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 기판 안착부(122)는 서셉터(121) 상부의 둘레를 따라 복수 개 설치된다. 서셉터(121)를 회전 가능하게 하는 샤프트(123)는 챔버(110)를 관통하여 회전 모터(미도시)와 연결되어 회전축(A)을 중심으로 서셉터(121)를 회선시킨다. 아울러, 샤프트(123)는 승강 모터(미도시)와 연결되어 기판 지지부(120)를 상승 또는 하강시킨다.
가스 공급 장치(130)는 기판 지지부(120)의 상측에 지정된 거리 이격되어 설치된다. 그리고, 복수의 가스 공급부(150, 155) 및 가스 공급부(150, 155)가 고정되며 각 가스 공급부(150, 155)로 처리 가스가 공급될 수 있는 가스 공급구를 구비할 수 있다.
도 2는 일반적인 가스 공급 장치의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 예를 들어 도 1의 A1-A2 부분에서의 평면도이다.
가스 공급 장치(130)는 원판 형상의 지지부재(1131) 내에 중앙부로부터 방사형으로 설치되는 복수의 가스 공급부(150 : 151, 152, 153, 154, 155)를 포함할 수 있다.
가스 공급부(150)는 소스 가스 공급부(151), 제 1 퍼지가스 공급부(152), 반응가스 공급부(153), 제 2 퍼지가스 공급부(154) 및 커튼가스 공급부(155)를 포함할 수 있다.
소스가스 공급부(151)는 실리콘을 포함하는 가스, 또는 TMA(trimethylaluminium)과 같은 금속을 포함하는 가스를 소스가스 분사구(1511)를 통해 분사한다. 반응가스 공급부(153)는 소스가스와 반응하는 가스, 예를 들어 산소(O2)를 반응가스 공급부(1531)를 통해 분사한다.
제 1 및 제 2 퍼지가스 공급부(152, 154)는 소스가스를 퍼지하기 위한 가스, 예를 들어 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스를 공급한다. 제 1 및 제 2 퍼지가스 공급부(153, 155)는 각각 퍼지가스 분사구(1521, 1541)를 구비한다.
아울러, 커튼가스 공급부(155)의 커튼가스 분사구(1551)를 통해서 공급되는 가스에 의해 각 가스 공급부(151~154)에서 분사되는 가스들이 기판 지지부(120)의 중앙 부분에서 혼합되는 것을 방지한다. 커튼가스로는 예를 들어 퍼지가스와 동일한 가스가 사용될 수 있다.
도 3은 일반적인 박막 증착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2와 같은 가스 공급 장치(130)를 이용하여 박막 증착 공정을 수행하는 경우, 도 3에 도시한 것과 같이 소스가스 공급, 퍼지가스 1차 공급, 반응가스 공급 및 퍼지가스 2차 공급 과정을 하나의 사이클로 하여 박막이 증착된다.
보다 구체적으로, 소스가스를 챔버 내로 공급하면 기판 표면과의 반응을 통해 기판 표면에 단원자층이 화학적으로 흡착되는데(제1층), 기판 표면이 소스가스로 포화되면 단원자층 이상의 소스가스는 동일한 리간드 간의 비반응성으로 인해 화학적 흡착 상태를 이루지 못하고 물리적 흡착 상태에 있게 된다. 따라서 퍼지가스를 1차 공급하여 물리적 흡착 상태의 소스 가스를 제거한다.
이후, 반응가스를 공급하면 소스가스와 반응가스의 리간드 상호간의 치환 반응을 통해 제2층이 성장하고, 제1층과 반응하지 못한 반응 가스들은 물리적 흡착 상태에 있게 되어 퍼지가스를 2차 공급하여 제거한다. 이때, 제2층의 표면은 소스 가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다.
그런데 종횡비(Aspect Ration)가 큰 패턴을 하부층으로 갖는 기판의 경우 패턴 상단에 흡착된 소스원자가 좁고 깊은 홀의 입구를 막는 경우가 발생할 수 있다. 원자층 증착 방식에 사용되는 소스가스의 경우 원자의 리간드가 많이 결합되어 있어 부피가 크기 때문이다. 그리고, 이러한 문제는 반도체 소자의 축소율 증가에 따라 홀의 구경이 작아지는 경우 더욱 심화될 수 밖에 없다.
소스원자가 홀의 입구를 막게 되면 홀의 내부 및 저부까지 소스가스가 공급될 수 없어 박막이 증착되지 않게 되어 소자 제조 수율을 낮추는 원인이 된다. 아울러, 홀의 상단에 원치 않는 두께의 박막이 증착되어 스텝 커버리지 특성이 열악해 진다.
본 발명의 실시예는 신뢰성 있고 균일한 박막을 증착할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 기술의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 기판에 대하여 처리 공간이 제공되는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체 상부에 위치하는 챔버 리드를 포함하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와; 상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와; 상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와; 상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과, 상기 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 상기 반응가스 영역을 분리하는 분리가스가 공급되는 분리가스 영역과; 상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부와; 상기 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 상기 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부;를 포함할 수 있다.
본 기술에 의하면 동일한 소스가스 분사 구간 사이에 퍼지가스를 분사함으로써 소스가스의 흡착 특성을 개선하고, 이에 따라 신뢰성 있고 균일한 박막을 증착할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치의 개략적인 단면도,
도 2는 일반적인 기판 처리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 3은 일반적인 박막 증착 공정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치를 위한 가스 공급 장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 공정을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 도시한 가스 공급 장치의 일 예시도이다.
도 2는 일반적인 기판 처리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 3은 일반적인 박막 증착 공정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치를 위한 가스 공급 장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 공정을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 도시한 가스 공급 장치의 일 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 가스 공급 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가스 공급 장치(200)는 원판 형상의 지지부재(210) 내의 지정된 공간에 중앙부를 중심으로 방사형으로 배치되는 복수의 가스 공급부(220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)를 포함한다.
보다 구체적으로, 가스 공급부는 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되어 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부(220, 240)와, 기판 지지부의 회전 방향을 따라서 소스가스 공급부(220, 240)로부터 이격 배치되며 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부(270)와, 기판 지지부의 회전 방향을 따라 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부(250, 260)와, 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스가 공급되는 퍼지가스 공급부(230)를 포함할 수 있다.
각 가스 공급부(220~280)는 지지부재(210)의 지정된 위치, 예를 들어 가스 공급부(220~280)와 대향하는 면에 마련된 가스 도입구로부터 각각의 가스를 공급받아 분사한다. 가스 도입구는 각각, 소스가스 공급부로 소스가스를 제공하는 소스가스 도입구, 반응가스 공급부로 반응가스를 제공하는 반응가스 도입구, 분리가스 공급부로 분리가스를 제공하는 분리가스 도입구 및, 퍼지가스 공급부로 퍼지가스를 제공하는 퍼지가스 도입구를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 가스 공급 장치(200)는 원판 형상의 지지부재(210) 내의 지정된 공간에 중앙부를 중심으로 방사형으로 배치되는 퍼지가스 공급부(230) 및, 퍼지가스 공급부(230)의 양 측에 배치되는 소스가스 공급부(220, 240)를 포함한다. 여기에서, 퍼지가스 공급부(230)와 소스가스 공급부(220, 240)를 아울러서 소스영역(220, 230, 240)이라 지칭할 수 있다.
또한, 소스영역(220. 230, 240) 양 측에는 중앙부를 중심으로 방사형으로 배치되는 분리가스 공급부(250, 260)가 형성되고, 소스영역(220, 230, 240)과 접하지 않는 분리가스 공급부(250, 260) 사이에는 중앙부를 중심으로 방사형으로 배치되는 반응가스 공급부(270)가 형성된다. 아울러, 지지부재(210)의 중앙부에는 커튼가스 공급부(280)가 형성될 수 있다.
그리고, 소스영역(220, 230, 240)을 구성하는 제 1 소스가스 공급부(220) 및 제 2 소스가스 공급부(240)는 각각 소스가스 분사부(221, 241)를 통해 소스가스를 공급하는데, 제 1 소스가스 공급부(220)와 제 2 소스가스 공급부(240)는 동일한 종류의 소스가스를 공급하도록 형성된다. 소스가스 공급부(220, 240)로부터 분사되는 가스는 예를 들어, 실리콘을 포함하는 가스, 또는 TMA(trimethylaluminium)과 같은 금속을 포함하는 가스 등이 될 수 있다.
퍼지가스 공급부(230)에는 퍼지가스 분사구(231)가 마련되어, 제 1 소스가스 공급부(220)로부터 소스가스가 1차 공급된 후 기판 표면에 부착된 소스가스를 제거한다. 본 발명의 일 실시예에서, 퍼지가스 공급부(230)는 기판 지지부의 회전 방향으로 소스가스 공급부(220, 240)를 분할하도록, 기판 지지부의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있으며, 기판 지지부의 반경 방향으로 기판의 직경보다 길게 형성될 수 있다.
제 1 및 제 2 분리가스 공급부(250, 260)에는 각각 분리가스 분사구(251, 261)가 마련될 수 있으며, 예를 들어 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스가 공급된다. 소스가스와 반응가스와의 분리 효율을 높이기 위해, 분리가스 공급부(250, 260) 하부면과 기판 지지부와의 간격은, 소스가스 공급부(220, 240) 하부면과 기판 지지부와의 간격 및/또는 반응가스 공급부(270) 하부면과 기판 지지부와의 간격보다 좁도록 설치할 수 있다. 이와 같이 함으로써 증착 공간에서 소스가스와 반응가스가 혼합되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다. 아울러, 퍼지가스 공급부(230) 하부면과 기판 지지부와의 간격은, 소스가스 공급부(220, 240) 하부면과 기판 지지부와의 간격보다 좁도록 설치할 수 있다.
반응가스 공급부(270)는 반응가스 분사구(271)를 구비하여, 소스가스와 반응하는 가스, 예를 들어 산소(O2)를 공급한다.
아울러, 커튼가스 공급부(280)의 커튼가스 분사구(281)로부터 공급되는 가스에 의해 각 가스 공급부(220~270)에서 분사되는 가스들이 상호 혼합되는 것을 방지한다. 커튼가스로는 예를 들어 분리가스와 동일한 가스가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 각 가스 공급부(220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)는 샤워헤드 타입으로 구성될 수 있다.
이러한 가스 공급 장치를 이용한 박막 증착 공정 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 제 1 소스가스 공급부(220)로부터 소스가스가 1차 공급될 수 있다. 그리고, 퍼지가스 공급부(230)를 통해 퍼지가스가 공급될 수 있다.
반도체 소자의 축소율 증가에 따라 콘택홀, 비아홀과 같은 홀의 구경은 점차 작아지고, 이에 따라 종횡비가 증가하고 있으며, 이러한 하부 패턴이 형성된 기판 상에 박막을 증착할 경우 소스가스에 의해 홀 패턴의 입구가 차폐될 수 있다.
원자층 증착 공정에 사용되는 소스가스는 복수의 리간드를 가져 부피가 크기 때문에 홀 패턴 입구를 차폐할 가능성이 매우 높으며, 따라서 본 발명에서는 소스가스를 1차 공급한 후 퍼지가스 공급부(230)를 통해 1차 공급한 소스가스를 퍼지한다. 이에 따라 기판 표면, 특히 홀 패턴 상부에 증착된 소스가스가 제거되어 홀 패턴의 내부 및 저부를 드러낼 수 있다.
다음, 제 2 소스가스 공급부(240)를 통해 소스가스를 2차 공급한다. 퍼지가스 공급에 의해 기판 표면의 소스가스를 제거한 상태이므로, 홀 패턴의 내부 및 저부에 소스가스가 효율적으로 증착될 수 있다.
소스가스 1차 공급, 퍼지가스 공급 및 소스가스 2차 공급에 의해, 기판 표면에 단원자층이 화학적으로 흡착되고(제1층), 기판 표면이 소스가스로 포화되면 단원자층 이상의 소스가스는 동일한 리간드 간의 비반응성으로 인해 화학적 흡착 상태를 이루지 못하고 물리적 흡착 상태에 있게 된다.
이후, 제 1 분리가스 공급부(250)로부터 분리가스를 1차 공급하여, 물리적 흡착 상태의 소스 가스를 제거한다.
이어서, 반응가스 공급부(270)로부터 반응가스를 공급하면 소스가스와 반응가스의 리간드 상호간의 치환 반응을 통해 제2층이 성장하고, 제1층과 반응하지 못한 반응 가스들은 물리적 흡착 상태에 있게 된다.
따라서 제 2 분리가스 공급부(260)를 통해 분리가스를 2차 공급하여 미반응 물질들을 제거한다. 이때, 제2층의 표면은 소스 가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 소스가스를 적어도 2회로 분할하여 공급하고, 소스가스 공급 구간 사이에 퍼지가스를 공급함으로써 이전 소스가스 공급시 기판 표면에 부착된 소스가스를 제거한다. 따라서, 미세 홀의 내부 및 저부에 소스가스가 용이하게 침투할 수 있고, 이에 따라 균일하고 신뢰성 있는 박막 증착이 가능하게 된다.
도 4에 도시한 가스 공급 장치는 복수의 기판에 대해 박막을 증착할 수 있는 기판 처리 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 장치(200)는 도 1에 도시한 기판 처리 장치(100)의 가스 공급 장치(130)를 대체하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가스 공급 장치는 소스가스를 복수회 분할하여 공급한다. 이 때 총 공급되는 소스가스의 공급 시간 또는 공급량은 종래의 경우와 동일하거나 많은 양이 될 수 있다. 아울러, 소스가스의 공급 시간 또는 공급량은 기판 회전속도를 변경하여 제거하거나, 소스가스 공급부를 통한 소스가스 분사량 조절에 의해 제어할 수 있다.
아울러, 소스가스 공급 구간 사이에 공급하는 퍼지가스는 소스가스의 종류에 따라 그 종류가 결정됨은 물론이며, 소스가스의 퍼지 특성에 따라 퍼지가스의 공급시간 및 분사량이 결정될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 효율이 우수한 소스가스의 경우에는 퍼지가스를 적은 양 또는 짧은 시간 공급할 수 있고, 퍼지 효율이 낮은 소스가스의 경우에는 퍼지가스를 많은 양 또는 긴 시간 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 처리 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시한 기판 처리 장치는 노즐을 통해 공급되는 가스를 웨이퍼 상에 분사하여 복수의 웨이퍼에 대한 박막을 증착하는 장치이다.
보다 구체적으로, 도 6에 도시한 기판처리장치(300)는 챔버(310), 기판지지부(320) 및 가스 공급 장치(330)를 포함할 수 있다.
챔버(310)는 하부 플레이트(311), 측부 플레이트(312) 및 상부 플레이트(313)를 구비할 수 있다. 하부 플레이트(311)는 원판 형상으로 이루어질 수 있으며, 측부 플레이트(312)는 하부 플레이트(311)의 가장자리로부터 상방으로 수직 연장된다. 아울러, 측부 플레이트(312)에는 기판(W)이 인입 및 인출되는 게이트(미도시)가 형성될 수 있다. 하부 플레이트(311)와 측부 플레이트(312)는 챔버 몸체를 이루며, 상부 프레이트(313)는 챔버 리드로 작용한다.
측부 플레이트(312)의 상면에는 상부 플레이트(313)가 결합 설치되며, 측부 플레이트(312) 상면에 상부 플레이트(313)를 밀폐 결합시킴에 따라 챔버(310) 내부에 증착 공간(360)이 형성된다. 따라서, 박막 증착 공간(360)에서 가스를 공급하여 복수의 기판(W) 상에 박막이 증착되게 된다. 상부 플레이트(313)의 중앙부에는 가스 공급부, 바람직하게는 커튼가스 공급부(3131)가 구비될 수 있다.
기판 지지부(320)는 챔버(310) 내부에 설치되며, 서셉터(321), 기판 안착부(322) 및 샤프트(323)를 포함할 수 있다.
서셉터(321)는 원판 형상을 가지며, 챔버(310) 내부에 회전 가능하게 배치된다. 기판 안착부(322)는 서셉터(321) 상부의 둘레를 따라 복수 개 설치된다. 서셉터(321)를 회전 가능하게 하는 샤프트(323)는 챔버(310)를 관통하여 회전 모터(미도시)와 연결되어 회전축(A)을 중심으로 서셉터(321)를 회전시킨다. 아울러, 샤프트(323)는 승강 모터(미도시)와 연결되어 기판 지지부(320)를 상승 또는 하강시킨다.
가스 공급 장치(330)는 기판 지지부(320)의 상측에 지정된 거리 이격되도록 설치되는 복수의 가스 공급부를 포함하며, 복수의 가스 공급부는 챔버(310)의 측부 플레이트(312)를 관통하여 챔버(310) 내부의 기판 지지부(320) 상측으로 안내된다.
도 7은 도 6에 도시한 가스 공급 장치의 일 예시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 가스 공급 장치(300)의 B1-B2 방향에서의 단면도로서, 기판(W)과 대향하는 면에 외부로부터 챔버(310)의 측부 플레이트(312)를 관통하여 챔버(310) 내부로 안내되는 복수의 가스 분사 노즐(3301, 3302, 3303, 3304, 3305, 3306)이 설치된다. 각 가스 분사 노즐(3301, 3302, 3303, 3304, 3305, 3306)은 기판 지지대(320)의 회전 방향을 따라 기 설정된 각도 간격으로 설치되며, 각각의 가스 도입구(3311, 3312, 3313, 3314, 3315, 3316)를 통해 목적에 맞는 가스를 공급받아 기판(W) 표면으로 공급한다. 이를 위해 각 가스 분사 노즐(3301, 3302, 3303, 3304, 3305, 3306)은 기판(W) 과 대향하는 면에 형성되는 가스 배출 홀(미도시)가 마련될 수 있다.
한편, 가스 분사 노즐(3301, 3302, 3303, 3304, 3305, 3306)은 소스가스 영역(410)에 형성되는 퍼지가스 분사 노즐(3303) 및, 퍼지가스 분사 노즐(3303) 양 측에 형성되는 제 1 및 제 2 소스가스 분사 노즐(3301, 3302)을 포함한다. 소스가스 영역(410)의 양측에는 분리가스 영역(420, 430)이 배치되어 분리가스 분사 노즐(3304, 3305)을 통해 분리가스를 공급한다. 아울러, 소스가스 영역(410)과 인접하지 않는 분리가스 영역(420, 430) 사이에는 반응가스 영역(440)이 배치되고, 반응 가스 공급 노즐(3306)을 통해 반응가스를 공급한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 소스가스와 반응가스와의 분리 효율을 높이기 위해, 분리가스 분사 노즐(3304, 3305)의 하부면과 기판 지지부와의 간격은, 소스가스 분사 노즐(3301, 3302) 하부면과 기판 지지부와의 간격 및/또는 반응가스 공급 노즐(3306) 하부면과 기판 지지부와의 간격보다 좁도록 설치할 수 있다. 이와 같이 함으로써 증착 공간에서 소스가스와 반응가스가 혼합되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다. 아울러, 퍼지가스 공급 노즐(3303) 하부면과 기판 지지부와의 간격은, 소스가스 공급 노즐(3301, 3302) 하부면과 기판 지지부와의 간격보다 좁도록 설치할 수 있다.
보다 구체적으로, 가스 공급 장치(330)는 기판 지지부(320) 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 영역에 형성되는 제 1 및 제 2 소스가스 분사 노즐(3301, 3302)과, 기판 지지부(320)의 회전 방향을 따라서 소스가스 영역으로부터 이격 배치되며 기판 지지부(320) 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 영역에 형성되는 반응 가스 공급 노즐(3306)과, 기판 지지부(320)의 회전 방향을 따라 소스가스 영역과 반응가스 영역 사이에 위치하여 소스가스 영역과 반응가스 영역을 분리하는 분리가스를 공급하는 분리가스 영역에 형성되는 분리가스 분사 노즐(3304, 3305)과, 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스가 공급되는 퍼지가스 영역에 형성되는 퍼지가스 분사 노즐(3303)을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 제 1 및 제 2 소스가스 분사 노즐(3301, 3302)은 소스가스 공급부, 반응 가스 공급 노즐(3306)은 반응가스 공급부, 분리가스 분사 노즐(3304, 3305)은 분리가스 공급부, 퍼지가스 분사 노즐(3303)은 퍼지가스 공급부라 지칭할 수도 있다.
각 가스 공급 노즐(3301, 3302, 3303, 3304, 3305, 3306)은 챔버(310) 외부에 마련된 각각의 가스 도입구(3311, 3312, 3313, 3314, 3315, 3316)로부터 각각 가스를 공급받아 분사한다. 가스 도입구는 각각, 소스가스 영역으로 소스가스를 제공하는 소스가스 도입구(3311, 3312), 반응가스 영역으로 반응가스를 제공하는 반응가스 도입구(3316), 분리가스 영역으로 분리가스를 제공하는 분리가스 도입구(3314, 3315) 및, 퍼지가스 영역으로 퍼지가스를 제공하는 퍼지가스 도입구(3313)를 포함할 수 있다.
한편, 상부 플레이트(313)의 중앙부에는 커튼가스 공급부(3131)가 마련되어, 소스가스 영역(410), 분리가스 영역(420, 430) 및 반응가스 영역(440)에서 각각 공급되는 가스가 서로 혼합되지 않도록 한다.
본 실시예에서도, 제 1 및 제 2 소스가스 공급 노즐(3301, 3302)은 동일한 종류의 가스 예를 들어, 실리콘을 포함하는 가스, 또는 TMA(trimethylaluminium)과 같은 금속을 포함하는 가스 등을 분사할 수 있다.
아울러, 퍼지가스 공급 노즐(3303)로부터 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스를 공급하여, 제 1 소스가스 공급 노즐(3301)로부터 소스가스가 1차 공급된 후 기판 표면에 부착된 소스가스를 제거한다.
본 발명의 일 실시예에서, 퍼지가스 영역에 형성되는 퍼지가스 공급 노즐(3303)은 소스가스 영역을 분할하도록, 기판 지지부(320)의 반경 방향으로 연장 형성될 수 있으며, 기판 지지부(320)의 반경 방향으로 기판의 직경보다 길게 형성될 수 있다.
분리가스 공급 노즐(3304, 3305)로부터는 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스를 공급할 수 있고, 반응가스 공급 노즐(3306)로부터는 소스가스와 반응하는 가스, 예를 들어 산소(O2)를 공급한다.
아울러, 커튼가스 공급부(3131)로부터는 예를 들어 분리가스와 동일한 가스가 공급될 수 있다.
본 발명에서도 마찬가지로 소스가스를 적어도 2회로 분할하여 공급하고, 소스가스 공급 구간 사이에 퍼지가스를 공급함으로써 이전 소스가스 공급시 기판 표면에 부착된 소스가스를 제거한다. 따라서, 기판(W) 상의 미세 홀의 내부 및 저부에 소스가스가 용이하게 침투할 수 있고, 이에 따라 균일하고 신뢰성 있는 박막 증착이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200 : 가스 공급 장치
220, 240 : 소스가스 공급부
230 : 퍼지가스 공급부
250, 270 : 분리가스 공급부
260 : 반응가스 공급부
220, 240 : 소스가스 공급부
230 : 퍼지가스 공급부
250, 270 : 분리가스 공급부
260 : 반응가스 공급부
Claims (11)
- 기판에 대하여 처리 공간이 제공되는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체 상부에 위치하는 챔버 리드를 포함하는 챔버와;
상기 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와;
상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와;
상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와;
상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과, 상기 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 상기 반응가스 영역을 분리하는 분리가스가 공급되는 분리가스 영역과;
상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부와;
상기 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 상기 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하며;
상기 소스가스 공급부는, 상기 퍼지가스 공급부를 사이에 두고 양측에 배치되는 제 1 소스가스 공급부 및 제 2 소스가스 공급부를 포함하며,
상기 제 1 소스가스 공급부 및 상기 제 2 소스가스 공급부는, 동일한 종류의 소스가스를 공급하는 기판 처리 장치. - 기판에 대하여 처리 공간이 제공되는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체 상부에 위치하는 챔버 리드를 포함하는 챔버와;
상기 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와;
상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와;
상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와;
상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과, 상기 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 상기 반응가스 영역을 분리하는 분리가스가 공급되는 분리가스 영역과;
상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부와;
상기 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 상기 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하며;
상기 소스가스 공급부는, 상기 퍼지가스 공급부를 사이에 두고 양측에 배치되는 제 1 소스가스 공급부 및 제 2 소스가스 공급부를 포함하며,
상기 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 대향하는 분리가스 공급부 하부면과의 간격은, 상기 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 대향하는 상기 소스가스 공급부 및 상기 반응가스 공급부 하부면과의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 대향하는 상기 퍼지가스 공급부 하부면과의 간격은, 상기 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 대향하는 상기 소스가스 공급부 하부면과의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 기판에 대하여 처리 공간이 제공되는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체 상부에 위치하는 챔버 리드를 포함하는 챔버와;
상기 챔버 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 상면에 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부와;
상기 기판 지지부 상면으로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부와;
상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스 공급부로부터 이격 배치되며 상기 기판 지지부 상면으로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부와;
상기 기판 지지부의 회전 방향을 따라 상기 소스가스가 공급되는 소스가스 영역과, 상기 반응가스가 공급되는 반응가스 영역 사이에 위치하여, 상기 소스가스 영역과 상기 반응가스 영역을 분리하는 분리가스가 공급되는 분리가스 영역과;
상기 분리가스 영역에 분리가스를 공급하는 분리가스 공급부와;
상기 소스가스 영역에서 미반응된 소스가스를 퍼지하기 위해 상기 소스가스 영역 내에 구비되어 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부를 포함하며;
상기 소스가스 공급부는, 상기 퍼지가스 공급부를 사이에 두고 양측에 배치되는 제 1 소스가스 공급부 및 제 2 소스가스 공급부를 포함하며,
상기 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 대향하는 상기 퍼지가스 공급부 하부면과의 간격은, 상기 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 대향하는 상기 소스가스 공급부 하부면과의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 퍼지가스 공급부는, 상기 기판 지지부의 회전 방향으로 상기 소스가스 영역을 분할하도록 상기 기판 지지부의 반경 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 퍼지가스 공급부는, 상기 기판의 직경보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 소스가스 영역과 상기 반응가스 영역을 분리하도록 상기 챔버 중앙 영역에 커튼가스를 공급하는 커튼가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 소스가스 공급부, 상기 반응가스 공급부, 상기 분리가스 공급부 및 상기 퍼지가스 공급부는 샤워헤드 타입인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 챔버 리드에는 상기 소스가스 공급부, 상기 반응가스 공급부, 상기 분리가스 공급부 및 상기 퍼지가스 공급부 각각에 해당 가스를 공급하기 위한 복수의 도입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 소스가스 공급부, 상기 반응가스 공급부, 상기 분리가스 공급부 및 상기 퍼지가스 공급부는,
상기 챔버 외측으로부터 상기 챔버 내부로 삽입되며, 상기 기판 지지부 반경 방향으로 연장 형성되는 노즐 타입인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190091002A KR102193667B1 (ko) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | 기판 처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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