KR100949914B1 - 원자층 증착 장치 - Google Patents

Abstract

하나의 프로세스 챔버에서 동시에 서로 다른 소스가스를 제공하여 복수의 기판에 대해 동시에 막 증착 공정이 가능한 원자층 증착 장치가 개시된다. 상기 원자층 증착 장치는 퍼지가스를 기판에 소정 각도로 분사하여 서로 다른 소스가스가 제공되는 영역을 분리시키기 위한 에어 나이프가 구비된 샤워헤드가 구비된다. 상기 샤워헤드 또는 서셉터 중 적어도 어느 하나는 서로에 대해 회전 가능하게 구비되고, 상기 샤워헤드는 상기 각 소스가스가 제공되는 복수의 분사영역을 형성한다. 그리고, 상기 샤워헤드 또는 상기 서셉터가 회전함에 따라 상기 기판이 상기 각 소스가스가 분사되는 영역을 순차적으로 통과함으로써 상기 기판 상에 박막이 증착된다. 따라서, 박막 증착 공정의 효율과 처리 속도를 향상시킬 수 있으며, 증착된 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

원자층 증착장치, ALD, 샤워헤드, 에어 나이프

Description

원자층 증착 장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 소스가스가 혼합되지 않도록 제공하고, 박막의 증착효율을 향상시키는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.

최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등을 이루어야 한다. 특히, 기판 표면에 단차가 형성되어 있는 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(step coverage)과 단차도포성 및 기판 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요하다. 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방법이 제안되고 있다.

ALD공정은 기판 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착(chemisorption)과 탈착(desorption) 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.

기존 ALD 공정에서 단차도포성 및 기판 내 균일성은 여러 요소에 의해 결정될 수 있는데 그 중 샤워헤드의 형태와 밀접한 관련을 갖는다.

ALD 공정은 두 가지 이상의 소스가스를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 소스가스들이 기체 상태에서 혼합되는 것을 방지한다. 즉, 하나의 소스가스가 기판 표면에 화학적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스가 반응함으로써 기판 표면에 한층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복한다.

한편, 소스가스는 기판 표면에서만 화학적 흡착과 화학 반응이 일어나 하나의 원자층이 완전히 형성될 때까지 다른 표면 반응이 일어나지 않도록 억제되어야 한다.

그러나 종래의 ALD 공정은 퍼지가스를 공급하여 프로세스 챔버 내의 잔류 소스가스를 퍼지시킨다고 해도, 상기 프로세스 챔버 내에는 소량의 소스가스가 잔류하게 되고, 이와 같은 잔류 소스가스와 다른 소스가스가 혼합되고, 서로 반응하여 오염원이 되는 파티클이 발생할 수 있다.

또는, 상기 프로세스 챔버 전체에 동일하게 소스가스를 제공하여 복수의 기판에 대해 동일하게 박막 증착 공정을 수행할 수도 있으나, 상기 프로세스 챔버 내에서 서로 다른 소스가스가 분사되는 복수의 영역들을 형성하고, 상기 각 소스가스가 분사되는 영역으로 상기 기판을 순차적으로 통과시키는 방법도 있다. 즉, 상기 기판이 순차적으로 분사영역을 통과하면서 해당 분사영역의 소스가스들이 순차적으로 상기 기판에서 반응함에 따라 상기 기판에 박막이 증착된다.

그러나, 이와 같은 경우, 상기 소스가스가 분사되는 각각의 영역을 이웃하는 영역과 완전히 분리시키는 것이 곤란하여, 이웃하는 소스가스의 분사영역의 경계를 통해 서로 다른 소스가스가 유입되어 혼합되는 문제점이 있었다. 그리고, 이와 같은 소스가스들이 혼합되면 상기 소스가스들 사이의 화학 반응의 부산물로서한 파티클이 발생하게 된다. 이와 같은 파티클은 증착 공정에서 오염원으로 작용하게 되고, 상기 기판에 증착된 박막에 포함되어 박막의 질을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 소스가스가 분사되는 소정의 분사영역이 형성되는 원자층 증착 장치에서, 상기 분사된 소스가스가 서로 혼합되는 것을 방지하여 상기 각 분사영역을 분리시키는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 서로 다른 소스가스들이 혼합되면서 발생하는 파티클로 인해 막질이 저하되는 것을 방지하는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 퍼지가스를 기판에 소정 각도로 분사하여 서로 다른 소스가스가 제공되는 영역을 분리시키는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착 장치가 구비된다. 상세하게는, 상기 샤워헤드 또는 서셉터는 상기 기판이 프로세스 챔버의 중심을 기준으로 공전하도록 적어도 어느 하나가 서로에 대해 회전 가능하게 구비되고, 상기 샤워헤드는 상기 각각의 소스가스가 제공되는 영역인 복수의 분사부가 형성되며, 상기 분사부 사이의 경계 영역에는 상기 분사부의 경계 영역을 통해 소스가스가 혼합되는 것을 방지할 수 있도록 에어 나이프가 구비된다. 그리고, 상기 샤워헤드 또는 상기 서셉터가 회전함에 따라 상기 기판이 상기 각 소스가스가 분사되는 영역을 순차적으로 통과함으로써 상기 기판 상에 박막이 증착된다.

실시예에서, 상기 에어 나이프는 상기 소스가스의 분사 영역을 분리시킬 뿐만 아니라 각 분리된 영역의 경계를 통과할 때 상기 기판 상의 미반응 소스가스를 퍼지시킬 수 있도록 소정 압력을 상기 기판에 대해 퍼지가스를 분사하도록 형성된다.

한편, 상기 에어 나이프는 상기 소스가스의 분사 영역을 효과적으로 분리시킬 수 있도록 상기 기판 표면에 대해 소정 각도 하향 경사지게 상기 퍼지가스를 분사하며, 상기 기판의 이동 방향에 대해 대략적으로 반대 방향을 향해 분사되도록 형성된다. 또한, 상기 샤워헤드는 방사상을 따라 각 분사부가 교대로 배치되고, 상기 각각의 분사부의 경계에는 상기 에어 나이프가 배치된다. 상세하게는, 제1 소스가스가 제공되는 제1 분사부, 상기 제2 소스가스가 분사되는 제2 분사부가 교대로 형성되고, 상기 각 분사부의 경계 영역에는 적어도 하나 이상의 배기 흡입홀이 직선 형태로 배치되어 형성된 배기라인이 구비되며, 적어도 하나 이상의 배기라인과 적어도 하나 이상의 에어 나이프가 상기 각 분사부의 경계 영역에 구비될 수 있다.

실시예에서, 상기 소스가스 분사 영역의 분리 효과를 향상시키기 위해 상기 기판의 이동 방향에 대해 대략적으로 반대 방향으로 퍼지가스를 분사할 수 있도록 상기 에어 나이프가 구비될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프의 양측에 각각 상기 배기라인이 배치될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프는 상기 기판에 대해 에지(edge) 부분까지 균일하게 퍼지가스를 제공하여 상기 소스영역의 분리 효과를 향상시킬 수 있도록 상기 샤워헤드의 반경 방향을 따라 소정의 직선 형태로 형성되며 상기 샤워헤드의 가장자리부터 중앙 부분까지 형성된 직선 형태를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 첫째, 프로세스 챔버 내에서 서로 다른 소스가스가 분사되는 분사영역을 퍼지가스의 에어 커튼을 형성함으로써 분리시킨다.

또한, 상기 소스가스들이 기체 상태에서 혼합되면서 화학 반응에 의한 파티클이 발생하는 것을 방지하고, 상기 파티클로 인해 박막의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 프로세스 챔버 내부에 각각의 소스가스의 분사영역이 분리되어 형성되므로 기판을 순차적으로 상기 분사영역을 통과시킴으로써 박막 증착 공정이 수행된다. 따라서, 소스가스를 교대로 공급하고 퍼지시키는 시간을 단축시키고, 전체 공정 시간을 줄일 수 있으며, 더불어, 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

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이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드(100)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 상기 샤워헤드(100)의 분해 사시도이고, 도 4는 상기 샤워헤드(100)의 저면을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 5는 상기 샤워헤드(100)의 모식도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.

도면을 참조하면, 원자층 증착 장치는, 프로세스 챔버(10), 서셉터(20), 샤워헤드(100), 배기부(130) 및 에어 나이프(150)를 포함하여 구성된다.

상기 프로세스 챔버(10)는 기판(1)을 수용하여 원자층 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 상기 프로세스 챔버(10)는 상기 서셉터(20)의 형태에 대응되는 형태를 가질 수 있으며, 상기 서셉터(20) 둘레를 감싸도록 구성된다.

여기서, 상기 기판(1)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(1)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(1)은 형태 또는 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.

상기 서셉터(20)는 상기 기판(1)이 안착되어 고정된다. 또한, 상기 서셉터(20)는 생산성을 높이기 위해 복수의 기판(1)이 동시에 안착되어 처리 가능한 세미배치(semi batch) 타입이 사용될 수 있다.

여기서, 원자층 증착 공정의 경우 한 주기의 박막 증착 공정을 수행했을 때 상기 기판(1)에 증착되는 박막의 두께가 매우 얇아서 원하는 두께의 박막을 형성하기 위해서는 수백 회 이상의 증착 주기를 반복 수행하여야 한다. 세미배치 타입 원자층 증착 장치의 경우 복수 개의 기판(1)에 대해 동시에 증착 공정을 수행할 수 있으므로 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다.

상기 서셉터(20)는 상기 기판(1)의 박막이 증착될 표면이 상부로 노출되도록 지지하되, 복수의 기판(1)이 동일한 평면 상에 배치될 수 있는 형태를 갖는다. 예를 들어, 상기 서셉터(20)는 원반 형태를 가지며, 6개의 기판(1)이 상기 서셉터(20)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배치되는 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 서셉터(20)는 상기 샤워헤드(100)에 대해 상기 기판(1)을 평행하게 지지할 수 있도록 형성되며, 상기 샤워헤드(100)에 대해 회전함에 따라 상기 기판(1)이 상기 프로세스 챔버(10)의 중심을 기준으로 공전하게 된다.

상기 샤워헤드(100)는 상기 프로세스 챔버(10) 상부에 구비되어 상기 기판(1)으로 상기 기판(1)의 박막을 형성하기 위한 복수의 소스가스(S1, S2)와 퍼지가스(PG)를 분사한다.

그리고, 상기 샤워헤드(100) 상부에는 상기 소스가스(S1, S2)를 제공하는 소스가스 공급라인(51, 53)과 상기 퍼지가스(PG)를 제공하는 퍼지가스 공급라인(55)이 연결된다.

또한, 상기 샤워헤드(100) 중앙 부분에는 상기 프로세스 챔버(10) 내의 미반응 소스가스 등을 포함하는 배기가스(VA)를 배출시키기 위한 배기부(130)가 구비되고, 상기 배기부(130) 일측에는 상기 배기부(130) 내부에 부압을 제공하여 배기가스(VA)를 배출하기 위한 배기라인(57)이 연결된다. 상기 배기부(130)에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 원자층 증착 공정은 형성하고자 하는 박막을 조성하는 원료 물질을 포함하는 서로 다른 복수의 소스가스를 상기 기판(1) 상으로 제공하여 화학적으로 반응시킴으로써 박막을 형성하게 된다. 이하, 본 실시예에서는 편의상 서로 다른 2 종류의 소스가스(S1, S2)와 1 종류의 퍼지가스(PG)를 사용하는 원자층 증착 장치를 예로 들어 설명한다.

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이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 상기 샤워헤드(100)에 대해 상세하게 설명한다.

상기 샤워헤드(100)는 상기 서셉터(20)와 대응되는 형태를 갖고, 상기 프로세스 챔버(10) 상부에 배치되어 상기 기판(1)에 증착가스를 분사한다. 특히, 상기 에어 나이프(150)는 상기 샤워헤드(100) 일측에 구비되어 소정의 가스를 소정 압력으로 상기 기판(10)에 대해 소정 각도 하향 경사지게 분사하여 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 분사되는 영역을 분리시킨다.

여기서, 상기 소스가스(S1, S2)는 상기 기판(1)의 종류 또는 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소스가스(S1)는 알루미늄(Al), 규소(Si), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge) 등을 포함하는 가스 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 제2 소스가스(S2)는 상기 제1 소스가스(S1)와 화학적으로 반응하여 박막을 구성하는 다른 물질을 포함하는 가스이다. 예를 들어, 상기 제2 소스가스(S2)로는 산소 가스(O2) 또는 수증기(H₂O)일 수 있다.

상기 퍼지가스(PG)는 미반응 소스가스(S1, S2)와 증착 공정에서 발생하는 부산물을 퍼지시키기 위한 가스로서 상기 소스가스(S1, S2)와 화학반응이 발생하지 않는 아르곤(Ar) 또는 질소 가스(N₂)와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.

상기 샤워헤드(100)는 상기 제1 소스가스(S1)가 분사되는 영역인 제1 분사부(101)와 상기 제2 소스가스(S2)가 분사되는 영역인 제2 분사부(102)가 각각 형성되며, 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102) 사이의 경계 영역에는 상기 에어 나이프(150)가 구비되어 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 서로 혼합되는 것을 방지한다. 예를 들어, 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102)는 상기 샤워헤드(100)를 따라 방사상으로 형성되며 복수의 상기 제1 및 제2 분사부(101, 102)가 형성되되 서로 교번적으로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 '제1 분사부(101)'는 제1 플레이트(110)의 제1 소스홀(111)이 형성된 영역과 제2 플레이트(120)의 분사홀(121)이 형성된 영역을 가리키며, 상기 '제2 분사부(102)'는 상기 제1 플레이트(110) 제2 소스홀(113)이 형성된 영역 및 상기 제1 플레이트(110)의 제1 결합 가이드(112)와 상기 제2 플레이트(120)의 제2 결합가이드(122)가 형성된 영역을 가리킨다.

또한, 상기 샤워헤드(100)는 상하로 상호 결합 가능하게 형성된 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)로 이루어지고, 상기 샤워헤드(100)의 중앙 부분에는 상기 배기부(130)가 구비된다. 예를 들어, 상기 샤워헤드(100)는 소정 크기의 원반 형태를 갖고, 상기 제1 플레이트(110)와 상기 제2 플레이트(120)는 상하로 서로 결합되어 하나의 원반 형태를 형성하도록 형성될 수 있다

상기 제1 플레이트(110)는 상기 샤워헤드(100)의 상부를 형성하며, 상기 제1 플레이트(100)의 상부에는 상기 샤워헤드(100) 내부로 상기 제1 소스가스(S1)가 유입되는 복수의 제1 소스홀(111)과 상기 퍼지가스(PG)가 유입되는 복수의 퍼지홀(115)이 형성된다. 또한, 상기 제1 플레이트(110)는 상기 제2 소스가스(S2)가 유입되되 상기 제1 플레이트(110)를 관통하여 상기 기판(1)으로 직접 분사되도록 형성된 복수의 제2 소스홀(113)이 형성될 수 있다.

상기 제2 플레이트(120)는 상기 제1 플레이트(110)와 결합하여 상기 샤워헤드(100)의 하부를 형성하며, 상기 제1 소스홀(111)과 연통되어 상기 제1 소스가스(S1)를 상기 기판(1)으로 분사하는 복수의 분사홀(121)이 형성된다.

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여기서, 상기 제1 플레이트(110)는 상기 제2 소스홀(113)을 통해 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 기판(1)으로 직접 분사될 수 있도록 상기 제1 플레이트(110) 표면이 소정 깊이 요입부(이하, 제1 결합가이드(112)라 한다)가 형성되고, 상기 제1 결합가이드(112)에서 요입된 하부면 상에 상기 제2 소스홀(113)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 결합가이드(112) 내측의 공간은 상기 제2 소스가스(S2)를 소정량 수용하는 버퍼 역할을 한다.

상기 제2 플레이트(120)에는 상기 제1 결합가이드(112)가 수용되는 제2 결합가이드(122)가 형성된다. 예를 들어, 상기 제2 결합가이드(122)는 상기 제1 결합가이드(112)가 끼워질 수 있도록 상기 제2 플레이트(120)를 관통하여 형성된 개구부일 수 있다. 즉, 상기 제1 결합가이드(112)가 상기 제2 결합가이드(122)에 수용됨으로써 상기 제1 플레이트(110)와 상기 제2 플레이트(120)가 결합 된다.

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상기 에어 나이프(150)는 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102) 사이의 경계 영역에 구비되어 퍼지가스를 분사함으로써 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102) 사이의 경계 영역에 에어 커튼(air curtain)을 형성하여 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 기체 상태에서 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

여기서, 상기 에어 나이프(150)는 상기 제1 소스가스(S1) 및 상기 제2 소스가스(S2)와 화학적으로 반응하지 않는 안정한 기체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 에어 나이프(150)는 퍼지가스(PG)를 사용한다. 따라서, 상기 에어 나이프(150)는 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)의 혼합을 방지함은 물론 박막 증착 공정에서 미반응 소스가스(S1, S2)를 퍼지시키는 역할을 하게 된다.

상세하게는, 상기 에어 나이프(150)는 토출구(151)를 통해 상기 퍼지가스(PG)가 분사될 수 있도록 상기 샤워헤드(100) 내부에서 상기 퍼지홀(115)과 연통되도록 형성되고, 상기 기판(1)에 대해 소정 각도 하향 경사지게 상기 퍼지가스(PG)를 분사하도록 구비된다. 그리고, 상기 에어 나이프(150)는 상기 기판(1) 표면에서 미반응 소스가스 및 배기가스를 일 방향으로 밀어내어 퍼지 효과를 향상시킬 수 있도록 상기 에어 나이프(150)에서 상기 퍼지가스(PG)가 분사되는 토출구(151)의 토출각도가 상기 기판(1)에 대해 소정 각도 하향 경사지게 형성된다. 또한, 상기 에어 나이프(150)는 상기 토출구(151)가 상술한 바와 같이 하향 경사지게 형성될 수 있도록 상기 제2 플레이트(120) 표면에서 상기 기판(1)을 향해 하부로 소정 높이로 돌출 형성될 수 있다.

또한, 상기 에어 나이프(150)는 상기 퍼지가스(PG)가 상기 기판(1)의 이동 방향에 대해 대략적으로 반대 방향을 향해 퍼지가스(PG)를 분사할 수 있도록 상기 토출구(151)가 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프(150)는 상기 제1 및 제2 소스가스(S1, S2)를 효과적으로 분리할 수 있도록 상기 샤워헤드(100)의 반경 방향을 따라 길게 배치되며 상기 에어 나이프(150)의 단부에서도 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)를 효과적으로 분리시킬 수 있도록 상기 샤워헤드(100)의 가장자리 부분에서 상기 배기부(130)가 구비된 중앙 부분까지 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 에어 나이프(150)는 상기 샤워헤드(100)의 반경 방향을 따르는 직선 형태의 노즐이나 슬릿 형태를 가질 수 있다.

그러나, 상기 에어 나이프(150)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 에어 나이프(150)는 복수의 홀이나, 노즐 또는 슬릿 등 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있을 것이다.

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상기 배기부(130)는 상기 프로세스 챔버(10) 내부에서 배기가스(VA)를 흡입하여 배출시키되 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)를 분리시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 상세하게는, 상기 배기부(130)는 상기 샤워헤드(100)의 표면(즉, 상기 샤워헤드(100)에서 상기 기판(1)를 향한 면)을 통해 흡입되는 배기가스를 상기 샤워헤드(100)의 중앙 부분을 통해 배출시킬 수 있도록 상기 샤워헤드(100)의 중앙 부분에 구비된다. 여기서, 상기 배기부(130)는 상기 샤워헤드(100)에서 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102)의 경계 영역에 형성된 다수의배기 흡입홀(153)으로 이루어진 배기라인(155)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배기라인(155)은 상기 복수의 배기 흡입홀(153)이 상기 샤워헤드(120)의 반경 방향을 따라 직선 형태로 배치되어 형성될 수 있다. 그리고 상기 배기부(130)는 상기 샤워헤드(100)의 중앙 부분과 결합 가능한 크기를 갖고 내부에 배기가스(VA)의 배출을 위한 소정의 빈 공간(이하,' 배기 챔버(132)'라 한다)이 형성된 원통 형태를 갖고 측면에는 상기 배기라인(155)와 연통되어 상기 배기 흡입홀(153)을 통해 흡입된 배기가스(VA)를 상기 배기 챔버(132)로 유입시켜 배출시킬 수 있도록 복수의 배기 배출홀(131)이 형성된다. 또한, 상기 배기 흡입홀(153)은 상기 제2 플레이트(120)를 관통하여 형성되고, 상기 제2 플레이트(120)의 내측에는 상기 배기 흡입홀(153)을 통해 흡입된 배기가스(VA)를 상기 배기 챔버(132)로 유동시키기 위한 배기 버퍼부(123)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 배기라인(155)은 상기 에어 나이프(150)에 의해 구획된 각 영역에 배치되며, 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102)의 경계 영역에 배치되어 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 혼합되는 것을 방지한다. 예를 들어, 상기 배기라인(155)은 상기 복수의 배기 흡입홀(153)이 상기 에어 나이프(150)와 소정 간격 이격되어 상기 에어 나이프(150)와 동일한 방향, 즉, 상기 샤워헤드(100)의 반경 방향을 따라 소정의 직선 형태로 배치되어 형성될 수 있다. 그리고 상기 배기라인(155)은 상기 에어 나이프(150)의 일측 또는 양측에 배치될 수 있다. 여기서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 배기라인(155)은 상기 제1 및 제2 분사영역(101, 102) 사이의 경계 영역에 구비되며, 상기 에어 나이프(150)에서 분사된 퍼지가스(PG)에 의한 배기가스를 흡입할 수 있도록 상기 기판(1)을 사이에 두고 서로 상기 배기라인(155)과 상기 에어 나이프(150)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프(150)에 의한 상기 제1 및 제2 분사영역(101, 102)의 분리 효과를 향상시킬 수 있도록 상기 기판(1)의 이동 방향에 대해 상기 제1 및 제2 분사영역(101, 102)의 경계 영역에서 상기 에어 나이프(150)의 후방에 상기 배기라인(155)이 더 구비되는 것도 가능하다.

상기 샤워헤드(100) 또는 상기 서셉터(20)는 서로에 대해 회전 가능하게 구비된다. 즉, 상기 샤워헤드(100)에서 소스가스(S1, S2)가 분사되고, 상기 샤워헤드(100) 또는 상기 서셉터(20)가 회전함에 따라 상기 기판(1)이 공전하면서 상기 소스가스(S1, S2)가 분사되는 영역을 순차적으로 통과함으로써 상기 기판(1) 상에 박막이 형성된다.

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그러나, 상기 샤워헤드(100) 또는 상기 서셉터(20) 중 어느 것이 회전하는지 여부에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 공정을 살펴보면, 상기 샤워헤드(100)에는 상기 제1 소스가스(S1)가 제공되는 제1 분사부(101)와 상기 제2 소스가스(S2)가 제공되는 제2 분사부(102)가 각각 4개씩 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102)는 교대로 형성된다.

상기 기판(1)은 공전하면서 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102)를 차례로 통과하게 된다. 그리고, 상기 제1 분사부(101)와 상기 제2 분사부(102)의 경계 영역을 통과할 때는 상기 에어 나이프(150)에서 분사되는 퍼지가스(PG)에 의해 상기 기판(1) 표면에 미반응 상태로 부착되어 있던 상기 제1 및 제2 소스가스(S1, S2)가 효과적으로 퍼지되며 상기 배기라인(155)을 통해 배기가스가 흡입되어 제거될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프(150)에서 분사되는 퍼지가스(PG)에 의한 에어 커튼 효과와 상기 배기라인(155)에서 흡입되는 배기 압력에 의해 상기 제1 및 제2 분사부(101, 102)가 효과적으로 분리되어 상기 제1 및 제2 소스가스 (S1, S2)가 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

즉, 상기 기판(1)의 공전에 의해 상기 기판(1)의 상기 제1 소스가스(S1), 상기 퍼지가스(PG), 상기 제2 소스가스(S2), 상기 퍼지가스(PG)가 분사되는 영역을 순차적으로 통과하면서 상기 기판(1)의 표면에는 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)의 반응에 의한 소정의 박막이 성장한다. 또한, 상기 배기라인(155)을 통해 상기 제1 분사부(101) 내지 상기 제2 분사부(102)에 대응되는 영역에서 발생하는 배기 가스를 흡입하여 상기 샤워헤드(100) 중앙의 배기 챔버(132)를 통해 배출시킬 수 있다.

이와 같이, 하나의 프로세스 챔버(10) 내에서 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 제공되는 영역이 분리되어 있고, 상기 기판(1)은 상기 소스가스(S1, S2)들이 분사되는 영역을 순차적으로 통과함으로써 하나의 프로세스 챔버(10) 내에서 복수의 기판(1)에 대해 원자층 증착 공정을 동시에 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도;

도 2는 도 1의 샤워헤드를 설명하기 위한 사시도;

도 3은 도 2의 샤워헤드의 분해 사시도;

도 4는 도 2의 제2 플레이트의 저면 사시도;

도 5는 도 2의 샤워헤드의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 기판 10: 프로세스 챔버

20: 서셉터 51: 제1 소스가스 공급라인

53: 제2 소스가스 공급라인 55: 퍼지가스 공급라인

57: 배기라인 100: 샤워헤드
101: 제1 분사부 102: 제2 분사부

110: 제1 플레이트 111: 제1 소스홀

112: 제1 결합가이드 113: 제2 소스홀

115: 퍼지홀 120: 제2 플레이트

121: 분사홀 122: 제2 결합가이드

123: 배기 버퍼부 124: 배기 가이드
130: 배기부 132: 배기 챔버

131: 배기 배출홀 150: 에어 나이프

151: 토출구 153: 배기 흡입홀
155: 배기라인

S1: 제1 소스가스 S2: 제2 소스가스

PG: 퍼지가스 VA: 배기가스

Claims (7)

1. 복수의 기판이 수용되어 증착공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버;

   상기 복수의 기판이 안착되는 서셉터;

   상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 복수의 기판에 대해 서로 다른 종류의 소스가스를 분사하는 복수의 분사부가 구비된 샤워헤드;

   상기 샤워헤드에서 상기 각 분사부 사이의 경계 영역에 구비되며 상기 기판의 이동 방향에 대해 반대 방향으로 하향 경사지게 퍼지가스를 분사하여 에어 커튼(air curtain)을 형성하는 에어 나이프; 및

   상기 각 분사부 사이의 경계 영역에 구비되며 상기 프로세스 챔버 내부에서 배기가스를 흡입하는 복수의 배기 흡입홀이 상기 에어 나이프를 따라 직선 형태로 배치되어 형성된 배기라인을 포함하고 상기 샤워헤드의 중앙 부분을 통해 상기 흡입된 배기가스를 배출시키도록 형성된 배기부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
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3. 제1항에 있어서,

   상기 에어 나이프는 상기 샤워헤드의 반경 방향을 따라 직선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 각 분사부의 경계 영역에는 적어도 하나 이상의 에어 나이프와 적어도 하나 이상의 배기라인이 배치된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 배기부는,

   상기 샤워헤드 중앙 부분에 구비되어 상기 배기라인에서 흡입된 배기가스를 배출시키는 배기 챔버; 및

   상기 배기 챔버를 관통하여 형성되며 상기 배기라인과 상기 배기 챔버를 연통시키는 복수의 배기 배출홀;

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
7. 삭제

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