KR101065126B1

KR101065126B1 - 원자층 증착장치

Info

Publication number: KR101065126B1
Application number: KR1020080135964A
Authority: KR
Inventors: 신인철; 성명은
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2011-09-16
Also published as: KR20100077889A

Abstract

퍼지가스가 서셉터의 측부에서 분사되고, 샤워헤드에 구비된 배기부를 통해 배기가스가 배출되는 형태의 원자층 증착장치가 개시된다. 배기가스 배기 효율을 향상시키고 퍼지가스의 퍼지 효율을 향상시킬 수 있는 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착되며 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 박막을 증착하기 위한 소스 물질을 포함하는 소스가스를 분사하고, 상기 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀 그룹으로 이루어진 다수의 소스가스 분사부가 형성된 샤워헤드, 상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 다수의 배기홀이 형성된 배기부 및 상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 상기 기판으로 분사하는 퍼지가스 분사부를 포함하여 구성된다.

원자층 증착장치, ALD, 샤워헤드, lateral type 퍼지가스 분사

Description

원자층 증착장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤워헤드에 배기부가 구비되고 소스가스와 퍼지가스를 분사하는 영역이 교대로 형성된 원자층 증착장치에서, 배기부의 배기효율과 퍼지가스의 퍼지 효율을 향상시킬 수 있는 원자층 증착장치를 제공한다.

일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 소스가스를 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 소스가스를 물리적으로 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 소스가스를 주입함으로써 기판의 상면에서만 소스가스들이 화학 반응을 일으키도록 하여 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다. 이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

통상적으로 원자층 증착장치는 샤워헤드 또는 서셉터가 고속으로 회전하면서 서로 다른 종류의 소스가스로 이루어진 증착가스가 분사되고, 기판이 순차적으로 증착가스를 통과하면서 기판 표면에 박막이 형성된다. 또한 기존의 원자층 증착장치는 기판이 프로세스 챔버 내로 투입되어 서셉터에 로딩되고, 서셉터가 일정 높이 상승한 상태에서 고속으로 회전하면서 박막이 형성된 후, 증착공정이 완료되면 서 셉터가 로딩 위치로 재하강하여 기판을 언로딩 한다.

한편, 기존의 원자층 증착장치는 서셉터 상부에서 분사된 증착가스 및 미반응 증착가스를 포함하는 배기가스가 서셉터의 고속 회전으로 인해 서셉터의 중앙으로 유입되면서 와류가 발생하고 이로 인해 정체되는 문제점이 있었다.

이러한 배기가스의 와류 및 정체 현상이 발생하면 배기가스 중에 포함된 미반응 소스 물질들이 서로 혼합 및 반응에 의해 파티클이 발생할 수 있는데, 이러한 파티클은 박막의 품질을 저하시키고 불량의 원인이 된다. 또한, 이와 같이 증착가스가 서셉터의 중앙으로 유입되면 서셉터의 중앙 부분이 에지(edge) 부분에 비해 증착가스의 밀도가 증가하게 되므로, 기판에서 서셉터의 중앙에 가까운 부분에 증착된 박막의 두께가 다른 부분에 비해 상대적으로 두꺼워지는 문제점이 있다.

기존에는 이러한 서셉터의 정체 배기가스를 배출시키기 위해서 샤워헤드의 중앙 부분에 배기부가 구비될 수 있는데, 이러한 배기부를 통해서도 서셉터 중앙 부분의 정체된 배기가스를 충분히 배기시키지 못할 뿐만 아니라, 배기가스가 서셉터의 중앙으로 유입되는 현상을 더욱 심화시키는 문제점이 있다. 또한, 샤워헤드에 구비된 배기부의 흡입력을 증가시키는 경우 샤워헤드에서 분사되는 증착가스가 기판에 도달하기 전에 배기부로 흡입될 수 있으므로, 배기부에 작용할 수 있는 흡입력은 실질적으로 제한되며 이로 인해 서셉터에 정체된 배기가스를 배출시키기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 기존의 원자층 증착장치는 서셉터의 고속 회전으로 인해 기판으로 분사된 퍼지가스가 기판 표면의 잔류 소스가스를 충분히 퍼지시키지 못하는 문제점이 있었다. 이로 인해 기판에 물리적으로 흡착된 소스가스와 다른 소스가스가 충분히 반응할 수 없으며, 박막의 품질이 불량해지는 문제점이 있었다. 특히, 트렌치(trench) 패턴의 경우 트렌치 내부의 잔류 소스가스의 퍼지가 원활하게 이루어지지 못하면 트렌치 입구에서 잔류 소스가스가 정체되면서 트렌치 내부까지 소스가스가 공급될 수 없으므로, 트렌치 내부에 균일하게 박막이 증착되지 못하는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 서셉터의 고속 회전에 의해 서셉터 중앙 부분에서 배기가스의 와류 및 정체 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 샤워헤드에 구비된 배기부의 배기량을 증가시킴으로써 파티클 발생 및 배기불량을 방지할 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 퍼지가스의 퍼지 효율을 향상시킬 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 퍼지가스가 서셉터의 측부에서 분사되고, 샤워헤드에 구비된 배기부를 통해 배기가스가 배출되는 형태의 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착되며 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 박막을 증착하기 위한 소스 물질을 포함하는 소스가스를 분사하고, 상기 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀 그룹으로 이루어진 다수의 소스가스 분사부가 형성된 샤워헤드, 상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 다수의 배기홀이 형성된 배기부 및 상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 상기 기판으로 분사하는 퍼지가스 분 사부를 포함하여 구성된다.

상기 배기부는 상기 소스가스 분사부 사이에 교번적으로 형성된다. 그리고 상기 배기부와 상기 소스가스 분사부는 상기 샤워헤드의 표면적을 다수개로 구획하도록 상기 샤워헤드의 중심을 기준으로 하는 부채꼴 형상의 영역으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소스가스 분사부는 노즐, 샤워헤드, 에어 나이프(air knife) 형태 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

상기 퍼지가스 분사부는 상기 서셉터 측부에서 상기 기판이 안착된 부분의 둘레를 둘러싸도록 형성된다. 예를 들어, 상기 퍼지가스 분사부는 상기 배기부가 형성된 부분 둘레를 따라 형성될 수 있다. 그리고 상기 퍼지가스 분사부는 노즐, 샤워헤드, 에어 나이프(air knife) 형태 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착되며 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 박막을 증착하기 위한 소스 물질을 포함하는 소스가스를 분사하고, 상기 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀 그룹으로 이루어진 다수의 소스가스 분사부가 형성된 샤워헤드, 상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 다수의 배기홀이 형성된 배기부, 상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 상기 기판으로 분사하는 퍼지가스 분사부 및 상기 서셉터 표면에 구비되어 상기 퍼지가스 분사부에서 분사된 상기 퍼지가스를 상기 배기부로 유동시키는 유동 가이드를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 유동 가이드는 상기 서셉터 표면에서 돌출 형성되며 상기 기판 주변을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 서셉터는 원형 플레이트 형태를 갖고 상기 다수의 기판이 상기 서셉터의 원주 방향을 따라 배치되고, 상기 유동 가이드는 상기 서셉터의 중심을 기준으로 상기 서셉터의 표면적을 부채꼴 형상의 영역으로 구획하도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 유동 가이드는 상기 유동 가이드에 의해 구획된 내부에서 상기 기판이 안착된 안착면이 형성되고, 상기 퍼지가스를 상기 서셉터의 중앙 및 상기 배기부를 향해 상부로 유동시키도록 상기 안착면이 상기 서셉터의 중앙을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 상기 유동 가이드는 상기 서셉터의 중심 부분으로 갈수록 점차 수렴되는 형태를 갖고, 상기 안착면과 상기 유동 가이드의 경계는 완만한 곡면으로 형성되고, 상기 안착면은 상기 서셉터의 중심부분으로 갈수록 점차 상부로 경사지게 형성될 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 첫째, 샤워헤드에서 기존 퍼지가스를 분사하는 영역까지 배기부 면적을 증가시킴으로써 배기량을 증가시키고, 서셉터 중앙 부분에 배기가스의 와류 및 정체 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 배기불량 및 서셉터 중앙 부분에서 배기가스의 정체로 인한 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 배기량을 일정하게 유지시킴으로써, 프로세스 챔버 내부의 밀도를 일정하게 유지시킬 수 있으며 배기가스가 서셉터 중앙으로 밀집되면서 국소적인 소스 가스의 밀도 증가로 인해 박막의 두께가 불량해지는 것을 방지할 수 있다.

셋째, 퍼지가스를 서셉터의 측부에서 분사하여 상부에 구비된 배기부를 통해 배출시키므로, 퍼지가스가 기판과 접촉되는 시간을 충분히 확보할 수 있으며, 퍼지가스의 유동 방향이 기판 표면에서 상부를 향하므로 기판에 잔류 소스가스를 퍼지시키는 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 퍼지가스 분사부가 배기부와 대응되는 부분에 형성되며 기판의 측부를 둘러싸도록 형성되므로 퍼지가스를 기판 전체에 균일하게 분사할 수 있다.

넷째, 소스가스 분사부는 샤워헤드의 중앙부에서 서로 인접하게 되는데, 배기부 면적을 증가시킴으로서 샤워헤드의 중앙부를 통해 서로 다른 소스가스가 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)의 종단면도들로서, 도 1은 도 3에서 Ⅰ-Ⅰ 선에 따른 종단면도이고, 도 2는 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 종단면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 샤워헤드(103)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 서셉터(102)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉터(102), 샤워헤드(103), 배기부(104) 및 퍼지가스 분사부(313)를 포함하여 이루어진다.

상기 프로세스 챔버(101)는 상기 기판(10)을 수용하여 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막을 증착하는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 원자층 증착장치(100)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 증착 공정이 수행되므로 상기 프로세스 챔버(101)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.

상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

상기 서셉터(102)는 상기 프로세스 챔버(101) 내에 구비되어 상기 다수의 기판(10)이 수평 방향으로 안착되고, 상기 기판(10)을 상기 서셉터(102)의 중심을 기준으로 공전시키도록 회전축(125)이 구비된다. 상기 서셉터(102)가 회전함에 따라 상기 기판(10)이 순차적으로 증착가스를 통과하면서 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막이 형성된다. 예를 들어, 상기 서셉터(102)는 상기 기판(10)이 수평으로 안착될 수 있도록 평편한 상면을 갖고 소정 직경을 갖는 원형 플레이트 형태를 갖고, 상기 다수의 기판(10)이 상기 서셉터(102)의 원주 방향을 따라 방사상으로 안착된다. 이하에서는, 4개의 기판(10)에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치(100)에 대해 설명한다.

그러나 상기 서셉터(102)의 형상이 원형에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상기 서셉터(102)에 안착되는 기판(10)의 수 역시 4개로 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

여기서, 상기 증착가스는 박막을 증착하는 공정에서 사용되는 가스들로, 상기 기판(10)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스가스와 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스로 이루어진다. 본 실시예에서는 서로 다른 2 종류의 소스가스(이하, 제1 가스(S1)와 제2 가스(S2)라 한다)와 한 종류의 퍼지가스(PG)가 사용된다. 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)는 상기 기판(10)에 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 결정된다. 그리고 상기 퍼지가스(PG)는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)와 상기 기판(10) 및 증착된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스가 사용된다.

상기 샤워헤드(103)는 상기 프로세스 챔버(101) 상부에 구비되어 상기 서셉터(102)에 안착된 상기 기판(10) 표면으로 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)를 각각 분사하는 상기 제1 가스(S1)와 상기 제2 가스(S2)가 각각 분사되는 제1 소스가스 분사부(311)과 제2 소스가스 분사부(312)가 형성된다.

또한, 상기 샤워헤드(103)는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)의 분사를 위한 다수의 분사홀(131)과 상기 분사홀(131)로 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼(132)가 형성되고, 상기 분사 버퍼(132) 일측에는 상기 분사 버퍼(132)로 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)를 공급하는 가스 공급부(105)가 구비된다. 예를 들어, 상기 가스 공급부(105)는 상기 제1 가스(S1)를 공급하는 제1 공급원(151)과 상기 제2 가스(S2)를 공급하는 제2 공급원(152)으로 이루어진다. 그리고 상기 가스 공급부(105)는 상기 퍼지가스 분사부(313)에 상기 퍼지가스(PG)를 공급하는 제3 공급원(153)을 포함한다.

상기 배기부(104)는 상기 샤워헤드(103)에 구비되어 상기 프로세스 챔버(101) 내의 배기가스를 흡입하여 배출시키고, 상기 배기부(104)는 상기 배기가스를 흡입하는 다수의 배기홀(141)과 상기 배기홀(141)에서 흡입된 배기가스의 유로가 되는 배기 버퍼(142)로 이루어지고, 상기 배기 버퍼(142) 일측에는 상기 배기 버퍼(142) 내부의 배기가스를 배출시키는 배기 펌프(145)가 연결된다.

도 3에서 점선으로 도시한 바와 같이, 상기 샤워헤드(103)는 상기 2개의 소스가스 분사부(311, 312)와 상기 배기부(104)에 의해 상기 샤워헤드(103)는 대략 4등분되며, 상기 샤워헤드(103)의 중심을 기준으로 하는 부채꼴 형상을 갖는다. 여기서, 상기 제1 가스(S1)와 상기 제2 가스(S2)가 혼합되는 것을 방지할 수 있도록 상기 제1 및 제2 소스가스 분사부(311, 312)는 상기 샤워헤드(103)에서 서로 180° 마주보도록 형성되고, 상기 배기부(104)는 상기 제1 및 제2 소스가스 분사부(311, 312) 사이에 교번적으로 형성된다. 즉, 상기 배기부(140)은 배기가스를 배출시킴 은 물론 상기 제1 및 제2 소스가스 분사부(311, 312)를 구획하는 역할을 한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 배기부(104)는 중앙 부분이 서로 연결된 부채꼴 형상을 갖는다. 즉, 상기 배기부(104)가 상기 샤워헤드(103)의 중앙 부분에도 형성되므로 상기 서셉터(102)의 중앙 부분의 배기량을 증가시킴으로써 상기 서셉터(102)의 중앙 부분에서 상기 서셉터(102)의 고속 회전으로 인하 배기가스 및 상기 퍼지가스(PG)의 와류 발생을 억제할 수 있다. 한편, 도면에서는 상기 샤워헤드(103)의 중앙 부분에는 배기홀(141)이 형성되지 않은 것으로 도시하였으나 상기 샤워헤드(103)의 중앙 부분에도 다수의 배기홀(141)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제2 소스가스 분사부(311, 312)는 다수의 분사홀(131)이 형성된 샤워헤드 형태를 갖는다. 그러나 상기 제1 및 제2 소스가스 분사부(311, 312)가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 소스가스 분사부(311, 312)는 노즐이나 에어 나이프(air knife) 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 분사홀(131)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)으로 균일하게 상기 증착가스를 분사할 수 있도록 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 분사홀(131)은 원형 홀 또는 슬릿 형태를 가질 수 있다. 마찬가지로 상기 배기홀(141)의 크기와 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

상기 퍼지가스 분사부(313)는 상기 서셉터(102) 외측 둘레를 따라 구비되어 상기 서셉터(102)에 안착된 기판(10) 표면으로 상기 퍼지가스(PG)를 분사한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 퍼지가스 분사부(313)에서 상기 기판(10)을 향한 면에 상기 퍼지가스(PG)를 분사하는 다수의 퍼지 분사홀(133)이 형성되고, 상기 퍼지가스 분사부(313)의 일측에는 상기 퍼지 분사홀(133)에 상기 퍼지가스(PG)를 공급하는 제3 공급원(153)이 구비된다. 또한, 상기 퍼지가스 분사부(313)는 상기 기판(10) 및 상기 서셉터(102)의 중심을 향해 상기 퍼지가스(PG)를 분사할 수 있도록 상기 서셉터(102)보다 상부에 상기 분사홀(131)이 형성되도록 소정 높이를 가지며 상기 서셉터(102) 상부에 구비된다.

여기서, 상기 퍼지가스 분사부(313)는 상기 서셉터(102) 측부에서 상기 기판(10)을 향해 상기 퍼지가스(PG)를 분사할 수 있도록 상기 서셉터(102)에서 상기 기판(10)이 안착된 부분의 둘레를 둘러싸도록 형성된다. 특히, 상기 퍼지가스 분사부(313)는 상기 퍼지가스(PG)가 상기 기판(10) 표면을 따라 유동하면서 상부의 상기 배기부(104)로 유입되도록 상기 배기부(104)가 형성된 부분의 외측 둘레를 따라 형성된다.

한편, 본 실시예에서는 상기 퍼지가스 분사부(313)가 다수의 퍼지 분사홀(133)이 형성된 샤워헤드 형태를 갖는 예를 설명하였으나, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 퍼지가스 분사부(313)는 노즐이나 에어 나이프(air knife) 형태를 가질 수 있다. 그리고 상기 제3 공급원(153)은 밸브에 의해 상기 퍼지가스(PG)의 공급을 조절하게 된다.

또한, 상기 퍼지가스 분사부(313)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 기판(10)이 안착된 부분의 둘레를 완전히 둘러싸도록 대략 상기 서셉터(102)의 원주 의 1/4 정도의 길이로 형성되는 예로 설명하였다. 그러나 상기 퍼지가스 분사부(313)가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 퍼지가스 분사부(313)는 상기 서셉터(102)의 둘레를 따라 불연속적인 형태로 형성되어, 다수의 퍼지가스 분사부(313)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 퍼지가스 분사부(313)에서 분사된 퍼지가스(PG)가 인접한 또는 180° 마주보고 있는 기판(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 분사된 퍼지가스(PG)의 유동을 가이드는 유동 가이드(211)가 구비될 수 있다.

이하, 도 5와 도 6을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터(102)의 일 예를 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 5에서 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 원자층 증착장치(100)의 종단면도이다. 이하에서 설명하는 실시예는 상술한 실시예와 일부 구성요소를 제외하고는 실질적으로 동일하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 5와 도 6을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉터(102), 샤워헤드(103), 배기부(104) 및 퍼지가스 분사부(313)를 포함하여 구성되고, 상기 서셉터(102) 상부에는 상기 퍼지가스 분사부(313)에서 분사된 퍼지가스(PG)를 상기 배기부(104)로 안내하는 유동 가이드(211)가 구비된다.

상기 유동 가이드(211)는 상기 서셉터(102) 상부에서 상기 각 기판(10)으로 분사된 상기 퍼지가스(PG)가 인접하는 또는 서로 180° 이격된 기판(10)으로 유입 되는 것을 제한할 수 있도록 상기 서셉터(102) 표면에서 소정 높이 돌출 형성된다. 상기 유동 가이드(211)는 상기 각 기판(10)이 한 장씩 수용된 공간으로 구획할 수 있도록 상기 기판(10) 둘레를 둘러싸도록 형성된다. 예를 들어, 상기 서셉터(102)는 원형 플레이트 형상을 갖고, 상기 서셉터(102)의 원주 방향을 따라 4개의 기판(10)이 배치된다. 상기 유동 가이드(211)는 상기 서셉터(102)의 중심을 기준으로 상기 서셉터(102)를 부채꼴 형상의 영역으로 4등분하도록 형성된다. 즉, 상기 유동 가이드(211)는 상기 서셉터(102)의 중심에서 외측으로 소정 높이를 갖는 벽이 길게 연장 형성된 형상을 갖는다. 또한, 상기 유동 가이드(211)는 상기 서셉터(102)의 중심에서 에지부까지 연장된 길이를 갖는다.

여기서, 상기 서셉터(102)는 상기 유동 가이드(211)에 의해 구획된 영역 내부에 각각 한 장의 기판(10)이 안착되며, 상기 유동 가이드(211) 내부에서 상기 기판(10)이 안착된 면을 이하에서는 안착면(212)이라 한다.

상기 유동 가이드(211)는 상기 분사된 퍼지가스(PG)가 상기 기판(10) 표면을 충분히 접촉한 후 상기 배기부(104)로 유입될 수 있도록, 상기 서셉터(102)의 중심을 향해 점차 수렴하도록 형성된다. 여기서, 상기 유동 가이드(211)가 부채꼴 형상의 영역의 경계를 따라 형성되므로 상기 유동 가이드(211)에 의해 구획된 공간은 상기 서셉터(102)의 중심을 향해 점차 수렴하는 형상을 갖게 된다.

그러나 상기 유동 가이드(211) 내부의 상기 퍼지가스(PG)가 좀더 완만하게 수렴될 수 있도록 상기 유동 가이드(211)가 상기 서셉터(102)의 중심을 향해 점차 두께가 증가하는 형태를 갖는 것도 가능하다. 상기 또한, 상기 유동 가이드(211) 는 상기 안착면(212)과의 경계 부분이 완만한 곡면 형상으로 연결된다.

또한, 상기 유동 가이드(211)는 도면에 도시한 바와 같이 동일한 높이를 가질 수 있으며, 또는 상기 유동 가이드(211)는 상기 서셉터(102)의 중심으로 갈수록 높이가 높아지거나 낮아지도록 형성되는 것도 가능하다.

상기 안착면(212)은 상기 각 기판(10)에 분사된 퍼지가스(PG)를 상부의 상기 배기부(104)로 유입시킬 수 있도록 상기 서셉터(102)의 중심을 향해 갈수록 점차 상부로 경사진 형태를 갖는다.

그러나 상기 유동 가이드(211)와 상기 안착면(212)의 형상은 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 유동 가이드(211)와 상기 안착면(212)은 상기 퍼지가스(PG)가 이웃 영역의 기판(10)으로 유입되는 것을 방지하고 상부의 배기부(104)로 유입시킬 수 있는 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 서셉터(102)의 고속 회전으로 인해 상기 서셉터(102) 상부의 배기가스 또는 상기 퍼지가스(PG)가 상기 서셉터(102)의 중앙 부분으로 이동하는 동안 와류가 발생할 수 있는데, 상기 배기부(104) 및 상기 유동 가이드(211)에 의해 이와 같은 가스의 와류 현상 발생을 효과적으로 억제할 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 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 종단면도들;

도 3은 도 1과 도 2의 원자층 증착장치에서 샤워헤드의 일 예를 설명하기 위한 평면도;

도 4는 도 1과 도 2의 원자층 증착장치에서 서셉터의 일 예를 설명하기 위한 평면도;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 평면도;

도 6은 도 5의 서셉터가 구비된 원자층 증착장치의 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100: 원자층 증착장치

101: 프로세스 챔버 102: 서셉터

103: 샤워헤드 104: 배기부

105, 151, 152, 153: 가스 공급부 125: 회전축

131: 분사홀 132: 분사 버퍼

133: 퍼지 분사홀 141: 배기홀

142: 배기 버퍼 145: 배기 펌프

211, 212: 유동 가이드 311, 312: 소스가스 분사부

313: 퍼지가스 분사부 PG: 퍼지 가스

S1: 제1 가스 S2: 제2 가스

Claims

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다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;

상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 원형 플레이트 형태를 갖고 회전 가능하게 구비되며, 상기 다수의 기판이 원주 방향을 따라 수평 방향으로 안착되는 서셉터;

상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 박막을 증착하기 위한 소스 물질을 포함하는 소스가스를 분사하고, 상기 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀 그룹으로 이루어진 다수의 소스가스 분사부가 형성된 샤워헤드;

상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 다수의 배기홀이 형성된 배기부;

상기 서셉터 측부에 구비되어 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 상기 기판에 평행하게 상기 서셉터의 중앙 부분을 향해 분사하는 퍼지가스 분사부; 및

상기 기판 주변을 둘러싸도록 상기 서셉터 표면에서 돌출 구비되어 상기 서셉터의 표면적을 부채꼴 형상의 영역으로 구획하도록 형성되고, 상기 퍼지가스 분사부에서 분사된 상기 퍼지가스를 상기 배기부로 유동시키는 유동 가이드;

를 포함하는 원자층 증착장치.
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제8항에 있어서,

상기 유동 가이드는 상기 유동 가이드에 의해 구획된 내부에서 상기 기판이 안착된 안착면이 형성되고, 상기 퍼지가스를 상기 서셉터의 중앙 및 상기 배기부를 향해 상부로 유동시키도록 상기 안착면이 상기 서셉터의 중앙을 향해 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제11항에 있어서,

상기 유동 가이드는 상기 서셉터의 중심 부분으로 갈수록 점차 수렴되는 형태를 갖고, 상기 안착면과 상기 유동 가이드의 경계는 완만한 곡면으로 형성되고, 상기 안착면은 상기 서셉터의 중심부분으로 갈수록 점차 상부로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.