KR101243876B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 하부 또는 상부에 구비된 가열 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비되어 상기 공정 챔버 내부로 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛을 포함하고, 상기 원료 물질 공급 유닛은 중앙 영역의 제1 유닛과 가장 자리 영역의 제2 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for procesing substrate}
실시예는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 원료 물질을 하나의 공정 챔버 내에 공급하는 원료 물질 공급 유닛이 구비된 기판 처리 장치에 관한 것이다.
통상적으로 반도체소자, 평면표시장치, 태양전지 등을 제조하기 위하여 웨이퍼(wafer) 또는 글래스(glass)에 박막이 증착되고, 이후 박막을 선택적으로 패터닝하는 공정 등이 필요하다.
박막은 다양한 원료 물질이 증착되어 형성될 수 있고, 하나의 기판에 복수 개의 원료 물질이 반응하여 증착될 수도 있다. 그리고, 복수 개의 원료 물질을 기판에 함께 증착할 때, 공정 챔버 내에 이들 원료 물질을 함께 공급하고, 공정 챔버 내에서 원료 물질들이 골고루 섞이며 반응하는 것이 필요하다.
종래 공정 챔버 내에 복수의 원료 물질을 공급하는 경우, 기판과 마주보는 공정 챔버의 상부 전체에 가스 분사 유닛이 공급되어 원료 물질이 가스 형태로 분사되었다. 이때, 공정 챔버 내에서 기판의 아래 부분에만 코일이 배치되어, 공정 챔버 내부를 고르게 가열하기 어렵다.
또한, 공정 챔버 내에서 기판과 마주보는 상부에 코일을 배치하면 원료 물질이 분사되는 영역이 좁아져서, 복수의 원료 물질이 충분히 반응하거나 기판의 전 영역에 고르게 증착되지 않을 수 있다.
실시예는 기판의 상부에 배치된 원료 물질 공급 유닛으로부터 공급되는 복수의 원료 물질이 공정 챔버 내에서 충분히 반응하는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 공정 챔버 내의 일부 영역에서 공급되는 복수의 원료가 기판의 전영에 고루 증착되는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 하부 또는 상부에 구비된 가열 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비되어 상기 공정 챔버 내부로 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛을 포함하고, 상기 원료 물질 공급 유닛은 중앙 영역의 제1 유닛과 가장 자리 영역의 제2 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 제1 유닛과 제2 유닛은 각각 복수 개의 노즐을 포함하고, 상기 제1 유닛 내의 하나의 노즐의 단면적이 상기 제2 유닛 내의 하나의 노즐의 단면적보다 작을 수 있다.
상기 제1 유닛 내의 전체 노즐의 단면적의 합은, 상기 제2 유닛 내의 전체 노즐의 단면적의 합은 동일할 수 있다.
상기 제1 유닛 내의 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도는, 상기 제2 유닛 내의 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도보다 클 수 있다.
상기 제1 유닛 내에서, 중앙 영역에 위치하는 노즐의 단면적이 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 단면적보다 작을 수 있다.
상기 제1 유닛 내에서, 중앙 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도는, 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도보다 클 수 있다.
상기 제2 유닛 내에서, 중앙 영역에 위치하는 노즐의 단면적이 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 단면적보다 작을 수 있다.
상기 제2 유닛 내에서, 중앙 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도는, 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도보다 클 수 있다.
상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비된 제2 가열 유닛은 상기 기판 지지 유닛의 가장 자리 영역과 대응하여 배치되고, 상기 원료 물질 공급 유닛은 상기 기판 지지 유닛의 중앙 영역과 대응하여 배치될 수 있다.
상기 제1 유닛과 제2 유닛은 샤워 헤드 타입일 수 있다.
상기 제1 유닛에서 공급되는 원료 물질의 밀도가 상기 제2 유닛에서 공급되는 원료 물질의 밀도보다 작을 수 있다.
상기 제1 유닛은, 질소 가스, 실리콘 가스 및 수소 중 적어도 하나의 원료 물질을 공급할 수 있다.
상기 제2 유닛은, 트리메틸갈륨, 비스시클로펜타다이닐마그네슘, 트리메틸알루미늄 및 트리메틸인듐 중 적어도 하나를 공급할 수 있다.
상기 제2 유닛은 상기 제1 유닛의 둘레를 감싸며 형성될 수 있다.
상기 기판 지지 유닛과 마주 보는 원료 물질 공급 유닛은 원뿔 또는 곡면을 이룰 수 있다.
상기 기판 지지 유닛과 마주보는 원료 물질 공급 유닛은 상기 제1 유닛과 제2 유닛이 각각 평면을 이루고, 상기 제1 유닛과 상기 기판 지지 유닛과의 거리가 상기 제2 유닛과 상기 기판 지지 유닛과의 거리보다 작을 수 있다.
기판 처리 장치는 상기 원료 물질 공급 유닛을 회전시키는 회전 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 노즐과 수평면이 이루는 각도는 45도 이내일 수 있다.
다른 실시예는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 상부 또는 하부에 구비된 가열 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비되어 상기 공정 챔버 내부로 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛을 포함하고, 상기 원료 물질 공급 유닛은 중앙 영역의 제1,2 유닛과 가장 자리 영역의 제3 유닛을 포함하고, 상기 제3 유닛에서 분사되는 원료 물질의 온도가 상기 제1 유닛과 2 유닛에서 공급되는 원료 물질의 온도보다 낮은 기판 처리 장치를 제공한다.
기판 처리 장치는, 상기 제3 유닛은 상기 원료 물질을 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 기판 처리 장치는, 중앙 영역의 제1 유닛과 가장 자리 영역의 제2 유닛에서 공급되는 복수의 원료 물질이 공정 챔버 내에서 고루 섞이며 반응할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 중앙 영역의 제1 유닛과 가장 자리 영역의 제2 유닛에서 공급되는 복수의 원료 물질이 기판 전체에 고루 증착될 수 있다.
도 1a는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부를 나타낸 도면이고,
도 1b는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 1c는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛을 상세히 나타낸 도면이고,
도 2a, 도 2b 및 도 3은 실시예에 따른 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛의 제1 유닛과 제2 유닛의 노즐을 나타낸 도면이고,
도 4는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛의 단면을 나타낸 도면이고,
도 5a는 원료 물질 공급 유닛에서 제1 유닛과 제2 유닛으로부터 원료 물질의 분사 방향을 나타낸 도면이고,
도 5b 내지 도 8은 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1a는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 공정 챔버 내부를 나타낸 도면이다.
기판 처리 장치(100)는 밀폐된 반응영역(R)을 정의하는 공정 챔버(10) 내에 피처리물인 기판(S)이 안착되는 기판 지지 유닛(40)이 구비된다. 그리고, 가스 공급관(60)이 공정 챔버(10)의 상부를 통하여 상기 공정 챔버(10) 내로 원료 물질과 퍼지 가스 및 반응 가스 등을 공급할 수 있다.
또한, 서셉터 등의 기판 지지 유닛(40)의 승강 운동을 제어하는 엘리베이터 어셈블리(45)가 공정 챔버(10)의 하부에 구비되고, 제1,2 가열 유닛(80, 85)이 기판 지지 유닛(40)의 하부와 상부에 각각 배치된다.
제1,2 가열 유닛(80, 85)은 유도가열 방식으로 작동될 수 있고, 코일을 이용할 수도 있으며, 기판 지지 유닛(40)에 의하여 지지되는 기판(S)을 가열할 수 있다.
가스 공급관(60)으로부터 공정 챔버(10) 내부로 원료 물질 등이 공급되고, 반응 영역(R) 내에서 사용 후 남은 원료 물질과 부산물은 공정 챔버(10)의 하부에 설치된 배기구(65)를 통하여 배기된다.
도 1b는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
기판 처리 장치(100)로 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛은 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)을 포함하여 이루어진다.
액상의 제1 원료 물질은 제1 원료 물질 저장부(270)에 저장되고, 제1 파이프(255)를 통하여 이동하고, 제1 밸브(250)이 제1 파이프(255)와 제1 유닛(252)의 사이에 구비되어 제1 원료 물질의 이동을 제어한다. 또한, 제1 원료 물질 저장부(270)와 제1 밸브(250)의 사이에는 유량 조절부(미도시)가 구비되어, 제1 원료 물질의 이동량을 조절할 수 있다.
액상의 제2 원료 물질은 제2 원료 물질 저장부(280)에 저장되고, 제2 파이프(265)를 통하여 이동하고, 제2 밸브(260)이 제2 파이프(265)와 제2 유닛(262)의 사이에 구비되어 제2 원료 물질의 이동을 제어한다. 또한, 제2 원료 물질 저장부(270)와 제2 밸브(260)의 사이에는 유량 조절부(미도시)가 구비되어, 제2 원료 물질의 이동량을 조절할 수 있다.
그리고, 퍼지 가스가 퍼지 가스 저장부(300)로부터 제3 파이프(320)를 통하여 퍼지 가스 공급 유닛(330)으로 공급되고, 상기 퍼지 가스 공급 유닛(330)은 도 1의 가스 공급부(60)와 연결되어 공정 채버(10) 내부로 퍼지 가스를 공급할 수 있다.
또한, 반응 가스가 반응 가스 저장부(400)로부터 제4 파이프(420)를 통하여 반응 가스 공급 유닛(430)으로 공급되고, 상기 퍼지 가스 공급 유닛(430)은 도 1의 가스 공급부(60)와 연결되어 공정 채버(10) 내부로 반응 가스를 공급할 수 있다.
그리고, 도 1b에서 'B' 영역에는 기화기가 배치될 수 있는데, 액상의 제1 원료 물질과 제2 원료 물질을 기화시켜서 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)으로 공급할 수 있다.
여기서, 상기 제1 원료 물질과 제2 원료 물질은 각가가 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)을 통하여 공정 챔버(10) 내부로 공급되므로, 공정 챔버 내부에서 서로 골고루 섞이고 반응할 수 있어야 한다.
또한, 도 1a에서 기판(S)과 대응하는 공정 챔버(10)의 상부에 제2 가열 유닛(85)이 배치되는데, 특히 제2 가열 유닛(85)은 가장 자리 영역과 대응하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)은 중앙 영역과 대응하여 배치될 수 있다.
여기서, 중앙 영역 또는 가장 자리 영역은 제1,2 유닛(252, 262) 내의 상대적인 위치 관계를 의미할 뿐이고, 제1,2 유닛(252, 262)은 도 1c에 도시된 바와 같이 기판 지지 유닛(40) 전체에 대하여 중앙에 배치되고 있다.
이때, 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)은 기판(S)의 중앙 영역에 대응하는 영역으로 제1 원료 물질과 제2 원료 물질을 공급할 수 있으므로, 제1 원료 물질과 제2 원료 물질이 공정 챔버(10) 내부에서 고루 퍼져서 기판(S) 전체에 고루 증착될 수 있어야 한다.
도 1c는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛을 상세히 나타낸 도면이다.
도 1a에서 제2 가열 유닛(85)은 기판 지지 유닛(40)의 가장 자리 영역과 대응하여 형성되거나, 공정 챔버(10) 내의 한 쪽 면에 인접하여 형성될 수 있다. 이때, 상술한 원료 물질 공급 유닛은 공정 챔버(10)의 중앙 영역 뿐만 아니라 측면에도 배치될 수 있다.
제1,2 유닛(252, 262)은, 제1,2 원료 물질을 공정 챔버(10) 내의 중앙 영역에 공급하는데, 구체적인 구성은 도 2a 이하에서 설명한다. 그리고, 제3 유닛(210)이 제1,2 원료 물질을 공정 챔버(10) 내의 가장 자리 영역에 공급한다.즉, 제1 원료 물질은 제1 원료 물질 저장부(270)로부터 제1 유닛(252)을 통하여 공정 챔버(10)의 중앙 영역과 측면 내지 가장 자리 영역에도 분사될 수 있다. 그리고, 제2 원료 물질은 제2 원료 물질 저장부(280)로부터 제2 유닛(262)을 통하여 공정 챔버(10)의 중앙 영역과 측면 내지 가장 자리 영역에도 분사될 수 있다.
공정 챔버(10)의 중앙 영역에서의 원료 물질의 공급은 도 4 등에서 상술하겠으며, 이하에서는 공정 챔버(10)의 측면 내의 가장 자리 영역에서의 제1,2 원료 물질을 공급을 상세히 설명한다.
제1,2 원료 물질은 제3 유닛(210)을 통하여 서로 분리된 공간(또는 루트)를 통해 기판(S) 상에 분사된다. 그리고, 제3 유닛(210)은 제1,2 원료 물질을 냉각시켜서 분사할 수 있다.
제3 유닛(210)은 제1 원료 물질을 공급받아 분사하는 제1 분사부(211)와, 제2 원료 물질을 이를 분사하는 제2 분사부(212)와, 분사되는 원료 물질을 냉각시키는 냉각부(213)를 구비한다. 즉, 공정 챔버(10) 내에서 가장 자리 영역의 제3 유닛에서 분사되는 원료 물질은, 중앙 영역의 제1,2 유닛(252, 262)에서 분사되는 원료물질보다 확산 영역이 더 적으므로 낮은 온도로 분사될 수 있다. 따라서, 상기 냉각부(213)에서 상기 제1,2 원료 물질을 냉각시켜서, 상기 제1,2 유닛(252, 262)보다 낮은 온도로 냉각시킬 수 있다.
여기서, 제1,2 분사부(211, 212)와 냉각부(213)는 상하로 적층될 수 있다. 그리고, 냉각부(213)를 제1,2 분사부(211, 212)와 기판 지지 유닛(40)의 사이에 위치시킬 수 있으며, 이를 통하여 기판 지지 유닛(40)의 열에 의해 제1,2 분사부(211, 212) 내의 원료 물질들이 분해되는 것을 방지할 수 있다.
제1 분사부(211)는 제1 원료 물질을 제공받는 제 1 내부 공간(A)을 갖는 제1 분사 몸체(211-1)와, 분사 몸체(211-1)에서 연장된 다수의 제1 분사 노즐(211-2)을 구비한다.
제2 분사부(212)는 제2 원료 물질을 제공받는 제2 내부 공간(B)을 갖는 제2 분사 몸체(212-1)와, 분사 몸체(212-1)에서 연장된 다수의 제2 분사 노즐(212-2)을 구비한다.
그리고, 냉각부(213)는 그 내부에 냉매가 이동하는 냉매 이동 공간(C)을 갖는 냉각 몸체(213-1)와, 제1 분사 노즐(211-2)에 연동된 제 1 분사 홈(213-2)과, 제2 분사 노즐(212-2)에 연통된 제2 분사홈(213-3)을 구비한다. 제1 분사부(211)의 제 1 분사 몸체(211-1)에는 제1 원료 물질을 제공 받는 제1 원료 물질 주입구(211-3)가 마련된다.
상술한 바와 같이 제1 분사부(211)의 제1 내부 공간(A)에 제공된 제1 원료 물질은 제2 분사부(212)의 제2 내부 공간(B)를 관통하는 제1 분사 노즐(211-2)과 냉각부(213)의 제1 분사 홈(213-2)을 거쳐 공정 챔버(10)의 내부 공간(즉, 반응 공간)으로 분사된다.
또한, 제2 분사부(212)의 제2 내부 공간(B)에 제공된 제22 원료 물질은 제2 분사 노즐(212-2)과 냉각부(213)의 제2 분사홈(213-3)을 통해 공정 챔버(10)의 내부 공간으로 분사될 수 있다.
도 2a, 2b 및 도 3은 실시예에 따른 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛의 제1 유닛과 제2 유닛의 노즐을 나타낸 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 원료 물질 공급 유닛(200)은 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)을 포함하여 이루어진다. 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)은 샤워 헤드 타입으로, 각각 노즐(253, 263)이 구비되어, 제1,2 원료 물질을 공정 챔버(10) 내부로 분사할 수 있다.
그리고, 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)의 사이에는 격벽(230)이 구비될 수 있고, 상술한 제1 유닛(252)과 격벽(230)과 제2 유닛(262) 전체가 원료 물질 공급관(240) 내에 포함될 수 있다.
여기서, 도 1의 가스 공급관(60)에는 원료 물질 공급관(240)과 퍼지 가스 공급 유닛(330) 및 반응 가스 저장 유닛(430)이 포함될 수 있다.
도시된 바와 같이, 각각의 유닛(252, 262)에는 복수 개의 노즐(253, 263)이 구비되어 있는데, 하나의 유닛(252, 262)에 포함되는 노즐(253, 263)의 개수를 서로 동일하거나 다를 수 있다.
다만, 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 유닛(252) 내의 노즐(253)의 단면적의 합은 제2 유닛(262) 내의 노즐(263)의 단면적의 합과 동일할 수 있다. 여기서, 단면적이라 함은, 노즐(253, 263)의 외부의 단면적으로서 제1,2 원료 물질이 공급되는 면적이다.
상술한 바와 같이, 제1 유닛(252) 내의 노즐(253)의 단면적의 합은 제2 유닛(262) 내의 노즐(263)의 단면적의 합과 동일하면, 동일한 양의 제1 원료 물질과 제2 원료 물질이 공정 채버(10) 내로 공급될 수 있다.
도 2b에 도시된 실시예에서, 제2 유닛(262)은 4개로 구분되어 있다. 여기서, 중앙의 제1 유닛(252)의 노즐(253)은 제1 원료 물질을 공급하고, 가장 자리의 제2 유닛(262)의 노즐(263)은 제2 원료 물질을 공급할 수 있다.
도 2b에서 제2 유닛(262)이 4개의 조각으로 구분되어 있으나, 더 많은 개수로 구분되거나, 더 작은 개수로 구분될 수 있다. 그리고, 격벽(230)은 소정 두께를 가지고 구비될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서 상기 제1 유닛(252) 내의 하나의 노즐(253)의 단면적이 상기 제2 유닛(262) 내의 하나의 노즐(263)의 단면적보다 작다. 이때, 상기 제1 유닛(252) 내의 하나의 노즐(253)을 통하여 제1 원료 물질이 공급되는 속도가, 상기 제2 유닛(262) 내의 하나의 노즐(263)을 통하여 제2 원료 물질이 공급되는 속도보다 빠를 수 있다. 그리고, 이러한 원료 물질의 분출 내지 공급 속도의 차이는, 상술한 노즐의 단면적의 차이에도 불구하고 동일한 양의 제1 원료 물질과 제2 원료 물질이 공정 챔버(10) 내부로 공급될 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 내부에 구비된 제1 유닛(252) 내의 노즐로부터 분사되는 제1 원료 물질이 작은 단면적의 노즐을 통하여 빠른 속도로 분사되면, 제2 원료 물질에 비하여 상대적으로 더 멀리 이동할 수 있다. 따라서, 이러한 차이는 공정 챔버(10)의 가장 자리 영역에까지 제1 원료 물질과 제2 원료 물질이 동일하거나 비슷하게 공급될 수 있게 한다. 이때, 제1 원료 물질이 제2 원료 물질보다 밀도가 더 높은 물질이면, 상술한 노즐의 단면적 차이와 분사 속도의 차이의 효과가 크다.
또한, 하나의 유닛 즉 제1 유닛 또는 제2 유닛 내에서도, 중앙 영역에 구비된 노즐의 단면적이 가장 자리 영역에 구비된 노즐의 단면적보다 작을 수 있는데, 그 이유는 상술한 바와 동일하다.
그리고, 3가지 이상의 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛도 고려할 수 있으며, 이때 중앙 영역에 가장 낮은 밀도의 원료 물질을 가장 낮은 위치에서 분사하고, 중간 영역에서 중간 밀도의 원료 물질을 중간 위치에서 분사하면, 가장 자리 영역에서 가장 높은 밀도의 원료 물질을 가장 높은 위치에서 분사한다. 그리고, 각 원료 물질의 분사 각도는 가장 자리로 갈수록 수평 방향과 나란해질 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1a에서 1점 쇄선으로 도시된 영역을 구체적으로 나타낸 도면이다.
공정 챔버(10)의 상부에 원료 물질 공급 유닛이 배치될 수 있는데, 원료 물질 공급관(240) 내에 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)이 포함되는데, 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)의 사이에는 격벽(230)이 구비될 수 있다. 전체적으로 제2 유닛(262)이 제1 유닛(252)의 둘레를 감싸고 형성되어 있다.
흐린 점선으로 표시된 부분이 제1,2 유닛(252, 262) 내에서 노즐(253, 263)을 나타내고, 진한 점선으로 표시된 부분이 상기 노즐(253, 263) 내에서 제1,2 원료 물질(g1, g2)의 흐름을 나타낸다.
여기서, 각각의 노즐(253, 263)의 단면적이 동일하게 도시되어 있으나, 상술한 바와 같이 중앙 영역에 배치된 노즐(253, 263)의 단면적이 상대적으로 작을 수 있다.
그리고, 각각의 노즐로부터 분사되는 제1,2 원료 물질(g1, g2)의 분사 방향이 서로 다를 수 있다. 도 4에 도시된 형상의 제1 유닛(252)과 제2 유닛에서, 가장 중앙에 구비된 노즐로부터 제1 원료 물질(g1)이 연직 하방으로 공급될 수도 있으나, 대부분의 제1,2 원료 물질(g1, g2)는 연직 방향과 경사지게 배출된다. 또한, 제2 유닛(262)에서의 제2 원료 물질(g2)은 수평면에 가까운 방향으로 분사되며, 이러한 경향은 제2 유닛(262) 중에서도 가장 자리 영역에 구비된 노즐(263)로부터 분사되는 제2 원료 물질의 경우 더욱 그러하다.
도 5a는 원료 물질 공급 유닛에서 제1 유닛과 제2 유닛으로부터 원료 물질의 분사 방향을 나타낸 도면이다.
연직방향의 기판 방향이며, 수평 방향은 공정 챔버의 측면 방향이다. 도 5a에서 제1 원료 물질(g1)은 상대적으로 연직 방향에 가깝게 분사되고, 제2 원료 물질(g2)은 상대적으로 수평방향에 가깝게 분사되고 있다.
그리고, 공정 챔버 내에서 기판이 기판 지지 유닛(40)에 원주 형상으로 배치될 수 있으므로, 제1,2 원료 물질(g1, g2)은 공정 챔버의 중앙보다는 가장자리 방향으로 공급되어야 한다. 따라서, 제1,2 원료 물질(g1, g2)은 수평면과 45도 이내의 각도로 분사될 수 있고, 이러한 분사 각도의 조절은 노즐과 수평면이 45도 이내로 배치되어 가능하다.
제 2 원료 물질은 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa), 비스시클로펜타다이닐마그네슘(biscyclopentadienylmagnesium; Cp2Mg), 트리메틸알루미늄(trimethyaluminum; TMAl), 프로판(propane, C3H8) 및 트리메틸인듐(trimethylindium; TMIn) 등의 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 원료 물질은 질소(N2) 및 암모니아(NH3) 등의 질소 가스, SiH4 및 SiH6 등의 실리콘 가스 및 수소(H2) 등의 물질을 포함할 수 있다.
도 5b 내지 도 8은 기판 처리 장치의 원료 물질 공급 유닛의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 5b에 도시된 실시예는 도 4의 실시예와 동일하나, 노즐(253, 263)이 제1,2 유닛(252, 262)의 외부로 돌출된 차이점이 있으며, 도 6 내지 도 8의 실시예에서도 노즐의 구성이 상술한 바와 같이 변화된 구성을 고려할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서 기판 지지 유닛(미도시)과 마주보는 제1 유닛(252)과 제2 유닛(262)의 면은 평면을 이루고 있으며, 상대적으로 제2 유닛(262)이 제1 유닛(252)보다 높게 배치되어 있다. 즉, 제1 원료 물질(g1)이 분사되는 위치가 제2 원료 물질(g2)이 분사되는 위치보다 낮다.
상술한 바와 같이 제1 원료 물질(g1)은 제2 원료 물질(g2)보다 가벼운 물질이므로, 공정 챔버 내에서 분사된 후에 가벼운 제1 원료 물질(g1)이 무거운 제2 원료 물질(g2)의 위로 상승할 수 있으므로, 제1,2 원료 물질이 수직 방향으로 혼합될 수 있다.
도 6에서 제1 원료 물질(g1)은 수평면과 비스듬하게 분사되고, 제2 원료 물질(g2)은 수평면과 동일하거나 그에 가까운 방향으로 분사되고 있다.
도 7에 도시된 실시예에서 기판 지지 유닛(미도시)과 마주 보는 원료 물질 공급 유닛(제1 유닛과 제2 유닛)의 면은 원뿔 형상을 하고 있다. 여기서도, 제1 원료 물질(g1)은 수평면과 비스듬하게 분사되고, 제2 원료 물질(g2)은 수평면과 동일하거나 그에 가까운 방향으로 분사되고 있다.
도 8에 도시된 실시예에서 기판 지지 유닛(미도시)과 마주 보는 원료 물질 공급 유닛(제1 유닛과 제2 유닛)의 면은 곡면을 이루고 있다. 상기 곡면은 구의 형상이거나 이와 유사할 수 있다. 그리고, 제2 원료 물질(g2)의 분사 방향이 제1 원료 물질(g1)의 분사 방향보다 더 수평 방향에 가까운 것은 상술한 바와 동일하다.
상술한 실시예에 따른 기판 처리 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
공정 챔버 내에 기판(S)을 기판 지지 유닛(40)으로 로딩(loading)시킨 후, 제1,2 원료 물질을 공정 챔버로 공급한다. 이때, 액상의 제1,2 원료 물질이 제1,2 원료 물질 저장부(270, 280)로부터 제1,2 파이프(255, 265)와 제1,2 밸르(250, 260)를 지나서, 기화기로 공급된다.
여기서, 기화기는 액상의 제1,2 원료 물질을 기화시킬 수 있는데, 복수 개의 미세 홀이 구비된 필터부에서 압력을 낮추어서 액상 물질을 기상의 제1,2 원료 물질로 기화시킬 수 있다. 또한, 액상의 제1,2 원료 물질을 플라즈마를 이용하여 이온화하여, 공정 챔버 내부로 공급할 수도 있다.
이때, 상술한 바와 같이 제1,2 원료 물질은 공정 챔버의 상부의 중앙 영역에서 분사된다. 그리고, 상대적으로 밀도가 작은 제1 원료 물질(g1)이 보다 단면적이 작은 노즐을 통하여 상대적으로 빠른 속도로 분사될 수 있다.
그리고, 상대적으로 밀도가 큰 제2 원료 물질(g2)이 보다 단면적이 큰 노즐을 통하여 상대적으로 느린 속도로 분사될 수 있다.
이때, 가벼운 제1 원료물질(g1)이 상대적으로 낮은 위치에서 분사되고, 무거운 제2 원료 물질(g2)이 상대적으로 높은 위치에서 분사되므로, 제1,2 원료 물질(g1, g2)이 상,하 방향으로 잘 혼합될 수 있다. 노즐의 단면적 조절을 통한 원료 물질의 분사 속도의 차이는 제1 유닛(252) 또는 제2 유닛(262) 내에서도 차이를 둘 수 있다.
또한, 상기 제1 유닛(252)에서 분사되는 원료 물질의 온도가 상기 제2 유닛(262)에서 공급되는 원료 물질의 온도보다 높을 수 있다. 이때, 온도가 높은 제1 원료 물질(g1)이 상대적으로 온도가 낮은 제2 원료 물질(g2)보다 밀도가 작아져서 보다 높게 상승할 수 있다.
이러한 온도 구배를 위하여, 제1 유닛(252)을 플라즈마 장치나 히팅 장치 등의 가열 수단으로 온도를 높일 수 있다.그리고, 제1 유닛(252)을 통하여 분사되는 제1 원료 물질(g1)보다 제2 유닛(262)을 통하여 분사되는 제2 원료 물질(g2)이 보다 수평 방향으로 분사된다. 따라서, 상대적으로 무거운 제2 원료 물질(g2)이 공정 챔버 내에서 보다 멀리 공급될 수 있고, 제1 원료 물질(g1)은 상대적으로 가벼우므로 수평 방향과 큰 각도를 가지고 분사되지 않아도 공정 챔버 내에서 수평 방향으로 충분히 진행될 수 있다.
이러한 제1 원료 물질(g1)과 제2 원료 물질(g2)의 분사 각도의 차이는 제1 원료 물질(g1)과 제2 원료 물질(g2)을 수평 방향으로 고루 혼합되게 할 수 있다. 이때, 회전 유닛이 구비되어 상기 제1,2 유닛을 회전시키면, 제1 원료 물질(g1)과 제2 원료 물질(g2)의 고른 혼합을 촉진시킬 수 있다. 그리고, 제1,2 원료 물질이 동시에 공정 챔버로 분사되거나, 서로 시간 간격을 두고 분사될 수도 있다.
상술한 공정에서 공정 챔버 내에 제1 원료 물질과 제2 원료 물질이 고루 공급되고, 기판 표면에 원료 물질이 화학 흡착(Chemical absorption)된다.
그리고, 공정 챔버 내에 퍼지 가스 저장부(300)로부터 제3 파이프(310)와 제3 밸브(320)를 통하여 퍼지 가스 공급부(330)에서 퍼지 가스가 공급되어, 여분의 미흡착 제1,2 원료 물질을 퍼지(배출)한다.
이어서, 반응 가스 저장부(400)로부터 제4 파이프(410)와 제4 밸르(420)를 통하여 반응 가스 공급부(430)에서 반응 가스가 공정 챔버로 공급되어, 기판 표면에 흡착된 원료 물질과 반응하여 박막층이 증착된다. 이때, 제1,2 원료 물질이 기판의 표면에 충분히 흡착된 상태이므로, 복수 개의 기판 전체와 각각의 기판의 전 영역에서 박막이 고르게 증착될 수 있다.
그리고, 공정 챔버 내에 다시 퍼지가스가 공급되어 반응 부산물 및 미반응 물질을 퍼지(배출)한다. 여기서, 원료 물질, 반응 가스, 퍼지 가스 등의 공급 순서와 박막 증착은 다른 순서로 진행될 수도 있다.
상술한 기판 처리 장치는 반도체 소자의 기판 상의 박막 증착 공정 외에, 평면표시장치 및 태양전지 등을 제조하는 공정 등에서 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 공정 챔버 40 : 기판 지지 유닛
45 : 엘리베이터 어셈블리 60 : 가스 공급관
65 : 배기구 80, 85 : 제1,2 가열 유닛
100 : 기판 처리 장치 200 : 원료 물질 공급 유닛
210 : 제3 유닛 211 : 제1 분사부
212 : 제2 분사부 213 : 냉각부
230 : 격벽 240 : 원료 물질 공급관
252, 262 : 제1,2 유닛 253, 263 : 노즐
250, 260, 320, 420 : 제1,2,3,4 밸브
255, 265, 310, 410 : 제1,2,3,4 파이프
270 : 제1 원료 물질 저장부 280 : 제2 원료 물질 저장부
300 : 퍼지 가스 저장부 330 : 퍼지 가스 공급 유닛
400 : 반응가스 저장부 430 : 반응 가스 공급 유닛

Claims (20)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛의 상부 또는 하부에 구비된 가열 유닛; 및
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비되어 상기 공정 챔버 내부로 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛을 포함하고,
    상기 원료 물질 공급 유닛은 복수 개의 노즐을 포함하는 중앙 영역의 제1 유닛과 복수 개의 노즐을 포함하는 가장 자리 영역의 제2 유닛을 포함하며,
    상기 제1 유닛 내의 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도는, 상기 제2 유닛 내의 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유닛 내의 하나의 노즐의 단면적이 상기 제2 유닛 내의 하나의 노즐의 단면적보다 작은 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 유닛 내의 전체 노즐의 단면적의 합은, 상기 제2 유닛 내의 전체 노즐의 단면적의 합은 동일한 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 유닛 내에서,
    중앙 영역에 위치하는 노즐의 단면적이 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 단면적보다 작은 기판 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 유닛 내에서,
    중앙 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도는, 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도보다 큰 기판 처리 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 유닛 내에서,
    중앙 영역에 위치하는 노즐의 단면적이 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 단면적보다 작은 기판 처리 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 유닛 내에서,
    중앙 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도는, 가장 자리 영역에 위치하는 노즐의 원료 물질 분사 방향이 수평면과 이루는 각도보다 큰 기판 처리 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비된 제1 가열 유닛은 상기 기판 지지 유닛의 가장 자리 영역과 대응하여 배치되고, 상기 원료 물질 공급 유닛은 상기 기판 지지 유닛의 중앙 영역과 대응하여 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 유닛과 제2 유닛은 샤워 헤드 타입인 기판 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유닛에서 공급되는 원료 물질의 밀도가 상기 제2 유닛에서 공급되는 원료 물질의 밀도보다 작은 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 유닛은,
    질소 가스, 실리콘 가스 및 수소 중 적어도 하나의 원료 물질을 공급하는 기판 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 유닛은,
    트리메틸갈륨, 비스시클로펜타다이닐마그네슘, 트리메틸알루미늄 및 트리메틸인듐 중 적어도 하나를 공급하는 기판 처리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 유닛은 상기 제1 유닛의 둘레를 감싸며 형성되는 기판 처리 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛과 마주 보는 원료 물질 공급 유닛은 원뿔 또는 곡면을 이루는 기판 처리 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛과 마주보는 원료 물질 공급 유닛은 상기 제1 유닛과 제2 유닛이 각각 평면을 이루고, 상기 제1 유닛과 상기 기판 지지 유닛과의 거리가 상기 제2 유닛과 상기 기판 지지 유닛과의 거리보다 작은 기판 처리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 물질 공급 유닛을 회전시키는 회전 유닛을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐과 수평면이 이루는 각도는 45도 이내인 기판 처리 장치.
  19. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내부에 구비되고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛의 상부 또는 하부에 구비된 가열 유닛; 및
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 구비되어 상기 공정 챔버 내부로 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 유닛을 포함하고,
    상기 원료 물질 공급 유닛은 중앙 영역의 제1,2 유닛과 가장 자리 영역의 제3 유닛을 포함하고, 상기 제3 유닛에서 분사되는 원료 물질의 온도가 상기 제1 유닛과 2 유닛에서 공급되는 원료 물질의 온도보다 낮은 기판 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제3 유닛은 상기 원료 물질을 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
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