KR101420465B1 - 증착 시스템 - Google Patents

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KR101420465B1
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안소니 딥
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition)을 이용하여 박막을 증착하는 시스템 및 방법을 개시한다. 증착 시스템(10)은 둘레 측벽(36)을 갖는 공정 챔버(16), 공정 챔버(16) 내의 처리 공간(38)을 적어도 2개의 격실(76, 78)로 분할하는 격벽(68, 70, 72, 74) 및 처리 공간(38) 내에 기판(15)을 지지하는 플라터(50)를 포함한다. 플라터(50)는 고정된 둘레 측벽(36) 및 격실(76, 78)에 대하여 기판(15)을 상대 회전시킨다. 하나의 격실(76)은 각 기판(15)에 층을 증착하는데 사용되는 공정 재료를 수용하고, 다른 격실(78)은 불활성 가스를 수용한다. 공정 재료를 주입하는 재료 인젝터(100, 100a, 100b)가 둘레 측벽(36)을 통하여 격실(76)과 연통한다.

Description

증착 시스템{DEPOSITION SYSTEM}
본 발명은 원자층 증착(ALD)을 이용하여 박막을 증착하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
미세 전자부품에 대한 치수가 감소하고 그러한 재료에 대한 수요가 증가함에 따라, 보다 넓은 기판 면적에 걸쳐서 균일한 조성 및 균일한 두께를 갖는 반도체 박막이 점점 요구되고 있다. 기판 상에 박막을 증착하기 위해서 공통적으로 사용되는 공정으로는, 복잡한 장치 형상에 걸쳐 비교적 균일한 막을 증착하는 화학 기상 증착(CVD)이 있다. 통상의 CVD 공정에서, 기판은 2 이상의 휘발성 전구체에 노출되고, 이 전구체는 원하는 박막을 형성하도록 기판 표면에서 반응하거나 및/또는 분해된다.
이전의 증착 기술에 비한 CVD의 향상에도 불구하고, CVD는 여러 가지 단점을 갖는다. 예컨대, CVD는 플럭스에 의존하기 때문에, 균일한 두께의 원하는 박막을 형성하기 위해서는 기판 온도, 압력 및 가스 유량과 같은 증착 조건을 정확하고 지속적으로 유지해야 한다. 또한, CVD는 원치 않는 반응 부산물이 증착 박막에 혼입되어, 박막의 순도를 저하시키는 경향이 있다.
CVD의 변형인 원자층 증착(ALD)은, 상당히 균일한 등각(conformal) 막 증착을 달성하는 가능성 있는 우수한 방법으로서 이제 알려지고 있는 현대의 박막 증착 기술이다. ALD는, 종래의 CVD 공정을 별개의 증착 단계로 분할하여, 각 증착 단계에서 단일 원자의 단층을 순차적으로 증착함으로써 박막을 구성하도록 하는 공정이다. ALD의 기술은, 화학 증착에 의해 반응성 전구체 분자의 포화 단층을 형성하는 원리를 기초로 한다. 통상의 ALD 공정은, 기판 상에 포화 단층이 형성될 때까지 정해진 기간 동안 제1 전구체를 주입하는 것으로 이루어진다. 그 후, 제1 전구체를 불활성 가스를 이용하여 챔버로부터 퍼지한다. 이어서, 역시 정해진 기간 동안 챔버 내로 제2 전구체를 주입하여, 제2 전구체와 제1 전구체의 반응으로부터 웨이퍼 상에 층을 형성한다. 그 후, 챔버로부터 제2 전구체를 퍼지한다. 제1 전구체를 도입하고, 공정 챔버를 퍼지하며, 제2 전구체를 도입하고, 공정 챔버를 퍼지하는 이러한 공정을 복수회 반복하여 정해진 두께의 층을 얻는다.
반응성 가스 전구체를 공정 챔버 내로 수평으로 주입한 상태로 단일 웨이퍼 반응기를 이용하여 ALD 박막을 적층할 수도 있다. 수평 방향의 가스 전구체 주입에 의해, 가스 전구체가 정지 기판의 표면에 평행한 방향으로 유도된다. 반응성 가스 전구체가 기판 표면에 평행한 방향으로 흐르도록 되어 있는 배치가 유리한데, 그 이유는, 이와 같은 배치가 가스 전구체를 기판 표면에 수직한 방향으로 수직하게 주입함으로써 증착된 것보다 균일한 박막이 얻어지기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 단일 웨이퍼 반응기의 주요 단점은, 처리량이 비교적생산성이 비교적 낮기 때문에 상업적 가치가 현저하게 감소한다는 점이다. 다른 단점은, 개별 가스 전구체를 각각 도입하기 전에 공정 챔버를 퍼지해야 한다는 점이다.
단일 웨이퍼 반응기와 관련한 상업적 문제를 적어도 부분적으로 극복하기 위하여, ALD 공정에 대하여 공정 챔버가 복수의 공정 격실로 구획되어 있는 멀티 웨이퍼 반응기를 이용할 수도 있다. 기판을 공정 격실에 대하여 상대 회전시켜, 각 기판을 하나의 격실로부터 다른 격실로 순차적으로 전달한다. 개별 공정 격실 각각에서, 각 기판은 전구체 가스 또는 불활성 가스에 노출된다. 회전 기판은 상이한 전구체 가스 및 불활성 가스에 순차적으로 노출된다. 이들 멀티 웨이퍼 반응기의 하나의 특징적인 단점은, 멀티 웨이퍼 반응기가, 기판 표면에 대략 수직인 축방향 대칭 방향으로 전구체 가스를 주입하는 샤워헤드 인젝터를 채용하고 있다는 점에 있다. 그 결과, 보다 빠른 공정 시간을 얻을 수 있었지만, 멀티 웨이퍼 ALD 공정 챔버는 두께 균일성이 감소된 박막을 생산할 수도 있다.
따라서 반응성 가스 전구체를 기판의 상면에 평행한 방향으로 각 공정 격실 내로 주입하는 멀티 웨이퍼 공정 챔버가 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 기판을 처리하기 위한 증착 시스템을 제공한다. 증착 시스템은, 제1벽, 제1 벽으로부터 간격을 두고 있는 제2벽, 그리고 제1벽과 제2벽을 연결하여 처리 공간을 구획하는 둘레 측벽을 갖는 공정 챔버를 포함한다. 제1벽과 제2벽 사이에서 둘레 측벽의 반경 방향으로 내측에 기판을 지지하도록 기판 지지부가 구성된다. 기판 지지부는, 기판을 회전축선을 중심으로 하는 폐경로로 둘레 측벽에 대하여 상대 회전시키도록 구성된다. 복수의 격벽이 둘레 측벽을 향하여 회전축선에 대하여 연장된다. 격벽은 처리 공간을 제1 격실과, 불활성 분위기를 수용하는 제2 격실을 포함한 복수의 격실로 분할한다. 제1 재료 인젝터는, 둘레 측벽을 통하여 제1 격실과 연통하고, 제1 격실 내로 제1 공정 재료를 주입하도록 구성되어 있다. 회전축선을 중심으로 하는 각 전회전 도중에, 각 기판의 상면은 제1 격실 내의 제1 공정 재료와 제2 격실 내의 불활성 분위기에 순차적으로 노출된다.
본 발명의 다른 실시예는, 복수의 기판 각각에 층을 증착하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은, 회전축선을 중심으로 원주 방향으로 간격을 두고 있는 관계로 기판을 배치하는 단계와, 회전축선을 중심으로 하는 폐경로로 기판을 회전시키는 단계를 포함한다. 이 방법은, 제1 공정 재료를 회전축선에 대하여 반경 방향으로, 회전축선을 중심으로 제1 끼인각을 이루는 격벽들에 의해 구획된 제1 격실 내로 주입하는 단계를 더 포함한다. 각각의 전회전의 도중에, 각 기판의 상면을 제1 격실 내의 제1 공정 재료에 노출시켜 제1 공정 재료의 분자를 결합시키고, 또한 회전축선을 중심으로 제2 끼인각을 이루는 격벽들에 의해 구획된 제2 격실 내의 불활성 분위기에 노출시킨다.
본 명세서에 합체되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 전술한 발명의 개략적 설명 및 이하에 나타내는 상세한 설명과 함께 발명의 예시적인 실시예를 나타내어, 발명을 설명하고 있다
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버를 포함하는 증착 시스템의 모식적인 상부 평면도이고,
도 2는 명확성을 위하여 상면을 생략한 도 1의 공정 챔버의 사시도이고,
도 2a는 도 2의 공정 챔버의 평면도이고,
도 3a는 일반적으로 도 2의 선 3A-3A를 따라 취한 개략적인 단면도이고,
도 3b는 일반적으로 도 2의 선 3B-3B를 따라 취한 개략적인 단면도이고,
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 공정 챔버의 도 2와 유사한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 공정 챔버의 도 3a와 유사한 개략적인 단면도이고,
도 6은 본 발명의 다른 변형예에 따른 공정 챔버의 도 2와 유사한 사시도이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a 및 도 3b의 공정 챔버 내측의 처리 공간을 구획하기 위한 격벽의 배치를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 기판(15)을 처리하기 위한 증착 시스템(10)은 입/출력 스테이션(12)과, 로드/록(load/lock) 스테이션(14)과, 공정 챔버(16), 그리고 로드/록 스테이션(14)과 공정 챔버(16) 사이에 개재된 전달 챔버(18)를 구비한다. 간략하게 도시되어 있는 증착 시스템(10)은, 당업자라면 이해할 수 있듯이, 로드/록 스테이션(14)과 전달 챔버(18), 그리고 공정 챔버(16)와 전달 챔버(18)를 결합하는 추가의 진공 고립 벽과 같은 추가의 구조물을 포함할 수도 있다. 대기압(예컨대 760 Torr) 또는 그 근처의 압력으로 있는 입/출력 스테이션(12)은 FOUPs(front opening unified pods)와 같은 웨이퍼 카세트(20)를 수용하도록 되어 있다. 웨이퍼 카세트(20)는, 예컨대 직경 200 mm 또는 300 mm의 반도체 웨이퍼와 같은 복수의 기판(15)을 유지하도록 크기 및 형상이 결정된다.
로드/록 스테이션(14)은 대기압으로부터 진공압으로 진공 배기되고 진공압으로부터 대기압으로 진공 해제되도록 되어 있으며, 공정 챔버(16)와 전달 챔버(18)는 진공압 하에서 연속적으로 격리 및 유지되어 있다. 로드/록 스테이션(14)은 입/출력 스테이션(12)의 대기압 환경으로부터 도입되는 복수의 웨이퍼 카세트(20)를 유지한다. 로드/록 스테이션(14)은, 하나의 웨이퍼 카세트(20)를 각각 지지하고 공정 챔버(16)의 내외로의 웨이퍼 전달을 촉진하도록 수직 방향으로 연동될 수 있는 플랫폼(21, 23)을 구비한다.
웨이퍼 전달 기구(22)는 기판(15)을 진공 상태로, 로드/록 스테이션(14) 내의 웨이퍼 카세트(20) 중 하나로부터 전달 챔버(18)를 통하여 공정 챔버(16)로 전달한다. 다른 웨이퍼 전달 기구(24)는 공정 챔버(16)에서 처리된 기판(15)을 진공 상태로 공정 챔버(16)로부터 전달 챔버(18)를 통하여 웨이퍼 카세트(20)에 전달한다. 증착 시스템(10)의 처리량을 증가시키도록 서로 독립적으로 작동하는 웨이퍼 전달 기구(22, 24)는 픽 앤드 플레이스 동작에 공통적으로 사용되는 SCARA(selective compliant articulated/assembly robot arm) 로봇일 수도 있다. 웨이퍼 전달 기구(22, 24)는 전달 중에 기판(15)을 고정하도록 구성된 엔드 이펙터(end effector)를 포함한다. 공정 챔버(16)는, 공정 챔버(16) 내측의 처리 공간(38; 도 3a 및 도 3b)에 액세스하도록 각각 웨이퍼 전달 기구(22, 24)에 의해 사 용되는 별도의 제1 및 제2 밀봉가능부(도시 생략)를 포함할 수도 있다. 공정 챔버(16) 내에서 증착 공정이 일어나고 있을 때에 액세스 포트는 밀봉되어 있다. 도 1에는, 웨이퍼 전달 기구(22, 24)가 미처리 기판(15)을 로드/록 스테이션(14)의 플랫폼(21) 상의 웨이퍼 카세트(20)로부터 공정 챔버(16)에 전달하는 것으로 도시되어 있다. 도 1에는, 웨이퍼 전달 기구(24)가 처리된 기판(15)을 공정 챔버(16)로부터 로드/록 스테이션(14)의 플랫폼(23) 상의 웨이퍼 카세트(20)에 전달하는 것으로 도시되어 있다.
웨이퍼 전달 기구(24)는 공정 챔버(16)로부터 추출된 처리 기판(15)을 검사를 위한 계측 스테이션(26)에, 또는 기판(15)의 처리후의 저압 냉각에 사용되는 냉각 스테이션(28)에 전달할 수도 있다. 계측 스테이션(26)에서 실행되는 공정은, 엘립소메트리(ellipsometry)와 같이 막 두께 및/또는 막 조성을 측정하는데 사용되는 종래의 기술과, 오염 제어를 위한 입자 측정 기술을 포함할 수도 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
증착 시스템(10)은 증착 시스템(10)의 동작을 제어 및 조정하도록 프로그램된 시스템 컨트롤러(30)를 구비하고 있다. 시스템 컨트롤러(30)는 통상적으로, 다양한 시스템 기능, 챔버 공정 및 지원 하드웨어(예컨대, 검출기, 로봇, 모터, 가스 공급원 하드웨어 등)를 제어하고, 시스템 및 챔버 공정(예컨대, 챔버 온도, 공정 시퀀스 처리량, 챔버 공정 시간, 입/출력 신호 등)을 모니터링하는 중앙 처리 유닛(CPU)을 포함한다. 소프트웨어 명령 및 데이터는 코딩되어 CPU에 지시를 행하도록 메모리 내에 저장될 수 있다. 시스템 컨트롤러(30)에 의해 실행될 수 있는 소 프트웨어 프로그램은, 처리 시퀀스 태스크의 모니터링 및 실행에 관련한 태스크와 각종 챔버 공정 레시피 단계를 포함하여 기판(15)에 어떠한 태스크를 실행할 것인지 결정한다.
계속해서 도 2, 도 2a, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 공정 챔버(16)는 제1벽(32), 제2벽(34), 제1벽(32)과 제2벽(34) 사이에서 연장되고 이들 벽을 연결하여 처리 공간(38)의 경계를 구획하는 둘레 측벽(36)을 구비한다. 제2벽(34)은 둘레 측벽(36)의 높이 또는 수직 방향 치수(d)만큼 제1 측벽(32)으로부터 떨어져 있으며, 제1벽(32)에 대하여 대략 평행하게 정향되어 있다. 둘레 측벽(36)은 대칭의 방위축(azimuthal axis)(40)을 중심으로 원주 방향으로 연장된다. 둘레 측벽(36)의 직경은 수직 방향 치수(d)보다 현저하게 커서, 공정 챔버(16)는 평평한 "팬케이크(fancake)" 기하형상을 갖는다.
수직으로 구부러진 덕트 또는 관형 도관의 형태를 갖는 포어 라인(fore line; 42)이 공정 챔버(16)의 제1벽(32)을 통하여 연장되는 포트(44)와 결합되어 있다. 포어 라인(42)은 처리 공간(38)을 진공 시스템(46)과 유체 연통하게 결합하고, 이 진공 시스템은 처리 공간(38)과 같은 밀봉 용적으로부터 가스를 배기하는데 사용되는 타입의 종래의 진공 펌프로 구성된다. 포어 라인(42)이 수직 만곡부를 갖도록 만곡되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 당업자는, 포어 라인(42)이 임의의 정해진 각도로 만곡될 수도 있고 굽힘이 전혀 없는 직선일 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 굽힘이 전혀 없는 구조가 펌핑 수행에 최적인 것으로 생각된다.
기판 지지부(48)의 형태를 갖는 서셉터가 공정 챔버(16)의 내측에 배치되어 있다. 기판 지지부(48)는 디스크 형상의 플라터(50)와, 플라터(50)의 상면(49)에 마련되어 있는 복수의 원형 포킷 또는 리세스(52)를 구비한다. 플라터(50)의 상면(49)은 리세스(52)가 제1벽(32)을 향해 개방되도록 제1벽(32)을 향하고 있다.
각각의 리세스(52)는 공정 챔버(16)의 둘레 측벽(36) 내의 반경 방향의 위치에 기판(15) 중 적어도 하나를 유지하도록 구성된다. 개별 리세스(52)의 수는 예컨대 2개 내지 7개일 수도 있다. 그러나 당업자는, 기판(15)의 치수 및 기판 지지부(48)의 치수에 따라 임의의 정해진 수의 리세스(52)를 구비하도록 기판 지지부(48)를 구성할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 둥근 기판(15)을 수용하는 형상의 3개 내지 6개의 리세스(52)를 갖도록 플라터(50)를 구성함으로써, 상면(49)의 표면적의 가용 비율을 최적화할 수도 있다. 또한, 본 발명의 이러한 실시예에서는 리세스(52)가 원형 또는 둥근 기하형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 당업자는, 적절한 형상의 기판을 수용하도록 리세스(52)를 임의의 형상으로 구성할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
증착 시스템(10)은 200 mm 기판, 300 mm 기판, 또는 보다 대형의 둥근 기판을 처리하도록 구성될 수도 있으며, 이러한 치수는 리세스(52)의 치수에 반영될 것이다. 실제로, 증착 시스템(10)은, 당업자라면 이해할 수 있듯이, 사이즈에 관계없이, 기판, 웨이퍼, 또는 액정 디스플레이를 처리하도록 구성될 수도 있다. 따라서 반도체 기판인 기판(15)의 처리와 관련하여 본 발명의 양태를 설명하고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다.
리세스(52)는 회전축선(54)을 중심으로 하는 균일한 반경의 둘레에서 플라터(50) 상에 원주 방향으로 분산되어 있다. 리세스(52)는, 방위축(40)과 실질적으로 동일 직선상에 있거나 동축으로 있는 회전축선(54)을 중심으로 대략 등각으로 간격을 두고 배치되어 있지만, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 도 2a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 인접 리세스(52)는 (s-2wr)과 동일한 간극 거리만큼 분리될 수도 있으며, 여기서 s는 인접 리세스(52)의 중심 사이의 거리이고, wr은 인접 리세스(52)의 반경이다. 처리 공간(38)의 분위기를 진공 배기시키는 포어 라인(42)이 회전축선(54)을 따라 플라터(50) 위에 배치되어 있다.
도 2, 도 2a, 도 3a 및 도 3b를 계속해서 참조하면, 기판 지지부(48)의 플라터(50)는, 구동 샤프트(58)에 의해, 공정 챔버(16)의 외측에 배치되는 구동 모터(56)와 결합되어 있다. 회전축선(54)을 따라 연장되는 구동 샤프트(58)는 제2벽(34)의 관형 연장부(35)에 배치되어 있다. 로터리 진공 피드스루(60; rotary vacuum feedthrough)는, 구동 샤프트(58)를 구동 모터(56)와 결합한다. 로터리 진공 피드스루(60)는, 구동 모터(56)로부터의 회전 운동을 제2벽(34)을 통하여 구동 샤프트(58)에 전달하여 플라터(50)를 회전축선(54)을 중심으로 회전시키도록 구성된다.
구동 모터(56)에 전기적으로 결합된 컨트롤러(62)가 구동 모터(56)를 동작시켜, 플라터(50) 및 구동 샤프트(58)를 회전축선(54)을 중심으로 회전시킨다. 기판(15)을 공정 챔버(16) 내에서 처리할 때에, 플라터(50)의 회전은 연속적일 수 있으며, 회전축선(54)을 중심으로 일정한 각속도로 일어날 수도 있다. 대안으로, 각 속도는 임의의 기준점에 대한 플라터(50)의 각도 방위에 의존하여 변경될 수도 있다.
플라터(50)와 제2벽(34) 사이에 있는 처리 공간(38)의 부분은 받침대(64)와 히터(66)를 구비한다. 히터(66)는, 받침대(64)의 상면(65)과 플라터(50)의 바닥면(51) 사이의 중간 위치에 있도록 받침대(64)에 결합되어 있다. 전원 공급 시에, 히터(66)는 열에너지를 플라터(50)에 전달하여 복수의 리세스(52) 내에 유지된 기판(15)을 정해진 처리 온도로 가열한다.
격벽(68, 70, 72, 74)은 공정 챔버(16)의 처리 공간(38)을 복수의 격실(76, 78, 80, 82)로 구획한다. 격벽(68, 70, 72, 74)은 회전축선(54)에 대하여 반경 방향으로 둘레 측벽(36)을 향하여 연장된다. 격벽(68, 70, 72, 74)은 플라터(50)의 상면(49)으로부터 제1벽(32)을 향하여 상향 돌출된다. 각 격벽(68, 70, 72, 74)은, 플라터(50)의 상면(49)과 제1벽(32)의 마주보는 면 사이의 수직 방향 치수(d2)와 대략 동일한 높이 또는 수직 방향 치수(d1)를 갖는다. 격벽(68)은 둘레 측벽(36)에 인접한 제1 단부(68a)와 회전축선(54)에 인접한 제2 단부(68b) 사이에서 연장된다. 각각의 격벽(70, 72, 74)은, 유사한 제1 단부(70a, 72a, 74a) 및 제2 단부(70b, 72b, 74b)를 갖는다.
격벽(68, 70, 72, 74)의 각 단부(68b, 70b, 72b, 74b)는 회전축선(54)에서 포어 라인(42)의 내측에서 교차하며, 이에 의해 4개의 격실(76, 78, 80, 82) 사이의 가스 교환을 더욱 줄일 수 있다. 교차하는 단부(68b, 70b, 72b, 74b)는, 포어 라인(42) 내측에서의 격벽(68, 70, 72, 74)의 수직 방향 치수(d3)가 포어 라인(42)의 외측에서의 수직 방향 치수(d1)보다 크도록 상향 돌출된다. 그러나 본 발명은, 격벽(68, 70, 72, 74)이 그 전체 길이를 따라 균일한 수직 방향 치수(d1)를 가질 수도 있으므로, 전술한 것으로 한정되지 않는다.
격실(76)은 제1 격벽(68), 제2 격벽(70), 제1벽(32), 제2벽(34) 및 둘레 측벽(36) 사이에서 형성되어 있는 처리 공간(38)의 부분으로서 구획되어 있다. 격실(78)은 제2 격벽(70), 제3 격벽(72), 제1벽(32), 제2벽(34) 및 둘레 측벽(36) 사이에서 형성되어 있는 처리 공간(38)의 부분으로서 구획되어 있다. 격실(80)은 제3 격벽(72), 제4 격벽(74), 제1벽(32), 제2벽(34) 및 둘레 측벽(36) 사이에서 형성되어 있는 처리 공간(38)의 부분으로서 구획되어 있다. 격실(82)은 제1 격벽(68), 제4 격벽(74), 제1벽(32), 제2벽(34) 및 둘레 측벽(36) 사이에서 형성되어 있는 처리 공간(38)의 부분으로서 구획되어 있다. 4개의 격벽(68, 70, 72, 74)을 대표적으로 도시하고 있지만, 당업자는, 공정 챔버(16)를 임의의 적절한 복수의 격벽에 의해 세분하여 4개 초과 또는 4개 미만의 격실을 형성할 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
계속해서 도 2, 도 2a, 도 3a 및 도 3b, 특히 도 2a를 참조하면, 증착 시스템(10)은, 각각의 가스 라인(85, 87)에 의해 둘레 측벽(36)을 관통하는 유입 포트(86, 88)와 결합된 퍼지 가스 공급 시스템(84)을 더 포함한다. 유입 포트(86)와 가스 라인(85)은 격실(78)과 퍼지 가스 공급 시스템(84)을 결합한다. 유입 포트(88)와 가스 라인(87)은 격실(82)과 퍼지 가스 공급 시스템(84)을 결합한다. 퍼지 가스 공급 시스템(84)은 격실(78, 82)에 퍼지 가스의 흐름을 도입하도록 구성되어 있다. 격실(78, 82) 내로 도입된 퍼지 가스는 희가스(즉, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤), 질소 또는 수소와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 기판 처리 중에, 퍼지 가스를 격실(78, 82) 내에 연속적으로 도입하여 격실(76, 80) 사이에서 제1 및 제2 공정 재료의 전달을 방지하거나, 최소한 현저하게 제한하는 가스상 커튼 또는 배리어(barrier)를 제공한다. 퍼지 가스는 또한 격실(78, 82) 내측에 불활성 분위기를 제공하여, 기판(15)에 의해 운반된 임의의 공정 재료층이 격실(78, 82)을 통하여 플라터(50) 상에서 운반될 때에 실질적으로 변화하지 않는다. 격실(76)은 격실(78, 82) 사이에서 병렬 배치되고, 격실(80)은 격실(78, 82) 사이에서 병렬 배치되어, 격실(78, 82)은 격실(76, 80)을 분리하여 제1 및 제2 공정 재료를 상호 격리시킨다.
증착 시스템(10)은, 제1 공정 재료를 격실(76)에 도입하도록 구성된 제1 공정 재료 공급 시스템(90)과 제2 공정 재료를 격실(80)에 도입하도록 구성된 제2 공정 재료 공급 시스템(92)을 더 포함한다. 제1 및 제2 공정 재료 공급 시스템(90, 92)은 각각, 그러한 공정 재료 공급 시스템에서 통상적으로 확인할 수 있는 하나 이상의 재료 공급원, 하나 이상의 히터, 하나 이상의 압력 제어 장치, 하나 이상의 유량 제어 장치, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 밸브, 또는 하나 이상의 유량 센서를 포함할 수도 있다.
제1 공정 재료는 예컨대, 각 기판(15)에 형성된 막에서 확인되는 주원자종 또는 주분자종을 갖는 조성물과 같은 전구체를 포함할 수 있다. 예컨대, 전구체는 고상, 액상, 또는 기상으로서 시작할 수 있으며, 캐리어 가스의 지원을 받거나 지원을 받지 않으면서 기상 또는 증기상으로 격실(76)에 운반될 수도 있다. 제2 공정 재료는 예컨대, 기판(15)에 형성된 박막에서 확인되는 원자종 또는 분자종을 또한 포함할 수 있는 반응물을 포함할 수 있다. 예컨대, 반응물은 고상, 액상, 또는 기상으로서 시작할 수 있으며, 캐리어 가스의 지원을 받거나 지원을 받지 않으면서 기상 또는 증기상으로 격실(80)에 운반될 수도 있다.
제1 공정 재료 공급 시스템(90)에 의해 공정 챔버(16)에 공급된 제1 공정 재료와 제2 공정 재료 공급 시스템(92)에 의해 공정 챔버(16)에 공급된 제2 공정 재료는 기판 상에 박막으로서 적층되는 재료의 조성 및 특성에 따라 선택된다. 예컨대, 제1 공정 재료는 트리메틸알루미늄(TMA)와 같은 금속 유기 전구체를 포함할 수 있고, 제2 공정 재료는 질소(N2) 또는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제1 공정 재료는 탄탈 펜타클로라이드(TaCl5)와 같은 전구체를 포함할 수 있고, 제2 공정 재료는 수소(H2) 가스와 같은 환원제를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 공정 재료의 온도 및 압력도 박막 성장을 촉진하도록 선택된다.
제1 세트의 주입 포트(102)와 제2 세트의 주입 포트(104)가 둘레 측벽(36)을 통해 연장하여 격실(76)과 연통한다. 집합적으로 재료 인젝터(100)를 형성하는 주입 포트(102, 104)는 제1 매니폴드(94)에 의해 제1 공정 재료 공급 시스템(90)과 결합된다. 주입 포트(102, 104)는 제1 공정 재료를 격실(76) 내로 주입한다. 제3 세트의 주입 포트(108)와 제4 세트의 주입 포트(110)가 둘레 측벽(36)을 통해 연장하여 격실(80)과 연통한다. 집합적으로 재료 인젝터(106)를 형성하는 주입 포트(108, 110)는 제2 매니폴드(96)에 의해 제2 공정 재료 공급 시스템(92)과 결합된다. 주입 포트(108, 110)는 제2 공정 재료를 격실(80) 내로 주입한다.
재료 인젝터(100)의 주입 포트(102)는 제1 격벽(68) 근처에 위치되어 있다. 주입 포트(102)는 제1 평면(114; 도 3a)에서 둘레 측벽(36)의 둘레에서 연장되는 제1 원호(angular arc; 112)를 따라 정렬되어 있다. 제1 평면(114)은, 플라터(50)의 상면(49) 위에 정해진 높이(h1)로, 제2 세트의 주입 포트(104) 위에 위치되어 있다. 제1 평면(114)은 상면(49)을 포함하는 평면에 실질적으로 평행하다. 재료 인젝터(100)의 주입 포트(104)는 제2 격벽(70)에 근접하게 위치되어 있다. 주입 포트(104)는 제2 평면(118)에서 둘레 측벽(36)의 둘레에서 연장되는 제2 원호(116)를 따라 정렬되어 있다. 제2 평면(118)은 플라터(50)의 상면(49) 위에 높이 h2로 위치되어 있고, 상면(49)을 포함하는 평면에 실질적으로 평행하다.
재료 인젝터(106)의 주입 포트(108)는 제3 격벽(72)에 근접하게 공간적으로 위치 결정된다. 주입 포트(108)는 제3 평면(122)에서 둘레 측벽(36)의 둘레에서 연장되는 제3 원호(120)를 따라 정렬되어 있다. 제3 평면(122)은, 플라터(50)의 상면(49) 위에 높이 h3로, 제2 세트의 주입 포트(110) 위에 위치되어 있다. 제3 평면(122)은 상면(49)을 포함하는 평면에 실질적으로 평행하다. 주입 포트(110)는 제4 격벽(74)에 근접하여 공간적으로 위치 결정된다. 주입 포트(110)는 제4 평 면(126)에서 둘레 측벽(36)의 둘레에서 연장되는 제4 원호(124)를 따라 배치되어 있다. 제4 평면(126)은 플라터(50)의 상면(49) 위에 높이 h4로 있고, 상면(49)을 포함하는 평면에 평행하다. 원호(112, 116, 120, 124)는 각각 둘레 측벽(36)의 둘레에서 원주 방향으로 계측된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 세트의 주입 포트(102)와 제3 세트의 주입 포트(108)는 실질적으로 동일 평면에 있으므로, 높이 h1과 높이 h3은 실질적으로 동일하며, 제2 세트의 주입 포트(104)와 제4 세트의 주입 포트(110)는 실질적으로 동일 평면에 있으므로, 높이 h2와 높이 h4는 실질적으로 동일하다. 당업자라면 이해할 수 있듯이, 높이 h1 내지 h4를 조정하여, 평면(114, 118, 122, 126)이 다른 상대 배치를 갖도록 할 수도 있다.
본 발명의 특정의 일 실시예에 있어서, 제1 원호(112)와 제3 원호(120)는 각각 약 44°의 원호각으로 뻗어 있을 수도 있다. 제2 원호(116)와 제4 원호(124)는 각각 약 22°의 원호각으로 뻗어 있을 수도 있다. 당업자는, 각각의 격실(76, 78, 80, 82)에 독립적으로 임의의 정해진 수의 주입 포트(102, 104, 108, 110)를 설치할 수 있고, 각각의 원호(112, 116, 120, 124)를 임의의 정해진 원호각으로 뻗게 할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 주입 포트(102, 104, 108, 110)의 수와 원호(112, 116, 120, 124)의 원호각은, 각 기판(15)에 증착되는 박막의 적어도 하나의 특성을 최적화하거나 및/또는 기판(15)의 상면을 가로질러 제1 및 제2 공정 재료의 흐름을 최적화하게 협력하도록 선택된다.
재료 인젝터(100, 106)는 둘레 측벽(36)으로부터 멀어지고 회전축선(54)을 향하는 실질적으로 반경 방향으로 각각의 제1 및 제2 공정 재료를 주입하도록 구성될 수도 있다. 이러한 구성에 있어서, 포어 라인(42)을 통한 동시 진공 배기와 함께 각 재료 인젝터(100, 106)로부터 공정 재료를 주입함으로써, 둘레 측벽(36)으로부터 각 기판(15)의 상면에 실질적으로 평행한 방향으로 기판(15)을 가로질러, 그리고 포어 라인(42)의 중앙 위치를 향하여 각 공정 재료의 가스 흐름이 생성된다. 그 결과, 과잉의 공정 재료와 기판(15)의 상면에서 발생하는 반응으로 인한 증착 부산물은, 새로운 공정 가스가 격실(76, 80) 내에 보충됨에 따라 포어 라인(42)을 통하여 제거된다.
기판 지지부(48)가 회전축선(54)을 중심으로 회전할 때에, 플라터(50)의 원주 둘레에서의 리세스(52)의 배치로 인하여, 각 기판(15)을 각 격실(76, 78, 80, 82) 내측의 상이한 환경에 순차적으로 노출시킬 수 있다. 예시적으로, 2π 라디안(360°)의 폐경로를 통한 기판 지지부(48)의 회전 시에, 각 기판(15)은 순차적으로, 제1 격실(76)의 내측 환경의 제1 공정 재료에 노출된 후, 제2 격실(78)의 내측 환경을 이루는 퍼지 가스에 노출되고, 그 후 제3 격실(80)의 내측 환경의 제2 공정 재료에 노출되며, 마지막으로 제4 격실(82)의 내측 환경을 이루는 퍼지 가스에 노출된다. 각각의 리세스(52)는, 각 기판(15)에 증착되는 박막의 특성에 의해 요청되는 바와 같이, 각각의 격실(76, 78, 80, 82)에서 박막을 형성하기에 충분하게 원하는 시간 동안 체류한다.
제2벽(34)은 퍼지 가스 시스템(131)으로부터 공정 챔버(16) 내로 퍼지 가스 를 도입하도록 기판 지지부(48)의 아래 또는 하부에 바닥 퍼지 개구(130)를 구비한다. 기판 지지부(48)의 아래에 있는 퍼지 가스는, 각 격실(76, 80)의 외측에 제1 및 제2 공정 재료가 전달되는 것을 줄이는 기능을 할 수도 있다.
사용시 및 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 증착 시스템(10)의 공정 챔버(16)는, 플라터(50)의 리세스(52)에 수용되고 회전축선(54)의 둘레에 원주 방향으로 간격을 두고 배치되어 있는 각 기판(15)에 층을 증착하는 데 사용된다. 기판(15)은, 일방향 화살표 89(도 1, 도 2 및 도 2a)로 표시된 바와 같이, 회전축선(54) 둘레에서 폐경로로 연속해서 회전한다. 각속도는 예컨대 약 240 rpm일 수도 있다. 제1 공정 재료는 회전축선(54)에 대하여 반경 방향으로 제1 격실(76) 내로 주입되고, 이 제1 격실은 회전축선(54)의 둘레에서 제1 원호(112)의 경계를 구획한다. 연속적으로 회전하는 각각의 기판(15)은 플라터(50)의 각 전회전 중에 제1 격실(76) 내의 제1 공정 재료에 노출된다. 제1 공정 재료는 제1 격실(76) 내에서 제1 원호(112)에 걸쳐서 기판(15) 위의 높이 h1에서 제1 흐름으로 주입되고, 제1 격실(76) 내에서 제2 원호(116)에 걸쳐서 기판(15) 위의 높이 h2에서 제2 흐름으로 주입된다.
제1 공정 재료에 노출되기 전후에, 연속해서 회전하는 각각의 기판은 제2 및 제4 격실(78, 82) 내의 불활성 분위기에 노출되고, 이들 격실은 각 전회전 중에 회전축선(54)의 둘레에서 제2 및 제4 원호(116, 124)의 경계를 각각 구획한다. 제2 공정 재료는 회전축선(54)에 대하여 반경 방향으로 제3 격실(80) 내로 주입되며, 이 제3 격실은 제2 및 제4 격실(78, 82)에 의해 제1 격실(76)과 격리되어 있다. 층은, 제1 및 제2 공정 재료의 화학 반응에 의해 연속적으로 회전하는 각 기판(15) 상에 일련의 개별 박막 라미나(lamina)로서 점증적으로 형성된다. 한정의 의도는 없는 예로서, 제1 및 제2 격실(76, 78) 내측의 진공압은 10 Torr 정도일 수 있고, 기판(15)은 제1 및 제2 공정 재료에 노출되어 있는 상태로 약 400℃의 공정 온도로 가열될 수도 있다.
증착 공정의 형태는, 박막을 점증적으로 형성하거나 적층하도록 자기제어식(self-limiting manner)으로 반응하는 적절한 가스상의 전구체를 교대로, 그리고 순차적으로 도입함으로써 박막의 각 원자층 또는 그 일부를 기판(15)에 증착하는 것을 제어하는 종래의 증착 기술이다. 제1 격실(76) 내에서, 제1 공정 재료의 분자는 (화학적으로, 흡수에 의해, 또는 흡착에 의해 등) 각 기판(15)의 상면에 결합되어 제1 공정 재료의 단층 또는 단층의 일부를 형성한다. 제3 격실(80) 내에서, 제2 공정 재료는 각 연속 기판(15) 상의 제1 공정 재료의 분자와 반응한다. 기판(15)이 제1 및 제3 격실(76, 80)을 통하여 회전함에 따라, 이들 단계는, 제1 및 제2 공정 재료에 대한 순차적인 노출과 함께 반복된다. 제1 및 제3 격실(76, 80) 내의 제1 및 제2 공정 재료의 환경은 각각, 제2 및 제4 격실(78, 82) 내측의 화학적으로 비반응성의 퍼지 가스 환경에 의해 서로 격리되어 있다. 제1 및 제3 격실(76, 80) 내측의 환경은 변화되지 않으므로, 제1 및 제2 공정 재료에 연속적으로 노출된다.
기판(15)은 증착 공정을 촉진하도록 공정 온도로 가열될 수도 있다. 주로 열적으로 동작되는 CVD 공정과 비교하여, ALD는 주로 화학적으로 동작된다. 따라서 ALD를 CVD보다 현저히 낮은 기판 온도에서 수행할 수도 있다.
기판(15)의 회전은, 제1 공정 재료의 주입이 개시될 때, 그리고 제1 공정 재료의 주입이 중지될 때에 상이한 기판(15)이 제1 공정 재료에 노출되도록 조절될 수도 있다. 이러한 형태의 조절은 비교적 얇은 증착 층의 균일성을 제어하는 데에 효과적일 수 있다. 격실(76, 78, 80, 82)은 기판(15) 위의 위치로부터 제1 격실과 연통하는 포어 라인(42)을 통하여 진공 배기될 수도 있다. 기판(15)은 일정 각속도로 회전축선(54)을 중심으로 회전할 수도 있다.
본 발명은, 처리 공간(38)을 구획하는 격벽(68, 70, 72, 74)을, 격실(76, 78, 80, 82)이 공정 챔버(16) 내에서의 CVD 공정에 의해 층을 증착하는 단일 격실로 함께 합쳐지도록 조정할 수도 있는 점을 고려하고 있다. 구체적으로, 격벽(68, 70, 72, 74)은, 위치 결정 기구(도시 생략)에 의해 도면 부호 135로 표시되는 바와 같이 수직 방위(도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a, 도 3b에 도시)로부터 실질적으로 수평 방위로 대략 회전축선(54)으로부터 연장되는 반경 방향 축선(137) 둘레에서 피벗되도록 구성될 수도 있다. 재료 인젝터(100, 106)를 통하여 주입된 가스는 제1 및 제2 공정 재료를 CVD 증착 공정에 이송하는데 사용될 수도 있다. CVD 증착 공정은 회전하는 기판 지지부(48)에 의해 실행될 수도 있고, 대안으로 정지 상태의 기판 지지부(48)에 의해 실행될 수도 있다.
동일 도면 부호가 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a 및 도 3b의 동일 구성을 지칭하고 있으며, 본 발명의 변형예를 도시하고 있는 도 4를 참조하면, 공정 챔버(16a) 는, 각 세트의 주입 포트(102, 104)(도 2, 도 2a, 도 3a, 도 3b)를 슬롯형 주입 포트(136, 138)로 대체하고 있는 재료 인젝터(100a)와, 각 세트의 주입 포트(108, 110)(도 2, 도 2a, 도 3a, 도 3b)를 슬롯형 주입 포트(140, 142)로 대체하고 있는 재료 인젝터(106a)를 구비한다. 주입 포트(102)와 유사하게, 주입 슬롯(136)은 제1 격벽(68)에 근접하게 공간적으로 위치 결정되고, 제1 원호(112)를 따라 정렬되어 있다. 주입 포트(104)와 유사하게, 주입 슬롯(138)은 제2 격벽(70)에 근접하게 공간적으로 위치 결정되고, 제2 원호(116)를 따라 정렬되어 있다. 주입 포트(108)와 유사하게, 주입 슬롯(140)은 제3 격벽(72)에 근접하게 공간적으로 위치 결정되고, 제3 원호(120)를 따라 정렬되어 있다. 주입 포트(110)와 유사하게, 주입 슬롯(142)은 제4 격벽(74)에 근접하게 공간적으로 위치 결정되고, 제4 원호(124)를 따라 정렬되어 있다. 주입 슬롯(136, 138, 140, 142)의 특성은, 전술한 바와 같이 주입 포트(102, 104, 108, 110)의 특성과 실질적으로 동일하다.
동일 도면 부호가 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a, 도 3b 및 도 4의 동일 구성을 지칭하고 있으며, 본 발명의 변형예를 도시하고 있는 도 5를 참조하면, 공정 챔버(16b)는 수직으로 만곡된 덕트 또는 관형 도관의 형태를 갖는 포어 라인(42a)을 구비하고, 이 포어 라인은 공정 챔버(16b)의 제2벽(34)을 통하여 연장되는 포트(44a)와 결합된다. 이러한 바닥 펌핑 구조에 있어서, 과잉의 공정 재료와 증착 부산물은 포트(44a)를 통하여 공정 챔버(16b)로부터 제거된다. 이 실시예에 있어서, 제1 및 제2 원호(112, 116)는, 상이한 평면(114, 118)을 제외하고는 주입 포트(102) 중 적어도 하나가 주입 포트(104) 중 적어도 하나와 공간적으로 오버랩하 도록 오버랩되어 있다. 마찬가지로, 본 실시예에 있어서, 제3 및 제4 원호(120, 124)는, 상이한 평면(122, 126)을 제외하고는 주입 포트(108) 중 적어도 하나가 주입 포트(110) 중 적어도 하나와 공간적으로 오버랩하도록 오버랩되어 있다.
동일 도면 부호가 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a, 도 3b, 도 4 및 도 5의 동일 구성을 지칭하고 있으며, 본 발명의 변형예를 도시하고 있는 도 6을 참조하면, 공정 챔버(16c)는, 제1 공정 재료를 이온, 라디칼, 또는 이들의 조합을 포함하는 플라즈마 산물의 형태로 제1 격실(76)에 공급하는 플라즈마 공급원(144)을 갖는 재료 인젝터(100b)를 포함한다. 도파관(146a, 146b)이 공정 챔버(16c)의 둘레 측벽(36)의 주입 포트(148, 150)와 플라즈마 공급원(144)을 결합한다. 주입 포트(148)는 제1 격벽(68)에 인접하게 위치되고, 제2 주입 포트(150)는 제2 격벽(70)에 인접하게 위치된다. 공정 챔버(16c)는, 제2 공정 재료를 이온, 라디칼, 또는 이들의 조합을 포함하는 플라즈마 산물의 형태로 격실(80)에 공급하는 플라즈마 공급원(152)을 갖는 재료 인젝터(106b)를 포함한다. 도파관(154a, 154b)이 공정 챔버(16c)의 둘레 측벽(36)의 주입 포트(156, 158)와 플라즈마 공급원(152)을 결합한다. 주입 포트(156)는 제3 격벽(72)에 인접하여 위치되고, 주입 포트(158)는 제4 격벽(74)에 인접하여 위치된다.
공정 챔버(16c)는 기판(15) 상에서의 박막의 플라즈마 지원 원자층 증착에 사용될 수도 있다. 본 발명은, 공정 챔버(16c)가 다수의 플라즈마 공급원(144, 152)을 구비하는 것을 설명하고 있지만, 주입 포트(102, 104, 108, 110; 도 1, 도 2, 도 2a, 도 3a, 도 3b) 또는 슬롯형 주입 포트(136, 138, 140, 142; 도 4)를 이 용하여 제1 공정 재료 또는 제2 공정 재료를 격실(76, 80)에 공급하는 것도 고려할 수 있다. 측벽(36) 둘레의 주입 포트(148, 150)의 위치를 이용하여, 기판(15) 상에서 증착 막의 균일성을 조정할 수도 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 격벽(68, 70, 72, 74)의 각도 방위를 조정하여 격실(76, 78, 80, 82)이 점유하는 각도 세그먼트의 호 길이를 변경할 수도 있다.
특히 도 7을 참조하면, 격벽(68, 70, 72, 74)은 합동하는 수직 끼인각을 갖도록 서로에 대해 상대적으로 배치되어 있다. 기판 지지부(48; 도 2)의 플라터(50)가 일정 각속도로 회전함에 따라, 플라터(50)에 의해 지지된 기판(15)은 대략 균등한 체류 시간 동안 각 격실(76, 80)에 순차적으로 노출되어 각 기판(15)의 상면에 제1 및 제2 공정 재료의 층을 교대로 형성한다. 격벽(68, 70, 72, 74)의 이러한 배치는, 도 1 내지 도 6에 도시된 공정 챔버(16, 16a, 16b, 16c)에 표시되어 있다.
특히 도 8을 참조하면, 처리 공간(38)은, 격벽(68, 70, 72, 74)과 유사한 격벽(68a, 70a, 72a, 74a)에 의해 격실(76, 78, 80, 82)과 유사한 격실(76a, 78a, 80a, 82a)로 분할되어 있다. 제1 및 제2 격벽(68a, 70a)은 둔각의 끼인각만큼 떨어져 격실(76a)을 구획하고 있다. 제3 및 제4 격벽(72a, 74a)은, 둔각의 끼인각만큼 떨어져 격실(80a)을 구획하고 있다. 제3 및 제4 격벽(72a, 74a) 사이의 둔각 끼인각은 제1 및 제2 격벽(68a, 70a) 사이의 둔각 끼인각과 합동하는데, 그 이유는, 이들 둔각 끼인각이 맞꼭지각을 나타내기 때문이다. 제1 및 제2 격벽(68a, 70a) 사이의 둔각 끼인각과 제3 및 제4 격벽(72a, 74a) 사이의 둔각 끼인각은 필수 적으로, 제2 및 제3 격벽(70a, 72a) 사이와 제1 및 제4 격벽(68a, 74a) 사이에 동등한 예각을 생성한다. 격실(78a)을 구획하는 제2 및 제3 격벽(70a, 72a) 사이의 예각은 격실(82a)을 구획하는 제1 및 제4 격벽(68a, 74a) 사이의 예각과 합동이다. 이들 합동의 예각 끼인각은 맞꼭지각을 나타낸다. 제2 및 제3 격벽(70a, 72a) 사이의 예각 끼인각과 제3 및 제4 격벽(72a, 74a) 사이 또는 제1 및 제2 격벽(68a, 70a) 사이의 둔각 끼인각은 보각(supplemental angle)이다. 또한, 제1 및 제4 격벽(68a, 74a) 사이의 예각 끼인각과, 제3 및 제4 격벽(72a, 74a) 사이 또는 제1 및 제2 격벽(68a, 70a) 사이의 둔각 끼인각도 보각이다.
기판 지지부(48; 도 2)의 플라터(50)가 일정한 각속도로 회전함에 따라, 플라터(50)에 의해 지지된 기판(15)은, 동일한 각속도로 가정할 때, 도 7에 도시된 배치보다 더 긴 체류 시간 동안 제1 및 제2 공정 재료에 순차적으로 노출된다. 제1 및 제3 격실(76a, 80a)에서의 체류 시간은 대략 동일하다. 당업자는, 격벽(68a, 70a, 72a, 74a) 사이의 각도와 각속도를 조정하여 각 격실(76a, 80a)에서의 기판(15)의 체류 시간을 조정할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 체류 시간을 길게 함으로써, 제1 및 제2 공정 재료에 대한 노출이 증가하여 박막의 성장 속도를 증가시키도록 조작할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 처리 공간(38)은, 격벽(68, 70, 72, 74)과 유사한 격벽(68b, 70b, 72b, 74b)에 의해 격실(76, 78, 80, 82)과 유사한 격실(76b, 78b, 80b, 82b)로 분할된다. 제1 및 제2 격벽(68b, 70b) 사이의 끼인각(α1)은 제3 및 제4 격벽(72b, 74b) 사이의 끼인각(α2)보다 크다. 또한, 제2 및 제3 격벽(70b, 72b) 사이의 끼인각(α3)은 제1 및 제4 격벽(68b, 74b) 사이의 끼인각(α4)과 대략 동일하다. 기판 지지부(48; 도 2)의 플라터(50)가 회전함에 따라, 플라터(50)에 의해 지지된 기판(15)은 순차적으로, 제1 체류 시간 동안 제1 격실(76b)의 제1 공정 재료에 노출되고, 제1 체류 시간보다 짧은 제2 체류 시간 동안 제2 격실(78b)의 퍼지 가스에 노출되며, 제1 체류 시간보다 짧은 제3 체류 시간 동안 제3 격실(80b)의 제2 공정 가스에 노출되며, 다시 제2 체류 시간과 동일한 체류 시간 동안 제4 격실(82b)의 퍼지 가스에 노출되어, 각 기판(15)의 상면에서 제1 및 제2 공정 재료의 층을 교대로 형성한다. 개별 체류 시간은, 기판 지지부(48; 도 2)의 플라터(50)가 일정 각속도로 회전하고 있는 경우에는 각속도와는 독립적이다.
격벽(68b, 70b, 72b, 74b)은, α1이 약 270°이고, α2가 약 30°가 되도록 배치되어 있지만, 당업자는, 4개의 격실(76b, 78b, 80b, 82b) 내에서 임의의 정해진 체류 시간을 부여하도록 격벽(68b, 70b, 72b, 74b)을 구성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 체류 시간을 조정하여 상이한 반응 속도의 제1 및 제2 공정 재료를 보상할 수도 있다. 예컨대, 제1 격실(76b)에서의 제1 공정 재료에 대한 노출 체류 시간은 제2 격실(80b)에서의 제2 공정 재료에 대한 노출 체류 시간보다 현저하게 길고, 이로써 제1 공정 재료에 대한 노출을 최대화하여 빠르게 반응하는 제2 공정 재료를 보상하고 있다.
본 발명을 하나 이상의 실시예의 설명을 통하여 예시하고 있고, 실시예를 상 당히 상세하게 설명하고 있지만, 이들 실시예가 첨부의 청구범위의 사상을 그러한 상세한 설명으로 제한하거나 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 당업자는 추가의 이점 및 변형예를 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 광의의 양태는, 도시하고 설명한 특정의 세부 사항, 대표적인 장치 및 방법, 예시적인 예로 한정되지 않는다. 따라서 발명의 일반적 개념을 벗어나지 않으면서 그러한 상세한 사항을 변형할 수도 있다.

Claims (40)

  1. 복수의 기판을 처리하기 위한 증착 시스템으로서,
    제1 벽, 상기 제1 벽으로부터 수직으로 간격을 두고 있고 상기 제1 벽과 평행하게 배향되는 제2 벽, 상기 제1 벽과 제2 벽을 연결하여 처리 공간을 구획하는 둘레 측벽을 포함하는 공정 챔버와,
    상기 제1 벽과 제2 벽 사이에서 상기 둘레 측벽의 반경 방향으로 내측에 배치되어 있고, 상기 기판을 회전축선을 중심으로 상기 둘레 측벽에 대하여 회전시키도록 구성되며, 상기 기판을 지지하도록 구성되는 표면을 가지는 기판 지지부와,
    상기 회전축선으로부터 상기 둘레 측벽을 향하여 반경 방향으로 각각 연장되며, 상기 처리 공간을 제1 격실과, 불활성 분위기를 수용하도록 구성된 제2 격실로 분할하는 복수의 격벽과,
    상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제1 격실과 연통하며, 상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제1 격실 내로 제1 공정 재료를 주입하도록 구성된 복수의 제1 주입 포트 및 상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제1 격실 내로 상기 제1 공정 재료를 주입하도록 구성된 복수의 제2 주입 포트를 포함하는 제1 인젝터를 구비하며,
    상기 복수의 제1 주입 포트는, 상기 제1 벽과 상기 기판 지지부 사이에 제1 높이로 배치되는 제1 평면에 배치되며,
    상기 복수의 제2 주입 포트는, 상기 기판 지지부의 상기 표면 위의 제2 평면에 상기 제1 평면의 제1 높이와 다른 제2 높이로 배치되며,
    상기 기판 지지부는 각각의 기판을 이동시켜, 각 기판의 상면을 상기 제1 격실 내의 제1 공정 재료와 상기 제2 격실 내의 불활성 분위기에 순차적으로 노출시키는 것인 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 불활성 분위기를 수용하도록 구성된 제3 격실을 갖도록 상기 처리 공간을 더 분할하며, 상기 제1 격실은, 상기 제2 격실의 불활성 분위기와 상기 제3 격실의 불활성 분위기 사이에 병렬 배치되어 있는 것인 증착 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판 지지부는, 각 기판이 상기 제2 격실의 불활성 분위기, 상기 제1 격실의 제1 공정 재료 및 상기 제3 격실의 불활성 분위기에 순차적으로 노출되도록 상기 회전축선을 중심으로 회전하도록 구성되는 것인 증착 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 격벽은, 상기 제2 격실이 상기 제1 격실과 제3 격실 사이에 병렬 배치되는 식으로 제3 격실을 갖도록 상기 처리 공간을 더 분할하며,
    상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제3 격실과 연통하며, 제2 공정 재료를 상기 제3 격실 내로 주입하도록 구성된 제2 인젝터를 더 구비하는 증착 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판 지지부는, 각 기판이 상기 제1 격실의 제1 공정 재료, 상기 제2 격실의 불활성 분위기 및 상기 제3 격실의 제2 공정 재료에 순차적으로 노출되도록 상기 회전축선을 중심으로 회전하도록 구성되는 것인 증착 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 격벽은 상기 회전축선에서 교차하며, 상기 제1 격실은 제1 끼인각(included angle)만큼 떨어진 인접 격벽들에 의해 상기 회전축선을 중심으로 구획되며, 상기 제3 격실은 상기 제1 끼인각과 상이한 제2 끼인각만큼 떨어진 인접 격벽들에 의해 상기 회전축선을 중심으로 구획되는 것인 증착 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 격벽은, 상기 제2 격실이 상기 제1 격실과 제3 격실 사이에 병렬 배치되는 식으로 제4 격실을 구획하도록 상기 처리 공간을 더 분할하며, 상기 제4 격실은 상기 회전축선에 대하여 상기 제2 격실에 직경 방향으로 대향하고, 상기 제4 격실은 불활성 분위기를 수용하도록 구성되는 것인 증착 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지부의 상기 표면은, 기판 중 적어도 하나를 유지하도록 각각 구성된 복수의 리세스를 포함하는 것인 증착 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 외측에 있는 구동 모터와,
    플라터와 기계적으로 결합되고 상기 회전축선을 따라 연장되는 구동 샤프트와,
    상기 제2 벽을 통하여 연장되고 상기 구동 샤프트와 상기 구동 모터를 결합시키는 로터리 피드스루(rotary feedthrough)로서, 상기 구동 모터의 회전 운동을 상기 구동 샤프트에 전달하여 상기 플라터를 상기 회전축선을 중심으로 회전시키도록 구성되는 것인 로터리 피드스루
    를 더 구비하는 증착 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 구동 모터와 전기적으로 결합되고, 상기 플라터를 상기 회전축선을 중심으로 회전시키도록 상기 구동 모터를 동작시키는 컨트롤러를 더 구비하는 증착 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 리세스는 상기 회전축선을 중심으로 하여 균일한 반경둘레에서 상기 표면 상에 분산되어 있고, 상기 리세스의 인접하는 쌍은 상기 회전축선을 중심으로 등각의 원주 방향 간극을 갖는 것인 증착 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 둘레 측벽은, 상기 회전축선과 동축인 방위축(azimuthal axis)을 중심으로 원주 방향으로 연장되는 것인 증착 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터는, 상기 제1 공정 재료를 상기 회전축선을 향하여 상기 제1 격실 내로 주입하도록 구성되는 것인 증착 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터에 의해 상기 제1 격실과 결합되는 제1 공정 재료의 공급원을 더 포함하는 증착 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정 재료는 이온, 라디칼 또는 이들의 조합을 포함한 플라즈마 산물(product)이고,
    상기 제1 인젝터에 의해 상기 제1 격실과 결합되는 플라즈마 산물의 제1 공급원을 더 포함하는 증착 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터는, 상기 제1 벽과 상기 기판 지지부 사이의 위치에서 상기 제1 공정 재료를 주입하도록 위치 결정되며,
    상기 제1 벽을 통하여 상기 제1 및 제2 격실과 연통하는 진공 포트와,
    상기 진공 포트와 결합된 진공 라인을 더 포함하는 증착 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 격벽은 상기 진공 포트를 통하여 상기 진공 라인 내로 돌출하는 것인 증착 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터는 상기 제1 벽과 상기 기판 지지부 사이의 위치에서 제1 공정 재료를 주입하도록 위치 결정되며,
    상기 제2 벽을 통하여 상기 제1 및 제2 격실과 연통하는 진공 포트를 더 포함하는 증착 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 협력하여 상기 제1 격실을 구획하는 제1 격벽 및 제2 격벽을 구비하고, 상기 복수의 제1 주입 포트는 상기 제1 격벽에 근접한 상기 제1 격실 내의 제1 원호(angular arc)를 따라 배치되어 있고, 상기 복수의 제2 주입 포트는 상기 제2 격벽에 근접한 상기 제1 격실 내의 제2 원호를 따라 배치되어 있고, 상기 제1 원호와 제2 원호는 상이한 원호각을 가지는 것인 증착 시스템.
  20. 복수의 기판을 처리하기 위한 증착 시스템으로서,
    제1 벽, 상기 제1 벽으로부터 수직으로 간격을 두고 있고 상기 제1 벽과 평행하게 배향되는 제2 벽, 및 상기 제1 벽과 제2 벽을 연결하여 처리 공간을 구획하는 둘레 측벽을 포함하는 공정 챔버와,
    상기 제1 벽과 제2 벽 사이에서 상기 둘레 측벽의 반경 방향으로 내측에 배치되어 있고, 상기 기판을 회전축선을 중심으로 상기 둘레 측벽에 대하여 회전시키도록 구성되며, 상기 기판을 지지하도록 구성되는 표면을 가지는 기판 지지부와,
    상기 회전축선으로부터 상기 둘레 측벽을 향하여 반경 방향으로 각각 연장되며, 상기 처리 공간을 제1 격실과, 불활성 분위기를 수용하도록 구성된 제2 격실로 분할하는 복수의 격벽과,
    상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제1 격실과 연통하며, 상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제1 격실 내로 제1 공정 재료를 주입하도록 구성되며, 상기 제1 벽과 상기 기판 지지부 사이의 제1 평면에서 상기 둘레 측벽을 중심으로 원주 방향으로 연장되는 제1 주입 슬롯과,
    상기 제1 평면과 상기 기판 지지부 사이에 배치된 제2 평면에서 상기 둘레 측벽을 중심으로 원주 방향으로 연장되며, 상기 둘레 측벽을 통하여 상기 제1 공정 재료를 상기 제1 격실 내로 주입하도록 구성되는 제2 주입 슬롯
    을 구비하며,
    상기 기판 지지부는 각각의 기판을 이동시켜, 각 기판의 상면을 상기 제1 격실 내의 제1 공정 재료와 상기 제2 격실 내의 불활성 분위기에 순차적으로 노출시키는 것인 증착 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 격벽은 협력하여 상기 제1 격실을 구획하는 제1 격벽 및 제2 격벽을 구비하고, 상기 제1 주입 슬롯은 상기 제1 격벽에 근접한 상기 제1 격실 내의 제1 원호를 따라 연장되고, 상기 제2 주입 슬롯은 상기 제2 격벽에 근접한 상기 제1 격실 내의 제2 원호를 따라 연장되고, 상기 제1 원호와 제2 원호는 상이한 원호각을 가지는 것인 증착 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제1 평면은 상기 기판 지지부 위에 제1 높이로 배치되어 있고, 상기 제2 평면은, 상기 기판 지지부 위에, 상기 제1 높이와 상이한 제2 높이로 배치되어 있는 것인 증착 시스템.
  23. 제1항에 있어서, 상기 공정 챔버와 상기 격벽은 정지되어 있는 것인 증착 시스템.
  24. 제1항에 있어서, 상기 격벽은, 상기 제1 격실이 상기 제2 격실과 연속하도록 상기 둘레 측벽에 대하여 이동하도록 구성되는 것인 증착 시스템.
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