KR101489483B1 - 원자층 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
가스의 유동을 가이드하는 서셉터가 구비된 원자층 증착 장치가 개시된다. 원자층 증착 장치는 복수의 웨이퍼가 구비되고, 상기 웨이퍼 상부에 구비된 샤워헤드 및 배기부를 포함하고, 상기 웨이퍼를 지지하는 서셉터와 상기 서셉터 하부에서 상기 웨이퍼를 가열하기 위한 히터를 포함한다. 상기 서셉터는 상기 웨이퍼가 안착되는 안착면이 구비되고, 상기 안착면 상의 가스의 유동을 중앙으로 안내하도록 상기 안착면이 중앙 방향으로 경사지게 형성된다. 또한, 상기 서셉터는 상기 안착면이 소정의 곡면 형태를 갖는다. 따라서, 상기 서셉터는 상기 가스의 유동을 상기 배기부로 안내함으로써, 상기 히터가 상기 가스에 노출되는 것을 방지하여 상기 히터의 산화를 방지한다.
원자층 증착 장치, ALD, 서셉터, 배기부
Description
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소스가스와 배기가스의 유동을 안내하는 서셉터를 구비하는 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 이루어져야 한다.
특히, 웨이퍼 표면에 단차가 형성되어 있는 경우 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(step coverage)과 단차도포성 및 웨이퍼 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.
원자층 증착 공정은 웨이퍼 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 가 능한 박막 증착 방법이다.
원자층 증착 공정은 두 가지 이상의 소스가스를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 불활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 웨이퍼 표면에서 상기 소스가스들이 반응하여 소정의 박막이 형성된다. 즉, 하나의 소스가스가 웨이퍼 표면에 화학적으로 흡착(chemical adsorption)된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스가 제공되면, 상기 웨이퍼 표면에서 상기 두 가지 소스가스가 화학적으로 반응함으로써 상기 웨이퍼 표면에 한층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복함으로써 소정 두께의 박막이 형성된다.
기존의 원자층 증착 장치는 프로세스 챔버와, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 복수의 웨이퍼를 지지하는 서셉터, 상기 서셉터의 상부에 구비되어 상기 웨이퍼로 소스가스를 제공하는 샤워헤드 및 미반응 소스가스 및 반응 부산물 등과 같은 배기가스를 배출시키기 위한 배기부로 이루어진다. 또한, 상기 서셉터 하부에는 상기 서셉터와 상기 웨이퍼의 가열을 위한 히터가 구비된다.
그런데, 기존의 원자층 증착 장치에서 원자층 증착 공정이 수행되는 동안 상기 배기가스가 상기 서셉터 하부를 통해 외부로 배출되는데, 이와 같이 상기 배기가스가 배기되는 동안 상기 서셉터 하부에 구비된 상기 히터가 상기 배기가스에 노출된다. 이로 인해 상기 히터가 산화되고, 수명이 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배기가스로 인한 히터의 산화와 수명단축을 방지하기 위한 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스의 유동을 가이드하는 서셉터를 구비하는 원자층 증착 장치는 프로세스 챔버, 웨이퍼 상부에 구비되어 소스가스를 분사하는 샤워헤드, 상기 프로세스 챔버 상부에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배출시키는 배기부, 복수의 웨이퍼가 안착되는 안착면이 구비되고, 상기 안착면 상의 가스의 유동을 중앙으로 안내하도록 상기 안착면이 중앙 방향으로 경사지게 형성된 서셉터 및 상기 서셉터 하부에 구비되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터를 포함한다. 특히, 상기 서셉터는 상기 히터가 상기 가스에 노출되는 것을 방지하여 상기 히터의 산화를 방지한다.
실시예에서, 상기 안착면에는 상기 가스의 유동을 가이드하기 위한 제1 가이드와 제2 가이드가 구비된다. 상기 제2 가이드는 상기 안착면 중앙 중앙 부분 돌출되어 상기 가스의 유동을 상기 배기부로 안내한다. 그리고, 상기 제1 가이드는 상기 서셉터의 외주연부를 따라 돌출되어, 상기 가스가 상기 서셉터 하부로 유입되는 것을 방지한다.
실시예에서, 상기 서셉터에는 각 웨이퍼 상의 가스가 서로 혼합되는 것을 방 지하기 위한 블록이 더 구비될 수 있다.
실시예에서, 상기 안착면은 상기 서셉터의 중앙을 향해 하향 경사지게 형성되고, 상기 안착면의 경사도는 0.5 내지 5°로 형성된다. 또한, 상기 안착면은 상기 가스의 유동을 원활하게 안내할 수 있도록 소정 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성된다. 따라서, 상기 안착면은 상기 웨이퍼가 상기 안착면의 표면에서 이격되지 않도록 지지하면서, 상기 가스를 상기 서셉터의 중앙으로 안내한다.
본 발명에 따르면, 첫째, 배기부를 프로세스 챔버의 상부에 배치하여 배기가스를 프로세스 챔버 상부를 통해 배출시킴으로써, 프로세스 챔버 하부에 구비된 히터가 배기가스에 노출되어 산화되는 것을 방지한다.
둘째, 서셉터의 안착면 형상을 프로세스 챔버의 중앙을 향해 경사지도록 형성함으로써, 소스가스 또는 배기가스(이하, 모두 가스라 한다)의 유동이 프로세스 챔버의 중앙으로 안내되어 상부로 배기됨으로써, 상기 가스가 상기 서셉터의 하부로 유동하는 것을 방지한다.
또한, 상기 서셉터에는 복수의 가이드가 구비되어 상기 가스의 유동을 배기부로 안내하고, 상기 서셉터의 하부로 유동하는 것을 효과적으로 방지하여, 상기 히터의 산화를 방지한다.
또한, 상기 가이드는 서로 이웃하는 웨이퍼로 제공된 소스가스가 서로 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 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.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 원자층 증착 장치(100)는 프로세스 챔버(110), 샤워헤드(115), 배기부(150), 서셉터(120) 및 히터(160)를 포함한다.
상기 프로세스 챔버(110)는 웨이퍼(10)를 수용하고, 상기 웨이퍼(10)로 소정의 소스가스를 제공하여 상기 웨이퍼(10)의 표면에 소정의 박막을 증착시키는 공간을 제공한다.
여기서, 상기 웨이퍼(10)는 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 웨이퍼(10)는 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판일 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(10)는 형태 또는 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.
상기 샤워헤드(115)는 상기 프로세스 챔버(110) 상부에 구비되어 상기 웨이 퍼(10)로 소스가스를 제공한다. 그리고, 상기 소스가스는 상기 웨이퍼(10) 상에 증착하고자 하는 원료 물질을 포함하는 가스로서, 원자층 증착을 위해서는 서로 다른 종류의 제1 소스가스(S1) 및 제2 소스가스(S2)와, 상기 각 소스가스(S1, S2)의 퍼지를 위한 퍼지가스(PG)가 제공된다.
상기 샤워헤드(115)는 복수의 분사부(131,141)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤워헤드(115)는 상기 각 웨이퍼(10)로 각각 소스가스를 분사할 수 있도록 상기 각 웨이퍼(10)에 대응되는 위치에 복수의 분사부(131, 141)구가 구비된다. 여기서, 상기 각 웨이퍼(10)에는 동일한 소스가스가 각각 제공되거나, 서로 다른 소스가스가 제공될 수 있다.
한편, 상기 프로세스 챔버(110)의 일측에는 상기 프로세스 챔버(110) 내로 상기 소스가스(S1, S2)와 상기 퍼지가스(PG)를 공급하는 소스가스 공급부(130, 140) 및 퍼지가스 공급부(미도시)가 연결되고, 상기 샤워헤드(115)로 상기 소스가스(S1, S2) 및 상기 퍼지가스(PG)를 제공하기 위한 소스라인(135, 145)와 퍼지라인(미도시)이 구비된다.
예를 들어, 상기 소스가스 공급부(130, 140)는 상기 프로세스 챔버(110) 하부에 구비되고, 상기 소스라인(135, 145)은 상기 프로세스 챔버(110) 측면을 통해 상기 프로세스 챔버(110) 상부로 연결된다.
여기서, 상기 소스가스 공급부(130, 140)와 상기 소스라인(135, 145)의 위치는 본 실시예와 도면에 한정되는 것은 아니며, 상기 프로세스 챔버(110) 및 상기 샤워헤드(115)와 연결되는 실질적으로 다양한 위치에 구비될 수 있을 것이다.
상기 배기부(150)는 상기 서셉터(120) 상부에 구비되어, 상기 프로세스 챔버(110) 내의 미반응 소스가스 또는 반응 부산물 등을 포함하는 배기가스를 상기 프로세스 챔버(110) 외부로 배출시킨다. 예를 들어, 상기 배기부(150)는 상기 샤워헤드(115)의 중앙에 구비된다. 즉, 상기 배기가스는 상기 서셉터(120) 상에서 중앙 상부의 배기부(150)로 유동하여 상기 프로세스 챔버(110) 외부로 배출된다.
상기 서셉터(120)는 상기 프로세스 챔버(110) 내에 구비되어, 상기 웨이퍼(10)를 지지한다. 예를 들어, 상기 서셉터(120)는 복수의 웨이퍼(10)를 동시에 지지하고, 상기 복수의 웨이퍼(10)의 일 면에 접촉되어 상기 웨이퍼(10)를 지지하는 세미배치(semi batch) 방식일 수 있다.
또한, 상기 서셉터(120)는 회전 가능하게 구비되고, 상기 서셉터(120) 하부에는 상기 서셉터(120)에 회전시키는 구동부(125)가 구비된다.
상기 서셉터(120)의 하부에는 상기 서셉터(120) 및 상기 웨이퍼(10)를 가열하는 히터(160)가 구비된다.
한편, 상기 서셉터(120)는 상기 소스가스 또는 상기 배기가스의 유동을 상기 배기부(150)로 안내하도록 형성된다. 특히, 상기 서셉터(120)는 상기 소스가스 및 상기 배기가스가 상기 히터(160)로 유동하는 것을 방지할 수 있도록 형성된다.
이하에서는 “가스”라 함은 상기 서셉터(120) 및 상기 웨이퍼(10) 상에서 유동되는 상기 소스가스와 상기 퍼지가스뿐만 아니라 상기 배기가스까지 모두 포함하여 지칭하는 것으로 한다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 도면들 이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 서셉터(120)는 복수의 웨이퍼(10)가 안착되는 안착면(121)과 제1 가이드(124) 및 제2 가이드(123)를 포함한다.
특히, 상기 서셉터(120)는 상기 안착면(121) 상의 상기 가스의 유동이 상기 서셉터(120)의 중앙을 향하도록 소정 각도 경사지게 형성되고 곡면 형태를 갖는다.
상세하게는, 상기 안착면(121)은 상기 가스의 유동을 상기 서셉터(120)의 중앙으로 안내하도록 상기 서셉터(120)의 중앙을 향해 하향 경사지게 형성된다. 예를 들어, 상기 안착면(121)은 상기 서셉터(120)의 중앙에 대해 0.5 내지 5° 가량의 경사각을 갖는다. 따라서, 상기 서셉터(120) 상의 가스는 상기 경사진 안착면(121)을 따라 상기 서셉터(120)의 중앙으로 원활하게 유동하게 된다.
여기서, 상기 안착면(121)의 경사각이 너무 크게 형성된 경우에는 상기 웨이퍼(10)와 상기 안착면(121) 사이의 밀착력이 약화되어 상기 웨이퍼(10)가 상기 안착면(121) 사이에 소정 간격 이격될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면 상기 안착면(121)은 상기 웨이퍼(10)와 상기 안착면(121)이 이격되지 않을 정도로 경사각이 충분히 작게 형성된다.
한편, 본 실시예에서 경사지게 형성되었다는 것은 상기 안착면(121)이 연속적으로 형성된 경사면을 포함할 뿐만 아니라, 상기 안착면(121)이 경사면을 형성하되 그 경사진 면이 불연속적으로 형성된 것을 포함한다. 또한, 상기 경사지게 형성된 안착면(121)은 상기 안착면(121) 상에 돌출부가 형성된 것을 포함할 수 있다.
상기 안착면(121)은 상기 가스의 유동을 좀더 원활하게 안내할 수 있도록 상 기 안착면(121)의 표면이 소정의 곡면 형태를 갖는다.
여기서, 상기 웨이퍼(10)는 평면이므로 상기 안착면(121) 표면의 곡률 반경이 너무 작은 경우에는 상기 안착면(121) 표면과 상기 웨이퍼(10)가 밀착되기 어려운 문제점이 잇다. 따라서, 상기 안착면(121)은 상기 웨이퍼(10)와 충분히 밀착될 수 있을 정도로 충분히 큰 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제1 가이드(124)는 상기 가스가 상기 서셉터(120)의 하부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 제1 가이드(124)는 상기 서셉터(120)의 외주연부를 따라서 상기 서셉터(120)를 둘러싸도록 형성되되 소정 높이 돌출되게 형성된다.
상기 제1 가이드(124)는 상기 서셉터(120) 상에 제공된 가스가 상기 서셉터(120) 하부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 정도의 높이로 형성된다. 그리고, 상기 제1 가이드(124)는 상기 서셉터(120)의 외주연부 전체를 따라 형성될 수 있도록 링 형태를 갖는다.
상기 제2 가이드(123)는 상기 서셉터(120)의 중앙 부분에 구비되어 상기 가스를 상기 배기부(150)로 안내하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 제2 가이드(123)는 상기 서셉터(120)의 중앙 부분에서 소정 높이 돌출 형성된다.
상기 제2 가이드(123)의 외측면을 따라 상기 가스가 상기 배기부(150)로 유입될 수 있도록 상기 제2 가이드(123)는 상부로 갈수록 단면적이 점차 감소하는 원추 형태를 갖는다. 또한, 상기 제2 가이드(123)는 상기 가스의 유동이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 제2 가이드(123)의 외측면은 유선형의 곡면 형태로 형성 된다.
한편, 상기 제1 가이드(124)와 상기 안착면(121)의 경계에는 상기 가스의 유동이 상기 서셉터(120)의 중앙으로 안내될 수 있도록 소정 곡률 반경을 갖는 제1 라운드부(121a)가 형성된다. 즉, 상기 제1 가이드(124) 및 상기 제1 가이드(124)와 상기 안착면(121) 경계의 상기 제1 라운드부(121a)로 인해 상기 가스가 상기 서셉터(120)의 외측으로 유동하는 것이 방지되고, 상기 가스는 상기 서셉터(120)의 중앙 방향으로 유동하게 된다.
또한, 상기 제2 가이드(123)와 상기 안착면(121)의 경계에도 역시 상기 가스의 유동이 상기 제2 가이드(123)를 따라 상부로 원활하게 이동할 수 있도록 소정 곡률 반경을 갖는 제2 라운드부(121b)가 형성된다. 따라서, 상기 가스는 상기 제1 가이드(124) 및 상기 안착면(121)을 따라 상기 서셉터(120)의 중앙으로 유동되어 상기 제2 가이드(123)를 따라 상부로 유동하게 되고, 상기 서셉터(120) 상부에 구비된 상기 배기부(150)를 통해 외부로 배출된다. 그리고, 상기 제1 라운드부(121a)와 상기 제2 라운드부(121b)가 형성됨으로 인해 상기 제1 가이드(124)와 상기 제2 가이드(123)의 경계에서 상기 가스가 원만하고 안정적으로 유동이 발생한다.
한편, 도 4 내지 도 6은 상술한 서셉터의 변형 실시예로서, 본 실시예에 따른 서셉터(220)는 서로 이웃하는 웨이퍼(10) 상의 가스의 유동이 혼합되는 것을 방지할 수 있는 블록(222)이 형성된다.
상세하게는, 상기 서셉터(220)는 안착면(221), 제1 가이드(224), 제2 가이드(223) 및 블록(222)을 구비한다.
상기 안착면(221)은 상기 복수의 웨이퍼(10)가 안착되고, 상기 가스의 유동을 상기 배기부(150)로 안내할 수 있도록 상기 서셉터(220)의 중앙을 향해 소정 각도 하향 경사지게 형성되고, 그 표면이 곡면 형태로 형성된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 상기 가스는 상기 하향 경사지고 곡면 형태의 안착면(221)의 표면을 따라 상기 서셉터(220)의 중앙 상부에 구비된 상기 배기부(150)로 원활하게 유동하게 된다.
상기 제1 가이드(224)는 상기 서셉터(220) 상의 상기 가스가 상기 상기 서셉터(220)의 하부로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 서셉터(220)의 외주연부를 따라 소정 높이로 돌출 형성된다.
상기 제2 가이드(223)는 상기 서셉터(220) 상의 상기 가스의 유동을 상기 배기부(150)로 안내할 수 있도록, 상기 서셉터(220)의 중앙 부분에 소정 높이로 돌출 형성된다.
상기 블록(222)은 상기 각 웨이퍼(10)의 사이사이에 배치된다. 또한, 상기 블록(222)은 상기 웨이퍼(10)의 측면으로부터 소정 간격 이격되되 상기 웨이퍼(10) 둘레를 일부 감싸는 형태를 갖는다. 그리고, 상기 가스의 유동이 상기 서셉터(220)의 중앙 부분으로 수렴될 수 있도록, 상기 블록(222)으로 둘러싸인 내측 공간이 상기 서셉터(220)의 중앙 부분으로 향하는 형태를 갖는다.
예를 들어, 상기 블록(222)은 상기 제1 가이드(224)로부터 상기 서셉터(220) 의 중앙 방향으로 연장된 형태를 갖되, 상기 서셉터(220)의 중앙으로 갈수록 좁압지는 부채꼴 형태를 갖는다. 그리고, 상기 블록(222)의 측면은 상기 웨이퍼(10)의 외주연부에 대응되는 곡면 형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 블록(222)으로 둘러싸인 내측 공간은 상기 웨이퍼(10)를 수용하여 서로 이웃하는 웨이퍼(10) 간의 가스를 구획하는 역할을 하고, 상기 웨이퍼(10) 상의 가스의 유동을 상기 서셉터(220)의 중앙 부분으로 안내하는 역할을 한다.
또한, 상기 블록(222)에서 상기 서셉터(220)의 중앙에 대응되는 부분에서는 상기 가스가 상기 제2 가이드(223)를 따라 유동할 수 있도록 개구되게 형성될 수 있다.
한편, 상기 블록(222)은 상기 웨이퍼(10)의 표면보다 소정 높이 돌출되는 높이로 형성되며, 예를 들어, 상기 블록(222)의 높이는 상기 제1 가이드(224) 또는 상기 제2 가이드(223)의 높이와 대략 비슷한 높이로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도;
도 2는 도 1에서 서셉터의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도;
도 3은 도 2의 서셉터의 단면도;
도 4는 도1에서 서셉터의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도;
도 5는 도 4의 서셉터의 단면도;
도 6은 도 4의 서셉터의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 웨이퍼 100: 원자층 증착 장치
110: 프로세스 챔버 115: 샤워헤드
120, 220: 서셉터 121, 221: 안착면
121a, 221a: 제1 라운드부 121b, 221b: 제2 라운드부
123, 223: 제2 가이드 124, 224: 제1 가이드
125: 구동부 130, 140: 소스가스 공급부
131, 141: 분사부 135, 145: 소스라인
150: 배기부 160: 히터
222: 블록
Claims (6)
- 프로세스 챔버;웨이퍼 상부에 구비되어 가스를 분사하는 샤워헤드;복수의 웨이퍼가 안착되는 안착면이 구비되고, 상기 안착면 상의 가스의 유동을 중앙으로 안내하도록 상기 안착면이 중앙 방향으로 경사지게 형성되고, 상기 가스의 유동을 상부로 안내하도록 상기 안착면이 라운드지게 형성된 서셉터;상기 프로세스 챔버 상부에서 상기 서셉터의 중앙에 대응되는 위치에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배출시키는 배기부; 및상기 서셉터 하부에 구비되어 상기 웨이퍼를 가열하는 히터;를 포함하는 원자층 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 안착면 중앙 부분에 돌출되어, 상기 가스의 유동을 상부의 배기부로 안내하는 제2 가이드가 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 서셉터의 외주연부를 따라 돌출 형성되고, 상기 가스의 유동이 상기 서셉터 하부로 유동되는 것을 방지하는 제1 가이드가 더 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 서셉터에서 상기 각 웨이퍼 주변에 구비되어 서로 이웃하는 웨이퍼 상의 가스가 서로 혼합되는 것을 방지하는 블록이 더 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 안착면의 경사도는 0.5 내지 5°인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
- 삭제
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