KR101668866B1 - 원자층 증착장치 - Google Patents

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Abstract

대면적 기판을 처리할 수 있는 대면적 원자층 증착장치가 개시된다. 대면적 원자층 증착장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 복수의 기판이 원형으로 배치되어서 장착되는 서셉터 및 상기 서셉터 상부에 구비되고 상기 서셉터의 원주 방향을 따라 증착가스를 순환 및 유동시키도록 형성된 가스공급부를 포함하여 구성된다.

Description

원자층 증착장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 대면적 기판을 처리할 수 있는 원자층 증착장치에 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 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.
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.
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. 여기서, 소스가스는 기판 표면에서만 화학적 흡착과 화학 반응이 일어나 하나의 원자층이 완전히 형성될 때까지 다른 표면 반응이 일어나지 않도록 억제되어야 한다.
한편, 기존의 원자층 증착장치는 유량조절 컨트롤러와 밸브의 동작에 의해서 프로세스 챔버 내부에 공정가스가 유입된다. 그런데, 기판이 대면적화 됨에 따라 프로세스 챔버의 크기 역시 커지기 때문에 기존의 방식으로는 공정가스를 프로세스 챔버 내부로 균일하게 유입시키는 것이 어려웠다. 상세하게는, 프로세스 챔버의 크기가 커짐에 따라 공정가스를 유입시키기 위한 포트의 수가 늘어나야 하며, 이에 따라, 유량조절 컨트롤러와 밸브의 수도 늘어나야 한다. 또한 공정가스의 유동 속도를 고려하여 최초의 공정가스가 들어오는 포트의 위치와 이를 균일하게 보내기 위한 분배라인과 포트의 수 역시 늘어나야 한다. 하지만 이와 같이 유량조절 컨트롤러와 밸브의 수가 증가함에 따라, 유량조절 컨트롤러와 밸브의 구동오차에 따른 공정가스의 유입차가 발생하며, 복잡한 분배라인과 포트가 정밀하게 설계되어 있지 않으면 이 또한 프로세스 챔버 내로 유입되는 가스가 균일성을 저하시키게 된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 대면적 기판을 처리할 수 있는 대형 프로세스 챔버 내부로 공정가스를 균일하게 유입시킬 수 있는 대면적 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자층 증착장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 복수의 기판이 원형으로 배치되어서 장착되는 서셉터 및 상기 서셉터 상부에 구비되고 상기 서셉터의 원주 방향을 따라 증착가스를 순환 및 유동시키도록 형성된 가스공급부를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 가스공급부는, 내부에 상기 기판이 수용되어서 상기 증착가스가 공급 및 유동되는 공급유로가 형성된 하우징, 상기 하우징의 일측에 구비되어서 상기 하우징 내부로 상기 증착가스를 제공하는 공급원 및 상기 하우징의 일측에 구비되어서 상기 하우징 내부에서 배기가스를 배출시키는 배기부를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스공급부는, 상기 공급원에서 공급된 증착가스가 360° 유동된 후 상기 배기부에서 배출되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징은 상기 기판을 수용하도록 상기 기판의 직경보다 큰 너비를 갖는 도넛 또는 링 형태를 가질 수 있다. 여기서, 상기 하우징은 일측이 직경 방향을 따라 절개된 절개부가 형성되고, 상기 공급원과 상기 배기부는 상기 절개부에 결합될 수 있다. 또한, 상기 하우징은 상기 절개부의 일단에서 상기 증착가스가 공급되어서 상기 하우징 내부를 따라 360° 유동된 후 배출되도록, 상기 공급원은 상기 절개부의 일단에 결합되고, 상기 배기부는 상기 절개부의 타단에 결합될 수 있다. 그리고 상기 하우징은 상기 절개부를 통해 증착가스가 순환되는 것을 방지할 수 있도록 양단부가 폐쇄되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 프로세스 챔버 내부에서 회전 및 이동하는 구성요소가 없기 때문에 파티클을 최소화하고 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 대면적 기판을 처리할 수 있는 대형 프로세스 챔버 내부로 공정가스를 균일하게 유입시킬 수 있다.
또한, 대면적 원자층 증착장치에 균일한 가스를 유입시키고, 증착가스가 기판과 접촉 시간을 증가시킴으로써 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급부의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가스공급부에서 하우징의 절개부를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치(10)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(10)의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급부(13)의 평면도이고, 도 3은 도 2의 가스공급부(13)에서 하우징(131)의 절개부(133)를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참고하면, 원자층 증착장치(10)는 기판(1)을 수용하여 공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버(11)와, 복수의 기판(1)이 안착되는 서셉터(12) 및 기판(1)에 증착가스를 제공하기 위한 가스공급부(13)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 증착 대상이 되는 기판(1)은 반도체 장치용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(1)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있으며, 대면적 기판일 수 있다.
본 실시예에 따른 원자층 증착장치(10)는 복수의 기판(1)을 수용하여 원자층 증착공정이 수행되는데, 기판(1) 및 서셉터(12)와 가스공급부(13)는 정지된 상태에서 증착가스만 복수의 기판(1)에 제공된다. 상세하게는, 원자층 증착장치(10)는 원형의 서셉터(12) 표면에 복수의 기판(1)이 안착되며, 서셉터(12)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치된다.
가스공급부(13)는 서셉터(12) 상에 구비되어서 기판(1)에 증착가스를 제공하며, 원주 방향을 따라 배치된 기판(1)에 증차가스를 균일하게 제공하기 위해서, 증착가스를 기판(1)이 배치된 방향을 따라 회전 및 유동시키도록 형성된다.
여기서, 원자층 증착장치(10)는, 예를 들어, 기판(1)에 소스가스, 퍼지가스, 반응가스 및 퍼지가스를 순차적으로 일정 시간 제공하여서 기판(1)에 소정의 박막을 형성한다. 이를 위해서, 가스공급부(13)는 소스가스, 퍼지가스, 반응가스 및 퍼지가스를 순차적으로 제공한다. 그리고 가스공급부(13)에서 소스가스를 제공한 후 퍼지가스를 제공하면, 퍼지가스가 유동하면서 공급유로(132) 내부에서 소스가스를 퍼지시켜서 제거할 수 있다. 그리고 반응가스를 제공하면 기판(1) 상에서 소스가스와 반응가스가 반응하면서 박막이 형성되고, 다시 퍼지가스가 제공되면 공급유로(132) 내부에서 미반응 가스들이 퍼지되어 제거된다.
가스공급부(13)는 절개부(133)가 형성되고 링 또는 도넛 형태의 하우징(131)을 포함하고, 하우징(131) 내부로 증착가스를 제공하기 위한 공급원(136)과, 하우징(131) 내부에서 배기가스를 배출시키기 위한 배기부(137)를 포함하여 구성된다.
하우징(131)은 내부에 기판(1)이 수용되어서 증착가스가 공급 및 유동되는 공간인 공급유로(132)가 형성되고, 일측에 하우징(131)의 직경 방향을 따라 절개부(133)가 형성된다.
또한, 하우징(131)은 내부에 기판(1)이 수용될 수 있도록 기판(1)의 직경보다 큰 너비를 갖는 링 또는 도넛 형상을 갖는다.
여기서, 공급원(136)에서 제공되는 압력과, 배기부(137)에서 제공되는 흡입력에 의해서 하우징(131) 내부에서 증착가스가 순환 및 유동하게 된다. 즉, 가스공급부(13)는 공급원(136)에서 제공되는 증착가스가 하우징(131) 내부를 따라 360° 유동한 후 배기부(137)를 통해서 배출된다. 또한하우징(131)은 증착가스가 기판(1)에 일정 시간 동안만 접촉된 후 배출되도록, 증착가스를 360° 이하로 유동시키게 된다. 이를 위해서, 하우징(131)은 절개부(133)에서 양단부가 폐쇄되도록 형성되어서, 절개부(133)를 통해서는 증착가스가 반대쪽으로 이동하는 것을 방지한다. 즉, 하우징(131)의 절개부(133) 일단부에 연결된 공급원(136)을 통해 공급되는 증착가스는 하우징(131) 내부를 따라 360° 순환 및 유동하고, 하우징(131)의 절개부(133)의 타단부에 연결된 배기부(137)를 통해서 하우징(131) 외부로 배출된다.
예를 들어, 도면에서는 하우징(131) 내부로 증착가스가 유입되는 부분에는 'ⓧ'로 표시하고, 증착가스가 배출되는 부분에는 '⊙'로 표시하였다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 증착가스의 유입 및 배출 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 절개부(133)에서 일단에 공급홀(134)이 형성되고, 절개부(133)의 타단에 배출홀(135)이 형성된 것으로 예시하였으나, 이 역시 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 공급홀(134)과 배출홀(135)의 위치와 형상 및 배치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 원자층 증착장치(10)는 서셉터(12) 및 가스공급부(13)를 포함하는 구성요소들이 정지된 상태에서 증착가스만 공급되기 때문에, 구성요소의 회전 및 이동으로 인해 파티클이 발생하는 것을 방지하고, 파티클 발생으로 인한 불량 발생이나 박막 품질 저하를 방지할 수 있다. 또한, 프로세스 챔버(11) 내부로 균일하고 일정한 압력으로 증착가스를 제공할 수 있어서 박막의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 프로세스 챔버(11)의 크기가 커지더라도 증착가스를 균일하게 제공할 수 있다. 또한, 원자층 증착장치(10)의 구조를 단순화할 수 있으며, 증착가스의 제공 동작을 단순화할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1: 기판
10: 원자층 증착장치
11: 프로세스 챔버
12: 서셉터
13: 가스공급부
131: 하우징
132: 공급유로
133: 절개부
134: 공급홀
135: 배출홀
136: 공급원
137: 배기부

Claims (7)

  1. 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 복수의 기판이 원형으로 배치되어서 장착되는 서셉터; 및
    상기 서셉터 상부에 구비되고 상기 서셉터의 원주 방향을 따라 증착가스를 순환 및 유동시키도록 형성된 가스공급부;
    를 포함하고,
    상기 가스공급부는,
    내부에 상기 기판이 수용되어서 상기 증착가스가 공급 및 유동되는 공급유로가 형성되고, 일측에 직경 방향을 따라 절개된 절개부가 형성된 하우징;
    상기 하우징의 일측에 구비되어서 상기 하우징 내부로 상기 증착가스를 제공하는 공급원; 및
    상기 하우징의 일측에 구비되어서 상기 하우징 내부에서 배기가스를 배출시키되, 상기 공급원에서 공급된 증착가스가 360° 유동된 후 배출되도록 형성된 배기부;
    를 포함하고, 상기 공급원과 상기 배기부는 상기 절개부에 결합되는 원자층 증착장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 기판을 수용하도록 상기 기판의 직경보다 큰 너비를 갖는 도넛 또는 링 형태를 갖는 원자층 증착장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 절개부의 일단에서 상기 증착가스가 공급되어서 상기 하우징 내부를 따라 360° 유동된 후 배출되도록,
    상기 공급원은 상기 절개부의 일단에 결합되고, 상기 배기부는 상기 절개부의 타단에 결합되는 원자층 증착장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 절개부를 통해 증착가스가 순환되는 것을 방지할 수 있도록 양단부가 폐쇄되도록 형성된 원자층 증착장치.
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