KR101832404B1 - 가스분사장치 및 기판처리장치 - Google Patents

가스분사장치 및 기판처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스분사장치 및 기판처리장치에 관한 것으로서, 원자층 증착을 할 때 소스가스 및 반응가스가 서로 섞이지 않도록 하는 가스분사장치 및 이를 적용한 기판처리장치이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 가스분사장치는, 기판이 안착된 기판지지부를 향해 가스를 분사하는 가스분사장치로서, 상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하며, 상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함한다.

Description

가스분사장치 및 기판처리장치{Apparatus for gas dispenser and substrate treatment}
본 발명은 가스분사장치 및 기판처리장치에 관한 것으로서, 원자층 증착을 할 때 소스가스 및 반응가스가 서로 섞이지 않도록 하는 가스분사장치 및 이를 적용한 기판처리장치이다.
반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있으며, 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(step coverage)에 대한 문제도 점점 더 심각해지고 있다. 이에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 증착 방법으로서 원자층 증착(ALD;Atomic Layer Deposition) 방법이 사용되고 있다.
도 1은 원자층 증착을 수행하는 기판처리장치의 단면도이며, 도 2는 원자층 증착 기판처리장치에서 가스분사장치를 샤워헤드로 구현할 경우 샤워헤드의 분사면을 도시한 그림이다.
원자층을 형성하기 위한 기판처리장치(10)는 내부에 공간부가 형성되어 있는 공정 챔버(100)와, 공정 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되며 복수의 기판(W)이 안착되는 기판지지부(200)와, 공정 챔버 내부의 가스를 외부로 배출하는 가스펌핑수단(102)과, 기판이 출입되는 게이트(101)를 구비한다. 또한, 공정 챔버의 상부에는 기판을 향해 가스를 공급하는 가스분사장치(300)가 설치된다.
샤워헤드 분사면을 도시한 도 2를 참조하면, 샤워헤드로 구현된 가스분사장치의 평면도를 도시한 그림이다. 가스분사장치는 복수 개의 가스분사공이 형성된 커튼가스 분사유닛(320)이 구비되고, 커튼가스 분사유닛(320)의 원주방향을 따라 부채꼴과 유사한 형태로서 복수의 가스분사공이 형성된 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c) 및 반응가스 분사유닛(310b)이 구비된다.
커튼가스 분사유닛(320)은, 소스가스 분사유닛(131a) 및 반응가스 분사유닛에서 분사되는 가스가 서로 섞이지 않도록 하는 불활성가스를 분사한다. 즉, 커튼가스 분사유닛(320)은 단일 영역으로 구현되어 아르곤(Ar)과 같은 어느 한 종류의 불활성가스를 하부로 분사하며, 이러한 불활성가스는 소스가스 분사유닛(310a) 및 반응가스 분사유닛(310b)에서 분사되는 가스들이 서로 섞이지 않도록 한다.
그런데 커튼가스 분사유닛(320)에서 단일 종류의 불활성가스를 분사할 경우 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 소스가스와 반응가스가 각각 다른 분사량을 가질 경우 효과적인 커튼가스의 역할을 하지 못하는 문제가 있다. 예를 들어, 반응가스보다 더 많은 소스가스가 분사되는 경우 반응가스의 분사량에 대응되는 분사량으로 커튼가스를 분사하게 되면, 소스가스에 대해서 효과적인 커튼 역할을 하지 못하게 된다. 특히, 가스펌핑수단(102)이 공정 챔버의 양측에 구비되어 있는 경우, 소스가스 분사유닛(310a)에서 분사되는 소스가스가 커튼가스 분사유닛(320)을 침범하여 반응가스 분사유닛(310b)으로 침범할 우려가 있다.
둘째, 단일 영역으로 된 커튼가스 분사유닛을 구현하여 단일 종류의 불활성가스를 분사할 경우, 소스가스 분사유닛으로 플라즈마가 침범할 우려가 있다. 박막 증착 촉진을 위하여 반응가스 분사유닛(310b)에 아르곤(Ar)을 이용하여 플라즈마를 형성하는데, 아르곤가스(Ar)를 커튼가스로 사용하는 경우 커튼가스 분사유닛(320)에서 분사되는 아르곤가스를 플라즈마 활성화시켜 소스가스 분사유닛(310a)으로 침투되는 문제가 있다.
한국공개특허 2010-0076663
본 발명의 기술적 과제는 원자층 증착 공정 시에 가스를 분사하는 가스분사장치 및 기판처리장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛에서 분사되는 가스가 인접한 분사유닛으로 확산되지 않도록 하는 커튼가스 분사유닛을 제공하는데 있다. 이로 인하여 소스가스 및 반응가스가 서로 섞이지 않도록 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 양질의 박막을 증착하는데 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 가스분사장치는, 기판이 안착된 기판지지부를 향해 가스를 분사하는 가스분사장치로서, 상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하며, 상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함한다.
또한, 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 사이에 가스 혼합을 방지하기 위한 퍼지가스 분사유닛을 더 포함한다. 또한 분사면을 중심으로 소스가스 분사유닛, 퍼지가스 분사유닛, 반응가스 분사유닛, 퍼지가스 분사유닛의 순서로서 적어도 한번 이상 반복 배치된다. 상기 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛에 각각 대향하는 위치에 배치된다.
또한 서브분사유닛은, 원료가스 분사유닛의 대향하는 위치에 배치되며 제1커튼가스를 분사하는 제1서브분사유닛과, 상기 반응가스 분사유닛의 대향하는 위치에 배치되며 제2커튼가스를 분사하는 제2서브분사유닛을 포함한다. 각각의 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛의 분사면적에 비례하여 분사면적이 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한 서브분사유닛들 사이에는 기판지지부 방향으로 연장되는 격벽이 구비된다. 또한 상기 반응가스 분사유닛은 상기 반응가스가 분사되는 영역에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판처리장치는, 공정이 진행되는 내부 공간을 가지는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와, 상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판으로 가스를 분사하는 가스분사장치를 포함하며, 상기 가스분사장치는, 상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하며, 상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함한다.
또한 상기 커튼가스 분사유닛에 공급되는 적어도 하나 이상의 커튼가스 공급원과, 상기 커튼가스의 유량을 제어하는 적어도 하나 이상의 유량제어기를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 서로 다른 종류의 커튼가스 또는 다른 분사량의 두 가지 이상의 커튼가스를 분사함으로써, 소스가스 및 반응가스의 혼합을 방지하는데 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 커튼가스 분사유닛을 적어도 두 개 이상의 서브분사유닛으로 분할하여 각 서브분사유닛마다 서로 다른 종류의 커튼가스를 분사함으로써, 반응가스 분사유닛에 형성되는 플라즈마가 다른 소스가스 분사유닛으로 침투하지 않도록 할 수 있다. 또한 각 서브분사유닛마다 유량이 서로 다른 커튼가스를 분사함으로써, 소스가스 및 반응가스의 분사량에 따른 정밀한 커튼가스 분사 제어가 가능할 수 있다. 이로 인하여 양질의 박막을 증착할 수 있다.
도 1은 원자층 증착을 수행하는 기판처리장치의 단면도이다.
도 2는 원자층 증착 기판처리장치에서 가스분사장치를 복수개의 분사판으로 구현할 경우 샤워헤드의 분사면을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 복수개의 분사판으로 구현된 기판처리장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 복수개의 분사판으로 구현된 가스분사장치의 분사면을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 복수개의 분사유닛을 가지는 가스분사장치의 분사면을 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 커튼가스 분사유닛의 분할 면적을 다르게 한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 커튼가스 분사유닛에 격벽이 형성된 모습을 도시한 그림이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 분사노즐로 구현된 가스분사장치의 분사면을 도시한 그림이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 복수개의 분사판으로 구현된 기판처리장치의 단면도를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 복수개의 분사판으로 구현된 가스분사장치의 분사면을 도시한 그림이다.
본 발명의 실시예의 설명에 앞서서 원자층 증착(ALD;Atomic Layer Deposition) 원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 기판이 공정 챔버 내로 공급되는 소스가스에 노출되면 기판 표면과의 반응을 통해 소스가스가 기판 표면에 화학 흡착되어 단원자층을 형성한다. 기판 표면이 소스가스로 인해 화학 흡착되어 포화되면 단원자층 이상의 소스가스는 동일한 리간드 간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 이후, 기판이 퍼지(purge)가스에 노출이 되면 기판상에 존재하던 물리 흡착 상태의 소스가스는 퍼지가스에 의해서 제거된다. 이어서 기판이 반응가스에 노출되면, 반응가스가 기판 표면에 화학 흡착되어 있는 소스가스와 리간드 상호 간에 치환반응을 하면서 두 번째 층이 형성되고, 첫 번째 층과 반응하지 못한 반응가스는 물리 흡착 상태에 있다가, 다시 기판이 퍼지가스에 노출되면 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두 번째 층의 표면은 소스가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 상기한 과정이 하나의 사이클을 이루고 기판에 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 여러 사이클을 반복한다.
상기의 원자층 증착을 수행하는 기판처리장치는, 공정 챔버(100), 가스분사장치(300)와, 기판지지부(200)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 그 내부에 기판에 대한 증착, 식각 공정 등이 수행되는 내부 공간이 형성되어 있다. 또한, 공정 챔버(100)에는 기판의 로딩/언로딩을 위하여 기판이 출입되는 게이트(101) 및 공정 챔버 내부의 가스를 배출하기 위한 가스펌핑수단(102)이 형성되어 있다.
기판지지부(200)는 복수개의 기판(W)이 안착되는 곳으로 평판 형상으로 형성되며, 기판(W)은 기판지지부(200)에 방사형으로 복수개 배치된다. 기판지지부(200)는 구동축에 결합되어 승강 및 회전가능 하도록 공정 챔버의 내부 공간에 형성된다. 따라서 공정이 진행될 때 기판지지부(200)는 가스분사장치(300)에 대향하여 평행하게 회전한다. 기판지지부(600)의 상면에는 기판이 안착되는 복수의 안착부(미도시)가 형성되어있다.
기판지지부(200)에는 방사형을 이루도록 복수개의 기판(W)이 배치될 수 있어, 복수개의 기판 각각은 후술하게 될 소스가스, 퍼지가스 및 반응가스가 분사되는 영역에 순차적으로 이동되면서 각 가스에 노출됨으로써, 각 기판(W)에 박막이 동시에 증착된다.
가스분사장치(300)는 공정가스(소스가스,퍼지가스,반응가스) 및 커튼가스를 분사하는 장치로서, 공정 챔버 내부 공간의 상부, 즉, 기판지지부(200)의 상방에 설치된다. 가스분사장치(300)는 서로 다른 가스가 유입되는 탑 플레이트(300b)와, 상기 탑 플레이트(300b)의 하부에 결합되어 복수개의 서브분사유닛을 가져 서로 다른 가스나 다른 분사량으로서 분사하는 분사판(300a)을 포함한다.
또한 가스분사장치(300)는 상기 기판지지부 상부에 위치하며 상기 가스분사장치의 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 공정가스 분사유닛을 구비한다. 상기 공정가스 분사유닛은 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛(310a), 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛(310b), 상기 분사면 중심에 위치하며 상기 원료가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛(310c)을 포함하며, 커튼가스 분사유닛(310)은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛(310a,310b)을 포함한다. 즉, 가스분사장치의 분사면(300a)은 커튼가스 분사유닛을 둘러싸며 원자층 증착용(ALD용;Atomic Layer Depositon) 소스가스, 퍼지가스 및 반응가스를 분사하는 복수개의 공정가스 분사유닛(310;310a,310b,310c)과, 적어도 두 개의 서브분사유닛(320a,320b)으로 형성되어 각 서브분사유닛별로 유량이 다른 커튼가스 또는 이종의 커튼가스를 분사하는 커튼가스 분사유닛(320)을 포함한다.
복수개의 공정가스 분사유닛(310)은, 소스가스->퍼지가스->반응가스->퍼지가스의 순서로 분사하도록, 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)의 순서로서 커튼가스 분사유닛(320)을 둘러싸며 배치된다. 각 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)이 커튼가스 분사유닛의 둘레를 따라 부채꼴 형태로 각각 형성될 수 있다.
각 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b)에는 각각 복수개의 가스분사공이 형성되어 있어, 각 유닛별로 소스가스, 퍼지가스, 반응가스를 가스분사공을 통하여 하부의 기판을 향해 분사할 수 있다.
상기 소스가스 및 반응가스는 원자층 증착 공정에 이용되는 가스로서, 소스가스로는 Zr, Si 등을 함유하는 가스가 사용될 수 있다. 반응가스로는 O2나 O3 등이 사용될 수 있다. 퍼지가스는 증착에 쓰이고 남은 공정 챔버내 기판 상에 잔존하는 소스가스 및 반응가스를 퍼지시켜 배출시키는 가스로서, 아르곤(Ar)이나 질소(N2)와 같은 불활성가스가 이용될 수 있다.
반응가스 분사유닛(310b)에는 분사되는 반응가스를 플라즈마화시키는 플라즈마 발생부(미도시)가 연결되어 있다. 반응가스가 분사되는 영역에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부가 구비되는데, 반응가스 분사영역에서 분사되는 반응가스를 플라즈마화시켜 박막 증착 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 상기 플라즈마 발생부는, RF를 이용하여 플라즈마를 여기시키는 축전결합플라즈마(CCP;Capacitively Coupled Plasma) 방식으로 구동될 수 있는데, 반응가스 분사유닛(310b)와 기판지지부(200) 사이에 RF를 인가하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
한편, 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)은 도 4에 도시한 바와 같이 커튼가스 분사유닛의 둘레를 따라 한 번 감싸며 형성될 수 있다. 또는 도 5에 도시한 바와 같이 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c), 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)의 순서와 같이 커튼가스 분사유닛(320)의 둘레를 두 번 감싸며 형성될 수 있다. 이밖에 세 번 이상 마련될 수 있음은 자명할 것이다. 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)이 커튼가스 분사유닛(320)의 둘레를 따라 복수번인 N번 마련될 경우, 기판지지부에 놓인 각 기판들은 기판지지부가 1 회전할 때마다, 소스가스->퍼지가스->반응가스->퍼지가스 순서로 N번 반복 노출된다.
한편, 가스분사장치의 중앙부에는 소스가스 분사유닛(310a) 및 반응가스 분사유닛(310b)에서 분사되는 가스들이 섞이지 않도록 커튼가스 역할을 하는 불활성가스가 분사되는 커튼가스 분사유닛(320)을 포함한다.
커튼가스 분사유닛(320)은 소스가스 분사유닛(310a) 및 반응가스 분사유닛(310b)에 각각 인접하여 분할 할당된 복수개의 서브분사유닛을 포함한다. 따라서 커튼가스 분사유닛(320)은 소스가스 분사유닛(310a)의 대향하는 위치에 배치되며 제1커튼가스를 분사하는 서브분사유닛(320a;이하, '제1서브분사유닛'이라 함)과, 반응가스 분사유닛(310b)의 대향하는 위치에 배치되며 제2커튼가스를 분사하는 서브분사유닛(320b;이하, '제2서브분사유닛'이라 함)으로 구분된다. 제1서브분사유닛(320a) 및 제2서브분사유닛(320b)에는 각각 복수개의 가스분사공이 형성되어 있다. 제1서브분사유닛(320a)은 소스가스 분사유닛(310a)에 대향하도록 위치하며, 제2서브분사유닛(320b)은 반응가스 분사유닛(310b)에 대향하도록 위치한다. 제1서브분사유닛(320a) 및 제2서브분사유닛(320b)은 소스가스 분사영역, 퍼지가스 분사영역, 반응가스 분사영역, 퍼지가스 분사영역의 순서로 적어도 한번 이상 반복 배치될 수 있다. 예컨대, 도 4 또는 도 5와 같이 반복 배치될 수 있다.
상기와 같이 커튼가스 분사유닛(320)은 적어도 두 개의 서브분사유닛(320a,320b)으로 분할되어 있기 때문에, 각 서브분사유닛별로 분사량이 다른 커튼가스를 분사할 수 있다. 각 서브분사유닛별로 분사량이 다른 커튼가스를 분사할 수 있다. 예를 들어, 커튼가스 분사유닛(320)은 각 서브분사유닛별로 서로 다른 분사량의 커튼가스를 가스분사공을 통해 하부로 분사되도록 한다. 만약, 소스가스가 반응가스보다 더 많이 분사되고 있다면, 소스가스 분사유닛(310a)에 할당된 제1서브분사유닛(320a)에는 '2'의 분사량을 가지는 아르곤가스(Ar)가 제1커튼가스로서 분사되며, 반응가스 분사유닛(310b)에 할당된 제2서브분사유닛(320b)에는 제1서브분사유닛(320a)에서 분사되는 아르곤가스보다 두 배 더 적은 분사량인 '1'분사량을 가지는 아르곤가스(Ar)가 제2커튼가스로서 분사된다. 반대로, 반응가스가 소스가스보다 더 많이 분사되고 있다면, 소스가스 분사유닛(310a)에 할당된 제1서브분사유닛(320a)에는 '1'분사량을 가지는 아르곤가스(Ar)가 제1커튼가스로서 분사되며, 반응가스 분사유닛(310b)에 할당된 제2서브분사유닛(320b)에는 제1서브분사유닛(310a)에 분사되는 아르곤가스보다 두 배 더 큰 분사량인 '2'분사량을 가지는 아르곤가스(Ar)가 제2커튼가스로서 분사되도록 구현할 수 있다. 결국, 각 서브분사유닛마다 분사량이 서로 다른 커튼가스를 분사함으로써, 소스가스 및 반응가스의 각각의 분사량에 따른 정밀한 증착 제어가 가능하게 된다. 상기와 같이 각 서브분사유닛마다 서로 다른 분사량으로 커튼가스를 분사하기 위해서는, 서브분사유닛의 면적을 달리하여 서로 다른 분사량으로 분사하거나, 서브분사유닛별로 분사압을 달리하여 분사하여 서로 다른 분사량으로 커튼가스를 분사할 수 있다.
서브분사유닛의 면적을 달리하여 다른 분사량으로 분사하는 예를 도 6에 도시하였는데, 소스가스 분사유닛(310a)에 인접한 제1서브분사유닛(320a)이 반응가스 분사유닛(310b)에 인접한 제2서브분사유닛(320b)보다 더 작은 분사 면적을 갖도록 함으로써, 제1서브분사유닛(320a)에서 분사되는 커트가스의 분사량을 더 적게 하도록 할 수 있다. 각각의 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛의 분사면적에 비례하여 분사면적이 서로 다르게 형성한다.
서브분사유닛별로 분사량을 달리하여 분사하여 서로 다른 분사량으로 분사할 수 있는데, 각 서브분사유닛(320a,320b) 마다 유량제어기(MFC;Mass Flow Controller)를 마련하여 각 서브분사유닛별로 커튼가스의 분사량을 개별 조절하도록 한다. 예컨대, 제1서브분사유닛(320a)에는 제1MFC가 구비되며, 제2서브분사유닛(320b)에는 제2MFC가 구비된다. 제어부는 제1MFC와 제2MFC를 개별 제어하여, 제1서브분사유닛(320a) 및 제2서브분사유닛(320b)에서 분사되는 커튼가스의 분사량을 각각 달리하여 개별 조절하여 제어한다.
또한 커튼가스 분사유닛(320)은 분할된 각 서브분사유닛별로 서로 다른 종류의 커튼가스를 분사하도록 구현할 수 있다. 이를 위하여 각 MFC에는 서로 다른 커튼가스를 공급하는 커튼가스 공급원이 개별 연결되는데, 제1MFC에는 커튼가스 제1공급원이 연결되어 있으며, 제2MFC에는 커튼가스 제2공급원이 연결된다. 제어부는 제1MFC와 제2MFC를 개별 제어하여, 제1서브분사유닛(320a) 및 제2서브분사유닛(320b)에서 분사되는 커튼가스의 종류를 각각 달리하여 분사하는 제어를 수행한다. 예를 들어 소스가스 분사유닛(310a)에 할당된 제1서브분사유닛(320a)에는 질소가스(N2) 또는 산소가스(O 2 ) 중 어느 하나의 가스가 제1커튼가스로서 분사되며, 반응가스 분사유닛(310b)에 할당된 제2서브분사유닛(320b)에는 아르곤가스(Ar)과 같은 제2커튼가스가 분사될 수 있다.
상기와 같이 커튼가스 분사유닛(320)의 각 서브분사유닛마다 서로 다른 종류의 커튼가스를 분사함으로써(즉, 제1커튼가스를 제2커튼가스인 아르곤가스가 아닌 질소가스를 제1커튼가스를 분사함으로써), 반응가스 분사유닛(310b)의 하부에서 발생되는 플라즈마 확산을 방지하여 다른 소스가스 분사유닛(310a)으로 침범하지 않도록 할 수 있다.
한편, 커튼가스 분사유닛(320)은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛에 각각 서브분사유닛이 인접하여 할당되도록 복수개 형성된다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 샤워헤드가 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)으로 구현된 경우, 1개의 소스가스 분사유닛(310a)과 1개의 반응가스 분사유닛(310b)이 형성되어 있기 때문에 커튼가스 분사유닛(320)을 2개의 서브분사유닛(320a,320b)으로 구획한다. 이러할 경우 커튼가스 분사유닛(320)을 이등분하여, 소스가스 분사유닛(310a)에 인접한 서브분사유닛을 제1서브분사유닛(320a)으로 결정하고, 반응가스 분사유닛(310b)에 인접한 서브분사유닛을 제2서브분사유닛(320b)으로 결정한다.
마찬가지로 도 5에 도시한 바와 같이 소스가스 분사유닛(310a), 퍼지가스 분사유닛(310c), 반응가스 분사유닛(310b), 퍼지가스 분사유닛(310c)의 순서로서 두 번 반복된 경우, 샤워헤드의 면에는 2개의 소스가스 분사유닛(310a)과 2개의 반응가스 분사유닛(31b0)이 형성되어 있기 때문에 커튼가스 분사유닛(320)을 전체 4개의 서브분사유닛으로 구획한다. 따라서 커튼가스 분사유닛(320)을 4등분하여, 각 소스가스 분사유닛(310a)에 인접한 서브분사유닛을 두 개의 제1서브분사유닛(320a)으로 각각 결정하고, 각 반응가스 분사유닛(310b)에 인접한 서브분사유닛을 두 개의 제2서브분사유닛(320b)으로 각각 결정한다.
또한, 상기 커튼가스 분사유닛(320)에서 분할된 각 서브분사유닛의 면적은 소스가스 분사유닛(310a) 및 반응가스 분사유닛(310b)의 면적에 비례하여 각각 결정된다. 예를 들어, 소스가스 분사유닛(310a)의 면적이 반응가스 분사유닛(310b)의 면적보다 더 큰 경우에는, 소스가스 분사유닛(310a)에 인접한 서브분사유닛의 면적을 반응가스 분사유닛(310b)에 인접한 서브분사유닛의 면적보다 더 크게 형성한다. 반대로, 반응가스 분사유닛(310b)의 면적이 소스가스 분사유닛(310a)의 면적보다 더 큰 경우에는, 반응가스 분사유닛(310b)에 인접한 서브분사유닛의 면적을 소스가스 분사유닛(310a)에 인접한 서브분사유닛의 면적보다 더 크게 형성한다.
한편, 커튼가스 분사유닛의 경우 각 서브분사유닛별로 분사되는 커튼가스(제1커튼가스,제2커튼가스)가 서로 섞이지 않도록 격벽이 형성될 수 있다. 도 7은 커튼가스 분사유닛에 격벽(321)이 형성된 단면도를 도시한 도면으로서, 이러한 격벽(321)은 분할된 분사영역들 상에서 기판지지부(200) 방향으로 연장되어 형성된다.
한편, 상기 설명들은 가스분사장치가 샤워헤드의 분사면으로 구현된 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 분사면 형태 이외에 분사노즐로 구현된 경우에도 적용될 수 있음은 자명할 것이다. 도 8은 가스분사장치가 분사노즐로 구현된 경우 커튼가스 분사유닛에서 분할된 서브분사유닛을 도시한 그림이다. 도 8을 참고하면, 가스분사장치의 각 분사유닛에는 가스분사공이 형성된 분사노즐이 형성되어 있음을 알 수 있다. 즉, 소스가스 분사노즐(410a), 퍼지가스 분사노즐(410c), 반응가스 분사노즐(410b), 퍼지가스 분사노즐(410c)이 커튼가스 분사유닛(320)의 둘레를 따라서 형성되어 있음을 알 수 있다. 이때, 마찬가지로 커튼가스 분사유닛(320)은 두 개의 서브분사유닛으로 구획되어, 제1서브분사유닛(320a)은 소스가스 분사노즐(410a)에 인접하며, 제2서브분사유닛(320b)은 반응가스 분사노즐(410b)에 인접하도록 구현한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 공정 챔버 200: 기판지지부
300: 가스분사장치 310a: 소스가스 분사유닛
310b: 반응가스 분사유닛 310c: 퍼지가스 분사유닛
320: 커튼가스 분사유닛 320a: 제1서브분사유닛
320b: 제2서브분사유닛

Claims (22)

  1. 기판이 안착된 기판지지부를 향해 가스를 분사하는 가스분사장치로서,
    상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하며,
    상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함하고,
    상기 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛에 각각 대향하는 위치에 배치되는 가스분사장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 사이에 가스 혼합을 방지하기 위한 퍼지가스 분사유닛을 더 포함하는 가스분사장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 분사면을 중심으로 소스가스 분사유닛, 퍼지가스 분사유닛, 반응가스 분사유닛, 퍼지가스 분사유닛의 순서로서 적어도 한번 이상 반복 배치되는 가스분사장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 서브분사유닛은,
    원료가스 분사유닛의 대향하는 위치에 배치되며 제1커튼가스를 분사하는 제1서브분사유닛과,
    상기 반응가스 분사유닛의 대향하는 위치에 배치되며 제2커튼가스를 분사하는 제2서브분사유닛을 포함하는 가스분사장치.
  6. 기판이 안착된 기판지지부를 향해 가스를 분사하는 가스분사장치로서,
    상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하며,
    상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함하고,
    각각의 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛의 분사면적에 비례하여 분사면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 서브분사유닛들 사이에는 기판지지부 방향으로 연장되는 격벽이 구비되는 가스분사장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 반응가스 분사유닛은 상기 반응가스가 분사되는 영역에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부를 더 포함하는 가스 분사 장치.
  9. 공정이 진행되는 내부 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부;
    상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판으로 가스를 분사하는 가스분사장치;를 포함하며,
    상기 가스분사장치는, 상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하고,
    상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함하며,
    상기 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛의 각각 대향하는 위치에 배치되는 기판처리장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 커튼가스 분사유닛에 공급되는 적어도 하나 이상의 커튼가스 공급원;
    상기 커튼가스의 유량을 제어하는 적어도 하나 이상의 유량제어기;
    를 포함하는 기판처리장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 사이에 가스 혼합을 방지하기 위한 퍼지가스 분사유닛을 더 포함하는 기판처리장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 분사면을 중심으로 소스가스 분사유닛, 퍼지가스 분사유닛, 반응가스 분사유닛, 퍼지가스 분사유닛의 순서로서 적어도 한번 이상 반복 배치되는 기판처리장치.
  13. 삭제
  14. 공정이 진행되는 내부 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부;
    상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판으로 가스를 분사하는 가스분사장치;를 포함하며,
    상기 가스분사장치는, 상기 기판지지부의 상부에 위치하여 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛, 상기 가스 분사 장치의 중심에 위치하며 상기 소스가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위한 커튼가스 분사유닛을 포함하고,
    상기 커튼가스 분사유닛은 적어도 두 개의 독립된 분사영역을 갖는 서브분사유닛을 포함하며,
    각각의 서브분사유닛은 소스가스 분사유닛 및 반응가스 분사유닛의 분사면적에 비례하여 분사면적이 서로 다른 서브분사유닛인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 서브분사유닛은,
    소스가스 분사유닛의 대향하는 위치에 배치되며 제1커튼가스를 분사하는 제1서브분사유닛;
    상기 반응가스 분사유닛의 대향하는 위치에 배치되며 제2커튼가스를 분사하는 제2서브분사유닛;
    을 포함하는 기판처리장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 제1커튼가스는 질소 또는 산소 가스 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 제2커튼가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  18. 청구항 15에 있어서, 상기 제1커튼가스와 제2커튼가스는 동일한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  19. 청구항 15에 있어서, 상기 제1커튼가스와 제2커튼가스는 서로 다른 분사량으로 분사되는 기판처리장치.
  20. 청구항 9에 있어서, 상기 적어도 두 개의 독립된 분사영역들 사이에는 기판지지부 방향으로 연장되는 격벽이 구비되는 기판처리장치.
  21. 청구항 9에 있어서, 상기 반응가스 분사유닛은 상기 반응가스가 분사되는 영역에 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 발생부를 더 포함하는 기판처리장치.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 상기 반응가스 분사유닛과 상기 기판지지부 사이에 RF가 인가되어 플라즈마를 발생하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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