KR102374080B1 - 가스분사장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치 - Google Patents

Abstract

가스분사장치의 일 실시예는, 디스크 형상으로 구비되는 중앙분사부; 일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 소스분사영역과 리액턴트분사영역을 구분하는 위치에 배치되며, 상기 중앙분사부에 대칭되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되는 제1퍼지가스분사노즐; 상기 소스분사영역에 배치되는 소스분사노즐; 및 상기 리액턴트분사영역에 배치되는 리액턴트분사노즐을 포함하고, 상기 중앙분사부는, 상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제1격벽이 형성되는 것일 수 있다.

Description

가스분사장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치{shower head and substrate processing apparatus including the same}

실시예는, 가스분사장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다.

반도체 제조공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 반도체를 제조하는 기판 처리공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 챔버를 포함하는 기판 처리장치에서 진행된다.

이러한 기판 처리장치는 예를 들어 화학기상 증착 방식의 장치, 원자층 증착방식의 장치 등이 있다. 한편, 챔버 내부에 기판에 증착을 진행하도록 공정가스를 분사하는 가스분사장치가 구비될 수 있다.

한편, 챔버에서는 리액턴트가스와 소스가스가 분사되는 영역을 분할하는 공간분리 방식의 증착공정이 진행될 수 있고, 이때, 각 공간은 퍼지가스에 의해 분할될 수 있다.

종래에는 챔버의 공간분할은 챔버의 상측 중앙부에 배치되는 센터 퍼지가스 분사모듈과, 이에 인접한 추가 퍼지가스분사모듈을 이용하여 이루어졌다.

그러나, 상기 센터 퍼지가스분사모듈과 상기 추가 퍼지가스분사모듈 사이에는 이격부위(gap)이 존재하였다.

이러한 이격부위를 통해 특히, 분리되어 서로다른 공간에 존재하는 서로 상이한 가스들이 유동 및 서로 혼합되고, 혼합으로 인해 서로 상이한 가스들이 반응하여 원하지 않는 파티클이 발생하고, 이러한 파티클은 챔버를 오염시키는 문제가 야기되었다.

따라서, 실시예에서는 아래와 같은 해결방안으로 상기한 문제점을 해결하고자 한다.

따라서, 실시예는, 원자층 증착 방식의 장치이고, 가스분사장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다.

실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

가스분사장치의 일 실시예는, 챔버 내부 상단에 위치하는 리드부; 상기 리드부 중앙부에 삽입되는 중앙분사부; 및 상기 중앙분사부와 결합되는 가스분사노즐을 포함하고, 상기 중앙분사부는, 상기 가스분사노즐 중 퍼지가스를 분사하는 노즐과 연결부에서 상기 가스분사노즐의 측면 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 격벽이 형성되는 것일 수 있다.

상기 가스분사노즐은, 일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 소스분사영역과 리액턴트분사영역을 구분하는 위치에 배치되며, 상기 중앙분사부에 대칭되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되는 제1퍼지가스분사노즐; 상기 소스분사영역에 배치되는 소스분사노즐; 및 상기 리액턴트분사영역에 배치되는 리액턴트분사노즐을 포함하고, 상기 격벽은, 상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸는 제1격벽을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제1퍼지가스분사노즐은 상기 중앙분사부 연결부에서 단부의 모서리가 라운딩 형상을 가지고, 상기 제1격벽은 단부가 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부와 대응되도록 모서리가 돌출되는 형상으로 구비되는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부와 상기 제1퍼지가스분사노즐의 연결부위에는 이격공간이 형성되고, 상기 이격공간은, 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 수직한 방향으로 보아, 가장자리에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향에 나란하거나 이에 근접한 방향으로 개구가 형성되는 것일 수 있다.

상기 제1퍼지가스분사노즐로부터 상기 이격공간으로 유입되는 퍼지가스의 적어도 일부는 상기 개구를 통해 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부는, 한 쌍의 상기 제1퍼지가스분사노즐이 연결되는 위치와 대응되는 위치에서 직경방향으로 복수로 배열되는 제1분사구가 형성되는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부는, 상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결되고 상기 제1격벽에 둘러싸인 부위에 상기 제1분사구와 연통되는 제2분사구가 형성되는 것일 수 있다.

가스분사장치의 일 실시예는, 상기 소스분사영역에 배치되며, 일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 제1소스분사영역과 제2소스분사영역을 구분하는 위치에 배치되는 제2퍼지가스분사노즐을 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부는, 상기 제2퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제2퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제2격벽이 형성되는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부는, 상기 제2퍼지가스분사노즐이 연결되는 위치와 대응되는 위치에서 직경방향으로 복수로 배열되는 제3분사구가 형성되고, 상기 제3분사구는, 상기 중앙분사부에 형성되는 상기 제1분사구와 만나는 위치까지 연장되는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부는, 상기 제2퍼지가스분사노즐과 연결되고 상기 제2격벽에 둘러싸인 부위에 상기 제3분사구와 연통되는 제4분사구가 형성되는 것일 수 있다.

상기 리액턴트분사노즐은, 플라즈마리액턴트를 분사하는 제1리액턴트분사노즐 및 가열된 리액턴트를 분사하는 제2리액턴트분사노즐 중 적어도 하나로 구비되는 것일 수 있다.

상기 격벽은, 상기 가스분사노즐의 단부와 대향하도록 상기 중앙분사부로부터 연장되는 제1연장부; 및 상기 제1연장부로부터 더욱 연장되고, 상기 가스분사노즐의 양측 모서리 부위를 둘러싸도록 한 쌍으로 구비되며, 내측면이 라운딩 형상을 가지는 제2연장부를 포함하는 것일 수 있다.

기판 처리장치의 일 실시예는, 챔버; 상기 챔버의 상부에 배치되는 가스분사장치; 및 상기 챔버의 하부에 상기 가스분사장치와 대향하여 배치되고, 기판이 안착하고, 회전가능하도록 구비되는 서셉터를 포함하고, 상기 가스분사장치는, 디스크 형상으로 구비되는 중앙분사부; 일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 소스분사영역과 리액턴트분사영역을 구분하는 위치에 배치되며, 상기 중앙분사부에 대칭되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되는 제1퍼지가스분사노즐; 상기 소스분사영역에 배치되는 소스분사노즐; 및 상기 리액턴트분사영역에 배치되는 리액턴트분사노즐을 포함하고, 상기 중앙분사부는, 상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제1격벽이 형성되는 것일 수 있다.

상기 중앙분사부와 상기 제1퍼지가스분사노즐의 연결부위에는 이격공간이 형성되고, 상기 이격공간은, 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 수직한 방향으로 보아, 가장자리에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향에 나란하거나 이에 근접한 개구가 형성되며, 상기 제1퍼지가스분사노즐로부터 상기 이격공간으로 유입되는 퍼지가스의 적어도 일부는 상기 개구를 통해 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하는 것일 수 있다.

실시예에서는 제1격벽이 제1퍼지가스분사노즐과 중앙분사부 사이의 이격공간에 유입된 퍼지가스가 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하도록 조절할 수 있다.

또한, 제2격벽이 제2퍼지가스분사노즐과 중앙분사부 사이의 이격공간에 유입된 퍼지가스가 제2퍼지가스분사노즐의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하도록 조절할 수 있다.

이러한 구조로 퍼지가스분사노즐과 격벽은 서로 결합됨으로써, 소스분사영역에 리액턴트가스가 유입되거나, 리액턴트분사영역에 소스가스가 유입되는 것을 효과적으로 억제하여, 소스가스와 리액턴트가스의 혼합으로 인한 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 제1연장부와 제2연장부로 형성되는 격벽은 중앙분사부와 제1퍼지가스분사노즐 사이 또는 중앙분사부와 제2퍼지가스분사노즐 사이의 이격부위 및 이격공간을 통해 소스가스 또는 리액턴트가스의 상호 혼합에 기인하는 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1은 일 실시예의 기판 처리장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예의 가스분사장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시예의 가스분사장치의 하면 중앙을 바라본 저면도이다.
도 4는 도 3의 다른 실시예를 나타낸 저면도이다.
도 5는 일 실시예의 중앙분사부를 나타낸 부분 사시도이다.
도 6은 중앙분사부와 퍼지가스분사노즐의 결합구조를 설명하기 위한 저면도이다.
도 7은 도 6의 B부분의 확대도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.

실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.

도 1은 일 실시예의 기판 처리장치를 나타낸 도면이다. 기판 처리장치는 반응 공간이 구비된 챔버(20), 상기 챔버(20) 내에 구비되어 적어도 하나의 기판(S)을 지지하는 서셉터(30)를 포함할 수 있다.

또한, 기판 처리장치는 상기 서셉터(30)와 대향되는 챔버(20) 내의 타측에 구비되어 공정가스를 분사하는 가스분사장치(10), 상기 챔버(20) 외측에 구비되어 가스분사장치(10)로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1400)를 포함할 수 있다. 또한, 기판 처리장치는 챔버(20) 내부를 배기하기 위한 배기부(1500)를 더 포함할 수 있다.

챔버(20)는 내부에 기판(S)의 증착을 위한 공간이 구비되는 통 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 챔버(20)의 내부에는 서셉터(30)와 가스분사장치(10)가 서로 대향되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 서셉터(30)가 챔버(20)의 하측에 구비되고, 가스분사장치(10)가 챔버(20)의 상측에 구비될 수 있다.

또한, 챔버(20)에는 기판(S)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(1110)가 구비될 수 있다. 그리고, 챔버(20)에는 챔버(20) 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1400)와 연결된 가스 유입구가 구비되고, 상기 가스유입구는 가스분사장치(10)와 연통될 수 있다.

이때, 공정가스는 예를 들어, 소스가스, 퍼지가스 또는 리액턴트가스일 수 있다. 따라서, 상기 가스공급부(1400)와 가스 유입구는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 소스가스, 퍼지가스 및 리액턴트가스를 분리하여 챔버 내부로 공급할 수 있도록, 각각 복수로 배치될 수 있다.

따라서, 각각의 가스 유입구를 통해 가스분사장치(10)로 공급되는 소스가스, 퍼지가스 및 리액턴트가스는 가스분사장치(10)에서 분리되어 분사됨으로써, 가스분사장치(10) 하부에는 각각의 가스가 분사되는 분사영역으로 구분될 수 있다.

또한, 챔버(20)에는 챔버(20)의 내부 압력을 조절하거나, 공정가스 기타 챔버(20) 내부의 이물질 등을 배기하기 위해, 배기구(1130)가 구비되고 배기구(1130)에 배기부(1500)가 연결될 수 있다.

예를 들어, 기판 출입구(1110)는 챔버(20)의 일 측면에 기판(S)이 출입할 수 있는 정도의 크기로 구비될 수 있고, 가스 유입구는 챔버(20)의 상부벽을 관통하여 구비될 수 있으며, 배기구(1130)는 서셉터(30)보다 낮은 위치의 챔버(20)의 측벽(1140) 또는 하부벽을 관통하여 구비될 수 있다.

서셉터(30)는 챔버(20)의 내부에 구비되어 챔버 (100) 내부로 유입되는 복수의 기판(S)이 안착된다. 이러한 서셉터(30)는 가스분사장치(10)와 대향하는 위치에 구비될 수 있다. 서셉터(30)는 상하방향으로 보아 대략 원형으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 챔버(20) 내부의 하측에 서셉터(30)가 구비되고, 챔버(20) 내부의 상단에 가스분사장치(10)가 위치할 수 있다.

서셉터(30) 하부에는 서셉터(30)를 상하로 이동시키는 지지장치(31)가 구비될 수 있다. 지지장치(31)는 서셉터(30)의 적어도 일 영역, 예를 들어 중앙부를 지지하도록 구비되고, 서셉터(30) 상에 기판(S)이 안착되면 서셉터(30)를 가스분사장치(10)와 근접하도록 이동시킨다.

또한, 상기 지지장치(31)는 상기 서셉터(30)을 회전시킬 수 있다. 지지장치(31)의 회전에 따라, 상기 서셉터(30) 및 서셉터에 안착되는 기판(S)은 회전할 수 있다.

또한, 서셉터(30)에는 가열부(미도시)가 장착될 수 있다. 상기 가열부는 정해진 온도로 발열하여 기판(S)을 가열함으로써 박막 증착 공정이 기판(S) 상에서 용이하게 실시되도록 할 수 있다.

가스분사장치(10)는 챔버(20) 내부의 상단에 위치하여 서셉터(30) 상에 안치된 기판(S)을 향해 공정가스를 분사한다.

가스 공급부(1400)는 복수의 공정가스를 각각 공급하는 가스 공급원(1410), 가스 공급원(1410)으로부터 공정가스를 챔버(20) 내부로 공급하는 가스 공급관(1420)을 포함할 수 있다. 공정가스는 상기한 바와 같이, 소스가스, 퍼지가스, 리액턴트가스 등을 포함할 수 있다.

배기부(1500)는 배기장치(1510)와 챔버(20)의 배기구(1130)와 연결된 배기관(1520)을 포함할 수 있다. 배기장치(1510)는 진공 펌프 등이 사용될 수 있으며, 이에 따라 챔버(20) 내부를 진공에 가까운 압력, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성될 수 있다.

배기부(1500)를 작동하여, 챔버(20) 내부가 원하는 압력으로 유지되도록 제어할 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 기판 처리장치에는 RF전원, 임피던스 매칭박스(I.M.B (Impedance Matching Box))를 구비하는 RF 전력공급부가 더 포함될 수 있다. RF 전력공급부는 가스분사장치(10)를 플라즈마 전극으로 사용하여 공정가스에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

이를 위해 가스분사장치(10)에는 RF전력을 공급하는 상기 RF전원이 연결되고, 가스분사장치(10)와 RF전원 사이에는 최대 전력이 인가될 수 있도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭박스가 위치할 수 있다.

도 2는 일 실시예의 가스분사장치(10)를 나타낸 사시도이다. 도 3은 일 실시예의 가스분사장치(10)의 하면 중앙을 바라본 저면도이다. 도 3에서는 명확한 설명을 위해 기판(S)의 배치상태를 은선(hidden line)으로 표시하였다.

실시예의 기판 처리장치는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)장치일 수 있다. 원자층 증착장치는 기판(S)에 소스(source)를 증착시키는 단계, 기판(S)을 퍼지하는 단계 및 기판(S)에 리액턴트(reactant)를 증착시키는 단계가 순차적으로 진행되어 기판(S)에 박막을 증착시키는 장치이다.

원자층 증착장치는, 상기 각 단계를 효율적이고, 신속하게 진행하기 위해, 챔버(20) 내부의 공간을 분할하여 분할된 각각의 공간에서 상기 각 단계를 순차적으로 진행할 수 있다.

이때, 기판(S)은 서셉터(30)의 회전에 따라 회전하여 분할된 각각의 공간을 순차적으로 거치면서, 기판(S) 상에 박막이 증착될 수 있다.

도 3을 참조하면, 실시예의 가스분사장치(10)는 중앙분사부(100) 및 가스분사노즐을 포함할 수 있다. 이때, 상기 가스분사노즐은, 예를 들어, 제1퍼지가스분사노즐(200), 소스분사노즐(300) 및 리액턴트분사노즐(400)을 포함할 수 있다.

가스분사노즐의 구체적인 구조는 도면을 참조하여 하기에 설명한다. 상기 각 구성들은 가스분사장치(10)의 바디(body)를 형성하고, 챔버 내부 상단에 위치하는 리드부(11)에 결합하여 구비될 수 있다.

중앙분사부(100)는 리드부(11) 중앙부에 삽입되어 배치되고, 제1퍼지가스분사노즐(200), 소스분사노즐(300) 및 리액턴트분사노즐(400)은 그 길이방향이 리드부(11)의 직경방향으로 배치될 수 있다. 이때, 리드부(11)은 플라즈마 전극으로 사용될 수 있다.

중앙분사부(100)는 디스크 형상으로 구비되고, 가스분사장치(10)의 중앙에 배치될 수 있다. 제1퍼지가스분사노즐(200)은 일단이 상기 중앙분사부(100)와 연결되고, 소스분사영역(SR)과 리액턴트분사영역(RR)을 구분하는 위치에 배치되며, 상기 중앙분사부(100)에 대칭되도록 배치되는 한 쌍으로 구비될 수 있다.

제1퍼지가스분사노즐(200)은 챔버(20)의 하부방향으로 퍼지가스를 분사하는 복수의 분사홀(IH)(도 6 참조)이 구비될 수 있다. 따라서, 제1퍼지가스분사노즐(200)은 외부의 저장 및 공급장치로부터 공급되는 퍼지가스를 챔버(20)의 하부로 분사할 수 있다.

도시되지는 않았으나, 제1퍼지가스분사노즐(200)의 상기 중앙분사부(100) 측의 단부에는 통공이 형성될 수 있다. 상기 통공은 중앙분사부(100)에 형성되는 제2분사구(130)(도 5 참조)와 연통되고, 따라서, 제1퍼지가스분사노즐(200) 내부로 유입되는 퍼지가스의 일부는 상기 통공 및 상기 제2분사구(130)를 통해 상기 중앙분사부(100)로 내부로 유입될 수 있다.

한편, 상기 중앙분사부(100)에는 제1분사구(120)가 형성될 수 있다. 상기 제1분사구(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙분사부(100)에서 한 쌍의 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)이 연결되는 위치와 대응되는 위치에서 직경방향으로 복수로 배열되고, 제2분사구(130)와 연통될 수 있다.

이러한 구조로 인해 제1퍼지가스분사노즐(200) 내부로 유입되는 퍼지가스는 제1퍼지가스분사노즐(200)과 제1분사구(120)를 통해 챔버(20)의 하부로 분사되고, 가스분사장치(10)의 직경방항으로 분사될 수 있다.

따라서, 제1퍼지가스분사노즐(200)과 제1분사구(120)를 통해 분사되는 퍼지가스는 유체막을 형성하여 소스분사영역(SR)과 리액턴트분사영역(RR)을 구분하여 소스가스와 리액턴트가스가 서로 혼합되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 퍼지가스는 기판(S)에 소스 증착 후, 또는 기판(S)에 리액턴트 증착 후에 상기 기판(S)에 이물질, 여분의 소스 또는 여분의 리액턴트를 제거하는 퍼지공정을 진행할 수 있다. 따라서, 상기 퍼지가스가 분사되는 영역은 퍼지영역이 될 수 있다.

소스분사노즐(300)은 상기 소스분사영역(SR)에 배치되고, 외부의 저장 및 공급장치로부터 공급되는 소스가스를 챔버(20)의 하부로 분사할 수 있다.

리액턴트분사노즐(400)은 상기 리액턴트분사영역(RR)에 배치되고, 외부의 저장 및 공급장치로부터 공급되는 리액턴트가스를 챔버(20)의 하부로 분사할 수 있다.

이때, 상기 리액턴트분사노즐(400)은 플라즈마리액턴트를 분사하는 제1리액턴트분사노즐(410) 및 가열된 리액턴트를 분사하는 제2리액턴트분사노즐(420) 중 적어도 하나로 구비될 수 있다.

상기 플라즈마리액턴트는 플라즈마에 의해 이온화된 리액턴트를 의미하고, 가열된 리액턴트는 이온화되지 않은 상태로 가열된 리액턴트를 의미할 수 있다.

이러한 구조로 인해, 기판(S)은 회전하면서, 소스분사영역(SR), 퍼지영역, 리액턴트분사영역(RR) 및 퍼지영역을 순차적으로 통과할 수 있다. 따라서, 기판 처리장치에서는, 기판(S)에 소스증착, 퍼지 및 리액턴트증착을 순차적이고 반복적으로 진행하여 원자층 증착공정을 완료할 수 있다.

도 4는 도 3의 다른 실시예를 나타낸 저면도이다. 도 3의 실시예에서는, 제2퍼지가스분사노즐(500)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2퍼지가스분사노즐(500)은 상기 소스분사영역(SR)에 배치되며, 일단이 상기 중앙분사부(100)와 연결되고, 제1소스분사영역(SR1)과 제2소스분사영역(SR2)을 구분하는 위치에 배치될 수 있다.

제2퍼지가스분사노즐(500)은 챔버(20)의 하부방향으로 퍼지가스를 분사하는 복수의 분사홀(IH)(도 6 참조)이 구비될 수 있다. 따라서, 제2퍼지가스분사노즐(500)은 외부의 저장 및 공급장치로부터 공급되는 퍼지가스를 챔버(20)의 하부로 분사할 수 있다.

도시되지는 않았으나, 제2퍼지가스분사노즐(500)의 상기 중앙분사부(100) 측의 단부에는 통공이 형성될 수 있다. 상기 통공은 중앙분사부(100)에 형성되는 제4분사구(160)(도 5 참조)와 연통되고, 따라서, 제2퍼지가스분사노즐(500) 내부로 유입되는 퍼지가스의 일부는 상기 통공 및 상기 제4분사구(160)를 통해 상기 중앙분사부(100)로 내부로 유입될 수 있다.

한편, 상기 중앙분사부(100)에는 제3분사구(150)가 형성될 수 있다. 상기 제3분사구(150)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙분사부(100)에서 상기 제2퍼지가스분사노즐(500)이 연결되는 위치와 대응되는 위치에서 직경방향으로 복수로 배열되고, 제4분사구(160)와 연통될 수 있다.

이때, 상기 제3분사구(150)는 상기 중앙분사부(100)에 형성되는 상기 제1분사구(120)와 만나는 위치까지 연장되도록 형성될 수 있다.

이러한 구조로 인해 제2퍼지가스분사노즐(500) 내부로 유입되는 퍼지가스는 제2퍼지가스분사노즐(500)과 제3분사구(150)를 통해 챔버(20)의 하부로 분사되고, 가스분사장치(10)의 직경방항으로 분사될 수 있다.

따라서, 제2퍼지가스분사노즐(500)과 제3분사구(150)를 통해 분사되는 퍼지가스는 유체막을 형성하여 제1소스분사영역(SR1)과 제2소스분사영역(SR2)을 구분할 수 있다.

이때, 제1소스분사영역(SR1)에는 제1소스분사노즐(310)이 배치되고, 제2소스분사영역(SR2)에는 제2소스분사노즐(320)이 배치되고, 제1소스분사노즐(310)과 제2소스분사노즐(320)에서 각각 분사되는 제1소스가스와 제2소스가스는 서로 다른 소스물질을 포함할 수 있다.

따라서, 상기 퍼지가스는 제1소스분사노즐(310)과 제2소스분사노즐(320) 각각에서 분사되고 서로 다른 소스물질을 포함하는 제1소스가스와 제2소스가스가 서로 혼합되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 퍼지가스는 기판(S)에 제1소스 증착 후에 상기 기판(S)에 이물질 또는 여분의 제1소스를 제거하는 퍼지공정을 진행할 수 있다.

이러한 구조로 인해, 기판(S)은 회전하면서, 제1소스분사영역(SR1), 퍼지영역, 제2소스분사영역(SR2), 퍼지영역, 리액턴트분사영역(RR) 및 퍼지영역을 순차적으로 통과할 수 있다. 따라서, 기판 처리장치에서는, 기판(S)에 제1소스증착, 퍼지, 제2소스증착, 퍼지 및 리액턴트증착을 순차적이고 반복적으로 진행하여 원자층 증착공정을 완료할 수 있다.

마찬가지로, 다른 실시예로, 기판 처리장치에서 상기 소스분사영역은 3이상의 영역으로 구분되고, 상기 리액턴트분사영역(RR)은 2이상의 영역으로 구분되도록 구비될 수 있다.

이러한 구조의 기판 처리장치는 복수의 서로다른 소스를 순차적으로 기판(S)에 증착하는 공정과, 복수의 서로다른 리액턴트를 순차적으로 기판(S)에 증착하는 공정을 진행할 수 있다.

한편, 중앙분사부(100)는 제1퍼지가스분사노즐(200) 또는 제2퍼지가스분사노즐(500)의 연결부에서 퍼지가스분사노즐과 중앙분사부(100) 사이에 이격부위가 형성될 수 있다. 이러한 이격부위는 가스분사장치(10)의 설계 또는 조립시 발생하는 공차에 기인할 수 있다.

상기 이격부위로 퍼지가스는 유출될 수 있고, 상기 이격부위는 퍼지가스분사노즐의 길이방향과 대략적으로 수직한 방향으로 형성될 수 있다.

따라서, 퍼지가스는 상기 이격부위를 통해 퍼지가스분사노즐의 길이방향과 수직한 방향으로 유동할 수 있다.

퍼지가스의 상기 방향으로 유동은 퍼지가스가 형성하는 유체막의 적어도 일부를 파괴할 수 있고, 유체막의 파괴로 인해 유체막에 의해 공간적으로 분리된 위치에 존재하는 소스가스와 리액턴트가스, 또는 서로다른 소스물질을 포함하는 제1소스가스와 제2소스가스가 서로 혼합되는 양이 증가할 수 있다.

이러한 가스들 사이의 혼합으로 인해 증착되는 박막의 질이 저하되고, 결국 증착된 기판(S)의 품질저하를 발생시키는 원인이 될 수 있다.

따라서, 실시예에서는 퍼지가스가 상기 이격부위를 통해 퍼지가스분사노즐의 길이방향과 수직한 방향으로 유동하여 유체막을 파괴하는 것을 효과적으로 억제하는 구조를 가진다.

도 5는 일 실시예의 중앙분사부(100)를 나타낸 부분 사시도이다. 도 6은 중앙분사부(100)와 퍼지가스분사노즐의 결합구조를 설명하기 위한 저면도이다. 도 7은 도 6의 B부분의 확대도이다. 도 6 및 도 7에서 화살표는 퍼지가스의 유동을 나타낸다.

실시예에서, 중앙분사부(100)은 격벽을 포함할 수 있다. 상기 격벽은 중앙분사부(100) 중 퍼지가스를 분사하는 노즐, 예를 들어 제1퍼지가스분사노즐(200) 또는 제2퍼지가스분사노즐(500)과 연결부에 형성될 수 있다. 이때, 격벽은 상기 가스분사노즐의 측면 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출될 수 있고, 제1격벽(110) 및 제2격벽(140)으로 구비될 수 있다.

실시예에서, 제1격벽(110)과 제2격벽(140), 제2분사구(130)와 제4분사구(160), 제1분사구(120)와 제3분사구(150), 제1퍼지가스분사노즐(200)과 제2퍼지가스분사노즐(500) 등은 동일 또는 유사한 형상을 가지므로, 명확한 설명을 위하여 도 5 내지 도 7에 함께 표기하여 설명한다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 상기 중앙분사부(100)는, 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)과 연결부에서 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)의 측면 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제1격벽(110)이 형성될 수 있다.

상기 중앙분사부(100)는 상기 제2퍼지가스분사노즐(500)과 연결부에서 상기 제2퍼지가스분사노즐(500)의 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제2격벽(140)이 형성될 수 있다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 중앙분사부(100)는, 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)과 연결되고 상기 제1격벽(110)에 둘러싸인 부위에 상기 제1분사구(120)와 연통되는 제2분사구(130)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 중앙분사부(100)는 상기 제2퍼지가스분사노즐(500)과 연결되고 상기 제2격벽(140)에 둘러싸인 부위에 상기 제3분사구(150)와 연통되는 제4분사구(160)가 형성될 수 있다.

상기 제1퍼지가스분사노즐(200)은 상기 중앙분사부(100) 연결부에서 단부의 모서리가 라운딩 형상을 가지고, 상기 제1격벽(110)은 단부가 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)의 단부와 대응되도록 모서리가 돌출되는 형상으로 구비될 수 있다.

상기 중앙분사부(100)와 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)의 연결부위에는 이격공간(SP)이 형성될 수 있다. 이러한 이격공간(SP)은 가스분사장치(10)의 설계 또는 조립시 발생하는 공차에 기인할 수 있다.

상기 이격공간(SP)은 상기 중앙분사부(100)와 상기 제1퍼지가스분사노즐(200) 사이에서 예를 들어, 폭이 약 0.5mm 정도로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 6을 참조하면, 상기 격벽(110, 140)은 제1연장부(101a) 및 제2연장부(101b)를 포함할 수 있다.

제1연장부(101a)는 상기 제1퍼지가스분사노즐(200) 또는 제1퍼지가스분사노즐(500)의 단부와 대향하도록 상기 중앙분사부로부터 연장되도록 형성될 수 있다. 제2연장부(101b)는 제1연장부(101a)로부터 더욱 연장되고, 상기 가스분사노즐의 양측 모서리 부위를 둘러싸도록 한 쌍으로 구비되며, 내측면이 라운딩 형상을 가질 수 있다.

제1연장부(101a)는 제1 및 제2퍼지가스분사노즐(200, 500)과 중앙분사부(100) 사이의 이격부위를 메움으로써, 상기 이격부위를 통해 소스가스 또는 리액턴트가스가 서로 섞이는 것을 억제할 수 있다.

제2연장부(101b)는 퍼지가스의 유동방향을 변경하여, 퍼지가스가 소스가스 또는 리액턴트가스가 서로 섞이는 것을 억제할 수 있다. 이하에서 보다 자세하게 설명한다.

도 7을 참조하면, 상기 이격공간(SP)은, 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향과 수직한 방향으로 보아, 가장자리에서 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향에 나란하거나 이에 근접한 방향으로 개구(OP)가 형성될 수 있다.

따라서, 제1퍼지가스분사노즐(200)의 단부에 형성되는 통공을 통해 상기 이격공간(SP)으로 유입되는 퍼지가스는 일부는 제2분사구(130)를 통해 중앙분사부(100) 내부로 유입되고, 나머지는 중앙분사부(100) 내부로 유입되지 않고, 챔버(20)의 내부공간에 바로 분사될 수 있다.

퍼지가스가 이격공간(SP)에서 바로 챔버(20)의 내부공간으로 유입되는 경우는 두가지이다. 하나는 퍼지가스가 이격공간(SP)에서 기판(S)이 배치되는 챔버(20) 하부방향으로 분사되는 경우로, 이러한 경우에는 퍼지가스가 형성하는 상기 유체막을 파괴하는 역할을 거의 하지 않는다.

다른 하나는, 퍼지가스가 상기 개구(OP)를 통해 챔버(20)의 측방향으로 분사되는 경우이다. 이 경우, 개구(OP)가 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향과 수직하거나 이에 근접한 방향으로 배치된다면 퍼지가스가 형성하는 상기 유체막을 파괴할 수 있다.

그러나, 실시예에서는 제1격벽(110)을 중앙분사부(100)에 형성함으로써, 챔버(20)의 측방향으로 분사되는 퍼지가스의 방향을 퍼지가스의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향이 되도록 조절할 수 있다.

즉, 챔버(20)의 상하방향으로 보아 제1퍼지가스분사노즐(200)의 단부는 라운딩형상을 가지고, 제1격벽(110)은 제1퍼지가스분사노즐(200)의 단부는 라운딩형상과 대응되는 내측 형상을 가지도록 돌출되고, 제1퍼지가스분사노즐(200)의 단부 양측에 한 쌍으로 구비될 수 있다.

이러한 구조로 인해, 상기 이격공간(SP)은 챔버(20)의 상하방향으로 보아 U자 형상을 가지고, 퍼지가스가 분사되는 개구(OP)는 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향에 나란하거나 이에 근접한 방향으로 배치될 수 있다.

따라서, 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)로부터 상기 이격공간(SP)으로 유입되는 퍼지가스의 적어도 일부는 상기 개구(OP)를 통해 상기 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동할 수 있다.

상기 개구(OP)를 통해 챔버(20) 내부로 분사되는 퍼지가스는 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 계속 유동하므로, 상기 유체막으로 역할을 하고, 상기 유체막을 파괴하는 원인이 되지는 않는다.

결국, 실시예의 상기한 구조로 인해, 이격공간(SP)으로 유입된 퍼지가스는 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향과 수직하거나 이에 근접한 방향으로 유동하지 않으므로, 퍼지가스가 퍼지가스에 의해 형성되는 유체막을 파괴하는 현상은 현저히 억제될 수 있다.

또한, 이격공간(SP)으로 유입된 퍼지가스는 상기 이격공간(SP)으로 소스가스 또는 리액턴트가스의 유입을 억제함으로써, 소스가스 또는 리액턴트가스가 서로 섞이는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 상기 제1격벽(110)에 대해 상기한 구조와 역할은 제2격벽(140)에 그대로 적용될 수 있으므로, 중복설명은 생략한다.

실시예에서는 제1격벽(110)이 제1퍼지가스분사노즐(200)과 중앙분사부(100) 사이의 이격공간(SP)에 유입된 퍼지가스가 제1퍼지가스분사노즐(200)의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하도록 조절하여, 퍼지가스가 형성하는 유체막을 퍼지가스가 파괴하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 제2격벽(140)이 제2퍼지가스분사노즐(500)과 중앙분사부(100) 사이의 이격공간(SP)에 유입된 퍼지가스가 제2퍼지가스분사노즐(500)의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하도록 조절하여, 퍼지가스가 형성하는 유체막을 퍼지가스가 파괴하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 퍼지가스가 소스분사영역(SR) 또는 리액턴트분사영역(RR)으로 깊이 침투하여, 기판(S)에 소스 또는 리액턴트 증착효율을 저하시키는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 제1연장부(101a)와 제2연장부(101b)로 형성되는 격벽은 중앙분사부(100)와 제1퍼지가스분사노즐(200) 사이 또는 중앙분사부(100)와 제2퍼지가스분사노즐(500) 사이의 이격부위 및 이격공간(SP)를 통해 소스가스 또는 리액턴트가스의 상호 혼합에 기인하는 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.

100: 중앙분사부
110: 제1격벽
120: 제1분사구
130: 제2분사구
140: 제2격벽
150: 제3분사구
160: 제4분사구
200: 제1퍼지가스분사노즐
300: 소스분사노즐
310: 제1소스분사노즐
320: 제2소스분사노즐
400: 리액턴트분사노즐
410: 제1리액턴트분사노즐
420: 제2리액턴트분사노즐
500: 제2퍼지가스분사노즐

Claims (15)

1. 챔버 내부 상단에 위치하는 리드부;
   상기 리드부 중앙부에 삽입되는 중앙분사부; 및
   상기 중앙분사부와 결합되는 복수의 가스분사노즐
   을 포함하고,
   상기 중앙분사부는,
   상기 가스분사노즐 중 퍼지가스를 분사하는 노즐과 연결부에서 상기 퍼지가스를 분사하는 노즐의 측면 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 격벽이 형성되는 가스분사장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스분사노즐은,
   일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 소스분사영역과 리액턴트분사영역을 구분하는 위치에 배치되며, 상기 중앙분사부에 대칭되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되는 제1퍼지가스분사노즐;
   상기 소스분사영역에 배치되는 소스분사노즐; 및
   상기 리액턴트분사영역에 배치되는 리액턴트분사노즐
   을 포함하고,
   상기 격벽은,
   상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸는 제1격벽을 포함하는 가스분사장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1퍼지가스분사노즐은 상기 중앙분사부 연결부에서 단부의 모서리가 라운딩 형상을 가지고,
   상기 제1격벽은 단부가 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부와 대응되도록 모서리가 돌출되는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 중앙분사부와 상기 제1퍼지가스분사노즐의 연결부위에는 이격공간이 형성되고,
   상기 이격공간은,
   상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 수직한 방향으로 보아, 가장자리에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향에 나란하거나 이에 근접한 방향으로 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1퍼지가스분사노즐로부터 상기 이격공간으로 유입되는 퍼지가스의 적어도 일부는 상기 개구를 통해 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 중앙분사부는,
   한 쌍의 상기 제1퍼지가스분사노즐이 연결되는 위치와 대응되는 위치에서 직경방향으로 복수로 배열되는 제1분사구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 중앙분사부는,
   상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결되고 상기 제1격벽에 둘러싸인 부위에 상기 제1분사구와 연통되는 제2분사구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 소스분사영역에 배치되며, 일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 제1소스분사영역과 제2소스분사영역을 구분하는 위치에 배치되는 제2퍼지가스분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 중앙분사부는,
   상기 제2퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제2퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제2격벽이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 중앙분사부는,
    상기 제2퍼지가스분사노즐이 연결되는 위치와 대응되는 위치에서 직경방향으로 복수로 배열되는 제3분사구가 형성되고,
    상기 제3분사구는,
    상기 중앙분사부에 형성되는 상기 제1분사구와 만나는 위치까지 연장되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 중앙분사부는,
    상기 제2퍼지가스분사노즐과 연결되고 상기 제2격벽에 둘러싸인 부위에 상기 제3분사구와 연통되는 제4분사구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
12. 제2항에 있어서,
    상기 리액턴트분사노즐은,
    플라즈마리액턴트를 분사하는 제1리액턴트분사노즐 및 가열된 리액턴트를 분사하는 제2리액턴트분사노즐 중 적어도 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 가스분사노즐의 단부와 대향하도록 상기 중앙분사부로부터 연장되는 제1연장부; 및
    상기 제1연장부로부터 더욱 연장되고, 상기 가스분사노즐의 양측 모서리 부위를 둘러싸도록 한 쌍으로 구비되며, 내측면이 라운딩 형상을 가지는 제2연장부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
14. 챔버;
    상기 챔버의 상부에 배치되는 가스분사장치; 및
    상기 챔버의 하부에 상기 가스분사장치와 대향하여 배치되고, 기판이 안착하고, 회전가능하도록 구비되는 서셉터
    를 포함하고,
    상기 가스분사장치는,
    디스크 형상으로 구비되는 중앙분사부;
    일단이 상기 중앙분사부와 연결되고, 소스분사영역과 리액턴트분사영역을 구분하는 위치에 배치되며, 상기 중앙분사부에 대칭되도록 배치되는 한 쌍으로 구비되는 제1퍼지가스분사노즐;
    상기 소스분사영역에 배치되는 소스분사노즐; 및
    상기 리액턴트분사영역에 배치되는 리액턴트분사노즐
    을 포함하고,
    상기 중앙분사부는,
    상기 제1퍼지가스분사노즐과 연결부에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 단부를 둘러싸도록 직경방향으로 돌출되는 제1격벽이 형성되는 기판 처리장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 중앙분사부와 상기 제1퍼지가스분사노즐의 연결부위에는 이격공간이 형성되고,
    상기 이격공간은,
    상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 수직한 방향으로 보아, 가장자리에서 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향에 나란하거나 이에 근접한 개구가 형성되며,
    상기 제1퍼지가스분사노즐로부터 상기 이격공간으로 유입되는 퍼지가스의 적어도 일부는 상기 개구를 통해 상기 제1퍼지가스분사노즐의 길이방향과 나란하거나 이에 근접한 방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.

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