KR102462931B1 - 가스 공급 유닛 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판에 대해 공정을 처리하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 배치되고, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 홀들을 갖는 가스 공급부를 포함하는 가스 공급 유닛 그리고 상기 공정 가스를 배출하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 가스 공급부는 가스 공급 영역 및 상기 가스 공급 영역과 상기 배기 유닛 사이에 배치되는 가스 확산 영역을 포함하되, 상기 가스 공급 홀들은, 상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역 중 상기 가스 공급 영역에 배치된다.

Description

가스 공급 유닛 및 기판 처리 장치{Gas Supply Unit and Substrate Treating Apparatus}
본 발명은 가스 공급 유닛 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상으로 공정 가스를 공급하여 박막을 증착하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 증착 공정, 사진 공정, 그리고 세정 공정 등과 같은 다수의 공정들이 요구된다. 이러한 공정들 중에서 증착 공정은 기판 상에 물질 막을 형성하는 공정으로, 증착 방법으로는 화학적 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 방법, 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 방법 등이 사용되고 있다.
본 발명은 기판 상에 균일한 박막 증착이 가능한 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판에 대해 공정을 처리하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 배치되고, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 홀들을 갖는 가스 공급부를 포함하는 가스 공급 유닛 그리고 상기 공정 가스를 배출하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 가스 공급부는 가스 공급 영역 및 상기 가스 공급 영역과 상기 배기 유닛 사이에 배치되는 가스 확산 영역을 포함하되, 상기 가스 공급 홀들은, 상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역 중 상기 가스 공급 영역에 배치된다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급부는, 상기 지지 유닛 상에 지지된 상기 기판과 중첩될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급부의 크기는 상기 기판의 크기와 대응될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 확산 영역의 표면은 평평(flat)할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 영역은 복수 개로 제공되고, 상기 가스 확산 영역은, 상기 복수 개의 가스 공급 영역들 사이에 배치되는 제 2 가스 확산 영역을 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 배기 유닛은 상기 가스 공급 유닛의 외부에 배치되는 제 1 배기부 및 상기 가스 공급 유닛의 내부에 배치되는 제 2 배기부를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은, 그 표면으로부터 리세스된 리세스부를 더 포함하고, 상기 제 2 배기부는 상기 리세스부일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부 및 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부를 포함하되, 상기 리세스 부는, 상기 제 1 가스 공급부 및 상기 제 2 가스 공급부 사이에 배치 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제 2 배기부의 압력은, 상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역의 압력들보다 낮을 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 배기 유닛은, 상기 가스 공급 유닛의 외부에 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 배기 유닛은, 상기 가스 공급 유닛의 내부에 배치될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판에 대해 공정을 처리하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 배치되고, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 가스 공급 유닛 그리고 상기 공정 가스를 배출하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 가스 공급부는 상기 기판 상으로 상기 공정 가스를 공급하는 가스 공급 영역들 및 상기 공정 가스가 상기 기판 상으로 확산되는 공간을 제공하는 가스 확산 영역들을 포함하되, 상기 가스 확산 영역은 상기 가스 공급 영역과 상기 배기 유닛 사이에 배치되는 제 1 가스 확산 영역 및 상기 가스 공급 영역들 사이에 배치되는 제 2 가스 확산 영역을 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 영역은 상기 공정 가스를 공급하는 가스 공급 홀들을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 확산 영역의 표면은 평평(flat)할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급부는, 상기 지지 유닛 상에 지지된 상기 기판과 중첩될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급부의 크기는 상기 기판의 크기와 대응될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 배기 유닛은 상기 가스 공급 유닛의 외부에 배치되는 제 1 배기부 및 상기 가스 공급 유닛의 내부에 배치되는 제 2 배기부를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역보다 리세스된 리세스 부를 더 포함하고, 상기 제 2 배기부는 상기 리세스 부일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부 및 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부를 포함하되, 상기 리세스 부는, 상기 제 1 가스 공급부 및 상기 제 2 가스 공급부 사이에 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 가스 공급부를 복수 개 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 샤워 헤드는, 베이스 및 상기 베이스에서 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하되, 상기 가스 공급부는 제 1 압력을 갖는 제 1 영역, 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력을 갖는 제 2 영역 그리고 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 배치된 제 3 영역을 포함하되, 상기 가스를 공급하는 가스 공급 홀들은 상기 제 1 영역에 형성되고, 상기 제 3 영역은 그 표면이 평평(flat)하다.
일 예에 따르면, 상기 제 2 영역은, 상기 베이스의 표면으로부터 리세스될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 제 1 영역들을 복수 개 포함하고, 상기 제 3 영역은 상기 복수 개의 제 1 영역들 사이로 연장될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 가스 공급 영역과 배기 유닛 간의 공정 가스가 확산되는 공간을 확보함으로써, 공정 가스의 공급과 동시에 일어나는 압력차에 의한 배기 영역으로의 즉각적인 공정 가스 유출을 방지하고, 기판의 전 영역 상으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 따라서, 공정 가스 손실량을 줄일 수 있고, 기판 상에 균일한 박막을 증착시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 지지 유닛을 보여주는 도면이다.
도 3a는 도 1의 가스 공급 유닛 및 배기 유닛을 보여주는 도면이다.
도 3b는 도 3a의 A의 확대도이다.
도 4a는 일반적인 가스 공급부를 보여주는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 5a는 도 2a의 가스 공급부를 보여주는 도면이고, 도 5b는 도 5a의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급부를 보여주는 도면이고, 도 6b 및 6c는 각각 도 6a의 Ⅲ-Ⅲ' 및 Ⅳ-Ⅳ'에 따른 단면도들이다.
도 7은 도 6a의 가스 공급부를 이용하여 기판 상에 공정 가스를 공급할 때, 기판 상의 박막 증착률을 비교하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부를 보여주는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부를 보여주는 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부를 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 지지 유닛(20)을 보여주는 도면이다. 도 3a는 도 1의 가스 공급 유닛(30) 및 배기 유닛(40)을 보여주는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 A의 확대도이다.
도 1을 참조하여, 기판 처리 장치(1)는 공정 챔버(10), 지지 유닛(20), 가스 공급 유닛(30), 배기 유닛(40), 그리고 가열 유닛(50)을 포함한다. 기판 처리 장치(1)는 기판(W)에 공정 가스를 공급하여, 기판(W)에 대한 공정을 처리할 수 있다. 예를 들어, 기판 처리 장치(1)는 기판(W) 상에 박막을 증착하는 공정을 처리할 수 있다. 특히, 기판 처리 장치(1)는 원자층 증착(ALD:Atomic layer deposition) 장치일 수 있다. 기판 처리 장치(1)는 공간 분할 방식의 원자층 증착 장치일 수 있다. 기판(W)은 반도체 웨이퍼일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여, 기판 처리 장치(1)를 보다 상세하게 설명한다.
공정 챔버(10)는 기판(W)에 대해 공정을 진행하는 내부 공간(11)을 제공한다. 공정 챔버(10)는 서로 결합되어 내부 공간(11)을 제공하는 제 1 챔버(12) 및 제 2 챔버(14)를 가질 수 있다. 일 예로, 도 1과 같이, 제 1 챔버(12)는 상부 챔버(12)이고, 제 2 챔버(14)는 하부 챔버(14)일 수 있다. 공정 챔버(10)가 기판(W)에 대해 공정을 수행하는 동안, 내부 공간(11)은 진공으로 유지될 수 있다. 도시되지 않았지만, 내부 공간(11)을 진공으로 유지하기 위한 진공 펌프(미도시)가 제공될 수 있다. 또한, 공정 챔버(10)는 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14)를 밀봉하기 위한 밀봉(sealing) 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
지지 유닛(20)은 서셉터(22) 및 지지축(24)을 포함할 수 있다. 지지 유닛(20)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 일 예로, 서셉터(22)는 기판(W)을 지지하는 안착부(23)를 포함할 수 있다. 안착부(23)는 기판(W)과 대응되는 크기로 제공될 수 있다. 서셉터(22)의 표면으로부터 함몰된(denoted) 구조일 수 있다. 기판(W)은 안착부(23)에 안착될 수 있다. 안착부(23)는 복수 개로 제공될 수 있다. 도 2를 참조하면, 서셉터(22)는 원주 방향을 따라 배열된 복수 개의 안착부들(23)을 가질 수 있다. 지지축(24)은 서셉터(22)에 결합될 수 있다. 지지축(24)은 서셉터(22)를 지지하고, 서셉터(22)를 회전시킬 수 있다. 기판(W)은 공정 진행 상황에 따라, 지지축(24)의 회전에 의해, 후술하는 복수 개의 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d) 중 특정 가스 공급부 아래에 배치될 수 있다.
가스 공급 유닛(30)은 지지 유닛(20)의 상부(over)에 배치된다. 가스 공급 유닛(30)은 샤워 헤드(shower head)일 수 있다. 가스 공급 유닛(30)은 베이스(32) 및 가스 공급부(34)를 포함할 수 있다. 가스 공급부(34)는 베이스(32)로부터 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(34)는 복수 개로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 3a를 참조하면, 가스 공급부(34)는 시계 방향을 따라 배치되어 링 형상을 이루는, 4개의 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d)을 포함할 수 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 그리고 제 4 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d) 각각은, 호 형상(arc shpae)을 가질 수 있다. 그러나, 이와 달리, 제 1, 제 2, 제 3, 그리고 제 4 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d) 각각은, 다른 형상을 가질 수 있고, 이에 제약되지 않는다. 제 1, 제 2, 제 3, 그리고 제 4 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d) 각각은, 기판(W) 상으로 제 1, 제 2, 제 3, 그리고 제 4 공정 가스를 공급할 수 있다. 일 예로, 제 1 및 제 3 공정 가스들은 기판(W) 상에 박막이 증착되도록 하는 원료 가스들이고, 제 2 및 제 4 공정 가스들은 내부 공간(11) 내 잔류하는 미반응된 원료 가스들을 퍼지하는 퍼지 가스들일 수 있다. 퍼지 가스들을 공급하는 제 2 및 제 4 가스 공급부들(34b, 34d)이 원료 가스들을 공급하는 제 1 및 제 3 가스 공급부들(34a,34c)과 서로 교차되어 배치됨으로써, 원료 가스들의 종류에 따른 독립된 공간을 제공할 수 있고, 내부 공간(11) 내에서 서로 다른 원료 가스들이 혼합되지 않을 수 있다.
가스 공급 유닛(30)은 베이스(32)의 표면으로부터 리세스된 리세스부(33)를 포함할 수 있다. 리세스부(33)는 가스 공급부(34) 내에 제공될 수 있고, 또한, 복수 개의 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d) 사이에 제공될 수 있다. 또한, 리세스부(33)는 제 1, 제 2, 제 3, 그리고 제 4 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d)의 외측을 따라, 원주 모양으로 제공될 수 있다. 리세스부(33)의 형상 및 배치는 다양한 변형이 가능하고, 이에 제한되지 않는다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 가스 공급부(34)는 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)을 가진다. 가스 공급부(34)는 지지 유닛(20) 상의 기판(W)과 중첩될 수 있다. 가스 공급부(34)의 크기는 기판(W)과 실질적으로 동일하거나 기판(W)보다 클 수 있다. 따라서, 가스 공급 영역(36)은 기판(W)의 일부와 중첩되고, 가스 확산 영역(38)은 기판(W)의 다른 일부와 중첩될 수 있다.
가스 공급 영역(36)은 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 홀들(37)을 포함한다. 가스 공급 홀들(37)은 가스 공급원(미도시)으로부터 공정 가스를 제공받고, 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 반면에, 가스 공급 홀들(37)은 가스 확산 영역(38)에는 제공되지 않는다. 가스 확산 영역(38)은 평평(flat)한 표면을 가질 수 있다. 가스 확산 영역(38)은 기판(W)과 대향되어, 가스 확산 영역(38)은 기판(W) 상에 고립된 공간을 제공할 수 있다. 가스 확산 영역(38)은 가스 공급 영역(36) 및 배기 유닛(40) 사이에 배치될 수 있다. 일 예로, 가스 확산 영역(38)은, 가스 공급 영역(36)과 제 1 서브 배기부(44a) 사이에 제공되고, 가스 공급 영역(36)과 제 2 서브 배기부(44b) 사이에 제공되어, 서로 연결되는 단일의 영역으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 가스 확산 영역(38)은 가스 공급 영역(36)과 제 1 서브 배기부(44a) 및 가스 공급 영역(36)과 제 2 서브 배기부(44b) 사이 중 일부 영역에만 제공될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 가스 공급부(34ac)를 보여주는 도면이다. 도 3b 및 도 8을 참조하면, 가스 공급 영역(36)은 제 1 길이(L1)를 갖고, 가스 확산 영역(38)은 제 2 길이(L2)를 가질 수 있다. 제 1 길이(L1)는 가스 공급 영역(36)의 내측부에서부터 외측부까지의 거리이고, 제 2 길이(L2)는 가스 확산 영역(38)의 내측부에서부터 외측부까지의 거리일 수 있다. 일 예로, 제 1 길이(L1) 및 제 2 길이(L2)는 각각, 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)을 포함하는 가스 공급부들(34a,34ac)의 반경 방향으로의 단면에서의 가스 공급 영역(36)의 길이 및 가스 확산 영역(38)의 길이일 수 있다. 이 때, 도 3b와 같이, 제 1 길이(L1)는 제 2 길이(L2)보다 크거나 적어도 같을 수 있다. 이와 달리, 도 8과 같이, 제 1 길이(L1)는 제 2 길이(L2)보다 작을 수 있다.
또한, 가스 공급 영역(36)의 가스 공급 홀들(37)의 간격은 제 3 길이(L3)를 가질 수 있다. 이 때, 제 2 길이(L2)은 제 3 길이(L3)의 수배 내지 수천배일 수 있다. 보다 구체적으로, 제 2 길이(L2)은 제 3 길이(L3)의 약 5배 내지 200배의 길이를 가질 수 있다. 가스 확산 영역(38)의 면적은, 가스 공급 영역(36)의 면적의 약 1/10배 내지 10배로 제공될 수 있다.
가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)을 포함하는 가스 공급부들(34a,34ac)의 원주 방향으로의 단면에서, 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)은 각각 제 4 길이(L4) 및 제 5 길이(L5)를 가질 수 있다. 도 3b와 같이, 제 4 길이(L4)는 제 5 길이(L5)보다 크거나 적어도 같을 수 있다. 이와 달리, 도 8과 같이, 제 4 길이(L4)는 제 5 길이(L5)보다 작을 수 있다. 즉, 가스 공급부가 포함하는 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 공정 가스의 종류 또는 유량에 따라, 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
배기 유닛(40)은 내부 공간(11) 내의 공정 가스를 공정 챔버(10) 외부로 배출할 수 있다. 배기 유닛(40)은 제 1 배기부(42) 및 제 2 배기부(44)를 가질 수 있다. 제 1 배기부(42)는 가스 공급 유닛(30)의 외부에 배치되고, 제 2 배기부(44)는 가스 공급 유닛(30)의 내부에 배치될 수 있다. 일 예로, 제 1 배기부(42)는 배기 포트로 제공되어, 공정 챔버(10)의 일부를 관통하도록 배치될 수 있다. 도 1에서는, 제 1 배기부(42)가 상부 챔버(12)를 관통하도록 도시하였으나, 제 1 배기부(42)의 위치 및 결합 관계는 이에 한정되지 않는다. 이와 달리, 배기 유닛(40)은 제 1 배기부(42) 및 제 2 배기부(44) 중 어느 하나만을 가질 수 있다.
제 2 배기부(44)는 가스 공급 유닛(30)의 내부에 배치된다. 제 2 배기부(44)는 가스 공급 유닛(30) 내에서, 다양한 형상을 갖도록 제공될 수 있다. 일 예로, 제 2 배기부(44)는 제 1 서브 배기부(44a) 및 제 2 서브 배기부들(44b)을 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 서브 배기부들(44a,44b)은 가스 공급 유닛(30)의 리세스부(33)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 제 1 서브 배기부(44a)는 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d)의 원주를 따라 링 형상으로 제공되고, 제 2 서브 배기부들(44b)은 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d)의 사이에 선형으로 제공될 수 있다. 리세스부(33)가 가스 공급 유닛(30)의 가스 공급부(34)보다 얇은 두께를 가짐으로써 기판(W)으로부터 가스 공급부(34)보다 더 이격되고, 이에 따라 가스 공급부(34)보다 기판(W) 상으로 낮은 압력을 가할 수 있다. 따라서, 압력 차이에 의해 공정 가스가 리세스부(33)를 향해 흐르게 되고, 리세스부(33)는 제 2 배기부(44)로 기능할 수 있다. 제 2 배기부(44)는 가스 공급 유닛(30) 내에서, 공정 가스들의 흐름을 원활하게 하고, 공정 가스들의 혼합을 방지하기 위한 것으로서, 다양한 형상 및 배치를 가질 수 있다.
가열 유닛(50)은 지지 유닛(20)의 아래에 배치될 수 있다. 가열 유닛(50)에 안착된 기판들(W)을 균일하게 가열할 수 있도록, 지지 유닛(20)의 안착부들(23)에 대향되는 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 가열 유닛(50)은 링 형상으로 제공될 수 있다. 가열 유닛(50)으로 기판(W)의 온도를 조절함으로써, 기판(W) 상의 박막 증착을 원활하게 제어할 수 있다. 도 1은 가열 유닛(50)이 지지 유닛(20)과 독립되는 구성으로 도시하였으나, 이와 달리, 가열 유닛(50)은 지지 유닛(20) 내에 제공되거나 지지 유닛(20)과 결합될 수 있다.
도 4a는 일반적인 가스 공급부(34aa)를 보여주는 도면이고, 도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다. 도 5a는 도 2a의 가스 공급부를 보여주는 도면이고, 도 5b는 도 5a의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다. 가스 공급부들은 서로 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 설명의 편의를 위해, 제 1 가스 공급부(34a)를 예로 들어 설명한다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들에 대하여는 동일한 참조 부호가 제공되고, 설명의 간소화를 위해 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 일반적인 가스 공급부(34aa)에는, 가스 공급 홀들(37)이 가스 공급부(34aa)의 전 영역에 배치될 수 있다. 따라서, 가스 공급부(34aa)가 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급할 때, 배기 유닛(40)과 인접하는 영역과 배기 유닛(40)과 먼 영역 간의 압력 차이로 인해, 배기 유닛(40)과 인접하는 영역으로 많은 양의 공정 가스가 빠르게 배출된다. 따라서, 배기 유닛(40)과의 거리에 따라, 기판(W) 상으로 공급되는 공정 가스 공급량에 큰 편차(1)가 발생한다. 이로 인해, 배기 유닛(40)으로부터 먼 영역은 배기 유닛(40)과 인접한 영역에 비해 증착량이 적다. 따라서, 기판(W)의 전 영역 상의 균일한 두께의 박막을 형성하기 위해서는, 공정 가스의 공급량이 증가되어야 한다.
반면, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급부(34a)는, 가스 공급 홀들(37)이 배기 유닛(40)으로부터 이격된 가스 공급 영역(36) 상에 배치되고, 배기 유닛(40)과 인접한 가스 확산 영역(38)은 가스 공급 홀들(37)이 배치되지 않는다. 가스 확산 영역(38)은 평평(flat)한 표면을 가짐으로써, 가스 공급부(34a)와 기판(W) 사이에 고립된 공간을 확보할 수 있다. 따라서, 가스 공급 영역(36)의 가스 공급 홀들(37)로 인해 공급된 공정 가스는, 가스 확산 영역(38)의 아래의 공간을 통해 확산될 수 있다. 따라서, 가스 공급 홀들(37)과 배기 유닛(40)을 이격시킴에 따라, 가스 공급 홀들(37) 간의 압력차가 작게 발생하고, 공정 가스 공급량의 편차(2)도 감소될 수 있다. 즉, 공정 가스가 배기 유닛(40)으로 바로 배출되는 것을 방지함으로써, 기판(W) 상의 전 영역에 공정 가스가 균일하게 공급되도록 제어할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급부(34ab)를 보여주는 도면이고, 도 6b 및 6c는 각각 도 6a의 Ⅲ-Ⅲ' 및 Ⅳ-Ⅳ'에 따른 단면도들이다. 도 7은 도 6a의 가스 공급부(34ab)를 이용하여 기판(W) 상에 공정 가스를 공급할 때, 기판(W) 상의 증착률을 비교하는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 가스 공급부(34ab) 상에 복수 개의 가스 공급 영역들(36a,36b)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부(34ab)는 서로 이격된 제 1 및 제 2 가스 공급 영역들(36a,36b)을 포함할 수 있다. 이 때, 가스 확산 영역(38)은 제 1 및 제 2 가스 공급 영역들(36a,36b) 사이에 배치되는 제 2 가스 확산 영역(39)을 더 포함할 수 있다. 가스 확산 영역(38) 및 제 2 가스 확산 영역(39)은 서로 연통될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급부(34ab)는, 가스 공급 홀들(37)이 배기 유닛(40)과 이격된 제 1 및 제 2 가스 공급 영역들(36a,36b) 상에 배치되고, 가스 확산 영역(38) 및 제 2 가스 확산 영역(39)은 가스 공급 홀들(37)이 배치되지 않는다. 가스 확산 영역(38) 및 제 2 가스 확산 영역(39)은 평평(flat)한 표면을 가짐으로써, 가스 공급부(34ab)와 기판(W) 사이에 고립된 공간을 확보하고, 가스가 확산되는 것을 보장할 수 있다. 따라서, 가스 공급 홀들(37) 사이의 압력차가 작게 발생하고, 가스 공급 홀들(37) 사이에 토출되는 공급량의 편차도 줄일 수 있다. 즉, 공정 가스가 배기 유닛(40)으로 바로 배출되는 것을 방지함으로써, 기판(W) 상의 전 영역에 공정 가스가 균일하게 공급되도록 제어할 수 있다.
도 7을 참조하면, R1은 도 4a의 가스 공급부(34aa)를 이용했을 때의 증착률을 나타내는 것이고, R2는 도 6a의 가스 공급부(34ab)를 이용했을 때의 증착률을 나타낸다. 도 6a의 가스 공급부(34ab)를 이용하면, 도 4a의 가스 공급부(34aa)에 비해 기판(W) 상의 증착률이 증가됨을 알 수 있다. 일 예로, 증착률은 약 10% 내지 20% 향상될 수 있다. 따라서, 공정 가스의 공급 산포가 개선되고, 공정 가스 손실량이 감소될 수 있다. 따라서, 도 6a의 가스 공급부(34ab)를 이용하면, 도 4a의 가스 공급부(34aa)에 비해 동일한 두께의 박막을 증착하기 위해, 더 적은 양의 공정 가스가 소모됨을 알 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 가스 공급부(34ad)를 보여주는 도면이고, 도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 공급부(34ae)를 보여주는 도면이다. 도 9을 참조하면, 가스 공급부(34ad) 상에 복수 개의 가스 공급 영역들(36a,36b,36c,36d)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 가스 공급 영역들(36a,36b,36c,36d)은 원주 방향 및 반지름 방향을 따라, 서로 이격될 수 있다. 이 때, 가스 확산 영역(38)은 가스 공급 영역들(36a,36b,36c,36d) 사이에 배치되는 제 2 가스 확산 영역(39)을 더 포함할 수 있다. 이와 달리, 도 10를 참조하면, 가스 공급부(34ae)는 가스 공급 홀들(37)의 밀도가 서로 상이한 가스 공급 영역들(36a,36b)을 가질 수 있다. 일 예로, 가스 공급 홀들(37)의 밀도가 높은 제 1 가스 공급 영역(36a) 및 밀도가 낮은 제 2 가스 공급 영역들(37b)을 가질 수 있다. 제 1 가스 공급 영역(36a)은 가스 공급 영역들(36a,36b) 중 중앙부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 배기 유닛(40)과의 이격된 가스 공급 영역(34ae) 상의 공정 가스 공급량을 증가시킴으로써, 압력차에 따른 공정 가스 공급량의 편차를 줄일 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 개념에 따르면, 가스 공급 유닛(30)이 기판(W) 상으로 공정 가스를 직접 공급하는 가스 공급 영역(36) 및 공정 가스를 직접 공급하지 않고 공정 가스가 확산되는 공간을 제공하는 가스 확산 영역(38)을 포함할 수 있다. 따라서, 가스 공급 영역(36)과 배기 유닛(40) 간의 공정 가스가 확산되는 공간을 확보함으로써, 공정 가스의 공급과 동시에 일어나는 압력차에 의한 배기 유닛(40)으로의 즉각적인 공정 가스 유출을 방지하고, 기판(W)의 전 영역 상으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 따라서, 공정 가스 손실량을 줄일 수 있고, 기판(W) 상에 균일한 박막을 증착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 가스 공급 영역(36)이 그 표면으로부터 리세스되어 일체형인 리세스부(33)를 갖는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와 달리, 가스 공급부(34)가 별도의 구성으로 제공되어, 베이스(32)에 결합될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 가스 공급 유닛(30)이 상부 챔버(12)와 접촉하도록 결합되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이와 달리, 가스 공급 유닛(30)은 상부 챔버(12)와 소정 거리 이격되도록 결합될 수 있다. 마찬가지로, 가스 공급 유닛(30)은 공정 챔버(10) 내의 다른 위치에 결합될 수 있다.
또한, 상술한 실시예들에서는, 복수 개의 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d)이 서로 동일한 형상 및 구조를 갖는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와 달리, 서로 다른 공정 가스들을 분사하는 복수 개의 가스 공급부들(34a,34b,34c,34d)은, 공정 가스의 종류 및 특성에 따라, 서로 다른 형상의 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)을 가질 수 있다. 또한, 가스 공급 영역(36) 및 가스 확산 영역(38)의 형상은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 것에 국한되지 않고, 다양한 변형 및 조합이 가능하다. 또한, 가스 공급 유닛(30)은, 그 중앙부에 추가적인 가스 공급부를 포함할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 기판에 대해 공정을 처리하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되고, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 홀들을 갖는 가스 공급부를 포함하는 가스 공급 유닛; 그리고
    상기 공정 가스를 배출하는 배기 유닛을 포함하되,
    상기 가스 공급부는:
    가스 공급 영역; 및
    상기 가스 공급 영역과 상기 배기 유닛 사이에 배치되는 제 1 가스 확산 영역을 포함하되,
    상기 가스 공급 홀들은 상기 가스 공급 영역에 배치되고, 상기 제 1 가스 확산 영역에 배치되지 않고,
    상기 배기 유닛은:
    상기 가스 공급 유닛의 외부에 배치되는 제 1 배기부; 및
    상기 가스 공급 유닛의 내부에 배치되는 제 2 배기부를 포함하며,
    상기 가스 공급 유닛은, 그 표면으로부터 리세스된 리세스부를 더 포함하고,
    상기 제 2 배기부는 상기 리세스부이되,
    상기 가스 공급 유닛은:
    제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부; 및
    제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부를 포함하되,
    상기 리세스 부는, 상기 제 1 가스 공급부 및 상기 제 2 가스 공급부 사이에 배치되는, 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 지지 유닛 상에 지지된 상기 기판과 중첩되는, 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급 영역은 상기 기판의 일부와 중첩되고, 상기 가스 확산 영역은 상기 기판의 다른 일부와 중첩되는, 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 확산 영역은 상기 기판과 대향되는 평평(flat)한 표면을 갖는, 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 영역은 복수 개로 제공되고,
    상기 가스 확산 영역은, 상기 복수 개의 가스 공급 영역들 사이에 배치되는 제 2 가스 확산 영역을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 배기부의 압력은, 상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역의 압력들보다 낮은, 기판 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 영역의 길이는 상기 가스 확산 영역의 길이보다 크거나 같은, 기판 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 호 형상으로 제공되고,
    상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역을 포함하는 상기 가스 공급부의 반경 방향으로의 단면에서, 상기 가스 공급 영역의 길이는 상기 가스 확산 영역의 길이보다 크거나 같은, 기판 처리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 호 형상으로 제공되고,
    상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역을 포함하는 상기 가스 공급부의 반경 방향으로의 단면에서, 상기 가스 공급 영역의 길이는 상기 가스 확산 영역의 길이보다 작은, 기판 처리 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 호 형상으로 제공되고,
    상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역을 포함하는 상기 가스 공급부의 원주 방향으로의 단면에서, 상기 가스 공급 영역의 길이는 상기 가스 확산 영역의 길이보다 크거나 같은, 기판 처리 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 호 형상으로 제공되고,
    상기 가스 공급 영역 및 상기 가스 확산 영역을 포함하는 상기 가스 공급부의 원주 방향으로의 단면에서, 상기 가스 공급 영역의 길이는 상기 가스 확산 영역의 길이보다 작은, 기판 처리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 확산 영역의 길이는 상기 가스 공급 홀들의 간격의 약 5배 내지 200배인, 기판 처리 장치.
  18. 기판에 대해 공정을 처리하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되고, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 가스 공급 유닛; 그리고
    상기 공정 가스를 배출하는 배기 유닛을 포함하되,
    상기 가스 공급부는:
    상기 기판 상으로 상기 공정 가스를 공급하는 가스 공급 영역들; 및
    상기 공정 가스가 상기 기판 상으로 확산되는 공간을 제공하는 가스 확산 영역들을 포함하되,
    상기 가스 확산 영역은:
    상기 가스 공급 영역과 상기 배기 유닛 사이에 배치되는 제 1 가스 확산 영역; 및
    상기 가스 공급 영역들 사이에 배치되는 제 2 가스 확산 영역을 포함하되,
    상기 배기 유닛은:
    상기 가스 공급 유닛의 외부에 배치되는 제 1 배기부; 및
    상기 가스 공급 유닛의 내부에 배치되는 제 2 배기부를 포함하며,
    상기 가스 공급 유닛은, 그 표면으로부터 리세스된 리세스부를 더 포함하고,
    상기 제 2 배기부는 상기 리세스부이되,
    상기 가스 공급 유닛은:
    제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급부; 및
    제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부를 포함하되,
    상기 리세스 부는, 상기 제 1 가스 공급부 및 상기 제 2 가스 공급부 사이에 배치되는, 기판 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 가스 공급 영역은 상기 공정 가스를 공급하는 가스 공급 홀들을 포함하는, 기판 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스 확산 영역은 상기 기판과 대향되는 평평(flat)한 표면을 포함하는, 기판 처리 장치.
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