KR102501682B1 - 원자층 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공간 분할 방식을 이용하여 균일한 기판 증착, 박막 특성 향상 및 생산성을 높일 수 있게 하는 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 수용 공간이 형성되는 챔버; 상기 수용 공간에 설치되고, 기판이 회전축을 중심으로 공전 회전될 수 있도록 적어도 하나의 상기 기판을 지지하는 서셉터; 상기 챔버의 제 1 천정 영역에 설치되는 소스 가스 샤워 헤드; 상기 챔버의 제 2 천정 영역에 설치되는 제 1 퍼지 가스 샤워 헤드; 상기 챔버의 제 3 천정 영역에 설치되는 반응 가스 샤워 헤드; 및 상기 챔버의 제 4 천정 영역에 설치되는 제 2 퍼지 가스 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 반응 가스 샤워 헤드 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드는, 상기 기판 방향으로 제 1 가스 경로가 형성되는 헤드 몸체; 상기 제 1 가스 경로의 가스 진행 방향과 연직된 방향으로 수평 전자기장이 발생될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 일측에 설치되는 제 1 전극체; 및 상기 제 1 전극체와 수평 이격 거리만큼 이격되어 상기 제 1 전극체와 대향될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 타측에 형성되는 제 2 전극체;를 포함할 수 있다.

Description

원자층 증착 장치{Atomic layer deposition apparatus}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간 분할 방식을 이용하여 균일한 기판 증착, 박막 특성 향상 및 생산성을 높일 수 있게 하는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 기술의 발달로 인하여 고순도, 고품질의 박막을 증착 시키는 공정은 반도체 제조공정 중에서 중요한 부분을 차지하게 되었다. 박막 형성의 대표적인 방법으로 화학 증착(Chemical Vapour Deposition, CVD)법과 물리 증착(Physical Vapour Deposition, PVD)법이 있다. 스퍼터링(sputtering)법 등의 물리 증착법은 형성된 박막의 단차 피복성(step coverage)이 나쁘기 때문에 요철이 있는 표면에 균일한 두께의 막을 형성하는 데에는 사용할 수 없다.
화학 증착법은 가열된 기판의 표면 위에서 기체상태의 물질들이 반응하고, 그 반응으로 생성된 화합물이 기판 표면에 증착되는 방법이다. 화학 증착법은 물리 증착법에 비하여 단차 피복성이 좋고, 박막이 증착되는 기판의 손상이 적고, 박막의 증착 비용이 적게 들며, 박막을 대량 생산할 수 있기 때문에 많이 적용되고 있다.
그러나, 최근 반도체 소자의 집적도가 서브 마이크론(sub-micron) 단위로까지 향상됨에 따라, 종래 방식의 화학 증착법만으로는 웨이퍼 기판에서 서브 마이크론 단위의 균일한 두께를 얻거나, 우수한 단차 피복성(step coverage)을 얻는데 한계에 이르고 있으며, 웨이퍼 기판에 서브 마이크론 크기의 콘택홀(contact hole), 비아(via) 또는 도랑(trench)과 같은 단차가 존재하는 경우에 위치에 상관없이 일정한 조성을 가지는 물질막을 얻는 데도 어려움을 겪게 되었다.
따라서, 종래의 모든 공정 기체들을 동시에 주입하는 화학 증착법과 다르게 원하는 박막을 얻는데 필요한 두 가지 이상의 공정 기체들을 기상에서 만나지 않도록 시간에 따라 순차적으로 분할하여 공급하되, 이들 공급 주기를 주기적으로 반복하여 박막을 형성하는 시분할 방식의 원자층 증착(atomic layer deposition) 방식이 새로운 박막 형성 방법으로 적용될 수 있다.
또한, 최근에는 두 가지 이상의 공정 기체들을 기상에서 만나지 않도록 공간을 달리하여 공급하되, 기판이 서로 다른 공간으로 이동되게 하는 공간 분할 방식의 원자층 증착 장치가 널리 적용되고 있다.
특히, 증착 하고자 하는 물질의 소스 가스, 반응 가스, 퍼지 가스를 샤워 헤드를 통해 연속으로 공급하고, 기판은 회전하는 서셉터에 장착되어 기판이 공전 각도에 따라 각 샤워헤드 위치에 노출되어 플라즈마 원자층 증착을 수행하는 공간 분할 방식의 원자층 증착 장치가 널리 이용되고 있다.
이러한 공간 분할 방식의 원자층 증착장치는, 종래의 매엽식 시분할 원자층 증착 장치와 달리 복수개의 기판을 장착하여 서셉터 회전속도 및 충분한 가스를 공급하여 짧은 시간 안에 기판에 증착하고자 하는 박막 특성 개선 및 높은 생산성을 얻을수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 공간 분할 원자층 증착 장치는 연속으로 공급되는 소스 가스 및 반응 가스를 반응 공간에서 서로 만나지 않도록 퍼지가스 및 반응기 내부의 위치별 압력을 조절해야 하는 어려움이 있다.
이러한 공간 상에 분할된 소스 가스 및 반응 가스의 균일도는 기판 내의 두께 산포, 박막 특성을 결정짓고 생산성, 파티클 발생 유무도 결정짖게 된다.
즉, 공간 분할 특성은 반응 공간에서 연속으로 공급되는 가스량, 반응 공간상의 위치별 압력 분포, 서셉터의 회전 속도 등에 영향을 받는 것으로서, 종래에는 특정 공간영역 위치에 선택적으로 플라즈마 발생시 위 변수들, 즉, 가스량, 공간상의 압력 차이, 서셉터의 회전 속도)외에 플라즈마 발생을 위한 변수로 공급 전력, 전극간의 거리, 압력 차이에 의해 플라즈마가 원하지 않는 영역으로 확산 문제가 발생되고, 서셉터가 전극방향으로 회전할 때 기판이 놓여진 위치와 그렇지 않은 위치에서 플라즈마 전위가 변경되는 문제가 있으며, 일정한 각속도를 가지는 서셉터에 놓여진 기판의 위치별로 플라즈마 노출시간을 보정하기 위해 전극 면적 크기를 변경하게 되면 전극의 위치별 전력 밀도 차이가 발생되어, 전극 내에 불균일한 플라즈마 밀도 차이가 발생되고, 이로 인하여 기판내 증착 되는 박막 특성 및 균일도가 달라지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 공간 분할 특성을 유지하면서도 수평 전극을 이용하여 기판에 인가되는 플라즈마 밀도의 차이를 최소화함으로써 플라즈마의 제어가 용이하고, 전극 전력의 균일도를 향상시키며, 기판과의 전위차 문제를 해결하여 기판 증착 특성을 향상시킬 수 있게 하는 원자층 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 원자층 증착 장치는, 수용 공간이 형성되는 챔버; 상기 수용 공간에 설치되고, 기판이 회전축을 중심으로 공전 회전될 수 있도록 적어도 하나의 상기 기판을 지지하는 서셉터; 상기 기판이 제 1 공전 각도로 회전될 때, 상기 기판을 향하여 소스 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 1 천정 영역에 설치되는 소스 가스 샤워 헤드; 상기 기판이 제 2 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 2 천정 영역에 설치되는 제 1 퍼지 가스 샤워 헤드; 상기 기판이 제 3 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 반응 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 3 천정 영역에 설치되는 반응 가스 샤워 헤드; 및 상기 기판이 제 4 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 4 천정 영역에 설치되는 제 2 퍼지 가스 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 반응 가스 샤워 헤드 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드는, 상기 기판 방향으로 제 1 가스 경로가 형성되는 헤드 몸체; 상기 제 1 가스 경로의 가스 진행 방향과 연직된 방향으로 수평 전자기장이 발생될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 일측에 설치되는 제 1 전극체; 및 상기 제 1 전극체와 수평 이격 거리만큼 이격되어 상기 제 1 전극체와 대향될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 타측에 형성되는 제 2 전극체;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 전극체는, RF 전원에 연결되고, 상기 제 2 전극체 또는 상기 제 2 전극체와 전기적으로 연결된 상기 헤드 몸체는 접지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 전극체와 상기 헤드 몸체 사이에 설치되는 절연 부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 절연 부재는, 상기 헤드 몸체의 상기 제 1 가스 경로와 연통되도록 제 2 가스 경로가 형성되는 절연 몸체; 상기 절연 몸체의 상기 제 2 가스 경로의 가스 유입부에 형성되는 적어도 하나의 분배홀부; 및 상기 제 1 전극체의 하면을 절연시키고, 상기 제 2 가스 경로의 가스 배출부까지 연장되게 형성되는 하부 절연부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 헤드 몸체는, 상기 제 1 가스 경로와 상기 분배홀부 사이에 압력 분배 공간이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 헤드 몸체는, 상기 제 1 가스 경로와 연결되도록 상기 헤드 몸체의 상면에 형성되는 제 1 가스 공급홀부이고, 상기 압력 분배 공간은 상기 제 1 가스 공급홀부와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 헤드 몸체는, 상기 제 1 가스 경로와 연결되도록 상기 헤드 몸체의 상면에 형성되고, 상기 서셉터의 상기 회전축으로부터 제 1 거리에 형성되는 제 1 가스 공급홀부; 및 상기 제 1 가스 경로와 연결되도록 상기 헤드 몸체의 상면에 형성되고, 상기 서셉터의 상기 회전축으로부터 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리에 형성되는 제 2 가스 공급홀부;를 포함하고, 상기 압력 분배 공간은, 상기 제 1 가스 공급홀부와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간; 및 상기 제 2 가스 공급홀부와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간;을 포함하고, 상기 제 1 압력 분배 공간과 상기 제 2 압력 분배 공간 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 헤드 몸체는, 전체적으로 부채꼴 형상이고, 상기 제 1 전극체와 상기 제 2 전극체로 이루어지는 전극쌍 조립체는 상기 헤드 몸체의 하면에 상기 서셉터의 상기 회전축을 중심으로 방사선 상에 길이 방향으로 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 헤드 몸체는, 상기 제 1 가스 경로가 형성되는 제 1 몸체부; 및 상기 제 1 몸체부가 안착되고, 상기 제 1 전극체 및 상기 제 2 전극체가 형성되는 제 2 몸체부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 전극체는 플라즈마가 형성될 수 있도록 제 1 높이로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 공간 분할 특성을 유지하면서도 수평 전극을 이용하여 기판에 인가되는 플라즈마 밀도의 차이를 최소화함으로써 플라즈마의 제어가 용이하고, 전극 전력의 균일도를 향상시키며, 기판과의 전위차 문제를 해결하여 기판 증착 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 원자층 증착 장치를 개념적으로 나타내는 평면 투시도이다.
도 3은 도 1의 원자층 증착 장치의 일례를 나타내는 저면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 원자층 증착 장치의 다른 일례를 나타내는 저면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 원자층 증착 장치의 여러 실시예들을 나타내는 저면도이다.
도 10은 도 9의 원자층 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)를 개념적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착 장치(100)를 개념적으로 나타내는 평면 투시도이고, 도 3은 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 일례를 나타내는 저면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV 절단면을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)는, 크게 챔버(10)와, 서셉터(20) 및 복수개의 샤워 헤드(30)들을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)는 기판(1)을 수용할 수 있는 수용 공간(A)이 형성되는 일종의 밀폐가 가능한 박스 형태의 구조체로서, 상기 기판(1)이 안착될 수 있는 상기 서셉터(20) 및 상기 샤워 헤드(30)들이 내부에 설치될 수 있고, 상부 패널, 측별 패널, 바닥 패널 등을 용접하거나 조립하여 이루어지는 등 다양한 부재들로 이루어지는 조립 구조체일 수 있다.
그러나, 이러한 상기 챔버(10)는 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 그 내부에 상기 서셉터(20)나 상기 샤워 헤드(30)들을 지지할 수 있는 충분한 강도나 내구성을 갖는 다양한 모든 형태의 챔버들이 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)는, 상기 수용 공간(A)에 설치되고, 상기 기판(1)이 회전축(20a)을 중심으로 공전 회전될 수 있도록 적어도 하나의 상기 기판(1)을 지지하는 일종의 회전 턴테이블 장치일 수 있다.
따라서, 상기 기판(1)은 상기 서셉터(20)에 의해 상기 회전축(20a)을 중심으로 공전하거나 또는 공전하면서 동시에 후술될 기판 자전 장치(미도시)에 의해 자전하는 것도 가능하다.
또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 상기 샤워 헤드(30)들은, 상기 챔버(10)의 천정, 즉 상기 상부 패널에 일부분에 각각 설치될 수 있는 것으로서, 공전하는 상기 기판(1)에 순차적으로 소스 가스(SG), 퍼지 가스, 반응 가스(RG)를 공간 분할적으로 공급할 수 있는 일종의 복수개의 가스 분배기들일 수 있다.
따라서, 설치 위치가 서로 다른 상기 샤워 헤드(20)들은 공급받은 소스 가스(SG), 제 1 퍼지 가스, 반응 가스(RG), 제 2 퍼지 가스를 공간의 차이를 두고 상기 기판(1)의 표면 상에 골고루 분배할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 샤워 헤드(30)는, 상기 기판(1)이 제 1 공전 각도로 회전될 때, 상기 기판(1)을 향하여 소스 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버(10)의 제 1 천정 영역에 설치되는 소스 가스 샤워 헤드(31)와, 상기 기판(1)이 제 2 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판(1)을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버(10)의 제 2 천정 영역에 설치되는 제 1 퍼지 가스 샤워 헤드(32)와, 상기 기판(1)이 제 3 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판(1)을 향하여 반응 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버(10)의 제 3 천정 영역에 설치되는 반응 가스 샤워 헤드(33) 및 상기 기판(1)이 제 4 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판(1)을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버(10)의 제 4 천정 영역에 설치되는 제 2 퍼지 가스 샤워 헤드(34)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)의 상기 반응 가스 샤워 헤드(33) 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드(31)는, 적어도 하나의 수평형 전극쌍 조립체(E)를 갖는 것으로서, 상기 기판(1) 방향으로 제 1 가스 경로(P1)가 형성되는 헤드 몸체(331)와, 상기 제 1 가스 경로(P1)의 가스 진행 방향과 연직된 방향으로 수평 전자기장이 발생될 수 있도록 상기 헤드 몸체(331)의 일측에 설치되는 제 1 전극체(E1) 및 상기 제 1 전극체(E1)와 수평 이격 거리(S)만큼 이격되어 상기 제 1 전극체(E1)와 대향될 수 있도록 상기 헤드 몸체(331)의 타측에 형성되는 제 2 전극체(E2)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전극체(E1)는, RF 전원(RF)에 연결되고, 상기 제 2 전극체(E2) 또는 상기 제 2 전극체(E2)와 전기적으로 연결된 상기 헤드 몸체(331)는 접지될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 예컨대, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)의 상기 반응 가스 샤워 헤드(33) 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드(31)는, 상기 제 1 전극체(E1)와 상기 헤드 몸체(331) 사이에 설치되는 절연 부재(40)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절연 부재(40)는, 상기 헤드 몸체(331)의 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연통되도록 제 2 가스 경로(P2)가 형성되는 절연 몸체(41)와, 상기 절연 몸체(41)의 상기 제 2 가스 경로(P2)의 가스 유입부에 형성되는 적어도 하나의 분배홀부(42) 및 상기 제 1 전극체(E1)의 하면을 절연시키고, 상기 제 2 가스 경로(P2)의 가스 배출부까지 연장되게 형성되는 하부 절연부(43)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 헤드 몸체(331)는, 균일한 압력 분배를 위하여, 상기 제 1 가스 경로(P1)와 상기 분배홀부(42) 사이에 압력 분배 공간(B)이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 헤드 몸체(331)는, 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연결되도록 상기 헤드 몸체(331)의 상면에 형성되는 제 1 가스 공급홀부(G1)이고, 상기 압력 분배 공간(B)은 상기 제 1 가스 공급홀부(G1)와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간(B1)일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 헤드 몸체(331)는, 조립성을 향상시키기 위해서, 상기 제 1 가스 경로(P1)가 형성되는 제 1 몸체부(331-1) 및 상기 제 1 몸체부(331-1)가 안착되고, 상기 제 1 전극체(E1) 및 상기 제 2 전극체(E2)가 형성되는 제 2 몸체부(331-2)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전극체(E1)는 상기 제 2 가스 경로(P2)에 수평 전기장이 형성되어 플라즈마가 형성될 수 있도록 제 1 높이(H1)로 형성될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 절연 부재(40) 내부의 상기 제 2 가스 경로(P2)에 수평 전기장에 의해서 플라즈마(P)가 수직 내설형으로 형성되기 때문에, 이렇게 형성된 수직 내설형 플라즈마(P)는 상기 기판(1)으로부터 멀리 떨어지는 일종의 리모트 방식으로서 플라즈마가 비교적 넓은 영역이 아닌 좁은 영역에 균일하게 형성되는 것으로서, 내설형이기 때문에 상기 기판(1)과의 거리와 상관없이 균일한 플라즈마 상태의 가스를 상기 기판(1) 상에 공급할 수 있고, 수직형이기 때문에 상기 가스(1)를 충분히 플라즈마화하여 상기 기판(1)에 공급할 수 있다.
아울러, 상기 절연 부재(40)의 내부에 형성된 상기 제 1 가스 공급홀부(G1) 및 상기 제 1 압력 분배 공간(B1)을 이용하여 내부에서도 충분히 상기 가스(1)를 골고루 분배할 수 있어서, 발생된 플라즈마의 밀도가 전영역에 걸쳐서 매우 균일하게 형성될 수 있다.
도 5는 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 다른 일례를 나타내는 저면도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 헤드 몸체(331)는, 전체적으로 부채꼴 형상인 것으로서, 상기 제 1 전극체(E1)와 상기 제 2 전극체(E2)로 이루어지는 전극쌍 조립체(E)는 상기 헤드 몸체(331)의 하면에 상기 서셉터(20)의 상기 회전축(20a)을 중심으로 방사선 상에 길이 방향으로 적어도 하나 이상(도면에서는 3개)이 설치될 수 있다.
따라서, 11자 형태로 등간격으로 형성된 상기 제 1 전극체(E1)와 상기 제 2 전극체(E2)로 이루어지는 전극쌍 조립체(E)를 방사선 상에 복수개로 형성하여 부족한 플라즈마 가스를 더욱 균일하게 보충할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 여러 실시예들을 나타내는 저면도이고, 도 10은 도 9의 원자층 증착 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)는, 하나의 상기 전극쌍 조립체(E)에 하나의 가스 공급홀부와 하나의 압력 분배 공간이 배치될 수 있다.
이외에도, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 장치의 상기 헤드 몸체(331)는, 하나의 상기 전극쌍 조립체(E)에 2개의 가스 공급홀부와 2개의 압력 분배 공간이 배치될 수 있는 것으로서, 상기 헤드 몸체(331)는, 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연결되도록 상기 헤드 몸체(331)의 상면에 형성되고, 상기 서셉터(20)의 상기 회전축(20a)으로부터 도 9의 제 1 거리(L1)에 형성되는 제 1 가스 공급홀부(G1) 및 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연결되도록 상기 헤드 몸체(331)의 상면에 형성되고, 상기 서셉터(20)의 상기 회전축(20a)으로부터 상기 제 1 거리(L1) 보다 먼 도 9의 제 2 거리(L2)에 형성되는 제 2 가스 공급홀부(G2)를 포함하고, 상기 압력 분배 공간(B)은, 상기 제 1 가스 공급홀부(G1)와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간(B1) 및 상기 제 2 가스 공급홀부(G2)와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 2 압력 분배 공간(B2)을 포함할 수 있다.
또한, 이외에도, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 장치의 상기 헤드 몸체(331)는, 하나의 상기 전극쌍 조립체(E)에 3개의 가스 공급홀부와 3개의 압력 분배 공간이 배치될 수 있는 것으로서, 상기 헤드 몸체(331)는, 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연결되도록 상기 헤드 몸체(331)의 상면에 형성되고, 상기 서셉터(20)의 상기 회전축(20a)으로부터 제 1 거리(L1)에 형성되는 제 1 가스 공급홀부(G1)와, 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연결되도록 상기 헤드 몸체(331)의 상면에 형성되고, 상기 서셉터(20)의 상기 회전축(20a)으로부터 상기 제 1 거리(L1) 보다 먼 제 2 거리(L2)에 형성되는 제 2 가스 공급홀부(G2) 및 상기 제 1 가스 경로(P1)와 연결되도록 상기 헤드 몸체(331)의 상면에 형성되고, 상기 서셉터(20)의 상기 회전축(20a)으로부터 상기 제 2 거리(L2) 보다 먼 제 3 거리(L3)에 형성되는 제 3 가스 공급홀부(G3)를 포함하고, 상기 압력 분배 공간(B)은, 상기 제 1 가스 공급홀부(G1)와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간(B1)와, 상기 제 2 가스 공급홀부(G2)와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간(B2) 및 상기 제 3 가스 공급홀부(G3)와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 3 압력 분배 공간(B3)을 포함할 수 있다.
여기서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 압력 분배 공간(B1)과 상기 제 2 압력 분배 공간(B2) 사이 및 상기 제 2 압력 분배 공간(B2)과 상기 제 3 압력 분배 공간(B3) 사이에 격벽(W)이 형성될 수 있다.
그러므로, 공간 분할 특성을 유지하면서도 수평 전극을 이용하여 상기 기판(1)에 인가되는 플라즈마 밀도의 차이를 최소화함으로써 플라즈마의 제어가 용이하고, 전극 전력의 균일도를 향상시키며, 기판과의 전위차 문제를 해결하여 기판 증착 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 기판
A: 수용 공간
10: 챔버
20: 서셉터
20a: 회전축
30: 샤워 헤드
31: 소스 가스 샤워 헤드
32: 제 1 퍼지 가스 샤워 헤드
33: 반응 가스 샤워 헤드
34: 제 2 퍼지 가스 샤워 헤드
331: 헤드 몸체
P1: 제 1 가스 경로
P2: 제 2 가스 경로
E: 전극쌍 조립체
E1: 제 1 전극체
E2: 제 2 전극체
RF: RF 전원
40: 절연 부재
41: 절연 몸체
42: 분배홀부
43: 하부 절연부
B: 압력 분배 공간
B1: 제 1 압력 분배 공간
B2: 제 2 압력 분배 공간
B3: 제 3 압력 분배 공간
G1: 제 1 가스 공급홀부
G2: 제 2 가스 공급홀부
G3: 제 3 가스 공급홀부
L1: 제 1 거리
L2: 제 2 거리
L3: 제 3 거리
W: 격벽
331-1: 제 1 몸체부
331-2: 제 2 몸체부
H1: 제 1 높이
100: 원자층 증착 장치

Claims (10)

  1. 수용 공간이 형성되는 챔버;
    상기 수용 공간에 설치되고, 기판이 회전축을 중심으로 공전 회전될 수 있도록 적어도 하나의 상기 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 기판이 제 1 공전 각도로 회전될 때, 상기 기판을 향하여 소스 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 1 천정 영역에 설치되는 소스 가스 샤워 헤드;
    상기 기판이 제 2 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 2 천정 영역에 설치되는 제 1 퍼지 가스 샤워 헤드;
    상기 기판이 제 3 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 반응 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 3 천정 영역에 설치되는 반응 가스 샤워 헤드; 및
    상기 기판이 제 4 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 4 천정 영역에 설치되는 제 2 퍼지 가스 샤워 헤드;를 포함하고,
    상기 반응 가스 샤워 헤드 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드는,
    상기 기판 방향으로 제 1 가스 경로가 형성되는 헤드 몸체;
    상기 제 1 가스 경로의 가스 진행 방향과 연직된 방향으로 수평 전자기장이 발생될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 일측에 설치되는 제 1 전극체; 및
    상기 제 1 전극체와 수평 이격 거리만큼 이격되어 상기 제 1 전극체와 대향될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 타측에 형성되는 제 2 전극체; 를 포함하고,
    상기 헤드 몸체는, 전체적으로 부채꼴 형상이고,
    상기 제 1 전극체와 상기 제 2 전극체로 이루어지는 전극쌍 조립체는 상기 헤드 몸체의 하면에 상기 서셉터의 상기 회전축을 중심으로 방사선 상에 길이 방향으로 적어도 하나 이상 설치되는, 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극체는, RF 전원에 연결되고,
    상기 제 2 전극체 또는 상기 제 2 전극체와 전기적으로 연결된 상기 헤드 몸체는 접지되는, 원자층 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반응 가스 샤워 헤드 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드는,
    상기 제 1 전극체와 상기 헤드 몸체 사이에 설치되는 절연 부재;
    를 더 포함하는, 원자층 증착 장치.
  4. 수용 공간이 형성되는 챔버;
    상기 수용 공간에 설치되고, 기판이 회전축을 중심으로 공전 회전될 수 있도록 적어도 하나의 상기 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 기판이 제 1 공전 각도로 회전될 때, 상기 기판을 향하여 소스 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 1 천정 영역에 설치되는 소스 가스 샤워 헤드;
    상기 기판이 제 2 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 2 천정 영역에 설치되는 제 1 퍼지 가스 샤워 헤드;
    상기 기판이 제 3 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 반응 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 3 천정 영역에 설치되는 반응 가스 샤워 헤드; 및
    상기 기판이 제 4 공전 각도에 회전될 때, 상기 기판을 향하여 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 챔버의 제 4 천정 영역에 설치되는 제 2 퍼지 가스 샤워 헤드;를 포함하고,
    상기 반응 가스 샤워 헤드 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드는,
    상기 기판 방향으로 제 1 가스 경로가 형성되는 헤드 몸체;
    상기 제 1 가스 경로의 가스 진행 방향과 연직된 방향으로 수평 전자기장이 발생될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 일측에 설치되는 제 1 전극체; 및
    상기 제 1 전극체와 수평 이격 거리만큼 이격되어 상기 제 1 전극체와 대향될 수 있도록 상기 헤드 몸체의 타측에 형성되는 제 2 전극체; 를 포함하고,
    상기 제 1 전극체는, RF 전원에 연결되고,
    상기 제 2 전극체 또는 상기 제 2 전극체와 전기적으로 연결된 상기 헤드 몸체는 접지되고,
    상기 반응 가스 샤워 헤드 또는 상기 소스 가스 샤워 헤드는,
    상기 제 1 전극체와 상기 헤드 몸체 사이에 설치되는 절연 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 절연 부재는,
    상기 헤드 몸체의 상기 제 1 가스 경로와 연통되도록 제 2 가스 경로가 형성되는 절연 몸체;
    상기 절연 몸체의 상기 제 2 가스 경로의 가스 유입부에 형성되는 적어도 하나의 분배홀부; 및
    상기 제 1 전극체의 하면을 절연시키고, 상기 제 2 가스 경로의 가스 배출부까지 연장되게 형성되는 하부 절연부;
    를 포함하는, 원자층 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 헤드 몸체는, 상기 제 1 가스 경로와 상기 분배홀부 사이에 압력 분배 공간이 형성되는, 원자층 증착 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 헤드 몸체는,
    상기 제 1 가스 경로와 연결되도록 상기 헤드 몸체의 상면에 형성되는 제 1 가스 공급홀부이고,
    상기 압력 분배 공간은 상기 제 1 가스 공급홀부와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간인, 원자층 증착 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 헤드 몸체는,
    상기 제 1 가스 경로와 연결되도록 상기 헤드 몸체의 상면에 형성되고, 상기 서셉터의 상기 회전축으로부터 제 1 거리에 형성되는 제 1 가스 공급홀부; 및
    상기 제 1 가스 경로와 연결되도록 상기 헤드 몸체의 상면에 형성되고, 상기 서셉터의 상기 회전축으로부터 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리에 형성되는 제 2 가스 공급홀부;
    를 포함하고,
    상기 압력 분배 공간은,
    상기 제 1 가스 공급홀부와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간; 및
    상기 제 2 가스 공급홀부와 연결되고, 길이 방향으로 길게 형성되는 제 1 압력 분배 공간;
    을 포함하고,
    상기 제 1 압력 분배 공간과 상기 제 2 압력 분배 공간 사이에 격벽이 형성되는, 원자층 증착 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드 몸체는,
    상기 제 1 가스 경로가 형성되는 제 1 몸체부; 및
    상기 제 1 몸체부가 안착되고, 상기 제 1 전극체 및 상기 제 2 전극체가 형성되는 제 2 몸체부;
    를 포함하는, 원자층 증착 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극체는 플라즈마가 형성될 수 있도록 제 1 높이로 형성되는, 원자층 증착 장치.
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