KR20090021033A - 박막 증착장치의 기판 지지대 - Google Patents

Abstract

반응가스가 서로 혼합되는 현상을 방지하여 증착 품질을 향상시킬 수 있는 박막 증착장치의 기판 지지대가 개시된다. 본 발명에 따른 기판 지지대는, 공정챔버 내에 구비되며, 복수 개의 기판이 안착되는 서셉터 및 상기 복수 개의 기판 각각의 주위에서 상기 서셉터의 상부로 일정 높이만큼 돌출 형성되며, 외부와 연통하는 하나 이상의 흡입홀이 구비된 배리어를 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하면 반응가스가 서로 혼합되는 현상을 방지하여 증착품질을 향상시킬 수 있다.

박막 증착장치, 서셉터, 배리어, 흡입홀, 흡입유로

Description

박막 증착장치의 기판 지지대{Substrate Supporting Unit of Atomic Layer Deposition Device}

본 발명은 기판 지지대에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조를 개선하여 서로 다른 반응가스들이 혼합되는 현상을 방지하여 증착 품질을 향상시킨 박막 증착장치의 기판 지지대에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(Sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상증착법(APCVD; Atmospheric Pressure CVD), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD; Low Pressure CVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나, 반도체 소자의 디자인 룰(Design Rule)이 급격하게 줄어듦으로 인해 미세 패턴의 박막이 요구되었고, 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(Step Coverage)가 매우 우수한 단원자층 증착 방법(ALD; Atomic Layer Deposition)의 사용이 증대되고 있다. 즉, 반도체 제조 공정의 게이트 산화막, 커패시터 유전막 및 확산 방지막과 같은 박막의 증착에 사용된다.

원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapour Deposition) 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 챔버 내로 주입하여 웨이퍼의 상방에서 발생된 반응 생성물을 웨이퍼에 증착하는 것인 반면, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 웨이퍼의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 상기 웨이퍼의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착한다는 점에서 상이하다.

이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 매우 우수하며, 특히 불순물 함유량이 월등히 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 상술한 바와 같은 원자층 증착 방법에 의해 기판 표면에 소정의 막을 증착시키는 종래 박막 증착 장치의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

종래 박막 증착장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정챔버(C)의 상부에 회 전형 분사장치가 구비된다.

상기 회전형 분사장치는 구동축(10), 하우징(20) 및 분사기(30)로 구성되며, 분사기(30)가 공정챔버(C) 내에서 회전하면서 반응가스와 퍼지가스를 분사하여 기판(W) 상에 박막을 증착시킨다.

하지만, 이와 달리 분사 장치가 고정되는 대신 서셉터(40)가 회전하면서 기판(W)상에 반응가스와 퍼지가스를 분사하도록 구성되기도 한다. 그리고, 공정에 따라서 회전형 분사 장치와 서셉터(40) 사이의 거리를 조절할 필요가 있으므로, 서셉터(40)를 상하 방향으로 이동할 수 있도록 구성할 수 있다. 한편, 공정챔버(C) 하부에는 내부 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(80)가 제공된다.

상기 서셉터(40)는 공정챔버(C) 내에서 수평으로 설치되며, 서셉터(40) 상에는 기판(W)이 안착되는 복수 개의 지지부(50)가 놓여진다. 그리고, 상기 지지부(50)의 상부에는 기판(W)의 수평 이동을 방지하기 위한 고정부(60)가 설치된다.

한편, 상기 서셉터(40) 상에서 지지부(50)가 놓이지 않은 부분에는 가스 배출구(80)와 연통하는 관통구멍이 형성될 수 있다. 그리고, 박막의 재증착을 억제시키기 위하여 지지부(50) 내부에는 히터(70)가 구비되어 기판(W)을 가열시킬 수 있도록 한다.

도 2는 반응가스와 퍼지가스를 분사하는 분사기(30)의 구성을 나타낸 도면으로서, 상기 분사기(30)는 내부에 반응가스와 퍼지가스가 유동하는 유로가 형성되며, 각각의 분사기(30) 끝단 측에는 가스 분사를 위한 복수 개의 분사공(32)이 형성된다.

이와 같이 구성된 분사기(30)는 축방향으로 회전하면서 반응가스 또는 퍼지가스를 지지부(50)에 안착된 기판(W)에 분사하게 된다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같은 분사기(30)는 각각 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 및 퍼지가스를 공급받아 기판(W)에 분사하며, 이에 따라 각각의 기판(W)에는 반응가스와 퍼지가스가 순차적으로 분사되어 성막 과정을 수행하게 된다.

하지만, 종래의 박막 증착장치는 분사된 가스가 원활하게 배출되지 않고 공정챔버 내에 잔류하는 문제점이 있었다. 특히, 외부로 배출되지 못하고 공정챔버 내에 잔류하는 가스들이 서로 혼합됨으로써, 농도가 희석되고 불필요한 반응이 일어나서 결과적으로 기판의 증착품질이 떨어지는 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 분사된 가스를 효과적으로 흡입할 수 있는 박막 증착장치의 기판 지지대를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 서로 다른 반응가스가 혼합되는 현상을 방지하여 증착품질을 향상시키는 박막 증착장치의 기판 지지대를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 공정챔버 내에 구비되며, 복수 개의 기판이 안착되는 서셉터 및 상기 복수 개의 기판 각각의 주위에서 상기 서셉터의 상부로 일정 높이만큼 돌출 형성되며, 외부와 연통하는 하나 이상의 흡입홀이 구비된 배리어를 포함하는 박막 증착장치의 기판 지지대를 제공한다.

그리고, 상기 흡입홀은 상기 배리어의 내측면과 상부면 중 적어도 어느 하나에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 배리어의 내측면에 형성된 흡입홀은 상기 서셉터에 안착되는 기판보다 높은 위치에 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 흡입홀은 복수 개로 이루어지며, 상기 배리어의 내측면과 상부면 중 적어도 어느 하나에 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 그리고, 상기 서셉터의 내부에는 상기 흡입홀과 연통하는 흡입유로가 형성될 수 있다.

이와 함께, 상기 기판은 원판 형상으로 이루어지며, 상기 배리어는 상기 기판의 형상에 대응되는 링 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 서셉터에서 상기 기판이 안착되는 부위에는 지지부가 구비될 수 있다.

한편, 상기 흡입홀은 외부의 진공 영역과 연통된 것이, 원활한 가스 흡입을위해 바람직하다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 박막 증착장치의 기판 지지대는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 서셉터의 상부에 돌출 형성된 배리어에 의해 기판과 기판 사이를 구획하고 배리어 상에 흡입홀을 형성하여 기판상에 분사된 잔류가스를 효과적으로 흡입할 수 있도록 구성함으로써, 기판에 분사된 반응가스들이 서로 혼합되는 현상을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

특히, 흡입홀과 연통하는 흡입유로를 외부의 진공영역과 연통되도록 하여, 보다 효율적으로 잔류가스를 흡입할 수 있게 된다.

이와 함께, 배리어의 내측면과 상부면에 흡입홀을 각각 형성하고, 특히 내측면에 형성된 흡입홀은 기판의 높이보다 더 높은 곳에 형성하여 보다 원활한 가스 흡입이 가능하게 된다.

둘째, 기판에 분사된 반응가스들이 잔류하여, 반응가스들 간에 혼합현상을 현저히 줄임으로써, 기판의 박막 증착을 효과적으로 수행할 수 있고 결과적으로 증착 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 박막 증착장치의 기판 지지대의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치의 지지대를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 I-I선 절개 사시도이다.

본 실시예에 따른 기판 지지대는, 공정챔버 내에 구비되는 서셉터(110)와, 상기 서셉터(110) 상에서 상부로 일정 높이만큼 돌출 형성되는 배리어(130)를 포함하여 구성된다.

상기 서셉터(110)는 복수 개의 기판(W)이 안착될 수 있도록 수평 방향으로 배치되며, 도 4는 서셉터(110)가 원판 형상으로 이루어져 복수 개의 기판(W)이 원주 방향을 따라 배치되는 형태를 예시하고 있다.

본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 서셉터(110) 상에 총 6개의 지지부(120)가 구비되고, 이러한 각각의 지지부(120)에 기판(W)이 장착된 형태로 구성된다.

상기 배리어(130)는 상기 복수 개의 기판(W) 주변에서 서셉터(110)의 상부로 일정 높이만큼 돌출되어 기판(W)의 주위를 둘러싸는 형태로 구성된다.

상기 배리어(130)는 각각의 기판(W)에 분사되는 가스들이 서로 혼합되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 복수 개의 기판(W)들을 서로 차단하는 형태로 구성된 다. 도 3 및 도 4는 상기 배리어(130)가 원판 형태의 기판(W)에 대응하여 기판(W)의 외측면을 감싸는 링 형상의 배리어(130)을 예시하고 있으나 배리어(130)의 구체적인 형상은 이에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 변형이 가능하다.

한편, 상기 배리어(130) 상에는 하나 이상의 흡입홀(132,134)이 형성되어, 기판(W) 측으로 분사된 반응가스나 퍼지가스가 효과적으로 공정챔버 외부로 배출될 수 있도록 한다.

본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배리어(130)의 상부면에 제1흡입홀(132)이 구비되고, 상기 배리어(130)의 내측면에 제2흡입홀(134)이 구비된다. 그리고, 상기 제1흡입홀(132)과 제2흡입홀(134)은 복수 개로 이루어져, 배리어(130)의 상부면과 내측면에 일정 간격을 두고 배치된다.

여기서, 상기 제2흡입홀(134)은 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(W)으로 분사된 가스가 효과적으로 배출될 수 있도록 상기 서셉터(110)에 안착된 기판(W)보다 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 배리어(130)에 형성된 흡입홀(132,134)에 의해 흡입된 가스는 배리어(130)의 내부의 내부유로(36)를 거쳐, 서셉터(110) 내부에 형성된 흡입유로(112)를 따라 외측으로 배출되도록 구성된다.

상기 흡입유로(112)의 구체적인 배치는 설계 조건 등에 따라 다양하게 변형이 가능하다.

여기서, 상기 흡입유로의 유로 끝단부(112a)는 외부의 진공 영역과 연통되어 있어, 상기 배리어(130) 상의 흡입홀(132,134)이 진공 흡입이 되도록 한다.

따라서, 각각의 기판(W) 주변에 진공 흡입을 위한 흡입홀(132,134)을 배치하여 흡입영역을 형성함으로써, 에어커튼이 생성되어 반응 가스간의 혼합을 원천적으로 방지할 수 있다.

특히, 본 실시예에서는, 단순히 기판(W) 주변에 흡입홀(132,134)들을 배치하는 형태가 아니고, 서셉터(110)의 상부로 돌출된 배리어(130) 상에 흡입홀(132,134)들을 형성함으로써, 기판과 기판 사이에서 가스들이 혼합되지 않으면서 기판(W) 하나 하나에 분사된 잔류가스들이 기판(W)의 주변을 따라 배치된 흡입홀(132,134)들에 의해 효과적으로 흡입되어 외부로 배출될 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 기판 지지대가 적용되는 박막 증착장치의 구체적인 구성은 다양하게 변형이 가능하며, 특히 분사유닛의 형태는 도 1 및 도 2와 같은 분사기가 고속으로 회전하는 형태로 구성되거나, 공정챔버 내부 전체에 반응가스와 퍼지가스를 순차적으로 분사하는 형태로 구성될 수 있다.

특히, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 회전형 분사 방식에 적용하는 경우, 기판(W) 측으로 분사된 가스가 외부로 원활히 배출되기 때문에, 분사기가 회전 분사하면서 서로 다른 종류의 반응가스가 혼합되는 것을 현저히 줄일 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여, 상술한 기판 지지대의 변형예를 설명하면 다음과 같다.

본 변형예도 상술한 실시예와 유사하게, 복수 개의 기판(W)이 안착되는 서셉터(210) 및 기판(W) 각각의 주위에서 일정 높이만큼 상부로 돌출 형성된 배리어(230)를 포함하여 구성된다.

다만, 본 변형예에서는 배리어(230)가 기판(W) 형상에 대응한 링 형상 대신, 기판과 기판 사이를 구획하기 위한 격벽 형태로 구성되어 있다. 즉, 기판과 기판 사이를 완전히 구획하는 형태로서, 기판(W)의 최외측으로는 개방된 형태를 띤다.

상기 배리어(230) 상에는 하나 이상의 흡입홀(234)이 형성되어 있어, 기판(W) 측으로 분사된 반응가스나 퍼지가스가 효과적으로 공정챔버 외부로 배출될 수 있도록 한다.

한편, 도시되지는 않았지만, 본 변형예에서 상기 배리어(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 내측면에 복수 개의 흡입홀이 형성되어 보다 원활히 가스가 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상술한 실시예와 유사하게, 상기 서셉터(210)와 기판(W) 사이에는, 기판의 안착을 위한 지지부(220)가 구비된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 종래 박막 증착장치를 나타내는 구성도;

도 2는 도 1의 분사기를 나타내는 일부 사시도;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착장치의 지지대를 나타내는 평면도;

도 4는 도 3의 I-I선 절개 사시도;

도 5는 도 3의 변형예를 나타내는 평면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

110: 서셉터 112: 흡입유로

112a: 유로 끝단부 120: 지지부

130: 배리어 132: 제1흡입홀

134: 제2흡입홀 136: 내부유로

W: 기판

Claims (4)

1. 공정챔버 내에 구비되며, 복수 개의 기판이 안착되는 서셉터; 및

   상기 복수 개의 기판 각각의 주위에서 상기 서셉터의 상부로 일정 높이만큼 돌출 형성되며, 외부와 연통하는 하나 이상의 흡입홀이 구비된 배리어;

   를 포함하는 박막 증착장치의 기판 지지대.
2. 제1항에 있어서,

   상기 흡입홀은,

   상기 배리어의 내측면과 상부면 중 적어도 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치의 기판 지지대.
3. 제2항에 있어서,

   상기 배리어의 내측면에 형성된 흡입홀은 상기 서셉터에 안착되는 기판보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치의 기판 지지대.
4. 제1항에 있어서,

   상기 서셉터의 내부에는 상기 흡입홀과 연통하는 흡입유로가 형성되며;

   상기 흡입홀은 외부의 진공 영역과 연통된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치의 기판 지지대.

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