KR20110023289A - 가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스분사장치는 챔버 내부에 회전가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부의 상부에 설치되는 것으로서, 기판지지부의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치되어 기판에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사유닛을 구비하며, 복수의 가스분사유닛들 중 적어도 하나의 가스분사유닛은 공정가스가 도입되는 도입구가 형성되어 있는 탑플레이트 및 탑프레이트와의 사이에서 기판지지부의 반경방향을 따라 가스확산공간을 형성하도록 탑플레이트의 하부에 배치되며, 도입구를 통해 유입되어 가스확산공간에서 확산된 공정가스가 기판을 향해 분사되도록 가스확산공간의 하측에 다수의 가스분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비하며, 공정가스는 복수의 지점에서 가스확산공간으로 유입되는 것에 특징이 있다.

Description

가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치{Gas injecting device and Substrate processing apparatus using the same}
본 발명은 가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치에 관한 것으로서, 특히 기판지지부에 복수의 기판이 안착되어 회전되면서 박막증착 등의 공정이 진행되는 형태의 기판처리장치와 이러한 형태의 기판처리장치에 사용되는 가스분사장치에 관한 것이다.
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 있는 바, 이에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 증착방법으로서 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 사용되고 있다. 일반적으로 원자층증착방법은 기판에 각각의 원료가스들을 분리 공급하여 원료가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 방법이다.
원자층 박막증착방법의 원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 제1원료가스가 챔버 내로 공급되면 기판 표면과의 반응을 통해 단원자층이 기판 표면에 화학 흡착된다. 그러나 기판 표면이 제1원료가스로 포화되면 단원자층 이상의 제1원료 가스들은 동일한 리간드간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 퍼지(purge)가스가 공급되면 이 물리 흡착 상태의 제1원료가스들은 퍼지가스에 의해서 제거된다. 첫 번째 단원자층 위에 제2원료가스가 공급되면 제1원료가스와 제2원료가스의 리간드 상호간 치환반응을 통해 두 번째 층이 성장하고, 첫 번째 층과 반응하지 못한 제2원료가스들은 물리 흡착 상태에 있게 되어 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두 번째 층의 표면은 제1원료가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 상기한 과정이 하나의 사이클을 이루고 여러 사이클의 반복에 의해 박막이 증착되는 것이다.
상기한 원자층 증착방법을 수행하기 위한 종래의 기판처리장치가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
도 1은 종래의 가스분사장치의 개략적 분리사시도이며, 도 2는 도 1의 가스분사장치가 채용된 종래의 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 기판처리장치(9)는 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버(1)와, 챔버(1) 내부에 회전가능하게 설치되며 복수의 기판(s)이 안착되는 기판지지부(2)를 구비한다. 챔버(1)의 상부에는 기판(s)을 향해 가스를 공급하는 가스분사장치(3)가 설치된다.
가스분사장치(3)는 복수의 가스분사유닛(4)으로 이루어지는데, 가스분사유닛(4)은 원주방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치된다. 보다 구체적으로 가스분사장치(3)의 구성을 설명하면, 원판 형상의 리드플레이트(5)가 상부에 배치되고, 복수의 분사플레이트(6)가 리드플레이트(5)의 하부에 결합된다. 리드플레이트(5) 에는 중심점을 기준으로 복수의 가스주입공(7)이 형성되어 있어, 각 가스주입공(7)을 통해 각 가스분사유닛(4)에 가스를 공급한다. 가스주입공(7)을 통해 주입된 가스는 분사플레이트(6)와 리드플레이트(5) 사이에서 확산되어, 분사플레이트(6)에 일렬로 배치된 가스분사공(8)을 통해 기판(s)으로 공급된다.
기판지지부(2)는 챔버(1) 내에서 회전하면서, 각 가스분사유닛(4)으로부터 공급되는 가스를 순차적으로 공급받아 박막증착이 이루어진다. 예컨대, 공정이 시작되는 시점에 제1원료가스를 공급받고, 순차적으로 퍼지가스, 제2원료가스, 퍼지가스를 공급받음으로써 박막증착이 이루어진다.
그러나 상기한 구성의 가스공급장치(3)가 채용된 기판처리장치(9)에서는 박막의 증착 균일도가 일정하게 보장되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 기판(s)의 전 영역에 걸쳐 박막이 고르게 증착되기 위해서는 기판(s)의 전 영역에 가스가 균등하게 공급되어야 하는데, 상기한 구성의 가스공급장치(3)를 사용하게 되면 기판(s)의 전체 영역에서 기판지지부(2)의 중심쪽에 놓여진 부분에는 가스가 많이 공급되고 기판지지부(2)의 외곽쪽에 놓여진 부분에는 가스가 상대적으로 덜 공급되는 문제점이 있다.
가스가 기판(s)의 전체 영역에 고르게 공급되기 위해서는 가스주입공(7)을 통해 유입된 가스가 가스분사플레이트(6)와 리드프레이트(5) 사이의 공간(c)에서 고르게 확산된 후 가스분사공(8)을 통해 배출되어야 하는데, 도 2에 화살표로 도시된 바와 같이, 가스주입공(7)을 통해 주입된 가스는 공간(c)의 전체로 퍼지지 못하고 기판지지부(2)의 중심쪽에 배치된 가스분사공(8)을 통해 편중되서 배출된다.
도 2에 도시된 기판처리장치(9)는 펌핑 유로가 외곽부에 배치되는 이른바 사이드 펌핑 방식을 채용하고 있으므로, 가스주입공(7)의 위치는 가스분사장치(3)의 중앙쪽에 배치될 수 밖에 없는 상황에서, 챔버(1)의 내부와 가스분사장치(3) 내측의 압력차로 인하여 가스가 가스분사장치(3) 내부에서 충분히 확산되지 못하는 것이다.
더욱이, 기판지지부(2)가 회전하면서 공정이 진행되므로 기판지지부(2)의 외측 부분은 중심쪽 부분에 비하여 동일한 시간 내에 많은 거리를 회전하는 바, 가스가 전체 영역에서 고르게 공급된다고 하여도 동일한 시간 내에 가스에 노출되는 양이 적을 수 밖에 없다.
이에 하나의 기판(s) 내에서 전체 기판지지부(2)의 외곽쪽에 배치된 부분과 중심쪽에 배치된 부분이 서로 다른 두께로 증착되는 문제점을 피할 수 없게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급될 수 있도록 구조가 개선된 가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스분사장치는, 챔버 내부에 회전가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부의 상부에 설치되며, 상기 기판지지부의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치되어 상기 기판에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사유닛을 구비하는 것으로서, 상기 복수의 가스분사유닛들 중 적어도 하나의 가스분사유닛은, 공정가스가 도입되는 도입구가 형성되어 있는 탑플레이트와, 상기 탑플레이트의 하부에 배치되어 상기 공정가스가 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 확산되도록 상기 탑프레이트와의 사이에 상기 도입구와 연결되는 가스확산공간을 형성하는 것으로서, 상기 가스확산공간에서 확산된 가스가 상기 기판을 향해 분사되도록 상기 가스확산공간의 하측에 다수의 가스분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비하며, 상기 공정가스는 복수의 지점에서 상기 가스확산공간으로 유입되는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 탑플레이트와 분사플레이트 사이에는 중간플레이트가 개재되며, 상기 가스확산공간은 상기 탑플레이트와 중간플레이트 사이에 형성되며 상기 도입구와 연결되는 제1가스확산공간과, 상기 중간플레이트와 분사플레이트 사이에 형성되며 상기 가스분사공과 연결되는 제2가스확산공간으로 이루어지며, 상기 중간플레이트에는 제1가스확산공간의 하부에 상기 제2가스확산공간과 연결되는 복수의 연결공이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 도입구는 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 복수 개 배치되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 가스분사공은 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 배치되는 다수의 제1분사공과 상기 기판지지부의 원주방향을 따라 배치되는 다수의 제2분사공으로 이루어지며, 상기 가스확산공간은 상기 제1분사공과 제2분사공의 배치방향을 따라 형성되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 일정한 처리를 수행하도록 내부에 공간이 형성되는 챔버, 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 복수의 기판이 안착되는 기판지지부 및 상기 기판지지부의 상부에 설치되어 상기 기판을 향해 가스를 분사하는 것으로서, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 가스분사장치를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명에 따른 가스분사장치와 이를 채용한 기판처리장치에서는 가스분사유닛에서 기판 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 확산된 상태에서 공정가스가 기판으로 분사되므로 가스가 기판의 전 영역에 고르게 공급될 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에서는 기판지지부가 회전되는 것을 고려하여 기판지지부의 외측으로 갈 수록 가스분사공의 크기를 크게하고 배치밀도를 높임으로써 실제 공정에 있어서 기판의 전 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급될 수 있도록 하였다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스분사장치의 개략적 일부 분리사시도이며, 도 4는 제1실시예에 따른 가스분사장치가 채용된 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스분사장치가 채용된 기판처리장치(100)는 챔버(10), 기판지지부(20) 및 가스분사장치(90)를 구비한다.
챔버(10)는 예컨대 증착공정 등 기판에 대한 일정한 처리가 행해지는 공간을 제공하는 것으로서, 후술할 가스분사장치(90)가 챔버(10)의 상부에 결합되면 챔버(10)의 내측에는 일정한 공간부(11)가 형성된다. 챔버(10) 내측의 공간부(11)는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로 챔버(10)의 외부에는 펌프(미도시)가 마련된다. 이 펌프(미도시)는 챔버(10)의 바닥면 외측에 형성된 배기구(12)와 연결된다.
또한, 챔버(10)의 바닥면에는 후술할 기판지지부(20)의 회전축(22)이 삽입되는 관통공(13)이 형성되어 있다. 기판(s)은 챔버(10)의 측벽에 마련된 게이트밸브(미도시)를 통해 챔버(10)의 내외부로 유입 및 유출된다.
기판지지부(20)는 기판(s)을 지지하기 위한 것으로서, 지지플레이트(21)와 회전축(22)을 구비한다. 지지플레이트(21)은 원판 형상으로 평평하게 형성되어 챔버(10) 내에 평행하게 배치되며, 회전축(22)은 수직하게 배치되어 지지플레이트(21)의 하부에 마련된다. 회전축(22)은 챔버(10)의 관통공(13)을 통해 외부로 연장되어 모터(미도시) 등의 구동수단과 연결되어, 지지플레이트(21)를 회전 및 승강시킨다. 회전축(22)과 관통공(13) 사이를 통해 챔버(10) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지하고자, 회전축(22)은 벨로우즈(미도시)에 의하여 감싸져 있다.
지지플레이트(21)의 상부에는 원주방향을 따라 복수의 기판안착부(23)가 형성된다. 이 기판안착부(23)는 오목하게 형성되어 지지플레이트(21)가 회전되더라도 기판(s)이 이탈되지 않고 지지플레이트(21) 상부에 지지될 수 있게 하는 역할을 한다. 또한 지지플레이트(21)의 하측에는 히터(미도시)가 매설되어 기판(s)을 일정한 공정온도로 가열한다.
가스분사장치(90)는 기판지지부(20)에 안착된 복수의 기판(s)에 원료가스, 반응가스, 퍼지가스 등의 공정가스를 분사하기 위한 것으로서, 챔버(10)의 상부에 결합된다.
본 실시예에서 가스분사장치(90)는 복수의 가스분사유닛(u1~u11)을 포함하여 이루어지며, 이 가스분사유닛(u1~u10)은 기판지지부(20)의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치된다. 각 가스분사유닛(u1~u10)은 탑플레이트(50)와 중간플레이트(60) 및 분사플레이트(70)로 이루어진다. 탑플레이트(50)는 일정한 두께의 사각 판 형상으로 넓게 형성되며, 각 가스분사유닛(u1~u10)의 중간플레이트(60) 및 분사플레이트(70)가 탑플레이트(50)의 하부에 순차적으로 결합된다.
즉, 각 가스분사유닛(u1~u10)은 탑플레이트(50)의 둘레 방향을 따라 탑플레이트(50)의 일부분씩을 점하는 상태로 탑플레이트(50)를 공유한다. 탑플레이트(50)의 중앙부에는 가스분사유닛(u1~u10)의 개수와 대응되는 개수로 도입구(51)가 형성된다. 도입구(51)들은 탑플레이트(50)의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치되며, 각 도입구(51)에는 외부의 가스공급원(미도시)과 선택적으로 연결된다.
다만, 탑플레이트의 형태는 상기한 바와 같이 일체로 형성되어 각 가스분사유닛들의 분사플레이트가 탑플레이트의 일부분씩을 점유하며 결합될 수도 있지만, 가스분사유닛별로 별도로 마련될 수도 있다. 즉, 도시하지는 않았지만, 다른 실시예에서는 챔버의 상부에 프레임이 결합되고, 이 프레임에 원주방향을 따라 복수의 탑플레이트가 결합되고, 분사플레이트는 각 탑플레이트의 하부에 결합되는 형태로 될 수도 있다. 본 발명의 특허청구범위에서 사용되는 탑플레이트는 이렇게 모든 가스분사유닛에 대하여 일체로 형성되는 형태 및 복수개로 마련되는 형태를 모두 포함하는 개념으로 사용된다. 본 실시예에서는 탑플레이트(60)가 일체로 형성된 경우를 예로 들어 설명한다.
한편, 중간플레이트(60)와 분사플레이트(60)는 탑플레이트(50)의 도입구(51)로 유입된 가스가 기판(s)의 전 영역에 걸쳐 고르게 분사될 수 있게 하기 위한 것이다. 중간플레이트(60)와 분사프레이트(60)는 대략 부채꼴 형상으로 형성되며, 중간플레이트(60)는 탑플레이트(50)의 하부에 결합되며, 분사플레이트(60)는 중간플레이트(60)의 하부에 결합된다.
중간플레이트(60)의 상부에는 기판지지부(20)의 반경방향을 따라 길게 제1홈부(61)가 형성되는데, 이 중간플레이트(60)가 탑플레이트(50)에 밀착되면 이 제1홈부와 탑플레이트(50)의 하면 사이에 제1가스확산공간을 형성한다. 제1가스확산공간은 탑플레이트(50)에 형성된 도입구(51)와 연통된다. 또한 중간플레이트(60)의 제1홈부 양측 하부에는 복수의 연결공(62,63)이 관통형성된다.
분사플레이트(70)의 상부에도 오목하게 제2홈부(71)가 형성된다. 이 제2홈부(71)는 기판지지부(20)의 반경방향을 따라 길게 배치되는 직선부(71a)와, 직선부(71a)의 끝단에서 기판지지부(20)의 원주방향을 따라 연장형성되는 원주부(71b)로 이루어진다. 분사플레이트(70)가 중간플레이트(60)에 밀착되게 결합되면, 중간플레이트(60)의 하면과 분사플레이트(70)의 제2홈부(71) 사이에 제2가스확산공간이 형성된다.
제2가스확산공간은 중간플레이트(60)에 형성된 2개의 연결공(62,63)과 연결되어 제1가스확산공간과 상호 연통된다. 또한, 분사플레이트(70)의 제2홈부(71)의 직선부(71a) 하측에는 다수의 제1분사공(72)이 관통형성되어 직선부(71a)를 따라 일렬로 배치되며, 원주부(71b)의 하측에도 다수의 제2분사공(73)이 관통형성된다. 제1분사공(72)과 제2분사공(73)은 제2가스확산공간과 기판(s)이 배치되어 있는 챔버(10)의 공간부(11)를 상호 연통시킨다.
상기한 구성으로 이루어진 가스분사유닛(u1~u10)에서 탑플레이트(50)의 도입구(51)는 기판지지부(20)의 중앙에 치우쳐서 배치되어 있다. 본 기판처리장치(100)와 같이 펌프(미도시)와 연결된 배기구(12)가 기판지지부(20)의 외곽쪽에 배치되는 이른바 사이드 펌핑 구조에서는, 도입구(51)가 탑플레이트(20)의 중앙쪽에 치우쳐서 배치되어야 공급된 가스가 기판지지부(20)의 중앙쪽으로부터 외곽측으로 유동되면서 기판(s)과 다량 접촉될 수 있기 때문이다. 그러나 단지 도입구(51)를 중앙쪽에 배치하고 외곽측에서 펌핑을 하는 구조만으로는 종래기술에서 언급한 바와 같이, 가스의 흐름이 기판(s)의 전체 영역에서 고르게 형성되지 못하는 바, 본 실시예에서는 제1가스확산공간과 제2가스확산공간을 이용하여 가스분사유닛(u1~u10) 내에서 가스가 기판(s)의 전체 영역으로 고르게 확산될 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 실시예에서, 도 4에 화살표로 도시된 바와 같이, 도입구(51)로 유입된 공정가스는 제1확산공간에서 기판지지부(20)의 반경방향을 따라 양측으로 확산된 후, 제1홈부(61)의 양측에 형성된 연결공(62,63)을 통해 두 지점에서 제2확산공간으로 유입된 후 중앙쪽으로 유동되는 가운데 제1,2분사공(72,73)으로 유출된다.
종래에는 단일한 도입구로 유입된 가스가 충분히 확산되지 못한 채 바로 가스분사공을 통해 기판으로 분사되었다면, 본 실시예에서는 중간플레이트(60)에 의해 형성되는 제1가스확산공간을 통해 1차적으로 기판지지부(20)의 반경방향 양측으로 가스를 확산시킴으로써 복수의 지점(제2확산공간의 양쪽 끝 지점)에서 가스가 제2확산공간으로 유입될 수 있게 하였으며, 양측에서 유입된 가스는 제2가스확산공간 전체로 확산됨으로써 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기한 구성으로 이루어진 가스분사유닛은 소스가 스를 분사하는 소스가스 분사유닛(u5)과 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛(u1,u9,u10) 및 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사유닛(u2,u3,u7,u8)으로 나누어진다. 다만, 가스분사유닛의 실질적 구성은 동일하므로, 이러한 구분은 각 가스분사유닛에 도입되는 가스에 따라 결정되는 것이다. 즉, 진행하고자 하는 공정에 따라 각 가스분사유닛에 도입되는 가스를 변경함으로서, 복수의 가스분사유닛을 다양하게 조합하여 가변시킬 수 있다.
예컨대, 본 실시예에서는 참조번호 u5로 표시된 소스가스 분사유닛에서는 지르코늄(Zr)과 같은 금속을 포함하는 가스를 기판지지부(20) 상으로 공급하고, 참조번호 u1,u9,u10으로 표시된 반응가스 분사유닛에서는 소스가스와 반응하는 예컨대 오존(O3)과 같은 반응가스를 기판지지부(20) 상으로 공급한다. 편의상 소스가스와 반응가스를 분리하여 설명하였지만 본 발명의 청구범위에 기재된 원료가스는 소스가스와 반응가스를 모두 포함하는 의미이다.
소스가스 분사유닛(u5)과 반응가스 분사유닛(u1,u9,u10) 사이에는 퍼지가스 분사유닛(u2~u3, u7~u8)이 배치된다. 이 퍼지가스 분사유닛에서는 질소 또는 아르곤과 같은 비반응성 가스를 분사하여 기판 상에 화학적으로 흡착되어 있지 않은 소스가스와 반응가스를 물리적으로 제거한다.
또한, 본 실시예에서는 소스가스 분사유닛(u5)과 반응가스 분사유닛(u1,u9,u10) 사이에서 가스가 혼합되지 않도록, 가스분사유닛들의 중앙에는 중앙 퍼지가스 분사유닛(80)을 더 구비한다. 이 중앙 퍼지가스 분사유닛(80)에는 탑플 레이트(50)의 중앙부에 가스유입구(52)가 형성되며, 가스유입구(52)의 하부에는 다수의 분사공(81)이 형성되어 퍼지가스를 기판지지부(20)의 중앙쪽으로 분사하게 한다. 퍼지가스가 분사되면서 에어커튼을 형성함으로써 소스가스와 반응가스는 기판지지부(20)의 중앙에서 상호 혼합되는 것이 방지된다.
한편, 본 실시예에서는 서로 동일한 가스를 분사하는 가스분사유닛들은 상호 인접하게 배치되어 그룹을 지어 가스분사블럭을 형성한다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 3개의 반응가스 분사유닛(u1,u9,u10)들은 상호 인접하게 배치되어, 반응가스 분사블럭(RB)을 형성하며, 반응가스 분사블럭(RB)의 양측에는 각각 2개(u2~u3, u7~u8)의 퍼지가스 분사유닛들이 그룹을 지어 퍼지가스 분사블럭(PB)을 형성한다.
또한, 도시하지는 않았지만, 실시예에 따라서는 가스분사유닛의 면적이 서로 다르게 형성될 수도 있다. 예컨대, 본 실시예에서는 2개의 퍼지가스 분사유닛이 퍼지가스 분사블럭(PB)을 형성하였다면, 다른 실시예에서는 퍼지가스 분사블럭(PB)만한 면적의 퍼지가스 분사유닛이 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 원료가스 분사유닛과 퍼지가스 분사유닛 사이에 버퍼분사유닛(d)이 개재된다. 버퍼분사유닛(d)은 원료가스 분사유닛과 퍼지가스 분사유닛을 상호 이격시키기 위한 것이며, 버퍼분사유닛(d)에는 별도의 공정가스가 도입되지 않는다. 다만, 버퍼분사유닛(d)의 구조는 다른 가스분사유닛들과 동일하므로 필요에 따라 선택적으로 공정가스를 유입시킬 수는 있다.
본 실시예에서는 소스가스 분사유닛(u5)과 퍼지가스 분사유닛들(p1,p3) 사이에 각각 버퍼분사유닛(u4,u6)이 개재되어 소스가스와 퍼지가스가 상호 이월되지 않 도록 하는 기능을 수행한다.
상기한 구성으로 이루어진 제1실시예에서는 각 가스분사유닛(u1~u10)에서 각각의 공정가스가 분사되는 가운데, 기판지지부(20)가 회전하면 기판지지부(20)에 안착되어 있는 복수의 기판(s)은 순차적으로 소스가스, 퍼지가스, 반응가스 및 퍼지가스에 노출되면서 기판(s)의 상면에는 소스가스와 반응가스가 리간드 상호간 치환반응을 통해 층을 형성하면서 박막이 증착된다. 본 실시예에서는 상기한 바와 같이 제1가스확산공간과 제2확산공간을 통해 각 가스분사유닛에서 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급되기 때문에, 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 박막이 균일하게 증착되게 된다.
상기한 바와 같이, 기판(s)의 전체 영역을 커버할 수 있도록 가스가 고르게 확산되도록 하기 위해서는 기판으로 가스를 분사하는 가스분사공들 직상부에 형성되는 가스확산공간에서 가스가 완전히 확산될 것이 요구되는데, 이를 위해서 가장 중요한 것은 복수의 지점에서 가스가 가스확산공간으로 도입되어야 한다는 것이다. 즉, 단일한 지점에서 가스가 가스확산공간으로 유입된다면 종래기술과 같이 가스확산공간에서 가스가 충분히 확산되지 못한 채 가스분사공으로 배출되기 때문이다.
제1실시예에서는 각 가스분사유닛(50)에 하나의 도입구(51)가 연결되지만, 중간플레이트(60)를 통해 가스를 두 경로로 분리하여 제1,2분사공(72,73)의 직상부 에 형성된 제2가스확산공간으로는 복수의 지점(2지점)에서 가스가 유입되도록 하였다.
그러나, 상기한 구성 이외에도, 가스가 복수의 지점에서 가스확산공간으로 유입될 수 있도록 할 수 있으며, 이러한 형태의 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스분사장치가 채용된 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제1실시예와 달리, 제2실시예에 따른 기판처리장치(200)에서는 가스분사장치(50)가 탑플레이트(50)와 분사플레이트(70)로만 이루어지며, 중간플레이트(60)가 개재되지 않는다. 그러나, 탑플레이트(50)와 분사플레이트(70) 사이에 형성된 가스확산공간으로 두 개의 지점에서 가스가 유입된다. 즉, 각 가스분사유닛의 탑플레이트(50)에는 복수의 도입구(51,53)가 형성됨으로써, 가스확산공간에는 복수의 지점에서 가스가 유입될 수 있다. 특히, 제2실시예에서는 도입구(51,53)가 기판지지부(20)의 반경방향을 따라 양측 단부에 배치됨으로써, 도입구(51,53)를 통해 도입된 가스는, 도 5에 화살표로 도시된 바와 같이, 상호 접근되는 방향으로 유동된다. 결과적으로, 두 개의 도입구(51,53)로 유입된 가스는 가스확산공간에서 완전히 확산된 후 분사공(72)을 통해 기판(s)의 전체 영역에 고르게 분사될 수 있다.
또한, 복수의 도입구가 형성된 경우에, 기판지지부(20)의 중심쪽에 배치된 도입구(51)를 통해 유입되는 공정가스의 양보다 외곽쪽에 배치된 도입구(53)를 통해 유입되는 공정가스의 양을 많게 하는 것이 바람직하다. 즉, 기판지지부(20)가 회전하는 가운데 공정이 진행되기 때문에 기판(s)의 직경방향을 따라 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급된다고 하더라도, 하나의 기판(s) 내에서도 기판지지부(20)의 중심보다 외곽에 배치된 부분은 동일한 시간 내에 회전이동량이 많기 때 문에 가스와의 접촉량은 적어질 수 밖에 없다. 이에 최종적으로 기판(s) 전체 영역에 공정가스가 고르게 공급되도록 하기 위해서, 기판지지부(20)의 중앙쪽에 배치된 도입구를 통해 주입되는 공정가스의 양보다 외곽쪽에 배치된 도입구를 통해 보다 주입되는 공정가스의 양이 많아야 하는 것이다.
제2실시예에서 설명하지 않은 구성요소 중 제1실시예와 동일한 참조번호가 부여된 구성요소는 제1실시예와 동일한 구성 및 작용효과를 발생시키는 것인 바 제1실시예에서의 설명으로 갈음하기로 한다.
지금까지 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 분사되도록 하기 위해서, 가스분사유닛(u1~u10) 내에서 가스가 전체적으로 확산되도록 하는 구성에 대하여 설명하였다. 그러나, 기판(s) 전체 영역에 가스가 고르게 분사되도록 하기 위해서 가스분사공의 배치를 조절할 필요가 있다. 즉, 종래기술에서도 설명한 바와 같이, 기판지지부(20)가 회전하는 가운데 공정이 진행되기 때문에 기판(s)의 직경방향을 따라 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급된다고 하더라도, 하나의 기판(s) 내에서도 기판지지부(20)의 중심보다 외곽에 배치된 부분은 동일한 시간 내에 회전이동량이 많기 때문에 가스와의 접촉량은 적어질 수 밖에 없다.
이에 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 가스분사공의 배치 및 크기를 조절하여 기판지지부(20)의 외곽쪽에 배치된 기판(s) 쪽으로 가스가 더욱 많이 분사될 수 있도록 하였다. 도 6을 참조하면, 제1분사공(72)의 경우 기판지지부(20)의 중심쪽보다 외곽으로 갈 수록 제1분사공(72)의 직경이 커지고 제1분사공(72)의 배치 밀도도 높아지게 함으로써 외곽쪽에 가스가 많이 분사될 수 있도록 하였다. 또한, 기판지지부(20)의 원주방향을 따라 제2분사공을 형성함으로써 기판지지부(20)의 외측에 배치된 부분으로 가스가 많이 공급될 수 있도록 하였다.
그러나, 가스분사공의 배치를 조절함과 동시에 중간플레이트(60)에 형성된 연결공의 배치도 조절할 필요가 있다. 즉, 도 7에는 도 3에 도시된 중간플레이트보다 많은 수의 연결공이 형성되어 있는 형태의 중간플레이트(60')가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 중간플레이트(60')에는 기판지지부(20)의 반경방향을 따라 일렬로 다수의 연결공(c)이 형성되어 있는데, 기판지지부(20)의 중심쪽에 배치된 연결공(c)보다 외곽측에 배치된 연결공(c)이 더 많을 뿐만 아니라, 직경도 크게 형성되어 있다. 이에 따라, 도입구를 통해 유입된 공정가스는 기판지지부(20)의 외곽쪽에 배치된 연결공을 통해 많이 배출됨으로써 공정가스가 가스확산공간 전체로 확산되는 것을 촉진시킨다.
즉, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 중간플레이트(60')에서의 연결공(c)과 분사플레이트의 가스분사공(72)을 배치함에 있어, 기판지지부(20)의 중심쪽보다는 외곽쪽에 연결공(c)과 가스분사공(72)을 많이 배치하고, 외곽쪽에 배치된 연결공(c)과 가스분사공(72)의 크기를 중앙쪽보다 크게 한다. 기판지지부(20)가 회전하는 것을 고려할 때, 연결공(c)과 가스분사공(72)의 배치 및 크기를 조절함으로서 실질적으로 기판(s)의 전체 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급되도록 할 수 있다.
본 발명에서는 복수의 지점에서 가스가 가스확산공간으로 유입되게 하여 가스분사유닛(u1~u10) 내에서 가스가 전체적으로 확산되게 함과 아울러, 기판지지부(20)의 반경방향을 따라 가스분사유닛의 외곽에 가스분사공을 많이 배치함으로 써, 전체적으로 기판(s)의 전 영역에 걸쳐 가스가 고르게 공급될 수 있도록 하였다. 이러한 구성에 의하여 본 발명에 따른 가스분사장치(90)와 기판처리장치(100,200)을 이용하면, 기판(s)에 증착되는 박막의 균일도를 보장할 수 있다는 이점이 있다.
지금까지 탑플레이트(50)와 중간플레이트(60) 사이의 제1가스확산공간은 중간플레이트(60)에 제1홈부(61)와 탑플레이트(50) 하면에 의하여 형성되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 역으로 탑플레이트(50)의 하면에 오목하게 홈부가 형성됨으로써 제1가스확산공간을 형성할 수도 있다. 마찬가지로, 제2가스확산공간도 중간플레이트(60)의 하면에 오목한 홈부가 형성됨으로써 형성될 수 있다.
또한 지금까지 분사플레이트(70)에 형성된 제2홈부(71)가 직선부와 원주부로 이루어지며, 직선부의 하부에는 제1분사공이 원주부의 하부에는 제2분사공이 형성된 것으로 설명 및 도시하였으나, 원주부와 제2분사공은 형성되지 않고 직선부와 제1분사공만 형성되어도 본 발명에 따른 목적을 달성할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 한다.
도 1은 종래의 가스분사장치의 개략적 분리사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스분사장치가 채용된 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스분사장치의 개략적 일부 분리사시도이다.
도 4는 제1실시예에 따른 가스분사장치가 채용된 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스분사장치가 채용된 기판처리장치의 개략적 단면도이다.
도 6은 가스분사공의 배치 형태가 나타나도록 하방에서 바라본 가스분사장치의 평면도이다.
도 7은 중간플레이트의 연결공의 배치 형태를 설명하기 위한 개략적 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200 ... 기판처리장치 10 ... 챔버
20 ... 기판지지부 50 ... 탑플레이트
60,60' ... 중간플레이트 70 ... 분사플레이트
80 ... 중앙 퍼지가스 분사유닛 90 ... 가스분사장치
u1~u10 ... 가스분사유닛 s ... 기판

Claims (15)

  1. 챔버 내부에 회전가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부의 상부에 설치되며, 상기 기판지지부의 중심점을 기준으로 원주방향을 따라 배치되어 상기 기판에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사유닛을 구비하는 가스분사장치에 있어서,
    상기 복수의 가스분사유닛은,
    공정가스가 도입되는 도입구가 형성되어 있는 탑플레이트와,
    상기 탑프레이트와의 사이에서 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 가스확산공간을 형성하도록 상기 탑플레이트의 하부에 배치되며, 상기 도입구를 통해 유입되어 상기 가스확산공간에서 확산된 공정가스가 상기 기판을 향해 분사되도록 상기 가스확산공간의 하측에 다수의 가스분사공이 형성되어 있는 분사플레이트를 구비하며,
    상기 복수의 가스분사유닛들 중 적어도 하나의 가스분사유닛에서는 상기 공정가스가 복수의 지점에서 상기 가스확산공간으로 유입되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탑플레이트와 분사플레이트 사이에는 중간플레이트가 개재되며,
    상기 가스확산공간은 상기 탑플레이트와 중간플레이트 사이에 형성되며 상기 도입구와 연결되는 제1가스확산공간과, 상기 중간플레이트와 분사플레이트 사이에 형성되며 상기 가스분사공과 연결되는 제2가스확산공간으로 이루어지며,
    상기 중간플레이트에는 제1가스확산공간의 하부에 상기 제2가스확산공간과 연결되는 복수의 연결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스가 도입되는 도입구는 상기 기판지지부의 반경방향에서 상기 기판지지부의 중심쪽에 치우쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도입구는 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공정가스는 상기 기판지지부의 중심측에 배치된 도입구를 통해 유입되는 양보다 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 외측에 배치된 도입구를 통해 상대유입되는 양이 상대적으로 많은 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사공은 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 배치되는 다수의 제1 분사공과 상기 기판지지부의 원주방향을 따라 배치되는 다수의 제2분사공으로 이루어지며,
    상기 가스확산공간은 상기 제1분사공과 제2분사공의 배치방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탑플레이트는 일체로 형성되며, 상기 각각의 가스분사유닛의 분사플레이트는 상기 기판지지부의 중심을 기준으로 원주방향을 따라 배치되어 상기 탑플레이트의 일부분을 점하며 상기 탑플레이트에 하부에 각각 결합되는 경우, 또는
    상기 탑플레이트가 각 가스분사유닛별로 독립되어 복수 개 마련되며 각각의 탑플레이트는 상기 기판지지부의 중심을 기준으로 원주방향을 따라 배치되어 상기 챔버의 상측에 결합되는 프레임에 각각 고정되는 경우 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 중간플레이트에 형성된 복수의 연결공은 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 상기 기판지지부의 중심쪽 보다 외측에 많이 배치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 중간플레이트에 형성된 복수의 연결공은 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 외측에 배치된 연결공이 상기 기판지지부의 중심측에 배치된 연결공에 비하여 넓이가 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사유닛은 원료가스를 분사하는 복수의 원료가스 분사유닛과 상기 원료가스를 퍼지하기 위한 퍼지가스를 분사하는 복수의 퍼지가스 분사유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 원료가스들을 퍼지하기 위한 퍼지가스를 상기 기판지지부 상의 중심부쪽으로 공급하도록, 상기 기판지지부의 원주방향을 따라 배치된 복수의 가스분사유닛들의 중앙부에 설치되는 중앙 퍼지가스 분사유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 원료가스 분사유닛들과 퍼지가스 분사유닛들 중 상호 인접하게 배치되며 서로 동일한 가스를 분사하는 둘 이상의 분사유닛들이 그룹을 지어 가스분사블럭을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 원료가스 분사유닛은 소스가스를 분사하는 분사유닛과, 상기 소스가스와 반응하는 반응가스를 분사하는 분사유닛을 포함하며, 소스가스를 분사하는 복수의 분사유닛 또는 반응가스를 분사하는 복수의 분사유닛이 그룹을 지어 가스분사블럭을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 가스분사유닛들 사이에는 가스를 선택적으로 분사하거나 분사하지 않을 수 있는 버퍼분사유닛이 개재되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  15. 기판에 대한 일정한 처리를 수행하도록 내부에 공간이 형성되는 챔버;
    상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 복수의 기판이 안착되는 기판지지부; 및
    상기 기판지지부의 상부에 설치되어 상기 기판을 향해 가스를 분사하는 것으로서, 상기 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 한에 기재된 가스분사장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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