KR20120038675A

KR20120038675A - 원자층 증착 장치

Info

Publication number: KR20120038675A
Application number: KR1020100100247A
Authority: KR
Inventors: 강승익; 강현
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-24

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 증착 대상물인 기판에 대한 증착 공간을 형성하며, 기판이 안착되는 서셉터가 회전 가능하게 결합되고, 서셉터와 이격 배치되어 서셉터에 안착된 기판으로 열을 공급하는 히터가 장착되는 프로세스 챔버; 서셉터 본체의 상부에 위치하도록 프로세스 챔버 내에 구비되어 기판으로 증착 가스를 분사하며, 서셉터에 안착된 기판과의 간격을 조절할 수 있도록 승강 가능한 샤워헤드; 및 샤워헤드에 연결되어 샤워헤드를 승강시키기 위한 구동력을 발생시키는 헤드 구동부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기판에 대한 증착 공정 시 서셉터 상의 기판과 히터와의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 기판의 온도 균일도를 유지할 수 있고, 또한 기판으로 분사되는 증착 가스의 종류에 따라 샤워헤드의 상하 위치를 조절할 수 있어 기판에 대한 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

원자층 증착 장치{Atomic Layer Deposition Apparatus}

원자층 증착 장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 서셉터와 히터와의 간격을 일정하게 유지시킴으로써 기판의 온도 균일도를 향상시킬 수 있으면서도 샤워 헤드를 승강 구동시킴으로써 증착 가스에 따라 샤워 헤드와 기판과의 간격을 적절하게 조절할 수 있는 원자층 증착 장치가 개시된다.

일반적으로 반도체 웨이퍼(wafer)나 글래스(glass) 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 사용되고 있다.

반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착(ALD, atomic layer deposition) 방법의 사용이 증대되고 있다.

이러한 원자층 증착 방법은 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 그러나 화학 기상 증착 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과는 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착한다는 점에서 차이가 있다.

이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 매우 우수하여 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현할 수 있으며, 따라서 현재 널리 각광받고 있다.

한편, 복수 개의 기판에 동시에 박막을 증착할 수 있는 세미배치(semi-batch) 타입의 원자층 증착 장치가 개시되어 있다. 통상적으로 세미 배치 타입 원자층 증착 장치는 서로 다른 종류의 증착 가스가 분사되고 서셉터의 고속 회전에 의해 기판이 순차적으로 증착 가스가 분사된 영역을 통과함에 따라 기판 표면에서 증착 가스 사이의 화학 반응 생성물이 증착되어 박막이 패터닝될 수 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(1)는, 증착 공간(10S)을 형성하는 프로세스 챔버(10)와, 복수 개의 기판(W)이 안착되는 서셉터(20)와, 서셉터(20) 상의 기판(W)으로 서로 다른 종류의 증착 가스를 순차적으로 분사하는 샤워헤드(50)와, 서셉터(20)의 하부에 위치하도록 프로세스 챔버(10) 내에 장착되어 기판으로 열을 제공하는 히터(30)를 포함할 수 있다.

여기서, 구동축(25)에 축 결합되는 서셉터(20)는 회전 모터(28)에 의해 제자리에서 회전할 수 있을 뿐만 아니라 승강 모터(29)에 의해 상하 방향으로 이동 가능한 구조를 가짐으로써 증착 가스의 종류에 따라 샤워헤드(50) 및 서셉터(20) 상의 기판(W)의 간격을 조절할 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(1)에 있어서는, 서셉터(20)가 승강 구동됨으로써 히터(30)와의 일정한 간격을 유지할 수 없게 되고, 따라서 기판(W)으로 전달되는 열의 크기가 달라져 기판(W)의 온도 균일도가 저하될 수 있으며, 이로 인해 기판(W)의 증착 공정의 신뢰성이 저하될 수 있다.

또한, 기판(W)의 증착 공정 시 사용되는 증착 가스는 기판(W)으로 분사된 후 배기 경로(40)를 통과한 후 외부로 배출되는데, 이때 서셉터(20)의 높이가 증착 가스의 종류에 따라 달라짐으로써 배기 경로(40)의 입구로 배기가스가 원활하게 이동되지 못하는 문제점이 발생될 수 있다.

이에, 기판의 온도 균일도를 유지하면서도 증착 공정 결과 발생되는 배기가스를 외부로 원활하게 배출할 수 있는 새로운 구조의 원자층 증착 장치의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 실시예에 따른 목적은, 기판에 대한 증착 공정 시 서셉터 상의 기판과 히터와의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 기판의 온도 균일도를 유지할 수 있고, 또한 기판으로 분사되는 증착 가스의 종류에 따라 샤워헤드의 상하 위치를 조절할 수 있어 기판에 대한 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 서셉터의 상하 위치를 일정하게 유지시킴으로써 증착 공정 시 발생되는 배기가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 증착 대상물인 기판에 대한 증착 공간을 형성하며, 상기 기판이 안착되는 서셉터가 회전 가능하게 결합되고, 상기 서셉터와 이격 배치되어 상기 서셉터에 안착된 상기 기판으로 열을 공급하는 히터가 장착되는 프로세스 챔버; 상기 서셉터 본체의 상부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 기판으로 증착 가스를 분사하며, 상기 서셉터에 안착된 상기 기판과의 간격을 조절할 수 있도록 승강 가능한 샤워헤드; 및 상기 샤워헤드에 연결되어 상기 샤워헤드를 승강시키기 위한 구동력을 발생시키는 헤드 구동부;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 기판에 대한 증착 공정 시 서셉터 상의 기판과 히터와의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 기판의 온도 균일도를 유지할 수 있고, 또한 기판으로 분사되는 증착 가스의 종류에 따라 샤워헤드의 상하 위치를 조절할 수 있어 기판에 대한 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 헤드 구동부는, 상기 샤워헤드에 결합되는 헤드 결합부재; 및 상기 헤드 결합부재를 승강시키는 승강 구동부재를 포함할 수 있다. 여기서, 승강 구동부재는 유압 모터 또는 리니어 모터로 마련될 수 있으며, 따라서 샤워헤드를 정밀하게 위치 조절할 수 있으면서도 샤워헤드의 구동 시 발생 가능한 진동을 최소화할 수 있다.

상기 샤워헤드를 통해 분사되는 상기 증착 가스는, 소스 가스(source gas), 반응 가스(reactance gas) 및 퍼지 가스(purge gas) 중 적어도 어느 하나이며, 상기 증착 가스의 종류에 따라 상기 샤워헤드는 상기 서셉터 본체에 안착된 상기 기판과 미리 설정된 간격을 갖도록 위치 조절될 수 있다.

상기 샤워헤드를 통해 상기 증착 가스 중 상기 소스 가스 또는 상기 퍼지 가스가 분사될 때, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 상의 상기 기판은 상기 헤드 구동부로부터 제공되는 구동력에 의해 제1 간격으로 위치 조절되고, 상기 샤워헤드를 통해 상기 증착 가스 중 상기 반응 가스가 분사될 때, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 상의 기판은 상기 헤드 구동부로부터 제공되는 구동력에 의해 상기 제1 간격에 비해 상대적으로 작은 제2 간격으로 위치 조절될 수 있다.

상기 원자층 증착 장치는, 입구가 상기 서셉터 본체의 상면에 대응되는 높이에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 마련되며, 증착 공정 결과 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부를 더 포함할 수 있으며, 이로 인해 증착 공정 시 발생되는 배기가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.

상기 히터는 상기 서셉터의 하부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 장착되며, 상기 서셉터와의 수직 거리가 일정하게 유지되며, 따라서 기판의 온도 균일도를 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판에 대한 증착 공정 시 서셉터 상의 기판과 히터와의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 기판의 온도 균일도를 유지할 수 있고, 또한 기판으로 분사되는 증착 가스의 종류에 따라 샤워헤드의 상하 위치를 조절할 수 있어 기판에 대한 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 서셉터의 상하 위치를 일정하게 유지시킴으로써 증착 공정 시 발생되는 배기가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 샤워헤드를 하방에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 샤워헤드가 서셉터에 대해 상하 구동되는 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 내부 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 샤워헤드를 하방에서 바라본 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 샤워헤드가 서셉터에 대해 상하 구동되는 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치(100)는, 증착 대상물인 복수 개의 기판(W)의 수용되는 증착 공간(110S)을 형성하는 프로세스 챔버(110)와, 프로세스 챔버(110) 내에 장착되며 그 상면에 복수 개의 기판(W)의 안착되는 서셉터(120)와, 프로세스 챔버(110)의 내측 상부에 장착되되 높이 방향으로 승강 가능하게 배치되는 샤워헤드(150)와, 샤워헤드(150)를 승강 구동시키는 헤드 구동부(170)와, 서셉터(120)의 하부에 위치하도록 프로세스 챔버(110) 내에 장착되어 서셉터(120) 그리고 서셉터(120) 상의 기판(W)으로 열을 가하는 히터(130)를 포함할 수 있다. 또한, 프로세스 챔버(110)의 양 내측벽에 장착되어 증착 공정 결과 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부(140)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 증착 대상물인 기판(W)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(W)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel)와 같은 평판디스플레이 타입의 기판일 수 있다. 또한, 기판(W)의 형상은 원형 플레이트로 한정되는 것은 아니며, 다른 형상, 예를 들면 사각형 플레이트 등 다양한 형상으로 마련될 수 있음은 당연하다.

각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 프로세스 챔버(110)는 복수 개의 기판(W)을 수용하여 증착 공정이 진행되는 증착 공간(110S)을 제공하며, 프로세스 챔버(110) 내에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(W)이 안착되는 서셉터(120)와 기판(W)으로 증착 가스를 제공하는 샤워헤드(150)가 장착된다.

한편, 본 실시예의 서셉터(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 기판(W)이 안착되는 부분으로서, 우수한 스루풋(throughput)을 구현할 수 있는 세미배치(semi-batch) 타입으로 마련될 수 있다.

즉, 복수 개의 기판(W)이 상방을 향하는 서셉터(120)의 상면에서 원주 방향을 따라 복수 개, 예를 들면6개 안착될 수 있으며, 따라서 1회의 증착 공정에 의해 복수 개의 기판(W)에 대한 증착을 동시에 진행할 수 있다.

서셉터(120)는, 도 2에 도시된 것처럼 구동축(125)과 결합되며, 구동축의 회전 시 함께 회전함으로써 서셉터(120) 상의 기판(W)의 증착 공정을 거칠 수 있다. 구동축(125)은 구동부(128)로부터 전달되는 구동력에 의해 회전할 수 있다.

도시하지는 않았지만, 서셉터(120)에는 기판(W)이 안착될 위치에 내장되어 기판(W)을 업/다운(up/down) 구동시키는 리프트 핀(미도시)이 마련될 수 있다. 예를 들면, 각각의 기판(W)은 3개의 리프트 핀에 의해 삼각형 형태로 지지될 수 있다.

한편, 히터(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(120)의 하부에 구비되어 증착 공정에 필요한 온도로 서셉터(120) 및 그 상면에 안착되는 기판(W)을 가열하는 역할을 한다.

히터(130)는 전원이 인가되면 열을 발생시키는 저항성 가열소자와 같은 방출소자로 마련될 수 있다. 이러한 히터(130)는 서셉터(120)의 하부에서 서셉터(120)의 형상에 대응되는 형상으로 배치됨으로써 서셉터(120) 및 그 상면에 마련된 기판(W)을 균일하게 가열할 수 있으며, 따라서 기판(W)에 대한 증착 공정이 신뢰성 있게 진행될 수 있다.

또한, 히터(130)는 그 상부에 서셉터(120)가 마련됨으로써 기판(W)에 대한 증착 공정 시 증착 가스가 히터(130)에 증착되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 온도 분포가 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 다만, 히터(130)의 구조 및 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 히터는 프로세스 챔버(110)의 하부벽에 내장되어 서셉터(120) 및 기판(W)을 가열할 수 있음은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이, 히터(130)는 그 상부에 놓인 서셉터(120) 및 기판(W)을 가열하되, 서셉터(120) 및 기판(W)의 일정 간격(D1)을 유지함으로써 서셉터(120) 및 히터의 간격 차이로 인해 발생되는 온도 불균일을 차단할 수 있다. 즉, 기판(W)의 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 것이며, 이로 인해 균일하게 가열된 기판(W)에서 증착 가스의 증착이 균일하게 이루어질 수 있다.

한편, 배기가스 배출부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증착 공정 결과 발생되는 배기가스가 외부로 배출되는 배기 경로를 형성한다. 이러한 배기가스 배출부(140)의 입구 영역과 서셉터(120)의 상면은 대응되며, 따라서 증착 공정 결과 발생되는 배기가스는 기판(W)의 상면 및 서셉터(120)의 상면을 지나 배기가스 배출부(140)의 입구로 유입될 수 있고, 이에 따라 배기가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드(150)는 프로세스 챔버(110)의 내측 상부에 장착되어 서셉터(120)에 안착된 기판(W)의 표면으로 다른 종류의 증착 가스를 순차적으로 분사하는 역할을 담당한다. 이러한 샤워헤드(150)에는 서셉터(120)가 회전할 때 기판(W)에 증착 가스가 순차적으로 분사될 수 있도록 다른 종류의 증착 가스가 각각 분사되는 가스 영역들이 형성된다.

도 3을 참조하면, 샤워헤드(150)에는 4종의 증착 가스가 각각 분사되는 가스 영역들이 호 형상으로 형성되며, 가스 영역들은 기판(W)의 이동 방향을 따라 소스 가스(source gas)가 분사되는 소스 영역(SA), 퍼지 가스(purge gas)가 분사되는 제1 퍼지 영역(PA1), 반응 가스(reactance gas)가 분사되는 반응 영역(RA) 및 퍼지 가스가 분사되는 제2 퍼지 영역(PA2)을 구비할 수 있다.

참고적으로, 본 발명에서 증착 가스라 함은 기판(W)에 박막을 증착하는 공정에서 사용되는 가스들을 가리키는 것으로, 기판(W)에 증착하고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스 가스, 소스 가스를 기판 상에서 반응시키는 반응 가스, 그리고 소스 가스 및 반응 가스를 기판(W)에서 제거하기 위한 퍼지 가스를 포함한다.

여기서, 소스 가스는 도 2에 도시된 바와 같이, 소스 가스 공급부(106)로부터 샤워헤드(150)로 공급되고, 반응 가스는 반응 가스 공급부(107)로부터 공급되며, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급부(108)로부터 공급될 수 있다. 각 공급부(106, 107, 108)와 샤워헤드(150)를 연결하는 이동 라인에는 유량 조절 밸브(미도시)가 장착됨으로써 각 공급부(106, 107, 108)로부터 샤워헤드(150)로 전달되는 각 가스의 유량 및 투입 시기 등이 조절될 수 있다.

본 실시예에서는, 서로 화학적으로 반응하여 박막을 형성하는 소스 가스 및 반응 가스와, 이들 가스의 퍼지를 위한 퍼지 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 박막을 증착하기 위해서 소스 가스는 실리콘을 포함하는 실란(Silane, SiH4) 또는 디실란(Disilane, Si2H6), 4불화 실리콘(SiF4), 유기금속화합물 소스 중 어느 하나의 가스를 사용하고, 반응 가스는 산소나 오존(O3) 및 플라즈마에 의해 분해된 반응성 가스를 사용할 수 있다.

그리고 퍼지 가스는 소스 가스 및 반응 가스, 그리고 기판(W)에 증착된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스를 사용하는데, 예를 들면 아르곤이나 질소, 헬륨 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용될 수 있다. 다만, 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스의 종류 또는 조합 방법이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 종류 또는 다른 조합의 가스들이 증착 가스로서 적용될 수 있음은 당연하다.

또한, 샤워헤드(150)에는 기판(W)에 대해 균일한 증착 가스를 제공할 수 있도록 분사홀(151)이 규칙적으로 형성된다. 하나의 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 분사홀(151)은 분사된 증착 가스의 궤적이 서셉터(120)의 회전에 의한 기판(W)의 회전 시 기판(W) 표면 전체에 대해 동일하게 쓸 듯이 접촉될 수 있도록 형성될 수 있다. 이러한 분사홀(151)은 기판(W)의 판면 방향에 대해 수직 방향으로 관통 형성될 수 있다. 즉, 기판(W)과 분사홀(151)에서 분사된 증착 가스는 직선 형태로 교차하므로 기판(W) 표면에서 증착 가스와 접촉되는 시간을 일정하게 유지시킬 수 있으며 따라서 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 도면 및 전술 내용에 한정되는 것은 아니며, 분사홀의 크기 및 형상은 다양하게 변경될 수 있음은 당연하다.

또한, 샤워헤드(150)에는 전술한 배기가스 배출부(140)와 함께 프로세스 챔버(110) 내부의 배기가스를 배출시키는 배기부(155)가 마련될 수 있다. 배기부(155)는 프로세스 챔버(110) 내부의 배기가스를 기판(W) 상부로 흡입하여 외부로 배출시킨다. 배기부(155)에는 배기가스를 흡입하기 위한 다수의 배기홀(156)이 형성될 수 있다. 여기서, 배기부(155)는 가스 영역(SA, RA, PA1, PA2)들 경계 부분에 구비되어 가스 영역(SA, RA, PA1, PA2)들을 분리시키는 역할도 겸한다. 다만, 배기부의 형상 및 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 전술한 바와 같이, 샤워헤드(150)로부터 다양한 증착 가스, 즉 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스가 기판(W)으로 분출되는데, 소스 가스가 기판(W)으로 분사되는 경우 소스 가스가 기판(W)에 원활하게 공급되어 기판(W) 상에 소스 가스가 원활하게 증착되지만 반응 가스의 경우 소스 가스에 비해 전달력이 약하기 때문에 기판(W) 상에 먼저 분사된 소스 가스와의 반응성이 약화될 수 있다.

이를 위해, 종래의 일 실시예에서는 반응 가스 분사 시 서셉터(20, 도 1 참조)를 샤워헤드(50) 방향으로 상승시켜 샤워헤드(50)와 기판(W) 간의 간격을 줄이고 이를 통해 기판(W)에 대한 반응 가스의 전달력을 향상시킬 수 있었다.

그런데, 이와 같이 서셉터(20)를 승강 구동시키는 경우 서셉터(20)와 히터(30)의 거리가 변화됨으로써 기판(W)의 온도 균일도가 저하될 수 있을 뿐만 아니라 배기가스 배출부(40)의 입구 부분과 서셉터(20)의 상면의 높이가 대응되지 않아 증착 공정 결과 발생되는 배기가스의 배출이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

이에 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 서셉터(120)를 고정(다만, 회전은 가능함)시키고, 샤워헤드(150)가 승강 구동되는 구조를 갖는다.

이를 위해, 본 실시예에 따른 샤워헤드(150)는 프로세스 챔버(110)의 상단부에 고정된 구조가 아닌 분리된 구조를 가지며, 샤워헤드(150)를 승강 구동시키기 위한 헤드 구동부(170)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 헤드 구동부(170)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 샤워헤드(150)의 상단부 중앙 영역에 고정 결합되는 헤드 결합부재(171)와, 헤드 결합부재(171)를 승강시킴으로써 샤워헤드(150)와 서셉터(120)의 간격을 조절하는 승강 구동부재(175)를 포함할 수 있다.

헤드 결합부재(171)는 프로세스 챔버(110)의 상부벽을 관통하여 샤워헤드(150)의 상면에 고정 결합될 수 있다. 승강 구동부재(175)는, 샤워헤드(150)의 승강 정도를 정밀하게 조절하면서도 승강 시 진동이 발생되는 것을 최소화할 수 있도록 리니어 모터 또는 유압 모터 등으로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 종류의 모터가 승강 구동부재로 적용될 수 있음은 당연하다.

이러한 헤드 구동부(170)는, 증착 공정의 순서에 따라 샤워헤드(150)의 위치를 미리 설정된 위치로 승강 구동할 수 있다. 예를 들면, 소스 가스가 샤워헤드(150)를 통해 분사되는 경우, 샤워헤드(150)의 저면과 서셉터(120) 상의 기판(W)의 간격이 도 4에 도시된 것처럼 제1 간격(D2)을 이루도록 헤드 구동부(170)는 샤워헤드(150)를 승강 구동시킬 수 있다.

그리고, 샤워헤드(150)를 통해 소스 가스 및 반응 가스를 퍼지시키는 퍼지 가스를 분사하는 경우, 헤드 구동부(170)는 전술한 제1 간격(D2)을 유지하도록 함으로써 샤워헤드(150)로부터 분사된 퍼지 가스의 퍼지 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.

여기서, 제1 간격(D2)은 기준이 되는 공정 갭(process gap)으로서, 이를 기준으로 다른 간격, 예를 들면 후술한 제2 간격(D3) 등이 설정될 수 있다.

한편, 샤워헤드(150)를 통해 반응 가스가 공급되는 경우, 도 4의 아래 도면에 도시된 것처럼, 헤드 구동부(170)는 샤워헤드(150)의 저면과 서셉터(120) 상의 기판(W)의 높이를 제1 간격(D2)에서 제2 간격(D3)으로 하강 구동시킬 수 있다. 이에 따라 샤워헤드(150)와 기판(W)의 간격이 좁혀짐으로써 샤워헤드(150)를 통해 분사된 반응 가스와 기판(W) 상에 증착된 소스 가스의 반응성이 향상되고, 따라서 기판(W)의 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판(W)에 대한 증착 공정 시 서셉터(120) 상의 기판(W)과 히터(130)와의 간격(D1)을 일정하게 유지할 수 있어 기판(W)의 온도 균일도를 유지할 수 있고, 또한 기판(W)으로 분사되는 증착 가스의 종류에 따라 샤워헤드(150)의 상하 위치를 조절할 수 있어 기판(W)에 대한 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 서셉터(120)의 상하 위치를 일정하게 유지시킴으로써 증착 공정 시 발생되는 배기가스의 배출이 원활하게 이루어질 수 있는 장점도 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 원자층 증착 장치 110 : 프로세스 챔버
120 : 서셉터 130 : 히터
140 : 배기가스 배출부 150 : 샤워헤드
151 : 분사홀 170 : 헤드 구동부
171 : 헤드 결합부재 175 : 승강 구동부재

Claims

증착 대상물인 기판에 대한 증착 공간을 형성하며, 상기 기판이 안착되는 서셉터가 회전 가능하게 결합되고, 상기 서셉터와 이격 배치되어 상기 서셉터에 안착된 상기 기판으로 열을 공급하는 히터가 장착되는 프로세스 챔버;
상기 서셉터 본체의 상부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 기판으로 증착 가스를 분사하며, 상기 서셉터에 안착된 상기 기판과의 간격을 조절할 수 있도록 승강 가능한 샤워헤드; 및
상기 샤워헤드에 연결되어 상기 샤워헤드를 승강시키기 위한 구동력을 발생시키는 헤드 구동부;
를 포함하는 원자층 증착 장치.
제1항에 있어서,
상기 헤드 구동부는,
상기 샤워헤드에 결합되는 헤드 결합부재; 및
상기 헤드 결합부재를 승강시키는 승강 구동부재를 포함하는 원자층 증착 장치.
제2항에 있어서,
상기 샤워헤드를 통해 분사되는 상기 증착 가스는, 소스 가스(source gas), 반응 가스(reactance gas) 및 퍼지 가스(purge gas) 중 적어도 어느 하나이며, 상기 증착 가스의 종류에 따라 상기 샤워헤드는 상기 서셉터 본체에 안착된 상기 기판과 미리 설정된 간격을 갖도록 위치 조절되는 원자층 증착 장치.
제3항에 있어서,
상기 샤워헤드를 통해 상기 증착 가스 중 상기 소스 가스 또는 상기 퍼지 가스가 분사될 때, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 상의 상기 기판은 상기 헤드 구동부로부터 제공되는 구동력에 의해 제1 간격으로 위치 조절되고,
상기 샤워헤드를 통해 상기 증착 가스 중 상기 반응 가스가 분사될 때, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 상의 기판은 상기 헤드 구동부로부터 제공되는 구동력에 의해 상기 제1 간격에 비해 상대적으로 작은 제2 간격으로 위치 조절되는 원자층 증착 장치.
제1항에 있어서,
입구가 상기 서셉터 본체의 상면에 대응되는 높이에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 마련되며, 증착 공정 결과 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부를 더 포함하는 원자층 증착 장치.
제1항에 있어서,
상기 히터는 상기 서셉터의 하부에 위치하도록 상기 프로세스 챔버 내에 장착되며, 상기 서셉터와의 수직 거리가 일정하게 유지되는 원자층 증착 장치.