KR20120045149A - 원자층 증착장치의 샤워헤드 - Google Patents

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Abstract

가스분사 방식을 8분기로 증가시키고 가스분사 모듈 중앙 부분에 대한 가스 침투율을 저하시킨 킨 원자층 증착장치 및 가스분사 모듈이 개시된다. 원자층 증착장치의 가스분사 모듈은, 복수의 기판에 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하여 박막을 형성하고, 상기 기판의 회전 방향을 따라 배치되어 상기 증착가스를 각각 제공하는 복수의 샤워헤드, 상기 각 샤워헤드 사이에 구비되어 배기가스를 흡입하여 배출시키는 탑 배기부 및 상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 구비되어 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지홀이 형성되고, 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드를 서로 연결하는 센터 퍼지부를 포함하여 구성된다.

Description

원자층 증착장치의 샤워헤드{SHOWERHEAD OF ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 복수의 기판에 대해 동시에 박막을 형성하는 세미배치 타입 원자층 증착장치에서 증착가스를 8분기로 분사하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다. 최근 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커졌다. 이러한 추세로 인해 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.
ALD는 기체 분자들 간의 화학반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하다. 하지만, 통상의 CVD가 다수의 기체 분자들을 동시에 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, ALD는 하나의 소스 물질을 포함하는 가스를 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 화학흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 가스를 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질 사이의 화학반응에 의한 생성물이 증착된다는 점에서 차이가 있다. 이러한 ALD는 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 증착하는 것이 가능하다는 장점을 갖고 있어 현재 널리 사용되고 있다.
원자층 증착장치 중에서 스루풋(throughput)을 향상시키기 위해 다수 장의 기판에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 세미 배치 타입(semi-batch type)이 개시되어 있다. 통상적으로 세미 배치 타입 원자층 증착장치는 서로 다른 종류의 증착가스가 분사되는 영역이 형성되고, 가스분사 모듈 또는 서셉터의 고속 회전에 의해 기판이 순차적으로 각 영역을 통과함에 따라 기판 표면에서 증착가스 사이의 화학반응이 발생하여 반응 생성물이 증착된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 증착가스의 분사 분기를 증가시키고, 증착가스의 정체를 방지하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치는, 가스분사 방식을 8분기로 증가시킨 원자층 증착장치의 가스분사 모듈은, 복수의 기판에 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하여 박막을 형성하고, 상기 기판의 회전 방향을 따라 배치되어 상기 증착가스를 각각 제공하는 복수의 샤워헤드, 상기 각 샤워헤드 사이에 구비되어 배기가스를 흡입하여 배출시키는 탑 배기부 및 상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 구비되어 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지홀이 형성되고, 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드를 서로 연결하는 센터 퍼지부를 포함하여 구성된다.
일 측면에 따르면, 상기 센터 퍼지부는, 상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 형성된 제1 퍼지홀 및 상기 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드 영역 내에 형성된 제2 퍼지홀을 포함하여 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 센터 퍼지부는 상기 제1 퍼지홀과 상기 제2 퍼지홀이 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 센터 퍼지부는 상기 제1 및 제2 퍼지홀이 상기 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드의 분사홀과 같은 크기를 갖거나 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 탑 배기부는 프리커서 가스가 분사되는 샤워헤드와 리액턴스 가스가 분사되는 샤워헤드에서 흡입되는 배기가스를 서로 분리하여 배출시키도록 형성될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 복수의 기판에 프리커서 가스와 리액턴스 가스 및 퍼지 가스를 포함하는 증착가스를 제공하여 박막을 형성하는 원자층 증착장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 복수의 기판이 안착되어 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 상기 증착가스를 제공하는 가스분사 모듈을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 가스분사 모듈은, 상기 기판의 회전 방향을 따라 배치되어 상기 복수의 증착가스를 각각 제공하는 복수의 샤워헤드, 상기 각 샤워헤드 사이에 구비되어 배기가스를 흡입하여 배출시키는 탑 배기부 및 상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 구비되어 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지홀이 형성되고 퍼지 가스를 제공하는 제3 샤워헤드를 서로 연결하는 센터 퍼지부를 포함하여 구성된다.
일 측면에 따르면, 상기 가스분사 모듈은 프리커서 가스를 제공하는 제1 샤워헤드와 리액턴스 가스를 제공하는 제2 샤워헤드 및 퍼지 가스를 제공하는 제3 샤워헤드를 포함하고, 8개의 샤워헤드가 방사상으로 구비되고, 상기 센터 퍼지부는 4개의 상기 제3 샤워헤드를 연결하는 형태를 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 센터 퍼지부는, 상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 복수의 제1 퍼지홀이 형성된 메인 영역 및 상기 제3 샤워헤드의 일부에 복수의 제2 퍼지홀이 형성된 연장 영역으로 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제1 퍼지홀과 상기 제2 퍼지홀은 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 탑 배기부는 상기 제1 샤워헤드와 상기 제2 샤워헤드를 각각 둘러싸도록 복수의 배기홀이 형성되고, 상기 제1 및 제2 샤워헤드를 둘러싼 배기홀이 서로 독립적인 유로를 통해 배기가스를 배출시키도록 형성될 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스 분기를 증가시키고 가스분사 모듈의 중앙 부분에서의 가스 정체를 방지하고 가스 침투율을 감소시킨 원자층 증착장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 가스분사부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 가스분사부에서 센터 퍼지부를 설명하기 위한 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 센터 퍼지부에 대한 비교예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a는 리액턴스 영역에서의 실시예 및 비교예 1, 2의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이다.
도 5b는 프리커서 영역에서의 실시예 및 비교예 1, 2의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이다.
도 6a는 리액턴스 영역에서의 실시예 및 비교예 3, 4, 5의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이다.
도 6b는 프리커서 영역에서의 실시예 및 비교예 3, 4, 5의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치 및 가스분사 모듈(103)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치에서 가스분사 모듈(103)을 설명하기 위한 평면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 가스분사 모듈(103)에서 중앙 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 원자층 증착장치(atomic layer deposition apparatus, ALD)는 복수의 기판에 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하기 위한 가스분사 모듈(103)을 포함하여 구성된다.
참고적으로, 본 실시예들에서 설명하는 원자층 증착장치는 스루풋(throughput) 및 품질을 향상시키기 위해서 복수의 기판에 대해 동시에 증착이 수행되며 기판의 표면이 가스분사 모듈(103)에 대해 평행하게 지지된 상태로 공전하면서 가스분사 모듈(103)에서 분사되는 서로 다른 종류의 가스가 분사되는 영역을 통과함에 따라 소정의 박막이 증착되는 형태의 세미 배치 타입(semi-batch type)이 사용될 수 있다. 여기서, 원자층 증착장치를 구성하는 프로세스 챔버 및 서셉터 등의 상세한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하며 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 설명 및 도시를 생략하고 주요 구성요소에 대해서만 간략하게 설명한다.
또한, 본 실시예에서 증착 대상이 되는 기판은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 되는 기판이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 기판은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 글라스를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 기판의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.
또한, 본 실시예에서 '증착가스(source gas)'라 함은 소정의 박막을 증착하기 위한 소스 물질을 포함하는 가스들로써, 박막을 조성하는 구성 원소를 포함하는 프리커서 가스(precursor gas)(S1) 및 상기 프리커서 가스(S1)와 화학적으로 반응하여 소정의 반응 생성물에 따른 박막을 형성하는 리액턴스 가스(reactant gas)(S2), 그리고 상기 프리커서 가스(S1) 및 리액턴스 가스(S2) 등의 미반응 가스와 잔류가스를 제거하기 위한 퍼지 가스(purge gas)(P)를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 '홀'이라 함은 원형 단면을 갖는 홀뿐만 아니라 다각형 단면을 갖는 홀이나 슬릿을 모두 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 1종의 프리커서 가스(S1)와 1종의 리액턴스 가스(S2)를 제공하고, 상기 프리커서 가스(S1)와 리액턴스 가스(S2) 사이사이에 퍼지 가스(P)를 제공하여 박막을 증착하는 원자층 증착장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명이 상술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 가스분사부(130)는 적어도 2종 이상의 프리커서 가스를 제공하여 2원소 이상의 성분을 포함하는 다성분 박막을 증착하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 가스분사부(130)에서 프리커서 가스(S1)가 제공되는 샤워헤드를 제1 샤워헤드(131)라 하고, 리액턴스 가스(S2)가 제공되는 샤워헤드를 제2 샤워헤드(133), 그리고 상기 제1 및 제2 샤워헤드(131, 133) 사이에 구비되어 퍼지 가스(P)가 제공되는 샤워헤드를 제3 샤워헤드(135)라 한다.
또한, 제1 및 제2 샤워헤드(131, 133) 중 적어도 하나 이상의 서로 교번적으로 2종 이상의 증착가스를 제공할 수 있도록 이중 구조를 갖는 것도 가능하다.
도면을 참조하면, 가스분사 모듈(103)은 서로 다른 2종 이상의 증착가스를 분사하며, 공전하는 기판에 대해 동일한 시간 동안 일정량의 증착가스를 제공할 수 있도록 형성된다. 가스분사 모듈(103)은 복수의 분사홀(130a)이 형성된 가스분사부(130)로 이루어지고, 상기 가스분사부(130)는 서로 다른 종류의 증착가스를 각각 분사하는 복수의 샤워헤드(131, 133, 135)로 이루어지고, 각 샤워헤드(131, 133, 135)의 경계를 따라 기판 상부를 통해 프로세스 챔버 내부에서 배기가스를 배출시키기 위한 탑 배기부(150)가 구비된다. 또한, 가스분사부(130)는 각 샤워헤드(131, 133, 135)에 증착가스를 제공하기 위한 가스공급부(140)가 연결되고, 상기 가스공급부(140)는 각각 프리커서 가스(S1), 리액턴스 가스(S2) 및, 퍼지 가스(P)를 공급하기 위한 공급원(141, 143, 145)로 이루어진다.
가스분사부(130)는 기판에 균일하게 증착가스를 제공할 수 있도록 복수의 샤워헤드(131, 133, 135)가 서로 동일한 면적을 갖도록 형성되며, 예를 들어, 샤워헤드(131, 133, 135)는 가스분사부(130)의 중심을 기준으로 동일한 각도로 분할된 부채꼴 형태를 갖고, 8개의 샤워헤드(131, 133, 135)가 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 샤워헤드(131, 133, 135)의 형태와 크기는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
탑 배기부(150)는 제1 샤워헤드(131)와 제2 샤워헤드(133) 둘레를 따라 형성된 복수의 배기홀(151)로 이루어지고, 탑 배기부(150)에는 배기가스를 흡입하여 배출시키기 위한 배기 배출부(160)가 연결된다. 또한, 탑 배기부(150)는 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에서 배기가스를 배출시키기 위한 센터 배기홀(153)이 형성된다.
한편, 탑 배기부(150)는 프리커서 가스(S1)가 분사되는 영역(이하, '프리커서 영역'이라 한다)에서 흡입된 배기가스와 리액턴스 가스(S2)가 분사되는 영역(이하, '리액턴스 영역'이라 한다)에서 흡입된 배기가스는 각각 미반응된 프리커서 가스(S1)와 리액턴스 가스(S2)가 포함되어 있기 때문에, 배기시키는 과정에서 서로 반응하여 파티클이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같이 배기가스를 배출시키는 과정에서 배기가스에 포함된 프리커서 가스(S1)와 리액턴스 가스(S2)가 반응하여 파티클이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 탑 배기부(150)는 프리커서 영역과 리액턴스 영역에서 흡입된 배기가스를 서로 독립된 유로를 통해 분리하여 배출시킬 수 있도록 배기 배출부(160)가 분리된 배출라인(161, 163)을 구비한다.
상세하게는, 탑 배기부(150)는 제1 및 제2 샤워헤드(131, 133) 둘레를 둘러싸는 대략 'V'자 또는 'U'자 형태를 갖고, 꼭지점 부분이 서로 마주보도록 배치된다. 그리고 제1 샤워헤드(131) 둘레를 둘러싸도록 형성되어 프리커서 영역에서 배기가스를 배출시키는 배기홀(151)은 제1 배출라인(161)에 연결되고, 제2 샤워헤드(133) 둘레를 둘러싸도록 형성되어 리액턴스 영역에서 배기가스를 배출시키는 배기홀(151)은 제2 배출라인(163)에 연결된다. 그리고 상기 배출라인(161, 163)은 서로 독립된 유로이며, 각각 진공펌프에 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 탑 배기부(150)가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 배기홀(151)의 형태와 크기 및 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 탑 배기부(150)는 배기량에 따라 서로 다른 크기를 갖는 배기홀이 형성되거나, 서로 다른 간격으로 배기홀을 배치할 수 있다. 또한, 센터 배기홀(153)의 크기와 위치 역시 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 원자층 증착 공정에서 기판이 가스분사 모듈(103)에 대해서 일정 속도로 공전하는데, 이러한 기판 및 서셉터의 공전으로 인한 원심력의 영향으로 인해 기판 상부에서 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에는 배기가스의 와류 및 정체 현상이 발생할 수 있다. 본 실시예에서 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분이라 함은, 가스분사 모듈(103)의 중심 부근 영역을 말하며, 서셉터 상에 기판이 안착되었을 때, 기판이 안착되지 않는 영역에 대응되는 영역을 말한다.
본 실시예에서는 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에서 증착 가스의 정체를 방지하기 위한 센터 퍼지부(170)가 구비된다. 센터 퍼지부(170)는 상기 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에 퍼지 가스(P)를 분사함으로써 배기가스의 와류 및 정체 현상을 방지한다.
센터 퍼지부(170)는 가스분사부(130)의 중앙 부분에 복수의 퍼지홀(172)이 형성되고, 퍼지 가스(P)를 분사하는 4개의 제3 샤워헤드(135)를 연결하는 십자(十字) 형태를 가질 수 있다.
또한, 센터 퍼지부(170)는 센터 퍼지부(170)와 제3 샤워헤드(135)의 경계 영역에서 가스 유동의 급격한 변화를 방지하고, 분사홀(130a)과 퍼지홀(172) 사이로 증착가스의 침투를 감소시키기 위해서, 도 2에 도시한 바와 같이, 센터 퍼지부(170)는 제3 샤워헤드(135) 영역 내에도 복수의 홀이 형성된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해서, 상기 센터 퍼지부(170)에서 가스분사부(130)의 중앙 부분에 형성된 퍼지홀을 '제1 퍼지홀(172)', 제3 샤워헤드(135) 영역 내에 형성된 퍼지홀을 '제2 퍼지홀(174)'이라 한다. 그리고 제1 퍼지홀(172) 그룹을 '메인 영역(171)'이라 하고, 제2 퍼지홀(174) 그룹을 '연장 영역(173)'이라 한다.
여기서, 센터 퍼지부(170)는 제1 퍼지홀(172)과 제2 퍼지홀(174)가 동일한 크기를 갖는 홀이 일정 간격으로 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예에서는 가스분사 모듈(130)의 중앙 부분으로 가스가 침투하는 것을 효과적으로 방지하고, 프리커서 영역 및 리액턴스 영역에 대한 가스 침투 역시 효과적으로 방지할 수 있도록 제1 및 제2 퍼지홀(172, 174)의 크기를 서로 다르게 형성할 수 있다.
또한, 센터 퍼지부(170)는 상기 제1 및 제2 퍼지홀(172, 174)가 제3 샤워헤드(135)에 형성된 분사홀(130a)와 서로 다른 크기를 갖도록 형성된다. 물론 제1 및/또는 제2 퍼지홀(172, 174)의 크기가 제3 샤워헤드(135)에 형성된 분사홀(130a) 크기와 동일하게 형성하는 것도 가능하다.
센터 퍼지부(170)를 형성함으로써 기판 및 서셉터의 회전으로 인해 발생하는 원심력으로 인해 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분으로 가스가 침투하여 정체되는 것을 효과적으로 해소할 수 있다.
여기서, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 센터 퍼지부(170)의 형상 및 퍼지홀(172, 174)의 크기와 형상은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 기판이 가스분사 모듈(103)에 대해서 1회전 하는 동안 제1 및 제2 샤워헤드(131, 133)를 각각 2번씩 통과하게 되므로, 기판 상에는 프리커서 가스(S1)와 리액턴스 가스(S2)가 각각 2번씩 제공되어 실질적으로 2층의 단원자층이 형성된다. 따라서, 본 실시예와 같이 가스분사 분기를 증가시킴으로써 증착 공정을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 탑 배기부(150)는 배기홀(151)이 프리커서 영역과 리액턴스 영역을 서로 효과적으로 분리하며, 서로 독립된 배출라인(161, 163)을 통해 배기가스를 배출시키므로 배기가스를 배출시키는 과정에서 배기가스가 서로 혼합되면서 배기가스에 포함된 프리커서 가스와 리액턴스 가스가 서로 반응하면서 파티클이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 센터 퍼지부(170)는 퍼지홀(172, 174)의 크기와 개수, 그리고 제1 퍼지홀(172)과 제2 퍼지홀(174)의 크기에 따라 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에 대한 배기가스의 침투 및 정체 해소 효과가 달라진다.
이하에서는, 도 3 내지 도 6b를 참조하여 본 발명에 따른 센터 퍼지부(170)의 퍼지홀(172, 174)의 크기 및 크기를 변형시킨 비교예들에 따른 센터 퍼지부(170)의 영향에 대해 설명한다.
참고적으로, 도 3과 도 4는 도 2에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 센터 퍼지부(170)에 대한 비교예들을 설명하기 위한 도면들로써, 도 3은 퍼지홀의 크기를 변형시킨 비교예 1이고, 도 4는 센터 퍼지부가 없는 비교예 2를 도시하였다.
그리고 도 5a 내지 도 6b는 실시예 및 비교예 1 내지 5에 따른 센터 퍼지부(170)에서의 홀 크기의 영향을 보여주기 위한 그래프들로써, 도 5a는 리액턴스 영역에서의 실시예 및 비교예 1, 2의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이고, 도 5b는 프리커서 영역에서의 실시예 및 비교예 1, 2의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 6a는 리액턴스 영역에서의 실시예 및 비교예 3, 4, 5의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이고, 도 6b는 프리커서 영역에서의 실시예 및 비교예 3, 4, 5의 위치에 따른 TDMAT의 질량분율을 보여주는 그래프이다.
이하에서 설명하는 비교예 1, 2는 센터 퍼지부를 제외하고는 본 발명에 따른 실시예와 실질적으로 동일하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.
비교예 1은 도 3에 도시한 바와 같이, 연장 영역(273)에 형성된 제2 퍼지홀(274)의 크기가 다르다. 도 3에서 미설명 도면부호 270은 센터 퍼지부이고, 271은 메인 영역이다. 비교예 1의 제1 및 제2 퍼지홀(272, 274)의 크기는 다음 표 1에 기재하였다. 그리고 비교예 2는 센터 퍼지부를 형성하지 않은 예이다.
또한, 비교예 3 내지 5는 퍼지홀의 크기에 따른 센터 퍼지부의 효과에 대해서 설명하기 위한 예로써, 실시예 및 각 비교예들의 홀 크기는 다음의 표 1에 기재하였다.
한편, 이하에서 설명하는 실시예 및 비교예 1 내지 5는 각각 동일한 크기의 홀이 일정한 간격으로 형성되고, 다음 표에 기재된 바와 같이, 홀의 직경만 변화된다. 또한, 실시예 및 비교예 1 내지 5에서 퍼지 가스 압력 등 모든 조건은 동일하게 유지하였다.
제1 퍼지홀 크기 제2 퍼지홀 크기
실시예 φ 1.7 φ 1.0
비교예 1 φ 1.7 φ 1.7
비교예 2 없음 없음
비교예 3 φ 1.0 φ 1.0
비교예 4 φ 1.2 φ 1.0
비교예 5 φ 1.5 φ 1.0
도 5a와 도 5b에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 2에서 알 수 있는 바와 같이, 센터 퍼지부가 없는 경우 wafer 구간(즉, 기판이 위치한 영역으로, 프리커서 영역 및 리액턴스 영역을 말한다)으로의 TDMAT의 질량분율이 낮지만, 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분으로의 TDMAT의 질량분율은 급격히 증가함을 알 수 있다. 여기서, 도 5a 내지 도 6b에 도시한 TDMAT의 질량분율은 가스가 해당 위치로 침투되는 가스 침투율을 나타내는 것으로, 가스 침투율이 높은 경우에는 증착가스 및/또는 배기가스가 서로 혼합될 수 있으며, 이로 인해 파티클 발생 위험이 높은 것을 나타낸다.
한편, 센터 퍼지부를 형성하는 경우에는wafer 구간에서는 TDMAT의 질량분율은 높지만 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에 대한 질량분율은 낮은 것을 알 수 있다. 그리고 실시예와 비교에 1을 대비하여 보면, 제1 퍼지홀과 제2 퍼지홀의 크기를 다르게 하고, 제2 퍼지홀의 크기가 작은 실시예의 경우가 wafer 구간 및 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에 대한 가스 침투율이 모두 낮은 것을 알 수 있다.
도 6a와 도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 퍼지홀의 크기에 따른 가스 침투율의 영향을 보다 명확하게 알 수 있다.
도 6a와 도 6b를 참조하면, 퍼지홀의 크기가 작을수록 가스분사 모듈(103)의 중앙 부분에 대한 가스 침투율은 증가함을 알 수 있다. 이는 프리커서 영역과 리액턴스 영역에서 모두 동일한 경향성을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 센터 퍼지부에서 분사되는 퍼지 가스의 압력이 낮을수록 이러한 가스 침투율 경향성은 더욱 뚜렷하게 나타난다. 다만, 퍼지홀의 크기가 커질수록 wafer 구간으로 가스 침투율이 증가한다. 그러나 wafer 구간에 대해서는 프리커서 가스의 경우 퍼지홀의 크기에 영향을 거의 받지 않으며, 리액턴스 가스는 퍼지홀이 작을수록 가스 침투량이 적어지기는 하지만 영향이 거의 없다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 센터 퍼지부에서 퍼지홀의 크기에 따른 영향을 간략하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 센터 퍼지부는 서로 다른 크기를 갖는 퍼지홀로 이루어지거나, 퍼지홀 사이의 간격을 서로 다르게 배치하는 것도 가능하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
103: 가스분사 모듈
130: 가스분사부
130a: 가스분사홀
131, 133, 135: 샤워헤드
140, 141, 143, 145: 가스공급원
150: 탑 배기부
152: 배기홀
154: 센터 배기홀
160, 161, 163: 배기 배출부
170, 270: 센터 퍼지부
171, 271: 메인 영역
172, 272: 제1 퍼지홀
173, 273: 연장 영역
174, 274: 제2 퍼지홀

Claims (10)

  1. 복수의 기판에 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하여 박막을 형성하는 원자층 증착장치에서 상기 기판 상부에 구비되어 상기 증착가스를 제공하는 가스분사 모듈에 있어서,
    상기 기판의 회전 방향을 따라 배치되어 상기 증착가스를 각각 제공하는 복수의 샤워헤드;
    상기 각 샤워헤드 사이에 구비되어 배기가스를 흡입하여 배출시키는 탑 배기부; 및
    상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 구비되어 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지홀이 형성되고, 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드를 서로 연결하는 센터 퍼지부;
    를 포함하여 구성되는 원자층 증착장치의 가스분사 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센터 퍼지부는,
    상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 형성된 제1 퍼지홀; 및
    상기 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드 영역 내에 형성된 제2 퍼지홀;
    을 포함하여 구성되는 원자층 증착장치의 가스분사 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센터 퍼지부는 상기 제1 퍼지홀과 상기 제2 퍼지홀이 서로 다른 크기를 갖는 원자층 증착장치의 가스분사 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센터 퍼지부는 상기 제1 및 제2 퍼지홀이 상기 퍼지 가스를 제공하는 샤워헤드의 분사홀과 같은 크기를 갖거나 서로 다른 크기를 갖는 원자층 증착장치의 가스분사 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탑 배기부는 프리커서 가스가 분사되는 샤워헤드와 리액턴스 가스가 분사되는 샤워헤드에서 흡입되는 배기가스를 서로 분리하여 배출시키도록 형성된 원자층 증착장치의 가스분사 모듈.
  6. 복수의 기판에 프리커서 가스와 리액턴스 가스 및 퍼지 가스를 포함하는 증착가스를 제공하여 박막을 형성하는 원자층 증착장치에 있어서,
    프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 복수의 기판이 안착되어 회전 가능하게 구비된 서셉터;
    상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 상기 증착가스를 제공하는 가스분사 모듈;
    을 포함하고,
    상기 가스분사 모듈은,
    상기 기판의 회전 방향을 따라 배치되어 상기 복수의 증착가스를 각각 제공하는 복수의 샤워헤드;
    상기 각 샤워헤드 사이에 구비되어 배기가스를 흡입하여 배출시키는 탑 배기부; 및
    상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 구비되어 퍼지 가스를 분사하는 복수의 퍼지홀이 형성되고 퍼지 가스를 제공하는 제3 샤워헤드를 서로 연결하는 센터 퍼지부;
    를 포함하는 원자층 증착장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스분사 모듈은 프리커서 가스를 제공하는 제1 샤워헤드와 리액턴스 가스를 제공하는 제2 샤워헤드 및 퍼지 가스를 제공하는 제3 샤워헤드를 포함하고, 8개의 샤워헤드가 방사상으로 구비되고,
    상기 센터 퍼지부는 4개의 상기 제3 샤워헤드를 연결하는 형태를 갖는 원자층 증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센터 퍼지부는,
    상기 가스분사 모듈의 중앙 부분에 복수의 제1 퍼지홀이 형성된 메인 영역; 및
    상기 제3 샤워헤드의 일부에 복수의 제2 퍼지홀이 형성된 연장 영역;
    으로 이루어지는 원자층 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 퍼지홀과 상기 제2 퍼지홀은 서로 다른 크기를 갖는 원자층 증착장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 탑 배기부는 상기 제1 샤워헤드와 상기 제2 샤워헤드를 각각 둘러싸도록 복수의 배기홀이 형성되고,
    상기 제1 및 제2 샤워헤드를 둘러싼 배기홀이 서로 독립적인 유로를 통해 배기가스를 배출시키도록 형성된 원자층 증착장치.
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KR20200039136A (ko) * 2018-10-05 2020-04-16 (주)아이작리서치 파우더용 원자층 증착 장치
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