KR20130035039A - 가스분사장치, 및 이를 포함하는 기판 처리장치 - Google Patents

가스분사장치, 및 이를 포함하는 기판 처리장치 Download PDF

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Abstract

가스분사장치, 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다. 가스분사장치는 복수의 공정가스 분사부들 및 퍼지가스 분사부들을 포함한다. 공정가스 분사부들은 방사형으로 상호 이격 배치되며, 공정가스가 분사되는 공정가스 분사면을 갖는다. 퍼지가스 분사부들은 공정가스 분사부들 사이에 각각 배치되며, 퍼지가스가 분사되는 퍼지가스 분사면을 갖는다. 복수의 공정가스 분사면들은 적어도 일부 영역에서 퍼지가스 분사면들에 대하여 상대적으로 하향 돌출되도록 공정가스 분사면과 퍼지가스 분사면 중 적어도 어느 하나가 경사지게 형성된다.

Description

가스분사장치, 및 이를 포함하는 기판 처리장치{Gas injecting device and substrate treatment apparatus having the same}
본 발명은 각종 공정을 위해 챔버 내의 처리공간으로 처리가스를 공급하기 위한 가스분사장치, 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다.
반도체 또는 디스플레이는 웨이퍼 또는 글라스기판(이하 기판으로 통칭함) 상에 증착, 식각, 세정 등의 각종 공정을 거쳐 제조된다. 박막 증착의 대표적인 방법으로는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등이 있다. ALD법은 진공 분위기 하에서 제1 공정가스를 흡착시킨 후, 공급되는 가스를 제2 공정가스로 전환하여, 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하고, 이 공정을 반복하여 소정 두께의 박막을 얻는 방법이다.
ALD법에 의한 증착 공정의 경우, 기판 처리장치는 처리공간을 갖는 챔버와, 처리공간의 하측에 설치되고 상면에 기판을 지지하는 기판 지지대, 및 기판 지지대의 상측에 설치되고 기판 상으로 제1,2 공정가스 및 퍼지가스를 분사하는 가스분사장치를 구비한다.
기판 처리장치가 복수의 기판을 한꺼번에 처리하는 경우, 기판 지지대는 상면에 중심 둘레를 따라 복수의 기판을 배열하여 지지하며, 가스분사장치에 대해 상대적으로 회전한다. 가스분사장치는 기판들의 배열 방향을 따라 제1 공정가스 분사부와 제2 공정가스 분사부 및 퍼지가스 분사부가 배열된다. 여기서, 퍼지가스 분사부는 제1 공정가스 분사부와 제2 공정가스 분사부 사이에 위치됨으로써, 제1,2 공정가스가 동시에 공급될 때 제1 공정가스와 제2 공정가스가 혼합되지 않도록 한다.
그런데, 종래에 따르면, 퍼지가스 분사부의 분사면이 제1,2 공정가스 분사부의 각 분사면과 동일 면 상에 위치하고 있어, 퍼지가스 분사부로부터 분사된 퍼지가스가 제1,2 공정가스 분사부 측으로 흐르기 쉽다. 이로 인해, 기판이 제1,2 공정가스 분사부로 이동할 때, 기판으로 공급되는 제1,2 공정가스의 공급이 원활하지 못하여 막 증착 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정가스가 기판으로 원활하게 공급되어 막 증착 효율을 극대화할 수 있는 가스분사장치 및 이를 포함하는 기판 처리장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스분사장치는, 방사형으로 상호 이격 배치되며, 공정가스가 분사되는 공정가스 분사면을 갖는 복수의 공정가스 분사부들과, 상기 공정가스 분사부들 사이에 각각 배치되며 퍼지가스가 분사되는 퍼지가스 분사면을 갖는 퍼지가스 분사부들을 포함하며, 상기 복수의 공정가스 분사면들은 적어도 일부 영역에서 상기 복수의 퍼지가스 분사면들에 대하여 상대적으로 하향 돌출되도록 상기 공정가스 분사면과 상기 퍼지가스 분사면 중 적어도 어느 하나가 경사지게 형성된다.
그리고, 본 발명에 따른 기판 처리장치는 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버; 상기 처리 공간 하부에 위치하며 다수의 기판이 안착되는 기판 지지대; 상기 처리 공간 상부에 위치하며 상기 기판 지지대 상으로 기판을 처리하기 위한 공정가스 및 처리가스를 분사하는 전술한 구성의 가스분사장치를 포함하며, 회전 구동 수단에 의해 상기 기판 지지대와 상기 가스분사장치는 상대적으로 회전 구동한다.
본 발명에 따르면, 공정가스 분사면과 퍼지가스 분사면의 경계에 만들어진 높이 차이에 의해 퍼지가스 분사면으로부터 분사된 퍼지가스가 공정가스 분사면 측으로 자연스레 흐르는 것이 방지되므로, 퍼지가스 분사면으로부터 분사된 퍼지가스가 공정가스 분사면으로 흘러가는 양이 최소화될 수 있다. 따라서, 공정가스 분사면으로부터 분사된 공정가스가 기판으로 원활하게 공급되어 막 증착 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 기판 처리장치를 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절취한 단면도.
도 3은 도 2에 있어서, 가스분사장치와 기판 지지대를 발췌하여 도시한 분해 사시도.
도 4는 도 1의 B-B 선을 따라 가스분사장치를 절취한 단면도.
도 5는 도 2에 있어서, 가스분사장치의 다른 예를 도시한 단면도.
도 6은 도 2에 있어서, 가스분사장치의 또 다른 예를 도시한 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 기판 처리장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절취한 단면도이다. 도 3은 도 2에 있어서, 가스분사장치와 기판 지지대를 발췌하여 도시한 분해 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 1의 B-B 선을 따라 가스분사장치를 절취한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판 처리장치(100)는 챔버(110)와, 기판 지지대(120), 및 가스분사장치(130)를 포함한다.
챔버(110)는 내부에 기판(S)에 대한 각종 공정처리가 수행되는 처리공간을 갖는다. 챔버(110)는 상부가 개구된 챔버 본체(111)와, 챔버 본체(111)의 상부 개구를 덮는 탑 리드(112)를 포함할 수 있다. 기판 지지대(120)는 챔버(110)의 처리공간 하부에 위치한다. 기판 지지대(120)는 상면에 중심 둘레를 따라 복수의 기판(S)들이 안착된다. 이는 대량 생산을 위해 보다 많은 기판(S)들에 대해 한꺼번에 박막 증착하기 위함이다.
기판 지지대(120)의 상면에는 중심 둘레를 따라 기판(S)들이 균일하게 분포되도록 기판 안착부(121)들이 마련될 수 있다. 기판 안착부(121)는 기판(S)이 안착될 수 있는 다양한 구조로 각각 이루어질 수 있다. 일 예로, 기판 안착부(121)는 기판(S)이 상부로부터 수용되어 안착될 수 있게 기판 지지대(120)의 상면으로부터 오목한 홈 형상으로 이루어질 수 있다. 기판 지지대(120)에는 기판 안착부(121)들에 안착된 기판(S)들을 가열하기 위한 히터(미도시)가 내장될 수 있다.
기판 지지대(120)는 회전구동수단(122)에 의해 가스분사장치(130)에 대해 상대적으로 회전할 수 있다. 이를 위해, 구동 축(123)은 상단이 기판 지지대(120)의 하면 중앙에 장착되고, 하단이 챔버(110) 외부로 인출된다. 구동 축(123)의 인출 부위에 회전구동수단(122)이 설치된다.
가스분사장치(130)는 챔버(110)의 처리공간 상부에 위치한다. 가스분사장치(130)는 복수의 공정가스 분사부(131)들과 복수의 퍼지가스 분사부(136)들을 포함한다. 공정가스 분사부(131)들과 퍼지가스 분사부(136)들은 외부로부터 공정가스와 퍼지가스를 각각 공급받아서 기판 지지대(120)의 상면에 안착된 기판(S)들에 분사한다.
공정가스 분사부(131)들은 서로 수평방향으로 이격되어 방사형으로 배치되며, 처리될 기판을 향해 공정가스가 분사되는 공정가스 분사면(132)을 각각 갖는다. 공정가스 분사면(132)은 공정가스를 분사하기 위한 다수의 분사 홀(132a)들을 갖는다. 여기서, 공정가스 분사부(131)들은 탑 리드(112)의 하부에 기판(S)들의 배열 방향을 따라 배열되어 설치될 수 있다. 공정가스 분사부(131)들의 배열 중심은 기판(S)들의 배열 중심에 대응될 수 있다. 그리고, 공정가스 분사부(131)들은 각 공정가스 분사면(132)이 기판 지지대(120)의 상면을 향하도록 설치될 수 있다.
퍼지가스 분사부(136)들은 공정가스 분사부(131)들 사이에 각각 배치되며, 처리될 기판(S)을 향해 퍼지가스가 분사되는 퍼지가스 분사면(137)을 각각 갖는다. 퍼지가스 분사면(137)은 퍼지가스를 분사하기 위한 다수의 분사 홀(137a)들을 갖는다. 여기서, 퍼지가스 분사부(136)들은 공정가스 분사부(131)들과 마찬가지로 탑 리드(112)의 하부에 설치될 수 있다. 그리고, 퍼지가스 분사부(136)들은 각 퍼지가스 분사면(137)이 기판 지지대(120)의 상면을 향하도록 설치될 수 있다.
복수의 공정가스 분사면(132)들은 적어도 일부 영역에서 복수의 퍼지가스 분사면(137)들에 대하여 상대적으로 하향 돌출되도록 공정가스 분사면(132)과 퍼지가스 분사면(137) 중 적어도 어느 하나가 경사지게 형성된다. 즉, 퍼지가스 분사면(137)은 기판 지지대(120)의 상면을 기준으로, 공정가스 분사면(132)보다 적어도 일부 영역에서 높게 위치한다. 이를 위해, 공정가스 분사면(132)과 퍼지가스 분사면(137) 중 적어도 어느 하나는 경사진 형태를 갖는다.
복수의 공정가스 분사면(132)들이 적어도 일부 영역에서 복수의 퍼지가스 분사면(137)들에 대하여 상대적으로 하향 돌출되면, 공정가스 분사면(132)과 퍼지가스 분사면(137)의 경계에 높이 차이가 형성될 수 있다. 이러한 높이 차이는 퍼지가스 분사면(137)으로부터 분사된 퍼지가스가 공정가스 분사면(132) 측으로 자연스레 흐르는 것을 막는다. 따라서, 퍼지가스 분사면(137)으로부터 분사된 퍼지가스가 공정가스 분사면(132)으로 흘러가는 양이 최소화될 수 있으므로, 공정가스 분사면(132)으로부터 분사된 공정가스가 기판(S)으로 원활하게 공급되어 막 증착 효율이 극대화될 수 있다.
예를 들어, ALD법으로 기판(S) 상에 박막을 증착하는 경우, 가스분사장치(130)의 공정가스 분사부(131)들은 서로 다른 종류의 제1,2 공정가스를 공급할 수 있다. 공정가스 분사부(131)들이 2개로 구성된다면, 공정가스 분사부(131)들 중 하나가 제1 공정가스를 분사하는 제1 공정가스 분사부(131a)로 사용되고, 다른 하나가 제2 공정가스를 분사하는 제2 공정가스 분사부(131b)로 사용될 수 있다. 2개의 퍼지가스 분사부(136)들은 제1 공정가스 분사부(131a)와 제2 공정가스 분사부(131b) 사이에 각각 배치된다.
이러한 가스분사장치(130)에 대해 기판 지지대(120)가 회전구동수단(122)에 의해 회전하게 되면, 기판(S)들이 회전하면서 각각의 기판(S)에 제1 공정가스, 퍼지가스, 제2 공정가스, 퍼지가스가 순차적으로 분사되면서 박막이 증착된다. 증착 과정 중 제1,2 공정가스가 동시에 공급될 때, 퍼지가스는 기판(S) 상부 및 기판(S) 주변부에 잔류하고 있는 공정가스를 퍼지하는 기능 및 제1 공정가스 분사부(131a)와 제2 공정가스 분사부(131b) 사이의 퍼지가스 분사부(136)로부터 분사되어 제1 공정가스와 제2 공정가스가 혼합되지 않게 하는 기능을 한다.
이때, 퍼지가스 분사부(136)로부터 분사된 퍼지가스는 제1,2 공정가스 분사부(131a)(131b)의 각 분사면(132)과 퍼지가스 분사면(137)의 경계에 만들어진 높이 차이에 의해 막히게 되므로, 제1,2 공정가스 분사부(131a)(131b)의 각 분사면(132) 측으로 흘러가는 양이 최소화될 수 있다. 그 결과, 제1,2 공정가스가 기판(S)으로 원활히 공급되어 막 증착 효율이 극대화될 수 있다.
한편, 공정가스 분사부(131)들과 퍼지가스 분사부(136)들은 각각 2개로 구비된 것으로 도시되어 있으나, 기판 지지대(120)에 안착되는 기판(S)의 개수 등에 따라 적절한 개수로 구비될 수 있으므로, 예시된 바에 한정되지는 않는다.
퍼지가스 분사면(137)이 공정가스 분사면(132)보다 적어도 일부 영역에서 높게 위치하도록, 공정가스 분사면(132)은 가스분사장치(130)의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 낮아지게 하향 경사지며, 퍼지가스 분사면(137)은 가스분사장치(130)의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 상향 경사질 수 있다.
예컨대, 퍼지가스 분사면(137)의 안쪽 가장자리는 공정가스 분사면(132)의 안쪽 가장자리와 동일 면 상에 위치한다. 그리고, 공정가스 분사면(132)은 가스분사장치(130)의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 낮아지게 하향 경사지며, 퍼지가스 분사면(137)은 가스분사장치(130)의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 상향 경사짐으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사장치(130)의 가장 바깥쪽에서 높이(H) 차이가 형성될 수 있다.
한편, 퍼지가스 분사면(137)이 가스분사장치(130)의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 상향 경사지면, 기판 지지대(120)로 분사된 퍼지가스는 기판 지지대(120)의 가장자리 쪽으로 원활히 흘러나간 후, 펌핑 포트 등에 의해 챔버(110) 외부로 배기될 수 있다.
공정가스 분사면(132)과 퍼지가스 분사면(137)은 부채꼴 형상으로 각각 이루어지며, 가스분사장치(130)의 중앙에 위치하는 공정가스 분사면(132)과 퍼지가스 분사면(137)이 동일 면 상에 배치될 수 있다. 공정가스 분사부(131)는 측벽과 하부에 의해 내부 공간이 한정되어 상부가 트인 구조로 이루어질 수 있다. 공정가스 분사부(131)의 하부에는 공정가스를 분사하기 위한 분사 홀(132a)들이 관통 형성된다. 공정가스 분사부(131)의 하부 바깥면은 공정가스 분사면(132)을 이루며, 바깥쪽으로 갈수록 낮아지게 하향 경사질 수 있다.
공정가스 분사부(131)는 탑 리드(112)의 하면에 형성된 장착 홈(112a)에 장착될 수 있다. 여기서, 공정가스 분사부(131)의 하부 안쪽 면은 장착 홈(112a)의 저면으로부터 이격되어 공간부를 형성할 수 있다. 공간부는 탑 리드(112)에 설치되는 공정가스 공급관과 연결되어 공정가스를 공급받는다. 공간부로 공급된 공정가스는 공정가스 분사부(131)의 분사 홀(132a)들을 통해 기판 지지대(120) 쪽으로 분사된다.
퍼지가스 분사부(136)는 측벽과 하부에 의해 내부 공간이 한정되어 상부가 트인 구조로 이루어질 수 있다. 퍼지가스 분사부(136)의 하부에는 퍼지가스를 분사하기 위한 분사 홀(137a)들이 관통 형성된다. 퍼지가스 분사부(136)의 하부 바깥면은 퍼지가스 분사면(137)을 이루며, 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 상향 경사질 수 있다. 퍼지가스 분사부(136)는 공정가스 분사부(131)와 마찬가지 형태로, 탑 리드(112)의 하면에 형성된 장착 홈(112a)에 장착될 수 있다. 퍼지가스 분사부(136)는 탑 리드(112)에 설치되는 퍼지가스 공급관과 연결되어 퍼지가스를 공급받아서 기판 지지대(120) 쪽으로 분사한다.
다른 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 공정가스 분사면(232)은 가스분사장치(130)의 상면과 평행하며, 퍼지가스 분사면(136)은 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 상향 경사짐으로써, 퍼지가스 분사면(136)이 공정가스 분사면(232)보다 적어도 일부 영역에서 높게 위치할 수 있다.
또 다른 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 퍼지가스 분사면(336)은 가스분사장치(130)의 상면과 평행하며, 공정가스 분사면(132)은 바깥쪽으로 갈수록 낮아지게 하향 경사짐으로써, 퍼지가스 분사면(336)이 공정가스 분사면(132)보다 적어도 일부 영역에서 높게 위치할 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 할 것이다.
110..챔버 112..탑 리드
120..기판 지지대 130..가스분사장치
131..공정가스 분사부 132,232..공정가스 분사면
136,336..퍼지가스 분사부 137..퍼지가스 분사면
S..기판

Claims (6)

  1. 방사형으로 상호 이격 배치되며, 공정가스가 분사되는 공정가스 분사면을 갖는 복수의 공정가스 분사부들과,
    상기 공정가스 분사부들 사이에 각각 배치되며 퍼지가스가 분사되는 퍼지가스 분사면을 갖는 퍼지가스 분사부들을 포함하며,
    상기 복수의 공정가스 분사면들은 적어도 일부 영역에서 상기 복수의 퍼지가스 분사면들에 대하여 상대적으로 하향 돌출되도록 상기 공정가스 분사면과 상기 퍼지가스 분사면 중 적어도 어느 하나가 경사지게 형성된 가스분사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스 분사면은 상기 가스분사장치의 상면과 평행하며,
    상기 퍼지가스 분사면은 상기 가스분사장치의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 상향 경사진 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지가스 분사면은 상기 가스분사장치의 상면과 평행하며,
    상기 공정가스 분사면은 상기 가스분사장치의 중앙부에서 바깥쪽으로 갈수록 낮아지게 하향 경사진 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스 분사면은 바깥쪽으로 갈수록 낮아지게 경사지며,
    상기 퍼지가스 분사면은 바깥쪽으로 갈수록 높아지게 경사진 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스 분사면과 상기 퍼지가스 분사면은 부채꼴 형상으로 이루어지되, 상기 가스분사장치의 중앙에 위치하는 상기 공정가스 분사면과 퍼지가스 분사면은 동일 면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
  6. 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버;
    상기 처리 공간 하부에 위치하며 다수의 기판이 안착되는 기판 지지대;
    상기 처리 공간 상부에 위치하며 상기 기판 지지대 상으로 기판을 처리하기 위한 공정가스 및 처리가스를 분사하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 가스분사장치를 포함하며,
    회전구동수단에 의해 상기 기판 지지대와 상기 가스분사장치는 상대적으로 회전 구동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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