KR20130118604A - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 내부에 공간이 형성되는 챔버와; 상기 챔버 상부에 구비되는 탑리드와; 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와; 상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판으로 가스를 분사하는 가스분사장치;를 포함하며, 상기 가스분사장치는 상기 기판지지부 상부에 방사상으로 가스를 분사하는 복수의 가스 분사유닛을 포함하며, 상기 복수의 가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나는 상기 탑리드의 중심방향으로 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하여, 박막의 균일도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막의 균일도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판처리장치에 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 있다. 이에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 증착방법으로서 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 사용되고 있다.
원자층 박막증착방법의 원리를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 기판이 챔버 내로 공급된 원료가스에 노출되면 기판 표면과의 반응을 통해 원료가스가 기판 표면에 화학 흡착되어 단원자층을 형성한다. 그러나 기판 표면이 원료가스로 포화되면 단원자층 이상의 원료가스는 동일한 리간드 간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태에 있게 된다. 이후, 기판이 퍼지(purge)가스에 노출이 되면 기판 상에 존재하던 물리 흡착 상태의 원료가스는 퍼지가스에 의해서 제거된다. 이어서 기판이 반응가스에 노출되면, 반응가스가 기판 표면에 화학 흡착되어 있는 원료가스와 리간드 상호 간 치환반응을 하면서 두 번째 층이 형성되고, 첫 번째 층과 반응하지 못한 반응가스는 물리 흡착 상태에 있다가, 다시 기판이 퍼지가스에 노출되면 퍼지가스에 의해 제거된다. 그리고 이 두 번째 층의 표면은 원료가스와 반응할 수 있는 상태에 있게 된다. 상기한 과정이 하나의 사이클을 이루고 기판에 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 여러 사이클을 반복한다.
도 1은 종래의 기판처리장치의 개략적 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스분사장치의 저면도이다.
도 1을 참조하면, 기판처리장치는 내부에 공간부(12)가 형성되어 있는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 회전 가능하게 설치되며 복수의 기판(W)이 안착되는 기판지지부(20)를 구비한다. 또한, 챔버(10)의 상부에는 기판(W)을 향해 가스를 공급하는 가스분사장치(30)가 설치된다.
가스분사장치(30)는 도 2에 도시된 것처럼 복수의 가스분사유닛을 포함한다. 보다 구체적으로 가스분사장치(30)의 구성을 설명하면, 탑리드(32) 하부 중심부에 복수 개의 가스분사공이 형성된 중앙 분사유닛(34)이 결합되고, 탑리드(32)의 하부에 중앙 분사유닛(34)의 원주방향을 따라 부채꼴과 유사한 형태로 형성되고 복수 개의 가스분사공이 형성된 공정가스 분사유닛(36S, 36R) 및 퍼지가스 분사유닛(36P)이 복수 개 결합된다. 또한, 탑리드(32)에는 복수의 가스주입공(31)이 형성되어 있으며, 각 가스주입공(31)은 각각의 분사유닛에 형성된 가스분사공과 연통된다.
기판지지부(20)는 챔버(10) 내에서 승강 및 회전 가능하도록 설치되어, 박막 증착 중 복수의 기판(W)이 각 분사유닛으로부터 분사되는 가스를 순차적으로 공급받을 수 있도록 한다. 예컨대, 기판(W)은 공정이 시작되는 시점에 원료가스를 공급받고, 순차적으로 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스를 공급받아 박막 증착이 이루어진다.
그런데 원료가스와 반응가스는 가스분사체로부터 분사된 후 기판 상에서 소정 시간 동안 체류하여 박막이 원활하게 형성되도록 하는 것이 좋다. 그러나 박막을 형성하는 과정에서 원료가스와 반응가스는 기판지지부의 가장자리쪽에 형성되는 배기유로를 통해 급격하게 외부로 배출된다. 게다가 기판처리장치의 중앙 분사유닛에서 분사되는 퍼지가스는 원료가스와 반응가스를 기판지지부 가장자리쪽으로 밀어내기 때문에 기판지지부의 중심부에 실질적으로 공급되는 원료가스와 반응가스의 유량이 감소하게 되고, 원료가스와 반응가스의 체류 시간도 짧아지게 된다. 이에 기판지지부의 중심부쪽에 인접한 기판 내측에서는 박막이 원활하게 증착되지 않아 기판 전체에 걸쳐 원하는 두께의 박막을 증착하기 어려워 박막의 균일도가 저하되고, 형성되는 소자의 신뢰성은 물론 생산성도 저하되는 문제점이 있다.
KR 1028408 B
본 발명은 박막의 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 기판처리장치를 제공한다.
본 발명은 박막의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 기판처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판처리장치는, 내부에 공간이 형성되는 챔버와; 상기 챔버 상부에 구비되는 탑리드와; 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와; 상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판으로 가스를 분사하는 가스분사장치;를 포함하며, 상기 가스분사장치는 상기 기판지지부 상부에 방사상으로 가스를 분사하는 복수의 가스 분사유닛을 포함하며, 상기 복수의 가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나는 상기 탑리드의 중심방향으로 더 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 가스 분사유닛은, 원료가스를 분사하는 복수의 원료가스 분사공이 형성된 적어도 하나의 원료가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 복수의 반응가스 분사공이 형성된 적어도 하나의 반응가스 분사유닛 및 상기 원료가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛의 사이에 배치되어 퍼지가스를 분사하는 복수의 퍼지가스 분사공이 형성된 복수의 퍼지가스 분사유닛을 포함할 수도 있다.
상기 원료가스 분사유닛들 및 반응공정 분사유닛들 중 적어도 어느 하나는 상기 퍼지가스 분사유닛보다 기판 직경의 10 내지 20% 더 길게 형성될 수도 있다.
상기 복수의 가스 분사유닛 각각은 상기 탑리드의 하부 일부에 결합되어 가스확산공간을 형성하고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성될 수도 있다.
상기 가스분사장치는 상기 탑리드의 하부 중심부에 결합되어 가스확산공간을 형성하고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성되는 중앙 분사유닛을 포함하고, 상기 복수의 가스 분사유닛은 상기 중앙 분사유닛 가장자리에 원주방향을 따라 원형을 이루도록 결합될 수도 있다.
상기 복수의 가스 분사유닛은 상기 챔버 및 탑리드 중 적어도 어느 하나를 관통하여 상기 기판지지부와 평행하게 배치되고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성된 복수의 관으로 형성될 수도 있다.
상기 가스분사장치는 상기 기판지지부의 중앙부에 가스를 분사하는 중앙 분사유닛을 포함하고, 상기 복수의 가스 분사유닛은 상기 중앙 분사유닛을 중심으로 방사상으로 배치될 수도 있다.
상기 복수의 원료가스 분사공 및 반응가스 분사공 중 적어도 어느 하나는 상기 퍼지가스 분사공들보다 상기 탑리드의 중심부에 더 가깝게 형성될 수도 있다.
상기 복수의 원료가스 분사공 또는 상기 복수의 반응가스 분사공은 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 형성되어, 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 외측보다 내측에 더 많은 가스를 분사하도록 형성될 수도 있다.
상기 중앙 분사유닛은 상기 원료가스 분사유닛들 또는 상기 반응가스 분사유닛들과 인접하는 측면에 적어도 하나의 홈이 형성되고, 상기 홈에 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 일부가 삽입되어 상기 중앙 분사유닛과 중첩될 수도 있다.
상기 중앙 분사유닛은 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나와 인접하는 저면 및 측면 일부에 단차가 형성된 적어도 하나의 홈이 형성되고, 상기 중앙 분사유닛에 인접한 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 단부에는 상기 홈에 대응하는 형상의 단차가 형성되며, 상기 홈에 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 단부가 삽입되어 상기 중앙 분사유닛과 중첩될 수도 있다.
상기 중앙 분사유닛은 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나와 인접하는 부분에 공간을 형성하도록 복수 개가 이격되어 형성되고, 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 단부는 상기 공간에 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판처리장치는, 가스분사공의 형성 위치를 조절하여 기판지지부의 중심부쪽에 충분한 유량의 원료가스 및 반응가스를 공급할 수 있다. 또한, 기판지지부의 중심부쪽에서의 원료가스 및 반응가스의 체류 시간도 증가시킬 수 있다. 이에 기판 전영역에 걸쳐 박막이 원활하게 증착되도록 함으로써 기판 전체에 걸쳐 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다. 따라서 박막의 균일도 및 품질을 향상시키고, 이를 이용하여 형성되는 소자의 신뢰성도 향상킬 수 있다. 또한, 박막의 증착 불량을 억제할 수 있으므로 생산성도 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 가스분사장치의 저면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도.
도 4는 도 3에 적용된 가스분사장치의 일 실시 예를 보여주는 저면도.
도 5는 도 4의 변형 예를 보여주는 도면.
도 6 및 도 7은 중앙 분사유닛과 분사유닛의 연결 구조를 보여주기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도.
도 9는 도 8에 적용된 가스분사장치의 일 실시 예를 보여주는 저면도.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 기판처리장치를 이용하여 증착된 박막의 두께를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도이고, 도 4는 도 3에 적용된 가스분사장치의 일 실시 예를 보여주는 저면도이며, 도 5는 가스분사장치의 변형 예이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판처리장치는 챔버(100), 기판지지부(120) 및 가스분사장치를 포함한다.
챔버(100)는 상부가 개방된 본체(110)와, 본체(110)의 상부에 개폐 가능하게 설치되며 복수의 가스도입구(114)가 형성된 탑리드(112)를 구비한다. 탑리드(112)가 본체(110)의 상부에 결합되어 본체(110) 내부를 폐쇄하면, 챔버(100)의 내부에는 예컨대, 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 행해지는 공간부(102)가 형성된다.
공간부(102)는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 챔버(100)의 소정 위치에는 공간부(102)에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기구(104)가 형성되어 있고, 배기구(104)는 외부에 구비되는 펌프(미도시)에 연결된 배기관(140)과 연결된다.
또한, 본체(102)의 바닥면에는 후술할 기판지지부(120)의 회전축(121)이 삽입되는 관통공(106)이 형성되어 있다. 본체(102)의 측벽에는 기판(W)을 챔버(100) 내부로 반입하거나, 외부로 반출하기 위한 게이트벨브(미도시)가 형성되어 있다.
기판지지부(120)는 기판(W)을 지지하기 위한 구성으로서, 지지플레이트(122)와 회전축(121)을 구비한다. 지지플레이트(122)는 원판 형상으로 챔버(100) 내부에 수평방향으로 구비되고, 회전축(121)은 지지플레이트(122)의 저면에 수직으로 연결된다. 회전축(121)은 관통공(106) 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 지지플레이트(122)를 승강 및 회전시킨다. 이때, 회전축(121)과 관통공(106) 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 박막을 증착하는 과정에서 챔버(100) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다.
또한, 지지플레이트(122)의 상부에는 복수의 기판안착부(124)가 일정 간격을 가지며 형성된다. 기판안착부(124)는 박막 증착을 위한 지지플레이트(122)의 회전 시 장착된 기판(W)의 이탈을 방지할 수 있도록 함몰된 형태로 형성되는 것이 좋다. 이때, 기판안착부(124)에 장착된 기판에서 지지플레이트(122)의 중심, 다시 말해서 기판지지부(120)의 중심 방향에 위치한 부분을 기판 내측이라 하고, 기판지지부(120)의 가장자리 방향에 위치한 부분을 기판 외측이라 한다. 또한, 지지플레이트(122)의 하측 또는 내부에는 히터(미도시)가 구비되어 기판(W)을 일정한 공정 온도로 가열할 수도 있다.
가스분사장치는 기판지지부(120) 상부에 이격되어 구비되며, 기판지지부(120) 측으로 원료가스(S), 반응가스(R), 퍼지가스(P) 등의 공정가스를 분사한다.
가스분사장치는 탑리드(112)의 하부 중심부에 결합되는 중앙 분사유닛(130C)과, 탑리드(112)의 하부에 중앙 분사유닛(130C)의 원주방향을 따라 결합되는 복수의 공정가스 분사유닛(130S, 130R) 및 복수의 퍼지가스 분사유닛을 포함한다. 여기에서 중앙 분사유닛(130C)은 필요에 따라서 적용되지 않을 수도 있지만, 공정 시 서로 다른 가스들이 기판지지부(120)의 중심부에서 혼합되는 것을 방지하기 위해서는 적용되는 것이 좋다. 그리고 탑리드(112)의 중심과 기판지지부(120)의 중심은 서로 일치하지 않을 수도 있지만, 각각의 분사유닛이 결합된 경우 탑리드(112)의 중심은 기판지지부(120)의 중심과 일치하는 것으로 본다. 그리고 중앙 분사유닛(130C)은 탑리드(112)의 중심부에 결합되므로, 이하에서는 탑리드(112)의 중심, 중앙 분사유닛(130C)의 중심 및 기판지지부(120)의 중심이 서로 일치하는 것으로 보고 병용한다. 또한, 탑리드(112)의 중심부, 중앙 분사유닛(130C)의 중심부 및 기판지지부(120)의 중심부는 각각의 중심을 포함하고 중심으로부터 소정 거리 이격된 영역을 의미하고, 중심방향은 각각의 중심을 향하는 방향을 의미한다.
중앙 분사유닛(130C)은 상부가 개방된 중공의 원통형으로 형성되어 하부에 복수 개의 가스분사공(132C)이 형성된다. 그리고 각각의 공정가스 분사유닛(130S, 130R)은 상부가 개방되고 내부에 가스가 확산되는 공간이 형성되는 부채꼴과 유사한 형태로 형성되며, 하부에 가스를 분사하는 복수의 공정가스 분사공(132S, 132R)이 형성된다. 각각의 공정가스 분사유닛(130S, 130R)은 중앙 분사유닛(130C)의 원주방향을 따라 배열되어 원형을 이루게 된다. 또한, 각각의 분사유닛에 형성되는 가스분사공들은 각각의 분사유닛에 대응되는 가스를 공급하는 가스도입구(114)와 각각 연통된다.
중앙 분사유닛(130C)은 탑리드(112)의 하부 중심부에 결합되어 그 사이에 가스가 확산되는 공간을 형성하고, 각각의 공정가스 분사유닛(130S, 130R)은 탑리드(112)의 하부에서 중앙 분사유닛(130C)의 원주방향을 따라 탑리드(112)의 하부 일부를 점유하는 형태로 결합된다. 중앙 분사유닛(130C)은 복수 개의 공정가스 분사유닛(130S, 130R)으로부터 분사되는 서로 다른 종류의 가스들이 기판지지부(120)의 중심부에서 서로 혼합되지 않도록 에어 커튼 역할을 하는 퍼지가스를 분사한다. 다시 말해서, 공정이 수행되는 동안 공정가스는 기판지지부(120)의 가장자리 방향에 형성되는 배기유로(미도시)를 통해 배기구(104)로 배출되기 때문에 공정가스 분사유닛(130S, 130R)에서 기판지지부(120)로 분사되는 공정가스는 기판지지부(120)의 가장자리쪽으로 이동하기는 하지만, 기판지지부(120)와 가스분사장치 사이에 형성되는 압력 구배 차이에 의해 기판지지부(120)의 중심부에서 서로 혼합되는 현상이 발생하게 된다. 따라서 중앙 분사유닛(130C)을 구비하여 기판지지부(120) 중심부에 퍼지가스를 분사함으로써 기판지지부(120)의 중심부에서 서로 다른 공정가스가 서로 혼합되는 현상을 억제한다.
공정가스 분사유닛(130S, 130R)은 실질적으로 박막을 형성하는 공정가스를 분사하며, 원료가스를 분사하는 복수의 원료가스 분사공(132S)이 형성된 원료가스 분사유닛(130S)과, 반응가스를 분사하는 복수의 반응가스 분사공(132R)이 형성된 반응가스 분사유닛(130R)을 포함한다.
그리고 퍼지가스 분사유닛(130P)은 원료가스 분사유닛(130S)과 반응가스 분사유닛(130R) 사이마다 배치되며, 퍼지가스를 분사하는 복수의 퍼지가스 분사공(132P)이 형성된다. 퍼지가스 분사유닛은 기판지지부(120)의 반경방향에서 원료가스와 반응가스가 서로 혼합되는 것을 억제하며, 공정 중 기판 상에 생성되는 잔류물을 제거한다.
종래의 원료가스 분사유닛(130S), 반응가스 분사유닛(130R) 및 퍼지가스 분사유닛은 기판지지부(120)의 반경방향으로 거의 동일한 크기로 형성되고, 각각의 분사유닛에 형성되는 가스분사공들도 기판지지부(120)의 반경방향을 따라 거의 동일한 영역에 걸쳐 형성된다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 도 4에 도시된 것처럼 원료가스 분사유닛(130S)과 반응가스 분사유닛(130R)의 길이(LR)를 퍼지가스 분사유닛의 길이(LP)보다 더 길게 형성하여 탑리드(112)의 중심방향으로 소정 길이(LD) 돌출되도록 형성한다. 이때, 원료가스 분사유닛(130S)과 반응가스 분사유닛(130R)은 중앙 분사유닛(130C)에서 퍼지가스를 분사하는데 방해하지 않을 정도로 돌출 형성되는 것이 좋으며, 탑리드(112)의 중심방향으로 돌출된 길이(LD)는 기판 반경의 10 내지 20% 정도가 적당하다. 돌출된 길이가 제시된 범위보다 작은 경우에는 기판지지부(120)의 중심부에서 원료가스 및 반응가스의 체류시간 및 유량 증가 효과를 기대하기 어렵고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 기판지지부(120)의 중심부에서 원료가스 및 반응가스가 서로 혼합되는 현상이 발생할 수 있다. 이와 같이 원료가스 분사유닛(130S)과 반응가스 분사유닛(130R)의 돌출된 구조는 기판처리장치의 단면형상을 통해서도 확인할 수 있으며, 도 3의 (a)와 도 3의 (b)에서 원료가스 분사유닛(130S)의 길이(x)와 퍼지가스 분사유닛(130P)의 길이(y)가 각각 상이하게 형성된 것을 통해 알 수 있다. 또한, 중앙 분사유닛(130C)의 길이도 각각 상이함을 알 수 있다.
원료가스 분사유닛(130S)과 반응가스 분사유닛(130R)에서 탑리드(112)의 중심방향으로 돌출 형성된 부분(LD)에는 원료가스 분사공(132S)과 반응가스 분사공(132R)이 각각 형성된다. 따라서 탑리드의 중심(C)에 가장 가까운 원료가스 분사공(132S)까지의 거리(LH1)는 탑리드의 중심(C)에 가장 가까운 퍼지가스 분사공(132P)까지의 거리(LH2)보다 짧아지게 된다. 이에 원료가스 분사공(132S) 및 반응가스 분사공(132R)은 퍼지가스 분사공(132P)보다 탑리드(112)의 중심(C)에 더 가까이 형성되기 때문에 기판지지부(120)의 반경방향으로 퍼지가스가 분사되는 영역보다 원료가스 및 반응가스가 분사되는 영역이 더 길어지는 효과가 있다. 특히, 원료가스 분사공(132S) 및 반응가스 분사공(132R)이 퍼지가스 분사공(132P)보다 탑리드(112)의 중심 방향에 치우쳐 형성되어 기판지지부(120)의 중심부에 더 많은 유량의 원료가스 및 반응가스를 분사할 수 있으며, 기판지지부(120)의 중심부에서의 체류 시간도 증가하게 된다. 따라서 기판지지부(120)의 중심부에 인접한 기판 내측에 원료가스와 반응가스가 충분하게 공급되어 기판 전체에 걸쳐 박막이 원활하게 증착될 수 있다. 이때, 공정가스 분사공의 크기를 조절하거나 개수를 조절하여 탑리드(112)의 중심방향에 인접하게 형성되는 공정가스 분사공으로부터 공급되는 공정가스의 유량을 증가시킬 수도 있다.
이러한 구성을 통해 본 발명은 기판 내측에 충분한 유량의 공정가스를 공급할 수 있음과 동시에, 공정가스의 체류 시간을 증가시킬 수 있으므로 기판 내측에서의 박막 증착을 원활하게 하여 박막 전체의 균일도를 향상시킬 수 있다.
여기에서는 원료가스 분사유닛(130S)들과 반응가스 분사유닛(130R)들이 모두 탑리드(112)의 중심방향으로 돌출 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 원료가스 분사유닛(130S)들만 돌출 형성하거나, 도 5의 (b)에 도시된 것처럼 반응가스 분사유닛(130R)들만 탑리드(112)의 중심방향으로 돌출되도록 형성할 수도 있다.
이하에서는 공정가스 분사유닛과 중앙 분사유닛의 연결 구조에 대해서 설명한다.
도 6 및 도 7은 공정가스 분사유닛과 중앙 분사유닛의 연결 구조를 보여주는 도면이다.
도 6의 (a)은 공정가스 분사유닛과 중앙 분사유닛의 일 실시 예를 보여주는 사시도로서, 중앙 분사유닛(130C)은 상부면이 개방된 중공의 원통형으로 형성될 수 있으며, 그 측면에는 공정가스 분사유닛(130S, 130R)의 일부가 삽입되는 홈(131)이 중앙 분사유닛(130C)의 중심방향으로 형성된다. 홈(131)은 공정가스 분사유닛(130S, 130R)의 개수에 대응하는 개수로 형성될 수 있다. 도면에서는 중앙 분사유닛(130C)과 공정가스 분사유닛(130S, 130R)의 상부면이 완전히 개방된 상태로 나타나 있지만, 일부만 개방되도록 형성될 수도 있다.
도 6의 (b)는 도 6의 (a)와 같이 형성된 분사유닛이 적용된 기판처리장치의 일부 구성을 보여주는 단면도이다. 홈(131) 내부에는 공정가스 분사유닛(130S, 130R)의 일부가 삽입된다. 또한 도시되어 있지는 않지만 퍼지가스 분사유닛(130P)은 중앙 분사유닛(130C)의 외주면에 밀착되어 배치된다.
도 7의 (a)는 공정가스 분사유닛과 중앙 분사유닛의 다른 실시 예를 보여주는 사시도이다. 도 7의 (a)를 참조하면, 중앙 분사유닛(130C')에는 측면과 하면에 걸쳐 단차가 형성된 홈(131')이 형성된다. 여기에서도 마찬가지로 홈(131')은 공정가스 분사유닛(130S', 130R')의 개수에 대응하는 개수로 형성될 수 있다. 그리고 중앙 분사유닛(130C')과 인접한 공정가스 분사유닛(130S', 130R')의 단부에는 홈(131')의 형상과 대응하는 형상의 단차(133)가 형성될 수 있다. 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 공정가스 분사유닛(130S', 130R')의 단차(133)와 중앙 분사유닛(130C)의 홈(131')이 서로 맞물려지는 형태로 결합된다. 이에 따라 공정가스 분사유닛(130S', 130R')의 일단, 즉 내측은 중앙 분사유닛(130C')과 중첩되는 형태로 배치된다. 이때, 공정가스 분사유닛(130S', 130R')에서 단차(133)가 형성된 부분에도 공정가스 분사구가 형성될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 예시들은 샤워 헤드 타입의 가스분사장치에 적용되는 것으로 설명하고 있으나, 노즐 타입의 가스분사장치에도 상기의 예시들이 다양하게 조합되어 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 다른 기판처리장치의 개략적 단면도이고, 도 9는 도 8에 도시된 가스분사장치의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기판처리장치는 챔버(100), 기판지지부(120) 및 가스분사장치를 포함한다. 여기에서 가스분사장치는 외부의 가스공급원(미도시)과 연통되는 도입구(미도시)가 형성되고, 하부에 복수의 가스 분사공이 형성되어 있는 복수의 관(pipe)으로 형성될 수 있다. 이러한 관들은 챔버(100) 측벽을 관통하여 챔버(100) 내부에서 기판지지부(120)와 평행하게 배치될 수도 있고, 탑리드(112)를 관통하여 챔버(100) 내부에서 기판지지부(120)와 평행하게 배치될 수도 있다. 가스분사장치에 형성되는 도입구는 가스분사장치의 배치형태, 예컨대 챔버(100) 측벽을 관통하며 챔버(100) 내부에 배치되거나, 탑리드(112)를 관통하며 배치되는 등의 배치형태에 따라 그 형성되는 위치가 변경될 수 있다. 가스분사장치는 샤워 헤드 타입과 마찬가지로 복수의 가스 분사유닛(230S, 230R, 230P)으로 구성될 수 있으며, 복수의 가스 분사유닛은 원료가스 분사유닛(230S), 반응가스 분사유닛(230R) 및 퍼지가스 분사유닛(230P)으로 구성될 수 있다. 이때, 퍼지가스 분사유닛(230P)은 원료가스 분사유닛(230S)과 반응가스 분사유닛(230R) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 필요에 따라 중앙 분사유닛(230C)이 구비될 수도 있다. 중앙 분사유닛(230C)은 탑리드(112)에 형성된 가스도입구(114)에 관 형태로 삽입될 수도 있고, 도 8에 도시된 것처럼 내부에 가스가 확산되는 공간이 형성되고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성된 플레이트가 탑리드(112)의 하부 중심부에 결합되어 형성될 수도 있다.
원료가스 분사유닛들(230S) 및 반응가스 분사유닛들(230R) 중 적어도 어느 하나는 퍼지가스 분사유닛들(230P)보다 더 길게 형성될 수 있다. 중앙 분사유닛(230C)이 구비되지 않은 경우에는 원료가스 분사유닛들(230S) 및 반응가스 분사유닛들(230R) 중 적어도 어느 하나를 기판지지부(120)의 중심부 쪽으로 연장하여 형성할 수 있다. 그러나 중앙 분사유닛(230C)이 구비된 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 가스분사장치를 구성할 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 원료가스 분사유닛들(230S) 및 반응가스 분사유닛들(230R) 중 적어도 어느 하나와 인접하는 중앙 분사유닛(230C)의 측부에 중앙 분사유닛(230C)의 중심부로 향하는 홈(235)를 형성할 수 있다. 홈(235)에는 원료가스 분사유닛들(230S) 및 반응가스 분사유닛들(230R) 중 적어도 어느 하나의 단부가 일부 삽입될 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 원료가스 분사유닛들(230S) 및 반응가스 분사유닛들(230R) 중 적어도 어느 하나와 인접하는 중앙 분사유닛(230C)의 하부 및 측부에 걸쳐 단차가 형성된 홈(236)을 형성할 수도 있다. 그리고 홈(236)에 삽입되는 원료가스 분사유닛들(230S) 및 반응가스 분사유닛들(230R) 중 적어도 어느 하나의 단부에는 홈(236)의 형상과 대응하는 형상의 단차(230T)를 형성한다. 이에 홈(236)과 단차(230T)가 서로 맞물려져 원료가스 분사유닛(230S) 및 반응가스 분사유닛(230R)이 중앙 분사유닛(230C)에 중첩되어 배치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 기판처리장치와, 이를 이용하여 형성된 박막의 두께를 측정한 결과를 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면 공정가스는 기판지지부(120)의 중심에 더 가까운 쪽으로부터 분사되어 기판 전체에 걸쳐 균일하게 분사된다. 이에 따라 기판 상에 증착되는 박막은 기판 전체에 걸쳐 균일한 두께로 형성될 수 있다.
이와 같이 공정가스 분사유닛(130S, 130R)에서 공정가스 분사공을 퍼지가스 분사공(132P)보다 기판지지부(120)의 중심에 가깝게 형성함으로써 기판지지부(120) 중심쪽에서 공정가스의 체류 시간을 증가시켜 기판 전체에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 챔버 102 : 공간부
104 : 배기구 106 : 관통공
110 : 본체 112 : 탑리드
114 : 가스도입구 120 : 기판지지부
121 : 회전축 122 : 지지플레이트
124 : 기판안착부 130C : 중앙 분사유닛
130S : 원료가스 분사유닛 130R : 반응가스 분사유닛
130P : 퍼지가스 분사유닛 131, 131', 235, 236 : 홈
132C :가스분사공 132S : 원료가스 분사공
132R : 반응가스 분사공 132P : 퍼지가스 분사공
133, 230T : 단차 237 : 공간

Claims (12)

  1. 내부에 공간이 형성되는 챔버와;
    상기 챔버 상부에 구비되는 탑리드와;
    상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와;
    상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판으로 가스를 분사하는 가스분사장치;를 포함하며,
    상기 가스분사장치는 상기 기판지지부 상부에 방사상으로 가스를 분사하는 복수의 가스 분사유닛을 포함하며, 상기 복수의 가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나는 상기 탑리드의 중심방향으로 더 길게 형성되는 기판처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사유닛은,
    원료가스를 분사하는 복수의 원료가스 분사공이 형성된 적어도 하나의 원료가스 분사유닛, 반응가스를 분사하는 복수의 반응가스 분사공이 형성된 적어도 하나의 반응가스 분사유닛 및 상기 원료가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛의 사이에 배치되어 퍼지가스를 분사하는 복수의 퍼지가스 분사공이 형성된 복수의 퍼지가스 분사유닛을 포함하는 기판처리장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 원료가스 분사유닛들 및 반응공정 분사유닛들 중 적어도 어느 하나는 상기 퍼지가스 분사유닛보다 기판 직경의 10 내지 20% 더 길게 형성되는 기판처리장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사유닛 각각은 상기 탑리드의 하부 일부에 결합되어 가스확산공간을 형성하고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성되는 기판처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스분사장치는 상기 탑리드의 하부 중심부에 결합되어 가스확산공간을 형성하고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성되는 중앙 분사유닛을 포함하고,
    상기 복수의 가스 분사유닛은 상기 중앙 분사유닛 가장자리에 원주방향을 따라 원형을 이루도록 결합되는 기판처리장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사유닛은 상기 챔버 및 탑리드 중 적어도 어느 하나를 관통하여 상기 기판지지부와 평행하게 배치되고, 하부면에 복수의 가스분사공이 형성된 복수의 관으로 형성되는 기판처리장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스분사장치는 상기 기판지지부의 중앙부에 가스를 분사하는 중앙 분사유닛을 포함하고,
    상기 복수의 가스 분사유닛은 상기 중앙 분사유닛을 중심으로 방사상으로 배치되는 기판처리장치.
  8. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 원료가스 분사공 및 반응가스 분사공 중 적어도 어느 하나는 상기 퍼지가스 분사공들보다 상기 탑리드의 중심부에 더 가깝게 형성되는 기판처리장치.
  9. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 원료가스 분사공 또는 상기 복수의 반응가스 분사공은 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 형성되어, 상기 기판지지부의 반경방향을 따라 외측보다 내측에 더 많은 가스를 분사하도록 형성되는 기판처리장치.
  10. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 중앙 분사유닛은 상기 원료가스 분사유닛들 또는 상기 반응가스 분사유닛들과 인접하는 측면에 적어도 하나의 홈이 형성되고,
    상기 홈에 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 일부가 삽입되어 상기 중앙 분사유닛과 중첩되는 기판처리장치.
  11. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 중앙 분사유닛은 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나와 인접하는 저면 및 측면 일부에 단차가 형성된 적어도 하나의 홈이 형성되고,
    상기 중앙 분사유닛에 인접한 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 단부에는 상기 홈에 대응하는 형상의 단차가 형성되며,
    상기 홈에 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 단부가 삽입되어 상기 중앙 분사유닛과 중첩되는 기판처리장치.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 중앙 분사유닛은 상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나와 인접하는 부분에 공간을 형성하도록 복수 개가 이격되어 형성되고,
    상기 원료가스 분사유닛들 및 상기 반응가스 분사유닛들 중 적어도 어느 하나의 단부는 상기 공간에 배치되는 기판처리장치.
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