KR20140049170A

KR20140049170A - 기판처리장치

Info

Publication number: KR20140049170A
Application number: KR1020120114819A
Authority: KR
Inventors: 박영훈; 류동호; 윤원준
Original assignee: 주식회사 원익아이피에스
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-25

Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 내부에 공간이 형성되는 챔버와; 상기 챔버 상부에 구비되며 적어도 하나의 가스도입구가 형성된 탑리드와; 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와; 상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판지지부의 중심영역에 가스를 분사하는 중앙 분사유닛과, 상기 중앙 분사유닛의 둘레 방향에 구비되어 상기 기판지지부에 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛과, 상기 중앙 분사유닛의 둘레 방향에 구비되어 상기 기판 지지부에 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛 및 상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 사이에 배치되는 퍼지가스 분사유닛을 구비하는 가스분사장치;를 포함하며, 상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나는 상기 기판지지부에 가스를 분사하는 주분사부와, 상기 중앙 분사유닛과 상기 주분사부 사이에 상기 주분사부와 교차하는 방향으로 돌출 형성되어 가스를 분사하는 돌출부를 포함하고, 상기 주분사부와 돌출부는 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할되고, 적어도 하나의 영역에 형성된 주분사부 또는 돌출부는 나머지 영역과 다른 유량의 가스를 분사하는 것을 특징으로 하며, 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.

이와 같은 원자층을 형성하기 위한 기판처리장치는 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버와, 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되며 복수의 기판이 안착되는 기판지지부를 구비한다. 또한, 챔버의 상부에는 기판을 향해 가스를 공급하는 가스분사장치가 설치된다.

가스분사장치는 복수의 가스분사유닛을 포함한다. 보다 구체적으로 가스분사장치의 구성을 설명하면, 탑리드 하부 중심부에 복수 개의 가스분사공이 형성된 중앙 분사유닛이 결합되고, 탑리드의 하부에 중앙 분사유닛의 원주방향을 따라 부채꼴과 유사한 형태로 형성되고 복수 개의 가스분사공이 형성된 공정가스 분사유닛 및 퍼지가스 분사유닛이 복수 개 결합된다. 또한, 탑리드에는 복수의 가스주입공이 형성되어 있으며, 각 가스주입공은 각각의 분사유닛에 형성된 가스분사공과 연통된다.

기판지지부는 챔버 내에서 승강 및 회전 가능하도록 설치되어, 박막 증착 중 복수의 기판이 각 분사유닛으로부터 분사되는 가스를 순차적으로 공급받을 수 있도록 한다. 예컨대, 기판은 공정이 시작되는 시점에 원료가스를 공급받고, 순차적으로 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스를 공급받아 박막 증착이 이루어진다.

한편, 가스분사장치의 중심부에 구비되는 중앙 분사유닛은 퍼지가스를 분사하여 기판지지부 중심부에서 원료가스 및 반응가스가 혼합되는 것을 방지한다. 그러나 중앙 분사유닛으로부터 분사되는 퍼지가스는 원료가스 및 반응가스를 기판지지부의 가장자리방향으로 밀어내는 역할을 하기 때문에 기판지지부 중심부 쪽에서 원료가스와 반응가스의 유량이 상대적으로 적어지고, 그 체류하는 시간도 짧아지게 된다. 이에 따라 기판지지부 상에 장착된 기판들 중 기판지지부의 중심부 쪽에 인접한 기판 상에는 박막이 원활하게 증착되지 않아 기판 전체에 걸쳐 원하는 두께의 박막을 증착하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 박막의 균일도가 저하되어 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 구비되며 적어도 하나의 가스도입구가 형성된 탑리드와; 상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와; 상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판지지부의 중심영역에 가스를 분사하는 중앙 분사유닛과, 상기 중앙 분사유닛의 둘레 방향에 구비되어 상기 기판지지부에 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛과, 상기 중앙 분사유닛의 둘레 방향에 구비되어 상기 기판 지지부에 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛 및 상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 사이에 배치되는 퍼지가스 분사유닛을 구비하는 가스분사장치;를 포함하며, 상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나는 상기 기판지지부에 가스를 분사하는 주분사부와, 상기 중앙 분사유닛과 상기 주분사부 사이에 상기 주분사부와 교차하는 방향으로 돌출 형성되어 가스를 분사하는 돌출부를 포함하고, 상기 주분사부와 돌출부는 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할되고, 적어도 하나의 영역에 형성된 주분사부 또는 돌출부는 나머지 영역과 다른 유량의 가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙 분사유닛은 상기 탑리드의 하부 중심부에 결합되며, 상기 중앙 분사유닛의 하부면에는 복수의 가스분사공이 형성되고, 상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛은 상기 탑리드의 하부 일부에 상기 중앙 분사유닛의 가장자리를 따라 둘레 방향으로 구비되며, 상기 돌출부의 측면 및 상기 주분사부의 하부면에 복수의 가스분사공이 형성될 수도 있다.

상기 돌출부와 상기 주분사부는 가스의 공급을 제어하는 가스공급기에 연결되며, 상기 돌출부와 상기 주분사부는 서로 다른 가스공급기에 연결될 수도 있다.

상기 돌출부와 상기 주분사부는 가스의 공급을 제어하는 가스공급기에 연결되며, 상기 돌출부와 상기 주분사부는 동일한 가스공급기에 연결될 수도 있다.

상기 가스공급기는 상기 돌출부와 상기 주분사부에 소스가스 또는 반응가스의 공급을 제어하는 제어기와, 캐리어 가스의 공급을 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 캐리어 가스는 불활성 가스이거나 N2 가스일 수도 있다.

상기 돌출부에서 상기 복수의 영역 중 적어도 어느 한 군데의 영역에는 나머지 영역보다 가스분사공의 개수가 더 많이 형성될 수도 있다.

상기 돌출부에서 상기 복수의 영역 중 적어도 어느 한 군데의 영역에는 나머지 영역보다 가스분사공이 더 크게 형성될 수도 있다.

상기 돌출부는 내부에 상기 복수의 가스도입구 중 적어도 어느 하나와 연통되는 유로가 구비되고, 상기 돌출부의 측면에는 상기 유로와 연통되는 복수의 가스분사공이 형성될 수도 있다.

상기 돌출부에 형성되는 가스분사공은 상기 기판지지부 측으로 기울어지게 형성될 수도 있다.

상기 돌출부에 형성되는 가스분사공은 상기 유로에 연결되는 일측의 단면적보다 가스가 배출되는 타측의 단면적이 넓게 형성될 수도 있다.

상기 돌출부에 형성되는 가스분사공은 상기 주분사부의 하부면과 상기 가스분사공의 중심축이 형성하는 각도가 10 내지 80° 인 영역에 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 기판처리장치는, 중앙 분사유닛과 원료가스 분사유닛 사이에 차단막을 형성하여 중앙 분사유닛으로부터 분사되는 퍼지가스가 원료가스가 분사되는 영역으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 원료가스, 반응가스 등의 공정가스가 분사되는 가스분사유닛을 부분적으로 가스 분사량을 제어할 수 있도록 구성하여, 박막의 증착 균일도 및 품질을 향상시킬 수 있다. 따라서 기판지지부의 중심부 쪽에 충분한 유량의 원료가스를 공급하고 퍼지 능력을 강화해 줌에 따라 기판지지부 중심부 쪽에 위치하는 기판 상에 증착된 박막의 두께 저하나 막질 불량을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스분사장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 공정가스 분사유닛의 평면도 및 단면도.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 공정가스 분사유닛의 사시도.
도 5 및 도 6은 공정가스 분사유닛에 가스가 공급되는 방식을 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 1은 본 발명에 따른 기판처리장치의 개략적 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스분사장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공정가스 분사유닛의 평면도 및 단면도이며, 도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 공정가스 분사유닛의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기판처리장치는 챔버(100), 기판지지부(120) 및 가스분사장치(130)를 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 게이트밸브(미도시)가 형성된다.

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.

가스분사장치(130)는 기판지지부(120) 상부에 이격되어 구비되며, 기판지지부(120) 측으로 원료가스(S), 반응가스(R), 퍼지가스(P) 등의 공정가스를 분사한다.

도 2를 참조하면, 가스분사장치(130)는 샤워 헤드 타입으로서, 탑리드(112)의 하부 중심부에 결합되는 중앙 분사유닛(130C)과, 탑리드(112)의 하부에 중앙 분사유닛(130C)의 원주방향을 따라 결합되는 복수의 가스 분사유닛(130S, 130R, 130P)을 포함한다. 복수의 가스 분사유닛(130S, 130R, 130P)는 다시 원료가스, 반응가스 등의 공정가스를 분사하는 공정가스 분사유닛(130S, 130R)과 복수의 퍼지가스 분사유닛(130P)으로 구분될 수 있다. 이때, 탑리드(112)의 중심과 기판지지부(120)의 중심은 서로 일치하지 않을 수도 있지만, 각각의 가스 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 가스 분사유닛(130S, 130R, 130P)은 상부가 개방되고 내부에 가스가 확산되는 공간이 형성되며, 부채꼴과 유사한 형태로 형성되고, 하부에 가스를 분사하는 복수의 가스 분사공(132S, 132R, 132P)이 형성된다. 각각의 가스 분사유닛(130S, 130R, 130P)은 중앙 분사유닛(130C)의 원주방향을 따라 배열되어 원형을 이루게 된다. 또한, 각각의 가스 분사유닛에 형성되는 가스분사공들(132C, 132S, 132R, 132P)은 각각의 가스 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 가스 분사유닛(130S, 130R, 130P)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 가스 분사유닛(130S, 130R, 130P) 중에서도 공정가스 분산유닛(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 기판지지부(120)의 가장자리쪽으로 이동하기는 하지만, 기판지지부(120)와 가스분사장치(130) 사이에 형성되는 압력 구배 차이에 의해 기판지지부(120)의 중심부에서 서로 혼합되는 현상이 발생하게 된다. 따라서 기판지지부(120)의 중심부에 커튼가스인 퍼지가스를 분사하기 위한 중앙 분사유닛(130C)을 구비하여 기판지지부(120)의 중심부에서 서로 다른 공정가스가 서로 혼합되는 현상을 억제할 수 있다.

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. 이와 같이 형성된 가스분사장치(130)는 가스분사장치(130)의 중심부에 구비되는 중앙 분사유닛(130C)으로부터 분사되는 퍼지가스에 의해 공정가스 분사유닛(130S, 130R)에서 분사되는 원료가스 및 반응가스를 기판지지부(120)의 가장자리방향으로 밀어내기 때문에 기판지지부(120) 중심부 쪽에서 원료가스와 반응가스의 유량이 불필요하게 저하되고, 원형 회전 운동에 의한 퍼지능력은 기판지지부 중심부 쪽이 가장 취약하다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 공정가스 분사유닛(130S, 130R)을 형성함에 있어서, 기판(W), 즉 기판지지부(120)로 가스를 분사하는 주분사부(Y)와, 중앙 분사유닛(130C)과 공정가스 분사유닛(130S, 130R) 사이에 주분사부(Y)에 교차하는 방향, 즉 하부로 돌출 형성되는 돌출부(X)를 포함하도록 구성하였다. 이때, 돌출부(X)는 주분사부(Y)의 하부면에 직교하도록 형성되거나, 경사지게 형성될 수도 있다.

공정가스 분사유닛(130S, 130R)의 돌출부(X)는 중앙 분사유닛(130C)과 공정가스 분사유닛(130S, 130R)이 대향하는 부위에 하부 방향으로 돌출되도록 형성된다. 돌출부(X)는 중앙 분사유닛(130C)에서 분사되는 퍼지가스, 즉 커튼가스의 일부가 공정가스가 분사되는 공정가스 분사영역으로 유입되어 기판지지부(120) 중심부쪽에 인접한 기판(W) 상에 증착되는 박막의 막질 형성에 장애를 주는 역할을 최소화 한다. 이에 따라 기판지지부(120)의 중심부쪽에서 공정가스의 분압이 과도하게 감소하거나 기판지지부(120)의 중심부쪽이 과도하게 퍼지되는 현상을 최소화한다. 이때, 돌출부(X)와 주분사부(Y)를 가스분사장치(130)의 원주방향을 따라 복수의 영역(R11, R12, R13), 예컨대 3개의 영역으로 분할하고, 각 영역별로 가스분사공의 개수 또는 크기를 상이하게 형성함으로써 각 영역별로 분사되는 가스량을 조절할 수 있도록 구성하였다. 이에 돌출부(X)와 주분사부(Y)는 분할된 각각의 영역에서 가스를 서로 다른 유량으로 분사할 수 있다.

도 3을 참조하면, 돌출부(X)는 중앙 분사유닛(130C)에 인접한 공정가스 분사유닛(130S, 130R)의 일단부 하부면 가장자리를 따라 원호(圓弧) 형상으로 형성될 수 있다. 여기에서는 돌출부(X)는 원료가스 분사유닛(130S)과 반응가스 분사유닛(130R) 중 적어도 어느 하나의 분사유닛에 형성될 수 있다.

돌출부(X)는 중앙 분사유닛(130C)과 공정가스 분사유닛(130S, 130R)이 마주보는 부위, 예컨대 중앙 분사유닛(130C)과 원료가스 분사유닛(130R)이 대향하는 부위, 또는 중앙 분사유닛(130C) 및 원료가스 분사유닛(130S)과, 중앙 분사유닛(130C) 및 반응가스 분사유닛(130R)이 대향하는 부위에 형성될 수 있다. 필요에 따라서 퍼지가스 분사유닛(130P)에도 돌출부(X)를 형성할 수도 있다. 이러한 돌출부(X)는 주분사부(Y)와 일체로 형성될 수도 있으나, 탑리드(112)에 중앙 분사유닛(130C)과 공정가스 분사유닛(130S, 130R) 사이로 돌출되는 구조를 형성함으로써 구현될 수도 있다.

또한, 돌출부(X) 내부에는 탑리드(112)에 형성된 복수의 가스도입구(114) 중 하나와 연통되는 유로(134a)가 형성되고, 돌출부(X)의 유로(134a)의 일측면에는 유로(134a)와 연통하는 복수의 가스분사공(132R2)이 형성될 수도 있다. 유로(134a)는 탑리드(112)와 반응가스 분사유닛(130R)(또는 원료가스 분사유닛(130S) 사이에 형성되는 가스확산영역(134b, 134c, 134d)과는 상호 분리되어 형성된다. 이하에서는 반응가스 분사유닛(130R)을 예로 들어 설명한다.

여기에서 돌출부(X)에 형성되는 가스분사공(132R2)은 반응가스 분사영역에 반응가스를 추가로 공급하기 위해 형성되는 것으로, 기판지지부(120) 중심부 쪽에서 반응가스를 충분하게 공급하여 박막 증착을 원활하게 한다. 돌출부(X)에 형성되는 가스분사공(132R2)은 기판지지부(120) 측으로 하향 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 가스분사공(132R2)은 주분사부(Y)의 하부면과 가스분사공(132R2)의 중심축이 형성하는 각도가 10 내지 80° 범위 내의 내측면에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 돌출부(X)의 가스분사공(132R2)에서 분사되는 가스를 기판지지부(120)의 반경방향을 따라 중심부에서 가장자리까지 원활하게 확산시킬 수 있다.

또한, 돌출부(X)에 형성되는 가스분사공(132R2)은 가스가 배출되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하도록 형성함으로써 반응가스 분사영역으로의 가스 확산을 용이하게 할 수도 있다.

주분사부(Y)는 돌출부(X)의 일측에 수평방향으로 연장 형성되며, 하부면에 복수의 가스분사공(132R1)이 형성된다. 주분사부(Y)는 상부면에 분할된 영역별로 가스확산공간(134b, 134c, 134d)이 형성될 수 있다. 주분사부(Y)에 형성되는 복수의 가스확산공간(134b, 134c, 134d)은 탑리드(112)에 형성된 가스도입구(114b, 114c, 114d)와 각각 연통된다.

이와 같이 형성되는 공정가스 분사유닛, 예컨대 반응가스 분사유닛(130R)을 이용하여 분사되는 가스 유량의 조절은 다음과 같이 수행될 수 있다.

반응가스 분사유닛(130R)을 복수의 영역(R11, R12, R13), 예컨대 3개의 영역으로 분할하고, 각각의 영역(R11, R12, R13)마다 형성되는 가스분사공(132R1, 132R2)의 개수를 조절하여 분사되는 가스 유량을 조절할 수 있다.

예컨대 중간영역(R12)의 주분사부(Y)에 형성되는 가스분사공(132R1)의 개수를 중간영역(R12)의 양쪽영역(R11, R13)에 형성되는 가스분사공(132R1)의 개수보다 적게 형성하고, 중간영역(R12)의 돌출부(X)에 형성되는 가스분사공(132R2)의 개수를 중간영역(R12)의 양쪽영역(R11, R13)에 형성되는 가스분사공(132R2)의 개수보다 많이 형성할 수 있다. 이때, 중간영역(R12)의 주분사부(Y)에서 분사되는 가스의 유량이 양쪽영역(R11, R13)의 주분사부(Y)에서 분사되는 가스의 유량보다 상대적으로 적을 때 중간영역(R12)의 돌출부(X)에서 분사되는 가스의 유량을 양쪽영역(R11, R13)의 돌출부(X)에서 분사되는 가스의 유량보다 상대적으로 많이 분사되도록 하여, 각각의 영역에서 분사되는 가스의 유량을 일정하게 조절하는 것이 좋다. 이와 같이 가스분사공(132R1, 132R2)의 개수를 영역별로 상이하게 형성함으로써 중앙 분사유닛(130C)으로부터 분사되는 커튼가스의 일부가 공정가스가 분사되는 공정가스 분사영역으로 유입되는 것을 차단할 수 있음은 물론, 박막 증착시 기판지지부(120)를 회전함에 따라 공정가스가 공정가스 분사영역에서 편중되어 박막의 균일도가 저하되는 현상을 억제할 수 있다.

여기서는 가스의 유량 조절을 위해 가스분사공(132R1, 132R2)의 개수를 조절하는 것으로 설명하고 있으나, 가스분사공(132R1, 132R2)의 크기를 조절하여 분사되는 가스의 유량을 조절할 수도 있다. 또한, 분할된 모든 영역에서 분사되는 가스 유량을 다르게 조절할 수도 있다.

한편, 반응가스 분사유닛(130R)에는 부분적으로 가스분사공(132R1, 132R2)이 형성되지 않는 영역이 있을 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 반응가스 분사유닛(130R)을 복수의 영역(R21, R22, R23), 예컨대 3개의 영역으로 분할하고, 돌출부(X)에서 중간영역(R22)에만 가스분사공(132R2)을 형성하고, 주분사부(Y)에서는 중간영역(R22)에만 가스분사공(132R1)을 형성하지 않을 수도 있다. 또한, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 돌출부(X)에서 양쪽영역(R21, R23) 중 어느 하나의 영역(R21 또는 R23)에만 가스분사공(132R2)을 형성하고, 주분사부(Y)는 돌출부(X)에서 가스분사공(132R2)이 형성된 영역(R21 또는 R23)에 대응하는 영역에 가스분사공(132R1)을 형성하지 않을 수도 있다.

여기에서 반응가스 분사유닛(130R)은 하나의 분사유닛을 가상으로 복수의 영역으로 분할한 것으로 설명하고 있으나, 복수의 분사유닛을 결합하여 형성될 수도 있다.

이와 같이 돌출부(X)와 주분사부(Y)를 가스분사장치(130)의 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할하고, 각 영역별로 가스분사공(132R1, 132R2)의 개수 또는 크기를 상이하게 형성함으로써 공정가스 분사영역으로 분사되는 가스의 유량을 제어하여 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 5 및 도 6은 공정가스 분사유닛에 가스가 공급되는 방식을 보여주는 도면이다.

공정가스 분사유닛(130S, S130R)에서 돌출부(X)와 주분사부(Y)에 각각 형성되는 유로(134a)와 가스확산공간(134b, 134c, 134d)은 서로 다른 가스도입구(114a, 114b, 114c, 114d)와 독립적으로 연통될 수 있다. 이때, 돌출부(X)와 주분사부(Y)에 연통되는 가스도입구(114a, 114b, 114c, 114d)로 공급되는 가스는 동일한 종류의 가스, 예컨대 원료가스 또는 반응가스와 아르곤(Ar), 질소(N₂) 등과 같은 캐리어 가스가 혼합되어 공급될 수도 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 돌출부(X)와 주분사부(Y)에 각각 연결되는 가스도입구(114a, 114b, 114c, 114d)는 하나의 가스공급기(200)에 연결될 수 있다. 가스공급기(200)는 원료가스 또는 반응가스를 저장하는 저장기(미도시)와, 캐리어 가스를 저장하는 저장기(미도시)와, 원료가스 또는 반응가스의 공급을 제어하는 제어기(미도시)와, 캐리어 가스의 공급을 제어하는 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 가스공급기(200)는 공정가스 분사유닛(130S, 130S), 예컨대 반응가스 분사유닛(130R)의 가스도입구(114a, 114b, 114c, 114d)로 공급되는 가스의 유량 조절을 동시에 조절할 수 있다.

공정가스 분사유닛(130S, S130R)에서 돌출부(X)와 주분사부(Y)에 각각 형성되는 유로(134a)와 가스확산공간(134b, 134c, 134d)은 서로 다른 가스도입구(114a, 114b, 114c, 114d)와 독립적으로 연통될 수 있다. 이때, 돌출부(X)와 주분사부(Y)에 연통되는 가스도입구(114a, 114b, 114c, 114d)로 공급되는 가스는 동일한 종류의 가스, 예컨대 원료가스 또는 반응가스와 아르곤(Ar), 질소(N₂) 등과 같은 캐리어 가스가 혼합되어 공급될 수도 있다.

한편, 돌출부(X)와 주분사부(Y)는 서로 다른 가스공급기(200a, 200b)에 각각의 가연결될 수도 있다. 이 경우, 돌출부(X)의 가스도입구(114a)는 원료가스 또는 반응가스의 공급을 제어하는 제1가스공급기(200a)에 연결되고, 주분사부(Y)의 가스도입구(114b, 114c, 114d)는 원료가스 또는 반응가스의 공급을 제어하는 제2가스공급기(200b)에 연결될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 돌출부(X)와 주분사부(Y)로 분사되는 가스의 유량을 보다 정확하게 제어함으로써 박막의 증착 효율을 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, 230R : 반응가스 분사유닛
130P, 230P : 퍼지가스 분사유닛 132C, 132S, 132R : 가스분사공
134a : 유로 134b, 134c, 134d : 가스확산공간
200 : 가스공급원 X :돌출부
Y : 주분사부 V1, V2, V3 : 밸브

Claims

내부에 공간이 형성되는 챔버와;
상기 챔버 상부에 구비되며 적어도 하나의 가스도입구가 형성된 탑리드와;
상기 챔버 내부에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판지지부와;
상기 기판지지부의 상부에 구비되어 상기 기판지지부의 중심영역에 가스를 분사하는 중앙 분사유닛과, 상기 중앙 분사유닛의 둘레 방향에 구비되어 상기 기판지지부에 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛과, 상기 중앙 분사유닛의 둘레 방향에 구비되어 상기 기판 지지부에 반응가스를 분사하는 반응가스 분사유닛 및 상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 사이에 배치되는 퍼지가스 분사유닛을 구비하는 가스분사장치;를 포함하며,
상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛 중 적어도 어느 하나는 상기 기판지지부에 가스를 분사하는 주분사부와, 상기 중앙 분사유닛과 상기 주분사부 사이에 상기 주분사부와 교차하는 방향으로 돌출 형성되어 가스를 분사하는 돌출부를 포함하고,
상기 주분사부와 돌출부는 원주방향을 따라 복수의 영역으로 분할되고, 적어도 하나의 영역에 형성된 주분사부 또는 돌출부는 나머지 영역과 다른 유량의 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중앙 분사유닛은 상기 탑리드의 하부 중심부에 결합되며, 상기 중앙 분사유닛의 하부면에는 복수의 가스분사공이 형성되고,
상기 소스가스 분사유닛과 반응가스 분사유닛은 상기 탑리드의 하부 일부에 상기 중앙 분사유닛의 가장자리를 따라 둘레 방향으로 구비되며,
상기 돌출부의 측면 및 상기 주분사부의 하부면에 복수의 가스분사공이 형성되는 기판처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 돌출부와 상기 주분사부는 가스의 공급을 제어하는 가스공급기에 연결되며,
상기 돌출부와 상기 주분사부는 서로 다른 가스공급기에 연결되는 기판처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 돌출부와 상기 주분사부는 가스의 공급을 제어하는 가스공급기에 연결되며,
상기 돌출부와 상기 주분사부는 동일한 가스공급기에 연결되는 기판처리장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 가스공급기는 상기 돌출부와 상기 주분사부에 소스가스 또는 반응가스의 공급을 제어하는 제어기와, 캐리어 가스의 공급을 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 캐리어 가스는 불활성 가스이거나 N2 가스인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 2에 있어서,
상기 돌출부에서 상기 복수의 영역 중 적어도 어느 한 군데의 영역에는 나머지 영역보다 가스분사공의 개수가 더 많이 형성되는 기판처리장치.
청구항 2에 있어서,
상기 돌출부에서 상기 복수의 영역 중 적어도 어느 한 군데의 영역에는 나머지 영역보다 가스분사공이 더 크게 형성되는 기판처리장치.
청구항 2에 있어서,
상기 돌출부는 내부에 상기 복수의 가스도입구 중 적어도 어느 하나와 연통되는 유로가 구비되고, 상기 돌출부의 측면에는 상기 유로와 연통되는 복수의 가스분사공이 형성되는 기판처리장치.
청구항 2항에 있어서,
상기 돌출부에 형성되는 가스분사공은 상기 기판지지부 측으로 기울어지게 형성되는 기판처리장치.
청구항 9항에 있어서,
상기 돌출부에 형성되는 가스분사공은 상기 유로에 연결되는 일측의 단면적보다 가스가 배출되는 타측의 단면적이 넓게 형성되는 기판처리장치.
청구항 10항에 있어서,
상기 돌출부에 형성되는 가스분사공은 상기 주분사부의 하부면과 상기 가스분사공의 중심축이 형성하는 각도가 10 내지 80° 인 영역에 형성되는 기판처리장치.