KR20210015537A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20210015537A KR1020190094547A KR20190094547A KR20210015537A KR 20210015537 A KR20210015537 A KR 20210015537A KR 1020190094547 A KR1020190094547 A KR 1020190094547A KR 20190094547 A KR20190094547 A KR 20190094547A KR 20210015537 A KR20210015537 A KR 20210015537A
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Abstract

본 발명은 기판에 박막을 형성하거나 박막을 식각할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버와, 적어도 하나의 상기 기판을 지지할 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지대 및 상기 기판 지지대와 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부에 구비되고, 상기 기판 지지대의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 상기 기판 지지대와 대향되는 대향면에 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 샤워 헤드를 포함하고, 상기 복수의 가스 분사 유닛 중 상기 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지대 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판에 박막을 형성하거나 박막을 식각할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 진공 분위기의 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대, 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다. 여기서, 기판은 공정 챔버 내에 설치된 기판 지지대에 지지되며, 기판 지지대와 대향되도록 기판 지지대의 상부에 설치되는 샤워 헤드를 통해 공정 가스를 기판으로 분사할 수 있다. 한편, 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 문제점들을 극복할 수 있는 증착 방법으로서 원자층 증착(ALD:Atomic Layer Deposition) 방법이 사용되고 있다.
일반적으로, 원자층을 형성하기 위한 기판 처리 장치는, 기판 지지대에 복수의 기판이 안착되고, 샤워 헤드의 중심부에 복수 개의 가스 분사홀이 형성된 원형의 커튼 가스 분사 유닛이 구비되고, 커튼 가스 분사 유닛의 원주방향을 따라 부채꼴과 유사한 형태로서 복수의 가스 분사홀이 형성된 소스 가스 분사 유닛, 퍼지 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛이 구비될 수 있다. 여기서, 커튼 가스 분사 유닛은, 소스 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛에서 분사되는 가스가 서로 섞이지 않도록 하는 불활성 가스를 분사하며, 퍼지 가스 분사 유닛은, 반응되지 않고 기판에 잔류하는 소스 가스 또는 반응 가스를 제거할 수 있도록 퍼지 가스를 분사할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 기판 처리 장치는, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 가스 분사면이 소스 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛의 가스 분사면과 같이 평평한(Flat) 구조로서, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스의 압력 및 유속이 고르게 형성되어, 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 일정한 흐름으로 유동함으로써 기판의 퍼지 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시켜, 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향(Multi-direction)으로 유동하면서 빠르게 확산될 수 있도록 유도함으로써 기판의 퍼지 효율을 증가시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 처리 장치가 제공된다. 상기 기판 처리 장치는, 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 적어도 하나의 상기 기판을 지지할 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대와 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부에 구비되고, 상기 기판 지지대의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 상기 기판 지지대와 대향되는 대향면에 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 복수의 가스 분사 유닛 중 상기 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지대 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 가스 분사 유닛은, 상기 소스 가스를 분사하는 소스 가스 분사 유닛; 상기 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 유닛; 및 상기 소스 가스 분사 유닛과 상기 반응 가스 분사 유닛 사이에 배치되어, 상기 퍼지 가스를 분사하는 상기 퍼지 가스 분사 유닛;을 포함하고, 상기 소스 가스 분사 유닛, 상기 반응 가스 분사 유닛 및 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 내측 원호면과 외측 원호면 및 상기 내측 원호면과 상기 외측 원호면의 양단을 연결하는 두 개의 측면을 가지는 상기 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 어느 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부가 형성되는 제 1 가스 분사부; 및 상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 다른 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 2 가스 분사부;를 포함하고, 상기 단차부는, 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 부채꼴 형상의 중심선을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 3 가스 분사부;를 포함하고, 상기 단차부는, 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 1 단차부; 및 상기 제 2 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 2 단차부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판 지지대는, 복수개의 상기 기판이 상기 회전축을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되어, 상기 기판이 상기 회전축을 중심으로 원궤도로 이동하여 상기 기판의 이동 경로가 상기 기판 지름 만큼의 폭을 가지는 환형(Ring shape)으로 형성되고, 상기 단차부는, 적어도 일부분이 상기 기판의 상기 이동 경로와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단차부는, 상기 이동 경로를 따라 이동하는 상기 기판의 폭 방향으로 상기 이동 경로와 적어도 3 분의 2(2/3) 이상 중첩되는 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 상면이 상기 샤워 헤드에 결합되는 미드 플레이트; 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 하면에 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 및 상기 단차부가 형성되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부의 형상과 대응되는 형상으로 오목부가 형성되는 상면이 상기 미드 플레이트의 하면에 결합되는 엔드 플레이트; 및 상기 오목부와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 엔드 플레이트의 상기 오목부에 결합되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부에서 상기 퍼지 가스가 고르게 분사될 수 있도록, 상기 오목부에서 가스 확산 공간을 형성하여 상기 가스 확산 공간의 전영역으로 상기 퍼지 가스를 고르게 확산 시키는 확산 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면, 퍼지 가스 분사 유닛의 가스 분사면에 오목하게 형성되는 단차부가 형성되어, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향(Multi-direction)으로 유동하면서 빠르게 확산될 수 있도록 유도함으로써, 퍼지 가스가 확산되는 속도가 빨라지면서 확산되는 공간 또한 증가시켜 기판의 퍼지 효율을 극대화 시킬 수 있는 기판 처리 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것을 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 샤워 헤드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들 및 단면도이다.
도 6은 도 5의 단면 Ⅵ-Ⅵ을 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 9는 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스의 유동을 해석한 결과를 나타내는 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치(1000)의 샤워 헤드(300)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 3 내지 도 5는 도 2의 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들 및 단면도이고, 도 6은 도 5의 단면 Ⅵ-Ⅵ을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7 및 도 8은 도 2의 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)는, 크게, 공정 챔버(100)와, 기판 지지대(200) 및 샤워 헤드(300)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(100)는, 기판(S)을 처리할 수 있는 처리 공간(A)이 형성되는 챔버 몸체(110)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 챔버 몸체(110)는, 내부에 원형 또는 사각 형상으로 형성되는 처리 공간(A)이 형성되어, 처리 공간(A)에 설치된 기판 지지대(200)에 지지되는 기판(S) 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다.
또한, 챔버 몸체(110)의 하측에는 기판 지지대(200)를 둘러싸는 형상으로 복수개의 배기 포트(E)가 설치될 수 있다. 배기 포트(E)는, 배관을 통하여 공정 챔버(100) 외부에 설치된 진공 펌프와 연결되어, 공정 챔버(100)의 처리 공간(A) 내부의 공기를 흡입함으로써, 처리 공간(A) 내부의 각종 처리 가스를 배기시키거나 처리 공간(A) 내부에 진공 분위기를 형성할 수 있다.
또한, 챔버 몸체(110)의 측면에는 기판(S)을 처리 공간(A)으로 로딩 또는 언로딩할 수 있는 통로인 게이트(G)가 형성될 수 있다. 아울러, 상방이 개방된 챔버 몸체(110)의 처리 공간(A)을 탑 리드(120)에 의해 폐쇄할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 지지대(200)는, 적어도 하나의 기판(S)을 지지할 수 있도록 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 구비되어 공정 챔버(100)의 중심축과 일치하는 회전축(C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 기판 지지대(200)는, 기판(S)을 지지할 수 있는 서셉터나 테이블 등의 기판 지지 구조체일 수 있다. 이때, 후술될 샤워 헤드(300)는, 기판 지지대(200)와 대향되도록 공정 챔버(100)의 상부에 구비되어 기판 지지대(200)를 향해 소스 가스 및 반응 가스 등 각종 처리 가스를 분사할 수 있다.
예컨대, 기판 지지대(200)는, 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 회전 가능하게 설치될 수 있도록 원판 형상으로 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판 지지대(200)는, 공정 온도로 가열되어 포켓 홈(210)에 안착되는 기판(S)을 가열시키는 히터를 구비하여, 포켓 홈(210)에 안착되는 기판(S)을 박막을 증착하는 공정 또는 박막을 식각하는 공정이 가능한 공정 온도로 가열시킬 수 있다. 이러한, 기판 지지대(200)의 포켓 홈(210)은, 기판 지지대(200)에 복수의 기판(S)이 안착될 수 있도록, 기판 지지대(200)의 회전축(C)을 중심으로 복수개가 기판 지지대(200)의 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(300)는, 기판 지지대(200)와 대향되도록 공정 챔버(100)의 상부에 구비되고, 기판 지지대(200)의 회전축(C)을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 기판(S)이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어, 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 기판 지지대(200)와 대향되는 대향면에 회전축(C)을 중심으로 방사상으로 이격 배치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 샤워 헤드(300)의 상기 복수의 가스 분사 유닛은, 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 소스 가스를 분사하는 소스 가스 분사 유닛(310)과, 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 유닛(320)과 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 증착 조절 가스를 분사하는 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 퍼지 가스를 분사하는 적어도 하나의 퍼지 가스 분사 유닛(340)을 포함할 수 있다.
여기서, 소스 가스 분사 유닛(310), 반응 가스 분사 유닛(320), 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 내측 원호면(CA1)과 외측 원호면(CA2) 및 내측 원호면(CA1)과 외측 원호면(CA2)의 양단을 연결하는 두 개의 측면(L1, L2)을 가지는 상기 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 샤워 헤드(300)의 상기 복수의 가스 분사 유닛은, 부채꼴 형상으로 형성되는 소스 가스 분사 유닛(310), 반응 가스 분사 유닛(320), 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 내측 원호면(CA1)에 모두 접할 수 있도록 샤워 헤드(300)의 중심부에 원형 형상으로 형성되어, 커튼 가스를 분사하는 커튼 가스 분사 유닛(350)을 포함할 수 있다.
이때, 커튼 가스 분사 유닛(350)으로 분사되는 상기 커튼 가스가 용이하게 드레인(Drain)될 수 있도록, 샤워 헤드(300)의 방사상으로 이격 배치되는 소스 가스 분사 유닛(310), 반응 가스 분사 유닛(320), 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 퍼지 가스 분사 유닛(340) 사이 마다 후술될 단차부(345)보다 더 깊은 깊이로 오목하게 직선형의 유로 형상으로 드레인 영역(360)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(300)는, 중심부에 원형 형상의 커튼 가스 분사 유닛(350)이 구비되고, 커튼 가스 분사 유닛(350)의 원주방향을 따라 부채꼴 형상의 소스 가스 분사 유닛(310), 퍼지 가스 분사 유닛(340), 반응 가스 분사 유닛(320), 퍼지 가스 분사 유닛(340), 증착 조절 가스 분사 유닛(330), 퍼지 가스 분사 유닛(340) 순으로 부채꼴 형상의 가스 분사 유닛이 순차적으로 배치될 수 있다.
이와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 소스 가스 분사 유닛(310)과 반응 가스 분사 유닛(320) 사이, 반응 가스 분사 유닛(320)과 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 사이 및 증착 조절 가스 분사 유닛(330)과 소스 가스 분사 유닛(310) 사이에 각각 배치되어 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성의 퍼지 가스를 분사하여, 반응되지 않고 기판(S)에 잔류하는 소스 가스 또는 반응 가스 등 각종 처리 가스를 제거할 수 있다.
예컨대, 상기와 같은 샤워 헤드(300)를 통해 기판(S) 상에 박막이 증착되는 과정을 간단히 설명하면, 기판 지지대(200)에 복수개의 기판(S)이 회전축(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되어, 기판(S)이 회전축(C)을 중심으로 원궤도로 이동하여 기판의 이동 경로(R)가 기판(S)의 지름 만큼의 폭(W)을 가지는 환형(Ring shape)으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 기판(S)이 기판 지지대(200)의 회전에 따라 회전축(C)을 중심으로 상기 원궤도로 이동함으로써 샤워 헤드(300)의 상기 복수의 가스 분사 유닛의 가스 분사 영역을 순차적으로 지나갈 수 있다.
이에 따라, 기판(S)이 소스 가스 분사 유닛(310)의 소스 가스 분사 영역을 통과하면 소스 가스 중 일부가 기판(S) 표면에 화학 흡착되어 단원자층을 형성할 수 있다. 이때, 기판(S) 표면이 소스 가스로 포화되면 단원자층 이상의 소스 가스는 동일한 리간드 간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태로 있을 수 있다. 이어서, 기판(S)이 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 퍼지 가스 분사 영역을 통과하게 되면 기판(S) 상에 존재하던 물리 흡착 상태의 소스 가스는 퍼지 가스에 의해서 제거될 수 있다.
이어서, 기판(S)이 반응 가스 분사 유닛(320)의 반응 가스 분사 영역을 통과하면 반응 가스가 기판(S) 표면에 화학 흡착되어 있는 소스 가스와 리간드 상호 간에 치환반응을 하면서 두 번째 층이 형성될 수 있다. 이때, 첫 번째 층과 반응하지 못한 반응 가스는 물리 흡착 상태에 있다가, 다시 기판(S)이 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 퍼지 가스 분사 영역을 통과하게 되면 퍼지 가스에 의해 제거될 수 있다. 그리고, 이 두 번째 층의 표면은 소스 가스와 반응할 수 있는 상태로 있을 수 있다. 위의 과정이 하나의 사이클을 이루고 기판(S)이 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 여러 사이클을 반복할 수 있다. 이때, 기판(S)은, 샤워 헤드(300)의 증착 조절 가스 분사 유닛(330)의 증착 조절 가스 분사 영역을 통과함으로써, 기판(S)에 증착되는 박막의 두께 정도를 조절하거나, 기판(S)에 형성되는 콘택홀의 입구부에 증착을 억제함으로써, 박막의 스텝 커버리지를 증가시키는 효과를 가질 수 있다.
이와 같은 증착 과정의 퍼지 가스 분사 영역에서 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시킬 수 있도록, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 샤워 헤드(300)와 기판 지지대(200) 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 다방향(Multi-direction)으로 유동하면서 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면(340a)의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부(345)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 상기 부채꼴 형상의 두 개의 측면(L1, L2) 중 어느 하나의 측면(L1)을 따라 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2)을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부(SH)가 형성되는 제 1 가스 분사부(341) 및 상기 부채꼴 형상의 두 개의 측면(L1, L2) 중 다른 하나의 측면(L2)을 따라 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2)을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부(SH)가 형성되는 제 2 가스 분사부(342)를 포함할 수 있다.
이때, 단차부(345)는, 제 1 가스 분사부(341)와 제 2 가스 분사부(342) 사이에 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되고, 내측 원호면(CA1)으로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점부터 형성되어 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다. 예컨대, 단차부(345)는, 내측 원호면(CA1)로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지며, 내측 원호면(CA1) 인근의 제 1 가스 분사부(341)와 제 2 가스 분사부(342)가 중첩되는 영역을 지나 내측 원호면(CA1)로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점에 꼭짓점(V)을 가지는 삼각 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되는 단차부(345)가 상기 부채꼴 형상으로 형성되는 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 내측 원호면(CA1)으로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점부터 형성되어, 압력 변화에 따른 기판(S)의 포켓 아웃을 방지하면서 상기 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록 상기 퍼지 가스의 유동 흐름을 효과적으로 유도할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 단차부(345)는, 적어도 일부분이 기판(S)의 이동 경로(R)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 단차부(345)는, 그 꼭짓점(V)이 기판(S)의 이동 경로(R)의 폭(W) 방향을 기준으로 내측으로부터 소정 거리(D2) 이격된 지점에 위치하여, 단차부(345)의 적어도 일부분이 기판(S)의 이동 경로(R)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 압력 변화에 따른 기판(S)의 포켓 아웃을 방지하면서 상기 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록, 소정 거리(D2)가 환형으로 형성되는 기판(S)의 이동 경로(R)의 폭(W)의 3 분의 1(1/3) 이내의 거리로 형성되어, 단차부(345)가 이동 경로(R)를 따라 이동하는 기판(S)의 폭 방향으로 이동 경로(R)와 적어도 3 분의 2(2/3) 이상 중첩되는 위치에 형성되는 것이 가장 바람직할 수 있다.
이와 같은, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 상면이 샤워 헤드(300)에 결합되는 미드 플레이트(MP)와, 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 하면에 제 1 가스 분사부(341)와 제 2 가스 분사부(342) 및 단차부(345)가 형성되고, 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342)의 형상과 대응되는 형상으로 오목부(DA)가 형성되는 상면이 미드 플레이트(MP)의 하면에 결합되는 엔드 플레이트(EP) 및 오목부(DA)와 대응되는 형상으로 형성되어 엔드 플레이트(EP)의 오목부(DA)에 결합되고, 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342)에서 상기 퍼지 가스가 고르게 분사될 수 있도록, 오목부(DA)에서 가스 확산 공간을 형성하여 상기 가스 확산 공간의 전영역으로 상기 퍼지 가스를 고르게 확산 시키는 확산 플레이트(DP)의 결합으로 구성될 수 있다.
이때, 엔드 플레이트(EP)의 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342)에 형성된 가스 분사홀부(SH)는, 원뿔 형상으로 형성되어 오목부(DA)의 상기 가스 확산 공간에서 가스 분사면(340a)으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 형성됨으로써, 가스 분사홀부(SH)로 분사되는 퍼지 가스가 넓은 면적으로 확산되면서 분사되도록 유도할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 퍼지 가스의 분사 영역이 더 넓게 형성되어야 할 경우, 도 3 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 가스 분사 유닛(340) 보다 더 넓은 중심각을 가지는 부채꼴 형상을 형성될 수 있다.
이때, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342) 이외에, 부채꼴 형상의 중심선을 따라 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2)를 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 가스 분사홀부(SH)가 일정한 패턴으로 형성되는 제 3 가스 분사부(343)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 단차부(345)는, 제 1 가스 분사부(341)와 제 3 가스 분사부(343) 사이에 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되고, 내측 원호면(CA1)로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지며 내측 원호면(CA1)로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점에 꼭짓점(V)을 가지는 삼각 형상으로 형성되는 제 1 단차부(345-1) 및 제 2 가스 분사부(342)와 제 3 가스 분사부(343) 사이에 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되고, 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지며 내측 원호면(CA1)로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점에 꼭짓점(V)을 가지는 삼각 형상으로 형성되는 제 2 단차부(345-2)로 나뉘어 형성될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)에 따르면, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 가스 분사면(340a)에 오목하게 형성되는 단차부(345)가 형성되어, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록 유도함으로써, 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시키는 효과를 가질 수 있으며, 특히, 표면에 다양한 형태의 굴곡이 형성되는 트렌치(Trench) 구조의 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시키는데 유리한 효과를 가질 수 있다.
도 9는 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스의 유동을 해석한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)에 단차부(345)가 형성되지 않은 경우, 퍼지 가스 분사 유닛(340)을 통해 분사된 퍼지 가스가 드레인 영역(360)과 샤워 헤드(300)의 외주면 방향을 향해서 일정한 방향으로 확산되는 것으로 나타났다. 반면에, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)에 단차부(345)가 형성된 경우, 퍼지 가스 분사 유닛(340)을 통해 분사된 퍼지 가스가 단차부(345) 형성 영역에서 발생되는 압력 변화 및 이에 따른 유속 변화에 의해 드레인 영역(360)과 샤워 헤드(300)의 외주면 방향을 향해서 다방향으로 빠르게 확산되는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)는, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 가스 분사면(340a)에 오목하게 형성되는 단차부(345)가 형성되어, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시킴으로써, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록 유도하여, 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 공정 챔버
200: 기판 지지대
300: 샤워 헤드
310: 소스 가스 분사 유닛
320: 반응 가스 분사 유닛
330: 증착 조절 가스 분사 유닛
340: 퍼지 가스 분사 유닛
341: 제 1 가스 분사부
342: 제 2 가스 분사부
343: 제 3 가스 분사부
345: 단차부
S: 기판
C: 회전축
R: 기판 이동 경로
1000: 기판 처리 장치

Claims (7)

  1. 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
    적어도 하나의 상기 기판을 지지할 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지대; 및
    상기 기판 지지대와 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부에 구비되고, 상기 기판 지지대의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 상기 기판 지지대와 대향되는 대향면에 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 샤워 헤드;를 포함하고,
    상기 복수의 가스 분사 유닛 중 상기 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지대 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부;를 포함하는, 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사 유닛은,
    상기 소스 가스를 분사하는 소스 가스 분사 유닛;
    상기 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 유닛; 및
    상기 소스 가스 분사 유닛과 상기 반응 가스 분사 유닛 사이에 배치되어, 상기 퍼지 가스를 분사하는 상기 퍼지 가스 분사 유닛;을 포함하고,
    상기 소스 가스 분사 유닛, 상기 반응 가스 분사 유닛 및 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 내측 원호면과 외측 원호면 및 상기 내측 원호면과 상기 외측 원호면의 양단을 연결하는 두 개의 측면을 가지는 상기 부채꼴 형상으로 형성되는, 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 분사 유닛은,
    상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 어느 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부가 형성되는 제 1 가스 분사부; 및
    상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 다른 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 2 가스 분사부;를 포함하고,
    상기 단차부는,
    상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는, 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 분사 유닛은,
    상기 부채꼴 형상의 중심선을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 3 가스 분사부;를 포함하고,
    상기 단차부는,
    상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 1 단차부; 및
    상기 제 2 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 2 단차부;
    를 포함하는, 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는,
    복수개의 상기 기판이 상기 회전축을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되어, 상기 기판이 상기 회전축을 중심으로 원궤도로 이동하여 상기 기판의 이동 경로가 상기 기판 지름 만큼의 폭을 가지는 환형(Ring shape)으로 형성되고,
    상기 단차부는,
    적어도 일부분이 상기 기판의 상기 이동 경로와 대응되는 위치에 형성되는, 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단차부는,
    상기 이동 경로를 따라 이동하는 상기 기판의 폭 방향으로 상기 이동 경로와 적어도 3 분의 2(2/3) 이상 중첩되는 위치에 형성되는, 기판 처리 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 분사 유닛은,
    상기 부채꼴 형상으로 형성되어 상면이 상기 샤워 헤드에 결합되는 미드 플레이트;
    상기 부채꼴 형상으로 형성되어 하면에 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 및 상기 단차부가 형성되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부의 형상과 대응되는 형상으로 오목부가 형성되는 상면이 상기 미드 플레이트의 하면에 결합되는 엔드 플레이트; 및
    상기 오목부와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 엔드 플레이트의 상기 오목부에 결합되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부에서 상기 퍼지 가스가 고르게 분사될 수 있도록, 상기 오목부에서 가스 확산 공간을 형성하여 상기 가스 확산 공간의 전영역으로 상기 퍼지 가스를 고르게 확산 시키는 확산 플레이트;
    를 포함하는, 기판 처리 장치.
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CN114396790A (zh) * 2022-01-12 2022-04-26 合肥微睿光电科技有限公司 吹扫干燥装置和吹扫干燥系统

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