KR20210138960A - 원자층 증착 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판에 균일한 증착이 가능하고, 파티클의 발생을 최소화할 수 있는 원자층 증착 설비에 관한 것으로서, 기판을 수용할 수 있도록 내부에 수용 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하는 서셉터; 상기 기판 상에 반응 가스를 골고루 공급할 수 있도록 복수개의 반응 가스 공급홀이 형성되는 반응 가스 샤워 헤드; 상기 수용 공간이 상기 기판을 기준으로 상층 공간과 하층 공간으로 구획될 수 있도록 상기 공정 챔버의 내벽으로부터 상기 서셉터 방향으로 연장되게 형성되는 배플; 상기 상층 공간의 가스를 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 상기 공정 챔버의 일측에 설치되는 가스 배출부; 및 상기 하층 공간에 불활성 가스를 공급할 수 있도록 상기 공정 챔버의 타측에 설치되는 불활성 가스 공급부;를 포함할 수 있다.

Description

원자층 증착 설비{Atomic layer deposition equipment}
본 발명은 원자층 증착 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 균일한 증착이 가능하고, 파티클의 발생을 최소화할 수 있는 원자층 증착 설비에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 원자층 증착 설비는, 플라즈마 환경 하에서 기판에 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 등을 순서에 따라 공급하면서 원자층 단위의 박막을 증착하는 것으로서, 최근 요구되는 기판의 증착 균일도가 높아짐에 따라 널리 사용되고 있다.
도 1은 기존의 원자층 증착 설비를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 원자층 증착 설비는, 기판(W)을 수용할 수 있도록 내부에 수용 공간이 형성되는 공정 챔버(1)와, 상기 공정 챔버(1)에 설치되고, 상기 기판(W)을 지지하는 서셉터(2)와, 상기 기판(W) 상에 반응 가스를 골고루 공급할 수 있도록 복수개의 반응 가스 공급홀이 형성되는 샤워 헤드(3) 및 상기 공정 챔버(1) 내부의 가스를 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 상기 공정 챔버(1)의 일측에 설치되는 가스 배출부(5)를 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 원자층 증착 설비는, 상기 가스 배출부(5)가 상기 공정 챔버(1)의 하부의 일측에 치우쳐져 있기 때문에 상기 기판(W)의 좌우 유동시 불균일하여 증착되는 박막이 균일하지 못했었던 문제점이 있었다.
또한, 상기 공정 챔버(1)의 내부 공간이 막힘이 없어서 상기 서셉터(2)의 벨로우즈관 등에서 쉽게 발생되는 파티클들이 상기 공정 챔버(1)의 내부를 자유롭게 이동할 수 있고, 이러한 파티클들의 자유로운 이동으로 인해 상기 기판(W)의 불량률이 높아지는 문제점들이 있었다.
특히, 이러한 종래의 원자층 증착 설비는, 대상 증착 물질이 SiO2, Si3N4, TiN, W등 같이 누적 증착에 따른 파티클 발생시 챔버 하부까지 주기적인 인시츄 크리닝에 의해 파티클 생성을 제어 및 억제 할 수 있지만, 인시츄 크리닝이 되지 않는 유전체물질로 AlO, HfO, ZrO, TiO2등과 같은 high-k 물질은 반응기 파트 교체를 통하여 습식 세정에 따른 파티클 발생을 제어 할 수 있다 하더라도, 반응기 내부의 교체 파트들은 교체가 용이한 샤워 헤드 및 스킨 커버 등으로 일부 교체만 가능했었다.
따라서, 히터 블록 및 구동부에 연결된 벨로우즈를 교체하기에는 많은 시간이 소요되고, 벨로우즈관과 같은 부품들은 습식세정을 행하기에는 용이하지 않아, 원료가스 및 반응가스가 반응기 하부의 히터 블록 구동부가 유입되는 배기 구조의 반응기는 부적합하고, 파티클 발생 문제를 해결하기가 어려웠었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 원자층 증착 반응기의 구조에 따른 불안정한 플라즈마 발생을 방지하고, 반응 가스나 불활성 가스 등 공정 가스의 불균일한 배기에 따른 기판 상에서의 불균일한 두께 산포 현상 및 박막 특성의 저하 현상 등 반응기 내에 원하지 않는 위치에서 형성된 증착막에 파티클이 발생되어 생산성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 원자층 증착 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 원자층 증착 설비는, 기판을 수용할 수 있도록 내부에 수용 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하는 서셉터; 상기 기판 상에 반응 가스를 골고루 공급할 수 있도록 복수개의 반응 가스 공급홀이 형성되는 반응 가스 샤워 헤드; 상기 수용 공간이 상기 기판을 기준으로 상층 공간과 하층 공간으로 구획될 수 있도록 상기 공정 챔버의 내벽으로부터 상기 서셉터 방향으로 연장되게 형성되는 배플; 상기 상층 공간의 가스를 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 상기 공정 챔버의 일측에 설치되는 가스 배출부; 및 상기 하층 공간에 불활성 가스를 공급할 수 있도록 상기 공정 챔버의 타측에 설치되는 불활성 가스 공급부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 불활성 가스 공급부로부터 공급받은 상기 불활성 가스를 상기 하층 공간에 골고루 분사할 수 있도록 복수개의 불활성 가스 공급홀이 형성되고, 상기 불활성 가스 공급부와 상기 하층 공간 사이에 설치되는 불활성 가스 샤워 헤드;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판의 공정 처리시, 상기 배플과 상기 서셉터 사이에 불활성 가스 유로가 형성되도록 상기 배플과 상기 서셉터는 제 1 이격 거리만큼 이격될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가스 배출부는, 상기 서셉터를 둘러싸도록 상기 배플의 외측 테두리부분에 설치되는 흡입 덕트; 상기 가스를 골고루 흡입할 수 있도록 복수개의 가스 흡입구가 형성되고, 상기 흡입 덕트의 입구에 설치되는 가스 흡입판; 및 상기 흡입 덕트로부터 상기 공정 챔버의 하방으로 형성되는 배기 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 서셉터의 기판 안착면의 높이는 상기 가스 흡입판의 높이 보다 높을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 서셉터는, 상기 기판이 안착되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대와 연결되고 상기 공정 챔버를 관통하는 형상으로 형성되는 서셉터 축; 및 공정 환경 하에서도 상기 공정 챔버의 외부에 설치된 제 1 액츄에이터에 의해서 상기 서셉터 축이 승하강할 수 있도록 상기 서셉터 축과 상기 공정 챔버 사이에 설치되는 제 1 벨로우즈관;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판의 공정 완료 이후에, 상기 서셉터가 상기 하층 공간으로 하강하여 상기 기판이 상기 공정 챔버의 측방으로 언로딩될 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 하층 공간과 접하는 내벽에 형성되는 게이트 밸브;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 서셉터가 상기 하층 공간으로 하강한 이후에, 상기 서셉터로부터 상기 기판이 들어올려져서 외부 로봇 아암에 의해 언로딩될 수 있도록 상기 서셉터에 설치되는 리프트 핀;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 리프트 핀을 승하강시킬 수 있는 리프트 핀 승하강 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 리프트 핀 승하강 장치는, 상기 리프트 핀의 하방에 설치되고, 상기 리프트 핀과 접촉되어 상기 리프트 핀을 상승시키는 밀대; 상기 밀대와 연결되고 상기 공정 챔버를 관통하는 형상으로 형성되는 밀대 축; 및 공정 환경 하에서도 상기 공정 챔버의 외부에 설치된 제 2 액츄에이터에 의해서 상기 밀대 축이 승하강할 수 있도록 상기 밀대 축과 상기 공정 챔버 사이에 설치되는 제 2 벨로우즈관;을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 반응기의 내부를 이중 구조로 형성하여 설비 유지 보수에 이점이 있고, 공정 챔버 하부에 별도로 장착된 불활성 가스 샤워 헤드와 복수개의 가스 흡입구가 형성된 가스 흡입판을 이용하여 불활성 가스의 균일한 공급과 균일한 흡입으로 안정적인 플라즈마 발생 및 파티클 생성 억제에 따른 안정적인 설비 운용을 할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 기존의 원자층 증착 설비를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 설비의 대기 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 원자층 증착 설비의 공정 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비를 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 도 4의 원자층 증착 설비의 공정 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
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.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
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 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(1000)의 대기 상태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 원자층 증착 설비(1000)의 공정 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(1000)는, 기판(W)을 수용할 수 있도록 내부에 수용 공간(A)이 형성되는 공정 챔버(10)와, 상기 공정 챔버(10)에 설치되고, 상기 기판(W)을 지지하는 서셉터(20)와, 상기 기판(W) 상에 반응 가스를 골고루 공급할 수 있도록 복수개의 반응 가스 공급홀(H1)이 형성되는 반응 가스 샤워 헤드(30)와, 상기 수용 공간(A)이 상기 기판(W)을 기준으로 상층 공간(A1)과 하층 공간(A2)으로 구획될 수 있도록 상기 공정 챔버(10)의 내벽으로부터 상기 서셉터(20) 방향으로 연장되게 형성되는 배플(40)과, 상기 상층 공간(A1)의 가스를 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 상기 공정 챔버(10)의 일측에 설치되는 가스 배출부(50) 및 상기 하층 공간(A2)에 불활성 가스를 공급할 수 있도록 상기 공정 챔버(10)의 타측에 설치되는 불활성 가스 공급부(60)를 포함할 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 대기 상태에서는, 상기 서셉터(20)가 하강한 상태에서 상기 기판(W)의 로딩 및 언로딩이 가능하고, 이 때, 상기 상층 공간(A1)과 상기 하층 공간(A2)이 서로 연통될 수 있다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 공정 상태에서는, 상기 서셉터(20)가 상승하면서 상기 배플(40)과 밀착되면서 상기 상층 공간(A1)과 상기 하층 공간(A2)이 서로 분리될 수 있다.
그러므로, 이러한 공간 분리로 인하여 상기 하층 공간(A2)에서 발생된 파티클이 상기 기판(W)의 공정 환경이 조성되는 상기 상층 공간(A1)에 영향을 미칠 수 없기 때문에 파티클로 인한 악영향을 최소화할 수 있다.
그러나, 한편으로는, 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40)이 접촉된 상태에서 그 틈새 면에서 의도하지 않은 박막이 증착될 수 있고, 이들의 이격시 상기 박막이 파손되면서 물리적인 파티클을 발생될 수 있다.
또한, 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40)이 접촉된 상태에서 열전도 현상으로 인하여 상기 서셉터(20)에 열손실 현상이 발생되고, 이러한 열손실로 인하여 상기 기판(W)의 증착 과정 중에 박막 품질 및 두께 균일도에 악영향을 줄 수도 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(1000)는, 상기 서셉터(20)와 상기 반응 가스 샤워 헤드(30) 사이에서만 플라즈마가 유도되는 것으로서, 상기 배플(40)이나, 알루미늄 재질인 상기 공정 챔버(10)의 내벽으로 전기장이 유도되어 상기 기판(W)의 센터 부분과 에지 부분의 플라즈마 효율 차이로 인해 상기 기판(W)의 증착 과정 중에 박막 품질 및 두께 균일도에 악영향을 줄 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)를 나타내는 단면도이다.
이러한 악영향들을 해소하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)는, 상기 불활성 가스 공급부(60)로부터 공급받은 상기 불활성 가스를 상기 하층 공간에 골고루 분사할 수 있도록 복수개의 불활성 가스 공급홀(H2)이 형성되고, 상기 불활성 가스 공급부(60)와 상기 하층 공간(A2) 사이에 설치되는 불활성 가스 샤워 헤드(70)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기 불활성 가스 샤워 헤드(70)를 이용하여 균일하게 불활성 가스가 공급되도록 함으로써, 증착 공정에서 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40) 사이로 반응 가스 등 각종 공정 가스가 상기 하층 공간(A2)으로 유입되지 않게 하여 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 기판(W)에 플라즈마 효율이 집중될 수 있도록 상기 반응 가스 샤워 헤드(30)에 인접해 있는 반응기 월은 전기적으로 절연 될 수 있는 세라믹 재질로 이루어져 있고, 상기 기판(W)과 상기 반응 가스 샤워 헤드(30)와의 거리 보다 상기 기판(W)과 상기 반응기 월과의 거리를 넓게 하여 상기 기판(W)의 센터부와 에지부에 플라즈마가 골고루 형성될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(W)의 공정 처리시, 상기 배플(40)과 상기 서셉터(20) 사이에 불활성 가스 유로가 형성되도록 상기 배플(40)과 상기 서셉터(20)는 제 1 이격 거리(D1)만큼 이격될 수 있다.
따라서, 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40)이 완전히 밀착되지 않기 때문에, 상기 서셉터(20)의 열손실 현상이 발생되지 않고, 상기 기판(W)의 언로딩시 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40)의 이격에 따른 물리적 파티클이 발생되지 않아서 파티클로 인한 악영향을 방지할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스 배출부(50)는, 상기 서셉터(20)를 둘러싸도록 상기 배플(40)의 외측 테두리부분에 설치되는 흡입 덕트(51)와, 상기 가스를 골고루 흡입할 수 있도록 복수개의 가스 흡입구(H3)가 형성되고, 상기 흡입 덕트(51)의 입구에 설치되는 가스 흡입판(52) 및 상기 흡입 덕트(51)로부터 상기 공정 챔버(10)의 하방으로 형성되는 배기 라인(53)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 서셉터(20)의 기판 안착면의 높이는 상기 가스 흡입판(52)의 높이 보다 높을 수 있다.
따라서, 상기 가스의 배기 방향이 상기 기판(W)에 영향을 줄 수 없도록 하방으로 형성되고, 복수개의 가스 흡입구(H3)가 형성된 상기 가스 흡입판(52)을 상기 흡입 덕트(51)의 입구에 설치하여 상기 가스의 균일한 배기 및 원활한 배기가 가능하고, 상기 배플(40) 및 상기 가스 흡입판(52)의 높이가 서셉터(20)의 기판 안착면의 높이 보다 낮게 형성되어 가스의 배기를 원활하게 할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)는, 상기 기판(W)이 안착되는 기판 지지대(21)와, 상기 기판 지지대(21)와 연결되고 상기 공정 챔버(10)를 관통하는 형상으로 형성되는 서셉터 축(22) 및 공정 환경 하에서도 상기 공정 챔버(10)의 외부에 설치된 제 1 액츄에이터(AC1)에 의해서 상기 서셉터 축(22)이 승하강할 수 있도록 상기 서셉터 축(22)과 상기 공정 챔버(10) 사이에 설치되는 제 1 벨로우즈관(23)을 포함할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)는, 상기 기판(W)의 공정 완료 이후에, 상기 서셉터(20)가 상기 하층 공간(A2)으로 하강하여 상기 기판(W)이 상기 공정 챔버(10)의 측방으로 언로딩될 수 있도록 상기 공정 챔버(10)의 상기 하층 공간(A2)과 접하는 내벽에 형성되는 게이트 밸브(GV)를 더 포함할 수 있다.
또한, 에컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)는, 상기 서셉터(20)가 상기 하층 공간(A2)으로 하강한 이후에, 상기 서셉터(20)로부터 상기 기판(W)이 들어올려져서 외부 로봇 아암(RA)에 의해 언로딩될 수 있도록 상기 서셉터(20)에 설치되는 리프트 핀(P)을 더 포함할 수 있다.
아울러, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)는, 상기 리프트 핀(P)을 승하강시킬 수 있는 리프트 핀 승하강 장치(80)를 더 포함하는 것으로서, 상기 리프트 핀 승하강 장치(80)는, 상기 리프트 핀(P)의 하방에 설치되고, 상기 리프트 핀(P)과 접촉되어 상기 리프트 핀(P)을 상승시키는 밀대(81)와, 상기 밀대(81)와 연결되고 상기 공정 챔버(10)를 관통하는 형상으로 형성되는 밀대 축(82) 및 공정 환경 하에서도 상기 공정 챔버(10)의 외부에 설치된 제 2 액츄에이터(AC2)에 의해서 상기 밀대 축(82)이 승하강할 수 있도록 상기 밀대 축(82)과 상기 공정 챔버(10) 사이에 설치되는 제 2 벨로우즈관(83)을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 기판(W)이 놓여지는 상기 상층 공간(A1)과 상기 하층 공간(A2)을 별도로 구획하여 내부 챔버 및 외부 챔버를 포함하는 일종의 이중 구조 챔버로 구성함으로써 장비 유지 보수가 용이하고, 상기 상층 공간(A1)의 면적을 작게 하여 상기 기판(W)의 각 부분에서 항상 일정한 압력이 유지되게 할 수 있으며, 이를 통해서 플라즈마 균일도 향상, 공정 가스량 최소화, 배기 효율을 증대할 수 있고, 두께 산포에 영향을 줄 수 있는 균일한 가스 분포를 가지기 위해 상기 서셉터(20)의 측방 테두리 영역으로 균일한 배치로 상기 배플(40) 및 상기 가스 배출부(50)가 설치되어 외부로 배기 채널이 구성될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)는, 파티클 생성에 따른 생산성 저하를 방지할 수 있고, 플라즈마 효율을 높일 수 있으며, 균일한 가스 배기에 따른 고품질의 박막 및 균일한 두께 산포를 달성할 수 있다.
도 5 내지 도 9는 도 4의 원자층 증착 설비(2000)의 공정 과정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 원자층 증착 설비(2000)의 공정 과정을 설명하면, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)가 하강한 상태에서, 상기 리프트 핀 승하강 장치(80)의 상기 밀대 축(82)을 상승시켜서 상기 리프트 핀(P)을 상승시킨 후, 상기 게이트 밸브(GV)를 개방하고, 외부의 상기 로봇 아암(RA)으로부터 상기 기판(W)을 인계받아 상기 기판(W)이 상기 공정 챔버(10)의 내부로 로딩될 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 밸브(GV)를 폐쇄한 후, 상기 리프트 핀 승하강 장치(80)의 상기 밀대 축(82)을 하강시켜서 상기 리프트 핀(P)을 하강시키면 상기 기판(W)을 상기 서셉터(20)에 안착시킬 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)를 상승시켜서 상기 기판(W)을 상기 상층 공간(A1)으로 이송하고, 전계가 형성된 상기 반응 가스 샤워 헤드(30)를 통해 상기 반응 가스를 공급하면서, 상기 불활성 가스 샤워 헤드(70)를 통해 상기 불활성 가스를 공급하고, 이를 상기 가스 배출부(50)로 외부로 배기시키면서 원자층 증착 공정을 진행할 수 있다.
이 때, 상기 배플(40)과 상기 서셉터(20) 사이에 불활성 가스 유로가 형성되어 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40)이 완전히 밀착되지 않기 때문에, 상기 서셉터(20)의 열손실 현상이 발생되지 않고, 상기 기판(W)의 언로딩시 상기 서셉터(20)와 상기 배플(40)의 이격에 따른 물리적 파티클이 발생되지 않아서 파티클로 인한 악영향을 방지할 수 있다. 또한, 상기 불활성 가스 샤워 헤드(70)를 이용하여 상기 불활성 가스의 공급을 균일하게 하여 파티클로 인한 악영향을 방지할 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 공정을 마친 후, 상기 서셉터(20)를 하강시키고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 리프트 핀 승하강 장치(80)의 상기 밀대 축(82)을 상승시켜서 상기 리프트 핀(P)으로 상기 기판(W)을 상승시킨 후, 상기 게이트 밸브(GV)를 개방하고, 외부의 상기 로봇 아암(RA)으로 상기 기판(W)을 인계하여 공정을 마친 상기 기판(W)을 상기 공정 챔버(10)의 외부로 언로딩할 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.
W: 기판
10: 공정 챔버
A: 수용 공간
A1: 상층 공간
A2: 하층 공간
20: 서셉터
21: 기판 지지대
22: 서셉터 축
23: 제 1 벨로우즈관
AC1: 제 1 액츄에이터
GV: 게이트 밸브
P: 리프트 핀
RA: 로봇 아암
30: 반응 가스 샤워 헤드
H1: 반응 가스 공급홀
40: 배플
50: 가스 배출부
51: 흡입 덕트
52: 가스 흡입판
H3: 가스 흡입구
53: 배기 라인
60: 불활성 가스 공급부
70: 불활성 가스 샤워 헤드
H2: 불활성 가스 공급홀
D1: 제 1 이격 거리
80: 리프트 핀 승하강 장치
81: 밀대
82: 밀대 축
83: 제 2 벨로우즈관
AC2: 제 2 액츄에이터
1000, 2000: 원자층 증착 설비

Claims (10)

  1. 기판을 수용할 수 있도록 내부에 수용 공간이 형성되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 설치되고, 상기 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 기판 상에 반응 가스를 골고루 공급할 수 있도록 복수개의 반응 가스 공급홀이 형성되는 반응 가스 샤워 헤드;
    상기 수용 공간이 상기 기판을 기준으로 상층 공간과 하층 공간으로 구획될 수 있도록 상기 공정 챔버의 내벽으로부터 상기 서셉터 방향으로 연장되게 형성되는 배플;
    상기 상층 공간의 가스를 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 상기 공정 챔버의 일측에 설치되는 가스 배출부; 및
    상기 하층 공간에 불활성 가스를 공급할 수 있도록 상기 공정 챔버의 타측에 설치되는 불활성 가스 공급부;
    를 포함하는, 원자층 증착 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 공급부로부터 공급받은 상기 불활성 가스를 상기 하층 공간에 골고루 분사할 수 있도록 복수개의 불활성 가스 공급홀이 형성되고, 상기 불활성 가스 공급부와 상기 하층 공간 사이에 설치되는 불활성 가스 샤워 헤드;
    를 더 포함하는, 원자층 증착 설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 공정 처리시, 상기 배플과 상기 서셉터 사이에 불활성 가스 유로가 형성되도록 상기 배플과 상기 서셉터는 제 1 이격 거리만큼 이격되는, 원자층 증착 설비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 배출부는,
    상기 서셉터를 둘러싸도록 상기 배플의 외측 테두리부분에 설치되는 흡입 덕트;
    상기 가스를 골고루 흡입할 수 있도록 복수개의 가스 흡입구가 형성되고, 상기 흡입 덕트의 입구에 설치되는 가스 흡입판; 및
    상기 흡입 덕트로부터 상기 공정 챔버의 하방으로 형성되는 배기 라인;
    을 포함하는, 원자층 증착 설비.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 서셉터의 기판 안착면의 높이는 상기 가스 흡입판의 높이 보다 높은, 원자층 증착 설비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터는,
    상기 기판이 안착되는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대와 연결되고 상기 공정 챔버를 관통하는 형상으로 형성되는 서셉터 축; 및
    공정 환경 하에서도 상기 공정 챔버의 외부에 설치된 제 1 액츄에이터에 의해서 상기 서셉터 축이 승하강할 수 있도록 상기 서셉터 축과 상기 공정 챔버 사이에 설치되는 제 1 벨로우즈관;
    을 포함하는, 원자층 증착 설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 공정 완료 이후에, 상기 서셉터가 상기 하층 공간으로 하강하여 상기 기판이 상기 공정 챔버의 측방으로 언로딩될 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 하층 공간과 접하는 내벽에 형성되는 게이트 밸브;
    를 더 포함하는, 원자층 증착 설비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터가 상기 하층 공간으로 하강한 이후에, 상기 서셉터로부터 상기 기판이 들어올려져서 외부 로봇 아암에 의해 언로딩될 수 있도록 상기 서셉터에 설치되는 리프트 핀;
    을 더 포함하는, 원자층 증착 설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 리프트 핀을 승하강시킬 수 있는 리프트 핀 승하강 장치;
    를 더 포함하는, 원자층 증착 설비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 리프트 핀 승하강 장치는,
    상기 리프트 핀의 하방에 설치되고, 상기 리프트 핀과 접촉되어 상기 리프트 핀을 상승시키는 밀대;
    상기 밀대와 연결되고 상기 공정 챔버를 관통하는 형상으로 형성되는 밀대 축; 및
    공정 환경 하에서도 상기 공정 챔버의 외부에 설치된 제 2 액츄에이터에 의해서 상기 밀대 축이 승하강할 수 있도록 상기 밀대 축과 상기 공정 챔버 사이에 설치되는 제 2 벨로우즈관;
    을 포함하는, 원자층 증착 설비.
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