KR100967881B1 - 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

박막증착장치가 개시된다. 본 발명에 따른 박막증착장치는 반응기와 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판 안착부를 구비하는 기판 지지부를 구비한다. 그리고 기판 지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스 공급장치와 복수의 원료가스 공급장치 사이에 배치되어 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스 공급장치가 방사형으로 설치되는 가스 분사부를 구비한다. 그리고 기판 지지부 둘레를 감싸도록 고리형으로 배치되며, 복수의 원료가스를 반응기 외부로 가이드하여 배기시키도록 하는 배기홈부와, 원료가스를 배기하기 위한 복수의 배기구가 형성되어 있는 배기부와 배기부로 유입된 가스를 반응기 외부로 배출하기 위하여 상기 복수의 배기구와 연결되는 펌프를 구비한다. 그리고 각 원료가스 공급장치를 통해 공급된 원료가스가 서로 다른 배기구를 통해 배기되도록 상기 각 원료가스 공급장치의 주변에는 적어도 하나의 배기구가 인접하게 배치된다. 본 발명에 따르면, 각 원료가스 공급장치와 인접하게 배기구가 형성되어 있어, 반응기 내에서 원료가스들이 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로 박막증착장치의 오염이 줄어들게 된다.

Description

박막증착장치{Reactor for depositing thin film on wafer}
본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반응기 내부의 오염을 줄일 수 있는 박막증착장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있다. 또한 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(step coverage)에 대한 문제가 점점 더 심각해 지고 있다. 이에 따른 여러 가지 문제들을 극복할 수 있는 새로운 증착방법으로서, 원자층증착(atomic layer deposition, ALD) 방법이 대두되고 있다. 일반적으로 원자층증착 방법은 기판에 각각의 원료가스들을 분리 공급하여 원료가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 방법이다. 이러한 원자층증착이 안정적으로 유지되기 위해서는 제1원료가스와 제2원료가스가 기판 상의 증착 공간에서 서로 혼합되지 않도록 분리되어서 반응기 내에 공급되어야 한다.
미국특허 제5,730,802호에서는 반응기를 격벽으로 분리하고, 격벽으로 구획된 공간에 제1원료가스, 제2원료가스 및 분리용가스를 각각 공급하는 가스 분사장치가 있고, 기판 홀더가 회전함으로써 원자층증착과정이 이루어지는 박막증착장치와 박막증착방법을 개시하고 있다.
상기 특허발명에 따른 박막증착장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 박막증착장치(1)는 반응기(10), 반응기(10) 내부에 위치하며 회전 가능하도록 설계된 기판 홀더(20), 원료가스 공급구(30, 40), 분리용가스 공급구(50) 및 원료가스의 혼합을 막기 위한 격벽(60)으로 구성되어 있다. 기판 홀더(20)의 회전에 의하여 원료가스 공급구(30, 40)를 통해 공급되는 원료가스와 분리용가스 공급구(50)를 통해 공급되는 분리용가스가 기판(w)의 상방에 시간차를 두고 교대로 공급되게 되어 원자층 증착이 이루어지게 된다.
그러나 박막증착장치(1)는 격벽(60)에 의해 복수의 원료가스들이 퍼지가스에 의해 기판(w) 상에서 혼합되는 것은 차단되지만, 미반응된 복수의 원료가스들이 배기 되는 과정에서 반응기(10) 내에서 혼합이 일어나게 된다. 이와 같이 미반응된 복수의 원료가스가 반응기(10) 내에서 혼합이 일어나게 되면 원치않는 부산물이 발생하게 된다. 그리고 발생된 부산물은 대체로 고상(固狀)으로 형성되므로 반응기(10) 내부를 오염시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
그리고, 이러한 부산물은 펌프가 오작동하는 경우나 펌프가 작동을 멈추는 경우에 반응기 내로 역류할 수 있고, 펌프의 고장의 원인으로 작용할 수 있다. 그리고 이러한 부산물들이 극심하게 배기 경로 내에 쌓일 경우, 배기 경로가 부산물에 의해서 막히는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 펌프를 분해하여 부산물을 제거하거나 또는 펌프를 교체하여야 한다. 또한, 배기 경로들을 교체하거나 배기 경로 내의 부산물을 제거해주어야 한다. 이러한 보수 내지 유지 관리에는 많은 노력과 시간이 소요되므로, 반도체 소자의 양산에 저해 요소로 작용하게 된다.
또한, 펌프 이후의 배기 경로 상에서는 실질적으로 낮은 유속을 나타내고 펌프로부터 스크러버로 이러한 미반응 반응체가 이동할 때는 상압 및 상온 조건에 해당하게 되어 원료가스의 종류에 따라 스크러버 등에서 폭발이 일어날 위험도 있어 배기 경로를 관리하는데 어려움이 있게 된다.
이에 따라 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반응기 내에서 원료가스들이 혼합되지 않는 박막증착장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막증착장치는 반응기; 상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판 안착부를 구비하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스 공급장치와 상기 복수의 원료가스 공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스 공급장치가 방사형으로 설치되는 가스 분사부; 상기 기판 지지부 둘레를 감싸도록 고리형으로 배치되며, 상기 복수의 원료가스를 상기 반응기 외부로 가이드하여 배기시키도록 하는 배기홈부와, 상기 원료가스를 배기하기 위한 복수의 배기구가 형성되어 있는 배기부; 및 상기 배기부로 유입된 가스를 상기 반응기 외부로 배출하기 위하여 상기 복수의 배기구와 연결되는 펌프;를 포함하며, 상기 각 원료가스 공급장치를 통해 공급된 원료가스가 서로 다른 배기구를 통해 배기되도록 상기 각 원료가스 공급장치의 주변에는 적어도 하나의 배기구가 인접하게 배치된다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 박막증착장치는 반응기와, 상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수 의 기판 안착부를 구비하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스 공급장치와 상기 복수의 원료가스 공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스 공급장치가 방사형으로 설치되는 가스 분사부와, 상기 기판 지지부 둘레를 감싸도록 고리형으로 배치되며, 상기 복수의 원료가스를 상기 반응기 외부로 가이드하여 배기시키도록 하는 배기홈부와, 상기 원료가스를 배기하기 위한 복수의 배기구가 형성되어 있는 배기부를 구비하는 복수의 공정챔버; 및 상기 공정챔버 내의 가스를 외부로 배기하기 위한 복수의 펌프;를 구비하며, 상기 각 원료가스 공급장치를 통해 공급된 원료가스가 서로 다른 배기구를 통해 배기되도록 상기 각 원료가스 공급장치의 주변에는 적어도 하나의 배기구가 인접하게 배치되고, 상기 복수의 펌프 각각은 상기 각 공정챔버의 복수의 배기구 중 동일한 가스를 배기하는 배기구와 연결된다.
본 발명에 따른 박막증착장치는 각 원료가스 공급장치의 주변에 인접하게 배기구가 형성되어 있어, 반응기 내에서 원료가스들이 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로 박막증착장치의 오염이 줄어들게 된다.
또한, 원료가스의 종류만큼 배기라인과 펌프를 구성하여 반응기 내부뿐만 아니라 배기라인에서도 원료가스들이 혼합되는 것이 방지되어, 배기경로를 관리하는데 소모되는 노력 및 비용을 크게 절감할 수 있다.
그리고 복수의 공정챔버에서 같은 종류의 원료가스가 이용되는 경우 같은 종 류의 원료가스는 하나의 펌프를 이용하여 배기함으로써 비용을 절감할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 단면도, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치는 반응기(200), 기판 지지부(210), 가스 분사부(220), 배기부(230), 펌프부(240) 및 스크러버부(250)를 구비한다.
반응기(200)는 바닥부(201), 외벽부(202) 및 상측 플레이트(203)를 구비한다. 바닥부(201)는 원판의 형상으로 이루어져 있고, 외벽부(202)는 바닥부(201)의 가장자리로부터 상방으로 수직하게 연장 형성되어 폐곡면 형상으로 이루어져 있다. 그리고 외벽부(202)에는 기판(w)이 출입하는 기판(w) 이송통로(도면 미도시)가 형성되어 있다. 상측 플레이트(203)는 원판 형상으로 이루어져 있고, 외벽부(202)의 상면에 분리 가능하게 결합된다. 상측 플레이트(203)가 외벽부(202)의 상면에 결합되면 반응기(200) 내부에 일정한 공간이 형성되며, 특히 후술할 기판 지지부(210) 의 상방으로 기판 지지부(210)와 가스 분사부(220)의 사이에 박막증착공간(205)이 형성된다. 상측 플레이트(203)의 하면과 외벽부(202)의 상면 사이에는 오링(O-ring)(도면 미도시) 등과 같은 밀폐부재가 개재되어 위 공간을 밀폐시킨다. 그리고 반응기(200) 내부에 잔존하는 불필요 가스 및 파티클을 배출하기 위한 배기구(도면 미도시)가 바닥부(201) 또는 외벽부(202)에 마련되어 있다.
기판 지지부(210)는 반응기(200) 내부에 설치되며, 서셉터(210), 기판 안착부(213), 샤프트(211) 및 히터(도면 미도시)를 구비한다.
서셉터(210)는 원판의 형상으로 반응기(200) 내부에 회전 가능하게 설치되어 있다. 서셉터(210)에는 기판 안착부(213) 6개가 오목하게 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 기판 안착부(213)들은 기판 지지부(210) 상면의 둘레방향을 따라 배치되며, 각 기판 안착부(213)에는 기판(w)이 안착된다.
샤프트(211)는 양단부 중 일단부가 서셉터(210)의 하면과 결합되어 있고, 타단부가 반응기(200)를 관통하여 예컨대, 모터(도면 미도시) 등의 회전 구동수단과 연결되어 있다. 따라서 샤프트(211)가 회전함에 따라 서셉터(210)가 도 2에 도시된 회전 중심축(A)을 중심으로 회전하게 된다. 또한 샤프트(211)는 서셉터(210)가 승강이 가능하도록 하는 승강 구동수단과 연결되어 있다. 승강 구동수단으로는 예컨대, 모터 및 기어 조립체(도면 미도시) 등이 있다. 히터(도면 미도시)는 서셉터(210) 아래에 매설되어 기판(w)의 온도를 조절한다.
가스 분사부(220)는 기판 지지부(210)의 상방에 설치된 상측 플레이트(203)에 결합되며, 가스 공급장치(270a, 270b, 270c)를 구비한다. 가스 공급장치(270a, 270b, 270c)는 공급되는 가스의 종류에 따라, 제1가스 공급장치(270a), 제2가스 공급장치(270b) 및 퍼지가스 공급장치(270c)로 구분된다. 제1가스 공급장치(270a)는 예컨대, 사일렌(SiH4)과 같은 제1원료가스를 기판 지지부(210) 상으로 공급하고, 제2가스 공급장치(270b)는 예컨대, 산소(O2)와 같은 제2원료가스를 기판 지지부(210) 상으로 공급한다. 퍼지가스 공급장치(270c)는 제1원료가스와 제2원료가스를 퍼지(purge)하는 퍼지가스를 기판 지지부(210) 상으로 공급한다. 즉 제1가스 공급장치(270a)와 제2가스 공급장치(270b)는 기판(w) 상에 박막이 증착되도록 하는 원료가스를 공급하는 장치이고, 퍼지가스 공급장치(270c)는 박막형성공간(205)에 잔류하는 미반응된 원료가스를 퍼지하여 기판 지지부(210) 상에서 혼합되지 않도록 하는 퍼지가스를 공급하는 장치이다. 그리고 각각의 가스 공급장치(270a, 270b, 270c)는 샤워헤드 형태로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1가스 공급장치(270a), 제2가스 공급장치(270b) 및 퍼지가스 공급장치(270c)는 가스 분사부(220) 둘레방향을 따라 방사형으로 설치된다. 그리고 도 4에 도시된 10개의 가스 공급장치 중에서 제1원료가스와 제2원료가스를 공급하는 가스 공급장치(270a, 270b)는 제1원료가스와 제2원료가스의 혼합이 용이치 않도록 반대편에 설치된다. 그리고 퍼지가스 공급장치(270c)는 제1가스 공급장치(270a)와 제2가스 공급장치(270b) 사이에서 제1원료가스와 제2원료가스가 혼합되지 않도록 각 4개씩 배치된다. 퍼지할 원료가스의 양이 많지 않을 때에는 퍼지가스 공급장치(270c) 중 일부는 퍼지가스가 공급되지 않도록 할 수 있다.
퍼지가스를 공급하는 목적은 가스 분사부(220)를 통해 공급된 서로 다른 종류의 원료가스가 기판(w) 상에서 혼합되는 것을 방지하기 위함이다. 그러나 제1원료가스와 제2원료가스를 공급하는 가스 공급장치(270a, 270b) 사이에 퍼지가스 공급장치(270c)를 배치하는 것만으로는 기판 지지부(210)의 중앙부분을 통해 제1원료가스와 제2원료가스가 혼합되는 것을 차단하기 어렵다. 따라서, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 가스 분사부(220)의 중앙부에 제1원료가스와 제2원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 기판 지지부(210) 상으로 공급하는 중앙퍼지가스 공급장치(260)가 설치된다. 중앙퍼지가스 공급장치(260)에서 공급된 퍼지가스로 인해 제1원료가스와 제2원료가스가 기판 지지부(210)의 중앙부분에서 혼합되는 것이 방지된다. 그리고 중앙퍼지가스 공급장치(260)도 샤워헤드 형태로 구성될 수 있다.
이와 같이 설치된 가스 분사부(220) 아래로 기판(w)이 안착된 기판 지지부(210)가 회전하게 되면 제1원료가스, 퍼지가스, 제2원료가스 및 퍼지가스가 주기적으로 기판(w) 상에 공급되게 되므로 원자층 증착이 가능하게 된다.
가스 분사부(220)를 통해 공급되는 원료가스는 플라즈마화시켜 공급될 수 있다. 이를 위해 반응기(200) 외부에 설치된 별도의 플라즈마 발생기(도면 미도시)를 이용하거나 가스 분사부(220)의 내부에서 플라즈마를 발생시켜 기판 지지부(210) 상면에 공급할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 배기부에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 설명하기 위한 일부 절개 사시도이고, 도 6은 도 2의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다. 배기부와 가스 분사부의 배치관계를 명확하게 하기 위하여, 도 6에는 가스 분사부와 배플의 유입공들을 점선으로 표시하여 배기구와 함께 나타내었다.
배기부(230)는 반응기(200) 내에 잔류하는 가스를 배기시키기 위한 것으로서, 도 5 및 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 배기부(230)는 배기홈부(237) 및 배플(231)을 구비한다.
배기홈부(237)는 외벽부(202), 내벽부(233) 및 바닥부(201)에 의하여 둘러싸여 형성된다. 보다 상세하게 설명하면, 외벽부(202)는 반응기(200)의 외벽 중 내면을 지칭하는 것으로서 고리형으로 형성된다.
본 실시예에서, 바닥부(201)는 반응기(200)의 바닥면을 지칭하는 것으로서, 바닥부(201)는 원판 형상으로 일체로 형성된 것이지만, 두 영역 즉, 후술할 내벽부(233)를 기준으로 외측에 배치된 하륜부(239)와 내측에 배치된 중앙부(232)로 구분할 수 있다. 하륜부(239)는 외벽부(202)로부터 수평하게 돌출되어 전체적으로 고리형으로 형성된 부분을 가리키며, 중앙부(232)는 하륜부(239)로부터 연장형성된 부분을 가리킨다. 그리고 중앙부(232)의 가운데 부분에는 상술한 샤프트(211)가 관통할 수 있도록 관통공(234)이 형성되어 있고, 하륜부(239)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 2개의 배기구(238a, 238b)가 형성되어 있다.
배기구(238a, 238b)는 각 원료가스 공급장치(270a, 270b)의 주변에 인접하게 배치되어, 각 원료가스 공급장치(270a, 270b)로 공급된 원료가스가 그 원료가스 공급장치(270a, 270b)의 주변에 인접하게 배치된 배기구(238a, 238b)를 통해 반응기(200) 외부로 배기되도록 한다. 본 실시예에서, 원료가스 공급장치(270a, 270b) 는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가스 분사부(220)의 중심점을 기준으로 제1가스 공급장치(270a)와 제2가스 공급장치(270b)는 정반대편에 마주보게 배치된다. 그리고 배기구(238a, 238b)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1가스 공급장치(270a)의 외측 하방에 하나(238a)가 배치되고 제2가스 공급장치(270b)의 외측 하방에 다른 하나(238b)가 배치된다.
배기부(230)가 이와 같이 구성되면 제1가스 공급장치(270a)를 통해 공급되는 제1원료가스는 배기홈부(237)로 유입된 후, 제1가스 공급장치(270a)의 주변에 인접하게 배치되어 있는 배기구(238a)를 통해 반응기(200) 외부로 배기된다. 그리고 제2가스 공급장치(270b)를 통해 공급되는 제2원료가스도 배기홈부(237)로 유입된 후, 제2가스 공급장치(270b)의 주변에 인접하게 배치되어 있는 배기구(238b)를 통해 반응기(200) 외부로 배기된다. 이때 후술할 펌프(240a, 240b)에 의해 배기구(238a, 238b)가 펌핑되고 있으므로, 제1원료가스가 제1가스 공급장치(270a)의 주변에 인접하게 배치되어 있는 배기구(238a)가 아닌 반대편에 배치되어 있는 배기구(238b)를 통해 배기되지 않는다. 마찬가지로, 제2원료가스도 제2가스 공급장치(270b)의 주변에 인접하게 배치되어 있는 배기구(238b)가 아닌 반대편에 배치되어 있는 배기구(238a)를 통해 배기되지 않는다. 따라서 제1원료가스와 제2원료가스는 각기 다른 경로를 통해 배기되므로 반응기(200) 내에서 혼합되지 않는다.
그리고 퍼지가스 공급장치(270c)를 통해 공급되는 퍼지가스는 원료가스와 혼합되더라도 원료가스와 반응하지 않으므로 어느 배기구(238a, 238b)를 통해 배기되더라도 문제되지 않는다.
내벽부(233)는 하륜부(239)로부터 수직 상방으로 연장형성되며, 외벽부(202)와 일정거리 이격되도록 기판 지지부(210)와 외벽부(202) 사이에 고리형으로 배치된다. 외벽부(202)와 내벽부(233)의 상면에는 후술할 배플(231)이 설치될 수 있도록 각각 단차가 형성되어 있다.
배플(231)은 고리형의 판상으로 형성되어 배기홈부(237)의 개방된 상측을 덮도록, 상술한 바와 같이 외벽부(202)와 내벽부(233)에 형성되어 있는 단차 위에 설치된다. 그리고 배플(231)에는 가스가 배기홈부(237)로 유입될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 유입공(236a, 236b)이 배플(231)의 상면을 따라 소정의 각도 간격으로 복수 개 형성되어 있다. 이와 같이 배플(231)이 설치되면, 배플(231)에 형성된 유입공들(236a, 236b)의 크기 및 개수를 조절하여 배기 유량을 제어하는 것이 가능하다. 또한, 배기 유량을 제어하여 반응기(200) 내의 압력을 조절할 수도 있다.
제1가스 공급장치(270a)를 통해 공급되는 제1원료가스는 제1가스 공급장치(270a)와 그 주변에 인접하게 배치된 배기구(238a)의 사이에 형성된 유입공(236a)들을 통해서 배기홈부(237)로 유입된다. 마찬가지로, 제2가스 공급장치(270b)를 통해 공급되는 제2원료가스는 제2가스 공급장치(270b)와 그 주변에 인접하게 배치된 배기구(238b)의 사이에 형성된 유입공(236b)들을 통해서 배기홈부(237)로 유입된다. 이때 후술할 펌프(240a, 240b)에 의해 배기구(238a, 238b)가 펌핑되고 있고 퍼지가스에 의해 원료가스가 확산되는 것이 차단되므로, 제1원료가스가 제1가스 공급장치(270a)의 주변에 인접하게 형성되어 있는 유입공(236a)이 아 닌 반대편에 형성되어 있는 유입공(236b)을 통해 배기홈부(237)로 유입되지 않는다. 마찬가지로 제2원료가스도 제2가스 공급장치(270b)의 주변에 인접하게 형성되어 있는 유입공(236b)이 아닌 반대편에 형성되어 있는 유입공(236a)을 통해 배기홈부로(237)로 유입되지 않는다.
결국 본 실시예에서는 제1가스 공급장치(270a)를 통해 공급되는 제1원료가스는 제1가스 공급장치(270a)의 주변에 인접하게 배치되어 있는 유입공(236a)과 배기구(238a)를 통해 배기된다. 마찬가지로 제2가스 공급장치(270b)를 통해 공급되는 제2원료가스는 제2가스 공급장치(270b)의 주변에 인접하게 배치되어 있는 유입공(236b)과 배기구(238b)를 통해 배기된다.
다시 도 2에서, 펌프부(240)는 반응기(200) 내의 미반응 가스를 반응기(200) 외부로 배출하기 위한 것으로서, 제1펌프(240a)와 제2펌프(240b)를 구비한다. 제1펌프(240a)는 제1가스 공급장치(270a)의 주변에 인접하게 배치된 배기구(238a)와 연결되게 설치되고, 제2펌프(240b)는 제2가스 공급장치(270b)의 주변에 인접하게 배치된 배기구(238b)와 연결되게 설치된다. 그리고 제1펌프(240a)와 제2펌프(240b)는 반응기(200) 내에서 제1원료가스와 제2원료가스가 혼합되지 않도록 동일한 흡인력을 제공하는 것으로 설치함이 바람직하다. 이와 같이 2개의 펌프(240a, 240b)를 설치하면, 제1원료가스와 제2원료가스가 반응기(200)의 내부뿐만 아니라 반응기(200) 외부에서도 혼합되지 않는다. 다만, 펌프부(240)는 하나의 펌프만을 구비하여, 하나의 펌프를 배기구(238a, 238b)와 모두 연결하여 배기부(230)에 유입된 제1원료가스와 제2원료가스를 모두 반응기(200) 외부로 배출할 수 있다. 하나의 펌 프만으로 구성되어도 반응기(200) 내에서 원료가스들이 혼합되지 않는다.
스크러버부(250)는 배기 경로 상 펌프부(240)의 후단에 설치되어 배기된 가스를 여과하는 것으로서, 제1스크러버(250a)와 제2스크러버(250b)를 구비한다. 제1스크러버(250a)는 제1원료가스의 배기 경로 상 제1펌프(240a)의 후단에 설치되어, 제1원료가스를 여과하고, 제2스크러버(250b)는 제2원료가스의 배기 경로 상 제2펌프(240b)의 후단에 설치되어, 제2원료가스를 여과한다. 이와 같이 각 펌프(240a, 240b)마다 스크러버(250a, 250b)를 설치하면 모든 배기 경로에서까지 원료가스들이 혼합되지 않으므로 배기경로를 관리하는데 소모되는 노력 및 비용을 크게 절감할 수 있게 된다.
이하, 상기한 구성으로 이루어진 박막증착장치의 배기과정에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 제1가스 공급장치(270a)의 주변에 인접하게 배치된 유입공 및 배기구를 각각 제1유입공(236a) 및 제1배기구(238a)라 하고, 제2가스 공급장치(270b)의 주변에 인접하게 배치된 유입공 및 배기구를 각각 제2유입공(236a) 및 제2배기구(238a)라 한다.
제1원료가스는 제1가스 공급장치(270a)를 통해 공급되고, 제2원료가스는 제2가스 공급장치(270b)를 통해 공급된다. 그리고 퍼지가스는 퍼지가스 공급장치(270c)와 중앙퍼지가스 공급장치(260)를 통해 공급된다. 이렇게 제1원료가스, 제2원료가스 및 퍼지가스가 공급되는 가운데 기판 지지부(210)가 회전하므로, 주기적으로 제1원료가스와 제2원료가스가 기판(w) 상에 공급되어 박막이 증착된다.
제1원료가스 중 박막증착에 관여하지 않은 가스는 제1유입공(236a)을 통해 배기홈부(237)로 유입되고, 배기홈부(237)로 유입된 제1원료가스는 다시 제1배기구(238a)를 통해 반응기(200) 외부로 배출된다. 그리고 제1펌프(240a)는 제1배기구(238a)와 연결되어 배기를 원활하게 하고, 반응기(200) 외부로 배출된 제1원료가스는 제1스크러버(250a)에 의해 여과된다. 마찬가지로, 제2원료가스 중 박막증착에 관여하지 않은 가스는 제2유입공(236b)을 통해 배기홈부(237)로 유입되고, 배기홈부(237)로 유입된 제2원료가스는 다시 제2배기구(238b)를 통해 반응기(200) 외부로 배기된다. 그리고 제2펌프(240b)는 제2배기구(238b)와 연결되어 배기를 원활하게 하고, 반응기(200) 외부로 배출된 제2원료가스는 제2스크러버(250b)에 의해 여과된다. 이때 제1원료가스와 제2원료가스가 배기홈부(237) 내에서 혼합되지 않도록 제1펌프(240a)와 제2펌프(240b)가 동일한 흡인력을 제공함이 바람직하다.
그리고 퍼지가스는 제1배기구(238a)와 제2배기구(238b) 중 어느 배기구를 통해서도 배기될 수 있다. 더욱 상세하게는, 제1가스 공급장치(270a) 양측에 설치된 2개씩의 퍼지가스 공급장치(270c)를 통해 공급된 퍼지가스는 제1배기구(238a)를 통해 배기되고, 제2가스 공급장치(270b) 양측에 설치된 2개씩의 퍼지가스 공급장치(270c)를 통해 공급된 퍼지가스는 제2배기구(238b)를 통해 배기된다. 이와 같이 배기부(230)가 구성됨으로써, 제1원료가스와 제2원료가스는 반응기 내에서 혼합되지 않는다. 또한 반응기 외부의 배기라인인 펌프, 스크러버 등에서도 혼합되지 않게 된다. 한편, 중앙퍼지가스 공급장치(260)에서 퍼지가스가 공급되므로 기판 지지부(210)의 중앙부분을 통해서도 원료가스가 혼합되지 않고, 중앙퍼지가스 공급장치(260)를 통해 공급되는 퍼지가스는 제1배기구(238a)와 제2배기구(238b) 양 쪽으 로 배기된다.
이상에서는 배기부의 바닥부와 반응기의 바닥면이 동일한 것으로 도시하고 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 바닥부는 반응기 바닥면으로부터 상방으로 이격되게 설치되며, 외벽부로부터 돌출되어 고리형으로 배치될 수도 있다. 그리고 배기구는 배기부의 바닥부에 형성되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 반응기 외벽부에 외벽부의 내면과 외면 사이를 관통하도록 형성될 수도 있다.
그리고 상술한 바와 같이, 배기부(230)는 배플(231)을 제외한 나머지 부분이 반응기(200)와 일체로 형성되도록 구성될 수도 있으나, 도 7 및 도 8에 에 도시한 바와 같이 배기부(230)가 반응기(200)와 별도의 부재로 이루어져 반응기(200)에 결합되는 형태로도 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 배기부에 대한 바람직한 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 배기부(230')는 배플(231), 내주부(310), 외주부(320) 및 저면부(330)를 구비한다. 그리고 이와 같은 배기부(230')를 기판 지지부(210)의 외면과 반응기(200) 외벽부(202)의 내면 사이에 배치시킨다. 그리고 외주부(320)와 반응기(200) 외벽부(202)의 내면을 결합시키고, 내주부(310)와 기판 지지부(210)의 외면과 결합시킨다. 내주부(310), 외주부(320) 및 저면부(330)에 대한 설명은 도 5 및 도 6에 나타낸 내벽부(233), 외벽부(202) 및 바닥부(201)와 반 응기(200)와 일체로 형성된 것이라는 설명만 제외하면 동일하다. 그리고 도 5 및 6의 참조번호와 동일하게 표시된 것에 대한 설명은 도 5 및 도 6의 설명과 동일하다.
그리고 지금까지 원료가스들이 기판 지지부(210)의 중앙부분에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 수단으로 중앙퍼지가스 공급장치(260)가 설치되는 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 9는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 원료가스들이 기판 지지부(210)의 중앙부분에서 혼합되는 것을 방지하기 위한 다른 수단으로 가스 분사부(220)는 그 중앙에 바닥면에 대해 하방으로 돌출되는 돌출부(225)를 구비할 수 있다. 그리고 가스 분사부(220)의 돌출부(225)가 기판 지지부(210)에 수용되도록 기판 지지부(210)는 돌출부(225)와 대응되는 위치에 삽입홈부(215)를 구비할 수 있다. 돌출부(225)가 삽입홈부(215)에 삽입되더라도 기판 지지부(210)가 회전할 때 가스 분사부(220)에 영향을 미치지 않도록 가스 분사부(220)의 돌출부(225)의 외측면과 기판 지지부(210)의 삽입홈부(215)의 사이에 약간의 공간이 존재하여야 한다. 이와 같이 가스 분사부(220)의 돌출부(225)에 의해 원료가스들이 기판 지지부(210)의 중앙부분에서 혼합되는 것이 물리적으로 차단되게 된다. 그리고 이 경우에 복수의 가스 공급장치(270a, 270b, 270c)는 돌출부(225)를 중심으로 방사형으로 배치되고, 복수의 기판 안착부(213)는 삽입홈부(215)를 중심으로 방사형으로 배치된다. 도 9에 표시된 참조번호 중 도 2에 표시된 것과 동일한 것에 대한 설명은 도 2에 설명한 내용과 동일하므로 생략한다.
또한, 위의 경우와 반대로 가스 분사부(220)에는 삽입홈부가 형성되고, 기판 지지부(210)에는 돌출부가 형성되어도 동일한 효과를 기대할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 박막증착치의 배기라인의 구성에 대한 바람직한 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치는 복수의 공정챔버(800), 제1펌프(840a) 및 제2펌프(840b)를 구비한다.
공정챔버(800)는 반응기, 기판 지지부, 가스 분사부 및 배기부를 구비한다. 도 10의 공정챔버(800)가 구비한 반응기, 기판 지지부, 가스 분사부 및 배기부는 상술한 도 2의 반응기(200), 기판 지지부(210), 가스 분사부(220) 및 배기부(230)와 중요 구성 및 효과가 동일하다.
제1펌프(840a)는 복수의 공정챔버(800) 각각에 공급된 제1원료가스를 각각의 반응기 외부로 배출하기 위하여, 복수의 공정챔버(800) 각각의 제1원료가스를 공급하는 원료가스 공급장치의 주변에 인접하게 배치된 배기구와 연통되게 설치된 배기라인(290a)과 연결되게 설치된다. 마찬가지로, 제2펌프(840b)는 복수의 공정챔버(800) 각각에 공급된 제2원료가스를 각각의 반응기 외부로 배출하기 위하여, 복수의 공정챔버(800) 각각의 제2원료가스를 공급하는 원료가스 공급장치의 주변에 인접하게 배치된 배기구와 연통되게 설치된 배기라인(290b)과 연결되게 설치된다. 즉 동일한 종류의 원료가스의 배기를 위해서는 펌프 및 스크러버를 공통으로 이용할 수 있게 되어 비용이 절약되게 된다.
이상에서 2종류의 원료가스가 공급되어 박막증착 공정이 수행되는 박막증착장치에 대해서 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 3종류 이상의 원료가스들이 공급되어 박막증착 공정이 수행되는 경우에도 유사하다. 다만 3종류 이상의 원료가스들이 공급되기 위해서 가스 분사부(220)는 제1가스 공급장치(270a)와 제2가스 공급장치(270b) 외에 원료가스 공급장치를 추가로 구비하고, 각 원료가스 공급장치 사이에 퍼지가스 공급장치를 추가로 구비해야 한다. 그리고 배기부(230)에는 각 원료가스를 배기하기 위한 추가의 배기구가 추가되는 원료가스 공급장치의 주변에 인접하게 형성되어야 한다. 또한, 배기라인 상에서도 원료가스들이 혼합되지 않게 하기 위해서는 원료가스의 종류에 대응하는 개수만큼의 펌프와 스크러버가 추가 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 4종류 이상의 원료가스들이 공급되는 경우에는 상술한 내용이 추가로 구비된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래의 원자층 증착을 위한 박막증착장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 박막증착장치에 사용되는 기판 지지부와 배플의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 박막증착장치에 사용되는 가스 분사부의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 배기부에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 설명하기 위한 일부 절개 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 배기부에 대한 바람직한 일 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 2의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 배기부에 대한 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 박막증착장치에 이용되는 배기부에 대한 바람직한 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타내는 도면으로서, 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 다른 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면, 그리고,
도 10은 본 발명에 따른 박막증착장치의 배기라인의 구성에 대한 바람직한 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 반응기 210: 기판 지지부 220: 가스 분사부
230: 배기부 240: 펌프부 250: 스크러버부
260: 중앙퍼지가스 공급장치 270a, 270b, 270c: 가스 공급장치
212: 서셉터 205: 박막증착공간 231: 배플
236a, 236b: 유입공 238a, 238b: 배기구
237: 배기홈부 202: 외벽부 233: 내벽부
201: 바닥부 239: 하륜부

Claims (8)

  1. 반응기;
    상기 반응기 내부에 회전 가능하게 설치되며 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판 안착부를 구비하는 기판 지지부;
    상기 기판 지지부의 상부에 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스 공급장치와 상기 복수의 원료가스 공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스 공급장치가 방사형으로 설치되는 가스 분사부;
    상기 기판 지지부 둘레를 감싸도록 고리형으로 배치되며, 상기 복수의 원료가스를 상기 반응기 외부로 가이드하여 배기시키도록 하는 배기홈부와, 상기 원료가스를 배기하기 위한 복수의 배기구가 형성되어 있는 배기부; 및
    상기 배기부로 유입된 가스를 상기 반응기 외부로 배출하기 위하여 상기 복수의 각 배기구와 연결되는 복수의 펌프;를 포함하며,
    상기 각 원료가스 공급장치를 통해 공급된 원료가스가 서로 다른 배기구를 통해 배기되도록 상기 각 원료가스 공급장치의 주변에 적어도 하나의 배기구가 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기홈부는,
    상기 반응기의 외벽부와, 상기 반응기 외벽부로부터 상기 기판 지지부를 향해 연장형성되어 고리형으로 배치되는 바닥부와, 상기 바닥부로부터 상측으로 연장형성되며 상기 반응기 외벽부와 일정거리 이격되도록 상기 기판 지지부와 반응기 외벽부 사이에 고리형으로 배치되는 내벽부에 의하여 둘러싸여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 원료가스 공급장치는 상기 가스 분사부의 중심점을 기준으로 서로 마주하게 2개 배치되고, 상기 2개의 원료가스 공급장치 각각의 하측 영역에 상기 배기구가 적어도 하나 배치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기부는,
    고리형의 판상으로 형성되어 상기 배기홈부의 개방된 상측을 덮도록 설치되며, 상기 복수의 원료가스가 상기 배기홈부로 유입될 수 있도록 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 유입공이 형성되어 있는 배플을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 분사부는,
    상기 방사형으로 배치된 원료가스 공급장치들의 중앙부에 배치되어, 상기 복수의 원료가스들이 상기 기판 지지부의 상부에서 혼합되지 않도록 상기 원료가스들을 퍼지하기 위한 퍼지가스가 공급되는 중앙퍼지가스 공급장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 분사부와 상기 기판 지지부의 각 중앙부 중 어느 하나에는 볼록하게 돌출부가 형성되며, 다른 하나에는 상기 돌출부를 수용하기 위하여 오목하게 삽입홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  7. 삭제
  8. 반응기, 기판 지지부, 가스 분사부 및 배기부를 구비하는 복수의 공정챔버; 및
    상기 공정챔버 내의 가스를 외부로 배기하기 위한 복수의 펌프;를 포함하며,
    상기 기판 지지부는 상기 반응기 내부에 회전가능하게 설치되며, 상면에 기판을 안착시키는 복수의 기판 안착부를 구비하고,
    상기 가스 분사부는 상기 기판 지지부의 상부에 방사형으로 설치된 서로 다른 종류의 원료가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 원료가스 공급장치와 상기 복수의 원료가스 공급장치 사이에 배치되어 상기 원료가스를 퍼지하는 퍼지가스를 상기 기판 지지부 상으로 공급하는 복수의 퍼지가스 공급장치를 구비하며,
    상기 배기부는 상기 기판 지지부 둘레를 감싸도록 고리형으로 배치되며, 상기 복수의 원료가스를 상기 반응기 외부로 가이드하여 배기시키도록 복수의 배기구가 마련된 배기홈부를 구비하되, 상기 각 원료가스 공급장치를 통해 공급된 원료가스가 서로 다른 배기구를 통해 배기되도록, 적어도 하나의 배기구가 상기 각 원료가스 공급장치의 주변과 인접하게 배치되며,
    상기 복수의 펌프는 상기 공정챔버에 형성되어 있는 배기구와 연결되되, 상기 각 공정챔버에 형성되어 있는 복수의 배기구 중 동일한 가스를 배기하는 배기구는 동일한 펌프에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
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