KR101101967B1 - 회전형 분사 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 회전형 가스 분사 장치는 제 1 반응유체 유로와 제 1 냉각유체 유로를 가지는 구동축과, 상기 구동축을 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징의 측벽을 관통하여 상기 제 1 반응유체 유로 및 상기 제 1 냉각유체 유로와 각각 연결되는 제 2 반응유체 유로 및 제 2 냉각유체 유로와, 상기 구동축 하부의 상기 제 1 반응유체 유로 및 상기 제 1 냉각유체 유로와 각각 연결되는 제 3 반응유체 유로 및 제 3 냉각유체 유로를 가지며, 다수의 반응유체 분사공이 상기 제 3 반응유체 유로의 하부에 연결되어 형성되는 분사기를 포함한다. 본 발명은 공정시 반응유체의 주입과 동시에 냉각유체를 주입함으로써, 회전형 분사 장치 및 반응유체의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
박막 증착 장치, 방사형, 분사기, 회전 분사 장치, 냉각유체, 반응유체
Description
도 1은 일반적인 박막 증착 장치를 도시한 개략도.
도 2는 종래 회전형 분사 장치의 하우징과 구동축을 도시한 종단면도.
도 3은 종래 회전형 분사 장치의 하우징을 도시한 단면사시도.
도 4는 종래 회전형 분사 장치의 구동축에 연결된 분사기를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 하우징과 구동축을 도시한 종단면도.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 회전형 분사 장치의 분사기의 횡단면과 종단면을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 하우징과 구동축을 도시한 종단면도.
도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 하우징과 구동축의 일부를 도시한 단면사시도.
도 10은 본 발명에 따른 제 3 실시예의 하우징과 구동축을 도시한 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 구동축 2 : 하우징
3 : 분사기 4 : 가스 배출구
5 : 서셉터 지지대 6 : 서셉터
7 : 웨이퍼 8 : 웨이퍼 척
9 : 히터 10 : 플랜지부
11 : 주입공 12 : 마그네틱 시일
13 : 오링 14 : 공급관
15 : 환형홈 16 : 분사암
17 : 분사공
20 : 구동축 21 : 하우징
22 : 분사기 23 : 분사암
24 : 오링 25 : 플랜지부
26 : 실링 27 : 분사공
30 : 제 1 반응유체 유로 31 : 제 2 반응유체 유로
32 : 제 3 반응유체 유로 33 : 환형홈
40 : 제 1 냉각유체 유로 50 : 제 2 냉각유체 유로
41, 51 : 공급관 42, 52 : 배기관
60 : 제 3 냉각유체 유로 70 : 환형홈
80 : 볼트부 90 : 제 1 드레인포트 유로
91 : 환형홈 100 : 제 1 하우징
110 : 제 2 하우징
본 발명은 회전형 분사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 표면에 소정의 막을 증착시키는 박막 증착 장치에 사용되는 회전형 분사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(Sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다. 여기서 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상증착법(APCVD; Atmospheric Pressure CVD), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD; Low Pressure CVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.
그러나 반도체 소자의 디자인 룰(Design Rule)이 급격하게 줄어듦으로 인해 미세 패턴의 박막이 요구되었고, 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(Step Coverage)가 매우 우수한 단원자층 증착 방법(ALD; Atomic Layer Deposition)의 사용이 증대되고 있다. 즉, 반도체 제조 공정의 게이트 산화막, 커패시터 유전막 및 확산 방지막과 같은 박막의 증착에 사용된다.
원자층 증착 방법(ALD)이란, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착(CVD; chemical vapour deposition) 방법과 유사하다. 그러나, 통상의 화학 기상 증착 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 챔버 내로 주입하여 웨이퍼의 상방에서 발생된 반응 생성물을 웨이퍼에 증착하는 것인 반면, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 웨이퍼의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 상기 웨이퍼의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착한다는 점에서 상이하다.
이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 매우 우수하며, 특히 불순물 함유량이 월등히 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.
도 1은 상기 설명한 바와 같은 방법으로 웨이퍼 표면에 소정의 막을 증착시키기 위해 사용되는 일반적인 박막 증착 장치를 도시한 개략도이다.
도면을 참조하면, 공정 챔버 하부에는 내부 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(4)가 마련된다. 공정 챔버 내에는 서셉터 지지대(5)가 수평으로 설치된다. 서셉터 지지대(5) 상에는 복수 개의 서셉터(6)가 놓여지며, 각각의 서셉터(6) 상에는 웨이퍼(7)가 안착되며, 서셉터(6) 상면에는 웨이퍼(7)의 수평 이동을 방지하기 위한 웨이퍼 척(8)이 설치된다. 서셉터 지지대(5)는 서셉터(6)가 놓이지 않은 부분에 가스 배출구(4)와 연결되는 적어도 하나의 관통 구멍을 가진다. 또한 박막의 재증착을 억제시키기 위하여 서셉터(6) 내부에는 동심원 구조로 배치되는 웨이퍼(7)의 가열 수단인 히터(9)가 설치된다.
공정 챔버의 상부에는 구동축(1)과, 하우징(2)과, 분사기(3)로 구성된 회전형 분사 장치가 설치된다. 공정 진행시, 회전형 분사 장치는 공정 챔버 내부에 설치되어, 회전하면서 반응유체를 분사함으로써 웨이퍼(7) 상에 균일하게 박막을 증착할 수 있다. 경우에 따라서는, 회전형 분사 장치 대신에 서셉터 지지대(5)를 수평 회전 운동시킬 수 있도록 서셉터 지지대(5)를 수평 회전 가능하게 설치한다. 또한, 공정에 따라서 회전형 분사 장치와 서셉터(6) 사이의 거리를 조절할 필요가 있으므로, 서셉터 지지대(5)와 구동축(1)을 각각 상하 운동할 수 있도록 설치한다.
도 2 내지 도 4는 종래 회전형 분사 장치를 설명하기 위한 것이다.
도 2를 참조하면, 내부에 다수의 공급관(14)이 형성되어 있는 구동축(1)과, 구동축(1)의 외부를 둘러싸는 원통 형상의 하우징(2)과, 상기 하우징(2)의 측벽 일부에 형성된 주입공(11)과, 하우징(2)과 공정 챔버를 결합하는 플랜지부(10)와, 상기 구동축(1)과 하우징(2) 사이에 고리 모양으로 형성되는 다수의 마그네틱 시일(12, Magnetic Seal)로 구성된다.
구동축(1)은 하우징(2) 내벽에 삽입되어 공정 챔버 내부로 수직하게 내삽된다. 하우징(2)은 공정 챔버의 상부 외벽에 수직하게 플랜지 결합된다. 하우징(2)에는 공정 챔버와 밀착되는 부분에서 리크(leak)가 발생하지 않도록 오링(13)이 마련된다.
구동축(1)의 내부에는 각각이 길이 방향으로 연장된 4개의 공급관(14)이 90도씩 서로 이격 형성된다. 하우징(2)의 내벽 둘레를 따라서는 4개의 환형홈(15)이 형성되어 있다. 각각의 공급관(14)의 일단은 환형홈(15)과 연통되도록 설치된다. 하우징(2)의 측벽에는 측벽을 관통하여 4개의 환형홈(15)과 각각 연결되는 주입공(11)이 4개 마련된다. 환형홈(15) 및 공급관(14)은 서로 일대일 대응하도록 동일한 개수로 설치된다.
도 3은 회전형 분사 장치의 하우징에 형성된 하나의 환형홈(15)과 이에 연결되는 주입공(11)을 도시한 단면사시도이다.
도면을 참조하여 가스의 공급에 대하여 설명하면, 하우징(2)의 측벽 일부에 형성된 주입공(11)을 통해 소정의 가스가 주입된다. 주입된 가스는 주입공(11)에 연통된 환형홈(15)을 통해 구동축(1)에 형성된 공급관(14)에 유입되고, 각 공급관(14)의 끝에 위치하는 분사기(3)를 통하여 공정 챔버 내부로 분산된다. 구동축(1)이 회전하더라도, 4개의 공급관(14)과 4개의 환형홈(15)은 일대일 대응 상태로 항상 연통하기 때문에, 상기의 가스 공급은 구동축(1)의 회전에 관계없이 항상 이루어진다.
구동축(1)은 하우징(2)과 밀착되면서 회전 운동할 수 있도록 설치된다. 구동축(1)이 용이하게 회전할 수 있도록 하우징(2)의 내벽에는 베어링이 설치되며, 구동축(1)과 하우징(2)은 마그네틱 실링에 의해 서로 밀착된다.
도 4는 종래 회전형 분사 장치의 구동축에 연결된 분사기를 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 분사기는 구동축(1)의 삽입 끝단에서 공급관(14)과 각각 연결되어 수평하게 방사형으로 분기되는 4개의 분사암(16)을 가지며, 각각의 분사 암(16) 하부에는 다수 개의 분사공(17)이 마련된다.
분사기는 구동축(1)의 회전 운동에 의해 수평 회전한다.
주입공(11)으로 공급된 가스는 주입공(11)에 대응하는 환형홈(15)과, 이에 연통되는 공급관(14)을 거쳐, 최종적으로 분사기의 분사공(17)을 통하여 공정 챔버의 내부로 분사된다.
그러나 이와 같은 분사기는 공정시 공정 챔버 내부에 설치되어, 높은 공정 온도로 인해 분사기의 온도가 쉽게 상승하게 된다. 더욱이 회전형 분사 장치는 회전하는 특성상 분사기의 온도는 물론 분사기를 통해 공급되는 반응유체의 온도를 제어하기 어려운 단점이 있다. 따라서 분사기의 온도 상승으로 인한 손상을 입어 장치의 수명을 단축시킬 수 있으며, 공정 온도가 높아질수록 분사기를 회전시켜주는 구동축과 하우징의 온도 역시 상승하여 구동축과 하우징 사이의 마그네틱 실이 열화되는 문제점이 있고, 이는 공정의 안정성 저하를 야기한다.
또한 온도 제어 없이 회전형 분사 장치를 사용하는 경우에 시간이 지날수록 분사기에 반응유체가 흡착되어 파티클로 되고, 장시간의 공정 진행시 이러한 파티클이 공정 대상물에 떨어져 손상을 줄 수 있으며, 공정을 방해할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분사기와 그로부터 공급되는 반응유체의 온도를 적절하게 제어하여, 분사기에 반응물이 흡착되어 생기는 파티클의 발생을 억제할 수 있는 회전형 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 분사기에서 분사되는 반응유체의 온도를 조절하여 공정을 다양화할 수 있는 회전형 분사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응유체의 온도를 일정한 수준으로 유지하여 구동축과 하우징 사이의 마그네틱 실의 열화를 방지하고, 그로 인해 공정의 안정성을 높이며, 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 회전형 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제 1 반응유체 유로와 제 1 냉각유체 유로를 가지는 구동축과, 상기 구동축을 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징의 측벽을 관통하여 상기 제 1 반응유체 유로 및 상기 제 1 냉각유체 유로와 각각 연결되는 제 2 반응유체 유로 및 제 2 냉각유체 유로와, 상기 구동축 하부의 상기 제 1 반응유체 유로 및 상기 제 1 냉각유체 유로와 각각 연결되는 제 3 반응유체 유로 및 제 3 냉각유체 유로를 가지며, 다수의 반응유체 분사공이 형성되는 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사장치를 제공한다. 상기 제 1 냉각유체 유로, 상기 제 2 냉각유체 유로는 각각 공급관 및 배기관을 포함하고, 상기 제 3 냉각유체 유로는 그 일단이 제 1 냉각유체 유로의 공급관과 연결되고 타단이 제 1 냉각유체 유로의 배기관과 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 2 반응유체 유로 및 상기 제 2 냉각유체 유로와 각각 연결되며, 상기 하우징의 내주연을 따라 연장되어 설치되는 제 4 반응유체 유로 및 제 4 냉각유체 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징과 상기 구동축 사이의 상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부 및 하부에는 실링 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로는 횡방향으로 시작부분과 종결부분이 만나 서로 연통할 수 있으며, 상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로는 환형홈일 수 있다.
상기 하우징은 상기 제 2 냉각유체 유로가 설치되어 있는 제 1 하우징과 상기 제 2 반응유체 유로가 설치되는 제 2 하우징으로 분리될 수 있다. 상기 제 1 하우징의 하부에 상기 제 2 하우징이 설치되며, 상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징 사이에 누설 냉각유체 제거 장치를 설치할 수 있다. 상기 누설 냉각유체 제거 장치는 에어 샤워일 수 있다.
상기 제 2 냉각유체 유로가 설치된 상기 하우징의 하부에 드레인 포트를 더 포함할 수 있다. 상기 드레인 포트는 상기 하우징 측벽을 관통하는 제 1 드레인포트 유로와 상기 제 1 드레인포트 유로와 연결되며 상기 하우징의 내주연을 따라 연장되고 시작부분과 종결부분이 서로 연통하는 제 2 드레인포트 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 드레인 포트는 상기 제 1 드레인포트 유로와 연결되는 누설감지 센서와 감압수단을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징과 상기 구동축 사이의 상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부, 하부 및 상기 제 2 드레인포트 유로의 하부에 실링 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 실링 장치는 마그네틱 실 또는 기계적 실을 사용할 수 있다.
상기 제 4 반응유체 유로의 상부 및 하부에는 마그네틱 실을 사용하고, 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부 및 하부와 상기 제 2 드레인포트 유로의 하부에는 기계적 실을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 회전형 분사 장치 내에 냉각유체가 통과하는 관을 형성하여 분사기와 공정에 참여하는 반응유체의 온도를 제어하도록 한다. 냉각유체가 통과하는 관은 다수개의 반응유체 유로를 포함하는 구동축 내에 별도로 형성되어, 구동축 하단의 분사기로 연결된다. 이는 분사기 내의 반응유체 유로를 둘러싸며 냉각유체 유로를 형성한다. 이와 연결되는 구동축 내 냉각유체 유로는 냉각유체를 주입하는 공급관과 순환을 마친 냉각유체를 회수하는 배기관을 포함한다.
즉, 외부로부터 공급관을 통하여 공급받은 냉각유체는 분사기에서 반응유체가 분사되는 반응유체 유로를 둘러싼 냉각유체 유로를 돌아 순환한 후, 배기관을 통해 밖으로 빠져나갈 수 있도록 한다. 이 때 주입되는 냉각유체의 양 및 온도를 조절하여 분사기와 반응유체의 온도를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 회전형 분사 장치의 제 1 실시예를 도시한 것이며, 도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 회전형 분사 장치의 분사기의 횡단면과 종단면을 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예는 내부에 하나 이상의 제 1 반응유체 유로(30) 및 제 1 냉각유체 유로(40)를 포함하는 구동축(20)과, 구동축(20)의 외부를 둘러싸는 하우징(21)과, 구동축(20)의 하부에 연결되고, 제 3 반응유체 유로(32) 및 제 3 냉각유체 유로(60)를 포함하는 분사기(22)를 포함한다.
구동축(20)의 내부에는 각각이 길이 방향으로 연장 형성된 4개의 제 1 반응유체 유로(30)가 90도씩 서로 이격 형성되어, 도 5에서는 중앙면을 절단하여 보이는 2개의 제 1 반응유체 유로(30)만이 도시되어 있다. 이는 도면에 도시한 바와 같이 한정되지 않고, 다양한 위치와 방향으로 형성 가능하다. 또한 본 실시예는 구동축(20) 내부에 4개의 제 1 반응유체 유로(30)가 마련되나, 이에 한정되지 않고, 구동축(20) 내 제 1 반응유체 유로(30)의 개수는 공정 변수에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
상기 하우징(21) 측벽에는 외부로부터 제 1 반응유체 유로(30)에 반응유체를 주입하기 위한 다수 개의 제 2 반응유체 유로(31)와 냉각유체의 입출력을 위한 제 2 냉각유체 유로(50)를 포함한다. 이는 구동축(20) 내부에 형성된 제 1 반응유체 유로(30) 및 제 1 냉각유체 유로(40)에 각각 연결된다. 제 1 냉각유체 유로(40) 및 제 2 냉각유체 유로(50)는 공급관(41, 51) 및 배기관(42, 52)을 포함한다.
또한 구동축(20)의 하부에 연결된 분사기(22)는 구동축(20) 하단의 제 1 반응유체 유로(30)로부터 연결되어 수평하게 방사형으로 분기되어 형성된 제 3 반응 유체 유로(32)를 포함한다. 분사기(22)의 제 3 냉각유체 유로(60)는 상기 제 3 반응유체 유로(32)와 분리되어 이들 주위를 둘러싸도록 연장 형성되고, 제 3 냉각유체 유로(60)의 양단이 구동축(20) 하단의 제 1 냉각유체 유로(40)의 공급관(41)과 배기관(42)에 각각 연결된다. 또한, 분사기(22) 내부의 제 3 반응유체 유로(32)의 하부에 형성된 다수 개의 분사공(27)을 더 포함한다.
상술한 바와 같이 도 5에서 상기 하우징(21)의 측벽 일부에는 다수 개의 제 2 반응유체 유로(31) 및 제 2 냉각유체 유로(50)가 형성된다. 또한 상기 제 2 반응유체 유로(31) 및 제 2 냉각유체 유로(50)와 각각 연결되며, 상기 하우징(21)의 내주연을 따라 연장되어 설치되는 제 4 반응유체 유로 및 제 4 냉각유체 유로를 포함한다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 제 2 반응유체 유로(31)는 하우징(21)의 내벽 둘레를 따라서 형성된 제 4 반응유체 유로, 예를 들어 환형홈(33)을 통해 각각의 제 1 반응유체 유로(30)에 연통되도록 설치된다. 또한 제 1 냉각유체 유로(40)의 공급관(41) 및 배기관(42)은 상기와 마찬가지로 환형홈(70)을 통해 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51) 및 배기관(52)에 각각 연통되도록 설치된다. 그리하여 구동축(20)이 회전하더라도, 다수 개의 제 2 반응유체 유로(31) 및 제 2 냉각유체 유로(50)는 각각의 환형홈과 일대일 대응 상태로 존재하기 때문에, 상기의 반응유체 및 냉각유체 공급은 구동축(20)의 회전에 관계없이 항상 이루어진다.
환형홈(33) 및 제 2 반응유체 유로(31)는 서로 일대일 대응하도록 동일한 개수로 설치된다. 여기서 각각의 환형홈(33) 또는 제 1 반응유체 유로(30)에 대응되는 제 2 반응유체 유로(31)의 개수는 1개로 도시되어 있으나, 반응유체의 원활한 유동을 위해 그보다 많을 수도 있다. 마찬가지로 제 1 냉각유체 유로(40)의 공급관(41) 및 배기관(42)에 각각 대응되는 상기 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51) 및 배기관(52)은 도시한 바와 같이 1개일 수도 있고, 냉각유체의 원활한 유동을 위해 그보다 많을 수도 있다.
또한 도 5에서는 상기 구동축(20)의 외주에 형성된 다수의 반응유체 유로의 입구, 즉 제 2 반응유체 유로(31)들이 상하로 수직선 상에 분포하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 각기 공급되는 반응유체의 종류와 공급 주기 및 공급량을 제어하기 위해 하나의 수직선 상에 분포하지 않고 서로 분산되어 위치할 수 있다. 예를 들어 이를 통해 구동축(20)이 회전하면서 소스 가스가 유입되는 경우에는 반응 가스 및 퍼지 가스가 차단되고, 반응 가스가 유입되는 경우에는 소스 가스 및 퍼지 가스가 차단되는 등의 반응으로 가스 공급을 제어할 수 있다.
제 2 반응유체 유로(31) 및 제 2 냉각유체 유로(50)의 위치는 도시한 바와 같이 한정되지 않으나, 냉각유체의 흐름을 통해 분사기(22) 뿐 아니라 구동축(20)에까지 냉각 및 온도 제어의 효과를 높이기 위하여 하우징(21) 내 제 2 냉각유체 유로(50)가 제 2 반응유체 유로(31)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다. 그리하여 공정 진행시 구동축(20)의 제 1 반응유체 유로(30)를 따라 이동하는 반응유체의 온도를 일정한 수준으로 유지할 수 있고, 뿐만 아니라 제 4 반응유체 유로(33)의 상, 하부에 설치되는 구동축(20)과 하우징(21) 사이의 마그네틱 실의 열화를 방지할 수 있다.
반응유체 유로 및 냉각유체 유로의 단면 형상은 직사각형, 원형 등과 같이 공정 상의 편의에 따라 다양한 형상으로 가능하다.
상기 구동축(20)과 하우징(21) 사이에는 반응유체 및 냉각유체의 누설을 방지하기 위해 형성된 다수의 실링(26) 장치를 포함한다. 상기 제 4 반응유체 유로의 상부 및 하부에는 마그네틱 실을 사용하고, 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부 및 하부에는 기계적 실을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 하우징(21)과 공정 챔버를 결합하는 플랜지부(25)와, 플랜지부(25)와 공정 챔버가 접속하는 면에 시일을 위한 오링(24)을 더 포함한다.
본 발명의 분사기의 횡단면을 도시한 도 6을 참조하면, 분사기(22)는 구동축(20)의 끝단에서 각각의 제 1 반응유체 유로(30)로부터 연결되어 수평하게 방사형으로 분기되어 형성된 제 3 반응유체 유로(32)와, 상기 제 3 반응유체 유로(32)를 둘러싸도록 연장 형성되고, 양단이 구동축(20) 하단의 제 1 냉각유체 유로(40)의 공급관(41)과 배기관(42)에 각각 연결된 제 3 냉각유체 유로(60)를 포함한다. 즉, 분사기(22) 내의 제 3 냉각유체 유로(60)는 상기 방사형으로 형성된 제 3 반응유체 유로(32)를 따라 둘러싸며, 제 3 냉각유체 유로(60)의 일단은 구동축(20) 내 제 1 냉각유체 유로(40)의 공급관(41)과 연결되고, 제 3 냉각유체 유로(60)의 타단은 구동축(20) 내 제 1 냉각유체 유로(40)의 배기관(42)과 연결된다.
또한, 도 7은 본 발명의 분사기에 있어서 도 6에 도시한 Ⅰ-Ⅰ′선상의 단면을 도시한 것으로, 제 3 반응유체 유로(32)의 하부에는 다수 개의 분사공(27)이 형성되어 있다. 상기 제 3 반응유체 유로(32)로 주입되는 반응유체는 하부로 연결된 다수 개의 분사공(27)을 통해 직접 공정 챔버 내부로 분사되기 때문에 이를 둘러싼 제 3 냉각유체 유로(60)로 유입되는 냉각유체와의 직접적인 반응은 없다. 이러한 냉각유체 유로에 주입되는 냉각유체의 양 및 온도를 조절함으로써, 제 3 냉각유체 유로(60)가 둘러싼 제 3 반응유체 유로(32)를 통과하는 반응유체의 온도를 제어할 수 있다. 또한 냉각유체가 분사기의 내부를 순환하기 때문에, 공정 챔버 내부에 설치되어 높은 공정 온도로 인해 쉽게 가열될 수 있는 분사기의 온도를 제어할 수 있다. 따라서 분사기에 흡착되는 파티클의 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 반응유체의 온도를 조절하여 공정을 보다 다양하게 할 수 있다. 또한 장시간의 공정 진행시 회전하는 분사기의 온도 제어가 가능하고, 뿐만 아니라 구동축과 분사기의 내부를 통하여 온도를 조절함으로써, 높은 공정 온도에 의해 마그네틱 실이 열화되는 것을 방지할 수 있고, 단축될 수 있는 장치의 수명을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 6에서는 4개의 분사암(23)을 갖도록 구동축(20)의 끝단에서 4개의 제 3 반응유체 유로(32)가 각각의 제 1 반응유체 유로(30)와 연결되어 수평하게 방사형으로 분기하여 구성되었으나, 방사형으로 분기되는 제 3 반응유체 유로(32), 즉 분사암(23)의 수는 이에 한정되지 않고, 반응 가스의 종류 및 개수 등 공정 변수에 따라 다양화하여 형성할 수 있다.
또한, 냉각유체가 공급관으로부터 공급되어 다수개의 제 3 반응유체 유로(32)를 경유하여 순환한 후 최종적으로 배기관으로 배기되는데, 이 때 공급관으로부터 멀어질수록 냉각 효과가 떨어지기 때문에, 제 3 냉각유체 유로(60)를 다수개로 형성하여 각각의 제 3 반응유체 유로(33)를 각각 둘러싸도록 형성할 수 있다. 예를 들어 4개의 분사암(23)을 갖는 분사기(22)에서, 도면에 도시된 바와 같이 하나의 제 3 냉각유체 유로(60)를 형성하여 각각의 제 3 반응유체 유로(32)를 순차적으로 둘러싸며 순환한 후 배기될 수 있고, 4개의 제 3 냉각유체 유로(60)를 형성하여 4개의 분사암(23)을 각각 순환한 후 배기시켜 냉각 효과를 더욱 높일 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 공정상 변수에 따라 2개의 분사암(23)을 기준으로 하여 제 3 냉각유체 유로(60)를 형성하거나, 다양한 구성이 가능하다.
또한, 분사기의 냉각 효과를 높이기 위하여 제 3 냉각유체 유로(60)의 형태도 다양하게 구성할 수 있다. 도면에는, 제 3 냉각유체 유로(60)가 각각의 분사암(23)의 외곽을 따라 ‘ㄷ'자 형으로 제 3 반응유체 유로(32)를 둘러싸고 있으나, 이에 한정되지 않고, 각 분사암(23)의 외곽을 따라 나선형으로 제 3 반응유체 유로(32)를 둘러싸도록 형성할 수 있다. 또한, 제 3 냉각유체 유로(60)의 형태를 분사기(22)의 중앙으로부터 제 3 반응유체 유로(32)의 하부에 형성된 다수개의 분사공(27) 사이를 지그재그 식으로 통과하도록 한후, 각 분사암의 끝단에서 상부 외곽을 따라 중앙으로 유동하도록 형성할 수도 있다.
상기 분사기(22)와 상기 구동축(20)은 도 6에 도시한 바와 같이 볼트부(80)를 형성함으로써, 분사기(22)와 구동축(20) 사이에 (도시되지 않은) 오링과 같은 실링 부재를 개재시키고 볼트로 조립할 수 있다. 또한 상기 구동축(20)과 상기 분사기(22)를 용접하여 조립할 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 회전형 분사 장치의 동작을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 공정시 반응유체의 주입과 동시에 냉각유체를 주입함으로써, 회전형 분사 장치 및 반응유체의 온도를 제어한다.
먼저, 외부에서 제 2 반응유체 유로(31)를 통해 반응유체를 주입한다. 이 때 공정에 따라 제 2 반응유체 유로(31)들에 각각 주입되는 반응유체는 모두 다른 반응유체일 수도 있고, 경우에 따라서는 일부가 같은 반응유체일 수도 있다. 또한 원자층 증착 방법에 따라 순차적으로 원하는 반응유체를 주입할 수 있다. 주입된 반응유체는 각각의 제 2 반응유체 유로(31)를 포함한 하우징(21) 내벽 둘레를 따라서 형성된 각각의 환형홈(33)을 통해 제 1 반응유체 유로(30)에 주입된다. 각각의 제 1 반응유체 유로(30)에 주입된 반응유체는 분사기(22)의 제 3 반응유체 유로(32)에 전달되어 제 3 반응유체 유로(32) 하부에 형성된 분사공(27)에 의해 공정 챔버 내부에 분사되고, 이렇게 분사된 반응유체는 웨이퍼 표면에 흡착된다.
반응유체의 주입과 동시에 외부에서 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51)을 통해 소정 온도의 냉각유체를 주입한다. 주입된 냉각유체는 상기와 마찬가지로 제 2 냉각유체 유로(50)를 포함한 하우징(21) 내벽 둘레를 따라서 형성된 환형홈(70)을 통해 제 1 냉각유체 유로(40)에 주입된다. 제 1 냉각유체 유로(40)에 주입된 냉각유체는 분사기의 제 3 냉각유체 유로(60)의 일단에 전달되고, 수평하게 방사형으로 분기되어 구성된 반응유체 제 3유로(32)를 둘러싸며 유동하게 된다. 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51)을 통해 소정 압력으로 냉각유체의 지속적인 주입을 실시하면, 주입된 냉각유체는 제 3 냉각유체 유로(60)를 통해 제 3 반응유체 유로(32)의 둘레를 통과하면서 박막 증착 장치의 열에 의해 가열되는 분사기(22)를 냉 각시킨 후, 제 3 냉각유체 유로(60)의 타단에 연결된 제 1 냉각유체 유로(40)의 배기관(42)으로 이동하며 제 2 냉각유체 유로(50)의 배기관(52)을 통해 외부로 배출된다. 이 때 지속적으로 냉각유체를 주입하여 냉각유체의 양과 온도를 조절함으로써, 분사기와 반응유체를 원하는 온도로 제어하는 것이 가능하다. 따라서 장시간 공정을 진행하는 경우에도 높은 공정 온도로 인해 분사기가 가열됨으로 분사기에서 파티클이 발생하는 것을 방지하고, 분사기의 온도를 제어함으로써 그의 수명 향상에도 기여할 수 있다.
도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 설명하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 회전형 분사 장치는 구동축(20)과 하우징(21) 사이에서 주입된 냉각유체가 누설되는 경우에 공정 챔버 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 별도의 드레인 포트(drain port)를 형성할 수 있다. 이는 도 9에 도시한 바와 같이 냉각유체가 주입되고 회수되는 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51) 및 배기관(52)의 하부에 형성하고, 누설 발생시 누설된 냉각유체가 하부의 제 4 반응유체 유로에 혼합되어 공정 챔버 내부로 유입되지 않도록 반응유체 유로의 상부에 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 이는 한정되지 않고, 다양한 위치에 형성 가능하며, 1개가 아니라 다수 개를 적용할 수도 있다. 또한 상기 드레인 포트의 하부에는 실링 장치를 더 포함한다. 이는 기계적 실을 사용하는 것이 바람직하다.
도 9를 참조하면, 상기 드레인 포트는 하우징(21) 측벽을 관통하는 제 1 드레인포트 유로(90)와, 상기 제 1 드레인포트 유로(90)와 연결되며 상기 하우징(21)의 내주연을 따라 연장되어 형성된 환형홈(91)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 드레 인포트 유로(90)에는 냉각유체의 누설을 감지하기 위한 누설 감지 센서와 감압 수단을 연결하여 설치할 수 있다. 센서를 장착하여 냉각유체의 누설을 상시 확인함으로써, 누설된 냉각유체가 공정 챔버 내부로 유입되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
상기 드레인 포트의 작용을 설명하면 다음과 같다. 하우징(21)의 상부에 위치한 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51)과 배기관(52)을 통한 냉각유체의 흐름 중에 구동축(20)과 하우징(21) 사이의 간격에서 누설이 발생하는 경우, 누설된 냉각유체는 하부로 이동하며 드레인 포트에 이르게 된다. 드레인 포트에서는 환형홈(91)에 모이는 누설된 냉각유체를 제 1 드레인포트 유로(90)를 통해 외부로 배출시킨다. 이 때 누설 감지 센서에서 냉각유체의 누설을 감지하면 상기 감압 수단을 작동시켜 환형홈(91)에 부압을 발생시켜 누설된 냉각유체를 외부로 즉시 배출시킴으로써, 더욱 효율적으로 냉각유체의 누설을 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 제 3 실시예를 설명하기 위한 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 회전형 분사 장치는 구동축(20) 외부를 둘러싸는 하우징(21)을 제 2 냉각유체 유로(50)를 포함한 제 1 하우징(100)과, 그 하부에 분리되어 형성되고 제 2 반응유체 유로(31)를 포함하는 제 2 하우징(110)으로 분리하여 구성할 수 있다. 공정 진행시 상기 제 1 하우징(100)에서 하우징(21)과 구동축(20) 사이에서 냉각유체의 누설이 발생하는 경우에, 누설된 냉각유체가 하부로 이동하며 제 2 하우징(110)을 통하여 공정 챔버 내부로 인입되는 것을 방지하고, 공정 챔버 외부로 배출될 수 있다. 또한, 누설된 냉각유체를 제거하는 별도의 처리 장치, 예를 들어 누설되는 냉각유체를 바람에 의해 증발시키는 에어 샤워 등을 설치하여 더욱 효과적으로 적용할 수 있다.
이 때 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제 1 하우징(100)의 하부에 상기 설명한 드레인 포트를 형성하여 냉각유체의 누설을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 상기 드레인 포트는 하우징 측벽을 관통하는 제 1 드레인포트 유로와, 상기 제 1 드레인포트 유로와 연결되며 상기 하우징(21)의 내주연을 따라 연장되어 형성된 환형홈을 포함하며, 제 2 냉각유체 유로(50)의 하부에 형성된다. 상기 제 2 냉각유체 유로(50)의 공급관(51)과 배기관(52)을 통한 냉각유체의 흐름 중에 구동축(20)과 하우징(21) 사이의 간격에서 누설이 발생하는 경우에, 누설된 냉각유체는 하부로 이동하며 드레인 포트의 환형홈에 모이고, 이는 제 1 드레인포트 유로를 통해 외부로 배출된다.
또한 상기 드레인 포트에 누설 감지 센서를 장착하여 냉각유체의 누설을 상시 확인하며, 냉각유체의 누설을 감지하면 감압 수단을 동작시켜 외부로 누설된 냉각유체를 배출시킴으로써, 누설된 냉각유체가 공정 챔버 내부로 유입되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 회전형 분사 장치는 회전하는 분사기와 그로부터 공급되는 반응유체의 온도를 적절하게 제어하여 분사기에 반응물이 흡착되어 생기는 파티클의 발생을 억제하고, 반응유체의 온도를 조절함으로써 공정을 다양하게 할 수 있는 장점이 있다. 또한 반응유체의 온도를 일정한 수준으로 유지하여, 구동축과 하우징 사이의 마그네틱 실의 열화를 방지한다. 마그네틱 실의 열화 방지로 인해 공정의 안정성을 높이고, 마그네틱실의 수명을 연장시킬 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
Claims (15)
- 제1 반응유체 유로와 제 1 냉각유체 유로를 가지는 구동축;상기 구동축을 둘러싸는 하우징;상기 하우징의 측벽을 관통하여 상기 제 1 반응유체 유로 및 상기 제 1 냉각유체 유로와 각각 연결되는 제 2 반응유체 유로 및 제 2 냉각유체 유로; 및상기 구동축 하부의 상기 제 1 반응유체 유로 및 상기 제 1 냉각유체 유로와 각각 연결되는 제 3 반응유체 유로 및 제 3 냉각유체 유로를 가지며, 다수의 반응유체 분사공이 형성되는 분사기를 포함하며,상기 제 1 냉각유체 유로, 상기 제 2 냉각유체 유로는 각각 공급관 및 배기관을 포함하고, 상기 제 3 냉각유체 유로는 그 일단이 제 1 냉각유체 유로의 공급관과 연결되고 타단이 제 1 냉각유체 유로의 배기관과 연결되는 회전형 분사장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 제 2 반응유체 유로 및 상기 제 2 냉각유체 유로와 각각 연결되며, 상 기 하우징의 내주연을 따라 연장되어 설치되는 제 4 반응유체 유로 및 제 4 냉각유체 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 3에 있어서,상기 하우징과 상기 구동축 사이의 상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부 및 하부에 실링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 3에 있어서,상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로는 횡방향으로 시작부분과 종결부분이 만나 서로 연통하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로는 환형홈인 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 하우징은 상기 제 2 냉각유체 유로가 설치되어 있는 제 1 하우징과 상기 제 2 반응유체 유로가 설치되는 제 2 하우징으로 분리되는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 제 1 하우징의 하부에 상기 제 2 하우징이 설치되며, 상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징 사이에 누설 냉각유체 제거 장치를 설치하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 8에 있어서,상기 누설 냉각유체 제거 장치는 에어 샤워인 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제 2 냉각유체 유로가 설치된 상기 하우징의 하부에 드레인 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 10에 있어서,상기 드레인 포트는 상기 하우징 측벽을 관통하는 제 1 드레인포트 유로와 상기 제 1 드레인포트 유로와 연결되며 상기 하우징의 내주연을 따라 연장되고 시작부분과 종결부분이 서로 연통하는 제 2 드레인포트 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 11에 있어서,상기 드레인 포트는 상기 제 1 드레인포트 유로와 연결되는 누설감지 센서와 감압수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 11에 있어서,상기 하우징과 상기 구동축 사이의 상기 제 4 반응유체 유로 및 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부, 하부 및 상기 제 2 드레인포트 유로의 하부에 실링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 13에 있어서,상기 실링 장치는 마그네틱 실 또는 기계적 실을 사용하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
- 청구항 14에 있어서,상기 제 4 반응유체 유로의 상부 및 하부에는 마그네틱 실을 사용하고, 상기 제 4 냉각유체 유로의 상부 및 하부와 상기 제 2 드레인포트 유로의 하부에는 기계적 실을 사용하는 것을 특징으로 하는 회전형 분사 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020050013968A KR101101967B1 (ko) | 2005-02-21 | 2005-02-21 | 회전형 분사 장치 |
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