KR101103292B1 - 다중노즐 화학증착 리액터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스주입구로부터 배기구까지의 경로가 균등해지도록 반응가스를 챔버의 측면에서 주입하는 다중 노즐을 구비하여 서셉터 상의 기판에 균일한 농도의 반응가스가 살포되도록 함과 아울러, 가스 주입구에서 먼 위치의 기판에도 고농도의 반응가스가 공급되도록 하여 기판 상에 균일한 박막이 형성되도록한 다중노즐 화학기상증착 리액터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 반응가스 배기구의 형상을 부드러운 곡선 형상으로 형성하여, 챔버 내부에서 반응가스의 난기류 발생에 의한 파티클 생성 및 박막성장 저해를 방지하도록 한 다중노즐 화학기상증착 리액터에 관한 것이다.

Description

다중노즐 화학증착 리액터{The reactor for chemical vapor deposition include multiple nozzle}

본 발명은 화학기상증착 리액터에 관한 것으로 특히, 가스주입구로부터 배기구까지의 경로가 균등해지도록 반응가스를 챔버의 측면에서 주입하는 다중 노즐을 구비하여 서셉터 상의 기판에 균일한 농도의 반응가스가 살포되도록 함과 아울러, 가스 주입구에서 먼 위치의 기판에도 고농도의 반응가스가 공급되도록 하여 기판 상에 균일한 박막이 형성되도록한 다중노즐 화학기상증착 리액터에 관한 것이다.

반도체 소자, 집적회로의 제조를 위해 다양한 형태의 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposiotion) 방법이 사용되고 있다. 이 화학기상증착(CVD)을 위한 장비는 증착이 이루어지는 리액터(Reactor)를 포함하여 구성된다. 이러한 화학기상증착(CVD)에 있어서 리액터는 웨이퍼와 같은 기판 상에 금속 산화막과 같은 박막을 형성하는 매우 중요한 구성요소이다.

리액터는 기판 상에 균질, 균일한 박막을 형성하는 중요한 장치로써 다양한 방식의 장치들이 이용되고 있으나, 보편적으로 박막을 형성하는 반응가스 공급수단, 기판을 거치하고 일정 온도로 가열하는 서셉터, 서셉터와 기판을 수용하여 반응환경을 제공하는 하우징으로 구성된다. 이러한 리액터들은 반응가스의 주입 방식, 주입위치, 반응 보조 가스의 사용여부, 배기방법, 서셉터의 형태, 가스의 배기방법, 작업가능한 기판의 종류 및 크기 등이 다른 다양한 종류의 장비가 개발되어 사용되고 있다. 대표적으로 아익스트론(Aixtron), 토마스스완(Thomas Swan), 주성엔지니어링, 니뽄산소 등에서 제조한 장비들이 다수 이용되고 있다. 이들 업체에서 제조되는 리액터의 경우 기판이 거치된 서셉터의 중앙에서 기판 상에 가스를 주입하고 반응이 이루어진 잔여가스를 서셉터의 가장자리 부분을 통해 배기하거나, 서셉터의 일측에서 기판 상에 반응가스를 주입하고 타측에서 배기하거나, 서셉터 상부에 배치되는 샤워헤드를 통해 반응가스를 주입하는 방식을 이용한다.

하지만 이러한 방식들은 서셉터의 중앙에서 배기구에 인접한 위치로 진행할 수록 반응가스의 농도가 낮아지고 반응이 이루어진 잔여가스의 비율이 커지거나, 샤워헤드의 형성을 위한 복잡한 제조과정을 필요로하는 문제점이 있다. 특히, 이러한 종래의 리액터들은 작은 면적 또는 적은 수의 기판을 처리하는데 있어서는 큰 문제가 되지 않으나, 다수의 기판을 동시에 작업하거나, 다양한 크기의 기판을 작업하는데 있어서는 한계를 가지며, 공정 후에도 균일한 박막을 형성하기 어려운 문제점이 발생한다.

구체적으로 일측에서 흡기하여 타측으로 배기하는 방식의 경우 많은 수의 기판을 동시에 작업하기 곤란하며, 기판의 크기가 변하는 경우 리액터를 이에 맞게 다시 제조해야 하는 문제점이 있다. 또한, 중앙에서 반응가스를 흡입하고 측면에서 배기하는 경우 반응가스가 주입되는 주입구에 인접한 기판과 배기구에 인접한 기판의 박막 품질이 상이해지는 문제점이 있다. 더욱이 이러한 문제는 기판의 크기 증대 및 동시 작업 기판의 수가 증가하는 경우 가스의 불균일성 증대 및 리액터 내부 가스의 대류 현상 등으로 급격한 품질저하가 발생되는 문제점이 있다. 또한, 샤워헤드를 사용하는 리액터의 경우 수만개 이상의 튜브를 진공브래이징을 이용하여 접합하며, 튜브 수의 3배 내지 5배 이상의 브래이징 포인트가 발생함으로 인해, 기계적인 강도 저하에 따른 단수명, 대면적 또는 다수 기판 처리를 위한 리액터 제조에 따른 비용 상승과 같은 문제점이 발생한다.

또한, 이러한 종래의 리액터는 흡기 및 배기 과정에서 챔버 내부에 가스의 난류(터뷸런스)를 발생시키며, 이러한 난류는 박막의 성장에 영향을 미쳐 불균일한 박막을 형성의 원인이 되고, 챔버 내부의 파티클 생성 및 파티클에 의한 박막 손상과 같은 문제점을 야기하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 가스주입구로부터 배기구까지의 경로가 균등해지도록 반응가스를 챔버의 측면에서 주입하는 다중 노즐을 구비하여 서셉터 상의 기판에 균일한 농도의 반응가스가 살포되도록 함과 아울러, 가스 주입구에서 먼 위치의 기판에도 고농도의 반응가스가 공급되도록 하여 기판 상에 균일한 박막이 형성되도록한 다중노즐 화학기상증착 리액터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 반응가스 배기구의 형상을 부드러운 곡선 형상으로 형성하여, 챔버 내부에서 반응가스의 난기류 발생에 의한 파티클 생성 및 박막성장 저해를 방지하도록 한 다중노즐 화학기상증착 리액터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중노즐 화학기상증착 리액터는 화학기상증착을 위한 리액터에 있어서, 상부가 개구되고 바닥면에 필라홀이 형성된 원통 기둥 형상의 보톰하우징, 링형상으로 형성되고 상기 보톰하우징의 상기 개구된 상부에 결합되며 제1 및 제2사이드하우징을 포함하여 구성되는 사이드 하우징 및 상기 개구된 상부를 덮도록 상기 사이드 하우징에 결합되는 어퍼하우징을 구비하고 상기 보톰하우징, 상기 사이드 하우징 및 상기 어퍼하우징에 의해 내부 작업공간을 형성하는 하우징; 상기 하우징 내부의 상기 작업공간에 배치되는 원형 판상의 서셉터; 파이프 형상으로 형성되고 상기 서셉터의 중앙에서 상기 서셉터를 관통하여 결합되며, 일단이 상기 필라홀을 통해 상기 하우징의 외부로 노출되는 필라; 상기 서셉터의 배면에 배치되어 상기 서셉터 및 상기 서셉터에 거치되는 기판을 가열하는 히터; 상기 하우징의 외부로 노출된 상기 필라에 결합되어, 상기 필라의 회전을 위한 회전력을 제공하는 로테이터; 링형상으로 형성되고 상기 제1 및 제2사이드하우징 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2사이드하우징과 상기 화학기상증착을 위한 반응가스의 주입경로를 형성하는 씰블럭; 및 상기 씰블럭에 결합되고 주입공을 통해 상기 씰블럭의 상기 주입경로와 연통되는 가스주입구;를 포함하여 구성되고, 상기 주입경로는 상기 씰블럭과 상기 제1 및 제2사이드 하우징이 맞닿는 상기 씰블럭의 상면 및 하면 중 어느 한 면 이상에 형성되며, 상기 씰블럭과 상기 제1 및 제2사이드하우징 중 어느 하나 이상을 음각하여 형성된다.

상기 주입경로는 상기 씰블럭의 상면 및 하면 중 어느 한 면을 따라 상기 씰블럭의 내주연과 동심의 호선 형태의 분기경로로 형성되고, 상기 호선의 종단은 다음 단의 상기 분기경로 또는 상기 작업공간과 연결되는 노즐과 연결된다.

상기 분기경로는 상기 씰블럭의 상기 주입공과 연결되는 제1분기경로; 상기 제1분기경로의 상기 호선 양측 종단 각각에서 서로 다른 방향의 상기 동심의 호선형태로 형성되는 제2분기경로; 상기 제2분기경로의 상기 호선 양측 종단 각각에서 서로 다른 방향의 상기 호선형태로 형성되고 상기 호선의 양측 종단에서 상기 노즐과 연결되는 제3분기경로를 포함하여 구성된다.

상기 분기경로는 상기 서로 다른 방향으로 형성되는 호선의 길이가 같게 형성된다.

상기 노즐은 복수로 구성되고, 상기 작업공간 내부에서 상기 노즐 간의 간격이 동일하게 형성된다.

상기 필라는 상기 작업공간에 위치하는 일측 종단이 나팔 형태로 확장되는 개구부가 형성된다.

원뿔대 형상으로 형성되고, 상기 원뿔대의 상면과 하면 중 넓은 면인 상기 하면 상기 작업공간에 노출되는 상기 어퍼하우징의 배면에 결합되며, 상기 상면과 경사면이 이어지는 모서리 및 상기 하면과 상기 어퍼하우징이 이어지는 경계가 곡선처리된 놀블럭을 더 포함하여 구성된다.

상기 놀블럭의 상기 상면이 상기 필라의 상기 개구부 내에 위치하고, 상기 놀블럭 경사면의 경사도와 상기 개구부의 경사도가 같게 형성된다.

본 발명에 따른 화학기상증착 리액터는 가스주입구로부터 배기구까지의 경로가 균등해지도록 반응가스를 챔버의 측면에서 주입하는 다중 노즐을 구비하여 서셉터 상의 기판에 균일한 농도의 반응가스가 살포되도록 함과 아울러, 가스 주입구에서 먼 위치의 기판에도 고농도의 반응가스가 공급되도록 하여 기판 상에 균일한 박막이 형성하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 화학기상증착 리액터는 반응가스 배기구의 형상을 부드러운 곡선 형상으로 형성하여, 챔버 내부에서 반응가스의 난기류 발생에 의한 파티클 생성 및 박막성장 저해를 방지하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 다중노즐 화학기상증착 챔버의 외부 형태를 간략하게 도시한 예시도.
도 2는 도 1의 단면 예시도.
도 3은 도 1 및 도 2의 씰블럭과 씰블럭의 일면을 도시한 예시도.
도 4는 씰블럭의 타면을 도시한 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 참조번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다중노즐 화학기상증착 챔버의 외부 형태를 간략하게 도시한 예시도이고, 도 2는 도 1의 단면 예시도이다. 또한, 도 3은 도 1 및 도 2의 씰블럭과 씰블럭의 일면을 도시한 예시도이며, 도 4는 씰블럭의 타면을 도시한 예시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 다중노즐 화학기상증착 챔버는 하우징(100), 씰블럭(200), 필라(300), 로테이터(400), 서셉터(500), 히터(600), 가스주입구(700) 및 놀블럭(800)을 포함하여 구성된다.

하우징(100 : 110, 120, 150)은 기판의 증착 공정을 위한 작업 공간을 형성하고, 외부와 작업 공간을 격리하는 역할을 한다. 이러한 하우징(100)은 내부에 서셉터(500), 히터(600) 및 필라(300)를 수용하고, 증착을 위한 반응 가스가 주입되는 가스주입구(700), 작업공간 내부의 상태 및 기판의 상태를 모니터링하기 위한 다수의 센서, 기판의 투입 및 배출을 위한 장치등이 설치된다. 여기서, 본 발명의 도면 및 상세한 설명에서는 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성들만 표현하고 이외의 구성은 설명의 편의를 위해 생략하기로 한다. 생략된 구성들은 불필요한 구성이 아니며, 필요에 따라 추가 및 변형이 가능하다. 이와같은 하우징(100)은 씰블럭(200)과 함께 반응가스를 챔버 내부의 작업공간으로 주입하는 경로를 형성한다. 구체적으로 하우징(100)은 어퍼하우징(110)과 사이드하우징(120) 및 보톰하우징(150)을 포함하여 구성된다. 이 중 사이드하우징(120)은 한쌍으로 구성되고, 한쌍의 사이드하우징(120) 사이에 씰블럭(200)이 배치되며, 씰블럭(200)과 사이드하우징(120)이 맞닿는 면에 가스주입을 위한 분기경로가 형성된다. 반응가스는 이러한 분기경로롤 통해 가스주입구(700)로부터 챔버 내부의 작업공간으로 공급되게 된다.

어퍼하우징(110)은 사이드 하우징(120)과 결합되어 챔버를 밀폐하며, 내부에 어퍼블럭(111)과 놀블럭(800)이 결합된다. 이 어퍼하우징(110)은 원형 판상의 형태로 형성되며, 챔버 내부의 상태를 확인하기 위한 센서들이 설치되는 공간으로 이용된다. 한편, 어퍼하우징(110)의 배면 즉, 챔버 내부의 작업공간에 노출되는 면에는 어퍼블럭(111)과 놀블럭(800)이 결합된다. 어퍼블럭(111)은 중앙에 놀블럭(800)이 결합되고, 원형 판상으로 형성되어 서셉터(600)와 일정한 거리를 유지하도록 어퍼하우징(110)에 결합된다. 이 어퍼블럭(111)은 서셉터(600)와 균등한 간격을 유지하고, 이를 통해 서셉터(600)와 어퍼블럭(111) 사이의 공간을 통해 반응가스가 지나갈 수 있게 하는 역할을 한다. 이러한 어퍼블럭(111)은 주입되는 반응가스의 압력 및 양에 따라 서셉터(600)와의 간격이 조절되며, 이를 통해 반응가스가 서셉터(600) 상의 기판에 증착이 용이하게 이루어지게 하는 역할을 한다. 한편, 놀블럭(800)은 어퍼블럭(111)의 중심에 결합되어, 어퍼블럭(111)의 중심에 홀을 형성하고, 이 홀을 관통하도록 결합된다. 이러한 놀블럭(800)에 대해서는 이후에서 좀더 상세히 설명하기로 한다.

사이드하우징(120)은 어퍼하우징(110) 및 보톰하우징(150)을 연결하여 결합시키고, 챔버를 밀폐하여 내부의 작업공간을 형성함과 아울러, 가스주입구(700)로부터 공급되는 가스를 작업공간 내부로 주입하는 가스 이동경로 및 노즐의 역할을 한다. 이를 위해 사이드 하우징(120)은 제1 및 제2사이드하우징(121a, 121b)로 구성된다. 제1사이드하우징(121a)은 어퍼하우징(110)에 결합되고, 제2사이드하우징(121b)은 보톰하우징(150)에 결합된다. 이러한 제1사이드하우징(121a)과 제2사이드하우징(121b)의 사이에는 씰블럭(200)이 게재되며, 씰블럭(200)과 제1 및 제2사이드하우징(121a, 121b)가 밀착하여 결합된다. 반응가스의 경로는 씰블럭(200)과 제1 및 제2사이드하우징(121a, 121b)이 맞닿는 면에 형성된다. 구체적으로 씰블럭(200)과 제1사이드하우징(121a) 사이에 제1가스 경로가 형성되고, 씰블럭(200)과 제2사이드하우징(121b)이 맞닿는 면에 제2가스 경로가 형성된다. 이러한 제1 및 제2 가스경로는 사이드하우징(120)과 씰블럭(200)이 맞닿는 면에 홈을 판 형태로 형성이 된다. 즉, 사이드 하우징(120) 또는 씰블럭(200) 중 어느 하나에 홈을 파고, 나머지 하나와 밀착시킴으로써 튜브형태의 제1 또는 제2가스 경로를 형성하게 된다. 본 발명에서는 씰블럭(200)에 가스 경로의 형성을 위함 홈을 형성한 것으로 도시하였으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 사이드하우징(120) 또는 양측 모두에 홈을 파서 가스 경로를 형성하는 것이 가능하다. 이러한 가스 경로에 대해서는 씰블럭(200)에 대한 설명을 통해 좀더 상세히 하기로 한다.

보톰하우징(150)은 내부에 작업공간을 형성하도록 일측이 개구된 원통 기둥 형상으로 형성된다. 보톰하우징(150)은 개구된 일측을 통해 사이드 하우징(120) 중 제2사이드하우징(121b)와 결합되고, 이를 통해 내부 공간을 밀폐하게 된다. 이 보톰하우징(150)의 바닥(151)에는 내부에 설치되는 필라(300)가 외부의 로테이터(400)와 연결될 수 있도록 필라(300)가 관통하는 필라홀(152)이 형성된다.

씰블럭(200)은 제1 및 제2사이드하우징(120 : 121a, 121b)의 사이에 게재되고, 제1 및 제2사이드하우징(120)과 밀착하여 결합된다. 특히, 씰블럭(200)은 제1 및 제2사이드하우징(120)과 함께 반응가스의 이동경로인 분기경로(201)를 형성한다. 이러한 분기경로(201)는 사이드하우징(120)과 씰블럭(200)이 맞닿는 면에 홈을 파서 형성되는 것으로, 사이드하우징(120)과 씰블럭(200)이 맞닿아 튜브 형상의 가스 경로를 형성하게 된다. 이러한 씰블럭(200)에는 가스주입구(700)가 결합되고, 가스주입구(700)는 분기경로(201)와 연통되어 가스를 분기경로(201)를 통해 작업공간으로 공급하게 된다. 한편 씰블럭(200)은 타원형 링 형상으로 형성되어 제1 및 제2사이드 하우징(120)의 사이에 결합된다.

필라(300)는 서셉터(500)를 회전시키는 회전축의 역할과 함께 작업공간 내부의 반응가스를 외부로 배출하는 반응가스 배출구의 역할을 한다. 이를 위해 필라(300)는 내부에 중공(310)이 형성된 원통 기둥 형상으로 형성되고, 보톰하우징(150)의 필라홀(300)을 통해 일단이 하우징(100)의 외부로 노출되어 로테이터(400)에 결합된다. 또한, 필라(300)는 작업공간 내부에 수용되는 타측 종단이 개구되어 반응가스가 필라(300) 내부로 유입될 수 있게 형성되며, 이 타측 종단에 서셉터(500)가 결합된다. 필라(300)는 로테이터(400)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하고, 이를 통해 서셉터(500)는 작업공간 내에서 회전시키게 된다. 필라(300)의 개구부(320)는 어퍼하우징(110)과 마주대하는 종단에 형성되며, 필라(300)의 개구부(320)는 놀블럭(800)의 사면(820)과 대응되는 경사각을 가지도록 깔대기 형성으로 종단이 확장된다.

로테이터(400)는 필라(300)의 일측 종단과 결합되어 필라(300)에 회전력을 제공함과 아울러 필라(300)의 중공(310) 내부를 통해 이동하는 반응가스를 외부로 배기하는 역할을 한다. 이를 위해 로테이터(400)는 필라(300)의 회전을 위한 모터, 기어 및 반응가스의 배기를 위한 배기장치를 포함하여 구성된다.

서셉터(500)는 증착공정에 투입되는 기판을 고정 및 회전시키는 역할을 한다. 이러한 서셉터(500)는 원형 판상으로 형성되고, 중앙부분에 필라(300)와 결합되어, 필라(300)의 회전에 따라 회전하게 된다. 서셉터(500)는 다양한 형태로 제작될 수 있으나, 도 3에서는 5개의 스테이지(510)를 가지는 서셉터(500)를 일례로써 도시하였다. 각 스테이지(510)에는 크기가 서로 다른 기판(550)이 고정될 수도 있고, 동일한 기판을 각 스테이지(510)에 나누어 고정하고, 증착공정을 진행할 수도 있다. 이러한 스테이지(510)들은 서셉터(500)의 회전에 따라 자전하도록 하는 것이 가능하며, 이를 통해 반응가스와 기판(550)의 접촉이 활발히 이루어지게 하는 것이 가능하다. 아울러, 서셉터(500)는 어퍼하우징(110)의 어퍼블럭(111)과 반응가스와 기판(550)의 접촉이 활발해질 수 있도록 일정한 간격으로 이격되어 설치된다. 이러한 서셉터(500)와 어퍼블럭(111) 사이의 간극은 반응가스의 이동경로로 활용되어 기판(550)과 접촉한 반응가스가 필라(300)의 개구부(320)로 이동할 수 있게 하는 역할을 한다.

히터(600)는 서셉터(500) 상에 고정되는 기판(550)을 증착공정이 진행되는 동안 가열하는 역할을 한다. 히터(600)는 기판(550)을 균일하게 높은 온도로 가열하고, 서셉터(500)의 회전에 지장을 주지 않도록 서셉터(500)의 배면에 이격되어 설치된다. 이러한 히터(600)는 고주파를 이용한 튜브타입 히터나 저항히터를 이용할 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

가스주입구(700)는 외부의 가스 공급라인 또는 가스 공급장치와 연결되어, 이들 공급라인 또는 공급장치로부터 공급되는 반응가스를 분기경로(201)에 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 가스주입구(700)는 씰블럭(200)에 결합되며, 씰블럭(200)에 형성된 주입공(299)을 통해 분기경로(201)와 연통된다. 이러한 가스주입구(700)는 씰블럭(200)에 각각 형성되는 분기경로(201)와 연결되어 증착공정에 필요한 3족 또는 5족 가스를 각각 공급하는 역할을 한다.

놀블럭(800)은 가스노즐(240)로부터 분출되어 서셉터(500) 상의 기판(550)과 반응한 반응가스가 필라(300)의 개구부(320)를 통해 배출되도록 하기 위해 어퍼블럭(111)에 결합된다. 이 놀블럭(800)은 서셉터(500)를 통과한 반응가스가 필라(300)를 통해 배출될 때 발생하는 반응가스의 터뷸런스(난기류) 발생을 방지하여, 터뷸런스에 의한 파티클 생성, 생성된 파티클에 의한 기판 손상, 터뷸런스에 의한 반응가스와 기판의 접촉효율 저하를 방지하는 역할을 한다. 이 놀블럭(800)은 도시된 바와 같이 어퍼블럭(111)에서 필라(300)의 개구부(320)를 향해 돌출된 원뿔대 형태로 형성되어 어퍼블럭(111)에 결합된다. 특히, 놀블럭(800)은 반응가스의 흐름이 일정해지고, 반응가스의 흐름이 저해됨으로써 발생하는 터뷸런스를 억제하기 위해 외부면이 모나지 않게 곡면처리된다. 이를 위해 놀블럭은 상면(810), 상면(810)에 비해 넓은 면적의 하면(825) 및 상면(810)과 하면(825)을 잇는 경사면(820)을 가지도록 형성되며, 상면(810)과 경사면(820)이 이어지는 부분, 경사면(820)과 어퍼블럭(111)이 이어지는 부분이 부드러운 곡면을 이루도록 곡선처리 된다. 이러한 놀블럭(800)의 상면(810)은 필라(300)의 개구부(320)를 통해 필라(300)의 중공(310) 내부에 위치하게 된다. 특히, 놀블럭(800)은 반응가스의 흐름이 자연스럽게 이루어지도록 필라(300) 개구부(320)의 경사각과 놀블럭(800) 경사면(820)의 경사각이 거의 같게 형성된다. 이를 통해 필라(300) 개구부(320)와 놀블럭(800) 경사면(820) 사이의 간극이 일정하게 유지됨으로써 반응가스의 흐름 또는 배출속도가 변하지 않게 되며, 이를 통해 챔버 내부에서의 터뷸런스를 억제할 수 있게 된다.

한편, 도 3과 도 4에는 씰블럭과 씰블럭에 형성된 분기경로가 도시되어 있다.

본 발명에서는 분기경로(201)가 가스 주입을 위한 통로로 이용된다. 이를 위해 본 발명에서는 분기경로(201)가 씰블럭(200) 또는 사이드하우징(120) 둘 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 형성될 수 있다. 여기서, 본 발명에서는 분기경로(201)가 씰블럭(200)에 형성된 경우를 예로 들어 설명하기로 하며, 이를 토대로 씰블럭(200) 또는 사이드하우징(120) 어느 하나 이상에 적용하는 것은 용이하여 별도의 설명은 생략하기로 한다.

분기경로(201)는 도 3에 도시된 바와 같이 씰블럭(200)이 사이드하우징(120)과 맞붙는 면에 형성된다. 이 분기경로(201)는 씰블럭(200)의 표면을 음각하여 형성되며, 사이드하우징(120)이 씰블럭(200)과 맞붙어 결합됨으로써 분기경로(201)를 튜브형태로 폐쇄하게 되어 도 2에서와 같이 단면 형태가 각형 또는 원형의 형태로 완성되며, 전체적으로 튜브의 형태를 이루게 된다. 이러한 분기경로(201)는 가스주입구(700)과 주입공(299)을 통해 연통되어 연결되고, 주입공(299)을 통해 분기경로(201)에 가스가 주입되게 된다.

이와같은 분기경로(201)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 씰블럭(200)의 상면 및 하면(여기서 씰블럭의 상면은 제1사이드하우징과 맞닿는 면, 하면은 제2사이드하우징과 맞닿는 면으로 정의하기로 한다.)을 따라 형성된다. 특히, 분기경로는 주입공(299)을 기준으로 서로 다른 방향으로 상면 또는 하면을 따라 길게 형성되어 제1분기경로(210)가 형성되고, 제1분기경로(210)의 종단에서 다시 분기되어 제2 분기경로(220)가 형성되며, 제2분기경로(220)의 종단에서 다시 분기되어 제3분기경로(230)가 형성된다. 그리고, 제3분기경로(230)의 종단에는 챔버 내부로 가스를 분출할 수 있도록 제3분기경로(230)의 종단마다 노즐(240)이 형성된다.

이러한 분기경로(201)에 있어서 제1 내지 제3분기경로(210 내지 230) 각각은 주입공(299) 이전 분기경로(201)와 연결된 지점에서 씰블럭 면을 따라 분기되는 경로의 길이가 거의 같게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제1분기경로(210)의 경우 주입공(299)으로부터 제1분기경로(210)의 양측 종단까지의 길이가 같은 것이 바람직하다.

또한, 노즐(240)의 단면적 합은 주입공(299) 단면적에 대해 90 내지 95%로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 주입공(299)보다 노즐(240)의 총 단면적으로 적게 함으로써 분기경로(201) 내의 가스압력을 일정하게 유지하고, 이를 통해 노즐(240)로부터 분사되는 가스의 압력 및 양을 일정하게 유지할 수 있기 때문이다. 또한, 각 분기경로(201)는 상위 분기경로(201)의 단면적에 비해 절반의 단면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제2분기경로(220)의 단면적은 제1분기경로(210) 단면적의 대략 절반의 값을 가지는 것이 가스의 공급을 원활히하고, 분기경로(201) 내의 가스압을 일정하게 유지하는 점에서 유리하다.

아울러, 노즐(240)간의 간격은 등간격을 이루는 것이 바람직하다. 노즐(240)이 씰블럭(200)의 내주연 즉 챔버 내부에 노출되는 면에 등간격으로 배치되도록 함으로써, 기판(550)에 공급되는 가스의 양을 균일하게 할 수 있으며, 챔버 내부에 전체적으로 균일한 양의 가스가 공급되도록 할 수 있다.

이러한 분기경로(201)는 도2에 도시된 것과 같이 씰블럭(200)의 상면 및 하면에 각각 형성되어, 각각 서로 다른 반응 가스가 챔버 내부로 주입되는 경로로 이용된다.

이러한 본 발명에 따른 리액터는 씰블럭(200)에 노즐을 형성하고, 챔버 중앙에서 배기가 이루어지도록 함으로써, 미반응가스의 농도가 낮아질 수 있는 서셉터 중앙 부분에 가스들이 취합되도록 함으로써 미반응가스의 농도를 서셉터 전면에서 거의 일정하게 유지할 수 있음은 물론, 미반응가스의 배출을 최대한 억제하고, 균일한 박막을 기판 상에 형성하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 리액터는 씰블럭 또는 사이드하우징의 면을 음각 가공하여 분기경로 및 노즐을 형성함으로써 제조가 용이하고, 구조가 단순해져 생산 비용을 절감하면서도 박막 품질을 높일 수 있도록 하는 것이 가능하다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100 : 하우징 110 : 어퍼하우징
111 : 어퍼블럭 120 : 사이드하우징
150 : 보톰하우징 200 : 씰블럭
201 : 분기경로 210 : 제1분기경로
220 : 제2분기경로 230 : 제3분기경로
240 : 노즐 300 : 필라
400 : 로테이터 500 : 서셉터
600 : 히터 700 : 가스주입구
800 : 놀블럭 810 : 상면
820 : 경사면 825 : 하면

Claims (8)

1. 화학기상증착을 위한 리액터에 있어서,
   상부가 개구되고 바닥면에 필라홀이 형성된 원통 기둥 형상의 보톰하우징, 링형상으로 형성되고 상기 보톰하우징의 상기 개구된 상부에 결합되며 제1 및 제2사이드하우징을 포함하여 구성되는 사이드 하우징 및 상기 개구된 상부를 덮도록 상기 사이드 하우징에 결합되는 어퍼하우징을 구비하고 상기 보톰하우징, 상기 사이드 하우징 및 상기 어퍼하우징에 의해 내부 작업공간을 형성하는 하우징;
   상기 하우징 내부의 상기 작업공간에 배치되는 원형 판상의 서셉터;
   파이프 형상으로 형성되고 상기 서셉터의 중앙에서 상기 서셉터를 관통하여 결합되며, 상기 작업공간에 위치하는 일측 종단이 나팔 형태로 확장되는 개구부가 형성되고, 타측 종단이 상기 필라홀을 통해 상기 하우징의 외부로 노출되는 필라;
   상기 서셉터의 배면에 배치되어 상기 서셉터 및 상기 서셉터에 거치되는 기판을 가열하는 히터;
   상기 하우징의 외부로 노출된 상기 필라에 결합되어, 상기 필라의 회전을 위한 회전력을 제공하는 로테이터;
   링형상으로 형성되고 상기 제1 및 제2사이드하우징 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2사이드하우징과 상기 화학기상증착을 위한 반응가스의 주입경로를 형성하는 씰블럭;
   상기 씰블럭에 결합되고 주입공을 통해 상기 씰블럭의 상기 주입경로와 연통되는 가스주입구; 및
   
   원뿔대 형상으로 형성되고, 상기 원뿔대의 상면과 하면 중 넓은 면인 상기 하면이 상기 작업공간에 노출되는 상기 어퍼하우징의 배면에 결합되며, 상기 상면과 경사면이 이어지는 모서리 및 상기 하면과 상기 어퍼하우징이 이어지는 경계가 곡선처리된 놀블럭;을 포함하여 구성되고,
   
   상기 놀블럭의 상기 상면이 상기 필라의 상기 개구부 내에 위치하며, 상기 놀블럭 경사면의 경사도와 상기 개구부의 경사도가 같게 형성되고,
   
   상기 주입경로는
   상기 씰블럭, 상기 제1 및 제2 사이드하우징 중 어느 하나 이상을 음각하여 형성되고, 상기 씰블럭과 상기 제1 및 제2사이드하우징이 서로 맞붙는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 다중노즐 화학증착 리액터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 주입경로는 상기 씰블럭의 상면 및 하면 중 어느 한 면을 따라 상기 씰블럭의 내주연과 동심의 호선 형태의 분기경로로 형성되고,
   상기 호선의 종단은 다음 단의 분기경로 또는 상기 작업공간과 연결되는 노즐과 연결되는 것을 특징으로 하는 다중노즐 화학증착 리액터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 분기경로는
   상기 씰블럭의 상기 주입공과 연결되는 제1분기경로;
   상기 제1분기경로의 상기 호선 양측 종단 각각에서 서로 다른 방향의 상기 동심의 호선형태로 형성되는 제2분기경로;
   상기 제2분기경로의 상기 호선 양측 종단 각각에서 서로 다른 방향의 상기 호선형태로 형성되고 상기 호선의 양측 종단에서 상기 노즐과 연결되는 제3분기경로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중노즐 화학증착 리액터.
4. 제 2 항 또는 제3항에 있어서,
   상기 분기경로는
   서로 다른 방향으로 형성되는 상기 호선의 길이가 같은 것을 특징으로 하는 다중노즐 화학증착 리액터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 노즐은 복수로 구성되고,
   상기 작업공간 내부에서 상기 노즐 간의 간격이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 다중노즐 화학증착 리액터.
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