KR101301642B1 - 가열수단을 가지는 가스분사장치와 이를 포함하는기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 챔버를 관통하여 설치되며 다수의 내부유로를 가지는 축에 연결되는 가스분사장치에 있어서, 상기 축의 하단에 연결되는 다수의 가스분사부; 상기 다수의 가스분사부를 상기 다수의 내부유로에 각각 연결하는 다수의 가스관; 상기 다수의 가스관 중에서 적어도 하나의 가스관을 통과하는 원료물질을 가열시키는 가열수단; 상기 가열수단과 외부전원을 연결하는 전력선을 포함하는 가스분사장치와 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 선형의 램프히터 외주면을 가스관이 감싸는 구조의 가스분사장치를 챔버 내부에 구비하므로 열에너지가 충분히 전달되어 원료의 분해율이 높아진다. 따라서 원료의 사용효율이 증대하여 기판제조 비용을 낮출 수 있다. 또한 박막증착속도가 크게 향상되어 수율증가로 인한 생산성 향상을 기대할 수 있다. 또한 램프히터를 사용함에 따라급속가열이 가능하므로 공정시간을 전반적으로 단축시킬 수 있다.

램프히터, 가스분사장치

Description

가열수단을 가지는 가스분사장치와 이를 포함하는 기판처리장치{Gas injection device having heating means and substrate processing apparatus comprising the same}

도 1은 세미배치 방식의 원자층증착장치의 개략 구성을 나타낸 단면도

도 2는 가스밸브 어셈블리의 단면도

도 3은 세미배치 방식의 원자층증착장치에 설치된 가스밸브 어셈블리의 사용상태도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략 구성을 나타낸 단면도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스분사장치의 사시도

도 6은 가스분사부가 가스분사장치의 저면에 결합된 모습을 나타낸 단면도

도 7은 가스분사부가 가스분사장치의 하단 측부에 결합된 모습을 나타낸 단면도

도 8은 퍼지가스용 내부유로를 가지는 가스밸브어셈블리의 단면도

도 9는 십자형 가스분사장치를 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 기판처리장치 110: 챔버

120: 기판안치대 130: 가스밸브어셈블리

131: 하우징 132: 회전축

133: 마그네틱시일 141,142: 제1, 제2 가스공급홀

151,152: 제1, 제2 내부유로 160: 가스분사장치

161: 케이스 162: 램프히터

163: 제1 가스관 164: 제2 가스관

166: 전력선 171, 172: 제1, 제2 가스분사부

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서보다 구체적으로는 원료가스의 분해율을 높이기 위하여 원료가스를 분사하기 전에 고온으로 가열시킬 수 있는 가열수단을 가지는 가스분사장치와 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 실리콘 기판 상에 회로패턴을 형성하는 공정과 기판을 소정의 크기로 절단하여 에폭시 수지 등으로 봉지하는 패키징 공정 등을 통해 제조된다.

기판상에 회로패턴을 형성하기 위해서는 소정의 박막을 형성하는 박막증착공정, 증착된 박막에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상을 통해 포토레지스터 패 턴을 형성하는 포토리소그래피 공정, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 박막을 패터닝하는 식각 공정, 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하는 이온주입공정, 불순물을 제거하는 세정공정 등을 거쳐야 하고, 이러한 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 공정챔버의 내부에서 진행된다.

이중에서 박막증착공정은 스퍼터링(Sputtering)법과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 PVD(Physical Vapor Deposition)법과 화학반응을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 크게 구분할 수 있으며, CVD법이 PVD법에 비하여 박막균일도 및 계단도포성(step coverage)이 우수하기 때문에 일반적으로 많이 사용된다. CVD법은 APCVD(Atmospheric pressure CVD), LPCVD(Low pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 법 등으로 나뉜다.

CVD법은 다수의 가스를 공정챔버의 내부로 분사한 후 화학반응을 이용하여 기판에 박막을 형성하는 방법이다.

예를 들어 질화실리콘(SiNx) 박막을 증착하기 위해서는 제1 가스인 NH3와 제2 가스인 SiH4를 챔버 내부로 한꺼번에 분사하여야 하며, 이를 통해 반응결과물인 질화실리콘(SiNx)이 기판에 증착하게 된다.

다른 예로서, TiN박막을 형성하기 위해서는 NH3을 제1 가스로, TiCl4를 제2 가스로 사용한다.

최근에는 종래 CVD방식에 비하여 박막균일도나 계단도포성(step coverage)이 매우 우수한 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 미세패턴이 요구되는 게이트산화막(gate-oxide layer), 커패시터유전막(capacitor dielectric layer), 확산방지막(diffusion barrier layer) 등의 증착공정을 중심으로 많이 사용되고 있다.

ALD법은 제1 가스와 제2 가스를 순차적으로 분사함으로써 기판의 표면에서만 화학반응을 유도하기 때문에 하나의 원료공급 주기에서 증착되는 막의 두께가 일정하고, 원료공급주기의 횟수를 조절함으로써 박막두께를 매우 정밀하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

예를 들어 질화실리콘(SiNx) 박막을 ALD법으로 증착하는 경우에는 제1 가스인 SiH4를 분사하여 기판 표면에 흡착시키고, 이어서 Ar, N2 등의 비반응성가스를 분사하여 잔류가스를 퍼지시킨 다음, 제2 가스인 NH3를 분사한다.

그러면 NH3가 기판 표면에 이미 흡착되어 있는 SiH4와 반응하여 기판(s)의 표면에 질화실리콘(SiNx) 박막이 형성된다.

이어서 다시 퍼지가스를 유입하여 잔류가스를 제거하면 1회의 증착주기가 완성되며, 이와 같은 과정을 필요한 만큼 반복함으로써 원하는 두께의 박막을 얻을 수 있다.

이러한 원자층 증착방식은 1주기 공정을 통해 얻어지는 박막의 두께가 매우 얇기 때문에 필요한 박막두께를 얻기 위해서는 전술한 주기의 증착공정을 수회 내지 수백 회 반복하여야 하므로 공정속도가 매우 늦을 수밖에 없다.

따라서 생산성을 높이기 위해 통상 4-5매의 기판을 한꺼번에 처리하는 세미배치(semi batch) 타입의 증착장치가 많이 사용된다.

도 1은 종래 세미배치 타입의 원자층증착장치(10)의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도로서, 챔버(11)와, 챔버(11)의 내부에 설치되어 다수의 기판(s)을 안치하는 기판안치대(12)를 포함한다.

기판안치대(12)는 다수의 기판안치부를 상면에 구비하고, 제1 가스와 제2 가스의 반응성을 높이기 위하여 기판(s)을 가열하기 위한 히터(13)를 내부에 구비한다.

챔버(11)의 하부에는 잔류가스를 배출하고 챔버(11)의 진공압력을 유지하기 위한 배기구(14)가 형성된다.

세미배치 타입의 원자층 증착장치(10)에서는 기판안치대(12)의 상부에 회전형 인젝터가 설치되는 점에 특징이 있다. 즉, 다수의 분사홀을 가지는 다수의 가스인젝터(31,33)가 챔버리드(11a)를 관통하여 설치되는 가스밸브어셈블리(20)의 하단에 연결하여 챔버 내부에서 회전하면서 가스를 분사한다.

가스밸브 어셈블리(20)는 원자층 증착장치와 같이 다수의 가스를 챔버 내부로 순차적으로 분사해야 하는 기판처리장치에서 가스의 주입순서를 간편하게 제어하기 위해 사용되는 것으로서, 챔버리드(11a)에 고정되는 하우징(22)과 상기 하우징(22)의 내부를 관통하여 그 단부가 챔버(11)의 내부에 위치하는 회전축(21)을 포함한다.

도 2는 챔버리드(11a)에 결합된 가스밸브어셈블리(20)의 단면구조를 상세히 예시한 것으로서, 하우징(22)은 그 측면에 제1 내지 제4 가스공급홀(25a,25b,25c,25d)을 구비하는 한편 하단부에 챔버리드(11a)에 체결되는 플랜지(22a)를 구비한다. 챔버리드(11a)와 플랜지(22a)의 사이에는 진공시일을 위한 오링(16)을 설치한다.

회전축(21)은 하우징의 상기 제1 내지 제4 가스공급홀(25a,25b,25c,25d)과 각각 연통하는 제1 내지 제4 내부유로(27a,27b,27c,27d)를 구비한다.

이때 상기 제1 내지 제4 내부유로(27a,27b,27c,27d)의 입구는 회전축(21)의 측부에 형성하고, 출구는 챔버(11) 내부에 위치하는 회전축(21)의 하단부에 형성한다.

그리고 가스밸브 어셈블리(20)와 그 하부의 기판(s)만을 나타낸 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(22)의 상기 제1 내지 제4 가스공급홀(25a,25b,25c,25d)에는 제1 내지 제4 가스공급관(41,42,43,44)을 각각 연결하고, 회전축(21)의 상기 제1 내지 제4 내부유로(27a,27b,27c,27d)의 각 출구에는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 인젝터(31,32,33,34)를 바람개비 형태로 연결한다.

따라서 예를 들어, 제1 가스공급관(41)을 통해 공급되는 제1 가스는 제1 가스공급홀(25a), 제1 내부유로(27a) 및 제1 인젝터(31)를 거쳐 분사되고, 제2 가스공급관(42)을 통해 공급된 퍼지가스는 제2 가스공급홀(25b), 제2 내부유로(27b) 및 제2 인젝터(32)를 거쳐 분사되고, 제3 가스공급관(43)을 통해 공급된 제2 가스는 제3 가스공급홀(25c), 제3 내부유로(27c) 및 제3 인젝터(33)를 거쳐 분사되고, 제4 가스공급관(44)을 통해 공급된 퍼지가스는 제4 가스공급홀(25d), 제4 내부유로(27d) 및 제4 인젝터(34)를 거쳐 분사된다.

전술한 바와 같이 회전축(21)이 회전하므로, 상기 제1 내지 제4 인젝터(31,32,33,34)는 기판안치대(12)의 상부에 원주방향으로 배열된 다수 기판(s)의 상부를 순차적으로 통과하면서 제1 가스, 퍼지가스, 제2 가스, 퍼지가스를 순차적으로 분사하므로 다수의 기판에 대한 원자층 증착공정이 한꺼번에 진행된다.

제1 내지 제4 가스공급홀(25a,25b,25c,25d)을 통해 유입되는 각 가스는 서로 섞이지 않아야 되므로 하우징(22)과 회전축(21)의 사이에는 각 유로를 서로 격리시키기 위한 시일수단으로서 마그네틱시일(50)이 설치된다.

그런데 질화막이나 TiN박막을 형성하는 경우에 제2 가스(또는 반응가스)로 사용되는 NH3는 잘 분해되지 않는 특성이 있어서 제1 가스인 SiH4나 TiCl4와 활발하게 반응하지 못하는 문제점이 있다.

또한 이러한 점을 감안하여 NH3를 충분히 공급해주어야 하기 때문에 가스사용량이 증가하여 비용이 상승하는 문제점이 발생하고, 박막의 증착속도가 낮아지는 문제점이 있다.

이런 문제를 해결하기 위하여 기판(s)의 온도를 높여 NH3의 반응성을 높이기 위하여 기판안치대(12)에 히터(13)를 내장하여 기판(s)을 가열하고 있다. 그런데 기판안치대(12)에 내장된 히터(13)는 저항성 히터로서 최대온도가 약 700℃ 정도에 불과하기 때문에 NH3의 분해도를 높이는 데는 한계가 있다.

또한 그 이상의 온도로가열할 수 있다고 하더라도 기판(s)의 변성을 초래할 우려가 있다는 문제점이 있다.

한편, 전술한 문제를 해결하기 위하여 챔버(11)의 외부에서 미리 가스를 가열하여 챔버 내부로 공급하는 방안도 연구되었으나, 분사직전까지 고온을 계속 유지하기가 용이하지 않다는 문제점과 가스밸브어셈블리(20)를 사용하는 경우에는 마그네틱시일(50)에 포함된 자성유체가 약 150℃ 이상부터 진공시일 성능이 급격히 약화되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, CVD 또는 ALD의 방법으로 박막을 증착하는 경우에 반응성을 높이기 위하여 원료물질을 분사직전에 충분히 고온으로 가열하여 분사할 수 있는 가스분사장치와 이를 포함하는 기판처리장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 챔버를 관통하여 설치되며 다수의 내부유로를 가지는 축에 연결되는 가스분사장치에 있어서, 상기 축의 하단에 연결되는 다수의 가스분사부; 상기 다수의 가스분사부를 상기 다수의 내부유로에 각각 연 결하는 다수의 가스관; 상기 다수의 가스관 중에서 적어도 하나의 가스관을 통과하는 원료물질을 가열시키는 가열수단; 상기 가열수단과 외부전원을 연결하는 전력선을 포함하는 가스분사장치를 제공한다.

이때 상기 축은 회전축이고, 상기 전력선은 상기 축의 내부를 관통하여 설치될 수 있다.

상기 가열수단은 램프히터일 수 있으며, 상기 다수의 가스관 중에서 적어도 하나는 상기 램프히터의 외주에 감길 수 있다.

또한 상기 축의 하단에는 상기 가열수단을 상기 챔버 내부공간과 격리하기 위한 케이스가 연결될 수 있으며, 이때 상기 가스분사부는, 상기 케이스의 내부공간과 격리되며 상기 가스관으로부터 공급되는 원료물질이 유입되는 확산공간; 원료물질을 상기 챔버의 내부로 분사하는 분사홀을 포함할 수 있다.

또한 상기 가스분사부는 상기 케이스에 조립식으로 결합될 수 있다.

또한 상기 케이스는 상기축과의 연결부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 다수의 분지를 포함하며, 상기 다수의 분지마다 상기 가스분사부가 설치될 수 있다. 이때 상기 다수의 분지 중에서 적어도 하나의 분지에는 상기 가열수단이 설치된다.

상기 케이스는 SUS재질일 수 있고, 상기 다수의 가스관은 SUS, 인코넬(Inconel), 티타늄(Ti), 쿼츠(quartz) 중에서 어느 하나의 재질로 제조될 수 있다.

한편 본 발명은, 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며 다수의 기판을 안치할 수 있는 기판안치대; 상기 챔버에 고정되는 하우징과, 상기 하우징과 상기 챔버를 관통하여 설치되며 다수의 내부유로를 가지는 축을 포함하는 가스밸브어셈블리; 상기 축의 하단에 연결되는 다수의 가스분사부, 상기 다수의 가스분사부를 상기 다수의 내부유로에 각각 연결하는 다수의 가스관, 상기 다수의 가스관 중에서 적어도 하나의 가스관을 통과하는 원료물질을 가열시키는 가열수단, 상기 가열수단과 외부전원을 연결하는 전력선을 포함하는 가스분사장치를 포함하는 기판처리장치를 제공한다.

상기 축 또는 상기 기판안치대가 회전할 수 있으며, 상기 축의 하단에는 상기 가열수단을 상기 챔버 내부공간과 격리하기 위한 케이스가 연결될 수 있다.

또한 상기 축의 상기 다수의 내부유로는 상기 케이스의 내부를 가압하여 반응가스의 유입을 방지하기 위한 가압용 가스유로를 포함할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세미 배치 타입의 기판처리장치(100)를 나타낸 도면으로서, 챔버(110)의 내부에 다수의 기판(s)을 한꺼번에 안치할 수 있는 기판안치대(120)가 설치되고, 기판안치대(120)의 상부에 본 발명의 실시예에 따른 가스분사장치(160)가 설치된다.

상기 가스분사장치(160)는 챔버리드(112)를 관통하여 설치되는 가스밸브어셈블리(130)의 하단에 연결된다.

가스밸브어셈블리(130)는 종래 원자층 증착장치에서 사용되던 것과 마찬가지 로, 챔버리드(114)에 결합하는 하우징(131), 하우징(131)을 관통하여 설치되며 하단부가 챔버(110) 내부에 위치하는 회전축(132)을 포함한다.

하우징(131)은 그 측면에 제1 및 제2 가스공급홀(141,142)을 구비하는 한편하단부가 챔버리드(112)에 결합된다. 제1 및 제2 가스공급홀(141,142)에는 각각 제1 및 제2 가스공급관(181,182)이 연결되며, 제1 및 제2 가스공급관(181,182)은 각각 제1 가스 및 제2 가스를 공급한다.

회전축(132)의 내부에는 하우징(131)의 상기 제1 및 제2 가스공급홀(141,142)과 각각 연통하는 제1 및 제2 내부유로(151,152)를 형성한다.

이때 제1 및 제2 내부유로(151,152)의 입구는 회전축(131)의 측부에 형성하고, 출구는 챔버(110) 내부에 위치하는 회전축(132)의 하단부에 형성한다.

도 4는 기판(s)의 상부에 제1 가스와 제2 가스만을 분사하는 기판처리장치(100)를 예시한 것이며, 제1 가스와 제2 가스의 분사전후에 퍼지가스를 분사하여 원자층 증착을 수행하는 경우에는 회전축(132)에 퍼지가스용 내부유로를 별도로 형성하여야 한다.

한편 가스분사장치(160)의 내부로 원료물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 가스분사장치(160)의 내부를 가압시킬 필요가 있을 수 있다.

이를 위하여 회전축(132)의 내부에 가압용내부유로(156)를 형성하고, 하우징(131)에는 상기 가압용 내부유로(156)와 연통하는 가압용 가스공급홀(146)을 형 성하며, 상기 가압용 가스공급홀(146)에 가압용 가스공급관(186)을 연결한다. 가압용 가스공급관(186)을 통해서는 N2, Ar 등의 비반응성가스를 공급하는 것이 바람직하다.

다만, 가스분사장치(160)의 내부가 밀봉이 잘되어 원료물질이 유입될 위험이 없는 경우에는 가압용 가스를 주입할 필요가 없기 때문에 가압용 가스공급홀(146) 및 가압용 내부유로(156)를 생략할 수도 있다.

한편, 제1 및 제2 가스공급홀(141,142)과 가압용 가스공급홀(146)을 통해 유입되는 각 가스는 서로 섞이지 않아야 하므로 하우징(131)과 회전축(132)의 사이에는 각 유로를 서로 격리시키기 위한 시일수단으로서 마그네틱시일(133)을 설치한다.

본 발명의 실시예에서는 상기 회전축(131)의 하단부에 가열수단을 가지는 가스분사장치(160)를 연결하는 점에 특징이 있다.

먼저 설명의 편의를 위하여 상기 가스분사장치(160)가 도 5에 도시된 바와 같이 일자형의 케이스(161)를 가지고 상기 케이스(161)의 중심부에 회전축(132)이 연결되는 경우를 설명한다.

상기 가스분사장치(160)는 회전축(131)의 하단부에 결합하는 케이스(161)와, 상기 케이스(161)의 내부에 설치되는 램프히터(162), 상기 케이스(161)에 결합하는 제1 가스분사부(171) 및 제2 가스분사부(172)를 포함한다.

또한 일단은 상기 회전축(132)의 제1 내부유로(151)에 연결되고 타단은 상기 제1 가스분사부(171)에 연결되는 제1 가스관(163)과, 일단은 상기 회전축(132)의 제2 내부유로(152)에 연결되고 타단은 상기 제2 가스분사부(172)에 연결되는 제2 가스관(164)을 포함한다.

이때 상기 제1 가스관(163)을 통해 분해가 어려운 가스 예를 들어 NH3가 유동한다면 상기 제1 가스관(163)을 램프히터(162)에 인접 설치하여야 한다. 도시된 바와 같이 램프히터(162)의 외주에 제1 가스관(163)을 감아주면 가스의 유동길이가 늘어나므로 가스의 분해도를 더욱 높일 수 있다.

또한 램프히터(162)와 외부전원을 연결하는 전력선(166)을 챔버(110) 외부로 인출하여야 하는데, 상기 가스분사장치(160)가 회전축(132)에 의해 회전하는 점을 감안하면 상기 전력선(166)을 회전축(132)의 내부를 관통시켜 설치하는 것이 바람직하다.

전력선(166)은 회전축(132)의 상단부에서 외부로 인출된 후에 외부전원에 연결되며, 회전축(132)의 회전중에서도 연결상태를 유지하기 위하여 슬립링 등의 연결수단을 이용한다. 상기 슬립링의 구조는 이미 공지되어 있는 것으로서 예를 들어 공개특허10-2006-37513호의 도면 6과 같은 연결구조를 가진다.

케이스(161)는 가스분사장치(160)를 구성하는 램프히터(162)와, 제1 및 제2 가스관(163,164) 등을 지지하는 한편, 내부 부재를 챔버(110) 내부로 분사된 원료물질로부터 보호하기 위하여 챔버(110) 내부의 반응공간과 가스분사장치(160)의 내 부공간을 서로 격리시키는 역할을 하며, SUS등의 재질로 제조하는 것이 바람직하다.

챔버(110)의 내부공간이 진공상태이므로 케이스(161)와 회전축(132)의 연결부분에 진공시일을 철저히 하여 케이스(161)의 내부공간을 챔버(110)의 내부와 격리시키는 것이 바람직하다.

이를 위해 케이스(160)의 중심부에 케이스연결부(165)를 형성하여 회전축(132)의 하단과 제1 및 제2 가스관(163,164), 전력선(166) 등이 연결되는 부분을 밀봉시키는 것이 바람직하다.

램프히터(162)는 쿼츠(Quartz) 재질의 램프관 속에 텅스텐 재질의 필라멘트가 내장된 것이 주로 이용되며, 1000℃ 이상의 고온을 얻을 수 있다. 이러한 램프히터(162)는 회전축(131)의 제1 내부유로(151)을 통하여 공급되는 제1 가스의 반응성을 높이기 위하여 제1 가스관(163)을 가열시키는 역할을 한다.

제1 및 제2 가스관(163,164)은 SUS 재질의 튜브를 이용할 수 있다. 다만 램프히터(162)의 외주에 감기는 가스관의 경우에는 고온에 대비하여 인코넬(Inconnel), 티타늄(Ti), 쿼츠 등의 재질로 제조할 수도 있다.

제1 가스분사부(171)와 제2 가스분사부(172)는 각각 제1 가스관(163)과 제2 가스관(144)을 통해 공급되는 제1 가스 및 제2 가스를 기판(s)의 상부로 분사하는 역할을 한다.

이를 위해 제1 가스분사부(171) 및 제2 가스분사부(172)는 각각 케이스(161)의 내부공간과 격리되는 제1 확산공간(173) 및 제2 확산공간(174)을 구비하고, 상기 제1 및 제2 확산공간(173,174)은 내부에서 일차 확산된 가스를 챔버(110) 내부로 분사하는 다수의 분사홀(175,176)을 구비한다.

제1 가스분사부(171) 및 제2 가스분사부(172)는 케이스(161)와 일체로 제조될 수도 있고, 케이스(161)에 탈부착하는 조립식으로 제작될 수도 있다.

또한 도 5의 A-A선에 따른 단면도인도 6 이나 도 7에 도시된 바와 같이 제1 가스분사부(171)는 케이스(161)의 저면과 동일한 폭을 가질 수도 있고, 케이스(161)의 저면보다 좁은 폭을 가질 수도 있다.

또한 제1 및 제2 가스분사부(171,172)의 분사홀(175,176)은 제1 및 제2 가스분사부(171,172)의 하부에 형성될 수도 있고, 측부에 형성될 수도 있다.

다만, 제1 및 제2 가스분사부(171,172)는 가스분사장치(160)에서 회전축(132)이 연결되는 중심부를 기준으로 서로 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에서 가스분사장치(160)의 일측에만 램프히터(162)를 설치한 것은 제1 가스공급관(161)을 통해 공급되는 제1 가스가 NH3이고 제2 가스공급관(162)을 통해 공급되는 제2 가스가 SiH4인 것으로 가정하고, 분해가 어려운 NH3의 반응성을 높이기 위하여 제1 가스공급관(161)만을 가열시키고자 한 때문이다.

따라서 SIH4가 유동하는 제2 가스공급관(161)을 가열하기 위한 별도의 램프 히터를 설치할 수도 있다. 즉, 가스의 종류나 공정특성에 따라서는 가스분사장치(160)에 다수의 램프히터(162)를 설치하여 여러 종류의 가스를 분사전에 가열시키는 것도 가능하다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치(100)에서 CVD법으로 기판상에 질화실리콘(SiNx) 박막을증착하는 과정을 설명한다.

먼저 챔버(110) 내부의 기판안치대(120)에 다수의 기판(s)을 안치한 후 배기구(114)를 통해 진공펌핑을 실시하여 공정분위기를 조성한다.

이어서 가스밸브어셈블리(130)의 회전축(132)을 구동시키면 기판안치대(120)의 상부에서 가스분사장치(160)가 회전한다.

이어서 제1 가스공급관(181)을 통해서 제1 가스(예, NH3)를 공급하고, 제2 가스공급관(182)을 통해서 제2 가스(예, SiH4)를 공급한다.

제1 가스는 회전축(132)의 제1 내부유로(151)를 거쳐 가스분사장치(160) 내부의 제1 가스관(163)으로 공급되며, 제1 가스관(163)이 램프히터(162)의 외주를 따라 감겨있으므로 유동과정에서 제1 가스가 고온으로 가열되어 분해된 후, 제1 가스분사부(171)의 제1 확산공간(173)을 거쳐 분사홀(175)을 통해 기판(s)의 상부로 분사된다.

제2 가스는 회전축(132)의 제2 내부유로(152)를 거쳐 가스분사장치(160) 내부의 제2 가스관(164)으로 공급되며, 계속하여 제2 가스분사부(172)의 제2 확산공간(174)을 거쳐 분사홀(176)을 통해 기판(s)의 상부로 분사된다.

본 발명의 실시예에 따른가스분사장치(160)는 회전축(132)에 연결되어 챔버(110) 내부에서 계속하여 회전하기 때문에 기판(s)의 상부에는 제1 가스(NH3)와 제2 가스(SiH4)가 순차적으로 분사되며, 따라서 각 기판(s)에는 제1 가스와 제2 가스의 반응물인 SiNx 박막이 증착된다.

한편, 이상에서는 제1 가스와 제2 가스만을 분사하여 박막을 증착하는 경우를 설명하였으나, 미세패턴을 위하여 원자층 증착을 수행하는 경우에는 제1 가스와 제2 가스의 분사전후에 퍼지가스를 분사해주는 것이 바람직하다.

이를 위해서는 회전축(132) 내부에 퍼지가스를 위한 내부유로를 더 형성하여야 하며, 가스분사장치(160)에도 퍼지가스를 위한 가스분사부를 형성하여야 한다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이 가스밸브어셈블리(130)의 하우징(131)에 각각 퍼지가스가 공급되는 제3 및 제4 가스공급홀(143,144)을 더 형성하고, 회전축(132)의 내부에도 상기 제3 및 제4 가스공급홀(143,144)과 각각 연통하는 제3 및 제4 내부유로(153,154)를 더 형성한다.

그리고 이러한 회전축(132)의 하단에 연결되는 가스분사장치(160)는 도 9에 도시된 바와 같이 케이스(161)를 십자형으로 제조하고, 그 중심부를 회전축(132)의 하단에 결합하는 것이 바람직하다.

이때 십자형 케이스(161)의 제1 내지 제4 분지(161a,161b,161c,161d)는 각각 별도의 가스분사부(미도시)를 구비하며, 제1 분지(161a)는 제1 가스, 제2 분지(161b)는 퍼지가스, 제3 분지(161c)는 제2 가스, 제4 분지(161d)는 퍼지가스를 분사한다.

따라서 가스분사장치(100)가 회전하면서 하부의 기판(s)에는 제1 가스, 퍼지가스, 제2 가스, 퍼지가스가 순차적으로 분사되어 원자층 단위의 박막이 형성된다.

한편 이상에서는 가스밸브어셈블리(130)의 회전축(132)과 이에 연결된 가스분사장치(160)가 회전하는 것으로 설명하였으나, 회전축(132)을 회전시키지 않고 하부의 기판안치대(120)를 회전시켜도 회전축을 회전시키는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 선형의 램프히터 외주면을 가스관이 감싸는 구조의 가스분사장치를 챔버 내부에 구비하므로 열에너지가 충분히 전달되어 원료의 분해율이 높아진다. 따라서 원료의 사용효율이 증대하여 기판제조 비용을 낮출 수 있다.

또한 박막증착속도가 크게 향상되어 수율증가로 인한 생산성 향상을 기대할 수 있다.

또한 램프히터를 사용함에 따라 급속가열이 가능하므로 공정시간을 전반적으로 단축시킬 수 있다.

Claims (16)

1. 챔버를 관통하여 설치되며 다수의 내부유로를 가지는 축에 연결되는 가스분사장치에 있어서,

   상기 축의 하단에 연결되는 다수의 가스분사부;

   상기 다수의 가스분사부를 상기 다수의 내부유로에 각각 연결하는 다수의 가스관;

   상기 다수의 가스관 중에서적어도 하나의 가스관을 통과하는 원료물질을 가열시키는 가열수단;

   상기 가열수단과 외부전원을 연결하는 전력선을 포함하고,

   상기 가열수단은 램프히터이며, 상기 다수의 가스관 중에서 적어도 하나는 상기 램프히터의 외주에 감기는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 축의 하단에는 상기가열수단을 상기 챔버 내부공간과 격리하기 위한 케이스가 연결되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
6. 제5항에 있어서,

   상기 가스분사부는,

   상기 케이스의 내부공간과 격리되며 상기 가스관으로부터 공급되는 원료물질이 유입되는 확산공간;

   원료물질을 상기 챔버의 내부로 분사하는 분사홀;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,

   상기 케이스는 상기 축과의 연결부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 다수의 분지를 포함하며, 상기 다수의 분지마다 상기 가스분사부가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
9. 제8항에 있어서,

   상기 다수의 분지 중에서 적어도 하나의 분지에 상기 가열수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치
10. 삭제
11. 삭제
12. 반응공간을 형성하는 챔버;

    상기 챔버의 내부에 설치되며 다수의 기판을 안치할 수 있는 기판안치대;

    상기 챔버에 고정되는 하우징과, 상기 하우징과 상기 챔버를 관통하여 설치되며 다수의 내부유로를 가지는 축을 포함하는 가스밸브어셈블리;

    상기 축의 하단에 연결되는 다수의 가스분사부, 상기 다수의 가스분사부를 상기 다수의 내부유로에 각각 연결하는 다수의 가스관, 상기 다수의 가스관 중에서 적어도 하나의 가스관을 통과하는 원료물질을 가열시키는 가열수단, 상기 가열수단과 외부전원을 연결하는 전력선을 포함하는 가스분사장치를 포함하고,

    상기 축의 하단에는 상기가열수단을 상기 챔버 내부공간과 격리하기 위한 케이스가 연결되며, 상기 축의 상기 다수의 내부유로는 상기 케이스의 내부를 가압하여 반응가스의 유입을 방지하기 위한 가압용 가스유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 제12항에 있어서,

    상기 가열수단은 램프히터인 것을 특징으로 하는 기판처리장치

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