KR101345112B1 - Thin film deposition apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경제적이며 소스가스에 의해 히터가 부식되는 것이 방지되도록 구조가 개선된 박막증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박막증착장치는 내부에 반응공간이 형성된 반응챔버와, 반응챔버 상부에 설치되며, 반응공간으로 금속할로겐 가스를 포함하는 소스가스를 분사하는 샤워헤드와, 반응공간에 승강 가능하도록 설치되며, 샤워헤드와 대향되며 웨이퍼가 안착되는 세라믹 소재의 서셉터와, 서셉터에 결합되며 웨이퍼를 가열하도록 내부에 전원인가시 발열하는 가열소자가 배치된 히터를 구비하는 스테이지 히터와, 반응공간에 잔존하는 미반응 가스 및 부산물을 반응챔버의 외부로 배출하는 펌핑수단을 포함한다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus having an improved structure so that the heater is prevented from being corroded by the source gas. The thin film deposition apparatus according to the present invention includes a reaction chamber having a reaction space formed therein, a shower head installed above the reaction chamber, for injecting a source gas containing a metal halogen gas into the reaction space, and installed to be elevated in the reaction space. And a stage heater having a susceptor made of a ceramic material facing the shower head and having a wafer seated thereon, a heater coupled to the susceptor, and having a heating element disposed therein to heat the wafer upon heating the wafer. And pumping means for discharging the remaining unreacted gas and by-products to the outside of the reaction chamber.

배플부재, 웨이퍼, 히터, 박막 Baffle member, wafer, heater, thin film

Description

박막증착장치{Thin film deposition apparatus}Thin film deposition apparatus

본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속할로겐 가스를 소스가스로 포함하는 박막증착공정에서 사용되는 박막증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus, and more particularly, to a thin film deposition apparatus used in a thin film deposition process including a metal halogen gas as a source gas.

웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 장치는 물리적 기상증착장치, 화학적 기상증착장치 및 원자층 증착장치 등 여러 가지가 있으며, 도 1에는 화학적 기상증착장치의 일례, 특히 TiCl4 등의 금속할로겐 가스를 소스가스로 하는 화학적 기상증착장치의 일례가 도시되어 있다.An apparatus for depositing a thin film on the wafer is a physical vapor deposition apparatus, a chemical vapor deposition apparatus, and there are a number of such atomic layer deposition apparatus, FIG. 1 illustrates a chemical vapor example of a deposition apparatus, in particular, the source gas for the metal halogen gas such as TiCl 4 An example of a chemical vapor deposition apparatus is shown.

도 1을 참조하면, 종래의 박막증착장치는 반응공간(1a)이 그 내부에 형성된 반응챔버(1)와, 반응공간(1a)에 승강 가능하게 설치되는 스테이지 히터(2)와, 웨이퍼에 박막이 증착되도록 웨이퍼를 향해 소스가스를 분사하는 샤워헤드(3)와, 웨이퍼에 박막이 증착된 후 반응공간(1a)에 잔류하는 미반응 소스가스를 반응챔버(1)의 외부로 배출하기 위한 배기덕트(4)를 구비한다. Referring to FIG. 1, a conventional thin film deposition apparatus includes a reaction chamber 1 having a reaction space 1a formed therein, a stage heater 2 provided to be elevated in the reaction space 1a, and a thin film on a wafer. The shower head 3 which injects the source gas toward the wafer to be deposited, and the exhaust gas for discharging the unreacted source gas remaining in the reaction space 1a after the thin film is deposited on the wafer to the outside of the reaction chamber 1. The duct 4 is provided.

스테이지 히터(2)는 웨이퍼를 지지 및 가열하기 위한 것으로서, 특히 TiCl4 등을 소스가스로 하는 박막증착장치(9)에서는 웨이퍼 상에 박막이 증착되기 위하여 요구되는 온도인 750도 이상의 고온으로 웨이퍼를 가열하기 위하여 세라믹 소재로 이루어진 스테이지 히터(2)가 사용된다. 이러한 스테이지 히터(2)는 세라믹기판(2a)의 내부에 발열체(2b)가 매설된 형태로, 세라믹기판(2a)과 발열체(2b)가 일체로 구성되어 있다. 발열체(2b)는 금속입자 또는 도전성 세라믹 소재 외에 수지, 용제, 중첨제 등이 첨가되어 이루어진다. 발열체(2b)에 의하여 발생된 열은 세라믹기판(2b)을 통하여 웨이퍼로 전달된다.The stage heater 2 is for supporting and heating the wafer. In particular, in the thin film deposition apparatus 9 using TiCl 4 as a source gas, the wafer is heated at a temperature of 750 degrees or higher, which is a temperature required for the thin film to be deposited on the wafer. A stage heater 2 made of ceramic material is used for heating. The stage heater 2 is a form in which the heating element 2b is embedded in the ceramic substrate 2a, and the ceramic substrate 2a and the heating element 2b are integrally formed. The heating element 2b is formed by adding a resin, a solvent, a polyadditive, etc. in addition to the metal particles or the conductive ceramic material. Heat generated by the heating element 2b is transferred to the wafer through the ceramic substrate 2b.

하지만 상술한 바와 같이 구성된 박막증착장치(9)에 있어서, 스테이지 히터(2)에 구비된 발열체(2b)는 고가의 도전성 세라믹 등을 포함하여 이루어지므로 비경제적이라는 문제점이 있었다. 특히, 최근 들어 TiCl4 등 금속할로겐 화합물을 소스가스로 하는 박막증착공정이 550도 정도의 저온에서도 수행될 수 있게 됨에 따라 고가의 세라믹 소재로 이루어진 종래의 스테이지 히터(2)를 대체할 수 있는 경제적인 형태의 스테이지 히터 개발이 더욱더 요구되는 실정이다. However, in the thin film deposition apparatus 9 configured as described above, since the heating element 2b included in the stage heater 2 is made of an expensive conductive ceramic or the like, there is a problem that it is uneconomical. In particular, as a thin film deposition process using a metal halogen compound such as TiCl 4 as a source gas can be performed even at a low temperature of about 550 degrees, it is economical to replace the conventional stage heater 2 made of an expensive ceramic material. Development of a stage heater of the phosphorus type is increasingly required.

또한, 금속할로겐 화합물을 소스가스로 사용하는 경우, 금속할로겐 화합물의 화학적 반응성이 우수하므로 박막증착장치 내부에 설치된 장치, 특히 고온으로 가열되어 화학적 반응이 활발히 일어나게 되는 스테이지 히터가 금속할로겐 화합물과 반응하여 부식되거나 반응챔버의 세정 시 세정가스에 의해 부식되는 등의 문제가 있는데, 종래에는 스테이지 히터(2)가 화학적 반응성이 낮은 세라믹 소재로 이루어져 있어서 이러한 문제가 완화되었지만 스테이지 히터의 소재를 고가의 세라믹 소재에서 다른 소재로 대체하는 경우 부식성의 문제도 해결할 수 있도록 스테이지 히 터를 구성하여야 하는 문제점도 있다.In addition, when the metal halogen compound is used as the source gas, since the metal halogen compound has excellent chemical reactivity, a device installed inside the thin film deposition apparatus, in particular, a stage heater heated to a high temperature to cause a chemical reaction to actively react with the metal halogen compound, There are problems such as corrosion or corrosion by the cleaning gas when cleaning the reaction chamber. In the related art, the stage heater 2 is made of a ceramic material having low chemical reactivity, and this problem is alleviated. Another problem is that the stage heater must be configured to solve the problem of corrosiveness.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 박막증착장치(9)를 사용하여 박막을 증착하는 과정에서는, 샤워헤드(3)에서 분사된 소스가스가 웨이퍼에만 증착되는 것이 아니라 스테이지 히터(2)의 세라믹기판(2a)에도 증착된다. 그리고 이 상태에서 세라믹기판(2a)이 발열체(2b)에 의해 가열되면, 소스가스가 증착된 정도에 따라 세라믹기판(2a)은 서로 상이하게 열팽창 하게 되고, 이에 따라 발생하는 열충격에 의해 세라믹기판(2a)이 파손되게 된다. 따라서, 세라믹기판(2b)을 주기적으로 교체하여야 하는데, 종래의 박막증착장치(9)의 경우에는 세라믹기판(2a)과 발열체(2b)가 일체로 구성되어 있으므로, 세라믹기판(2a)의 교체시 발열체(2b)를 함께 교체하여야 하며, 그 결과 박막증착장치(9)의 유지 보수 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다. In the process of depositing a thin film using the thin film deposition apparatus 9 configured as described above, the source substrate injected from the shower head 3 is not deposited only on the wafer, but the ceramic substrate 2a of the stage heater 2. Is also deposited. In this state, when the ceramic substrate 2a is heated by the heating element 2b, the ceramic substrates 2a thermally expand differently from each other according to the degree of the source gas being deposited, and the ceramic substrate 2 2a) is broken. Therefore, the ceramic substrate 2b should be replaced periodically. In the conventional thin film deposition apparatus 9, since the ceramic substrate 2a and the heating element 2b are integrally formed, the ceramic substrate 2a is replaced. The heating element 2b must be replaced together, and as a result, there is a problem in that the maintenance cost of the thin film deposition apparatus 9 is high.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 경제적이며 소스가스에 의해 스테이지 히터가 부식되지 않도록 구조가 개선된 박막증착장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus having an improved structure so that the stage heater is not corroded by the source gas.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 박막증착장치는 내부에 반응공간이 형성된 반응챔버와, 상기 반응공간에 배치되며, 웨이퍼를 지지 및 가열하기 위한 것으로서 금속소재로 이루어지며 내부에 가열소자가 배치되어 있는 히터와, 상기 히터를 감싸며 결합되는 세라믹 소재의 서셉터를 구비하는 스테이지 히터와, 상기 반응챔버 상부에 배치되며, 금속할로겐 가스를 포함하는 소스가스를 상기 스테이지 히터 상에 분사하는 샤워헤드 및 상기 반응공간에 잔존하는 미반응 가스 및 부산물을 상기 반응챔버의 외부로 배출하는 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the thin film deposition apparatus according to the present invention comprises a reaction chamber having a reaction space formed therein, and disposed in the reaction space, for supporting and heating a wafer, which is made of a metal material and has a heating element therein. A stage heater having a heater disposed, a susceptor made of a ceramic material coupled to the heater, and a shower head which is disposed above the reaction chamber and injects a source gas containing metal halogen gas onto the stage heater. And pumping means for discharging the unreacted gas and by-products remaining in the reaction space to the outside of the reaction chamber.

또한, 본 발명에 따르면 상기 서셉터는, 상기 히터의 상면을 감싸는 제1커버부와, 상기 히터의 측면을 둘러싸도록 상기 제1커버부의 가장자리로부터 하방으로 연장형성되어 상기 히터의 측면을 감싸는 제2커버부를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the susceptor includes a first cover part surrounding the upper surface of the heater and a second extending downward from an edge of the first cover part to surround the side of the heater to surround the side of the heater. It is preferable to include a cover part.

또한, 본 발명에 따르면 상기 서셉터는 상기 히터에 탈부착 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the susceptor is preferably detachably coupled to the heater.

또한, 본 발명에 따르면 상기 소스가스는 TiCl4를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the source gas preferably includes TiCl 4 .

또한, 본 발명에 따르면 상기 반응공간은, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 사이에 형성되는 박막증착공간부와, 상기 서셉터와 상기 반응챔버의 바닥면 사이에 형성되는 비박막증착공간부를 포함하며, 상기 펌핑수단은, 상기 스테이지 히터의 외주면과 상기 반응챔버의 내측면 사이에 상기 박막증착공간부 내의 가스를 배기시키기 위한 배기경로를 형성하는 배플부재를 더 포함하며, 상기 박막증착공간부에 잔존하는 상기 미반응 가스 및 부산물은 상기 배기경로를 따라 상기 반응챔버의 외부로 배출되는 것이 바람직하다.According to the present invention, the reaction space includes a thin film deposition space portion formed between the shower head and the susceptor, and a non-thin film deposition space portion formed between the susceptor and the bottom surface of the reaction chamber, The pumping means further includes a baffle member that forms an exhaust path for exhausting gas in the thin film deposition space portion between an outer circumferential surface of the stage heater and an inner surface of the reaction chamber, the pumping means remaining in the thin film deposition space portion. The unreacted gas and by-products are preferably discharged to the outside of the reaction chamber along the exhaust path.

또한, 본 발명에 따르면 상기 비박막증착공간부의 압력이 상기 박막증착공간부의 압력보다 높은 상태로 유지되도록 상기 비박막증착공간으로 비반응가스를 공급하는 가스공급수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, it is preferable to further include a gas supply means for supplying the non-reactive gas to the non-thin film deposition space so that the pressure of the non-thin film deposition space is maintained higher than the pressure of the thin film deposition space.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 금속재질로 이루어진 히터가 사용되므로 경제적이며, 세라믹 소재의 서셉터가 구비되어 있어 금속재질의 히터가 부식되는 것을 방지함과 동시에 서셉터의 파손시 서셉터만을 교체할 수 있으므로 박막증착장치의 유지비용을 줄일 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, it is economical because a heater made of a metal material is used, and a susceptor made of ceramic material is provided to prevent corrosion of the heater of the metal material and at the same time replace only the susceptor when the susceptor is damaged. Therefore, the maintenance cost of the thin film deposition apparatus can be reduced.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한 다.Preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 배플부재의 개략적인 분리 사시도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic separated perspective view of the baffle member shown in FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 박막증착장치(1000)는 반응챔버(10)와, 스테이지 히터(20)과, 샤워헤드(30)와, 펌핑수단과, 가스공급수단을 구비한다. 2 and 3, the thin film deposition apparatus 1000 according to the present embodiment includes a reaction chamber 10, a stage heater 20, a shower head 30, pumping means, and gas supply means. .

반응챔버(10)는 리액터(11)와 플레이트(12)를 구비한다. 플레이트(12)는 리액터(11)의 상부에 회전가능하게 결합되며, 그 결합시에 리액터(11)와의 사이에 반응공간(13)을 형성한다. 이 반응공간(13)은 후술할 스테이지 히터(20)를 중심으로 상측과 하측의 공간으로 구획되는데, 상측의 공간은 박막증착공간부(14)를 형성하며, 하측의 공간은 비박막증착공간부(15)를 형성한다. 좀 더 상세히 설명하면, 박막증착공간부(14)는 후술하는 샤워헤드(30)와 서셉터(22) 사이에 형성되어 박막증착공정이 이루어지는 부분이며, 비박막증착공간부(15)는 서셉터(22)와 리액터(11)의 바닥면 사이에 형성되며 박막증착공정이 이루어지지 않은 부분이다. 리액터(11)의 하단에는 배기공(111) 및 주입공(112)이 형성되며, 리액터(11)의 측면에는 웨이퍼출입구(113)가 형성되어 있다. The reaction chamber 10 includes a reactor 11 and a plate 12. The plate 12 is rotatably coupled to the upper portion of the reactor 11, and forms a reaction space 13 between the reactor 11 and the reactor 11 at the time of the coupling. The reaction space 13 is divided into upper and lower spaces around the stage heater 20 which will be described later. The upper space forms the thin film deposition space 14, and the lower space is the non-thin film deposition space. (15) is formed. In more detail, the thin film deposition space 14 is formed between the shower head 30 and the susceptor 22, which will be described later, and the thin film deposition process is performed, and the non-thin film deposition space 15 is the susceptor. It is formed between the bottom surface of the reactor 22 and the reactor 11, and the thin film deposition process is not performed. An exhaust hole 111 and an injection hole 112 are formed at a lower end of the reactor 11, and a wafer entrance 113 is formed at a side of the reactor 11.

스테이지 히터(20)는 히터(21)와 서셉터(22)로 이루어진다. 히터(21)는 웨이퍼(W)를 지지 및 가열하기 위한 것으로서, 가열소자(211)와 확산부재(212)로 이루어진다. 확산부재(212)는 판 형상으로 열전도율이 좋은 금속소재로 이루어지며, 본 실시예에서는 알루미늄(Al)으로 이루어진다. 이 확산부재(212)는 승강축(24)의 상단에 결합되며, 모터 등 구동원(미도시)에 의해 도 2에 화살표로 도시된 바와 같 이 승강축(24)이 승강되면 반응챔버(10)의 반응공간(13)에서 승강 가능하다. 가열소자(211)는 확산부재(212)의 내부에 복수 개 매립되어 있으며, 니크롬선 등의 금속소재로 이루어진다. The stage heater 20 is composed of a heater 21 and a susceptor 22. The heater 21 is for supporting and heating the wafer W, and is composed of a heating element 211 and a diffusion member 212. The diffusion member 212 is made of a metal material having a good thermal conductivity in a plate shape, and is made of aluminum (Al) in this embodiment. The diffusion member 212 is coupled to the upper end of the elevating shaft 24, the reaction chamber 10 when the elevating shaft 24 is elevated as shown by the arrow in Figure 2 by a drive source (not shown) such as a motor (10) It can be elevated in the reaction space (13) of. A plurality of heating elements 211 are embedded in the diffusion member 212, and made of a metal material such as nichrome wire.

서셉터(22)는 히터(21)를 감싸며 결합되는 것으로서, 그 상면에 웨이퍼(W)가 안착된다. 즉, 서셉터(22)는 제1커버부(221)와 제2커버부(222)를 포함하며, 제1커버부(221)는 확산부재(212)의 상면 위에 배치되어 확산부재(212)의 상면을 감싸며, 제2커버부(222)는 제1커버부(221)의 가장자리로부터 하방으로 연장되어 형성되어 확산부재(212)의 측면을 둘러싼다. 위와 같은 구성으로 이루어진 서셉터(22)는 히터(21)에 탈부착 가능하게 결합된다. 즉, 본 실시예에서 서셉터(22)의 제2커버부(222)에는 관통공이 형성되고 히터(21)의 측면에는 나사공이 형성되어, 나사(23)가 제2커버부(222)의 관통공을 통해 히터(21)의 나사공에 체결됨으로써, 서셉터(22)와 히터(21)가 상호 결합된다. 다만, 이 나사(23)는 위 나사공으로부터 분리가능하므로 서셉터(22)는 히터(21)에 탈부착 가능하게 된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(22)는 확산부재(212)에 밀착되어 있으므로 가열소자(211)에서 발생된 열이 확산부재(212)를 통하여 서셉터(22)까지 전달된다. 그리고 서셉터(22)는 세라믹소재로 이루어지며, 특히 본 실시예에서는 SiN4 또는 AlN을 포함하여 이루어진다. The susceptor 22 is coupled to surround the heater 21, and the wafer W is seated on an upper surface thereof. That is, the susceptor 22 includes a first cover part 221 and a second cover part 222, and the first cover part 221 is disposed on the upper surface of the diffusion member 212 to diffuse the member 212. The upper surface of the second cover part 222 extends downward from the edge of the first cover part 221 to surround the side of the diffusion member 212. The susceptor 22 having the above configuration is detachably coupled to the heater 21. That is, in this embodiment, a through hole is formed in the second cover portion 222 of the susceptor 22 and a screw hole is formed in the side surface of the heater 21, so that the screw 23 penetrates through the second cover portion 222. By fastening to the screw hole of the heater 21 through the ball, the susceptor 22 and the heater 21 are coupled to each other. However, since the screw 23 is detachable from the upper screw hole, the susceptor 22 is detachable from the heater 21. In addition, as shown in FIG. 2, since the susceptor 22 is in close contact with the diffusion member 212, heat generated from the heating element 211 is transmitted to the susceptor 22 through the diffusion member 212. . And the susceptor 22 is made of a ceramic material, in particular in this embodiment SiN 4 Or AlN.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착장치(1000)에는 금속소재로 이루어진 히터(21)가 사용되므로, 종래에 고가의 세라믹 소재로 이루어진 히터를 사용 한 것에 비하여 경제적이다. 그리고 이와 같이 금속소재의 히터(21)를 사용가능하게 된 이유는, 종래에는 TiCl4등의 금속할로겐 화합물을 소스가스로 하는 증착공정이 고온(약 750도 이상)에서만 가능하였던 것에 반하여 최근에는 저온(약 550도)에서도 가능해졌기 때문이다.As described above, since the heater 21 made of a metal material is used for the thin film deposition apparatus 1000 according to the present invention, it is more economical than using a heater made of an expensive ceramic material. The reason why the heater 21 made of a metal material can be used as described above is that in the past, a deposition process using a metal halogen compound such as TiCl 4 as a source gas was only possible at a high temperature (about 750 degrees or more). It is possible (at about 550 degrees).

그리고, 세라믹 소재로 이루어진 서셉터(22)가 금속소재로 이루어진 히터(21)를 감싸고 있으므로, 금속화합물에 의해 히터(21)가 부식되는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 박막증착장치(1000)에 공급되는 소스가스에 포함된 TiCl4와 같은 금속할로겐 가스는 매우 반응성이 좋으므로 금속소재의 히터가 금속할로겐 가스에 노출되는 경우, 금속할로겐 가스와 히터(21) 사이에 화학적 반응이 일어나 히터(21)가 부식될 수 있는데, 박막증착장치(1000)에서는 서셉터(22)가 히터(21)를 감싸고 있어서 히터(21)가 금속할로겐 가스에 노출되어 부식되는 것이 방지된다. 게다가, 서셉터(22)가 반응성이 낮은 세라믹 소재로 이루어져 있어서, 서셉터(22) 역시 금속할로겐 화합물과 반응하여 부식되는 것도 방지된다.In addition, since the susceptor 22 made of a ceramic material surrounds the heater 21 made of a metal material, it is possible to prevent the heater 21 from being corroded by the metal compound. That is, since the metal halogen gas such as TiCl 4 included in the source gas supplied to the thin film deposition apparatus 1000 of the present invention is very reactive, when the metal material heater is exposed to the metal halogen gas, the metal halogen gas and the heater A chemical reaction may occur between the 21 to corrode the heater 21. In the thin film deposition apparatus 1000, the susceptor 22 surrounds the heater 21, so that the heater 21 is exposed to the metal halogen gas. Corrosion is prevented. In addition, since the susceptor 22 is made of a low reactivity ceramic material, the susceptor 22 is also prevented from reacting with the metal halide compound to corrode.

또한 서셉터(22)와 히터(21)가 탈착 가능하게 결합되므로 앞서 종래기술에서 살펴본 바와 같이, 서셉터(22)가 파손되는 경우 서셉터(22)만 교체할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 박막증착공정 중 샤워헤드(30)에서 분사되는 소스가스는 웨이퍼(W) 뿐만 아니라 서셉터(22)에도 증착된다. 그리고 이렇게 박막이 증착된 상태에서 서셉터(22)가 히터(21)에 의해 가열되면 서셉터(22) 내부에서 서로 상이한 열팽창이 발생하게 되고, 이에 따른 열충격에 의하여 서셉터(22)가 파손된다. 따라 서 서셉터(22)를 주기적으로 교체하여야 한다. 종래의 경우에는 서셉터와 히터가 일체로 구성되어 있어서 서셉터의 파손시 서셉터(22)와 히터(21)를 동시에 교체하여야 하였으나, 본 실시예에 따른 박막증착장치(1000)에서는 서셉터(22)와 히터(21)가 서로 분리될 수 있으므로 서셉터(22)의 파손시 서셉터(22)만을 교체할 수 있다. 따라서 박막증착장치(1000)의 유지 및 보수비용이 경감된다.In addition, since the susceptor 22 and the heater 21 are detachably coupled, as described in the related art, when the susceptor 22 is broken, only the susceptor 22 may be replaced. In more detail, the source gas injected from the shower head 30 during the thin film deposition process is deposited on the susceptor 22 as well as the wafer W. When the susceptor 22 is heated by the heater 21 in the state where the thin film is deposited, different thermal expansions occur in the susceptor 22, and the susceptor 22 is damaged by the thermal shock. . Therefore, the susceptor 22 should be replaced periodically. In the conventional case, since the susceptor and the heater are integrally formed, the susceptor 22 and the heater 21 have to be replaced at the same time when the susceptor is damaged, but in the thin film deposition apparatus 1000 according to the present embodiment, the susceptor ( Since the 22 and the heater 21 may be separated from each other, only the susceptor 22 may be replaced when the susceptor 22 is broken. Therefore, maintenance and repair costs of the thin film deposition apparatus 1000 are reduced.

샤워헤드(30)는 서셉터(22)와 마주보도록 반응챔버(10)의 상부, 즉 플레이트(12)의 하면에 결합된다. 샤워헤드(30)는 외부의 소스가스 공급부(미도시)로부터 소스가스를 공급받는다. 샤워헤드(30)는 공급받은 소스가스를 웨이퍼(W)를 향해 분사하여, 서셉터(22)에 안착된 웨이퍼(W)에 박막을 증착시킨다. 그리고 이때 분사되는 소스가스는 금속할로겐 화합물을 포함하여 이루어지며, 특히 본 실시예에서는 TiCl4를 포함하여 이루어진다.The showerhead 30 is coupled to the upper portion of the reaction chamber 10, ie, the lower surface of the plate 12, facing the susceptor 22. The shower head 30 receives a source gas from an external source gas supply unit (not shown). The shower head 30 sprays the supplied source gas toward the wafer W to deposit a thin film on the wafer W seated on the susceptor 22. And the source gas injected at this time is made of a metal halide compound, especially in this embodiment comprises TiCl 4 .

펌핑수단은 웨이퍼(W)에 박막이 형성된 후 반응공간(13)에 잔존하는 미반응 가스 및 부산물을 반응챔버(10)의 외부로 배출하기 위한 것이다. 특히 본 실시예에서의 펌핑수단은 배플부재(40)와, 배기관(51)과, 펌프(52)를 포함한다.The pumping means is for discharging the unreacted gas and by-products remaining in the reaction space 13 to the outside of the reaction chamber 10 after the thin film is formed on the wafer W. In particular, the pumping means in this embodiment includes a baffle member 40, an exhaust pipe 51, and a pump 52.

배플부재(40)는 스테이지 히터(20)를 둘러싸며 반응챔버(10)에 설치되며, 원통배플(41)과, 원추배플(42)과, 하부펌핑배플(43)과, 상부펌핑배플(44)로 이루어진다. The baffle member 40 is installed in the reaction chamber 10 surrounding the stage heater 20, and has a cylindrical baffle 41, a conical baffle 42, a lower pumping baffle 43, and an upper pumping baffle 44. )

원통배플(41)은 중공의 실린더 형상으로 형성되며, 리액터(11)의 바닥면에 설치된다. 원추배플(42)은 원통배플(41)의 상부에 결합된다. 원추배플(42)은 깔 대기 형상으로 형성된다. 따라서 원추배플(42)은 상부 직경이 하부 직경보다 크다. 하부펌핑배플(43)은 원추배플(42)의 상부에 대응되게 환형으로 형성된다. 하부펌핑배플(43)은 리액터(11)의 내주면(16)과 원추배플(42)의 외주면 사이에 끼워져 결합되어, 하부펌핑배플(43)의 외주면은 리액터(11)의 내주면(16)에 접촉된다. 그리고 하부펌핑배플(43)에는 상부에서 하부로 관통된 다수개의 배기홀(431)이 형성된다. 상부펌핑배플(44)도 하부펌핑배플(43)에 대응하는 환형으로 형성되어, 하부펌핑배플(43)의 상부에 결합된다. 상부펌핑배플(44)은 서셉터(22)를 둘러싸며 설치된다. 상부펌핑배플(44)의 내주면과 서셉터(22) 사이에는 간극이 형성된다. 상부펌핑배플(44)에는 웨이퍼출입구(113)와 연통되는 웨이퍼출입홈(442)이 형성되어 있으며, 이 웨이퍼출입홈(442)을 통하여 웨이퍼(W)가 반응챔버(10)의 박막증착공간(14)으로 출입하게 된다. 그리고 상부펌핑배플(44)에는 상부펌핑배플(44)의 상부에서 하부로 관통된 다수개의 상부펌핑홀(441)이 관통 형성되어 있으며, 이 상부펌핑홀(441)은 하부펌핑배플(43)의 배기홀(431)과 연통된다. The cylindrical baffle 41 is formed in a hollow cylinder shape and is installed on the bottom surface of the reactor 11. Conical baffle 42 is coupled to the upper portion of the cylindrical baffle 41. The cone baffle 42 is formed in the shape of a funnel. Therefore, the cone baffle 42 has an upper diameter larger than the lower diameter. The lower pumping baffle 43 is formed in an annular shape corresponding to the upper portion of the conical baffle 42. The lower pumping baffle 43 is fitted between the inner circumferential surface 16 of the reactor 11 and the outer circumferential surface of the conical baffle 42 so that the outer circumferential surface of the lower pumping baffle 43 contacts the inner circumferential surface 16 of the reactor 11. do. The lower pumping baffle 43 has a plurality of exhaust holes 431 penetrating from the top to the bottom. The upper pumping baffle 44 is also formed in an annular shape corresponding to the lower pumping baffle 43 and is coupled to the upper portion of the lower pumping baffle 43. The upper pumping baffle 44 is installed surrounding the susceptor 22. A gap is formed between the inner circumferential surface of the upper pumping baffle 44 and the susceptor 22. The upper pumping baffle 44 is formed with a wafer entrance groove 442 communicating with the wafer entrance 113, and through the wafer entrance groove 442, the wafer W forms a thin film deposition space of the reaction chamber 10 ( 14). The upper pumping baffle 44 has a plurality of upper pumping holes 441 penetrating from the upper part of the upper pumping baffle 44 to the lower part of the upper pumping baffle 44, and the upper pumping hole 441 is formed of the lower pumping baffle 43. It communicates with the exhaust hole 431.

상기한 바와 같은 구성의 배플부재(40)가 설치되면, 스테이지 히터(20)의 하측 공간인 비박막증착공간부(15)는 배플부재(40)를 중심으로 그 내측과 외측으로 나누어져 제1공간부(151)와 제2공간부(152)를 형성한다. 즉, 제1공간부(151)는 배플부재(40)와 리액터(11)의 내주면 사이에 고리형으로 형성되며, 제2공간부는 승강축(24)이 배치되어 있는 배플부재(40)의 내측에 형성된다. When the baffle member 40 having the above-described configuration is installed, the non-thin film deposition space 15, which is the lower space of the stage heater 20, is divided into the inside and the outside of the baffle member 40 so as to be first. The space part 151 and the second space part 152 are formed. That is, the first space portion 151 is formed in an annular shape between the baffle member 40 and the inner circumferential surface of the reactor 11, and the second space portion is inside the baffle member 40 on which the lifting shaft 24 is disposed. Is formed.

배기관(51)은 리액터(11)의 배기공(111)에 결합되며 제1공간부(151)와 연통되어 있다. 그리고 펌프(52)는 배기관(51)과 연결되어 있다. 펌프(52)가 가동되 면 박막증착공간부(14)에 잔존하는 미반응 가스 및 부산물이 배기경로, 즉 상부펌핑홀(441)과, 배기홀(431)과, 제1공간부(151)를 통하여 화살표(A) 방향으로 유동하게 되고 이후 배기관(51)과 펌프(52)을 통하여 반응챔버(10)의 외부로 배출되게 된다. The exhaust pipe 51 is coupled to the exhaust hole 111 of the reactor 11 and is in communication with the first space 151. The pump 52 is connected to the exhaust pipe 51. When the pump 52 is operated, the unreacted gas and by-products remaining in the thin film deposition space 14 are exhausted, that is, the upper pumping hole 441, the exhaust hole 431, and the first space 151. Through the flow in the direction of the arrow (A) through the exhaust pipe 51 and the pump 52 is then discharged to the outside of the reaction chamber (10).

가스공급수단은 비박막증착공간부(15)의 압력을 박막증착공간부(14)의 압력보다 높은 상태로 유지하기 위한 것이다. 특히 본 실시예에서 가스공급수단으로는 가스공급관(61)과 가스공급원(62)이 채용된다. The gas supply means is for maintaining the pressure of the non-thin film deposition space 15 to be higher than the pressure of the thin film deposition space 14. In particular, in the present embodiment, a gas supply pipe 61 and a gas supply source 62 are employed as the gas supply means.

가스공급관(61)은 일측이 리액터(11)의 주입공(112)에 연결되며, 타측이 가스공급원(62)에 연결된다. 가스공급원(62)에서 반응챔버(10)로 공급되는 비반응가스는 소스가스, 리액터(11) 및 히터(21) 등과 화학적인 반응을 일으키지 않는 물질로 Ne, Ar 등의 불활성 기체로 이루어진다. 이에 따라 본 발명에 따른 박막증착장치(1000)는 가스공급관(61)을 통하여 불활성 기체를 제2공간부(152)로 주입하여 제2공간부(152)의 압력을 박막증착공간부(14)의 압력보다 높은 상태로 유지시킨다. 이와 같이 제2공간부(152)의 압력이 박막증착공간부(14)의 압력보다 높으므로 박막증착공간부(14)에 채워진 소스가스가 서셉터(22)와 상부펑핌배플(44) 사이의 간극을 통하여 제2공간부(152)로 유입되는 것이 방지된다. One side of the gas supply pipe 61 is connected to the injection hole 112 of the reactor 11, and the other side thereof is connected to the gas supply source 62. The non-reacted gas supplied from the gas supply source 62 to the reaction chamber 10 is a material which does not cause chemical reaction with the source gas, the reactor 11, the heater 21, and the like, and is made of inert gas such as Ne or Ar. Accordingly, the thin film deposition apparatus 1000 according to the present invention injects an inert gas into the second space portion 152 through the gas supply pipe 61 to apply the pressure of the second space portion 152 to the thin film deposition space portion 14. Keep it higher than the pressure. Since the pressure of the second space portion 152 is higher than the pressure of the thin film deposition space 14, the source gas filled in the thin film deposition space 14 is formed between the susceptor 22 and the upper pimple baffle 44. Inflow into the second space part 152 through the gap is prevented.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착장치(1000)는 금속소재의 히터(21)를 사용함으로써 경제적이며, 세라믹 소재로 이루어진 서셉터(22)가 금속소재로 이루어진 히터(21)의 외면을 감싸고 있으므로 히터(21)가 소스가스, 특히 TiCl와 같은 금속할로겐 가스에 의해 부식되는 것이 방지된다. As described above, the thin film deposition apparatus 1000 according to the present invention is economical by using the heater 21 made of a metal material, and the susceptor 22 made of a ceramic material has an outer surface of the heater 21 made of a metal material. By enclosing the heater 21, the heater 21 is prevented from being corroded by the source gas, in particular, a metal halogen gas such as TiCl.

또한 서셉터(22)와 히터(21)가 탈착 가능하도록 구성되어 있다. 따라서 서셉터(22)가 상이한 열팽창에 따른 열충격에 의해 파손되는 경우, 서셉터(22)만 교체하면 되므로 종래에 비해 박막증착장치(1000)를 수리하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다. In addition, the susceptor 22 and the heater 21 are configured to be detachable. Therefore, when the susceptor 22 is damaged by thermal shock due to different thermal expansion, only the susceptor 22 needs to be replaced, thereby reducing the cost of repairing the thin film deposition apparatus 1000.

또한, 배기경로가 격리되어 있어 예컨대 승강축(24) 등에 가스가 증착되어 부산물이 발생되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배기경로를 독립적으로 형성함으로써 펌프(52)로 펌핑해야하는 공간이 제1공간부(151) 및 박막증착공간부(14)로 축소되므로 펌프(52)의 펌핑 효율이 향상된다.In addition, since the exhaust path is isolated, for example, by-products may be prevented from being deposited due to the deposition of the lifting shaft 24 and the like, and the space to be pumped by the pump 52 may be formed by forming the exhaust path independently. The pumping efficiency of the pump 52 is improved because it is reduced to 151 and the thin film deposition space 14.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications can be made by those skilled in the art within the technical scope of the present invention. Is obvious.

예를 들어, 본 실시예에서는 서셉터와 히터가 볼트에 의해 결합되도록 구성되어 있으나, 서셉터를 히터 위에 씌워서 서셉터의 자중에 의해 서셉터와 히터가 결합되도록 구성할 수도 있다.For example, in the present embodiment, the susceptor and the heater are configured to be coupled by bolts, but the susceptor may be configured to be coupled to the heater by the susceptor's own weight by covering the susceptor on the heater.

또한, 본 실시예에서는 서셉터가 히터의 상면 및 측면을 감싸도록 구성되어 있으나, 서셉터가 히터 전체를 감싸도록 구성할 수도 있다.In addition, in the present embodiment, the susceptor is configured to surround the upper and side surfaces of the heater, but the susceptor may be configured to surround the entire heater.

도 1은 종래의 박막증착장치의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional thin film deposition apparatus.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 배플부재의 개략적인 분리사시도이다.3 is a schematic exploded perspective view of the baffle member shown in FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10...반응챔버 11...리액터10 ... reaction chamber 11 ... reactor

12...플레이트 13...반응공간12.Plate 13 ... Reaction space

14...박막증착공간 15...비박막증착공간14 ... thin film deposition space 15 ... non-thin film deposition space

20...스테이지 히터 21...히터20 ... Stage heater 21 ... Heater

22...서셉터 30...샤워헤드22 Susceptor 30 Showerhead

40...배플부재 41...원통배플40 ... baffle member 41 ... cylindrical baffle

42...원추배플 43...하부펌핑배플42 conical baffles 43 lower pumping baffles

44...상부펌핑배플 51...배기관44 Upper pumping baffle 51 Exhaust pipe

52...펌프 61...가스공급관52 Pump 61 Gas supply pipe

62...가스공급원 1000...박막증착장치Gas source 1000 ... Thin film deposition equipment

W...웨이퍼W ... wafer

Claims (8)

내부에 반응공간이 형성된 반응챔버;A reaction chamber having a reaction space formed therein; 상기 반응공간에 배치되며, 웨이퍼를 지지 및 가열하기 위한 것으로서 금속소재로 이루어지며 내부에 가열소자가 배치되어 있는 히터와, 상기 히터를 감싸며 결합되는 세라믹 소재의 서셉터를 구비하는 스테이지 히터; A stage heater disposed in the reaction space, for supporting and heating a wafer, the stage heater including a heater made of a metal material and having a heating element disposed therein, and a susceptor made of a ceramic material wrapped around the heater and coupled; 상기 반응챔버 상부에 배치되며, 금속할로겐 가스를 포함하는 소스가스를 상기 스테이지 히터 상에 분사하는 샤워헤드; 및 A shower head disposed on the reaction chamber and injecting a source gas containing a metal halogen gas onto the stage heater; And 상기 반응공간에 잔존하는 미반응 가스 및 부산물을 상기 반응챔버의 외부로 배출하는 펌핑수단;을 포함하며, And pumping means for discharging the unreacted gas and by-products remaining in the reaction space to the outside of the reaction chamber. 상기 서셉터는 상기 히터의 상면을 감싸는 제1 커버부와, 상기 제1 커버부의 가장자리로부터 하방으로 연장 형성되어 상기 히터의 측면을 감싸도록 형성되는 제2 커버부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.The susceptor includes a first cover part surrounding an upper surface of the heater, and a second cover part extending downward from an edge of the first cover part to surround a side of the heater. Deposition apparatus. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세라믹 소재는 SiN4 또는 AlN을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.The ceramic material is SiN 4 Or thin film deposition apparatus comprising AlN. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서셉터는 상기 히터에 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.The susceptor is a thin film deposition apparatus, characterized in that detachably coupled to the heater. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 서셉터는 상기 히터에 나사결합되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.The susceptor is thin film deposition apparatus characterized in that the screwed to the heater. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스가스는 TiCl4를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.The source gas thin film deposition apparatus comprising a TiCl 4 . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응공간은 , The reaction space is, 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 사이에 형성되는 박막증착공간부와, 상기 서셉터와 상기 반응챔버의 바닥면 사이에 형성되는 비박막증착공간부를 포함하며,A thin film deposition space portion formed between the shower head and the susceptor, and a non-film deposition space portion formed between the susceptor and the bottom surface of the reaction chamber, 상기 펌핑수단은, 상기 스테이지 히터의 외주면과 상기 반응챔버의 내측면 사이에 상기 박막증착공간부 내의 가스를 배기시키기 위한 배기경로를 형성하는 배플부재를 더 포함하며,The pumping means further includes a baffle member that forms an exhaust path for exhausting the gas in the thin film deposition space between the outer circumferential surface of the stage heater and the inner surface of the reaction chamber. 상기 박막증착공간부에 잔존하는 상기 미반응 가스 및 부산물은 상기 배기경로를 따라 상기 반응챔버의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.The unreacted gas and the by-product remaining in the thin film deposition space portion is discharged to the outside of the reaction chamber along the exhaust path. 청구항 6에 있어서, The method of claim 6, 상기 배플부재는 상기 반응챔버의 바닥면에 설치되는 원통 배플과;The baffle member includes a cylindrical baffle installed on the bottom surface of the reaction chamber; 상기 원통배플 상부에 결합되고 상부 직경이 하부 직경보다 크게 형성되는 원추 배플과;A conical baffle coupled to an upper portion of the cylindrical baffle and having an upper diameter greater than a lower diameter; 상기 원추 배플 상부에 구비되며, 상기 반응챔버의 내주면과 상기 원추 배플의 외주면 사이에 결합되는 하부펌핑배플; 및A lower pumping baffle provided on the conical baffle and coupled between an inner circumferential surface of the reaction chamber and an outer circumferential surface of the conical baffle; And 상기 하부펌핑배플 상부에 상기 서셉터를 둘러싸도록 구비되는 상부펌핑배플;을 포함하고, And an upper pumping baffle provided to surround the susceptor on the lower pumping baffle. 상기 상부펌핑배플에는 상기 상부펌핑배플의 상부에서 하부로 관통된 다수개의 상부펌핑홀이 형성되고, 상기 하부펌핑배플에는 상부에서 하부로 관통된 다수개의 배기홀이 형성되며, 상기 상부펌핑홀과 상기 배기홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. The upper pumping baffle is formed with a plurality of upper pumping holes penetrating from the upper part of the upper pumping baffle to the lower part, and the lower pumping baffle is formed with a plurality of exhaust holes penetrating from the upper part to the lower part. The thin film deposition apparatus, the exhaust hole is in communication with each other. 제6항 또는 제7항에 있어서,8. The method according to claim 6 or 7, 상기 비박막증착공간부의 압력이 상기 박막증착공간부의 압력보다 높은 상태로 유지되도록 상기 비박막증착공간으로 비반응가스를 공급하는 가스공급수단;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.And gas supply means for supplying non-reactive gas to the non-thin film deposition space such that the pressure of the non-thin film deposition space is maintained higher than the pressure of the thin film deposition space.
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