KR102222947B1 - 화학 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 증착용 반응기 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 반응기 장치는 측벽(19)을 구비한 반응 챔버(4), 주변 표면(5b)을 구비한 기판 스탠드(5), 및 반응 가스 주입기(30)를 대면하는 주면(5a)을 포함하고, 상기 주입기(30)와 상기 주면(5a) 사이에는 작업 공간(60)이 한정된다. 상기 기판 스탠드(5)는 상기 반응 챔버(4)의 측벽(19)과 상기 기판 스탠드(5)의 주변 표면(5b) 사이에 고리형 통로(107)가 형성되도록 반응 챔버(4) 안에 배치된다. 가스 배출 시스템(49)은 상기 작업 공간(60)을 대면하는 측벽(19)에 배치된 배출구(49a)에 의하여 반응 챔버(4)와 유체 소통된다. 퍼지 가스 주입기(105)는 상기 챔버의 측벽(19)과 추가 부품(101)의 제1 벽에 의하여 한정되는 주입 채널(103)을 포함하는데, 상기 주입 채널은 고리형 개구(106)를 통하여 반응 챔버(4) 안으로 이어지며, 상기 측벽(19)과 제1 벽(113)은 개구(106)를 포함하는 상기 채널의 부분(103c)에서 평행하다. 상기 고리형 개구(106)를 통하여 주입된 퍼지 가스(200)의 층류 유동은 상기 고리형 통로(107) 안에서 개구(49a)를 향하여 유동한다.

Description

화학 증착 장치{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE}
본 발명은 집적 회로 또는 마이크로시스템의 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기상 화학 증착(vapor phase chemical deposition)을 위한 장비 및 공정에 관한 것이다. 이것은 "CVD(chemical vapor deposition)" 또는 "화학 증착" 방법의 장비 및 공정으로 호칭되기도 한다.
집적 회로와 마이크로시스템은 실리콘 또는 임의의 다른 반도체 재료로 된 웨이퍼 또는 기판으로부터 제조되는바, 상기 실리콘 또는 반도체 재료는 다양한 재료로 된 박막의 증착, 상기 박막들의 마스킹(masking) 및 리소스래피(lithography), 그리고 상기 박막들의 에칭과 같은 일련의 단계들을 겪는다. 상기 제조 단계들 사이에는 장비의 세정, 제품 품질의 검사와 같은 단계들이 개재된다.
화학 증착에 있어서는, 덮여지는 기판의 표면에서 흡착(adsorption), 화학흡착(chemisorption), 또는 불균일 반응(heterogeneous reaction)이 일어난다. 화학 증착의 경우, 온도, 압력, 및 반응제(reagent)의 농도에 관한 상태들이 존재하는 기판들 모두에서 그와 같은 반응이 일어난다. 그 결과, 기판에 소정의 패턴, 심지어는 실질적으로 수직인 패턴이 형성되면서 상기 표면에 화학물질이 균일하게 덮인다. 이와 같은 사항은, 덮여져야 할 패턴이 매우 높은 형상 인자(shape factor)(패턴의 높이 대비 폭의 비율)를 가질 수 있는 최근의 회로 및 마이크로시스템의 제조에 있어서 특히 유용한 것이다.
CVD 장비는 일반적으로 프로세싱 챔버(processing chamber)를 포함하고, 그 안에는 샤워헤드(showerhead)라는 용어로도 알려진 가스 배분 조립체(gas distribution assembly)와 기판 지지대가 수용된다. 상기 가스 배분 조립체는 프로세싱 가스(processing gas) 또는 전구체(precursor)로도 알려진 가스 형태의 화학 작용제(chemical agent)들을 기판에 가깝게 전달한다. 상기 지지대는 기판을 유지하기에 적합한 상측면(upper face)과, 상기 상측면의 반대측에 있는 하측면(lower face)을 구비한다. 기판 지지대는 상기 프로세싱 챔버의 내부를 상측 공간과 하측 공간으로 구획한다. 상측 공간은 상기 지지대의 상측면 측에 있는 것으로서, 상기 프로세싱 챔버의 벽들에 의하여 한정된다. 하측 공간은 상기 지지대의 하측면 측에 있는 것으로서, 상기 프로세싱 챔버의 벽들에 의하여 제한된다.
상기 샤워헤드에 의하여 상기 프로세싱 챔버의 상측 공간 안으로 주입된 화학 작용제들에 의한 상기 챔버의 벽들의 오염을 제한하기 위하여, 상기 프로세싱 챔버의 하측 공간 안으로는 퍼지 가스가 주입된다.
이와 같은 방안에도 불구하고, 뜻하지 않은 반응으로 인하여, 특히 상기 지지대 아래에 배치된 챔버의 공간에 원하지 않는 증착물(deposits)이 남게 되는 결과를 낳는다. 특히 그로 인하여 귀결되는 장비의 오염은 장비의 작동효과에 악영향을 미친다. 상기 오염 때문에 상기 프로세싱 챔버를 자주 세정해야 하며, 이것은 프로세싱 챔버의 가용성(availability)에 영향을 준다. 본 발명의 목적은, 가용성의 향상을 위하여, 원하지 않는 증착에 의한 오염이 제한되도록 하는 반응기 장치를 제공하는 것이다.
기판을 위한 지지대는 상기 기판이 요망되는 반응을 위하여 필요한 온도에 도달하도록 가열되지만, 상기 뜻하지 않은 증착물은 온도가 높을수록 더 많아진다. 상기 배분 시스템과 접촉하는 반응 가스의 응축 현상을 제한하기 위하여, 상기 배분 시스템이 가열된다. 따라서, 상기 장치의 다른 부분들도 가열되는 경향을 갖는다.
통상적으로 600 내지 800 ℃ 사이인 소위 고온 조건에서는, 위와 같은 증착으로 인하여 더 잦은 세정 및 유지보수가 필요하게 되며, 이것은 상기 장치가 이 기술분야에서 산업적으로 사용될 수 없게 하는 이유가 된다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제를 해결함을 목적으로 한다.
상기 목적을 위하여 제공되는 화학 증착용 반응기 장치(reactor device)는:
내부 측벽을 갖는 반응 챔버(reaction chamber);
상기 반응 챔버 안으로 개방된 반응 가스 주입기(reactive gas injector);
적어도 하나의 기판을 지지하는 주면(main face)과 상기 반응 챔버의 측벽을 대면하는 주변 표면(peripheral surface)을 구비한 기판 지지대(substrate support)로서, 상기 주면은 주면과 상기 반응 가스 주입기의 사이에 작업 공간이 한정되도록 반응 가스 주입기를 대면하게 배치되는, 기판 지지대;
상기 작업 공간을 대면하는 반응 챔버의 내부 측벽에 배치된 개구(opening)를 통하여 상기 반응 챔버와 유체 소통(fluid connection)되는 가스 배출 시스템; 및
상기 반응 챔버 안으로 개방된 퍼지 가스 주입기(purge gas injector);를 포함하고,
상기 기판 지지대는 상기 반응 챔버 안에서, 상기 반응 챔버의 측부 내벽과 상기 기판 지지대의 주변 표면 사이에 고리형 통로가 형성되도록 배치된다.
본 발명에 따르면, 상기 퍼지 가스 주입기는, 상기 챔버의 측부 내벽과 추가 부품(additional part)의 제1 벽에 의하여 한정되는 주입 채널(injection channel)을 포함하며, 상기 채널은 고리형 구강부(annular mouth)를 통해서 상기 반응 챔버 안으로 개방되고, 퍼지 가스의 층류 흐름(laminar stream)이 상기 고리형 구강부를 통하여 주입됨과, 상기 흐름이 상기 고리형 통로를 통해서 가스 배출 시스템의 개구까지 유동함을 가능하게 하도록, 상기 구강부를 포함하는 상기 주입 채널의 부분에서 상기 반응 챔버의 측부 내벽과 추가 부품의 제1 벽이 평행하게 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 추가 부품은 상기 제1 벽의 반대측에 제2 벽을 구비하고, 상기 제2 벽은 기판 지지대를 적어도 부분적으로 수용할 수 있는 하우징을 한정하는 오목 형상을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판 지지대는 상기 반응 챔버 안에서, 상기 지지대가 상기 추가 부품의 상기 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용되는 로딩 위치(loading position)로 병진하여 이동될 수 있다.
유리하게는, 상기 화학 증착용 반응기 장치가 복수의 핀(fin)들을 더 포함하고, 상기 핀들은 상기 반응 챔버의 측부 내벽에 지지되어 상기 고리형 통로 안으로 돌출된다.
특히 유리하게는, 상기 핀들은 퍼지 가스의 흐름이 측부 내벽을 따르도록 안내하는 방향성(orientation)을 갖는다.
바람직하게는, 상기 반응 챔버의 측부 내벽과 상기 추가 부품의 제1 벽은, 구강부까지 1cm와 같거나 1cm 보다 큰 길이를 갖는 상기 주입 채널의 부분에서 평행하다.
바람직하게는, 상기 반응 챔버의 측부 내벽과 상기 추가 부품의 제1 벽이 평행한 상기 채널 부분의 길이는, 퍼지 가스의 층류 흐름을 0.35 m/s 내지 0.55 m/s 사이의 유동 속도(flow velocity)로 주입하도록 된 치수를 갖는다.
또한 본 발명에 따라 제공되는 화학 증착 반응기 장치용 부가 부품은, 측부 내벽을 구비한 반응 챔버, 주변 표면을 구비한 기판 지지대, 및 상기 반응 챔버 안으로 개방된 퍼지 가스 주입기를 포함하는바, 상기 기판 지지대는 상기 반응 챔버와 기판 지지대의 주변 표면 사이에 고리형 통로를 형성하도록 반응 챔버 안에 배치되고, 상기 부가 부품은 상기 반응기 장치 안에 장착된 상태에서 퍼지 가스 주입기의 고리형 구강부의 적어도 일부분을 형성하는 것을 특징으로 한다.
특히 유리하게는, 상기 부가 부품은 상기 반응기 장치 안에 장착된 상태에서 추가 벽(additional wall)을 형성하도록 배치되고, 상기 반응 챔버의 측부 내벽과 상기 추가 벽은 상기 고리형 구강부를 통하여 반응 챔버 안으로 개방된 채널을 한정하며, 상기 측부 내벽과 추가 벽은 상기 구강부를 포함하는 채널의 부분에서 평행하다.
일 실시예에 따르면, 상기 부가 부품이 회전 대칭성(rotational symmetry)을 갖는다.
또한 본 발명에 따르면 기판 지지대에 의하여 지지되는 기판에 대한 화학 증착 방법이 제공되는바, 상기 기판 지지대는 측부 내벽을 갖는 반응 챔버 안에서 상기 반응 챔버의 측부 내벽과 상기 기판 지지대의 주변 표면 사이에 고리형 통로가 형성되도록 배치되고,
상기 화학 증착 방법은:
반응 가스를 작업 공간을 통하여 기판을 향하도록 주입하는 단계;
퍼지 가스를 상기 측부 내벽을 따라서 고리형 통로까지 유동하는 층류 흐름의 형태로 주입하는 단계; 및
상기 반응 챔버의 측부 내벽에 배치되되 상기 고리형 통로의 하류에 상기 작업 공간을 대면하도록 배치된 개구를 통하여 상기 반응 가스와 퍼지 가스를 배출시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 특징, 상세사항, 및 장점들은 아래의 첨부 도면들을 참조로 하는 하기의 상세한 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.
도 1 에는 본 발명에 따른 반응기의 축방향 단면도가 도시되어 있고;
도 2 에는 도 1 의 Ⅱ 부분의 상세도가 도시되어 있고;
도 3 에는 도 1 및 도 2 의 반응기로부터 가스를 배출시키는 링(ring) 부품의 사시도가 도시되어 있고;
도 4 에는 도 3 에 도시된 링에 대해 보완적인 가스 배출 링(gas discharging ring) 부품의 사시도가 도시되어 있고;
도 5 에는 도 3 및 도 4 에 도시된 부품들이 조립됨으로써 형성되는 가스 배출 링의 축방향 단면도가 도시되어 있다.
상기 첨부 도면들은 소정 성질을 갖는 요소들을 포함한다. 따라서, 상기 도면들은 본 발명을 완전히 설명하기 위하여만 활용되는 것이 아니라, 가능한 범위에서 본 발명의 정의에 기여할 수도 있다.
상기 도면들에 도시된 프로세싱 장치 또는 반응기에는 전체적으로 참조번호 1 이 부여된다. 전체적으로 상기 프로세싱 장치(1)는 중심축(X-X)을 중심으로 회전 대칭적이다. 이것은, 화학 반응의 균일성을 증진시키고 제조를 용이하게 한다. 이와 같은 대칭성은 몇몇 사항들에 대해 예외일 수 있다. 도면에서 상기 축은 수직인데, 이것은 상기 장치가 작동하는 때의 통상적인 배치에 해당되는 것이다. 아래의 설명에 있어서, 상부, 저부, 수평, 및 수직이라는 용어는 도 1, 2, 및 5 에 도시된 바를 기준으로 하여 사용된다. 반응기(1)는 제어된 압력과 온도를 갖는다. 상기 반응기(1)는 중공의 몸체(2)와, 반응 챔버(4)를 형성하기 위하여 상기 몸체(2)를 폐쇄시키는 뚜껑(3)을 포함한다. 상기 반응 챔버(4)는 엔클로저(enclosure)라고 호칭될 수도 있다. 상기 반응 챔버(4)는 기판들을 위한 지지대(5)(서스셉터(susceptor)라 호칭되기도 함)를 수용한다. 상기 반응기(1)는, 상기 반응 챔버(4)의 상부 부분으로부터의 적어도 한 가지의 반응 가스와, 상기 반응 챔버(4)의 저부 부분으로부터의 퍼지 가스가 반응 챔버(4) 안으로 주입됨을 허용하도록 설계된다. 상기 반응 챔버(4)는 반응 환경을 제한하고, 반응 챔버의 벽들은 한편으로는 소정 영역들에서만의 반응을 증진시키기 위하여 가스의 흐름을 안내하는 한편, 혼합된 가스를 배출시키기 위하여 가스의 흐름을 안내하기도 한다.
상기 반응 챔버(4)는 하측 내벽(lower inner wall; 15), 상측 내벽(upper inner wall; 17), 및 내부 측벽(side inner wall; 19)에 의하여 한정되는바, 이들은 하측 벽(lower wall; 15)을 상측 벽(upper wall; 17)에 연결시킨다. 여기에서 하측 벽(15) 및 상측 벽(17) 각각은 전체적으로 원반 형상을 가지며, 상기 내부 측벽(19)은 전체적으로 회전체(solid of rotation)의 형상을 가지고, 하측 내벽(15)의 주변 가장자리를 상측 내벽(17)의 주변부에 연결시킨다. 도 1 및 도 2 의 예에서, 상기 하측 내벽(15)은 상측 내벽(17)보다 작은 직경을 갖는다. 따라서, 내부 측벽(19)은 실질적으로 원통형인 상측 부분(19a)과, 실질적으로 절두원추형인 하측 부분(19b)을 포함하는바, 이들은 서로 연결되어 있다. 상기 하측 부분(19b)은 상기 상측 부분(17)의 방향으로 테이퍼(taper)진다.
상기 내부 측벽(19)은 필렛(fillets)에 의하여 상기 하측 내벽(15) 및 상측 내벽(17)에 연결된다.
지지대(5)는 받침판(plateau; 7)와 종장형의 베이스(base; 6)를 포함한다. 상기 받침판(7)은 베이스(6)의 상측 단부에 고정된 하측 주면(lower main face)을 구비한다. 여기에서 설명되는 예에서, 상기 지지대(5)의 상기 베이스(6) 및 받침판(7)은 일체로 형성된다. 상기 베이스(6)는 하측 내벽(15)을 통하는 몸체(2)의 개구(2a)를 통과한다. 상기 지지대(5)는 반응 챔버(4)에 대하여 병진적으로 움직일 수 있도록 조립된다. 상기 지지대(5)는 받침판(7)이 상측 내벽(17)에 가깝게 되는 상부 위치, 소위 작업 위치(work position)와, 받침판(7)이 상측 내벽(17)로부터 멀어지게 되는 저부 위치, 소위 로딩 위치(loading position)로 이동될 수 있다. 도 1 및 도 2 에서, 상기 지지대(5)는 작업 위치에 있다. 이 위치에서, 상기 받침판(7)은 상기 상측 내벽(17)으로부터 20mm 미만, 그리고 바람직하게는 5mm 초과의 수직 거리를 두도록 배치된다.
상기 받침판(7)은, 상기 반응 챔버(4)에 대하여 회전하고 베이스(6)의 수직축(X-X)을 중심으로 돌도록 조립될 수 있다. 회전 속도는, 상기 지지대(5) 상에서의 가스의 요망되는 유동 속도, 상기 기판의 크기, 및 필요/요망에 따른 증착 속도의 함수로서 정해진다.
상기 받침판(7)은 상기 하측면의 반대측에 있는 상측 주면(5a)을 갖는바, 상기 상측 주면(5a)은 프로세싱(처리)될 하나 이상의 기판들을 지지하도록 의도된 것이다. 상기 상측 주면(5a)은 상측 내벽(17)을 대면하도록 배치된다. 상기 받침판(7)은 상기 상측 주면(5a)을 하측면에 연결시키는 주변 표면(5b)을 갖는다. 상기 주변 표면(5b)은 받침판(7)의 두께에 걸쳐서 상기 상측 주면(5a)에 대해 실질적으로 수직을 이루도록 연장된다.
상기 지지대(5)에는 (도시되지 않은) 열 조절 부재(heat-regulating member)가 구비될 수 있는바, 그 열 조절 부재는 예를 들어 1994.3.31.에 어플라이드 머터리얼스(Applied Materials Inc.)에 의하여 출원되고 공보 EP　0　619　381 에 기술된 유형의 것일 수 있다. 상기 열 조절 부재는 가열 및/또는 냉각을 위하여 선택적으로 사용된다. 여기에서 상기 열 조절 부재는 요망되는 화학 반응에 따라서 기판의 온도를 조절하기 위하여 사용된다.
작업 위치에서는, 상기 상측 주면(5a)과 상측 내벽(17) 사이의 거리는 작다. 이것은 상기 상측 주면(5a)과 상측 내벽(17) 사이의 온도 차이로 인한 수직 대류 구배(vertical convection gradient)의 영향을 제한한다.
작업 위치에서 상기 주변 표면(5b)과, 그에 대응되는 측벽(19)의 일부분, 즉 상부 부분(top portion; 19a)은 회전 대칭성을 갖는다. 작업 위치에서는, 상기 주변 표면(5b)과 상기 대응되는 내부 측벽(19)의 일부분이 서로에 대해 동심을 이룬다(concentric). 변형예로서, 상기 내부 측벽(19)과 주변 표면(5b)이 예를 들어 정사각형, 직사각형, 타원형과 같은, 원형이 아닌 다른 형상의 주변부 형태를 가질 수도 있다.
상기 받침판(7)은 전체적으로 원판의 형상을 갖는다. 상기 지지대(5), 특히 받침판(7)은 800℃ 초과의 온도에 대해 견디는 열전도성 재료로 만들어진다. 여기에서 사용된 재료는, 본 경우에 있어서와 같이 디하이드로젠(dihydrogen) 및 암모니아가 존재하에서 무결한 지지대(5)가 매우 환원적인(reductive) 매체로 유지됨을 가능하게 한다. 또한 상기 지지대(5)는 낮은 열 관성(thermal inertia)을 갖는 재료로 만들어져서, 다양한 이용 단계들 동안에 온도가 신속히 상승 및 하강함을 가능하게 한다.
여기에서 상기 지지대(5)는 알루미늄 니트라이드(AlN)로 만들어진다. 변형예로서는, 상기 지지대(5)가 그래파이트(graphite)로 만들어지고 실리콘 카바이드 필름(film of silicon carbide)으로 코팅될 수 있는데, 이로써 상기 지지대(5)는 화학적 환경에 대해 증가된 저항성을 갖는다.
제시되지 않은 변형예에서는, 상기 몸체(2) 안에 냉각제의 순환을 위한 덕트가 제공된다.
상기 반응 챔버(4)를 한정하는 하측 내벽(15) 및 내부 측벽(19)을 냉각시킴으로써, 뜻하지 않은 표면 증착물이 감소된다. 이로써 상기 반응 챔버(4)를 세정하기 위하여 필요한 시간이 감소되어서, 상기 반응기(1)의 생산성이 증대된다.
상기 지지대(5) 상에 기판을 놓은 후에는 뚜껑(3)이 밀봉적으로 닫혀진다. 변형예에서는, 상기 지지대(5) 상에의 기판의 도입 및 제거가, 진공 상태에 있고 가능한 경우라면 로봇이 구비되어 있는 전달 챔버(transfer chamber)를 통하여 수행될 수 있다.
상기 뚜껑(3)은 주 부품(main part; 10)을 포함하는바, 여기에는 상기 반응기(1)를 위한 반응 가스의 공급원을 형성하는 메인 가스 유입구(main gas inlet; 11)와, 상기 가스의 열 조절 수단이 구비된다. 상기 뚜껑(3)은, 상기 몸체(2) 상에 안착되고 주 부품(10)을 지지하는 외측 부품(9)을 포함한다. 상기 뚜껑(3)의 외측 부품(9)은 전체적으로 링 형상을 가지며, 상기 몸체(2)의 상측 부분에서 주 부품(8)의 상측 표면 상에 안착된다. 상기 뚜껑(3)은, 상기 반응 챔버(4)의 상측 내벽(17)의 적어도 일부분을 형성하고 예를 들어 나사에 의하여 주 부품(10)에 결합되는 주입 디스크(injection disc; 30)를 포함한다. 상기 주입 디스크(30)는 제1 유입구(11)로부터 들어오는 반응 가스의 주입을 위한 시스템의 부품을 수용하기도 한다.
몸체(2)의 주 부품(8)은 금속 합금으로 만들어진다. 일반적으로, 적어도 부분적으로 상기 반응 챔버(4) 안에 있는 상기 구성요소들 대부분은 고온에서 가스이탈(degassing)을 별로 보이지 않는 알루미늄 합금 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
상기 뚜껑(3)의 주 부품(10)은 전체적으로 원판 형상을 갖는다. 상기 주 부품(10)은 여기에서는 알루미늄인 가벼운 합금으로 만들어질 수 있다. 주 부품(10)은 열전도성을 가지며 중앙 구멍에 의하여 뚫려 있어서, 상기 주입 디스크(30)의 반응 가스 주입 시스템과 반응기(1)의 제1 가스 유입구(11) 사이에 유체 소통을 형성한다.
상기 주입 디스크(30) 안에 수용된 반응 가스 주입 시스템은 반응 가스의 열을 조절하기 위한 수단을 포함한다. 여기에서 상기 반응 가스의 열을 조절하기 위한 수단은, 냉각/가열 회로 안에서 순환되는 냉각제를 담는 고리형 부품을 구비한 가열 요소(14)를 포함한다. 이와 같은 가스 주입 시스템와 이와 같은 열 조절 시스템은, 예를 들어 본 출원인에 의하여 2008.4.28.에 출원되어 FR　2　930　561에 게제된 프랑스 출원에 기술되어 있는 것일 수 있다.
주입 디스크(30)는, 축방향으로 반응기(1)의 가스 배출 링(49)과 뚜껑(3)의 주 부품(10)의 내측 표면 사이의 위치에 유지된다. 상기 주입 디스크(30)는 반응 챔버(4)의 상측 내벽(17)의 큰 중앙 부분을 형성한다. 상기 주입 디스크(30)를 기판 지지대(5)로부터 분리시키는 공간은, 반응 챔버(4)의 상측 내벽(17)과 상기 지지대(5)의 상측 주면(5a) 사이에 펼쳐진 작업 공간(60)으로 고려될 수 있다. 상기 작업 공간(60)은 상기 반응 가스와 기판 사이 및/또는 반응 가스들 사이의 반응이 일어나도록 의도된 공간이다.
상기 주입 디스크(30)는 상기 반응 챔버(4)와 주 부품(10)의 중앙 구멍 사이에 유체 소통을 이루는 채널(45)들을 수용한다. 상기 채널(45)들은 상기 주입 디스크(30)를 실질적으로 수직으로 통과하도록 연장된다. 채널(45)들은 상기 반응 챔버(4)의 작업 공간(60) 내에서 상측 내벽(17)으로 개방된다. 상기 채널(45)들은 주입 디스크(30) 내에 규칙적으로 분포되는 한편, 이들의 구강부(mouth)들은 상측 내벽(17)에 의하여 한정되는 반응 챔버(4)의 표면 상에서 균등하게 분포된다. 상류측으로부터 하류측으로, 상기 뚜껑(3)의 유입구(11), 상기 주 부품(10)의 중앙 구멍, 및 주입 디스크(30)의 채널(45)들은 함께 반응 챔버(4)를 위한 반응 가스의 공급부를 형성한다.
여기에 설명된 실시예에서는, 제2 반응 가스를 위한 추가적인 가스 공급부가 있는 경우에 대하여 설명한다. 주입 디스크(30)에는 추가적인 반응 가스 공급부의 일부를 형성하는 복수의 추가적인 채널들이 제공된다. 상기 추가적인 채널들은 상기 상측 내벽(17)과 상측 주면(5a) 사이에서 반응 챔버(4)의 작업 공간(60) 안으로 개방된다. 상기 추가적인 챔버들은, 제1 유입구(11)와 별도이되 실질적으로 유사한, 반응기(1)의 제2 가스 공급부로부터 공급받는다. 추가적인 가스 공급부는 도시되어 있지 않다.
가열 요소(14)는 반응 챔버(4)의 상류측에 있는 반응 가스(들)을 화학적으로 안정적인 온도로 유지시킬 수 있는바, 예를 들어 응축 현상을 방지하기 위하여 이슬점을 초과하는 온도로 유지할 수 있다. 또한, 주입 디스크(30)는 높은 열 전도율을 갖는 재료, 예를 들어 경량 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있는데, 이것은 상기 뚜껑(3)의 주 부품(10)과의 접촉 및 열 전도에 의하여 상기 주입 디스크(30)의 온도를 조절함을 가능하게 한다. 상기 주입 디스크(30)의 온도는, 주입 디스크(30)와 같은 높이로 있게 됨으로 인하여 가스 반응 물질들의 뜻하지 않은 반응이 일어남을 제한하도록 선택된다.
반응 가스는 뚜껑(3)의 유입구를 거쳐서 반응기(1) 안으로 들어간다. 상기 유입구(11)의 하류에서는, 반응 가스가 채널(45)들의 구강부들을 거쳐서 반응 챔버(4) 안으로 들어간다. 상기 채널(45)들은 상기 반응 챔버(4) 안으로의 반응 가스 공급부를 형성한다.
가스 배출 링(49)은, 실질적으로 수평인 몸체(2)의 주 부품(8)의 고리형 표면(8a) 상에 조립되고, 몸체(2)의 원통형 표면(8b)에 의하여 둘러싸여서 보어(bore)를 형성한다. 여기에서 설명되는 예에서 가스 배출 링(49)은 몸체(2)에 부착된 부품이다. 변형예에서는, 가스 배출 링(49)이 몸체(2)와 함께 단일의 부품을 형성하거나 완전한 단일체일 수도 있다. 상기 가스 배출 링(49)은 주입 디스크(30)의 내측 표면의 주변 부분과 접촉할 수 있다.
도 2 에 도시된 작업 위치에서, 상기 가스 배출 링(49)은 작업 공간(60)을 둘러싼다. 또한 상기 가스 배출 링(49)은 적어도 부분적으로 상기 지지대(5)의 받침판(7) 둘레에 배치된다. 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 가스 배출 링(49)의 일부분은 내부 측벽(19)의 일부를 형성하고, 상기 가스 배출 링(49)의 다른 일부분은 상측 내벽(17)의 일부를 형성한다. 상기 가스 배출 링(49)과 지지대(5)의 상호관계가 있는 형상은, 작업 위치에서 상기 지지대(5)가 부분적으로 가스 배출 링(49) 안에 배치되고, 여기에서는 가스 배출 링(49)에 속하는 내부 측벽(19)의 일부분과 지지대(5)의 주변 표면(5b) 사이에 통로(107)가 형성되도록 형성된다. 여기에서 통로(107)는 반응 챔버(4)의 상부 부분에서 주변 고리형 채널의 형태를 취한다. 상기 지지대(5)와 내부 측벽(19) 사이, 즉 여기에서는 가스 배출 링(49)과 주변 표면(5b) 사이의 수평 거리는, 10 내지 30 mm 사이이다.
상기 상측 내벽(17)의 가스 주입 채널(45)들, 상측 주면(5a), 및 가스 배출 링(49)은, 반응 가스의 흐름이 가스 주입 채널(45)들로부터 가스 배출 링(49)으로 유동하여 작업 공간(60)을 통과하도록 배치된다. 반응 가스들은 반응기(1)의 유입구(11)를 거쳐서 도입되어, 주입 디스크(30)를 통과하고, 상기 상측 주면(5a)과 같은 높이에 있는 작업 공간(60) 안으로 순환한다. 사용되지 않은 전구체는, 실질적으로 반경방향에서 상기 지지대(5)의 받침판(7)의 중심부로부터 주변부로 향하는 방향으로 상기 가스 배출 링(49)을 향하여 계속 진행한다.
여기에서 설명된 예에서, 상기 가스 배출 링(49)은 다수의 부품들이 조립된 형태를 취하고 있다. 상기 가스 배출 링(49)은 도 3 에 단독으로 도시된 하측 부품(lower part; 51)과 도 4 에 단독으로 도시된 상측 부품(upper part; 50)을 포함한다. 조립된 상태에서 상기 상측 부품(50)과 하측 부품(51)의 회전축을 포함하는 절반 평면의 종단면도가 도 5 에 도시되어 있다.
상측 부품(50)은 원주 주위로 실질적으로 규칙적인 단면을 갖는 고리형 부품의 형태를 취한다. 상측 부품(50)은 (도 4 에서는 보이지 않는) 하측 표면을 포함한다. 여기에서의 하측 표면에는, 반경방향 외측 하측 표면(50a), 반경방향 내측 하측 표면(50b), 및 상기 표면들(50a, 50b)을 서로 연결하는 절두원추형 하측 표면(50c)이 포함된다. 상기 반경방향 외측 하측 표면(50a)과 반경방향 내측 하측 표면(50b)은 전체적으로 평면 형태를 가지며, 서로에 대해 평행하다. 상기 반경방향 내측 하측 표면(50b)은 조립된 상태에서 상기 반경방향 외측 하측 표면(50a)에 대하여 상방향으로, 즉 주입 디스크(30)를 향하여 오프셋(offset)되어 있어서, 상기 절두원추형 하측 표면(50c)은 반응 챔버(4)의 중심을 향하여 경사진다.
상기 상측 부품(50)은 상측 표면을 포함한다. 여기에서의 상측 표면에는, 반경방향 외측 상측 표면(50d), 반경방향 내측 상측 표면(50e), 및 상기 표면들(50d, 50e)을 서로 연결시키는 절두원추형 상측 표면(50f)이 포함된다. 상기 반경방향 외측 상측 표면(50d)과 반경방향 내측 상측 표면(50e)은 평면 형태를 가지며 서로에 대해 평행한다. 상기 반경방향 내측 상측 표면(50e)은 조립된 상태에서 상기 반경방향 외측 상측 표면(50d)에 대하여 하방향으로, 즉 하측 부품(51)을 향하여 오프셋되어서, 상기 절두원추형 상측 표면(50f)이 상기 주입 디스크(30)의 중앙을 향하여 경사진다.
수직 방향을 따른 상기 상측 부품(50)의 두께는 반경방향 내측 상측 표면(50e)에서의 수직방향에서보다 반경방향 외측 상측 표면(50d)에서의 수직방향에서 더 크다. 또한, 상기 상측 부품(50)은 상기 몸체(2)의 보어(8b)와 대응되는 형상을 가지며 실질적으로 원통형인 외측 표면(50g)과, 작은 축방향 치수를 가지며 여기에서는 약간 절두원추형인 내측 표면(50h)을 포함한다. 상기 외측 표면(50g)은 몸체(2)의 보어(8b) 안에 삽입될 수 있도록 그에 맞게끔 구성된다. 상기 반경방향 내측 상측 표면(50e), 절두원추형 상측 표면(50f), 및 내측 표면(50h)은 주입 디스크(30)의 주변부에 대응되는 형상을 갖는다. 상기 가스 배출 링(49)의 형상들 및 치수들은, 가스 배출 링(49)이 주입 디스크(30) 및 보어(8b) 모두에 맞게끔 정해진다. 상기 반경방향 외측 상측 표면(50d)은 주 부품(10)의 하측 표면과 접촉한다. 상기 가스 배출 링(49)이 몸체(2)에 장착된 때에, 상기 주입 디스크(30)의 하측 표면과 반경방향 내측 하측 표면(50b)은 실질적으로 정렬되어 거의 연속성을 갖게 된다. 상기 반경방향 내측 하측 표면(50b)을 갖는 상측 부품(50)의 내측 부분이 상측 내벽(17)의 주변 부분을 형성한다. 상기 주입 디스크(30)과 상측 부품(50)의 내측 부분이 함께 반응 챔버(4)의 상측 내벽(17)의 적어도 일부분을 형성한다.
상측 부품(50)은 상기 가스 배출 링(49)의 하측 부품(51)과 뚜껑(3)의 주 부품(10) 사이에서 스페이서(spacer)로서의 역할을 한다. 상기 가스 배출 링(49)의 상측 부품(50)은 신속한 온도 변화를 열화없이 견딜 수 있는 재료, 예를 들어 알루미늄으로 만들어진다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 하측 부품(51)은 H자 형상의 단면을 가지며 전체적으로 고리형인 형상을 갖는다. 상기 하측 부품(51)은 외측 벽(51a), 내측 벽(51b), 및 상기 외측 벽(51a)을 내측 벽(51b)에 연결하는 연결 벽(51c)을 포함한다. 상기 외측 벽(51a)과 내측 벽(51b)은 전체적으로 원통형의 형상을 갖는다. 상기 내측 벽(51b)은 조립된 상태에서 몸체(2)의 고리형 표면(8a)과 상측 부품(50)의 반경방향 내측 하측 표면(50b)을 분리시키는 수직 거리보다 엄밀히 작은 높이를 갖는다. 따라서, 상기 하측 부품(51)의 내측 벽(51b)과 상측 부품(50) 사이에는 원주상의 개구 또는 간극(49a)이 형성된다. 상기 가스 배출 링(49)이 조립된 부품들이 아니라 단일의 부품으로 만들어지는 변형예에서는, 상기 간극(49a)이 그 부품 안에 만들어진다.
연결 벽(51c)은 상기 외측 벽(51a) 높이의 1/3 내지 2/3 사이의 위치, 예를 들어 여기에서는 실질적으로 절반의 높이에 배치된다. 설치된 상태에서, 상기 외측 벽(51a)과 내측 벽(51b)은 실질적으로 수직을 이루는 한편, 상기 연결 벽(51c)은 실질적으로 수평을 이룬다. 상기 가스 배출 링(49)이 몸체(2) 안에 배치된 때에, 상기 내측 벽(51b)은 내부 측벽(19)의 일부를 형성한다.
상기 몸체(2)의 고리형 표면(8a)과, 외측 벽(51a), 내측 벽(51b), 연결 벽(51c)의 사이에는 하측의 고리형 채널(54)이 형성된다. 상기 상측 부품(50)의 반경방향 외측 하측 표면(50a)과, 외측 벽(51a), 내측 벽(51b), 연결 벽(51c)의 사이에는 상측 고리형 채널(52)이 형성된다 (도 5 참조). 상기 연결 벽(51c)에는 복수의 소통 구멍(53)들이 뚫려 있다. 상기 소통 구멍(53)으로 인하여, 상측 채널(52)이 하측 채널(54)과 소통될 수 있게 된다. 하측 채널(54)은 상기 반응기(1)의 가스 배출 유출구와, 몸체(8)에 형성된 펌핑 채널(pumping channel; 59)과 소통된다. 상기 소통 구멍(53)과 펌핑 채널(59)은 상기 반응기(1)의 회전 대칭성에 대한 예외이다.
조립체는, 상류측으로부터 하류측까지, 상측 채널(52), 소통 구멍(53), 및 내측 채널(54)을 포함하고, 상기 펌핑 채널(59)은 가스 배출 채널(100)을 형성한다. 상기 간극(49a)은 상기 반응 챔버(4)와 가스 배출 채널(100) 모두에 속한다. 이로써 상기 간극(49a)은 반응 챔버(4)의 가스 유출구와, 가스 배출 채널(100)용 가스 유입구를 형성하게 된다.
간극(49a)은 상기 가스 배출 링(49) 안에서 작업 공간(60) 둘레로 개방된 원주형 공간을 형성한다. 상기 간극(49a)은 상기 가스 배출 채널(100)과 내측 벽(51b) 내측의 반응 챔버(4) 사이에서의 유체 소통을 가능하게 한다. 상기 내부 측벽(19)에 형성된 원주상의 개구(49a)는 상기 상측 채널(52)과 통로(107) 사이에서의 유체 소통로를 형성하여, 가스가 반응 챔버(4)로부터 반응기(1)의 외부를 향하여 배출되게끔 한다.
내측 벽(51b)의 상측 표면은 상측 부품(50)을 향하여 돌출된 패드(pad; 51d)들을 포함한다 (도 3 참조). 상기 패드(51d)들은 상기 간극(49a)의 높이와 실질적으로 같은 높이를 갖는다. 상기 패드(51d)들은 상측 부품(50)의 반경방향 내측 하측 표면(50b)과 접촉한다. 조립된 상태에서, 상기 하측 부품(51)의 패드(51d)들은 가스 배출 링(49)의 상측 부품(50)을 위한 지탱부(bearing portions)를 형성한다. 상기 패드(51d)들은 상측 부품(50)과 하측 부품(51)의 서로에 대한 거리를 유지시켜서, 간극(49a)을 형성한다. 상기 패드(51d)들은 원주 둘레에 규칙적으로 분포되어, 상기 가스 배출 링(49)의 전체 원주에 대하여 작은 각도 부분들에 걸쳐서 간극(49a)의 중단부(interruption)들을 형성한다. 상기 패드(51d)들은 상기 가스 배출 링(49)의 회전 대칭성에 대한 예외이다. 상기 간극(49a)은 패드(51d)들 및 일련의 개방된 부분들에 의하여 형성되지만, 간극(49a)은 가스들의 순환 관점에서는 연속적인 것으로 고려된다.
상기 가스 배출 링(49)의 원주 전체 또는 거의 전체에 걸쳐 있는 상기 간극(49a)의 고리형 개구는, 예상가능한 유량(flow rate) 범위 내에서의 층류 유동 및 가스의 균일한 흡입이 이루어지는 상태로 배출이 이루어질 수 있게 한다. 예를 들어, 200 내지 300　Torr 사이의 압력에서는 10 slm 미만의 유량이 채택될 수 있고, 266 내지 400　hPa 및 표준적인 온도 상태(대략 20℃) 하에서는 분당 10 리터의 유량이 채택될 수 있다.
반응 가스들은 채널(45)들로부터 나오고, 반응 챔버(4)의 작업 공간(60)의 주변부에 배치된 간극(49a)을 거쳐 배출되며, 통로(107) 위에서 종료된다. 이로 인하여, 반응 챔버(4) 내에서의 유체 유동선들이 규칙적으로 될 수 있다. 작동시, 반응 가스의 흐름은 반응 챔버(4)의 작업 공간(60) 내에서 채널(45)들로부터 간극(49a)으로 순환한다. 상기 가스 배출 링(49)의 상측 부품(50)과 하측 부품(51) 사이의 간극(49a)은 0.5 내지 2 mm 사이의 최대 높이를 갖는다.
상기 반응 챔버(4)를 부분적으로 한정하는 내측 표면을 가진 내측 벽(51b)은 상기 내부 측벽(19)의 일부를 형성하고 통로(107)를 한정한다. 상기 내측 벽(51b)은, 상기 연결 벽(51c)의 위에서 상측 원통형 표면(upper cylindrical surface; 51e)을 구비하고, 상기 연결 벽(51c)의 아래에서는 상기 상측 원통형 표면(51e)과 연결되는 형태인 하측 절두원추형 표면(51f; lower frustoconical surface)을 구비하는데, 상기 하측 절두원추형 표면(51f)은 상기 반응 챔버(4)의 중심을 향하여 경사진다. 변형예로서, 상기 가스 배출 링(49)의 내측 표면은 하측 절두원추형 표면과 상측 절두원추형 표면을 포함할 수 있다. 상기 하측 절두원추형 표면의 경사 각도는 상기 상측 절두원추형 표면의 경사 각도보다 크다.
반응기(1)는 추가 부품(101)을 포함한다. 상기 반응기(1)는 추가 부품(101)을 포함한다. 상기 추가 부품(101)은 전체적으로, 회전축을 따라서 달라지는 직경을 갖는 튜브형 부품 또는 회전체 부품의 형상을 갖는다.
상기 반응 챔버(4) 안에 장착된 상태에서 저부로부터 상부로 순차적으로, 상기 추가 부품(101)은 원통부(cylindrical portion; 101a), 어깨부(shoulder portion; 101b), 및 절두원추부(frustoconical portion; 101c)를 포함한다. 상기 추가 부품은, 상기 반응 챔버의 측벽의 하측 부분(19b)과 하측 내벽(15)을 대면하도록 배치된 부분들(101a, 101b, 101c) 각각의 표면들(111, 112, 113)을 포함하는 제1 벽을 구비한다. 상기 추가 부품(101)의 제1 벽은 몸체(2)의 개구(2a)와 반응 챔버(4)의 하측 부품의 형상 및 치수에 대응되는 형상 및 치수를 갖는다. 상기 추가 부품(101)은 지지대(5) 아래에서 상기 가스 배출 링(49)으로부터 거리를 두고 부분적으로는 개구(2a) 안에 그리고 부분적으로는 반응 챔버(4) 안에 배치된다. 작업 위치에서, 받침판(7)은 추가 부품(101)으로부터 거리를 두고 이격된다. 여기에서 상기 추가 부품(101)의 위치는 로딩 위치의 경우와 마찬가지로 작업 위치에서도 동일하다.
상기 원통부(101a)의 외측 직경은 몸체(2)의 개구(2a)의 보어의 내측 직경보다 엄밀하게 작아서, 원통부(101a)가 개구(2a)의 표면과 접촉하지 않고서 개구(2a) 안으로 삽입될 수 있다. 상기 원통부(101a)는 개구(2a)에 대해 중심이 잡히도록 정렬된다. 상기 지지대(5)의 베이스(6)는 원통부(101a)에 의하여 형성된 원통 내측에 배치된다. 상기 개구(2a)의 보어와 원통부(101a)의 외측 표면 사이에는 고리형 공간이 유지된다. 상기 원통부(101a)는 원통부의 하측 단부에서 반응 챔버(4)의 다른 부분에 고정된다 (도면에는 도시되지 않음). 여기에서 원통부(101a)는 반응 챔버(4)에 추가된 부품의 고정되는 부분이다.
어깨부(101b)는 상기 원통부(101a)에 대해 실질적으로 직각으로 그리고 원통부(101a)의 외측을 향하여 연장된 왕관의 형태를 갖는다. 어깨부(101b)는 상기 원통부(101a)의 최상측 단부와 일체를 형성하도록 연결된다. 상기 어깨부(101b)는 원통부(101a)의 벽 두께와 실질적으로 같은 두께를 갖는 평면형의 반경방향 벽의 형태를 갖는다. 상기 어깨부(101b)의 내측 직경은 원통부(101a)의 직경에 대응된다. 상기 어깨부(101b)의 외측 직경은 반응 챔버(4)의 하측 내벽(15)의 직경보다 엄밀하게 작다. 어깨부(101b)는 반응 챔버(4)의 하측 내벽(15)과 실질적으로 평행하되 그 위에 배치된다. 어깨부(101b)는 하측 내벽(15)과 접촉하지 않는다. 상기 어깨부(101b)에 있는 제1 벽의 표면(112)과 반응 챔버(4)의 하측 내벽(15) 사이에는 공간이 유지된다.
절두원추부(101c)는 어깨부(101b)의 주변부로부터 회전축에서 멀어지는 상방향으로 연장된다. 절두원추부(101c)는 어깨부(101b)에 연결된다. 절두원추부(101c)는 원통부(101a) 및 어깨부(101b)의 두께와 실질적으로 같은 두께를 갖는다. 상기 원통부(101a)의 원뿔 형태는 상기 내부 측벽(19)의 하측 부분(19b)의 원뿔 형태와 실질적으로 동일하다. 상기 하측 부분(19b)의 적어도 일부분은 절두원추부(101c)에 있는 제1 벽의 표면(113)을 대면하며, 이 부분이 내부 측벽(19)의 제2 부분을 형성한다. 상기 절두원추부(101c)의 외측 반경은 수직 상방향으로 점진적으로 균일하게 증가하여서, 절두원추부(101c)의 벽이 도 1 및 도 2 의 단면도에 도시된 바와 같이 직선형태를 갖는다. 상기 절두원추부(101c)의 각 섹션(section)의 외측 반경은, 절두원추부(101c)를 대면하는 내부 측벽(19)의 제2 부분의 섹션의 내측 직경보다 엄밀하게 작다. 상기 절두원추부(101c)는 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19)에 대해 동심을 이루도록 배치된다. 절두원추부(101c)는 내부 측벽(19)과 접촉하지 않는다. 상기 절두원추부(101c)에 있는 제1 벽의 표면(113)과 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19) 사이에는 공간이 유지된다. 절두원추부(101c)는 수직 방향에서 높이를 갖도록 연장되는바, 그 높이는 바람직하게는 10mm 보다 크며, 예를 들어 여기에서는 15mm 이다. 상기 절두원추부(101c)의 위치 및 높이는, 로딩 위치에 도달하기 위한 받침판(7)의 하강을 추가 부품(101)이 방해하지 않도록 정해진다.
여기에서 설명되는 예에서, 상기 지지대(5)와 추가 부품(101)은, 지지대(5)가 반응 챔버(4) 안에서 추가 부품(101)에 의하여 둘러싸이는 위치, 예를 들어 로딩 위치로 병진하여 이동될 수 있게끔 하는 상호간의 형상과 위치관계를 갖는다. 주변 표면(5b)의 직경은 절두원추부(101c)의 적어도 일부분의 내측 직경보다 작다. 추가 부품(101)은 제1 벽에 대해 대향되고 지지대(5)를 향하는 방위를 갖는 제2 벽을 구비하는바, 상기 제2 벽은 지지대(5)의 로딩 위치에서 주변 표면(5b)의 하우징을 형성하는 오목 형상을 갖는다.
상기 추가 부품(101)은 반응 챔버(4)의 저부 부분에 배치되고, 표면들(111, 112, 113)로 형성된 추가 부품(101)의 제1 벽과 반응 챔버(4)의 표면들 사이의 고리형 공간은 고리 형상의 채널(103)의 섹션(section)들을 형성한다. 보어(2a)와 원통부(101a) 사이에 한정된 제1 섹션(103a)은 실질적으로 원통형 형상을 가진다. 하측 내벽(15)과 어깨부(101b) 사이에 한정된 제2 섹션(103b)은 실질적으로 왕관 형상을 갖는다. 상기 내부 측벽(19)의 제2 부분과 절두원추부(101c) 사이에 한정된 제3 섹션(103c)은 실질적으로 절두원추형 형상을 갖는다. 상기 추가 부품(101)의 형상 및 치수들은 채널(103)이 가능한 가장 균등한 섹션을 갖게 되도록 반응 챔버(4)의 구성형태에 따라서 정해진다. 상기 추가 부품(101)의 제1 벽의 형태 및 치수들은, 채널(103) 내에서의 퍼지 가스(200)의 흐름이 가능한 층류 유동으로 되도록 하기 위하여, 반응 챔버(4)에 따라서 정해진다.
위와 같은 층류 유동을 증진시키기 위하여 특히, 반응 챔버의 내부 측벽(19)과 추가 부품(101)의 제1 벽은 제3 섹션(103c)에서 반응 챔버(4) 내의 덕트의 구강부(106)까지 평행하게 구성된다. 이와 관련하여, 상기 반응 챔버의 내부 측벽(19)과 추가 부품(101)의 제1 벽은 구강부(106)까지 1cm 이상의 길이에 걸쳐 평행하다. 유리하게는, 상기 반응 챔버의 내부 측벽(19)과 추가 부품(101)의 제1 벽이 평행한 채널의 부분의 길이는, 퍼지 가스의 유동 속도가 0.35　m/s 내지 0.55　m/s 사이인 경우에 상기 퍼지 가스가 층류 흐름으로서 주입되도록 정해진다.
상기 추가 부품(101)의 반경방향 외측 표면은 안내 표면들(111, 112, 113)을 형성한다. 채널(103)은 상기 안내 표면들(111, 112, 113)의 형상과 반응 챔버(4)의 저부의 형상을 따른다. 따라서 채널(103)은 채널(103)을 한정하는 반응 챔버(4)의 섹션과 추가 부품(101)의 섹션에 따라서 달라지는 직경을 갖는다. 다시 말하면, 채널(103)의 직경은, 채널(103)을 한정하는 추가 부품(101)의 섹션의 직경보다 크고, 채널(103)을 한정하는 반응 챔버(4)의 섹션의 직경보다는 작다. 상기 추가 부품(101)의 제1 벽과 내부 측벽(19)은 함께 채널(103), 특히 제3 섹션(103c)을 한정한다.
상기 절두원추부(101c)의 자유 단부 및 그에 가장 가까운 내부 측벽(19)의 부분이 구강부(106)를 한정한다. 다시 말하면, 채널(103)은 구강부(106)에서 끝난다. 채널(103)은 구강부(106)에 의하여 반응 챔버(4) 안으로 열려 형성된다.
퍼지 가스 주입기(105)는 상류측으로부터 하류측까지, 반응기(1)의 제2 가스 유입구(104), 채널(103), 및 구강부(106)를 포함한다. 채널(103)은 구강부(106)에 의하여 반응 챔버(4)로 개방된다. 상기 개구(2a) 및 반응 챔버(4)의 바닥에는 반응기(1)를 위한 퍼지 가스의 공급원을 형성하도록 의도된 제2 가스 유입구 또는 공급부(104)가 형성된다. 상기 제2 가스 유입구(104)는 예를 들어 질소(N) 또는 아르곤(Ar)을 이용한 퍼지 가스가 반응 챔버(4)의 바닥으로부터 주입됨을 가능하게 한다. 상기 제2 가스 유입구(104)는 채널(103)의 제1 섹션(103a)의 저부 안으로 개방된다. 다시 말하면, 상기 제2 가스 유입구(104)는 구강부(106)의 상류측에 있는 채널(103)의 상류에 있다. 추가 부품(101)이 반응 챔버(4) 안에 장착된 때에, 상기 내부 측벽(19)과 추가 부품(101)의 제1 벽 사이에 한정된 채널(103)은 퍼지 가스 주입기(105)의 연장부를 형성한다. 채널(103)은 퍼지 가스(200)의 흐름을 내부 측벽(19)에 대해 평행하게 지향시키도록 구성된다. 퍼지 가스 주입기(105)는 반응 챔버(4) 안으로 개방된다. 제2 가스 유입구(104)는 반응기(1) 내부에서의 퍼지 가스를 위한 유입구를 형성하는 한편, 구강부(106)는 반응 챔버(4) 안에서 퍼지 가스를 위한 유입구를 형성한다.
상기 통로(107) 내에서 상기 측벽을 따르는 퍼지 가스의 층류 유동은 작업 공간(60)으로부터 들어오는 반응 가스가 반응 챔버(4)의 하측 공간 안으로 침투함을 방지한다. 통로(107)를 지나가는 때에는 층류인 퍼지 가스(200)의 흐름은 잉여의 압력을 발생시키고, 반응 가스가 가스 배출 링(49)을 향하여 가도록 밀어낸다.
본 출원인은, 위와 같은 퍼지 가스 시스템이 구비된 화학 증착 장치의 가용성이, 상기 퍼지 가스(200)의 흐름이 난류인 경우에 비하여 적어도 두 배 정도 높다는 점을 관찰하였다. 따라서, 증착된 필름의 품질에 대한 악영향 없이, 반응 챔버(4)의 세정 주기를 감소시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 유동이 난류인 경우에 필요한 퍼지 가스의 유량은 주어진 효율성에 대해서 층류 유동의 유량 보다 더 크고, 다른 파라미터(parameter)들은 유사하다. 예를 들어, (표준적인 온도 조건 하에서) 비결정질 실리콘 또는 다결정질 실리콘의 증착 동안에는, 퍼지 가스(200)의 흐름의 유량이 분당 대략 5 리터인데, 난류가 존재하는 경우에는 그 유량이 분당 10 리터보다 더 크다.
현존하는 시스템에서, 퍼지 가스는 상측 공간에서 상기 반응 가스들과 부분적으로 희석되는 경향이 있다. 상기 반응 가스의 유량의 감소는, 반응 챔버(4)의 오염을 더 억제시킨다. 예를 들어, 본 출원인은 본 발명에 따른 퍼지 시스템(purge system)을 구비한 반응 챔버 안에서 (예를 들어 실란(silane)인) 반응 가스의 유량을 20　sccm 으로 감소시킬 수 있었는데, 종래 시스템의 경우에서는 그 유량이 대략 50　sccm 정도가 되어야 했다 - 즉, (표준적인 온도 조건 하에서) 분당 50ml 가 아닌 20ml 로 된다.
퍼지 가스의 유량의 감소는 선순환이 시작되도록 하며 몇 가지 장점들을 갖는바, 상기 상측 공간 내의 반응 가스의 농도가 증가되고, 요망되는 화학 반응의 수율(yield)이 증가되며, 상기 반응 가스의 낭비, 즉 소비가 감소될 수 있다. 소비가능한 종류의 물질의 소비 감소는 비용 감소로 귀결된다.
도면들에서, 부가 부품이 반응기에 부착 및 장착되어서 추가 부품(101)이 형성된다. 여기에서는 중공형 회전체인 상기 부가 부품의 형상은 본 실시예의 반응기에 적합하게 구성된다. 변형예에서는, 상기 추가 부품(101)이 단일 부품이거나, 또는 반응기(1)의 다른 구성요소들과 단일체를 이루도록 형성될 수 있다. 부가 부품이 반응기 안에 장착되도록 부가 부품의 형상을 결정함으로써, 그것의 제조가 용이하게 될 수 있고 또한 현존하는 반응기들에도 장착될 수 있게 된다. 또한, 상기 추가 부품의 제2 벽은 바람직하지 못한 증착물을 발생시키기 가장 쉬운 반응 챔버의 표면들 중 하나인데, 그 부품이 분리가능하다는 사실은 그 부품을 보다 쉽게 세정할 수 있게 되고 또한 경우에 따라서는 깨끗한 부품으로 교체할 수도 있다는 것을 의미하는바, 이로 인하여 상기 반응기의 비작동 시간이 최소화될 수 있게 된다. 변형예에서는, 상기 추가 부품(101)의 형상이 여기에서 설명된 바와 같이 상기 반응 챔버(4)의 형상에 따르는 것이 아니라 다른 형상으로 결정될 수 있다.
여기에서 설명되는 실시예에서, 추가 부품(101)은 소정 길이의 알루미늄(Al) 튜브를 소성 변형시킨 단일의 유지용 부품으로 만들어진다. 변형예에서는, 상기 추가 부품(101)이 다수의 부품들을 조립함으로써 제작된다. 추가 부품(101)은 몰딩(molding)에 의하여 제작될 수 있고, 또한 필적하는 기계적 특성 및 내침식성을 갖는 임의의 다른 재료로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 추가 부품(101)이 상사(相似; homothetic)의 프로파일(profile)을 갖거나 회전체의 형태를 취할 수 있다. 이것은, 추가 부품(101)의 제작을 단순화시키고, 반응 챔버(4) 내에의 장착 오류를 방지하기도 한다.
퍼지 가스(200)의 흐름은 상기 채널(103) 내에서 저부로부터 상부로 유동한다. 퍼지 가스는 상기 제2 가스 유입구(104)로부터 제1 섹션(103a)으로, 제2 섹션(103b)으로, 그리고 제3 섹션(103c)으로 상승하고, 절두원추부(101c)의 최상측 단부에서 구강부(106)를 통해서 채널(103)로부터 나와서, 반응 챔버(4) 안으로 들어간다. 구강부(106)에서 상기 절두원추부(101c)는 하측의 내부 측벽(19)으로부터 10mm, 바람직하게는 4 내지 8 mm 의 거리를 두고 있다. 상기 채널(103)의 끝 부분은 상기 구강부(106) 바로 하류측에서 측벽(19)의 부분에 대해 실질적으로 평행하다. 채널(103)은, 상기 구강부(106)에 가까운 내부 측벽(19)의 적어도 일부분에 걸쳐서, 퍼지 가스(200)의 흐름을 내부 측벽(19)에 대해 평행하게 지향시키도록 구성된다.
작업 과정에서, 퍼지 가스(200)의 흐름은 추가 부품(101)의 표면(113)과 내부 측벽(19)의 제2 부분 사이에 있는 채널(103)로부터 안내되어, 퍼지 가스(200)의 흐름의 적어도 일부분이 통로(107)에서 종료된다. 상기 채널(103) 및 통로(107)는 실질적으로 서로에 대해 연장되는 형태로 배치되어서, 제2 가스 유입구(104)로부터 주입되고 채널(103)을 통해 유동하며 구강부(106)를 거쳐서 내부 측벽(19)을 따라 반응 챔버(4) 안으로 들어오는 가스가 실질적으로 상기 내부 측벽(19)을 따르는 층류 영역으로 유동한다. 그 다음 상기 퍼지 가스는 통로(107)에 도달할 때까지 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19)을 따라 다시 상승한다.
상기 구강부(106) 및 통로(107) 각각은 고리형 형상을 갖는다. 이와 같은 형상의 일치성(identity)으로 인하여, 상기 구강부(106)와 통로(107) 사이에서의 가스 유동의 층류 거동이 향상된다. 상기 구강부(106) 상류측에서 채널(103)의 형상은 상기 퍼지 가스(200)의 흐름의 방향을 더 향상시킬 수 있지만, 상기 구강부(106)와 통로(107) 간의 형상 일치성은 그 자체로 퍼지 가스(200)의 흐름의 층류 거동을 향상시킬 수 있다.
상기 내부 측벽(19)은 적어도 상기 구강부(106)의 상기 벽을 따라서 통로(107)까지 퍼지 가스의 층류 흐름을 지원하도록 구성되는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 작업 위치에서는, 퍼지 가스(200)의 흐름이 반응기(1)의 직경방향 내측부에서 물리적인 지지를 받지 못한다. 퍼지 가스(200)의 흐름을 안내함에 있어서 내부 측벽(19)으로 충분하다. 상기 구강부(106)를 통하여 채널(103)로부터 나오되 선택된 속도로 내부 측벽(19)에 평행하게 나오는 상기 퍼지 가스(200)의 흐름은 구강부(106)에 대응되는 두께를 갖는다. 상기 속도가 0 이 아니기 때문에, 내부 측벽(19)과 퍼지 가스(200)의 흐름 사이에서 감압이 발생된다. 내부 측벽(19)은 퍼지 가스(200)의 흐름을 끌어당겨서 그 흐름을 구강부(106)과 통로(107) 사이로 안내한다. 직경방향 외측부에서는 상기 측벽(19)이 구강부(106)와 통로(107) 사이에서 상승하는 가스를 지지한다. 상기 내부 측벽(19)은, 유동 방향을 따라서 직선 형상, 약간 오목한 형상, 또는 약간 볼록한 형상을 가지면서도, 대응되는 대면 표면이 부존재하는 상태에서 가스의 흐름을 계속하여 안내할 수 있다.
여기에서는 상기 내부 측벽(19)의 상측 부분(19a)과 하측 부분(19b)이 가스 유동에 대한 약간의 방향 변경부(약간 오목한 형상)를 형성하는데, 이 때에도 상기 흐름의 층류 거동에 대한 악영향은 주지 않는다. 오히려, 본 출원인은 10° 내지 30° 사이 각도의 방향 변경이 난류 발생의 위험을 억제한다는 점을 관찰하였다. 도면들에 도시된 바와 같이, 상기 방향 변경은 직각에서 α를 뺀 각도(90°-α)에 해당된다. 수평한 벽 평면과 하측 부분(19b) 사이의 상기 각도(α)는 60° 내지 80° 사이이다.
상기 구강부(106)가 내부 측벽(19)과 접하여 배치된다는 사실로 인하여, 구강부(106)의 하류측 흐름의 층류 거동이 향상된다. 내부 측벽(19)은 구강부(106)의 주변부의 연장부를 형성하여, 퍼지 가스(200)의 흐름이 이탈해서 내부 측벽(19)의 방향을 따라서 통로(107)까지 이동하게끔 할 수 있다.
퍼지 가스는, 여기에서는 가스 배출 링(49)의 내측 벽(51b)인 내부 측벽(19)의 제1 부분과 상기 지지대(5)의 주변 표면(5b) 사이에 있는 통로(107)에 도달한다. 상기 통로(107)는, 퍼지 가스(200)의 흐름의 적어도 일부분이 원주형태의 개구(49a)를 통과하도록, 채널(103)로부터 나오는 퍼지 가스(200)의 흐름을 안내하는 형상을 갖는다.
상기 퍼지 가스(200)의 흐름은, 상기 가스 배출 링(49)의 내측 벽(51b)의 하측 원통형 표면(51f)과 상측 원통형 표면(51e)을 따라 지나감에 따라서, 반응 챔버(4)의 내부와 가스 배출 링(49) 간의 열교환을 증가시킨다. 퍼지 가스(200)의 흐름은, 가열 요소들과 직,간접적으로 접촉하여 가열되는 경향이 있는 가스 배출 링(49)의 냉각에 기여한다.
여기에서 설명되는 실시예에 관한 도 3 에 도시된 바와 같이, 내부 측벽(19)은 핀(51g)들을 구비한다. 핀(51g)들은 서로 유사하다. 핀(51g)들은 가스 배출 링(49)의 내측 표면으로부터 가스 배출 링(49)의 중심을 향하는 방향으로 돌출된다. 몸체(2)에 가스 배출 링(49)이 장착된 상태에서, 핀(51g)들은 통로(107) 안으로 돌출된다. 핀(51g)들은 내측 벽(51b)의 높이에 걸쳐서 수직 방향으로 실질적으로 종장형인 형상을 갖는다. 상기 핀(51g)들은 내부 측벽(19)으로부터 적어도 1mm, 바람직하게는 적어도 5mm 만큼 돌출된다. 상기 핀(51g)들의 돌출 치수는 상기 내부 측벽(19)과 지지대(5) 간의 이격 정도를 계산하는 때에 고려되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 상기 핀(51g)들의 수평 단부들은 주변 표면(5b)으로부터 거리를 두고 이격된다. 상기 핀(51g)들의 수직 단부들은 필렛들에 의하여 상기 내측 벽(51b)의 수직 단부들에 연결된다. 상기 핀(51g)들은 가스 배출 링(49)의 원주 둘레에, 본 실시예에서는 내측 벽(51b)에 규칙적으로 분포된다. 상기 주변 표면(5b)은 핀(51g)들을 대면하고, 핀(51g)들은 받침판(7) 둘레에 규칙적으로 분포된다.
도 3 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 핀(51g)들의 두께는 그들 상호 간의 이격 정도와 실질적으로 동일하다. 서로 인접한 두 개의 핀(51g)들 사이의 거리는 상기 핀(51g)들 중 하나의 두께와 같다. 가스 배출 링(49)의 회전축에 대해 직각인 평면에서 취한 단면에서 보면, 상기 핀(51g)들은 사각형의 윤곽을 갖는다. 다시 말하면, 일련의 핀(51g)들은 상기 가스 배출 링(49)에 가장 가까운 곡선을 그리면서 반복적인 패턴의 연속적 노치(notch)들을 형성한다. 상기 노치들은, 상기 구멍(53)들 및 패드(51d)들과 함께, 가스 배출 링(49)의 회전 대칭에 대한 예외에 해당된다.
여기에서 설명된 실시예에서, 핀(51g)들은 가스 배출 링(49)인 부착 부분의 내측 벽(51b)에 만들어진다. 이것은 제작을 용이하게 한다. 변형예에서는, 상기 핀(51g)들이 내부 측벽(19)에 만들어진다.
일반적으로, 상기 핀(51g)들의 형상 및 치수는, 핀(51g)들이 제공되어 있는 가스 배출 링(49)의 내측 표면이 반응 챔버(4) 안에서 (반응 챔버(4) 안의 가스와의) 접촉 표면의 면적이 크게 되도록 정해진다. 상기 핀(51g)들의 기능들 중 하나는 열교환 핀으로서의 기능이 있다. 위와 같은 접촉 표면은 반응 챔버(4) 내측과 가스 배출 링(49) 간의 열교환을 향상시킨다. 또한, 상기 핀(51g)들의 형상 및 치수는, 상기 가스 배출 링(49)과 지지대(5) 간의 접촉이 방지되도록 선택된다. 상기 핀(51g)들은 가스 배출 링(49)의 내측 벽(51b)과 내부 측벽(19)에 상기 핀들이 없는 유사한 구성형태와 비교할 때 보다 큰 자유 표면을 제공한다. 작동시, 상기 가스 배출 링(49)은 냉각기능을 수행하는 핀들이 없는 유사한 링에서의 온도보다 더 낮은 온도로 유지된다. 예를 들어, 상기 핀(51g)들은 상기 가스 배출 링(49)의 온도를 300℃ 미만으로 유지시킬 수 있다. 이와 같은 온도는 가스 배출 링(49)의 연화(softening)와, 가스 배출 링(49)의 표면 상에서의 뜻하지 않은 증착을 억제한다.
이와 같은 온도의 조절은, 상기 가스 배출 링(49) 및 내부 측벽(19)과 접촉하게 되는 반응 가스의 뜻하지 않은 반응을 억제할 수 있다. 그와 같은 반응으로부터 귀결되는 고형 증착물이 억제된다.
퍼지 가스(200)의 흐름이 핀(51g)들과 접촉하면서 순환하는 때에, 핀(51g)들로 인하여 가스 배출 링(49)의 냉각이 보다 효과적으로 된다. 이것은 구강부(106)과 통로(107) 사이에서 유동하는 퍼지 가스의 층류 흐름을 발생시킬 수 있는 추가 부품(101)으로 인하여 더욱 효과적으로 된다. 작업 공간(60)으로부터 거리를 두고 유동하는 퍼지 가스가 상기 핀(51g)들 사이의 통로들에 있게 된다. 퍼지 가스의 흐름은 작업 공간(60) 내부의 가스의 동적 특성에 거의 중립적인 영향을 갖는다. 퍼지 가스의 흐름은 층류이므로, 퍼지 가스가 반응 챔버(4) 안에 머무르는 시간은 난류 흐름의 경우에 비하여 최소화되고, 이로 인하여 열교환의 효과가 증진된다.
상기 핀(51g)들의 존재로 인하여, 통로(107)의 통로 단면이 감소되고 반응 가스의 하측 공간을 향한 이동이 억제되는 경향이 있다.
여기에서 설명되는 핀(51g)들의 형상 및 치수는 예시적인 일 실시예이다. 다른 형상 및 치수가 고찰될 수 있다. 변형예에서는, 상기 핀(51g)들이 해당 핀들의 상호간의 이격 정도와는 상이한, 원주방향으로의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어 상기 핀들은 삼각형, "톱니(sawtooth)" 형태, 둥근 형태, 또는 돔(dome) 형태의 윤곽을 가질 수 있다.
예를 들어 퍼지 가스(200)의 흐름인 가스의 흐름이 내부 측벽(19)에 대하여 그리고 내측 벽(51b)에 대하여 유동하면, 핀(51g)들은 통로(107)를 통과하는 가스의 흐름을 안내하도록 구성되는 것이 더 바람직할 수 있다. 이 경우, 핀(51g)들은 가스 유동의 층류 특성을 더 향상시킨다. 가스의 흐름은, 내부 측벽(19)에 의하여 지지됨이 유지되면서 각 핀(51g) 사이에서 더 잘 안내된다. 이 때, 핀(51g)들은 퍼지 가스(200)의 흐름과 접촉하고, 퍼지 가스(200)의 흐름에 대해 평행한 (수직인) 방향성(orientation)을 갖는다.
변형예들에서, 핀(51g)들은 수직과 상이한 방향을 따라서 긴 형태로 배치될 수 있는데, 예를 들면 가스 배출 링(49)의 내측 나사(inner threading)와 유사한 약간 나선형인 방향(slightly helicoidal direction)을 따라서 배치될 수 있다.
도면들에 도시된 바람직한 실시예에서는, 상기 핀(51g)들이 가스 배출 링(49)의 내측 벽(51b) 상에 배치된다. 상기 반응 챔버(4)와 핀(51g)들 간의 열교환은 가스 배출 채널(100)에 바로 근접한 곳에서 일어나서, 가스 배출 채널(100)의 내측 표면들의 온도가 조절된다. 상기 핀(51g)들은, 핀(51g)들에서의 뜻하지 않은 증착물의 발생을 방지하기 위하여, 반응 가스의 흐름으로부터 떨어져 분포된다. 변형예에서는, 핀(51g)들이 내측 벽(51b)이 아닌 내부 측벽(19) 상의 위치에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스(200)의 흐름은 가스인 전구체의 흐름을 원주상의 개구(49a)를 통해 가스 배출 링(49)을 향하여 몰고 간다. 이것은 반응 가스들이 지지대(5) 아래로 유동하여 지지대 아래에서 증착되어 거기에서 증착물을 형성함을 방지한다. 기판 지지대(5) 주위에서의 퍼지 가스(200)의 흐름은 반응제들이 반응 챔버(4) 안으로 하강함을 방지한다. 퍼지 가스(200)의 흐름과 반응 가스의 흐름은 함께 혼합되어서, 상측 채널(52)의 원주상 개구(49a), 구멍(53)들, 가스 배출 링(49)의 하측 채널(54), 및 퍼지 채널(purge channel; 59)을 통해서, 즉 가스 배출 채널(100)을 통해서 배출된다.
반응 가스들은 기판 상에서와 지지대(5)의 상측 주면(5a) 상에서 유동하여 가스 배출 링(49)까지 유동한다. 상기 가스 흐름은 기판의 표면 및 지지대(5)에 대해 실질적으로 평행하고 층류 형태를 갖는다. 이것은 지지대(5) 상에 지탱되는 모든 기판들에 대하여 균일한 두께의 증착을 보장한다.
이로써, 반응기(1)는 기판에서 제작되는 차세대 소자를 위해 이용되는 가스들, 특히 고형 전구체의 기화 용액들 또는 고형 잔류물의 증착 또는 응축의 경향을 갖는 그 밖의 가스들에 적합한 온도를 취할 수 있게 된다. 높은 온도의 이용이 가능하게 된다.
가스 배출 링(49)은 다른 가열 요소에 의한 열 전달과 고온의 반응 가스들과의 접촉에 의한 대류에 의하여 간접적으로 가열되는 경향을 갖는다. 배출 회로에서의 상기 가스들의 뜻하지 않은 반응(막힘을 초래할 수 있음)을 억제하기 위하여, 가스 배출 링(49)은 상기 가스들의 반응 온도 미만의 온도로 유지된다.
이로써, 개선된 화학 증착용 반응기가 설명되었다.
반응기(1)에는 지지대(5)와 내부 측벽(19)에 의하여 한정되는 통로(107) 및 상기 통로(107)의 형상에 대응되는 형상을 가지며 내부 측벽(19)과 연속을 이루는 구강부(106)가 제공되고, 내부 측벽(19)은 적어도 상기 구강부(106)로부터 통로(107)까지 퍼지 가스(200)의 흐름을 지탱하도록 구성된다. 이와 같은 구성은 반응 챔버(4) 내부에서의 가스 유동들의 층류 거동을 증진시킨다. 따라서 증착물은 보다 균일하게 되고 재생산이 용이하게 된다. 또한, 반응 챔버(4) 내부, 특히 지지대(5) 아래에서의 뜻하지 않은 반응들이 저감된다.
핀(51g)들의 존재는 선택적이다. 그러나, 핀(51g)들도 통로(107) 내부에서 가스의 흐름을 안내함으로써 가스 유동의 층류 성질을 향상시킨다.
또한, 핀(51g)들의 존재는 반응 챔버(4)의 내부와 내부 측벽(19) 사이의 열교환을 증가시킨다. 내부 측벽(19)의 온도는 열 전도에 의하여 조절된다. 이와 같은 온도 조절로 인하여, 가스 배출 채널(100) 내부에서의 뜻하지 않은 반응이 억제된다.
여기에서 제안되는 반응기(1)는 서로 반응하기 쉬운 적어도 두 가지의 가스 반응제들을 사용함에 있어서 특히 유리하다. 그러나, 반응기(1)는 기판과 접촉하여 반응하도록 의도된 반응 가스를 한 가지를 이용하는 경우에도 이용될 수 있다. 후자의 경우, 퍼지 가스(200)의 흐름의 층류 거동의 향상으로 인하여, 기판들과 접촉하는 반응 가스 흐름의 유동이 균일하게 되는 경향이 있으며, 이것은 요망되는 화학 공정의 균질성을 향상시켜서, 생산되는 제품의 품질을 향상시킨다. 반응 가스, 퍼지 가스, 또는 이들이 혼합된 가스의 경우에도 반응 챔버(4) 내부에서의 가스 유동들의 원주방향 성분이 저감된다. 재생산의 용이성이 향상된다.

Claims (11)

  1. 내부 측벽(19)을 갖는 반응 챔버(reaction chamber; 4);
    상기 반응 챔버(4) 안으로 개방된 반응 가스 주입기(reactive gas injector; 30);
    적어도 하나의 기판을 지지하는 주면(main face; 5a)과 주변 표면(peripheral surface; 5b)을 구비한 기판 지지대(substrate support; 5)로서, 상기 주면(5a)은 주면(5a)과 상기 반응 가스 주입기(30)의 사이에 작업 공간(60)이 한정되도록 반응 가스 주입기(30)를 대면하게 배치되는, 기판 지지대(5);
    상기 작업 공간(60)을 대면하는 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19)에 배치된 원주상의 개구(circumferential opening; 49a)를 통하여 상기 반응 챔버(4)와 유체 소통(fluid connection)되는 가스 배출 시스템(49); 및
    상기 반응 챔버(4) 안으로 개방된 퍼지 가스 주입기(purge gas injector; 105);를 포함하는 화학 증착용 반응기 장치(reactor device; 1)로서,
    상기 기판 지지대(5)는, 상기 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19)과 상기 기판 지지대(5)의 주변 표면(5b) 사이에 고리형 통로(107)가 형성되도록 상기 반응 챔버(4) 안에 배치되고,
    상기 퍼지 가스 주입기(105)는, 상기 챔버의 내부 측벽(19)과 추가 부품(additional part; 101)의 제1 벽에 의하여 한정되는 주입 채널(injection channel; 103)을 포함하며, 상기 채널은 고리형 구강부(annular mouth; 106)를 통해서 상기 반응 챔버(4) 안으로 개방되고,
    퍼지 가스(200)의 층류 흐름(laminar stream)이 상기 고리형 구강부(106)를 통하여 주입됨과, 상기 흐름이 상기 고리형 통로(107)를 통해서 가스 배출 시스템의 개구(49a)까지 유동함을 가능하게 하도록, 상기 구강부(106)를 포함하는 상기 주입 채널의 부분(103c)에서 상기 반응 챔버의 내부 측벽(19)과 추가 부품(101)의 제1 벽(113)이 평행한 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추가 부품(101)은 상기 제1 벽의 반대측에 제2 벽을 구비하고, 상기 제2 벽은 기판 지지대(5)를 적어도 부분적으로 수용할 수 있는 하우징을 한정하는 오목 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 지지대(5)는 상기 반응 챔버(4) 안에서, 상기 지지대(5)가 상기 추가 부품(101)의 상기 하우징 안에 적어도 부분적으로 수용되는 로딩 위치(loading position)로 병진 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학 증착용 반응기 장치는 복수의 핀(fin; 51g)들을 더 포함하고, 상기 핀(51g)들은 상기 반응 챔버의 내부 측벽(19)에 지지되어 상기 고리형 통로(107) 안으로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 핀(51g)들은 퍼지 가스(200)의 흐름이 내부 측벽(19)을 따르도록 안내하는 방향성(orientation)을 갖는 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 내부 측벽(19)과 상기 추가 부품(101)의 제1 벽은, 구강부(106)까지 1cm와 같거나 1cm 보다 큰 길이를 갖는 상기 주입 채널의 부분에서 평행한 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 내부 측벽(19)과 상기 추가 부품(101)의 제1 벽이 평행한 상기 채널 부분(103c)의 길이는, 퍼지 가스의 층류 흐름을 0.35 m/s 내지 0.55 m/s 사이의 유동 속도(flow velocity)로 주입하도록 된 치수를 갖는 것을 특징으로 하는, 화학 증착용 반응기 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 기판 지지대(5)에 의하여 지지되는 기판에 대한 화학 증착 방법으로서,
    상기 기판 지지대(5)는, 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19)과 상기 기판 지지대(5)의 주변 표면(5b) 사이에 고리형 통로(107)가 형성되도록, 내부 측벽(19)을 갖는 반응 챔버(4) 안에 배치되고,
    상기 화학 증착 방법은:
    반응 가스를 작업 공간(60)을 통하여 기판을 향하도록 주입하는 단계;
    상기 내부 측벽(19)을 따라서 고리형 통로(107)까지 유동하는 층류 흐름(200)의 형태로, 상기 챔버의 내부 측벽(19)과 추가 부품(additional part; 101)의 제1 벽에 의하여 한정되는 주입 채널(injection channel; 103)을 통하여 퍼지 가스를 주입하고, 상기 채널은 고리형 구강부(annular mouth; 106)를 통해서 상기 반응 챔버(4) 안으로 개방되는 단계; 및
    상기 반응 챔버(4)의 내부 측벽(19)에 배치되되 상기 고리형 통로(107)의 하류에 상기 작업 공간(60)을 대면하도록 배치된 원주상의 개구(circumferential opening; 49a)를 통하여 상기 반응 가스와 퍼지 가스를 배출시키는 단계;를 포함하는, 화학 증착 방법.
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