KR102417934B1 - 박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반응 챔버는 반응기 벽, 반응기 벽과 접하며 반응공간을 정의하는 서셉터, 반응기 벽과 서셉터 사이에 적층으로 배치된 기체 흐름 제어 장치, 기체 채널 및 샤워헤드로 이루어진 샤워헤드부(showerhead member)로 이루어지며 상기 기체 흐름 제어 장치의 돌출된 측부에는 복수개의 관통홀이 형성되어 있고 상기 반응기 벽과 샤워헤드부 측부는 서로 이격되어 배기 통로가 형성되어 배기 통로를 지나는 잔류 기체는 상기 기체 흐름 제어 장치의 측부에 형성된 관통홀과 반응기 벽 상부에 형성된 기체 유출구를 통해 배출된다. 본 발명에 따른 반응 챔버는 불필요한 공간을 최소화하여 빠른 기체 교환을 가능하게 하는 반응공간과 배기 통로를 제공함으로써 고효율, 높은 생산성의 원자층 증착 공정을 가능하게 한다.

Description

박막 증착 장치 {Thin Film Deposition Apparatus}
본 발명은 기체 흐름 제어 장치 및 이를 포함하는 샤워헤드 어셈블리 및 반도체 제조 장치(예를 들어, 박막 증착 장치)에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 제조 장치(예를 들어, 증착 장치)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학반응이 이루어지는 반응 챔버(reaction chamber)에 관한 것이다.
증착 장치에 있어 반응 챔버는 화학반응이 이루어지는 공간으로서, 다양한 형태의 반응 챔버가 개발되어져 왔다. 대표적으로는 반응 기체가 기판에 대해 수직방향으로 공급되는 샤워헤드 방식(showerhead)의 반응 챔버와, 기판에 대해 수평 방향으로 기체가 공급되는 사이드 플로우 방식(side flow)이 있다. 전자의 샤워헤드 장치의 경우 반응기 중앙에서 가장자리를 향하여 반응 기체가 균일하게 공급되어 증착되는 박막의 균일도가 상대적으로 높은 장점이 있는 반면, 후자의 플로우 방식의 경우 장치의 구조가 상대적으로 간단하여 반응기체간의 빠른 교환이 가능하고 반응공간을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 특히 샤워헤드 방식의 반응 챔버와 관련된 것으로, 특히 원자층 증착 공정(Atomic Layer Deposition)에 최적화된 최소의 반응공간을 가지며 빠른 배기를 가능하게 하는 샤워헤드 및 부속 장치로 이루어진 반응 챔버를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 기체 흐름 제어 장치가 제공된다. 상기 기체 흐름 제어 장치는, 기체 유입부(113)를 제공하며, 상기 기체 유입부(113)를 중심으로 연장되는 플레이트(301) 및 상기 플레이트(301)로부터 돌출된 측벽(123)으로서, 상기 측벽(123)을 관통하는 복수의 관통홀들(111)을 갖는 측벽을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 플레이트(301)는 절연성 물질로 형성될 수 있다.
상기 기체 흐름 제어 장치(105)의 일 측면에 따르면, 상기 플레이트(301) 및 상기 측벽(123)에 의해, 상기 측벽(123)으로부터 파여진 오목 공간(concave space)이 형성되며, 상기 복수의 관통홀들(111)로부터 상기 오목 공간으로의 기체 배기 통로 공간이 제공될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리가 제공된다. 상기 샤워헤드 어셈블리는 전술한 기체 흐름 제어 장치 및 플레이트(301) 하부에서 기체 유입부(113)와 연결되는 샤워헤드부(109)를 포함할 수 있다.
상기 샤워헤드 어셈블리의 일 측면에 따르면, 상기 샤워헤드부(109)는 기체 채널(307) 및 샤워헤드(309)를 포함하며, 기체 채널(307)은 상기 기체 유입부(113)와 상기 샤워헤드(309) 사이에서 샤워헤드(309)와 기계적 연결부재(311)로 연결될 수 있다.
상기 샤워헤드 어셈블리의 다른 측면에 따르면, 상기 기체 채널(307)과 상기 샤워헤드(309) 사이에 기체 흐름 통로(119)가 형성될 수 있다. 또한, 기체 흐름 제어 장치의 기체 유입부(113)와 상기 기체 흐름 통로(119)를 연결하는 기체 유입 통로(307의 중심 부분 참조)가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르는 반도체 제조 장치(예를 들어, 반응 챔버)는 반응기 벽(101), 기체 흐름 제어장치(105), 샤워헤드부(109) 및 서셉터(103)로 이루어진다. 상기 반응기 벽(101)의 상부에는 기체 유입구(705)와 기체 유출구(115)가 각각 제공되며 상기 기체 유입구(705)는 반응기 벽(101), 기체 흐름 제어 장치(105) 및 샤워헤드부(109)의 중앙부를 관통하는 기체 유입부(113)와 연결되어 반응기체가 샤워헤드부(109)로 공급되어진다. 상기 기체 흐름 제어장치(105)는 돌출된 측벽(123)을 가지며 측벽(123)에는 측벽을 관통하는 복수개의 관통홀(111)들이 형성되어지며 측벽(123)으로 둘러싸인 플레이트(301)로 이루어진다. 상기 기체 흐름 제어 장치(105)와 상기 반응기 벽(101) 사이 및 샤워헤드부(109)의 측벽과 상기 반응기 벽(101) 사이는 서로 이격 되어 배기 통로(즉, 기체 배출 통로 공간)가 형성되어 있고 샤워헤드부(109)를 통해 서셉터(103) 상의 기판에 공급된 반응기체는 상기 배기 통로 및 상기 기체 흐름 제어 장치 측벽(123)의 관통홀들(111)을 통과해 반응기 벽(101) 상단에 배치된 기체 유출구(115)를 통해 외부로 배기된다. 상기 기체 유출구(115)는 상기 기체 흐름 제어 장치의 중심부를 관통하는 기체 유입부(113)에 대하여 비대칭으로 배치되며 균일한 배기 효율을 위해 상기 관통홀들(111)의 크기와 배치 간격은 상기 기체 유출구에(115) 대한 관통홀들(111)의 상대적 위치에 따라 서로 상이하다. 본 발명에 따른 반도체 제조 장치(예를 들어, 반응 챔버)에서 상기 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드부(109)는 적층 구조로 이루어져 있으며 상기 기체 흐름 제어 장치(105)와 반응기 벽(101) 사이, 상기 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드부(109) 사이에는 O-ring과 같은 밀폐 부재를 수용하는 홈(groove)들을 더 포함하며 반응기 측벽(101)과 샤워헤드부(109) 사이는 서로 이격되어 배기 통로가 형성된다. 플라즈마 공정을 위한 RF power를 전달하기 위한 RF rod(713)는 상기 기체 흐름 제어 장치(105)를 관통하는 또 다른 관통 홀(303)을 통해 샤워헤드부(109)와 연결된다.
상기 반도체 제조 장치의 일 측면에 따르면, 기체 유입부(705) 및 기체 유출구(115)는 탑리드(701)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 탑리드는 가열 부재(703)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조 장치는 적어도 두 개의 상기 반응 챔버(100)를 포함하는 외부 챔버(803), 적어도 두 개의 상기 반응 챔버(100)와 공유 되는 적어도 하나의 기체 공급부 및 기체를 배기하는 적어도 하나의 배기펌프로 이루어 진다.
예를 들어, 상기 반도체 제조 장치는, 적어도 두 개의 기체 유입구(705)와 적어도 두 개의 기체 유출구(115)를 제공하는 탑리드(701); 상기 탑리드(701)에 기계적 연결 부재(707)로 연결되며 상기 기체 유입구들(705)과 상기 기체 유출구들(115) 중에서 적어도 하나의 기체 유입구와 적어도 하나의 기체 유출구와 각각 연결된 적어도 두 개의 반응 챔버들(100)를 포함하고, 상기 반응 챔버들(100)은 적어도 하나의 원료기체 및 반응기체를 공급하는 동일한 기체 공급 장치를 공유하며, 적어도 하나의 동일한 배기 펌프를 공유할 수 있다.
본 발명에 따른 반응 챔버는 기판상에 균일하게 반응기체를 공급할 수 있어 박막의 균일도를 높일 수 있고, 샤워헤드 상단부에 배기 통로를 배치하여 최소의 반응공간을 형성함과 더불어 불필요한 반응 공간을 최소화 할 수 있다. 결과적으로 기체의 빠른 교환을 가능하게 하고 잔류기체에 의한 오염을 줄일 수 있으며, 높은 생산성과 더불어 고효율의 원자층 증착 공정을 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반응 챔버의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 반응 챔버내 에서 기체 흐름 경로를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 기체 흐름 제어 장치의 사시도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 기체 흐름 제어 장치와 샤워헤드부를 결합한 구조의 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 반응 챔버의 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 챔버의 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 챔버의 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 기체 흐름 제어 장치의 평면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 기체 흐름 제어 장치의 또 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타내는 반응 챔버의 단면도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타내는 반응 챔버의 상세 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 반응 챔버를 다른 방향에서 바라본 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타내는 반응 챔버의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참고하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 반응 챔버(100)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 1에서 반응 챔버(100)는 반응기 벽(101)과 서셉터(103)가 접하면서 반응 공간 (125)을 형성한다. 반응기 벽(101) 상부와 서셉터(103) 사이에는 기체 흐름 제어 장치(105)와 기체 분사 수단인 샤워헤드 부(showerhead member)가 배치되어 있다. 샤워헤드부는 일체형으로 구성되질 수도 있고 기체 분사 홀들이 있는 부분이 분리된 분리형으로 구성되어질 수도 있다. 상기 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드부(109)는 적층된 구조를 이루고 있고 상기 기체 흐름 제어 장치(105)는 측벽(123)을 포함하고 있으며 측벽(123)에는 복수개의 관통홀(111)들이 형성되어 있다. 반응기 벽(101)과 기체 흐름 제어 장치(105) 사이 및 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드부(109) 사이에는 오링(O-ring)과 같은 밀폐부재를 수용할 수 있는 홈(127, 129, 131; groove)들이 형성되어 있으며 상기 밀폐부재로 서로 진공 밀폐를 이루고 있어, 외부기체의 유입 혹은 반응 공간 내의 반응기체 및 배기 통로내의 잔류 기체가 규정된 경로 이외의 영역으로 유출되는 것을 방지한다.
샤워헤드부(109)는 플라즈마 공정시 전극(electrode)으로 사용될 수 있다. 이 경우 샤워헤드부(109)는 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질을 포함할 수 있다. 또한, 외부 플라즈마 생성기(미도시)에서 생성된 플라즈마를 샤워헤드부(109)에 전달하는 RF 로드(RF rod)(도 7b의 713)는 상기 반응기 벽(101) 상부와 기체 흐름 제어 장치(105)를 관통하는 RF rod 홀(도 3a의 303)을 통해 샤워헤드부(109)와 기계적으로 연결된다. 또한 상기 기체 흐름 제어 장치(105)는 세라믹과 같은 절연물질로 이루어짐으로써, 플라즈마 전극으로 사용되는 샤워헤드부(109)가 반응기 벽과 절연되도록 한다. 도 1에서 볼 수 있듯이 반응기 벽(101) 상부와 기체 흐름 제어 장치(105)의 중심부를 관통하는 기체 유입부(113)가 형성되어 있으며 샤워헤드부(109) 내부에는 기체 흐름 통로(119)가 추가로 형성되어 있어 외부의 기체 공급부(미도시)에서 기체 유입부(113)를 통해 공급된 반응 기체가 샤워헤드부(109)의 각 기체 분사 홀(133)들로 균일하게 공급되어진다. 도 1에서 또한 알 수 있듯이, 반응기 벽(101)의 상단에는 기체 유출부(115)가 배치되어 있으며 기체 유입부(113)에 대해 비대칭으로 배치되어 있다. 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 기체 유출부(115)는 기체 유입부(113)에 대해 대칭으로 배치될 수도 있다. 또한 반응기 벽(101), 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드 부(109)의 측벽은 서로 이격되어 공정 후 잔류기체가 배기되는 배기 통로(117)를 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 반응 챔버 에서의 반응 기체의 흐름을 보여주는 도면이다. 화살표는 기체 흐름의 방향을 보여 주는데, 외부의 기체 공급부(미도시)에서 기체 유입부(113)로 공급된 반응 기체는 기체 흐름 통로(119)를 통해 샤워헤드 내부에 형성된 기체 분사 홀(133)들로 균일하게 공급된다. 상기 반응 기체는 반응 공간(125) 내에서 혹은 기판(미도시) 상에서 화학반응을 통해 기판에 박막을 형성하게 된다. 박막 형성 후 잔류 기체는 반응기 벽(101)과 샤워헤드부(109)의 측벽 사이에 형성된 배기통로(117)를 거쳐 기체 흐름 제어 장치(105)의 측벽(123)에 형성된 관통홀(111)들을 통해 기체 흐름 제어 장치(105)의 내부 공간으로 유입되고 이후 기체 유출부(115)를 통해 외부로 배기된다.
이제, 도 1 및 도 2에서 각 부분에 대해 자세히 설명한다.
도 3a는 본 발명에 따른 기체 흐름 제어 장치(105)의 사시도이다. 도 3a에 따르면, 기체 흐름 제어 장치(105)는 측벽(123), 기체 유입부(113), 측벽(123)으로 둘러싸인 플레이트(301), RF rod 홀(303), 스크류홀(305), 관통홀(111) 및 O-ring등의 밀폐부재를 수용하는 홈(127)으로 이루어져 있다. 도 3a에서 플레이트(301)는 돌출된 측벽(123)으로 둘러싸여 내부가 오목한 형태를 가진다. 기체 흐름 제어 장치(105)의 일부에는 외부 반응기체가 유입되는 통로인 기체 유입부(113)가 배치되고 기체 유입부(113) 주위에는 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드부(109)를 연결해 주는 기계적 연결부재인 스크류(그림 7b의 715)가 관통하는 적어도 두 개 이상의 스크류홀(305)이 제공된다. 기체흐름 제어 장치(105)의 한 일부에는 RF rod 홀(303)이 제공되어, 외부의 플라즈마 공급부(미도시)와 연결된 RF rod(그림 7b의 713)가 기체 흐름 제어 장치(105)의 하부에 위치한 샤워헤드부(109)와 연결되도록 한다.
도 3a에서는 두 개의 RF rod 홀(303)이 형성 되어 있는데 복수 개의 RF rod를 설치함으로써 반응 공간에 공급되는 플라즈마 파워의 균일성을 높일 수 있다. 그러나 도 3a에서와 달리 하나 혹은 세 개 이상의 RF rod및 그에 상응하는 수의 홀이 제공될 수도 있다. 또한 도 3a에서는 RF rod 홀(303)의 위치가 스크류홀(303)과 측벽(123) 사이에 위치되도록 도시되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, RF rod 홀(303)은 스크류홀(303)과 마찬가지로 기체 유입부(113) 주변에 배치될 수도 있다.
기판상에서 반응을 마친 잔류 기체들은 배기통로(117)를 거쳐 기체 흐름 제어 장치(105)의 측벽(123)에 형성된 관통홀(10)들을 통해 기체흐름 제어 장치(105)의 플레이트(301)로 유입되며 플레이트(301) 내부 공간을 가로질러 기체 유출부(115)를 통해 외부로 배기된다. 측벽의 상부에 형성된 홈(127,129)들에는 O-ring등의 밀폐부재가 삽입되어 반응기 벽(101)과 진공 차폐(sealing)를 하게 되므로 배기통로(117)를 통해 기체 흐름 제어 장치(105)내의 플레이트(301)로 유입되는 잔류 기체는 관통홀(111)을 통해서만 플레이트(301) 내부로 유입된다. 또한 도 3a에 도시되지는 않았지만, RF rod 홀(303)과 반응기 벽(101) 상단 사이 및 스크류 홀(305)과 반응기 벽(101) 상단 사이에도 O-ring과 같은 밀폐부재를 수용하는 또 다른 홈(그림 7b의 717, 721)들이 형성될 수 있다. 따라서 배기되는 잔류 기체가 규정된 배기 경로를 벗어나 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 진공 차폐가 이루어진다.
도 3b는 상기 기체 흐름 제어 장치(105)와 샤워헤드부(109)가 적층된 구조인 샤워헤드 어셈블리(showerhead assembly)의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 3b에서는 샤워헤드부(109)가 분리형으로 구성되어 있으며 구체적으로는 기체 채널(307)과 샤워헤드(309)가 적층된 형태로 이루어져 있고 스크류(311) 등의 기계적 결합 부재로 연결되어 있다. 샤워헤드부(109)가 플라즈마 공정시 전극(electrode)으로 사용되는 경우, 기체 채널(109)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 또한 RF 로드(도 7b의 713)는 RF rod 홀(303)을 통해 기체 채널(109)과 기계적으로 연결될 수 있다(도 7b 참조).
도 4a, 4b, 4c는 본 발명에 따른 반응 챔버 일부의 단면을 나타내는 도면이다. 도 4a에서 반응기 벽(101)과 샤워헤드부(109)는 이격되어 배기통로(117)를 형성하고 기체 흐름 제어 장치(105)의 측벽(123)에는 복수개의 관통홀(111)이 형성되어 있다. 반응기 벽(101)과 접하는 측벽(123) 상부와 기체 샤워헤드(109)와 접하는 부분에는 홈들(127, 131)이 형성되어 있어 O-ring과 같은 밀폐부재를 수용하여 진공 차폐가 가능하다. 따라서 배기 통로(117)를 지나는 잔류 기체들이 관통홀(111)을 통해서만 기체 흐름 제어장치(105)내부로 유입될 수 있다. 도 4a에서 관통홀은 배기 통로(117)와 직각 방향으로 형성되어 있으나, 도 4b에서와 같이 관통홀의 유입부(401)가 배기 통로(117)를 향하여 기울어지게 형성될 수도 있다. 이러한 구조에서는 배기 통로(117)를 지나는 잔류 기체의 진행 방향 대비, 관통홀 유입부(401)로 유입되는 각도(θ)를 직각 보다 작게 함으로써 관통홀 유입부(401) 주변에서 와류(turbulence flow)가 발생하는 것을 최소화하여 배기 효율이 저하되는 것을 방지하게 된다. 혹은 도 4c에서 볼 수 있듯이, 관통홀(111)이 형성된 측벽(123)의 폭(A)을 기체 흐름 제어 장치(105) 가장자리까지 폭(B)보다 작게 구성함으로써 관통홀 유입부(501) 주변의 잔류기체가 경로상 꺾임이 없이 관통홀(111)로 바로 유입될 수 있도록 한다. 따라서 관통홀 유입부(402) 주위에서 와류 형성 없이 층 흐름(laminate flow)을 유지하면서 관통홀(111)내로 유입되게 되어 보다 배기 효율이 높고 원활한 배기가 가능하다. 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 전술한 와류 형성을 방지하기 위해, 반응기 벽(101) 또는 기체 흐름 제어 장치(105)의 형상이 수정될 수도 있다. 예를 들어, 기체 흐름 제어 장치(105)의 모서리 부분(도 4c의 C)은 모따기(chamfered)될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 형태 이외에도 다양한 변형예를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 실시예에서 측벽(123)은 플레이트(105)가 연장되는 방향과 다른 방향으로 돌출되었으나, 측벽(123)은 플레이트(105)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 돌출될 수도 있다. 이 경우 측벽(123)을 관통하는 관통홀(111)은 플레이트(105)가 연장되는 방향과 다른 방향으로 연장될 것이다.
도 5a, 5b는 기체 흐름 제어 장치(105)의 평면도이며 측벽(123)에 형성된 관통홀(111)의 분포 및 크기를 보여주는 도면이다. 도 5a에서는 관통홀(111)들의 크기는 모두 동일하다. 그러나 기체 유출부(115)와 가까운 곳의 측벽(A)에 있는 관통홀(111)들 간의 간격은 그렇지 않은 곳(B, C)의 관통홀(11)들의 간격보다 넓다. 도 5a에서는 기체 유출부(115)와 정반대 위치(C)에 배치되어 배기효율이 상대적으로 떨어지는 관통홀(111)들 간의 간격은 조밀한 반면, 기체 유출부(115)에 가까워 배기효율이 상대적으로 높은 위치의 측벽(A)에 형성된 관통홀(111)들 간의 간격은 넓게 유지함으로써 전체적으로 배기 효율이 균일해 지도록 하였다. 그림 5b에서는 관통홀(111)들 간의 간격은 동일한 반면, 기체 유출부(115)의 상대적 위치에 따라 관통홀(111)들의 크기를 달리하였는데, 기체 유출부(115)와 가까운 측벽(A)에 있어 배기 효율이 상대적으로 높은 관통홀(111)들은 크기가 작은 반면, 기체 유출부(115)와 반대 방향에 배치되어 배기효율이 상대적으로 낮은 측벽(C)에 형성된 관통홀(111)들은 크기가 큼으로써 전체적으로 배기 효율이 균일하도록 구성하였다.
비록 도 5a 및 도 5b에는 하나의 기체 유출부(115)만이 도시되었으나, 기체 유출부(115)는 복수로 구성될 수도 있다. 기체 유출부(115)가 복수로 구성된 경우 이들 기체 유출부들은 대칭적으로 또는 비대칭적으로 배치될 수 있다. 또한 관통홀(111)은 전술한 바와 같이 배기 효율의 균일성이 달성될 수 있도록 그 크기, 모양, 및 배치 간격 중 적어도 하나가 조절될 수 있다. 예를 들어, 관통홀들 중 기체 유출구와 가까운 관통홀들은, 기체 유출구로부터 멀리 떨어진 관통홀들에 비해, 그 크기가 작거나, 배치 간격이 더 넓을 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 또다른 실시예를 나타내는 반응 챔버의 단면도이다. 도 6에서는 외부 챔버(601)가 본 발명에 따른 반응 챔버(100)를 내부에 포함하는 이중 챔버 구조를 나타내고 있다. 반응 챔버(100)는 외부 챔버(601)의 상단인 탑리드에 기계적으로 고정되어 있다. 외부 챔버 내부의 압력은 반응 챔버(100) 내부의 압력보다 낮게 설정함으로써 아르곤 같은 외부 챔버(601) 내부의 충진 기체가 반응기 벽(101)과 서셉터(103)의 접촉 부위를 통해 반응 챔버(100)내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 외부 챔버(601) 측벽에는 기판 입/출입이 가능하도록 개폐 통로(미도시, 도 8 참조)가 제공된다. 서셉터(103)는 서셉터 지지부(605)에 의해 지지되며 서셉터 지지부(605)는 기판을 지지하는 기판 지지핀(미도시)를 포함하며 상하 및 회전 운동이 가능하다. 따라서 기판 장착/탈착 시에는 상하 운동이 가능한 서셉터 지지부(605)가 밑으로 내려가면서 반응 공간(125)이 개방된다. 기판은 기판 지지핀(미도시)에 의해 들려지게 되고 외부 챔버(601) 측벽의 개폐 통로(미도시)를 통해 반응 공간 내에 삽입된 이송 기구에 의해 기판 삽입 및 제거가 진행된다. 공정 시에는 서셉터 지지부(605)는 상승함과 동시에 기판을 지지하는 기판 지지핀은 하강하여 기판은 서셉터에 안착하게 되고 서셉터(103)는 반응기 벽(101) 하부와 접촉하면서 반응 공간(125)을 형성하게 된다.
도 7a, 7b는 도 6 에 따른 반응 챔버(100)의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 7a에서 반응 챔버(100)의 반응기 벽(101)은 스크류(707) 등의 기계적 연결 수단에 의해 외부 챔버 상단의 탑리드(701)에 연결되어 있다. 또한 반응기 벽(101)의 온도를 높일 수 있도록 반응기 벽(101) 상단에 히터와 같은 가열부재(703)를 추가할 수 있다. 가열 부재(703)로 반응기 벽(101)을 가열함으로써 배기 통로(117) 및 기체 흐름 제어 장치(105) 주변에 잔류하는 기체를 보다 신속히 휘발시키거나 혹은 보다 단단한 막으로 만듦으로써, 반응 챔버 내에 부유하면서 반응 공간을 오염시키는 오염원이 되는 것을 방지할 수 있다. 도 7a에서는 기체 유입부(113) 상단에 추가로 기체 유입구(705)를 도입했는데, 기체 유입구(705)의 측벽에 복수개의 기체 유입 홀(미도시)들을 추가로 도입함으로써 보다 많은 기체를 반응 챔버(100)내로 공급할 수 있다. 또한 도 7a에서 샤워헤드부(109)는 도 1에서와 같은 일체형이 아니라 분리형으로 구성되어 있으며 구체적으로는 기체 채널(307) 및 샤워헤드(309)의 적층 구조로 이루어져 있으며 스크류(311)와 같은 기계적 연결 부재로 연결되어 있다. 분리형 구조를 도입함으로써 샤워헤드 설치, 분리 및 주기적 유지 보수가 보다 용이해진다.
도 7b는 도 7a의 반응 챔버를 다른 방향에서 바라본 단면도이다. 도 7b에서는 샤워헤드부(109)가 스크류(715)와 같은 기계적 연결부재에 의해 기체 흐름 제어 장치(105)와 연결되어 있다. 기체 흐름 제어 장치(105)의 측벽과 반응기 벽(101) 상단 사이에, RF rod 홀(303) 주변에 형성된 돌출 부분과 반응기 벽(101) 상단 사이에, 그리고 스크류 홀(305) 주변에 형성된 돌출 부분과 반응기 벽(101) 상단 사이에는 홈이 형성될 수 있고, 상기 홈에 놓여진 O-ring과 같은 밀폐수단에 의해 외부와 진공차폐 될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 반응 챔버의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 8에서 복수개의 반응 챔버(100)들이 탑리드(801)와 외부 챔버(803)로 이루어진 챔버 내부(805)에 설치되어 있고 각 반응 챔버(100)의 기체 흐름 제어 장치, 샤워헤드부, 기체 유입부와 기체 유출부는 탑리드(801)에 설치되어 있다. 복수개의 반응 챔버(100)들은 동일한 기체 공급부와 동일한 배기펌프를 공유하고 있어서 복수의 기판상에 동일한 공정을 동시에 처리할 수 있어 생산성 향상을 이룰 수 있다.
복수의 기판 상에 동일한 공정을 동시에 처리하는 공정은 다음과 같다. 먼저 외부 챔버(803)의 개폐 통로를 통해 챔버 내부(805)로 이송 기구가 삽입되어 기판이 복수의 서셉터들(103) 상으로 안착된다. 이후 외부 챔버(803)의 챔버 내부(805)는 진공 상태가 되거나, 아르곤과 같은 불활성 기체로 충진된다. 이후 서셉터(103)는 반응기 벽(101) 하부와 접촉하면서 반응 공간(125)을 형성하게 된다. 전술한 바와 같이, 챔버 내부(805)의 압력은 반응 챔버(100) 내부의 압력보다 낮게 설정될 수 있다.
선택적으로, 기체 공급부와 배기펌프를 공유하지 않고 개별적으로 연결구성을 함으로써 서로 상이한 공정들을 동시에 진행할 수도 있다. 예컨대, 반응 챔버 간에 기판을 순차적으로 이동하여 박막을 증착함으로써 대기에의 노출이나 대기 시간을 최소화 하면서 복합 박막 공정을 신속히 진행할 수 있다.

Claims (22)

  1. 기체 유입부를 제공하며, 상기 기체 유입부를 중심으로 연장되는 플레이트;
    상기 플레이트로부터 돌출된 측벽으로서, 상기 측벽을 관통하는 복수의 홀들을 갖는 측벽을 포함하고,
    상기 플레이트를 통해 고정 홀 및 로드 홀이 형성되며,
    상기 고정 홀은 금속 커넥터를 수신하도록 구성되고,
    상기 로드 홀은 RF 로드를 도입하도록 구성되는, 기체 흐름 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트 및 상기 측벽에 의해, 상기 측벽으로부터 파여진 오목 공간(concave space)이 형성되며,
    상기 복수의 홀들로부터 상기 오목 공간으로의 기체 배기 통로 공간이 제공되는 것을 특징으로 하는, 기체 흐름 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 홀들은 제1 홀들 및 제2 홀들을 포함하고,
    상기 제1 홀들의 크기, 모양, 및 배치 간격 중 적어도 하나와 상기 제2 홀들의 크기, 모양, 배치 간격 중 적어도 하나는 서로 다른 것을 특징으로 하는, 기체 흐름 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽은 밀폐 부재를 수용하는 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 기체 흐름 제어 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 기체 흐름 제어 장치; 및
    상기 플레이트 하부에서 상기 기체 유입부와 연결되는 샤워헤드를 포함하는 샤워헤드 어셈블리
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 기체 유입부와 상기 샤워헤드 사이에 샤워헤드와 기계적 연결부재로 연결된 기체 채널을 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 기체 채널과 상기 샤워헤드 사이에 기체 흐름 통로를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 기체 흐름 제어 장치의 기체 유입부와 상기 기체 흐름 통로를 연결하는 기체 유입 통로를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기체 흐름 제어 장치와 상기 기체 채널 사이에 위치된 밀폐 부재를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 기체 흐름 제어 장치는 상기 플레이트를 관통하도록 형성된 적어도 하나의 스크류 홀과 적어도 하나의 RF rod홀을 더 포함하며,
    상기 기체 흐름 제어 장치 및 상기 기체 채널은, 상기 스크류 홀에 제공된 연결 부재를 통해 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 샤워헤드 어셈블리.
  11. 반응기 벽;
    상기 반응기 벽에 연결되고, 기체 유입부를 제공하며 상기 기체 유입부를 중심으로 연장되는 플레이트;
    상기 플레이트로부터 돌출된 측벽으로서, 상기 측벽을 관통하는 복수의 홀들을 갖는 측벽;
    상기 플레이트의 하부에서 상기 기체 유입부와 연결되는 샤워헤드부; 및
    상기 기체 유입부는 상기 플레이트를 관통하며 형성되며, 상기 샤워헤드부와 상기 반응기 측벽 사이 및 상기 플레이트와 상기 반응기 측벽 사이에 기체 배출 통로가 형성되는 반도체 제조장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 홀들을 통해 상기 샤워헤드부와 상기 플레이트 외측으로부터 상기 기체 유출구로의 기체 배기 통로 공간이 제공되는 것을 특징으로 하는, 반도체 제조 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 플레이트는 절연성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 제조 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 기체 유출구는 상기 기체 유입부를 중심으로 비대칭적으로 배치되고,
    상기 복수의 홀들은 제1 홀들 및 제2 홀들을 포함하고,
    상기 제1 홀들의 크기, 모양, 및 배치 간격 중 적어도 하나와 상기 제2 홀들의 크기, 모양, 배치 간격 중 적어도 하나는 서로 다른 것을 특징으로 하는, 반도체 제조 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 홀들은, 상기 기체 유출구로부터 제1 거리 이내에 배치된 제1 홀들 및 상기 기체 유출구로부터 상기 제1 거리를 넘어서 배치된 제2 홀들을 포함하고,
    상기 제1 홀들의 크기는 상기 제2 홀들의 크기보다 작거나, 상기 제1 홀들의 배치 간격은 상기 제2 홀들의 배치 간격보다 넓은 것을 특징으로 하는, 반도체 제조 장치.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    탑리드;
    상기 플레이트, 상기 측벽 및 상기 샤워헤드부를 하우징하는 챔버; 및
    상기 샤워헤드부 하부에 배치된 서셉터를 더 포함하고,
    상기 샤워헤드부로부터 상기 서셉터를 향해 분사되는 반응 기체는, 샤워헤드, 반응기 측벽에 형성된 기체 배출 통로, 상기 홀들, 및 상기 기체 유출부를 거쳐 외부로 배기되는 것을 특징으로 하는, 반도체 제조 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 챔버와 상기 측벽 사이에 위치된 밀폐 부재를 더 포함하는, 반도체 제조 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 기체 채널 사이에 위치된 밀폐 부재를 더 포함하는 반도체 제조 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 샤워헤드부는 기체 채널과 샤워헤드로 이루어지는 반도체 제조 장치.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 기체 채널과 상기 샤워헤드 사이에 기체 흐름 통로를 더 포함하는 반도체 제조 장치.
  21. 청구항 16에 있어서, 상기 탑리드는 가열 부재를 더 포함하는 반도체 제조 장치.
  22. 기판 상에 박막을 형성하기 위해 반응 챔버 내 반응 공간으로 입력되고 상기 반응 공간으로부터 출력되는 기체 흐름을 제어하기 위한 기체 흐름 제어 장치로서,
    중심부, 주변부, 및 상기 중심부와 상기 주변부 사이의 중간부를 포함하는 플레이트;
    상기 플레이트의 상기 중심부를 통해 형성된 기체 유입부로서, 상기 기체 유입부는 반응 기체의 제1 흐름을 수신하고 샤워헤드 어셈블리를 통해 상기 반응 공간으로 공급하도록 구성되며, 그에 따라 상기 반응 기체의 상기 제1 흐름은 상기 반응 공간 내에서의 화학적 반응으로 이어지는, 기체 유입부;
    상기 플레이트의 상기 중간부로부터 돌출되는 측벽;
    상기 측벽을 통해 형성되는 복수의 홀들로서, 상기 복수의 홀들은 상기 반응 공간으로부터 상기 화학적 반응이 완료된 후 잔존하는 상기 반응 기체의 제2 흐름을 수신하고 상기 반응 기체의 수신된 상기 제2 흐름을 상기 반응 챔버의 외부로 배출하도록 구성되는, 복수의 홀들;
    상기 플레이트의 상기 중간부를 통해 형성된 고정 홀로서, 상기 고정 홀은 상기 기체 흐름 제어 장치와 상기 샤워헤드 어셈블리를 연결하기 위한 금속 커넥터를 수신하도록 구성되는, 고정 홀; 및
    상기 플레이트의 상기 중간부를 통해 형성되고 RF(radio frequency) 전력을 상기 샤워헤드 어셈블리에 공급하기 위한 RF 로드를 수신하도록 구성된 로드 홀을 포함하는, 기체 흐름 제어 장치.
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