KR20140134879A - 원자층 박막 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자층 박막 증착장치에 관한 것으로서, 챔버; 상기 챔버에 마련되어 복수개의 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터의 상부영역에 구비되어 상기 복수개의 기판에 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스 분사기들과, 상기 가스 분사기들이 등간격으로 장착되는 가스 헤드로 이루어진 가스 분사부를 포함하며, 상기 가스 헤드에는 상기 각 가스 분사기들로 해당 가스를 공급하기 위한 가스 유입홀들이 형성되고, 상기 가스 분사기들은, 상기 가스 유입홀들과 연통되되. 상기 가스 유입홀들 보다 너비가 넓어 일정공간을 갖는 댐핑공간부가 상부에 형성되고, 상기 댐핑공간부로부터 직선방향으로 분사공이 관통형성되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이에 따라 소스가스 분사기와, 반응가스 분사기 및 퍼지가스 분사기들의 각 분사공을 통해 동일한 압력으로 해당 가스가 챔버 내부에 대하여 고르게 분사됨으로써, 기판의 증착효율이 향상되는 효과가 제공된다.

Description

원자층 박막 증착장치 {Atomic layer deposition apparatus}

본 발명은 원자층 박막 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소스가스와 반응가스를 각각 유입시키고, 그 사이에 비활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써, 기판 표면에서 상기 가스들이 반응하여 박막이 형성되도록 하는 원자층 박막 증착장치에 관한 것이다.

최근에는, 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등이 이루어져야 한다.

특히, 웨이퍼 표면에 단차가 형성되어 있는 경우, 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(Step coverage)과 웨이퍼 내 균일성(Within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요한데, 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 방법이 제안되고 있다.

원자층 증착 공정은 웨이퍼 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(Surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착과 탈착 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.

원자층 증착 공정은, 도 1의 a~d에 도시된 바와 같이, 두 가지 이상의 소스가스(소스가스와 반응가스)를 각각 교대로 유입시키고, 각 소스가스의 유입 사이에 비활성 기체인 퍼지가스를 유입시킴으로써 웨이퍼 표면에서 상기 소스가스들이 반응하여 소정의 박막이 형성된다. 즉, 하나의 소스가스(소스가스)가 웨이퍼 표면에 화학적으로 흡착된 상태에서 후속하여 다른 하나의 소스가스(반응가스)가 제공되면, 웨이퍼 표면에서 두 가지 소스가스가 화학적으로 반응함으로써 웨이퍼 표면에 한 층의 원자층이 생성된다. 그리고, 이와 같은 공정을 한 주기로 하여 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 반복하여 소정 두께의 박막이 형성된다.

그러나, 이러한 원자층 증착 공정의 경우, 소스가스들의 공급과, 퍼지 및 배기 시간 등에 의해 공정속도가 현저하게 느려지기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 특허출원 제2002-0060145호가 선출원 된바 있다.

상기한 특허출원 제2002-0060145호의 경우, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 소스가스 분사기와(2)와, 반응가스 분사기(4) 및 퍼지가스 분사기(6,8)를 방사형으로 설치하고, 이를 회전시키면서 서셉터(32)들에 순차적으로 각 가스를 순차적으로 분사해줌으로써, 공정속도를 향상시킬 수 있도록 하고 있으나, 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫 째, 각 분사기(2,4,6,8)들은 회전축(10)으로부터 분기되어 방사형으로 설치되는바, 회전축에 인입되는 수직부와, 이 수직부로부터 절곡된 수평부로 이루어지게 되는데, 이때 각 가스는 수직부를 통해 수평부로 공급이 이루어짐으로써, 상기 수평부 저면에 등간격으로 형성된 분사공을 통해 동일한 압력으로 가스를 분사하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 수직부를 통해 공급되는 가스는 수평부의 저면에 형성된 분사공들을 통해 챔버 내로 분사될 때, 수직부와 가까운 쪽의 분사공을 통해서는 비교적 큰 압력으로 가스가 분사되고, 끝단에 가까운 분사공을 통해서는 비교적 작은 압력으로 가스가 분사됨으로써, 챔버 내부로 균일한 압력으로 가스를 분사하지 못하게 되어 결국 증착효율이 저하되는 문제점이 있었다.

둘 째, 각 분사기(2,4,6,8)의 회전으로 인하여 챔버(20) 내부에 와류가 발생하게 됨으로써, 소스가스와 반응가스가 공중에서 접촉되는 현상을 가속화시키는 문제점도 있으며, 이에 따라 소스가스 입자가 기판(30)에 안착되기 이전에 이미 공중에서 불필요한 화학적 반응을 일으키기 때문에, 정상적으로 기판(30)에 증착되지 못하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 분사기 회전축(10)이 1회전을 함으로 인하여 박막 증착공정이 1회 실시되는데, 공정시간을 단축시키기 위하여 분사기 회전축(10)을 빠르게 회전시키면 소스가스와 반응가스가 공중에서 접촉될 우려가 증대됨에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

셋 째, 소스가스와 반응가스가 각각 퍼지가스에 의해 외부로 배출될 때, 챔버(20)의 하부에 형성되는 가스배출구(22)를 통해 외부로 배기됨으로써, 그 배기 경로가 길어 배기시간이 오래 걸리고, 이에 따라 반응가스가 공급될 때 챔버(20) 내에 미처 배기되지 못한 소스가스가 공중에 잔존하여 역시 접촉의 가능성이 큰 문제점이 있었다.

넷 째, 각 분사기(2,4,6,8)들이 분사기 회전축(10)으로부터 분기되어 방사형으로 설치되는바, 분사기 회전축(10)의 아래쪽인 중앙부위(A)로는 퍼지가스가 분사되지 못함으로써, 이 중앙부위(A)에서 소스가스와 반응가스가 접촉될 우려가 증대됨에 따라 증착효율이 저하되는 문제점이 있었다.

다섯 째, 소스가스와 반응가스가 각각 퍼지가스에 의해 외부로 배출될 때, 챔버(20)의 하부에 형성되는 가스배출구(22)를 통해 외부로 배기되는데, 이 경우 퍼지가스 분사기(6,8)들로부터 배출되는 퍼지가스는 하방향으로만 분사가 이루어짐으로써, 소스가스와 반응가스를 효과적으로 배기시키지 못하여 결국 그 배기 경로가 길어 배기시간이 오래 걸리고, 이에 따라 반응가스가 공급될 때 챔버(20) 내에 미처 배기되지 못한 소스가스가 공중에 잔존하여 역시 접촉의 가능성이 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들에 착안하여 안출된 것으로서, 소스가스 분사기와, 반응가스 분사기 및 퍼지가스 분사기들의 각 분사공을 통해 동일한 압력으로 해당 가스가 챔버 내부에 대하여 고르게 분사되도록 함으로써, 기판의 증착효율을 향상시키도록 한 원자층 박막 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 각 분사기들로부터 공급된 가스의 배기 흐름을 상부로 유도하도록 상기 가스 분사기들에 인접하게 배기부를 설치하여 각 분사기들로부터 분사된 가스 중, 기판에 증착되지 않고 챔버 내 공중에 존재하는 가스를 신속하게 배기시키도록 함으로써, 다른 가스와의 접촉을 미연에 방지하여 역시 증착효율을 향상시키도록 한 원자층 박막 증착장치를 제공하는데에도 목적이 있다.

또한, 본 발명은 각 분사기들 사이의 중앙부위에 중앙 퍼지가스 분사부를 별도로 형성하되, 이 중앙 퍼지가스 분사부로부터 퍼지가스가 하방향 및 측방향으로 분사되도록 구성함으로써, 기판에 증착되지 않고 챔버 내 공중에 잔존하는 가스를 신속하게 가스배출구로 배출시키도록 하는 원자층 박막 증착장치를 제공하는데에도 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자층 박막 증착장치는, 챔버; 상기 챔버에 마련되어 복수개의 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터의 상부영역에 구비되어 상기 복수개의 기판에 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스 분사기들과, 상기 가스 분사기들이 등간격으로 장착되는 가스 헤드로 이루어진 가스 분사부를 포함하며, 상기 가스 헤드에는 상기 각 가스 분사기들로 해당 가스를 공급하기 위한 가스 유입홀들이 형성되고, 상기 가스 분사기들은, 상기 가스 유입홀들과 연통되되. 상기 가스 유입홀들 보다 너비가 넓어 일정공간을 갖는 댐핑공간부가 상부에 형성되고, 상기 댐핑공간부로부터 직선방향으로 분사공이 관통형성되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스 분사공은, 개구단으로 갈수록 너비가 넓어지는 상협하광 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 분사기들과 인접한 위치에는, 상기 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스의 배기 흐름을 상부쪽으로 유도하기 위한 배기부가 더 설치될 수 있다.

이 경우, 상기 가스 헤드에서 배기부가 설치되는 위치에는 유출홀이 형성되고, 상기 배기부에는 상기 유출홀과 연통되는 배기홀이 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 배기홀은 개구단으로 갈수록 간격이 넓어지는 상협하광 형상으로 이루어지는 것이다.

한편, 상기 가스 분사기들 사이의 중앙에 위치되어 챔버 내 중앙영역에 퍼지가스를 분사하는 중앙 퍼지가스 분사부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 중앙 퍼지가스 분사부는, 상기 가스 분사기들의 각 분사공보다 수직방향으로 일정높이만큼 더 낮은 위치로 연장되어 설치되고, 상기 가스 분사기들의 각 분사공보다 수직방향으로 낮은 위치의 측면에 측방향 퍼지가스 분사홀이 형성되고, 그 저면에는 하방향 퍼지가스 분사홀이 형성된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 분사기는, 상기 챔버의 상부 공간에 마련되어 상기 기판에 소스가스와 반응가스를 공급하는 소스가스 분사기 및 반응가스 분사기와; 상기 소스가스 분사기 및 반응가스 분사기 사이에 위치되어 상기 기판에 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 분사기가 방사상으로 등간격 설치되는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 원자층 박막 증착장치에 의하면, 소스가스 분사기와, 반응가스 분사기 및 퍼지가스 분사기들의 각 분사공을 통해 동일한 압력으로 해당 가스가 챔버 내부에 대하여 고르게 분사됨으로써, 기판의 증착효율이 향상되는 효과가 제공된다.

또한, 본 발명은 각 가스 분사기들로부터 공급된 가스의 배기 흐름을 상부로 유도하도록 상기 가스 분사기들에 인접하게 배기부가 설치되고, 이 배기부가 각 분사기들로부터 분사된 가스 중, 기판에 증착되지 않고 챔버 내 공중에 존재하는 가스를 신속하게 배기시키게 됨으로써, 다른 가스와의 접촉을 미연에 방지하여 역시 증착효율이 향상되는 효과가 제공된다.

또한, 본 발명은 각 분사기들 사이의 중앙부위에 중앙 퍼지가스 분사부가 별도로 형성되고, 이 중앙 퍼지가스 분사부로부터 퍼지가스가 하방향 및 측방향으로 분사됨으로써, 기판에 증착되지 않고 챔버 내 공중에 잔존하는 가스를 신속하게 가스배출구로 배출시킬 수 있게 되는 효과도 제공된다.

도 1은 원자층 박막 증착장치에 의하여 기판 표면에 박막이 증착되는 과정을 순차적으로 도시한 구성도.
도 2는 종래의 원자층 박막 증착장치의 단면도.
도 3은 도 2의 일부 구성 사시도.
도 4는 도 2 및 도 3에서 가스 분사기들의 저면도.
도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치의 단면도.
도 6은 도 5에서 가스 분사부 구성을 나타낸 저면 사시도.
도 7은 도 6의 저면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치에서 가스 분사기들의 구성을 나타낸 분리사시도 및 결합사시도.
도 9a 및 도 9b는 도 8b에서 A-A선 단면도 및 B-B선 단면도.
도 10은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치에서 가스 분사부 구성을 나타낸 저면 사시도.
도 11은 도 10의 저면도.
도 12는 도 10의 C-C선 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

<제 1실시 예>

도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치의 단면도이고, 도 6은 도 5에서 가스 분사부 구성을 나타낸 저면 사시도이며, 도 7은 도 6의 저면도이다.

또한, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치에서 가스 분사기들의 구성을 나타낸 분리사시도 및 결합사시도이고, 도 9a 및 도 9b는 도 8b에서 A-A선 단면도 및 B-B선 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치는, 챔버(100)와, 이 챔버의 내부 하부공간에 마련되어 상부면에 기판(122)이 안착되는 복수의 서셉터(120)를 구비하는 서셉터 안착부(110)를 포함한다.

여기서, 상부면에 기판(122)이 안착되는 복수의 서셉터(120)는 각각 서셉터 안착부(110)에 대하여 개별적으로 회전이 이루어지고, 서셉터 안착부(110) 또한 회전이 이루어짐에 따라 공정도 함께 이루어진다.

또한, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치는, 챔버(100) 내 상부쪽에 마련되어 자전 및 공전을 이루는 기판(122)에 소스가스와 반응가스 및 퍼지가스를 분사해주는 소스가스 분사기(132)와 반응가스 분사기(134) 및 퍼지가스 분사기(136,138)를 갖는 가스 분사부(130)를 더 포함한다.

소스가스 분사기(132)와 반응가스 분사기(134) 및 퍼지가스 분사기(136,138)는 원주방향 즉 방사상으로 등간격 설치되는 것이 바람직하며, 이 경우 소스가스 분사기(132)와 반응가스 분사기(134) 사이에 각각 퍼지가스 분사기(136,138)가 배치되어 설치되는 것이 바람직하다.

상기 가스 분사기(132,134,136,138)들의 저부에는 해당 가스를 챔버(100) 하부로 분사하기 위한 분사공(132a,134a,136a,138a)들이 형성되어 있다.

여기서, 각 가스 분사기(132,134,136,138)들은 일정두께의 가스 헤드(140)에 장착되는 구조로 이루어지며, 가스 헤드(140)에 형성되는 각각의 가스 유입홀(132b,134b,136b,138b)을 통해 해당 가스를 공급받아 챔버(100) 내로 해당 가스를 분사하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 가스 분사기(132,134,136,138)들은 도 8a,b 및 도 9a,b에 도시된 바와 같이, 해당 가스가 유입되기 위한 각각의 가스 유입홀(132b,134b,136b,138b)이 형성된 가스 헤드(140)에 장착되는 구조로 이루어지며, 그 상부에는 상기 가스 유입홀(132b,134b,136b,138b)과 연통되는 일정공간의 댐핑공간부(200)가 형성되고, 이 댐핑공간부(200)로부터 직선방향으로 분사공(132a,134a,136a,138a)이 관통형성된 구조로 이루어져 있다.

여기서, 각 가스 분사기(132,134,136,138)의 상면에 형성되는 댐핑공간부(200)는 하나의 공간으로 이루어지되, 이 댐핑공간부(200)와 연통되는 분사공(132a,134a,136a,138a)은 등간격으로 복수개 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 여기서 분사공들은 슬릿 형상으로 하나만 형성될 수도 있다.

한편, 가스 분사기(132,134,136,138)에 형성되는 분사공(132a,134a,136a,138a)들은 그 끝단이 개구쪽으로 갈수록 간격이 넓어지는 깔대기 형상 즉, 위쪽은 좁고 아래쪽으로 향할수록 그 간격이 넓어지는 상협하광(上狹下廣) 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그 이유는, 분사공(132a,134a,136a,138a)을 통과하는 가스가 챔버(100) 내부로 분사될 때, 일직선 형태가 아닌 스프레이 형태로 분사되도록 하여 기판의 전면적에 고르게 증착되도록 하기 위함이다.

참고로, 가스 분사기(132,134,136,138)들은 각각 댐핑공간부(200)를 갖는 개별구성으로 이루어지되, 가스 유입홀(132b,134b,136b,138b)이 형성된 가스 헤드(140)는 판형으로 하나만 구비되어 있다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 판형을 이루는 가스 헤드(140)에서 해당 가스 분사기(132,134,136,138)들이 결합되는 위치에 각각 해당 가스 유입홀(132b,134b,136b,138b)이 형성되고, 각 가스 유입홀(132b,134b,136b,138b)에 맞추어 해당 가스 분사기(132,134,136,138)들이 장착되어 있다.

한편, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치는, 상기 각 가스 분사기(132,134,136,138)들 사이의 중앙 영역에 위치되는 중앙 퍼지가스 분사부(150)를 더 포함한다.

상기 중앙 퍼지가스 분사부(150)는, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 주변의 각 가스 분사기들 즉, 소스가스 분사기(132), 반응가스 분사기(134), 퍼지가스 분사기(136,138)들보다 아랫방향으로 일정높이만큼 더 연장되게 형성되며, 그 측면과 저면에는 각각 퍼지가스 분사홀(152,154)이 형성되어 있다.

따라서, 중앙 퍼지가스 분사부(150)의 측면에 형성되는 측방향 퍼지가스 분사홀(154)은, 각 분사기(132,134,136,138)들의 분사공(132a,134a,136a,138a)들 보다 더 낮은 위치에 형성되게 된다.

즉, 각 분사기(132,134,136,138)들의 분사공(132a,134a,136a,138a) 높이가 챔버(100)의 상면으로부터 수직방향으로 α의 위치에 위치하고 있다고 가정할 경우, 중앙 퍼지가스 분사부(150)는 상기 α의 위치보다 수직방향으로 더 낮은 위치까지 연장형성되며, 상기 측방향 퍼지가스 분사홀(154)은 상기 α의 위치보다는 수직방향으로 더 낮은 위치에 형성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 원자층 박막 증착장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

각 서셉터(120)와 서셉터 안착부(110)의 회전에 의해 기판(122)이 자전 및 공전을 이루는 상태에서, 가스 분사부(130)의 소스가스 분사기(132)는 회전되는 각 기판(122)들에 순차적으로 소스가스를 분사하여 증착이 이루어지도록 한다. 즉, 자전 및 공전을 하는 기판(122)들이 4개 구비되는바, 제1기판(122)에 소스가스가 분사되어 증착되고, 이어서 제2기판과 제3기판 및 제4기판에 소스가스가 분사되어 연속적으로 증착이 이루어지게 된다.

이때, 소스가스는 가스 헤드(140)의 소스가스 유입홀(132b)을 통해 유입되고, 이와 같이 유입된 소스가스는 소스가스 분사기(132)의 상면에 일정공간으로 형성된 댐핑공간부(200)로 인입된다. 이와 같이 댐핑공간부(200)로 인입된 소스가스는 고르게 퍼진 후, 동시에 각 분사공(132a)을 통과하여 챔버(100) 내부로 분사된다.

여기서, 소스가스는 먼저 일정공간의 댐핑공간부(200)로 유입되어 그 댐핑공간부(200)를 채우고, 계속해서 공급되는 소스가스의 압력에 의해 균일한 압력으로 각 분사공(132a)들을 통과하여 챔버(100) 내부로 분사되는바, 소스가스는 기판의 전체 면적에 걸쳐 균일한 압력으로 고르게 분사됨으로써, 기판의 증착성능이 향상된다.

이때, 소스가스 분사기(132)의 분사공(132a) 개구부는 아래쪽으로 갈수록 간격이 넓어지는 상협하광 형태로 이루어져 있는바, 분사되는 소스가스는 수직방향으로만 분사되지 않고 마치 스프레이 형태로 광범위하게 분사가 이루어지게 됨으로써 기판으로의 분사가 보다 효과적으로 이루어지게 된다.

이와 같이, 제1~제4기판(122)은 소스가스 분사기(132)로부터 분사된 소스가스가 증착되고, 이어서 반응가스 분사기(134) 또한 회전되는 각 기판(122)들에 순차적으로 반응가스를 분사시키게 되는바, 분사된 반응가스는 소스가스와 반응하여 기판(122)의 표면에서 증착이 이루어지게 된다.

여기서, 반응가스 분사기(134) 또한 소스가스 분사기(132)와 그 내부 구조가 동일하게 형성되어 있는바, 반응가스의 분사는 앞선 소스가스와 동일한 형태로 이루어지게 된다.

또한, 퍼지가스 분사기(136,138)들도 회전되는 각 기판(122)들에 순차적으로 퍼지가스를 분사하여 기판(122)에 증착되지 않고 챔버(100) 내 공중에 떠 있는 소스가스와 반응가스를 외부로 배기시키도록 유도하게 된다.

여기서, 퍼지가스 분사기(136,138) 또한 소스가스 분사기(132) 및 반응가스 분사기(134)와 그 내부 구조가 동일하게 형성되어 있는바, 퍼지가스의 분사는 앞선 소스가스 및 반응가스와 동일한 형태로 이루어지게 된다.

한편, 가스 헤드(140)의 중앙 하부쪽에 형성되는 중앙 퍼지가스 분사부(150)에서도 퍼지가스가 분사되는데, 중앙 퍼지가스 분사부(150)에는 저면 및 측면에 각각 퍼지가스 분사홀(152,154)이 형성되어 있는바, 중앙 퍼지가스 분사부(150)로부터 분사되는 퍼지가스는 중앙 하부쪽 방향과 측방향으로 분사가 이루어지게 된다.

즉, 퍼지가스 분사기(136,138)들의 분사공(136a,138a)으로부터 수직방향으로 위치되지 않는 공간인 중앙 하부영역으로는 중앙 퍼지가스 분사부(150)의 저면에 형성된 퍼지가스 분사홀(152)을 통해 퍼지가스가 분사됨으로써, 이 중앙 하부영역에 잔존하는 소스가스와 반응가스를 신속히 가스 배출구(102)로 유도하여 배기시키게 된다.

또한, 중앙 퍼지가스 분사부(150)의 측면에 형성된 퍼지가스 분사홀(154)을 통해 퍼지가스가 수평방향으로 분사됨으로써, 퍼지가스 분사기(136,138)들의 분사공(136a,138a)을 통해 수직방향으로 분사되는 퍼지가스의 흐름을 챔버(100) 내벽쪽으로 유도하게 되는바, 챔버 내 공중에 잔존하는 소스가스와 반응가스를 신속히 가스 배출구(102)로 유도하여 배기시키게 된다.

<제 2실시 예>

도 10은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치에서 가스 분사부 구성을 나타낸 저면 사시도이고, 도 11은 도 10의 저면도이며, 도 12는 도 10의 C-C선 단면도이다.

참고로, 본 발명의 제 2실시 예를 설명함에 있어서, 앞선 제 1실시 예에서와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명하고, 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제 2실시 예는 앞선 제 1실시 예에 대하여 각 가스 분사기(132,134,136,138)들 사이에 배기부(300)들이 각각 더 설치된 것이다.

즉, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 원자층 박막 증착장치는, 소스가스 분사기(132)와 퍼지가스 분사기(136,138) 및 상기 반응가스 분사기(134)와 퍼지가스 분사기(136,138) 사이의 공간을 구획하여 각 가스 분사기(132,134,136,138)로부터 분사된 가스들이 근접하는 다른 가스 분사기의 영역으로 인입되는 것을 예방하도록 하는 배기부(300)를 더 포함한다.

여기서, 가스 분사기(132,134,136,138)들을 구획하는 배기부(300)는 그 중심축을 기준으로 방사상으로 등간격 설치되어 열십자(+) 형태로 이루어져서 상기 가스 분사기(132,134,136,138)들 사이의 공간을 구획하게 구성될 수 있다.

상기 배기부(300) 또한 상기 가스 헤드(140)에 지지되게 설치되는데, 가스 헤드(140)에서 배기부(300)가 설치되는 위치에는 가스 유출홀(320)이 형성되고, 저면에는 상기 가스 유출홀(320)과 연통되는 배기홀(310)이 형성되어 있다.

여기서, 배기부(300)의 저면에 형성되는 배기홀(310)은 도 12에 도시된 바와 같이, 보다 많은 양의 가스를 배기시키도록 개구단으로 갈수록 간격이 넓어지는 깔대기 형상 즉, 위쪽은 좁고 아래쪽으로 향할수록 그 간격이 넓어지는 상협하광(上狹下廣) 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

참고로, 상기 배기홀(310)은 배기부(300)의 저면과 함께 측면에도 형성될 수있고, 측면에만 형성될 수도 있다.

다시 말해서, 상기 배기부(300)에 형성되는 배기홀(310)은, 가스 분사기(132,134,136,138)들에 형성된 가스 분사공(132a,134a,136a,138a)에 대하여 동일한 방향으로만 형성될 수도 있고, 또는 가스 분사공(132a,134a,136a,138a)에 대하여 직각인 방향으로만 형성될 수도 있으며, 상기 가스 분사공(132a,134a,136a,138a)에 대하여 동일한 방향 및 직각인 방향 모두에 형성될 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 원자층 박막 증착장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

소스가스 분사기(132)와 반응가스 분사기(134) 및 퍼지가스 분사기(136,138)들과, 이들 가스 분사기 사이를 구획하는 배기부(300)가 가스 헤드(140)에 대하여 장착된 상태에서, 각 서셉터(120)와 서셉터 안착부(110)의 회전에 의해 기판(122)은 자전 및 공전을 이루게 된다.

이 상태에서, 소스가스 분사기(132)는 회전되는 각 기판(122)들에 순차적으로 소스가스를 분사하여 증착이 이루어지도록 한다. 즉, 자전 및 공전을 하는 기판(122)들이 4개 구비되는바, 제1기판(122)에 소스가스가 분사되어 증착되고, 이어서 제2기판과 제3기판 및 제4기판에 소스가스가 분사되어 연속적으로 증착이 이루어지게 된다.

또한, 반응가스 분사기(134) 또한 회전되는 각 기판(122)들에 순차적으로 반응가스를 분사하고, 분사된 반응가스는 소스가스와 반응하여 기판(122)의 표면에서 증착이 이루어지게 된다.

또한, 퍼지가스 분사기(136,138)들도 회전되는 각 기판(122)들에 순차적으로 퍼지가스를 분사하여 기판(122)에 증착되지 않고 챔버(100) 내 공중에 떠 있는 소스가스와 반응가스를 외부로 배기시키도록 유도하게 된다.

여기서, 소스가스 분사기(132)에 의해 분사된 소스가스와, 반응가스 분사기(132)에 의해 분사된 반응가스 중, 기판(122)에 증착되지 않고 챔버(100) 내 공중 에 떠 있는 소스가스 및 반응가스는 배기부(300)에 의해 다른 분사영역으로의 이동이 제한됨과 동시에, 배기부(300)의 측면 또는 저면 중 적어도 어느 하나의 면에 형성된 배기홀(310)과 가스 헤드(140)의 유출홀(320)을 통하여 챔버(100) 외부로 배기된다.

한편, 소스가스와, 반응가스 중, 일부는 퍼지가스 분사기(136,138)들로부터 분사된 퍼지가스에 의해 역시 배기부(300)의 배기홀(310) 및 가스 헤드(140)의 유출홀로 유도되어 배기가 이루어지게 된다.

물론, 챔버(100) 내 공중에 떠 있는 가스들 중 일부는 중앙 퍼지가스 분사부(150)와, 퍼지가스 분사기(136,138)들의 퍼지가스 분사에 의해 가스 배출구(102)로 유도되어 배기가 이루어지기도 한다.

이와 같이, 소스가스 분사기(132)에 의해 분사된 소스가스와, 반응가스 분사기(134)에 의해 분사된 반응가스 중, 기판(122)에 증착되지 않고 챔버(100) 내 공중에 떠 있는 소스가스 및 반응가스는, 타 영역으로 이동됨이 제한된 상태로 배기부(300)의 배기홀(310)을 통해 배기되거나 또는 퍼지가스와 함께 신속히 배기부(300)의 배기홀(310)을 통해 배기됨은 물론, 퍼지가스에 의해 가스 배출구(102)로 유도되어 배기됨으로써, 소스가스와 반응가스는 공중에서 접촉되는 확률이 현저히 줄어들게 된다.

이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 챔버 102 : 가스 배출구
120 : 서셉터 130 : 가스 분사부
132 : 소스가스 분사기 132a : 소스가스 분사공
132b : 소스가스 유입홀 134 : 반응가스 분사기
134a : 반응가스 분사공 134b : 반응가스 유입홀
136,138 : 퍼지가스 분사기 136a,138a : 퍼지가스 분사공
138a,138b : 퍼지가스 유입홀 140 : 가스 헤드
150 : 중앙 퍼지가스 분사부 152 : 하방향 퍼지가스 분사홀
154 : 측방향 퍼지가스 분사홀 200 : 댐핑공간부
300 : 배기부 310 : 가스 배기홀
320 : 가스 유출홀

Claims (8)

1. 챔버;
   상기 챔버에 마련되어 복수개의 기판이 안착되는 서셉터;
   상기 서셉터의 상부영역에 구비되어 상기 복수개의 기판에 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스 분사기들과, 상기 가스 분사기들이 등간격으로 장착되는 가스 헤드로 이루어진 가스 분사부를 포함하며,
   상기 가스 헤드에는 상기 각 가스 분사기들로 해당 가스를 공급하기 위한 가스 유입홀들이 형성되고,
   상기 가스 분사기들은, 상기 가스 유입홀들과 연통되되. 상기 가스 유입홀들 보다 너비가 넓어 일정공간을 갖는 댐핑공간부가 상부에 형성되고, 상기 댐핑공간부로부터 직선방향으로 분사공이 관통형성되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가스 분사공은,
   개구단으로 갈수록 너비가 넓어지는 상협하광 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가스 분사기들과 인접한 위치에는, 상기 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스의 배기 흐름을 상부쪽으로 유도하기 위한 배기부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 가스 헤드에서 배기부가 설치되는 위치에는 유출홀이 형성되고, 상기 배기부에는 상기 유출홀과 연통되는 배기홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 배기홀은 개구단으로 갈수록 간격이 넓어지는 상협하광 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
6. 제 1항 내지 제 5항 중, 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 가스 분사기들 사이의 중앙에 위치되어 챔버 내 중앙영역에 퍼지가스를 분사하는 중앙 퍼지가스 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 중앙 퍼지가스 분사부는,
   상기 가스 분사기들의 각 분사공보다 수직방향으로 일정높이만큼 더 낮은 위치로 연장되어 설치되고,
   상기 가스 분사기들의 각 분사공보다 수직방향으로 낮은 위치의 측면에 측방향 퍼지가스 분사홀이 형성되고, 그 저면에는 하방향 퍼지가스 분사홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 가스 분사기는,
   상기 챔버의 상부 공간에 마련되어 상기 기판에 소스가스와 반응가스를 공급하는 소스가스 분사기 및 반응가스 분사기와;
   상기 소스가스 분사기 및 반응가스 분사기 사이에 위치되어 챔버 내부로 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 분사기가 방사상으로 등간격 설치되는 것을 특징으로 하는 원자층 박막 증착장비.

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