KR20180130891A

KR20180130891A - 기판처리 장치의 반응기

Info

Publication number: KR20180130891A
Application number: KR1020170067076A
Authority: KR
Inventors: 김기준; 이승섭
Original assignee: 주식회사 원익테라세미콘
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-10
Also published as: KR102269365B1

Abstract

기판처리 장치의 반응기가 개시된다. 본 발명에 따른 기판처리 장치의 반응기는, 적어도 하나의 기판이 기판처리되는 기판처리 장치의 반응기(reactor; 100)로서, 반응기(100)는, 기판(40)이 기판처리되는 공간인 기판처리부(110), 기판처리부(110)의 일측에 수직 방향으로 배치되고, 기판처리 가스를 기판처리부(110)에 공급하는 적어도 하나의 가스 공급부(200) 및 기판처리부(110)의 타측에 형성되고, 기판처리부(110)에 공급된 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부(300)를 포함하며, 기판처리부(110)와 가스 배출부(300) 사이에는 기판처리 가스가 배출되는 통로인 가스 배출구(320)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

기판처리 장치의 반응기 {REACTOR OF APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}

본 발명은 기판처리 장치의 반응기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판처리 가스가 층류(laminar flow)를 형성하고, 반응 완료 후 신속하게 배출되어, 복수의 기판 상에 균일하게 박막을 형성할 수 있는 기판처리 장치의 반응기에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 박막 증착 공정에는 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(ALD: Atomic Layer Deposition) 등이 주로 사용된다.

이 중에서 원자층 증착법은 반응가스인 소스가스와 퍼지가스를 교대로 공급하여 기판 상에 원자층 단위의 박막을 증착하는 기술이다. 원자층 증착법은 단차 피복성(Step Coverage)의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용하기 때문에, 고 종횡비를 갖는 미세 패턴 형성에 적절하고, 박막의 전기적 및 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 배치식 원자층 증착장치를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 배치식 원자층 증착장치는 기판(40)이 로딩되어 증착 공정이 진행되는 공간인 챔버(11)를 형성하는 공정튜브(10)를 포함한다. 그리고, 상기 공정튜브(10)의 내부에는 증착 공정에 필요한 가스 공급부(20), 가스 배출부(30) 등과 같은 부품들이 설치된다. 그리고, 공정튜브(10)와 밀폐 결합되는 받침부(51), 공정튜브(10)의 내부에 삽입되는 돌출부(53), 및 복수개의 기판(40)을 적층되도록 하는 지지바(55)를 포함하는 보트(50)를 포함한다.

강성을 확보하기 위해 대략 종 형상의 공정튜브(10)를 사용하며, 기판(40)과 공정튜브(10) 내주면 사이의 거리(d1')는 기판(40)과 가스 공급부(20) 사이의 거리(d2)보다 큰 값(d1>d2)을 가진다. 즉, 종래의 배치식 원자층 증착장치는 공정튜브(10)의 내부[또는 챔버(11)]에 가스 공급부(20), 가스 배출부(30) 등의 부품이 설치되어 있으므로, 공정튜브(10)의 내부 챔버(11)의 부피가 불필요하게 커지는 문제점이 있었다. 또한, 가스 배출부(30)를 크게 구성하기 어려우므로, 공정 가스가 신속하게 배출되기 어려운 문제점이 있었다.

원자층 증착법은 공정 가스를 공급, 기판 상에 전구체 형성, 및 공정 가스를 배출하는 일련의 과정을 수백 사이클 반복하여 수행할 수 있다. 이에 따라, 챔버(11)의 내부의 부피가 커질수록 공정 가스의 사용량이 증가되고, 공급/배출을 위한 공정 시간도 길어지게 된다.

따라서, 챔버(11) 내부의 부피를 더 감소시키기 위해, 도 2와 같은 구조가 제안되었다. 도 2의 (a)를 참조하면, 가스 공급부(20')와 가스 배출부(30')를 기판처리부(10')의 양측에 돌출되도록 형성하고, 기판처리부(10')의 내벽과 기판(40) 사이의 공간을 최대한 가깝게 하여, 챔버(11')의 내부 부피를 최소화 하였다. 가스 공급부(20')의 가스 공급관(21') 및 가스 배출부(30')의 가스 배출관(31')은 수직으로 길게 형성되고, 매니폴드(45)에 삽입 고정될 수 있다.

하지만, 도 2의 (a) 구조는 가스 배출부(30')가 작게 형성되고 가스 배출부(30')에 진입하는 경로가 각지게 형성되어 있으므로, 공정 가스(g)가 신속히 배출되지 않고, 가스 배출부(30') 부분에서 가스가 잔류하거나 와류(g')가 생길 수 있다. 따라서, 공정 가스(g)가 특정 부분에 머무르게 되면서 기판 상부에서 박막이 균일하게 형성되지 않고 특정 부분이 두껍게 형성되는 문제점이 있었다.

또한, 도 2의 (a) 구조는 가스 공급부(20')에 기판처리 가스를 공급하는 외부의 가스 공급 장치(미도시)가 가스 공급관(21')에 연결되는데 가스 공급관(21')은 가스 공급부(20')의 하단부에 연결된다. 그리고, 가스 배출부(30')에 흡입력을 인가하는 외부의 가스 배출 장치(미도시)가 가스 배출관(31')에 연결되는데 가스 배출관(31')은 가스 배출부(30')의 하단부에 연결된다. 따라서, 가스 공급관(21')과 가까운 부분인 가스 공급부(20')의 하부와 가스 공급관(21')과 먼 부분인 가스 공급부(20')의 상부에서 기판처리부(10')로 공급되는 공정 가스(g)의 토출 압력에 차이가 생길 수 밖에 없으며, 가스 배출관(31')과 가까운 부분인 가스 배출부(30')의 하부와 가스 배출관(31')과 먼 부분인 가스 배출부(30')의 상부에 인가되는 흡입력이 차이가 생길 수 밖에 없다. 이는 기판(40)들마다 공정 가스(g)와 반응하는 시간, 압력 등을 상이하게 하므로, 기판처리부(10')의 상부와 하부에 배치되는 기판(40)들의 박막 두께가 상이해지는 문제점을 유발하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기판처리 가스가 기판 상에서 층류(laminar flow)를 형성하고, 반응 완료 후 신속하게 배출될 수 있는 기판처리 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 복수의 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있는 기판처리를 장치의 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판처리 공정이 수행되는 내부 공간의 크기를 감소시켜, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 사용량을 절감시키고, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 공급 및 배출을 원활하게 하여 기판처리 공정 시간을 획기적으로 감소시킨 배치식 기판처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 적어도 하나의 기판이 기판처리되는 기판처리 장치의 반응기(reactor)로서, 상기 반응기는, 상기 기판이 기판처리되는 공간인 기판처리부; 상기 기판처리부의 일측에 수직 방향으로 배치되고, 기판처리 가스를 상기 기판처리부에 공급하는 적어도 하나의 가스 공급부; 및 상기 기판처리부의 타측에 형성되고, 상기 기판처리부에 공급된 상기 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함하며, 상기 기판처리부와 상기 가스 배출부 사이에는 상기 기판처리 가스가 배출되는 통로인 가스 배출구가 형성되는, 기판처리 장치의 반응기가 제공된다.

상기 가스 공급부는, 상기 기판처리부의 상부 영역에 기판처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부; 및 상기 기판처리부의 하부 영역에 기판처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 포함할 수 있다.

상기 가스 공급부는 외부에서 기판처리 가스가 유입되는 통로를 제공하는 가스 인입부; 및 상기 가스 인입부의 일단에 연결되고, 상기 가스 인입부로부터 유입된 기판처리 가스가 수직 방향으로 분산되는 분산부를 포함하는 가스 토출부를 포함할 수 있다.

상기 가스 인입부는 복수 종류의 기판처리 가스가 유입되도록 복수의 인입로가 형성되고, 상기 가스 토출부는 복수의 분산부를 포함하며, 각각의 상기 인입로는 각각의 상기 분산부에 상호 대응하도록 연통될 수 있다.

상기 기판처리부와 접하는 상기 분산부의 측면에는 복수의 토출공이 형성될 수 있다.

상기 가스 배출부는, 상기 기판처리부와 접하고, 상기 기판처리부의 상기 기판처리 가스가 상기 가스 배출구를 통해 유출되는 제1 가스 배출부; 일측이 제1 가스 배출부에 연결되고, 상기 제1 가스 배출부로 유출된 상기 기판처리 가스가 유도되는 유도구가 형성된 제2 가스 배출부; 및 일측은 제2 가스 배출부에 연결되고, 타측은 외부의 가스 펌핑 수단에 연결되어 가스가 배출되는 유출로를 제공하는 가스 배기관을 포함할 수 있다.

상기 가스 배출구와 상기 유도구, 및 상기 유도구와 상기 유출로는 적어도 동일한 수평축 또는 수직축 상의 공간을 점유하지 않도록 엇갈리게 형성될 수 있다.

상기 제1 가스 배출부와 상기 제2 가스 배출부의 평단면적의 넓이는 동일하게 형성될 수 있다.

복수의 상기 가스 배출구가 형성되며, 복수의 상기 가스 배출구는 복수의 수직 방향으로 소정 간격을 가지며 홀(hole) 형태로 형성될 수 있다.

상기 가스 배기관은 상기 제2 가스 배출부의 수직 중앙의 위치에 연결될 수 있다.

상기 가스 배출구와 상기 유도구가 형성된 면적의 총합은 동일할 수 있다.

상기 토출공은. 복수개의 기판이 적층된 상기 기판적재부가 상기 기판처리부에 수용되었을 때, 상기 기판적재부에 지지된 상호 인접하는 상기 기판과 기판 사이의 간격에 각각 위치될 수 있다.

상기 기판처리부의 상부 및 하부에 반응방지 가스를 공급하는 보조 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 반응방지 가스는, 상기 기판처리부의 상부 및 하부에 배치되는 더미기판에 공급되는 상기 기판처리 가스를 상기 기판처리부 내부의 전체 공간으로 분산시킬 수 있다.

상기 기판처리부의 하면은 개방되고, 상기 기판이 기판적재부에 적재되어 승강함에 따라 상기 기판처리부터 상기 기판을 로딩/언로딩 할 수 있다.

상기 기판처리부의 하단면에 매니폴드의 상단면이 결합되고, 상기 기판적재부가 승강하면서 상기 매니폴드의 하단면에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

상기 매니폴드는, 본체부 및 상기 본체부 상단면 상기 기판처리부의 하단면에 개재되는 실링부재를 포함하고, 상기 본체부의 내부에는 냉매가 이동하는 유로인 냉매 순환부가 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 기판처리 가스가 기판 상에서 층류(laminar flow)를 형성하고, 반응 완료 후 신속하게 배출될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수의 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기판처리 공정이 수행되는 내부 공간의 크기를 감소시켜, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 사용량을 절감시키고, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 공급 및 배출을 원활하게 하여 기판처리 공정 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 배치식 원자층 증착장치를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기를 나타내는 수평 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기를 나타내는 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부의 확대 단면을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 토출부의 분산부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출구, 유도구, 가스 배기관의 형태를 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부 내에서 기판처리 가스 배출 경로를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 가스 배출부와 제2 가스 배출부의 평단면을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 가스 공급부를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기의 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드의 개략도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.

본 명세서에 있어서, 기판은 LED, LCD 등의 표시장치에 사용하는 기판, 반도체 기판, 태양전지 기판 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.

또한, 본 명세서에 있어서, 기판처리 공정이란 증착 공정, 바람직하게는 원자층 증착법을 사용한 증착 공정을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니며 화학 기상 증착법을 사용한 증착 공정, 열처리 공정 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다. 다만, 이하에서는 원자층 증착법을 사용한 증착 공정으로 상정하여 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 배치식 장치를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기(100)를 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기(100)를 나타내는 수평 단면도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기(100)를 나타내는 수직 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급부(200)의 확대 단면을 나타내는 도면이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 기판처리 장치의 반응기(100)는 적어도 하나의 기판(40)이 기판처리되는 공간을 제공하는 기판처리부(110), 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)를 포함한다. 이 외에 기판처리부(110)의 하단면에 매니폴드(400)가 더 결합되어 반응기(100)를 구성할 수 있다.

기판처리부(110)의 기능은 공정튜브라고 할 수 있다. 기판처리부(110)는 적어도 하나의 기판(40)이 적재된 기판적재부(500)[도 13 참조]가 수용되며, 증착막 형성 공정 등의 기판처리 공정을 수행할 수 있는 챔버 공간을 제공한다.

기판처리부(110)의 평단면 형상은 원형일 수 있으며, 챔버(111) 내부의 부피를 감소시키기 위해 기판(40)이 수용될 수 있을 정도의 직경만을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말해, 기판처리부(110)의 평단면 원형 영역 내에는 기판(40)만이 점유하고, 가스 공급부(200), 가스 배출부(300) 등의 구성은 영역을 점유하지 않고, 평단면 원형 외측 영역을 점유할 수 있다.

기판처리부(110)의 재질은 석영(Quartz), 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Aluminium), 그라파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(Silicon carbide) 또는 산화 알루미늄(Aluminium oxide) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

가스 공급부(200)는 적어도 하나의 기판처리 가스가 유입되는 통로를 제공하며, 기판처리부(110)의 일측 외주면 상에 형성되어 기판처리부(110)의 내부 공간(111)에 기판처리 가스를 공급할 수 있다.

가스 배출부(300)는 기판처리 가스가 배출되는 통로를 제공하며, 기판처리부(110)의 타측 외주면 상[즉, 가스 공급부(200)의 반대편]에 형성되어 기판처리부(110)의 내부 공간(111)에 유입된 기판처리 가스를 배출할 수 있다. 가스 공급부(200)와 가스 배출부(300)의 구체적인 구성은 후술한다.

기판처리부(110)와 가스 배출부(300) 사이에는 기판처리 가스가 배출되는 통로인 가스 배출구(320)가 형성될 수 있다. 가스 배출구(320)는 기판처리부(110)의 외주면과 이에 맞닿는 가스 배출부(300)의 면이 상호 연통되어 형성된 홀(hole), 슬릿(slit), 통공 등일 수 있다.

가스 공급부(200)는 수직 방향을 따라 기판처리부(110)의 일측에 연결될 수 있다. 가스 공급부(200)는 기판처리부(110)와 일체(one body)로 형성된 구조이거나, 각각 제조한 후 연결한 구조일 수 있다. 이를 고려하여, 가스 공급부(200)의 재질은 기판처리부(110)와 동일한 것이 바람직하다.

적어도 하나의 가스 공급부(200)가 기판처리부(110)의 일측에 연결될 수 있다. 도 3 내지 도 7에는 2개의 가스 공급부(200)[제1 가스 공급부(210) 및 제2 가스 공급부(250)]가 기판처리부(110)의 일측에 수직 방향으로 배치된 것이 도시되어 있으나, 기판처리부(110)의 크기, 처리되는 기판의 개수, 그 밖에 공정 환경에 따라 개수 및 크기는 변경이 가능하다. 이하에서는 제1 가스 공급부(210) 및 제2 가스 공급부(250)가 배치된 예를 상정하여 설명한다.

제1 가스 공급부(210)는 기판처리부(110)의 상부 영역(TZ)에 기판처리 가스를 공급할 수 있다. 제2 가스 공급부(250)는 기판처리부(110) 하부 영역(BZ)에 기판처리 가스를 공급할 수 있다. 상부 영역(TZ) 및 하부 영역(BZ)은 기판처리부(110) 내의 챔버(111)를 수직 방향으로 양분한 각각의 영역을 의미한다.

제1 가스 공급부(210)는 가스 인입부(220) 및 가스 토출부(230)를 포함할 수 있다.

가스 인입부(220)는 외부의 기판처리 가스 공급수단(미도시)으로부터 기판처리 가스를 공급받아, 기판처리부(110) 내로 유입되는 통로를 제공할 수 있다. 가스 인입부(220)에는 복수 종류의 기판처리 가스가 각각 유입될 수 있도록 복수의 인입로(225)가 형성될 수 있다. 인입로(225)는 관(管), 중공(中孔) 등의 형태를 가질 수 있으며, 도 7에는 3가지 종류의 기판처리 가스가 유입될 수 있도록 3개의 인입로(225: 225a, 225b, 225c)가 형성되어 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 토출부(230)의 분산부(240)를 나타내는 도면이다.

가스 토출부(230)는 가스 인입부(220)의 말단에 연결되고, 분산부(240)를 포함할 수 있다. 분산부(240)는 가스 토출부(230)의 길이 방향에 따라 형성된 홈으로서, 가스 인입부(220)로부터 유입된 기판처리 가스가 수직 방향으로 분산되는 공간을 제공할 수 있다. 분산부(240)는 기판처리 가스의 종류에 대응되는 개수로 분리구획 될 수 있다. 예를 들어, 3개의 인입로(225a, 225b, 225c)에 대응되도록 3개의 분산부(241, 242, 243)가 형성될 수 있다. 인입로(225a)는 분산부(241)에, 인입로(225b)는 분산부(242)에, 인입로(225c)는 분산부(243)에만 연통될 수 있다. 각각의 분산부(241, 242, 243)는 분리구획되어 있으므로, 유입된 기판처리 가스는 해당 분산부(241, 242, 243) 내에서만 분산되고 다른 분산부(241, 242, 243)로 유입될 수 없다.

분산부(240: 241, 242, 243)의 기판처리부(110)와 접하는 측면, 즉, 인입로(225)와 연통되는 분산부(240)의 측면에 대향하는 타측면에는 복수의 토출공(245)이 가스 토출부(230)의 길이방향(수직방향)을 따라 형성될 수 있다. 복수의 토출공(245)은, 기판적재부(500)가 매니폴드(400)에 결합되어 복수개의 기판(40)이 기판처리부(100)에 수용되었을 때, 기판처리 가스를 각각의 기판(40) 상에 균일하게 공급하여 층류(laminar flow)를 형성할 수 있도록, 기판지지부(530)에 지지된 상호 인접하는 기판(40)과 기판(40) 사이의 간격에 각각 위치되는 것이 바람직하다.

인입로(225a)를 통해 수평한 방향으로 유입된 기판처리 가스는 분산부(241) 내에서 분산되고, 해당 분산부(241)의 측면에서 기판처리부(110)와 연통형성된 복수의 토출공(245)을 통하여 각각의 기판(40) 상에 공급될 수 있다. 따라서, 수평한 방향을 따라 균일한 양의 기판처리 가스를 각각의 토출공(245)을 통하여 기판(40) 상에공급할 수 있으므로, 층류를 형성하는데 보다 유리하다. 또한, 가스 공급부(200)를 통해 공급하는 기판처리 가스의 미세한 공급 압력의 제어 없이도, 수평한 방향을 따라 인입로(225a), 분산부(241), 토출공(245)을 따라 균일한 유속으로 기판처리부(110) 내로 공급할 수 있는 이점이 있다.

한편, 제2 가스 공급부(250)의 가스 인입부(260), 가스 토출부(270), 분산부(280) 등의 구성은, 제1 가스 공급부(210)와 동일한 구성을 가지므로 구체적인 설명을 생략한다.

다시, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 가스 배출부(300)는 수직 방향을 따라 기판처리부(110)의 타측에 연결될 수 있다. 가스 배출부(300)는 기판처리부(110)와 일체(one body)로 형성된 구조이거나, 각각 제조한 후 연결한 구조일 수 있다. 이를 고려하여, 가스 배출부(300)의 재질은 기판처리부(110)와 동일한 것이 바람직하다.

가스 배출부(300)는 제1 가스 배출부(310), 제2 가스 배출부(330) 및 가스 배기관(350)을 포함할 수 있다.

제1 가스 배출부(310)는 기판처리부(110)의 타측에 접하고, 기판처리부(110)의 기판처리 가스가 가스 배출구(320)를 통해 유출되는 가스 배출부(300)의 첫번째 공간이다.

제2 가스 배출부(330)는 일측이 제1 가스 배출부(310)에 연결되고, 타측이 가스 배기관(350)에 연결될 수 있다. 제1 가스 배출부(310)와 제2 가스 배출부(330)가 맞닿는 측벽에는 복수의 유도구(340)가 형성될 수 있다. 제2 가스 배출부(330)는 기판처리부(110)로부터 제1 가스 배출부(310)로 유출된 기판처리 가스가 복수의 유도구(340)로 유도되어 흘러나가면서 경로가 분산되는 가스 배출부(300)의 두번째 공간이다.

가스 배기관(350)은 일측이 제2 가스 배출부(330)에 연결되고, 타측은 외부의 가스 펌핑 수단(미도시)에 연결될 수 있다. 가스 배기관(350)은 제2 가스 배출부(350) 내의 기판처리 가스를 흡입하기 위한 흡입력을 인가할 수 있다. 제2 가스 배출부(330)와 가스 배기관(350)이 맞닿는 측벽에는 유출로(360)가 형성될 수 있다.

가스 배출부(300)가 제1 가스 배출부(310) 및 제2 가스 배출부(330)를 포함하여, 내부 공간이 증가하게 되므로, 챔버(111) 내의 기판처리 가스가 원활히 배출될 수 있다. 또한, 제1 가스 배출부(310) 및 제2 가스 배출부(330)가 이중의 벽, 즉, 제1 가스 배출부(310)에 제2 가스 배출부(330)가 마치 쉘(shell)처럼 덧대어지므로, 가스 배출부(300)의 강성이 더 보강되는 이점이 있다.

가스 배출부(300)는 제1, 2 가스 배출부(310, 330) 외에도 기판처리 가스를 신속하고 균일하게 배출하는 목적의 범위 내에서는 추가적으로 제3, 제4 가스 배출부 등을 더 구비할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출구(320), 유도구(340), 유출로(360)의 형태를 나타내는 정면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부(300) 내에서 기판처리 가스 배출 경로를 나타내는 개략도이다.

도 9의 (a)를 참조하면, 가스 배출구(320)는 복수의 홀(hole; 321, 322, ...) 형태를 가질 수 있다. 홀(321, 322, ...)은 수직 방향으로 소정 간격을 가지며 형성될 수 있다. 특히, 복수의 수직 방향[도 9의 (a)에서는 2개의 수직 방향]을 기준으로 홀(321, 322, ...)들이 형성될 수 있으며, 높이에 따라 지그재그 형태로 형성될 수도 있다.상술한 바와 같이, 복수의 토출공(245)이 기판지지부(530)에 지지된 상호 인접하는 기판(40)과 기판(40) 사이의 간격에 각각 위치되어, 기판처리 가스를 각각의 기판(40) 상에 균일하게 공급하여 층류를 형성하고, 기판처리 가스는 기판(40) 상을 지나 측면 기류를 형성하며 가스 배출구(320)로 균등하게 배기될 수 있다. 따라서, 복수의 기판(40) 상에 균일한 박막을 형성할 수 있다.

또한, 가스 배출부(300)가 기판 처리부(110)에 연결된 면의 폭 범위만큼 기판처리 가스가 배출될 수 있도록, 가스 배출구(320)는 복수의 수직 방향으로 형성된 홀(321, 322, ...) 형태일 수 있다. 또한, 수직 방향으로 홀(321, 322)들이 형성됨에 따라, 가스 공급부(200)로부터 공급되어 수직 방향으로 형성된 복수의 기판(40) 사이를 통과한 기판처리 가스가 곧바로 배출될 수 있다. 이 외에도, 가스 배출구(320)의 개수, 크기, 형태는 기판처리 가스를 균일하고 신속하게 배출하고, 강성이 낮아지지 않는 범위 내에서 변경할 수 있다. 예를 들어, 3개의 수직 방향으로 홀을 형성하여 폭 범위를 늘릴 수 있고, 홀이 아닌 슬릿 형태로 형성하여 가스 배출량을 더 향상시킬 수도 있다.

도 9의 (b)를 참조하면, 유도구(340)는 복수개[도 9의 (b)에서는 2개]가 형성될 수 있다. 유도구(340)는 원 형상으로 형성될 수 있으며, 복수의 유도구(340: 341-342)가 각각 대칭 형태로 형성될 수 있다. 가스 배출부(300)의 수직 중앙(CL)을 기준으로 상부 영역(TZ) 및 하부 영역(BZ)에 각각 대칭 형태로 형성될 수 있다.

도 9의 (c)를 참조하면, 유출로(360)는 가스 배기관(350)에 형성된 중공으로서, 가스 배기관(350)은 제2 가스 배출부(340)의 수직 중앙의 위치에 연결될 수 있다. 즉, 가스 배기관(350)은 매니폴드(400)를 개재하여 반응기(100)에 연결되지 않는다. 가스 배기관(350)은 가스 배출부(300)의 측면 중앙부에 배치됨에 따라 기판처리 가스가 측면 기류를 따라 신속하게 배출될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 9 및 도 10를 참조하면, 가스 배출구(320)와 유도구(340)는 적어도 동일한 수평축 또는 수직축 상의 공간을 점유하지 않도록 엇갈리게 형성되고, 가스 유도구(340)와 유출로(360)는 적어도 동일한 수평축 또는 수직축 상의 공간을 점유하지 않도록 엇갈리게 형성되는 것이 바람직하다.

가스 배기관(350)은 외부의 가스 펌핑 수단(미도시)에 의해 지속적으로 제1, 2 가스 배출부(310, 330) 내에 흡입력을 인가한다. 가스 배기관(350)은 하나의 유출로(360)를 통해 흡입력을 인가하고, 유도구(340: 341, 342)는 상부 영역(TZ)과 하부 영역(BZ)에 각각 대칭 형태로 형성되므로, 각각의 유도구(340)에 균일하게 흡입력이 분산되어 인가될 수 있다. 그리고, 유도구(340)에 인가된 흡입력은 다시 복수의 수직 방향으로 소정 간격을 가지며 형성된 가스 배출구(320: 321, 322, ...)에 균일하게 분산되어 인가될 수 있다. 흡입력이 균일하게 인가될 수 있도록, 가스 배출구(320: 321, 322, ...)가 형성된 면적과 유도구(340: 341, 342)가 형성된 면적의 총합은 동일한 것이 바람직하다. 다른 관점으로, 기판처리 가스는 가스 배출구(320), 유도구(340) 및 유출로(360)를 따라 균일한 힘을 받고 유출될 수 있다.

도 10의 (a), (b)와 같이, 가스 배출구(320)로 유출된 기판처리 가스는 가장 가까운 유도구(340)로 유도되어 흘러가면서 경로가 분산될 수 있다[도 10 (b)의 얇은 화살표 방향 참고]. 즉, 복수의 유도구(341, 342)에 경로가 분산되면서 기판처리 가스가 균일성을 가지며 신속하게 빠져나갈 수 있다. 유도구(341, 342)를 통과한 기판처리 가스는 유출로(360)로 집중되어 외부로 배기될 수 있다[도 10(b)의 두꺼운 화살표 방향 참고]. 이처럼, 기판처리부(110) 챔버(111) 전체의 공간에 있던 기판처리 가스가, 제1 가스 배출부(310), 제2 가스 배출부(330) 및 가스 배기관(350)을 지나가면서 넓은 범위에서 한 군데로 집중되어 배기될 수 있다. 이러한 배기 효율성의 증대 및 신속한 배기는 기판처리부(110) 내에서 기판(40)과 기판(40) 사이의 균일한 층류 및 측면 기류를 유도하고, 기판처리부(110)의 가스 배출구(320) 주변에서 기판처리 가스가 잔류하거나 와류가 생기는 것을 방지하여, 기판(40) 상의 균일한 박막의 형성에 기여할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 가스 배출부(310)와 제2 가스 배출부(330)의 평단면을 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 제1 가스 배출부(310)의 평단면적의 넓이(A)와 제2 가스 배출부(330)의 평단면적의 넓이(B)는 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 높이가 동일하고 평단면적의 넓이(A, B)가 같으므로, 제1 가스 배출부(310) 내의 부피와 제2 가스 배출부(330) 내의 부피는 동일할 수 있다. 따라서, 기판처리부(110)에서 제1 가스 배출부(310)로 유출된 기판처리 가스가 제1 가스 배출부(310) 내에서 적체되지 않고, 동일한 부피를 가지는 제2 가스 배출부(330) 내로 신속하게 배기될 수 있는 이점이 있다. 따라서, 더욱 배기 효율성을 증대시키고 배기를 신속하게 수행할 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 가스 공급부를 나타내는 도면이다.

보조 가스 공급부는 질소 등의 반응방지 가스(퍼지 가스)를 공급하는 구성으로서, 상술한 가스 공급부(200)와 마찬가지로 보조 가스 인입로(226, 266) 및 토출공(246, 286)을 포함할 수 있다. 보조 가스 공급부는 가스 공급부(200: 210, 250)에 추가적으로 인입로(226, 266) 및 토출공(246, 286)을 형성하여 구현할 수 있으나, 별도의 관을 기판처리부(110)에 직접 연통시켜 구현하는 것도 가능하다.

복수의 기판(40)이 기판적재부(500)에 적재되어 기판처리부(110)에 수용될 때, 상부 및 하부에는 약간의 더미기판(DS)이 배치될 수 있다. 기판처리부(110)의 상단부 및 하단부 공간은 외부와 가까운 공간이므로 다른 공간과 공정 환경에서 미세한 차이가 나타날 수 있어, 더미기판(DS)이 배치되고 더미기판(DS)들 사이에 실제로 기판처리 공정을 수행하는 기판(40, 40')들이 배치된다. 증착 공정을 수행함에 있어서, 기판처리 가스는 더미기판(DS)과는 별도의 반응을 하지 않고 기판(40, 40')들과 반응하게 된다. 이 과정에서 더미기판(DS)이 있는 부분[기판처리부(110)의 상, 하부 공간]에 미반응의 기판처리 가스가 다량 분포하게 되고, 기판(40)이 있는 부분[기판처리부(110)의 중앙 공간]은 반응을 마친 기판처리 가스가 분포하게 된다. 따라서, 더미기판(DS)의 근처에 있는 기판(40')들에 미반응의 기판처리 가스가 흐르게 되어 기판(40')들과 반응하게 된다. 그리하여 기판(40') 상의 박막 두께가 기판(40) 상의 박막 두께보다 다소 두껍게 형성되는 문제가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 보조 가스 공급부에서 반응방지 가스를 기판처리부(110)의 상부 및 하부에 공급하여 미반응의 기판처리 가스를 기판처리부(110)의 전체 공간으로 분산시키는 것이다. 그리하여, 기판(40, 40')이 동일한 양의 기판처리 가스와 반응하도록 할 수 있다. 반응방지 가스는 기판처리부(110)의 상부 및 하부에만 공급하면 충분하므로, 가스 공급부(200)의 분산부(240)와 같이 복수의 토출공(245, 285)이 형성될 필요는 없으며, 상부 및 하부에서 더미기판(DS)에 대응하는 위치에만 형성될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리 장치의 반응기(100)의 분해 사시도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드(400)의 개략도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 반응기(100)는 기판처리부(110)의 하단면에 매니폴드(400)가 더 결합될 수 있다.

매니폴드(400)는 본체부(410) 및 실링부재(430)를 포함할 수 있다. 본체부(410)는 매니폴드(400)의 몸체를 구성하며, 기판처리부(110)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 기판처리부(110)의 하면이 개방된 것과 마찬가지고 본체부(410)는 중앙이 개방되고, 상단면이 기판처리부(110)의 하단면에 결합될 수 있다. 본체부(410)의 상단면과 기판처리부(110)의 하단면에는 오링(O-ring)과 같은 실링부재(430)가 개재될 수 있다.

냉매 순환부(420)는 본체부(410)의 내부에서 냉매가 이동하는 유로를 제공할 수 있다. 냉매 순환부(420)에는 액체 또는 기체 상태의 냉매가 흐를 수 있어, 냉매의 냉기가 본체부(410) 및 실링부재(430)에 전해질 수 있다. 따라서, 고온의 환경에서도 실링부재(430)가 변형될 가능성이 매우 줄어든다. 냉매 순환부(420)는 본체부(410)의 내부에 중공(中孔) 형태로 형성될 수 있으며, 냉매가 유입(AI)되는 부분과 배출(AO)되는 부분은 본체부(410) 외부로 형성되어 외부의 냉매 순환 장치에 연결될 수 있다.

기판적재부(500)는 공지의 엘리베이터 시스템(미도시)에 의하여 승강가능하게 설치되며, 주받침부(510), 보조받침부(520) 및 기판지지부(530)를 포함한다.

주받침부(510)는 대략 원통형으로 형성되어 공정실의 바닥 등에 안착될 수 있으며, 상면이 매니폴드(400)에 밀폐 결합될 수 있다.

보조받침부(520)는 대략 원통형으로 형성되어 주받침부(510)의 상면에 설치되며, 기판처리부(100)의 내경보다 작은 직경으로 형성되어 기판처리부(110)의 내부 공간(111)에 삽입된다. 보조받침부(520)는 반도체 제조공정의 균일성 확보를 위하여 기판처리 공정 중에 기판(40)이 회전할 수 있도록 모터(미도시)와 연동되어 회전가능하게 설치될 수 있다. 또한, 보조받침부(520) 내부에는 공정의 신뢰성 확보를 위하여 기판처리 공정 중에 기판(40)의 하측에서 열을 인가하기 위한 보조히터(미도시)가 설치될 수 있다. 기판적재부(500)에 적재 보관된 기판(40)은 상기 보조히터에 의하여 기판처리 공정 전에 미리 예열될 수 있다.

기판지지부(530)는 보조받침부(520)의 테두리부측을 따라 상호 간격을 가지면서 복수개 설치된다. 보조받침부(520)의 중심측을 향하는 기판지지부(530)의 내면에는 상호 대응되게 복수의 지지홈이 각각 형성된다. 지지홈에는 기판(40)의 테두리부측이 삽입 지지되며, 이로 인해 복수의 기판(40)이 상하로 적층된 형태로 보트(500)에 적재 보관된다.

기판적재부(500)는 승강하면서 기판처리부(110)의 하단면에 상단면이 결합된 매니폴드(400)의 하단면에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 기판적재부(500)가 상승하여 매니폴드(400)의 하단면 측에 기판적재부(500)의 주받침부(510)의 상면이 결합되면, 기판(40)이 기판처리부(110)의 내부 공간(111)에 로딩되며, 기판처리부(110)는 밀폐될 수 있다. 안정된 실링을 위하여 매니폴드(400)와 기판적재부(500)의 주받침부(510) 사이에는 실링부재(미도시)가 개재될 수 있다.

이처럼, 본 발명은 가스 공급부(200) 및 가스 배출부(300)가 기판처리부(110)의 측면에 설치되고, 측면 방향으로 기판처리 가스가 공급되고, 측면 방향을 따라 기판처리 가스가 배출되기 때문에, 기판처리 가스가 기판(40) 상에서 층류(laminar flow)를 형성하고, 반응 완료 후 신속하게 배출될 수 있는 효과가 있다. 그리하여, 복수의 기판(40) 상에 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 기판처리부(110)의 챔버 공간(111)에 기판(40) 외에는 가스 공급부(200), 가스 배출부(300) 등의 구성이 배치되지 않으므로, 기판처리 공정이 수행되는 내부 공간의 크기를 감소시켜, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 사용량을 절감시키고, 기판처리 공정에 사용되는 기판처리 가스의 공급 및 배출을 원활하게 하여 기판처리 공정 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

40, 40': 기판
100: 반응기
110: 기판처리부
111: 기판처리부 내부 공간, 챔버 공간
200: 가스 공급부
210: 제1 가스 공급부
220, 260: 가스 인입부
225, 265: 인입로
226, 266: 보조 가스 인입로
230, 270: 가스 토출부
240, 280: 분산부
245, 246, 285, 286: 토출공
250: 제2 가스 공급부
300: 가스 배출부
310: 제1 가스 배출부
320: 가스 배출구
330: 제2 가스 배출부
340: 유도구
350: 가스 배기관
360: 유출로
400: 매니폴드
410: 본체부
420: 냉매 순환부
430: 실링부재
500: 기판적재부

Claims

적어도 하나의 기판이 기판처리되는 기판처리 장치의 반응기(reactor)로서,
상기 반응기는,
상기 기판이 기판처리되는 공간인 기판처리부;
상기 기판처리부의 일측에 수직 방향으로 배치되고, 기판처리 가스를 상기 기판처리부에 공급하는 적어도 하나의 가스 공급부; 및
상기 기판처리부의 타측에 형성되고, 상기 기판처리부에 공급된 상기 기판처리 가스를 배출하는 가스 배출부
를 포함하며,
상기 기판처리부와 상기 가스 배출부 사이에는 상기 기판처리 가스가 배출되는 통로인 가스 배출구가 형성되는, 기판처리 장치의 반응기.
제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는,
상기 기판처리부의 상부 영역에 기판처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부; 및
상기 기판처리부의 하부 영역에 기판처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부
를 포함하는, 기판처리 장치의 반응기.
제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는
외부에서 기판처리 가스가 유입되는 통로를 제공하는 가스 인입부; 및
상기 가스 인입부의 일단에 연결되고, 상기 가스 인입부로부터 유입된 기판처리 가스가 수직 방향으로 분산되는 분산부를 포함하는 가스 토출부
를 포함하는, 기판처리 장치의 반응기.
제3항에 있어서,
상기 가스 인입부는 복수 종류의 기판처리 가스가 유입되도록 복수의 인입로가 형성되고,
상기 가스 토출부는 복수의 분산부를 포함하며,
각각의 상기 인입로는 각각의 상기 분산부에 상호 대응하도록 연통되는, 기판처리 장치의 반응기.
제3항에 있어서,
상기 기판처리부와 접하는 상기 분산부의 측면에는 복수의 토출공이 형성되는, 기판처리 장치의 반응기.
제1항에 있어서,
상기 가스 배출부는,
상기 기판처리부와 접하고, 상기 기판처리부의 상기 기판처리 가스가 상기 가스 배출구를 통해 유출되는 제1 가스 배출부;
일측이 제1 가스 배출부에 연결되고, 상기 제1 가스 배출부로 유출된 상기 기판처리 가스가 유도되는 유도구가 형성된 제2 가스 배출부; 및
일측은 제2 가스 배출부에 연결되고, 타측은 외부의 가스 펌핑 수단에 연결되어 가스가 배출되는 유출로를 제공하는 가스 배기관
을 포함하는, 기판처리 장치의 반응기.
제6항에 있어서,
상기 가스 배출구와 상기 유도구, 및 상기 유도구와 상기 유출로는 적어도 동일한 수평축 또는 수직축 상의 공간을 점유하지 않도록 엇갈리게 형성되는, 기판처리 장치의 반응기.
제6항에 있어서,
상기 제1 가스 배출부와 상기 제2 가스 배출부의 평단면적의 넓이는 동일하게 형성되는, 기판처리 장치의 반응기.
제6항에 있어서,
복수의 상기 가스 배출구가 형성되며, 복수의 상기 가스 배출구는 복수의 수직 방향으로 소정 간격을 가지며 홀(hole) 형태로 형성되는, 기판처리 장치의 반응기.
제6항에 있어서,
상기 가스 배기관은 상기 제2 가스 배출부의 수직 중앙의 위치에 연결되는, 기판처리 장치의 반응기.
제6항에 있어서,
상기 가스 배출구와 상기 유도구가 형성된 면적의 총합은 동일한, 기판처리 장치의 반응기.
제5항에 있어서,
상기 토출공은. 복수개의 기판이 적층된 상기 기판적재부가 상기 기판처리부에 수용되었을 때, 상기 기판적재부에 지지된 상호 인접하는 상기 기판과 기판 사이의 간격에 각각 위치되는, 기판처리 장치의 반응기.
제1항에 있어서,
상기 기판처리부의 상부 및 하부에 반응방지 가스를 공급하는 보조 가스 공급부를 더 포함하는, 기판처리 장치의 반응기.
제13항에 있어서,
상기 반응방지 가스는, 상기 기판처리부의 상부 및 하부에 배치되는 더미기판에 공급되는 상기 기판처리 가스를 상기 기판처리부 내부의 전체 공간으로 분산시키는, 기판처리 장치의 반응기.
제1항에 있어서,
상기 기판처리부의 하면은 개방되고,
상기 기판이 기판적재부에 적재되어 승강함에 따라 상기 기판처리부터 상기 기판을 로딩/언로딩하는, 기판처리 장치의 반응기.
제15항에 있어서,
상기 기판처리부의 하단면에 매니폴드의 상단면이 결합되고,
상기 기판적재부가 승강하면서 상기 매니폴드의 하단면에 착탈가능하게 결합되는, 기판처리 장치의 반응기.
제16항에 있어서,
상기 매니폴드는,
본체부 및 상기 본체부 상단면 상기 기판처리부의 하단면에 개재되는 실링부재를 포함하고, 상기 본체부의 내부에는 냉매가 이동하는 유로인 냉매 순환부가 형성되는, 기판처리 장치의 반응기.