KR20240001548A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20240001548A
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김기준
김승한
최봉수
박상철
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 기판에 대한 증착, 식각, 열처리 등 기판처리가 가능한 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 복수의 기판(1)이 수용되어 기판처리가 수행되는 처리공간(S1)이 형성되는 반응관(100)과; 상기 반응관(100) 측면 일부에서 외측방향으로 돌출 구비되어 상기 반응관(100) 외면 일부를 형성하는 노즐설치부(200)와; 상기 노즐설치부(200)에 수직방향으로 상기 기판(1) 둘레를 따라 배치되어, 상기 반응관(100) 내에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사노즐(300)을 포함하며, 상기 노즐설치부(200)는, 상기 가스분사노즐(300)들 각각이 삽입되어 설치되도록 상기 가스분사노즐(300)에 대응되는 복수의 삽입부가 형성되는 기판처리장치를 개시한다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 기판에 대한 증착, 식각, 열처리 등 기판처리가 가능한 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행되며, 이때의 박막증착공정에는 스퍼터링(Sputtering)법, 화학기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등이 주로 사용된다.
스퍼터링법은, 플라즈마 상태에서 생성된 아르곤 이온을 타겟의 표면에 충돌시키면 타겟의 표면으로부터 이탈된 타겟 물질이 기판 상에 박막으로 증착되게 하는 기술로서, 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있는 장점은 있으나, 고 종횡비(High Aspect Ratio)를 갖는 미세 패턴을 형성하기에는 한계가 있다.
화학기상증착법은, 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열 빛 또는 플라즈마와 같은 고 에너지에 의해 유도된 가스들을 반응가스와 화학 반응시킴으로써 기판 상에 박막을 증착시키는 기술이다.
화학기상증착법은, 신속하게 일어나는 화학반응을 이용하기 때문에 원자들의 열역학적 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 및 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있다.
원자층증착법은, 반응가스인 처리가스와 퍼지가스를 교대로 공급하여 기판 상에 원자층 단위의 박막을 증착하는 기술로서, 단차피복성(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.
원자층증착법을 수행하는 장치로는, 챔버 내 기판을 하나씩 로딩하면서 공정을 진행하는 매엽식장치와 챔버 내에 복수개의 기판을 로딩하여 일괄적으로 처리하는 배치(Batch)식 장치가 있다.
이때 일반적으로 배치식 기판처리장치는, 반응관 내부에 외측방향으로 돌출되는 분사노즐 설치위치가 형성되고, 분사노즐 설치위치에 복수의 가스분사노즐을 설치하여 공정가스를 분사하여 기판처리를 수행한다.
이 경우, 복수의 가스분사노즐이 설치되는 분사노즐 설치위치에 데드볼륨이 형성되어 각종 공정가스, 특히 소스가스 및 반응가스가 잔류하여 반응관 내 각종 부산물이 생성되고 파티클 요인이 되는 문제점이 있다.
또한, 분사노즐 설치위치의 데드볼륨에 각종 공정가스가 잔류함에 따라 분사되는 공정가스 유량이 충분하지 못하고, 처리공간 측으로 분사되는 공정가스의 위치에 따른 유량차이가 발생함에 따라 기판처리가 원활히 수행되지 못하고 그 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 노즐 인근에 가스 잔류를 방지 및 최소화할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 복수의 기판(1)이 수용되어 기판처리가 수행되는 처리공간(S1)이 형성되는 반응관(100)과; 상기 반응관(100) 측면 일부에서 외측방향으로 돌출 구비되어 상기 반응관(100) 외면 일부를 형성하는 노즐설치부(200)와; 상기 노즐설치부(200)에 수직방향으로 상기 기판(1) 둘레를 따라 배치되어, 상기 반응관(100) 내에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사노즐(300)을 포함하며, 상기 노즐설치부(200)는, 상기 가스분사노즐(300)들이 각각 삽입되어 설치되도록 상기 가스분사노즐(300)에 대응되는 복수의 삽입부가 형성되는 기판처리장치를 개시한다.
상기 삽입부는, 상기 가스분사노즐(300)이 삽입되어 설치되도록 상기 처리공간(S1) 측 내벽면에 상기 가스분사노즐(300) 외면과 대응되는 형상으로 형성되는 복수의 삽입홈(210)일 수 있다.
상기 삽입부는, 수직방향으로 관통형성되어 상기 가스분사노즐(300)이 각각 설치되는 관통구(220)일 수 있다.
상기 노즐설치부(200)는, 상기 처리공간(S1)과 상기 관통구(220)가 연통하도록 형성되는 분사구를 포함할 수 있다.
상기 분사구는, 상기 가스분사노즐(300)에 형성되는 가스분사공(301)에 대응되는 위치에 형성되는 다수의 분사공(290)일 수 있다.
상기 분사구는, 상기 가스분사노즐(300)에 수직방향으로 다수 형성되는 가스분사공(301)들에 대응되는 위치에 상기 가스분사노즐(300) 직경보다 작은 폭의 수직방향으로 형성되는 분사슬릿(280)일 수 있다.
상기 관통구(220)는, 상기 가스분사노즐(300) 외면과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 가스분사노즐(300)들은, 대응되는 각각의 상기 삽입부 내벽면으로부터 이격되어 삽입 설치될 수 있다.
상기 노즐설치부(200)는, 내면이 상기 반응관(100) 내면과 연장되어 동일한 곡률로 형성될 수 있다.
상기 노즐설치부(200) 내면과 상기 반응관(100) 중심(C) 사이의 최단 수평거리인 제1거리(D1)가 상기 반응관(100) 내면 중 상기 노즐설치부(200)를 제외한 위치에서 상기 중심(C) 사이의 최단 수평거리인 제2거리(D2)와 동일할 수 있다.
상기 노즐설치부(200)는, 상기 반응관(100) 측면에서 외측으로 돌출되어 구비되는 한 쌍의 돌출면(230)과, 상기 돌출면(230)들 사이에 형성되는 외면부(240)를 포함할 수 있다.
상기 노즐설치부(200)는, 상기 한 쌍의 돌출면(230)과 상기 외면부(240)로 둘러싸인 영역에 설치되며, 상기 처리공간(S1) 측 내면에 복수의 상기 삽입부가 형성되는 설치부재(270)를 포함할 수 있다.
상기 노즐설치부(200)는, 외면에 상기 한 쌍의 돌출면(230)과 상기 외면부(240)가 형성되며, 상기 처리공간(S1) 측 내면에 복수의 상기 삽입부가 일체로 형성될 수 있다.
상기 외면부(240)는, 상기 반응관(100) 외면과 동일한 곡률로 형성될 수 있다.
상기 반응관(100)은, 상기 노즐설치부(200)에 대향하는 위치에 형성되는 배기구(120)를 포함할 수 있다.
평면 상 상기 배기구(120)의 중심과 상기 노즐설치부(200)의 중심을 잇는 가상의 수평선에 대하여 선대칭으로 배치될 수 있다.
상기 가스분사노즐(300)들은, 수직방향으로 형성되는 복수의 가스분사공(301)이 서로 평행하게 상기 공정가스를 분사하도록 배치될 수 있다.
상기 반응관(100)이 수용되어 내부 상기 반응관(100)과의 사이에 배기공간(S2)을 형성하는 아우터튜브(400)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아우터튜브(400) 측면, 상기 노즐설치부(200) 내면 및 상기 반응관(100) 측면은 서로 동일한 곡률로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 가스분사노즐 주변의 데드볼륨을 최소화하여 가스분사노즐 인근에서 가스잔류를 방지 및 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 가스분사노즐 주변의 데드볼륨을 최소화하여 가스분사노즐 인근에 위치하는 잔류가스에 대한 퍼지를 원활히 수행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 반응관 내 잔류가스를 최소화함으로써, 기판처리 균일도 및 스테커버리지와 같은 품질을 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판처리장치의 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2는, 도 1에 따른 기판처리장치의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3은, 도 1에 따른 기판처리장치의 모습을 보여주는 단면도이다.
도 4는, 도 4에 따른 기판처리장치 중 노즐설치부의 모습을 보여주는 확대단면도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 기판처리장치 중 노즐설치부의 다른 실시예를 보여주는 확대단면도이다.
도 6은, 도 5에 따른 기판처리장치 중 분사공의 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은, 본 발명에 따른 기판처리장치 중 분사슬릿의 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은, 본 발명에 따른 기판처리장치 중 노즐설치부의 다른 실시예를 보여주는 확대단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는, 도 1에 따른 기판처리장치의 효과를 보여주는 그래프들로서, 도 9a는, 기판 중 가스노즐부에 인접한 위치에서의 시간에 따른 잔류가스 농도를 보여주는 그래프이며, 도 9b는, 기판 중 배기구에 인접한 위치에서의 시간에 따른 잔류가스 농도를 보여주는 그래프이며, 도 9c는, 배기관부에서의 시간에 따른 잔류가스 농도를 보여주는 그래프이다.
본 발명에 따른 기판처리장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기판(1)이 수용되어 기판처리가 수행되는 처리공간(S1)이 형성되는 반응관(100)과; 상기 반응관(100) 측면 일부에서 외측방향으로 돌출 구비되어 상기 반응관(100) 외면 일부를 형성하는 노즐설치부(200)와; 상기 노즐설치부(200)에 수직방향으로 상기 기판(1) 둘레를 따라 배치되어, 상기 반응관(100) 내에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사노즐(300)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 반응관(100)이 수용되어 내부 상기 반응관(100)과의 사이에 배기공간(S2)을 형성하는 아우터튜브(400)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 복수의 기판(1)이 적층되며 복수의 기판(1)에 대한 기판처리가 수행되도록 상기 처리공간(S1)으로 수용되는 기판적재부(10)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 상기 반응관(100) 하측에 결합되며, 후술하는 가스분사노즐(300)에 연결되어 가스분사노즐(300)에 공정가스를 공급하는 인젝터가 구비되는 매니폴드(30)를 추가로 포함할 수 있다.
여기서 기판처리 대상이 되는 기판(1)은, 반도체 기판, LED, LCD 등의 표시장치에 사용하는 기판, 태양전지 기판, 글라스 기판 등을 포함할 수 있으며, 종래 개시된 어떠한 형태의 대상 기판도 적용 가능하다.
또한, 기판처리란, 증착공정, 보다 바람직하게는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 사용한 증착공정을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니며 화학기상증착법을 이용한 증착공정, 열처리공정 등도 포함할 수 있다.
한편, 상기 공정가스는, 처리공간(S1)에서 수행되는 기판처리를 위하여 공급 및 분사되는 가스로서, 후술하는 복수의 가스분사노즐(300)들을 통해 각각 분사되는 퍼지가스, 소스가스 및 반응가스를 포함할 수 있다.
상기 기판적재부(10)는, 복수의 기판(1)이 적층되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 기판적재부(10)는, 수직방향으로 구비되는 복수의 지지대와, 지지대에 복수의 기판(1)이 적층형태로 안착되도록 하는 안착부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 기판적재부(10)는, 종래 개시된 배치(batch)식, 즉 종형 기판처리장치에 사용되는 구성이면 어떠한 구성도 적용 가능하다.
상기 매니폴드(30)는, 반응관(100) 하측에 결합 배치되며, 외부에 배치되는 공정가스공급부(50)와 연결되는 인젝터가 구비되며, 후술하는 가스분사노즐(300)을 고정하고 인젝터와 연결함으로써, 공정가스를 가스분사노즐(300)에 공급하도록 유도할 수 있다.
즉, 상기 매니폴드(30)는, 복수의 가스분사노즐(300)에 대응되는 인젝터들이 관통하여 복수개 구비될 수 있으며, 가스분사노즐(300)의 하단이 각 인젝터들에 결합됨으로써, 공정가스를 가스분사노즐(300)에 공급하도록 할 수 있다.
상기 반응관(100)은, 복수의 기판(1)이 수용되어 기판처리가 수행되는 처리공간(S1)이 형성되며, 측벽 일부에 개방부(101)가 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 반응관(100)은, 측벽 일측에 개방부(101)가 형성되는 본체부(110)와 본체부(110) 측벽 타측에 형성되는 배기구(120)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 반응관(100)는, 석영재질로 구비될 수 있으며, 상단이 돔형으로 형성되거나, 다른 예로서 평면으로 형성될 수 있다.
상기 배기구(120)는, 처리공간(S1)에 대한 배기를 위한 구성으로서, 후술하는 가스분사노즐(300)을 통해 공급된 공정가스 및 이로 인해 발생하는 각종 부산물을 포함하는 배기가스에 대한 배기를 수행할 수 있으며, 이때의 배기는 처리공간(S1)에서 후술하는 아우터튜브(400)를 통해 형성되는 배기공간(S2)으로의 배기를 의미할 수 있다.
즉, 상기 배기구(120)는, 처리공간(S1)으로부터 배기공간(S2)으로의 배기를 수행할 수 있다.
한편, 상기 배기구(120)는, 반응관(100) 측면 중 평면 상 메인배기구(411)에 대응되는 위치로서, 메인배기구(411)에 인접한 위치에 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 배기구(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응관(100) 측면 중 후술하는 가스분사노즐(300)에 대향되는 위치 및 메인배기구(411)에 인접한 위치에 형성될 수 있다.
일예로, 상기 배기구(120)는, 반응관(100) 측벽에 수직방향의 슬릿형상으로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 반응관(100) 측벽 중 수직방향으로 적재된 기판(1)들 중 최고높이와 최저높이에 대응되는 높이의 수직방향 길이를 가지고 형성될 수 있다.
한편, 배기구(120)를 통해 배기공간(S2)으로 배기되는 공정가스는 후술하는 메인배기구(411)를 통해 외부로 배출될 수 있는데, 이때 메인배기구(411)가 아우터튜브(400) 측벽 하측에 형성됨에 따라, 배기구(120)를 통해 배기되는 공정가스의 하강흐름을 발생할 수 있다.
이와 같은 하강기류를 보완하기 위하여, 반응관(100) 상측의 시간 당 배기량이 하측의 시간 당 배기량보다 크도록 유도할 수 있다.
이를 위하여, 상기 배기구(120)는, 반응관(100) 측벽에 수직방향의 슬릿으로 형성되는 경우, 상측으로 갈수록 점진적 또는 단계적으로 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 배기구(120)는, 반응관(100) 측벽에 수직방향으로 서로 이격되어 형성되는 다수의 배기공일 수 있으며, 이때, 배기공들의 면적이 상측으로 갈수록 점진적 또는 단계적으로 커질 수 있다.
한편, 상기 반응관(100)은, 측벽 일부가 개방되어 후술하는 노즐설치부(200)가 구비되기 위한 개방부(101)를 포함할 수 있으며, 개방부(101)를 노즐설치부(200)가 복개하도록 결합함으로써, 외면이 형성될 수 있다.
이때, 상기 개방부(101)는 배기구(120)에 대향하는 위치에 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 평면 상 배기구(120) 중심과 개방부(101) 중심을 잇는 가상의 수평선에 대하여 선대칭을 이루도록 반응관(100) 내부가 배치될 수 있다.
즉, 개방부(101)와 배기구(120) 서로 대향하는 위치에 형성될 수 있으며, 이에 따라 노즐설치부(200) 중심과 개방부(101) 중심을 잇는 가상의 수평선에 대하여 선대칭을 이룰 수 있다.
이때 선대칭의 대상은 노즐설치부(200), 개방부(101) 및 배기구(120) 뿐만 아니라, 반응관본체(110) 및 설치되는 가스분사노즐(300) 및 삽입부를 포함할 수 있다.
상기 노즐설치부(200)는, 개방부(101) 외측방향으로 돌출 구비되어 반응관(100) 외면 일부를 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
특히, 상기 노즐설치부(200)는, 가스분사노즐(300)들이 각각 삽입되어 설치되도록 가스분사노즐(300)에 대응되는 복수의 삽입부가 형성된다.
즉, 상기 노즐설치부(200)는, 반응관(100) 측면 일부에 외측방향으로 돌출되도록 구비된 상태에서, 삽입부에 가스분사노즐(300)이 삽입되어 설치되도록 유도함으로써, 가스분사노즐(300) 설치를 위해 발생하는 데드볼륨을 최소화하는 구성일 수 있다.
이를 위해, 상기 노즐설치부(200)는, 가스분사노즐(300)들이 각각 삽입되어 설치되기 위한 삽입부가 구비되어 부피를 차지하는 구성으로서, 내부에 후술하는 삽입부를 제외한 빈 공간이 형성되지 않는 바디(201)로 구비될 수 있다.
이때, 상기 노즐설치부(200)는, 반응관(100)에 일체로 형성되는 구성일 수 있으며, 다른 예로서, 개방부(101) 양단에서 용접 등을 통한 결합으로 설치될 수 있다.
한편, 상기 노즐설치부(200)는, 전술한 반응관(100)과 동일한 재질로 구비될 수 있으며, 삽입부가 내부에 형성되고 가스분사노즐(300) 설치공간 확보를 위해 반응관(100) 외부로 돌출되어 구비될 수 있다.
이때, 상기 노즐설치부(200)는, 내면이 반응관(100) 내면과 연장되어 동일한 곡률로 형성될 수 있다.
즉, 상기 노즐설치부(200)는, 내면이 개방부(101)에서 반응관(100) 내면과 연장되어 동일한 곡률로 형성될 수 있으며, 다른 예로서 반응관(100) 내면과 동일한 곡률을 이루되 반응관(100) 내면과는 연장되지 않고 불연속할 수 있다.
이때, 상기 노즐설치부(200)는, 삽입부가 형성되는 위치를 제외한 내면과 반응관(100) 중심(C) 사이의 최단 수평거리인 제1거리(D1)와 중심(C)으로부터 반응관(100) 내면까지의 최단 수평거리인 제2거리(D2)가 서로 동일할 수 있다.
이 경우, 상기 제2거리(D2)는, 반응관(100) 내면 중 노즐설치부(200)가 형성되는 영역을 제외한 위치에서 중심(C) 사이의 최단 수평거리를 지칭할 수 있다.
즉, 상기 노즐설치부(200)는, 내면이 반응관(100) 내면과 연장되어 반응관(100) 내면과 평면 상 원형을 이룰 수 있다.
한편, 상기 노즐설치부(200)는, 개방부(101) 양단에서 외측방향으로 돌출되어 한 쌍의 돌출면(230)이 형성될 수 있으며, 돌출면(230)들 사이에 외면부(240)가 형성되어 반응관(100)의 외면 일부를 이룰 수 있다.
이때, 한 쌍의 돌출면(230)은, 반응관(100) 개방부(101), 즉, 미리 설정된 위치에서 외측 방향으로 돌출되어 형성될 수 있으며, 개방부(101)와 용접 등을 통해 결합할 수 있다.
상기 한 쌍의 돌출면(230)은, 각각 반응관(100)의 반경방향, 즉 중심(C)으로부터 원주 상의 위치를 잇는 방향으로 돌출될 수 있으며, 다른 예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 후술하는 가스분사노즐(300)의 분사방향과 평행한 방향으로 돌출될 수 있다.
또한, 상기 외면부(240)는, 반응관(100) 외면과 동일한 곡률로 형성될 수 있으며, 더 나아가 후술하는 아우터튜브(400)와 동일한 곡률로 형성되어, 임의의 위치에서 아우터튜브(400)와의 수평거리가 동일하게 유지될 수 있다.
이 경우, 상기 노즐설치부(200)는, 일예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 돌출면(230)과 외면부(240)로 둘러싸인 영역에 설치되며, 처리공간(S1) 측 내면에 복수의 삽입부가 형성되는 설치부재(270)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 노즐설치부(200)는, 반응관(100)으로부터 연장되며 외면 측으로 돌출되는 한 쌍의 돌출면(230)과 한 쌍의 돌출면(230) 사이에 외면을 이루도록 형성되는 외면부(240)가 형성되어 한 쌍의 돌출면(230)과 외면부(240)를 통해 둘러싸인 빈 공간이 형성될 수 있다.
상기 설치부재(270)는, 한 쌍의 돌출면(230)과 외면부(240)를 통해 둘러싸인 빈 공간에 한 쌍의 돌출면(230) 및 외면부(240)에 결합하도록 설치되고, 처리공간(S1) 측에 보수의 삽입부가 형성되어 데드볼륨을 제거하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 설치부재(270)는, 비교적 간단한 결합구조를 통해, 가스분사노즐(300)의 개수, 사이즈 및 위치 변경 시 이에 대응되는 삽입부가 형성되는 구성으로 용이하게 변경하여 설치함으로써, 가스분사노즐(300)에 대한 각종 스펙 변경에도 데드볼륨을 최적화하여 제거할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 노즐설치부(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 외면에 한 쌍의 돌출면(230)과 외면부(240)가 형성되며, 처리공간(S1) 측 내면에 복수의 삽입부가 일체로 형성되는 구성일 수 있다.
상기 삽입부는, 일예로 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사노즐(300이 삽입되어 설치되도록 처리공간(S1) 측 내벽면에 가스분사노즐(300) 외면과 대응되는 형상으로 형성되는 복수의 삽입홈(210)일 수 있다.
상기 삽입홈(210)은, 바디(201) 처리공간(S1) 측 내벽면에 복수의 가스분사노즐(300) 각각에 대응되어 형성될 수 있으며, 수직방향으로 서로 이격될 수 있다.
이때, 상기 삽입홈(210)은, 가스분사노즐(300) 외면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 원기둥 형상의 수직방향으로 길이를 가지는 가스분사노즐(300에 대응하여 원형의 오목한 홈 형상으로 수직방향으로 길게 형성될 수 있다.
한편, 상기 삽입홈(210)은 가스분사노즐(300)의 외면에 대응되어 형성될 수 있으며, 가스분사노즐(300)이 각진 다각형 형상일 경우, 이에 대응되는 형상의 홈으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 삽입홈(210)은, 가스분사노즐(300)이 외측으로 돌출되지 않도록 대응되는 크기로 형성될 수 있으며, 처리공간(S1) 측에서 삽입이 가능하도록 가스분사노즐(300) 직경보다 크게 형성될 수 있다.
더 나아가, 가스분사노즐(300)이 접촉되어 설치되는 경우, 수직방향으로 길이를 가지고 하측에서만 결합되는 가스분사노즐(300) 특성 상 각종 진동이 발생하여 삽입홈(210)에 부딪혀 손상될 수 있으므로, 삽입홈(210)과 가스분사노즐(300) 사이가 일정간격 이격되어 접촉이 방지될 수 있으며, 이에 대응되는 크기를 가질 수 있다.
한편, 상기 삽입부는, 다른 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 수직방향으로 관통형성되어 가스분사노즐(300)이 각각 설치되는 관통구(220)일 수 있다.
즉, 상기 삽입부는, 바디(201)를 수직방향으로 관통하도록 형성되는 관통구(220)로서, 가스분사노즐(300)이 상측 또는 하측에서 바디(201) 수직방향으로 삽입되어 설치되도록 관통구(220)로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 관통구(220)는, 가스분사노즐(300) 외면과 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 가스분사노즐(300)보다 작은 직경의 분사구를 통해 공정가스를 분사하면서도 처리공간(S1)으로부터 공정가스 침투를 방지할 수 있고, 이로써 관통구(220) 내부 잔류가스 발생을 최소화할 수 있다.
이때, 상기 관통구(220)에 설치되는 가스분사노즐(300)을 통해 공정가스 분사가 가능하도록, 노즐설치부(200)는, 처리공간(S1)과 관통구(220)가 연통하도록 형성되는 분사구를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 분사구는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가스분사노즐(300)에 형성되는 가스분사공(301)에 대응되는 위치에 형성되는 구멍 형태의 다수의 분사공(290)일 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 분사구는, 도 7에 도시된 바와 같이, 가스분사노즐(300에 수직방향으로 다수 형성되는 가스분사공(301)들에 대응되는 위치에 가스분사노즐(300) 직경보다 작은 폭의 수직방향으로 형성되는 분사슬릿(280)일 수 있다.
즉, 가스분사공(301)을 통해 분사되는 공정가스가 처리공간(S1)으로 적절히 분사되도록, 관통구(220)와 처리공간(S1)을 연통하는 구성으로서, 분사공(290)과 분사슬릿(280)이 형성될 수 있다.
상기 가스분사노즐(300)은, 노즐설치부(200)에 수직방향으로 상기 기판(1) 둘레를 따라 배치되어, 반응관(100) 내에 공정가스를 분사하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 가스분사노즐(300)은, 노즐설치부(200)의 삽입부에 삽입되어 설치됨으로써, 노즐설치부(200) 내면에 인접하여 배치될 수 있으며, 이로써, 상기 가스분사노즐(300)로부터 분사되는 공정가스가 대향되는 위치에 형성되는 배기구(120)를 향해 직진성의 기류를 형성하며 분사될 수 있다.
한편, 상기 가스분사노즐(300)은, 전술한 공정가스로서, 각각 소스가스, 반응가스 및 불활성가스를 분사하도록 복수개로 구비될 수 있으며, 복수개의 가스분사노즐(300) 각각은 정해진 가스를 분사할 수 있다.
이 경우, 상기 가스분사노즐(300)은, 중심 측에 소스가스 및 반응가스를 분사하는 가스분사노즐(300)이 배치되고, 이들 외곽에 불활성가스가 분사되는 가스분사노즐(300)이 배치됨으로써, 불활성가스의 가이드 역할을 통해 소스가스 및 반응가스가 직진성이 강화되어 분사될 수 있다.
또한, 복수의 가스분사노즐(300)들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스의 공정가스를 서로 동일방향으로 분사하여 서로 평행한 기류가 형성되도록 유도할 수 있으며, 이를 통해, 처리공간(S1) 내에 공정가스가 동일 방향으로 흐르도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 복수의 가스분사노즐(300)들은, 수직방향으로 형성되는 다수의 가스분사공(301)들이 각각의 가스분사노즐(300)에 대하여 서로 동일 방향으로 형성되며, 복수의 가스분사노즐(300)을 가스분사공(301)들이 서로 평행하도록 배치하여 기판(1) 상 공정가스가 동일 방향, 즉 노즐설치부(200)에서 배기구(120) 측으로 서로 평행하게 흐르도록 유도할 수 있다.
한편, 상기 가스분사노즐(300)은, 단순히 수직방향으로 길이를 가지고 형성되며 외주면에 다수의 가스분사공(301)들이 형성되는 구성일 수 있다.
또한, 다른 예로서, 상기 가스분사노즐(300)은, 전체적으로 역 "U"자 형상으로서, 반응관(100) 하부에서 일단이 공정가스를 공급하는 인젝터와 연결되며 수직방향으로 다수의 가스분사공(301)들이 형성되는 제1분사노즐과, 제1분사노즐에 평행하게 배치되어 수직방향으로 다수의 가스분사공(301)들이 형성되는 제2분사노즐과, 제1분사노즐 타단과 제2분사노즐을 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2분사노즐은, 제1분사노즐과 인접한 위치에서 평행하게 배치될 수 있으며, 기판적재부(10)에 적재되는 기판(10)들의 적재범위에 대응되는 높이로 형성될 수 있다.
한편, 다수의 가스분사공(301)들은, 수직방향으로 서로 이격되어 다수개 형성될 수 있으며, 서로 일정간격으로 배치되거나, 기판(1)들의 적재 위치에 대응되어 형성될 수 있다.
상기 반응관(100)가 수용되어 내부 상기 반응관(100)과의 사이에 배기공간(S2)이 형성되는 아우터튜브(400)를 추가로 포함하는
상기 아우터튜브(400)는, 반응관(100)이 수용되어 내부 반응관(100)와의 사이에 배기공간(S2)이 형성되며, 처리공간(S1)으로부터 배기구(120)를 통해 전달된 배기가스를 외부로 배출하는 메인배기구(411)가 형성되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 아우터튜브(400)는, 석영재질로 구비될 수 있으며, 상단이 돔형으로 형성되거나, 다른 예로서 평면으로 형성될 수 있고, 평면 상 원형을 가지는 구성일 수 있다.
한편, 상기 아우터튜브(400)는, 하측에 메인배기구(411)가 형성됨에 따라 공정가스의 수평방향 기류가 유지되지 못하고, 메인배기구(411)가 형성된 하측으로 기류가 형성됨에 따라 원활한 기판처리가 수행되지 못하는 문제점을 개선하고자, 이중튜브를 구조를 적용하기 위해 도입된 구성일 수 있다.
따라서, 상기 아우터튜브(400)는, 내부에 반응관(100)가 수용되며 반응관(100)와의 사이에 배기공간(S2)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 아우터튜브본체(410)의 하측에 형성되는 메인배기구(411)는, 배기구(120)를 통해 배기공간(S2)으로 전달된 배기가스를 외부로 배출하기 위한 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들면, 상기 메인배기구(411)는, 아우터튜브본체(410) 측면 하측에 형성되어, 외부에 배치되는 펌프(40)를 통해 배기를 수행할 수 있다.
이때, 상기 메인배기구(411)는, 아우터튜브본체(410) 측면 중 적절한 위치에 배치될 수 있으나, 아우터튜브본체(410) 외부에 구비되는 히터부(20)를 고려하여 측면 중 하측에 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 메인배기구(411)는, 아우터튜브(400)를 관통하여 형성될 수 있으며, 후술하는 배기관부(420)에 대응되어 원형으로 형성될 수 있다.
상기 아우터튜브(400)는, 메인배기구(411)에 대응되는 위치에서 설치되어 구비되는 배기관부(420)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 배기관부(420)는, 아우터튜브(400)에 설치되어 메인배기구(411)를 통해 배기되는 배기가스를 외부로 배출하는 구성일 수 있으며, 이를 위해 외부에 구비되는 펌프(40)와 연결될 수 있다.
예를 들면, 상기 배기관부(420)는, 아우터튜브(400)의 하측 외주면을 둘러싸고 설치되는 결합부(421)와, 결합부(421)로부터 메인배기구(411)에 대응되는 위치에서 형성되는 배기관(422)을 포함할 수 있다.
한편, 이 경우, 상기 아우터튜브(400) 측면, 노즐설치부(200) 내면 및 반응관(100) 측면은 평면 상 서로 원형으로서 서로 동일한 곡률로 형성될 수 있으며, 다른 예로서, 임의의 위치에서 최단거리로의 수평거리가 서로 동일하게 유지되도록 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 기판처리장치의 효과에 관하여 첨부된 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 가스분사노즐(300)이 설치되는 위치에 별도의 공간을 최소화함으로써, 잔류가스를 줄여 기판처리 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 도 9a, 도 9b 및 도 9c는, 각각 기판(1) 중 가스분사노즐(300)에 최근접한 위치, 기판(1) 중 배기구(120)에 최근접한 위치 및 메인배기구(411)에서의 본 발명에 따른 하나의 실시예인 ALD를 이용한 기판처리 과정 상 소스가스의 잔류가스 농도를 나타내는 그래프들이다.
각 그래프에서, G1은, 종래 기판처리장치에 따른 소스가스의 잔류가스 농도를 나타내는 그래프이며, G2는, 본 발명에 따른 기판처리장치의 소스가스의 잔류가스 농도를 나타내는 그래프이다.
이때, 각 그래프의 X축은 시간을 의미하고 Y축은 잔류하는 가스량을 의미할 수 있으며, P1은, 소스가스가 투입되는 기간, P2는, 퍼지기간, P3는, 반응가스가 투입되는 기간, P4는, 퍼지기간을 의미할 수 있다.
각각의 도면을 살펴보면, 주요 위치로 볼 수 있는 각각의 위치에서 모두 소스가스의 잔류가스가 종래 기판처리장치에 비해 감소한 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 잔류가스량이 현저히 줄어들어 잔류가스가 각종 부산물로 작용하여 기판처리 품질을 저하하는 것을 방지하고, 분사 균일성을 확보하여 균일한 기판처리를 유도할 수 있는 이점이 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 반응관 200: 노즐설치부
300: 가스분사노즐

Claims (19)

  1. 복수의 기판(1)이 수용되어 기판처리가 수행되는 처리공간(S1)이 형성되는 반응관(100)과;
    상기 반응관(100) 측면 일부에서 외측방향으로 돌출 구비되어 상기 반응관(100) 외면 일부를 형성하는 노즐설치부(200)와;
    상기 노즐설치부(200)에 수직방향으로 상기 기판(1) 둘레를 따라 배치되어, 상기 반응관(100) 내에 공정가스를 분사하는 복수의 가스분사노즐(300)을 포함하며,
    상기 노즐설치부(200)는,
    상기 가스분사노즐(300)들이 각각 삽입되어 설치되도록 상기 가스분사노즐(300)에 대응되는 복수의 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는,
    상기 가스분사노즐(300)이 삽입되어 설치되도록 상기 처리공간(S1) 측 내벽면에 상기 가스분사노즐(300) 외면과 대응되는 형상으로 형성되는 복수의 삽입홈(210)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는,
    수직방향으로 관통형성되어 상기 가스분사노즐(300)이 각각 설치되는 관통구(220)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 노즐설치부(200)는,
    상기 처리공간(S1)과 상기 관통구(220)가 연통하도록 형성되는 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 분사구는,
    상기 가스분사노즐(300)에 형성되는 가스분사공(301)에 대응되는 위치에 형성되는 다수의 분사공(290)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 분사구는,
    상기 가스분사노즐(300)에 수직방향으로 다수 형성되는 가스분사공(301)들에 대응되는 위치에 상기 가스분사노즐(300) 직경보다 작은 폭의 수직방향으로 형성되는 분사슬릿(280)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 관통구(220)는,
    상기 가스분사노즐(300) 외면과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스분사노즐(300)들은,
    대응되는 각각의 상기 삽입부 내벽면으로부터 이격되어 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐설치부(200)는,
    내면이 상기 반응관(100) 내면과 연장되어 동일한 곡률로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐설치부(200) 내면과 상기 반응관(100) 중심(C) 사이의 최단 수평거리인 제1거리(D1)가 상기 반응관(100) 내면 중 상기 노즐설치부(200)를 제외한 위치에서 상기 중심(C) 사이의 최단 수평거리인 제2거리(D2)와 동일한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐설치부(200)는,
    상기 반응관(100) 측면에서 외측으로 돌출되어 구비되는 한 쌍의 돌출면(230)과, 상기 돌출면(230)들 사이에 형성되는 외면부(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 노즐설치부(200)는,
    상기 한 쌍의 돌출면(230)과 상기 외면부(240)로 둘러싸인 영역에 설치되며, 상기 처리공간(S1) 측 내면에 복수의 상기 삽입부가 형성되는 설치부재(270)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 노즐설치부(200)는,
    외면에 상기 한 쌍의 돌출면(230)과 상기 외면부(240)가 형성되며, 상기 처리공간(S1) 측 내면에 복수의 상기 삽입부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 외면부(240)는,
    상기 반응관(100) 외면과 동일한 곡률로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응관(100)은,
    상기 노즐설치부(200)에 대향하는 위치에 형성되는 배기구(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    평면 상 상기 배기구(120)의 중심과 상기 노즐설치부(200)의 중심을 잇는 가상의 수평선에 대하여 선대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스분사노즐(300)들은,
    수직방향으로 형성되는 복수의 가스분사공(301)이 서로 평행하게 상기 공정가스를 분사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응관(100)이 수용되어 내부 상기 반응관(100)과의 사이에 배기공간(S2)을 형성하는 아우터튜브(400)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 아우터튜브(400) 측면, 상기 노즐설치부(200) 내면 및 상기 반응관(100) 측면은 서로 동일한 곡률로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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