KR101091549B1 - 반도체 제조용 가스 분사 장치 및 가스 분사 방법 - Google Patents

반도체 제조용 가스 분사 장치 및 가스 분사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조용 가스 공급 장치에 관한 것으로, 내부의 다수의 가스 공급로를 포함하는 구동축과, 상기 구동축의 외부를 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀 및 상기 관통홀의 상하 영역에 위치하고 배리어 가스를 이용하여 상기 하우징과 상기 구동축간을 밀봉하는 실링 부재를 포함하는 원자층 증착용 가스 분사 장치를 제공한다. 이로써, 관통홀을 통해 공급되는 소스 가스 및 반응 가스가 하우징과 구동축간의 사이공간에 유출되지 않도록 할 수 있다.
또한, 실링 부재로 하우징과 구동축을 밀봉하는 마그네틱 시일과 그 표면영역에 배리어 가스를 분사하는 배리어 가스 분사링을 이용하여 마그네틱 시일 내의 자성유체와, 소정의 가스와의 반응을 미연에 차단할 수 있고, 반응 가스 및 소스 가스의 누설을 방지할 수 있으며, 회전하는 구동축을 지지할 수 있고, 실링 부재로 배리어 가스 분사링, 마그네틱 시일 및 래버린스 시일을 사용하여 밀봉 효과를 극대화 할 수 있다.
가스 분사 장치, 배리어 가스, 실링 부재, 배리어 가스 분사링, 마그네틱 시일, 자성유체, 래버린스 시일

Description

반도체 제조용 가스 분사 장치 및 가스 분사 방법{Gas injector for semiconductor device and method of injecting gas}
도 1은 종래의 반도체층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도이다.
도 3은 도 1의 A 부분을 확대 단면도이고, 도 4는 도 3의 B 부분의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체층 증착장치의 단면도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ' 선상의 단면도이고, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ' 선상의 단면도이다.
도 8 내지 도 12는 도 5의 C 영역의 확대 개념도이다.
도 13은 도 5의 D영역의 확대 개념도이다.
도 14는 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 분사 장치의 냉각부재를 설명하기 위한 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 110 : 구동축 2, 120 : 하우징
3 내지 5, 130 내지 150 : 관통홀 6, 160 : 플랜지부
7, 170 : 공정 챔버 111 : 결합부재
10 내지 12, 210 내지 230 : 마그네틱 시일
30 내지 50, 135 내지 155 : 가스 공급로
70 : 영구자석 80 : 볼비드
90 : 자성유체 180, 113 : 오링
190 : 서셉터 195 : 웨이퍼
410 내지 430 : 분사 노즐
240 내지 260 : 배리어 가스 주입구
310 내지 330 : 배리어 가스 분사링
500 : 래버린스 시일 510 내지 540 : 돌출부
600 : 냉각부재 610 : 냉각수관
700 : 베어링부 710 : 보호 가스 주입구
720 : 보호 가스 분사링
본 발명은 반도체 제조용 가스 분사 장치 및 가스 분사 방법에 관한 것으로, 특히, 소정의 배리어 가스를 이용하여 하우징과 구동축 사이의 공간을 밀봉할 수 있고, 마그네틱 시일을 사용할 경우 마그네틱 시일의 자성유체를 보호할 수 있는 실링 부재를 포함하는 가스 밸브어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(Sputtering)과 같이 물리적인 충동을 이용하는 물리 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다. 여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상증착법(APCVD; Atmospheric Pressure CVD), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD; Low Pressure CVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.
하지만, 반도체 소자의 디자인 룰(Design Rule)이 급격하게 줄어듦으로 인해 미세 패턴의 박막이 요구되었고, 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(Step Coverage)가 매우 우수한 단원자층 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)의 사용이 증대되고 있다. 즉, 반도체 제조 공정의 게이트 산화막, 커패시터유전막 및 확산방지막과 같은 박막의 증착에 사용된다.
이하 최근 들어 그 사용빈도가 높아지는 원자층 증착을 위한 장치에 관해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 반도체층 증착 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선상의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공정 챔버(7)와, 내부에 다수의 가스공급로(30 내지 50)가 형성되어 있는 구동축(1)과, 구동축(1)의 외부를 둘러싸는 원통 형상의 하우징(2)과, 상기 하우징(2)의 측벽 일부에 형성된 제 1 내지 제 3 관통홀(3 내지 5)과, 볼트를 이용하여 하우징(2)과 공정 챔버(7)를 결합하는 플랜지부(6)와, 상기 구동축(1)과 하우징(2) 사이에 고리모양으로 형성되는 다수의 마그네틱 시일(Magnetic Seal; 10 내지 12)로 구성된다.
제 1 내지 제 3 관통홀(3 내지 5) 각각의 관통홀 내측 출구는 서로 다른 한 쌍의 마그네틱시일(10 내지 12) 사이에 형성되며, 다수의 가스 공급로(30 내지 50) 중 각 가스 공급로의 입구는 서로 다른 한쌍의 마그네틱 시일(10 내지 12) 사이에 형성된다. 제 1 내지 제 3 관통홀(3 내지 5) 각각에 소스 가스, 반응가스, 퍼지 가스가 공급된다. 플랜지부(6)와 공정챔버(7)가 접속하는 면에 시일(Seal)을 위한 오링(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 장치의 가스 공급에 관해 설명하면 다음과 같다.
하우징(2)에 형성된 관통홀(3 내지 5)을 통해 소정의 가스가 주입된다. 주입된 가스는 하우징(2)을 통과하여, 구동축(1) 및 마그네틱시일(10 내지 12)로 둘러싸인 공간으로 분산된 다음, 구동축(1)에 형성된 각 가스 공급로(30 내지 50)로 유입되고, 각 가스 공급로(30 내지 50)의 끝에 위치하는 가스 분사구를 통해서 공정챔버(7) 내부로 분산된다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 제 2 관통홀(4)을 통해 유입된 가스는 먼저 구동축(1), 하우징(2) 및 마그네틱시일(11)로 둘러싸인 공간으로 분산된 후, 제 2 가 스 공급로(40)로 유입되고, 제 2 관통홀(4)을 통해 유입된 가스가 구동축(1)의 제 2 가스공급로(40)를 통해 공정챔버(7)내로 유입된다.
도 3은 도 1의 A 부분을 확대 단면도이고, 도 4는 도 3의 B 부분의 확대 단면도이다.
앞서 언급한 바와 같이 구동축(1)과 하우징(2) 사이에는 다수의 마그네틱시일(10 내지 12)을 형성된다. 마그네틱시일(10 내지 12)은 고진공상태에 있는 공정챔버(7)를 진공 밀봉하는 역할을 하는 한편 구동축(1)의 회전운동을 위한 베어링역할도 한다.
마그네틱 시일은 자기력에 의해 일정한 형태를 유지하는 자성유체의 특성을 이용하여 액체 오링을 형성한 것을 말한다 자성유체란 액체속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 안정, 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면 활성제를 첨가한 유체로서, 자계를 인가함으로써 유체의 유동성이나 점도를 신속하고 가역적으로 제어시킬 수 있기 때문에 샤프트시일이나 진공시일을 작동유체로 사용된다. 또한, 자성유체속의 자성분말은 일반적으로 0.01 내지 0.02 ㎛의 초미립자 분말이므로 초미립자 특유의 브라운운동을 하기 때문에 외부에서 자기장, 중력, 원심력 등이 가해져도, 자성유체속의 자성분말입자의 농도가 일정하게 유지되므로 시일성능이 뛰어나며, 구동부재의 마찰로 인한 파티클발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이러한 마그네틱 시일(10 내지 12)의 구조는 도 4와 같이 하우징(2)의 내측벽에 다수의 영구자석(70)과 다수의 볼비드(80)가 교대로 배치되고, 볼비드(80)의 끝에는 첨단부가 형성되는데, 볼비드(80)의 첨단부에 자성유체(90)가 주입된다. 자성유체(90)는 영구자석에 의해 인가된 자계와 자성유체(90) 고유의 점성으로 인하여 볼비드(80)의 첨단부에 뭉치게 되고, 구동축(1)과 볼비드(80) 첨단부와의 간극을 채우면서 환형의 마그네틱시일(12)을 형성하게된다.
하지만, 이러한 구조의 마그네틱 시일에서는 관통홀을 통해 가스가 유입하는 때에 공급가스가 자성유체와 직접 접촉 받게되는 문제와, 고진공상태의 공정 챔버의 압력과 가스공급압력간의 차이로 인해 자성유체가 직접적인 압력을 받게 되는 문제가 있다. 즉, 자성유체가 공정용 가스 공급시 직접 노출되어 공정용 가스와 반응하므로서 자성유체의 변질의 우려가 있고, 변질에 따른 부산물(Byproduct)의 발생으로 미립자(Particle) 발생의 원인이 될 수 있고, 자성유체의 변질로 인한 진공 누수(Vacuum Leak) 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 하우징과 구동축 간의 사이공간을 배리어 가스로 밀봉하여 반응 가스 및 소스가스의 누설을 방지할 수 있고, 가스 공급용 마그네틱 로테이팅 시일(Magnetic Rotating Seal)의 자성유체와 공정가스간의 접촉을 미연에 방지하여 반응/소스 가스와의 반응에 의한 자성유체의 변질을 방지할 수 있고, 미립자 발생을 방지할 수 있는 반도체 제조용 가스 분사 장치 및 분사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 내부의 다수의 가스 공급로를 포함하는 구동축과, 상기 구동 축의 외부를 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀 및 상기 관통홀의 상하 영역에 위치하고 배리어 가스를 이용하여 상기 하우징과 상기 구동축간을 밀봉하는 실링 부재;를 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치를 제공한다.
여기서, 상기 실링 부재는 상기 구동축 방향으로 다수의 구멍을 갖고, 상기 관통홀의 상하 영역의 상기 하우징 내측벽내에 상기 하우징을 일주하는 다수의 배리어 가스 분사링 및 상기 하우징의 측벽 일부에 형성되고, 상기 배리어 가스 분사링에 접속된 다수의 배리어 가스 주입구를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 배리어 가스 분사링은 관통 형상의 링모양인 것이 효과적이고, 상기 배리어 가스 분사링은 상기 관통홀을 중심으로 그 상하에 한쌍으로 형성되고, 이들 각각은 각기 다른 배리어 가스 주입구와 접속되거나, 하나의 배리어 가스 주입구와 접속되는 것이 바람직하다.
상기의 실링 부재는, 상기 하우징과 상기 구동축 사이에 밀봉하기 위해 상기 배리어 가스 분사링 상하에 형성된 다수의 마그네틱 시일을 더 포함 할 수 있고, 상기 실링 부재는, 상기 하우징 및 상기 구동축의 내주벽 일부에 환형으로 형성된 다수의 굴절부를 포함하는 래버린스 시일을 더 포함 할 수 있다.
이때, 상기 배리어 가스 분사링이 상기 래버린시 시일의 상기 굴절부내에 형성될 수 있다.
이 뿐아니라 소정의 관통구멍을 갖고 상기 관통구멍이 상기 구동축의 상기 가스 공급로와 일치되도록 장착된 결합부재를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 결합 부재는 'T'형으로 제작하고, 상기 실링부재가 상기 결합부재와 대응되도록 제작되는 것이 효과적이다.
상기 가스는 소스 가스, 반응가스 및 퍼지 가스를 사용하고, 상기 배리어 가스로는 Ar 또는 N2를 포함하는 퍼지가스를 사용한다.
또한, 상기 하우징과 상기 구동축 사이에 형성된 베어링부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 베어링부 하부의 상기 하우징 내측벽에 보호 가스를 분사하는 보호 가스 분사링 및 상기 보호 가스 분사링에 보호 가스를 공급하기 위해 하우징 내부에 형성된 보호 가스 주입구를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 실링부재의 끝단에 형성된 냉각부재를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 냉각부재로 상기 하우징 측벽 내부 또는 외부에 배치된 냉각수관을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 내부의 다수의 가스 공급로를 포함하는 구동축과, 상기 구동축의 외부를 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀 및 상기 관통홀의 상하 영역에 위치하고 배리어 가스를 이용하여 상기 하우징과 상기 구동축간을 밀봉하는 실링 부재를 포함하는 가스 분사 장치의 가스 분사 방법에 있어서, 상기 실링 부재를 통해 상기 배리어 가스를 분사하여 상기 하우징과 상기 구동축간을 밀봉하는 단계와, 상기 관통홀을 통해 소스 가스 또는 반응 가스를 상기 가스 공급로로 분사하는 단계 및 상기 관통홀을 통해 퍼지 가스를 상기 가스 공급로로 분사하는 단계를 포함하는 가스 분사 방법을 제공한다.
이때, 상기 배리어 가스로는 Ar 또는 N2를 포함하는 상기 퍼지가스를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
앞서 종래의 기술에서 설명하였듯이 반도체 제조용 가스 분사 장치에 있어서 회전하는 구동축과 하우징간의 밀봉이 중요하다. 즉, 하우징과 구동축간은 소정의 간격을 유지하고 있고, 하우징의 관통홀로부터 주입되는 소스가스, 반응가스 또는 퍼지 가스가 회전하는 구동축의 가스 공급로에 주입되기 위해서는 이러한 간격을 통해 외부로 유출되는 것을 방지하여야 한다.
따라서, 본 발명에서는 관통홀 상하의 하우징 내측벽 영역 내에 배리어 가스를 분사할 수 있는 소정의 실링 부재를 두고, 실링 부재로부터 분사되는 배리어 가스에 의해 관통홀을 통해 공급되는 소정의 가스가 하우징과 구동축간의 사이공간에 유출되지 않도록 한다.
즉, 가스 공급로를 포함하는 구동축과, 구동축 외부를 둘러싸는 하우징과, 하우징의 측벽 일부에 형성되어 소정의 가스를 입력받는 다수의 관통홀과, 소정의 가스의 누수를 방지하기 위해 상기 관통홀의 상하영역의 하우징 내측벽을 일주하도록 형성되어 하우징과 구동축 전체에 고르게 배리어가스를 분사하는 실링 부재와, 상기 실링 부재에 외부의 배리어 가스를 공급하기 위한 배리어 가스 분사링을 포함한다.
이에 상술한 실링 부재로는 다양한 형태의 시일을 사용할 수 있다. 즉, 마그네틱 시일(Magnetic Seal)과, 래버린스 시일(Labyrinth Seal)과 같은 시일을 사용할 수 있다.
하기에서는 먼저 마그네틱 시일과 배리어 가스 분사링을 포함하는 실링 부재를 중심으로 설명한 다음, 래버린스 시일을 더 포함하는 실링 부재에 관해 설명한다.
마그네틱 시일과 배리어 가스 분사링을 포함하는 가스 분사 장치는 내부에 다수의 가스 공급로와 그 하단에 가스 분사노즐을 포함하는 구동축과, 구동축의 외부를 둘러싸는 하우징과, 하우징의 측벽 일부에 형성되어 각기 소정의 가스를 입력받는 다수의 관통홀과, 구동축과 하우징 사이에 가스의 누수를 방지하기 위해 형성된 다수의 마그네틱 시일과, 다수의 마그네틱 시일을 보호하기 위한 배리어 가스를 입력받는 다수의 배리어 가스 주입구와, 배리어 가스 주입구로부터 배리어 가스를 주입 받아 마그네틱 시일 전체에 고르게 배리어 가스를 분사하기 위한 다수의 배리어 가스 분사링을 포함한다.
다수의 관통홀 또는 다수의 관통홀 각각에 소정의 가스를 공급하기 위한 소정의 가스 공급부재와, 다수의 배리어 가스 주입구 또는 다수의 배리어 가스 주입 구 각각에 배리어 가스를 공급하기 위한 배리어 가스 공급부재를 더 포함할 수 있다. 즉, 소정의 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 각각을 단일의 공급부재를 이용하여 다수의 관통홀에 공급할 수도 있고, 각기 다른 공급 부재를 이용하여 공급할 수 있다. 또한, 배리어 가스도 단일의 배리어 가스 공급부재를 이용하여 공급될 수 있고, 각기 다른 공급 부재를 이용하여 공급할 수도 있다. 바람직하게는 각기 서로 다른 공급 부재를 통해 공급되는 것이 바람직하다.
관통홀과 가스 공급로는 일직선상에 위치하여 관통홀을 통해 공급된 소정의 가스가 가스 공급로를 통해 하부의 가스 분사 노즐에 공급될 수 있다. 이때, 앞서 설명한 다수의 마그네틱 시일을 이용하여 하우징과 구동축 사이의 빈 공간을 차단할 수 있다. 즉, 관통홀과 가스 공급로를 중심으로 그 상부 및 하부에 각기 마그네틱 시일을 형성하여 소정 가스의 누설을 방지한다.
또한, 관통홀과 가스 공급로를 중심으로 이와 접해있는 마그네틱 시일의 표면에 배리어 가스를 공급하는 별도의 배리어 가스 분사링과 배리어 가스 주입구를 포함하여 마그네틱 시일을 보호할 뿐만 아니라 소정 가스의 누설을 방지한다. 본 발명의 배리어 가스로는 소스 가스 및 반응 가스와 별도의 화학적 반응을 하지 않는 가스로 사용하는 것이 바람직하다. 배리어 가스는 관통홀을 통해 가스 공급로로 주입되는 소정의 가스와 동일한 속도로 주입되거나 이보다 1 내지 100% 정도 빠른 속도로 주입되는 것이 바람직하다. 이때, 관통홀을 통해 주입되는 가스의 흐름을 방해하지 않고, 마그네틱 시일의 자성유체를 충분히 보호할 수 있는 속도로 주입하도록 하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 배리어 가스 분사링은 마그네틱 시일 하부의 하우징 내에 형성되어 하우징을 일주하는 환형으로 형성한다. 또한, 배리어 가스 분사링의 소정 영역이 형성되어 배리어 가스를 마그네틱 시일 표면에 고르게 분사하기 위한 다수의 배리어 가스 공급 구멍을 더 포함할 수 있다.
이하, 상술한 실링 부재를 포함하는 가스 분사 장치와 이를 포함하는 본 발명의 원자층 증착 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명이 원자층 증착 장치는 반도체 웨이퍼(195)를 장착하기 위한 서셉터(190)를 포함하는 공정 챔버(170)와, 내부의 다수의 가스 공급로(135 내지 155)를 포함하는 구동축(110)과, 구동축(110)의 외부를 둘러싸는 하우징(120)과, 하우징(120)의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀(130 내지 150)과, 구동축(110)과 하우징(120) 사이에 가스의 누수를 방지하기 위해 형성된 다수의 마그네틱 시일(210 내지 230)과, 상기 다수의 마그네틱 시일(210 내지 230)을 보호하기 위한 배리어 가스가 주입될 다수의 배리어 가스 주입구(240 내지 260)와, 마그네틱 시일(210 내지 230) 전체에 고르게 배리어 가스를 분사하기 위한 다수의 배리어 가스분사링(310 내지 330)을 포함한다.
상기 하우징(120)과 공정 챔버(170)를 결합하는 플랜지부(160)와, 플랜지부(160)와 공정 챔버(170)가 접속하는 면에 시일을 위한 오링(180)을 더 포함할 수 있다. 또한, 다수의 가스 공급로(135 내지 155) 하부에 형성된 다수의 분사 노즐(410 내지 430)을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 원자층 증착 장치는 소정 의 열로 부터 다수의 마그네틱 시일(210 내지 230)을 보호하기 위한 소정의 냉각 부재(600)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 구동축(110)의 회전을 돕기 위한 별도의 베어링부(700)를 더 포함할 수 있고, 베어링부(700)의 하부의 하우징(120)영역에는 공정 챔버(170)로 부터의 공정가스의 침입을 방지하기 위한 소정의 배어링 보호 가스 분사를 위한 분사구(710 및 720)를 더 포함할 수 있다. 이에 관해서는 후술하도록 한다.
도 5에서는 상기 구동축(110)의 외주에 형성된 다수의 가스 공급로(135 내지 155)의 입구가 상하로 수직선상에 분포하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 각기 공급되는 가스와 가스의 공급주기 및 공급량을 제어하기 위해 각각의 가스 공급로의 입구가 하나의 수직선상에 분포하지 않고 서로 분산되어 위치할 수 있다. 이를 통해 구동축(110)이 회전하면서 소스가스가 유입되는 경우에는 반응가스 및 퍼지가스가 차단되고, 반응가스가 유입되는 경우에는 소스 가스 및 퍼지가스가 차단되는 등의 반응으로 가스 공급을 제어할 수 있다. 물론, 관통홀(130 내지 150)에 주입되는 가스의 공급을 제어할 수도 있다. 또한, 가스 공급로의 입구는 1개 일수도 있고, 가스의 원활한 유동을 위해 그 보다 많을 수도 있다.
본 실시에에서는 도면 5에서와 같이 제 1 내지 제 3 관통홀(130, 140 및 150) 각각에 제 1 내지 제 3 가스 공급로(135, 145 및 155)가 대응된다. 또한, 각기 대응된 제 1 내지 제 3 관통홀(130, 140 및 150)과 제 1 내지 제 3 가스 공급로(135, 145 및 155) 각각을 시일링 하기 위한 제 1 내지 제 6 마그네틱 시일(210a, 210b, 220a, 220b, 230a 및 230b)이 관통홀과 가스 공급로 상하에 형성된다. 또한, 제 1 내지 제 6 마그네틱 시일(210a, 210b, 220a, 220b, 230a 및 230b)을 보호하기 위해 각기 제 1 내지 제 3 배리어 가스 주입구(240, 250 및 260)로부터 공급된 배리어 가스를 제 1 내지 제 6 마그네틱 시일(210a, 210b, 220a, 220b, 230a 및 230b)의 표면에 공급하는 제 1 내지 제 6 배리어 가스 분사링(310a, 310b, 320a, 320b, 330a 및 330b)을 형성한다.
본 실시예에서는 제 1 및 제 2 배리어 가스 분사링(310a 및 310b), 제 3 및 제 4 배리어 가스 분사링(320a 및 320b) 및 제 5 및 제 6 배리어 가스 분사링(330a 및 330b) 각각은 제 1 내지 제 3 배리어 가스 주입구(240 내지 260)를 통해 배리어 가스가 공급되도록 도시되어 있지만, 이는 바람직한 실시예일 뿐 배리어 가스의 공급을 위한 가스 주입구와 가스 분사링과의 연결 방법은 매우 다양한다. 예를 들어 다수의 배리어 가스 분사링 각각이 서로 다른 배리어 가스 주입구를 통해 배리어 가스를 공급받을 수 있고, 다수의 배리어 가스 분사링에 하나의 배리어 가스 주입구를 통해 배리어 가스를 공급받을 수 있다.
이하, 본 실시예의 배리어 가스 분사링 및 배리어 가스 주입구에 관해 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ' 선상의 단면도이고, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ' 선상의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 구동축(110) 및 하우징(120)이 원통 형상으로 형성되어 있고, 이에 따라 마그네틱 시일(210 내지 230) 또한, 구동축(110)을 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 도면에서와 같이 원통 형상의 제 2 마그네틱 시일(210b)을 보호하기 위해 배리어 가스를 제 2 마그네틱 시일(210b) 하부에 분사하는 제 2 배리어 가스 분사링(310b) 또한 하우징(120) 내측벽부에 원통 형상으로 형성되어 있다(도 6의 점선영역 참조). 도면에서와 같이, 제 2 배리어 가스 분사링(310b)은 하우징(120) 내측벽면을 따라 일주하는 속이 비어있는 관통 형상으로 형성한다. 이때, 제 2 마그네틱 시일(210b) 하부 하우징(120)의 내측벽 표면에 즉, 관통의 표면에 다수의 배기 구멍이 형성되어(도 7의 K 참조) 관을 통해 일주하는 배리어 가스가 다수의 구멍을 통해 마그네틱 시일(210 내지 230) 하부에 분출된다. 이때, 관의 단면 모양은 직사각형, 원형등과 같은 다양한 도형 형상이 가능하고, 다수의 구멍의 개수 및 구멍간의 간격을 조절하여 마그네틱 시일(210 내지 230) 하부에 고르게 분출되도록 하고, 분출되는 배리어 가스의 양을 조절할 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 하우징(120)의 관통홀(130)이 형성된 영역 반대편 영역에 배리어 가스 주입구(240)가 형성되었다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 배리어 가스 주입구(240)는 하우징의 구조 및 외부 배리어 가스 주입수단의 특성에 따라 관통홀(130) 하부에도 형성될 수 있을 뿐만 아니라 하우징(120)의 어느 영역에도 형성될 수 있다.
이와 같은 배리어 가스를 통해 마그네틱 시일의 자성유체를 보호할 뿐만 아니라, 구동축의 회전운동 때문에 발생하는 마찰로 인한 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 하우징과 구동축간의 공간을 밀봉하기 위해 실링 부재에 별도의 래버린스 시일을 더 포함 가능하다. 이러한 래버린스 시일을 배리어 가스 분사링과 함 께 이용할 경우, 별도의 자성 유체를 사용하지 않고도 효과적인 밀봉을 할 수 있고, 만일, 마그네틱 시일과 배리어 가스 분사링과 함께 이용할 경우, 밀봉 효과를 극대화 할 수 있고, 마그네틱 시일의 자성유체를 보호할 수 있는 효과가 있다. 이에 관해 하기에서 설명한다.
도 8 내지 도 12는 도 5의 C 영역의 확대 개념도이다.
도 8과 같이 마그네틱 시일(230a 및 230b)과 관통홀(150) 사이의 하우징(120) 내에 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)이 배치되도록 하여, 마그네틱 시일(230a 및 230b)과, 관통홀(150)에서 가스 공급로(155)로 주입되는 주 가스와의 반응을 차단한다. 즉 배리어 가스가 계속적으로 주입되어 소정의 커튼역할을 하게 된다.
도 9와 같이 마그네틱 시일(230a 및 230b)과 관통홀(150) 사이에 래버린스 시일(500)을 더 형성할 수 있다. 즉, 래버린스 시일(500)은 기체 등의 누설을 방지하기 위한 시일 방식중의 하나로, 누설기체가 여러번 좁은 틈을 지나도록 하여, 좁은 틈을 지날 때마다 발생하는 압력강하의 합이 내외간의 전체 압력차와 같도록 함으로써 기체 등의 누설을 방지하는 시일이다. 따라서, 래버린스 시일(500)에 의해 관통홀(150)을 통해 유입되는 소정 가스가 마그네틱 시일(230a 및 230b)과의 접촉하게 되는 현상을 줄일 수 있다. 물론 본 발명에서는 변형된 래버린스 시일(500) 즉, 래버린스 시일(500)의 돌출면에 배리어 가스를 분사하는 별도의 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)이 형성된 래버린스 시일(150)을 마그네틱 시일(230a 및 230b)과 관통홀(150) 상에 형성하여 관통홀(150)을 통해 유입되는 가스와 마그네틱 시일(230a 및 230b)과의 접촉을 완전히 차단할 수 있다. 도 9에서 보이는 바와 같이 본 실시예의 래버린스 시일(500)은 하우징(120)에서 돌출된 제 1 돌출부(520)와 제 1 돌출부(520) 상부에 구동축(110)에서 돌출된 제 2 돌출부(510)를 포함한다. 여기서, 제 2 돌출부(510)와 대응하는 면의 하우징(120)영역내에 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)이 형성된다. 이로써, 1차로 래버린스 시일(500)에 의해 시일링이 되고, 2차로 배리어 가스에 의해 시일링 된다. 도면에서와 같이 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)에서 소정의 배리어 가스가 분사되면 제 2 돌출부(510)와 마그네틱 시일(230a 및 230b) 사이 영역과, 제 1 돌출부(520)와 제 2 돌출부(510)의 사이영역에 배리어 가스가 가득 차게 되고, 이렇게 가득찬 배리어 가스에 의해 관통홀(150)을 통해 주입되는 가스와 마그네틱 시일(230a 및 230b)과의 접촉을 미연에 방지할 수 있게 된다. 여기서, 상기의 래버린스 시일(500) 상부에 마그네틱 시일(230a 및 230b)이 형성되어 회전하는 구동축(110)을 지지하는 역할을 한다.
이 뿐만 아니라 마그네틱 시일을 사용하지 않고 변형된 래버린스 시일만으로도 충분한 시일링을 할 수 있다.
도 10 및 도 11과 같이 하우징(120)과 구동축(110)사이에 톱니바퀴처럼 맞물린 형상의 다수의 돌출부(510 내지 540)가 형성되고, 돌출부(510 내지 540)가 위치한 하우징(120) 내부에 소정의 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)을 두어 관통홀(150)을 통해 유입되는 가스의 시일링을 할 수 있다. 하우징(120)의 소정 영역에 제 1 및 제 4 돌출부(510 내지 540)가 형성되고, 제 1 및 제 3 돌출부(510 및 530)에 대응하여 톱니바퀴처럼 맞물린 제 2 및 제 4 돌출부(520 및 540)가 구동축(110) 에 형성된다. 이때, 도 10에서와 같이 제 2 및 제 4 돌출부(520 및 540)와 대응되는 하우징(120) 영역내에 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)을 두어 배리어 가스를 분사할 수 있고, 래버린스 시일(500)의 미세한 틈새를 배리어 가스로 가득채워 외부의 가스의 침투를 방지할 수 있다.
이러한 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)은 도 11에서와 같이 상하로 다수의 분사 구멍을 갖는 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)을 이용할 수도 있고, 도 10과 같이 중앙에 다수의 분사구멍을 갖는 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)을 이용할 수도 있다. 물론 도면에서는 돌출부(510 내지 540)와 대응되는 영역의 하우징(120) 내에 배리어 가스를 분사하기 위해 배리어 가스 분사링(330a 및 330b)이 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 돌출부(510 내지 540) 내에 형성될 수도 있다(도 10의 L 영역 참조).
또한, 도 12에서와 같이 별도의 결합부재(111)를 이용하여 시일링 효과 및 하우징(120)으로부터 입력되는 가스를 구동축(110)을 통해 분사노즐(410 내지 430)에 유도하는 성능을 향상시킬 수 있다.
도 12와 같이 소정의 관통구멍을 갖는 결합부재(111)를 구동축(110)에 장착하되, 구동축(110)의 가스 공급로(155)와 결합부재(111)의 관통구멍이 일치되도록 장착한다. 이때, 장착을 위해 다양한 방법과 구조들이 사용가능하다. 또한, 오링(113)을 통해 구동축(110)과 결합부재(111)간의 결합시 발생할 수 있는 가스의 누설을 방지한다. 이를 위해 가스 공급로(155)와 관통구멍의 주변둘레에 오링(113)을 설치한다. 특히 O3가스 공급로에는 O3가스와의 반응이 최대한 억제된 성질을 갖는 오링을 사용한다. 본 실시예에서는 Chemraz® 오링을 사용한다.
또한, 하우징(120)의 관통홀(150)과 일치되도록 장착된 별도의 결합부재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이로써, 구동축(110)에 장착된 결합부재(111)와 하우징(120)에 장착된 결합부재를 통해 소정의 가스가 이동하도록 한다.
상기 도면에서는 결합부재(111)의 형상이 'T'자 형으로 형성하였다. 이로 인해 이와 대응하는 하우징(120)의 돌출영역 일부에 소정의 굴절부를 형성할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 굴절부의 소정영역에 배리어 가스를 공급함으로써, 소스 가스, 퍼지 가스 및 반응 가스의 누설을 방지할 수 있고, 이러한 가스들로 부터 마그네틱 시일(230a 및 230b)을 보호할 수 있다. 한편 본 도면에서는 마그네틱 시일(230a 및 230b)을 돌출된 하우징(120)의 끈단에 즉, 구동축(110)의 인접영역에 위치시켰다. 이러한 하우징(120)의 돌출 영역과, 마그네틱 시일(230a 및 230b)의 형상 및 배치된 위치는 앞선 도면에서 설명한 바와 같이 한정되지 않고 다양한 실시예가 가능하다.
이 뿐만 아니라 앞서 언급한 바와 같이 별도의 래버린스 시일, 마그네틱 시일을 포함하지 않고, 배리어 가스를 분사하는 배리어 가스 분사링과 배리어 가스 분사링에 배리어 가스를 공급하는 배리어 가스 주입구를 포함하는 실링부재를 이용하여 돌출부를 통해 주입되는 가스의 누설을 방지할 수 있다. 즉, 돌출부를 통해 소정의 가스가 인가 될 경우, 돌출부 상하에 형성된 배리어 가스 분사링에서 배리 어 가스를 함께 분사하여, 돌출부를 통해 인가된 가스가 배리어 가스에 의해 다른 영역으로 퍼져나가지 못하고, 구동축의 가스 공급로에 공급되어 반응 챔버에 주입된다.
또한, 본 발명에서는 하우징과 구동축간의 구동을 원할히 하기위한 별도의 베어링부를 더 포함하고, 이러한 베어링부의 열화를 방지하기 위해 베어링부의 하부에 소정의 보호 가스를 분사하는 분사구를 더 포함한다.
도 13은 도 5의 D영역의 확대 개념도이다.
도 13을 참조하면, 구동축(110)의 회전을 위해 원통형의 하우징(120)의 내측벽과 구동축(110)의 외측벽 영역에 베어링부(700)가 형성되어 있고, 하우징(120)의 내측벽을 일주하고 베어링부(700)의 하부에 보호 가스를 분사하는 보호 가스 분사링(720)과 보호 가스 분사링(720)에 보호 가스를 공급하는 보호 가스 주입구(710)가 하우징(120) 내에 형성되어 있다.
특히 보호 가스 분사링(720)을 공정 챔버(170)와 인접한 하우징(120) 내측벽 영역에 위치시켜 챔버(170) 내부의 반응 가스, 소스 가스 및 퍼지 가스가 하우징(120)과 구동축(110)의 사이 영역으로 침투하는 형상을 원천적으로 막을 수 있다. 즉, 본 도면을 참조하면, 점선은 챔버(170)로 부터 확산되어온 가스이고, 실선은 별도로 주입하는 보호 가스이다. 도면에서와 같이 보호 가스 주입구로 부터 주입되어 보호 가스 분사링(720)을 통해 하우징의 내측벽 전체 영역으로 분사되는 보호 가스에 의해 챔버(170)로 부터 확산되어온 가스는 다시 챔버(170)로 되돌아 가게 된다. 이로써, 종래의 챔버(170)로 부터 확산되어온 반응 가스, 소스 가스 및 퍼지 가스에 의해 베어링부(700)가 열화되어 다수의 파우더를 생성하여 반도체층 제조시 많은 결함을 유발 시켰지만 이러한 현상을 미연에 차단할 수 있다.
상기의 보호 가스 분사링(720)과 보호 가스 주입구(710)는 앞서 마그네틱 시일(210 내지 230)을 보호하기 위해 형성된 가스 분사링(310 내지 330)과 가스 주입구(240 내지 260)와 그 형상이 유사함으로 설명을 생략한다.
도 14는 본 발명에 따른 반도체 제조용 가스 분사 장치의 냉각부재를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 냉각부재(600)는 하부의 챔버(170)로 부터 발산된 열 또는 구동축(110)의 회전에 의해 발생하는 열에 의한 마그네틱 시일(210 내지 230)의 손상을 방지하기 위한 목적으로 마그네틱 시일(230b)과 공정 챔버(170) 사이의 영역에 형성한다.
이러한 냉각 부재(600)로는 수냉식 냉각 방법을 이용한 장치를 사용하되, 챔버(170)와 인접한 마그네틱 시일(320b) 하부의 하우징(120) 내측벽 내부 또는 외부에 소정의 냉각 수관(610)을 형성한 다음 이러한 냉각수관(610) 내에 소정의 냉각수를 주입하여 하부 챔버(170)로 부터의 열과 회전에 의한 열을 잡아 준다.
물론 본 도면에서는 하우징(120)의 내측벽 외부로 돌출된 형상의 냉각 수관(610)을 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 다양한 형태가 가능하다. 또한, 냉각수관(610)의 위치 또한, 한정되지 않는다. 즉, 냉각 효율을 향상시키기 위해 각각의 마그네틱 시일(320) 사이에 냉각수관(610)을 형성할 수도 있다. 또한, 냉각수관으로 열전도도가 우수한 물질을 사용하고, 냉각수관(610)의 냉각 효율을 더 높이기 위한 별도의 방열 부재를 더 포함시킬 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 원자층 증착 장치의 동작을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해 각기 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지가스를 한번씩 챔버 내부로 주입하여 단원자층을 형성함에 관해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 소스 가스 또는 반응 가스 분사 전에 배리어 가스를 먼저 분사하여 하우징과 구동축간의 공간을 밀봉한다.
이에 관해 설명하면, 외부의 소스 가스 주입 부재에서 제 1 관통홀을 통해 소스 가스를 주입한다. 소스 가스는 구동축의 회전에 따라 일정한 주기로 제 1 가스 공급로에 주입된다. 이때, 배리어 가스는 소스 가스 주입 전에 외부의 배리어 가스 주입 부재들에서 배리어 가스 주입구로 주입되고, 배리어 가스 주입구에 주입된 배리어 가스는 배리어 가스 분사링을 회전하면서 배리어 가스 분사링에 뚫려 있는 구멍을 통해 마그네틱 시일의 표면 또는 래버린스 시일내부에서 분사된다. 이때 분사된 가스는 소스 가스와 함께 제 1 가스 공급로에 주입된다. 제 1 가스 공급로에 주입된 가스는 제 1 가스 분사 노즐에 의해 챔버 내부에 분사되고, 이렇게 분사된 소스 가스는 웨이퍼 표면에 흡착된다. 이후, 상기와 동일한 방법으로 퍼지 가스를 분사하여 웨이퍼 표면에 흡착되지 않고, 챔버 내부에 잔류하는 소스 가스를 완전히 제거한다. 퍼지 가스는 제 1 관통홀이 아닌 제 2 또는 제 3 관통홀을 통해 주입될 수도 있다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만 별도의 본 발명의 원자층 증착 장치는 별도의 배기관을 더 포함할 수도 있다.
이후, 외부의 반응 가스 주입 부재에서 제 2 관통홀을 통해 반응 가스를 주 입한다. 반응 가스는 구동축의 회전에 따라 일정한 주기로 제 2 가스 공급로에 주입된다. 이때, 배리어 가스는 외부의 배리어 가스 주입 부재들에서 배리어 가스 주입구로 주입되고, 배리어 가스 주입구에 주입된 배리어 가스는 배리어 가스 분사링을 회전하면서 배리어 가스 분사링에 뚫려 있는 구멍을 통해 마그네틱 시일의 표면 또는 래버린스 시일내부에서 분사된다. 이때 분사된 가스는 반응 가스와 함께 제 1 가스 공급로에 주입된다. 제 1 가스 공급로에 주입된 가스는 제 1 가스 분사 노즐에 의해 챔버 내부에 분사되고, 이렇게 분사된 반응 가스는 웨이퍼 표면에 흡착된 소스 물질과 반응하여 소정의 화합물 박막을 형성하게 된다. 이후, 상기와 동일한 방법으로 퍼지 가스를 분사하여 웨이퍼 표면에 반응되지 않고, 챔버 내부에 잔류하는 반응 가스를 완전히 제거한다.
이와 같은 소스 가스 주입, 퍼지가스 주입, 반응 가스주입 및 퍼지 가스 주입공정을 다수번 반복하여 목표로 하는 두께의 박막을 형성할 수 있다.
상술한 설명에서 배리어 가스로는 마그네틱 시일과 아무런 화학적 물리적 반응을 일으키지 않고, 증착 공정에서 사용하는 소스 가스 및 반응가스와도 아무런 화학적 물리적 반응을 일으키지 않는 가스를 사용한다. 본 실시예에서는 ALD 증착 공정에서 사용하는 퍼지 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 물론 소스 가스 및 반응 가스내에서 원료가스를 이송하기 위한 이송가스를 사용할 수 있다. 바람직하게는 N2, Ar 가스를 사용하는 것이 효과적이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 박막 제조 특히, 원자층 증착을 위한 가스 분사 장치에 관통홀 상하의 하우징 내측벽 영역 내에 배리어 가스를 분사할 수 있는 소정의 실링 부재를 두고, 실링 부재로부터 분사되는 배리어 가스에 의해 관통홀을 통해 공급되는 소정의 가스가 하우징과 구동축간의 사이공간에 유출되지 않도록 할 수 있다.
또한, 실링 부재로 하우징과 구동축을 밀봉하는 마그네틱 시일과 그 표면영역에 배리어 가스를 분사하는 배리어 가스 분사링을 이용하여 마그네틱 시일 내의 자성유체와, 소정의 가스와의 반응을 미연에 차단할 수 있고, 반응 가스 및 소스 가스의 누설을 방지할 수 있으며, 회전하는 구동축을 지지할 수 있다.
또한, 자성유체와 반응 가스 또는 소스가스와의 반응을 차단함하여 이로인해 원자층 증착시 발생하는 미립자를 방지할 수 있다.
또한, 실링 부재로, 배리어 가스 분사링, 마그네틱 시일 및 래버린스 시일을 사용하여 밀봉 효과를 극대화 할 수 있다.
또한, 냉각부재를 두어 열에 의한 자성유체의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 베어링부를 통해 구동축의 회전을 원활이 할 수 있고, 베어링부 하부에 보호 가스를 분사하여 하부의 챔버로 부터 주입되는 가스에 의한 파우더의 생성을 방지할 수 있다.

Claims (19)

  1. 내부의 다수의 가스 공급로를 포함하는 구동축;
    상기 구동축의 외부를 둘러싸는 하우징;
    상기 구동축과 상기 하우징 사이에 위치하는 실링부재; 및
    상기 하우징의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀을 포함하고,
    상기 하우징을 관통하여 형성된 배리어 가스 주입구를 통해 배리어 가스를 주입하여 상기 관통홀을 통해 공급되는 소스 가스 및 반응 가스가 상기 하우징과 상기 구동축 사이의 공간에 유출되는 것을 방지하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 상하 영역의 상기 하우징 내측벽 내에 마련된 배리어 가스 분사링을 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배리어 가스 분사링은 관통 형상의 링모양인 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 배리어 가스 분사링은 상기 관통홀을 중심으로 그 상하에 한쌍으로 형성되고, 이들 각각은 각기 다른 배리어 가스 주입구와 접속되거나, 하나의 배리어 가스 주입구와 접속되는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 부재는,
    상기 하우징과 상기 구동축 사이에 밀봉하기 위한 다수의 마그네틱 시일을 더 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 부재는,
    상기 하우징 및 상기 구동축의 내주벽 일부에 환형으로 형성된 다수의 굴절부를 포함하는 래버린스 시일을 더 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    소정의 관통구멍을 갖고 상기 관통구멍이 상기 구동축의 상기 가스 공급로와 일치되도록 장착된 결합부재를 더 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결합부재는 'T'형으로 제작하고, 상기 실링부재가 상기 결합부재와 대응되도록 제작된 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스는 소스 가스, 반응가스 및 퍼지 가스를 사용하고, 상기 배리어 가스로는 Ar 또는 N2를 포함하는 퍼지가스를 사용하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 구동축 사이에 형성된 베어링부를 더 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 베어링부 하부의 상기 하우징 내측벽에 보호 가스를 분사하는 보호 가스 분사링; 및
    상기 보호 가스 분사링에 보호 가스를 공급하기 위해 하우징 내부에 형성된 보호 가스 주입구를 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부재의 끝단에 형성된 냉각부재를 더 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각부재로 상기 하우징 측벽 내부 또는 외부에 배치된 냉각수관을 사용하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  15. 내부의 다수의 가스 공급로를 포함하는 구동축과, 상기 구동축의 외부를 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀과, 상기 구동축과 상기 하우징 사이에 위치하는 실링부재와, 상기 하우징을 관통하여 형성된 배리어 가스 주입구를 통해 배리어 가스를 주입하여 상기 구동축과 상기 하우징 사이의 공간을 밀봉하는 가스 분사 장치의 가스 분사 방법에 있어서,
    상기 구동축과 상기 하우징 사이의 공간을 상기 배리어 가스를 분사하여 밀봉하는 단계;
    상기 관통홀을 통해 소스 가스 또는 반응 가스를 상기 가스 공급로로 분사하는 단계; 및
    상기 관통홀을 통해 퍼지 가스를 상기 가스 공급로로 분사하는 단계;를 포함하는 가스 분사 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배리어 가스로는 Ar 또는 N2를 포함하는 상기 퍼지가스를 사용하는 반도체 제조용 가스 분사 방법.
  17. 내부의 다수의 가스 공급로를 포함하는 구동축;
    상기 구동축의 외부를 둘러싸는 하우징;
    상기 구동축과 상기 하우징 사이에 위치하는 다수의 실링부재; 및
    상기 하우징을 관통하여 형성된 배리어 가스 주입구를 포함하며,
    상기 배리어 가스 주입구를 통해 상기 실링부재 사이의 다수의 공간에 배리어 가스를 주입하여 실링하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하우징 상하 영역의 상기 하우징 내측벽 내에 배리어 가스 분사링을 포함하는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 배리어 가스 분사링은 상기 하우징의 측벽 일부에 형성된 관통홀을 중심으로 그 상하에 한쌍으로 형성되고, 이들 각각은 각기 다른 배리어 가스 주입구와 접속되거나, 하나의 배리어 가스 주입구와 접속되는 반도체 제조용 가스 분사 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101346613B1 (ko) * 2013-08-19 2014-01-03 (주) 일하하이텍 가스 공급부재 및 기판 처리 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101929525B1 (ko) * 2011-12-02 2018-12-14 주성엔지니어링(주) 가스 분사 장치
KR101998774B1 (ko) * 2017-07-11 2019-07-10 박흥균 라인 형태의 전자빔 방출 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05302676A (ja) * 1992-04-27 1993-11-16 Toshiba Corp 縦型回転機械の軸封装置
KR20000017517A (ko) * 1998-08-26 2000-03-25 이데이 노부유끼 진공 처리 장치 및 자기 실 회전 베어링 유닛
KR20020013383A (ko) * 2000-08-09 2002-02-20 황 철 주 회전형 가스분사기를 가지는 반도체소자 제조장치 및 이를이용한 박막증착방법
US20040144431A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Joseph Yudovsky Rotary gas valve for pulsing a gas
JP3617712B2 (ja) * 1995-12-15 2005-02-09 大日本スクリーン製造株式会社 基板回転処理装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05302676A (ja) * 1992-04-27 1993-11-16 Toshiba Corp 縦型回転機械の軸封装置
JP3617712B2 (ja) * 1995-12-15 2005-02-09 大日本スクリーン製造株式会社 基板回転処理装置
KR20000017517A (ko) * 1998-08-26 2000-03-25 이데이 노부유끼 진공 처리 장치 및 자기 실 회전 베어링 유닛
KR20020013383A (ko) * 2000-08-09 2002-02-20 황 철 주 회전형 가스분사기를 가지는 반도체소자 제조장치 및 이를이용한 박막증착방법
US20040144431A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Joseph Yudovsky Rotary gas valve for pulsing a gas

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101346613B1 (ko) * 2013-08-19 2014-01-03 (주) 일하하이텍 가스 공급부재 및 기판 처리 장치
WO2015026003A1 (ko) * 2013-08-19 2015-02-26 (주) 일하하이텍 가스 공급부재 및 기판 처리 장치

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