KR101967790B1 - Apparatus for forming thin film - Google Patents
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Abstract
박막 형성 장치는 공정 환경을 조성하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 배치되며 기판을 지지하는 기판 서포터 및 상기 기판을 가열하는 히터 유닛을 포함하는 프로세스 유닛; 상기 프로세스 유닛 내부로 공정 가스를 제공하는 가스 제공 장치; 상기 프로세스 챔버 내부에 배치되고 상기 기판 서포터로부터 이격된 위치에 배치되며, 상기 기판으로부터 방열된 열의 일부는 가두어 보온하고 상기 기판으로부터 발생된 열의 일부는 방열하여 상기 기판의 온도를 일정하게 유지하는 제1 기판 온도 유지 유닛; 및 상기 제1 기판 온도 유지 유닛의 내측에 배치되며 상기 기판 서포터에 연결되어 상기 기판으로부터 발생된 열의 일부를 가두어 상기 기판의 온도를 일정하게 유지하는 제2 기판 온도 유지 유닛을 포함한다.A thin film forming apparatus includes a process chamber for forming a process environment, a process unit disposed in the process chamber and including a substrate supporter for supporting the substrate, and a heater unit for heating the substrate; A gas supply device for supplying a process gas into the process unit; A first substrate disposed within the process chamber and spaced apart from the substrate supporter, a portion of the heat radiated from the substrate is kept warm and a portion of the heat generated from the substrate is radiated to maintain a constant temperature of the substrate, A substrate temperature holding unit; And a second substrate temperature holding unit disposed inside the first substrate temperature holding unit and connected to the substrate supporter to confine a part of the heat generated from the substrate to maintain the temperature of the substrate constant.
Description
본 발명은 박막 형성 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 프로세스 챔버 내에서 결정화 공정을 통해 기판에 결정 박막을 형성하는 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 통해 기판에 증착 박막을 형성하는 공정을 각각 수행할 수 있는 박막 형성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film forming apparatus, and particularly to a thin film forming apparatus capable of performing a process of forming a crystalline thin film on a substrate through a crystallization process in one process chamber or a process of forming a thin film to be deposited on a substrate through a chemical vapor deposition process And a thin film forming apparatus.
일반적으로 결정 성장 공정은 기판 상에 결정을 성장시키는 공정으로써 결정 성장 공정은 매우 높은 공정 온도 및 고진공압 환경에서 형성되기 때문에 열악한 공정 환경에 의한 장비의 파손이 빈번하게 발생되고 장비의 가격이 매우 고가인 단점을 갖는다.Generally, a crystal growth process is a process of growing crystals on a substrate. Since a crystal growth process is formed at a very high process temperature and a high-pneumatic environment, breakage of equipment due to a poor process environment is frequently generated, .
한편, 화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 공정은 기판 상에 물질을 증착 후 성장시켜 막을 형성하는 공정이다.On the other hand, the epitaxial process using a chemical vapor deposition process is a process of forming a film by depositing a material on a substrate and then growing the material.
화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 공정은 결정 성장 공정과 유사하게 매우 높은 공정 온도 및 고진공압 하에서 진행되기 때문에 장비의 파손이 빈번하게 발생될 수 있다.Since the epitaxial process using a chemical vapor deposition process is performed at a very high process temperature and a high vacuum pressure similar to the crystal growth process, equipment breakage may occur frequently.
이와 같은 결정 성장 공정 및 화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 공정은 이질적인 공정으로 종래에는 결정 성장 공정 및 에픽텍셜 공정을 서로 다른 장비에서 각각 진행 하였다.The epitaxial process using the crystal growth process and the chemical vapor deposition process is a heterogeneous process, and conventionally, the crystal growth process and the epitaxial process have conventionally been performed in different equipment.
또한 종래 결정 성장 공정 및 화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 성장 공정은 최대 약 2,000℃ 정도로 높은 온도에서 수행되지만 이와 같은 고온의 공정 온도 하에서 공정이 진행되는 동안 공정이 진행되는 기판의 온도를 균일하게 유지하기가 특히 어렵고 이로 인해 박막의 품질이 균일하지 못한 문제점도 갖는다.In addition, the conventional epitaxial growth process using the crystal growth process and the chemical vapor deposition process is performed at a temperature as high as about 2,000 DEG C at maximum, but the temperature of the substrate on which the process is performed is uniformly maintained during the process under such a high process temperature The following problems are particularly difficult and the quality of the thin film is not uniform.
또한 종래 결정 성장 공정 및 에픽텍셜 성장 공정은 최대 약 2,000℃ 정도로 높은 공정 온도에서 수행되는데 고온의 공정 온도를 구현하기 위해서 히터에 과도한 전압 또는 전류가 인가되고 이로 인해 히터의 과도한 열팽창에 의해 히터가 파손될 수 있는 문제점을 갖는다.In addition, the conventional crystal growth process and the epitaxial growth process are performed at a process temperature as high as about 2,000 degrees Celsius. In order to realize a high temperature process temperature, excessive voltage or current is applied to the heater and the heater is broken due to excessive thermal expansion of the heater .
본 발명은 이질적인 결정화 공정 및 화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 성장 공정을 하나의 장비에서 통합 진행함으로써 장비 이용 효율을 향상시키고 생산 원가를 감소시킨 박막 형성 장치를 제공한다.The present invention provides a thin film forming apparatus which improves the efficiency of equipment utilization and reduces the production cost by integrating an epicatextic growth process using a heterogeneous crystallization process and a chemical vapor deposition process in one equipment.
본 발명은 이질적인 결정화 공정 및 화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 성장 공정을 약 1,000℃에서 약 2,000℃의 온도로 공정을 진행할 때 공정 시간 동안 공정이 수행되는 기판의 온도를 일정하게 유지함으로써 박막 품질의 균일성을 향상시킬 수 있는 박막 형성 장치를 제공한다.The present invention relates to an epitaxial growth process using a heterogeneous crystallization process and a chemical vapor deposition process wherein a temperature of a substrate to be processed during a process time is constantly maintained at a temperature of about 1,000 ° C. to about 2,000 ° C., A thin film forming apparatus capable of improving uniformity is provided.
본 발명은 이질적인 결정화 공정 및 기상 증착 공정을 하나의 장비에서 약 1,000℃에서 약 2,000℃의 온도에서 진행할 때 열을 발생시키는 히터의 파손을 방지한 박막 형성 장치를 제공한다.The present invention provides a thin film forming apparatus that prevents breakage of a heater that generates heat when a heterogeneous crystallization process and a vapor deposition process are performed at a temperature of about 1,000 ° C to about 2,000 ° C in one equipment.
일실시예로서, 박막 형성 장치는 공정 환경을 조성하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 배치되며 기판을 지지하는 기판 서포터 및 상기 기판을 가열하는 히터 유닛을 포함하는 프로세스 유닛; 상기 프로세스 유닛 내부로 공정 가스를 제공하는 가스 제공 장치; 상기 프로세스 챔버 내부에 배치되고 상기 기판 서포터로부터 이격된 위치에 배치되며, 상기 기판으로부터 방열된 열의 일부는 가두어 보온하고 상기 기판으로부터 발생된 열의 일부는 방열하여 상기 기판의 온도를 일정하게 유지하는 제1 기판 온도 유지 유닛; 및 상기 제1 기판 온도 유지 유닛의 내측에 배치되며 상기 기판 서포터에 연결되어 상기 기판으로부터 발생된 열의 일부를 가두어 상기 기판의 온도를 일정하게 유지하는 제2 기판 온도 유지 유닛을 포함한다.In one embodiment, the thin film forming apparatus includes a process chamber including a process chamber for forming a process environment, a process unit including a heater for heating the substrate, and a substrate supporter disposed inside the process chamber for supporting the substrate; A gas supply device for supplying a process gas into the process unit; A first substrate disposed within the process chamber and spaced apart from the substrate supporter, a portion of the heat radiated from the substrate is kept warm and a portion of the heat generated from the substrate is radiated to maintain a constant temperature of the substrate, A substrate temperature holding unit; And a second substrate temperature holding unit disposed inside the first substrate temperature holding unit and connected to the substrate supporter to confine a part of the heat generated from the substrate to maintain the temperature of the substrate constant.
박막 형성 장치의 상기 제1 기판 온도 유지 유닛은 상기 프로세스 챔버와 인접하게 배치된 제1 벽, 상기 제1 벽 내측에 배치된 제2 벽 및 상기 제2 벽의 외측면에 형성된 몰리브덴 벽을 포함한다.The first substrate temperature holding unit of the thin film forming apparatus includes a first wall disposed adjacent to the process chamber, a second wall disposed inside the first wall, and a molybdenum wall formed on an outer surface of the second wall .
박막 형성 장치의 상기 제2 기판 온도 유지 유닛은 3겹으로 형성된 몰리브덴통을 포함한다.The second substrate temperature holding unit of the thin film forming apparatus includes a molybdenum barrel formed in three layers.
박막 형성 장치는 상기 히터 유닛 및 상기 기판 서포터 사이에 개재되어 상기 히터 유닛에서 발생된 열을 차단하는 몰리브덴 시트를 포함하는 열 차단 부재를 포함한다.The thin film forming apparatus includes a heat shielding member interposed between the heater unit and the substrate supporter and including a molybdenum sheet for shielding heat generated in the heater unit.
박막 형성 장치의 상기 프로세스 유닛은 상기 제1 기판 온도 유지 유닛에는 개구를 개방 또는 폐쇄하는 게이트 유닛을 포함하며, 상기 게이트 유닛은 판 형상을 갖고 몰리브덴 시트가 배치된 게이트 및 상기 게이트를 이송하는 구동 유닛을 포함한다.The process unit of the thin film forming apparatus includes a gate unit that opens or closes an opening in the first substrate temperature holding unit, and the gate unit includes a gate having a plate shape and having a molybdenum sheet disposed thereon, .
박막 형성 장치의 상기 히터 유닛은 상기 히터 유닛은 상호 이격된 전극들 상기 전극들에 전기적으로 연결된 히터 몸체, 상기 히터 몸체의 하부에 배치된 열 차단판, 상기 열 차단판의 하부에 배치된 절연부재 및 상기 열 차단판의 하부에 배치된 물통을 포함하며, 상기 히터 몸체는 폭보다 긴 길이를 갖고 길이 방향을 따라 지그재그 형태로 배치된 띠 형상으로 형성되어 열팽창에 의하여 상호 접촉되는 것을 방지한다.The heater unit of the thin film forming apparatus may include a heater body electrically connected to the electrodes, spaced apart from each other, a heat blocking plate disposed below the heater body, an insulating member disposed below the heat blocking plate, And a water container disposed below the heat shield plate. The heater body has a length longer than a width and is formed in a zigzag shape along the longitudinal direction to prevent mutual contact due to thermal expansion.
박막 형성 장치의 상기 가스 제공 장치는 기판에 형성된 탄화규소(SiC)막에 포함된 실리콘(Si)이 승화된 후 잔류된 탄소가 결정화하여 상기 기판에 그래핀 박막을 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버로 제공되는 승화 가스를 포함하는 제1 가스 제공 유닛 및 기판에 탄화 규소(SiC) 박막을 증착하기 위해 실란(SiH4) 가스 및 메탄(CH4) 가스를 상기 프로세스 챔버로 제공하는 제2 가스 제공 유닛을 포함한다.The gas providing apparatus of the thin film forming apparatus may be provided with the process chamber for forming a graphene thin film on the substrate by crystallizing the residual carbon after the silicon (Si) contained in the silicon carbide (SiC) film formed on the substrate is sublimated And a second gas supply unit for supplying a silane (SiH4) gas and a methane (CH4) gas to the process chamber for depositing a silicon carbide (SiC) thin film on the substrate .
박막 형성 장치의 상기 제1 가스 제공 유닛은 상기 기판을 클리닝하기 위해 상기 프로세스 챔버로 제공되는 클리닝 가스를 포함한다.The first gas providing unit of the thin film forming apparatus includes a cleaning gas provided to the process chamber for cleaning the substrate.
일실시예로서, 박막 형성 방법은 프로세스 챔버에 제1 공정 환경을 세팅하는 단계, 기판을 상기 프로세스 챔버에 로딩하는 단계; 상기 프로세스 챔버 내부에 로딩된 상기 기판에 제1 공정을 진행하는 단계; 상기 기판을 상기 프로세스 챔버로부터 언로딩하는 단계; 상기 프로세스 챔버에 제2 공정 환경을 세팅하는 단계; 상기 프로세스 챔버에 신규 기판을 로딩하는 단계; 및 상기 신규 기판에 제2 공정을 진행하는 단계를 포함한다.In one embodiment, a method of forming a thin film comprises: setting a first processing environment in a process chamber; loading a substrate into the process chamber; Advancing a first process to the substrate loaded within the process chamber; Unloading the substrate from the process chamber; Setting a second process environment in the process chamber; Loading a new substrate into the process chamber; And advancing a second process on the new substrate.
상기 제1 공정은 상기 제1 가스 제공 유닛으로부터 승화 가스인 아르곤 가스를 상기 기판에 형성된 탄화규소(SiC)막에 제공하여 실리콘(Si)을 승화 시킨 후 잔류된 탄소를 결정화하여 상기 기판에 그래핀 박막을 형성하고, 상기 제2 공정은 상기 제2 가스 제공 유닛으로부터 실란(SiH4) 가스 및 메탄(CH4) 가스를 상기 프로세스 챔버 내에서 화학 기상 반응시켜 생성된 탄화규소 물질을 신규 기판에 증착한 후 성장시켜 상기 신규 기판 상에 탄화규소 박막을 형성한다.In the first step, argon gas, which is a sublimated gas, is supplied from the first gas providing unit to a silicon carbide (SiC) film formed on the substrate to sublimate silicon and crystallize residual carbon to form graphene (SiH4) gas and methane (CH4) gas are chemically reacted in the process chamber from the second gas supply unit to deposit a silicon carbide material on the new substrate And a silicon carbide thin film is formed on the new substrate.
본 발명에 따른 박막 형성 장치 및 방법은 서로 다른 공정을 하나의 장비에서 진행할 수 있고, 서로 다른 공정을 하나의 장비에서 진행할 때 기판의 온도를 공정 시간 동안 일정하게 유지할 수 있도록 하여 기판에 형성된 박막의 품질을 향상시킬 수 있고, 서로 다른 공정을 하나의 장비에서 진행할 때 열을 발생시키는 히터의 파손을 방지하여 공정 불량을 방지 및 유지보수 비용을 절감하는 효과를 갖는다.The apparatus and method for forming a thin film according to the present invention can perform different processes in a single apparatus and can maintain the temperature of the substrate constant during the process when the different processes are performed in one apparatus, It is possible to improve the quality and to prevent the breakage of the heater which generates heat when the different processes are performed in one equipment, thereby preventing the process failure and reducing the maintenance cost.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막 형성 장치를 도시한 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 프로세스 유닛을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 유닛을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 히터 몸체의 평면도이다.
도 5는 도 2의 'A' 부분을 확대 도시한 확대도이다.
도 6은 도 2의 'B' 부분을 확대 도시한 확대도이다.
도 7은 도 1에 도시된 박막 형성 장치를 이용하여 서로 다른 제1 공정 및 제2 공정을 수행하는 방법을 도시한 순서도이다.1 is a block diagram showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a sectional view showing the process unit shown in Fig. 1. Fig.
3 is a cross-sectional view illustrating a heater unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view of the heater body shown in Fig.
5 is an enlarged view showing an enlarged view of a portion 'A' in FIG.
FIG. 6 is an enlarged view of the portion 'B' of FIG. 2 in an enlarged scale.
7 is a flowchart showing a method of performing different first and second processes using the thin film forming apparatus shown in FIG.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention, which is set forth below, may be embodied with various changes and may have various embodiments, and specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, the terms first, second, etc. may be used to distinguish between various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박막 형성 장치를 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 박막 형성 장치(600)는 가스 제공 장치(100), 로드락 유닛(200), 프로세스 유닛(300) 및 압력 조절 유닛(400)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a thin
본 발명의 일실시예에 따른 박막 형성 장치(600)는 서로 다른 2개의 공정들을 하나의 프로세스 유닛(300)에서 진행할 수 있는 특징을 갖는다.The thin
박막 형성 장치(600)는, 예를 들어, 하나의 프로세스 유닛(300) 내에서 결정 성장 공정의 하나인 그래핀 에픽텍셜 성장 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 이용한 에픽텍셜 성장 공정의 하나인 탄화규소 에픽텍셜 성장 공정을 연속적으로 수행할 수 있다.The thin
그래핀 에픽텍셜 성장 공정은 선행 공정에 의하여 기판에 미리 형성된 탄화규소(SiC)를 이용하여 기판에 그래핀을 형성하는 공정으로 정의된다.The graphene epitaxial growth process is defined as a process of forming graphene on a substrate using silicon carbide (SiC) previously formed on the substrate by a preceding process.
그래핀 에픽텍셜 성장 공정은 탄화규소가 이미 형성된 기판을 약 1,000℃ ~ 약 2,000℃의 온도 및 고진공압 환경에서 기판에 승화 가스를 제공하여 탄화규소에 포함된 실리콘(Si)을 선택적으로 승화시켜 기판에 탄소를 잔류시키고, 잔류된 탄소를 기판 상에서 성장시켜 기판에 그래핀을 형성한다.The graphene epitaxial growth process selectively sublimates silicon (Si) contained in silicon carbide by providing sublimation gas to the substrate in a high temperature and high vacuum environment at about 1,000 ° C. to about 2,000 ° C., And the remaining carbon is grown on the substrate to form graphene on the substrate.
그래핀 에픽텍셜 성장 공정에서 기판에 미리 형성된 탄화규소에 포함된 실리콘을 승화 및 실리콘의 승화 속도를 정밀하게 제어하기 위해서 특별히 승화 가스로 아르곤(Ar) 가스가 사용될 수 있고, 이에 더하여 기판의 표면 세정을 위해서 수소(H2)가스가 사용된다.In order to sublimate the silicon contained in the silicon carbide formed in advance in the graphene epitaxial growth process and sublimate the silicon sublimation rate precisely, argon (Ar) gas can be used as the sublimation gas in particular, Hydrogen (H2) gas is used.
화학 기상 증착 공정을 이용한 탄화규소 에픽텍셜 성장 공정은 약 1,000℃ ~ 약 2,000℃의 초고온 환경에서 실란(SiH4) 및 메탄(CH4)을 기상 화학 반응시켜 기판 상에 먼저 탄화규소(SiC) 물질을 증착하고, 증착된 탄화규소를 결정 성장시키는 공정이다.The silicon carbide epitaxial growth process using a chemical vapor deposition process vapor-phase chemically reacts silane (SiH4) and methane (CH4) in an ultra-high temperature environment of about 1,000 ° C. to about 2,000 ° C. to deposit silicon carbide (SiC) And then crystal-growing the deposited silicon carbide.
화학 기상 증착 공정을 이용한 탄화규소 에픽텍셜 성장 공정은 기판 상에 초고순도이면서 치밀한 탄화규소 박막을 형성할 수 있는 장점을 갖는다.The silicon carbide epitaxial growth process using the chemical vapor deposition process has the advantage of forming an ultra-high purity silicon carbide thin film on the substrate.
화학 기상 증착 공정을 이용한 탄화규소 에픽텍셜 성장 공정에서 소스 가스로서는 메탄(CH4) 대신 프로판(C3H8)을 사용할 수 있다.In the silicon carbide epitaxial growth process using a chemical vapor deposition process, propane (C3H8) can be used instead of methane (CH4) as a source gas.
본 발명의 일실시예에서, 하나의 박막 형성 장치(600)가 화학 기상 증착 탄화규소 에픽텍셜 성장 공정 및 그래핀 에픽텍셜 성장 공정을 각각 수행하기 위해서 가스 제공 장치(100)는 제1 가스 제공 유닛(130) 및 제2 가스 제공 유닛(160)을 포함한다.In one embodiment of the present invention, in order to perform the chemical vapor deposition silicon carbide epitaxial growth process and the graphene epitaxial growth process each of the thin
제1 가스 제공 유닛(130)은 그래핀 에픽텍셜 성장 공정에 필요한 공정 가스를 후술 될 프로세스 유닛(300)으로 제공한다.The first
제1 가스 제공 유닛(130)은 아르곤 가스 제공 유닛(132) 및 수소 가스 제공 유닛(134)를 포함할 수 있다.The first
아르곤 가스 제공 유닛(132)은, 예를 들어, 기판에 형성된 탄화규소에 포함된 실리콘의 승화 및 승화 속도를 조절하기 위해 필요한 승화 가스인 아르곤(Ar) 가스를 프로세스 유닛(300)으로 제공한다.The argon
비록 본 발명의 일실시예에서는 승화 가스로서 아르곤 가스인 것이 설명되고 있지만 실리콘을 승화시키기 위한 승화 가스로서 아르곤 이외에 다른 승화 가스가 사용되어도 무방하다.Although an argon gas is described as a sublimation gas in the embodiment of the present invention, sublimation gas other than argon may be used as a sublimation gas for sublimation of silicon.
수소 가스 제공 유닛(134)은 승화 가스인 아르곤 가스와 함께 기판 및 기판의 표면을 클리닝하기 위해 클리닝 가스인 수소 가스를 프로세스 유닛(300)으로 제공한다.The hydrogen
제1 가스 제공 유닛(130)으로부터 제공된 가스들은 배관(135) 및 메인 배관(140)을 통해 프로세스 유닛(300)으로 제공된다. 배관(135)에는 배관(135)의 내부를 퍼지(purge)하기 위한 불활성 가스인 퍼지 가스가 별도로 제공될 수 있다.The gases provided from the first
제2 가스 제공 유닛(160)은 화학 기상 증착 공정을 이용한 탄화규소 에픽텍셜 성장 공정에 필요한 공정 가스를 후술 될 프로세스 유닛(300)으로 제공한다.The second
제2 가스 제공 유닛(160)은 제1 소스 가스 제공 유닛(162) 및 제2 소스 가스 제공 유닛(164)을 포함한다.The second
제1 소스 가스 제공 유닛(162)은 탄화 규소가 형성되지 않은 기판 상에 탄화 규소(SiC)를 형성하기 위해 실란(SiH4) 가스를 프로세스 유닛(300)으로 제공한다.The first source
제2 소스 가스 제공 유닛(164)은 기판 상에 탄화 규소를 형성하기 위해 실란(SiH4)가스와 반응하는 메탄(CH4)가스를 프로세스 유닛(300)으로 제공한다.The second source
이와 다르게 제2 소스 가스 제공 유닛(164)은 메탄 가스 대신 프로판 가스를 제공하여도 무방하다.Alternatively, the second source
프로세스 유닛(300)의 내부로 제공된 실란 가스 및 메탄 가스는 프로세스 유닛(300)의 내부에서 반응하고 이로 인해 생성된 탄화 규소(SiC) 물질은 기판에 증착된다. 증착된 탄화 규소 물질은 프로세스 유닛(300) 내부에서 결정 성장되어 기판 상에는 결정화된 탄화규소 박막이 형성된다.The silane gas and the methane gas provided to the interior of the
제2 가스 제공 유닛(160)으로부터 제공된 소스 가스들은 배관(165) 및 메인 배관(140)을 통해 프로세스 유닛(300)으로 제공된다. 배관(165)에는 배관(165) 내부를 퍼지하기 위한 불활성 가스인 퍼지 가스가 별도로 제공될 수 있다.Source gases provided from the second
한편 프로세스 유닛(300)에는 프로세스 유닛(300) 내부로 기판을 로딩 또는 언로딩하기 위한 로드락 유닛(200)이 연결된다.On the other hand, a
프로세스 유닛(300)에는 프로세스 유닛(300)의 내부에 공정 압력을 제공 또는 조절하기 위한 압력 조절 유닛(400)이 연결된다.The
본 발명의 일실시예에서, 압력 조절 유닛(400)은 프로세스 유닛(300)의 내부에 대기압보다 낮은 진공압을 형성하는 진공 펌프 및 진공압의 레벨을 제어하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
압력 조절 유닛(400)은 프로세스 유닛(300)에 연결됨과 동시에 프로세스 유닛(300)에 연결된 로드락 유닛(200)이 수납되는 로드락 챔버(210)에도 함께 연결되어 로드락 챔버 내의 압력 역시 지정된 압력으로 조절할 수 있다.The
프로세스 유닛(300)은 로드락 유닛(200)에서 제공된 기판에 형성된 탄화규소를 이용하여 기판에 그래핀을 형성하거나, 기판에 화학 기상 증착 공정을 통해 탄화규소 박막을 형성하기에 적합한 공정 환경을 제공한다.The
도 2는 도 1에 도시된 프로세스 유닛을 도시한 단면도이다.Fig. 2 is a sectional view showing the process unit shown in Fig. 1. Fig.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 프로세스 유닛(300)은 프로세스 챔버(310), 가스 노즐 유닛(315), 기판 서포터(320), 히터 유닛(330) 및 제1 기판 온도 유지 유닛(340) 및 제2 기판 온도 유지 유닛(360)를 포함한다. 이에 더하여 프로세스 유닛(300)은 기판 서포터(320)를 이송하는 이송 유닛(339)을 더 포함할 수 있다.2, in an embodiment of the present invention, the
프로세스 챔버(310)는 기판 서포터(320)에 지지된 기판에 이질적인 2 개의 공정들을 진행할 수 있는 공정 환경을 제공한다.The
프로세스 챔버(310)는, 예를 들어, 내충격성 및 내식성이 우수한 금속 소재로 제작될 수 있다. 프로세스 챔버(310)는, 예를 들어, 스테인리스 스틸 소재로 제작될 수 있다.The
프로세스 챔버(310)의 내부에는 기판 서포터(320), 히터 유닛(330), 제1 기판 온도 유지 유닛(340) 및 제2 기판 온도 유지 유닛(360)이 배치된다. 이에 더하여, 프로세스 챔버(310)에는 가스 제공 장치(100), 로드락 유닛(200) 및 압력 조절 유닛(400)이 각각 연결된다.A
가스 노즐 유닛(315)은 프로세스 챔버(410)에 연통되며, 가스 노즐 유닛(315)은 도 1을 통해 설명된 가스 제공 장치(100)와 연결된다. 가스 노즐 유닛(315)은 가스 제공 장치(100)로부터 제공된 가스를 프로세스 챔버(310) 내부에 배치된 기판으로 제공한다.The
가스 노즐 유닛(315)는 가스 노즐(312)을 포함할 수 있으며, 가스 노즐(312)은 가스 제공 장치(100)에서 제공된 가스를 프로세스 챔버(410) 내부로 분사한다. 이에 더하여, 가스 노즐 유닛(315)은 가스 노즐(312)로부터 분사된 가스가 균일하게 기판으로 제공될 수 있도록 가스 분배기(314)를 더 포함할 수 있다.The
가스 분배기(314)는 가스 노즐(312)에 결합되며, 다수개의 구멍이 형성되어 가스 노즐(312)로부터 분사된 가스를 균일하게 배출하는 분배판(313)을 포함한다.A
본 발명의 일실시예에서, 가스 분배기(314)는 가스 노즐(312)에 고정될 수 있다. 이와 다르게, 가스 분배기(314)는 프로세스 챔버(310)의 내부에서 가스 노즐(312)을 따라 상하로 이동 가능하게 제작될 수 있고, 이로 인해 가스 분배기(314) 및 기판 사이의 간격은 기판에 형성되는 박막의 특성 및 공정 환경에 따라 조절될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
한편, 프로세스 챔버(310)의 내부에 배치된 기판 서포터(320)는 로드락 유닛(200)으로부터 제공된 기판을 프로세스 챔버(310) 내부에서 서포트 하는 역할을 한다.The
기판 서포터(320)의 일부는 프로세스 챔버(310)의 내부에 배치되며, 기판 서포터(320)의 나머지는 프로세스 챔버(310)의 외부에 배치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 기판 서포터(320)의 일부가 프로세스 챔버(310)의 외부에 배치되더라도 프로세스 챔버(310)는 기밀성이 유지되어야 한다.A part of the
기판 서포터(320)의 하단에는 이송 유닛(339)이 연결된다. 이송 유닛(339)은 기판 서포터(320)를 가스 노즐 유닛(315)과 가까워지는 방향 또는 가스 노즐 유닛(315)에 대하여 멀어지는 방향으로 이동 시킨다.A
본 발명의 일실시예에서, 기판에 도달하는 가스의 단위 시간당 유량 및 가스의 흐름은 이송 유닛(339)의 구동에 의하여 정밀하게 제어된다.In one embodiment of the present invention, the flow rate of the gas per unit time and the flow of the gas reaching the substrate are precisely controlled by driving the
히터 유닛(330)은 기판 서포터(320)의 상단에 배치된다. 히터 유닛(330)은 기판이 약 1,000℃ 내지 약 2,000℃의 온도로 공정이 진행될 수 있도록 기판 서포터(320) 상에 배치된 기판을 가열한다.The
일반적으로 박막 형성 공정을 수행하는 기판을 초고온으로 가열하기 위해서는 전원이 인가된 2 개의 전극들 사이에 연결된 저항체를 포함하는 저항 히터가 사용된다.Generally, a resistive heater including a resistor connected between two electrodes to which power is applied is used to heat a substrate to be subjected to a thin film forming process at an ultra-high temperature.
그러나, 일반적인 저항 히터를 이용하여 기판을 약 1,000℃ 내지 약 2,000℃로 가열할 경우, 저항 히터의 저항체가 열팽창되어 쇼트되고 이로 인해 저항체가 파손되어 박막 형성 공정에 치명적인 문제가 발생될 수 있다.However, when the substrate is heated to about 1,000 ° C. to about 2,000 ° C. by using a general resistance heater, the resistor of the resistance heater thermally expands and is short-circuited. As a result, the resistor may be damaged, thereby causing a serious problem in the thin film forming process.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 유닛을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a heater unit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 기판 서포터(320) 상에 배치된 히터 유닛(330)은 구리바(331), 연결 로드(332), 전극(333), 히터 몸체(334), 열 차단판(335), 절연부재(336) 및 물통(337)을 포함한다.3, the
구리바(331)는 상호 이격된 한 쌍으로 이루어지며, 구리바(331)는 히터 몸체(334)에 전원을 공급하는 역할을 한다. 구리바(331)는 기판 서포터(320)의 내부를 통과해서 기판 서포터(320)의 상부로 돌출된다.The copper bars 331 serve as a pair of spaced apart
연결 로드(332)는 각 구리바(331)의 단부에 연결되며, 각 연결 로드(332)는 구리바(331)에 수평으로 배치될 수 있다.The
전극(333)은 각 연결 로드(332)의 단부에 결합되며, 한 쌍의 전극(333)에는 히터 몸체(334)가 결합되고, 히터 몸체(334)로부터는 각 구리바(331)를 통해 인가된 전원에 의하여 열이 발생된다.The
전극(333)은, 예를 들어, 열에 강한 몰리브덴 소재로 제작될 수 있고, 전극(333)에는 전극(333)의 과열을 방지하는 냉각수가 제공될 수 있다.The
한편, 히터 몸체(334)로부터 발생된 열이 히터 몸체(334)의 하부로 전달되어 구리바(331) 등이 손상되는 것을 방지하기 위해, 히터 몸체(334)의 하부에는 열 차단판(335)이 배치된다.A
열 차단판(335)은, 예를 들어, 텅스텐판, 몰리브덴판 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 열 차단판(335)은 히터 몸체(334)로부터 발생된 열이 히터 몸체(334)의 하부로 전달되는 것을 억제 또는 방지함은 물론 히터 몸체(334)로부터 발생된 열의 보온 효과에 의해 히터 몸체(334)로부터 발생된 열에 의하여 가열되는 기판의 균일성 역시 향상시킨다. 열 차단판(335)은 전극(333)에 결합되어 지정된 위치에 고정될 수 있다.The
절연부재(336)는 열 차단판(335)의 하부에 배치될 수 있다.The insulating
한편, 열 차단판(335)을 통해 열 차단판(335)의 하부로 전달된 열에 의하여 구리바(331) 또는 기판 서포터(320) 등이 열에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 열 차단판(335)의 하부에는 물통(337)이 배치되고, 물통(337)에는 냉각수가 제공되며, 물통(337)은 스테인리스 스틸 소재로 제작될 수 있다.The
본 발명의 일실시예에서, 히터 유닛(330)에 열 차단판(335), 물통(337) 등을 배치함으로써 기판에 초고온 공정이 진행될 때 기판의 온도를 일정하게 유지할 수 있으면서 초고온에 의하여 기판 서포터(320), 구리바(331) 등의 손상을 방지할 수 있다.The temperature of the substrate can be kept constant when the ultra-high temperature process is performed on the substrate by arranging the
도 4는 도 3에 도시된 히터 몸체의 평면도이다.4 is a plan view of the heater body shown in Fig.
도 4를 참조하면, 약 1,000℃ 내지 약 2,000℃의 온도로 기판 서포터(320) 상에 배치되어 기판을 가열하는 저항체인 히터 몸체(334)는, 예를 들어, 공정 가스의 하나인 수소 가스가 프로세스 챔버(310)로 제공되었을 때, 수소 가스에 의하여 히터 몸체(334)가 영향받아 손상 및 파손되지 않는 소재로 제조된다.4, a
저항체인 히터 몸체(334)는, 예를 들어, 수소 가스에 의하여 영향받지 않도록 고순도 그래파이트 소재로 제작된다.The
저항체인 히터 몸체(334)의 일측단 및 타측단은 한 쌍의 전극(333)들에 전기적으로 접속된다.One end and the other end of the
히터 몸체(334)는, 예를 들어, 원판 형상을 갖는 기판과 유사한 외관을 갖는다.The
본 발명의 일실시예에서, 히터 몸체(334)가 가열되어 아킹이 발생되는 것을 방지하기 위해 히터 몸체(334)는 폭에 비하여 길이가 긴 띠 형상을 갖고, 히터 몸체(334)는 지그재그 형태로 절곡된 형상으로 형성된다.In an embodiment of the present invention, the
지그재그 형태로 절곡된 형상을 갖는 히터 몸체(334)의 전체적인 형상은 기판과 유사한 형상을 갖는다.The overall shape of the
지그재그 형상으로 절곡된 띠 형상으로 히터 몸체(334)를 형성함으로써, 히터 몸체(334)는 도 4에 정의된 폭 방향의 열팽창 보다 길이 방향의 열 팽창이 크게 되고 이로 인해 히터 몸체(334)가 폭 방향으로 상호 접촉되어 발생되는 히터 몸체(334)의 손상을 방지할 수 있다.By forming the
본 발명의 일실시예에서, 히터 몸체(334)의 상기 공간의 간격이 최소 10mm 이상이 되도록 함으로써 히터 몸체(334)의 열팽창에 따른 파손을 방지할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the spacing of the spaces of the
히터 유닛(330)에서 발생된 열을 이용하여 기판 서포터(320)에 배치된 기판을 약 1,000℃ ~ 약 2,000℃의 온도로 가열할 경우, 히터 유닛(330)을 고정 또는 지지하는 기판 서포터(320)의 일부가 초고온에 의하여 손상될 수 있다.When the substrate placed on the
도 2를 다시 참조하면, 프로세스 챔버(310)의 내부에서 이질적인 2 개의 공정을 각각 진행하기 위해서 기판 서포터(320)에 배치되어 히터 유닛(330)에 의하여 가열되는 기판은 공정 시간 동안 균일한 온도를 유지해야 한다.Referring again to FIG. 2, a substrate disposed in the
그러나, 일반적으로 일정 시간 동안 기판 서포터(320)에 배치된 기판의 온도를 일정하게 유지하기는 매우 어려운데, 이는 프로세스 챔버(310)의 소재, 크기 및 프로세스 챔버(310)의 열전달률 등이 주요 원인이다.However, it is generally difficult to keep the temperature of the substrate placed on the
한편, 프로세스 챔버(310)에 의한 열손실을 방지하기 위해서 프로세스 챔버(310)의 내벽에 난연성 단열재와 같이 열전달이 낮은 소재를 배치할 경우, 단열재가 고온에 의하여 손상되거나 기판 서포터(320)에 배치된 기판의 온도가 오히려 급속히 상승되어 기판의 온도 균일성이 낮아질 수 있다.In order to prevent heat loss by the
프로세스 챔버(310)의 내부에 배치된 기판의 온도를 일정 시간 동안 일정하게 유지하기 위해서는 히터 유닛(330)으로 제공되는 전원의 세기를 기판의 온도에 대응하여 정밀하게 제어하는 방법이 사용될 수 있지만 히터 유닛(330)에서 발생되는 열을 정밀하게 제어하기는 쉽지 않으며, 특히 기판을 약 1,000℃ ~ 약 2,000℃의 고온으로 가열할 경우 특히 히터 유닛(330)에서 발생되는 열을 정밀하게 제어하기 쉽지 않다.In order to maintain the temperature of the substrate placed inside the
본 발명의 일실시예에서는 프로세스 챔버(310)의 내부에 배치된 기판의 온도를 요구되는 공정 시간 동안 일정하게 유지하기 위하여 히터 유닛(330)으로부터 발생되어 기판을 가열한 열의 일부는 가두어 보온하고 히터 유닛(330)으로부터 발생된 열의 일부는 프로세스 챔버(310)로 제공하여 방열시켜 열적 균형을 맞춰 기판의 온도를 일정하게 유지한다.In an embodiment of the present invention, a portion of the heat generated from the
이를 구현하기 위하여 프로세스 챔버(310)는 제1 기판 온도 유지 유닛(340) 및 제2 기판 온도 유지 유닛(360)을 포함한다.To implement this, the
도 5는 도 2의 'A' 부분 확대도이다.5 is an enlarged view of a portion 'A' in FIG.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실예에서 제1 기판 온도 유지 유닛(340)은 앞서 설명된 가스 노즐 유닛(315)에서 분사된 가스가 균일하게 기판으로 제공되도록 하여 기판에 균일한 박막이 형성될 수 있도록 한다.Referring to FIGS. 2 and 5, in one embodiment of the present invention, the first substrate
이에 더하여 제1 기판 온도 유지 유닛(340)은 히터 유닛(330)에 의하여 약 1,000℃ 내지 약 2,000℃의 온도로 가열된 기판의 온도를 공정 시간 동안 일정하기 유지하기 위하여 기판의 열의 일부는 가두어 보온하고 기판의 열의 일부는 프로세스 챔버(310)로 전달한다.In addition, the first substrate
본 발명의 일실시예에서, 제1 기판 온도 유지 유닛(340)는 가스 제공 장치(100)로부터 프로세스 챔버(310)로 가스를 도입하는 가스 노즐 유닛(315) 및 로드락 유닛(200)과 연결된 부분을 제외하고는 프로세스 챔버(310)를 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.The first substrate
제1 기판 온도 유지 유닛(340)은 제1 벽(342), 제2 벽(344) 및 몰리브덴 벽(346)를 포함한다.The first substrate
본 발명의 일실시예에서, 제1 벽(342)은 프로세스 챔버(310)의 내측면과 마주하게 배치되며, 제1 벽(342)은 프로세스 챔버(310)의 내측면에 대하여 소정 간격 이격된 위치에 배치될 수 있다.The
본 발명의 일실시예에서, 제1 벽(342)은 금속 소재, 예를 들어, 스테인리스 스틸 소재로 제작될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
제2 벽(344)은 제1 벽(342)의 내측에 배치되며, 제2 벽(344)은 제1 벽(342)을 감싸는 형상으로 형성된다. 제2 벽(344)은 제1 벽(342)에 대하여 일정 간격 이격된 위치에 배치될 수 있다.The
본 발명의 일실시예에서, 제2 벽(344)은 금속 소재로 제작될 수 있고, 제2 벽(344)은 제1 벽(344)에 대하여 이격되게 배치된다. 제2 벽(344)는, 예를 들어, 스테인리스 스틸 소재로 제작될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
몰리브덴 벽(346)은 제2 벽(344)의 일측면에 배치되며, 몰리브덴 벽(346)는 기판으로부터 발생된 열을 가두어 보온성을 향상시킨다.The
본 발명의 일실시예에서, 제1 벽(342) 및 제2 벽(344)은 기판으로부터 발생된 열의 일부를 프로세스 챔버(310)로 전달하는 역할을 하고, 몰리브덴 벽(346)은 기판으로부터 발생된 열을 가두어 보온 및 기판이 지정된 온도로 충분히 가열될 수 있도록 한다.The
본 발명의 일실시예에서는 제2 벽(344)의 외측에 몰리브덴 벽(346)을 배치함으로써 프로세스 챔버(310) 내부의 초저압 및 초고온 환경에서 승화 가스인 아르곤 가스에 의하여 제2 벽(344)이 승화되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
한편, 제1 기판 온도 유지 유닛(340)에 의하여 로드락 유닛(200)과 연결되는 부분에는 로드락 유닛(200)으로부터 기판이 로딩 또는 언로딩될 수 있도록 개구(309)가 형성되는데, 이 개구(309)에 의하여 가스 노즐(315)을 통해 유입된 가스의 일부가 개구(309)에 의하여 기판으로 불균일하게 제공될 수 있다.An
예를 들어, 개구(309)에 의하여 기판 중 개구(309)와 인접한 부분에 형성되는 박막의 두께 및 기판 중 개구(309)의 반대쪽과 부분에 형성되는 박막의 두께가 서로 다를 수 있다.For example, the thickness of the thin film formed at the portion of the substrate adjacent to the
이와 같은 박막의 두께 불균일을 해소하기 위해서, 제1 기판 온도 유지 유닛(340) 중 개구(309)와 대응하는 부분에는 개구(309)를 개방 또는 폐쇄하는 게이트 유닛(350)이 배치된다.A
게이트 유닛(350)은 게이트(352), 몰리브덴 시트(354) 및 구동 유닛(356)을 포함한다.The
게이트(352)는 프로세스 챔버(310) 중 로드락 유닛(200)과 연통되는 개구(309)와 대응하는 위치에 형성되며, 게이트(352)는 개구(309)의 사이즈 보다 큰 사이즈로 형성된다. 게이트(352)는 개구(309)를 개방 또는 폐쇄한다.The
몰리브덴 시트(354)는 게이트(352)와 대응하는 부분의 온도가 다른 부분의 온도 대비 편차가 발생되는 것을 방지하기 위해 게이트(352)의 내측면에 배치된다. 몰리브덴 시트(354)는 열차단 기능, 열누설 방지 기능 및 승화 방지 기능을 수행한다.The
본 발명의 일실시예에서, 게이트(352) 및 몰리브덴 시트(354)는 가스 노즐 유닛(315)으로부터 제공된 가스가 안정적으로 기판으로 제공될 수 있도록 한다.In one embodiment of the present invention, the
구동 유닛(356)은 게이트(352)에 연결되어 게이트(352)를 프로세스 챔버(310)의 내부에서 구동하여 게이트(352)가 개구(309)를 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 한다.The driving
도 6은 도 2에 도시된 'B'부분 확대도이다.6 is an enlarged view of a portion 'B' shown in FIG.
도 2 및 도 6을 참조하면, 프로세스 유닛(310)은 제2 기판 온도 유지 유닛(360)을 포함한다.Referring to Figs. 2 and 6, the
제2 기판 온도 유지 유닛(360)은, 예를 들어, 기판 서포터(320)에 결합된다. 제2 기판 온도 유지 유닛(360)은 기판으로부터 방열되는 열의 일부는 보온하고 기판으로부터 방열된 열의 일부는 제1 기판 온도 유지 유닛(340)으로 전달하여 기판이 지정된 온도로 쉽게 가열된 후 기판이 지정된 온도를 특정 시간 동안 유지할 수 있도록 한다.The second substrate
이에 더하여, 제2 기판 온도 유지 유닛(360)은 기판으로 제공되는 가스의 흐름을 안정시켜 기판에 형성되는 박막의 두께 균일성을 향상시키는 역할을 한다.In addition, the second substrate
본 발명의 일실시예에서, 제2 기판 온도 유지 유닛(360)은, 예를 들어, 3겹으로 이루어지진 몰리브덴 통을 포함하며, 제2 기판 온도 유지 유닛(360)을 이루는 3겹의 몰리브덴 통은 상호 접촉되거나 상호 소정 간격 이격될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second substrate
비록 본 발명의 일실시예에서, 제2 기판 온도 유지 유닛(360)이 3겹으로 이루어진 것이 도시 및 설명되고 있지만 제2 기판 온도 유지 유닛(360)은 4겹으로 이루어져도 무방하다.Although in the embodiment of the present invention, the second substrate
도 7은 도 1에 도시된 박막 형성 장치를 이용하여 서로 다른 제1 공정 및 제2 공정을 수행하는 방법을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart showing a method of performing different first and second processes using the thin film forming apparatus shown in FIG.
도 2 및 도 7을 참조하면, 제1 공정, 예를 들어, 그래핀 에픽텍셜 성장 공정을 수행하기 위해서는 먼저 프로세스 유닛(300)의 내부에 제1 공정 환경을 세팅한다. (단계 S10)Referring to FIGS. 2 and 7, in order to perform the first process, for example, the graphene epitaxial growth process, a first process environment is first set inside the
예를 들어, 프로세스 유닛(300)의 내부에 배치된 기판 서포터(320)에 배치된 히터 유닛(330)을 가동하여 프로세스 유닛(300)의 프로세스 챔버(310)의 내부에 배치된 기판의 온도는 1,000℃ 내지 2,000℃의 사이로 조정한다.For example, the temperature of the substrate placed inside the
이와 함께, 프로세스 유닛(300)에 연결된 압력 조절 유닛(400)을 구동하여 프로세스 유닛(300)의 프로세스 챔버(310)의 내부의 압력은 기 설정된 공정 압력으로 조절된다.At the same time, the
이어서, 로드락 유닛(200)으로부터 탄화규소 박막이 이미 형성된 기판이 언로딩되고, 탄화 규소가 형성된 기판은 프로세스 유닛(300)의 프로세스 챔버(310) 내부로 로딩된다.(단계 S20)Subsequently, the substrate on which the silicon carbide thin film has already been formed is unloaded from the
기판이 기판 서포터(320)의 상부에 고정되면 제1 공정을 수행한다. (단계 S30)When the substrate is fixed to the upper portion of the
구체적으로, 가스 제공 장치(100)의 제1 가스 제공 유닛(130)의 아르곤 가스 제공 유닛(132)으로부터 아르곤 가스가 프로세스 챔버(310)의 내부로 제공되고, 아르곤 가스에 의하여 기판에 형성된 탄화 규소에 포함된 실리콘(Si)이 승화되어 실리콘은 기판으로 제거되고, 기판에는 고순도의 탄소만 남게 된다.Specifically, argon gas is supplied from the argon
아르곤 가스 제공 유닛(132)으로 프로세스 챔버(310)로 아르곤 가스를 제공할 때 수소 가스 제공 유닛(134)로부터 프로세스 챔버(310)로 수소 가스가 제공되고 수소 가스를 이용해 기판의 표면은 클리닝될 수 있다.The hydrogen gas is supplied from the hydrogen
프로세스 챔버(310) 내부에 배치된 기판 상에 고순도 탄소가 얇은 두께로 형성된 후, 탄소는 결정 성장되어 기판 상에는 단층 그래핀이 형성된다. 탄화 규소로부터 형성된 단층 그래핀을 포함하는 기판은 로드락 유닛에 의하여 프로세스 챔버(310)로부터 언로딩된다.After the high purity carbon is formed on the substrate disposed inside the
이어서, 프로세스 유닛(300)의 프로세스 챔버(310)의 내부에는 새로운 제2 공정을 수행하기 위한 제2 공정 환경이 세팅된다.(단계 S40)Then, a second process environment for performing a new second process is set in the
이때, 제2 공정 환경은 프로세스 챔버(310) 내부의 공정 온도 및 공정 압력을 포함할 수 있다.The second process environment may include process temperatures and process pressures within
이후, 로드락 유닛(200)으로부터는 탄화 규소가 형성될 새로운 기판이 프로세스 챔버(310)의 내부에 배치된 기판 서포터(330) 상에 배치된다.Thereafter, a new substrate from which the silicon carbide is to be formed is placed on the
이후, 가스 제공 장치(100)의 제2 가스 제공 유닛(160)으로부터 실란 가스 및 메탄 가스가 제공되어 프로세스 챔버(310)의 내부에서 기상 화학 반응한 후 생성된 고형 물질인 탄화 규소는 기판 상에 증착되고, 기판 상에는 탄화 규소 박막이 형성된다. (단계 S60)Silicon carbide, which is a solid material produced after the gas phase chemical reaction in the
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 서로 다른 2 개의 공정이 하나의 장비에서 각각 진행될 수 있고, 서로 다른 2개의 공정을 하나의 장비에서 진행 될 때 일정 시간 동안 기판이 일정온도를 유지하도록 하여 박막의 품질을 향상시킬 수 있고, 약 1,000℃에서 약 2,000℃의 초고온의 공정 온도를 형성하는 히터의 파손을 방지할 수 있는 등 다양한 효과를 갖는다.As described above in detail, two different processes can be performed in one apparatus. When two different processes are performed in one apparatus, the substrate is maintained at a constant temperature for a predetermined time, And it is possible to prevent breakage of the heater which forms the processing temperature of ultra-high temperature of about 2,000 DEG C at about 1,000 DEG C, and so on.
비록 본 발명의 일실시예에서는 프로세스 챔버 내부에 히터 유닛이 1개 배치된 것이 설명되고 있지만, 이와 다르게 히터 유닛이 기판의 하부 및 기판의 상부에 각각 2개가 배치되어도 무방하다. 이때 기판에 가스를 제공하기 위하여 가스 제공 유닛은 2개의 히터 유닛들 사이에 배치될 수 있다.In the embodiment of the present invention, one heater unit is disposed inside the process chamber. Alternatively, two heater units may be disposed on the bottom of the substrate and two on the top of the substrate, respectively. Wherein the gas providing unit may be disposed between the two heater units to provide gas to the substrate.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments disclosed in the drawings are merely examples of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (10)
상기 프로세스 유닛 내부로 공정 가스를 제공하는 가스 제공 장치;
상기 프로세스 챔버 내부에 배치되고 상기 기판 서포터로부터 이격된 위치에 배치되며, 상기 기판으로부터 방열된 열의 일부는 가두어 보온하고 상기 기판으로부터 발생된 열의 일부는 방열하여 상기 기판의 온도를 일정하게 유지하는 제1 기판 온도 유지 유닛; 및
상기 제1 기판 온도 유지 유닛의 내측에 배치되며 상기 기판 서포터의 상면에 결합되어 가열된 상기 기판으로부터 방열되는 열의 일부는 보온하고 상기 기판으로부터 방열된 열의 일부는 상기 제1 기판 온도 유지 유닛으로 전달하여 상기 기판의 온도를 일정하게 유지시키는 제2 기판 온도 유지 유닛을 포함하며,
상기 히터 유닛은 전극 및 상기 전극에 결합된 히터 몸체를 포함하며,
상기 제2 기판 온도 유지 유닛은 3겹으로 이루어진 몰리브덴 통을 포함하며, 상기 제2 기판 온도 유지 유닛 중 안쪽에 배치된 제2 기판 온도 유지 유닛은 상기 기판 서포터의 상면으로부터 상기 히터 몸체의 상면까지 측정한 높이보다 높은 제1 높이로 형성되고, 바깥쪽에 배치된 나머지 2겹의 제2 기판 온도 유지 유닛은 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이로 형성되어 상기 기판의 열의 보온 및 방열이 함께 수행되어 상기 기판의 온도를 일정하게 유지시키며,
상기 제2 기판 온도 유지 유닛은 상기 기판으로 제공되는 공정 가스의 흐름을 안정시켜 상기 기판에 형성되는 박막의 두께 균일성을 향상시키는 박막 형성 장치.A process unit including a process chamber for forming a process environment, a substrate supporter disposed within the process chamber, and a heater unit for heating a substrate disposed on the substrate supporter;
A gas supply device for supplying a process gas into the process unit;
A first substrate disposed within the process chamber and spaced apart from the substrate supporter, a portion of the heat radiated from the substrate is kept warm and a portion of the heat generated from the substrate is radiated to maintain a constant temperature of the substrate, A substrate temperature holding unit; And
A part of the heat which is disposed inside the first substrate temperature holding unit and is coupled to the upper surface of the substrate supporter so as to heat the substrate from the heated substrate and that is partially radiated from the substrate is transferred to the first substrate temperature holding unit And a second substrate temperature holding unit for keeping the temperature of the substrate constant,
Wherein the heater unit includes an electrode and a heater body coupled to the electrode,
Wherein the second substrate temperature holding unit includes a triple-layer molybdenum tube, and the second substrate temperature holding unit disposed inside the second substrate temperature holding unit measures from the upper surface of the substrate supporter to the upper surface of the heater body Wherein the second substrate temperature holding unit is formed at a first height higher than the first height and the remaining second substrate temperature holding unit is disposed at a second height lower than the first height, Maintaining the temperature of the substrate constant,
Wherein the second substrate temperature maintaining unit stabilizes the flow of the process gas provided to the substrate to improve the uniformity of the thickness of the thin film formed on the substrate.
상기 제1 기판 온도 유지 유닛는 상기 프로세스 챔버와 인접하게 배치된 제1 벽, 상기 제1 벽 내측에 배치된 제2 벽 및 상기 제2 벽의 외측면에 형성된 몰리브덴 벽을 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first substrate temperature holding unit comprises a first wall disposed adjacent to the process chamber, a second wall disposed within the first wall, and a molybdenum wall formed on an outer surface of the second wall.
상기 프로세스 유닛은 상기 제1 기판 온도 유지 유닛에는 개구를 개방 또는 폐쇄하는 게이트 유닛을 포함하며,
상기 게이트 유닛은 판 형상을 갖고 상기 제2 기판 온도 유지 유닛과 마주하는 몰리브덴 시트가 배치된 게이트 및 상기 게이트를 이송하는 구동 유닛을 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the process unit includes a gate unit for opening or closing an opening in the first substrate temperature holding unit,
Wherein the gate unit includes a gate having a plate shape and having a molybdenum sheet facing the second substrate temperature holding unit, and a drive unit for transferring the gate.
상기 히터 몸체는 폭보다 긴 길이를 갖고 길이 방향을 따라 지그재그 형태로 배치된 띠 형상으로 형성되어 열팽창에 의하여 상호 접촉되는 것을 방지한 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the heater body has a length longer than a width and is formed in a zigzag shape along the longitudinal direction to prevent mutual contact due to thermal expansion.
상기 가스 제공 장치는 기판에 형성된 탄화규소(SiC)막에 포함된 실리콘(Si)이 승화된 후 잔류된 탄소가 결정화하여 상기 기판에 그래핀 박막을 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버로 제공되는 승화 가스를 포함하는 제1 가스 제공 유닛 및 기판에 탄화 규소(SiC) 박막을 증착하기 위해 실란(SiH4) 가스 및 메탄(CH4) 가스를 상기 프로세스 챔버로 제공하는 제2 가스 제공 유닛을 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
The gas providing apparatus may further comprise a sublimation gas supplied to the process chamber to crystallize the residual carbon after the silicon (Si) contained in the silicon carbide (SiC) film formed on the substrate is sublimated and form a graphene thin film on the substrate And a second gas supply unit for providing a silane (SiH4) gas and a methane (CH4) gas to the process chamber for depositing a silicon carbide (SiC) thin film on the substrate.
상기 제1 가스 제공 유닛은 상기 기판을 클리닝하기 위해 상기 프로세스 챔버로 제공되는 클리닝 가스를 포함하는 박막 형성 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the first gas providing unit comprises a cleaning gas provided to the process chamber for cleaning the substrate.
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