KR100667074B1 - 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치에 관한 것으로, 유도가열방식으로 소스 가스 가열부를 가열하여 반응챔버 내로 주입되는 소스 가스를 열 분해하여 박막을 증착함으로써 소스 가스 가열부의 면적을 감소시킬 수 있으므로 비교적 낮은 온도에서 공정을 실시하여 고온에 의한 열 손상을 방지할 수 있고, 상기 소스 가스 가열부 또는 기판을 이동하면서 박막을 형성하여 기판의 대면적화를 가능하게 하는 기술이다.
유도가열방식, 화학기상증착장치
Description
도 1은 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2 는 도 1의 유도가열방식이 적용된 가스 가열부를 상세하게 도시한 평면도.
도 3 은 도 2의 선A-A'에 따른 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 반응챔버 200 : 서셉터(susceptor)
210 : 기판 300 : 소스 가스 가열부
310 : 하우징 320 : 단열부재
330, 332 : 유도코일 340 : 가열부
350 : 확산판 400 : 소스 가스 주입구
본 발명은 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 특히 반응챔버 내로 주입되는 소스 가스를 유도가열방식에 의해 열 분해하여 박막을 증 착하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치에 관한 것이다.
박막을 형성하는 방법은 코팅, 인쇄법, 열증착법, 물리기상증착법 및 화학기상증착법 등 여러 가지 방법이 있다.
이러한 박막 형성방법 중에서도 가장 빈번히 사용되는 공정 중 하나가 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, 이하 'CVD'라 칭함)이다. CVD란 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 기판 상에 박막을 증착시키는 것으로, CVD 방식에는 상압 CVD 방식, 저압 CVD 방식 등이 있다.
일반적인 CVD 장치는 박막 증착 공정이 진행되는 반응챔버, 반응챔버의 소정부분에 설치되고 노즐들이 연통되어 박막 형성을 위한 소스 가스를 반응챔버의 내부에 균일하게 분사하는 분사헤드와 상기 분사헤드로부터 분사된 가스를 증착하기 위한 기판이 구비된다.
상기 소스 가스는 상기 반응챔버 내부로 유입되면서 가열되어 이온 형태 또는 플라즈마형태로 분해된 후 화학적 반응에 의해 기판 상부에 박막 형태로 증착된다. 상기 소스 가스는 주로 저항가열방식에 의해 분해된다.
그러나, 상기 저항가열방식은 공정 온도가 매우 높기 때문에 화학기상증착장치를 열 손상(thermal damage)시켜 수명을 저하시키는 등의 문제점이 있다. 또한, 상기 저항가열방식은 소스 가스를 열분해 할 수 있는 온도까지 상승시키는데 오랜 시간이 걸리고, 이를 유지하여야 하기 때문에 소비 전력이 증가하는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 소스 가스를 유도가열방식에 의해 분해하여 가스 가열부에 의한 열 손상을 방지할 수 있는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치를 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치는,
반응챔버와,
상기 반응챔버 상측에 구비되며, 외부로부터 상기 반응챔버 내부로 소스 가스를 주입하는 소스 가스 주입구와,
상기 반응챔버 내부의 상측에 구비되며, 상기 소스 가스 주입구에 연결되어 구비되어 유도가열방식에 의해 소스 가스를 열 분해하는 소스 가스 가열부와,
상기 반응챔버 내부의 하측에 구비되며, 상기 소스 가스 가열부로부터 분사되는 소스 가스를 증착하는 기판을 구비하는 서셉터로 이루어지고,
상기 소스 가스 가열부는 상부 및 하부가 개구된 하우징과, 상기 하우징 내측에 구비되는 단열부재와, 상기 단열부재 내측에 구비되는 유도코일과, 상기 유도코일 내측에 구비되며 상부가 개구되고 하부에 소스 가스를 분사시키는 확산판이 구비되는 가열부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치에 대하여 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치를 개략적 으로 도시한 단면도이고, 도 2 는 도 1의 유도가열방식이 적용된 소스 가스 가열부를 상세하게 도시한 평면도이며, 도 3 은 도 2의 선A-A'에 따른 단면도로서, 서로 연관지어 설명한다.
도 1을 참조하면, 반응챔버(100)의 상측에 외부로부터 소스 가스를 주입하기 위한 소스 가스 주입구(400)가 구비되고, 상기 소스 가스 주입구(400)로부터 유입된 소스 가스를 가열하기 위한 소스 가스 가열부(300)가 구비된다. 또한, 상기 반응챔버(100) 하부에 서셉터(200)가 구비되며, 상기 서셉터(200) 상부에는 상기 소스 가스를 이용하여 박막을 증착하기 위한 기판(210)이 구비된다. 이때, 상기 서셉터(200)는 상기 기판(210)을 가열하기 위한 별도의 가열수단이 더 구비될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 반응챔버(100) 내부에 구비되는 유도가열방식이 적용된 소스 가스 가열부(300)는 상부 및 하부가 개구된 하우징(310)과, 상기 하우징(310) 내부에 구비되며, 상기 하우징(310)과 같은 개구부를 갖는 단열부재(320)와, 상기 단열부재(320)의 내측에 구비되며, 서로 대향하여 구비되는 유도코일(330, 332)과, 상기 유도코일(330, 332) 내측에 구비되고, 상부는 개구되어 있고 하부는 격자 형태의 확산판(350)으로 이루어지는 가열부(340)로 이루어진다. 상기 소스 가스 가열부(300)는 직육면체형으로 도시되어 있으나, 원통형 등 여러 가지 형태로 이루어질 수 있다.
상기 하우징(310)은 과열되는 것을 방지하기 위하여 별도의 냉각부를 더 구비할 수 있다.
상기 단열부재(320)는 상기 가열부(340)로부터 발생되는 열이 외부로 방출되 는 것을 방지하여 가열 효율을 증가시키는 동시에 상기 하우징(310)이 과열되는 것을 방지한다.
상기 유도코일(330, 332)은 반응챔버(100) 외부의 전원에 연결되어 있다. 상기 유도코일(330, 332)에 전원을 인가하면 자기장이 발생하고, 그로 인하여 상기 가열부(340)에 전류가 유도되고, 자체 저항에 의해 상기 가열부(340)가 가열된다. 상기와 같은 방식은 성막하기 직전에 상기 가열부(340)를 반응가스가 열분해될 수 있는 온도까지 급속하게 증가시킬 수 있다.
상기 가열부(340)와 확산판(350)은 텅스텐 재질로 이루어지고, 서로 연결된 구조로 구성된다. 또한, 상기 가열부(340)의 형태는 원통형 및 직육면체형 등 여러 가지 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 확산판(350)은 상기 가열부(340)로 주입되어 열 분해된 소스 가스를 균일하게 분사시키는 역할과 열분해 효과를 극대화하기 위한 촉매 역할을 하며, 그 형태는 상기 가열부(340)의 형태에 따라 달라질 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치를 이용한 박막 형성방법에 대하여 간단하게 설명한다.
반응챔버(100) 내부의 서셉터(200) 상부에 기판(210)을 장착한다.
다음, 증착하고자하는 박막의 종류에 따른 공정 조건을 설정한다. 예를 들어, 상기 반응챔버(100) 내부의 온도 및 압력, 상기 서셉터(200)의 온도 등을 설정한다.
그 다음, 상기 소스 가스 가열부(300)의 유도코일(330, 332)에 전원을 인가 하고, 상기 소스 가스 주입구(400)를 통해 소스 가스를 주입시킨다. 이때, 상기 가열부(340)로 유입된 소스 가스는 상기 유도코일(330, 332)에 의해 발생된 자기장에 의해 가열된 가열부(340)에서 라디칼(radical) 형태로 분해되고, 상기 확산판(350)을 통해 분사된다. 상기 확산판(350)을 통해 분사된 소스 가스는 반응챔버(100) 내에서 화학반응을 이루며 기판(210) 상에 박막 형태로 증착된다. 이때, 상기 가열부(340) 및 확산판(350)은 텅스텐 재질로 이루어지며, 상기 소스 가스가 열 분해되는데 촉매 작용을 한다.
상기 기판(210) 상에 박막을 형성하는 동안 상기 소스 가스 가열부(300)는 증착방향에 대하여 이동할 수 있고, 상기 서셉터(200)가 이동할 수도 있다. 이는 대면적 기판 상에 박막 형성을 가능하게 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 반응 챔버 내부로 주입되는 소스 가스를 유도가열방식에 의해 열 분해함으로써 소스 가스 가열부의 면적을 감소시켜 비교적 낮은 온도에서 공정을 실시할 수 있으므로 고온에 의한 열 손상을 방지할 수 있고, 기판 또는 소스 가스 가열부를 이동시킬 수 있으므로 기판의 대면적화를 가능하게 하는 이점이 있다. 또한, 가열부 및 확산판이 텅스텐 재질로 이루어져 있으므로 소스 가스의 열분해 시 촉매 역할을 할 수 있는 이점이 있다.
Claims (9)
- 반응챔버와,상기 반응챔버 상측에 구비되며, 외부로부터 상기 반응챔버 내부로 소스 가스를 주입하는 소스 가스 주입구와,상기 반응챔버 내부의 상측에 구비되며, 상기 소스 가스 주입구에 연결되어 구비되어 유도가열방식에 의해 소스 가스를 열 분해하는 소스 가스 가열부와,상기 반응챔버 내부의 하측에 구비되며, 상기 소스 가스 가열부로부터 분사되는 소스 가스를 증착하는 기판을 구비하는 서셉터로 이루어지며,상기 소스 가열부가 이동 가능하거나 상기 서셉터가 이동 가능한 것을 특징으로 하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 소스 가스 가열부는 상부 및 하부가 개구된 하우징과, 상기 하우징 내측에 구비되는 단열부재와, 상기 단열부재 내측에 구비되는 유도코일과, 상기 유도코일 내측에 구비되며 상부가 개구되고 하부에 소스 가스를 분사시키는 확산판이 구비되는 가열부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 가열부와 확산판을 연결된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 가열부와 확산판은 텅스텐 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
- 삭제
- 제 2 항에 있어서,상기 가열부와 확산판은 박막 증착 시 촉매 역할을 하는 것을 특징으로 하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 소스 가스 가열부는 원통형 또는 직육면체 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 서셉터는 별도의 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도가열방식이 적용된 화학기상증착장치.
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