KR100703087B1 - 다중 기판의 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

Abstract

기판에 화학 기상 증착을 하기 위한 다중 기판의 화학 기상 증착 장치가 제공된다.

본 발명은, 기체 유입구와 기체 배출구가 형성된 챔버; 기판과, 상기 기체 유입구를 통하여 유입되는 기체와의 반응 온도를 조절하기 위한 가열 수단; 상기 챔버의 내부에서 회전 가능한 회전판을 구비하고, 상기 회전판 상에는 기판이 각각 배치된 다수의 디스크 수단들을 구비하며, 상기 회전판의 회전을 통하여 상기 기판에 공전을 부여하는 기판 공전 수단; 상기 기판 공전 수단의 회전에 의하여 상기 회전판 상에서 상기 디스크 수단을 각각 회전시켜 상기 디스크 수단 상의 각각의 기판에 자전을 부여하도록 된 기판 자전수단; 및 상기 기판 공전 수단 및 기판 자전 수단에 각각 별도의 구동력을 부여하는 구동수단;을 포함하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 반응기 내의 고온의 증착 막 성장 조건하에서도 여러 장 배치된 기판의 공전 및/또는 자전을 각각 별개로 또는 동시에 할 수 있고, 그에 따라서 기판의 증착 품질을 우수하게 하는 효과를 얻는다.

기판의 공전 및 자전, 화학 기상 증착 장치, CVD, 기판 공전 수단, 기판 자전수단

Description

다중 기판의 화학 기상 증착 장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus for Multiple Substrates}

도1의 a),b)는 종래 기술의 일례에 따라서 유성기어를 이용한 화학 기상 증착 장치의 중요 부를 도시한 도면으로서,

a)도는 평 단면도, b)도는 종 단면도.

도2의 a),b)는 종래 기술의 다른 예에 따라서 기어 열(gear train)을 이용한 화학 기상 증착 장치의 중요 부를 도시한 도면으로서,

a)도는 평 단면도, b)도는 종 단면도.

도3은 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치를 도시한 종 단면도.

도4는 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치에 구비된 기판 공전 수단및 기판 자전수단을 상세히 도시한 확대 단면도.

도5는 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치의 상세도로서,

a)도는 회전판의 상세도, b)도는 고정판의 상세도.

도6은 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치에 구비된 관통 콘넥터와 구동수단을 상세히 도시한 확대 단면도.

도7은 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치에서 기판의 공전만을 이루는 제1 모드 동작을 도시한 설명도.

도8은 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치에서 기판의 자전만을 이루는 제2 모드 동작을 도시한 설명도.

도9a) 내지 9d)는 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치에서 기판의 공전 및 자전 동작을 단계적으로 도시한 설명도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1.... 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치

5.... 기판 10.... 챔버(Chamber)

12.... 기체 유입구 14.... 기체 배출구

20.... 가열 수단 30.... 기판 공전 수단

32.... 회전판 32a....원형 구멍

34.... 디스크 수단 36.... 제1 회전축

38.... 제1 모터 수단 40.... 기판 자전수단

42.... 돌기 45.... 홈

46.... 고정판 48.... 제2 회전축

48a... 구멍 52.... 제2 모터 수단

60.... 관통 콘넥터 62a,62b... 제1 및 제2 축

70.... 구동수단 72a,72b... 베벨 기어 쌍

100,200.... 종래의 기상 증착 장치 106.... 기판 홀더

110.... 유성기어 120.... 둥근 내접원 기어

130.... 기판 210.... 반응기

212.... 제1모터 216.... 기판 지지대

220.... 서셉터(suscepter) 222.... 둥근 원 기어

224.... 제2모터 230.... 선 기어(Sun Gear)

본 발명은 기판상에 고온의 화학 기상 증착을 이루는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 여러 기판의 전면에 화학 기상 증착을 형성하는 경우, 기판의 공전만을 이루거나, 기판의 자전만을 이루거나 또는 기판의 공전 및/또는 자전을 동시에 이루어 기판상에 균일한 막의 성장을 이룰 수 있는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Phase Deposition)은 여러 가지 기판상에 다양한 결정막을 성장시키는 데 주요한 방법으로 사용되고 있다. 일반적으로 액상 성장법에 비해, 성장시킨 결정의 품질이 뛰어나지만, 결정의 성장 속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이것을 극복하기 위해 한 번의 성장 싸이클에서 여러 장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.

그러나, 상기와 같이 여러 장의 기판상의 동시에 막을 성장시키는 경우, 각 기판상에서 성장한 결정 막에 대하여 동일한 품질을 보장하기 위해서는, 각 기판의 온도와 여러 기판상의 반응 기체의 흐름을 동일하게 유지해야 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 방법으로는, 여러 개의 주입 관을 사용하여 각 기판상의 가스 흐름을 비슷하게 하는 방법, 또는 여러 기판을 하나의 회전축을 중심으로 방사상으로 배열하고 전체의 기판을 동일 축 상에서 회전시키는 방법(공전)과, 각각의 기판을 독립적으로 회전(자전)시키는 방법 등이 있으며, 이러한 종래의 방식은 때로는 개별적으로, 때로는 복합적으로 사용되었다.

그렇지만, 여러 기판을 하나의 회전축 상에 배열하고, 반응 가스 중 최소 하나 이상의 가스가 회전축 상에서 방사상으로 퍼져나가는 형태의 구조에서는, 기판 전체를 동시에 회전(공전)시킴으로써 반응 기체의 분포를 회전축을 중심으로 동심원상에 위치시켜 가스의 흐름을 동일하게 유지할 수 있으나, 하나의 기판상에서 회전축 상에 가까이 놓인 부분과 먼 부분 사이에서 일어나는 반응 기체의 농도의 차를 피할 수 있는 방법은 없는데, 이 경우 여러 기판들을 각각 그 중심축을 기준으로 하여 회전(자전)시키는 것이 좋은 해결 방법이 된다.

또한, 이러한 기상 증착에는 일반적으로 주입 가스가 기판상에서 반응하기 위하여 기판을 고온의 성장 온도로 유지하는 것이 필요한데, 이에 따라 기판의 지지부도 또한 고온으로 유지하는 것이 필요하다. 그렇지만, 이러한 온도 유지 조건은 각각의 기판의 공전 및 자전을 동시에 실행하는 데 있어 여러 가지 어려움을 야기한다. 그리고, 고온에서는 일반적으로 많이 사용되는 금속 물질에 기인하여 기어 구조를 사용하는 데에는 많은 제약이 수반되고 그에 따라서 구체적으로 실현되기 힘들다.

이와 관련된 종래의 기술이 도 1에 도시되어 있다. 이는 한국등록특허 제10-0448180호에 관한 것으로서, 이와 같은 종래의 기상 증착 장치(100)는 반응기 내에서 모터(미도시) 등에 의해서 회전 구동되는 하나의 기판 홀더(106)가 구비되며, 상기 기판 홀더(106)의 상부 면에는 다수의 유성기어(110)들이 회전가능하도록 배치되며, 상기 유성기어(110)들의 치차는 상기 기판 홀더(106)의 테두리를 따라서 배치된 둥근 내접원 기어(120)에 맞물리도록 장착되는 구조이다.

그리고, 상기 유성기어(110)들의 상부 면에는 기상 증착하고자 하는 기판(130)들이 올려져서 회전되는 구조이다.

이와 같이 종래의 기술은 상기 기판 홀더(106)가 모터(미도시) 등에 의해서 회전되는 경우, 기재 홀더(106)의 회전과 더불어서 상기 유성기어(110) 상의 기판(130)들은 공전을 하고, 동시에 상기 유성기어(110)들이 둥근 내접원 기어(120)에 맞물려서 회전하므로 유성기어(110)의 자전이 이루어지며, 그에 따라서 기판(120)의 공전 및 자전이 동시에 이루어지는 구조를 갖는다.

그렇지만 이와 같은 종래의 기술은 기판(130)의 공전과 자전이 유성기어(110)와 둥근 내접원 기어(120)의 치차 비에 따라서 균일하게 이루어지므로, 기판의 공전 및 자전 수를 독립적으로 제어하여 각각의 기판(130)상에 원하는 박막의 화학 기상 증착을 이루기가 어렵다.

한편, 도 2에는 또 다른 종래의 기술이 도시되어 있다. 이는 일본공개특허 특개2004-241460호에 기재된 내용으로서, 이러한 종래의 장치(200)는 하부 측에 위치된 반응기(210) 내로 향하고, 제1모터(212)에 의해서 회전 구동되는 하나의 기판 지지대(216)가 구비되며, 상기 기판 지지대(216)의 표면에는 다수의 서셉터(suscepter)(220)들이 회전가능하도록 배치되며, 상기 서셉터(220)들은 그 상부측으로 둥근 원 기어(222)들을 각각 부착하고, 그 원 기어(222)들은 제2모터(224)에 의해서 회전되는 선 기어(Sun Gear)(230)들에 맞물리도록 장착되는 구조이다.

이와 같은 종래의 기술은 상기 제1모터(212)에 의해서 기판 지지대(216)가 회전되어 공전이 이루어지고, 기판 지지대(216)의 회전에 더불어서 제2모터(224)에 의해서 서셉터(220)들이 회전되면, 서셉터(220)의 자전이 이루어지며, 그에 따라서 상기 서셉터(220)에 각각 장착된 기판(240)의 공전 및 자전이 동시에 이루어지는 구조를 갖는다.

따라서, 이와 같은 종래의 기술은 기판(240)의 자전 및 공전을 동시에 이루거나, 또는 제1 및 제2 모터(212)(224)의 회전수를 달리하여 기판(240)의 자전과 공전을 다르게 조절할 수는 있지만, 이러한 구조는 제작하기 어렵고 선 기어(230)와 둥근 원 기어(222)들로 이루어지는 기어 열의 구성이 복잡한 것이어서 그 제작 이 어렵고 고가의 비용이 필요한 것이었다. 또한, 이와 같은 종래의 기술을 기판의 자전 및 공전을 각각 단독으로 이루고자 하는 경우에, 그 회전 모드의 조정이 쉽지 않은 기술적인 문제점도 갖는 것이다. 또한, 고온의 성장 조건을 유지하기 위하여, 기어 부분의 온도도 고온으로 올라가는 것을 막기 어려운데, 이와 같이 가혹한 환경에서 마모 등의 문제 없이 기어 동작을 유지할 수 있는 금속이나 세라믹 등의 물질을 구하는 데에도 어려움이 크다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 고온의 증착 막 성장 조건하에서도 여러 장의 기판의 공전만을 이루거나, 기판의 자전만을 이루거나 또는 기판의 공전 및 자전을 동시에 이루어 기판상에 균일한 막의 성장을 이룰 수 있는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치를 제공함에 제 1의 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 반응기 내의 압력 상태에 따라서 회전에 영향을 받지 않고, 각각의 기판의 질량 변화 등에 의해서도 기판의 회전에 차이를 발생시키지 않음으로써 기판 사이 및 기판 내에서의 기체 증착 막의 두께 및 조성의 균일도를 증가시켜 증착 품질이 우수한 기판을 제작할 수 있도록 된 다중 기판의 화학 기상 증착 장치를 제공함에 제 2의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

기체 유입구와 기체 배출구가 형성된 챔버;

기판과, 상기 기체 유입구를 통하여 유입되는 기체와의 반응 온도를 조절하기 위한 가열 수단;

상기 챔버의 내부에서 회전 가능한 회전판을 구비하고, 상기 회전판 상에는 기판이 각각 배치된 다수의 디스크 수단들을 구비하며, 상기 회전판의 회전을 통하여 상기 기판에 공전을 부여하는 기판 공전 수단;

상기 기판 공전 수단의 회전에 의하여 상기 회전판 상에서 상기 디스크 수단을 각각 회전시켜 상기 디스크 수단 상의 각각의 기판에 자전을 부여하도록 된 기판 자전수단; 및

상기 기판 공전 수단 및 기판 자전 수단에 각각 별도의 구동력을 부여하는 구동수단;을 포함하여 상기 기판의 증착 중에 회전을 이루도록 구성된 다중 기판의 화학 기상 증착 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(5)의 증착 중에 공전 및/또는 자전을 동시에 이루어 기체 증착 막의 두께 및 조성의 균일도를 증가시키도록 된 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는, 기체 유입구(12)와 기체 배출구(14)가 형성된 챔버(Chamber)(10)를 갖는다.

상기 챔버(10)의 외부에는 기판(5)에 화학적 증기(Chemical Vapor)를 제공하는 기체 공급수단(미도시)이 배치되고, 상기 기체 유입구(12)를 통하여 화학적 증기가 유입되며, 이는 기체 배출구(14)를 통하여 챔버(10)로부터 배출된다. 이러한 챔버(10)는 상기 기체 유입구(12)가 챔버(10)의 상부 또는 일 측방에 위치되고, 챔버(10)를 통하여 흐른 다음, 챔버(10)의 하부 또는 타 측방에 배치된 기체 배출구(14)를 통하여 외부로 배출되는 구조이다.

따라서, 바람직하게는 상기 챔버(10)는 한 가지 이상의 증착 기체가 챔버(10) 중앙의 회전판(32) 중앙으로부터 외주부분으로 흐르도록 기체 유입구(12)와 기체 배출구(14)가 형성된 것이다.

즉, 상기 기체 유입구(12)는 상기 챔버 상부면 중앙에 위치할 수 있다.

그리고, 상기 기체 배출구(14)는 상기 챔버 측면 하부에 위치할 수 있고, 또는 상기 챔버 하부 면에 위치할 수 있다.

또한, 상기 챔버(5)의 측면 상측에는 한가지 이상의 증착 기체가 상기 챔버 내부로 유입되도록 기체 유입구(12)가 형성되며, 상기 챔버 하부에 기체 배출부(14)가 형성된 구조일 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명은 상기 챔버(10) 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 증착 반응 온도로 유지함으로써 상기 기체로 부터 기판(5) 또는 웨이퍼 상에 증착이 이루어지도록 하는 유지하는 가열 수단(20)을 구비한다. 상기 가열 수단(20)은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사, 레이저 등이 있을 수 있으며, 이는 상기 챔버 (10)의 내,외부에 선택적으로 위치될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 가열수단(20)은 도 3에서 상기 챔버(10)의 외측과 상기 기판(5)의 하부에 모두 도시하였으나, 이는 어느 한 측만 형성하여도 상관없다.

또한, 본 발명은 상기 챔버(10)의 내부에서 상기 기판(5)에 공전을 부여하는 기판 공전 수단(30)을 구비한다. 상기 기판 공전 수단(30)은 상기 챔버(10)의 내부에서 회전 가능한 회전판(32)을 구비하고, 상기 회전판(32) 상에는 기판(5)이 상부에 각각 배치된 다수의 디스크 수단(34)들을 구비하며, 상기 회전판(32)의 회전을 통하여 기판(5)을 장착한 디스크 수단(34)들이 공전한다.

도 4 및 도 5에는 상기 기판 공전 수단(30)이 보다 상세히 도시되어 있다.

상기 기판 공전 수단(30)은 회전판(32)의 하부 면으로부터 제1 회전축(36)이 챔버(10)의 외측으로 밀봉 가능하게 연장되고, 상기 제1 회전축(36)은 이후에 설명되는 구동수단(70)의 제1모터수단(38)에 동력 전달 가능하게 연결되어 회전되는 구조이다.

그리고, 상기 디스크 수단(34)들은 회전판(32)의 중앙에 형성되는 제1 회전축(36)을 중심으로 동심원상에 배치되고, 그 각각은 원판들로 이루어지며, 또한 상기 디스크 수단(34)들은 상기 회전판(32)에 형성된 각각의 원형 구멍(32a) 내에서 회전 가능하도록 배치된다.

또한, 상기 회전판(32)의 원형 구멍(32a)에는 각각 상기 디스크 수단(34)이 안착되어 회전 가능한 단턱(32b)이 형성되며, 상기 단턱(32b)의 하부 측으로는 이후에 설명되는 기판 자전수단(40)의 돌기(42)가 상기 디스크 수단(34)의 원판 하부 면으로부터 연장되는 구조이다.

따라서, 상기 회전판(32)은 제1모터수단(38)의 작동으로 챔버(10) 내에서 회전되며, 상기 디스크 수단(34) 상에 배치된 기판(5)들은 상기 회전판(32)의 제1 회전축(36)을 중심으로 공전하는 것이다.

그리고, 본 발명은 상기 디스크 수단(34) 상의 각각의 기판(5)들이 공전하는 도중에 자전을 동시에 이루도록 하는 기판 자전수단(40)을 포함한다.

상기 기판 자전수단(40)은 상기 디스크 수단(34)의 하면 측으로부터 하향 연장되는 돌기(42)와, 상기 돌기(42)의 하단이 끼워져 활주 이동 안내되는 홈(45)이 상부 면에 형성된 고정판(46)을 포함한다. 그리고, 상기 고정판(46)은 바람직하게는 상기 회전판(32)의 하면에 밀착 배치되고, 상기 고정판(46)의 하부 면으로부터 제2 회전축(48)이 챔버(10)의 외측으로 밀봉 가능하게 연장되고, 상기 제2 회전축(48)은 중공형의 구조를 갖는 것으로서, 기판 공전수단(30)의 제1 회전축(36)을 감싸서 동축으로 연장되며, 상기 챔버(10)의 외측에서 이후에 설명되는 구동수단(70)의 제2모터수단(52)에 동력 전달 가능하게 연결되어 회전되는 구조이다.

이와 같이 제2 회전축(48)은 내부에 구멍(48a)을 형성하여 제1 회전축(36)이 동축으로 연장되도록 하고, 챔버의 하부 면에 마련된 관통 콘넥터(60)를 통하여 구 동수단(70)의 제1 및 제 2모터 수단(38)(52)에 각각 고정되도록 한다.

한편, 상기 관통 콘넥터(60)는 도 6에 상세히 도시된 바와 같이, 복수의 나란한 축이 벽면과 같은 물체를 밀봉가능하게 동축으로 관통시키도록 연결하는 연결구로서, 이는 상기 제1 회전축(36)과 제2 회전축(48)들에 각각 연결되는 복수의 축(62a)(62b)들을 내장하고, 그 복수의 축(62a)(62b)들이 챔버(10)의 외부에서 상기 구동수단(70)의 제1 및 제 2모터 수단(38)(52)에 각각 고정된다. 그리고, 상기 복수의 축(62a)(62b)들은 챔버(10)의 하부면에 밀봉 상태로 회전가능하게 연결되는 것으로서, 그 회전 중에 챔버(10) 내부의 밀봉 가스가 외부로 유출되지는 않는다.

이와 같은 관통 콘넥터(60)의 예로는 대한민국 Motech Vacuum Co.,Ltd.사에서 생산 및 판매되는 다축 형 관통(Feed through) 콘넥터로서 모델명 MRM-44-10-NN등이 사용 가능하다.

또한, 상기 고정판(46)의 상부 면에 형성된 홈(45)은 도 5b)에 도시된 바와 같이, 4 분할된 고정판(46) 상에서 각각 호형으로 휘어진 상태로 형성되고 이들이 서로 연결되어 하나의 연속된 트랙(Track)을 형성한다. 그리고, 이와 같은 홈(45)은 상기 디스크 수단(34)으로부터 하향 연장된 돌기(42)들이 홈(45)을 따라 이동하도록 배치되는 것이다.

따라서, 상기 기판 공전 수단(30)의 회전에 의하여 회전판(32)이 그 제1 회전축(36)을 중심으로 회전하면 상기 회전판(32)의 원형 구멍(32a) 내에 배치된 디스크 수단(34)들은 그 하면으로부터 연장된 돌기(42)들이 상기 홈(45)을 따라 이동 하면서 상기 회전판(32) 상에서 디스크 수단(34)의 회전을 이루는 것이다.

한편, 도 4 및 도 5에서는 상기 회전판(32)과 고정판(46)이 동일한 크기의 원판 구조를 갖는 것으로 도시되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 크기 및 형상을 가질 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명은 상기 기판 공전 수단 및 기판 자전 수단에 각각 별도의 구동력을 부여하는 구동수단(70)을 포함한다. 상기 구동수단(70)은 정,역회전이 가능한 서보 모터(servo motor) 등으로 이루어지는 제1 및 제 2모터 수단(38)(52)을 구비한 것으로서, 베벨기어 쌍(72a)(72b)들을 통하여 상기 제1 회전축(36)과 제2 회전축(48)들을 개별적으로 회전시키던가 또는 정지상태로 유지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는 기판(5)의 증착 중에 기판(5)의 공전 및/또는 자전을 동시에 이룰 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는 기판(5)들이 자전 없이 공전만 이루어지도록 하는 제1 모드와, 기판(5)들이 공전 없이 자전만 이루어지도록 하는 제2 모드 및, 기판(5)들이 자전과 공전을 동시에 이루도록 하는 제3 모드 들을 포함한다.

먼저, 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10) 내에서 회전판(32)에 마련된 다수개의 디스크 수단(34) 상에 다수개의 기판(5)들이 각각 올려져 배치되고, 상기 챔버(10)의 내부로 한 가지 또는 그 이상의 화학적 증기의 기체가 공급 및 배출되며, 동시에 가열 수단(20)에 의하여 상기 챔버(10) 내에서 일정 온도로 유지된다.

그리고, 제1 모드로 작동하고자 하는 경우, 상기 구동수단(70)은 도 7에서 도시된 바와 같이, 챔버(10)의 외측에 마련된 제1모터수단(38)의 작동으로 회전판(32)이 그 제1 회전축(36)을 중심으로 회전되도록 하고, 그와 동시에 상기 제2모터수단(52)이 동작되어 제2 회전축(48)을 중심으로 고정판(46)을 상기 회전판(32)과 동일 속도로 회전시킨다. 따라서, 상기 회전판(32)의 하면에 밀착 배치된 고정판(46)은 회전판(32)과 동시에 동일속도로 회전되어 이들 간에는 상대적인 회전 차가 발생하지 않는다.

따라서, 상기 회전판(32) 상에 장착된 디스크 수단(34)들은 그 하부 측의 돌기(42)들이 고정판(46)의 홈(45) 내에 삽입된 상태로 유지되어 이동하지 않게 되고, 그에 따라서 상기 디스크 수단(34)들은 회전판(32)의 제1 회전축(36)을 중심으로 공전만을 하게 되는 것이다. 따라서, 상기 디스크 수단(34)에 장착된 기판(5)들은 공전만 하는 제1 모드로 동작하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는 상기 제2 모드로 작동하고자 하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 구동수단(70)은 챔버(10)의 외측에 마련된 제1모터수단(38)이 작동정지되어 회전판(32)은 정지상태로 유지된다. 그에 반하여 상기 제2모터수단(52)은 동작되어 제2 회전축(48)을 중심으로 고정판(46)을 회전시킨다. 따라서, 상기 회전판(32)과 고정판(46) 사이에서는 이들 간에 상대적인 회전 차가 발생한다.

이와 같은 경우, 상기 회전판(32) 상에 장착된 디스크 수단(34)들은 회전판(32)의 정지로 공전은 하지 않게 되며, 상기 디스크 수단(34) 하부 측의 돌기(42)들은 고정판(46)이 회전됨에 따라서 상기 고정판(46)의 홈(45) 내에 삽입된 상태에서 홈(45)을 따라 이동하게 된다. 그에 따라서 상기 디스크 수단(34)들은 회전판(32) 상에서 그 중심축(34a)을 기준으로 자전만을 하게 되는 것이다.

상기 디스크 수단(34)들의 회전방향은 제2모터수단(52)의 회전방향에 따라서 시계방향 또는 반 시계방향으로 자전하는 것이다.

따라서, 상기 디스크 수단(34)에 장착된 기판(5)들은 공전 없이 자전만 하는 제2 모드로 동작하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 다중 기판의 화학 기상 증착 장치(1)는 상기 제3 모드로 작동하고자 하는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 구동수단(70)은 챔버(10)의 외측에 마련된 제1모터수단(38)이 작동되어 회전판(32)은 공전상태로 유지된다. 또한, 상기 제2모터수단(52)은 작동정지되거나, 또는 상기 제1모터수단(38)의 회전속도와는 다른 속도로 동작 되어 제2 회전축(48)을 중심으로 고정판(46)을 정지 또는 회전시킨다. 따라서, 상기 회전판(32)과 고정판(46) 사이에서는 이들 간에 상대적인 회전 차가 발생한다.

즉, 상기 챔버(10)의 외측에 마련된 제1모터수단(38)의 작동으로 회전판(32)이 그 제1 회전축(36)을 중심으로 회전되면, 상기 디스크 수단(34) 상의 기판(5)들은 회전판(32)과 더불어서 상기 제1 회전축(36)을 중심으로 회전하여 공전하게 된다.

이는 도 9a) 내지 9d)에 도시된 바와 같이, 상기 회전판(32) 상의 어느 한 디스크 수단(34)(예를 들면, 빗금 친 디스크 수단(34))은 도 9a) 내지 9d)를 거치는 과정에서 회전판(32)에 의하여 반 시계 방향으로 대략 90°회전한다.

동시에 상기와 같이 회전판(32)이 그 제1 회전축(36)을 중심으로 회전하면, 상기 디스크 수단(34)의 돌기(42)들은 모두 회전판(32) 하부의 고정판(46)의 홈(45) 내에 삽입된 것들이므로 회전판(32)의 회전 중에 고정판(46)의 홈(45)들을 따라서 이동해 간다. 이와 같은 경우, 상기 홈(45)들은 각각 호형으로 형성되어 있기 때문에 상기 홈(45)을 따르는 돌기(42)들은 상기 디스크 수단(34)의 중심축(34a)을 기준으로 상기 홈(45)을 따라 이동하면서 상기 돌기(42)들의 위치가 디스크 수단(34)의 원주 방향으로 변화되는 과정을 겪게 된다.

예를 들면, 도 9a)에서는 디스크 수단(34)의 돌기(42)가 대략 90°방향을 지시하도록 배치되어 있지만, 도 9b)로 이동하면, 돌기(42)는 대략 135°방향을 지시하도록 배치되며, 도 9c)로 이동하면 돌기(42)는 대략 270°방향을 지시하도록 배치되고, 도 9d)로 이동하면 돌기(42)는 대략 0°방향을 지시하도록 배치된다.

이와 같이 상기 회전판(32)이 반시계 방향으로 그 제1 회전축(36)을 중심으 로 90°회전하면, 상기 디스크 수단(34)은 그 중심축(34a)을 기준으로 시계방향으로 대략 270°만큼 회전하여 각각 자전하는 것이다.

이와 같은 상기 디스크 수단(34)의 자전은 상기 돌기(42)가 호형의 홈(45)을 이동하면서 이루는 것으로서, 상기 회전판(32)이 연속 회전(기판의 공전)되면, 동시에 상기 디스크 수단(34)의 연속 회전(기판의 자전)이 이루어지는 것이다.

이와 같은 동작은 상기 고정판(46) 상에 형성된 홈(45)이 고정판(46)의 4 분할 영역(quadrant)에서 동일 형상으로 이루어지고, 이러한 홈(45)은 하나의 연속된 형태를 갖기 때문에 상기 디스크 수단(34) 상의 기판(5)은 공전과 동시에 연속적인 자전을 이루게 된다.

이와 같은 과정에서 상기 디스크 수단(34) 상의 기판(5)은 공전과 동시에 자전되면서 그 회전비를 다르게 할 수 있다. 즉, 상기 제2모터수단(52)은 작동정지되는 대신에 상기 제1모터수단(38)의 회전속도와는 다른 속도로 동작 되어 제2 회전축(48)을 중심으로 고정판(46)을 다른 속도로 회전시킨다. 따라서, 상기 회전판(32)과 고정판(46) 사이에서는 상대적인 회전 차가 발생하고, 이러한 회전 차를 이용하여 기판(5)의 공전회전수에 대한 자전회전수의 비를 조절할 수 있는 것이다.

따라서, 상기 디스크 수단(34)에 장착된 기판(5)들은 공전과 자전을 동시에 그 비율을 조절해 가면서 이루는 제3 모드로 동작하게 된다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 반응기 내의 고온의 증착 막 성장 조건하에 서도 여러 장 배치된 기판의 공전 및/또는 자전을 동시에 할 수 있고, 그에 따라서 기판의 증착 품질을 우수하게 할 수 있다.

그리고, 본 발명은 반응기 내의 기체 압력 상태에 따라서 기판의 회전에 영향을 받지 않고, 각각의 기판의 질량 변화 등에 의해서도 기판의 공전 및 자전에 차이를 발생시키지 않음으로써 항상 안정된 품질의 기판 증착을 이룰 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 기판상에는 이러한 공전 및 자전의 다양한 회전수 조절을 통한 균일한 품질의 증착 막이 형성되므로, 기판의 품질 향상은 물론 성장 속도를 빠르게 하여 제품 생산성을 높일 수도 있는 것이다.

상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 이는 단지 예시적으로 본 발명을 설명하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 이와 같은 특정 구조로 제한하려는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것 임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

Claims (17)

1. 기체 유입구와 기체 배출구가 형성된 챔버;

   기판과, 상기 기체 유입구를 통하여 유입되는 기체와의 반응 온도를 조절하기 위한 가열 수단;

   상기 챔버의 내부에서 회전 가능한 회전판을 구비하고, 상기 회전판 상에는 기판이 각각 배치된 다수의 디스크 수단들을 구비하며, 상기 회전판의 회전을 통하여 상기 기판에 공전을 부여하는 기판 공전 수단;

   상기 기판 공전 수단의 회전에 의하여 상기 회전판 상에서 상기 디스크 수단을 각각 회전시켜 상기 디스크 수단 상의 각각의 기판에 자전을 부여하도록 된 기판 자전수단; 및

   상기 기판 공전 수단 및 기판 자전 수단에 각각 별도의 구동력을 부여하는 구동수단;을 포함하여 상기 기판의 증착 중에 회전을 이루도록 구성되고,

   상기 기판 자전수단은 상기 디스크 수단의 하면 측으로부터 하향 연장되는 돌기와, 상기 돌기의 하단이 끼워져 활주 이동 안내되는 홈이 상부 면에 형성된 고정판을 포함하고, 상기 고정판의 하부 면으로부터 제2 회전축이 챔버의 외측으로 밀봉 가능하게 연장되어 회전되는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 기판 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 가열 수단은 RF 유도 가열장치인 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가열수단은 상기 챔버를 둘러싸도록 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 가열 수단은 저항 가열장치인 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 기판 공전 수단은 회전판의 하부 면으로부터 제1 회전축이 챔버의 외측으로 밀봉 가능하게 연장되어 회전되며, 상기 디스크 수단들은 상기 회전판에 형성된 각각의 구멍 내에 회전 가능하도록 배치된 것임을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 디스크 수단은 회전판의 중앙에 형성되는 제1 회전축을 중심으로 동심원상에 배치되는 원판들로 이루어지며, 상기 회전판의 구멍에는 각각 상기 디스크 수단이 안착되어 회전 가능한 단턱이 형성된 것임을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 고정판은 상기 회전판의 하면에 밀착 배치되고, 상기 고정판의 상부 면에 형성된 홈은 고정판 상에서 각각 호형으로 휘어진 상태로 형성되며, 서로 연결되어 하나의 연속된 트랙(Track)을 형성하는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 회전판과 고정판들은 동일한 크기의 원판 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 기판 공전 수단의 제1 회전축과, 상기 기판 자전수단의 제2 회전축은 상기 제2 회전축의 내부에 제1 회전축이 회전되는 동축 구조를 갖추고, 관통 콘넥터를 통하여 챔버의 하부 면에 밀봉 상태로 회전가능하게 연결되며, 상기 구동수단의 제1모터수단과 제2모터수단에 동력 전달 가능하게 연결되는 것임을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 구동수단의 제1 및 제 2모터 수단들은 베벨 기어 쌍들을 통하여 상기 제1 회전축과 제2 회전축들을 개별적으로 구동시키는 것임을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 챔버 내에는 한 가지 이상의 증착 기체가 상기 회전판의 중앙으로 부터 외주부분으로 흐르도록 기체 유입구와 기체 배출구가 형성된 것임을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 기체 유입구는 상기 챔버 상부면 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 기체 배출구는 상기 챔버 측면 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 기체 배출구는 상기 챔버 하부 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 측면 상측에는 한가지 이상의 증착 기체가 상기 챔버 내부로 유입되도록 기체 유입구가 형성되며, 상기 챔버 하부에 기체 배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 다중 기판의 화학 기상 증착 장치.

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