KR100767296B1 - 화학기상증착장치의 소스파우더 공급장치 - Google Patents

화학기상증착장치의 소스파우더 공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 화학기상증착장치에서 특히 대구경의 반도체기판이나 대면적의 유리기판을 배치식으로 다량으로 처리할 경우, 반응챔버에서 기판 공정처리를 위해 증발용기에서 소스파우더가 소진됨에 따라, 공정의 연속성을 유지시키기 위해 증발용기로 소스파우더를 충진시키는 화학기상증착장치의 소스파우더 공급장치가 제공된다.
이를 위한 본 발명은 증발용기와 별도로 소스파우더의 저장용기를 갖추어 증발용기에 이웃시켜 놓고, 소스파우더의 소진량을 모니터링 하여 소스파우더의 공급시점을 검출하고 그 공급시점에서 밸브수단을 통해 저장용기에 증발용기로 소스파우더가 공급되어 충진되도록 한 것이다.
상기 밸브수단은 저장용기로부터 증발용기로 소스파우더를 충진시키기 위하여 소스파우더를 연속적으로 배출시키며, 컨트롤유니트를 통하여 일정량을 공급하도록 구비된다.
또한, 저장용기와 증발용기를 연결하는 공급관에는 증발용기로부터 승화된 소스가스가 저장용기로 유입되거나 밸브수단을 폐색시키는 것을 방지시키기 위하여 개폐밸브가 매개된다.

Description

화학기상증착장치의 소스파우더 공급장치{Source-Powder Compensating Apparatus for Chemical Vapour Deposition System}
도 1 은 화학기상증착장치가 적용되는 배치식의 반도체 제조장치를 나타낸 개념도,
도 2 는 본 발명에 따른 소스파우더 공급장치의 개념도,
도 3 은 본 발명에 따른 소스파우더 공급장치의 각 실시예를 나타낸 개념설명도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 - 반응챔버, 2 - 히터장치,
3 - 가스공급장치, 4 - 가스배출장치,
5 - 보트, 6 - 승강장치,
7 - 스테이션, 8 - 엔드이펙터,
9 - 증발용기, 10 - 소스파우더,
12 - 저장용기, 14 - 투입관,
16 - 연속공급밸브, 18 - 회전구동장치,
20 - 운반홈, 22 - 투출구,
24 - 스크류이송구, 26 - 개폐밸브,
28 - 분배구, 30 - 컨트롤유니트,
32 - 소스파우더 소진감지부, 34 - 공정상태 감지부,
본 발명은 화학기상증착장치에서 특히 대구경의 반도체기판이나 대면적의 유리기판을 배치식으로 다량으로 처리할 경우, 반응챔버에서 기판 공정처리를 위해 증발용기에서 소스파우더가 소진됨에 따라, 공정의 연속성을 유지시키기 위해 증발용기로 소스파우더를 충진시키는 화학기상증착장치의 소스파우더 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 어떤 하나의 물리량을 다른 물리량으로 변환하는 기능을 부여하는 기능성 재료의 개발은 고도의 기술과 관련되어, 각종 소재가 박막의 형태로 여러 가지 목적에 응용되게 되었고, 박막의 형성은 기능성으로서 경도, 내부식성, 열전도성이 요구되거나 전기적, 광학적 성질을 중요시하는 경우가 첨단산업 기술면에 크게 부각되고 있다.
여기서, 박막형성의 대표적 방법으로 화학기상증착(CVD:Chemical Vapour Deposition)이 있으며, 이는 기체상태의 화합물을 가열된 모재표면에서 반응시켜 생성물을 모재표면에 증착시키는 방법으로, 특히 반도체나 이것이 응용되는 평판표시기판(예를 들어 LCD,PDP) 등의 생산공정에서는 매우 중요한 단위공정이다.
예시도면 도 1 은 화학기상증착장치로서 예를 들어 실리콘 박막을 반도체기 판에 증착시키기 위한 반도체 제조장치를 나타내고 있으며, 다수의 기판을 처리하기 위한 배치(Batch)방식의 공정장치를 나타내고 있다.
상기 박막의 미세구조와 성장결과는 성장계면위에서 핵생성과정과 표면확산에 의해서 결정되고 기판온도,반응기 압력,가스조성에 의해서 영향을 받으며, 이에 따라 반도체 제조장치는 크게 공정공간을 제공하는 반응챔버(1)와 이 반응챔버(1)내에서 열분해 온도환경을 조성하기 위한 히터장치(2)와 박막의 재료로서 기상의 소스가스를 공급하기 위한 가스공급장치(3)로 이루어진다.
그리고, CVD에서는 부식성, 유독성가스를 많이 사용하기 때문에 콜드트랩이나 스크러버 등이 포함된 가스배출장치(4)가 부가되며, 공정의 청정도를 유지시키기 위한 이송장치가 포함된다.
한편, 반도체 기판(100)을 다량으로 탑재하기 위한 배치식의 보트(5)는 반응챔버(1)로의 투입을 위해 승강장치(6)가 포함되며, 보트(5)로의 반도체 기판(100) 로딩/언로딩을 위해 스테이션(7)과는 엔드이펙터(8)로 매개되어 있다.
상기 보트(5)는 엔드이펙터(8)의 작업공간을 제공하도록 전면이 개방된 복수의 보트프레임으로서 마련되고 여기에 반도체 기판이 거치되는 슬릿이 배열되어 반도체 기판이 상기 엔드이펙터를 통해 슬릿에 거치됨으로써, 다량의 반도체 기판이 탑재되도록 구비되어 있다. 또는, 별도의 홀더(미도시)를 통해 반도체 기판(100)을 거치시킬 수 있다.
이러한 배치식의 처리방식에 따라 다량의 반도체 기판(100)으로 소스가스를 공급하기 위한 가스공급장치(3)가 마련되어야 하며, 소스가스가 기체일 때는 직접 봄베에서 배출되면 되지만, 액체나 고체일 때는 증발용기(9)에 넣어서 기화 또는 승화시킨 다음 여기에 캐리어가스를 흘려서 소스가스와 더불어 반응챔버(1)로 투입되도록 구비되어 있다.
그런데, 증발용기(9)에 충진된 소스가 고체(파우더)일때, 공정이 지연되는 문제점이 발생된다.
이것은 특히 대구경 반도체 기판(12인치)나 대면적인 유리기판을 배치식으로 처리할때, 큰 면적의 기판을 다량으로 공정처리시키므로, 더욱 큰 문제점을 야기시킨다.
즉, 상기 배치식으로 다량의 기판(100)을 처리할 경우, 이에 상응되는 소스가스가 필요하게 되는데, 증발용기(9)에 이에 상응하는 소스파우더(10)의 충진이 곤란하다.
이것은 증발용기(9)에 다량의 소스파우더(10)가 충진될 경우, 분진자체가 반응챔버로 투입되어 불량공정이 유발될 염려가 있다.
이에 따라, 증발용기(9)로의 소스파우더(10) 충진량은 한계가 있으며, 증발용기로의 잦은 소스파우더 보충은 공정의 중지시간을 요구하게 되고, 이에 따른 공정의 중단은 생산성을 하락시키게 된다.
반면, 상기 배치식에 상응하는 증발용기를 갖추어 상기 문제점을 해결할 수 있으나, 이 경우 증발용기와 이에 따른 가열장치의 증가 등은 설비의 대형화를 야기시키게 되며, 이 역시 생산성 하락의 요소가 되는 것이어서 적절한 대응방안이라 볼 수 없다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 화학기상증착장치에서 증착물로서 고체인 소스파우더의 소진시 이를 자동으로 공급시켜주는 화학기상증착장치의 소스파우더 공급장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
이를 위한 본 발명은 증발용기와 별도로 소스파우더의 저장용기를 갖추어 증발용기에 이웃시켜 놓고, 소스파우더의 소진량을 모니터링 하여 소스파우더의 공급시점을 검출하고 그 공급시점에서 밸브수단을 통해 저장용기에 증발용기로 소스파우더가 공급되어 충진되도록 한 것이다.
상기 밸브수단은 저장용기로부터 증발용기로 소스파우더를 충진시키기 위하여 소스파우더를 연속적으로 배출시키며, 컨트롤유니트를 통하여 일정량을 공급하도록 구비된다.
또한, 저장용기와 증발용기를 연결하는 공급관에는 증발용기로부터 승화된 소스가스가 저장용기로 유입되거나 밸브수단을 폐색시키는 것을 방지시키기 위하여 개폐밸브가 매개된다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
예시도면 도 2 는 본 발명에 따른 소스가스공급장치가 설치된 화학기상증착장치를 나타낸 개념도이고, 예시도면 도 3 은 본 발명에 따른 소스가스공급장치의 각 실시예를 나타낸 개념설명도이다.
본 발명은 기판상으로 박막을 형성하는 화학기상증착을 위해 반응챔버에 소스가스공급장치와 가스배출장치가 구비되고, 이 소스가스공급장치의 증발용기에 고체인 소스파우더가 충진되는 화학기상증착장치의 소스가스공급장치에 있어서,
상기 증발용기(9) 상방으로 소스파우더(10)가 충진되는 저장용기(12)가 마련되고, 이 저장용기(12)는 여기에 충진된 소스파우더(10)의 자중에 의해 하방으로 투출되도록 호퍼형몸체를 이루며, 상기 저장용기(12)와 증발용기(9)는 투입관(14)으로 연결됨과 아울러, 투입관(14)에는 증발용기(9)로의 소스파우더(10) 충진량을 제어하기 위하여 연속공급밸브(16)가 설치된 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 소스가스공급장치이다.
여기서, 일실시예로서 연속공급밸브(16)는 도 3a 와 같이 소스파우더(10)의 투출시 결정된 양으로 연속적인 투출이 수행되도록 회전구동장치(18)를 포함하여 그 구동축상에 결정된 체적을 갖는 운반홈(20)이 방사상으로 형성된 투출구(22)가 마련된 것을 특징으로 한다.
여기서, 다른 실시예로서 연속공급밸브는 도 3b 와 같이 소스파우더(10)의 투출시 결정된 양으로 연속적인 투출이 수행되도록 회전구동장치(18)를 포함하여 그 구동축상에 1회전당 피치이송에 의해 이송량이 결정되는 스크류이송구(24)가 마련된 것을 특징으로 한다.
한편, 각 실시예에 공통적으로 상기 투입관(14)은 공정진행시 증발된 소스가스의 유입이 방지되도록 증발용기와의 경계에 개폐밸브(26)가 설치된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 투입관(14)의 투출구는 증발용기(9)에서의 소스파우더(10)의 적정 충진높이보다 상부에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 예시도면 도 3c 와 같이 평면상 증발용기로의 균일한 충진높이를 조성시키기 위하여 증발용기(9)의 평면상 이를 단위면적으로 담당하는 구역으로 나누어 이 구역당 투출구로서 복수의 투입관이 배치될 수 있다.
그리고, 그 분지부에는 복수의 투입관(14)으로 균등한 분배를 수행하기 위하여 깔대기 형상의 분배구(28)가 형성되어 이 분배구의 투출구측으로 분지된 투입관(14)이 연결된 것을 특징으로 한다.
그리고, 증발용기로의 소스파우더의 보충은 증발용기에서 소스파우더가 소진되었을 것과, 증발용기로의 충진시 증발용기의 환경을 초기상태로 전환시키기 위하여 반응챔버에서의 공정이 중지된 상태에서 수행된다.
즉, 연속공급밸브(16)는 충진시점이 공정처리가 중지된 상태이고 충진시점이 검출된 상태에서 충진이 수행되도록 구동을 제어하는 컨트롤유니트(30)와 연결되며, 컨트롤유니트(30)에는 상기 충진시점을 감지하기 위한 소스파우더 소진감지부(32)와 공정처리를 감지하기 위한 공정상태 감지부(34)가 형성된 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이 본 발명은 반응챔버(1)에서 기판 공정처리를 위해 증발용기에서 소스파우더가 소진됨에 따라 공정의 연속성을 유지시키기 위해 증발용기로 소스파우더를 충진시키는 소스파우더 공급장치가 제공되며, 특히 대구경의 반도체기판이나 대면적의 유리기판을 배치식으로 다량으로 처리할 경우 그 기판상에 소스가스를 투입하기 위하여 비교적 다량의 소스가스가 소요되는 증착장치에 유용하다.
이를 위한 본 발명은 증발용기(90와 별도로 소스파우더(10)의 저장용기(12)를 갖추어 증발용기에 이웃시켜 놓고, 소스파우더의 소진량을 모니터링 하여 소스파우더의 공급시점을 검출하고 그 공급시점에서 밸브수단을 통해 저장용기에 증발용기로 소스파우더가 공급되어 충진되도록 하여 구현된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 먼저 증발용기(9)의 상방에 소스파우더(10)가 충진되는 저장용기(12)가 설치된다.
상기 저장용기(12)는 여기에 충진된 소스파우더(10)의 자중에 의해 하방으로 투출되도록 호퍼형몸체를 이루며, 상기 저장용기(12)와 증발용기(9)는 투입관(14)으로 연결된다.
그리고, 투입관(14)에는 증발용기로 소스파우더(10)의 충진량을 제어하기 위하여 연속공급밸브(16)가 매개된다.
상기 연속공급밸브(16)는 액튜에이터로서 컨트롤유니트(30)에 의해 제어되며, 저장용기에서 증발용기로 연속적인 일정량의 투출을 허락한다.
상기 연속공급밸브(16)는 크게 두가지 실시예로 구분되며, 하나는 도 3a 와 같이 소스파우더(10)의 투출시 결정된 양으로 연속적인 투출이 수행되도록 회전구동장치(18)를 포함하여 그 구동축상에 결정된 체적을 갖는 운반홈(20)이 방사상으로 형성된 투출구(22)가 마련된 것을 특징으로 한다.
즉, 운반홈(20)의 체적에 따라 투출구(22)의 1회전당 투출되는 소스파우더(10)량이 결정되며, 컨트롤유니트(30)는 보충량에 따라 회전수를 제어하여 결정된 투출량으로 보충을 수행하게 된다.
한편, 다른 실시예로서 연속공급밸브(16)는 도 3b 와 같이 소스파우더(10)의 투출시 결정된 양으로 연속적인 투출이 수행되도록 회전구동장치(18)를 포함하여 그 구동축상에 1회전당 피치이송에 의해 이송량이 결정되는 스크류이송구(24)가 마련된 것을 특징으로 한다.
상기 스크류 이송구(24) 역시 피치가 차지하는 체적이 결정되어 있으며, 1회전당 이송량이 결정되어 회전수에 따른 투출량의 연산이 가능하다.
이러한 연속공급밸브(16)에 의해 결정된 보충량으로 투입이 가능해 지며, 소스파우더(10)의 보상량은 소진되는 소스파우더, 즉 반응챔버의 공간에서 확산되어 증착되는 소스가스의 양에 따라 실험적으로 결정되어 제어될 사항이다.
상기 컨트롤유니트(30)를 통한 소스파우더(10)의 보충에서 그 보충시점은 증발용기(9)에서 소스파우더(10)가 소진되었을 것과, 상기 증발용기(9)로의 충진시 증발용기의 환경을 초기상태로 전환시키기 위하여 반응챔버(1)에서의 공정이 중지된 상태에서 수행된다.
즉, 연속공급밸브(16)는 그 충진시점이 공정처리가 중지된 상태이고 충진시점이 검출된 상태에서 충진이 수행되도록 구동을 제어하는 컨트롤유니트(30)와 연결되며, 컨트롤유니트(30)에는 상기 충진시점을 감지하기 위한 소스파우더 소진감지부(32)와 공정처리를 감지하기 위한 공정상태 감지부(34)가 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 소스파우더 소진감지부(30)는 반응챔버(1)로 투입되는 소스가스의 유량에 의해 소스파우더(10)의 소진상태를 연산하며, 이에 의해 소스파우더(10)의 충진(보충)시점이 결정된다.
그리고, 공정상태 감지부(34)는 각 장치로의 구동상태에 감지에 의해 가능하며, 예를 들어 캐리어가스의 공급 중단이나 히팅장치의 전원공급차단은 공정이 완료되어 기판이 냉각되고 있거나, 반응챔버(1)에서 인출되었다는 것을 의미한다.
또한, 승강장치(6)로의 전원공급 역시 공정이 완료되어 공정처리가 중지되고 있음을 의미한다.
이러한 각 장치로의 전원공급 조건으로 공정상태의 감지가 가능하고, 이로부터 공정처리가 중지된 상태에서 소스파우더의 충진량이 부족한 경우에 연속공급밸브(16)가 구동되는 것이다.
상기 연속공급밸브(16)의 구동에 의해 결정된 보충량이 투입관(14)을 통해 증발용기(9)로 투입되며, 상기 투입관(14)에는 공정진행시 증발된 소스가스의 유입 이 방지되도록 증발용기(9)와의 경계에 개폐밸브(26)가 설치됨이 바람직하다.
상기 개폐밸브(26) 역시 컨트롤유니트(30)에 의해 연속공급밸브(16)의 구동과 연동된다.
아울러, 상기 투입관(14)의 투출구는 소스파우더(10)의 보충시 적량을 증발용기에 충진시키기 위하여 증발용기(9)에서의 소스파우더(10) 적정 충진높이보다 상부에 배치된다.
그리고, 파우더(분말)의 특성상 증발용기로의 균일한 충진높이를 조성시키기 위하여 예시도면 도 3c 와 같이 증발용기(9)의 평면상 이를 단위면적으로 담당하는 구역으로 나누어 이 구역당 투출구로서 복수의 투입관이 배치될 수 있다.
이 경우, 투입관은 하나로부터 분지되어 담당구역을 담당하도록 배치되며, 이때 분지부에는 각 분지관으로의 투입량 분배를 위해 깔대기 형상의 분배구(28)가 설치됨이 바람직하다.
그리고, 각 분지관인 복수의 투입관(14) 마다 증발된 소스가스의 유입을 방지시키기 위하여 개폐밸브(26)가 설치됨이 바람직하다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 반응챔버에서 기판 공정처리를 위해 증발용기에서 소스파우더가 소진됨에 따라 공정의 연속성을 유지시키기 위해 증발용기로 소스파우더를 충진시키는 소스파우더 공급장치가 설치됨으로써, 특히 대구경의 반도체기판이나 대면적의 유리기판을 배치식으로 다량으로 처리할 경우 소스파우더를 보충하기 위하여 공정이 지연되는 것이 방지되고 이에 의해 생산성이 향상 되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 기판상으로 박막을 형성하는 화학기상증착을 위해 반응챔버에 소스가스공급장치와 가스배출장치가 구비되고, 이 소스가스공급장치의 증발용기에 고체인 소스파우더가 충진되는 화학기상증착장치의 소스가스공급장치에 있어서;
    증발용기(9) 상방으로 투입관(14)을 통해 연결된 호퍼형 저장용기(12)로부터 연속공급밸브(16)를 통해 공정처리가 중지된 상태이고 증발용기(9)에서 소스파우더의 소진에 의한 보충이 요구되는 충진시점에서 상기 소스 파우더가 저장용기(12)에서 증발용기(9)로 투입되어 충진이 수행되게, 상기 연속공급밸브(16)는 그 구동을 제어하는 컨트롤유니트(30)와 연결되며, 컨트롤유니트(30)에는 상기 충진시점을 감지하기 위한 소스파우더 소진감지부(32)와 공정처리를 감지하기 위한 공정상태 감지부(34)가 형성된 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 소스가스공급장치.
  2. (삭제).
  3. (삭제).
  4. (삭제).
  5. 제 1 항에 있어서, 투입관(14)은 평면상 증발용기로의 균일한 충진높이를 조성시키기 위하여 증발용기(9)의 평면상 이를 단위면적으로 담당하는 구역으로 나누어 이 구역당 투출구로서 복수의 투입관(14)으로 분지되어 배치되고, 그 분지부에는 상기 복수의 투입관(14)으로 균등한 분배를 수행하기 위하여 깔대기 형상의 분배구(28)가 형성되어 이 분배구(28)의 투출구측으로 분지된 투입관(14)이 연결된 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 소스가스공급장치.
  6. (삭제).
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