KR100925061B1 - 화학 기상 증착 장치용 방산노즐 - Google Patents

화학 기상 증착 장치용 방산노즐 Download PDF

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Abstract

화학 기상 증착 장치용 방산노즐이 제공된다.
적어도 한 종류 이상의 반응가스를 서셉터상의 기판으로 분사하여 상기 기판상에 박막층을 형성하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐에 있어서, 상기 반응가스가 유입되는 유입관을 구비하는 상부판; 상기 유입관의 내부로 삽입되어 가스유입로를 형성하는 일정길이의 돌출부를 구비하는 하부판; 및 상기 상부판의 하부면과 상기 하부판의 상부면 사이에 구비되어 상기 가스유입로 내로 유입되는 반응가스가 외주측으로 향하는 가스배출로를 형성하는 복수개의 가이드 날개;를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, 가스배출로의 분사구 부근에서 와류의 발생을 배제하거나 최소화하고, 이를 통하여 기생 화학 증착의 유발을 방지하여 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 서셉터의 회전 방향과 반대의 흐름을 형성하도록 가이드 날개를 배치함으로써 방산노즐의 가스배출로에서 분사되는 반응가스의 유속을 증가시켜 반응가스의 소모량을 감소할 수 있는 효과도 있다.
화학 기상 증착, 방산노즐, 반응가스, 챔버

Description

화학 기상 증착 장치용 방산노즐{DIFFUSER NOZZLE FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION EQUIPMENT }
본 발명은 기판상에 고온의 화학 기상 증착을 이루는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응가스의 흐름을 원만하게 유지하여 불필요한 와류 발생을 최소화시킴으로써 반응가스가 챔버의 내부로 효율적으로 유입되도록 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐에 관한 것이다.
다양한 산업분야에서 고효율의 LED가 점차 많이 사용됨에 따라서 품질이나 성능의 저하없이 대량으로 생산할 수 있는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 장비가 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라서 CVD 반응로의 크기를 증가시켜 기존의 2인치 웨이퍼를 동시에 수십 개를 성장시키거나, 대구경(4, 6, 8, 12인치 크기)의 웨이퍼도 성장시킬 수 있는 새로운 구조를 가지는 효율적인 가스 유입구가 필요하게 되었다.
화학 기상 증착 공법은 챔버 내의 서셉터 상에 웨이퍼를 안착하고, 반응가스를 공급하여 상기 웨이퍼의 표면에 박막을 형성하는 것인데, 균일한 두께의 박막을 얻기 위해서는 챔버 내에 유입되는 반응가스를 웨이퍼상의 각 부분으로 두루 균일 하게 분사시켜 주어야 한다.
도 1에서는 일반적인 방사형 타입(Radial type)의 CVD 반응로를 도시하고 있는데, 챔버(1) 윗면에 실린더 형태의 방산노즐(10)을 장착하여 방사형으로 반응가스를 분출하여 웨이퍼(2) 상에 증착이 일어나도록 하는 방식이다.
이때 사용되는 방산노즐(10)은 도 2에서와 같이, 링 모양의 구조에 외주면을 따라 다수개의 슬릿(slit)(11)이 세로 방향으로 구비된 형태의 가스 방산노즐을 사용하여 반응가스(3)를 챔버(1)내로 유입시키도록 하는 구조이다. 즉, 수직방향으로 흘러 내려온 가스(3)는 상기 슬릿(11)들을 통해 방향을 바꾸어 방사형 방향으로 흘러들어가게 되며, 이때 반응가스(3)를 다소 기울어진 방향으로 흐르도록 슬릿(11)의 방향을 방사형 유동흐름에서 약간 경사지게 홀을 생성하여 반응가스가 서셉터(susceptor)(4)의 회전방향과 반대가 되도록 흐르게 함으로써 유동 속도를 높이는 효과를 갖는다.
그러나, 슬릿(11)과 슬릿 사이에서 국부적으로 불필요한 와류가 발생하여 가스 방산노즐(10)의 출구부근에 기생 화학 증착을 유발하고, 이를 통해서 웨이퍼(2)에 입자 오염(particle contamination)이 발생한다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 상부판과 하부판 사이의 반응가스 분사유로에 가이드 날개를 구비함으로써 챔버 내로 유입되는 반응가스가 방산노즐에서 분사되는 경우 출구 부근에서 국부적으로 와류가 발생하는 것을 방지함은 물론, 이를 통한 기생 증착의 발생을 방지하여 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서 본 발명은, 적어도 한 종류 이상의 반응가스를 서셉터상의 기판으로 분사하여 상기 기판상에 박막층을 형성하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐에 있어서, 상기 반응가스가 유입되는 유입관을 구비하는 상부판; 상기 유입관의 내부로 삽입되어 가스유입로를 형성하는 일정길이의 돌출부를 구비하는 하부판; 및 상기 상부판의 하부면과 상기 하부판의 상부면 사이에 구비되어 상기 가스유입로 내로 유입되는 반응가스가 외주측으로 흐르는 가스배출로를 형성하는 복수개의 가이드 날개;를 포함하여 이루어진다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 직선형으로 구비된다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 나선형으로 구비된다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 상기 상부판 또는 하부판중 어느 하나에 분리가능하도록 구비된다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 상기 상부판 또는 하부판중 어느 하나에 일체로 구비된다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 상기 가스배출로를 통해 유출되는 반응가스가 상기 서셉터의 회전방향과 반대방향의 유동흐름을 형성하도록 한다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 상기 가스유입로를 중심으로 가스배출로를 따라 외주측 방향으로 배치된다.
바람직하게 상기 가이드 날개는 등간격을 가지며 배치된다.
본 발명에 의하면, 가스배출로의 분사구 부근에서 와류의 발생을 배제하거나 최소화하고, 이를 통하여 기생 화학 증착의 유발을 방지하여 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 서셉터의 회전 방향과 반대의 흐름을 형성하도록 가이드 날개를 배치함으로써 방산노즐의 가스배출로에서 분사되는 반응가스의 유속을 증가시켜 반응가스의 소모량을 감소할 수 있는 효과도 있다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐을 나타내는 사시도 및 절개 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐의 상부판과 하부판이 분리된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐의 가이드 날개를 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4에서 도시하는바와 같이 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐(100)은 반응가스(3)가 유입되는 유입관(111)을 구비하는 상부판(110), 상기 유입관(111)내에 가스유입로(112)를 형성하는 돌출부(121)를 구비하는 하부판(120) 그리고 상기 상부판(110)과 하부판(120) 사이에 구비되어 가스배출로(122)를 형성하는 복수개의 가이드 날개(130)로 이루어진다.
상기 상부판(110)은 일정크기의 지름을 가지는 원반형태로 중앙부에는 수직방향으로 외부로부터 챔버(1)내로 반응가스(3)를 유입시키기 위한 유입관(111)이 구비된다. 여기서 상기 유입관(111)은 상기 상부판(110)의 지름보다 작은 지름을 가지며, 전체적인 형상은 깔때기모양을 이룬다.
상기 상부판(110)과 유입관(111)은 써스(SUS)재질로 이루어지며, 프레스 또는 주물등에 의해 일체로 성형 제작되거나 별도로 제작된 상기 유입관(111)을 상부판(110)에 결합하는 방식으로도 제작될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 상기 상부판(110)과 유입관(111)이 일정한 지름을 가지는 원반 및 원통형의 구조를 가지는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 사각형, 육각형 등 다양한 형태로 설계변경이 가능함은 물론이다.
상기 하부판(120)은 상기 상부판(110)의 지름에 상응하는 크기의 지름을 가지는 원반형태로 중앙부에는 상기 유입관(111)의 내부로 삽입되어 가스유입로(112)를 형성하는 일정길이의 돌출부(121)가 수직방향으로 구비된다.
상기 돌출부(121)는 상기 유입관(111)의 지름보다 작은 지름을 가지며, 상기 유입관(111)의 중앙에 위치하여 상기 유입관(111)의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 한다.
즉, 상기 유입관(111)의 내주면과 상기 돌출부(121)의 외주면이 일정한 거리만큼 이격되어 배치됨으로써, 상기 이격거리만큼의 공간부에 해당하는 가스유입로(112)가 상기 돌출부(121)의 외주면을따라 수직방향으로 형성되는 것이다.
상기 가스유입로(112)의 폭은 상기 유입관(111)과 돌출부(121) 사이의 거리를 조절함으로써 용이하게 조절할 수 있다. 따라서, 유입되는 반응가스(3)의 양을 증가시키는 경우에는 상기 유입관(111)의 지름을 크게 하거나 돌출부(121)의 지름을 작게하여 이격거리를 크게 하면 된다.
상기 하부판(120)은 고온상태를 유지하는 챔버(1) 내에서 내부온도에따른 영향을 줄이기 위해 석영(quartz)재질로 이루어진다.
한편, 상기 가이드 날개(130)는 상기 상부판(110)의 하부면과 상기 하부판(120)의 상부면 사이에 복수개 구비되어 상기 가스유입로(112) 내로 유입되는 반응가스(3)가 외주측으로 흐르는 가스배출로(122)를 형성한다.
도시하는 바와 같이, 상기 가이드 날개(130)는 상기 가스유입로(112)에서부터 가스배출로(122)를 따라 외주측 방향을 향하여 배치되는데, 상기 상부판(110)의 하부면 또는 하부판(120)의 상부면에서 등간격을 가지며 배치되도록 한다.
상기 가이드 날개(130)는 도 5에서와 같이 직선형의 구조 또는 나선형(spiral)의 구조를 가지도록 제작되며, 상기 가스배출로(122)를 통해 유출되는 반응가스(3)가 상기 서셉터(4)의 회전방향과 반대방향의 유동흐름을 형성하도록 한 다. 이 경우 유출되는 반응가스(3)의 유속이 증가되어 가스 소모량을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
상기 가이드 날개(130)는 나사체결방식 등에 의해 상기 상부판(110) 또는 하부판(120)중 어느 하나에 분리가능하도록 구비된다. 따라서, 마모나 열변형 등에 의해 가이드 날개(130)에 하자가 발생하는 경우 해당 가이드 날개(130)만을 교체할 수 있어 장치의 유지보수가 용이하다는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 가이드 날개(130)가 분리가능하게 구비되는 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 가이드 날개가 상기 상부판 또는 하부판중 어느 하나에 일체로 구비되는 것 또한 가능하다.
한편, 상기 가스배출로(122)는 상기 가이드 날개(130)에 의해 형성되는 상기 상부판(110) 및 하부판(120) 사이의 틈인 공간부에 해당한다. 즉, 상기 가이드 날개(130)가 상기 상부판(110) 및 하부판(120) 사이에 구비되어있어 상기 가이드 날개(130)의 높이만큼 상기 상부판(110) 및 하부판(120) 사이가 벌어져 가스배출로(122)를 형성하게 되는 것이다.
따라서, 상기 가스배출로(122)는 상기 가이드 날개(130)의 높이에 따른 상기 상부판(110)과 하부판(120) 사이의 간격에 의해 크기가 조절된다.
이와 같이, 상부판 및 하부판 사이에 복수개의 가이드 날개를 구비함으로써 와류 발생을 최소화하여 반응가스가 챔버내로 효율적으로 유입되도록 하고, 이를 통해 기생 화학 증착의 유발을 방지하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐을 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 방사형 타입(Radial type)의 CVD 반응로를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 방산노즐을 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐을 나타내는 사시도 및 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐의 상부판과 하부판이 분리된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 방산노즐의 가이드 날개를 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 방산노즐 110 : 상부판
111 : 유입관 112 : 가스유입로
120 : 하부판 121 : 돌출부
122 : 가스배출로 130 : 가이드 날개

Claims (9)

  1. 적어도 한 종류 이상의 반응가스를 서셉터상의 기판으로 분사하여 상기 기판상에 박막층을 형성하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐에 있어서,
    상기 반응가스가 유입되는 유입관을 구비하는 상부판;
    상기 유입관의 내부로 삽입되어 가스유입로를 형성하는 일정길이의 돌출부를 구비하는 하부판; 및
    상기 상부판의 하부면과 상기 하부판의 상부면 사이에 구비되어 상기 가스유입로 내로 유입되는 반응가스가 외주측으로 향하는 가스배출로를 형성하는 복수개의 가이드 날개;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 직선형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 나선형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증 착 장치용 방산노즐.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 상기 상부판 또는 하부판중 어느 하나에 분리가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 상기 상부판 또는 하부판중 어느 하나에 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 상기 가스배출로를 통해 유출되는 반응가스가 상기 서셉터의 회전방향과 반대방향의 유동흐름을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 상기 가스유입로에서부터 가스배출로를 따라 외주측 방향을 향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 날개는 등간격을 가지며 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출로는 상기 가이드 날개의 높이에 따른 상기 상부판과 하부판 사이의 간격에 의해 크기가 조절되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 방산노즐.
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