KR100982985B1 - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 피증착물에 안정적으로 균일하게 유기 금속 박막을 성장시킬 수 있도록 하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 소정의 가스 유동 공간을 형성하며 중심부에 배출구가 구비되는 챔버; 피증착물을 수용하여 상기 챔버 내의 가스에 노출되도록 하는 서셉터; 및 상기 챔버의 측단부 둘레에 구비되어 외부로부터 도입되는 소정의 가스를 저장하며 그 저장된 가스를 상기 챔버 내로 분사되도록 하는 가스도입부를 포함한다.

Description

화학 기상 증착 장치{APPARATUS FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD) 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 금속 화학 증착 장치(MOCVD)는 화학 반응을 이용하여 피증착물(일반적으로 반도체 웨이퍼 등의 기판을 포함한다)에 금속 산화막을 형성하는 박막 형성 장치로서, 진공으로 이루어진 챔버 내에서 가열된 기판에 증기압이 높은 금속의 유기 화합물 증기를 보내어 그 금속의 막을 기판에 성장시키도록 하는 장치이다.
최근에는 한 번에 다수의 기판에 증착을 일으키도록 챔버와 서셉터의 크기가 커짐에 따라 다수의 기판에 박막을 균일하게 성장시키도록 하는 것이 핵심 기술이 되고 있다.
종래에 서셉터의 중심부로부터 주변부로 반응가스를 분사하는 방식의 화학 기상 증착 장치가 사용되었으나 챔버의 중심부에서 기상 반응이 격렬하게 일어나 주변부까지 반응 가스가 충분히 공급되지 않고 특히 AlGalnN계 결정 성장에서는 결정 성장의 온도가 매우 높기 때문에 챔버의 중심부에서 유기 금속이 화학 반응을 일으켜 주변부까지 Al이나 MG가 충분히 공급되지 못하는 문제점이 있었다.
이에 최근에는 반응 가스를 챔버의 주변부에서 중심부 쪽으로 분사하는 방식의 화학 기상 증착 장치가 사용되고 있다.
그러나, 주변부로부터 분사되는 반응 가스가 난류를 일으키는 경우 박막 성장의 균일성에 민감하게 영향을 주기 때문에 박막 성장의 균일성을 안정적으로 확보하지 못하게 되는 문제점이 생긴다.
본 발명은 다수의 피증착물에 안정적으로 균일하게 유기 금속 박막을 성장시킬 수 있도록 하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 가스 유동 공간을 형성하며 중심부에 배출구가 구비되는 챔버; 피증착물을 수용하여 상기 챔버 내의 가스에 노출되도록 하는 서셉터; 및 상기 챔버의 측단부 둘레에 구비되어 외부로부터 도입되는 소정의 가스를 저장하며 그 저장된 가스를 상기 챔버 내로 분사되도록 하는 가스도입부를 포함한다.
또한, 상기 가스도입부는, 외부로부터 도입되는 소정의 가스를 저장하는 적어도 하나의 리저버와, 상기 리저버와 상기 챔버 내부를 연통하며, 상기 리저버에 저장된 가스를 상기 챔버 내부로 분사되도록 하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 상기 리저버와 연결되어 소정의 가스를 상기 리저버로 공급하는 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 외부로부터 도입되는 제1가스를 저장하는 제1리저버와, 상기 제1리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제1분사노즐을 포함하는 제1가스도입부; 및 상기 제1리저버의 아래에 배치되며 외부로부터 도입되는 제2가스를 저장하는 제2리저버와, 상기 제2리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제2분사노 즐을 포함하는 제2가스도입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 외부로부터 도입되는 제1가스를 저장하는 제1리저버와, 상기 제1리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제1분사노즐을 포함하는 제1가스도입부; 및 상기 제1리저버 보다 안쪽에 배치되며 외부로부터 도입되는 제2가스를 저장하는 제2리저버와, 상기 제2리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제2분사노즐을 포함하는 제2가스도입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1분사노즐은 상기 제2분사노즐 보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1가스도입부는 상기 제1리저버와 연결되어 제1가스를 상기 제1리저버로 공급하는 제1공급라인을 포함하고, 상기 제2가스도입부는 상기 제2리저버와 연결되어 제2가스를 상기 제2리저버로 공급하는 제2공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 상기 제2가스도입부의 아래에 배치되며 외부로부터 도입되는 제3가스를 저장하는 제3리저버와, 상기 제3리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제3분사노즐을 포함하는 제3가스도입부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 상기 제1리저버의 아래쪽 및 상기 제2리저버 보다 안쪽에 배치되며, 외부로부터 도입되는 제3가스를 저장하는 제3리저버와, 상기 제3리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제3분사노즐을 포함하는 제3가스도입부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2분사노즐은 상기 제3분사노즐 보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 상기 제2가스도입부의 아래에 배치되며 외부로부터 도입되는 제3가스를 저장하는 제3리저버와, 상기 제3리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제3분사노즐을 포함하는 제3가스도입부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스도입부는, 상기 제2리저버 보다 안쪽에 배치되며, 외부로부터 도입되는 제3가스를 저장하는 제3리저버와, 상기 제3리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제3분사노즐을 포함하는 제3가스도입부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1가스도입부는 상기 제1리저버와 연결되어 제1가스를 상기 제1리저버로 공급하는 제1공급라인을 포함하고, 상기 제2가스도입부는 상기 제2리저버와 연결되어 제2가스를 상기 제2리저버로 공급하는 제2공급라인을 포함하며, 상기 제3가스도입부는 상기 제3리저버와 연결되어 제3가스를 상기 제3리저버로 공급하는 제3공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는, 그 내부의 상단에 마련되어 상기 가스도입부 쪽으로부터 상기 배출구 쪽으로 가스 유로의 단면을 점차적으로 축소시키는 유로축소부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는, 그 내부의 상단에 마련되어 상기 가스도입부 쪽으로부터 상기 배출구 쪽으로 가스 유로의 단면을 점차적으로 확장시키는 유로확장부를 포함 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 상단에 구비되어 상기 챔버 내부로 소정의 반응 가스를 분사하는 샤워헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 샤워헤더는, 상기 챔버의 상단에 구비되며 상기 반응 가스를 수용하는 소정의 공간을 형성하는 헤드 챔버와, 상기 헤드 챔버 하단에 형성되어 상기 챔버와 상기 헤드 챔버를 연통시키는 복수개의 홀과, 상기 헤드 챔버로 상기 반응 가스를 공급하는 공급노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 챔버 내부로 안정적인 유속으로 반응 가스가 분사되도록 함으로써 피증착물에 균일하게 박막을 형성시킬 수 있고, 또 Al이나 Mg 등의 유기 금속이 반응 가스의 유동에 따라 농도 저하됨이 없이 피증착물에 실질적으로 고르게 증착될 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에 관한 실시예를 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 I-I 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증 착 장치는 내부에 진공 분위기가 형성되는 챔버(10)와, 상기 챔버(10) 내의 하부에 구비되는 서셉터(20)와, 상기 챔버(10)의 측단부 둘레에 구비되는 가스도입부(50)를 포함하여 이루어진다.
상기 챔버(10)는 그 내부에 외부로부터 도입되는 반응 가스가 유동할 수 있는 가스 유동 공간을 형성하며 중심부에 배출구(14)를 구비한다.
상기 서셉터(20)는 상기 챔버(10) 내의 하부에 구비되고 피증착물(21)을 수용하여 상기 피증착물(21)이 상기 챔버(10) 내부를 유동하는 가스에 노출될 수 있도록 상향 장착된다.
그리고 상기 서셉터(20)의 아래 쪽에는 상기 서셉터(20)와 인접하도록 가열수단(30)이 구비된다.
상기 가스도입부(50)는 상기 챔버(10)의 측단부 둘레에 구비되어 소정의 가스를 저장하도록 저장 공간을 갖는 리저버(52)와, 상기 리저버(52)와 상기 챔버(10) 내부를 연통시키는 분사노즐(54)과, 외부의 가스 공급원(미도시)과 상기 리저버(52)를 연통시키는 공급라인(56)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 리저버(52)는 공급라인(56)과 연결되어 외부의 가스 공급원으로부터 상기 공급라인(56)을 통해 공급되는 반응가스를 저장한다.
여기서 상기 반응가스는 AlGaInN, 원료가스(source gas)로 NH3, MO 등을 포함하고, 캐리어가스(carrier gas)로 N2, H2 등을 포함하며, 상기 MO는 NH3, TMGa, TMAI, Cp2Mg, SiH4, TMIn 등을 포함한다.
리저버(52)에 상기한 바와 같은 반응가스가 점차적으로 저장되면서 리저버(52)의 내부 압력은 높아지게 되고 그 저장된 반응가스는 분사노즐(54)을 통해 챔버(10) 내부로 분사된다.
이와 같이 리저버(52)에 저장되었다가 챔버(10) 내부로 분사되는 반응가스는 강력한 압력으로 챔버(10) 내부에 빠르게 분사되는 것이 아니라, 리저버(52) 내부와 챔버(10) 내부의 압력차가 발생하면 상기 리저버(52)로부터 상기 챔버(10) 내부로 느리게 분사되기 때문에, 분사되는 반응가스는 난류(Turbulence Flow)를 형성하는 것이 아니라 실질적으로 층류(Laminar Flow)를 형성하게 된다.
따라서 챔버(10) 내부로 층류를 이루며 분사되는 반응가스는 서셉터(20)에 안착된 피증착물(21)에 실질적으로 균일한 박막을 형성할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 가스도입부(50)가 단일의 리저버(52)로 구성되는 경우 상기 리저버(52)에는 원료가스 및 캐리어가스가 혼합된 상태로 저장되어 분사되거나 원료가스만을 저장한 후 분사하게 된다.
도 1에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 가스도입부(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(10)의 외주면을 따라 구비되며, 챔버(10)의 외주면으로부터 중심부 쪽으로 구심적으로(Centripetally) 가스가 분사되도록 함이 바람직하다.
한편, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장 치에 관하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30) 및 가스도입부를 포함하여 이루어지고, 본 실시예에서는 가스도입부 부분에서 차이가 있으므로 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하고 가스도입부 부분에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 가스도입부는 제1가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제1가스도입부(50)와, 제2가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제2가스도입부(60)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1가스도입부(50)는 상기 제2가스도입부(60) 보다 위쪽에 배치되고 챔버(10)로 분사되는 반응 가스는 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내부의 윗쪽으로 제1가스가 분사되고 챔버(10) 내부의 아래쪽으로 제2가스가 분사된다.
상기 제1가스도입부(50)에 저장되어 챔버(10)로 분사되는 제1가스는 캐리어 가스로 이루어짐이 바람직하며, 상기 제2가스도입부(60)에 저장되어 분사되는 제2가스는 원료 가스로 이루어짐이 바람직하다.
즉 원료 가스로 이루어진 제2가스가 서셉터(20)에 장착된 피증착물(21)에 용이하게 증착되도록 챔버(10)의 아래쪽으로 분사되고 상기 원료 가스의 증착이 용이하게 이루어지도록 하는 캐리어 가스는 상기 원료 가스의 위쪽, 즉 챔버(10) 내부의 위쪽으로 분사되도록 한 것이다.
따라서 캐리어 가스를 포함하는 제1가스의 압력에 의해 원료 가스를 포함하는 제2가스는 더욱 용이하게 증착이 이루어지도록 할 수 있으며, 원료 가스의 낭비를 줄일 수 있어 증착 효율을 높일 수 있으며, 원료 가스의 사용량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 제1가스도입부(50)는 제1리저버(52)와, 상기 제1리저버(52)와 챔버(10) 내부의 위쪽과 연통되도록 하는 제1노즐(54), 그리고 상기 제1리저버(52)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연결시키는 제1공급라인(56)을 포함하여 이루어진다.
상기 제2가스도입부(60)는 제2리저버(62)와, 상기 제2리저버(62)와 챔버(10) 내부의 아래쪽과 연통되도록 하는 제2노즐(64), 그리고 상기 제2리저버(62)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연결시키는 제2공급라인(66)을 포함하여 이루어진다.
도 3에 도시된 실시예에 관하여 가로 방향으로 절단하여 위에서 바라본 단면을 별도로 나타내지는 않았으나, 도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 제1가스도입부(50)와 제2가스도입부(60)도 챔버(10)의 외주면을 따라 구비되도록 함이 바람직하며, 챔버(10)의 외주면으로부터 중심부 쪽으로 구심적으로 가스가 분사되도록 함이 바람직하다.
한편, 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30) 및 가스도입부를 포함하여 이루어지고, 본 실시예에서는 가스도입부 부분에서 차이가 있으므로 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하고 가스도입부 부분에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 가스도입부는 제1가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제1가스도입부(50)와, 제2가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제2가스도입부(60)와, 제3가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제3가스도입부(70)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1가스도입부(50), 제2가스도입부(60) 및 제3가스도입부(70)는 위에서부터 아래로 순차적으로 배치된다.
상기 제1가스도입부(50)는 제1가스를 저장하는 제1리저버(52)와, 도 4에 도시된 바와 같이 제1리저버(52)와 챔버(10) 내부의 위쪽을 연통시키는 제1분사노즐(54)과, 상기 제1리저버(52)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제1공급라인(56)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제2가스도입부(60)는 제2가스를 저장하는 제2리저버(62)와, 도 4에 도시된 바와 같이 제2리저버(62)와 챔버(10) 내부의 가운데 쪽을 연통시키는 제2분사노즐(64)과, 상기 제2리저버(62)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제2공급라인(66)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제3가스도입부(70)는 제3가스를 저장하는 제3리저버(72)와, 도 4에 도시된 바와 같이 제3리저버(72)와 챔버(10) 내부의 아래쪽을 연통시키는 제3분사노즐(74)과, 상기 제3리저버(72)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제3공 급라인(76)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
여기서 제1가스는 H2나 N2 등의 캐리어 가스임이 바람직하고, 제2가스는 유기 금속이 주로 포함된 원료가스임이 바람직하며, 제3가스는 NH3 등의 원료가스임이 바람직하다.
즉 원료 가스인 제2가스와 제3가스가 서셉터(20) 쪽으로 분사되고 가장 위쪽에 캐리어 가스인 제1가스가 분사되기 때문에 제1가스의 압력에 의해 제2가스 및 제3가스가 증착을 더욱 용이하게 할 수 있으며 증착 효율을 높일 수 있게 된다.
그리고 원료 가스도 제2가스와 제3가스로 나누어서 저장되어 챔버(10) 내부로 공급되도록 함이 바람직한데, 가열수단으로부터 발생하는 높은 열에 의해 유기 금속이 자체적으로 화학 반응 일으키는 것을 가능한 한 방지하기 위해 가열수단으로부터 유기 금속을 가능한 한 멀리 이격시키도록 제2리저버(62)에 제2가스가 저장되게 한 것이다.
도 4에 도시된 실시예에 관하여 가로 방향으로 절단하여 위에서 바라본 단면을 별도로 나타내지는 않았으나, 도 4에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 제1가스도입부(50), 제2가스도입부(60) 및 제3가스도입부(70)도 챔버(10)의 외주면을 따라 구비되도록 함이 바람직하며, 챔버(10)의 외주면으로부터 중심부 쪽으로 구심적으로 가스가 분사되도록 함이 바람직하다.
한편, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 II-II 단면을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30) 및 가스도입부를 포함하여 이루어지고, 본 실시예에서는 가스도입부 부분에서 차이가 있으므로 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하고 가스도입부 부분에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 가스도입부는 제1가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제1가스도입부(50)와, 제2가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제2가스도입부(60)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1가스도입부(50)는 제1가스를 저장하는 제1리저버(52)와, 도 5에 도시된 바와 같이 제1리저버(52)와 챔버(10) 내부의 아래쪽을 연통시키는 제1분사노즐(54)과, 상기 제1리저버(52)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제1공급라인(56)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제2가스도입부(60)는 제2가스를 저장하는 제2리저버(62)와, 도 5에 도시된 바와 같이 제2리저버(62)와 챔버(10) 내부의 위쪽을 연통시키는 제2분사노즐(64)과, 상기 제2리저버(62)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제2공급라인(66)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
그리고 도 5에 도시된 바와 같이 제1리저버(52)는 제2리저버(62) 보다 더 바깥쪽, 즉 제2리저버(62) 보다 챔버(10)로부터 더 떨어져서 배치된다.
그리고 제1리저버(52)에 저장되는 제1가스는 원료 가스가 되도록 함이 바람 직하고, 제2리저버(62)에 저장되는 제2가스는 캐리어 가스가 되도록 함이 바람직하다.
상기 제1리저버(52)에 저장된 제1가스(원료 가스)는 챔버(10) 내부의 아래쪽, 즉 서셉터(20)에 근접하여 분사되고 그 위쪽에 제2가스(캐리어 가스)가 분사되므로 상기 제2가스의 압력에 의해 제1가스는 증착을 더욱 용이하고 효율적으로 할 수 있게 된다. 원료 가스의 낭비를 줄일 수 있도록 하는 장점이 있는 것도 물론이다.
그리고 유기 금속 성분이 포함된 원료 가스인 제1가스를 제1리저버(52)에 저장시키고 상기 제1리저버(52)를 가열수단(30)으로부터 가능한 한 멀리 떨어지도록 배치함으로써 가열수단(30)으로부터 발생하는 높은 열에 의한 영향을 줄일 수도 있다.
도 5에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 제1가스도입부(50) 및 제2가스도입부(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 챔버(10)의 외주면을 따라 각각 바깥쪽과 안쪽에 구비되며, 챔버(10)의 외주면으로부터 중심부 쪽으로 구심적으로 가스가 분사되도록 함이 바람직하다.
한편, 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30) 및 가스도입부를 포함하여 이루어지고, 본 실시예에서는 가스도입부 부분에서 차이가 있으므로 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하고 가스도입부 부분에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 가스도입부는 제1가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제1가스도입부(50)와, 제2가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제2가스도입부(60)와, 제3가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제3가스도입부(70)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1가스도입부(50)는 제1가스를 저장하는 제1리저버(52)와, 도 7에 도시된 바와 같이 제1리저버(52)와 챔버(10) 내부의 위쪽을 연통시키는 제1분사노즐(54)과, 상기 제1리저버(52)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제1공급라인(56)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제2가스도입부(60)는 제2가스를 저장하는 제2리저버(62)와, 도 7에 도시된 바와 같이 제2리저버(62)와 챔버(10) 내부의 아래쪽을 연통시키는 제2분사노즐(64)과, 상기 제2리저버(62)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제2공급라인(66)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제3가스도입부(70)는 제3가스를 저장하는 제3리저버(72)와, 도 7에 도시된 바와 같이 제3리저버(72)와 챔버(10) 내부의 가운데 쪽을 연통시키는 제3분사노즐(74)과, 상기 제3리저버(72)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제3공급라인(76)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이 제2리저버(62)의 아래쪽에 제1리저버(52) 및 제3리저버(72)가 배치되는데, 제1리저버(52)는 제3리저버(72) 보다 더 바깥쪽, 즉 제3리저버(72) 보다 챔버(10)로부터 더 떨어져서 배치된다.
그리고 제2리저버(62)에 저장되는 제2가스는 캐리어 가스가 되도록 함이 바람직하고, 제1리저버(52)에 저장되는 제1가스는 유기 금속을 포함하는 원료 가스가 되도록 함이 바람직하며, 제3리저버(72)에 저장되는 제3가스는 유기 금속을 제외한 원료 가스가 되도록 함이 바람직하다.
즉 원료 가스인 제1가스와 제3가스가 서셉터(20) 쪽으로 분사되고 가장 위쪽에 캐리어 가스인 제2가스가 분사되기 때문에 제2가스의 압력에 의해 제1가스 및 제3가스가 증착을 더욱 용이하게 할 수 있으며 증착 효율을 높일 수 있게 된다.
그리고 원료 가스도 제1가스와 제3가스로 나누어서 저장되어 챔버(10) 내부로 공급되도록 함이 바람직한데, 가열수단으로부터 발생하는 높은 열에 의해 유기 금속이 자체적으로 화학 반응 일으키는 것을 가능한 한 방지하기 위해 가열수단으로부터 유기 금속을 가능한 한 멀리 이격시키도록 제1리저버(52)에 제1가스가 저장되게 한 것이다.
도 7에 도시된 실시예에 관하여 가로 방향으로 절단하여 위에서 바라본 단면을 별도로 나타내지는 않았으나, 도 7에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 제1가스도입부(50), 제2가스도입부(60) 및 제3가스도입부(70)도 챔버(10)의 외주면을 따라 구비되도록 함이 바람직하며, 챔버(10)의 외주면으로부터 중심부 쪽으로 구심적으로 가스가 분사되도록 함이 바람직하다.
한편, 도 8을 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30) 및 가스도입부를 포함하여 이루어지고, 본 실시예에서는 가스도입부 부분에서 차이가 있으므로 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하고 가스도입부 부분에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 가스도입부는 제1가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제1가스도입부(50)와, 제2가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제2가스도입부(60)와, 제3가스를 저장하고 이를 챔버(10) 내부로 분사하는 제3가스도입부(70)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1가스도입부(50)는 제1가스를 저장하는 제1리저버(52)와, 도 8에 도시된 바와 같이 제1리저버(52)와 챔버(10) 내부의 아래쪽을 연통시키는 제1분사노즐(54)과, 상기 제1리저버(52)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제1공급라인(56)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제2가스도입부(60)는 제2가스를 저장하는 제2리저버(62)와, 도 8에 도시된 바와 같이 제2리저버(62)와 챔버(10) 내부의 위쪽을 연통시키는 제2분사노즐(64)과, 상기 제2리저버(62)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제2공급라인(66)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
상기 제3가스도입부(70)는 제3가스를 저장하는 제3리저버(72)와, 도 8에 도 시된 바와 같이 제3리저버(72)와 챔버(10) 내부의 가운데 쪽을 연통시키는 제3분사노즐(74)과, 상기 제3리저버(72)와 외부의 가스 공급원(미도시)을 연통시키는 제3공급라인(76)을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이 제1리저버(52)의 안쪽에 제2리저버(62) 및 제3리저버(72)가 상하 방향으로 배치되는데, 제2리저버(62)는 제3리저버(72) 보다 더 위쪽에 배치된다. 즉 제1리저버(52)가 챔버(10) 쪽으로부터 더 떨어져서 배치된다.
그리고 제1리저버(52)에 저장되는 제1가스는 유기 금속을 포함하는 원료 가스가 되도록 함이 바람직하고, 제2리저버(62)에 저장되는 제2가스는 캐리어 가스가 되도록 함이 바람직하며, 제3리저버(72)에 저장되는 제3가스는 유기 금속을 제외한 원료 가스가 되도록 함이 바람직하다.
즉 원료 가스인 제1가스와 제3가스가 서셉터(20) 쪽으로 분사되고 가장 위쪽에 캐리어 가스인 제2가스가 분사되기 때문에 제2가스의 압력에 의해 제1가스 및 제3가스가 증착을 더욱 용이하게 할 수 있으며 증착 효율을 높일 수 있게 된다.
그리고 원료 가스도 제1가스와 제3가스로 나누어서 저장되어 챔버(10) 내부로 공급되도록 함이 바람직한데, 가열수단으로부터 발생하는 높은 열에 의해 유기 금속이 자체적으로 화학 반응 일으키는 것을 가능한 한 방지하기 위해 가열수단으로부터 유기 금속을 가능한 한 멀리 이격시키도록 제1리저버(52)에 제1가스가 저장되게 한 것이다.
도 8에 도시된 실시예에 관하여 가로 방향으로 절단하여 위에서 바라본 단면 을 별도로 나타내지는 않았으나, 도 8에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 제1가스도입부(50), 제2가스도입부(60) 및 제3가스도입부(70)도 챔버(10)의 외주면을 따라 구비되도록 함이 바람직하며, 챔버(10)의 외주면으로부터 중심부 쪽으로 구심적으로 가스가 분사되도록 함이 바람직하다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 설명한다.
도 9 및 도 10에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30) 및 가스도입부를 포함하여 이루어지고, 본 실시예에서는 챔버 내부의 구조에 있어서 차이가 있으므로 중복되는 내용에 관한 설명은 생략하고 챔버 내부의 구조에 관하여 구체적으로 설명한다.
그리고, 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서는 도 1에 도시된 가스도입부가 적용된 경우에 관하여 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 도 1 내지 도 8에 도시된 가스도입부 뿐만 아니라 그로부터 확장 가능한 모든 가스도입부의 구조가 적용가능하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 챔버(10)는 그 내부의 상단에 마련되어 가스도입부(50) 쪽으로부터 배출구(14) 쪽으로 가스 유로의 단면을 점차적으로 축소시키는 유로축소부(11)를 포함한다.
따라서, 상기 가스 도입부(50) 측으로부터 배출구(14) 측으로 향할수록 챔버(10) 내부의 단면적은 점차 작아지는 구조를 갖는다.
이와 같은 경우, 상기 가스 도입부(50)로부터 유입된 가스 내의 Al, Mg 등의 함유 농도가 챔버(10)의 주변부로부터 중심부로 향할수록, 즉 가스 도입부(50)로부터 배출구(14)로 향할수록 소모되는 경우에도 상기 가스가 흐르는 단위 유로의 면적당 유속 및 유량이 증가하게 되어 배출구(14)에 인접한 기판에 Al, Mg 등의 농도 저하 없이 증착이 이루어질 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 실시예에서는 챔버(10)가 그 내부의 상단에 마련되어 상기 가스도입부 쪽으로부터 상기 배출구 쪽으로 가스 유로의 단면을 점차적으로 확장시키는 유로확장부(12)를 포함한다.
이와 같은 경우, 상기 가스 도입부(50)로부터 유입된 가스 내의 Al, Mg 등의 함유 농도가 챔버(10)의 주변부로부터 중심부로 향할수록 소모되는 경우에도 상기 가스는 배출구(14)에 인접한 기판 측에 모여서 배출되므로 Al, Mg 등의 농도가 높아지게 되어 균일한 증착이 이루어질 수 있다.
한편, 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다.
도 11에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 챔버(10)와 서셉터(20), 가열수단(30)과 가스도입부를 포함하며, 챔버(10)의 상단에 챔버(10) 내부와 연통되는 샤워헤더(13)를 더 포함하여 이루어진다.
즉 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는 가스도입부(50) 쪽으로부터 분사되는 가스와 상기 샤워헤더(13)로부터 분사되는 가스에 의해 서셉터(20) 상에 놓여진 피증착물(21)에 박막이 증착된다.
상기 샤워헤더(13)는 챔버(10)의 상단에 구비되며 소정의 가스를 수용하도록 소정의 공간을 형성하는 헤드 챔버(13a)와, 상기 헤드 챔버(13a) 하단에 형성되어 상기 챔버(10)와 상기 헤드 챔버(13a)를 연통시키는 복수개의 홀(13b)과, 상기 헤드 챔버(13a)로 소정의 가스를 공급하는 공급노즐(13c)을 포함하여 이루어진다.
상기 샤워헤더(13)에서 분사하는 가스는 N2, H2 등의 캐리어 가스일 수도 있고 N2, H2 등의 캐리어 가스에 NH3 등의 원료 가스가 일부 포함된 경우일 수도 있다.
그리고 가스도입부(50)에서 분사하는 가스는 유기 금속을 포함하는 원료 가스일 수도 있고 유기 금속 성분이 포함되어 N2, H2 등의 가스가 혼합된 상태의 가스일 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 I-I 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 화학 기상 증착 장치의 II-II 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 측단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (17)

  1. 가스 유동 공간을 형성하며 중심부에 배출구가 구비되는 챔버;
    피증착물을 수용하여 상기 챔버 내의 가스에 노출되도록 하는 서셉터; 및
    상기 챔버의 측단부 둘레에 구비되어 외부로부터 도입되는 소정의 가스를 저장하는 적어도 하나의 리저버와, 상기 리저버와 상기 챔버 내부를 연통하며 상기 리저버에 저장된 가스를 상기 챔버 내부로 분사되도록 하는 분사노즐을 포함하는 가스도입부를 포함하고,
    상기 가스도입부는, 외부로부터 도입되는 원료 가스를 포함하는 제1가스를 저장하는 제1리저버와, 상기 제1리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제1분사노즐을 포함하는 제1가스도입부; 및
    상기 제1리저버 보다 상기 챔버에 더 가까운 안쪽에 배치되며 외부로부터 도입되는 캐리어 가스를 포함하는 제2가스를 저장하는 제2리저버와, 상기 제2리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제2분사노즐을 포함하는 제2가스도입부;
    를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스도입부는,
    상기 리저버와 연결되어 소정의 가스를 상기 리저버로 공급하는 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1분사노즐은 상기 제2분사노즐 보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제1항 또는 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1가스도입부는 상기 제1리저버와 연결되어 제1가스를 상기 제1리저버로 공급하는 제1공급라인을 포함하고,
    상기 제2가스도입부는 상기 제2리저버와 연결되어 제2가스를 상기 제2리저버로 공급하는 제2공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가스도입부는,
    상기 제2가스도입부의 아래에 배치되며 외부로부터 도입되는 제3가스를 저장하는 제3리저버와, 상기 제3리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제3분사노즐을 포함하는 제3가스도입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가스도입부는,
    상기 제2리저버의 아래쪽 및 상기 제1리저버 보다 안쪽에 배치되며, 외부로부터 도입되는 제3가스를 저장하는 제3리저버와, 상기 제3리저버와 상기 챔버 내부를 연통시키는 제3분사노즐을 포함하는 제3가스도입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1분사노즐은 상기 제3분사노즐 보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 가스도입부는,
    외부로부터 도입되는 유기 금속을 포함하는 원료 가스인 제1가스를 상기 제1리저버에 저장하고, 외부로부터 도입되는 유기 금속을 제외한 원료 가스인 제3가스를 상기 제3리저버에 저장하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  12. 삭제
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1가스도입부는 상기 제1리저버와 연결되어 제1가스를 상기 제1리저버로 공급하는 제1공급라인을 포함하고,
    상기 제2가스도입부는 상기 제2리저버와 연결되어 제2가스를 상기 제2리저버로 공급하는 제2공급라인을 포함하며,
    상기 제3가스도입부는 상기 제3리저버와 연결되어 제3가스를 상기 제3리저버로 공급하는 제3공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 챔버는,
    그 내부의 상단에 마련되어 상기 가스도입부 쪽으로부터 상기 배출구 쪽으로 가스 유로의 단면을 점차적으로 축소시키는 유로축소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 챔버는,
    그 내부의 상단에 마련되어 상기 가스도입부 쪽으로부터 상기 배출구 쪽으로 가스 유로의 단면을 점차적으로 확장시키는 유로확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  16. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 챔버의 상단에 구비되어 상기 챔버 내부로 소정의 반응 가스를 분사하는 샤워헤더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 샤워헤더는,
    상기 챔버의 상단에 구비되며 상기 반응 가스를 수용하는 소정의 공간을 형성하는 헤드 챔버와,
    상기 헤드 챔버 하단에 형성되어 상기 챔버와 상기 헤드 챔버를 연통시키는 복수개의 홀과,
    상기 헤드 챔버로 상기 반응 가스를 공급하는 공급노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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JP2004072002A (ja) 2002-08-09 2004-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd プラズマ処理装置
KR100703214B1 (ko) * 2006-01-02 2007-04-09 삼성전기주식회사 유성형 화학 기상 증착 장치

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