KR101004903B1

KR101004903B1 - 화학 기상 증착 장치

Info

Publication number: KR101004903B1
Application number: KR1020080065109A
Authority: KR
Inventors: 홍종파; 이원신
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-12-28
Also published as: KR20100004762A

Abstract

본 발명은 리저버 내부의 유로 경로에 유로 가이드를 구비함으로써, 반응 가스의 흐름이 차단되어 정체되는 정체영역(dead zone)을 제거하여 상기 리저버 내부에 반응 가스가 잔류하는 것을 방지하고, 반응 챔버 내부로 반응 가스가 연속적으로 균일하게 분사되도록 하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.

화학 기상 증착, 반응 챔버, 리저버, 유로 가이드

Description

화학 기상 증착 장치{Apparatus for Chemical Vapor Deposition}

본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 유입되는 반응 가스가 리저버 내에서 정체됨이 없이 연속적으로 균일하게 안정적으로 분사될 수 있도록 하는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.

최근 다양한 산업분야에서 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발등의 요구가 점차 많아짐에 따라서 품질이나 성능의 저하 없이 대량으로 생산할 수 있는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 장비가 요구되고 있는 실정이다.

일반적으로 화학 기상 증착은 반응 챔버 내로 공급된 반응가스가 가열된 웨이퍼의 상부표면에서 화학반응을 일으켜 박막을 성장시키는 것이다.

이러한 박막 성장법은 액상 성장법에 비해서 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.

화학 기상 증착 공법을 통해 균일한 두께의 박막을 얻기 위해서는 챔버 내에 유입되는 반응가스를 기판상의 각 부분으로 두루 균일하게 분사시켜 주어야 한다.

이때, 기판 표면의 전영역으로 반응가스가 연속적으로 균일하게 분사되도록 하는 것이 필요한데, 복수개의 기판을 동시에 성막(成膜)할 수 있는 유성형(planetary) 타입의 CVD 장치에서는 반응가스가 저장되어 분사되는 리저버 내에서 유로를 따라 흐르는 반응가스가 서로 교차하여 정체되는 정체영역(dead zone)이 발생하게 된다.

이는 리저버 내에서의 반응가스의 원활한 흐름을 방해하며, 반응가스가 상기 리저버 내에 잔류하도록 함으로써 반응가스가 상기 반응 챔버로 균일하게 분사되지 못하도록 하는 문제를 유발시킨다.

따라서, 기판상에 균일하지 못한 두께의 박막을 형성하여 제품불량이 발생하는 문제가 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 서셉터가 구비되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 측단부 둘레에 구비되며, 외부의 반응 가스가 유입되는 주입구를 적어도 하나 구비하고, 상기 주입구를 통해 유입되는 반응 가스를 저장하는 적어도 하나의 리저버; 및 상기 리저버 내의 유로 경로 상의 일측에 구비되어 상기 리저버 내부의 반응 가스가 상기 반응 챔버 내부로 분사되도록 안내하는 적어도 하나의 유로 가이드;를 포함한다.

또한, 상기 리저버는 내부에 저장된 반응 가스가 상기 반응 챔버로 분사되도록 분사노즐을 상기 리저버의 내주면을 따라 복수개 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 상기 분사노즐을 구비하는 상기 리저버의 내주면과 소정 거리만큼 이격되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 상기 주입구를 통해 유입되어 상기 리저버의 유로를 따라 양측으로 각각 확산되는 반응 가스가 실질적으로 서로 교차하는 지점에 구 비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 복수개로 구비되는 각 주입구 사이에 위치하여 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 일측 주입구로부터의 거리와 타측 주입구로부터의 거리가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 상기 리저버의 유로 경로 상에서 반응 가스의 유동을 안내하도록 가이드면이 반응 가스의 유동방향을 따라 경사지게 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 상기 리저버의 유로 경로 상에서 반응 가스의 유동을 안내하도록 가이드면이 반응 가스의 유동방향을 따라 소정의 곡률을 가지며 만곡되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 가이드는 서로 마주하는 상기 가이드면이 서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리저버는 상기 가이드면이 시작되는 지점을 기준으로 상기 가이드면을 따라 점차 유로의 폭이 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리저버로부터 상기 반응 챔버 내부로 분사되는 반응 가스가 반응 후 배기되도록 상기 서셉터의 중심부에 구비되는 배기구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 리저버 내부로 유입되는 반응 가스의 흐름이 차단되어 정체되는 정체영역(dead zone)을 제거하여 상기 리저버 내부에 반응 가스가 잔류하는 것을 방지하고, 가스 변경이 빠르게 이루어져 반응 챔버 내부로 반응 가스가 연속적으로 균일하게 분사되는 효과를 갖는다.

본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 실시예에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.

도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이고, 도 1(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에서 리저버 내의 유로 상에 유로 가이드가 구비되는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 화학 기상 증착 장치에 구비되는 유로 가이드의 일실시예를 나타내는 평면도이다.

도 1 내지 도 3에서 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 반응 챔버(110), 리저버(120), 유로 가이드(130)를 포함하여 구성되며, 하나 또는 다수의 기판(W)상에 화학 기상 증착을 이루되 챔버의 주변부로부터 중심부로 가스가 흐르면서 증착이 이루어지는 것이다.

상기 반응 챔버(110)는 중공형의 공간을 가지는 수직 원통형의 구조로 내마모성 및 내부식성이 우수한 메탈재질로 이루어지며, 적어도 하나의 기판이 장착되는 서셉터(50) 및 가열수단(60)을 내부에 구비한다.

한편, 상기 리저버(120)는 상기 반응 챔버(110)의 측단부 둘레를 따라 구비되는 유성형(planetary)의 구조를 이룬다.

도면에서는 상기 리저버(120)가 상기 반응 챔버(110)의 내주면을 따라서 챔버 내측에 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 상기 반응 챔버(110)의 외주면을 따라서 챔버 외측에 구비되는 것 또한 가능하다.

상기 리저버(120)는 적어도 하나의 주입구(122)를 구비하여 외부의 반응 가스가 상기 리저버(120) 내의 유로(121)로 유입되도록 하며, 상기 주입구(122)를 통해 유입되는 반응 가스를 저장한다.

상기 가스는 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.

도 1(a)에서와 같이 상기 리저버(120)가 하나인 단일의 리저버(120)로 구비되는 경우에는 상기 리저버(120)를 따라 원료가스 및 캐리어가스가 혼합된 상태로 저장되어 분사되거나 원료가스만을 분사하게 된다.

또한, 도 1(b)에서와 같이 상기 리저버(120)는 제1리저버(120a) 및 제2리저버(120b)의 이중구조로 이루어지는 것도 가능하다.

이 경우 상기 제1리저버(120a)는 외부로부터 도입되는 제1가스를 저장하고, 상기 제2리저버(120b)는 상기 제1리저버(120a)의 아래에 배치되어 외부로부터 도입되는 제2가스를 저장한다.

상기와 같이 리저버(120)가 상하 이중으로 나누어져 구비되는 경우에는 원료가스와 캐리어가스를 구분하여 각각의 리저버(120a,120b)로 공급하고, 가스가 혼합되지 않은 상태로 반응 챔버(110) 내부로 분사되도록 한다.

즉, 서셉터(50)에 가까운 제2리저버(120b)에는 원료가스를 공급하여 저장하고, 서셉터(50)에서 먼 제1리저버(120a)에는 캐리어가스를 저장하여 각 가스가 분리된 상태로 분사되도록 하며, 이 경우 원료가스가 낭비되지 않아 보다 효율적으로 증착공정을 수행하는 것이 가능하며, 아울러 원료가스의 사용량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

그리고, 상기 리저버(120)는 분사노즐(123)을 그 내주면을 따라 복수개 구비하여 상기 리저버(120)의 유로(121) 내부에 저장된 반응 가스(G)가 상기 반응 챔버(110)로 분사되도록 한다.

한편, 상기 유로 가이드(130)는 상기 리저버(120) 내부의 반응 가스가 상기 분사노즐(123)을 통해 상기 반응 챔버(110) 내부로 분사되도록 안내하기 위해 상기 리저버(120) 내의 유로(121) 경로 상의 일측에 적어도 하나 구비된다.

도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 유로 가이드는 상기 리저버(120)내의 상기 유로(121) 경로 상에서 반응 가스(G)의 유동을 안내하도록 가이드면(131a,131b)이 반응 가스(G)의 유동방향을 따라 경사지게 구비된다.

또는, 도 4에서와 같이 상기 유로 가이드(130)는 가이드면(131a,131b)이 반응 가스의 유동방향을 따라 소정의 곡률을 가지며 만곡되어 구비될 수도 있다.

그리고, 상기 유로 가이드(130)는 중심선을 기준으로 상기 가이드면(131a)과 다른 가이드면(131b)이 서로 마주하며 대칭을 이루는 구조로 구비되도록 한다.

따라서, 상기 리저버(120)는 상기 가이드면(131a)이 시작되는 지점을 기준으로 상기 가이드면(131a)을 따라서 점차 상기 유로(121)의 폭이 좁아지며, 상기 가이드면(131a)과 다른 가이드면(131b)이 서로 만나는 지점을 기준으로 점차 상기 유로(121)의 폭이 다시 넓어지는 구조를 가진다.

여기서, 상기 유로 가이드(130)의 양측 가이드(131a,131b)가 서로 만나는 지점은 상기 분사노즐(123)을 구비하는 상기 리저버(120)의 내주면과 소정 거리(l)만큼 이격되도록 한다. 따라서, 상기 유로(121)가 상기 유로 가이드(130)에 의해 차단되어 분리되지 않는 구조를 가짐으로써 반응 가스의 확산이 원활히 이루어질 수 있도록 한다.

이상과 같은 구조를 가지는 상기 유로 가이드(130)가 상기 유로(121) 상에 구비됨으로써 상기 주입구(122)로부터 멀어질수록 상기 유로(121)의 폭이 점차 좁아지도록 하여 반응 가스(G)의 유속이 감소하지 않고 일정하게 유지되도록 하는 것이 가능하다.

특히, 상기 유로 가이드(130)는 상기 리저버(120)내의 상기 유로(121)를 따라서 양측으로 흐르는 반응 가스(G)가 서로 교차되어 흐름이 차단됨으로써 정체되는 정체영역(dead zone)을 제거하도록 상기 주입구(122)를 통해 유입되어 상기 유로(121)를 따라 양측으로 각각 확산되는 반응 가스가 실질적으로 서로 교차하는 지점에 구비된다.

즉, 도 3 내지 도 5에서와 같이 상기 유로 가이드(130)는 복수개로 구비되는 각 주입구(122) 사이에 위치하여 구비되도록 한다. 이 경우, 상기 유로 가이드(130)는 일측 주입구(122)로부터의 거리(d1)와 타측 주입구(122)로부터의 거리(d2)가 실질적으로 동일한 거리가 된다.

그러나, 도 6에서와 같이 상기 주입구(122)가 하나로 구비되는 경우에는 상기 주입구(122)와 마주하는 반대측에 상기 유로 가이드(130)가 구비된다.

이와 같이, 상기 유로 가이드(130)가 상기 유로(121) 내의 소정 위치에 배치되도록 구비함으로써 정체영역을 제거하여 반응 가스(G)의 흐름이 원활히 유지되며, 균일하게 챔버(110) 내부로 분사되도록 안내하게 된다.

한편, 상기 서셉터(50)의 중심부에는 배기구(140)를 구비하여 상기 리저버(120)로부터 상기 반응 챔버(110) 내부로 분사되는 반응 가스(G)가 반응 후 용이하게 배기되도록 한다.

이때, 상기 배기구(140)에는 배기되는 반응 가스가 압력 차이나 작동오류 등에 의해 상기 챔버(110) 내부로 역류하는 것을 방지하는 역류방지수단(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.

도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이다.

도 1(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에서 리저버 내의 유로 상에 유로 가이드가 구비되는 상태를 나타내는 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 화학 기상 증착 장치에 구비되는 유로 가이드의 일실시예를 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 유로 가이드의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에서 유로 가이드가 구비되는 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에서 유로 가이드가 구비되는 또 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

Claims

서셉터가 구비되는 반응 챔버;

상기 반응 챔버의 측단부 둘레에 구비되며, 외부의 반응 가스가 유입되는 주입구를 적어도 하나 구비하고, 상기 주입구를 통해 유입되는 반응 가스를 저장하는 적어도 하나의 리저버; 및

상기 리저버 내의 유로 경로 상의 일측에 구비되어 상기 리저버 내부의 반응 가스가 상기 반응 챔버 내부로 분사되도록 안내하는 적어도 하나의 유로 가이드;

를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
제1항에 있어서,

상기 리저버는 내부에 저장된 반응 가스가 상기 반응 챔버로 분사되도록 분사노즐을 상기 리저버의 내주면을 따라 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제2항에 있어서,

상기 유로 가이드는 상기 분사노즐을 구비하는 상기 리저버의 내주면과 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제1항에 있어서,

상기 유로 가이드는 상기 주입구를 통해 유입되어 상기 리저버의 유로를 따라 양측으로 각각 확산되는 반응 가스가 서로 교차하는 지점에 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제1항에 있어서,

상기 유로 가이드는 복수개로 구비되는 각 주입구 사이에 위치하여 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제4항에 있어서,

상기 유로 가이드는 일측 주입구로부터의 거리와 타측 주입구로부터의 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제1항에 있어서,

상기 유로 가이드는 상기 리저버의 유로 경로 상에서 반응 가스의 유동을 안내하도록 가이드면이 반응 가스의 유동방향을 따라 경사지게 구비되는 것을 특징으 로 하는 화학 기상 증착 장치.
제1항에 있어서,

상기 유로 가이드는 상기 리저버의 유로 경로 상에서 반응 가스의 유동을 안내하도록 가이드면이 반응 가스의 유동방향을 따라 곡률을 가지며 만곡되어 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 유로 가이드는 서로 마주하는 상기 가이드면이 서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 리저버는 상기 가이드면이 시작되는 지점을 기준으로 상기 가이드면을 따라 점차 유로의 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
제1항에 있어서,

상기 리저버로부터 상기 반응 챔버 내부로 분사되는 반응 가스가 반응 후 배기되도록 상기 서셉터의 중심부에 구비되는 배기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.