KR101034032B1 - 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 박막증착장치는 화학기상증착(CVD)용 반응기 내부에 설치되어 증착대상물 표면에 박막을 증착하는 것으로, 증착대상물을 지지하는 지지부와, 지지부를 좌/우로 회전시키는 구동부와, 증착대상물을 가열시키는 발열부와, 반응기 외부에서 유입되는 반응가스를 증착대상물에 공급하는 가스 공급관과 가스 공급관에 형성되는 노즐을 포함하는 반응가스 공급부와, 반응가스 공급부와 마주보도록 장착되며 반응기 외부로 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함한다.

Description

박막증착장치{Apparatus for making thin film}
본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한번의 증착공정으로 증착대상물의 모든 면에 균일하게 박막을 증착할 수 있는 박막증착장치에 관한 것이다.
탄화규소(SiC)는 공유 결합 물질로 넓은 밴드 갭과 높은 전자 이동도를 갖고 있기 때문에 고전압 소자, 고주파 소자 등과 같은 전자소자로 응용이 기대되는 물질이다. 또한, 탄화규소(SiC)는 낮은 밀도와 높은 융점을 갖고 고온에서 기계적, 화학적 특성이 우수하다.
이러한 탄화규소(SiC)를 이용한 반도체는 기술선진국들에서 국가적 지원으로 중점 연구되고 있으며 부분적으로 그 실용성이 상업적으로 증명되고 있다. 탄화규소(SiC) 반도체 소자를 제작하기 위한 가장 중요한 공정은 탄화규소(SiC) 증착공정이다.
종래의 탄화규소(SiC) 증착층은 원료기체로 메틸렌트리클로로실레인 (CH3SiCl3; MTS), 디메틸트리크로로실레인((CH3)2SiCl2; DTS), 및 에틸렌트리클로로실레인(C2H4SiCl3; ETS)로부터 선택되는 유기금속화합물 또는 사염화규소(SiCl4)등과 C2H2, CH4, C3H6와 같은 탄화수소와 수소 또는 아르곤(Ar)의 혼합가스를 열분해하여 증착하고자 하는 증착대상물에 증착시키는 화학기상증착법을 통하여 얻을 수 있다. 탄화규소(SiC)가 증착된 증착대상물은 고온에서 화학적, 물리적으로 안정하므로 반도체 공정의 가혹한 환경에서도 잘 견딜 수 있다.
그런데, 종래의 탄화규소(SiC) 증착공정은 증착대상물의 모든 면에 균일하게 탄화규소를 증착시키려면 여러 단계를 거쳐야 하는 불편함이 있었다. 이에 수 회 증착을 반복함으로써 공정효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명은 한번의 증착공정으로 증착대상물의 모든 면에 균일하게 박막을 증착할 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 증착대상물의 모든 면에 반응가스를 균일하게 전달할 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 박막증착장치는 화학기상증착(CVD)용 반응기 내부에 설치되어 증착대상물 표면에 박막을 증착하는 것으로, 증착대상물을 지지하는 지지부와, 지지부를 좌/우로 회전시키는 구동부와, 증착대상물을 가열시키는 발열부와, 반응기 외부에서 유입되는 반응가스를 증착대상물에 공급하는 가스 공급관과 가스 공급관에 형성되는 노즐을 포함하는 반응가스 공급부와, 반응가스 공급부와 마주보도록 장착되며 반응기 외부로 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 박막증착장치의 반응가스 공급부가, 다수개의 가스 공급관을 포함하되, 다수개의 가스 공급관은 가로 방향으로 m개, 세로 방향으로 n개의 가스 공급관들이 서로 일정한 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 박막증착장치의 지지부가, 증착대상물을 지지하는 지지봉과, 지지봉이 장착되며 구동부에 의해 좌/우 회전 또는 상/하 수직 이동되는 지지봉 장착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 박막증착장치는, 반응기 내부에 형성되며 지지봉 장착부가 수직 하강 시 증착대상물이 하강하는 것을 차단하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 부가적인 양상에 따른 박막증착장치의 가스 배출부가, 가스가 배출되는 배출구멍이 형성된 가스배출블럭과, 가스배출블럭과 연결되는 가스 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 가스배출블럭은 다수개의 배출구멍을 포함하되 다수개의 배출구멍은 가로 방향으로 m개, 세로 방향으로 n개의 배출구멍들이 서로 일정한 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명의 박막증착장치는 단 한번의 증착공정으로 증착대상물의 모든 면에 균일하게 박막을 증착할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 박막증착장치는 가스 분사부의 가스공급관을 좌/우로 회전시키는 가스공급관 구동부를 포함하여 구현됨으로써, 증착대상물의 모든 면에 반응가스를 균일하게 전달할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 박막증착장치를 설명하기 위한 예시도,
도 2 는 도 1에 따른 박막증착장치의 지지부를 설명하기 위한 예시도,
도 3 은 도 1에 따른 박막증착장치의 가스 배출부를 설명하기 위한 예시도,
도 4 는 도 1에 따른 박막증착장치의 가스 공급 및 배출 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 박막증착장치를 설명하기 위한 예시도이고, 도 2 는 도 1에 따른 박막증착장치의 지지부를 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 화학기상증착(CVD)용 반응기(1) 내부에 설치되어 증착대상물(11) 표면에 박막을 증착하는 것으로, 크게 증착대상물(11)을 지지하는 지지부(120)와, 구동부(140)와, 발열부(150)와, 반응가스 공급부(160)와, 가스 배출부(170)를 포함한다.
본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 증착대상물(11) 표면에 탄화규소(SiC), 탄화물, 질화물, 산화물 중 어느 하나를 증착시키는 화학기상증착(CVD) 장치이다. 일례로, 증착대상물(11)은 탄소계, 산화물계, 탄화물계, 질화물계 중 어느 하나의 재질로 구현된다.
지지부(120)는 증착대상물(11)을 지지하는 역할을 한다. 지지부(120)는 증착대상물(11) 아래에서 증착대상물(11)을 위로 지지하는 구조로 구현될 수 있다. 다른 예로 지지부(120)는 증착대상물(11) 측면에서 증착대상물(11)을 위로 지지하는 구조로 구현될 수 있다.
도 2 에 도시한 바와 같이, 일실시예에 있어서, 지지부(120)는 지지봉(121)과, 지지봉(121)이 장착되며 구동부(140)에 의해 좌/우 회전 또는 상/하 수직으로 이동되는 지지봉 장착부(122)를 포함하여 구현될 수 있다. 지지봉(121)은 증착대상물(11)과 맞닿는 부분으로 갈수록 그 직경이 작아지는 형태로 구현될 수 있다. 지지봉(121)과 증착대상물(11)의 접촉면적을 최대한 작게 하여 증착대상물(11)에 박막증착이 최대한 균일하게 일어나도록 한다.
본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 내부 반응기(115)에 스토퍼(130)가 형성될 수 있다. 스토퍼(130)는 지지부(120)와 증착대상물(11)을 분리하는 역할과 지지부(120)에서 분리된 증착대상물(11)을 위로 지지하는 역할을 한다.
도 1에서, 지지봉 장착부(122)가 구동부(140)에 의해 수직 하강하게 되면, 스토퍼(130)가 지지봉(121)에 의해 지지되고 있던 증착대상물(11)이 하강하는 것을 차단하며 동시에 증착대상물(11)을 위로 지지하게 되며, 그 순간 증착대상물(11)은 지지부(120)에서 분리된다. 지지부(120)가 구동부(140)에 의해 일정한 각만큼 회전된 후 수직 상승하게 되면, 지지봉(121)은 증착대상물(11)의 새로운 부분(접점)에 접촉하게 된다. 이에 증착대상물(11) 표면에 일정한 두께의 증착층을 형성시킬 수 있으며, 기존에 증착대상물(11)을 뒤집어 다시 증착해야 하는 문제를 해소하여 공정시간을 단축할 수 있다.
구동부(140)는 지지부(120)를 상/하로 수직 또는 상/하 수직으로 이동시키는 역할을 한다. 구동부(140)와 지지부(120)는 구동축(141)을 통해 연결된다. 일례로, 구동부(140)는 모터로 구현될 수 있다.
발열부(150)는 증착대상물(11)과 반응가스를 가열시키기 위한 것으로, SiC(탄화규소), MoSi2(규화몰리브덴), 그라파이트 등 세라믹 히터 또는 Fe-Cr(철-크롬)계, Ni-Cr(니켈-크롬)계, Fe-Cr-Al(철-크롬-알루미늄)계 금속 히터 또는 오일 히터로 구현될 수 있다. 도 1 에 도시하지 않았지만, 본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 발열부(150)에서 발열되는 열이 반응기 내벽에 전달되는 것을 차단하는 단열재를 더 포함하여 구현될 수 있다.
반응가스 공급부(160)는 외부에서 유입되는 반응가스를 증착대상물(11)에 공급하는 가스 공급관(161)과 가스 공급관(161)에 형성되는 노즐(162)을 포함한다. 일례로, 반응가스 공급부(160)는 다수개의 가스 공급관(161)을 포함하며, 다수개의 가스 공급관(161)은 가로 방향으로 m개, 세로 방향으로 n개의 가스 공급관들이 서로 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다.
가스 공급관(161)에 형성되는 노즐(162)은 노즐 중심선으로부터의 연장선이 증착대상물(11)과 5°이상, 60°이하의 각(θ)을 이루도록 형성된다. 이에 가스 공급관(161)에 형성되는 노즐(162)을 통해 분사된 반응가스는 증착대상물(11)의 표면에 층류를 형성하게 되어 박막 증착효율이 높아진다.
가스 배출부(170)는 반응가스 공급부(160)와 마주보도록 장착되며 외부로 가스를 배출한다. 가스 배출부(170)에 대한 자세한 구성은 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 박막증착장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 가스 배출부(170)를 통해 배출되는 가스의 양을 조절하여, 반응기(1) 내부의 가스 압력을 조절하는 압력 조절부(190)를 더 포함하여 구현될 수 있다.
압력 조절부(190)는 압력 검출부와, 밸브와, 밸브 제어기를 포함하여 구현될 수 있다. 압력 검출부는 반응기(1) 내부의 가스 압력을 검출하는 것으로, 압력을 받아서 발생한 왜곡을 전기 신호로 변환하여 출력하는 압력검출장치로 구현될 수 있다. 밸브는 가스 배출구(170)를 통해 배출되는 가스의 양을 조절하는데 사용된다. 밸브 제어기는 압력 검출부로부터 입력되는 전기신호에 따라 밸브의 동작을 제어한다.
도 3 은 도 1에 따른 박막증착장치의 가스 배출부를 설명하기 위한 예시도이다.
도시한 바와 같이, 가스 배출부(170)는 가스가 배출되는 배출구멍(171)이 형성된 가스배출블럭(172)과, 가스배출블럭(172)과 연결되는 가스 배출관(173)을 포함하여 구현될 수 있다.
일례로, 가스배출블럭(172)은 다수개의 배출구멍(171)을 포함하되, 다수개의 배출구멍(172)은 가로 방향으로 m개, 세로 방향으로 n개의 배출구멍들이 서로 일정한 간격을 두고 배치된다.
도 4 는 도 1에 따른 박막증착장치의 가스 공급 및 배출 흐름을 설명하기 위한 예시도이다.
도시한 바와 같이, 다수의 가스 공급관(161)으로부터 반응가스가 공급되면, 반응가스가 열분해하여 증착대상물(11) 표면에서 탄화규소(SiC), 탄화물, 질화물, 산화물 중 어느 하나의 물질이 증착된다. 반응에 참여하지 않은 가스는 가스 배출부(170)를 통해 외부로 배출된다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 반응기
11: 증착대상물
100: 박막증착장치
115: 내부 반응기
120: 지지부
121: 지지봉 122: 지지봉 장착부
140: 구동부 141: 구동축
150: 발열부
160: 반응가스 공급부
161: 가스 공급관 162: 노즐
170: 가스 배출부
190: 압력조절부

Claims (13)

  1. 화학기상증착(CVD)용 반응기 내부에 설치되어 증착대상물 표면에 박막을 증착하는 박막증착장치에 있어서,
    상기 증착대상물을 지지하는 지지봉과, 상기 지지봉이 장착되는 지지봉 장착부를 포함하는 지지부;
    상기 지지봉보다 낮은 높이로 형성되어 상기 지지봉 장착부가 수직 하강 시 상기 증착대상물이 하강하는 것을 차단하는 스토퍼;
    상기 지지봉 장착부와 연결되고, 상기 지지봉 장착부를 하강시켜 상기 지지봉과 상기 증착대상물을 분리시킨 다음 상기 지지봉 장착부를 회전시킨 후 상기 지지봉 장착부를 상승시켜 상기 지지봉과 상기 증착대상물 간의 접촉 부분을 변화시키는 구동부;
    상기 증착대상물의 적어도 어느 한 면과 마주하게 배치되어 상기 증착대상물을 가열시키는 발열부;
    상기 증착대상물과 평행하게 설치되되 상기 증착대상물의 상부와 하부에 각각 복수개 설치되어 상기 반응기 외부에서 유입되는 반응가스를 상기 증착대상물에 공급하는 가스 공급관과, 상기 가스 공급관에 적어도 하나 형성되되 상기 증착대상물의 상면 또는 하면을 향해 상기 반응가스를 분사 가능하도록 형성되어 있는 노즐을 포함하는 반응가스 공급부; 및
    상기 반응가스 공급부와 마주보도록 장착되고, 상기 반응가스를 상기 반응기 외부로 배출하는 가스 배출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지봉은,
    상기 증착대상물과 맞닿는 부분으로 갈수록 그 직경이 작아지는 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 배출부가:
    가스가 배출되는 배출구멍이 형성된 가스배출블럭; 및
    상기 가스배출블럭과 연결되는 가스 배출관;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출구멍은 다수개로 형성되되, 서로 일정한 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 박막증착장치가:
    상기 가스 배출부를 통해 배출되는 가스의 양을 조절하여, 상기 반응기 내부의 가스 압력을 조절하는 압력 조절부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 박막증착장치가:
    상기 발열부에서 발열되는 열이 상기 반응기 내벽에 전달되는 것을 차단하는 단열재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막증착장치는,
    상기 증착대상물 표면에 탄화규소, 탄화물, 질화물, 산화물 중 어느 하나를 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막증착장치는,
    상기 증착대상물이 탄소계, 산화물계, 탄화물계, 질화물계 중 어느 하나의 재질로 구현되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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