KR101060756B1 - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 피증착물의 증착이 이루어지는 반응로를 형성하는 챔버; 상기 피증착물을 수용하여 상기 반응로에 노출되도록 하는 서셉터; 상기 챔버의 측면에 구비되어 상기 반응로로 반응가스가 분사되도록 하는 가스도입부; 및 상기 반응로의 천장을 형성하며, 상기 서셉터의 직경을 증가시킴에 따라 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이를 감소시키도록 하는 천장부재를 포함한다.

Description

화학 기상 증착 장치{APPARATUS FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기판과 같은 피증착물에 화학기상성장법(Chemical Vapor Deposition)에 의해 박막을 형성하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Depostion: CVD) 장치는 화학 반응을 이용하여 피증착물(일반적으로 반도체 웨이퍼 등의 기판을 포함한다)에 박막을 형성하는 장치로서, 진공으로 이루어진 챔버 내에서 가열된 기판에 증기압이 높은 반응가스를 보내어 그 반응가스의 막을 기판에 성장시키도록 하는 장치이다.
최근에는 한 번에 다수의 기판에 증착을 일으키도록 챔버와 서셉터의 크기가 커짐에 따라 다수의 피증착물에 박막을 균일하게 성장시키도록 하는 것이 핵심 기술이 되고 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 서셉터의 크기를 크게 하면 전체적으로 챔버의 크기가 커지게 되고 같은 유량의 반응가스에 대해 유속이 떨어지게 되어 피증착물에 대한 증착이 균일하게 이루어지기 어렵게 된다.
특히 챔버의 측면 쪽에서 챔버의 중심부 쪽으로 반응가스를 주입시키는 방식 의 화학 기상 증착 장치의 경우 챔버 측면 쪽에서 중심부 쪽으로 진행하는 반응가스의 유속이 느리기 때문에 균일한 박막의 성장이 매우 어렵다는 문제점이 있다.
또한 균일한 박막 성장을 위해 반응가스의 유속을 빠르게 하려면 투입하여야 하는 반응가스의 유량이 매우 많이 소요되므로 경제적인 관점에서 불리하다는 문제점이 있다.
본 발명은 서셉터의 크기를 크게 할 경우, 반응가스의 유량을 크게 증가시키지 않고도 반응가스의 유속을 충분히 크게 할 수 있도록 하여 피증착물에 실질적으로 균일한 박막을 성장시킬 수 있도록 하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 피증착물의 증착이 이루어지는 반응로를 형성하는 챔버; 상기 피증착물을 수용하여 상기 반응로에 노출되도록 하는 서셉터; 상기 챔버의 측면에 구비되어 상기 반응로로 반응가스가 분사되도록 하는 가스도입부; 및 상기 반응로의 천장을 형성하며, 상기 서셉터의 직경을 증가시킴에 따라 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이를 감소시키도록 하는 천장부재를 포함한다.
또한, 상기 천장부재는, 상기 서셉터의 직경이 실질적으로 40 cm 이상 70 cm 이하의 범위인 경우, 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이(t)는 실질적으로 10 mm 이하가 되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 천장부재는, 상기 서셉터의 직경이 증가함에 따라 반응가스의 유량이 실질적으로 80 SLM 이상 300 SLM 이하인 범위에서 상기 반응가스의 유속이 실질적으로 67 cm/s 이상 200 cm/s 이하가 되도록 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이가 조절되어 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 피증착물의 증착이 이루어지는 반응로를 형성하는 챔버; 상기 피증착물을 수용하여 상기 반응로에 노출되도록 하는 서셉터; 상기 챔버의 측면에 구비되어 상기 반응로로 반응가스가 분사되도록 하는 가스도입부를 포함하며, 상기 서셉터의 직경이 실질적으로 40 cm 이상 70 cm 이하의 범위인 경우, 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이(t)는 실질적으로 10 mm 이하가 되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 중심부에 마련되어 상기 반응로에서 반응한 가스가 배출되도록 하는 가스배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 상단 내면이 상기 반응로의 천장을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 천장부재를 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서셉터에 회전 가능하도록 구비되며, 상기 피증착물이 수용되는 포켓부를 적어도 하나 구비하는 적어도 하나의 새틀라이트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서셉터는 회전 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
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 반응로의 천장 높이가 상기 서셉터의 측단부 쪽으로부터 중심부 쪽으로 점차 확대되도록 하는 유로확장부를 더 포함하고, 상기 t는 상기 서셉터의 측단부에서의 유로확장부의 높이인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응로의 천장 높이가 상기 서셉터의 측단부 쪽으로부터 중심부 쪽으로 점차 축소되도록 하는 유로축소부를 더 포함하고, 상기 t는 상기 서셉터의 측단부에서의 유로축소부의 높이인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 서셉터의 직경을 증가시킴에 따라 서셉터와 반응로의 천장 사이의 높이를 감소시키도록 하여 반응가스의 유량을 증가시키지 않고도 반응가스의 유속을 충분히 크게 할 수 있어 피증착물에 실질적으로 균일한 박막을 성장시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치와 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에서의 박막성장 효과에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 새틀라이트 상의 피증착물에 대한 박막성장 균일도에 관한 실험결과 그래프에 관하여 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치 는 내부에 반응로(12)가 구비되는 챔버(10), 상기 챔버(10) 측면쪽에 구비되는 가스도입부(20), 상기 반응로(12)에 구비되는 서셉터(30), 그리고 상기 챔버(10)의 중심부에 구비되는 가스배출부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 반응로(12)는 반응가스가 유동하며 화학 반응을 통해 피증착물에 대한 박막 성장이 일어나는 공간이다.
그리고, 상기 서셉터(30)는 피증착물(34)을 수용하여 상기 반응로(12)에 노출되도록 하는 장치로서 스스로 회전하도록 구비될 수도 있고 고정되어 구비되는 것도 가능하다.
상기 서셉터(30)에는 적어도 하나의 새틀라이트(32)가 구비되는데, 상기 새틀라이트(32)는 회전 가능하도록 구비된다.
상기 새틀라이트(32)에는 적어도 하나의 포켓부를 구비하는데, 상기 포켓부는 피증착물(34)을 수용한다.
그리고 도시되지는 아니하였으나 상기 서셉터(30)와 인접한 곳에 가열수단(미도시)이 구비되어 상기 피증착물(34)이 가열되도록 함이 바람직하다.
한편, 상기 가스도입부(20)는 외부로부터 소정의 가스가 도입되어 일시 저장되도록 하는 리저버(22)와, 상기 리저버(22)에 저장된 가스가 반응로(12)로 분사되도록 하는 분사노즐(21)을 포함한다.
그리고 상기 리저버(22)는 외부의 가스공급원(미도시)으로부터 상기 리저버(22)로 가스가 공급되도록 하는 가스공급관(24)과 연결된다.
따라서 외부의 가스공급원(미도시)으로부터 가스공급관(24)을 통해 리저 버(22)에 가스가 공급되고, 리저버(22)에 공급된 가스는 분사노즐(21)을 통해 반응로(12)로 분사된다.
이때 분사노즐(21)을 통해 분사되는 가스는 서셉터(30)에 수용된 피증착물(34)을 지나게 되고, 피증착물(34)에서는 상기 가스에 의한 화학 반응으로 박막이 성장하게 된다.
상기 피증착물(34)을 지나면서 화학 반응을 일으킨 후 반응가스는 가스배출부(40)로 배출되며 배출관(42)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는 반응로(12)의 천장을 형성하는 천장부재(50)를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.
상기 천장부재(50)는 나사체결 또는 끼움 결합 등의 방법을 통해 상기 챔버(10)의 상부측 내면에 고정되도록 하거나 분리 가능하도록 구비되도록 함이 바람직하다.
따라서, 고온 상태를 유지하는 챔버(10)의 내부온도에 의한 열변형 또는 자체 하자에 따른 문제가 발생하는 경우 천장부재(50)만을 교체할 수 있도록 함으로써 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
그리고, 고온 상태의 챔버(10) 내에서 열변형의 발생을 방지하기 위해서는 상기 천장부재(50)를 상기 챔버(10) 보다 열전도율이 낮은 물질, 즉 석영(quartz)과 같은 소재로 제작하는 것이 바람직하다.
상기 천장부재(50)는 반응로(12)의 천장을 형성하며, 도 1에 도시된 t는 서 셉터(30)와 반응로(12)의 천장, 즉 천장부재(50)의 하단 사이의 높이가 된다.
도 1에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 대해 다음의 표 1은 서셉터(30)의 직경(D1)을 크게 할 경우 균일한 박막 성장에 필요한 반응가스의 유속을 얻을 수 있도록 하는 t의 크기를 실험적으로 도출할 수 있는 근거를 제공한다.
즉 다음의 표 1은 서셉터(30)의 직경(D1)이 40 cm인 경우에 갭(t)의 크기가 20 mm인 경우, 10 mm인 경우, 5 mm인 경우, 그리고 3 mm인 경우에 관하여 각각 반응가스의 유량, 압력, 유속 등에 관하여 나타낸 것이다. 새틀라이트(32)의 직경(d1)은 13 cm인 경우에 관한 것이다.
Figure 112008035374745-pat00001
상기 표 1에서 A의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)가 없는 상태로서, 서셉터(30)의 직경(D1)이 40 cm이고, 갭(t)은 20 mm이며, 반응가스의 유량은 200 SLM이고, 압력은 300 Torr이며, 반응가스의 유속은 33.6 cm/s이다.
즉 서셉터(30)의 직경을 40 cm로 크게 할 경우 갭(t)을 20 mm로 하면 유속이 33.6 cm/s 밖에 나오지 않고, 만약 이 경우 반응가스의 유속을 100 cm/s로 할 경우 필요유량은 595.2 SLM이 된다.
상기 표 1에서 B의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)를 구비하여 갭(t)을 10 mm로 감소시킨 것이며, 유량이 200 SLM인 경우 유속은 67.2 cm/s이고, 유속을 100 cm/s로 할 경우 필요유량은 297.6 SLM이 된다.
상기 표 1에서 C의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)를 구비하여 갭(t)을 5 mm로 감소시킨 것이며, 유량이 200 SLM인 경우 유속은 134.4 cm/s이고, 유속을 100 cm/s로 할 경우 필요유량은 148.8 SLM이 된다.
상기 표 1에서 D의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)를 구비하여 갭(t)을 3 mm로 감소시킨 것이며, 유량이 200 SLM인 경우 유속은 224 cm/s이고, 유속을 100 cm/s로 할 경우 필요유량은 89.3 SLM이 된다.
따라서 갭(t)을 작게 할수록, 즉 서셉터(30)와 반응로(12)의 천장 사이의 높이를 작게 할수록 적은 반응가스의 유량으로 높은 반응가스의 유속을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
다음의 표 2는 상기한 표 1에 나타낸 A의 경우와 B의 경우에 관하여 피증착물에서의 박막성장 균일도를 측정한 실험 결과 데이터를 나타낸 것이다.
Figure 112008035374745-pat00002
여기서 P1 내지 P6은 도 1에 도시된 새틀라이트(32) 상의 피증착물(34)을 가로지르는 가로축 상의 각 점들을 나타내는 것이다.
상기 표 2에서 '위치(mm)'는 도 1에 도시된 새틀라이트(32)를 가로지르는 가로축 상의 맨 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행함에 따른 각 위치에서의 거리를 mm 단위로 나타낸 것이다.
상기 표 2에 나타낸 데이터에 근거한 실험 결과 그래프를 도 2에 나타내었다.
도 2에 도시된 그래프에서 가로축은 상기 표 2에 나타낸 위치(P1 ~ P6)를 나타내고, 세로축은 박막성장율을 백분율로 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 실험 결과 그래프에서 서셉터의 직경이 40 cm인 경우, 갭(t)이 10 mm인 경우가 갭(t)이 20 mm인 경우 보다 더 균일하게 박막성장이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
그리고 상기 표 1의 B의 경우는 갭(t)이 10 mm이고 이때의 반응가스의 유속이 대략 67 cm/s 정도인데, 서셉터의 직경이 대략 40 cm 정도일 때 반응가스의 유속이 대략 67 cm/s 정도이면 만족할 만한 균일도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서 만약 갭(t)을 10 mm 이하로 할 경우, 표 1에 도시된 바와 같이 반응가스의 유속을 더 빠르게 할 수 있기 때문에 박막의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
그리고 반응가스의 유속을 67 cm/s 이상으로 할 경우에도 도 2에 도시된 그래프에서 확인할 수 있듯이 만족할 만한 균일도를 얻을 수 있었다.
상기한 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치 및 이에 대한 실험 결과를 통하여 천장부재(50)를 통해 갭(t)을 작게 조절함으로써 더 좋은 박막성장 균일도를 얻을 수 있었다.
그런데, 반드시 천장부재(50)를 구비하지 않더라도 챔버(10) 자체의 높이를 조절하여 반응로(12)의 높이를 낮추도록 함으로써 상기한 실험 결과와 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치와 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에서의 박막성장 효과에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 새틀라이트 상의 피증착물에 대한 박막성장 균일도에 관한 실험결과 그래프에 관하여 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는 기본적으로 도 1에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치와 구성요소가 동일하고, 서셉터(30)의 직경(D2)과 새틀라이트(32)의 직경(d2) 등에 있어서 차이가 있다.
도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여, 다음의 표 3은 서셉터(30)의 직경(D2)이 70 cm인 경우에 갭(t)의 크기가 20 mm인 경우, 10 mm인 경우, 5 mm인 경우, 그리고 3 mm인 경우에 관하여 각각 반응가스의 유량, 압력, 유속 등에 관하여 나타낸 것이다. 새틀라이트(32)의 직경(d2)은 22.5 cm인 경우에 관한 것이다.
Figure 112008035374745-pat00003
상기 표 3에서 A의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)가 없는 상태로서, 서셉터(30)의 직경(D2)이 70 cm이고, 갭(t)은 20 mm이며, 반응가스의 유량은 200 SLM이고, 압력은 300 Torr이며, 반응가스의 유속은 19.2 cm/s이다.
즉 서셉터(30)의 직경을 70 cm로 크게 할 경우 갭(t)을 20 mm로 하면 유속이 19.2 cm/s 밖에 나오지 않고, 만약 이 경우 반응가스의 유속을 200 cm/s로 할 경우 필요유량은 1042 SLM이 된다.
만약 이 경우, 반응가스의 유속을 100 cm/s로 할 경우에는 필요유량이 1042 SLM 보다는 훨씬 많이 줄어들게 된다.
상기 표 3에서 B의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)를 구비하여 갭(t)을 10 mm로 감소시킨 것이며, 유량이 200 SLM인 경우 유속은 38.4 cm/s이고, 유속을 200 cm/s로 할 경우 필요유량은 521 SLM이 된다.
만약 이 경우, 반응가스의 유속을 100 cm/s로 할 경우에는 필요유량이 521 SLM 보다 훨씬 많이 줄어들게 된다.
상기 표 3에서 C의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)를 구비하여 갭(t)을 5 mm로 감소시킨 것이며, 유량이 200 SLM인 경우 유속은 76.8 cm/s이고, 유속을 200 cm/s로 할 경우 필요유량은 260 SLM이 된다.
만약 이 경우, 반응가스의 유속을 100 cm/s로 할 경우에는 필요유량이 260 SLM 보다 훨씬 많이 줄어들게 된다.
상기 표 3에서 D의 경우는 챔버(10)에 천장부재(50)를 구비하여 갭(t)을 3 mm로 감소시킨 것이며, 유량이 200 SLM인 경우 유속은 224 cm/s이고, 유속을 200 cm/s로 할 경우 필요유량은 157 SLM이 된다.
만약 이 경우, 반응가스의 유속을 100 cm/s로 할 경우에는 필요유량이 157 SLM 보다 훨씬 많이 줄어들게 된다.
따라서 갭(t)을 작게 할수록, 즉 서셉터(30)와 반응로(12)의 천장 사이의 높이를 작게 할수록 적은 반응가스의 유량으로 높은 반응가스의 유속을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
다음의 표 4는 상기한 표 3에 나타낸 A의 경우, B의 경우 및 C의 경우에 관하여 피증착물에서의 박막성장 균일도를 측정한 실험 결과 데이터를 나타낸 것이다.
Figure 112008035374745-pat00004
여기서 P1 내지 P12는 도 3에 도시된 새틀라이트(32) 상의 피증착물(34)을 가로지르는 가로축 상의 각 점들을 나타내는 것이다.
상기 표 4에서 '위치(mm)'는 도 3에 도시된 새틀라이트(32)를 가로지르는 가로축 상의 맨 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행함에 따른 각 위치에서의 거리를 mm 단위로 나타낸 것이다.
상기 표 4에 나타낸 데이터에 근거한 실험 결과 그래프를 도 4에 나타내었다.
도 4에 도시된 그래프에서 가로축은 상기 표 4에 나타낸 위치(P1 ~ P12)를 나타내고, 세로축은 박막성장율을 백분율로 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 실험 결과 그래프에서 갭(t)이 10 mm인 경우가 갭(t)이 20 mm인 경우 보다 더 균일하게 박막성장이 이루어지고, 갭(t)이 5 mm인 경우는 갭(t)이 10 mm인 경우 보다 더 균일하게 박막성장이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
따라서 만약 갭(t)을 10 mm 이하로 할 경우, 갭(t)이 10 mm 보다 더 큰 경우 보다 반응가스의 유속을 더 빠르게 할 수 있기 때문에 박막의 균일도를 향상시킬 수 있고, 갭(t)을 5 mm 이하로 할 경우에는 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
상기한 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치 및 이에 대한 실험 결과를 통하여 천장부재(50)를 통해 갭(t)을 작게 조절함으로써 더 좋은 박막성장 균일도를 얻을 수 있었다.
그런데, 반드시 천장부재(50)를 구비하지 않더라도 챔버(10) 자체의 높이를 조절하여 반응로(12)의 높이를 낮추도록 함으로써 상기한 실험 결과와 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다.
이상의 실험 결과를 통해 서셉터(30)의 직경이 40 cm 이상 70 cm 이하의 범위에서, 갭(t), 즉 서셉터(30)와 반응로(12)의 천장 사이의 높이를 실질적으로 10 mm 이하로 할 경우 피증착물에 대해 실질적으로 균일한 박막성장을 이룰 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 5에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는 기본적으로 도 1이나 도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치와 구성이 실질적으로 동일하고, 다만 천장부재(50)의 구조에 있어서 차이가 있다.
따라서 도 1이나 도 3에 도시된 실시예와 중복되는 부분에 관한 구체적인 설명은 생략하고 천장부재(50)의 구조에 관하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 천장부재(50)는 서셉터(30)의 측단부 쪽으로부터 챔버(10)의 중심부로 갈수록 서셉터(30)와 반응로(12)의 천장 사이의 높이가 확대되도록 하는 유로확장부(51)를 포함한다.
따라서, 상기 가스 도입부(20) 쪽으로부터 가스배출부(40) 쪽으로 향할수록 반응로(12)의 단면적은 점차 커지는 구조를 갖는다.
이와 같은 경우, 상기 가스 도입부(20)로부터 유입된 가스(캐리어 가스와 반응가스가 섞여있다) 내의 반응가스의 함유 농도가 가스 도입부(20)로부터 가스배출부(40)로 향할수록 소모되는 경우에도 상기 가스는 가스배출부(40)에 인접한 기판 측에 모여서 배출되므로 반응가스의 농도가 높아지게 되어 균일한 증착이 이루어질 수 있다.
그리고 도 5에 도시된 실시예에서는 서셉터(30)와 반응로(12)의 천장 사이의 높이가 점차 변화하는데, 상기한 도 1 및 도 3에 도시된 실시예에서 중요한 요소로 거론되었던 갭(t)은 서셉터(30)의 측단부에서의 반응로(12) 천장 높이이다.
즉 가스도입부(20)에서 반응가스가 반응로(12)로 분사될 때의 초기 속도가 매우 중요하기 때문에 서셉터(30)의 측단부 쪽의 갭(t)에 초점을 맞추어 챔버가 설계되는 것이 바람직하다.
그리고 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에서도 도 1 및 도 3에 도시된 실시예에 따른 실험 결과들을 거의 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치도 기본적으로 도 1이나 도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치와 구성이 실질적으로 동일하고, 다만 천장부재(50)의 구조에 있어서 차이가 있다.
따라서 도 1이나 도 3에 도시된 실시예와 중복되는 부분에 관한 구체적인 설명은 생략하고 천장부재(50)의 구조에 관하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 천장부재(50)는 서셉터(30)의 측단부 쪽으로부터 챔버(10)의 중심부로 갈수록 서셉터(30)와 반응로(12)의 천장 사이의 높이가 축소되도록 하는 유로축소부(52)를 포함한다.
따라서, 상기 가스 도입부(20) 쪽으로부터 가스배출부(40) 쪽으로 향할수록 반응로(12)의 단면적은 점차 작아지는 구조를 갖는다.
이와 같은 경우, 상기 가스 도입부(20)로부터 유입된 가스(이 경우 캐리어 가스와 반응가스가 섞여 있다) 내의 반응가스의 함유 농도가 가스 도입부(20)로부터 가스배출부(40)로 향할수록 소모되는 경우에도 상기 가스가 흐르는 단위 유로의 면적당 유속 및 유량이 증가하게 되어 가스배출부(40)에 인접한 기판에 반응가스의 농도 저하 없이 증착이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 피증착물에 대한 박막성장 균일도 실험 결과 그래프를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 피증착물에 대한 박막성장 균일도 실험 결과 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (12)

  1. 피증착물의 증착이 이루어지는 반응로를 형성하는 챔버;
    상기 피증착물을 수용하여 상기 반응로에 노출되도록 하는 서셉터;
    상기 챔버의 측면 둘레를 따라 구비되어 상기 반응로로 반응가스가 분사되도록 하는 가스도입부; 및
    상기 반응로의 천장을 형성하며, 상기 서셉터와 상기 챔버 사이에서 상기 반응로의 높이를 감소시키도록 상기 챔버의 상단 내면에 구비되는 천장부재;
    를 포함하고,
    상기 천장부재는 외주면 테두리가 상기 가스도입부와 상기 서셉터 사이의 공간에서 상기 챔버의 상단 내면으로부터 상기 서셉터를 향해 하향 경사지게 형성되어 상기 서셉터의 둘레를 에워싸는 경사면과, 상기 경사면의 단부에서 절곡 및 연장되어 상기 서셉터 상에 마주하도록 형성되는 바닥면을 포함하며, 상기 높이(t)는 상기 서셉터와 상기 천장부재의 바닥면 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 천장부재는,
    상기 서셉터의 직경이 40 cm 이상 70 cm 이하의 범위인 경우, 상기 높이(t)는 10 mm 이하가 되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 천장부재는,
    상기 반응가스의 유량이 80 SLM 이상 300 SLM 이하인 범위에서 상기 반응가스의 유속이 67 cm/s 이상 200 cm/s 이하가 되도록 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이가 조절되어 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 피증착물의 증착이 이루어지는 반응로를 형성하는 챔버;
    상기 피증착물을 수용하여 상기 반응로에 노출되도록 하는 서셉터;
    상기 챔버의 측면 둘레를 따라 구비되어 상기 반응로로 반응가스가 분사되도록 하는 가스도입부;
    를 포함하며,
    상기 챔버는 그 상단이 상기 가스도입부와 상기 서셉터 사이의 공간에서 상기 챔버의 상단 내면으로부터 상기 서셉터를 향해 하향 경사지게 형성되어 상기 서셉터의 둘레를 에워싸는 경사면과, 상기 경사면의 단부에서 절곡 및 연장되어 상기 서셉터 상에 마주하도록 형성되는 바닥면을 포함하며,
    상기 서셉터의 직경이 40 cm 이상 70 cm 이하의 범위인 경우, 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장 사이의 높이(t)는 10 mm 이하가 되도록 하며, 상기 높이(t)는 상기 서셉터와 상기 반응로의 천장을 이루는 상기 챔버 상단의 바닥면 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버의 중심부에 마련되어 상기 반응로에서 반응한 가스가 배출되도록 하는 가스배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 챔버의 상단 내면이 상기 반응로의 천장을 형성하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천장부재를 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터에 회전 가능하도록 구비되며, 상기 피증착물이 수용되는 포켓부를 적어도 하나 구비하는 적어도 하나의 새틀라이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 서셉터는 회전 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 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 하는 화학 기상 증착 장치.
  11. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 반응로의 천장 높이가 상기 서셉터의 측단부 둘레를 따라서 상기 서셉터를 에워싸도록 배치되는 상기 경사면의 단부로부터 중심부 쪽으로 점차 확대되도록 상기 바닥면에 함몰형성되는 유로확장부를 더 포함하고,
    상기 높이(t)는 상기 서셉터의 측단부에서의 유로확장부의 높이인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  12. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 반응로의 천장 높이가 상기 서셉터의 측단부 둘레를 따라서 상기 서셉터를 에워싸도록 배치되는 상기 경사면의 단부로부터 중심부 쪽으로 점차 축소되도록 상기 바닥면에 돌출형성되는 유로축소부를 더 포함하고,
    상기 높이(t)는 상기 서셉터의 측단부에서의 유로축소부의 높이인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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