KR101117663B1 - 증착가스 공급장치 - Google Patents

Abstract

반도체 소자나 평판 디스플레이 제조를 위한 박막 증착시 매 증착 공정마다 균일한 양의 증착물질을 증착가스 증발부로 공급되도록 하는 증착가스 공급장치가 개시된다. 본 발명에 따른 증착가스 공급장치는, 증착물질이 저장되는 증착물질 저장부(200), 증착물질을 증착가스화 시키는 증착물질 증발부(300) 및 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부(400)를 포함하는 증착가스 공급 장치(100)로서, 증착물질 저장부(200)와 증착물질 증발부(300) 사이에 설치되는 증착물질 공급부(500)를 더 포함하고, 증착물질 공급부(500)는 매 증착 공정 마다 상기 증착물질 증발부(300)로 일정 양의 상기 증착물질을 공급하는 것을 특징으로 한다.

증착공정, 증착물질, 운반가스, 증착가스

Description

증착가스 공급장치{Apparatus for Supplying Deposition Gas}

본 발명은 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착가스 공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 소자나 평판 디스플레이 제조를 위한 박막 증착시 매 증착 공정마다 균일한 양의 증착물질을 증착가스 증발부로 공급되도록 하는 증착가스 공급장치에 관한 것이다.

반도체 소자나 평판 디스플레이의 제조에는 다양한 종류의 박막(Thin film)이 증착 되는데 박막 증착 방법은 크게 물리기상 증착법(PVD: physical vapor deposition)과 화학기상 증착법(CVD: chemical vapor deposition)이 있다.

화학기상 증착법은 증착하고자 하는 물질을 가스 형태로 기판 표면으로 이동시켜 가스의 반응으로 기판 표면에 필름을 증착시키는 방법으로서 증착물질의 선택에 따라 각종의 박막 형성이 가능하며, 비교적 간단한 공정으로 대량의 작업 처리가 가능하다는 장점을 가지고 있어 폭넓게 사용되고 있다. 또한, 화학기상 증착법은 박막의 형성이 용이하기 때문에 반도체 소자의 절연층과 능동층, 평판 디스플레이의 투명 전극, 발광층이나 보호층 등의 여러 분야로의 응용이 가능한 장점이 있다.

화학기상 증착법의 경우 증착 압력은 증착하고자 하는 증착 물질을 공급하는 증착가스 공급장치로부터 공급되는 증착가스의 유량(즉, 증착가스의 압력)에 직접적으로 영향을 받는다. 즉, 화학기상 증착법에서 증착 압력을 적절하게 제어하기 위해서는 무엇보다도 증착가스 공급장치의 증착가스의 압력을 정확하게 조절하여야 한다. 증착가스의 압력 조절은 증착 속도를 정밀하고 일정하게 조절할 필요가 있는 경우에 특히 중요하다.

그러나, 증착가스의 압력을 정확하게 조절하기 어려운 문제점이 있었다. 즉, 증착가스가 발생되는 증착물질 증발부에 남아 있는 증착물질의 양에 따라 증착물질의 증발량이 달라지기 때문에 증착가스의 압력을 정확하게 조절할 수 없었다. 또한, 증착물질이 가열로 인해 휘발 및 응축 과정이 반복됨에 따라 증착물질의 휘발 표면에 요철이 형성되고, 형성된 요철의 단면이 계속적으로 변화하게 되기 때문에, 증착물질의 표면적이 계속 변화하면서 증착물질의 표면에서 발생되는 증착가스의 증발량이 달라지기 때문에 증착가스의 압력을 정확하게 조절할 수 없었다. 이와 같이, 증착가스의 압력을 정확히 조절하지 못하는 상태에서 증착 공정이 수행되면 기판 상에 형성되는 박막의 재현성과 수율을 저하시키는 결과를 야기할 수 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 증착가스의 공급량을 일정하게 하는 증착가스 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 박막 증착시 매 증착 공정마다 균일한 양의 증착물질이 증착가스 증발부로 공급될 수 있도록 하는 증착가스 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 증착가스 공급장치는 증착물질이 저장되는 증착물질 저장부, 증착물질을 증착가스화 시키는 증착물질 증발부 및 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부를 포함하는 증착가스 공급 장치로서, 상기 증착물질 저장부 내부에 설치되는 증착물질 공급부를 더 포함하고, 상기 증착물질 공급부는 매 증착 공정 마다 상기 증착물질 증발부로 일정 양의 상기 증착물질을 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 증착물질 증발부는 공급된 증착물질을 균일하게 분산시키는 원뿔형의 증착물질 분산 수단을 포함할 수 있다.

상기 운반가스 공급부는 상기 증착물질 공급부와 상기 증착물질 증발부의 사이에 연결될 수 있다.

상기 증착물질 공급부는 본체, 상기 본체의 상부에 고정되게 설치되고 제1 홀이 형성되어 있는 공급판, 및 상기 공급판의 하부에서 회전 가능하게 설치되고 공급홀이 형성되어 있는 회전판을 포함하고, 상기 회전판이 회전하면서 상기 증착물질 증발부로 상기 증착물질의 공급이 단속될 수 있다.

상기 본체에는 제2 홀이 형성될 수 있다.

상기 본체에는 상기 제1 홀에 대응하는 홈이 형성될 수 있다.

상기 증착물질 공급부는 상기 증착물질 저장부에 저장된 상기 증착물질을 교반하는 교반기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 증착 공정시 증착가스의 압력을 정확하고 일정하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 증착 공정을 수행할 때 마다 증착물질을 균일하게 공급함으로써 증착가스의 압력을 일정하게 하여 박막의 재현성과 수율을 향상시키는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착가스 공급장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.

우선, 본 발명에 의한 증착가스 공급장치(100)는 증착물질 저장부(200), 증착물질 증발부(300), 운반가스 공급부(400) 및 증착물질 공급부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

증착물질 저장부(200)는 소정량의 증착물질을 저장한다. 또한, 증착물질 저 장부(200)는 후술하는 증착물질 증발부(300)로 증착물질을 공급한다. 증착물질 저장부(200)는 증착물질을 저장할 수 있도록 소정의 내부 용적을 갖는 용기로 구성될 수 있다. 증착물질 저장부(200)는 외부의 이물질이 침입하거나 내부의 증착물질이 유출될 수 없도록 견고하게 제작되는 것이 바람직하다. 증착물질 저장부(200)의 재질은 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다.

증착물질 공급관(250)은 증착물질 저장부(200)와 후술하는 증착물질 증발부(300)를 연결하여, 증착물질 저장부(200)에 저장되어 있는 증착물질이 증착물질 증발부(300)로 공급될 수 있도록 한다. 또한, 증착물질 공급관(250)에는 후술하는 운반가스 공급부(400)가 연결될 수 있다.

증착물질 증발부(300)는 증착물질 저장부(200)에서 공급된 증착물질을 기화시킨다. 증착물질 증발부(300)에서 기화된 증착물질은 가스의 형태로 증착장치로 공급된다. 이를 위하여, 증착물질 증발부(300)의 외주에는 증착물질을 가열하여 증착가스화 시키기 위한 히터(310)가 설치될 수 있다.

증착물질 증발부(300)의 내측 하부에는 원뿔 형태의 증착물질 분산판(320)이 배치된다. 증착물질 분산판(320)은 공급된 증착물질이 증착물질 분산판(320)의 상부에 적하된 후 증착물질 분산판(320) 상에서 고루 퍼져서 분산되게 하는 역할을 한다. 이는 증착물질 증발부(300) 내에서 증착물질이 보다 용이하게 증착가스가 되도록 한다.

운반가스 공급부(400)는 증착물질 증발부(300)에서 발생된 증착가스를 후술하는 증착장치(600)로 운반하는 운반가스를 공급한다. 운반가스 공급부(400)는 증 착물질 공급관(250)에 연결되되 증착물질 증발부(300)와 후술하는 증착물질 공급부(500) 사이에 연결될 수 있다. 이때, 운반가스는 증착물질 공급관(250)을 통해 증착가스 증발부(300)로 공급됨으로써 증착가스 증발부(300)에서 발생된 증착가스가 증착물질 저장부(200) 측으로 역류하는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다.

증착물질 공급부(500)는 증착물질 공급관(250)을 통해 증착물질 증발부(300)로 공급되는 증착물질의 양을 조절하는 역할을 한다. 특히, 본 발명에서 증착물질 공급부(500)는 증착물질 증발부(300)에 공급되는 증착물질의 양이 매 증착 공정 수행시마다 균일하도록 조절할 수 있다. 증착물질 공급부(500)는 증착물질 저장부(200)의 내부 하측에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착가스 공급장치(100)의 증착물질 공급부(500)의 구성을 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.

증착물질 공급부(500)는 본체(510), 공급판(520), 회전판(540)을 기본적인 구성으로 한다.

본체(510)는 증착물질 공급부(500)의 골격을 이루며 증착물질 공급부(500)의 각종 구성요소들이 설치된다. 본체(510)는 소정의 두께를 갖는 평판 형태로 형성될 수 있다. 본체(510)는 증착물질 저장부(200)의 최하측부에 연결된다.

본체(510)에는 공급판(520)이 고정 설치된다. 공급판(520)은 증착물질 저장부(200)에서 증착물질 증발부(300)로의 증착물질의 공급을 제한한다. 공급판(520)은 원형 플레이트 형태로 형성된다. 공급판(520)에는 원주부를 따라서 제1 홀(530)이 형성된다. 제1 홀(530)을 통하여 증착물질 저장부(200)의 증착물질이 후술하는 회전판(540)의 공급홀(550)에 공급된다.

본체(510)에는 공급판(520)의 하측으로 회전판(540)이 회전 가능하게 설치된다. 회전판(540)은 후술하는 공급홀(550)을 통하여 증착물질의 공급을 단속한다. 회전판(540)은 회전판(540)의 중심축이 회전 모터(M)의 동력축에 연결되어 회전 모터(M)의 동작에 따라 회전한다. 이때, 회전판(540)은 소정의 주기로 회전할 수 있다.

회전판(540)에는 공급홀(550)이 형성된다. 공급홀(550)을 통하여 후술하는 제2 홀(570)에 정량의 증착물질이 공급된다. 즉, 회전판(540)이 소정의 주기로 회전하여 공급홀(550)이 제2 홀(570)의 직상방에 위치할 때마다 공급홀(550)을 채우고 있는 증착물질이 제2 홀(570)을 통하여 증착물질 증발부(300)로 공급된다. 이때, 공급홀(550)의 부피가 일정하므로 이를 채우는 증착물질의 양도 일정하기 때문에 증착물질 증발부(300)에는 회전판(540)의 회전 주기에 따라 정량의 증착물질이 공급될 수 있다.

결과적으로, 본 발명에서는 증착물질 저장부(200) 내에 저장되어 있는 증착물질이 공급판(520)의 제1 홀(530), 회전판(540)의 공급홀(550) 및 본체(510)의 제2 홀(570)을 차례로 통과하여 증착물질 증발부(300)로 공급되되, 이때 회전판(540)이 소정의 주기로 한번 회전할 때마다 공급홀(550)의 부피에 해당하는 양만큼의 증착물질이(즉, 일정량의 증착물질이) 증착물질 증발부(300)로 공급된다.

또한, 도 3을 참조하면. 회전판(540)에 형성되는 공급홀(550)의 개수는 1개로 되어 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 증착물질의 시간당 공급량에 따 라 다양하게 변경될 수 있다. 이때, 증착물질의 시간당 공급량을 늘리기 위해서는 공급홀(550)의 개수를 증가시켜도 되지만 경우에 따라서는 동일한 공급홀(550)의 개수에서 회전판(540)의 회전 주기를 짧게 할 수도 있으며, 아울러 공급홀(550)의 부피, 예를 들어 공급홀(550)의 직경 또는 높이[즉, 회전판(540)의 두께]를 증가시킬 수도 있다. 다시 말하여, 본 발명에서 증착물질 공급부(500)를 통하여 증착물질 증발부(300)에 공급되는 시간당 증착물질의 양은 회전판(540)의 회전 주기, 공급홀(550)의 개수 및 공급홀(550)의 부피 등을 변경하여 다양하게 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 어떠한 경우에도 증착물질 증발부(300)에 증착물질의 시간당 공급량을 일정하게 할 수 있다.

본체(510)에는 공급판(520) 및 회전판(540)을 둘러싸는 장치대(560)가 설치될 수 있다.

본체(510)에는 제2 홀(570)이 형성된다. 제2 홀(570)을 통하여 공급홀(550)을 채우고 있던 증착물질이 증착물질 증발부(300)로 공급된다. 제2 홀(570)의 직경은 공급홀(550)의 직경과 실질적으로 동일하게 하는 것이 바람직하다.

본체(510)의 상부면에는 제2 홀(570)의 주변으로 소정의 깊이를 갖는 홈(580)이 형성될 수 있다. 홈(580)의 형상과 크기는 제1 홀(130)의 형상과 크기와 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다. 홈(580)은 제2 홀(570)을 통과하지 못한 증착물질에 의해 본체(510)의 상부면 또는 회전판(540)의 하부면이 마모되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 본 발명에서 제2 홀(570)을 통과하지 못한 증착물질은 제2 홀(570)의 주변에 형성되는 홈(580) 상으로 이동하게 되며, 그 결과 증착 물질이 본체(510)의 상부면 상에 위치하는 것을 방지한다. 만일 홈(580)이 형성되어 있지 않다면 제2 홀(570)을 통과하지 못한 증착물질은 본체(510)의 상부면 상으로 밀려 나오게 되고, 그 결과 본체(510) 상에서 회전판(540)이 회전할 때 그 사이에 위치하는 증착물질에 의하여 본체(510)나 회전판(540)이 마모될 수 있다. 이는 증착물질 증발부(300)로 공급되는 증착물질에 본체(510)나 회전판(540)의 구성물질이 포함되어 증착장치(600)에서 이루어지는 증착 공정의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 즉, 증착되는 박막의 균일성과 순도를 저하시킬 수 있다.

교반기(590)는 증착물질 저장부(200)에 저장되어 있는 증착물질을 교반하여 증착물질 저장부(200) 내에서 증착물질이 균일하게 분포되게 한다. 본 실시예에서 교반기(590)는 소정의 길이를 가지며 방사상 형태로 배치되는 복수개의 로드를 포함하는 것으로 구성되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 교반기(590)는 본체(510)의 상부측에 설치되는 것이 바람직하다. 교반기(590)의 회전축은 모터(M)와 연결된다.

한편, 본 실시예에서 회전판(540)은 교반기(590)에 고정 설치되어 회전판(540)과 교반기(590)는 서로 연동하여 회전할 수 있다. 그러나, 회전판(540)과 교반기(590)를 별도의 모터에 연결하여 서로 독립적으로(즉, 서로 다른 회전 주기로) 회전하게 할 수도 있다.

한편, 증착물질 공급관(250) 상에는 밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 밸브는 증착물질 공급부(500)를 통하여 되어 정량의 증착물질이 증착물질 증발부(300)에 공급된 이후에는 추가의 증착물질이 공급되지 못하도록 증착물질 공급 관(250)을 완전히 폐쇄하는 역할을 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 증착가스 공급장치는 매 증착 공정마다 일정 양의 증착물질을 증착물질 증발부로 공급하고 이를 모두 증착가스화 하여 증착장치에 공급함으로써 매 증착 공정마다 증착가스의 압력을 일정하게 할 수 있어서 배치간의 증착 공정의 균일성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착가스 공급장치의 구성을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착가스 공급장치의 증착물질 공급부의 구성을 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착가스 공급장치의 증착물질 공급부의 구성을 나타내는 분해 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 증착가스 공급장치

200: 증착물질 저장부

250: 증착물질 공급관

300: 증착물질 증발부

400: 운반가스 공급부

500: 증착물질 공급부

510: 공급판

520: 회전판

530: 제1 홀

540: 공급홀

550: 공급홀

560: 장치대

570: 제2 홀

580: 홈

590: 교반기

600: 증착장치

Claims (7)

1. 증착물질이 저장되는 증착물질 저장부, 증착물질을 증착가스화 시키는 증착물질 증발부 및 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부를 포함하는 증착가스 공급 장치로서,

   상기 증착물질 저장부 내부에 설치되는 증착물질 공급부를 포함하고 - 상기 증착물질 공급부는 본체, 상기 본체의 상부에 고정되게 설치되고 제1 홀이 형성되어 있는 공급판, 및 상기 공급판의 하부에서 회전 가능하게 설치되고 공급홀이 형성되어 있는 회전판을 포함하고, 상기 회전판이 회전하면서 상기 증착물질 증발부로 상기 증착물질의 공급을 단속함 -,

   상기 증착물질 공급부는 매 증착 공정 마다 상기 증착물질 증발부로 일정 양의 상기 증착물질을 공급하는 것을 특징으로 하는 증착가스 공급장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 증착물질 증발부는 공급된 증착물질을 균일하게 분산시키는 원뿔형의 증착물질 분산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착가스 공급장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 운반가스 공급부는 상기 증착물질 공급부와 상기 증착물질 증발부의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 증착가스 공급장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 본체에는 제2 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 증착가스 공급장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 본체에는 상기 제1 홀에 대응하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 증착가스 공급장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 증착물질 공급부는 상기 증착물질 저장부에 저장된 상기 증착물질을 교반하는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착가스 공급장치.

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