KR101192326B1 - 가스분사장치 및 이를 구비하는 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가스분사장치는 내부 공간이 마련된 몸체와, 상기 몸체의 상부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 도입되는 공급홀과, 상기 몸체의 하부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 분사되는 분사홀과, 상기 몸체 내의 내부 공간에 마련되어 관통홀이 형성된 분배판을 포함하고, 상기 분배판은 수평면으로부터 소정 각도로 기울어져 배치된다.
상기와 같은 발명은 가스분사장치의 공급홀과 분사홀 사이에 소정 각도로 기울어진 분배판을 마련함으로써, 원료 물질을 균일하게 분사할 수 있는 효과가 있다.
챔버, 가스분사장치, 기판 지지부, 공급홀, 분사홀

Description

가스분사장치 및 이를 구비하는 박막증착장치{GAS INJECTION APPARATUS AND APPARATUS FOR DEPOSITING FILM HAVING THE SAME}
본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 가스를 분사하여 박막 균일도를 향상시키기 위한 가스분사장치 및 이를 구비하는 박막증착장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정에서 기판의 표면에서 반응 기체를 반응시켜 필요한 재질의 막을 형성하는 공정을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 한다) 공정이라 한다.
종래 증착 공정을 수행하기 위한 박막증착장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부와 대향 마련되어 기판의 상부면에 기화된 원료 물질을 공급하는 가스 분사부를 포함한다. 여기서, 가스 분사부의 내부에는 분말 형태의 원료 물질을 기화시켜 기화된 원료 물질을 저장하는 소정 공간이 마련되어 있으며, 가스 분사부의 하부면에는 소정 공간과 연통되어 기판에 기화된 원료 물질을 분사하기 위한 다수의 분사홀이 형성된다.
하지만, 기화된 원료 물질을 분사하는 분사홀의 일부는 분말 형태의 원료 물 질의 도입구과 수직축으로 겹쳐져 형성되거나, 이와 유사한 위치에 형성되어 있기 때문에 도입구로부터 공급된 원료 물질은 배출구를 거쳐 직접적으로 내려온다. 이로 인해 도입구와 수직축으로 겹쳐져 형성되거나, 이와 유사한 위치에 형성된 배출구에는 그에 인접한 배출구에 비해 압력이 높아지고, 이에 의해 가스 분사부 내에서 균일하게 분산되지 않는 문제점이 발생된다. 따라서, 가스 분사부는 증착 원료를 기판의 상부면에 고르게 분사하지 못하고, 이로 인해 기판의 상부면에 균일한 박막을 형성하기 어려워 공정 수율(yield)을 떨어뜨리는 문제점을 야기시킨다.
또한, 가스 분사부에 도입된 분말 형태의 원료 물질이 도입구와 수직축으로 겹쳐지거나, 이와 유사한 위치에 형성된 배출구로 분사될 경우, 도입구로부터 공급된 분말 형태의 원료 물질은 가스 분사부 내에서 미처 기화되지 못한 상태에서 챔버 내로 분사되는 문제점이 발생된다. 따라서, 기화되지 못한 원료 물질이 기판의 상부면에 분사되면, 기판의 상부면에 형성되는 박막이 균일하게 형성되지 못하는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 균일한 가스를 분사하여 박막 균일도를 향상시키기 위한 가스분사장치 및 이를 구비하는 박막증착장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 분말 형태의 원료 물질의 기화 효율을 높여 공정 수율을 높이기 위한 가스분사장치 및 이를 구비하는 박막증착장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 가스분사장치는 내부 공간이 마련된 몸체와, 상기 몸체의 상부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 도입되는 공급홀과, 상기 몸체의 하부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 분사되는 분사홀과, 상기 몸체 내의 내부 공간에 마련되어 관통홀이 형성된 분배판을 포함하고, 상기 분배판은 수평면으로부터 소정 각도로 기울어져 배치될 수 있다.
상기 분배판은 공급홀과 분사홀 사이의 내부 공간에 마련될 수 있다. 상기 분배판은 수평면으로부터 30 내지 60도로 기울어질 수 있다. 상기 분사홀은 몸체의 하부에 폭방향으로 이격되는 제1분사홀과 제2분사홀을 포함하고, 분배판은 공급홀과 제1분사홀 사이에 마련되는 제 1분배판과 공급홀과 제2분사홀 사이에 마련될 수 있다. 상기 제1분배판 및 제2분배판은 수평면과 수직 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 박막증착장치는 챔버와, 상기 챔버 내의 하부에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부와 대향 마련된 가스분사장치를 포함하고, 상기 가스분사장치 내에는 수평면으로부터 소정 각도 기울어진 분배판이 더 구비될 수 있다. 상기 분배판은 수평면으로부터 30도 내지 60도로 기울어질 수 있다.
본 발명은 가스분사장치의 공급홀과 분사홀 사이에 소정 각도로 기울어진 분배판을 마련함으로써, 원료 물질을 균일하게 분사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 가스분사장치 내에 공급된 원료 물질이 충분히 머물 수 있어, 분말 형태의 원료 물질의 기화 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판의 상부면에 기화된 원료 물질을 균일하게 분사함으로써, 박막의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치를 나타낸 개략 단면도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 가스분사장치를 나타낸 부분 절개 사시도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 가스분사장치의 수직 단면도이고, 도 4는 일 실시예의 제1변형예에 따른 가스분사장치의 부분 절개 사시도이고, 도 5는 일 실시예의 제2변형예에 따른 가스분사장치의 부분 절개 사시도이고, 도 6은 일 실시예의 제2변형예에 따른 가스분사장치 내에 흐르는 가스 흐름도를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막증착장치는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내의 상부에 마련된 가스분사장치(200)와, 상기 가스분사장치(200)와 대향하여 마련된 기판 지지부(300)를 포함한다.
챔버(100)는 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되며, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 상기에서는 챔버(100)를 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않으며 기판(S)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 챔버(100)의 일측벽에는 기판(S)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(110)가 형성되며, 이러한 기판 출입구(110)는 챔버(100)의 타측벽에도 형성될 수 있다. 또한, 챔버(100)의 하부면에는 챔버(100)의 내부를 배기하기 배기부(120)가 마련되며, 이러한 배기부(120)에는 진공 펌프와 같은 배기 수단(130)이 연결된다. 상기에서는 챔버를 일체형으로 설명하였지만, 챔버를 상부가 개방된 하부 챔버와, 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 가스분사장치(200)는 챔버(100) 내의 상부에 마련되어 있으며, 기판(S)의 상부에서 수평으로 회전하면서 기판(S)을 향해 기화된 원료 물질을 공급하는 역할을 한다. 이러한 가스분사장치(200)는 바 형상의 인젝터 타입으로 형성되며, 가스분사장치(200)에 공급된 분말 형태의 원료 물질을 기화시켜 기화된 원료 물질을 기판(S)에 공급한다. 여기서, 가스분사장치(200)의 내측 또는 외측에는 가스분사장치(200)의 내부에 공급된 분말 형태의 원료 물질을 기화시키기 위한 가열 수단(미도시)이 마련될 수 있다. 가스분사장치(200) 내에는 분배판(220)이 구비되며, 이러한 분배판(220)은 가스분사장치(200) 내에 공급된 원료 물질을 가스분사장치(200) 내에서 균일하게 분산되도록 도와준다. 이러한 가스분사장치(200)의 구조는 이후 도면을 통해 상세히 설명한다. 또한, 가스분사장치(200)의 상부에는 가스분사장치(200)를 중심축을 중심으로 수평으로 회전시키기 위한 회전축(230)이 연결되어 있으며, 이러한 회전축(230)은 챔버의 상부를 상하 관통하도록 마련되며, 상부 일부가 챔버(100)의 상부로 돌출되도록 형성된다. 또한, 상부로 돌출된 회전축(230)을 지지하기 위해 챔버(100)의 상부 외측으로 돌출되어 회전축(230)을 감싸는 하우징(234)과, 하우징(234)과 회전축(230) 사이를 밀봉하는 실링 부재(232)를 더 구비할 수 있다. 여기서, 실링 부재(232)로는 마그네트 시일을 사용하는 것이 효과적이다. 도시되지는 않았지만, 회전축(230)을 회전시키는 구동 부재(미도시) 예를 들어, 모터 등을 더 구비할 수 있다. 또한, 챔버(100)의 외부에는 가스분사장치(200)에 분말 형태의 원료 물질을 공급하기 위한 증착원 공급원(400)이 마련되어 있으며, 증착원 공급원(400)과 가스분사장치(200) 사이에는 공급관로(310)가 더 연결된다. 즉, 증착원 공급원(400)에서 공급된 분말 형태의 원료 물질은 공급관로(310)를 통해 회전축(230)의 내측을 거쳐 가스분사장치(200)의 내부로 공급된다.
기판 지지부(300)는 챔버(100) 내의 하부에 마련되고, 챔버(100) 내로 인입된 기판(S)을 안착시켜 기판(S)을 증착 위치로 이동시키는 역할을 하며, 기판(S)이 안착되는 지지대(310)와, 상기 지지대(310)의 하부에 연결된 구동 부재(320)를 포함한다. 지지대(310)는 통상 기판(S)의 형상과 대응하는 형상으로 형성되며, 지지대(310)의 내부에는 지지대(310)에 안착된 기판(S)을 가열시키기 위한 가열 부재(330)가 설치될 수 있다. 여기서, 가열 부재(330)로는 예를 들어, 저항 발열식 히터가 사용될 수 있다. 또한, 지지대(310)의 하부에는 구동 부재(320)가 지지대(310)와 수직으로 연결되고, 이러한 구동 부재(320)는 지지대(310)를 승하강 또는 회전시키는 역할을 한다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스분사장치(200)는 내부에 소정 공간이 마련된 몸체(210)와, 상기 몸체(210) 내의 소정 공간에 마련된 분배판(220)을 포함한다.
몸체(210)는 원통형의 바(bar) 형상으로 형성되며, 공급된 분말 형태의 원료 물질을 기화시켜 기판(S)을 향해 분사하는 역할을 한다. 몸체(210)의 내부에는 분말 형태의 원료 물질을 기화시켜 고르게 분산하도록 소정 공간이 마련되며, 몸체(210)의 상부에는 소정 공간과 연통되도록 공급홀(214)이 형성된다. 여기서, 공급홀(214)은 원료 물질이 공급되는 공급관로(410)와 연결된다. 여기서, 소정 공간은 원통형의 몸체(210)와 대응되는 원형으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 사각 형상, 마름모 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 몸체(210)의 하부에는 몸체(210) 내에서 기화된 원료 물질을 분사하기 위한 다수의 분사홀(212)이 형성되며, 이러한 분사홀(212)은 몸체(210) 내의 소정 공간과 연통되도록 형성된다. 여기서, 분사홀(212)은 원형 또는 다각 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
분배판(220)은 몸체(210) 내의 소정 공간에 마련되며, 몸체(210)의 상부에 형성된 공급홀(214)로부터 인입된 원료 물질이 몸체(210)의 하부에 형성된 분사홀(212)을 향해 직접적으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 분배판(220)은 직사각의 플레이트 형상으로 형성되며, 분배판(220)에는 상하 관통 형성된 관통홀(222)이 형성된다. 여기서, 분배판(220)은 몸체(210) 내의 소정 공간 즉, 공급홀(214)과 분사홀(212) 사이의 소정 공간에 소정의 각도를 가지도록 배치되며, 이로 인해 몸체(210) 내의 소정 공간을 제1영역(A) 및 제2영역(B)으로 분리할 수 있다. 여기서, 분배판(220)이 수평면과 이루는 각도는 수평면을 기준으로 30 내지 60도 기울어지는 것이 바람직하다. 또한, 분배판(220)에는 상하 관통된 관통홀(222)이 다수개가 형성된다. 상기에서는 하나의 분배판을 몸체(210) 내에 구비하였지만, 이에 한정되지 않고 몸체(210) 내에 다수개의 분배판을 구비할 수 있음은 물론이다.
증착원 공급부(400)로부터 분말 형태의 원료 물질이 공급관로(410)를 거쳐 몸체(210) 내의 제1영역(A)에 공급되면, 제1영역(A)에 공급된 원료 물질은 몸체(210)의 내측에 마련되어 소정 각도로 기울어지는 분배판(220)의 일면에 막히게 되고, 이로 인해 제1영역(A)에서 소정 시간 동안 머무르게 된다. 이때, 제1영역(A)에서 머무는 원료 물질은 제1영역(A) 내에서 충분히 기화되면서 고르게 분산되고, 제1영역(A)에서 기화되어 고르게 분산된 원료 물질은 분배판(220)에 형성된 관통홀(222)을 통해 제2영역(B)으로 이동한다. 분배판(220)에 형성된 관통홀(222)을 거쳐 제2영역(B)으로 이동된 원료 물질은 제1영역(A)에서 기화되지 못한 원료 물질이 또다시 기화되면서 제2영역(B)에서 고르게 분산되고, 분산된 원료 물질은 몸체(210)의 하부에 형성된 분사홀(212)을 거처 몸체(210)의 외부로 분사된다.
종래에는 원료 물질이 공급되는 공급홀과, 원료 물질을 분사하는 분사홀 중 일부가 공급홀과 수직축으로 겹쳐서 형성되거나 이와 유사한 위치에 형성되었기 때문에 이와 같은 분사홀은 다른 분사홀들에 비해 압력이 높아 분사되는 원료 물질의 균일도가 떨어졌다.
이와 대조적으로, 본 발명은 공급홀과 분사홀 사이에 소정의 각도를 가지는 분배판을 배치하여, 원료 물질의 이동 경로를 변경시킴으로써, 공급홀로부터 공급된 원료 물질이 곧바로 공급홀과 동일 수직축으로 겹쳐 형성되거나 이와 유사한 위치에 형성된 분사홀로 진행할 수 없도록 원료 물질을 가스분사장치 내에서 충분히 분산시켜 균일한 원료 물질을 분사할 수 있다. 또한, 이와 더불어 원료 물질을 가스분사장치 내에서 충분히 머물게 함으로써, 분말 형태의 원료 물질의 기화 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스분사장치는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사장치(500)는 내부에 소정 공간이 마련된 몸체(510)와, 상기 몸체(510)의 상부에 형성되어 소정 공간과 연통되는 공급 홀(514)과, 상기 몸체(510)의 하부에 형성되어 소정 공간과 연통되는 분사홀(512)과, 상기 몸체(510) 내의 소정 공간에 마련된 분배판(520)을 포함한다. 여기서, 몸체(510)는 사각 형상의 바 형상으로 형성되고, 몸체(510) 내에 형성된 소정 공간은 몸체(510)의 형상과 대응되는 사각 형상으로 형성된다. 물론, 소정 공간의 형상은 한정되지 않으며, 원형, 마름모 등의 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 분배판(520)은 몸체(510) 내의 소정 공간에 마련되어 있으며, 소정 공간을 두 영역으로 나누도록 몸체(510) 내에 소정 각도를 가지며 배치된다. 여기서, 분배판(520)은 몸체(510)의 하부면으로부터 30 내지 60도를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가스분사장치(600)는 내부 공간이 마련된 몸체(610)와, 상기 몸체(610) 내에 마련된 분배판(620, 630)을 포함한다. 몸체(610)는 사각 형상의 바 형상으로 형성되고, 몸체(610)의 상부에는 소정 공간과 연통되도록 공급홀(614)이 형성되며, 이러한 공급홀(614)은 원료 물질이 공급되는 공급관로(410)와 연결된다. 분사홀(512)은 몸체(510)의 하부에 폭방향으로 형성된 제1분사홀(612a)과, 제1분사홀(612a)과 이격되어 형성된 제2분사홀(612b)을 포함한다. 분배판(620, 630)은 몸체(610)의 하부면과 수직을 이루는 제1분배판(620)과 제2분배판(630)을 포함한다. 제1분배판(620)과 제2분배판(630)은 서로 이격되어 배치되며, 제1분배판(620)은 공급홀(614)과 제1분사홀(612a) 사이, 제2분배판(630)은 공급홀(614)과 제2분사홀(612b) 사이에 마련된다. 제1분배판(620)은 공급홀(614)로부터 공급된 원료 물질을 제1분사홀(612a)로 유도하는 역할을 하며, 제2분배판(630)은 공급홀(614)로부터 공급된 원료 물질을 제2분사홀(612b)로 유도하는 역할을 한다. 여기서, 제1분배판(620) 및 제2분배판(630)에는 각각 상하로 관통 형성된 관통홀(622, 632)이 형성된다.
공급관로(410)를 거쳐 몸체(610) 내의 상부에 형성된 공급홀(614)로부터 원료 물질이 공급되면, 공급된 원료 물질은 제1분배판(620)과 제2분배판(630)의 벽에 충돌하면서 제1분배판(620)과 제2분배판(630) 사이의 공간에 머물고, 제1분배판(620)과 제2분배판(630) 사이의 공간에 충분히 머문 원료 물질은 제1분배판(620)에 형성된 관통홀(622)과 제2분배판(630)에 형성된 관통홀(630)을 거쳐 제1분사홀(612a)과 제2분사홀(612b)로 유도된다. 이후, 원료 물질은 제1분사홀(612a)과 제2분사홀(612b)을 거쳐 몸체(610)의 하부면을 향해 균일하게 분사된다.
상기에서는 제1분배판(620)과 제2분배판(630)을 몸체(610)의 하부면과 수직으로 배치하였지만, 이에 한정되지 않고, 소정의 각도를 가지도록 형성할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기에서는 분배판(620, 630)을 제1분배판(620)과 제2분배판(630)으로 구분하여 마련하였지만, 이에 한정되지 않고, 3개 이상의 분배판을 구비할 수 있음은 물론이다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치를 나타낸 개략 단면도.
도 2는 일 실시예에 따른 가스분사장치를 나타낸 부분 절개 사시도.
도 3은 일 실시예에 따른 가스분사장치의 수직 단면도.
도 4는 일 실시예의 제1변형예에 따른 가스분사장치의 부분 절개 사시도.
도 5는 일 실시예의 제2변형예에 따른 가스분사장치의 부분 절개 사시도.
도 6은 일 실시예의 제2변형예에 따른 가스분사장치 내에 흐르는 가스 흐름도를 나타낸 단면도.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 챔버 200: 가스분사장치
210: 몸체 212: 분사홀
216: 공급홀 220: 분배판
230: 회전축 300: 기판 지지부
400: 증착원 공급부 S: 기판

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 내부 공간이 마련된 몸체와,
    상기 몸체의 상부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 도입되는 공급홀과,
    상기 몸체의 하부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 분사되는 복수의 분사홀과,
    상기 공급홀과 상기 분사홀 사이의 상기 내부 공간에 마련되고, 복수의 관통홀을 포함하는 분배판을 포함하며,
    상기 분사홀은 몸체의 하부에 폭방향으로 이격되는 제1분사홀과 제2분사홀을 포함하고, 상기 분배판은 공급홀과 제1분사홀 사이에 마련되는 제1분배판과 공급홀과 제2분사홀 사이에 마련되는 제2분배판을 포함하는 가스분사장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1분배판 및 제2분배판은 수평면과 수직 방향으로 배치되는 가스분사장치.
  6. 챔버와;
    상기 챔버 내의 하부에 마련되어 기판을 지지하는 기판 지지부와;
    내부 공간이 마련된 몸체와, 상기 몸체의 상부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 도입되는 공급홀과, 상기 몸체의 하부면에 형성되어 내부 공간과 연통되고 원료 물질이 분사되는 복수의 분사홀을 포함하며, 상기 기판 지지부와 대향 마련된 가스분사장치;를 포함하고,
    상기 가스분사장치 내에는 상기 공급홀과 상기 분사홀 사이의 상기 내부 공간에 마련되고, 복수의 관통홀을 포함하는 분배판을 더 구비하며,
    상기 분사홀은 몸체의 하부에 폭방향으로 이격되는 제1분사홀과 제2분사홀을 포함하고, 상기 분배판은 공급홀과 제1분사홀 사이에 마련되는 제1분배판과 공급홀과 제2분사홀 사이에 마련되는 제2분배판을 포함하는 박막증착장치.
  7. 삭제
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