KR101245769B1 - 화학기상증착장치, 화학기상증착장치용 가이드부재 및 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법 - Google Patents

화학기상증착장치, 화학기상증착장치용 가이드부재 및 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법 Download PDF

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Abstract

가스배출유로상에서 재순환현상이 발생하는 경우에 화학기상증착장치의 전체 설계 및 제작을 다시 하지 않더라도 서셉터와 반응실의 벽체 사이의 유로단면을 조절할 수 있는 구성이 필요하다. 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 내측에 반응실이 위치하고 배출구가 형성된 챔버와, 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터와, 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드 및 공정가스의 배출유로를 형성하여 공정가스를 배출구까지 안내하는 가이드부재를 포함하고, 가이드부재는 서셉터의 외주와 챔버 사이에 마련된 외주벽을 포함한다. 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법은, 배출유로의 단면적을 조절하도록 상이한 반경을 가지는 가이드부재로 교체하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법은, 배출유로의 단면적을 조절하도록 서셉터의 외주와 가이드부재 사이에 보조가이드부재를 삽입하는 단계를 포함한다.

Description

화학기상증착장치, 화학기상증착장치용 가이드부재 및 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE, GUIDE MEMBER FOR THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM USING THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE}
본 발명은 화학기상증착장치, 화학기상증착장치용 가이드부재 및 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법에 관한 것이다.
유기금속화학기상증착법(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor deposition)은 예컨대 III족 유기 금속을 기화시켜, 그것을 기판 표면에서 열분해시키고 V족 가스와 반응시켜 박막을 형성하는 방법이다. 이 방법은 막 두께나 조성의 제어가 가능하고, 또한 생산성이 우수하기 때문에 반도체 등을 제조할 때 이용되고 있다.
반응실에서 박막을 형성한 후 남은 가스는 반응실 외부로 배출된다. 배출되는 과정에서 가스가 기화온도 이하로 떨어지게 되면 원료가 파티클로 석출될 수 있다. 파티클이 석출되어 기판에 낙하되면 형성된 박막이 균일한 막질 또는 균일한 막두께 분포를 가지기 어렵다.
또한, 가스배출유로에 석출된 파티클이 부착되어 축적될 수 있으며, 이렇게 축적된 파티클은 보온효과를 가져오게 된다. 이러한 보온효과에 따라 기설정된 반응실의 온도에 차이가 발생할 수 있고, 이러한 온도 차이는 박막의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
예를 들어, 기설정된 반응실의 온도에서 섭씨 1도 정도가 증가하더라도 제조되는 박막의 발광파장에 변화가 유발될 수도 있다.
배출가스가 균일한 흐름 분포를 이루지 못하는 경우, 즉 가스배출유로상에서 재순환유동현상, 또는 와류(vortex)가 발생하는 경우에는 파티클이 더많이 축적될 수 있다.
이러한 재순환현상이 발생하는 원인중의 하나는 서셉터와 반응실의 벽체 사이의 유로단면적이 적절하지 않기 때문이다.
기존의 유기금속화학기상증착장치의 경우, 서셉터와 반응실의 벽체 사이의 유로단면은 조절할 수 없는 고정요소이다. 따라서, 가스의 흐름 분포가 적절하지 않은 경우에 장치의 전체 설계 및 제작을 다시 해야 하는 문제가 있다.
석출된 파티클이 가스배출유로에 축적되지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 배출가스가 균일한 흐름 분포 또는 균일한 농도 분포를 이루어도록 하는 것이 필요하다. 즉, 가스배출유로상에서 재순환현상이 발생하지 않도록 하는 것이 필요하다.
화학기상증착장치의 전체 설계 및 제작을 다시 하지 않더라도 서셉터와 반응실의 벽체 사이의 유로단면은 조절할 수 있는 구성이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 내측에 반응실이 위치하고 배출구가 형성된 챔버; 상기 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터; 상기 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드; 및 상기 공정가스의 배출유로를 형성하여 상기 공정가스를 상기 배출구까지 안내하는 가이드부재를 포함하고, 상기 가이드부재는 상기 서셉터의 외주와 상기 챔버 사이에 마련된 외주벽을 포함한다.
또한, 상기 가이드부재는 상기 외주벽의 하단에서 상기 서셉터 방향으로 소 정의 곡률을 가지도록 굴곡연장되어 마련된 곡면부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드부재는 상기 서셉터의 외주에 접하거나 근접하게 마련된 내주벽을 더 포함하고, 상기 내주벽의 하단은 상기 곡면부와 연결될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치용 가이드부재는, 내측에 반응실이 위치하고 배출구가 형성된 챔버와, 상기 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터와, 상기 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드를 포함하는 화학기상증착장치에 사용되는 가이드부재에 있어서, 상기 가이드부재는 상기 기판을 거친 공정가스를 상기 배출구까지 안내하도록 상기 서셉터의 외주와 상기 챔버 사이에 위치하는 외주벽을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법은, 상기 배출유로의 단면적을 조절하도록 상이한 반경을 가지는 가이드부재로 교체하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 반응실에서 재순환유동이 발생하는 경우, 상기 단계는 반경이 더 작은 가이드부재로 교체하는 단계를 포함할 수 있다.
또한. 상기 반응실에서 배출되는 가스배기압력 또는 가스배기속도가 과다한 경우, 상기 단계는 반경이 더 큰 가이드부재로 교체하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법은, 상기 배출유로의 단면적을 조절하도록 상기 서셉터의 외주와 상기 가이드부재 사이에 보조가이드부재를 삽입하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 반응실에서 재순환유동이 발생하는 경우, 상기 단계는 기존에 설 치된 가이드부재 또는 보조가이드부재의 반경보다 작은 반경의 보조가이드부재를 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응실에서 배출되는 가스배기압력 또는 가스배기속도가 과다한 경우, 상기 단계는 기존에 설치된 가이드부재 또는 보조가이드부재의 반경보다 큰 반경의 보조가이드부재로 교체하는 단계를 포함할 수 있다.
가스배출유동이 원활하게 됨에 따라 배출유로에서 파티클의 형성 및 축적현상이 예방 또는 감소된다.
또한, 가스배출유로의 설계가 적절하지 않더라도 전체 장치를 재설계 및 재조립하지 않고 가이드부재만을 교체하거나 추가 삽입함으로써 가스배출유로를 적정하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 장치의 재설계 및 재조립에 따른 비용 및 공수가 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태 로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 제1실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도로서, 가이드부재를 교체하기 이전의 구성이다.
본 실시예는 일반적인 유기금속화학기상증착(MOCVD)장치 등을 비롯하여 기타 다양한 화학기상증착장치에 적용가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 제1챔버(100), 제2챔버(200), 샤워헤드(300), 비활성가스커튼부(400), 서셉터(500) 및 가이드부재(610)를 포함한다.
제1챔버(100)와 제2챔버(200)는 서로 합착되어 반응실(800)을 구성한다. 반응실(800) 내부에서 박막형성이 이루어진다. 제1챔버(100) 상측에는 박막을 형성하는 공정가스(G1)가 유입되는 공정가스유입구(101)가 마련될 수 있다. 제1챔버(100) 측면에는 비활성가스커튼부(400)로 비활성가스(G2)를 공급하는 비활성가스유입구(102)가 마련될 수 있으며, 경우에 따라 제1챔버(100)의 상면에 마련될 수도 있다.
제2챔버(200)의 하부측벽에는 박막을 형성하고 남은 가스(G1+G2)가 배출되는 제1배출구(201)가 마련될 수 있으며, 경우에 따라 제2챔버(200)의 바닥면에 마련될 수도 있다.
샤워헤드(300)에서는 박막의 원료가 되는 공정가스(G1)가 기판(S)을 향하여 분출된다. 비활성가스커튼부(400)에서는 비활성가스(G2)를 분사하여 가스의 배기작용을 촉진하게 된다.
서셉터(500) 상부에는 기판(S)이 로딩되어 그 상부에 박막을 형성한다. 서셉터(500) 내측에는 히터(미도시)가 마련될 수 있다.
균일한 박막형성을 위하여 서셉터(500)의 하부에는 기판(S)을 회전시킬 수 있는 회전부재(501)가 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 기판(S)과 서셉터(500)가 일체로 회전하는 구성을 예시하였다.
가이드부재(610)는 외주벽(611), 곡면부(612), 내주벽(613) 및 제2배출구(615)를 포함한다.
외주벽(611)은 서셉터(500)의 외주와 제2챔버(200)의 벽체 사이에 위치한다. 외주벽(611)은 박막을 형성하고 남은 가스(G1+G2)를 가스배출구(201)로 유도한다.
내주벽(613)은 곡면부(612)에 의하여 외주벽(611)과 연결된다. 내주벽(613)과 외주벽(611) 사이의 거리는 d1 만큼 이격된다.
가이드부재(610)은 석영으로 제작될 수 있다.
서셉터(500) 전체가 회전하는 구성이기 때문에 마찰이 생기지 않도록 내주벽(613)은 서셉터(500)와 소정 거리 이격되어 있다. 그러나 그 이격된 틈으로 가스가 거의 들어가지 않도록 그 이격 거리는 근접 거리로 유지되는 것이 바람직하다.
외주벽(611)에 마련된 제2배출구(615)는 제2챔버(200)에 마련된 제1배출구(201)에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
도 1에서는 내주벽(613)과 외주벽(611) 사이의 거리가 d1 만큼 이격된 경우 에 재순환 현상이 발생하는 상황을 도시하고 있다. 이러한 경우 배출유로에 파티클이 흡착되어 축적될 수 있다.
축적된 파티클은 보온효과를 가져올 수도 있다. 이에 따라 반응실(800)의 온도가 기설계치보다 높아질 수 있고 생성되는 박막의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
이러한 경우 장치설계시에 내주벽(613)과 외주벽(611) 사이의 거리를 d1보다 작은 거리로 설계했어야 함을 보여준다.
도 2는 제1실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도로서, 가이드부재를 교체한 이후의 구성이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 내주벽(623)과 외주벽(621) 사이의 거리가 d2로 마련된 가이드부재(620)를 제외하고 다른 구성은 도 1에서 도시한 바와 유사하다.
도 2는 내주벽(623)과 외주벽(621) 사이의 거리가 d2로 마련된 가이드부재(620)를 적용한 경우에는 재순환현상이 발생하지 않음을 도시하고 있다.
가이드부재(620)는 박막을 형성하고 남은 가스(G1+G2)를 제2배출구(625)로 유도하며 연장부(624)를 지나서 제2챔버(200)의 제1배출구(201)로 배출시킨다.
도 3은 제2실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도로서, 보조가이드부재를 삽입한 이후의 구성이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 제1챔버(100), 제2챔버(200), 샤워헤드(300), 비활성가스커튼부(400), 서셉터(500), 가이드부재(610) 및 보조가이드부재(700)를 포함한다.
보조가이드부재(700)를 제외한 다른 구성요소들은 제1실시예와 유사하므로 설명을 생략한다.
보조가이드부재(700)는 배출가스유로의 폭을 d3만큼 좁힌다. 이에 따라 d1일 때에는 재순환현상이 발생했으나 보조가이드부재(700)를 삽입함으로 인하여 재순환현상이 발생하지 않음을 도 3에서 도시하고 있다.
보조가이드부재(700)는 원통형상의 보조가이드몸체(701)와, 상기 보조가이드몸체(701)의 측면에 가스를 배출하는 보조배출구(703)가 마련될 수 있다. 상기 보조배출구(703)는 제2배출구(615)에 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 보조배출구(703)와 제2배출구(615) 사이를 연결하도록 연장부(702)가 보조가이드몸체(701)의 측면에 마련될 수 있다.
도 4는 제1실시예에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 개략적인 단면도로서, 제1챔버를 제거하는 단계의 모습을 도시하고 있다.
도 4에서 보듯이, 반응실(800) 내부에서 재순환현상이 발생하는 경우에는 가스배출유로의 단면적을 감소시킬 필요가 있으며, 이 경우에 제1챔버(100)를 열고 가이드부재(610)를 제거할 수 있다.
제1챔버와 제2챔버가 서로 일측에 힌지결합되어 제1챔버가 상방으로 힌지축을 기준으로 회동개방되는 구성으로 마련될 수도 있다. 이러한 구성을 채택한 경우에는 개방하는 단계가 보다 용이하게 실시될 수 있다.
도 5는 제1실시예에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 개략적인 단면도로서, 가이드부재를 제거하는 단계의 모습을 도시하고 있다.
도 6은 제1실시예에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 개략적인 단면도로서, 보다 작은 크기의 가이드부재를 설치하는 단계의 모습을 도시하고 있다.
도 6에서 보듯이, 내주벽(623)과 외주벽(621) 사이의 거리가 d2로 마련된 가이드부재(620)를 서셉터(500)의 외주와 반응실(800)의 외주 사이에 설치할 수 있다. 다음 단계에서는 제거했던 제1챔버(100)를 다시 재조립하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법에 대한 플로우차트이다.
먼저, 화학기상증착장치를 구동시켰을 때 재순환유동이 발생하는 여부를 판단하는 단계(S10)를 실시할 수 있다.
만약, 재순환유동이 발생한다고 판단하면 제1챔버를 개방하는 단계(S11)를 실시할 수 있다.
다음으로, 기존의 가이드부재를 제거하고 보다 작은 크기의 가이드부재로 교체하는 단계(S12)를 실시할 수 있다. 또는 보다 작은 크기의 보조가이드부재를 삽입하는 단계로 실시할 수도 있다. 왜냐하면, 가스배출유로의 단면적이 과다하다고 볼 수 있기 때문이다.
다음으로, 제거한 제1챔버를 재조립하는 단계(S13)를 실시할 수 있다.
다음으로, 장치를 재작동시키는 단계(S14)를 실시할 수 있다.
이 경우에, 다시 재순환유동이 발생하는지 판단하여서 재순환유동이 발생하지 않는다면 가스배기압력 또는 가스배기속도 등이 과다한지 여부를 판단하는 단계(S20)를 실시할 수 있다. 물론, 그밖에 가스배출유로의 단면적이 과소한지를 판단하는 다른 검출방법을 사용할 수도 있다.
만약, 가스배기압력 또는 가스배기속도 등이 과다하다고 판단하면, 제1챔버를 개방하는 단계(S21)를 실시할 수 있다.
다음으로, 기존의 가이드부재보다 큰 가이드부재로 교체하는 단계(S22)를 실시할 수 있다. 왜냐하면, 가스배기압력 또는 가스배기속도 등이 설계치보다 과다하다면 가스배출유로의 단면적이 과소하다고 판단할 수 있기 때문이다.
다음으로, 제거했던 제1챔버를 재조립하는 단계(S23)와 장치를 재작동하는 단계(S24)를 실시할 수 있다. 다시 가스배기압력 또는 가스배기속도 등이 과다한지 여부를 판단하는 단계(S20)를 실시한 다음 과다하지 않다면 적정한 수준으로 가스배출유로가 형성되었다고 볼 수 있다.
물론, 가스배기압력이 과다한지 여부를 판단하는 단계(S20)를 재순환유동이 발생하는 여부를 판단하는 단계(S10)보다 먼저 실시할 수도 있을 것이다.
도 1은 제1실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도로서, 가이드부재를 교체하기 이전의 구성이다.
도 2는 제1실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도로서, 가이드부재를 교체한 이후의 구성이다.
도 3은 제2실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도로서, 보조가이드부재를 삽입한 이후의 구성이다.
도 4는 제1실시예에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 개략적인 단면도로서, 제1챔버를 제거하는 단계의 모습을 도시하고 있다.
도 5는 제1실시예에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 개략적인 단면도로서, 가이드부재를 제거하는 단계의 모습을 도시하고 있다.
도 6은 제1실시예에 따른 화학기상증착장치를 나타낸 개략적인 단면도로서, 보다 작은 크기의 가이드부재를 설치하는 단계의 모습을 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법에 대한 플로우차트이다.

Claims (10)

  1. 내측에 반응실이 위치하고 배출구가 형성된 챔버;
    상기 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터;
    상기 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드; 및
    상기 공정가스의 배출유로를 형성하여 상기 공정가스를 상기 배출구까지 안내하는 가이드부재;를 포함하고,
    상기 가이드부재는 상기 서셉터의 외주와 상기 챔버 사이에 설치되는 외주벽을 포함하며, 상기 서셉터의 외주와 상기 외주벽 사이의 거리를 조절하도록 상기 서셉터의 외주와 상기 외주벽 사이에 착탈가능하게 설치되는 보조가이드부재를 포함하는 화학기상증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 외주벽의 하단에서 상기 서셉터 방향으로 소정의 곡률을 가지도록 굴곡연장되어 마련된 곡면부를 더 포함하는 화학기상증착장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가이드부재는
    상기 서셉터와 상기 보조가이드부재 사이에 위치하며 상기 서셉터와 마찰이 생기지 않도록 상기 서셉터와 이격되는 내주벽을 더 포함하고, 상기 내주벽의 하단은 상기 곡면부와 연결된 화학기상증착장치.
  4. 내측에 반응실이 위치하고 배출구가 형성된 챔버와, 상기 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터와, 상기 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드를 포함하는 화학기상증착장치에 사용되는 가이드부재에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 서셉터의 외주와 상기 챔버 사이에 설치되는 외주벽을 포함하며, 상기 서셉터의 외주와 상기 외주벽 사이의 거리를 조절하도록 상기 서셉터의 외주와 상기 외주벽 사이에 착탈가능하게 설치되는 보조가이드부재를 포함하는 화학기상증착장치용 가이드부재.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항의 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법에 있어서,
    상기 배출유로의 단면적을 조절하도록 상기 서셉터의 외주와 상기 외주벽 사이에 상기 보조가이드부재를 삽입하는 단계를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가이드부재 및 상기 보조가이드부재는 원통형상으로 마련되며,
    상기 반응실에서 상기 공정가스의 재순환유동이 발생하는 경우, 상기 단계는 기존에 설치된 가이드부재 또는 기존에 설치된 보조가이드부재의 반경보다 작은 반경의 다른 보조가이드부재를 삽입하는 단계를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반응실에서 배출되는 가스배기압력 또는 가스배기속도가 설계치보다 큰 경우, 상기 단계는 기존에 설치된 가이드부재 또는 기존에 설치된 보조가이드부재의 반경보다 큰 반경의 보조가이드부재로 교체하는 단계를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 박막제조방법.
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