KR101287893B1 - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조가 간단하고, 챔버 내부로부터 배기되는 배기가스는 용이하게 배출되도록 할 수 있으면서도 배출구를 통해 역류하는 폐가스의 챔버 내부로의 유입은 용이하게 막을 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.

Description

화학 기상 증착 장치{APPARATUS FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 작동의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)은 반응 챔버내로 공급된 반응가스가 가열된 웨이퍼의 상부표면에서 화학반응을 통하여 박막을 성장시키는 것이다.
이러한 박막 성장법은 액상 성장법에 비해서 성장시킨 결정의 품질이 뛰어나지만, 결정의 성장 속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이것을 극복하기 위해 한 번의 성장 싸이클에서 여러 장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.
일반적인 화학 기상 증착 장치는 소정 크기의 내부공간을 갖는 반응 챔버와, 그 내부공간에 설치되어 증착 대상물인 웨이퍼를 탑재하는 서셉터와, 상기 서셉터와 인접하도록 구비되어 소정의 열을 가하는 가열수단 등을 포함하며, 상기 챔버의 중심부에는 챔버 내부를 유동하는 반응가스가 배출되도록 배출구가 마련된다.
그러나, 화학 기상 증착 장치의 운전 중 여러 가지 원인에 의해 배기된 가스가 상기 배출구를 통해 역류하는 경우 오염된 미세입자가 서셉터 등을 비롯한 여러 부품들을 오염시키고, 특히 증착이 이루어진 웨이퍼 등에 큰 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 구조가 간단하고, 챔버 내부로부터 배기되는 배기가스는 용이하게 배출되도록 할 수 있으면서도 배출구를 통해 역류하는 폐가스의 챔버 내부로의 유입은 용이하게 막을 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 챔버를 흐르는 가스가 통과되도록 하며, 상기 챔버의 중심부에 마련되는 배출홀과 연통되는 홀을 구비하는 홀 실린더; 및 가스의 유동(流動) 방향에 따라 상기 홀을 선택적으로 개방시키도록 유동(遊動) 가능하게 구비되는 유동캡을 포함한다.
또한, 상기 홀 실린더의 아래에 구비되어 상기 유동캡의 유동 간격을 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀은 상기 배출홀 보다 더 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동캡은, 상기 홀에 삽입되어 상하 방향으로 유동하는 캡부와, 상기 캡부로부터 방사상으로 연장되어 형성되며, 상기 캡부가 이동함에 따라 상기 홀을 선택적으로 차단하는 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동캡의 높이는 상기 홀 실린더의 하단과 상기 스토퍼의 상단 사이의 거리 보다 더 높게 되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀과 상기 캡부 사이에 상기 챔버로부터 배출되는 가스가 이동하도록 마련되는 배출유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡부는 그 내부에 소정 공간을 형성하는 보어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스토퍼는, 상기 배출홀의 일측으로부터 안쪽으로 소정 돌출되어 마련되며 그 단면이 실질적으로 삼각형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플랜지부의 단부에 아래 방향으로 소정 돌출되어 마련되며, 가스 배출 시 상기 스토퍼의 상단과 실질적으로 점접촉하는 에지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀 실린더는 상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 홀은 상기 배출홀에 대해 실질적으로 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동캡은, 상기 홀의 일측을 중심으로 회동하며 상기 홀을 개폐하는 커버부와, 상기 홀의 일측에 소정 각도 회전 가능하도록 지지되어 상기 커버부를 지지하는 지지바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀의 일측에 구비되어 상기 지지바가 소정 각도 회전 가능하도록 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부는, 상기 지지바의 하단이 안착되도록 하며 상기 지지바의 하단과 실질적으로 선접촉 하는 지지홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지홈은 실질적으로 V 형상으로 형성되며, 상기 지지바는 그 단면이 실질적으로 역삼각 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 구조가 간단하며, 배기가스의 배출은 용이하게 이루어지도록 하면서도 배출구로 역류하는 폐가스의 챔버 내부로의 유입도 용이하게 막을 수 있도록 하여 작동의 신뢰성을 향상시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 반응가스가 배기되는 메커니즘에 관하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 배기된 폐가스가 역류하는 것을 막는 메커니즘에 관하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 역류방지구조를 좀 더 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 반응가스가 배기되는 메커니즘에 관하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 배기된 폐가스가 역류하는 것을 막는 메커니즘에 관하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 유동캡의 구성에 관하여 좀 더 구체적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 실시예에 관한 구체적인 사항을 도면을 참조하여 설명한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 반응가스가 배기되는 메커니즘에 관하여 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 배기된 폐가스가 역류하는 것을 막는 메커니즘에 관하여 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는 챔버(10), 서셉터(20), 배출홀(31), 그리고 상기 배출홀(31)에 구비되는 역류방지장치를 포함하여 이루어진다.
본 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에서는 반응가스가 주변부로부터 중심부 쪽으로 배출홀(31)이 구심점이 되어 진행하는 방식에 관하여 도시하고 있으나, 반드시 이에 한하지 않고 어떠한 방식에 의한 화학 기상 증착 장치에도 역류방지장치를 설치하는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서는 상기 챔버(10)는 챔버(10)의 주변 둘레에 가스도입부(11)가 마련되고 상기 가스도입부(11)로 도입된 반응가스는 반응유로부(12)로 분사되는 방식에 관하여 도시하고 있다.
그리고 챔버(10)의 중심부 하단에는 반응유로부(12)를 유동하면서 반응한 가스가 배출될 수 있도록 배출홀(31)이 마련된다.
상기 챔버(10) 내부에는 서셉터(20)가 구비되고 상기 서셉터(20)는 적어도 하나의 증착 대상물(W)을 수용한다.
본 실시예에서는 서셉터(20)가 챔버(10)의 하단에 구비되는 경우에 관하여 도시하고 있으나, 반드시 이에 한하지 않고 챔버(10)의 내부 상단 쪽에 서셉터가 구비되는 경우도 포함될 수 있다.
한편, 상기 배출홀(31)의 상단부 쪽에는 상기 챔버(10) 내부의 반응유로부(12)와 배출홀(31)을 서로 연통시키는 홀(33)이 형성된 홀 실린더(32)가 구비된다.
상기 홀 실린더(32)는 배출홀(31)에 결합되도록 구비될 수도 있고 일체로 구비되는 것도 가능하다.
상기 홀 실린더(32)에 형성된 홀(33)은 배출홀(31) 보다 더 작은 크기, 즉 더 작은 직경을 갖도록 함이 바람직하다.
상기 홀 실린더(32)의 아래 쪽에는 상기 홀 실린더(32)와 소정 거리를 두고 스토퍼(34)가 구비된다.
상기 스토퍼(34)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배출홀(31)의 일측으로부터 중심 쪽으로 소정 거리 돌출되어 구비되도록 할 수 있다.
상기 스토퍼(34)는 하나 이상 구비될 수 있으며, 배출홀(31)의 내벽면 둘레를 따라 연속적으로 형성되도록 하는 것도 가능하고, 배출홀(31)의 내면 일측과 타측에 각각 하나씩 구비되도록 하는 것도 가능하다.
그리고 상기 홀 실린더(32)와 스토퍼(34) 사이에는 그 사이를 왕복 이동 하면서 상기 홀(33)을 개방하거나 차단하는 유동캡(40)이 구비된다.
상기 유동캡(40)은 챔버(10) 내부의 가스가 배기되는 경우, 그 배기되는 가스의 압력에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 아래 쪽으로 이동하여 스토퍼(34)에 안착하면서 홀(33)을 개방하고, 배기되는 가스는 상기 홀(33)을 통해 배출홀(31)로 유동하면서 배기된다.
그리고 상기 유동캡(40)은 도 2에 도시된 바와 같이 배기된 폐가스가 역류하는 경우, 그 역류하는 가스의 압력에 의해 윗 쪽으로 이동하여 상기 홀(33)을 차단함으로써 역류하는 가스는 챔버(10) 내부로 유입되지 못하게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 유동캡(40)에 관한 좀 더 구체적인 구성에 관하여 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 역류방지구조를 좀 더 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 유동캡(40)은 캡부(41)와 플랜지부(42), 그리고 에지부(43)를 포함하여 이루어진다.
상기 캡부(41)는 상부 방향으로 소정 거리 돌출되어 형성되며, 그 내부에는 소정의 공간을 형성하는 보어(B)가 형성된다.
상기 캡부(41)는 상기 홀(33)에 삽입되어 가스의 유동(流動) 방향에 따라 상하 방향으로 유동(遊動)한다. 따라서 캡부(41)의 직경은 홀(33)의 직경 보다 더 작게 구비됨이 바람직하다.
그리고 상기 스토퍼(34)의 상단과 홀 실린더(32)의 하단 사이의 거리는 유동캡(40) 전체의 높이와 실질적으로 동일하거나 그 보다 더 작게 되도록 하여 상기 캡부(41)가 항상 홀(33) 내부에 있도록 함이 바람직하다.
즉 도 1에 도시된 바와 같이 가스가 배출될 때 유동캡(40)이 아래로 이동하여도 캡부(41)는 홀(33)의 하단을 벗어나지 않도록 함이 바람직하다.
그리고, 상기 캡부(41)와 상기 홀(33) 사이에는 챔버(10) 내부의 가스가 배기되는 통로를 형성하는 배출유로(30)가 형성된다. 상기 배출유로(30)는 폐가스가 역류할 때에는 플랜지부(42)에 의해 차단된다.
상기 플랜지부(42)는 상기 캡부(41)로부터 연장되어 형성되며 방사상으로 소정의 직경을 갖도록 구비된다.
상기 플랜지부(42)는 상단이 도 2에 도시된 바와 같이 폐가스의 역류 시에 홀 실린더(32)의 하단과 접촉되어 홀(33)을 막는 역할을 하게 된다. 즉 좀 더 구체적으로 상기 플랜지부(42)의 상단이 상기 배출유로(30)를 차단하게 된다.
한편, 상기 플랜지부(42)의 단부에는 에지부(43)가 마련되어 도 1에 도시된 바와 같은 반응가스의 배출 시에 스토퍼(34)에 접촉한다. 이때 상기 에지부(43)는 하단으로 소정 돌출되어 날카롭게 형성되어 스토퍼(34)와 실질적을 점접촉되도록 함이 바람직하다.
이 경우 상기 스토퍼(34)는 도 3에 도시된 바와 같이 그 단면이 실질적으로 삼각형상으로 이루어짐이 바람직하고, 도 1에 도시된 바와 같이 가스의 배출 시 에지부(43)의 날카로운 하단이 스토퍼(34)의 날카로운 상단과 서로 맞닿아 점접촉되는 것이다.
이와 같이 에지부(43)와 스토퍼(34)가 서로 점접촉되도록 하는 것은 가스 성분의 점착으로 말미암아 유동캡(40)과 스토퍼(34)가 서로 접착되어 미작동되는 것을 방지하기 위한 것이다.
한편, 상기 캡부(41)의 내면에는 보어(B)가 형성되어 도 2에 도시된 바와 같이 가스가 역류하는 경우, 역류하는 가스가 상기 보어(B)로 유입되어 용이하게 유동캡(40)을 밀어올릴 수 있도록 한다.
상기한 바와 같은 본 발명이 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 동작에 관하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 가스도입부(11)를 통해 도입되는 가스가 챔버(10) 내부로 분사되어 증착 대상물(W)과 반응 한 후에 홀(33)을 향해 유동하는 가스는, 그 유동 압력으로 유동캡(40)을 아래로 밀면서 배출유로(30)를 따라 배출홀(31)로 유동한다.
이때 도 3에 도시된 바와 같이 스토퍼(34)가 실질적으로 삼각형상이고 윗 부분이 날카롭게 형성되기 때문에 배기되는 가스는 유동 저항 없이 배출될 수 있다.
여하한 이유에 의해 배기된 폐가스가 역류하여 다시 배출홀(31)을 통해 챔버(10) 내부 쪽으로 유동하는 폐가스는, 그 유동 압력으로 유동캡(40)의 캡부(41) 내면의 보어(B)와 플랜지부(42) 하단을 밀게 되고, 유동캡(40)은 윗 방향으로 이동하면서 플랜지부(42)의 상단이 홀 실린더(32)의 하단과 밀착되어 배출유로(30)를 막아버린다.
따라서 역류하는 폐가스는 챔버(10) 내부로 유입될 수 있는 경로가 막혀서 챔버(10) 내부로 침입을 하지 못하게 된다.
한편, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 반응가스가 배기되는 메커니즘에 관하여 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 배기된 폐가스가 역류하는 것을 막는 메커니즘에 관하여 나타낸 것이다.
그리고 도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 유동캡의 구성에 관하여 좀 더 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 있어서도 화학 기상 증착 장치를 구성하는 구성은 상기 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 경우와 실질적으로 동일하다.
다만 역류방지장치의 구체적인 구성에 있어서는 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예가 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예의 경우와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 중복되는 부분에 관한 설명을 생략하고 역류방지장치에 관한 구성과 동작을 위주로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 역류방지장치는 홀 실린더(52)와 유동캡(40)을 포함하여 이루어진다.
상기 홀 실린더(52)는 챔버(10) 내부에 구비되며, 홀 실린더(52)에 형성된 홀(53)은 배출홀(51)에 대해 실질적으로 수직방향으로 형성된다.
즉 상기 홀(53)을 통과하는 가스의 유동 방향과 챔버(10) 내의 반응유로부(12)를 유동하는 가스의 유동 방향이 실질적으로 동일하게 되도록 홀(53)을 형성한다.
즉 가스가 수평방향으로 유입되도록 홀(53)을 형성하고 상기 홀(53)의 상부 쪽에 유동캡(40)의 일측이 회전 가능하도록 고정되도록 한다.
상기 홀(53)의 일측에 고정된 유동캡(40)은 가스의 유동 방향에 따라 회동하면서 상기 홀(53)을 개폐한다.
이와 같은 가스의 유동 방향에 따른 유동캡(40)의 동작에 관한 구체적인 내용에 관하여는 후술한다.
한편, 도 3에서는 상기한 바와 같은 유동캡(40)의 구체적인 구조에 관하여 나타내고 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 유동캡(40)은 지지바(45)와 그에 연결된 커버부(44)를 포함하여 이루어진다.
상기 커버부(44)는 대략 상기 홀(53)과 같거나 더 큰 크기를 갖도록 하여 가스의 역류 시 상기 커버부(44)가 상기 홀(53)을 완전히 덮을 수 있게 되도록 함이 바람직하다.
상기 지지바(45)는 상기 홀(53)의 일측에 구비되는 지지부(54)에 의해 지지되는데, 상기 지지부(54)의 일측에는 실질적으로 V 형상의 지지홈(55)이 형성되고, 상기 지지홈(55)에 상기 지지바(45)가 놓여져서 지지된다.
상기 지지홈(55)은 실질적으로 V 형상이고 상기 지지바(45)는 그 단면이 실질적으로 역삼각 형상으로 이루어지도록 함이 바람직하다.
따라서 지지바(45)의 날카로운 하단이 상기 지지홈(55)에 수용되어 실질적으로 선접촉이 이루어지고, 가스의 유동이 일어나지 않는 경우에 상기 지지바(45)는 상기 지지홈(55)에 거의 수직으로 서 있으려고 하기 때문에 커버부(44)는 항상 닫힌 상태가 된다.
만약 챔버(10) 내부에서 가스가 배출홀(51) 쪽으로 유동하는 경우 가스의 유동 압력에 의해 커버부(44)가 열리면서 지지바(45)는 지지홈(55)의 한쪽 방향으로 기울어지게 되나 가스의 유동 압력이 없어지게 되는 경우 원위치로 복귀된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 역류방지장치의 동작에 관하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 챔버 내부의 가스가 배기되는 경우, 반응유로부(12)를 유동하는 반응가스는 홀 실린더(52) 쪽으로 와서 유동캡(40)의 커버부(44)를 유동 압력으로 민다.
이때 커버부(44)가 회동하면서 홀(53)이 개방되고 반응가스는 배출홀(51)을 통해 배기된다.
만약 여하한 이유에 의해 배기된 폐가스가 역류하는 경우, 배출홀(51)을 통해 역류하는 폐가스는 도 5에 도시된 바와 같이 그 유동 압력으로 유동캡(40)의 커버부(44)를 민다.
이때 커버부(44)는 홀(53)을 폐쇄하게 되면서 역류하는 폐가스는 챔버 내부로 침입할 수 없게 된다.
10... 챔버 11... 가스도입부
12... 반응유로부 20... 서셉터
31... 배출홀 32... 홀 실린더
33... 홀 34... 스토퍼
40... 유동캡 41... 캡부
42... 플랜지부 43... 에지부
44... 커버부 45... 지지바
51... 배출홀 52... 홀 실린더
53... 홀 54... 지지부
55... 지지홈

Claims (5)

  1. 챔버를 흐르는 가스가 통과되도록 하며, 상기 챔버의 중심부에 마련되는 배출홀과 연통되는 홀을 구비하는 홀 실린더; 및
    가스의 유동(流動) 방향에 따라 상기 홀을 선택적으로 개방시키도록 유동(遊動) 가능하게 구비되는 유동캡을 포함하며,
    상기 홀 실린더는 상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 홀은 상기 배출홀에 대해 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동캡은,
    상기 홀의 일측을 중심으로 회동하며 상기 홀을 개폐하는 커버부와,
    상기 홀의 일측에 소정 각도 회전 가능하도록 지지되어 상기 커버부를 지지하는 지지바를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홀의 일측에 구비되어 상기 지지바가 소정 각도 회전 가능하도록 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지지부는,
    상기 지지바의 하단이 안착되도록 하며 상기 지지바의 하단과 선접촉 하는 지지홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지홈은 V 형상으로 형성되며, 상기 지지바는 그 단면이 역삼각 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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