KR101382375B1

KR101382375B1 - 종형 ｃｖｄ 장치

Info

Publication number: KR101382375B1
Application number: KR1020110131921A
Authority: KR
Inventors: 이영찬; 임효남; 윤해상
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2014-04-08
Also published as: KR20130065180A

Abstract

종형 CVD 장치가 개시되며, 상기 종형 CVD 장치는 종형 CVD 장치에 있어서, 간격을 두고 적층된 복수의 유도 발열체 및 복수의 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기; 상기 처리 용기의 외주를 감는 유도 가열용 코일부; 및 상기 처리 용기 내에 공정 가스를 공급하는 인젝터를 포함하되, 상기 인젝터는 길이 방향으로 형성되고 공정 가스가 주입되는 공정 가스 통로; 상기 공정 가스가 상기 복수의 피처리체에 공급되도록 상기 공정 가스 통로를 따라 형성되는 복수의 공정 가스 분출구; 상기 공정 가스 통로를 감싸고 냉각 가스가 유입되는 냉각 가스 공급 통로; 및 상기 냉각 가스 공급 통로를 감싸고 상기 냉각 가스 공급 통로의 말단과 연결되어 유입된 상기 냉각 가스를 배출시키는 냉각 가스 배출 통로를 포함한다.

Description

종형 ＣＶＤ 장치{VERTICAL CVD APPARATUS}

본원은 웨이퍼와 같은 피처리체 상에 반응 생성막을 형성하는 종형 CVD 장치에 관한 것이다.

본원의 배경이 되는 화학증착(CVD)과 관련된 종래 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0038274호(이하 '종래 기술 1'이라 함) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0060182호(이하 '종래 기술 2' 라 함)에 개시되어 있다.

그런데, 종래 기술 1, 2와 같은 CVD 장치는 인젝터 구조가 고온으로 발열됨으로 인해, 가스가 웨이퍼 위에 도달하기 전에 열분해 될 위험성이 큰 문제점이 있었다.

또한, 히터 가열 방식을 사용하는 종래 기술 1의 CVD 장치는 처리 용기 내의 웨이퍼를 가열하기 위해 처리 용기 내부 전체를 가열하게 되어 열효율이 떨어지는 문제점과, 처리 용기가 고온에 노출되므로 내측 벽면에 불필요한 부착막이 퇴적되는 문제점이 있었다.

그리고, 유도 가열 방식을 사용하는 종래 기술 2의 CVD 장치는 단독코일 제어 방식을 사용함으로 인하여 증가되는 처리용량을 제어하기 힘들다는 문제점 및 유도 발열체의 온도를 균일하게 맞추기 어려운 문제점이 있었다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 피처리체에 대해 효율적으로 균일한 박막 형성이 이루어질 수 있는 종형 CVD 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 종형 CVD 장치는 종형 CVD 장치에 있어서, 간격을 두고 적층된 복수의 유도 발열체 및 복수의 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기; 상기 처리 용기의 외주를 감는 유도 가열용 코일부; 및 상기 처리 용기 내에 공정 가스를 공급하는 인젝터를 포함하되, 상기 인젝터는 공정 가스가 주입되도록 길이 방향으로 형성되는 공정 가스 통로; 상기 공정 가스가 상기 복수의 피처리체에 공급되도록 상기 공정 가스 통로를 따라 형성되는 복수의 공정 가스 분출구; 상기 공정 가스 통로를 감싸고 냉각 가스가 유입되는 냉각 가스 공급 통로; 및 상기 냉각 가스 공급 통로를 감싸고 상기 냉각 가스 공급 통로의 말단과 연결되어 유입된 상기 냉각 가스를 배출시키는 냉각 가스 배출 통로를 포함한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 인젝터에는 길이 방향을 따라 홈이 형성되고, 상기 홈은 상기 냉각 가스 공급 통로가 바닥면의 양측을 감싸도록 함몰되며, 상기 복수의 공정 가스 분출구는 상기 홈의 바닥면을 따라 형성될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 홈은 상기 복수의 공정 가스 분출구로부터 분출되는 상기 공정 가스의 분출 각도가 제한되지 않도록 하는 내측면 경사 및 폭을 가질 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유도 가열용 코일부는 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 유도 가열 코일을 포함하고, 상기 복수의 유도 가열 코일 각각은 개별적으로 고주파 전력을 인가 받고 제어될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 유도 가열 코일 각각은 나선형으로 감기는 코일 간의 간격이 상기 고주파 전력의 인가 시 상기 복수의 유도 발열체가 동일한 온도로 발열될 수 있는 간격으로 설정될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 유도 가열 코일은 상부 및 하부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격이 중간부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격보다 좁게 설정될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 유도 가열 코일은 최상단이 상기 복수의 유도 발열체의 최상층보다 상측으로 연장되게 구비되고, 최하단이 상기 복수의 유도 발열체의 최하층보다 하측으로 연장되게 구비될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 제1 측면에 따른 종형 CVD 장치는 상기 복수의 피처리체 및 상기 복수의 유도 발열체를 수용하고 상기 처리 용기에 수납되는 수용부를 더 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 수용부에는 상기 복수의 유도 발열체가 간격을 두고 적층되고, 상기 복수의 유도 발열체 상에는 상기 복수의 피처리체가 각각 탑재되되, 상기 복수의 유도 발열체 중 최상층의 유도 발열체 및 최하층의 유도 발열체 상에는 상기 피처리체의 탑재가 제한될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 수용부는 회전 가능하게 설치될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 피처리체는 원판 형상으로 구비되고, 상기 유도 발열체는 상기 피처리체보다 직경이 큰 원판 형상으로 구비될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 제1 측면에 따른 종형 CVD 장치는 상기 피처리체 상에 상기 공정 가스를 공급하기 위해 상기 인젝터를 제어하고, 상기 유도 발열체를 가열하기 위해 상기 유도 가열용 코일부를 제어하며, 상기 피처리체가 상기 처리 용기 내로 공급되도록 상기 피처리체가 적층된 수용부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유도 가열용 코일부의 코일의 내부에는 냉매가 흐르는 관이 구비되고, 상기 유도 가열용 코일부는 상기 관에 상기 냉매가 흐르도록 상기 관에 접속되는 냉각기를 포함할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 2중 냉각 구조로 공급 가스 통로 인젝터를 구비함으로써, 공정 가스가 피처리체 상에 도달하기 전에 유도 발열체의 복사열에 의해 열분해 될 확률을 크게 낮출 수 있어, 피처리체에 대한 균일한 박막 형성이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 유도 가열용 코일부가 복수의 유도 가열 코일이 길이 방향을 따라 개별적으로 정렬되는 방식으로 구비됨으로써, 국부적인 가열에너지 조정이 용이해질 수 있고, 처리 용량의 증가 또는 처리 용기의 크기 증가가 필요한 경우 보다 쉽게 대응할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 코일의 위치에 따라 그 간격을 조정함으로써, 복수의 온도 발열체의 온도 균일도의 향상이 용이하게 이루어질 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 유도 가열용 코일부 및 유동 발열체를 통한 유도 가열 방식을 사용함으로써, 종래의 히터 방식과 달리, 피처리체 인근의 유도 발열체로부터 열이 발생되므로 공정 가스가 피처리체 상에 도달하기 전에 열분해되는 것을 방지할 수 있고, 승온 시간이 크게 단축될 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치가 도시된 개략적인 단면도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 인젝터가 도시된 입체도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 유도 가열용 코일부가 도시된 입체도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 유도 가열용 코일부의 각 유도 가열 코일의 개별적 제어를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 유도 가열용 코일부의 뷸불균등한 코일 간격을 설명하기 위한 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 물리적 또는 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

또한, 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 구성이나 기술적 사항에 대한 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치가 도시된 개략적인 단면도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 인젝터가 도시된 입체도이며, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 유도 가열용 코일부가 도시된 입체도이다.

본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치(이하 '본 종형 CVD 장치'라 함)(100)는 웨이퍼와 같은 피처리체(500)를 적재하고 화학증착(Chemical Vapor Deposition)을 통해 이러한 피처리체(500)에 효율적으로 박막을 형성할 수 있는 장치에 관한 것이다.

본 종형 CVD 장치(100)는 처리 용기(4, 5)를 포함한다.

처리 용기(4, 5)는 간격을 두고 적층된 복수의 유도 발열체(35) 및 복수의 피처리체(500)를 수납하는 처리 영역을 갖는다. 예시적으로, 처리 용기(4, 5)는 하단부가 개방되고, 상하 방향으로 소정의 길이를 갖는 종 또는 원통 형상일 수 있다. 또한, 처리 용기(4, 5)는 내열성 높은 석용(쿼츠) 재질로 이루어질 수 있다.

도 1을 참조하면, 처리 용기(4, 5)는 아우터 튜브(4)와 이너 튜브(5)를 포함할 수 있다. 이때, 처리 영역은 이너 튜브(5)의 내부가 될 수 있다.

아우터 튜브(4)는 이너 튜브(5)보다 외측에 위치한 용기이다. 이러한 아우터 튜브(4)는 처리 용기(4, 5) 내부의 밀폐를 위해 구비될 수 있다. 예시적으로, 아우터 튜브(4)의 하단과 매니폴드(7)의 상단의 둘레 사이에 오링(O-Ring)과 같은 폐쇄용 부재(도면에는 미도시)가 개재됨으로써, 처리 용기(4, 5) 내부의 밀폐가 이루어질 수 있다. 이러한 아우터 튜브(4)는 내열성 높은 석영(쿼츠) 재질로 이루어질 수 있다.

도 1을 참조하면, 처리 용기(4, 5)는 아우터 튜브(4)의 하단에 체결되는 매니폴드(7)를 포함할 수 있다. 또한, 매니폴드(7)에는 인젝터(2)가 처리 영역에 배치될 수 있도록 인젝터(2)와 연결되는 가스 공급/배출부(211, 221, 231)가 설치될 수 있다. 예시적으로 도 1에 나타난 바와 같이, 매니폴드(7)의 상단의 둘레는 아우터 튜브(4)의 하단덮개와 밀폐 결합되고, 매니폴드(7)의 상단의 중앙부는 이너 튜브(5)의 내부와 통하도록 연결될 수 있다. 매니폴드(7)의 외측으로부터 삽입된 가스 공급/배출부(211, 221, 231)는 매니폴드(7)의 상단의 중앙부로 연장되어 이너 튜브(5)의 내부의 처리 영역에 배치된 인젝터(2)와 연결될 수 있다. 이러한 매니폴드(7)는 스테인레스강(SUS) 재질으로 이루어질 수 있다.

또한, 매니폴드(7)에는 내부에 잔존하는 공정 가스, 냉각 가스 등을 외부로 배출하는 배기구(9)(exhaust port)가 장착될 수 있다. 이러한 배기구(9)에는 외부로부터 펌프(도면에는 미도시)가 연결될 수 있다.

이너 튜브(5)는 아우터 튜브(4)보다 내측에 위치한 용기이다. 이러한 이너 튜브(5)는 피처리체(500) 상의 박막 형성에 적합하게 내부에서의 공정 가스 흐름이 이루어질 수 있는 형상을 고려하여 구비될 수 있다. 이를테면, 이너 튜브(5)는 수용부(3)의 둘레를 둘러싸고, 수용부(3)의 둘레의 일측에 인젝터(2)를 수용하는 원통 형상으로 구비될 수 있다.

또한 도 1을 참조하면, 이너 튜브(5)의 하단은 앞서 살핀 바와 같이 매니폴드(7)의 상단의 개방된 중앙부와 통하도록 연결될 수 있다. 이러한 이너 튜브(5)는 내열성 높은 석영(쿼츠) 재질로 이루어질 수 있다. 그리고 도 1을 참조하면, 매니폴드(7)의 하단에는 처리 용기(4, 5)를 밀폐하도록 캡(8)이 결합될 수 있다. 이러한 캡(8)의 내부에는 브레이징 용접 공법을 통해 냉각수 라인이 형성될 수 있으며, 이를 통해 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

아울러, 매니폴드(7)의 하단의 둘레와 캡(8) 사이에는 처리 용기(4, 5)의 밀폐성을 보다 향상시키기 위해 패킹용 부재(71), 이를테면 오링(O-Ring)이 배치될 수 있다. 이러한 패킹용 부재(71)의 배치를 위해 매니폴드(7)의 하단의 둘레와 대응되는 캡(8)의 상단에 패킹용 부재(71)의 소정의 높이만큼 돌출되도록 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.

또한 도 1을 참조하면, 캡(8)의 하측에는 자성 유체 시일(63)(magnetic fluid sealing)이 장착될 수 있다. 회전축(61)이 캡(8)을 관통하여 캡(8)의 상측에 구비되는 회전 테이블(6)에 연결되어 구동력을 전달하기 때문에, 캡(8)의 하측 부분에는 전자기적 특성을 이용하여 밀폐를 담당하는 자성 유체 시일(63)이 장착됨으로써, 처리 용기(4, 5) 내의 기밀성이 유지될 수 있다.

그리고 도 1을 참조하면, 캡(8)의 상측에는 회전 테이블(6)이 구비될 수 있다. 아울러, 회전축(61)이 이러한 회전 테이블(6)에 일측이 연결되고 캡(8)을 관통하여 연장되어 타측이 구동력 전달기구(62)와 연결되도록 구비될 수 있다.

또한, 회전 테이블(6)은 받침대(33)를 통해 수용부(3)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 구동력 전달기구(62)로부터 회전축(61)을 통해 회전 테이블(6)로 전달되는 회전 구동력은 받침대(33)를 통해 수용부(3)까지 전달될 수 있으며, 수용부(3)는 회전 테이블(6)과 연동하여 회전될 수 있다. 예시적으로, 구동력 전달기구(62)는 풀리(pulley)와 구동 벨트(driving belt)를 포함할 수 있다.

그리고 본 종형 CVD 장치(100)는 수용부(3)를 포함할 수 있다.

수용부(3)는 복수의 피처리체(500) 및 복수의 유도 발열체(35)를 수용하고, 처리 용기(4, 5)에 수납된다. 다시 말해 수용부(3)는 복수의 피처리체(500)와 복수의 유도 발열체(35)를 적층형으로 탑재할 수 있는 장치라 할 수 있다. 예시적으로 도 1을 참조하면, 수용부(3)는 이너 튜브(5)의 내부에 수납된다. 또한, 수용부(3)는 석영(쿼츠)으로 제작될 수 있다.

유도 발열체(35)는 고주파에 의해 유도 가열을 일으킬 수 있고, 열전도율이 양호한 재료를 이용하여 제작될 수 있다. 예시적으로, 유도 발열체(35)는 그라파이트(graphite)의 도전성 세라믹재를 이용하여 제작될 수 있다. 또한, 가열됨으로써 산화되어 발생하는 가스를 방지하기 위해 유도 발열체(35)의 외부에는 코팅, 예를 들어 실리콘카이바드(SiC)를 통한 코팅이 이루어질 수 있다.

그리고 피처리체(500)는 이를테면 웨이퍼와 같은 피처리 기판을 의미할 수 있다.

또한, 피처리체(500)와 유도 발열체(35)는 원판 형상으로 구비될 수 있다. 아울러, 유도 발열체(35)는 피처리체(500)보다 직경이 큰 원판 형상으로 구비될 수 있다. 예시적으로, 피처리체(500)의 직경이 100 mm인 경우에 유도 발열체(35)의 직경은 130 내지 150 mm 정도로 설정될 수 있다. 이와 같이, 유도 발열체(35)가 피처리체(500)보다 큰 직경으로 구비되도록 함으로써, 복수의 피처리체(500)의 둘레 부분에 대해 보다 균일한 온도 형성이 이루어지도록 할 수 있다.

그리고 이러한 수용부(3)에는 복수의 유도 발열체(35)가 소정의 간격을 두고 적층되고, 이렇게 적층된 복수의 유도 발열체(35) 상에는 복수의 피처리체(500)가 각각 탑재될 수 있다. 이와 같이 복수의 피처리체(500)가 복수의 유도 발열체(35) 상에 각각 적층되도록 함으로써, 복수의 피처리체(500) 주변에 보다 균일한 온도 형성이 이루어질 수 있다.

다만, 수용부(3)에 적층된 복수의 유도 발열체(35) 중 최상층의 유도 발열체 및 최하층의 유도 발열체 상에는 피처리체(500)의 탑재가 제한될 수 있다. 이와 같이 최상층 및 최하층에는 피처리체(500)가 탑재되지 않은 유도 발열체(35)가 배치되도록 함으로써, 일측이 개방되어 있는 최상측이나 최하측에서 쉽게 발생될 수 있는 열손실을 최대한 방지할 수 있어, 피처리체(500) 주변에 불균일한 온도가 형성되는 것을 최소화할 수 있다.

참고로 도 1을 참조하면, 수용부(3)의 최상단에는 상단부재(31)가 구비될 수 있고, 최하단에는 하단부재(32)가 구비될 수 있다. 이러한 하단부재(32)에는 받침대(33)와 체결 가능하도록 홈이 형성될 수 있다.

또한, 수용부(3)는 회전 가능하게 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 수용부(3)는 처리 용기(4, 5)의 하단부의 캡(8)에 설치된 회전 기구(6, 61, 62)에 의해 회전될 수 있다. 예시적으로 도 1을 참조하면, 앞서 살핀 바와 같이 구동력 전달기구(62)로부터 전달되는 회전력이 회전축(61)을 통해 회전 테이블(6)로 전달되고, 수용부(3)는 받침대(33)를 통해 회전 테이블(6)의 회전과 연동하여 회전될 수 있다.

그리고 도면에는 도시되지 않았으나, 수용부(3)는 승강 가능하게 설치될 수 있다. 이를테면 수용부(3)는 처리 용기(4, 5)의 하측으로부터 처리 용기(4, 5) 내로 삽입될 수 있으며, 수용부(3)가 처리 용기(4, 5) 내로 삽입된 후에는 앞서 살핀 캡(8)과 같은 덮개부재에 의해 하단이 밀폐될 수 있다. 또한, 이러한 밀폐를 위해 오링(O-Ring)과 같은 패킹용 부재가 덮개부재와 처리 용기(4, 5)의 하단 사이에 개재될 수 있음은 앞서 살핀 바와 같다.

도 4는 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 유도 가열용 코일부의 구조를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 본원의 일 실시예에 따른 종형 CVD 장치의 유도 가열용 코일부의 뷸균등한 코일 간격을 설명하기 위한 개념도이다.

본 종형 CVD 장치(100)는 유도 가열용 코일부(1)를 포함한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 유도 가열용 코일부(1)는 처리 용기(4, 5)의 외주를 감도록 구비된다. 예시적으로, 유도 가열용 코일부(1)의 코일은 아우터 튜브(4)의 외주를 나선형으로 감도록 구비될 수 있다. 또한, 유도 가열용 코일부(1)의 코일은 전기전도율이 높은 금속제 파이프, 이를테면 구리 파이프로 제작될 수 있다.

그리고 유도 가열용 코일부(1)의 코일의 내부는 냉각수가 흐를 수 있는 원형 관이 나선형으로 말린 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 코일의 양 단부로부터 매체 통로가 연장될 수 있고, 이러한 매체 통로에는 냉각기가 접속되어 냉매, 이를테면 냉각수가 금속제 파이프 내로 흐를 수 있다. 예시적으로, 냉각기는 고주파 인가부(11)에 포함될 수 있다.

또한, 코일의 감아 돌리기 형태는 상하 방향으로 약간 간극을 형성하도록 감아 돌리거나, 간극을 형성하지 않도록 조밀하게 감아 돌릴 수 있다

그리고 코일의 상하 양단에는 급전 라인이 접속될 수 있다. 이러한 급전 라인의 선단이 고주파 전원에 접속되어 코일에 고주파 전력을 인가할 수 있으며, 급전 라인의 도중에는 임피던스 정합을 행하는 매칭 회로가 개재 설치될 수 있다.

유도 가열용 코일부(1)에 고주파 전력을 인가하면, 유도 가열용 코일부(1)로부터 방사되는 고주파는 처리 용기(4, 5)를 투과하여 그 내부에 이르게 된다. 그 결과, 수용부(3)에 적층되어 있는 유도 발열체(35)에 과전류가 발생되어 유도 발열체(35)가 가열된다. 예시적으로, 이러한 고주파 전원의 고주파의 주파수는 0.5 내지 50 kHz 범위 내, 바람직하게는 12 내지 30 kHz의 범위 내로 설정된다.

히터 방식을 사용하는 종래의 종형 CVD 장치는 처리 용기의 내부가 전체적으로 고온으로 유지될 수밖에 없어, 공정 가스가 피처리체 상에 도달하기 전에 이러한 전체적인 고온으로 인해 열분해 되기 쉬웠다. 이에 반해, 본 종형 CVD 장치(100)는 유도 가열용 코일부(1) 및 유도 발열체(35)를 통한 유도 가열 방식을 사용함으로써, 피처리체(500) 인근의 유도 발열체(35)로부터 열이 발생되므로, 공정 가스가 피처리체(500) 상에 도달하기 전에 열분해되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 히터 방식을 사용하는 종래의 종형 CVD 장치는 처리 용기 내부 전체를 동일 온도로 유지시켜야 하므로, 승온 시간이 오래 걸렸다. 이에 반해, 본 종형 CVD 장치(100)는 유도 가열 방식을 사용함으로써, 피처리체(500) 인근의 유도 발열체(35)의 온도가 원하는 온도에 도달하는 것을 기준으로 할 수 있어, 승온 시간이 크게 단축될 수 있다.

도 5를 참조하면, 유도 가열용 코일부(1)의 코일 간의 간격은 고주파 전력의 인가 시 복수의 유도 발열체(35)가 동일한 온도로 발열될 수 있는 간격으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 코일의 위치에 따라 그 간격을 조정함으로써, 복수의 유도 발열체(35)의 온도 균일도의 조정이 용이해질 수 있다. 다만, 복수의 유도 발열체(35)가 동일한 온도로 발열된다는 것은, 정확히 동일한 온도로 발열되는 경우만을 의미하는 것은 아니며, 화학증착 공정에 있어 동일하다고 인정될 수 있는 범위의 온도로 발열되는 경우를 포함하는 개념임에 유의한다.

도 1을 참조하면, 수용부(3)의 중간부의 둘레에는 유도 가열용 코일부(1)의 코일이 상하 방향을 따라 계속적으로 감기도록 배치되지만, 수용부(3)의 상부나 하부의 둘레에서는 소정의 높이에서 이러한 코일의 감김이 종료되게 된다.

이와 같이, 수용부(3)의 상부 및 하부에서는 코일의 감김이 계속적으로 이루어지지 않고 끊기게 되므로, 유도 가열용 코일부(1)의 코일이 동일한 간격으로 감기도록 구비될 경우, 수용부(3)의 상부 및 하부에 적층되는 유도 발열체(35)는 수용부(3)의 중간부에 적층되는 유도 발열체(35)에 비해 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있어, 복수의 유도 발열체(35)의 온도가 불균일해질 수 있다.

이에 따라 도 5에 나타난 바와 같이, 유도 가열용 코일부(1)의 코일은 상부 및 하부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격이 중간부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격보다 좁게 설정될 수 있다. 이와 같이 상부에 감기는 코일 간의 간격 및 하부에 감기는 코일 간의 간격을 중간부보다 좁게 함으로써, 수용부(3)의 중간부에 비해 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있는 수용부(3)의 상부 및 하부의 유도 발열체(35)가 보다 높은 온도로 가열되도록 할 수 있어, 복수의 유도 발열체(35)의 온도 균일도를 증가시킬 수 있다.

또한, 유도 가열용 코일부(1)의 코일은 최상단이 복수의 유도 발열체(35)의 최상층보다 상측으로 연장되게 구비되고, 최하단이 복수의 유도 발열체(35)의 최하층보다 하측으로 연장되게 구비될 수 있다. 다시 말해, 상하 방향에 있어서의 감아 돌리기 영역은 유도 발열체(35)의 수용 영역보다 상하 방향으로 길게 연장될 수 있다. 이와 같이 복수의 유도 발열체(35)의 배치 범위보다 유도 가열용 코일부(1)의 코일의 배치 범위를 넓게 함으로써, 수용부(3)의 중간부에 비해 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있는 수용부(3)의 상부 및 하부의 유도 발열체(35)가 보다 높은 온도로 가열되도록 할 수 있어, 복수의 유도 발열체(35)의 온도 균일도를 보다 증가시킬 수 있다.

한편 도 4를 참조하면, 유도 가열용 코일부(1)는 처리 용기(4, 5)의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 유도 가열 코일을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 유도 가열 코일을 처리 용기(4, 5)의 길이 방향으로 정렬하고 각 유도 가열 코일이 개별적으로 제어되도록 한 것이다. 이러한 복수의 유도 가열 코일 각각은 개별적으로 고주파 전력을 인가 받고 제어될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 유도 가열 코일 각각에는 고주파 전력을 인가 하고 제어하는 별도의 고주파 인가부(11)가 설치될 수 있다.

예시적으로 도 4에 나타난 바와 같이, 유도 가열 코일은 4개일 수 있고, 고주파 인가부(11)는 4개의 유도 가열 코일 각각에 대응되도록 4개(111, 112, 113, 114)로 구비될 수 있지만 이러한 개수에 한정되는 것은 아니며, 처리 용기(4, 5)의 길이가 달라진다면, 이러한 달라진 길이에 맞추어 복수의 유도 가열 코일의 개수를 적절히 늘리거나 줄일 수 있다.

즉, 유도 가열용 코일부(1)가 단일 코일만을 구비하도록 하는 것이 아니라, 순차적이고 개별적으로 배치되는 복수의 유도 가열 코일을 구비하도록 함으로써, 처리 용기(4, 5)의 길이가 길어지더라도 배치되는 유도 가열 코일의 개수를 조정하여 쉽게 본 종형 CVD 장치(100)를 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래에는 유도 가열용 코일부(1)가 단일 코일로 이루어져, 처리용량을 증가시키기 어려운 문제가 있었다. 이에 반해, 본 종형 CVD 장치(100)는 유도 가열용 코일부(1)에 개별적으로 전력을 인가 받고 제어되는 복수의 유도 가열 코일이 포함되도록 함으로써, 복수의 유도 가열 코일 각각에 대해 개별적으로 처리용량을 증가시켜 줄 수 있게 되어, 처리용량의 증가가 보다 쉽게 이루어질 수 있다.

이러한 처리 용량의 확보의 측면에서 보았을 때, 종래와 같이 유도 가열용 코일부(1)가 단일 코일로 이루어진 직렬 구조 및 직렬 제어 방식과 달리, 본 종형 CVD 장치(100)는 복수의 유도 가열 코일이 처리 용기(4, 5)의 길이 방향을 따라 개별적으로 정렬되도록 함으로써, 처리 용량을 개별적으로 확보한다.

즉, 이와 같이 유도 가열용 코일부(1)가 복수의 유도 가열 코일이 처리 용기(4, 5)의 길이 방향을 따라 개별적으로 정렬되는 방식으로 구비됨으로써, 국부적인 가열에너지 조정이 용이해질 수 있고, 처리 용량의 증가가 필요한 경우 보다 쉽게 대응할 수 있으며, 처리 용기(4, 5)의 크기 증가 시의 대응도 용이해질 수 있다.

또한, 복수의 유도 가열 코일 각각의 나선형으로 감기는 코일 간의 간격은 고주파 전력의 인가 시 복수의 유도 발열체(35)가 동일한 온도로 발열될 수 있는 간격으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 복수의 코일 각각의 배치 위치에 따라 코일의 간격을 변경함으로써, 복수의 유도 발열체(35)의 온도 균일도를 증가시킬 수 있다.

예시적으로, 복수의 유도 가열 코일은 상부 및 하부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격이 중간부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격보다 좁게 설정될 수 있다. 예를 들면 도 4에 나타난 바와 같은 4개의 유도 가열 코일 중에 상측과 하측의 유도 가열 코일은 코일 간의 간격이 좁게 구비되고, 중간의 2개의 유도 가열 코일은 코일 간의 간격이 넓게 구비될 수 있다.

또한, 필요에 따라서는 복수의 유도 가열 코일 각각에 있어서도 감기는 코일간의 간격을 달리할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타난 바와 같은 4개의 유도 가열 코일 중에 상측의 유도 가열 코일의 상부 및 하측의 유도 가열 코일의 하부는 코일 간격을 좁게 하고, 상측의 유도 가열 코일의 하부, 중간의 2개의 유도 가열 코일, 및 하측의 유도 가열 코일의 상부는 코일 간격을 상대적으로 넓게 할 수도 있다. 이러한 코일 간격의 조정은 복수의 유도 발열체(35)의 온도 균일도가 증가되는 방향으로 이루어짐이 바람직하다.

참고로, 도 3을 참조하면, 복수의 유도 가열 코일은 간격 유지 부재(12)를 통해 설정된 간격이 안정적으로 유지될 수 있다. 예시적으로, 간격 유지 부재(12)는 바닥을 지지하는 지지부, 복수의 유도 가열 코일의 측면에 구비되는 간격 유지부, 그리고 복수의 유도 가열 코일의 간격이 유지되도록 상기 간격 유지부와 복수의 유도 가열 코일을 체결시키는 복수의 간격 유지 체결 기구를 포함할 수 있다. 예를 들면 간격 유지 체결 기구는 코일과 코일 사이의 이격된 공간에 끼워져 체결될 수도 있고, 코일에 대해 직접적으로 체결될 수도 있다.

그리고 복수의 유도 가열 코일은 최상단이 복수의 유도 발열체(35)의 최상층보다 상측으로 연장되게 구비되고, 최하단이 복수의 유도 발열체(35)의 최하층보다 하측으로 연장되게 구비될 수 있다. 이를 통해 복수의 유도 발열체(35)의 온도 균일도를 보다 증가시킬 수 있다.

본 종형 CVD 장치(100)는 인젝터(2)를 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 인젝터(2)는 처리 용기(4, 5) 내에 공정 가스를 공급한다. 즉, 인젝터(2)를 통해 공정 가스가 복수의 피처리체(500) 상에 공급될 수 있다. 예시적으로, 인젝터(2)는 석영(쿼츠)로 제작될 수 있다.

도 2를 참조하면, 인젝터(2)는 공정 가스가 복수의 피처리체(500)에 공급되도록 공정 가스 통로(21)를 따라 형성되는 복수의 공정 가스 분출구(24)를 포함한다. 이러한 복수의 공정 가스 분출구(24)는 복수의 피처리체(500) 각각에 공정 가스가 도달될 수 있도록 공정 가스 통로(21)를 따라 일정한 간격으로 통공되어 형성될 수 있다.

또한, 인젝터(2)는 길이 방향으로 형성되고 공정 가스가 주입되는 공정 가스 통로(21)를 포함한다. 예시적으로 도 2를 참조하면, 공정 가스 통로(21)는 인젝터(2)의 중심에 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 아울러, 인젝터(2)는 공정 가스 통로(21)에 공정 가스가 공급되도록 공정 가스 통로(21)와 연결되는 공정 가스 공급부(211)를 구비할 수 있다. 예시적으로, 공정 가스 공급부(211)는 가스 노즐, 가스 공급 통로, 개폐 밸브, 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기를 포함할 수 있다.

그리고 인젝터(2)는 공정 가스 통로(21)를 감싸고 냉각 가스가 유입되는 냉각 가스 공급 통로(22)를 포함한다. 예시적으로 도 2를 참조하면, 냉각 가스 공급 통로(22)는 공정 가스 통로(21)의 외측 둘레를 감싸는 튜브 형상으로 형성될 수 있다. 아울러, 인젝터(2)는 냉각 가스 공급 통로(22)에 냉각 가스가 공급되도록 냉각 가스 공급 통로(22)와 연결되는 냉각 가스 공급부(221)를 구비할 수 있다. 예시적으로, 냉각 가스 공급부(221)도 공정 가스 공급부(211)와 마찬가지로 가스 노즐, 가스 공급 통로, 개폐 밸브, 및 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기를 포함할 수 있다. 한편, 냉각 가스의 종류는 적절하게 선택할 수 있다.

또한, 인젝터(2)는 냉각 가스 공급 통로(22)를 감싸고 냉각 가스 공급 통로(22)의 말단과 연결되어 유입된 냉각 가스를 배출시키는 냉각 가스 배출 통로(23)를 포함한다. 예시적으로 도 2를 참조하면, 냉각 가스 배출 통로(23)는 냉각 가스 공급 통로(22)의 외측 둘레를 감싸는 튜브 형상으로 형성될 수 있다.

아울러, 공정 가스 통로(21)를 냉각시키며 냉각 가스 공급 통로(22)를 통과한 냉각 가스는 이러한 냉각 가스 공급 통로(22)의 말단과 연결되어 통하는 냉각 가스 배출 통로(23)를 통과하면서 공정 가스 통로(21)를 2차적으로 냉각시킨 후 배출될 수 있다. 또한, 인젝터(2)는 냉각 가스 배출 통로(23)로부터 냉각 가스가 배출되도록 냉각 가스 배출 통로(23)와 연결되는 냉각 가스 배출부(231)를 구비할 수 있다.

이와 같이 공정 가스를 공급하는 인젝터(2)에 2중 냉각 구조를 적용함으로써, 공정 가스가 피처리체(500) 상에 도달하기 전에 유도 발열체(35)로부터의 복사열로 인해 열분해될 확률을 크게 줄일 수 있다.

또한 예시적으로 도 1을 참조하면, 이러한 공정 가스 공급부(211), 냉각 가스 공급부(221), 및 냉각 가스 배출부(231)는 처리 용기(4, 5)의 측벽, 이를테면 매니폴드(7)의 측벽을 관통하도록 구비될 수 있으며, 석영 재질로 이루어질 수 있다.

그리고 도 2에 나타난 바와 같이, 인젝터(2)에는 길이 방향을 따라 홈(25)이 형성될 수 있다. 이러한 홈(25)이 형성되면, 도 2에 나타난 바와 같이 냉각 가스 공급 통로(22)는 공정 가스 통로(21)를 닫힌 영역의 형태로 감싸지 않고 홈(25)의 양측에 둘레 방향 단부가 형성되는 열린 영역의 형태로 감싸게 된다. 그리고 홈(25)은 냉각 가스 공급 통로(22)가 바닥면의 양측을 감싸도록 함몰될 수 있다. 여기서, 냉각 가스 공급 통로(22)가 홈(25)의 바닥면의 양측을 감싼다는 것은, 바닥면 및 바닥면 주변의 공간이 냉각될 수 있도록 냉각 가스 공급 통로(22)의 둘레 방향 단부가 홈(25)의 바닥면의 양측을 감싸도록 배치된다는 것을 의미할 수 있다. 또한 도 2에 나타난 바와 같이, 복수의 공정 가스 분출구(24)는 이러한 홈(25)의 바닥면을 따라 형성될 수 있다.

이와 같이 냉각 가스 공급 통로(22)에 의해 홈(25)의 바닥면의 양측이 감싸지고, 이러한 홈(25)의 바닥면에 복수의 공정 가스 분출구(24)가 형성되도록 함으로써, 공정 가스 통로(21)를 지나는 공정 가스의 냉각뿐 아니라, 공정 가스 분출구(24)를 통해 분출되고 있는 공정 가스도 냉각될 수 있어, 공정 가스가 피처리체(500) 상에 도달하기 전에 열분해될 확률을 더욱 줄일 수 있다.

이때, 홈(25)의 함몰 깊이, 폭, 내측면 경사 등과 같은 홈(25)의 형상은 공정 가스 분출구(24)를 통한 공정 가스의 분출이 이러한 홈(25)의 내측면에 의해 제한되지 않고 원활하게 이루어질 수 있도록 형성됨이 바람직하다. 이를테면, 홈(25)은 공정 가스의 분출 각도가 제한되지 않도록 하는 내측면 경사 및 폭으로 형성될 수 있다. 예시적으로 도 2를 참조하면, 홈(25)은 인젝터(2)의 외측 반경 방향으로 갈수록 폭이 커지는 잘린 부채꼴 또는 사다리꼴 형상의 단면으로 형성될 수 있다.

한편, 본 종형 CVD 장치(100)는 제어부를 포함할 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 제어부는 피처리체(500) 상에 공정 가스를 공급하기 위해 인젝터(2)를 제어하고, 유도 발열체(35)를 가열하기 위해 유도 가열용 코일부(1)를 제어하며, 피처리체(500)가 처리 용기(4, 5) 내로 공급되도록 피처리체(500)가 적층된 수용부(3)를 제어할 수 있다. 예시적으로 도 4를 참조하면, 제어부는 유도 가열용 코일부(1)의 복수의 유도 가열 코일 각각에 대응되는 고주파 인가부(11)에서 인가되는 고주파 전력을 제어할 수 있다. 다시 말해, 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어부를 통해 본 종형 CVD 장치(100)의 전체 동작이 제어될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 종형 CVD 장치
1: 유도 가열용 코일부 11: 고주파 인가부
12: 간격 유지 부재
2: 인젝터(injector) 21: 공정 가스 통로
211: 공정 가스 공급부 22: 냉각 가스 공급 통로
221: 냉각 가스 공급부 23: 냉각 가스 배출 통로
231: 냉각 가스 배출부 24: 공정 가스 분출구
25: 홈
3: 수용부 31: 상단부재
32: 하단부재 33: 받침대
35: 유도 발열체
4, 5: 처리 용기 4: 아우터 튜브(outer tube)
5: 이너 튜브(inner tube)
6: 회전 테이블 61: 회전축
62: 구동력 전달기구 63: 자성 유체 시일(magnetic seal)
7: 매니폴드(manifold) 71: 패킹용 부재
8: 캡(cap) 9: 배기구(exhaust port)
500: 피처리체

Claims

종형 CVD 장치에 있어서,
간격을 두고 적층된 복수의 유도 발열체 및 복수의 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖는 처리 용기;
상기 처리 용기의 외주를 감는 유도 가열용 코일부; 및
상기 처리 용기 내에 공정 가스를 공급하는 인젝터를 포함하되,
상기 인젝터는
길이 방향으로 형성되고 공정 가스가 주입되는 공정 가스 통로;
상기 공정 가스가 상기 복수의 피처리체에 공급되도록 상기 공정 가스 통로를 따라 형성되는 복수의 공정 가스 분출구;
상기 공정 가스 통로의 외측 둘레를 감싸도록 형성되고, 냉각 가스가 유입되는 냉각 가스 공급 통로; 및
상기 냉각 가스 공급 통로의 외측 둘레를 감싸도록 형성되고, 상기 냉각 가스 공급 통로의 말단과 연결되어 상기 냉각 가스 공급 통로로부터 유입된 상기 냉각 가스를 통과시켜 배출시키는 냉각 가스 배출 통로를 포함하는 것인 종형 CVD 장치.
제1항에 있어서,
상기 인젝터에는 길이 방향을 따라 홈이 형성되고,
상기 홈은 상기 냉각 가스 공급 통로가 바닥면의 양측을 감싸도록 함몰되며,
상기 복수의 공정 가스 분출구는 상기 홈의 바닥면을 따라 형성되는 것인 종형 CVD 장치.
제2항에 있어서,
상기 홈은 상기 복수의 공정 가스 분출구로부터 분출되는 상기 공정 가스의 분출 각도가 제한되지 않도록 하는 내측면 경사 및 폭을 갖는 것인 종형 CVD 장치.
제1항에 있어서,
상기 유도 가열용 코일부는 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 유도 가열 코일을 포함하고,
상기 복수의 유도 가열 코일 각각은 개별적으로 고주파 전력을 인가 받고 제어되는 것인 종형 CVD 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 유도 가열 코일 각각은 나선형으로 감기는 코일 간의 간격이 상기 고주파 전력의 인가 시 상기 복수의 유도 발열체가 동일한 온도로 발열될 수 있는 간격으로 설정되는 것인 종형 CVD 장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 유도 가열 코일은 상부 및 하부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격이 중간부에 나선형으로 감기는 코일 간의 간격보다 좁게 설정되는 것인 종형 CVD 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 유도 가열 코일은 최상단이 상기 복수의 유도 발열체의 최상층보다 상측으로 연장되게 구비되고, 최하단이 상기 복수의 유도 발열체의 최하층보다 하측으로 연장되게 구비되는 것인 종형 CVD 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 피처리체 및 상기 복수의 유도 발열체를 수용하고 상기 처리 용기에 수납되는 수용부를 더 포함하는 종형 CVD 장치.
제8항에 있어서,
상기 수용부에는 상기 복수의 유도 발열체가 간격을 두고 적층되고,
상기 복수의 유도 발열체 상에는 상기 복수의 피처리체가 각각 탑재되되,
상기 복수의 유도 발열체 중 최상층의 유도 발열체 및 최하층의 유도 발열체 상에는 상기 피처리체의 탑재가 제한되는 것인 종형 CVD 장치.
제8항에 있어서,
상기 수용부는 회전 가능하게 설치되는 것인 종형 CVD 장치.
제1항에 있어서,
상기 피처리체는 원판 형상으로 구비되고,
상기 유도 발열체는 상기 피처리체보다 직경이 큰 원판 형상으로 구비되는 것인 종형 CVD 장치.
제1항에 있어서,
상기 피처리체 상에 상기 공정 가스를 공급하기 위해 상기 인젝터를 제어하고, 상기 유도 발열체를 가열하기 위해 상기 유도 가열용 코일부를 제어하며, 상기 피처리체가 상기 처리 용기 내로 공급되도록 상기 피처리체가 적층된 수용부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 종형 CVD 장치.
제1항에 있어서,
상기 유도 가열용 코일부의 코일의 내부에는 냉매가 흐르는 관이 구비되고,
상기 유도 가열용 코일부는 상기 관에 상기 냉매가 흐르도록 상기 관에 접속되는 냉각기를 포함하는 종형 CVD 장치.