KR101556356B1

KR101556356B1 - 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치

Info

Publication number: KR101556356B1
Application number: KR1020090056016A
Authority: KR
Inventors: 이주일; 이동규
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2015-10-02
Also published as: KR20100137796A

Abstract

본 발명은 박막 제조를 위한 가스 분사시 회전하는 구동축과 이를 감싸는 하우징 사이의 마그네틱 시일이 열에 의해 변질되는 것을 방지하고, 손상 여부를 감지할 수 있는 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치에 관한 것이다.

원자층 제조, 마그네틱 시일, 가스 분사, 박막, ALD, magnetic seal

Description

가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치{Gas injector and apparatus for manufacturing thin film therewith}

본 발명은 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막 제조를 위한 가스 분사시 회전하는 구동축과 이를 감싸는 하우징 사이의 마그네틱 시일이 열에 의해 변질되는 것을 방지하고, 손상 여부를 감지할 수 있는 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리기상증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)과, 화학 반응을 이용하는 화학기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등의 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학기상증착법으로는 상압 화학기상증착법(APCVD; Atmospheric Pressure CVD), 저압 화학기상증착법(LPCVD; Low Pressure CVD), 플라즈마 유기 화학기상증착법(Plasma Enhanced CVD) 등이 있으며, 이 중에서 박막 제조시 저온 증착이 가능하고, 박막 형성의 속도가 빠른 플라즈마 유기 화학기상증착법이 많이 사 용되고 있다.

최근 반도체 소자의 디자인룰(design rule)이 줄어들면서 기판상에 박막을 미세 패턴으로 형성시키는 것이 요구되고 있는데, 이에 미세 패턴의 박막을 매우 균일하게 형성시키고, 스텝 커버리지(step coverage)가 매우 우수한 원자층 증착방법(ALD; Atomic Layer Deposition)의 사용이 증대되고 있다.

이러한 원자층 증착방법은 기체 분자들간의 화학 반응을 이용한다는 점에서 일반적인 화학기상증착법과 유사하다. 그러나 통상의 화학기상증착법이 다수의 기체 분자들을 챔버 내부에 동시에 주입하여 기판에서 화학반응 생성물을 발생시키는 반면, 원자층 증착방법은 하나의 기체 물질을 챔버 내부에 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 물질만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입하여 기판에서 화학반응 생성물을 발생시키는 점에서 상이하다. 즉, 원자층 증착방법은 기판이 안착된 챔버 내부에 소스가스, 퍼지가스, 반응가스 및 퍼지가스를 순차적으로 주입하는 사이클을 다수 회 반복하여 목표로 하는 두께의 박막을 제조한다.

위와 같은 원자층 증착방법이 사용되는 종래의 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치에 관하여 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

종래의 박막 제조용 가스 분사 장치(10)는 내부에 다수의 가스공급로(22a, 22b, 22c)가 형성되어 있는 구동축(20)과, 구동축(20)의 외부를 둘러싸는 원통 형상의 하우징(30)과, 하우징(30)의 측벽 일부에 형성된 다수의 관통홀(32a, 32b, 32c)과, 구동축(20)과 하우징(30) 사이의 이격공간(P₁)에서 고리 모양으로 형성되는 다수의 마그네틱 시일(magnetic seal; 41, 42, 43) 및 구동축(20)의 하단에 결합되어 회전하는 가스분사부(70)를 포함한다. 또한, 종래의 박막 제조 장치(50)는 상기 가스 분사 장치(10) 및 상기 가스 분사 장치(10)의 하부에 기판(1)이 안착되는 내부공간(P₂)을 제공하는 공정챔버(60)를 포함한다.

이러한 종래의 가스 분사 장치(10)는 하우징(30)에 형성된 다수의 관통홀(32a, 32b, 32c)을 통해 소정의 가스(G₁, G₂, G₃)가 순차적으로 주입되고, 주입된 가스(G₁, G₂, G₃)는 하우징(30)을 통과하여 구동축(20) 및 마그네틱 시일(41, 42, 43)으로 둘러싸인 구획 공간(S₁, S₂, S₃)으로 분산된 다음 구동축(20)에 형성된 각 가스공급로(22a, 22b, 22c)로 유입된다. 이후 유입된 가스(G₁, G₂, G₃)는 구동축(20)의 하부에 결합된 가스분사부(70)를 통해 공정챔버(60)의 내부공간(P₂), 즉 공정챔버(50)의 내부에 안착된 기판(1)의 상부로 분사된다.

마그네틱 시일(41, 42, 43)은 한 쌍의 마그네틱 시일이((41a, 41b), (42a, 42b), (43a, 43b))이 하나의 조를 이루며 고진공 상태에 있는 공정챔버(60)를 진공 밀봉하는 역할을 하는 한편 구동축(20)의 회전운동(R)을 위한 베어링 역할도 한다.

그런데 종래 원자층 제조시 공정챔버(60)의 내부는 150도를 상회하는 고온 상태에서 공정이 수행된다. 이때 위와 같은 종래의 가스 분사 장치(10)를 이용하는 경우, 공정챔버(60)의 내부공간(P₂)에 돌출된 구동축(20)을 통해 고온의 열이 전도 되어 구동축(20)과 하우징(30) 사이를 밀봉하는 마그네틱 시일(41, 42, 43)이 변질되는 문제점이 있었다.(마그네틱 시일(41, 42, 43)의 사용 온도조건은 80도 정도이며, 약 150도 이상의 온도에서는 자성을 잃어버리게 된다.)

또한, 종래의 가스 분사 장치(10)에서 다수의 마그네틱 시일(41, 42, 43)이 변질되거나 손상되면 공정챔버(60)의 내부로 가스가 누출되거나 또는 공정챔버(60)의 내부로 불순물이 들어가 박막 증착을 위한 공정이 불안정해진다. 그런데 종래의 가스 분사 장치(10)에서는 마그네틱 시일(41, 42, 43)의 손상 여부를 감지할 수 있는 수단이 구비되어 있지 않아 마그네틱 시일(41, 42, 43)이 손상된 상태에서 공정이 계속 진행되고, 그 결과 고가의 박막에서 불량품이 대량 발생되는 대형사고를 야기시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 회전하는 구동축과 이를 감싸는 하우징 사이에 구비되는 마그네틱 시일이 박막 제조시 열에 의해 변질되는 것을 방지하기 위하여 구동축의 중앙부에 냉각관을 수직으로 삽입시켜 마그네틱 시일을 냉각시키고, 마그네틱 시일이 구비되는 공간상의 압력을 측정할 수 있는 압력감지수단을 설치하여 마그네틱 시일의 손상 여부를 감지할 수 있는 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 가스 분사 장치는 다수의 가스공급로를 내부에 구비하는 구동축과, 상기 구동축의 외부를 둘러싸고 수평으로 관통되는 다수의 관통홀이 형성되는 하우징과, 상기 구동축과 상기 하우징 사이의 이격공간을 상하로 구획 밀봉하여 상기 다수의 가스공급로와 상기 다수의 관통홀을 연통시키는 다수의 마그네틱 시일과, 상기 하우징의 외측에 구비되어 상기 다수의 관통홀로 가스를 공급하는 가스 공급수단과, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 이격공간의 내부압력을 감지하는 압력감지수단 및 상기 구동축의 하단에 결합되어 상기 가스가 분사되는 가스분사부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 박막 제조 장치는 다수의 가스공급로를 내부에 구비하는 구동축과, 상기 구동축의 외부를 둘러싸고 수평으로 관통되는 다수의 관통홀이 형성되는 하우징과, 상기 구동축과 상기 하우징 사이의 이격공간을 상하로 구획 밀 봉하여 상기 다수의 가스공급로와 상기 다수의 관통홀을 연통시키는 다수의 마그네틱 시일과, 상기 하우징의 외측에 구비되어 상기 다수의 관통홀로 가스를 공급하는 가스 공급수단과, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 이격공간의 내부압력을 감지하는 압력감지수단과, 상기 구동축의 하단에 결합되어 상기 가스가 분사되는 가스분사부와, 상기 구동축의 외측에 구비되어 상기 구동축을 회전시키는 구동축 구동수단과, 상기 하우징의 하부에 결합되고 기판이 안착되는 내부공간을 제공하는 공정챔버를 포함한다.

본 발명에 따르면 구동축의 중앙부에 수직의 냉각통로를 형성하고, 그 내부로 'U'자형 냉각관을 삽입시켜 마그네틱 시일을 냉각시킴으로써 박막 제조시 고온의 열에 의해 마그네틱 시일이 변질되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 구동축의 회전축 상에 냉각관이 삽입되어 구동축의 회전시에도 냉각관은 정지해 있기 때문에 냉각관의 상부에 냉매 공급수단을 용이하게 설치할 수 있다. 또한, 냉매 공급수단을 통해 냉각관에 공급되는 냉매의 온도 및 냉매량을 조절함으로써 마그네틱 시일을 최적의 상태로 유지시킬 수 있다.

한편, 하우징의 일측에 형성된 관통홀을 통해 마그네틱 시일이 설치된 공간의 내부압력을 측정할 수 있는 압력감지수단을 결합시킴으로써 마그네틱 시일의 손상 여부를 즉시 확인할 수 있으며, 이를 통해 제조공정시 불량품이 대량 발생되는 대형사고를 미연에 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치의 내부 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 가스분사부의 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 선 A-A'에 따른 수평 단면도이며, 도 5는 본 발명의 구동축 내부에 형성되는 가스공급로의 변형예를 나타낸 수평 단면도이다.(도 4 및 도 5는 구동축과 하우징을 중심으로 도시한 것이며, 하우징의 외부에 구비되는 구성요소는 생략하여 도시하였다.)

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 장치(100)는 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)를 내부에 구비하는 구동축(rotating shaft; 200)와, 구동축(200)의 외부를 둘러싸고 수평으로 관통되는 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)이 형성되는 하우징(housing; 300)과, 구동축(200)과 하우징(300) 사이의 이격공간(P₁)을 상하로 구획 밀봉하여 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)와 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)을 연통시키는 다수의 마그네틱 시일(magnetic seal; 410, 420, 430)과, 하우징(300)의 외측에 구비되어 다 수의 관통홀(320a, 320b, 320c)로 가스(G₁, G₂, G₃)를 공급하는 가스공급수단(600)과, 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)의 적어도 하나에 삽입되어 이격공간(P₁)의 내부압력을 감지하는 압력감지수단(700) 및 구동축(200)의 하단에 결합되어 가스(G₁, G₂, G₃)가 분사되는 가스분사부(800)를 포함한다. 또한, 구동축(200)의 외측에는 구동축을 회전(R)시키는 구동축 구동수단(미도시)이 구비되고, 하우징(300)의 상부에는 구동축(200)의 내부에서 냉매가 순환되도록 냉매를 공급하는 냉매공급수단(900)을 포함한다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 장치(100)를 구비하는 박막 제조 장치(1000)는 가스 분사 장치(100)의 하부, 즉 하우징(300)의 하부에 기판(substrate; 1)이 안착되는 내부공간(P₂)을 제공하는 공정챔버(process chamber; 500)를 포함한다. 또한, 압력감지수단(700)에서 측정된 이격공간(P₁)의 내부압력 값에 따라 구동축 구동수단, 가스공급수단(600), 냉매공급수단(900) 및 공정챔버(500)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.

공정챔버(500)의 내측 하부에는 적어도 하나 이상의 기판(1)이 안착되는 수단으로서 서셉터(520)가 구비되고, 이러한 공정챔버(500)의 내측 상부에서 가스분사부(800)가 회전된다. 공정챔버(500)의 상부면에는 오링(O-ring)과 같은 밀폐수단(510)이 구비되어 공정챔버(500)와 하우징(300)이 견고하게 밀착 결합된다.

본 실시예에서 기판(1)에는 원자층 증착방법(ALD)을 통해 박막이 형성되는 데, 이를 위해 가스분사부(800)는 도 3에 도시된 바와 같이 소스가스 분사부(810), 제1퍼지가스 분사부(820), 반응가스 분사부(830) 및 제2퍼지가스 분사부(840)를 평면상에서 '＋'자 형태로 배치한 다음 이들을 회전(R)시켜 기판(1) 상에 소스가스(G₁), 퍼지가스(G₂), 반응가스(G₃) 및 퍼지가스(G₂)를 연속적으로 분사한다. 이를 위해 구동축(200) 내부에 형성된 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220b) 중에서 최상단의 가스공급로(220a)는 소스가스 분사부(810)와 연결되고, 가운데의 가스공급로(220b)는 제1퍼지가스 분사부(820) 및 제2퍼지가스 분사부(840)와 연결되며, 최하단의 가스공급로(220c)는 반응가스 분사부(830)와 연결된다.

구동축(200)은 원통 형상의 몸체를 가지며, 가스 분사시 지면에 수직한 회전축(Y) 방향을 따라 하우징(300) 내에서 회전(R)한다. 이에 따라 구동축(200)의 하단에 결합된 가스분사부(800)도 구동축(200)과 동일한 속도로 회전(R)된다. 구동축(200)에는 회전축(Y) 방향을 따라 수직의 냉각통로(S₄)가 형성되고, 냉각통로(S₄)의 내부에 냉매공급수단(900)과 연결된 냉각관(cooling pipe; 920)이 삽입된다. 본 실시예에서는 냉각관(920)이 'U'자형으로 이루어져 일측으로 냉매가 주입되고, 타측으로는 구동축(200)의 내부를 순환한 냉매가 배출된다. 이에 공정시 고온 상태로 유지되는 공정챔버(500)의 열이 구동축(200)으로 전달되더라도 냉각관(920)에서 순환되는 냉매에 의해 구동축(200)이 냉각되어 구동축(200)의 외주면에서 환형으로 형성되는 마그네틱 시일(410, 420, 430)이 열적 손상을 받지 않게 된다.

구동축(200)의 내부에는 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)가 형성되는 데, 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)는 가스(G₁, G₂, G₃)가 주입되는 입구부(221a, 221b, 221c)가 구동축(200)에서 수평하게 형성되며, 구동축(200)의 내부에서 수직으로 굴곡되어 주입된 가스(G₁, G₂, G₃)가 배기되는 출구부(222a, 222b, 222c)가 구동축(200)의 하단면으로 형성된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)는 구동축(200)에 수직으로 형성된 냉각통로(S₄)와 겹치지 않도록 냉각통로(S₄)로부터 이격 형성된다. 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서는 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)의 입구부(221a, 221b, 221c)가 구동축(200)의 외주면 상에서 수직 방향을 따라 일직선을 이루도록 형성된다. 이때, 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)는 구동축(200)에서 하측으로 내려갈수록 냉각통로(S₄)로부터 더 멀리 이격된다. 한편, 변형예로써 도 5에 도시된 바와 같이 구동축(200)의 내부에 형성된 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)의 입구부(221a, 221b, 221c)를 구동축(200)의 외주면에서 지면에 수직한 방향으로 일직선상에 위치시키지 않을 수도 있다. 즉, 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)는 경로상 겹치지만 않는다면 구동축(200)의 다양한 위치에 형성될 수 있다.

하우징(300)은 몸체의 내측에 상하로 관통되는 삽입홀(310)이 형성된다. 구동축(200)이 원통 형상으로 이루어지기 때문에 하우징(300)에 형성된 삽입홀(310)의 수평 단면이 원형으로 이루어진다. 이때, 삽입홀(310)이 형성하는 수평 단면의 면적은 구동축(200)의 수평 단면의 면적보다 크게 형성되어 하우징(300)에 구동 축(200)이 수직으로 삽입될 때 하우징(300)의 내주면과 구동축(200)의 외주면은 접하지 않는다. 즉, 삽입홀(310) 내에서 구동축(200)이 자유롭게 회전할 수 있도록 하우징(300)과 구동축(200) 사이에는 수직의 이격공간(P₁)이 형성된다.

한편, 하우징(300)에는 몸체를 수평으로 관통하는 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)이 형성된다. 각 관통홀(320a, 320b, 320c)의 개방된 일단은 하우징(300)의 외주면에 노출되고, 타단은 하우징(300)의 삽입홀(310)에 노출된다.

하우징(300)의 외측에는 가스공급수단(600)이 구비되는데, 가스공급수단(600)의 내부에는 소스가스(G₁), 퍼지가스(G₂) 및 반응가스(G₃)를 각각 저장 및 공급하는 가스공급탱크(611, 612, 613)가 구비된다. 가스공급탱크(611, 612, 613)에는 미도시되었지만 가스(G₁, G₂, G₃)의 공급 여부 및 가스공급량을 조절하는 밸브수단이 각각 구비된다. 본 실시예에서는 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)의 상측부터 소스가스(G₁), 퍼지가스(G₂) 및 반응가스(G₃)를 공급하였지만 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)에 일대일 대응하도록 가스(G₁, G₂, G₃)의 공급이 이루어지기만 하면 가스(G₁, G₂, G₃)의 종류에 관계없이 다양한 순서로 가스를 공급할 수 있다.

마그네틱 시일(410, 420, 430)은 한 쌍((410; 410a, 410b), (420; 420a, 420b), (430; 430a, 430b))이 하나의 조를 이루며, 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)에 공급된 가스(G₁, G₂, G₃)를 가스공급로(220a, 220b, 220c)로 전달하는 과정 에서 구동축(200)이 회전함에도 불구하고 가스 누설이 발생되지 않도록 이격공간(P₁)을 상하로 구획하고 실링(sealing)처리한다.

이러한 마그네틱 시일(410, 420, 430)은 일반적으로 자기력에 의해 일정한 형태를 유지하는 자성유체의 특성을 이용하여 액체 오링을 형성한 것을 말한다. 자성유체란 액체 속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 안정, 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면 활성제를 첨가한 유체로서, 자계를 인가함으로써 유체의 유동성이나 점도를 신속하고 가역적으로 제어할 수 있기 때문에 샤프트 시일(shaft seal)이나 진공 시일(vacuum seal)의 작동유체로 사용된다. 또한, 자성유체 속의 자성분말은 일반적으로 0.01㎛ 내지 0.02㎛의 초미립자 분말이므로 초미립자 특유의 브라운 운동을 통해 자기장, 중력, 원심력 등이 가해져도 자성유체 속의 자성분말 입자의 농도가 일정하게 유지되어 시일 성능이 뛰어나며, 구동부재의 마찰로 인한 파티클(particle) 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

마그네틱 시일(410, 420, 430)은 영구자석, 볼비드, 자성유체를 포함하며, 자성유체는 영구자석에 의해 인가된 자계와 자성유체의 고유의 점성으로 인하여 볼비드의 첨단부에 뭉치게 되고, 구동축(200)과 첨단부와의 간극을 채우면서 환형의 마그네틱 시일(410, 420, 430)을 형성하게 된다.

냉매공급수단(900)은 하우징(300)의 상부에 씌워지는 냉각관 지지커버(910)와, 냉각관 지지커버(910)를 관통하여 구동축(200)의 내부, 즉 냉각통로(S₄)에 삽입되는 'U'자형 냉각관(920)과, 냉매를 저장하는 냉매저장부(930)와, 냉매저장 부(930)로부터 공급되는 냉매의 공급량 및 냉매 순환속도 등을 조절하는 냉매 레귤레이터(950)와, 냉매의 온도를 조절하는 온도조절부(960) 및 냉각관(920)에서 순환된 냉매가 회수되는 냉매회수부(940)를 포함한다.

본 실시예에 따른 냉각관(920)은 구동축(200)의 회전축(Y) 방향으로 삽입되기 때문에 구동축(200)이 회전(R)하더라도 정지해 있으며, 이에 따라 냉매공급수단(900)의 설치가 용이해진다. 즉, 냉각관(920)을 수직으로 지지하는 동시에 냉각통로(S₄)를 대기 중에 노출시키지 않는 냉각관 지지커버(910)에 오링(O-ring)과 같은 밀봉수단(912)을 사용하여 냉각관(920)을 실링처리할 수 있다.

'U'자형 냉각관(920)에서 순환되는 냉매로는 냉각기체, 냉각유체 등 다양한 종류가 사용될 수 있다.

압력감지수단(700)은 관통홀(320a, 320b, 320c)으로 삽입되어 이격공간(P₁)에서 노출되고, 이격공간(P₁)의 내부압력을 측정하는 압력센서(710)와, 압력센서(710)의 측정값을 외부로 출력하는 디스플레이부(720)를 포함한다. 여기서, 압력센서(710)는 마그네틱 시일(410, 420, 430)의 손상시 한 쌍씩 조를 이루는 마그네틱 시일(410, 420, 430)에 의해 이격공간(P₁)을 상하로 구획한 공간(S₁, S₂, S₃)의 부피가 확장됨으로 인한 압력변화를 감지한다. 한편, 디스플레이부(720)의 일측에는 압력센서(710)에서 측정된 값과 이미 설정된 수치, 즉 마그네틱 시일(410, 420, 430)이 손상됨이 없이 정상상태를 유지할 때의 이격공간(P₁)의 내부압력 값을 비교 하여, 측정값이 설정된 수치를 초과하는 경우에는 경고음, 경고사이렌 등을 발생시키는 수단이 구비될 수 있다.

본 실시예에서는 압력감지수단(700)을 가스 분사 장치(100)에 1개만 설치하였으나, 보다 정확하게 마그네틱 시일(410, 420, 430)의 손상 여부를 감지하기 이해서 2개 이상으로 설치할 수 있다.

이하, 첨부된 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치를 살펴보기로 한다.(전술한 제1실시예에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박박 제조 장치와 동일한 구성요소의 설명은 생략하고, 차이점이 있는 구성요소를 중심으로 설명한다.)

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치의 내부 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 선 B-B'에 따른 수평 단면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 선 C-C'에 따른 수평 단면도이다.(도 7 및 도 8은 구동축과 하우징을 중심으로 도시한 것이며, 하우징의 외부에 구비되는 구성요소는 생략하여 도시하였다.)

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치(100')는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 장치(100)와 동일하게 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)를 내부에 구비하는 구동축(rotating shaft; 200)와, 구동축(200)의 외부를 둘러싸고 수평으로 관통되는 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)이 형성되는 하우징(housing; 300)과, 구동축(200)과 하우징(300) 사이의 이 격공간(P₁)을 상하로 구획 밀봉하여 다수의 가스공급로(220a, 220b, 220c)와 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)을 연통시키는 다수의 마그네틱 시일(magnetic seal; 410, 420, 430)과, 하우징(300)의 외측에 구비되어 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)로 가스(G₁, G₂, G₃)를 공급하는 가스공급수단(600)과, 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)의 적어도 하나에 삽입되어 이격공간(P₁)의 내부압력을 감지하는 압력감지수단(700) 및 구동축(200)의 하단에 결합되어 가스(G₁, G₂, G₃)가 분사되는 가스분사부(800)를 포함한다. 또한, 구동축(200)의 외측에는 구동축을 회전(R)시키는 구동축 구동수단(미도시)이 구비되고, 하우징(300)의 상부에는 구동축(200)의 내부에서 냉매가 순환되도록 냉매를 공급하는 냉매공급수단(900)을 포함한다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치(100')를 구비하는 박막 제조 장치(1000')는 가스 분사 장치(100')의 하부, 즉 하우징(300)의 하부에 기판(substrate; 1)이 안착되는 내부공간(P₂)을 제공하는 공정챔버(process chamber; 500)를 포함한다. 또한, 압력감지수단(700)에서 측정된 이격공간(P₁)의 내부압력 값에 따라 구동축 구동수단, 가스공급수단(600), 냉매공급수단(900) 및 공정챔버(500)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 장치(100) 및 이를 구비하는 박막 제조 장치(1000)와 달리 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치(100') 및 이를 구비하는 박막 제조 장치(1000')에는 하우징 몸체에 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)과 마주보는 위치에 배리어가스(G₄)가 주입되는 다수의 분사홈(360a, 360b, 360c)이 형성된다. 다수의 분사홈(360a, 360b, 360c)은 하우징(300)의 몸체에서 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)이 형성된 높이와 동일한 높이에 형성되는데, 다수의 분사홈(360a, 360b, 360c)의 일단은 하우징(300)의 외주면에 노출되고, 타단은 하우징(300)의 내주면에 인접하여 하우징(300)의 내측에서 고리 모양(도 8 참조)의 한 쌍의 분사실(361a, 361b, 361c)로 갈라진다.

한 쌍의 분사실(361a, 361b, 361c)에는 관통된 구멍이 형성되어 마그네틱 시일(410, 420, 430)에 의해 형성된 구획 공간(S₁, S₂, S₃)과 개별적으로 연결된다.

한편, 하우징(300)의 외측에는 다수의 분사홈(360a, 360b, 360c)으로 배리어가스(G₄)를 공급하는 배리어가스 공급수단(690)이 구비된다. 본 실시예에서 배리어가스로는 Ar, N₂ 등의 비활성가스 또는 화학 반응성이 없는 퍼지가스가 사용된다.

본 발명의 제2실시예에서와 같이 분사홈(360a, 360b, 360c) 및 배리어가스 공급수단(690)을 설치함으로써 마그네틱 시일(410, 420, 430)에 인접한 위치에 배리어가스(G₄)를 분사하여 에어커튼(air curtain)을 형성함으로써 마그네틱 시일(410, 420, 430)이 에어커튼에 의해 보호되어 이물질이나 화학반응을 야기하는 가스 등에 의해 마그네틱 시일(410, 420, 430)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 배리어가스(G₄)로 퍼지가스(G₂)가 사용될 경우에는 배리어가스 공급수단(690)을 별도로 구비하지 않고 가스공급수단(600)으로부터 퍼지가스(G₂)를 공급받 을 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치(100')에서는 제1실시예에 따른 가스 분사 장치(100)와 달리 압력감지수단(700)의 압력센서(710)를 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c) 외에도 다수의 분사홈(360a, 360b, 360c)을 통해 마그네틱 시일(410, 420, 430)에 의해 구획된 공간(S₁, S₂, S₃) 내부로 설치할 수도 있다.

한편, 제2실시예에 따른 가스 분사 장치(100')에 형성된 이격공간(P₁)의 상부 및 하부에는 구동축(200)의 외주면 및 하우징(300)의 내주면에 맞닿아 회전하는 베어링수단(250a, 250b)이 구비된다.

베어링수단(250a, 250b)은 이격공간(P₁)의 수평 단면상에서 환형으로 배치되어 하우징(300) 내에서 구동축(200)의 회전을 보다 용이하게 한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 가스 분사 장치(100, 100') 및 이를 구비하는 박막 제조 장치(1000, 1000')를 통해 기판(1)에 박막을 형성하는 과정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.

가스공급수단(600)을 통해 하우징(300)에 형성된 다수의 관통홀(320a, 320b, 320c)에 소정의 가스(G₁, G₂, G₃)가 주입된다. 주입된 가스(G₁, G₂, G₃)는 하우징(300)을 통과하고, 마그네틱 시일(410, 420, 430)에 의해 구획된 공간(S₁, S₂, S₃)으로 분산된 다음, 구동축(200)에 형성된 각 가스공급로(220a, 220b, 220c)로 유입된다. 가스공급로(220a, 220b, 220c)로 유입된 가스(G₁, G₂, G₃)는 구동축(200)의 하단에 연결된 가스분사부(800)를 통해 공정챔버(500)의 내부에 안착된 적어도 하나 이상의 기판(1)의 상부로 분사된다. 이때, 가스분사부(800)는 소스가스 분사부(810), 제1퍼지가스 분사부(820), 반응가스 분사부(830) 및 제2퍼지가스 분사부(840)가 평면상에서 '＋'자 형태로 배치되기 때문에 가스분사부(800)의 회전(R)에 따라 기판(1) 상에 소스가스, 제1퍼지가스, 반응가스 및 제2퍼지가스가 순차적으로 분사된다. 소스가스 분사 후, 제1퍼지가스에 의해 기판(1)의 상부에 물리적으로 흡착된 물질만을 잔류시키고, 이후 주입되는 반응가스에 의해 기판(1)에서 화학반응 생성물을 발생시켜 박막이 형성된다. 가스분사부(800)의 회전량에 따라 전술한 가스 공급이 반복되어 목표로 하는 두께의 박막이 형성된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치는 구동축에 수직의 냉각통로를 형성하고, 그 내부로 'U'자형 냉각관을 삽입시켜 마그네틱 시일을 냉각시킴으로써 박막 제조시 고온의 열에 의해 마그네틱 시일이 변질되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 구동축의 회전축 상에 냉각관이 삽입되어 구동축의 회전시에도 냉각관은 정지해 있기 때문에 냉각관의 상부에 냉매 공급수단을 용이하게 설치할 수 있다. 또한, 냉매공급수단을 통해 냉각관에 공급되는 냉매의 온도 및 냉매량을 조절함으로써 마그네틱 시일을 최적의 상태로 유지시킬 수 있다.

한편, 하우징의 일측에 형성된 관통홀을 통해 마그네틱 시일이 설치된 공간의 내부압력을 측정할 수 있는 압력감지수단을 결합시킴으로써 마그네틱 시일의 손상 여부를 즉시 확인하여 제조과정에서 불량품이 대량 발생되는 대형사고를 미연에 방지할 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치의 내부 단면도.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치의 내부 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 가스분사부의 사시도.

도 4는 도 2에 도시된 선 A-A'에 따른 수평 단면도.

도 5는 본 발명의 구동축 내부에 형성되는 가스공급로의 변형예를 나타낸 수평 단면도.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 제조 장치의 내부 단면도.

도 7은 도 6에 도시된 선 B-B'에 따른 수평 단면도.

도 8은 도 6에 도시된 선 C-C'에 따른 수평 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100, 100' : 가스 분사 장치 200 : 구동축

220a, 220b, 220c : 가스공급로 300 : 하우징

320a, 320b, 320c : 관통홀 410, 420, 430 : 마그네틱 시일

500 : 공정챔버 600 : 가스공급수단

700 : 압력감지수단 800 : 가스분사부

900 : 냉매공급수단 1000, 1000' : 박막 제조 장치

Claims

다수의 가스공급로를 내부에 구비하는 구동축과;

상기 구동축의 외부를 둘러싸고 수평으로 관통되는 다수의 관통홀이 형성되는 하우징과;

상기 구동축과 상기 하우징 사이의 이격공간을 상하로 구획 밀봉하여 상기 다수의 가스공급로와 상기 다수의 관통홀을 연통시키는 다수의 마그네틱 시일과;

상기 하우징의 외측에 구비되어 상기 다수의 관통홀로 가스를 공급하는 가스 공급수단과;

상기 관통홀에 삽입되어 상기 이격공간의 내부압력을 감지하는 압력감지수단; 및

상기 구동축의 하단에 결합되어 상기 가스가 분사되는 가스분사부;

를 포함하는 가스 분사 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 압력감지수단은 상기 이격공간의 내부압력을 측정하는 압력센서와, 상 기 압력센서의 측정값을 외부로 출력하는 디스플레이부를 포함하는 가스 분사 장치.
제 1항에 있어서,

상기 구동축에는 회전축 방향을 따라 수직의 냉각통로가 형성되고, 상기 냉각통로에는 냉각관이 삽입되는 가스 분사 장치.
제 4항에 있어서,

상기 하우징의 상부에는 상기 냉각관에 냉매를 공급 및 순환시키는 냉매공급수단이 구비되는 가스 분사 장치.
제 4항에 있어서,

상기 냉각관은 'U'자형 냉각관으로 형성되는 가스 분사 장치.
삭제
제 1항, 제 3항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 하우징의 몸체에는 다수의 분사홈 및 다수의 분사실이 형성되고, 상기 하우징의 외측에는 상기 다수의 분사홈과 연결되는 배리어가스 공급수단이 구비되는 가스 분사 장치.
삭제
삭제
다수의 가스공급로를 내부에 구비하는 구동축과;

상기 구동축의 외부를 둘러싸고 수평으로 관통되는 다수의 관통홀이 형성되는 하우징과;

상기 구동축과 상기 하우징 사이의 이격공간을 상하로 구획 밀봉하여 상기 다수의 가스공급로와 상기 다수의 관통홀을 연통시키는 다수의 마그네틱 시일과;

상기 하우징의 외측에 구비되어 상기 다수의 관통홀로 가스를 공급하는 가스 공급수단과;

상기 관통홀에 삽입되어 상기 이격공간의 내부압력을 감지하는 압력감지수단과;

상기 구동축의 하단에 결합되어 상기 가스가 분사되는 가스분사부와;

상기 구동축의 외측에 구비되어 상기 구동축을 회전시키는 구동축 구동수단과;

상기 하우징의 하부에 결합되고 기판이 안착되는 내부공간을 제공하는 공정챔버;

를 포함하는 박막 제조 장치.
제 11항에 있어서,

상기 구동축에는 회전 방향을 따라 수직의 냉각통로가 형성되고, 상기 냉각통로에는 냉각관이 삽입되는 박막 제조 장치.
제 12항에 있어서,

상기 하우징의 상부에는 상기 냉각관에 냉매를 공급 및 순환시키는 냉매 공급수단이 구비되는 박막 제조 장치.
제 11항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 하우징의 몸체에는 다수의 분사홈 및 다수의 분사실이 형성되고, 상기 하우징의 외측에는 상기 다수의 분사홈과 연결되는 배리어가스 공급수단이 구비되는 박막 제조 장치.