KR101592250B1 - 가스공급장치 - Google Patents

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최규정
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Abstract

본 발명은 기상증착장치에 소스, 반응가스 및 퍼징 가스를 동시에 또는 순차적으로 공급할 수 있는 일체화된 구조를 가져서, 기상증착장치와 연결되는 가스 라인이 심플하고 길이가 짧아서 온도 관리가 용이하며, 유지 보수 수요가 대폭 감소되는 가스공급장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 가스 공급 장치는, 소스와 반응가스를 기체상으로 공급받아 박막을 형성하는 기상 증착장치에 가스를 공급하는 가스 공급장치에 있어서, 금속재로 이루어지는 하우징; 상기 하우징의 일면과 상기 기상 증착장치를 연결하며, 상기 하우징으로부터 상기 기상 증착장치로 가스를 공급하는 가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 가스 공급라인과 연결되는 가스 공급로; 상기 하우징 중 상기 가스 공급라인이 연결되는 면의 반대면에 설치되며, 소스 공급 캐니스터와 연결되어 상기 하우징 내로 소스 가스를 공급하는 소스 공급라인; 상기 하우징 중 상기 소스 공급라인과 동일한 면에 이웃하게 설치되며, 반응가스 공급 캐니스터와 연결되어 상기 하우징 내로 반응 가스를 공급하는 반응가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 소스 공급라인과 상기 가스 공급로의 말단을 연결하는 소스 공급로; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 반응 가스 공급라인과 상기 가스 공급로의 말단을 연결하는 반응가스 공급로; 상기 하우징의 일측면에 연결되어 설치되며, 상기 하우징 내로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 퍼지가스 공급라인과 상기 소스 공급로 및 반응가스 공급로를 연결하는 퍼지가스 공급로; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되는 삽입공에 삽입되어 설치되며, 상기 하우징을 일정한 온도로 가열하는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스공급장치{THE DEVICE FOR SUPPLYING A GAS TO THE DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 가스공급장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 기상증착장치에 소스, 반응가스 및 퍼징 가스를 동시에 또는 순차적으로 공급할 수 있는 일체화된 구조를 가져서, 기상증착장치와 연결되는 가스 라인이 심플하고 길이가 짧아서 온도 관리가 용이하며, 유지 보수 수요가 대폭 감소되는 가스공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조나 평판 디스플레이, 태양전지 등의 제조에 있어서는 실리콘 웨이퍼나 유리 등의 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필요하게 된다.
최근 들어, 반도체 소자의 집적도가 점차 높아짐에 따라, 우수한 스텝 커버리지(step coverage ; 계단 도포성)와 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지며, 균일한 두께의 박막을 증착시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다. 이러한 박막 증착 방법 중 하나로서 원자층 증착법(ALD : Atomic Layer Deposition)이 이용되고 있다. 원자층 증착법이란, 대략 두 종류의 소스 물질의 가스들을 순차적으로 반응 챔버 내부로 흘려 보내줌으로써, 기판 상에 원자층을 증착하고 성장시켜 원하는 두께의 박막을 형성시키는 방법이다.
한편 이러한 원자층 증착법은 반도체 공정 뿐만아니라, 고효율 태양전지 제조 공정에서도 필수적으로 사용되는 추세이며, 디스플레이 제조 분야 특히, AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 대면적 증착 분야에서도 사용 영역이 확대되고 있다.
그런데 원자층 증착법에서 사용되는 대부분의 소스 물질은 상온에서 액체 상태이거나 고체 상태이므로, 원자층 증착 장치의 반응 챔버 내에 공급하기 전에 상기 물질을 증기화시킬 필요가 있다. 따라서 원자층 증착 장치에는 반응 챔버 내에 소스 가스를 공급하기 위한 가스 공급 장치가 사용된다. 이러한 가스 공급장치는 액상의 전구체(precursor)를 기화시켜 소스 가스를 생성시키거나 고상의 분말 소스를 증기화시켜 소스 가스를 생성시킨 후, 그 소스 가스를 반응챔버 내로 공급하게 된다.
도 1에서는 이러한 가스 공급 장치(10)를 구비한 원자층 증착장치(1)를 대략적으로 도시하고 있다. 종래의 가스 공급장치(10)는 소스, 반응가스 등으로 구성된 가스 공급 라인(11)에 퍼지가스 라인(12)이 연결되어 이루어지고, 가스 공급라인(11)에는 소스, 반응가스 등을 보관하고 있는 캐니스터들(13, 14, 15)는 연결되는 것이 일반적이다. 그리고 소스와 반응가스 공급 라인(11)에는 캐리어가스 라인이 별도로 연결되어 기화된 가스를 반응 챔버(20) 내부로 원활하게 이송하는 역할을 한다.
그런데 전술한 바와 같이, 원자층 증착 공정을 위한 소스나 반응가스는 기화된 기체 상태를 안정적으로 유지하기 위하여 전체 가스 라인에 대한 적정한 온도관리가 매우 중요하다. 또한 캐리어 가스나 퍼지 가스 라인도 마찬가지로 온도 관리를 하여야 한다.
따라서 종래의 가스 공급 장치(10)와 같이, 다수의 가스 라인이 길게 배치되어 복잡하게 얽혀 있는 경우에는 각 가스 라인에 대한 온도 관리가 어려우며, 가스 라인에 문제가 발생한 경우에 이에 대한 유지 보수 작업이 매우 어려워지는 문제점이 있다.
한편 이러한 가스 공급장치의 문제는 원자층 증착 장치 뿐만아니라, 동일한 기상 증착 장치인 화학 기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition)에서도 동일하게 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기상증착장치에 소스, 반응가스 및 퍼징 가스를 동시에 또는 순차적으로 공급할 수 있는 일체화된 구조를 가져서, 기상증착장치와 연결되는 가스 라인이 심플하고 길이가 짧아서 온도 관리가 용이하며, 유지 보수 수요가 대폭 감소되는 가스공급장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가스 공급 장치는, 소스와 반응가스를 기체상으로 공급받아 박막을 형성하는 기상 증착장치에 가스를 공급하는 가스 공급장치에 있어서, 금속재로 이루어지는 하우징; 상기 하우징의 일면과 상기 기상 증착장치를 연결하며, 상기 하우징으로부터 상기 기상 증착장치로 가스를 공급하는 가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 가스 공급라인과 연결되는 가스 공급로; 상기 하우징 중 상기 가스 공급라인이 연결되는 면의 반대면에 설치되며, 소스 공급 캐니스터와 연결되어 상기 하우징 내로 소스 가스를 공급하는 소스 공급라인; 상기 하우징 중 상기 소스 공급라인과 동일한 면에 이웃하게 설치되며, 반응가스 공급 캐니스터와 연결되어 상기 하우징 내로 반응 가스를 공급하는 반응가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 소스 공급라인과 상기 가스 공급로의 말단을 연결하는 소스 공급로; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 반응 가스 공급라인과 상기 가스 공급로의 말단을 연결하는 반응가스 공급로; 상기 하우징의 일측면에 연결되어 설치되며, 상기 하우징 내로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 퍼지가스 공급라인과 상기 소스 공급로 및 반응가스 공급로를 연결하는 퍼지가스 공급로; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되는 삽입공에 삽입되어 설치되며, 상기 하우징을 일정한 온도로 가열하는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 하우징에는, 상기 하우징의 일면에 설치되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급라인; 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 캐리어 가스 공급라인과 상기 소스 공급로 또는 상기 반응가스 공급로를 연결하는 캐리어 가스 공급로;가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 히터는, 상기 하우징의 모서리 부분에 다수개가 설치되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 가스 공급 장치에는, 상기 소스 공급라인, 반응가스 공급라인 및 퍼지가스 공급라인에 각각 설치되는 밸브를 제어하되, 각 가스가 순차적으로 공급되거나 동시에 공급되도록 제어하는 제어부가 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 가스 공급장치는 금속재로 이루어진 하우징 내부에 모든 가스 공급로를 구비하고, 외부에 노출되는 가스 공급라인의 길이는 최소화하여, 전체적으로 가스 공급장치의 구조가 간단하고 설치 및 제조가 용이할 뿐만아니라, 온도 관리가 매우 용이하며, 장비의 사용 과정에서 세정 등의 유지 보수 작업이 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 원자층 증착장치 및 가스 공급장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급장치의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 및 히터의 결합 구조를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 이동 과정을 도시하는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 가스 공급장치(100)는 소스와 반응가스를 기체상(gas phase)으로 전달받아서 원자층 증착장치 등 박막을 형성하는 기상 증착 장치의 공정 챔버에 가스를 공급하는 것이다. 이를 위해 본 실시예에 따른 가스 공급장치(100)는 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 하우징(110), 가스 공급라인(120), 가스 공급로(130), 소스 공급라인(140), 반응가스 공급라인(150), 소스 공급로(160), 반응가스 공급로(170), 퍼지가스 공급라인(180), 퍼지가스 공급로(190) 및 히터(101)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 하우징(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 직육면체 형상을 가지며, 가공성과 열전도성이 우수한 금속재로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 상기 하우징(110)은 전술한 기상 증착 장치의 공정 챔버에 결합되어 설치된다. 따라서 공정 챔버에 결합시키기 위한 결합부(도면에 미도시)가 구비될 수 있다. 그리고 상기 하우징(110)은 후술하는 다른 구성요소들의 설치를 위한 공간을 제공한다.
다음으로 상기 가스 공급라인(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110)의 일면에 설치되어 하우징(110)과 상기 기상 증착장치를 연결하며, 상기 하우징(110)으로부터 상기 기상 증착장치로 가스를 공급하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 하우징(110)이 공정 챔버에 밀착하여 설치되므로,상기 가스 공급라인(120)은 매우 짧은 길이로 형성되며, 소스, 반응 가스 및 퍼징 가스 등의 모두 통과하는 통로를 제공한다. 물론 상기 가스 공급라인(120)에는 내부를 통과하는 가스의 온도 유지를 위하여 히터가 설치된다.
다음으로 상기 가스 공급로(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 내부를 관통하여 형성되며, 상기 가스 공급라인(120)과 연결되는 통로이다. 상기 가스 공급로(130)는 상기 하우징(110)을 외측에서 내측으로 관통하여 형성되며, 후술하는 소스 공급로(160, 170) 또는 반응가스 공급로(190)로 연통된다.
다음으로 상기 소스 공급라인(140)은 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 중 상기 가스 공급라인(120)이 연결되는 면의 반대면에 설치되며, 소스 공급 캐니스터(102)와 연결되어 상기 하우징(110) 내로 소스 가스를 공급하는 구성요소이다. 즉, 상기 소스 공급라인(140)은 상기 소스 공급 캐니스터(102) 내부에서 기화된 소스가 캐리어 가스 등과 함께 상기 하우징(110) 내부로 이동되는 통로를 제공하는 것이다. 따라서 상기 소스 공급라인(140)에도 상기 소스 공급라인을 통과하는 소스가 다시 액화되는 등의 현상을 방지하기 위하여 히터가 설치된다.
다음으로 상기 반응가스 공급라인(150)은, 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 중 상기 소스 공급라인(140)과 동일한 면에 이웃하게 설치되며, 반응가스 공급 캐니스터(103)와 연결되어 상기 하우징(110) 내로 반응 가스를 공급하는 구성요소이다. 따라서 상기 반응가스 공급라인(150)은 소스 공급라인(140)과 마찬가지로 상기 반응가스 공급 캐니스터(103) 내부에서 기화된 반응 가스가 캐리어 가스 등과 함께 상기 하우징(110) 내부로 이동되는 통로를 제공한다. 물론 상기 반응가스 공급라인(150)에도 히터가 설치되어 온도 관리를 하게 된다.
다음으로 상기 소스 공급로(160)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 내부를 관통하여 형성되며, 상기 소스 공급라인(140)과 상기 가스 공급로(130)의 말단을 연결하는 구성요소이다. 따라서 본 실시예에서는 소스 공급로(160)에 의하여 상기 소스 공급라인(140)과 가스 공급로(130)가 연통되는 것이며, 상기 소스 공급로(160)도 상기 하우징(110)을 외측에서 내측 방향으로 가공하여 형성된다. 그리고 상기 소스 공급로(160)의 중간에는 소스 공급로(160)를 단속하는 밸브(162)가 구비될 수 있다.
다음으로 상기 반응가스 공급로(170)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 내부를 관통하여 형성되며, 상기 반응 가스 공급라인(150)과 상기 가스 공급로(170)의 말단을 연결하는 구성요소이다. 상기 반응가스 공급로(170)는 상기 소스 공급로(160)와 마찬가지로, 가스 공급 통로 역할을 하며, 상기 가스 공급로(130)와 반응가스 공급라인(150)을 연결하는 것이다.
다음으로 상기 퍼지가스 공급라인(180)은 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110)의 일측면에 연결되어 설치되며, 상기 하우징(110) 내로 퍼지 가스를 공급하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 퍼지가스 공급라인(180)은 복수개가 구비될 수도 있다.
다음으로 상기 퍼지가스 공급로(184)는 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 내부를 관통하여 형성되며, 상기 퍼지가스 공급라인(180)과 상기 소스 공급로(160) 및 반응가스 공급로(170)를 연결하는 구성요소이다. 물론 상기 퍼지가스 공급로(184)에도 내부를 통과하는 기체의 단속을 위한 밸브(도면에 미도시)가 더 구비될 수 있다.
다음으로 상기 히터(101)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 내부를 관통하여 형성되는 삽입공에(112) 삽입되어 설치되며, 상기 하우징(110)을 일정한 온도로 가열하는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 가스 공급 장치(100)에서는 상기 하우징(110)이 금속 소재로 이루어지므로, 상기 히터(101)에 의한 가열 작용이 효과적으로 이루어질 수 있으며, 하우징(110)의 모든 부분에 대하여 동일한 온도 제어가 가능한 장점이 있다.
한편 본 실시예에서 상기 히터(101)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 각 모서리 부분에 설치되는 것이 하우징(110)의 전체적이고 균일한 가열에 적합하여 바람직하다.
또한 본 실시예에서 상기 하우징(110)에는, 도 2, 5에 도시된 바와 같이, 캐리어 가스 공급라인(104)과 캐리어 가스 공급로(105)가 더 구비된다. 먼저 상기 캐리어 가스 공급라인(104)은 상기 퍼지 가스 공급라인(180)과 마찬가지로 상기 하우징(110)의 일면에 설치되어 캐리어 가스를 하우징(110) 내부로 공급하는 구성요소이다. 이때 사용되는 캐리어 가스로는 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스가 많이 사용된다.
다음으로 상기 캐리어 가스 공급로(105)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110) 내부를 관통하여 형성되며, 상기 캐리어 가스 공급라인(105)과 상기 소스 공급로(160) 또는 상기 반응가스 공급로(170)를 연결하는 구성요소이다. 즉, 상기 캐리어 가스 공급로(105)에 의하여 상기 캐리어 가스 공급라인(104)을 통하여 상기 하우징(110) 내부로 공급된 캐리어 가스가 상기 소스 캐니스터(102)나 반응가스 캐니스터(103)로 이동되는 것이다.
마지막으로 본 실시예에 따른 가스 공급장치(100)에는 제어부(도면에 미도시)가 구비된다. 상기 제어부는 공정상 필요에 따라 상기 소스 공급라인, 반응가스 공급라인 및 퍼지가스 공급라인에 각각 설치되는 밸브를 제어하되, 각 가스가 순차적으로 공정 챔버로 공급되거나 동시에 공급되도록 제어한다.
1 : 종래의 원자층 증착장치
10 : 종래의 가스 공급장치
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급장치
110 : 하우징 120 : 가스 공급라인
130 : 가스 공급로 140 : 소스 공급라인
150 : 반응가스 공급라인 160 : 소스 공급로
170 : 반응가스 공급로 180 : 퍼지가스 공급라인
190 : 퍼지가스 공급로 101 : 히터
S : 기판

Claims (4)

  1. 소스와 반응가스를 기체상으로 공급받아 박막을 형성하는 기상 증착장치에 가스를 공급하는 가스 공급장치에 있어서,
    상기 기상 증착장치의 공정 챔버 측벽에 결합되어 설치되며, 금속재로 이루어지는 하우징;
    상기 하우징의 일면과 상기 기상 증착장치를 연결하며, 상기 하우징으로부터 상기 기상 증착장치로 가스를 공급하는 가스 공급라인;
    상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 가스 공급라인과 연결되는 가스 공급로;
    상기 하우징 중 상기 가스 공급라인이 연결되는 면의 반대면에 설치되며, 소스 공급 캐니스터와 연결되어 상기 하우징 내로 소스 가스를 공급하는 소스 공급라인;
    상기 하우징 중 상기 소스 공급라인과 동일한 면에 이웃하게 설치되며, 반응가스 공급 캐니스터와 연결되어 상기 하우징 내로 반응 가스를 공급하는 반응가스 공급라인;
    상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 소스 공급라인과 상기 가스 공급로의 말단을 연결하는 소스 공급로;
    상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 반응 가스 공급라인과 상기 가스 공급로의 말단을 연결하는 반응가스 공급로;
    상기 하우징의 일측면에 연결되어 설치되며, 상기 하우징 내로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급라인;
    상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 퍼지가스 공급라인과 상기 소스 공급로 및 반응가스 공급로를 연결하는 퍼지가스 공급로;
    상기 하우징의 모서리 부분에 상기 하우징 내부를 관통하여 형성되는 다수개의 삽입공에 각각 삽입되어 설치되며, 상기 하우징을 일정한 온도로 가열하는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징에는,
    상기 하우징의 일면에 설치되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급라인;
    상기 하우징 내부를 관통하여 형성되며, 상기 캐리어 가스 공급라인과 상기 소스 공급로 또는 상기 반응가스 공급로를 연결하는 캐리어 가스 공급로;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소스 공급라인, 반응가스 공급라인 및 퍼지가스 공급라인에 각각 설치되는 밸브를 제어하되, 각 가스가 순차적으로 공급되거나 동시에 공급되도록 제어하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치.
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JP2003527481A (ja) 2000-02-10 2003-09-16 カール ツァイス シュティフトゥング 蒸気圧の低い前駆体用のガス供給装置

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