KR200453186Y1

KR200453186Y1 - 소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치

Info

Publication number: KR200453186Y1
Application number: KR2020090009667U
Authority: KR
Inventors: 박경완
Original assignee: 주식회사 테라세미콘
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-04-15
Also published as: KR20110001042U

Abstract

소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치가 개시된다. 본 고안에 따른 소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치는, 증착물질(140)을 저장하는 증착물질 저장부(200); 및 증착물질 저장부(200)에서 공급되는 증착물질(140)을 가열하여 기체화된 증착물질을 생성하되, 외부에서 공급되는 운반가스를 이용하여 증착 챔버(500) 내부로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부(100)를 포함하며, 소스가스 공급부(100)의 내부에는 대칭 경사면에 형성된 다수개의 패턴(P)으로 증착물질(140)을 지지하는 분산부(130)가 포함되는 것을 특징으로 한다.

증착물질, 소스가스, 패턴, 계단

Description

소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치{APPARATUS FOR UNIFORMLY SUPPLYING OF SOURCE GAS}

본 고안은 소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 소스가스 공급부 내부에서 증착물질의 분포를 제어함으로써, 증착 챔버로 소스가스를 균일하게 공급할 수 있는 소스가스 공급장치에 관한 것이다.

오늘날 대부분의 전자기기에 내장되는 메모리와 비메모리의 수요 증가에 따라 반도체 기술 분야 및 핸드폰, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), 대형 TV와 같은 디스플레이의 수요가 증가함에 따라 두께가 얇고 가벼운 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 기술 분야의 발전이 급속하게 진행되고 있다.

이러한 반도체 또는 평판 디스플레이의 제작을 위해서는 다양한 종류의 박막(Thin film) 패턴이 형성되는데, 이러한 박막 패턴은 증착(deposition) 공정과 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 구현될 수 있다. 이때, 박막 증착 방법은 크게 물리기상 증착법(PVD: physical vapor deposition)과 화학 반응을 이용한 화학기상 증착법(CVD: chemical vapor deposition)으로 나눌 수 있다. 이중 에서 화학기상 증착법은 증착하고자 하는 증착물질을　기체 상태로 기판 표면까지 이동시켜 화학 반응을 이용하여 기판 표면에 박막을 증착시키는 방법으로써, 증착물질의 재료 선택에 따라 다양한 박막 형성이 가능하며, 비교적 간단한 공정으로도 대량의 생산이 가능하다는 장점을 가지고 있어 폭넓게 사용되고 있다.

특히, 최근에는 기체 상태의 원료(source gas)를 순차적(sequentially)으로 주입/배기시킴으로써, 기판 상에 원자 크기 수준(order of an atomic size)의 박막을 형성시키는 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition)이 발전하고 있다. ALD법은 박막의 균일성 및 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있는 방법으로 알려져 있는 차세대 증착기술이다.

이러한 화학기상 증착 공정에서는 균일한 박막을 형성하기 위하여 증착 챔버에 소스가스(증착물질을 포함하는 가스를 의미함)를 얼마나 지속적으로 균일하게 제공할 수 있는지가 핵심적 과제이다. 종래의 일반적인 소스가스 공급장치의 상세한 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 의한 소스가스 공급장치의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 소스가스 공급장치는 증착물질(13)을 저장하는 용기(11)와 히터와 같이 열을 가할 수 있는 가열부(12)로 구성되는 소스가스 공급부(10)를 포함한다.

일반적으로 증착물질(13)은 상온에서 고체 또는 액체 상태로 존재하기 때문에 가열부(13)에 의해 증착물질(13)을 가열해야만이 증착물질(13)이 기체화될 수 있다. 이때, 외부에 위치하는 운반가스 공급부(20)에서 제1 밸브(V1)를 통해 운반가스(carrier gas)를 용기(11)의 상부로 공급함으로써, 용기(11) 내에서 기체화된 증착물질(13)이 용기(11)의 상부와 연결된 제2 밸브(V2)를 통해 증착 챔버(30) 내부로 원활하게 운반되도록 할 수 있다. 이러한 증착물질(13)을 포함하는[즉, 기체화된 증착물질(13)을 포함하는] 가스는 증착 챔버(30) 내에서 박막을 형성하는 소스가스(source gas)의 기능을 수행할 수 있다.

따라서, 소스가스 양은 증착물질(13)의 양에 따라 결정되기 때문에 용기(11)에 저장되는 증착물질(13)을 효율적으로 제어하는 것이 중요하다. 하지만, 종래의 용기(11) 내부에는 대용량의 증착물질(13)이 저장되어 있기 때문에, 가열부(12)에 의해 가열된 증착물질(13)은 기체화되는 과정을 반복적으로 수행하게 되어 입자간의 응결로 인한 경화 현상이 발생될 수 있다. 이러한 경화 현상은 이후에 증착물질(13)의 기체화를 방해하여 증착 챔버(30)에 균일한 소스가스를 지속적으로 공급하기 어려운 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 소량의 증착물질(13) 만을 용기(11) 내부에 저장할 수 있으나, 이러한 경우에는 증착물질(13)이 용기(11) 바닥에 균일하게 분포되지 않고 특정 영역(특히, 중앙부)에만 쌓이게 되어 균일하게 증착물질(13)을 기체화하기 어렵게 되는 문제점이 있다.

또한, 대용량의 증착물질(13)은 용기(11) 외부에 위치하는 가열부(12)에 의해서만 가열되기 때문에 실질적으로 가열되는 표면적이 작다. 따라서, 증착물질(13)의 중앙부 보다 용기(11)와 접하는 가장자리부의 열 전달이 더 빠르게 되어 열 불균일성을 초래할 수 있다. 이는 소스가스의 생성 시간과 균일도를 저하시키고 증착물질(13)의 수명도 저하시킬 수 있는 문제점도 있다.

결국, 상술된 문제점들은 화학기상 증착 공정에 있어서 증착 챔버 내부로 공급되는 소스가스의 균일도를 불안정하게 하여, 기판 상에 형성되는 박막의 균일성, 재현성과 수율 등을 저하시키는 결과를 야기할 수 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소스가스 공급부 내부에 증착물질을 효율적으로 분포시키는데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 가열되는 증착물질의 표면적을 증가시키는데 다른 목적이 있다.

본 고안의 상기 목적은 증착물질을 저장하는 증착물질 저장부; 및 상기 증착물질 저장부에서 공급되는 상기 증착물질을 가열하여 기체화된 증착물질을 생성하되, 외부에서 공급되는 운반가스를 이용하여 증착 챔버 내부로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부를 포함하며, 상기 소스가스 공급부의 내부에는 대칭 경사면에 형성된 다수개의 패턴으로 상기 증착물질을 지지하는 분산부가 포함되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치에 의해 달성된다.

이때, 상기 패턴은 계단 형상 또는 1/4 구 형상일 수 있다.

상기 패턴은 가장자리부로 갈수록 너비가 커질 수 있다.

상기 증착물질 저장부와 상기 소스가스 공급부 사이에는 공급되는 상기 증착물질의 양을 제어하는 증착물질 제어부가 더 구비될 수 있다.

상기 분산부를 회전 또는 진동시키는 분산 제어부가 더 구비될 수 있다.

본 고안에 따르면, 소스가스 공급부 내부의 증착물질 분포도를 제어하여, 기체화되는 증착물질의 양을 균일하게 제어할 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면, 가열되는 증착물질의 표면적을 증가시켜 소스가스의 생성 시간(증착물질의 가열 시간)을 단축할 수 있다.

또한, 본 고안에 따르면, 증착 챔버 내부로 공급되는 소스가스의 균일성을 향상시킬 수 있다.

후술하는 본 고안에 대한 상세한 설명은, 본 고안이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 고안을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 고안의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 고안의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 고안의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 고안의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 고안의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

도 2는 본 고안의 실시예 1에 의한 소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 고안의 실시예 1에 의한 소스가스 공급장치는 소스가스 공급부(100), 증착물질 저장부(200) 및 증착물질 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 고안의 소스가스 공급부(100)는 증착물질(140)을 가열하여 기체화함으로써, 증착 챔버(500) 내의 기판(미도시함) 상에 박막(미도시함)을 형성시키는 소스가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 본 고안의 소스가스 공급부(100)는 균일한 소스가스를 증착 챔버(500)로 공급하기 위해 증착물질(140)의 분포를 제어하는 기능을 더 수행할 수 있다. 즉, 증착물질 저장부(200)에서 공급된 증착물질(140)을 확산하여 대면적으로 균일하게 분포시킴으로써, 가열에 의해 기체화되는 증착물질(140)의 양을 조절할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 본 고안의 소스가스 공급부(100)는 용기(110), 가열부(120) 및 분산부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 용기(110)는 증착 챔버(200)로 공급되는 소스가스의 소스물질인 증착 물질(140)을 내부에 일정한 양만큼 저장하고, 이를 기체화하는 공간일 수 있다.

이때, 용기(110)의 상부에 연결된 제1 밸브(V1)에 의해 제어되는 공급관을 통해 운반가스 공급부(400)에서 공급되는 운반가스가 용기(110)로 공급될 수 있다. 따라서, 기체화된 증착물질(140)은 용기(110)의 상부에 연결된 제2 밸브(V2)에 의해 제어되는 공급관을 통해 증착 챔버(500)로 용이하게 운반될 수 있다.

이러한 운반가스로는 불활성이며, 기체화된 증착물질(140)을 증착 챔버(500)로 용이하게 이동할 수 있는 고순도의 아르곤, 헬륨, 질소 등이 사용될 수 있다.

다음으로, 가열부(120)는 용기(110)의 외면과 마주보며 위치하되, 용기(110) 내에 저장된 증착물질(140)을 가열하여 증착물질(140)을 기체화시키는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 가열부(120)는 코일 형태의 열선으로 형성될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니며 열을 방출할 수 있는 종래의 공지된 다양한 기술을 적용할 수도 있다. 보다 상세하게 설명하면, 가열부(120)는 용기(110)와 절연되면서 외부를 둘러싸는 형태로 위치할 수 있는데, 용기(110)의 전체에 대응되게 분포함으로써, 용기(110)를 균일하게 가열하는 것이 바람직하다.

다음으로, 분산부(130)는 용기(110)의 내부 하측에 위치하되, 대칭 경사면으로 이루어진 구조물에 다수개의 패턴(P)이 형성될 수 있어 증착물질(140)이 규칙성을 가지면서 분포되도록 확산시키는 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 원뿔 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 대칭된 경사면으로 이루어지는 형상을 제한 없이 사용할 수 있다.

이때, 분산부(130) 상에 분포되는 증착물질(140)은 다수개의 패턴(P) 마다 쌓이기 때문에 가열부(120)에 의해 넓은 표면적이 가열되어 기체화(예를 들면, 고체에서 기체로 승화)될 수 있으므로, 소스가스의 생성 시간을 단축시킬 수 있다.

따라서, 본 고안의 분산부(130)는 증착물질(140)을 지탱하면서도 균일하게 분포시켜 소스가스를 균일하게 생성할 수 있는데, 보다 상세한 설명은 도 4 내지 도 6을 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

다음으로, 본 고안의 증착물질 공급부(200)는 대용량의 증착물질(140)을 저장하며, 저장된 증착물질(140) 중 일정한 양을 소스가스 공급부(100)로 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 증착물질 공급부(200)는 소스가스 공급부(100) 보다 상부에 위치하여 소스가스 공급부(100) 내부에 위치하는 분산부(130)의 중앙부로 공급하는 것이 바람직한데, 이는 분산부(130)가 대칭 경사면으로 이루어진 구조물이기 때문에 중앙부로 공급하는 것이 확산에 유리하기 때문이다. 이러한 증착물질(140)은 균일하게 확산될 수 있는 분말형태인 것이 바람직하며, 재질은 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

다음으로, 본 고안의 증착물질 제어부(300)는 증착물질 공급부(200)에서 소스가스 공급부(100)로 공급되는 증착물질(140)을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 전기식 또는 기계식 밸브일 수 있으나, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니며 개폐를 제어할 수 있는 공지된 수단을 제한 없이 사용할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 증착물질 제어부(300)가 개방 동작할 경우에는 1 배치(batch)의 화학기상 증착 공정에 필요한 양에 해당하는 증착물질(140)을 소스 가스 공급부(100)로 공급한 후 폐쇄하는 것이 바람직하지만, 반드시 1 배치의 양만큼으로 한정될 필요는 없으며, 필요에 따라서는 2 배치 이상의 복수 배치에 필요한 양의 증착물질(140)을 소스가스 공급부(100)에 공급할 수 있다.

[실시예 2]

도 3은 본 고안의 실시예 2에 의한 소스가스를 균일하게 공급하기 위한 소스가스 공급장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

이러한, 본 고안의 실시예 2는 본 고안의 실시예 1에 의한 소스가스 공급장치의 구성에 분산 제어부(600)가 추가된 것으로, 다른 구성은 실시예 1과 동일함으로 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.

도 3을 참조하면, 소스가스 공급부(100)의 하부에 위치하며 분산부(130)와 연결되는 분산 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.

본 고안의 분산 제어부(600)는 기계적인 회전력으로 분산부(130)를 회전시켜서 증착물질(140)이 원심력에 의해 균일하게 확산될 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 본 고안의 분산 제어부(600)는 분산부(130)를 진동시켜 증착물질(140)을 부유시킴으로써 균일하게 확산될 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 분산 제어부(600)는 회전 운동이 가능한 공지된 모터와 같은 회전 수단을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 회전 방향과 각도를 제어할 수 있는 서보 모터(servomotor)일 수 있는데, 펄스 신호에 따라 회전하여 정밀하면서도 제어가 용이한 스테핑 모터(Stepping Motor)를 사용할 수도 있다.

분산 제어부(600)는 공지된 전자식/기계식 바이브레이터(vibrator)와 같은 진동 장치를 사용할 수 있어, 증착물질(140)을 진동(특히, 공진)에 의해 부유시켜 확산시키는 기능을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 주파수 가변 제어 방식을 사용하여 정밀하게 진동을 제어할 수 있다.

분산부의 구성

이하의 상세한 설명에서는 본 고안의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 분산부(130)의 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 고안에 의한 분산부(130)의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 분산부(130)의 단면도를 나타내는 (A)와 평면도를 나타내는 (B)의 패턴(P)들은 모두 동일한 너비로 형성됨을 알 수 있다.

반면에. 도 4를 참조하면, 분산부(130)의 단면도를 나타내는 (A)와 평면도를 나타내는 (B)의 패턴(P)들은 모두 중앙부의 패턴(P) 보다 가장자리부로 갈수록 패턴(P)의 너비가 더 크게 형성되는 것을 알 수 있다. 이는 증착물질 공급부(200)에서 공급되는 증착물질(140)이 분산부(130)의 중앙부에 쌓이는 것을 방지하고 가장자리부로 용이하게 이동시키기 위해 상대적으로 중앙부의 면적을 작게 하기 위함이다.

또한, 가열부(120)와 멀리 떨어져있는 중앙부에 가장자리부 보다 적은 양의 증착물질(140)이 쌓이게 할 수 있음으로 증착물질(140)의 기체화 속도의 균형을 맞출 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 열전달이 빠른 가장자리부 보다 열전달이 늦은 중앙부의 패턴(P)이 작게 됨으로, 쌓이는 증착물질(140)의 양도 적게 되어 낮은 온도에 의해서도 기체화되기 용이할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 패턴(P)은 계단 형상 뿐만 아니라, 1/4 구 형상으로 형성될 수도 있다. 이는 사각 형상인 계단 형상 구조 보다 지름을 가지는 1/4 구 형상의 구조가 증착물질(140)을 확산시키기 유리하기 때문이지만, 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상이 제한 없이 사용될 수 있음은 자명할 것이다.

본 고안은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시 예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 고안과 첨부된 실용신안등록청구범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 소스가스 공급부 110: 용기

120: 가열부 130: 분산부

200: 증착물질 저장부 300: 증착물질 제어부

400: 운반가스 공급부 500: 증착 챔버

600: 분산 제어부

Claims

증착물질을 저장하는 증착물질 저장부; 및

상기 증착물질 저장부에서 공급되는 상기 증착물질을 가열하여 기체화된 증착물질을 생성하되, 외부에서 공급되는 운반가스를 이용하여 증착 챔버 내부로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부;

를 포함하며,

상기 소스가스 공급부의 내부에는 대칭 경사면에 형성된 다수개의 패턴으로 상기 증착물질을 지지하는 분산부가 포함되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴은 계단 형상 또는 1/4 구 형상인 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 패턴은 가장자리부로 갈수록 너비가 커지는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 증착물질 저장부와 상기 소스가스 공급부 사이에는 공급되는 상기 증착물질의 양을 제어하는 증착물질 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 분산부를 회전 또는 진동시키는 분산 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 소스가스 공급장치.