KR20080114316A - 박막 증착 장치 - Google Patents

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KR20080114316A
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KR1020070063753A
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최선홍
이태완
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 챔버와, 챔버 하측 영역에 마련된 기판 안치부와, 챔버 상측 영역에 마련된 전극부와, 복수의 관통홀을 갖는 몸체와, 상기 몸체를 가열시키는 가열 수단을 구비하고, 상기 전극부 하측에 마련된 가스 분사 수단 및 상기 전극부와 상기 가스 분사 수단 사이 영역에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다. 이와 같이 본 발명은 챔버 상측 영역에 마련된 전극부 하측에 복수의 관통홀을 갖는 가스 분사 수단을 위치시켜 플라즈마 발생 공간을 형성하고, 가스 분사 수단을 가열시켜 플라즈마 발생 공간에서의 공정 가스를 충분히 분해시킬 수 있어 분해된 공정 가스 이온의 재결합을 방지할 수 있다.
챔버, 리모트 플라즈마, 가스 분사 수단, 가열 수단, 탄소 나노튜브

Description

박막 증착 장치{APPARATUS FOR DEPOSITING THIN FILM}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면 개념도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 가스 분사 수단의 평면 개념도.
도 3 내지 도 6은 제 1 실시예의 변형예에 따른 가스 분사 수단의 평면 개념도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 100, 200 : 챔버
110, 2100 : 기판 안치부 120 : 전극부
130, 230 : 가스 분사 수단 140, 240 : 공정 가스 공급부
220 : 전극 리드
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 리모트 플라즈마를 이용한 증착 장비에서 플라즈마 형성 영역에서의 파티클 발생을 줄일 수 있고, 플라즈마에 의해 분해된 이온들이 기판에 쉽게 도달하도록 하여 증착 효율을 증진시킬 수 있는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 박막 제조 장치의 경우, 플라즈마에 의한 기판 손상을 최소화하기 위해 리모트 플라즈마(Remote Plasma) 기술을 이용하였다. 즉, 리모트 플라즈마를 이용한 박막 제조 장치는 플라즈마 형성 영역과 반응 공간을 분리하여, 플라즈마 형성 영역에서 플라즈마를 형성한다. 그리고 플라즈마 형성 영역에 공정 가스 제공하여 플라즈마를 통해 공정 가스를 분해한다. 이어서, 플라즈마에 의해 분해된 가스 이온들이 기판이 마련된 반응 공간에 제공되어 기판상에 박막을 증착한다.
기존의 리모트 플라즈마를 이용한 박막 제조 장치는 샤워 헤드 내부 공간을 플라즈마 형성 영역으로 사용한다. 즉, 샤워 헤드 내측에 플라즈마를 발생시키고, 샤워 헤드 내에서 플라즈마를 이용하여 공정 가스를 분해한다. 이와 같이 분해된 공정 가스 이온들은 샤워 헤드의 노즐을 통해 기판에 분사된다.
그러나 종래의 장치는 플라즈마에 의해 분해된 공정 가스의 이온들이 샤워 헤드의 노즐을 빠져나오기 전에 재결합하는 문제가 발생한다. 이러한 재결합으로 형성된 물질은 증착 공정 중 파티클 소스로 작용하게 된다. 또한, 상술한 재결합으로 인해 샤워 헤드 내측에 박막을 형성하게 되고, 이러한 현상이 심화되는 경우 상 기 박막이 샤워헤드의 노즐을 막아 가스의 흐름을 방해하는 문제가 발생한다.
또한, 기존의 박막 증착 장비는 분해된 공정 가스 이온들을 샤웨 헤드에서 기판까지 원활하게 도달시키기 위해 샤워헤드 하측에 복수의 관통홀을 갖는 추가 전극 장치를 장착하였다. 그러나 이러한 추가 전극 장치를 장시간 사용하는 경우 처짐 현상이 발생하여 기판상에 증착되는 박막의 균일도를 저하시키는 문제가 발생한다. 또한, 추가 전극 장치 상에 증착되는 박막의 부수적인 물질에 의해 파티클 발생이 증대되고, 전극 장치의 추가로 인해 챔버의 제작 단가를 상승시키는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 챔버 상측 영역 내에 메쉬 타입의 가스 분사 수단을 설치하여 플라즈마에 의해 분해된 공정 가스 이온이 원활하게 기판으로 제공될 수 있고, 챔버 상측 영역에서 가열을 실시하여 공정 가스를 충분히 분해시킬 수 있어, 공정 가스 이온의 재결합을 방지하여 파티클 발생을 줄일 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 챔버와, 챔버 하측 영역에 마련된 기판 안치부와, 챔버 상측 영역에 마련된 전극부와, 복수의 관통홀을 갖는 몸체와, 상기 몸체를 가열시키는 가열 수단을 구비하고, 상기 전극부 하측에 마련된 가스 분사 수단 및 상기 전극부 와 상기 가스 분사 수단 사이 영역에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.
상기 몸체는 1mm 내지 100mm 두께로 제작되고, 상기 관통홀의 최대 직경은 1mm 에서 10cm인 것이 바람직하다. 상기 관통홀은 원형 또는 슬릿 형상인 것이 바람직하다.
상기 가열 수단은 적어도 하나의 열선을 포함하고, 상기 열선이 상기 몸체 내에 마련된 전기 히터를 사용하는 것이 효과적이다. 상기 열선이 직선, 곡선 또는 사선 형상으로 마련되는 것이 가능하다.
상기 가스 분사 수단에 접지 전원이 인가되는 것이 바람직하다.
상기 전극부는, 상기 챔버 상측 영역에 마련된 전극과, RF 전원을 공급하는 RF 전원 공급부와, 상기 RF 전원 공급부와 상기 전극 사이에 마련된 임피던스 매칭 회로부를 구비하는 것이 효과적이다.
상기 전극부와 상기 가스 분사 수단 사이에 마련된 절연부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 공정 가스 공급부는 상기 전극부 내측에 마련된 배플과, 상기 배플에 공정 가스를 분사하는 가스 저장부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반응 공간을 갖는 챔버 몸체부와, 상기 챔버 몸체부 내에 마련된 기판 안치부와, 상기 챔버 몸체부를 덮어 반응 공간을 밀봉하는 전극 리드와, 복수의 관통홀을 갖는 몸체와, 상기 몸체를 가열시키는 가열 수단을 구비하며, 상기 전극 리드와 상기 기판 안치부 사이에 마련된 가스 분사 수단 및 상기 가스 분사 수단과 상기 전극 리드 사이 공간에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.
상기 가스 분사 수단은 1mm 내지 100mm 두께의 몸체와, 상기 몸체에 마련된 최대 직경이 1mm 에서 10cm인 복수의 관통홀을 갖는 것이 바람직하다.
상기 전극 리드와 상기 챔버 몸체부 사이에 마련된 절연부를 더 구비하는 것이 효과적이다.
상기 가열 수단은 적어도 하나의 열선을 포함하고, 상기 열선이 상기 몸체 내에 마련된 전기 히터를 사용하는 것이 효과적이다.
상기 챔버 몸체부에 접지 전원이 인가되고, 상기 가스 분사 수단은 상기 챔버 몸체부에 접속되는 것이 바람직하다.
상기 전극 리드에 RF 전원을 인가하는 RF 전원부와, 상기 RF 전원부와 상기 전극 리드 사이에 마련된 임피던스 매칭 회로부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
반응 공간과 플라즈마 발생 공간을 갖는 챔버의 반응 공간에 촉매 금속이 마련된 기판을 인입시키는 단계와, 플라즈마 전원을 전극에 인가하여 전극과 메쉬 형상의 가스 분사 수단 사이에 마련된 상기 플라즈마 발생 공간에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 상기 가스 분사 수단을 가열시키는 단계와, 상기 플라즈마가 발생된 플라즈마 발생 공간에 CH 계열의 가스를 분사하는 단계 및 상기 가스 분사 수단의 관통홀을 통해 분해된 CH 계열의 이온을 상기 기판에 제공하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법을 제공한다.
상기 촉매 금속으로 Ni, Co, Fe 및 이들의 합금 금속 중 적어도 하나를 사용 하는 것이 바람직하다.
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 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면 개념도이다. 도 2는 제 1 실시예에 따른 가스 분사 수단의 평면 개념도이다. 도 3 내지 도 6은 제 1 실시예의 변형예에 따른 가스 분사 수단의 평면 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치는 챔버(100)와, 챔버(100) 내측 하부에 마련된 기판 안치부(110)와, 챔버(100) 내측 상부에 마련되어 플라즈마 발생을 위한 RF 전원을 공급받는 전극부(120)와, 상기 전극부(120) 하측에 마련된 가스 분사 수단(130)과, 상기 전극부(120)와 가스 분사 수단(130) 사이 영역에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부(140)를 포함한다. 그리고, 상기 전극부(120)와 가스 분사 수단(130) 사이에 마련된 절연 부재(150)를 구비한다. 여기서, 상기 절연 부재(150)에 의해 연결된 전극부(120)와 가스 분사 수단(130) 사이 공간은 플라즈마가 발생하는 플라즈마 발생 공간(K)이 된다.
그리고, 도시되지 않았지만, 챔버(100)의 일측에는 기판(10)이 출입하는 출 입구가 마련된다. 그리고, 챔버(100) 내부의 가스를 배기하는 배기부를 포함한다.
챔버(100)는 도시되지 않았지만, 하측 챔버 몸체와 하측 챔버 몸체를 덮는 챔버 리드를 포함한다. 이와 같이 챔버(100)를 분리 제작하여 챔버(100)의 세정 및 소모품의 교환과 같은 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있다. 이때, 챔버 리드에 가열 수단이 마련될 수 있다.
기판 안치부(110)는 챔버(100) 내부로 인입된 기판(10)을 안치한다. 기판 안치부(110)는 기판(10)을 안치하는 몸체(111)와, 몸체(111)를 승강시키는 이송부(112)와, 기판(10)을 몸체(111)에 안치시키는 리프트 핀(미도시)을 포함한다. 물론 도시되지 않았지만, 상기 몸체(111)에 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 몸체(111)에는 바이어스 전원을 제공받는 바이어스 전극이 마련될 수 있다. 또한, 상기 몸체(111) 하측에 가열 수단(미도시)이 마련될 수도 있다. 이를 통해 몸체(111) 상에 안치된 기판(10)을 공정 온도까지 가열할 수 있다. 여기서, 상기 가열 수단은 필요에 따라 생략될 수도 있다. 즉, 챔버(100) 상측 영역(예를 들어, 챔버 리드 또는 가스 분사 수단)에 가열 수단이 마련된 경우에는 상기 몸체 하측의 가열 수단이 생략될 수 있다.
기판 안치부(110) 상에는 도시된 바와 같이 단일의 기판(10)이 안치된다. 물론 이에 한정되지 않고, 복수의 기판(10)이 기판 안치부(110)상에 안치될 수 있다. 기판 안치부(110)로 정전척 또는 진공척을 사용할 수도 있다.
전극부(120)는 RF 전원에 따라 플라즈마 발생 공간(K)에 플라즈마를 발생시킨다. 전극부(120)는 RF 전원을 공급하는 RF 전원 공급부(121)와, RF 전원을 인가 받는 전극(122)을 구비한다. 전극(122)은 도시되지 않았지만, 몸체부와 몸체부에 마련된 전극 판을 구비한다. 그리고, 상기 전극(122)의 중심 영역에는 공정 가스 공급 부재가 위치한다. 따라서, 전극(122)의 몸체부 중심 영역에는 가스 유로가 관통한다. 그리고, 전극(122)의 전극 판은 중심 영역이 비어 있는 링 형태로 제작된다. 그리고, 상기 전극(122)는 챔버 리드 영역에 고정된다. 이때, 전극(122)에는 고주파의 전원이 인가되기 때문에 전극(122)과 챔버 리드 사이에 절연성의 물질층이 위치하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 RF 전원 공급부(121)와 전극(122) 사이에는 임피던스 매칭을 위한 임피던스 매칭 회로부(123)가 더 구비될 수 있다.
가스 분사 수단(130)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 관통홀을 갖는 몸체(131)와 가열 수단(132) 그리고, 몸체(131)와 전극부(120) 간을 연결하는 절연부(150)를 포함한다. 가스 분사 수단(130)은 메쉬 형상으로 제작된다.
몸체(131)는 도 2에 도시된 바와 같이 원형 판 형상으로 제작된다. 몸체(131)에는 접지 전원(즉, 그라운드)이 인가되고, 가열 수단(132)에 의해 500도 이상의 고온으로 가열된다. 따라서, 상기 몸체(131)로는 500도 이상의 고온에서 견딜 수 있는 금속성의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 몸체(131)로 스테인리스강(stainless steel)을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 몸체(131)는 사각 판 형상으로 제작될 수 있다. 그리고 이에 한정되지 않고, 가스 분사 수단(130)의 몸체(131)는 다각형 판 형상 또는 타원 판 형상으로 제작될 수도 있다.
상기 몸체(131)는 수 mm 이상의 두께로 두껍게 제작한다. 몸체부(131)는 1mm 내지 100mm 두께로 제작하는 것이 효과적이다. 이를 통해 가스 분사 수단(130)의 처짐 현상을 방지할 수 있다.
몸체(131)에는 복수의 관통홀(133)이 마련된다. 이때, 관통홀(133)들 간의 간격은 수 mm에서 수 cm 인 것이 바람직하다. 그리고, 관통홀(133)의 최대 직경은 1mm 에서 10cm인 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에 의하면 플라즈마에 의해 분해된 공정 가스 이온의 흐름을 원활히 할 수 있다. 그리고, 메쉬형 가스 분사 수단(130) 상측 뿐만 아니라 가스 분사 수단(130) 바로 아래 영역에서도 플라즈마가 형성될 수 있어 리모트 플라즈마의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 2에서는 원형 홀 형태의 관통홀(133)이 일정하게 배치된 가스 분사 수단을 도시하였다. 그러나 본 실시예에 따른 관통홀(133)을 원형 홀 형태에 한정되지 않고, 슬릿 형태의 홀(즉, 사각형 형태의 홀)형상으로 제작될 수 있다. 관통홀(133)의 단면은 하향 기울기를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 관통홀(133)의 상측 개구의 면적보다 하측 개구의 면적이 더 넓은 것이 바람직하다. 이를 통해 관통홀(133)을 통해 가스 분사 수단(130) 하측으로 공급되는 공정 가스 이온을 넓게 퍼지도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 가스 분사 수단(130) 내에 가열 수단(132)이 마련된다. 가열 수단(132)이 가스 분사 수단(130) 내에 위치하여 챔버(100)의 상측 영역(즉, 공정 가스가 공급되는 영역)을 가열할 수 있어 챔버 리드 영역(예를 들어, 전극부(120)와 가스 분사 수단(130) 영역)에 이물질의 흡착을 방지할 수 있고, 낮은 온 도에서 원하는 박막을 증착할 수 있다.
즉, 종래에는 기판 안치부(110) 하측 영역에 가열 수단을 두어, 원하는 공정 온도가 되도록 기판(10)을 가열하였다. 따라서, 위와 같이 기판(10)을 가열할 경우, 기판 하측(기판 안치부 영역)은 공정 온도보다 높은 온도가 되고 기판의 상측(가스 분사수단과 기판 사이 영역)은 공정 온도보다 낮은 온도가 된다. 이로인해 박막 증착을 위해 공급되는 원료 가스가 충분히 분해되지 못하는 문제가 발생한다.
특히, 탄소 나노튜브를 성장시키기 위해서는 탄소 소스로 사용되는 CH 가스를 충분히 분해시켜 주어야 한다. 탄소 나노튜브의 성장을 위해서는 촉매금속과 CH 계열의 가스(예를 들어, C2H2)를 사용한다. 촉매금속으로는 강자성 물질인 Ni, Co, Fe 등을 사용하거나, 이들의 합금인 인바(invar)를 사용할 수도 있다. 촉매금속이 형성된 기판을 상술한 박막 증착 장치에 인입시키고, CH 계열의 가스를 공급하여 탄소 나노 튜브를 성장시킨다.
이와 같이 탄소 나노튜브를 성장시키기 위해서는 CH 계열의 가스가 충분히 분해될 수 있는 조건이 필요하다. 그리고, 분해된 탄소 소스가 촉매 금속 안으로 침입하여 과충진이 발생할 수 있는 조건을 만들어 주어야 한다. 일반적으로 열을 이용한 화학 기상 증착 통해 탄소 나노튜브를 증착하는 경우, CH 계열의 가스의 분해가 충분히 일어날 정도로 히터를 통해 가열해주고, 이로인해 분해된 탄소 소스가 촉매 금속에 충분히 확산이 가능한 조건이 성립된다. 그러나 플라즈마를 이용하여 CH 계열의 가스를 분해시키는 경우 추가의 온도 가열을 하지 않는 경우에는 탄소 소스가 촉매 금속으로 침입 확산이 일어날 조건이 형성되지 않게 된다. 이경우 단지 탄소 이물질들이 촉매 금속 표면에 형성되어 a-C와 같은 형식의 막질만을 형성할 뿐 탄소 나노튜브가 성장되지 않는다.
따라서, 플라즈마를 이용하여 CH 계열의 가스를 분해시킬 경우 본 실시예에서와 같이 CH 계열의 가스가 플라즈마에 의해 분해되는 영역(즉, 플라즈마 발생 공간(K))을 가열 수단(132)을 통해 가열하여 CH 계열의 가스가 충분히 분해되도록 할 수 있다. 그리고, 기판(10) 상측 영역에 가열 수단(132)을 두어 기판(10)상의 촉매 금속의 온도를 기판(10) 바닥 온도보다 높게 할 수 있다. 이로인해 열에 의한 기판(10)의 손상을 최소화하고, 목표로 하는 낮은 온도에서 탄소 나노튜브를 성장시킬 수 있다.
이에 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 가열 수단(132)이 가스 분사 수단(130) 내측에 위치된다. 이때, 가열 수단(132)으로 전기 히터를 사용한다. 즉, 가열 수단(132)의 열선은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가스 분사수단(130)의 몸체(131) 내측에 절곡된 직선(예를 들어, 사행 형상의 선)으로 배치된다. 물론 이에 한정되지 않고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 절곡되지 않은 직선 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 곡선 또는 사선 형상으로 배치될 수도 있다. 그리고, 상기 가열 수단(132)의 열선이 위치하지 않는 영역에 복수의 관통홀(133)이 위치한다. 상기 열선은 단일 선으로 제작되어 하나의 전원으로부터 전기적 에너지를 인가받아 발열한다. 따라서, 상기 열선이 가스 분사 수단(130)의 몸체(131) 내에 균일하게 배치되는 것이 효과적이다. 물론 이에 한정되지 않고, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 복수의 열선을 구비할 수도 있다. 그리고, 각기 열선을 단일의 전원으로 전기 에너지를 제공받을 수 있고, 각기 서로 다른 전원으로부터 전기 에너지를 제공받을 수 있다. 이 경우 열선을 통해 가스 분사 수단(130)의 몸체(131)를 선택적으로 가열시킬 수 있다.
이와 같은 가스 분사 수단(130)의 몸체(131)내에 가열 수단(132)을 배치시켜, 가스 분사 수단(130)을 가열하고, 가열된 가스 분사 수단(130)을 통해 플라즈마 발생 공간(K) 내부와 기판(10) 상측 영역을 가열시킬 수 있다. 이를 통해 플라즈마 발생 공간(K)의 공정 가스(CH 계열의 가스)가 플라즈마와 열에 의해 충분히 분해되도록 할 수 있다. 이로 인해, 분해된 공정 가스 이온이 재 결합하여 이물질을 생성하거나 챔버 리드에 부착되는 현상을 줄일 수 있어, 파티클 발생을 감소시킬 수 있고, 챔버의 가동 시간을 증대시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 가스 분사 수단(130) 내에 가열 수단(132)을 위치시켜 챔버(100) 내에 안정적으로 히터를 고정시킬 수 있다. 그리고, 플라즈마 발생 챔버 내에 독자적인 히터를 추가로 장착하는 경우 발생할 수 있는 아킹 문제를 해결할 수 있다.
물론 이에 한정되지 않고, 상기 가열 수단(132)은 상기 가스 분사 수단(130)의 몸체(131) 상부 표면 영역에 위치할 수 있고, 하부 표면 영역에 위치할 수도 있다. 그리고, 상기 가열 수단(132)은 가스 분사 수단(130) 뿐만 아니라 챔버 상측 영역(즉, 기판 상측 영역)에 마련될 수도 있다. 즉, 전극부(120) 및 챔버 리드 영역에 가열 수단이 위치할 수도 있다.
상기의 절연 부재(150)는 가스 분사 수단(130)을 전극부(120)에 고정시키는 역할을 한다. 이를 통해 전극부(120) 하측에 가스 분사 수단(130)이 고정되도록 한다. 그리고, 앞서 설명한 바와 같이 전극부(120)에는 RF전원이 인가되고, 가스 분사 수단에는 접지 전원이 인가된다. 따라서, 절연 부재(150)는 이 둘간을 연결할 뿐만 아니라 이둘 간을 전기적으로 절연하는 역할을 한다. 이려한 절연 부재(150)는 가스 분사 수단(130)의 외측 가장자리에 원형 링 형상으로 마련되고, 그 일부가 돌출되어 전극부(120)에 접속된다. 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 절연 부재(150)는 챔버(100)의 측벽면에 접속될 수도 있다.
그리고, 본 실시예에서는 절연 부재(150)에 의해 연결된 전극부(120)와 가스 분사 수단(130)에 의해 마련된 플라즈마 발생 공간(K)에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부(140)를 구비한다. 공정 가스 공급부(140)는 공정 가스가 저장된 공정 가스 저장부(141)와, 공정 가스를 상기 플라즈마 발생 공간(K)에 균일하게 분사시키기 위한 배플(142)을 포함한다.
상기 배플(142)은 전극부(120)의 중심 영역에 위치한다. 도 1에 도시된 바와 같이 전극부(120)의 중심 영역에 소정의 오목홈이 마련되고, 상기 오목홈의 내측에 배플(142)이 마련된다. 그리고, 배플(142) 상측 영역에는 공정 가스가 공급되는 공정 가스 공급 유로(143)가 마련된다. 도면에서와 같이 공정 가스 공급 유로(143)는 챔버(100)와 전극부(120)를 관통하여 마련된다. 배플(142)는 바닥면과 측벽면을 갖고 상기 오목홈 내에 인입된다. 배플(142)의 바닥면에는 소정의 노즐이 마련된다. 노즐은 플라즈마 발생 공간(K)의 가장자리 영역까지 균일하게 공정 가스가 분사되도록 그 단면이 소정의 기울기를 갖는 경사진 형상으로 제작될 수 있다. 이 를 통해 공정 가스 저장부(141)에 저장된 공정 가스는 공정 가스 공급 유로(143)를 통해 전극부(120) 내측으로 삽입된 배플(142)에 제공된다. 공정 가스는 배플(142)의 바닥면에 부딪힌 다음 배플(142)의 노즐을 통해 플라즈마 발생 공간(K)으로 균일하게 분사된다. 이를 통해 그 두께가 두껍고 관통홀(133)의 직경이 큰 가스 분사 수단(130) 하측으로 균일한 공정 가스 이온을 분사시킬 수 있다.
하기에서는 상술한 박막 증착 장치를 이용하여 탄소 나노튜브를 성장시키는 공정을 간략히 설명한다.
먼저, 촉매 금속이 형성된 기판(10)을 챔버(100)의 기판 안치부(110) 상에 안치시킨다. 가스 분사 수단(130)을 가열시켜 플라즈마 발생 공간(K) 및 기판(10)을 가열한다. 이어서, 전극부(120)에 전원을 인가하여 플라즈마 발생 공간(K)에 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 공정 가스 공급부(140)의 배플(142)을 통해 CH 계열의 가스를 플라즈마 발생 공간(K)에 균일하게 분사한다. 이때, CH 계열의 가스는 플라즈마 발생 공간(K)에서 플라즈마와 열에 의해 CH 계열의 가스가 분해되어 발생된 이온(CH 계열의 이온)으로 충분히 분해된다. 분해된 CH 계열의 이온은 가스 분사 수단(130)을 통해 기판(10)에 제공된다. 촉매 금속은 그 상측에 마련된 가스 분사 수단(130)의 가열 수단에 의해 충분히 가열되어 있는 상태이고, 분해된 CH 계열의 이온 또한 플라즈마와 열에 의해 충분히 확산될 정도로 분해되어 있다. 따라서, CH 계열의 이온이 촉매 금속 내로 과충진될 수 있어 탄소 나노튜브를 성장시킬 수 있다.
하기에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 증착 장치에 관해 설명한다. 후술되는 설명 중 상술한 실시예의 설명과 중복되는 설명은 생략한다. 그리고, 후술되는 설명의 기술은 상술한 실시예에 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치는 반응 공간을 갖는 챔버 몸체부(200)와, 상기 챔버 몸체부(200) 내에 마련된 기판 안치부(210)와, 챔버 몸체부(200)를 덮어 반응 공간을 밀봉하는 전극 리드(220)와, 상기 전극 리드(220)와 상기 기판 안치부(210) 사이 공간에 마련된 가스 분사 수단(230)과, 상기 가스 분사 수단(230)과 전극 리드(220) 사이 공간에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부(240)를 구비한다. 그리고, 상기 전극 리드(220)에 RF전원을 인가하는 RF 전원 공급부(260)와, 전극 리드(220)와 RF 전원 공급부(260) 사이에 마련된 임피던스 매칭 회로부(270)를 더 구비한다.
본 실시예에서는 챔버 몸체부(200)는 상부가 개방되고, 그 내부가 비어 있는 통 형상으로 제작된다. 상기 내부 공간은 반응 공간으로 사용된다. 그리고, 전극 리드(220)를 통해 챔버 몸체부(200)의 상부를 덮음으로써 내부 공간 즉, 반응 공간을 밀봉할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 챔버 리드와 전극부가 일체화된 전극 리드(220)를 사용한다. 이때, 상기 전극 리드(220)에는 RF 전원 공급부(260)의 RF 전원이 임피던스 매칭 회로부(270)을 통해 제공된다. 그리고, 챔버 몸체부(200)는 접지 전원이 접속된다. 이와 같이 전극 리드(220)와 챔버 몸체부(200)는 각기 다른 레벨의 전원을 인가받는다. 따라서, 상기 챔버 몸체부(200)와 전극 리드(220) 사이에는 절연부(250)가 마련되는 것이 효과적이다. 이때, 절연부(250)는 전기적인 절연 특성이 우수한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
물론 이에 한정되지 않고, 상기 전극 리드(220) 대신 챔버 리드를 사용하고, 챔버 리드의 하부면에 전극판을 배치하여 전극 리드(220)를 사용할 수 있다. 이때, 챔버 리드와 전극판은 절연체에 의해 전기적으로 절연되어 있는 것이 가능하다.
상술한 전극 리드(220)는 챔버 몸체부(200)와 착탈 가능하도록 결합되어 있다.
상술한 가스 분사 수단(230)의 몸체(231)는 판 형상으로 마련되어 상기 챔버 몸체부(200)에 접속된다. 이를 통해 가스 분사 수단(230)은 챔버 몸체부(200)에 제공된 접지 전원을 인가받는다.
상술한 바와 같이 본 발명은 챔버 상측 영역에 마련된 전극부 하측에 복수의 관통홀을 갖는 두꺼운 두께의 가스 분사 수단을 위치시켜 플라즈마 발생 공간을 형성하고, 상기 가스 분사 수단을 가열시켜 플라즈마 발생 공간에서의 공정 가스를 충분히 분해시킬 수 있어 분해된 공정 가스 이온의 재결합을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 챔버 상측 영역에 위치한 가열 수단을 통해 기판을 가열하여 기판 상부 표면의 온도가 하부 표면의 온도보다 높게 하여 기판의 열적 손상을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 가스 분사 수단 상측에 공정 가스를 균일하게 분사하기 위한 배플을 마련하여 플라즈마 발생 공간에 공정 가스를 균일하게 분사시킬 수 있 다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (17)

  1. 챔버;
    챔버 하측 영역에 마련된 기판 안치부;
    챔버 상측 영역에 마련된 전극부;
    복수의 관통홀을 갖는 몸체와, 상기 몸체를 가열시키는 가열 수단을 구비하고, 상기 전극부 하측에 마련된 가스 분사 수단; 및
    상기 전극부와 상기 가스 분사 수단 사이 영역에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는 1mm 내지 100mm 두께로 제작되고, 상기 관통홀의 최대 직경은 1mm 에서 10cm인 것이 박막 증착 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통홀은 원형 또는 슬릿 형상인 박막 증착 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 수단은 적어도 하나의 열선을 포함하고, 상기 열선이 상기 몸체 내에 마련된 전기 히터를 사용하는 박막 증착 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열선이 직선, 곡선 또는 사선 형상으로 마련된 박막 증착 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 분사 수단에 접지 전원이 인가되는 박막 증착 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극부는,
    상기 챔버 상측 영역에 마련된 전극과,
    RF 전원을 공급하는 RF 전원 공급부와, 상기 RF 전원 공급부와 상기 전극 사이에 마련된 임피던스 매칭 회로부를 구비하는 박막 증착 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극부와 상기 가스 분사 수단 사이에 마련된 절연부재를 더 구비하는 박막 증착 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정 가스 공급부는 상기 전극부 내측에 마련된 배플과, 상기 배플에 공정 가스를 분사하는 가스 저장부를 포함하는 박막 증착 장치.
  10. 반응 공간을 갖는 챔버 몸체부;
    상기 챔버 몸체부 내에 마련된 기판 안치부;
    상기 챔버 몸체부를 덮어 반응 공간을 밀봉하는 전극 리드;
    복수의 관통홀을 갖는 몸체와, 상기 몸체를 가열시키는 가열 수단을 구비하며, 상기 전극 리드와 상기 기판 안치부 사이에 마련된 가스 분사 수단; 및
    상기 가스 분사 수단과 상기 전극 리드 사이 공간에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스 분사 수단은 1mm 내지 100mm 두께의 몸체와, 상기 몸체에 마련된 최대 직경이 1mm 에서 10cm인 복수의 관통홀을 갖는 박막 증착 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전극 리드와 상기 챔버 몸체부 사이에 마련된 절연부를 더 구비하는 박막 증착 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 가열 수단은 적어도 하나의 열선을 포함하고, 상기 열선이 상기 몸체 내에 마련된 전기 히터를 사용하는 박막 증착 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 챔버 몸체부에 접지 전원이 인가되고,
    상기 가스 분사 수단은 상기 챔버 몸체부에 접속된 박막 증착 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 전극 리드에 RF 전원을 인가하는 RF 전원부와,
    상기 RF 전원부와 상기 전극 리드 사이에 마련된 임피던스 매칭 회로부를 더 구비하는 박막 증착 장치.
  16. 반응 공간과 플라즈마 발생 공간을 갖는 챔버의 반응 공간에 촉매 금속이 마련된 기판을 인입시키는 단계;
    플라즈마 전원을 전극에 인가하여 전극과 메쉬 형상의 가스 분사 수단 사이에 마련된 상기 플라즈마 발생 공간에 플라즈마를 발생시키는 단계;
    상기 가스 분사 수단을 가열시키는 단계;
    상기 플라즈마가 발생된 플라즈마 발생 공간에 CH 계열의 가스를 분사하는 단계; 및
    상기 가스 분사 수단의 관통홀을 통해 분해된 CH 계열의 이온을 상기 기판에 제공하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 촉매 금속으로 Ni, Co, Fe 및 이들의 합금 금속 중 적어도 하나를 사용하는 박막 증착 방법.
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