KR20110114416A - 박막 증착 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 분사 유닛 및 이를 이용한 박막 증착 장치 및 방법을 개시한다. 가스 분사 유닛은 반응 가스가 유입되는 내부관; 내부관을 감싸며, 내부관 내의 반응 가스를 냉각하는 냉각 유체가 흐르는 외부관; 그리고 내부관 내의 반응 가스를 외부관의 외부로 분사하는 분사관들을 포함한다.
Description
본 발명은 가스 분사 유닛 및 이를 이용한 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 가스를 분사하는 가스 분사 유닛과, 이를 이용하여 박막을 증착하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에 있어서, 다양한 종류의 고품질의 막을 형성시키기 위해 금속 유기 화합물을 이용하는 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD) 방법이 많이 개발되고 있다. 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD) 방법은, 액체 상태의 금속 유기 화합물을 기화시킨 후에, 생성된 금속 유기 화합물 증기 및 이와 반응하는 수소 화합물의 가스를 증착하고자 하는 기판에 공급하고 고온에 접촉시킴으로써, 가스 열분해 반응에 의해 기판상에 금속 박막을 증착하는 공정이다.
그런데, 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD) 공정에 있어서, 반응 가스들을 분사하는 가스 분사 부재가 고온의 열에 노출되면, 반응 가스가 기판에 공급되기 전에 고온의 열에 의해 의도하지 않은 반응이 일어나고, 가스 분사 부재에 기생적인 증착(Parasitic Deposition)이 발생한다. 이 때문에, 반응 가스가 기판에 균일하게 공급되지 못하여 증착되는 금속 박막의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 향상된 품질의 금속 박막을 증착할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법과, 이에 사용되는 가스 분사 유닛을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 장치는 처리실; 상기 처리실 내에 배치되며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 그리고 상기 처리실 내에서 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되는 가스 분사 유닛을 포함한다. 상기 가스 분사 유닛은 반응 가스가 유입되는 내부관; 상기 내부관을 감싸며, 상기 내부관 내의 반응 가스를 냉각하는 냉각 유체가 흐르는 외부관; 및 상기 내부관 내의 반응 가스를 상기 외부관의 외부로 분사하는 분사관들을 포함한다. 상기 가스 분사 유닛은 상기 내부관 및 상기 외부관의 길이 방향이 상하 방향을 향하도록 배치되고, 상기 분사관은 상기 외부관의 측방향으로 가스를 분사하도록 제공된다.
또한, 상기 분사관의 길이 방향은 상기 외부관의 길이 방향과 수직하게 제공될 수 있다.
또한, 상기 분사관의 길이 방향은 상기 기판 지지 유닛에 지지된 기판과 평행하게 제공될 수 있다.
또한, 상기 기판 지지 유닛은 판 형상을 가지고, 기판 홀더를 수용하는 복수 개의 제 1 홈들이 상면의 가장자리 영역에 원주 방향을 따라가며 형성된 지지판; 및 상기 지지판을 회전시키는 회전 구동 부재를 포함하고, 상기 가스 분사 유닛은 상기 지지판의 중심 영역의 상부에 배치될 수 있다.
상기 지지판의 상면 중심 영역에는 제 2 홈이 형성되고, 상기 외부관의 하단이 상기 제 2 홈의 바닥면으로부터 이격 배치되도록 상기 외부관이 상기 제 2 홈에 삽입될 수 있다.
상기 분사관들 중 일부는 서로 상이한 높이에 제공될 수 있다.
상기 분사관들은 복수 개의 그룹으로 나뉘고, 동일한 그룹에 속하는 상기 분사관들은 상기 내부관의 동일한 높이에 원주 방향을 따라 제공되고, 다른 그룹에 속하는 상기 분사관들은 상기 내부관의 서로 상이한 높이에 원주 방향을 따라 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 상에 박막을 증착하는 방법을 제공한다. 상기 방법은
처리실 내에 기판을 로딩하는 것; 그리고 상기 기판에 반응 가스를 분사하는 것을 포함한다. 상기 반응 가스는 가스 분사 유닛의 내부관으로 유입되고, 상기 내부관을 감싸는 외부관 내에서 흐르는 냉각 유체에 의해 냉각된 후 상기 내부관과 상기 외부관을 연결하는 분사관들을 통해 상기 기판에 분사되고, 상기 내부관 및 상기 외부관은 그 길이 방향이 상기 기판에 수직하게 제공되고, 상기 분사관들은 상기 기판에 평행한 방향으로 상기 반응 가스를 분사한다.
상기 기판은 복수 개가 상기 외부관의 둘레를 따라 링을 이루는 배치를 가지도록 상기 처리실 내로 로딩될 수 있다.
상기 분사관들 중 일부는 서로 상이한 높이에서 반응 가스를 분사할 수 있다.
상기 기판은 상기 외부관의 하단보다 낮은 높이에 위치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 가스 분사 유닛의 내부관 내의 반응 가스들을 반응 온도 이하로 냉각하여, 반응 가스들의 의도되지 않은 반응을 사전에 방지할 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면, 증착되는 금속 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛의 평면도이다.
도 3은 도 1의 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 4는 가스 분사 유닛의 일부를 절개한 사시도이다.
도 5는 가스 분사 유닛의 평단면도이다.
도 6은 도 3의 가스 분사 유닛의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛의 다른 배치 구조를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 3의 가스 분사 유닛의 또 다른 실시 예들을 보여주는 도면들이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛의 평면도이다.
도 3은 도 1의 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 4는 가스 분사 유닛의 일부를 절개한 사시도이다.
도 5는 가스 분사 유닛의 평단면도이다.
도 6은 도 3의 가스 분사 유닛의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛의 다른 배치 구조를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 3의 가스 분사 유닛의 또 다른 실시 예들을 보여주는 도면들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 분사 유닛 및 이를 이용한 박막 증착 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 장치(10)를 보여주는 도면이다.
박막 증착 장치(10)는, 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD) 방법, 즉 금속 유기 화합물과 수소 화합물의 가스 열분해 반응을 이용하여 기판상에 박막을 증착한다. 박막 증착 공정에 사용되는 기판은, 예를 들어 LED의 제조 공정 중 에피(Epi) 웨이퍼의 제조에 사용되는 사파이어(Sapphire, Al2O3) 및 실리콘카바이드(SiC) 기판, 또는 반도체 집적 회로(IC)의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 등일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 장치(10)는 처리실(100), 배기 유닛(200), 기판 지지 유닛(300), 가열 유닛(400), 그리고 가스 분사 유닛(500)을 포함한다.
처리실(100)은 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD) 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 처리실(100)은 상부벽(102), 상부벽(102)의 가장자리로부터 아래 방향으로 연장된 측벽(104), 그리고 측벽(104)의 하단에 결합된 하부벽(106)을 가진다. 상부벽(102)과 하부벽(106)은 원판 형상으로 제공될 수 있다. 처리실(100)의 측벽(104)에는 기판(S)이 반입/반출되는 통로(105)가 형성된다. 통로(105)의 입구 측에는 통로(105)를 개폐하는 도어(110)가 설치된다. 도어(110)는 구동기(112)에 결합되며, 도어(110)는 구동기(112)의 작동에 의해 통로(103)의 길이 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 통로(103)의 입구를 개폐한다.
배기 유닛(200)은 배기 라인(210), 배기 부재(220), 그리고 밸브(230)를 포함한다. 배기 라인(210)의 일단은 처리실(100)의 하부벽(106)에 형성된 배기 홀(107)에 연결되고, 배기 라인(210)의 타단에는 배기 부재(220)가 연결된다. 배기 부재(220)는 처리실(100)의 내부에 음압을 작용시키는 펌프일 수 있다. 배기 부재(220)가 처리실(100) 내에 음압을 작용시키면, 처리실(100) 내부의 불필요한 반응 생성물 및 캐리어 가스가 배기되고, 이를 통해 처리실(100) 내부의 압력이 공정 압력으로 유지될 수 있다. 처리실(100) 내의 공정 압력은, 예를 들어, 수 Torr의 저 진공으로부터 760 Torr의 대기압에 이르는 다양한 범위의 압력일 수 있다. 밸브(230)는 배기 홀(107)과 배기 부재(220) 사이의 배기 라인(210) 상에 배치되고, 배기 라인(210)의 내부 공간을 통한 반응 생성물 및 캐리어 가스의 흐름을 개폐한다.
도 2는 도 1의 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛의 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 지지 유닛(300)은 처리실(100)의 내부에 배치되고, 기판(S)을 지지한다. 기판 지지 유닛(300)은 지지판(310)과, 회전 구동 부재(330)를 포함한다.
지지판(310)은 원판 형상을 가질 수 있다. 지지판(310)은 전기적 전도성이 우수한 흑연 재질로 제공될 수 있다. 지지판(320) 상면의 가장자리 영역에는 원주 방향을 따라 복수 개의 제 1 홈들(312)이 형성된다. 제 1 홈들(312)은 원 모양의 평면을 가지도록 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 제 1 홈들(312)이 6개 제공된 경우를 예로 들어 설명하지만, 제 1 홈들(312)은 이보다 많거나 적은 수가 제공될 수도 있다. 각각의 제 1 홈들(312)의 중심은 지지판(320)의 중심을 기준으로 동일 원주 상에 위치할 수 있다.
각각의 제 1 홈들(312)에는 기판(S)을 수용하는 기판 홀더(320)가 삽입 배치된다. 기판 홀더(320)는 상부가 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 기판 홀더(320)는 전기적 전도성이 우수한 흑연 재질로 제공될 수 있다. 기판 홀더(320)의 측벽의 외경은, 기판 홀더(320)와 제 1 홈(312) 사이에 틈이 제공되도록, 제 1 홈(312)의 지름보다 작다. 그리고, 기판 홀더(320)의 측벽의 내경은 기판(S)의 지름보다 크다. 기판 홀더(320)는 가스 베어링의 원리에 의해 자기 중심축을 중심으로 회전되고, 기판 홀더(320)의 회전에 의해 기판(S)이 회전된다. 제 1 홈(312)의 바닥 면에는 나선 형상의 홈들(313)이 제공되고, 나선 형상의 홈들(313)에는 도시되지 않은 가스 공급 부재로부터 가스가 공급된다. 공급 가스는 나선 형상의 홈들(313)을 따라 흐르면서 기판 홀더(320)의 하면에 회전력을 제공하고, 기판 홀더(320)와 제 1 홈(312) 사이의 공간을 통해 배기된다.
회전 구동 부재(330)는 지지판(310)을 회전시킨다. 회전 구동 부재(330)는 구동축(332)과 구동기(334)를 포함한다. 구동축(332)은 처리실(100)의 하부벽(106)을 관통하여 삽입 설치될 수 있으며, 베어링(333)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 구동축(332)의 상단은 지지판(310)의 하면에 연결되고, 구동축(332)의 하단은 구동기(334)에 연결된다. 구동축(332)은 구동기(334)에 의해 발생된 구동력을 지지판(310)에 전달한다. 구동기(334)는 지지판(310)을 회전시키기 위한 회전 구동력을 제공할 수 있으며, 또한 지지판(310)을 상승 및 하강시키기 위한 직선 구동력을 제공할 수도 있다. 이와 달리, 구동축(332)과 구동기(334)는 처리실(100)의 내부에 위치하도록 제공될 수도 있다.
가열 유닛(400)은 지지판(310)의 아래에 배치될 수 있으며, 지지판(310)에 의해 지지된 기판(S)을 가열한다. 가열 유닛(400)으로는, 예를 들어 RF 코일과 같은 고주파 가열 수단이 사용될 수 있다. RF 코일은 동일 수평면상에서 구동축(332)을 감싸도록 배치될 수 있다. RF 코일에 전력이 공급되면, 지지판(310)은 RF 코일에 의해 유도 가열되고, 지지판(310)의 열이 기판 홀더(320)를 통해 기판(S)으로 전달됨으로써, 기판이 공정 온도로 가열된다.
가스 분사 유닛(500)은 지지판(310)의 중심 영역의 상부에 이격 배치되고, 지지판(310)에 의해 지지된 기판들(S)로 반응 가스들, 즉 금속 유기 화합물 가스 및 이와 반응하는 수소 화합물의 가스를 분사한다. 금속 유기 화합물은 알루미늄, 갈륨 또는 인듐 화합물일 수 있으며, 수소 화합물은 아르센(Arsene), 포스핀(Phosphine) 또는 암모니아(Ammonia)일 수 있다. 금속 유기 화합물 및 수소 화합물은 기체 상태로 캐리어 가스와 함께 가스 분사 유닛(500)으로 공급된다. 캐리어 가스로는 수소 또는 질소 등이 사용될 수 있다.
도 3은 도 1의 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛을 확대하여 보여주는 도면이고, 도 4는 가스 분사 유닛의 일부를 절개한 사시도이며, 도 5는 가스 분사 유닛의 평단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 가스 분사 유닛(500)은 길이 방향이 상하 방향을 향하도록 정렬되고, 지지판(310)의 중심 영역 상부에 배치된다. 가스 분사 유닛(500)은 반응 가스가 유입되는 내부관(520), 내부관(520)을 감싸며 내부관(520) 내의 반응 가스를 냉각하는 냉각 유체가 흐르는 외부관(540), 그리고 내부관(520) 내의 반응 가스를 외부관(540)의 외부로 분사하는 분사관들(560)을 포함한다.
종래에는, 반응 가스들을 분사하는 가스 분사 부재가 기판에 가해지는 고온의 열에 노출되어, 반응 가스들이 기판에 공급되기 전에 고온의 열에 의해 의도하지 않은 반응이 일어나고, 이로 인해 가스 분사 부재에 기생적인 증착(Parasitic Deposition)이 발생하는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분사 유닛(500)은 외부관(540)이 내부관(520)을 감싸도록 배치되고, 내부관(520)으로 공급되는 반응 가스가 외부관(540)을 통해 흐르는 냉각 유체에 의해 냉각되는 구성을 가지므로, 상기와 같은 종래의 문제점을 극복할 수 있다.
내부관(520)은 속이 빈 원통 형상을 가질 수 있다. 즉, 내부관(520)은 원판 형상의 상부벽(521), 상부벽(521)으로부터 아래 방향으로 연장된 측벽(522), 그리고 측벽(522)의 하단에 결합되는 원판 형상의 하부벽(523)을 포함할 수 있다. 상부 벽(521)에는 제 1 가스 유입 포트(524)와 제 2 가스 유입 포트(525)가 제공된다. 제 1 가스 유입 포트(524)에는 금속 유기 화합물의 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인(526)이 연결되고, 제 1 가스 공급 라인(526)의 타단에는 금속 유기 화합물의 가스 공급원(527)이 연결된다. 제 2 가스 유입 포트(525)에는 수소 화합물의 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 라인(528)이 연결되고, 제 2 가스 공급 라인(528)의 타단에는 수소 화합물의 가스 공급원(529)이 연결된다. 제 1 가스 공급 라인(526)을 통해 공급되는 금속 유기 화합물의 가스와, 제 2 가스 공급 라인(528)을 통해 공급되는 수소 화합물의 가스는 내부관(520) 내에서 서로 혼합된다.
외부관(540)은 내부관(520)을 감싸며, 외부관(540) 내에는 내부관(520) 내의 반응 가스를 냉각하는 냉각 유체가 흐른다. 외부관(540)은 속이 빈 원통 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 외부관(540)은 환형의 상부벽(541), 상부벽(541)의 가장자리로부터 아래 방향으로 연장된 측벽(542), 그리고 측벽(542)의 하단에 결합된 원판 형상의 하부벽(543)을 가질 수 있다. 상부벽(541)의 내주면은 내부관(520)의 상부벽(521) 가장자리에 결합되고, 측벽(542)과 하부벽(543)은 내부관(520)의 측벽(522)과 하부벽(523)으로부터 이격되도록 제공된다.
외부관(540)의 상부벽(541)의 일 측에는 냉각 유체 유입 포트(544)가 제공되고, 냉각 유체 유입 포트(544)에는 냉각 유체 공급관(545)이 연결된다. 외부관(540)의 상부벽(541)의 타 측에는 냉각 유체 유출 포트(546)가 제공되고, 냉각 유체 유출 포트(546)에는 냉각 유체 회수관(547)이 연결된다. 그리고, 냉각 유체 공급관(545) 및 냉각 유체 회수관(547)의 단부는 온도 조절부(548)에 연결된다. 온도 조절부(548)에서 온도가 조절된 냉각 유체는 냉각 유체 공급관(545) 및 냉각 유체 유입 포트(544)를 통해 외부관(540)로 공급된다. 냉각 유체는 내부관(520)과 외부관(540) 사이의 공간을 통해 흐르면서, 내부관(520) 내로 제공되는 반응 가스들을 냉각한다. 이후, 냉각 유체는 냉각 유체 유출 포트(546) 및 냉각 유체 회수관(547)을 통해 온도 조절부(548)로 회수된다. 회수된 냉각 유체는 다시 온도가 조절된 상태로 외부관(540)에 공급된다. 냉각 유체로는 냉각수 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
내부관(520)과 외부관(540) 사이의 공간에는 분리판들(550a,550b)이 제공된다. 분리판들(550a,550b)은 외부관(540)와 내부관(520) 사이의 환형의 공간을 냉각 유체 유입 포트(544)에 유체 연통되는 제 1 영역(A1)과 냉각 유체 유출 포트(546)에 유체 연통되는 제 2 영역(A2)으로 구획하도록, 외부관(540)의 상부벽(541)으로부터 아래 방향으로 길게 연장된다. 제 1 영역(A1)과 제 2 영역(A2)은 내부관(520)의 하부벽(523)과 외부관(540)의 하부벽(543) 사이의 제 3 영역(A3)을 통해 유체 연통된다.
분사관들(560)은 내부관(520)과 외부관(540)을 연결하여, 내부관(520) 내의 반응 가스를 외부관(540)의 외부로 분사한다. 분사관들(560)은 내부관(520)의 원주 방향을 따라 복수 개가 제공될 수 있다. 예를 들면, 분사관들(560)은 제 1 그룹의 분사관들(562), 제 2 그룹의 분사관들(564), 그리고 제 3 그룹의 분사관들(566)을 포함할 수 있다. 제 1 그룹의 분사관들(562)은 내부관(520)의 측벽(522)의 하단에 인접한 제 1 높이에서 내부관(520)의 원주 방향을 따라 복수 개가 제공될 수 있다. 제 2 그룹의 분사관들(564)은 제 1 높이보다 높은 제 2 높이에서 내부관(520)의 원주 방향을 따라 복수 개가 제공될 수 있다. 제 3 그룹의 분사관들(566)은 제 2 높이보다 높은 제 3 높이에서 내부관(520)의 원주 방향을 따라 복수 개가 제공될 수 있다.
제 1 내지 제 3 그룹의 분사관들(562, 564, 566)은 내부관(520)의 길이 방향을 따라 동일한 간격을 이루도록 제공될 수 있다. 이와 달리, 제 1 내지 제 3 그룹의 분사관들(562, 564, 566)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 내부관(520)의 길이 방향을 따라 상이한 간격(D2 > D1)을 이루도록 제공될 수 있다. 제 1 그룹의 분사관들(562)은 지지판(310)에 인접한 영역으로 반응 가스를 분사하고, 제 3 그룹의 분사관들(566)은 처리실(도 1의 도면 번호 100)의 상부벽(102)에 인접한 영역으로 반응 가스를 분사한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 박막 증착 장치를 이용하여 기판(S)상에 금속 막을 증착하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
어느 하나의 기판 홀더(320)에 기판(S)이 로딩된 후, 지지판(310)이 회전하면서 순차적으로 다른 기판 홀더들(320)에 기판(S)이 로딩된다. 기판(S)의 로딩이 완료되면, 지지판(310)은 자기 중심 축을 중심으로 회전하고, 기판들(S)은 기판 홀더(320)가 가스 베어링에 의해 자기 중심축을 중심으로 회전하는 것에 의해 회전된다. 그리고, 가열 유닛(400)이 지지판(310)을 가열하고, 지지판(310)의 열이 기판 홀더(320)를 통해 기판(S)으로 전달됨으로써, 기판(S)이 공정 온도로 가열된다.
이후, 금속 유기 화합물의 가스가 제 1 가스 유입 포트(524)를 통해 내부관(520)으로 유입되고, 수소 화합물의 가스가 제 2 가스 유입 포트(525)를 통해 낸부관(520)으로 유입된다. 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스는 내부관(520) 내에서 서로 혼합된다.
이때, 외부관(540)에는 내부관(520) 내의 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스를 냉각하는 냉각 유체가 흐른다. 냉각 유체의 온도는 온도 조절부(548)에서 조절되고, 온도가 조절된 냉각 유체는 냉각 유체 공급관(545), 냉각 유체 유입 포트(544), 외부관(540), 냉각 유체 유출 포트(546), 그리고 냉각 유체 회수관(547)을 통해 지속적으로 순환된다. 내부관(520) 내의 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스가 냉각 유체에 의해 냉각되므로, 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스가 기판(S)으로 분사되기 전에 반응하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스는 내부관(520)에서 혼합 및 냉각된 후, 내부관(520)과 외부관(540)을 연결하는 분사관들(560)을 통해 기판(S)으로 분사된다. 분사관들(560)이 내부관(520)의 원주 방향을 따라 제공되므로, 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스는 지지판(310)상에 원주 방향으로 로딩된 기판들(S)에 균일하게 분사될 수 있다. 기판들(S)로 분사된 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스는 기판들(S)에 가해진 고온의 열에 의해 분해 되면서 기판들(S)상에 금속 박막을 증착한다.
이하에서는 기판 지지 유닛과 가스 분사 유닛의 다른 예들에 대해 설명한다.
도 7은 가스 분사 유닛과 기판 지지 유닛의 다른 배치 구조를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 지지판(310)의 상면 중심 영역에는 제 2 홈(314)이 형성되고, 가스 분사 유닛(500)의 외부관(540)이 제 2 홈(314)의 바닥면으로부터 이격 배치되도록 제 2 홈(314)에 삽입된다. 이러한 구성에 의해, 분사관들(560)과 지지판(310) 간의 상하 방향 거리가 단축되므로, 분사관들(560)이 기판들(S)상에 보다 균일하게 반응 가스들을 분사하여 고품질의 금속막을 증착할 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 3의 가스 분사 유닛의 다른 실시 예들을 보여주는 도면들이다. 도 8 및 도 9에서는 도 3과 동일한 구성 요소에 대해 동일한 도면 번호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다. 다만, 이하에서는 도 3의 가스 분사 유닛과의 차이점에 대해서만 설명한다.
도 8을 참조하면, 내부관(520)에는 하나의 가스 유입 포트(524')가 제공된다. 가스 유입 포트(524')에는 메인 가스 공급관(526')이 연결되고, 메인 가스 공급관(526')은 제 1 분기관(526'-1)과 제 2 분기관(526'-2)으로 분기된다. 제 1 분기관(526'-1)에는 금속 유기 화합물의 가스를 공급하는 제 1 가스 공급원(527'-1)이 연결되고, 제 2 분기관(526'-2)에는 수소 화합물의 가스를 공급하는 제 2 가스 공급원(527'-2)이 연결된다. 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스는 메인 가스 공급관(526')에서 혼합된 후, 내부관(520)의 가스 유입 포트(524')로 공급된다.
도 9를 참조하면, 내부관(520')은 제 1 내부관(520'a), 그리고 제 1 내부관(520'a)을 감싸는 제 2 내부관(520'b)을 포함한다. 제 1 내부관(520'a)에는 제 2 가스 유입 포트(525)가 제공되고, 제 2 가스 유입 포트(525)를 통해 제 1 내부관(520'a) 내로 수소 화합물의 가스가 공급된다. 제 2 내부관(520'b)에는 제 1 가스 유입 포트(524)가 제공되고, 제 1 가스 유입 포트(524)를 통해 제 2 내부관(520'b) 내로 금속 유기 화합물의 가스가 공급된다. 금속 유기 화합물의 가스와 수소 화합물의 가스는 독립된 공간을 가지는 제 1 내부관(520'a) 또는 제 2 내부관(520'b)으로 공급되므로, 서로 혼합되지 않은 상태로 유지된다. 제 1 분사관들(563)은 제 1 내부관(520'a)과 외부관(540)을 연결하여, 제 1 내부관(520'a) 내의 수소 화합물의 가스를 외부관(540)의 외부로 분사한다. 제 2 분사관들(565)은 제 2 내부관(520'b)과 외부관(540)을 연결하여, 제 2 내부관(520'b) 내의 금속 유기 화합물의 가스를 외부관(540)의 외부로 분사한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 처리실 200: 배기 유닛
300: 기판 지지 유닛 400: 가열 유닛
500: 가스 분사 유닛 520: 내부관
540: 외부관 560: 분사관
300: 기판 지지 유닛 400: 가열 유닛
500: 가스 분사 유닛 520: 내부관
540: 외부관 560: 분사관
Claims (11)
- 처리실;
상기 처리실 내에 배치되며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 그리고
상기 처리실 내에서 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되는 가스 분사 유닛을 포함하되,
상기 가스 분사 유닛은,
반응 가스가 유입되는 내부관;
상기 내부관을 감싸며, 상기 내부관 내의 반응 가스를 냉각하는 냉각 유체가 흐르는 외부관; 및
상기 내부관 내의 반응 가스를 상기 외부관의 외부로 분사하는 분사관들을 포함하되,
상기 가스 분사 유닛은 상기 내부관 및 상기 외부관의 길이 방향이 상하 방향을 향하도록 배치되고,
상기 분사관은 상기 외부관의 측방향으로 가스를 분사하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 분사관의 길이 방향은 상기 외부관의 길이 방향과 수직한 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 분사관의 길이 방향은 상기 기판 지지 유닛에 지지된 기판과 평행하게 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지 유닛은,
판 형상을 가지고, 기판 홀더를 수용하는 복수 개의 제 1 홈들이 상면의 가장자리 영역에 원주 방향을 따라가며 형성된 지지판; 및
상기 지지판을 회전시키는 회전 구동 부재를 포함하고,
상기 가스 분사 유닛은 상기 지지판의 중심 영역의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 지지판의 상면 중심 영역에는 제 2 홈이 형성되고,
상기 외부관의 하단이 상기 제 2 홈의 바닥면으로부터 이격 배치되도록 상기 외부관이 상기 제 2 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 분사관들 중 일부는 서로 상이한 높이에 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 분사관들은 복수 개의 그룹으로 나뉘고,
동일한 그룹에 속하는 상기 분사관들은 상기 내부관의 동일한 높이에 원주 방향을 따라 제공되고,
다른 그룹에 속하는 상기 분사관들은 상기 내부관의 서로 상이한 높이에 원주 방향을 따라 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. - 처리실 내에 기판을 로딩하는 것; 그리고
상기 기판에 반응 가스를 분사하는 것을 포함하되,
상기 반응 가스는 가스 분사 유닛의 내부관으로 유입되고, 상기 내부관을 감싸는 외부관 내에서 흐르는 냉각 유체에 의해 냉각된 후 상기 내부관과 상기 외부관을 연결하는 분사관들을 통해 상기 기판에 분사되고,
상기 내부관 및 상기 외부관은 그 길이 방향이 상기 기판에 수직하게 제공되고,
상기 분사관들은 상기 기판에 평행한 방향으로 상기 반응 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 기판은 복수 개가 상기 외부관의 둘레를 따라 링을 이루는 배치를 가지도록 상기 처리실 내로 로딩되는 박막 증착 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 분사관들 중 일부는 서로 상이한 높이에서 반응 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 기판은 상기 외부관의 하단보다 낮은 높이에 위치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
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