KR20140134391A - 가스 분사기 및 이를 포함하는 박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

처리 시간을 단축시키고, 균일한 박막을 형성할 수 있는 가스 분사기 및 이를 포함하는 박막 증착 장치가 개시된다. 이러한 가스 분사기는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다. 상기 상부 플레이트는, 다수의 제1 가스 주입구를 포함한다. 상기 하부 플레이트는, 상기 상부 플레이트와 결합되어 내부에 확산공간을 형성하며, 상기 다수의 제1 가스 주입구를 통해서 주입되어 상기 확산 공간에 존재하는 가스를 분사하기 위한 다수의 제1 가스 분사홀을 포함한다. 이때, 상기 다수의 제1 가스 주입구는 서로 대칭적으로 배열될 수 있다.

Description

가스 분사기 및 이를 포함하는 박막 증착 장치{GAS SPRAYER AND THIN FILM DEPOSITING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 가스 분사기 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 또는 평판 디스플레이의 제조에 사용되는 가스 분사기 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 박막은 반도체 소자의 유전체, 액정 표시 장치의 투명한 도전체 및 전자 발광 박막 표시 소자의 보호층 등에 사용된다. 또한, 이러한 박막을 형성하기 위한 박막 증착 방법으로서, CVD(Chemical Vapor Deposition), ALE(Atomic Layer Epitaxy), ALD(Atomic Layer Deposition)등 여러 가지가 사용되어지고 있다.
이러한 박막을 증착하기 위해서, 일반적으로 챔버 내에 기판 지지대 및 가스 분사기를 배치하고, 가스 분사기를 통해서 기판 지지대 상부의 피처리 기판을 향해 가스를 분사함으로써 박막을 증착하게 된다.
그런데, 평판 디스플레이 등의 크기가 점차로 증가함에 따라서, 가스 분사기를 통해서 분사되는 가스가 균일하지 않아서, 불량이 발생되고 있어, 가스를 균일하게 분사할 수 있는 박막 증착 장치가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 가스 분사기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 이러한 가스 분사기를 포함하는 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 가스 분사기는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다. 상기 상부 플레이트는, 다수의 제1 가스 주입구를 포함한다. 상기 하부 플레이트는, 상기 상부 플레이트와 결합되어 내부에 확산공간을 형성하며, 상기 다수의 제1 가스 주입구를 통해서 주입되어 상기 확산 공간에 존재하는 가스를 분사하기 위한 다수의 제1 가스 분사홀을 포함한다.
바람직하게, 상기 다수의 제1 가스 주입구는 서로 대칭적으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 가스 분사기는, 외부의 가스를 상기 다수의 제1 가스 주입구에 주입하기 위한 제1 파이프 연결 구조체를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제1 입구로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 구조를 갖는다.
또한, 상기 가스 분사기는, 상부 플레이트 상면에 부착되어, 상기 상부 플레이트와 상기 제1 파이프 연결 구조체를 연결하는 제1 연결부재를 더 포함하고, 상기 제1 연결부재는, 복수의 제1 가스 주입구를 하나의 제1 파이프 연결 구조체의 제1 출구와 연결될 수 있다.
한편, 상기 하부 플레이트는, 확산홀 및 제2 가스 분사홀을 더 포함할 수 있다. 상기 확산홀은, 상기 제1 가스 분사홀 사이에서, 상기 하부 플레이트의 대향하는 양 측면을 가로지른다. 상기 제2 가스 분사홀은, 상기 확산홀에 주입된 가스를 하부로 분사한다.
이때, 상기 상부 플레이트는 다수의 제2 가스 주입구를 포함하고, 상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 확산홀에 연결될 수 있다.
한편, 상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 상부 플레이트의 대향하는 양 측부에, 대칭적으로 형성될 수 있다.
또한, 외부의 가스를 상기 다수의 제2 가스 주입구에 주입하기 위한 제2 파이프 연결 구조체를 더 포함하고, 상기 제2 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제2 입구로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구에 이르는 거리가 동일하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스 분사기는, 상기 상부 플레이트 상면에 부착되어, 상기 상부 플레이트와 상기 제2 파이프 연결 구조체를 연결하는 제2 연결부재를 더 포함하고, 상기 제2 연결부재는, 복수의 제2 가스 주입구를 하나의 제2 파이프 연결 구조체의 제2 출구와 연결될 수 있다.
이러한 과제를 해결하는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 박막 증착 장치는, 챔버, 기판 지지대 및 가스 분사기를 포함한다. 상기 기판 지지대는, 상기 챔버 내에서 피처리 기판을 지지한다. 상기 가스 분사기는, 상기 기판 지지대 상부에서 상기 기판 지지대를 향해서 가스를 분사한다. 상기 가스 분사기는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다. 상기 상부 플레이트는 대칭적으로 배열된 다수의 제1 가스 주입구를 포함한다. 상기 하부 플레이트는, 상기 상부 플레이트와 결합되어, 내부에 확산공간을 형성하며, 상기 다수의 제1 가스 주입구를 통해서 주입되어 상기 확산 공간에 존재하는 가스를 분사하기 위한 다수의 제1 가스 분사홀을 포함한다.
한편, 상기 가스 분사기는, 외부의 가스를 상기 다수의 제1 가스 주입구에 주입하기 위한 제1 파이프 연결 구조체를 더 포함하고, 상기 제1 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제1 입구로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구에 이르는 거리가 동일하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 박막 증착 장치는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 제1 탱크 및 캐리어 가스가 혼합된 제2 탱크를 더 포함하고, 상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크는, 유량을 조절할 수 있는 밸브를 통해서 상기 제1 파이프 연결 구조체의 제1 입구에 연결될 수 있다.
또한, 상기 하부 플레이트는, 상기 제1 가스 분사홀 사이에서, 상기 하부 플레이트의 대향하는 양 측면을 가로지르는 확산홀 및 상기 확산홀에 주입된 가스를 하부로 분사하기 위한 제2 가스 분사홀을 더 포함할 수 있으며, 상기 상부 플레이트는, 다수의 제2 가스 주입구를 포함할 수 있으며, 상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 확산홀에 연결될 수 있다.
또한, 상기 가스 분사기는, 외부의 가스를 상기 다수의 제2 가스 주입구에 주입하기 위한 제2 파이프 연결 구조체를 더 포함하고, 상기 제2 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제2 입구로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구에 이르는 거리가 동일하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 박막 증착 장치는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 제3 탱크 및 캐리어 가스가 혼합된 제4 탱크를 더 포함하고, 상기 제3 탱크 및 상기 제4 탱크는, 유량을 조절할 수 있는 밸브를 통해서 상기 제2 파이프 연결 구조체의 제2 입구에 연결될 수 있다.
또한, 상기 다수의 제1 가스 분사홀들 중 일부와 연결되는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제1 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제2 탱크와, 상기 다수의 제1 가스 분사홀들 중 나머지와 연결되는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제3 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제4 탱크, 상기 다수의 제2 가스 분사홀들 중 일부와 연결되는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제5 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제6 탱크와, 상기 다수의 제2 가스 분사홀들 중 나머지와 연결되는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제7 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제8 탱크 중에서, 제1 내지 제4 탱크 그룹, 및 제5 내지 제8 탱크 그룹 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 예시적인 실시예에 의한 가스 분사기 및 박막 증착 장치에 의하면, 대면적 기판에 적용시, 가스가 균일하게 분배되기 위한 보조확산공간 등의 복잡한 가공 없이, 분산된 다수의 가스 주입구를 통해서 확산공간 내에 가스를 주입함으로써, 가스가 확산공간 내에서 확산되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 가스의 주입량이 많지 않은 경우에도 대면적 기판에 상대적으로 균일한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 다수의 제1 가스 주입구는 서로 대칭적으로 배열하고, 외부의 가스가 주입되는 제1 입구로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 구조를 갖는 제1 파이프 연결 구조체를 통해서 상기 제1 가스 주입구에 가스를 주입하는 경우, 상기 제1 입구로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구에 이르는 가스의 이동 경로가 동일하게 되어, 가스가 상기 확산 공간의 다수의 지점에 동일한 시간에 도달하게 되어 더욱 균일한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 하부 플레이트는, 확산홀 및 제2 가스 분사홀을 더 포함하고, 상기 확산홀은, 상기 제1 가스 분사홀 사이에서, 상기 하부 플레이트의 대향하는 양 측면을 가로지르며, 상기 제2 가스 분사홀은, 상기 확산홀에 주입된 가스를 하부로 분사하는 경우, 서로 미리 섞이면 안되는 두 종류의 가스를 각각 제1 가스 분사홀 및 상기 제2 가스 분사홀을 통해서 기판에 분사할 수 있게 된다.
또한, 상기 상부 플레이트는, 다수의 제2 가스 주입구를 포함하고, 상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 확산홀에 연결되는 경우, 상부 플레이트 상부를 통해서, 상기 제1 파이프 구조체와 함께 상기 제2 파이프 구조체를 모두 상부 플레이트 상부로 형성할 수 있게 되어 가스 주입을 위한 배관 구조를 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 제2 가스 주입구는 서로 대칭적으로 배열하고, 외부의 가스가 주입되는 제2 입구로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 구조를 갖는 제2 파이프 연결 구조체를 통해서 상기 제2 가스 주입구에 가스를 주입하는 경우, 상기 제2 입구로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구에 이르는 가스의 이동 경로가 동일하게 되어, 균일한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재를 이용하여, 상기 제1 파이프 연결 구조체 및 상기 제2 파이프 연결구조체를 상기 상부 플레이트에 각각 연결하는 경우, 다수의 가스 주입구를 하나의 파이프 연결구조체의 출구와 연결하게 되어 파이프 연결구조체 형태를 단순하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 파이프 연결 구조체를 상부 플레이트에 용이하게 결합할 수 있다.
또한, 종래의 박막 증착 장치와는 달리, 별도의 캐리어 가스 탱크를 추가적으로 부가하는 경우, 소스 가스의 분사량이 적은 경우라도, 캐리어 가스를 증가시킴으로써 압력을 향상시켜 가스가 가스 분사기 내에서 보다 효율적으로 분산되어 고른 박막형성이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 가스 분사기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 절단선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II' 절단선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1에서 도시된 가스 분사기의 배면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 가스 분사기를 갖는 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 8개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 가스가 분사되는 모습을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 16개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 가스가 분사되는 모습을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 도 6에서 도시된 실시예에 따른 8개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 분사되는 가스에 의해 증착된 박막 두께의 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 도 7에서 도시된 실시예에 따른 16개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 분사되는 가스에 의해 증착된 박막 두께의 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다. 또한, 제1, 제2, 등의 명칭은 구성요소를 서로 구분하기 위한 것일 뿐, 특별한 의미를 갖는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 가스 분사기를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 절단선에 따른 단면도이고, 도 3은 도 1의 II-II' 절단선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1에서 도시된 가스 분사기의 배면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 가스 분사기(100)는, 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)를 포함한다.
상기 상부 플레이트(110)는, 다수의 제1 가스 주입구(111)를 포함한다. 이때, 상기 다수의 제1 가스 주입구(111)는 서로 대칭적으로 배열될 수 있다. 상기 제1 가스 주입구(111)가 대칭적으로 배열되는 경우, 기판 상부에 분사되는 가스를 균일하게 할 수 있으며, 또한 이후 설명될 파이프 연결 구조체들(130, 140)과 보다 효율적으로 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 상부 플레이트(110)는 서스(SUS) 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 하부 플레이트(120)는, 상기 상부 플레이트(110)와 결합되어 내부에 확산공간(GDS)을 형성하며, 상기 다수의 제1 가스 주입구(111)를 통해서 주입되어 상기 확산 공간(GDS)에 존재하는 가스를 분사하기 위한 다수의 제1 가스 분사홀(123)을 포함한다. 예컨대, 상기 다수의 제1 가스 분사홀(123)들은 매트릭스 형상으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 하부 플레이트(120)는 상기 상부 플레이트(110)와 마찬가지로 서스(SUS) 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 하부 플레이트(120)는 제2 스크류(180)를 통해서 상기 상부 플레이트(110)와 결합될 수 있다. 상기 제2 스크류(180)는, 상기 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)의 외곽에서 체결된다.
상기 하부 플레이트(120)는, 제1 스크류(170)를 통해서 서로 결합된 제1 플레이트(121) 및 제2 플레이트(122)의 두 개의 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 제1 플레이트(121)는 상대적으로 큰 지름을 갖는 제1 홀(121a)을 포함하고, 상기 제2 플레이트(122)는 상대적으로 작은 지름을 갖는 제2 홀(122a)을 포함하며, 상기 제1 홀(121a) 및 제2 홀(122a)는 서로 연결되어 상기 제1 가스 분사홀(123)을 형성한다.
이와 같이 지름이 감소하는 상기 제1 가스 분사홀(123)을 통해서 상기 확산공간(GDS)으로부터 하부 플레이트(120) 하부의 반응공간으로 가스가 분사되는 경우, 가스의 분사 유속을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 하부 플레이트(120)가 상기 제1 플레이트(121) 및 제2 플레이트(122)의 2개의 플레이트로 구성하는 경우, 지름이 증가하는 형상의 상기 제1 가스 분사홀(123)의 가공이 용이할 뿐만 아니라, 피처리 기판의 사이즈가 증가되어 하부 플레이트(120)의 사이즈가 증가되는 경우 중앙부의 처짐을 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 하부 플레이트(120)는 본 실시예와는 다르게 하나의 플레이트로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제1 홀(121a) 및 제2 홀(122a)은 동일한 지름으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 가스 분사기(100)는, 외부의 가스를 상기 다수의 제1 가스 주입구(111)에 주입하기 위한 제1 파이프 연결 구조체(130)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 파이프 연결 구조체(130)는, 외부의 가스가 주입되는 제1 입구(131)로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구(111)에 이르는 거리가 동일한 구조를 갖는다.
즉, 상기 제1 파이프 연결 구조체(130)는 외부로부터 가스가 주입되는 제1 입구(131) 및 다수의 제1 출구(132)를 포함하는데, 하나의 제1 입구(131)로부터 다수의 제1 출구(132)에 이르는 거리가 모두 동일하다. 그로 인해서, 상기 제1 입구(131)로 유입된 가스가 다수의 제1 출구(132)에 동일 시각에 이르게 되어 다수의 지점에서 가스 확산 공간(GDS)에 유입되고, 그로 인해서 상대적으로 균일한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 가스 분사기(100)는, 상부 플레이트(110) 상면에 부착되어, 상기 상부 플레이트(110)와 상기 제1 파이프 연결 구조체(130)를 연결하는 제1 연결부재(150)를 더 포함하고, 상기 제1 연결부재(150)는, 복수의 제1 가스 주입구(111)를 하나의 제1 파이프 연결 구조체(130)의 제1 출구(132)와 연결될 수 있다.
이를 위하여, 상기 제1 연결부재(150)는 예컨대, 막대형상을 가질 수 있으며, 막대형상의 가로 방향으로 형성된 제1 가로홀(151) 및 상기 제1 가로홀(151)과 연결된 제1 세로홀(152)을 포함할 수 있다. 상기 제1 가로홀(151)은 상기 제1 파이프 연결 구조체(130)의 제1 출구(132)와 연결되고, 다수의 제1 세로홀(152)는 상기 제1 가로홀(151)과 다수의 제1 가스 주입구(111)를 각각 연결한다.
예컨대, 상기 제1 연결부재(150)는 서스(SUS)를 이용하여 형성될 수 있으며, 스크류를 통해서 상기 상부 플레이트(110)의 상면에 체결될 수 있다.
한편, 피처리 기판에 박막을 형성하는 과정에서 서로 다른 종류의 소스 가스가 피처리 기판에 상부에 분사되는 경우가 있다. 그런데, 서로 다른 종류의 소스 가스들이 만나게 되어 반응이 일어나는 경우, 이러한 두 종류 가스를 상기 가스 확산 공간(GDS)에 주입하게 되면 서로 반응이 일어나게 되어, 상기 가스 분사기 하부와 피처리 기판 사이의 반응 공간에 개별적으로 분사해야 되는 경우가 발생된다.
이를 위하여, 상기 하부 플레이트(120)는, 확산홀(124) 및 제2 가스 분사홀(125)을 더 포함할 수 있다.
상기 확산홀(124)은, 상기 제1 가스 분사홀(123) 사이에서, 상기 하부 플레이트(120)의 대향하는 양 측면을 가로지른다. 상기 제2 가스 분사홀(125)은, 상기 확산홀(124)에 주입된 가스를 하부로 분사한다.
보다 상세히, 확산홀(124)은 예컨대 하부 플레이트(120)의 제2 플레이트(122)의 대향하는 양 측면을 가로지르도록 형성될 수 있다. 다수의 상기 확산홀(124)은 매트릭스 형상으로 배열된 제1 가스 분사홀(123)들의 행 또는 열 방향 사이에서 선형으로 각각 연장되며, 상기 제2 가스 분사홀(125)들은 각각의 확산홀(124)로부터 하부로 연장되어, 상기 확산홀(124)에 주입된 가스를 반응공간으로 분사한다. 상기 확산홀(124)은 하부 플레이트(120) 측부의 측부 확산공간(126)과 연결된다. 도시된 바와 같이, 하나의 측부 확산공간(126)에 다수의 확산홀(124)이 연결될 수 있다. 상기 측부 확산 공간(126)은 하부 플레이트(120)의 대향하는 양 측부에 대칭적으로 형성되고, 대칭적으로 형성된 측부 확산 공간(126)은 다수의 상기 확산홀(124)에 의해 서로 연결된다.
또한, 상기 상부 플레이트(110)는, 상기 상부 플레이트(110)의 대향하는 양 측부에, 대칭적으로 형성된 다수의 제2 가스 주입구(112)를 포함하고, 상기 다수의 제2 가스 주입구(112)는 상기 측부 확산공간(126)을 통해서 상기 확산홀(124)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 제2 가스 주입구(112)는 상기 측부 확산공간(126)과 연결되어 가스를 상기 측부 확산공간(126)에 공급하고, 측부 확산 공간(126)에 주입된 가스는 상기 확산홀(124)을 거쳐 상기 제2 가스 분사홀(125)을 통해서 반응 공간으로 분사된다.
또한, 외부의 가스를 상기 다수의 제2 가스 주입구(112)에 주입하기 위한 제2 파이프 연결 구조체(140)를 더 포함하고, 상기 제2 파이프 연결 구조체(140)는, 외부의 가스가 주입되는 제2 입구(141)로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구(112)에 이르는 거리가 동일하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2 파이프 연결 구조체(140)는 외부로부터 가스가 주입되는 제2 입구(141) 및 다수의 제2 출구(142)를 포함하는데, 하나의 제2 입구(141)로부터 다수의 제2 출구(142)에 이르는 거리가 모두 동일하다. 그로 인해서, 상기 제2 입구(141)로 유입된 가스가 다수의 제2 출구(142)에 동일 시각에 이르게 되어, 그로 인해서 상대적으로 균일한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 가스 분사기(100)는, 상기 상부 플레이트(110) 상면에 부착되어, 상기 상부 플레이트(120)와 상기 제2 파이프 연결 구조체(140)를 연결하는 제2 연결부재(160)를 더 포함하고, 상기 제2 연결부재(160)는, 복수의 제2 가스 주입구를 하나의 제2 파이프 연결 구조체(140)의 제2 출구(142)와 연결될 수 있다.
이를 위하여, 상기 제2 연결부재(160)는 예컨대, 막대형상을 가질 수 있으며, 막대형상의 가로 방향으로 형성된 제2 가로홀(161) 및 상기 제2 가로홀(161)과 연결된 제2 세로홀(162)을 포함할 수 있다. 상기 제2 가로홀(161)은 상기 제2 파이프 연결 구조체(140)의 제2 출구(142)와 연결되고, 다수의 제2 세로홀(162)는 상기 제2 가로홀(161)과 다수의 제2 가스 주입구(112)를 각각 연결한다.
예컨대, 상기 제2 연결부재(160)는 서스(SUS)를 이용하여 형성될 수 있으며, 스크류를 통해서 상기 상부 플레이트(110)의 상면에 체결될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 연결부재(150)와 상기 제2 연결부재(160)를 이용하여, 상기 제1 파이프 연결 구조체(130) 및 상기 제2 파이프 연결구조체(140)를 상기 상부 플레이트(110)에 각각 연결하는 경우, 다수의 가스 주입구를 하나의 파이프 연결구조체(130,140)의 출구(132, 142)와 연결하게 되어 파이프 연결구조체(130,140) 형태를 단순하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 파이프 연결 구조체(130,140)를 상부 플레이트(110)에 용이하게 결합할 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 가스 분사기를 갖는 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 박막 증착 장치(200)는 챔버(210), 기판 지지대(220) 및 가스 분사기(100)를 포함한다.
상기 기판 지지대(220)는, 상기 챔버(210) 내에서 피처리 기판(S)을 지지한다. 기판 지지대(220)는 구동부(도시안됨)에 의해서 상승 또는 하강 할 수 있도록 구성되며, 하강한 상태에서 피처리 기판(S)이 로딩되면, 상승하여, 상기 가스 분사기(100)와 특정 거리만큼 이격되어 반응 공간을 형성한다.
상기 가스 분사기(100)는, 상기 기판 지지대(220) 상부에서 상기 기판 지지대(220)를 향해서 가스를 분사한다. 상기 가스 분사기(100)는 상부 플레이트(110) 및 하부 플레이트(120)를 포함한다. 상기 가스 분사기(100)의 구조는 앞에서 설명되었으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 상기 제1 파이프 연결 구조체(130)는 다수의 가스탱크와 연결된다. 예컨대, 상기 제1 파이프 연결 구조체(130)는 제1 가스탱크(310) 및 제2 가스탱크(320)와 연결된다. 마찬가지로, 상기 제2 파이프 연결 구조체(140)는 다수의 가스 탱크와 연결된다. 예컨대, 상기 제2 파이프 연결 구조체(130)는 제3 가스탱크(330) 및 제4 가스탱크(340)와 연결된다.
이때, 상기 제1 가스탱크(310) 및 제3 가스탱크(330)는 박막을 증착하기 위한 소스 가스 및 상기 소스 가스를 운반하기 위한 캐리어 가스가 혼합된 혼합가스를 저장하고 있으며, 상기 제2 가스탱크(320) 및 제4 가스탱크(340)는 캐리어 가스를 저장한다.
각각의 가스탱크들(310, 320, 330, 340)은 밸브가 형성된 파이프들을 통해서 상기 파이프 연결구조체들(130, 140)에 연결된다.
이와 같이, 종래와 달리, 별도의 캐리어 가스 탱크를 추가적으로 부가하는 경우, 소스 가스의 분사량이 적은 경우라도, 캐리어 가스를 증가시킴으로써 압력을 향상시켜 가스가 가스 분사기 내에서 보다 효율적으로 분산되어 고른 박막형성이 가능하게 된다.
즉, 기판이 대면적화되면, 적은 양의 소스가스 및 캐리어 가스의 혼합가스가 가스 분사기(100)에 주입될 때, 피처리 기판(S)의 중앙부와 측부에서 막질의 불균일이 심해진다. 이때, 캐리어 가스량을 증가시키면 보다 균일한 막질을 형성할 수 있게 된다.
한편, 도시되진 않았으나, 상기 다수의 제1 가스 분사홀들 중 일부와 연결되는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제1 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제2 탱크와, 상기 다수의 제1 가스 분사홀들 중 나머지와 연결되는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제3 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제4 탱크, 상기 다수의 제2 가스 분사홀들 중 일부와 연결되는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제5 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제6 탱크와, 상기 다수의 제2 가스 분사홀들 중 나머지와 연결되는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제7 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제8 탱크 중에서, 제1 내지 제4 탱크 그룹, 및 제5 내지 제8 탱크 그룹 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
보다 상세히, 도 1 내지 3에서 제1 가스 주입구들(111)은 하나의 파이프 연결 구조체와 연결되고, 하나의 파이프 연결 구조체는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 탱크와 캐리어 가스가 저장된 탱크를 연결하였으나, 제1 가스 주입구들(111)을 동일 갯수의 그룹으로 분할하고, 각 그룹마다 하나의 파이프 연결 구조체를 연결하고, 각 파이프 연결 구조체에 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스 저장된 탱크와 캐리어 가스가 저장된 탱크를 연결할 수 있다.
또한 제2 가스 주입구들(112) 또한 동일한 구조로 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 8개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 가스가 분사되는 모습을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 16개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 가스가 분사되는 모습을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6의 8개의 가스 주입구를 통해서 분사되는 가스에 비하여 도 7의 16개의 가스 주입구를 통해서 분사되는 가스가 보다 균일해 지는 것을 볼 수 있다. 즉, 종래와 같이 가스 분사기의 중앙을 통해서 가스가 주입되면 중앙부에서 분사되는 가스의 양이 측부를 통해서 분사되는 가스의 양에 비해 훨씬 크지만, 다수의 가스 주입구를 형성하고, 이를 통해서 가스를 가스 분사기에 주입하는 경우에는, 보다 균일한 가스 분사를 달성할 수 있으며, 더욱이 가스 주입구 수를 증가시키는 경우, 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 도 6에서 도시된 실시예에 따른 8개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 분사되는 가스에 의해 증착된 박막 두께의 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 도 7에서 도시된 실시예에 따른 16개의 가스 주입구를 갖는 가스 분사기에서 분사되는 가스에 의해 증착된 박막 두께의 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도면에서 각 색깔 옆의 숫자들은 옹스트롱(Å) 스케일이다. 도 8의 경우, 두께의 최대값은 14,653Å, 최소값은 7,535Å, 평균이 10,424Å으로 계산되었으며, 도 19의 경우, 최대값은 10322Å, 최소값은 9020Å, 평균 9464Å으로 계산되었다.
도 8의 8개의 가스 주입구를 통해서 분사되는 가스에 의해 증착된 박막들은 두께가 불균일하지만, 도 9의 16개 가스 주입구를 통해서 분사되는 가스에 의해 증착된 박막들은 두께가 상대적으로 균일하게 나타남을 볼 수 있다. 따라서, 가스 주입구의 수가 증가할수록 균일도가 향상됨을 예측할 수 있다.
본 발명에 예시적인 실시예에 의한 가스 분사기 및 박막 증착 장치에 의하면, 대면적 기판에 적용시, 가스가 균일하게 분배되기 위한 보조확산공간 등의 복잡한 가공 없이, 분산된 다수의 가스 주입구를 통해서 확산공간 내에 가스를 주입함으로써, 가스가 확산공간 내에서 확산되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 가스의 주입량이 많지 않은 경우에도 대면적 기판에 상대적으로 균일한 박막을 형성할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 가스 분사기 110: 상부 플레이트
111: 제1 가스 주입구 112: 제2 가스 주입구
120: 하부 플레이트 121: 제1 플레이트
121a: 제1 홀 122: 제2 플레이트
122a: 제2 홀 123: 제1 가스 분사홀
124: 확산홀 125: 제2 가스 분사홀
126: 측부 확산공간 130: 제1 파이프 연결 구조체
131: 제1 입구 132: 제1 출구
140: 제2 파이프 연결 구조체 141: 제2 입구
142: 제2 출구 150: 제1 연결부재
151: 제1 가로홀 152: 제1 세로홀
160: 제2 연결부재 161: 제2 가로홀
162: 제2 세로홀 170: 제1 스크류
180: 제2 스크류 200: 박막 증착 장치
210: 챔버 220: 기판 지지대
310: 제1 가스탱크 320: 제2 가스탱크
330: 제3 가스탱크 340: 제4 가스탱크
GDS: 가스 확산 공간 S: 피처리 기판

Claims (16)

  1. 다수의 제1 가스 주입구를 포함하는 상부 플레이트; 및
    상기 상부 플레이트와 결합되어 내부에 확산공간을 형성하며, 상기 다수의 제1 가스 주입구를 통해서 주입되어 상기 확산 공간에 존재하는 가스를 분사하기 위한 다수의 제1 가스 분사홀을 포함하는 하부 플레이트;
    를 포함하는 가스 분사기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 가스 주입구는 서로 대칭적으로 배열된 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  3. 제2항에 있어서,
    외부의 가스를 상기 다수의 제1 가스 주입구에 주입하기 위한 제1 파이프 연결 구조체를 더 포함하고,
    상기 제1 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제1 입구로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 상면에 부착되어, 상기 상부 플레이트와 상기 제1 파이프 연결 구조체를 연결하는 제1 연결부재를 더 포함하고,
    상기 제1 연결부재는, 복수의 제1 가스 주입구를 하나의 제1 파이프 연결 구조체의 제1 출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는,
    상기 제1 가스 분사홀 사이에서, 상기 하부 플레이트의 대향하는 양 측면을 가로지르는 확산홀; 및
    상기 확산홀에 주입된 가스를 하부로 분사하기 위한 제2 가스 분사홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 다수의 제2 가스 주입구를 포함하고,
    상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 확산홀에 연결된 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 상부 플레이트의 대향하는 양 측부에, 대칭적으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  8. 제7항에 있어서,
    외부의 가스를 상기 다수의 제2 가스 주입구에 주입하기 위한 제2 파이프 연결 구조체를 더 포함하고,
    상기 제2 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제2 입구로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 상면에 부착되어, 상기 상부 플레이트와 상기 제2 파이프 연결 구조체를 연결하는 제2 연결부재를 더 포함하고,
    상기 제2 연결부재는, 복수의 제2 가스 주입구를 하나의 제2 파이프 연결 구조체의 제2 출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
  10. 챔버;
    상기 챔버 내에서, 피처리 기판을 지지하기 위한 기판 지지대; 및
    상기 기판 지지대 상부에서 상기 기판 지지대를 향해서 가스를 분사하는 가스 분사기를 포함하고,
    상기 가스 분사기는,
    대칭적으로 배열된 다수의 제1 가스 주입구를 포함하는 상부 플레이트; 및
    상기 상부 플레이트와 결합되어, 내부에 확산공간을 형성하며, 상기 다수의 제1 가스 주입구를 통해서 주입되어 상기 확산 공간에 존재하는 가스를 분사하기 위한 다수의 제1 가스 분사홀을 포함하는 하부 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기스 분사기는,
    외부의 가스를 상기 다수의 제1 가스 주입구에 주입하기 위한 제1 파이프 연결 구조체를 더 포함하고,
    상기 제1 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제1 입구로부터 상기 다수의 제1 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 제1 탱크; 및
    캐리어 가스가 혼합된 제2 탱크를 더 포함하고,
    상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크는, 유량을 조절할 수 있는 밸브를 통해서 상기 제1 파이프 연결 구조체의 제1 입구에 연결된 것을 특징으로 박막 증착 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는,
    상기 제1 가스 분사홀 사이에서, 상기 하부 플레이트의 대향하는 양 측면을 가로지르는 확산홀; 및
    상기 확산홀에 주입된 가스를 하부로 분사하기 위한 제2 가스 분사홀을 더 포함하고,
    상기 상부 플레이트는,
    다수의 제2 가스 주입구를 포함하고, 상기 다수의 제2 가스 주입구는 상기 확산홀에 연결된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가스 분사기는,
    외부의 가스를 상기 다수의 제2 가스 주입구에 주입하기 위한 제2 파이프 연결 구조체를 더 포함하고,
    상기 제2 파이프 연결 구조체는, 외부의 가스가 주입되는 제2 입구로부터 상기 다수의 제2 가스 주입구에 이르는 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 제3 탱크; 및
    캐리어 가스가 혼합된 제4 탱크를 더 포함하고,
    상기 제3 탱크 및 상기 제4 탱크는, 유량을 조절할 수 있는 밸브를 통해서 상기 제2 파이프 연결 구조체의 제2 입구에 연결된 것을 특징으로 박막 증착 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 다수의 제1 가스 분사홀들 중 일부와 연결되는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제1 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제2 탱크와, 상기 다수의 제1 가스 분사홀들 중 나머지와 연결되는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제3 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제4 탱크;
    상기 다수의 제2 가스 분사홀들 중 일부와 연결되는, 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제5 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제6 탱크와, 상기 다수의 제2 가스 분사홀들 중 나머지와 연결되는 소스 가스 및 캐리어 가스가 혼합된 가스가 저장된 제7 탱크 및 캐리어 가스가 저장된 제8 탱크;
    중에서, 제1 내지 제4 탱크 그룹, 및 제5 내지 제8 탱크 그룹의 두 개 그룹중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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