KR20160053754A - 화학기상증착용 가스분사노즐 - Google Patents

화학기상증착용 가스분사노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부로 반응가스를 공급하는 화학기상증착용 가스분사노즐로서, 원료가스를 공급하는 가스공급관 및 상기 원료가스로부터 반응가스를 생성하는 생성부와 상기 생성부에서 생성된 반응가스를 분사하는 분사부를 갖는 가스분사헤더를 포함하고, 상기 생성부에는 그 생성부에 구비되는 반응체와 상기 가스공급관으로부터 유입되는 원료가스가 반응하여 상기 반응가스가 생성되는 반응유로가 형성되고, 상기 반응유로는 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 이에 의하여, 반응체와 원료가스의 반응 효율이 증가되고, 반응가스의 생성량이 증가되어, 챔버 내로 충분한 반응가스를 공급할 수 있다.

Description

화학기상증착용 가스분사노즐{GAS SPRAY NOZZLE FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 화학기상증착용 가스분사노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 화학기상증착장치 내에 반응가스를 효율적이고, 균일하게 공급할 수 있도록 한 화학기상증착용 가스분사노즐에 관한 것이다.
일반적으로, 박막을 증착하는 방법으로는 물리적인 충돌을 이용하는 물리기상증착법(physical vapor deposition, PVD)과 화학반응을 이용하는 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)으로 나누어진다.
PVD는 스퍼터링(sputtering) 등이 있고, CVD는 열을 이용한 열 화학기상증착법(thermal CVD)과 플라즈마를 이용한 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced CVD, PECVD) 등이 있다.
한편, 반도체 장치나 평판 표시 장치의 배선으로 사용되는 금속 박막은 주로 스퍼터링을 이용하여 증착되는데, 스퍼터링 및 PVD는 스텝 커버리지(step coverage)가 낮아서 단차 부분에서 박막이 단절되는 문제가 발생할 수 있다. 최근 디자인 룰(design rule, critical dimension)이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커졌기 때문에 기존의 스퍼터링 방법으로는 이러한 디자인 룰을 만족시키기가 어렵다.
이러한 이유로 최근에는 유기금속 전구체(metal organic precursor)를 이용하여 CVD 방법으로 금속 및 금속화합물을 증착하는 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)이 이용되고 있다.
특히, LED(발광소자)는 질화 갈륨 박막 소재를 기반으로 제작되고 있다. 질화 갈륨 소재는 화학 조성이 다른 기판 상에 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)법 또는 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법 등의 기상 성장법을 통해 질화갈륨 막 혹은 기판을 성장시켰다.
HVPE 성장법에서는 사파이어 기판 위에 갈륨 소스 가스인 GaCl 가스(반응가스)와 질소 소스 가스인 NH3 가스를 기판 위에서 기상반응시켜 질화갈륨 막을 성장시킨다.
즉, 화학기상증착장치의 챔버 내로 GaCl 가스(반응가스)와 NH3 가스를 유입시키고, 서셉터에 안착된 기판을 회전시키면서 기판 상에 질화갈륨 막을 성장시키는 것이다.
한편, 상기 챔버 내로 GaCl 가스(반응가스)를 공급하는 화학기상증착용 가스분사노즐은, 분사공이 형성된 헤더 내부에 액화 갈륨(반응체)을 저장하고, 상기 헤더의 내부로 가스공급관을 통해 HCl 가스(원료가스)를 유입시킴으로써 상기 헤더의 내부에서 액화갈륨(반응체)과 HCl 가스(원료가스)의 반응으로 GaCl 가스(반응가스)를 생성시키고, 생성된 GaCl 가스(반응가스)를 상기 헤더의 분사공을 통해 상기 챔버 내로 공급하고 있다.
그러나, 상기 가스분사노즐은, 가스공급관을 통해 헤더 내부로 유입된 HCl 가스(원료가스)가 상기 헤더 내부에서 입구측에서 출구측으로 바로 이동하면서 분사되므로 액화 갈륨(반응체)과 HCl 가스(원료가스)의 반응 효율이 낮아 GaCl 가스(반응가스)의 생성량이 적고, 상기 챔버 내로 기판에 충분한 GaCl 가스(반응가스)를 공급하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 화학 기상 증착의 챔버 내로 공급되는 반응가스의 생성량을 증가시켜 상기 챔버 내로 충분한 반응가스를 공급할 수 있는 화학기상증착용 가스분사노즐을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부로 반응가스를 공급하는 화학기상증착용 가스분사노즐로서, 원료가스를 공급하는 가스공급관; 및 상기 원료가스로부터 반응가스를 생성하는 생성부와 상기 생성부에서 생성된 반응가스를 분사하는 분사부를 갖는 가스분사헤더;를 포함하고, 상기 생성부에는 그 생성부에 구비되는 반응체와 상기 가스공급관으로부터 유입되는 원료가스가 반응하여 상기 반응가스가 생성되는 반응유로가 형성되고, 상기 반응유로는 지그재그 형상으로 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐을 제공한다.
상기 가스분사헤더는, 상기 가스공급관과 연통되는 입구벽부; 상기 입구벽부에 대향되고 상기 반응가스가 분사되는 출구벽부; 상기 입구벽부의 일단부와 상기 출구벽부의 일단부를 잇는 제1 측벽부; 상기 입구벽부의 타단부와 상기 출구벽부의 타단부를 잇는 제2 측벽부; 상기 입구벽부, 상기 출구벽부, 상기 제1 측벽부 및 상기 제2 측벽부의 저부를 복개하는 기저벽부; 상기 입구벽부, 상기 출구벽부, 상기 제1 측벽부 및 상기 제2 측벽부의 상부를 복개하는 상벽부; 상기 입구벽부, 상기 출구벽부, 상기 제1 측벽부, 상기 제2 측벽부, 상기 기저벽부 및 상기 상벽부가 이루는 가스분사헤더의 내부공간을 상기 생성부와 상기 분사부로 구획하는 구획격벽; 및 상기 생성부에 상기 반응유로를 형성하는 유로형성격벽;을 포함할 수 있다. 상기 유로형성격벽은, 일단부가 상기 제1 측벽부에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부에 이격되는 제1 유로형성격벽; 및 일단부가 상기 제1 측벽부에 이격되고, 타단부가 상기 제2 측벽부에 연결되는 제2 유로형성격벽;을 포함할 수 있다.
상기 제1 유로형성격벽과 상기 제2 유로형성격벽은 상기 입구벽부와 상기 출구벽부를 가로지르는 방향을 따라 서로 번갈아 형성될 수 있다.
상기 제1 유로형성격벽은 상기 상벽부 및 상기 기저벽부와 연결되게 형성되고, 상기 제2 유로형성격벽은 상기 상벽부 및 상기 기저벽부와 연결되게 형성될 수 있다.
상기 제1 유로형성격벽은 상기 상벽부와 연결되고, 상기 기저벽부와 이격되게 형성되고, 상기 제2 유로형성격벽은 상기 상벽부와 연결되고, 상기 기저벽부와 이격되게 형성될 수 있다.
상기 가스분사헤더는 상기 생성부로부터 상기 분사부로 이동되는 상기 반응체를 상기 생성부로 회수하는 반응체 회수유로를 더 포함할 수 있다.
상기 입구벽부에는 상기 가스공급관에 연통되는 원료가스 유입공이 형성되고, 상기 구획격벽에는 상기 생성부와 상기 분사부를 연통시키는 구획격벽 유로공이 형성되며, 상기 원료가스 유입공은 상기 입구벽부의 길이방향 중심으로부터 상기 반응유로를 증가시키는 방향으로 이격된 부위에 형성되고, 상기 구획벽벽 유로공은 상기 구획격벽의 길이방향 중심으로부터 상기 반응유로를 증가시키는 방향으로 이격된 부위에 형성될 수 있다.
상기 가스분사헤더는 상기 분사부의 내부공간을 구획하는 균일도증대격벽을 더 포함하고, 상기 구획격벽에는 상기 생성부에서 생성된 반응가스가 유입되는 구획격벽 유로공이 형성되고, 상기 균일도증대격벽에는 그 균일도증대격벽의 상류공간과 하류공간을 연통시키는 균일도증대격벽 유로공이 형성되며, 상기 출구벽부에는 상기 균일도증대격벽 유로공을 통과한 반응가스가 분사되는 분사공이 형성될 수 있다.
상기 균일도증대격벽은 그 균일도증대격벽의 하류공간이 그 균일도증대격벽의 상류공간보다 크게 형성될 수 있다.
상기 균일도증대격벽 유로공은 상기 구획격벽 유로공의 개수보다 많게 형성되고, 상기 분사공은 상기 균일도증대격벽 유로공의 개수보다 많게 형성될 수 있다.
상기 균일도증대격벽은 복수로 형성되고, 복수의 상기 균일도증대격벽 중 상기 입구벽부에 인접한 균일도증대격벽으로부터 상기 출구벽부에 인접한 균일도증대격벽으로 갈수록, 상기 균일도증대격벽 유로공의 개수가 많게 형성될 수 있다.
상기 구획격벽 유로공은 상기 균일도증대격벽 유로공 사이 사이에 대향되게 형성되고, 상기 균일도증대격벽 유로공은 상기 분사공 사이 사이에 대향되게 형성될 수 있다.
상기 균일도증대격벽 유로공은 복수로 구비되고, 일 방향으로 배열되며, 상기 균일도증대격벽의 상류공간에서 상기 균일도증대격벽 유로공의 배열방향에 수직한 단면적을 제1 기준 단면적이라 하고, 상기 균일도증대격벽 유로공에서 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 제2 기준 단면적이라 할 때, 상기 균일도증대격벽 유로공은 상기 제1 기준 단면적이 상기 제2 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
상기 분사공은 복수로 구비되고, 일 방향으로 배열되며, 상기 출구벽부의 상류공간에서 상기 분사공의 배열방향에 수직한 단면적을 제3 기준 단면적이라 하고, 상기 분사공에서 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 제4 기준 단면적이라 할 때, 상기 분사공은 상기 제3 기준 단면적이 상기 제4 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
상기 분사공은 복수로 구비되고, 일 방향으로 배열되며, 상기 분사공에서 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 제4 기준 단면적이라 하고, 상기 가스분사헤더 내부공간에서 상기 분사공의 배열방향에 수직한 단면적을 제5 기준 단면적이라 할 때, 상기 분사공은 상기 제5 기준 단면적이 상기 제4 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 화학기상증착용 가스분사노즐은, 반응가스를 생성하는 생성부와 생성부에서 생성된 반응가스를 분사하는 분사부를 포함하고, 생성부에 구비되는 반응체와 생성부로 유입되는 원료가스가 반응하여 반응가스가 생성되는 반응유로가 형성되고, 반응유로는 지그재그 형상으로 형성됨에 따라, 반응체와 원료가스의 반응 효율이 증가되고, 반응가스의 생성량이 증가되어, 챔버 내로 충분한 반응가스를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착용 가스분사노즐을 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상증착용 가스분사노즐을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 화학기상증착용 가스분사노즐을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착용 가스분사노즐을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착용 가스분사노즐은, 반응가스의 원료가 되는 원료가스를 공급하는 가스공급관(1) 및 상기 가스공급관(1)으로부터 공급되는 원료가스로부터 상기 반응가스를 생성해 분사하는 가스분사헤더(2)를 포함할 수 있다. 상기 원료가스는 예를 들어 HCl 가스이고, 후술할 반응체(Ga)는 예를 들어 액상 갈륨(Ga)이고, 상기 반응가스는 예를 들어 GaCl 가스일 수 있다. 여기서, 상기 반응체는 유기금속 원료일 수도 있다.
상기 가스공급관(1)은 상기 원료가스를 별도의 원료가스공급장치(미도시)로부터 상기 가스분사헤더(2)로 안내할 수 있다. 여기서, 본 실시예의 경우, 상기 가스공급관(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 가스분사헤더(2)에 수직한 방향으로 장착되나 다른 실시예가 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 가스분사헤더(2)의 다른 측면에 연결될 수도 있다.
상기 가스분사헤더(2)는 상기 가스공급관(1)과 연통되는 입구벽부(21), 상기 입구벽부(21)에 대향되고 상기 반응가스가 분사되는 출구벽부(22), 상기 입구벽부(21)의 일단부와 상기 출구벽부(22)의 일단부를 잇는 제1 측벽부(23), 상기 입구벽부(21)의 타단부와 상기 출구벽부(22)의 타단부를 잇는 제2 측벽부(24), 상기 입구벽부(21)와 상기 출구벽부(22) 사이에서 상기 입구벽부(21)와 상기 출구벽부(22)에 평행하게 형성되는 격벽부(25), 상기 입구벽부(21), 상기 출구벽부(22), 상기 제1 측벽부(23), 상기 제2 측벽부(24) 및 상기 격벽부(25)의 저부와 상부를 각각 복개하는 기저벽부(26) 및 상벽부(27)를 포함할 수 있다.
상기 격벽부(25)는, 가스분사헤더(2)의 내부공간(상기 입구벽부(21), 상기 출구벽부(22), 상기 제1 측벽부(23), 상기 제2 측벽부(24), 상기 기저벽부(26) 및 상기 상벽부(27)가 이루는 공간)을 상기 가스공급관(1)으로부터 공급되는 원료가스와 후술할 반응체(Ga)를 반응시켜 상기 반응가스를 생성하는 생성부(R) 및 상기 생성부(R)로부터 생성된 반응가스를 기판(O) 측으로 분사하는 분사부(D)로 구획하는 구획격벽(252), 상기 생성부(R)(상기 입구벽부(21)와 상기 구획격벽(252) 사이)에 형성되는 유로형성격벽(251) 및 상기 분사부(D)(상기 구획격벽(252)과 상기 출구벽부(22) 사이)에 형성되는 균일도증대격벽(253)을 포함할 수 있다.
상기 생성부(R)의 입구측을 이루는 상기 입구벽부(21)에는 상기 가스공급관(1)에 연통되는 원료가스 유입공(H1)이 형성될 수 있다.
상기 원료가스 유입공(H1)은 후술할 반응유로를 더욱 증대시키기 위해 상기 입구벽부(21)의 일단부 측에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 생성부(R)의 내부에 위치되는 상기 유로형성격벽(251)은 상기 생성부(R) 내부에 지그재그 형상의 반응유로가 이루어져 상기 가스공급관(1)으로부터 유입되는 원료가스와 상기 생성부(R)의 저부(반응유로의 저부)에 충진되는 반응체(Ga)의 반응 시간을 더욱 증가시켜(반응 효율을 증가시켜) 상기 반응가스 생산량을 증가시키도록 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 유로형성격벽(251)은 상기 입구벽부(21)와 상기 출구벽부(22)를 가로지르는 방향을 따라 서로 번갈아 배열되는 제1 유로형성격벽(2511) 및 제2 유로형성격벽(2512)을 포함할 수 있다.
상기 제1 유로형성격벽(2511)은 일단부가 상기 제1 측벽부(23)에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부(24)에 이격되고, 저부가 상기 기저벽부(26)에 연결되며, 상부가 상기 상벽부(27)에 연결되게 형성될 수 있다.
상기 제2 유로형성격벽(2512)은 일단부가 상기 제1 측벽부(23)에 이격되고, 타단부가 상기 제2 측벽부(24)에 연결되고, 저부가 상기 기저벽부(26)에 연결되며, 상부가 상기 상벽부(27)에 연결되게 형성될 수 있다.
상기 제1 유로형성격벽(2511)과 상기 제2 유로형성격벽(2512)은 각각 복수로 구비되고, 서로 번갈아 배열되어, 상기 생성부(R)의 내부에 지그재그 형상의 반응유로를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 가스공급관(1)으로부터 유입된 상기 원료가스는 상기 반응유로를 따라 상기 구획격벽(252) 측으로 이동하면서 상기 반응체(Ga)와 접촉되어 상기 반응가스로 변환될 수 있다. 이때, 상기 반응유로가 지그재그 형상으로 형성됨에 따라 상기 반응유로의 길이가 길어져 상기 원료가스와 상기 반응체(Ga)가 반응하는 반응시간이 증가될 수 있다. 이에 따라, 반응효율이 향상되고, 반응가스 생산량이 증가될 수 있다.
한편, 상기 입구벽부(21), 상기 유로형성격벽(251) 및 상기 구획격벽(252)은 후술할 출구벽부(22)의 형상과 같이 상기 기판(O)의 원주방향을 따라 원호형으로 형성되면, 상기 반응유로의 연장 길이가 더욱 길어져 반응효율이 더욱 증가될 수 있다.
상기 생성부(R)의 출구측을 이루고 상기 분사부(D)의 입구측을 이루는 상기 구획격벽(252)은 일단부가 상기 제1 측벽부(23)에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부(24)에 연결되고, 저부가 상기 기저벽부(26)에 연결되며, 상부가 상기 상벽부(27)에 연결되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 구획격벽(252)에는 상기 생성부(R)와 상기 분사부(D)를 연통시키는 구획격벽(252) 유로공(H2)이 형성될 수 있다.
상기 구획격벽(252) 유로공(H2)은 상기 반응유로를 더욱 길게 하기 위해 상기 구획격벽(252)의 타단부에 형성될 수도 있으나, 후술할 분사공(H5)으로 분사되는 반응가스의 균일도를 증가시키도록 상기 구획격벽(252)의 중단부에 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 구획격벽(252) 유로공(H2)은 상기 구획격벽(252)의 길이방향 중심으로부터 상기 구획격벽(252)의 일단부 측으로 사전에 결정된 거리만큼 이격 형성되는 제1 구획격벽(252) 유로공(H21) 및 상기 구획격벽(252)의 길이방향 중심을 기준으로 상기 제1 구획격벽(252) 유로공(H21)에 대칭되게 형성되는 제2 구획격벽(252) 유로공(H22)을 포함할 수 있다.
상기 분사부(D)의 내부에 위치되는 상기 균일도증대격벽(253)은 상기 생성부(R)로부터 공급되는 반응가스의 균일도를 단계적으로 향상시켜 후술할 분사공(H5)으로부터 분사되는 반응가스의 균일도를 더욱 향상시키도록 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 균일도증대격벽(253)은, 상기 입구벽부(21)와 상기 출구벽부(22)를 가로지르는 방향을 따라 배열되는 제1 균일도증대격벽(2531) 및 제2 균일도증대격벽(2532)을 포함하고, 상기 생성부(R)로부터 공급되는 반응가스가 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 상기 제2 균일도증대격벽(2532)을 순차적으로 통과하여 균일도가 단계적으로 향상되도록 형성될 수 있다. 여기서, 본 실시예의 경우 두 개의 균일도증대격벽을 구비하였으나, 상기 균일도증대격벽의 개수는 적절히 조절될 수 있다. 다만, 상기 균일도증대격벽의 개수가 많을수록 크기 측면에서는 불리하나, 균일도 향상 측면에서는 유리할 수 있다.
상기 제1 균일도증대격벽(2531)은 일단부가 상기 제1 측벽부(23)에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부(24)에 연결되고, 저부가 상기 기저벽부(26)에 연결되며, 상부가 상기 상벽부(27)에 연결되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 균일도증대격벽(2531)은 후술할 출구벽부(22)의 형상과 같이 상기 기판(O)의 원주방향을 따라 원호형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 균일도증대격벽(2531)은 그 제1 균일도증대격벽(2531)의 상류공간(이하, 제1 공간)(V1)으로부터 그 제1 균일도증대격벽(2531)의 하류공간(상기 제2 균일도증대격벽(2532)의 상류공간)(이하, 제2 공간)(V2)으로 이동되는 반응가스의 균일도를 향상시키기 위해 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 상기 제2 균일도증대격벽(2532) 사이 거리(L2)가 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 상기 구획격벽(252) 사이 거리(L1)보다 더 길게 형성될 수 있다. 여기서, 격벽과 격벽 사이 거리는 반응가스의 분사방향 거리일 수 있다.
상기 제1 균일도증대격벽(2531)에는 상기 제1 공간(V1)과 상기 제2 공간(V2)을 연통시키는 제1 유로공(H3)이 형성될 수 있다.
상기 제1 유로공(H3)은 그 제1 유로공(H3)을 통과하는 반응가스의 균일도를 향상시키도록 사전에 결정된 개수, 사전에 결정된 위치 및 사전에 결정된 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1 유로공(H3)은 상기 구획격벽(252) 유로공(H2)보다 개수가 많게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 유로공(H3)의 개수는 그 제1 유로공(H3)을 통과하는 반응가스의 균일도를 효과적이고 효율적으로 향상시키도록 상기 구획격벽(252) 유로공(H2)보다 두 배 많게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제1 유로공(H3)은 임의의 제1 유로공(H3)으로부터 그 임의의 제1 유로공(H3)에 인접한 구획격벽(252) 유로공(H2)까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 실시예를 참조하면, 상기 제1 유로공(H3)은 네 개로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 유로공(H3)은 상기 제1 균일도증대격벽(2531)의 일단부 측에 형성되는 제1-1 유로공(H31), 상기 제1-1 유로공(H31)을 기준으로 상기 제1 균일도증대격벽(2531)의 타단부 측에 형성되는 제1-2 유로공(H32), 상기 제1-2 유로공(H32)을 기준으로 상기 제1-1 유로공(H31)의 반대측에 형성되는 제1-3 유로공(H33) 및 상기 제1-3 유로공(H33)을 기준으로 상기 제1-2 유로공(H32)의 반대측에 형성되는 제1-4 유로공(H34)을 포함할 수 있다. 상기 제1-1 내지 제1-4 유로공(H31 내지 H34)은 상기 제1 균일도증대격벽(2531)의 길이방향(상기 기판(O)의 원주방향)을 따라 등간격으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 유로공(H3)은 상기 제1-1 유로공(H31)과 상기 제1 구획격벽(252) 유로공(H21) 사이 거리, 상기 제1-2 유로공(H32)과 상기 제1 구획격벽(252) 유로공(H21) 사이 거리, 상기 제1-3 유로공(H33)과 상기 제2 구획격벽(252) 유로공(H22) 사이 거리 및 상기 제1-4 유로공(H34)과 상기 제2 구획격벽(252) 유로공(H22) 사이 거리가 동등 수준이 되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 유로공(H3)은 상기 제1 공간(V1)의 기준 단면적이 상기 제1 유로공(H3)의 기준 단면적 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 공간(V1)의 기준 단면적은 상기 반응가스의 진행방향(상기 구획격벽(252)과 상기 제1 균일도증대격벽(2531)을 가로지르는 방향)에 평행하고, 상기 제1 유로공(H3)의 배열방향에 수직한 단면적으로서, 상기 제1 측벽부(23)와 상기 제2 측벽부(24)에 평행한 단면적을 지칭한다. 그리고, 상기 제1 유로공(H3)의 기준 단면적 합은 각 제1 유로공(H3)의 기준 단면적을 합한 것을 지칭하며, 각 제1 유로공(H3)의 기준 단면적은 그 제1 유로공(H3)을 통과하는 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 지칭한다.
상기 제2 균일도증대격벽(2532)은 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 동일한 원리로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2 균일도증대격벽(2532)은 일단부가 상기 제1 측벽부(23)에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부(24)에 연결되고, 저부가 상기 기저벽부(26)에 연결되며, 상부가 상기 상벽부(27)에 연결되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제2 균일도증대격벽(2532)은 후술할 출구벽부(22)의 형상과 같이 상기 기판(O)의 원주방향으로 따라 원호형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제2 균일도증대격벽(2532)은 상기 제2 공간(V2)으로부터 그 제1 균일도증대격벽(2531)의 하류공간(상기 출구벽부(22)의 상류공간(이하, 제3 공간)(V3)으로 이동되는 반응가스의 균일도를 향상시키기 위해 상기 제2 균일도증대격벽(2532)과 상기 출구벽부(22) 사이 거리(L3)가 상기 제2 균일도증대격벽(2532)과 상기 제1 균일도증대격벽(2531) 사이 거리(L2)보다 더 길게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 기저벽부(26)와 상기 상벽부(27) 사이 거리가 일정하고, 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 상기 제2 균일도증대격벽(2532) 사이 거리(L2)가 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 상기 구획격벽(252) 사이 거리(L1)보다 더 길고, 상기 제2 균일도증대격벽(2532)과 상기 출구벽부(22) 사이 거리(L3)가 상기 제2 균일도증대격벽(2532)과 상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 사이 거리(L2)보다 더 길게 형성되므로, 상기 분사부(D)는 상기 제1 공간(V1), 상기 제2 공간(V2) 및 상기 제3 공간(V3)이 상기 입구벽부(21)로부터 상기 출구벽부(22) 측으로 갈수록 점차 커지도록 형성될 수 있다.
상기 제2 균일도증대격벽(2532)에는 상기 제2 공간(V2)과 상기 제3 공간(V3)을 연통시키는 제2 유로공(H4)이 형성될 수 있다.
상기 제2 유로공(H4)은 그 제2 유로공(H4)을 통과하는 반응가스의 균일도를 향상시키도록 사전에 결정된 개수, 사전에 결정된 위치 및 사전에 결정된 크기로 형성될 수 있다.
상기 제2 유로공(H4)은 상기 제1 유로공(H3)보다 개수가 많게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제2 유로공(H4)의 개수는 그 제2 유로공(H4)을 통과하는 반응가스의 균일도를 효과적이고 효율적으로 향상시키도록 상기 제1 유로공(H3)보다 두 배 많게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제2 유로공(H4)은 임의의 제2 유로공(H4)으로부터 그 임의의 제2 유로공(H4)에 인접한 제1 유로공(H3)까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있다. 상세한 설명은 상기 제1 유로공(H3)과 유사하므로 생략하기로 한다.
상기 제2 유로공(H4)은 상기 제2 공간(V2)의 기준 단면적이 상기 제2 유로공(H4)의 기준 단면적 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제2 공간(V2)의 기준 단면적은 상기 반응가스의 진행방향(상기 제1 균일도증대격벽(2531)과 상기 제2 균일도증대격벽(2532)을 가로지르는 방향)에 평행하고, 상기 제2 유로공(H4)의 배열방향에 수직한 단면적으로서, 상기 제1 측벽부(23)와 상기 제2 측벽부(24)에 평행한 단면적을 지칭한다. 그리고, 상기 제2 유로공(H4)의 기준 단면적 합은 각 제2 유로공(H4)의 기준 단면적을 합한 것을 지칭하며, 각 제2 유로공(H4)의 기준 단면적은 그 제2 유로공(H4)을 통과하는 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 지칭한다.
상기 분사부(D)의 출구측을 이루는 상기 출구벽부(22)는 일단부가 상기 제1 측벽부(23)에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부(24)에 연결되고, 저부가 상기 기저벽부(26)에 연결되며, 상부가 상기 상벽부(27)에 연결되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 출구벽부(22)는 그 출구벽부(22)로부터 상기 기판(O)까지의 거리가 일정하도록 상기 기판(O)의 원주방향으로 따라 원호형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 출구벽부(22)는 그 출구벽부(22)로부터 분사되는 반응가스의 균일도를 향상시키기 위해 상기 출구벽부(22)와 상기 기판(O)의 외주부 사이 거리(L4)가 상기 출구벽부(22)와 상기 제2 균일도증대격벽(2532) 사이 거리(L3)보다 더 길게 형성될 수 있다.
상기 출구벽부(22)에는 상기 제3 공간(V3)과 그 출구벽부(22)의 하류공간(상기 가스분사노즐의 외부)(V4)을 연통시키는 분사공(H5)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 출구벽부(22)에는 상기 기판(O) 측으로 상기 반응가스를 분사하는 분사공(H5)이 형성될 수 있다.
상기 분사공(H5)은 그 분사공(H5)을 통과하는 반응가스의 균일도를 향상시키도록 사전에 결정된 개수, 사전에 결정된 위치 및 사전에 결정된 크기로 형성될 수 있다.
상기 분사공(H5)은 상기 제2 유로공(H4)보다 개수가 많게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 분사공(H5)의 개수는 그 분사공(H5)을 통과하는 반응가스의 균일도를 효과적이고 효율적으로 향상시키도록 상기 제2 유로공(H4)보다 두 배 많게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 분사공(H5)은 임의의 분사공(H5)으로부터 그 임의의 분사공(H5)에 인접한 제2 유로공(H4)까지의 거리가 일정하도록 형성될 수 있다. 상세한 설명은 상기 제1 유로공(H3)과 유사하므로 생략하기로 한다.
상기 분사공(H5)은 상기 제3 공간(V3)의 기준 단면적이 상기 분사공(H5)의 기준 단면적 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제3 공간(V3)의 기준 단면적은 상기 반응가스의 진행방향(상기 제2 균일도증대격벽(2532)와 상기 출구벽부(22)를 가로지르는 방향)에 평행하고, 상기 분사공(H5)의 배열방향에 수직한 단면적으로서, 상기 제1 측벽부(23)와 상기 제2 측벽부(24)에 평행한 단면적을 지칭한다. 그리고, 상기 분사공(H5)의 기준 단면적 합은 각 분사공(H5)의 기준 단면적을 합한 것을 지칭하며, 각 분사공(H5)의 기준 단면적은 그 분사공(H5)을 통과하는 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 지칭한다.
그리고, 상기 분사공(H5)은 상기 분사부(D) 내부공간의 기준 단면적이 상기 분사공(H5)의 기준 단면적 합보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 분사부(D) 내부공간의 기준 단면적은 상기 반응가스의 진행방향(상기 구획격벽(252)과 상기 출구벽부(22)를 가로지르는 방향)에 평행하고, 상기 분사공(H5)의 배열방향에 수직한 단면적으로서, 상기 제1 측벽부(23)와 상기 제2 측벽부(24)에 평행한 단면적을 지칭한다. 그리고, 상기 제1 공간(V1)의 기준 단면적, 상기 제2 공간(V2)의 기준 단면적 및 상기 제3 공간(V3)의 기준 단면적을 합한 값일 수 있다.
한편, 상기 기저벽부(26), 상기 제1 측벽부(23), 상기 제2 측벽부(24) 및 상기 상벽부(27)는 상기 출구벽부(22)를 기준으로 상기 입구벽부(21)의 반대측으로 상기 출구벽부(22)보다 더 돌출되게 형성될 수 있다. 즉, 상기 출구벽부(22)의 외주부로부터 상기 반응가스의 분사방향으로 연장된 가이드부(G)가 형성될 수 있다.
상기 가이드부(G)는 상기 반응실(S) 내부의 유체 흐름에 의해 상기 분사공(H5)으로부터 분사되는 반응가스의 흐름이 불규칙적으로 변하는 것을 방지할 수 있다
이하, 본 실시예에 따른 화학기상증착용 가스분사노즐의 작용효과에 대해 설명한다.
즉, 본 실시예에 따른 화학기상증착용 가스분사노즐은 반응가스를 생성하는 상기 생성부(R)와 상기 생성부(R)에서 생성된 반응가스를 분사하는 상기 분사부(D)를 포함하고, 상기 생성부(R)에 구비되는 상기 반응체와 상기 생성부(R)로 유입되는 상기 원료가스가 반응하여 상기 반응가스가 생성되는 상기 반응유로가 형성되고, 상기 반응유로는 지그재그 형상으로 형성됨에 따라, 상기 반응체와 상기 원료가스의 반응 효율이 증가되고, 상기 반응가스의 생성량이 증가되어, 상기 챔버 내로 충분한 상기 반응가스를 공급할 수 있다.
그리고, 상기 분사부(D) 내부공간의 기준 단면적이 상기 분사공(H5)의 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성됨으로써, 가스를 분사대상(기판(O)) 측으로 균일하게 분사할 수 있다.
또한, 상기 균일도증대격벽(253)을 상기 분사부(D) 내부공간에 구비함으로써, 상기 반응가스를 더욱 균일하게 분사할 수 있다. 여기서, 상기 균일도증대격벽(253)은, 상기 생성부(R)로부터 공급되는 반응가스의 균일도를 단계적으로 향상시켜 상기 분사공(H5)으로부터 분사되는 반응가스의 균일도를 더욱 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 기판(O) 표면에 증착 및 성장되는 박막의 균일도와 품질을 향상시키고, 불량률을 줄여, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가이드부를 구비함으로써, 상기 가스분사노즐의 외부 유체 흐름에 의해 상기 분사공(H5)으로부터 분사되는 가스의 흐름이 불규칙적으로 변하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 전술한 실시예의 경우 상기 반응가스 유로를 형성하는 상기 유로형성격벽(251)은 상기 기저벽부(26)에 연결되어 상기 원료가스가 상기 반응체의 상부를 따라 이동되게 형성되나, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유로형성격벽(251)이 상기 기저벽부(26)에 이격되게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 원료가스의 상당량은 전술한 실시예와 같이 상기 반응체의 상부를 따라 이동되나, 상기 원료가스의 일부는 상기 유로형성격벽(251)의 저부를 통과하여 이동될 수 있다. 즉, 상기 원료가스의 일부가 상기 반응체 속으로 침투되었다가 상기 반응체의 외부로 토출될 수 있다. 이에 따라, 상기 원료가스와 상기 반응체의 반응 효율이 전술한 실시예에 비하여 증가될 수 있다. 다만, 이 경우, 상기 반응체가 출렁이며 튀어 그 반응체의 일부가 상기 구획격벽(252) 유로공을 통해 상기 분사부(D)로 유입되고, 상기 반응가스와 함께 상기 기판(O)으로 분사될 수 있다. 이를 고려하여, 상기 반응체가 상기 기판(O)으로 분사되는 것을 방지하기 위해, 상기 가스분사헤더(2)는 상기 생성부(R)로부터 상기 분사부(D)로 이동되는 상기 반응체를 상기 생성부(R)로 회수하는 반응체 회수유로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
1: 가스공급관 2: 가스분사헤더
21: 입구벽부 22: 출구벽부
23: 제1 측벽부 24: 제2 측벽부
25: 격벽부 26: 기저벽부
27: 상벽부 251: 유로형성격벽
252: 구획격벽 253: 균일도증대격벽
2511: 제1 유로형성격벽 2512: 제2 유로형성격벽
2531: 제1 균일도증대격벽 2532: 제2 균일도증대격벽
H1: 원료가스 유입공 H2: 구획격벽 유로공
H3: 제1 유로공 H4: 제2 유로공
H5: 분사공

Claims (15)

  1. 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부로 반응가스를 공급하는 화학기상증착용 가스분사노즐로서,
    원료가스를 공급하는 가스공급관; 및
    상기 원료가스로부터 반응가스를 생성하는 생성부와 상기 생성부에서 생성된 반응가스를 분사하는 분사부를 갖는 가스분사헤더;를 포함하고,
    상기 생성부에는 그 생성부에 구비되는 반응체와 상기 가스공급관으로부터 유입되는 원료가스가 반응하여 상기 반응가스가 생성되는 반응유로가 형성되고,
    상기 반응유로는 지그재그 형상으로 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사헤더는,
    상기 가스공급관과 연통되는 입구벽부;
    상기 입구벽부에 대향되고, 상기 반응가스가 분사되는 출구벽부;
    상기 입구벽부의 일단부와 상기 출구벽부의 일단부를 잇는 제1 측벽부;
    상기 입구벽부의 타단부와 상기 출구벽부의 타단부를 잇는 제2 측벽부;
    상기 입구벽부, 상기 출구벽부, 상기 제1 측벽부 및 상기 제2 측벽부의 저부를 복개하는 기저벽부;
    상기 입구벽부, 상기 출구벽부, 상기 제1 측벽부 및 상기 제2 측벽부의 상부를 복개하는 상벽부;
    상기 입구벽부, 상기 출구벽부, 상기 제1 측벽부, 상기 제2 측벽부, 상기 기저벽부 및 상기 상벽부가 이루는 가스분사헤더의 내부공간을 상기 생성부와 상기 분사부로 구획하는 구획격벽; 및
    상기 생성부에 상기 반응유로를 형성하는 유로형성격벽;을 포함하고,
    상기 유로형성격벽은,
    일단부가 상기 제1 측벽부에 연결되고, 타단부가 상기 제2 측벽부에 이격되는 제1 유로형성격벽; 및
    일단부가 상기 제1 측벽부에 이격되고, 타단부가 상기 제2 측벽부에 연결되는 제2 유로형성격벽;을 포함하는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유로형성격벽과 상기 제2 유로형성격벽은 상기 입구벽부와 상기 출구벽부를 가로지르는 방향을 따라 서로 번갈아 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유로형성격벽은 상기 상벽부 및 상기 기저벽부와 연결되게 형성되고,
    상기 제2 유로형성격벽은 상기 상벽부 및 상기 기저벽부와 연결되게 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유로형성격벽은 상기 상벽부와 연결되고, 상기 기저벽부와 이격되게 형성되고,
    상기 제2 유로형성격벽은 상기 상벽부와 연결되고, 상기 기저벽부와 이격되게 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스분사헤더는 상기 생성부로부터 상기 분사부로 이동되는 상기 반응체를 상기 생성부로 회수하는 반응체 회수유로를 더 포함하는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 입구벽부에는 상기 가스공급관에 연통되는 원료가스 유입공이 형성되고,
    상기 구획격벽에는 상기 생성부와 상기 분사부를 연통시키는 구획격벽 유로공이 형성되며,
    상기 원료가스 유입공은 상기 입구벽부의 길이방향 중심으로부터 상기 반응유로를 증가시키는 방향으로 이격된 부위에 형성되고,
    상기 구획벽벽 유로공은 상기 구획격벽의 길이방향 중심으로부터 상기 반응유로를 증가시키는 방향으로 이격된 부위에 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 가스분사헤더는 상기 분사부의 내부공간을 구획하는 균일도증대격벽을 더 포함하고,
    상기 구획격벽에는 상기 생성부에서 생성된 반응가스가 유입되는 구획격벽 유로공이 형성되고,
    상기 균일도증대격벽에는 그 균일도증대격벽의 상류공간과 하류공간을 연통시키는 균일도증대격벽 유로공이 형성되며,
    상기 출구벽부에는 상기 균일도증대격벽 유로공을 통과한 반응가스가 분사되는 분사공이 형성되는 화학기상증착용 가스분사노즐.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 균일도증대격벽은 그 균일도증대격벽의 하류공간이 그 균일도증대격벽의 상류공간보다 크게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 균일도증대격벽 유로공은 상기 구획격벽 유로공의 개수보다 많게 형성되고,
    상기 분사공은 상기 균일도증대격벽 유로공의 개수보다 많게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 균일도증대격벽은 복수로 형성되고,
    복수의 상기 균일도증대격벽 중 상기 입구벽부에 인접한 균일도증대격벽으로부터 상기 출구벽부에 인접한 균일도증대격벽으로 갈수록, 상기 균일도증대격벽 유로공의 개수가 많게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 구획격벽 유로공은 상기 균일도증대격벽 유로공 사이 사이에 대향되게 형성되고,
    상기 균일도증대격벽 유로공은 상기 분사공 사이 사이에 대향되게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 균일도증대격벽 유로공은 복수로 구비되고, 일 방향으로 배열되며,
    상기 균일도증대격벽의 상류공간에서 상기 균일도증대격벽 유로공의 배열방향에 수직한 단면적을 제1 기준 단면적이라 하고,
    상기 균일도증대격벽 유로공에서 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 제2 기준 단면적이라 할 때,
    상기 균일도증대격벽 유로공은 상기 제1 기준 단면적이 상기 제2 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 분사공은 복수로 구비되고, 일 방향으로 배열되며,
    상기 출구벽부의 상류공간에서 상기 분사공의 배열방향에 수직한 단면적을 제3 기준 단면적이라 하고,
    상기 분사공에서 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 제4 기준 단면적이라 할 때,
    상기 분사공은 상기 제3 기준 단면적이 상기 제4 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 분사공은 복수로 구비되고, 일 방향으로 배열되며,
    상기 분사공에서 반응가스의 유동방향에 수직한 단면적을 제4 기준 단면적이라 하고,
    상기 분사부의 내부공간에서 상기 분사공의 배열방향에 수직한 단면적을 제5 기준 단면적이라 할 때,
    상기 분사공은 상기 제5 기준 단면적이 상기 제4 기준 단면적의 합보다 크거나 같게 형성되는 화학기상증착장치용 가스분사 노즐.
KR1020150077805A 2014-11-05 2015-06-02 화학기상증착용 가스분사노즐 KR101707102B1 (ko)

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KR100373790B1 (ko) * 1997-03-04 2003-04-21 동경 엘렉트론 주식회사 성막방법및그장치
JP2005072424A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Ulvac Japan Ltd シャワーヘッド及び成膜装置
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JP3149701U (ja) * 2009-01-27 2009-04-09 日本エー・エス・エム株式会社 半導体処理装置用シャワーヘッド

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