KR100688838B1 - 촉매 화학기상증착장치 및 촉매 화학기상증착방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매 화학기상증착장치에 사용되는 촉매 와이어에 장력을 부가하여 열변형에 의한 와이어 처짐이 방지되고, 추가적인 가스를 인입하여 이물질 생성을 배제시키도록 된 촉매 화학기상증착장치 및 촉매 화학기상증착방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 공정가스를 인입하도록 구성되는 샤워헤드; 상기 샤워헤드로부터 인입되는 가스를 분해시키도록 상기 공정챔버 내에 구성되는 장력 부가가 가능한 촉매 와이어 구조체; 및 상기 촉매 와이어 구조체에서 분해된 가스가 증착되는 기판;을 포함하여 이루어져, 촉매 와이어에 장력을 부가하여 열변형에 의한 와이어 처짐이 방지되어 기판 온도 불균일 및 성막 불균일의 발생요인을 제거할 수 있고, 추가적인 가스를 인입함으로써 이물질 생성을 배제하여 촉매 와이어의 수명을 향상 시킬 수 있다.
촉매 화학기상증착장치, 촉매 와이어, 장력부가, 촉매 와이어 구조체
Description
도 1은 종래의 촉매 화학기상증착장치가 도시된 개략도,
도 2는 종래의 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체가 도시된 개략 사시도,
도 3은 종래의 촉매 와이어 구조체 사용시 촉매 와이어의 처짐현상이 도시된 개략 정면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체의 촉매 와이어 장력부가장치가 도시된 사시도 및 절개 사시도,
도 5는 도 4에서 촉매 와이어가 연결된 부분을 확대하여 나타낸 사시도,
도 6a 및 도 6b는 도 5에서 통과공 내부가 개략적으로 도시된 절개 평면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체의 가스 공급라인이 도시된 일부절개 사시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체를 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체를 나타낸 사시도,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 와이어 구조체가 구비된 촉매 화학기상증착장치가 도시된 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1... 챔버, 2... 샤워헤드,
3... 촉매 와이어 구조체, 4... 기판,
30... 촉매 와이어, 31... 지지체,
300...촉매 와이어용 장력부가장치, 310...몸체부,
320...탄성부재, 330...피스톤부,
336...통과공, 350...가스 인입라인.
본 발명은 촉매 화학기상증착장치 및 촉매 화학기상증착방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 촉매 화학기상증착장치에 사용되는 촉매 와이어에 장력을 부가하여 열변형에 의한 와이어 처짐이 방지되고, 추가적인 가스를 인입하여 이물질 생성을 배제시키도록 된 촉매 화학기상증착장치 및 촉매 화학기상증착방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자 또는 표시소자 등의 제작에 있어서, 기판 상에 소 정의 박막을 형성하는 공정 중의 하나로서 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)법이 널리 사용되고 있다.
화학기상증착법에는, 방전 플라즈마 중에서 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜서 성막을 행하는 플라즈마 화학기상증착법이나 기판을 가열해서 그 열에 의해 화학반응을 발생시켜 성막을 행하는 열화학기상증착법 등이 있다. 이외에도, 소정의 고온으로 유지한 발열체에 의해 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜서 성막을 행하는 방식의 화학기상증착법(이하, '발열체 화학기상증착법'이라 함)이 있다.
발열체 화학기상증착법을 행하는 성막처리장치는, 진공배기가능한 챔버 내에 설치된 텅스텐 등의 고융점금속으로 이루어지는 발열체를 1000~2000℃ 정도의 고온으로 유지하면서 원료가스를 도입하도록 구성되어 있다. 도입된 원료가스는 발열체의 표면을 통과할 때에 분해나 활성화된다. 이후, 이 분해나 활성화된 원료가스가 기판에 도달함으로써, 최종적인 목적물인 재료의 박막이 기판의 표면에 증착된다. 또한, 이와 같은 발열체 화학기상증착법 중, 와이어 형상의 발열체를 사용하는 것에 대해서는 핫 와이어(Hot Wire) 화학기상증착법이라고 부르고 있다. 특히, 발열체에 의한 원료가스의 분해 혹은 활성화에 있어서, 발열체의 촉매반응을 이용하고 있는 것에 대해서는 촉매 화학기상증착법이라고 부르고 있다.
촉매 화학기상증착법에서는 원료가스의 분해나 활성화는 촉매의 표면을 통과할 때에 일어나기 때문에, 기판의 열에 의해서만 반응을 생기게 하는 열 화학기상증착법에 비해 기판의 온도를 낮게할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 플라즈마 화학기상증착법과 같이 플라즈마를 형성하는 일이 없으므로, 플라즈마에 의한 기판의 손상과 같은 문제가 발생하지 않는다. 이와 같이, 촉매 화학기상증착법은 고집적화나 고기능화 및 고정세화 되어가는 차세대의 반도체 소자 및 표시소자 등에 적용가능한 성막법으로서 유망하다.
이러한 촉매 화학기상증착법을 수행하는 촉매 화학기상증착장치가 도 1에 개념적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 챔버(1)의 내부에서는 기판(미도시)에 대해 박막형성이라는 소정의 공정이 진행된다. 이 챔버(1)에는, 당해 챔버(1)의 내부를 진공으로 배기하는 배기계(11)와, 당해 챔버(1) 내에 박막형성을 위한 소정의 원료가스를 공급하는 원료가스 공급계(21)가 접속되어 있다. 챔버(1) 내부에는, 챔버(1) 내에 공급된 원료가스가 표면을 통과하도록 촉매 와이어(30)가 배치되어 있다. 당해 촉매 와이어(30)에는, 이것을 촉매 화학기상증착법에 요구되어지는 소정의 온도로 가열하고 이를 유지하도록 전력을 공급해주는 전력공급기구(35)가 접속되어 있다. 또한, 챔버(1) 내에서 가스공급기(2)는 촉매 와이어(30)에 대향하여 배치된다.
챔버(1) 내에는 상기 소정의 고온으로 유지되어 있는 촉매 와이어(30)에 의해 분해 및/또는 활성화된 원료가스에 의해 기판(미도시)에 소정의 박막이 형성된다. 그러므로 챔버(1) 내에는 기판(미도시)을 유지하는 기판 홀더(4)가 구비되어 있다.
도 1에서 미설명 도면부호 5는 상기 기판을 챔버(1) 내에 반출 및 반입하기 위하여 구성된 게이트 밸브이다. 또한, 기판 홀더(4)에는 통상적으로 공지된 기판을 가열하기 위한 가열 기구가 구비되어 있는데, 본 도면의 설명에서는 그 도시 및 설명은 생략한다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같은 촉매 화학기상증착장치에서는, 원료가스 공급계(21)는 도시되지 않은 원료가스가 충전된 봄베, 공급압 조정기, 유량조정기, 공급/정지 전환 밸브 등으로 구성되어 있다. 원료가스는, 이 원료가스 공급계(21)로부터 챔버(1) 내의 가스공급기(2)를 통하여 챔버(1) 내에 공급되고 있다.
2 종류 이상의 원료가스를 사용하는 혼합가스 공정에서는, 원료가스 공급계(21)는 사용되는 가스 종의 수 만큼 가스공급기(2)에 병렬로 접속되게 된다.
가스공급기(2)는 상기와 같이, 챔버(1)에서 촉매 와이어(30)에 대향하여 배치된다. 또한, 가스공급기(2)는 중공구조로 되어 있어, 기판 홀더(4)와 대향하는 면에 다수의 가스분출공(210)이 형성되어 있다.
한편, 배기계(11)는 배기속도 조정기능을 갖는 메인 밸브(12)를 통하여 챔버(1)와 접속되어 있다. 이 배기속도 조정기능에 의해 챔버(1) 내의 압력이 제어된다.
촉매 화학기상증착법에서는 기판(미도시)은 박막형성이라는 소정의 처리가 시행되는 피처리물이 된다. 이 기판은 게이트 밸브(5)를 통하여 챔버(1) 내에 반입 및 반출된다.
상기 촉매 와이어(30)는 일반적으로 선 형상의 부재로 이루어지는 것이며, 톱니 형상으로 절곡되고, 적어도 표면이 절연체인 지지체(31)에 의해 유지되어 있다. 또한, 촉매 와이어(30)는 전력 공급기구(35)로부터의 전력 공급선(32)과 접속단자(33)에 의해 접속되어 있다. 촉매 와이어(30)는 이 전력 공급선(32) 및 접속단 자(33)를 통하여 전력을 공급받게 되어, 촉매 화학기상증착법에 요구되는 소정 온도로의 가열 및 소정 온도에서의 유지가 가능하도록 한다.
전력 공급기구(35)에는 통상적으로 직류전원 또는 교류전원이 사용된다. 촉매 와이어(30)는 전원으로부터 전력이 공급되어 통전가열에 의하여 소정 온도에 설정되게 된다. 이 촉매 와이어(30)를 고온 가열함으로써 원료가스를 분해 및/또는 활성화하여 성막을 효율적으로 행할 수 있다.
통상적으로, 촉매 와이어(30)는 통전가열에 의하여 소정의 온도로 가열된다. 따라서, 재료로서는 고융점 금속이 사용되는데, 일반적으로는 텅스텐이 사용된다.
도 1에 도시되는 촉매 화학기상증착장치에 의한 박막형성에 대하여, 실리콘 박막을 제작하는 경우와 질화실리콘 박막을 제작하는 경우를 예로 들어서 설명한다.
먼저, 실리콘 박막을 제작하는 경우에는, 원료가스로서 실란(SiH4)과 수소(H2)의 혼합가스가 사용된다. 질화실리콘 박막을 제작하는 경우에는 실란과 암모니아(NH3)의 혼합가스가 사용된다. 챔버(1) 내의 압력은 0.1~100 ㎩ 정도이다. 어느 박막에 있어서도 촉매 와이어(30)는 소정의 온도 즉, 통상적으로는 약 1600~2000℃ 정도의 온도로 설정된다. 또한, 기판 홀더(4)에 유지되어 있는 기판(미도시)의 온도는 기판 홀더(4) 내의 가열기구(또한 미도시)에 의해 200~250℃ 정도로 설정된다.
상술한 종래의 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체(3)가 도 2에 도 시되었다.
이러한 종래의 촉매 와이어 구조체(3)는 통상 고온으로 가열되어 사용되므로 이에 따른 촉매 와이어(30)의 열팽창 현상으로 인하여 촉매 와이어(30)의 처짐현상이 발생된다. 이러한 촉매 와이어(30)의 처짐현상을 도 3에 개략적으로 도시하였다.
촉매 와이어(30)의 처짐현상은 촉매 와이어(30)가 지지체(31)에 연결된 부분에서 멀어질수록 즉, 촉매 와이어 구조체(3)의 중심부에서 더욱 심해지게 되어 결과적으로 기판 전 영역에 불균일한 복사열이 전달되게 된다.
또한, 공정 상의 가스 분해도에 영향을 미치게 되므로 증착되는 박막의 균일도에 악영향을 미치게 된다.
이외에도, 촉매 와이어(30)의 지지체(31)와의 연결부의 온도 저하로 촉매 와이어(30) 주변에서 이물질이 생성되므로 파손이나 수명단축의 원인이 되는 문제점이 내포되어 있었다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열변형에 의한 와이어 처짐이 방지되고, 이물질 생성을 배제시킬 수 있도록 된 촉매 화학기상증착장치 및 촉매 화학기상증착방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 공정가스를 인입하도록 구성되는 샤워헤드; 상기 샤워 헤드로부터 인입되는 가스를 분해시키도록 상기 공정챔버 내에 구성되는 장력 부가가 가능한 촉매 와이어 구조체; 및 상기 촉매 와이어 구조체에서 분해된 가스가 증착되는 기판;을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 촉매 와이어 구조체는, 촉매 와이어; 상기 촉매 와이어가 연결되며, 상기 촉매 와이어에 장력을 부가하도록 다수 개가 구성된 촉매 와이어용 장력부가장치; 상기 촉매 와이어용 장력부가장치가 지지되는 지지체; 및 상기 촉매 와이어에 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급부;를 포함하여 이루어지며, 상기 촉매 와이어용 장력부가장치는, 지지체에 지지되도록 구성된 몸체부; 상기 몸체부에 수납되는 피스톤과, 상기 몸체부에 일부 통과되도록 구성되는 피스톤 축을 가지며, 상기 피스톤 축의 한 끝에 촉매 와이어가 연결되도록 구성된 피스톤부; 및 상기 피스톤부의 상기 피스톤 축에 연결된 상기 촉매 와이어에 장력을 부가하도록 구성되고, 상기 몸체부에 수납되는 탄성부재;를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 상기 몸체부는 상기 지지체에 일체형으로 형성될 수도 있으며, 상기 몸체부의 내부에는 상기 피스톤부의 피스톤이 계지될 수 있도록 단차를 이루어 구성되는 것이 바람직하고, 상기 몸체부는 절연체로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피스톤부의 끝단부에는 통과공이 더 형성되어 상기 촉매 와이어가 이를 관통하여 연결되도록 하며, 바람직하게는, 상기 피스톤부에 형성된 상기 통과공은 테이퍼 또는 라운드로 형성된다.
또한, 상기 피스톤부에는 상기 피스톤에서 상기 피스톤 축에 걸쳐 가스 공급 라인이 더 형성되어 이루어질 수 있고, 상기 탄성부재는 압축 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전력 공급부는, 전력 공급원; 상기 전력 공급원으로부터 전력이 송전되는 선재; 및 상기 선재 및 상기 촉매 와이어를 연결하여 주도록 구성된 접속단자;를 포함하여 이루어지고, 상기 접속단자는 상기 지지체 상에 절연체로 이루어져 구성된다.
또한, 상기 지지체에는 상기 촉매 와이어에 가스를 공급하여 주도록 가스 공급라인이 그 내부에 더 구성되어 이루어지고, 가스 인입라인이 더 구성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 촉매 와이어는 상기 지지체 내에서 'ㄹ'이 연속된 형태로 상기 각각의 촉매 와이어용 장력부가장치에 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 촉매 화학기상증착방법은 공정챔버 내에 진공의 배기가 이루어지는 진공배기단계; 상기 진공이 이루어진 공정챔버 내에 공정 가스가 인입되는 공정개시단계; 상기 공정 가스와 촉매 와이어와의 반응이 일어나는 촉매 와이어 작동단계; 및 상기 촉매 와이어와 반응된 상기 공정 가스가 상기 공정챔버 내의 기판 상에 증착되는 성막단계;로 이루어진다.
여기서, 상기 공정챔버는 상기의 촉매 화학기상증착장치이다.
또한, 상기 공정개시단계 이전에 상기 공정챔버를 클리닝하여 주는 청정화단계가 더 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 촉매 와이어 작동단계는, 상기 촉매 와이어가 가열되는 촉매 와이어 가열단계; 상기 가열된 촉매 와이어가 신장되는 신장단계; 및 상기 신장된 촉매 와이어에 장력이 부가되는 장력부가단계;로 이루어지며, 상기 장력부가단계는, 상기 촉매 와이어에 장력이 유지되는 유지단계; 상기 신장된 촉매 와이어에 추가적인 장력이 더 부여되는 부여단계; 및 상기 촉매 와이어에 추가적인 장력이 더 부여된 상태로 유지되는 유지단계;로 이루어진다.
여기서, 상기 신장된 촉매 와이어에 더 부여되는 추가적인 장력은 상기의 촉매 와이어 구조체로 부여된다.
또한, 상기 촉매 와이어 작동단계는 상기 촉매 와이어 구조체 상에 이물질 생성 방지를 위하여 추가가스공급단계가 더 포함되어 이루어질 수 있으며, 이는 상기의 촉매 와이어 구조체로서 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체의 촉매 와이어용 장력부가장치가 도시된 사시도 및 절개 사시도이다.
본 발명에 따른 촉매 와이어 구조체(3)의 촉매 와이어용 장력부가장치(300)는, 지지체(31)에 지지되도록 구성된 몸체부(310); 이 몸체부(310)에 수납되는 피스톤(332)과, 몸체부(310)에 일부 통과되도록 구성되는 피스톤 축(334)을 가지며, 이 피스톤 축(334)의 한 끝에 촉매 와이어(30)가 연결되도록 구성된 피스톤부(330); 및 이 피스톤부(330)의 피스톤 축(334)에 연결된 촉매 와이어(30)에 장력을 부가하도록 구성되고, 몸체부(310)에 수납되는 탄성부재(320);를 포함하여 이루어진다.
지지체(31)에는 촉매 와이어용 장력부가장치(300)의 몸체부(310)가 견고히 지지되어 구성된다. 이 몸체부(310)는 지지체(31)와 같은 재질로 이루어질 수 있으며, 지지체(31)에 비하여 절연성이 더 뛰어난 재질로 형성될 수도 있다. 또한, 이 몸체부(310)는 지지체(31)와 일체형으로 형성되어질 수도 있다. 또한, 몸체부(310)의 내부에는 가스가 경유할 수 있도록 가스 공급라인(318)이 형성된다. 이 가스 공급라인(318)은 차후 서술될 피스톤부(330)를 거쳐 촉매 와이어(30)에 가스를 공급하게 된다.
또한, 차후 서술될 피스톤부(330)의 피스톤(332)이 이에 계지되어 피스톤 축(334)에 연결된 촉매 와이어(30)에 최소한의 장력을 부가하여 줄 수 있도록 몸체부(310)의 내부에는 더 상세하게는, 몸체부 내부에 형성된 가스공급라인(318)의 일부에는 단차(312)가 형성되어 있다.
몸체부(310)의 내부에는 피스톤부(330)가 수납된다. 이 피스톤부(330)는 피스톤(332)과 피스톤 축(334)으로 이루어져 있으며, 피스톤(332)은 몸체부(310)의 내부에 완전히 수납되어지고, 피스톤 축(334)은 피스톤(332)에서 몸체부(310)가 지지된 지지체(31)의 반대방향으로 연장되어 형성된다. 이 피스톤 축(334)은 그 일부가 즉, 피스톤(332)에서 연장되어 형성된 끝단부가 몸체부(310) 외부로 노출되어 형성된다. 피스톤(332) 및 피스톤 축(334)은 일체형으로 형성되어지나 분리형으로도 형성되어질 수 있다.
또한, 이 피스톤부(330)에는 피스톤(332)에서 피스톤 축(334)에 걸쳐 가스가 공급될 수 있도록 가스 공급라인(338)이 형성된다. 이 가스공급라인(338)은 상기 서술한 몸체부(310)에 형성된 가스공급라인(318)과 연통구성되어 가스공급라인(318)을 경유하여 공급된 가스가 통과되어 촉매 와이어(30)에 공급되도록 한다.
도 5는 도 4에서 촉매 와이어가 연결된 부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.
상기 피스톤 축(334)의 몸체부(310) 외부로 노출된 부위의 끝단부에는 촉매 와이어(30)가 연결되어질 수 있도록 통과공(336)이 형성된다. 촉매 와이어(30)는 이 통과공(336)을 관통하며, 관통 시에 접촉되는 면 일부가 연결된다. 따라서, 통과통(336)이 형성된 피스톤 축(334) 및 피스톤(332) 또한 절연체로 이루어지는 것이 바람직하며, 더 바람직하게, 피스톤(332)의 운동에 의한 몸체부(310) 내벽과의 마찰을 고려하여, 피스톤부(330)는 몸체부(310)와 동일한 재질로 이루어진다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에서 통과공 내부가 개략적으로 도시된 절개 평면도이다.
피스톤부(330)에 형성된 통과공(336)은 테이퍼(도 6a) 또는 라운드(도 6b)로 형성된다. 이와 같이 형성되는 이유는, 촉매 와이어(30)가 통과공(336)을 관통 시에, 관통공(336) 입구 전의 굴곡각을 완만히 하여 주기 위해서이다. 즉, 촉매 와이어(30)의 굴곡각을 완만히 하여 줌으로써, 공정시의 가열 및 비공정 시의 해열에 따른 경화로 인한 굴곡부의 손상을 저감시킬 수 있다.
통과공(336)에 연결된 촉매 와이어(30)에 장력을 부가시키도록 하기 위하여 몸체부(310)의 내부에는, 더 확실하게는, 몸체부(310) 내부에서 피스톤(332)에서 연장되어 형성된 피스톤 축(334)과 동축으로 탄성부재(320)가 구성된다. 이 탄성부재(320)는 몸체부(310)의 단차(312)에 계지된 피스톤(332)에 추가적인 장력을 부가하기 위하여 구성된다. 이 탄성부재(320)는 피스톤(332)에 지지체(31) 측으로의 운동력을 가해주도록 압축 스프링(320)인 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체의 가스 공급라인이 도시된 일부절개 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체를 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치의 촉매 와이어 구조체(3)는 촉매 와이어(30); 이 촉매 와이어(30)가 연결되며, 다수 개가 구성된 촉매 와이어용 장력부가장치(300); 이 촉매 와이어용 장력부가장치(300)가 지지되는 지지체(31); 및 이 촉매 와이어(30)에 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급부;를 포함하여 이루어진다.
촉매 와이어(30)는 다수 개가 구성된 촉매 와이어용 장력부가장치(300)에 연결된다. 더 정확하게는, 촉매 와이어(30)는 지지체(31)에 다수 개가 상호대향되어 지지된 촉매 와이어용 장력부가장치(300)에 단선으로 교번하여 연결된다. 단선으로 연결되는 촉매 와이어(30)의 각 끝단부는 촉매 와이어(30)에 전력을 공급하도록 구 성된 전력 공급부와 연결된다.
촉매 와이어(30)는 도 2에 종래의 촉매 와이어 구조체(3)로서 도시된 바와 같이 지지체(31) 내에서 교번되는 각 지점이 하나의 촉매 와이어용 장력부가장치(300)에 연결되어질 수도 있지만(도 8), 더 바람직하게는 지지체(31) 내에서 'ㄹ'이 연속된 형태로 각각의 촉매 와이어용 장력부가장치(300)에 교번되어 연결된다(도 9). 도 8에 도시된 바와 같은 교번방식보다 도 9에 도시된 바와 같은 교번방식이 더 바람직한 이유는, 촉매 와이어용 장력부가장치(300)에 각 연결된 촉매 와이어(30)의 굴곡각이 더 작아지기 때문이다. 즉, 공정 시의 가열 및 비공정 시의 해열이 반복되는 촉매 와이어(30)에 있어서, 열경화에 따른 손상을 저감시켜 줄 수 있기 때문이다. 더우기, 이러한 교번방식에 더욱 바람직하게, 상술된 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 통과공(336)을 관통하는 촉매 와이어(30)의 연결방식이 사용되어 상기와 같은 이유에서 발생되는 촉매 와이어(30)의 손상을 더욱 저감시켜 준다.
공정이 진행되는 동안 촉매 와이어(30)에 전력을 공급하여 주도록 구성된 전력 공급부는, 전력 공급원(35); 이 전력 공급원(35)으로부터 전력이 송전되는 선재(32); 및 이 선재(32) 및 촉매 와이어(30)를 연결하여 주도록 구성된 접속단자(33);를 포함하여 이루어진다. 이와 같은 구성에서 접속단자(33)는 지지체(31) 상에 구성되는 것이 바람직하며, 이때 접속단자(33)는 절연체로 이루어진다. 절연체로 이루어진 접속단자(33)를 사용함으로써, 더욱 효율적인 송전이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 지지체(31)에는 촉매 와이어(30)에 가스를 공급하여 주도록 가스 공급라인(358)이 그 내부에 더 구성되어 이루어지고, 가스 인입라인(350)이 더 구성된다. 이 가스 인입라인(350)은 다수 개의 촉매 와이어용 장력부가장치(300)가 구성된 지지체(31)의 각 측에 연결구성된다. 이 가스 인입라인(350)은 샤워헤드(2)에서 분사되는 공정가스와 별도로 촉매 와이어(30)에 가스를 공급하도록 구성된다. 가스 인입라인(350)에서 인입된 가스는 가스 공급라인(358)을 통하여 지지체(31)의 한 측에 다수 개가 구성된 촉매 와이어용 장력부가장치(300)에 각각 가스를 공급하여 주게 된다. 상기 설명한 몸체부(310)의 가스 공급라인(318) 및 피스톤부(330)의 가스 공급라인(338)은 가스 인입라인(350)에서 부터 지지체(31)를 통하여 이 가스 공급라인(358)과 연통되어 구성된다. 이 가스 인입라인(350)에서 인입되어 가스 공급라인(358, 318, 338)을 순차적으로 경유하여 촉매 와이어(30)에 공급되는 가스는 촉매 와이어(30)와 촉매 와이어용 장력부가장치(300)의 연결부에서 필연적으로 발생되는 열손실로 인한 온도저하에 따라 촉매 와이어(30) 표면에 이물질의 형성을 방지하여 주게 된다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉매 와이어 구조체가 구비된 촉매 화학기상증착장치가 도시된 개략도이다.
본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치는, 공정챔버(1); 이 공정챔버 내에 공정가스를 인입하도록 구성되는 샤워헤드(2); 이 샤워헤드(2)로부터 인입되는 가스를 분해시키도록 공정챔버(1) 내에 구성되는 장력 부가가 가능한 촉매 와이어 구조체(3); 및 이 촉매 와이어 구조체(3)에서 분해된 가스가 증착되는 기판;을 포함 하여 이루어진다.
공정챔버(1) 내에는 공정가스를 인입하도록 샤워헤드(2)가 구성된다. 샤워헤드(2)로부터 분사된 공정가스는 본 발명에 따른 촉매 와이어 구조체(3)에서 요구되어지는 물질로 분해되어 기판 홀더(4)에 고정된 기판(미도시) 상에 증착되게 된다. 이와 같은 구성에서 상기 촉매 와이어 구조체(3)의 가스 인입라인(350)은 공정챔버(1) 벽을 관통하여 대기 중에 노출되어 구성되며, 대기 중의 가스 공급원(미도시)로부터 필요한 가스가 공급된다. 또한, 상기 촉매 와이어 구조체(3)는 공정챔버(1) 벽을 관통하는 선재(32)를 통하여 대기 중에 구성된 전력공급원(35)으로부터 필요한 전력을 공급받게 된다.
이하, 본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치의 작용을 Si 박막을 증착시키는 경우를 예로서 도 10을 참조하여 설명한다.
진공 배기계(11)를 통하여 진공상태가 된 챔버(1) 내에, 기판(4)에 Si 박막을 증착시키기 위하여 샤워헤드(2)를 통하여 SiH4 가스가 분사된다. 전력 공급원(35)을 통하여 기가열된 촉매 와이어(30)는 열팽창이 일어나게 되어 그 길이가 늘어나게 된다. 이때, 지지체(31)에 다수 개가 지지되어 촉매 와이어(30)를 연결하는 촉매 와이어용 장력부가장치(300)는 각 연결된 촉매 와이어(30)에 피스톤부(330) 및 이에 운동력을 전달하는 탄성부재(320)를 통하여 장력이 부가된다. 이 장력 즉, 탄성부재(320)의 탄성력은 각 해당공정, 공정조건, 촉매 와이어(30) 소재 및 챔버 (1) 크기에 의하여 달라질 수 있으나, 촉매 와이어(30)에 손상을 부가할 정도 이하의 허용치로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 촉매 와이어용 장력부가장치(300)의 장력부가에 의하여 도 3에 도시된 바와 같은 촉매 와이어(30)의 처짐현상이 방지된다.
또한, 가스 인입라인(350)을 통하여 H2 가스가 인입되어 가스 공급라인(358, 318, 338)을 순차적으로 경유하게 된다. 이 H2 가스는 최종적으로 피스톤 축(334)의 끝단부에서 촉매 와이어(30) 측으로 분사되어 지지체(31) 상의 촉매 와이어(30) 전영영에 골고루 공급된다. 이와 같은 H2 가스 공급을 통하여 촉매 와이어(30)의 연결부에서 발생하는 열손실로 인한 온도저하에 따라 발생되는 이물질 형성을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 촉매 화학기상증착방법을 설명한다.
먼저, 공정챔버 내에 진공의 배기가 이루어지는 진공배기단계가 시행된다. 이 진공의 배기는 통상의 진공배기계로서 이루어진다. 이후, 진공이 이루어진 상기 공정챔버 내에 공정 가스가 인입되는 공정개시단계가 진행되며, 상기 공정 가스는 촉매 와이어와의 반응이 일어나는 촉매 와이어 작동단계를 통하여 원하는 물질로 해리된 뒤 상기 공정챔버 내의 기판 상에 증착되어 성막이 이루어진다.
여기서, 상기 공정챔버는 상기의 촉매 와이어 구조체가 채용된 촉매 화학기상증착장치이다.
상기 공정개시단계 이전에 상기 공정챔버를 클리닝하여 주는 청정화단계가 더 포함되어 이루어질 수 있다. 이 청정화단계는, 상기 촉매 와이어를 가열한 상태로 수소와 같은 가스를 인입하여 상기 공정챔버 및 상기 촉매 와이어를 청정화시키는 단계이다. 이 청정화단계를 통하여 실제 공정 시에 발생되는 이물질에 의한 박막 내부로의 불순물 유입 등을 방지할 수 있다.
공정이 진행될 시에, 상기 촉매 와이어는 가열에 의하여 그 작용이 이루어진다. 이때, 상기 촉매 와이어는 열팽창에 의하여 그 길이가 신장되고, 상기 지지체 구조 내에서 구성되는 상기 촉매 와이어는 하방으로 처지는 힘이 작용하게 된다. 그러나, 상기 촉매 와이어 구조체의 상기 장력부가장치로 인하여 상기 촉매 와이어의 신장에 따라서 장력이 부가되게 된다.
이 장력부가는 상기 촉매 와이어 전반에 장력이 부가되는 상태로 유지되며, 상기 촉매 와이어가 더 신장될 시에 추가적인 장력이 더 부여된 뒤, 다시 상기 촉매 와이어가 장력이 부가되어 있는 상태로 유지되는 새로운 평형상태를 이루도록 한다. 또한, 상기 촉매 와이어가 더욱 신장될 시에도 상술된 바와 같은 작용으로 상기 촉매 와이어에 항상 장력이 부가되는 상태로 유지된다.
상술된 작용은 상기 촉매 화학기상증착장치의 상기 촉매 와이어 구조체, 더 상세하게는 상기 촉매 와이어 구조체의 상기 장력부가장치로서 이루어진다.
이와 같은 구성에 부가적으로, 상기 촉매 와이어와 상기 장력부가장치의 연결부 상에, 가열이 이루어지는 상기 촉매 와이어와 가열이 이루어지지 않는 상기 장력부가장치와의 열전달로 인하여, 상기 촉매 와이어 연결부위의 열손실이 발생하 게 되어 발생되는 이물질 생성을 방지하는 목적으로 상기 촉매 와이어 즉, 상기 촉매 와이어와 상기 장력부가장치와의 연결부위에 추가적인 가스를 더 공급하도록 할 수 있다. 이는 상기 촉매 와이어 구조체, 더 상세하게는, 상기 촉매 와이어 구조체 내에 구비되는 가스 공급라인으로 이루어지며, 이의 구성, 기구 및 이로 인하여 구현되는 효과는 상술된 바와 같다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매 화학기상증착장치 및 촉매 화학기상증착방법에 의하여, 촉매 와이어에 장력을 부가하여 열변형에 의한 와이어 처짐이 방지되어 기판 온도 불균일 및 성막 불균일의 발생요인을 제거할 수 있고, 추가적인 가스를 인입함으로써 이물질 생성을 배제하여 촉매 와이어의 수명을 향상 시킬 수 있다.
Claims (23)
- 공정챔버, 상기 공정챔버 내에 공정가스를 인입하도록 구성되는 샤워헤드, 상기 샤워헤드로부터 인입되는 가스를 분해시키도록 상기 공정챔버 내에 구성되는 장력 부가가 가능한 촉매 와이어 구조체 및 상기 촉매 와이어 구조체에서 분해된 가스가 증착되는 기판을 포함하여 이루어지는 촉매 화학기상증착장치에 있어서,상기 촉매 와이어 구조체는, 촉매 와이어가 연결되며 이에 장력을 부가하도록 다수 개가 구성된 촉매 와이어용 장력부가장치 및 이를 지지하는 지지체를 구비하되, 상기 촉매 와이어용 장력부가장치는, 상기 지지체에 지지되도록 구성된 몸체부; 상기 몸체부에 수납되는 피스톤과 상기 몸체부에 일부 통과되도록 구성되는 피스톤 축을 가지며, 상기 피스톤 축의 한 끝에 상기 촉매 와이어가 연결되도록 구성된 피스톤부; 및 상기 피스톤부의 상기 피스톤 축에 연결된 상기 촉매 와이어에 장력을 부가하도록 구성되고, 상기 몸체부에 수납되는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 몸체부는 상기 지지체에 일체형으로 형성되는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 몸체부의 내부에는 상기 피스톤부의 상기 피스톤이 계지될 수 있도록 단차를 이루어 구성되는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 몸체부는 절연체로 구성되는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 피스톤부의 어느 한 단부에는 통과공이 더 형성되어 상기 촉매 와이어가 이를 관통하여 연결되도록 된 촉매 화학기상증착장치.
- 제5항에 있어서,상기 피스톤부에 형성된 상기 통과공은 테이퍼 또는 라운드로 형성되는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 피스톤부에는 상기 피스톤에서 상기 피스톤 축에 걸쳐 가스 공급라인이 더 형성되어 이루어지는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 탄성부재는 압축 스프링으로 이루어지는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 촉매 와이어 구조체는, 상기 촉매 와이어에 전력을 공급하는 전력 공급부를 포함하되, 상기 전력 공급부는, 전력 공급원; 상기 전력 공급원으로부터 전력이 송전되는 선재; 및 상기 선재 및 상기 촉매 와이어를 연결하여 주도록 구성된 접속단자;를 포함하여 이루어지는 촉매 화학기상증착장치.
- 제9항에 있어서,상기 접속단자는 상기 지지체 상에 구성되는 촉매 화학기상증착장치.
- 제10항에 있어서,상기 접속단자는 절연체로 이루어지는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 지지체에는 상기 촉매 와이어에 가스를 공급하여 주도록 가스 공급라인이 그 내부에 더 구성되어 이루어지고, 가스 인입라인이 더 구성되어 이루어지는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항에 있어서,상기 촉매 와이어는 상기 지지체 내에서 'ㄹ'이 연속된 형태로 상기 각각의 촉매 와이어용 장력부가장치에 연결되는 촉매 화학기상증착장치.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서의 촉매 화학기상증착장치 내에 진공의 배기가 이루어지는 진공배기단계;상기 진공이 이루어진 공정챔버 내에 공정 가스가 인입되는 공정개시단계;상기 공정 가스와 촉매 와이어와의 반응이 일어나는 촉매 와이어 작동단계; 및상기 촉매 와이어와 반응된 상기 공정 가스가 상기 공정챔버 내의 기판 상에 증착되는 성막단계;로 이루어지는 촉매 화학기상증착방법.
- 제14항에 있어서,상기 공정개시단계 이전에 상기 공정챔버를 클리닝하여 주는 청정화단계가 더 포함되어 이루어지는 촉매 화학기상증착방법.
- 제14항에 있어서,상기 촉매 와이어 작동단계는,상기 촉매 와이어가 가열되는 촉매 와이어 가열단계;상기 가열된 촉매 와이어가 신장되는 신장단계; 및상기 신장된 촉매 와이어에 장력이 부가되는 장력부가단계;로 이루어지는 촉매 화학기상증착방법.
- 제16항에 있어서,상기 장력부가단계는,상기 촉매 와이어에 장력이 유지되는 유지단계;상기 신장된 촉매 와이어에 추가적인 장력이 더 부여되는 부여단계; 및상기 촉매 와이어에 추가적인 장력이 더 부여된 상태로 유지되는 유지단계;로 이루어지는 촉매 화학기상증착방법.
- 제17항에 있어서,상기 신장된 촉매 와이어에 더 부여되는 추가적인 장력은 장력부가장치가 장착된 촉매와이어 구조체로서 부여되는 촉매 화학기상증착방법.
- 제16항에 있어서,상기 촉매 와이어 작동단계는 상기 촉매 와이어 구조체 상에 이물질 생성 방지를 위하여 추가가스공급단계가 더 포함되어 이루어지는 촉매 화학기상증착방법.
- 제19항에 있어서,상기 추가가스공급단계는 가스 공급라인이 구비된 촉매 와이어 구조체로서 이루어지는 촉매 화학기상증착방법.
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