KR101075569B1

KR101075569B1 - 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치

Info

Publication number: KR101075569B1
Application number: KR1020090057279A
Authority: KR
Inventors: 박경완
Original assignee: 주식회사 테라세미콘
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2011-10-21
Also published as: KR20100138653A

Abstract

증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치가 개시된다. 본 발명에 따른 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치는, 증착챔버(200) 내부로 기체화된 증착물질(111)을 공급하는 용기(110); 용기(110) 내부를 하부/상부 공간(400, 500)으로 분리하며, 증착물질(111)을 상부 공간(500)에 저장시키는 필터(120); 및 적어도 용기(110)의 상부 공간(500)의 외면과 마주보며 위치하고, 증착물질(111)을 가열시켜 기체화하는 가열부(130)를 포함하되, 필터(120)는 용기(110)의 외부에서 하부 공간(400)으로 공급되는 운반가스를 상부 공간(500)으로 통과시켜, 상기 기체화된 증착물질(111)을 증착챔버(200)로 운반시키는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

증착물질, 운반가스, 혼합, 소스가스, 필터

Description

증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치{APPARATUS FOR UNIFORMLY SUPPLYING OF DEPOSITION MATERIAL}

본 발명은 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 운반가스를 증착물질 사이로 균일하게 통과시킬 수 있고 회전력을 이용해 증착물질을 균일하게 혼합시킬 수 있는 증착물질 공급장치에 관한 것이다.

오늘날 대부분의 전자기기에 내장되는 메모리와 비메모리의 수요 증가에 따라 반도체 기술 분야 및 핸드폰, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), 대형 TV와 같은 디스플레이의 수요가 증가함에 따라 두께가 얇고 가벼운 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 기술 분야의 발전이 급속하게 진행되고 있다.

이러한 반도체 또는 평판 디스플레이의 제작을 위해서는 다양한 종류의 박막(Thin film) 패턴이 형성되는데, 이러한 박막 패턴은 증착(deposition) 공정과 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 구현될 수 있다. 이때, 박막 증착 방법은 크게 물리기상 증착법(PVD: physical vapor deposition)과 화학 반응을 이용한 화학기상 증착법(CVD: chemical vapor deposition)으로 나눌 수 있다. 이중 에서 화학기상 증착법은 증착하고자 하는 증착물질을　기체 상태로 기판 표면까지 이동시켜 화학 반응을 이용하여 기판 표면에 박막을 증착시키는 방법으로써, 증착물질의 재료 선택에 따라 다양한 박막 형성이 가능하며, 비교적 간단한 공정으로도 대량의 생산이 가능하다는 장점을 가지고 있어 폭넓게 사용되고 있다.

특히, 최근에는 기체 상태의 원료(source gas)를 순차적(sequentially)으로 주입/배기시킴으로써, 기판 상에 원자 크기 수준(order of an atomic size)의 박막을 형성시키는 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition)이 발전하고 있다. ALD법은 박막의 균일성 및 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있는 방법으로 알려져 있는 차세대 증착기술이다.

이러한 화학기상 증착 공정에서는 균일한 박막을 형성하기 위하여 증착챔버에 소스가스(증착물질을 포함하는 가스를 의미함)를 얼마나 지속적으로 균일하게 제공할 수 있는지가 핵심적 과제이다. 종래의 일반적인 증착물질 공급장치의 상세한 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 의한 증착물질 공급장치(10)의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 증착물질 공급장치(10)는 증착물질(12)을 저장하는 용기(11)와 히터와 같이 열을 가할 수 있는 가열부(13)를 포함하며 구성되는데, 일반적으로 증착물질(12)은 상온에서 고체 또는 액체 상태로 존재하기 때문에 가열부(13)에 의해 증착물질(12)을 가열해야만이 증착물질(12)이 기체화될 수 있다.

이때, 외부에 위치하는 운반가스 공급부(30)에서 제1 노즐(v1)를 통해 운반 가스(carrier gas)를 용기(11)의 상부로 공급함으로써, 용기(11) 내에서 기체화된 증착물질(12)이 용기(11)의 상부와 연결된 제2 노즐(v2)을 통해 증착챔버(20) 내부로 원활하게 운반되도록 할 수 있다. 이러한 증착물질(12)을 포함하는[즉, 기체화된 증착물질(12)을 포함하는] 가스는 증착챔버(20) 내에서 박막을 형성하는 소스가스의 기능을 수행할 수 있다.

하지만, 종래의 용기(11) 내부에는 하나의 공간만이 존재함으로써 운반가스와 소스가스의 공급관인 제1, 제2 노즐(v1, v2)이 모두 용기(11)의 상부에 연결된다. 따라서, 가열되어 기체화된 증착물질(12)이 증착챔버(20) 뿐만 아니라 운반가스 공급부(30)로도 유입될 수 있어 제1 노즐(v1)을 오염시킬 수 있다.

또한, 폐쇄적인 용기(11) 구조상 가스(운반가스, 소스가스)가 용기(11) 내부를 거쳐 증착챔버(20)까지 원활하게 이동하기 어렵다.

또한, 증착물질(12)은 용기(11) 외부에 위치하는 가열부(13)에 의해서만 가열되기 때문에, 증착물질(12)의 중앙부 보다 용기(11)와 접하는 가장자리부의 열 전달이 더 빠르게 되어 열 불균일성을 초래할 수 있다. 이는 소스가스의 생성 시간과 균일도를 저하시키고 증착물질(12)의 수명도 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

또한, 가열부(13)에 의해 가열된 증착물질(12)은 기체화되는 과정을 반복적으로 수행하기 때문에 입자간의 응결로 인한 경화 현상이 발생될 수 있다. 이러한 경화 현상은 이후에 증착물질(12)의 기체화를 방해하여 증착챔버(20)에 균일한 소스가스를 지속적으로 공급하기 어려운 문제가 있다.

결국, 상술된 문제점들은 화학기상 증착 공정에 있어서 기판 상에 형성되는 박막의 재현성과 수율을 저하시키는 결과를 야기할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 운반가스와 소스가스를 운반시키는 공급관(노즐)이 용기의 서로 다른 공간과 연결되도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 운반가스를 증착물질 사이로 균일하게 통과시킬 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 운반가스를 증착물질 사이로 통과시키기 전에 예열시키는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 회전력을 이용해 증착물질을 균일하게 혼합시킬 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 증착챔버 내부로 기체화된 증착물질을 공급하는 용기; 상기 용기 내부를 하부/상부 공간으로 분리하며, 상기 증착물질을 상기 상부 공간에 저장시키는 필터; 및 적어도 상기 용기의 상부 공간의 외면과 마주보며 위치하고, 상기 증착물질을 가열시켜 기체화하는 가열부를 포함하되, 상기 필터는 상기 용기의 외부에서 상기 하부 공간으로 공급되는 운반가스를 상기 상부 공간으로 통과시켜, 상기 기체화된 증착물질을 상기 증착챔버로 운반시키는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치에 의해 달성된다.

이때, 상기 증착물질은 상기 운반가스의 통과 방향과 수평하는 판상형일 수 있다.

상기 운반가스는 상기 용기 외부 또는 상기 하부 공간 내에서 예열될 수 있다.

상기 필터는 상기 증착물질 보다 작은 간격의 메시(mesh) 구조일 수 있다.

상기 하부 공간에는 상기 운반가스를 분산시키는 분사부가 더 구비될 수 있다.

상기 분사부는 상기 필터와 반대 방향으로 상기 운반가스를 분산시킬 수 있다.

상기 상부 공간에는 상기 증착물질을 회전력으로 혼합시키는 회전부가 더 구비될 수 있다.

상기 회전부는 상기 운반가스의 통과 방향과 수직하는 방향으로 회전할 수 있다.

본 발명에 따르면, 운반가스의 공급관(노즐)이 오염되는 것을 방지하고, 증착물질이 증착챔버로만 공급될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 운반가스를 증착물질 사이로 균일하게 통과시켜 소스가스의 균일도(증착물질의 균일도)를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 운반가스를 경로 상에서 자동적으로 예열시켜 소스가스의 생성 시간(증착물질의 가열 시간)을 단축하고, 증착물질의 수명을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 회전력을 이용해 증착물질을 균일하게 혼합시켜 증착물질이 경화되는 것을 방지할 수 있다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치(100)의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 의한 증착물질 공급장치(100)는 용기(110), 필터(120) 및 가열부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 용기(110)는 증착챔버(200) 내에 위치하는 기판(미도시) 상에 형성되는 박막(미도시)의 원 재료(소스물질)에 해당하는 증착물질(111)을 내부에 저장하는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 용기(100)는 상부에 연결된 제2 밸브(v2)에 의해 제어되는 공급관을 통해 기체화된 증착물질(111)을 증착챔버(200)로 공급하게 된다. 이때, 용기(100)의 하부에 연결된 제1 밸브(v1)에 의해 제어되는 공급관을 통해 공급되는 운반가스가 용기(100)를 통과하여 기체화된 증착물질(111)을 증착챔버(200)로 더 용이하게 운반하게 된다.

이러한 운반가스는 운반가스 공급부(300)에서 제공되는데 운반가스로는 불활성이며, 기체화된 증착물질(111)을 증착챔버(200)로 용이하게 이동할 수 있는 고순도의 아르곤, 헬륨, 질소 등이 사용될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 필터(120)는 용기(100)의 내부를 하부 공간(400)과 상부 공간(500)으로 분리하며, 증착물질(111)을 구조적으로 지지하여 상부 공간(500)에 저장시키는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 필터(120)는 용기(100)의 외부에 위치하는 운반가스 공급부(300)에서 용기(100)의 하부 공간(400)으로 공급되는 운반가스를 상부 공간(500)으로 통과시 킬 수 있다. 이때, 상부 공간(500)에 저장된 증착물질(111)은 가열부(130)에 의해 가열되어 기체화(예를 들면, 고체에서 기체로 승화)될 수 있으므로, 필터(120)를 통과한 운반가스에 의해 기체화된 증착물질(111)을 증착챔버(200)로 운반할 수 있다. 이와 같이, 증착물질(111)을 포함하는[즉, 기체화된 증착물질(111)을 포함하는] 가스는 증착챔버(200) 내에서 기판 상에 박막을 형성하는 소스가스(source gas)의 기능을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 필터(120)는 증착물질(111)을 지탱하면서도 운반가스를 통과시키기 위해 증착물질(111) 보다 작은 크기의 개구부(구멍)가 다수 형성된 구조인 것이 바람직한데, 일례로는 증착물질(111) 보다 작은 간격이 형성된 메시(mesh) 구조일 수 있다.

이러한 개구부의 크기는 상부 공간(500)에 저장되는 증착물질(111)의 입자 크기에 따라 결정될 수 있는데, 증착물질(111)은 운반가스가 용이하게 통과되기 위해 운반가스의 통과 방향과 수평하게 형성된 고체의 판상형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 증착물질(111)의 종류는 형성하고자 하는 박막의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있는데, 일례로 비정질 실리콘의 결정화시 열처리 온도(결정화 온도)를 하강시키기 위한 금속유도 결정화 공정에서 사용되는 Ni(CP)₂일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 가열부(130)는 적어도 용기(100)의 상부 공간(500) 의 외면과 마주보며 위치하며, 상부 공간(500)에 저장된 증착물질(111)을 가열하여 증 착물질(111)을 기체화시키는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 가열부(130)는 코일 형태의 열선으로 형성될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니며 열을 방출할 수 있는 종래의 공지된 다양한 기술을 적용할 수도 있다. 보다 상세하게 설명하면, 가열부(130)는 용기(100)와 절연되면서 외부를 둘러싸는 형태로 위치할 수 있는데, 용기(100)의 전체[상부 공간(500), 하부 공간(400))에 대응되게 분포함으로써, 용기(100) 전체를 균일하게 가열할 수 있다.

한편, 운반가스 공급부(300)에서 공급된 운반가스는 가열부(130)에 의해 하부 공간(400) 내에서 고온으로 예열될 수 있어서 이렇게 예열된 운반가스가 상부 공간(500)을 통과할 경우 증착물질(111)에 열을 전달할 수 있다. 물론, 운반가스는 용기(100)에 공급되기 전에 다른 가열 수단에 의해 예열될 수도 있다.

따라서, 상부 공간(500)에 저장된 증착물질(111)은 상부 공간(500)의 외면과 마주보는 가열부(130)에 의해 직접적으로 가열되고, 동시에 예열된 운반가스에 의해 열을 전달받아 기체화되는 속도가 빨라질 수 있다. 이로서, 소스가스의 생성시간을 단축할 수 있는데, 운반가스는 증착물질(111)의 사이마다 균일하게 공급됨으로써 증착물질(111)의 전체에 열을 보다 균일하게 전달하여 증착물질(111)의 수명을 증가시킬 수도 있다.

[실시예 2]

도 3은 본 발명의 실시예 2에 의한 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치(100)의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 의한 증착물질 공급장치(100)의 상세한 구성을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 의한 증착물질 공급장치(100) 중 회전부(150)의 동작을 설명하기 위한 간략한 평면도이다.

이러한, 본 발명의 실시예 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 증착물질 공급장치(100)의 구성에 분사부(140) 및 회전부(150) 중 적어도 하나가 추가된 것으로, 다른 구성은 실시예 1과 동일함으로 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 의한 증착물질 공급장치(100)는 용기(110), 필터(120), 가열부(130), 분사부(140) 및 회전부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 분사부(140)는 용기(110)의 하부 공간(400) 내부에 위치하며 운반가스 공급부(300)에서 공급되는 운반가스를 균일하게 분산시키는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 분사부(140)는 운반가스를 균일하게 분사하기 위하여 도시되지는 않았지만 하부 공간(400) 내부에 다수개의 분사홀을 구비할 수 있다. 특히, 분사되는 압력이 특정 영역에 집중되는 것을 방지하기 위해서 도시된 바와 같이 필터(120)와 반대 방향으로 형성된 분사홀(141)을 통해 운반가스를 분산시키는 것이 바람직하다.

따라서, 수직 방향으로 분사된 운반가스는 하부 공간(400)의 하부에 충돌하여 균일하게 확산될 수 있는데, 이때 분사부(140)의 분사홀(141)은 가장자리부 또는 중앙부에 구비되어 수평 방향으로 이동되면서 더 균일하게 확산될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 회전부(150)는 용기(100)의 상부 공간(500) 내부에 위치하며 증착물질(111)을 기계적인 회전력으로 혼합시키는 기능을 수행할 수 있다.

보다 상세하게, 도 5를 더 참조하면, 이러한 회전부(150)는 회전축(151)과 다수개의 날개(152)로 구성될 수 있는데, 이러한 회전축(150)은 용기(110)의 외부에 위치하는 모터(153)에 의해 회전되어 날개(152)를 회전시키게 된다.

이때, 회전부(150)는 운반가스의 통과 방향(a)과 수직하는 방향(b)으로 회전하는 것이 바람직한데, 이는 운반가스가 날개에 의해 차단되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 동일한 이유로 다수개의 날개(152)의 면적은 회전 방향(b) 보다 운반가스의 통과 방향(a)으로 큰 면적을 가지는 것이 바람직하다.

따라서, 다수개의 날개(152)는 운반가스를 양호하게 통과시키면서도 큰 면적을 이용하여 증착물질(111)을 고르게 혼합시킬 수 있으므로, 가열에 의해 증착물질(111)이 경화되는 현상을 방지할 수 있다.

이상의 실시예 2에서는 분사부(140) 및 회전부(150)가 모두 구비된 경우를 중심으로 설명하였지만, 이들 중 적어도 하나만 구비될 수 있음은 자명할 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래기술에 의한 증착물질 공급장치의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 의한 증착물질을 균일하게 공급하기 위한 증착물질 공급장치의 전체 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 증착물질 공급장치 110: 용기

120: 필터 130: 가열부

140: 분사부 150: 회전부

200: 증착챔버 300: 운반가스 공급부

400: 하부 공간 500: 상부 공간

Claims

증착챔버 내부로 기체화된 증착물질을 공급하는 용기;

상기 용기 내부를 하부/상부 공간으로 분리하며, 상기 증착물질을 상기 상부 공간에 저장시키는 필터;

적어도 상기 용기의 상부 공간의 외면과 마주보며 위치하고, 상기 증착물질을 가열시켜 기체화하는 가열부; 및

상기 하부 공간에 구비되어, 상기 필터와 반대 방향으로 운반가스를 분산시키는 분사부

를 포함하되,

상기 필터는 상기 용기의 외부에서 상기 하부 공간으로 공급되는 상기 운반가스를 상기 상부 공간으로 통과시켜, 상기 기체화된 증착물질을 상기 증착챔버로 운반시키는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 증착물질은 상기 운반가스의 통과 방향과 수평하는 판상형인 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 운반가스는 상기 용기 외부 또는 상기 하부 공간 내에서 예열되는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 필터는 상기 증착물질 보다 작은 간격의 메시(mesh) 구조인 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 상부 공간에는 상기 증착물질을 회전력으로 혼합시키는 회전부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.
제7항에 있어서,

상기 회전부는 상기 운반가스의 통과 방향과 수직하는 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 증착물질 공급장치.