KR101213623B1

KR101213623B1 - 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101213623B1
Application number: KR1020100087147A
Authority: KR
Inventors: 안영웅
Original assignee: 엘아이지에이디피 주식회사
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-12-18
Also published as: KR20120024304A

Abstract

본 발명은 화학기상증착장치의 가스 공급유닛 제조 방법에 관한 것으로, 제1 플레이트 상측에 제2 플레이트를 배치하여 냉각 챔버를 형성하는 단계, 공정 가스의 유로를 형성하는 제1 튜브 및 제2 튜브를 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 관통시킨 후 제1 용가재로 브레이징 하여 고정시키는 단계, 상기 제2 튜브의 상단이 제3 플레이트의 관통홀에 삽입되도록 상기 제3 플레이트를 상기 제2 플레이트의 상측으로 안착시켜 제1 가스챔버를 형성하는 단계, 상기 제2 튜브와 상기 관통홀 사이를 제2 용가재로 브레이징 하여 상기 제1 가스챔버의 기밀을 유지시키는 단계 및 상기 제3 플레이트 상측으로 제4 플레이트를 설치하여 제2 가스챔버를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 튜브는 상기 제1 가스챔버에 수용되는 가스의 공급 유로를 형성하고, 상기 제2 튜브는 상기 제2 가스챔버에 수용되는 가스의 공급유로를 형성하도록 설치되는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의할 경우, 각각의 공정 가스를 공정 공간으로 균일하게 공급할 수 있어, 웨이퍼 증착 품질을 개선시킬 수 있고, 가스공급유닛 제작시 요구되는 브레이징을 서로 다른 온도에서 진행하여, 브레이징 공정에 의해 발생되는 가스공급유닛의 변형을 최소화시킬 수 있다.

Description

화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조 방법 {A GAS SUPPLY UNIT OF A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND A METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 하나 이상의 공정가스를 이용하여 박막을 증착시키는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

화학 기상 증착이란 공정 가스의 화학 반응을 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 의미한다. 따라서, 화학기상증착장치는 반응성이 좋은 적어도 하나 이상의 공정가스를 챔버에 공급하고, 이를 빛, 열, 플라즈마(plasma), 마이크로 웨이브(micro wave), X-ray, 전기장 등을 이용하여 공정가스를 활성화시켜 기판 상에 양질의 박막을 형성하도록 구성된다.

이와 같은 화학기상증착장치는 공정 챔버 내측으로 공정가스를 공급하기 위한 가스 공급유닛을 구비한다. 가스 공급유닛은 공정 챔버 내측 상부에 형성되는 복수개의 분사구를 이용하여 이종의 공정 가스를 각각 공급한다. 그리고, 공정 챔버 내측에서 이종의 공정 가스 간에 반응이 일어나면서 기판 상에 증착이 이루어진다. 이때, 복수개의 공정 가스는 공정 챔버 내측으로 공급되기 이전에 반응이 일어나는 것을 방지하기 위해, 가스 공급유닛은 각각의 공정가스가 별개의 유로를 따라 진행하도록 구성된다.

그런데, 종래의 경우 각각의 공정가스가 별개의 유로를 따라 공정 공간으로 공급되는 바, 웨이퍼 상으로 균일하게 각각의 공정가스를 공급하는 것이 곤란하였다. 따라서, 웨이퍼 상에 박막이 불균일하게 증착되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 전술한 문제점을 극복할 수 있도록, 서로 다른 공정가스가 공급되는 각각의 분사구를 가스공급유닛의 저면에 균일한 패턴으로 형성하여, 각각의 공정 가스가 공정 공간으로 균일하게 공급될 수 있는 화학기상증착장치의 가스공급유닛을 제공하기 위함이다.

나아가, 본 발명은 상기와 같은 가스공급유닛 제조시, 복수회에에 걸친 브레이징 공정에 의해 발생되는 형상 변형을 최소화시킬 수 있는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조 방법을 제공하기 위함이다.

전술한 본 발명의 목적은, 제1 플레이트 상측에 제2 플레이트를 배치하여 냉각 챔버를 형성하는 단계, 공정 가스의 유로를 형성하는 제1 튜브 및 제2 튜브를 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 관통시킨 후 제1 용가재로 브레이징 하여 고정시키는 단계, 상기 제2 튜브의 상단이 제3 플레이트의 관통홀에 삽입되도록 상기 제3 플레이트를 상기 제2 플레이트의 상측으로 안착시켜 제1 가스챔버를 형성하는 단계, 상기 제2 튜브와 상기 관통홀 사이를 제2 용가재로 브레이징 하여 상기 제1 가스챔버의 기밀을 유지시키는 단계 및 상기 제3 플레이트 상측으로 제4 플레이트를 설치하여 제2 가스챔버를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 튜브는 상기 제1 가스챔버에 수용되는 가스의 공급 유로를 형성하고, 상기 제2 튜브는 상기 제2 가스챔버에 수용되는 가스의 공급유로를 형성하도록 설치되는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 제2 용가재를 이용하는 브레이징은 상기 제1 용가재를 이용하여 브레이징 보다 낮은 온도에서 진행되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제1 용가재를 이용하여 브레이징은 800℃～1100℃의 온도 범위에서 진행되고, 상기 제2 용가재를 이용하여 브레이징은 400℃～700℃의 온도 범위에 진행될 수 있다.

여기서, 상기 제2 용가재로서 알루미늄 성분으로 이루어지는 용가재를 이용할 수 있다.

나아가, 상기 제3 플레이트를 안착시키기 이전에, 분사면을 형성하는 제1 플레이트의 저면을 평탄하게 가공하는 단계 및 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트에 잔류하는 이물질을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 목적은 제1 공정가스를 수용하는 제1 가스챔버, 상기 제1 가스챔버 상측에 설치되어 제2 공정가스를 수용하는 제2 가스챔버, 상기 제1 가스챔버 하측에 구비되어 공정 공간과 인접 설치되는 냉각 챔버, 상기 제1 가스챔버로부터 상기 냉각 챔버를 관통하도록 설치되며, 상기 제1 공정가스가 상기 공정공간으로 공급되는 유로를 형성하는 제1 튜브 및 상기 제2 가스챔버로부터 상기 제1 가스챔버 및 상기 냉각 챔버를 관통하도록 설치되며 상기 제2 공정가스가 상기 공정공간으로 공급되는 유로를 형성하는 제2 튜브를 포함하고, 상기 냉각 챔버의 상면 및 하면은 상기 제1 튜브 및 제2 튜브가 관통하는 위치에서 제1 용가재에 의해 브레이징 되고, 상기 제2 가스챔버의 저면은 상기 제2 튜브가 관통하는 위치에서 제2 용가재에 의해 브레이징 되는 화학기상증착장치의 가스공급유닛에 의해 달성될 수도 있다.

여기서, 상기 제1 용가재는 1000℃ 이상에서 용융되는 재질로 구성되고, 상기 제2 용가재는 800℃ 이하의 온도에서 용융되는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 제2 용가재는 알루미늄 성분으로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.

본 발명에 의할 경우, 각각의 공정 가스를 공정 공간으로 균일하게 공급할 수 있어, 웨이퍼 증착 품질을 개선시킬 수 있다.

또한, 가스공급유닛 제작시 요구되는 브레이징을 서로 다른 온도에서 진행하여, 브레이징 공정에 의해 발생되는 가스공급유닛의 변형을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 가스공급유닛의 단면을 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 화학기상증착장치의 가스공급유닛을 제조하는 순서를 도시한 순서도이고,
도 4는 도 3의 각 단계에서 진행되는 공정 내용을 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치의 가스공급유닛에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 실시예에서는 유기 금속 화합물이 포함된 공정가스를 이용하는 화학기상증착장치(Metal Organic Chemical Vapor Deposition Apparatus, 이하 MOCVD)를 예를 들어 설명하도록 한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이 이외에도 복수개의 공정가스를 반응시켜 증착공정을 수행하는 각종 화학기상증착장치에 적용될 수 있음을 앞서 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면을 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 화학기상증착장치는 공정 챔버(10), 서셉터(susceptor; 20), 그리고 서셉터 방향으로 제1, 제2 공정가스를 공급하는 가스공급유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

우선, 공정 챔버(10)는 화학기상증착장치(1)의 몸체를 형성하며, 내부에 웨이퍼(wafer)에 대한 박막 증착 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 이때, 공정 챔버(10)는 증착효율을 높일 수 있도록 능동적으로 제어되는 가스 유로를 제외하고는, 외부와 기밀된 상태를 유지할 수 있다. 그리고, 공정 내용에 따라 내부 공간의 분위기를 효과적으로 제어할 수 있도록, 공정 챔버(10)의 벽체는 단열성이 우수한 재질로 구성할 수 있다.

한편, 서셉터(20)는 공정 챔버(10)의 내부 공간에 설치된다. 서셉터(20) 상면에는 웨이퍼가 안착되기 위한 복수개의 안착부(미도시)가 형성될 수 있다. 여기서, 안착부(132)는 웨이퍼의 크기에 대응되는 형상의 홈으로 구성되며, 서셉터(20) 상면에 하향으로 단차 형성되어, 웨이퍼가 안착/수용되는 공간을 형성한다.

그리고, 상기 서셉터(20)는 서셉터 지지부(30)에 의해 지지되도록 설치된다. 이때, 서셉터 지지부(30)는 공정 챔버(10)의 하측에 구비되는 구동축(40)과 연결 설치될 수 있다. 구동축(40)은 모터(motor, 미도시)와 연결 설치되어, 모터의 회전력을 이용하여 서셉터 지지부(30) 및 서셉터(20)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 또한, 구동축(40)을 승강 가능하게 설치하여, 서셉터 지지부(30) 및 서셉터(20)를 승강하도록 구성하는 것도 가능하다.

그리고, 서셉터(20)의 하측에는 서셉터(20)의 상면을 가열하기 위한 히터(heater; 50)가 구비될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 히터(50)는 서셉터 지지부(30)의 내측에 구비되어, 서셉터(20) 상면의 온도를 균일하게 제어하도록 설치될 수 있다. 따라서, 증착 공정시 히터(50)를 제어하여, 서셉터(20) 상에서 증착 공정이 원활하게 진행될 수 있는 공정 분위기를 조성한다.

한편, 가스공급유닛(100)은 외부의 가스 공급원(미도시)과 연결되고, 공정 챔버(10) 내측의 공정 공간으로 공정 가스를 공급하도록 설치된다. 본 실시예에 따른 화학기상증착장치(1)는 복수개의 공정가스가 반응하여 증착이 진행되며, 본 실시예의 가스공급유닛(100)은 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)를 공급하도록 설치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 유기금속 화합물을 이용하여 박막 증착 공정을 진행하는 MOCVD를 이용하여 설명하고 있는 바, 제1 공정가스(G1)는 5족 화합물을 포함하고, 제2 공정가스(G2)는 3족 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 공정가스(G1)는 암모니아(NH₃) 소스를 포함하는 가스를 이용하고, 제2 공정가스(G2)는 트리메틸갈륨(TMGa) 소스를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공정 설계에 따라 다양한 종류의 가스를 이용할 수 있다. 나아가, 가스공급유닛(100)은 제1, 제2 공정가스 이외에도 별도의 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급라인을 구비하는 것도 가능하나, 이에 대한 설명은 편의상 생략하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스공급유닛(100)은 서셉터(20)의 상측에 형성되어, 서셉터(20) 방향으로 제1, 제2 공정가스(G1, G2)를 분사하도록 구성될 수 있다. 분사된 제1, 제2 공정가스는 히터에 의해 가열된 공정 공간의 고온 환경에서 화학 반응이 일어나면서 웨이퍼 상에 박막을 형성한다.

이때, 가스공급유닛(100)은 제1, 제2 공정가스(G1, G2)가 진행하는 유로를 각각 독립적으로 구비한다. 따라서, 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)는 각각의 유로를 따라 서로 격리된 상태로 공정 공간으로 공급되는 바, 공정 공간으로 분사되기 이전에 제1, 제2 공정가스간에 화학 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 2는 도 1의 가스공급유닛의 단면을 도시한 단면도이다. 이하에서는 도 2를 참고하여, 본 실시예에 따른 화학기상증착장치(1)의 가스공급유닛(100)을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가스공급유닛(100)은 제1 가스챔버(101) 및 제2 가스챔버(102)를 포함한다. 이때, 각각의 가스 챔버는 외부의 가스 공급원(미도시)과 연결될 수 있다. 외부의 가스 공급원으로부터 유입되는 제1 공정가스(G1)는 제1 가스챔버(101)에 수용되고, 제2 공정가스(G2)는 제2 가스챔버(102)에 수용된다.

이때, 제1 가스챔버(101) 및 제2 가스챔버(102)는 가스공급유닛(100) 내측에서 적층 구조를 형성한다. 그리고, 가스 공급 유닛(100)의 저면에는 복수개의 분사구가 형성되며, 제1, 제2 가스챔버(101, 102)는 분사구로 연결되는 각각의 유로를 구비하여 분사구를 통해 제1, 제2 공정가스를 공급한다.

여기서, 가스공급유닛(100)은 저면이 공정 공간에 노출되는 바, 공정 중 공정 공간의 고온 환경에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 공정 가스가 수용되는 제1, 제2 가스챔버(101, 102)는 이러한 고온 환경으로부터 열적으로 격리될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 일예로서, 가스공급유닛(100)의 저면과 내측의 가스 챔버 사이에 냉각수 또는 냉각 기체 등의 냉각 유체가 수용되어 이동할 수 있는 냉각 챔버(103)를 구비할 수 있다.

이와 같이, 제1, 제2 가스 챔버(101, 102) 및 냉각 챔버(103)를 포함하는 가스 공급유닛은, 프레임(190) 및 프레임에 설치되는 복수개의 플레이트 구조에 의해 이루어지며, 이때, 각각의 플레이트는 프레임(190) 내측에 다양한 방식에 의해 설치될 수 있다.

구체적으로, 제1 플레이트(110)는 가스공급유닛(100)의 저면을 구성하며, 공정 공간으로 노출되어 공정 가스가 분사되는 분사면을 형성한다.

제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)의 상측에 소정 간격 이격 설치되고, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에 냉각 챔버(103)가 형성된다. 이때, 제1 플레이트(110)는 냉각 챔버(103)의 저면을 형성하고, 제2 플레이트(120)는 냉각 챔버(103)의 상면을 형성할 수 있다.

제3 플레이트(130)는 제2 플레이트(120)의 상측에 소정 간격 이격 설치되고, 제2 플레이트(120)와 제3 플레이트(130) 사이에는 제1 가스챔버(101)가 형성된다. 여기서, 제2 플레이트(120)는 제1 가스챔버(101)의 저면을 형성하고, 제3 플레이트(130)는 제1 가스챔버(101)의 상면을 형성할 수 있다.

한편, 제3 플레이트(130)의 상측으로는 제2 가스챔버(102)가 형성된다. 이때, 제3 플레이트(130)는 제2 가스챔버(102)의 저면을 형성함과 동시에, 제1 가스챔버(101) 및 제2 가스챔버(102)를 구획한다. 이때, 제2 가스챔버(102)의 상측은 프레임(170) 상측으로 조립 설치되는 제4 플레이트(140)에 의해 밀폐될 수 있다. 다만, 제4 플레이트(140) 이외에 별도의 캡 형상의 리드 부재를 설치하여 제2 가스챔버(102)의 상측을 밀폐시키는 등 다양한 방식으로 설치할 수 있다.

한편, 각각의 가스 챔버는 전술한 바와 같이 가스공급유닛(100)의 저면으로 각각의 공정 가스를 공급할 수 있도록 독립된 유로를 구비하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 복수개의 미세 튜브 구조를 이용하여 각각의 유로를 구성할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 제1 튜브(150)는 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(120)를 관통하여 설치된다. 이때, 제1 튜브(150)의 상단 개구부는 제1 가스챔버(101)와 연통하고, 하단 개구부는 제1 플레이트에 고정 설치되어 제1 공정 가스가 공급되는 분사구를 형성한다. 따라서, 제1 가스챔버에 수용되는 제1 공정가스(G1)는 제1 튜브(150)를 통하여 공정 공간으로 공급된다.

그리고, 복수개의 제2 튜브(160)는 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(120) 및 제3 플레이트(130)를 관통하도록 설치된다. 이때, 제2 튜브(160)의 상단 개구부는 제2 가스챔버(102)와 연통하고, 하단 개구부 제1 플레이트에 고정 설치되어 제2 공정가스(G2)가 공급되는 분사구를 형성한다. 따라서, 제2 가스챔버에 수용되는 제2 공정가스(G2)는 제2 튜브(160)를 통하여 공정 공간으로 공급된다.

이때, 각 공정가스의 분사구를 형성하는 제1 튜브(150)의 하단 개구부 및 제2 튜브(160)의 하단 개구부는 제1 플레이트에 균일하게 배치될 수 있다. 따라서, 각각의 분사구를 통해 상기 공정 공간으로 제1 공정 가스(G1) 및 제2 공정 가스(G2)를 균일하게 공급할 수 있다.

여기서, 제1 플레이트(110)에는 복수개의 제1 관통홀(111)이 형성되고, 제2 플레이트(120)에는 상기 제1 관통홀(111)과 대응되는 패턴으로 복수개의 제2 관통홀(121)이 형성된다. 그리고, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)는 각각의 제1 관통홀(111)과 제2 관통홀(121)을 동시에 통과하도록 설치된다.

한편, 제2 튜브(160)는 제1 튜브(150)에 비해 상측으로 길게 연장 형성된다. 그리고, 제3 플레이트(130)에는 제2 튜브(160)가 설치되는 패턴과 대응되는 패턴으로 복수개의 제3 관통홀(131)이 형성된다. 따라서, 제2 튜브(160)는 제3 관통홀(131)에 삽입되는 형태로 제3 플레이트(130)를 관통하여 설치될 수 있다.

한편, 제1, 제2 및 제3 플레이트는 제1 튜브 또는 제2 튜브가 관통하여 설치된 상태에서 기밀을 유지하도록 가공된다. 따라서, 냉각 챔버(103), 제1 가스챔버(101), 제2 가스챔버(102)의 공정 가스 또는 냉각 유체가 외부로 누수되는 현상을 방지할 수 있다.

이를 위해, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)는 브레이징 공정에 의해 각 플레이트에 고정 설치될 수 있다. 즉, 플레이트에 튜브가 삽입 설치된 상태에서, 각 플레이트의 관통홀에 금속으로 이루어지는 용가재(filler metal)를 주입하여 이를 경화시킴으로서 관통홀의 기밀을 유지할 수 있다.

이러한 브레이징 공정은 해당 위치에 용가재를 주입한 후, 용가재의 용융점 이상의 고온 환경에 노출시키는 방식으로 이루어진다. 이때, 용가재가 용융되면서 관통홀과 튜브 사이의 공간을 채워 기밀을 유지한다.

여기서, 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(120) 및 제3 플레이트(130)는 적층 구조를 형성하는 바, 브레이징 공정은 적어도 2회에 걸쳐 이루어진다. 본 실시예에서는 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)를 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(120)에 설치한 상태에서 1차 브레이징을 진행하고, 이우 제2 튜브(160)의 상단을 제3 플레이트(130)의 관통홀에 삽입 설치한 상태에서 2차 브레이징을 진행한다.

여기서, 1차 브레이징과 2차 브레이징에는 서로 다른 용가재를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 1차 브레이징은 상대적으로 높은 온도에서 용융되는 제1 용가재를 이용하고, 2차 브레이징은 제1 용가재에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 용융되는 제2 용가재를 이용하는 것이 바람직하다.

1차 브레이징이 이루어지는 위치는 공정 챔버에 인접 설치되는 부분을 포함한다. 따라서, 공정시 고온의 공정 환경으로부터 경화된 상태를 유지할 수 있도록 제1 용가재는 공정시 공정 챔버의 온도보다 높은 온도에서 용융되는 재질로 구성되어야 한다. 이와 같이, 1차 브레이징 공정은 제1 용가재의 용융점을 상회하는 고온에서 이루어지는 바, 1차 브레이징 공정시 플레이트가 열변형으로 인해 중심 부분이 하향으로 처지는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 분사구가 형성되는 제1 플레이트에도 열변형이 발생함에 따라, 이 공정 가스를 공정 공간으로 균일하게 분사하는데 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 1차 브레이징시 제1 플레이트(110)에 열변형이 발생하면 제1 플레이트(110)의 저면을 평탄화시키기 위한 절삭 또는 연마 등의 공정을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 1차 브레이징 후 2차 브레이징을 진행함에 있어, 제1 용가재와 동일한 재질의 용가재를 이용하는 경우, 1차 브레이징 공정과 마찬가지로 가스공급유닛(100)에 열변형이 발생한다. 따라서, 2회에 걸친 열변형에 의해 가스공급유닛(100)의 내구성이 심각하게 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 2차 브레이징시 발생된 제1 플레이트(110) 저면의 처짐을 보정하기 위해 평탄화 가공을 다시 진행해야 하는데, 이 경우 평탄화 가공시 발생되는 금속 분진 등의 이물질이 제2 플레이트(120)와 제3 플레이트(130)의 밀폐된 공간으로 유입되어 증착 공정시 제품의 증착 불량을 야기시킬 수 있다.

따라서, 2차 브레이징시 사용되는 제2 용가재는 제1 용가재보다 낮은 온도의 용융점을 갖는 물질을 이용한다. 2차 브레이징이 이루어지는 위치는 냉각 챔버에 의해 공정 챔버와 열적으로 격리되는 바, 공정시 공정 챔버의 온도보다 낮은 용융점을 갖는 제2 용가재를 이용하더라도, 공정시 제2 용가재가 용융되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 가스공급유닛(100)에 추가적인 열변형이 발생하지 않을 정도의 온도에서 2차 브레이징을 진행함으로서 추가적인 평탄화 가공을 생략하는 것이 가능하다.

나아가, 제1 용가재는 내화학성 및 내식성이 우수한 재질을 이용하는 것에 비해, 제2 용가재는 이러한 성질을 고려하지 않고 선택하는 것이 가능하다. 제1 용가재는 공정가스의 화학 반응이 일어나는 공정 챔버에 노출되는 위치에 브레이징 되는 바, 내화학성 및 내식성 등을 고려하여 재료를 선정하는 것이 바람직하다. 이에 비해, 제2 용가재는 이러한 성질을 고려하지 않고 보다 저렴한 재질을 이용함으로서 비용 절감을 꾀할 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에서는 제1 용가재로서 1000℃ 이상의 용융점을 갖는 금속한다. 따라서, 공정시 공정 챔버의 온도가 1000℃를 유지하는 경우에도, 제1 용가재가 용융되지 않을 수 있다.

이때, 제1 용가재는 가스공급유닛(100)의 몸체를 형성하는 재질을 보다 낮은 용융점을 갖는 재질을 이용한다. 본 실시예에서는 가스공급유닛(100)의 몸체로서 오스테나이트(austenite)계 스테인레스강인 SUS 316을 이용하며, SUS 316은 1500℃ 이상의 용융점을 갖는다. 따라서, 본 실시예에서는 1200℃ 내외의 용융점을 갖고, 내화학성이 우수한 니켈 합금 등을 이용하여 제1 용가재를 구성한다. 다만, 이는 일 예로서 이외에도 전술한 제1 용가재의 조건을 만족하는 다양한 금속 재질을 이용할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 제2 용가재로서 800℃ 이하의 용융점을 갖는 금속을 이용할 수 있다. 가스공급유닛(100)은 1000℃ 내외의 증착 공정 환경에서도 내구성을 유지할 수 있도록 설계되는 바, 800℃ 이하의 온도에서 2차 브레이징이 진행되는 경우 열변형이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시예에서는 600℃ 내외의 용융점을 갖는 알루미늄을 이용하여 제2 용가재를 구성하는 것이 바람직하다. 다만, 이는 일예로서 전술한 제2 용가재의 조건을 만족하는 다양한 금속 재질을 이용하는 것도 물론 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 의한 가스공급유닛은 복수회의 브레이징 공정을 통해 제조되며, 이때 각각의 브레이징 공정시 서로 다른 용가재를 적용함으로서 제조 공정의 단순화를 도모하고, 가스공급유닛의 열변형을 최소화시킬 수 있는 장점을 갖는다.

이하에서는 전술한 실시예의 제조 방법에 대하여, 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 도 2의 화학기상증착장치의 가스공급유닛을 제조하는 순서를 도시한 순서도이고, 도 4는 도 3의 각 단계에서 진행되는 공정 내용을 개략적으로 도시한 단면도이다.

우선, 제1 내지 제3 플레이트를 가공한다(S10). 구체적으로, 제1 플레이트(110) 내지 제3 플레이트(130)에 각각 제1 관통홀(111), 제2 관통홀(121) 및 제3 관통홀(131)을 형성한다. 이때, 제1 플레이트의 제1 관통홀(111) 및 제2 플레이트의 제2 관통홀(121)은 서로 대응되는 위치에 형성된다. 그리고, 제3 플레이트의 제3 관통홀(131)은 제2 관통홀(121) 중 제2 튜브(160)가 설치되는 위치에 대응되도록 형성된다. 이러한 제1 내지 제3 관통홀은 드릴링 머신, 펀칭 머신 또는 프레스 가공 머신 등을 이용하여 다양한 방식으로 형성될 수 있다.

각각의 플레이트 가공이 이루어지면, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)를 제1 관통홀(111) 및 제2 관통홀(121)에 삽입 설치한 후 1차 브레이징 공정을 수행한다(S20, 도 4의 a 참조).

이때, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)는 도 4에 도시된 바와 같이, 각각이 제1 관통홀(111) 및 제2 관통홀(121)을 동시에 통과하도록 배치된다. 여기서, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)는 공정 챔버로 균일하게 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)를 공급할 수 있도록 균일한 패턴으로 배치되는 것이 바람직하다.

제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)가 배치되면, 각 튜브가 관통하는 제1 관통홀(111) 및 제2 관통홀(121)에 니켈 합금으로 이루어지는 제1 용가재를 주입한다. 이때, 니들(needle) 형상의 분사구를 갖는 피스톤 또는 미세 분사구를 갖는 노즐 등을 이용하여 제1 용가재를 주입할 수 있다. 제1 용가재가 주입되면, 이를 별도로 구비되는 진공 챔버로 반입하여 1200℃ 내외의 고온으로 가열한다. 따라서, 진공 챔버에 안에서 제1 용가재가 용융되면서 관통홀과 튜브 사이의 공간에 충전되면서 냉각 챔버(103)의 기밀을 유지할 수 있다. 그리고, 소정 시간 가열한 후 낮은 환경의 온도에 노출시켜 제1 용가재를 경화시킴으로서, 일체의 구조물을 형성한다.

1차 브레이징 공정이 종료되면, 제1 플레이트(110)의 저면을 평탄화시키는 가공을 진행한다(S30, 도 4의 b 참조). 1차 브레이징 공정을 통해 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)의 하단은 제1 플레이트(110)의 저면으로 돌출 형성된다. 또한, 전술한 바와 같이 1차 브레이징 공정에 의해 제1 플레이트(110) 저면이 열변형으로 인해 하향으로 처지는 현상이 발생한다. 따라서, 절삭 또는 연마 공정을 이용하여 제1 플레이트(110)의 저면을 평탄하게 가공하여, 공정가스를 분사하는 분사면이 평면을 형성하도록 한다.

이때, 평탄화 가공시 발생되는 금속 분진 등의 이물질이 튜브 구조를 통과하여 제2 플레이트(120) 상측으로 유입될 수 있다. 따라서, 평탄화 가공이 진행된 후에 이러한 물질을 제거하는 세정공정을 진행할 수 있다(S40). 세정이 충분히 이루어지지 않아 제2 플레이트 상에 이물질이 잔류하는 경우, 이후 박막 증착 공정시 제품의 불량을 야기할 수 있기 때문이다. 따라서, 제3 플레이트(130)를 일체로 설치하여 밀폐 공간을 형성하기 이전 단계에서 세정 작업을 진행하는 것이 바람직하다.

세정 작업이 완료되면, 제2 플레이트 상측에 제3 플레이트를 설치하는 단계를 진행한다(S50). 이때, 제3 플레이트(130)는 제2 플레이트(120)의 상측으로 연장 형성되는 제2 튜브(160)의 상단이 제3 관통홀(131)에 삽입되도록 안착된다. 따라서, 본 단계는 제3 플레이트(130)의 위치를 정렬하는 단계 및 제3 플레이트(130)를 안착시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

제3 플레이트(130)의 정렬 단계는 얼라인 머신(align machine)을 이용하여 진행될 수 있다. 이때, 제2 플레이트(120) 상측으로 연장되는 제2 튜브(160)의 단부 위치와 제3 관통홀(131)의 위치가 일치하도록 정렬된다.

제3 플레이트(130)의 위치가 정렬되면, 제2 튜브(160)가 제3 관통홀(131)에 삽입되도록 제3 플레이트(130)를 안착시킨다. 이때, 제3 플레이트(130)는 프레임(170)에 의해 지지되는 것도 가능하며, 또는 제3 플레이트(130)의 외주를 따라 하향 연장되는 플렌지를 이용하여 제2 플레이트(120) 상측에 안착시키는 것도 가능하다. 따라서, 제3 플레이트(130)는 제2 플레이트(120)와 소정 간격 이격된 상태에서, 제2 플레이트(120)와 함께 제1 가스챔버(101)를 형성한다. 이때, 제3 플레이트(130) 설치시 별도의 체결부재(미도시) 또는 별도의 실링 부재(미도시)를 이용하여 플레이트 둘레의 기밀을 유지하도록 형성하는 것도 가능하다.

제3 플레이트(130)가 설치되면 제3 관통홀과 제2 튜브 사이에 2차 브레이징 공정을 진행한다(S60, 도 4의 c 참조). 2차 브레이징 공정은 알루미늄을 이용한 제2 용가재를 이용할 수 있다. 2차 브레이징 공정은 1차 브레이징 공정과 유사한 방식으로 이루어진다. 즉, 제3 관통홀(131)과 제2 튜브(160) 사이에 제2 용가재를 주입한 상태로 진공 챔버에 반입하여, 고온으로 가열한다. 다만, 이때 진공 챔버 내부는 600～700℃로 가열하는 바, 제2 용가재는 용융되는 반면 가스공급유닛(100)은 추가적인 열변형이 발생하지 않을 수 있다. 진공 챔버에서의 가열 공정이 종료되면 낮은 환경 온도에 노출시켜 제2 용가재를 경화시킴으로서, 제1 가스챔버의 기밀을 유지시킬 수 있다.

2차 브레이징 공정이 종료되면, 제3 플레이트(130) 상측으로 제4 플레이트(140)를 설치한다(S70, 도 4의 d 참조). 제4 플레이트(140)가 설치됨으로서 제2 가스챔버(102)가 형성되고, 본 실시예에 따른 가스공급유닛(100)을 완성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의할 경우 브레이징 공정에 의한 가스공급유닛의 변형을 최소화시키는 것이 가능하다. 또한, 브레이징 위치의 특성에 따라 저렴한 용가재를 적용함으로서, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims

제1 플레이트 상측에 제2 플레이트를 배치하여 냉각 챔버를 형성하는 단계;
공정 가스의 유로를 형성하는 제1 튜브 및 제2 튜브를 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 관통시킨 후 제1 용가재로 브레이징 하여 고정시키는 단계;
상기 제2 튜브의 상단이 제3 플레이트의 관통홀에 삽입되도록 상기 제3 플레이트를 상기 제2 플레이트의 상측으로 안착시켜 제1 가스챔버를 형성하는 단계;
상기 제2 튜브와 상기 관통홀 사이를 제2 용가재를 이용하여 상기 제 1용가재를 이용한 브레이징보다 낮은 온도에서 브레이징 하여 상기 제1 가스챔버의 기밀을 유지시키는 단계;
상기 제3 플레이트 상측으로 제4 플레이트를 설치하여 제2 가스챔버를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 튜브는 상기 제1 가스챔버에 수용되는 가스의 공급 유로를 형성하고, 상기 제2 튜브는 상기 제2 가스챔버에 수용되는 가스의 공급유로를 형성하도록 설치되는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 용가재를 이용한 브레이징은 1000℃ 이상의 온도에서 진행되고, 상기 제2 용가재를 이용한 브레이징은 400~700℃의 온도 범위에 진행되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 용가재는 알루미늄 성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 플레이트를 안착시키기 이전에, 분사면을 형성하는 제1 플레이트의 저면을 평탄하게 가공하는 단계 및 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트에 잔류하는 이물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제1 공정가스를 수용하는 제1 가스챔버;
상기 제1 가스챔버 상측에 설치되어 제2 공정가스를 수용하는 제2 가스챔버;
상기 제1 가스챔버 하측에 구비되어 공정 공간과 인접 설치되는 냉각 챔버;
상기 제1 가스챔버로부터 상기 냉각 챔버를 관통하도록 설치되며, 상기 제1 공정가스가 상기 공정공간으로 공급되는 유로를 형성하는 제1 튜브; 및
상기 제2 가스챔버로부터 상기 제1 가스챔버 및 상기 냉각 챔버를 관통하도록 설치되며, 상기 제2 공정가스가 상기 공정공간으로 공급되는 유로를 형성하는 제2 튜브를 포함하고,
상기 냉각 챔버의 상면 및 하면은 상기 제1 튜브 및 제2 튜브가 관통하는 위치에서 제1 용가재에 의해 브레이징 되고, 상기 제2 가스챔버의 저면은 상기 제2 튜브가 관통하는 위치에서 제2 용가재에 의해 상기 제 1용가재를 이용한 브레이징보다 낮은 온도에서 브레이징 되는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.
제6항에 있어서,
상기 제1 용가재는 1000℃ 이상에서 용융되는 재질로 구성되고, 상기 제2 용가재는 400~700℃의 온도에서 용융되는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.
제6항에 있어서,
상기 제2 용가재는 알루미늄 성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.