KR101261269B1

KR101261269B1 - 상압 화학기상증착장치

Info

Publication number: KR101261269B1
Application number: KR1020110034279A
Authority: KR
Inventors: 권문호; 김형준; 김병국; 김민규; 김유승
Original assignee: 주식회사 비아트론
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2013-05-07
Also published as: KR20120116683A

Abstract

본 발명은 상압 화학기상증착장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 상압 화학기상증착장치는, 반도체 소자 상에 화합물 가스와 반응 가스를 각각 분사하는 인젝터부와, 상기 인젝터부의 양 측에 구비되어 상기 반응 공간과 접하는 수직방향의 하부면이 개방되어 있는 반응 가스 배기부를 포함하는 상압 화학기상증착장치고, 상기 인젝터부는, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분배하는 다수의 분배관이 수용되어 있는 수용부; 및 상기 수용부의 하부에 형성되고, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 통과하는 다수의 층을 구비하여 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 수평방향으로 균일하게 배열되도록 하며, 상기 반도체 소자의 상면에 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분사하는 분사부를 포함하되, 상기 분사부의 내부에는, 상기 화합물 가스가 통과하는 화합물 분사홀과, 상기 화합물 분사홀의 양측에 서로 대칭되도록 형성되고 그 끝단이 상기 화합물 분사홀의 방향으로 경사지도록 절곡 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제1 반응가스홀과, 상기 화합물 분사홀과 상기 제1 가스분사홀 사이에 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제2 가스분사홀이 구비되어 있다.

Description

상압 화학기상증착장치{Apparatus for atmospheric pressure chemical vapor deposition}

본 발명은 상압 화학기상증착장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화학기상증착 설비는 박막이 형성되는 분위기에 따라, 크게, 상압 화학기상증착 설비, 저압 화학기상증착 설비, 플라즈마 화학기상증착 설비, 광 여기 화학기상증착 설비 등으로 분류된다.

이러한 여러 종류의 화학기상증착 설비들 중, 특히, 상압 화학기상증착 설비는 모든 화학기상증착 설비의 기본이 되는 설비로써, 이러한 상압 화학기상증착 설비 체제 하에서, 통상, 일련의 필요 박막은 대기압 환경에 맞추어 증착되는 것이 일반적이다.

한편, 최근 들어 기존의 폴리실리콘을 활용한 결정질 태양전지보다 생산단가가 저렴한 박막형 태양전지 개발에 가속도가 붙고 있다. 이러한 박막형 태양전지에 사용되는 TCO(Transparent Conductive Oxide)로는 SnO2, ZnO2가 사용되어지는데, SnO2:F는 상압 화학기상증착장치를 통하여 증착되어지고 있다. 이를 위하여 상압 화학기상증착장치는 서로 다른 노즐을 통하여 금속 화합물과 산소 함유 반응 가스를 챔버 내에 주입시키고 있으나, 금속 화합물과 산소 함유 반응 가스의 주입량의 정확한 제어가 힘들기 때문에, 이로 인하여 증착이 불균일하게 되고, 또한 노즐의 위치에 따라 층류(laminar flow)가 발생된다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 반도체 소자 또는 반도체 박막(TCO)의 우수한 균일도와 정확한 두께 제어를 구현할 수 있는 상압 화학기상증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 상압 화학기상증착장치는, 반도체 소자 상에 화합물 가스와 반응 가스를 각각 분사하는 인젝터부와, 상기 인젝터부의 양 측에 구비되어 상기 반응 공간과 접하는 수직방향의 하부면이 개방되어 있는 반응 가스 배기부를 포함하는 상압 기상 증착 장치이고, 상기 인젝터부는, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분배하는 다수의 분배관이 수용되어 있는 수용부; 및 상기 수용부의 하부에 형성되고, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 통과하는 다수의 층을 구비하여 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 수평방향으로 균일하게 배열되도록 하며, 상기 반도체 소자의 상면에 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분사하는 분사부를 포함하되, 상기 분사부의 내부에는, 상기 화합물 가스가 통과하는 화합물 분사홀과, 상기 화합물 분사홀의 양측에 서로 대칭되도록 형성되고 그 끝단이 상기 화합물 분사홀의 방향으로 경사지도록 절곡 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제1 반응가스홀과, 상기 화합물 분사홀과 상기 제1 가스분사홀 사이에 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제2 가스분사홀이 구비되어 있다.

여기서, 상기 분사부는, 상기 수용부의 하부에 형성되고, 내부에 상기 화합물 분사홀이 통과하는 제1 분배층; 상기 제1 분배층의 양측 및 하부에 형성되고, 내부에 상기 제1 반응가스홀이 통과하는 제2 분배층; 및 상기 제2 분배층의 양측 및 하부에 형성되고, 내부에 상기 제2 반응가스홀이 통과하는 제3 분배층을 더 포함한다.

또한, 상기 화합물 분사홀은 상기 화합물 가스를 제공받는 화합물 입력홀과, 그 일단이 상기 화합물 입력단에 접속 연통되는 수평홀과, 상기 수평홀의 타단이 상기 반도체 소자 방향으로 절곡된 직선홀로 이루어진다.

상기 제1 반응가스홀은 상기 반응 가스를 제공받는 가스 입력홀과, 그 일단이 상기 가스 입력홀에 접속 연통되고 상기 제1 분배층을 수평으로 관통하는 제1 가스수평홀과, 상기 제1 가스수평홀의 타단이 하부방향으로 절곡되어 상기 제1 분배층을 수직으로 관통하는 제1 가스직선홀과, 그 일단이 상기 제1 가스직선홀에 접속 연통되어 상기 제2 분배층을 수평으로 관통하는 제2 가스수평홀과, 상기 제2 가스 수평홀의 타단이 상기 반도체 소자 방향으로 절곡되어 상기 제2 분배층을 수직으로 관통하는 제2 가스직선홀로 이루어진다.

상기 제2 반응가스홀은 상기 반응 가스를 제공받는 가스 입력홀과, 그 일단이 상기 가스 입력홀에 접속 연통되어 상기 제2 분배층을 수평으로 관통하는 제3 가스수평홀과, 상기 제3 가스수평홀의 타단이 하부방향으로 절곡되어 상기 제2 분배층을 수직으로 관통하는 제3 가스직선홀과, 그 일단이 상기 제3 가스직선홀에 접속 연통되어 상기 제3 분배층을 수평으로 관통하는 제4 가스수평홀과, 상기 제4 가스 수평홀의 타단이 상기 제2 가스 직선홀 방향으로 절곡되어 상기 제3 분배층을 관통하는 가스절곡홀으로 이루어진다.

또한, 상기 가스 절곡홀은 상기 반도체 소자의 표면에 대하여 45 내지 60의 경사각을 이루도록 구비된다.

또한, 상기 제1 반응가스홀의 가스 압력은 상기 제2 반응가스홀의 압력보다 낮다.

또한, 상기 제3 분배층에는 다수의 냉각관이 수용되어 있다.

또한, 상기 반응 가스 배기부는 상부면과 하부면이 개방되어 형성되고, 상기 개방된 상부면에는 배기플레이트가 구비되며, 상기 배기플레이트의 상부에는 배기관이 구비되고, 상기 반응 가스 배기부의 내측벽에는 걸림턱이 형성되되, 상기 걸림턱 상부에는 제1 배기층이 구비되고, 상기 걸림턱 하부에는 제2 배기층이 구비된다.

또한, 상기 제1 배기층의 하부면에는 제1 흡입홀이 형성되고, 상기 제1 흡입홀의 주위에는 그 반경의 크기를 조절할 수 있는 조절수단이 구비되어 있다.

또한, 상기 제2 배기층은 내부가 중공이고, 상기 중공의 내측벽 중 상기 인젝터부 방향의 내측벽은 수직으로 형성되고, 상기 인젝터부의 반대방향의 내측벽은 상기 인젝터부 방향으로 경사지도록 형성되되, 그 하부에 상기 제1 흡입홀의 반경보다 작은 제2 흡입홀이 형성되어 있다.

또한, 상기 수용부의 양측은 상기 반응 가스 배기부와 결합되어 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 다수의 분배관과 접속 연통되어 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 공급되는 다수의 공급관이 구비되어 있다.

또한, 상기 다수의 분배관의 외주면에는 다수의 튜브가 삽입되어 있다.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 상압 화학기상증착장치는 화합물 가스와 반응가스의 반응이 인젝터부의 하부에 위치하는 반도체 소자의 상면에서만 이루어질 수 있도록 화합물 분사홀의 양측에 제1 가스분사홀과 제2 가스분사홀을 구비하고 있기 때문에, 반도체 소자 또는 반도체 박막(TCO)의 우수한 균일도와 정확한 두께 제어를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치의 외측면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에서 본 외측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인젝터부의 상세 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B'에서 본 정단면도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치의 외측면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'에서 본 외측단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인젝터부의 상세 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B'에서 본 정단면도이다.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치는 반응 공간을 가지는 일반적인 공정챔버 내부에 안착된 기판 상에 화합물 가스와 반응 가스를 분사하여 증착하는 장치에 관한 것으로서, 상기 챔버는 상측이 개방된 통 형상의 하부챔버에 상기 통을 덮는 챔버리드가 결합되어 있다. 또한, 하부챔버의 일측에는 이송 챔버에 접속되어 기판이 출입하는 출입구가 마련된다. 그리고, 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 수단과, 챔버 내부의 불순물 및 반응 부산물을 배기하는 배기부와, 반응성 향상을 위해 챔버 내부를 가열하기 위한 가열 수단과, 챔버를 냉각하기 위한 냉각 수단이 구비될 수 있다.

또한, 상기 기판은 후술하는 반도체 소자(a)에 해당되는 것으로서, 이러한 반도체 소자(a)는 액정 디스플레이 장치에 사용되는 유리 기판, 유기 전계 발광 표시 장치에 사용되는 유리 기판, 태양 전지에 사용되는 유리 기판 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자(a)는 비정질 실리콘 박막을 포함하는 반도체 박막이 상면에 형성된 상기의 유리 기판으로 이루어 질 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치는, 반도체 소자(a) 상에 화합물 가스와 반응 가스를 각각 분사하는 인젝터부(100)와, 상기 인젝터부(100)의 양 측에 구비되어 상기 반응 공간과 접하는 수직방향의 하부면이 개방되어 있는 반응 가스 배기부(200)를 포함한다. 또한, 본 상압 화학기상증착장치는, 상기 인젝터부(100)를 그 길이방향으로 형성되어 지지하는 거치수단(300)을 포함한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치는 인젝터부(100) 및 반응 가스 배기부(200)를 구비하기만 하면, 그 이외의 구성 요소가 일부 변형되어 실시될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치에 사용되는 상기 화합물 가스는 비정질 실리콘 박막의 결정화를 위한 시드로 작용한다. 또한, 상기 화합물 가스는 이산화 주석(SnO₂) 또는 산화 아연(ZnO)일 수도 있으며, 이 경우 본 발명의 실시예에 따른 상압 화학기상증착장치는 솔라셀 등에 이용되는 투명 전극을 형성하는데 이용될 수 있다. 또한, 상기 화합물 가스는 니켈 전구체, 구리 전구체, 알루미늄 전구체, 티타늄 전구체와 같은 다양한 금속을 포함하는 전구체 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 화합물 가스로 다양한 금속을 포함하는 유기 화합물 가스가 사용될 수도 있다.

이하에서는 상기 화합물 가스가 이산화 주석(SnO₂) 또는 산화 아연(ZnO)인 경우를 일 예로 하여 설명하기로 한다. 여기서, 상기 화합물 가스는 소정의 화합물 가스가 반응 가스와 화학 반응되는 산화물 가스를 의미한다.

상기 인젝터부(100)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분배하는 다수의 분배관(P1~P5)이 수용되고, 상기 다수의 분배관(P1~P5)이 수용되어 있는 수용부(110)와, 상기 수용부(110)의 하부에 형성되고, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 통과하는 다수의 층(121~123)을 구비하여 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 수평방향으로 균일하게 배열되도록 하며, 상기 반도체 소자(a)의 상면에 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분사하는 분사부(120)를 포함한다.

또한, 상기 수용부(110)는 상기 다수의 분배관(P1~P5)과 접속 연통되어 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 공급되는 다수의 공급관(101~105)이 구비되어 있다. 이때, 상기 다수의 분배관(P1~P5)의 외주면에는 다수의 튜브(t1~t5)가 삽입되어 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 안정화시킬 수 있다. 이때, 다수의 튜브(t1~t5)는 약 5mm 정도의 피치(pitch)로 삽입되어 있다.

또한, 상기 분사부(120)의 내부에는, 상기 화합물 가스가 통과하는 화합물 분사홀(113)과, 상기 화합물 분사홀(113)의 양측에 서로 대칭되도록 형성되고 그 끝단이 상기 화합물 분사홀(113)의 방향으로 경사지도록 절곡되어 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제1 반응가스홀(112, 114)과, 상기 화합물 분사홀(111)과 상기 제1 반응가스홀(112, 114) 사이에 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제2 가스분사홀(111, 115)이 구비되어 있다.

여기서, 상기 분사부(120)의 다수의 층(121~123)은 제1 분배층(121), 제2 분배층(122), 제3 분배층(123)으로 이루어진다. 한편, 상기 다수의 층(121~123) 상에는 오링이 형성되어, 각각의 층 상에 흐르는 가스가 인접하는 다른 층 또는 구조물에서 혼합되는 것을 방지할 수 있게 된다.

보다 상세하게는, 상기 제1 분배층(121)은 수평 방향으로 길게 형성된 판형이며, 상기 수용부(110)의 하부에 형성되어 내부에 상기 화합물 분사홀(113)이 통과하고 있다.

또한, 상기 제2 분배층(122)은 수평 방향으로 길게 형성된 판형이며, 상기 제1 분배층(121)의 양측 및 하부에 형성되어 내부에 상기 제1 반응가스홀(112, 114)이 통과하고 있다.

또한, 제3 분배층(123)은 수평 방향으로 길게 형성된 판형이며, 상기 제2 분배층(122)의 양측 및 하부에 형성되어 내부에 상기 제2 반응가스홀(111, 115)이 통과하고 있다.

또한, 상기 화합물 분사홀(113)은 상기 화합물 가스를 제공받는 화합물 입력홀(113b)과, 그 일단이 상기 화합물 입력홀(113b)에 접속 연통되는 수평홀(113c)과, 상기 수평홀(113c)의 타단이 상기 반도체 소자(a) 방향으로 절곡된 슬릿 형태의 직선홀(113d)로 이루어진다.

따라서, 상기 화합물 분사홀(111)에 제공된 화합물 가스는 상기 제1 분배층(121)에서 순환하면서 상기 직선홀(113d)을 통하여 상기 반도체 소자(a) 상으로 분사되게 된다.

상기 제1 반응가스홀(112, 114)은 가스 입력홀(112a, 114a), 제1 가스수평홀(112b, 114b), 제1 가스직선홀(112c, 114c), 제2 가스수평홀(112d, 114d), 제2 가스직선홀(112e, 114e)로 이루어진다.

보다 상세하게는, 상기 가스 입력홀(112a, 114a)은 상기 반응 가스를 제공받는다. 또한, 상기 제1 가스수평홀(112b, 114b)은 그 일단이 상기 가스 입력홀(112a, 114a)에 접속 연통되고 상기 제1 분배층(121)을 수평으로 관통하고 있다. 또한, 상기 제1 가스직선홀(112c, 114c)은 슬릿 형태를 가지고, 상기 제1 가스수평홀(112b, 114b)의 타단이 하부방향으로 절곡되어 상기 제1 분배층(121)을 수직으로 관통하고 있다. 또한, 제2 가스 수평홀(112d, 114d)은 그 일단이 상기 제1 가스직선홀(112c, 114c)에 접속 연통되어 상기 제2 분배층(122)을 수평으로 관통하고 있다. 또한, 제2 가스직선홀(112e, 114e)은 상기 제2 가스 수평홀(112d, 114d)의 타단이 상기 반도체 소자(a) 방향으로 절곡되어 상기 제2 분배층(122)을 수직으로 관통하고 있다.

따라서, 상기 제1 반응가스홀(112, 114)을 통하여 제공된 반응 가스는 상기 가스 입력홀(112a, 114a), 상기 제1 가스수평홀(112b, 114b), 상기 제1 가스직선홀(112c, 114c), 상기 제2 가스수평홀(112d, 114d)을 통하여 제2 분배층(122)에 제공되고, 상기 제2 분배층(122) 내에서 순환하면서 상기 제2 가스직선홀(112e, 114e)을 통하여 상기 반도체 소자(a) 상으로 분사되게 된다.

상기 제2 반응가스홀(111, 115)은 가스 입력홀(111a, 115a), 제3 가스수평홀(111b, 115b), 제3 가스직선홀(111c, 115c), 제4 가스수평홀(111d, 115d), 가스절곡홀(111e, 115e)로 이루어진다. 보다 상세하게는, 상기 가스 입력홀(111a, 115a)은 상기 반응 가스를 제공받는다. 또한, 제3 가스 수평홀(111b, 115b)은 그 일단이 상기 가스 입력홀(111a, 115a)에 접속 연통되어 상기 제2 분배층(121)을 수평으로 관통하고 있다. 또한, 제3 가스직선홀(111c, 115c)은 상기 제3 가스수평홀(111b, 115b)의 타단이 하부방향으로 절곡되어 상기 제2 분배층(122)을 수직으로 관통하고 있다. 또한, 상기 제4 가스수평홀(111d, 115d)은 그 일단이 상기 제3 가스직선홀(111c, 115c)에 접속 연통되어 상기 제3 분배층(122)을 수평으로 관통하고 있다. 또한, 가스절곡홀(111e, 115e)은 상기 제4 가스 수평홀(111d, 115d)의 타단이 상기 제2 가스 직선홀(112e, 114e) 방향으로 절곡되어 상기 제3 분배층(122)을 관통하고 있다.

따라서, 상기 제2 반응가스홀(111, 115)을 통하여 제공된 반응 가스는 상기 가스 입력홀(111a, 115a), 상기 제3 가스수평홀(111b, 115b), 상기 제3 가스직선홀(111c, 115c), 상기 제4 가스수평홀(111d, 115d)을 통하여 제3 분배층(123)에 제공되고, 상기 제3 분배층(123) 내에서 순환하면서 상기 가스 절곡홀(111e, 115e)을 통하여 상기 반도체 소자(a) 상으로 분사되게 된다.

한편, 상기 제2 반응가스홀(111, 115)은 제3 가스수평홀(111b, 115b), 제3 가스직선홀(111c, 115c), 제4 가스수평홀(111d, 115d), 가스절곡홀(111e, 115e)과 같이 각각의 반응 가스관에 단차를 형성하여 그 내부에 흐르는 반응 가스의 압력과 속도를 제어하여, 종래에 산소 공급파이프에 발생되던 층류(laminar flow) 현상을 억제할 수 있다.

한편, 본 발명에서의 화합물 가스는 전구체 물질(main precusor)을 포함하는 가스이고, 또한 반응 가스는 반응체 물질(reactant)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 예를 들어 상기 화합물 가스로 상기 화합물 분사홀(113)을 통하여 TTC(tin tetrachloride) 가스가 분사되고, 이에 대한 반응가스로 상기 제1 반응가스홀(112, 114)을 통하여 N2 가스가 분사되며, 또한 상기 제2 반응가스홀(111, 115)을 통하여 H2O가 분사되도록 할 수 있다. 그런 다음, 상기 반도체 소자(a) 상에서 상기 TTC가스와 상기 H2O가 반응되도록 한 후, 그 반응 결과물인 TCO(Transparent conductive oxide)박막을 상기 반도체 소자 상에 증착할 수 있게 된다. 이때, 상기 제1 반응가스홀(112, 114)을 통하여 분사되는 N2가스는 상기 TTC가스와 상기 H2O가스가 상기 반도체 소자(a)와 이격된 공간 상측에서 반응하는 것을 차단하는 역할을 하게 된다. 그러나, 본 발명은 TCO박막을 형성하는 데에만 한정되는 것은 아니고, 다른 금속화합물과 다른 반응가스를 반응시켜 박막을 형성하는 데에도 적용될 수 있음은 당업자에게는 자명할 것이다.

또한, 상기 가스 절곡홀(111e, 115e)은 상기 반도체 소자(a)의 표면에 대하여 45 내지 60의 경사각을 이루도록 구비된다. 즉, 상기 가스 절곡홀(111e, 115e)은 상기 제1 가스분사홀(112, 114)의 제2 가스직선홀(111e, 115e)에 대하여 25 내지 75도의 각을 이루도록 구비된다. 여기서, 상기 경사각이 25도 이하일 경우 상기 화합물 가스와 상기 반응가스가 반응하는 위치가 상기 반도체 소자(a)와 이격된 상부의 어느 지점이 될 수 있다. 또한, 상기 경사각이 75도 이상일 경우에는 상기 화합물 가스와 상기 반응가스가 상기 반도체 소자(a) 상에서 반응이 일어나지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 가스 절곡홀(111e, 115e)은 상기 반도체 소자(a)의 표면에 대하여 25 내지 75도의 경사각을 이루도록 설계하여, 상기 반도체 소자(a) 상에 상기 화합물 가스와 상기 반응가스가 반응하여 생성되는 금속 산화물을 보다 정밀하게 증착할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1 반응가스홀(112, 114)의 가스 압력은 상기 제2 반응가스홀(111, 115)의 압력보다 낮은 것이 바람직하다. 이는 상기 제1 반응가스홀(112, 114)을 통과하는 반응 가스가 실제 화합물 가스와 반응하는 상기 제2 반응가스홀(111, 115)을 통과하는 반응 가스보다 압력이 커서 실제로 상기 반도체 소자(a) 상에서 상기 화합물 가스와 상기 반응 가스가 반응하지 못하게 되는 경우를 방지하기 위함이다.

한편, 상기 제3 분배층(123)에는 다수의 냉각관(124)이 수용되어 있다. 여기서, 상기 다수의 냉각관(124)은 상기 제3 분배층(123)을 통과하는 금속화합물과 반응 가스의 온도를 필요에 따라 낮추어 안정적으로 반응할 수 있도록 하는 역할을 한다.

또한, 상기 반응 가스 배기부(200)는 화합물 가스와 반도체 소자(a)의 반응시에 발생한 반응 기체를 배기시킨다. 상기 반응 기체 배기부(200)는 도 1을 참조하면, 상기 인젝터부(100)의 수평 장축 방향으로 나란하게 형성된다. 또한, 상기 반응 기체 배기부(200)는 상기 인젝터부(100)를 중심으로 대칭이 되도록 쌍을 이루면서 형성된다. 또한, 상기 반응 가스 배기부(200)는 상기 수용부(110)의 양측과 결합되어 있다.

이하에서는 상기 반응 가스 배기부(200)의 대칭쌍 중 한쪽을 위주로 설명하도록 한다.

상기 반응 가스 배기부(200)는 상부면과 하부면이 개방되어 형성되어 있다. 또한, 상기 개방된 상부면에는 배기플레이트(220)가 구비되어 있다. 이때, 상기 배기플레이트(220)의 상부에는 배기관(210)이 구비되어 있다.

상기 배기관(210)은 상기 배기 플레이트(220)의 상부에 수직하게 형성된다. 상기 배기관(210)은 제1 배기층(231)에서 흡수된 반응 기체를 외부로 배기시킨다. 상기 배기관(210)은 결합판(211), 지지 기둥(212), 수평 기둥(213), 진공부 연결관(214)을 포함한다.

상기 결합판(211)은 그 둘레에 다수 홀을 구비하고, 상기 배기 플레이트(220)도 이에 상응하는 위치에 다수 홀을 구비한다. 그리고, 상기 홀들에 핀이 고정되어 상기 결합판(211)은 상기 배기 플레이트(220)에 결합되어 고정된다. 상기 지지 기둥(212)은 중공이고, 상기 결합판(211)과 일체로 형성되며, 상기 배기 플레이트(220)에 수직하게 세워진 형상으로 구비된다. 그리고, 상기 수평 기둥(213)은 진공이고, 상기 지지 기둥(212)의 측면 상부에 위치하며, 쌍을 이루는 지지 기둥(212)들을 상호간에 연결시킨다. 또한, 중공을 갖는 진공부 연결관(214)의 일측이 상기 수평 기둥(213)의 측면에 연결된다. 그리고, 별도로 도시하지 않았지만, 진공부 연결관(214)의 타측은 외부의 진공 펌프 등에 연결되어 있다. 따라서, 진공 펌프가 제1 배기층(231)으로부터 진공부 연결관(214)에 이르는 경로를 통해 반응 기체를 흡입함으로써, 배기가 이루어진다.

또한, 상기 반응 가스 배기부(200)의 내측벽에는 걸림턱(233)이 형성되어 상기 걸림턱(233) 상부에는 제1 배기층(231)이 구비되고, 상기 걸림턱(233) 하부에는 제2 배기층(232)이 구비되어 있다. 이때, 상기 제1 배기층(231)의 테두리부위는 상기 걸림턱(233)의 상부와 볼트와 같은 체결수단(234)에 의하여 결합되어 있다.

또한, 상기 제1 배기층(231)의 하부면에는 제1 흡입홀(H1)이 형성되고, 상기 제1 흡입홀(H1)의 주위에는 그 반경의 크기를 조절할 수 있는 조절수단(235)이 구비되어 있다. 즉, 상기 조절수단(235)은 오리피스(orifice) 원리를 이용하여 배기되는 가스에 작용되는 압력저항을 조절함으로써, 상기 반응 가스 배기부(200)의 전체적인 길이에서 수행되는 배기를 균일하게 조절할 수 있게 된다. 이러한 조절수단(235)은 상부에서 보았을 때 땅콩 모양의 형상을 가질 수 있으나, 본 발명에서는 상기 조절수단(235)의 형상에 대하여 한정하는 것은 아니다. 한편, 본 발명에서는 상기 반응 가스 배기부(200)의 내부에 상기 제1 흡입홀(H1)의 반경의 크기를 조절할 수 있는 조절수단(235)을 구비하는 것을 일 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 반응 가스 배기부(200)의 외측에 별도의 조절수단을 구비할 수도 있다.

또한, 상기 제2 배기층(232)은 내부가 중공이고, 상기 중공의 내측벽 중 상기 인젝터부(100) 방향의 내측벽(237)은 수직으로 형성되고, 상기 인젝터부(100)의 반대방향의 내측벽(236)은 상기 인젝터부(100) 방향으로 경사지도록 형성되어 있다. 이때, 상기 제2 배기층(232)의 하부에 상기 제1 흡입홀(H1)의 반경보다 작은 제2 흡입홀(H2)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 화합물 가스와 상기 반응 가스의 반응시 발생되는 배기 가스는 상기 제2 흡입홀(H2)을 통하여 빠르게 흡입될 수 있다.

또한, 상기 인젝터부(100)의 하부와 상기 반도체 소자(a)와의 거리는 1cm로 유지된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 거리를 1cm로 한정하는 것은 아니고, 작업자의 의도에 따라 유동적일 수 있다. 따라서, 종래의 인젝터를 이용한 도포 장치에서는 인젝터와 반도체 소자(a)와의 사이의 거리를 15cm 이상으로 유지하여 분사하는 과정에서 불순물 함류 가능성이 높았으나, 본 발명에서는 인젝터부(100)의 끝단과 상기 반도체 소자(a)와의 사이의 거리가 1cm 이하의 가까운 거리에서 분사하는 과정이 이루어지므로 증착 정밀도가 향상될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 상압 화학기상증착장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100: 인젝터부 110: 수용부
111, 115: 제2 반응가스홀 112, 114: 제1 반응가스홀
113: 화합물 분사홀 120: 분사부
121: 제1 분배층 122: 제2 분배층
123: 제3 분배층 124: 냉각관
200: 배기부 210: 배기관
211: 결합판 212: 지지기둥
213: 수평기둥 214: 진공부 연결관
220: 배기 플레이트 231: 제1 배기층
232: 제2 배기층 233: 걸림턱
234: 체결수단 235: 조절수단
236, 237: 내측벽

Claims

반도체 소자 상에 화합물 가스와 반응 가스를 각각 분사하는 인젝터부와, 상기 인젝터부의 양 측에 구비되어 상기 반응 공간과 접하는 수직방향의 하부면이 개방되어 있는 반응 가스 배기부를 포함하는 상압 화학기상증착장치고,
상기 인젝터부는,
상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분배하는 다수의 분배관이 수용되어 있는 수용부; 및
상기 수용부의 하부에 형성되고, 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 통과하는 다수의 층을 구비하여 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 수평방향으로 균일하게 배열되도록 하며, 상기 반도체 소자의 상면에 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스를 분사하는 분사부를 포함하되,
상기 분사부의 내부에는, 상기 화합물 가스가 통과하는 화합물 분사홀과, 상기 화합물 분사홀의 양측에 서로 대칭되도록 형성되고 그 끝단이 상기 화합물 분사홀의 방향으로 경사지도록 절곡 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제1 반응가스홀과, 상기 화합물 분사홀과 상기 제1 가스분사홀 사이에 형성되어 상기 반응 가스가 통과하는 제2 가스분사홀이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 분사부는,
상기 수용부의 하부에 형성되고, 내부에 상기 화합물 분사홀이 통과하는 제1 분배층;
상기 제1 분배층의 양측 및 하부에 형성되고, 내부에 상기 제1 반응가스홀이 통과하는 제2 분배층; 및
상기 제2 분배층의 양측 및 하부에 형성되고, 내부에 상기 제2 반응가스홀이 통과하는 제3 분배층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제2항에 있어서,
상기 화합물 분사홀은 상기 화합물 가스를 제공받는 화합물 입력홀과, 그 일단이 상기 화합물 입력단에 접속 연통되는 수평홀과, 상기 수평홀의 타단이 상기 반도체 소자 방향으로 절곡된 직선홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 반응가스홀은 상기 반응 가스를 제공받는 가스 입력홀과, 그 일단이 상기 가스 입력홀에 접속 연통되고 상기 제1 분배층을 수평으로 관통하는 제1 가스수평홀과, 상기 제1 가스수평홀의 타단이 하부방향으로 절곡되어 상기 제1 분배층을 수직으로 관통하는 제1 가스직선홀과, 그 일단이 상기 제1 가스직선홀에 접속 연통되어 상기 제2 분배층을 수평으로 관통하는 제2 가스수평홀과, 상기 제2 가스 수평홀의 타단이 상기 반도체 소자 방향으로 절곡되어 상기 제2 분배층을 수직으로 관통하는 제2 가스직선홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제4항에 있어서,
상기 제2 반응가스홀은 상기 반응 가스를 제공받는 가스 입력홀과, 그 일단이 상기 가스 입력홀에 접속 연통되어 상기 제2 분배층을 수평으로 관통하는 제3 가스수평홀과, 상기 제3 가스수평홀의 타단이 하부방향으로 절곡되어 상기 제2 분배층을 수직으로 관통하는 제3 가스직선홀과, 그 일단이 상기 제3 가스직선홀에 접속 연통되어 상기 제3 분배층을 수평으로 관통하는 제4 가스수평홀과, 상기 제4 가스 수평홀의 타단이 상기 제2 가스 직선홀 방향으로 절곡되어 상기 제3 분배층을 관통하는 가스절곡홀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제5항에 있어서,
상기 가스 절곡홀은 상기 반도체 소자의 표면에 대하여 25 내지 75 도의 경사각을 이루도록 구비되는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 반응가스홀의 가스 압력은 상기 제2 반응가스홀의 압력보다 낮는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제2항에 있어서,
상기 제3 분배층에는 다수의 냉각관이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 반응 가스 배기부는 상부면과 하부면이 개방되어 형성되고, 상기 개방된 상부면에는 배기플레이트가 구비되며, 상기 배기플레이트의 상부에는 배기관이 구비되고,
상기 반응 가스 배기부의 내측벽에는 걸림턱이 형성되되, 상기 걸림턱 상부에는 제1 배기층이 구비되고, 상기 걸림턱 하부에는 제2 배기층이 구비되는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 배기층의 하부면에는 제1 흡입홀이 형성되고, 상기 제1 흡입홀의 주위에는 그 반경의 크기를 조절할 수 있는 조절수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제9항에 있어서,
상기 제2 배기층은 내부가 중공이고, 상기 중공의 내측벽 중 상기 인젝터부 방향의 내측벽은 수직으로 형성되고, 상기 인젝터부의 반대방향의 내측벽은 상기 인젝터부 방향으로 경사지도록 형성되되, 그 하부에 상기 제1 흡입홀의 반경보다 작은 제2 흡입홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제1항에 있어서,
상기 수용부의 양측은 상기 반응 가스 배기부와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제12항에 있어서,
상기 수용부는 상기 다수의 분배관과 접속 연통되어 상기 화합물 가스 및 상기 반응 가스가 공급되는 다수의 공급관이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.
제13항에 있어서,
상기 다수의 분배관의 외주면에는 다수의 튜브가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 상압 화학기상증착장치.