KR101103747B1 - 반도체 기판 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 기판 성장 및 분리 장치는, 산화 방지 가스 및 반도체 기판 성장을 위한 혼합가스가 투입되는 가스 유입관과 사용된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구를 포함하는 수직 성장로와, 수직 성장로 외부에 설치되는 발열부와, 피성장기판을 수직 성장로 내부로 이송하는 이송부와, 수직 성장로 하부에 설치되며 이송부에 의해 이송된 피성장기판이 장착되는 기판 장착부와, 기판 장착부를 상승 및 하강시키는 구동부와, 기판 장착부를 외부 이물질로부터 보호하는 보호 케이스와, 보호 케이스 내부로 투입되며 기판 장착부의 하부면에 레이저를 조사하는 레이저 조사부를 포함한다.
Description
본 발명은 발광다이오드(LED), 레이저다이오드(LD) 등의 발광소자, 태양전지, 광센서 등의 수광소자, 또는 트랜지스터, 파워디바이스 등의 전자 디바이스에 사용될 수 있는 고품질의 반도체 기판을 성장 및 분리하는 기술에 관한 것이다.
현재 사파이어 기판 위에 반도체 기판을 성장시키는 방법으로는 유기금속 기상에피택시(MOVPE), 분자선 에피택시(MBE), 할로겐화물 기상에피택시(HVPE)가 있다. 이중 할로겐화물 기상에피택시(HVPE)는 성장속도가 다른 두 방법에 비해 수십배나 빨라 후막이나 벌크(bulk) 단결정을 성장시키는데 유리하여 널리 사용되고 있다.
도 1 은 종래 사파이어 기판 위에 질화갈륨(GaN) 기판을 성장 및 분리하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도시한 바와 같이, 사파이어 기판(11)을 반응기 내에 장착한다. 질화갈륨(GaN) 기판을 성장시키기 전에 사파이어 기판(11) 위에 암모니아가스(NH3)와 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 흘려주어 표면처리를 한다. 이후, 반응기 내부 온도를 100℃ 이상의 고온으로 유지한 상태에서 사파이어 기판(11)에 캐리어 가스와 함께 염화갈륨(GaCl)과 암모니아가스(NH3)를 주입하여 질화갈륨(GaN) 기판(21)을 성장시킨다. 이후, 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)을 8시간 정도 냉각시킨다. 냉각된 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)은 인산 에칭 된다. 이후 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)을 레이저 분리로로 이송하고, 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)에 레이저를 조사하여 질화갈륨(GaN) 기판(21)을 분리한다.
그런데 종래 방식에 따라 사파이어 기판(11)에서 분리된 질화갈륨(GaN) 기판(21)은 휨을 갖는다. 이러한 휨은 사파이어 기판(11)에서 분리된 질화갈륨(GaN) 기판(21)에 질화갈륨(GaN)을 재성장할 경우 크랙을 유발하는 문제점이 있다. 질화갈륨(GaN) 기판(21)에 휨이 발생하는 가장 큰 원인은, 사파이어 기판에 질화갈륨(GaN) 기판을 고온 성장 후 냉각을 하면서 사파이어 기판과 질화갈륨(GaN) 기판 간의 격자상수 및 열팽창 계수의 차이로 인해 사파이어 기판과 질화갈륨(GaN) 기판에 응력과 인장력에 발생하기 때문이다. 이에 사파이어 기판 위에 질화갈륨(GaN) 기판을 성장 및 분리 시, 사파이어 기판과 질화갈륨(GaN) 기판에 가해지는 열충격과 냉각에 따른 응력과 인장력을 최대한 억제할 수 있는 기술이 필요한 실정에 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 반도체 기판 성장 및 분리 시 휨 발생을 저감시킬 수 있는 반도체 기판 제조장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치는, 산화 방지 가스 및 반도체 기판 성장을 위한 혼합가스가 투입되는 가스 유입관과 사용된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구를 포함하는 수직 성장로와, 수직 성장로 외부에 설치되는 발열부와, 피성장기판을 수직 성장로 내부로 이송하는 이송부와, 수직 성장로 하부에 설치되며 이송부에 의해 이송된 피성장기판이 장착되는 기판 장착부와, 기판 장착부를 상승 및 하강시키는 구동부와, 기판 장착부를 외부 이물질로부터 보호하는 보호 케이스와, 보호 케이스 내부로 투입되며 기판 장착부의 하부면에 레이저를 조사하는 레이저 조사부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치는, 수직 성장로의 가스 유입관을 통해 투입되는 산화 방지 가스가 질소(N2)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치는, 이송부에 의해 이송되는 피성장기판이 사파이어 기판 또는 질화알루미늄 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치는, 레이저 조사부에서 조사되는 레이저가 야크 레이저(YAG Laser) 또는 엑시머 레이저(Excimer Laser) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명의 반도체 기판 성장 및 분리 장치는 수직 성장로 내에서 반도체 기판을 고온에서 성장 후 냉각을 시키지 않고 고온 상태의 수직 성장로 내에서 레이저 분리가 이루어지도록 구현됨으로써, 열충격과 냉각에 따른 응력과 인장력을 최대한 억제하여 반도체 기판 성장 및 분리 시 휨 발생을 저감시킬 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 반도체 기판 성장 및 분리 장치는 수직 성장로 내에서 반도체 기판 성장 후 분리 작업이 수행하도록 구현됨으로써, 작업 공정별 소요시간을 줄일 수 있어 제품 생산량을 증대시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 종래 사파이어 기판 위에 질화갈륨(GaN) 기판을 성장 및 분리하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치를 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치의 작업순서에 따른 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치를 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치의 작업순서에 따른 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치를 도시한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치는 수직 성장로(22)와, 발열부(23)와, 이송부(24)와, 기판 장착부(25)와, 구동부(26)와, 보호 케이스(27)와, 레이저 조사부(28)를 포함한다.
수직 성장로(22)는 반도체 기판 성장을 위한 혼합가스가 투입되는 가스 유입관(22a)과, 사용된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구(22b)를 포함한다. 발열부(23)는 수직 성장로(22) 외부에 설치되어, 수직 성장로(22) 내부 온도를 반도체 기판 성장 온도까지 상승시켜 준다.
이송부(24)는 피성장기판(11)을 수직 성장로(22) 내부로 이송하는 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 이송부(241a)와 제1 이송부(241a)를 구동하는 제1 이송 구동부(241b)와 제2 이송부(242a)와 제2 이송부(242a)를 구동하는 제2 이송 구동부(242b)를 포함하여 구현될 수 있다. 제1 이송 구동부(241b)와 제2 이송 구동부(242b)는 모터로 구현될 수 있다.
기판 장착부(25)는 수직 성장로(22) 하부에 설치되며, 이송부(24)에 의해 이송된 피성장기판(11)이 장착된다. 기판 장착부(25)는 레이저 조사부(28)에서 조사되는 레이저가 투과될 수 있는 물질로 구현되는 것이 바람직하며, 일례로 세라믹재질로 구현될 수 있다. 구동부(26)는 기판 장착부(25)를 상승 및 하강시키는 것으로, 모터로 구현될 수 있다. 보호 케이스(27)는 기판 장착부(25)를 외부 이물질로부터 보호한다.
레이저 조사부(28)는 보호 케이스(27) 내부로 투입되며, 기판 장착부(25)의 하부면에 레이저를 조사한다. 레이저 조사부(28)는 레이저 발생부(28a)와, 하우징(28b)과, 레이저 발생부(28a)에서 조사되는 레이저를 반사시키는 반사미러(28c, 28d)를 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피성장기판에 성장시키고자 하는 반도체 기판이 질화갈륨(GaN) 기판인 경우 질화갈륨(GaN) 기판의 에너지 밴드 갭이 3.4eV이기 때문에 피성장기판 측면에 조사되는 레이저의 광 파장은 3.4eV에 가까운 에너지 준위를 갖는 광 파장이어야 한다. 이 같은 실시예에서, 피성장기판 측면에 조사되는 레이저는 355nm 광 파장을 갖는 야크 레이저(YAG Laser) 또는 엑시머 레이저(Excimer Laser) 중 어느 하나일 수 있다.
일례로, 피성장기판은 사파이어 기판 또는 질화알루미늄(AlN) 기판 중 어느 하나로 구현될 수 있으다. 바람직하게는, 피성장기판에 성장시키고자 하는 반도체 기판이 질화갈륨(GaN) 기판인 경우 피성장기판은 질화알루미늄(AlN) 기판으로 구현된다. 이는 질화갈륨(GaN) 기판과 질화알루미늄(AlN) 기판 간의 열팽창 계수 차이가 질화갈륨(GaN) 기판과 사파이어 기판의 열팽창 계수 차이보다 훨씬 작기 때문이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 반도체 기판 성장 및 분리 장치의 작업순서에 따른 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 제1 이송 구동부(241b)를 구동하여 피성장기판(11)이 장착된 제1 이송부(241a)를 상승시킨다. 이후 제2 이송 구동부(242b)를 구동하여 제2 이송부(242a)을 수직 이동시킨다. 제2 이송부(242a)은 수직 이동되면서 제1 이송부(241a)의 피성장기판(11)을 장착하게 된다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 제2 이송부(242a)에 장착된 피성장기판(11)은 수직 성장로(22) 내부로 이송된 후, 기판 장착부(25)에 탑재된다. 이후, 발열부(23)를 구동하여 수직 성장로(22) 내부 온도를 반도체 기판 성장 온도까지 상승시켜 준다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 수직 성장로(22) 내부 온도를 반도체 기판 성장 온도로 유지한 상태에서, 구동부(26)를 구동하여 기판 장착부(25)를 상승시킨다. 기판 장착부(25)를 상승시킨 후, 반도체 기판을 성장시키기 전에 피성장기판(11) 위에 암모니아가스(NH3)와 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 흘려주어 표면처리를 할 수 있다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 가스 유입관(22a)을 통해 수직 성장로(22) 내부에 반도체 기판 성장을 위한 혼합가스를 캐리어 가스와 함께 투입하여, 피성장기판(11)에 반도체 기판(21)을 성장한다. 일례로, 피성장기판(11)에 성장시키고자 하는 반도체 기판(21)이 질화갈륨(GaN) 기판인 경우, 캐리어 가스는 질소(N2)이고, 혼합가스는 염화갈륨(GaCl)과 암모니아가스(NH3)이다. 반도체 기판 성장이 완료되면 수직 성장로(22) 내부에 잔류하는 가스를 가스 배출구(22b)를 통해 배출한다.
도 3e에 도시한 바와 같이, 레이저 조사부(28)를 보호 케이스(27) 내부로 투입하고, 레이저 발생부(28a)를 구동하여 레이저를 조사한다. 레이저 발생부(28a)에서 조사되는 레이저는 반사미러(28c, 28d)를 통해 기판 장착부(25)을 통과하여 피성장기판(11)과 반도체 기판(21)에 도달한다. 레이저가 소정 시간 조사되면 기판 장착부(25)에 장착된 피성장기판과 그 위에 성장된 반도체 기판은 분리된다.
바람직하게는, 레이저를 조사하는 동안 수직 성장로(22) 내부의 온도는 고온으로 유지된다. 이는 피성장기판(11)과 반도체 기판(21)에 영향을 주는 열충격과 냉각에 따른 응력과 인장력을 최대한 억제하여 휨 발생을 방지하기 위함이다.
수직 성장로(22) 내부에서 레이저를 조사하여 성장기판과 그 위에 성장된 반도체 기판은 분리할 때 반도체 기판의 산화를 막기 위해, 수직 성장로(22)의 가스 유입관(22a)을 통해 산화 방지 가스를 투입하여 산화 방지 가스 분위기 상태에서 레이저를 조사한다. 일례로 산화 방지 가스는 질소(N2)로 구현될 수 있다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
22: 수직 성장로
22a: 가스 투입관
22b: 가스 배출관
23: 발열부
24: 이송부
241a: 제1 이송부 241b: 제1 이송 구동부
242a: 제2 이송부 242b: 제2 이송 구동부
25: 기판 장착부
26: 구동부
27: 보호 케이스
28: 레이저 조사부
28a: 레이저 발생부 28b: 하우징
28c, 28d: 반사미러
22a: 가스 투입관
22b: 가스 배출관
23: 발열부
24: 이송부
241a: 제1 이송부 241b: 제1 이송 구동부
242a: 제2 이송부 242b: 제2 이송 구동부
25: 기판 장착부
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27: 보호 케이스
28: 레이저 조사부
28a: 레이저 발생부 28b: 하우징
28c, 28d: 반사미러
Claims (5)
- 산화 방지 가스 및 반도체 기판 성장을 위한 혼합가스가 투입되는 가스 유입관과, 사용된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구를 포함하는 수직 성장로;
상기 수직 성장로 외부에 설치되는 발열부;
피성장기판을 상기 수직 성장로 내부로 이송하는 이송부;
상기 수직 성장로 하부에 설치되며, 상기 이송부에 의해 이송된 피성장기판이 장착되는 기판 장착부;
상기 기판 장착부를 상승 및 하강시키는 구동부;
상기 기판 장착부를 외부 이물질로부터 보호하는 보호 케이스; 및
상기 보호 케이스 내부로 투입되며, 상기 기판 장착부의 하부면에 레이저를 조사하는 레이저 조사부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 성장 및 분리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 이송부에 의해 이송되는 피성장기판은 사파이어 기판 또는 질화알루미늄 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 성장 및 분리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 조사부에서 조사되는 레이저는 야크 레이저 또는 엑시머 레이저 중 어르 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 성장 및 분리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 조사부에서 조사되는 레이저의 광 파장은 355nm 인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 성장 및 분리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수직 성장로의 가스 유입관을 통해 투입되는 산화 방지 가스는 질소(N2)인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 성장 및 분리 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020100099983A KR101103747B1 (ko) | 2010-10-13 | 2010-10-13 | 반도체 기판 제조장치 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR101103747B1 true KR101103747B1 (ko) | 2012-01-11 |
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ID=45613960
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| KR (1) | KR101103747B1 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| KR20030052061A (ko) * | 2001-12-20 | 2003-06-26 | 엘지전자 주식회사 | 질화갈륨 기판 제조 장치 및 방법 |
| KR20030072993A (ko) * | 2002-03-08 | 2003-09-19 | 주식회사 엘지이아이 | 질화갈륨 기판의 제조 장치 및 방법 |
| KR20030090996A (ko) * | 2002-05-24 | 2003-12-01 | 엘지전자 주식회사 | 성장 챔버내에서의 레이저 리프트 오프 방법 |
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2010
- 2010-10-13 KR KR1020100099983A patent/KR101103747B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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