KR101139697B1 - 화학기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

서셉터의 이면과 차단벽의 접촉면의 사이로 퍼지가스가 누출되어 공정가스에 와류가 발생되는 것을 방지하도록 한 화학기상 증착장치가 개시된다.
화학기상 증착장치는 챔버;공정가스를 상기 챔버의 내부로 분사하는 샤워헤드;상기 챔버의 내부에서 상기 기판을 지지하는 서셉터;상기 챔버에 연통되는 배기관;상기 서셉터의 이면에 배치되고, 상기 서셉터의 테두리부에 결합되어 상기 서셉터와 함께 상기 챔버 내부에 별도의 차폐공간을 형성하며, 상기 서셉터의 이면으로 향하는 상기 공정가스를 차단하는 차단벽;상기 차폐공간으로 퍼지가스(Purge Gas)를 공급하는 퍼지가스 공급부; 및 상기 서셉터의 이면과 상기 차단벽의 접촉면의 사이로 침투하는 상기 퍼지가스를 상기 공정가스가 배기되는 측으로 유도하는 퍼지가스 유도유로;를 포함한다.

Description

화학기상 증착장치{Apparatus for chemical vapor deposition}
본 발명은 화학기상 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 Ⅲ-V족 재료를 이용하여 질화물 층을 기판 상에 형성하는 데 사용되는 화학기상 증착장치에 관한 것이다.
질화물 재료는 발광소자를 제조하기 위한 재료로 가장 잘 알려진 것이다. 질화물 재료를 이용한 발광소자의 적층구조는 일반적으로 사파이어와 같은 기판 상에 GaN 결정으로 이루어지는 버퍼층과, n형 GaN 결정으로 이루어지는 n형 도핑층과, InGaN 으로 이루어지는 활성층과, p형 GaN으로 형성되는 p형 도핑층이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 그리고 각각의 층은 화학기상 증착장치에서 차례로 적층된다.
도 1은 종래의 화학기상 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 화학기상 증착장치(100)는 기판(10)의 처리공간을 제공하는 챔버(210)를 포함한다. 처리공간의 상부에는 원료가스와 캐리어가스가 혼합된 공정가스(G)를 챔버(210) 내부로 분사하는 샤워헤드(120)가 설치된다. 처리공간의 하부에는 기판(10)을 지지하는 서셉터(130)를 포함한다. 서셉터(130)의 하측에는 챔버(210)를 관통하여 처리공간에 연통되며, 진공펌프(미도시)에 연결되는 배기관(261)이 설치된다.
이러한 화학기상 증착장치(100)는 샤워헤드(120)를 통해 처리공간으로 공정가스(G)를 분사하고, 서셉터(130)에 지지되는 기판(10) 상에 원료물질이 증착되도록 하여 기판(10)에 각 층을 성장한다. 그리고 나머지 공정가스(G)는 배기관(150)을 통해 챔버(110)의 외부로 배출된다.
한편, 샤워헤드(120)로부터 분사되어 배기관(150)을 통해 배출되는 공정가스(G1)가 서셉터(130)의 하측으로 진행될 경우, 불필요한 곳에 원료물질이 증착될 수 있다. 이렇게 불필요한 곳에 원료물질이 증착되면, 이 후의 공정에서 파티클(particle)이 발생하여 불량 공정이 발생될 뿐만 아니라, 챔버(110)의 내부를 세정하는데 번거로운 문제점이 있다.
따라서, 화학기상 증착장치(100)는 공정가스(G1)가 서셉터(130)의 하측으로 침투하는 것을 방지하기 위한 차단벽(152)을 포함한다. 차단벽(152)은 서셉터(130)의 하부에 배치되고, 서셉터(130)의 테두리부에 결합되어 서셉터(130)를 지지하도록 설치된다. 이와 함께 서셉터(130)의 하부면과 차단벽(152)에 의해 형성되는 공간에 퍼지가스(Purge gas;G2)를 공급하여 공정가스(G1)가 서셉터(130)의 하부로 침투하지 못하도록 한다.
하지만, 서셉터(130)의 하부면과 차단벽(152)의 접촉면의 결합상태, 또는 퍼지가스(G2)의 공급압력에 따라, 퍼지가스(G2)는 서셉터(130)의 측방으로 누출될 수 있다. 이런 경우, 퍼지가스(G2)는 배기관(261)을 향하는 공정가스(G1)에 교차 합류됨으로써, 처리공간에 와류가 발생되어 공정 불량으로 이어지는 문제점 있다.
본 발명의 목적은 서셉터의 이면과 차단벽의 접촉면의 사이로 퍼지가스가 누출되어 공정가스에 와류가 발생되는 것을 방지하도록 한 화학기상 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
화학기상 증착장치는 챔버;공정가스를 상기 챔버의 내부로 분사하는 샤워헤드;상기 챔버의 내부에서 상기 기판을 지지하는 서셉터;상기 챔버에 연통되는 배기관;상기 서셉터의 이면에 배치되고, 상기 서셉터의 테두리부에 결합되어 상기 서셉터와 함께 상기 챔버 내부에 별도의 차폐공간을 형성하며, 상기 서셉터의 이면으로 향하는 상기 공정가스를 차단하는 차단벽;상기 차폐공간으로 퍼지가스(Purge Gas)를 공급하는 퍼지가스 공급부; 및 상기 서셉터의 이면과 상기 차단벽의 접촉면의 사이로 침투하는 상기 퍼지가스를 상기 공정가스가 배기되는 측으로 유도하는 퍼지가스 유도유로;를 포함한다.
상기 퍼지가스 유도유로는 상기 서셉터와 접하는 상기 차단벽의 접촉면으로 개방되는 제1 개구부; 및 상기 제1 개구부와 연통되며, 상기 배기관을 향해 상기 차단벽의 측면으로 개방되는 제2 개구부를 포함할 수 있다.
상기 배기관은 상기 챔버의 하부벽을 관통하며, 상기 퍼지가스 유도유로는 중심축이 상기 배기관을 향해 하향 경사지게 형성될 수 있다.
상기 화학기상 증착장치는 상기 서셉터의 일면 또는 상기 차단벽의 접촉면 중 어느 하나로부터 돌출되어 상기 제1 개구부를 지난 상기 퍼지가스를 상기 제1 개구부로 안내하는 누출방지턱을 더 포함할 수 있다.
상기 화학기상 증착장치는 상기 서셉터의 일면 또는 상기 차단벽의 접촉면 중 어느 하나에 상기 누출방지턱이 삽입되는 누출방지홈이 형성될 수 있다.
상기 퍼지가스 공급부는 상기 챔버를 관통하여 상기 차폐공간에 연통되는 퍼지가스 공급관;상기 퍼지가스 공급관에 연결되며, 상기 퍼지가스가 저장되는 퍼지가스 탱크; 및 상기 퍼지가스 탱크에 연결되어 상기 퍼지가스 탱크에 저장된 상기 퍼지가스를 상기 퍼지가스 공급관을 통해 상기 차폐공간으로 공급하는 공급펌프;를 포함할 수 있다.
상기 퍼지가스로는 질소가스를 포함하는 불활성 가스를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 화학기상 증착장치는 퍼지가스가 서셉터의 측방으로 누출되어 처리공간에서 와류가 발생되지 않도록 하여 공정 불량이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 화학기상 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치 중 일부를 나타낸 확대 단면도이다.
이하, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다. 도 3은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치 중 일부를 나타낸 확대 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2 및 도 3을 참조하면, 화학기상 증착장치(200)는 기판(10)의 처리공간을 제공하는 챔버(210)를 포함한다. 챔버(210)는 처리공간의 기밀이 유지되도록 구성되되, 기판(10)의 출입이 가능하게 마련되는 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 챔버(210)는 용기 형상의 본체(211) 및 본체(211)에 힌지 결합되어 본체(211)로부터 회동되는 리드(Lid;212)를 포함한다. 처리공간은 리드(212)의 회동에 따라 개폐가 가능하다. 도시되지 않았지만, 본체(211)의 내측벽에는 본체(211)를 가열함으로써 처리공간의 온도를 조절할 수 있는 히터가 설치되는 것이 바람직하다.
리드(212)에는 공정가스 공급관(220)이 관통되며, 처리공간을 향한 리드(212)의 일면에는 샤워헤드(230)가 결합된다. 공정가스 공급관(220)은 외부로부터 공급되는 공정가스(G1)를 샤워헤드(230)로 안내한다. 샤워헤드(230)는 공정가스(G1)가 확산되는 공간을 형성하며, 처리공간을 향해 개구되는 복수의 분사구(231)가 형성된다. 이러한 샤워헤드(230)는 공정가스(G1)를 처리공간으로 균일하게 분사되도록 한다.
샤워헤드(230)를 통해 처리공간으로 분사되는 공정가스(G1)에는 Ⅲ족 가스(트리메탈갈륨(Trimethyl-gallium;TMGa), 트리메탈인듐(Trimethyl-Indium;TMI), 트리메탈알루미늄(Trimethyl-aluminium;TMA)) 가스 중 어느 하나가 포함될 수 있으며, Ⅴ족 가스(암모니아(NH3) 가스)가 포함될 수 있다.
따라서 공정가스 공급관(220)은 Ⅲ족 가스가 포함된 공정가스(G1)와 Ⅴ족 가스가 포함된 공정가스(G1)를 각각 별도의 경로로 샤워헤드(230)로 공급하기 위해 복수개로 마련된다. 그리고 샤워헤드(230)는 Ⅲ족 가스가 포함된 공정가스(G1)와 Ⅴ족 가스가 포함된 공정가스(G1)를 각각 별도의 경로로 처리공간으로 분사하기 위한 복층구조를 가질 수 있다.
처리공간의 하부에는 서셉터(240)가 배치된다. 서셉터(240)의 상면에는 기판(10)이 수용되는 수용홈(241)이 형성된다. 수용홈(241)은 서셉터(240)에 복수의 기판(10)을 함께 지지하도록 복수개로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 수용홈(241)에는 진공력에 의해 기판(10)을 지지하는 진공척, 정전력에 의해 기판(10)을 지지하는 정전척, 점착력에 의해 기판(10)을 지지하는 점착척 등과 같은 기판 지지수단이 설치되어 수용홈(241)에 안치된 기판(10)을 보다 안정적으로 지지하는 것이 바람직하다. 진공척, 정전척 및 점착척은 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고 도시되지 않았지만, 서셉터(240)의 내부에는 서셉터(240)를 가열함으로써 가열된 서셉터(240)에 의해 기판(10)이 가열되도록 하는 히터가 설치되는 것이 바람직하다.
챔버(210)의 하부에는 회전모터(250)가 배치되며, 회전모터(250)의 회전축은 본체(211)의 바닥면을 관통하여 서셉터(240)를 지지한다. 회전모터(250)는 서셉터(240)를 회전시킴으로써, 서셉터(240)에 지지되는 복수의 기판(10)에 각 층이 균일한 두께로 성장될 수 있도록 한다.
챔버(210)의 외부에는 처리공간의 진공배기를 수행하는 진공펌프(260)가 배치된다. 그리고 본체(211)의 하부에는 일단부가 본체(211)를 관통하여 처리공간에 연통되며, 타단부가 진공펌프(260)에 연결되는 배기관(261)이 설치된다. 진공펌프(260)는 배기관(261)을 통해 처리공간의 진공배기를 수행함으로써 처리공간이 고진공 상태로 유지되도록 하며, 샤워헤드(230)로부터 분사되는 공정가스(G)가 서셉터(240)로 원활하게 이송되도록 한다.
한편, 서셉터(240)의 하부에는 서셉터(240)의 테두리부에 결합되는 차단벽(270)이 설치된다. 차단벽(270)은 공정가스(G1)가 서셉터(240)의 하부로 침투하여 불필요한 곳에 원료물질이 증착되는 것을 방지한다.
이와 같이 서셉터(240)의 하부에서 서셉터(240)의 테두리부에 차단벽(270)이 결합됨에 따라, 서셉터(240)의 하부에는 서셉터(240)와 차단벽(270)에 의해 차폐공간이 형성된다. 이 차폐공간으로는 퍼지가스(G2)가 공급되는 것이 바람직하다. 차폐공간으로 공급되는 퍼지가스(G2)는 차단벽(270)과 서셉터(240)의 결합부위로 공정가스(G1)가 침투하는 것을 방지한다. 퍼지가스(G2)로는 질소가스와 같은 불활성 가스를 사용한다.
따라서, 챔버(210)의 하부에는 차폐공간으로 퍼지가스(G2)를 공급하는 퍼지가스 공급부(280)가 배치된다. 퍼지가스 공급부(280)는 챔버(210)의 하부벽을 관통하여 차폐공간으로 연통되는 퍼지가스 공급관(281), 내부에 퍼지가스(G2)가 저장되어 퍼지가스 공급관(281)에 연결되는 퍼지가스 탱크(282) 및 퍼지가스 탱크(282)에 연결되어 퍼지가스(G2)를 차폐공간으로 공급하는 공급펌프(283)를 더 포함할 수 있다.
한편, 서셉터(240)의 하부면에 접촉되는 차단벽(270)의 접촉면에는 누출방지턱(271a)이 형성된다. 누출방지턱(271a)은 차단벽(270)의 접촉면으로부터 서셉터(240)를 향해 돌출된다. 누출방지턱(271a)은 서셉터(240)의 하부면과 차단벽(270)의 접촉면의 사이로 퍼지가스(G2)가 침투한다 하더라도 퍼지가스(G2)가 서셉터(240)의 측방으로 누출되는 것을 방지한다. 이와 함께, 서셉터(240)의 하부면에는 누출방지턱(271a)이 삽입되는 누출방지홈(271b)이 형성된다.
상술된 설명에서, 누출방지턱(271a)은 차단벽(270)의 접촉면에서 돌출되고, 누출방지홈(271b)은 서셉터(240)의 하부면에 형성되는 것으로 설명하고 있다. 다른 실시예로, 누출방지턱(271a)은 서셉터(240)의 하부면에서 돌출되고, 누출방지홈(271b)은 차단벽(270)의 접촉면에 형성된다 하더라도 그 구성 및 작용은 서로 유사하다고 볼 수 있다.
그리고, 누출방지턱(271a)은 차단벽(270)과 일체로 이루어져 차단벽(270)의 접촉면으로부터 돌출되는 것으로 설명하고 있으나, 오링(O-ring) 형태의 개스킷(gasket)을 사용한다 하더라도 그 구성 및 작용은 유사하다고 볼 수 있다.
한편, 차단벽(270)에는 퍼지가스 유도유로(290)가 형성된다. 퍼지가스 유도유로(290)는 차단벽(270)의 접촉면으로 개방되는 제1 개구부(291) 및 제1 개구부(291)와 연통되어 배기관(261)을 향해 차단벽(270)의 측면으로 개방되는 제2 개구부(292)를 포함한다.
이러한 퍼지가스 유도유로(290)는 서셉터(240)의 하부면와 차단벽(270)의 접촉면 사이로 침투하여 누출방지턱(271a)에 가로막힌 퍼지가스(G2)를 배기관(261)으로 유도한다. 따라서 서셉터(240)와 차단벽(270)의 접촉면 사이로 퍼지가스(G2)가 침투하여 누출방지턱(271a)에 의해 차단되는 퍼지가스(G2)는 제1 개구부(291)로 유입되어 제2 개구부(292)로 토출되어 배기관(261)으로 향한다.
이와 같이 차폐공간으로 공급되는 퍼지가스(G2)는 서셉터(240)의 하부면과 차단벽(270)의 접촉면의 사이로 침투한다 하더라도, 누출방지턱(271a)에 의해 차단되고, 퍼지가스스 유도유로(290)를 통해 배기관(261)으로 유도된다. 따라서 퍼지가스(G2)는 서셉터(240)의 측방으로 누출되어 공정가스(G1)에 교차 합류되지 않으며, 처리공간에서는 와류가 발생되지 않는다.
이하, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 작동에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 기판(10)은 챔버(210)의 내부로 반입되어 서셉터(240)에 안치된다. 즉, 기판(10)은 수용홈(241)에 수용되고, 기판 지지수단(미도시)에 의해 수용홈(241) 내부에 견고하게 지지된다. 이때, 복수의 기판(10)에 동일한 층을 함께 증착할 수 있도록, 서셉터(240)에는 복수의 기판(10)이 함께 지지될 수 있다. 이와 같이 기판(10)이 서셉터(240)에 안치되면 처리공간은 밀폐된다.
계속해서, 히터(미도시)에 의해 챔버(210)의 내측벽과 서셉터(240)가 가열되며, 공정가스(G1)는 공정가스 공급관(220)을 통해 샤워헤드(230)로 공급된다. 공정가스(G1)는 샤워헤드(230)의 내부에서 확산되며, 샤워헤드(230)를 통해 처리공간으로 분사된다.
이와 함께 진공펌프(260)는 배기관(261)을 통해 챔버(210)의 내부를 진공 배기시킨다. 공정가스(G1)는 샤워헤드(230)에 의한 분사력에 진공펌프(260)의 진공배기력이 더해져 서셉터(240)에 지지되는 기판(10)으로 원활하게 이송되며, 공정가스(G1)에 포함된 원료물질은 기판(10)의 표면에 반응하여 기판(10) 상에 증착된다.
이때, 차단벽(270)은 공정가스(G1)가 서셉터(240)의 하측으로 유입되는 것을 방지한다. 그리고 퍼지가스 공급부(280)는 차폐공간으로 퍼지가스(G2)를 공급하여 공정가스(G1)가 서셉터(240)의 하부면과 차단벽(270)의 접촉면의 사이로 침투하는 것을 방지한다.
이와 같이, 퍼지가스(G2)가 차폐공간으로 공급됨에 따라 퍼지가스(G2)는 서셉터(240)의 하부면과 차단벽(270)의 접촉면의 사이로 침투할 수 있다.
이때, 누출방지턱(271a)은 서셉터(240)의 하부면과 차단벽(270)의 접촉면의 사이로 침투하는 퍼지가스(G2)를 차단한다. 누출방지턱(271a)에 의해 차단되는 퍼지가스는 제1 개구부(291)로 유입된다. 제1 개구부로 유입된 퍼지가스(G2)는 퍼지가스 유도유로(290)를 따라 제2 개구부(292)로 방출된다. 제2 개구부(292)로 방출된 퍼지가스(G2)는 배기관(261)을 통해 챔버(210)의 외부로 배출된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(200)는 차단벽(270)으로 차폐공가을 형성하고, 퍼지가스(G2)를 차폐공간으로 공급함으로써, 서셉터(240)의 하측으로 공정가스(G1)가 유입되는 것을 차단하며, 퍼지가스(G2)가 서셉터(240)의 측방으로 누출되는 것을 방지하여 와류가 발생되지 않도록 한다.
200 : 화학기상 증착장치 270 : 차단벽
271a : 누출방지턱 271b : 누출방치홈
280 : 퍼지가스 공급부 290 : 퍼지가스 유도유로

Claims (7)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 일측에 결합되어 공정가스를 상기 챔버의 내부로 분사하는 샤워헤드;
    상기 샤워헤드에 대향되도록 상기 챔버의 내부에 배치되어 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 샤워헤드에 대향되는 상기 챔버의 타측벽을 관통하여 상기 챔버의 내부에 연통되는 배기관;
    상기 서셉터의 이면에 배치되고, 상기 서셉터의 테두리부에 결합되어 상기 서셉터와 함께 상기 챔버 내부에 별도의 차폐공간을 형성하며, 상기 서셉터의 이면으로 향하는 상기 공정가스를 차단하는 차단벽;
    상기 차폐공간으로 퍼지가스(Purge Gas)를 공급하는 퍼지가스 공급부;및
    상기 서셉터의 이면과 상기 차단벽의 접촉면의 사이로 침투하는 상기 퍼지가스를 상기 공정가스가 배기되는 측으로 유도하는 퍼지가스 유도유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 퍼지가스 유도유로는
    상기 서셉터와 접하는 상기 차단벽의 접촉면으로 개방되는 제1 개구부;및
    상기 제1 개구부와 연통되며, 상기 배기관을 향해 상기 차단벽의 측면으로 개방되는 제2 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 배기관은 상기 챔버의 하부벽을 관통하며,
    상기 퍼지가스 유도유로는 중심축이 상기 배기관을 향해 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 하는 화학기상 증착장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 서셉터의 일면 또는 상기 차단벽의 접촉면 중 어느 하나로부터 돌출되어 상기 제1 개구부를 지난 상기 퍼지가스를 상기 제1 개구부로 안내하는 누출방지턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 서셉터의 일면 또는 상기 차단벽의 접촉면 중 어느 하나에 상기 누출방지턱이 삽입되는 누출방지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 퍼지가스 공급부는
    상기 챔버를 관통하여 상기 차폐공간에 연통되는 퍼지가스 공급관;
    상기 퍼지가스 공급관에 연결되며, 상기 퍼지가스가 저장되는 퍼지가스 탱크;및
    상기 퍼지가스 탱크에 연결되어 상기 퍼지가스 탱크에 저장된 상기 퍼지가스를 상기 퍼지가스 공급관을 통해 상기 차폐공간으로 공급하는 공급펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 퍼지가스로는
    질소가스를 포함하는 불활성 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
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