KR101208005B1 - 금속 유기물 화학기상 증착장치 - Google Patents

금속 유기물 화학기상 증착장치 Download PDF

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Abstract

복수의 기판에 각각 서로 다른 공정가스를 함께 분사하며, 하나의 기판에 대해 서로 다른 처리가 가능하도록 한 금속 유기물 화학기상 증착장치가 개시된다. 금속 유기물 화학기상 증착장치는 복수의 기판을 지지하는 서셉터;상기 서셉터에 대향되며, 복수의 상기 기판에 대응되는 복수의 영역에서 서로 다른 공정가스를 함께 분사하여 복수의 상기 기판에 각각 다른 처리가 가능하도록 하는 샤워헤드;상기 서셉터와 상기 샤워헤드의 사이에 배치되며, 복수의 상기 기판이 서로 격리되도록 복수의 처리실을 형성하는 격벽;및 복수의 상기 기판 중 어느 하나의 기판에 대해 서로 다른 상기 공정가스가 분사되어 상기 기판에 서로 다른 처리를 할 수 있도록 상기 샤워헤드를 회전시키는 샤워헤드회전부;를 포함한다.

Description

금속 유기물 화학기상 증착장치{APPARATUS FOR METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 금속 유기물 화학기상 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 III-V족 재료를 이용하여 질화물 층을 기판 상에 형성하는 금속 유기물 금속 유기물 화학기상 증착장치에 관한 것이다.
질화물 재료는 발광소자를 제조하기 위한 재료로 가장 잘 알려진 것이다. 질화물 재료를 이용한 발광소자의 적층 구조는 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.
이러한 질화물 재료를 이용한 발광소자의 적층 구조는 금속 유기물 금속 유기물 화학기상 증착장치에 포함되는 하나의 챔버에서 연속적으로 이루어지는 것이 일반적이다. 하지만 각 층의 형성공정은 각 층의 성질에 따라 서로 다른 가스분위 기를 연출하고, 서로 다른 공정가스를 공급해야만 한다.
따라서 하나의 챔버를 사용하는 경우, 기판 위에 어느 하나의 층을 형성하고 이 층 위에 다른 층을 형성하기 전, 챔버 내부를 세정하는 세정공정이 추가로 선행되어야 하므로 전체 공정 시간이 지연되어 생산효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 세정공정이 제대로 이루어지지 않게 되면, 챔버 내에 여러 가스가 혼합되어 각 층의 품질에 대한 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 복수의 기판에 각각 서로 다른 공정가스를 함께 분사하며, 하나의 기판에 대해 서로 다른 처리가 가능하도록 한 금속 유기물 화학기상 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
금속 유기물 화학기상 증착장치는 복수의 기판을 지지하는 서셉터;상기 서셉터에 대향되며, 복수의 상기 기판에 대응되는 복수의 영역에서 서로 다른 공정가스를 함께 분사하여 복수의 상기 기판에 각각 다른 처리가 가능하도록 하는 샤워헤드;상기 서셉터와 상기 샤워헤드의 사이에 배치되며, 복수의 상기 기판이 서로 격리되도록 복수의 처리실을 형성하는 격벽;및 복수의 상기 기판 중 어느 하나의 기판에 대해 서로 다른 상기 공정가스가 분사되어 상기 기판에 서로 다른 처리를 할 수 있도록 상기 샤워헤드를 회전시키는 샤워헤드회전부;를 포함한다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 복수의 상기 처리실 내부에 각각 배치되며, 적어도 하나 이상의 상기 기판을 지지하는 복수의 위성서셉터를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 복수의 상기 위성서셉터를 각각 회전시켜 복수의 상기 위성서셉터에 지지되는 상기 기판이 회전되도록 하는 복수의 기판회전부를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 복수의 상기 위성서셉터를 각각 관통하여 복수의 상기 처리실로 분사되는 서로 다른 상기 공정가스의 배출경로를 각각 형성하는 복수의 배출관을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 복수의 상기 위성서셉터의 내부에 각각 배치되며, 복수의 상기 위성서셉터에 각각 지지되는 상기 기판을 각각 가열하는 복수의 히팅코일을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 상기 샤워헤드를 관통하여 복수의 상기 처리실에 각각 연통되며, 서로 다른 상기 공정가스의 공급경로를 형성하는 복수의 공급관;및 복수의 상기 공급관의 유량을 각각 조절하는 복수의 공급밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 상기 샤워헤드의 외경부에 배치되어 상기 샤워헤드가 회전가능하게 상기 샤워헤드를 지지하는 샤워헤드지지대;를 더 포함할 수 있다.
상기 서셉터의 외경부에는 가이드돌기가 형성되며, 상기 샤워헤드 지지대는 상기 가이드돌기가 삽입되는 홈이 형성되는 가이드프레임;및 상기 가이드프레임을 지지하는 지지프레임;을 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 상기 서셉터를 승강시키며 복수의 상기 처리실을 개폐시키는 서셉터승강부;를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 상기 샤워헤드를 승강시키며 복수의 상기 처리실을 개폐시키는 샤워헤드승강부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치는 간편한 구성으로 복수의 기판에 각각 서로 다른 공정가스를 함께 분사하며, 하나의 기판에 대해 서로 다른 처리가 가능하여 생산효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 금속 유기물 화학기상 증착장치(100)는 기판(10) 을 지지하는 서셉터(110) 및 서셉터(110)를 향해 공정가스를 분사하는 샤워헤드(120)를 포함한다. 서셉터(110) 및 샤워헤드(120)는 각각 원판형으로 마련된다.
서셉터(110)의 상부면에는 외경을 따라 돌출되는 외벽(111)이 형성되며, 중앙부로부터 테두리부로 뻗어나가는 격벽(113)이 방사형으로 형성된다. 외벽(111) 및 격벽(113)은 서셉터(110)와 샤워헤드(120)의 사이에 독립적인 복수의 처리실(130)을 형성하기 위한 것으로, 다른 실시예로 샤워헤드(120)의 하부면에 형성된다 하더라도 그 구성 및 작용은 유사하다고 볼 수 있다.
이와 같이 금속 유기물 화학기상 증착장치(100)는 서셉터(110)와 샤워헤드(120)의 사이에 복수의 처리실(130)이 형성되며, 복수의 처리실(130)로 서로 다른 공정가스를 분사하여 각 처리실(130)에 지지되는 각 기판(10)에 서로 다른 처리를 할 수 있다.
복수의 처리실(130)에는 각 처리실(130)에 기판(10)을 각각 지지하는 위성서셉터(satellite susceptor;140)가 각각 배치된다. 위성서셉터(140)는 각 처리실(130) 내에서 적어도 하나 이상의 기판(10)을 함께 지지하여, 한번의 공정가스 분사로 적어도 하나 이상의 기판(10)을 함께 처리하여 공정의 효율성을 높일 수 있도록 한다. 이러한 위성서셉터(140)의 내부에는 기판(10)을 가열하기 위한 수단으로 히팅코일(141)이 설치되는 것이 바람직하다.
위성서셉터(140)의 하부에는 위성서셉터(140)를 회전시켜 기판(10)이 회전되도록 하는 기판회전부(150)가 배치된다. 기판회전부(150)는 각 처리실(130)에서 기판(10)을 회전시켜 기판(10)에 균일한 두께로 증착막을 형성, 또는 식각할 수 있도 록 한다.
기판회전부(150)는 서셉터(110)의 하부에 지지되는 제1 회전모터(151), 제1 회전모터(151)의 출력단에 결합되는 제1 주동풀리(153), 제1 회전모터(151)의 회전력을 전달하는 제1 벨트(155) 및 위성서셉터(140)의 중심부로부터 돌출되는 입력단에 결합되어 제1 벨트(155)에 의해 회전되는 제1 종동풀리(157)를 포함한다.
서셉터(110)의 하부에는 서셉터승강부(160)가 배치된다. 서셉터승강부(160)는 서셉터(110)를 지지하며 서셉터(110)를 승강시켜 복수의 처리실(130)을 개폐시킨다. 서셉터승강부(160)는 유압실린더, 공압실린더 중 어느 하나를 사용한다.
샤워헤드(120)는 샤워헤드(120)의 외경부에 배치되는 샤워헤드지지대(170)에 의해 지지된다. 샤워헤드지지대(170)는 샤워헤드(120)를 회전가능게 지지한다. 즉, 샤워헤드(120)는 외주면으로부터 가이드돌기(121)가 돌출되며, 샤워헤드지지대(170)는 가이드돌기(121)가 삽입되는 홈이 형성되는 가이드프레임(171) 및 가이드프레임(171)을 지지하는 지지프레임(173)을 포함한다. 도시되지 않았지만, 가이드돌기(121)와 가이드프레임(171)의 사이에는 샤워헤드(120)의 회전을 원활하게 하는 베어링이 설치되는 것이 바람직하다.
샤워헤드(120)의 상부에는 샤워헤드(120)를 회전시키는 샤워헤드회전부(180)가 배치된다. 샤워헤드회전부(180)는 어느 하나의 기판(10)에 대해 서로 다른 공정가스를 분사할 수 있도록 샤워헤드(120)를 회전시킨다. 샤워헤드회전부(180)는 가이드프레임(171)에 지지되어 회전력을 제공하는 제2 회전모터(181), 제2 회전모터(181)의 출력단에 결합되는 제2 주동풀리(183), 제2 주동풀리(183)에 연결되어 제2 회전모터(181)의 회전력을 전달하는 제2 벨트(185), 샤워헤드(120)의 중심에서 돌출되는 입력단에 결합되고 제2 벨트(185)에 의해 회전되는 제2 종동풀리(187)를 포함한다.
한편, 샤워헤드(120)에는 샤워헤드(120)를 관통하여 복수의 처리실(130)에 각각 연통되는 복수의 공급관(191)이 배치된다. 복수의 공급관(191)은 복수의 처리실(130)로 공급되는 복수의 공정가스의 공급경로를 각각 형성한다. 도시되지 않았지만 복수의 공급관(191)의 관로에는 복수의 공급관(191)을 통해 공급되는 복수의 공정가스의 유량을 각각 조절할 수 있는 복수의 밸브가 설치되는 것이 바람직하다.
샤워헤드(120)의 내부에는 각 공급관(191)을 따라 공급되는 각 공정가스가 확산되는 복수의 확산실(193)이 형성되며, 샤워헤드(120)의 하부면에는 각 확산실(193)에서 확산된 각 공정가스가 각 처리실로 균일하게 분사되도록 균일한 이격거리로 형성되는 복수의 분사구(195)가 형성된다.
그리고 위성서셉터(140)에는 위성서셉터(140)를 관통하여 복수의 처리실(130)에 각각 연통되는 복수의 배출관(143)을 포함한다. 복수의 배출관(143)은 복수의 처리실(130)로 분사된 복수의 공정가스가 각각 배출되는 복수의 배출경로를 형성한다. 도시된 바와 같이 복수의 배출관(143)은 위성서셉터(140)의 중심부를 관통하여 서셉터의 외부로 연장될 수 있으나, 다른 실시예로 위성서셉터(140)의 가장자리를 관통하여 위성서셉터(140)의 외부로 연장될 수 있다.
한편, 상술된 설명에서 복수의 처리실(130)을 개폐시키는 수단으로, 서셉터 승강부(160)를 일실시예로 설명하고 있으나, 다른 실시예로 복수의 처리실(130)을 개폐시키는 수단으로는 도 6에 도시된 바와 같이 지지프레임(173)을 지지하여 지지프레임(173)을 승강시킴으로써, 샤워헤드(120)를 승강시키는 유, 공압실린더로 이루어지는 샤워헤드승강부(260)를 채택하여 실현할 수 있을 것이다.
이하, 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치의 작동에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 5는 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치의 동작을 나타낸 작동도이다.
도 3을 참조하면, 서셉터(110)는 서셉터승강부(160)에 의해 하강되고, 복수의 처리실(130)은 개방된다. 복수의 기판(10)은 개방된 복수의 처리실(130)로 이송된다. 이때, 복수의 기판(10)은 각 기판(10)의 처리에 따라 해당되는 공정가스가 분사되는 해당 처리실(130)로 각각 이송되어 해당 위성서셉터(140)에 지지된다.
여기서, 각 처리실(130) 내부에는 이미 위성서셉터(140)가 안착되어 있고 복수의 기판(10)은 각 위성서셉터(140)로 이송되어 각 위성서셉터(140)에 안착될 수 있으며, 다른 실시예로 복수의 기판(10)은 복수의 위성서셉터(140)에 이미 안착된 상태로 복수의 처리실(130)로 각각 이송될 수 있다.
도 4를 참조하면, 서셉터(110)는 서셉터승강부(160)에 의해 상승된다. 서셉터(110)가 상승됨에 따라 외벽(111) 및 격벽(113)은 샤워헤드(120)의 하부면에 밀착되며, 복수의 처리실(130)은 밀폐된다. 복수의 처리실(130)이 밀폐되면 기판회전 부(150)는 각 처리실(130)에서 각 위성서셉터(140)를 회전시킨다.
이때, 복수의 밸브(미도시)는 복수의 공급관(191)을 개방하며, 복수의 공급관(191)을 따라 서로 다른 공정가스가 공급된다. 각 공정가스는 각 확산실(193)에서 확산되며 분사구(195)를 통해 각 처리실(130)로 분사된다. 그리고 처리실(130)로 분사되는 공정가스는 각 기판(10)을 식각, 또는 증착시키며, 각 배출관(143)을 통해 각 처리실(130)의 외부로 배출된다.
이와 같이 금속 유기물 화학기상 증착장치(100)는 복수의 처리실(130)로 서로 다른 공정가스가 분사됨에 따라 서셉터(110)에 지지되는 복수의 기판(10)에 서로 다른 처리를 함께 가할 수 있다.
도 5를 참조하면, 각 기판(10)에 대해 다른 처리를 가하기 위해, 서셉터승강부(160)는 서셉터(110)를 하강시킨다. 서셉터(110)가 하강됨에 따라 복수의 처리실(130)이 개방되며, 샤워헤드회전부(180)는 샤워헤드(120)를 회전시킨다. 즉, 샤워헤드(120)는 이전의 공정에서 기판(10)에 분사된 공정가스와는 다른 공정가스가 분사될 수 있는 위치로 회전된다.
이후, 도 4에 도시된 바와 같이 서셉터승강부(160)는 서셉터(110)를 하강시켜 복수의 처리실(130)을 밀폐시키며, 기판회전부(150)는 위성서셉터(140)를 회전시킨다. 그리고 복수의 공정가스는 복수의 처리실(130)로 각각 분사되며, 각 기판(10)에는 다른 처리가 가해진다.
이와 같이 금속 유기물 화학기상 증착장치(100)는 샤워헤드(120)를 회전시켜 복수의 처리실(130)로 서로 다른 공정가스를 분사함에 따라 하나의 기판(10)에 대 해 서로 다른 처리를 가할 수 있다.
상술 한 바와 같이 금속 유기물 화학기상 증착장치(100)는 복수의 기판(10)을 함께 지지하여 복수의 기판(10)에 서로 다른 처리가 가능하며, 하나의 기판(10)에 대해 서로 다른 처리가 가능하다.
도 1은 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치의 동작을 나타낸 작동도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
110 : 서셉터 120 : 샤워헤드
140 : 위성서셉터 150 : 기판회전부
160 : 서셉터승강부 180 : 샤워헤드회전부

Claims (10)

  1. 서셉터;
    상기 서셉터에 대향되며, 복수의 영역에서 서로 다른 공정가스를 함께 분사하는 샤워헤드;
    상기 서셉터와 상기 샤워헤드의 사이에 배치되어 내부가 밀폐되는 복수의 처리실을 형성하는 격벽;
    상기 복수의 처리실 내부에 각각 배치되며, 적어도 하나의 기판을 지지하는 복수의 위성서셉터;
    상기 복수의 위성서셉터의 중앙부를 각각 관통하여 상기 복수의 처리실로 각각 분사되는 상기 공정가스가 상기 복수의 처리실의 중앙부로 배출되도록 하는 복수의 배출관;및
    상기 기판에 대해 서로 다른 상기 공정가스가 분사되어 상기 기판에 서로 다른 처리를 할 수 있도록 상기 샤워헤드를 회전시키는 샤워헤드회전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 위성서셉터를 각각 회전시켜 상기 복수의 위성서셉터에 지지되는 상기 기판이 회전되도록 하는 복수의 기판회전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 위성서셉터의 내부에 각각 배치되며, 상기 복수의 위성서셉터에 각각 지지되는 상기 기판을 각각 가열하는 복수의 히팅코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드를 관통하여 상기 복수의 처리실에 각각 연통되며, 서로 다른 상기 공정가스의 공급경로를 형성하는 복수의 공급관;및
    상기 복수의 공급관의 유량을 각각 조절하는 복수의 공급밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 외경부에 배치되어 상기 샤워헤드가 회전가능하게 상기 샤워헤드를 지지하는 샤워헤드지지대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 서셉터의 외경부에는 가이드돌기가 형성되며,
    상기 샤워헤드 지지대는
    상기 가이드돌기가 삽입되는 홈이 형성되는 가이드프레임;및
    상기 가이드프레임을 지지하는 지지프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 서셉터를 승강시키며 상기 복수의 처리실을 개폐시키는 서셉터승강부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드를 승강시키며 상기 복수의 처리실을 개폐시키는 샤워헤드승강부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
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