KR101300119B1 - 샤워헤드 및 이를 이용한 화학기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

제조가 간편하고 샤워헤드의 유지, 관리, 보수의 편의를 제공함으로써, 샤워헤드의 제조, 유지, 관리, 보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 샤워헤드 및 이를 이용한 화학기상 증착장치가 개시된다. 본 발명에 따른 샤워헤드는 지지판과, 상기 지지판으로부터 탈착가능하게 상기 지지판에 결합되는 복수의 가스챔버와, 상기 복수의 가스챔버로 분기되어 공정가스를 공급하는 가스공급관을 포함할 수 있다.

Description

샤워헤드 및 이를 이용한 화학기상 증착장치{Shower head and chemical vapor deposition device having the same}
본 발명은 샤워헤드 및 이를 이용한 화학기상 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Ⅲ-V족 재료를 이용하여 기판 상에 결정층을 형성하는 데 사용되는 샤워헤드 및 이를 이용한 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 각 결정층은 화학기상 증착장치에서 차례로 적층된다.
화학기상 증착장치는 챔버, 챔버로 공정가스를 분사하는 샤워헤드, 샤워헤드에 대향되어 기판을 지지하는 서셉터 및 기판을 가열하는 가열기를 포함한다. 이러한 화학기상 증착장치는 챔버의 내부로 공정가스가 공급되고, 서셉터에 지지되는 기판이 가열됨으로써, 공정가스에 포함되는 원료물질이 기판 표면에서 화학적으로 반응하여 결정층이 형성되도록 한다.
한편, 샤워헤드는 함체형상의 본체와, 챔버 내부를 향하는 일면에 결하되는 수많은 토출관이 결합된다. 이때, 샤워헤드의 내부로 공급되는 공정가스가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여, 본체는 일체형으로 이루어지며, 수 많은 토출관은 본체에 브레이징 결합된다.
이에 따라 샤워헤드의 제조과정이 복잡하고, 제조하는데 많은 비용이 소비될 뿐만 아니라, 제조완성도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 샤워헤드의 오염, 훼손 또는 결함 발견시, 일체로 된 본체를 분리하기가 곤란하여 샤워헤드를 유지, 관리, 보수하기 곤란한 문제점이 있으며, 샤워헤드의 오염, 훼손 또는 결함이 심한 경우에는 샤워헤드 전체를 교체해야 하므로 유지, 관리, 보수에 많은 비용이 소비되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 제조가 간편하며, 유지, 관리, 보수가 용이하도록 간편하게 분리되도록 한 샤워헤드 및 이를 이용한 화학기상 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 샤워헤드는 지지판과, 상기 지지판으로부터 탈착가능하게 상기 지지판에 결합되는 복수의 가스챔버와, 상기 복수의 가스챔버로 분기되어 공정가스를 공급하는 가스공급관을 포함할 수 있다.
상기 샤워헤드는 상기 복수의 가스챔버 각각에 설치되어 냉매가 순환되는 복수의 냉매순환로를 더 포함할 수 있다.
상기 샤워헤드는 상기 복수의 냉매순환로로 상기 냉매를 공급하는 냉매공급관과, 상기 복수의 냉매순환로로부터 배출되는 상기 냉매의 배출시키는 냉매배출관을 포함할 수 있다.
상기 복수의 가스챔버는 체결나사에 의해 상기 지지판에 체결될 수 있다.
상기 샤워헤드는 상기 지지판과 상기 복수의 챔버의 사이에 각각 설치되는 복수의 실링부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 화학기상 증착장치는 내부에 기판이 지지되는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 샤워헤드를 포함하며, 상기 샤워헤드는 상기 공정챔버에 지지되는 지지판과, 상기 지지판으로부터 탈착가능하게 상기 지지판에 결합되는 복수의 가스챔버와, 상기 복수의 가스챔버로 분기되어 상기 공정가스를 공급하는 가스공급관을 포함한다.
상기 화학기상 증착장치는 상기 복수의 가스챔버 각각에 설치되어 냉매가 순환되는 복수의 냉매순환로를 더 포함할 수 있다.
상기 화학기상 증착장치는 상기 복수의 냉매순환로로 상기 냉매를 공급하는 냉매공급관과, 상기 복수의 냉매순환로로부터 배출되는 상기 냉매의 배출시키는 냉매배출관을 포함할 수 있다.
상기 복수의 가스챔버는 체결나사에 의해 상기 지지판에 체결될 수 있다.
상기 화학기상 증착장치는 상기 지지판과 상기 복수의 챔버의 사이에 각각 설치되는 복수의 실링부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 샤워헤드 및 이를 이용한 화학기상 증착장치는 제조가 간편하고 샤워헤드의 유지, 관리, 보수의 편의를 제공함으로써, 샤워헤드의 제조, 유지, 관리, 보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 샤워헤드를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 샤워헤드를 나타낸 저면도이다.
이하, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 화학기상 증착장치(100)는 공정챔버(110)를 포함한다. 공정챔버(110)의 상부에는 도시되지 않은 가스공급장치로부터 공급되는 공정가스를 공정챔버(110)의 내부로 분사하는 샤워헤드(200)가 설치된다. 샤워헤드(200)에 대해서는 이후에서 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
공정챔버(110)의 내부에는 서셉터(120)가 샤워헤드(200)에 대향되게 배치된다. 서셉터(120)의 상부면에는 기판(10)이 수용되는 기판수용홈(121)이 형성된다. 기판수용홈(121)은 복수개의 기판(10)에 동일한 결정층을 함께 형성할 수 있도록 복수개로 형성될 수 있다.
서셉터(120)의 하부에는 서셉터(120)를 지지하고, 서셉터(120)가 회전되도록 하는 회전축(130)이 배치된다. 회전축(130)은 공정챔버(110)의 하부를 관통하고, 도시되지 않은 동력전달장치에 의해 회전모터에 연결되어 회전모터에 의해 회전된다.
이와 같이, 서셉터(120)는 회전가능하게 구성된다. 따라서, 서셉터(120)에 지지되는 복수개의 기판(10)에 증착되는 결정층이 동일한 두께로 형성될 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 서셉터(120)의 하부에는 기판(10)이 공정가스에 포함되는 원료물질과 원활하게 화학적으로 반응할 수 있도록 서셉터(120)를 가열하는 가열수단이 설치될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 공정챔버(110)에는 공정챔버(110)의 진공 분위기가 연출될 수 있도록 배기수단이 설치될 수 있다.
이러한 가열수단 및 배기수단은 이미 공지된 기술이므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 샤워헤드를 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 샤워헤드를 나타낸 저면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 샤워헤드(200)는 공정챔버(110)에 지지되는 지지판(210)을 포함한다. 지지판(210)의 하부에는 복수의 가스챔버(220)가 배치된다. 복수의 가스챔버(220)는 지지판(210)의 중앙부를 중심으로 하여 방사형으로 배치될 수 있다. 이러한 복수의 가스챔버(220)는 체결나사(230)에 의해 지지판(210)에 각각 결합된다.
지지판(210)에는 공정가스를 공급하는 가스공급관(240)이 결합되는데, 가스공급관(240)은 각 가스챔버(220)로 공정가스가 공급될 수 있도록 분기되어 각 가스챔버(220)에 연결된다.
각 가스챔버(220)에는 공정챔버(110) 내부를 향해 개방되는 복수개의 토출관(250)이 각각 결합된다. 복수개의 토출관(250)은 가스챔버(220)와 복수개의 토출관(250)의 사이로 공정가스가 누출되는 것이 방지되도록 브레이징 결합된다.
또한, 지지판(210)과 복수의 가스챔버(220)의 사이에는 오-링과 같은 실링부재(260)가 각각 설치된다. 실링부재(260)는 지지판(210)과 가스챔버(220)의 사이로 공정가스가 누출되는 것을 방지한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 샤워헤드(200)는 복수의 가스챔버(220)가 지지판(210)에 탈착가능하게 결합되므로, 제조가 간편하고, 유지, 관리, 보수의 편의를 제공한다. 즉, 본 실시예에 따른 샤워헤드(200)는 개별 제조된 각 가스챔버(220)를 지지판(210)에 나사 결합하는 방식으로 간편하게 제조될 수 있으며, 샤워헤드(200)의 오염, 훼손 또는 결함 발견시, 해당 가스챔버(220)만을 지지판(210)으로부터 분리하여 해당 가스챔버(220)를 간편하게 유지, 관리, 보수할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 샤워헤드(200)는 샤워헤드(200)의 일부가 오염, 훼손 또는 결함되었을 때, 해당 가스챔버(220)만 교체하면 되므로, 샤워헤드(200) 전체를 교체하는 경우에 비해 소비되는 비용을 절감할 수 있다.
한편, 각 가스챔버(220)의 하부에는 냉매순환로(270)가 형성된다. 냉매순환로(270)는 각 가스챔버(220)의 하부벽에 냉각용 배관을 설치함으로써 구현될 수 있다. 냉매순환로(270)에는 냉매순환로(270)로 냉매를 공급하는 냉매공급관(280)과, 냉매순환로(270)에서 순환되는 냉매를 배출하는 냉매배출관(290)이 연결된다.
냉매공급관(280)은 각 가스챔버(220)에 형성되는 각 냉매순환로(270)로 냉매를 각각 공급할 수 있도록 복수로 분기되어 각 냉매순환로(270)에 연결된다. 냉매배출관(290)은 각 냉매순환로(270)에 연결되는 복수의 관이 하나의 관으로 합류된다.
이하, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 작동에 대해 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 기판(10)은 공정챔버(110)의 내부로 반입되어 서셉터(120)에 지지된다. 이때, 한번의 증착공정으로 복수개의 기판(10)에 동일한 결정층을 형성할 수 있도록, 서셉터(120)에는 복수개의 기판(10)이 함께 지지될 수 있다. 이와 같이 서셉터(120)에 기판(10)이 안착되면 공정챔버(110)는 밀폐된다.
이어, 도시되지 않은 배기펌프에 의해 공정챔버(110)의 배기가 수행되어 공정챔버(110)의 내부는 진공분위기가 연출된다.
이어, 기판(10)이 공정가스에 포함되는 원료물질과 화학적으로 반응할 수 있는 온도에 도달할 수 있도록 가열기(미도시)는 서셉터(120)를 가열한다. 이와 함께, 회전축(130)이 회전됨에 따라 서셉터(120)는 회전축(130)과 함께 회전된다.
이어, 샤워헤드(200)를 통해 공정챔버(110)의 내부로 공정가스가 공급된다.공정가스는 가스공급관(240)을 통해 복수의 가스챔버(220)로 각각 분기되어 각 가스챔버(220)로 공급된다. 공정가스는 각 가스챔버(220)의 내부에서 확산되며, 복수의 토출관(250)을 통해 공정챔버(110)의 내부로 분사된다.
이와 함께, 냉매공급관(280)을 통해 냉매가 공급된다. 냉매는 각 가스챔버(220)의 각 냉매순환로(270)를 따라 순환되어 샤워헤드(200)의 본체가 일정 온도 이상으로 가열되어 샤워헤드(200)의 표면에 파티클이 증착되는 것을 방지한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(100)는 향상된 공정가스를 공정챔버(110)로 토출하여 기판(10)에 균일한 두께의 결정층을 형성할 수 있다.
한편, 증착공정의 반복으로 인해 샤워헤드(200)의 오염, 훼손 또는 결함이 발견될 수 있다. 이때, 작업자는 샤워헤드(200)를 공정챔버(110)로부터 분리하고, 지지판(210)으로부터 이상이 발견되는 해당 가스챔버(220)를 분리할 수 있다. 작업자는 해당 가스챔버(220)를 보수하거나, 새로운 가스챔버(220)를 지지판(210)에 교체하여 결합함으로써 샤워헤드(200)를 간편하게 유지, 관리, 보수할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(100)는 샤워헤드(200)의 일부분이 오염, 훼손 또는 결함 하더라도, 해당 가스챔버(220)만을 유지, 관리, 보수 또는 교체함으로써, 샤워헤드(200)의 유지, 관리, 보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
100 : 화학기상 증착장치 110 : 공정챔버
120 : 서셉터 200 : 샤워헤드
210 : 지지판 220 : 가스챔버
230 : 체결나사 240 : 가스공급관
250 : 토출관 260 : 기밀부재
270 : 냉매순환로 280 : 냉매공급관
290 : 냉매배출관

Claims (10)

  1. 지지판과,
    상기 지지판으로부터 독립적으로 탈착되어 내부가 각각 독립적으로 개폐되는 복수의 가스챔버와,
    상기 복수의 가스챔버로 분기되어 공정가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 가스챔버 각각에 설치되어 냉매가 순환되는 복수의 냉매순환로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 냉매순환로로 상기 냉매를 공급하는 냉매공급관과,
    상기 복수의 냉매순환로로부터 배출되는 상기 냉매의 배출시키는 냉매배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 가스챔버는 체결나사에 의해 상기 지지판에 체결되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 지지판과 상기 복수의 챔버의 사이에 각각 설치되는 복수의 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  6. 내부에 기판이 지지되는 공정챔버와,
    상기 공정챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 샤워헤드를 포함하며,
    상기 샤워헤드는
    상기 공정챔버에 지지되는 지지판과,
    상기 지지판으로부터 독립적으로 탈착되어 내부가 각각 독립적으로 개폐되는 복수의 가스챔버와,
    상기 복수의 가스챔버로 분기되어 상기 공정가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 가스챔버 각각에 설치되어 냉매가 순환되는 복수의 냉매순환로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 냉매순환로로 상기 냉매를 공급하는 냉매공급관과,
    상기 복수의 냉매순환로로부터 배출되는 상기 냉매의 배출시키는 냉매배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 복수의 가스챔버는 체결나사에 의해 상기 지지판에 체결되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 지지판과 상기 복수의 가스챔버의 사이에 각각 설치되는 복수의 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20080112736A (ko) * 2007-06-22 2008-12-26 주식회사 유진테크 박막 증착 방법 및 박막 증착 장치
KR20100076098A (ko) * 2008-12-26 2010-07-06 주식회사 테스 기판 처리장치

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