KR101367376B1 - 금속 유기물 화학기상 증착장치 - Google Patents

금속 유기물 화학기상 증착장치 Download PDF

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Abstract

증착 공정 후에 배출되는 유해가스를 분해하여 유해가스가 대기로 배출되는 것을 방지하는 금속 유기물 화학기상 증착장치가 개시된다. 본 발명에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 내부에 위치하며 기판이 안착되는 서셉터 및 상기 서셉터에 대향되도록 위치되어 상기 기판을 향해 공정가스를 확산시키는 샤워헤드 및 상기 공정 챔버에서 화학기상 증착공정 실시 후 배출되는 배출 가스를 플라즈마에 의하여 정화시키는 가스 정화부를 포함한다.

Description

금속 유기물 화학기상 증착장치{APPARATUS FOR METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 금속 유기물 화학기상 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유해 가스를 정화시키는 금속 유기물 화학기상 증착장치에 관한 것이다.
질화물 재료는 발광 소자를 제조하기 위한 재료로 가장 잘 알려진 것이다. 질화물 재료를 이용한 발광 소자의 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 발광 소자의 적층 구조는 금속 유기물 화학기상 증착장치에 포함되는 챔버에서 이루어지는 것이 일반적이다. 그 중에 한 가지 방법은 대한민국 공개특허공보 제 10-2011-0049571호(2011.05.12 이하, 공개 발명이라 칭한다.)에 개시되어 있다.
상기 공개 발명은 기판의 표면에 박막을 증착하기 위해 챔버의 내부에서 기판이 안착되는 서셉터를 향해 공정가스를 분사하는 발명이다. 그러나 상기 공개 발명과 같이 박막의 증착을 위해 필요로 하는 공정 가스는 난분해성 가스로 환경오염을 발생시키는 문제점이 있어 금속 유기물 화학기상 증착장치의 공정 가스를 분해시키기 위한 기술이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2011-0049571호(2011,05,12)
본 발명의 목적은 증착 공정 후에 배출되는 유해가스를 분해하여 유해가스가 대기로 배출되는 것을 방지하는 금속 유기물 화학기상 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 내부에 위치하며 기판이 안착되는 서셉터 및 상기 서셉터에 대향되도록 위치되어 상기 기판을 향해 공정가스를 확산시키는 샤워헤드 및 상기 공정 챔버에서 화학기상 증착공정 실시 후 배출되는 배출 가스를 플라즈마에 의하여 정화시키는 가스 정화부를 포함한다.
상기 가스 정화부는 상기 배출 가스가 유입되는 제 1챔버 및 상기 플라즈마를 발생시키도록 상기 제 1챔버의 내부에 설치되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마는 상기 제 1챔버와 상기 전극에 전압이 인가되어 상기 제 1챔버 내부에 형성되며, 상기 전극은 전면적에 대하여 상기 제 1챔버의 내면과의 거리가 변화되도록 형성될 수 있다.
상기 가스 정화부는 상기 제 1챔버의 일측에 연결되어 상기 제 1챔버로부터 유입되는 상기 배출 가스의 체류 시간을 증가시키도록 내부가 확장되는 제 2챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1챔버의 내경은 상기 배출 가스의 진행 방향을 기준으로 점차적으로 감소되도록 형성되고 상기 제 2챔버는 제 1챔버의 내경이 점차적으로 감소되는 측에 연결되어 상기 플라즈마가 상기 제 1챔버로부터 상기 제 2챔버로 연속적으로 발생되어 상기 제 2챔버의 내부에서 확장될 수 있다.
상기 공정 챔버는 복수개로 구비되고 상기 가스 정화부는 상기 복수개의 공정 챔버에 연결되어 상기 복수개의 공정 챔버로부터 배출된 배출 가스가 유입될 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 상기 가스 정화부에 연결되어 상기 가스 정화부로부터 배출되는 상기 배출 가스에 액적을 접촉시켜 상기 배출 가스의 유해 성분이 재결합되는 것을 억제시키는 습식처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유기물 화학기상 증착장치는 상기 습식처리부에 연결되어 상기 습식처리부로부터 배출되는 상기 배출 가스에 포함되는 파티클을 집진하는 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치는 박막의 증착 후에 금속 유기물 화학기상 증착장치에서 배출되는 유해가스를 효과적으로 분해할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치는 대기로 배출되는 유해가스를 분해하여 대기 오염을 방지하는 효과가 있다.
또한 상기와 같은 본 발명의 기술적 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 가스 정화부를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 가스 정화부가 연결된 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 가스 정화부가 연결된 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 금속 유기물 화학기상 증착장치(이하, 화학기상 증착장치, 100)는 공정 챔버(110)을 포함한다. 공정 챔버(110)의 내부에는 도시되지 않은 가스 공급 장치로부터 유입되는 공정 가스를 공정 챔버(110)의 내부로 확산시키는 샤워헤드(120)가 포함된다.
또한 공정 챔버(110)의 내부에는 샤워헤드(120)와 대향되는 서셉터(130)이 구비된다. 이러한 서셉터(130)의 상부에는 기판(S)이 지지된다. 또한 서셉터(130)의 하부에는 서셉터(130)을 지지하며 서셉터(130)을 회전시키는 회전축(140)이 구비된다. 이러한 회전축(140)은 공정 챔버(110)의 하부를 관통하도록 구비되며 도시되지 않은 동력 전달 장치에 의해 회전될 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만 공정 챔버(110)에는 가열 수단이 구비될 수 있다. 가열 수단은 공정챔버(110)의 하부에 구비되어 공정에 필요한 온도가 설정되도록 한다. 이에 따라 가열 수단은 공정 가스에 포함되는 원료물질이 원활하게 기판(S)에 증착되도록 한다.
또한 공정 챔버(110)에는 배기 수단(150)가 연결된다. 이러한 배기 수단(150)는 공정 챔버(110)의 내부에서 기판(S)에 증착되고 남은 유해 가스를 공정챔버(110)의 외부로 배출시킨다.
배기 수단(150)의 일측에는 배기로(160)이 연결된다. 이러한 배기로(160)는 공정 챔버(110)로부터 배출되는 배출 가스를 가스 정화부로 이동시킨다.
도 2는 본 실시예에 따른 가스 정화부를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리부를 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가스 정화부는 플라즈마 처리부(210), 습식 처리부(220) 및 필터(230)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 상기와 같은 형태로 가스 정화부가 구비되는 실시예를 설명하였으나, 본 발명에 따른 가스 정화부는 다양한 실시예로 구비되어 사용될 수 있다.
플라즈마 처리부(210)는 제 1챔버(211), 전극(212), 제 1절연부재(213), 제 2챔버(214) 및 제 2절연부재(215)를 포함한다.
제 1챔버(211)은 배기로(160)에 연결되어 공정 챔버(110)로부터 배출 가스가 배출된다. 이러한 제 1챔버(211)는 일측의 내경이 점착적으로 좁아지도록 형성되는 원통형의 케이징(Casing)일 수 있다. 또한 제 1챔버(211)의 내부에는 전극(212)이 구비된다.
이러한 전극(212)은 전면적에 대하여 제 1챔버(211)의 내면과 거리가 변화되는 구조로 형성된다. 예를 들면 전극(212)은 구의 형태로 구비될 수 있다. 이에 따라 전극(212)은 교류 또는 직류 전압이 인가될 경우 제 1챔버(211)와 전극(212)의 사이에서 반복적으로 전계를 생성 및 소멸시킬 수 있다.
따라서 제 1챔버(211)와 전극(212)은 배기로(160)를 통해 제 1챔버(211)와 전극(212)의 사이로 배출되는 배출 가스를 기반으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한 전극(212)과 제 1챔버(211)가 접촉되는 측에는 제 1절연부재(213)가 구비된다. 이러한 제 1절연부재(213)는 전극(212)과 제 1챔버(211)의 사이를 절연시킨다.
제 2챔버(214)는 제 1챔버(211)의 내경이 점차적으로 감소되는 측에 연결된다. 제 2챔버(214)와 제 1챔버(211)의 사이에는 제 2절연부재(215)가 위치되어 제 2챔버(214)와 제 1챔버(211)의 사이를 절연시킨다. 이러한 제 2챔버(214)는 원통형의 케이징일 수 있다. 또한 제 2챔버(214)의 일측에는 가스 공급부(216)가 형성된다. 이러한 가스 공급부(216)는 배출 가스의 분해 효율을 증가시키는 가연성 기체 및 산화제를 제 2챔버(214)의 내부로 유입시킨다.
즉 제 1챔버(211)에서 전계가 시작되면 유동 특성에 의하여 플라즈마 아크는 제 1챔버(211)로부터 제 2챔버(214)로 연속적으로 발생한다. 이렇게 형성된 플라즈마 아크는 제 2챔버(214)의 내부에서 확장된다. 따라서 제 2챔버(214)의 내부에 형성되는 플라즈마 아크는 전극(212)에 연결된 상태로 제 2챔버(214)의 내부에서 안정적인 전계를 지속할 수 있다.
이때 가연성 기체 및 산화제는 가스 공급부(216)를 통해 제 2챔버(214)로 유입될 수 있다. 이러한 가연성 기체 및 산화제는 제 2챔버(214)의 내부를 산화반응으로 형성되는 고온의 상태로 유지시킨다. 따라서 제 2챔버(214)의 내부는 배출 가스의 열 전달이 용이해지면서, 배출 가스의 분해에 적절한 온도가 된다. 이와 같이 제 2챔버(214)의 내부는 플라즈마 반응에 유리한 조건이 형성될 수 있다.
제 2챔버(214)의 내부는 고온에 의해 낮은 밀도를 유지하게 된다. 이에 따라 제 2챔버(214)의 내부는 낮은 밀도로 인해 전자의 평균 충돌 거리가 증가된다. 이로 인해 전자는 가속되어 높은 에너지를 가지는 전자를 다량 발생시킨다. 따라서 제 2챔버(214)의 내부 공간은 배출 가스의 분해를 촉진시킬 수 있는 분위기가 형성된다.
이와 같이 배출 가스는 플라즈마 처리부(210)에서 일차적으로 유해 물질이 분해되어 정화된다. 이후 플라즈마 처리부(210)는 제 2챔버(214)에 연결되는 습식 처리부(220)로 유해 물질이 분해된 배출 가스를 배출시킨다.
습식 처리부(220)는 분무액에 물리적 힘을 가하여 액적을 형성한다. 이후 습식 처리부(220)는 플라즈마 처리부(210)로부터 배출되는 배출 가스에 액적을 충돌 및 접촉시킨다. 따라서 습식 처리부(220)는 플라즈마 처리부(210)에서 분해되어 배출되는 배출 가스의 부유분진을 포집하고, 유해 성분이 배출 가스에 재결합되는 것을 억제시킬 수 있다. 습식 처리부(220)에 사용되는 분무액은 물 또는 화학약품을 물에 첨가하여 사용할 수 있다. 이러한 습식 처리부(220)는 내부로 유입되는 배출 가스에 노즐을 이용하여 분무액을 분사하거나, 내부에 분무액을 저장하여 배출 가스가 분무액을 통과하는 방식으로 구비될 수 있다.
필터(230)는 습식 처리부(220)의 일측에 연결될 수 있다. 따라서 필터(230)는 습식 처리부(220)로부터 배출되는 배출 가스의 포함될 수 있는 파티클을 집진한다. 이러한 필터(230)는 여과식 집진기가 사용될 수 있다.
이하 다른 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 이하의 설명에서 상술된 화학기상 증착장치와 유사한 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다. 따라서 이하의 설명에서 상세한 설명이 생략된 구성 요소에 대해서는 상술된 설명을 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 가스 정화부는 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)에 연결될 수 있다. 즉 기판(S)에 증착을 실시하는 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)의 각각에는 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)가 각각 연결될 수 있다. 따라서 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)로부터 배출되는 배출 가스는 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)의 내부로 각각 유입된다. 이에 따라 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)는 플라즈마를 이용하여 배출 가스의 정화 공정을 실시한다.
이러한 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)는 하나의 습식 처리부(220)에 연결된다. 따라서 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)로부터 습식 처리부(220)로 배출되는 각각의 배출 가스는 습식 처리부(220)의 내부에서 이차적으로 정화된다.
이와 같이 도 4의 실시예에 따른 가스 정화부는 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)로부터 배출되는 배출 가스를 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)에서 개별적으로 정화시킬 수 있다. 이후 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)에서 일차적으로 정화된 각각의 배출 가스를 하나의 습식 처리부(220)에서 이차적으로 정화시킨다. 이와 같이 도 4의 실시예에 따른 가스 정화부는 가스 정화 공정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있으며, 제 1, 2플라즈마 처리부(210a, 210b)이 하나의 습식 처리부(220)에 연결되어 가스 정화부의 설치 공간을 최소화할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 가스 정화부가 연결된 금속 유기물 화학기상 증착장치를 나타낸 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따른 가스 정화부는 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)에 연결될 수 있다. 즉 기판(S)에 증착을 실시하는 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)에는 하나의 플라즈마 처리부(210)가 연결될 수 있다. 따라서 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)로부터 배출되는 배출 가스는 플라즈마 처리부(210)로 유입된다. 이에 따라 플라즈마 처리부(210)는 플라즈마를 이용하여 배출 가스의 정화 공정을 실시한다.
또한 플라즈마 처리부(210)는 습식 처리부(220)에 연결된다. 따라서 플라즈마 처리부(210)로부터 습식 처리부(220)로 배출되는 배출 가스는 습식 처리부(220)의 내부에서 이차적으로 정화된다.
이와 같이 도 5에 따른 가스 정화부는 제 1, 2공정 챔버(100a, 100b)로부터 배출되는 배출 가스를 플라즈마 처리부(210)에서 동시에 정화시킬 수 있다. 따라서 도 5의 실시예에 따른 가스 정화부는 가스 정화 공정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있으며, 복수개의 화학기상 공정 챔버(100a, 100b)에 하나의 플라즈마 처리부(210)가 연결되어 설치 공간이 최소화될 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100 : 금속 유기물 화학기상 증착장치 214 : 제 2챔버
210 : 플라즈마 처리부 215 : 제 2절연부재
211 : 제 1챔버 216 : 가스 공급부
212 : 전극 220 : 습식 처리부
213 : 제 1절연부재 230 : 필터

Claims (8)

  1. 기판이 안착되는 서셉터와, 상기 기판을 향해 공정가스를 확산시키는 샤워헤드가 내부에 각각 배치되는 제 1 및 제 2공정챔버; 및
    상기 제 1 및 제 2공정챔버에서 화학기상 증착공정 실시 후 배출되는 각각의 배출가스가 유입되는 제 1챔버와, 상기 제 1챔버 내부에 설치되며 플라즈마를 발생시켜 상기 배출가스가 정화되도록 하는 전극을 갖는 가스 정화부를 포함하며,
    상기 플라즈마는 상기 제 1챔버와 상기 전극에 인가되는 전압에 의해 상기 제 1챔버 내부에 형성되고, 상기 전극은 구 형태로 마련되어 전면적에 대하여 상기 제 1챔버의 내면과의 거리가 변화되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가스 정화부는,
    상기 제 1챔버의 일측에 연결되어 상기 제 1챔버로부터 유입되는 상기 배출 가스의 체류 시간을 증가시키도록 내부가 확장되는 제 2챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1챔버의 내경은 상기 배출 가스의 진행 방향을 기준으로 점차적으로 감소되도록 형성되고 상기 제 2챔버는 상기 제 1챔버의 내경이 점차적으로 감소되는 측에 연결되어 상기 플라즈마가 상기 제 1챔버로부터 상기 제 2챔버로 연속적으로 발생되어 상기 제 2챔버의 내부에서 확장되는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 정화부에 연결되어 상기 가스 정화부로부터 배출되는 상기 배출 가스에 액적을 접촉시켜 상기 배출 가스의 유해 성분이 재결합되는 것을 억제시키는 습식처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 습식처리부에 연결되어 상기 습식처리부로부터 배출되는 상기 배출 가스에 포함되는 파티클을 집진하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유기물 화학기상 증착장치.
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