KR101462259B1 - 배치식 증착막 형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배치식 증착막 형성장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배치식 증착막 형성장치는, 증착막 형성 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부, 상기 챔버 내에 위치하고, 금속 화합물 가스를 생성하기 위한 금속소스를 수용하는 금속소스 수용부, 및 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하고, 상기 복수의 기판에 상기 금속 화합물 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배치식 증착막 형성장치{BATCH TYPE APPARATUS FOR FORMING DEPOSITION LAYER}

본 발명은 배치식 증착막 형성장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 안정적으로 금속 할로겐 가스를 공급할 수 있는 배치식 증착막 형성장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자로서, 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 널리 이용되어 왔다. 특히, 백열등, 형광등 등의 재래식 조명과 달리 전기 에너지를 빛 에너지로 전환하는 효율이 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있다는 사실이 알려지면서, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 소자로서 널리 각광받고 있다.

이러한 LED 소자의 제조공정은 크게 에피 공정, 칩 공정, 패키지 공정으로 분류될 수 있다. 에피 공정은 기판 상에 화합물 반도체를 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는 공정을 말하고, 칩 공정은 에피택셜 성장된 기판의 각 부분에 전극을 형성하여 에피 칩을 제조하는 공정을 말하며, 패키지 공정은 이렇게 제조된 에피 칩에 리드(lead)를 연결하고 빛이 최대한 외부로 방출되도록 패키징하는 공정을 말한다.

이러한 공정 중에서도 에피 공정은 LED 소자의 발광 효율을 결정하는 가장 핵심적인 공정이라 할 수 있다. 이는 기판 상에 화합물 반도체가 에피택셜 성장되지 않는 경우, 결정 내부에 결함이 발생하고 이러한 결함은 비발광 센터(nonradiative center)로 작용하여, LED 소자의 발광 효율을 저하시키기 때문이다.

이러한 에피 공정, 즉 기판 상에 에피택셜층을 형성시키는 공정에는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Molecular Beam Epitaxy), CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법 등이 사용되고 있는데, 이 중에서도 특히 유기금속 화학기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 또는 하이드라이드 기상 에피택시법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)이 주로 사용되고 있다.

한편, 에피 공정에서는, 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 데에 필요한 공정 가스를 기판 상에 안정적으로 공급할 수 있는 공정 가스 공급 장치를 필히 갖추어야 성능이 우수한 LED 소자를 제조할 수 있다. 예를 들어, LED 소자용 GaN 에피택셜층 형성시 공정 가스 중 하나로서 GaCl 가스가 공급되는데, GaCl은 600℃ 이하에서는 액화 또는 응결되는 성질을 갖고 있다. 따라서, GaCl 가스를 생성하는 공정 가스 생성 장치로부터 GaCl 가스를 챔버 내의 기판까지 공급하기 위해 GaCl 가스가 이동하는 통로의 온도를 고온으로 유지시켜야 하는데, 종래의 에피택셜층 형성장치에서는 공정 가스 생성 장치가 챔버의 외부에 있어서, GaCl 가스가 이동하는 통로의 온도를 고온으로 유지하기 위하여 별도의 히터가 필요하다. 그러나, 별도의 히터를 사용하더라도 통로 전체를 고온으로 유지하는데 어려움이 있어서, GaCl 가스가 안정적으로 공급되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정 가스를 안정적으로 공급할 수 있는 배치식 증착막 형성장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는, 증착막 형성 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부, 상기 챔버 내에 위치하고, 금속 화합물 가스를 생성하기 위한 금속소스를 수용하는 금속소스 수용부, 및 상기 기판 지지부의 중앙을 관통하고, 상기 복수의 기판에 상기 금속 화합물 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 별도의 히터 없이도 공정 가스가 이동하는 중에 액화 또는 응결되지 아니하여, 공정 가스를 기판에 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수의 기판 상에 균일하게 증착막을 형성시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 배치식 증착막 형성장치 중 일부의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사부의 구조를 나타내는 수평 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사부 및 금속소스 수용부의 구조를 나타내는 수직 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사부의 구조를 나타내는 수평 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사부 및 금속소스 수용부의 구조를 나타내는 수직 단면도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현 될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 배치식 증착막 형성장치 중 일부의 구성을 나타내는 평면도이다.

먼저, 배치식 증착막 형성장치에 로딩되는 기판(10)의 재질은 특별히 제한되지 않으며 글래스, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸, 사파이어 등 다양한 재질의 기판(10)이 로딩될 수 있다. 이하에서는 발광 다이오드 분야에서 사용되는 원형의 사파이어 기판(10)을 상정하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 증착막 형성 공간을 제공하는 챔버(110)를 포함하여 구성된다. 챔버(110)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 복수의 기판(10) 상에 증착막이 형성되기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 챔버(110)는 최적의 공정 조건을 유지하도록 구성되며, 형태는 사각형 또는 원형의 형태로 제조될 수 있다. 챔버(110)의 재질은 석영(quartz)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 기판(10) 상에 증착막을 형성하기 위한 공정은 증착 물질을 챔버(110) 내부로 공급하고 챔버(110) 내부를 약 800℃에서 1,200℃의 온도까지 가열함으로써 이루어진다. 이렇게 공급된 증착 물질은 본래의 목적과 부합하게 기판(10)으로 공급되어 증착막의 형성에 관여하기도 하지만 챔버(110) 내벽에 피착되어 소정의 응집체를 형성하기도 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 챔버(110)는 외부 챔버와 내부 챔버로 이루어지는 이중 챔버 구조(미도시됨)로 구성될 수 있다. 이러한 이중 챔버 구조를 채용함으로써, 공정 가스를 원활하게 배기할 수 있도록 공정 가스 배기 통로가 외부 챔버와 내부 챔버 사이의 공간에 형성될 수 있다.

도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 히터(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 히터(120)는 챔버(110)의 외부에 설치되어 복수의 기판(10)에 증착 공정에서 필요한 열을 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 기판(10) 상에서 원활한 증착막 성장이 이루어지기 위하여 히터(120)는 기판(10)을 약 1,200℃ 이상의 온도까지 가열할 수 있다.

본 발명에서는 기판(10)을 가열하기 위하여 할로겐 램프 또는 저항식 발열체를 이용한 가열 방식을 이용할 수도 있으나, 바람직하게는 유도 가열 방식을 이용할 수 있다. 유도 가열(induction heating) 방식이란 전자기 유도를 이용하여 금속과 같은 전도성 물체를 가열시키는 방식을 일컫는다. 유도 가열 방식을 이용하기 위하여 히터(120)는 챔버(110) 내부를 유도 가열할 수 있는 코일형 히터(120)로 구성되고 기판 서포트(131)에 설치되는 서셉터(133)는 도전성 물질을 포함하여 구성될 수 있다. 코일형 히터(120)를 이용한 기판(10)의 가열은 코일형 히터(120)에서 챔버(110) 내부로 고주파 교류 전류가 인가됨에 따라 도전성 물질을 포함하는 서셉터(133)가 가열되는 원리에 의해 구현될 수 있다.

이처럼 유도 가열 방식을 이용하여 기판(10)을 가열하는 경우 서셉터(133)를 제외한 배치식 증착막 형성장치의 구성 요소들은 부도체(예를 들면, 석영)로 구성될 수 있다. 이에 따라 코일형 히터(120)에 의하여 서셉터(133)만 가열되게 되므로 챔버(110) 내부의 나머지 구성요소들에 증착 물질이 피착되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 하부 지지부(130)를 포함하여 구성된다. 하부 지지부(130)는 챔버(110) 내부에 설치되어 증착 공정이 이루어지는 동안 복수의 기판(10)을 지지하는 기능을 수행할 수 있다.

하부 지지부(130)는 챔버(110) 내에서 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 하부 지지부(130)의 회전을 가능하게 하기 위하여 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 하부 지지부(130)에 채용될 수 있다. 도 2를 참조하면, 하부 지지부(130)가 챔버(110) 내에서 회전됨에 따라 하부 지지부(130)의 구성요소인 기판 서포트(131)도 같이 회전하게 되는데 이에 따라 공정 가스가 기판(10)의 임의의 위치에 편중되게 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 결과적으로 복수의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스가 공급될 수 있도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하부 지지부(130)상에는 복수의 기판(10)이 안착되는 기판 지지부(131)가 배치되도록 구성된다. 도 2에서 도시한 바와 같이, 기판 지지부(131)는 하부 지지부(130)의 원활한 회전을 위하여 원판의 형태로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 더 참조하면, 기판 지지부(131)는 복수층으로 배열되게 설치되는 것이 바람직하며, 이 경우 복수층의 기판 지지부(131)는 연결 부재(132)에 의하여 서로 연결되어 고정될 수 있다. 도 1에서는 기판 지지부(131)가 네 층이며 연결 부재(132)가 두 개인 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 지지부(131)의 층 수 및 연결 부재(132)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 기판 지지부(131) 및 연결 부재(132)의 재질은 석영인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 가스 분사부(140)가 하부 지지부(130)의 기판 지지부(131) 중앙을 관통한 상태에서 공정 가스를 공급한다. 이러한 경우 공정 가스가 기판 지지부(131)의 중심부에서 공급됨에 따라 기판 지지부(131)의 중심부와 가까운 기판(10) 상의 위치에 공정 가스가 더 많이 공급되게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(131)에 안착된 복수의 기판(10)은 독립적으로 회전될 수 있다. 다시 말하면, 증착 공정이 이루어지는 동안 각 기판(10)은 기판 지지부(131)의 상부면과 평행한 면 상에서 회전되되, 각각의 기판(10)이 서로 다른 회전 속도 또는 서로 다른 회전 방향으로 회전될 수 있다. 이러한 각각의 기판(10)의 독립적인 회전은, 후술하는 바와 같이, 기판(10)이 안착되는 각각의 서셉터(133)의 회전에 의하여 이루어질 수 있다. 기판(10)이 독립적으로 회전함에 따라 공정 가스가 복수의 기판(10) 상에 균일하게 공급될 수 있게 된다.

도 1 및 도 2를 더 참조하면, 각각의 기판 지지부(131)에는 복수의 서셉터(133)가 설치될 수 있다. 서셉터(133)는 증착 공정이 진행되는 동안 기판(10)을 지지하여 기판(10)의 변형을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 각각의 기판 지지부(131)에 설치되는 서셉터(133)의 개수는 각각의 기판 지지부(131)에 배치될 기판(10)의 개수와 동일할 수 있다.

서셉터(133)는 기판(10)의 변형을 방지하는 기능 외에도, 앞서 언급한 바와 같이, 코일형 히터(120)와 함께 기판(10)을 가열하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 서셉터(133)의 재질은 도전성 물질, 예를 들면 비정질 카본(amorphous carbon), 다이아몬드성 카본(diamondlike carbon), 유리성 카본(glasslike carbon) 등을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 그래파이트(Graphite)일 수 있다. 그래파이트는 강도가 뛰어날 뿐만 아니라 도전성이 우수하여 유도 가열 방식으로 가열되기에 적합할 수 있다. 이처럼 서셉터(133)가 그래파이트로 구성되는 경우 그래파이트의 표면은 탄화규소(SiC)로 코팅될 수 있다. 탄화규소는 고온 강도 및 경도가 우수하며 열전도율이 높기 때문에 가열 중에 그래파이트 분자가 분산되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 기판(10)으로의 열 전달이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

서셉터(133)는 기판(10)의 변형 방지 및 기판(10)의 가열 기능 외에도, 앞서 언급한 바와 같이, 기판(10)의 회전(자전)이 이루어지도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 서셉터(133)에 채용될 수 있다. 또한, 서셉터(133)는 원활한 회전을 위하여 원판의 형상을 가지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.

도 1 및 도 2을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 가스 분사부(140)를 포함하여 구성된다. 가스 분사부(140)는 챔버(110) 내부로 증착막 형성을 위해 필요한 공정 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 가스 분사부(140)의 구체적인 구성(B)은 도 3에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 가스 분사부(140)가 기판 지지부(131)의 중앙을 관통하도록 배치되는 것을 구성상의 특징으로 한다. 다시 말하면, 가스 분사부(140)가 기판 지지부(131)의 중앙에 형성된 관통홀을 관통하여 기판 지지부(131)의 중심부에서 기판 지지부(131)에 의하여 지지되고 있는 복수의 기판(10)을 향하여 공정 가스를 공급하는 것을 구성상의 특징으로 한다. 이러한 구성을 채용함으로써 본 발명에서는 복수의 기판(10) 상에 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 되기 때문에 복수의 기판(10) 상에 동일한 품질 및 규격을 가지는 증착막을 형성할 수 있게 된다.

또한, 증착 공정이 진행되는 동안 가스 분사부(140)는 회전될 수 있다. 가스 분사부(140)의 회전을 위하여, 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 가스 분사부(140)에 채용될 수 있다. 이에 따라 하부 지지부(130)가 회전하는 경우와 유사하게 공정 가스가 각 기판(10)의 임의의 위치에 편중되게 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 결과적으로 복수의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치(100)에 사용되는 가스 분사부(140)의 구조(B)를 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사부(140)의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 가스 분사부(140)는 외관(141) 내에 제1 내관(142) 및 제2 내관(147)으로 이루어지는 다중 관 구조로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 내관(142)의 개수가 4개인 것을 예시하고 있지만, 이에 한정될 것은 아니고 이용되는 목적과 상황에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 가스 분사부(140)는 복수의 가스 분사구(143, 145)를 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 가스 분사구(143, 145)는 제1 및 제2 공정 가스를 분사하는 기능을 수행할 수 있다. 복수의 가스 분사구(143, 145)의 위치는 각각의 기판 지지판(131)의 위치에 대응되도록 형성될 수 있다. 가스 분사구(143, 145)는 고온에서 높은 강도를 가지는 물질로 구성될 수 있다. 가스 분사구의 개수는 특별하게 한정되지 아니하며 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

여기서 복수의 가스 분사구(143, 145)는 가스 분사부(140)의 제1 내관(142)과 연결되는 복수의 제1 가스 분사구(143) 및 가스 분사부(140)의 외관(141)과 연결되는 복수의 제2 가스 분사구(145)를 포함하는 의미로 볼 수 있다. 본 실시예에서는 제1 가스 분사구(143)는 제1 내관(142) 외벽에 형성된 노즐 형태로서 노즐의 단부에 형성된 홀에서 공정 가스를 분사할 수 있다. 본 실시예에서의 제1 가스 분사구(143)는 외관(141)에 형성된 홀(144)을 관통할 수 있으며, 공정 가스가 분사되는 제1 가스 분사구(143)의 단부는 외관(141)의 외부에 노출되게 할 수 있다. 그리고, 제2 가스 분사구(145)는 외관(141)에 형성된 홀 형태로서, 제2 가스 분사구(145)를 통해 외관(141)에 공급된 공정 가스가 외부로 분사될 수 있다. 하지만, 제1 및 제2 가스 분사구(143, 145)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 제1 가스 분사구(143)의 단부가 외관(141)의 외부에 노출되지 않고, 외관(141)에 형성된 홀(144)과 용접 등을 통해 접합되도록 형성될 수도 있다.

한편, 복수의 기판(10) 상에 공급되는 공정 가스는 기판(10) 상에 형성하려는 증착막의 종류 또는 그 형성 방법에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 HVPE법을 이용하여 복수의 기판(10) 상에 증착 질화갈륨(GaN)층을 형성시키는 경우, 즉 Ga 금속과 HCl 가스가 반응하여 생성된 GaCl 가스 및 NH3 가스 등이 공정 가스로 이용되는 경우에 관하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치에 사용되는 가스 분사부(140)는 제1 가스 분사구(143)에서 분사하는 제1 공정 가스와 제2 가스 분사구(145)에서 분사하는 제2 공정 가스를 서로 다르게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, HVPE법을 이용하여 복수의 기판(10) 상에 증착 질화갈륨 층을 형성시키기 위해서, 제1 가스 분사구(143)에서는 GaCl 가스(제1 공정 가스)를 분사하고, 제2 가스 분사구(145)에서는 NH3 가스(제2 공정 가스)를 분사하도록 할 수 있다. 본 발명의 가스 분사부(140)에 의하면, 기판(10) 상에서 반응해야 할 제1 공정 가스와 제2 공정 가스가 각각 제1 가스 분사구(143)와 제2 가스 분사구(145)를 통하여 분사되기 때문에, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스가 기판에 이르기 전 가스 분사부(140) 내에서 서로 반응하여 가스 분사부(140) 내벽에 증착 물질이 피착되도록 하는 것을 방지할 수 있다.

제2 내관(147)은 외관(141) 내의 중앙부에 위치하며, 후술할 금속소스 수용부(160)에 할로겐 포함 가스(예를 들어, HCl)을 제공하기 위한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 가스 배기부(150)를 포함하여 구성된다. 가스 배기부(150)는 챔버(110) 외부로 공정 가스를 배기하는 기능을 수행할 수 있다. 가스 배기부(150)는 복수의 기판 지지부(131)의 주변을 둘러싸는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 가스 배기부(150)에서 기판 지지부(131) 각각에 대응되는 높이에는 공정 가스를 배기하기 위한 복수의 배기구(155)가 형성될 수 있다. 배기구(155)는 슬릿(slit) 형상으로 형성될 수 있으나, 그 형상은 이에 한정될 것은 아니다. 또한, 배기구(155)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

가스 배기부(150)에는 공정 가스를 흡입할 수 있는 흡입 수단(151)이 연결되어, 공정 가스를 배기구(155)를 통해 외부로 배기할 수 있다. 배기 효율을 높이기 위하여, 배기구(155)는 기판 지지부(131) 근처에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 채용함으로써 공정 가스의 흐름, 즉 제1 및 제2 가스 분사구(143, 145)에서 분사된 공정 가스가 챔버(110) 내부를 순환하지 아니하고 바로 배기구(155)로 유입되도록 하는 흐름을 형성할 수 있으므로 공정에 필요한 양을 초과하는 공정 가스가 기판(10)에 공급되는 것을 최소화할 수 있게 된다. 결과적으로 복수의 기판(10) 상에 보다 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있게 된다. 배기구(155)는 공정 가스의 균일한 흐름을 위하여 수평방향으로 서로 일정한 간격을 가지면서 배치되는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 금속소스 수용부(160)를 포함하여 구성된다. 금속소스 수용부(160)는 챔버(110) 내부에 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 챔버(110) 내부 중 상부에 위치할 수 있다. 따라서, 금속소스 수용부(160)에서 생성된 금속 할로겐 가스가 가스 분사부(140)의 상단에서부터 아래로 공급되도록 할 수 있다. 금속소스 수용부(160)에서는 금속 소스(예를 들어, Ga 소스)와 할로겐 포함 가스(예를 들어, HCl)가 반응하여 공정 가스 중 하나인 금속 할로겐 가스(예를 들어, GaCl 가스)가 생성된다. 생성된 금속 할로겐 가스는 가스 분사부(140)에 공급된다. 도 1에서의 가스 분사부(140) 및 금속소스 수용부(160)의 구성(A)을 도 4를 통해 보다 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사부(140) 및 금속소스 수용부(160)의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 금속소스 수용부(160)에는 HCl과 같은 할로겐 포함 가스가 공급되는 공급 노즐(161), 공급 노즐(161)로부터 공급된 할로겐 포함 가스가 지나는 제1 소통부(162), 제1 소통부(162)를 따라 흘러가는 할로겐 포함 가스와 반응하는 금속 소스(163), 금속 소스(163)와 할로겐 포함 가스가 반응하여 생성된 금속 할로겐 가스가 흐르는 제2 소통부(164)가 포함되고, 제2 소통부(164)를 따라 흐르는 금속 할로겐 가스는 가스 분사부(140) 중 제1 내관(142)으로 공급될 수 있다.

가스 분사부(140)의 제2 내관을 통해 상향 공급되는 할로겐 포함 가스는 공급 노즐(161)을 통해 금속소스 수용부(160) 내로 공급될 수 있다. 금속소스 수용부(160) 내로 공급된 할로겐 포함 가스는 제1 소통부(162)를 통해 금속 소스(163)에 공급될 수 있다. 금속소스 수용부(160)는 원통 형상일 수 있으며, 제1 소통부(162)는 금속소스 수용부(160)의 중앙에 위치하는 공급 노즐(161)에서부터 방사상으로 할로겐 포함 가스가 흐르도록 형성될 수 있다. 금속 소스(163)는 히터(120)에 의해서 고온으로 유지되는 챔버(110) 내부에 위치하므로, 할로겐 포함 가스와 금속이 반응하기 위한 온도를 유지하기 위하여 별도의 히터를 사용할 필요가 없고 반응온도 제어가 용이하다. 금속 소스(163)에 공급된 할로겐 포함 가스는 금속과 반응하여 금속 할로겐 가스를 생성하고, 생성된 금속 할로겐 가스는 제2 소통부(164)를 통해 제1 내관(142)으로 공급될 수 있다. 제2 소통부(164)는 금속소스 수용부(160)의 중앙부에 위치하는 제1 내관(142)을 향하여 금속 할로겐 가스가 역방사상으로 밀집되도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 금속 할로겐 가스가 가스 분사부(140)로 공급되기 위한 제2 소통부(164)가 챔버(110) 내부에 위치하므로, 제2 소통부(164) 내에서 금속 할로겐 가스가 액화 또는 응결되는 것을 방지할 수 있다. 제1 내관(142)으로 공급된 금속 할로겐 가스는 제1 내관(142) 내를 타고 내려가서 제1 가스 분사구(143)를 통해 복수의 기판(10)에 분사될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 금속 할로겐 가스를 생성하기 위한 금속 소스(163)와 금속 할로겐 가스를 가스 분사부(140)로 공급하는 제2 소통부(164)가 챔버(110) 내부에 위치할 수 있다. 따라서, 금속 할로겐 가스를 공급하는 요소가 챔버의 외부에 위치하는 종래의 증착막 형성장치와는 달리, 금속 소스(163)의 반응 온도를 유지하기 위한 히터를 별도로 구비할 필요가 없고, 금속 소스(163)의 반응 온도 제어가 용이하며, 제2 소통부(164)를 따라 흐르는 금속 할로겐 가스가 저온에 의하여 액화 또는 응결되는 현상을 방지할 수 있다. 그러므로, 금속 할로겐 가스가 가스 분사부(140)에 안정적으로 공급될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제1 내관(142)으로 금속 할로겐 가스가 공급되는 것으로 설명되고 있지만, 금속 할로겐 가스가 제1 내관(142) 및 제2 내관(147)을 제외한 외관(141) 내부로 공급될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 배플부(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 배플부(170)는 기판 서포트(131)의 하부에 위치하여, 챔버(110) 내에서 발생한 열이 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있으며, 특히 하부 지지부(130)를 통해 열이 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치는 회전부(180)가 위치하도록 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 회전부(180)는 가스 분사부(140)의 회전이 가능하도록 하며, 가스 분사부(140)의 아래에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배치식 증착막 형성장치에서는 금속소스 수용부(160)가 가스 분사부(140)의 상부에 위치하지만, 이에 한정될 것은 아니고, 금속소스 수용부가 가스 분사부의 하부에 위치할 수도 있다. 뿐만 아니라, 금속소스 수용부(160)가 챔버(110) 내에 위치한다면, 금속소스 수용부(160)의 위치가 한정되지는 않는다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사부(240)의 구조를 나타내는 수평 단면도이다. 본 실시예에서, 이하에서 설명하는 가스 분사부(240) 및 금속소스 수용부(260)의 구성 외의 다른 구성은 앞선 실시예에 의할 수 있으므로 별도로 설명하지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 가스를 공급하기 위한 가스 분사부(240)는, 앞선 실시예와 달리, 외관(241)과 내관(242)으로만 이루어 질 수 있다. 본 실시예에서의 내관(242)과 외관(241) 각각은 서로 다른 공정 가스인 제1 공정 가스(예를 들어, GaCl 가스)와 제2 공정 가스(예를 들어, NH3 가스)가 지나는 통로일 수 있다. 따라서, 이전의 실시예와 마찬가지로, 가스 분사부(240) 내에서 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스 간의 반응이 일어나지 않게 되어 가스 분사부(240) 내벽에 증착 물질이 피착되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가스 분사부(240)에는 복수의 제1 가스 분사구(243)와 복수의 제2 가스 분사구(245)가 형성될 수 있다. 제1 가스 분사구(243)는 내관(242)을 통해 공급되는 공정 가스를 분사하고, 제2 가스 분사구(244)는 외관(241)을 통해 공급되는 공정 가스를 분사할 수 있다. 제1 및 제2 가스 분사구(243, 244)가 형성된 위치, 제1 및 제2 가스 분사구(243, 244)의 형상과 크기 등에 관한 점은 이전 실시예와 동일할 수 있다.

본 명세서에서는, 도 5에서 도시된 가스 분사부(240)가, 도 6에서와 같이, 금속소스 수용부(260)가 가스 분사부(240)의 하부에 있는 경우에 사용되는 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정될 것은 아니고, 금속소스 수용부가 다른 위치에 있는 경우에도 사용될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사부(240) 및 금속소스 수용부(260)의 구조를 나타내는 수직 단면도이다. 도 6에서 도시되는 바와 같이, 금속소스 수용부(260)가 가스 분사부(240)의 하부에 위치하는 경우에는 금속소스 수용부(260)가 배치식 증착막 형성장치의 가장 아래의 기판 서포트(도 1에서의 도면부호 131)와 하부 지지부의 사이(도 1에서의 도면부호 130)에 위치할 수 있을 것이다.

도 6을 참조하면, 금속소스 수용부(260)에는 HCl과 같은 할로겐 포함 가스가 공급되는 공급 노즐(261), 공급 노즐(261) 상부에 위치하여 제1 소통부(263), 제2 소통부(265) 및 제3 소통부(266)를 형성하도록 하는 블록(262), 공급 노즐(261)로부터 공급된 할로겐 포함 가스가 지나는 제1 소통부(263), 제1 소통부(263)를 따라 흘러가는 할로겐 포함 가스와 반응하는 금속 소스(264), 금속 소스(264)와 할로겐 포함 가스가 반응하여 생성된 금속 할로겐 가스가 흐르는 제2 소통부(265) 및 제3 소통부(266)가 포함되고, 제2 소통부(164)를 따라 흐르는 금속 할로겐 가스는 가스 분사부(240) 중 내관(242)으로 공급될 수 있다.

공급 노즐(261)을 통해 상향 공급되는 할로겐 포함 가스는 금속소스 수용부(260) 내로 공급될 수 있다. 금속소스 수용부(260) 내로 공급된 할로겐 포함 가스는 제1 소통부(263)를 통해 금속 소스(264)에 공급될 수 있다. 금속소스 수용부(160)는 원통 형상일 수 있으며, 제1 소통부(263)는 금속소스 수용부(260)의 중앙에 위치하는 공급 노즐(261)에서부터 방사상으로 할로겐 포함 가스가 흐르도록 형성될 수 있다. 본 실시예에서도, 금속 소스(264)가 히터(120)에 의해서 고온으로 유지되는 챔버(110) 내부에 위치하므로, 할로겐 포함 가스와 금속이 반응하기 위한 온도를 유지하기 위하여 별도의 히터를 사용할 필요가 없고 반응온도 제어가 용이하다. 금속 소스(264)에 공급된 할로겐 포함 가스는 금속과 반응하여 금속 할로겐 가스를 생성하고, 생성된 금속 할로겐 가스는 제2 소통부(265) 및 제3 소통부(266)를 지나서 투입구(267)를 통해 내관(242)으로 공급될 수 있다. 제2 소통부(265) 및 제3 소통부(266)는 금속소스 수용부(260)의 중앙부에 위치하는 내관(242)을 향하여 금속 할로겐 가스가 역방사상으로 밀집되도록 형성될 수 있다. 또한, 앞선 실시예와 마찬가지로, 금속 할로겐 가스가 가스 분사부(240)로 공급되기 위한 제2 소통부(265) 및 제3 소통부(266)가 챔버(110) 내부에 위치하므로, 제2 소통부(265) 및 제3 소통부(266) 내에서 금속 할로겐 가스가 액화 또는 응결되는 것을 방지할 수 있다. 투입구(267)를 통해 내관(242)으로 공급된 금속 할로겐 가스는 내관(242) 내를 타고 올라가서 제1 가스 분사구(243)를 통해 복수의 기판(10)에 분사될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 금속 할로겐 가스가 내관(242)으로 공급되는 것으로 설명되고 있지만, 투입구(267)의 위치를 달리하여 금속 할로겐 가스가 내관(242)을 제외한 외관(241) 내부로 공급되는 것도 가능하다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (20)

1. 증착막 형성 공간을 제공하는 챔버,
   상기 챔버 내에 위치하고, 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부,
   상기 챔버 내에 위치하고, 금속 화합물 가스를 생성하기 위한 금속소스를 수용하는 금속소스 수용부, 및
   상기 기판 지지부의 중앙을 관통하고, 상기 복수의 기판에 상기 금속 화합물 가스를 분사하는 가스 분사부
   를 포함하고,
   상기 가스 분사부는 외관 및 상기 외관의 내측에 위치하는 내관을 포함하고,
   상기 내관에는 상기 금속소스 수용부에서 생성된 금속 화합물 가스인 제1 공정 가스가 흐르며,
   상기 외관에는 질화 가스인 제2 공정 가스가 흐르는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 챔버 외측에 배치되고 상기 챔버 내부에 열을 인가하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속소스 수용부는 상기 가스 분사부의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 내관은 제1 내관이고,
   상기 가스 분사부는 제2 내관을 더 포함하고,
   상기 제2 내관에는 상기 금속소스 수용부에 공급되기 위한 할로겐 포함 가스가 흐르는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 금속소스 수용부는,
   상기 제2 내관에 흐르는 상기 할로겐 포함 가스가 상기 금속소스 수용부 내로 유입되기 위한 공급 노즐,
   상기 공급 노즐을 통해 유입된 상기 할로겐 포함 가스를 금속 소스로 인도하기 위한 제1 소통부, 및
   상기 금속 소스에서 상기 할로겐 포함 가스와 상기 금속이 반응하여 생성된 상기 제1 공정 가스를 상기 제1 내관으로 인도하기 위한 제2 소통부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 소통부는 상기 공급 노즐로부터 상기 할로겐 포함 가스가 방사상으로 퍼지도록 형성되고,
   상기 제2 소통부는 상기 제1 공정 가스가 상기 제1 내관을 향해 역방사상으로 모이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 가스 분사부에는, 상기 제1 내관을 통해 공급되는 상기 제1 공정 가스를 분사하는 제1 가스 분사구와, 상기 외관을 통해 공급되는 제2 공정 가스를 분사하는 제2 가스 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 가스 분사구는 상기 내관 외벽에 형성된 노즐 형태로서 상기 외관에 형성된 홀을 관통하고, 상기 제1 가스 분사구의 단부는 상기 외관의 외부에 노출되는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제2 가스 분사구는 상기 외관에 형성된 홀 형태인 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
10. 삭제
11. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내관은 복수개인 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 금속소스 수용부는 상기 가스 분사부의 하단에 위치하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
13. 삭제
14. 제12항에 있어서,
    상기 금속소스 수용부는,
    할로겐 포함 가스가 상기 금속소스 수용부 내로 유입되기 위한 공급 노즐,
    상기 공급 노즐을 통해 유입된 상기 할로겐 포함 가스를 금속 소스로 인도하기 위한 제1 소통부, 및
    상기 금속 소스에서 상기 할로겐 포함 가스와 상기 금속이 반응하여 생성된 상기 제1 공정 가스를 상기 내관으로 인도하기 위한 제2 소통부,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 소통부는 상기 공급 노즐로부터 상기 할로겐 포함 가스가 방사상으로 퍼지도록 형성되고,
    상기 제2 소통부는 상기 제1 공정 가스가 상기 내관을 향해 역방사상으로 모이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
16. 제12항에 있어서,
    상기 가스 분사부에는, 상기 내관을 통해 공급되는 상기 제1 공정 가스를 분사하는 제1 가스 분사구와, 상기 외관을 통해 공급되는 제2 공정 가스를 분사하는 제2 가스 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 가스 분사구는 상기 내관 외벽에 형성된 노즐 형태로서 상기 외관에 형성된 홀을 관통하고, 상기 제1 가스 분사구의 단부는 상기 외관의 외부에 노출되는 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 가스 분사구는 상기 외관에 형성된 홀 형태인 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.
19. 삭제
20. 제12항에 있어서,
    상기 내관은 복수개인 것을 특징으로 하는 배치식 증착막 형성장치.

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