KR101477785B1 - 가이드 부재를 포함하는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치 - Google Patents

가이드 부재를 포함하는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가이드 부재를 포함하는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착막 형성 장치로서, 복수의 기판이 안착되는 복수의 기판 지지부, 및 상기 복수의 기판 지지부의 중앙을 관통하고, 상기 복수의 기판에 기판 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 각각의 상기 기판 지지부는 상기 기판 지지부 상에서의 기판 처리 가스의 흐름을 제어하는 적어도 하나 이상의 가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치를 제공한다.

Description

가이드 부재를 포함하는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치{Substrate Support Unit And Deposition Film Forming Apparatus Including Guide Members}
본 발명은 가이드 부재를 포함하는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가이드 부재에 의해 기판 처리 가스의 흐름을 제어하는 것이 가능한 기판 지지부 및 증착막 형성 장치에 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.
종래의 MOCVD 방법 및 HVPE 방법을 이용하여 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성시키는 경우 통상 챔버 내부에서 기판 처리 가스가 공급된다. 복수개의 기판이 안착되는 기판 지지부의 중앙을 관통하는 가스 공급부로부터 기판 처리 가스가 기판 지지부 상의 복수개의 기판을 향해 흐르게 된다. 그렇다면, 위에서 볼 때, 기판 처리 가스는 기판 지지부의 중앙으로부터 기판 지지부의 외곽을 향해 방사상으로 흐른다. 기판 처리 가스가 방사상으로 흐르기 때문에, 기판 지지부의 중앙에서의 기판 처리 가스의 농도보다 기판 지지부의 외곽에서의 기판 처리 가스의 농도가 낮아지게 된다. 따라서, 복수 개의 기판 중 기판 지지부의 외곽에 가까운 곳에 안착되는 기판은 기판 지지부의 중앙에 가까운 곳에 안착되는 기판보다 증착막의 형성이 지연되어, 기판 간의 증착막 균일도가 저하되게 되는 문제점이 있다. 또한, 하나의 기판 내에서도 증착막 균일도가 저하되는 문제점도 동시에 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 증착막의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 지지부를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착막 형성 장치로서, 복수의 기판이 안착되는 복수의 기판 지지부, 및 상기 복수의 기판 지지부의 중앙을 관통하고, 상기 복수의 기판에 기판 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 각각의 상기 기판 지지부는 상기 기판 지지부 상에서의 기판 처리 가스의 흐름을 제어하는 적어도 하나 이상의 가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부로서, 상기 기판 지지부 상에서의 기판 처리 가스의 흐름을 제어하는 적어도 하나 이상의 가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부를 제공한다.
본 발명에 따르면, 복수개의 기판 간의 증착막의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 기판 내에서의 증착막의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 지지부 및 증착막 형성 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 따른 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
먼저, 증착막 형성 장치(1)에 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 기판을 상정하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성 장치(1)는 챔버(20)를 포함하여 구성될 수 있다. 챔버(20)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 복수개의 기판(10) 상에 증착막이 형성되기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 챔버(20)는 최적의 공정 조건을 유지하도록 구성되며, 형태는 사각형 또는 원형의 형태로 제조될 수 있다. 챔버(20)의 재질은 석영(quartz) 유리로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 기판(10) 상에 증착막을 형성하기 위한 공정은 증착 물질을 챔버(20) 내부로 공급하고 챔버(20) 내부를 소정의 온도(예를 들어, 약 800℃ 내지 1,200℃)까지 가열함으로써 이루어진다. 이렇게 공급된 증착 물질은 기판(10)으로 공급되어 증착막의 형성에 관여하게 된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성 장치(1)는 히터(미도시함)를 포함하여 구성될 수 있다. 히터는 챔버(20)의 외부에 설치되어 복수개의 기판(10)에 증착 공정에서 필요한 열을 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 기판(10) 상에서 원활한 증착막 성장이 이루어지기 위하여 히터는 기판(10)을 약 1,200℃ 이상의 온도까지 가열할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성 장치(1)는 기판 지지부(100)를 포함하여 구성될 수 있다. 기판 지지부(100)는 복수로 구성되고, 기판 지지부(100)는 층으로 배열 설치되는 것이 바람직하다. 이처럼 기판 지지부(100)가 복수로 구성되는 경우 복수개의 기판 지지부(100)는 간격 유지 부재(135)에 의하여 서로 일정한 간격을 갖도록 배열되어 고정될 수 있다. 기판 지지부(100)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 기판 지지부(100) 및 간격 유지 부재(135)는 석영 유리로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
후술할 가스 공급부(40)가 기판 지지부(100)의 중앙을 관통할 수 있도록 기판 지지부(100)의 중앙에는 중앙 관통홀(130)이 형성될 수 있다. 중앙 관통홀(130)의 직경은 가스 공급부(40)의 직경 보다 다소 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 기판 지지부(100)에는 복수개의 기판 홀더(미도시됨)가 설치될 수 있다. 기판 홀더는 증착 공정이 진행되는 동안 기판(10)을 지지하여 기판(10)의 변형을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 각각의 기판 지지부(100)에 설치되는 기판 홀더의 개수는 각각의 기판 지지부(100)에 배치되는 기판(10)의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
기판 처리 가스가 기판(10)에 균일하게 공급되도록 하기 위하여, 기판 홀더는 기판(10)의 회전이 이루어지도록 하는 기능을 구비할 수 있다. 이를 위하여, 공지의 여러 가지 회전 구동 수단이 기판 홀더에 채용될 수 있다. 또한, 기판 홀더는 원활한 회전을 위하여 원판의 형상을 가지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성 장치(1)는 가스 공급부(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 가스 공급부(40)는 챔버(20) 내부로 증착막 형성을 위해 필요한 기판 처리 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
본 명세서에서는 가스 공급부(40)가 기판 지지부(100)의 중앙을 관통하도록 배치되는 것을 바탕으로 설명하지만, 이에 한정될 것은 아니며, 기판 지지부(100)의 외곽 근처에 위치할 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성장치(1)는 배플부(50)를 포함하여 구성될 수 있다. 배플부(50)는 복수의 기판 지지부(100)의 하부에 위치하여, 챔버(20) 내에서 발생한 열이 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있으며, 특히 후술할 하부 지지대(60)를 통해 열이 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 증착막 형성장치(1)는 하부 지지대(60)를 포함하여 구성될 수 있다. 하부 지지대(60)는 챔버(20)의 하부에 설치되어 증착 공정이 이루어지는 동안 기판 지지부(100)와 배플부(50)를 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
하부 지지대(160)의 아래에는 회전부(30)가 위치하도록 구성될 수 있다. 회전부(30)는 기판 지지부(100) 및/또는 가스 공급부(40)의 회전이 가능하도록 할 수 있다. 회전부(30)가 기판 지지부(100) 및/또는 가스 공급부(40)를 회전시키는 것에 의해, 기판 처리 가스가 기판 지지부(100) 상에 위치하는 기판(10)에 균일하게 공급되도록 할 수 있다.
하부 지지대(60)의 아래의 일측에는 회전 동력 공급 수단(70)이 위치하도록 구성될 수 있다. 회전 동력 공급 수단(70)은 모터일 수 있으며, 회전 동력 공급 수단(70)은 벨트와 같은 동력 전달 수단을 통하여 회전부(30)와 연결되어 회전부(30)를 회전시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 지지부(100)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면을 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 지지부(100)에서는 기판(10)의 직경이 6 인치이며, 기판(10)이 기판 지지부(100) 상에 4매가 위치하는 것으로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 지지부(100)는 복수의 기판(10)이 안착되는 공간을 제공하는 원판 부재(110)를 포함하고, 원판 부재(110) 상의 공간 중 기판(10)이 안착되는 공간 이외의 공간 중 일부에 가스 공급부(40)로부터 공급되는 기판 처리 가스의 흐름을 제어하기 위한 가이드 부재(120)가 설치될 수 있다. 이하에서, 본 발명의 여러 실시예에서 사용되는 원판 부재의 직경은 540 mm인 것으로 하여 설명한다. 가이드 부재(120)의 형상은 가스 공급부(40)로부터 멀어지는 방향을 따를 경우 점차로 가이드 부재(120)가 차지하는 폭이 넓어지는 형상일 수 있다. 즉, 가이드 부재(120)는 부채꼴에 가까운 형상일 수 있다. 가이드 부재(120)에 의해 기판(10)이 위치하지 않는 원판 부재(110) 상의 위치로는 기판 처리 가스의 흐름에 억제되어, 기판(10)이 위치하는 원판 부재(110) 상의 위치로 기판 처리 가스의 흐름이 집중될 수 있게 된다. 따라서, 종래와 달리, 기판 지지부(100)의 외곽으로 가더라도 기판 처리 가스의 농도가 저하되는 정도가 현저히 낮아져서, 기판(10) 내에서 증착막의 균일도가 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 3을 참조하여, 가이드 부재(120)의 구성을 좀 더 살펴본다. 원판 부재(110) 상에 가이드 부재(120)가 위치하는 부분에 대해서는 기판 처리 가스가 흐르지 않도록 하는 것이 바람직하므로, 가이드 부재(120)의 높이는 상하로 위치하는 원판 부재(110) 간의 간격(보다 정확하게는, 상부에 위치하는 원판 부재(110)의 하면과 하부에 위치하는 원판 부재(110)의 상면 간의 간격)과 실질적으로 동일할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 기판 처리 가스는 가이드 부재(120)가 위치하는 부분으로는 흐를 수 없게 되어, 기판(10)이 위치하는 부분으로 기판 처리 가스의 흐름이 집중되게 하는 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 지지부(300)에서는 기판(30)의 직경이 6 인치이되, 제1 실시예와는 달리, 기판(30)이 기판 지지부(300) 상에 6매가 위치하는 경우에 관한 것이다.
기판(30)의 매수가 제1 실시예의 경우와는 달라짐으로써, 원판 부재(310) 상의 가이드 부재(320)의 형상이 제1 실시예의 경우와는 달라질 수 있다. 다만, 가이드 부재(320)의 형상 이외의 기능 및 용도는 제1 실시예의 경우와 달라지지 않는다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 지지부(400)에서는 기판(40)의 직경이 4 인치이며, 기판(40)이 기판 지지부(400) 상에 8매가 위치하는 경우에 관한 것이다.
기판(40)의 직경 및 매수가 제1 실시예 및 제2 실시예의 경우와는 다르기 때문에, 원판 부재(410) 상의 가이드 부재(420)의 형상이 앞선 실시예의 경우와는 달라질 수 있다. 다만, 가이드 부재(420)의 형상 이외의 기능 및 용도는 앞선 실시예의 경우와 달라지지 않는다.
또한, 본 실시예에서는 기판(40)의 위치가 기판 지지부(400)의 중앙에 가까운 경우와 기판 지지부(400)의 외곽에 가까운 경우가 존재하게 된다. 그럼에도 불구하고, 가이드 부재(420)에 의해 기판 처리 가스의 흐름이 기판(40)이 위치하는 쪽으로 집중되므로, 기판(40)의 위치에 따라 증착막이 형성되는 정도가 달라져서 기판 간의 증착막 균일도가 저하되는 문제점이 발생하지 않는다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 지지부(500)에서는 기판(50)의 직경이 4 인치이며, 기판(50)이 기판 지지부(500) 상에 12매가 위치하는 경우에 관한 것이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 지지부(600)에서는 기판(60)의 직경이 2 인치이며, 기판(60)이 기판 지지부(600) 상에 36매가 위치하는 경우에 관한 것이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 기판 지지부(700)에서는 기판(70)의 직경이 2 인치이며, 기판(70)이 기판 지지부(700) 상에 32매가 위치하는 경우에 관한 것이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 기판 지지부(800)에서는 기판(80)의 직경이 2 인치이며, 기판(80)이 기판 지지부(800) 상에 24매가 위치하는 경우에 관한 것이다.
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 기판 지지부(900)에서는 기판(90)의 직경이 2 인치이며, 기판(90)이 기판 지지부(900) 상에 36매가 위치하는 경우에 관한 것이다. 다만, 제5 실시예의 경우와는 기판(90)이 기판 지지부(900) 상에 배치되는 방식이 다르므로, 가이드 부재(920)의 형상도 제5 실시예의 경우와는 다르다.
상술한 본 발명의 여러 실시예에 의하면, 기판의 직경 및 기판 지지부 상에 배치되는 기판의 매수에 따라서, 가이드 부재의 형상 및 배치도 다양할 수 있다. 다만, 가이드 부재의 형상이 가스 공급부로부터 멀어지는 방향을 따를 경우 점차로 가이드 부재가 차지하는 폭이 넓어지는 형상인 점은 모든 실시예에서 공통된다. 본 발명의 여러 실시예에 의하면, 가이드 부재가 원판 부재 상에 설치되는 것에 의해, 복수의 기판 간의 증착막 균일도 및 하나의 기판 내에서의 증착막 균일도 모두 향상될 수 있는 효과를 갖는다.
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 (8)

  1. 증착막 형성 장치로서,
    복수의 기판이 안착되는 복수의 기판 지지부, 및
    상기 복수의 기판 지지부의 중앙을 관통하고, 상기 복수의 기판에 기판 처리 가스를 공급하는 가스 공급부
    를 포함하고,
    각각의 상기 기판 지지부는,
    상기 복수의 기판이 안착되는 공간을 제공하는 원판 부재와,
    상기 원판 부재 상에서의 기판 처리 가스의 흐름을 제어하는 적어도 하나 이상의 가이드 부재를 포함하며,
    상기 가이드 부재는 상기 원판 부재 상의 공간 중 상기 복수의 기판이 안착되는 공간을 제외한 부분 중 적어도 일부의 부분 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 부재는 상기 가스 공급부로부터 멀어지는 방향을 따를 경우 점차로 상기 가이드 부재가 차지하는 폭이 넓어지는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치.
  5. 복수의 기판이 안착되는 기판 지지부로서,
    상기 복수의 기판이 안착되는 공간을 제공하는 원판 부재와,
    상기 원판 부재 상에서의 기판 처리 가스의 흐름을 제어하는 적어도 하나 이상의 가이드 부재를 포함하고,
    상기 가이드 부재는 상기 원판 부재 상의 공간 중 상기 복수의 기판이 안착되는 공간을 제외한 부분 중 적어도 일부의 부분 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 가이드 부재는 기판 지지부의 중앙으로부터 멀어지는 방향을 따를 경우 점차로 상기 가이드 부재가 차지하는 폭이 넓어지는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110100799A (ko) * 2010-03-05 2011-09-15 윤성덕 태양광 기판 처리용 종형보트와 이를 구비한 공정튜브
KR101065126B1 (ko) * 2008-12-29 2011-09-16 주식회사 케이씨텍 원자층 증착장치

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