KR102025717B1 - 화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는, 웨이퍼가 안착되는 적어도 하나의 포켓이 형성된 서셉터를 구비하는 챔버 본체; 상기 챔버 본체에 개폐 가능하도록 구비되며, 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하는 챔버 덮개; 상기 서셉터 상에 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부; 및 상기 서셉터와 상기 챔버 덮개 사이에서 상기 챔버 덮개의 표면을 따라서 비반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 비반응가스를 공급하여 상기 반응가스가 상기 챔버 덮개의 표면과 접촉하는 것을 차단하는 비반응가스 공급부;를 포함한다.

Description

화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING LED USING THE SAME}

본 발명은 화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법에 관한 것이다.

최근 다양한 산업분야에서 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발등의 요구가 점차 많아짐에 따라서 품질이나 성능의 저하 없이 대량으로 생산할 수 있는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 장비가 요구되고 있다.

일반적으로 화학 기상 증착은 반응 챔버 내부로 공급된 반응가스가 가열된 웨이퍼의 상부 표면에서 화학반응을 일으켜 에피택셜 박막을 성장시키는 것이다.

그러나, 이러한 반응가스는 증착 대상물인 웨이퍼의 표면뿐만 아니라 반응 챔버의 상측 내부면에서도 화학반응을 일으켜 기생 증착에 따른 더미 코팅(dummy coating)이 챔버의 내부면에 증착되게 된다. 이러한 더미 코팅 등의 증착물은 진행중인 공정에 변화를 발생시키거나 점점 두꺼워지면서 탈락되어 파티클로 작용하여 수율이 낮아지는 원인이 된다. 이를 방지하기 위해 주기적으로 증착물을 제거해야 하는데 이런 일련의 작업들은 생산성을 저하시키는 문제점으로 대두되어 왔다.

따라서, 당 기술분야에서는 반응 챔버의 상부에 위치한 천정과 같이 원하지 않는 부분에 증착물이 증착되는 것을 방지할 수 있는 화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법이 요구되고 있다.

또한, 반응 챔버 내에서의 반응 가스의 열대류 발생을 최소화해 에피박막 성장시에 결정성을 향상시키는 화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법이 요구되고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치는,

웨이퍼가 안착되는 적어도 하나의 포켓이 형성된 서셉터를 구비하는 챔버 본체; 상기 챔버 본체에 개폐 가능하도록 구비되며, 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하는 챔버 덮개; 상기 서셉터 상에 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부; 및 상기 서셉터와 상기 챔버 덮개 사이에서 상기 챔버 덮개의 표면을 따라서 비반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 비반응가스를 공급하여 상기 반응가스가 상기 챔버 덮개의 표면과 접촉하는 것을 차단하는 비반응가스 공급부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 공급부는 상기 챔버 덮개에 구비되어 외부로부터 상기 비반응가스를 도입하는 비반응가스 도입통로와, 상기 도입된 비반응가스를 상기 반응공간으로 분사하는 비반응가스 분사홀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응공간으로 노출되는 상기 챔버 덮개의 하부면에 복수개가 분산되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 챔버 덮개는 하부측에 상기 서셉터와 마주하며 상기 반응공간으로 노출되는 커버부재를 구비할 수 있다.

또한, 상기 커버부재는 상기 챔버 덮개에 착탈가능하게 구비될 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응공간으로 노출되는 상기 커버부재에 복수개가 분산되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 도입통로는 상기 커버부재를 관통하여 상기 서셉터를 향해 연장되며, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응공간 내에 노출된 상기 비반응가스 도입통로의 둘레를 따라서 형성되어 방사 방향으로 상기 비반응가스를 분사할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 도입통로와 상기 비반응가스 분사홀을 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결부는 그 하단부가 상기 커버부재를 기준으로 상기 서셉터를 향해 상기 반응공간을 이루는 상기 커버부재와 상기 서셉터 사이의 거리의 5% 내지 50% 사이에 위치할 수 있다.

또한, 상기 연결부는 상기 비반응가스 도입통로의 길이 방향을 따라 상하로 서로 이격되어 다층 구조로 배치될 수 있다.

또한, 상기 연결부는 상기 반응공간 내에서 상기 비반응가스 도입통로의 길이 방향을 따라 상하로 서로 이격되어 다층 구조로 배치되는 복수의 플레이트 부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 플레이트 부재는 상기 비반응가스 도입통로를 중심으로 각각 상이한 크기의 반지름을 갖는 복수의 동심원 형태로 구비되며, 상부에서 하부로 갈수록 반지름의 크기가 작아지는 구조를 이룰 수 있다.

또한, 상기 복수의 플레이트 부재는 상기 비반응가스 도입통로에 끼움고정되거나, 상기 비반응가스 도입통로와 일체를 이룰 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응가스 공급부를 통해 공급되는 상기 반응가스의 흐름 방향에 대응하여 상기 반응가스의 흐름 방향을 따라서 경사지게 구비될 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 공급부는 상기 비반응가스 분사홀을 통해 방사 방향 또는 역 방사 방향으로 상기 비반응가스를 상기 반응공간으로 분사할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 공급부는 상기 챔버 덮개 내에 구비되는 비반응가스 저장실을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 비반응가스 도입통로를 통해 상기 비반응가스 저장실과 연통하며, 상기 비반응가스 저장실에 수용되는 상기 비반응가스를 상기 반응공간으로 분사할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 원형 또는 슬릿 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 챔버 덮개의 중심을 기준으로 상이한 크기의 반지름을 갖는 복수의 동심원을 따라 복수개가 서로 이격되어 배열되며, 각 동심원의 원주를 따라 구비되는 비반응가스 분사홀은 해당 동심원의 원호 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 각 동심원의 원주를 따라 구비되는 복수개의 비반응가스 분사홀과 이에 인접하는 동심원의 원주를 따라 구비되는 다른 복수개의 비반응가스 분사홀이 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 챔버 덮개의 중심으로부터 홀수번째 동심원들에 각각 구비되는 비반응가스 분사홀들 간의 거리와, 짝수번째 동심원들에 각각 구비되는 비반응가스 분사홀들 간의 거리는 서로 동일할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응가스의 흐름방향을 따라서 상기 비반응가스 도입통로로부터 절곡되어 구비될 수 있다.

또한, 상기 챔버 덮개는 상기 반응공간으로 노출되는 하면에 복수의 단차부가 상기 챔버 덮개의 중심에 대해 방사상으로 동심원을 이루며 구비될 수 있다.

또한, 상기 단차부는, 상기 반응공간으로 상기 비반응가스를 분사하도록 상기 비반응가스 분사홀이 노출되는 수직면과, 상기 반응가스의 흐름방향을 따라서 인접한 다른 단차부의 수직면을 향해 하향 경사지게 구비되는 경사면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 단차부는, 상기 반응공간으로 상기 비반응가스를 분사하도록 상기 비반응가스 분사홀이 노출되는 수직면과, 상기 반응가스의 흐름방향을 따라서 인접한 다른 단차부의 수직면까지 연장되는 평면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응가스 공급부는, 상기 챔버 본체의 측단부 둘레를 따라 구비되어 외부로부터 도입되는 상기 반응가스를 저장하는 적어도 하나의 반응가스 저장실과, 상기 반응가스 저장실과 상기 반응공간을 연통하며 상기 반응가스 저장실에 저장된 상기 반응가스를 상기 반응공간으로 분사하는 반응가스 분사홀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응가스 저장실 내에 적어도 하나 구비되어 상기 반응가스 저장실을 복수의 영역으로 구분하는 분리막을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응가스 공급부는, 상기 서셉터의 중심축 내에 적어도 하나 구비되어 외부로부터 상기 반응가스를 도입하는 반응가스 도입통로와, 상기 서셉터의 중심에서 외주측으로 향하는 방사형 가스흐름을 형성하도록 상기 반응가스 도입통로를 통해 유입된 상기 반응가스를 상기 반응공간으로 분사하는 반응가스 분사홀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응가스 공급부는, 상기 챔버 덮개의 중심을 관통하여 상기 서셉터를 향해 연장되도록 구비되어 외부로부터 상기 반응가스를 도입하는 반응가스 도입통로와, 상기 챔버 덮개의 중심에서 외주측으로 향하는 방사형 가스흐름을 형성하도록 상기 반응가스 도입통로의 둘레를 따라 구비되어 상기 반응가스를 상기 반응공간으로 분사하는 반응가스 분사홀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 공급부는, 상기 챔버 덮개를 관통하여 구비되며, 상기 반응가스 도입통로를 내부에 수용하여 상기 반응가스 도입통로와의 사이의 공간을 통해 상기 비반응가스를 도입하는 비반응가스 도입통로; 및 상기 비반응가스 도입통로의 둘레를 따라서 형성되어 방사상으로 상기 비반응가스를 상기 반응공간으로 분사하는 비반응가스 분사홀;을 포함하고, 상기 비반응가스 분사홀은 상기 챔버 덮개와 상기 반응가스 분사홀 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 반응가스 도입통로는 상기 비반응가스 도입통로보다 상기 서셉터를 향해 더 길게 연장되며, 상기 반응가스 분사홀은 상기 비반응가스 도입통로의 하단부에서 상기 반응공간을 향해 노출될 수 있다.

또한, 상기 비반응가스 분사홀은 복수개가 상기 비반응가스 도입통로의 둘레를 따라서 배열을 이루고, 상기 반응가스 분사홀은 상기 반응가스 도입통로의 둘레를 따라서 배열을 이루며, 상기 비반응가스 분사홀의 배열과 상기 반응가스 분사홀의 배열은 서로 나란하거나 지그재그로 엇갈리도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 챔버 덮개 내에 구비되는 냉매 저장실을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자의 제조방법은,

챔버 본체 내에 구비되는 서셉터 상의 포켓에 박막 성장을 위한 웨이퍼를 안착시킨 후 상기 챔버 본체를 챔버 덮개로 덮어 기밀을 유지시키는 단계; 상기 챔버 덮개에 구비되는 비반응가스 공급부를 통해 외부에서 도입되는 비반응가스를 상기 챔버 덮개와 상기 서셉터 사이에서 형성되는 반응공간으로 분사하는 단계; 상기 챔버 본체에 구비되는 반응가스 공급부를 통해 반응가스를 상기 반응공간으로 분사하여 상기 웨이퍼의 표면에 박막을 성장시키는 단계; 및 상기 챔버 본체를 개방하여 박막 성장이 완료된 상기 웨이퍼를 교체하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스를 분사하는 단계는 상기 반응가스를 분사하는 단계보다 먼저 수행되거나, 동시에 수행될 수 있다.

또한, 상기 반응가스를 분사하는 단계는 상기 서셉터 상에 상기 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하고, 상기 비반응가스를 분사하는 단계는 상기 챔버 덮개의 표면을 따라서 상기 비반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 비반응가스를 공급하여 상기 반응가스가 상기 챔버 덮개의 표면과 접촉하는 것을 차단할 수 있다.

또한, 상기 비반응가스를 분사하는 단계는 상기 반응가스 공급부를 통해 공급되는 상기 반응가스의 흐름방향에 대응하여 상기 반응가스의 흐름방향을 따라서 상기 비반응가스를 공급할 수 있다.

본 발명에 따르면 반응 챔버의 천장 부분에 증착물의 증착이 억제됨으로써 반응가스의 흐름에 영향을 주지 않아 안정적인 흐름을 유지할 수 있어 보다 우수한 품질의 박막 성장을 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 더미 코팅과 같은 증착물의 부착이 억제됨으로써 증착물 제거 등을 위한 정기 보수기간이 길어져 생산성이 향상되는 장점이 있다.

또한, 파티클과 같은 불순물이 발생이 감소하여 수율이 향상되고, 공정 재현성이 향상되어 품질이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에서 비반응가스 공급부의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1에서 반응가스 공급부의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에서 비반응가스 공급부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5의 반응가스 공급부에 대한 비반응가스 공급부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 일부 확대한 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7의 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부의 구조에 따른 반응가스와 비반응가스의 흐름을 개략적으로 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 도 4의 반응가스 공급부에 대한 비반응가스 공급부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 13은 도 11에서 비반응가스 공급부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 15는 도 11의 화학 기상 증착 장치에 대한 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에서 비반응가스 공급부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 도 11 내지 도 16에서 비반응가스 공급부의 분사 슬릿의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 도 18에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 20은 상기 화학 기상 증착 장치가 사용되는 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 21은 도 20의 시스템을 통해 웨이퍼 상에 성장된 박막 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 도 21의 박막에 전극을 형성한 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 발광소자를 사용한 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치 및 이를 사용한 발광소자 제조방법에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일 또는 유사한 참조부호를 사용할 것이다.

도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이며, 도 3은 도 1에서 비반응가스 공급부의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5는 도 1에서 반응가스 공급부의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 도 1에서 비반응가스 공급부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7a 및 도 7b는 도 5의 반응가스 공급부에 대한 비반응가스 공급부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b는 도 7에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 일부 확대한 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 도 7의 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부의 구조에 따른 반응가스와 비반응가스의 흐름을 개략적으로 나타내는 시뮬레이션 결과이며, 도 10은 도 4의 반응가스 공급부에 대한 비반응가스 공급부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 챔버 본체(10), 챔버 덮개(20), 반응가스 공급부(30), 비반응가스 공급부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 챔버 본체(10)는 중공형의 내부공간을 가지며, 도면에서와 같이 적어도 하나의 웨이퍼(W)가 상부에 안착되는 서셉터(11) 및 가열수단(13)을 내부공간에 구비할 수 있다. 그리고, 상기 서셉터(11)와 마주하는 상부측에는 반응가스(G)가 화학반응을 일으키는 반응공간(15)이 마련될 수 있다. 상기 챔버 본체(10)는 내마모성 및 내열성과 내부식성이 우수한 메탈 재질(SUS316L 재질)로 이루어질 수 있다.

상기 서셉터(11)는 그라파이트(graphite) 재질의 물질로 이루어질 수 있으며, 그 상면에는 증착 대상물인 상기 웨이퍼(W)가 안착될 수 있는 포켓(12)을 구비할 수 있다. 상기 포켓(12)의 크기는 상기 웨이퍼(W)의 크기에 따라 변경될 수 있으며, 상기 웨이퍼(W)의 크기(직경) 대비 0.5% 내지 2% 정도 크게 형성될 수 있다. 상기 포켓(12)의 크기가 상기 웨이퍼(W)의 크기 대비 2% 이상의 크기로 더 크면 상기 포켓(12) 내에서 상기 웨이퍼(W)가 좌우로 흔들리거나 한쪽 방향으로 치우치게 되어 상기 웨이퍼(W) 상에서 성장되는 박막의 균일도 특성이 나빠지는 문제가 발생하게 된다. 상기 포켓(12)의 크기가 상기 웨이퍼(W) 크기 대비 0.5% 미만의 크기로 더 크면 상기 웨이퍼(W)의 안착이나 탈착 시 여유 공간이 부족하게 되어 작업의 편의성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.

한편, 상기 포켓(12)의 깊이는 안착하는 상기 웨이퍼(W)의 두께 대비 1% 내지 30% 정도 더 깊게 형성될 수 있다. 상기 포켓(12)의 깊이가 상기 웨이퍼(W) 두께 대비 1% 미만의 깊이로 더 깊게 형성되면 고온 가열 공정 중에 상기 웨이퍼(W)에서 휨 현상(bowing)이 발생하여 상기 웨이퍼(W)가 균일하게 가열되지 못하는 문제와, 상기 서셉터(11)의 공/자전 회전 속도에 의해 상기 웨이퍼(W)가 상기 포켓(12)에서 탈착되는 문제가 발생한다. 상기 포켓(12)의 깊이가 상기 웨이퍼(W) 두께 대비 30% 이상의 깊이로 더 깊게 형성되면 상기 반응가스 공급부(30)에서 공급되는 반응가스(G)의 흐름이 충분히 상기 웨이퍼(W)에 도달하지 못하여 증착 균일성 문제 및 반응가스 효율성이 떨어져서 증착 두께의 성장속도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.

상기 서셉터(11)의 하부에는 상기 가열 수단(13)을 구비하여 상기 서셉터(11)에 복사열을 제공하며, 이를 통해 상기 서셉터(11)의 상기 포켓(12)에 안착되는 상기 웨이퍼(W)의 온도를 100도 내지 1300도까지 조절할 수 있다. 상기 가열 수단(13)은 전원 인가시 열을 발생시키는 전열부재의 일종으로 상기 포켓(12)과 대응하는 영역에 위치할 수 있으며, 구리 혹은 텅스텐 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 챔버 덮개(20)는 상기 챔버 본체(10)를 밀봉하여 기밀을 유지하며, 상기 챔버 본체(10)에 대해 개폐 가능한 구조로 구비될 수 있다. 또한, 상기 챔버 덮개(20)는 그 내부에 비반응가스(g)를 수용할 수 있는 비반응가스 저장실(43)을 구비할 수 있고, 상기 서셉터(11)와의 사이에 상기 반응공간(15)을 형성하는 커버부재(50)를 하부측에 구비할 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 커버부재(50)에 의해 상기 챔버 덮개(20) 내부에 상기 비반응가스 저장실(43)이 형성되는 것으로 도시하고 있다. 그러나, 상기 비반응가스 저장실(43)은 필수적으로 형성되는 공간은 아니며, 상기 챔버 덮개(20)는 내부에 공간을 구비하지 않는 구조를 가지는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 커버부재(50)는 상기 챔버 덮개(20)의 바닥면에 부착될 수 있다. 이하에서는 상기 챔버 덮개(20) 내에 상기 비반응가스 저장실(43)을 구비하는 구조로 설명한다.

상기 챔버 본체(10)와 결합하는 상기 챔버 덮개(20)의 하단부에는 도면에서는 도시하지 않았으나 확실한 밀봉을 유지하기 위해 오링(o-ring)과 같은 밀봉부재를 구비할 수 있다.

상기 커버부재(50)는 전체적으로 상기 챔버 덮개(20)와 대응하는 원형의 형상을 가지며, 상기 챔버 덮개(20)의 내부를 덮도록 상기 챔버 덮개(20)의 하부면에 탈착가능하게 구비되어 상기 서셉터(11)와의 사이에 상기 반응공간(15)을 형성할 수 있다. 이러한 커버부재(50)는 증착공정시 발생하는 더미 코팅(dummy coating)이 상기 챔버 덮개(20) 내에 부착되지 않도록 반응가스(G)와의 접촉을 차단하는 한편, 고온분위기 하에서 상기 챔버 덮개(20)에 열변형이 발생하지 않도록 열을 차단하는 역할을 한다. 상기 커버부재(50)는 내열성이 우수한 재질로 형성되도록 하며, 예를 들어, 석영(quartz) 또는 SiC이 코팅된 흑연(graphite)등으로 이루어질 수 있다. 상기 커버 부재는 대략 3mm 내지 20mm 정도의 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 커버부재(50)는 상기 반응공간(15)을 흐르는 반응가스(G)가 안정적인 층류 유동(laminar flow)의 흐름을 형성하도록 상기 서셉터(11)와 수평을 유지하는 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 서셉터(11)의 상면과 상기 커버부재(50)의 하면 사이의 간격에 해당하는 상기 반응공간(15)의 높이는 10mm 내지 100mm로 형성될 수 있다. 상기 반응공간(15)의 높이가 10mm보다 작으면 반응가스의 흐름이 안정적이지 못하여 증착 균일성이 나빠지는 문제가 있으며, 높이가 100mm 보다 크면 반응가스 공급부에서 웨이퍼 상면에 도달되는 가스 효율성이 떨어져서 증착 속도가 저하되는 문제가 발생한다.

상기 커버부재(50)는 복수개의 분할부재로 분할되어 각 분할부재들이 서로 결합되어 이루어지거나, 단일의 부재로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 반응공간(15)에 노출된 상기 커버부재(50)의 표면에 부착된 더미 코팅을 제거하거나 크랙과 같이 하자가 발생된 커버부재(50)를 교체할 수 있으며, 특히 복수의 분할부재로 결합된 경우 해당 분할부재만을 교체함으로써 유지보수가 용이하다는 장점을 갖는다.

상기 챔버 덮개(20)에는 추후 설명하는 비반응가스 공급부(40)가 구비되어 상기 챔버 본체(10)의 천장을 이루는 상기 커버부재(50)의 표면에 기생증착에 의한 증착물이 부착되는 것을 방지한다.

상기 반응가스 공급부(30)는 서로 마주하는 상기 서셉터(11)와 상기 커버부재(50) 사이에서 상기 서셉터(11) 상에 반응가스(G)가 흐르도록 상기 반응공간(15)으로 상기 반응가스(G)를 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응가스 공급부(30)는 도면에서와 같이 상기 챔버 본체(10)의 외주측으로부터 중심부 방향으로 반응가스(G)가 흐르는 가스흐름을 형성하도록 상기 챔버 덮개(20)와 결합하는 상기 챔버 본체(10)의 상단부에 구비되는 역방사형(inverse-radial type)의 구조로 구비될 수 있다. 반응가스로(G)는 TMGa, TEGa, TMAl, TMIn, NH₃ 등의 가스가 사용될 수 있다.

이러한 반응가스 공급부(30)는 상기 챔버 본체(10)의 측단부 둘레를 따라 구비되어 외부로부터 도입되는 반응가스(G)를 저장하는 적어도 하나의 반응가스 저장실(31)과, 상기 반응가스 저장실(31)과 상기 반응공간(15)을 연통하며 상기 반응가스 저장실(31)에 저장된 반응가스(G)를 상기 반응공간(15)으로 분사하는 반응가스 분사홀(32)을 포함할 수 있다. 상기 반응가스 저장실(31)이 하나의 단일의 반응가스 저장실(31)로 구비되는 경우에는 상기 반응가스 저장실(31)을 따라 원료가스와 캐리어 가스가 혼합된 상태로 저장되어 분사되거나, 원료가스만을 분사하게 된다. 또한, 상기 반응가스 저장실(31) 내에는 분리막(미도시)을 적어도 하나 구비하여 상기 반응가스 저장실(31)을 복수개의 영역으로 구분할 수 있으며, 이 경우 반응가스가 일정한 압력으로 분사되도록 하는 한편, 반응가스별로 구분하여 분사하는 것도 가능하다. 상기 반응가스 저장실(31)은 상기 반응공간(15)의 1% 내지 10% 정도의 사이즈로 마련될 수 있다. 반응가스(G)를 저장하는 상기 반응가스 저장실(31)의 사이즈가 1% 보다 작으면 반응가스(G)가 사전에 충분히 혼합되지 못하여 반응가스(G)의 균일성이 저하되는 문제가 발생하며, 10% 보다 크면 챔버 본체(10)의 사이즈가 커져서 공간 효율성이 떨어지는 단점이 있다.

상기 반응가스 공급부(30)를 통해 상기 반응공간(15)으로 공급된 반응가스(G)는 상기 챔버 본체(10)의 외주측으로부터 중심으로 흘러 상기 서셉터(11)의 중심축(14)의 중심부에 구비되는 가스배출부(60)를 통해 외부로 배기될 수 있다.

한편, 상기 반응가스 공급부(30',30'')는 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 챔버 본체(10)의 중심부로부터 외주측으로 반응가스(G)가 흐르는 가스흐름을 형성하도록 상기 챔버 덮개(20) 또는 상기 챔버 본체(10)의 중심축을 따라 구비되는 방사형(radial type)의 구조로 구비될 수 있다.

구체적으로, 도 4에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 반응가스 공급부(30')는 상기 서셉터(11)의 중심축 내에 적어도 하나 이상 구비되어 외부로부터 상기 반응가스(G)를 도입하는 반응가스 도입통로(33)와, 상기 서셉터(11)의 중심에서 외주측으로 향하는 방사형 가스흐름을 형성하도록 상기 반응가스 도입통로(33)를 통해 유입된 상기 반응가스(G)를 상기 반응공간(15)으로 분사하는 반응가스 분사홀(32)을 포함할 수 있다. 상기 반응가스 분사홀(32)은 1mm ~ 10mm 정도의 사이즈로 형성될 수 있다. 상기 반응가스 분사홀(32)의 사이즈가 1mm 보다 작으면 반응가스(G)의 유속이 너무 빨라서 균일한 층류를 얻기가 어려우며, 10mm 보다 크면 반응가스(G)의 유속이 너무 느려 가스 효율성이 떨어져서 증착속도가 저하되는 문제가 발생한다.

또한, 도 5에서와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 반응가스 공급부(30'')는 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 관통하여 구비되어 외부로부터 상기 반응가스(G)를 도입하는 반응가스 도입통로(33)와, 상기 챔버 덮개(20)의 중심에서 외주측으로 향하는 방사형 가스흐름을 형성하도록 상기 반응가스 도입통로(33)를 통해 유입된 상기 반응가스(G)를 상기 반응공간(15)으로 분사하는 반응가스 분사홀(32)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 반응가스 도입통로(33)는 분사되는 반응가스(G)가 상기 서셉터(11)의 표면을 따라 흐르도록 상기 서셉터(11)를 향해 소정 길이만큼 연장될 수 있다.

도면에서는 상기 반응가스 도입통로(33)가 단일로 구비되는 것으로 도시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 복수개로 구비될 수 있으며, 이 경우 반응가스별로 구분하여 상기 반응공간(15)으로 분사하는 것이 가능하다. 상기 반응가스 도입통로(33)를 통해 공급된 반응가스(G)는 상기 반응가스 분사홀(32)을 통해 상기 서셉터(11)의 중심으로부터 외주측을 향해 방사상으로 분사되어 흐르며, 상기 챔버 본체(10)의 측단부 둘레를 따라 구비되거나 또는 하부에 구비되는 미도시된 가스배출부를 통해 외부로 배기될 수 있다.

상기 비반응가스 공급부(40)는 상기 서셉터(11)와 상기 챔버 덮개(20) 사이에서 상기 챔버 덮개(20)의 표면, 구체적으로는 상기 반응공간(15)으로 노출되는 상기 커버부재(50)의 표면을 따라 상기 비반응가스(g)가 흐르도록 상기 반응공간(15)으로 상기 비반응가스(g)를 공급하여 상기 반응가스(G)가 상기 챔버 덮개(20)의 표면과 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해 상기 반응공간(15)을 흐르는 상기 반응가스(G)에 의해 상기 챔버 본체(10)의 천장인 상기 커버부재(50)의 표면에서 기생증착에 따른 증착물이 부착되는 것을 차단할 수 있다. 비반응가스(g)로는 H₂, N₂ 등의 가스가 사용될 수 있다.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 상기 비반응가스 공급부(40)는 상기 커버부재(50)를 관통하여 상기 서셉터(11)를 향하도록 구비되는 비반응가스 분사홀(41)을 복수개 포함할 수 있다. 상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)은 상기 커버부재(50)의 전체 영역에 걸쳐 분산되어 형성되거나, 상기 반응가스 공급부(30)의 반응가스 분사홀(32) 위치와 대응하여 상기 반응가스 분사홀(32)로부터 분사되는 반응가스(G)의 흐름방향을 따라 형성되거나, 화학반응이 일어나는 상기 웨이퍼(W)의 위치와 대응하여 형성될 수도 있다.

상기 커버부재(50)를 관통한 상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)은 상기 챔버 덮개(20) 내의 비반응가스 저장실(43)과 연통하여 외부의 파이프(22)를 통해 상기 비반응가스 저장실(43)에 저장된 상기 비반응가스(g)를 상기 반응공간(15)으로 분사할 수 있다. 또한, 도 3에서와 같이, 상기 커버부재(50)를 관통한 상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)은 상기 챔버 덮개(20) 외부에서 상기 비반응가스(g)를 도입하는 비반응가스 도입통로(42)와 직접 연통하여 상기 비반응가스(g)를 상기 반응공간(15)으로 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 챔버 덮개(20) 내에는 상기 비반응가스 저장실(43) 대신 냉매 저장실(70')이 구비될 수 있다. 상기 냉매 저장실(70) 내에는 냉각수와 같은 냉매(C)가 채워져 상기 커버부재(50)를 포함하여 상기 챔버 덮개(20)를 냉각시킬 수 있으며, 이를 통해 증착물의 발생을 보다 억제하는 것이 가능하다.

상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)은 상기 반응가스 공급부(30)를 통해 공급되는 상기 반응가스(G)의 흐름방향에 대응하여 상기 반응가스(G)의 흐름방향을 따라서 경사지도록 구비될 수 있다. 구체적으로, 도 6a에서와 같이 상기 반응가스 공급부(30)가 챔버 본체의 측단부 둘레를 따라 구비되어 반응가스(G)가 역방사형 구조로 흐르는 경우 상기 비반응가스 분사홀(41)도 상기 반응가스(G)의 흐름을 따라 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 향하도록 경사지게 구비될 수 있다. 또한, 도 6b에서와 같이 상기 반응가스 공급부(30')가 챔버 본체(10)의 중심축을 따라 구비되어 반응가스(G)가 방사형 구조로 흐르는 경우 상기 비반응가스 분사홀(41)도 상기 반응가스(G)의 흐름을 따라 상기 챔버 덮개(20)의 외주측 테두리를 향하도록 경사지게 구비될 수 있다. 이와 같이 비반응가스 분사홀(41)을 반응가스(G)의 흐름에 대응하여 경사지게 형성함으로써 비반응가스(g)에 의해 반응가스(G)가 영향을 받지 않고 안정적인 층류유동을 유지할 수 있도록 하는 한편, 반응가스(G)가 커버부재(50)와 접촉하는 것을 확실하게 차단할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 도 5의 반응가스 공급부에 대한 비반응가스 공급부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 7a에서와 같이 상기 비반응가스 공급부(40')는 상기 커버부재(50)를 관통하여 상기 서셉터(11)를 향해 연장되는 비반응가스 도입통로(42)와, 상기 반응공간(15)으로 연장된 상기 비반응가스 도입통로(42)의 둘레를 따라서 형성되어 방사상으로 상기 비반응가스(g)를 분사하는 비반응가스 분사홀(41)을 포함할 수 있다. 상기 비반응가스 분사홀(41)은 복수개로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 비반응가스 도입통로(42)는 상기 비반응가스 저장실(43)과 연통하여 내부에 수용된 비반응가스(g)를 상기 반응공간(15)으로 도입할 수 있다.

또한, 도 7b에서와 같이 상기 비반응가스 공급부(40')는 상기 커버부재(50)와 함께 상기 챔버 덮개(20)를 관통하여 상기 서셉터(11)를 향해 연장되는 비반응가스 도입통로(42)와, 상기 반응공간(15)으로 연장된 상기 비반응가스 도입통로(42)의 둘레를 따라서 형성되어 방사상으로 상기 비반응가스(g)를 분사하는 비반응가스 분사홀(41)을 포함할 수 있다. 상기 비반응가스 분사홀(41)은 복수개로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 비반응가스 도입통로(42)는 그 자체가 상기 챔버 덮개(20)의 외부로 연장되어 상기 비반응가스(g)를 직접적으로 도입하면서 상기 반응공간(15)으로 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 챔버 덮개(20) 내에는 상기 비반응가스 저장실(43) 대신 냉각수와 같은 냉매(C)가 채워지는 냉매 저장실(70)이 구비될 수 있다.

한편, 상기 반응가스 공급부(30'')는 도 5에서와 같이 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 따라 구비되어 방사형의 반응가스 흐름을 형성하는 구조로 구비될 수 있다.

이와 같이, 상기 반응가스 공급부(30'')의 반응가스 도입통로(33)가 챔버 덮개(20)의 중심을 관통하여 구비되는 경우, 상기 비반응가스 도입통로(42)는 상기 반응가스 도입통로(33)의 둘레를 따라 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 커버부재(50)를 관통하여 구비되는 상기 비반응가스 도입통로(42)는 상기 반응가스 도입통로(33)의 지름보다 큰 지름을 가져 상기 반응가스 도입통로(33)를 내부에 수용하며, 상기 반응가스 도입통로(33)와의 사이의 공간을 통해 상기 비반응가스(g)를 상기 반응공간(15)으로 도입한다. 상기 비반응가스 도입통로(42)는 상기 반응가스 도입통로(33)의 길이보다 짧은 길이로 형성될 수 있다. 즉, 상기 반응가스 도입통로(33)가 상기 비반응가스 도입통로(42)의 하단부로부터 상기 서셉터(11)를 향해 더 길게 연장되며, 상기 반응가스 분사홀(32)은 상기 비반응가스 도입통로(42)의 하단부로부터 연장된 상기 반응가스 도입통로(33)의 측면 둘레를 따라 구비되어 상기 비반응가스 도입통로(42)의 하단부에서 상기 반응공간(15)을 향해 노출될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)은 상기 상기 커버부재(50)와 상기 반응가스 분사홀(32) 사이에 배치되고, 상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)은 상기 반응가스 도입통로(33)에 구비된 반응가스 분사홀(32)보다 상기 커버부재(50)에 더 가까이 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 8a 및 도 8b에서와 같이, 상기 커버부재(50)에 인접하여 상기 복수의 비반응가스 분사홀(41)이 서로 소정 간격으로 이격되어 상기 비반응가스 도입통로(42)의 둘레를 따라서 배열을 이루며 배치될 수 있다. 상기 반응가스 분사홀(32)은 상기 비반응가스 분사홀(41)과 같이 배열을 이루며, 상기 커버부재(50)를 기준으로 상기 비반응가스 분사홀(41)의 배열보다 아래쪽(서셉터에 가까운 쪽)에 배치될 수 있다. 도면에서는 비반응가스 분사홀(41)이 하나의 배열을 이루고, 반응가스 분사홀(32)이 복수의 배열을 이루는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 각 배열의 수는 다양하게 변경이 가능하다. 상기 비반응가스 분사홀(41)의 배열과 상기 반응가스 분사홀(32)의 배열은 도 8a에서와 같이 나란하게 배치되거나, 도 8b에서와 같이 서로 엇갈리도록 지그재그로 배치될 수 있다.

도 9는 도 7의 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부의 구조에 따른 반응가스와 비반응가스의 흐름을 개략적으로 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 도 9a에서 도시하는 바와 같이 반응가스(G)는 비반응가스(g)에 의해 커버부재(50)와는 접촉하지 않고 서셉터(11)에 인접한 아래쪽에서 흐름을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 그리고, 도 9b에서 도시하는 바와 같이 비반응가스(g)는 대부분이 커버부재(50)의 표면을 따라 흐름을 보이고 있음을 확인할 수 있다.

도 10은 도 4의 반응가스 공급부에 대한 비반응가스 공급부의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 10에서 도시하는 비반응가스 공급부(40')는 도 7에서와 같이 상기 커버부재(50)를 관통하여 상기 서셉터(11)를 향해 연장되는 비반응가스 도입통로(42)와, 상기 반응공간(15)으로 연장된 상기 비반응가스 도입통로(42)의 둘레를 따라서 형성되어 방사상으로 상기 비반응가스(g)를 분사하는 복수의 비반응가스 분사홀(41)과, 상기 비반응가스 도입통로(42)와 상기 비반응가스 분사홀(41)을 연결하는 연결부(44)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 반응가스 공급부(30')는 도 4에서와 같이 상기 서셉터(11)의 중심을 따라 구비되어 방사형의 반응가스 흐름을 형성하는 구조로 구비될 수 있다.

상기 연결부(44)는 그 하단부가 상기 커버부재(50)를 기준으로 상기 서셉터(11)를 향해 상기 반응공간(15)을 이루는 상기 커버부재(50)와 상기 서셉터(11) 사이의 거리의 5% 내지 50% 사이에 위치하도록 구비될 수 있다. 상기 연결부(44)의 하단부가 상기 커버부재(50)로부터 5% 미만의 거리에 위치하는 경우 비반응가스(g)의 유량이 적어져 상기 반응공간(15)의 외곽까지 상기 비반응가스(g)가 충분히 전달되지 않아 상기 비반응가스(g)를 통한 상기 반응가스(G)를 차단하는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 상기 연결부(44)의 하단부가 상기 커버부재(50)로부터 50% 이상의 거리에 위치하는 경우에는 반응가스(G)의 흐름에 과도한 영향을 주게되어 층류 유동의 방해 및 이에 따른 막 균일성의 특성을 저하시키는 문제가 발생한다.

이러한 연결부(44)의 반응공간(15) 내에서의 위치 범위는 도 7에서와 같이 상기 연결부(44)를 통하지 않고 상기 비반응가스 도입통로(42)와 연결되어 상기 반응공간(15)으로 노출되는 상기 비반응가스 분사홀(41)에 대해서도 적용될 수 있다.

도 11 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 대해 설명한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이며, 도 13은 도 11에서 비반응가스 공급부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 14는 도 13에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 15는 도 11의 화학 기상 증착 장치에 대한 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 16은 도 15에서 비반응가스 공급부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 17은 도 11 내지 도 16에서 비반응가스 공급부의 분사 슬릿의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100')는 챔버 본체(10), 챔버 덮개(20), 반응가스 공급부(30), 비반응가스 공급부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 챔버 본체(10)는 중공형의 내부공간을 가지며, 도면에서와 같이 적어도 하나의 웨이퍼(W)가 상부에 안착되는 서셉터(11) 및 가열수단(13)을 내부공간에 구비할 수 있다. 그리고, 상기 서셉터(11)의 상부측에는 반응가스(G)가 화학반응을 일으키는 반응공간(15)이 마련될 수 있다. 상기 챔버 본체(10)는 내마모성 및 내열성과 내부식성이 우수한 메탈 재질로 이루어질 수 있다.

상기 서셉터(11)는 상기 챔버 본체(10)의 중심부에 위치하여 상기 챔버 본체(0)의 중심과 상기 서섭터(11)의 중심축이 실질적으로 일치하도록 하며, 상면에는 증착대상물인 웨이퍼(W)가 안착될 수 있도록 함몰형성되는 원반형의 포켓(12)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 서셉터(11)의 하부측에는 상기 가열수단(13)을 구비하여 상기 서셉터(11)에 복사열을 제공하며, 이를 통해 상기 서셉터(11)에 안착된 상기 웨이퍼(W)를 가열하도록 한다. 상기 가열수단(13)은 전원인가시 열을 발생시키는 전열부재의 일종으로 상기 포켓(12)과 대응하는 영역에 위치하도록 배치할 수 있다.

상기 챔버 덮개(20)는 상기 챔버 본체(10)를 밀봉하여 기밀을 유지하며, 상기 챔버 본체(10)에 대해 개폐 가능한 구조로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 챔버 본체(10)와 결합시 상기 서셉터(11)와의 사이에 상기 반응공간(15)을 형성한다. 상기 챔버 본체(10)와 결합하는 상기 챔버 덮개(20)의 하단부에는 확실한 밀봉을 유지하기 위해 오링(o-ring)과 같은 밀봉부재(25)를 구비할 수 있다.

상기 챔버 덮개(20)는 상기 반응공간(15)으로 노출되는 하면에 복수의 단차부(21)가 상기 챔버 덮개(20)의 중심에 대해 방사상으로 동심원을 이루며 구비될 수 있다. 그리고, 상기 챔버 덮개(20)에는 추후 설명하는 비반응가스 공급부(40)가 구비될 수 있어 상기 챔버 본체(10)의 천장을 이루는 상기 챔버 덮개(20)의 표면에 기생증착에 의한 증착물이 부착되는 것을 방지한다. 상기 비반응가스 공급부(40)는 상기 단차부(21)를 따라 상기 반응공간(15)과 연통하여 상기 반응공간(15)으로 비반응가스(g)를 공급하며, 이에 대한 구체적인 설명은 추후 설명한다.

상기 챔버 덮개(20)는 상기 비반응가스 공급부(40) 외에 그 내부에 냉매 저장실(70)을 구비하여 상기 비반응가스 공급부(40)와 함께 상기 챔버 덮개(20)를 냉각시키도록 할 수 있다.

상기 반응가스 공급부(30)는 서로 마주하는 상기 서셉터(11)와 상기 챔버 덮개(20) 사이에서 상기 서셉터(11) 위로 반응가스(G)가 흐르도록 상기 반응공간(15)으로 상기 반응가스(G)를 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응가스 공급부(30)는 도면에서와 같이 상기 챔버 본체(10)의 외주측으로부터 중심부로 반응가스(G)가 흐르는 가스흐름을 형성하도록 상기 챔버 덮개(20)와 결합하는 상기 챔버 본체(10)의 상단부에 구비되는 역방사형(inverse-radial type)의 구조로 구비될 수 있다. 반응가스(G)로는 TMGa, TEGa, TMAl, TMIn, NH₃ 등의 가스가 사용될 수 있다.

이러한 반응가스 공급부(30)는 상기 챔버 본체(10)의 측단부 둘레를 따라 구비되어 반응가스 도입통로(33)를 통해 외부로부터 도입되는 반응가스(G)를 저장하는 적어도 하나의 반응가스 저장실(31)과, 상기 반응가스 저장실(31)과 상기 반응공간(15)을 연통하며 상기 반응가스 저장실(31)에 저장된 반응가스(G)를 상기 반응공간(15)으로 분사하는 반응가스 분사홀(32)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 반응가스 저장실(31)이 하나의 단일의 반응가스 저장실(31)로 구비되는 경우에는 상기 반응가스 저장실(31)을 따라 원료가스가 혼합된 상태로 저장되어 분사되거나, 단일의 원료가스만을 분사하게 된다. 또한, 상기 반응가스 저장실(31) 내에는 분리막(미도시)을 적어도 하나 구비하여 상기 반응가스 저장실(31)을 복수개의 영역으로 구분할 수 있으며, 이 경우 반응가스(G)가 일정한 압력으로 분사되도록 하는 한편, 반응가스별로 구분하여 분사하는 것도 가능하다. 그리고, 상기 반응가스 공급부(30)를 통해 상기 반응공간(15)으로 공급된 반응가스(G)는 상기 챔버 본체(10)의 외주측으로부터 중심으로 흘러 상기 서셉터(11)의 중심축(14) 내에 구비되는 가스배출부(60)를 통해 외부로 배기될 수 있다.

한편, 상기 반응가스 공급부(30)는 도 15 및 도 16에서와 같이 상기 챔버 본체(10)의 중심으로부터 외주측 방향으로 반응가스(G)가 흐르는 가스흐름을 형성하도록 상기 챔버 덮개(20)와 상기 챔버 본체(10)의 중심축을 따라 구비되는 방사형(radial type)의 구조로 구비될 수 있다.

구체적으로, 도 15에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 반응가스 공급부(30')는 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 관통하여 구비되어 외부로부터 상기 반응가스(G)를 도입하는 반응가스 도입통로(33)와, 상기 챔버 덮개(20)의 중심에서 외주측으로 향하는 방사형 가스흐름을 형성하도록 상기 반응가스 도입통로(33)를 통해 유입된 상기 반응가스(G)를 상기 반응공간(15)으로 분사하는 반응가스 분사홀(32)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 반응가스 도입통로(33)는 분사되는 반응가스(G)가 상기 서셉터(11)의 표면을 따라 흐르도록 상기 챔버 덮개(20)로부터 상기 서셉터(11)를 향해 소정 길이만큼 연장되는 것이 바람직하다.

도면에서는 상기 반응가스 도입통로(33)가 단일로 구비되는 것으로 도시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 복수개로 구비될 수 있으며, 이 경우 반응가스(G)별로 구분하여 상기 반응공간(15)으로 분사하는 것이 가능하다. 상기 반응가스 도입통로(33)를 통해 공급된 반응가스(G)는 상기 반응가스 분사홀(32)을 통해 상기 서셉터(11)의 중심으로부터 외주측을 향해 방사상으로 분사되어 흐르며, 상기 서셉터(11)의 테두리 둘레를 따라서 인접하여 구비되는 가스배출부(60')를 통해 외부로 배기될 수 있다.

상기 비반응가스 공급부(40)는 상기 서셉터(11)와 상기 챔버 덮개(20) 사이에서 상기 반응가스(G)가 흐르는 방향으로 상기 챔버 덮개(20)의 표면을 따라 비반응가스(g)가 흐르도록 상기 반응공간(15)으로 상기 비반응가스(g)를 공급하여 상기 반응가스(G)가 상기 챔버 덮개(20)의 표면과 접촉하는 것을 차단한다. 이를 통해 상기 반응공간(15)을 흐르는 상기 반응가스(G)에 의해 상기 챔버 본체(10)의 천장인 상기 챔버 덮개(20)의 하부 표면에 기생증착에 따른 증착물(dummy coating)이 부착되는 것을 차단할 수 있다. 비반응가스(g)로는 H₂, N₂ 등이 사용될 수 있다.

도면에서와 같이, 상기 비반응가스 공급부(40)는 상기 챔버 덮개(20) 내에 구비되어 외부에서 도입되는 상기 비반응가스(g)를 수용하는 비반응가스 저장실(43)과, 복수개가 상기 챔버 덮개(20)의 중심에 대해 방사상으로 구비되어 상기 비반응가스 저장실(43)과 연통하여 상기 비반응가스(g)를 상기 반응공간(15)으로 분사하는 비반응가스 분사홀(41)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 비반응가스 분사홀(41)은 원형이 아닌 슬릿 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 비반응가스 분사홀(41)은 비반응가스 도입통로(42)를 통해 상기 비반응가스 저장실(43)과 연결될 수 있다.

상기 비반응가스 저장실(43)은 상기 챔버 덮개(20)의 내부에 형성되는 소정 크기의 공간이며, 상기 챔버 덮개(20)를 관통하여 구비되는 파이프(22)를 통해 외부로부터 상기 비반응가스(g)를 공급받아 수용한다. 상기 비반응가스 저장실(43)은 단일 구조로 형성되거나, 도 16에서처럼 방사상으로 구비되는 상기 비반응가스 분사홀(41)에 대응하여 복수개가 환고리형태로 동심원을 이루며 중첩되는 구조로 형성될 수도 있다.

상기 비반응가스 분사홀(41)은 도 17에서와 같이 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 기준으로 상이한 크기의 반지름을 갖는 복수의 동심원을 따라 복수개가 서로 일정 간격으로 이격되어 배열되며, 각 동심원의 원주를 따라 구비되는 비반응가스 분사홀(41)은 해당 동심원의 원호 형상으로 형성될 수 있다. 도면에서는 각 동심원을 따라 비반응가스 분사홀(41,41')이 4개씩 구비되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 상기 비반응가스 분사홀(41,41')의 개수는 다양하게 변화될 수 있다.

특히, 상기 비반응가스 분사홀(41)은 각 동심원의 원주를 따라 구비되는 복수개의 비반응가스 분사홀과 이에 인접하는 동심원의 원주를 따라 구비되는 다른 복수개의 비반응가스 분사홀(41')이 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 기준으로 가상의 동심원이 복수개(도면에서는 9개)로 일정 간격으로 이격되어 그려지며, 각 동심원에는 복수개(도면에서는 4개)의 비반응가스 분사홀(41,41')이 서로 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 상기 챔버 덮개(20)의 중심으로부터 각각 홀수번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41)과 이에 인접하는 짝수번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41')은 방사상으로 서로 중첩되지 않고 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 따라서 홀수번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41)들의 사이에 짝수번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41')들이 각각 위치하도록 배치되는 것이다. 여기서, 홀수번째 동심원에 각각 구비되는 비반응가스 분사홀들(41-1,41-3,41-5,41-7,41-9) 간의 거리(d)(예를 들어, 첫번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41-1)과 세번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41-3) 사이의 거리)와, 짝수번째 동심원에 각각 구비되는 비반응가스 분사홀들(41'-2,41'-4,41'-6,41'-8) 간의 거리(d)(예를 들어, 두번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41'-2)과 네번째 동심원에 구비되는 비반응가스 분사홀(41'-4) 사이의 거리)는 서로 동일한 것이 바람직하다. 상기 거리(d)는 20mm ~ 50mm 사이일 수 있다. 상기 거리(d)가 20mm보다 짧은 경우 비반응가스 분사홀(41) 간의 간격이 좁아 비반응가스 분사홀(41)을 형성하는 것이 용이하지 않을 뿐 아니라 비반응가스(g)의 분사량이 과다하게 증가하는 문제가 있고, 거리(d)가 50mm 이상인 경우 비반응가스(g)가 확산됨에 따라 챔버 덮개(20)를 차단하는 기능이 약해져 증착물의 발생 방지 효과가 줄어드는 문제가 있다. 따라서 비반응가스(g)에 의해 증착물의 부착 방지 효과가 현저한 영역은 비반응가스 분사홀간의 거리(d)가 20mm ~ 50mm 사이임을 알 수 있다.

한편, 상기 비반응가스 분사홀(41)은 상기 반응가스 공급부(30)를 통해 공급되는 상기 반응가스(G)의 흐름방향에 대응하여 상기 반응가스(G)의 흐름방향을 따라서 상기 비반응가스 도입통로(42)로부터 절곡되어 구비될 수 있다. 구체적으로, 도 11 내지 도 14에서와 같이 상기 반응가스 공급부(30)가 챔버 본체(10)의 측단부 둘레를 따라 구비되어 반응가스(G)가 역방사형 구조로 흐르는 경우 상기 비반응가스 분사홀(41)도 상기 반응가스(G)의 흐름을 따라 상기 챔버 덮개(20)의 중심을 향하도록 절곡되어 구비될 수 있다. 또한, 도 15 및 도 16에서와 같이 상기 반응가스 공급부(30')가 챔버 본체(10)의 중심을 따라 구비되어 반응가스(G)가 방사형 구조로 흐르는 경우 상기 비반응가스 분사홀(41)도 상기 반응가스(G)의 흐름을 따라 상기 챔버 덮개(10)의 외주측 테두리를 향하도록 절곡되어 구비될 수 있다. 이와 같이 비반응가스 분사홀(41)을 반응가스(G)의 흐름에 대응하여 절곡되도록 함으로써 비반응가스(g)에 의해 반응가스(G)가 영향을 받지 않고 안정적인 층류 유동을 유지할 수 있도록 하는 한편, 반응가스(G)가 챔버 덮개(20)와 접촉하는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 챔버 덮개(20)의 상기 반응공간(15)으로 노출되는 하면에는 복수의 단차부(21)가 상기 챔버 덮개(20)의 중심에 대해 방사상으로 동심원을 이루며 구비될 수 있다. 그리고, 상기 비반응가스 분사홀(41)이 이루는 동심원은 상기 단차부(21)의 동심원과 서로 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 비반응가스 분사홀(41)은 상기 챔버 덮개(20)의 단차부(21)를 통해 상기 반응공간(15)과 연통할 수 있다. 구체적으로, 상기 단차부는 도 12에서와 같이 상기 반응공간(15)으로 상기 비반응가스(g)를 분사하도록 상기 비반응가스 분사홀(41)이 노출되는 수직면(21-1)과, 상기 반응가스(G)의 흐름방향을 따라서 인접한 다른 단차부(22)의 수직면(21-1)을 향해 하향 경사지게 구비되는 경사면(21-2)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 단차부(21')는 도 14에서와 같이 상기 반응공간(15)으로 상기 비반응가스(g)를 분사하도록 상기 비반응가스 분사홀(41)이 노출되는 수직면(21'-1)과, 상기 반응가스(G)의 흐름방향을 따라서 인접한 다른 단차부(21')의 수직면(21'-1)까지 연장되는 평면(21'-2)을 포함할 수 있다.

한편, 도 11 및 도 13에서와 같이 가스배출부(60)가 서셉터(11)의 중심축(14) 내에 구비되어 반응가스가 역방사형의 가스흐름을 갖는 구조에서는 가스배출부(60)와 마주하는 상부에 커버부재(50)를 구비하여 상기 챔버 덮개의 표면에 기생증착에 따른 증착물이 부착되는 것을 차단할 수 있다. 구체적으로 상기 커버부재(50)는 상기 가스배출부(60)의 양측에 구비되는 포켓(12) 사이의 거리에 상당하는 크기의 지름을 갖도록 형성되어 중심부에 구비되는 상기 비반응가스 분사홀(41)에서 분사되는 비반응가스(g)에 의해 커버되지 못하는 상기 챔버 덮개(20)의 표면을 커버하도록 한다. 상기 커버부재(50)는 석영재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 지지부(51)를 통해 상기 서셉터(11) 상에 배치될 수 있다.

도 18 및 도 19를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 대해 설명한다. 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 19는 도 18에서 반응가스 공급부와 비반응가스 공급부를 통한 가스 흐름을 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100'')는 챔버 본체(10), 챔버 덮개(20), 반응가스 공급부(30), 비반응가스 공급부(40'), 커버부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 18 및 도 19에 도시된 실시예에 있어서 화학 기상 증착 장치를 구성하는 구성은 상기 도 15 및 도 16에 도시된 실시예의 경우와 실질적으로 동일하다. 다만, 비반응가스 공급부의 구조가 상기 도 15 및 도 16에 도시된 실시예와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 비반응가스 공급부에 관한 구성을 위주로 설명한다.

도면에서와 같이, 상기 비반응가스 공급부(40')는 상기 챔버 덮개(20)의 중심부를 관통하여 상기 서셉터(11)를 향해 연장되는 비반응가스 도입통로(42)와, 상기 비반응가스 도입통로(42)의 둘레를 따라 형성되어 방사상으로 비반응가스(g)를 분사하는 복수의 비반응가스 분사홀(41)과, 상기 비반응가스 도입통로(42)와 상기 비반응가스 분사홀(41)을 연결하는 연결부(44)를 포함할 수 있다.

상기 연결부(44)는 복수개의 플레이트 부재(45)를 포함하며, 상기 복수의 플레이트 부재(45)가 반응공간(15)으로 연장된 상기 비반응가스 도입통로(42)에 끼움고정되어 상기 비반응가스 도입통로(42)의 길이방향을 따라서 상하로 서로 이격되어 배치되는 다층 구조를 가질 수 있다. 특히, 상기 플레이트 부재(45)는 상기 비반응가스 도입통로(42)를 기준으로 각각 상이한 크기의 반지름을 갖는 복수의 동심원 형태를 가질 수 있으며, 챔버 덮개(20)에서 서셉터(11)로 갈수록 반지름의 크기가 작아지는 계단식 구조를 이룰 수 있다. 이 경우 인접한 플레이트 부재(45) 사이의 반지름 크기의 차이는 도 11 내지 도 17의 실시예에서 상술한 비반응가스 분사홀(41) 사이의 거리(d)만큼 차이를 가질 수 있다. 상기 플레이트 부재(45)는 열에 의해 변형이 적은 재질, 예를 들어, 석영 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 연결부(44)를 구성하는 상기 플레이트 부재(45)가 별도의 구성요소로 상기 비반응가스 도입통로(42)에 끼움고정되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 플레이트 부재(45)는 상기 비반응가스 도입통로(42)의 외측면으로부터 연장되는 구조로 구비되어 상기 비반응가스 도입통로(42)와 일체를 이루는 것도 가능하다.

상기 비반응가스 분사홀(41)은 다층 구조로 배치되는 상기 연결부(44)를 통해 상기 비반응가스 도입통로(42)와 각각 연결되어 상기 비반응가스 도입통로(42)를 통해 도입되는 상기 비반응가스(g)를 상기 반응공간(15)으로 분사할 수 있다. 특히, 다층 구조로 배치되는 상기 연결부(44)의 플레이트 부재(45)가 하부인 서셉터(11) 쪽에서 상부인 챔버 덮개(20) 쪽으로 갈수록 반지름의 크기가 점차로 증가하는 계단식 구조를 가지므로, 각 연결부(44)를 구성하는 각 플레이트 부재(45)의 끝단부에 구비되는 각 비반응가스 분사홀(41)도 상기 증가된 반지름의 크기에 대응하여 하부에서 상부로 갈수록 상기 비반응가스 도입통로(42)로부터의 거리가 증가하게 된다. 따라서, 상기 서셉터의 중심에서 외주측으로 멀어지더라도 비반응가스가 분사될 수 있어 증착물 부착 방지 효과가 감소되는 것을 방지할 수 있다.

상기 반응가스 공급부(30)는 상기 비반응가스 공급부(40)의 비반응가스 도입통로(42) 내에 구비되어 외부로부터 반응가스(G)를 도입하는 반응가스 도입통로(33)와, 상기 반응가스 도입통로(33)의 단부에 구비되어 상기 서셉터(11)의 중심에서 외주측으로 향하는 방사형 가스흐름을 형성하도록 상기 반응가스(G)를 분사하는 반응가스 분사홀(32)을 포함할 수 있다. 도면에서와 같이 상기 반응가스 분사홀(32)은 상기 비반응가스 도입통로(42)의 가장 아래쪽에 상기 서셉터(11)와 근접하여 배치되어 상기 서셉터(11)의 표면으로 반응가스가 흐르도록 반응가스(G)를 공급할 수 있다.

상기 비반응가스 공급부(40)가 상기 챔버 덮개(20)를 관통하여 구비됨에 따라 상기 챔버 덮개(20) 내에는 냉매 저장실(70)이 구비어 상기 커버부재(50)를 포함하여 상기 챔버 덮개(20)를 냉각시키도록 할 수 있다.

한편, 도 20 내지 도 22를 참조하여 상기 도 1 내지 도 19에 도시된 화학 기상 증착 장치를 사용한 발광소자의 제조방법에 대해 설명한다. 도 20은 상기 화학 기상 증착 장치가 사용되는 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 21은 도 20의 시스템을 통해 웨이퍼 상에 성장된 박막 구조를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 22는 도 21의 박막에 전극을 형성한 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 20에서 도시하는 바와 같이, 상기 화학 기상 증착 장치(100)는 관로(200)를 통해 반응가스 저장소(400) 및 비반응가스 저장소(210,220)와 각각 연결되어 반응가스 및 비반응가스를 공급받는다. 상기 반응가스와 비반응가스는 분사 매니폴드(300)를 통해 상기 화학 기상 증착 장치(100)로의 흐름이 제어될 수 있다. 상기 반응가스 저장소(400)와 비반응가스 저장소(210,220)는 상기 화학 기상 증착 장치(100)의 배기 라인(110)과 연결되며, 차압 컨트롤(500)을 통해 외부로 배기되는 일부 반응가스 및 비반응가스의 흐름이 제어될 수 있다. 상기 화학 기상 증착 장치(100)는 상기 배기 라인(110)을 통해 증착 공정 후 상기 반응가스 및 비반응가스를 외부로 방출하며, 방출되는 상기 반응가스 및 비반응가스는 필터(600)를 거쳐 스크러버(900)로 배기된다. 설명하지 않은 도면부호 700은 스로틀 밸브이고, 도면부호 800은 펌프이다.

이하에서는 상기 설명한 시스템에서 상기 화학 기상 증착 장치를 사용하여 제조되는 발광소자의 제조방법에 대해 설명한다. 상기 발광소자는 상기 화학 기상 증착 장치를 통해 성장된 박막으로 이루어지는 발광소자 다이를 포함한다.

우선, 도 1 내지 도 19에서 설명한 챔버 본체(10)와 챔버 덮개(20)를 포함하는 화학 기상 증착 장치(100)에서 상기 챔버 본체(10) 내에 구비되는 서셉터(11) 상의 각 포켓(12)에 박막 성장을 위한 웨이퍼(W)를 안착시킨다(로딩). 상기 웨이퍼(W)는 사파이어, 질화 갈륨, 질화알루미늄, 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘, 갈륨산화물(Ga₂O₃), 아연산화물(ZnO) 등을 포함할 수 있으며, 사파이어는 c면/r면/m면등 사용 할 수 있다. 상기 웨이퍼(W)는 상기 서셉터(11) 상의 포켓(12)의 크기에 따라 2인치, 4인치, 6인치, 8인치, 12인치 등을 사용 할 수 있다. 2인치 웨이퍼인 경우 상기 서셉터(11)는 전체 30 ~ 140매 정도의 웨이퍼(W)를 한번에 장착할 수 있으며, 4인치 웨이퍼의 경우에는 8 ~ 40매, 6인치 웨이퍼의 경우에는 5~20매, 8인치 웨이퍼의 경우에는 4 ~ 12매, 12인치 웨이퍼의 경우에는 1 ~ 4매 장착이 가능하다. 상기 서셉터(11)의 포켓(12) 형태는 웨이퍼(W)가 안착되는 표면이 매끄러운 형태가 될 수 있고, 양 끝 부분이나 가운데 중간 부분에 하나 혹은 여러 개의 미도시된 홈(groove)이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 홈은 고온 가열 시 균일하게 열분산을 시켜서 웨이퍼의 Bowing에 의한 휨을 방지할 수 있다.

웨이퍼(W)가 서셉터(11) 상에 안착(로딩)된 다음에, 상기 챔버 덮개(20)로 상기 챔버 본체(10)를 덮어 기밀을 유지시킨다. 상기 챔버 본체(10) 내부의 기밀은 진공 펌프 등을 사용하여 내부의 진공도가 10^-9 ~ 10^-10torr대로 유지할 수 있도록 한다. 진공 펌프로는 건식(dry) 펌프, 스크롤(scroll) 펌프 또는 로터리(Rotary) 펌프 등을 사용할 수 있으며, 용량에 따라 다를 수 있겠지만 특히 건식 펌프는 가스 배기 속도가 빠르고, 고 진공도를 원할 때 일반적으로 사용된다.

다음으로, 상기 챔버 덮개(20) 내의 비반응가스 저장실(21)에 수용되는 비반응가스(g)를 상기 챔버 덮개(20)에 장착된 커버부재(50)에 구비되는 비반응가스 공급부(40)를 통해 상기 커버부재(50)와 상기 서섭터(11) 사이에서 형성되는 반응공간(15)으로 분사한다. 상기 비반응가스(g)로는 질소, 수소, 헬륨 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 챔버 본체(10) 내에 구비되는 반응가스 공급부(30)를 통해 반응가스(G)를 상기 반응공간(15)으로 분사하여 상기 웨이퍼(W)의 표면에 박막을 성장시킨다. 구체적으로, 상기 반응가스(G)를 분사하는 단계에서는 상기 서셉터(11)의 표면을 따라서 상기 반응가스(G)가 흐르도록 상기 반응공간(15)으로 상기 반응가스(G)를 공급하고, 상기 비반응가스(g)를 분사하는 단계에서는 상기 커버부재(50)의 표면을 따라서 상기 비반응가스(g)가 흐르도록 상기 반응공간(15)으로 상기 비반응가스(g)를 공급하여 하부측에서 흐르는 상기 반응가스(G)가 상부측인 상기 커버부재(50)의 표면과 접촉하는 것을 차단한다. 이 때, 상기 반응가스(G)와 상기 비반응가스(g)가 원활한 흐름을 유지할 수 있도록 상기 비반응가스(g)는 상기 반응가스 공급부(30)를 통해 공급되는 상기 반응가스(G)의 흐름방향에 대응하여 상기 반응가스(G)의 흐름방향을 따라서 공급한다. 그리고, 상기 비반응가스(g)를 분사하는 단계는 상기 반응가스(G)를 분사하는 단계보다 먼저 수행되거나, 동시에 수행될 수 있다. 4인치 사파이어 웨이퍼(W) 상에 질화 갈륨(GaN) 반도체 박막 형성을 기준으로 상세 공정을 설명하면, 가열수단(13)을 통해 서셉터(11) 상의 웨이퍼(W) 온도가 500도 내지 1300도가 되도록 조정하고, 상기 반응공간(15)의 웨이퍼(W) 상으로 TMGa, TEGa, NH₃, TMIn, TMAl, Cp₂Mg, SiH₄, DTBSi, CBr₄의 반응가스(G)를 공급하고, N₂, H₂의 비반응가스(g)를 상기 커버부재(50)의 표면을 따라 공급하여 상기 웨이퍼(W) 상에서 박막 성장 공정을 수행한다.

다음으로, 상기 웨이퍼(W) 상에서 박막 성장이 완료되면, 상기 웨이퍼(W)의 온도가 100도 정도가 될 때까지 자연 냉각 시킨 다음, 상기 챔버 본체(10)를 개방하여 박막 성장이 완료된 상기 웨이퍼(W)를 꺼내고(언로딩) 새로운 증착대상 웨이퍼로 교체한다.

성장이 완료된 박막(L), 즉 반도체층은 도 21에서 도시하는 바와 같이 사파이어 웨이퍼(W) 상에 순차적으로 적층된 버퍼층(1), n-GaN층(2), 발광층(3), 전자차단층(EBL)(4), p-GaN층(5)을 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(1)은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용될 수 있으며, 그 위에 성장되는 반도체층인 GaN층의 격자 결함을 완화시키기 위해 GaN층 성장 전 저온 영역(500도 내지 600도)에서 상기 웨이퍼(W) 상에 형성될 수 있다. 상기 n-GaN층(2)은 마이너스 전극 형성을 위해 GaN에 Si을 도핑해서 형성되며, p-GaN층(5)은 플러스 전극 형성을 위해 GaN에 Mg을 도핑해서 형성될 수 있다. 상기 발광층(3)은 n-GaN층(2)과 p-GaN층(5) 사이에 형성되며, 전자와 정공의 재결합에 의해 소정 에너지를 갖는 광을 방출한다. 상기 발광층(3)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 상기 전자차단층(4)은 상기 발광층(3)을 통과한 전자를 차단하도록 상기 발광층(3)과 p-GaN층(5) 사이에 형성될 수 있다. 상기 전자차단층(4)이 상기 발광층(3) 상부에 배치되어 상기 n-GaN층(2)으로부터 발광층(3)을 통과하는 전자의 흐름을 차단하므로, 발광층(3)에서의 전자와 정공의 재결합 효율을 증가시킬 수 있다. 상기 전자차단층(4)은 AlGaN, GaN, InGaN이 교대로 적층된 초격자 구조를 가질 수 있으며, 상기 전자차단층(4)을 구성하는 AlGaN, GaN, InGaN은 서로 다른 두께로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층(4)은 AlGan/GaN/InGaN이 반복 적층된 구조로 이루어질 수 있으며, AlGaN층은 발광층(3)에서 p-GaN층(5)에 가까울수록 그 두께가 감소하고, GaN층 및 InGaN층은 발광층(3)에서 p-GaN층(5)에 가까울수록 그 두께가 증가할 수 있다. 이 경우, AlGaN은 큰 밴드갭 에너지를 가지므로 n-GaN층(2)에서 발광층(3)으로 주입되는 전자가 발광층(3)을 지나 p-GaN층(5)까지 넘어오는 것을 방지함과 동시에, p-GaN층(5)에 가까울수록 그 두께가 감소함으로써 정공의 발광층(3) 주입 효율을 저하시키지 않는다. 또한, GaN, InGaN층은 AlGaN층보다 밴드갭 에너지가 작아서, 전자가 발광층(3)을 지나 p-GaN층(5)까지 넘어올 수 있으나, p-GaN층(5)쪽에 가까울수록 두께가 증가하므로 전자가 넘어오는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

다음으로, 반도체 박막 성장이 완료된 이러한 웨이퍼(W)들은 에칭 공정, 전극형성 공정, 연마 공정 등을 거친 이후 다이싱 공정 등을 거쳐 도 22에서 도시하는 바와 같이 개별 다이(D)로 싱귤레이팅된다. 그리고, 각 다이(D)는 패키징 공정을 통해 제품으로 완성되는데, 도 23에서 도시하는 바와 같이 패키지 본체(1010)의 리드 프레임(1020) 상에 실장되고, 상기 전극형성 공정을 통해 형성된 각 전극(6a,6b)과 상기 리드 프레임(1020)을 와이어(1030)를 사용해 전기적으로 연결하고, 투명 수지 또는 형광체가 함유된 수지로 이루어진 몰딩부재(1040)로 상기 다이(D)를 몰딩하여 개별 발광소자 패키지(1000)로 완성된다.

이러한 일련의 공정들을 거쳐 완성된 발광소자 패키지(1000)는 TV BLU, 모니터, 노트북 컴퓨터, 휴대폰 제품 등의 디스플레이용 시장과 실내 및 실외 LED 조명 시장 그리고 헤드 램프, 방향지시등, 계기판, 차량의 실내등과 같이 전장용 시장에서 광원으로 다양하게 사용될 수 있다.

10... 챔버 본체 20... 챔버 덮개
21... 단차부 22... 파이프
30... 반응가스 공급부 40... 비반응가스 공급부
50... 커버부재 60... 가스배출부
70... 냉매 저장실

Claims (37)

1. 삭제
2. 웨이퍼가 안착되는 적어도 하나의 포켓이 형성된 서셉터를 구비하는 챔버 본체;
   상기 챔버 본체에 개폐 가능하도록 구비되며, 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하는 챔버 덮개;
   상기 서셉터 상에 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부; 및
   상기 서셉터와 상기 챔버 덮개 사이에서 상기 챔버 덮개의 표면을 따라서 비반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 비반응가스를 공급하여 상기 반응가스가 상기 챔버 덮개의 표면과 접촉하는 것을 차단하는 비반응가스 공급부를 포함하되,
   상기 비반응가스 공급부는 상기 챔버 덮개에 구비되어 외부로부터 상기 비반응가스를 도입하는 비반응가스 도입통로와, 상기 도입된 비반응가스를 상기 반응공간으로 분사하는 비반응가스 분사홀을 포함하고,
   상기 비반응가스 분사홀은 상기 서셉터를 향하는 방향으로 상기 챔버 덮개의 하부면에 복수개가 분산되어 배치되고,
   상기 반응가스 공급부는 상기 반응 공간으로 반응 가스를 분사하는 반응가스 분사홀을 포함하고,
   상기 반응가스 분사홀은 상기 서셉터와 상기 챔버 덮개 사이의 상기 반응공간을 향하는 방향으로 배치되는 화학 기상 증착 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 챔버 덮개는 하부측에 상기 서셉터와 마주하며 상기 반응공간으로 노출되는 커버부재를 구비하고,
   상기 서셉터는 복수개가 형성되는 포켓을 포함하고,
   상기 서셉터와 상기 커버부재 사이의 상기 반응 공간을 향하는 상기 반응가스 분사홀의 방향은 상기 서셉터의 상기 포켓에 안착되는 상기 웨이퍼의 표면과 수평한 방향인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
   
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 커버부재는 상기 챔버 덮개에 착탈가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응공간으로 노출되는 상기 챔버 덮개에 복수개가 분산되어 배치되고,
   상기 챔버 덮개는 상기 반응공간으로 노출되는 하면에 배치되는 단차부를 포함하고,
   상기 단차부는 복수개가 배치되고 상기 비반응가스 분사홀이 노출되는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
   
7. 삭제
8. 제2항에 있어서,
   상기 비반응가스 분사홀은 상기 반응가스 공급부를 통해 공급되는 상기 반응가스의 흐름 방향에 대응하여 상기 반응가스의 흐름 방향을 따라서 경사지게 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
   
9. 제2항에 있어서,
   상기 비반응가스 분사홀은 상기 챔버 덮개의 중심을 기준으로 상이한 크기의 반지름을 갖는 복수의 동심원을 따라 복수개가 서로 이격되어 배열되며, 각 동심원의 원주를 따라 구비되는 비반응가스 분사홀은 해당 동심원의 원호 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 비반응가스 분사홀은 각 동심원의 원주를 따라 구비되는 복수개의 비반응가스 분사홀과 이에 인접하는 동심원의 원주를 따라 구비되는 다른 복수개의 비반응가스 분사홀이 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
    
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
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15. 삭제
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