KR20090037576A

KR20090037576A - 화학 기상 증착 장치용 서셉터

Info

Publication number: KR20090037576A
Application number: KR1020070102958A
Authority: KR
Inventors: 정호일
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-04-16
Also published as: KR100956221B1

Abstract

화학 기상 증착 장치용 서셉터를 제공한다.

본 발명은 반응가스가 공급되는 챔버와 상기 챔버의 내부에 열을 제공하는 열원을 갖추어 기판상에 금속 화합물을 화학적으로 증착함에 있어 상기 기판이 복수개 올려지고 상기 챔버내에 회전가능하게 배치되는 서셉터에 있어서, 상기 기판이 올려져 배치되는 포켓을 상부면에 복수개 구비하는 회전체; 및 상기 포켓의 외측테두리를 따라 원주방향으로 연속하여 함몰형성되는 트랩을 포함하고, 상기 포켓은 상기 기판이 올려져 배치되는 바닥면과 상기 기판의 하부면이 이격되도록 아래로 오목한 함몰부를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 기판의 성장시 일어나는 휨현상(bowing effect)에 따라서 기판의 안쪽과 바깥쪽 간의 온도차이가 발생하는 것을 근본적으로 방지하여 기판의 온도 균일도를 향상시킴으로써 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있다.

서셉터, 트랩, 포켓, 화학, 기상, 증착

Description

화학 기상 증착 장치용 서셉터{Susceptor for Chemical Vapor Deposition Apparatus}

본 발명은 기판상에 고온의 화학 기상 증착을 이루는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증착대상물인 기판의 적재수를 늘릴 수 있도록 챔버의 제한된 내부공간을 최대한 활용하여 작업생산성을 향상시킬 수 있는 화학 기상 증착 장치용 서셉터에 관한 것이다.

일반적으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)은 여러 가지 기판상에 다양한 결정막을 성장시키는데 주요한 방법으로 사용되고 있다. 일반적으로 액상 성장법에 비해 성장시킨 결정의 품질이 뛰어나지만, 결정의 성장속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이것을 극복하기 위해 한 번의 성장 싸이클에서 여러장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.

최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발등으로 CVD 기술 중 금속유기 화학적 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)이 각광받고 있으며, 이러한 MOCVD는 화학적 기상 성장법(CVD) 중의 한가지로 유기금속의 열분해반응을 이용해 반도체 기판상에 금속 화합물을 퇴적, 부착시키는 화합 물 반도체의 기상 성장법을 말한다.

한편, 도 1은 일반적인 화학 기상 증착장치를 도시한 것으로서, 이러한 장치(30)는 일정크기의 내부공간을 갖는 챔버(31)와, 상기 챔버(31) 내에 회전가능하게 배치되어 복수개의 기판(2)이 올려지는 서셉터(susceptor)(32)와, 상기 서셉터(32)의 하부에 배치되어 열을 제공하는 히터(33) 및 상기 챔버(31)의 상부면으로부터 서셉터(32)의 직상부까지 연장되는 가스유입구(34)를 포함하여 구성한다.

이러한 장치(30)는 상기 서셉터(32)의 상부면 근방까지 연장된 가스유입구(34)를 통하여 반응가스인 소스 가스(source gas)와 캐리어 가스(carrier gas)가 서셉터(32)의 상부면 중앙영역으로 유입됨으로써, 유입되는 반응가스가 높은 온도의 기판(2)상에서 화학적 증착반응으로 인해 기판(2)의 표면에 질화물 박막을 형성하고, 잔류 가스나 분산물은 챔버(31)의 벽면을 타고 하부로 배출되는 것이다.

여기서, 소스 가스인 3족 가스로는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸갈륨(TEGa), 트리메틸인듐(TMIn) 및 트리메틸알루미늄(TMAl) 등이 사용되고, 캐리어 가스로는 암모니아 등이 사용된다.

도 2는 종래 서셉터를 도시한 구성도로서, 상기 서셉터(32)는 상부면에 작업 대상물인 기판(2)이 올려져 배치되도록 일정깊이로 함몰형성되는 포켓(35)을 복수개 구비하고, 상기 포켓(35)의 외측에는 상기 포켓(35)에 배치된 기판의 증착완료 후 상기 기판(2)의 분리이탈이 용이하도록 상기 포켓(35)의 외측테두리를 따라 일정깊이로 함몰형성되는 환고리형 요홈(36)을 구비한다.

그러나, 기판(2) 위에 성장되는 물질의 격자크기 차이와 온도 차이로 인하여 성장이 되면서 기판(2)이 휘게되는 현상이 발생한다(bowing effect)(도 2c). 이러한 기판(2)의 휨은 기판상에서 기판의 안쪽과 바깥쪽 간의 온도 차이를 유발하게 되어 성장되는 물질의 농도를 변화시킴으로써 LED와 같은 소자의 성장시 파장 균일도를 파괴시키게 되어 생산성 및 질적향상에 큰 영향을 미치는 문제를 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 기판 성장시 일어나는 휨현상(bowing effect)에 따라서 기판의 안쪽과 바깥쪽 간의 온도차이가 발생하는 것을 근본적으로 방지하여 기판의 온도 균일도를 향상시킴으로써 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반응가스가 공급되는 챔버와 상기 챔버의 내부에 열을 제공하는 열원을 갖추어 기판상에 금속 화합물을 화학적으로 증착함에 있어 상기 기판이 복수개 올려지고 상기 챔버내에 회전가능하게 배치되는 서셉터에 있어서, 상기 기판이 올려져 배치되는 포켓을 상부면에 복수개 구비하는 회전체; 및 상기 포켓의 외측테두리를 따라 원주방향으로 연속하여 함몰형성되는 트랩을 포함하고, 상기 포켓은 상기 기판이 올려져 배치되는 바닥면과 상기 기판의 하부면이 이격되도록 아래로 오목한 함몰부를 구비함을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 제공한다.

바람직하게, 상기 포켓은 상기 환형 기판보다 작은 지름의 함몰부를 중심부에 구비하고, 상기 함몰부의 외주면에는 상기 기판이 놓여져 배치될 수 있는 안착부를 구비한다.

바람직하게, 상기 포켓은 상기 함몰부의 중심부 깊이가 15㎛ 내지 80㎛이다.

보다 바람직하게, 상기 포켓은 상기 함몰부의 중심부 깊이가 20㎛ 내지 60㎛이다.

바람직하게, 상기 트랩은 회전중심이 상기 포켓의 회전중심과 서로 일치된다.

본 발명에 의하면, 기판이 올려지는 포켓의 바닥면이 기판의 하부면과 이격되도록 함몰부를 구비하고, 상기 포켓의 외측테두리에 환고리형의 트랩을 구비함으로써 기판의 휨현상에 따른 기판의 안쪽과 바깥쪽 간의 온도차이가 발생하는 것을 방지함은 물론 질화물 물방울이 기판과 포켓사이로 침투되는 것을 근본적으로 방지하여 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 도시한 것으로서 a)는 평면도이고, b)는 종단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터의 포켓의 확대단면도이다.

본 발명에 따른 서셉터(100)는 도 3(a)(b)와 도 4에 도시된 바와 같이, 회전체(110), 트랩(120) 및 포켓(130)을 포함하여 구성된다.

상기 회전체(110)는 작업대상물인 기판(2)이 올려지는 상부면에 상기 기판(2)이 올려져 배치되는 포켓(130)을 복수개 함몰형성한 디스크상의 회전구조물이며, 상기 포켓(130)은 상기 회전체의 회전중심을 기준으로 하여 원주방향으로 일정 간격을 두고 복수개 형성된다.

이에 따라, 상기 회전체(110)의 복수개 포켓(130)마다 올려지는 기판을 동시에 회전시킬 수 있는 것이다.

상기 회전체(110)의 하부면에는 미도시된 구동모터의 회전축(38)과 결합되는 결합부(114)를 구비한다.

이에 따라, 상기 구동모터의 구동에 의한 회전축(38)의 일방향 회전구동시 상기 회전체(110)는 회전축(38)과 더불어 일방향 회전구동되는 것이다.

상기 포켓(130)은 상기 기판(2)이 올려져 배치되는 바닥면과 상기 기판의 하부면이 이격되도록 아래로 오목한 함몰부(131)를 구비하되, 상기 환형 기판(2)보다 작은 지름의 상기 함몰부(131)를 상기 포켓(130)의 중심부에 구비하고, 상기 함몰부(131)의 외주면에는 상기 기판(2)이 놓여져 배치될 수 있는 안착부(132)를 구비한다(도 3b).

따라서, 상기 포켓(130)에 상기 기판(2)이 올려져 배치되는 경우 상기 기판(2)의 외측테두리를 따라서 일정부분만이 상기 안착부(132)에 놓여져 배치되게 되며, 그 이외의 부분은 상기 함몰부(131)에 의해 이격된 상태로 위치하게 되는 것이다.

상기 함몰부(131)는 일반적인 환형 기판(2)이 배치될 수 있도록 이에 대응하는 형상을 가지는 포켓(130)의 원주 중심을 기준으로 함몰형성되되, 상기 기판(2)의 지름보다 작은 크기의 지름을 가지며, 외주면에서 중심부로 곡면을 그리며 움푹 들어가는 구조를 이루는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 경 사를 이루며 움푹 들어가는 구조 또한 가능하다.

일반적으로 기판(2)은 지름이 2인치를 갖는 것을 사용하게 되며, 이 경우 상기 함몰부(131)는 중심부 깊이(D)가 15㎛ 내지 80㎛인 것이 바람직하다.

상기 수치는 정밀한 가공작업이 요구되는 특성에 따른 가공오차를 고려하여 산출된 값이며, 보다 바람직하게는 상기 함몰부의 중심부 깊이가 20㎛ 내지 60㎛인 것이 바람직하다.

상기 트랩(120)은 상기 기판(2)의 올려져 배치되는 포켓(130)의 외측테두리를 따라 원주방향으로 연속하여 일정깊이로 함몰형성된다. 따라서, 상기 포켓(130)에 올려져 배치되는 기판(2)의 외측테두리는 상기 트랩(120)의 내부면에 접하게 되며, 이때 상기 트랩(120)의 중심은 상기 포켓(130)의 회전중심과 서로 일치시키는 것이 바람직하다.

즉, 상기한 구성을 갖는 서셉터(100)를 화학 기상 증착 장치에 채용하여 사파이어 기판(2)의 표면에 질화 갈륨(gallium; GaN), 질화 알루미늄(aluminium; AlN), 질화 인듐(indium; InN) 또는 이러한 혼정의 에피택션(epitaxial)막을 성장시켜 증착하고자 하는 경우, 먼저 증착 작업대상물인 기판(2)을 회전체(110)의 상부면에 함몰형성된 포켓(130)에 올려 배치한다.

이러한 상태에서, 상기 회전체(110)는 미도시된 구동모터의 회전구동력에 의해서 일방향으로 회전구동되고, 상기 회전체(110)가 배치되는 챔버(31)의 내부공간에는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸갈륨(TEGa), 트리메틸인듐(TMIn) 및 트리메틸알루미늄(TMAl)과 같은 3족 가스인 소스 가스(source gas)와 더불어 암모니아와 같은 캐리어 가스(carrier gas)를 공급한다.

그리고, 상기 챔버(31)의 내부공간에는 회전체(110)와 더불어 배치되는 히터(33)를 이용하여 높은 온도의 열을 제공하게 되면, 상기 회전체(110)와 더불어 일방향으로 회전구동되는 증착대상물인 기판(2)의 표면에 상기 캐리어 가스와 소스 가스가 혼합된 반응가스가 고르게 접촉하도록 하여 기판(2)의 표면에는 질화물을 성장시켜 박막(예컨데, 반도체 에피택셜층)을 균일하게 형성하게 되고, 미반응된 잔류 가스나 분산물은 챔버(31)의 벽면을 타고 하부로 배출되는 것이다.

한편, 이상에서와 같이 기판이 성장함에 따라서 상기 기판(2)이 하부면으로 볼록하게 휘게 되더라도 상기 기판(2)은 포켓(130)의 함몰부(131)에 들어맞도록 위치하여 상기 포켓(130)의 바닥면과 상기 기판(2)의 하부면이 전체적으로 접촉을 유지함으로써 기판의 온도가 균일하게 될 수 있도록 한다(도 4).

아울러, 상기 기판(2)이 올려져 배치되지 않는 회전체(110)의 상부면에도 반응 가스에 의해서 질화물 물방울이 발생되어 성장되지만, 상기 기판(2)이 올려지는 포켓(130)의 외측에 환고리형의 트랩(120)이 일정깊이로 함몰형성되어 있기 때문에 상기 질화물 물방울은 상기 트랩(120)으로 유도되어 낙하된다.

이에 따라, 기판 성장시 일어나는 휨현상(bowing effect)에 따라서 기판(2)의 안쪽과 바깥쪽 간의 온도차이가 발생하는 것을 예방함은 물론, 상기 질화물 물방울이 상기 포켓(130)과 이에 배치된 기판(2) 사이로 침투되는 것을 근본적으로 예방할 수 있기 때문에 고품질의 질화물 막을 기판의 표면에 고르게 형성하여 우수한 품질의 기판제품을 제조할 수 있는 것이다.

도 1은 일반적인 화학 기상 증착 장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 종래 서셉터를 도시한 것으로서

a)는 평면도이고,

b)는 종단면도이며,

c)는 기판 성장시 일어나는 휨현상(bowing effect)이 발생한 상태를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 도시한 것으로서

a)는 평면도이고,

b)는 종단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터의 포켓의 확대단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 기판 31 : 챔버

33 : 히터 34 : 가스유입구

110 : 회전체 120 : 트랩

130 : 포켓 131 : 함몰부

132 : 안착부 D : 함몰부 깊이

Claims

반응가스가 공급되는 챔버와 상기 챔버의 내부에 열을 제공하는 열원을 갖추어 기판상에 금속 화합물을 화학적으로 증착함에 있어 상기 기판이 복수개 올려지고 상기 챔버내에 회전가능하게 배치되는 서셉터에 있어서,

상기 기판이 올려져 배치되는 포켓을 상부면에 복수개 구비하는 회전체; 및

상기 포켓의 외측테두리를 따라 원주방향으로 연속하여 함몰형성되는 트랩을 포함하고,

상기 포켓은 상기 기판이 올려져 배치되는 바닥면과 상기 기판의 하부면이 이격되도록 아래로 오목한 함몰부를 구비함을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
제1항에 있어서,

상기 포켓은 상기 환형 기판보다 작은 지름의 함몰부를 중심부에 구비하고, 상기 함몰부의 외주면에는 상기 기판이 놓여져 배치될 수 있는 안착부를 구비함을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
제2항에 있어서,

상기 포켓은 상기 함몰부의 중심부 깊이가 15㎛ 내지 80㎛인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
제3항에 있어서,

상기 포켓은 상기 함몰부의 중심부 깊이가 20㎛ 내지 60㎛인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
제1항에 있어서,

상기 트랩은 회전중심이 상기 포켓의 회전중심과 서로 일치됨을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.