KR20100100910A - Ｈｖｐｅ 반응기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 HVPE 반응기 장치는 반응챔버(1)와, 상기 반응챔버에 처리가스를 주입하기 위한 가스 유입구(2)와, 잔여가스 유출구를 통해 상기 반응챔버로부터 잔여가스를 배기하는 펌프(4)를 구비하며, 상기 펌프는 약 100 밀리바 이하의 압력을 상기 반응챔버에 생성 및 유지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 반응기 장치는 펌프 내부면에 상기 잔여가스의 시약의 가능한 기생 증착을 용해시키기 위해 상기 펌프에 용해 유체를 공급하기 위한 수단(6,7,V2,V3)을 구비한다.

Description

ＨＶＰＥ 반응기 장치{An HVPE Reactor Arrangement}

본 발명은, 예컨대, GaN-기반의 반도체 기판과 구성부품들의 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 사용되는 수소 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 반응기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반응챔버를 배기하는 시스템에 관한 것이다.

GaN 성장용으로 설계된 기존의 HVPE 반응기에서, 한가지 대표적인 심각한 문제는 특히 처리가스의 유출구 부근 및 뒤에서 반응기의 내부면에 다른 물질들, 특히, NH₄Cl 및 GaCl₃의 높은 기생 증착 비율이다. 그 결과, 반응기들 중 일부는 공정 몇시간 후에 심지어 벌써 막혀버린다. 봉쇄 문제는 전체 배기 시스템에 관한 것이지만 특히 배기 펌프에 관한 것이다. 상기 고체 화합물은 반응기에서 감압용의 종래 표준 진공펌프를 사용하는 것을 매우 어렵게 한다. 이는 특별한 시스템을 필요로 하므로 고가이게 한다. 펌프의 막힘을 방지하기 위해 시도한 한가지 공지된 방안은 펌프 앞에 큰 콘덴싱 챔버(condensing chamber)를 설치하는 것이다. 콘덴싱 챔버는 많은 양이 상기 콘덴싱 챔버의 벽에 누적되는 잔여가스에 대한 트랩으로서 역할을 한다. 그러나, 본래 이 방안은 실제로 주요 문제를 해결하지 못한 채 단지 막힘을 지연시키는 것이다.

따라서, 가스 배기 시스템의 막힘에 의해 유발된 중단없이 HVPE 반응기의 연속동작을 가능하게 하는 효과적이며 바람직하게는 저가의 배기 시스템이 필요하다.

본 발명의 목적은 기생 증착으로 인한 가스 배기 시스템의 막힘에 의해 중단이 일어남이 없이 반응기의 연속동작을 가능하게 하고 HVPE 반응기용으로 효과적이며 바람직하게는 저가의 배기 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 특허청구범위 제 1 항에 개시된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 HVPE 반응기 장치는 반응챔버에 처리가스를 주입하기 위한 가스 유입구와, 잔여가스 유출구, 상기 잔여가스 유출구를 통해 상기 반응챔버로부터 잔여가스를 배기하기 위한 펌프를 구비하고, 상기 펌프는 약 100 밀리바 이하의 압력을 상기 반응챔버에 생성 및 유지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 반응기 장치는 펌프 내부면에 상기 잔여가스의 시약의 가능한 기생 증착을 없애기 위해 상기 펌프에 용해 유체를 공급하기 위한 수단을 구비한다.

따라서, 본 발명의 핵심 특징은 고체 기생증착을 용해시켜 펌프와 연이어 배출 채널로부터 씻어낼 수 있게 하는 용해 유체를 펌프에 공급하기 위한 상기 수단이다. 이런 식으로 펌프를 세척하는 것은 처리 주기들 사이뿐만 아니라 처리가 진행중인 동안에도 수행될 수 있다. 반응기 장비의 동작 동안 용해 유체를 공급하는 경우, 상기 용해 유체는 또한 펌프의 표면에 잔여가스의 증착 또는 응축이 방지되도록 이미 상기 펌프 이전에 잔여가스를 용해시키는데 또 다른 중요한 기능을 가질 수 있다. 상기 장치 모두는 펌프가 봉쇄되지 않게 하므로, 중단없이 반응기의 장기간 동작을 가능하게 한다. 이는 고가이면서도 여전히 쉽게 진공펌프를 막히게 하고 손상을 주는 종래 기술의 시스템들에 비하면 큰 이점을 의미한다.

본 발명에 따른 장치에 사용된 펌프는 진공을 제공하고 또한 가스 이외에, 또한 액체 및 증기를 운송할 수 있는 임의의 타입일 수 있다. 가능한 펌프 타입은 예컨대 액체 링펌프, 멤브레인 펌프 및 피스톤 정량펌프이다. 예컨대, 산업용 세라믹 재료에는 액체 링진공펌프가 좋은 선택일 수 있다. 피스톤 정량펌프는 피스톤의 주기적 전후동작을 기초로 한 펌프이다. 피스톤 정량펌프는 일방향으로 피스톤의 운동동안 특정 유체량을 주로 내부에 취하고 반대 방향으로 피스톤의 이동동안 밀어낸다. 따라서, 동작은 연속적인 유체 운송 대신에 펄스(pulse)적이라고 할 수 있다. 피스톤 정량펌프 타입의 경우, 바람직하게는 펌프의 펄스 타입동작으로 인해 압력 요동을 최소화하도록 비대칭적으로 사용되는 적어도 2개의 펌프이다.

용해 유체를 펌프에 공급하기 위한 수단은 바람직하게는 펌프 흡입으로 흐름 연결되어 있는 용해 유체용기를 구비한다. 흐름 연결은 바람직하게는 밸브로 제어될 수 있다. 한가지 바람직한 실시예에서, 용해 유체용기는 펌프 흡입 및 배출 형태 모두와 흐름 연결되어 있어, 용해 유체 순환경로가 용해 유체의 장기간 사용을 가능하게 한다. 이 실시예에서, 바람직하게는 또한 필요시 유체 순환에 세척 유체를 추가하기 위한 보충용기로서 역할을 하는 또 다른 용해 유체용기가 있다.

바람직하기로, 본 발명의 반응기 장치는 추가 잔여가스 유출구 다음에 에틸렌-글리콜 버블러를 구비하며, 이는 예컨대 반응기의 정화동안 그리고 펌프가 사용되지 않는 다른 상황에서 잔여가스를 배기하기 위한 다른 잔여가스 배기경로로서 함께 역할을 한다. 염화암모니아 수용액과 다른 폐기물들은 반응기 부분에 매우 해로울 수 있고, 낮은 처리가스 흐름동안 이들 용액의 증기의 역류가 또한 성장과정에 악영향을 끼칠 수 있다. 에틸렌-글리콜 버블러는 상기 역류를 방지하는 밸브처럼 동작한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

하기에서, 본 발명은 본 발명의 일실시예에 따른 HVPE 반응기 장치의 개략도를 나타낸 첨부한 도 1을 참조로 보다 상세히 기술된다.

도 1의 반응기 장치는 반응챔버(1)와 상기 챔버에 처리 가스를 주입하기 위한 처리가스 유입구(2)를 구비한다. 간략히 하기 위해, 도 1에는 단 하나의 처리 가스 유입구가 도시되어 있다. 당연히, 실제 장비에서는 주로 많은 가스 유입구들이 있다. 챔버를 통해 흐른 잔여 처리가스를 배기하기 위해, 잔여 가수 유출구(3) 다음에 펌프(4)를 구비한 구성이 있고, 상기 펌프의 흡입구는 잔여가스 유출구를 통해 반응챔버와 흐름 연결식으로 배열되어 있다. 상기 구성에서, 펌프와 잔여가스 유출구 사이에 반응챔버와 펌프 사이의 흐름 연결을 제어하는데 사용되는 양방향 제 1 밸브(V1)이 있다. 펌프라인, 즉, 펌프 및/또는 펌프 전후로의 채널을 세척 및 건조하기 위한 동작 주기들 사이에 질소 또는 다른 불활성 가스를 펌프에 공급하기 위한 불활성 가스라인(5)이 양방향 제 1 밸브에 연결되어 있다. 기생 증착을 통해 펌프의 내부면에 누적된 잔여가스에서 나온 물질을 펌프로부터 용해 및 세척하기 위해 증류수를 펌프에 저장 및 제공하기 위한 증류수 용기(6)가 제 2 밸브(V2)를 통해 펌프 유입구와 흐름 연결식으로 연결되어 있다. 펌프의 출력은 물탱크(7)에 개방되어 있고, 차례로, 제 3 밸브(V3)를 통해 펌프의 유입구에 다시 연결되어 있다. 따라서, 펌프와 물탱크를 통과하는 물순환경로가 있다. 또한 탱크로부터 나온 수량을 제어하기 위해 물탱크에 연결된 제 4 밸브(V4)가 있다.

다른 잔여가스 배기경로로서, 추가 잔여가스 유출구(8) 다음에 제 5 밸브(V5), 에틸렌-글리콜 버블러(9) 및 제 6 밸브(V6)가 있다. 이 다른 잔여가스 배기경로는 예컨대 반응기 정화기간동안 또는 대기압보다 더 큰 압력을 갖는 조건동안 사용될 수 있다. 에틸렌-글리콜 버블러는 챔버에 화학적으로 공격적인 화합물의 역류를 방지한다. 2개의 잔여가스 배기경로는 최종적으로 잔여가스를 스크러버(scrubber)로 운송하기 위한 공통 배기 파이프(10)의 통로와 일치한다.

도 1의 반응기 장치의 동작을 아래에서 간략히 설명한다. 통상적인 공정동작으로, 잔여가스는 잔여가스 유출구(3)를 통해 배기된다. 제 5 및 제 6 밸브(V5,V6)는 닫힌 반면, 제 1 밸브(V1)는 열려있다. 펌프(4)는 반응챔버를 배출하기 위해 사용된다. 제 3 밸브(V3)는 펌프 내부면으로부터 기생 증착을 용해시키고 세척함으로써 펌프를 세척하기 위해 물탱크로부터 펌프로 물공급을 제어하는데 사용된다. 펌프 다음에, 물은 오염된 물이 제 4 밸브(V4)를 통해 제거될 수 있는 물탱크로 돌아간다. .제 2 밸브(V2)를 통해 증류수 탱크로부터 순수한 증류수가 물순환에 첨가될 수 있다. 펌프는 공정동안 뿐만 아니라 공정세션 사이에도 세척될 수 있다.

용해 유체로서 물은 단지 하나의 간단한 예인 것을 주목하는 것이 중요하다. 당연히, 당업자에게 명백한 바와 같이, 임의의 다른 적절한 유체 또는 적절한 시약의 수용액이 순수한 물 대신 사용될 수 있다. 예컨대, HCl, 암모니아 가스 및 염화 암모니아가 물보다는 몇몇 다른 알콜들에 의해 더 효율적으로 용해될 수 있다.

공정간에 반응기를 정화가 진행될 때 그리고 펌프가 사용되지 않는 다른 상황에서, 제 1 밸브(V1)가 반응챔버에 대하여 폐쇄되고 제 5 및 제 6 밸브(V5,V6)가 개방된다. 따라서, 잔여가스가 추가 잔여가스 유출구(8)와 에틸렌-글리콜 버블러(9)를 통해 흐른다. 그런 후, 펌프(4)는 예컨대 양방향 밸브(V1)를 통해 질소의 유입에 의해 건조될 수 있다.

당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명은 상술한 예에 국한되지 않는다. 대신, 본 발명의 실시예는 특허청구범위내에서 자유롭게 변할 수 있다.

Claims (3)

1. 반응챔버(1)와, 상기 반응챔버에 처리가스를 주입하기 위한 가스 유입구(2)와, 잔여가스 유출구(3)와, 상기 잔여가스 유출구를 통해 상기 반응챔버로부터 잔여가스를 배기하며 약 100 밀리바 이하의 압력을 상기 반응챔버에 생성 및 유지할 수 있는 펌프(4)를 구비하는 HVPE 반응기 장치로서,
   상기 반응기 장치는 펌프 내부면에 상기 잔여가스의 시약의 가능한 기생 증착을 용해시키기 위해 상기 펌프에 용해 유체를 공급하기 위한 수단(6,7,V2,V3)을 구비하는 것을 특징으로 하는 HVPE 반응기 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 펌프에 용해 유체를 공급하기 위한 수단은 상기 펌프(4) 유입구에 흐름 연결된 용해 유체용기(6,7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 HVPE 반응기 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 반응기 장치는 추가 잔여가스 유출구(8) 다음에 상기 잔여가스를 배기하기 위한 다른 잔여가스 배기경로로서 역할을 하는 에틸렌-글리콜 버블러(9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 HVPE 반응기 장치.

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