KR20110022859A - 유기금속기상증착용 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 유기금속기상증착용 장치에 있어서, 반응로; 반응로 내에 위치하며, 복수 개의 기판이 놓이고, 중공인 서셉터; 서셉터 상부에 위치하며, 반응로로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치에 관한 것이다.

전기전자, 반도체, MOCVD, 서셉터, 장치, 중공, 반응, 가스, 정체, 유기금속

Description

유기금속기상증착용 장치{METALORGANIC CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION APPARATUS}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 유기금속기상증착용 장치 관한 것으로, 특히 반도체 발광소자를 제조하는데 사용되는, 중공의 서셉터를 가지는 유기금속기상증착용 장치에 관한 것이다.

여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 서도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물롤 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides backgound informaton related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

도 1은 종래의 유기금속기상증착용(MOCVD) 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반응로(1) 내에서, 한 장의 기판(100)이 서셉터 또는 기판 홀더(2)의 포 켓(3)에 놓여 있다. 반응로(1)의 온도는 서셉터(2)의 아래에 위치하는 히터(4)에 의해 조절되며, 공급관(5)을 통해 반도체층 성장을 위한 원료 물질(반응 가스)을 공급함으로써 반도체층의 성장이 이루어진다. 이러한 MOCVD 장치의 일 예가 미국특허 제5,334,277호에 기재되어 있다.

도 2는 국제공개공보 WO2007/076195호에 기재되어 있는 MOCVD 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반응로(1) 내에, 서셉터(2) 위에 기판(100)이 놓여 있으며, 공급 밸브(5a,5b)를 조절하여 반응 가스를 반응 가스 공급 구조 또는 샤워 헤드(6)를 통해 공급함으로써 기판(100) 위에 증착이 이루어진다. 공급된 반응 가스는 펌프(7)에 의한 흡입력에 의해 서셉터(2)의 외주연 측을 통해 반응로(1) 밖으로 배출된다.

도 3은 국제공개공보 WO2007/060159호에 기재되어 있는 MOCVD 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 서셉터(2) 위에 복수 개의 기판(100)이 놓여 있으며, 반응 가스 공급 구조(6)를 통해 복수 개의 기판(100)에서 증착이 이루어진다. 반응 가스 공급 구조(6)는 복수 개의 기판(100) 전체에 반응 가스를 공급하기 위한 구조를 가지고 있으며, 반응 가스는 공급관(5c,5d)을 통해 공간(6a,6b)으로 유입되며, 공급관(5e,5f)을 통해 반응로(1)로 공급된다. 반응된 반응 가스는 도 1 및 도 2에서와 마찬가지로 서셉터(2)의 외주연 측을 통해 반응로(1) 밖으로 배출된다.

최근 MOCVD 장치 제조 기술의 향상, MOCVD 증착 기술의 향상 및 대량 생산의 필요에 따라, 하나의 서셉터(2) 위에 보다 많은 장수의 기판(100)을 배치하여 한번에 증착하는 것이 요구되고 있다. 예를 들어 36장이 한번에 투입되는 MOCVD 장치가 출시되고 있다. 또한 2인치 기판에서, 4인치 및 6인치 기판으로 기판이 커지고 있다.

보다 큰 서셉터(2)를 구비한 MOCVD 장치의 제조는 여러가지 제약을 극복해야 하는데, 예를 들어 1000℃와 같이 높은 온도를 히터(4; 도 1참조)를 통해 서셉터(2) 전체에 걸쳐(복수 개의 기판(100)에 전체에 걸쳐) 균일하게 유지해야 하며, 반응 가스의 흐름 또한 복수 개의 기판(100) 전체에서 균일하게 증착이 이루어지도록 해야한다. 그러나 서셉터(2)가 커짐에 따라 열적으로 서셉터(2)를 균일하게 유지하기 점점 어려워지며, 반응 가스가 서셉터(2) 위에 정체하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 유기금속기상증착용 장치에 있어서, 반응로; 반응로 내에 위치하며, 복수 개의 기판이 놓이고, 중공인 서셉터; 서셉터 상부에 위치하며, 반응로로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치가 제공된다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 4 및 도 5는 본 개시에 따른 MOCVD 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반응로(10) 내에서, 서셉터(20) 상에 복수 개의 기판(100; 예를 들어 사파이어 기판)이 놓여 있으며, 서셉터(2) 위에 반응 가스 공급 구조(60)가 구비되어 있다. 서셉터(20)는 종래와 달리 디스크 구조가 아니라 중공(hollow)의 도넛 형태를 가지며, 중공의 서셉터(20)를 따라 그 하부에 히터(40)가 배치되어 있다.

중공의 서셉터(20)를 구비함으로써, 반응 가스 공급 구조(60)로부터 반응로(10) 내로 공급된 반응 가스는 반응 후 중공의 서셉터(20)의 외주연 측 뿐만이 아니라 중앙 개구부(70)를 통해서도 배출될 수 있게 된다. 따라서 서셉터(20)가 커지는 경우에도 반응 가스가 서셉터(20) 위에서 정체되지 않고 원활하게 반응로(10) 외부로 배출되는 것이 가능하다. 또한 히터(40)가 중공의 서셉터(20)를 따라 배치되므로, 종래에 서셉터(20)의 중심에서 열이 모이는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 히터(40)의 제어에 유연성을 가질 수 있게 된다.

종래에 반응 가스의 정체 현상 및 반응로의 균일한 가열의 어려움으로 인해 서셉터를 크게 하는 것 즉, 기판(100)의 수를 늘리는 것에 한계가 있었으나, 본 개시에서와 같이 중공의 서셉터(20)를 이용함으로써, 이러한 제약을 극복할 수 있게 된다.

바람직하게는 반응 가스를 중앙 개구부(70)로 안내하는 가이드(80)를 중앙 개구부(70) 상부에 구비하며, 가이드(80)는 중앙 개구부(70) 측으로 흐르는 반응 가스를 중앙 개구부(70)를 통해 반응로(10)로 밖으로 안내하는 한편, 중앙 개구부(70) 측으로 흐르는 반응 가스가 대향하는 서셉터(20) 측으로 흐르지 않도록 하는 것을 확실히 보장하는 역할을 한다.

또한 반응 가스 공급 구조(60)를 복수 개의 공간(60a,60b,60c,60d)으로 나누어 구성할 수 있으며, 이를 통해 반응 가스의 공급 제어를 원활히 할 수 있게 되며, 바람직하게는 복수 개의 공간(60a,60b,60c,60d) 각각을 모듈화함으로써 고가의 반응 가스 공급 구조(60)의 고장시 비용을 줄일 수 있게 되며, 이는 MOCVD 장치가 대형화하는 경우에 매우 필요하다 할 것이다.

도 6은 본 개시에 따른 MOCVD 장치의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 4에 도시된 가이드(80)와 달리, 서셉터(20)가 형성하는 중앙 개구부(70) 상부에 위치하여, 반응 가스를 서셉터(20)의 외주연 측으로 안내하는 가이드(90)가 구비되어 있다. 종래에서와 같이 서셉터(20)의 외주연 측으로만 반응 가스가 배출되지만, 서셉터(2)의 중심에서의 반응 가스의 정체를 해소할 수 있으며, 서셉터(20) 중심에서의 열의 몰림도 해소할 수 있게 된다. 미설명 부호는 도 4 및 도 5에서와 마찬가지로, 10은 반응로, 40은 히터, 60은 반응 가스 공급 구조, 100은 기판이다.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 반응 가스 공급 구조에 구비되며, 반응 가스를 서셉터가 형성하는 중앙 개구부로 안내하는 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치. 이러한 구성을 통해, 반응 가스의 정체 현상을 해소하고, 서셉터 중심의 열적 문제를 해소할 수 있게 된다.

(2) 가이드는 중앙 개구부를 향하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치. 이러한 구성을 통해, 반응 가스의 중앙 개구부를 통한 방출을 확실히 보장할 수 있게 된다.

(3) 반응 가스 공급 구조에 구비되며, 서셉터가 형성하는 중앙 개구부 상부에 위치하여, 반응 가스를 서셉터의 외주연 측으로 안내하는 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.

(4) 서셉터에 하부에 위치하며, 서셉터를 따라 배치되는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치. 이러한 구성을 통해, 중공의 서셉터 상에 놓이는 복수 개의 기판으로의 열 공급 내지는 반응로 내의 온도 조절을 원활히 할 수 있게 된다.

(5) 반응 가스 공급 구조는 복수 개의 공간으로 나뉘어져 있는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치. 이러한 구성을 통해, 중공의 서셉터로의 반응 가스 공급을 원활히 하는 한편, 샤워 헤드 고장시 수리를 용이하게 할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 유기금속기상증착용(MOCVD) 장치의 일 예를 나타내는 도면,

도 2는 국제공개공보 WO2007/076195호에 기재되어 있는 MOCVD 장치의 일 예를 나타내는 도면,

도 3은 국제공개공보 WO2007/060159호에 기재되어 있는 MOCVD 장치의 일 예를 나타내는 도면,

도 4 및 도 5는 본 개시에 따른 MOCVD 장치의 일 예를 나타내는 도면,

도 6은 본 개시에 따른 MOCVD 장치의 다른 예를 나타내는 도면.

Claims (6)

1. 유기금속기상증착용 장치에 있어서,

   반응로;

   반응로 내에 위치하며, 복수 개의 기판이 놓이고, 중공인 서셉터;

   서셉터 상부에 위치하며, 반응로로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 구조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   반응 가스 공급 구조에 구비되며, 반응 가스를 서셉터가 형성하는 중앙 개구부로 안내하는 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   가이드는 중앙 개구부를 향하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   반응 가스 공급 구조에 구비되며, 서셉터가 형성하는 중앙 개구부 상부에 위치하여, 반응 가스를 서셉터의 외주연 측으로 안내하는 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,

   서셉터에 하부에 위치하며, 서셉터를 따라 배치되는 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,

   반응 가스 공급 구조는 복수 개의 공간으로 나뉘어져 있는 것을 특징으로 하는 유기금속기상증착용 장치.

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