KR20110116900A - 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치 - Google Patents

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Abstract

히터로부터 발생되는 열이 차폐막으로 전달는 것을 차단하여 서셉터의 모재를 별도로 가공하지 않고 히터를 설치하도록 한 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치가 개시된다.
서셉터는 판상으로 이루어져 일면에 기판을 지지하는 지지판;상기 지지판의 이면에 배치되어 상기 지지판을 가열하여 가열된 상기 지지판에 의해 상기 기판이 가열되도록 하는 히터;상기 히터로부터 상기 히터의 측방으로 이격되며, 일단부가 상기 지지판의 테두리부에 결합되어 상기 지지판을 지지하는 차폐막; 및 상기 차폐막의 상기 히터에 대응되는 위치에 결합되어 상기 히터로부터 방출되는 열이 상기 차폐막으로 전달되는 것을 차단하는 단열판;을 포함한다.

Description

서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치{Suscepter and apparatus for chemical vapor deposition using the same}
본 발명은 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 Ⅲ-V족 재료를 이용하여 질화물 층을 기판 상에 형성하는 데 사용되는 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치에 관한 것이다.
질화물 재료는 발광소자를 제조하기 위한 재료로 가장 잘 알려진 것이다. 질화물 재료를 이용한 발광소자의 적층구조는 일반적으로 사파이어와 같은 기판 상에 GaN 결정으로 이루어지는 버퍼층과, n형 GaN 결정으로 이루어지는 n형 도핑층과, InGaN 으로 이루어지는 활성층과, p형 GaN으로 형성되는 p형 도핑층이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 그리고 각각의 층은 화학기상 증착장치에서 차례로 적층된다.
도 1은 종래의 화학기상 증착장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 화학기상 증착장치(100)는 처리공간(111)을 제공하는 챔버(110), 원료가스와 캐리어가스가 혼합된 공정가스(G)를 챔버(110) 내부로 분사하는 샤워헤드(120) 및 샤워헤드(120)에 대향되어 기판(10)을 지지하는 서셉터(130)를 포함한다.
이러한 화학기상 증착장치(100)는 샤워헤드(120)를 통해 처리공간(111)으로 공정가스(G)를 분사하고, 서셉터(130)에 지지되는 기판(10) 상에 원료물질이 증착되도록 하여 기판(10)에 각 층을 성장한다. 이때, 원료물질을 기판(10)의 표면에 원활하게 반응시키기 위해, 챔버(110)와 기판(10)을 가열하여 처리공간(111)의 온도와 기판(10) 표면의 온도를 조절한다.
따라서 서셉터(130)의 내측에는 히터(140)가 설치되며, 서셉터(130)는 히터(140)의 측방에 배치되는 차폐막(150)을 포함한다. 차폐막(150)은 공정가스(G)가 지지판(231)의 하부로 침투하여 불필한 곳에서 원료물질이 증착되는 것을 방지한다. 하지만 차폐막(150)을 히터(140)의 측방에 배치하면, 히터(140)로부터 방출되는 열에 의해 차폐막(150)의 물성이 변질되어 지지판(231)을 안정적으로 지지하지 못하는 문제점이 발생된다.
따라서, 서셉터(130)는 히터의 두께보다 뚜꺼운 판상의 모재를 마련하고, 히터(140)가 설치되는 데 필요한 공간을 형성하기 위해 모재를 가공하는 방법으로 제작하며, 차폐막(150)을 히터(140)의 측방으로부터 낮게 설치하여 히터(140)로부터 발생되는 열이 차폐막(150)으로 전달되는 것을 방지한다.
하지만, 서셉터(130)로 사용될 모재를 가공함에 따라, 가공비의 지출로 인한 설비 투자비용이 상승되는 문제점이 발생되며, 서셉터(130)의 테두리부(도 1에 표기된 "I" 부)에 가공응력이 잔존함에 따라 크랙이 발생되어 서셉터(130)의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
또한, 서셉터(130)로 사용될 모재의 가공에 따라 서셉터(130) 내부의 체적이 증가하여 챔버(110) 내부의 진공 배기 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 히터로부터 발생되는 열이 차폐막으로 전달는 것을 차단하여 서셉터의 모재를 별도로 가공하지 않고 히터를 설치하도록 한 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
서셉터는 판상으로 이루어져 일면에 기판을 지지하는 지지판;상기 지지판의 이면에 배치되어 상기 지지판을 가열하는 히터;상기 히터의 측방으로 이격되며, 일단부가 상기 지지판의 테두리부에 결합되어 상기 지지판을 지지하는 차폐막; 및 상기 차폐막의 상기 히터에 대응되는 위치에 결합되어 상기 히터로부터 방출되는 열이 상기 차폐막으로 전달되는 것을 차단하는 단열판;을 포함한다.
상기 차폐막은 석영으로 이루어지며, 상기 단열판은 석영보다 용융점이 높은 금속재로 이루어질 수 있다.
상기 단열판은 그라파이트(Graphite)로 이루어질 수 있다.
상기 차폐막의 타단부에 결합되어 상기 차폐막을 지지하는 베이스를 더 포함할 수 있다.
한편, 화학기상 증착장치는 기판의 처리공간을 형성하는 챔버;상기 처리공간의 일측에 배치되어 공정가스를 상기 챔버 내부로 분사하는 샤워헤드; 및 상기 샤워헤드에 대향되는 상기 처리공간의 타측에 배치되어 상기 기판을 지지하는 서셉터를 포함하되, 상기 서셉터는 판상으로 이루어져 상기 샤워헤드를 향한 일면에 기판을 지지하는 지지판;상기 지지판의 이면에 배치되어 상기 지지판을 가열하는 히터;상기 히터의 측방으로 이격되며, 일단부가 상기 지지판의 테두리부에 결합되어 상기 지지판을 지지하는 차폐막; 및 상기 차폐막의 상기 히터에 대응되는 위치에 결합되어 상기 히터로부터 방출되는 열이 상기 차폐막으로 전달되는 것을 차단하는 단열판;을 포함한다.
상기 차폐막은 석영으로 이루어지며, 상기 단열판은 석영보다 용융점이 높은 금속재로 이루어질 수 있다.
상기 단열판은 그라파이트(Graphite)로 이루어질 수 있다.
상기 화학기상 증착장치는 상기 챔버의 타내측벽에 연통되는 배기관; 및 상기 배기관을 통해 상기 처리공간을 진공배기시키는 진공펌프;를 더 포함하며, 상기 서셉터는 상기 차폐막의 타단부에 결합되어 상기 차폐막을 지지하는 베이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치는 설비 투자비용이 절감되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치는 서셉터의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치는 챔버 내부의 진공 배기 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 화학기상 증착장치를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치 중 서셉터와 제2 히터의 결합관계를 나타낸 분해 사시도이다.
이하, 본 실시예에 따른 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 간략하게 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치 중 서셉터와 제2 히터의 결합관계를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 화학기상 증착장치(200)는 기판(10)의 처리공간(211)을 제공하는 챔버(210)를 포함한다. 처리공간(211)의 상부에는 샤워헤드(220)가 배치되며, 처리공간(211)의 하부에는 서셉터(230)가 배치된다. 챔버(210)의 하부에는 회전모터(240)가 배치되며, 회전모터(240)의 회전축은 챔버(210)를 관통하여 서셉터(230)를 지지한다. 그리고 챔버(210)의 내측벽에는 제1 히터(250)가 내장되며, 서셉터(230)의 내측에는 제2 히터(232)가 내장된다.
챔버(210)는 처리공간(211)의 기밀이 유지되도록 구성되되, 기판(10)의 출입이 가능하게 마련되는 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 챔버(210)는 상부챔버(212)와 하부챔버(213)로 분리되어 상부챔버(212)와 하부챔버(213) 중 어느 하나가 나머지 하나에 대해 승강가능하게 설치되어 처리공간(211)의 개폐가 가능하도록 구성된다. 도시되지 않았지만, 다른 실시예로 챔버(210)는 일측벽에 개구부가 형성되고 개구부에 게이트밸브를 설치하여 기판(10)의 출입이 가능하게 구성될 수 있다.
그리고 챔버(210)의 외부에는 처리공간(211)의 진공배기를 수행하는 진공펌프(260)가 배치되며, 챔버(210)의 하부벽에는 진공펌프(260)로부터 연장되는 배기관(270)이 관통하여 처리공간(211)에 연통된다.
제1 히터(250)는 처리공간(211)에서 챔버(210)의 내측벽을 가열함으로써 처리공간(211)의 내부온도가 조절되도록 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 히터(250)는 종방향의 나선형으로 배치되는 열선, 또는 내부에 가열된 유체가 흐르는 배관의 형태로 마련될 수 있으며, 다른 실시예로 도시되지 않은 히팅 블록의 형태로 마련될 수 있다.
샤워헤드(220)는 챔버(210)의 외부로부터 공급되는 공정가스(G)를 처리공간(211)으로 분사하는 것으로, 챔버(210)의 상부벽을 관통하는 공급관(221)에 연통되고 처리공간(211)을 향해 개구되는 복수의 분사구(222)가 형성된다. 이러한 샤워헤드(220)는 공정가스(G)를 처리공간(211)으로 균일하게 분사되도록 한다.
샤워헤드(220)를 통해 처리공간(211)으로 분사되는 공정가스(G)에는 Ⅲ족 가스(트리메탈갈륨(Trimethyl-gallium;TMGa), 트리메탈인듐(Trimethyl-Indium;TMI), 트리메탈알루미늄(Trimethyl-aluminium;TMA) 가스 중 어느 하나)가 포함될 수 있으며, Ⅴ족 가스(암모니아(NH3) 가스)가 포함될 수 있다.
따라서 공급관(221)은 Ⅲ족 가스가 포함된 공정가스(G)와 Ⅴ족 가스가 포함된 공정가스(G)를 각각 별도의 경로로 샤워헤드(220)로 공급하기 위해 복수개로 마련되며, 샤워헤드(220)는 Ⅲ족 가스가 포함된 공정가스(G)와 Ⅴ족 가스가 포함된 공정가스(G)를 각각 별도의 경로로 처리공간(211)으로 분사하기 위한 복층구조를 가질 수 있다.
서셉터(230)는 원형의 판상으로 마련되는 지지판(231)을 포함한다. 지지판(231)은 제2 히터(232)에 의해 가열되므로, 내열성이 뛰어난 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 내열성이 뛰어난 재료로는 금속재, 또는 그라파이트(Graphite) 등이 있다.
이러한 지지판(231)의 상면에는 기판(10)이 수용되는 수용홈(231a)이 형성된다. 수용홈(231a)은 지지판(231)의 상면에 복수의 기판(10)을 함께 지지하도록 복수개로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 수용홈(231a)에는 진공력에 의해 기판을 지지하는 진공척, 정전력에 의해 기판을 지지하는 정전척, 점착력에 의해 기판을 지지하는 점착척 등과 같은 기판 지지수단이 설치되어 수용홈에 안치된 기판을 보다 안정적으로 지지하는 것이 바람직하다. 진공척, 정전척 및 점착척은 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
회전모터(240)는 회전축이 지지판(231)에 결합되어 지지판(231)을 회전시킨다. 이렇게 지지판(231)이 회전가능함으로써, 지지판(231)에 지지되는 복수의 기판(10)에 증착되는 각 층은 균일한 두께로 성장될 수 있다.
제2 히터(232)는 지지판(231)의 하측에 배치되어 지지판(231)을 가열함으로써, 가열된 지지판(231)에 의해 기판(10)이 가열되도록 한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제2 히터(232)는 횡방향의 나선형으로 배치되는 열선, 또는 내부에 가열된 유체가 흐르는 배관의 형태로 마련될 수 있으며, 다른 실시예로 도시되지 않은 히팅 블록의 형태로 마련될 수 있다.
한편, 서셉터(230)는 중공이 형성된 원통형으로 마련되어 제2 히터(232)로부터 제2 히터(232)의 측방으로 이격되며, 지지판(231)의 테두리부를 지지하는 차폐막(233)을 포함한다. 그리고 서셉터(230)는 차폐막(233)을 지지하며, 회전모터(240)의 회전축이 관통되는 관통홀(234a)이 형성되는 베이스(234)를 포함한다.
차폐막(233)은 공정가스(G)가 지지판(231)의 하부로 유입되어 회전모터(240)의 회전축, 제2 히터(232), 지지판(231)의 하부면과 같은 불필요한 곳에 원료물질이 증착되는 것을 방지한다. 또한, 차폐막(233)은 회전모터(240)의 회전축에 의해 중심부가 지지되는 지지판(231)의 테두리부를 지지하므로, 회전되는 지지판(231)에 편심이 발생되는 것을 방지한다. 또한, 차폐막(233)은 지지판(231) 및 베이스(234)에 결합됨으로써, 지지판(231)의 하부의 체적을 줄여 처리공간(211)의 진공 배기 효율이 향상되도록 한다. 이러한 차폐막(233)은 공정가스(G)에 포함된 원료가스와 화학적으로 반응하지 않는 석영으로 이루어지는 것이 바람직하다.
차폐막(233)의 내주면에는 제2 히터(232)의 측방에 대응되는 위치에 결합홈(233a)이 형성되며, 서셉터(230)는 중공이 형성된 원통형으로 마련되어 결합홈(233a)에 결합되는 단열판(235)을 포함한다. 단열판(235)은 제2 히터(232)로부터 발생되는 열이 차폐막(233)으로 전달되는 것을 차단하여 차폐막(233)이 열에 의해 물성이 변질되는 것을 방지한다. 단열판(235)은 석영보다 용융점이 높은 금속재, 또는 그라파이트와 같은 내열성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시예에 따른 서셉터 및 이를 이용한 화학기상 증착장치의 작동에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 기판(10)은 챔버(210)의 내부로 반입되어 서셉터(230)에 안치된다. 즉, 기판(10)은 수용홈(231a)에 수용되고, 기판 지지수단(미도시)에 의해 수용홈(231a) 내부에 견고하게 지지된다. 이와 같이 기판(10)이 서셉터(230)에 안치되면 처리공간(211)은 밀폐된다.
계속해서, 제1 히터(250)는 열을 방출하여 챔버(210)의 내측벽을 가열한다. 챔버(210)의 내측벽이 가열됨에 따라 처리공간(211)의 온도는 상승된다. 이와 함께, 제2 히터(232)는 기판(10)을 가열하기 위해 열을 방출한다. 제2 히터(232)로부터 방출되는 열은 지지판(231)으로 전달되어 지지판(231)을 가열한다. 지지판(231)으로 전달된 열은 기판(10)으로 전달되어 기판(10)의 온도를 상승시킨다.
이때, 제2 히터(232)로부터 방출되는 열은 지지판(231)으로 전달됨과 동시에, 차폐막(233)으로 전달될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이 제2 히터(232)의 측방에 대응되는 위치에는 단열판(235)이 결합되어 있다. 따라서 단열판(235)은 차폐막(233)으로는 열이 전달되는 것을 차단하며, 차폐막(233)이 제2 히터(232)로부터 방출되는 열에 의해 물성이 변질되는 것이 방지하여 지지판(231)의 지지상태를 견고하게 유지할 수 있도록 한다.
계속해서, 공정가스(G)는 공급관(221)을 통해 샤워헤드(220)로 공급되며, 샤워헤드(220)를 통해 처리공간(211)으로 분사된다. 이와 함께 진공펌프(260)는 배기관(270)을 통해 챔버(210) 내부를 진공 배기시킨다. 공정가스(G)는 샤워헤드(220)에 의한 분사력에 진공펌프(260)의 진공배기력이 더해져 서셉터(230)에 지지되는 기판(10)으로 원활하게 전송되며, 공정가스(G)에 포함된 원료물질은 기판(10)의 표면에 반응하여 기판(10) 상에 증착된다.
이때, 지지판(231)의 하부에는 차폐막(233) 및 베이스(234)가 결합되어 있으므로, 잔여 공정가스(G)는 지지판(231)의 하부로 침투하지 못하며, 배기관(270)을 통해 챔버(210)의 외부로 원활하게 배출된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(200)는 단열판(235)에 의해 차폐막(233)으로 전달되는 열을 차단하며 공정을 수행할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(200)는 서셉터(230)의 모재를 가공하지 않고 판상의 모재를 지지판(231)으로 사용함으로써, 서셉터(230)의 제조비용을 절감할 수 있으며, 서셉터(230)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(200)는 지지판(231), 차폐막(233) 및 베이스(234)에 의해 서셉터(230)의 외형을 형성하는 체적을 최소화하여 진공배기 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상술된 서셉터(230)는 본 실시예에 따른 화학기상 증착장치(200) 이외에, 기판(10)을 가열하여 기판(10)에 소정의 처리를 가하는 장치(예를 들어, 기판 식각장치 등)에 사용될 수 있다.
200 : 화학기상 증착장치 210 : 챔버
220 : 샤워헤드 230 : 서셉터
231 : 지지판 232 : 제2 히터
233 : 차폐막 234 : 베이스
235 : 단열판

Claims (8)

  1. 판상으로 이루어져 일면에 기판을 지지하는 지지판;
    상기 지지판의 이면에 배치되어 상기 지지판을 가열하는 히터;
    상기 히터의 측방으로 이격되며, 일단부가 상기 지지판의 테두리부에 결합되어 상기 지지판을 지지하는 차폐막;및
    상기 차폐막의 상기 히터에 대응되는 위치에 결합되어 상기 히터로부터 방출되는 열이 상기 차폐막으로 전달되는 것을 차단하는 단열판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 차폐막은 석영으로 이루어지며, 상기 단열판은 석영보다 용융점이 높은 금속재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단열판은 그라파이트(Graphite)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 차폐막의 타단부에 결합되어 상기 차폐막을 지지하는 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 기판의 처리공간을 형성하는 챔버;
    상기 처리공간의 일측에 배치되어 공정가스를 상기 챔버 내부로 분사하는 샤워헤드;및
    상기 샤워헤드에 대향되는 상기 처리공간의 타측에 배치되어 상기 기판을 지지하는 서셉터를 포함하되,
    상기 서셉터는
    판상으로 이루어져 상기 샤워헤드를 향한 일면에 기판을 지지하는 지지판;
    상기 지지판의 이면에 배치되어 상기 지지판을 가열하는 히터;
    상기 히터의 측방으로 이격되며, 일단부가 상기 지지판의 테두리부에 결합되어 상기 지지판을 지지하는 차폐막;및
    상기 차폐막의 상기 히터에 대응되는 위치에 결합되어 상기 히터로부터 방출되는 열이 상기 차폐막으로 전달되는 것을 차단하는 단열판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차폐막은 석영으로 이루어지며,
    상기 단열판은 석영보다 용융점이 높은 금속재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 단열판은 그라파이트(Graphite)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버의 타내측벽에 연통되는 배기관;및
    상기 배기관을 통해 상기 처리공간을 진공배기시키는 진공펌프;를 더 포함하며,
    상기 서셉터는 상기 차폐막의 타단부에 결합되어 상기 차폐막을 지지하는 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130078976A (ko) * 2012-01-02 2013-07-10 주성엔지니어링(주) 공정 챔버
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CN108342691A (zh) * 2018-05-21 2018-07-31 深圳市原速光电科技有限公司 一种加热装置及一种真空镀膜系统

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