KR20110133169A - Source supplying apparatus and substrate treating apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원료 물질 공급 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 원료 물질을 공급하고 기판의 온도를 조절할 수 있는 원료 물질 공급 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a raw material supply apparatus and a substrate processing apparatus having the same, and more particularly, to a raw material supply apparatus capable of supplying a raw material and controlling a temperature of a substrate, and a substrate processing apparatus having the same.
일반적으로, 반도체 소자, 표시 장치, 발광 다이오드 또는 박막 태양 전지 등을 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각 공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막 증착 공정 및 식각 공정 등은 진공 상태로 최적화된 기판 처리 장치에서 진행한다.In general, to manufacture a semiconductor device, a display device, a light emitting diode, or a thin film solar cell, a thin film deposition process for depositing a thin film of a specific material on a substrate, or a photo process for exposing or hiding selected areas of the thin film using a photosensitive material Then, an etching process of removing and patterning the thin film of the selected region is performed. Among these processes, a thin film deposition process and an etching process are performed in a substrate processing apparatus optimized in a vacuum state.
기판 처리 장치에서, 반응 공간을 가진 공정 챔버의 내부에 균일한 공정 가스를 분포시키기 위하여 가스 분배 장치를 사용한다. 일반적으로 기판 상에 박막을 증착시키기 위하여 주요한 방법으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Phase Deposition: CVD)을 사용한다. 또한, 증착 장비의 수를 감소시키고 생산 시간을 단축하기 위하여 둘 이상의 박막을 하나의 챔버에서 연속적으로 형성해야 한다.In a substrate processing apparatus, a gas distribution apparatus is used to distribute a uniform process gas inside a process chamber having a reaction space. In general, chemical vapor deposition (CVD) is used as a main method for depositing a thin film on a substrate. In addition, two or more thin films must be formed continuously in one chamber in order to reduce the number of deposition equipment and shorten the production time.
그런데, 박막의 증착 온도가 상이한 경우 일 박막 증착 후 온도 조절 시간이 필요하기 때문에 온도 조절 시간에는 박막 증착 공정을 진행할 수 없다. 예를 들어 발광 다이오드의 활성층이 GaN층과 InGaN층의 적어도 1회 적층되어 형성되는 경우 GaN층과 InGaN층의 증착 온도가 상이하기 때문에 공정 온도가 다른 두 챔버를 이용하거나, 단일 챔버를 이용하는 경우 온도를 저하 또는 상승시키기 위해 소정 시간의 온도 조절 시간이 필요하게 된다. 따라서, 온도 조절 시간 동안 생산 시간이 지연되어 생산성이 저하될 수 있다.
However, when the deposition temperature of the thin film is different, since the temperature control time is required after the deposition of one thin film, the thin film deposition process cannot be performed at the temperature control time. For example, when the active layer of the light emitting diode is formed by stacking at least one of the GaN layer and the InGaN layer, since the deposition temperature of the GaN layer and the InGaN layer is different, two chambers having different process temperatures or a single chamber are used. In order to lower or raise the temperature, a predetermined time of temperature control is required. Therefore, the production time is delayed during the temperature control time, thereby lowering the productivity.
본 발명은 일 챔버에서 둘 이상의 박막을 처리 공정을 진행할 수 있는 원료 물질 공급 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a raw material supply device and a substrate processing apparatus having the same that can process two or more thin films in one chamber.
본 발명은 일 챔버에서 처리 온도가 다른 둘 이상의 박막을 처리할 수 있고, 처리 시간을 단축할 수 있는 원료 물질 공급 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a raw material supply device capable of processing two or more thin films having different processing temperatures in one chamber and shortening processing time, and a substrate processing apparatus having the same.
본 발명은 적어도 둘 이상의 공정 가스를 공급하고 기판의 온도를 조절할 수 있는 가열 수단 및 냉각 수단을 구비하는 원료 물질 공급 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
The present invention provides a raw material supply apparatus having a heating means and a cooling means capable of supplying at least two or more process gases and adjusting the temperature of the substrate, and a substrate processing apparatus having the same.
본 발명의 일 양태에 따른 원료 물질 공급 장치는 적어도 2가지 이상의 원료 물질을 기판 상으로 분사하는 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부; 상기 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 가열 수단; 및 상기 가열 수단과 이격되어 상기 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 냉각 수단을 포함한다.Raw material supply apparatus according to an aspect of the present invention comprises at least two or more raw material injection unit for injecting at least two or more raw materials onto the substrate; At least one heating means provided between the at least two raw material injection parts; And at least one cooling means spaced apart from the heating means and provided between the at least two raw material injection portions.
상기 원료 물질 분사부는, 각기 다른 원료 물질을 제공받는 내부 공간과 내부 공간에서 연장된 분사 노즐을 포함하는 다수의 분사부와, 냉매 이동 공간이 마련되고, 상기 이동 공간을 관통하는 복수의 분사홈을 포함하는 냉각부를 구비하고, 상기 다수의 분사부와 상기 냉각부가 적층되고, 상기 분사홈 각각이 상기 다수의 분사부의 분사 노즐에 각기 대응된다.The raw material injection unit may include a plurality of injection units including an injection space extending from an internal space and an internal space receiving different raw materials, a refrigerant moving space, and a plurality of injection grooves passing through the moving space. And a plurality of jetting parts and the cooling parts are stacked, and each of the injection grooves corresponds to injection nozzles of the plurality of injection parts, respectively.
상기 적어도 하나의 가열 수단 및 냉각 수단은 상기 적어도 하나의 원료 물질 분사부를 사이에 두고 인접하게 배치되거나 교차 배치된다.The at least one heating means and the cooling means are disposed adjacent to each other or intersect with the at least one raw material injection therebetween.
상기 적어도 하나의 가열 수단 및 냉각 수단은 폭이 동일하거나 서로 다르다.The at least one heating means and cooling means are the same or different in width.
상기 원료 물질 분사부, 가열 수단 및 냉각 수단의 중심 영역에 마련된 보조 배기구를 더 포함한다.It further comprises an auxiliary exhaust port provided in the central region of the raw material injection portion, the heating means and the cooling means.
상기 복수의 원료 물질 분사부, 상기 적어도 하나의 가열 수단 및 냉각 수단은 분리 및 결합 가능하다.The plurality of raw material injection parts, the at least one heating means and the cooling means can be separated and combined.
상기 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부의 양측면에 돌출부가 형성되고, 상기 적어도 하나의 가열 수단 및 냉각 수단 각각의 양측면에 상기 돌출부에 대응되는 홈이 형성되어 상기 홈이 상기 돌출부에 삽입되어 상기 가열 수단 및 냉각 수단이 상기 원료 물질 분사부 사이에 체결된다.Protrusions are formed on both sides of the at least two raw material injection parts, and grooves corresponding to the protruding portions are formed on both sides of the at least one heating means and the cooling means, and the grooves are inserted into the protruding portions so that the heating means and cooling are performed. Means are fastened between the raw material injection parts.
상기 냉각 수단의 적어도 하나에는 하측에 온도 감지기가 마련된다.
At least one of the cooling means is provided with a temperature sensor underneath.
본 발명의 다른 양태에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버의 반응 공간에 위치하여 적어도 하나의 기판이 안치되는 기판 안치부; 및 상기 챔버의 반응 공간 내에 상기 기판 안치부와 대향되어 마련되어 적어도 2가지 이상의 원료 물질을 공급하고 상기 기판의 온도를 조절하는 원료 물질 공급 장치를 포함하고, 상기 원료 물질 공급 장치는 적어도 2가지 이상의 원료 물질을 기판 상으로 분사하는 복수의 원료 물질 분사부; 상기 복수의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 가열 수단; 및 상기 가열 수단과 이격되어 상기 복수의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 냉각 수단을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a substrate processing apparatus includes a chamber having a reaction space; A substrate setter positioned in the reaction space of the chamber and having at least one substrate placed therein; And a raw material supply device provided to face the substrate settlement unit in the reaction space of the chamber to supply at least two or more raw materials and to control the temperature of the substrate, wherein the raw material supply device includes at least two or more raw materials. A plurality of raw material spraying portions for spraying the material onto the substrate; At least one heating means provided between the plurality of raw material injection portions; And at least one cooling means spaced apart from the heating means and provided between the plurality of raw material injection portions.
상기 챔버의 하측에 배기 장치와 연결되는 배기구를 더 포함하고, 상기 기판 안치부는 상기 기판의 온도를 조절하는 온도 조절 수단을 더 포함한다.And an exhaust port connected to an exhaust device at a lower side of the chamber, and the substrate setter further includes temperature control means for adjusting a temperature of the substrate.
상기 온도 조절 수단은 상기 기판을 제 1 공정 온도로 가열하고, 상기 가열 수단은 상기 기판을 상기 제 1 공정 온도보다 높은 제 2 공정 온도로 가열하며, 상기 냉각 수단은 상기 기판을 상기 제 1 공정 온도와 제 2 공정 온도 사이의 제 3 공정 온도로 조절한다.The temperature adjusting means heats the substrate to a first process temperature, the heating means heats the substrate to a second process temperature higher than the first process temperature, and the cooling means heats the substrate to the first process temperature. And a third process temperature between and a second process temperature.
상기 기판 안치부는 회전하며 상기 기판 안치부에 안치된 상기 기판이 상기 가열 수단 및 상기 냉각 수단을 지나면서 가열 또는 냉각되고 상기 원료 물질 분사부를 지나면서 상기 기판 상에 박막이 증착된다.The substrate holder rotates and the substrate placed in the substrate holder is heated or cooled through the heating means and the cooling means, and a thin film is deposited on the substrate while passing through the raw material injection portion.
상기 원료 물질 공급 장치의 중심 영역에 마련되어 보조 배기 장치와 연결되는 보조 배기구를 더 포함한다.It further comprises an auxiliary exhaust port provided in the central region of the raw material supply device and connected to the auxiliary exhaust device.
상기 보조 배기구와 상기 보조 배기 수단 사이에 밸브가 더 마련되고, 상기 밸브에 의해 배기 압력이 조절된다.A valve is further provided between the auxiliary exhaust port and the auxiliary exhaust means, and the exhaust pressure is adjusted by the valve.
상기 보조 배기구와 상기 보조 배기 수단 사이에 상기 챔버 내의 미반응 원료 가스를 냉각하고, 그 내의 파티클을 포집하는 냉각 포집 장치가 더 마련된다.
A cooling collecting device is further provided between the auxiliary exhaust port and the auxiliary exhaust means to cool the unreacted raw material gas in the chamber and to collect particles therein.
본 발명은 적어도 둘 이상의 원료 물질을 공급하는 복수의 원료 물질 분사부와, 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 가열 수단 및 냉각 수단을 구비하는 원료 물질 공급 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다. 따라서, 기판이 안치되는 기판 안치판 내의 온도 조절 수단을 이용하여 기판을 제 1 공정 온도로 가열하고, 기판 안치판의 회전에 의해 회전하는 기판이 가열 수단에 의해 제 1 공정 온도보다 높은 제 2 공정 온도로 가열하며, 냉각 수단을 이용하여 기판을 제 1 공정 온도와 제 2 공정 온도 사이의 제 3 공정 온도로 냉각시킨다. 이렇게 기판을 제 2 공정 온도 또는 제 3 공정 온도로 유지한 후 가열 수단 또는 냉각 수단에 인접한 원료 물질 분사부를 통해 분사된 원료 물질에 의해 회전하는 기판 상에 제 1 박막 및 제 2 박막이 형성된다.The present invention provides a raw material supply device having a plurality of raw material injection parts for supplying at least two or more raw materials, and at least one heating means and cooling means provided between at least two or more raw material injection parts, and a substrate treatment having the same. Provide the device. Accordingly, the second process is performed by heating the substrate to the first process temperature using the temperature adjusting means in the substrate mounting plate on which the substrate is placed, and the substrate rotating by the rotation of the substrate mounting plate is higher than the first processing temperature by the heating means. Heated to a temperature, and cooling means is used to cool the substrate to a third process temperature between the first and second process temperatures. The first thin film and the second thin film are thus formed on the substrate which is rotated by the raw material sprayed through the raw material spraying portion adjacent to the heating means or the cooling means after maintaining the substrate at the second process temperature or the third process temperature.
본 발명에 의하면, 원료 물질 공급 장치를 이용하여 원료 물질을 공급하고 기판의 온도를 조절함으로써 기판의 온도 조절 후 박막 증착 공정을 시간 지연없이 연속적으로 실시할 수 있어 생산 시간을 줄일 수 있고, 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by supplying the raw material using the raw material supply device and by adjusting the temperature of the substrate, the thin film deposition process can be continuously performed without time delay after controlling the temperature of the substrate, thereby reducing the production time. Productivity can be improved.
또한, 원료 물질 공급 장치의 중앙 영역에 보조 배기구를 마련하고 보조 배기 장치를 연결할 수도 있다. 이렇게 챔버의 상측에 보조 배기구 및 보조 배기 장치를 마련함으로써 원료 물질의 공급 경로의 직진성을 향상시킨다. 이에 따라, 반응 영역 중앙부에서의 원료 물질의 공급 경로를 내외측으로 자연스럽게 유도하고, 원료 물질이 기판의 전면에 동일한 양으로 분포되어 기판의 위치에 따른 증착 균일성을 향상시킬 수 있다.
It is also possible to provide an auxiliary exhaust port in the central region of the raw material supply device and to connect the auxiliary exhaust device. Thus, by providing the auxiliary exhaust port and the auxiliary exhaust device on the upper side of the chamber, the straightness of the supply path of the raw material is improved. Accordingly, the supply path of the raw material in the center of the reaction region may be naturally guided to the inside and the outside, and the raw material may be distributed in the same amount on the entire surface of the substrate to improve deposition uniformity according to the position of the substrate.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치를 구비하는 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치의 개략 단면도, 평면도 및 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치의 가열 수단의 개략 단면도.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치의 다양한 변형 예의 개략 평면도.
도 11은 발광 다이오드의 단면도.
도 12 및 도 13는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치를 이용한 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분리 및 결합 가능한 원료 물질 공급 장치의 개략 사시도 및 결합 단면도.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치를 구비하는 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치의 개략 평면도 및 사시도.1 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing apparatus having a raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 is a schematic cross-sectional view, plan view and perspective view of a raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic cross-sectional view of the heating means of the raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 to 10 are schematic plan views of various modifications of the raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a light emitting diode.
12 and 13 are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a light emitting diode using a raw material supply device according to an embodiment of the present invention.
14 and 15 is a schematic perspective view and a cross-sectional view of the detachable and joinable raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
16 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing apparatus having a raw material supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
17 and 18 are schematic plan and perspective views of a raw material supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치를 설명하기 위한 단념 개념도이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치의 평면 개념도 및 개략 사시도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치에 이용되는 가열 수단의 개략 단면도이다.1 is a cross-sectional conceptual view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram illustrating a raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are a schematic conceptual view and a schematic perspective view of a raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention. And, Figure 5 is a schematic cross-sectional view of the heating means used in the raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 챔버(100)의 반응 공간에 위치하여 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 챔버(100)의 반응 공간에 서로 다른 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 장치(300)를 포함한다. 또한, 원료 물질 공급 장치(300)는 원료 물질 분사부(310)와, 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)을 포함한다. 1 to 4, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
챔버(100)는 내부 공간을 갖는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)에 착탈 가능하도록 결합되어 상기 반응 공간을 밀봉시키는 챔버 리드(120)를 구비한다. 챔버 몸체(110)는 상부가 개방된 통 형상으로 제작된다. 그리고, 챔버 리드(120)는 챔버 몸체(110)의 상부를 차폐하는 판 형상으로 제작된다. 여기서, 도시되지 않았지만, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 결합면에는 오링 또는 가스켓과 같은 별도의 밀봉 부재가 마련될 수 있다. 또한, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)를 결합 고정시키는 별도의 고정 부재가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 챔버 몸체(110)의 일측에는 기판(10)이 출입하는 출입구가 마련되고, 챔버 몸체(110)의 적어도 일 영역에는 적어도 하나의 배기구(130)가 마련된다. 배기구(130)는 배기 장치(미도시)와 연결되어 배기 장치에 의해 챔버(100) 내부의 압력이 조절되고 미반응 공정 가스 등을 배기할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 챔버(100)가 사용될 수 있다. 예를 들어 단일 몸체의 챔버를 사용할 수 있다.The
기판 안치부(200)는 적어도 하나의 기판(10)을 안치하는 기판 안치판(210)과, 기판 안치판(210) 내에 마련되어 기판(10)을 제 1 공정 온도로 제어하는 온도 조절 수단(220)과, 기판 안치판(210)을 승강시키는 안치판 구동부(240)와, 안치판 구동부(240)와 기판 안치판(210)간을 연결하는 연결축(230)을 구비한다. 또한, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 기판 안치판(210)은 판 형태로 제작되어 그 상부에 적어도 하나의 기판(10)이 안치된다. 예를 들어 기판 안치판(210) 상에 4개의 기판(10)이 안치되면 한번의 증착 공정을 수행하여 4개의 기판(10) 상에 박막을 증착할 수 있다. 이때, 기판 안치판(210)에 안치되는 기판(10)의 개수는 기판 안치판(210)의 사이즈와 기판(10)의 사이즈 등에 따라 조절될 수 있다. 또한, 기판(10)은 기판 안치판(210)의 중심을 기준으로 방사상 형태로 배치되는 것이 효과적이다. 즉, 기판 안치판(210)의 중심과 다수의 기판(10)들의 중심간의 거리가 각기 서로 동일하게 배치된다. 따라서, 기판 안치판(210)의 중심은 기판(10)이 안치되지 않은 공간이 마련된다. 한편, 기판(10)은 별도의 고정 장치에 의해 고정된 후 기판 안치판(210) 상에 안치될 수도 있다. 예를 들어 사파이어 기판을 이용하는 경우 복수의 기판 안착홈이 형성된 트레이(미도시) 내의 기판 안착홈에 사파이어 기판을 안착한 후 트레이를 기판 안치판(210) 상에 안치할 수도 있다. 이때, 기판 안치판(210)에는 기판(10) 또는 기판(10)이 안착된 트레이의 움직임을 고정하는 별도의 고정 수단이 마련될 수 있다. 또한, 기판 안치판(210) 내부에 마련된 온도 조절 수단(220)은 기판(10)을 가열하여 기판(10)을 제 1 공정 온도로 조절할 수 있다. 물론 온도 조절 수단(220)은 기판 안치판(210)의 내부 뿐만 아니라 표면에 위치할 수 있고, 기판 안치판(210) 외측에 위치할 수도 있다. 기판 안치판(210)은 안치판 구동부(230)에 의해 상승 및 하강하고 회전한다. 이를 통해 기판(10)의 공정 위치를 설정할 수 있고, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 수행할 수도 있다. 이때, 안치판 구동부(240)로 모터를 구비하는 스테이지를 사용할 수 있다. 그리고, 안치판 구동부(240)는 챔버(100)의 외측에 마련되는 것이 효과적이다. 이를 통해 안치판 구동부(240)의 움직임에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. 여기서, 연결축(230)에 의해 안치판 구동부(240)의 구동력(상승 및 하강력 그리고 회전력)이 기판 안치판(210)에 전달된다. 연결축(230)은 챔버(100)의 바닥면을 관통하여 기판 안치판(210)에 접속된다. 이때, 연결축(230)이 관통하는 챔버(100)의 관통홀 영역에는 챔버(100)의 밀봉을 위한 밀봉 수단(예를 들어, 밸로우즈)(140)이 마련될 수 있다.The
원료 물질 공급 장치(300)는 복수의 원료 물질을 분사하는 복수의 원료 물질 분사부(310)와, 적어도 두 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련되어 기판(10)을 제 2 공정 온도로 조절하기 위한 가열 수단(320)과, 적어도 두 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련되어 제 2 공정 온도를 유지하는 기판(10)의 온도를 제 1 공정 온도로 저하시키는 냉각 수단(330)을 포함한다. 즉, 기판 안치판(210)의 내부에 마련된 온도 조절 수단(220)에 의해 제 1 공정 온도로 가열된 기판(10)을 가열 수단(320)을 이용하여 제 2 공정 온도로 가열하고, 냉각 수단(330)은 제 2 공정 온도로 가열된 기판(10)을 제 1 공정 온도로 냉각시킨다. 물론, 가열 수단(320)은 일정한 제 2 공정 온도 뿐만 아니라 제 1 공정 온도보다 높은 다양한 제 2 공정 온도로 가열할 수 있고, 냉각 수단(330) 또한 다양한 제 2 공정 온도로 가열된 기판(10)을 제 1 공정 온도와 제 2 공정 온도 사이의 다양한 제 3 공정 온도로 냉각시킬 수 있다. 한편, 원료 물질 분사부(310)는 적어도 2개 이상의 마련되며, 2개 마련되는 경우 반원형으로 제작되고, 3개 이상 마련되는 경우 내측면의 폭이 좁고 외측으로 폭이 넓어지는 대략 부채꼴 형상으로 제작된다. 또한, 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)은 적어도 2개의 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련된다. 본 실시 예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 원료 물질 공급 장치(300)가 네개의 원료 물질 분사부(310a, 310b, 310c, 310d)와, 각각 두개의 가열 수단(320a, 320b) 및 냉각 수단(330a, 330b)을 포함하는 경우를 설명한다. 여기서, 각각 두개의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)은 서로 90°의 각도를 이루도록 배치된다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 가열 수단(320a)이 제 1 및 제 2 원료 물질 분사부(310a, 310b) 사이에 마련되고, 제 2 가열 수단(320b)이 제 2 및 제 3 원료 물질 분사부(310b, 310c)에 마련될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 냉각 수단(330a)이 제 3 및 제 4 원료 물질 분사부(310c, 310d) 사이에 마련되고, 제 2 냉각 수단(330b)이 제 4 및 제 1 원료 물질 분사부(310d, 310a)에 마련될 수 있다. 물론, 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)의 수와 배치는 공정 조건 등에 따라 다양하게 변경될 수 있는데, 이는 이후에 실시 예들을 통해 보다 상세히 설명하겠다. 한편, 원료 물질 공급 장치(300)에 원료 물질을 공급하는 원료 물질 저장부(400)를 구비할 수 있고, 원료 물질 공급 장치(300)의 원료 물질 냉각을 위한 냉매를 공급하는 냉매 저장부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 냉매 저장부에 저장된 냉매는 냉각 수단(330)에도 공급될 수 있다. The raw material supply device 300 may be provided between a plurality of raw
한편, 하기 설명에서는 2개의 원료 물질을 이용하여 기판 상에 이원계 화합물을 증착하는 장치를 중심으로 설명한다. 즉, 제 1 및 제 2 원료 물질 저장부(410, 420)를 구비하여 제 1 및 제 2 원료 물질 저장부(410, 420) 각각의 제 1 및 제 2 원료 물질을 각기 기판(10)에 분사한다. 물론 본 실시 예는 이에 한정되지 않고, 이보다 많은 수의 원료 물질을 사용할 수 있다. 제 1 원료 물질은 예를들어 발광 다이오드를 형성하기 위해 이용될 수 있는 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa), 비스시클로펜타다이닐마그네슘(biscyclopentadienylmagnesium; Cp2Mg), 트리메틸알루미늄(trimethyaluminum; TMAl) 및 트리메틸인듐(trimethylindium; TMIn) 등의 물질을 포함할 수 있고, 제 2 원료 물질은 질소(N2) 및 암모니아(NH3) 등의 질소 가스, SiH4 및 SiH6 등의 실리콘 가스 및 수소(H2) 등의 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 원료 물질 분사부(310a, 310b)는 예를 들어 제 1 원료 물질로서 트리메틸갈륨을 분사하고 제 2 원료 물질로서 질소 가스를 분사할 수 있으며, 제 3 및 제 4 원료 물질 분사부(310c, 310d)는 예를 들어 제 1 원료 물질로서 트리메틸갈륨 및 트리메틸인듐을 분사하고 제 2 원료 물질로 질소 가스를 분사할 수 있다. 따라서, 기판 안치판(210)의 회전에 의해 제 1 및 제 2 원료 물질 분사부(310a, 310b)를 지나는 기판(10) 상에는 예를 들어 GaN막이 형성될 수 있으며, 제 3 및 제 4 원료 물질 분사부(310c, 310d)을 지나는 기판(10) 상에는 예를 들어 InGaN막이 형성될 수 있다. 또한, GaN막의 증착 이전 및 중에 기판(10)이 가열 수단(320)에 의해 가열될 수 있고, InGaN막의 증착 이전 및 중에 기판(10)이 냉각될 수 있다. 이렇게 GaN막 및 InGaN막이 적층되고 필요에 따라 복수회 반복 적층되어 예를 들어 발광 다이오드의 활성층이 형성될 수 있다.Meanwhile, the following description will focus on an apparatus for depositing a binary compound on a substrate using two raw materials. That is, the first and second
원료 물질 분사부(310)는 제 1 및 제 2 원료 물질 공급관(412, 422)을 통해 제 1 및 제 2 원료 물질을 공급받아 이를 분리된 공간(또는 루트)를 통해 기판(10) 상에 분사한다. 그리고, 원료 물질 분사부(310)는 제 1 및 제 2 원료 물질을 냉각시켜 분사한다. 원료 물질 분사부(310)는 제 1 원료 물질 저장부(410)의 제 1 원료 물질을 제 1 원료 물질 공급관(412)을 통해 공급받아 이를 분사하는 제 1 분사부(311)와, 제 2 원료 물질 저장부(420)의 제 2 원료 물질을 제 2 원료 물질 공급관(412)을 통해 공급받아 이를 분사하는 제 2 분사부(312)와, 분사되는 원료 물질을 냉각시키는 냉각부(313)를 구비한다. 여기서, 제 1 및 제 2 분사부(311, 312) 그리고, 냉각부(313)가 상하로 적층된다. 이때, 도 1에서와 같이 냉각부(313)를 제 1 및 제 2 분사부(311, 312)와 기판 안치부(200) 사이에 위치시킨다. 이를 통해 기판 안치부(200)의 열에 의해 제 1 및 제 2 분사부(311, 312) 내의 원료 물질들이 분해되는 것을 방지할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 분사부는 원료 물질의 갯수에 따라 다양하게 변화할 수 있다.The raw
제 1 분사부(311)는 제 1 원료 물질을 제공받는 제 1 내부 공간(A)을 갖는 제 1 분사 몸체(311-1)와, 분사 몸체(311-1)에서 연장된 다수의 제 1 분사 노즐(311-2)을 구비한다. 제 2 분사부(312)는 제 2 원료 물질을 제공받는 제 2 내부 공간(B)을 갖는 제 2 분사 몸체(312-1)와, 분사 몸체(312-1)에서 연장된 다수의 제 2 분사 노즐(312-2)을 구비한다. 그리고, 냉각부(313)는 그 내부에 냉매가 이동하는 냉매 이동 공간(C)을 갖는 냉각 몸체(313-1)와, 제 1 분사 노즐(311-2)에 연동된 제 1 분사 홈(313-2)과, 제 2 분사 노즐(312-2)에 연통된 제 2 분사홈(313-3)을 구비한다. 제 1 분사부(311)의 제 1 분사 몸체(311-1)에는 제 1 원료 물질을 제공 받는 제 1 원료 물질 주입구(311-3)가 마련된다. 제 1 원료 물질 주입구(311-3)는 챔버 리드(120)를 관통하는 제 1 원료 물질 공급관(412)을 통해 제 1 원료 물질 저장부(410)에 연결된다. 또한, 제 2 분사부(311)의 제 2 분사 몸체(312-1)에는 제 2 원료 물질을 제공받는 제 2 원료 물질 주입구(312-3)가 마련된다. 제 2 원료 물질 주입구(312-3)는 제 1 분사부(311)의 제 1 내부 공간(A)과 챔버 리드(120)를 관통하는 제 2 원료 물질 공급관(422)을 통해 제 2 원료 물질 저장부(420)에 접속된다. 그리고, 냉각부(313)는 냉매 이동 공간(C)에 냉매를 주입하는 냉매 주입구(313-4)와, 냉매 이동 공간의 냉매를 배출하는 냉매 배기구(313-5)를 구비한다. 냉매 주입구(313-4) 및 냉매 배기구(313-5)는 냉매 저장부(미도시)에 연통된다. 이때, 연통을 위해 파이프 등의 냉매 공급관을 사용할 수 있다. 그리고, 냉매 주입구(313-4) 및 냉매 배기구(313-5)는 제 2 분사부(312)의 제 2 내부 공간(B) 및 제 1 분사부(311)의 제 1 내부 공간(A) 그리고, 챔버 리드(120)를 관통하여 냉매 저장부에 접속될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 냉매 주입구(313-4) 및 냉매 배기구(313-5)는 냉각 몸체(313-1)의 측면을 통해 주입될 수도 있다. 즉, 냉매 주입구(313-4) 및 냉매 배기구(313-5)는 챔버 몸체(110)와 챔버 내부 공간을 관통하여 냉매 저장부에 연통될 수 있다. The
상술한 설명에서와 같이 제 1 분사부(311)의 제 1 내부 공간(A)에 제공된 제 1 원료 물질은 제 2 분사부(312)의 제 2 내부 공간(B)를 관통하는 제 1 분사 노즐(311-2)과 냉각부(313)의 제 1 분사 홈(313-2)을 거쳐 챔버(100)의 내부 공간(즉, 반응 공간)으로 분사된다. 또한, 제 2 분사부(312)의 제 2 내부 공간(B)에 제공된 제 2 원료 물질은 제 2 분사 노즐(312-2)과 냉각부(313)의 제 2 분사홈(313-3)을 통해 챔버(100)의 내부 공간으로 분사된다. As described above, the first raw material provided in the first internal space A of the
가열 수단(320)은 도 5에 도시된 바와 같이 소정 폭 및 두께를 가지는 바 형상으로 제작되어 내부에 소정 공간이 마련된 가열 몸체(322)와, 가열 몸체(322) 내에 마련된 적어도 하나의 가열체(324)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 5의 (a)는 가열 수단(320)의 장축 방향의 개략 단면도이고, 도 5의 (b)는 가열 수단(320)의 단축 방향의 개략 단면도이다. 가열 몸체(322)는 장축의 길이가 원료 물질 분사부(310)의 장축의 길이와 동일할 수 있으며, 단축의 길이는 공정 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 또한, 가열체(324)로는 램프 등을 이용할 수 있으며, 가열 몸체(322) 내에 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 이러한 가열체(324)는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 구동되어 열을 방출할 수 있는데, 외부로부터 인가되는 전원을 조절할 수 있는 전원 조절 장치(미도시)를 구비하여 이를 통해 전원을 공급함으로써 가열체(324)의 가열 온도를 조절할 수 있다. 따라서, 가열체(324)는 기판 안치판(210) 내부의 온도 조절 수단(220)에 의한 제 1 공정 온도보다 높은 다양한 제 2 공정 온도로 기판(10)을 가열할 수 있다. 한편, 이러한 가열 수단(320)은 고온의 열을 방출하여 기판(10)을 가열하기 때문에 인접한 원료 물질 분사부(310)에 열이 전달될 수 있고, 이로 인해 원료 물질 분사부(310) 내의 원료 물질이 분해될 수도 있다. 따라서, 가열 수단(320)은 원료 물질 분사부(310)에 전달되는 열을 최소화하도록 원료 물질 분사부(310)와 단열되는 것이 바람직하고, 이를 위해 적어도 원료 물질 분사부(310)와 접하는 가열 몸체(322)의 양 측면을 단열재 등으로 단열 처리할 수 있다. 또한, 가열 수단(320)은 하측에 유리 등으로 제조된 투과 윈도우(326)가 마련될 수 있다. 투과 윈도우(326)가 마련됨으로써 원료 물질이 가열 수단(320) 내부로 유입되는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 가열체(324)로부터 발생된 열이 기판(10) 측으로 손실 없이 전달되도록 하기 위해 가열체(324)의 상면 및 측면을 각각 둘러싸도록 반사판(328)을 형성할 수도 있다. 물론, 반사판(328)은 가열 몸체(322) 내부의 상면 및 측면 등에 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 5, the heating means 320 is formed in a bar shape having a predetermined width and thickness, and includes a
냉각 수단(330)은 소정 폭 및 두께를 가지는 바 형상으로 제작되고 내부에 냉매 유로가 마련될 수 있다. 이러한 냉각 수단(330)에는 상부의 일측으로부터 냉매가 유입되어 냉각 수단(330) 내부의 유로를 따라 흐르고 상부의 타측으로 냉매가 유출될 수 있다. 이를 위해 냉각 수단(330)의 상부에 적어도 하나의 냉매 유입구 및 적어도 하나의 냉매 유출구가 마련될 수 있다. 이러한 냉각 수단(330)은 냉매의 종류, 온도 및 유입량의 적어도 하나를 조절하여 가열 수단(320)에 의해 제 1 공정 온도보다 높은 다양한 제 2 공정 온도로 가열된 기판(10)을 제 1 공정 온도 또는 제 2 공정 온도보다 낮고 제 1 공정 온도보다 높은 다양한 온도로 냉각시킬 수 있다. 이러한 냉각 수단(330)에 유입되는 냉매는 원료 물질 분사부(310)에 공급되는 냉매와 동일할 수도 있고 다를 수도 있으며, 예를 들어 냉각수를 이용할 수 있다. 한편, 또한, 복수의 냉각 수단(330)은 적어도 어느 하나, 바람직하게는 서로 마주보는 적어도 두개의 냉각 수단(330a, 330b)에 온도 측정부(미도시)가 마련되어 챔버(100) 내부의 온도를 측정할 수도 있다. 온도 측정부는 냉각 수단(330)의 하면에 마련되며, 냉각 수단(330)의 일 영역이 함몰되고, 함몰된 영역에 매립되어 마련될 수 있다.
The cooling means 330 may be manufactured in a bar shape having a predetermined width and thickness, and a refrigerant passage may be provided therein. The
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)는 복수의 원료 물질 분사부(310) 사이에 적어도 하나의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)을 구비하여 기판 안치판(210)에 의해 회전하는 기판(10)이 제 1 공정 온도 및 제 2 공정 온도를 유지하도록 함으로써 하나의 챔버 내에서 공정 온도가 다른 두 박막을 시간 지연없이 연속적으로 증착할 수 있다. 따라서, 박막의 증착 시간을 줄일 수 있어 소자의 생산 시간을 줄일 수 있고, 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있다.
As described above, the raw material supply device 300 according to an embodiment of the present invention includes at least one heating means 320 and cooling means 330 between the plurality of raw
본 발명에 따른 원료 물질 공급 장치(300)는 상기한 바와 같이 네개의 원료 물질 분사부(310)와 각각 두개의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330) 뿐만 아니라 다양하게 변형될 수 있다. 이러한 변형 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)를 도 6 내지 도 10에 도시하였다.As described above, the raw material supply device 300 according to the present invention may be variously modified as well as four raw
도 6에 도시된 바와 같이, 두개의 원료 물질 분사부(310a, 310b)와 각각 하나의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)으로 원료 물질 공급 장치(300)를 구성할 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 여섯개의 원료 물질 분사부(310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f)와, 각각 세개의 가열 수단(320a, 320b, 320c) 및 냉각 수단(330a, 330b, 330c)으로 원료 물질 공급 장치(300)를 구성할 수 있다. 이때, 가열 수단(320a, 320b, 320c) 및 냉각 수단(330a, 330b, 330c)은 서로 인접하도록 배치할 수 있다. 즉, 두 원료 물질 분사부(310a, 310b) 사이에 가열 수단(320a)이 배치되고, 두 원료 물질 분사부(310b, 310c) 사이에 가열 수단(320b)이 배치되며, 두 원료 물질 분사부(310c, 310d) 사이에 가열 수단(320c)이 배치될 수 있다. 또한, 두 원료 물질 분사부(310d, 310e) 사이에 냉각 수단(330a)이 배치되고, 두 원료 물질 분사부(310e, 310f) 사이에 냉각 수단(330b)이 배치되며, 두 원료 물질 분사부(310f, 310a) 사이에 냉각 수단(330c)이 배치될 수 있다. 여기서, 세개의 가열 수단(320)은 서로 다른 온도로 가열할 수도 있고, 동일 온도로 가열할 수도 있다. 마찬가지로 세개의 냉각 수단(330) 또한 서로 다른 온도로 냉각할 수 있고, 동일 온도로 냉각할 수도 있다.As shown in FIG. 6, the raw material supply device 300 may be configured by two raw
또한, 가열 수단(320)과 냉각 수단(330)의 배치를 변경할 수도 있는데, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 가열 수단(320)과 냉각 수단(330)을 교대로 배치할 수도 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 두 원료 물질 분사부(310a, 310b) 사이에 가열 수단(320a)이 배치되고, 두 원료 물질 분사부(310b, 310c) 사이에 냉각 수단(330a)이 배치되며, 두 원료 물질 분사부(310c, 310d) 사이에 가열 수단(320b)이 배치되고, 두 원료 물질 분사부(310d, 310a) 사이에 냉각 수단(330b)이 배치될 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이 여섯개의 원료 물질 분사부(310)와, 각각 세개의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)이 마련되는 경우에도 가열 수단(320)과 냉각 수단(330)은 원료 물질 분사부(310) 사이에 교대로 배치될 수 있다.In addition, the arrangement of the heating means 320 and the cooling means 330 may be changed. As shown in FIGS. 8 and 9, the heating means 320 and the cooling means 330 may be alternately arranged. That is, as shown in FIG. 8, the heating means 320a is disposed between the two raw
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 가열 수단(320)과 냉각 수단(330)의 폭을 다르게 하여 원료 물질 공급 장치(300)를 구성할 수 있다. 즉, 냉각 수단(330)의 폭을 더 넓게 하여 가열 수단(320)에 의해 가열된 기판(10)의 냉각 시간을 더 길게 설정할 수 있다. 이 경우 냉각 수단(330)을 통해 냉매를 유입할 수도 있지만, 냉매를 유입하지 않고 자연 냉각시킬 수도 있다. 물론, 가열 시간을 증가시키기 위해 가열 수단(320)의 폭을 증가시킬 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 원료 물질 공급 장치(300)는 발광 다이오드의 특성에 따라 공정 시간을 조절하기 위해 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)의 폭을 조절할 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 10, the width of the heating means 320 and the cooling means 330 may be different to configure the raw material supply device 300. That is, the cooling time of the
결과적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)는 기판(10)의 회전 속도와 막의 증착 두께 등에 따라 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)의 구성 수, 배치 방식 및 폭 등을 다양하게 변형할 수 있다.
As a result, the raw material supply device 300 according to an embodiment of the present invention is the raw
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)를 구비하는 기판 처리 장치는 원료 물질 공급 장치(300)가 복수의 원료 물질 분사부(310)와, 적어도 두 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련된 각각 적어도 하나의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)을 구비하여 기판(10)의 온도를 적어도 둘 이상의 공정 온도로 유지할 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)를 이용하여 반도체 소자, 예를 들어 발광 다이오드를 제조할 수 있는데, 이를 설명하면 다음과 같다.As described above, in the substrate processing apparatus including the raw material supply device 300 according to an embodiment of the present invention, the raw material supply device 300 includes a plurality of raw
먼저, 발광 다이오드는 도 11에 도시된 바와 같이 기판(10) 상에 버퍼층(20), n형 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)이 적층 형성되고, p형 반도체층(50) 및 활성층(40)의 일부가 식각되어 노출된 n형 반도체층(30) 상에 제 1 전극(60)이 형성되고, p형 반도체층(50) 상에 제 2 전극(70)이 형성됨으로써 구현될 수 있다. 버퍼층(20)은 GaN 또는 AlN를 이용하여 형성할 수 있고, n형 반도체층(30)은 n형 불순물, 예를 들어 실리콘이 도핑된 GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족) 등과 같은 질화물을 이용할 수 있다. 또한, 활성층(40)은 GaN과 InGaN을 적어도 1회 적층하여 형성할 수 있고, p형 반도체층(50)은 p형 불순물, 예를들어 마그네슘이 도핑된 GaN 또는 InGaN으로 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)를 구비하는 기판 처리 장치를 이용하여 활성층(40)으로 GaN층과 InGaN층을 적어도 1회 적층하여 형성할 수도 있는데, 도 8에 도시된 원료 물질 공급 장치(300)와 도 12의 흐름도를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, InGaN층은 제 1 공정 온도에서 증착되고, GaN층은 제 1 공정 온도와 다른 제 2 공정 온도에서 증착될 수 있는데, 본 실시 예에서는 InGaN층이 예를 들어 약 760℃의 제 1 공정 온도에서 증착되고 GaN층은 제 1 공정 온도보다 높은 예를 들어 약 820℃의 제 2 공정 온도에서 증착되는 경우를 설명한다.First, as shown in FIG. 11, a
먼저, 기판 안치판(210)의 내부에 마련된 온도 조절 수단(220)을 이용하여 기판(10)을 InGaN막의 증착 온도, 즉 약 760℃의 제 1 공정 온도로 가열한다(S110).First, the
그리고, 원료 물질 분사부(300)의 가열 수단(320a)을 이용하여 GaN막의 증착 온도, 즉 약 820℃의 제 2 공정 온도로 가열한다(S120). 즉, 제 1 원료 물질 분사부(310a)를 통해 Ga 소오스와 질소 소오스를 공급하기 이전에 제 1 가열 수단(320a)을 구동시키고, 기판 안치판(210)을 회전시키면서 기판(10)이 가열 수단(320)에 의해 약 820℃의 온도로 가열되도록 한다.Then, the heating means 320a of the raw material injection part 300 is heated to the deposition temperature of the GaN film, that is, the second process temperature of about 820 ° C. (S120). That is, before the Ga source and the nitrogen source are supplied through the first raw
이어서, 회전하면서 가열 수단(320a)을 지난 기판(10) 상에 원료 물질 분사부(310a)를 통해 Ga 소오스와 질소 소오스를 공급하여 약 820℃로 가열된 기판(10) 상에 GaN막을 증착한다(S130). 이러한 GaN막 증착 동안 기판(10)의 온도가 저하될 수 있으므로 원료 물질 분사부(310) 측에 다른 가열 수단(320)을 마련할 수도 있다.Subsequently, a Ga source and a nitrogen source are supplied to the
기판(10) 상에 GaN막을 증착한 후 InGaN막을 증착하기 위해서는 GaN막이 증착된 기판(10)의 온도를 약 760℃로 하강시켜야 한다. 이를 위해 GaN막을 증착하기 위한 원료 물질 분사부(310a) 측에 마련된 냉각 수단(330a)을 이용하여 기판(10)의 온도를 InGaN막의 증착 온도인 약 760℃로 하강시킨다(S140).After depositing the GaN film on the
이어서, 냉각 수단(330a)과 인접한 원료 물질 분사부(310b)를 통해 Ga 소오스, In 소오스 및 질소 소오스를 공급하여 기판(10) 상에 InGaN막을 증착한다(S150). 즉, GaN막 상에 InGaN막을 증착한다. 이때, 기판(10)이 InGaN막의 증착 온도를 유지하도록 하기 위해 Ga 소오스, In 소오스 및 질소 소오스를 공급하는 원료 물질 분사부(310) 측면에 다른 냉각 수단(330)을 마련할 수 있다.Subsequently, a Ga source, an In source, and a nitrogen source are supplied through the raw
상기한 단계들은 GaN층 및 InGaN층의 적층 수에 따라 기판(10)의 회전 수를 조절하여 GaN층 및 InGaN층의 복수 적층된 발광 다이오드의 활성층(40)을 형성할 수 있다.In the above-described steps, the number of rotations of the
한편, 상기 실시 예는 기판 안치판(210) 상의 기판(10)의 회전 방향으로 원료 물질 공급 장치(300)의 구동을 순차적으로 설명하였으나, 기판(10)이 회전하면서 원료 물질 공급 장치(300)의 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)이 동시에 구동될 수도 있다.
On the other hand, the embodiment has been described in order to drive the raw material supply device 300 in the rotational direction of the
또한, 도 12의 흐름도를 이용한 본 발명의 상기 실시 예는 발광 다이오드의 GaN층 및 InGaN층이 복수회 적층되는 활성층의 형성 공정에 적용하는 경우를 설명하였으나, 발광 다이오드의 모든 층들, 즉 도 11에 도시된 버퍼층(20), n형 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 반도체층(50)의 형성 공정에도 적용할 수 있다. 여기서, 발광 다이오드의 상기 층들은 서로 다른 공정에서 증착되거나, 둘 이상이 동일한 온도에서 증착될 수 있는데, 온도 조절 수단(220)을 이용하여 기본 공정 온도로 기판(10)을 가열하고, 원료 물질 공급 장치(300)의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)을 이용하여 기판(10)을 다양한 공정 온도로 조절한 후 원료 물질 분사부(310)를 통해 공급되는 원료 물질을 이용하여 복수의 층들을 형성할 수도 있다. 예를들어 버퍼층(20)은 550℃의 온도에서 증착되고, n형 반도체층(30)은 1050℃의 온도에서 증착되며, 활성층(40)은 GaN층이 820℃의 온도와 InGaN층이 760℃의 온도에서 증착되고, p형 반도체층(50)은 950℃의 온도로 증착될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치를 구비하는 기판 처리 장치를 이용하여 발광 다이오드를 제조하는 경우의 예를 도 13의 공정 흐름도를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 8에 도시된 원료 물질 공급 장치를 이용하는 경우를 설명한다. In addition, the above-described embodiment of the present invention using the flowchart of FIG. 12 has been described in the case where the GaN layer and the InGaN layer of the light emitting diode are applied to the process of forming the active layer. It is also applicable to the formation process of the
먼저, 기판 안치판(210)의 내부에 마련된 온도 조절 수단(220)을 이용하여 기판(10)을 약 550℃의 온도로 가열한다(S210).First, the
그리고, 원료 물질 분사부(310d)를 통해 Ga 소오스와 N 소오스를 공급하여 기판(10) 상에 GaN 버퍼층(20)을 형성한다(S220).Then, the Ga source and the N source are supplied through the raw
이어서, 온도 조절 수단(220)과 가열 수단(320a)을 이용하여 기판(10)의 온도를 약 1050℃로 가열한다(S230).Subsequently, the temperature of the
그리고, 원료 물질 분사부(310a)를 통해 Ga 소오스, Si 소오스 및 N 소오스를 공급하여 기판(10) 상에 n형 반도체층(30)으로서 실리콘이 도핑된 GaN층을 형성한다(S240).The Ga source, the Si source, and the N source are supplied through the raw
이어서, 온도 조절 수단(220)과 냉각 수단(330a)을 이용하여 기판(10)을 약 760℃로 냉각시킨다(S250).Subsequently, the
그리고, 원료 물질 분사부(310b)를 통해 Ga 소오스, In 소오스 및 질소 소오스를 공급하여 기판(10) 상에 InGaN막을 증착한다(S260).In addition, a Ga source, an In source, and a nitrogen source are supplied through the raw
이어서, 가열 수단(320b)을 이용하여 기판(10)을 약 820℃로 가열한다(S270).Subsequently, the
그리고, 원료 물질 분사부(310c)를 통해 Ga 소오스와 N 소오스를 공급하여 GaN층을 형성한다(S280).Then, the Ga source and the N source are supplied through the raw
이어서, 냉각 수단(330d)을 이용하여 기판(10)을 약 760℃로 냉각시킨 후(S290) 상기 S260 단계 내지 S280 단계를 반복하여 InGaN층과 GaN층이 복수 적층된 활성층(40)을 형성한다.Subsequently, the
이어서, 온도 조절 수단(220)과 가열 수단(320a)을 이용하여 기판(10)을 약 950℃로 가열한다(S300).Subsequently, the
그리고, 원료 물질 분사부(310d)를 통해 Ga 소오스, Mg 소오스 및 N 소오스를 공급하여 기판(10) 상에 p형 반도체층(50)으로서 Mg이 도핑된 GaN층을 형성한다(S310).The Ga source, the Mg source, and the N source are supplied through the raw
상기 실시 예는 기판 안치판(210) 상의 기판(10)의 회전 방향으로 원료 물질 공급 장치(300)의 구동을 순차적으로 설명하였으나, 기판(10)이 회전하면서 원료 물질 공급 장치(300)의 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)이 동시에 구동될 수도 있다.
In the above embodiment, the driving of the raw material supply device 300 is sequentially described in the rotational direction of the
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치는 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)을 결합 및 분리 가능하도록 제작할 수 있다. 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이 챔버 리드(120)의 하측 중앙부에 마련된 중심부(305)와, 중심부(320)의 측면에 접하여 챔버 리드(120)의 하측에 마련되며 결합 및 분리가 가능한 복수의 원료 물질 분사부(310)와, 복수의 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련된 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)을 포함한다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)는 챔버 리드(120)의 하측 중앙부에 중심부(305)가 마련되고, 중심부(305)에 접하도록 복수의 원료 물질 분사부(310)가 챔버 리드(120)의 하측에 결합되며, 원료 물질 분사부(310) 사이에 적어도 하나의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)이 결합될 수 있다.On the other hand, the raw material supply apparatus according to an embodiment of the present invention can be manufactured to combine and detach the raw
원료 물질 공급 장치(300)의 결합 및 분리가 가능하도록 하기 위해 도 14에 도시된 바와 같이 복수의 원료 물질 분사부(310)은 양측면에 길이 방향으로 돌출부(314)가 마련될 수 있다. 또한, 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)의 길이 방향으로 홈(321 및 331)이 마련될 수 있다. 따라서, 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)은 양 측면의 홈(321 및 331)에 원료 물질 분사부(310)의 돌출부(314)가 도 15에 도시된 바와 같이 삽입되어 인접한 두 원료 물질 분사부(310) 사이에 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)이 체결될 수 있다. 한편, 냉각 수단(330)의 적어도 어느 하나에는 온도 측정부(333)가 마련되어 챔버(100) 내부의 온도를 측정할 수도 있다. 온도 측정부(333)는 냉각 수단(330)의 하면에 마련되며, 냉각 수단(330)의 일 영역이 함몰되고, 함몰된 영역에 매립되어 마련될 수 있다.In order to enable the coupling and separation of the raw material supply device 300, as illustrated in FIG. 14, the plurality of raw
상기한 바와 같이 복수의 원료 물질 공급 장치(310)를 분리 및 결합 가능하도록 마련함으로써 챔버(100)의 대형화에 따라 대형화되는 원료 물질 공급 장치(300)의 제작을 보다 용이하게 할 수 있다.
As described above, the plurality of raw
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치를 구비하는 기판 처리 장치의 개략 단면도이고, 도 17 및 도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치의 개략 평면도 및 사시도이다. 이러한 본 발명의 다른 실시 예는 상기에서 설명된 본 발명의 일 실시 예와 중복되는 내용을 생략하고 다른 부분을 중심으로 설명하겠다.16 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing apparatus including a raw material supply device according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 17 and 18 are schematic plan views and perspective views of a raw material supply device according to another embodiment of the present invention. . Other embodiments of the present invention will be described with the omission of the content overlapping with the above-described embodiment of the present invention.
도 16, 도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 챔버(100)의 반응 공간에 위치하여 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 챔버(100)의 반응 공간에 서로 다른 원료 물질을 공급하는 원료 물질 공급 장치(300)를 포함한다. 또한, 원료 물질 공급 장치(300)는 원료 물질 분사부(310)와, 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330), 그리고 보조 배기구(340)를 포함한다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 일 실시 예와 비교하여 보조 배기구(340)가 더 구비되는 것이 다르다.16, 17, and 18, a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention may include a
원료 물질 공급 장치(300)는 복수의 원료 물질을 분사하는 복수의 원료 물질 분사부(310)와, 적어도 두 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련되어 기판(10)을 제 2 공정 온도로 조절하기 위한 가열 수단(320)과, 적어도 두 원료 물질 분사부(310) 사이에 마련되어 제 2 공정 온도를 유지하는 기판(10)의 온도를 제 1 공정 온도로 저하시키는 냉각 수단(330)을 포함한다. 또한, 원료 물질 공급 장치(300)의 중심 영역에 마련된 보조 배기구(340)를 더 포함한다. 즉, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300)는 중앙 영역에 중심부(305)가 마련되고, 복수의 원료 물질 분사부(310), 각각 적어도 하나의 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)의 일측이 중심부(305)의 외주면에 접하도록 결합될 수 있다. 또한, 중심부(305)에는 예를들어 중앙부를 관통하는 보조 배기구(340)가 형성되고, 보조 배기구(340)는 배기관(350)을 통해 펌프 등의 보조 배기 수단(500)과 연결된다. 또한, 보조 배기구(340)와 보조 배기 수단(500) 사이의 배기관(350)에는 냉각 포집 장치(510) 및 밸브(520)가 더 마련될 수 있다. The raw material supply device 300 may be provided between a plurality of raw
상기한 바와 같이 원료 물질 공급 장치(300)에 보조 배기구(340)를 설치함으로써 기판(10) 상에 증착되는 박막의 증착 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 챔버 몸체(110)의 적어도 일 영역에는 적어도 하나의 배기구(130), 예를 들어 8개의 배기구(130)가 마련되어 배기 수단(미도시)과 연결되고, 배기 수단의 배기에 의해 원료 물질 공급 장치(300)로부터 하측으로 분사되는 원료 물질은 기판 안치판(210)의 중심으로부터 외곽을 향하도록 흐르게 된다. 따라서, 기판 안치판(210)의 외곽에 위치한 기판(10)에 증착되는 박막보다 중심 영역에 위치한 기판(10)에 증착되는 박막이 더 얇게 된다. 즉, 기판(10)의 위치에 따라 박막의 증착 균일성이 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 원료 물질 공급 장치(300)의 중심 영역에 보조 배기구(340)를 설치하고 보조 배기 수단(500)을 이용하여 배기함으로써 원료 물질의 공급 경로를 내외측으로 자연스럽게 유도하고, 원료 물질이 기판의 전면에 동일한 양으로 분포되도록 한다. 따라서, 기판 안치판(210)의 중심 영역과 외곽 영역에 배치된 기판(10) 상에 증착되는 박막의 증착 균일성을 향상시킬 수 있다. 이때, 챔버(100) 내부의 배기는 챔버(100) 하측에 마련된 배기구(130)을 통해 주로 이루어지고, 원료 물질 공급 장치(300)에 마련된 보조 배기구(340)는 원료 물질의 체류 시간을 증가시키는 것이 주요 기능이므로 보조 배기 수단(500)의 배기 압력은 배기 수단의 배기 압력보다 낮을 수 있다. 또한, 보조 배기 수단(500)의 배기 압력을 조절하여 기판(10) 상에 증착되는 박막의 증착률 및 증착 속도 또한 조절할 수 있다.As described above, by providing the
또한, 냉각 포집 장치(510)가 마련됨으로써 챔버(100) 내의 원료 물질을 냉각시키고, 가스 상태의 원료 물질 내에 포함된 파티클을 포집할 수 있다. 즉, 챔버(100) 내에서 원료 물질은 고온 상태에서 증착되며, 이때 미반응 원료 물질 또한 고온 상태를 유지하는데, 여기에는 파티클 등이 포함될 수 있다. 따라서, 냉각 포집 장치(510)가 미반응 원료 물질의 냉각시키고 원료 물질 내에 포함된 파티클을 포집한다. 또한, 냉각 포집 장치(510)와 보조 배기 수단(500) 사이의 배기관(350)에는 밸브(520)가 더 마련됨으로써 밸브(520)에 의해서도 배기 압력을 조절할 수도 있다. 즉, 보조 배기 수단(500)에 의해 배기 압력을 조절할 뿐만 아니라 밸브(520)를 이용하여 배기 압력을 조절할 수도 있다. 그런데, 밸브(520)를 이용함으로써 배기 압력을 더욱 세밀하게 조절할 수 있는데, 예를 들어 증착률에 따라 밸브(520)를 이용하여 배기 압력을 더욱 세밀하게 조절할 수 있다.In addition, since the
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 물질 공급 장치(300) 또한 기판(10)의 회전 속도와 막의 증착 두께 등에 따라 원료 물질 분사부(310), 가열 수단(320) 및 냉각 수단(330)의 구성 수, 배치 방식 및 폭 등을 다양하게 변형할 수 있고, 이들을 분리 및 결합 가능하도록 구성할 수도 있다.
On the other hand, the raw material supply device 300 according to another embodiment of the present invention also the raw
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms. That is, the above embodiments are provided to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application. .
100 : 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 원료 물질 공급 장치 310 : 원료 물질 분사부
320 : 가열 수단 330 : 냉각 수단
340 : 보조 배기구 400 : 원료 물질 저장부
500 : 보조 배기 수단100: chamber 200: substrate mounting portion
300: raw material supply device 310: raw material injection unit
320: heating means 330: cooling means
340: secondary exhaust port 400: raw material storage unit
500: auxiliary exhaust means
Claims (15)
상기 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 가열 수단; 및
상기 가열 수단과 이격되어 상기 적어도 둘 이상의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 냉각 수단을 포함하는 원료 물질 공급 장치.
At least two raw material spraying portions for spraying at least two or more raw materials onto the substrate;
At least one heating means provided between the at least two raw material injection parts; And
And at least one cooling means spaced apart from said heating means and provided between said at least two raw material injection parts.
각기 다른 원료 물질을 제공받는 내부 공간과 내부 공간에서 연장된 분사 노즐을 포함하는 다수의 분사부와,
냉매 이동 공간이 마련되고, 상기 이동 공간을 관통하는 복수의 분사홈을 포함하는 냉각부를 구비하고,
상기 다수의 분사부와 상기 냉각부가 적층되고,
상기 분사홈 각각이 상기 다수의 분사부의 분사 노즐에 각기 대응되는 원료 물질 공급 장치.
The method of claim 1, wherein the raw material injection portion,
A plurality of jets including jet nozzles extending from the internal spaces and the internal spaces provided with different raw materials,
It is provided with a refrigerant moving space, the cooling unit including a plurality of injection grooves penetrating the moving space,
The plurality of injection parts and the cooling part are stacked,
Each of the injection grooves corresponding to the injection nozzles of the plurality of injection portions, respectively.
The raw material supply apparatus according to claim 1, wherein said at least one heating means and cooling means are disposed adjacent to each other or cross disposed between the at least one raw material injection portions.
4. The apparatus of claim 3, wherein the at least one heating means and the cooling means are the same or different in width.
The raw material supply apparatus according to claim 1, further comprising an auxiliary exhaust port provided in a central region of the raw material injection section, the heating means, and the cooling means.
6. The raw material supply apparatus according to claim 1 or 5, wherein the plurality of raw material injection parts, the at least one heating means and the cooling means are separable and combined.
The raw material supply apparatus according to claim 1, wherein at least one of the cooling means is provided with a temperature sensor underneath.
상기 챔버의 반응 공간에 위치하여 다수의 기판이 중심을 기준으로 방사상으로 안치되는 기판 안치부; 및
상기 챔버의 반응 공간 내에 상기 기판 안치부와 대향되어 마련되어 적어도 2가지 이상의 원료 물질을 공급하고 상기 기판의 온도를 조절하는 원료 물질 공급 장치를 포함하고,
상기 원료 물질 공급 장치는 적어도 2가지 이상의 원료 물질을 기판 상으로 분사하는 복수의 원료 물질 분사부;
상기 복수의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 가열 수단; 및
상기 가열 수단과 이격되어 상기 복수의 원료 물질 분사부 사이에 마련된 적어도 하나의 냉각 수단을 포함하는 기판 처리 장치.
A chamber having a reaction space;
A substrate setter positioned in a reaction space of the chamber, in which a plurality of substrates are radially placed with respect to a center thereof; And
A raw material supply device provided in the reaction space of the chamber to face the substrate setter and supplying at least two or more raw materials and controlling the temperature of the substrate;
The raw material supply device includes a plurality of raw material injection unit for injecting at least two or more raw materials onto a substrate;
At least one heating means provided between the plurality of raw material injection portions; And
And at least one cooling means spaced apart from the heating means and provided between the plurality of raw material injection portions.
The method of claim 10, wherein the temperature control means heats the substrate to a first process temperature, the heating means heats the substrate to a second process temperature higher than the first process temperature, and the cooling means is the substrate. To adjust a third process temperature between the first process temperature and the second process temperature.
12. The thin film according to claim 11, wherein the substrate seat rotates and the substrate placed in the substrate seat is heated or cooled while passing through the heating means and the cooling means, and a thin film is deposited on the substrate while passing through the raw material injection section. Substrate processing apparatus.
The substrate processing apparatus of claim 10, further comprising an auxiliary exhaust port provided in a central region of the raw material supply device and connected to the auxiliary exhaust device.
The substrate processing apparatus according to claim 13, wherein a valve is further provided between the auxiliary exhaust port and the auxiliary exhaust means, and the exhaust pressure is adjusted by the valve.
The substrate processing apparatus according to claim 14, further comprising a cooling collecting device for cooling the unreacted raw material gas in the chamber and collecting particles therein between the auxiliary exhaust port and the auxiliary exhaust means.
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