KR20140062360A - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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KR20140062360A KR1020120129047A KR20120129047A KR20140062360A KR 20140062360 A KR20140062360 A KR 20140062360A KR 1020120129047 A KR1020120129047 A KR 1020120129047A KR 20120129047 A KR20120129047 A KR 20120129047A KR 20140062360 A KR20140062360 A KR 20140062360A
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김영선
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Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 기상 증착 장치는 중공형의 내부공간을 갖는 챔버 본체; 상기 챔버 본체 내에서 구비되며, 기판이 안착되는 포켓이 적어도 하나 형성된 서셉터; 상기 서셉터의 하부에 구비되어 상기 기판을 가열하는 가열수단; 상기 챔버 본체에 상부측에 구비되며, 내부에 반응가스를 수용하기 위한 저장실을 형성하고, 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하며, 상기 서셉터의 표면을 따라서 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 챔버 덮개; 및 상기 챔버 본체의 내주 벽면에 외주면이 밀착되도록 결합되며, 내주면이 흑연(graphite), 탄화 규소(SiC), 탄소(C) 및 Y2O3 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 코팅된 차단부재;를 포함한다.

Description

화학 기상 증착 장치 {Chemical Vapor Deposition Apparatus}
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 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 여러 장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.
최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 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 기판 상에 금속 화합물을 퇴적, 부착시키는 화합물 반도체의 기상 성장법을 말한다.
이와 같은 화학 기상 증착법은 반응 챔버 내부로 공급된 반응가스가 가열된 기판의 상부 표면에서 화학반응을 일으켜 에피택셜 박막을 성장시키는 것이다.
이때, 기판 표면의 전 영역에서 에피택셜층이 균일한 두께를 가지도록 하는 것이 필요한데, 이를 위해서는 기판을 가열하는 온도가 기판의 전 영역에 걸쳐 균일하도록 조절하는 것이 가장 중요하다.
따라서 서셉터에 놓인 기판에 온도차이가 발생하는 것을 방지하여 기판의 온도 균일도를 향상시킴으로써 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 화학 기상 증착 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 일측면은,
중공형의 내부공간을 갖는 챔버 본체; 상기 챔버 본체 내에서 구비되며, 기판이 안착되는 포켓이 적어도 하나 형성된 서셉터; 상기 서셉터의 하부에 구비되어 상기 기판을 가열하는 가열수단; 상기 챔버 본체에 상부측에 구비되며, 내부에 반응가스를 수용하기 위한 저장실을 형성하고, 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하며, 상기 서셉터의 표면을 따라서 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 챔버 덮개; 및 상기 챔버 본체의 내주 벽면에 외주면이 밀착되도록 결합되며, 내주면이 흑연(graphite), 탄화 규소(SiC), 탄소(C) 및 Y2O3 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 코팅된 차단부재;를 포함하는 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
상기 차단부재는 석영으로 이루어질 수 있다.
상기 가열수단은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사 및 레이저로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 챔버 덮개는 상기 서셉터 위로 반응가스를 거의 수직방향으로 분사하는샤워헤드 형 구조로 구비될 수 있다(.
상기 챔버 본체는 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어질 수 있다.
상기 차단부재는 상기 챔버 본체의 내주 벽면을 따라 형성되되, 상기 가열수단 보다 상부에 위치하도록 형성된 것일 수 있다.
적어도 상기 서셉터의 측면과 마주하는 상기 차단부재의 내주면이 코팅된 것일 수 있다.
상기 반응공간의 높이는 10mm 내지 20mm일 수 있다.
상기 반응가스는 상기 챔버 본체의 외주측에 구비되는 가스배출부를 통해 외부로 배기되는 것일 수 있다.
상기 가스배출부는 상기 차단부재의 상부측에 형성된 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 화학 기상 증착 장치에서 챔버 본체의 내주 벽면에 어두운 물질로 코팅된 차단부재를 형성하여 열 또는 빛의 내부 반사를 방지하고, 그에 따라 기판에 온도차이가 발생하는 것을 방지하여, 기판의 온도 균일도를 향상시킴으로써 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 기상 증착 장치의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 화학 기상 증착 장치의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 기상 증착 장치의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(10)는 일정크기의 내부공간을 갖는 챔버 본체(20)와, 상기 챔버(20) 내에 회전 가능하게 배치되어 복수개의 기판(W)이 올려지는 서셉터(susceptor)(30)와, 상기 서셉터(30)의 하부에 배치되어 열을 제공하는 가열수단(40) 및 상기 챔버(20)의 상부면에 위치하여 반응가스를 유입하는 챔버 덮개(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 챔버 본체(20)는 중공형의 내부공간을 가지며, 도면에서와 같이 적어도 하나의 기판(W)이 상부에 안착되는 서셉터(30) 및 가열수단(40)을 내부공간에 구비한다. 그리고, 상기 서셉터(30)와 마주하는 상부측에는 반응가스가 화학반응을 일으키는 반응공간(35)이 마련될 수 있다. 즉 상기 챔버 덮개(50)와 상기 서셉터(30) 사이를 반응공간(35)이라고 할 수 있으며, 반응공간(35)의 높이는 약 10mm 내지 약 20mm일 수 있다.
상기 챔버 본체(20)는 내마모성 및 내열성과 내부식성이 우수한 메탈 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어질 수 있다.
상기 챔버 본체(20) 내부에는, 상기 챔버 본체(20)의 내주 벽면을 따라 외주면이 밀착되도록 결합되어 형성되는 중공형의 차단부재(22)가 구비된다. 상기 차단부재(22)는 열전달률이 낮은 재질로 이루어지며, 예를 들어 상기 차단부재(22)는 석영(Quartz) 재질로 이루어질 수 있다. 따라서 챔버 내부의 열이 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 상기 차단부재(22)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 본체(20)의 내주 벽면을 따라 형성되되 상기 가열수단(40) 보다 상부에 위치하도록 형성될 수 있으며, 또는 상기 챔버 본체(20)의 내주 벽면을 따라 전체적으로 형성될 수도 있다. 또한 상기 차단부재(22)의 상부측에는 반응 후 가스를 배출하기 위한 가스배출부(63)가 연결되어 형성될 수 있다.
또한 상기 차단부재(22)는 흑연(graphite), 탄화 규소(SiC), 탄소(C), Y2O3 등의 물질로 코팅(24)된다. 여기서 도 1에 도시된 바와 같이 상기 차단부재(22)를 전체적으로 흑연(graphite), 탄화 규소(SiC), 탄소(C), Y2O3 등의 물질로 코팅(24)할 수 있고, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(30)의 측면과 마주하는 상기 차단부재(22) 부위에만 코팅할 수도 있다. 즉 적어도 상기 서셉터(30)의 측면과 마주하는 상기 차단부재(22) 부위를 포함하여 코팅한다.
이와 같이 상기 챔버 본체(20) 내부에 위치한 차단부재(22)를 흑연(graphite), 탄화규소(SiC), 탄소(C), Y2O3 등과 같은 어두운 색을 띤 물질로 코팅하면, 가열수단(40)으로 기판(W)을 가열할 때 발생하는 열 또는 빛이 상기 차단부재(22)에서 반사하는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서 반사된 열 또는 빛이 서셉터(30)의 외측에 위치한 기판(W) 부위에 도달하여 서셉터(30)의 외측에 위치한 기판(W) 부위의 온도가 증가되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 화학 기상 증착 공정 시 서셉터에 놓인 기판에 온도차이가 발생하는 것을 방지하여 기판의 온도 균일도를 향상시킴으로써 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있다.
상기 서셉터(30)는 상기 챔버 본체(20)의 중심부에 위치하여 상기 챔버 본체(20)의 중심축과 상기 서셉터(30)의 중심축(34)이 실질적으로 일치하도록 하며, 상면에는 증착대상물인 기판(W)이 안착될 수 있도록 함몰형성되는 원반형의 포켓(32)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 서셉터(30)의 하부측에는 상기 가열수단(40)을 구비하여 상기 서셉터(30)에 복사열을 제공하며, 이를 통해 상기 서셉터(30)에 안착된 상기 기판(W)을 가열하도록 한다. 상기 가열수단(40)은 전원인가 시 열을 발생시키는 전열부재의 일종으로 상기 포켓(32)과 대응하는 영역에 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다.
상기 챔버 덮개(50)는 상기 챔버 본체(20)를 밀봉하여 기밀을 유지하며, 상기 챔버 본체(20)에 대해 개폐 가능한 구조로 구비될 수 있다. 또한 상기 챔버 덮개(50)는 제1 반응가스 공급부(51) 및 제2 반응가스 공급부(52)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 반응가스 공급부(51) 및 제2 반응가스 공급부(52)를 포함하는 상기 챔버 덮개(50)는 상기 챔버 본체(20)의 상부측에 구비되어 하부측에서 회전하는 서셉터(30) 위로 반응가스를 수직분사하는 샤워헤드 형 구조로 구비될 수 있다.
상기 제1 반응가스 공급부(51)는 제1 가스 유입관(61)을 통하여 유입된 제1 반응가스(G1)를 수용하기 위한 제1 저장실(55)을 구비하고, 제2 반응가스 공급부(52)는 제2 가스 유입관(62)을 통하여 유입된 제2 반응가스(G2)를 수용하기 위한 제2 저장실(58)을 구비할 수 있다.
상기 제1 저장실(55)은 제2 저장실(58)과의 사이에 제1 커버부재(53)를 구비하고, 상기 제1 커버부재(53)는 상기 제1 저장실(55)에 유입된 제1 반응가스(G1)를 분사하기 위한 복수의 제1 분사관(54)을 구비할 수 있다. 상기 제1 분사관(54)은 제2 저장실(58)을 관통하여 제1 반응가스(G1)를 서셉터(30) 위로 수직분사할 수 있다.
또한 상기 제2 저장실(58)은 상기 서셉터(30)와의 사이에 제2 커버부재(56)을 구비하고, 상기 제2 커버부재(56)는 상기 제2 저장실(58)에 저장된 제2 반응가스(G2)를 분사하기 위한 복수의 제2 분사관(57)을 구비할 수 있다.
상기 챔버 본체(20)와 결합하는 상기 챔버 덮개(50)의 하단부에는 확실한 밀봉을 유지하기 위해 오링(o-ring)과 같은 밀봉부재를 구비할 수 있다.
상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)는 전체적으로 상기 챔버 덮개(50)와 대응하는 원형의 형상을 가지며, 상기 챔버 덮개(50)의 내부를 덮도록 탈착가능하게 구비될 수 있다.
상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)는 증착공정 시 발생하는 더미 코팅(dummy coating)이 상기 챔버 덮개(50) 내에 부착되지 않도록 반응가스(G1, G2)와의 접촉을 차단하는 한편, 고온분위기 하에서 상기 챔버 덮개(50)에 열변형이 발생하지 않도록 열을 차단하는 역할을 할 수 있다. 상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)는 내열성이 우수한 재질로 형성되도록 하며, 석영(quartz) 또는 탄화규소(SiC)이 코팅된 흑연(graphite)으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)는 상기 반응공간(35)을 흐르는 반응가스(G1, G2)가 안정적인 흐름을 형성하도록 상기 서셉터(30)와 수평을 유지하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)는 복수개의 분할부재로 분할되어 각 분할부재들이 서로 결합되어 이루어지거나, 단일의 부재로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)의 표면에 부착된 더미 코팅을 제거하거나 크랙과 같이 하자가 발생된 상기 제1 커버부재(53) 및 제2 커버부재(56)를 교체할 수 있으며, 특히 복수의 분할부재로 결합된 경우 해당 분할부재만을 교체함으로써 유지보수가 용이하다는 장점을 갖는다.
상기 제1 반응가스 공급부(51)는 제1 가스 유입관(61)을 통하여 제1 반응가스(G1)를 상기 제1 저장실(55)내부로 유입하고, 유입된 제1 반응가스(G1)를 상기 제1 커버부재(53)에 형성된 상기 복수의 제1 분사관(54)을 통하여 상기 반응공간(35)으로 유입할 수 있다.
또한 상기 제2 반응가스 공급부(52)는 제2 가스 유입관(62)을 통하여 제2 반응가스(G2)를 제2 저장실(58)내부로 유입하고, 유입된 제2 반응가스(G2)를 상기 제2 커버부재(56)에 형성된 상기 복수의 제2 분사관(57)을 통하여 상기 반응공간(35)으로 유입할 수 있다.
따라서 서로 마주하는 상기 서셉터(30)와 상기 제2 커버부재(56) 사이에서 상기 서셉터(30)의 표면을 따라서 제1 및 제2 반응가스(G1, G2)가 상기 반응공간(35)으로 흐르게 된다.
상기 반응공간(35)으로 공급된 제1 및 제2 반응가스(G1, G2)는 상기 챔버 본체(20)의 중심으로부터 외주측으로 흘러 상기 챔버 본체(20)의 외주측에 구비되는 가스배출부(63)를 통해 외부로 배기될 수 있다.
상기 가열수단(40)은 상기 기판(W)이 탑재되는 상기 서셉터(30)의 하부측 근방에 배치되어 상기 기판(W)을 가열하기 위한 열을 상기 서셉터(30)에 제공한다. 이러한 가열수단(40)은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사, 레이저 등 중에서 어느 하나로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 챔버 본체(20)에는 상기 서셉터(30)의 외부면이나 상기 가열수단(40)에 근접하도록 배치되어 상기 챔버 본체(20)의 내부 분위기 온도를 수시로 측정하고, 측정값을 근거로 하여 가열온도를 조절할 수 있도록 온도센서를 구비할 수 있다.
이러한 화학 기상 증착장치(10)에서는 상기 서셉터(30)의 상부측에 형성된 복수의 제1 및 제2 분사관(54, 57)을 통하여 반응가스가 서셉터(30)의 상부면으로 유입된다. 따라서 유입되는 반응가스가 높은 온도의 기판(W) 상에서 화학적 증착 반응으로 인해 기판(W)의 표면에 박막을 형성하고, 잔류 가스나 분산물은 챔버 본체(20)의 외측에 있는 가스배출부(63)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이와 같은 화학 기상 증착 장치에 있어서, 상기 가열수단(40)이 상기 기판(W)이 탑재되는 상기 서셉터(30)의 하부측 근방에 배치되어 상기 기판(W)을 가열하기 위한 열을 상기 서셉터(30)에 제공할 때, 상기 차단부재(22)의 표면에 코팅된 흑연(graphite), 탄화 규소(SiC), 탄소(C), Y2O3 등의 물질이 가열수단(40)으로 기판(W)을 가열할 때 발생하는 열 또는 빛이 상기 차단부재(22)에서 반사하는 것을 감소시킬 수 있다.
따라서 반사된 열 또는 빛이 서셉터(30)의 외측에 위치한 기판(W) 부위에 도달하여 서셉터(30)의 외측에 위치한 기판(W) 부위의 온도가 증가되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 화학 기상 증착 공정 시 서셉터에 놓인 기판에 온도차이가 발생하는 것을 방지하여 기판의 온도 균일도를 향상시킴으로써 우수한 품질의 기판을 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10 ...화학 기상 증착 장치 20 ...챔버 본체
22...석영 차단부재 24...코팅
30 ...서셉터 40 ...가열수단
50 ...챔버 덮개

Claims (10)

  1. 중공형의 내부공간을 갖는 챔버 본체;
    상기 챔버 본체 내에서 구비되며, 기판이 안착되는 포켓이 적어도 하나 형성된 서셉터;
    상기 서셉터의 하부에 구비되어 상기 기판을 가열하는 가열수단;
    상기 챔버 본체에 상부측에 구비되며, 내부에 반응가스를 수용하기 위한 저장실을 형성하고, 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하며, 상기 서셉터의 표면을 따라서 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 챔버 덮개; 및
    상기 챔버 본체의 내주 벽면에 외주면이 밀착되도록 결합되며, 내주면이 흑연(graphite), 탄화 규소(SiC), 탄소(C) 및 Y2O3 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 코팅된 차단부재;를 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재는 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열수단은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사 및 레이저로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 덮개는 상기 서셉터 위로 반응가스를 거의 수직방향으로 분사하는 샤워헤드 형 구조로 구비된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 본체는 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재는 상기 챔버 본체의 내주 벽면을 따라 형성되되, 상기 가열수단 보다 상부에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 서셉터의 측면과 마주하는 상기 차단부재의 내주면이 코팅된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반응공간의 높이는 10mm 내지 20mm인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응가스는 상기 챔버 본체의 외주측에 구비되는 가스배출부를 통해 외부로 배기되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스배출부는 상기 차단부재의 상부측에 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150145775A (ko) * 2014-06-19 2015-12-31 한국생산기술연구원 처리가스 공급모듈을 포함하는 금속표면처리장치 및 이를 이용한 금속표면처리방법

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