KR20140087170A - 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트 - Google Patents

Abstract

새틀라이트에 부가된 열을 용이하게 전달하여 새틀라이트 전체의 온도의 균일성을 확보할 수 있는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트를 제시한다. 그 새틀라이트의 저면에는 오목부가 형성되어 있으며, 오목부에는 일정한 간격만큼 이격된 복수개의 스파이럴 단편들이 새틀라이트의 원주 방향을 따라 적어도 어느 한 부분에 배치되는 제2 오목부를 포함한다.

Description

화학 기상 증착 장치용 새틀라이트{Satellite for chemical vapor deposition}

본 발명은 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트에 관한 것으로, 구체적으로 웨이퍼에 대한 파장의 산포를 균일하게 하기 위한 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트에 관한 것이다.

일반적으로, LED 소자는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있다. 이와 같은 LED 소자를 형성하기 위해, 먼저 사파이어 기판을 화학 기상 증착 장치의 새틀라이트(satellite) 상에 장착한 후, 사파이어 웨이퍼 상에 발광 구조물, 예컨대 GaN 또는 AlGaN으로 이루어진 n형 질화물 반도체층, 다중우물구조인 GaN/InGaN 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 순차적으로 적층하여 전기적으로 연결된 전극들을 형성한다.

그런데, 사파이어 웨이퍼와 그 위에 성장하는 반도체층, 예컨대 GaN 층은 격자상수와 열팽창 계수가 각각 다르다. 다시 말해 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체층에 결함이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 반도체층을 포함한 사파이어 웨이퍼(4)가 휠 수 있다. 웨이퍼(4)의 휨은 웨이퍼와 새틀라이트(2) 사이의 접촉 불량을 일으키고, 이로 인하여 발광 구조물의 활성층이 성장할 때에 웨이퍼(4)의 중심부과 에지부 사이에 온도 차이를 유발하게 된다. 이러한 온도 차이는, 활성층의 In 농도가 영역별로 심한 편차를 일으키고, 이러한 편차에 따라 LED 소자의 발광 파장 특성이 다르게 나타날 수 있어서, 결국 LED 소자의 생산성 및 질적 향상에 악영향을 미치고 있다. 사파이어 웨이퍼(4)의 휨에 의한 변형은 웨이퍼(4)의 직경이 커질수록 더욱 심화되어, 웨이퍼(4)의 직경을 크게 하는 장애요인이 되고 있다.

한편, 새틀라이트(2)는 웨이퍼(4)를 수납하기 위한 것으로, 흑연과 같은 물질로 이루어진 몸체(3)에 반응가스에 대하여 식각 저항성이 큰 SiC층(1)이 피복되어 있으며, 디스크 형태를 이룬다. 디스크 에지(edge)부의 원주를 따라 돌출된 부분은 웨이퍼(4)를 고정시키며, 챔버 내의 온도에 의해 가열된 상태에서 새틀라이트(2)에 놓인 웨이퍼(4)에 박막이 형성된다. 이러한 새틀라이트(2)의 전체에 걸친 온도의 균일성은 앞에서 설명한 바와 같이 웨이퍼(4)의 변형 및 파장 특성에 영향을 미친다.

종래에는 새틀라이트(2)의 형상을 변형시켜 상기 온도 균일성을 확보하기 위한 시도가 있었다. 즉, 새틀라이트(2)에서 웨이퍼(4)가 놓이는 면(이를, 상면이라고 함)을 오목하게 하여, 새틀라이트(2)의 중심부와 에지부의 온도 차이를 줄이고자 하였다. 하지만, 종래의 새틀라이트(2)는 새틀라이트(2)와 웨이퍼(4) 사이의 공간을 차지하면서 열 전달을 수행하는 유체의 유동이 불안정하게 되는 등 여러 가지 문제로 인하여 상기 온도 차이를 효과적으로 줄일 수 없다. 또한 에지부의 돌출된 부분이 열 전달에 장애가 되어 온도 균일하게 하는 데 곤란한 점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 새틀라이트에 부가된 열을 용이하게 전달하여 새틀라이트 전체의 온도의 균일성을 확보할 수 있는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트는 웨이퍼를 수납하여 상기 웨이퍼에 박막을 성장시키기 위한 새틀라이트에 있어서, 상기 새틀라이트의 저면에는 오목부가 형성되어 있으며, 상기 오목부에는 일정한 간격만큼 이격된 복수개의 스파이럴 단편들이 상기 새틀라이트의 원주 방향을 따라 적어도 어느 한 부분에 배치되는 제2 오목부를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 스파이럴 단편들은 제2 오목부의 전체에 걸쳐 배치될 수 있으며, 상기 제2 오목부의 안쪽에는 제1 오목부가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 오목부에서 상기 제2 오목부로 갈수록 상기 새틀라이트의 두께가 두꺼워질 수 있다. 또한, 상기 제2 오목부의 바깥쪽에는 제3 오목부가 배치될 수 있으며, 이때에는 상기 제1 오목부에서 상기 제2 오목부로 갈수록 상기 새틀라이트의 두께가 두꺼워질 수 있다.

본 발명의 새틀라이트에 있어서, 상기 오목부는 원뿔 또는 돔 형태 중의 하나일 수 있으며, 경우에 따라 상기 오목부는 상기 제1 오목부는 평탄하고, 상기 제2 오목부 또는 제3 오목부 중 적어도 하나는 원뿔 또는 돔 형태 중의 어느 하나일 수 있다. 또한 상기 새틀라이트는 일부 또는 전체가 굴곡지거나 경사질 수 있다. 나아가, 제1 오목부는 상기 제2 오목부에 비해 원뿔, 돔, 원기둥 형태 중에 선택된 어느 하나의 형상으로 패여질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 스파이럴 단편은 상기 제2 오목부 바깥쪽으로 갈수록 높이 차이를 가지며, 상기 높이는 상기 바깥쪽으로 갈수록 높아지는 것이 바람직하다. 또한 상기 스파이럴 단편 사이의 통로는 상기 제2 오목부 바깥쪽으로 갈수록 폭 차이를 가지며, 상기 폭은 상기 바깥쪽으로 갈수록 커지는 것이 바람직하다.

본 발명의 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트에 의하면, 새틀라이트의 저면에 스파이럴(spiral) 단편이 일정한 간격으로 배치되는 오목부를 두어 새틀라이트 저면에서 열을 전달하는 유체의 흐름을 원활하게 함으로써, 새틀라이트 전체에 걸쳐 온도의 균일성을 확보할 수 있다. 또한 복수개의 스파이럴 단편의 크기 및 형상뿐만 아니라 복수개의 새틀라이트 단편이 부착되는 밀도(스파이럴 단편 사이의 폭)를 조절하여, 새틀라이트를 다양한 방법으로 활용할 수 있다.

도 1은 종래의 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트에 웨이퍼가 장착된 상태의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 새틀라이트가 설치된 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트의 단면도 및 저면도이다.
도 3b는 본 발명에 의한 새틀라이트에 부착된 스파이럴 단편의 하나의 예를 설명하기 위한 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 새틀라이트의 저면에 스파이럴(spiral) 단편이 일정한 간격으로 배치되는 오목부를 두어 새틀라이트 저면에서 열을 전달하는 유체의 흐름을 원활하게 함으로써, 새틀라이트 전체에 걸쳐 온도의 균일성을 확보하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트를 제시한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 오목부에 위치한 스파이럴 단편에 의해 열 전달을 수행하는 유체의 흐름이 원활하게 되는 과정을 상세하게 설명할 것이다. 여기서, 새틀라이트의 저면이란 새틀라이트에서 웨이퍼가 놓이는 면에 반대되는 면을 말하며, 상기 저면은 서셉터를 향하고 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 새틀라이트가 설치된 화학 기상 증착 장치를 나타내는 단면도이다. 여기서, 화학 기상 증착 장치는 하나의 사례로 제시하는 것이므로 본 발명의 범주에서 다양한 형태의 장치에 적용될 수 있다.

도 2에 의하면, 본 발명의 화학 기상 증착 장치는 챔버(10) 내에는 서셉터(40)에 공정가스(process gas)를 주입하면서 서셉터(40)를 지지하는 지지부(22, 24), 서셉터(40)를 가열하는 히터(30), 소스 가스(source gas)와 캐리어 가스(carrier gas)로 이루어진 반응가스를 공급하는 반응가스 주입부(12) 및 상기 가스들을 배출하는 가스 배출부(20)를 포함한다. 서셉터(40)는 웨이퍼가 수납되는 디스크 형태의 새틀라이트(satellite; 100)를 수용하는 포켓(48)이 형성되어 있으며, 새틀라이트(100)의 외부로 노출되는 면은 SiC층으로 코팅되어 있다. 포켓(48)은 커버(14, 16)에 의해 공간이 정의되며, 서셉터(40)에서 히터(30)를 마주하는 부분은 확산 방지판(44)이 부착되어 있고 측면은 도시된 바와 같이 쿼츠(quartz) 링(46) 등에 의해 둘러싸여 있다.

지지부(22, 24)는 서셉터(40)의 일측을 지지하는 제1 지지부(22), 타측을 지지하면서 회전력을 부여하는 제2 지지부(24)로 구분된다. 즉, 제2 지지부(24)에 의해 제공된 회전력으로 서셉터(40)가 회전하게 되고, 상기 반응가스 등에 의해 새틀라이트(100)에 놓인 웨이퍼에 박막이 형성된다. 새틀라이트(100)는 상기 공정가스에 의해 서셉터(40)로부터 부상하여 회전하며, 이때 상기 공정가스는 수소(H₂) 및 질소(N₂) 가스가 사용된다. 상기 공정가스는 공정가스 저장조(60)에 저장되어 유량조절기(62)에 의해 유량이 조절되어 제2 지지부(24)를 관통하는 외부 유로(50) 및 서셉터(40)를 관통하는 내부 유로(52)를 통하여 챔버(10) 안으로 공급된다.

본 발명의 새틀라이트(100)는 저면에 스파이럴(spiral) 단편이 일정한 간격으로 배치되는 오목부를 두어 새틀라이트(100) 저면에서 열을 전달하는 유체의 흐름을 원활하게 한다. 이에 대해서는 이하의 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트의 단면도 및 저면도이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 새틀라이트에 부착된 스파이럴 단편의 하나의 예를 설명하기 위한 사시도이다.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 새틀라이트(100)는 웨이퍼를 수납하기 위한 것으로서, 흑연과 같은 물질로 이루어진 몸체(102)에 반응가스에 대하여 식각 저항성이 큰 SiC층(101)이 피복되어 있으며, 디스크 형태를 이룬다. 디스크 에지부의 원주를 따라 돌출된 부분은 웨이퍼를 고정시키며, 챔버 내의 온도에 의해 가열된 상태에서 새틀라이트(100)에 놓인 웨이퍼에 박막을 성장시킨다. 새틀라이트(100)의 저면에는 오목부(105)가 형성되어 있고, 오목부(105)에는 복수개의 스파이럴 단편(110)이 일정한 간격만큼 이격되면서 형성되어 있다.

스파이럴 단편(110)은 몸체(102)와 일체를 이룰 수 있고, SiC층(101) 상에 부착될 수 있다. 도면에서는, 몸체(102)와 일체를 이루고 SiC층(101)이 피복된 상태를 표현한 것이다. 오목부(105)는 복수개의 스파이럴 단편(110)이 적어도 어느 한 부분이 일정한 간격을 유지하면서 원주 방향을 따라 배치되는 제2 오목부(b)을 중심으로, 안쪽은 제1 오목부(a) 그리고 바깥쪽은 제3 오목부(c)로 구분된다. 복수개의 스파이럴 단편(110)이 적어도 어느 한 부분이 일정한 간격을 유지한다는 것은, 도시된 것처럼, 제2 오목부(b) 전체에 스파이럴 단편(110)을 배치할 수도 있고, 스파이럴 단편(110)이 일정한 간격만큼 이격되어 배치된 부분이 여러 곳일 수 있다. 이때, 제1 오목부(a)에서 제3 오목부(c)로 갈수록 새틀라이트(100)의 두께는 두꺼워진다.

한편, 제1 내지 제3 오목부(a, b, c)의 면적은 새틀라이트(100)의 온도 균일성을 구현할 수 있도록 사전에 설정된다. 경우에 따라, 제3 오목부(c)가 없는 오목부(105)가 있을 수 있다. 또한, 오목부(105)는 전체적으로 원뿔 또는 돔 형태이거나, 제2 및 제3 오목부(b, c)는 원뿔이나 돔 형태의 일부를 이루고 제1 오목부(a)는 평탄하게, 즉 새틀라이트(100)에서 웨이퍼가 놓이는 면과 평행하게 할 수 있다. 나아가, 제1 오목부(a)는 제2 오목부(b)에 비해 몸체(102) 방향으로 패여진 형태일 수 있다. 이때, 패여진 형태는 원뿔, 돔, 원기둥 형태 중의 어느 하나일 수 있다.

종래와 같이 새틀라이트(100)에서 웨이퍼가 놓이는 면에 오목부를 두면, 새틀라이트(100)와 웨이퍼 사이의 공간을 차지하면서 열 전달을 수행하는 유체의 유동이 불안정하게 되는 등 여러 가지 문제가 발생하나, 본 발명의 실시예처럼 새틀라이트(100)의 저면에 오목부(105)를 형성하여 이를 해소할 수 있다. 오목부(105)에 의해, 새틀라이트(100) 저면에 유동하는 유체는 제1 오목부(a)에서 제3 오목부(c) 방향으로 흐르게 된다. 이에 따라, 상대적으로 온도가 낮은 제1 오목부(a)에서의 유체가 상대적으로 온도가 높은 제3 오목부(c) 방향으로 빠져 나감으로써, 새틀라이트(100) 전체가 균일한 온도를 유지할 수 있게 한다.

도 3b를 참조하면, 여기서는 제2 오목부(b)에 배치된 복수개의 스파이럴 단편(110) 중에서 두 개를 취하여 설명하기로 한다. 각각의 스파이럴 단편(110)은 나선형 구조물의 일부이며, 이에 따라 스파이럴 단편(110)은 몸체(112)의 측면(114)에서 나선형에 따라 굽어진 모양을 가진다. 제1 오목부(a)에서 제3 오목부(c) 방향으로 갈수록 높이 차이(H2-H1)를 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 높이 차이(H2-H1)는 0보다 큰 것이 좋다.

스파이럴 단편(110)들 사이는 유체가 흐르는 통로를 제공하며, 상기 통로는 제1 오목부(a)에서 제3 오목부(c) 방향으로 갈수록 폭 차이(W2-W1)를 보인다. 바람직하게는 상기 폭 차이(W2-W1)은 0보다 큰 것이 좋다. 또한 제1 오목부(a)에 접한 상기 통로는 도시된 바와 같이 유체의 흐름을 원활하게 하기 위하여 확장되어 있는 것이 바람직하고, 마찬가지로 제3 오목부(c)에 접한 통로 역시 확장되는 것이 좋다.

앞에서 설명한 바와 같이, 스파이럴 단편(110)의 길이(L)에 의해 결정되는 제2 오목부(b)의 면적은 새틀라이트(100)의 온도 균일성에 구현하기 위하여 사전에 설정된다. 또한, 스파이럴 단편(110)의 크기와 개수 및 그에 따른 상기 통로의 폭 역시 온도 균일성에 맞추어 결정된다. 나아가, 동일한 목적으로 상기 높이 차이(H2-H1) 및 폭 차이(W2-W1)을 조절할 수 있다. 한편, 본 발명의 범주 내에서 스파이럴 단편(110)의 형상을 다양하게 할 수 있다. 예를 들어, 스파이럴 단편(110)의 일부 또는 전체를 굴곡지게 하거나 경사지게 할 수도 있다.

본 발명의 스파이럴 단편(110)이 배치된 제2 오목부(b)는 새틀라이트(100)의 저면에 흐르는 유체의 흐름을 조절한다. 다시 말해, 상기 유체가 상대적으로 저온인 제1 오목부(a)에서 제3 오목부(c) 방향으로 흐르도록 하도록 유도한다. 즉, 서셉터(도 1의 40)로부터 공급된 공정가스는, 새틀라이트(100)의 회전에 의해, 스파이럴 단편(110) 사이의 통로를 거쳐 두께가 얇은 제1 오목부(a)에서 제3 오목부(c) 방향으로 강제적으로 배출된다. 이에 따라, 종래와는 달리 새틀라이트(100) 저면에서의 유체의 유동이 불안정한 것을 해소할 수 있다. 다시 말해, 새틀라이트(100)에서의 유체의 흐름이 와류가 되는 것을 막고, 일정한 흐름을 유도하므로, 새틀라이트(100)의 온도 균일성을 안정적으로 확보할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 새틀라이트는 복수개의 스파이럴 단편의 크기 및 형상뿐만 아니라 복수개의 새틀라이트 단편이 부착되는 밀도(스파이럴 단편 사이의 폭)을 자유롭게 조절할 수 있다. 다시 말해, 새틀라이트의 크기와 형상, 박막이 성장되는 챔버의 환경 등을 고려하여 복수개의 스파이럴 단편의 적용할 수 있다. 이는 새틀라이트의 온도를 보다 정밀하게 제어할 수 있는 방안을 제시하는 것이다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10; 챔버 12; 반응가스 주입부
14, 16; 커버 30; 히터
40; 서셉터 48; 포켓
50; 외부 유로 52; 내부 유로
60; 공정가스 저장조 100; 새틀라이트

Claims (14)

1. 웨이퍼를 수납하여 상기 웨이퍼에 박막을 성장시키기 위한 새틀라이트에 있어서,
   상기 새틀라이트의 저면에는 오목부가 형성되어 있으며, 상기 오목부에는 일정한 간격만큼 이격된 복수개의 스파이럴 단편들이 상기 새틀라이트의 원주 방향을 따라 적어도 어느 한 부분에 배치되는 제2 오목부를 포함하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 스파이럴 단편들은 제2 오목부의 전체에 걸쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 오목부의 안쪽에는 제1 오목부가 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 오목부에서 상기 제2 오목부로 갈수록 상기 새틀라이트의 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2 오목부의 바깥쪽에는 제3 오목부가 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 오목부에서 상기 제2 오목부로 갈수록 상기 새틀라이트의 두께가 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
7. 제1항에 있어서, 상기 오목부는 원뿔 또는 돔 형태 중의 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
8. 제3항 또는 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부는 상기 제1 오목부는 평탄하고, 상기 제2 오목부 또는 제3 오목부 중 적어도 하나는 원뿔 또는 돔 형태 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
9. 제3항에 있어서, 상기 제1 오목부는 상기 제2 오목부에 비해 원뿔, 돔, 원기둥 형태 중에 선택된 어느 하나의 형상으로 패여진 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
10. 제1항에 있어서, 상기 새틀라이트는 일부 또는 전체가 굴곡지거나 경사진 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
11. 제1항에 있어서, 상기 스파이럴 단편은 상기 제2 오목부 바깥쪽으로 갈수록 높이 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
12. 제11항에 있어서, 상기 높이는 상기 바깥쪽으로 갈수록 높아지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
13. 제1항에 있어서, 상기 스파이럴 단편 사이의 통로는 상기 제2 오목부 바깥쪽으로 갈수록 폭 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.
14. 제13항에 있어서, 상기 폭은 상기 바깥쪽으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 새틀라이트.

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