KR20150101236A - 가스 공급의 개별 제어가 가능한 모듈형 화학기상 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 화학기상 증착장치는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내부에서 웨이퍼를 지지하는 서셉터 및 상기 공정 챔버 내부에 설치되어, 복수개의 구획된 공간을 가지며 상기 공간으로부터 제 1공정가스 또는 캐리어가스를 상기 서셉터를 향해 선택적으로 분사하는 제 1챔버와 단일 공간을 가지며 제 2공정가스를 상기 공정 챔버 내부로 분사하는 제 2챔버를 구비하는 샤워헤드를 포함한다.
본 발명에 의하면, 샤워헤드에서 공정 챔버로 공급하는 공정가스 및 캐리어 가스를 선택적으로 제어할 수 있는 적어도 하나 이상의 모듈을 구비하여, 각 공정 상황에 맞춰 각 가스의 흐름을 제어하여 공급함으로서 균일한 박막 증착이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

가스 공급의 개별 제어가 가능한 모듈형 화학기상 증착장치{Modular Chemical Vapor Deposition individually controlling supply gas}

본 발명은, 공급가스를 제어하는 화학기상 증착장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 공정 챔버 내 주입되는 공정 가스 및 캐리어 가스를 선택적으로 조절하여 균일성 있는 박막의 증착이 가능하도록 가스 공급의 개별 제어가 가능한 모듈형 화학기상 증착장치에 관한 것이다.

화학기상증착이란 공정 가스의 화학 반응을 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 의미한다. 따라서 화학기상증착장치는 반응성이 좋은 적어도 하나 이상의 공정가스를 챔버 내에 공급하고, 이를 빛, 열, 플라즈마(plasma), 마이크로 웨이브(micro wave), X-ray, 전기장 등을 이용하여 공정가스를 활성화시켜 기판 상에 양질의 박막을 형성하도록 구성된다.

이와 같은 공정을 수행하는 화학기상증착장치는 반도체 소자 및 OLED 및 LED와 같은 발광소자를 제조하기 위한 장치이다. 상세하게 화학기상 착장치는 사파이어와 같은 기판 또는 웨이퍼 상에 질화물 재료를 이용하여 GaN 결정으로 이루어지는 버퍼층, n형, GaN 결정으로 이루어지는 n형 도핑층, InGaN으로 형성되는 p형 도핑층을 순차적으로 적층시켜 발광소자를 제조하는 장치이다.

이러한 화학기상증착장치는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 및 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)를 포함하며, 내부에 수용된 기판 상에 공정가스를 분사하여 기판과 공정가스를 반응시킨 후 반응된 가스를 배기하는 방식의 공정으로 이루어진다.

종래의 MOCVD 장비는 one zone heater supply(RF)와 공정가스 공급부로 구성되어 있어 웨이퍼 전체 면적에 균일한 공정가스의 공급 조절이 쉽지 않아 고퀄리티를 갖춘 박막 증착이 이루어지지 않는 문제가 있었다.

공개특허번호 제10-2011-0092690호

본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 샤워헤드 내부에 각각의 공정가스 및 캐리어 가스의 흐름을 제어할 수 있는 적어도 하나 이상의 모듈을 구비하여, 웨이퍼 내에 반응하여 성장하는 공정가스의 비율을 합리적으로 조절할 수 있도록 함에 있다.

본 발명에 따른 화학기상 증착장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에서 웨이퍼를 지지하는 서셉터; 및 상기 공정 챔버 내부에 설치되어, 복수개의 구획된 공간을 가지며 상기 공간으로부터 제 1공정가스 또는 캐리어가스를 상기 서셉터를 향해 선택적으로 분사하는 제 1챔버와 하나의 공간을 가지며 제 2공정가스를 상기 공정 챔버 내부로 분사하는 제 2챔버를 구비하는 샤워헤드;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1챔버는 상기 제 2챔버 상측에 설치되며, 상기 제 1챔버 내에는 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스가 외부로부터 적어도 하나의 제 1공급유로를 통하여 공급되고 수용되는 제 1모듈 및 상기 제 1모듈과 인접하게 설치되어, 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스가 외부로부터 적어도 하나의 제 2공급유로를 통하여 공급되고 수용되는 제 2모듈을 구비할 수 있다.

또한, 상기 제 1공급유로 또는 제2공급유로 상에는 상기 캐리어 가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 1차단 밸브 및 상기 제 1차단 밸브를 통과한 상기 캐리어 가스 또는 상기 제 1공정가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 2차단 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1챔버는 상기 샤워헤드 중심축에서 동일 반경의 원형의 구조를 가지는 제 1모듈; 및 상기 제 1모듈과 인접하게 배치되며, 환형의 구조를 가지는 제 2모듈을 가지는 제 2모듈을 구비할 수 있다.

또한, 상기 제 1챔버는 상기 제 2모듈과 인접하게 배치되고, 환형의 구조를 가지는 제 3모듈을 더 포함하고, 상기 제 3모듈은 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 공급하는 복수의 제 3공급유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 3공급유로는 외부로부터 개별적인 유로를 통하여 상기 제 3모듈과 연결되며, 상기 제 3공급유로 상에는 상기 캐리어 가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 1차단 밸브 및 제 1차단 밸브를 통과한 상기 캐리어 가스 또는 상기 제 1공정가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 2차단 밸브를 가질 수 있다.

또한, 상기 제 1모듈, 제 2모듈 및 제 3모듈에 연결되며, 상기 공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 상기 공정 챔버 내부로 공급할 수 있는 제 1공급관, 제 2공급관 및 제 3공급관을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1모듈, 제 2모듈 및 제 3모듈로 각각 상기 공정가스 또는 상기 캐리어 가스의 공급을 선택적으로 조절할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1모듈 내지 제 3모듈은 상기 제 1챔버 중심에서 바깥 방향을 향해 층형 구조로 형성되며, 상기 제 1공급관, 상기 제 2공급관 또는 상기 제 3공급관은 상기 각각의 모듈에서 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 각각의 가스의 종류에 따라 선택적으로 차단하여 가스의 양을 조절할 수 있다.

또한, 상기 제 1챔버 내의 상기 제 1모듈, 제 2모듈 또는 제 3모듈을 통하여 상기 공정 챔버로 공급하는 상기 공정가스는 5족 가스이며, 상기 각각의 모듈은 선택적으로 상기 5족 가스의 양 및 속도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 제 1챔버에 의해 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 캐리어 가스는 비활성 가스일 수 있다.

그리고 상기 제 1챔버에 공급되는 상기 비활성 가스는 적어도 하나 이상의 종류를 가질 수 있다.

또한, 상기 제 2챔버는 상기 제 2공정가스를 상기 공정 챔버 내부로 공급할 수 있는 제 4공급관을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 2공정가스는 3족 가스일 수 있다.

또한, 상기 제 2챔버의 하측에 설치되고, 상기 제 1공급관 내지 제 4공급관을 통해 이동하는 상기 공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 냉각시키는 냉각 챔버를 더 포함할 수 있다.

그리고 본 발명은 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에서 웨이퍼를 지지하는 서셉터; 및 상기 세셉터 상측에 설치되어, 제 1공정가스 또는 캐리어 가스를 수용하고 상기 서셉터를 향해 분사하는 복수개의 공간이 배치된 제 1챔버; 상기 제 1챔버와 연결되고, 제 2공정가스를 상기 서셉터를 향해 분사하는 제 2챔버; 및 상기 제 1챔버와 연결되며, 외부로부터 공급된 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 제어하면서 선택적으로 공급하는 유로를 형성하는 공급유로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2챔버에서 상기 제 2공정가스를 상기 공정 챔버로 분사하는 영역은 상기 제 1챔버가 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 상기 공정 챔버로 분사하는 영역 이상의 크기이며, 상기 제 2공정가스는 선택적으로 제어되면서 상기 서셉터를 향해 분사하는 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스와 상호 교환이 가능하도록 분사될 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 의할 경우, 샤워헤드에서 공정 챔버로 공급하는 각 공정가스들의 반응 비율을 효율적으로 조절하여 고품질의 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 샤워헤드에서 공정 챔버로 공급하는 공정가스 및 캐리어 가스를 선택적으로 제어할 수 있는 적어도 하나 이상의 모듈을 구비하여, 각 공정 상황에 맞춰 각 가스의 흐름을 제어하여 공급함으로서 균일한 박막 증착이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존 발명들과 다르게 5족 공정가스가 공급되는 챔버를 상부에 구성하여, 챔버의 제조가 용이하고 이루고자하는 컨셉에 맞추어 자유롭게 변경하면서 제작이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상 증착장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 샤워헤드를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기상 증착장치의 샤워헤드를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드 및 샤워헤드 내 제 1챔버내 모듈을 나타낸 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하부에서 바라본 샤워헤드의 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 화학기상 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 공급되는 가스를 제어하면서 유기금속 화합물을 포함한 공정가스를 이용하는 화학기상증착공정(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)장치에 관하여 설명하도록 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이외의 각종 공정가스를 이용한 화학기상 증착공정장치에 적용될 수 있다.

본 발명은 공정 챔버(100), 공정 챔버(100) 내부에서 웨이퍼(S)를 지지하는 서셉터(200) 및 공정 챔버(100) 내부에 설치되어, 복수개의 구획된 공간을 가지며 상기 공간으로부터 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)를 서셉터(200)를 향해 선택적으로 분사하는 제 1챔버(400)와 단일 공간을 가지며 제 2공정가스(G2)를 공정 챔버(100) 내부로 분사하는 제 2챔버(500)를 구비하는 샤워헤드(300)를 포함하여, 공정 챔버(100) 내 주입되는 공정 가스(G1) 및 캐리어 가스(G2)를 선택적으로 제어하여 균일성 있는 박막의 증착이 가능하도록 하는 모듈형 화학기상 증착장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상 증착장치에 대한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 화학기상 증착장치(10)는 공정 챔버(100), 상기 공정 챔버(100) 내부에 설치되며, 공정 챔버(100) 내부로 제 1공정가스 또는 캐리어 가스(G3)를 공급하는 제 1챔버(400) 및 제 1챔버(400) 하측에 설치되고, 공정 챔버(100) 내부로 제 2공정가스(G2)를 공급하는 제 2챔버(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

공정 챔버(100)는 화학기상 증착장치(10)의 몸체를 형성하고, 내부에서 웨이퍼(S)의 박막의 증착이 이루어질 수 있는 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 상단이 개방되는 용기 형상으로 마련된다. 공정 챔버(100) 상단에는 리드(미도시)가 설치되며, 리드는 공정 챔버(100)로부터 개폐된다.

또한, 공정 챔버(100)는 증착효율을 높일 수 있도록 능동적으로 제어 가능한 가스 유로를 제외하고는, 외부와의 기밀을 유지할 수 있도록 형성될 수 있다.

서셉터(200)는 공정 챔버(100)의 내부에 설치되고, 웨이퍼(S)를 지지하며 샤워헤드(300)에 대향 되도록 배치될 수 있다. 서셉터(200)의 상부 면에는 웨이퍼(S)를 지지하기 위해 웨이퍼(S)에 대응되는 형상으로 단차가 형성된 수용홈(미도시)이 형성된다. 수용홈은 하나 이상의 웨이퍼(S)에 동일한 결정층을 함께 형성할 수 있도록 적어도 하나 이상으로 배치될 수 있다.

그리고 서셉터(200)는 서셉터 지지부(210), 웨이퍼(S)의 테두리부를 지지하는 측벽(230)과 측벽(230)을 지지하는 측벽 지지판(250)을 포함한다. 서셉터 지지부(210)는 공정 챔버(100) 하측에 구비되는 구동축(270)과 연결 설치될 수 있다. 구동축(270)은 모터(미도시)와 연결 배치되어 모터의 회전력을 이용하여 서셉터 지지부(210) 및 서셉터(200)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 또한, 구동축(270)을 승강 가능하게 구성하여, 서셉터 지지부(210) 및 서셉터(200)를 승강하도록 구성할 수 있다.

측벽(230) 및 측벽 지지판(420)은 서셉터 지지부(210)의 하부에 공간이 형성되도록 구성된다. 따라서 측벽(230) 및 측벽 지지판(250)은 서셉터 지지부(210)의 하부에 형성되는 공간을 폐쇄시켜 공정 챔버(100) 내부의 체적을 감소시킬 수 있다. 또한, 측벽(230) 및 측벽 지지판(250)은 제 1공정가스(G1), 제 2공정가스(G2) 및 캐리어 가스(G3)가 서셉터(200) 내부로 침투되는 것을 차단할 수 있다. 여기서, 측벽(230)은 내열성 및 내화학적인 성질이 우수한 석영 재질로 이루어질 수 있다.

그리고 서셉터(200)의 하측에는 서셉터(200)의 상면을 가열하기 위한 히터(201)를 구비할 수 있다. 히터(201)는 서셉터 지지부(210) 내측에 구비되어 서셉터(200) 상면의 온도를 균일하게 제어하도록 설치될 수 있다. 따라서 증착 공정시 히터(201)를 제어하여 서셉터(200) 상면의 웨이퍼(S)에 증착공정이 원활하게 진행될 수 있도록 공정 분위기를 조성한다. 본 실시예에서는, 공정 가스의 종류에 따라 1000℃ 이상까지 서셉터(200)를 가열할 수 있는 히터(201)를 제공하는 것이 바람직하다.

그리고 샤워헤드(300)는 외부의 가스 공급원과 연결되고, 공정 챔버(100) 내측으로 가스를 공급할 수 있다. 본 실시예에서는 적어도 하나 이상의 공정가스 및 캐리어 가스(G3)가 제 1공급관(413), 제 2공급관(423), 제 3공급관(433) 및 제 4공급관(503)에 의하여 공정 챔버(100)로 공급되고, 적어도 하나 이상의 공정가스가 서셉터(200) 상 웨이퍼(S) 상면에서 반응이 일어나서 증착이 진행된다.

본 실시예처럼 유기금속 화합물을 이용한 공정가스를 이용하는 MOCVD는 일반적으로 암모니아(NH3) 등의 5족 원소를 이용한 하이드라이드 가스와 갈륨(Ga), 인듐(In)의 3족 원소를 이용한 트리메탈갈륨(Trimethylgallium;TMGa), 트리메탈인듐(Trimethyl-Indium;TMI), 트리메탈알루미늄(Trimethyl-aluminium;TMA) 등의 유기금속 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 샤워헤드(300)에는 3족 가스와 5족 가스를 별도로 공급하는 별도의 공급관이 연결되며, 제 1공정가스(G1)로는 상기의 3족 가스 또는 5족 가스 중 어느 하나를 사용하며, 제 2공정가스(G2)는 상기의 3족 가스 또는 5족 가스를 사용할 수 있다.

이와 함께, 고온에서 이루어지는 공정 환경에 따라 샤워헤드(300)가 일정 온도 이상으로 가열될 경우, 샤워헤드(300)를 통해서 공정 챔버(100)로 배출되는 공정가스가 샤워헤드(300) 저면에서 반응을 일으켜 샤워헤드(300)에 증착되거나 파티클을 형성할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 샤워헤드(300)의 온도를 일정 온도 이하로 유지하기 위한 냉각 챔버(600)가 구성될 수 있다. 냉각 챔버(600)는 후에 기술한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드의 단면을 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 샤워헤드(300)는 서셉터(200) 상측에 설치되며, 공정 챔버(100) 내부로 제 1, 2공정가스(G1,G2) 및 캐리어 가스(G3)가 개별적으로 공급될 수 있도록 샤워헤드(300) 내부에 제 1챔버(400) 및 제 2챔버(500)가 구비될 수 있다.

제 1챔버(400)와 제 2챔버(500)는 상하 방향의 층형으로 구성될 수 있으며, 상기 제 1챔버(400)는 적어도 두 개 이상의 모듈을 구비할 수 있다. 도 2에 따르면, 제 1챔버(400) 내에 두 개의 모듈을 포함하며 구성되어 있고, 제 1모듈(410)은 샤워헤드(300) 중심을 기준으로 샤워헤드(300) 중심에서 바깥 방향으로 일정 공간을 형성할 수 있다.

구체적으로, 샤워헤드(300)는 원형의 형태로 형성되며, 샤워헤드(300) 중심축에서 동일한 반경이 이격된 외면을 배치하여 그 사이 소정 공간을 형성하는 제 1모듈(410) 및 제 1모듈(410)과 인접하고 상기 제 1모듈(410)의 원주면에서 동일한 반경이 이격된 외면을 배치하여 그 사이 소정 공간을 형성하는 제 2모듈로 구성될 수 있다. 즉, 제 2모듈(420)은 제 1모듈(410) 외측으로부터 제 1챔버(400) 바깥 측면까지 일정 공간을 형성하며 구성될 수 있다.

제 1챔버(400) 내의 제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420)은 각각 독립적으로 가스를 공급받고 조절할 수 있어 박막 증착의 효율적인 비율을 유지하면서 박막이 성장할 수 있는 기능을 한다.

제 1챔버(400) 내의 각각의 제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420)은 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 외부로부터 제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420)로 선택적으로 공급될 수 있도록 개별적인 통로를 제공하는 제 1공급유로(411) 및 제 2공급유로(421)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420)은 제 1공정가스(G1) 및 캐리어 가스(G3)가 개별적으로 제 1공급유로(411) 및 제 2공급유로(421)를 통과하여 제 1모듈(410) 및 제 2모듈로 공급되도록 필요한 가스의 양 또는 가스의 흐름을 제어할 수 있는 제어부(460)를 각각 구비할 수 있다.

제 1공급유로(411) 및 제 2공급유로(421)는 제 1챔버 상측 또는 외측으로부터 외부로 연결되도록 설치되어 있으며, 제어부는 각 공급유로 상에 배치될 수 있다. 상기 개별적인 공급유로 및 제어부를 통하여 가스의 흐름을 조절함에 따라 박막의 균일성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

예를 들어, 제 1공정가스(G1)를 NH3로 설정하고, 캐리어 가스(G3)를 수소가스 또는 질소가스로 설정할 수 있다. 본 발명은 기존의 발명과 달리 2개의 존과 각 존에 연결되는 유로를 개별적으로 형성함에 따라, 각각의 가스의 흐름을 제어하는 것 이외에도, 각각의 모듈에 공급되는 NH3, 질소가스 또는 수소가스를 개별적으로 선택하여 공정 챔버(100)내로 유입되는 가스를 제어할 수 있다.

즉, 질소가스 및 수소가스는 비활성 가스로 전체적으로 공급되는 가스의 양은 일정하게 공급하도록 하여 공정 챔버 내 밀도는 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 가지며, 반응을 일으키는 가스(NH3)는 공정에 필요한 만큼 조절하면서 공급할 수 있어 본 발명에서 추구하고자 하는 웨이퍼(S) 상에 증착되는 박막의 균일성 및 품질을 극대화할 수 있다.

그리고 제 1공급유로(411) 및 제 2공급유로(421)는 외부로부터 개별적인 유로를 통하여 상기 제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420)과 연결되며, 제 1공급유로(411) 또는 제 2공급유로(421) 상에는 상기 캐리어 가스(G3)의 흐름을 차단할 수 있는 제 1차단 밸브(451) 및 상기 제 1차단 밸브(451)를 통과한 캐리어 가스(G3) 또는 제 1공정가스(G1)의 흐름을 차단할 수 있는 제 2차단 밸브(452)를 포함할 수 있다.

제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420)은 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 수용될 수 있는 제 1공급 수용부(415) 및 제 2공급 수용부(425)를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1공급 수용부(415) 및 제 2공급 수용부(425)의 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 공정 챔버(100) 내 공급될 수 있도록 제 1공급관(413) 및 제 2공급관(423)을 구비할 수 있다.

그리고 제 1공급관(413) 및 제 2공급관(423)을 통해 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)는 서셉터(200) 방향으로 분사될 수 있다.

제 1공급관(413) 및 제 2공급관(423)은 제 1플레이트(330), 제 2플레이트(320) 및 제 3플레이트(330)를 관통하는 복수개의 관홀을 배치하고, 상기 관홀 사이로 복수개의 미세튜브를 브레이징 시키는 방식으로 구성할 수 있다.

제 1공급관(413) 및 제 2공급관(423)은 동일한 유량의 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)를 서셉터(200)를 향해 분사하기 위해 샤워헤드(300) 저면에 균일한 간격으로 복수 개 설치될 수 있다.

도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워헤드의 단면을 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 샤워헤드(300)는 제 1챔버(400) 내에 적어도 세 개의 모듈을 구비할 수 있다.

구체적으로 제 1챔버(400)는 샤워헤드(300) 중심을 기준으로 중심에서 바깥 방향으로 일정 공간을 형성하는 제 1모듈(410), 상기 제 1챔버(400) 외측면을 기준으로 제 1챔버(400) 외측면으로부터 내측 방향으로 일정 공간을 형성하는 제 2모듈(420) 및 제 1모듈(410) 및 제 2모듈(420) 사이에 위치하며, 일정 공간을 형성하는 제 3모듈(430)을 포함할 수 있다.

제 1모듈(410), 제 2모듈(420) 및 제 3모듈(430)은 제 1챔버(400) 중심에서 바깥방향을 향해 층형 구조로 형성되며, 각각의 모듈에는 외부로부터 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 선택적으로 공급될 수 있도록 개별 통로를 제공하는 제 1공급유로(411), 제 2공급유로(421) 및 제 3공급유로(431)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 1모듈(410), 제 2모듈(420) 및 제 3모듈(430)은 제 1공급유로(411), 제 2공급유로(421) 및 제 3공급유로(431)가 개별적인 유로로 형성되어, 필요한 제 1공정가스(G1) 및 캐리어 가스(G3)의 양 및 흐름을 독립적으로 제어할 수 있는 제어부(460)를 각각 구비할 수 있다.

제 1챔버(400) 내의 제 1모듈(410), 제 2모듈(420) 및 제 3모듈(430)은 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 수용될 수 있는 제 1공급 수용부(415), 제 2공급 수용부(425) 및 제 3공급 수용부(427)를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1공급 수용부(415), 제 2공급 수용부(425) 및 제 3공급 수용부(427)의 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 공정 챔버(100) 내 공급될 수 있는 제 1공급관(413), 제 2공급관(423) 및 제 3공급관(433)을 구비할 수 있다.

그리고 제 1공급관(413),제 2공급관(423) 또는 제 3공급관(433)을 통해 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)는 서셉터(200) 방향으로 분사될 수 있다.

즉, 제 1공급관 내지 제 3공급관(413,423,433)은 제 1플레이트(330), 제 2플레이트(320) 및 제 3플레이트(330)를 관통하는 복수개의 관홀을 배치하고, 상기 관홀 사이로 복수개의 미세튜브를 브레이징 시키는 방식으로 구성할 수 있다.

또한, 제 1공급관 내지 제 3공급관(413,423,433)은 동일한 유량의 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)를 서셉터(200)를 향해 분사하기 위해 샤워헤드(300) 저면에 균일한 간격으로 복수 개 설치될 수 있다.

상기에 제시된 개별적인 제 1 내지 제 3공급유로(411,421,431)를 통하여 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)를 선택적으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제 1공정가스(G1)를 NH3로 설정하고 캐리어 가스(G3)를 수소 또는 질소가스로 설정한 경우에, 하나의 공정과정에서 제 1공급유로(411)를 통하여 제 1모듈(410) 내로 NH3, 제 2공급유로(421)를 통하여 제 2모듈(420) 내로 NH3 및 제 3공급유로(431)를 통하여 제 3모듈(430)로 NH3가스를 공급할 수 있다. 즉, 제 1챔버(400)에서 제 1공정가스(G1)인 NH3가스만의 공급이 가능하다.

또한, 다른 공정과정의 하나로 제 1모듈(410)로 NH3, 제 2모듈(420)로 수소가스 및 제 3모듈(430)로 NH3가스의 공급이 가능하며, 다른 공정과정으로 제 1모듈(410)로 NH3, 제 2모듈(420)로 NH3 및 제 3모듈(430)로 질소가스의 공급이 가능하다. 이외에도 각각의 공급유로에 선택적인 가스를 공급하여 박막의 증착을 이루어낼 수 있다.

상기와 같이 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)를 선택적으로 공급하여 고품질의 박막의 증착을 이룰 수 있다. 이에 관하여 화학기상 증착장치의 예를 들어 설명한다.

예를 들어, GaA/AlN 화학기상 증착장비에서 Al 또는 Ga는 NH3를 만나야 박막의 성장을 이룰 수 있다.

구체적으로 Ga(Al)과 NH3가 약 1:1비율로 화학 반응하여 성장하는 경우에 높은 퀄리티를 형성할 수 있다. 그러나 상기와 같은 비율로 각각의 공정가스가 만나기 위해선 Ga(Al)과 NH3는 대략 1:3,000~5,000의 비율의 양으로 접촉이 이루어 질 경우 발생할 수 있다. 결국 성장에 관여하는 NH3를 제외하고 대량의 NH3가스는 벤트라인으로 나가게 되며, 나가는 도중에 공정 챔버(100) 내의 제 2모듈(420) 및 제 3모듈(430) 하측에서 추가적으로 Ga(Al)과 만나게 될 수 있다. 이 경우 각각의 모듈에서 나오는 NH3가 상기에서 제시된 적절한 양의 조합(1:3,000~5,000)을 이루면서 성장하기 위해 NH3가 제 1모듈(410) 하측보다 적게 흐르거나 아예 흐르지 않는 경우까지 조절할 필요가 있다.

따라서 그 공간으로 비활성 기체인 수소나 질소를 공급하거나 적은 양의 NH3을 공급하여 적절한 양의 NH3를 형성하여 최종적으로 상기 비율(1:3,000~5,000)에 맞도록 양을 조절하여야 하며, 이에 의할 경우 고품질의 성장을 유도할 수 있다. 본 발명은 각각의 제 1모듈 내지 제 3모듈(430)에 공급되는 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)를 개별적으로 조절할 수 있어 균일한 박막을 성장시키는데 매우 효율적이다.

본 발명의 화학기상 증착장치(10)는 일반적인 샤워헤드와는 달리 제 1챔버(400) 내로 5족가스를 공급하며, 제 2챔버(500) 내로 3족가스를 공급하도록 구성한다. 이와 같은 방법으로 공정을 구성하게 되면, 개별적인 가스의 양의 조절이 필요한 5족가스가 공급되는 부분이 공정 챔버(100) 상측에 설치될 수 있다. 따라서 여러 모듈과 홀의 배치가 다양한 챔버를 바깥 측에 설치함에 따라 장치를 제조함에 있어 더욱 손쉽게 제작할 수 있으며, 화학기상 증착장치의 컨셉에 맞게 구간을 자유롭게 변경하면서 제작도 가능하다.

다시 도 1내지 3을 참조하면, 상기 샤워헤드(300)는 제 1챔버(400) 외에도 제 2챔버(500) 및 냉각 챔버(600)를 구비할 수 있다. 제 2챔버(500)는 제 1챔버(400) 하측에 설치되며, 공정 챔버(100) 내부로 제 2공정가스(G2)를 공급할 수 있도록 배치된다.

제 2챔버(500)는 외부로부터 제 2공정가스(G2)가 제 2챔버 내부로 공급될 수 있는 통로를 제공하는 제 4공급유로(503)를 형성할 수 있으며, 제 2공정가스(G2)의 양 및 흐름을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 구비할 수 있다.

또한, 제 2챔버(500) 내부에 제 2공정가스(G2)가 수용될 수 있는 제 4공급 수용부(515) 및 제 2공정가스(G2)가 공정 챔버(100) 내로 공급될 수 있는 제 4공급관(503)을 구비할 수 있다.

제 4공급관(503)을 통해서 제 2공정가스(G2)는 서셉터(200) 방향으로 분사될 수 있도록, 제 4공급관(503)은 제 1플레이트(330) 및 제 2플레이트(320)를 관통하는 복수개의 관홀을 배치하고 상기 관홀 사이로 복수개의 미세튜브를 브레이징 시키는 방식으로 구성할 수 있다.

또한, 제 4공급관(503)은 동일한 유량의 제 2공정가스(G2)를 서셉터(200)를 향해 분사하기 위해 샤워헤드(300) 저면에 균일한 간격으로 복수 개 설치될 수 있다.

제 1챔버(400) 내의 제 1모듈(410), 제 2모듈(420) 및 제 3모듈(430)에서 샤워헤드(300) 상으로 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 분사되는 경우에 공정 챔버(100)에서 각 모듈의 하부에서 커튼과 같이 일정한 막을 형성하면서 분사될 수 있다. 구체적으로 제 1모듈(410)과 제 2모듈(420)에서 분사되는 가스가 각각 제 1공정가스(G1)와 캐리어 가스(G3)일 경우 캐리어 가스(G3)가 제 1공정가스(G1)의 진행 방향을 서셉터(200) 방향으로 유도하는 가이드 역할을 할 수 있다.

그리고 냉각 챔버(600)는 샤워헤드(300) 하부 및 상기 제 1공급관(413), 제 2공급관(423), 제 3공급관(433) 제 4공급관(503) 사이에 구비되어, 상기 제 1공정가스(G1), 제 2공정가스(G2) 및 캐리어 가스(G3)가 상기 공정 챔버(100) 내부로 공급시 냉각되도록 할 수 있다.

냉각 챔버(600)는 제 1플레이트(330)와 제 2플레이트(320) 사이 일정 공간을 형성하여 구성되며, 공정가스(G1, G2) 및 캐리어 가스(G3)가 샤워헤드(300)를 통해 공급되기 전 적절한 온도를 유지하기 위한 기능을 할 수 있다.

냉각 챔버(600)는 제 1공급관 내지 제 4공급관(413,423,433,503)의 관로 주위에 냉매가 흐를 수 있도록 챔버가 배설된 공간에 각 제 1공급관(413) 내지 제 4공급관(503)이 관통하도록 구성할 수 있다.

또한, 냉각 챔버(600)로 냉매가 유입되고 순환 가능하도록 유입구 및 배출구가 구비될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드 및 샤워헤드 내 제 1챔버내 모듈을 나타낸 분리 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하부에서 바라본 샤워헤드의 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명인 화학기상 증착장치(10)의 구성관계 및 설치위치를 자세하게 확인할 수 있다. 다만, 이전 실시예와 대응되는 구성에 대해서는 중복을 피하기 위해 설명을 생략한다.

제 1챔버(400) 내의 제 1모듈(410), 제 2모듈(420) 및 제 3모듈(430)은 서로 인접하게 배치되며, 각각의 모듈에 공급된 제 1공정가스(G1) 또는 캐리어 가스(G3)가 서로 혼합되지 않도록 공급유로 및 공급관을 제외한 부분은 밀봉할 수 있다. 또한, 본 발명의 구성에 한정되지 아니하고, 제 1챔버(400) 내에 네 개 이상의 모듈로 구비하여 크기가 점차적으로 확대되는 샤워헤드(300)에서 공정가스의 조절을 더 세부적으로 구성할 수 있다.

샤워헤드(300) 저면에는 제 1공급관 내지 제 3공급관(413,423,433) 과 제 4공급관(503)의 개구부가 서로 엇갈려서 배치될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 각 공급관은 일정한 간격 및 일정한 크기로 구성되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 제 1 내지 4공급관(413,423,433,503)의 크기를 조절하여 위치에 따른 공정가스의 공급량을 조절하는 것도 가능하다.

또한, 샤워헤드(300) 저면부의 구성을 외각으로 갈수록 실시예와 같이 크기가 간격이 저 조밀한 개구부를 통한 비활성 가스 개구부(350)를 추가적으로 설치할 수 있다. 즉, 비활성 가스가 원주 방향을 따라 분사될 수 있다. 비활성 가스는 증착 반응에 관여하지 않고, 공정 가스가 공정 챔버(100) 내벽에 증착되는 것을 방지할 수 있고, 공정 가스의 진행 방향을 서셉터(200) 방향으로 유도하는 가이드 역할을 할 수 있다.

이때 비활성 가스를 공급하는 개구부(351)는 제 1공급유로 내지 제 4공급유로(411,421,431,501)와 별도의 유로를 통해 외부로부터 비활성 가스가 공급되도록 구성될 수 있다. 따라서 가스관을 샤워헤드 원주 부분의 외곽 방향으로 나뉘어서 비활성 가스가 공급되도록 구성할 수 있다.

가스관 통해 공정 챔버(100) 내로 분사되는 비활성 가스(G3)는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar)등의 퍼지가스를 이용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

화학기상 증착장치 : 10 공정 챔버 : 100
서셉터 : 200 샤워헤드 : 300
제 1공정가스 : G1 제 2공정가스 : G2
캐리어 가스 : G3 제 1챔버 : 400
제 2챔버 : 500 냉각 챔버 : 600
제 1모듈 : 410 제 2모듈 : 420
제 3모듈 : 430 제 1공급유로 : 411
제 2공급유로 : 421 제 3공급유로 : 431
제 1차단밸브 : 451 제 2차단밸브 : 452
제 1공급관 : 413 제 2공급관 : 423
제 3공급관 : 433 제 4공급관 : 503
제어부 : 460

Claims (17)

1. 공정 챔버;
   상기 공정 챔버 내부에서 웨이퍼를 지지하는 서셉터; 및
   상기 공정 챔버 내부에 설치되어, 복수개의 구획된 공간을 가지며 상기 공간으로부터 제 1공정가스 또는 캐리어가스를 상기 서셉터를 향해 선택적으로 분사하는 제 1챔버와 하나의 공간을 가지며 제 2공정가스를 상기 공정 챔버 내부로 분사하는 제 2챔버를 구비하는 샤워헤드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1챔버는 상기 제 2챔버 상측에 설치되며,
   상기 제 1챔버 내에는 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스가 외부로부터 적어도 하나의 제 1공급유로를 통하여 공급되고 수용되는 제 1모듈 및 상기 제 1모듈과 인접하게 설치되어, 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스가 외부로부터 적어도 하나의 제 2공급유로를 통하여 공급되고 수용되는 제 2모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제 1공급유로 또는 제2공급유로 상에는 상기 캐리어 가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 1차단 밸브 및 상기 제 1차단 밸브를 통과한 상기 캐리어 가스 또는 상기 제 1공정가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 2차단 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1챔버는
   상기 샤워헤드 중심축에서 동일 반경의 원형의 구조를 가지는 제 1모듈; 및 상기 제 1모듈과 인접하게 배치되며, 환형의 구조를 가지는 제 2모듈을 가지는 제 2모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1챔버는
   상기 제 2모듈과 인접하게 배치되고, 환형의 구조를 가지는 제 3모듈을 더 포함하고,
   상기 제 3모듈은 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 공급하는 복수의 제 3공급유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제 3공급유로는 외부로부터 개별적인 유로를 통하여 상기 제 3모듈과 연결되며,
   상기 제 3공급유로 상에는 상기 캐리어 가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 1차단 밸브 및 제 1차단 밸브를 통과한 상기 캐리어 가스 또는 상기 제 1공정가스의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있는 제 2차단 밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 1모듈, 제 2모듈 및 제 3모듈에 연결되며,
   상기 공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 상기 공정 챔버 내부로 공급할 수 있는 제 1공급관, 제 2공급관 및 제 3공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제 1모듈, 제 2모듈 및 제 3모듈로 각각 상기 공정가스 또는 상기 캐리어 가스의 공급을 선택적으로 조절할 수 있는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제 1모듈 내지 제 3모듈은 상기 제 1챔버 중심에서 바깥 방향을 향해 층형 구조로 형성되며,
   상기 제 1공급관, 상기 제 2공급관 또는 상기 제 3공급관은 상기 각각의 모듈에서 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 각각의 가스의 종류에 따라 선택적으로 차단하여 가스의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1챔버 내의 상기 제 1모듈, 제 2모듈 또는 제 3모듈을 통하여 상기 공정 챔버로 공급하는 상기 공정가스는 5족 가스이며,
    상기 각각의 모듈은 선택적으로 상기 5족 가스의 양 및 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1챔버에 의해 상기 공정 챔버로 공급되는 상기 캐리어 가스는 비활성 가스인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1챔버에 공급되는 상기 비활성 가스는 적어도 하나 이상의 종류를 가지는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
13. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2챔버는 상기 제 2공정가스를 상기 공정 챔버 내부로 공급할 수 있는 제 4공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2공정가스는 3족 가스인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2챔버의 하측에 설치되고, 상기 제 1공급관 내지 제 4공급관을 통해 이동하는 상기 공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 냉각시키는 냉각 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
16. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에서 웨이퍼를 지지하는 서셉터; 및
    상기 세셉터 상측에 설치되어, 제 1공정가스 또는 캐리어 가스를 수용하고 상기 서셉터를 향해 분사하는 복수개의 공간이 배치된 제 1챔버;
    상기 제 1챔버와 연결되고, 제 2공정가스를 상기 서셉터를 향해 분사하는 제 2챔버; 및
    상기 제 1챔버와 연결되며, 외부로부터 공급된 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 제어하면서 선택적으로 공급하는 유로를 형성하는 공급유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
    
17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 2챔버에서 상기 제 2공정가스를 상기 공정 챔버로 분사하는 영역은 상기 제 1챔버가 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스를 상기 공정 챔버로 분사하는 영역 이상의 크기이며,
    상기 제 2공정가스는 선택적으로 제어되면서 상기 서셉터를 향해 분사하는 상기 제 1공정가스 또는 상기 캐리어 가스와 상호 교환이 가능하도록 분사되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.

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