KR20180065943A - 유기금속화학기상증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기금속화학기상증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유기금속화학기상증착장치는 기판이 처리되는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부로 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 챔버의 내부에 구비되어 상기 기판이 안착되는 수용홈이 구비되며 상기 기판을 가열하는 기판지지부;를 구비하고, 상기 수용홈의 내측에 상기 기판이 안착되는 안착부와, 상기 안착부의 가장자리와 상기 수용홈 사이에 중간홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

유기금속화학기상증착장치 {Metal organic chemical vapor deposition apparatus}

본 발명은 유기금속화학기상증착장치에 대한 것이다.

다양한 산업분야에서 고효율의 발광다이오드(LED)가 점차 사용됨에 따라서, 품질이나 성능의 저하 없이 대량으로 생산할 수 있는 장비가 요구되고 있다. 이러한 발광 다이오드의 제조에 유기금속증착 반응기가 널리 사용되고 있다.

유기금속화학기상증착(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장치는 3족알킬(유기금속원료가스) 및 5족 반응가스와 고순도 캐리어 가스와의 혼합가스를 반응실내에 공급하여 가열된 기판 위에서 열 분해하여 화합물 반도체 결정을 성장시키는 장치이다. 이러한 유기금속화학기상증착장치는 서셉터에 기판을 장착하여 상면 또는 측면으로부터 가스를 주입하여 기판 상부에 반도체 결정을 성장시킨다.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이 서셉터(2)의 수용홈(4)에 기판(W)이 안착되어 공정이 진행하는 중에 기판(W)과 수용홈(4)의 바닥 사이에 공정가스가 유입되어 파티클(6) 등과 같은 이물질이 형성될 수 있다. 이 경우, 그 다음 웨이퍼(W)에 대한 공정을 진행하기 위하여 도 10과 같이 웨이퍼(W)를 수용홈(4)에 안착시키는 경우에 파티클(6)로 인해 웨이퍼(W)가 평행하게 놓이지 못하고, 도면에 도시된 바와 같이 기울어지게 놓이게 된다. 이는 웨이퍼(W) 표면 상의 온도편차를 발생시켜 박막을 성장시키는 경우에 수율 저하의 요인으로 작용한다.

또한, 자외선을 방출하는 발광다이오드 및 레이저 다이오드를 제조하기 위해서는 질화알루미늄(AlN) 기반 물질을 일반적으로 사용한다. 알루미늄(Al)의 프리커서로 사용되는 TMA(Trimethylaluminium)과 질소(N)의 프리커서로 사용되는 NH₃의 기생반응을 억제하기 위해서는 가스 상태로 혼재되는 시간을 최소화하는 것이 필요하다. 이를 위하여 일반적으로는 가스 분사 속도를 높이는 것이 일반적이다.

그런데, 가스 분사 속도를 높이게 되면 가스 유동에 의한 난류(turbulence)가 발생하며 이는 고온에서 오목한 형상의 휨을 갖는 기판을 의도치 않게 회전 시킬 수 있다. 이는 성장 종료 후 기판 내 박막 특성 분석이 용이하지 않은 문제를 초래하게 된다. 또한, 일반적인 원형 기판 대신 플랫면을 가지는 기판을 사용하게 되는데, 이 경우 기판이 회전하는 경우에 끼임 현상이 발생할 수 있다.

예를 들어, 도 11과 같이 기판(W)이 서셉터의 수용홈(510)에 안착된 상태에서 회전을 하게 되면 기판(W)이 회전된 상태에서 기판(W)의 플랫면(Wf)과 원주면(Ws)이 만나는 코너영역(Wc)이 수용홈(510)의 평면부(512)에 서로 맞닿아 기판(W)의 코너영역(Wc)이 수용홈(510)의 내부에서 끼일 수 있다. 특히, 챔버 내부의 고온에 의해 기판(W)이 팽창을 하는 경우에 전술한 끼임 현상이 심화될 수 있으며, 심한 경우에는 기판(W)의 파손 또는 서셉터의 파손을 유발할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판지지부의 수용홈에 기판이 안착되는 경우에 상기 수용홈에 형성될 수 있는 파티클 등으로 인해 상기 기판이 기울어져 배치되는 것을 방지할 수 있는 유기금속화학기상증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판지지부의 수용홈에 기판이 안착되는 경우에 상기 기판의 회전을 방지하여 상기 기판이 상기 수용홈에 끼이거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 유기금속화학기상증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 기판이 처리되는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부로 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 챔버의 내부에 구비되어 상기 기판이 안착되는 수용홈이 구비되며 상기 기판을 가열하는 기판지지부를 구비하고, 상기 수용홈의 내측에 상기 기판이 안착되는 안착부와, 상기 안착부의 가장자리와 상기 수용홈 사이에 중간홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 안착부는 상면이 평평하게 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 기판이 상기 안착부에 안착되는 경우에 상기 중간홈의 폭이 상기 기판에 의해 60% 내지 95% 가려질 수 있다.

또한, 상기 중간홈은 내부의 모서리가 각진 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 중간홈의 폭은 1 내지 3mm 일 수 있다.

한편, 상기 안착부의 상면에서 상기 중간홈의 깊이는 상기 기판지지부의 상면에서 상기 중간홈의 깊이에 비해 40 내지 80%일 수 있다.

나아가, 상기 기판은 원형의 원주면을 따라 적어도 일부에 플랫면을 구비하고, 상기 수용홈의 가장자리에서 내측으로 돌출 형성되어 상기 기판의 회전을 방지하는 돌출부를 구비할 수 있다.

이때, 상기 기판의 플랫면이 상기 돌출부와 만날 수 있다. 이 경우, 상기 기판의 원주면과 상기 플랫면이 만나는 코너영역이 상기 돌출부와 만나지 않게 된다.

한편, 상기 안착부의 중심에 대한 상기 돌출부의 원주각도는 상기 안착부의 중심에 대한 상기 기판의 플랫면의 원주각도에 비해 상대적으로 더 작을 수 있다.

나아가, 상기 돌출부는 착탈 가능하게 구비될 수 있다.

한편, 상기 기판지지부는 상기 기판이 안착되고 가열되는 히터블럭을 포함하고, 상기 히터블럭의 바닥에서 상부를 향해 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈의 내측에는 히터블럭의 온도를 측정하는 열전쌍이 구비될 수 있다.

또한, 상기 히터블록의 바닥에서 상기 삽입홈의 높이는 상기 히터블럭의 높이에 비해 60 내지 90%일 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 기판지지부의 수용홈에 기판이 안착되는 안착부와 수용홈의 내면 사이에 중간홈을 형성함으로써 파티클 등과 같은 이물질이 상기 중간홈에 형성되도록 유도하여, 기판이 상기 수용홈에 배치되는 경우에 기울어져 배치되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 기판이 안착되는 수용홈의 내측 가장자리를 따라 돌출부를 구비하여 기판의 회전을 방지함으로써 기판이 수용홈의 내부에 끼이거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기금속화학기상증착장치의 구조를 도시한 단면도,
도 2는 기판지지부의 평면도,
도 3은 기판지지부의 일부 단면도,
도 4 내지 도 8은 기판지지부의 수용홈에 형성된 돌출부의 다양한 실시예를 도시한 평면도,
도 9는 기판지지부의 내부 구조를 도시한 단면도,
도 10은 종래 장치의 기판지지부의 단면도,
도 11은 종래 장치의 기판지지부의 평면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유기금속화학기상증착장치에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기금속화학기상증착장치(1000)의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 유기금속화학기상증착장치(1000)는 챔버(10)와, 기판지지부(20)와, 가스공급부(30)와, 반응공간형성유닛(40)을 구비한다.

상기 챔버(10)는 챔버의 상부를 덮는 챔버리드(11)와, 상기 챔버리드(11)에 체결되며 챔버의 측부를 덮는 외부벽부(12)와, 챔버의 하부 바닥면을 형성하는 바닥플랜지부(13)를 구비한다.

상기 챔버리드(11)는 상기 외부벽부(12)에 볼트 등의 체결수단을 통해 분리가능하게 체결될 수 있으며, 상기 챔버리드(11)에는 냉각유로(11a)를 형성할 수 있다. 상기 냉각유로(11a)에는 냉각수 또는 냉각가스 등 냉각매체가 유동되도록 구성되어, 상기 챔버(10) 내의 증착공정에서 발생하는 고온의 열에 의해 가열된 상기 챔버(10)를 냉각시키도록 구성된다.

또한, 상기 챔버리드(11)에는 후술하는 반응공간형성유닛(40)내에서 기판상에 증착되는 박막을 광학적으로 측정하기 위한 광학센서(51)의 광측정 통로로서 기능하는 센서튜브(52)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 센서튜브(52)에는 퍼지가스를 도입하여 상기 반응공간형성유닛(40)으로부터 반응가스가 상기 센서튜브(52)로 배출되는 것을 방지하도록 구성된다.

상기 외부벽부(12)는 상기 챔버리드(11)에 체결되며, 상기 챔버(10)의 측부를 덮도록 구성된다. 상기 외부벽부(12)에는 배기홀(14)이 형성되며, 상기 배기홀(14)은 가스배기라인(미도시)에 연결되어, 증착공정의 완료후에 상기 반응공간형성유닛(40)에 잔류하는 반응가스를 상기 배기홀(14)과 상기 가스배기라인(미도시)을 통해 상기 챔버(10)의 외부로 배출하도록 구성된다.

또한, 상기 외부벽부(12)의 내부에는 내부벽부(12a)를 더욱 구비할 수 있다. 상기 내부벽부(12a)에는 상기 반응공간형성유닛(40)이 삽입 관통하여 설치되어, 상기 반응공간형성유닛(40)이 안정적으로 설치될 수 있도록 구성된다.

상기 챔버(10)의 하부에는 바닥플랜지부(13)가 마련된다. 상기 바닥플랜지부(13)에는 냉각유로(13a)를 형성할 수 있다. 상기 냉각유로(13a)에는 냉각수 또는 냉각가스 등 냉각매체가 유동되도록 구성되어, 상기 챔버(10) 내의 증착공정에서 발생하는 고온의 열에 의해 가열된 상기 챔버(10)를 냉각시키도록 구성된다.

상기 챔버 내부에는 기판(W)이 안착되는 기판지지부(20)가 배치된다. 상기 기판지지부(20)는, 기판(W)이 안착되고 가열되는 히터블럭(21)과, 상기 히터블럭(21)을 지지하며 회전시키는 샤프트(22)와, 씰링부(23)와, 상기 히터블럭(21)을 가열하는 유도가열부(24)를 포함한다.

상기 히터블럭(21)은, 상부면에 복수의 기판(W)이 안착될 수 있도록 복수의 수용홈(210, 220, 230)(도 2 참조)이 마련되어 있다.

상기 샤프트(22)는 일끝단은 상기 히터블럭(21)에 연결되고, 타끝단은 상기 챔버(10)의 상기 바닥플랜지부(13)를 관통하여 상기 챔버(10)의 외부에 배치된 회전구동부(미도시)에 연결되어, 상기 히터블럭(21)을 지지하면서 회전시키도록 구성되어 있다. 상기 샤프트(22)의 내부에는 열전쌍(22a)이 설치되어 상기 유도가열부(24)에 의해 가열되는 상기 히터블럭(21)의 온도를 측정하여 제어할 수 있도록 구성된다. 상기 열전쌍(22a)이 상기 히터블럭(21)의 내부에 배치되는 구성에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.

상기 샤프트(22)와 상기 챔버(10)의 상기 바닥플랜지부(13) 사이에는 씰링부(23)가 마련되어, 회전하는 상기 샤프트(22)와 상기 바닥플랜지부(13) 사이의 공간을 밀봉하도록 구성된다. 상기 씰링부(23)에는 유체씨일이 충진되며, 본 실시예에 있어서 상기 유체씨일은 마그네틱의 자력에 의해 외부와의 공극을 기밀하게 밀봉하는 자성유체씨일로 구성될 수 있다.

또한, 상기 씰링부(23)의 상부에는 상기 샤프트(22)를 둘러싸며 증착공정 과정에서 발생하는 고온의 열이 상기 챔버(10) 및 상기 씰링부(23)로 전달되는 것을 방지하는 단열부(26)를 설치할 수 있다.

한편 상기 유도가열부(24)는, 예를 들면 상기 히터블럭(21)을 둘러싸는 인덕션 코일로 형성되어, 상기 유도가열부(24)의 내측에 배치된 상기 히터블럭(21)을 가열하도록 구성된다. 상기 유도가열부(24)와 상기 히터블럭(21)과의 사이에는 열적 배리어(25)를 구비할 수 있다. 상기 열적배리어(25)는 상기 유도가열부(24)에 의해 가열된 상기 히터블럭(21) 의 고온의 열이 상기 챔버(10) 내부로 전달되는 것을 방지할 뿐만 아니라 상기 유도가열부(24)도 상기 히터블럭(21)의 고온의 열로부터 보호할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 열적 배리어(25)는 예를 들면 고온에 안정적이고 열반사율이 높은 세라믹 소재로 형성될 수 있다.

한편, 상기 챔버의 일측에는 가스공급부(30)가 설치된다. 상기 가스공급부(30)는 복수의 가스공급라인(미도시)에 각각 연결되는 복수의 가스공급포트(미도시)를 구비하며, 상기 복수의 가스공급라인에는 복수의 가스공급원(미도시)으로부터 공정가스가 공급된다.

한편, 본 발명에 의한 유기금속화학기상증착장치(1000)는 상기 챔버(10)의 내부에 설치되는 반응공간형성유닛(40)을 구비한다.

상기 반응공간형성유닛(40)은 상기 챔버리드에 대응하는 측에 설치되는 상부판(41)과, 측부판(미도시)과, 상기 기판지지부에 대응하는 측에 설치되는 하부판(43)을 포함하며, 상기 반응공간형성유닛에 반응가스가 공급되는 측과 상기 배기홀에 연통되는 측이 개구된다.

상기 반응공간형성유닛(40)의 일측은 상기 챔버(10)의 내부벽부를 관통하여 상기 가스공급부(30)에 체결되고, 타측은 상기 외부벽부(12)에 형성된 배기홀(14)에 연통하도록 구성된다.

상기 반응공간형성유닛의 상기 상부판(41)에는 열차폐리드(44)를 설치할 수 있다. 상기 열차폐리드(44)는 상기 히터블럭(21)에 대향하는 위치에 설치되며, 상기 상부판보다 두껍고, 상기 히터블럭(21)의 상부면을 향하여 돌출되어, 상기 히터블럭(21)에 안착된 기판(W) 위의 반응공간을 더욱 작게 형성할 수 있다.

또한, 상기 열차폐리드(44)는 상기 상부판(41)과 일체형으로 체결되며, 교체가 용이하도록 상기 상부판(41)과 분리가능하게 구성된다. 또한, 상기 열차폐리드(44)는, 예를 들면 고온에 안정적이고 열반사율이 높은 세라믹의 재질로 형성될 수 있다.

상기 챔버(10) 내부의 온도는 1000℃ 이상의 고온에 이르기 때문에 상기 히터블럭(21)을 감싸고 있는 열적 배리어(25)와 상기 열차폐리드(44)를 세라믹 소재를 이용함으로 고온에 안정적으로 구성한다. 이로써, 열반사율이 높은 상기 열차폐리드(44)에 의해 기판을 효율적으로 가열함과 동시에 기판의 가열에 소요되는 소비전력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 기판상에 박막이 성장하는 과정에서 증착공정의 화학적 반응에 의해 부산물이 집중적으로 발생하는 위치에 상기 열차폐리드를 설치하여 부품의 교체주기를 연장함으로써 생산효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 유기금속화학기상증착장치는 기판지지부의 수용홈에 기판이 안착되는 경우에 상기 수용홈에 형성될 수 있는 파티클 등으로 인해 상기 기판이 기울어져 배치되는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.

도 2는 히터블럭(21)의 평면도이고, 도 3은 히터블럭(21)의 일부 단면도이다. 도 3의 (A)는 수용홈(210)을 도시하며, 도 3의 (B)는 상기 수용홈(210)에 기판(W)이 안착된 상태를 도시한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유기금속화학기상증착장치(1000)는 상기 히터블럭(21)에 상기 기판(W)이 수용되는 수용홈(210, 220, 230)을 구비한다. 상기 수용홈(210, 220, 230)은 도면에는 3개로 도시되지만, 이에 한정되지 않으며 적절히 조절될 수 있다.

한편, 상기 수용홈(210, 220, 230)의 내측에는 상기 기판(W)이 안착되는 안착부(212, 222, 232)와, 상기 안착부(212, 222, 232)의 가장자리와 상기 수용홈(210, 220, 230) 사이에 중간홈(213)이 형성될 수 있다.

즉, 상기 수용홈(210, 220, 230)의 내측에 상부를 향해 소정 길이로 돌출 형성된 상기 안착부(212, 222, 232)의 상면에 상기 기판(W)이 안착되며, 이 경우 상기 기판(W)의 가장자리 영역의 하부에 상기 중간홈(213)이 위치하게 된다.

이때, 상기 안착부(212, 222, 232)는 그 상면이 평평하게 형성되어 상기 안착부(212, 222, 232)의 상면에 상기 기판(W)이 안착되는 경우에 상기 기판(W)의 하면과 상기 안착부(212, 222, 232)의 상면 사이에 공간이 발생하지 않도록 한다. 상기 기판(W)와 상기 안착부(212, 222, 232) 사이에 공간이 발생하지 않으므로 공정가스가 유입되어 파티클, 파우더 등의 이물질이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 중간홈(213)은 도면에 도시된 바와 같이 내부의 모서리가 각진 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 중간홈(213)의 측단면이 사각형 등의 다각형 형태로 각진 형태로 형성되어, 각진 형태가 없는 단순히 둥근 형태에 비해 상대적으로 작은 폭을 가지는 홈을 형성하기 매우 용이하다. 또한 사각형으로 각진 형태는 둥근 형태에 비하여 중간홈(213) 안쪽에 상대적으로 넓은 표면적을 가지게 되므로 파티클이 잘 부착되어 중간홈(213)의 외부로 파티클이 누출되지 않도록 할 수 있다. 나아가, 전술한 중간홈(213)의 각진 모서리 부분이 파티클의 이동을 방해하는 효과 또한 기대할 수 있다.

결국, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 공정가스가 상기 기판(W)의 하부로 유입되는 경우에도 파티클 등의 이물질의 대부분은 상기 중간홈(213)의 내측에 형성된다. 특히 상기 중간홈(213)의 모서리가 각진 형태로 형성됨에 따라 상기 파티클 등이 상기 각진 모서리를 따라 상승하여 이동하지 못하고 상기 중간홈(213)의 바닥면에 모이게 된다. 따라서, 종래와 같이 상기 기판(W)이 안착되는 면에 파티클 등이 형성되지 않으므로 상기 기판(W)이 상기 수용홈(210, 220, 230)의 내부에 안착되는 경우에 상기 기판(W)이 기울어지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 기판(W)이 상기 안착부(212, 222, 232)의 상면에 안착되는 경우에 상기 기판(W)의 가장자리는 상기 수용홈(210, 220, 230)에 최대한 인접하도록 배치된다. 즉, 상기 수용홈(210, 220, 230)의 내부 직경은 상기 기판(W)의 외경에 비해 약간 크도록 결정된다.이 경우, 상기 기판(W)의 가장자리가 도면에 도시된 바와 같이 상기 중간홈(213)의 폭(D)을 대부분 가리게 된다. 예를 들어, 상기 기판(W)은 상기 중간홈(213)의 폭(D)의 50% 이상을 가릴 수 있으며, 바람직하게 상기 기판(W)은 상기 중간홈(213)의 폭(D)의 60% 내지 95%정도를 가릴 수 있다. 상기 기판(W)에 의해 상기 중간홈(213)의 폭(D)의 대부분이 가려지는 경우에 상기 중간홈(213)으로 유입되는 공정가스의 양을 줄일 수 있어 파티클 발생을 억제할 수 있다.

본 발명자의 실험에 따르면, 상기 중간홈(213)의 폭(D), 또는 상기 안착부(212, 222, 232)의 가장자리와 상기 수용홈(210, 220, 230)의 내측면 사이의 거리(D)는 대략 1 내지 3mm 일 수 있으며, 대략 2mm 일 수 있다.

또한, 상기 중간홈(213)의 깊이는 상기 기판지지부(20)를 구성하는 히터블럭(21)의 상면(21a)에서 상기 중간홈(213)의 바닥까지의 깊이(B₁)와, 상기 안착부(212, 222, 232)의 상면에서 상기 중간홈(213)의 바닥까지의 깊이(B₂)로 정의될 수 있다. 이 경우, 상기 히터블럭(21)의 상면(21a)에서 상기 중간홈(213)의 바닥까지의 깊이(B₁)에 대한 상기 안착부(212, 222, 232)의 상면에서 상기 중간홈(213)의 바닥까지의 깊이(B₂)는 대략 40 내지 80%로 이루어질 수 있다.

본 발명자의 실험에 따르면 상기 중간홈(213)의 깊이가 전술한 바와 같이 결정되는 경우에 상기 중간홈(213)에 의한 파티클 유도 효과가 제일 우수함을 알 수 있었다.

한편, 본 발명에 따른 유기금속화학기상증착장치는 기판지지부의 수용홈에 기판이 안착되는 경우에 상기 기판의 회전을 방지하여 상기 기판이 상기 수용홈에 끼이거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 구성된다. 이하, 구체적으로 살펴본다.

도 4 내지 도 8은 기판지지부(20)의 수용홈(310)에 형성된 돌출부의 다양한 실시예를 도시한 평면도이다. 즉, 본 실시예에서는 상기 기판(W)이 상기 수용홈(310)의 내측에서 회전하는 것을 방지하기 위하여 상기 수용홈(310)의 가장자리에서 내측으로 돌출 형성되어 상기 기판(W)의 회전을 방지하는 돌출부를 구비하게 된다. 이 경우, 상기 기판(W)은 원형의 원주면(Ws)을 따라 적어도 일부에 플랫면(Wf)을 구비하고, 상기 기판의 원주면(Ws)과 상기 플랫면(Wf)이 만나는 영역에 코너영역(Wc)이 형성될 수 있다. 도 4 내지 도 8의 각 도면에서 (a) 도면은 수용홈(310)의 평면도, (b) 도면은 (a) 도면에서 점선 영역의 확대도이다.

도 4를 참조하면, 상기 돌출부(314)는 상기 수용홈(310)의 가장자리에서 내측으로 돌출 형성된다. 이때, 상기 기판(W)은 전술한 바와 같이 원주를 따라 적어도 일부에 플랫면(Wf)이 형성되며, 상기 돌출부(314)는 상기 플랫면(Wf)과 만나도록 배치될 수 있다.

즉, 종래기술에서는 상기 기판의 코너영역이 상기 수용홈의 가장자리와 만나게 되어 상기 기판의 코너영역이 상기 수용홈에 끼이게 되는데, 본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 상기 돌출부(314)가 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)가 만나도록 배치된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 기판(W)의 코너영역(Wc)이 상기 돌출부(314)와 만나지 않게 되어 상기 코너영역(Wc)이 상기 돌출부(314)에 끼이는 경우를 방지할 수 있다.

이를 위하여, 상기 기판(W)이 상기 안착부(312)에 안착되는 경우에 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 돌출부(314)의 원주각도(θ₂)는 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 작게 형성된다.

만약에 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 돌출부(314)의 원주각도(θ₂)가 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 크다면, 상기 기판(W)의 코너영역(Wc)과 상기 돌출부(314)가 만나는 것을 방지할 수 없게 된다. 이 경우, 전술한 바와 같이 상기 기판(W)의 코너영역(Wc)이 상기 돌출부(314)에 끼이는 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 기판(W)의 코너영역(Wc)이 상기 돌출부(314)에 끼이는 것을 방지하기 위하여, 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 돌출부(314)의 원주각도(θ₂)를 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 작도록 형성한다.

한편, 본 발명에 따른 유기금속화학기상증착장치(1000)는 상기 기판(W)의 측면에서 공정가스가 공급된다. 상기 공정가스가 상기 기판(W)의 위쪽 또는 아래쪽에서 공급되면 상기 기판(W)이 회전하지 않지만, 본 발명과 같이 상기 기판(W)의 측면에서 상기 공정가스가 공급되면 상기 기판(W)이 회전할 수 있다. 특히, 공정가스들 사이의 기생반응을 억제하기 위하여 상기 공정가스의 가스분사속도를 높이게 되면 상기 기판(W)은 더욱 회전하기 쉽다.

따라서, 본 발명에 따른 유기금속화학기상증착장치(1000)에서는 상기 기판(W)의 측면에서 공정가스가 공급되는 경우에도 상기 기판(W)의 코너영역(Wc)이 아닌 플랫면(Wf)의 적어도 일부가 상기 돌출부(314)와 만나게 되어 상기 기판(W)의 회전을 최대한 방지하며, 나아가 상기 기판(W)의 코너영역(Wc)이 상기 돌출부(314)에 끼이는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 기판(W)의 원주면(Ws)과 상기 플랫면(Wf)이 만나는 코너영역(Wc)이 파손 또는 손상에 취약한데, 본 발명에서는 상기 코너영역(Wc)이 상기 돌출부(314)와 만나지 않도록 상기 돌출부(314)가 배치되어 상기 기판(W)의 손상 또는 파손을 최대한 방지할 수 있다.

한편, 상기 돌출부(314)에 의해 상기 중간홈(213)의 폭, 또는 상기 안착부(312)의 가장자리와 상기 수용홈(310)의 내측면 사이의 거리는 변화하게 된다.

상기 돌출부(314)가 없는 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₂)은 전술한 바와 같이 대략 1 내지 3mm를 형성하는데 반해, 상기 돌출부(314)가 형성된 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₁)은 전술한 폭(d₂)에 비해 상대적으로 작게 된다. 상기 돌출부(314)가 형성된 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₁)은 대략 돌출부(314)가 없는 중간홈(213)의 폭(d₂)의 절반 정도에 해당할 수 있다. 이 경우, 상기 돌출부(314)가 형성된 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₁)은 일정하게 유지된다.

도 4의 실시예에 따른 구성은 기판(W)의 회전을 방지할 수 있지만, 상기 기판(W)이 상기 돌출부(314)와 만나는 경우에 상기 돌출부(314)의 면과 상기 기판(W)의 모서리가 만나게 되어 끼임 현상 방지 효과는 낮게 된다. 또한, 상기 돌출부(314)의 내구성이 상대적으로 약한 특성을 갖는다.

도 5는 다른 실시예에 따른 돌출부(324)를 도시한다.

도 5를 참조하면, 상기 돌출부(324)는 상기 수용홈(310)의 가장자리에서 내측으로 돌출 형성된다. 도 5에 따른 돌출부(324)의 형상은 전술한 도 4의 돌출부의 형상과 유사하지만, 그 폭 및 돌출 길이에 있어 차이가 있다.

즉, 본 실시예에서 상기 돌출부(324)가 없는 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₂)은 전술한 바와 같이 대략 1 내지 3mm를 형성하는데 반해, 상기 돌출부(324)가 형성된 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₃)은 전술한 폭(d₂)에 비해 상대적으로 작으며, 대략 20 내지 40% 정도에 해당할 수 있다. 즉, 전술한 도 4의 돌출부에 비해 본 실시예의 돌출부(324)가 상대적으로 더 많이 돌출한 형태라 할 수 있다. 한편, 상기 수용홈(310)의 원주방향에 따른 상기 돌출부(324)의 길이는 상대적으로 전술한 도 4의 돌출부(314)에 비해 더 작도록 구성될 수 있다.

도 5에 따른 구성은 도 4에 따른 구성에 비해, 상기 기판(W)이 상기 돌출부(324)와 만나는 경우에 상기 돌출부(324)의 면과 상기 기판(W)의 면이 만나게 되어 기판의 끼임 정도가 줄어들며, 특히, 돌출부(324)의 내구성이 현저히 개선된 정도를 나타낸다. 하지만, 상기 돌출부(324)가 형성된 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭(d₃)이 상대적으로 작게 되어 기판의 로딩/언로딩의 편의성이나 기판의 온도가 일정하게 유지되는 온도 구배 특성은 도 4와 유사한 특성을 갖는다.

한편, 도 5에 따른 돌출부(324)에 대해서도 전술한 실시예와 유사하게 상기 기판(W)이 상기 안착부(312)에 안착되는 경우에 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 돌출부(324)의 원주각도(θ₃)는 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 작게 형성된다. 이에 대해서는 앞서서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 돌출부(334)를 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 돌출부(334)는 상기 수용홈(310)의 가장자리의 내측에서 돌출하는 경우에 평행하게 돌출한 형태를 가지게 된다. 즉, 상기 돌출부(334)와 상기 안착부(312) 사이의 거리는 도면에 도시된 바와 같이 일정하지 않고 지속적으로 변화하게 된다.

도 6에 따른 실시예의 경우, 전술한 도 4 및 도 5에 비해 상기 돌출부(334)가 형성된 영역에서 상기 중간홈(213)의 폭이 상대적으로 작게 되어 기판의 로딩/언로딩 편의성은 다소 낮으나, 온도 구배 특성이 현저히 개선된다. 또한, 상기 기판(W)이 상기 돌출부(334)와 만나는 경우에 상기 돌출부(334)의 면과 상기 기판(W)의 면이 만나게 되어 기판의 끼임 현상도 상대적으로 줄어들고 돌출부의 내구성도 개선된 특성을 나타낸다.

한편, 도 6에 따른 돌출부(334)에 대해서도 전술한 실시예와 유사하게 상기 기판(W)이 상기 안착부(312)에 안착되는 경우에 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 돌출부(334)의 원주각도(θ₄)는 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 작게 형성된다. 이에 대해서는 앞서서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

한편 도 7은 또 다른 실시예에 따른 돌출부(354, 356)의 구성을 도시한다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 돌출부(354, 356)는 상기 수용홈(310)의 가장자리 내측을 따라 한 쌍이 구비된다.

상기 돌출부(354, 356)는 상기 수용홈(310)의 가장자리 내측을 따라 소정 거리 이격되어 한 쌍이 구비되며, 상기 돌출부(354, 356)는 대략 소정의 반경을 가지는 반원 형상, 또는 곡선진 형상, 커브진(curved) 형상 등으로 돌출 형성된다.

이 경우, 전술한 실시예들과 비교하여 상기 돌출부(354, 356)가 형성된 영역이 상대적으로 작기 때문에 기판의 로딩/언로딩 특성이 상대적으로 좋아진다. 또한, 상기 기판(W)이 상기 돌출부(354, 356)와 만나는 경우에 상기 돌출부(354, 356)의 면과 상기 기판(W)의 면이 만나게 되어 기판의 끼임 현상이 방지되지만, 상대적으로 돌출부의 내구성이 떨어지며 기판의 외주면과 상기 히터블럭(21) 사이의 거리가 멀어져서 기판의 온도구배 특성이 나빠지게 된다.

한편, 도 7과 같이 한 쌍의 돌출부(354, 356)를 구비하는 경우에도 상기 기판(W)이 상기 안착부(312)에 안착되는 경우에 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 한 쌍의 돌출부(354, 356)의 원주각도(θ₅)는 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 작게 형성된다. 이에 대해서는 앞서서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 돌출부(344, 346)의 구성을 도시한다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 돌출부(344, 346)는 전술한 도 7의 실시예와 유사하게 한 쌍이 구비된다. 다만, 본 실시예에 따른 돌출부(344, 346)의 각각은 상기 수용홈(310)의 가장자리에서 돌출하는 경우에 상기 돌출부(344, 346)를 형성하는 양 면의 길이가 서로 다르도록 구성된다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이 제1 돌출부(344)의 제1 면(344A)은 제2 면(344B)에 비해 더 길도록 구성되며, 마찬가지로 제2 돌출부(346)의 제3 면(346A)은 제4 면(346B)에 비해 더 길도록 구성된다. 또한, 상기 제1 돌출부(344)의 제1 면과(344A) 제2 돌출부(346)의 제3 면(346A)은 가상의 선을 따라 배치될 수 있다.

이 경우, 전술한 실시예들과 비교하여 상기 돌출부(344, 346)가 형성된 영역이 상대적으로 작기 때문에 기판의 로딩/언로딩 특성이 상대적으로 좋아진다. 또한, 상기 기판(W)이 상기 돌출부(344, 346)와 만나는 경우에 상기 돌출부(344, 346)의 면과 상기 기판(W)의 면이 만나게 되어 기판의 끼임 현상이 방지되고, 내구성도 좋아지게 된다.

한편, 도 8과 같이 한 쌍의 돌출부(344, 346)를 구비하는 경우에도 상기 기판(W)이 상기 안착부(312)에 안착되는 경우에 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 한 쌍의 돌출부(344, 346)의 원주각도(θ₆)는 상기 안착부(312)의 중심(C)에 대한 상기 기판(W)의 플랫면(Wf)의 원주각도(θ₁)에 비해 상대적으로 더 작게 형성된다. 이에 대해서는 앞서서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

한편, 전술한 도 4 내지 도 8에 따른 돌출부의 구성은 상기 수용홈에 일체로 형성될 수도 있지만, 상기 돌출부는 착탈 가능하게 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 돌출부는 상기 블록히터와 다른 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌출부는 상기 히터블럭에 비해 내구성이 상대적으로 우수하고, 열에 잘 견디는 재질로 제작될 수 있다. 이와 같이, 상기 돌출부가 착탈 가능하게 구성되는 경우에 향후에 기판지지부의 보수 등을 하는 경우에 보다 빠른 시간에 용이하게 보수하는 것이 가능해진다.

한편, 전술한 바와 같이 기판지지부(20)의 상기 히터블럭(21)의 내측에는 히터블럭(21)의 온도를 측정하는 열전쌍(22a)이 구비된다. 도 9는 히터블럭(21)의 내부 구성을 도시한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 상기 열전쌍(22a)을 장착하기 위하여 상기 히터블럭(21)의 바닥에서 상부를 향해 삽입홈(29)이 형성되고, 상기 삽입홈(29)의 내부에 상기 열전쌍(22a)이 구비된다. 도 9에서 도면번호 '22'는 샤프트를 도시한다.

이때, 상기 열전쌍(22a)은 상기 히터블럭(21)의 온도를 측정하여, 상기 히터블럭(21)에 의해 가열되는 상기 기판(W)의 온도를 유추할 수 있다. 따라서, 상기 열전쌍(22a)은 상기 히터블럭(21)의 내부에서 상기 기판(W)에 인접하여 배치되는 것이 유리할 수 있다. 그런데, 이러한 배치를 위하여 상기 히터블럭(21)의 바닥에서 측정되는 상기 삽입홈(29)의 높이(h₂)를 상기 히터블럭(21)의 높이(h₁)와 대략 유사하게 하거나, 또는 90 % 정도 이상으로 결정하게 되면, 상기 기판(W)을 가열하기 위한 열에너지가 상기 삽입홈(29)을 통해 챔버(10)의 외부로 배출될 수 있다. 이는 기판(W)의 가열 효율을 떨어뜨려 기판(W)에 증착되는 박막의 품질을 저하시킬 수 있다. 또한, 히터블럭(21)의 바닥에서 상기 삽입홈(29)의 높이(h₂)는 상기 히터블럭(21)의 높이(h₁)에 비해 60% 이하로 결정할 경우 웨이퍼가 안착하는 히터블럭 상면의 온도와 차이가 커 공정 피드백 온도로서 적합치 않은 단점이 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 히터블럭(21)의 바닥에서 상기 삽입홈(29)의 높이(h₂)는 상기 히터블럭(21)의 높이(h₁)에 비해 대략 60 내지 90% 정도로 결정하며, 바람직하게 75% 정도로 결정할 수 있다.

이러한 구성에서는 상기 삽입홈(29)의 높이(h₂)가 상기 히터블럭(21)의 높이(h₁)에 비해 대략 90 % 이하이므로, 상기 기판(W)을 가열하기 위한 열에너지가 상기 삽입홈(29)을 통해 배출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상기 열전쌍(22a)은 도면에 도시된 바와 같이 상기 삽입홈(29)의 내측에서 상기 삽입홈(29)의 상면에 닿지 않게 구비된다. 따라서, 상기 히터블럭(21)이 회전하는 경우에도 상기 열전쌍(22a)의 손상을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 열전쌍(22a)은 상기 삽입홈(29)의 내측에 배치되어 상기 히터블럭(21)의 온도를 측정하게 되므로, 상기 기판(W) 상부의 환경이 바뀌는 경우, 예를 들어 공정가스의 변화, 압력 변화, 온도 변화 등의 환경 변화에 따라 민감하게 바뀌지 않는 상태로 상기 히터블럭(21)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10..챔버
20..기판지지부
21..히터블럭
30..가스공급부
40..반응공간형성유닛

Claims (13)

1. 기판이 처리되는 처리공간을 제공하는 챔버;
   상기 챔버 내부로 공정가스를 공급하는 가스공급부; 및
   상기 챔버의 내부에 구비되어 상기 기판이 안착되는 수용홈이 구비되며 상기 기판을 가열하는 기판지지부;를 구비하고,
   상기 수용홈의 내측에 상기 기판이 안착되는 안착부와, 상기 안착부의 가장자리와 상기 수용홈 사이에 중간홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안착부는 상면이 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기판이 상기 안착부에 안착되는 경우에 상기 중간홈의 폭이 상기 기판에 의해 60% 내지 95% 가려지는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 중간홈은 내부의 모서리가 각진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 중간홈의 폭은 1 내지 3mm 인 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 안착부의 상면에서 상기 중간홈의 깊이는 상기 기판지지부의 상면에서 상기 중간홈의 깊이에 비해 40 내지 80%인 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 기판은 원형의 원주면을 따라 적어도 일부에 플랫면을 구비하고, 상기 수용홈의 가장자리에서 내측으로 돌출 형성되어 상기 기판의 회전을 방지하는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
8. 제8항에 있어서,
   상기 기판의 플랫면이 상기 돌출부와 만나는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 기판의 원주면과 상기 플랫면이 만나는 코너영역이 상기 돌출부와 만나지 않는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 안착부의 중심에 대한 상기 돌출부의 원주각도는 상기 안착부의 중심에 대한 상기 기판의 플랫면의 원주각도에 비해 상대적으로 더 작은 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
11. 제7항에 있어서,
    상기 돌출부는 착탈 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 기판지지부는 상기 기판이 안착되고 가열되는 히터블럭을 포함하고,
    상기 히터블럭의 바닥에서 상부를 향해 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈의 내측에는 히터블럭의 온도를 측정하는 열전쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 히터블록의 바닥에서 상기 삽입홈의 높이는 상기 히터블럭의 높이에 비해 60 내지 90%인 것을 특징으로 하는 유기금속화학기상증착장치.
    

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