WO2011074753A1 - 화학기상증착장치 - Google Patents

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WO2011074753A1
WO2011074753A1 PCT/KR2010/004657 KR2010004657W WO2011074753A1 WO 2011074753 A1 WO2011074753 A1 WO 2011074753A1 KR 2010004657 W KR2010004657 W KR 2010004657W WO 2011074753 A1 WO2011074753 A1 WO 2011074753A1
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WO
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substrate
plate
reaction chambers
buffer chamber
chamber
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PCT/KR2010/004657
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Inventor
홍성재
한석만
진주
정진열
Original Assignee
엘아이지에이디피 주식회사
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a chemical vapor deposition apparatus.
  • an LED Light Emitting Diode
  • One such method for forming an n-type layer, an active layer, or a p-type layer is a metal organic chemical vapor deposition method (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).
  • the organometallic chemical vapor deposition method is a method of injecting a metal organic compound gas toward a heated substrate and causing a chemical reaction on the heated substrate surface to form a desired film on the surface of the substrate.
  • the steps of forming the n-type layer, the active layer, and the p-type layer are all performed in one reaction chamber.
  • the problem with this method is that the deposition process takes too much time.
  • the cause of the problem is that the temperature and gas atmosphere required for each step of depositing the layers are different, so that the temperature must be raised or lowered to the required temperature, or each step must be stopped and waited while adjusting the gas atmosphere.
  • a chemical vapor deposition apparatus comprising: a plurality of reaction chambers in which a substrate is loaded through a gate and the substrate loaded on an upper surface of a substrate support is treated; A buffer chamber that connects the plurality of reaction chambers and passes through the substrate when the substrate is taken out from one of the plurality of reaction chambers and then loaded into the other of the plurality of reaction chambers.
  • a heater provided in the plurality of reaction chambers or the buffer chamber;
  • a gas supply device supplying a processing gas to the plurality of reaction chambers;
  • a first direction transfer part for transferring the plate on which the substrate is loaded from the reaction chamber to the buffer chamber or from the buffer chamber to the reaction chamber;
  • a second direction transfer part configured to transfer the plate or the substrate positioned in front of one of the plurality of reaction chambers in front of the other one of the plurality of reaction chambers.
  • the plurality of reaction chambers may be arranged in a row.
  • the first direction transfer part may include an actuator part located outside the buffer chamber and transferring the plate from the reaction chamber to the buffer chamber or from the buffer chamber to the reaction chamber.
  • the actuator unit may include a plurality of actuators provided as many as the number of reaction chambers, and the plates may be coupled to each of the actuators.
  • the second direction transfer part may include a robot arm positioned inside or outside the buffer chamber to transfer a substrate loaded on one of the plurality of plates to another one of the plurality of plates.
  • the plate is detachably coupled to the actuator, the conveyor is located in front of any one of the gate of the plurality of reaction chamber and conveying the plate separated from the actuator to be located in front of the other gate of the plurality of reaction chamber It may further include wealth.
  • the second directional transfer unit may further include an actuator transfer unit configured to transfer the actuator unit to position the plate positioned in front of one of the plurality of reaction chambers in front of the other gate of the plurality of reaction chambers. .
  • the first direction transfer part may include a roller unit coupled to the plate to be located inside the buffer chamber to transfer the plate from the reaction chamber to the buffer chamber or from the buffer chamber to the reaction chamber.
  • the second direction transfer part is located outside the buffer chamber to hold the substrate loaded on the plate located in front of any one of the plurality of reaction chamber to the plate located in front of the other gate of the plurality of reaction chamber It may include a robot arm for transporting.
  • the second direction transfer part may further include a robot arm transfer rail positioned outside the buffer chamber so that the robot arm is slid and transferred.
  • the second direction transfer part may further include a robot arm transfer rail positioned outside the buffer chamber so that the robot arm is slid and transferred.
  • a plurality of the substrates may be loaded on a susceptor, and the plurality of the substrates may be transferred by loading the susceptors on the plate.
  • the apparatus may further include a lift part positioned inside the reaction chamber or inside the buffer chamber so that the substrate may be loaded on the plate by lifting the substrate.
  • the process gas may include a group III element and a group V element.
  • group III element may include at least one of aluminum, gallium, indium.
  • Process efficiency is increased by using a plurality of reaction chambers.
  • the appropriate temperature may be different for each process step.
  • the time required for temperature control can be shortened by adjusting the internal temperature of each reaction chamber to such an appropriate temperature in advance, and then carrying the process immediately by bringing the substrate into the reaction chamber.
  • the buffer chamber can prevent the film quality deterioration due to a sudden temperature change. That is, when the substrate in which the process is completed in the reaction chamber is carried out to the buffer chamber, the temperature of the buffer chamber may be adjusted to be similar to the temperature of the reaction chamber.
  • the time required to adjust the temperature of the substrate in the reaction chamber in which the next step is performed may be saved.
  • the process time can be shortened because the next process can be performed without interruption by bringing the substrate into another reaction chamber.
  • the yield per unit time may be increased.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view A-A 'of the chemical vapor deposition apparatus of FIG.
  • FIG 3 is a schematic plan view of a second embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a third embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a fourth embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of a fifth embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart of a substrate processing method using a chemical vapor deposition apparatus including nine reaction chambers.
  • FIG. 8 is a flowchart of a substrate processing method using a chemical vapor deposition apparatus including six reaction chambers.
  • FIG. 9 is a flow chart of a substrate processing method using a chemical vapor deposition apparatus including three reaction chambers.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a first embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • the chemical vapor deposition apparatus includes a reaction chamber 1100, a buffer chamber 1200, a transfer apparatus, a gas supply unit 1400, and a power supply unit ( 1500, and a control unit 1600.
  • the transfer device includes a substrate supply / discharge device 1310, a first pickup device 1320, an actuator unit 1330, a robot arm 1340, a first plate 1350a, a second plate 1350b, and a first device. It may include a three plate (1350c) and the second pickup device (1370).
  • the substrate supply / discharge apparatus 1310 is a means for supplying a substrate (W) in the form of a wafer (wafer) to the workplace or to discharge the substrate to the outside of the workplace, conveyor, transport robot, pickup robot or linear actuator ( linear actuator) or the like.
  • the first pickup device 1320 is a means for loading the substrate W on an upper surface of the susceptor S, and may be a transport robot or a pickup robot. As another example, the substrate may be directly loaded onto the plate using the first pickup device 1320 without loading the substrate onto the susceptor.
  • the actuator unit 1330 includes a first actuator 1331, a second actuator 1332, and a third actuator 1333.
  • the first actuator 1331, the second actuator 1332, and the third actuator 1333 respectively include the first plate 1350a, the second plate 1350b, and the third plate 1350c in the respective reaction chambers 1100.
  • the first plate 1350a, the second plate 1350b, and the third plate 1350c are the same plates on which the substrate or susceptor can be loaded.
  • Each plate is provided with a recess or hole through which the lift unit 1380 can be lifted and lifted so as to lift the substrate or susceptor loaded on the plate upper surface.
  • the robot arm 1340 may hold the susceptor S and enter the buffer chamber 1200 to lower the susceptor on the upper surface of the first plate 1350a.
  • the robot arm 1340 may transfer the susceptor mounted on the upper surface of the first plate 1350a to the second plate 1350b in the buffer chamber 1200, and may be loaded on the upper surface of the second plate 1350b.
  • the susceptor may be transferred to the third plate 1350c.
  • the lift unit 1380 may be provided inside the buffer chamber as a member for elevating the susceptor.
  • the robot arm 1340 enters the buffer chamber and then lifts the lifter 1380 to lift the susceptor S.
  • the lift unit 1380 descends to lower the susceptor S on the plates 1350a, 1350b, and 1350c.
  • the robot arm 1340 may enter the buffer chamber 1200 through the buffer chamber gate 1213.
  • the susceptor placed on the first plate 1350a may be transferred to the second plate 1350b or the third plate 1350c.
  • the configuration of the transfer device is not limited to the embodiments described below, and various modifications are possible to carry out or carry the substrate into the plurality of reaction chambers and the buffer chamber.
  • the gas supply unit 1400 includes a hydrogen supply unit 1410, a nitrogen supply unit 1420, an ammonia (NH 3) supply unit 1430, a silane (SiH 4) supply unit 1440, a trimethylgallium (TMG) supply unit 1450, and trimethyl indium ( TMI) supply unit 1460, Cp2Mg (bis-cyclopentadienyl magnesium) supply unit 1470, and the like.
  • the hydrogen supply unit 1410, the nitrogen supply unit 1420, and the ammonia supply unit 1430 may each include hydrogen in the buffer chamber 1200, the first reaction chamber 1110, the second reaction chamber 1120, and the third reaction chamber 1130. (H2), nitrogen (N2) and ammonia (NH3) can be supplied. As another embodiment, an embodiment including a supply unit for supplying Group V gas other than ammonia is also possible.
  • the silane (SiH 4) supply unit 1440 may supply the silane (SiH 4) to the reaction chamber 1100.
  • a supply unit for supplying another n-type doping gas eg, a gas containing Ge, Sn, etc.
  • SiH 4 a gas containing Ge, Sn, etc.
  • the trimethylgallium supply unit 1450 may supply trimethylgallium to the reaction chamber 1100.
  • an embodiment including a supply for supplying other group III gas in addition to trimethylgallium is also possible.
  • the trimethyl indium supply unit 1460 may supply trimethyl indium to the reaction chamber 1100.
  • an embodiment including a supply for supplying other group III gas in addition to trimethyl indium is also possible.
  • a supply unit for supplying trimethyl aluminum (TMA) as a group III gas may be provided.
  • the Cp2Mg supply unit 1470 may supply Cp2Mg (bis-cyclopentadienyl-magnesium) to the reaction chamber 1100.
  • the embodiment also includes a supply for supplying other p-type doping gas (for example, gas containing Zn, Ca, Be, etc.) in addition to the Cp2Mg gas containing magnesium (Mg) as a p-type doping gas It is possible.
  • the power supply unit 1500 may supply power to the reaction chamber 1100 or the buffer chamber 1200.
  • the power supply unit 1500 includes a first power supply unit 1510, a second power supply unit 1520, and a third power supply unit 1530.
  • the controller 1600 may control the reaction chamber 1100, the buffer chamber 1200, the transfer apparatus, the gas supply unit 1400, the power supply unit 1500, and the like.
  • the reaction chamber 1100 includes a first reaction chamber 1110, a second reaction chamber 1120, and a third reaction chamber 1130 arranged in a row.
  • the reaction chamber is not necessarily limited to three, but may be composed of two to nine or more.
  • the susceptor S is loaded into the first reaction chamber 1110 through the first reaction chamber gate 1115. Inside the first reaction chamber 1110, a rotating part (1112 of FIG. 2) is installed on which a susceptor is mounted. In another embodiment, a susceptor support on which the susceptor is simply mounted on the upper surface of the first reaction chamber 1110 may be installed without rotating.
  • the gas supply unit 1400 may form a hydrogen atmosphere or a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen inside the first reaction chamber 1110.
  • the foreign material layer such as an oxide layer on the substrate may be removed by controlling the temperature inside the first reaction chamber 1110 to about 1000 to 1200 degrees Celsius by a heater (not shown).
  • a process of growing a GaN buffer layer may be performed.
  • the hydrogen supply atmosphere may be formed inside the first reaction chamber 1110 by the gas supply unit 1400, and trimethylgallium (TMG) and ammonia gas may be introduced.
  • TMG trimethylgallium
  • the substrate or susceptor may be heated by about 450 degrees to about 700 degrees Celsius, and more specifically about 500 to 600 degrees Celsius.
  • the GaN buffer layer may be grown on the upper surface of the substrate heat-treated by this process.
  • the buffer layer may be an AlN layer including an aluminum element and a nitrogen element.
  • the buffer layer may include an AlGaN layer.
  • a process of growing a GaN buffer layer and then growing an undoped GaN layer may be performed.
  • a process of growing an undoped InGaN layer or an undoped AlGaN layer may be performed.
  • the inside of the first reaction chamber 1110 is heated so that the temperature of the substrate is about 1000 degrees to 1200 degrees Celsius, and more specifically, about 1030 degrees to 1080 degrees Celsius so that the undoped GaN layer can grow.
  • the process of growing the buffer layer and the undoped GaN layer on the sapphire substrate can improve the electrical and crystallographic growth efficiency of the GaN thin film.
  • a process of growing an n-type GaN layer may be performed on the undoped GaN layer.
  • the hydrogen supply atmosphere may be formed inside the first reaction chamber 1110 by the gas supply unit 1400, and trimethylgallium (TMG) and ammonia gas may be introduced.
  • TMG trimethylgallium
  • Silane (SiH 4) or Germane (Germane) (GeH 4) may be further added to dope Si or Ge.
  • the substrate or susceptor may be heated to about 1000 ⁇ 1200 degrees Celsius by the heater. By this process, an n-type GaN layer may be grown on the upper surface of the GaN layer.
  • the n-type layer may be a stacked structure of n-GaN / n-AlGaN / n-InGaN.
  • the n-type layer is formed of n-GaN / n-AlGaN, n-GaN / n-AlGaN / n-GaN, n-GaN / n-InGaN / n-AlGaN / n-GaN, or the like. It may be a structure.
  • Each n-type layer may be formed on the substrate by a vapor deposition process in a different reaction chamber.
  • the n-type layer may include an n-AlGaN layer.
  • a process of growing an active layer may be performed.
  • Nitrogen (N2) gas atmosphere may be formed inside the reaction chamber by the gas supply unit 1400.
  • Tri-methyl-gallium (TMG), tri-methyl-indium (TMI) and ammonia gas may be formed. It can be put in.
  • the temperature of the substrate or susceptor can be adjusted by about 700 degrees to 900 degrees Celsius by the heater.
  • the active layer may be a single quantum well (SQW) layer or a multi quantum well (MQW) layer having a plurality of quantum wells. That is, multiple quantum well layers may be formed by alternately stacking a barrier layer and a quantum well layer having different indium (In) and gallium (Ga) contents.
  • an active layer may be grown on the n-type GaN layer.
  • the active layer may have a stacked structure such as InGaN QW, InGaN / GaN QW, InGaN / AlGaN QW, InGaN / InGaN QW, GaN / AlGaN QW, InAlGaN / InAlGaN QW.
  • a process of growing a p-type GaN layer may be performed.
  • a hydrogen gas atmosphere may be formed inside the reaction chamber by the gas supply unit 1400, and trimethylgallium (TMG), bis-cyclopentadienyl-magnesium (Cp2Mg), and ammonia gas may be introduced.
  • TMG trimethylgallium
  • Cp2Mg bis-cyclopentadienyl-magnesium
  • ammonia gas may be introduced.
  • the temperature of the substrate or susceptor may be adjusted by about 900 to 1200 degrees Celsius by a heater (not shown). By this process, a p-type GaN layer may be grown on the active layer.
  • the p-type GaN layer may have a stacked structure of p-AlGaN / p-GaN, p-AlGaN / p-GaN / p-AlGaN / p-GaN, p-GaN / p-AlGaN / p-GaN.
  • the gas supply unit may supply hydrogen, group III gas (TMA: trimethylaluminium), and group V gas required to form the AlGaN layer.
  • an annealing process may be performed in the third reaction chamber 1130.
  • annealing may be performed on the thin film formed in the previous process by maintaining the temperature inside the reaction chamber at 600 to 900 degrees Celsius.
  • a cooling process may be performed or only the cooling process may be performed without the annealing process.
  • a process of irradiating a low energy electron beam irradiation treatment may be performed instead of the annealing process in the third reaction chamber.
  • an annealing process may be performed in the buffer chamber 1200.
  • the buffer chamber 1200 is connected to the plurality of reaction chambers 1100 and serves as a passage through which the susceptor passes when the susceptor is taken out from one reaction chamber and then brought into the other reaction chamber.
  • the temperature of the buffer chamber 1200 may be adjusted similarly to the temperatures of the first reaction chamber 1110 and the second reaction chamber 1120. That is, before the heat treatment process is performed in the first reaction chamber 1110, the temperature inside the buffer chamber 1200 may be adjusted in advance to about 500 to 1200 degrees Celsius, and more specifically to about 600 to 900 degrees Celsius. Accordingly, the time required to heat the substrate to the temperature required for the heat treatment process can be reduced.
  • the hydrogen supply unit 1410 and the nitrogen supply unit 1420 the inside of the buffer chamber 1200 may be previously adjusted to a hydrogen atmosphere or a nitrogen atmosphere.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view A-A 'of the chemical vapor deposition apparatus of FIG.
  • the first actuator 1331 passes through the buffer chamber gate 1213 to pass the first plate 1350a into the buffer chamber 1200.
  • Imported into The robot arm 1340 loads the susceptor S on the first plate 1350a in the buffer chamber.
  • the thermal shock to the substrate is reduced when the substrate is removed from the reaction chamber 1100.
  • the temperature can be adjusted to about 500-1200 degrees in advance.
  • the gas atmosphere inside the buffer chamber 1200 may be adjusted to a hydrogen atmosphere.
  • the lift part 1119 provided in the rotating part 1112 is raised to lift the susceptor loaded on the upper part of the rotating part 1112.
  • the first plate 1350a is carried into the first reaction chamber 1110 to be positioned between the rotating part 1112 and the susceptor S.
  • the lift unit 1119 descends, the susceptor S is loaded on the first plate 1350a, and the first plate is carried out to the buffer chamber 1200.
  • the first plate 1350a passes through the first reaction chamber gate 1115 and is buffered from the first reaction chamber 1110. It may be transferred to the chamber 1200.
  • the lift unit 1380 on the upper surface of the pedestal 1351 may be raised so that the robot arm 1340 may hold the susceptor S transferred to the buffer chamber 1200 (see FIG. 1).
  • the robot arm 1340 grips the susceptor S.
  • the susceptor is mounted on the second plate 1350b positioned in front of the second reaction chamber gate 1125.
  • the buffer chamber 1200 is provided with a heater 1203 for adjusting the internal temperature of the buffer chamber to about 600 degrees Celsius to 900 degrees Celsius.
  • This heater 1203 may be a lamp heater or an RF heater.
  • the first reaction chamber 1110 is provided with a shower head 1111 for injecting a processing gas toward the susceptor.
  • a heater (not shown) for heating the susceptor may be installed inside the rotating unit 1112.
  • the motor 1114 may rotate the susceptor S and the rotating part 1112.
  • the susceptor S may be separated from and coupled to the rotating part 1112 at the upper end of the rotating shaft 1113.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a second embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • the description overlapping with the first embodiment of FIG. 1 will be omitted.
  • the second embodiment includes three reaction chambers, and the manner of conveying the susceptor is different from that of the first embodiment.
  • the actuator unit 2330 includes an actuator 2331, an actuator transfer motor 2332, and an actuator transfer rail 2333.
  • the actuator 2331 is slidably coupled to the actuator transfer rail 2333, and the actuator 2331 is slidable along the actuator transfer rail 2333 by the actuator transfer motor 2332.
  • the actuator transfer motor 2332 is positioned so that the susceptor S is located in front of the second reaction chamber. Move the actuator 2331.
  • the actuator 2331 moves, the susceptor S is transferred in a state located inside the buffer chamber 2200. Accordingly, the substrate may be loaded into each reaction chamber 2100 or the buffer chamber 2200 using only one actuator.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a third embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment. The description overlapping with the first and second embodiments is omitted.
  • the third embodiment includes four reaction chambers, and the manner of conveying the susceptor is different from that of the first and second embodiments.
  • the transfer apparatus includes a first robot arm 3706, a first robot arm transfer rail 3705, a second robot arm 3708, a second robot arm transfer rail 3707, and a first plate.
  • Reference numeral 3702a may include a second plate 3702b, a third plate 3702c, a fourth plate 3702d, and a roller portion 3701.
  • the second robot arm 3708 may receive the unprocessed substrate W from the substrate supply unit 3801, pick up the substrate, and load the substrate on the susceptor.
  • the second robot arm 3708 is coupled to the second robot arm transfer rail 3707 to be slidably movable.
  • the second robot arm 3708 may access the susceptor placed in the susceptor carrying part 3803, pick up the processed substrate, and transfer the processed substrate to the substrate carrying part 3804.
  • the first robot arm 3706 picks up the susceptor on which the substrate is loaded from the susceptor supply unit 3802 and carries it into the buffer chamber 3200, and loads the loaded susceptor into the first plate 3702a.
  • the first robot arm 3706 picks up the susceptor loaded in the fourth plate 3702d and takes it out, and the susceptor carrying part Transfer the susceptor to (3803).
  • the roller part 3701 is provided inside the buffer chamber 3200 and is rotatable in place so that the first plate 3702a may be conveyed to the first reaction chamber.
  • the roller portion 3701 includes one or a plurality of rotatable rollers. The roller and the plate may be coupled to each other by a gear provided to transfer the plate.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a fourth embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • the description overlapping with the first to third embodiments is omitted.
  • the fourth embodiment includes four reaction chambers, and the manner of conveying the susceptor is different from that of the first to third embodiments.
  • the transfer apparatus includes a substrate supply / discharge apparatus 4310, a first pickup apparatus 4320, a first actuator 4331, a second actuator 4332, a third actuator 4333, and a third actuator 4 actuator 4340, first plate 4350a, second plate 4350b, third plate 4350c, fourth plate 4350d, first robot arm 4340, second robot arm 4360a, A third robot arm 4360b, a fourth robot arm 4360c, and a second pickup device 4370 may be included.
  • the second robot arm 4360a may transport the susceptor mounted on the upper surface of the first plate 4350a to the upper surface of the second plate 4350b inside the buffer chamber 4200.
  • the lower portion of each plate is provided with a lift portion 4380 for lifting the substrate or susceptor. Therefore, when the lift unit 4380 raises the susceptor loaded on the upper surface of the first plate 4350a, the second robot arm 4360a may enter between the susceptor and the first plate 4350a. Next, when the lift part 4380 lowers the susceptor, the susceptor is loaded on the upper surface of the second robot arm 4360a.
  • the third robot arm 4360b may transport the susceptor mounted on the upper surface of the second plate 4350b to the upper surface of the third plate 4350c inside the buffer chamber 4200.
  • the second robot arm 4360a to the fourth robot arm 4360c are preferably made of a heat resistant material to operate stably at a temperature of about 1000 degrees Celsius.
  • the buffer chamber 4200 is provided with a first buffer chamber gate 4213, a first buffer chamber gate valve 4214, a second buffer chamber gate 4223, and a second buffer chamber gate valve 4224.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of a fifth embodiment of a chemical vapor deposition apparatus for performing a substrate processing method according to the present embodiment.
  • the fifth embodiment includes six reaction chambers, and the manner of conveying the susceptor is different from that of the first to fourth embodiments.
  • the transfer apparatus includes a substrate supply / discharge apparatus 5310, a first pickup apparatus 5320, an actuator 5330, a plurality of plates 5340, and a second pickup apparatus 5530.
  • Actuator 5330 includes first to sixth actuators 5331, 5332, 5333, 5334, 5335, and 5336.
  • the plate 5340 is detachable from the actuator 5330, and when the plate 5340 is loaded on the plate carrying part 5350 and then separated from the actuator 5330, the plate 5340 and the plate 5340 are separated from the actuator 5330.
  • the susceptor S is transferred horizontally to the other reaction chamber.
  • the plate carrier 5350 may be a conveyor belt or similar device.
  • a coupling device (not shown) is provided at the rod end of the actuator 5330 so that the plate 5340 and the actuator 5330 are coupled or separated. Therefore, when the process is completed in any one reaction chamber and the plate is taken out, the control signal is transmitted to the coupling device to separate the plate 5340 and the actuator 5330.
  • the thin film to be formed by this method is composed of a buffer layer / undoped GaN layer / n-type GaN layer / n-type AlGaN layer / active layer / p-type AlGaN layer / p-type GaN layer.
  • a type of processes that may be performed in each reaction chamber may be modified, and a plurality of processes may be performed in any one reaction chamber.
  • a step (S101) of loading a substrate into the first reaction chamber is performed.
  • a step S102 of performing heat treatment on the substrate in the first reaction chamber is performed.
  • Hydrogen gas, or a mixture of hydrogen and nitrogen may be supplied into the first reaction chamber, and the substrate or susceptor is heated (for example, about 1200 degrees) to remove a foreign material layer such as an oxide film on the substrate. can do.
  • the step S103 of carrying out the substrate from the first reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the second reaction chamber is performed.
  • the buffer chamber is heated to a predetermined temperature in advance so that a sudden temperature change does not occur with respect to the substrate.
  • a step (S104) of forming a buffer layer on the substrate in the second reaction chamber is performed. That is, hydrogen, trimethylgallium (TMG) and ammonia gas are introduced into the second reaction chamber, and the substrate or susceptor is heated to a predetermined temperature (for example, about 600 degrees). By this process, the GaN buffer layer may be grown on the heat treated substrate.
  • TMG trimethylgallium
  • step (S105) of carrying out the substrate from the second reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the third reaction chamber is performed.
  • step S106 an undoped GaN layer is formed on the substrate in the third reaction chamber.
  • Hydrogen (H 2), trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3) are injected into the third reaction chamber, and the substrate or susceptor may be heated to 1200 degrees, for example.
  • H 2 Hydrogen
  • TMG trimethylgallium
  • NH 3 ammonia
  • step S107 of carrying out the substrate from the third reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the fourth reaction chamber is performed.
  • an n-type GaN layer is formed on the substrate in the fourth reaction chamber. That is, hydrogen (H 2), trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3), and SiH 4 are injected into the fourth reaction chamber, and the substrate or susceptor is heated at, for example, 1200 degrees. By this process, an n-type GaN layer (Si doping) is grown on the upper surface of the undoped GaN layer.
  • the buffer chamber may be heated to a predetermined temperature so that a sudden temperature change does not occur with respect to the substrate.
  • the heating temperature may be set between approximately 500 to 1200 degrees Celsius, and in some cases, may be set to about 700 degrees.
  • step S110 an n-type AlGaN layer is formed on the substrate in the fifth reaction chamber.
  • SiH 4, trimethylaluminum, trimethylgallium, ammonia and hydrogen may be supplied into the fifth reaction chamber to form a si-doped AlGaN layer.
  • step S111 of carrying out the substrate from the fifth reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the sixth reaction chamber is performed.
  • N 2 nitrogen
  • TMG trimethylgallium
  • TMI trimethyl indium
  • NH 3 ammonia
  • step S113 of carrying out the substrate from the sixth reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the seventh reaction chamber is performed.
  • Mp-doped AlGaN layer is formed on the substrate in the seventh reaction chamber. That is, Mp-doped AlGaN layer may be formed by supplying Cp 2 Mg, trimethylaluminum, trimethylgallium, ammonia, and hydrogen.
  • step S115 of carrying out the substrate from the seventh reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the eighth reaction chamber is performed.
  • a p-type GaN layer on the substrate in the eighth reaction chamber (S116) is performed.
  • Cp 2 Mg, trimethylgallium, ammonia and hydrogen are injected into the eighth reaction chamber, and the substrate or susceptor is variably controlled at about 1200 degrees.
  • the Mg-doped GaN layer may be grown on the active layer.
  • Cp2Mg as the p-type doping gas
  • a cleaning operation is necessary because the magnesium component may be attached inside the reaction chamber, and such magnesium component may adversely affect other processes. While the eighth reaction chamber is cleaned, each process may proceed without interruption in the remaining reaction chambers.
  • step S117 of carrying out the substrate from the eighth reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the ninth reaction chamber is performed.
  • step S118 of performing annealing in the ninth reaction chamber is performed. That is, the interior of the chamber is adjusted to 600-900 degrees Celsius while maintaining a nitrogen atmosphere.
  • a cooling process may be performed after annealing in the ninth reaction chamber, and a cooling process may be performed without annealing in the ninth reaction chamber.
  • the cooling process may be performed in the buffer chamber.
  • the cooling process may be, for example, a process of naturally cooling the substrate to about 100 to 300 degrees.
  • the susceptor is carried out to the outside, and the substrate on the upper surface of the susceptor is picked up by the pickup device and transferred to the substrate supply and discharge device.
  • the thin film to be formed by this method consists of a buffer layer / n-type GaN layer / active layer / p-type GaN layer.
  • step S206 the n-type GaN layer is formed in the third reaction chamber, and the substrate is carried out from the third reaction chamber to the buffer chamber and then loaded into the fourth reaction chamber (S207).
  • reaction chambers are included.
  • a chemical vapor device can be used. That is, forming the buffer layer and forming the undoped GaN layer may be performed in the second reaction chamber.
  • the forming of the n-type GaN layer and the forming of the n-type AlGaN layer may be performed in the third reaction chamber.
  • the forming of the p-type AlGaN layer and the forming of the p-type GaN layer may be performed in the fifth reaction chamber.
  • FIG. 9 is a flow chart of a substrate processing method using a chemical vapor deposition apparatus including three reaction chambers.
  • the thin film to be formed by this method consists of a buffer layer / n-type GaN layer / active layer / p-type GaN layer.
  • a step (S301) of carrying a substrate into the first reaction chamber and a step (S302) of heat treating the substrate in the first reaction chamber are performed.
  • the step S303 of carrying out the substrate from the first reaction chamber to the buffer chamber and carrying it into the second reaction chamber is performed.
  • forming a buffer layer on the substrate in the second reaction chamber (S304), forming an n-type GaN layer (S305), and forming an active layer (S306) are performed.
  • the substrate is carried out from the second reaction chamber to the buffer chamber and loaded into the third reaction chamber.
  • heat treating the substrate and forming the buffer layer may be performed in different reaction chambers. This process separation reduces the time required to adjust the temperature inside the reaction chamber to the required process temperature, and also prevents the problem that the gas used in the previous process affects the next process.

Abstract

기판에 박막을 형성하는 공정에 있어서 공정효율을 향상시킬 수 있고 고품질의 박막을 형성할 수 있는 화학기상증착장치가 필요하다. 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 게이트를 통하여 내부로 기판이 반입되며 내부의 기판지지대 상면에 적재된 기판이 처리(treatment)되는 복수의 반응챔버(reaction chamber)와, 복수의 반응챔버를 연결하며, 복수의 반응챔버 중의 어느 하나에서 기판을 반출한 다음에 복수의 반응챔버 중의 다른 하나로 기판을 반입할 때 기판이 통과하는 버퍼챔버(buffer chamber)와, 복수의 반응챔버 또는 버퍼챔버에 마련되는 히터와, 복수의 반응챔버에 공정가스(processing gas)를 공급하는 가스공급장치와, 기판이 적재되는 플레이트를 상기 반응챔버로부터 버퍼챔버로 이송하거나 버퍼챔버로부터 반응챔버로 이송하는 제1방향 이송부와, 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하는 플레이트 또는 기판을 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞으로 이송하는 제2방향 이송부를 포함한다.

Description

화학기상증착장치
본 발명은 기판처리장치에 대한 것으로서, 보다 자세하게는 화학기상증착장치에 대한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 일반적으로 n타입층(n-type layer), 활성층(active layer), p타입층(p-type layer)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다. 그러한, n타입층, 활성층, p타입층을 형성하는 방법중의 하나가 유기금속화학기상증착방법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이다. 유기금속화학기상증착방법은 금속유기화합물 가스를 가열된 기판을 향하여 분사하고, 가열된 기판 표면에서 화학반응을 일으켜서 기판 표면에 원하는 막을 형성하는 방법이다.
종래의 유기금속화학기상증착방법의 경우, n타입층, 활성층, p타입층을 형성하는 단계가 모두 하나의 반응챔버에서 수행된다. 그런데, 이와 같은 방법의 문제점은 증착공정에 너무 많은 시간이 소요된다는 것이다.
그러한 문제점의 원인은 각각의 층을 증착하는 단계마다 요구되는 온도와 가스 분위기가 상이하기 때문에 요구되는 온도로 승온 또는 감온하거나, 가스 분위기를 조정하는 동안 각각의 단계를 중단하고 대기하여야 하기 때문이다.
또다른 원인으로는 어느 하나의 단계가 완료된 후에는 챔버 내부를 세정해야 하는 경우가 있는데, 그러한 세정작업이 진행되는 동안 제조공정을 중단하여야 하기 때문이다.
기판에 박막을 형성하는 공정에 있어서 공정효율을 향상시킬 수 있고 고품질의 박막을 형성할 수 있는 화학기상증착장치가 필요하다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 게이트를 통하여 내부로 기판이 반입되며 내부의 기판지지대 상면에 적재된 상기 기판이 처리(treatment)되는 복수의 반응챔버(reaction chamber); 상기 복수의 반응챔버를 연결하며, 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나에서 상기 기판을 반출한 다음에 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나로 상기 기판을 반입할 때 상기 기판이 통과하는 버퍼챔버(buffer chamber); 상기 복수의 반응챔버 또는 상기 버퍼챔버에 마련되는 히터; 상기 복수의 반응챔버에 공정가스(processing gas)를 공급하는 가스공급장치; 상기 기판이 적재되는 플레이트를 상기 반응챔버로부터 상기 버퍼챔버로 이송하거나 상기 버퍼챔버로부터 상기 반응챔버로 이송하는 제1방향 이송부; 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하는 상기 플레이트 또는 상기 기판을 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞으로 이송하는 제2방향 이송부;를 포함한다.
또한, 상기 복수의 반응챔버는 일렬로 배열될 수 있다.
또한, 상기 제1방향 이송부는 상기 버퍼챔버 외부에 위치하며 상기 플레이트를 상기 반응챔버로부터 상기 버퍼챔버로 이송하거나 상기 버퍼챔버로부터 상기 반응챔버로 이송하는 액추에이터부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액추에이터부는 상기 반응챔버의 개수 만큼 복수개로 마련된 액추에이터들을 포함하며, 상기 액추에이터들 각각에는 상기 플레이트가 결합될 수 있다.
또한, 상기 제2방향 이송부는 상기 복수개의 플레이트 중의 어느 하나에 적재된 기판을 상기 복수개의 플레이트 중의 다른 하나로 이송하도록 상기 버퍼챔버 내부 또는 외부에 위치한 로봇암을 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 상기 액추에이터와 분리가능하도록 결합되며, 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하고 상기 액추에이터와 분리된 상기 플레이트를 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞에 위치하도록 이송하는 컨베이어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2방향 이송부는 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하는 상기 플레이트를 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞에 위치하도록 상기 액추에이터부를 이송하는 액추에이터 이송부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1방향 이송부는 상기 버퍼챔버 내부에 위치하여 상기 플레이트를 상기 반응챔버로부터 상기 버퍼챔버로 이송하거나 상기 버퍼챔버로부터 상기 반응챔버로 이송하도록 상기 플레이트와 결합되는 롤러부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2방향 이송부는 상기 버퍼챔버 외부에 위치하며 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치한 플레이트에 적재된 상기 기판을 파지하여 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞에 위치한 플레이트로 이송하는 로봇암을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2방향 이송부는 상기 로봇암이 슬라이딩 이송되도록 상기 버퍼챔버 외부에 위치하는 로봇암 이송레일을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2방향 이송부는 상기 로봇암이 슬라이딩 이송되도록 상기 버퍼챔버 외부에 위치하는 로봇암 이송레일을 더 포함할 수 있다.
또한, 복수개의 상기 기판이 서셉터에 적재되며, 상기 서셉터가 상기 플레이트에 적재됨으로써 복수개의 상기 기판이 이송될 수 있다.
또한, 상기 기판을 승강시킴으로써 상기 기판을 상기 플레이트에 적재할 수 있도록 상기 반응챔버 내부 또는 상기 버퍼챔버 내부에 위치하는 리프트부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공정가스는 Ⅲ족 원소와 Ⅴ족 원소를 포함할 수 있다.
또한, 상기 Ⅲ족 원소는 알루미늄, 갈륨, 인듐 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
복수개의 반응챔버(reaction chamber)를 이용하므로 공정효율이 증대된다. 예를 들어, 질화갈륨계 화합물 반도체를 제조할 경우, 공정 단계마다 적정 온도가 다를 수 있다. 각각의 반응챔버 내부온도를 그러한 적정 온도로 미리 조절해놓은 다음에, 기판을 반응챔버에 반입하여 즉시 공정을 수행함으로써 온도조절에 소요되는 시간이 단축될 수 있다.
또한, 버퍼챔버는 급격한 온도변화에 의한 박막품질 저하를 방지할 수 있다. 즉, 반응챔버에서 공정이 완료된 기판이 버퍼챔버로 반출될 때, 버퍼챔버의 온도는 반응챔버의 온도와 유사하도록 조절될 수 있다.
또는, 버퍼챔버가 미리 다음 단계의 공정에 필요한 온도로 조절된 경우에는 다음 단계의 공정이 진행되는 반응챔버에서 기판의 온도를 조절하는데 소요되는 시간이 절약될 수 있다.
또한, 어느 하나의 공정이 완료된 후에 반응챔버 내부를 세정하는 동안에도 기판을 다른 반응챔버로 반입하여 중단 없이 다음 공정이 수행될 수 있으므로 공정시간이 단축될 수 있다.
또한, 복수개 반응챔버 각각에서 서로 다른 공정이 동시에 수행될 수 있으므로 단위시간당 생산량이 증가될 수 있다.
본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제1실시예의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 화학기상증착장치의 개략적인 단면도(A-A')이다.
도 3은 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제2실시예의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제3실시예의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제4실시예의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제5실시예의 개략적인 평면도이다.
도 7은 9개의 반응챔버(reaction chamber)를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 기판처리방법의 순서도이다.
도 8는 6개의 반응챔버를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 기판처리방법의 순서도이다.
도 9는 3개의 반응챔버(reaction chamber)를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 기판처리방법의 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제1실시예의 개략적인 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 화학기상증착장치는 반응챔버(reaction chamber)(1100), 버퍼챔버(buffer chamber)(1200), 이송장치, 가스공급부(1400), 전원부(1500), 제어부(1600)를 포함한다.
먼저, 이송장치부터 상세하게 설명한다. 이송장치는 기판 공급/배출장치(1310), 제1픽업장치(1320), 액추에이터부(1330), 로봇암(1340), 제1플레이트(plate)(1350a), 제2플레이트(1350b), 제3플레이트(1350c) 및 제2픽업장치(1370)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 기판 공급/배출장치(1310)는 웨이퍼(wafer) 형태의 기판(substrate)(W)을 작업장으로 공급하거나 기판을 작업장 외부로 배출하는 수단으로서 컨베이어, 운반로봇, 픽업로봇 또는 리니어 액추에이터(linear actuator) 등으로 마련될 수 있다.
제1픽업장치(1320)는 기판(W)을 서셉터(susceptor)(S) 상면에 적재하는 수단이며, 운반로봇 또는 픽업로봇일 수 있다. 다른 실시예로서, 기판을 서셉터에 적재하지 않고 제1픽업장치(1320)를 이용하여 기판을 직접 플레이트에 적재할 수도 있다.
액추에이터부(1330)는 제1액추에이터(1331), 제2액추에이터(1332), 제3액추에이터(1333)를 포함한다. 제1액추에이터(1331), 제2액추에이터(1332), 제3액추에이터(1333)는 각각 제1플레이트(1350a), 제2플레이트(1350b), 제3플레이트(1350c)를 각각의 반응챔버(1100)로부터 버퍼챔버(1200)로, 또는 버퍼챔버(1200)로부터 반응챔버(1100)로 이송할 수 있다.
제1플레이트(plate)(1350a), 제2플레이트(1350b), 제3플레이트(1350c)는 기판 또는 서셉터가 적재될 수 있는 판과 같은 것이다. 플레이트 상면에 적재된 기판 또는 서셉터를 들어 올릴 수 있도록 각각의 플레이트에는 리프트부(1380)가 승강할 수 있는 오목부 또는 홀이 마련된다.
로봇암(1340)은 서셉터(S)를 파지하여 버퍼챔버(1200) 내측으로 진입하여 제1플레이트(1350a) 상면에 서셉터를 내려놓을 수 있다. 그리고, 로봇암(1340)은 버퍼챔버(1200) 내부에서 제1플레이트(1350a) 상면에 적재된 서셉터를 제2플레이트(1350b)로 이송할 수 있고, 제2플레이트(1350b) 상면에 적재된 서셉터를 제3플레이트(1350c)로 이송할 수 있다.
리프트부(1380)는 서셉터를 승강시키는 부재로서 버퍼챔버 내측에 마련될 수 있다. 로봇암(1340)이 버퍼챔버 내부로 진입한 다음에 리프트부(1380)가 상승하면서 서셉터(S)를 들어올리게 된다. 그리고, 로봇암(1340)이 버퍼챔버 외부로 빠져나가면 리프트부(1380)가 하강하여 서셉터(S)를 플레이트(1350a,1350b,1350c)에 내려놓게 된다.
버퍼챔버 게이트 밸브(1214)가 개방되면 로봇암(1340)은 버퍼챔버 게이트(1213)를 통과하여 버퍼챔버(1200) 내부로 진입할 수 있다. 그리고, 제1플레이트(1350a)에 놓인 서셉터를 제2플레이트(1350b) 또는 제3플레이트(1350c)로 이송할 수 있다. 상기 이송장치의 구성은 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 복수의 반응챔버와 버퍼챔버 내측으로 기판을 반출 또는 반입시킬 수 있도록 다양한 변형이 가능하다.
다음으로, 가스공급부(1400)에 대하여 상세하게 설명한다. 가스공급부(1400)는 수소 공급부(1410), 질소 공급부(1420), 암모니아(NH3)공급부(1430), 실레인(SiH4)공급부(1440), 트리메틸갈륨(TMG)공급부(1450), 트리메틸인듐(TMI)공급부(1460), Cp2Mg(bis- cyclopentadienyl- magnesium)공급부(1470) 등을 포함한다.
수소 공급부(1410), 질소 공급부(1420) 및 암모니아 공급부(1430)는 버퍼챔버(1200), 제1반응챔버(1110), 제2반응챔버(1120), 제3반응챔버(1130)에 각각 수소(H2), 질소(N2), 암모니아(NH3)를 공급할 수 있다. 다른 실시예로서, 암모니아 이외에 다른 Ⅴ족가스를 공급하는 공급부를 포함하는 실시예도 가능하다.
실레인(SiH4)공급부(1440)는 반응챔버(1100)에 실레인(SiH4)을 공급할 수 있다. 다른 실시예로서, SiH4 이외에 다른 n형(n-type) 도핑가스(예를 들어, Ge, Sn 등을 포함하는 가스)를 공급하는 공급부를 포함하는 실시예도 가능하다.
트리메틸갈륨 공급부(1450)는 반응챔버(1100)에 트리메틸갈륨을 공급할 수 있다. 다른 실시예로서, 트리메틸갈륨 이외에 다른 Ⅲ족 가스를 공급하는 공급부를 포함하는 실시예도 가능하다.
트리메틸인듐 공급부(1460)는 반응챔버(1100)에 트리메틸인듐(tri-methyl-indium)을 공급할 수 있다. 다른 실시예로서, 트리메틸인듐 이외에 다른 Ⅲ족 가스를 공급하는 공급부를 포함하는 실시예도 가능하다. 다른 실시예로서, AlGaN층을 형성하는 공정이 포함되는 경우에는 Ⅲ족 가스로서 트리메틸알루미늄(TMA:tri-methyl-aluminium)를 공급하는 공급부가 마련될 수도 있다.
Cp2Mg공급부(1470)는 반응챔버(1100)에 Cp2Mg(bis- cyclopentadienyl- magnesium)을 공급할 수 있다. 다른 실시예로서, p형 도핑가스로서 마그네슘(Mg)을 포함하는 Cp2Mg 가스 이외에 다른 p형 도핑가스(예를 들어, Zn, Ca, Be 등을 포함하는 가스)를 공급하는 공급부를 포함하는 실시예도 가능하다.
전원부(1500)는 반응챔버(1100) 또는 버퍼챔버(1200) 등에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(1500)는 제1전원부(1510), 제2전원부(1520) 및 제3전원부(1530)를 포함한다.
제어부(1600)는 반응챔버(1100), 버퍼챔버(1200), 이송장치, 가스공급부(1400), 전원부(1500) 등을 제어할 수 있다.
다음으로, 반응챔버(1100)에 대하여 상세하게 설명한다. 반응챔버(1100)는 일렬로 배열된 제1반응챔버(1110), 제2반응챔버(1120), 제3반응챔버(1130)를 포함한다. 반응챔버(reaction chamber)는 반드시 3개에 국한되는 것이 아니라 2개 내지 9개, 또는 그 이상으로 구성될 수도 있다.
제1반응챔버 게이트(1115)를 통하여 제1반응챔버(1110) 내부로 서셉터(S)가 반입된다. 제1반응챔버(1110) 내부에는 상면에 서셉터가 적재되는 회전부(도 2의 1112)가 설치된다. 다른 실시예로서, 제1반응챔버(1110) 내부에 회전하지 않으면서 단순히 상면에 서셉터가 적재되는 서셉터지지대가 설치될 수도 있다.
제1반응챔버(1110)에서는 기판을 열처리(heat treatment)하는 공정이 진행될 수 있다. 가스공급부(1400)에 의하여 제1반응챔버(1110) 내측에 수소 분위기, 또는 수소 및 질소의 혼합가스 분위기가 형성될 수 있다. 히터(미도시)에 의하여 제1반응챔버(1110) 내부의 온도가 섭씨 약 1000~1200도로 되도록 조절함으로써 기판상의 산화막과 같은 이물질층이 제거될 수 있다.
또한, 제1반응챔버(1110)에서는, GaN 버퍼층을 성장시키는 공정이 진행될 수도 있다. 가스공급부(1400)에 의하여 제1반응챔버(1110) 내측에 수소 가스 분위기가 형성될 수 있으며, 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgallium)과 암모니아 가스가 투입될 수 있다. 또한, 히터에 의하여 기판 또는 서셉터는 섭씨 약 450도 ~ 700도, 보다 구체적으로는 섭씨 약 500~600도 정도로 가열될 수 있다. 이러한 공정에 의하여 열처리된 기판 상면에 GaN 버퍼층을 성장시킬 수 있다.
다른 실시예로서, 버퍼층은 알루미늄 원소와 질소 원소를 포함하는 AlN layer일 수 있다. 다른 실시예로서, 활성층(active layer)이 InAlGaN을 포함하는 경우에는 버퍼층은 AlGaN층을 포함할 수 있다.
또한, 제1반응챔버(1110)에서는 GaN 버퍼층을 성장시킨 다음에 언도프트 GaN층(undoped-GaN layer)을 성장시키는 공정이 수행될 수 있다. 다른 실시예로서 언도프트 InGaN층 또는 언도프트 AlGaN층을 성장시키는 공정이 수행될 수도 있다. 언도프트 GaN층이 성장할 수 있도록 기판의 온도가 섭씨 약 1000도 ~ 1200도, 보다 구체적으로는 섭씨 약 1030도 ~ 1080도가 되도록 제1반응챔버(1110) 내부가 가열된다. 사파이어 기판 상에 버퍼층과 언도프트 GaN층을 성장시키는 공정은 GaN 박막의 전기적, 결정학적 성장 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1반응챔버(1110)에서는 언도프트 GaN층(undoped-GaN layer)상면에 n타입 GaN층(Si 또는 Ge 도핑(doping))을 성장시키는 공정이 수행될 수 있다. 가스공급부(1400)에 의하여 제1반응챔버(1110) 내측에 수소 가스 분위기가 형성될 수 있으며, 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgallium)과 암모니아 가스가 투입될 수 있다. 또한, 실레인(Silane)(SiH4) 또는 저메인(Germane)(GeH4)을 추가로 투입하여 Si 또는 Ge을 도핑할 수 있다. 또한, 히터에 의하여 기판 또는 서셉터는 섭씨 약 1000~1200도로 가열될 수 있다. 이러한 공정에 의하여 GaN층 상면에 n타입 GaN층(n-type GaN layer)이 성장할 수 있다.
다른 실시예로서, n타입층(n-type layer)은 n-GaN/n-AlGaN/n-InGaN의 적층구조일 수 있다. 또한, 다른 실시예로서, n타입층은 n-GaN/ n-AlGaN, n-GaN/n-AlGaN/n-GaN, n-GaN/n-InGaN/n-AlGaN/n-GaN 등으로 구성된 적층구조일 수 있다. 각각의 n타입층들은 서로 다른 반응챔버에서 기상증착공정에 의하여 기판에 형성될 수도 있다. 또한, 다른 실시예로서, 활성층(active layer)이 InAlGaN을 포함하는 경우에는 n타입층은 n-AlGaN층을 포함할 수 있다.
제2반응챔버(1120)에서는, 활성층(active layer)을 성장시키는 공정이 진행될 수 있다. 가스공급부(1400)에 의하여 반응챔버 내측에 질소(N2) 가스 분위기가 형성될 수 있으며, 트리메틸갈륨(TMG: Tri-methyl-gallium), 트리메틸인듐(TMI:tri-methyl-indium) 및 암모니아 가스를 투입할 수 있다. 또한, 히터에 의하여 기판 또는 서셉터의 온도를 섭씨 약 700도 내지 900도로 조절할 수 있다. 활성층(active layer)은 단일 양자 우물(single quantum well: SQW)층 또는 복수개의 양자 우물(quantum well)을 갖는 다중양자우물(multi quantum well: MQW)층일 수 있다. 즉, 인듐(In)과 갈륨(Ga)의 함량이 서로 다른 장벽층(barrier layer)과 양자 우물층(quantum well layer)을 교대로 복수회 적층함으로써 다중 양자우물층이 형성될 수 있다. 이러한 공정에 의하여 n-type GaN층 상면에 활성층(active layer)을 성장시킬 수 있다. 활성층의 구성은 InGaN QW, InGaN/GaN QW, InGaN/AlGaN QW, InGaN/InGaN QW, GaN/AlGaN QW, InAlGaN/InAlGaN QW 등의 적층구조일 수 있다.
제3반응챔버(1130)에서는, p형 GaN층(p-type GaN layer)(Mg 도핑)을 성장시키는 공정이 수행될 수 있다. 가스공급부(1400)에 의하여 반응챔버 내부에 수소 가스 분위기가 형성될 수 있으며, 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgallium), Cp2Mg(bis- cyclopentadienyl- magnesium), 암모니아 가스가 투입될 수 있다. 또한, 히터(미도시)에 의하여 기판 또는 서셉터의 온도는 섭씨 약 900~1200도로 조절될 수 있다. 이러한 공정에 의하여 활성층(active layer) 상면에 p형 GaN층을 성장시킬 수 있다. p형 GaN층의 구성은 p-AlGaN/p-GaN, p-AlGaN/p-GaN/p-AlGaN/p-GaN, p-GaN/p-AlGaN/p-GaN 등의 적층구조일 수 있다. AlGaN층을 성장시키는 공정이 추가되는 경우에는 가스공급부는 AlGaN층을 형성하는데 필요한 수소, Ⅲ족 가스(TMA:trimethylaluminium), Ⅴ족 가스를 공급할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제3반응챔버(1130)에서는 어닐링(annealing) 공정이 진행될 수도 있다. 예를 들어, 반응챔버 내부의 온도를 섭씨 600~900도로 유지함으로써 이전 공정에서 형성된 박막에 대하여 어닐링을 수행할 수 있다. 다른 실시예로서, 어닐링 공정 이후에 쿨링(cooling) 공정이 수행되거나 어닐링 공정 없이 쿨링 공정만 수행될 수도 있다. 다른 실시예로서, 제3반응챔버에서 어닐링 공정이 아니라 저에너지 전자빔을 조사(low energy electron beam irradiation treatment)하는 공정이 수행될 수도 있다. 다른 실시예로서, 어닐링 공정이 버퍼챔버(1200)에서 수행될 수도 있다.
다음으로, 버퍼챔버(1200)를 상세하게 설명한다. 버퍼챔버(1200)는 복수의 반응챔버(1100)와 연결되며, 어느 하나의 반응챔버에서 서셉터를 반출한 다음에 다른 반응챔버로 서셉터를 반입할 때 서셉터가 통과하는 통로 역할을 한다. 제1반응챔버(1110)에서 서셉터가 반출되기 전에 미리 버퍼챔버(1200)의 온도를 제1반응챔버(1110) 및 제2반응챔버(1120)의 온도와 유사하게 조절할 수 있다. 즉, 제1반응챔버(1110)에서 열처리 공정을 진행하기 전에 버퍼챔버(1200) 내부 온도를 미리 섭씨 약 500~1200도, 보다 구체적으로는 대략 600~900도 정도로 조절할 수 있다. 이에 따라, 열처리 공정에 필요한 온도로 기판을 가열하는 데 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다. 수소 공급부(1410)와 질소 공급부(1420)에 의하여 버퍼챔버(1200) 내부는 수소 분위기 또는 질소 분위기로 미리 조절될 수 있다.
도 2는 도 1의 화학기상증착장치의 개략적인 단면도(A-A')이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 버퍼챔버 게이트밸브(1214)가 개방되면 제1엑추에이터(1331)가 버퍼챔버 게이트(1213)를 통과하여 제1플레이트(1350a)를 버퍼챔버(1200) 내부로 반입된다. 그리고, 로봇암(1340)이 버퍼챔버 내부에서 서셉터(S)를 제1플레이트(1350a)에 적재한다.
만약, 어느 하나의 반응챔버에서 n형 GaN층을 형성하는 공정이 섭씨 약 1200도에서 진행된다면, 그 반응챔버(1100)에서 기판이 반출될 때에 기판에 대한 열충격이 감소되도록 버퍼챔버(1200)의 온도는 미리 약 500~1200도 정도로 조절될 수 있다. 그리고, 버퍼챔버(1200) 내부의 가스 분위기는 수소 분위기로 조정될 수 있다.
제1반응챔버에서의 공정이 완료되면 회전부(1112) 내부에 마련된 리프트부(1119)가 상승하여 회전부(1112) 상면에 적재된 서셉터를 들어올린다. 그리고, 제1플레이트(1350a)가 제1반응챔버(1110) 내부로 반입되어 회전부(1112)와 서셉터(S) 사이에 위치하게 된다. 그리고, 리프트부(1119)가 하강하면 서셉터(S)가 제1플레이트(1350a)에 적재되며, 제1플레이트는 버퍼챔버(1200)로 반출된다.
제1반응챔버 반출입구(1110a)에 마련된 제1반응챔버 게이트밸브(1116)가 개방되면 제1플레이트(1350a)가 제1반응챔버 게이트(1115)를 통과하여 제1반응챔버(1110)로부터 버퍼챔버(1200)로 이송될 수 있다.
버퍼챔버(1200)로 이송된 서셉터(S)를 로봇암(1340)이 파지할 수 있도록 받침대(1351) 상면의 리프트부(1380)가 상승할 수 있다(도 1 참조). 플레이트의 오목부 사이로 리프트부(1380)가 상승하여 서셉터(S)를 들어 올리면 로봇암(1340)이 서셉터(S)를 파지한다. 그리고, 서셉터는 제2반응챔버 게이트(1125) 앞에 위치한 제2플레이트(1350b)에 적재된다.
버퍼챔버(1200)에는 버퍼챔버 내부온도를 섭씨 600도 ~ 900도 정도로 조절하기 위한 히터(1203)가 설치된다. 이러한 히터(1203)는 램프(lamp)히터 또는 RF 히터일 수 있다.
제1반응챔버(1110)에는 서셉터를 향하여 공정가스(processing gas)를 분사하는 샤워헤드(1111)가 마련된다. 회전부(1112) 내측에는 서셉터를 가열하기 위한 히터(미도시)가 설치될 수 있다. 모터(1114)는 서셉터(S) 및 회전부(1112)를 회전시킬 수 있다. 서셉터(S)는 회전축(1113) 상단의 회전부(1112)와 분리 및 결합이 가능하다.
도 3은 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제2실시예의 개략적인 평면도이다. 도 1의 제1실시예와 중복되는 설명은 생략한다. 제2실시예는 3개의 반응챔버(reaction chamber)를 포함하며, 서셉터(susceptor)를 운반하는 방식이 제1실시예의 방식과 다르다.
도 3에 도시된 바와 같이, 액추에이터부(2330)는 액추에이터(2331), 액추에이터 이송모터(2332), 액추에이터 이송레일(2333)을 포함한다.
액추에이터(2331)는 액추에이터 이송레일(2333)에 슬라이딩 가능하게 결합되며, 액추에이터 이송모터(2332)에 의하여 액추에이터(2331)는 액추에이터 이송레일(2333)을 따라 슬라이딩 가능하다.
액추에이터(2331)에 의하여 제1반응챔버(2110)에서 버퍼챔버(2200)로 서셉터(S)가 반출된 다음에 액추에이터 이송모터(2332)는 서셉터(S)가 제2반응챔버 앞에 위치하도록 액추에이터(2331)를 이동시킨다. 액추에이터(2331)가 이동할 때에 서셉터(S)는 버퍼챔버(2200) 내부에 위치한 상태로 이송된다. 이에 따라 액추에이터 한 개만을 사용하여 기판을 각각의 반응챔버(2100) 또는 버퍼챔버(2200) 내부로 반입시킬 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제3실시예의 개략적인 평면도이다. 제1,제2실시예와 중복되는 설명은 생략한다. 제3실시예는 4개의 반응챔버를 포함하며, 서셉터를 운반하는 방식이 제1,제2실시예의 방식과 다르다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이송장치는 제1로봇암(3706), 제1로봇암 이송레일(3705), 제2로봇암(3708), 제2로봇암 이송레일(3707), 제1플레이트(3702a), 제2플레이트(3702b), 제3플레이트(3702c), 제4플레이트(3702d) 및 롤러부(3701)를 포함할 수 있다.
제2로봇암(3708)은 기판 공급부(3801)에서 미처리 기판(W)을 공급받아서 기판을 픽업한 다음 서셉터에 적재할 수 있다. 제2로봇암(3708)은 제2로봇암 이송레일(3707)에 슬라이딩 이동가능하도록 결합된다. 제2로봇암(3708)은 서셉터 반출부(3803)에 놓인 서셉터에 접근하여 처리완료된 기판을 픽업하여 기판 반출부(3804)로 이송할 수 있다.
제1로봇암(3706)은 서셉터 공급부(3802)에서 기판이 적재된 서셉터를 픽업하여 버퍼챔버(3200) 내측으로 반입하며, 반입된 서셉터를 제1플레이트(3702a)에 적재한다. 제1로봇암(3706)은 처리완료된 서셉터가 제4반응챔버(3140)에서 버퍼챔버로 반출되면, 제4플레이트(3702d)에 적재된 서셉터를 픽업하여 외측으로 반출하고, 서셉터 반출부(3803)로 서셉터를 이송한다.
롤러부(3701)는 버퍼챔버(3200) 내측에 마련되며 제1플레이트(3702a)를 제1반응챔버측으로 구름 이송할 수 있도록 제자리에서 회전가능하다. 롤러부(3701)는 하나 또는 복수개의 회전가능한 롤러를 포함한다. 롤러와 플레이트는 각각에 마련된 기어에 의하여 결합이 되어 플레이트를 이송할 수도 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제4실시예의 개략적인 평면도이다. 제1 내지 제3실시예와 중복되는 설명은 생략한다. 제4실시예는 4개의 반응챔버를 포함하며, 서셉터를 운반하는 방식이 제1 내지 제3실시예의 방식과 다르다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이송장치는 기판 공급/배출장치(4310), 제1픽업장치(4320), 제1액추에이터(4331), 제2액추에이터(4332), 제3액추에이터(4333), 제4액추에이터(4334), 제1플레이트(4350a), 제2플레이트(4350b), 제3플레이트(4350c), 제4플레이트(4350d), 제1로봇암(4340), 제2로봇암(4360a), 제3로봇암(4360b), 제4로봇암(4360c) 및 제2픽업장치(4370)를 포함할 수 있다.
제2로봇암(4360a)은 버퍼챔버(4200) 내측에서 제1플레이트(4350a) 상면에 적재된 서셉터를 제2플레이트(4350b) 상면으로 운반할 수 있다. 각각의 플레이트 하부에는 기판 또는 서셉터를 승강시키는 리프트부(4380)가 설치된다. 따라서, 리프트부(4380)가 제1플레이트(4350a) 상면에 적재된 서셉터를 상승시키면 제2로봇암(4360a)이 서셉터와 제1플레이트(4350a) 사이로 진입할 수 있다. 그 다음, 리프트부(4380)가 서셉터를 하강시키면 서셉터가 제2로봇암(4360a) 상면에 적재된다. 제3로봇암(4360b)은 버퍼챔버(4200) 내측에서 제2플레이트(4350b) 상면에 적재된 서셉터를 제3플레이트(4350c) 상면으로 운반할 수 있다. 제2로봇암(4360a) 내지 제4로봇암(4360c)은 섭씨 1000도 내외의 온도에서도 안정적으로 동작하도록 내열 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
버퍼챔버(4200)에는 제1버퍼챔버 게이트(4213), 제1버퍼챔버 게이트밸브(4214), 제2버퍼챔버 게이트(4223), 제2버퍼챔버 게이트밸브(4224)가 마련된다.
도 6은 본 실시예에 따른 기판처리방법을 수행하기 위한 화학기상증착장치의 제5실시예의 개략적인 평면도이다. 제5실시예는 6개의 반응챔버(reaction chamber)를 포함하며, 서셉터(susceptor)를 운반하는 방식이 제1 내지 제4 실시예의 방식과 다르다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이송장치는 기판 공급/배출장치(5310), 제1픽업장치(5320), 액추에이터(5330), 복수의 플레이트(5340), 제2픽업장치(5360)를 포함한다. 액추에이터(5330)는 제1 내지 제6액추에이터(5331, 5332, 5333, 5334, 5335, 5336)를 포함한다.
플레이트(5340)는 액추에이터(5330)와 탈착가능하며, 플레이트(5340)가 플레이트 운반부(5350)에 적재된 다음에 액추에이터(5330)로부터 분리되면 플레이트운반부(5350)에 의하여 플레이트(5340) 및 서셉터(S)는 다른 반응챔버쪽으로 수평방향으로 이송된다. 플레이트운반부(5350)는 컨베이어 벨트 또는 이와 유사한 장치일 수 있다. 플레이트(5340)와 액추에이터(5330)가 결합되거나 또는 분리되도록 액추에이터(5330)의 로드(rod) 단부에 결합장치(미도시)가 마련된다. 따라서, 어느 하나의 반응챔버에서 공정이 완료되어 플레이트가 반출되면 제어신호가 결합장치로 전달되어 플레이트(5340)와 액추에이터(5330)가 분리된다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판처리방법을 설명한다.
도 7은 9개의 반응챔버(reaction chamber)를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 기판처리방법의 순서도이다. 본 방법에 의하여 형성하고자 하는 박막은 버퍼층/언도프트 GaN층/n형GaN층/n형AlGaN층/활성층/p형AlGaN층/p형GaN층으로 이루어진 것이다. 도 7에 도시한 방법 이외에도 각각의 반응챔버(reaction chamber)에서 수행될 수 있는 공정의 종류를 변형하여 실시할 수 있으며, 어느 하나의 반응챔버(reaction chamber)에서 복수개의 공정이 수행될 수도 있다.
도 7에서 보듯이, 먼저 기판(substrate)을 제1반응챔버에 반입하는 단계(S101)가 수행된다. 다음으로, 제1반응챔버에서 기판에 대하여 열처리(heat treatment)하는 단계(S102)가 수행된다. 제1반응챔버 내측으로 수소가스, 또는 수소 및 질소의 혼합가스가 공급될 수 있으며, 기판 또는 서셉터(susceptor)를 가열하여(예를 들어, 1200도 정도) 기판상의 산화막과 같은 이물질층을 제거할 수 있다.
다음으로, 기판을 제1반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제2반응챔버에 반입하는 단계(S103)가 수행된다. 기판에 대하여 급격한 온도변화가 발생되지 않도록 버퍼챔버는 미리 소정 온도로 가열된다.
다음으로, 제2반응챔버에서 기판에 버퍼층을 형성하는 단계(S104)가 수행된다. 즉, 제2반응챔버 내측으로 수소, 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgallium)과 암모니아 가스가 투입되며, 기판 또는 서셉터(susceptor)를 소정온도(예를 들어 약 600도)로 가열한다. 이러한 공정에 의하여 열처리(heat treatment)된 기판 상면에 GaN 버퍼층을 성장시킬 수 있다.
다음으로, 기판(substrate)을 제2반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제3반응챔버에 반입하는 단계(S105)가 수행된다.
다음으로, 제3반응챔버에서 기판에 언도프트 GaN층(undoped GaN layer)을 형성하는 단계(S106)가 수행된다. 제3반응챔버 내부로 수소(H2), 트리메틸갈륨(TMG), 암모니아(NH3)가 분사되며, 기판 또는 서셉터(susceptor)는 예를 들어 1200도로 가열될 수 있다. 이러한 공정에 의하여 GaN 버퍼층 상면에 언도프트 GaN층(undoped GaN layer)이 성장된다.
다음으로, 기판을 제3반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제4반응챔버에 반입하는 단계(S107)가 수행된다.
다음으로, 제4반응챔버에서 기판에 n타입 GaN층(n-type GaN layer)을 형성하는 단계(S108)가 수행된다. 즉, 수소(H2), 트리메틸갈륨(TMG), 암모니아(NH3), SiH4이 제4반응챔버 내측으로 분사되며, 기판 또는 서셉터(susceptor)는 예를 들어 1200도로 가열된다. 이러한 공정에 의하여 undoped GaN층 상면에 n타입 GaN층(n-type GaN layer)(Si 도핑)이 성장된다.
다음으로, 기판을 제4반응챔버로부터 버퍼챔버(buffer chamber)로 반출하고, 제5반응챔버에 반입하는 단계(S109)가 수행된다. 버퍼챔버(buffer chamber)에서는 기판에 대하여 급격한 온도변화가 발생되지 않도록 소정 온도로 가열될 수 있다. 가열온도는 대략 섭씨 500~1200도 사이로 설정될 수 있으며, 경우에 따라 약 700도 정도로 설정될 수도 있다.
다음으로, 제5반응챔버에서 기판에 n타입 AlGaN층(n-type AlGaN layer)을 형성하는 단계(S110)가 수행된다. SiH4, 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 암모니아, 수소가 제5반응챔버 내부로 공급되어 si-doped AlGaN layer가 형성될 수 있다.
다음으로, 기판을 제5반응챔버로부터 버퍼챔버(buffer chamber)로 반출하고, 제6반응챔버에 반입하는 단계(S111)가 수행된다.
다음으로, 제6반응챔버에서 기판에 활성층을 형성하는 단계(S112)가 수행된다. 즉, 질소(N2), 트리메틸갈륨(TMG), 트리메틸인듐(TMI), 암모니아(NH3)가 제6반응챔버 내측으로 분사되며, 기판 또는 서셉터의 온도는 약 700도 내지 900도로 가변조절된다.
다음으로, 기판을 제6반응챔버로부터 버퍼챔버(buffer chamber)로 반출하고, 제7반응챔버에 반입하는 단계(S113)가 수행된다.
다음으로, 제7반응챔버에서 기판에 p타입 AlGaN층(p-type AlGaN layer)을 형성하는 단계(S114)가 수행된다. 즉, Cp2Mg, 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 암모니아, 수소를 공급하여 Mg-doped AlGaN layer를 형성할 수 있다.
다음으로, 기판을 제7반응챔버로부터 버퍼챔버(buffer chamber)로 반출하고, 제8반응챔버에 반입하는 단계(S115)가 수행된다.
다음으로, 제8반응챔버에서 기판에 p-type GaN layer를 형성하는 단계(S116)가 수행된다. Cp2Mg, 트리메틸갈륨, 암모니아, 수소가 제8반응챔버 내측으로 분사되며, 기판 또는 서셉터(susceptor)는 약 1200도로 가변조절된다. 이러한 공정에 의하여 활성층(active layer) 상면에 Mg-doped GaN layer를 성장시킬 수 있다. p형 도핑가스로 Cp2Mg를 사용하는 경우에, 마그네슘 성분이 반응챔버 내부에 부착될 수 있고, 그러한 마그네슘 성분은 다른 공정에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 세정작업이 필요하다. 제8반응챔버를 세정하는 동안 나머지 반응챔버에서는 각각의 공정이 중단 없이 진행될 수 있다.
다음으로, 기판을 제8반응챔버로부터 버퍼챔버(buffer chamber)로 반출하고, 제9반응챔버에 반입하는 단계(S117)가 수행된다.
다음으로, 제9반응챔버에서 어닐링(annealing)을 수행하는 단계(S118)가 수행된다. 즉, 챔버 내부는 질소 분위기 상태를 유지하면서 섭씨 600-900도로 조절된다. 다른 실시예로서, 제9반응챔버에서 어닐링 이후에 쿨링 공정을 수행할 수도 있으며, 제9반응챔버에서 어닐링 없이 쿨링 공정이 수행될 수도 있다. 또한, 쿨링 공정을 버퍼챔버에서 수행할 수도 있다. 쿨링 공정은 예를 들어, 100도 내지 300도 정도로 기판을 자연 냉각시키는 공정일 수 있다.
다음으로, 서셉터는 외부로 반출되며, 픽업장치에 의하여 서셉터(susceptor) 상면의 기판은 픽업되어 기판공급 및 배출장치로 이송된다.
도 8은 6개의 반응챔버를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 기판처리방법의 순서도이다. 도 7에서는 9개의 반응챔버를 이용하는 경우를 설명하였으나, 6개의 반응챔버를 이용하는 경우를 아래에서 설명한다. 본 방법에 의하여 형성하고자 하는 박막은 버퍼층/n형GaN층/활성층/p형GaN층으로 이루어진 것이다.
먼저, 기판을 제1반응챔버에 반입하는 단계(S201), 제1반응챔버에서 기판을 열처리(heat treatment)하는 단계(S202), 기판을 제1반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제2반응챔버에 반입하는 단계(S203)가 수행된다.
다음으로, 제2반응챔버에서 버퍼층을 형성하는 단계(S204), 기판을 제2반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제3반응챔버에 반입하는 단계(S205)가 수행된다.
다음으로, 제3반응챔버에서 n-type GaN층을 형성하는 단계(S206), 기판을 제3반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제4반응챔버에 반입하는 단계(S207)가 수행된다.
다음으로, 제4반응챔버에서 활성층(active layer)을 형성하는 단계(S208), 기판을 제4반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제5반응챔버에 반입하는 단계(S209)가 수행된다.
다음으로, 제5반응챔버에서 p형 GaN층을 성장시키는 단계(S210), 기판을 제5반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제6반응챔버에 반입하는 단계(S211)가 수행된다. p형 도핑가스로 Cp2Mg를 사용하는 경우에, 마그네슘 성분이 반응챔버 내부에 부착될 수 있고, 그러한 마그네슘 성분은 다른 공정에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 세정작업이 필요하다. 제5반응챔버를 세정하는 동안 나머지 반응챔버에서는 각각의 공정이 중단 없이 진행될 수 있다. 다음으로, 제6반응챔버에서 기판을 어닐링하는 단계(S212) 또는 쿨링단계가 수행된다.
한편, 버퍼층/언도프트 GaN층/n형GaN층/n형AlGaN층/활성층/p형AlGaN층/p형GaN층으로 이루어진 적층구조처럼 보다 복잡한 적층구조를 형성하는 경우에도 6개의 반응챔버를 포함하는 화학기상장치를 이용할 수 있다. 즉, 버퍼층을 형성하는 단계와 언도프트 GaN층을 형성하는 단계가 제2반응챔버에서 수행될 수 있다. 그리고, n형GaN층을 형성하는 단계와 n형AlGaN층을 형성하는 단계가 제3반응챔버에서 수행될 수 있다. 그리고, p형AlGaN층을 형성하는 단계와 p형GaN층을 형성하는 단계가 제5반응챔버에서 수행될 수 있다.
도 9는 3개의 반응챔버(reaction chamber)를 포함하는 화학기상증착장치를 이용한 기판처리방법의 순서도이다. 도 8에서는 6개의 반응챔버를 이용하는 경우를 설명하였으나, 3개의 반응챔버를 이용하는 경우를 아래에서 설명한다. 본 방법에 의하여 형성하고자 하는 박막은 버퍼층/n형GaN층/활성층/p형GaN층으로 이루어진 것이다.
먼저, 기판을 제1반응챔버에 반입하는 단계(S301) 및 제1반응챔버에서 기판을 열처리(heat treatment)하는 단계(S302)가 수행된다. 다음으로, 기판을 제1반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제2반응챔버에 반입하는 단계(S303)가 수행된다.
다음으로, 제2반응챔버에서 기판에 버퍼층을 형성하는 단계(S304), n형GaN층을 형성하는 단계(S305), 활성층(active layer)을 형성하는 단계(S306)가 수행된다. 그리고, 기판을 제2반응챔버로부터 버퍼챔버로 반출하고, 제3반응챔버에 반입하는 단계(S307)가 수행된다.
다음으로, 제3반응챔버에서 p형GaN층을 성장시키는 단계(S308), 어닐링을 수행하는 단계(S309)가 수행된다.
다른 실시예로서, 기판을 열처리(heat treatment)하는 단계와 버퍼층을 형성하는 단계가 서로 다른 반응챔버(reaction chamber)에서 수행될 수도 있다. 이러한 공정분리에 의하여 필요로 하는 공정온도로 반응챔버(reaction chamber) 내부의 온도를 조정하는데 소요되는 시간이 절감되고, 종전 공정에 사용되었던 가스가 다음 공정에 영향을 미치는 문제도 방지된다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (15)

  1. 게이트를 통하여 내부로 기판이 반입되며 내부의 기판지지대 상면에 적재된 상기 기판이 처리(treatment)되는 복수의 반응챔버(reaction chamber);
    상기 복수의 반응챔버를 연결하며, 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나에서 상기 기판을 반출한 다음에 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나로 상기 기판을 반입할 때 상기 기판이 통과하는 버퍼챔버(buffer chamber);
    상기 복수의 반응챔버 또는 상기 버퍼챔버에 마련되는 히터;
    상기 복수의 반응챔버에 공정가스(processing gas)를 공급하는 가스공급장치;
    상기 기판이 적재되는 플레이트를 상기 반응챔버로부터 상기 버퍼챔버로 이송하거나 상기 버퍼챔버로부터 상기 반응챔버로 이송하는 제1방향 이송부;
    상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하는 상기 플레이트 또는 상기 기판을 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞으로 이송하는 제2방향 이송부;를 포함하는 화학기상증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반응챔버는 일렬로 배열된 화학기상증착장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1방향 이송부는 상기 버퍼챔버 외부에 위치하며 상기 플레이트를 상기 반응챔버로부터 상기 버퍼챔버로 이송하거나 상기 버퍼챔버로부터 상기 반응챔버로 이송하는 액추에이터부를 포함하는 화학기상증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액추에이터부는 상기 반응챔버의 개수 만큼 복수개로 마련된 액추에이터들을 포함하며, 상기 액추에이터들 각각에는 상기 플레이트가 결합되는 화학기상증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2방향 이송부는 상기 복수개의 플레이트 중의 어느 하나에 적재된 기판을 상기 복수개의 플레이트 중의 다른 하나로 이송하도록 상기 버퍼챔버 내부 또는 외부에 위치한 로봇암을 포함하는 화학기상증착장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 액추에이터와 분리가능하도록 결합되며,
    상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하고 상기 액추에이터와 분리된 상기 플레이트를 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞에 위치하도록 이송하는 컨베이어부를 더 포함하는 화학기상증착장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2방향 이송부는 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치하는 상기 플레이트를 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞에 위치하도록 상기 액추에이터부를 이송하는 액추에이터 이송부를 더 포함하는 화학기상증착장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1방향 이송부는 상기 버퍼챔버 내부에 위치하여 상기 플레이트를 상기 반응챔버로부터 상기 버퍼챔버로 이송하거나 상기 버퍼챔버로부터 상기 반응챔버로 이송하도록 상기 플레이트와 결합되는 롤러부를 포함하는 화학기상증착장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2방향 이송부는 상기 버퍼챔버 외부에 위치하며 상기 복수의 반응챔버 중의 어느 하나의 게이트 앞에 위치한 플레이트에 적재된 상기 기판을 파지하여 상기 복수의 반응챔버 중의 다른 하나의 게이트 앞에 위치한 플레이트로 이송하는 로봇암을 포함하는 화학기상증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2방향 이송부는 상기 로봇암이 슬라이딩 이송되도록 상기 버퍼챔버 외부에 위치하는 로봇암 이송레일을 더 포함하는 화학기상증착장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2방향 이송부는 상기 로봇암이 슬라이딩 이송되도록 상기 버퍼챔버 외부에 위치하는 로봇암 이송레일을 더 포함하는 화학기상증착장치.
  12. 제1항에 있어서,
    복수개의 상기 기판이 서셉터에 적재되며, 상기 서셉터가 상기 플레이트에 적재됨으로써 복수개의 상기 기판이 이송되는 화학기상증착장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 승강시킴으로써 상기 기판을 상기 플레이트에 적재할 수 있도록 상기 반응챔버 내부 또는 상기 버퍼챔버 내부에 위치하는 리프트부를 더 포함하는 화학기상증착장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스는 Ⅲ족 원소와 Ⅴ족 원소를 포함하는 화학기상증착장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 원소는 알루미늄, 갈륨, 인듐 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 화학기상증착장치.
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