WO2013022127A1 - Ｍｏｃｖｄ 장치 - Google Patents

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WO2013022127A1
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chamber
cover
susceptor
reaction
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PCT/KR2011/005772
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이도영
김영선
김성태
한상헌
김기성
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삼성전자주식회사
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    • C23C16/458—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 characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases

Definitions

  • the present invention relates to an organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus, and more particularly, to a MOCVD apparatus that can improve the reliability of operation by preventing damage to internal components.
  • MOCVD organometallic chemical vapor deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a general MOCVD apparatus includes a reaction chamber having an internal space of a predetermined size, a susceptor installed in the internal space to mount a wafer to be deposited, and heating means provided to be adjacent to the susceptor to apply a predetermined heat.
  • a gas inlet for supplying a reaction gas into the chamber is provided.
  • the wafer is generally disposed on the lower side of the reaction chamber in a structure facing up to the gas inlet so as to face up to be mounted on the upper surface of the susceptor. Therefore, after the film formation, the reaction chamber is opened to replace the wafer.
  • reaction chamber is in close contact with the chamber body through the O-ring (O-ring), etc. in order to maintain a vacuum state, an excessive force is required to open the chamber, which is the The moment the chamber cover is removed, it acts as a cause of generating vibration in the chamber.
  • O-ring O-ring
  • cover member is provided on the upper side of the reaction chamber, a dummy coating due to parasitic deposition is attached to the cover member, so that the cover member is grown when the cover member is minimized and does not affect the growth conditions. Is cooled.
  • the cover member is continuously damaged due to the stress caused by the temperature gradient and the difference in thermal expansion coefficient between the dummy coating material and the problem of frequent breakage, and the replacement cycle is short, which increases the maintenance cost and requires the whole to be replaced.
  • An object of the present invention is to provide a MOCVD apparatus that can improve the reliability by preventing the cover member from being damaged by changing the structure of the cover member.
  • MOCVD apparatus comprises a reaction chamber having a chamber body for forming an internal space of a predetermined size, and a chamber cover for sealing the chamber body to maintain airtightness;
  • a susceptor provided to be rotatable in the chamber body, the susceptor including at least one pocket on a top surface to accommodate the wafer;
  • a cover member provided on the inner surface of the chamber cover to be detachable to form a reaction space between the susceptor and a plurality of partition members coupled to each other;
  • a gas supply unit supplying the reaction gas to the reaction space such that a reaction gas flows between the susceptor and the cover member.
  • the cover member may have a shape corresponding to that of the susceptor, and may include a central hole through which the gas supply unit disposed in the center of the chamber cover is coupled.
  • the cover member may be provided in a structure in which a distance from the chamber cover is reduced toward the circumference along the diameter in a state in which the central region is spaced apart from the chamber cover at a predetermined interval.
  • cover member may be formed is divided along the diameter.
  • cover member may be divided along a concentric circle having a diameter of a different size may be formed in a ring shape.
  • cover member may be provided such that each of the divided members divided along the concentric circle has a step along the divided surface.
  • cover member may be spaced apart from the chamber cover by a predetermined distance to form a cooling space for refrigerant injection between the upper surface of the cover member and the inner lower surface of the chamber cover.
  • the apparatus may further include a refrigerant supply unit supplying the refrigerant to the cooling space so that the refrigerant flows between the chamber cover and the cover member.
  • the present invention it is possible to alleviate the stress applied to the cover member to prevent the cover member from being broken, thereby improving the reliability of the operation and increasing the replacement cycle.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an open state of the MOCVD apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a cover member provided in a chamber cover in the MOCVD apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a bottom view schematically illustrating the cover member of FIG. 3.
  • 5 to 9 are views illustrating various embodiments of a state in which the cover member of FIG. 4 is divided into partition members.
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views illustrating the cover member of FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 11 is a view schematically illustrating a connection part connecting the partition members in the cover member of FIGS. 5 to 9.
  • FIGS. 1 and 2 A MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing an open state of the MOCVD apparatus of FIG.
  • the MOCVD apparatus 1 may include a reaction chamber 10, a susceptor 20, a cover member 30, and a gas supply part 40. .
  • the reaction chamber 10 includes a chamber body 11 forming an inner space of a predetermined size and a chamber cover 12 for sealing the chamber body 11 to maintain airtightness, and the chamber cover 12. Is provided with a structure that can be opened and closed with respect to the chamber body (11). In addition, the upper end of the chamber body 11 coupled with the chamber cover 12 may be provided with a sealing member such as an O-ring 13 to maintain a reliable airtightness.
  • the reaction chamber 10 is preferably made of a metal material excellent in wear resistance and corrosion resistance.
  • one side of the reaction chamber 10 may be provided with a cover rotating part 50 which rotates any one of the chamber body 11 or the chamber cover 12 to separate or combine them with each other.
  • the eastern part 50 has a rotating arm 51 having one end connected to the chamber cover 12, and a fixed arm 53 connected to the rotating arm 51 via a hinge shaft 52. Configure.
  • pivoting arm 51 is connected to the chamber cover 12 and rotated with respect to the chamber body 11 to perform the combination and separation operation of the chamber body 11 and the chamber cover 12, It is not limited to this.
  • the susceptor 20 is disposed in the chamber main body 11, and is provided to be rotatable through a rotation shaft 21 disposed at the center of the chamber main body 11.
  • the susceptor 20 includes at least one disc shaped pocket 22 recessed to accommodate the wafer 2 as a deposition target.
  • the lower side of the susceptor 20 is provided with a heating means 25 to provide radiant heat to the susceptor 20, thereby heating the wafer 2 loaded in the susceptor 20.
  • the heating means 25 is a kind of heat transfer member that generates heat when power is applied, and is preferably disposed to be located in an area corresponding to the pocket 22.
  • the cover member 30 has a circular shape corresponding to the chamber cover 12 as a whole, and is attached to and detached from the lower surface of the chamber cover 12, that is, the inner surface of the reaction chamber 10. It is provided so as to form a reaction space (A) between the susceptor (20).
  • the cover member 30 is divided into a plurality of dividing members 31 is characterized in that each of the dividing members 31 are combined with each other. The specific structure of this cover member 31 will be described later.
  • the gas supply part 40 supplies the reaction gas G to the reaction space A such that the reaction gas G flows between the susceptor 20 and the cover member 30 facing each other.
  • the gas supply part 40 is disposed at the center of the chamber cover 12 to form a reaction gas G so as to form a gas flow in which the reaction gas G flows from the center of the reaction chamber 10 to the outer circumferential side. To supply.
  • the gas supply unit 40 has a gas supply pipe 41 extending through the center of the chamber cover 12 and the cover member 30 into the reaction chamber 10, the gas supply pipe 41 of the It is provided with a gas injection nozzle 42 connected to the end.
  • the gas injection nozzle 42 includes a plurality of nozzle holes 43 for injecting the reaction gas G, which is supplied from the gas supply pipe 41, into the reaction chamber 10.
  • the reaction gas G introduced into the reaction chamber 10 through the gas supply part 40 is along the reaction space A between the susceptor 20 and the cover member 30. It flows to the outer peripheral side from the center of the exhaust through the gas discharge portion 45 provided on the lower side of the reaction chamber (10).
  • the chamber cover 12 connected to the rotation arm 51 by the opening operation of the cover rotation part 50 is counterclockwise in the drawing with respect to the chamber body 11 in which the position is fixed.
  • the susceptor 20 provided in the chamber body 11 is opened to the outside.
  • each of the plurality of pockets 22 formed in the susceptor 20 is inserted into and disposed on the wafers 2 to be deposited, or the wafers 2 on which the deposition is completed are replaced with new wafers.
  • the cover member 30 has a structure composed of a plurality of dividing members 31 in order to prevent easy breakage and easy maintenance according to the occurrence of defects as mentioned above.
  • the cover member 30 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 11.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cover member provided in a chamber cover in the MOCVD apparatus of FIG. 1
  • FIG. 4 is a bottom view schematically showing the cover member of FIG. 3
  • FIGS. 5 to 9 are cover members of FIG. 4.
  • Figure 10 is a cross-sectional view showing the cover member of Figures 8 and 9
  • Figure 11 is a connecting portion for connecting the partition member in the cover member of Figures 5 to 9 It is a figure which shows schematically.
  • the cover member 30 is formed in a shape corresponding to the chamber cover 12, it is preferable to be formed to have a diameter or corresponding to the diameter of the susceptor 20 or larger. Do.
  • the cover member 30 is disposed to have a structure facing the susceptor 20 to form a reaction space A between the susceptor 20 and the lower surface of the chamber cover 12. It is provided detachably. In this case, the cover member 30 is provided with a central hole 32 through which the gas supply part 40 disposed in the center of the chamber cover 12 is coupled through.
  • the cover member 30 is to protect the chamber cover 12 from the dummy coating generated during the deposition process, the reaction gas (G) in a high-temperature atmosphere in contact with the lower surface of the chamber cover 12, the dummy coating It serves to block the contact with the reaction gas (G) so that it is not attached.
  • a coolant such as cooling gas between the upper surface of the cover member 30 and the lower surface of the chamber cover 12 by being spaced apart from the lower surface of the cover 12 by a predetermined distance ( Form C).
  • the cover member 30 is disposed so that the edge region of the cover member 30 is in contact with the chamber cover 12 while the central region of the cover member 30 is spaced apart from the chamber cover 12. Is provided in a structure that is gently inclined toward the outer peripheral surface can form a sealed cooling space (C). That is, the cover member 30 is provided with a structure in which a distance from the chamber cover 12 decreases toward the circumference along the diameter in a state in which the central region is spaced apart from the chamber cover 12 at a predetermined interval.
  • the present invention is not limited thereto, and it is also possible to form a cooling space by providing a sealing member along the edge region.
  • the chamber cover may include a refrigerant supply unit 60 for supplying the refrigerant g to the cooling space C such that the refrigerant g flows between the chamber cover 12 and the cover member 30. 12) and between the cover member 30.
  • the coolant supply unit 60 is disposed in the center of the chamber cover 12 like the gas supply unit 40 to supply the coolant to form a flow of the coolant g toward the edge of the cover member 30. will be.
  • the refrigerant supply unit 60 has a refrigerant supply pipe 61 extending through the center of the chamber cover 12 to the cooling space C, the refrigerant injection nozzle connected to the end of the refrigerant supply pipe 61 ( 62).
  • the refrigerant spray nozzle 62 is provided with a plurality of nozzle holes 63 for injecting the refrigerant g supplied from the refrigerant supply pipe 61 into the cooling space C.
  • the refrigerant g introduced into the cooling space C moves to a reservoir not shown through the refrigerant discharge part 65 provided in the chamber cover 12 after cooling the cover member 30.
  • the cover member 30 by lowering the temperature of the cover member 30 relatively, it is possible to minimize the occurrence of the dummy coating, and the cover is exposed to the high temperature atmosphere in a structure in which the conventional cover member is in contact with the chamber cover 12 to form a unit. It is possible to prevent the cover member from being damaged by the stress generated by the temperature gradient between the lower end of the member and the upper end of the cover member exposed to the relatively low temperature atmosphere.
  • the cover member 30 in order to prevent the cover member 30 from being damaged by the stress due to the temperature gradient and the stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the dummy coating material, the cover member 30 is divided into a plurality of partition members 31.
  • the partition member 31 is characterized by being combined with each other by dividing.
  • the cover member 30 may be formed of a plurality of dividing members 31 divided along diameters, and each dividing member 31 may have a center through hole 32 and an outer side thereof. It may be formed by coupling to each other through the connecting portion 33 connecting the edge.
  • each of the dividing members 31 has the same size and shape, and the connecting portion 33 connecting the adjacent dividing members 31 to each other is formed of the reaction gas G flowing in the direction of the outer circumferential surface from the center of the cover member 30. Since the radial direction is provided along the flow direction, a stable flow may be maintained without disturbing the flow of the reaction gas G, thereby obtaining a uniform epitaxial layer.
  • the partition member 31 has a structure in which the area becomes wider from the center to the outer circumferential surface, there is an advantage of preventing the occurrence of cracks in the central region where a relatively large amount of thermal stress occurs.
  • each partition member 31 is the same shape, but the size is different from each other, and has a structure in which the radius increases from the center toward the rim direction.
  • connection part 33 has a structure in which the partition members 31 are engaged with each other so that the partition members 31 may be stably connected to each other.
  • a gap is provided between the connecting portions 33 so that thermal stress can be alleviated even if the expansion and contraction are repeated according to the temperature gradient, thereby preventing the occurrence of cracks.
  • the cover member 30 is formed of a material having excellent heat resistance, and preferably made of quartz or graphite coated with SiC, but is not limited thereto.
  • the cover member is divided into a plurality of partition members rather than a conventional integrated structure to form a structure coupled to each other, thereby preventing cracks from being generated due to the stress generated between the temperature gradient and the dummy coating material. For example, even if a crack occurs in some areas, maintenance is easy and cost is reduced by replacing only the partition member of the corresponding area.

Abstract

MOCVD 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 MOCVD 장치는 일정 크기의 내부공간을 형성하는 챔버 본체와, 상기 챔버 본체를 밀봉하여 기밀을 유지하도록 하는 챔버 덮개를 구비하는 반응 챔버; 상기 챔버 본체 내에 회전가능하도록 구비되며, 웨이퍼를 수용하는 포켓을 적어도 하나 이상 상면에 구비하는 서셉터; 상기 챔버 덮개의 내측면에 탈착가능하도록 구비되어 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하며, 복수개의 분할부재가 서로 결합되어 이루어지는 커버부재; 및 상기 서셉터와 상기 커버부재 사이에서 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 가스공급부;를 포함한다.

Description

ＭＯＣＶＤ 장치
본 발명은 유기금속 화학기상증착(MOCVD) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부 부품의 파손을 방지하여 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 MOCVD 장치에 관한 것이다.
최근 다양한 산업분야에서 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발등의 요구가 점차 많아짐에 따라서 품질이나 성능의 저하 없이 대량으로 생산할 수 있는 유기금속 화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 장치가 요구되고 있는 실정이다.
일반적인 MOCVD 장치는 소정 크기의 내부공간을 갖는 반응 챔버와, 그 내부공간에 설치되어 증착 대상물인 웨이퍼를 탑재하는 서셉터와, 상기 서셉터와 인접하도록 구비되어 소정의 열을 가하는 가열수단 등을 포함하며, 상기 챔버의 내부로 반응가스를 공급하는 가스유입구가 마련된다.
특히, 서셉터의 경우 웨이퍼가 상기 서셉터의 상부면에 탑재되도록 상방향 지향(face up)되어 상기 가스유입구와 마주하는 구조로 상기 반응 챔버의 하부측에 배치되는 것이 일반적이다. 따라서, 성막(成膜) 후 상기 반응 챔버를 개방하여 웨이퍼를 교체하게 되는 것이다.
한편, 상기 반응 챔버는 진공상태를 유지하기 위해 챔버 본체와 챔버 덮개가 O링(O-ring) 등을 매개로 단단히 밀착되어 있기 때문에, 챔버의 개방을 위해 과도한 힘이 요구되며, 이는 챔버 본체와 챔버 덮개가 분리되는 순간 챔버에 진동을 발생시키는 원인으로 작용한다.
이러한 진동은 상기 챔버 덮개의 내측면에 장착된 석영과 같은 커버부재를 파손시켜 장치의 잦은 유지보수가 필요하고, 이에 따른 생산성이 저하됨은 물론 작동의 신뢰성을 저하시키는 문제가 발생한다.
또한, 커버부재가 반응 챔버의 상부측에 구비되는 관계상 기생증착에 따른 더미 코팅(dummy coating)이 커버부재에 부착되며, 이러한 더미 코팅을 최소화하고 성장조건에 영향을 미치지 않도록 커버부재는 성장시 냉각된다.
따라서, 커버부재는 온도구배에 따른 스트레스와 더미 코팅 물질과의 열팽창계수 차이에 의한 스트레스를 지속적으로 받아 자주 파손이 발생하는 문제가 있으며, 교체주기가 짧아 보수비용이 증가하고 교체시 전체를 교체해야하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 커버부재의 구조변경을 통해 커버부재가 파손되는 것을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 MOCVD 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 장치는 일정 크기의 내부공간을 형성하는 챔버 본체와, 상기 챔버 본체를 밀봉하여 기밀을 유지하도록 하는 챔버 덮개를 구비하는 반응 챔버; 상기 챔버 본체 내에 회전가능하도록 구비되며, 웨이퍼를 수용하는 포켓을 적어도 하나 이상 상면에 구비하는 서셉터; 상기 챔버 덮개의 내측면에 탈착가능하도록 구비되어 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하며, 복수개의 분할부재가 서로 결합되어 이루어지는 커버부재; 및 상기 서셉터와 상기 커버부재 사이에서 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 가스공급부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 상기 서셉터와 대응하는 형상을 가지며, 상기 챔버 덮개의 중앙에 배치되는 상기 가스공급부가 관통하여 결합되도록 하는 중앙홀을 구비할 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 중앙영역이 상기 챔버 덮개와 소정 간격으로 이격된 상태에서 지름을 따라 주연으로 갈수록 상기 챔버 덮개와의 간격이 줄어드는 구조로 구비될 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 지름을 따라 분할되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 상이한 크기의 지름을 갖는 동심원을 따라 분할되어 환고리 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 동심원을 따라 분할된 각 분할부재가 분할면을 따라 단차를 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 커버부재는 상기 챔버 덮개와 소정 거리만큼 이격되어 상기 커버부재의 상면과 상기 챔버 덮개의 내측 하면 사이에 냉매 주입을 위한 냉각공간을 형성할 수 있다.
또한, 상기 챔버 덮개와 상기 커버부재 사이에서 상기 냉매가 흐르도록 상기 냉각공간으로 상기 냉매를 공급하는 냉매공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 커버부재가 받는 스트레스를 완화시켜 커버부재가 파손되는 것을 방지함으로써 작동의 신뢰성을 향상시키고, 교체주기를 늘리는 것이 가능하다.
또한, 커버부재에 국부적인 파손이 발생하더라도 파손된 부분에 해당하는 분할 부분만을 교체함으로써 유지보수가 용이하며, 교체비용을 줄어들어 비용이 절감되는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 MOCVD 장치가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 MOCVD 장치에서 챔버 덮개에 구비된 커버부재를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 커버부재를 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 5 내지 도 9는 도 4의 커버부재가 분할부재로 분할된 상태의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 커버부재를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 5 내지 도 9의 커버부재에서 분할부재를 연결하는 연결부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 장치에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 MOCVD 장치가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 장치(1)는 반응 챔버(10), 서셉터(20), 커버부재(30), 가스공급부(40)를 포함할 수 있다.
상기 반응 챔버(10)는 일정 크기의 내부공간을 형성하는 챔버 본체(11)와 상기 챔버 본체(11)를 밀봉하여 기밀을 유지하도록 하는 챔버 덮개(12)를 포함하며, 상기 챔버 덮개(12)가 상기 챔버 본체(11)에 대해 개폐 가능한 구조로 구비된다. 그리고, 상기 챔버 덮개(12)와 결합하는 상기 챔버 본체(11)의 상단부에는 확실한 기밀을 유지하기 위해 오링(O-ring)(13)과 같은 밀봉부재를 구비할 수 있다. 이러한 반응 챔버(10)는 내마모성 및 내부식성이 우수한 메탈 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응 챔버(10)의 일측에는 상기 챔버 본체(11) 또는 챔버 덮개(12)중 어느 하나를 회동시켜 이들을 서로 분리하거나 합형하는 덮개회동부(50)를 구비할 수도 있으며, 이러한 덮개회동부(50)는 상기 챔버 덮개(12)에 일단이 연결되는 회동아암(51)과, 상기 회동아암(51)과 상단이 힌지축(52)을 매개로 하여 연결되는 고정아암(53)을 갖추어 구성한다.
여기서, 상기 회동아암(51)은 상기 챔버 덮개(12)에 연결되어 이를 챔버 본체(11)에 대하여 회동시켜 챔버 본체(11)와 챔버 덮개(12)의 합형 및 분리동작을 수행하는 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 서셉터(20)는 상기 챔버 본체(11) 내에 배치되고, 상기 챔버 본체(11)의 중앙부에 배치되는 회전축(21)을 통해 회전가능하도록 구비된다. 그리고, 상기 서셉터(20)의 표면에는 증착대상물인 웨이퍼(2)가 수용될 수 있도록 함몰형성되는 원반형의 포켓(22)을 적어도 하나 이상 구비한다.
상기 서셉터(20)의 하부측에는 가열수단(25)을 구비하여 상기 서셉터(20)에 복사열을 제공하며, 이를 통해 상기 서셉터(20)에 로딩된 웨이퍼(2)를 가열하도록 한다. 상기 가열수단(25)은 전원인가시 열을 발생시키는 전열부재의 일종으로 상기 포켓(22)과 대응하는 영역에 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다.
상기 커버부재(30)는 전체적으로 상기 챔버 덮개(12)와 대응하는 원형의 형상을 가지며, 상기 반응 챔버(10)의 상부 내측면을 이루는 상기 챔버 덮개(12)의 하부면, 즉 내측면에 탈착가능하도록 구비되어 상기 서셉터(20)와의 사이에 반응공간(A)을 형성한다. 특히, 상기 커버부재(30)는 복수개의 분할부재(31)로 분할되어 각 분할부재(31)들이 서로 결합되어 이루어지는데 특징이 있다. 이러한 커버부재(31)의 구체적인 구조에 대해서는 후술한다.
상기 가스공급부(40)는 서로 마주하는 상기 서셉터(20)와 상기 커버부재(30) 사이에서 반응가스(G)가 흐르도록 상기 반응공간(A)으로 상기 반응가스(G)를 공급한다. 구체적으로, 상기 가스공급부(40)는 상기 챔버 덮개(12)의 중앙에 배치되어 상기 반응 챔버(10)의 중심으로부터 외주측으로 반응가스(G)가 흐르는 가스흐름을 형성하도록 반응가스(G)를 공급하는 것이다.
이러한 가스공급부(40)는 상기 챔버 덮개(12)와 커버부재(30)의 중앙을 관통하여 상기 반응 챔버(10)의 내부로 연장되는 가스공급관(41)을 갖추고, 상기 가스공급관(41)의 끝단에 연결되는 가스분사노즐(42)을 구비한다. 그리고, 상기 가스분사노즐(42)에는 상기 가스공급관(41)으로부터 공공급되는 반응가스(G)를 반응 챔버(10) 내부로 분사하기 위한 노즐공(43)을 복수개 구비한다.
상기 가스공급부(40)를 통해 상기 반응 챔버(10) 내부로 유입되는 반응가스(G)는 상기 서셉터(20)와 커버부재(30) 사이의 반응공간(A)을 따라 반응 챔버(10)의 중심으로부터 외주측으로 흘러 상기 반응 챔버(10)의 하부측에 구비되는 가스배출부(45)를 통해 외부로 배기된다.
이에 따라, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 덮개회동부(50)의 개방작동에 의해서 회동아암(51)에 연결된 챔버 덮개(12)를 위치고정된 챔버 본체(11)에 대하여 도면상 반시계방향으로 회동시킴으로서, 상기 챔버 본체(11) 내에 구비된 상기 서셉터(20)를 외부로 개방한다.
이러한 상태에서, 상기 서셉터(20)에 형성된 복수개의 포켓(22)마다 증착대상물인 웨이퍼(2)를 각각 삽입하여 배치하거나, 증착이 완료된 웨이퍼(2)를 새로운 웨이퍼로 교체한다.
아울러, 반응공간(A)에 노출된 상기 서셉터(20)의 표면과 포켓(22)에 대한 클리닝을 실시하는 한편, 상기 반응공간(A)에 노출된 커버부재(30)의 표면에 부착된 더미 코팅(dummy coating)을 제거하거나 하자가 발생된 커버부재(30)를 교체할 수 있다.
특히, 커버부재(30)의 경우 앞서 언급한 바와 같이 용이하게 파손되는 것을 방지하고 하자발생에 따른 유지보수가 용이하도록 하기 위해 복수개의 분할부재(31)로 구성되는 구조를 갖는다.
도 3 내지 도 11을 참조하여 상기 커버부재(30)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1의 MOCVD 장치에서 챔버 덮개에 구비된 커버부재를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 커버부재를 개략적으로 나타내는 저면도이며, 도 5 내지 도 9는 도 4의 커버부재가 분할부재로 분할된 상태의 다양한 실시예를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 8 및 도 9의 커버부재를 나타내는 단면도이며, 도 11은 도 5 내지 도 9의 커버부재에서 분할부재를 연결하는 연결부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 커버부재(30)는 상기 챔버 덮개(12)와 대응되는 형상으로 이루어지며, 상기 서셉터(20)의 지름과 대응되거나 보다 큰 지름을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 커버부재(30)는 상기 서셉터(20)와의 사이에서 반응공간(A)을 형성하도록 상기 서섭터(20)와 마주하는 구조로 배치되며, 상기 챔버 덮개(12)의 하부면에 탈착가능하게 구비된다. 이 때, 상기 커버부재(30)는 상기 챔버 덮개(12)의 중앙에 배치되는 상기 가스공급부(40)가 관통하여 결합되도록 하는 중앙홀(32)을 관통형성하여 구비한다.
이러한 커버부재(30)는 증착공정시 발생하는 더미 코팅으로부터 상기 챔버 덮개(12)를 보호하기 위한 것으로, 고온분위기상태의 반응가스(G)가 챔버 덮개(12)의 하부면과 접촉하여 더미 코팅이 부착되지 않도록 반응가스(G)와의 접촉을 차단하는 역할을 한다.
이때, 상기 커버부재(30)의 표면에서 더미 코팅의 발생을 최소화하기 위해 상기 커버부재(30)는 냉각상태를 유지하는 것이 필요한데, 이를 위해 상기 반응 챔버(10)의 상부 내측면을 이루는 상기 챔버 덮개(12)의 하부면과 소정의 거리만큼 이격되도록 하여 상기 커버부재(30)의 상부면과 상기 챔버 덮개(12)의 하부면 사이에 냉각가스와 같은 냉매(g) 주입을 위한 냉각공간(C)을 형성한다.
도면에서와 같이 상기 커버부재(30)의 중앙영역이 상기 챔버 덮개(12)와 이격된 상태에서 상기 커버부재(30)의 테두리영역이 상기 챔버 덮개(12)와 접하도록 상기 커버부재(30)가 외주면을 향해 완만히 경사진 구조로 구비되어 밀봉된 냉각공간(C)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 커버부재(30)는 중앙영역이 상기 챔버 덮개(12)와 소정 간격으로 이격된 상태에서 지름을 따라 주연으로 갈수록 상기 챔버 덮개(12)와의 간격이 줄어드는 구조로 구비되는 것이다. 그러나, 이에 한정하지 않고 평판구조로 구비되어 테두리영역을 따라 밀봉부재를 구비하여 냉각공간을 형성하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 챔버 덮개(12)와 상기 커버부재(30) 사이에서 상기 냉매(g)가 흐르도록 상기 냉각공간(C)으로 상기 냉매(g)를 공급하는 냉매공급부(60)를 상기 챔버 덮개(12)와 상기 커버부재(30) 사이에 구비한다. 구체적으로 상기 냉매공급부(60)는 가스공급부(40)와 같이 상기 챔버 덮개(12)의 중앙에 배치되어 상기 커버부재(30)의 테두리측으로 냉매(g)가 흐르는 흐름을 형성하도록 냉매를 공급하는 것이다.
이러한 냉매공급부(60)는 상기 챔버 덮개(12)의 중앙을 관통하여 상기 냉각공간(C)으로 연장되는 냉매공급관(61)을 갖추고, 상기 냉매공급관(61)의 끝단에 연결되는 냉매분사노즐(62)을 구비한다. 그리고, 상기 냉매분사노즐(62)에는 상기 냉매공급관(61)으로부터 공급되는 냉매(g)를 냉각공간(C)으로 분사하기 위한 노즐공(63)을 복수개 구비한다. 냉각공간(C)으로 유입된 냉매(g)는 커버부재(30)를 냉각시킨 후 챔버 덮개(12)에 구비되는 냉매배출부(65)를 통해 미도시된 리저버로 이동한다.
따라서, 커버부재(30)의 온도를 상대적으로 낮춤으로써 더미 코팅의 발생을 최소화할 수 있으며, 아울러 종래의 커버부재가 챔버 덮개(12)와 맞닿아 일체를 이루는 구조에서 고온분위기에 노출되는 상기 커버부재의 하단부와 상대적으로 저온분위기에 노출되는 상기 커버부재의 상단부 사이의 온도구배에 의해 발생하는 스트레스에 의해 상기 커버부재가 파손되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
특히, 본 발명에서는 온도구배에 따른 스트레스와 더미 코팅 물질과의 열팽창계수 차이에 의한 스트레스에 의해 커버부재(30)가 파손되는 것을 방지하기 위해 커버부재(30)를 복수개의 분할부재(31)로 분할하여 각 분할부재(31)들이 서로 결합되어 이루어지는데 특징이 있다.
도 5 내지 도 7에서와 같이, 상기 커버부재(30)는 지름을 따라 분할된 복수의 분할부재(31)로 형성될 수 있으며, 각 분할부재(31)가 중앙의 관통홀(32)과 외측 테두리를 잇는 연결부(33)를 통해 서로 결합되어 형성될 수 있다. 이 경우 각 분할부재(31)는 동일한 사이즈와 형상을 가지며, 이웃하는 분할부재(31)들을 서로 연결하는 연결부(33)는 커버부재(30)의 중앙에서 외주면 방향으로 흐르는 반응가스(G)의 흐름방향을 따라서 방사상으로 구비되므로 반응가스(G)의 흐름을 방해하지 않아 안정적인 흐름을 유지할 수 있으며, 따라서 균일한 에피텍셜층을 얻을 수 있다.
또한, 분할부재(31)는 중앙에서 외주면으로 갈수록 면적이 넓어지는 구조를 가지므로 상대적으로 열응력이 많이 발생하는 중앙영역에서 크랙의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 8 및 도 9에서와 같이, 상기 커버부재(30)는 반응가스(G)의 흐름에 수직한 상이한 크기의 지름을 갖는 동심원을 따라 분할되어 각 분할부재(31)는 환고리 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 각 분할부재(31)는 형상은 동일하지만 사이즈는 서로 상이하며, 중앙에서 테두리 방향으로 갈수록 반지름이 증가하는 구조를 가진다.
그리고, 도 10에서와 같이 커버부재(30)가 반응가스(G)의 흐름에 수직하게 분할되어 각 분할부재(31)가 환고리 형태로 형성되는 경우 각 분할부재(31)들을 서로 연결하는 연결부(33)는 반응가스의 흐름에 수직하게 분할부재(31)의 내주면과 외주면을 따라서 구비되므로 커버부재(30)의 테두리측으로 갈수록 챔버 덮개(12)와의 거리가 줄어드는 구조를 이루도록 서로 마주하는 연결부(33) 사이의 분할면을 따라 단차를 가짐으로써 반응가스의 흐름을 방해하지 않도록 한다.
도 11에서와 같이, 상기 연결부(33)는 분할부재(31)들이 서로 안정적으로 연결되어 견고하게 결합될 수 있도록 서로 맞물리는 구조를 가진다. 그리고, 연결부(33) 사이에는 간극을 두어 온도구배에 따른 팽창과 수축을 반복하더라도 열응력을 완화시킬 수 있도록 하여 크랙의 발생을 방지한다.
이러한 커버부재(30)는 내열성이 우수한 재질로 형성되도록 하며, 바람직하게는 석영(quartz) 또는 SiC이 코팅된 흑연(graphite)으로 이루어지는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
이와 같이, 커버부재를 종래의 일체형 구조가 아닌 복수개의 분할부재로 분할되어 서로 결합된 구조로 형성함으로써 온도구배 및 더미 코팅 물질과의 사이에서 발생하는 스트레스에 의해 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 일부 영역에서 크랙이 발생하더라도 해당 영역의 분할부재만을 교체함으로써 유지보수가 용이하고 비용이 절감되는 장점을 갖는다.

Claims (8)

  1. 일정 크기의 내부공간을 형성하는 챔버 본체와, 상기 챔버 본체를 밀봉하여 기밀을 유지하도록 하는 챔버 덮개를 구비하는 반응 챔버;
    상기 챔버 본체 내에 회전가능하도록 구비되며, 웨이퍼를 수용하는 포켓을 적어도 하나 이상 상면에 구비하는 서셉터;
    상기 챔버 덮개의 내측면에 탈착가능하도록 구비되어 상기 서셉터와의 사이에 반응공간을 형성하며, 복수개의 분할부재가 서로 결합되어 이루어지는 커버부재; 및
    상기 서셉터와 상기 커버부재 사이에서 반응가스가 흐르도록 상기 반응공간으로 상기 반응가스를 공급하는 가스공급부;
    를 포함하는 MOCVD 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재는 상기 서셉터와 대응하는 형상을 가지며, 상기 챔버 덮개의 중앙에 배치되는 상기 가스공급부가 관통하여 결합되도록 하는 중앙홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부재는 중앙영역이 상기 챔버 덮개와 소정 간격으로 이격된 상태에서 지름을 따라 주연으로 갈수록 상기 챔버 덮개와의 간격이 줄어드는 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부재는 지름을 따라 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부재는 상이한 크기의 지름을 갖는 동심원을 따라 분할되어 환고리 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커버부재는 동심원을 따라 분할된 각 분할부재가 분할면을 따라 단차를 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커버부재는 상기 챔버 덮개와 소정 거리만큼 이격되어 상기 커버부재의 상면과 상기 챔버 덮개의 내측 하면 사이에 냉매 주입을 위한 냉각공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 챔버 덮개와 상기 커버부재 사이에서 상기 냉매가 흐르도록 상기 냉각공간으로 상기 냉매를 공급하는 냉매공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 장치.
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