WO2022158630A1 - 분자선 에피택시 박막 성장 장치 - Google Patents

분자선 에피택시 박막 성장 장치 Download PDF

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WO2022158630A1
WO2022158630A1 PCT/KR2021/001242 KR2021001242W WO2022158630A1 WO 2022158630 A1 WO2022158630 A1 WO 2022158630A1 KR 2021001242 W KR2021001242 W KR 2021001242W WO 2022158630 A1 WO2022158630 A1 WO 2022158630A1
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thin film
molecular beam
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growth
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박은정
조성래
박은지
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울산대학교 산학협력단
박은정
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Definitions

  • the present invention relates to a molecular beam epitaxial thin film growth apparatus, and more particularly, to a molecular beam epitaxial thin film growth apparatus capable of growing a thin film by depositing an evaporation material on a substrate.
  • the epitaxy apparatus examples include metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and hybrid vapor phase epitaxy (HVPE).
  • MOCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • HVPE hybrid vapor phase epitaxy
  • the molecular beam epitaxy apparatus has the advantages of excellent thin film characteristics, low-temperature growth, and real-time process monitoring, and thus is widely used for epitaxy.
  • Molecular beam epitaxy is a device for growing a high-quality thin film material on a substrate using a metal flux and plasma in an ultra-high vacuum environment.
  • FIG. 13 and 14 are diagrams showing the structure of a molecular beam epitaxy thin film growth apparatus that is currently commercially available.
  • a typical molecular beam epitaxy thin film growth apparatus includes a growth chamber (1), a load-lock chamber (2), and a preparation chamber (not shown). , vacuum pump 3, substrate manipulator 4, substrate transfer rod 5, substrate 7, gate valve 8, molecular beam evaporation source ( It includes an effusion cell (9) and a heater (10).
  • a substrate 7 cleaned in air is placed in the load lock chamber 2, a vacuum of about 10 -6 to 10 -8 Torr is created, and then the load lock chamber 2 and the growth chamber ( 1) Open the gate valve 8 between 1) and transfer the substrate 7 from the load lock chamber 2 to the substrate mounting unit 4 of the growth chamber 1 using the substrate transfer member 5 .
  • the grown thin film substrate 7 is transferred to the load lock chamber 2 using the substrate transfer member 5 , the gate valve 8 is closed, and a gas of 1 atm is injected into the load lock chamber 2 . (7) is taken out.
  • a thin film is grown on the substrate 7 by repeatedly performing this process.
  • a molecular beam epitaxial thin film growth apparatus is a device with frequent failures. Thin film growth is possible by the molecular beam epitaxial thin film growth device only when all components of the molecular beam epitaxial thin film growth device operate normally.
  • the surface of the molecular beam evaporation source 9 for evaporating a material and the substrate mounting part 4 are installed to face each other.
  • the substrate mounting unit 4 has a function of rotation in the direction of the substrate surface.
  • the substrate 7 is transferred from the load lock chamber 2 by using the substrate transfer member 5, and the position of the load lock chamber 2 is perpendicular to the line made by the surface of the molecular beam evaporation source 9 and the substrate mounting unit 4 located in one direction.
  • the substrate 7 enters horizontally and is inserted into the substrate transfer member 5 in various ways.
  • the substrate 7 and the substrate holder (not shown) and the weight of the substrate transfer member 5, making it difficult to move to an accurate position. Accordingly, it is difficult to insert and remove the substrate, and as the number of times of use increases, it becomes more difficult, and there is a disadvantage that the substrate 7 is frequently dropped. Occasionally, the substrate holder supporting the fallen substrate blocks the molecular beam evaporation source 9, and accordingly, the growth chamber 1 needs to be opened.
  • the substrate mounting unit 4 is rotatable in two directions.
  • the substrate mounting portion 4 has the same substrate axis rotation as rotating the substrate in the plane direction of the substrate 7 .
  • the substrate mounting unit 4 when receiving a sample, the substrate mounting unit 4 is rotated in the direction of the load lock chamber 2 to receive the substrate 7, and when growing a thin film, the substrate mounting unit 4 on which the substrate 7 is mounted is connected to the molecular beam evaporation source ( 9) rotate in the direction of
  • the heater 10 and the thermocouple wire (not shown) under the substrate 7 must always move together. Accordingly, an insulating portion of the heater 10 or the thermocouple wire is peeled off, and a short circuit between the heater 10 or the thermocouple wire and the growth chamber 1 or a short circuit between the heater 10 and the thermocouple wire occurs, resulting in malfunction. In addition, a temperature change of the substrate 7 is generated due to the short circuit of the heater 10, which causes problems in properties and reproducibility of the thin film. Accordingly, there is a cumbersome need to frequently clean the substrate mounting portion (4).
  • the causes of failure of the molecular beam epitaxy thin film growth apparatus are various, but can be largely classified into a structural factor of the device, a factor due to user's carelessness, and a maintainability factor.
  • structural failure factors include transferring the substrate 7 from the inside of the growth chamber 1 or dropping the substrate 7 from the inside of the growth chamber 1 to block the molecular beam evaporation source 9, A case in which the heater 10 and the substrate mounting unit 4 fail due to an error in temperature measurement may occur.
  • the above-described failure factor due to user carelessness can be solved when the user has accumulated skill in using the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus, and the maintenance failure factor is also considered for the lifespan of each part of the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus.
  • An object of the present invention is to prevent the substrate from dropping when transferring the substrate from the load lock chamber to the growth chamber or from the growth chamber to the load lock chamber, and cause a failure due to a short circuit of a heater or thermocouple for heating the substrate. It relates to a molecular beam epitaxy thin film growth apparatus that can reduce
  • the above object is, according to the present invention, a growth chamber connected to a vacuum pump to maintain an ultra-high vacuum state therein, a substrate mounting part provided inside the growth chamber and mounted with a substrate, a growth chamber provided outside the growth chamber and A load lock chamber in communication with at least one substrate for thin film growth mounted on the substrate mounting unit, and a substrate transfer member for transferring the substrate from the load lock chamber to the growth chamber or from the growth chamber to the load lock chamber;
  • the lock chamber may be achieved by a molecular beam epitaxial thin film growth apparatus disposed to face the substrate mounting unit and disposed on the same straight line as the substrate transport path of the substrate transport member.
  • the growth chamber further includes an evaporation source mounting port in which at least one molecular beam evaporation source for generating evaporation material for thin film growth of a substrate mounted on a substrate mounting unit is mounted, wherein the evaporation source is mounted
  • the port and the load lock chamber may be formed on the same surface of the growth chamber, and the evaporation source mounting port may be disposed at an angle with respect to the substrate transfer path of the substrate transfer member.
  • connection flow path connecting the load lock chamber and the growth chamber is opened and closed by a gate valve, the connection flow path is opened when the thin film is grown on the substrate, and the substrate is the connection flow path opened by the substrate transfer member is moved from the load lock chamber to the growth chamber through and the substrate may be separated from the substrate mounting unit through a connection passage opened by the substrate transfer member and moved from the growth chamber to the load lock chamber.
  • a substrate is fixed to a substrate holder, and at least one coupling protrusion is provided in the substrate holder to be coupled to the substrate mounting unit and the substrate transport member, and the coupling protrusion is inserted and fixed to the substrate transport member and the substrate mounting unit.
  • At least one coupling groove provided in a shape corresponding to the protrusion may be formed.
  • a substrate connection part for facilitating coupling to the substrate holder is coupled to the substrate transfer member, and at least one coupling groove corresponding to the coupling protrusion of the substrate holder may be formed in the substrate connection part.
  • the substrate holder when the thin film of the substrate is grown, the substrate holder is moved from the load lock chamber to the growth chamber by the substrate transfer member in a state where the coupling protrusion of the substrate holder is coupled to the coupling groove of the substrate connection part, The coupling with the coupling groove is released and the coupling groove of the substrate mounting part is coupled to the inside of the growth chamber, and when the thin film growth of the substrate is completed, the substrate holder is released from the coupling between the coupling protrusion of the substrate holder and the coupling groove of the substrate mounting part, It may be moved from the growth chamber to the load lock chamber by the substrate transfer member in a state in which it is re-engaged with the coupling groove of the substrate connection part.
  • a bent portion bent to one side may be formed in the coupling groove to prevent the coupling protrusion being inserted and fixed from being separated.
  • the load lock chamber may further include a substrate storage unit for storing at least one substrate moved to the growth chamber for thin film growth.
  • the substrate storage unit includes a rotating member fixed to the center of the load lock chamber and rotating in one or the other direction, and a plurality of storage units installed on the rotating member and storing a plurality of substrates therein, , the rotating member is provided with a substrate moving part penetratingly formed at a position where the storage unit is not installed.
  • the rotating member may be rotated so that the substrate moving path and the substrate moving unit are in a straight line.
  • the substrate transfer path of the substrate transfer member and the rotation center of the rotating member may be provided to have different positions.
  • the storage unit is formed with an open surface at least at one end, a substrate is positioned therein, and at least one support groove is provided in which the coupling protrusion of the substrate holder is fitted, located inside the casing and a support member on which the substrate positioned in the casing is placed, and an elastic body positioned between the casing and the support member in a state of being fitted to the support member to elastically support a plurality of substrate holders placed on the support member.
  • a heater may be provided in the load lock chamber for outgassing the stored substrate into the load lock chamber.
  • the growth chamber is provided with a shutter for blocking foreign matter from adhering to the substrate mounted on the substrate mounting unit, and the shutter is installed at a position adjacent to the substrate mounting unit and rotatably installed toward the substrate mounting unit.
  • the substrate mounting unit may be rotatably installed in one direction or the other direction with respect to the growth chamber, and a heating member for heating the mounted substrate may be provided.
  • the molecular beam evaporation source installed in the evaporation source port is disposed so that evaporation material generated from the molecular beam evaporation source faces the substrate mounting unit, and the growth chamber controls the amount of evaporation material discharged toward the substrate mounting unit.
  • An adjustment member may be provided for
  • the growth chamber may be provided with a cooling member for lowering the temperature inside the growth chamber when the thin film of the substrate is grown.
  • the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus may further include at least one chamber support provided to adjust the inclination of the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus with respect to one surface on which the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus is installed.
  • the load lock chamber and the substrate mounting part are arranged to face each other, but the same straight line as the substrate transport path of the substrate transport member that transports the substrate from the load lock chamber to the growth chamber or from the growth chamber to the load lock chamber
  • the thin film growth apparatus can be used for a long time by greatly reducing the probability of dropping the substrate in the process of transferring the substrate.
  • the molecular beam epitaxy thin film growth apparatus of the present invention can improve the reliability of the thin film growth process by preventing in advance a cause of failure due to a short circuit of a heater and a thermocouple mounted on a substrate mounting unit.
  • a plurality of substrates for thin film growth can be stored by providing a substrate storage unit inside the load lock chamber, and outgassing as needed by applying heat to the stored load lock chamber (outgassing) can be done.
  • FIG. 1 is a view showing a molecular beam epitaxial thin film growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a connection state between the substrate mounting unit and the substrate holder shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view for explaining a connection state between the substrate holder and the substrate transfer member shown in FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a view showing a state in which a substrate connection part and a substrate holder are coupled to the substrate transfer member shown in FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the substrate holder is coupled to the substrate mounting part shown in FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a view for explaining the load lock chamber shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining the storage unit shown in FIG. 5 .
  • FIG. 8 to 10 are diagrams for explaining a method in which the substrate holder is stored in the storage unit shown in FIG. 6 .
  • FIG. 11 and 12 are views for explaining an installation state of the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus shown in FIG. 1 .
  • FIG. 13 and 14 are views showing an example of a conventional molecular beam epitaxy thin film growth apparatus.
  • the embodiments of the present invention specifically represent ideal embodiments of the present invention. As a result, various modifications of the drawings are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape of the illustrated area, and includes, for example, a shape modification by manufacturing.
  • a molecular beam epitaxial thin film growth apparatus 10 (hereinafter referred to as a 'thin film growth apparatus') according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • the thin film growth apparatus 10 includes a growth chamber 11, a growth chamber 11 that maintains an ultra-high vacuum state. ) provided inside the substrate mounting part 25 to which the substrate holder 14 is mounted, the load lock chamber 12 provided in the growth chamber 11 and in which the substrate 14b is located, and the substrate 14b are loaded. and a substrate transfer member 24 for transferring from the lock chamber 12 to the growth chamber 11 or from the growth chamber 11 to the load lock chamber 12 .
  • the growth chamber 11 is formed in a shape surrounded by an outer wall and has a hollow inside. Most of the components for thin film growth are disposed on the substrate 14b except for the load lock chamber 12 inside the growth chamber 11 .
  • the growth chamber 11 is connected to the vacuum pump 16 . Accordingly, the inside of the growth chamber 11 is formed and maintained in an ultra-high vacuum state.
  • the vacuum pump 16 connected to the growth chamber 11 is a primary pump (roughing pump), a turbo pump (turboolecular pump), an ion pump (ion pump), a cryo pump (cryo pump), and a titanium sublimation pump ( titanium sublimation pump), but is not necessarily limited thereto.
  • connection flow path 18a The growth chamber 11 and the vacuum pump 16 are connected through a connection flow path 18a , and the connection flow path 18a is opened and closed by a gate valve 18 .
  • the inside of the growth chamber 11 is provided with a substrate mounting portion (25).
  • the substrate mounting part 25 is a part on which the substrate 14b for thin film growth is mounted, and is provided inside the growth chamber 11 .
  • the substrate mounting unit 25 is provided rotatably in one side or the other direction inside the growth chamber (11).
  • the substrate mounting unit 25 is fixed to the upper side of the growth chamber 11 by the substrate mounting driving unit 13 is rotatably disposed to one side or the other side. Accordingly, when the thin film is grown on the substrate 14b, the thin film can be more effectively grown on the substrate 14b.
  • the substrate mounting unit 25 has a space at its lower end in which the substrate holder 14 is mounted. At this time, the shape of the substrate mounting unit 25 may be transformed into a cylinder, a rectangle, or the like, depending on the shape of the substrate holder 14 to be mounted.
  • At least one coupling groove 25a is provided in the substrate mounting part 25 .
  • the coupling groove 25a is for facilitating the mounting of the substrate holder 14 to the substrate mounting unit 25 .
  • at least one coupling protrusion 14a is formed in the substrate holder 14, and the coupling groove 25a is formed in the form of a kind of groove to correspond to the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14. .
  • the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 is inserted and fixed into the coupling groove 25a of the substrate mounting unit 25, so that the substrate holder 14 can be stably positioned with respect to the substrate mounting unit 25. do.
  • the substrate 14b is used in a state coupled to the substrate holder 14 .
  • the substrate 14b is attached to the lower end of the substrate holder 14 and mounted on the substrate mounting unit 25 . That is, when the substrate holder 14 is mounted on the substrate mounting unit 25 , the substrate 14b is also mounted.
  • the coupling groove 25a of the substrate mounting part 25 has a shape bent to one side. In other words, in order to prevent the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 inserted and fixed in the coupling groove 25a of the substrate mounting unit 25 from being separated from the substrate mounting unit 25, the bent portion 25b is bent to one side. ) is formed.
  • the engaging projection 14a of the substrate holder 14 is coupled when inserted into the engaging groove 25a of the substrate mounting portion 25. It is prevented from being separated from the groove (25a). At the same time, the substrate holder 14 to which the substrate 14b is attached can be more stably positioned in the substrate mounting unit 25 .
  • a heating member 19 is provided in the substrate mounting unit 25 .
  • the heating member 19 is a member for heating the substrate holder 14 mounted on the substrate mounting unit 25 to a high temperature.
  • the heating member 19 may be provided as a kind of heater, but is not necessarily limited thereto.
  • an evaporation source mounting port 15 is formed in the growth chamber 11 , and a molecular beam evaporation source 15a is mounted to the evaporation source mounting port 15 .
  • the molecular beam evaporation source 15a is a member that generates an evaporation material for thin film growth on the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • the evaporation material emitted from the molecular beam evaporation source 15a is emitted toward the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • the emitted evaporation material may vary depending on the material heated inside the molecular beam evaporation source 15a.
  • the shutter 20 is provided in the growth chamber 11 .
  • the shutter 20 is a member for blocking the attachment of foreign substances to the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • the shutter 20 is rotatably installed toward the substrate mounting unit 25 to protect the surface of the substrate 14b.
  • the molecular beam evaporation source 15a When the molecular beam evaporation source 15a is heated, materials or foreign substances in the vicinity of the molecular beam evaporation source 15a may be attached to the substrate 14b in a clean state mounted on the substrate mounting unit 25 . In this case, even if the thin film is grown on the substrate 14b, a defect may occur or the thin film may not be properly grown.
  • the shutter 20 at a position adjacent to the substrate mounting unit 25, the surface of the substrate 14b is protected so that foreign substances are not attached to the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25. do.
  • the shutter 20 may be opened and closed from the outside. This is to start coating the substrate 14b from the outside.
  • the growth chamber 11 may be provided with a height adjustment member (not shown) such as a wobble (not shown) to adjust the height of the surface of the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • a height adjustment member such as a wobble (not shown) to adjust the height of the surface of the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • the molecular beam evaporation source 15a generates and emits an evaporation material for thin film growth on the substrate 14b. At this time, the molecular beam evaporation source 15a is disposed such that the emitted evaporation material faces the substrate mounting unit 25 and the substrate 14b mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • the amount of evaporation material emitted from the molecular beam evaporation source 15a is preferably adjusted according to the state of the substrate 14b and the like.
  • the growth chamber 11 is provided with an adjustment member 21 .
  • the control member 21 is provided at a position adjacent to the evaporation source mounting port 15, that is, at the tip side of the evaporation source mounting port 15, and the evaporation emitted from the molecular beam evaporation source 15a toward the substrate mounting unit 25 and the substrate 14b. Control the amount of substance.
  • the control member 21 is a kind of shutter, and it blocks the amount of evaporation material emitted from the molecular beam evaporation source 15a while moving to the left or right through a linear motion, thereby evaporating material for thin film growth of the substrate 14b. adjust the amount of
  • control member 21 is not provided on the tip side of the growth chamber 11 and the evaporation source mounting port 15, but may be provided directly on the molecular beam evaporation source 15a itself.
  • the adjusting member 21 provided in the molecular beam evaporation source 15a may be provided in a rotating form to adjust the amount of evaporation material emitted from the molecular beam evaporation source 15a.
  • the cooling member 22 is provided around the growth chamber 11 , that is, the evaporation source mounting port 15 provided in the growth chamber 11 .
  • the cooling member 22 provided in the growth chamber 11 around the evaporation source mounting port 15 is provided as a cooling jacket (water jacket) in which various refrigerants including liquid nitrogen or cooling water are used.
  • the growth chamber 11 around the evaporation source mounting port 15 is cooled by the cooling member 22 using this refrigerant.
  • a cooling member 17 is also provided inside the growth chamber 11 .
  • a part of the evaporation material emitted from the molecular beam evaporation source 15a is emitted toward the inner wall of the growth chamber 11 rather than the substrate 14b. Accordingly, as the evaporation material hits the inner wall of the growth chamber 11 and bounces off, it becomes an impurity, thereby reducing the purity of the grown thin film on the substrate 14b.
  • the inner wall of the growth chamber 11 is cooled by the cooling member 17, it can be more advantageous for the inside of the growth chamber 11 to maintain an ultra-high vacuum state.
  • a refrigerant using a chiller other than liquid nitrogen may be used as the cooling member 17 provided inside the growth chamber 11.
  • the load lock chamber 12 is a part in which the substrate 14b for thin film growth enters and exits the outside and is stored.
  • the load lock chamber 12 is provided outside the growth chamber 11 and communicates with the growth chamber 11 .
  • the load lock chamber 12 and the growth chamber 11 are connected by a connection flow path 23a, and the connection flow path 23a is opened or closed by the gate valve 23 .
  • the gate valve 23 is opened to open the connection flow path 23a.
  • the gate valve 23 is closed, and the thin film is grown on the substrate 14b.
  • the gate valve 23 is opened again.
  • connection passage 23a is opened and the substrate 14b is opened in the load lock chamber 12 through the connection passage 23a opened by the substrate transfer member 24 in the growth chamber. It is moved to (11) and mounted on the substrate mounting unit (25).
  • connection passage 23a is opened again, and the substrate 14b is separated from the substrate mounting unit 25 through the connection passage 23a opened by the substrate transfer member 24 and grown It is transferred from the chamber 11 to the load lock chamber 12 .
  • the substrate 14b transferred to the load lock chamber 12 is taken out to the outside air.
  • connection passage 23a is closed while the substrate transfer member 24 is pulled out of the growth chamber 11 .
  • the substrate 14b positioned inside the load lock chamber 12 is transferred into the growth chamber 11 through the connection passage 23a and mounted on the substrate mounting unit 25 .
  • the substrate 14b is transferred from the load lock chamber 12 to the growth chamber 11 by the substrate transfer member 24 or transferred to the load lock chamber 12 after thin film growth is completed in the growth chamber 11 .
  • a substrate connection unit 26 is coupled to the substrate transfer member 24 .
  • the substrate connection unit 26 is coupled to the substrate holder 14 positioned in the load lock chamber 12 and the growth chamber 11 to transfer the substrate holder 14 to the load lock chamber 12 or the growth chamber 11 . It is a member for ease of use.
  • the coupling groove 26a of the substrate connection part 26 is for facilitating the mounting of the substrate holder 14 to the substrate connection part 26 .
  • These coupling grooves 26a are formed in the form of a kind of groove corresponding to the coupling protrusions 14a of the substrate holder 14 .
  • the coupling groove 26a of the substrate connection part 26 has a shape bent to one side.
  • the bent portion 26b bent to one side is formed to prevent the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 inserted and fixed in the coupling groove 26a of the substrate connection part 26 from being separated.
  • the load lock chamber 12 and the substrate mounting unit 25 are disposed to face each other, and are disposed on the same straight line as the substrate transport path of the substrate transport member 24 .
  • the load lock chamber 12 and the substrate mounting unit 25 are positioned on a straight line in the substrate transfer path of the substrate transfer member 24 .
  • the substrate holder 14 when the thin film is grown, the substrate holder 14 is in a state in which the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 is coupled to the coupling groove 26a of the substrate connection part 26 .
  • the transfer member 24 moves from the load lock chamber 12 to the growth chamber 11 .
  • the substrate holder 14 is released from the coupling with the coupling groove 26a of the substrate connection part 26 and is coupled to the coupling groove 25a of the substrate mounting part 25 to be positioned inside the growth chamber 11 .
  • the substrate holder 14 has a coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 and a coupling groove 15a of the substrate mounting part 25 and is released, and is moved from the growth chamber 11 to the load lock chamber 12 by the substrate transfer member 24 in a state in which it is re-engaged with the coupling groove 26a of the substrate connection part 26 .
  • the part that takes the most time in the thin film growth apparatus 10 is the process of exposing the load lock chamber 12 in the air, putting the substrate 14b in, and then creating a vacuum level up to 10 -6 Torr. Accordingly, when several substrates 14b are prepared at once in the thin film growth apparatus 10 , the time required for thin film growth of the substrate 14b can be greatly reduced.
  • the load lock chamber 12 further includes a substrate storage unit in which a plurality of substrates 14b are stored.
  • the substrate storage unit includes at least one, preferably a plurality of substrates 14b, which are provided inside the load lock chamber 12 and are moved to the growth chamber 11 through the substrate transfer member 24 .
  • the substrate storage unit includes a rotating member 28 and a storage unit 29 .
  • the rotating member 28 is fixed to the rotating shaft 27a of the rotating driving unit 27 installed in the center of the load lock chamber 12 to be rotatable in one or the other direction.
  • the rotating member 28 is provided as a circular plate having a certain thickness.
  • the rotation center of the rotating member 28 is provided to have a position different from that of the substrate transport path of the substrate transport member 24 .
  • the rotational center of the rotating member 28 is located outside the substrate transfer path of the substrate transfer member 24 in a state deviated from the transfer path.
  • the storage unit 29 is a portion in which a plurality of substrates 14b are stored, and is inserted and fixed to the rotating member 28 .
  • the storage unit 29 is provided with a hollow space so that a plurality of substrates 14b can be stored.
  • the rotation member 28 is provided with a substrate moving portion 30 that is formed through the storage unit 29 is not installed in a position.
  • the substrate moving part 30 means an empty space, and is a part for moving the substrate 14b from the load lock chamber 12 to the growth chamber 11 or from the growth chamber 11 to the load lock chamber 12 . .
  • the rotation member 28 is rotated using the rotation driving unit 27 so that the substrate moving unit 30 and the substrate transferring member 24 are positioned on a straight line.
  • the storage unit 29 includes a casing 34 , a support member 33 , and an elastic body 32 .
  • the casing 34 of the storage unit 29 is formed with an open surface at least at one end, that is, the lower end, and the substrate holder 14 is positioned therein.
  • the casing 34 is provided with at least one support groove 34a into which the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 is fitted.
  • the support groove 34a is provided as a groove corresponding to the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 .
  • the support groove 34a is provided with a bent portion 34b bent in one direction to prevent the coupling protrusion 14a of the substrate holder 14 fitted in the support groove 34a from being easily separated.
  • the support member 33 is positioned inside the casing 34 and the substrate holder 14 positioned in the casing 34 is placed.
  • the support member 33 is formed in the form of a kind of disk to be placed in a form in which a plurality of substrate holders 14 are stacked.
  • the upper end of the support member 33 is provided to penetrate the optical tube groove 34c formed in the casing 34 .
  • the elastic body 32 is fitted to the support member 33 .
  • the elastic body 32 elastically supports the plurality of substrate holders 14 placed on the support member 33 between the casing 34 and the support member 33 in a state of being inserted into the support member 33 , and the interior of the casing 34 . to be located in
  • the elastic body 32 may be provided as a spring having elasticity, but is not limited thereto.
  • the support member 33 is positioned inside the casing 34 of the storage unit 29 . At this time, the support member 33 is positioned inside the casing 34 in a state in which the elastic body 32 is fitted.
  • the substrate holder 14 When the substrate holder 14 is pushed into its lower end, the substrate holder 14 is stored in a laminated form inside the casing 34 by the elastic force of the elastic body 32 .
  • a bent portion 34b bent in one direction is formed in the support groove 34a formed in the casing 34 so that the substrate holder 14 is not separated from the casing 34 and the casing 34 is formed. to be located inside the
  • the substrate holder 14 is stacked and stored inside the casing 34 in the order of FIGS. 8, 9 and 10 .
  • the drawing shows that the three substrate holders 14 are stored in one storage unit 29 , but it is not necessarily limited thereto, and the depth of the storage unit 29 , that is, the casing 34 is formed more deeply. By doing so, the number of substrate holders 14 stored in the casing 34 can be increased.
  • the substrate 14b is coupled to the substrate holder 14 , the substrate 14b is also stacked and stored in the storage unit 29 together with the substrate holder 14 .
  • the load lock chamber 12 is provided with a heater (31).
  • the heater 31 is a member for outgassing the substrate 14b stored in the load lock chamber before thin film growth.
  • the thin film growth apparatus 10 may include at least one chamber support 36 .
  • the chamber support 36 is installed outside the growth chamber 11 to adjust the inclination of the thin film growth apparatus 10 with respect to one surface on which the thin film growth apparatus 10 is installed.
  • the chamber support 36 is arranged at different heights outside the growth chamber 11 , even if the substrate holder 14 is dropped when the substrate 14b is moved, the thin film There is an advantage that can be used for a long time without failure of the growth device 10 .
  • the molecular beam epitaxial thin film growth apparatus 10 is disposed to face the load lock chamber 12 and the substrate mounting part 25, but in the load lock chamber 12, the growth chamber (11) or the process of transferring the substrate 14b by arranging it on the same straight line as the substrate transfer path of the substrate transfer member 24 for transferring the substrate 14b from the growth chamber 11 to the load lock chamber 12
  • the thin film growth apparatus 10 can be used for a long time by greatly reducing the probability of dropping the substrate holder 14 in the .
  • the substrate mounting unit 25 since the substrate mounting unit 25 itself rotates, the heater 31 and the thermocouple (not shown) mounted on the substrate mounting unit 25 are short-circuited. By preventing the cause in advance, the reliability of the thin film growth process can be improved.
  • the molecular beam epitaxy thin film growth apparatus related to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent the substrate from falling when transferring the substrate and reduce the cause of failure due to a short circuit of a heater or thermocouple that heats the substrate.

Abstract

분자선 에피택시 박막 성장 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 진공펌프와 연결되어 내부가 초고진공 상태를 유지하는 성장챔버, 성장챔버의 내부에 마련되며 기판이 장착되는 기판장착부, 성장챔버의 외부에 마련되되 성장챔버와 연통되며 기판장착부에 장착되는 박막 성장을 위한 적어도 하나의 기판이 위치되는 로드락챔버 및 기판을 로드락챔버에서 성장챔버로 이송하거나 성장챔버에서 로드락챔버로 이송하는 기판이송부재를 포함하며, 로드락챔버는 기판장착부와 마주보도록 배치되되, 기판이송부재의 기판 이송 경로와 동일한 직선 상에 배치된다.

Description

분자선 에피택시 박막 성장 장치
본 발명은 분자선 에피택시 박막 성장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판에 증발 물질을 증착시켜 박막을 성장시킬 수 있는 분자선 에피택시 박막 성장 장치에 관한 것이다.
화합물 반도체 재료는 우수한 재료적 특성으로 인하여 종래 실리콘을 대체할 수 있는 차세대 고주파 및 전력 반도체로 각광받고 있다. 그 결과, 질화물 반도체 관련 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 질화물 반도체 개발을 위한 기판 부재로 인해 주로 이종 기판 위에 물질을 성장시켰다. 참고로, 질화물 반도체의 성장을 위하여 사파이어, 탄화규소 및 실리콘 등이 이용되고 있고, 기존 실리콘 반도체의 성능을 개선하기 위하여 실리콘 위에 게르마늄과 같은 에피층을 재성장하는 경우도 있다.
에피택시 장치로는 금속유기 화학기상증착(MOCVD), 분자선 에피택시(MBE) 및 하이브리드 기상 에피택시(HVPE) 등이 있다. 이 중 분자선 에피택시 장치는 우수한 박막특성, 저온 성장 및 실시간 공정 모니터링의 장점을 가지고 있어 에피택시하는데 널리 이용되고 있다.
분자선 에피택시는 초고진공 환경에서 메탈 플럭스 및 플라즈마를 이용하여 기판 위에 양질의 박막 물질을 성장하는 장치이다.
도 13 및 도 14는 현재 상용화되어 사용하고 있는 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 일반적인 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 성장챔버(growth chamber; 1), 로드락챔버(load-lock chamber; 2), 준비 챔버(preparation chamber; 미도시), 진공펌프(vacuum pump; 3), 기판장착부(substrate manipulator; 4), 기판이송부재(substrate transfer rod; 5), 기판(substrate; 7), 게이트 밸브(gate valve; 8), 분자빔 증발원(effusion cell; 9), 히터(heater; 10)를 포함한다.
이러한, 분자선 에피택시 박막 장치는 공기 중에서 세척된 기판(7)을 로드락챔버(2)에 넣고 10 -6 내지 10 -8 Torr 정도의 진공을 만든 후, 로드락챔버(2)와 성장챔버(1) 사이의 게이트 밸브(8)를 열고, 기판이송부재(5)를 사용하여 기판(7)을 로드락챔버(2)에서 성장챔버(1)의 기판장착부(4) 까지 이송한다. 성장된 박막 기판(7)은 기판이송부재(5)를 사용하여 로드락챔버(2)로 이송하고 게이트 밸브(8)를 닫은 후 로드락챔버(2)에 1기압의 기체를 주입한 후에 기판(7)을 꺼낸다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여 기판(7)에 박막을 성장시킨다.
일반적으로 분자선 에피택시 박막 성장 장치는 고장이 빈번한 장치이다. 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 모든 구성품이 정상적으로 작동해야만 분자선 에피택시 박막 성장 장치에 의해 박막 성장이 가능하다.
한편, 도 13을 참조하면, 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 물질을 증발시키는 분자빔 증발원(9)의 면과 기판장착부(4)가 마주보도록 설치된다. 이때, 기판장착부(4)는 기판 면방향으로의 회전 기능을 갖는다. 기판(7)은 로드락챔버(2)로부터 기판이송부재(5)를 사용하여 이송되는데, 로드락챔버(2)의 위치는 분자빔 증발원(9) 면과 기판장착부(4)가 만드는 선과 수직한 방향에 위치된다. 여기서, 기판(7)은 수평으로 진입하여 기판이송부재(5)에 여러가지 방식으로 끼워진다.
이러한 구조를 가지는 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 기판(7)과 기판홀더(미도시)의 무게와 기판이송부재(5)의 무게 등으로 인하여 처짐이 발생하여 정확한 위치로 이동이 어렵게 된다. 이에 따라, 기판을 넣고 빼기가 어렵고, 사용 횟수가 늘어날수록 더욱 어려워져, 기판(7)을 떨어뜨리는 경우가 자주 발생하는 단점이 있다. 간혹 떨어진 기판을 지지하고 있는 기판 홀더가 분자빔 증발원(9)을 막게 되고, 그에 따라 성장챔버(1)를 열어야 하는 번거로움이 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 기판장착부(4)가 두 방향으로 회전이 가능하도록 제작된다. 다시 말해, 기판장착부(4)는 기판(7)의 면방향으로 기판을 회전시키는 것과 같은 기판축 회전을 갖는다.
즉, 시료를 받을 때는 기판장착부(4)를 로드락챔버(2) 방향으로 회전시켜서 기판(7)을 받고, 박막 성장시에는 기판(7)이 장착된 기판장착부(4)를 분자빔 증발원(9)의 방향으로 회전시킨다.
이러한 구조를 가지는 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 기판(7)의 아래에 있는 히터(10)와 열전대 선(미도시)가 항상 함께 움직여야 한다. 이에 따라, 히터(10)나 열전대 선의 절연 부분이 벗겨져서 히터(10)나 열전대 선과 성장챔버(1)의 단락이나 히터(10)와 열전대 선과의 단락이 발생하여 오작동이 발생되는 문제가 있다. 또한, 히터(10)의 단락에 의한 기판(7)의 온도 변화가 발생되어 박막의 특성과 재현성 문제점을 야기한다. 이에 따라, 기판장착부(4)를 자주 청소해야 하는 번거로움이 있다.
상술한 바와 같이, 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 고장 원인은 다양하나, 크게 장치의 구조적 요인, 사용자의 부주의에 의한 요인, 유지보수성 요인으로 분류할 수 있다.
예컨대, 구조적 고장 요인으로는 성장챔버(1)의 내부에서 기판(7)을 이송하거나 탈부착 시에 기판(7)을 성장챔버(1)의 내부에서 떨어 뜨려서 분자빔 증발원(9)을 막거나, 히터(10) 및 온도 측정 오류로 인한 기판장착부(4)의 고장이 발생하는 경우를 들 수 있다.
또한, 사용자의 부주의에 의한 고장 요인으로는 뷰포트(viewport) 또는 RHEED(reflection high-energy diffraction) 셔터를 열어둔 상태로 박막 성장을 하여 뷰포트(viewport)에 박막이 코팅되어 내부를 볼 수 없는 경우, RHEED 뷰포트에 형광물질에 박막이 코팅되어 RHEED 간섭무늬를 볼 수 없는 경우, 분자빔 증발원(9)의 도가니(미도시)가 깨져 물질이 흘러내려 분자빔 증발원을 망가뜨리는 경우, 그리고 높은 증기압 (vapor pressure) 물질의 사용으로 많은 물질이 코팅되어 진공펌프(3)와 진공게이지(미도시)가 정상 작동되지 않는 경우를 들 수 있다.
또한, 유지보수성 고장 요인으로는 장기간 사용으로 게이트밸브(8)에 이물질이 끼여 공기 차단이 되지 않은 경우, 티타늄 승화 펌프(Titanium sublimation pump; 미도시)의 필라멘트를 다 소모했을 경우, 석영두께모니터(Quartz thickness monitor; 미도시)의 석영 센서가 한계 이상 코팅되어 갈아야 하는 경우, 그리고 게이트밸브(8)나 공기압 셔터(미도시)의 공기압을 조절하는 솔레노이드 밸브(solenoid valve; 미도시)가 고장 나는 경우를 들 수 있다.
상술한 사용자 부주의에 의한 고장 요인은 사용자가 분자선 에피택시 박막 성장 장치를 사용함에 있어서 숙련도가 쌓이면 해결될 수 있고, 또한 유지보수성 고장 요인도 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 부품 별로 수명을 고려하여 성장챔버(1)를 열 때 청소해주거나 티타늄 승화 펌프의 필라멘트를 주기적으로 갈아주기만 하면 해결될 수 있다.
그러나, 구조적 고장 요인은 사용자의 숙련도나 부품을 갈아주거나 또는 장치를 청소하는 것으로는 해결되지 않는다.
이에, 구조적 고장 요인이 발생되지 않을 수 있는 종래 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 구조와 상이하게 형성되는 분자선 에피택시 박막 장치의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명의 목적은 기판을 로드락챔버에서 성장챔버로 이송시키거나 성장챔버에서 로드락챔버로 이송할 때, 기판을 떨어뜨리는 것을 방지하고 기판을 가열하기 위한 히터나 열전대의 단락에 의한 고장의 원인을 줄일 수 있는 분자선 에피택시 박막 성장 장치에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 진공펌프와 연결되어 내부가 초고진공 상태를 유지하는 성장챔버, 성장챔버의 내부에 마련되며 기판이 장착되는 기판장착부, 성장챔버의 외부에 마련되되 성장챔버와 연통되며 기판장착부에 장착되는 박막 성장을 위한 적어도 하나의 기판이 위치되는 로드락챔버 및 기판을 로드락챔버에서 성장챔버로 이송하거나 성장챔버에서 로드락챔버로 이송하는 기판이송부재를 포함하며, 로드락챔버는 기판장착부와 마주보도록 배치되되, 기판이송부재의 기판 이송 경로와 동일한 직선 상에 배치되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치에 의해 달성될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 성장챔버는, 그 내부에 기판장착부에 장착되는 기판의 박막 성장을 위한 증발 물질을 생성하는 적어도 하나의 분자빔 증발원이 장착되는 증발원 장착 포트를 더 포함하고, 증발원 장착 포트와 로드락챔버는 성장챔버의 동일한 일면에 형성되며, 증발원 장착 포트는 기판이송부재의 기판 이송 경로에 대하여 비스듬하게 배치될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 로드락챔버와 성장챔버 사이를 연결하는 연결 유로는 게이트 밸브에 의해 개폐되며, 기판의 박막 성장시에는 연결 유로는 개방되고 기판은 기판이송부재에 의해 개방된 연결 유로를 통해 로드락챔버에서 성장챔버로 이동되어 기판장착부에 장착되고, 기판의 박막 성장중에는 기판이송부재가 성장챔버로부터 빠져나온 상태에서 연결 유로가 폐쇄되며, 기판의 박막 성장 완료시에는 연결 유로는 다시 개방되고 기판은 기판이송부재에 의하여 개방된 연결 유로를 통해 기판장착부에서 분리되어 성장챔버에서 로드락챔버로 이동될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 기판은 기판홀더에 고정하며 기판홀더에는 기판장착부 및 기판이송부재와 결합되도록 적어도 하나의 결합 돌기가 마련되고, 기판이송부재 및 기판장착부에는 결합 돌기가 삽입 고정되도록 결합 돌기와 대응되는 형태로 마련되는 적어도 하나의 결합홈이 형성될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 기판이송부재에는, 기판홀더와의 결합을 용이하게 하는 기판연결부가 결합되고, 기판연결부에는 기판홀더의 결합 돌기와 대응되는 적어도 하나의 결합홈이 형성될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 기판의 박막 성장시, 기판홀더는 기판홀더의 결합 돌기가 기판연결부의 결합홈과 결합된 상태로 기판이송부재에 의해 로드락챔버에서 성장챔버로 이동되어 기판연결부의 결합홈과의 결합은 해제되고 기판장착부의 결합홈과 결합되어 성장챔버의 내부에 위치되며, 기판의 박막 성장 완료시, 기판홀더는 기판홀더의 결합 돌기와 기판장착부의 결합홈과의 결합은 해제되고 기판연결부의 결합홈과 다시 결합된 상태로 기판이송부재에 의해 성장챔버에서 로드락챔버로 이동될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 결합홈에는, 삽입 고정되는 결합 돌기가 이탈되는 것을 방지하기 위하여 일측으로 절곡되는 절곡부가 형성될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 로드락챔버는, 박막 성장을 위하여 성장챔버로 이동되는 적어도 하나의 기판이 저장되는 기판저장부를 더 포함할 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 기판저장부는, 로드락챔버의 중심에 고정되어 일측 또는 타측 방향으로 회전되는 회전부재 및 회전부재에 설치되며 내부에 복수 개의 기판이 저장되는 복수 개의 저장 유닛을 포함하고, 회전부재에는 저장 유닛이 설치되지 않은 위치에 관통 형성되는 기판이동부가 마련되되, 기판을 로드락챔버에서 성장챔버로 이동시키거나 성장챔버에서 로드락챔버로 이송하고자 할 경우에는 기판이송부재의 기판 이동 경로와 기판이동부가 일직선이 되도록 회전부재를 회전시킬 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 기판이송부재의 기판 이송 경로와 회전부재의 회전 중심은 서로 다른 위치를 가지도록 마련될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 저장 유닛은, 적어도 일단부가 개방된 면으로 형성되고, 내부에 기판이 위치되며 기판홀더의 결합 돌기가 끼워지는 적어도 하나의 지지홈이 마련된 케이싱, 케이싱의 내부에 위치되며 케이싱에 위치되는 기판이 놓여지는 지지부재 및 지지부재에 끼워진 상태로 케이싱과 지지부재 사이에 위치되어 지지부재에 놓여진 복수 개의 기판홀더를 탄성 지지하는 탄성체를 포함할 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 로드락챔버에는, 저장된 기판을 로드락챔버아웃개싱(outgassing) 하기 위한 히터가 마련될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 성장챔버에는, 기판장착부에 장착된 기판에 이물질이 부착되는 것을 차단하기 위한 셔터가 마련되고, 셔터는 기판장착부와 인접한 위치에 설치되되 기판장착부 쪽으로 회동 가능하게 설치될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 기판장착부는, 성장챔버에 대해 일측 또는 타측 방향으로 회전 가능하게 설치되고, 장착되는 기판을 가열하기 위한 히팅부재가 구비될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 증발원 포트에 설치되는 분자빔 증발원은 분자빔 증발원으로부터 발생되는 증발 물질이 기판장착부를 향하도록 배치되며, 성장챔버에는 기판장착부를 향해 배출되는 증발 물질의 양을 조절하기 위한 조절부재가 마련될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치에서, 성장챔버에는 기판의 박막 성장 시에 성장챔버의 내부의 온도를 하강시키기 위한 냉각부재가 마련될 수 있다.
분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치가 설치되는 일면에 대한 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 경사도를 조절하기 위하여 마련되는 적어도 하나의 챔버 지지대를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 로드락챔버와 기판장착부를 마주보도록 배치하되 로드락챔버에서 성장챔버 또는 성장챔버에서 로드락챔버로 기판을 이송하는 기판이송부재의 기판 이송 경로와 동일한 직선 상에 배치함으로써, 기판을 이송하는 과정에서 기판을 떨어뜨리는 확률을 대폭 감소시켜 박막 성장 장치를 장기간 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 기판장착부에 장착된 히터 및 열전대의 단락 등에 의한 고장의 원인을 미연에 방지함으로써 박막 성장 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 분자선 에피택시 박막 성장 장치는, 로드락챔버의 내부에 기판저장부를 구비함으로써 박막 성장을 위한 기판을 복수 개 저장할 수 있고, 저장된 로드락챔버에 열을 가함으로써 필요에 따라 아웃개싱(outgassing) 할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분자선 에피택시 박막 성장 장치를 나타낸 도면이다.
도 2은 도 1에 도시한 기판장착부와 기판홀더의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 기판홀더와 기판이송부재의 연결 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 기판이송부재에 기판연결부 및 기판홀더가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 기판장착부에 기판홀더가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 로드락챔버를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시한 저장 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 도 6에 도시한 저장 유닛에 기판홀더가 저장되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 도 1에 도시한 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 설치 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 종래 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 일예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분자선 에피택시 박막 성장 장치(10, 이하 '박막 성장 장치' 라 함)를 설명한다.
도 1, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 성장 장치(10)는 초고진공(Ultra High Vaccum) 상태를 유지하는 성장챔버(11), 성장챔버(11)의 내부에 마련되며 기판홀더(14)가 장착되는 기판장착부(25), 성장챔버(11)의 내부에 마련되며 기판(14b)이 위치되는 로드락챔버(12), 기판(14b)을 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11)로 이송하거나 성장챔버(11)에서 로드락챔버(12)로 이송하는 기판이송부재(24)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 성장챔버(11)는 외벽으로 둘러 쌓인 형태로 형성되며 내부가 중공(中空)으로 형성된다. 성장챔버(11)의 내부에는 로드락챔버(12)를 제외하고 기판(14b)에 박막 성장을 위한 대부분의 부품들이 배치된다.
이러한 성장챔버(11)는 진공 펌프(16)와 연결된다. 이에 따라, 성장챔버(11)의 내부는 초고진공 상태로 형성되어 유지된다.
이때, 성장챔버(11)와 연결되는 진공 펌프(16)는 일차 펌프(roughing pump), 터보 펌프(turbomolecular pump), 이온 펌프(ion pump), 크라이오 펌프(cryo pump), 그리고 티타늄 승화 펌프(titanium sublimation pump) 등으로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
성장챔버(11)와 진공 펌프(16) 사이는 연결 유로(18a)를 통해 연결되며, 연결 유로(18a)는 게이트 밸브(18)에 의해 개폐된다.
한편, 성장챔버(11)의 내부에는 기판장착부(25)가 마련된다.
기판장착부(25)는 박막 성장을 위한 기판(14b)이 장착되는 부분으로, 성장챔버(11)의 내부에 마련된다.
이때, 기판장착부(25)는 성장챔버(11)의 내부에서 일측 또는 타측 방향으로 회전 가능하게 마련된다. 다시 말해서, 기판장착부(25)는 기판장착구동부(13)에 의해 성장챔버(11)의 상측에 고정되어 일측 또는 타측으로 회전 가능하게 배치된다. 이에 따라, 기판(14b)의 박막 성장 시 더욱 효과적으로 기판(14b)에 박막을 성장시킬 수 있다.
기판장착부(25)는 그 하단부에 기판홀더(14)가 장착되는 공간이 형성된다. 이때, 기판장착부(25)는 장착되는 기판홀더(14)의 형태에 따라 그 형태가 원통, 사각형 등으로 변형될 수 있다.
여기서, 도 2를 참조하면, 기판장착부(25)에는 적어도 하나의 결합홈(25a)이 마련된다. 결합홈(25a)은 기판장착부(25)에 기판홀더(14)가 장착되는 것을 용이하게 하기 위한 것이다. 이때, 기판홀더(14)에는 적어도 하나의 결합 돌기(14a)가 형성되는데, 결합홈(25a)은 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)와 대응되도록 일종의 홈(groove)의 형태로 형성된다.
이에 따라, 기판장착부(25)의 결합홈(25a)에 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 삽입 고정됨으로써, 기판장착부(25)에 대해 기판홀더(14)가 안정적으로 위치될 수 있게 된다.
한편, 기판(14b)은 기판홀더(14)에 대해 결합된 상태로 사용된다. 다시 말해서, 기판홀더(14)의 하단부에 기판(14b)이 부착된 상태로 기판장착부(25)에 장착된다. 즉, 기판장착부(25)에 기판홀더(14)가 장착되면 기판(14b)도 함께 장착되게 되는 것이다.
기판장착부(25)의 결합홈(25a)은 일측으로 절곡되는 형태를 갖는다. 다시 말해서, 기판장착부(25)의 결합홈(25a)에 삽입 고정되는 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 기판장착부(25)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여 일측으로 절곡되는 절곡부(25b)가 형성된다.
기판장착부(25)의 결합홈(25a)에 절곡부(25b)가 형성됨으로 인하여, 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 기판장착부(25)의 결합홈(25a)에 삽입되었을 때 결합홈(25a)으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 이와 동시에 기판(14b)이 부착된 기판홀더(14)가 기판장착부(25)에 더욱 안정적으로 위치될 수 있도록 한다.
또한, 기판장착부(25)에는 히팅부재(19)가 구비된다. 히팅부재(19)는 기판장착부(25)에 장착된 기판홀더(14)를 고온까지 가열하기 위한 부재이다. 참고로, 히팅부재(19)는 일종의 히터(heater)로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 성장챔버(11)에는 증발원 장착 포트(15)가 형성되고, 증발원 장착 포트(15)에는 분자빔 증발원(15a)이 장착된다.
분자빔 증발원(15a)은 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)에 박막 성장을 위한 증발 물질을 생성하는 부재이다.
분자빔 증발원(15a)으로부터 방출된 증발 물질은 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)을 향해 방출된다. 참고로, 방출되는 증발 물질은 분자빔 증발원(15a)의 내부에서 가열되는 물질에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 성장챔버(11)에는 셔터(20)가 마련된다. 셔터(20)는 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)에 이물질이 부착되는 것을 차단하기 위한 부재이다.
셔터(20)는 기판장착부(25) 쪽으로 회동 가능하게 설치되어, 기판(14b)의 표면을 보호한다.
분자빔 증발원(15a)의 가열시 분자빔 증발원(15a)의 주위에 있던 물질 또는 이물질들이 기판장착부(25)에 장착된 깨끗한 상태의 기판(14b)에 부착될 수 있다. 그럴 경우, 기판(14b)에 박막 성장이 되더라도 불량이 발생되거나 박막이 제대로 성장하지 못하게 된다.
이러한 문제점을 방지하기 위하여, 기판장착부(25)와 인접한 위치에 셔터(20)를 마련함으로써, 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)에 이물질이 부착되지 않도록 기판(14b)의 표면을 보호한다.
참고로, 셔터(20)는 외부에서 개폐 가능하게 마련될 수 있다. 이는 외부에서 기판(14b)에 코팅을 시작하기 위한 것이다.
또한, 성장챔버(11)에는 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)의 표면의 높낮이를 조절할 수 있도록 와블(wobble; 미도시)과 같은 높낮이 조절용 부재(미도시)가 마련될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 분자빔 증발원(15a)은 기판(14b)에 박막 성장을 위한 증발 물질을 생성하고, 방출시킨다. 이때, 분자빔 증발원(15a)은 방출되는 증발 물질이 기판장착부(25) 및 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)을 향하도록 배치된다.
분자빔 증발원(15a)으로부터 방출되는 증발 물질의 양은 기판(14b)의 상태 등에 따라 조절되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 성장챔버(11)에는 조절부재(21)가 마련된다.
조절부재(21)는 증발원 장착 포트(15)와 인접한 위치, 즉 증발원 장착 포트(15)의 선단 측에 마련되어 분자빔 증발원(15a)으로부터 기판장착부(25) 및 기판(14b)을 향해 방출되는 증발 물질의 양을 조절한다.
조절부재(21)는 일종의 셔터(shutter)로써, 직선 운동을 통해 좌측 또는 우측으로 이동되면서 분자빔 증발원(15a)으로부터 방출되는 증발 물질의 양을 차단함으로써 기판(14b)의 박막 성장을 위한 증발 물질의 양을 조절한다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 조절부재(21)는 성장챔버(11), 증발원 장착 포트(15)의 선단 측에 마련되는 것이 아니라, 분자빔 증발원(15a)의 자체에 직접적으로 마련될 수도 있다. 예를 들어, 분자빔 증발원(15a)에 마련되는 조절부재(21)는 회전되는 형태로 마련되어 분자빔 증발원(15a)으로부터 방출되는 증발 물질의 양을 조절할 수도 있다.
이와 같이, 분자빔 증발원(15a)에서 기판장착부(25)에 장착된 기판(14b)을 향해 증발 물질을 방출할 때, 분자빔 증발원(15a)에서는 많은 열이 발생되고, 발생된 열에 의해 성장챔버(11)의 온도가 높아져서 성장챔버(11)의 진공도가 저하되는 문제점이 발생된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 성장챔버(11), 즉 성장챔버(11)에 마련되는 증발원 장착 포트(15)의 주변에 냉각부재(22)가 구비된다.
증발원 장착 포트(15) 주변의 성장챔버(11)에 구비되는 냉각부재(22)는 액체질소 또는 냉각수를 포함한 다양한 냉매가 사용되는 냉각재킷(water jacket)으로 마련된다. 이러한 냉매를 사용하는 냉각부재(22)에 의해 증발원 장착 포트(15) 주변의 성장챔버(11)가 냉각된다.
한편, 성장챔버(11)의 내부에도 냉각부재(17)가 구비된다. 기판(14b)의 박막 성장 중에 분자빔 증발원(15a)에서 방출된 증발 물질 중의 일부는 기판(14b)이 아닌 성장챔버(11)의 내벽을 향해 방출된다. 이에 따라, 증발 물질이 성장챔버(11)의 내벽을 맞고 튕겨져 나오면서 불순물이 되어 기판(14b)의 성장된 박막의 순도를 낮출 수 있다.
이때, 성장챔버(11)의 내부에 구비된 냉각부재(17)에 액체질소를 흘리면 성장챔버(11)의 내벽은 차가운 상태가 된다. 이로 인하여, 분자빔 증발원(15a)에서 방출된 증발 물질이 기판(14b)이 아닌 성장챔버(11)의 내벽을 향해 방출되더라도 차가운 냉각부재(17)에 달라붙어 기판(14b)의 박막 성장의 순도에는 영향을 미치지 않게 된다.
더욱이, 성장챔버(11)의 내벽이 냉각부재(17)에 의하여 차가워 지기 때문에, 성장챔버(11)의 내부가 초고진공 상태를 유지하는데 더욱 유리하게 될 수 있다.
성장챔버(11)의 내부에 마련되는 냉각부재(17)는 액체질소 외 칠러(chiller)를 활용한 냉매가 사용될 수 있다.
로드락챔버(12)는 박막 성장을 위한 기판(14b)이 외부와 출입하고 보관되는 부분이다.
로드락챔버(12)는 성장챔버(11)의 외부에 마련되되 성장챔버(11)와 연통된다. 이때, 로드락챔버(12)와 성장챔버(11)의 사이는 연결 유로(23a)에 의해 연결되고, 연결 유로(23a)는 게이트 밸브(23)에 의해 개방되거나 폐쇄된다.
기판(14b)의 박막 성장 시에는 게이트 밸브(23)가 개방되어 연결 유로(23a)가 개방되고, 기판(14b)의 박막 성장 중에는 게이트 밸브(23)가 폐쇄되며, 기판(14b)의 박막 성장이 끝나면 게이트 밸브(23)가 다시 개방된다.
이에 따라, 기판(14b)의 박막 성장시 연결 유로(23a)는 개방되고 기판(14b)은 기판이송부재(24)에 의해 개방된 연결 유로(23a)를 통해 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11)로 이동되어 기판장착부(25)에 장착된다.
기판(14b)의 박막 성장 완료시에는 연결 유로(23a)는 다시 개방되고, 기판(14b)은 기판이송부재(24)에 의해 개방된 연결 유로(23a)를 통해 기판장착부(25)에서 분리되어 성장챔버(11)에서 로드락챔버(12)로 이송된다. 박막 성장이 완료되어 로드락챔버(12)로 이송된 기판(14b)은 외부 공기 중으로 꺼내어 진다.
참고로, 기판(14b)의 박막 성장중에는 기판이송부재(24)가 성장챔버(11)로부터 빠져나온 상태에서 연결 유로(23a)가 폐쇄된다.
로드락챔버(12)의 내부에 위치된 기판(14b)은 연결 유로(23a)를 통해 성장챔버(11)의 내부로 이송되어 기판장착부(25)에 장착된다.
기판(14b)은 기판이송부재(24)에 의해 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11)로 이송되거나, 성장챔버(11)에서 박막 성장이 끝난 후에 로드락챔버(12)로 이송된다.
기판이송부재(24)에는 기판연결부(26)가 결합된다. 기판연결부(26)는 로드락챔버(12) 및 성장챔버(11)에 위치된 기판홀더(14)와 결합되어 로드락챔버(12) 또는 성장챔버(11)로 기판홀더(14)를 이송시키기 용이하도록 하기 위한 부재이다.
이때, 도 3을 참조하면, 기판연결부(26)에는 적어도 하나의 결합홈(26a)이 형성된다. 기판연결부(26)의 결합홈(26a)은 기판연결부(26)에 기판홀더(14)가 장착되는 것을 용이하게 하기 위한 것이다. 이러한 결합홈(26a)은 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)와 대응되는 일종의 홈 형태로 형성된다.
여기서, 기판연결부(26)의 결합홈(26a)은 일측으로 절곡되는 형태를 갖는다. 다시 말해서, 기판연결부(26)의 결합홈(26a)에 삽입 고정되는 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 이탈되는 것을 방지하기 위하여 일측으로 절곡되는 절곡부(26b)가 형성된다.
한편, 로드락챔버(12)와 기판장착부(25)는 마주보도록 배치되고, 기판이송부재(24)의 기판 이송 경로와 동일한 직선 상에 배치된다. 다시 말해서, 로드락챔버(12)와 기판장착부(25)는 기판이송부재(24)의 기판 이송 경로의 직선 상으로 위치된다.
이에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이, 박막 성장시, 기판홀더(14)는 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 기판연결부(26)의 결합홈(26a)과 결합된 상태로 기판이송부재(24)에 의해 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11)로 이동된다. 이때, 기판홀더(14)는 기판연결부(26)의 결합홈(26a)과의 결합은 해제되고 기판장착부(25)의 결합홈(25a)과 결합되어 성장챔버(11)의 내부에 위치된다.
반대로, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(14b)의 박막 성장 완료시, 기판홀더(14)는 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)와 기판장착부(25)의 결합홈(15a)과의 결합은 해제되고, 기판연결부(26)의 결합홈(26a)과 다시 결합된 상태로 기판이송부재(24)에 의해 성장챔버(11)에서 로드락챔버(12)로 이동된다.
한편, 박막 성장 장치(10)에서 가장 많은 시간이 소요되는 부분은 공기 중 로드락챔버(12)를 노출하고 기판(14b)을 넣은 후 10 -6Torr 까지 진공도를 만드는 과정이다. 이에, 박막 성장 장치(10)에서 여러 개의 기판(14b)이 한 번에 준비될 경우 기판(14b)의 박막 성장에 필요한 시간을 대폭 줄일 수 있다.
도 6 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로드락챔버(12)는 복수 개의 기판(14b)이 저장되는 기판저장부를 더 포함한다.
기판저장부는 로드락챔버(12)의 내부에 구비되어 기판이송부재(24)를 통해 성장챔버(11)로 이동되는 적어도 하나, 바람직하게는 복수 개의 기판(14b)이 구비된다.
이러한 기판저장부는 회전부재(28) 및 저장 유닛(29)을 포함한다.
회전부재(28)는 로드락챔버(12)의 중심에 설치된 회전구동부(27)의 회전축(27a)에 고정되어 일측 또는 타측 방향으로 회전 가능하게 마련된다.
회전부재(28)는 어느 정도의 두께를 갖는 원형의 판(plate)으로 마련된다.
참고로, 회전부재(28)의 회전 중심은 기판이송부재(24)의 기판 이송 경로와 서로 다른 위치를 가지도록 마련된다. 다시 말해서, 회전부재(28)의 회전 중심은 기판이송부재(24)의 기판 이송 경로에 대해 벗어난 상태로 외곽에 위치된다.
저장 유닛(29)은 복수 개의 기판(14b)이 저장되는 부분으로, 회전부재(28)에 삽입 고정된다.
이러한, 저장 유닛(29)은 복수 개의 기판(14b)이 저장될 수 있도록 중공(中空)의 공간이 마련된다.
한편, 회전부재(28)에는 저장 유닛(29)이 설치되지 않은 위치에 관통 형성되는 기판이동부(30)가 마련된다.
기판이동부(30)는 빈 공간을 의미하며, 기판(14b)을 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11) 또는 성장챔버(11)에서 로드락챔버(12)로 이동되도록 하기 위한 부분이다.
로드락챔버(12)의 기판저장부에 저장된 기판(14b)을 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11)로 이동시키거나 성장챔버(11)에서 로드락챔버(12)로 이송하고자 할 경우, 기판이송부재(24)의 기판 이동 경로와 기판이동부(30)의 중심이 일직선이 되도록 위치시키는 것이 필요하다.
이를 위해, 회전구동부(27)를 이용하여 회전부재(28)를 회전시켜서 기판이동부(30)와 기판이송부재(24)를 일직선 상에 위치되도록 한다.
한편, 저장 유닛(29)은 케이싱(34), 지지부재(33) 및 탄성체(32)를 포함한다.
저장 유닛(29)의 케이싱(34)은 적어도 일단부, 즉 하단부가 개방된 면으로 형성되고, 내부에 기판홀더(14)가 위치된다.
이를 위해, 케이싱(34)에는 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 끼워지는 적어도 하나의 지지홈(34a)이 마련된다. 지지홈(34a)은 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)와 대응되는 형태의 홈으로 마련된다. 참고로, 지지홈(34a)은 일측 방향으로 절곡된 절곡부(34b)가 마련되어 지지홈(34a)에 끼워진 기판홀더(14)의 결합 돌기(14a)가 쉽게 이탈되지 않도록 할 수 있다.
지지부재(33)는 케이싱(34)의 내부에 위치되며 케이싱(34)에 위치되는 기판홀더(14)가 놓여진다. 다시 말해서, 지지부재(33)는 일종의 원판의 형태로 형성되어 복수 개의 기판홀더(14)가 적층되는 형태로 놓여지게 된다. 지지부재(33)의 상단부는 케이싱(34)에 형성된 광통홈(34c)을 관통하도록 마련된다.
이때, 지지부재(33)에는 탄성체(32)가 끼워진다.
탄성체(32)는 지지부재(33)에 끼워진 상태로 케이싱(34)과 지지부재(33) 사이에서 지지부재(33)에 놓여진 복수 개의 기판홀더(14)를 탄성 지지하여 케이싱(34)의 내부에 위치되도록 한다.
탄성체(32)는 탄성을 가지는 스프링(spring)으로 마련될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7 내지 도 10을 참조하여, 로드락챔버(12)의 저장 유닛(29)에 기판홀더(14)가 저장되는 방식을 간단히 설명한다.
우선, 저장 유닛(29)의 케이싱(34)의 내부에 지지부재(33)를 위치시킨다. 이때, 지지부재(33)는 탄성체(32)가 끼워진 상태로 케이싱(34)의 내부에 위치된다.
그 하단부로 기판홀더(14)를 밀어 넣으면, 탄성체(32)의 탄성력에 의하여 케이싱(34)의 내부에 기판홀더(14)가 적층 형태로 저장되게 된다.
이때, 상술한 바와 같이, 케이싱(34)에 형성된 지지홈(34a)에는 일측 방향으로 절곡된 절곡부(34b)가 형성됨으로써 기판홀더(14)가 케이싱(34)으로부터 이탈되지 않고 케이싱(34)의 내부에 위치되도록 한다.
더욱 간단히 설명하면, 도 8, 도 9 및 도 10의 순서로 기판홀더(14)가 케이싱(34)의 내부에 적층되어 저장되는 형태를 갖게 된다.
참고로, 도면에는 하나의 저장 유닛(29)에 3개의 기판홀더(14)가 저장되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 저장 유닛(29), 즉 케이싱(34)의 깊이를 더욱 깊게 형성함으로써 케이싱(34)에 저장되는 기판홀더(14)의 개수를 늘릴 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 기판홀더(14)에 기판(14b)이 결합되기 때문에, 저장 유닛(29)에는 기판홀더(14)와 함께 기판(14b)도 적층되어 저장된다.
한편, 로드락챔버(12)에는 히터(31)가 마련된다.
히터(31)는 로드락챔버에 저장된 기판(14b)을 박막 성장전 아웃개싱(outgassing) 하기 위한 부재이다.
히터(31)를 이용하여 로드락챔버(12)에 저장된 기판(14b)의 아웃개싱을 수행하여 박막 성장 장치(10)에서 박막 성장에 필요한 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 성장 장치(10)는 적어도 하나의 챔버 지지대(36)를 포함할 수 있다.
챔버 지지대(36)는 성장챔버(11)의 외측에 설치되어 박막 성장 장치(10)가 설치되는 일면에 대한 박막 성장 장치(10)의 경사도를 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이, 챔버 지지대(36)를 성장챔버(11)의 외측에 높이를 다르게 하여 배치하게 되면, 기판(14b)의 이동시 기판홀더(14)를 떨어뜨리더라도 박막 성장 장치(10)의 고장 없이 오랜 기간 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 챔버 지지대(36)를 수직으로 배치하게 되면, 박막 성장 장치(10)의 설치 공간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
상기한 구성에 의하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분자선 에피택시 박막 성장 장치(10)는, 로드락챔버(12)와 기판장착부(25)를 마주보도록 배치하되 로드락챔버(12)에서 성장챔버(11) 또는 성장챔버(11)에서 로드락챔버(12)로 기판(14b)을 이송하는 기판이송부재(24)의 기판 이송 경로와 동일한 직선 상에 배치함으로써, 기판(14b)을 이송하는 과정에서 기판홀더(14)를 떨어뜨리는 확률을 대폭 감소시켜 박막 성장 장치(10)를 장기간 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 분자선 에피택시 박막 성장 장치(10)는, 기판장착부(25) 자체가 회전하기 때문에 기판장착부(25)에 장착된 히터(31) 및 열전대(미도시)의 단락 등에 의한 고장의 원인을 미연에 방지함으로써 박막 성장 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 분자선 에피택시 박막 성장 장치에 따르면, 기판을 이송할 때 기판의 낙하를 방지하고 기판을 가열하는 히터나 열전대의 단락에 의한 고장 원인을 줄일 수 있다.

Claims (17)

  1. 진공펌프와 연결되어 내부가 초고진공 상태를 유지하는 성장챔버;
    성장챔버의 내부에 마련되며 기판이 장착되는 기판장착부;
    성장챔버의 외부에 마련되되 성장챔버와 연통되며 기판장착부에 장착되는 박막 성장을 위한 적어도 하나의 기판이 위치되는 로드락챔버; 및
    기판을 로드락챔버에서 성장챔버로 이송하거나 성장챔버에서 로드락챔버로 이송하는 기판이송부재;
    를 포함하며,
    로드락챔버는 기판장착부와 마주보도록 배치되되, 기판이송부재의 기판 이송 경로와 동일한 직선 상에 배치되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    성장챔버는,
    그 내부에 기판장착부에 장착되는 기판의 박막 성장을 위한 증발 물질을 생성하는 적어도 하나의 분자빔 증발원이 장착되는 증발원 장착 포트를 더 포함하고,
    증발원 장착 포트와 로드락챔버는 성장챔버의 동일한 일면에 형성되며,
    증발원 장착 포트는 기판이송부재의 기판 이송 경로에 대하여 비스듬하게 배치되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    로드락챔버와 성장챔버 사이를 연결하는 연결 유로는 게이트 밸브에 의해 개폐되며,
    기판의 박막 성장시에는 연결 유로는 개방되고 기판은 기판이송부재에 의해 개방된 연결 유로를 통해 로드락챔버에서 성장챔버로 이동되어 기판장착부에 장착되고,
    기판의 박막 성장중에는 기판이송부재가 성장챔버로부터 빠져나온 상태에서 연결 유로가 폐쇄되며,
    기판의 박막 성장 완료시에는 연결 유로는 다시 개방되고 기판은 기판이송부재에 의하여 개방된 연결 유로를 통해 기판장착부에서 분리되어 성장챔버에서 로드락챔버로 이동되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    기판은 기판홀더에 고정되며,
    기판홀더에는 기판장착부 및 기판이송부재와 결합되도록 적어도 하나의 결합 돌기가 마련되고,
    기판이송부재 및 기판장착부에는 결합 돌기가 삽입 고정되도록 결합 돌기와 대응되는 형태로 마련되는 적어도 하나의 결합홈이 형성되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    기판이송부재에는,
    기판홀더와의 결합을 용이하게 하는 기판연결부가 결합되고,
    기판연결부에는 기판홀더의 결합 돌기와 대응되는 적어도 하나의 결합홈이 형성되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    기판의 박막 성장시, 기판홀더는 기판홀더의 결합 돌기가 기판연결부의 결합홈과 결합된 상태로 기판이송부재에 의해 로드락챔버에서 성장챔버로 이동되어 기판연결부의 결합홈과의 결합은 해제되고 기판장착부의 결합홈과 결합되어 성장챔버의 내부에 위치되며,
    기판의 박막 성장 완료시, 기판홀더는 기판홀더의 결합 돌기와 기판장착부의 결합홈과의 결합은 해제되고 기판연결부의 결합홈과 다시 결합된 상태로 기판이송부재에 의해 성장챔버에서 로드락챔버로 이동되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    결합홈에는,
    삽입 고정되는 결합 돌기가 이탈되는 것을 방지하기 위하여 일측으로 절곡되는 절곡부가 형성되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    로드락챔버는,
    박막 성장을 위하여 성장챔버로 이동되는 적어도 하나의 기판이 저장되는 기판저장부를 더 포함하는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    기판저장부는,
    로드락챔버의 중심에 고정되어 일측 또는 타측 방향으로 회전되는 회전부재; 및
    회전부재에 설치되며 내부에 복수 개의 기판이 저장되는 복수 개의 저장 유닛을 포함하고,
    회전부재에는 저장 유닛이 설치되지 않은 위치에 관통 형성되는 기판이동부가 마련되되,
    기판을 로드락챔버에서 성장챔버로 이동시키거나 성장챔버에서 로드락챔버로 이송하고자 할 경우에는 기판이송부재의 기판 이동 경로와 기판이동부가 일직선이 되도록 회전부재를 회전시키는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    기판이송부재의 기판 이송 경로와 회전부재의 회전 중심은 서로 다른 위치를 가지도록 마련되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    저장 유닛은,
    적어도 일단부가 개방된 면으로 형성되고, 내부에 기판홀더가 위치되며 기판홀더의 결합 돌기가 끼워지는 적어도 하나의 지지홈이 마련된 케이싱;
    케이싱의 내부에 위치되며 케이싱에 위치되는 기판홀더가 놓여지는 지지부재; 및
    지지부재에 끼워진 상태로 케이싱과 지지부재 사이에 위치되어 지지부재에 놓여진 복수 개의 기판홀더를 탄성 지지하는 탄성체;
    를 포함하는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    로드락챔버에는,
    저장된 기판을 로드락챔버아웃개싱(outgassing) 하기 위한 히터가 마련되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    성장챔버에는,
    기판장착부에 장착된 기판에 이물질이 부착되는 것을 차단하기 위한 셔터가 마련되고,
    셔터는 기판장착부와 인접한 위치에 설치되되 기판장착부 쪽으로 회동 가능하게 설치되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    기판장착부는,
    성장챔버에 대해 일측 또는 타측 방향으로 회전 가능하게 설치되고,
    장착되는 기판을 가열하기 위한 히팅부재가 구비되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  15. 제2항에 있어서,
    증발원 포트에 설치되는 분자빔 증발원은 분자빔 증발원으로부터 발생되는 증발 물질이 기판장착부를 향하도록 배치되며,
    성장챔버에는 기판장착부를 향해 방출되는 증발 물질의 양을 조절하기 위한 조절부재가 마련되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    성장챔버에는 기판의 박막 성장 시에 성장챔버의 내부의 온도를 하강시키기 위한 냉각부재가 마련되는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    분자선 에피택시 박막 성장 장치는,
    분자선 에피택시 박막 성장 장치가 설치되는 일면에 대한 분자선 에피택시 박막 성장 장치의 경사도를 조절하기 위하여 마련되는 적어도 하나의 챔버 지지대를 더 포함하는, 분자선 에피택시 박막 성장 장치.
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