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KR101552229B1 - 회전 부재를 포함하는 증착막 형성 장치 - Google Patents

회전 부재를 포함하는 증착막 형성 장치 Download PDF

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KR101552229B1
KR101552229B1 KR1020140151371A KR20140151371A KR101552229B1 KR 101552229 B1 KR101552229 B1 KR 101552229B1 KR 1020140151371 A KR1020140151371 A KR 1020140151371A KR 20140151371 A KR20140151371 A KR 20140151371A KR 101552229 B1 KR101552229 B1 KR 101552229B1
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Abstract

본 발명은 회전 부재를 포함하는 증착막 형성 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 기판 지지부를 포함하고, 각각의 상기 기판 지지부 상에는 복수의 기판이 배치되며, 각각의 상기 기판은 가스 포일(gas-foil) 방식에 의해 상기 기판 지지부 상에서 회전하는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치를 제공한다.

Description

회전 부재를 포함하는 증착막 형성 장치{Deposition Film Forming Apparatus Including Rotating Members}
본 발명은 회전 부재를 포함하는 증착막 형성 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수의 기판 지지부 각각에 포함된 회전 부재에 의해 기판의 자전을 제어하는 것이 가능한 증착막 형성 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자로서, 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 널리 이용되어 왔다. 특히, 백열등, 형광등 등의 재래식 조명과 달리 전기 에너지를 빛 에너지로 전환하는 효율이 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있다는 사실이 알려지면서, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 소자로서 널리 각광받고 있다.
이러한 LED 소자의 제조공정은 크게 에피 공정, 칩 공정, 패키지 공정으로 분류될 수 있다. 에피 공정은 기판 상에 화합물 반도체를 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는 공정을 말하고, 칩 공정은 에피택셜 성장된 기판의 각 부분에 전극을 형성하여 에피 칩을 제조하는 공정을 말하며, 패키지 공정은 이렇게 제조된 에피 칩에 리드(Lead)를 연결하고 빛이 최대한 외부로 방출되도록 패키징하는 공정을 말한다.
이러한 공정 중에서도 에피 공정은 LED 소자의 발광 효율을 결정하는 가장 핵심적인 공정이라 할 수 있다. 이는 기판 상에 화합물 반도체가 에피택셜 성장되지 않는 경우, 결정 내부에 결함이 발생하고 이러한 결함은 비발광 센터(nonradiative center)로 작용하여, LED 소자의 발광 효율을 저하시키기 때문이다.
이러한 에피 공정, 즉 기판 상에 에피택셜층을 형성시키는 공정에는 LPE(Liquid Phase Epitaxy), VPE(Vapor Phase Epitaxy), MBE(Molecular Beam Epitaxy), CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법 등이 사용되고 있는데, 이 중에서도 특히 유기금속 화학기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 또는 하이드라이드 기상 에피택시법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)이 주로 사용되고 있다.
종래의 MOCVD 방법 및 HVPE 방법을 이용하여 복수개의 기판 상에 에피택셜층을 형성시키는 경우 통상 챔버 내부에서 기판 처리를 위한 공정 가스가 공급된다. 공정의 균일도를 향상시키기 위해서, 복수개의 기판이 안착되는 기판 지지부가 회전(공전)하는 것이 바람직하며, 뿐만 아니라 기판 지지부 상에서 복수개의 기판 각각도 회전(자전)하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 증착막 형성 장치에서는 기판 지지부가 공전함과 동시에 복수개의 기판 각각이 자전하도록 구성하는데 어려움이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 기판 지지부 각각에 포함된 회전 부재에 의해 기판의 자전을 제어하는 것이 가능한 증착막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 기판 지지부를 포함하고, 각각의 상기 기판 지지부 상에는 복수의 기판이 배치되며, 각각의 상기 기판은 가스 포일(gas-foil) 방식에 의해 상기 기판 지지부 상에서 회전하는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 복수의 기판 지지부 각각에 포함된 회전 부재에 의해 기판의 자전을 제어하는 것이 가능한 증착막 형성 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 기판 간의 증착막의 균일도를 향상시킬 수 있는 증착막 형성 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 "B" 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현 될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
먼저, 증착막 형성 장치(10)에 로딩되는 기판(미도시됨)의 재질은 특별히 제한되지 않으며 글래스, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 웨이퍼, 스테인레스 스틸, 사파이어 등 다양한 재질의 기판이 로딩될 수 있다. 이하에서는 발광 다이오드 분야에서 사용되는 원형의 사파이어 기판을 상정하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 챔버(20)를 포함하여 구성될 수 있다. 챔버(20)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 복수개의 기판 상에 증착막이 형성되기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 챔버(20)는 최적의 공정 조건을 유지하도록 구성되며, 형태는 사각형 또는 원형의 형태로 제조될 수 있다. 챔버(20)의 재질은 석영(quartz) 유리로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 기판 상에 증착막을 형성하기 위한 공정은 증착 물질을 챔버(20) 내부로 공급하고 챔버(20) 내부를 소정의 온도(예를 들어, 약 800℃ 내지 1,200℃)까지 가열함으로써 이루어진다. 이렇게 공급된 증착 물질은 기판으로 공급되어 증착막의 형성에 관여하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 히터(미도시함)를 포함하여 구성될 수 있다. 히터는 챔버(20)의 외부에 설치되어 복수개의 기판에 증착 공정에서 필요한 열을 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 기판 상에서 원활한 증착막 성장이 이루어지기 위하여 히터는 기판을 약 1,200℃ 이상의 온도까지 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 기판 지지부(30)를 포함하여 구성될 수 있다. 기판 지지부(30)는 복수로 구성되고, 기판 지지부(30)는 층으로 배열 설치되는 것이 바람직하다. 이처럼 기판 지지부(30)가 복수로 구성되는 경우 복수개의 기판 지지부(30)는 간격 유지 부재(미도시됨)에 의하여 서로 일정한 간격을 갖도록 배열되어 고정될 수 있다. 기판 지지부(30)의 개수는 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 기판 지지부(30) 및 간격 유지 부재는 석영 유리로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
후술할 공정 가스 공급부(40)가 기판 지지부(30)의 중앙을 관통할 수 있도록 기판 지지부(30)의 중앙에는 중앙 관통홀(35)이 형성될 수 있다. 중앙 관통홀(35)의 직경은 공정 가스 공급부(40)의 직경 보다 다소 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 기판 지지부(30)에는 복수개의 회전 부재(도 2의 31)가 설치될 수 있다. 각각의 기판 지지부(30)에 설치되는 회전 부재(31)의 개수는 각각의 기판 지지부(30)에 배치되는 기판의 개수와 동일한 것이 바람직하나 꼭 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 처리 가스가 기판에 균일하게 공급되도록 하기 위하여, 회전 부재(31)는 기판의 회전이 이루어지도록 하는 기능을 구비할 수 있다. 이에 관한 자세한 구성은 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 공정 가스 공급부(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 공정 가스 공급부(40)는 챔버(20) 내부로 증착막 형성을 위해 필요한 기판 처리 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
본 명세서에서는 공정 가스 공급부(40)가 기판 지지부(30)의 중앙의 중앙 관통홀(35)을 관통하도록 배치되는 것을 바탕으로 설명하지만, 이에 한정될 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 제1 지지부(60)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 지지부(60)는 챔버(20)의 하부에 설치되어 증착 공정이 이루어지는 동안 복수의 기판 지지부(30)를 지지할 수 있다. 또한, 제1 지지부(60)가 별도의 회전 장치(미도시됨)에 의해 회전함으로써, 복수의 기판 지지부(30)의 공전을 유도하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 제2 지지부(70)를 포함하여 구성될 수 있다. 제2 지지부(70)는 제1 지지부(60)와 함께 챔버(20)의 하부에 설치되며, 제1 지지부(60)의 외주연을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 지지부(70)는 제1 지지부(60)의 회전에 불구하고, 챔버(20)에 대하여 고정되도록 설치될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부(30)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부(30)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부(30)는 복수의 기판이 안착될 수 있는 복수의 회전 부재(31)를 포함할 수 있다. 회전 부재(31)는 기판의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 원형일 수 있다. 복수의 회전 부재(31) 각각은 기판 지지부(30) 상에서 가스 포일(gas-foil) 방식으로 회전할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지부(30)의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 기판 지지부(30)에서 회전 부재(31)를 제거한 상태를 나타내며, 도 3(b)는 도 3(a)에서 A-A에 따른 단면을 나타내는 도면이다. 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 기판 지지부(30)에서 회전 부재(31)가 배치되는 위치에는 회전 부재(31)가 안착되는 공간을 제공하기 위한 회전 부재 수용부(36)가 형성될 수 있다. 회전 부재(31)의 형상이 원판 형상인 경우, 회전 부재 수용부(36)는 원판 형상에 대응되도록 오목하게 형성될 수 있다.
회전 부재 수용부(36) 상에는 그루브(37)가 형성될 수 있다. 그루브(37)에는 소정의 가스(예를 들어, N2 가스)가 흐르도록 할 수 있으며, 소정의 가스는 제1 유로(52) 및 제2 유로(52a)를 통해 공급될 수 있다. 그루브(37)에서의 소정의 가스의 흐름은 회전 부재(31)를 회전시킬 수 있는 회전력을 제공할 수 있다. 그루브(37)의 형상은 회전 부재(31)를 소정의 방향으로 회전시킬 수 있도록 형성될 수 있으며, 예를 들어, 소정의 방향의 나선 형상으로 형성될 수 있다. 도 3에서는 제1 유로(52)의 도중에 제2 유로(52a)가 분기되는 것으로 도시하고 있지만, 이에 한정할 것은 아니며 유로의 형태 및 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
제1 유로(52)의 일단은 제3 유로(51)와 연결될 수 있으며, 제3 유로(51)는 후술할 가스 공급부(도 4의 80)로부터 공급되는 소정의 가스가 흐를 수 있다. 도 3에서는 기판 지지부(30) 내에 세 개의 제3 유로가 형성되고, 제3 유로(51) 각각에서 두 개의 제1 유로(52)가 분기되는 것으로 도시되어 있지만, 제3 유로의 개수 및 제3 유로에서 분기되는 제1 유로의 개수는 이에 한정되지 않으며, 기판 지지부(30) 상에 안착되는 기판의 개수 및 위치에 따라 변경 가능하다.
회전 부재 수용부(36)의 중앙에는 돌출부(38)가 형성되어 회전 부재(31)의 하면의 중앙에 형성되는 홈(미도시됨)과 결합될 수 있다. 돌출부(38)가 회전 부재(31)의 홈과 결합되고 그루브(37) 상에 소정의 기체가 흐름에 따라서, 회전 부재(31)가 돌출부(38)를 중심으로 회전할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 기판 지지부(30)에 회전 부재(31)를 회전시키기 위한 소정의 가스가 공급되는 방식을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증착막 형성 장치(10)는 가스 공급부(80)를 포함할 수 있다. 가스 공급부(80)는 소정의 가스(예를 들어, N2 가스)를 가스 공급로(81)를 통해 제2 지지부(70) 내부로 공급할 수 있다.
제2 지지부(70) 내부에는 내부 공급로(70a)가 형성되어, 소정의 가스가 흐를 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 내부 공급로(70a)에 흐르는 소정의 가스는 내부 공급로(70a)와 연결된 제1 지지부(60) 내부의 내부 유로(60a)를 지나서 연결관(50)과 접하는 출구(60e)를 통해 연결관(50) 내에 형성된 연결 유로(52) 내로 흐른다. 연결 유로(52)는 복수의 기판 지지부(30) 간을 연결하여, 소정의 가스가 최상의 기판 지지부(30)까지 공급되도록 할 수 있다. 각각의 기판 지지부(30)에는 제3 유로(51)가 형성되어 제1 유로(52) 및 제2 유로(52a)에 소정의 가스가 공급되도록 할 수 있다.
도 5는 도 4의 "B" 부분을 확대하여 나타내는 도면이다. "B" 부분은 제2 지지부(70)에서 제1 지지부(60)로 소정의 가스가 흐르는 경로에 관한 부분이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지지부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 내부 공급로(70a)와 내부 유로(60a) 사이의 제1 지지부(60) 상에는 연결부(60c)가 될 수 있다. 연결부(60c)는 제1 지지부(60)의 회전 방향을 따라서 제1 지지부(60)의 외부에 오목 링 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 지지부(60)가 회전하더라도 내부 공급로(70a)로부터 공급되는 소정의 가스가 제1 지지부(60) 내부의 내부 유로(60a)로 흘러 들어갈 수 있다.
연결부(60c) 중 소정의 위치에는 내부 유로(60a)가 시작되는 입구(60d)가 형성될 수 있다. 제1 지지부(60)는 회전 가능하므로 입구(60d)의 위치도 회전할 수 있다. 그에 따라서, 내부 공급로(70a)와 입구(60d)의 위치가 서로 매치되지 않더라도, 내부 유로(60a)에서 배출되는 소정의 가스가 오목 링 형상의 연결부(60c)를 따라서 흐르다가 입구(60d)로 흘러 들어갈 수 있다. 연결부 (60c)의 상부와 하부를 따라서 실링 부재(65)가 배치되어 제1 지지부(60) 및 제2 지지부(70) 사이에서 소정의 가스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

  1. 복수의 기판 지지부를 포함하고,
    각각의 상기 기판 지지부 상에는 복수의 기판이 배치되며,
    각각의 상기 기판 지지부 상에는 상기 복수의 기판에 대응하는 복수의 회전 부재가 형성되고,
    상기 기판 지지부에는 상기 복수의 회전 부재 각각이 안착되기 위한 복수의 회전 부재 수용부가 형성되며, 상기 복수의 회전 부재 수용부 각각의 상부면에는 상기 회전 부재가 회전하도록 하기 위한 그루브가 형성되고,
    상기 복수의 회전 부재 각각이 상기 기판 지지부 내에서 회전함에 따라 각각의 상기 기판은 가스 포일(gas-foil) 방식에 의해 상기 기판 지지부 상에서 회전하며,
    상기 그루브에 소정의 가스를 공급하기 위한 유로가 각각의 상기 기판 지지부 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기판 지지부 각각은 회전 가능한 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그루브는 나선 형상인 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 회전 부재 수용부 각각의 상부면에는 돌출부가 형성되고,
    상기 복수의 회전 부재 각각은 상기 돌출부를 중심으로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 증착막 형성 장치.
KR1020140151371A 2014-11-03 2014-11-03 회전 부재를 포함하는 증착막 형성 장치 Expired - Fee Related KR101552229B1 (ko)

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