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KR102528559B1 - 대면적 기판 제조 장치 - Google Patents

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KR102528559B1
KR102528559B1 KR1020160094831A KR20160094831A KR102528559B1 KR 102528559 B1 KR102528559 B1 KR 102528559B1 KR 1020160094831 A KR1020160094831 A KR 1020160094831A KR 20160094831 A KR20160094831 A KR 20160094831A KR 102528559 B1 KR102528559 B1 KR 102528559B1
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KR
South Korea
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substrate
susceptor
etching
growth substrate
deposition
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김미현
김준연
탁영조
박영수
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 대면적 기판 제조 장치에 관한 것으로서, 성장 기판을 수용하는 증착 챔버 하우징; 상기 성장 기판 상에 대면적 기판을 형성하기 위하여 상기 증착 챔버 하우징 내부로 증착 가스를 공급할 수 있는 공급 노즐; 성장 기판을 지지할 수 있고 상기 성장 기판의 뒷면을 식각 가스에 노출시킬 수 있는 서셉터; 및 상기 서셉터에 연결되고 상기 식각 가스가 상기 증착 가스와 격리된 채 상기 성장 기판의 뒷면에 도달할 수 있도록 상기 식각 가스를 가이드하는 내부 라이너;를 포함하고, 상기 서셉터는 상기 성장 기판의 뒷면을 노출하기 위한 센터홀 및 상기 센터홀을 정의하는 내측 측벽으로부터 상기 센터홀의 중심을 향하여 돌출되고 상기 성장 기판을 지지할 수 있는 걸림턱을 갖는 대면적 기판 제조 장치를 제공한다. 본 발명의 기판 제조 장치를 이용하면 대면적의 기판을 멜트백이나 크랙 없이 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

대면적 기판 제조 장치 {Apparatus for manufacturing a large size substrate}
본 발명은 대면적 기판 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대면적의 기판을 멜트백이나 크랙 없이 제조할 수 있는 대면적 기판 제조 장치에 관한 것이다.
질화갈륨계 기판을 얻기 위하여 사파이어 기판을 널리 사용하지만 비싸고 대면적으로는 제조하기가 어렵다. 그에 대한 대안으로서 실리콘 기판의 사용이 제안되고 있으나, 열팽창 계수의 차이에 따른 응력과 그로 인한 손상 문제 등이 아직 해결되지 않고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 대면적의 기판을 멜트백이나 크랙 없이 제조할 수 있는 대면적 기판 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 대면적의 기판을 멜트백이나 크랙 없이 제조할 수 있는 프리스탠딩 기판의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 성장 기판을 수용하는 증착 챔버 하우징; 상기 성장 기판 상에 대면적 목표 기판을 형성하기 위하여 상기 증착 챔버 하우징 내부로 증착 가스를 공급할 수 있는 공급 노즐; 성장 기판을 지지할 수 있고 상기 성장 기판의 뒷면을 식각 가스에 노출시킬 수 있는 서셉터; 및 상기 서셉터에 연결되고 상기 식각 가스가 상기 증착 가스와 격리된 채 상기 성장 기판의 뒷면에 도달할 수 있도록 상기 식각 가스를 가이드하는 내부 라이너;를 포함하고, 상기 서셉터는 상기 성장 기판의 뒷면을 노출하기 위한 센터홀 및 상기 센터홀을 정의하는 내측 측벽으로부터 상기 센터홀의 중심을 향하여 돌출되고 상기 성장 기판을 지지할 수 있는 걸림턱을 갖는 대면적 기판 제조 장치를 제공한다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 제 1 기판 상에 제 2 기판의 물질막을 증착시킬 수 있는 증착 가스를 공급할 수 있도록 구성된 증착 섹션; 식각 가스를 이용하여 상기 제 1 기판을 식각하여 제거할 수 있는 식각 섹션; 상기 증착 섹션과 상기 식각 섹션 사이에 상기 제 1 기판을 지지할 수 있는 지지부; 및 상기 증착 및 식각을 제어할 수 있는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 증착을 상기 식각보다 먼저 개시하되 상기 증착의 수행 시기와 상기 식각의 수행 시기가 적어도 부분적으로 중첩되도록 할 수 있도록 구성된 프리스탠딩(free-standing) 기판의 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 기판 제조 장치를 이용하면 대면적의 기판을 멜트백이나 크랙 없이 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적의 기판을 제조할 수 있는 기판 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 서셉터 및 서셉터 커버와 기판들의 결합 관계를 보다 상세하게 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 서셉터 및 서셉터 커버와 기판들의 결합 관계를 보다 상세하게 나타낸 측단면도 및 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터 및 서셉터 커버와 기판들의 결합 관계를 보다 상세하게 나타낸 측단면도 및 평면도이다.
도 4b 내지 도 4e는 각각 걸림턱들의 다양한 모양을 나타내는 부분 사시도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 라이너 및 서셉터의 구성을 나타내는 개념적인 측단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 서셉터 커버들과 그에 따른 목표 물질막의 형태들을 나타낸 부분 측단면도들이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터 커버를 나타낸 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 서셉터 커버를 이용하였을 때의 식각 섹션을 개념적으로 나타낸 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터를 사용할 때 서셉터 커버와의 결합되는 모습을 개념적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 서셉터의 구조를 나타낸 단면 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 서셉터에 성장 기판이 안착되어 그 위에 목표 물질막 등이 형성된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 9c 및 도 9d는 성장 기판을 식각하여 제거함에 따른 변화를 나타낸 측단면도들이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대면적 기판 제조 장치를 개념적으로 나타낸 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스탠딩 기판의 제조 장치를 개념적으로 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 프리스탠딩 기판을 제조하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13a 내지 도 13c는 성장 기판 상에 목표 물질막을 형성하는 단계와 성장 기판을 식각하여 제거하는 단계의 시간적 순서를 나타낸 타이밍도들이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 프리스탠딩 기판을 제조하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적의 기판을 제조할 수 있는 기판 제조 장치(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 증착 챔버 하우징(120) 내에 성장 기판(1)이 수용되고, 상기 성장 기판(1) 위에 목표 물질막(3)이 형성될 수 있다.
상기 성장 기판(1)은 사파이어 기판, 실리콘 기판, GaAs 기판, SiC 기판, InP 기판, MgO 기판, MgAl2O4 기판, LiAlO2 기판, LiGaO2 기판 등이 사용될 수 있다. 다만, 대면적의 목표 물질막(3)을 형성하고자 하는 경우에는 가격이 저렴하면서 비교적 용이하게 제조할 수 있는 실리콘 기판이 이용될 수 있다.
여기서는 상기 성장 기판(1)이 4인치(약 10.16cm) 또는 이보다 큰 직경, 예컨대 약 4인치 내지 약 18인치의 직경을 갖는 것으로 가정하며 실리콘 기판이 사용되는 경우에 대하여 설명한다. 그러나, 통상의 기술자는 이보다 작은 직경의 성장 기판(1)이 사용될 수 있고, 또한 실리콘이 아닌 다른 물질로 된 성장 기판(1)이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한 상기 성장 기판(1)은 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 만일 상기 성장 기판(1)의 두께가 너무 얇으면 기계적 강도가 미흡할 수 있고 두께가 너무 두꺼우면 추후 식각을 통한 제거에 드는 시간이 길어져 생산성이 떨어질 수 있다.
상기 성장 기판(1) 위에 형성되는 목표 물질막(3)의 물질은 추후에 프리스탠딩 기판으로 제조하고자 하는 기판의 물질일 수 있다. 예를 들면 상기 목표 물질막(3)은 III족 질화물일 수 있으며 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일수 있다. 예를 들어, 상기 목표 물질막(3)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다.
상기 목표 물질막(3)은 예컨대 HVPE(hydride vapor phase epitaxy), MOVPE(metal organic vapor phase epitaxy), CVD(chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy)와 같은 방법들 중 임의의 적절한 방법에 의하여 상기 성장 기판(1) 위에 형성될 수 있다.
필요에 따라 상기 목표 물질막(3)을 형성하기 전에 버퍼층이 먼저 성장 기판(1) 위에 형성될 수 있다. 상기 버퍼층은 상기 성장 기판(1) 위에 성장되는 목표 물질막(3)과의 격자 상수 차이가 작은 물질로 형성될 수 있다. 이러한 버퍼층은 멜트백(meltback)을 방지하기 위한 것일 수 있다. 여기서 멜트백은 목표 물질막(3)을 성장 기판(1) 위에 성장시킬 때 성장 기판(1)의 물질이 직접 목표 물질막(3)의 물질과 접촉하는 경우 성장 기판(1)의 물질이 목표 물질막(3)으로 확산되어 혼입되는 현상이다.
상기 버퍼층은, 예를 들면, AlN, TaN, TiN, HfN, GaN, AlGaN 중 어느 하나로 형성되거나, 또는 AlN/AlGaN/GaN 3중층으로 이루어질 수 있다. 또한 버퍼층은, 예를 들어, 약 5nm 내지 50㎛ 두께로 형성될 수 있다. 버퍼층은 그 위에 성장되는 GaN층의 에피택시(epitaxy) 성장을 위한 것일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 버퍼층은 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition:금속유기화학증착)법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 성장 기판(1)의 가장자리 일부가 추후 설명될 서셉터 커버(114)에 의하여 덮일 수 있기 때문에 상기 성장 기판(1)의 직경과 상기 목표 물질막(3)의 직경이 반드시 일치하는 것은 아니다.
상기 성장 기판(1)은 서셉터(110)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 서셉터(110)는 상기 성장 기판(1)을 지지하면서 동시에 상기 성장 기판(1)의 뒷면을 식각 가스에 노출시킬 수 있다. 상기 서셉터(110)는 센터홀(CH)을 갖는 원환 형태를 가질 수 있다. 상기 서셉터(110)에 의하여 지지되는 성장 기판(1)은 상기 센터홀(CH)을 통하여 식각 가스에 노출될 수 있다. 상기 식각 가스는 예컨대 염소 가스(Cl2), 염화수소 가스(HCl) 등일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 서셉터(110)의 위에는 서셉터 커버(114)가 제공될 수 있다. 상기 서셉터 커버(114)는 상기 서셉터(110) 위에 증착 물질이 증착되는 것을 방지한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 서셉터(110)는 내부 라이너(112)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 내부 라이너(112)는 상기 서셉터(110)의 하부에 결합될 수 있으며 상기 내부 라이너(112) 내부에 형성되는 식각 분위기를 외부의 증착 분위기로부터 격리할 수 있다. 즉 상기 내부 라이너(112)는 공급 라인(140)을 통해 외부로부터 공급된 식각 가스가 유동되어 상기 성장 기판(1)의 뒷면까지 안내될 수 있다. 상기 성장 기판(1)의 뒷면에 이른 식각 가스는 상기 뒷면의 근방에 조성된 식각 반응 영역(110R)에서 성장 기판(1)과 반응하여 점진적으로 성장 기판(1)을 제거하게 된다.
상기 식각 반응을 통해 생성된 식각 생성물 가스는 상기 서셉터(110)에 형성된 출구 포트(110h)를 통해 상기 내부 라이너(112)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 내부 라이너(112)의 내부에는 확산판(116)이 더 제공될 수 있다. 상기 확산판(116)은 식각 가스가 상기 내부 라이너(112)의 전체 단면에 걸쳐 골고루 분포되어 상기 성장 기판(1)의 뒷면으로 공급될 수 있도록 한다.
상기 성장 기판(1)의 상부에는 목표 물질막(3)을 형성하는 데 사용되는 증착 가스를 공급하는 가스 공급 장치(130) 및 가스 노즐(132)이 제공될 수 있다. 상기 가스 공급 장치(130) 및 가스 노즐(132)을 통하여 목표 물질의 전구체 가스, 캐리어 가스, 반응 물질(reactant) 가스, 퍼지 가스 등이 동시에 또는 순차적으로 공급될 수 있다.
상기 목표 물질막(3)을 형성하는 데 사용되고 남은 가스, 그리고 상기 출구 포트(110h)를 통해 상기 내부 라이너(112)의 내부로부터 배출된 가스는 함께 배출 라인(150)을 통해 상기 기판 제조 장치(110)의 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 외부로 배출되는 이들 가스들은 파티클들과 같은 고체상의 이물질을 포획하기 위한 필터(160)를 거칠 수 있다.
상기 증착 반응과 상기 식각 반응은 순차적으로 수행될 수도 있고 동시에 수행될 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 증착 반응을 먼저 개시한 후 목표 물질막(3)이 어느 정도 형성된 시점부터 식각 반응이 개시될 수 있다. 상기 식각 반응은 상기 성장 기판(1)이 식각되어 모두 제거될 때까지 계속될 수 있다.
도 1에서 서셉터(110)와 내부 라이너(112)에 의하여 정의되는 공간은 식각 섹션으로 정의될 수 있다. 또, 도 1에서 상기 식각 섹션 외부로서 상기 증착 챔버 하우징(120)의 내부 공간은 증착 섹션으로 정의될 수 있다. 상기 증착 섹션과 상기 식각 섹션의 사이에 성장 기판(1)이 위치할 수 있다.
상기 성장 기판(1)(예컨대 실리콘 기판)은 그 위에 성장되는 목표 물질막(3)(예컨대 GaN 물질막)과 비교하여 격자 상수의 차이가 크고 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에 함께 냉각되면 상당한 응력이 목표 물질막(3)에 작용하여 크랙이 발생할 수 있다. 따라서 목표 물질막(3)이 생성되면서 또는 생성된 직후에 성장 기판(1)을 제거함으로써 크랙과 같은 불량이 없는 목표 물질막으로 된 프리스탠딩(free-standing) 기판을 얻을 수 있다.
도 2는 서셉터(110) 및 서셉터 커버(114a)와 기판들(1, 3)의 결합 관계를 보다 상세하게 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 서셉터(110) 및 서셉터 커버(114a)와 기판들(1, 3)의 결합 관계를 보다 상세하게 나타낸 측단면도 및 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 서셉터(110)의 중심에는 센터홀(CH)가 형성되어 있고, 상기 센터홀(CH)을 통하여 식각 가스가 상기 성장 기판(1)과 접촉하여 이를 식각할 수 있다. 식각의 결과 생성된 식각 생성물 가스가 출구 포트(110h)를 통하여 내부 라이너(112)(도 1 참조)의 외부로 배출되도록 하기 위하여 상기 출구 포트(110h)는 내측 측벽(110w)으로부터 상기 서셉터(110)의 외측 측벽까지 연장될 수 있다.
상기 서셉터(110)의 상기 센터홀(CH) 쪽 내측 측벽(110w) 상에는 걸림턱(110P_1)이 제공될 수 있다. 상기 걸림턱(110P_1)은 상기 내측 측벽(110w)으로부터 상기 센터홀(CH)의 중심을 향하여 돌출되며, 원주 방향으로 연장될 수 있다. 도 3에서 보는 바와 같이 상기 성장 기판(1) 및 목표 물질막(3)은 실질적으로 상기 걸림턱(110P_1)에 의하여 지지됨을 알 수 있다.
상기 걸림턱(110P_1)이 상기 성장 기판(1)과 오버랩되는 면적은 상기 성장 기판(1)의 전체 면적의 25% 이하일 수 있고, 또는 5% 이하일 수 있고, 또는 3% 이하일 수 있고, 또는 1% 이하일 수 있다.
도 2 및 도 3에서는 상기 걸림턱(110P_1)이 전체 원주에 걸쳐서 연장된 것으로 도시되었다. 그러나, 상기 걸림턱(110P_1)은 상기 내측 측벽(110w)의 전체 원주의 일부에 대해서만 부분적으로 연장될 수도 있다.
상기 성장 기판(1)이 식각 가스에 의하여 전부 식각된 후에는 상기 목표 물질막(3)만이 프리스탠딩 기판으로서 상기 걸림턱(110P_1) 상에 지지되어 잔존할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터(110a) 및 서셉터 커버(114b)와 기판들(1, 3)의 결합 관계를 보다 상세하게 나타낸 측단면도 및 평면도이다.
도 4a를 참조하면, 상기 내측 측벽(110w)으로부터 돌출되어 원주 방향으로 연장되는 걸림턱(110P_1) 대신 상기 내측 측벽(110w)으로부터 상기 센터홀(CH)의 중심을 향하여 기둥 형태로 연장되는 걸림턱(110P_2)이 제공될 수 있다.
상기 걸림턱(110P_2)은 기판들(1, 3)을 지지하기에 적합한 임의의 수로 제공될 수 있다. 예를 들면 상기 걸림턱(110P_2)은 3개 이상의 수도 제공될 수 있으며, 10개 이상, 또는 이보다 많이 제공될 수 있다.
도 4a에서 단면도는 평면도의 I-I' 단면을 나타낸다. 즉, 단면도는 상기 걸림턱(110P_2)이 양쪽 내측 측벽(110w)으로부터 돌출되는 형태를 나타내고 있다. 하지만 평면도에서 보는 바와 같이 이 경우에도 복수의 출구 포트들(110h)이 소정 위치에 배치되어 제공될 수 있다. 예컨대 일부 실시예들에 있어서, 상기 출구 포트들(110h)은 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 출구 포트들(110h)은 원주 방향을 따라 일정하지 않은 간격으로 배치될 수 있다.
도 4a에서 보는 바와 같이, 상기 성장 기판(1) 및 목표 물질막(3)은 실질적으로 상기 걸림턱(110P_2)에 의하여 지지됨을 알 수 있다.
도 3의 실시예에서와 같이 상기 성장 기판(1)이 식각 가스에 의하여 전부 식각된 후에는 상기 목표 물질막(3)만이 프리스탠딩 기판으로서 복수의 상기 걸림턱(110P_2) 상에 지지되어 잔존할 수 있다.
이 경우 걸림턱(110P_2)이 제공된 부분 외에는 식각 가스가 성장 기판(1)의 가장자리까지 직접 도달할 수 있기 때문에 보다 신속하게 성장 기판(1)의 제거가 이루어질 수 있다. 또한 걸림턱(110P_2)에 의하여 식각으로부터 가려지는 부분이 거의 없기 때문에 열팽창 계수 차이에 따른 응력의 잔존이 최소화될 수 있다.
도 2 및 도 3에서는 상기 서셉터(110)의 상부에 외측 가장자리를 따라 융기된 부분이 존재하고 상기 융기된 부분 안 쪽에 서셉터 커버(114a)가 안착된다. 한편, 도 4의 실시예에서는 서셉터(110a)의 상부 전체가 평탄하고, 상기 서셉터(110a)의 상부 표면에 대응하는 서셉터 커버(114b)가 제공될 수 있다.
이 경우 증착되는 물질로부터 상기 서셉터(110a)의 상부 표면 전체가 상기 서셉터 커버(114b)에 의해 보호될 수 있기 때문에 보다 효과적인 파티클 관리가 이루어질 수 있다.
도 4b 내지 도 4e는 각각 걸림턱들(110P_2_C, 110P_2_S, 110P_2_R, 110P_2_H)의 다양한 모양을 나타내는 부분 사시도들이다.
먼저 도 4b를 참조하면, 걸림턱(110P_2_C)은 원형의 단면을 갖는 기둥 형태를 가질 수 있다.
도 4c를 참조하면, 걸림턱(110P_2_S)은 사각형의 단면을 갖는 기둥 형태를 가질 수 있다.
도 4d를 참조하면, 걸림턱(110P_2_R)은 마름모의 단면을 갖는 기둥 형태를 가질 수 있다.
도 4e를 참조하면, 걸림턱(110P_2_H)은 육각형의 단면을 갖는 기둥 형태를 가질 수 있다.
통상의 기술자는 도 4b 내지 도 4e에 도시된 단면 형태 이외의 임의의 단면 형태, 예컨대 타원 단면, 삼각 단면 등을 갖는 기둥으로 걸림턱들이 제공될 수 있음을 이해할 것이다.
도 4c의 경우는 걸림턱(110P_2_S)이 그 위에 지지되는 성장 기판(1)과 면접촉을 하는 반면, 도 4b, 도 4d, 및 도 4e의 경우에는 걸림턱들(110P_2_C, 110P_2_R, 110P_2_H)이 그 위에 지지되는 성장 기판(1)과 선접촉을 하게 되는 차이점이 있다. 성장 기판(1)이 걸림턱들과 선접촉을 하면 면접촉을 하는 경우에 비하여 보다 신속하고 완전하게 식각에 의하여 제거될 수 있다.
특히, 도 4b, 도 4d, 및 도 4e에 도시된 바와 같은 걸림턱들(110P_2_C, 110P_2_R, 110P_2_H)의 센터홀(CH) 중심을 향하는 단부가 위쪽을 향하도록 걸림턱들(110P_2_C, 110P_2_R, 110P_2_H)이 소정 각도로 경사지게 제공될 수 있다. 이와 같이 걸림턱들(110P_2_C, 110P_2_R, 110P_2_H)이 경사진 경우에는, 성장 기판(1)이 걸림턱들과 점접촉을 하는 것도 가능하기 때문에 성장 기판(1)이 보다 신속하고 완전하게 식각에 의하여 제거될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 라이너(112) 및 서셉터(110a)의 구성을 나타내는 개념적인 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 내부 라이너(112)의 내부에 상기 성장 기판(1)을 상기 서셉터(110a)로부터 상승시킬 수 있는 리프팅 서포트(119)가 제공될 수 있다. 상기 리프팅 서포트(119)는 상기 내부 라이너(112)와 상하 방향으로 상대적으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 리프팅 서포트(119)는 자신이 상승함으로써 상기 성장 기판(1)을 상기 서셉터(110a)로부터 상승시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 리프팅 서포트(119)는 상승하지 않고 상기 내부 라이너(112)가 하강함으로써 상기 성장 기판(1)을 상기 서셉터(110a)로부터 상승시킬 수 있다.
상기 성장 기판(1)과 접촉하는 쪽의 상기 리프팅 서포트(119)의 단부는 셋 이상의 분지된(branched) 부분을 가질 수 있다. 도 5에서는 상기 성장 기판(1)을 지지하기 위하여 상기 리프팅 서포트(119)의 단부가 분지된 실시예를 도시하였지만, 다른 실시예에 있어서는 상기 성장 기판(1)을 지지하기 위하여 상기 리프팅 서포트(119)의 단부에 원판과 같은 다른 형태의 지지부가 제공될 수 있다.
이와 같이 리프팅 서포트(119)를 제공하고, 상기 리프팅 서포트(119)를 이용하여 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로부터 상승시킨 후 소정 각도만큼 회전시킨 후 다시 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로 하강시키면 도 4a 내지 도 4e에 도시한 바와 같은 걸림턱들(110P_2_C, 110P_2_S, 110P_2_R, 110P_2_H)에 의하여 가려지는 부분이 식각 가스에 노출되도록 할 수 있다.
따라서 상기 리프팅 서포트(119) 및/또는 상기 서셉터(110a)는 회전하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 리프팅 서포트(119)가 상승하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로부터 상승시키고 상기 리프팅 서포트(119)가 소정 각도 회전한 후 상기 리프팅 서포트(119)가 하강하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로 위치시킬 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 리프팅 서포트(119)가 상승하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로부터 상승시키고 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 소정 각도 회전한 후 상기 리프팅 서포트(119)가 하강하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로 위치시킬 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 하강하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로부터 상승시키고 상기 리프팅 서포트(119)가 소정 각도 회전한 후 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 상승하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로 위치시킬 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 하강하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로부터 상승시키고 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 소정 각도 회전한 후 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 상승하여 상기 성장 기판(1)을 서셉터(110a)로 위치시킬 수 있다.
위에서 설명한 리프팅 서포트(119) 및/또는 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)의 상승 및 하강은 소정 시간 간격으로 반복될 수 있다.
위에서는 리프팅 서포트(119)가 상승 및 하강하거나 그렇지 않다면 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)가 상승 및 하강하는 것으로 설명하였으나, 통상의 기술자는 리프팅 서포트(119)가 상승 및 하강할 수 있으면서 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)도 상승 및 하강 가능하도록 구성되어 서로 독립적으로 상승 또는 하강함으로써 보다 신속한 리프팅이 일어나도록 할 수 있다.
상기 상승 및 하강, 그리고 상기 회전은 리프팅 서포트 컨트롤러(119C)에 의하여 제어될 수 있다. 통상의 기술자는 적절한 제어 방법 및 액추에이터를 이용하여 상기 리프팅 서포트(119)의 회전과 상승 및 하강, 그리고 상기 서셉터(110a) 및 상기 내부 라이너(112)의 회전과 상승 및 하강을 제어할 수 있을 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 서셉터 커버들(114b, 114c)과 그에 따른 목표 물질막(3, 3')의 형태들을 나타낸 부분 측단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 서셉터 커버(114b)가 성장 기판(1)과 오버랩되지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 상기 서셉터 커버(114b)를 통하여 상기 성장 기판(1)의 상부 표면 전부가 노출되고, 노출된 상기 상부 표면 위에 목표 물질막(3)이 형성된다. 이와 같이 서셉터 커버(114b)의 내경이 성장 기판(1)의 직경보다 더 큰 구성을 커버-아웃(cover-out) 구성이라고 한다.
이 때, 상기 성장 기판(1)의 바깥쪽 가장자리와 상기 서셉터 커버(114b)의 안쪽 가장자리 사이의 거리(D1)이 너무 크면 상기 성장 기판(1)의 바깥쪽 가장자리와 상기 서셉터 커버(114b)의 안쪽 가장자리 사이의 공간을 통해 식각 생성물 가스가 누출될 가능성이 있다.
식각 생성물 가스는 미반응의 식각 가스를 다소간 포함하고 있기 때문에 상기 거리(D1)의 틈을 갖는 공간을 통해 누출된 후 다시 목표 물질막(3)의 표면으로 확산되거나 대류되어 목표 물질막(3)의 표면을 식각할 수 있다. 이는 목표 물질막(3)의 표면을 손상시키기 때문에 바람직하지 않으며, 그렇기 때문에 이러한 식각 생성물 가스의 누출을 방지하기 위해, 상기 성장 기판(1)의 바깥쪽 가장자리와 상기 서셉터 커버(114b)의 안쪽 가장자리 사이의 거리(D1)를 5 mm 이하가 되도록 할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 서셉터 커버(114c)가 성장 기판(1)과 오버랩되는 것을 볼 수 있다. 즉, 상기 서셉터 커버(114c)를 통하여 상기 성장 기판(1)의 가장자리를 제외한 상부 표면이 노출되고, 노출된 상기 상부 표면 위에 목표 물질막(3')이 형성된다. 이와 같이 서셉터 커버(114c)의 내경이 성장 기판(1)의 직경보다 더 작은 구성을 커버-인(cover-in) 구성이라고 한다.
이와 같이 서셉터 커버(114c)가 상기 성장 기판(1)의 가장자리를 덮으면, 식각 생성물 가스의 누출로 인한 목표 물질막(3')의 식각은 실질적으로 방지될 수 있다. 다만, 상기 서셉터 커버(114c)의 안쪽 가장자리에서의 증착 반응이 상대적으로 미진하게 일어나서 도 6b에 도시된 바와 같이 기울어진 계면을 가지면서 목표 물질막(3')이 형성될 수 있다.
즉, 상기 서셉터 커버(114c)와 상기 성장 기판(1)의 중첩되는 부분이 너무 넓으면 유효하게 형성되는 목표 물질막(3')의 넓이가 급격히 작아지기 때문에 상기 중첩되는 부분을 최소화할 필요가 있다. 상기 목표 물질막(3')의 유효 면적을 충분히 확보하기 위해 상기 서셉터 커버(114c)와 상기 성장 기판(1)이 중첩되는 부분의 폭(D2)을 5 mm 이하가 되도록 할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터 커버(114d)를 나타낸 사시도이다. 도 7b는 도 7a의 서셉터 커버(114d)를 이용하였을 때의 식각 섹션을 개념적으로 나타낸 측단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 서셉터 커버(114d)는 주된 몸체를 이루는 평판부(114s)와, 상기 평판부(114s)의 하부 표면에서 소정 두께를 가지면서 반지름 방향으로 연장되는 다리부(114leg)를 가질 수 있다.
상기 서셉터 커버(114d)가 상기 서셉터(110a) 위에 안착되면 상기 다리부(114leg)가 상기 평판부(114s)를 지지하면서, 이웃하는 다리부들(114leg) 사이에서 상기 평판부(114s)와 서셉터(110a)의 사이에 공간이 형성된다.
식각 생성물 가스는 출구 포트(110h)를 통해서도 배출 가능하지만(VENT1), 상기 서셉터 커버(114d)를 사용함으로써 상기 평판부(114s)와 서셉터(110a)의 사이에 공간을 통해서도 식각 생성물 가스의 배출이 가능해지기 때문에(VENT2) 보다 신속하게 식각 생성물 가스를 배출하는 것이 달성된다.
뿐만 아니라, 도 7b에 표시된 VENT1과 VENT2를 통해 신속하게 식각 생성물 가스가 배출되기 때문에 성장 기판(1)의 측면을 통한 배출(VENT3)이 현저히 저감되어 목표 물질막(3)의 품질을 저하시키는 현상이 크게 감소될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터(110a')를 사용할 때 서셉터 커버(114b)와의 결합되는 모습을 개념적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 도 7a 및 도 7b의 다리부(114leg)에 대응되는 복수의 지지 돌기들(110x)이 상기 서셉터(110a')의 상부면에 형성되어 있다. 따라서 서셉터 커버(114b)는 다리부(114leg)가 불필요할 수 있다.
도 8의 서셉터(110a')로부터 얻어지는 효과는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일하기 때문에 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 9a는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 서셉터(110b)의 구조를 나타낸 단면 사시도이다. 도 9b는 도 9a의 서셉터(110b)에 성장 기판(1)이 안착되어 그 위에 목표 물질막(3) 등이 형성된 모습을 나타낸 평면도이다. 도 9c 및 도 9d는 성장 기판(1)을 식각하여 제거함에 따른 변화를 나타낸 측단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 상기 서셉터(110b)의 내측 측벽(110w)에는 걸림턱(110P)가 제공될 수 있다. 상기 걸림턱(110P)은 상기 내측 측벽(110w) 상에서 돌출되어 원주 방향으로 연장되는 제 1 부분(110P_1a), 그리고 상기 제 1 부분(110P_1a)으로부터 상기 센터홀(CH)의 중심을 향하여 기둥 형태로 연장되는 제 2 부분(110P_2a)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 부분(110P_1a)은 제 1 부분 측벽(110P_1w)을 갖고, 상기 제 2 부분(110P_2a)은 제 2 부분 측벽(110P_2w)을 갖는다. 성장 기판(1)은 상기 걸림턱(110P) 위에 위치될 수 있다.
여기서는 멜트백을 방지하기 위한 소정의 구조를 갖는 기판을 성장시키는 것을 예로 들어서 설명한다. 이를 위하여 우선 성장 기판(1) 위에 성장되는 각 층들의 구성을 설명한다.
우선 도 9c를 참조하면, 성장 기판(1) 위에 버퍼층(2)을 형성한다. 버퍼층(2)의 물질, 형성 방법, 형성 목적, 치수 등은 도 1을 참조하여 앞에서 설명하였으므로 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.
버퍼층(2) 상으로 소정 두께의 절연층을 형성한다. 상기 절연층은 CVD, 스프터링, 또는 증발법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 절연층의 두께는 대략 수 nm 내지 수십 ㎛ 일 수 있다. 상기 절연층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 알루미나, 하프늄 산화물 등으로 형성될 수 있다.
반도체 공정의 포토리소그래피(photolithography)로 상기 절연층을 패터닝하여 버퍼층(2) 상면의 테두리 영역에 절연층 패턴(4)을 형성한다. 절연층 패턴(4)은 원형 띠 형상일 수 있다. 상기 절연층의 패터닝은 습식 식각 또는 건식 식각으로 수행될 수 있다. 절연층 패턴(4)의 띠의 폭은 대략 0.5 mm 내지 5 mm일 수 있다. 절연층 패턴(4)은 상기 버퍼층 상면의 테두리 영역에 형성된 크랙을 덮도록 형성할 수 있다.
버퍼층(2) 상에 HVPE법을 이용하여 목표 물질막(3) 예컨대 GaN층을 성장할 수 있다. HVPE 방법을 사용시 MOCVD 방법에 비해서 GaN의 성장속도가 빠르므로, 대면적으로 두꺼운 GaN 성장을 위해 HVPE 방법이 사용될 수 있다. HVPE 반응기 내에서, HCl과 Ga 금속을 반응시켜 GaCl을 형성한 후, GaCl을 NH3와 반응시켜 버퍼층(2)상에 목표 물질막(3) 예컨대 GaN층을 성장할 수 있다.
상기 목표 물질막(3)의 성장 온도는 대략 950 ℃ 내지 1100 ℃ 일 수 있다. 상기 목표 물질막(3)의 두께는 5㎛ 내지 2mm 일 수 있다.
HVPE방법에 의해 버퍼층(2) 상에는 단결정의 목표 물질막(3), 예컨대 GaN층이 성장되나, 절연층 패턴(4) 상에는 다결정질의 물질막(5), 예컨대 다결정질의 GaN층이 형성된다.
단결정 목표 물질막(3)과 다결정 물질막(5)은 쉽게 박리가 일어날 수 있다. 다결정 물질막(5)을 단결정 목표 물질막(3)으로부터 쉽게 뗄 수가 있다. 이 때, 절연층 패턴(4) 상의 다결정 물질막(5)과 절연층 패턴(4) 하부의 버퍼층(2)의 해당 부분이 쉽게 떨어진다.
도 9b 및 도 9c를 참조하면, 상기 절연층 패턴(4)의 내측 가장자리, 다시 말해 상기 단결정 목표 물질막(3)과 다결정 물질막(5) 사이의 경계가 상기 제 2 부분(110P_2a)의 상부에 배치될 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이 단결정 목표 물질막(3)과 다결정 물질막(5)이 서로 박리되더라도 단결정의 상기 목표 물질막(3)은 상기 제 2 부분(110P_2a)에 의하여 지지될 수 있다.
또한 도 9b에서 보는 바와 같이 성장 기판(1)과 제 1 부분(110P_1a)이 원주 방향을 따라 서로 떨어지지 않고 접촉하기 때문에, 성장 기판(1)을 식각하는 가스가 상기 목표 물질막(3)의 상부로 잘 누출되지 않는다. 따라서 손상이 없는 우수한 품질의 프리스탠딩 기판을 얻을 수 있다.
도 9c 및 도 9d를 참조하면, 버퍼층(2) 및 절연층 패턴(4)이 형성되어 있는 성장 기판(1)을 서셉터(110b)로 지지한 후 예를 들면 HVPE와 같은 방법을 이용하여 목표 물질막을 형성하면 단결정의 목표 물질막(3)과 함께 다결정질의 물질막(5)도 생성된다.
이와 함께 또는 순차적으로 상기 성장 기판(1)을 식각 가스로 제거할 수 있다. 상기 식각 가스로 상기 성장 기판(1)을 점진적으로 제거할 수 있으며, 종국적으로는 도 9d에 도시된 바와 같이 성장 기판(1)이 모두 사라지고 버퍼층(2)이 최하부 층을 이룰 수 있다.
그러면 앞서 설명한 바와 같이 상기 단결정 목표 물질막(3)과 다결정 물질막(5) 사이의 경계, 도 9d에서는 "CR"로 표시한 부분에서 분리가 일어날 수 있다. 그러면 단결정의 목표 물질막(3) 자체가 하나의 프리스탠딩 기판이 될 수 있으며 상기 제 2 부분(110P_2a)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 성장 기판(1)을 구성하는 원소가 버퍼층(2)에 형성된 크랙을 통해 확산되는 멜트백 현상은 주로 성장 기판(1)의 가장자리 쪽에서 많이 일어난다. 본 실시예에서는, 멜트백이 빈번하게 발생하는 영역에 절연층 패턴(4)을 형성하여 나중에 제거되도록 함으로써, 추후 얻어지는 프리스탠딩 기판에는 결과적으로 멜트백 현상이 현저히 저감되거나 예방될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대면적 기판 제조 장치(200)를 개념적으로 나타낸 측단면도이다.
도 10에 나타낸 실시예는 내부 라이너(112) 내에 식각 생성물 가스를 배출하기 위한 배기 튜브(201)를 더 포함하는 점에서 도 1에 나타낸 실시예와 차이가 있고 대부분의 사항은 공통된다. 따라서 여기서는 도 1에 나타낸 실시예와 대비하여 차이가 나는 점을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 상기 내부 라이너(112) 내에 배기 튜브(201)가 제공된다. 상기 배기 튜브(201)는 식각 생성물 가스를 수집하여 외부로 배출하는 통로로서의 역할을 할 수 있다.
상기 배기 튜브(201)의 상기 성장 기판(1)의 뒷면을 마주하는 쪽의 단부에는 배플판(203)이 제공될 수 있다. 상기 배플판(203)은 상기 배기 튜브(201)의 말단 가장자리로부터 방사상으로 연장될 수 있다. 특히, 상기 배플판(203)은 상기 배기 튜브(201)의 중심축으로부터 멀어질수록 상기 성장 기판(1)과의 거리가 멀어지도록 기울어져 있을 수 있다.
이와 같이 상기 배플판(203)이 경사지도록 제공되는 이유는 상기 성장 기판(1)의 중심 쪽에서 식각과 관련된 반응이 상대적으로 더 활발하게 일어나고, 성장 기판(1)의 가장자리쪽으로 갈수록 식각과 관련된 반응이 상대적으로 덜 활발하게 일어나기 때문일 수 있다.
기타 다른 이유로 상기 배플판(203)의 각도가 조절될 수 있으며, 필요하다면 오히려 상기 배기 튜브(201)의 중심축으로부터 멀어질수록 상기 성장 기판(1)과의 거리가 가까워지도록 기울어져 있을 수도 있다.
식각 생성물 가스는 배플판(203)과 배기 튜브(201)를 포함하는 배기관(210)을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 특히 식각 생성물 가스는 식각 생성물 가스 내에 포함될 수 있는 파티클들과 같은 고체상의 이물질을 포획하기 위한 필터(260)를 거칠 수 있다.
도 1의 실시예에서는 식각 생성물 가스가 증착 섹션으로부터 배출되는 가스와 함께 필터(160)을 거치도록 되어있기 때문에 필터(160)의 정비 주기가 비교적 짧다. 하지만 도 10의 실시예에서는 식각 생성물 가스가 별도의 필터인 필터(260)을 거치고, 증착 섹션으로부터 배출되는 가스만 필터(160)을 거치므로 상대적으로 필터들(160, 260)의 정비 주기가 길다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스탠딩 기판의 제조 장치(300)를 개념적으로 나타낸 모식도이다.
도 11을 참조하면, 상기 프리스탠딩 기판의 제조 장치(300)는 크게 두 부분으로 구분될 수 있다. 즉, 상기 프리스탠딩 기판의 제조 장치(300)는 서셉터(110a) 상에 지지된 기판 상에 물질막을 증착하는 증착 섹션(D), 그리고 서셉터(110a) 상에 지지된 기판을 인 시투(in situ)로 제거하기 위한 식각 섹션(E)의 두 부분으로 나뉠 수 있다.
상기 식각 섹션(E)은 도 1 및 도 10에서 내부 라이너(112)와 서셉터(110, 110a, 110b)에 의하여 정의되는 공간에 대응될 수 있다. 상기 증착 섹션(D)은 도 1 및 도 10에서 증착 챔버 하우징(120) 내부의 공간으로서 내부 라이너(112)의 외부에 해당하는 공간에 대응될 수 있다. 도 11은 식각 섹션(E)과 증착 섹션(D)을 개념적으로 도시한 것에 불과하므로 도 1 및 도 10에 예시된 물리적인 형태와는 상이할 수 있다.
상기 식각 섹션(E)과 증착 섹션(D)의 사이에는 성장 기판(1)을 지지하며 지지할 수 있는 지지부로서 서셉터(110a)가 제공될 수 있다. 즉 상기 서셉터(110a) 상에 지지되는 성장 기판(1)은 상기 식각 섹션(E)과 증착 섹션(D)을 분리하는 역할을 할 수 있다. 또한 상기 성장 기판(1)의 증착 섹션(D)과 마주하는 쪽의 표면에서는 물질막, 예컨대 GaN 물질층의 증착이 수행되고, 한편 상기 성장 기판(1)의 식각 섹션(E)과 마주하는 쪽의 표면에서는 성장 기판(1)의 식각이 일어날 수 있다.
이러한 과정은 상기 식각 섹션(E)과 증착 섹션(D)에 모두 연결된 컨트롤러(301)에 의하여 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 식각 섹션(E)에서의 식각과 증착 섹션(D)에서의 증착은 실질적으로 서로 독립적으로 수행될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 증착 섹션(D)에서의 증착의 개시 시점이 식각 섹션(E)에서의 식각의 개시 시점보다 앞서는 점을 제외하면 실질적으로 서로 독립적으로 수행될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 프리스탠딩 기판을 제조하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 증착 챔버 하우징 내에 성장 기판을 제공한다(S110). 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 증착 챔버 하우징(120) 내에, 보다 구체적으로 상기 증착 챔버 하우징(120) 내의 서셉터(110) 상에 성장 기판이 제공될 수 있다. 상기 성장 기판은 성장 기판으로 불릴 수도 있으며, GaN 기판과 같은 목적하는 프리스탠딩 기판을 제조하기 위한 기저를 제공한다.
이어서 성장 기판 상에 목표 물질막을 형성한다(S120). 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 성장 기판(1) 상에 예컨대 HVPE와 같은 방법을 이용하여 목표 물질막(3)을 형성할 수 있다. 상기 목표 물질막(3)은 예를 들면 GaN 물질막일 수 있으며, 상세한 사항은 도 1을 참조하여 설명하였으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
또한 상기 성장 기판(1)을 식각하여 제거할 수 있다(S130). 도 12에서는 성장 기판(1) 상에 목표 물질막(3)을 형성하는 단계(S120)에 후속하여 성장 기판(1)을 식각하여 제거하는 단계(S130)를 수행하는 것으로 도시되었다. 그러나 반드시 목표 물질막(3)을 형성하는 단계(S120)가 종료된 후에 성장 기판(1)을 식각하여 제거하는 단계(S130)를 수행해야 하는 것은 아닐 수 있다. 이와 관련하여서는 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 13a 내지 도 13c는 성장 기판(1) 상에 목표 물질막(3)을 형성하는 단계(S120)와('증착') 성장 기판(1)을 식각하여 제거하는 단계(S130)('식각')의 시간적 순서를 나타낸 타이밍도들이다.
도 13a를 참조하면, 증착 공정이 시간 t1에 개시하여 시간 t2에 종료할 수 있다. 한편, 식각 공정은 상기 시간 t2보다 이후에 개시하여 소정 시간이 경과하여 성장 기판(1)의 식각이 완료되면 식각 공정을 종료한다. 다시 말해, 도 13a의 타이밍도는 목표 물질막(3)의 형성을 완료한 후에 성장 기판(1)의 제거를 시작하는 경우를 나타낸다.
도 13b를 참조하면, 증착 공정이 시간 t1에 개시하여 시간 t2에 종료할 수 있다. 식각 공정은 증착 공정이 종료되기 전에 개시하며, 증착 공정이 종료되는 시간 t2로부터 소정 시간이 경과한 후 식각 공정이 종료된다. 바꾸어 말하면, 도 13b의 타이밍도는 목표 물질막(3)의 형성이 완료되기 전에 성장 기판(1)의 식각을 개시하고, 목표 물질막(3)의 형성이 완료되고 소정 시간이 경과한 후에 성장 기판(1)의 식각이 완료되는 경우를 나타낸다.
도 13c를 참조하면, 위에서와 같이 증착 공정이 시간 t1에 개시하여 시간 t2에 종료할 수 있다. 식각 공정은 증착 공정이 종료되기 전에 개시하며, 증착 공정이 종료되는 시간 t2 이전에 식각 공정이 종료된다. 도 13c의 타이밍도는 목표 물질막(3)의 형성이 완료되기 전에 성장 기판(1)의 식각을 개시하고, 목표 물질막(3)의 형성이 완료되기 전에 성장 기판(1)의 식각이 완료되는 경우를 나타낸다. 즉, 목표 물질막(3)이 어느 정도 형성되었을 때 이를 지지하는 성장 기판(1)의 제거를 개시하여 상기 목표 물질막(3)이 미처 전부 형성되기도 전에 성장 기판(1)의 제거가 완료되는 경우이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 목표 물질막(3)을 형성하는 단계(S120)가 종료된 후에 성장 기판(1)을 식각하여 제거하는 단계(S130)를 수행할 필요는 없다. 다만, 성장 기판(1)의 식각을 개시하는 시점은 어느 정도 목표 물질막(3)이 형성된 이후이어야 하기 때문에 시간 t1의 이후일 필요가 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 프리스탠딩 기판을 제조하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 14를 참조하면, 증착 챔버 하우징 내에 제 1 기판을 제공한다(S210). 상기 제 1 기판은 도 12를 참조하여 설명한 성장 기판(1)에 대응될 수 있다. 따라서 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
이어서 상기 제 1 기판 상에 제 2 기판의 물질막을 형성한다(S220). 상기 제 2 기판의 물질막은 상기 제 1 기판과 추후 생성될 제 3 기판의 물질막의 사이에서 이들의 에피택셜 성장이 낮은 결함밀도로 잘 일어날 수 있도록 매개할 수 있는 물질막일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 기판의 물질막의 격자 상수가 상기 제 1 기판의 격자 상수와 추후 생성될 제 3 기판의 격자 상수의 중간값이 되도록 제 2 기판의 물질막의 종류가 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 3 기판의 물질막이 GaN 물질막이라고 가정하면 제 2 기판의 물질막은, 예컨대 AlN, AlGaN, InGaN 등일 수 있다.
이어서 상기 제 2 기판의 물질막 상에 제 3 기판의 물질막을 형성한다(S230). 상기 제 3 기판의 물질막은 도 12를 참조하여 설명한 목표 물질막(3)에 대응될 수 있다. 따라서 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
이어서 제 1 기판을 식각하여 제거한다(S240). 상기 제 1 기판의 식각을 통한 제거는 도 12를 참조하여 설명하였으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
이어서 제 2 기판을 식각하여 제거한다(S250). 상기 제 2 기판의 식각 및 제거도 제 1 기판과 실질적으로 동일한 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예컨대 상기 제 2 기판의 노출된 면을 식각 가스, 예컨대 Cl2 가스 및/또는 HCl 가스와 접촉시킴으로써 제 2 기판을 제거할 수 있다.
도 12를 참조하여 설명한 실시예와 마찬가지로, 도 14에서 도시한 각 단계들도 수행 순서가 엄격하게 준수될 필요는 없다. 예를 들면, 도 14에서는 (제 1 기판 제공)→(제 2 기판 물질막 형성)→(제 3 기판 물질막 형성)→(제 1 기판 제거)→(제 2 기판 물질막 제거)의 순서로 진행되는 것을 도시하고 있지만, (제 1 기판 제공)→(제 2 기판 물질막 형성)→(제 1 기판 제거)→(제 3 기판 물질막 형성)→(제 2 기판 물질막 제거)의 순서로 진행될 수도 있다. 또한 각 단계들은 시간적으로 오버랩되면서 수행될 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다
1: 성장 기판 2: 버퍼층
3: 목표 물질막 110, 110a, 110b: 서셉터
110h: 출구 포트 110P, 110P_1, 110P_2: 걸림턱
110w: 내측 측벽 112: 내부 라이너
114, 114a, 114b, 114c, 114d: 서셉터 커버
116: 확산판 119: 리프팅 서포트
120: 증착 챔버 하우징 130: 가스 공급 장치
132: 가스 노즐 140: 공급 라인
150: 배출 라인 160, 260: 필터
201: 배기 튜브 203: 배플판

Claims (10)

  1. 성장 기판을 수용하는 증착 챔버 하우징;
    상기 성장 기판 상에 대면적 목표 기판을 형성하기 위하여 상기 증착 챔버 하우징 내부로 증착 가스를 공급할 수 있는 공급 노즐;
    성장 기판을 지지할 수 있고 상기 성장 기판의 뒷면을 식각 가스에 노출시킬 수 있는 서셉터; 및
    상기 서셉터에 연결되고 상기 식각 가스가 상기 증착 가스와 격리된 채 상기 성장 기판의 뒷면에 도달할 수 있도록 상기 식각 가스를 가이드하는 내부 라이너;를 포함하고,
    상기 서셉터는 상기 성장 기판의 뒷면을 노출하기 위한 센터홀 및 상기 센터홀을 정의하는 내측 측벽으로부터 상기 센터홀의 중심을 향하여 돌출되고 상기 성장 기판을 지지할 수 있는 걸림턱을 가지며,
    상기 서셉터는 상기 성장 기판을 식각시킴으로써 생성된 식각 생성물 가스를 상기 내부 라이너로부터 배출할 수 있는 출구 포트를 가지며, 상기 출구 포트는 상기 서셉터를 관통하여 상기 내측 측벽으로부터 외측 측벽까지 연장되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸림턱은 상기 내측 측벽 상에서 돌출되어 원주 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸림턱은 상기 내측 측벽으로부터 상기 센터홀의 중심을 향하여 기둥 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터는 원주 방향을 따라 배치된 복수의 출구 포트들을 구비하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸림턱은 상기 내측 측벽 상에서 돌출되어 원주 방향으로 연장되는 제 1 부분 및 상기 제 1 부분으로부터 상기 센터홀의 중심을 향하여 기둥 형태로 연장되는 제 2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 성장 기판은 윗면 가장자리를 따라 소정 폭의 절연층 패턴을 갖고,
    상기 절연층 패턴의 내측 가장자리가 상기 제 2 부분의 상부에 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 라이너 내에 상기 성장 기판을 식각시킴으로써 생성된 식각 생성물 가스를 내부 라이너로부터 배출할 수 있는 배기 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판 제조 장치.
  10. 제 1 기판 상에 제 2 기판의 물질막을 증착시킬 수 있는 증착 가스를 공급할 수 있도록 구성된 증착 섹션;
    식각 가스를 이용하여 상기 제 1 기판을 식각하여 제거할 수 있는 식각 섹션;
    상기 증착 섹션과 상기 식각 섹션 사이에 위치하며, 상기 제 1 기판을 지지할 수 있는 서셉터로서, 상기 서셉터는 상기 제1 기판을 식각시킴으로써 생성된 식각 생성물 가스를 배출할 수 있는 출구 포트를 가지며, 상기 출구 포트는 상기 서셉터를 관통하여 상기 서셉터의 내측 측벽으로부터 외측 측벽까지 연장되는, 상기 서셉터; 및
    상기 증착 및 식각을 제어할 수 있는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 증착을 상기 식각보다 먼저 개시하되 상기 증착의 수행 시기와 상기 식각의 수행 시기가 적어도 부분적으로 중첩되도록 할 수 있도록 구성된 프리스탠딩(free-standing) 기판의 제조 장치.
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