| 초록 |
최종목표 개발 최종 목표 : 진공브레이징을 이용한 GaN MOCVD용 GDP 개발 진공브레이징을 이용한 GaN MOCVD GDP의 장점 - 기계 가공의 한계를 극복할 수 있는 다양한 형상의 제품 제작 가능 - 복잡한 형상을 단순하게 제작 - 5 Step의 다 단계 진공 브레이징 개발 - LED 제작 공정 변수의 다양성 확보 - 정밀 가공과 진공브레이징 접합 부품의 적용 분야 극대화 개발내용 및 결과 1. 기술개발 내용 주관기관 ⓛ 진공브레이징 접합형 GDP 설계 ② 브레이징 Jig 개발 ③ 5 Step 진공 브레이징 공법 개발 ④ 시험샘플 개발 ⑤ 가스분사구 5/100mm 공차 GDP 개발 ⑥ 진공 압력에 견딜 수 있는 GDP 개발 ⑦ 냉각수의 leak이 없는 GDP 개발 ⑧ 열응력에 의한 변형이 없는 GDP 개발 ⑨ 파티클이 없는 GDP 개발 위탁기관 ① GDP 설계 모델링 ② 브레이징 강도 설계 및 평가분석 ③ 성능 Test 및 평가 ④ GDP 가스 토출에 따른 압력, 유량, 유속의 Simulation ⑤ 성능 Test 및 평가 ⑥ Jig 제작(시험검사, Polishing, 세정 jig) 1) 진공브레이징 접합형 GDP 개발 - Miniature 제작 2) Proto type 제품 개발 기술개발 배경 1. 기술개발 필요성 1) 개발제품의 용도 LED 증착 장비인 MOCVD의 GDP이며 공정에 필요한 2개 이상의 Gas를 각각 독립된 경로를 통해 공정챔버로 공급되도록 구성된다. 또한 공급된 가스는 공정챔버내에서 iocxtc 이상의 고온으로 Gas를 분해하여 사파이어 웨이퍼 위에 공정에 필요한 물질인 GaN층을 성장시키도록 한 장치이다. 이때 공정챔버내에 공급되어진 웨이퍼는 수개로 구성이 되며 각각의 웨이퍼에 균일하게 GaN층이 성장되도록 가스가 공급되도록 구성이 되어야 한다. 2) 개발제품의 구조 그림 1.은 공정챔버와 Lid의 구조를 보여준다. 상부의 Lid내에 GDP가 조립되어 공정 Gas의 흐름을 제어한다. 그림 2.는 GDP의 모양이다. 그림에서와 같이 제품의 측면을 통해 공급되어진 Alkyl(Ga(CH 3 , In(CH) 3 )은 공정챔버내의 압력차이에 의하여 챔버내로 Gas가 흐르는 구조이며 상부에서 공급되는 Alkyl 과는 별도의 독립 루트로 공급되어진 Hydride(NH 3 )는 공정챔버 내에서 Alkyl과 반응하여 GaN을 형성하여 wafer에 GaN층을 성장시킨다. 이때,Alkyl과 Hydride gas의 원활한 흐름을 위해 Carrier gas인 H 2 나 N 2 를 동시에 흐를 수 있도록 한다. 3) 개발제품의 특성 Alkyl과 Hydride gas를 분해하여 GaN을 얻어내는 데는 약 1000℃의 고온이 필요하다. 이 온도의 열원은 공정챔버의 하부에 장착되어진 히터에 의하며 그 공정온도에 의한 제품의 손상과 변형을 방지하기 위해 GDP 내부에 Coolant를 공급하여 GDP를 보호한다. 또한 Alkyl과 Hydride는 좋은 반응성으로 인하여 공정 챔버로 공급되기 전 서로 화학반응이 발생하지 않도록 Alkyl과 Hydride를 별개의 가스공급 루트로 공급되어 공정챔버 내에서만 반응한다. 고온 뿐 아니라 부식 환경이 조성될 수 있으므로 고온에 견디며 내 부식성이 있는 재료를 사용한다. 이에 대한 GDP의 형태는 그림 2. 와 같다. 4) 개발 방향 이미 개발된 기존 제품이 가지는 한계점은 기계가공 방식이 제한되어 제한된 형상의 GDP 만이 생산된다. 이때 제한되어지는 형상은 주로 가스 토출부의 Injector부의 형상들인데 이러한 제한된 형상의 Injector는 GaN층을 성장시킬 때, 가스의 공정변수들을 제한적으로 운용할 수 밖에 없다. 가스의 주요 공정 변수는 가스의 유속,가스의 압력,가스의 유량등을 들 수 있는데 기존 개발 제품에서는 GDP Injector부의 고정된 형태로 인하여 공정변수들을 자유로이 변경할 수 없는 특성이 있다. 이에 대한 공정 변수들을 변경하기 위해서는 GDP Injector의 형태를 변경시켜야 하는데 이는 Gas가 흐르는 영역의 형태 변화가 필수적이다. 이 영역의 형태 변화는 가공 방식의 변화가 있어야 가능하며 금번 과제의 목적은 기계 가공 방식의 변경으로 Gas가 흐르는 영역의 형태를 변경하고자 한다. 이에 대한 최종의 효과로는 GaN층의 공정 변수들을 독립적으로 제어하기 위함이다. 이때 나타나는 기대효과로는 a) Alkyl과 Hydride gas 유속의 독립적 제어 b) Alkyl과 Hydride gas 유압의 독립적 제어 c) Alkyl과 Hydride gas 유량의 독립적 제어 d) 각 영역별 gas의 유속, 유압,유량의 제어이다. 핵심개발 기술의 의의 1. 기존 제품의 특성 1) 제조 특성 종래의 제품은 1 Piece의 재료를 기계가공 작업으로만 이루어져 있다. 그러다 보니 Alkyl 및 Hydride gas의 공급 및 분배장치 뿐 아니라 Coolant의 in/out의 유로가 1개의 Body 내에서 형성되어 있다. 따라서 기계 가공적으로 매우 복잡하고 정밀한 작업이 이루어져야 한다. 이에 대한 가공 방법으로는 (a) 건드릴(Gun drill) : Alkyl의 공급루트의 가공 및 Coolant 유로의 가공 (b) 와이어 커팅 (Wire cutting) : Hydride gas의 공급루트 가공 (c) 방전가공(Electrical Discharge Machining) : Alkyl gas의 공급루트 가공 (d) 머시닝 센터(Machining center) : 기타 가공 (e) 연삭(Grinding) : 평면의 정도 확보 (f) 용접 (Welding) : Coolant pipe의 연결 등이 있다. 이에 대한 가공 공정을 나열하면 표 1. 과 같다 1. Material 수급 ① 1100℃의 고온에 적합한 재료 ② LED 제조공정에서 불순물을 방출 하지 않은 재료 ③ 열응력 및 열피로에 의한 부식이 없는 재료 2. Gun-Drill 작업 ① Cooling line Gun-drill 작업 ② Alkyl gas line Gun-drill 작업 3. Machining center ① 기계 가공을 위한 기준면 작업 ② 외형 가공 ③ 상하면 가공 4. EDM Wire cut ① 하방의 좁은 Gas line 가공 ② Alkyl gas line : wire cut 가공 → Gun drill 상하 관통 가공 ③ Hydride gas line : EDM → Hole과 hole 사이 관통 가공 5. Grinding ① 상하면 Grinding → 공차 확보 → Roughness 확보 6. Welding ① 외부 Ring 조립(E-beam) ② Cooling pipe 조립 (TIG) 2) 제품의 구조적 한계 그림 4와 같이 종래의 가공 방법은 건드릴(Gun drill)의 수평 방향의 가공과 방전 가공(Electrical discharge machining), 와이어커팅(Wire cutting)의 수직 방향 가공의 접점 부위는 날카로운 각의 형태를 유지할 수밖에 없다. 이러한 날카로운 형태는 Alkyl source의 turbulence를 유발하여 가스의 흐름을 방행하는 역할을 한다. 또한 와이어 커팅은 제품을 관통하면서 가공해야 하는 특성상 불필요 부분까지 가공을 해야 하는 일이 발생한다. 이러한 불필요 가공 부분은 Hydride gas(NHs)의 Leak을 방지하기 위해 별도의 장치를 보강해야 하는 상황이다. 이를 정리하면 그림 3. 과 같다. 불필요 가공 부위 발생 상부의 Gas leak을 방지 하기 위한 별도 Plate 보강 수평과 수직 방향의 가공의 접점으로 날카로운 각 부위 발생 -> Gas turbulence의 발 생 원인 요약하면 다음과 같다. a) Wire cutting의 관통 가공에 의한 불필요 가공 부위 발생 Gas leak을 방지하기 위한 별도의 Plate로 보강해야 함. b) Gun Drill의 가공 방향과 Wire cutting의 가공방향 Gas 흐름에서 난류흐름 (turbulence)이 발생하여 Gas의 흐름을 방해하여 유속을 변경시키는 원인이 되며 연속적으로 유압과 유량의 변화를 초래한다. 3) 기존 제품의 한계를 극복하기 위한 개발 과제 그림 4의 (a)와 같이 기존 제품이 가지는 한계는 제조 및 기계가공 방법의 한계로 인하여 가스가 흐르는 유로의 형태가 고정되므로 인한 제조공정 변수의 독립적 제어가 불가능 하다. 또한 |
