JP4879245B2 - 金属有機化学気相蒸着装置 - Google Patents

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Description

本発明は対向するよう配置されたウェーハの蒸着面に成長層を同時に形成することができるよう改善された金属有機化学気相蒸着装置に関するものである。
一般的に化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）は様々な基板上に多様な結晶膜を成長させることに主な方法として使用されており、これは液相成長法に比べ、成長させた結晶の品質は優れているが、結晶の成長速度が遅いという短所がある。これを克服するために一回の成長サイクルで複数枚の基板上に同時に成長を行う方法が広く採択されている。
最近、半導体素子の微細化と高効率、高出力ＬＥＤ開発等でＣＶＤ技術のうち、金属有機化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）が脚光を浴びており、このようなＭＯＣＶＤは化学気相成長法（ＣＶＤ）中の一つで有機金属の熱分解反応を利用して半導体基板上に金属化合物を堆積、付着させる化合物半導体の気相成長法をいう。
図１は、一般的な金属有機化学気相蒸着装置を図示した構成図で、このような装置１０は一定大きさの内部空間を有するチャンバ１１と、蒸着対象物であるウェーハ２が乗せられる多数のポケット１２ａを備えるサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｅｒ）１２と、上記サセプタ１２の下部に配置され熱を提供するヒーター１３と、上記サセプタ１２と連結される駆動軸１７ａを有し回転動力を提供する回転モーター１７と、上記チャンバ１１内部に反応ガスを供給するガス流入口１４及び反応が終了した廃反応ガスを外部排出するガス排気口１５を含んで構成される。
このような装置１０は、上記ガス流入口１４の下部端に備えられたノズル１６が上記チャンバ内部の中央に配置され、上記ノズル１６のノズル穴１６ａを通じ反応ガスであるソースガス（ｓｏｕｒｃｅ ｇａｓ）及びキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ ｇａｓ）が上記チャンバ１１内部の中央に供給される。
このような反応ガスは、上記サセプタ１２にローディングされたウェーハ２の上部面と接触すると同時に上記ウェーハ２はヒーター１３から提供される輻射熱により加熱されるサセプタ１２を通じ高温で加熱される。これにより、上記反応ガスは高い温度のウェーハ２の蒸着面である上部面で化学的蒸着反応をしながら上記ウェーハ２の表面に窒化物成長層を形成し、反応が終了した廃反応ガスは副産物と共に排気口１５を通じ外部排出される。
しかし、従来の金属有機化学気相蒸着装置においては、特にＩｎＧａＮ系成長層を形成する場合、成長温度は通常７００〜８００℃程度に高く、上記ウェーハ２の上部表面である成長面と上記チャンバ１１の天井面間の温度差が大きいため、上記チャンバ１１内部で反応ガスが上部に上昇する熱帯流Ａが発生し、これにより成長層の組成が不均一になるか、化学的蒸着反応が円滑にならなくなる。
また、成長温度が１０００℃と高温になると上記チャンバ１１内部における熱帯流Ａがさらに激しくなり、 窒素脱離によりGaNの膜質が不均一になったり、ＧａＮ：Ｍｇ成長時にＭｇのドーピングプロファイル（Ｄｏｐｉｎｇ Ｐｒｏｆｉｌｅ）が不均一になるなどの問題を引き起こす。
これにより、従来はこのような問題を解決するために反応ガスの流速を増加させるか、反応ガスを供給する方法を変更しウェーハに形成される成長層の不均一を解決しようとした。しかし、このような方法は成長圧力や反応ガスの供給比率、反応ガスの供給ノズルの形状を変化させると成長膜の組成の均一性が崩れやすく、プロセスウィンドウ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗｉｎｄｏｗ）が狭くなる問題があった。
また、反応ガスの流速に関しては、例えば０．５ｍ／ｓ、２００Ｔｏｒｒで均一な条件が得られていても、反応ガスの供給圧力を４００Ｔｏｒｒにすると反応ガスの流速が０．２５ｍ／ｓに低下し成長膜の組成均一性が乱れる場合があった。
しかし、同じ流速を維持するためには流量を２倍にするか、サセプタ１２の上部面とチャンバ１１の天井面間の間隔を１／２にする必要があり、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を予め大流量対応にしておくか、装置のハード的な変更が必要になり煩雑である。
そして、反応ガスを供給する方法を改善して成長層の均一性を確保しようとする場合、通常ＡｌＩｎＧａＮ成長に対しては３族ガスとして有機金属（ＭＯ）が使用され、５族ガスとしてはＮＨ３が使用され、キャリアガス（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｇａｓ）としてはＮ２、Ｈ２が使用されるが、相対的に流量が多いＮＨ３の比率を変化させると３族ガスの組成均一性も乱れる場合が多いため、結晶性と均一性を両立させるためのプロセスウィンドウ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗｉｎｄｏｗ）は制限される。
このような現象は、チャンバの内部で発生する熱帯流が主な原因であると考えることができ、熱帯流が発生しにくい反応炉を設計することにより均一性の確保が容易な広いプロセスウィンドウ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗｉｎｄｏｗ）を有する反応炉を得ることができる。
従って、本発明は上記の問題点を解決するために案出したもので、その目的は化学気相蒸着反応時にチャンバ内部の上下温度差による熱帯流の発生を根本的に抑える金属有機化学気相蒸着装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、高温環境でも反応ガスの流れを層流で安定的に形成し、ウェーハを同じ温度で加熱しようとする金属有機化学気相蒸着装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、対向するように配置されたウェーハに成長層を同時に成膜しながら有機金属原料の利用効率を高めようとする金属有機化学気相蒸着装置を提供することにある。
上記の目的を達成するための具体的な技術的手段として、本発明は下部に開放された上部蓋と上部に開放された下部蓋を備え上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成する反応チャンバと、上記上、下部蓋に備えられる上、下部中空軸に夫々回転可能に組み立てられる上、下部サセプタを備え対向する上、下部サセプタの対応面に少なくとも一つ以上のウェーハが配置されるウェーハ配置部と、上記上部蓋と上部サセプタ間に備えられる上部ヒーターと、上記下部蓋と副サセプタ間に備えられる下部ヒーターを備え、上記上、下部中空軸を回転中心にし上、下部サセプタを回転させる動力を提供する回転駆動部と、上記上、下部中空軸に連結される上、下部ガス供給口を備え、上記上、下部中空軸の間を連結する中央ガス供給ノズルを通じ対向する上、下部サセプタの対応面の間に反応ガスを供給するガス供給部と、上記上、下部蓋の外枠に接するように配置され、上記反応チャンバの内部空間と連結され反応ガスを外部に排出するガス排気部と、を含む金属有機化学気相蒸着装置を提供する。
好ましくは、上記反応チャンバの一側には蓋回動部をさらに含み、上記蓋回動部は上記上部蓋または下部蓋のうち、いずれかに連結される一端が連結される回動アームと、上記回動アームと上端がヒンジ軸を媒介にして連結される固定アームを含む。
好ましくは、上記上部サセプタは上記上部サセプタに一端である固定端が固定され、上記ウェーハの表面に他端である自由端が弾性的に接するように曲がり変形した複数の弾性ワイヤーを備える。
好ましくは、上記上、下部ヒーターは上記上、下部サセプタを同じ温度で加熱するか、異なる温度で加熱するように独立的に制御される。
好ましくは、上記回転駆動部は上記上部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える上部回転モーターと、上記下部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える下部回転モーターを含む。
より好ましくは、上記上、下部回転モーターは上記上、下部サセプタを同じ方向及び同じ速度で回転駆動する。
好ましくは、上記上部蓋と下部蓋には上記上、下部サセプタの外部面か上記上、下部ヒーターに夫々近接するよう配置され加熱温度を測定する上、下部温度センサーを夫々備える。
好ましくは、上記中央ガス供給ノズルから反応チャンバ内に供給される反応ガスの供給位置は上記上、下部サセプタ間の上下間隔の中心と相互一致する。
好ましくは、上記ガス排気口は上記上、下部蓋の外枠に接するよう配置されるリング型の挿入部材と、上記反応チャンバの内部空間側に開口されるよう上記挿入部材に備えられる排気口及び上記排気口と連結される排気ラインを含む。
また、本発明は下部に開放された上部蓋と上部に開放された下部蓋を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成する反応チャンバと、上記上、下部蓋に備えられる上、下部中空軸に夫々回転可能に組み立てられる上、下部サセプタを備え、対向する上、下部サセプタの対応面に少なくとも一つ以上のウェーハが配置されるウェーハ配置部と、上記上部蓋と上部サセプタ間に備えられる上部ヒーターと、上記下部蓋と下部サセプタ間に備えられる下部ヒーターを備え、上記上、下部中空軸を回転中心にし上、下部サセプタを回転させる動力を提供する回転駆動部と、上記上、下部蓋の外枠に接するよう配置され、上記反応チャンバの内部空間と連結されるガス供給口を備え、対向する上、下部サセプタの対応面の間に反応ガスを供給するガス供給部と、上部または下部のどちらか一方に排気部を設けか、（または両方に）排気部を設けてチャンバの中心部から反応ガスを外部に排出するガス排気部と、を含む金属有機化学気相蒸着装置を提供する。
好ましくは、上記反応チャンバの一側には蓋回動部をさらに含み、上記蓋回動部は上記上部蓋または下部蓋のうち、いずれかに連結される一端が連結される回動アームと、上記回動アームと上端がヒンジ軸を媒介にして連結される固定アームを含む。
好ましくは、上記上部サセプタは上記上部サセプタに一端である固定端が固定され、上記ウェーハの表面に他端である自由端が弾性的に接するように曲がり変形された複数の弾性ワイヤーを備える。
好ましくは、上記上、下部ヒーターは上記上、下部サセプタを同じ温度で加熱するか、異なる温度で加熱するように独立的に制御される。
好ましくは、上記回転駆動部は上記上部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える上部回転モーターと、上記下部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える下部回転モーターを含む。
より好ましくは、上記上、下部回転モーターは上記上、下部サセプタを同じ方向及び同じ速度で回転駆動する。
好ましくは、上記上部蓋と下部蓋には上記上、下部サセプタの外部面か上記上、下部ヒーターに夫々近接するよう配置され加熱温度を測定する上、下部温度センサーを夫々備える。
好ましくは、上記ガス供給部は上記上、下部蓋の外枠に接するよう配置されるリング型の挿入部材と上記反応チャンバの内部空間側に開口されるよう上記挿入部材に備えられる給気口及び上記給気口と給気ラインを媒介に連結されるガス供給口を含む。
より好ましくは、上記給気口から供給される反応ガスの供給位置は上記上、下部サセプタ間の上下間隔の中心と一致する。
好ましくは、上記ガス排気口は上記上、下部中空軸の出口端から上記上、下部蓋の外側に一定長さ延長される排気ラインで備えられるか、上記上、下部中空軸の出口端に組み立てられる排気ラインで備えられる。
上記の構成の本発明によると、開閉ができるように上下分割される上、下部蓋からなる反応チャンバの内部にウェーハが対向するよう配置した状態で反応ガスが反応チャンバの中心から供給され外周側に排気されるガス流路を形成するか、反応ガスが反応チャンバの外周側から供給され中心に排気されるガス流路を形成することにより、化学気相蒸着反応時にチャンバ内部の上下温度差による熱帯流の発生を根本的に抑えて均一な成長層を蒸着して優れた品質の蒸着ウェーハを製造することができる。
また、反応チャンバ内部の高温環境でも反応ガスの流れを層流で安定的に形成し、ウェーハを同じ温度で加熱し成長層の均一性、結晶性を同時に満たすことができる一方、対向するよう配置されたウェーハに成長層を同時に成幕することにより有機金属原料の利用効率を高めることができる。
以下、本発明に対して添付の図面に従いより詳細に説明する。
図２は、本発明の第１実施例による金属有機化学気相蒸着装置が閉まっている状態の断面図で、図３は本発明の第１実施例による金属有機化学気相蒸着装置が開いている状態の断面図で、図４は本発明による金属有機化学気相蒸着装置の第１実施例で反応ガスの供給及び排気流れを図示した状態図で、図５は図４の４−４'線に従って切断した状態を上部からみた平面図である。
本発明の第１実施例による装置１００は、図２乃至５に図示したように、対向するよう配置されたウェーハ２の表面に同時に成長層を蒸着させることができるもので、これは反応チャンバ１１０、ウェーハ配置部１２０、加熱部１３０、回転駆動部１４０、ガス供給部１５０及びガス排気部１６０を含んで構成される。
上記反応チャンバ１１０は、上部蓋１１１と下部蓋１１２を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成し、上記上部蓋１１１は下部に開放され、内部天井面１１１ａに断熱材１１３が備えられる上部構造物である。
上記下部蓋１１２は、上部に開放され内部底面１１２ａに断熱材１１４が備えられる下部構造物である。
このような上、下部蓋１１１、１１２は、胴体を冷却させることができるように胴体内部に冷却水のような流体が一方向に流れる冷却水ライン１１５、１１６を夫々備えることが好ましい。
また、上記反応チャンバ１１０の一側には上記上部蓋１１１または下部蓋１１２のうち、いずれかを回動させ、これらを分離するか、合型する蓋回動部１７０を備えることもでき、このような蓋回動部１７０は上記上部蓋１１１の一端が連結される回動アーム１７１と、上記回動アーム１７１と上端がヒンジ軸１７２を媒介にして連結される固定アーム１７３を備えて構成する。
ここで、上記回動アーム１７１は、上記上部蓋１１１に連結されこれを下部蓋に対して回動させ上、下部蓋１１１、１１２の合型及び分離動作を行うものと図示したが、これに限定されるものではない。
上記ウェーハ配置部１２０は、上部サセプタ１２１と下部サセプタ１２２を含み、上記上部サセプタ１２１は上記上部蓋１１１の内部に配置され、上記上部蓋１１１の中央部に配置される上部中空軸１２５に回転可能に組み立てられる。
上記下部サセプタ１２２は上記下部蓋１１２の内部に配置され、上記下部蓋１１２の中央部に配置される下部中空軸１２６に回転可能に組み立てられる。
このような上、下部中空軸１２５、１２６は上記上、下部サセプタ１２１、１２２の真ん中に貫通して形成された中央の組立穴１２１ｂ、１２２ｂに配置されるベアリング部材またはブッシュのような回転支持部材（不図示）を媒介にして回転可能に組み立てられる。
また、上記上、下部中空軸１２５、１２６は反応ガスが自由に流れるように中空パイプ部材からなる。
上記上、下部サセプタ１２１、１２２の表面には蒸着対象物であるウェーハ２がローディングされることができるように陥没形成される円盤型のポケット１２１ａ、１２２ａを備え、このような上、下部サセプタ１２１、１２２はポケット１２１ａ、１２２ａにローディングされるウェーハ２が対向するように配置される。
ここで、上記上部サセプタ１２１には上記ポケット１２１ａにローディングされたウェーハ２の外部離脱しにくいように弾性ワイヤー１２４を複数備え、上記弾性ワイヤー１２４は上記上部サセプタ１２１に一端である固定端が固定され、上記ウェーハの表面に他端である自由端が弾性的に接するように曲がり変形したワイヤー部材からなる。
これにより、上記上部サセプタ１２１のポケット１２１ａにローディングされたウェーハ２と上記下部サセプタ１２２のポケット１２２ａに備えられるウェーハ２は一定間隔を置いて蒸着面の上部面が対向するように配置される。
上記加熱部１３０は上記上、下部サセプタ１２１、１２２に輻射熱を提供し、これにローディングされたウェーハ２を加熱するもので、これは上部ヒーター１３１と下部ヒーター１３２を含む。
上記上部ヒーター１３１は、上記上部蓋１１１の内部天井面と上記上部サセプタ１２１間に備えられ、電源印加時に熱を発生させる電熱部材で、上記下部ヒーター１３２は上記下部蓋１１２の内部底面と上記下部サセプタ１２２間に備えられる電源印加時に一定温度の熱を発生させる電熱部材である。
このような上、下部ヒーター１３１、１３２は上記上、下部サセプタ１２１、１２２と対応する領域に上記上、下部サセプタ１２１、１２２の表面に近接するよう配置されることが好ましい。
そして、上記上部蓋１１１と下部蓋１１２には探針棒が上記上、下部サセプタ１２１、１２２の外部面か上記上、下部ヒーター１３１、１３２に夫々近接するよう配置され加熱温度を測定する上、下部温度センサー１３４、１３５を夫々備える。
ここで、上記上部ヒーター１３１と下部ヒーター１３２は上記上、下部サセプタ１２１、１２２を同じ温度で加熱するか、異なる温度で加熱するよう独立的に制御される。
上記回転駆動部１４０は上記上、下部蓋１１１、１１２に備えられた上、下部中空軸１２５、１２６を回転中心にし上記上、下部サセプタ１２１、１２２を一方向に回転駆動させる動力を提供するもので、これは上部回転モーター１４１と下部回転モーター１４２を備え、上記上部回転モーター１４１は上記上部サセプタ１２１の外周面に形成された被動ギア１４５とギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸１４３を備える。
上記下部回転モーター１４２は、上記下部サセプタ１２２の外周面に形成された被動ギア１４６とギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸１４４を備える。
ここで、上記上、下部回転モーター１４１、１４２は上記上、下部蓋１１１、１１２の外部面に固定して設置され、上記駆動軸１４３、１４４が上記上、下部蓋１１１、１１２を貫通して配置されるモーター部材である。
そして、上記上、下部回転モーター１４１、１４２は電源印加時に上記上、下部中空軸１２５、１２６を回転中心にし対向する上、下部サセプタ１２１、１２２を同じ方向及び同じ回転速度で回転駆動することが好ましい。
上記ガス供給部１５０は対向する上、下部サセプタ１２１、１２２の対応面の間に上記反応チャンバの中心から外周側に反応ガスが流れるガス流れを形成するよう反応ガスを供給する。
このようなガス供給部１５０は上記上、下部中空軸１２５、１２６に夫々連結される上、下部ガス供給口１５１、１５２を有し、上記上、下部中空軸１２５、１２６間にはこれらを連結する中央ガス供給ノズル１５３を備える。
上記中央ガス供給ノズル１５３には上記上、下部ガス供給口１５１、１５２から供給される反応ガスを外部に排出するためのノズル穴１５４を複数備える。
ここで、上記中央ガス供給ノズル１５３から供給される反応ガスの供給位置は上記上、下部サセプタ１２１、１２２間の上下間隔の中心と大略的に一致することが好ましい。
このような中央ガス供給ノズル１５３は、上記下部中空軸１２６の上端に固定されるものと図示し説明したが、これに限定されるものではなく上記上部中空軸１２５の下端に固定されることもできる。
また、上記中央ガス供給ノズル１５３は上記上、下部中空軸１２５、１２６の外径より大きい外径を有する中空部材として図示し説明したが、これに限定されるものではなく上記上、下部中空軸１２５、１２６の外径と同一、または小さい外径サイズで備えられることもできる。
上記ガス排気部１６０は、上記反応チャンバ１１０の内部中心に供給され対向するよう配置されたウェーハ２の表面と接触されながら上記ウェーハ２の上部表面に成長層を形成するように反応が完了された廃反応ガスを外部に排出する。
このようなガス排気部１６０は上記上、下部蓋１１１、１１２の外枠に接するよう配置されるリング型の挿入部材１６１と、上記反応チャンバの内部空間側に開口されるよう上記挿入部材１６１に備えられる排気口１６２及び上記排気口１６２と連結される排気ライン１６３を備えて構成する。
これにより、図３に図示したように、上記蓋 回動部１７０の開放作動により回動アーム１７１に連結された上部蓋１１１が位置が固定されている下部蓋１１２に対して図面上の反時計方向に回動されることにより、上記上、下部蓋１１１、１１２に備えられた上、下部サセプタ１２１、１２２を外部に開放する。
このような状態で、上記上、下部サセプタ１２１、１２２に形成された複数のポケット１２１ａ、１２２ａ毎に蒸着対象物であるウェーハ２を夫々挿入して配置する。
このとき、上記上部サセプタ１２１にローディングされるウェーハ２は下部に向って自重により離脱されることができるため、上記上部サセプタ１２１に一端である固定端が固定される弾性ワイヤー１２４の他端である自由端がウェーハ２の表面に弾力的に接するようにする。
そして、上記ウェーハ２のローディングが終了すると、上記蓋回動部１７０の閉まる作動により回動アーム１７１に連結された上部蓋１１１を位置が固定された下部蓋１１２に対して図面上の時計方向に回動することにより上記上、下部蓋１１１、１１２はその外枠に接するよう配置されるリング型の挿入部材１６１を媒介にして合型され、これにより、上記上、下部蓋１１１、１１２と挿入部材１６１間には密閉された一定大きさの内部空間を形成するようになる。
これと共に上記上、下部ヒーター１３１、１３２に電源を印加することにより上記上、下部サセプタ１２１、１２２を輻射熱で加熱し、これにローディングされたウェーハ２を７００乃至１２００°で加熱する。
そして、上記上、下部蓋１１１、１１２に備えられた上、下部回転モーター１４１、１４２に電源を印加し、各駆動軸１４３、１４４を回転させると、上記駆動軸１４３、１４４の各一端部に一体で備えられるか、別途に組み立てられる駆動ギア（不図示）と上記上、下部サセプタ１２１、１２２の外周側縁に備えられた被動ギア１４５、１４６間のギアがかみ合わされることにより上記上、下部サセプタ１２１、１２２は上、下部中空軸１２５、１２６を回転中心にし同じ方向に回転される。
このような状態で、上記上、下部ガス供給口１５１、１５２を通じ供給された反応ガスは上、下部中空軸１２５、１２６を通じこれらの間に備えられた中央ガス供給ノズル１５３に供給され、上記中央ガス供給ノズル１５３のノズル穴１５４を通じ供給される反応ガスは図４に図示したように、上記反応チャンバ１１０の内部中心から外周側に流れる反応ガス流れＢを形成する。
そして、上記反応ガス流れＢは対向する上、下部サセプタ１２１、１２２間に形成されるガス流路を経て上記ガス排気部１６０に排出されるが、上記上部サセプタ１２１のローディング面はガス流路の天井面に該当し、上記下部サセプタ１２２のローディング面はガス流路の底面に該当する。
この時、上記対向する上、下部サセプタ１２１、１２２は上、下部ヒーター１３１、１３２により同じ温度で加熱され、これらの温度差は殆どないため、ガス流路を形成する天井面と底面間の温度差により発生される熱帯流現象を根本的に防ぐことができ、ガス流速やノズル形状に関係なく安定的な反応ガスの供給が可能になる。
これにより、上記対向する上、下部サセプタ１２１、１２２間を通過する反応ガスはウェーハ２の蒸着面である上部面で化学的蒸着反応をしながら上記ウェーハ２の表面に成長層を均一に形成し、反応が終了した廃反応ガスは副産物と共に挿入部材１６１に備えられる排気口１６２及びこれに連結された排気ライン１６３を通じて外部に排出される。
また、高温環境を有する反応チャンバ内部で反応ガスの流れを層流で安定的に形成し、複数のウェーハを同じ温度で加熱し、成長層の均一性及び結晶性を安定的に確保することができると共に、対向するよう配置されたウェーハに成長層を同時に成膜しながら供給された有機金属原料の利用効率をより高めることができる。
図６は、本発明の第２実施例による金属有機化学気相蒸着装置が閉まっている状態の断面図で、図７は本発明の第２実施例による金属有機化学気相蒸着装置が開いている状態の断面図で、図８は本発明の第２実施例による金属有機化学気相蒸着装置で反応ガスの供給及び排気流れを図示した状態図である。
本発明の第２実施例による装置２００は、図６乃至８に図示したように、対向するよう配置されたウェーハ２の表面に同時に成長層を蒸着させることができるもので、これは反応チャンバ２１０、ウェーハ配置部２２０、加熱部２３０、回転駆動部２４０、ガス排気部２５０及びガス供給部２６０を含んで構成される。
上記反応チャンバ２１０は上部蓋２１１と下部蓋２１２を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成し、上記上部蓋２１１は下部に開放され、内部天井面２１１ａに断熱材２１３が備えられる上部構造物である。
上記下部蓋２１２は、上部に開放され内部底面２１２ａ に断熱材２１４が備えられる下部構造物である。
このような上、下部蓋２１１、２１２は胴体を冷却させることができるよう胴体内部に冷却水のような流体が一方向に流れる冷却水ライン２１５、２１６を夫々備えることが好ましい。
また、上記反応チャンバ２１０の一側には上記上部蓋２１１または下部蓋２１２のうち、いずれかを回動させ、これらを分離、または合型する蓋回動部２７０を備えることもでき、このような蓋回動部２７０は上記上部蓋２１０に一端が連結される回動アーム２７１と、上記回動アーム２７１と上端がヒンジ軸２７２を媒介にして連結される固定アーム２７３を備えて構成する。
ここで、上記回動アーム２７１は上記上部蓋２１１に連結され、これを下部蓋に対して回動させて上、下部蓋２１１、２１２の合型及び分離動作を行うこととして図示したが、これに限定されるものではない。
上記ウェーハ配置部２２０は上部サセプタ２２１と下部サセプタ２２２を含み、上記上部サセプタ２２１は上記上部蓋２１１の内部に配置され、上記上部蓋２１１の中央部に配置される上部中空軸２２５に回転可能に組み立てられる。
上記下部サセプタ２２２は上記下部蓋２１２の内部に配置され、上記下部蓋２１２の中央部に配置される下部中空軸２２６に回転可能に組み立てられる。
このような上、下部中空軸２２５、２２６は上記上、下部サセプタ２２１、２２２の真ん中に貫通して形成された中央組立穴２２１ｂ、２２２ｂに配置されるベアリング部材またはブッシュのような回転支持部材（不図示）を媒介にして回転可能に組み立てられる。
また、上記上、下部中空軸２２５、２２６は反応ガスが自由に流れるように中空パイプ部材からなる。
このような上、下部中空軸２２５、２２６には上記反応チャンバ２１０の内部で反応が完了した廃反応ガスを外部に排出させるよう上、下部蓋から外部に延長される排気ライン２５１、２５２を一体で備えることもできるが、これに限定されるものではなく、別途の排気ラインを連結することもできる。
上記上、下部サセプタ２２１、２２２の表面には蒸着対象物であるウェーハ２がローディングされることができるよう陥没して形成される円盤型のポケット２２１ａ、２２２ａを備え、このような上、下部サセプタ２２１、２２２はポケット２２１ａ、２２２ａにローディングされるウェーハ２が対向するよう配置される。
ここで、上記上部サセプタ２２１には上記ポケット２２１ａにローディングされたウェーハ２が外部離脱しにくいように弾性ワイヤー２２４を複数備えているため、上記弾性ワイヤー２２４は上記上部サセプタ２２１に一端である固定端が固定され、上記ウェーハの表面に他端である自由端が弾性的に接するように曲がり変形したワイヤー部材で備えられる。
これにより、上記上部サセプタ２２１のポケット２２１ａにローディングされたウェーハ２と上記下部サセプタ２２２のポケット２２２ａに備えられるウェーハ２は一定間隔を置いて蒸着面である上部面が対向するように配置される。
上記加熱部２３０は上記上、下部サセプタ２２１、２２２に輻射熱を提供して、これにローディングされたウェーハ２を加熱するもので、これは上部ヒーター２３１と下部ヒーター２３２を含む。
上記上部ヒーター２３１は、上記上部蓋２１１の内部天井面と上記上部サセプタ２２１間に備えられ、電源印加時に熱を発生させる電熱部材で、上記下部ヒーター２３２は上記下部蓋２１２の内部底面と上記下部サセプタ２２２間に備えられる電源印加時に一定温度の熱を発生させる電熱部材である。
このような上、下部ヒーター２３１、２３２は上記上、下部サセプタ２２１、２２２と対応する領域に上記上、下部サセプタ２２１、２２２の表面に近接するように配置されることが好ましい。
そして、上記上部蓋２１１と下部蓋２１２には探針棒が上記上、下部サセプタ２２１、２２２の外部面か上記上、下部ヒーター２３１、２３２に夫々近接するよう配置され加熱温度を測定する上、下部温度センサー２３４、２３５を夫々備える。
ここで、上記上部ヒーター２３１と下部ヒーター２３２は上記上、下部サセプタ２２１、２２２を同じ温度で加熱するか、異なる温度で加熱するよう独立的に制御される。
上記回転駆動部２４０は上記上、下部蓋２１１、２１２に備えられた上、下部中空軸２２５、２２６を回転中心にし上記上、下部サセプタ２２１、２２２を一方向に回転駆動させる動力を提供するもので、これは上部回転モーター２４１と下部回転モーター２４２を備えているため、上記上部回転モーター２４１は上記上部サセプタ２２１の外周面に形成された被動ギア２４５とギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸２４３を備える。
上記下部回転モーター２４２は上記下部サセプタ２２２の外周面に形成された被動ギア２４６とギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸２４４を備える。
ここで、上記上、下部回転モーター２４１、２４２は上記上、下部蓋２１１、２１２の外部面に固定して設置され、上記駆動軸２４３、２４４が上記上、下部蓋２１１、２１２を貫通して配置されるモーター部材である。
そして、上記上、下部回転モーター２４１、２４２は電源印加時に上記上、下部中空軸２２５、２２６を回転中心にし対向する上、下部サセプタ２２１、２２２を同じ方向及び同じ回転速度で回転駆動することが好ましい。
上記ガス排気部２５０は上記反応チャンバ２１０の内部の中心に供給され対向するよう配置されたウェーハ２の表面と接触されながら上記ウェーハ２の上部表面に成長層を形成するよう反応が完了した廃反応ガスを外部に排出する。
このようなガス排気部２５０は上記上、下部中空軸２２５、２２６から延長され上記上、下部蓋２１１、２１２の外部面から外側に一定長さ延長される中空型排気ライン２５１、２５２からなる。
このような排気ライン２５１、２５２は上記上、下部中空軸２２５、２２６から連続して一定長さ延長される中空部材からなることもできるが、これに限定されるものではなく上記上、下部中空軸２２５、２２６の出口端に組立式で組み立てられる一定長さの中空部材からなることもできる。
上記ガス供給部２６０は対向する上、下部サセプタ２２１、２２２の対応面の間に上記反応チャンバの外周側から中心に反応ガスが流れるガス流れを形成するよう反応ガスを供給する。
このようなガス供給部２６０は上記上、下部蓋２１１、２１２の外枠に接するように配置されるリング型の挿入部材２６１と、上記反応チャンバ２１０の内部空間側に開口されるよう上記挿入部材２６１に備えられる給気口２６２及び上記給気口２６２と給気ライン２６３を媒介にして連結されるガス供給口２６４を備える。
ここで、上記反応チャンバの内部に露出される給気口２６２から供給される反応ガスの供給位置は上記上、下部サセプタ２２１、２２２間の上下間隔の中心と大略的に一致することが好ましい。
上記ガス供給口２６４から提供される反応ガスは上記挿入部材２６１の給気口２６２を通じ上記反応チャンバ２１０の外周側から中心方向に供給されることができる。
これにより、図７に図示されたように、上記蓋回動部２７０の開放作動により回動アーム２７１に連結された上部蓋２１１が位置が固定された下部蓋２１２に対して図面上の反時計方向に回動されることにより、上記上、下部蓋２１１、２１２に備えられた上、下部サセプタ２２１、２２２を外部に開放する。
このような状態で、上記上、下部サセプタ２２１、２２２に形成された複数のポケット２２１ａ、２２２ａ毎に蒸着対象物であるウェーハ２を夫々挿入して配置する。
この時、上記上部サセプタ２２１にローディングされるウェーハ２は下部に向って自重により離脱されることができるため、上記上部サセプタ２２１に一端である固定端が固定される弾性ワイヤー２２４の他端である自由端がウェーハ２の表面に弾力的に接するようにする。
そして、上記ウェーハ２のローディングが終了すると、上記蓋回動部２７０の閉まる作動により回動アーム２７１に連結された上部蓋２１１が位置が固定された下部蓋２１２に対して図面上の時計方向に回動することにより、上記上、下部蓋２１１、２１２は図６に図示したように、その外枠に接するように配置されるリング型の挿入部材２６１を媒介に合型され、これにより、上記上、下部蓋２１１、２１２と挿入部材２６１間には密閉された一定大きさの内部空間を形成されるようになる。
これと共に、上記上、下部ヒーター２３１、２３２に電源を印加することにより上記上、下部サセプタ２２１、２２２を輻射熱で加熱して、これにローディングされたウェーハ２を７００乃至１２００℃で加熱する。
そして、上記上、下部蓋２１１、２１２に備えられた上、下部回転モーター２４１、２４２に電源を印加して各駆動軸２４３、２４４を回転させると、上記駆動軸２４３、２４４の各一端部に一体で備えられるか、別途で組み立てられる駆動ギア（不図示）と上記上、下部サセプタ２２１、２２２の外周側の縁に備えられた被動ギア２４５、２４６間のギアがかみ合わされることにより上記上、下部サセプタ２２１、２２２は上、下部中空軸２２５、２２６を回転中心にし同じ方向に回転される。
このような状態で、上記ガス供給口２６４を通じて給気ライン２６３と連結された給気口２６２に供給された反応ガスは、図８に図示したように、上記反応チャンバ１１０の外周側から中心側に流れる反応ガス流れＣを形成するようになる。
そして、上記反応ガス流れＣは対向する上、下部サセプタ２２１、２２２間に形成されるガス流路を経て上記ガス排気部２５０に排出されるが、上記上部サセプタ２２１のローディング面はガス流路の天井面に該当し、上記下部サセプタ２２２のローディング面はガス流路の底面に該当する。
この時、上記対向する上、下部サセプタ２２１、２２２は上、下部ヒーター２３１、２３２により同じ温度で加熱され、これらの温度差は殆どないため、ガス流路を形成する天井面と底面間の温度差により発生する熱帯流現象を根本的に防ぐことができ、ガスの流速やノズル形状とは関係なく安定的な反応ガスの供給が可能になる。
これにより、上記対向する上、下部サセプタ２２１、２２２間を通過する反応ガスはウェーハ２の蒸着面である上部面で化学的蒸着反応をしながら上記ウェーハ２の表面に成長層を均一に形成し、反応が終了した廃反応ガスは副産物と共に上記反応チャンバの中心部に備えられた上、下部中空軸２２５、２２６及びこれに連結された排気ライン２５１、２５２を通じ排出される。
また、高温環境を有する反応チャンバ内部で反応ガスの流れを層流で安定的に形成し、複数のウェーハを同じ温度で加熱することにより、成長層の均一性及び結晶性を安定的に確保することができると共に、対向するよう配置されたウェーハに成長層を同時に成膜しながら供給された有機金属原料の利用効率をより高めることができる。
本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、当業界において通常の知識を有する者であれば、以下の特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができる。
一般的な金属有機化学気相蒸着装置を図示した構成図である。 本発明の第１実施例による金属有機化学気相蒸着装置が閉まっている状態の断面図である。 本発明の第１実施例による金属有機化学気相蒸着装置が開いている状態の断面図である。 本発明の第１実施例による金属有機化学気相蒸着装置で反応ガスの供給及び排気流れを図示した状態図である。 図４の４−４'線に沿って切断した状態を上部からみた平面図である。 本発明の第２実施例による金属有機化学気相蒸着装置が閉まっている状態の断面図である。 本発明の第２実施例による金属有機化学気相蒸着装置が開いている状態の断面図である。 本発明による金属有機化学気相蒸着装置の第２実施例で反応ガスの供給及び排気流れを図示した状態図である。
符号の説明
１１０、２１０ 反応チャンバ
１１１、２１１ 上部蓋
１１２、２１２ 下部蓋
１２０、２２０ ウェーハ配置部
１２１、２２１ 上部サセプタ
１２２、２２２ 下部サセプタ
１３０、２３０ 加熱部
１３１、２３１ 上部ヒーター
１３２、２３２ 下部ヒーター
１４０、２４０ 回転駆動部
１４１、２４１ 上部回転モーター
１４２、２４２ 下部回転モーター
１５０、２６０ ガス供給部
１６０、２５０ ガス排気部

Claims (18)

  1. 上部蓋と下部蓋を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成する反応チャンバと、
    前記上部蓋に備えられる上部中空軸に回転可能に組み立てられる上部サセプタ、および前記下部蓋に備えられる下部中空軸に回転可能に組み立てられる下部サセプタを備え、対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面に少なくとも一つ以上のウェーハが配置されるウェーハ配置部と、
    前記上部蓋と上部サセプタ間に備えられる上部ヒーターと、前記下部蓋と下部サセプタ間に備えられる下部ヒーターを備え、
    前記上部中空軸を回転中心とし上部サセプタを回転させる動力、および前記下部中空軸を回転中心とし下部サセプタを回転させる動力を提供する回転駆動部と、
    前記上部中空軸に連結される上部ガス供給口、または、前記下部中空軸に連結される下部ガス供給口を備えるか、または、上部ガス供給口および下部ガス供給口の両方を供え、中央ガス供給ノズルを通じ対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面の間に反応ガスを供給するガス供給部と、
    前記上部蓋および下部蓋の外枠に接するように配置され、前記反応チャンバの内部空間と連結され反応ガスを外部に排出するガス排気部と、
    前記反応チャンバの一側に配置され、前記上部蓋または下部蓋のうち、いずれかに一端が連結される回動アームと、前記回動アームと上端がヒンジ軸を媒介にして連結される固定アームを含む蓋回動部と、
    を含む金属有機化学気相蒸着装置。
  2. 前記上部サセプタは、前記上部サセプタに一端である固定端が固定され、前記ウェーハの表面に他端である自由端が弾性的に接するように曲がり変形した複数の弾性ワイヤーを備えることを特徴とする請求項１に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  3. 前記上部ヒーターおよび下部ヒーターは、前記上部サセプタと下部サセプタとを同じ温度で過熱するか、異なる温度で過熱するよう独立的に制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  4. 上部蓋と下部蓋を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成する反応チャンバと、
    前記上部蓋に備えられる上部中空軸に回転可能に組み立てられる上部サセプタ、および前記下部蓋に備えられる下部中空軸に回転可能に組み立てられる下部サセプタを備え、対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面に少なくとも一つ以上のウェーハが配置されるウェーハ配置部と、
    前記上部蓋と上部サセプタ間に備えられる上部ヒーターと、前記下部蓋と下部サセプタ間に備えられる下部ヒーターを備え、
    前記上部中空軸を回転中心とし上部サセプタを回転させる動力、および前記下部中空軸を回転中心とし下部サセプタを回転させる動力を提供する回転駆動部と、
    前記上部中空軸に連結される上部ガス供給口、または、前記下部中空軸に連結される下部ガス供給口を備えるか、または、上部ガス供給口および下部ガス供給口の両方を供え、中央ガス供給ノズルを通じ対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面の間に反応ガスを供給するガス供給部と、
    前記上部蓋および下部蓋の外枠に接するように配置され、前記反応チャンバの内部空間と連結され反応ガスを外部に排出するガス排気部と、を含み、
    前記回転駆動部は、前記上部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える上部回転モーターと、前記下部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える下部回転モーターを含むことを特徴とする金属有機化学気相蒸着装置。
  5. 前記上部回転モーターおよび下部回転モーターは前記上部サセプタおよび下部サセプタを同じ方向及び同じ速度で回転駆動することを特徴とする請求項４に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  6. 前記上部蓋は前記上部サセプタの外部面または前記上部ヒーターに近接するように配置され加熱温度を測定する上部温度センサーを備え、
    前記下部蓋は前記下部サセプタの外部面または前記下部ヒーターに近接するように配置され加熱温度を測定する下部温度センサーを備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  7. 前記中央ガス供給ノズルから反応チャンバ内に供給される反応ガスの供給位置は前記上部サセプタと下部サセプタとの間の上下間隔の中心と一致することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  8. 上部蓋と下部蓋を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成する反応チャンバと、
    前記上部蓋に備えられる上部中空軸に回転可能に組み立てられる上部サセプタ、および前記下部蓋に備えられる下部中空軸に回転可能に組み立てられる下部サセプタを備え、対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面に少なくとも一つ以上のウェーハが配置されるウェーハ配置部と、
    前記上部蓋と上部サセプタ間に備えられる上部ヒーターと、前記下部蓋と下部サセプタ間に備えられる下部ヒーターを備え、
    前記上部中空軸を回転中心とし上部サセプタを回転させる動力、および前記下部中空軸を回転中心とし下部サセプタを回転させる動力を提供する回転駆動部と、
    前記上部中空軸に連結される上部ガス供給口、または、前記下部中空軸に連結される下部ガス供給口を備えるか、または、上部ガス供給口および下部ガス供給口の両方を供え、中央ガス供給ノズルを通じ対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面の間に反応ガスを供給するガス供給部と、
    前記上部蓋および下部蓋の外枠に接するように配置され、前記反応チャンバの内部空間と連結され反応ガスを外部に排出するガス排気部と、を含み、
    前記ガス排気部は、前記上部蓋および下部蓋の外枠に接するよう配置されるリング型の挿入部材と、前記反応チャンバの内部空間側に開口されるによう前記挿入部材に備えられる排気口及び前記排気口と連結される排気ラインを含むことを特徴とする金属有機化学気相蒸着装置。
  9. 上部蓋と下部蓋を備え、上下を合型する時に一定大きさの内部空間を形成する反応チャンバと、
    前記上部蓋に備えられる上部中空軸に回転可能に組み立てられる上部サセプタ、および前記下部蓋に備えられる下部中空軸に回転可能に組み立てられる下部サセプタを備え、対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面に少なくとも一つ以上のウェーハが配置されるウェーハ配置部と、
    前記上部蓋と上部サセプタ間に備えられる上部ヒーターと、前記下部蓋と下部サセプタ間に備えられる下部ヒーターを備え、
    前記上部中空軸を回転中心にし上部サセプタを回転させる動力、および前記下部中空軸を回転中心にし下部サセプタを回転させる動力を提供する回転駆動部と、
    前記上部蓋および下部蓋の外枠に接するよう配置され、前記反応チャンバの内部空間と連結されるガス供給口を備え、対向する上部サセプタと下部サセプタとの対応面の間に反応ガスを供給するガス供給部と、反応チャンバの中心部から反応ガスを外部に排出するガス排気部と、を含む金属有機化学気相蒸着装置。
  10. 前記反応チャンバの一側には蓋回動部をさらに含み、前記蓋回動部は前記上部蓋または下部蓋のうち、いずれかに連結される一端が連結される回動アームと、前記回動アームと上端がヒンジ軸を媒介にして連結される固定アームを含むことを特徴とする請求項９に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  11. 前記上部サセプタは、前記上部サセプタに一端である固定端が固定され、前記ウェーハの表面に他端である自由端が弾性的に接するよう曲がり変形した複数の弾性ワイヤーを備えることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  12. 前記上部ヒーターおよび下部ヒーターは前記上部サセプタおよび下部サセプタを同じ温度で加熱するか、異なる温度で加熱するよう独立的に制御されることを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  13. 前記回転駆動部は、前記上部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える上部回転モーターと、前記下部サセプタの外周面に形成された被動ギアとギアがかみ合わされる駆動ギアを先端に装着した駆動軸を備える下部回転モーターを含むことを特徴とする請求項９から請求項１２の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  14. 前記上部回転モーターおよび下部回転モーターは前記上部サセプタおよび下部サセプタを同じ方向及び同じ速度で回転駆動することを特徴とする請求項１３に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  15. 前記上部蓋は前記上部サセプタの外部面または前記上部ヒーターに近接するように配置され加熱温度を測定する上部温度センサーを備え、
    前記下部蓋は前記下部サセプタの外部面または前記下部ヒーターに近接するように配置され加熱温度を測定する下部温度センサーを備えることを特徴とする請求項９から請求項１４の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  16. 前記ガス供給部は、前記上部蓋および下部蓋の外枠に接するよう配置されるリング型の挿入部材と前記反応チャンバの内部空間側に開口されるよう前記挿入部材に備えられる給気口及び前記給気口と給気ラインを媒介にして連結されるガス供給口を含むことを特徴とする請求項９から請求項１５の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  17. 前記給気口から供給される反応ガスの供給位置は前記上部サセプタと下部サセプタとの間の上下間隔の中心と一致することを特徴とする請求項１６に記載の金属有機化学気相蒸着装置。
  18. 前記ガス排気部は、前記上部中空軸または下部中空軸の出口端から前記上部蓋または下部蓋の外側に一定長さ延長される排気ラインからなるか、前記上部中空軸および下部中空軸の両方の出口端に組み立てられる排気ラインからなることを特徴とする請求項９から請求項１７の何れかに記載の金属有機化学気相蒸着装置。
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