KR0137876B1 - 웨이퍼 처리용 에피텍셜성장 반응로 - Google Patents

웨이퍼 처리용 에피텍셜성장 반응로

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KR0137876B1 KR1019890003484A KR890003484A KR0137876B1 KR 0137876 B1 KR0137876 B1 KR 0137876B1 KR 1019890003484 A KR1019890003484 A KR 1019890003484A KR 890003484 A KR890003484 A KR 890003484A KR 0137876 B1 KR0137876 B1 KR 0137876B1
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Abstract

내용없음.

Description

웨이퍼 처리용 에피텍셜성장 반응로
제 1 도는 본 발명에 따른 반응로(제 2 도의 AA선을 따라 절단한)의 반부(half)의 측면도.
제 2 도는 대략 제 1 도의 1/2 척도로 축소한 개방 커버를 갖는 동일 반응로의 편면도.
제 3 도는 반응로의 부분 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2: 스페이스 3: 부 디스크
4: 주 디스크 5: 플레이트
7: 바닥 8: 커버
9: 외벽 12: 튜브
13, 14, 15: 가스 공급 채널 16: 튜브
18: 수정벽 19: 원통부재
20: O-링 26, 27, 28: 펀넬
본 발명은 반도체 재료인 다수의 웨이퍼를 반응성 가스 흐름에 노출시키므로서 웨이퍼를 처리하기 위한, 에피텍셜 성장 반응로(epitaxial growth reactor)에 관한 것으로, 특히, 위성 운동용 지지대(planetary support) 즉, 다수의 디스크가 축둘레에서 보통의 회전 운동을 하는 동시에 성장중인 웨이퍼를 운반하는 각각의 디스크가 자전하고 있는 지지대가 제공되어 있는 에피텍셜 성장 반응로에 관한 것이다.
샘플 지지대(sample support)로 공개된 이러한 웨이퍼 지지대는 프랑스 공보 제 A-2,596,070호에 기술되어 있는데, 그 공보에는 지지대, 디스크 및 디스크를 회전시키기 위한 수단을 상세히 기술하고 있다.
그러나, 상기 특허출원은 다음과 같은 문제점을 취급하고 있지 않고 있다. 즉, 상기 지지대는 비교적 큰 칫수를 가지므로, 그 지지대의 칫수에 대응하는 크기의 반응로 융기를 필요로 한다. 통상 수정으로 형성된 원통형 혹은 장방형 튜브는 축이 수평이고 반응로 가스 흐름이 이곳으로 유입되도록 위치되는 에피텍셜 성장 반응로로서 사용되는데, 상기 가스는 실린더벽에 평행하게 퍼지고, 균일한 폭으로 침전되는 균일한 선형의 반응 가스 흐름을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 주 디스크를 갖는 지지대 예를들면, 25㎝ 직경의 지지대를 갖는 장치를 제작하는데 필요한 크기의 수정 튜브는 대단히 비싸다. 더불어, 상기 수정 실린더의 단부를 경유한 상기 웨이퍼의 장전/해제는 용이하지 않으며, 또한 밀봉 부재를 제거하기 위한 기계적인 수단이 요구된다.
본 발명은 반응로 용기가 초소형이고 수정 튜브를 사용하여 얻는 것보다 매우 저렴한 반응로를 제공한다. 또한, 본 발명은 침전의 폭을 균일하게 하고 용기의 개방없이 동시에 다수의 웨이퍼를 처리할 수 있게 한다.
본 발명을 실행하기 위해서, 성장중에 내부의 반응 가스가 웨이퍼와 접촉하고 있는 용기는 위성 운동용 지지대를 포함하고 있진 않지만, 매우 값비싼 수정 튜브를 사용하지 않고도 개방되는 용기 없이 다수의 웨이퍼의 처리가 가능하다. 반응로에서, 주 디스크는 웨이퍼를 홀딩하는데만 사용된다. 주 디스크는 에피텍셜 성장중에 고정되며, 반응 가스 흐름하에 있는 공간속으로 상기 웨이퍼를 이송시키거나 혹은 이들로부터 이들을 후퇴시키도록 운동하게 된다. 상기 웨이퍼가 하나씩 차례로 처리되므로, 처리 사이클이 길다. 더구나, 상기 공보에는 결과적으로 침전하는 폭을 균일하게 하는데 불충분한 수단이 기술되어 있으며, 이는 본 발명에 의하여 해결되는 기술적인 문제점중의 하나이다.
본 발명에 따라서, 웨이퍼 표면의 전체폭을 가로지르는 침전 폭의 균일성은 반응 가스를 통과시키기 위한 오리피스가 커버 중앙에 위치될 때 즉, 주 디스크 중앙에 대향할 때 얻어질 수 있다.
또한, 어떤 작동 스테이지에는 서로 매우 급속한 반응을 하는 다수의 가스를 유입시킬 필요가 있다. 이것은, 예를들면, 트리 에틸-인듐(triethyl-indium)을 갖는 아르신(arsine)의 경우이다. 이들은 혼합되지 않고, 또한 동시에 유입되지만 용기속에서 분리된다. 이때문에, 중앙 개구는 반응 가스를 유입시켜, 플레어부(flared portion)가 하향하고 있는 다수의 동심의 펀넬(funnel)을 경유하여 용기속으로 배출시키는 역할을 한다.
이러한 장치는 가스 흐름이 용기 외측으로의 반경방향의 이동중에 매우 급속히 혼합되지 않게 하며 이는 웨이퍼의 자체 회전에도 불구하고 유해한 용기 중앙내의 가스 흐름의 과립형 및 집중적인 침전을 야기시킨다. 또한, 원통형 그리드는 대형의 판넬이 용기 내부로 연장하고 있는 환형 공간내에 설치되는 것이 유리하다. 이러한 그리드는 예를들면, 그리드의 원통형 섹션내에 접촉하는 리브로 형성된다. 또한, 두개의 환형 가스 유입구가 서로 이격되어 있는 원추형 벽의 최하부에는 대체로 평평하고 수평한 링이 연장되어 있다. 이러한 모든 장치는 웨이퍼면 전체의 균일한 침전을 최대한도로 개선시키도록 협력한다.
더구나, 상기 반응로가 소위 III-V 화합물을 침전하는데 사용될때, 상기 중앙 판넬은 화합물 V를, 외측 판넬은 화합물 III를 유입시키는데 사용된다. 상술된 특징과 함께 이러한 특징은 화합물 V를 함유하는 가스양이 웨이퍼 표면상의 다른 성분보다 항상 큰 양이 될 수 있게 한다.
반경 방향의 반응 가스 흐름의 균질성을 더욱 개선시키기 위해 원통형 융기 내부에 수정링으로 형성된 림(rim)에 의해 둘러싸인 위성운동용 지지대에는 원주를 따라 동거리에 개구가 제공되어 있고 그 외측부에는 환형의 가스 순환 스페이스가 제공되어 있다.
본 발명에 따른 장치의 주요 장점은 처리할 반도체 웨이퍼의 장전 및 해제의 용이성이다. 본 발명의 반응로는 상기 웨이퍼 스테이션에 대한 직접적인 접근을 제공하는 하측 개방이 가능하다. 이러한 장점을 최대로 제공하고 더욱 빠른 용기의 개방 작동을 제공하기 위해, 상기 커버는 한 셋트의 원주 위에 있는 볼트에 의하여 교정되지 않고 반응로의 장전 및 해제용 커버를 제거할 수 있는 잭(jack) 시스템에 의해 원통형 부재상에 놓인다.
이하, 본 발명은 예시적인 도면을 참조하여 설명한다.
더욱 확대한 도면을 제공하기 위해, 제 1 도는 대략 반응로의 반부분만을 도시한다. 제 2 도 및 그 이외의 도시된 부품으로부터 도시되지 않는 부분도 용이하게 이해할 수 있다.
웨이퍼 지지대는 내부에 가스 공급 채널(13, 14, 16)이 천공되어 있고 또한 상부에 커비트(cuvette)를 형성하도록 외측으로 천공되어 있는 디스크로 형성된다. 대략 25㎝의 직경을 갖고 가스베드상에서의 부상중에 회전하는 주 디스크(4)는 상기 커비트내에 배열되며, 주 디스크는 반도체 웨이퍼 혹은 슬라이스(slice)가 각각 놓여있는 가스 베드 상에서의 부상중에 회전하는 다수의 부 디스크(3)를 이송한다. 단면도 및 평면도에는 포함되지 않기 때문에 단부만이 도시되어 있는 가스 공급 튜브는 주 디스크(4) 아래로 부유가스(수소로 구성되는)를 이송한다. 부가의 튜브(16)는 회전하는 주 디스크(4) 내측에 설치된 채널(15) 단부와 대면하는 고정된 플레이트(5)의 중앙에서 종결되고 또한 부 디스크(3) 아래에서 종료된다.
상기 디스크(3, 4)에는 지지된 디스크를 회전시키는 가스 회전부품의 회전용 원추형 채널이 제공되어 있다.
가스를 수집하고 이들을 하부 디스크를 향하여 이송시키는 채널이 각각의 회전 디스크 아래에 제공된다. 이는 전술한 프랑스 공보 A-2,596,070호에 상세히 기술되어 있는데, 이는 참조로서 본 발명에 고려될 수 있다.
주 디스크의 크기는 예를 들어 7.62㎝의 직경을 가진 웨이퍼를 이송하는 부 디스크 혹은 예를들어, 5.08㎝의 직경을 가진 웨이퍼를 이송하는 부 디스크의 설치를 허용할 수 있는 크기이다. 상기 중간 디스크는 대략 5㎜의 두께를 갖고, 주 디스크는 대략 12㎜의 두께를 가지며, 또한 상기 고정된 지지 디스크와 함께 상기 전체 두께는 대략 28㎜이다. 이러한 부품들 전체는 다음에 기술된다.
상기 반응로 용기는 후술하는 커버(8) 및 바닥(7)이 밀봉되어 있는 원형 횡단면의 수직축(32)을 갖는 원통부재(19)로 구성된다. 가열할 면적 및 반응 가스에 요구되는 체적을 최대로 제한하도록, 상기 부재(19)가 디스크(4)와 플레이트(5)를 밀봉하게 둘러싸게 된다. 상기 부재(19)의 높이는 반응로 가스를 통과시킬 수 있는 적절한 높이의 스페이스(2)를 디스크(3, 4)와 플레이트로 구성된 지지대 아래에 남겨둘 수 있는 형태로 선택된다. 상기 웨이퍼는 상기 스페이스에서 반응로 가스와 접촉한다.
상기 원통형 부재는 이에 납땜된 튜브(12)로 형성되는 코일에 의하여 냉각되며 또한 이를 통하여 물이 순환한다. 상기 부재는 스테인레스 스틸로 형성된다. 이것은 원통형 부재의 전체 내면을 덮고 있는 원통형 수정벽(18)에 근접된 둘레에 권선되는 내부 홈(42)을 가진다. 수소는 튜브(41)(제 2 도)를 경유하여 홈(42)속으로 이송되고 스틸의 원통부재(19)와 수정벽(18) 사이의 공간을 통해 융기 내부로 유입되어, 반응 생성물이 부재(19)에 침투하여 오염시키는 것을 방지한다. 웨이퍼 지지 시스템용 부유 가스는 원통형 부재를 가로지르는 튜브(21) 및 수정벽(18)을 경유하여 공급되어 블록(6)속으로 유입된다.
반응로의 바닥은 대략 4㎜ 두께의 둥근 수정 플레이트로 구성된다. 밀봉 시일은 홈(43) 사이에 형성되어 있는 O-링(44)에 의하여 보장된다.
상기 웨이퍼 지지 시스템은 블록(6) 수단에 의하여 바닥상에 설치되는데, 이는 부유가스의 배출용 스페이스를 제공한다. 부가로, 도면부호 14에서 종결되고 플레이트쪽으로 천공되어 있는 튜브는 반응 가스가 디스크에 도달하여 침전물이 형성되는 것을 방지를 하도록 스페이스 내부로 수소를 분사한다.
바닥(7) 아래에는 반사기(39)가 결합되어 있는 적외선 램프(138)가 장착되는데, 그 적외선은 바닥(7)을 따라 통과하여 지지대를 가열한다. 이러한 다수의 램프 사용으로 디스크 중앙으로부터 측부를 완전히 균일하게 가열될 수 있게 한다.
상기 커버는 대략 4㎜ 두께의 수정 디스크로 형성되는 커버(8)로 구성되며, 하부에 있는 홈(33)과 유사하게 형성되는 홈(43) 사이에는 O-링(20)이 끼워진다. 상기 디스크는 평평하다. 즉, 이것은 판넬(28)을 형성하도록 상승되는 중앙부분을 제외하고는 평평하다. 가스는 튜브(38)을 경유하여 펀넬속으로 이송된다. 판넬(38) 속에는 두개의 부가적인 펀넬(26, 27)이 제공되는데 그 하부는 플레어 부가 하향으로 되어 있는 깔대기 형태이다. 각각의 펀넬(26, 27)은 각각 튜브(36, 37)를 경유하여 가스원과 접속되어 있다. 3 개의 동심 펀넬 셋트는 수정으로 형성되고 또한 외측 펀넬은 전체가 커버(8)와 함께 일체로 형성된다. 펀넬(26, 27)의 하부는 주 디스크(4) 아래의 대략 2㎜ 지점에 설치된다. 내측 튜브(36)는 예를들어 아비산염을 이송하고 외측 튜브(38)는 수소로 희석한 오르가노(organo) 금속 물질의 혼합물을 이송한다.
수평면내의 모든 방향으로의 가스 흐름 분포를 얻기 위해, 판넬(28)이 용기속으로 연장하고 있는 환형 스페이스내에 원통형 그리드(48)가 놓인다. 상기 그리드는 제 3 도의 평면도에 분리되게 도시되어 있다. 상기 도면의 우측에 그리드(48) 부품이 다시 도시되는데, 이것은 설부(47, tongue)를 각각 형성하도록 레이저에 의하여 V형으로 절단되어 있는 평평한 몰리브덴 스트립이다. 상기 스트립 재료가 실린더를 형성하도록 권선될 때, 상기 설부는 도면부호 49 에서 보아 실린더의 섹션에 접촉하고 평평함을 유지하고 있다. 이들은 보통 실린더에 대략 접선인 흐름율을 가스에 주는 리브를 형성한다. 각각의 리브가 바로전의 리브를 떠나는 신선한 가스에 의하여 내측으로 촉촉해지는 사실 때문에 오염이 발생하지 않는다.
더구나, 서로로부터 두개의 환형 가스 유입구 펀넬(27, 28)로 분리하는 원추형벽의 하부는 대체로 평평하고 수평의 리브에 의하여 외측으로 멀리 연장한다. 상기 리브는 장착을 조절하도록 두 부분으로 몰리브덴으로 형성된다. 예를들면, 이것은 공지된 방식으로 그리드(48)에 고정된다. 제 1 도에서 리브(45)를 관찰하면, 한편으로는 가스 흐름이 펀넬(26) 이탈하지만 다른 한편으로는 와류를 방지하도록 서로의 혼합을 지연시키고 수평 흐름율은 제공하고 펀넬(26, 27)을 이탈하면서 분리됨을 알 수 있다.
상기 리브(45)는 펀넬(27, 28) 사이에 위치하는 판넬벽의 수정 엣지의 평평부에 의해 구성될 수도 있다.
상기 커버(8)는 부재(19)를 지지할 수 있는 외벽(9)에 의해 지지된다. 외벽(9) 및 디스크 사이에는 스페이스(34)가 형성되는데, 커버 온도를 제어하도록 튜브(10, 11)를 경유하여 가스로 충전되며, 또한 밀봉을 위해 O-링(22, 23, 24)이 제공된다. 상기 외벽(9)에 대해서 약간의 미끄럼이 가능한 환형 부품(25)은 장착중 수정 커버의 브레이킹을 방지할 목적으로 제공된다. 상기 금속 부품의 외벽(9)은 예를들어 튜브(12)와 유사한 워터 파이프 혹은, 상기 환형 부품내에 형성되어 물로 채워지는 중공 채널에 의하여 냉각된다.
커버를 구성하고 있는 조립체는 반응로 내측으로 이동할 수 있게 상승될 수 있다. 상기 조립체를 부재(19)상에 정지시키고 이것을 이송하기 위한 시스템이 제공된다. 이것은 공지된 기계적인 수단에 의하여 용이하게 실현될 수 있다. 예로서, 외벽(9)에는 수직 튜브의 주위에서 미끄럼 운동하여, 하나 혹은 다수의 유압잭에 의하여 제어되는 수직의 병진 운동을 하는 볼 슬리브가 제공될 수 있다.
가스 혼합물의 분포 균일성이 축(32)에 따라 증가시키도록, 상기 웨이퍼 지지대는 개구를 갖는 원주둘레에 제공된 수직 슬릿 형태의 수정벽(17)에 의하여 둘러싸인다. 수정벽(17, 18) 사이에는 환형 스페이스가 제공된다.
제 2 도에는 상승 위치에 있는 반응로 커버와 부재(19)를 통과하는 다수의 튜브의 배열이 도시되어 있으며, 또한 도면부호 14 에서 종결되고 상기 웨이퍼 지지대 조립체 아래로 가스가 흐르게 하는 튜브(31), 채널(13)에서 종결되고 주 디스크의 부유 가스를 공급하는 튜브(30), 웨이퍼 지지대의 고정부내에 있고 부 디스크용 가스를 공급하는 중공 튜브(16), 가스를 환형홈(42) 속으로 이송하는 튜브(41), 반응로 가스 배출 튜브(29) 및, 웨이퍼 지지대의 고정부 내부를 관통하고 있고 온도 측정을 위한 열전쌍(thermocouple)을 삽입할 수 있는 튜브(37)등이 도시되어 있다. 제 2 도에 도시된 주 디스크는 7.62㎝ 직경의 5 개의 부 디스크(3)를 이송한다.
본 발명의 변형예로서, 원통형 부재(19)는 둥근 형태 대신에 장방형으로 형성가능한데, 이는 수정벽(18)에 제공된 가스 흐름의 형태를 변화시키지 않고 그대로 유지한다.

Claims (11)

  1. 위성 운동용 지지대 즉, 다수의 디스크가 축 둘레에서 회전 운동하는 동시에 에피텍셜 성장중인 웨이퍼를 운반하는 각각의 디스크가 자전하고 있는, 다수의 웨이퍼를 반응성 가스 흐름에 노출시킴으로써 반도체 재료인 다수의 웨이퍼를 처리하기 위한 에피텍셜 성장 반응로에 있어서, 적층 성장중에 반응 가스가 웨이퍼와 접촉하는 용기는 위성 운동용 지지대를 거의 둘러싸고 있는 수직축을 갖는 원통형 부재와 하나의 평판으로 형성되는 바닥 및 원통형 지지대의 최고 및 최저 섹션에 밀봉 결합되는 편평한 커버에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 가스용 개구가 주 디스크 중앙과 대향되는 커버 중앙내에 위치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 중앙 개구는 반응 가스를 유입하여, 플레어부가 하부로 향하고 있는 다수의 동심 판넬을 경유하여 용기속으로 배출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  4. 제 3 항에 있어서, 원통형 그리드는 대형 판넬이 용기속으로 연장하고 있는 환형 스페이스내에 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 그리드는 그리드의 원통형 횡단면과 접하게 연장하는 리브로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 최외측에 위치하는 두개의 환형 가스 유입구의 스페이스를 서로 분리시키는 원추형 벽의 하부가 평평하고 수평인 림으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  7. 제 3 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, III-V 화합물의 에피텍셜 성장을 위해서, 중앙 판넬이 V 화합물을 유입하는데 사용되며, 또한 외측 판넬이 III 화합물을 유입하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 커버는 수정 디스크이고 최외측에 위치하는 판넬 전체와 일체로 형성되도록 제조되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 위성운동용 지지대는 원통형 용기 내측에서, 원주를 따라 균일하게 분포되는 개구가 제공되어 있는 수정링으로 제조된 림으로 둘러싸여 있으며, 그 외측에는 환형 가스 순환 스페이스가 형성되어 잇는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버는 반응로의 장전 및 해제용 커버의 상승 작동을 가능하게 하는 수단인 잭 시스템에 의하여 원통형 부재상에 위치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 바닥 플레이트는 수정으로 형성되고 적외선 방사원이 상기 바닥 플레이트 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리용 에피텍셜 성장 반응로.
KR1019890003484A 1988-03-22 1989-03-21 웨이퍼 처리용 에피텍셜성장 반응로 KR0137876B1 (ko)

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