KR101161407B1

KR101161407B1 - 화학기상 증착장치

Info

Publication number: KR101161407B1
Application number: KR1020080096306A
Authority: KR
Inventors: 김창성; 유상덕; 홍종파; 심지혜; 이원신
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-07-09
Also published as: CN102230167A; TWI410520B; CN102230167B; TW200930835A; KR20090071354A

Abstract

화학기상 증착장치를 제공한다.

본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는, 웨이퍼가 탑재되는 서셉터가 구비되며 상기 웨이퍼에 대한 화학 기상 증착이 이루어지는 반응로를 구비하는 반응챔버, 상기 반응로의 외측으로부터 상기 반응로의 중심 쪽으로 반응가스가 유동하도록 상기 반응챔버의 외부벽에 구비되는 가스 유입부, 그리고 상기 반응로에서 반응완료 된 반응가스를 상기 반응챔버의 상부 또는 하부로 배출하도록 상기 반응챔버의 중심부에 구비되는 가스 배기부를 포함하며, 고온의 증착 막 성장 조건 하에서 성장 압력을 증가시킬 경우에도 챔버 내에서 가스의 밀도가 실질적으로 균일하게 되도록 할 수 있는 특징이 있다.

Description

화학기상 증착장치{Chemical Vapor Deposition Apparatus}

본 발명은 외측으로부터 내측 중심으로 반응가스를 공급하여 웨이퍼의 표면에 성장층을 균일하고 안정적으로 증착할 수 있도록 개선된 화학기상 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Phase Deposition)은 여러 가지 기판상에 다양한 결정 막을 성장시키는 데 주요한 방법으로 사용되고 있다. 일반적으로 액상 성장법에 비해, 성장시킨 결정의 품질이 뛰어나지만, 결정의 성장 속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이것을 극복하기 위해 한 번의 성장 싸이클에서 여러 장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.

그러나, 상기와 같이 여러 장의 기판상의 동시에 막을 성장시키는 경우, 각 기판상에서 성장한 결정 막에 대하여 동일한 품질을 보장하기 위해서는, 각 기판의 온도와 여러 기판상의 반응 기체의 흐름을 동일하게 유지해야 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 방법으로는, 여러 개의 주입 관을 사용하여 각 기판상의 가스 흐름을 비슷하게 하는 방법, 또는 여러 기판을 하나의 회전축을 중심으로 방사상으로 배열하고 전체의 기판을 동일 축 상에서 회전시키는 방법(공전) 과, 각각의 기판을 독립적으로 회전(자전)하는 방법 등이 있으며, 이러한 종래의 방식은 때로는 개별적으로, 때로는 복합적으로 사용되었다.

본발명은 고온의 증착 막 성장 조건 하에서 성장 압력을 증가시킬 경우에도 챔버 내에서 가스의 밀도가 실질적으로 균일하게 되도록 하고 또 격렬한 기상 반응이 일어나지 않도록 하여 양호한 품질의 기상 증착을 이룰 수 있는 화학기상 증착장치를 제공 한다.

본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는, 웨이퍼가 탑재되는 서셉터가 구비되며 상기 웨이퍼에 대한 화학 기상 증착이 이루어지는 반응로를 구비하는 반응챔버, 상기 반응로의 외측으로부터 상기 반응로의 중심 쪽으로 반응가스가 유동하도록 상기 반응챔버의 외부벽에 구비되는 가스 유입부, 그리고 상기 반응로에서 반응완료 된 반응가스를 상기 반응챔버의 상부 또는 하부로 배출하도록 상기 반응챔버의 중심부에 구비되는 가스 배기부를 포함한다.

또한, 상기 가스 유입부로부터 상기 가스 배기부로 향하는 가스의 유동이 실질적으로 균일하게 되도록 상기 가스 유입부와 상기 가스 배기부 사이에 구비되는 유동제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서셉터를 일 방향으로 회전시키는 동력을 제공하는 회전구동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서셉터와 인접하도록 구비되어 상기 서셉터에 열을 공급하는 가열부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유동제어부는, 상기 반응로의 외측에 구비되어 상기 반응챔버 내부에서 상기 반응로를 구획시키며 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스의 압력을 조절하여 상기 반응로로 유입되도록 하는 격벽부재와, 상기 반응챔버의 외측벽과 상기 격벽부재 사이에 마련되어 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스를 저장하며 상기 격벽부재를 통해 유입시키는 적어도 하나의 가스실을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스실이 복수개 구비되는 경우, 상기 각 가스실을 구획하는 적어도 하나의 분할부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 반응챔버 내에서 상기 서셉터와 마주보는 면에 구비되어 상기 서셉터와 상기 반응챔버 사이의 간격이 상기 가스 유입부 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소되도록 하는 와류방지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유동제어부는, 상기 반응로의 외측에 구비되어 상기 반응챔버 내부에서 상기 반응로를 구획시키고, 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스의 압력을 조절하여 상기 반응로로 유입되도록 하며, 소정 각도 경사지도록 구비되는 경사격벽과, 상기 반응챔버의 외측벽과 상기 경사격벽 사이에 마련되어 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스를 저장하며 상기 경사격벽을 통해 유입시키는 복수개의 가스실과, 상기 각 가스실을 구획하는 적어도 하나의 분할부재를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유동제어부는, 상기 반응챔버의 외측벽과 상기 경사격벽 사이에 마련되어 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스를 저장하며 상기 경사격벽을 통해 유입시키는 복수개의 가스실과, 상기 각 가스실이 서로 다른 길이로 형성되어 서로 단차를 이루도록 구획시키는 적어도 하나의 분할부재와, 상기 각 가스실의 단부에 구비되어 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스의 압력을 조절하여 상기 반응로로 유입되도록 하는 분할격벽을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 분할격벽에 실질적으로 수평 방향으로 병렬적으로 구비되어 반응가스의 흐름을 안내하는 복수개의 안내부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 유입부는, 서로 다른 종류의 반응가스가 각각의 가스실에 유입되도록 상기 각 가스실과 연통되는 가스공급라인을 복수개 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전구동부는, 상기 서셉터의 외부면에 형성된 피동기어와, 상기 피동기어와 기어물림되는 구동기어와, 상기 구동기어를 회전시키는 구동축의 선단에 구비되어 구동력을 제공하는 회전모터를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서셉터의 중심부에 구비되어 상기 서셉터를 회전시키며 그 내부에 상기 가스 배기부가 마련되는 샤프트를 더 포함하고, 상기 회전구동부는 상기 샤프트에 구비되는 피동기어와, 상기 피동기어와 기어물림되는 구동기어와, 상기 구동기어를 회전시키는 구동축의 선단에 구비되는 회전모터를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 배기부는, 상기 반응챔버의 내면 상단부 및 상기 서셉터의 중심부 중 어느 하나에 마련되는 배기홀과, 상기 배기홀과 연통되는 배기라인을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 고온의 증착 막 성장 조건 하에서 성장 압력을 증가시킬 경우에도 챔버 내에서 가스의 밀도가 실질적으로 균일하게 되도록 할 수 있다.

또한, 반응챔버의 외측에 연결된 가스 유입부를 통해 반응챔버의 외측으로 공급된 반응가스가 유동제어부에 의해서 일시 체류한 다음 반응챔버의 중심으로 공급됨으로서, 고온의 서셉터 표면에 의한 열대류 현상에 의한 반응가스의 유입구에서의 와류를 방지하거나 최소화하고, 반응이 종료된 폐가스를 반응챔버의 상부 또는 하부로 배출할 수 있기 때문에, 가스유동의 균일도를 향상시키고, 반응챔버 내에서 격렬한 기상 반응이 일어나지 않도록 하여 균일한 성장층을 갖는 우수한 품질의 증착 웨이퍼를 제조할 수 있다.

이하 본 발명에 대해서 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 화학 반응을 이용하여 피증착물 (웨 이퍼)에 박막을 형성시키도록 하는 모든 종류의 화학 기상 증착 장치에 적용된다.

도 1은 본 발명에 따른 화학기상 증착장치의 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 단면도이다.

본 발명의 장치(1)는 도 3(a)(b)에 도시한 바와 같이, 반응챔버(10), 회전구동부(20), 가열부(30), 가스 유입부(40), 가스 배기부(50) 및 유동제어부(60)를 포함한다.

상기 반응챔버(10)는 내부유입된 반응가스와 증착 대상물인 웨이퍼간의 화학적 기상 반응이 이루어지도록 일정크기의 내부공간, 즉 반응로(1)를 제공하며, 상기 반응로(1)의 내부면에는 고온 분위기를 견딜 수 있도록 단열재가 구비될 수 도 있다.

이러한 반응챔버(10)의 내부, 즉 반응로(1)에는 상기 웨이퍼(2)가 복수개 탑재될 수 있도록 복수의 포켓(15)이 함몰 형성된 서셉터(14)를 배치한다.

상기 서셉터(14)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 반응챔버(10)의 외경보다는 상대적으로 작은 일정크기의 외경으로 구비되고, 그라파이트(graphite)를 소재로 하여 원반형태로 구비되며, 상기 반응챔버(10)의 중심부에 조립되는 샤프트(16)는 가스배기유로를 형성하는 배기홀(51)을 갖는 중공 파이프부재로 이루어질 수 있다.

상기 회전 구동부(20)는 상기 웨이퍼(2)가 복수개 탑재된 서셉터(14)를 일방향으로 일정하게 회전시키는 동력을 제공한다.

이러한 회전 구동부(20)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 서셉터(14)의 외 측 하부면에 피동기어(21)를 일체 또는 별도의 구조물로 구비하고, 상기 피동기어(21)와 기어물림되는 구동기어(22)를 구비하며, 상기 구동기어(22)는 전원인가시 회전 구동력을 발생시키는 회전모터(24)의 구동축(23) 선단에 장착된다.

그리고, 상기 회전 구동부(20)는 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 상기 서셉터(14)의 하부면으로부터 직하부로 일정길이 연장되는 중앙축(16)에 장착되는 피동기어(21a)를 일체 또는 별도의 구조물로 구비하고, 상기 피동기어(21a)와 기어물림되는 구동기어(22a)를 구비하며, 상기 구동기어(22a)는 전원인가시 회전구동력을 발생시키는 회전모터(24a)의 구동축(23a) 선단에 장착될 수도 있다.

이에 따라, 상기 회전모터(24,24a)의 회전구동시 상기 피동기어(21,21a)와 구동기어(22,22b)간의 기어물림에 의해서 상기 웨이퍼(2)가 로딩된 서셉터(14)는 일방향으로 5 내지 50 rpm의 균일속도로 일정하게 회전될 수 있는 것이다.

상기 가열부(30)는 상기 웨이퍼(2)가 탑재되는 서셉터(14)의 하부면 근방에 배치되어 상기 서셉터(14)에 복사열을 제공하여 상기 웨이퍼(2)를 간접적으로 가열하는 것이다.

이러한 가열부(30)는 전기히터, 고주파유도, 적외선방사, 레이저 등 중 어느 하나로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 반응챔버(10)에는 상기 서셉터(14)의 외부면이나 상기 가열부(30)에 근접하도록 배치되어 상기 반응챔버의 내부 분위기 온도를 측정하고, 측정값을 근거로 하여 가열온도를 조절할 수 있도록 온도센서(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 가스 유입부(40)는 상기 반응챔버(10)의 외부벽(18)에 구비되어 상기 반응챔버(10)의 외측으로부터 상기 반응챔버(10)의 내부중심으로 향하는 가스흐름을 형성하도록 반응가스를 공급한다.

이러한 가스 유입부(40)는 서로 다른 종류의 반응가스를 공급하는 제1가스유입부(41), 제2가스유입부(42) 그리고 제3가스유입부(43)를 각각 구비하며, 상기 제1가스유입부(41)를 통해서는 제1반응가스가 공급되고, 제2가스유입부(42) 및 제3가스유입부(43)를 통해서는제2반응가스가 공급되도록 함이 바람직하다.

제1반응가스와 제2반응가스는 서로 전혀 다른 성분의 가스일 수도 있고 일부성분이 공통되는 경우일 수도 있으며, 제1가스유입부(41), 제2가스유입부(42) 및 제3가스유입부(43)는 모두 동일한 가스가 유입될 수도 있고 각각 전혀 다른 가스가 유입될 수도 있다. 이러한 반응가스는 증착대상물에 증착하고자 하는 성장층에 따라 변경될 수 있다.

상기 가스 배기부(50)는 상기 반응챔버(10)의 중심부근에 구비되어 상기 반응로(1)의 외측으로부터 내부중심으로 진행되는 가스흐름을 형성하면서 상기 웨이퍼(2)의 표면에 성장층을 형성하기 위해서 반응완료된 폐가스를 상기 반응챔버(10)의 상부 또는 하부중 어느 하나로 배출하는 것이다.

이러한 가스 배기부(50)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 반응챔버(10)의 중심의 하부로 폐가스를 배기하는 구조를 갖는 것으로, 이는 상기 서셉터(14)의 회전중심에 조립되는 샤프트(16)에 관통형성된 배기공(51)를 구비하고, 상기 배기홀(51)의 하부단에는 배기라인(52)을 갖추어 구성할 수 있다.

또한, 상기 가스 배기부(50)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 반응챔버의 상부면 중심에 관통형성되는 배기공(51a)을 구비하고, 상기 배기공(51a)에 연결되는 배기라인(52a)을 갖추어 구성할 수 있다.

이에 따라, 상기 반응로(1)의 외측인 외부벽(18)으로부터 공급된 반응가스는 상기 반응챔버(10)의 중심으로 향하는 가스흐름을 형성하면서 상기 웨이퍼(2)의 상부면인 증착면에 성장층을 형성하는 반응을 마친 후, 상기 서셉터(14)의 하부면에 구비된 샤프트(16)의 배기홀(51)을 통하여 반응챔버(10)의 하부로 배출되거나 상기 반응챔버의 상부면에 구비된 배기홀(51a)을 통하여 반응챔버(10)의 상부로 배출되어 폐가스 처리되는 것이다.

상기 유동제어부(60)는 상기 반응로(1)의 외측에 구비되어 반응가스를 내부유입하는 가스 유입부(40)와 상기 반응챔버(10)의 중심에 구비되어 폐가스를 외부로 배출하는 가스 배기부(50)사이에 구비되어 가스 유입부(40)로부터 상기 가스 배기부(50)로 향하는 가스흐름이 상기 반응로(1)의 내부에서 일정하게 하는 것이다.

이러한 유동제어부(60)는 상기 가스 유입부로부터 상기 가스 배기부로 향하는 가스의 유동이 실질적으로 균일하게 되도록 하는 구성요소로서 도 2와 도 4에 도시한 바와 같이, 가스실과 격벽부재(61)를 포함하여 이루어진다.

상기 가스실은 반응챔버(10)의 외측벽(18)과 격벽부재(61) 사이에 마련되는 소정 크기의 공간으로서 가스 유입부(40)와 연통되어 상기 가스 유입부(40)를 통해 유입되는 반응가스가 일시 저장되었다가 상기 격벽부재(61)를 통해 반응로(1)로 공급되도록 한다.

상기 가스실은 하나가 구비될 수도 있고, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수개가 구비되는 것도 가능하다.

즉 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1가스 유입부(41)와 연통되는 제1가스실(11), 제2가스 유입부(42)와 연통되는 제2가스실(12), 그리고 제3가스 유입부(43)와 연통되는 제3가스실(13)이 각각 구비될 수 있다.

상기 격벽부재(61)는 상기 반응챔버(10)의 최외측인 외부벽(18)으로부터 반응챔버(10)의 중심으로 일정간격을 두고 이격되어 수직하게 구비되며, 이는 상기 반응챔버(10)의 외부벽과 일정간격을 두고 이격되어 원주방향으로 연속하는 원통형의 부재로 이루어진다.

그리고, 상기 격벽부재(61)는 상기 가스 유입부(40)로부터 공급되는 반응가스가 자유롭게 통과될 수 있도록 다공성 몸체로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 복수개의 가스실(11, 12, 13)은 분할부재(64a, 64b)에 의해 각각구획되도록 하는 것이 가능하다.

한편, 상기 반응챔버(10)의 외측에서 반응챔버의 내부중심으로 향하는 가스공급흐름이 형성되는 경우, 반응가스가 유입되는 반응챔버의 외측에서 도 5에 도시한 바와 같이, 균일하지 못한 반응 가스의 유동흐름을 형성할 수도 있다.

이는 상기 웨이퍼(2)가 로딩되는 서셉터(14)가 가열부(30)에서 의해서 고온으로 가열되면서 상기 서셉터(14)의 상부면과 상기 반응챔버의 천정면간의 온도차이에 의해 유발되는 열대류(thermal convection)에 기인한다.

이러한 열대류에 의해서 반응가스의 흐름은 하부로부터 상부으로 부력을 받 게 되며 반응가스의 유속은 반응챔버의 외주로부터 중심으로 향하면서 서서히 빠르게 변화된다. 이에 따라, 상기 반응챔버(10)의 외부벽 근방에서의 가스유속은 상기 반응챔버의 중심부근에서의 가스유속에 비하여 상대적으로 느리게 되어 불균일한 가스유동을 유발시키는 와류가 발생되고, 이로 인하여 웨이퍼의 증착면에서의 가스반응이 불안정해지면 성장층이 불균일해질 수 있는 것이다.

이에 따라, 이러한 와류발생을 최소화하거나 근본적으로 제거하기 위해서 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 반응챔버(10) 내에서 상기 서셉터(14)와 마주보는 면에 구비되어 상기 서셉터(14)와 상기 반응챔버(10) 사이의 간격이 상기 가스 유입부(40) 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소되도록 하는 와류방지부(70)를 구비하는 것이 바람직하다.

이러한 와류방지부 (70)는 상기 반응챔버(10)의 내부 천정면으로부터 서셉터(14)측으로 돌출되는 구조로 구비되거나 수정(Qurtz)와 같은 열전도도가 낮은 소재를 상기 반응챔버(10)의 내부 천정면에 착탈이 가능하도록 조립방식으로 구비될 수도 있다.

또한, 상기 와류방지부 (70)는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 서셉터(14)의 상부면과 마주하는 외부면이 서셉터(14)의 상부면과 나란한 수평면(71)과 일정각도로 경사진 경사면(72)으로 이루어지는 것도 가능하고, 도 7에 도시된 바와 같이 소정의 곡률을 갖는 곡면부(73)을 갖도록 구비될 수 도 있다.

도 6 및 도 7에 표시된 도면번호 44는 제1가스유입부(41, 도 1 참조)의 가스유입구를 나타낸 것이고, 도면번호 45는 제2가스유입부(42, 도 1 참조)의 가스유입 구를 나타낸 것이며, 도면번호 46은 제3가스유입부(43, 도 1 참조)의 가스유입구를 나타낸 것이다.

상기 각 가스유입구에 관한 내용은 후술할 도 8 내지 도 11에 각각 도시된 실시예에서도 동일하게 적용된다.

한편, 상기 유동제어부(60)는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 소정 각도 경사지도록 구비되는 경사격벽(62)과, 상기 경사격벽(62)과 상기 외측벽(18) 사이의 가스실(제1가스실(11), 제2가스실(12), 13)을 서로 구획되도록 하는 분할부재(65a, 65b)를 포함하여 경사형으로 구비될 수 있다.

상기 경사격벽(62)은 상기 반응챔버(10)의 최외측인 외부벽(18)으로부터 반응챔버(10)의 중심으로 소정 간격을 두고 이격되어 경사지게 구비되며, 이는 상기 반응챔버(10)의 외부벽(18)과 소정의 간격을 두고 원주방향으로 연속하는 대략 원통형의 부재로 이루어진다.

그리고, 상기 경사격벽(62)은 도 1 내지 도 7에 도시된 격벽부재(61)와 마찬가지로 가스 유입부(40)로부터 공급되는 반응가스가 자유롭게 통과될 수 있도록 다공성 몸체로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 경사격벽(62)과 분할부재(65a, 65b) 등을 포함하는 유동제어부(60)에 의해 상부 쪽 가스실이 하부 쪽 가스실에 비해 더 길게 형성되므로, 반응로(1) 내에서 차가운 반응가스가 상부에서 하부에 비하여 좀더 멀리 이동할 수 있어 열대류 현상을 억제시키면서 가스흐름의 유동을 안정화시키고 균일하게 유지할 수 있다.

그리고, 도 9에서는 도 8에 도시된 경사격벽(62)과 분할부재(65a, 65b), 그리고 각 가스실(11, 12, 13) 등의 구조에 도 7에 도시된 와류방지부(70)의 구조가 더해져서 이루어진 화학 기상 증착 장치에 관한 실시예를 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 경사형의 유동제어부(60)와 와류방지부(70)에 관한 구성을 결합함으로써 반응챔버 내부에서 반응가스가 좀 더 균일하게 유동하도록 할 수 있다.

한편, 상기 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 반응로(1)의 외측에 복수개의 가스실이 서로 단차를 이루며 형성되도록 하고 그 단부에는 각각 분할 격벽부재(63a, 63b, 63c)가 구비되도록 하여 다단형의 유동제어부(60)가 구성되도록 하는 것도 가능하다.

즉 도 10에 도시된 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 유동제어부(60)는 제1가스실(11)과 단차를 이루도록 하면서 그 길이는 더 작게 하여 제2가스실(12)을 구비하고, 상기 제2가스실(12)과 단차를 이루도록 하면서 그 길이는 더 작게 하여 제3가스실(13)을 구비한다.

그리고 상기 제1가스실(11)의 반응로(1) 쪽 단부에는 제1분할 격벽부재(63a)가 구비되고, 제2가스실(12)의 반응로(1) 쪽 단부에는 제2분할 격벽부재(63b)가 구비되며, 제3가스실(13)의 반응로(1) 쪽 단부에는 제3분할 격벽부재(63c)가 구비된다.

상기 각 가스실(11, 12, 13)은 분할부재(66a, 66b)에 의해 각각 구획된다.

상기한 바와 같이 유동제어부(60)가 다단형으로 구비되는 경우, 상부 쪽 가스실이 하부 쪽 가스실에 비해 더 길게 형성되므로 반응로(1) 내에서 차가운 반응 가스가 상부에서 하부에 비하여 좀더 멀리 이동할 수 있어 열대류 현상을 억제시키면서 가스흐름의 유동을 안정화시키고 균일하게 유지할 수 있다.

그리고, 도 11에서는 도 10에 도시된 분할 격벽부재(63a, 63b, 63c)와 분할부재(66a, 66b), 그리고 각 가스실(11, 12, 13) 등의 구조에 도 7에 도시된 와류방지부(70)의 구조가 더해져서 이루어진 화학 기상 증착 장치에 관한 실시예를 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 다단형의 유동제어부(60)와 와류방지부(70)에 관한 구성을 결합함으로써 반응챔버 내부에서 반응가스가 좀 더 균일하게 유동하도록 할 수 있다.

한편, 도 12에서는 도 10에 도시된 다단형의 유동제어부에 안내부재(67)와 순환라인(68)이 더 구비된 경우에 관하여 도시하고 있다.

도 12에 도시된 바와 같이 각 분할 격벽부재(63a, 63b, 63c)에 복수개의 안내부재(67)를 가스의 유동 방향과 나란하게 배치하여 반응가스의 유동이 반응로(1) 쪽으로 안내되도록 함이 바람직하다.

상기한 바와 같이 안내부재(67)가 반응가스의 유동을 소정의 길이만큼 안내하기 때문에 반응가스의 유동이 어느 정도 균일하게 되도록 하는 것이 가능하다. 그리고 상기 안내부재(67)는 하부 쪽으로 갈수록 그 길이가 짧아지도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이 각 가스실(11, 12, 13)의 외측에는 상기 반응챔버(10)를 냉각할 수 있도록 상기 반응챔버(10)의 외부벽을 따라 냉각수가 순환 되는 순환라인(68)을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 격벽부재(61), 경사격벽(62) 및 분할 격벽부재(63a, 63b, 63c) (이하 "격벽부재"라 함)은 반응가스가 자유롭게 통과되는 다공성 몸체로 이루어지는바, 이러한 격벽부재는 도 13 (a)에 도시한 바와 같이, 미세한 구멍이 복수개 형성된 다공성 천공판(porous media)(M)으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 격벽부재는 도 13(b)에 도시한 바와 같이, 반응가스가 자유롭게 통과되도록 서로 동일하거나 서로 다른 내경을 갖는 복수개의 구멍(H)이 관통형성된 판재(P)로 구비될 수 있다.

또한, 상기 격벽부재는 도 13(c) 및 도 13(d)에 각각 도시한 바와 같이, 반응가스가 자유롭게 통과되도록 수평하게 절개된 슬릿(S1)이나 수직하게 절개된 슬릿(S2)이 복수개 형성된 판재(P)로 구비될 수 있다.

또한, 상기 격벽부재는 도 13(e)에 도시한 바와 같이, 수직판(P1과) 수평판(P2)이 서로 직각 또는 임의각도로 서로 교차되어 소정 크기의 공간(s)이 형성되도록 하는 것 도가능하다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 실시형태에 의하면, 상기 반응챔버(10)에 구비된 서셉터(14)의 포켓(15)마다 증착대상물인 웨이퍼(2)를 탑재하여 로딩한다.

상기 웨이퍼(2)의 로딩이 종료되면, 상기 서셉터(14)의 근방에 배치된 가열부(30)에 전원을 인가함으로서 상기 서셉터(14)를 복사열로서 가열하여 이에 로딩된 웨이퍼(2)를 대략 700 내지 1200도로 가열하면서 상기 반응챔버의 내부가 고온 분위기가 되도록 높은 온도로 가열한다.

연속하여 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 서셉터(14)에 형성된 피동기어(21)와 기어물림된 구동기어(22)를 회전시키도록 회전모터(24)를 회전구동시키던가 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 서셉터(14)에 구비된 샤프트(16)에 구비된 피동기어(21a)와 기어물림된 구동기어(22a)를 회전시키도록 회전모터(24a)를 회전구동시키면, 상기 서셉터(14)는 일방향으로 일정하게 회전된다.

이러한 상태에서, 상기 반응챔버(10)의 외벽(18)에 연결된 가스 유입부(40)를 통하여 반응가스를 공급하면, 공급된 반응가스는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 반응챔버(10)의 외벽과, 이로 부터 일정간격을 두고 구비된 유동제어부(60)사이에 구비되는 가스실(11, 12, 13)에 짧은 시간동안 체류한 다음, 다공성 몸체로 이루어진 격벽부재(61)를 통하여 반응챔버(10)의 내부공간으로 층류를 형성하면서 공급된다.

이에 따라, 상기 유동제어부(60)를 통과하면서 반응가스는 상기 반응챔버(10)의 외측측으로부터 내부중심 측으로 흐르는 실질적으로 층류 유동하는 반응가스흐름을 형성하게 된다.

이때, 상기 반응챔버(10)의 외측으로부터 공급되는 반응가스는 높은 온도로 가열된 서셉터(14)의 상부면 온도와 반응챔버의 천정면간의 온도차이에 의해서 발생되는 열대류 현상에 의하여 윗방향으로 부력을 받게 되어 불안정한 가스유동을 발생시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 격벽부재(61)와 반응챔버(10)의 천청면 사이에 와류방지부(70)를 구비하 여 상기 서셉터(14)와 대응하는 내부면에 상기 서셉터(14)와 반응챔버(10)사이의 간격(높이)을 가스 유입부(40) 쪽으로 갈수록 서서히 감소시킴으로서 가스흐름의 유동을 안정화시키고 균일하게 유지시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 유동제어부(60)는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이경사형으로서 구비되거나, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 다단형으로서 구비되도록 하여, 상기 반응로(1)에서 차가운 반응가스가 상부에서 하부에 비하여 좀더 멀리 이동할 수 있도록 함으로서 열대류 현상을 억제시키면서 가스흐름의 유동을 안정화시키고 균일하게 유지할 수 있는 것이다.

연속하여, 상기 반응챔버의 외측에 구비된 유동제어부(60)를 통하여 반응챔버의 중심으로 공급된 반응가스는 웨이퍼(2)의 증착면인 상부면에서 화학적 증착반응을 하면서 상기 웨이퍼(2)의 표면에 성장층을 균일하게 형성하고, 반응이 종료된 폐가스는 부산물과 더불어 상기 반응챔버(10)의 중심에서 상부 또는 하부로 외부배출된다.

즉, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 서셉터(14)의 하부면에 구비된 샤프트(16)가 배기홀(51)을 구비하는 중공파이프부재로 이루어지고 배기홀(51)에 배기라인(52)이 연결되면, 상기 반응챔버(10)의 중심으로 모이게 되는 폐가스는 상기 배기홀(51) 및 배기라인(52)을 통하여 반응챔버(10)의 하부로 외부배출된다.

또한, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 반응챔버(10)의 중심에 해당하는 상부면에 배기홀(51a)을 형성하고, 이에 배기라인(52a)을 구비하게 되면, 상기 반응챔버(10)의 중심으로 모이게 되는 폐가스는, 고온을 가열된 서셉터(14)에 기인하는 강한 열대류 현상에 따른 부력에 의해 자연스럽게 상기 배기홀(51a) 및 배기라인(52a)을 통하여 반응챔버(10)의 상부측으로 외부배출된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 는 도 1에 도시된 화학 기상 증착 장치의 측단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 화학 기상 증착 장치의 측단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 화학기상 증착장치의 반응챔버에서 발생될 수 있는 와류현상을 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 유동제어부와 와류방지부가 채용된 경우에 관하여 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치의 유동제어부와 다른 일 예의 와류방지부가 채용된 경우에 관하여 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에서 다른 일 예에 따른 유동제어부가 채용된 경우에 관하여 나타낸 도면이다.

도 9는 도 7에 도시된 와류방지부와 도 8에 도시된 유동제어부가 채용된 화학 기상 증착 장치에 관하여 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 또 다른 일 예의 유동제어부가 채용된 경우에 관하여 나타낸 도면이다.

도 11은 도 7에 도시된 와류방지부와 도 10에 도시된 유동제어부가 채용된 화학 기상 증착 장치에 관하여 나타낸 도면이다.

도 12는 도 10에 도시된 유동제어부에 안내부재와 순환라인에 관한 구성이 추가되어 이루어진 실시예에 관하여 나타낸 도면이다.

도 13 (a) 내지 도 13 (e)는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치에 채용되는 격벽의 다양한 형태에 대해 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 반응챔버 11 : 제1가스실

12 : 제2가스실 13 : 제3가스실

14 : 서셉터 15 : 포켓

18 : 외부벽 20 : 회전 구동부

21,21a : 피동기어 22,22a : 구동기어

24,24a : 회전모터 30 : 가열부

40 : 가스 유입부 50 : 가스 배기부

51,51a : 배기홀 60 : 유동제어부

61 : 격벽부재 62 : 경사격벽

63a, 63b, 63c : 분할격벽 67 : 안내부재

Claims

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웨이퍼가 탑재되는 서셉터가 구비되며 상기 웨이퍼에 대한 화학 기상 증착이 이루어지는 반응로를 구비하는 반응챔버;

상기 반응로의 외측으로부터 상기 반응로의 중심 쪽으로 반응가스가 유동하도록 상기 반응챔버의 외부벽에 구비되는 가스 유입부 ; 및

상기 반응로에서 반응완료된 반응가스를 상기 반응챔버의 상부 또는 하부로 배출하도록 상기 반응챔버의 중심부에 구비되는 가스 배기부; 를 포함하며,

상기 가스 유입부로부터 상기 가스 배기부로 향하는 가스의 유동이 균일하게 되도록 상기 가스 유입부와 상기 가스 배기부 사이에 유동제어부를 구비하며,

상기 유동제어부는,

상기 반응로의 외측에 구비되어 상기 반응챔버 내부에서 상기 반응로를 구획시키고, 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스의 압력을 조절하여 상기 반응로로 유입되도록 하며, 소정 각도 경사지도록 구비되는 경사격벽을 포함하는 화학 기상 증착장치.
제8항에 있어서,

상기 반응챔버 내에서 상기 서셉터와 마주보는 면에 구비되어 상기 서셉터와 상기 반응챔버 사이의 간격이 상기 가스 유입부 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소되도록 하는 와류방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
웨이퍼가 탑재되는 서셉터가 구비되며 상기 웨이퍼에 대한 화학 기상 증착이 이루어지는 반응로를 구비하는 반응챔버;

상기 반응로의 외측으로부터 상기 반응로의 중심 쪽으로 반응가스가 유동하도록 상기 반응챔버의 외부벽에 구비되는 가스 유입부 ; 및

상기 반응로에서 반응완료된 반응가스를 상기 반응챔버의 상부 또는 하부로 배출하도록 상기 반응챔버의 중심부에 구비되는 가스 배기부; 를 포함하며,

상기 가스 유입부로부터 상기 가스 배기부로 향하는 가스의 유동이 균일하게 되도록 상기 가스 유입부와 상기 가스 배기부 사이에 유동제어부를 구비하며,

상기 유동제어부는,

상기 반응로의 외측에 구비되어 상기 반응챔버 내부에서 상기 반응로를 구획시키고, 상기 가스유입부를 통해 유입되는 반응가스의 압력을 조절하여 상기 반응로로 유입되도록 하는 격벽부재와;

상기 반응챔버의 외측벽과 상기 격벽부재 사이에 마련되어 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스를 저장하며 상기 격벽부재를 통해 유입시키는 복수개의 가스실과;

상기 각 가스실을 구획하는 적어도 하나의 분할부재; 를 포함하며,

상기 격벽부재는 각 가스실이 서로 다른 길이로 단차지게 형성되도록 복수개가 분리 구성된 화학 기상 증착장치.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서,

상기 반응챔버 내에서 상기 서셉터와 마주보는 면에 구비되어 상기 서셉터와 상기 반응챔버 사이의 간격이 상기 가스 유입부 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소되도록 하는 와류방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
제10항에 있어서,

상기 각 격벽부재에 수평 방향으로 병렬적으로 구비되어 반응가스의 흐름을 안내하는 복수개의 안내부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
제10항에 있어서, 상기 가스 유입부는,

서로 다른 종류의 반응가스가 각각의 가스실에 유입되도록 상기 각 가스실과 연통되는 가스공급라인을 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
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제8항에 있어서, 상기 가스 배기부는,

상기 반응챔버의 내면 상단부 및 상기 서셉터의 중심부 중 어느 하나에 마련되는 배기홀과;

상기 배기홀과 연통되는 배기라인; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
제8항에 있어서,

상기 반응챔버의 외측벽과 상기 경사격벽 사이에 마련되어 상기 가스 유입부를 통해 유입되는 반응가스를 저장하며 상기 경사격벽을 통해 유입시키는 복수개의 가스실과;

상기 각 가스실을 구획하는 적어도 하나의 분할부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제17항에 있어서, 상기 가스 유입부는,

서로 다른 종류의 반응가스가 각각의 가스실에 유입되도록 상기 각 가스실과 연통되는 가스공급라인을 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
제8항에 있어서,

상기 서셉터를 일 방향으로 회전시키는 동력을 제공하는 회전구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
제8항에 있어서,

상기 서셉터와 인접하도록 구비되어 상기 서셉터에 열을 공급하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제19항에 있어서, 상기 회전구동부는,

상기 서셉터의 외부면에 형성된 피동기어와;

상기 피동기어와 기어물림되는 구동기어와;

상기 구동기어를 회전시키는 구동축의 선단에 구비되어 구동력을 제공하는 회전모터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
제19항에 있어서,

상기 서셉터의 중심부에 구비되어 상기 서셉터를 회전시키며 그 내부에 상기 가스 배기부가 마련되는 샤프트를 더 포함하고,

상기 회전구동부는, 상기 샤프트에 구비되는 피동기어와; 상기 피동기어와 기어물림되는 구동기어와; 상기 구동기어를 회전시키는 구동축의 선단에 구비되는 회전모터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서, 상기 가스 배기부는,

상기 반응챔버의 내면 상단부 및 상기 서셉터의 중심부 중 어느 하나에 마련되는 배기홀과;

상기 배기홀과 연통되는 배기라인; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서,

상기 서셉터를 일 방향으로 회전시키는 동력을 제공하는 회전구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제10항에 있어서,

상기 서셉터와 인접하도록 구비되어 상기 서셉터에 열을 공급하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제24항에 있어서, 상기 회전구동부는,

상기 서셉터의 외부면에 형성된 피동기어와;

상기 피동기어와 기어물림되는 구동기어와;

상기 구동기어를 회전시키는 구동축의 선단에 구비되어 구동력을 제공하는 회전모터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제24항에 있어서,

상기 서셉터의 중심부에 구비되어 상기 서셉터를 회전시키며 그 내부에 상기 가스 배기부가 마련되는 샤프트를 더 포함하고,

상기 회전구동부는, 상기 샤프트에 구비되는 피동기어와; 상기 피동기어와 기어물림되는 구동기어와; 상기 구동기어를 회전시키는 구동축의 선단에 구비되는 회전모터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.