KR102538550B1

KR102538550B1 - 운반 링

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Publication number: KR102538550B1
Application number: KR1020197023693A
Authority: KR
Inventors: 빌헬름 요세프 토마스 크뤼켄; 마틴 아이켈캄프
Original assignee: 아익스트론 에스이
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2023-05-30
Also published as: TW201840898A; JP7107949B2; WO2018138197A1; US20190390336A1; CN110536976A; KR20190111999A; EP3574127A1; CN110536976B; JP2020506290A; TWI749159B

Abstract

본 발명은 기판을 운반하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 링 개구를 적어도 부분적으로 둘러싸는 링형 몸체(1)의 형태를 갖고 상기 링 개구를 기준으로 방사 방향 외부로 돌출하는 제1 섹션(2) 및 방사 방향 내부로 돌출하는 제2 섹션(3)을 구비하며, 상기 섹션들(2, 3)은 각각, 상기 링 개구의 표면의 표면 법선을 기준으로 축 방향의 온도차에서 상기 섹션들을 통해 축 방향 열 전달을 결정하는 열 전달 특성들을 갖는다. 유닛 표면 소자를 통해 축 방향으로 흐르는 열이 상기 제2 섹션(3) 내에서보다 상기 제1 섹션(2) 내에서 더 작은 방식으로, 상기 제1 섹션(2)의 열 전달 특성들 중 하나 이상의 열 전달 특성은 상기 제2 섹션(3)의 열 전달 특성과 다르고, 이때 상기 열 전달 특성은 열 전도율 또는 축 방향으로 향하는 상기 섹션들(2, 3)의 하나 이상의 표면의 복사율이다.

Description

운반 링

본 발명은 기판을 운반하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 링 개구를 적어도 부분적으로 둘러싸는 링형 몸체의 형태를 갖고 상기 링 개구를 기준으로 방사 방향 외부로 돌출하는 제1 섹션 및 방사 방향 내부로 돌출하는 제2 섹션을 구비하며, 상기 섹션들은, 상기 링 개구의 표면의 표면 법선을 기준으로 축 방향의 온도차에서 상기 섹션들을 통해 축 방향 열 전달을 결정하는 고유한 제1 또는 제2 열 전달 특성들을 갖는다.

WO 2012/096466 A2호로부터, 공정 챔버 내에 회전 가능하게 배치된 서셉터 상에 복수의 기판 홀더가 배치되어 있는 CVD-반응기가 공지되어 있다. 상기 기판 홀더들은 아래에서 가열된 서셉터의 위로 향하는 넓은 측면 상에 온도 전달하도록 평면 접촉하에 놓인다. 기판 홀더의 위로 향하는 넓은 측면 상에는 기판, 특히 반도체 기판이 놓이고, 상기 기판은 상기 서셉터의 상부에 배치된 공정 챔버 내로 공급된 공정 가스에 의해 코팅된다. 기판들을 기판 홀더 상부면들 상으로 자동으로 놓고 이와 같은 기판 홀더 상부면들로부터 재차 제거하기 위해, 2개의 그리퍼 암(gripper arm)을 갖는 그리퍼가 제공되어 있고, 상기 그리퍼 암들은 상기 기판 홀더의 링 스텝(ring step) 상에 놓이고 방사 방향 내부로 향하는 섹션에 의해 기판의 외부 가장자리를 아래에서 포착하는 운반 링의 가장자리를 아래에서 포착한다. 상기 운반 링의 방사 방향 외부로 향하는 섹션은 기판 홀더의 측면 가장자리를 결정하는 측면 표면 위로 돌출함으로써, 결과적으로 상기 운반 링의 방사 방향 외부로 향하는 섹션은 상기 그리퍼의 2개의 그리퍼 암에 의해 아래에서 포착될 수 있다.

코팅 공정은 그 상부 벽이 냉각되어 있는 공정 챔버 내에서 이루어짐으로써, 결과적으로 가열된 서셉터와 공정 챔버 천장 사이에서 가파른 온도 구배가 형성된다. 상기 온도 구배는 상기 서셉터로부터 상기 공정 챔버 천장 쪽으로 열 흐름을 야기하고, 이때 상기 열 흐름은 섭씨 500도 이상, 몇몇 공정들에서는 심지어 섭씨 1000도 이상의 높은 서셉터 온도로 인해 열 복사에 의해, 그리고 기판 홀더 및 그 위에 놓인 기판을 통해 열 전도에 의해서도 이루어진다.

유사한 장치는 DE 10 2004 058 521 A1호에 기술된다. 그러나 상기 출원서에서는 기판이 운반 링의 제2 섹션 상에 놓이지 않는다. 오히려 상기 운반 링은 방사 방향 내부로 돌출하는 링형 지지 소자를 지지하고, 상기 지지 소자 상에서 상기 기판의 외부 가장자리가 지지 된다.

본 발명의 과제는, 기판상에 증착된 층이 더 높은 측면 균일성을 갖도록 운반 링을 개선하는 것이다.

모델링 기법들은, CVD-반응기 내 운반 링의 기존 배치에서 그리퍼의 그리퍼 암들 상에 놓이기 위한 방사 방향 외부로 향해 있는 제1 섹션이 기판의 가장자리를 아래에서 포착하기 위한 방사 방향 내부로 돌출하는 제2 섹션보다 더 낮은 온도로 가열된다는 사실을 보여주었다. 상기 운반 링을 형성하는 몸체의 온도 전도성의 결과, 열은 상기 제2 섹션으로부터 상기 제1 섹션으로 흐르고, 이는 상기 기판의 가장자리 영역이, 기판 홀더의 위로 향하는 넓은 측면 표면 상부에 배치되어 있고 특히 이와 같은 넓은 측면 표면상에 접촉하도록 놓이는 상기 기판의 중앙 영역보다 더 낮은 표면 온도를 갖는 결과를 야기한다. 이와 같은 온도차의 결과, 상기 가장자리 영역 내에 상기 중앙 영역 내에서와 다른 성장 조건들이 존재하며, 이는 상기 기판상에 증착된 층의 화학양론적 조성, 상기 층의 두께 또는 상기 층의 도핑이 적어도 상기 가장자리 영역 내에서 불균일성을 갖도록 한다. 상기 운반 링은 한편으로 상기 기판의 가장자리를 지지하는 영역 내에서 높은 열 전도성을 갖도록 요구됨으로써, 상기 기판의 가장자리를 상기 기판의 중앙 영역이 가열된 온도와 동일한 온도로 가열하기 위해, 서셉터에 의해 제공된 열은 상기 기판 홀더 및 상기 운반 링을 관통하여 상기 기판의 가장자리 내부까지 흐른다. 다른 한편으로 상기 기판의 가장자리를 지지하는 상기 운반 링의 섹션으로부터 상기 그리퍼 상에 놓이기 위해 요구되는 상기 운반 링의 섹션 방향으로 열 손실이 최소화되어야 한다.

본 발명에 따르면, 몸체의 섹션들은 서로 다른 열 전달 특성들을 가져야 한다. 간격들을 규정하기 위해, 상기 몸체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 링 개구의 표면의 표면 법선 방향으로 연장되는 가상의 축이 기초가 된다. 본 발명에 따르면, 그리퍼의 그리퍼 암들에 의해 아래에서 포착되기 위해 이용되는 제1 섹션은 방사 방향 외부로 돌출하는 섹션이다. 본 발명에 따르면, 특히 그 위에 기판의 가장자리가 놓이는 두께 감소한 스텝을 형성하는 제2 섹션은 방사 방향 내부로 돌출하는 섹션이다. 몸체를 통한 열 전달은 축 방향으로, 말하자면 상기 몸체의 아래로 향하는 넓은 측면으로부터 상기 몸체의 위로 공정 챔버 천장 쪽으로 향하는 넓은 측면 표면의 방향으로 이루어진다. 상기 열 전달 특성들은 특히 상기 섹션들의 열 전도율 또는 상기 섹션들의 표면들의 복사율일 수 있다. 본 발명에 따르면, 유닛 표면 소자를 통해 축 방향으로 흐르는 열이 상기 제2 섹션 내에서보다 상기 제1 섹션 내에서 더 작은 방식으로, 상기 열 전달 특성들 중 하나 이상의 열 전달 특성은 상기 제1 섹션 내에서와 상기 제2 섹션 내에서 다르다. 그에 따라 방사 방향 외부로 배치된 상기 제1 섹션은 상기 기판의 가장자리를 접촉하도록 지지하는 상기 제2 섹션보다 더 큰 열 흐름 저항을 갖는다. 이에 대해 대안적으로 또는 이와 조합하여 제1 섹션의 표면의 복사율은 제2 섹션의 복사율보다 더 작을 수 있다. 상기 운반 링을 형성하는 몸체는 링일 수 있다. 상기 링형 몸체는 폐쇄된 링 또는 개방된 링을 형성할 수 있다. 상기 제1 섹션은 상기 제2 섹션에 직접 인접할 수 있다. 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션의 경계는, 그 위에 상기 링형 몸체가 놓이는 기판 홀더의 링 스텝의 영역 내에서 진행할 수 있다. 그러나 상기 경계는 가장자리, 다시 말해 기판 홀더의 측면 표면 바로 상부에 놓일 수 있다. 그러나 상기 경계는, 상기 기판 홀더의 가장자리 위로 방사 방향 외부 방향으로 돌출하는 상기 링형 몸체의 영역 내에 놓일 수도 있다. 본 발명의 하나의 개선예에서 제1 섹션은 제2 섹션에 직접 인접하지 않고, 오히려 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 사이에 중간 섹션이 연장된다. 이와 같은 제3 섹션은 동일한 열 전달 특성들, 다시 말해 특히 상기 제2 섹션, 다시 말해 그 위에 기판이 자체 가장자리에 의해 놓이는 섹션이 갖는 것과 동일한 열 흐름 저항을 가질 수 있다. 상기 제1 섹션과 상기 제3 섹션의 경계는 기판 홀더의 링 스텝 상에 놓일 수 있다. 상기 경계는 상기 링 스텝의 가장자리 상에 또는 상기 링 스텝의 방사 방향 외부에 놓일 수 있다. 상기 제1 섹션은 상기 기판 홀더 위로 방사 방향 외부 방향으로 바람직하게 완전히 돌출한다. 그에 따라 상기 제1 섹션은 상기 기판 홀더의 측면 표면 위로 자유롭게 돌출함으로써, 결과적으로 상기 제1 섹션은 서셉터의 표면에 의해 복사 가열된다. 운반 링의 본 발명에 따른 형성예는, 링형 몸체로부터 열 형태의 에너지 누출이 선행 기술과 비교하여 감소한다는 결과를 야기한다. 그럼으로써, 위에 제시된 냉각 효과가 감소하고, 그 결과 기판의 가장자리 온도가 기판의 중앙 온도와 덜 차이난다. 감소한 열 전도성은, 기판 홀더에 대한 접촉을 통해 가열되는 제2 섹션으로부터, 열이 실질적으로 복사에 의해 또는 공정 챔버 내에 존재하는 가스를 통한 열 전도에 의해 방출되는 제1 영역 쪽으로 더 적은 열이 흐르도록 한다. 특히 제1 섹션의 위로 향하는 넓은 측면 표면은 낮은 복사율을 갖는데, 이는 냉각된 공정 챔버 천장의 방향으로 복사에 의한 에너지 방출이 감소하는 결과도 야기한다. 기판을 그리퍼에 의해 취급하기 위한 수단을 나타내는 상기 링형 몸체는 바람직하게 복수의 구성 부품으로 결합되어 있고, 이때 상기 구성 부품들은 서로 다른 열 전도성을 갖거나, 또는 상기 구성 부품들의 표면들은 서로 다른 복사율을 갖는다. 바람직하게 상기 제1 섹션은 링 소자에 의해 형성되거나, 또는 상기 제1 섹션은 낮은 열 전도율을 갖는 복수의 링 소자에 의해 형성된다. 그에 따라 방사 방향 외부 섹션은 석영, 산화지르코늄 또는 다른 재료로 이루어진 하나 또는 복수의 링 소자를 가짐으로써, 결과적으로 상기 방사 방향 외부 섹션은 방사 방향 내부로 돌출하는 섹션의 재료와 비교해서 더 낮은 열 전도율을 갖는다. 상기 방사 방향 내부로 돌출하는 섹션은 높은 열 전도율을 갖는 기본 몸체를 형성할 수 있다. 이와 같은 기본 몸체는 흑연, 탄화규소 또는 우수하게 열을 전도하는 다른 재료로 구성될 수 있다. 서로 다른 복사율은 단지 재료 선택만으로 규정될 수 없다. 상기 섹션들의 표면들을 서로 다르게 코팅하는 것도 가능하다. 특히 상기 제1 섹션은 반사 소자를 포함한다. 상기 반사 소자는, 외부로 캡슐화되어 있는 금속 스트립일 수 있고, 이때 캡슐화는 투명한 재료에 의해 이루어질 수 있다. 상기 제1 섹션은 투명한 재료로 이루어지고, 그리고/또는 낮은 열 전도성을 갖는 하나 또는 복수의 링 소자로 구성될 수 있다. 상기 링 소자들은 반사 층을 캡슐화하고, 상기 반사 층으로는 금속층이 고려될 수 있다. 상기 제1 섹션의 표면의 복사율은 0.3보다 더 작을 수 있다. 제2 섹션 및/또는 제3 섹션의 표면의 복사율은 0.3보다 더 크다. 여기서 중요한 것은 공정 챔버 천장 쪽으로 향하는 표면이다. 열 전도율은 10배만큼 서로 차이 날 수 있다. 상기 제2 섹션의 열 전도율은 바람직하게 상기 제1 섹션의 열 전도율보다 10배 이상 더 크다. 본 발명의 바람직한 하나의 변형예에서 우수하게 열을 전도하는 재료, 예를 들어 흑연 또는 산화지르코늄으로 이루어진 기본 몸체가 링형 몸체의 전체 방사 방향 폭에 걸쳐서 연장된다. 그에 따라 상기 기본 몸체는 제2 섹션을 형성한다. 상기 기본 몸체는, 그 위에 낮은 열 전도성 및/또는 높은 반사율을 갖는 링형 소자가 배치되어 있는 제1 섹션의 지지 섹션을 형성한다. 제1 섹션과 제3 섹션은 함께 공정 챔버 천장 쪽으로 향하는 표면을 형성한다. 상기 제1 섹션도 마찬가지로 공정 챔버 천장 쪽으로 향하는 표면을 형성하고, 이때 상기 제1 섹션의 표면은 바람직하게 상기 제3 섹션의 표면보다 2배 이상 더 크다. 상기 제3 섹션과 상기 제2 섹션의 경계는, 그 위에 기판의 가장자리가 놓이는 지지 구역의 제한 표면의 영역 내에 놓일 수 있다. 그에 따라 상기 제3 섹션은 바람직하게 상기 제2 섹션보다 축 방향으로 측정했을 때 더 큰 두께를 갖고, 이때 상기 제1 섹션은 바람직하게 상기 제3 섹션과 동일한 축 방향 두께를 갖는다. 그러나 상기 제1 섹션과 상기 제3 섹션은 자체 열 흐름 저항과 관련하여 서로 구분된다. 본 발명의 바람직한 하나의 형성예에서 링형 몸체는, 바람직하게 단지 방사 방향 외부 영역 내에서만 서로 겹쳐서 배치되어 있는 복수의 링형 구성 부품으로 구성된다. 이와 같은 구성 부품들은 서로 다른 열 전도성을 가질 수 있다. 그러나 링형 몸체가 복수의 링형 소자로 구성되고, 이때 상기 링형 소자들 사이에 간극이 제공될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 간극 높이는 스페이서 소자들에 의해 규정된다. 여기서도 링 소자들은 바람직하게 단지 방사 방향 외부 영역 내에만 제공되어 있다. 상기 스페이서 소자들은, 링 소자의 넓은 측면 표면으로부터 돌출하는 돌출부들일 수 있다. 그러나 상기 돌출부들은 기본 몸체의 넓은 측면 표면으로부터 돌출할 수도 있으며, 그 결과 링 소자가 상기 돌출부들 상에 지지 되어 있다. 상기 돌출부들로는 바람직하게 반구형 융기부들이 고려된다. 상기 돌출부들은 상기 기본 몸체에 의해 또는 상기 링 소자에 의해 재료 일정하게 형성될 수 있다.

다음에서 본 발명은 실시예들에 의해 더 상세하게 설명된다.
도 1은 CVD-반응기 내 서셉터 배치에 대한 개략적인 평면도이고,
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이며,
도 3은 제2 실시예의 도 2에 따른 도면이고,
도 4는 제3 실시예의 도 3에 따른 도면이며,
도 5는 도 3에 따른 본 발명의 제4 실시예의 도면이고, 그리고
도 6은 도 4에 따른 제5 실시예의 도면이다.

본 발명은 기판(11)상에 결정질 또는 비결정질의 층들, 특히 반도체 층들을 증착하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 기판은 자체 하부면에 의해 기판 홀더(12)의 접촉 표면(13)상에 놓인다. 원형 디스크 형태의 상기 기판 홀더(12)의 하부 넓은 측면 표면(14)은 서셉터(16)의 위로 향하는 표면(17)상에 접촉하도록 놓이고, 상기 서셉터는 도시되지 않은 가열 소자들에 의해 아래에서 가열된다.

상기 기판(11) 상부에는, 그 내부로 도시되지 않은 가스 유입 부재에 의해 공정 가스들이 공급되는 공정 챔버가 위치하고, 상기 공정 가스들은 상기 공정 챔버 내에서, 또는 상기 가열된 기판(11)의 표면상에서 열분해 방식으로 분해된다. 분해 생성물들은 서로 반응하고, 2개, 3개 또는 그보다 많은 구성 성분으로 구성될 수 있는 특히 결정질의 층을 형성한다.

상기 공정 챔버는 위쪽으로, 도시되지 않은 냉각 소자들에 의해 냉각되는 공정 챔버 천장(19)에 의해 제한된다.

서셉터 온도(T_S)는 섭씨 500도 내지 1000도에 놓인다. 상기 공정 챔버 천장(19)의 온도(T_C)는 섭씨 100도 내지 300도의 범위 내에 놓인다. 이와 같은 온도차의 결과로 상기 서셉터(16)의 상부면(17)과 상기 공정 챔버 천장(19) 사이에서 수직적인 온도 구배가 형성되고, 상기 수직적인 온도 구배는 열이 상기 서셉터(16)로부터 상기 공정 챔버 천장(19) 쪽으로 흐르는 결과를 야기한다. 이는 한편으로 열 복사에 의해 이루어지지만, 우수한 열 전도성 재료, 예를 들어 흑연으로 구성되는 상기 기판 홀더(12)를 통한 열 전도에 의해서도 이루어진다.

도 1은 공정 챔버의 바닥에 대한 평면도를 보여준다. 도 1에서 볼 수 없는, 아래에서 가열된 서셉터(16) 상에는 마찬가지로 볼 수 없는, 원형 디스크 형태를 갖는 복수의 기판 홀더(12)가 놓인다. 도 1에서 마찬가지로 볼 수 없는, 지지 표면을 형성하는 링 스텝(15) 상에는 각각, 운반 링을 형성하는 링형 몸체(1)가 놓인다. 개별 기판 홀더들(12)은, 상기 개별 기판 홀더들(12) 사이의 표면을 채우고 우수한 열 전도성 재료, 예를 들어 흑연으로 제조된 중간 부재들(21, 22)에 의해 둘러싸인다.

각각의 기판 홀더(12) 또는 운반 링(1)에는 실질적으로 방사 방향으로, 그리고 서로 평행하게 진행하는 2개의 채널(23)이 상기 중간 부재들(22) 내에 제공되어 있고, 상기 링형 몸체(1)를 상승시키기 위해, 상기 채널들을 통해 도시되지 않은 그리퍼의 암들이 상기 링형 몸체(1)의 제1 섹션(2)의 하부 넓은 측면 표면을 아래에서 포착할 수 있다. 상기 링형 몸체(1)의 방사 방향 내부로 돌출하는 제2 섹션(3) 상에는 상기 기판(11)의 가장자리가 놓임으로써, 결과적으로 상기 링형 몸체(1)의 상승에 의해 상기 기판(11)은 상기 기판 홀더(12)로부터 제거될 수 있다.

도 2는, 운반 링(1)의 개구 표면을 관통하는 축을 기준으로 방사 방향 외부 섹션(2)인 제1 섹션(2)을 포함하는 운반 링(1)의 제1 실시예를 보여준다. 상기 방사 방향 외부 섹션(2)은 공정 챔버 천장(19) 쪽을 향하는 상부 넓은 측면 표면(4) 및 서셉터(16) 쪽을 향하는 하부 넓은 측면 표면(6)을 갖고, 이때 상기 하부 넓은 측면 표면(6)은 상기 서셉터(16)의 상부면(17)에 바로 마주 놓이고, 그에 따라 상기 서셉터(16)가 방출하는 열 복사를 수신한다. 열(Q₁)은 상기 제1 섹션(2)을 축 방향으로 관류하고, 실질적으로 열 복사를 통해 상기 상부 넓은 측면 표면(4)으로부터 상기 공정 챔버 천장(19)의 방향으로 방출된다.

방사 방향 내부로 돌출하는 제2 섹션(3)은 상기 제1 섹션(2)보다 더 작은 축 방향 두께를 갖는다. 상기 제2 섹션(3)은 아래로 향하는 넓은 측면 표면(7)을 갖고, 상기 아래로 향하는 넓은 측면 표면에 의해 상기 제2 섹션(3)은 기판 홀더(12)의 위로 향하는 링 스텝(15) 상에 놓인다. 접촉 표면(5)을 형성하는 위로 향하는 넓은 측면 표면상에는 기판(11)의 가장자리가 놓인다.

상기 기판(11)은 상기 기판 홀더(12)를 통한 열 전도를 통해, 그리고 접촉 표면(13)을 통한 열 전도에 의해 공정 온도로 가열된다. 상기 기판(11)의 가장자리는 상기 제2 섹션(3)을 통한 열 흐름(Q₂)에 의해 가열되는데, 말하자면 상기 넓은 측면 표면(7)으로부터 상기 접촉 표면(5) 쪽으로 흐르는 열 흐름에 의해 가열된다. 상기 서셉터(16)로부터 상기 제1 섹션(2) 쪽으로 이루어지는 열 전달은 상기 서셉터(16)로부터 상기 제2 섹션(3) 쪽으로 이루어지는 열 전달보다 더 적음으로써, 결과적으로 열이 제2 섹션(3)으로부터 제1 섹션(2) 쪽으로 흐르는 경향이 생기고, 상기 열은 열 복사에 의해 상기 넓은 측면 표면(4)으로부터 상기 공정 챔버 천장(19) 쪽으로 방출된다. 상기 운반 링(1) 내부에서 이와 같은 수직 방향 또는 방사 방향의 열 흐름을 감소시키기 위해, 상기 제2 섹션(3)의 열 전도성은 상기 제1 섹션(2)의 열 전도성보다 더 크다.

상기 제2 섹션(3)은 상기 제1 섹션(2)에 직접 인접할 수 있다.

그러나 도 2에 도시된 실시예에서는 상기 제1 섹션(2)과 상기 제2 섹션(3) 사이에 제3 섹션(8)이 제공되어 있다. 상기 제3 섹션(8)은 위로 향하는 넓은 측면 표면(9)을 갖고, 상기 위로 향하는 넓은 측면 표면은 넓은 측면 표면(4)과 동일 평면에서 종료한다. 상기 제3 섹션(8)의 아래로 향하는 넓은 측면 표면(10)은 상기 제1 섹션(2)의 넓은 측면 표면(6)과 동일 평면에서 종료한다.

상기 제2 섹션(3)은, 상기 제2 섹션(3)의 두께 감소한 영역을 제한하는 수직 제한 표면(20)의 영역 내에서 상기 제3 섹션(8)에 인접한다. 상기 제한 표면(20)은 스텝을 형성한다.

상기 제2 섹션(3)의 재료 특성들은 상기 제3 섹션(8)의 재료 특성들과 실질적으로 동일하다. 상기 제1 섹션(2)의 재료 특성들에 의해 상기 제1 섹션(2)의 열 흐름 저항이 상기 제2 섹션(3)의 열 흐름 저항보다 더 큼으로써, 상기 제1 섹션(2)의 재료 특성들은 상기 제2 섹션(3)의 재료 특성들과 구분된다. 특히, 상기 제2 섹션(3)의 열 전도성 및 경우에 따라 상기 제3 섹션(8)의 열 전도성이 상기 제1 섹션(2)의 열 전도성보다 더 크다. 상기 제1 섹션(2)과 상기 제2 섹션(3) 또는 상기 제3 섹션(8)은 서로 다른 재료로 제조될 수 있다. 링형 몸체(1)는 복수의 부재들로 구성될 수 있다. 상기 부재들은 서로 형상 결합 방식으로, 또는 강제 결합 방식으로 연결될 수 있다. 그러나 상기 부재들은 서로 소결될 수도 있다. 다성분 몸체가 고려될 수도 있다.

도 2에 도시된 실시예에서는 상기 제1 섹션(2)과 상기 제3 섹션(8)의 경계 또는 상기 제3 섹션(8)과 상기 제2 섹션(3)의 경계가 기판 홀더(12)의 링 스텝(15) 상부에 놓인다.

위로 향하는 넓은 측면 표면들(4, 9 및 5), 그리고 아래로 향하는 넓은 측면 표면들(6, 10 및 7)은 적외선에 대한 복사율 및 적외선에 대한 반사율을 갖는다. 상기 제1 섹션(2)에 할당된 표면들(4, 6), 그러나 적어도 위로 향하는 넓은 측면 표면(4)의 복사율은 상기 제2 섹션(3)에 할당된 넓은 측면 표면들(4, 7) 및 상기 제3 섹션(8)에 할당된 넓은 측면 표면들(9, 10)의 복사율보다 더 작고, 이때 적어도 위로 향하는 넓은 측면 표면(5)의 복사율은 위로 향하는 넓은 측면 표면(4)의 복사율보다 더 크다. 그에 상응하게 상기 넓은 측면 표면들(4, 6)은 상기 넓은 측면 표면들(5 및 7 또는 9 및 10)보다 더 높은 반사율을 갖는다.

그러나 열 전도성, 복사율 또는 반사율의 열 전달 특성들 중 단 하나의 열 전달 특성만이 다른 경우로 충분할 수 있다.

도 3은, 링형 몸체(1)가 제2 섹션, 제3 섹션 및 제1 섹션의 하부 영역을 재료 일정하게 형성하는 기본 몸체(24)를 형성하는 본 발명의 제2 실시예를 보여준다. 상기 제3 섹션의 축 방향 두께가 상기 제2 섹션(3)의 축 방향 두께보다 더 큼으로써, 결과적으로 접촉 표면(5)이 상기 제3 섹션(8)의 상부 넓은 측면 표면(9)으로 이어지는 수직 스텝(20)에 인접함으로써, 상기 제2 섹션(3)은 상기 제3 섹션(8)과 실질적으로 구분된다. 하부 넓은 측면 표면들(6, 7)은 서로 동일 평면에서 이어진다.

상기 기본 몸체(24)의 하나의 영역 상에는 투명한 재료로 이루어진 2개의 링 소자(25, 26)가 배치되어 있다. 상기 링 소자들(25, 26)은 석영으로 구성될 수 있다. 상기 링 소자들은, 흑연일 수 있는 상기 기본 몸체(24)의 재료보다 더 낮은 열 전도성을 갖는다.

상기 2개의 링 소자(25, 26) 사이에는 반사 몸체가 배치되어 있다. 이 경우, 상기 2개의 링 소자(25, 26) 사이에 캡슐화되어 있는 금속 필름이 고려될 수 있다.

상기 금속 필름(27)은 상기 제1 섹션(2) 또는 공정 챔버 천장 쪽으로 향하는 상기 제1 섹션(2)의 넓은 측면 표면(4)에 상기 제2 섹션(3) 또는 상기 제3 섹션(8)의 위로 향하는 넓은 측면 표면들(9 또는 5)보다 더 높은 반사율 및 그에 따라 더 낮은 복사율을 제공한다.

도 4에 도시된 제3 실시예에서 기본 몸체(24)는 운반 링(1)의 방사 방향 외부 가장자리까지 향하는 연장부를 형성하고, 상기 연장부는 도 3에 도시된 실시예의 연장부와 마찬가지로, 접촉 표면(5)의 높이에서 진행하고 제3 섹션(8)의 링형 스텝에 의해 상기 접촉 표면(5)으로부터 분리되어 있는 위로 향하는 접촉 표면을 형성한다.

본 도면에서 제1 섹션(2)의 이와 같은 접촉 표면상에는 개별적인 링형 몸체가 놓인다. 낮은 열 전도성을 갖는 재료로 이루어진 링 소자(25)가 고려된다.

특히 표면들 및 특히 냉각된 공정 챔버 쪽으로 향하는 상기 운반 링(1)의 표면들은 서로 다른 복사율을 갖는다. 방사 방향 외부로 놓인 넓은 측면 표면들은 낮은 복사율 및 그에 따라 높은 반사율을 갖는다. 이와 다르게 방사 방향 내부의 넓은 측면 표면들은 낮은 반사율 및 높은 복사율을 갖는다. 안정적인 열적 특성들을 달성하기 위해, 표면들 또는 표면 코팅부들의 복사율은 화학적 반응 또는 기생 증착에 의해 변경되지 않아야 한다. 이는, 낮은 열 전도성을 갖는 투명 재료, 예를 들어 석영 유리로 구성된 링 소자들이 사용됨으로써 달성된다. 상기 링 몸체 내에, 모든 측면이 이러한 측면들을 보호하는 투명 재료에 의해 둘러싸인 반사성의, 특히 금속성의 층이 캡슐화된다. 반사율은 60퍼센트보다 더 커야 한다.

특히 낮은 열 전도성의 재료로 이루어진 링 소자와 접촉 표면(5) 사이에 링형 리지가 배치되어 있고, 상기 링형 리지는 높은 열 전도성, 다시 말해 낮은 열 흐름 저항률을 갖는다. 그럼으로써, 기판의 가장자리 영역 내에서 온도가 상승하고 이와 같은 리브에 의해 상기 기판이 측면으로도 가열되는 상황이 보장된다. 제3 섹션(8)을 형성하는 상기 리브는 링 스텝(15)을 통한 열 전도를 통해 가열된다. 상기 제1 섹션(2)의 표면의 크기는 적어도 상기 제3 섹션(8)의 표면과 정확히 동일해야 하고, 이때 상기 제3 섹션(8)을 형성하는 상기 링형 리지의 방사 방향 폭은 0.5㎜ 이상이어야 한다.

도 2 내지 도 4에서 기판 홀더(12)는 실질적으로 서셉터(16) 상에 놓이도록 도시되어 있다. 그러나 기판 홀더(12)는 서셉터(16)의 주머니 속에 놓일 수도 있다. 또한, 기판 홀더(12)가 서셉터(16)에 회전 가능하도록 할당되어 있는 것도 가능하다. 예를 들어 기판 홀더(12)의 넓은 측면 표면(14) 아래에서 가스 배출 채널들이 맞물릴 수 있고, 상기 가스 배출 채널들을 통해, 그 위에 상기 기판 홀더(12)가 놓이는 가스 쿠션을 형성하는 퍼지 가스(purge gas)가 기판 홀더(12)와 서셉터(16) 사이의 중간 공간 내로 공급된다. 상기 퍼지 가스의 적합한 유동 방향에 의해 상기 기판 홀더(12)는 회전할 수 있다.

도 5은 도 3에 도시되어 있는 것과 유사한 실시예를 보여준다. 기본 몸체(24)는, 실질적으로 수평 표면인 방사 방향 외부에 놓인 접촉 표면을 형성한다. 이와 같은 접촉 표면상에는 제1 링 소자(25)가 놓인다. 상기 링 소자(25)는 상기 기본 몸체(24)가 구성되어 있는 것과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 상기 제1 링 소자(5) 상에는 제2 링 소자(26)가 지지 된다. 상기 링 소자(26)는 상기 기본 몸체(24)가 구성되어 있는 것과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 상기 기본 몸체(24)와 바로 그 위에 놓인 상기 제1 링 소자(25) 사이에서 간극(29)이 연장된다. 상기 간극(29)의 간극 높이는 스페이서 소자들(28)에 의해 규정된다. 상기 스페이서 소자들(28)로는, 그 사이에서 상기 간극(29)이 연장되는 2개의 넓은 측면 표면 중 하나의 넓은 측면 표면에 상응하는 개별 융기부들이 고려된다.

본 실시예에서 상기 스페이서 소자들(28)은, 그 위에 상기 제2 링 소자(26)가 놓이는 상기 제1 링 소자(25)의 반구형의 개별 융기부들이다. 장치의 작동 시에 상기 간극(29)은 열 흐름-분리 간극으로 작용한다.

제4 실시예의 도시되지 않은 변형예에서는, 제1 링 소자(25)와 제2 링 소자(26) 사이에 제2 간극을 형성하기 위해 추가 스페이서 소자들이 제공될 수 있다.

도 6에 도시된 제5 실시예는 실질적으로 도 4에 도시된 제3 실시예에 상응한다. 기본 몸체(24)의 수평 표면상에는 방사 방향 외부 영역 내에, 상기 기본 몸체(24)가 구성되어 있는 것과 동일한 재료로 구성될 수 있는 링 소자(25)가 지지 된다. 그러나 기본 몸체(24)와 링 소자(25)의 재료는 서로 다를 수도 있다. 상기 링 소자(25)의 하부 넓은 측면 표면과 상기 기본 몸체(24)의 상부 넓은 측면 표면 사이의 간극(29)이 중요하다. 상기 간극(29)의 간극 높이는 스페이서 소자들(28)에 의해 규정되어 있다. 도 6에 도시된 실시예에서 상기 스페이서 소자들(28)은 상기 링 소자(25)에 의해 형성된다. 아래로 향하는 넓은 측면 표면의 혹 모양의 융기부들이 고려된다. 본 도면에서도 상기 혹들은 반구의 형태를 가질 수 있다.

전술된 실시예들은 본 출원서에 의해 전체적으로 기술된 발명들을 설명하기 위해 이용되고, 상기 발명들은 적어도 다음 특징 조합들에 의해 선행 기술을 각각 독립적으로도 개선하며, 이때 이와 같은 특징 조합들 중 2개의, 복수의, 또는 모든 특징 조합은 서로 조합될 수도 있다:

유닛 표면 소자를 통해 축 방향으로 흐르는 열이 제2 섹션(3) 내에서보다 제1 섹션(2) 내에서 더 작은 방식으로, 제1 섹션(2)의 열 전달 특성들 중 하나 이상의 열 전달 특성은 제2 섹션(3)의 열 전달 특성과 다른 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 열 전달 특성은 섹션의 열 전도율이고, 상기 제1 섹션(2)의 열 전도율은 상기 제2 섹션(3)의 열 전도율보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 열 전달 특성은 축 방향으로 향하는 섹션들(2, 3)의 하나 이상의 표면의 복사율이고, 상기 제1 섹션(2)의 표면의 복사율은 상기 제2 섹션(3)의 표면의 복사율보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 장치.

그 열 전달 특성들이 실질적으로 상기 제2 섹션(3)의 열 전달 특성들에 상응하는, 상기 제1 섹션(2)과 상기 제2 섹션(3) 사이에 배치된 제3 섹션(8)을 특징으로 하는, 장치.

상기 제2 섹션(3) 및 9 상기 제3 섹션(8)은 기판 홀더(12)의 링 스텝(15) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 기판 홀더(12)는 아래에서 가열된 서셉터(16)에 의해 지지 되고, 상기 제1 섹션(2)은 상기 기판 홀더(12)의 측면 표면(18) 위로 자유롭게 돌출하는 것을 특징으로 하는, 장치.

링형 몸체(1)는 서로 연결된 복수의 소자(24, 25, 26)로 구성되고, 상기 소자들은 서로 다른 고유한 열 전달 특성들을 갖고, 그리고/또는 스페이서 소자(28)에 의해 서로 간격을 두고 있는 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 제1 섹션(2)에 할당된 하나 또는 복수의 링 소자(25, 26)는 낮은 열 전도율을 갖고, 특히 석영 또는 산화지르코늄으로 구성되며, 적어도 상기 제2 섹션에 할당된 기본 몸체(24)는 높은 열 전도율을 갖고, 특히 흑연 또는 탄화규소로 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.

표면들의 서로 다른 복사율은 서로 다른 표면 코팅부들에 의해, 또는 하나 이상의 반사 소자(27)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 제1 섹션(2)에 할당된 하나 또는 복수의 링 소자(24, 25)는 낮은 열 전도성을 갖는 투명 재료로 구성되고, 상기 투명 재료 내에 반사성 층(27), 특히 금속층이 캡슐화되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 제2 섹션(3)의 열 전도율은 상기 제1 섹션(2)의 열 전도율보다 10배 이상 더 크고, 그리고/또는 상기 제1 섹션(2)의 표면(4)의 복사율은 0.3보다 더 작고, 상기 제2 섹션(3) 및/또는 상기 제3 섹션(8)의 표면(5, 9)의 복사율은 0.3보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 링형 몸체(1)는 상기 제1 섹션(2) 및 상기 제2 섹션(3)에 걸쳐서 연장되는 기본 몸체(24)에 의해 형성되어 있고, 상기 제1 섹션(2)은 상기 기본 몸체(24)와 다른 열 전달 특성들을 갖는 하나 이상의 링 소자(25, 26)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 제1 섹션(2) 및 상기 제3 섹션(8)은 각각 공정 챔버 천장(19) 쪽으로 향하는 표면(4, 9)을 갖고, 상기 제1 섹션(2)의 표면(4)은 상기 제3 섹션(8)의 표면(9)보다 2배 이상 더 큰 것을 특징으로 하는, 장치.

상기 공정 챔버 천장(19) 쪽으로 향하는 상기 제2 섹션(3)의 표면(5)은 상기 기판(11)의 가장자리를 지지하기 위한 지지 구역을 형성하고, 상기 지지 구역은 상기 제3 섹션(8)의 제한 표면(20)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 제3 섹션은 상기 제2 섹션(3)과 마찬가지로 상기 서셉터(16) 쪽으로 향하는 표면(10, 7)에 의해 상기 기판 홀더(12)의 링 스텝(15) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 장치.

공지된 모든 특징들은 (그 자체로, 그러나 서로 조합된 상태로도) 본 발명에 있어서 중요하다. 그에 따라, 우선권 서류들의 특징들을 본 출원서의 청구범위 내에 수용할 목적으로도, 본 출원서의 공개 내용에는 해당/첨부된 우선권 서류들(예비 출원서의 사본)의 공개 내용도 전체 내용적으로 함께 포함된다. 특히 종속 청구항들을 기초로 부분 출원을 실시하기 위해, 종속 청구항들은 자체 특징들에 의해 선행 기술의 독립적이고 진보적인 개선예들을 특징 짓는다.

1 링형 몸체
2 제1 섹션
3 제2 섹션
4 넓은 측면 표면
5 접촉 표면
6 넓은 측면 표면
7 넓은 측면 표면
8 제3 섹션
9 넓은 측면 표면
10 넓은 측면 표면
11 기판
12 기판 홀더
13 접촉 표면
14 넓은 측면 표면
15 지지 표면, 링 스텝
16 서셉터
17 상부면
18 측면 표면
19 공정 챔버 천장
20 제한 표면
21 중간 부재
22 중간 부재
23 채널
24 기본 몸체
25 링 소자
26 링 소자
27 반사 소자
28 스페이서 소자
29 간극
T_S 서셉터 온도
T_C 공정 챔버 천장 온도
Q₁ 열
Q₂ 열 흐름

Claims

링 개구를 적어도 부분적으로 둘러싸는 링형 몸체(1)로서,
상기 링형 몸체는 기판 홀더(12)의 링 스텝(ring step)(15) 상에 놓이고, 상기 링형 몸체는 상기 링 개구를 기준으로 방사 방향 외부로 돌출하는 제1 섹션(2)을 구비하고, 상기 제1 섹션은 위로 향하는 제1 상부 넓은 측면 표면(4) 및 아래로 향하는 제1 하부 넓은 측면 표면(6)을 포함하며, 그리고 상기 링형 몸체는 방사 방향 내부로 돌출하는 제2 섹션(3)을 구비하고, 상기 제2 섹션은 위로 향하는 제2 상부 넓은 측면 표면에 의해 기판(11)의 가장자리를 지지하기 위한 접촉 표면(5)을 형성하고, 그리고 아래로 향하는 제2 하부 넓은 측면 표면(7)을 포함하며, 상기 제2 하부 넓은 측면 표면은 위로 향하는 상기 링 스텝(15) 상에 놓이고, 상기 섹션들(2, 3)은 각각, 상기 링 개구의 표면의 표면 법선을 기준으로 축 방향의 온도차에서 각각의 하부 넓은 측면 표면(6, 7)으로부터 각각의 상부 넓은 측면(4) 쪽으로 상기 섹션들을 통해 축 방향 열 전달을 결정하는 열 전달 특성들을 갖고, 유닛 표면 소자를 통해 축 방향으로 흐르는 열이 상기 제2 섹션(3) 내에서보다 상기 제1 섹션(2) 내에서 더 작은 방식으로, 상기 제1 섹션(2)의 열 전달 특성들 중 하나 이상의 열 전달 특성은 상기 제2 섹션(3)의 열 전달 특성과 다르고, 상기 링형 몸체는 CVD-반응기 내에서 사용되고,
상기 기판 홀더(12)는 가열된 서셉터(16)에 의해 지지 되고, 상기 제1 섹션(2)은 상기 기판 홀더(12) 위로 방사 방향 외부 방향으로 돌출하고 상기 서셉터(16)의 상부면(17)으로부터 열 복사에 의해 제1 열 흐름(Q₁)을 수신하며, 상기 기판(11)의 가장자리는 상기 제2 섹션(3)을 통한 제2 열 흐름(Q₂)에 의해 가열되고, 상기 열 흐름(Q₁ 및 Q₂)은 상기 서셉터(16)의 상부면(17)과 공정 챔버 천장(19) 사이의 온도차의 결과인 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 열 전달 특성은 섹션의 열 전도율이고, 상기 제1 섹션(2)의 열 전도율은 상기 제2 섹션(3)의 열 전도율보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 열 전달 특성은 축 방향으로 향하는 상기 섹션들(2, 3)의 하나 이상의 표면의 복사율이고, 상기 제1 섹션(2)의 표면의 복사율은 상기 제2 섹션(3)의 표면의 복사율보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
그 열 전달 특성들이 상기 제2 섹션(3)의 열 전달 특성들에 상응하는, 상기 제1 섹션(2)과 상기 제2 섹션(3) 사이에 배치된 제3 섹션(8)을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제4 항에 있어서,
상기 제2 섹션(3) 및 경우에 따라 상기 제3 섹션(8)은 기판 홀더(12)의 링 스텝(15) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제5 항에 있어서,
상기 기판 홀더(12)는 아래에서 가열된 서셉터(16)에 의해 지지 되고, 상기 제1 섹션(2)은 상기 기판 홀더(12)의 측면 표면(18) 위로 자유롭게 돌출하는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 링형 몸체(1)는 서로 연결된 복수의 소자(24, 25, 26)로 구성되고, 상기 소자들은 서로 다른 고유한 열 전달 특성들을 갖고, 그리고/또는 스페이서 소자(28)에 의해 서로 간격을 두고 있는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 제1 섹션(2)에 할당된 하나 또는 복수의 링 소자(25, 26)는 상기 제2 섹션에 할당된 기본 몸체(24)보다 낮은 열 전도율을 갖고, 적어도 상기 제2 섹션에 할당된 기본 몸체(24)는 상기 제1 섹션(2)에 할당된 하나 또는 복수의 링 소자(25, 26)보다 높은 열 전도율을 갖는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제3 항에 있어서,
표면들의 서로 다른 복사율은 서로 다른 표면 코팅부들에 의해, 또는 하나 이상의 반사 소자(27)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 제1 섹션(2)에 할당된 하나 또는 복수의 링 소자(25, 26)는 상기 제2 섹션에 할당된 기본 몸체(24)보다 낮은 열 전도성을 갖는 투명 재료로 구성되고, 상기 투명 재료 내에 반사성 층(27)이 캡슐화되어 있는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 제2 섹션(3)의 열 전도율은 상기 제1 섹션(2)의 열 전도율보다 10배 이상 더 큰 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 제1 섹션(2)의 표면(4)의 복사율은 0.3보다 더 작고, 상기 제2 섹션(3) 및/또는 상기 제1 섹션(2)과 상기 제2 섹션(3) 사이에 배치된 제3 섹션(8)의 표면(5, 9)의 복사율은 0.3보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 링형 몸체(1)는 상기 제1 섹션(2) 및 상기 제2 섹션(3)에 걸쳐서 연장되는 기본 몸체(24)에 의해 형성되어 있고, 상기 제1 섹션(2)은 상기 기본 몸체(24)와 다른 열 전달 특성들을 갖는 하나 이상의 링 소자(25, 26)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제4 항에 있어서,
상기 제1 섹션(2) 및 상기 제3 섹션(8)은 각각 공정 챔버 천장(19) 쪽으로 향하는 표면(4, 9)을 갖고, 상기 제1 섹션(2)의 표면(4)은 상기 제3 섹션(8)의 표면(9)보다 2배 이상 더 큰 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 공정 챔버 천장(19) 쪽으로 향하는 상기 제2 섹션(3)의 표면(5)은 상기 기판(11)의 가장자리를 지지하기 위한 지지 구역을 형성하고, 상기 지지 구역은 상기 제1 섹션(2)과 상기 제2 섹션(3) 사이에 배치된 제3 섹션(8)의 제한 표면(20)에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 제3 섹션(8)은 상기 제2 섹션(3)과 마찬가지로 상기 서셉터(16) 쪽으로 향하는 표면(10, 7)에 의해 상기 기판 홀더(12)의 링 스텝(15) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제1 항에 있어서,
상기 제1 섹션(2)에 할당된 하나 또는 복수의 링 소자(25, 26)는 석영 또는 산화지르코늄으로 구성되며, 적어도 상기 제2 섹션에 할당된 기본 몸체(24)는 흑연 또는 탄화규소로 구성되는 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.
제10 항에 있어서,
상기 반사성 층(27)은 금속층인 것을 특징으로 하는, 링형 몸체.