KR20000069146A - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

기판위에 에피택셜층을 성장시키기 위한 리액터는 회전가능한 기판 캐리어(22)와, 상기 기판 캐리어에서 리액터로 가스를 주입시키기 위한 주입기(12)및, 가스 인입구(4, 5, 6, 7)와 주입기 사이에서 여러 가스를 분리하여 유지하는 가스 분리기(9)를 포함한다. 다양한 리액터의 실시예로서, 제거가능한 가스 분리기(9)와, 주입기로부터 기판으로의 가스들의 흐름을 제한하기 위하여 리액터내에 장착된 유속 조절기(21)뿐만 아니라, 냉각제 통로(14)를 포함하는 별도의 주입기(12) 및, 상기 리액터의 벽을 형성하는 덮개(36)를 통하여 접근되거나 제거될 수 있도록 기판 캐리어를 유지하는 회전가능한 쉘내에 설치된 히터(37)를 포함하는 실시예들이 개시되어 있다.

Description

화학 기상 증착 장치{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
분자빔 에피택시(MBE) 및 화학 기상 증착(CVD)과, 특히, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)은 에피택셜층의 증착을 위한 선두 기술들이다. 그러나, 이러한 기술들은 디지탈 전자 및 광학 전자 복합 반도체 산업에는 비판적이다. 그러나, 더욱 정확한 제어를 계속해서 제공하면서, 분자선 에피택시를 사용하는 것은 그 특성상 속도가 느리고, 고가이며 유지가 곤란하다. 그러므로, MOCVD 또는 유기 금속 기상 에피택시(OMVPE)를 고정밀 제어가능 시스템으로 개선시키기 위한 노력이 계속되어 왔다.
MOCVD 리액터는 웨이퍼가 충돌하는 처리 가스에 각을 가지고 설치된 수평 리액터와; 가스가 웨이퍼를 통과하여 지나가는 불규칙한 회전성을 갖는 수평 리액터 와; 배럴 리액터(barrel reactor) 및; 최근에, 리액터내에서 회전하는 기판 표면상에서 가스가 아래로 주입되는 수직 고속 회전 디스크 리액터를 포함하여, 다양한 형태를 가질 수 있다.
이러한 형태의 CVD 리액터는 레이저 및 LED와 같은 다층 구조와 반도체 단일막의 다양한 결합을 포함하여, 광범위하게 다양한 에피택셜 복합물에 사용되는 것으로 밝혀졌다.
회전 디스크상에 웨이퍼가 위치된 이러한 복수의 수직 리액터는 Hitchman 외에 의한 1993년 Academic Press의 "Chemical Vapor Deposition Principles and Applications" 와; Tompa 외에 의한 1994년 III-Vs Review의 7권 제3호의 "Design and Application of Large Area RDRs"에 개시되어 있는 리액터들을 포함한다. 이러한 리액터에서, 가스 혼합물을 리액터의 상단으로부터 웨이퍼 캐리어 방향으로 균일하게 흐르도록 하기 위한 시도로서, 다양한 기술들이 사용되었다. 이러한 기술들은 Wang 외에 의한 미국 특허 제4,997,677호에 개시된 전선 메시와 같은 미세한 전선 메시를 사용하는 것을 포함한다. 이 리액터에서, 또한 소결된 거친 유리질 디스크일 수 있는 미세한 스테인레스 강철 전선 메시(46')가 이러한 방식으로 가스들을 더욱 균일하게 분배시킨다. 그러나, 이 경우에, 가스는 전선 메시를 통과하여 지나가기 전에 대기실내에서 혼합되어, 반응제 가스는 리액터 챔버내에 들어가기 전에 서로 반응할 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 대기실은 각 반응제 가스를 위한 부분들로 나뉘어져 있으며, 예를 들면, 전술된 Tompa 외에 의한 실시예와, 유럽 특허 제687,749호의 실시예에서, 각각의 면내의 각 평행 챔버들이 각 도관들을 통해 리액터 챔버내에 공급되는 각 가스를 전달한다. 그럼에도 불구하고, 가스들이 전선 메시를 통해 지나간 후에/지나가거나 웨이퍼 캐리어로 흐르는 동안 이 시스템내에서는 사전반응이 일어난다. 또한 이러한 설계중 어느 것은 매우 복잡하다. 부가적으로, Bartholomew 외에 의한 미국 특허 제5,136,975호는 도 2에 도시된 종래 기술의 장치와 도 4에 도시된 본 발명의 장치 모두에서 가스가 2차 플리넘(plenum)으로부터 포트를 떠난 후까지 가스가 상호반응하는 것을 방지하고자 하는 시도로서 사용된 것이다. 유사하게, Watabe에 의한 미국 특허 제5,500,256호의 나선형 가스 흐름 경로가 도 1a 와 도 2에 도시되어 있다.
회전 디스크 리액터의 또다른 문제점은 불균일성과 온도 분포이다. 특히, 가스 주입에 사용되는 주입기 판 또는 다른 시스템에서, 주입기의 중심은 일반적으로 리액터 벽에 연결된 가장자리보다 높은 온도를 가지므로, 사용될 때 전선 메시의 조기 분해를 발생시킬 수 있음은 물론 흐름 방해를 초래한다는 것이 밝혀졌다. 상기 언급된 유럽 특허 제687,749호에서, 분리된 냉각제 챔버(20)가 가스가 흐르는 여러 작은관 또는 도관에 연결되어 사용된다. 예를 들면, 각 관의 둘레에 물이 흐르는 부분을 포함하지 않는 형태의 장치에서는 균일한 주입기 판 냉각이 얻어질 수 없다. 또한, 상기 언급된 Bartholomew 외에 의한 특허에서, 냉각판(72)에는 주변 배수로가 사용되며, 이 주변 배수로를 통해 가스가 리액터로 주입된다.
이러한 회전 디스크 리액터와 연결된 다른 요소는 리액터의 크기와 회전 웨이퍼 캐리어 또는 기판 캐리어판의 크기 간의 관계에 관련된다. 그러므로, 반응제를 빨아올리기 위하여 리액터는 더 커야 한다는 것은 당연하다. 그러나, 이것은 반응제의 부가적인 소비를 필요로 하므로, 효율이 낮다. 한편, 점차로 증가하는 직경을 가진 웨이퍼 캐리어의 인입구면보다 인입구면이 작은 리액터에서, 소모 효과는 제거될 수 있다. 이것은 예를 들면, Fotiadis 외에 의한 General Crystal Growth 85(1987)의 154~164쪽의 "Comples Phenomena in Vertical MOCVD Reactors: Effects on Deposition Uniformity and Interface Abruptness" 는 물론, Sato 외에 의한 미국 특허 제5,344,492호를 포함한다. 또한, Kennedy에 의한 미국 특허 제5,173,336호에서, 흐름 안내부(52)가 재순환을 억제하기 위하여 화학 기상 흐름의 일부가 증기 소스를 향하여 뒤로 편향되는 것을 방지하기 위한 장치로서 도 3에 도시되어 있다. Fujaimure에 의한 미국 특허 제5,024,748호에는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치에서 기판상에 플라즈마를 인가하기 위하여 반사재를 사용하는, 도 2에 도시된 바와 같은 종래 기술이 설명되어 있다.
이러한 반사재에서 웨이퍼 캐리어를 가열하기 위하여 복수의 여러 기술들이 사용되어 왔다. 상기 설명된 Hitchman 외에 의한 특허와 Tompa 외에 의한 특허에 기재되어 있는 바와 같이, 복사 가열 장치가 웨이퍼 캐리어아래에 설치된다. 그러나, 이러한 형태의 장치에서, 가열 구성물은 리액터 환경에 개방되어 있다. 이것은 수명을 감소시키는 여러 원인과 이러한 처리의 반복성을 초래한다. 이와 같은 이유로, Fotiadis 외에 의한 논문의 리액터와 상기 설명된 유럽 특허 제687,749호에는, 가열 구성물은 쉘(shell)을 통과하여 정화된 비활성 가스가 보호 환경을 제공할 수 있도록 회전하는 쉘내측에 설치되었다. 이러한 리액터에서, 회전 쉘은 공동 샤프트 공급구를 통해 제거될 수 없는, 가열 소자의 직경보다 작은 직경을 가진 공동 샤프트 회전 진공 공급구와 연결하여 일반적으로 밀폐된다. 그러므로, 이러한 리액터의 가열 시스템은 일반적으로 리액터를 대기중에 개방하지 않으면 교체되거나 사용될 수 없는 시스템이다. 또한, Stitz에 의한 미국 특허 제4,607,591호에는, 램프를 가열하기 위한 램프 봉입물이 플라즈마-활성 CVD 리액터에 포함된다.
마지막으로, 상기 형태의 리액터에서는, 이러한 리액터 구동 장치를 회전시키고 밀폐시키기 위한 여러 시스템이 제공된다. 가장 흔하게는, 강 유체형(ferro-fluidic type)의 진공 회전 공급구가 회전 샤프트를 봉인하는 데에 사용되고, 이러한 공급구는 일반적으로 100℃ 이하의 낮은 온도 한계를 갖는다. 그러므로, 복잡하고 값비싼 냉각 시스템이 필요하다. 이러한 냉각 시스템의 예가 Miagi에 의한 미국 특허 제5,421,892호와 Tsuga에 의한 미국 특허 제4,771,730호에 설명되어 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 큰 직경까지 측정가능하며, 다양한 가스와/가스나 반응제를 도입할 수 있고 웨이퍼 캐리어 바로 위의 혼합 가스 경계 박막에 접근하도록 이들을 리액터에서 분리하여 유지할 수 있는 디스크 리액터를 회전시키기 위한 단순한 주입기 판 설계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 제어가능한 균일한 온도 프로파일을 또한 가질 수 있는 주입기 판을 설계하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 직경이 웨이퍼 캐리어와 같거나 그에 가까운 제한된 인입구 리액터를 구성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 캐리어 부근의 직경 연장이 소모 효과없이 더 높은 증착 효율을 제공하도록 설계된 인입구 리액터 설계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가열 구성물이 쉘내에 위치되고 가스에 의하여 정화되어나 진공으로 빨아올려지는 회전 쉘을 사용하는 회전 디스크 리액터를 설계하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 리액터 설계를 바꾸거나 리액터를 대기중에 개방시키지 않고 가열 구성물이 제거될 수 있고 다른 가열 구성물로 대체될 수 있도록 가열 구성물의 직경보다 크거나 같은 직경을 가진 회전 쉘을 사용하는 회전 디스크 리액터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 회전 샤프트를 위한 단순하며 효과적인 냉각 시스템을 가진 회전 쉘 설계를 사용하는 회전 디스크 리액터를 설계하는 것이다.
본 발명은 화학 기상 증착 리액터에 관한 것으로, 특히, 금속 유기 화학 기상 증착 리액터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 회전 디스크 리액터형의 리액터에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 본 발명은 기판위에 다양한 에피택셜층을 성장시키기 위하여 기판을 지지하는 회전 기판 캐리어의 표면상에 하나 이상의 가스가 주입되는 회전 디스크 리액터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 리액터의 종측단면도.
도 2는 도 1에 도시된 리액터에서 사용되는 분리기의 상부 종단면도.
도 3은 도 2에 도시된 분리기와 주입기의 측단면도.
도 4는 도 1에 도시된 리액터에서 사용되는 주입기의 상부 종단면도.
도 5는 도 4에 도시된 주입기의 측단면도.
도 6은 도 4의 6-6 선을 따라 절취한 도 4에 도시된 주입기의 종측단면도.
본 발명에 따라서, 상기 목적들과 다른 목적들은 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 제1 가스 인입구와, 제2 가스 인입구와, 기판 캐리어 방향으로 제1 및 제2 가스를 리액터 챔버내에 주입하기 위한 주입기 및, 가스가 기판 캐리어에 도달할 때까지 가스 인입구와 주입기 사이의 기판 캐리어와 평행한 단일판내에 제1 및 제2 가스를 분리하여 유지하기 위한 가스 분리기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 본 발명의 리액터에 의하여 실현될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 가스 분리기는 기판 캐리어에 평행한 판내에 제1 및 제2 가스 챔버를 포함한다.
본 발명의 리액터의 바람직한 실시예에 따라서, 리액터는 캐리어 가스 인입구를 포함하며, 가스 분리기는 가스 인입구와 주입기 사이에서 캐리어 가스를 분리하여 유지하기 위하여 제1 및 제2 가스 챔버사이에 제3 가스 챔버를 포함함으로써, 주입기는 제1 및 제2 가스를 서로 분리하여 유지하도록 제1 및 제2 가스사이에서 기판 캐리어 방향으로 챔버내에 캐리어 가스를 주입한다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 가스 분리기는 제1 및 제2 가스 인입구로부터 제1 및 제2 가스를 수용하기 위한 제1 및 제2 가스 수용부와; 제1 및 제2 가스가 주입기로 주입되기 전에 제1 및 제2 가스의 양을 분배하기 위한 제1 및 제2 가스 챔버 및; 제1 및 제2 가스 수용부를 제1 및 제2 가스 챔버로부터 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 제1 및 제2 가스가 제1 및 제2 가스 수용부로부터 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 가스 챔버는 원호의 외형을 갖는다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구와, 기판 캐리어 방향으로 가스를 리액터 챔버로 주입하기 위한 주입기 및, 가스 분리기의 소정 부분내에 가스를 유지하기 위하여 가스 인입구와 주입기 사이에 이동가능하게 위치되며, 다른 가스 분리기로 교체될 수 있는 제거가능한 가스 분리기를 포함한다.
본 발명의 리액터의 일 실시예에 따라서, 가스 분리기는 가스 인입구로부터 가스를 수용하기 위한 가스 수용부와, 가스가 주입기로 주입되기 전에 가스의 양을 분배하는 가스 챔버 및, 가스 챔버로부터 가스 수용부를 분리하며 가스를 가스 수용부로부터 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 갖는 벽 수단을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 가스를 추가로 분배하기 위하여 가스 분리기와 주입기 사이에 메시 스크린(mesh screen)이 배치된다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 가스 인입구는 제1 가스 인입구를 포함하며, 제2 가스 인입구를 구비하여, 주입기는 기판 캐리어 방향으로 제1 및 제2 가스를 리액터로 주입시키며, 제거가능한 가스 분리기는 제1 및 제2 가스를 서로 분리하여 유지한다. 바람직한 실시예에서, 가스 분리기는 제1 및 제2 가스 챔버를 포함한다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와, 하나이상의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 제1 가스 인입구와, 제2 가스 인입구와, 캐리어 가스 인입구와, 제1 및 제2 가스와 캐리어 가스를 기판 캐리어 방향으로 리액터 챔버내에 주입하기 위한 주입기 및, 가스 인입구와 주입기사이에 제1 및 제2 가스와 캐리어 가스를 분리하여 유지하는 가스 분리기를 포함하며, 제1 및 제2 가스와 캐리어 가스는 주입기로부터 제1 및 제2 가스사이에 위치된 캐리어 가스를 가진 기판 캐리어 방향으로 방출된다. 바람직하게는, 가스 분리기는 기판 캐리어와 평행인 단일판내에 제1 및 제2 가스와 캐리어 가스를 유지한다.
본 발명의 리액터의 일 실시예에 따라서, 가스 분리기는 제1 가스를 위한 제1 가스 챔버와, 제2 가스를 위한 제2 가스 챔버 및, 캐리어 가스를 위한 캐리어 가스 챔버를 포함한다.
본 발명의 이러한 리액터의 다른 실시예에 따라서, 가스 분리기는 제1 및 제2 가스 인입구로부터 제1 및 제2 가스를 수용하기 위한 제1 및 제2 가스 수용부와, 가스가 주입기로 주입되기 전에 제1 및 제2 가스의 양을 분배하기 위한 제1 및 제2 가스 챔버 및, 제1 및 제2 가스 챔버로부터 제1 및 제2 가스 수용부를 분리하는 벽 수단을 포함하며, 이 벽 수단은 제1 및 제2 가스가 제1 및 제2 가스 수용부로부터 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함한다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 상기 리액터는 제1 및 제2 가스를 추가로 분배하기 위하여 가스 분리기와 주입기사이에 배치된 메시 스크린을 포함한다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 주입기는 제1 및 제2 가스용의 복수개의 통로를 포함한다. 바람직하게는, 주입기는 제1 및 제2 가스를 상기 복수개의 통로를 통과하여 냉각시키기 위한 냉각 통로를 포함한다. 본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구 및, 기판 캐리어 방향으로 리액터 챔버내로 가스를 주입하기 위한 주입기를 포함하며, 이 주입기는 주입기를 지나 연장되어 있는 복수개의 냉각제 통로와, 이 복수개의 냉각제 통로와 교호하는 복수개의 가스 공동을 포함하여, 가스가 복수개의 가스 공동중의 적어도 하나를 통과하여 리액터 챔버로 들어갈 때 적어도 둘의 냉각제 통로에 의해 냉각된다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 복수개의 냉각제 통로는 평행 어레이로 정렬된 복수개의 관식 도관을 포함하다.
다른 실시예에서, 이 리액터는 복수개의 관식 도관중의 적어도 둘과 연결하기 위한 연결 통로를 포함하며, 냉각제가 이 통로를 통해 연속적으로 흐를 수 있다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 복수개의 냉각제 통로는 복수개의 냉각제 통로 세그먼트를 포함하며, 리액터는 복수개의 냉각제 인입구와 복수개의 냉각제 출구를 포함하여, 냉각제가 이 복수개의 냉각제 세그먼트 각각에 공급되거나 그로부터 제거될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 냉각제 세그먼트는 4개이다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 주입기는 기판 캐리어와 접하는 내부 표면을 포함하며, 복수개의 긴 홈이 주입기의 내부 표면상의 홈 표면을 포함하여 복수개의 관식 도관의 냉각 효과를 향상시킨다.
본 발명의 장치의 다른 실시예에 따라서, 반응제 가스 인입구는 제1 가스 인입구를 포함하며, 리액터는 제2 가스 인입구와, 가스 인입구와 주입기 사이에 제1 및 제2 가스를 분리하여 유지하기 위한 가스 분리기를 포함하며, 이 가스 분리기는 가스가 주입기로 주입되기 전에 제1 및 제2 가스의 양을 분배하기 위한 제1 및 제2 가스 챔버를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 장치는 캐리어 가스 인입구를 포함하며, 가스 분리기는 가스 인입구와 주입기사이에 캐리어 가스를 분리하여 유지하기 위하여 제1 및 제2 가스 챔버사이에 제3 가스 챔버를 포함하여, 상기 주입기는 제1 및 제2 가스를 서로 분리하기 위하여 제1 및 제2 가스사이의 기판 캐리어 방향으로 챔버로 캐리어 가스를 주입한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 가스 분리기는 제1 및 제2 가스 인입구로부터 제1 및 제2 가스를 수용하기 위한 제1 및 제2 가스 수용부와, 상기 제1 및 제2 가스 챔버로부터 상기 제1 및 제2 가스 수용부를 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 상기 제1 및 제2 가스가 상기 제1 및 제2 가스 수용부로부터 상기 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 장착될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 설치된 소정의 직경을 갖는 기판 캐리어와, 가스 인입구와, 가스를 기판 캐리어 방향으로 리액터 챔버로 주입하기 위한 주입기 및, 가스의 흐름을 제한하기 위하여 주입기와 기판 캐리어사이의 리액터 챔버내에 설치된 유속 조절기를 포함하며, 이 유속 조절기는 주입기와 일치하는 제1 단부와 기판 캐리어에 인접한 제2 단부를 가지며, 제1 단부의 내부 직경은 기판 캐리어의 소정 직경과 대체로 일치하며, 제2 단부의 내부 직경은 기판 캐리어의 소정 직경보다 크다. 바람직하게는, 유속 조절기는 냉각 수단을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 냉각 수단은 냉각제를 흐르도록 하기 위하여 유속 조절기내에 통로를 포함한다.
본 발명의 리액터의 일 실시예에 따라서, 유속 조절기의 제1 단부의 내부 직경은 대체로 유속 조절기의 전체 길이를 포함한다. 바람직하게는, 유속 조절기의 제2 단부의 내부 직경은 기판 캐리어에 접근하는 방향으로 증가하는 직경을 가진 테이퍼 표면을 포함한다.
상기 리액터의 일 실시예에 따라서, 유속 조절기는 리액터 챔버의 벽과 일체로 되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구와, 기판 캐리어 방향으로 가스를 리액터 챔버로 주입하기 위한 주입기와, 반응제 가스의 흐름을 제한하기 위하여 주입기와 기판 캐리어 사이의 리액터 챔버내에 설치된 유속 조절기를 포함하며, 상기 유속 조절기는 냉각 수단을 포함한다. 바람직하게는, 냉각 수단은 냉각제를 흐르도록 하기 위하여 유속 조절기내에 통로를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 유속 조절기는 리액터 챔버의 벽내에 내장된다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와; 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며, 내부 공간을 제한하는 견고하게 봉인된 회전가능한 쉘을 포함하고, 리액터 챔버내에 회전가능하게 설치된 기판 캐리어와; 가스 인입구와; 상기 기판 캐리어 방향으로 가스를 리액터 챔버로 주입하기 위한 주입기 및; 회전가능한 쉘내에 위치되며 기판 캐리어의 가열을 위한 가열 수단을 포함하며, 리액터 챔버는 회전가능한 쉘에 의하여 제한된 내부 공간에 접근하기 위한 액세스 수단을 포함하며, 가열 수단은 상기 액세스 수단을 통해 접근되거나 제거될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 액세스 수단은 리액터 챔버의 벽을 포함한다.
상기 리액터의 일 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버 내부에 제1 압력을 유지하기 위한 제1 압력 수단과 회전가능한 쉘 내부에서 제1 압력보다 큰 제2 압력을 유지하기 위한 제2 압력 수단을 포함한다.
상기 리액터의 일 실시예에 따라서, 가열 수단은 복사 히터를 포함한다. 다른 실시예에서, 회전가능한 쉘은 주입기와 접하는 상단 벽을 포함하며, 리액터는 함께 회전하기 위하여 상단 벽상에 설치된 제거가능한 기판 지지부를 포함한다. 본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 회전가능한 쉘은 주입기와 접하는 상단을 포함하고, 회전가능한 쉘의 상단 벽을 제공하기 위하여 함께 회전하는 회전가능한 쉘의 상단상에 설치된 제거가능한 기판 지지부를 포함하여 견고하게 봉인된 내부 공간을 형성한다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 회전가능한 쉘은 흑연, 질화 붕소 , 실리콘 탄소, 몰리브덴 및 고온 초합금으로 이루어진 군중에서 선택된 물질을 포함한다.
본 발명의 리액터의 다른 실시예에 따라서, 리액터는 리액터 챔버와; 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며, 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착되며, 내부 표면을 제한하는 회전가능한 쉘을 포함하며, 내부 표면과 외부 표면을 갖는 기판 캐리어와; 가스 인입구와; 기판 캐리어 방향으로 가스를 리액터 챔버로 주입하기 위한 주입기와; 회전가능한 쉘을 리액터 챔버내에서 회전시키기 위한 회전 수단 및; 리액터 챔버를 냉각시키기 위한 냉각 수단을 포함하며, 상기 냉각 수단은 회전가능 쉘의 내부 표면을 냉각시키기 위한 내부 냉각 부재와 회전가능한 쉘의 외부 표면을 냉각시키기 위한 외부 냉각 부재를 포함한다. 바람직한 실시예에 따라서, 회전 수단은 회전가능한 쉘에 대하여 설치된 축과, 구동 도르래 및, 구동 도르래를 회전가능한 쉘을 회전시키기 위한 축에 연결하는 구동 벨트를 포함한다. 바람직하게는, 축은 회전가능한 쉘을 회전가능하게 지지하기 위한 베어링을 포함하고, 냉각 수단은 이 베어링을 냉각시킨다. 다른 실시예에서, 구동 도르래는 고무, 바람직하게는 네오프렌 고무를 포함하는 구동 벨트를 포함한다.
본 발명은 도면을 참조로 한 하기의 상세한 설명에 의하여 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 도면에서 동일한 부재에는 동일한 참조 번호가 부여되며, 도 1은 본 발명에 따른 리액터의 단면도이다. 리액터는 바람직하게는 진공 등급 스테인레스 스틸로 형성된 일반적으로 원통형 벽(1a)을 가진 수직관(1)을 포함한다. 리액터는 리액터(1)의 벽(1a)에서 연장된 배출 도관(2)을 포함하며, 펌핑 시스템에 연결될 수 있다. 리액터(1)는 리액터를 대기중에 개방시키지 않고 웨이퍼가 리액터내측에 전달될 수 있도록 부하 고정 장치와 연결될 수 있는 플랜지 개구(3)를 또한 포함한다. 셔터(도시되지 않음)를 가진 뷰잉 포트(viewing port)는 웨이퍼 캐리어(22) 또는 리액터(1)내에 회전가능하게 설치된 기판 캐리어(또는 열 흡수기)의 가시적인 측정을 위하여 제공될 수 있다. 도면에는 별도로 도시되지 않았지만, 리액터는 그 자체내에 리액터의 세척과 보수 과정을 간단하게 하기 위하여 내부 덧쇠는 물론, 극고온에서의 증착 처리 동안 사용하기 위한 물 냉각 재킷을 또한 포함할 수 있다.
리액터(1)내에서 여러 반응제 가스와 증기로 처리되어야 하는 웨이퍼는 가스가 그 표면상에 직접 충돌할 수 있도록 회전하는 기판 캐리어 또는 감지기(22)상에 설치된다. 이들 웨이퍼에 여러 가스를 공급하는 것과 관련된 일반적인 이론은 공지되어 있다. 화학 기상 증착(CVD)이론은 공지되어 있으며 집적 회로의 제조에 필수적인 공정이다. 이러한 공정에서 증착된 층은 복수의 기능을 충족시키며 금속과 금속 합금으로부터 반도체와 절연체까지의 범위에 걸쳐 다양하다. 이러한 공정에서, 가스 선구물질의 변성은 동종적으로 또는 이종적으로, 고형 박막을 형성하고, 온도, 압력, 유동율 등에 대한 광범위한 조건들이 사용될 수 있다. 실리콘 처리는 비교적 공지된 기술이지만, 어떤 응용에 있어서는 복합 반도체가 대등한 경쟁자가 된다. 갈륨 비화물과 같은, III-V 군의 반도체의 특성이 근래에 알려졌다. 그러므로, 금속 유기 화학 증착(MOCVD)의 출현과 함께, 이 기술은 현저하게 성장되어 왔다. 그러므로, 본 발명의 리액터의 응용이 고려될 수 있으며, 본 발명의 리액터의 전체 구조는 웨이퍼에 놓여지는 에피택셜층 또는 막 층의 균일성을 현저하게 개선시키기 위한 다양한 기술과 이 기술을 수행하는 공정의 전체 효율을 향상시키기 위하여 적용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 회전 디스크 리액터가 사용될 수 있는 물질 시스템의 형태는 매우 다양하다. 이러한 형태들은 상기 III-V 군의 합성물을 포함한다. 이들은 GaAs, GaP, GaAs1-xPx, Ga1-yAlyAs, Ga1-yInyAs, AlAs, InAs, InP, InGaP, InSb, GaN, InGaN 등과 같은 III-V 군 복합 반도체를 포함한다. 그러나, 이러한 리액터는 다른 시스템에도 또한 사용될 수 있다. 이들은 ZnSe, CdTe, HgCdTe, CdZnTe, CdSeTe 등과 같은 II-V 군 복합물과; SiC, 다이어몬드 및 SiGe 와 같은 IV-IV 군 복합물은 물론; YBCO, BaTiO, MgO2, ZrO, SiO2, ZnO 및 ZnSiO 와 같은 산화물과; Al, Cu 및 W 와 같은 금속을 포함한다. 또한, 합성 물질은 고광도 발광 다이오드(LED), 레이저, 태양전지, 광전음극, HEMT 및 MESFET 를 포함하는 광범위한 전자 응용 및 광전자 응용을 갖는다.
리액터내에 포함된 웨이퍼상에 에피택셜층을 성장시키기 위하여, 반응제 가스가 리액터내에 도입되어야 한다. 반응제 "가스" 라는 용어는 본 명세서에서 사용된 상승된 온도와 감소된 압력을 포함하여, 리액터내에 지배적인 상태에 있는 가스와 증기를 포함하는 것이다. 일반적으로 화학적으로 적합한 경우에는 이러한 가스들의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 특정 반응제 가스는 필요하면 다른 비활성 가스로 희석될 수 있다. 이 경우에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응제 가스는 연결기(4,5,6,7)를 통해 리액터(1)로 도입된다. 반응제 가스와/반응제 가스나 비활성 가스 또는 캐리어 가스를 포함하여, 다른 가스들은 필요하면 여러 연결기(4,5,6,7) 각각을 통해 리액터내에 공급될 수 있다. 기판 캐리어(22)상의 이러한 연결기와 웨이퍼(70) 사이는, 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 가스의 매우 균일한 분산을 제공하고, 반응제 가스들 사이의 선반응을 가능한 방지하기 위하여, 웨이퍼위의 경계층에 가능한 근접할 필요가 있다. 그러므로, 가스는 주입기 판(12)으로부터, 기판 캐리어(22)의 표면에 수직한 방향으로 리액터(1)내에서 아래로 방출된다. 그러나, 연결기와 주입기 판(12)사이에서, 가스들을 서로 분리하여 유지하고, 상기 언급된 균일성을 제공하고 반응제 가스들사이의 전반응을 또한 방지하도록 챔버내에 가스를 주입할 필요가 있다.
가스의 전반응을 방지하는 것은 도 2 및 도 3에 도시된 분리기(9)에 의하여 최적으로 성취된다. 그러므로, 리액터는 원통형 벽(1a)과, 대응하는 플랜지 부분(10a,1b)에 의하여 관식 벽(1a)에 연결된 상부면(10)을 가진 긴 관식 부재로 형성되며, 리액터는 하기에 설명되는 이유로, 도 1에 도시된 바와 같이, 리액터(1)의 원통형 측면벽(1a) 부근의 상부에서 외부로 연장되어 있는, 환상 기저판(33)에 의해 하단이 밀폐된다. 어떤 경우에서도, 환상 기저판은 환상 덮개(36)로 덮힌 오프셋 개구를 포함한다.
분리기(9)는 바람직하게는, 도 3에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 전선 메시 스크린(11)이 사이에 끼여있으며, 상단 판(10)과 주입기 판(12)사이에 죄여진 분리된 일체형 부재이다. 분리기(9)는 도 2에 도시된 실시예에서, 복수개의 분리 된 벽 부분(13a~13d)으로 분할된 환상 분리기 벽(13)을 포함한다. 또한, 이러한 벽 부분(13a~13d)은 벽 부분(13a~13d)사이에서 상단 판(10)의 외부 벽(10d)으로 연장되어 있는 외부로 돌출된 플랜지(13e)를 포함한다. 이것은 단부 벽(10)의 외부 벽(10b)과, 환상 분리기 벽(13)과, 단부 벽(10)의 상부 벽(10c) 및 전선 메시(11) 사이의 환상 영역을 분리된 반-환상 구획(13e~13l)으로 분할하기 위하여 사용된다.
환상 분리기 벽(13)의 내부에는, 복수개의 가스 챔버(50a~50h)가 제공된다. 이러한 챔버는 반-환상 벽 부분(13a~13d)의 내부 표면과, 중앙 허브(52)로부터 모두 연장되어 있는 복수의 외부로 연장된 복사 벽 부분(51a~51h)에 의하여 한정된다. 다시, 이러한 챔버(50a~50h) 각각은 상단 부재(10)의 내부 벽(10c)에 의하여 상단이 제한되고 전선 메시(11)에 의하여 하단이 제한된다. 각각의 가스들은 연결기(4,5,6,7)의 끝단의 개구를 통해 반-환상 가스 구획(13e~13l)중의 하나로 들어온다. 도 2에 도시된 실시예에는, 예를 들면, 두개의 연결기(4)와, 단일 연결기(5)와, 단일 연결기(6) 및 4개의 연결기(7)가 있다. 연결기(4)로부터 반-환상 구획(13e, 13i)내에 분배된 가스는 반-환상 벽 부분(13a, 13c)내의 복수개의 개구(53)를 통하여 내부 챔버(50a, 50e)로 들어갈 수 있다. 그러므로, 연결기(4)내부를 흐르는 특정 가스는 도 2의 분리기(9)의 면에 수직인 방향으로 하기에 설명된 전선 메시를 통해 리액터(1)로 연속적으로 유입되기 위하여 내부 챔버(50a, 50e)내에 균등하게 분배된다. 유사한 방식으로, 연결기(5)내의 특정 가스는 반-환상 구획(13g)으로 유입되고, 반-환상 벽 부분(13d)내의 개구(53)를 통해 내부 가스 챔버(50g)로 유입된다. 연결기(6)를 통해 공급된 가스도 유사하게 내부 벽 부분(13b)내의 개구(52)를 통과하여 외부 가스 구획(13k)에 유입되고 내부 가스 챔버(15c)를 통과한다.
연결기(7)를 통과하는, 비활성 가스 또는 활성 가스와 같은, 가스도 유사한 방식으로 외부 챔버(13f, 13h, 13j, 13l)에 유입된다. 이 경우에, 이 가스는 내부 챔버(50f, 50h, 50b, 50d)로 각각 직접 통과한다. 이들 챔버는 각각 복사 벽 부분사이(51e와 51f, 51g와 51h, 51a와 51b)에 좁은 홈을 가지고 있다.
상기 주지된, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전체 분리기(9)는 단일체이며, 상단 홈(10)과 주입기 판(12)사이에 죄여짐으로써 단독으로 제자리에 고정된다. 이러한 방식으로, 상단 판(10)을 제거함으로써, 분리기(9)를 제거하고, 전체적으로 다른 구성을 가진 새로운 분리기(9), 즉, 특정한 응용을 위하여 복수의 선택된 개수의 가스 챔버를 가진 새로운 분리기로 교체하는 작업이 비교적 용이해진다. 이것은 분리기(9)를 간단히 교체하고 관련된 여러 가스 인입구를 통해 공급되는 가스를 바꾸는 것을 가능하게 함으로써, 여러 기판상에 에피택셜층을 성장시키기 위한 복수의 다른 공정의 응용을 가능하게 한다.
여러 가스 챔버의 하부 표면은 전선 메시(11)에 의하여 제한된다. 전선 메시는 궁극적으로 의도되는 사용에서 요구되는 조건에 따라, 다양한 물질로 제조될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 많은 응용에서, 스테인레스 스틸(316)이 사용된다. 그러나, 다수 높은 온도의 응용에서는, INCONEL 600 또는 HASTELLOY 를 사용할 필요가 있거나 이들을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 초고온 온도에서는, 텅스텐 또는 몰립덴을 사용할 필요가 있다. 일반적인 전선 메시 크기는 0.06" 두께의 스크린에 대하여, 165×1400 이다. 한편, 50×700의 전선 메시 크기는 0.01" 두께의 스크린에 대하여 사용될 수 있다. 이러한 형태의 전선 메시 스크린은 뉴저지주의 Unique Wire Weaving Co. Inc.의 제품이 용이하게 사용가능하다.
이러한 메시 스크린은 통상적인 증착 조건하에서 10.0" 직경이상의 주입기 판에서 약 0.1 내지 1.0 토르 범위의 압력 강하를 발생시킬 수 있다. 이러한 압력 강하는 일반적으로 초기 반응제의 균일한 분배를 제공하기에 충분하다.
웨이퍼상에 질화 갈륨을 성장시키기 위한 본 발명의 장치의 사용의 특정예에서, 두개의 연결기(4)가 반-환상 외부 구획(13e, 13i)과 두개의 대응하는 내부 챔버(50a, 50e)에 암모니아를 공급하기 위하여 사용된다. 연결기(5)는 환상 외부 가스 구획(13g)과 내부 가스 챔버(50g)에 트리메틸 갈륨을 공급하기 위하여 사용되고; 연결기(6)는 Si2H2, (C2H5)2Mg 및 (C2H5)Te 와 같은, 도핑용 반응제를 환상 가스 구획(13k)과 대응하는 내부 가스 챔버(50c)내에 공급하기 위하여 사용되고; 연결기(7)는 산소, 질소 및 아르곤(모두 초고순도이다)과 같은, 캐리어 가스를 4개의 환상 구획(13j, 13l, 13f, 13h)과 대응하는 홈 또는 내부 가스 챔버, 즉, 내부 챔버(50b, 50d, 50f, 50h)에 공급하기 위하여 사용된다. 그러므로, 캐리어 가스는 비활성 가스일 수 있다.
그러므로, 가스들은 초기에는 여러 연결기를 통하여, 도 2에 도시된 바와 같은 분리기(9)의 면에 평행하게 흐른다. 분리기의 면내에서, 가스들은 상기 설명된 여러 챔버내에서 전선 메시(11)의 표면에 평행하게 흐르게 된다. 그러나, 계속해서, 이들 가스는 역행하여 흐르고, 전선 메시(11)를 통해 도 2의 면에 수직으로 흐르며, 최종적으로 리액터(1)에 공급될 것이다. 도 2의 평면에 평행한 방향으로 여러 챔버로 유입하는 중간 가스 흐름은 그러므로 이들 챔버 각각을 통해 가스의 균일한 분배를 제공하는 다른 성분이다. 또한, 도 2에 도시된 4개의 연결기(7)를 통해 도시된 캐리어 가스의 배치와 내부 가스 챔버(50b, 50d, 50f, 50h)내의 분배는 캐리어 가스가 가스 주입기(12)에서 방출되어 리액터로 지나간 후에도 여러 반응제 가스를 서로 분리시키는 방식으로 도 2의 면에 수직인 리액터로 흐르도록 한다. 여러 가스들이 서로 반응할 수 있는 기판 캐리어(22)상의 정확한 위치의 양호한 조절은 연결기(4, 5, 6, 7)를 통해 리액터로 유입하는 개별적인 가스에 대한 가스 유동율을 조절함으로써 성취될 수 있다.
다시 전선 메시(11)와 관련하여, 전선 메시는 또한 반응제와 여러 챔버(50a~50h)사이에서 약 0.1 내지 0.5 토르 사이의 압력차를 발생시키기 위하여 사용된다. 다시, 이것은 분리기(9)의 면내의 더욱 균일한 반응제 분배를 가능하게 한다.
전선 메시(11) 하부에는 도 3~6에 도시된 바와 같이 주입기 판(12)이 위치되어 있다. 이 주입기 판은 전선 메시(11)와 분리기(9)사이에 기계적 연결을 제공할 뿐만 아니라 전선 메시의 균일한 온도와 냉각을 돕는다.
도 5와 관련하여, 주입기 판은 그 자체가 표면을 지나 연장된 냉각 통로로 작용하는 복수개의 평행 도관(14)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 도관(14)의 내부 개구는 그러므로 물과 같은 냉각제가 통과하여 흐르도록 하는 데에 사용된다. 각각의 이러한 냉각제 통로(14)사이의 특정 거리는 특별한 경우에 특정 냉각 요구 조건을 만족시키도록 설계될 수 있다. 그러나, 이러한 냉각 통로들(14)사이의 거리는 일반적으로 균일한 온도 분배를 제공하기 위하여 하나의 판 두께와 두개의 판 두께사이의 거리이다. 물과 같은 냉각제가 이러한 복수개의 통로(14)를 지나가는 이러한 냉각 통로(14)를 사용함으로써 흐름 정체 지점이 없도록 한다. 이것은 그 결과로서 주입기의 표면을 통한 균일한 온도 유지를 보장한다. 이러한 용이하게 재생가능한 압박 유동 시스템으로써 뜨거운 지점과 불균일한 냉각 지점을 확실하게 방지할 수 있다. 그러므로, 전체 경로에 걸쳐서 온도 안정성이 보장된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 냉각 통로(14)의 교호하는 쌍들의 단부에는, 연결 통로(15)가 제공된다. 이러한 연결 통로(15)의 외부 표면은 외부 환상 벽(16)의 내부 표면(16a)에 의하여 제한되며, 이 내부 표면(16a)은 바람직하게는 내부의 모든 물 통로를 밀폐시키기 위하여 주입기 판(12)에 땜납된다. 여러 냉각 통로(14)는 연결기 통로(15)에 의하여 함께 연결된 통로의 수에 따라서 냉각 통로 세그먼트로 분할될 수 있다. 그러므로, 도 4에 도시된 실시예에서는, 예를 들면, 4개의 냉각 통로 세그먼트가 있다. 이러한 세그먼트는 물 인입구와 물 유출구를 포함한다. 그러므로, 물 인입구(18a, 18b, 18c, 18d)가 제공된다. 인입구(18a, 18b)로부터의 물은 그러므로 물 유출구(19a, 19c)를 통해 각각 지나가기전에 3개의 냉각 통로(14)와 두개의 연결기 통로(15)를 통과할 것이다. 유사하게, 인입구(18b, 18d)로부터의 물은 물 유출구(19b 및 19d)를 통해 각각 방출되기 전에 6개의 평행 냉각 통로와 5개의 연결 통로(15)를 통과할 것이다. 그러나, 냉각 세그먼트의 수는 어떤 특정 응용에 대한 특정 냉각 요구에 따라 변화될 수 있다는 것은 주지된 바 있다. 요구되는 냉각 통로의 특정수는 용이하게 측정될 수 있다. 특정예에서, 7개의 2.0" 웨이퍼상에 질화 갈륨의 증착을 위한 7" 웨이퍼 캐리어를 갖는 리액터에서, 웨이퍼 캐리어에 의해 방사된 에너지는 W1=k x e x F x T4로 계산될 수 있으며, 여기서 k=5.67E-8 W/m2K4 (스테판-볼츠만 상수); e = .85 (SiC 코팅된 웨이퍼 캐리어(22)의 방사율); F=0.248 m2(웨이퍼 캐리어(22)표면) 및; T=1325 K(질화 갈륨 증착을 위한 통상적인 공정 온도)이다. 그러므로, 냉각수에 의하여 소비되는 에너지는 물 캐리어(22)에 의해 방출되는 에너지의 대략 20%이다. (웨이퍼 캐리어(22)와 상단 판(10)사이의 뷰잉 계수는 약 0.2이다.) 그러므로, 다른 측면으로부터 W2=0.2 x W1 이기 때문에, 상기 전력은 다음과 같이 계산된다: W2=62.7 x c x N x V x grad T; 여기서, c=4.2 kJ/kg C(물에 대한 특정 가열); N=물 냉각 통로의 수; V=1.5 gal/min(30 psi의 압력하에서 0.25" 직경 통로를 통과하는 물 유속); grad T=요구되는 주입기 판 온도 균일성.
상기 식으로부터, N=0.0032 x k x e x F x T4/0.275 x c x V x grad T 로 결론지을 수 있다.
상기의 마지막 식에 따라서 요구되는 주입기 온도 균일성을 제공하기 위하여 냉각 통로의 수는 하기의 표 1에 나타나 있다.
주입기 판 온도 균일성, +/-C 물 냉각 통로의 수
2.5 4
5 2
10 1
여러 내부 가스 챔버(50a~50h)내에 포함된 가스는, 전선 메시(11)를 통해 지나간 후에, 도 5에 자세히 도시되어 있는 홈(17)을 지나 냉각 통로(14)들사이의 주입 판(12)을 통해 지나간다. 이러한 길이방향으로 연장되어 있는 홈(17) 각각은 폭이 약 0.03" 내지 0.06"사이이며, 바람직하게는 전기 방전 기술의 응용에 의하여 주입기 판(12)내에 형성된다. 또한, 도 5에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 주입기 판(12)의 내부 표면상에는, 표면에 있는 홈(17)의 영역을 효과적으로 넓히기 위한 홈 표면(17a, 17b)이 제공된다. 이러한 홈 표면은 그러므로, 냉각 통로(14)로부터의 영역으로부터 주입기 판 물질을 제거함으로써 더욱 균일한 냉각을 제공하는 것은 물론, 서로 인접한 각각의 두개의 홈(17) 사이에 "데드 스페이스(dead space)" 을 제거함으로써 주입기 판 표면 부근에 더 양호한 흐름 분배를 제공한다. 길이방향으로 연장된 홈 대신에, 복수개의 축대칭 공동 또는 개구가 사용될 수 있다.
도 6과 관련하여, 스푼(60)은 고온 웨이퍼 온도 측정과 다른 원위치 공정 제어 장비를 위하여 웨이퍼의 직접적인 광 시야를 제공하기 위하여 주입기 판(14)에 땜납될 수 있다. 그러므로, 도 4 및 6에 도시된 바와 같이, 인접한 냉각 통로(14)는 스푼(20)을 둘러싸는 궁형 통로 세그먼트(20a, 20b)에 연결됨으로써 가로막히지 않는다. 그러므로, 더 작은 주입기 판에서, 냉각 통로의 이러한 세그먼트들에 뚫린 구멍이 제공될 수 있는 반면, 12"이상의 직경을 가진 더 큰 주입기 판에서는, 이러한 목적을 위하여 땜납 관조직이 사용될 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 여러 가스가 주입기 판(12)로부터 아래로 웨이퍼 캐리어(22)의 표면에 수직 방향으로 주입되고, 전술된 방식으로 서로 분리되는 것을 알 수 있다. 주입기 판(12)을 둘러싸는 상단 판(10)의 주변으로부터 아래로 연장되어 환상 유속 조절기(21)가 위치한다. 유속 조절기(21)의 목적은 기판 캐리어(22)의 상단의 환상 영역에 반응제와 캐리어 가스의 아래로의 흐름을 제한하는 것이다. 그러므로, 상단, 즉, 가스 주입기(12)에 인접한 부분의 유속 조절기(21)의 내부 직경은 웨이퍼 캐리어(22)의 직경과 대체로 같을 것이다. 유속 조절기(21)의 내부 벽이 기판 캐리어(22)의 표면으로부터의 거리(H)에 도달할 때까지 유속 조절기(21)의 직경은 반드시 동일하게 남아 있다. 이 지점에서, 유속 조절기(21)의 내부 직경은 도시된 방식으로 증가한다. 거리(H)는 반응제 가스의 흐름과 웨이퍼 캐리어의 회전에 의하여 발생되는 반응제의 경계층의 두께에 근접하도록 결정된 거리이다. 이 경계층의 두께는 각 특정 경우에서 여러 공정 조건에 따르지만, 일반적으로 약 0.5" 내지 2.0" 사이이다. Brieland 외에 의한 J. Electrochem. Soc.의 1991년 6월판 138권 제5호 1806~1816쪽의 "Design and Verification of Nearly Ideal Flow and Heat Transfer in a Rotating Disk Chemical Vapor Deposition Reactor"에 기재된 바와 같이, 특정값은 계산상의 유속 모델링을 사용하여 평가될 수 있다. 그러므로, 유속 조절기(21)의 대략 H 인 직경은 리액터 벽(1a)의 직경 외부로 넓혀진다. 환상 유속 조절기(21)는 도 1에 도시된 바와 같이, 리액터의 내부 벽(1a)에 인접한 분리된 부재이거나, 벽의 일부일 것이다. 바람직하게는, 환상 유속 조절기(21)의 내부에는 구멍이 있으며, 냉각제 또는 물과 같은 냉각 액체의 순환에 사용될 수 있다. 온도 기준의 특정 제어 시스템과, 유동율 조절 밸브를 포함하는 PID 제어기는 그러므로 주입기 판(12)은 물론, 유속 조절기(21)에서 냉각수의 온도를 안정화시키기 위하여 사용되어, 이 리액터로 얻어질 수 있는 증착 결과의 반복성과 균일성을 더욱 향상시킨다.
유속 조절기를 포함시킴으로써, 반응제 가스에 대한 편향 효과를 방지하는 것이 가능하다. 그러므로, 웨이퍼 캐리어(22)에 기인한 가스의 편향은 사용된 주입기 판의 직경이 웨이퍼 캐리어(22)의 직경보다 작은 시스템에서 일반적으로 발생될 것이다. 또한, 유속 조절기(21)는 리액터의 직경이 주입기 판과 웨이퍼 캐리어사이의 리액터의 전체 길이에 걸쳐서 일정한 리액터의 경우에서, 더 낮은 증착 효율로 귀결될 수 있는 반응제의 확산을 방지한다. 주입기 판(12)과 유속 조절기(21)의 온도를 독립적으로 정확하게 제어함으로써, 리액터내의 감소된 재순환이 얻어질 수 있다.
웨이퍼 캐리어(22)를 회전시키기 위하여 사용되는 구동 구성물이 또한 도 1에 도시되어 있다. 리액터(1)내에는 웨이퍼 캐리어(22)의 상부상에 회전 쉘(23)이 위치되어 있다. 회전 쉘(22)의 상단 소자는 제거가능한 상단일 것이고, 회전 쉘(23)과 같은 물질이거나 다른 물질일 수 있다. 회전 쉘은 또한 어떤 상단 소자없이 제조될 수 있으며, 회전 쉘(23)의 상단상에 단순히 위치될 수 있다.
본 발명에 따라서, 회전 쉘(23)내부는 회전 쉘(23)의 외측의 리액터(1)내의 처리 압력보다 낮은 압력으로 유지된다. 본 발명에 따라서 사용되는 가열 소자는 회전 쉘내에 위치되기 때문에(하기에 설명되어 있는 바와 같이), 이러한 성분은 단독으로 가열 전력과 필라멘트 온도를 감소시킬 수 있다. 회전 쉘(23)은 리액터의 특정 응용에 따라서 다른 물질로 제조될 수 있다. 상기 다른 물질은 흑연, SiC 를 포함한 흑연, 열분해 질화 붕소, 흑연 유리질 코팅제 및, 고온 초합금을 포함한다. 바람직하게는, SiC 코팅제를 포함한 흑연 쉘이 사용된다. 한편, 유리질 코팅제를 포함한 흑연이 약 600 내지 800℃의 비교적 저온 범위에서 일반적으로 수행되는, III-V 군 물질의 증착을 위하여 사용될 수 있다. 또한, 유리질 코팅제를 포함한 이러한 흑연 쉘은 SiC 코팅된 흑연보다 저렴하며 내성과 표면 특성이 더 양호하다. 이러한 회전 쉘은 또한 수명이 더 길고, 균열 가능성이 더 낮으며 더 양호한 전밀폐 특성을 갖는, 몰립덴 또는 텅스텐으로 제조될 수 있다. 그러나, 텅스텐은 사용되기에는 고가이다. 마지막으로, 산화물 환경에서 동작할때, 질화 붕소 또는 초합금 쉘의 사용이 바람직할 것이다. 회전 쉘(23)이 열전도에 의해 초래된 감소된 열로 동작할 수 있도록, 저 열전도성을 가지며 얇은 벽으로 설계될 수 있는 물질을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
회전 쉘(23)은 그 하단에서 축(24)과 연결된다. 축(24)은 그러므로 복수개의 나사 또는 다른 죔쇠에 의해 쉘(23)에 연결된다. 축과 쉘사이에 누설이 있더라도, 특히, 쉘내측의 압력이 리액터내의 압력보다 큰 경우에, 이러한 누설은 전체적으로 허용가능하다. 이러한 누설이 바람직하지 않은 경우에는, CHEMRAZ(250℃까지)로 제조된 고온 O-링이 사용될 수 있다. 축(24)은 클램프링(26)을 사용하여 베어링(25)상에 차례로 설치된다. 안정된 축 회전을 위하여, 한쌍의 복사, 전부하 베어링(preloaded bearings)이 사용될 수 있다. 하부 환상 벽(33)이 리액터(1)로부터 외부로 연장되어 있는 영역에서 회전 쉘(23)의 하부 부분과 인접하여, 회전 공급구(29)는 하부 환상 벽(33)의 하단를 통해 연장되어 있다. 공급구(29)는 함께 회전하는 도르래(28)에 부착된다. 도르래(28)는 환상 하단 벽(33)과 환상 덮개 부재(58)의 영역내에 위치되어 있다. 그의 외부 표면은 환상 벽(34)으로 봉인된다. 축(24)은 축(24)을 도르래(28)에 연결하기 위하여 구동 벨트(27)가 사용되는 외부 표면상의 홈을 포함한다. 구동 벨트(27)는 그러므로 도르래(28)와 축(24)둘레에 연장되어 있다. 공급구(29)는 바람직하게는 강유체 형인 고체 샤프트를 포함한다. 그러므로, 회전 운동은 벨트 또는 체인(도시되지 않음)에 의해 진공 회전 운동 공급구(29)(예를 들면, 강유체 형임)에 연결된 모터(도시되지 않음)에 의해 이루어진다. 도르래(28)는 회전 운동 공급구(29)와 연결되고, 축(24)과 일체인 도르래상의 벨트를 사용하여 회전력이 전달된다. 구동 벨트(27)의 사용은 이 벨트에 큰 부하가 전달되지 않기 때문에 유리하며, 예를 들면, 네오플렌과 같은 진공-호환성 O-링(vacuum-compatible O-rings)으로 제조될 수 있다. 이것은 결과적으로 축(24)과 도르래(28)사이의 바른 정렬이 필요없으므로 설계를 단순하게 한다. 그러므로, 이러한 경우에는 장력 장치가 별도로 필요하지 않다. 한편, 회전 공급구(29)는 금속 벨트, 기어, 체인 등과 같은 다른 형태의 진공-호환성 장치에 의해 축(24)을 통한 회전 쉘(23)의 회전을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 베어링(25)을 위하여, 특별한 진공-호환성 그리이스 등을 사용하는 것이 바람직하다. 스프링-장착 씰(spring-energized seal)(30)은 바람직하게는 회전 쉘(23)과 베어링 하우징(32)사이에 설치된다. 그러므로, 스프링-장착 씰(30)은 캐리어 가스를 다시 저압으로 유지되는 회전 쉘로 정화시킴으로써, 회전 쉘(23)내측에 위치된 가열 구조물을 위한 보호 환경을 제공한다. 스프링-장착 씰(30)은 누설되지 않도록 하는 것을 목적으로 하지만, 높은 공정 압력보다 낮은 회전 쉘내부의 압력으로 충분한 밀폐를 제공해야 한다.
환상 디스크(45)는 축(24)상의 회전축(23)에 부착되어 있다. 환상 디스크는 회전 쉘(23)의 외부 표면과 리액터(1)의 내부 표면 사이의 공간을 반드시 둘러싸도록 외부로 연장되어 있다.
바람직하게는, 환상 디스크(45)는 리액터의 외부벽(34)에 밀접하게 인접한 위로 젖혀진 외부 덮개(45a)를 포함한다. 또한, 환상 디스크는 바람직하게는 리액터에 대한 배기관(2)에 또는 그 아래에 위치된다. 이러한 방식으로, 환상 디스크(45)는 웨이퍼상의 증착동안 생성된 작은 입자 물질들이 구동 구조물아래로 들어가고/들어가거나 구동 구조물을 손상시키는 것을 방지한다.
상기 설명된 바와 같이, 구동 구조물은 외부 벽(34)과 상부 벽(58)에 의해서 리액터(1)에 연결된다. 환상 냉각 챔버(35)는 회전 쉘(23)상의 축(24)의 외부 벽과 리액터(1)의 내부 벽(1a)사이에 위치되어 있다. 물과 같은, 냉각제가 환상 챔버(35)내에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 일반적으로 약 0.02" 내지 0.06" 사이인, 회전축(24)에 매우 근접한 내부 표면내에 포함될 수 있다. 이 냉각 부재는 베어링(25)을 손상시키지 않을 온도 수준으로 가스 전도성을 통해 냉각시킴으로써 축 온도를 감소시키는 데에 사용된다. 내부 환상 냉각 챔버(44)는 그 내부 벽에 인접한 회전 쉘(23)내측에 포함된다. 그러므로, 내부 환상 냉각 챔버(44)와 외부 환상 냉각 챔버(35)를 모두 사용하여 베어링의 온도를 감소시키기 위하여 내부에 존재하는 가스와 회전 쉘(23)을 통과하는 열을 감소시킨다. 그러므로, 내부 환상 냉각 챔버(44)는 내부의 물과 같은 냉각제를 포함하기 위한 공동이다. 그러므로, 내부 및 외부 냉각 챔버(44,35)는 각각 회전 쉘(23)과 동축인 물로 냉각되는 원통형 표면을 가지며, 양 측면상에서, 가능한 한, 회전 쉘(23)과 근접하여 위치되어 있다. 가스의 열 전도성으로 인하여, 이러한 내부 및 외부 환상 냉각 챔버의 존재는 베어링에 적합한 수준, 즉, 일반적으로 약 100℃ 수준으로 회전 쉘(23)과 축(24) 모두의 온도를 감소시킬 수 있다. 실제로, 다른 장치없이, 이러한 내부 및 외부 환상 냉각 챔버를 사용하는 것은 매우 좋지 않으며, 가스를 통한 열 전도에 의해 베어링의 과열을 초래할 것이다.
구동 구조물로 돌아가서, 전체 구동 장치는 환상 기저판(33)에 부착되고, 그러므로, 보수를 위해 제거되거나 단일 장치로서 리액터(1)내에 후면 설치될 수 있다. 그러므로, 기저판(33)은 리액터를 대기중에 개방시키지 않고, 전체 가열 구조물(하기에 설명될 것임)이 리액터의 바닥에 설치되거나 그로부터 제거되도록 하는 덮개(36)로 덮혀진 내부 오프셋 개구를 포함한다. 이는 굽는 공정이 수행될 필요가 없다는 면에서 탁월한 이점이 있다. 즉, 일반적으로 리액터가 대기중에 개방될때 리액터내에 축적되었을 수증기를 제거하려면 적어도 수 시간동안 약 250℃까지 리액터를 가열해야 할 것이다. 그러므로, 이것은 시간과 노력면에서 현저한 절감 효과를 가져온다.
가열 구조물은 리액터(1)의 기저면을 형성하는 제거가능한 덮개(36)로 유지된다. 다시, 가열 구조물은 덮개(36)가 제거될 때 환상 기저판(33)내에 형성된 개구를 통하여 회전 쉘(23)내에 설치될 수 있다. 또한, 이것은 전체 가열 구조물을 동일 형태의 가열 구조물 또는 다른 형태의 가열 구조물로 교체하는 것은 물론, 덮개(36)의 제거에 의해 가열 구조물로의 접근을 얻도록 한다. 바람직하게는, 회전 쉘(23)의 내측이 리액터(1)의 내부보다 높은 압력으로 유지될 때, 가열 구조물로의 접근을 얻는 것이 가능하며, 리액터내의 진공을 저해하지 않고, 가열 구조물을 수리하거나 교체하는 것이 가능하다. 웨이퍼 캐리어(22)를 가열하는 것은 복사열, 적외선, RF 가열 등을 포함한 복수의 방법에 의하여 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 특정 복사 가열 구조물에서, 웨이퍼 캐리어(22)와, 웨이퍼(70)는 이 경우에 정지되어 있는, 단일 영역 또는 다중 영역 복사 필라멘트(37)에 의하여 회전 쉘(23)을 통해 가열된다. 이러한 필라멘트를 가열하기 위하여 필요한 전력은 덮개(36)를 통해 연장되어 있으며, 표준 진공 전기 공급구(41)에 연결되어 있는 전극(38,39,40)을 통해 공급된다. 웨이퍼 캐리어(22)의 온도는 열전쌍(42)에 의해 측정될 수 있으며, 표준 PID 온도 제어기와 전기 공급구와 연결된 전원(도시되지 않음)을 사용하여 제어될 수 있다. 복수개의 복사 열 차폐막(43)은 기저판으로의 열 흐름을 감소시키기 위하여 필라멘트(37)하부에 포함된다.
여기에서 본 발명은 특정 실시예를 참조로 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 이론의 예시와 본 발명의 응용인 것으로 이해되어야 할 것이다. 그러므로, 상기 예시된 실시예에는 다양한 변경이 행해질 수 있으며, 청구항에 규정된 본 발명의 이론과 범위에서 벗어나지 않은 다른 정렬도 가능한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 리액터는 다양한 에피택셜 웨이퍼의 상업적인 응용에 사용될 수 있으며, 광범위한 전자 분야와 그 응용에서 반도체 칩 및 반도체 장치를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

Claims (57)

  1. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 제1 가스 인입구와, 제2 가스 인입구 및, 제1 및 제2 가스를 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 주입시키는 주입기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키기 위한 리액터에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가스가 상기 기판 캐리어에 도달할 때까지 상기 제1 및 제2 가스를 상기 가스 인입구와 상기 주입기 사이의 상기 기판 캐리어와 평행한 단일면내에 분리하여 유지하기 위한 가스 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 기판 캐리어와 평행한 상기 면내에 제1 및 제2 가스 챔버를 포함하는 리액터.
  3. 제2항에 있어서, 캐리어 가스 인입구를 추가로 포함하며, 상기 가스 분리기는 상기 가스 인입구와 상기 주입기 사이에서 상기 캐리어 가스를 분리하여 유지하기 위하여 상기 제1 및 제2 가스 챔버 사이에 제3 가스 챔버를 포함함으로써, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스를 서로 분리하여 유지하도록 상기 제1 및 제2 가스사이의 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 캐리어 가스를 상기 챔버로 주입시키는 리액터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 제1 및 제2 가스 인입구로부터 상기 제1 및 제2 가스를 수용하는 제1 및 제2 가스 수용부와, 상기 제1 및 제2 가스가 상기 주입기로 주입되기 전에 상기 제1 및 제2 가스의 양을 분배하는 제1 및 제2 가스 챔버 및, 상기 제1 및 제2 가스 챔버로부터 상기 제1 및 제2 가스 수용부를 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 상기 제1 및 제2 가스가 상기 제1 및 제2 가스 수용부로부터 상기 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함하는 리액터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스 챔버는 원호의 외형을 갖는 리액터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스를 분배하기 위하여 상기 가스 분리기와 상기 주입기 사이에 메시 스크린이 배치된 리액터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스용의 복수개의 통로를 포함하는 리액터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주입기는 상기 복수개의 통로를 통과하는 상기 제1 및 제2 가스를 냉각시키는 냉각 수단을 포함하는 리액터.
  9. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구 및, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 상기 가스를 주입하는 주입기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키기 위한 리액터에 있어서,
    상기 가스 분리기의 소정 부분에 상기 가스를 유지하기 위해 상기 가스 인입구와 상기 주입기 사이에 제거가능하게 배치됨으로써, 다른 가스 분리기로 교체될 수 있는 제거가능한 가스 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 가스 인입구로부터 상기 가스를 수용하는 가스 수용부와, 상기 주입기로 상기 가스를 주입하기 전에 상기 가스의 양을 분배하는 가스 챔버 및, 상기 가스 챔버로부터 상기 가스 수용부를 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 상기 가스가 상기 가스 수용부로부터 상기 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함하는 리액터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가스를 추가로 분배하기 위하여 상기 가스 분리기와 상기 주입기 사이에 메시 스크린이 추가로 배치되는 리액터.
  12. 제9항에 있어서, 상기 가스 인입구는 제1 가스 인입구를 포함하며, 제2 가스 인입구를 구비하여, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스를 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터로 주입시키고, 상기 제거가능한 가스 분리기는 상기 제1 및 제2 가스를 각각 분리하여 유지하는 리액터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가스 분리기는 제1 및 제2 가스 챔버를 포함하는 리액터.
  14. 제13항에 있어서, 캐리어 가스 인입구를 포함하며, 상기 가스 분리기는 상기 가스 인입구와 상기 주입기사이에 상기 캐리어 가스를 분리하여 유지하기 위해 상기 제1 및 제2 가스 챔버사이에 제3 가스 챔버를 포함하고, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스를 각각 분리하여 유지하기 위해 상기 제1 및 제2 가스사이의 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 캐리어 가스를 상기 챔버로 주입하는 리액터.
  15. 제12항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 제1 및 제2 가스를 상기 제1 및 제2 가스 인입구로부터 수용하는 제1 및 제2 가스 수용부와, 상기 제1 및 제2 가스를 상기 주입기로 주입하기 전에 상기 제1 및 제2 가스의 양을 분배하는 제1 및 제2 가스 챔버 및, 상기 제1 및 제2 가스 수용부를 상기 제1 및 제2 가스 챔버로부터 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 상기 제1 및 제2 가스가 상기 제1 및 제2 가스 수용부로부터 상기 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함하는 리액터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스 챔버는 원호의 외형을 갖는 리액터.
  17. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스를 추가로 분배하기 위하여 상기 가스 분리기와 상기 주입기 사이에 메시 스크린이 배치된 리액터.
  18. 제12항에 있어서, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스용의 복수개의 통로를 포함하는 리액터.
  19. 제18항에 있어서, 상기 주입기는 상기 복수개의 통로를 통과하는 상기 제1 및 제2 가스를 냉각시키는 냉각 수단을 포함하는 리액터.
  20. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 제1 가스 인입구와, 제2 가스 인입구와, 캐리어 가스 인입구 및, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 제1 및 제2 가스와 상기 캐리어 가스를 상기 리액터 챔버로 주입시키는 주입기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 리액터에 있어서,
    상기 가스 인입구와 상기 주입기 사이에서 상기 제1 및 제2 가스와 상기 캐리어 가스를 분리하여 유지하는 가스 분리기를 포함하며, 상기 제1 및 제2 가스와 상기 캐리어 가스는 상기 제1 및 제2 가스 사이에 배치된 상기 캐리어 가스를 갖는 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 주입기로부터 배출되는 리액터.
  21. 제20항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 기판 캐리어와 평행한 단일면내에 상기 제1 및 제2 가스와 상기 캐리어 가스를 유지하는 리액터.
  22. 제20항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 제1 가스를 위한 제1 가스 챔버와, 상기 제2 가스를 위한 제2 가스 챔버 및, 상기 캐리어 가스를 위한 캐리어 가스 챔버를 포함하는 리액터.
  23. 제20항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 제1 및 제2 가스를 상기 제1 및 제2 가스 인입구로부터 수용하는 제1 및 제2 가스 수용부와, 상기 제1 및 제2 가스를 상기 주입기로 주입하기 전에 상기 제1 및 제2 가스의 양을 분배하는 제1 및 제2 가스 챔버 및, 상기 제1 및 제2 가스 수용부를 상기 제1 및 제2 가스 챔버로부터 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 상기 제1 및 제2 가스가 상기 제1 및 제2 가스 수용부로부터 상기 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 포함하는 리액터.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스 챔버는 원호의 외형을 갖는 리액터.
  25. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스를 추가로 분배하기 위하여 상기 가스 분리기와 상기 주입기 사이에 메시 스크린이 추가로 배치된 리액터.
  26. 제20항에 있어서, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스용의 복수개의 통로를 포함하는 리액터.
  27. 제26항에 있어서, 상기 주입기는 상기 복수개의 통로를 통과하는 상기 제1 및 제2 가스를 냉각시키는 냉각 수단을 포함하는 리액터.
  28. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구 및, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 상기 가스를 주입시키는 주입기를 포함하는 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 리액터에 있어서,
    상기 주입기를 지나 연장되어 있는 복수개의 냉각제 통로와, 상기 복수개의 냉각제 통로와 서로 교호하는 복수개의 가스 개구를 포함하며, 상기 가스는 상기 복수개의 가스 개구중 적어도 하나를 통해 상기 리액터 챔버로 지나가는 적어도 두개의 냉각제 통로에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 리액터.
  29. 제28항에 있어서, 상기 복수개의 냉각제 통로는 평행한 어레이로 정렬된 복수의 관식 도관을 포함하는 리액터.
  30. 제29항에 있어서, 상기 복수개의 가스 개구는 평행한 어레이로 정렬된 복수개의 긴 홈을 포함하는 리액터.
  31. 제29항에 있어서, 상기 냉각제가 계속하여 흐르도록 상기 복수개의 관식 도관중 적어도 두개를 연결하는 연결 통로를 추가로 포함하는 리액터.
  32. 제28항에 있어서, 상기 복수개의 냉각제 통로는 복수의 냉각제 통로 세그먼트들을 포함하고, 상기 리액터는 복수개의 냉각제 인입구와 복수개의 냉각제 인출구를 구비하여, 상기 냉각제가 상기 복수개의 냉각제 통로 세그먼트의 각각에 분리되어 공급될 수 있고 그로부터 제거될 수 있는 리액터.
  33. 제32항에 있어서, 상기 냉각제 통로 세그먼트는 4 개인 리액터.
  34. 제30항에 있어서, 상기 주입기는 상기 기판 캐리어와 마부보는 내부 표면을 포함하고, 상기 복수개의 긴 홈은 상기 주입기의 상기 내부 표면상의 홈 표면을 포함하여, 상기 복수개의 관식 도관의 냉각 효과를 증가시키는 리액터.
  35. 제28항에 있어서, 상기 가스 인입구는 제1 가스 인입구를 포함하고, 제2 가스 인입구를 구비하며, 상기 가스 인입구와 상기 주입기 사이의 상기 제1 및 제2 가스를 분리하여 유지하는 가스 분리기를 추가로 포함하며, 상기 가스 분리기는 상기 제1 및 제2 가스가 주입기로 주입되기 전에 상기 가스의 양을 분배하는 제1 및 제2 가스 챔버를 포함하는 리액터.
  36. 제35항에 있어서, 캐리어 가스 인입구를 포함하고, 상기 가스 분리기는 상기 가스 인입구와 상기 주입기 사이에서 상기 캐리어 가스를 분리하여 유지하는 상기 제1 및 제2 가스 챔버 사이에 제3 가스 챔버를 포함하며, 상기 주입기는 상기 제1 및 제2 가스를 서로 분리시키기 위해 상기 제1 및 제2 가스 사이의 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 챔버로 상기 캐리어 가스를 주입시키는 리액터.
  37. 제35항에 있어서, 상기 가스 분리기는 상기 제1 및 제2 가스 인입구로부터 상기 제1 및 제2 가스를 수용하기 위한 제1 및 제2 가스 수용부와, 상기 제1 및 제2 가스 챔버로부터 상기 제1 및 제2 가스 수용부를 분리하는 벽 수단을 포함하며, 상기 벽 수단은 상기 제1 및 제2 가스가 상기 제1 및 제2 가스 수용부로부터 상기 제1 및 제2 가스 챔버로 통과하도록 하는 개구를 구비하는 리액터.
  38. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착되며 소정 직경을 가진 기판 캐리어와, 가스 인입구 및, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 상기 가스를 주입시키는 주입기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 리액터에 있어서,
    상기 가스의 흐름을 제한하기 위하여 상기 주입기와 상기 기판 캐리어 사이의 상기 리액터 챔버내에 장착된 유속 조절기를 포함하는데, 상기 유속 조절기는 상기 주입기와 일치하는 제1 단부와 상기 기판 캐리어에 인접한 제2 단부를 가지며, 상기 기판 캐리어의 상기 소정의 직경과 대체로 일치하는 상기 제1 단부의 내부 직경과 상기 기판 캐리어의 상기 소정의 직경보다 큰 상기 제2 단부의 내부 직경을 제한하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  39. 제28항에 있어서, 상기 유속 조절기는 냉각 수단을 포함하는 리액터.
  40. 제39항에 있어서, 상기 냉각 수단은 냉각제를 흐르게 하기 위해 상기 유속 조절기내에 통로를 포함하는 리액터.
  41. 제38항에 있어서, 상기 유속 조절기의 제1 단부의 내부 직경은 상기 유속 조절기의 전체 길이를 대체로 포함하는 리액터.
  42. 제41항에 있어서, 상기 유속 조절기의 제2 단부의 내부 직경은 상기 기판 캐리어에 도달하는 방향으로 증가하는 직경을 가진 테이퍼 표면을 포함하는 리액터.
  43. 제38항에 있어서, 상기 유속 조절기는 상기 리액터 챔버의 벽과 일체인 리액터.
  44. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구와, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 상기 가스를 주입시키는 주입기를 포함하는 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 리액터에 있어서,
    상기 반응제 가스의 흐름을 제한하기 위하여 상기 주입기와 상기 기판 캐리어 사이의 상기 리액터 챔버내에 장착된 유속 조절기를 포함하며, 상기 유속 조절기는 냉각 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  45. 제44항에 있어서, 상기 냉각 수단은 냉각제를 흐르게 하기 위하여 상기 유속 조절기내에 통로를 포함하는 리액터.
  46. 제44항에 있어서, 상기 유속 조절기는 상기 리액터 챔버의 벽에 내장된 리액터.
  47. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구와, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 상기 가스를 주입시키는 주입기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 리액터에 있어서,
    상기 기판 캐리어를 가열하는 가열 수단을 포함하며, 상기 가열 수단은 상기 회전가능한 쉘내에 배치되며, 상기 리액터 챔버는 상기 회전가능한 쉘에 의하여 한정된 상기 내부 공간으로의 접근을 위한 액세스 수단을 포함하여, 상기 가열 수단이 상기 액세스 수단을 통해 접근되고 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 리액터.
  48. 제47항에 있어서, 상기 액세스 수단은 상기 리액터 챔버의 벽을 포함하는 리액터.
  49. 제47항에 있어서, 상기 리액터 챔버내의 제1 압력을 유지하는 제1 압력 수단과, 상기 회전가능한 쉘내의 제2 압력을 유지하는 제2 압력 수단을 포함하며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 큰 리액터.
  50. 제47항에 있어서, 상기 가열 수단은 복사 히터를 포함하는 리액터.
  51. 제47항에 있어서, 상기 회전가능한 쉘은 상기 주입기와 접하는 상단부 벽을 포함하고, 함께 회전하기 위하여 상기 상단부 벽상에 장착된 제거가능한 기판 지지부를 포함하는 리액터.
  52. 제47항에 있어서, 상기 회전가능한 쉘은 상기 주입기와 접하는 상단부를 포함하고, 상기 회전가능한 쉘에 대한 상단부를 제공하도록 함께 회전하기 위한 상기 회전가능한 쉘의 상기 상단부에 장착된 제거가능한 기판 지지부를 포함하여, 상기 견고하게 봉인된 내부 공간을 형성하는 리액터.
  53. 제47항에 있어서, 상기 회전가능한 쉘은 흑연, 질화 붕소, 실리콘 탄소, 몰리브덴 및 고온 초합금으로 이루어진 군중에서 선택된 물질을 포함하는 리액터.
  54. 리액터 챔버와, 적어도 하나의 기판이 그 상부에 설치될 수 있으며 상기 리액터 챔버내에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어와, 가스 인입구와, 상기 기판 캐리어 방향으로 상기 리액터 챔버로 상기 가스를 주입시키는 주입기를 포함하는, 기판상에 에피택셜층을 성장시키는 리액터에 있어서,
    상기 기판 캐리어는 내부 공간을 제한하고 내부 표면과 외부 표면을 구비하는 회전가능한 쉘과, 상기 리액터 챔버내에서 상기 회전가능한 쉘을 회전시키기 위한 회전 수단 및, 상기 리액터 챔버를 냉각시키기 위한 냉각 수단을 포함하며, 상기 냉각 수단은 상기 회전가능한 쉘의 상기 내부 표면을 냉각시키기 위한 내부 냉각 부재와 상기 회전가능한 쉘의 상기 외부 표면을 냉각시키기 위한 외부 냉각 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리액터.
  55. 제54항에 있어서, 상기 회전 수단은 회전가능한 쉘에 대하여 설치된 축과, 구동 도르래와, 상기 회전가능한 쉘을 회전시키기 위하여 상기 축에 상기 구동 도르래를 연결한 구동 벨트를 포함하는 리액터.
  56. 제55항에 있어서, 상기 축은 상기 회전가능한 쉘을 회전가능하게 지지하는 베어링을 포함하며, 상기 냉각 수단은 상기 베어링을 냉각시키는 리액터.
  57. 제55항에 있어서, 상기 구동 도르래는 고무를 포함하는 구동 벨트를 포함하는 리액터.
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