KR20040045433A - 에피택셜 성장 제어 장치를 구비한 서셉터 및 이를 이용한에피택셜 반응기 - Google Patents

에피택셜 성장 제어 장치를 구비한 서셉터 및 이를 이용한에피택셜 반응기 Download PDF

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KR20040045433A
KR20040045433A KR10-2004-7003408A KR20047003408A KR20040045433A KR 20040045433 A KR20040045433 A KR 20040045433A KR 20047003408 A KR20047003408 A KR 20047003408A KR 20040045433 A KR20040045433 A KR 20040045433A
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엘피이 에스피에이
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Abstract

에피택셜 성장 반응기용 서셉터(1)는 하단 기초부(3)와 상단부(4) 및 소정 개수의 대체로 편평한 측면(5)을 구비한 본체(2)를 포함하며, 상기 측면(5)은 에피택셜 성장이 진행되는 기재를 예정된 구역(6)에서 수용하도록 구성되어 있고, 상기 본체(2)에는 인접한 측면(5)의 쌍에 의해 형성된 엣지 측부 영역(7)이 마련되어 있으며, 상기 엣지 측부 영역(7)을 따라서 상기 본체(2)의 상부에는 상기 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제1 리브(8)가 마련되어 있고, 상기 엣지 측부 영역(7)을 따라서 상기 본체(2)의 하부에는 상기 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제2 리브(9)가 마련되어 있다.

Description

에피택셜 성장 제어 장치를 구비한 서셉터 및 이를 이용한 에피택셜 반응기 {SUSCEPTOR WITH EPITAXIAL GROWTH CONTROL DEVICES AND EPITAXIAL REACTOR USING THE SAME}
미소 전자 부품 산업용 에피택셜 반응기 분야에서, "서셉터"라는 용어는 에피택셜 성장 공정 동안 하나 이상의 기재를 수용하는 가열식 지지체를 의미하는데, 그러한 지지체는 일반적으로 자신의 서셉턴스를 이용하여 가열되며, 이러한 지지체는 가열이 다른 방식으로 이루어지는, 예컨대 램프를 통해 가열되는 반응기에서도 "서셉터"라는 명칭을 유지하는 것이 일반적이다. 본 발명은 가열 방법과는 무관하다.
에피택셜 성장 서셉터는 2개의 큰 그룹으로 나눌 수 있는데, 첫번째는 에피택셜 성장 공정 동안 기재가 대체로 수평 위치에 놓여 있는 그룹이고, 두번째는 에피텍셜 성장 공정 동안 기재가 대체로 수직 위치에 놓여 있는 그룹(종종 수직 방향으로부터 단지 몇도 벗어나 있음)이다. 본 발명은 두번째 그룹의 서셉터에 적용된다.
도 5를 참조하면, 그러한 서셉터는 하단 기초부(3)와 상단부(4) 및 소정 개수의 대체로 편평한 측면(5)을 구비한 본체(2)를 포함하며, 측면(5)은 에피택셜 성장이 진행되는 기재를 소정 구역(6)에서 수용하도록 구성되어 있고, 본체(2)에는 인접한 측면(5)의 쌍으로 형성된 엣지 측부 영역(7)이 마련되어 있다. 본체(2)는 피라미드 형상이거나, 더 흔하게는 절두(截頭) 피라미드 형상이며, 예컨대 하단 기초부(3)는 7각형이고, 상단부(4)도 7각형이지만 하단 기초부(3)보다는 크기가 작으며, 측면(5)은 대체로 직사각형이어서 엣지 측부 영역(7)이 대체로 삼각형이 되는데, 측면(5)이 대체로 사다리꼴인 경우에는 엣지 측부 영역(7)이 실제로 엣지가 된다. 절두 피라미드 형상의 서셉터를 구비한 반응기는, 예를 들면 1987년에 출원된 이탈리아 특허 제1,215,444호로부터 공지되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 그러한 서셉터의 각 측면에는 소정 개수의 기재가 서로에 대해 수직으로 위치해서 서로의 사이에 적절한 간격을 두고 있는 상태로 서셉터가 이들 기재를 지지하며, 기재의 개수는 기재의 직경에도 좌우된다.
잘 알려져 있는 바와 같이, 서셉터는 주로 석영으로 이루어진 종형 용기 안에 배치되는데, 종형 용기로 반응 가스가 주입되며, (기재가 위치해 있는) 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름으로 인해 기재의 노출면에 대한 성장이 이루어지고 결정되는바, 성장에 영향을 주는 파라미터는 다수 존재한다는 것은 명백하다.
성장된 재료의 품질과 규칙성은 이와 같이 처리된 기재를 미소 전자 부품 산업에서 사용함에 있어 매우 중요하며, 서셉터의 측면(5)을 따르는, 결과적으로 서셉터를 따르는 반응 가스 흐름의 규칙성 및 균일성에 큰 영향을 받는다. 따라서,반응 가스 흐름은 세심하게 제어되어야 한다.
과거에, 본 발명의 출원인은 예를 들면 1989년에 출원된 이탈리아 특허 제1,231,547호, 1992년에 출원된 제1,261,886호 및 1999년에 출원된 이탈리아 특허 출원 MI99A000607호에서, 측면을 따르는 반응 가스 흐름을 제어하도록 엣지 측부 영역을 따라 배치된 제1 리브를 사용할 것을 제안한 바 있다.
비록 처음(1989년)에는 그러한 리브를 본체의 상단으로부터 기초부까지 연장시킬 것을 제안하였지만, 그 후(1992년부터 현재까지)에 관념을 제품으로 구체화하는 단계에서는 리브의 연장 범위를 본체의 상부로 제한하는 것을 선호하였는데, 이는 두 가지 이유에 기인한 것으로, 첫번째로는 리브의 하부가 아무런 소용이 없는 것으로 드러났고, 두번째로는 반응 챔버 내부의 환경 조건으로 인해서 리브가 그 길이에 비례하여 변형되기 때문이다.
최근에는, 미소 전자 장치의 제작을 위해서 실제로 엣지와 인접한(수 밀리미터) 기재 구역도 사용하는 것이 보편화되고 있다.
측정을 행한 결과, 그와 같이 실제로 엣지와 인접한 구역도 고려한다면, 특히 하단 기초부에 가장 가까운 기재의 경우에 성장된 재료의 균일성이 상당히 악화된다는 것으로 판명되었다.
여하간에, 리브를 예컨대 하단 기초부까지 내려오도록 길게 만든다는 단순한 생각은 효과적이지 않다는 것으로 지적되었으며, 실제로 리브를 길게 하면 엣지 부근 구역 및 리브 부근 구역에서 성장하는 재료의 두께는 향상되지만, 예컨대 엣지와는 인접해 있지만 리브로부터 떨어져 있는 구역에서는 악화된다.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 에피택셜 성장 반응기용 서셉터 및 이를 이용한 에피택셜 반응기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 에피택셜 반응기의 반응 챔버를 보여주는 도면이고,
도 2는 도 1의 반응 챔버를 A-A 수평면을 따라 취한 부분 단면도이며,
도 3은 도 1의 반응 챔버를 B-B 수평면을 따라 취한 부분 단면도이고,
도 4는 2세트의 리브가 마련되어 있는 본 발명에 따른 서셉터를 보여주는 도면이고,
도 5는 리브가 없는 도 4의 서셉터 본체를 보여주는 도면이며,
도 6은 본 발명에 따른 서셉터용 제1 스트립을 보여주는 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 서셉터용 제2 스트립을 보여주는 도면이다.
본 발명의 목적은, 에피택셜 방식으로 성장하는 기재의 두께 균일성 문제를 종래의 경우보다 양호하게 해결하는 것이다. 그러한 문제를 독립항인 청구항 1에 개시되어 있는 특징을 갖춘 서셉터를 통해 해결된다.
제1 리브로부터 분리되어 간격을 두고 서셉터 본체의 하부에 위치한 제2 리브를 사용함으로써, 특히 기재 엣지 구역에서 에피택셜 방식으로 성장하는 기재의 두께 균일성이 크게 향상된다.
필요하다면, 기재 본체의 중심부에 리브를 추가로 마련할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 독립항인 청구항 10에 개시되어 있는 특징을 갖추고 전술한 서셉터를 구비한 에피택셜 반응기에도 관계된다.
본 발명의 또 다른 유리한 특징들은 종속항들에 개시되어 있다.
본 발명은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하면 더욱 더 명확해질 것이다.
도면 중에서 특히 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에피택셜 성장 반응기용 서셉터(1)는 하단 기초부(3)와 상단부(4) 및 소정 개수의 대체로 편평한 측면(5)을 구비한 본체(2)를 포함하며, 측면(5)은 에피택셜 성장이 진행되는 기재를 소정 구역(6)에서 수용하도록 구성되어 있고, 본체(2)에는 인접한 측면(5)의 쌍으로 형성된 엣지 측부 영역(7)이 마련되어 있으며, 엣지 측부 영역(7)을 따라서 본체(2)의 상부에는 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제1 리브(8)가 마련되어 있고, 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제2 리브(9)가 마찬가지로 엣지 측부 영역(7)을 따라서, 그러나 본체(2)의 하부에 마련되어 있다.
따라서, 제2 리브(9)는 제1 리브(8)로부터 분리되어 적절한 간격을 두고 있고, 엣지 부근 구역 및 리브 부근 구역에서 성장하는 재료의 두께는 향상되지만, 이와 동시에 다른 곳에서 성장하는 재료의 두께는 거의 악화되지 않도록 배치되어 있다.
필요에 따라서, 특히 면에 대한 기재의 개수가 많은 경우에는, 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제3 리브(경우에 따라서는 추가의 리브)를 엣지 측부 영역(7)을 따라서 본체(2)의 중심부에 마련하는 것이 유리할 수 있으며, 결과적으로 이 제3 리브는 제1 리브(8) 및 제2 리브(9) 모두로부터 분리되어 적절한 간격을 두고 있게 된다.
리브의 길이가 제한되어 있다는 사실로 인해서, 흐름 제어가 더 잘 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 리브가 변형되는 전술한 문제가 감소되는데, 실제로, 만약 (주로 반응 챔버 내부의 매우 높은 온도에 기인하여) 리브가 변형된다면 반응 가스의 흐름에 미치는 영향이 시간에 따라 변하게 되어, 필요와는 반대로 예측이 어렵다.
그러한 리브는, 가장 단순하면서도 효과적인 실시 형태에 따르면 스트립으로 이루어질 수 있고, 각 스트립은 엣지 측부 영역(7)을 따라 중심에 배치된다.
대안으로서, 그러한 리브는 스트립의 쌍으로 이루어질 수 있으며, 이들 쌍 중 제1 스트립은 엣지 측부 영역(7)의 제1 엣지를 따라 배치되고, 제2 스트립은 동일한 엣지 측부 영역(7)의 제2 엣지를 따라 배치된다.
리브는 서셉터 본체와 동일한 재료, 즉 탄화규소로 피복된 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하며, 탄화규소로 피복된 석영을 사용하는 것은 스트립을 세정할 때 문제가 되므로 바람직하지 못한데, 실제로 스트립을 주기적으로 세정해서, 반복되는 에피택셜 성장 반응 중에 침적되는 재료를 제거해야 한다.
비록 리브와 서셉터 본체 모두에 동일한 재료를 사용하는 것이 유리하지만, 서셉터 본체로부터 리브로 향하는 열 흐름을 제한하기 위해서 이들은 개별 부품인 것이 바람직하며, 실제로 만약 리브가 기재의 가열에 실질적으로 기여하게 된다면 그러한 가열은 필연적으로 불균일해진다.
만약 스트립이 서셉터 본체에 부착된다면, 스트립은 도 6 및 도 7에 명확히도시된 바와 같이 서셉터 본체에 고정할 수 있게 하는 후크(11) 또는 치형부(12)를 제1 단부에 구비한 형상일 수 있으며, 또한 스트립의 제2 단부에는 서셉터가 반응 챔버 안에서 회전할 때 스트립의 요동을 회피하는 센터링 핀(13)이 마련되는 것이 바림직하다.
서셉터 본체에는 후크, 치형부 및 핀에 맞는 구멍 또는 오목부가 마련되어야 한다는 것은 자명하며, 이러한 구멍이나 오목부는 도 4 및 도 5에서 좌측의 단면에 명확히 나타나 있다.
본체로부터 스트립으로 향하는 열 흐름을 추가적으로 제한하기 위해서 스트립에는 서셉터 본체에 기대는 쪽에 홈(14)이 마련될 수 있으며, 이러한 방식으로 본체와 접촉하는 스트립 표면이 극도로 제한된다.
전술한 바와 같이, 리브의 배치는 원하는 효과를 얻기 위해서 극도로 중요하다.
제1 리브(8)가 대략적으로 본체(2)의 상단부(4)에 상응하는 수준으로부터 대략적으로 기재 구역(6) 중 하나, 특히 본체(2)의 상단부(4)에 가장 가까운 구역(6a)의 중심에 상응하는 수준까지 연장되는 경우에 좋은 결과를 얻는다는 것이 실험에 의해 판명되었다.
제2 리브(9)에 대해서는, 제2 리브(9)가 대략적으로 기재 구역(6) 중 하나, 특히 본체(2)의 기초부(3)에 가장 가까운 구역(6b)의 상단에 상응하는 수준으로부터 본체(2)의 기초부(3)에 상응하는 수준까지 연장되는 경우에 좋은 결과를 얻는다는 것이 실험에 의해 판명되었다.
제3 리브의 경우에는, 예컨대 단지 기재 구역(6) 중 한 구역(이 구역의 상반부일 수 있음)과 정렬된 상태로 모든 엣지 측부 영역(7)에 배치될 수 있으며, 이러한 방식으로 제3 리브는 측면(5)의 소정 부분에 걸쳐서 반응 가스의 흐름을 선택적으로 제어한다.
리브의 배치와 마찬가지로 중요한 것이 리브 크기의 선택으로, 특히 서셉터 본체로부터의 리브 돌출부의 크기 선택이 중요한데, 한편으로 이러한 돌출부와 성장 재료의 두께 사이에는 비례 관계가 있다.
반응 가스의 흐름을 더 잘 제어하기 위해서는, 제1 리브(8)가 본체(2)로부터 제1 양만큼 돌출하고, 제2 리브(9)는 본체(2)로부터 제2 양만큼 돌출하는 것이 유리하며, 당연히 제1 양과 제2 양은 서로 다를 수 있다.
돌출부의 크기를 생각해 보기 위한 간단한 예로서, 높이가 500mm이고 기초부 직경이 약 350mm인 서셉터의 경우에 1mm 내지 10mm 크기의 돌출부를 시험하였다.
제3 리브가 사용되는 경우에는, 이들 제3 리브가 본체(2)로부터 전술한 제1 양 및 제2 양과 다를 수 있는 제3 양만큼 돌출할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전술한 특징을 갖춘 서셉터(1)가 적어도 하나 안에 위치하는 반응 챔버를 적어도 하나 포함하는 에피택셜 반응기에도 관계된다.
도 1에는 본 발명에 따른 에피택셜 반응기의 반응 챔버가 단면도로 도시되어 있는데, 무엇보다도 종형 용기(10) 및 그 안에 수용된 서셉터(1)를 도면으로부터 확인할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 반응 챔버를 A-A 수평면을 따라 취한 부분 단면도로서, 그 단면은 종형 용기와 서셉터에 국한되어 있다.
도 3은 도 1의 반응 챔버를 B-B 수평면을 따라 취한 부분 단면도로서, 그 단면은 종형 용기와 서셉터로 국한되어 있다.

Claims (10)

  1. 하단 기초부(3)와 상단부(4) 및 소정 개수의 대체로 편평한 측면(5)을 구비한 본체(2)를 포함하는 에피택셜 성장 반응기용 서셉터(1)로서, 상기 측면(5)은 에피택셜 성장이 진행되는 기재를 예정된 구역(6)에서 수용하도록 구성되어 있고, 상기 본체(2)에는 인접한 측면(5)의 쌍에 의해 형성된 엣지 측부 영역(7)이 마련되어 있으며, 상기 엣지 측부 영역(7)을 따라서 상기 본체(2)의 상부에는 상기 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제1 리브(8)가 마련되어 있는 서셉터(1)에 있어서,
    상기 엣지 측부 영역(7)을 따라서 상기 본체(2)의 하부에는 상기 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 제2 리브(9)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엣지 측부 영역(7)을 따라서 상기 본체의 중심부에는 적어도 제3 리브가 마련되어 상기 측면(5)을 따르는 반응 가스의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 리브(8) 및/또는 제2 리브(9) 및/또는 제3 리브는 스트립 또는 스트립의 쌍으로 구성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제3항에 있어서, 하나 또는 각각의 스트립에 후크(11) 또는 치형부(12)가 제2 단부에 마련되고, 바람직하게는 센터링 핀(13)이 제2 단부에 마련되며, 하나 또는 각각의 스트립이 상기 후크(11) 또는 치형부(12) 및 바람직하게는 상기 센터링 핀(13)을 통해 상기 본체(2)에 부착되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 제4항에 있어서, 하나 또는 각각의 스트립에는 상기 서셉터(1)의 본체(2)에 기대는 쪽에 홈(14)이 마련되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  6. 선행항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 리브(8)는 대략적으로 상기 본체(2)의 상단부(4)에 상응하는 수준으로부터 대략적으로 상기 기재 구역(6) 중 하나, 특히 상기 본체(2)의 상단부(4)에 가장 가까운 구역(6a)의 중심에 상응하는 수준까지 연장되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  7. 선행항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제2 리브(9)는 대략적으로 상기 기재 구역(6) 중 하나, 특히 상기 본체(2)의 기초부(3)에 가장 가까운 구역(6b)의 상단에 상응하는 수준으로부터 대략적으로 상기 본체(2)의 기초부(3)에 상응하는 수준까지 연장되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  8. 선행항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 리브(8)는 상기 본체로부터 제1 양만큼 연장되고 상기 제2 리브(9)는 상기 본체로부터 제2 양만큼 연장되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 리브는 상기 본체로부터 제3 양만큼 연장되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  10. 적어도 하나의 반응 챔버를 포함하는 에피택셜 반응기로서, 하나 또는 각각의 반응 챔버 안에는 선행항 중 어느 하나의 항에 따른 서셉터(1)가 적어도 하나가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에피택셜 반응기.
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