KR20080075205A - 가스 입구 부재를 구비한 ｃｖｄ 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처리 챔버(1) 내로 유입되는 처리 가스에 의해 기판 상에 하나 이상의 층을 증착하는 기기에 관한 것으로서, 상기 처리 챔버는 가스 입구 부재(3)의 유동 채널(4)을 통해 수평 방향으로 연장되며, 상기 유동 채널은 수직 방향으로 연장되고 상기 가스 입구 부재는 반응기 하우징 내에서 위치 고정되며, 상기 처리 가스는 회전 대칭인 처리 챔버(3)의 중앙 내로 돌출된 상기 가스 입구 부재(1)의 일부분의 가스 출구 개구부로부터 진출하여 상기 처리 챔버(3)의 마루(8') 너머 방사상 외측 방향으로 유동하며, 상기 마루는 수평 방향으로 연장되어 상기 처리 챔버의 중앙을 중심으로 회전하며, 그리고 상기 기판은 상기 마루 상에 놓인다. 처리 챔버의 바닥 너머 직접적인 가스 유동을 개선하도록, 상기 가스 입구 부재(3)의 단부(3')는 접시형 리세스(23) 내로 돌출하며, 가스 편향면(6)의 단부(6')는 상기 마루(8')에 정렬된다.

Description

가스 입구 부재를 구비한 ＣＶＤ 반응기{CVD REACTOR WITH A GAS INLET MEMBER}
본 발명은 처리 가스에 의해 기판 상에 하나 이상의 층을 증착하기 위한 기기에 관한 것이며, 처리 가스는 가스 입구 부재의 유동 채널을 통해 수평 방향으로 연장되며, 유동 채널 부재는 반응기 하우징 상에서 위치 고정되며, 처리 가스는 회전 대칭인 처리 챔버의 중앙에 돌출되는 가스 입구 부재의 일부분의 가스 출구 개구부로부터 진출하며 처리 챔버의 마루 너머 방사상 외측 방향으로 유동하고, 마루는 수평 방향으로 연장되고 처리 챔버의 중심을 중심으로 회전하며 기판이 상기 마루 상에 놓인다.
전술한 기기의 기능이 DE 10057134 A1에 예시적인 방법으로 기술된다. 상기 명세서는 회전 대칭인 처리 챔버를 포함하는 MOCVD 반응기를 기술한다. 둘 또는 그 이상의 처리 가스가 캐리어 가스와 함께 처리 챔버의 중앙에 위치한 가스 입구 부재를 통해 챔버 축을 따라 처리 챔버 내에 공급된다. 처리 가스의 유입은 축방향으로 영향을 주며, 따라서 수직 방향이다. 다음, 가스 입구 부재는 처리 가스를 수평 방향으로 편향한다. 2개의 처리 가스는 서셉터 홀더에 의해 형성되는 처리 챔버의 마루 너머 이러한 방향으로 유동하며, 홀더 자체가 다수의 서셉터를 운반하 는데, 각각은 코팅되는 기판을 운반한다. 상기 명세서에서, 각각은 하나 처리 가스용인 2개의 출구 개구부가 제공되며, 어느 하나는 수직 방향으로 다른 하나의 위에 위치한다. 수소화물은 하부 출구 개구부로부터 진출하고, 금속-유기 조성물(metal-organic constituent)은 상부 출구 개구부를 통해 진출하는 것으로 지칭되며, 각각의 경우 캐리어 가스와 함께 진출한다. 출구 개구부는 실린더형 횡방향 표면 상에 위치한다.
DE 10133914 A1 등은 회전 가능 서셉터 홀더 및 위치가 고정되고 회전 중심에 위치하며 이로부터 처리 가스가 진출하는 가스 입구 부재를 포함하는 MOCVD 반응기를 기술한다. 여기에서도, 수산화물은 하부 출구 개구부를 통해 진출한다. 또한, 이러한 출구 개구부의 하부 벽체는 처리 챔버의 마루에 의해 형성된다.
DE 10153463 A1은 회전식으로 구동하는 처리 챔버 마루를 포함하는 MOCVD 반응기를 기술한다. 이로부터 수산화물이 진출하며 단부에서 개구부를 구비한 가스 입구 부재는 마루 너머 처리 챔버의 중앙에 위치한다. 제 2 출구 개구부는 처리 챔버의 상부의 직접 아래에 위치한다. 출구 개구부는 실린더형 슬리브 형태이며 프릿(frit)에 의해 형성된다. 굴곡진 표면을 갖는 가스-편향면이 출구 개구부의 저면에 제공된다.
US 4,976,996으로부터 공지되는 CVD 반응기 내에 처리 가스가 밖으로부터 원형 처리 챔버 내에 유입된다. 이는 처리 챔버의 원주형 벽체 내의 개구부를 통해 영향을 주며, 그 마루는 회전식으로 구동하는 기판 홀더에 의해 형성된다. 유동-안내 채널이 기판 홀더의 방사상 외측 가장자리에 제공된다. 유사한 유동-안내 채 널이 기판 홀더의 중앙에 위치하며, 이를 통해 가스는 처리 챔버로부터 제거될 수 있다.
JP 2005072314로부터 공지되는 CVD 반응기 내에 가스가 실질적 원형 처리 챔버의 중앙에 공급된다. 여기에서도, 처리 가스는 처리 챔버를 통해 수평 방향으로 유동하지만, 내측으로부터 외측을 향해 유동한다.
US 5,221,556 및 JP 2004200225는 회전식으로 구동하는 기판 홀더 너머 가로 방향으로 유동하는 수평 반응기를 기술하며, 그 각각에 기판이 놓인다.
전술한 종래기술로부터 발전하여, 본 발명의 목적은 처리 챔버의 마루의 직접 위에서 가스 유동을 개선하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위에서 특정된 본원 발명에 의해 이루어지며, 각각의 청구범위는 문제에 대한 독립적인 해결 방안을 기술하며, 또한 각각의 청구범위는 다른 청구범위와 조합될 수 있다.
본 발명은 기판 상의 작은 불균등이 국부적 냉각일 이끌 수 있다는 개념에 기초한다. 추가로, 처리 챔버의 마루 상의 미세한 불균등은 가스 스트림의 추가 진전 상의 불균질 성장을 이끌 수 있는 소용돌이를 야기한다.
따라서, 먼저 최우선적으로 가스 입구 부재의 단부가 접시형 리세스 내에 돌출되고 가스-편향면의 단부가 마루에 정렬된다. 접시형 리세스는 처리 챔버의 마루와 연관되며, 특히 회전 구동식 서셉터 홀더에 연관된다. 가스 입구 부재의 단부는 접시형 리세스 내에 돌출된다. 아르신(arsine), 포스핀(phosphine) 또는 암 모니아일 수 있는 수산화물을 위한 가스 출구 개구부는 이러한 단부의 직접 위에서 연장된다. 이러한 출구 개구부는 회전 대칭이다. 회전 대칭 가스-편향면은 출구 개구부 저면에 위치한다. 가스-편향면의 단부 경로는 정렬식으로 마루 표면 내에 합쳐진다. 가스 입구 부재가 반응기 하우징에 대해 위치 고정되지만 서셉터 홀더는 가스 입구 부재를 중심으로 회전하기에, 가스 입구 부재는 리세스 벽체에 접하여 체결되지 않는다. 반대로, 슬릿이 이동을 위해 제공되어, 작은 갭이 가스 입구 부재의 평면형 단부면과 리세스의 바닥 사이에 존재한다. 또한, 원주형 갭이 접시 벽체와 가스 입구 부재의 단부 사이에 존재한다. 이러한 갭은 가스 유동의 어떠한 중요 경로도 간섭하는 작은 치수이다. 가스-편향면은 가스 유동의 방향으로 둥글다. 가스는 수직 방향으로 연장된 유동 채널로부터 굴곡진 영역으로 진입하며 수평 방향으로 소용돌이가 없는 방식으로 굴곡진 영역 내에서 편향된다. 효과적인 유동 채널의 단면은 유동속도 감소가 발생하는 방식으로 증가한다. 그러나 전체 유동은 층상형 유동(laminar flow)이다. 그 벽체가 처리 챔버의 마루와 정렬되는 이러한 제 1 가스 출구 개구부 상에서, 제 2 처리 가스를 위한 적어도 하나의 추가적인 제 2 가스 출구 개구부가 존재하며, 이는 예를 들어 금속-유기 조성물이다. 이러한 제 2 가스 출구 개구부는 제 2 유동 채널에 연결된다. 가스 출구 부재는 바람직하게는 스테인레스 스틸로 이루어지며, 유체-냉각식이다. 이를 위해, 가스 출구 부재는 냉각-유체 채널을 갖는 중앙 영역을 가질 수 있다. 이러한 냉각-유체 채널은 가스 입구 부재의 단부 내에 바로 연장되며, 이는 처리 챔버의 마루 내의 리세스 내에 위치한다.
본 발명의 개선안으로서, 독립적인 특징으로서, 가스 입구 부재는 실질적으로 실린더형 형태를 갖는다. 처리 챔버가 개방되면, 가스 입구 부재는 처리 챔버의 마루로부터 제거된다. 처리 챔버 커버는 고정적이지만 릴리스 가능하도록 가스 입구 부재에 연결된다. 처리 챔버 커버는 중앙 개구부를 가지며, 이에 의해 가스 입구 부재 너머 놓일 수 있다. 처리 챔버 커버는 배요넷(bayonet) 맞춤에 의해 가스 입구 부재 상에 유지된다. 이를 위해, 가스 입구 부재는 방사상 외측으로 돌출된 돌출부를 가질 수 있으며, 이는 처리 챔버 커버의 중앙 개구부 내의 짝이 되는 리세스에 상응한다. 이러한 리세스가 돌출부에 정렬되면, 처리 챔버 커버는 돌출부 너머 대체될 수 있다. 다음, 처리 챔버 커버가 후속적으로 약간 회전하면, 중앙 개구부의 가장자리가 돌출부 상에 놓인다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 처리 챔버를 통하는 수직 방향의 절반-섹션을 매우 개략적으로 도시한다.
도 2는, 단면으로 가스 입구 부재를 구비한 처리 챔버 상부의 평면도이다.
도 3은, 도 1의 도면에 상응하는 본 발명의 다른 실시예의 도면이다.
실시예는 MOCVD 반응기이다. 이는, 도면에 도시되지 않은 반응기 하우징을 가지며, 이들은 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어지며, 주변 대기에 대하여 기밀식으로 폐쇄된다. 처리 가스 및 캐리어 가스는 적절한 가스 라인을 통해 이러한 반응기 내에 공급된다. 주기 시스템(periodic system)의 제 3 또는 제 2 메인 그룹의 금속-유기 조성물이 처리 가스로서 사용될 수 있다. 추가하여, 주기 시스템의 제 5 그룹과 특히 제 6 그룹이 처리 가스로서 사용된다. 또한, 제 6 그룹의 조성물 역시 고려된다. 추가로, 반응기는 가스 출구 부재를 가질 수 있으며, 이는 도면에 도시되지 않는다.
도면에서 절반-섹션으로 도시된 처리 챔버(1)가 반응기 하우징 내측에 위치한다. 이는 수평면으로 연장된 마루(8')를 갖는다. 처리 챔버 상부(2)가 마루(8')에 대향하여 제공되며 이로부터 이격된다. 처리 챔버 상부(2)와 마루(8')는 실질적으로 회전 대칭으로 구성된다. 가스 입구 부재는 처리 챔버 상부(2) 내의 중앙 개구부를 통해 처리 챔버 내측으로 돌출된다. 마루(8')는 상부 플레이트(2) 내의 개구부 아래에 접시형 리세스(23)를 갖는다. 가스 입구 부재(3)의 단부는, 이동을 위해 작은 갭(10)만이 가스 입구 부재(3)의 단부면(3')과 리세스(23)의 바닥 사이에 남는 방식으로 리세스 내에 돌출된다. 이동을 위한 갭(22)은 리세스(23) 내에 위치한 가스 입구 부재(3)의 단부 둘레에 고리형 방식으로 연장된다. 고리형 갭(22)의 경계는 접시의 벽체에 의해 외측으로 정해진다.
고리형 갭(22)은 도면에서 과장되어 도시된다. 이는 오직 설명을 위함이다. 원칙적으로 이러한 이동 갭(22)은 가능한 좁게 이루어져야 한다.
가스 입구 부재가 회전 고정 방식으로 반응기 하우징과 관련되며, 처리 챔버(1)의 마루(8')는 코팅 처리 동안 회전 구동된다. 중앙에 위치한 구동 샤프트(14)는 이를 위해 기능한다. 마루(8')는 실질적으로 서셉터 홀더(8)에 의해 형 성되며, 이는 그래파이트로 이루어질 수 있으며 RF 가열기에 의해 아래로부터 가열될 수 있다. 마루(8')의 구성은 DE 10153463 A1에 개시된 구성에 실질적으로 상응하며, 본 명세서에서 참조된다.
서셉터 홀더(8)는 고리형의 원형이다. 이러한 회전 부재는 그 상부측에 다수의 포켓을 가지며, 이는 처리 챔버(1)를 지향하고, 서셉터(9)가 상기 포켓 내에 놓인다. 서셉터(9)는 원형이며 동적 가스층 상에 놓인다. 가스층을 생성하는 노즐은 서셉터(9)를 위한 회전층을 형성할 뿐 아니라 서셉터(9)를 회전 구동하도록 정렬된다. 코팅되는 기판은 각각의 서셉터(9) 상에 놓인다.
예시적으로, 리세스(23)의 바닥부는 인장 플레이트(11)에 의해 형성되며, 이는 인장 부재에 회전 고정되는 방식으로 연결된다. 압력 플레이트(12)는 인장 플레이트(11) 아래에 위치한다. 서셉터 홀더(8)는 인장 플레이트(11)와 압력 플레이트(12) 사이에서 수용된다. 압력 플레이트(12)의 축방향 결속은 결속 부재(13)에 의해 영향을 받는다.
상부 플레이트(2)는 가스 입구 부재(3)에 고정적으로 결속된다. 결속은 배요넷 방식으로 영향을 받는다. 이를 위해, 방사상 외측으로 돌출된 지지 돌출부(17)가 가스 입구 부재의 외측 벽체(21) 상에 위치한다. 상부 플레이트의 중앙 개구부는 상응하는 위치에 리세스(18)를 가져서, 지지 돌출부(17) 너머 아래로부터 상승될 수 있다. 상부 플레이트(2)가 약간 회전된 이후, 이는 지지 돌출부(17) 상에 지지될 수 있다. 이에 따라, 상부 플레이트(2)는 용이하게 제거될 수 있다.
예시적으로 2개인 다수의 유동 채널(4, 5)은 가스 입구 부재 내측에 위치한 다. 유동 채널(4, 5)은 상호 동축으로 정렬된다. 이를 위해, 가스 입구 부재는 내측에 냉각수 채널(24)을 갖는 중앙 부재(19)를 제공하며, 채널은 가스 입구 부재(3)의 단부 내에서 연장된다.
중앙 부재(19)의 외측면은 그 단부 영역에서 축방향으로 굴곡진다. 이는 중앙 부재(19)의 지름에서 연속적인 증가에 의해 수반되며, 가스 입구 부재(3)의 단부에서 가스 입구 부재(3)의 지름에 이른다. 이러한 형태에 따라, 단면으로 도시되는 바와 같이, 가스-편향면(6)이 형성되어 수직 방향으로부터 수평 방향으로 가스 유동을 전환한다. 편향면(6)은 굽힘(bend) 및 다단(step) 없이 유동 채널(4)의 내측벽으로부터 연속적인 방식으로 방향을 지정하며, 그 단부(6')가 수평 방향이고 처리 챔버(1)의 마루(8')와 함께 배열되는 방식으로 연장된다.
실린더형 횡방향 표면 상에서 연장되는 유동 채널(4)의 출구 개구부(4')는 유동 채널(4)의 단면 영역보다 매우 큰 영역을 가져서, 유동 채널(4)을 통한 층상 유동이 마루(8') 너머 감소된 속도의 층상 유동으로 변한다. 제 2 출구 개구부(5')는 출구 개구부(4') 위에 위치한다. 이러한 출구 개구부(5') 역시 실린더형 횡방향 표면 상에 위치한다. 제 1 유동 채널(4)의 외측 벽체는 가스 입구 부재의 튜브형 중간 부재(20)에 의해 형성된다. 제 2 유동 채널(5)의 내측 벽체는 이러한 중간 부재(4)의 외측 벽체에 의해 형성되며, 이는 그 단부 영역에서 가스-편향면(7)을 형성하여 제 2 유동 채널(5)을 통한 유동을 90° 전환한다. 이러한 가스-편향면(7) 역시 매끄러운 벽체이다. 제 2 유동 채널(5)의 외측 벽체는 외측 부재(21)에 의해 형성되며, 이는 지지 돌출부(17)를 운반한다.
가스 입구 부재(3)의 단부면(3')은 그 바로 위에 위치한 냉각 채널(24)로 인하여 아래 놓인 리세스(23)의 바닥보다 차갑다. 유동 채널(4)을 통해 진출하는 가스는 처리 온도에 매우 빠르게 이끌린다. 중간 부재(20) 및 외측 부재(31) 모두 유체-냉각될 수 있다. 이를 위해 필요한 냉각 채널은 간략화된 설명을 위해 도시되지 않는다.
반응기 하우징은 커버에 의해 폐쇄된다. 이러한 커버는 개방될 수 있다. 가스 입구 부재(3)는 커버에 매달린다. 커버가 개방되면, 커버 플레이트(2) 및 가스 입구 부재(3)는 마루(8')로부터 제거되어, 이에 따라 서셉터(9)가 기판과 함께 로딩할 수 있으며, 또는 기판이 이로부터 언로딩될 수 있다. 이러한 운반 동안, 가스 입구 부재(3)의 단부는 리세스(23) 밖으로 이동한다. 반응기의 커버가 다시 폐쇄되면, 가스 입구 부재(3)의 단부는 다스 리세스(23) 내로 진입하고 리세스(23)의 바닥 상에서 리세스(23)의 원형 벽체로부터 이격되어 부유한다(float).
스월 믹서(swirl mixer)가 유동 채널(4, 5) 내에 위치하며 참조 번호(26)로 지칭된다. 이러한 스월 믹서는 가스가 유동 채널(4, 5)로 진입하기 위한 압력 배리어(barrier)를 형성한다. 도시되지 않은 가스 입구 부재(3)의 상부 냉각 부분으로의 특정 가스 안내에 의해, 이러한 스월 믹서는 가스가 유동 채널(4, 5)의 하부 부분을 통해 방사상 방향으로 균등하게 유동하는 것을 보장하여, 개구부(5', 4')로부터 균등하고 원주 방향으로 균질하게 유동해 나가도록 한다.
가스 입구 부재(3)의 중앙 부분(19)만 냉각되는 것은 아니다. 중간 부재(20) 역시 냉각된다. 이를 위해, 냉각 챔버(25)가 도 1에서 제공되며, 이를 통 해 유체 유동을 냉각한다.
도 3에 도시된 다른 예시적 실시예가 총 3개의 출구 개구부(4', 5')를 가지며, 이들은 수직 방향으로 아래위로 배열된다. 제 1 실시예에서, 출구 개구부(4', 5')의 영역에서 원주상으로 가스 분배를 균질하게 하도록. 관련된 유동 채널(4, 5)은 스월 믹서(26)를 갖는다. 추가적 가스 출구 개구부(5') 및 추가 유동 채널(5)은 추기 중간 부재(20)에 의해 형성된다.
여기에서도, 처리 챔버 커버(2)가 중앙 개구부를 제공받으며, 그 지름은 가스 입구 부재(3)의 지름보다 커서, 처리 챔버 커버(2)의 개구부는, 서셉터 홀더(8)가 하강하는 경우 가스 입구 부재(3)의 자유 단부 너머 놓일 수 있다.
개시된 모든 특징들은 (자체적으로) 본 발명과 관련이 있다. 관련된/첨부된 우선권 주장 서류(우선권 주장 출원의 사본)에 포함된 내용은 본 발명에서 참조되며, 본 발명의 청구범위 내에서 이러한 명세서의 목적에 포함된다.

Claims (11)

  1. 처리 챔버(1) 내로 유입되는 처리 가스에 의해 기판 상에 하나 이상의 층을 증착하는 기기로서, 상기 처리 챔버는 가스 입구 부재(3)의 유동 채널(4)을 통해 수평 방향으로 연장되며, 상기 유동 채널은 수직 방향으로 연장되고 상기 가스 입구 부재는 반응기 하우징 내에서 위치 고정되며, 상기 처리 가스는 회전 대칭인 처리 챔버(1)의 중앙 내로 돌출된 상기 가스 입구 부재(3)의 일부분의 가스 출구 개구부로부터 진출하여 상기 처리 챔버(1)의 마루(8') 너머 방사상 외측 방향으로 유동하며, 상기 마루는 수평 방향으로 연장되어 상기 처리 챔버의 중앙을 중심으로 회전하며, 그리고 상기 기판은 상기 마루 상에 놓이는, 기기에 있어서,
    상기 가스 입구 부재(3)의 단부(3')는 접시형 리세스(23) 내로 돌출하며, 가스 편향면(6)의 단부(6')는 상기 마루(8')에 정렬되는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 편향면은 둥글고 굽힘(bend) 및 다단(step) 없이 상기 유동 채널(4)의 벽체와 합쳐지는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마루(8')가 회전 구동하는 서셉터 홀더(8)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 홀더(8)는 하나 또는 그 이상의 기판을 수용하도록 다수의 서셉터(9)를 운반하며, 상기 서셉터는 회전 구동하는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 유동 채널의 출구 개구부 위에 위치하는, 제 2 출구 채널의 하나 이상의 추가적인 제 2 가스 출구 개구부를 특징으로 하는,
    기기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 입구 부재(3)가 스틸로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 입구 부재(3) 내의 상기 유동 채널들이 동심으로 상기 가스 출구 개구부들의 영역의 적어도 근처에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 입구 부재(3)는 처리 챔버 커버(2)를 위한 캐리어(carrier)이며, 특히 상기 처리 챔버 커버(2) 내의 개구부의 지름보다 작은 지름을 가지며, 이에 따라 상기 처리 챔버 커버가 상기 처리 챔버(1) 내로 돌출된 상기 가스 입구 부재(3)의 일부분 너머 놓일 수 있는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 챔버 커버(2)는 배요넷(bayonet) 맞춤에 의해 상기 가스 입구 부 재(3)에 결속되는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 입구 부재(3)는 유체-냉각되는 것을 특징으로 하는,
    기기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체 냉각을 위한 채널(24)이 상기 리세스(23) 내로 돌출된 상기 가스 입구 부재(3)의 일부분 내로 연장되는 것을 특징으로 하는,
    기기.
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