KR20080079263A - 차등화된 온도의 반응 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에피택셜 반응기를 위한 반응 챔버(1)에 관한 것이며, 반응 챔버에는 내부 공동(10)을 한정하는 벽들이 마련되는데, 특히 하부벽(3)과, 상부벽(2)과, 적어도 2개의 측벽(4,5)들이다. 하부벽(3)과 상부벽(2)은 서로 다른 구성을 가지고/가지거나 서로 다른 물질로 제작된다. 따라서 하부벽(3)은 상부벽(2)보다 더 높은 온도까지 가열된다. 본 발명은 또한 반응 챔버를 가열하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

차등화된 온도의 반응 챔버{DIFFERENTIATED-TEMPERATURE REACTION CHAMBER}

본 발명은 에피택셜(epitaxial) 반응기를 위한 반응 챔버 및 반응 챔버를 가열하기 위한 방법에 관한 것이다.

마이크로 전자공학에 적용되는 에피택셜 반응기는 기판상에 매우 평탄하게 그리고 균일하게 일정 물질(일반적으로 반도체 물질)을 얇은 층으로 증착하기 위하여 설계된다(이러한 공정을 흔히 "에피택셜 성장"이라고 부른다). 일반적으로, 증착 전후의 기판을 "웨이퍼"라 부른다.

증착은 반응 챔버의 내부 (반응) 공동(cavity)에서 고온 하에서 이루어지며, 일반적으로 CVD(Chemical Vapour Deposition) 공정을 통해 이루어진다.

잘 알려진 바와 같이, 에피택셜 반응기 분야에서 반응 챔버는 본질적으로 2개의 주요 카테고리로 분류되는데, 냉벽(cold-wall) 챔버와 열벽(hot-wall) 챔버가 그것이다. 본래 이러한 용어들은 에피택셜 증착 공정이 일어나는 공동의 표면 온도를 가리키는 것이다.

증착 공정 동안, 물질은 기판 및 내부 공동의 표면, 즉 반응 챔버의 벽에서 내부 공동과 마주하는 측에 증착된다. 열벽 챔버의 경우 특히 그러한데, 온도가 높은 곳에서 물질은 더 쉽고 빠르게 증착되기 때문이다.

매 공정마다 물질의 새로운 박막층이 챔버 벽에 증착되고, 복수의 공정 후 벽은 물질의 두꺼운 층으로 코팅된다.

물질의 이와 같은 두꺼운 층은 반응 챔버의 반응 공동의 구조를 변경시키고, 이러한 점은 반응 가스들의 흐름 및 뒤이은 성장 공정들에도 영향을 미친다.

또한 물질의 두꺼운 층은 완전히 치밀하지 않고 울퉁불퉁한 경향이 있는데, 실은 반응 공동의 표면은 기판의 표면과 동일한 품질이 아니다. 그래서 반응 공동의 표면에서 성장하는 물질은 단결정(monocrystalline)이 아니라 다결정(polycrystalline)이다. 이후의 성장 공정에서, 두꺼운 층으로부터 작은 파티클이 떨어져 나와 성장하는 기판에 떨어지며, 그 기판에 손상을 입히게 된다.

현재 마이크로 전자공학 산업에서 이용되는 가장 일반적인 반도체 물질은 실리콘이다. 마이크로 전자공학 산업에서 아직 널리 이용되고 있지는 않지만, 매우 유망한 물질은 실리콘 탄화물(silicon carbide)이다.

마이크로 전자공학 산업에서 필요로 하는 높은 품질을 보유한 실리콘 탄화물의 에피택셜 성장은 매우 높은 온도, 즉 1,500℃보다 높은 온도(일반적으로 1,500℃와 1,700℃ 사이, 바람직하게는 1,550℃와 1,650℃ 사이)를 요구한다. 이러한 온도는 실리콘 에피택셜 성장에 필요한 온도, 일반적으로 1,100℃와 1,200℃ 사이의 온도보다 훨씬 높다. 열벽 반응 챔버를 가진 에피택셜 반응기는 그러한 높은 온도를 얻기에 특히 적합하다.

그러므로 실리콘 탄화물을 증착하기 위한 에피택셜 반응기들은 반응 챔버 벽에서의 물질 증착 문제에 특히 민감하다. 게다가 실리콘 탄화물은 기계적으로 또 는 화학적으로 제거하기가 특히 힘든 물질이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일반적으로 채용되는 해결안에 따르면, 반응기로부터 반응 챔버를 주기적으로 분해하여 그 반응 챔버를 기계적으로 및/또는 화학적으로 클리닝한다. 이러한 작업은 오래 걸리므로 반응기는 오랜 시간 동안 정지된 상태로 있어야 하며, 일정 횟수의 그러한 클리닝 작업 후에는 챔버를 폐기하거나 수리하여야 한다.

최근 제안된 해결안에 따르면, 반응 챔버의 클리닝 작업은 고온으로 챔버를 가열하고 적절한 가스들을 그 내부를 통하여 흐르게 함으로써 수행된다(챔버를 분해하지 않고). 그러한 클리닝 공정들은 예컨대, 일정 횟수의 정상적인 생산 공정들(로딩, 가열, 증착, 냉각, 언로딩) 후에 수행될 수 있다.

출원인은 종래 기술 분야에서 알려진 해결안들이 "치료적인" 접근법, 즉 증착 후에 원하지 않은 물질을 제거하는 방법을 채용한다는 것에 주목해 왔고, "예방적인" 접근법, 즉 원하지 않는 물질이 증착되는 것을 방지하는 방법을 대신 채용할 수 있다고 생각해 왔다.

본 발명의 일반적인 목적은 "예방적인" 접근법을 채용함으로써 상술한 문제점들을 위한 해결안을 제공하는 데 있다.

이러한 목적은 독립항 제1항에 제시된 특징들을 포함하는 에피택셜 반응기를 위한 반응 챔버를 통하여, 그리고 독립항 제15항에 제시된 기능성들을 포함하는 에피택셜 반응기의 반응 챔버를 가열하기 위한 공정을 통하여 실질적으로 달성된다. 챔버와 방법의 추가적인 이로운 면들은 종속항들에 제시되어 있다.

본 발명은 반응 챔버 벽의 온도를 차등화하고 따라서 반응 공동의 온도를 차등화하는 아이디어에 기반한 것이다.

물론 본 발명은 분해된 또는 분해되지 않은 챔버에서 수행되는 클리닝 작업을 반드시 배제하는 것은 아니고, 그러한 클리닝 작업의 필요성 및/또는 주기를 상당부분 감소시킨다.

본 발명은 아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면들로부터 보다 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반응 챔버의 제1실시예의 개략적인 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 반응 챔버의 제2실시예의 개략적인 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 반응 챔버의 제3실시예의 개략적인 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 반응 챔버의 제4실시예의 개략적인 단면도이고,

도 5는 도 3의 반응 챔버의 개략적인 종방향 도면이다.

아래의 상세한 설명과 앞서 말한 도면들은 단지 예시적이며 실시예들로 인해 제한되지 않는다. 또한 상술한 도면들은 개략적이고 단순화되어 있는 것이 고려되어야 한다.

모든 도면들에서, 반응 챔버들은 운전 조건에서 배열된 상태, 즉 에피택셜 반응기(미도시) 내로 삽입되고 기판들을 처리할 수 있는 상태로 나타난다. 특히 반응기는 실리콘 탄화물(silicon carbide) 층들을 증착하기 위한 에피택셜 반응기이다.

다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 참조 번호들은 동일한 부재들을 가리키는 데 이용된다.

도 1은 참조 번호 1로 표시된 반응 챔버와, 챔버(1)를 둘러싸며 참조 번호 6으로 표시된 셀과, 셀(6)을 둘러싸며 참조 번호 7로 표시된 튜브를 구비하는 어셈블리의 일 실시예를 나타낸다.

챔버(1)는 수평 방향으로 평탄하게 연장되고, 4개의 벽으로 구성된다. 즉 상부벽(2)과, 하부벽(3)과, 2개의 측벽들 특히 좌측벽(4)과, 우측벽(5)으로 구성된다. 이 4개의 벽(2,3,4,5)들이 함께 결합될 때, 4개의 벽(2,3,4,5)들은 내부 반응 공동(cavity)(10)을 한정한다.

튜브(7)는 원형의 단면을 가지며, 석영(즉 불활성 및 내화성의 물질)으로 제작된다. 셀(6)은 본질적으로 튜브와 같은 형상의 몸체를 가지고, 원형의 단면을 가지며, 튜브(7) 내로 삽입된다. 셀(6)은 섬유질 또는 다공성의 흑연(porous graphite)(즉 열적으로 절연성 및 내화성의 물질)으로 제작된다. 반응 챔버는 형상에 있어서 실질적으로 원통형이고, 셀(6) 내로 삽입되어 그 벽들은 서로 결합된 채로 존재한다. 하부벽(3)의 외부 형상은 반달의 단면을 가지며, 상부벽(2)의 외부 형상은 잘려진 반달의 단면을 가진다. 두 벽들은 속이 비어 있으며, 그 공동들은 중앙부에 있으며 실질적으로 동일한 두께를 가진다(따라서 하부벽(3)의 공동(31)은 반달 형상을 가지며, 상부벽(2)의 공동(21)은 잘려진 반달 형상을 가진 다). 상부벽(2)의 공동(21)은 하부벽(3)의 공동(31)보다 작다. 상부벽(2)이 잘려져 있기 때문에, 공간(8)은 상부벽(2)과 셀(6) 사이에서 형성된다. 좌측벽(4)과 우측벽(5)은 실질적으로 동일하고, 실질적으로 직사각형의 단면을 가진다(셀(6)과 맞춰지도록 일 측에 약간의 볼록부가 존재한다). 측벽(4,5)들은 하부벽(3) 위에 얹혀지며, 상부벽(2)을 지지한다. 또한 벽들 간의 정밀하고 정확한 상호 위치결정을 위하여, 예컨대 작은 돌출부 및/또는 함몰부(미도시)가 존재할 수도 있다. 공동(10)은 직사각형의 단면을 가지며, 다소 낮고 폭이 넓다. 반응 챔버의 상부벽(2)과 하부벽(3)은 흑연으로 제작된다(전기적으로 전도성이고, 열적으로도 전도성이며, 내화성의 물질로 마련됨). 보호 코팅층(일반적으로 SiC 또는 TaC로 형성됨)은 이러한 벽들 상에 마련될 수 있는데, 특히 공동(10)과 마주보는 측에 마련된다. 반응 챔버의 좌측벽(4)과 우측벽(5)은 유리하게는 실리콘 탄화물로 제작될 수 있다(내화성이고, 열적으로는 전도성이며, 전기적으로는 절연성의 물질로 마련됨). 실리콘 탄화물의 대체물로서, 보론 질화물(boron nitride)이 대신 이용될 수 있다. 상기 벽들은 예컨대 실리콘 탄화물의 두꺼운 층으로 코팅된 흑연으로 제작되어, 상부벽(2)과 하부벽(3)을 서로 전기적으로 절연시킬 수도 있다.

도 1의 어셈블리와 유사한 어셈블리가 본 출원인의 이름으로 출원된 특허출원 WO 2004/053187 및 WO 2004/053188에 상세히 기술되어 있으며, 본 명세서는 이를 참조한다.

도 2의 반응 챔버는, 상부벽(2)의 외부 형상이 잘려진 반달 단면을 가지지만 속이 비어 있지 않다는 점에서 도 1의 반응 챔버와 다르다.

도 3의 반응 챔버는, 상부벽(2)이 실질적으로 평평한 플레이트와 같은 형상이라는 점에서 도 1의 반응 챔버와 다르다. 따라서 큰 공간(8)이 상부벽(2)과 셀(6) 사이에서 형성된다.

도 4의 반응 챔버는, 상부벽(2)이 실질적으로 볼록한 플레이트와 같은 형상이고 실질적으로 셀(6)과 접해 있다는 점에서 도 1의 반응 챔버와 다르다. 따라서 공동(10)은 더이상 직사각형 단면을 가지지 않지만(도 1의 실시예와 같이), 바닥부에서 평평한 단면과 상단부에서 원형의 단면을 가진다.

도 1, 도 2 및 도 3의 실시예들에서, 공간(8)은 텅 빈 채로 존재한다. 대안적으로 공간(8)은 열적으로 절연성의 물질(예컨대, 섬유질 또는 다공성의 흑연)로 전체적으로 또는 부분적으로 채워질 수 있지만, 셀(6)의 형상을 적절하게 형성함으로써 동등한 효과가 얻어질 수도 있다.

도 1, 도 2 및 도 3의 실시예들에서, 반응 챔버(내부 반응 챔버(10)를 한정하도록 서로 결합된 벽(2,3,4,5)들의 어셈블리를 구비함)는 벽(2)의 상단부가 평평하기 때문에 완벽하게는 아니지만 실질적으로 원통 형상을 가진다. 사실 반응 챔버는 원통의 축에 평행한 면을 절단한 원통이며, 특히 원통의 축에 평행한 평면을 따라서 절단된다. 도 4의 실시예에서 반응 챔버는 완벽하게 원통 형상이다.

도면들에 도시된, 상술한 모든 어셈블리들에 있어서, 일반적으로 튜브(7) 둘레로 둘러싼 하나 또는 복수의 유도기(inductor)들이 존재하며, 유도(induction)에 의해 반응 챔버(1)와 그 벽들, 특히 상부벽(2)과 하부벽(3)을 가열하기 위해 장착된다.

셀(6)에 있어서(도시된 모든 실시예들에 나타난 바와 같이), 튜브 같은 몸체를 가지고 있는 점 외에, 2개의 덮개, 특히 전방 덮개(61)와 후방 덮개(62)를 가지는데, 둘 다 모두 원형 형상이다. 상기 덮개들은 도 3의 어셈블리의 종방향 단면도인 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 나타난 덮개(61,62)들은 단순화되어 있고 어떠한 구멍들도 포함하지 않지만, 일반적으로 구멍들은 적어도 반응 공동(10)으로 들어가는(좌측으로부터) 반응 가스들의 입구로서, 그리고 반응 공동(10)으로부터 나가는(우측으로부터) 배출 가스들의 출구로서 존재한다.

도 5는 하부벽(3)의 함몰부 내에 삽입된 (회전가능한) 기판 지지부(9)를 나타내는데, 지지부(9)의 상면은 하부벽(3)의 상면과 실질적으로 일직선으로 정렬된다. 지지부(9)는 디스크와 같은 형상이며, 기판을 수용하도록 포켓부(미도시)를 포함한다. 지지부(9)는 흑연으로 제작되며(일반적으로 SiC 또는 TaC 층으로 코팅됨) 또한 기판 서셉터로 이용된다.

완벽하게 하기 위하여, 도 3 및 도 5의 반응 챔버들과 관련하여 몇몇의 치수 표시가 아래에 주어지는데, 이러한 치수 표시는 도 1, 도 2 및 도 4의 반응 챔버들에 실질적으로 적용된다.

반응 챔버(1)는 300 mm의 길이로 종방향 축을 따라 평평하게 연장되고, 그 단면의 외부 형상은 270 mm의 지름을 가지는 원형의 단편(절단된 원형)이다. 대안적으로 상기 단면은 (혹시 절단된) 다각형 형상 또는 (혹시 절단된) 타원 형상일 수 있다. 공동(10) 단면의 내부 형상은 폭이 210 mm이고, 높이가 25 mm인 실질적인 직사각형이다. 지지부(9)는 지름이 190 mm이고 두께가 5 mm인 얇은 디스크와 같은 형상이다. 측벽(4,5)들은 5(또는 10 또는 15) mm의 두께를 가지고, 상부벽은(2)은 15 mm의 두께를 가지며, 하부벽(3)은 15 mm의 두께를 가진다(특히 이러한 두께는 공동(10)과 접하는 공동의 반달의 면적을 참고한다).

물론 상술한 치수는 단지 예시적인 것에 불과하다. 그러나 상술한 치수들은 본 발명에 의해 고려된 반응 챔버들의 치수에 대한 아이디어를 제공하는데 유익하다. 사실상, 각 치수는 약 50% 작을 수 있고, 약 100% 클 수도 있는데, 직접적인 치수의 축소확대는 적용될 수 없다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 반응 챔버 벽들의 온도를 차등화하고 따라서 반응 공동의 온도를 차등화하는 아이디어에 기반한 것이다.

일반적으로, 본 발명에 따른 방법은 반응 챔버를 한정하는 벽들이 마련된 에피택셜 반응기의 (열벽) 반응 챔버에 관련된 것이며, 적어도 하나 또는 단일의 제1챔버 벽이 제2챔버 벽보다 덜 가열된다. 도시된 실시예들에 있어서, 차가운 벽이 상부벽(2)이고, 반면에 뜨거운 벽은 하부벽(3)이다. 측벽(4,5)들의 효과는 특별히 의미가 있지는 않다.

특히 본 발명에 따르면, 적어도 하나 또는 단일의 제1챔버 벽이 다른 어떠한 챔버 벽보다 덜 가열된다.

상술한 원칙들에 따라서, 상기 차가운 벽에는 물질들의 성장이 덜 이루어질 것이고, 따라서 상기 벽에서는 파티클의 분리가 덜 발생할 것이다. 물론 차가운 벽은 적절하게 선택될 것이다.

많은 에피택셜 반응기에서, 기판들은 반응 챔버의 실질적으로 수평인 하부벽 에 의해 지지되고(직접적으로 또는 간접적으로), 반응 챔버의 상부벽의 바로 아래에 위치한다. 그러므로 상부벽으로부터 떨어져 나온 파티클은 놓여 있는 기판들에 떨어지기 쉽고, 성장하는 층에 손상을 입히게 된다. 챔버 내에서의 가스 흐름이 상부벽과 하부벽 모두에 실질적으로 평행할 때에도(도시된 실시예들과 같이) 마찬가지다. 이러한 경우 더 뜨거운 벽이 하부에 위치하여 기판들이 매우 뜨거워지고, 더 차가운 벽이 상부에 위치하여 물질 증착에 따른 성장이 제한되는 것이 유리하다.

예컨대 도 5를 참조하면서, 서셉터(9)의 상류와 하류에 위치한 하부 표면부(3)는 서셉터(9)보다 낮은 온도를 가진다는 점을 지적할 만하다. 왜냐하면 그것들은 각각 가스 입구 및 가스 출구에 가까이에 위치하기 때문이다(이는 성장의 감소를 유발한다). 게다가 서셉터(9)의 하류 부분(즉 오른쪽)으로부터 떨어져 나온 파티클은 가스 출구로 바로 소실되므로 어떠한 손상도 입히지 않는다. 결국 서셉터(9)의 상류 부분(즉 왼쪽)으로부터 떨어져 나온 파티클이 반응 가스 흐름에 의해 이송되는 경향이 있고, 서셉터(9) 내 또는 위에 수용된 기판들에는 떨어지지 않는다.

고온에서 운전되는 실리콘 탄화물을 위한 에피택셜 반응기에서, 가장 좋은 가열 방법은 유도 가열이다. 도시된 모든 실시예들에는 그러한 가열 방법이 적용된다.

본 발명에 따른 제1가능성은 챔버 벽들을 위한 단일의 가열 수단을 마련하는 단계와, 적어도 제1구성 및 제2구성을 가지는 벽들을 마련하는 단계를 포함한다. 제1구성이 제2구성보다 덜 가열된다는 점에서 제1구성과 제2구성은 서로 다르다. 이러한 점은 도시된 실시예들에 채용된 해결안이다. 사실상, 도 1의 실시예에서 구성의 차이는 벽(2,3)들의 크기(및 형상)와 벽(2,3)들의 공동(21,31)의 크기에 관련된다. 도 2의 실시예에서 구성의 차이는 벽(2,3)들의 크기(및 형상)와 공동의 존재 유무에 관련된다. 도 3 및 도 4의 실시예에서 구성의 차이는 벽 단면의 형상에 관련된다.

본 발명에 따른 제2가능성은 제1가열 수단과 제2가열 수단을 포함하며, 상기 제1가열 수단은 적어도 또는 오직 제1벽을 가열하는데 이용되고, 상기 제2가열 수단은 제2벽 또는 다른 모든 벽들을 가열하는데 이용된다.

그러나 제2가능성은 적어도 제1구성 및 제2구성을 가지는 벽들의 이용을 배제하는 것은 아니다. 여기서 제1구성과 제2구성은 서로 다르며, 특히 제1구성은 제2구성보다 덜 가열된다.

다른 물리적 현상을 통해 차등화된 가열을 얻기 위하여, 관통홀들을 가지는 2개의 벽들을 포함하는 도 1의 해결안 또는 유사한 해결안이 유리하게 이용될 수도 있다. 냉각 가스, 바람직하게는 수소 또는 헬륨을 양 관통홀들을 통해 흐르게 하고, 하나 또는 2개의 가스 흐름을 제어함으로써 양 벽들의 온도를 제어할 수 있다. 물론 이러한 해결안은 관통홀들을 가지는 더 많은 수의 벽들에도 적용될 수 있다.

일반적으로, 서로 다른 구성을 이용하는 것 외에 또는 대안으로, 챔버 벽들에 서로 다른 물질들을 이용함으로써 차등화된 가열이 얻어질 수도 있다.

상술한 설명으로 미루어 보아, 반응 챔버 벽들을 위한 가장 적절한 온도를 선택하는 것이 중요하다.

에패택셜 성장 공정 동안, 일반적으로 초기에는 온도가 최고값까지 상승하고, 그 이후 증착 시간 동안 최고값이 유지되다가, 이후 예컨대 100℃ ~ 200℃ 까지 감소한다는 사실을 언급할 만하다.

본 발명에 따르면, 제1벽은 제1최고 온도까지 가열되고, 제2벽은 제2최고 온도까지 가열된다. 여기서 두 벽들의 최고 온도는 서로 다르다.

제2벽(일반적으로 하부벽, 그 하부벽 위에 기판은 직접적 또는 간접적으로 놓인다)에 관해서, 최고 온도는 1,500℃와 1,650℃ 사이로 형성되며, 이러한 온도는 실리콘 탄화물의 얇은 층을 성장시키는데 이상적인 온도이다.

제1벽(일반적으로 기판 상측의 벽)에 관해서, 최고 온도는 바람직하게 제2벽의 온도보다 150℃에서 300℃ 정도 더 낮다.

물론 챔버의 형상 및 크기에 따라 그리고 이용되는 공정에 따라 최적의 조건들을 명확히 하기 위하여 테스트가 수행될 것이다.

일반적으로, 본 발명에 따른 반응 챔버는 에피택셜 반응기에 이용되고, 내부 공동을 한정하는 벽들이 마련되어 있다(함께 결합될 때). 특히 벽들은 하부벽과, 상부벽과, 적어도 2개의 측벽들이다. 하부벽과 상부벽은 서로 다른 구성을 가지고/가지거나 서로 다른 물질로 제작된다. 그러므로 2개의 벽들은 서로 다르게 가열되고 서로 다른 온도에 다다른다.

챔버가 운전 조건일 때 하부벽 및/또는 상부벽은 실질적으로 수평이다.

바람직하게는, 챔버가 운전 조건일 때 측벽들은 실질적으로 수직이다.

외부에서 챔버 벽들은 열적으로 절연성 물질에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸여야 하는데, 열적으로 절연성 물질은 특히 하나 또는 복수의 요소들로 이루어진다. 이러한 응용에 이용되는 일반적인 물질은 다공성 흑연과 섬유질 흑연이다.

본 발명에 따른 반응 챔버의 매우 이로운 형상은 실질적으로 원통형이며, 챔버가 운전 조건일 때 원통의 축은 실질적으로 수평이다. 도면에 나타난 모든 실시예들에서 그렇다. 그러나 타원형 단면 원통 또는 (혹시 잘린) 프리즘이 고려될 수도 있다.

이 경우, 내부 공동은 원통의 축을 따라 배치되는 것이 유리하고, 실질적으로 직사각형 형상(바람직하게는 낮고 폭이 넓은)인 단면을 가지며, 원통의 축을 따라 실질적으로 평행하다. 도 1, 도 2 및 도 3의 실시예들에서도 마찬가지다.

하부벽의 특히 이로운 형상은 실질적으로 속이 빈 반달 형상과 유사한 것이라는 점이고, 도면들에서 나타난 모든 실시예들이 그렇다. 이러한 형상에 대한 몇몇 언급은 특허출원 WO 2004/053187 및 WO 2004/053188에 포함되며, 본 명세서는 이를 참조한다.

상부벽에 관한 한, 평평한 또는 볼록한 플레이트 형상과 실질적으로 유사한 형상 그리고 전체적으로 또는 잘린 반달 형상, 속이 꽉 찬 또는 속이 빈 반달 형상과 실질적으로 유사한 형상에 의해 좋은 결과를 얻을 수 있다.

속이 비고 차등화된 가열/온도의 벽들(도 1의 실시예와 같이)을 채용한 해결안은 특별한 주목을 받을 만하다. 이러한 경우 하부벽이 제1공동을 가지고 상부벽 이 제2공동을 가지도록 벽들을 마련할 수 있다. 제1공동과 제2공동은 서로 다른 치수를 가지며, 특히 서로 다른 단면을 가진다.

상술한 바와 같이, 벽들과 관련된 구성 및 물질의 선택에 대한 목적은 벽들 자체를 서로 다르게 가열하는 것이고, 일반적으로 유도에 의해 가열한다. 특히, 일반적으로 유도에 의해 상부벽보다 하부벽을 더 높은 온도로 가열하는 것이 목적이다.

실리콘 탄화물 층을 성장시키기 위하여, 에피택셜 반응기, 특히 열벽 에피택셜 반응기를 위한 이로운 해결안은 챔버 벽들은 제조하는데 흑연을 사용하고, 챔버 벽들, 특히 하부벽 및/또는 상부벽에(적어도 반응 공동을 마주보는 면 위에) SiC(silicon carbide) 또는 TaC(tantalum carbide) 또는 NbC(niobium carbide) 또는 이들의 화합물의 코팅층을 제공하는 것이다.

상기 정의된 본 발명에 따른 가열 방법 및 상기 정의된 본 발명에 따른 반응 챔버는, 에피택셜 반응기, 특히 유도 가열 타입의 에피택셜 반응기에 단독으로 또는 조합된 형태로 적용된다.

유도 가열이 이용될 때, 하나 또는 복수의 유도기들은 전자기파를 통해 챔버 벽들로 에너지를 전달한다. 챔버 벽들(특히 전기적으로 전도성의 물질로 제작된 벽들)에서 전자기파는 전자기 유도에 의해 전류를 생성한다. 챔버 벽들에서 이러한 전류는 줄 효과(Joule effect)에 의해 열을 생성한다. 이러한 열 중 일부는 외부의 환경으로 발산되고(도면들의 실시예들에서 셀(6)과 튜브(7)를 통해서), 일부는 챔버의 내부 반응 공동(도면들의 실시예들에서 공동(10))으로 전달된다. 정지 된 조건에서, 챔버의 온도는 일정하게 유지되고, 하나 또는 복수의 유도기에 의해 전달된 에너지는 열의 형태로 반응 챔버의 외부 환경으로 전부 발산된다.

유도기로부터 반응 챔버 벽으로의 에너지 전달은 여러 요인들에 의존한다. 그러한 요인들은 유도기를 통해 흐르는 전류의 세기 및 주파수, 벽의 전기 저항성 및 도자율(導磁率), 유도기의 형상 및 크기, 벽의 형상 및 크기, 벽의 외부 단면 둘레의 길이 등이다.

이러한 고려 사항으로 미루어 보아, 본 발명의 목적을 위하여 반응 챔버 벽들의 온도는 3가지 방식으로 차별화될 수 있다.

A) 상부벽의 외부 단면 둘레의 길이는 하부벽의 외부 단면 둘레의 길이보다 짧거나,

B) 상부벽의 외부 단면 둘레의 면적은 하부벽의 외부 단면 둘레의 면적보다 작거나,

C) A와 B 모두이다.

본 발명에 따른 반응 챔버를 설계할 때, 벽에 유도되는 전류는 벽의 외부 단면 둘레 방향으로 흐르는 경향이 있다는 사실을 고려할 필요가 있다. 흑연의 경우, 전류의 대부분이 8-10 mm 둘레층 내에 집중된다(15 mm의 설계값으로 모든 전류를 고려할 수 있다). 얇은 벽들(예컨대 10 mm보다 얇은)은 유도기와 벽들 사이의 에너지 전달에 있어서 불리하다.

가열 방법 및 반응 챔버의 장점들은, 실리콘 탄화물의 에피택셜 성장 공정에 이용되는 반응기들에 특히 중요하다.

Claims (33)

1. 에피택셜 반응기에 이용되며,

   내부 공동(cavity)을 한정하는 벽들이 마련되고,

   상기 벽들은 하부벽과, 상부벽과, 적어도 2개의 측벽들을 포함하고,

   상기 하부벽과 상기 상부벽은 서로 다른 구성을 가지고/가지거나 서로 다른 물질들로 제작되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버가 운전 조건일 때, 상기 하부벽 및/또는 상기 상부벽은 실질적으로 수평인 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 챔버가 운전 조건일 때, 상기 측벽들은 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 챔버 벽들의 외부는, 열적으로 절연성인 물질에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸이며,

   상기 열적으로 절연성인 물질은 하나 또는 복수의 요소의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 챔버는 실질적으로 원통과 같은 형상이며,

   상기 챔버가 운전 조건일 때, 상기 원통의 축은 실질적으로 수평인 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
6. 제5항에 있어서,

   상기 공동은 상기 원통의 축을 따라 배치되고, 실질적으로 직사각형 형상의 단면을 가지며, 상기 원통의 축을 따라 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하부벽은 실질적으로 속이 빈 반달과 같은 형상인 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부벽은 실질적으로 플레이트와 같은 형상인 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부벽은 실질적으로 반달과 같은 형상인 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하부벽은 제1공동을 가지고 상기 상부벽은 제2공동을 가지며,

    상기 제1공동과 상기 제2공동은 서로 다른 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 상부벽의 외부 단면 둘레의 길이는 상기 하부벽의 외부 단면 둘레의 길이보다 짧거나,

    상기 상부벽의 외부 단면 둘레의 면적은 상기 하부벽의 외부 단면 둘레의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하부벽과 상기 상부벽은 서로 다른 구성을 가지고/가지거나 서로 다른 물질로 제작되며,

    서로 다른 구성 및/또는 서로 다른 물질로 인해 상기 하부벽과 상기 상부벽은 서로 다르게 유도 가열되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
13. 제12항에 있어서,

    서로 다른 구성 및/또는 서로 다른 물질로 인해, 상기 하부벽은 상기 상부벽보다 더 높은 온도로 유도 가열되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하부벽 및/또는 상기 상부벽은 흑연으로 제작되며, 적어도 상기 내부 공동과 마주하는 측은 SiC 또는 TaC 또는 NbC 또는 그것들의 화합물의 층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
15. 에피택셜 반응기의 반응 챔버를 가열하는데 이용되며,

    상기 반응 챔버를 한정하는 벽들이 마련되고,

    상기 챔버의 제2벽보다 상기 챔버의 적어도 하나 또는 단일의 제1벽을 덜 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 챔버의 다른 어떤 벽보다 상기 챔버의 적어도 하나 또는 단일의 제1벽을 덜 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 챔버는 실질적으로 수평인 하부벽과 실질적으로 수평인 상부벽을 가지며,

    상기 하부벽은 기판과 웨이퍼를 직접적 또는 간접적으로 지지하며,

    상기 제1벽은 상기 상부벽인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 제2벽은 상기 하부벽인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 챔버 벽들을 위한 단일의 가열 수단을 마련하는 단계와, 적어도 제1구성 및 제2구성을 가지는 벽들을 마련하는 단계를 포함하고,

    상기 제1구성이 상기 제2구성보다 덜 가열된다는 점에서, 상기 제1구성과 상기 제2구성이 서로 다른 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 가열 수단은 유도(induction) 타입인 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    제1가열 수단과 제2가열 수단을 마련하는 단계를 포함하고,

    상기 제1가열 수단은 적어도 또는 오직 상기 제1벽을 가열하는데 이용되고, 상기 제2가열 수단은 상기 제2벽 또는 상기 챔버의 다른 모든 벽들을 가열하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 제1가열 수단 및 상기 제2가열 수단은 유도 타입인 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서,

    적어도 제1구성 및 제2구성을 가지는 벽들을 마련하는 단계를 포함하고,

    상기 제1구성이 상기 제2구성보다 덜 가열된다는 점에서, 상기 제1구성과 상기 제2구성이 서로 다른 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

    서로 다른 물질들로 제작된 챔버 벽들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제15항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1벽은 제1최고 온도까지 가열되고, 상기 제2벽은 제2최고 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제25항에 있어서,

    상기 제2최고 온도는 1,500℃와 1,650℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서,

    상기 제2최고 온도와 상기 제1최고 온도의 차이는 150℃와 300℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 챔버 내에서 실리콘 탄화물의 에피택셜 성장을 위한 공정 동안, 상기 챔버는 상기 제1최고 온도 및 상기 제2최고 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 반응 챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 반응기.
30. 제29항에 있어서,

    상기 챔버를 가열하기 위하여, 제15항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 가열 방법을 실시하는데 적합한 것을 특징으로 하는 에피택셜 반응기.
31. 적어도 하나의 반응 챔버를 구비하고,

    상기 챔버를 가열하기 위하여, 제15항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 가열 방법을 실시하는데 적합한 것을 특징으로 하는 에피택셜 반응기.
32. 제31항에 있어서,

    상기 반응 챔버는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따르는 반응 챔버인 것을 특징으로 하는 에피택셜 반응기.
33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,

    실리콘 탄화물의 에피택셜 성장 공정들을 수행하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 반응기.

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