KR20130027018A - Heat treatment method having a heating step, a treatment step, and a cooling step - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공품, 특히 반응기 하우징(1, 2, 3)의 프로세스 챔버(4) 안에 있는 반도체 기판(19)을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법과 관련이 있으며, 상기 프로세스 챔버는 가열 장치(15)에 의해서 가열될 수 있는 그리고 상기 가공품을 수용하기 위한 서셉터(5)(susceptor)를 구비하는 프로세스 챔버 바닥(9) 및 냉각 장치(23)에 의해서 냉각될 수 있는 프로세스 챔버 덮개(10)를 형성하며, 이 경우 상기 프로세스 챔버 덮개(10)와 프로세스 챔버 바닥(9) 간의 거리에 의해서 규정되는 프로세스 챔버 높이(H)는 가변적이며, 이 경우 한 가열 단계에서는 가공품을 프로세스 챔버 안에 적재하는 적재 온도 또는 가공품을 프로세스 챔버로부터 하적하는 하적 온도로부터 프로세스 온도로 상기 서셉터(5)가 가열되며, 상기 가열 단계에 후속하는 한 처리 단계에서는 프로세스 온도에서 가공품이 열적으로 처리되며, 그 다음에 후속하는 냉각 단계에서는 상기 서셉터가 적재/하적 온도로 냉각된다. 사이클 타임(cycle time; 주기 시간)을 줄이기 위하여, 냉각 단계 동안에는 상기 프로세스 챔버 높이(H)가 최솟값을 취하는 것이 제안된다.The present invention relates to a method for treating, in particular coating, a workpiece, in particular a semiconductor substrate 19 in the process chamber 4 of the reactor housings 1, 2, 3. Process chamber cover 10 which may be heated by 15 and which may be cooled by a cooling chamber 23 and a process chamber bottom 9 having a susceptor 5 for receiving the workpiece. In which case the process chamber height (H), which is defined by the distance between the process chamber cover (10) and the process chamber bottom (9), is variable, in which case one loading step loads the workpiece into the process chamber. The susceptor 5 is heated from the loading temperature at which the temperature or workpiece is unloaded from the process chamber to the process temperature, and in one processing step subsequent to the heating step, Workpiece is thermally treated in the process temperature and, in the following cooling step subsequent to the susceptor is cooled to a loading / unloading temperature. In order to reduce the cycle time, it is proposed that the process chamber height H take a minimum during the cooling phase.

Figure P1020127029969
Figure P1020127029969

Description

가열 단계, 처리 단계 및 냉각 단계를 갖는 열 처리 방법 {HEAT TREATMENT METHOD HAVING A HEATING STEP, A TREATMENT STEP, AND A COOLING STEP}Heat treatment method with heating step, processing step and cooling step {HEAT TREATMENT METHOD HAVING A HEATING STEP, A TREATMENT STEP, AND A COOLING STEP}

본 발명은 가공품, 특히 반응기 하우징의 프로세스 챔버 안에 있는 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 프로세스 챔버는 가열 장치에 의해서 가열될 수 있는 그리고 상기 가공품을 수용하기 위한 서셉터(susceptor)를 구비하는 프로세스 챔버 바닥 및 냉각 장치에 의해서 냉각될 수 있는 프로세스 챔버 덮개를 형성하며, 이 경우 상기 프로세스 챔버 덮개와 프로세스 챔버 바닥 간의 거리에 의해서 규정되는 프로세스 챔버 높이는 가변적이며, 이 경우 가열 단계에서는 가공품을 프로세스 챔버 안에 적재하는 적재 온도 또는 가공품을 프로세스 챔버로부터 하적하는 하적 온도로부터 프로세스 온도로 상기 서셉터가 가열되며, 상기 가열 단계에 후속하는 처리 단계에서는 프로세스 온도에서 가공품이 열적으로 처리되며, 그 다음에 후속하는 냉각 단계에서는 상기 서셉터가 적재/하적 온도로 냉각된다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for treating, in particular coating, a workpiece, in particular a semiconductor substrate in a process chamber of a reactor housing, wherein the process chamber can be heated by a heating device and a susceptor for receiving the workpiece. a process chamber cover having a susceptor and a process chamber cover which can be cooled by a cooling device, wherein the process chamber height defined by the distance between the process chamber cover and the process chamber bottom is variable, in this case heating In the step, the susceptor is heated from the loading temperature at which the workpiece is loaded into the process chamber or from the loading temperature at which the workpiece is unloaded from the process chamber, and in the processing step subsequent to the heating step, the workpiece is thermally processed at the process temperature. He said, that in the following cooling step subsequent to the susceptor is cooled to a loading / unloading temperature.

DE 102 17 806 A1호에는 MOCVD-방법으로 반도체 층들을 반도체 기판상에 증착시킬 수 있는 장치가 공지되어 있다. 상기 장치는 반응기 하우징을 구비하며, 상기 반응기 하우징 안에는 가스 유입 부재 및 서셉터가 존재한다. 상기 가스 유입 부재의 하부 면과 상기 서셉터의 상부 면 사이에는 프로세스 챔버가 있다. 상기 프로세스 챔버 덮개의 개구를 통해서 공정 가스(process gas)가 프로세스 챔버 내부로 흘러들어갈 수 있다. 상기 서셉터 상에는 코팅될 기판이 존재한다. 이 목적을 위하여 상기 공정 가스 또는 다양한 공정 가스 성분들이 특히 코팅될 기판의 표면에서 열분해 방식으로 분해된다. Ⅲ 및 Ⅴ 주족의 원소들인 반응 생성물들은 기판 표면에 하나의 층을 형성하며, 상기 층은 단결정 기판에 대하여 에피택셜 성장 관계에 있다. 상기 서셉터는 가열 장치에 의해서 아래로부터 가열된다. 상기 서셉터는 프로세스 챔버 높이를 변경시키기 위하여 수직 방향으로 변위 될 수 있다.In DE 102 17 806 A1 a device is known which can deposit semiconductor layers on a semiconductor substrate by MOCVD-method. The apparatus has a reactor housing in which a gas inlet member and susceptor are present. There is a process chamber between the bottom face of the gas inlet member and the top face of the susceptor. Process gas may flow into the process chamber through the opening of the process chamber cover. On the susceptor there is a substrate to be coated. For this purpose the process gas or various process gas components are decomposed in a pyrolytic manner, in particular on the surface of the substrate to be coated. Reaction products, which are elements of the III and V main groups, form a layer on the substrate surface, which layer is in epitaxial growth relationship with respect to the single crystal substrate. The susceptor is heated from below by a heating device. The susceptor can be displaced in the vertical direction to change the process chamber height.

본 발명의 과제는 증착 프로세스의 사이클 타임(cycle time; 주기 시간)을 단축시키는 것이다.An object of the present invention is to shorten the cycle time of the deposition process.

상기 과제는 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서 해결된다.The problem is solved by the invention described in the claims.

명백하게 프로세스 온도 아래에 놓여 있지만 100 ℃ 또는 그보다 높게 달할 수 있는 적재-/하적 온도에서는, 반응기 하우징의 덮개가 개방된 상태에서 기판이 프로세스 챔버에 적재된다. 그 다음에 이어서 상기 반응기 하우징이 폐쇄되고, 프로세스 챔버가 세척용 가스에 의해서 세척된다. 가열 단계에서는 상기 서셉터가 프로세스 온도로 되며, 상기 프로세스 온도는 상기 적재-/하적 온도보다 수백 ℃ 더 높을 수 있다. 상기 프로세스 단계 동안에는 공정 가스가 프로세스 챔버 안으로 유입됨으로써, 결과적으로 열적인 처리 프로세스가 이루어질 수 있다. 상기 프로세스 단계가 종료된 후에는 냉각 단계에서 상기 프로세스 챔버 또는 상기 서셉터가 적재-/하적 온도로 냉각된다. 상기 적재-/하적 온도에 도달하게 되면, 처리된 기판을 끄집어내기 위하여 그리고 처리할 기판으로 교체하기 위하여 반응기 하우징이 개방될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 사이클 타임은 상기 가열 단계 동안에 서셉터가 냉각된 프로세스 챔버 덮개로부터 최대 거리를 취함으로써 줄어든다. 그럼으로써, 가열된 서셉터로부터 냉각된 프로세스 챔버 덮개로의 열 배출이 최소로 된다. 특히 바람직하게는 상기 가열 단계 동안에 열 전도성이 낮은 세척용 가스, 예를 들어 질소가 프로세스 챔버 덮개를 형성하는 가스 유입 부재를 통해서 유입된다. 상기 처리 단계를 실시하기 위하여 프로세스 챔버 높이는 각각의 처리를 위해서 최적인 값으로 조절된다. 본 경우에는 가공품, 특히 기판의 순수한 열적 처리가 다루어질 수 있다. 그러나 바람직하게 상기 처리 단계 동안에는 하나 또는 다수의 성분으로 구성된 공정 가스가 가스 유입 부재의 가스 유입 개구를 통해서 프로세스 챔버 내부로 가이드 되며, 상기 프로세스 챔버 내부에서 상기 공정 가스가 기판 표면에서 화학적으로 반응을 함으로써, 결과적으로 상기 기판 표면에서 하나의 반도체 층이 증착된다. 이 목적을 위하여 상기 공정 가스는 바람직하게 Ⅲ 주족에 속하는 금속의 금속 유기 성분 및 Ⅴ 주족에 속하는 원소의 수소화물을 함유한다. 상기 냉각 프로세스 동안에는 상기 프로세스 챔버 높이가 자체 최솟값을 취한다. 이 경우에 특히 바람직하게 상기 프로세스 챔버 높이는 열 전도성이 높은 세척용 가스, 예를 들어 수소로 세척된다. 이와 같은 조치에 따라, 냉각될 서셉터로부터 냉각된 프로세스 챔버 덮개로의 열 배출은 최대로 되었다. 한 가지 특히 바람직한 실시 예에서는 MOCVD-프로세스가 저압 상태의 프로세스 챔버 내부에서 실시된다. 흑연으로 이루어진 서셉터는 바람직하게 IR-가열 장치 또는 RF-가열 장치에 의해서 아래로부터 가열된다. 상기 프로세스 챔버 높이를 변경시키기 위하여 바람직하게는 서셉터 및 상기 서셉터를 가열하는 가열 장치가 액추에이터(actuator)에 의해서 수직 방향으로 변위 된다. 상기 액추에이터는 반응기 하우징 내부에 있고, 바람직하게는 스핀들 구동 장치로 이루어진다. 상기 서셉터는 반응기 하우징의 중심에 배치된 축을 중심으로 회전될 수 있다. 바람직하게 한 가스 유입 부재의 한 가스 배출 면에 의해서 형성되는 상기 프로세스 챔버 덮개에는 냉각 수단이 관류하는 냉각 채널이 존재한다.At load / unload temperatures that are clearly below the process temperature but can reach 100 ° C. or higher, the substrate is loaded into the process chamber with the lid of the reactor housing open. The reactor housing is then closed and the process chamber is then cleaned by the cleaning gas. In the heating step the susceptor is brought to the process temperature, which may be several hundred degrees Celsius higher than the load / unload temperature. During this process step, process gas is introduced into the process chamber, resulting in a thermal treatment process. After the process step is completed, the process chamber or the susceptor is cooled to the load / unload temperature in the cooling step. Once the load / unload temperature is reached, the reactor housing can be opened to take out the treated substrate and replace it with the substrate to be treated. According to the invention, the cycle time is reduced by taking the maximum distance from the process chamber cover in which the susceptor is cooled during the heating step. This minimizes heat dissipation from the heated susceptor to the cooled process chamber lid. Particularly preferably during the heating step a cleaning gas with low thermal conductivity, for example nitrogen, is introduced through the gas inlet member forming the process chamber cover. In order to carry out the treatment step the process chamber height is adjusted to the optimum value for each treatment. In this case pure thermal treatment of the workpiece, in particular of the substrate, can be dealt with. Preferably, however, during the processing step a process gas consisting of one or more components is guided into the process chamber through the gas inlet opening of the gas inlet member, whereby the process gas reacts chemically at the substrate surface within the process chamber. As a result, one semiconductor layer is deposited on the substrate surface. For this purpose the process gas preferably contains a metal organic component of a metal belonging to the main group III and a hydride of an element belonging to the main group V. The process chamber height takes its own minimum during the cooling process. Particularly preferably in this case the process chamber height is washed with a cleaning gas having high thermal conductivity, for example hydrogen. In accordance with this measure, heat dissipation from the susceptor to be cooled to the cooled process chamber cover is maximized. In one particularly preferred embodiment the MOCVD-process is carried out inside the process chamber at low pressure. The susceptor made of graphite is preferably heated from below by means of an IR-heating device or an RF-heating device. In order to change the process chamber height, a susceptor and a heating device for heating the susceptor are preferably displaced in a vertical direction by an actuator. The actuator is inside the reactor housing and preferably consists of a spindle drive. The susceptor may be rotated about an axis disposed in the center of the reactor housing. In the process chamber cover, which is preferably formed by one gas outlet face of one gas inlet member, there is a cooling channel through which cooling means flow.

본 발명은 특히 반응기 하우징의 프로세스 챔버 안에 있는 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 프로세스 챔버는 이 프로세스 챔버의 바닥을 형성하고 가열 장치에 의해서 가열될 수 있으며 상기 적어도 하나의 기판을 수용하기 위한 서셉터 및 냉각 장치에 의해서 냉각될 수 있는 프로세스 챔버 덮개를 구비하며, 이 경우 프로세스 챔버 덮개와 프로세스 챔버 바닥 간의 거리는 하나의 최솟값과 상기 최솟값으로부터 벗어나는 하나의 최댓값 사이에서 변동될 수 있는 프로세스 챔버 높이를 규정하며, 이 경우 상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:The invention relates in particular to a method for depositing at least one layer on at least one substrate in a process chamber of a reactor housing, which process chamber forms a bottom of the process chamber and can be heated by a heating device. A susceptor for receiving the at least one substrate and a process chamber cover that can be cooled by a cooling device, wherein the distance between the process chamber cover and the process chamber bottom is between one minimum and one maximum value deviating from the minimum. Defines a process chamber height that can vary in which case the method comprises the following steps:

- 서셉터를 적재-/하적 온도로 온도 조절하는 단계;Temperature control of the susceptor to load / unload temperature;

- 적재-/하적 온도에서 적어도 하나의 기판을 상기 서셉터에 적재하는 단계;Loading at least one substrate into said susceptor at loading / unloading temperatures;

- 적재-/하적 온도로부터 상기 적재-/하적 온도보다 더 높은 프로세스 온도로 서셉터를 가열하는 단계로서, 이 단계 동안에는 프로세스 챔버 높이가 자체 최댓값을 취하며;Heating the susceptor from a load / unload temperature to a process temperature higher than the load / unload temperature, during which the process chamber height takes its maximum value;

- 프로세스 챔버 높이가 프로세스 온도에서 자체 최댓값보다 크지 않고 자체 최솟값보다 작지 않을 때에 공정 가스를 프로세스 챔버 내부로 유입시키고 분해함으로써 적어도 하나의 기판상에 적어도 하나의 층을 증착시키는 단계;Depositing at least one layer on at least one substrate by introducing and decomposing the process gas into the process chamber when the process chamber height is not greater than its maximum and less than its maximum at the process temperature;

- 서셉터를 프로세스 온도로부터 적재-/하적 온도로 냉각시키는 단계로서, 이 단계 동안에는 프로세스 챔버 높이가 자체 최솟값을 취하고, 이때 프로세스 챔버 덮개는 냉각되며;Cooling the susceptor from the process temperature to the load / unload temperature, during which the process chamber height takes its own minimum value, wherein the process chamber cover is cooled;

- 적재-/하적 온도에서 프로세스 챔버를 하적시키는 단계.Unloading the process chamber at the loading / unloading temperature.

본 발명의 한 가지 실시 예는 반응기 하우징의 횡단면을 보여주는 첨부된 도 1을 참조해서 설명된다.One embodiment of the present invention is described with reference to the accompanying FIG. 1 showing a cross section of the reactor housing.

도 1은 반응기 하우징의 횡단면도이다.1 is a cross sectional view of a reactor housing.

반응기 하우징은 반응기 하우징 덮개(1), 반응기 하우징 바닥(3) 및 반응기 하우징 벽(2)에 의해서 형성된다. 상기 반응기 하우징 벽(2)은 관 형태로 뻗을 수 있다. 하우징 내부는 도면에 도시되어 있지 않은 진공 장치에 의하여 진공 상태로 되거나 또는 대기압 아래에 놓인 프로세스 챔버 압력에 맞추어 조절된 상태로 유지될 수 있다.The reactor housing is formed by a reactor housing cover 1, a reactor housing bottom 3 and a reactor housing wall 2. The reactor housing wall 2 may extend in the form of a tube. The interior of the housing may be evacuated by a vacuum device not shown in the figures, or may be maintained adjusted to the process chamber pressure under atmospheric pressure.

상기 하우징 덮개(1)에는 가스 유입 부재(7)가 고정되어 있으며, 상기 가스 유입 부재에는 공급 라인(21)을 통해서 세척용 가스 또는 공정 가스가 공급된다. 상기 가스 유입 부재(7)는 스테인레스 강으로 제조된 중공 몸체로 이루어지며, 상기 중공 몸체 안에서 상기 공급 라인(21)의 개구 앞에는 충격 플레이트(20)(impact plate)가 존재한다. 상기 가스 유입 부재(7)의 하부 면은 가스 배출 플레이트를 형성하고, 상기 가스 배출 플레이트는 체(sieve) 형태로 배치된 다수의 가스 배출 개구(8)를 구비한다. 아래로 향하는 상기 가스 배출 플레이트의 외부 면은 프로세스 챔버 덮개(10)를 형성한다. 상기 가스 배출 개구(8)들 사이에는 냉각 채널(23)이 존재하며, 상기 프로세스 챔버 덮개(10)를 냉각시키기 위하여 액체 상태의 냉각제, 예를 들어 물이 상기 냉각 채널을 통해서 흐른다.A gas inlet member 7 is fixed to the housing cover 1, and a cleaning gas or a process gas is supplied to the gas inlet member through a supply line 21. The gas inlet member 7 consists of a hollow body made of stainless steel, in which there is an impact plate 20 in front of the opening of the supply line 21. The lower face of the gas inlet member 7 forms a gas outlet plate, which has a plurality of gas outlet openings 8 arranged in a sieve form. The outer face of the gas exhaust plate facing downward forms the process chamber cover 10. There is a cooling channel 23 between the gas outlet openings 8 and a liquid coolant, for example water, flows through the cooling channel to cool the process chamber lid 10.

상기 가스 유입 부재(7) 아래에 배치된 서셉터(5)의 상부 면이 상기 가스 유입 부재(7)의 가스 배출 플레이트에 대하여 평행하게 연장되며, 상기 서셉터의 상부 면은 프로세스 챔버 바닥(9)을 형성한다. 상기 가스 유입 부재(7)와 상기 서셉터(5) 사이에서는 프로세스 챔버(4)가 연장된다. 상기 원판 모양 서셉터(5)의 직경은 30 cm 이상일 수 있다.An upper face of the susceptor 5 disposed below the gas inlet member 7 extends parallel to the gas outlet plate of the gas inlet member 7, the upper face of the susceptor being the process chamber bottom 9. ). The process chamber 4 extends between the gas inlet member 7 and the susceptor 5. The disc-shaped susceptor 5 may have a diameter of 30 cm or more.

상기 서셉터(5)는 상기 프로세스 챔버(4)의 중심 축(6) 안에 있는 기둥(column)(22)에 의해서 지지가 된다. 상기 기둥(22)은 코팅 프로세스 동안에 상기 축(6)을 중심으로 서셉터(5)를 회전시키기 위하여 회전 구동될 수 있다.The susceptor 5 is supported by a column 22 in the central axis 6 of the process chamber 4. The pillar 22 can be rotationally driven to rotate the susceptor 5 about the shaft 6 during the coating process.

상기 서셉터(5) 아래에는 캐리어 플레이트(17)가 있으며, 상기 캐리어 플레이트는 예를 들어 석영으로 이루어질 수 있고, 다수의 가스 배출 개구(18)를 갖는 가스 배출 링(16)에 의해서 지지가 되며, 상기 가스 배출 링은 도면에 도시되어 있지 않은 진공 장치에 연결되어 있다.Under the susceptor 5 there is a carrier plate 17, which may be made of quartz, for example, and is supported by a gas outlet ring 16 having a plurality of gas outlet openings 18. The gas discharge ring is connected to a vacuum device not shown in the figure.

상기 서셉터(5) 및 상기 캐리어 플레이트(17) 아래에는 흑연으로 제조된 서셉터(5) 내부로 와류를 유도하는 RF-장을 발생시킬 수 있는 가열 나선(heating spiral)이 존재함으로써, 결과적으로 이와 같은 상황에 의해서는 상기 서셉터(5)가 프로세스 온도로 가열될 수 있게 된다.Under the susceptor 5 and the carrier plate 17 there is a heating spiral which can generate an RF-field that induces vortex into the susceptor 5 made of graphite, and consequently, In this situation, the susceptor 5 can be heated to the process temperature.

스핀들 구동 장치(13), 상기 스핀들 구동 장치(13)에 의해서 회전 구동될 수 있는 스핀들(12) 및 상기 캐리어 플레이트(17)에 배치된 스핀들 너트(14)를 구비하는 다수의 액추에이터(11)가 제공되었다. 상기 액추에이터(11)에 의해서는 상기 서셉터(5), 상기 캐리어 플레이트(17) 및 상기 가열 장치(15)의 수직 위치가 변동될 수 있다.A plurality of actuators 11 having a spindle drive 13, a spindle 12 which can be rotationally driven by the spindle drive 13 and a spindle nut 14 arranged on the carrier plate 17 are provided. Was provided. By the actuator 11, vertical positions of the susceptor 5, the carrier plate 17, and the heating device 15 may be varied.

따라서, 상기 액추에이터(11)에 의해서는 프로세스 챔버 높이(H)가 최솟값과 최댓값 사이에서 변동될 수 있다. 상기 높이(H)는 4 mm 내지 50 mm의 범위 안에서 변동될 수 있다. 상기 서셉터의 직경은 통상적으로 30 cm이고, 통상적으로는 최대 650 cm이다.Thus, the actuator 11 allows the process chamber height H to vary between the minimum and maximum values. The height H can vary within the range of 4 mm to 50 mm. The susceptor is typically 30 cm in diameter, typically up to 650 cm.

전술된 장치에 의해서는 아래와 같은 처리 방법이 실행된다:By the above-described apparatus, the following processing method is executed:

실온과 200 ℃ 내지 300 ℃ 사이의 범위에 놓일 수 있는 적재-/하적 온도에서는 반응기 하우징이 개방되며, 이와 같은 개방은 예를 들어 반응기 하우징 덮개(1)를 들어올림으로써 이루어질 수 있다. 가스 유입 부재(7)가 반응기 하우징 덮개(1)에 단단히 고정되어 있기 때문에, 서셉터(5)에 기판(19)을 적재하기 위해서는 상기 반응기 하우징 덮개(1)가 개방된 상태에서 상기 서셉터에 접근할 수 있다. 서셉터(5)에 코팅할 기판(19)이 적재된 후에는, 프로세스 챔버 하우징이 재차 폐쇄된다. 프로세스 챔버(4)는 본 경우에 질소일 수 있는 세척용 가스로 세척된다. 서셉터(5)는 가열 장치(15)와 함께 액추에이터(11)에 의해서 최대로 강하된 위치로 이동하게 되고, 상기 위치에서 프로세스 챔버 높이(H)는 자신의 최댓값, 예를 들어 적어도 7 cm를 취하게 된다. 서셉터(5)로부터 냉각된 프로세스 챔버 덮개(10)로의 열 전달이 최소로 된 상기와 같은 상태에서, 상기 서셉터(5)는 600 ℃ 위에 놓일 수 있는 또는 심지어 1,000 ℃ 위에도 놓일 수 있는 자체 프로세스 온도로 가열된다.The reactor housing is opened at a load / unload temperature which may be in the range between room temperature and 200 ° C. to 300 ° C., such an opening may for example be achieved by lifting the reactor housing cover 1. Since the gas inlet member 7 is firmly fixed to the reactor housing cover 1, in order to load the substrate 19 on the susceptor 5, the reactor housing cover 1 is opened to the susceptor. I can access it. After the substrate 19 to be coated on the susceptor 5 is loaded, the process chamber housing is closed again. The process chamber 4 is washed with a cleaning gas which may in this case be nitrogen. The susceptor 5 moves with the heating device 15 to the position of the maximum drop by the actuator 11, where the process chamber height H is determined to its maximum value, for example at least 7 cm. Get drunk. In such a state where heat transfer from the susceptor 5 to the cooled process chamber cover 10 is minimal, the susceptor 5 can be placed on its own process, which can be placed above 600 ° C or even above 1,000 ° C. Heated to temperature.

공정 가스가 공급 라인(21)을 통해 가스 유입 부재(7) 안으로 유입되고, 가스 배출 개구(8)로부터 프로세스 챔버(4) 내부로 배출됨으로써, 기판(19) 상에서 반도체 층들이 증착되는 에피택셜 성장 프로세스가 시작된다.Process gas enters the gas inlet member 7 through the supply line 21 and is discharged from the gas outlet opening 8 into the process chamber 4 to thereby epitaxial growth in which semiconductor layers are deposited on the substrate 19. The process begins.

에피택셜 성장 단계가 종료된 후에는 프로세스 챔버(4)가 세척용 가스로 세척되고, 본 경우에는 수소가 세척용 가스로서 사용될 수 있다. 서셉터(5)는 액추에이터(11)에 의해서 수직 방향으로 최대 위치까지 위로 이동하게 되고, 상기 위치에서는 프로세스 챔버 높이(H)가 자체 최솟값을 취하게 된다. 상기 프로세스 챔버 높이는 예를 들어 최대 2 cm에 달할 수 있다. 가열 장치(15)가 스위치-오프 된 상태에서 그리고 냉각제에 의해서 냉각된 프로세스 챔버 덮개(10)에 의해 서셉터(5)는 냉각되며, 이 경우 상기 서셉터(5)로부터 상기 냉각된 프로세스 챔버 덮개(10)로의 열 전달은 열 전도성이 우수한 세척용 가스 및 최소 거리로 인하여 최대로 되었다.After the epitaxial growth step is finished, the process chamber 4 is washed with a cleaning gas, in which case hydrogen can be used as the cleaning gas. The susceptor 5 is moved up to the maximum position in the vertical direction by the actuator 11, in which the process chamber height H takes its own minimum value. The process chamber height can for example be up to 2 cm. With the heating device 15 switched off and by the process chamber cover 10 cooled by a coolant, the susceptor 5 is cooled, in which case the cooled process chamber cover from the susceptor 5. Heat transfer to (10) was maximized due to the cleaning gas and minimum distance with good thermal conductivity.

적재-/하적 온도에 도달한 후에는 질소가 프로세스 챔버 안으로 유입되고, 반응기 하우징 덮개(1)가 기판 교체를 목적으로 개방된다.After reaching the loading / unloading temperature nitrogen is introduced into the process chamber and the reactor housing cover 1 is opened for substrate replacement.

개시된 모든 특징들은 (그 자체로서) 발명에 중요하다. 따라서, 본 출원서의 공개 부분에는 해당/첨부된 우선권 서류(선출원서의 등본)의 공개 내용도 전체 내용적으로 함께 포함되어 있으며, 그 목적은 상기 우선권 서류의 특징들을 본 출원서의 특허청구범위 안에 수용하기 위함이다. 특히 종속 청구항들에 대한 분할 출원을 실행하기 위하여, 상기 종속 청구항들은 임의 선택적으로 병렬 배치된 자체 텍스트 안에서 독자적이고 진보적인 선행 기술의 개선 예를 특징적으로 보여주고 있다.All the features disclosed are important to the invention (as it is). Accordingly, the disclosure part of this application also includes the disclosure contents of the corresponding / attached priority document (a copy of the prior application), with the purpose of accommodating the features of the priority document within the claims of this application. To do this. In particular, in order to carry out the divisional application of the dependent claims, the dependent claims feature an inventive and inventive improvement of the prior art in its own text which is optionally arranged in parallel.

1: 반응기 하우징 덮개 2: 반응기 하우징 벽
3: 반응기 하우징 바닥 4: 프로세스 챔버
5: 서셉터 6: 축
7: 가스 유입 부재 8: 가스 배출 개구
9: 프로세스 챔버 바닥 10: 프로세스 챔버 덮개
11: 액추에이터 12: 스핀들
13: 스핀들 구동 장치 14: 스핀들 너트
15: 가열 장치 16: 가스 배출 부재
17: 캐리어 플레이트 18: 가스 배출 개구
19: 기판 20: 충격 플레이트
21: 공급 라인 22: 기둥
23: 냉각 채널
H: 프로세스 챔버 높이1: reactor housing cover 2: reactor housing wall
3: reactor housing bottom 4: process chamber
5: susceptor 6: axis
7: gas inlet member 8: gas outlet opening
9: process chamber bottom 10: process chamber cover
11: actuator 12: spindle
13: spindle drive 14: spindle nut
15: heating device 16: gas discharge member
17: carrier plate 18: gas discharge opening
19: substrate 20: impact plate
21: supply line 22: pillar
23: cooling channel
H: process chamber height

Claims (12)

가공품, 특히 반응기 하우징(1, 2, 3)의 프로세스 챔버(4) 안에 있는 반도체 기판(19)을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법으로서,
상기 프로세스 챔버는 가열 장치(15)에 의해서 가열될 수 있는 그리고 상기 가공품을 수용하기 위한 서셉터(5)(susceptor)를 구비하는 프로세스 챔버 바닥(9) 및 냉각 장치(23)에 의해서 냉각될 수 있는 프로세스 챔버 덮개(10)를 형성하며, 이때 상기 프로세스 챔버 덮개(10)와 프로세스 챔버 바닥(9) 간의 거리에 의해서 규정되는 프로세스 챔버 높이(H)는 가변적이며, 이때 한 가열 단계에서는 가공품을 프로세스 챔버 안에 적재하는 적재 온도 또는 가공품을 프로세스 챔버로부터 하적하는 하적 온도로부터 프로세스 온도로 상기 서셉터(5)가 가열되며, 상기 가열 단계에 후속하는 한 처리 단계에서는 프로세스 온도에서 가공품이 열적으로 처리되며, 그 다음에 후속하는 냉각 단계에서는 상기 서셉터가 적재/하적 온도로 냉각되는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법에 있어서,
상기 가열 단계 동안에는 상기 프로세스 챔버 높이(H)가 최댓값을 취함으로써, 결과적으로 상기 가열된 서셉터(5)로부터 상기 냉각된 프로세스 챔버 덮개(10)로의 열 흐름은 최소로 되며, 그리고 상기 냉각 단계 동안에는 상기 프로세스 챔버 높이(H)가 최솟값을 취함으로써, 결과적으로 상기 냉각되는 서셉터(5)로부터 상기 냉각된 프로세스 챔버 덮개로의 열 흐름은 최대로 되며, 이때 상기 프로세스 챔버 덮개(10)로 흐르는 열(10)이 냉각 장치(23)에 의해서 방출되는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.As a method for treating, in particular coating, a workpiece, in particular a semiconductor substrate 19 in the process chamber 4 of the reactor housings 1, 2, 3,
The process chamber can be heated by a heating device 15 and cooled by a process chamber bottom 9 and a cooling device 23 having a susceptor 5 for receiving the workpiece. Forming a process chamber lid 10, wherein the process chamber height H, which is defined by the distance between the process chamber lid 10 and the process chamber bottom 9, is variable, in one heating step the workpiece is processed. The susceptor 5 is heated from the loading temperature for loading the workpiece into the chamber or from the loading temperature for loading the workpiece from the process chamber, and in the processing step subsequent to the heating step, the workpiece is thermally processed at the process temperature, In the subsequent cooling step, the susceptor is cooled to loading / unloading temperature,
In a method for treating, in particular for coating a workpiece, in particular a semiconductor substrate,
The process chamber height H takes the maximum value during the heating step, consequently the heat flow from the heated susceptor 5 to the cooled process chamber cover 10 is minimized, and during the cooling step The minimum value of the process chamber height H results in a maximum heat flow from the cooled susceptor 5 to the cooled process chamber lid, with the heat flowing into the process chamber lid 10. Characterized in that (10) is discharged by the cooling device 23,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 또는 특히 제 1 항에 있어서,
상기 처리 단계 동안에는 상기 프로세스 챔버 커버(10)를 형성하는 가스 유입 부재(7)를 통해서 공정 가스가 상기 프로세스 챔버(4) 안으로 유입되며, 상기 공정 가스는 상기 서셉터(5) 상에 올려지는 적어도 하나의 기판(19) 상에서 화학 반응에 의해 또는 응축에 의해 하나의 층을 형성하는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to claim 1 or in particular 1,
During the processing step process gas is introduced into the process chamber 4 through a gas inlet member 7 forming the process chamber cover 10, the process gas being at least loaded on the susceptor 5. Characterized in that one layer is formed on one substrate 19 by chemical reaction or by condensation,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 1 항 및 제 2 항 또는 특히 제 2 항에 있어서,
상기 가열 단계 동안에는 예를 들어 질소와 같은 열 전도성이 낮은 세척용 가스가 상기 가스 유입 부재(7)를 통해서 상기 프로세스 챔버(4) 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to claim 1 or 2 or 1 or 2 or in particular 2,
During the heating step, it is characterized in that for example, a low thermal conductivity cleaning gas, such as nitrogen, is introduced into the process chamber 4 through the gas inlet member 7.
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 3 항에 있어서,
상기 냉각 단계 동안에는 예를 들어 수소와 같은 열 전도성이 높은 공정 가스가 상기 가스 유입 부재(7)를 통해서 상기 프로세스 챔버(4) 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to any one of claims 1 to 3 or multiple or especially 3
During the cooling step, a process gas having a high thermal conductivity such as, for example, hydrogen is introduced into the process chamber 4 through the gas inlet member 7,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 4 항에 있어서,
상기 처리 단계는 MOCVD-증착 프로세스인 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to any one of claims 1 to 4 or multiple or especially 4
Wherein said processing step is a MOCVD-deposition process,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 5 항에 있어서,
상기 처리 단계는 1,000 mbar 미만의 프로세스 챔버 압력에서 실시되는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to any one of claims 1 to 5 or a plurality of or in particular to 5,
The processing step is carried out at a process chamber pressure of less than 1,000 mbar,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 6 항에 있어서,
상기 흑연으로 제조된 서셉터(5)는 RF-가열 장치(15) 또는 IR-가열 장치에 의해서 온도 조절되는 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to any one of claims 1 to 6 or multiple or especially 6
The susceptor 5 made of graphite is characterized in that the temperature is controlled by the RF-heating device 15 or the IR-heating device,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 7 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버 덮개는 냉각 채널(23)을 통해서 흐르는 액상의 냉각제에 의해서 냉각되는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.8. A method according to any one of claims 1 to 7, or a plurality of or in particular 7,
The process chamber cover is cooled by a liquid coolant flowing through the cooling channel 23,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 8 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버 높이(H)를 변동시키기 위하여 상기 서셉터(5)가 상기 가열 장치(15)와 함께 액추에이터(11)에 의해서 상기 반응기 하우징(1, 2, 3)에 대하여 수직 방향으로 변위 되는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to any one of claims 1 to 8 or multiple or especially 8
The susceptor 5 is displaced in a vertical direction with respect to the reactor housings 1, 2, 3 by the actuator 11 together with the heating device 15 to vary the process chamber height H. Characterized by
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 특히 제 9 항에 있어서,
적어도 30 cm의 직경을 갖는 상기 원판 모양의 서셉터(5)는 프로세스 챔버 덮개까지의 자신의 최소 거리 위치에서는 상기 프로세스 챔버 덮개로부터 최대 2 cm 떨어져 있으며, 그리고 프로세스 챔버 덮개까지의 자신의 최대 거리 위치에서는 상기 프로세스 챔버 덮개로부터 적어도 7 cm 떨어져 있는 것을 특징으로 하는,
가공품, 특히 반도체 기판을 처리하기 위한, 특히 코팅하기 위한 방법.The method according to any one of claims 1 to 9, or a plurality of or in particular 9,
The disc shaped susceptor 5 having a diameter of at least 30 cm is at most 2 cm away from the process chamber cover at its minimum distance to the process chamber cover, and at its maximum distance to the process chamber cover. Is at least 7 cm away from the process chamber cover,
A method for treating, in particular coating, workpieces, in particular semiconductor substrates. 반응기 하우징(1, 2, 3)의 프로세스 챔버(4) 안에 있는 적어도 하나의 기판(19) 상에서 적어도 하나의 층을 증착하기 위한 방법으로서,
상기 프로세스 챔버(4)는 이 프로세스 챔버의 바닥(9)을 형성하고 가열 장치(15)에 의해서 가열될 수 있으며 상기 적어도 하나의 기판(19)을 수용하기 위한 서셉터(5) 및 냉각 장치(23)에 의해서 냉각될 수 있는 프로세스 챔버 덮개(10)를 구비하며, 이때 프로세스 챔버 덮개(10)와 프로세스 챔버 바닥(9) 간의 거리는 하나의 최솟값과 상기 최솟값으로부터 벗어나는 하나의 최댓값 사이에서 변동될 수 있는 프로세스 챔버 높이(H)를 규정하며, 이때 상기 방법은
- 서셉터(5)를 적재-/하적 온도로 온도 조절하는 단계;
- 적재-/하적 온도에서 적어도 하나의 기판(19)을 상기 서셉터(5)에 적재하는 단계;
- 적재-/하적 온도로부터 상기 적재-/하적 온도보다 더 높은 프로세스 온도로 상기 서셉터(5)를 가열하는 단계로서, 이 단계 동안에는 프로세스 챔버 높이(H)가 자체 최댓값을 취하며;
- 상기 프로세스 챔버 높이(H)가 프로세스 온도에서 자체 최댓값보다 크지 않고 자체 최솟값보다 작지 않을 때에 공정 가스를 상기 프로세스 챔버(4) 내부로 유입시키고 분해함으로써 상기 적어도 하나의 기판(19) 상에 적어도 하나의 층을 증착시키는 단계;
- 상기 서셉터(5)를 프로세스 온도로부터 적재-/하적 온도로 냉각시키는 단계로서, 이 단계 동안에는 상기 프로세스 챔버 높이(H)가 자체 최솟값을 취하고, 이때 상기 프로세스 챔버 덮개(10)는 냉각되며;
- 적재-/하적 온도에서 상기 프로세스 챔버(10)를 하적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
프로세스 챔버 안에 있는 적어도 하나의 기판상에서 적어도 하나의 층을 증착하기 위한 방법.Method for depositing at least one layer on at least one substrate 19 in a process chamber 4 of reactor housings 1, 2, 3,
The process chamber 4 forms the bottom 9 of the process chamber and can be heated by a heating device 15 and susceptor 5 and a cooling device for receiving the at least one substrate 19. A process chamber cover 10 which can be cooled by 23), wherein the distance between the process chamber cover 10 and the process chamber bottom 9 may vary between one minimum and one maximum value deviating from the minimum. Defines a process chamber height (H), wherein the method
Temperature control of the susceptor 5 to the loading / unloading temperature;
Loading at least one substrate 19 into the susceptor 5 at a loading / unloading temperature;
Heating the susceptor 5 from a load / unload temperature to a process temperature higher than the load / unload temperature, during which the process chamber height H takes its maximum value;
At least one on the at least one substrate 19 by introducing and decomposing process gas into the process chamber 4 when the process chamber height H is not greater than its maximum at the process temperature and less than its minimum Depositing a layer of;
Cooling the susceptor (5) from process temperature to loading / unloading temperature, during which the process chamber height (H) takes its minimum value, wherein the process chamber cover (10) is cooled;
-Unloading said process chamber 10 at a loading / unloading temperature,
A method for depositing at least one layer on at least one substrate in a process chamber. 제 11 항 또는 특히 제 11 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버 덮개(10)는 상기 서셉터를 가열하는 동안에 그리고 상기 가공품을 처리하는 동안에 냉각되는 것을 특징으로 하는,
프로세스 챔버 안에 있는 적어도 하나의 기판상에서 적어도 하나의 층을 증착하기 위한 방법.The method according to claim 11 or in particular 11,
The process chamber cover 10 is characterized in that it is cooled while heating the susceptor and while processing the workpiece.
A method for depositing at least one layer on at least one substrate in a process chamber.
KR1020127029969A 2010-04-16 2011-04-08 Heat treatment method having a heating step, a treatment step, and a cooling step KR101832980B1 (en)

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