KR20130027037A - 고생산성 박막 증착 방법 및 시스템 - Google Patents

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칼 조세프 크라메르
자이 아스흐자에에.
메흐르다드 엠. 모스레히
제오르제 디. 카미안
다비드 모르도
타카오 요네하라
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솔렉셀, 인크.
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Abstract

고생산성 박막 증착 방법 및 도구가 제공되며, 상기 1 ㎛미만 내지 100㎛ 두께의 박막 반도체 물질층은 반응기내에서 복수의 웨이퍼 상에 증착된다. 상기 웨이퍼는 배치 서셉터 상에 로딩되며, 상기 배치식 서셉터를 상기 반응기 안에 위치시켜서 상기 반응기(reactor)의 하나 이상의 내부벽과 상기 배치식 서셉터 사이에 테이퍼 형태의(tapered) 기류(gas flow) 공간을 형성시킨다. 반응가스는 그 다음 테이퍼 형태의 기류 공간 및 각각의 웨이퍼 위로 향하게 되므로, 각각의 웨이퍼에 걸쳐서 및 웨이퍼에서 웨이퍼로의 증착 균일성을 개선할 수 있다.

Description

고생산성 박막 증착 방법 및 시스템{HIGH PRODUCTIVITY THIN FILM DEPOSITION METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 에피택셜(epitaxial) 반도체 증착 또는 성장에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 이원(binary) 또는 삼원(tertiary) 단결정의 실리콘, 게르마늄, 탄소 합금뿐만 아니라 갈륨비소 같은 기타 화합물 반도체를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 단결정 실리콘 또는 기타 반도체 재료의 에피택셜 증착(또는, 성장이라고도 부름)을 가능하게 하는 도구에 관한 것이다.
오늘날, 결정 실리콘(crystalline silicon)은 광전 변환 산업에 있어서 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있으며, 이는 전체 광전 변환 산업 점유율의 85%를 넘는다. 대부분의 박막 기술과 비교하여 결정질 태양 전지와 관련된 상대적으로 높은 효율은 환경적으로 무해할 뿐만 아니라 풍부하기 때문에 계속적인 사용 및 발전이 이루어지고 있다. 더 얇은 결정질 실리콘 태양전지로 가는 것이 광전 변환 생산 비용을 줄이고 결과적으로 LCOE(Levelized Cost of Electricity)를 줄일 수 있는 가장 주요한 방법 중 하나이다. 이는 총 광전 변환 모듈 비용에 있어서 태양 전지에서 사용되는 결정질 실리콘이 상대적으로 높은 재료 비용(약 50%)을 차지하기 때문이다. 그리고, 에피택셜 실리콘 박막 증착이 반도체 산업(이중극 칩이나 스마트 전력소자와 같은 어플리케이션)에서 사용되는 동안에, 단면 또는 양면의 에피택셜 증착 공정을 활용한 단결정 실리콘 생산을 포함해서, 에피택셜 결정질 실리콘 박막의 높은 생산성(단결정 실리콘 생산을 포함하는) 생산은 태양 전지 또는 기타 어플리케이션의 저비용 및 대량생산을 위해서 사용되었으며 이에 대한 많은 도전이 이루어졌다.
단결정 실리콘 애피택시(epi) 공정에서, 박막층은 일반적으로 1050℃ 내지 1250℃의 온도 범위내에서 3염화실란(TCS), 및/또는 4염화규소와 같은 실리콘 유래의 가스와, 수소의 혼합물을 이용하여 증착된다. 증착은 상기 전구체 가스들이 가열된 이후 어느 노출되어있는 가열된 표면에서 이루어지기 때문에, 되도록 가스의 가열을 위해 할당된 챔버 영역을 줄이는 것이 유리하다. 그러나, 종래의 배치식(batch) 애피택시(epi)챔버의 경우 웨이퍼의 개수가 증가할수록 가스 유속과 총 열전비도 증가한다. 그리고 더 높은 가스 유속을 위한 총 열전비를 수용하기 위해 가열 영역을 증가시킴에 있어서의 한가지 문제점은 원하지 않은 혹은 기생 증착에 챔버의 더 많은 부분을 노출시킨다는 것이다.
더욱이, 타겟 실리콘 기판에 의해 덮히지 않은 가열된 epi 챔버 영역(기생 증착 구역)을 줄이는 것이 바람직하다. 상기와 같이 덮힌 부분에 대비 덮히지 않은 부분의 비율이 낮아질수록, 더 효과적인 소스 가스의 활용이 가능하고, 대부분의 경우 서셉터의 청소 유지 비용이 낮아진다. 이와 같은 이유 및 기타 생산성 관련 이유 때문에 웨이퍼의 개수(또는 웨이퍼 배치 사이즈)는 주어진 증착 챔버내에서 증가시키는 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 열 소모 고려(thermal budget considerations)와 같은 실질적으로 생산성을 증가시키기 위한 이유에서, 실리콘 기판의 양면에 epi 박막을 증착시키는 것이 바람직할 것이다 - 예컨대, 재사용 가능한 결정질 반도체 템플레이트의 양면에 증착된 epi 박막층이 기본적으로 편면 템플레이트와 비교하여 두배의 수확률로 태양 전지 제작을 위하여 수확되고 리프트 오프(lift off)되는 어플리케이션.
낮은 실리콘 사용으로 높은 태양전지 효율을 달성하기 위한 가장 유망한 기술 중 하나는 운반체 웨이퍼(템플레이트)상에 몇 분의 1㎛ 내지 100㎛사이의 박막이나 호일(foil)로써 실리콘의 증착을 이용하는 것이다. 이와 같은 템플레이트는 약한 릴리즈 또는 분리(또는 제거)층 또는 레이어 시스템을 가진다. 이는 다공성의 반도체 또는 특히 다공성 실리콘 레이어 일 수 있으며, 다음에 이어지는 상기 증착된 얇은 반도체 박막층이나 호일의 제거와 관련하여, 박막이나 호일의 얇고(100㎛이하) 넓은(100cm²이상) 기판의 사이즈 때문에 발생할 수 있는 기계적인 파손을 방지하기 위하여 강화된 레이어의 사용이 요구될 수 있다. 따라서, 그와 같은 다공성 레이어의 적어도 일부분은 약한 레이어로 사용될 수 있으며, 증착된 기판으로부터 증착된 epi 박막이 리프트 오프될 수 있다. 하지만, 현재의 증착 장비 및 공정의 경우 에피택셜 실리콘 박막층의 대규모, 다량의 증착을 위해서는 비용이 많이 소요되며 복잡하다.
epi 박막층의 다량의 생산에 있어서 또 다른 문제점은 기판과 가스를 공정상의 필수적인 온도로 가열하기 위한 각각의 도구에 요구되는 전력의 양이다. 각각의 도구에 있어서의 요구되는 첨두 전력(peak power)은 종종 수백 킬로와트 또는 심지어는 메가와트에 이르기 때문에, 관리되지 않는 경우 개별의 또는 복수의 도구의 시동은 공장에서 매우 거대한 전기적 서지(surge)현상 및 새그(sag) 현상을 발생시킬 수 있다.
실리콘 기판 상의 고품질의 epi 박막을 형성에 있어서의 또 다른 우려는 기판에 흡수되어 있거나 갇혀 있는 수분의 존재이다. 이것은 기판의 표면이 다공성이거나 몇몇의 양극으로(anodically) 식각된 다공성의 레이어를 포함한다면, 예를 들어 다공성의 희생 레이어의 사용을 통하여 기저 재료(재사용가능한 템플레이트)로부터 차후의 리프팅을 위한 단결정 실리콘 애피택시 박막층과 함께, 특별하게 중요할 수 있다. 이와 같은 문제는 epi 박막이 이중 또는 다중 레이어 다공성 실리콘 구조상에 epi 박막이 증착될 때 일어날 수 있다.
고생산성의 장비의 디자인을 위해서는 상기의 공정에 있어서의 필요요건에 관한 적합한 이해와 장비의 구조 내에서 이와 같은 필요 요건을 적절히 반영하는 것이 필요하다. 박막 기판의 높은 생산 수율을 위해서는 로버스트(robust) 공정 및 신뢰할 수 있는 증착 장비가 요구된다. 따라서, 저가의 고효율 태양 전지의 높은 효율의 생산을 위해서는 높은 생산성, 신뢰성 및 효율성을 갖춘 반응기가 필수적이다.
상기와 같은 이유에서, 높은 생산성의 박막 증착 방법 및 시스템에 대한 요구가 발생되었다. 상기에서 개시된 내용과 부합되는 높은 생산성의 증착 방법이 제공되며, 이는 기존에 개발된 박막 증착 방법과 관련된 문제점 및 난점을 실질적으로 감소시키거나 제거시킬 수 있다.
본 발명에 개시된 일 양상에 의하면, 높은 생산성의 박막 증착 방법 및 도구가 제공되며 1 ㎛미만 내지 100㎛ 두께의 박막 반도체 재료층은 반응기내에서 복수의 웨이퍼 상에 증착된다. 상기의 웨이퍼는 배치식 서셉터상에 로딩되며, 상기 배치식 서셉터는 테이퍼 형태의(tapered) 기류(gas flow) 공간이 상기 서셉터와 반응기의 내부벽 사이에 형성될 수 있도록 반응기내에 위치한다. 반응 가스는 테이퍼 형태의 기류 공간 및 각각의 웨이퍼 위로 향하게 되며, 그렇게 함으로써, 각각의 웨이퍼에 걸쳐서 및 웨이퍼에서 웨이퍼로의 증착 균일성이 개선될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 개시된 이점뿐만 아니라 추가적인 새로운 특징들은 여기서 제공된 상세한 설명에 의해 명백해 질 수 있다. 발명의 내용은 본 발명의 포괄적인 설명을 위한 것이 아니라, 본 발명의 기능성의 일부에 대한 짧은 개요를 제공하기 위함이다. 본 발명에서 제공되는 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점들은 하기의 도면과 상세한 설명의 검토를 통하여 당해 발명의 통상의 지식을 가진 자에게 명백해 질 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 포함된 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점들은 본 발명의 범위 내에 포함되어 있다.
본 발명에 개시된 특징, 성질 및 이점은 하기의 도면과 함께 상세한 설명으로부터 더욱 명백해 질 수 있다.
도 1은 본 발명에 개시된 병렬-비종속 공핍 방식 에피택셜 도구의 디자인에 관한 평면도이다.
도 2는 테이퍼 형태의 석영 뚜껑을 포함하는 공핍 방식 챔버의 측면도이다.
도 3은 가변적인 챔버-부피를 가지는 공핍 방식 챔버의 측면도이다.
도 4는 교차 패턴의 상단 및 하단(웨이퍼의 위쪽 및 아래쪽) 가열 램프가 강조된 배치식(batch) 공핍 방식 챔버의 평면도이다.
도 5 및 6은 웨이퍼를 서셉터로 로딩 및 언로딩하고, 웨이퍼를 실어 나르는 서셉터를 일련의 병렬구조 반응기로 로딩 및 언로딩하는 시스템을 묘사한 것이다.
도 7a, 7b 및 7c는 본 발명에 따른 배치식 공핍 방식 반응기(BDMR) 챔버에 대한 단면도이다.
도 8은 도 7에 나타난 BDMR 챔버 및 웨이퍼를 실어 나르는 양면 카세트의 분해 조립도이다.
도 9는 여기서 배치식 스택 반응기(Batch Stack Reactor, BSR) / 공핍 방식 반응기(DMR)라고 언급된 변형된 BDMR의 투시도이다.
도 10은 정방향 가스흐름을 보여주는 BSR/DMR 어셈블리의 단면도이다.
도 11은 서셉터가 꺼내진 BSR/DSR 반응기 어셈블리의 투시도이다.
도 12는 양 방향 기류를 가지는 BSR/DMR의 단면도이다.
도 13은 단 방향 기류를 가지고 웨이퍼 스택이 180도 회전하는 BSR/DMR의 단면도다.
단결정 실리콘 및 공핍방식(depletion-mode)의 에피택셜 증착 반응기와 같은 본 발명의 내용은 특정 실시예를 참고하여 기술되고 있음에도, 통상의 지식을 가진 자라면 여기에서 논의된 원리들을 다른 분야 및/또는 다른 실시예에 과도한 실험없이도 적용가능할 것이다.
본 발명은 높은 생산성의 공핍방식 반응기(DMR)에 관하여 개시하며, 높은 생산성과 낮은 소유비용(low COO)의 배치식 웨이퍼 에피택셜 증착을 제공하는 생산 방법을 개시한다. 상기에서 제공되는 도구들은 에피택셜 증착을 위해, 예를 들어 수소 가스중의 3염화실란(TCS)과 같은 가스 전구체 또는 당해 기술분야에 알려진 다른 전구체를 활용할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서 기술된 "웨이퍼"는 그 표면에 증착이 일어나게 되는 작업물(work piece), 반도체 기판, 기판 또는 템플레이트등과 동일한 의미로 간주될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼는, 애피택시 이후에, 결정질 웨이퍼의 성장 및 릴리즈에 있어서 재사용가능한 템플레이트로 반복적으로 사용될 수 있다. 에피택셜 증착 이후의 작업물(work piece) 또는 웨이퍼의 사용은 본 발명의 범위내에 있는 것이다. 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기본 사상에서 벗어나지 않은 웨이퍼의 무수히 많은 사용형태를 인식할 수 있을 것이다.
본 발명에 개시된 반응기의 새로운 측면은 웨이퍼 서샙터의 배열에 있다.(서샙터는 광에너지와 같은 전자기의 에너지를 흡수하는 능력을 가지고 이러한 에너지를 열에너지와 같은 형태로 웨이퍼에 전달하기 위해 사용되는 소재이다) 상기 서셉터는 유도 가열 코일과 같은 부품과 함께 전자기적으로 가열될 수 있지만, 텅스텐-할로겐 램프와 같은 광 가열램프 또는 전기저항 가열 또한 효과적일 수 있다. 몇몇의 바람직한 실시예에서 가장 선호되는 램프 가열과 함께, 텅스텐-할로겐 램프와 같은 광 가열램프뿐만 아니라 유도 가열 코일 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 서셉터는 높은 생산성을 제공하기 위해 겹쳐 쌓아 올릴 수 있으나, 전체 반응기의 "구성요소"를 제공하기 위한 스택에 의지하지 않는다. 본 발명의 반응기는 공핍 방식의 반응기(DMRs)일 수 있으며, 아닐 수도 있다. "공핍 방식(DM)"은 상대적으로 높은 전구체 또는 가스 이용률을 달성하기 위하여 기류(gas flow)의 방향을 따라 화학물질을 활용하거나 고갈시키는 것을 나타낸다.
본 발명은 생산성이 높은 에피택셜 증착 시스템의 구현에 있어서 장애가 되는 몇몇 사항을 개시하고, 이를 위해 주로 균일성 및 가스 활용 개선을 통한 지렛대 효과를 제공하며, 이는 필수적인 학습주기를 최소화하기 위해 복잡한 증착 공정 및 장비를 배우고 조절하는 경제적인 방법에 대한 가르침과 함께 이루어진다. 상기의 디자인 및 방법은 효율적이고 자동화된 웨이퍼의 수송을 위한 일반적인 처리시스템의 유사한 사용형태를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 병렬-비종속 공핍 방식 에피택셜 증착 도구의 디자인에 관한 평면도이다. 도구(10)는 일반적인 서샙터 로딩 및 언로딩 시스템(자동화)과 함께 3개의 비종속 챔버(12, 14, 16)를 포함한다.(챔버의 개수는 확장이 가능하며, 요구되는 처리량에 따라 증가 또는 감소시킬 수 있다) 각각의 챔버는 2x3 서셉터(서셉터18, 20, 22에 나타난 것 처럼) 상의 반응기 챔버에 도입된 실리콘(또는 CVD나 MOCVD를 이용한 에피택셜 증착을 통한 다른 반도체) 에피택셜 레이어(고유의 또는 도핑된)를 실리콘(또는 다른 결정질 반도체일 수 있으며, 게르마늄 및/또는 탄소와 실리콘 합금을 포함하며 이에 한정되지 않는다) 기판 상에 성장시킬 수 있다. - 중요하게 상기의 서셉터는 예를들어4x6, 2x4등 다른 디자인을 가질 수 있다. 서셉터 상에 로딩된 반도체 웨이퍼, 예를 들어 웨이퍼(24),는 도 1에서는 원형으로 나타나 있으나 정사각형, 정사각형처럼 보이는 형태, 직사각형일 수 있으며, 상기 서셉터 상의 기생 증착을 최소화 하고 전구체의 활용을 최대화할 수 있다. 도 1에서 보이는 것처럼 가스의 유입 및 유출 방향은 바람직하게는 서셉터의 가장 긴 측면과 수직방향일 수 있다. 상기의 반응 가스는 가스 투입을 통해 도입되며, 웨이퍼 위를 지나가며 웨이퍼를 덮고 가스 배출구를 통해 배출된다. 중요하게 이러한 가스의 방향은 양쪽 다 가능하며 전환도 가능하다. - 기류의 절반은 한 방향이고 다른 절반의 흐름은 반대 방향. 또한 상기 기류 방향은 각 진행되는 증착 횟수(애피택셜 증착)에 따라 한번 또는 한번 이상 조절되거나 바뀔 수 있다. 더욱이 도 1의 디자인은 양면 증착이 가능하도록 서섭터 또는 웨이퍼를 고정하는 윈도우 프레임 배열을 위한 공간을 제공할 수 있다.
본 발명의 신규한 디자인은 병렬-비종속 챔버 시스템이다.(연속 챔버 장치와 비교하여) 이와 같은 디자인은, 도 1에서 묘사된 것처럼, 기존의 에피택셜 증착 도구와 비교하여 다수의 이점을 제공한다. 1) 웨이퍼는 주어진 챔버 내에서 각 공정(에피탤셜 증착)동안 움직이지 않으며, 단 한번의 온도 순환을 거치며(복수의 가열-냉각 싸이클을 가지는 연속공정과 비교하여), 따라서 추가적인 열 응력 및 미끄러짐에 대한 위험을 줄인다. 2) 웨이퍼의 수송시스템이 매우 단순화될 수 있다. 3) 유지 접근성이 각각의 도구들이 비 종속적으로 접근가능한 경우처럼 개선될 수 있다. 4) 장치의 효용과 관련하여, 각각의 챔버가 독립적으로 작동하므로 하나의 챔버에 문제가 발생하더라도 영향을 받지 않는다. 5) 일반적인 배치식 공정 챔버의 반복에 기반한 확장성이 뛰어나다 (상기 빌딩 구성단위는 한 개의 챔버로 구성) 6) 효율적인 전력 및 제조 관리를 위해 시차를 주거나 시간을 조정하는 것이 용이하다. 7) 각각의 챔버가 독립적으로 작동하므로 epi 박막층을 증착하는 것이 용이하고 제어가 가능하다. 8) 장치의 복잡성 및 문제점을 감소시키기 위한 챔버의 디자인이 단순화 되므로 신뢰성이 개선된다. 9) 상기 장치의 디자인은 미립자를 형성할 수 있는 움직이는 구성부분이 없다. - 미립자 불순물은 박막의 성능을 저하시키므로 증착 주기 동안 움직이지 않음으로써 박막 증착의 품질을 개선할 수 있다.
보통의 공핍 방식의 반응기는 양방향 가스 주입 시스템을 사용하며, 예를 들어 도 1에 나타난 반응기처럼, 이는 한 방향에서 다른 방향으로 기류를 반전시켜 반응기의 공핍을 보상하고, 웨이퍼에 걸친 균일한 증착을 제공한다. 또 다른 반응물의 공핍을 보상하고 각각의 웨이퍼 및 다수의 웨이퍼에 걸친 균일한 증착을 제공하는 방법은 웨이퍼와 챔버내의 석영 뚜껑(quartz lid) 사이의 공간을 기류 방향으로 테이퍼 형태가 되도록 하는 것이다. 이 경우 테이퍼 형태의 간격은 남은 반응물이 흘러가는 방향에 따라 표면에 더욱 효과적으로 닿게 되어 에피택셜 증착(즉, 증착 균일성의 향상을 야기하는 경계층 성장의 억제)이 균일해질 수 있으므로, 이와 같은 테이퍼링은 가스의 유속을 증가시킬 것이다. 이러한 테이퍼링 컨셉은 도2에서 묘사된다.
도 2는 테이퍼 형태의 석영 뚜껑을 포함하는 공핍 방식 챔버의 측면도에 관한 것이다. 챔버(30)는 경사진 석영 뚜껑 상단부 및 경사진 석영뚜껑 하단부를 포함하며, 상기 상단부 및 하단부 뚜껑이 반응가스가 서셉터(32)상에 위치하는 웨이퍼 위를 지나며 통과하도록 하는 테이퍼 형태의 경로를 형성하며, 선택적으로 복수의 웨이퍼의 양면 증착을 가능하도록 하는 윈도우 프레임 형태내에서 형성될 수 있다. 이와 같은 챔버 디자인은 웨이퍼(34)에서 웨이퍼(36)에 이르는 가스 유속을 증가시며, 웨이퍼(34)에서 웨이퍼(36)까지의 챔버를 통하여 가스가 흐르게 되므로 반응 공핍을 보상할 수 있다. 석영뚜껑 상단부와 챔버의 벽사이에 형성되는 챔버의 내부벽의 각도 "a"는 예각이다. 도2에 나타난 상기 서셉터는 웨이퍼의 양쪽 면에 대한 양면 웨이퍼 에피택셜 증착을 제공하며, 따라서 석영 뚜껑의 상단부 및 하단부 모두 기류를 증가시키기 위해 기울어져 있다. - 편면 웨이퍼 에피택셜 증착의 경우에는 기류를 증가시키기 위해 하나의 챔버벽의 기울어짐이 요구될 수 있고, 이를 통해 가스 공핍이 감소한다.
도 2의 테이퍼 형태의 가스 흐름 디자인은 또한 양 방향 기류와 결합될 수도 있다. 예를 들어, 상기 챔버벽은 챔버의 부피, 가스 유속, 가스 온도 등 epi 성장에 대한 영향을 변화시키기 위하여 웨이퍼로부터 다양한 거리에 있는 상기 석영 뚜껑을 위한 공간을 제공할 수 있다. 도 3은 이러한 개념에 대해 묘사하고 있다.
도3은 가변적인 챔버-부피를 가지는 공핍 방식 챔버의 측면도이다. 챔버(40)는 서셉터(42)상에 위치한 웨이퍼 위를 지나며 통과하는 반응 가스를 위한 공간을 형성하는 석영 뚜껑 상단부 및 석영뚜껑 하단부를 포함하며, 선택적으로 복수의 웨이퍼의 양면 증착을 가능하도록 하는 윈도우 프레임 형태를 포함할 수 있다. 석영뚜껑 상단부 및 하단부 모두 다양한 쉘빙(shelving) 포지션(가변적 경사각)을 가진며, 예를 들어 도면 3에 나타난 석영 뚜껑 상단부를 수용하는 쉘빙 슬롯(48)처럼, 뚜껑의 상단부 또는 하단부는 경사진 챔버벽을 형성하기 위해 위치 (도 2에 나타난 것처럼 그와 같은 각도는 내부의 예각이다) 할 수 있다. 이런 조정은 챔버의 부피를 변화 시키고/시키거나, 챔버를 통해 흘러가는 반응 가스를 위한 공간을 형성하며 가스 유속을 증가시키므로, 웨이퍼(44)에서 웨이퍼(46)로 흘러가는 동안 증착의 균일성에 대한 반응물의 공핍과 관련한 해로운 영향을 제거하거나 이에 대한 보상을 할 수 있다. 대안적인 석영뚜껑의 구조를 설명하기 위한 선택적인 석영뚜껑의 상단부(50) 및 선택적인 석영뚜껑의 하단부(52)처럼 두개의 석영 뚜껑의 가능한 위치는 도3에 나타나 있으며, 상기 챔버의 쉘프를 활용하여 챔버벽을 경사지도록 할 수 있고, 웨이퍼상의 에피택셜 성장을 조절하기 위해 챔버의 부피를 조정 및/또는 테이퍼 형태가 되도록 한다.
양면 증착 동안, 상기 웨이퍼는 양면이 열원에 노출되도록 할 수 있다. 웨이퍼의 얇은 특성 때문에, 열원의 도달 및 웨이퍼 온도의 균일성은 다른 무엇보다 중요하다. 가열 램프를 교차 혹은 어긋난 (staggered) 패턴으로 배열하는 경우 웨이퍼에 균일하게 열을 가하도록 할 수 있다. 도 4는 교차 패턴의 상단 및 하단(웨이퍼의 위쪽 및 아래쪽) 램프가 강조된 배치식(batch) 공핍 방식 챔버의 평면도이다. 일 실시예에 나타난 것처럼 상단 램프 패턴(60)은 웨이퍼 위쪽에 위치하며, 수직줄 패턴의 서셉터 및 하단 램프 패턴(62)은 상기 웨이퍼 및 다수의 웨이퍼의 양면 증착을 가능하도록 하는 윈도우 프레임 형태의 서셉터 하단에 위치한다. 상단 및 하단 램프의 대안이 되는 패턴은 평행 패턴(상단 램프와 하단 램프가 동일한 방향으로 정렬), 어긋난 평행 패턴(상단 램프와 하단 램프가 동일한 방향으로 정렬되고 하프피치에 의해 어긋난)을 포함할 수 있다.
도 5 및 6은 웨이퍼를 서셉터로 로딩 및 언로딩하고, 웨이퍼를 실어 나르는 서셉터를 일련의 병렬구조 반응기로 로딩 및 언로딩하는 시스템을 묘사한 것이다.
도 5a 및 5b는 자동화시스템(80)을 도식화한 평면도 및 측면도이다. 12개의 병렬의 반응기는 도 5에 예시된 것 처럼 배치되나, 상기 반응기의 숫자는 변할 수 있으며, 비용의 효율성이나 다른 요소들,예를 들어 공간활용을 고려한 자동화 시스템의 처리능력에 따라 균형을 이룰 수 있다.
카세트와 같은 웨이퍼 캐리어(wafer carrier, 82)는 운영자(81)나 다른 수단에 의해 자동화 시스템으로 로딩될 수 있다. 로봇(84)은 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어(82)로부터 직접 제거하거나, 통상적으로 웨이퍼 캐리어 시설에 장착된 컨베이어벨트로부터 제거하고 상기 웨이퍼를 서셉터 세트(86)의 웨이퍼 포켓으로 위치 시킨다. 서셉터 세트(86)는 좌우 서셉터를 포함할 수 있다. 상기 좌우 서셉터는 짝지어 졌을 때 짝지어진 쌍의 상단 및 하단이 채널을 형성하며, 가스 흐름을 위해 개방되어 있다.
상기 서셉터 세트(86)의 모든 포켓에 새로운 웨이퍼가 로딩된 후에, 접을수 있는 테이블(88)은 좌우 서셉터를 일치되도록 짝을 지어 서셉터 세트(86)를 닫을 것이며, 연결된 조립의 표면 내부를 덮는 웨이퍼와 함께 채널을 형성할 것이다. 그리고 오버헤드 갠트리(92)는 로딩된 서셉터를 서셉터 운송 트레이(90)로 로딩할 수 있다. 운송 트레이(90)는 많은 서셉터를 위한 공간을 포함할 수 있고, 이 경우에 공정을 위한 반응기의 숫자를 두배가 되도록 할 수도 있으며, 상기 서셉터를 위한 공간은 반응기간의 공간의 절반에 해당하는 간격의 공간일 수 있다.
첫번째 서셉터가 상기 트레이로 로딩된 후, 갠트리(92)는 다른 서셉터 세트를 접을 수 있는 테이블(88)로 이동시킬 것이고, 상기 서셉터 세트는 개방되며 상기 웨이퍼 캐리어로부터 웨이퍼를 두번째 서셉터 세트로 로딩하는 공정은 상기에 기술된 것처럼 반복될 것이다. 모든 서셉터가 로딩된 후, 트레이(90)는 반응기상의 서셉터 로딩 위치로 직접 이동한다.
그 다음에, 분리된 수직운동 갠트리는, 예를 들어 도 6에 나타난 수직이동 갠트리(100)는, 전체의 서셉터 세트를 트레이(90)로부터 들어올리고 상기 트레이는 서셉터가 반응기로 로딩될 수 있는 경로가 형성되도록 뒤로 이동한다. 상기의 수직 이동 갠트리는, 예를들어 도 6에 나타난 예시적 갠트리는, 그다음 상기 서셉터를 반응기로 로딩하고 에피택셜 증착 공정이 시작된다.
상기 증착 공정이 진행되는 동안, 증착 공정이 완료된 후 상기 수직 갠트리가 반응기로부터 박막이 증착된 가공 웨이퍼를 포함하는 이전의 서셉터 세트를 들어올려 증착을 위한 준비가 된 새로운 세트의 웨이퍼와 교환할 수 있도록 로봇(84), 접을수 있는 테이블(88) 및 갠트리(92)는 또 다른 세트의 서셉터에 계속해서 새로운 웨이퍼를 로딩한다. 교환을 용이하게 하기 위해, 트레이(90) 또는 수직 갠트리는 반응기 간의 공간의 절반에 해당하는 수직 이동을 할 수 있다.
도 7a, 7b 및 7c는 본 발명에 따른 배치식 공핍 방식 반응기(BDMR) 챔버에 대한 단면도 이다. 도 7a는 측면에서 비스듬하게 바라본 것이고, 7b는 정면에서 바라본 것이며, 7c는 측면에서 배치식 공핍 방식 반응기를 바라본 것이다. 이 반응기는 많은 처리량에도 불구하고 높은 패키징 밀도, 양면 증착 및 적은 기생 증착을 위해 고안되었다. 이와 같은 디자인은 또한 병렬 구조의 서셉터를 지지할 수 있다. 본 발명은 램프 가열에 한정되지 않으며, 서셉터와 연결되거나 또는 실리콘과 직접 연결된 유도 전기 에너지(RF 또는 AC)와 같은 통상적으로 사용되는 다른 가열 메커니즘에 맞출 수 있음에도 불구하고, 램프 가열은 가열 및 냉각을 위한 빠른 열 순환을 가능하게 한다. 증착 반응기에 있어 웨이퍼의 배치식(batch) 가열을 위한 결합 메커니즘으로써 메가헤르쯔 또는 기가헤르쯔의 파동과 함께 고주파수 전자기 에너지 결합을 사용하는 것 또한 가능하다.
그리고 고도로 도핑된(doped) 웨이퍼의 사용은 두 가지 유익한 효과를 가능하게 한다. 첫째로 다공성 레이어 또는 레이어들 형성의 용이함과, 둘째로 초기 웨이퍼(덜 고도로 도핑된)에 비해 상기 웨이퍼의 더 높은 전기 전도성으로 인한 열원에 따른 개선된 열 결합이 제공된다. 한 예로써, 웨이퍼는 0.01에서 0.02옴센티미터(Ω.cm)의 범위에서 저항률(resistivity)을 가질 수 있지만, 다른 범위가 활용될 수도 있다. 대안으로써, 상기의 디자인은 연이어 로딩된 웨이퍼 또는 웨이퍼 서셉터 플레이트의 사용과 함께 편면 증착을 지지한다.
공정의 싸이클은 웨이퍼 및 챔버 내부의 가열을 포함하고, 이어서 바람직한 공정 온도가 유지되는 동안 에피택셜 실리콘 박막의 증착이 뒤따르며, 언로딩에 적합한 온도가 되도록 웨이퍼 및 챔버내부의 냉각이 이어진다. 바라는 반도체층(몇 분의 1㎛부터 10~ 19 ㎛이르기까지)의 두께에 따라, 상기 공정 주기는 약 몇분에서 몇시간(바람직한 공정 주기 시간은 1시간을 넘지 않을 것이다)에 이를 수 있다. 도 7a, 7b, 7c에 나타난 것처럼, 제공된 챔버내의 가스 유입과 배출은 양쪽 방향 다 가능하며 따라서 가스 흐름 및 배출 방향을 증착 공정 동안 적어도 한번 이상 바꿈으로써 균일한 증착 및 도퍼트(dopant)의 균일성을 제공할 수 있다. 가스 흐름이 뒤바뀌는 동안, 청결성의 온전함을 보존하기 위하여 최소량의 수소가 입력 플리넘(plenum)에서 각각의 포트를 통해 방출된다. 측면 램프는, 예를 들어 도 7a, 7b 및 7c에 나타난 것처럼, 반응기 몸통 주위에 열 균일을 용이하도록 한다. 가스의 방향 전환은 증착 공정에 있어서 반도체의 도핑 및/또는 밴드갭(bandgap)의 조절이 가능하도록 증착 주기 동안 여러번 이루어질 수 있다.
이와 같은 실시예의 핵심적인 측면은 수소 및 3염화 실란(또는 4염화 규소와 같은 다른 실리콘 가스) 전구체는 유입구 플리넘/배플(baffle) 배열을 경유하여 별도로 가열될 수 있다. 이 경우, 수소가 바람직하게 대략의 증착 온도의 범위까지 미리 가열될 수 있고, 또는 더 바람직하게는 에피택셜 증착을 위해 요구되는 웨이퍼 온도보다 다소 높은 온도까지 가열될 수 있으며, 이에 따라 전구체 가스들이 혼합된 이후에 혼합물의 평형 온도가 원하는 epi 온도에 가까워진다. 이것은 특정 가스 로딩에 의한 기판의 냉각, 미끄러짐에 의한 전위(dislocation) 및 증착의 불균일도를 실질적으로 제거할 수 있다. 상기 개시된 방법 및 시스템은 충분한 가열 공간 또는 통로를 제공하고 증착 없이 수소 가스를 가열하기 위해 활용될 수 있다.
결과적으로 대량 생산에 있어서 많은 수의 웨이퍼를 위한 큰 가스유속의 가열이 기생 증착의 증가 없이 달성될 수 있다. 작은 혼합 구역은, 도 7b 및 12에 보이는 것처럼, 가스 플리넘 배출구와 증착챔버 입구 사이에서, 적절한 가스 혼합을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 혼합 구역은 기생 증착을 줄이기 위하여 최소화 되는 것이 바람직하다.
도 8은 도 7에 나타난 BDMR 챔버 및 웨이퍼를 실어 나르는 양면 카세트의 분해 조립도에 관한 것이다. 상기 웨이퍼는 바람직하게는 정사각형이나 정사각형과 같은 형태일 수 있고, 양면 카세트 내에 고정되어 있다. (카세트당 배치(batch) 사이즈는 50보다 클 수 있음에도 불구하고) 각 카세트 내의 웨이퍼의 수는 약 10개 내지 50개에 해당할 수 있다. 그리고 도 7에 나타난 것처럼 많은 수의 카세트는 epi 기류를 위한 연속적인 채널을 형성하기 위해 서로 차곡차곡 쌓아질 수 있다. 각 증착 챔버 당 수직으로 쌓아지고 로딩된 카세트의 숫자는 바람직하게는 최적의 가스 활용 및 처리량을 위해 1개에서 10개에 해당할 수 있다.
도 7에 나타난 BDMR의 예시는, 다수의 챔버를 가지도록 배치될 수도 있다. 이와 같은 멀티-챔버 시스템은 하나의 챔버를 가지는 장치에 비하여 총 제작비용뿐만 아니라 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 개시된 BDMR의 멀티-챔버 시스템 및 개시된 디자인에 의해 고려된 것들은, 챔버들을 가깝게 배열하여 챔버사이에 열원이 부분적으로 공유될 수 있으므로 열에너지의 더욱 효율적인 사용을 가능하도록 할 수 있다. 그러나 많은 챔버를 가지는 멀티-챔버 도구의 하나의 문제점은 요구되는 총 전력이며, 예를 들어 램프는 가열 공정을 위한 전력이 모든 공정 주기 동안 작동 및 정지되어야만 하기 때문이다. 램프 전력의 작동 및 정지 싸이클은 총 전력이 수백 킬로와트에서 메가와트에 이를 때 공장의 중대한 전력 새그(sag) 또는 서지(surge)를 발생시킬 수 있다. 전력 새그 또는 서지를 제거하기 위한 해결책은 여러 챔버(및/또는 하나의 공장 내의 여러 멀티-챔버 반응기)의 램프를 적절한 시간 지연(여러 챔버의 램프의 시차를 둔 시작/정지) 과 함께 연속적으로 켜고 끄는 것이다. 그와 같은 시간의 지연 또는 가열의 시차는 부드러운 전력 로딩을 수용하고 최고 전력 요구량을 줄이기 위해 몇 초에서 몇분에 이를 수 있다. 예를 들어, 만약 공장이 몇몇(예컨대, 10개)의 멀티-챔버 에피택셜 반응기(예컨대, 10개 내지 12개의 챔버를 가지는 반응기)를 사용한다면, 공정이 시작될때 어떤 멀티-챔버 반응기의 챔버에 사용되는 램프는 전력에 있어서 함께 증가됨에도 불구하고, 여러 반응기사이의 공정의 시작(또는 전력의 증가)은 공장에서 요구되는 최고 전력을 실질적으로 줄이기 위한 상기에 개시된 연속적인 스타트업 해결책에 기초하여 적절하게 시차를 둘 수 있다. 이와 같은 최고 전력의 감소는 각각의 챔버에서 공정이 시작될 때 서셉터 및 웨이퍼의 온도 증가를 위해 요구되는 최고 전력이 정상상태나 공정에 있어서의 웨이퍼 온도를 유지하기 위한 평균 전력에 비해 실질적으로 크기 때문에 나타난다. 따라서, 중대한 비용의 감소가 본 발명의 반응기와 방법을 사용한 다량의 에피택셜 반도체 증착 공정에 의해 달성될 수 있다.
그와 같은 첨두 전력의 단계적 사용은 예를 들어, 제조 환경내에서 반응기의 운용 주기를 제어하는 센서 및/또는 공장 제어 스케쥴러를 통하여 달성될 수 있다. 몇몇 반응기의 로딩 및 언로딩에 일반적인 자동화 로봇이 사용된다면, 상기와 같은 스케쥴링은 비용 효율이 높은 기판 및/또는 서셉터를 처리하는 자동화 시스템과 결합될 수 있다. 그와 같은 경우에 있어서 자동화는 예를들어, 다른 반응기의 온도를 증가시키고 스타트업이 진행되는 동안 또 다른 반응기에서 로딩 및 언로딩 공정을 진행할 수 있다.
도 9는 여기서 배치식 스택 반응기(Batch Stack Reactor, BSR) / 공핍 방식 반응기(DMR) 챔버라고 언급된 변형된 BDMR의 투시도 이다. 하나의 실시예에서, 상기의 웨이퍼는 수평 방향의 카세트 "스택"에서 배열된다. 그와 같은 스택 배열의 이점은 높은 수용력(또는 패키징 밀도)과 이에 따른 자본 생산성이다. 카세트 서셉터안의 웨이퍼를 서포트하는 것은 최소한의 접촉과 함께 서셉터 구역 대비 웨이퍼 구역의 비율을 매우 증대시킬수 있으므로, 기생 증착을 감소 시킬 수 있다.
도 12는 양 방향 가스 흐름을 가지는 BSR/DMR의 단면도이고, 도 13은 단 방향 가스 흐름을 가지고 웨이퍼 스택이 180도 회전하는 BSR/DMR의 단면도다.
BSR/DMR 반응기의 공정 싸이클은 BDMR과 유사하고 상기 증착 싸이클의 대략 중간 정도에 해당하고, 기류는 뒤바뀔수 있고(도 13의 실시예에 나타난), 증착 공정 동안 단일 가스의 싸이클 변경이 가정된다. 대안적으로써, 약간 차별화되는 실시예(도 14에 나타난)에서는, 배치식 스택이 180도 회전하거나 인덱싱(indexed) 될 수 있다. 어느 경우에나 이를 통해 전체 웨이퍼 상의 두깨는 균일하지만, 180도 회전은 챔버 디자인과 이에 수반되는 장비의 비용과 복잡성을 감소시키는 배관 시스템을 매우 단순화 시킨다. 대안으로써, 공정이 진행되는 동안 바람직한 회전의 변경이 가능한 경우라면 180도와 다른 회전 각도 또한 손쉽게 사용될 수 있다. 게다가, 회전과 가스 흐름의 변경을 결합하는 경우 또한 적절한 장비 및 공정의 실시예에 있어서 효과적일 수 있다.
가스 플리넘의 배출구와 증착 챔버 입구 사이의 작은 혼합 공간(도 13에 나타난)이 가스 혼합을 보장하기 위해 배정된다. 이러한 혼합 공간은 기생 증착을 감소시키기 위하여 최소화 될 수 있다.
도 10은 정방향 가스흐름을 보여주는 BSR/DMR의 단면도이다. 도 10에 나타난 것처럼, 많은 수의 카세트가 epi 가스 흐름을 위한 연속적인 채널을 형성하기 위해 서로 차곡차곡 쌓아질 수 있다. 수직으로 쌓아 올려진 카세트의 숫자는 , 예를 들면 적절한 가스 활용 및 처리량을 위해 1개 내지 10개에 해당할 수 있다. 도 9에 나타난 본 발명에 따른 BSR/DMR 챔버는 상기의 BDMR 시스템에서 기술된 것처럼 동일한 이점과 함께 멀티-챔버 시스템으로 배치될 수 있다.
도 11은 서셉터가 꺼내진 BSR/DSR 반응기의 투시도이다. 웨이퍼 홀더 또는 서셉터를 몇몇 카세트로 분리하는 것은, 도 8 및 11에서 기술된 것처럼 BDMR 뿐만 아니라 여기 개시된 BSR/DMR에 있어서도 몇몇의 이점이 있다. 첫째, 기판의 로딩 및 언로딩을 위한 자동화가 최적화 될 수 있고, 반응기의 활용을 실질적으로 개선할 수 있다. 웨이퍼는 하나의 자동화 구성부품에 의해 상기 카세트로 또는 상기 카세트로부터 로딩 및 언로딩될 수 있고, 이는 교환 카세트의 사용에 의해 반응기의 로딩 및 언로딩이 오직 카세트만을 사용해 진행할 수 있도록 하기 위함이다. 예를들어, 4개의 카세트가 사용된다면 반응기의 로딩 및 언로딩은 반응기에서 공정이 진행되는 동안 가공된 웨이퍼를 가지는 4개의 다른 카세트는 언로드되고 가공되지 않은 와이퍼가 다시 로딩 될 수 있고, 반면 4개의 카세트를 포함하는 또 다른 배치(batch)는 동시에 공정이 진행될 수 있다. 이와 같은 카세트 교환 개념은 가공중인 카세트 및 이전의 카세트가 가공되는 동안 언로드 되고 다시 로딩되는 교환 카세트를 포함하는 많은 수의 카세트에 있어서도 작동 할 수 있다. 둘째, 카세트 또는 웨이퍼 홀더/서셉터는 일반적으로 한정된 사용시간을 가지는 비싼 부품이며, 이는 에피택셜 증착 공정의 소유비용(cost-of-ownership, COO)에 매우 큰 원인이 된다. 흑연으로 코팅된 탄화규소는 그와 같은 고온을 견딜 수 있는 카세트에 사용되는 전형적인 재료이며 석영, 규소 및 고체 탄화 규소 역시 사용 가능한 재료이다. 더 작은 부품이 단일의 큰 부품 또는/및 일체로 되어 있는 부품보다 일반적으로 생산에 있어 더 저렴하다. 따라서 적합한 점검과 함께, 전체의 카세트 또는 서셉터의 교환 없이 결함이 있는 부품(탄화규소 코팅에 구멍이 났다거나 기계적 구조의 결함을 가진 것)이 교환될 수 있다.
광검출 센서, 예를 들어 절대적 또는 상대적 영상처리에 적합한 카메라는 결함이 있는 카세트, 서셉터 또는 카세트 부품를 확인하고 교환을 보조하는데 이용될 수 있다. 그와 같은 카메라는, 예를 들면 카세트의 언로드 싸이클 동안 또는 완료후 이용될 수 있다. 더욱이, 반응기의 가열 구역 또는, 웨이퍼 또는 카세트의 로딩 및 언로딩 구역 내외에서 카세트의 움직임을 작동시키는 하나 이상의 자동화 장치의 부품은 결함의 점검 및 발견을 위한 스캔 축으로써 역할을 할 수도 있다. 그러한 적합한 점검 기준은 어떤 것이라도 카세트 또는 서셉터 교체를 위한 필요를 판단하기 위해 이용될 수 있다.
공정에서, 본 발명은 일반적으로 박막 재료의 증착을 포함하는 공정과 관계가 있으나 그에 한정되지 않으며, 더 구체적으로는 에피택셜 단결정 실리콘 박막(epi 실리콘 막)을 포함하는, 결정의 증착에 관한 것이며, 이는 높은 효율의 태양광 전지의 생산에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다른 반도체 초소형 전자공학 및 광전자 공학 어플리케이션에 사용될 수 있다. 상기의 제공된 방법과 생산 도구는 대량으로 고품질의 편면 또는 양면 epi 레이어 제작을 가능하게 할 수 있다. 상기에서 제공된 방법과 장비는 기판에 있어서의 기류의 공핍 보상을 위한 신규 수단을 포함하며, 공정의 개선, 가스 전구체 흐름의 가열 및 채널링, 장치의 전력 관리 및 증착 도구의 일부로써 웨이퍼의 적절한 전제조건을 위한 방법을 포함한다.
앞서 살펴본 실시예에 관한 상세한 설명은 당해 발명에 속한 기술자가 본 발명에 개시된 사항을 실시하고 사용할 수 있도록 제공된다. 이와 같은 실시예의 다양한 변형은 당업자에게 아주 명백할 것이고, 여기에서 정의된 포괄적인 원리는 특별한 능력이나 창의적인 능력 없이도 다른 실시예에 쉽게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기서 나타나는 실시예에 한정되도록 의도되지 않았으며, 본 발명의 원리 및 여기에 개시된 신규 특징과 일치하는 가장 넓은 범위와 부합하는 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 포함된 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점들은 본 발명의 범위내에 있는 것이다.

Claims (26)

  1. 배치식(batch) 서셉터(susceptor)에 복수의 웨이퍼를 로딩(loading)하는 단계;
    상기 배치식 서셉터를 상기 반응기 안에 위치시켜서 상기 반응기(reactor)의 하나 이상의 내부벽과 상기 배치식 서셉터 사이에 테이퍼 형태의(tapered) 기류(gas flow) 공간을 형성시키는 단계; 및
    반응 기류를 상기 테이퍼 형태의 기류 공간으로 향하게 해서, 각각의 웨이퍼에 걸쳐서 및 웨이퍼에서 웨이퍼로의 증착 균일성을 개선하는 단계;를 포함하는,
    복수의 웨이퍼 상에 1 ㎛미만 내지 100㎛두께의 박막 반도체 재료층을 증착하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 박막 반도체 재료의 증착은 박막 단결정 실리콘의 에피택셜 증착인 것인, 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 박막 단결정 실리콘 증착을 위한 전구체로 3염화 실란이 사용되는 것인 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 박막 반도체 재료의 증착은 양면(dual-sided) 증착인 것인 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    교차 패턴(cross pattern)으로 배열된 가열램프를 이용하여 상기 반도체 재료를 가열하는 단계;를 더 포함하는 것인, 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    평행 패턴(parallel pattern)으로 배열된 가열램프를 이용하여 상기 반도체 재료를 가열하는 단계;를 더 포함하는 것인, 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    어긋난(staggered) 평행 패턴으로 배열된 가열램프를 이용하여 상기 반도체 재료를 가열하는 단계;를 더 포함하는 것인, 방법.
  8. 챔버의 내부벽과 서셉터 사이에 테이퍼 형태의 기류 공간을 가져서 각각의 웨이퍼에 걸쳐서 및 웨이퍼에서 웨이퍼로의 증착 균일성을 개선하는 기류 챔버를 포함하는,
    배치식 서셉터에서 수행되는 복수의 웨이퍼 상에 1 ㎛미만 내지 100㎛두께의 박막 반도체 재료층을 증착하기 위한 반응기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상의 박막 반도체 재료의 증착은 에피택셜 박막 단결정 실리콘 증착인 것인, 반응기.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상의 박막 반도체 재료의 증착은 양면 증착인 것인, 반응기.
  11. 제 10항에 있어서,
    교차 가열 램프 패턴을 더 포함하는 것인, 반응기.
  12. 제 10항에 있어서,
    평행 가열 램프 패턴을 더 포함하는 것인, 반응기.
  13. 제 10항에 있어서
    어긋난(staggered) 평행 가열 램프 패턴을 더 포함하는 것인, 반응기.
  14. 웨이퍼에 대한 기류의 공핍(depletion)을 감소하기 위해 반응기의 내부 벽과 서셉터 사이에 테이퍼 형태의 기류 공간을 형성하도록 상기 서셉터의 다양한 배치를 가능하게 하는 복수의 선반(shelves)을 포함하는,
    배치식 서셉터에서 수행되는 복수의 웨이퍼 상에 1 ㎛미만 내지 100㎛두께의 박막 반도체 재료층을 증착하기 위한 반응기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상의 박막 반도체 재료의 증착은 에피택셜 박막 단결정 실리콘 증착인 것인, 반응기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상의 박막 반도체 재료의 증착은 양면 증착인 것인, 반응기.
  17. 제 16항에 있어서,
    교차 가열 램프 패턴을 더 포함하는 것인, 반응기.
  18. 제 16항에 있어서,
    평행 가열 램프 패턴을 더 포함하는 것인, 반응기.
  19. 제 16항에 있어서,
    어긋난(staggered) 평행 가열 램프 패턴을 더 포함하는 것인, 반응기.
  20. 서셉터로 작업물을 로딩 및 언로딩하는 하나 이상의 로봇;
    상기 서셉터를 쌓아 올리기 위한 버퍼 트레이(buffer tray);
    상기 서셉터를 상기 버퍼 트레이에 로딩 및 언로딩하는 갠트리 시스템(gantry system); 및
    상기 서셉터 세트를 동시에 일련의 병렬처리 챔버로 로딩 및 언로딩하는 갠트리 시스템;을 포함하는,
    작업물(work piece)을 서셉터 내외로 로딩 및 언로딩하고, 웨이퍼를 일련의 병렬 구조 반응기로 실어 나르는 서셉터를 로딩 및 언로딩하는 시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 버퍼 트레이는 가공된 웨이퍼를 포함하는 서셉터와 가공될 준비가 된 웨이퍼를 포함하는 서셉터용 공간을 포함하는 것인, 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 트레이 상의 서셉터들 사이의 간격은 상기 병렬 구조 반응기들 간격의 절반인 것인, 시스템.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 로봇의 최종 작용체(end-effector)는 비접촉 방식 또는 접촉-비접촉 결합 방식인 것인, 시스템.
  24. 제 20항에 있어서,
    각각의 서셉터는 두 개의 부분으로 구성되고, 상기 두 개의 부분이 짝을 이룰때 기류를 위한 완전한 채널을 형성하고, 각각의 부분으로 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하도록 분리 가능한 것인, 시스템.
  25. 제 20항에 있어서,
    하나 이상의 작동기(actuator)가 웨이퍼의 로딩 및 언로딩 전후에 놓여진 각각의 서셉터의 두 개의 부분에 맞물리고 떨어지는 것인, 시스템.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 로봇의 최종 작용체(end-effector)는 비접촉 방식 또는 접촉-비접촉 결합 방식인 것인, 시스템.

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