KR20140009075A - 기상 증착용 반응기 - Google Patents

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substrate
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첸 오우
웨이-한 왕
치엔-청 웽
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에피스타 코포레이션
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Abstract

본 발명은 캐리어, 및 캐리어 가열용 가열장치를 포함하고, 캐리어는 제1 캐리어, 및 제1 캐리어 상에 형성된 제2 캐리어를 포함하고, 제1 캐리어의 전자파 가열계수가 제2 캐리어의 전자파 가열계수보다 큰 기상 증착용 반응기를 개시한다.

Description

기상 증착용 반응기{REACTIVE APPARATUS FOR VAPOR DEPOSITION}
본 발명은 가열장치 및 캐리어를 포함하고, 캐리어는 제2 캐리어 및 전자파 가열계수가 제2 캐리어보다 큰 제1 캐리어를 더 포함하는 기상 증착용 반응기에 관한 것이다.
공업 제작 과정에서, 각종 응용 수요를 위하여 각종 제품 표면에 박막을 형성해야 하는데, 예를 들면 증착 방식을 통해 형성된다. 증착 원리는 각종 재료를 원자 또는 분자의 크기로 제품의 표면에 박막을 형성하는 것이므로, 반응 시간, 온도 및 기체 유량을 조절하여 두께와 성분이 서로 다른 박막을 형성할 수 있다. 증착은 또한 각종 공업 및 일용품 제작의 가공 응용, 예를 들면 정밀도가 높고 크기가 미세한 전자 산업에 일반적으로 사용된다.
박막 형성 과정에서 재료 반응의 메커니즘에 따라, 대체로 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 및 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)으로 나눌 수 있다. 증착 기술, 반응을 진행하는 반응기 내부 온도, 반응기에 유입되는 기체 성분과 제품 표면의 재료 등 각종 요소의 영향으로 인해, 형성된 박막은 서로 다른 입자구조를 가질 수 있으며, 예를 들면, 단결정, 다결정 및 비결정이다. CVD 또는 PVD의 공정 방법을 응용하여 박막을 형성하면, 상기의 정밀도 및 미세 크기의 요구를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 더욱이 반응 기체에 불순물을 직접 도핑할 수 있어, 박막 중의 불순물의 함량과 분포(dopant profile)를 조절하는 것을 통해, 박막의 성분을 정확하게 조절할 수 있다.
일반적인 박막 형성 방식은 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic Chemical vapor Deposition; MOCVD)이며, 박막 형성 시 캐리어 가스(carrier gas)를 주입하며, 캐리어 가스를 이용하여 반응 원재료인 포화 증기를 반응 챔버로 반입시켜, 반응 원재료로 하여금 가열된 기판 표면에서 반응하도록 한다. 반응 챔버에 진입한 기체 원자들은 먼저 기판상에 흡착되고, 기판 표면에서 서로 충돌하여 원자단으로 결합되며, 점차적으로 누적되어 커지면 이른바 핵섬(nuclear island)을 형성한다. 핵섬의 크기는 기체 원자 증착량의 증가에 따라 증가하고, 핵섬 간의 틈새도 증착의 진행에 따라 충전되어 박막을 형성한다. 이러한 방식을 이용하여 기판 표면에 증착 형성된 박막은, 서로 다른 표면 거칠기를 갖는 기판 상에서 양호한 부착력을 가진다. 기판의 표면이 오목홈, 돌기 또는 도형 등 패턴화 구조를 가지는지 여부에 관계없이, 박막 증착의 각종 온도, 반응 기체 성분 또는 반응 시간을 적절하게 조절하기만 하면 필요한 박막을 형성할 수 있다.
박막 증착의 반응은 반응기 내에서 진행되며, 도 1에 도시한 바와 같이, 반응기(100)의 챔버 내에 캐리어(4) 및 가열장치(6)를 포함하며, 일부 설계는 또한 챔버 내의 반응 온도를 조절할 수 있도록 챔버 내에 감온장치를 추가한다. MOCVD의 반응을 진행할 경우, 반응 원재료가 혼합되어 있는 기체는 반응기(100)에 유입되어, 기판(2) 표면 상에 박막을 형성하고, 기판(2)은 캐리어(4)를 통해 열전도와 복사열의 방식에 의해 가열되고, 캐리어(4)의 구조는 도 2에 도시한 바와 같이 핵심층(8)과 커버층(10)으로 구성된다.
상술한 바에 따르면, 박막은 반응 기체의 원자가 기판(2) 상에 증착되는 것에 의해 형성되므로, 기판(2)의 온도 및 챔버 내부의 온도는 박막 품질에 영향을 주는 중요한 관건이다.
박막이 형성되는 적합한 온도까지 기판을 가열하기 위하여, 챔버 내부를 고온에 견디고 또한 반응 기체와 반응을 발생하지 않는 재료로 제조함으로써, 반응 과정에서 온도가 너무 높아져 챔버가 손상되거나, 또는 챔버 내부와 유입되는 기체가 반응하여 박막 품질이 변하는 상황이 발생하지 않도록 한다. 그러나, 캐리어의 내구성 정도도 기업 생산 원가에 영향을 줄 수 있다. 기판을 놓는 캐리어는 사용 과정에서 표면이 손상되는 상황이 발생하여 박막의 품질에 영향을 줄 수도 있으므로, 반드시 캐리어 교환을 통해 해결해야 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 캐리어 및 캐리어를 가열하는 가열장치를 포함하고, 캐리어는 제1 캐리어 및 제1 캐리어 상에 형성된 제2 캐리어를 포함하고, 또한 제1 캐리어의 전자파 가열계수가 제2 캐리어의 전자파 가열계수보다 큰 반응기를 개시한다.
본 발명에 의하면, 박막의 품질 이상이 오목홈의 손상 또는 오목홈 내의 박막 퇴적에 의해 생길 때, 오목홈과 직접 접촉하는 제2 캐리어만 교체하면 되므로, 전체 캐리어를 교체할 필요가 없어, 원가를 절약할 수 있다.
도 1은 일반적인 반응기를 나타낸다.
도 2는 일반적인 캐리어를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 개시된 반응기의 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 개시된 제2 캐리어의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 개시된 반응기의 다른 일 실시예를 나타낸다.
본 발명은 캐리어 및 가열장치를 포함하는 반응기(200)를 개시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 캐리어는 기판(22)을 적재하기 위한 복수의 오목홈(242)을 포함하는 표면(240)을 구비하고, 제1 캐리어(28) 및 제1 캐리어(28) 상에 위치하는 제2 캐리어(24)를 더 포함하며, 제2 캐리어(24)의 열전도계수는 제1 캐리어(28)보다 크다. 반응 원재료인 포화 증기가 혼합되어 있는 캐리어 기체는 반응기(200)에 유입되고, 가열장치(26) 또한 동시에 캐리어를 가열하며, 온도가 소정의 온도에 도달하면, 기체 원자가 기판(22) 상에 증착되기 시작하여, 박막을 형성한다. 일 실시예에서, 반응기(200)는 기상 증착에 이용되며, 기상 증착은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)이다. 일 실시예에서, 가열장치(26)는 전자파 가열 장치이며, 특정 주파수 범위의 전자파를 방출하여 캐리어 상에 와전류를 형성할 수 있는 전자파 발생 소자를 포함하고, 와전류는 캐리어의 표면에서 흐를 때 저항을 지나면서 손실이 발생하여 열을 생성하며, 생성된 열을 통해 캐리어 상에 놓여진 기판을 가열한다. 일 실시예에서, 제1 캐리어(28)는 전자파를 수신하여 캐리어 표면에 직접 와전류를 형성할 수 있고, 와전류가 캐리어 표면의 저항을 지나면 열에너지를 발생하므로 승온될 수 있으며, 제2 캐리어(24)는 전자파를 수신한 후 표면에서 와전류를 생성하지 못하므로 승온(升溫)될 수 없고 단지 제1 캐리어(28)를 통하여 복사열 및 열전도의 방식으로만 가열된다. 다른 일 실시예에서, 제1 캐리어(28)와 제2 캐리어(24)는 모두 가열장치(26)가 방출하는 전자파를 흡수하여 승온될 수 있다. 가열장치가 방출하는 전자파를 흡수하여 캐리어가 캐리어 자체의 온도를 상승시키는 효과는 전자파 가열계수를 통해 평가할 수 있고, 전자파 가열계수는 단위 질량의 물체가 소정의 주파수 범위의 전자파 조사 하에서, 일정 시간이 경과한 후 증가한 온도를 측정하여 얻은 것이다. 일 실시예에서, 제1 캐리어(28)는 제2 캐리어(24)에 비해 비교적 큰 전자파 가열계수를 가진다. 즉 제1 캐리어(28)가 소정 주파수 범위의 전자파 조사 하에서, 일정 시간이 지난 후 상승한 온도는 같은 질량을 가지는 제2 캐리어(24)가 동일한 조건 하에서 증가한 온도보다 크다. 일 실시예에서, 가열장치(26) 중의 전자파 생성 소자는 초저주파수(Very Low Frequency; VLF)의 주파수 범위 내에 있는 전자파를 방출할 수 있으며, 초저주파수의 주파수 범위는 3KHz ~ 30KHz이다. 바람직한 일 실시예에서, 가열장치(26)는 15KHz ~ 20KHz 주파수의 전자파를 방출한다.
상술한 바와 같이, 반응 과정에서 챔버 내의 온도 및 기판 상의 온도는 박막 증착의 품질에 영향을 줄 수 있으므로, 캐리어의 설계에서, 가열장치(26)가 방출한 전자파에 맞추어 상대 주파수 범위를 수신하여 승온할 수 있는 재료를 선택해야 하며, 그밖에 캐리어 자체의 열전도성 또한 표면 온도의 균일 정도에 영향을 줄 수 있으며, 나아가 기판 상의 박막 증착의 균일성에도 영향을 준다. 그러므로 제1 실시예에서, 제1 캐리어(28)보다 열전도계수가 큰 재료를 선택하여 제2 캐리어(24)를 제작하고, 제2 캐리어(24)와 기판(22)이 접촉하는 표면이 비교적 균일한 온도 분포를 갖게 하고, 제2 캐리어(24) 전체는 예를 들면 SiC와 같은 동일한 성분으로 구성된다. 그밖에, 가열 효율을 고려하여, 제1 캐리어(28) 및 제2 캐리어(24)의 재료는 바람직하게는 모두 열전도계수가 100W/mK보다 큰 재료를 선택하여 온도를 비교적 빨리 상승시키는 목적에 도달하게 한다. 일 실시예에서, 제2 캐리어(24)는 도 4에 도시한 바와 같이 핵심층(30) 및 핵심층(30)을 커버하는 커버층(32)으로 구성되며, 열전도계수가 제1 캐리어(28)보다 큰 재료를 커버층(32)으로 하여 제2 캐리어(24)가 제1 캐리어(28)보다 큰 열전도계수를 가지게 함으로써, 기판(22) 표면의 온도를 균일하게 분포시킨다. 일 실시예에서, 제1 캐리어(28)의 재료는 가열장치가 방출한 전자파를 흡수하여 승온될 수 있으며, 이러한 재료는 흑연, 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하고, 예를 들면 흑연을 주체로 하여 그 위에 탄화규소(SiC) 박막층을 도포할 수 있다. 제2 캐리어(24)의 핵심층(30)은 흑연, BN, Mo, TiW 또는 이들의 조합을 포함하며, 커버층(32)은 SiC이며, 커버층(32)과 핵심층(30)의 비율을 조절하여 제2 캐리어(24)의 열전도계수를 제1 캐리어(28)보다 크게 한다. 다른 일 실시예에서, 제2 캐리어(24)의 핵심층(30)은 전자파를 흡수할 수 있는 재료를 포함하고, 제1 캐리어(28)와 같이 전자파를 흡수하여 가열될 수 있으므로, 제2 캐리어(24) 상에 위치하는 기판(22)을 더욱 빠르게 가열할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 캐리어(24)의 열전도계수는 제1 캐리어(28)보다 크고, 또한 제1 캐리어(28)의 전자파 가열계수는 제2 캐리어(24)보다 크다. 예를 들면 흑연으로 제1 캐리어(28)를 제작하고 SiC로 제2 캐리어(24)를 제작한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 다른 일 실시예에서 반응기(300)는 가열장치(26), 제1 캐리어(28), 복수의 제2 캐리어(24), 및 제1 캐리어(28)와 복수의 제2 캐리어(24) 사이에 위치한 지지기둥(34)을 포함한다. 기판(22)은 제2 캐리어(24)의 표면(240) 상에 위치하는 오목홈(242) 내에 놓이고, 제1 캐리어(28)는 제2 캐리어(24)를 지지하는 지지기둥(34)을 더 포함한다. 박막 증착 공정을 진행할 때, 가열장치(26)가 작동을 시작하고, 기체는 제1 캐리어(28) 일측의 기공(36)을 통해 제1 캐리어(28) 내의 공극(16)으로 유입되며, 제1 캐리어(28) 내로 유입되는 기체는 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스이다. 일 실시예에서, 가열장치(26)는 제1 캐리어(28)를 직접 가열하고, 제1 캐리어(28)는 흡수된 복사열로 전도 또는 대류 등 방식을 통해 복수의 제2 캐리어(24)를 가열한다. 제2 캐리어(24)는 제1 캐리어(28)보다 열전도계수가 크고 표면 면적이 비교적 작으므로, 제2 캐리어(24)의 표면(240)이 가열 후 온도 분포가 비교적 균일하게 되어 제2 캐리어(24)에 직접 접촉하는 기판(22)을 균일하게 가열될 수 있게 하므로, 전체 기판(22) 상의 박막은 일정한 온도 범위 내에서 반응을 진행할 수 있고, 동일한 시간 내에 두께가 균일한 박막을 형성하여, 동일 기판(22) 상의 박막 두께 차이가 너무 큰 상황이 발생하지 않도록 방지한다. 다른 일 실시예에서, 제1 캐리어(28) 및 복수의 제2 캐리어(24)는 모두 가열장치(26)를 통해 직접 가열될 수 있어, 복수의 제2 캐리어(24)가 제1 캐리어(28)로부터의 열을 흡수할 뿐만 아니라 가열장치(26)를 통해 가열될 수 있게 하여, 더욱 짧은 시간 내에 필요한 온도에 도달할 수 있으며, 제2 캐리어(24)는 비교적 큰 열전도계수 및 비교적 작은 면적을 가지므로 전체 캐리어로 하여금 균형적인 온도에 도달할 수 있게 하여, 복수의 제2 캐리어(24) 상에 위치한 복수의 기판(22)이 균일하게 열을 받을 수 있게 한다.
본 발명에 개시된 캐리어는 제1 캐리어(28) 및 제2 캐리어(24)를 포함하고, 제2 캐리어(24) 상에는 웨이퍼를 놓는 복수의 오목홈(242)이 있으며, 여러 차례의 박막 증착 공정을 거친 후, 웨이퍼를 여러 차례 올려놓거나 꺼내는 동작은 웨이퍼가 오목홈(242)에 부딪쳐 손상이 발생할 수 있다. 웨이퍼를 더욱 순조롭게 올려 놓을 수 있도록, 제2 캐리어(24) 상의 오목홈(242)의 크기는 일반적으로 웨이퍼의 크기보다 조금 더 크다. 그러므로 박막 증착을 여러 차례 진행한 후, 오목홈(242) 내에 박막이 부착될 수도 있다. 이러한 박막 또는 오목홈의 손상 또한 오목홈(242) 내에 놓이는 웨이퍼가 경사지거나 또는 돌출되게 할 수 있으므로, 후속 박막 형성의 두께에 영향을 줄 수 있다. 본 발명에 개시된 실시예에 따르면, 박막의 품질 이상이 오목홈(242)의 손상 또는 오목홈(242) 내의 박막 퇴적에 의해 생길 때, 오목홈과 직접 접촉하는 제2 캐리어(24)만 교체하면 되므로, 전체 캐리어를 교체할 필요가 없어, 원가를 절약할 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 기술 사상 및 특징을 설명하기 위한 것일 뿐, 그 목적은 당업자가 본 발명의 내용을 이해하여 실시할 수 있게 하기 위한 것으로, 본 발명의 특허청구범위를 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 개시된 정신에 따라 행한 균등 변화 또는 수정은 여전히 본 발명의 특허청구범위에 포함된다.
2: 기판
4: 캐리어
6: 가열장치
8: 핵심층
10: 커버층
22: 기판
24: 제2 캐리어
26: 가열장치
28: 제1 캐리어
240: 표면
242: 오목홈
30: 핵심층
32: 커버층
16: 공극(孔隙)
34: 지지기둥
36: 기공
100, 200, 300: 반응기

Claims (10)

  1. 캐리어; 및 상기 캐리어를 가열하는 가열장치를 포함하는 기상 증착용 반응기에 있어서,
    상기 캐리어는 제1 캐리어, 및 상기 제1 캐리어 상에 형성된 제2 캐리어를 포함하고,
    상기 제1 캐리어의 재료는 상기 제2 캐리어와는 다른 재료를 포함하는
    기상 증착용 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 캐리어의 열전도계수는 상기 제1 캐리어의 열전도계수보다 크며, 상기 제1 캐리어의 전자파 가열계수는 상기 제2 캐리어의 전자파 가열계수보다 큰, 기상 증착용 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 캐리어의 전체는 동일한 성분으로 구성되는, 기상 증착용 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가열장치는 주파수가 15KHz ~ 20KHz인 전자파를 방출하는 전자파 생성 소자를 포함하는 기상 증착용 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 캐리어는 웨이퍼를 적재하기 위한 복수의 오목홈을 포함하는 기상 증착용 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 캐리어는 기공(氣孔)을 더 포함하는 기상 증착용 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 제1 캐리어 상에 형성된 복수의 제2 캐리어를 더 포함하는 기상 증착용 반응기.
  8. 제1 캐리어, 및 상기 제1 캐리어 상에 형성된 제2 캐리어를 포함하고,
    상기 제1 캐리어의 재료는 상기 제2 캐리어와 다른 재료를 포함하는
    기상 증착 반응기용 캐리어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 캐리어의 열전도계수는 상기 제1 캐리어의 열전도계수보다 크며, 상기 제1 캐리어의 전자파 가열계수는 상기 제2 캐리어의 전자파 가열계수보다 큰, 기상 증착 반응기용 캐리어 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 캐리어의 전체는 동일한 성분으로 구성되는, 기상 증착 반응기용 캐리어 장치.
KR1020130082359A 2012-07-13 2013-07-12 기상 증착용 반응기 KR20140009075A (ko)

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