KR20150001781U - 히터 조립체 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 처리 장치 및 상기 웨이퍼 처리 장치에 사용하는 가열 조립체이다. 특히, 가열 요소는 웨이퍼 처리 장치에 복수의 가열 필라멘트들 및 상기 가열 요소 필라멘트들의 기계적 지지를 갖고 상기 가열 요소는 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼들을 가열하기 위한 처리 장치 내부에 장착되며 상기 복사 가열 요소들의 무제한 열 팽창을 가능케한다. 가열 요소는 실질적으로 평판이다. 가열 요소는 직경이 약 675mm, ±5%로 만들어질 수 있다. 필라멘트들은 만곡되고 실질적으로 동일 평면에 위치한다. 각각의 필라멘트의 구조는 필라멘트들이 그 인접한 필라멘트의 구조를 따르지만 그 인접한 필라멘트와 접촉하지 않도록 구성된다.
Description
본 기재 내용은 웨이퍼 처리 장치들 및 웨이퍼 처리 장치들에 사용하는 가열 조립체들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 기재 내용은 가열 요소가 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼들을 가열하기 위해 처리 장치 내부에 장착되는 웨이퍼 처리 장치의 가열 요소들 및 상기 가열 요소 필라멘트들의 기계적 지지에 관한 것이다.
많은 반도체 장치들은 화학 기상 증착(CVD)으로 공지된 공정을 통해 기판에서 반도체 재료의 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 의해 형성된다. 상기 기판은 일반적으로 원판의 형태를 한 결정질 재료이며, 보통 "웨이퍼"로 언급된다. 상기 공정에서, 상기 웨이퍼들은 하나 이상의 화학적 전구체들에 노출되면서 상기 웨이퍼는 승온 상태에서 유지된다. 상기 전구체 기체들은 원하는 증착을 생성하기 위해 상기 기판 표면에서 반응하고 그리고/또는 분해한다. 상기 CVD 공정에 사용되는 통상적인 전구체들은 금속, 금속 수소화물, 할로겐화물 및 할로하이드라이드(halohydride) 및 유기 금속 화합물들을 포함한다. 일반적으로, 상기 전구체는, 예를 들어, 질소와 같은 운반 기체와 결합되며, 이는 반응에 눈에 띄게 참여하지 않는다. 상기 운반 기체 및 모든 불필요한 부산물들은 반응 챔버를 통해서 기체 유동에 의해 제거된다.
예를 들어, III-V족 반도체들과 같은 화합물 반도체들로부터 형성되는 장치들은 일반적으로 유기 금속 화학 기상 증착 또는 "MOCVD"를 사용하는 화합물 반도체의 연속층 성장에 의해 형성된다. III-V족 반도체들의 예시들은 발광 다이오드(LED)들 및 레이저 다이오드, 광학 검출기 및 전계 효과 트랜지스터와 같은 다른 고성능 장치들을 포함한다. 이러한 장치들은, 예를 들어, 사파이어 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 적절한 결정 격자 간격을 갖는 기판에서 유기 갈륨 화합물과 암모니아의 반응에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로, 상기 웨이퍼는 질화 갈륨 및 관련 화합물들의 증착 동안 500℃ 내지 1200℃ 정도의 온도에서 유지된다. 상기 공정 동안, 상기 웨이퍼가 그 공정 온도에 도달하기 위해 가열 요소가 1000℃ 내지 2200℃로 가열되는 것이 일반적이다. 또한, 압력 및 기체 유량과 같은 다수의 다른 공정 인자들도 원하는 결정 성장을 달성하기 위해 제어된다. 모든 반도체 층들이 형성된 후, 일반적으로 적절한 전기 접점들이 적용된 후에, 상기 웨이퍼는 개별적인 장치들로 절단된다.
일반적으로, MOCVD 반응장치는 챔버 내에 기판의 운송부 및 배치부를 갖춘 반응 챔버, 기판 홀더 및 온도 제어부를 갖는 가열 시스템을 포함한다.
에피택셜 성장의 균일성을 돕기 위해, 박막 층들이 성장하는 반도체 웨이퍼들은 웨이퍼 캐리어로 언급되는 고속 회전 캐러셀에 위치한다. 회전 속도는 500RPM 내지 1,500RPM 정도이다. 상기 고속 회전은 상기 반도체 재료의 증착을 위한 상기 공정 챔버 내부의 분위기에 상기 웨이퍼 표면의 보다 더 균일한 노출을 제공한다. 상기 웨이퍼 캐리어들은 일반적으로 흑연과 같은 높은 열전도성 재료로 가공되고, 보통 탄화 규소와 같은 재료의 보호층으로 코팅된다. 각각의 웨이퍼 캐리어는 개별적인 웨이퍼들이 위치하는 그 상부 표면에 일련의 원형 만입부들 또는 포켓들을 갖는다.
상기 웨이퍼 캐리어는 상기 웨이퍼들의 노출된 표면들을 갖는 상기 웨이퍼 캐리어의 상부 표면이 기체 분배 장치를 향하여 상향으로 향하도록 상기 공정 챔버 내의 스핀들에 지지된다. 상기 스핀들이 회전되면서, 상기 기체는 상기 웨이퍼 캐리어의 상부 표면으로 하향으로 유도되고 상기 상부 표면을 가로질러 상기 웨이퍼 캐리어의 주연부를 향하여 유동한다. 사용된 기체는 상기 웨이퍼 캐리어 아래에 배치된 포트들을 통하여 상기 반응 챔버를 나간다.
상기 웨이퍼 캐리어는 가열 요소들, 상기 웨이퍼 캐리어의 하부 표면 아래에 배치되는 전형적인 전기 저항성 가열 요소들에 의해 원하는 승온 상태로 유지된다. 상기 가열 요소들은 상기 웨이퍼 표면들의 원하는 온도보다 높은 온도로 유지되며, 반면에 상기 기체 분배 장치는 상기 전구체의 조기 반응을 방지하기 위하여 일반적으로 상기 원하는 반응 온도보다 상당히 낮은 온도로 유지된다. 따라서, 열은 상기 가열 요소들로부터 상기 웨이퍼 캐리어의 하부 표면으로 전달되고 상기 웨이퍼 캐리어를 통하여 개별 웨이퍼들로 상향으로 유동한다. 또한, 상기 캐리어 재료를 통하여 상향으로 전달된 열은 상기 웨이퍼 캐리어의 상부 표면으로부터 방사된다. 상기 웨이퍼 캐리어로부터 방사 열 전달의 정도는 캐리어의 여러 표면들 및 주변 구성 요소들(예를 들어, 보호층, 웨이퍼들 및 증착 필름들)의 방사율의 상관 관계이다.
가열 요소들은 그러한 고온(1000-2200℃)을 저항하기 위해 일반적으로 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈륨, 레늄 및 그들의 합금들로 이루어진다. 공지된 가열 요소들의 한 가지 문제점은 상기 가열 요소의 열적으로 유도되는 변형이다. 상기 문제는 상기 가열 요소가 더 큰 MOCVD의 내부에 들어맞도록 크기가 증가함에 따라 악화된다. 또한, 상기 가열 요소들이 적절히 위치되었는지 확인하기 위해, 상이한 종류의 기계적 지지 구조들이 공지되어 있다. 일반적으로, 상기 가열 요소의 팽창 동안 그것을 미리 정해진 위치에 유지하기 위해 상기 가열 요소를 지지하는 단자들이 사용된다. 상기 가열 공정 동안, 상기 가열 요소는 그 치수를 연장하려 하고 따라서 열적으로 유도되는 응력이 상기 가열 요소 재료 내부에 발생한다.
상기 가열 요소에 응력을 감소시키고 균일한 가열을 유지하면서 열 증가로 인해 팽창할 수 있는 가열 요소들을 갖는, 더 큰 직경으로 이루어진, 히터 조립체를 갖는 MOCVD 시스템이 환영받을 것이다.
본 기재 내용의 일 양태는 MOCVD 반응장치의 평판 히터에 가열 요소를 제공하며, 이는 제조가 용이하고 비교적 저렴하며 균일한 가열을 유지하면서 더 큰 가열 요소들에 도입되는 유도된 응력을 제한한다.
본 발명은 첨부 도면들과 관련하여 본 발명의 다양한 실시예들의 이하의 상세한 설명을 고려하여 보다 더 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 웨이퍼 캐리어 및 모터 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도 1의 장치에서 사용되는 웨이퍼 캐리어의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 차폐부에 장착된 히터 조립체의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 내측 필라멘트의 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 내측 필라멘트의 측면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 중앙 필라멘트의 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 중앙 필라멘트의 측면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 외측 필라멘트의 평면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 외측 필라멘트의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 도 7과 유사한 도면의 분해도이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시예들에 따르는 샤프트 히터 및/또는 샤프트 필라멘트의 다양한 도면들을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예들에 따르는 단자들 및 단자 위치들을 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 실시예들에 따르는 후크들 및 후크 위치들을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 기부판에 장착된 전극 시일들 및 커넥트 판들을 상술하는 상기 히터 조립체의 하부의 사시도이다.
본 발명은 다양한 변형들 및 다른 형태들로 보정할 수 있지만, 그들의 구체적인 내용들은 상기 도면들에서 예시에 의해 도시되며 상세히 기술될 것이다. 그러나, 그 의도는 본 발명을 기술된 특정 실시예들로 한정하는 것이 아니라는 점을 이해하여야 한다. 오히려, 상기 의도는 청구 범위들에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주에 속하는 모든 변형들, 등가물들 및 대안들을 포함시키기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 웨이퍼 캐리어 및 모터 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도 1의 장치에서 사용되는 웨이퍼 캐리어의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 열 차폐부에 장착된 히터 조립체의 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 내측 필라멘트의 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 내측 필라멘트의 측면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 중앙 필라멘트의 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 중앙 필라멘트의 측면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 외측 필라멘트의 평면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 외측 필라멘트의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 조립체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 도 7과 유사한 도면의 분해도이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시예들에 따르는 샤프트 히터 및/또는 샤프트 필라멘트의 다양한 도면들을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예들에 따르는 단자들 및 단자 위치들을 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 실시예들에 따르는 후크들 및 후크 위치들을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따르는 히터 기부판에 장착된 전극 시일들 및 커넥트 판들을 상술하는 상기 히터 조립체의 하부의 사시도이다.
본 발명은 다양한 변형들 및 다른 형태들로 보정할 수 있지만, 그들의 구체적인 내용들은 상기 도면들에서 예시에 의해 도시되며 상세히 기술될 것이다. 그러나, 그 의도는 본 발명을 기술된 특정 실시예들로 한정하는 것이 아니라는 점을 이해하여야 한다. 오히려, 상기 의도는 청구 범위들에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주에 속하는 모든 변형들, 등가물들 및 대안들을 포함시키기 위한 것이다.
화학 기상 증착 장치의 일부로서 포함된 웨이퍼 캐리어 조립체(10) 및 모터 조립체(12)가 도 1에 도시된다. 도 2는 가열 요소(14)를 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체(10)를 상술한다. 웨이퍼 캐리어(16)는 스핀들(18)에 장착된다. 웨이퍼 캐리어(16)는 상부 및 하부 표면들에 수직하게 연장하는 중심 축을 갖는 대체로 원형 디스크 형태인 본체를 포함하는 구조를 갖는다. 상기 웨이퍼 캐리어(16)의 본체는 본 명세서에서 상부 표면(20)으로 언급되는 제1 본체 표면 및 본 명세서에서 하부 표면(22)으로 언급되는 제2 본체 표면을 갖는다. 웨이퍼 캐리어(16)의 상부 표면(20)은 기체 분배 요소를 향하며, 하부 표면(22)은 가열 요소(14)를 향하고 상기 기체 분배 요소로부터 멀어지게 하향으로 향한다. 상기 가열 요소(14)의 외측 주연부는 상기 웨이퍼 캐리어(16)의 외측 주연부와 실질적으로 정렬된다. 단지 예를 들어, 웨이퍼 캐리어(16) 본체는 직경이 약 695mm이고 상부 표면(20)과 하부 표면(22) 사이의 두께는 약 15.9mm이다. 가열 요소(14)는 웨이퍼 캐리어(16)의 주연 치수에 실질적으로 부합하는 치수로 만들어진다.
가열 요소(14)는 웨이퍼 캐리어(16)의 하부 표면(22)에 실질적으로 평행하게, 그리고 그로부터 일 공간 거리에 배치된다. 웨이퍼 캐리어(16)에 관하여 가열 요소(14)의 장착은 상기 복사 가열 요소들의 무제한 열 팽창을 가능케한다. 가열 요소(14)는 실질적으로 판 형상이거나 실질적으로 평평한 치수, 즉, 실질적으로 평평함을 의미하는 "평판"으로 되어서 가열 요소(14)가 10% 미만으로 일 평면 밖으로 전위 없이 연장하지 않는다. 또한, 가열 요소(14)는 가열 요소(14)가 복수의 차폐 지지부 또는 단자(24)들에 장착되거나 그들에 의해 지지되도록 배치된다. 그들의 기저 단부(26)에서 단자(24)들은 나사들 또는 다른 종류의 기계적 고정 장치들에 의해, 또는 도웰(dowel) 및 홀 타입 배열체를 통해 열 차폐부(28)에 고정된다.
도 3은 본 명세서에서 개시되는 바와 같은 가열 요소(14)를 도시한다. 가열 요소(14)는 반응 챔버에 순환식 대류 열(circulated and convection heat)을 제공한다. 일 실시예에서, 가열 요소(14)는 직경이 약 675mm, ±5%이다. 가열 요소(14)는 조립된 바와 같이 일반적으로 평판이며 원형의 형상일 수 있다. 가열 요소(14)는 평면 내에 복수의 필라멘트들을 포함한다. 원형 평판 가열 요소(14)는 계획된 사용, 즉, MOCVD에 유리하며, 이는 웨이퍼 캐리어(16)가 회전 원형 판이고 상기 가열 요소(14)가 웨이퍼 캐리어(16)의 형상과 일치하는 형상인 경우에 가열 범위가 최적화되기 때문이다. 가열 요소(14)는 가열 요소(14)가 제1 반부(36) 및 제2 반부(38)로 구성되도록 x축을 따라 분할될 수 있다. 각각의 반부(36, 38)는 중앙 필라멘트(32) 및 외측 필라멘트(34)로 구성된다. 내측 필라멘트(30)는 상기 제1 반부(36) 및 상기 제2 반부(38)에 의해 공유되며 상기 내측 필라멘트(30)는 상기 두 개의 반부(36, 38)들 사이에서 대칭적으로 배치된다. 필라멘트(30, 32, 34)들 각각은 각각의 필라멘트(30, 32, 34)가 가열 요소(14)의 원형 형상의 일부를 포함하도록 만곡 구조를 갖는다.
필라멘트(30, 32, 34)들은 각각 평평하며 폭보다 더 긴 길이를 갖는다. 필라멘트(30, 32, 34)들은 만곡되고 실질적으로 같은 평면에 위치한다. 각각의 필라멘트(30, 32, 34)의 구조는 필라멘트(30, 32,34)들이 그 인접한 필라멘트(30, 32, 34)의 구조를 따르지만 그 인접한 필라멘트(30, 32, 34)와 접촉하지 않도록 구성된다. 따라서, 필라멘트(30, 32, 34)들은 여러 필라멘트(30, 32, 34)들로 이루어진 복합 구조를 제공하도록 상기 평면에 실질적으로 안착된다. 필라멘트(30, 32, 34)들의 형태는 각각의 필라멘트(30, 32, 34)들의 측면 또는 에지가 어떠한 다른 필라멘트(30, 32, 34)의 측면 또는 에지와 접촉하지 않으며, 각각의 필라멘트(30, 32, 34) 사이의 공간은 각각의 필라멘트(30, 32, 34)의 곡선이 90도보다 더 작은 지점들 외에서는 실질적으로 균일할 것을 요구한다.
내측 필라멘트(30), 중앙 필라멘트(32) 및 외측 필라멘트(34) 각각은 가열 요소(14)에 기계적 지지 및 전원 공급을 위해 구성되며 각각 필라멘트(30, 32, 34)의 양 말단에 위치하는 적어도 두 개의 커넥터 단부(40, 42, 44, 46, 48, 50)들을 구비한다. 커넥터 단부(40, 42, 44, 46, 48, 50)들은 내측 필라멘트(30), 중앙 필라멘트(32) 및 외측 필라멘트(34)가 공급 전원으로 연결하는 전극에 간접적으로 결합되도록 커넥터 판(74) 연장부들(도 12a)에 연결된다. 커넥터 단부(40, 42, 44, 46, 48, 50)들에서 상기 커넥터 판(74) 연장부들로의 제한적인 연결을 제외하고, 필라멘트(30, 32, 34)들은 그 열 팽창을 방지할 수 있는 부동의 표면으로의 어떠한 강성 부착으로부터 자유롭다.
필라멘트(30, 32, 34)들은 보통 1000℃ 내지 2000℃ 사이인 높은 작동 온도에서 견딜 수 있는 재료로 구성되어야 한다. 일 실시예에서, 외측 필라멘트(34)는 레늄 또는 레늄 합금으로 구성될 수 있으며, 중앙 필리멘트(32) 및 내측 필라멘트(30)는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 외측 필라멘트(34), 중앙 필라멘트(32) 및 내측 필라멘트(30)는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 외측 필라멘트(34), 중앙 필라멘트(32) 및 내측 필라멘트(30)는 초합금 재료, 내화 금속, 흑연, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄 또는 이들의 조합 또는 합금으로 구성될 수 있다. 상기 초합금 재료는 니켈계 및 철계 초합금 조성으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
실시예들에서, 필라멘트(30, 32, 34)들은, 적어도 부분적으로, 다공성 소결 코팅으로 덮힐 수 있다. 다른 실시예들에서, 필라멘트(30, 32, 34)들은, 적어도 부분적으로, 그들의 상부 표면들 및 하부 표면들에 다공성 소결 코팅으로 덮힐 수 있다. 다른 실시예들에서, 필라멘트(30, 32, 34)들은 커넥터 단부(40, 42, 44, 46, 48, 50)들을 제외하고 그들의 상부 표면들 및 하부 표면들에 다공성 소결 코팅으로 덮힐 수 있다. 또 다른 실시예에서, 필라멘트(30, 32, 34)들은 다공성 소결 코팅으로 완전히 덮힐 수 있다. 실질적으로 평평한 치수를 갖는 필라멘트(30, 32, 34)들의 제조는 당해 분야의 통상의 기술자에게 공지된 방식으로 이루어질 수 있다는 점이 이해된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 필라멘트(30, 32, 34)들은 판 또는 판 형상의 요소로부터 절단될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 상술되는 바와 같이, 내측 필라멘트(30)는 단일 평면 내부에서 굽은 경로를 따라 만곡되며 외측 주연부는 실질적으로 원형 구조를 갖는 단일 길이의 재료로 구성된다. 내측 필라멘트(30)는 x축에 대하여 대칭적으로 구성된다. 내측 필라멘트(30)는 전극들로 연결하기 위해 제공되는 제1 커넥터 단부(40) 및 제2 커넥터 단부(42)를 갖는다. 커넥터 단부(40, 42)들은 거리(A)로 분리되며, 일 실시예에서, 거리(A)는 0.6인치일 수 있지만 이제 제한되지는 않는다. 내측 필라멘트(30)의 형상 및 구조로 인하여, 열 팽창은 억제되지 않으며 필라멘트(30)의 에지들의 분리는 유지된다.
도 5a 및 도 5b에 상술되는 바와 같이, 중앙 필라멘트(32)는 단일 평면 내부에서 실질적으로 반원형의 나선형 구조를 형성하도록 만곡된 단일 길이의 재료로 구성된다. 두 개의 중앙 필라멘트(32)들은 중앙 필라멘트(32)들이 조립 시 x축의 각 측면에 위치되어 두 개의 분리된 나선형 영역을 갖는 실질적으로 원형인 구조를 형성하도록 각각의 가열 요소(14)에 제공된다. 중앙 필라멘트(32)는 전극들로 연결하기 위해 제공되는 제1 커넥터 단부(44) 및 제2 커넥터 단부(46)를 갖는다. 커넥터 단부(44, 46)들은 거리(B)로 분리되며, 일 실시예에서, 거리(B)는 0.5인치 내지 0.6인치일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 중앙 필라멘트(32)의 형상 및 구조로 인하여, 열 팽창은 억제되지 않으며 중앙 필라멘트(32)의 에지들의 분리는 유지된다. x축을 따라 상기 반원의 직경은 상기 필라멘트 재료가 y축을 중심으로 반원형의 리셉터클(47) 형성하도록 형성되며 상기 리셉터클(47)의 직경은 x축을 따라 중앙 필라멘트(32)의 총 직경의 약 1/3이다. 리셉터클(47)은 내측 필라멘트(30)의 외측 에지(31)가 중앙 필라멘트(32)의 리셉터클(47)의 외측 에지(48)에 인접하지만 이에 접촉하지 않도록 내측 필라멘트(30)가 리셉터클(47) 내부에 속하는 치수로 만들어진다. 중앙 필라멘트(32)의 형상 및 구조로 인하여, 열 팽창은 억제되지 않으며 중앙 필라멘트(32)의 에지들의 분리는 유지된다.
도 6a 및 도 6b에 상술되는 바와 같이, 외측 필라멘트(34)는 단일 평면 내부에서 실질적으로 반원형인 구조를 형성하도록 만곡된 단일 길이의 재료로 구성된다. 두 개의 외측 필라멘트(34)들은 외측 필라멘트(34)들이 조립 시 x축의 각 측면에 위치되어 실질적으로 원형인 구조를 형성하도록 각각의 가열 요소(14)에 제공된다. 외측 필라멘트(34)는 전극들로 연결하기 위해 제공되는 제1 커넥터 단부(48) 및 제2 커넥터 단부(50)를 갖는다. 커넥터 단부(48, 50)들은 거리(C)로 분리되며, 일 실시예에서, 거리(C)는 24인치 내지 26인치일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 외측 필라멘트(34)의 형상 및 구조로 인하여, 열 팽창은 억제되지 않는다. x축을 따라 상기 반원의 직경은 상기 필라멘트 재료가 y축을 중심으로 반원형의 리셉터클(52)을 형성하도록 형성되며 상기 리셉터클(52)의 직경은 x축을 따라 외측 필라멘트(34)의 총 직경보다 약간 더 작다. 리셉터클(52)은 중앙 필라멘트(32)의 외측 에지(45)가 외측 필라멘트(34)의 리셉터클(52)의 외측 에지(54)에 인접하지만 이에 접촉하지 않도록 중앙 필라멘트(32)가 리셉터클(52) 내부에 속하는 치수로 만들어진다. 외측 필라멘트(34)의 형상 및 구조로 인하여, 열 팽창은 억제되지 않으며 중앙 필라멘트(32)의 에지(45)로부터 외측 필라멘트(34)의 에지들의 분리는 유지된다.
본 명세서에 기술되는 바와 같이, 상기 웨이퍼 캐리어(16)에 인접한 가열 필라멘트(30, 32, 34)들의 구조 및 장착은 가열 요소(14)의 무제한의 열 팽창을 가능케하고, 증가한 열 팽창으로 인한 필라멘트(30, 32, 34)들의 어떠한 잠재적인 절곡 또는 비틀림은 회피될 수 있다. 따라서, 상기 필라멘트(30, 32, 34)들의 높은 열 응력은 이러한 조건들에서 예상되는 열 팽창에 관련된 문제들을 만들지 않는다.
단자(24)들을 통해 적어도 하나의 열 차폐부(28)에 장착되는 가열 요소(14)가 도 7에 도시된다. 열 차폐부(28)들은 히터 기부판(29)에 배치된다. 열 차폐부(28)들은 거기서 생성되는 열을 포함하기 위해 가열 요소(14) 아래에 장착되며, 상기 열은 상기 웨이퍼 캐리어(16)상의 웨이퍼들을 가열하도록 상기 웨이퍼 캐리어(16)를 향하여 상향 방향으로 제공된다. 일 실시예에서, 상기 가열 요소(14)는 네 개의 구역 가열 시스템을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 가열 요소(14)는 네 개보다 적거나 많은 구역 가열 시스템을 포함할 수 있다. 상기 구조 및 구획화된 가열로 인하여, 균일한 온도는 상기 웨이퍼들의 온도를 균일하게 유지하기 위해 상기 웨이퍼들에 제공될 수 있고, 이는 보통 약 ±1℃ 내에서 제어되어야 한다. 단자(24)들은 가열 요소(14)에 기계적 지지를 제공하고 가열 요소(14)와 최상부 열 차폐부(28) 사이에 배치된다. 단자(24)들은, 예를 들어, 도 10a 내지 도 10d에 도시되는 바와 같이 다양한 구조들로 이루어질 수 있으며, 다양한 방법으로 부착되거나 장착될 수 있다. 장착은 체결구들을 통해 이루어질 수 있고 또는 열 차폐부(28)에 개구들에 장착될 수 있다. 도시된 단자(24)들은 모두 포함한 것이 아니며, 예를 들어, 판 스프링, 스프링, 지주 등과 같은 다른 타입의 단자(24)들이 제공될 수 있다는 점은 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백하다. 일 실시예에서, 단자(24)들은 세라믹으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 단자들은 비전도성 재료들로 구성될 수 있다.
단자(24)들은 가열 요소(14)의 열 팽창 동안 가열 요소(14)의 변위를 허용한다. 가열 요소(14)가 가열되는 때, 이는 1000℃ 내지 2200℃ 정도가 될 수 있고, 가열 요소(14)의 열적으로 유도된 변형이 발생할 수 있다. 상기 열적으로 유도된 변형이 상기 만곡된 가열 요소(14)의 반경 방향으로 가열 요소(14)의 이동을 유발하도록 상기 단자(24)는 수직 방향으로 필라멘트(30, 23, 34)들의 이동을 제한한다.
도 11a 내지 도 11d에 도시된 후크(70)들은 실시예들에 제공될 수 있다. 후크(70)들은 가열 필라멘트(30, 32, 34)들을 고정시키기 위해 제공되면서, 가열 필라멘트(30, 32, 34)의 열적으로 유도된 변형 동안 가열 필라멘트(30, 32, 34)들이 이동하는 것을 허용한다.
도 8은 히터 조립체(10)의 분해도를 도시한다. 일 실시예에서, 도 9a 내지 도 9e에 상술되는 바와 같이, 상기 스핀들(18)의 통로를 허용하는 히터 샤프트(60) 및 샤프트 필라멘트(62)가 더 제공된다. 일 실시예에서, 샤프트 필라멘트(62)는 레늄으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 샤프트 필라멘트는 텅스텐으로 구성될 수 있다. 샤프트 필라멘트(62)는 커넥터 판(64)들을 통해 히터 샤프트(60)에 고정식으로 연결된다. 히터 샤프트(60)는 체결구(69)들을 수용하기 위한 개구들을 갖는 레그(68)들을 통해 샤프트 히터 열 차폐부(66)에 연결된다.
네 개의 독립적인 전원 공급원들이 상기 내측 필라멘트(30), 상기 두 개의 중앙 필라멘트(32)들, 상기 두 개의 외측 필라멘트(34)들 및 상기 샤프트 필라멘트(62) 각각에 제공될 수 있다는 점은 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백하다. 따라서, 상기 실시예에서, 네 개의 구역 가열 시스템이 제공된다. 다른 실시예들에서, 단일 구역 가열 시스템을 제공하기 위해 단일 전원 공급원이 모든 필라멘트(30, 32, 34, 62)들에 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이중, 세 개, 다섯 개 또는 여섯 개의 구역 가열 시스템들을 제공하기 위해 필라멘트(30, 32, 34, 62)들의 다양한 조합들이 독립적인 전원 공급장치들에 연결될 수 있다. 독립적인 제어는 웨이퍼 캐리어(14)로부터 더 차가운 반응장치 벽들로 발생하는 열 유동에 대한 보상을 가능케 하고, 따라서 필수적인 균일한 웨이퍼 온도를 유지하는 각각의 구역에 제공된다.
도 12a 내지 도 12d는 히터 기부판(29)에 장착된 복수의 전극 시일(72)들을 상술하는 히터 조립체(10)의 하부의 등각도이다. 전극 시일(72)들은 연결판(74)들로 연결하기 위한 전극 배선(도시되지 않음)의 접근을 제공하며, 상기 연결판들은 커넥터 단부(40, 42, 44, 46, 48, 50)들에 연결된다. 특정한 구조가 도시되지만, 양호한 기능성을 충족시키기 위해 다양한 구조들이 제공될 수 있다는 점은 당해 분야의 통상의 기술자들에게 분명하다.
또 다른 목적은 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 상기 가열 요소(14)를 포함하는, 챔버, 하나 이상의 웨이퍼들이 장착되는 웨이퍼 캐리어(16) 및 상기 가열 조립체(10)를 포함하는 MOCVD 반응장치를 제공하는 것이다.
상기 실시예들은 예시적이며 한정하려는 것이 아니다. 추가적인 실시예들은 청구 범위들 내에 있다. 또한, 본 발명의 양태들이 특정 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 당해 분야의 통상의 기술자들은 청구 범위들에 의해 정의되는 바와 같이, 변경들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항 내에서 이루어질 수 있다는 점을 인식할 것이다.
관련분야의 통상의 기술자들은 본 발명이 상술된 어떠한 개별 실시예에서 예시된 것보다 더 적은 구성들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 본 명세서에서 기술된 실시예들은 본 발명의 다양한 구성들이 결합되는 방식을 총망라하는 설명으로 의미되지 않는다. 따라서, 상기 실시예들은 일반적으로 구성들의 배타적인 조합들이 아니며, 오히려, 본 발명은 당해 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 상이한 개별 실시예들로부터 선택되는 상이한 개별 구성들의 조합을 포함한다.
Claims (15)
- 웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치이며,
챔버와,
적어도 하나의 웨이퍼를 장착하기 위해 상기 챔버 내부에 장착된 웨이퍼 캐리어와,
상기 에피택셜 층을 성장시키기 위해 상기 웨이퍼를 미리 정해진 온도로 가열하기 위해 상기 챔버 내부에 장착된 가열 요소를 갖고,
상기 가열 요소는 복수의 가열 필라멘트들을 포함하며,
상기 가열 필라멘트들은 동일한 평면에 위치하고 상기 웨이퍼 캐리어에 공간적으로 평행하고 원주 방향으로 정렬되는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가열 요소는 원형의 형상인,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가열 요소는 길이 방향 축을 갖는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 가열 필라멘트들은 내측 가열 필라멘트, 제1 중앙 가열 필라멘트, 제2 중앙 가열 필라멘트, 제1 외측 가열 필라멘트 및 제2 외측 가열 필라멘트를 포함하며,
상기 복수의 가열 필라멘트들은 상기 복수의 가열 필라멘트들 사이의 접촉 없이 동일 평면 내에서 위치하도록 협동하는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제4항에 있어서,
상기 내측 가열 필라멘트는 상기 길이 방향 축에 대하여 대칭이며,
상기 제1 중앙 가열 필라멘트는 상기 길이 방향 축의 일 측면에 배치되고, 상기 제2 중앙 가열 필라멘트는 상기 길이 방향 축의 다른 측면에 배치되며 상기 제1 중앙 가열 필라멘트와 정렬되고,
상기 제1 외측 가열 필라멘트는 상기 길이 방향 축의 일 측면에 배치되며, 상기 제2 외측 가열 필라멘트는 상기 길이 방향 축의 다른 측면에 배치되고 상기 제1 외측 가열 필라멘트와 정렬되는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 가열 필라멘트들은 상기 복수의 가열 필라멘트들 각각이 원형의 가열 요소의 일 부분을 포함하도록 만곡 구조를 갖는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 상기 웨이퍼 캐리어의 원주 방향 크기와 실질적으로 동일하거나 그보다 더 작은 원주 방향 크기로 만들어지는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 원주 방향으로 직경이 675mm, ±5%인 크기로 만들어지는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 가열 필라멘트들 각각은 상기 복수의 가열 필라멘트들에 전원을 공급하는 전극들에 강성 연결하기 위한 두 개의 커넥터 단부들을 갖는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 적어도 2000℃의 온도로 가열되는 것을 견딜 수 있는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 가열 요소들 각각은 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 구성되는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 필라멘트는 레늄 또는 레늄 합금으로 구성되며,
상기 내측 가열 필라멘트 및 상기 중앙 가열 필라멘트들 각각은 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 구성되는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 가열 필라멘트들 각각은 완전히 또는 부분적으로 다공성 소결 코팅에 의해 덮히는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 단자들에 의해 기계적으로 지지되며,
상기 단자들은 상기 단자들이 상기 가열 요소와 열 차폐부 사이에 배치되도록 상기 열 차폐부에 장착되고,
상기 단자들은 상기 가열 요소의 반경 방향 열 변위를 가능하게 하는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 두 개 내지 여섯 개의 가열 구역들, 바람직하게는 네 개의 가열 구역들을 제공하는,
웨이퍼에 에피택셜 층들을 성장시키는 장치.
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