KR20150018218A - 에피텍셜 반응기 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 반응실, 상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터, 상기 반응실 내로 유입되는 가스의 유동을 제어하는 가스 유동 제어부를 포함하며, 상기 가스 유동 제어부는 가스의 흐름을 분리하는 복수의 가스 유출구들 갖는 인젝트 캡 및 상기 복수의 가스 유출구들 각각에 대응하는 관통 홀들을 포함하는 복수의 배플들을 포함하며, 상기 복수의 배플들 각각은 서로 분리되고, 상기 복수의 가스 유출구들 중 대응하는 어느 하나에 인접하여 배치된다.

Description

에피텍셜 반응기{An epitaxial reactor}
실시 예는 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.
에피텍셜 반응기는 배치식(batch type) 및 매엽식이 있으며, 직경이 200mm이상의 에피텍셜 웨이퍼 제조에 있어서는 매엽식이 주로 사용되고 있다.
매엽식 에피텍셜 반응기는 반응 용기 내의 서셉터에 1장의 웨이퍼를 안착한 후에 반응 용기의 일 측으로부터 타측으로 원료 가스를 수평 방향으로 흐르도록 하여 웨이퍼 표면에 원료 가스를 공급하고, 웨이퍼 표면에 에피층을 성장시킨다.
매엽식 에피텍셜 반응기에 있어서, 웨이퍼 상에 성장하는 막의 두께의 균일화와 관련된 중요 인자는 반응 용기 내에서의 원료 가스의 유량 또는 유량 분포일 수 있다.
에피텍셜 반응기는 반응 용기 내로 원료 가스를 제공하는 가스 공급부를 포함할 수 있으며, 가스 공급부에 의하여 공급되는 원료 가스의 유량 및 유량 분포에 의하여 반응 용기 내에서의 원료 가스의 유량 또는 유량 분포가 좌우될 수 있다.
일반적으로 가스 공급부는 웨이퍼의 표면을 원료 가스가 균일하게 흐를 수 있도록 원료 가스를 반응 용기에 공급하기 위하여 다수의 구멍들이 형성된 배플(baffle)을 포함할 수 있다.
실시 예는 반응실 내로 유입되는 원료 가스의 손실 및 와류 발생을 억제하고, 성장되는 에피층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있는 에피텍셜 반응기를 제공한다.
실시 예에 따른 에피텍셜 반응기는 반응실; 상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터; 상기 반응실 내로 유입되는 가스의 유동을 제어하는 가스 유동 제어부를 포함하며, 상기 가스 유동 제어부는 가스의 흐름을 분리하는 복수의 가스 유출구들 갖는 인젝트 캡(inject cap); 및 상기 복수의 가스 유출구들 각각에 대응하는 관통 홀들을 포함하는 복수의 배플들을 포함하며, 상기 복수의 배플들 각각은 서로 분리되고, 상기 복수의 가스 유출구들 중 대응하는 어느 하나에 인접하여 배치된다.
상기 인젝트 캡은 일면으로부터 돌출되고, 상기 복수의 가스 유출구들을 노출하는 가이드부를 가지며, 상기 복수의 배플들은 상기 가이드부에 삽입될 수 있다.
상기 가이드부는 상기 가스 유출구들을 둘러싸는 링(ring) 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 배플들 각각은 서로 이격하여 배열되는 관통 홀들이 형성되는 플레이트; 및 상기 플레이트의 일면과 연결되는 지지부를 포함하며, 상기 지지부는 상기 가스 유출구들에 삽입되고, 상기 플레이트는 상기 가이드부에 삽입될 수 있다.
상기 지지부는 서로 이격하는 복수의 다리들(legs)을 포함하며, 상기 복수의 다리들은 상기 가스 유출구에 삽입될 수 있다
상기 가이드부에 삽입된 상기 플레이트의 외주면은 상기 가이드부의 내벽에 밀착될 수 있다.
상기 가스 유출구들에 삽입된 상기 지지부의 일단은 상기 인젝트 캡의 내부 바닥에 접촉할 수 있다.
상기 플레이트의 일단 또는 양단에는 상기 플레이트의 길이 방향으로 패인 홈이 형성되며, 상기 가이드부에 삽입된 인접하는 2개의 플레이트들의 일단에 형성된 홈과 나머지 다른 하나의 일단에 형성된 홈은 서로 인접하며, 인접하는 2개의 홈들은 하나의 결합 홈을 형성할 수 있다.
상기 인젝트 캡의 내부 바닥에 상기 지지부의 일단이 접촉된 상기 복수의 배플들의 상부면은 상기 가이드부의 상부면과 동일한 평면 상에 위치할 수 있다.
상기 인젝트 캡의 내부 바닥에 상기 지지부의 일단이 접촉된 상기 복수의 배플들의 상부면은 상기 가이드부의 상부면 아래에 위치하며, 상기 복수의 배플들의 상부면과 상기 가이드부의 상부면 사이에는 단차가 존재할 수 있다. 상기 단차는 6mm미만일 수 있다.
상기 인젝트 캡은 서로 격리되는 적어도 2개 이상의 부분들을 포함하며, 상기 복수의 가스 유출구들 중 어느 하나는 상기 적어도 2개 이상의 부분들 중 대응하는 어느 하나에 마련될 수 있다.
상기 에피텍셜 반응기는 상기 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키고, 서로 분리되는 복수의 구획들을 포함하는 인서트(insert); 및 상기 복수의 구획들을 통과한 가스를 상기 반응실로 유도하는 단차부를 갖는 라이너(liner)를 더 포함할 수 있다.
실시 예는 반응실 내로 유입되는 원료 가스의 손실 및 와류 발생을 억제하고, 성장되는 에피층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 공급부의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 가스 공급부의 분리 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 인젝트 캡의 정면 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 인젝트 캡을 AB 방향으로 절단한 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 복수의 배플들의 확대 사시도를 나타낸다.
도 7은 도 6에 도시된 복수의 배플들의 평면도를 나타낸다.
도 8은 도 6에 도시된 복수의 배플들의 측면도를 나타내다.
도 9는 인젝트 캡과 복수의 배플들의 분리 사시도를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 인젝트 캡과 복수의 배플들의 결합도를 나타낸다.
도 11은 실시 예에 따른 인젝트 캡과 복수의 배플들에 대한 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 인젝트 캡과 복수의 배플들에 대한 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 13은 일반적인 인젝트 캡, 배플 및 인서트를 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타낸다.
도 14는 실시 예에 따른 인젝트 캡, 복수의 배플들, 및 인서트를 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타낸다.
도 15는 인젝트 캡, 복수의 배플들, 및 인서트를 흐르는 원료 가스의 유속을 나타낸다.
도 16은 복수의 배플들이 인젝트 캡에 삽입되는 깊이에 따른 원료 가스의 흐름을 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기(100)의 단면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 가스 공급부(160)의 평면도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 가스 공급부(160)의 분리 사시도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 에피텍셜 반응기(100)는 반도체 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 매엽식(single wafer processing type)일 수 있으며, 하부 돔(lower dome, 103)과 상부 돔(upper dome, 104)으로 이루어지는 반응실(105), 서셉터(120), 서셉터 지지부(125), 하부 링(130), 상부 링(135), 라이너(Liner, 140), 예열링(pre-heating ring, 150), 가스 공급부(160), 및 가스 배출부(170)를 포함할 수 있다.
하부 돔(103)과 상부 돔(104)은 상하 방향으로 서로 마주보고 위치할 수 있고, 석영 유리와 같이 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 하부 돔(103)과 상부 돔(104) 사이의 공간은 에피텍셜 반응이 일어나는 반응실(105)을 형성할 수 있으며, 반응실(105)은 원료 가스가 유입하는 가스 도입구(106)를 일 측에 가질 수 있고, 원료 가스가 배출되는 가스 유출구(107)를 타 측에 가질 수 있다.
서셉터(120)는 평탄한 원판 형상의 지지판 형상일 수 있으며, 반응실(105) 내부에 배치될 수 있고, 그 상부 면에 웨이퍼(W)를 안착시킬 수 있다. 서셉터(120)는 카본 그래파이트(carbon graphite) 또는 카본 그래파이트에 탄화규소가 코팅된 형태로 이루어질 수 있다.
서셉터 지지부(125)는 서셉터(120) 아래에 배치될 수 있고, 서셉터(120)를 지지할 수 있고, 반응실(105) 내에서 서셉터(120)를 상하로 이동시킬 수 있다. 서셉터 지지부(125)는 서셉터(120)의 하면을 지지하는 삼발이 형태의 샤프트를 포함할 수 있다.
라이너(140)는 서셉터(120)를 둘러싸도록 배치될 수 있고, 외주면의 상단 일 측에는 반응실(105)로 가스가 유입되는 제1 단차부(142)가 형성될 수 있으며, 외주면의 상단 타 측에는 반응실(105)의 가스가 유출되는 제2 단차부(144)가 형성될 수 있다. 라이너(140)의 외주면의 상부면은 서셉터(120)의 상면 또는 웨이퍼(W)의 상면과 동일 평면에 위치할 수 있다.
하부 링(130)은 라이너(140)를 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 링 형상일 수 있다. 하부 돔(103)의 외주부의 일단(11)은 하부 링(130)에 밀착되어 고정될 수 있다.
상부 링(135)은 하부 링(130) 상부에 위치할 수 있으며, 링 형상일 수 있다. 상부 돔(104)의 외주부의 일단(12)은 상부 링(135)에 밀착되어 고정될 수 있다. 하부 링(130)과 상부 링(135)은 석영(SiO2) 또는 탄화규소(SiC)로 이루어질 수 있다.
예열링(150)은 서셉터(120)의 상면 또는 웨이퍼의 상면과 동일 평면에 위치하도록 서셉터(120)에 인접하는 라이너(140)의 내주면을 따라 배치될 수 있다.
가스 공급부(160)는 외부로부터 반응실(105) 내로 원료 가스를 공급한다. 즉 가스 공급부(160)는 반응실(105)의 가스 도입구(106)로 원료 가스를 공급할 수 있다.
가스 공급부(160)는 가스 발생부(310), 복수의 가스관들(예컨대, 320a, 320b,330c), 가스량 조절부(330a, 330b), 및 가스 유동 제어부(205)를 포함할 수 있다.
가스 유동 제어부(205)는 인젝트 캡(inject cap, 210), 복수의 배플들(baffle, 230-1 내지 230-3), 및 인서트(insert, 240)를 포함할 수 있다.
가스 발생부(310)는 원료 가스를 발생할 수 있다. 예컨대, 원료 가스는 SiHCl3, SiCl4, SiH2Cl2, SiH4, Si2H6 등과 같은 실리콘 화합물 가스, B2H6, PH3 등과 같은 도펀트 가스, 또는 H2, N2, Ar 등과 같은 캐리어 가스 등을 포함할 수 있다.
가스 발생부(310)로부터 발생되는 원료 가스는 복수의 가스관들(예컨대, 320a,320b,330c)를 통하여 인젝트 캡(210)에 공급될 수 있다.
가스량 조절부(330a, 330b)는 복수의 가스관들(예컨대, 320a,320b,330c) 중 적어도 하나에 공급되거나 또는 흐르는 가스의 량을 조절할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1) 및 가장 자리 영역(S2,S3) 각각에 공급되는 원료 가스의 흐름을 독립적으로 제어할 수 있다. 가스량 조절부(330a, 330b)는 예컨대, 질량유량계(Mass Flow Controller)로 구현할 수 있다.
복수의 가스관들(예컨대, 320a, 320b,330c)은 가스 발생부(310)에 의해 발생되는 원료 가스를 인젝트 캡(210)의 복수의 부분들에 개별적으로 공급할 수 있다. 이때 복수의 가스관들의 수 및 복수의 부분들의 수는 도 2에 한정되는 것은 아니며, 2개 이상일 수 있다.
복수의 가스관들(예컨대, 320a, 320b,330c) 중 적어도 하나(예컨대, 320a, 320b)는 2 이상의 가스관들로 분기할 수 있으며, 분기한 가스관들 및 분기하지 않은 가스관은 원료 가스를 인젝트 캡(210)에 공급할 수 있다.
예컨대, 제1 가스관(320a)은 웨이퍼의 중앙 영역(S1) 및 가장 자리 영역(S2,S3) 각각에 원료 가스(또는 반응 가스)를 개별적으로 공급하기 위하여 제2 가스관(320b) 및 제3 가스관(320c)로 분기할 수 있다. 또한 제2 가스관(320b)은 웨이퍼의 양측 가장 자리 영역들(S2,S3) 각각에 원료 가스를 개별적으로 공급하기 위하여 2개의 가스관들로 분기하여 인젝트 캡에 원료 가스를 공급할 수 있다.
복수의 가스관들(예컨대, 320a, 320b,330c)과 라이너(140) 사이에 인젝트 캡(210), 복수의 배플들(230-1 내지 230-3), 및 인서트(240)가 순차적으로 배치될 수 있다. 가스관들(예컨대, 320-1,320-2,320-c)로부터 공급되는 원료 가스는 인젝트 캡(210), 복수의 배플들(230-1 내지 230-3), 및 인서트(240)를 순차적으로 통과하여 흐를 수 있다.
인젝트 캡(210)은 서로 격리되는 적어도 2개 이상의 부분들(예컨대, 210-1,210-2,210-3)로 구분될 수 있으며, 복수의 가스 유출구들(예컨대, 350a,350b,350c) 중 어느 하나는 적어도 2개 이상의 부분들(예컨대, 210-1,210-2,210-3) 중 대응하는 어느 하나에 마련될 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 인젝트 캡(210)이 3개의 부분들(210-1,210-2,210-3)로 구분되지만, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
인젝트 캡(210)의 일면에는 가스관들(예컨대, 320-1,320-2,320c)로부터 원료 가스가 유입되는 가스 유입구들(340a,340b,340c)이 마련될 수 있고, 및 인젝트 캡(210)의 다른 일면에는 유입된 원료 가스를 내보내는 가스 유출구들(예컨대, 350a,350b,350c)이 마련될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 인젝트 캡(210)의 정면 사시도를 나타내고, 도 5는 도 4에 도시된 인젝트 캡(210)을 AB 방향으로 절단한 단면도를 나타낸다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 인젝트 캡(210)의 일면(410)에는 원료 가스를 내보내는 가스 유출구들(350a,350b,350c)이 마련될 수 있다.
인젝트 캡(210)은 서로 분리 또는 격리되는 적어도 2개 이상의 부분들(예컨대, 210-1 내지 210-3)을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 부분(210-1)은 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1)에 대응 또는 정렬되도록 중앙에 위치할 수 있다. 예컨대, 제2 부분(210-2)은 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1)의 일 측에 위치하는 제1 가장 자리 영역(S2)에 대응 또는 정렬되도록 제1 부분(210-1)의 일 측에 위치할 수 있다. 예컨대, 제3 부분(210-3)은 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1)의 타 측에 위치하는 제2 가장 자리 영역(S3)에 대응 또는 정렬되도록 제1 부분(210-1)의 타 측에 위치할 수 있다.
제1 부분(210-1)은 제3 가스관(320c)으로부터 원료 가스가 유입되는 가스 유입구(340b), 및 유입된 가스를 배출하는 가스 유출구(350a)를 가질 수 있다.
제2 부분(210-2)은 제1 가스관(320-1)으로부터 원료 가스가 유입되는 가스 유입구(340a), 및 유입된 가스를 배출하는 가스 유출구(350b)를 가질 수 있다.
제3 부분(210-3)은 제2 가스관(320-2)으로부터 원료 가스가 유입되는 가스 유입구(340c), 및 유입된 가스를 배출하는 가스 유출구(350c)를 가질 수 있다.
인젝트 캡(210)은 인접하는 부분들 사이에 서로를 구분하기 위한 칸막이를 구비할 수 있다. 예컨대, 인젝트 캡(210)은 제1 부분(210-1)과 제2 부분(210-2)을 구분하는 제1 칸막이(211), 및 제1 부분(210-1)과 제3 부분(210-3)을 구분하는 제2 칸막이(212)를 구비할 수 있다. 예컨대, 칸막이(211, 212)에 의하여 원료 가스는 인젝트 캡(210)의 부분들(210-1, 210-2,210-3) 내부를 독립적으로 흐를 수 있다.
인젝트 캡(210)은 일면(410)으로부터 돌출되고, 가스 유출구들(350a,350b,350c)을 노출하는 가이드부(guide part, 450)를 가질 수 있다. 가이드부(450) 내에 삽입 또는 끼워지는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)을 지지하고 가이드(guide)하는 역할을 할 수 있다.
예컨대, 가이드부(450)는 가스 유출구들(350a,350b,350c)을 둘러싸는 닫힌 고리(loop) 형상 또는 링(ring) 형상일 수 있다. 또는 다른 실시 예에서 가이드부(450)는 서로 이격하는 복수의 부분들을 포함할 수 있으며, 복수의 부분들은 가스 유출구들(350a,350b,350c) 주위에 서로 이격하여 배치될 수 있고, 그 배치된 형상은 링 형상일 수 있다. 즉 가이드부(450)의 형상은 상술한 예에 한정되는 것은 아니며, 배플들(230-1 내지 230-3)의 플레이트(12-1 내지 12-3)의 외주면이 끼워져서 고정될 수 있는 형상이면 충분할 수 있다.
복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각은 가스 유출구들(350a 내지 350c) 중 대응하는 어느 하나에 정렬하도록 가이드부(450) 내에 삽입 또는 끼워질 수 있다.
인젝트 캡(210)의 다른 일면에는 적어도 하나의 결합부(441 내지 444)가 형성될 수 있다. 결합부(441 내지 444)에는 나사 또는 볼트(미도시) 등이 결합되는 홈(451)이 형성될 수 있으며, 나사 또는 볼트 등은 홈(451)을 통과하여 도 1에 도시된 하부 링(130) 및 상부 링(135)에 결합될 수 있다.
인서트(240)는 하부 링(130)과 상부 링(135) 사이에 삽입되도록 배치될 수 있고, 가스를 통과시킬 수 있는 복수의 구획들(sections, k1 내지 kn, n>1인 자연수)을 포함할 수 있다.
인접하는 2개의 구획들 사이에는 격벽(242)이 위치할 수 있고, 격벽(242)에 의하여 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각은 독립적이고, 서로 격리될 수 있다.
복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 중 어느 하나에 마련되는 관통 홀들은 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 중 적어도 하나에 대응 또는 정렬될 수 있다.
인서트(240)의 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적은 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각에 마련되는 관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수) 각각의 개구 면적보다 크고, 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c) 각각의 개구 면적보다는 작을 수 있다.
라이너(130)의 제1 단차부(142)에는 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수)을 구분하는 격벽(242)에 대응하는 격벽(149)이 마련될 수 있다.
복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수)을 통과한 원료 가스는 격벽(149)에 의하여 분리 또는 구분되는 라이너(130)의 제1 단차부(142)의 표면을 따라 흐를 수 있고, 제1 단차부(142)의 표면을 통과하여 반응실(105) 내로 유입되는 원료 가스는 웨이퍼(W)의 표면을 따라 흐를 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면을 통과한 원료 가스는 라이너(130)의 제2 단차부(144)를 통과하여 가스 배출부(170)로 흐를 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 확대 사시도를 나타내고, 도 7은 도 6에 도시된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 평면도를 나타내고, 도 8은 도 6에 도시된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 측면도를 나타내다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각은 플레이트(plate; 12-1,12-2,12-3), 관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수), 및 지지부(예컨대, a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)를 포함할 수 있다.
플레이트(plate; 12-1,12-2,12-3)의 형상은 가이드부(450) 내에 삽입 또는 끼워질 수 있는 형상일 수 있다. 플레이트(plate; 12-1,12-2,12-3)의 크기는 인젝트 캡(210)의 가스 유출구들(350a 내지 350c) 중 대응하는 어느 하나의 크기에 비례할 수 있으며, 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각의 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 크기가 서로 동일하지 않을 수 있다.
관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수)은 플레이트(12-1,12-2,12-3)를 관통하며, 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 길이 방향(101)으로 서로 이격하여 일렬로 배열될 수 있다.
관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수)의 직경은 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 다른 실시 에에는 관통 홀들 중 적어도 하나는 그 직경이 다를 수 있다.
예컨대, 제1 배플(230-1)의 관통 홀의 수는 21개일 수 있고, 제2 배플(230-2) 및 제3 배플(230-3) 각각의 관통 홀의 수는 9.5개일 수 있다. 그러나 각 배플의 관통 홀의 수는 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수) 각각의 직경은 2mm ~ 6mm일 수 있다.
지지부(예컨대, a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)은 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 일면과 연결될 수 있으며, 배플(230-1 내지 230-3)을 지지하는 역할을 할 수 있다.
지지부(예컨대, a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)는 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 일면과 연결되고, 서로 이격하여 위치하는 복수의 다리들을 포함할 수 있다. 지지부의 형상은 원료 가스의 흐름을 방해하지 않는 한, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 지지부는 플레이트의 가장 자리와 연결되는 원통형의 다리 형상일 수도 있다.
복수의 다리들(a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)은 관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수)들과 이격하여 위치할 수 있다.
도 6 내지 도 8에서는, 각 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 일단, 타단, 및 중앙 부분 각각에 다리가 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다리의 수도 2 이상일 수 있다.
예컨대, 제1 배플(230-1)은 가스 유출구들(350a)에 대응하여 배치될 수 있으며, 플레이트(12-1), 관통 홀들(21-1 내지 21-n, n>1인 자연수), 및 복수의 다리들(a1 내지 a3)을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 관통 홀들의 수, 및 다리의 수는 도 6에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
플레이트(12-1,12-2,12-3)의 일 단, 또는 양 단에는 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 길이 방향으로 패인 홈(13-1 내지 13-4)이 마련될 수 있다.
예컨대, 중앙에 배치되는 제1 플레이트(12-1)의 양 단에는 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 길이 방향으로 패인 홈(13-1, 13-2)이 마련될 수 있고, 제2 플레이트 및 제3 플레이트(12-2,12-3) 각각의 일단에는 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 길이 방향으로 패인 홈(13-3, 13-4)이 마련될 수 있다. 홈(13-1 내지 13-4)의 형상은 반원 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
인접하는 2개의 플레이트들(예컨대, 12-1과 12-2) 중 어느 하나(12-1)의 일단에 마련된 홈(예컨대, 13-1)과 나머지 다른 하나(12-2)의 일단에 마련된 홈(예컨대, 13-3)은 서로 인접하여 배치될 수 있으며, 인접하여 배치되는 2개의 홈들(13-1과 13-3)은 하나의 결합 홈(401, 도 10 참조)을 형성할 수 있다. 이때 결합 홈(401)의 형상은 원형일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 인젝트 캡(210)과 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 분리 사시도를 나타내고, 도 10은 도 9에 도시된 인젝트 캡(210)과 복수의 배플들(23-1 내지 230-3)의 결합도를 나타내고, 도 11은 실시 예에 따른 인젝트 캡(210)과 복수의 배플들(23-1 내지 230-3)에 대한 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각의 관통 홀들(21-1 내지 21-n, 22-1 내지 22-m, 23-1 내지 23-k; n,m,k>1인 자연수)이 가스 유출구들(350a,350b,350c) 중 대응하는 어느 하나에 대향하도록 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)은 가이드부(450) 내에 삽입 또는 끼워질 수 있다.
복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각의 다리들(a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)은 가스 유출구들(350a,350b,350c) 중 대응하는 어느 하나에 삽입될 수 있다. 또한 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각의 플레이트(12-1,12-2,12-3)는 가이드부(450) 내에 삽입 또는 끼워질 수 있다.
가이드부(450)에 삽입된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각의 외주면은 가이드부(450)의 내벽(459, 도 5 참조)에 밀착 또는 접촉할 수 있다. 예컨대, 가이드부(450)에 삽입된 배플들(230-1 내지 230-3) 각각의 플레이트(12-1,12-2,12-3)의 외주면은 가이드부(450)의 내벽(459, 도 5 참조)에 밀착 또는 접촉할 수 있다.
가스 유출구들(350a,350b,350c)에 삽입된 다리들(a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)의 일단은 인젝트 캡(210)의 내부 바닥(201)에 접촉할 수 있다.
인젝트 캡(210)의 내부 바닥(201)에 다리들(a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)의 일단이 접촉된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 상부면(207)은 가이드부(450)의 상부면(455)과 동일한 평면 상에 위치할 수 있다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 인젝트 캡(210)과 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)에 대한 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 복수의 배플들(23-1 내지 230-3) 각각의 다리들(a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)의 길이를 조절함으로써, 가이드부(450) 내에 삽입 또는 끼워지는 배플들(23-1 내지 230-3)의 깊이를 조절할 수 있다.
예컨대, 인젝트 캡(210)의 내부 바닥(201)에 다리들(a1 내지 a3, b1 내지 b3, c1 내지 c3)의 일단이 접촉된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 상부면(207)은 가이드부(450)의 상부면(455) 아래에 위치할 수 있으며, 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 상부면(207)과 가이드부(450)의 상부면(455) 사이에는 단차(D)가 존재할 수 있다.
실시 예는 인젝트 캡(210)의 개별적인 부분들(210-1 내지 210-3)에 대응하는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각이 가이드부(450) 내에 삽입되는 구조이기 때문에, 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)이 안정적으로 가이드부(450)에 고정될 수 있다. 또한 실시 예는 삽입된 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 외주면이 가이드부(450)의 내벽에 밀착하기 때문에, 원료 가스가 인젝트 캡(210) 및 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)을 통과할 때, 와류 발생을 억제할 수 있다.
인젝트 캡(210) 내에서 원료 가스 흐름의 정체, 및 원료 가스의 역류 현상을 방지하기 위해서는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 상부면(207)과 가이드부(450)의 상부면(455) 간의 단차(D)는 6mm미만으로 할 수 있다.
도 16은 복수의 배플들이 인젝트 캡에 삽입되는 깊이에 따른 원료 가스의 흐름을 나타낸다. 16(a)는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 상부면(207)과 가이드부(450)의 상부면(455) 간의 단차(D)가 제로인 경우(D=0)이고, 16(b)는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)의 상부면(207)과 가이드부(450)의 상부면(455) 간의 단차(D)가 6mm인 경우이다.
도 16을 참조할 때, 16(a)의 경우에 비하여, 16(b)의 경우는 원료 가스의 정체 영역(701)이 발생하고, 원료 가스의 역류 현상(702)이 나타남을 알 수 있다. 이는 단차(D)가 6mm 이상 증가하면, 인젝트 캡(210) 내부가 상대적으로 좁아지고, 이로 인하여 원료 가스의 흐름이 정체되고 역류하는 현상이 나타나기 때문이다.
도 13은 일반적인 인젝트 캡(501), 배플(502) 및 인서트(503)을 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내고, 도 14는 실시 예에 따른 인젝트 캡(210), 복수의 배플들(230-1,230-2,230-3), 및 인서트(240)를 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타낸다.
도 13에는 인젝트 캡(501)과 인서트(503) 사이에 일체형의 배플(502)이 배치되는 일반적인 가스 공급부가 도시된다. 도 13의 경우에는 와류 발생이 빈번하고, 원료 가스의 흐름이 뭉쳐진 것을 알 수 있다. 이는 인젝트 캡(501)에서 배플(502)까지 원료 가스가 흘러들어가는 동안 와류가 증대할 수 있고, 불안정한 흐름이 유발될 수 있기 때문이다. 여기서 불안정한 흐름은 원료 가스가 원하지 않는 곳으로 흐르지 않아 유속의 변화가 있는 것을 의미할 수 있다.
그러나 도 14에 도시된 바와 같이, 실시 예는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3) 각각이 가스 유출구들(350a,350b,350c) 중 대응하는 어느 하나에 인접하여 배치되기 때문에, 흐르는 원료 가스에 와류 발생을 억제할 수 있고, 원료 가스의 흐름이 안정적일 수 있다.
실시 예는 가이드부(450)에 삽입되는 복수의 배플들(230-1 내지 230-3)이 가스 유출구들(350a,350b,350c)에 인접하여 배치되는 구조를 가질 수 있고, 이로 인하여 원료 가스를 반응실(105) 내의 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1), 및 가장 자리 영역(S2,S3)에 균일하게 공급함으로써, 성장되는 에피층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 15는 인젝트 캡, 복수의 배플들, 및 인서트를 흐르는 원료 가스의 유속을 나타낸다. (a)는 실시 예의 원료 가스의 유속을 나타내고, (b)는 일체형 배플을 인젝트 캡 상에 배치하는 일반적인 경우의 원료 가스의 유속을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 일반적인 경우의 원료 가스의 흐름(b)과 비교할 때, 실시 예의 원료 가스의 흐름(a)이 더 균일하고, 유속이 더 빠른 것을 알 수 있다. 따라서 실시 예는 유속이 빨라 성장 속도(growth rate)를 높일 수 있고, 이로 인하여 생산성을 높일 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
103: 하부 돔 104: 상부 돔
105: 반응실 120: 서셉터
125: 서셉터 지지부 130: 하부 링
135: 상부 링 140: 라이너
145: 예열링 160: 가스 공급부
170: 가스 배출부 210: 인젝트 캡
230-1 내지 230-3: 배플들 240: 인서트
450: 가이드부.

Claims (13)

  1. 반응실;
    상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;
    상기 반응실 내로 유입되는 가스의 유동을 제어하는 가스 유동 제어부를 포함하며,
    상기 가스 유동 제어부는,
    가스의 흐름을 분리하는 복수의 가스 유출구들 갖는 인젝트 캡(inject cap); 및
    상기 복수의 가스 유출구들 각각에 대응하는 관통 홀들을 포함하는 복수의 배플들을 포함하며,
    상기 복수의 배플들 각각은 서로 분리되고, 상기 복수의 가스 유출구들 중 대응하는 어느 하나에 인접하여 배치되는 에피텍셜 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인젝트 캡은 일면으로부터 돌출되고, 상기 복수의 가스 유출구들을 노출하는 가이드부를 가지며,
    상기 복수의 배플들은 상기 가이드부에 삽입되는 에피텍셜 반응기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가이드부는,
    상기 가스 유출구들을 둘러싸는 링(ring) 형상을 갖는 에피텍셜 반응기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 배플들 각각은,
    서로 이격하여 배열되는 관통 홀들이 형성되는 플레이트; 및
    상기 플레이트의 일면과 연결되는 지지부를 포함하며,
    상기 지지부는 상기 가스 유출구들에 삽입되고, 상기 플레이트는 상기 가이드부에 삽입되는 에피텍셜 반응기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지지부는,
    서로 이격하는 복수의 다리들(legs)을 포함하며, 상기 복수의 다리들은 상기 가스 유출구에 삽입되는 에피텍셜 반응기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가이드부에 삽입된 상기 플레이트의 외주면은 상기 가이드부의 내벽에 밀착되는 에피텍셜 반응기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가스 유출구들에 삽입된 상기 지지부의 일단은 상기 인젝트 캡의 내부 바닥에 접촉하는 에피텍셜 반응기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트의 일단 또는 양단에는 상기 플레이트의 길이 방향으로 패인 홈이 형성되며,
    상기 가이드부에 삽입된 인접하는 2개의 플레이트들의 일단에 형성된 홈과 나머지 다른 하나의 일단에 형성된 홈은 서로 인접하며, 인접하는 2개의 홈들은 하나의 결합 홈을 형성하는 에피텍셜 반응기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 인젝트 캡의 내부 바닥에 상기 지지부의 일단이 접촉된 상기 복수의 배플들의 상부면은 상기 가이드부의 상부면과 동일한 평면 상에 위치하는 에피텍셜 반응기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 인젝트 캡의 내부 바닥에 상기 지지부의 일단이 접촉된 상기 복수의 배플들의 상부면은 상기 가이드부의 상부면 아래에 위치하며, 상기 복수의 배플들의 상부면과 상기 가이드부의 상부면 사이에는 단차가 존재하는 에피텍셜 반응기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인젝트 캡은 서로 격리되는 적어도 2개 이상의 부분들을 포함하며,
    상기 복수의 가스 유출구들 중 어느 하나는 상기 적어도 2개 이상의 부분들 중 대응하는 어느 하나에 마련되는 에피텍셜 반응기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키고, 서로 분리되는 복수의 구획들을 포함하는 인서트(insert); 및
    상기 복수의 구획들을 통과한 가스를 상기 반응실로 유도하는 단차부를 갖는 라이너(liner)를 더 포함하는 에피텍셜 반응기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 단차는 6mm 미만인 에피텍셜 반응기.
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