KR20150081536A - 에피텍셜 반응기 - Google Patents

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KR20150081536A
KR20150081536A KR1020140001127A KR20140001127A KR20150081536A KR 20150081536 A KR20150081536 A KR 20150081536A KR 1020140001127 A KR1020140001127 A KR 1020140001127A KR 20140001127 A KR20140001127 A KR 20140001127A KR 20150081536 A KR20150081536 A KR 20150081536A
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diameter
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KR1020140001127A
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정호섭
오현정
이재훈
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주식회사 엘지실트론
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Abstract

실시 예는 서로 격리되는 제1 내지 제3 부분들로 구분되며, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각은 하나의 가스 유입구 및 하나의 가스 유출구를 갖는 인젝트 캡, 서로 격리되는 복수의 구획들을 포함하며, 상기 복수의 구획들은 상기 복수의 가스 유출구들로부터 유출되는 가스를 통과시키는 인서트, 상기 복수의 구획들을 통과한 가스가 유입되는 반응실, 및 상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각의 가스 유입구의 직경은 8mm ~ 13mm이고, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각의 길이는 23mm ~ 39mm이다.

Description

에피텍셜 반응기{An epitaxial reactor}
실시 예는 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.
에피텍셜 반응기는 배치식(batch type) 및 매엽식(single wafer processing type)이 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 서로 격리되는 제1 내지 제3 부분들로 구분되며, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각은 하나의 가스 유입구 및 하나의 가스 유출구를 갖는 인젝트 캡(inject cap); 서로 격리되는 복수의 구획들을 포함하며, 상기 복수의 구획들은 상기 복수의 가스 유출구들로부터 유출되는 가스를 통과시키는 인서트(insert); 상기 복수의 구획들을 통과한 가스가 유입되는 반응실; 및 상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각의 가스 유입구의 직경은 8mm ~ 13mm이고, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각의 길이는 23mm ~ 39mm이다.
상기 인서트의 복수의 구획들 각각의 개구 면적은 상기 가스 유출구의 개구 면적보다 작을 수 있다.
상기 인젝트 캡의 제1 부분과 제2 부분 간의 제1 경계는 상기 인서트의 복수의 구획들 중 어느 하나의 중앙에 정렬되고, 상기 인젝트 캡의 제1 부분과 제3 부분 간의 제2 경계는 상기 인서트의 복수의 구획들 중 다른 어느 하나의 중앙에 정렬될 수 있다.
상기 인서트는 순차적으로 배치되는 제1 내지 제10 구획들을 포함할 수 있으며, 상기 제3 구획의 중앙은 상기 제1 경계에 정렬되고, 상기 제8 구획의 중앙은 상기 제2 경계에 정렬될 수 있다.
상기 제1 부분은 상기 인젝트 캡의 중앙에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 일 측에 위치하고, 상기 제3 부분은 상기 제1 부분의 타 측에 위치하며, 상기 제1 부분의 가스 유출구의 개구 면적은 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분 각각의 가스 유출구의 개구 면적보다 클 수 있다.
상기 인젝트 캡과 상기 인서트 사이에 배치되고, 복수의 관통 홀들을 구비하는 배플(baffle)을 더 포함할 수 있다.
상기 인젝트 캡과 상기 인서트 사이에 배치되고, 상기 복수의 구획들 각각에 대응하는 복수의 관통 홀들을 구비하는 배플(baffle)을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 구획, 및 상기 제8획 각각에 대응하는 관통 홀들의 개수는 5개이고, 상기 제3 구획 및 상기 제8 구획을 제외한 나머지 구획들 각각에 대응하는 관통 홀들의 개수는 4개일 수 있다.
상기 인서트의 제1 구획, 제3 구획, 제8 구획, 및 제10 구획 각각에 대응되는 관통 홀들 중 적어도 하나의 직경은 각 구획에 속하는 나머지 관통 홀들의 직경과 다를 수 있다.
상기 제3 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제1 경계를 기준으로 좌측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경은 상기 제1 경계를 기준으로 우측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경보다 작고, 상기 제8 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제2 경계를 기준으로 좌측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경은 상기 제2 경계를 기준으로 우측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경보다 클 수 있다.
상기 제1 경계를 기준으로 좌측 방향 및 우측 방향 각각으로 상기 제1 경계에 가장 인접하는 하는 제1 관통 홀은 반원이고, 상기 제2 경계를 기준으로 좌측 방향 및 우측 방향 각각으로 상기 제2 경계에 가장 인접하는 제2 관통 홀은 반원이고, 상기 제1 관통 홀과 상기 제2 관통 홀을 제외한 나머지 관통 홀들은 원형일 수 있다.
상기 제1 구획에 대응되는 관통 홀들 중 상기 제1 경계에 인접하는 최초 2개의 관통 홀들의 직경은 나머지 2개의 관통 홀들의 직경보다 크고, 상기 제10 구획에 대응되는 관통 홀들 중 상기 제2 경계에 인접하는 최초 2개의 관통 홀들의 직경은 나머지 2개의 관통 홀들의 직경보다 클 수 있다.
상기 제1 경계를 기준으로 우측에 위치하고, 상기 제3 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제1 경계에서 가장 멀리 위치하는 관통 홀의 직경은 상기 가장 멀리 위치하는 관통 홀을 제외한 나머지 관통 홀들의 직경보다 작을 수 있다.
상기 제2 경계를 기준으로 좌측에 위치하고 상기 제8 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제2 경계에서 가장 멀리 위치하는 관통 홀의 직경은 상기 가장 멀리 위치하는 관통 홀을 제외한 나머지 관통 홀들의 직경보다 작을 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 1에 도시된 인젝트 캡의 제1 내지 제3 가스 유출구들과 인서트의 복수의 구획들 사이의 배치 관계를 나타낸다.
도 5는 인젝트 캡의 제1 내지 제3 가스 유입구들의 직경, 및 제1 내지 제3 부분들의 길이를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6d는 제1 조건에 따른 인젝트 캡 및 인서트의 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률을 나타낸다.
도 7a 내지 도 7d는 제2 조건에 따른 인젝트 캡 및 인서트의 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8d는 제3 조건에 따른 인젝트 캡 및 인서트의 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률을 나타낸다.
도 9는 제1 내지 제4 경우들에 대한 인서트의 복수의 구획들 내의 유량 흐름률의 표준 편차를 나타낸다.
도 10은 제5 내지 제8 경우들에 대한 인서트의 복수의 구획들 내의 유량 흐름률의 표준 편차를 나타낸다.
도 11은 제9 내지 제12 경우들에 대한 인서트의 복수의 구획들 내의 유량 흐름률의 표준 편차를 나타낸다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기의 단면도를 나타낸다.
도 13은 도 12에 도시된 가스 공급부의 평면도를 나타낸다.
도 14는 도 13에 도시된 가스 공급부의 분리 사시도를 나타낸다.
도 15는 도 14에 도시된 배플의 관통 홀들과 인서트의 복수의 구획들 사이의 배치 관계를 나타낸다.
도 16은 도 15에 도시된 배플 및 관통 홀들의 확대도를 나타낸다.
도 17은 도 16에 도시된 배플을 구비하는 실시 예에 따른 인젝트 캡과 인서트의 유량 흐름률을 나타낸다.
도 18은 배플의 관통 홀들의 직경이 모두 동일한 경우의 인젝트 캡과 인서트의 가스 흐름을 나타낸다.
도 19는 가스 공급관의 직경이 3mm, 8mm, 13mm인 경우들에 대한 가스의 평균 속도 및 가스 공급관의 직경의 곱을 나타낸다.
도 20은 가스 공급관의 직경이 3mm, 8mm, 13mm인 경우들에 대한 인서트 내의 유속의 표준 편차를 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 나타낸다.
도 1을 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), 하부 라이너(lower liner, 140), 상부 라이너(upper liner, 145), 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 있다.
반응실(105)은 일 측에 원료 가스가 유입하는 가스 도입구(106)를 가질 수 있고, 타 측에 유입된 원료 가스가 배출되는 가스 유출구(107)를 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.
하부 라이너(140)는 내주면이 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. 하부 라이너(140)의 외주면의 상부면은 서셉터(120)의 상면 또는 웨이퍼(W)의 상면과 동일 평면에 위치할 수 있다.
상부 라이너(145)는 하부 라이너(140)와 마주보도록 하부 라이너(140) 상에 배치될 수 있다. 상부 라이너(145)는 하부 라이너(140)의 제1 단차부(142)와 대응 또는 마주보는 제3 단차부를 가질 수 있고, 하부 라이너(140)의 제2 단차부(144)와 대응 또는 마주보는 제4 단차부를 가질 수 있다.
가스 도입구(106)로부터 유출되는 원료 가스는 하부 라이너(140)의 제1 단차부(142)와 상부 라이너(145)의 제3 단차부 사이를 흘러서 반응실(105) 내로 유입될 수 있다. 또한 반응실(105) 내의 원료 가스는 하부 라이너(140)의 제2 단차부(144)와 상부 라이너(145)의 제4 단차부 사이를 흘러서 가스 유출구(107)로 빠져 나갈 수 있다. 하부 라이너(140)와 상부 라이너(145)의 재료는 석영(SiO2) 또는 탄화규소(SiC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 링(130)은 하부 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 하부 라이너(140)의 내주면을 따라 배치될 수 있다.
가스 공급부(160)는 외부로부터 반응실(105) 내로 원료 가스를 공급한다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 공급부(160)의 평면도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 가스 공급부(160)의 분리 사시도를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가스 공급부(160)는 가스 발생부(310), 복수의 가스관들(예컨대, 320a, 320b, 330c), 가스량 조절부(330a, 330b), 가스 유동 제어부(205)를 포함할 수 있다. 가스 유동 제어부(205, 도 2 참조)는 인젝트 캡(inject cap, 210), 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(carrier) 가스 등을 포함할 수 있다.
가스 발생부(310)로부터 발생되는 원료 가스는 복수의 가스관들(예컨대, 320a, 320b,330c)을 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, 질량 유량계(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 캡(210)에 원료 가스를 공급할 수 있다.
복수의 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c)은 인젝트 캡(210)에 원료 가스를 공급할 수 있다.
복수의 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c)과 하부 라이너(140) 사이에 인젝트 캡(210), 및 인서트(240)가 순차적으로 배치될 수 있다.
복수의 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c)로부터 공급되는 원료 가스는 인젝트 캡(210), 및 인서트(240)를 순차적으로 통과하여 흐를 수 있다.
인젝트 캡(210)은 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c)로부터 원료 가스가 유입되는 복수의 가스 유입구들(예컨대, 340a,340b,340c) 및 유입된 원료 가스를 내보는 복수의 가스 유출구들(예컨대, 350a,350b,350c)을 포함할 수 있다.
복수의 가스 유입구들(예컨대, 340a,340b,340c) 각각의 직경은 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c) 중 대응하는 어느 하나의 직경과 동일할 수 있다.
예컨대, 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c) 각각의 직경은 동일할 수 있으며, 복수의 가스 유입구들(예컨대, 340a,340b,340c) 각각의 직경도 동일할 수 있다.
인젝트 캡(210)은 서로 격리되는 3개의 부분들(예컨대, 210-1,210-2,210-3)로 구분될 수 있다. 인젝트 캡(210)의 3개의 부분들(예컨대, 210-1,210-2,210-3) 각각은 하나의 가스 유입구 및 하나의 가스 유출구를 가질 수 있다.
제1 내지 제3 가스 유입구들(예컨대, 340a,340b,340c) 각각은 3개의 부분들(예컨대, 210-1,210-2,210-3) 중 대응하는 어느 하나에 마련될 수 있고, 제1 내지 제3 가스 유출구들(예컨대, 350a,350b,350c) 각각은 3개의 부분들(예컨대, 210-1,210-2,210-3) 중 대응하는 어느 하나에 마련될 수 있다.
예컨대, 제1 부분(210-1)은 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1)에 대응 또는 정렬되도록 인젝트 캡(210)의 중앙에 위치할 수 있으며, 제1 가스 유입구(340b) 및 제1 가스 유출구(350a)는 제1 부분(210-1)에 형성될 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 있으며, 제2 가스 유입구(340a), 및 제2 가스 유출구(350b)는 제2 부분(210-2)에 형성될 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 있으며, 제3 가스 유입구(340c), 및 제3 가스 유출구(350c)는 제3 부분(210-3)에 형성될 수 있다.
예컨대, 제1 가스 유출구(350a)의 개구 면적은 제2 및 제3 가스 유출구들(350b, 350c) 각각의 개구 면적보다 클 수 있다.
인젝트 캡(210)은 인접하는 부분들 간을 구분 또는 격리하기 위한 칸막이를 구비할 수 있다.
예컨대, 인젝트 캡(210)은 제1 부분(210-1)과 제2 부분(210-2)을 구분 및 격리하는 제1 칸막이(211), 및 제1 부분(210-1)과 제3 부분(210-3)을 구분 및 격리하는 제2 칸막이(212)를 구비할 수 있다. 칸막이(예컨대, 211, 212)에 의하여 원료 가스는 부분들(예컨대, 210-1, 210-2,210-3) 각각의 내부를 독립적으로 흐를 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. 예컨대, 인서트(240)는 순차적으로 배치되는 제1 내지 제10 구획들(K1 내지 K10)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.
도 4는 도 1에 도시된 인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c)과 인서트(240)의 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 사이의 배치 관계를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 중 적어도 일부는 인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 가스 유출구들(예컨대, 350a,350b,350c) 중 어느 하나에 대응 또는 정렬될 수 있다.
인서트(240)의 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 중 적어도 하나는 제2 가스 유출구(350b)에 정렬 또는 대응할 수 있고, 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 중 적어도 다른 하나는 제3 가스 유출구(350c)에 정렬 또는 대응할 수 있고, 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 중 나머지들은 제1 가스 유출구(350a)에 정렬 또는 대응할 수 있다.
복수의 구획들(K1 내지 Kn, n>1인 자연수) 중 어느 하나는 인젝트 캡(210)의 제1 부분(210-1)과 제2 부분(210-2) 간의 제1 경계(501), 또는 인젝트 캡(210)의 제1 가스 유출구(350a)와 제2 가스 유출구(350b) 사이의 경계에 대응 또는 정렬될 수 있다.
예컨대, 제3 구획(K3)의 중앙은 제1 경계(501), 또는 인젝트 캡(210)의 제1 가스 유출구(350a)와 제2 가스 유출구(350b) 사이의 경계 부분에 대응 또는 정렬될 수 있다.
복수의 구획들(K1 내지 Kn, n>1인 자연수) 중 다른 어느 하나는 인젝트 캡(210)의 제1 부분(210-1)과 제3 부분(210-3) 간의 제2 경계(502), 또는 인젝트 캡(210)의 제1 가스 유출구(350a)와 제3 가스 유출구(350c) 사이의 경계에 대응 또는 정렬될 수 있다.
예컨대, 제8 구획(K8)의 중앙은 제2 경계(502) 또는 인젝트 캡(210)의 제1 가스 유출구(350a)와 제3 가스 유출구(350c) 사이의 경계 부분에 대응 또는 정렬될 수 있다.
예컨대, 인서트(240)의 제1 내지 제10 구획들(K1 내지 Kn, n=10) 중 제1 구획(K1), 제2 구획(K2), 및 제3 구획(K3)의 절반은 제2 가스 유출구(350b)에 정렬 또는 대응할 수 있다. 또한 제10 구획(K10), 제9 구획(K9), 및 제8 구획(K8)의 절반은 제3 가스 유출구(350c)에 정렬 또는 대응할 수 있다.
또한 인서트(240)의 나머지 구획들(K3의 나머지 절반, K4 내지 K7, 및 K8의 나머지 절반)은 제1 가스 유출구(350a)에 정렬 또는 대응할 수 있다.
인서트(240)의 복수의 구획들(K1 내지 Kn, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적은 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c) 각각의 개구 면적보다 작을 수 있다.
도 5는 인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c)의 직경(d1,d2,d3), 및 제1 내지 제3 부분들(210-1,210-2,210-3)의 길이(L1,L2,L3)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경은 동일할 수 있다. 또한 인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경은 복수의 가스 공급관들(예컨대, 320-1,320-2,320c) 중 대응하는 어느 하나의 직경과 동일할 수 있다.
에피텍셜층의 두께 프로파일을 제어하기 위하여 에피텍셜 반응 챔버 내로 유입되는 소스 가스(source gas)의 흐름은 층류가 되어야 한다. 일반적으로 레이놀즈 수가 작을수록 와류 발생이 억제되고 가스 흐름이 원활할 것으로 판단될 수 있다. 예컨대, 인젝트 캡에 공급되는 소스 가스에 대한 레이놀즈 수가 2300 이하일 때, 챔버 내로 유입되는 소스 가스를 층류로 판단할 수 있다.
레이놀즈의 수는 가스의 밀도, 가스의 평균 속도, 및 가스 공급관의 직경을 곱한 결과를 가스의 점도로 나눈 값일 수 있다. 가스의 밀도 및 점도는 물질의 고유 물성치이므로 레이놀즈의 수는 가스의 평균 속도 및 가스 공급관의 직경에 의하여 결정될 수 있다.
도 19는 가스 공급관의 직경이 3mm, 8mm, 13mm인 경우들에 대한 가스의 평균 속도 (V) 및 가스 공급관의 직경(L)의 곱(V×L)을 나타낸다.
도 19를 참조하면, 가스 공급관의 직경이 3mm인 경우가 (V×L)이 가장 낮은 결과를 보이므로, 레이놀즈 수가 가장 낮은 것을 알 수 있다.
일반적으로 레이놀즈 수가 낮을수록 와류 발생이 억제되는 것으로 알려져 있지만, 레이놀즈 수가 낮더라도 인젝트 캡에 가스를 공급하는 관의 직경에 따라 인서트에 와류가 발생할 수 있다.
도 20은 가스 공급관의 직경이 3mm, 8mm, 13mm인 경우들에 대한 인서트 내의 유속의 표준 편차를 나타낸다.
도 20을 참조하면, 가스 공급관의 직경이 3mm일 때, 유속의 표준 편차가 가장 큰 것을 알 수 있다. 또한 가스 공급관의 직경이 8mm와 13mm인 경우들은 유속의 표준 편차가 비슷한 것을 알 수 있다.
실시 예는 인서트 내의 와류 발생이 억제되고, 인서트 내의 유속 편차가 1×10-5보다 작게 되는 가스 공급관의 직경, 및 인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 부분들(210-1,210-2,210-3)의 길이(L1,L2,L3)를 설정한다. 여기서 제1 내지 제3 부분들(210-1,210-2,210-3) 각각의 길이(L1,L2,L3)는 제1 내지 제3 부분들(210-1,210-2,219-3) 각각의 가스 유입구(340a,340b,340c)로부터 가스 유출구(350a,350b,350c)까지의 거리일 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 제1 조건에 따른 인젝트 캡(210) 및 인서트(240)의 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률(Mass flow rate)을 나타낸다.
제1 조건은 다음과 같다.
제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)은 3mm일 수 있고, 제1 부분(210-1)의 길이(L1)는 31mm일 수 있으며, 측정 가스로는 가스량이 9 SLM(Standard Liters per Minute)인 TCS 가스 및 가스량이 70 SLM인 H2 가스가 사용될 수 있다.
도 6a는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 15mm인 경우(CASE1)일 수 있다. 도 6b는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 23mm인 경우(CASE2)일 수 있다. 도 6c는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 31mm인 경우(CASE3)일 수 있다. 도 6d는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 39mm인 경우(CASE4)일 수 있다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, CASE 1 내지 CASE 4에서는 인젝트 캡(210)의 제2 부분(210-2)과 제3 부분(210-3)의 길이에 상관없이 인서트(240) 내에 와류(도 6a 내지 도 6d에 도시된 원형의 점선 부분)가 발생함을 알 수 있다.
예컨대, CASE 1 내지 CASE4에서는 인젝트 캡(210)의 제2 부분(210-2)과 제3 부분(210-3)에 대응 또는 정렬되는 인서트(240)의 구획들(예컨대, k1과 k2, k9와 k10) 내에 와류가 발생할 수 있다.
즉 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)이 3mm일 때는 인젝트 캡(210)의 제2 부분(210-2)과 제3 부분(210-3)의 크기 변화에도 불구하고 인서트(240) 내의 와류 발생이 억제되지 않는다.
따라서 인서트(240)의 구획들(예컨대, k1과 k2, k9와 k10) 내에 와류 발생을 억제하기 위해서는 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)이 적어도 3mm를 초과해야 함을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 제2 조건에 따른 인젝트 캡(210) 및 인서트(240)의 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률(Mass flow rate)을 나타낸다.
제2 조건은 다음과 같다.
제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)은 8mm일 수 있고, 제1 부분(210-1)의 길이(L1)는 31mm일 수 있으며, 측정 가스로는 가스량이 9 SLM(Standard Liters per Minute)인 TCS 가스 및 가스량이 70 SLM인 H2 가스가 사용될 수 있다.
도 7a는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 15mm인 경우(CASE5)일 수 있다. 도 7b는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 23mm인 경우(CASE6)일 수 있다. 도 7c는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 31mm인 경우(CASE7)일 수 있다. 도 7d는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 39mm인 경우(CASE8)일 수 있다.
도 7a를 참조하면, CASE 5에서는 인서트(240)의 구획들(예컨대, k1과 k2, k9와 k10) 내에 와류(도 7a에 도시된 원형의 점선 부분)가 발생함을 알 수 있다.
그러나 도 7b 내지 도 7d를 참조하면, CASE 6 내지 CASE 8에서는 인서트(240)의 구획들(예컨대, k1과 k2, k9와 k10) 내에 와류 발생이 억제되고, 가스 흐름이 개선되는 것을 알 수 있다.
즉 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)이 8mm일 때는, 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 15mm를 초과함에 따라 인서트(240) 내의 와류 발생이 억제됨을 알 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 제3 조건에 따른 인젝트 캡 및 인서트의 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률(Mass flow rate)을 나타낸다.
제3 조건은 다음과 같다.
제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)은 13mm일 수 있고, 제1 부분(210-1)의 길이(L1)는 31mm일 수 있으며, 측정 가스로는 가스량이 9 SLM(Standard Liters per Minute)인 TCS 가스 및 가스량이 70 SLM인 H2 가스가 사용될 수 있다.
도 8a는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 15mm인 경우(CASE9)일 수 있다. 도 8b는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 23mm인 경우(CASE10)일 수 있다. 도 8c는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 31mm인 경우(CASE11)일 수 있다. 도 8d는 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 39mm인 경우(CASE12)일 수 있다.
도 8a를 참조하면, CASE 9에서는 인서트(240)의 구획들(예컨대, k1과 k2, k9와 k10) 내에 와류(도 8a에 도시된 원형의 점선 부분)가 발생함을 알 수 있다.
그러나 도 8b 내지 도 8d를 참조하면, CASE 10 내지 CASE 12에서는 인서트(240)의 구획들(예컨대, k1과 k2, k9와 k10) 내에 와류 발생이 억제되고, 가스 흐름이 개선되는 것을 알 수 있다.
즉 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)이 13mm일 때는, 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 15mm를 초과함에 따라 인서트(240) 내의 와류 발생이 억제됨을 알 수 있다.
CASE 5 내지 CASE12를 참조할 때, 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 적어도 15mm를 초과해야, 인서트(240) 내의 와류 발생이 억제됨을 알 수 있다.
도 9는 제1 내지 제4 경우들(CASE 1 내지 CASE4)에 대한 인서트(240)의 복수의 구획들 내의 유량 흐름률의 표준 편차를 나타낸다.
도 9를 참조하면, CASE 1 내지 CASE4에서는 인젝트 캡(210)의 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 증가함에 따라 유량 흐름률의 표준 편차가 점차 감소함을 알 수 있으며, CASE 1 내지 CASE4 각각의 유량 흐름률의 표준 편차는 모두 1×10-5보다 큰 것을 알 수 있다.
도 10은 제5 내지 제8 경우들(CASE 5 내지 CASE8)에 대한 인서트(240)의 복수의 구획들 내의 유량 흐름률의 표준 편차를 나타낸다.
도 10을 참조하면, CASE 5 내지 CASE8에서는 인젝트 캡(210)의 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 증가함에 따라 유량 흐름률의 표준 편차가 점차 감소함을 알 수 있다.
CASE 5의 유량 흐름률의 표준 편차는 1×10-5보다 큰 것을 알 수 있다. 반면에 CASE 6 내지 CASE 8의 유량 흐름률의 표준 편차는 1×10-5보다 작은 것을 알 수 있다.
도 11은 제9 내지 제12 경우들(CASE 9 내지 CASE12)에 대한 인서트(240)의 복수의 구획들 내의 유량 흐름률의 표준 편차를 나타낸다.
도 11을 참조하면, CASE 9 내지 CASE12에서는 인젝트 캡(210)의 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)가 증가함에 따라 유량 흐름률의 표준 편차가 점차 감소함을 알 수 있다.
CASE 9 내지 CASE 12 각각의 유량 흐름률의 표준 편차는 1×10-5보다 작은 것을 알 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조할 때, 유량 흐름률의 표준 편차는 1×10-5보다 작게 하기 위해서는 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)은 3mm를 초과해야 하고, 인젝트 캡(210)의 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)는 적어도 15mm를 초과해야 함을 알 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c) 각각의 직경(d1,d2,d3)은 8mm ~ 13mm일 수 있으며, 인젝트 캡(210)의 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3) 각각의 길이(L2,L3)는 23mm ~ 39mm일 수 있다.
실시 예는 제1 내지 제3 가스 유입구들(340a,340b,340c)의 직경(d1,d2,d3), 및 인젝트 캡(210)의 제2 및 제3 부분들(210-2,210-3)의 길이(L2,L3)를 상술한 바와 같이 설정함으로써, 인서트(240) 내의 난류 발생을 억제할 수 있고, 인서트(240) 내의 유속의 표준 편차를 감소시킬 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 흐른다. 웨이퍼(W)의 표면을 통과한 원료 가스는 라이너(130)의 제2 단차부(144)를 통과하여 가스 배출부(170)로 흐른다.
인서트(240) 내의 난류 발생을 억제되고, 인서트(240) 내의 유속의 표준 편차를 감소함에 따라 라이너(130)를 통하여 반응실(105) 내로 흐르는 가스는 층류일 수 있고, 이로 인하여 실시 예는 반응실(105) 내에서 성장되는 에피층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기(200)의 단면도를 나타내고, 도 13은 도 12에 도시된 가스 공급부(205-1)의 평면도를 나타내고, 도 14는 도 13에 도시된 가스 공급부(205-1)의 분리 사시도를 나타낸다.
도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하거나 생략한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 가스 공급부(205)와 비교할 때, 도 12에 도시된 가스 공급부(205-1)는 인젝트 캡(210)과 인서트(240) 사이에 배치되는 배플(baffle, 220)을 더 포함할 수 있다.
배플(220)은 인젝트 캡(210)의 가스 유출구들(350a, 350b, 350c)로부터 유출되는 가스가 통과하는 관통 홀들을 구비할 수 있다.
배플(220)에 형성되는 관통 홀들의 형상 및 직경은 인서트(240)의 각 구획들(K1 내지 K10)로부터 유출되는 가스의 유량 흐름률의 프로파일에 따라 결정될 수 있다.
도 18은 배플의 관통 홀들의 직경이 모두 동일한 경우의 인젝트 캡과 인서트의 가스 흐름을 나타낸다.
도 18에 도시된 배플은 총 42개의 관통 홀들을 구비할 수 있으며, 각 관통 홀의 직경은 4.5mm일 수 있다. 도 18의 원형의 점선들은 가스 흐름 패턴 및 유량 흐름률이 열위한 부분을 나타낸다. 인서트로부터 유출되는 가스의 유량 흐름률의 표준 편차는 약 7.69×10-6 정도임을 알 수 있다. 열위한 부분들에서는 난류가 발생할 수 있고, 유량 흐름률의 편차가 크게 나타남을 알 수 있다.
열위한 부분들은 인서트의 복수의 구획들 중에서 첫 번째 구획(1), 마지막 번째 구획(10), 인젝트 캡의 제1 부분과 제2 부분 간의 경계 부분에 대응하는 구획(3), 및 인젝트 캡의 제1 부분과 제3 부분 간의 경계 부분(8)임을 알 수 있다.
이러한 열위한 부분들 각각에 대응하는 배플의 관통 홀들의 직경을 변경함으로써, 실시 예는 난류 발생을 억제하고, 유량 흐름률의 편차를 감소시키고자 한다.
도 15는 도 14에 도시된 배플(220)의 관통 홀들(h1 내지 h40)과 인서트(240)의 복수의 구획들(K1 내지 Kn, 예컨대, n=10) 사이의 배치 관계를 나타내고, 도 16은 도 15에 도시된 배플(220), 및 관통 홀들(h1 내지 h40)의 확대도를 나타낸다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 인젝트 캡(210)의 제1 부분(210-1)과 제2 부분(210-2) 간의 제1 경계(501)는 복수의 구획들(K1 내지 Kn, 예컨대, n=10) 중 어느 하나의 중앙에 정렬될 수 있다.
또한 인젝트 캡(210)의 제1 부분(210-1)과 제3 부분(210-3) 간의 제2 경계(502)는 복수의 구획들(K1 내지 Kn, 예컨대, n=10) 중 다른 어느 하나의 중앙에 정렬될 수 있다.
복수의 관통 홀들(h1 내지 h40)은 배플(220)의 길이 방향(102)으로 이격하여 배열될 수 있다.
복수 개의 관통 홀들(예컨대, h1 내지 h40)이 인서트(240)의 복수의 구획들(K1 내지 Kn, 예컨대, n=10) 중 대응하는 어느 하나에 제1 방향(101)으로 대응 또는 정렬될 수 있다. 제1 방향(101)은 인젝트 캡(210)으로부터 인서트(240)로 향하는 방향일 수 있다.
예컨대, 복수의 구획들(K1 내지 Kn, 예컨대, n=10) 각각에 대하여 복수의 관통 홀들이 대응하도록 배열될 수 있다.
예컨대, 제1 경계(501), 및 제2 경계(502) 각각에 대응하는 구획(K3, 또는 K7)에 대응하는 관통 홀들의 개수는 5개일 수 있으며, 나머지 구획들(K1,K2,K4 내지 K7, K9, K10) 각각에 대응하는 관통 홀들의 개수는 4개일 수 있다.
복수의 구획들(K1 내지 Kn, 예컨대, n=10) 중 적어도 하나에 대응하는 관통 홀들 중 적어도 하나의 직경은 나머지들과 다를 수 있다.
예컨대, 인서트(240)의 첫 번째 구획(K1)에 대응되는 배플(220)의 관통 홀들(h1 내지 h4) 중 적어도 하나(h3과 h4)의 직경은 나머지 관통 홀들(h1,h2)의 직경과 다를 수 있다.
예컨대, 첫 번째 구획(K1)에 대응되는 배플(220)의 4개의 관통 홀들(h1 내지 h4) 중 제1 경계(501)에 인접하는 최초 2개의 관통 홀들(h3,h4)의 직경(예컨대, 4.5mm)은 나머지 2개 관통 홀들(h1,h1)의 직경(5.5mm)보다 클 수 있다.
또한 인서트(240)의 마지막 번째 구획(K10)에 대응되는 배플(220)의 관통 홀들(h37 내지 h40) 중 적어도 하나(h37과 h38)의 직경은 나머지 관통 홀들(h39,h40)의 직경과 다를 수 있다.
예컨대, 마지막 번째 구획(K10)에 대응되는 배플(220)의 4개의 관통 홀들(h37 내지 h40) 중 제2 경계(502)에 인접하는 최초 2개의 관통 홀들(h37,h38)의 직경(예컨대, 5.5mm)은 나머지 2개 관통 홀들(h39,h40)의 직경(4.5mm)보다 클 수 있다.
제1 경계(501)에 대응 또는 정렬하는 인서트(240)의 구획(예컨대, K3)에 대응하는 배플(220)의 관통 홀들(예컨대, h9, h10a, h10b, h11, h12) 중 제1 경계(501)를 기준으로 좌측에 위치하는 관통 홀들(예컨대, h9, h10a) 각각의 직경(예컨대, 3mm)은 제1 경계(501)를 기준으로 우측에 위치하는 관통 홀들(예컨대, h10b, h11, h12) 각각의 직경(예컨대, 5mm, 5.5mm)보다 작을 수 있다.
또한 제1 경계(501)를 기준으로 좌측에 위치하고 제3 구획(K3)에 대응되는 관통 홀들(예컨대, h9, h10a)의 직경은 동일할 수 있다.
제1 경계(501)를 기준으로 좌측 방향 및 우측 방향 각각으로 제1 경계(501)에 가장 인접하는 하는 제1 관통 홀(예컨대, h10a, h10b)은 반원일 수 있다.
제2 경계(502)를 기준으로 좌측 방향 및 우측 방향 각각으로 제2 경계(502)에 가장 인접하는 제2 관통 홀(예컨대, h31a, h31b)은 반원일 수 있다.
제1 관통 홀(예컨대, h10a, h10b) 및 제2 관통 홀(예컨대, h31a, h31b)을 제외한 나머지 관통 홀들(h1 내지 h9, h11 내지 h30, h31 내지 h40)은 원형일 수 있다.
제1 경계(501)를 기준으로 좌측에 위치하고 제3 구획(K3)에 대응되는 관통 홀들(예컨대, h9, h10a) 중 제1 경계(501)에 가장 인접하는 관통 홀(예컨대, h10a)은 반원일 수 있으며, 나머지 관통 홀(예컨대, h9)는 원형일 수 있다.
또한 제1 경계(501)를 기준으로 우측에 위치하고 제3 구획(K3)에 대응되는 관통 홀들(예컨대, h10b, h11,h12) 중 적어도 하나의 직경은 다를 수 있다.
제1 경계(501)를 기준으로 우측에 위치하고 제3 구획(K3)에 대응되는 관통 홀들(h10b,h11,h12) 중 제1 경계(501)에 가장 인접하는 관통 홀(예컨대, h10b)은 반원일 수 있으며, 나머지 관통 홀들(예컨대, h11,h12)은 원형일 수 있다.
제1 경계(501)를 기준으로 우측에 위치하고 제3 구획(K3)에 대응하는 관통 홀들(h10b,h11,h12) 중 제1 경계(501)에서 가장 멀리 위치하는 관통 홀(예컨대, h12)의 직경(예컨대, 5mm)은 가장 멀리 위치하는 관통 홀(예컨대, h12)을 제외한 나머지 관통 홀들(h10b,h11)의 직경(예컨대, 5.5mm)보다 작을 수 있다.
제2 경계(502)에 대응 또는 정렬하는 인서트(240)의 구획(예컨대, K8)에 대응하는 배플(220)의 관통 홀들(예컨대, h29, h30, h31a, h31b, h32) 중 제2 경계(502)를 기준으로 좌측에 위치하는 관통 홀들(예컨대, h29, h30, h31a) 각각의 직경(예컨대, 5mm, 5.5mm)은 제2 경계(502)를 기준으로 우측에 위치하는 관통 홀들(예컨대, h31b, h32) 각각의 직경(예컨대, 3mm)보다 클 수 있다.
또한 제2 경계(502)를 기준으로 좌측에 위치하고 제8 구획(K8)에 대응하는 관통 홀들(h29, h30, h31a) 중 적어도 하나의 직경은 다를 수 있다.
제2 경계(502)를 기준으로 좌측에 위치하고 제8 구획(K8)에 대응하는 관통 홀들(예컨대, h29, h31, h31a) 중 제2 경계(502)에 가장 인접하는 관통 홀(예컨대, h31a)은 반원일 수 있으며, 나머지 관통 홀들(예컨대, h29,h31)은 원형일 수 있다.
제2 경계(502)를 기준으로 좌측에 위치하고 제8 구획(K8)에 대응하는 관통 홀들(h29, h30, h31a) 중 제2 경계(502)에서 가장 멀리 위치하는 관통 홀(예컨대, h29)의 직경(예컨대, 5mm)은 가장 멀리 위치하는 관통 홀(예컨대, h29)을 제외한 나머지 관통 홀들(h30,h31a)의 직경(예컨대, 5.5mm)보다 작을 수 있다.
또한 제2 경계(502)를 기준으로 우측에 위치하고 제8 구획(K8)에 대응하는 관통 홀들(예컨대, h31b, h32)의 직경은 동일할 수 있다.
제2 경계(502)를 기준으로 우측에 위치하고 제8 구획(K8)에 대응하는 관통 홀들(h31b,h32) 중 제2 경계(502)에 가장 인접하는 관통 홀(예컨대, h31b)은 반원일 수 있으며, 나머지 관통 홀(예컨대, h2)은 원형일 수 있다.
도 17은 도 16에 도시된 배플(220)을 구비하는 실시 예에 따른 인젝트 캡(210)과 인서트(240)의 유량 흐름률을 나타낸다.
도 17을 참조하면, 인젝트 캡(210)과 인서트(240) 내의 와류 발생이 억제됨을 알 수 있다. 또한 인서트(240)의 첫 번째 구획(K1), 마지막 번째 구획(K10), 제1 경계(501)에 대응하는 구획(K3), 및 제2 경계(502)에 대응하는 구획(K8) 각각에서 유량 흐름률의 편차가 감소함을 알 수 있다. 즉 도 17에 도시된 실시 예의 유량 흐름률의 표준 편차는 약 6.29×10-6일 수 있고, 도 18의 유량 흐름률의 표준 편차(약 7.69×10-6 )와 비교할 때 감소함을 알 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: 하부 라이너
145: 상부 라이너 150: 예열링
160: 가스 공급부 170: 가스 배출부
210: 인젝트 캡 220: 배플
240: 인서트.

Claims (14)

  1. 서로 격리되는 제1 내지 제3 부분들로 구분되며, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각은 하나의 가스 유입구 및 하나의 가스 유출구를 갖는 인젝트 캡(inject cap);
    서로 격리되는 복수의 구획들을 포함하며, 상기 복수의 구획들은 상기 복수의 가스 유출구들로부터 유출되는 가스를 통과시키는 인서트(insert);
    상기 복수의 구획들을 통과한 가스가 유입되는 반응실; 및
    상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 부분들 각각의 가스 유입구의 직경은 8mm ~ 13mm이고, 상기 제1 내지 제3 부분들 각각의 길이는 23mm ~ 39mm인 에피텍셜 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인서트의 복수의 구획들 각각의 개구 면적은 상기 가스 유출구의 개구 면적보다 작은 에피텍셜 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인젝트 캡의 제1 부분과 제2 부분 간의 제1 경계는 상기 인서트의 복수의 구획들 중 어느 하나의 중앙에 정렬되고, 상기 인젝트 캡의 제1 부분과 제3 부분 간의 제2 경계는 상기 인서트의 복수의 구획들 중 다른 어느 하나의 중앙에 정렬되는 에피텍셜 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인서트는 순차적으로 배치되는 제1 내지 제10 구획들을 포함하며,
    상기 제3 구획의 중앙은 상기 제1 경계에 정렬되고, 상기 제8 구획의 중앙은 상기 제2 경계에 정렬되는 에피텍셜 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 인젝트 캡의 중앙에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 일 측에 위치하고, 상기 제3 부분은 상기 제1 부분의 타 측에 위치하며, 상기 제1 부분의 가스 유출구의 개구 면적은 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분 각각의 가스 유출구의 개구 면적보다 큰 에피텍셜 반응기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 인젝트 캡과 상기 인서트 사이에 배치되고, 복수의 관통 홀들을 구비하는 배플(baffle)을 더 포함하는 에피텍셜 반응기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 인젝트 캡과 상기 인서트 사이에 배치되고, 상기 복수의 구획들 각각에 대응하는 복수의 관통 홀들을 구비하는 배플(baffle)을 더 포함하는 에피텍셜 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 구획, 및 상기 제8획 각각에 대응하는 관통 홀들의 개수는 5개이고, 상기 제3 구획 및 상기 제8 구획을 제외한 나머지 구획들 각각에 대응하는 관통 홀들의 개수는 4개인 에피텍셜 반응기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인서트의 제1 구획, 제3 구획, 제8 구획, 및 제10 구획 각각에 대응되는 관통 홀들 중 적어도 하나의 직경은 각 구획에 속하는 나머지 관통 홀들의 직경과 다른 에피텍셜 반응기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제1 경계를 기준으로 좌측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경은 상기 제1 경계를 기준으로 우측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경보다 작고, 상기 제8 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제2 경계를 기준으로 좌측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경은 상기 제2 경계를 기준으로 우측에 위치하는 관통 홀들 각각의 직경보다 큰 에피텍셜 반응기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 경계를 기준으로 좌측 방향 및 우측 방향 각각으로 상기 제1 경계에 가장 인접하는 하는 제1 관통 홀은 반원이고, 상기 제2 경계를 기준으로 좌측 방향 및 우측 방향 각각으로 상기 제2 경계에 가장 인접하는 제2 관통 홀은 반원이고, 상기 제1 관통 홀과 상기 제2 관통 홀을 제외한 나머지 관통 홀들은 원형인 에피텍셜 반응기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 구획에 대응되는 관통 홀들 중 상기 제1 경계에 인접하는 최초 2개의 관통 홀들의 직경은 나머지 2개의 관통 홀들의 직경보다 크고, 상기 제10 구획에 대응되는 관통 홀들 중 상기 제2 경계에 인접하는 최초 2개의 관통 홀들의 직경은 나머지 2개의 관통 홀들의 직경보다 큰 에피텍셜 반응기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 경계를 기준으로 우측에 위치하고, 상기 제3 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제1 경계에서 가장 멀리 위치하는 관통 홀의 직경은 상기 가장 멀리 위치하는 관통 홀을 제외한 나머지 관통 홀들의 직경보다 작은 에피텍셜 반응기.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제2 경계를 기준으로 좌측에 위치하고 상기 제8 구획에 대응하는 관통 홀들 중 상기 제2 경계에서 가장 멀리 위치하는 관통 홀의 직경은 상기 가장 멀리 위치하는 관통 홀을 제외한 나머지 관통 홀들의 직경보다 작은 에피텍셜 반응기.
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KR20190088239A (ko) * 2018-01-18 2019-07-26 에스케이실트론 주식회사 서셉터 및 이를 포함하는 기상 증착 장치
KR20210122988A (ko) * 2020-04-02 2021-10-13 에스케이실트론 주식회사 에피 웨이퍼 제조장치
KR20220046805A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 에스케이실트론 주식회사 에피택셜 성장 장치

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