WO2015008963A1 - 에피텍셜 반응기 - Google Patents

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WO2015008963A1
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주식회사 엘지실트론
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Abstract

실시 예는 반응실, 상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터, 및 상기 반응실 내로 유입되는 가스의 유동을 제어하는 가스 유동 제어부를 포함하며, 상기 가스 유동 제어부는 가스의 흐름을 분리하는 복수의 유출구들을 갖는 인젝트 캡, 상기 복수의 유출구들 각각에 대응하는 제1 관통 홀들을 포함하고, 상기 제1 관통 홀들은 상기 복수의 유출구들로부터 배출되는 가스를 통과시키는 인젝트 버퍼, 및 상기 제1 관통 홀들 각각에 대응하는 제2 관통 홀들을 포함하며, 상기 제2 관통 홀들은 상기 제1 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키는 배플(baffle)을 포함하며, 상기 제1 관통 홀들 각각의 면적은 상기 제2 관통 홀들 각각의 면적보다 크고 상기 유출구들 각각의 면적보다는 작다.

Description

에피텍셜 반응기
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; 및 상기 반응실 내로 유입되는 가스의 유동을 제어하는 가스 유동 제어부를 포함하며, 상기 가스 유동 제어부는 가스의 흐름을 분리하는 복수의 유출구들을 갖는 인젝트 캡(inject cap); 상기 복수의 유출구들 각각에 대응하는 제1 관통 홀들을 포함하고, 상기 제1 관통 홀들은 상기 복수의 유출구들로부터 배출되는 가스를 통과시키는 인젝트 버퍼(inject buffer); 및 상기 제1 관통 홀들 각각에 대응하는 제2 관통 홀들을 포함하며, 상기 제2 관통 홀들은 상기 제1 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키는 배플(baffle)을 포함하며, 상기 제1 관통 홀들 각각의 면적은 상기 제2 관통 홀들 각각의 면적보다 크고, 상기 유출구들 각각의 면적보다는 작다.
상기 에피텍셜 반응기는 격벽에 의하여 서로 격리되고, 상기 제2 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키는 복수의 구획들을 포함하는 인서트(insert)를 더 포함하며, 상기 제1 관통 홀들 각각은 상기 복수의 구획들 중 대응하는 어느 하나에 정렬할 수 있다.
상기 에피텍셜 반응기는 상기 복수의 구획들을 통과한 가스를 상기 반응실로 유도하는 단차부를 갖는 라이너(liner)를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 구획들 각각의 개구 면적은 상기 제1 관통 홀의 개구 면적과 상기 제2 관통 홀의 개구 면적보다는 크고, 상기 복수의 유출구들 각각의 개구 면적보다는 작을 수 있다.
상기 인젝트 캡은 서로 격리되는 적어도 2개 이상의 부분들을 포함하며, 상기 복수의 유출구들 중 어느 하나는 상기 적어도 2개 이상의 부분들 중 대응하는 어느 하나에 마련될 수 있다.
상기 인젝트 캡은 일면에 측벽과 바닥으로 이루어지는 캐비티(cavity)를 구비할 수 있으며, 상기 인젝트 캡의 타면으로부터 상기 캐비티의 바닥 사이의 공간은 상기 제1 내지 제3 부분들로 구분되고, 상기 캐비티의 바닥에는 상기 복수의 유출구들이 마련되고, 상기 제1 관통 홀들 및 상기 제2 관통 홀들이 상기 캐비티 바닥에 대향하도록 상기 인젝트 버퍼와 상기 배플은 상기 캐비티에 순차적으로 삽입될 수 있다.
상기 배플의 일면은 상기 인젝트 버퍼와 접촉하고, 상기 배플의 타 면은 상기 인젝트 캡의 일면과 동일 평면에 위치할 수 있다.
상기 제2 관통 홀과 상기 제1 관통 홀 간의 비율은 1:5 ~ 1:20일 수 있다.
상기 복수의 구획들 각각에 대응되는 상기 제2 관통 홀의 수는 상기 복수의 구획들 각각에 대응되는 상기 제1 관통 홀의 수보다 많을 수 있다.
상기 인젝트 캡은 서로 격리되는 2개 이상의 부분들로 구분되며, 상기 복수의 가스 유출구들 중 어느 하나는 상기 2개 이상의 부분들 중 대응하는 어느 하나에 마련될 수 있다.
상기 복수의 구획들 각각은 상기 제1 관통 홀에 대응하는 제2 관통 홀들에 정렬할 수 있다.
상기 복수의 구획들 각각에 대응하는 제2 관통 홀의 수는 상기 복수의 구획들 각각에 대응하는 제1 관통 홀의 수보다 많을 수 있다.
상기 제1 관통 홀들은 상기 인젝트 버퍼의 길이 방향으로 이격하여 배열될 수 있다.
상기 제2 관통 홀들은 상기 배플의 길이 방향으로 이격하여 배열될 수 있다.
상기 제1 관통 홀들 각각의 개구 면적은 100㎟ ~ 200㎟일 수 있다.
상기 제2 관통 홀들 각각의 개구 면적은 10㎟ ~ 20㎟일 수 있다.
삽입된 상기 인젝트 버퍼의 외주면, 및 상기 배플의 외주면은 상기 캐비티의 내면에 밀착할 수 있다.
상기 캐비티의 깊이는 상기 인젝트 버퍼의 두께와 상기 배플의 두께의 합과 동일할 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 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 관통 홀 및 제2 관통 홀의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 관통 홀의 크기를 나타낸다.
도 6a는 도 1에 도시된 인젝트 캡, 인젝트 버퍼, 및 배플의 분리 사시도를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 도시된 인젝트 캡, 인젝트 버퍼, 및 배플의 결합 사시도를 나타낸다.
도 7은 도 6b에 도시된 결합 사시도의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 8은 일반적으로 인젝트 캡 및 배플을 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타낸다.
도 9는 인젝트 캡, 인젝트 버퍼, 및 배플을 구비하는 경우의 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 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), 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 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.
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.
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), 인젝트 버퍼(inject buffer, 220), 배플(baffle, 230), 및 인서트(insert, 240)를 포함한다.
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)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, 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, 320-1,320-2,320c)과 라이너(140) 사이에 인젝트 캡(210), 인젝트 버퍼(220), 배플(230), 및 인서트(240)가 순차적으로 배치될 수 있다. 가스관들(예컨대, 320-1,320-2,320c)로부터 공급되는 원료 가스는 인젝트 캡(210), 인젝트 버퍼(220), 배플(230), 및 인서트(240)를 순차적으로 통과하여 흐를 수 있다.
인젝트 캡(210)은 가스관들(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.
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.
예컨대, 제1 부분(210-1)은 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1)에 대응 또는 정렬되도록 중앙에 위치할 수 있으며, 가스 유입구(340b) 및 가스 유출구(350a)는 제1 부분에 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, 가스 유입구(340a), 및 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, 가스 유입구(340c), 및 가스 유출구(350c)는 제3 부분(210-3)에 형성될 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. 칸막이(예컨대, 211, 212)에 의하여 원료 가스는 부분들(예컨대, 210-1, 210-2,210-3) 각각의 내부를 독립적으로 흐를 수 있다.
인젝트 버퍼(220)는 인젝트 캡(210)의 일단에 인접하여 배치되고, 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c) 각각에 대응 또는 정렬되는 복수의 제1 관통 홀들(222)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 관통 홀들(222)은 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c)과 마주볼 수 있고, 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c)로부터 유출되는 원료 가스를 통과시킬 수 있다.
배플(230)은 인젝트 버퍼(220)의 일단에 인접하여 배치되고, 제1 관통 홀들(222) 각각에 대응 또는 정렬하는 복수의 제2 관통 홀들(232)을 포함할 수 있다.
제2 관통 홀들(232)은 제1 관통 홀들(222)과 마주볼 수 있고, 제1 관통 홀들(222)로부터 유출되는 원료 가스를 통과시킬 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 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각은 대응하는 제1 관통 홀에 대응하는 제2 관통 홀들(232)에 대응 또는 정렬될 수 있고, 제2 관통 홀들(232)로부터 유출되는 원료 가스를 통과시킬 수 있다.
복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각에 대응 또는 정렬되는 제2 관통 홀(232)의 수는 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각에 대응 또는 정렬되는 제1 관통 홀(222)의 수보다 많을 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.
도 4는 도 1에 도시된 제1 관통 홀(220-1 내지 220-n), 및 제2 관통 홀(h1 내지 hm)의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수)은 인젝트 버퍼(220)의 길이 방향(102)으로 이격하여 배열될 수 있다.
제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 각각은 인서트(240)의 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 중 대응하는 어느 하나에 제1 방향(101)으로 정렬될 수 있다. 제1 방향(101)은 인젝트 버퍼(220)로부터 인서트(240)로 향하는 방향, 또는 인젝트 버퍼(220)의 폭 방향일 수 있다.
예컨대, 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각에 대응 또는 정렬되는 제1 관통 홀의 수는 1개일 수 있다.
제2 관통 홀들(h1 내지 hm, m>1인 자연수)은 제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 중 대응하는 어느 하나에 제1 방향(101)으로 정렬될 수 있다.
제1 관통 홀에 정렬되는 제2 관통 홀들(예컨대, h1, 내지 hm, m>1인 자연수)은 배플(230)의 길이 방향으로 이격하여 배열될 수 있다.
예컨대, 하나의 제1 관통 홀(예컨대, 220-1)에 대응 또는 정렬되는 제2 관통 홀들(h1 내지 hm, 예컨대, m=3)의 수는 2개 이상일 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 관통 홀의 크기를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 각각은 다각형 또는 원형일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 구현할 수 있다.
인젝트 캡(210)의 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c) 각각의 개구 면적은 제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적보다 클 수 있다.
제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 각각의 면적은 제2 관통 홀들(h1 내지 hm, m>1인 자연수) 각각의 면적보다 클 수 있다.
인서트(240)의 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적은 제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적과 제2 관통 홀들(h1 내지 hm, m>1인 자연수)의 개구 면적보다는 크고, 제1 내지 제3 가스 유출구들(350a,350b,350c) 각각의 개구 면적보다는 작을 수 있다.
예컨대, 복수의 구획들(k1 내지 kn, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적은 400㎟ ~ 500㎟일 수 있고, 바람직하게는 421㎟ ~ 484㎟일 수 있다.
제2 관통 홀(예컨대, h1)과 제1 관통 홀(220-1) 간의 비율은 1: 5 ~ 20일 수 있으며, 바람직하게는 1:10일 수 있다.
제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 각각의 개구 면적은 100㎟ ~ 200㎟일 수 있고, 제2 관통 홀들(h1 내지 hm, m>1인 자연수) 각각의 개구 면적은 10㎟ ~ 20㎟일 수 있다.
인접하는 2개의 제1 관통 홀들 사이의 이격 거리(d)는 10mm ~ 15mm일 수 있다.
인접하는 2개의 제1 관통 홀들 사이의 부분(221, 도 5 참조)은 인서트(240)의 격벽(242)에 대응 또는 정렬될 수 있다.
도 6a는 도 1에 도시된 인젝트 캡(210), 인젝트 버퍼(220), 및 배플(230)의 분리 사시도를 나타내고, 도 6b는 도 6a에 도시된 인젝트 캡(210), 인젝트 버퍼(220), 및 배플(230)의 결합 사시도를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 인젝트 캡(210)은 일면(410)에 캐비티(cavity, 401)를 구비할 수 있다. 캐비티(401)는 인젝트 캡(210)의 일면(410)으로부터 함몰된 구조일 수 있으며, 측벽(sidewall, 402) 및 바닥(bottom, 403)을 포함할 수 있다.
인젝트 캡(210)의 타면(420)으로부터 캐비티(401)의 바닥(403) 사이에는 가스관들(320-1,320-2,320c)로부터 제공되는 원료 가스를 수용하는 공간이 마련될 수 있으며, 상술한 칸막이들(211,212)에 의하여 분리된 복수의 부분들(210-1,210-2,210-3)로 구분될 수 있다.
캐비티(401)의 바닥(403)에는 가스 유출구들(350a,350b,350c)이 마련될 수 있다. 예컨대, 가스 유출구들(350a,350b,350c)은 인젝트 캡(210)의 길이 방향으로 서로 이격하여 바닥(403)에 형성될 수 있다.
제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수) 및 제2 관통 홀들(h1 내지 hm, m>1인 자연수)이 캐비티(401)의 바닥(403)에 대향하도록 인젝트 버퍼(220) 및 배플(230)은 캐비티(401)에 순차적으로 삽입될 수 있다.
인젝트 버퍼(220) 및 배플(230)의 형상은 캐비티(401)에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 삽입된 인젝트 버퍼(220)의 외주면, 및 배플(230)의 외주면은 캐비티(401)의 내면에 밀착될 수 있다.
실시 예는 인젝트 버퍼(220) 및 배플(230)이 인젝트 캡(210)에 삽입되는 구조이기 때문에, 인젝트 버퍼(220) 및 배플(230)이 안정적으로 인젝트 캡(210)에 고정될 수 있다. 또한 실시 예는 삽입된 인젝트 버퍼(220)의 외주면, 및 배플(230)의 외주면은 캐비티(401)의 내면에 밀착하기 때문에, 인젝트 캡(210), 인젝트 버퍼(220) 및 배플(230)을 순차적으로 원료 가스가 통과할 때 와류 발생을 억제할 수 있다.
제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수)이 캐비티(401)의 바닥(403)을 마주보도록 인젝트 버퍼(220)는 캐비티(401)에 삽입될 수 있다. 삽입된 인젝트 버퍼(220)는 캐비티(401)의 바닥(403)과 접촉할 수 있다.
제2 관통 홀들(h1 내지 hm, m>1인 자연수)이 캐비티(401)의 바닥(403)을 마주보도록 배플(230)은 캐비티(401)에 삽입될 수 있다. 삽입된 배플(230)은 인젝트 버퍼(220)와 접촉할 수 있다.
캐비티(401)의 깊이는 인젝트 버퍼(220)의 두께와 배플(230)의 두께의 합과 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 도 6b에 도시된 결합 사시도의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 캐비티(401)에 삽입된 배플(230)의 일면은 인젝트 버퍼(220)와 접촉하고, 캐비티(401)로부터 노출되는 배플(230)의 타면(231)은 인젝트 캡(210)의 일면(410)과 동일 평면에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 가스관들로부터 제공되는 원료 가스는 인젝트 캡, 배플, 인서트, 및 라이너를 순차적으로 거쳐서 반응실로 유입될 수 있다.
그런데, 인젝트 버퍼(220) 없이 배플만을 구비할 경우에는 인젝트 캡의 가스 유출구들의 면적에 비하여 배플의 제2 관통 홀의 면적이 매우 작기 때문에, 원료 가스가 인젝트 캡과 배플을 통과할 때, 많은 와류 및 원료 가스 손실이 발생할 수 있다.
이러한 많은 와류 및 원료 가스의 손실로 인하여 웨이퍼의 중앙 영역, 및 가장 자리 영역으로 제공되는 원료 가스의 유속이 일정하지 않을 수 있으며, 이는 웨이퍼에 성장시키는 에피층 두께의 프로파일을 제어를 어렵게 할 수 있다.
실시 예는 인젝트 캡의 가스 유출구들(350a,350b,350c)보다는 작고, 제2 관통 홀보다는 큰 면적을 갖는 제1 관통 홀들(220-1 내지 220-n, n>1인 자연수)을 구비하는 인젝트 버퍼(220)를 인젝트 캡(210)과 배플(230) 사이에 배치시킴으로써, 와류 발생을 억제하고, 원료 가스 손실을 줄일 수 있다.
도 8은 일반적으로 인젝트 캡 및 배플을 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타내고, 도 9는 인젝트 캡, 인젝트 버퍼, 및 배플을 구비하는 경우의 원료 가스의 흐름을 나타낸다. 도 8 및 도 9는 가스 공급부 및 반응실을 통과하는 원료 가스의 흐름을 나타낼 수 있다.
도 8의 경우 와류 발생이 빈번하고, 원료 가스의 흐름이 뭉쳐진 것을 알 수 있으며, 도 9의 경우가 와류 발생이 거의 없고, 원료 가스가 균일하게 분산되어 흐르는 것을 알 수 있다.
따라서 실시 예는 원료 가스를 반응실(105) 내의 웨이퍼(W)의 중앙 영역(S1), 및 가장 자리 영역(S2,S3)에 균일하게 분사하여 공급함으로써, 성장되는 에피층의 두께 균일도를 향상시킬 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.
실시 예는 웨이퍼 제조 공정에 사용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 반응실;
    상기 반응실 내에 위치하고, 웨이퍼를 안착시키는 서셉터; 및
    상기 반응실 내로 유입되는 가스의 유동을 제어하는 가스 유동 제어부를 포함하며,
    상기 가스 유동 제어부는,
    가스의 흐름을 분리하는 복수의 유출구들을 갖는 인젝트 캡(inject cap);
    상기 복수의 유출구들 각각에 대응하는 제1 관통 홀들을 포함하고, 상기 제1 관통 홀들은 상기 복수의 유출구들로부터 배출되는 가스를 통과시키는 인젝트 버퍼(inject buffer); 및
    상기 제1 관통 홀들 각각에 대응하는 제2 관통 홀들을 포함하며, 상기 제2 관통 홀들은 상기 제1 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키는 배플(baffle)을 포함하며,
    상기 제1 관통 홀들 각각의 면적은 상기 제2 관통 홀들 각각의 면적보다 크고, 상기 유출구들 각각의 면적보다는 작은 에피텍셜 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    격벽에 의하여 서로 격리되고, 상기 제2 관통 홀들을 통과한 가스를 통과시키는 복수의 구획들을 포함하는 인서트(insert)를 더 포함하며,
    상기 제1 관통 홀들 각각은 상기 복수의 구획들 중 대응하는 어느 하나에 정렬하는 에피텍셜 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 구획들을 통과한 가스를 상기 반응실로 유도하는 단차부를 갖는 라이너(liner)를 더 포함하는 에피텍셜 반응기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 구획들 각각의 개구 면적은 상기 제1 관통 홀의 개구 면적과 상기 제2 관통 홀의 개구 면적보다는 크고, 상기 복수의 유출구들 각각의 개구 면적보다는 작은 에피텍셜 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인젝트 캡은 서로 격리되는 적어도 2개 이상의 부분들을 포함하며,
    상기 복수의 유출구들 중 어느 하나는 적어도 2개 이상의 부분들 중 대응하는 어느 하나에 마련되는 에피텍셜 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인젝트 캡은 일면에 측벽과 바닥으로 이루어지는 캐비티(cavity)를 구비하며,
    상기 인젝트 캡의 타면으로부터 상기 캐비티의 바닥 사이의 공간은 상기 제1 내지 제3 부분들로 구분되고, 상기 캐비티의 바닥에는 상기 복수의 유출구들이 마련되고, 상기 제1 관통 홀들 및 상기 제2 관통 홀들이 상기 캐비티 바닥에 대향하도록 상기 인젝트 버퍼와 상기 배플은 상기 캐비티에 순차적으로 삽입되는 에피텍셜 반응기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배플의 일면은 상기 인젝트 버퍼와 접촉하고, 상기 배플의 타 면은 상기 인젝트 캡의 일면과 동일 평면에 위치하는 에피텍셜 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 관통 홀과 상기 제1 관통 홀 간의 비율은 1:5 ~ 1:20인 에피텍셜 반응기.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 구획들 각각에 대응되는 상기 제2 관통 홀의 수는 상기 복수의 구획들 각각에 대응되는 상기 제1 관통 홀의 수보다 많은 에피텍셜 반응기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 인젝트 캡은,
    서로 격리되는 2개 이상의 부분들로 구분되며, 상기 복수의 가스 유출구들 중 어느 하나는 상기 2개 이상의 부분들 중 대응하는 어느 하나에 마련되는 에피텍셜 반응기.
  11. 제2항에 있어서, 상기 복수의 구획들 각각은,
    상기 제1 관통 홀에 대응하는 제2 관통 홀들에 정렬하는 에피텍셜 반응기.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 구획들 각각에 대응하는 제2 관통 홀의 수는 상기 복수의 구획들 각각에 대응하는 제1 관통 홀의 수보다 많은 에피텍셜 반응기.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 제1 관통 홀들은 상기 인젝트 버퍼의 길이 방향으로 이격하여 배열되는 에피텍셜 반응기.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제2 관통 홀들은 상기 배플의 길이 방향으로 이격하여 배열되는 에피텍셜 반응기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통 홀들 각각의 개구 면적은 100㎟ ~ 200㎟인 에피텍셜 반응기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 관통 홀들 각각의 개구 면적은 10㎟ ~ 20㎟인 에피텍셜 반응기.
  17. 제6항에 있어서,
    삽입된 상기 인젝트 버퍼의 외주면, 및 상기 배플의 외주면은 상기 캐비티의 내면에 밀착하는 에피텍셜 반응기.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 캐비티의 깊이는 상기 인젝트 버퍼의 두께와 상기 배플의 두께의 합과 동일한 에피텍셜 반응기.
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