KR950003895B1

KR950003895B1 - 에피택셜 증착방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR950003895B1
Application number: KR1019900001379A
Authority: KR
Inventors: 알. 말로니 제임스; 시. 무어 조셉
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼, 인코포레이션; 제임스 조셉 드롱
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1990-02-03
Publication date: 1995-04-20
Also published as: KR900013577A; JPH02241029A; EP0381247A3; DE69022437D1; EP0381247A2; JPH07118470B2; DE69022437T2; EP0381247B1

Abstract

내용 없음.

Description

에피택셜 증착방법 및 그 장치

제 1 도는 공지의 에피택셜 증착장치의 개략적인 단면도.

제 2 도는 본 발명에 따른 에피택셜 증착장치의 단면도.

제 3 도는 본 발명에 따른 제 2 도의 장치에 사용된 램프 뱅크의 정면도.

제3a도 및 제3b도는 각각 선 A-A 및 B-B에 따라 취해진 제 3 도의 상세 분해도.

제 4 도는 본 발명에 따른 램프 뱅크를 지지하는데 사용되는 지지판 구조체의 정면도 및,

제 5 도는 본 발명에 따른 에피택셜 증착장치의 에피택셜 장치의 상부횡단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1' : 에피택셜 증착장치 3 : 반도체 기판

5 : 서셉터 7, 7' : 벨단지

9 : 상부지지체 11 : 하부지지체

13, 13' : 복사 가열기 15, 15' : 다수의 가열램프

17, 17' : 횡방향공기 투과성 지지프레임 가열기 지지체

19, 19' : 송풍기 21 : 배출관

23 : 하부 입구 플리넘 챔버 25 : 바이패스관

27 : 상부 입구 플리넘 챔버 31 : 화살표

33 : 화살표 35, 35' : 배출 플리넘 챔버

37, 37' : 공기-대-물열 교환기 6, 39 : 입구관

41 : 화살표 43 : 경사 입구관

45 : 대형 충전실 47 : 외측 동축 냉각공기층

49 : 공기층 51 : 동축 냉각 공기층

53 : 경사 배출관 55 : 복사 가열기 뱅크

57 : 프레임 59 : 이축(trunnions)

61, 62, 63 : 상부 지지레일 및 하부 지지레일

65 : 스프링 작용 고정 67 : 슬롯 지지판

69 : 둘둘 말린 냉각관 71 : 가소성 냉각수관

73 : 냉각수 공급 통로 77 : 반원통형 반사기

79 : 화살표 85 : 긴 홈

87 : 짧은 홈 89 : 가소성 또는 분해 가능성 패널

본 발명은 대체로 반도체 소자의 제조시 이용되는 실리콘 웨이퍼(wafer) 제조장치의 분야에 관한 것이고, 구체적으로는 화학증착(CVD)방법에 의해 소오스 가스로부터 에피택셜층을 증착시키는 장치, 보다더 구체적으로는 이 장치의 냉각 및 정비의 용이성에 대한 개선에 관한 것이다.

상기 형태의 장치는 100mm 또는 그 이상의 실리콘 웨이퍼에 의거한 반도체 소자의 제조시 사용된다. 실리콘 소오스 가스 또는 도우펀트(dopant) 소오스 가스와 같은 하나 또는 그 이상의 반응성 가스와 혼합된 수소운반가스로 구성된 가스분위기를 포함하는 벨단지 내에서 에피택셜층을 1100 내지 1200℃ 범위의 온도로 가열함으로서 에피택셜층이 웨이퍼의 표면상에 형성된다.

CVD 방법은 온도에 매우 민감하여서, 벨단지의 벽상에 증착이 되지 않도록 하면서 웨이퍼의 표면상에 요구되는 고급 에피택셜층이 제조하는데는 웨이퍼가 정확한 온도로 균일하게 가열되고, 반면에 장치의 나머지 부분은 CVD 반응이 일어날 온도 바로아래의 온도에 유지되어야할 필요가 있다.

웨이퍼의 필요한 가열은, 웨이퍼를 지지하는 흑연 서셉터를 유도 가열하거나, 벨단지를 둘러싸는 길게 늘어진 가열램프를 사용하여 복사 가열하면서 공냉시스템이 벨단지의 벽을 냉각시킴으로써 이루어진다.

California에 있는 Applied Materials of Santa Clara에 의해 제조된 모델 7800 Epitaxial Reactor에 사용되는 공지형의 에피택셜성장 시스템에 있어서, 다각형단면의 수직방향으로 길다란 흑연 서셉터의 표면상에 뻗어있는 공간 배열에 실리콘 웨이퍼가 지지된다. 원통형 석영 벨단지는 동축을 이루면서 서셉터를 둘러싸고 필요한 가스 분위기를 한정한다. 긴 배열의 가열램프는 서셉터 및 웨이퍼를 복사가열하기 위하여 대부분의 수직 거리에 걸쳐서 벨단지를, 동축을 이룬 상태에서 둘러싼다. 서셉터 및 웨이퍼는 가공동안에 회전된다. 그래서, 가스상 분위기가 연속적으로 혼합되고 가열은 균일하다.

단지의 벽상에 원하지 않는 증착을 일으킬 정도로 석영 벨단지의 온도를 상승시키지 않기 위하여, 공냉시스템이 제공된다. 원심 송풍기는 송풍기 배출부로부터 증착장치까지 뻗어있고, 공기-대-물 열 교환기를 통해 송풍기 입구부로 되돌아오는 폐쇄루우프형 흐름통로를 따라서 공기를 몰아낸다. 증착 장치구역에서, 벨단지를 동축으로 포위하고 그의 표면을 따라서 축방향으로 흐르는 제 1 브랜치와 램프리플렉터의 표면을 냉각시키기 위하여 램프배열을 이루는 슬롯을 통과하여 흐르는 제 2 브랜치로 갈라진다.

이 공지의 증착장치는 매우 성공적으로 작동하였지만, 두가지 점에서 추가개선이 가능하였다 : (1) 교체를 위한 가열램프에의 접근이 용이하게 될 수 있었고, (2) : 냉각시스템의 효능이 공기흐름저항을 감소시키거나, 공기흐름의 단일성을 증가시킴으로써 증가될 수 있었다.

이들 고려사항중 제 1 사항에 대하여, 작업자는 램프의 5뱅크중 하나에의 연결체를 푸는 동안에 구부린 자세를 취하고, 그리고 나서 앞으로 접근하여, 조심스럽게 뱅크를 장치에서의 고정위치로부터 움직인다. 각각의 뱅크가 무겁고 장치의 주위 부분에 틈새가 작기 때문에, 뱅크를 제거하는 것은 다소 힘들고 피곤한 것이다.

종래 기술에서의 증착장치의 공기 냉각시스템 설계는, 복잡하게 둘둘말린 유동경로 부분을 제거시키고 유동방향 및 공기 유동경로의 단면에 급격한 변화를 줌으로써 개선될 수 있다. 특히, 종래 기술의 장치에서의 램프들의 5개의 뱅크들 각각에는 다기관(manifold)으로부터 별도의 공기 유동이 제공된다. 가열램프를 냉각시키는 공기 유동을 보다 균일하고 덜 제한되게 함으로써, 최소의 보수로 최대의 유효수명을 증진시킨다.

본 발명의 목적은, 개선된 공기 냉각시스템을 가지는 에피택셜 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 보수를 위해 가열램프에 접근하는 것이 개선되어진 복사 가열램프를 사용하는 유형의 에피택셜 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 에피택셜 반응실을 둘러싸는 장치안에 배열되어 있고 공기 프리넘 챔버에 의해서 동축상으로 둘러싸여 있는 복사 가열램프를 사용하는 유형의 에피택셜 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 각각의 뱅크가 그 한 가장 자리를 따라서 뻗은 피봇축에 피봇가능하게 지지되어 있고 상기 피봇축을 중심으로하여 장착된 위치로부터 개방위치로 회전할 수 있도록된, 다수의 뱅크들 안에 배치된 복사 가열램프들을 사용하는 유형의 에피택셜 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 각각의 뱅크가 그 개방위치로 피봇되면 제거하기 위한 평면에 평행한 방향으로 평형이동하며 미끄러지도록된, 상기 목적에 따른 에피택셜 증착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공기 유동 경로가 대체로 일정한 방향성을 가지는 에피택셜 증착장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적들을 위해서, 본 발명에 따른 에피택셜 증착장치에는, 냉각 공기가 원심 송풍기로부터 매끄럽게 테이퍼진 연결부를 통하여 윗쪽으로 뻗은 플리넘 챔버쪽으로 그리고 이 장치와 동축상으로 흐르게 되어 있는, 단순화된 유동 경로가 있다. 이 플리넘 챔버 상부 근처의 입구지점으로부터, 벨단지와 주위 램프장치 사이의 동축상 공간내에서 냉각 공기가 축선상 아래로 흐른다.

램프장치를 냉각하는 공기는, 램프장치를 동축상으로 둘러싸는 플리넘 챔버의 부분에서도 아래쪽으로 흐르고, 램프들 사이의 슬롯을 통해 방사상 안쪽으로도 흐르며, 벨단지의 표면에서 축선상 아래쪽으로도 흐른다. 공기는, 증착장치의 하부에서부터 매끄럽게 테이퍼진 연결부를 통하여, 공기가 다시 송풍기 입구로 되돌아 가기 전에 냉각되는 공기-물 열 교환기쪽으로 흐른다.

램프장치의 바깥쪽 둘레로 완전히 뻗은 넓은 챔버를 제공함으로써, 램프장치를 냉각하는 공기의 압력 및 유량의 변화를 없앨 수 있다. 마찬가지로, 플리넘 챔버의 상부근처에 단일 공기 입구를 제공하고 벨단지의 하단부와 동축인 단일공기 배출구를 제공함으로써, 장치내의 공기 유동은, 가능한한 거의 일정한 방향으로 아랫쪽으로 흐른다.

벨단지를 동축으로 둘러싸는 램프장치가 수직으로 위치한 패널 형태의 다수의 뱅크들에 의해 형성되고, 뱅크들은 각각의 램프의 수평축을 가지는 이격된 사다리형 장치내에서 15 내지 20개의 직선관형의 할로겐-석영램프를 포함한다. 각각의 뱅크는 4개의 트러니언에 의해서 지지되며, 뱅크의 4구석에 각각 하나의 트러니언이 설치되어 있다. 상하 지지판은 각각의 지지판에 있는 흠안에 이들 트러니언을 수용하고 장치상에 장착된 위치에서 각각의 뱅크를 지지하도록 놓여진다.

램프를 수리하거나 교체하도록, 각각의 뱅크가, 한쌍의 트러니언 사이의 한 수직 가장자리를 따라서 뻗는 피봇축을 중심으로하여 회전됨으로써 그 장착위치로부터 떨어져서 개방위치쪽으로 약 15°회전될 수 있다. 이러한 개방위치로부터 전체 뱅크가 장착판에 있는 홈을 따라서 옆으로 미끄러져서 장치에서 제거될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는, 수정 벨단지(7)내의 흑연 서셉터(5)에 장착된 반도체 기판(3)에 에피택셜층을 형성하는데 사용되는 에피택셜 증착장치(1)를 나타낸다. 이 장치(1)는, 이러한 응용에서 상기한 Applied Material Model 7800 Epitaxial Reactor system에 사용된 것과 같은 종래 기술의 형태이다.

벨단지(7)는, 상부 지지체(9) 및 하부 지지체(11)에 의해서 장치(1)안에 지지되며, 작동중에 열적으로 활성화된 반응 가스 혼합물을 벨단지 안으로 도입시키는 덕트(도시안됨)가 제공되어 있다. 제 1 도가 제시하는 바와 같이, 벨단지(7)는 그 중심축에 대해서 방사상 대칭이 되도록 바람직하게 원형 실린더의 형상으로 된다.

횡방향 공기 투과성 지지프레임(17)에 지지되며 단면으로 도시되어 있는 다수의 가열램프(15)를 사용하여 분포된 복사 가열기(13)가 벨단지(7)를 동축상으로 둘러싸고 있다. 램프들(15)은, 300°K 범위의 온도에서 오랜 기간 작동할 수 있는 직선관형 할로겐-석영 램프로 될 수 있다.

기판(3) 및 서셉터(5)는 가열기(13)에 의해서 1000°내지 1200℃ 범위의 온도까지 가열되어서, 벨단지(7)에 있는 열적으로 활성화된 반응가스 혼합물을 기판상의 소망하는 층에 증착시킨다. 예를들어서, 그러한 반응가스 혼합물은, 기판(3)상에 실리콘 에피택셜층을 증착시키기 위해서 수소 운반체 가스내에 있는 3염화실란 가스를 포함한다.

장치(1)에서 생성된 에피택셜층이 바람직하게 고도의 품질 및 균일성을 가지려면, 기판(3)의 온도는 화학증착(CVD)반응을 활성화시키는데 필요한 정밀한 온도까지 균일하게 상승되어야만 한다. 그러한 균일성은, 넓은 지역에 걸쳐서 상당히 균일한 가열을 만들어내는 분포가열기를 사용하고, 방사상 대칭을 갖는 동축의 기하학적 형상을 사용하며, 처리중에 기판(3) 및 서셉터(5)를 연속하여 회전시킴으로써 제공된다. 서셉터의 회전은, 가스를 완전히 혼합된 상태로 유지시키면서 벨단지(7)내의 반응가스 혼합물을 움직이게 하는 역할도 한다.

벨단지(7)의 벽에 불필요한 증착을 피하기 위해서는, 이러한 벽들의 온도가 1100°내지 1200℃ 이하로 유지되어야만 한다. 이점에 관해서는, 벨단지(7)가 바람직하게, 비교적 고온에 견디며 가열기(13)로부터의 열복사에 비교적 투명한 석영으로 제조된다. 그러나, 벨단지(7)의 투명도를 지속시키지 못하면, 벨단지의 온도는 결국에는 냉각시스템이 없는 경우에 불필요한 증착을 일으키는 온도까지 상승한다.

따라서, 송풍기(19)는 그 배출관(21)을 통해서 냉각장치(1)로 다량의 냉각공기의 흐름을 몰아낸다. 냉각공기는 하부입구 플리넘 챔버(plenum chamber)(23)로 들어가며, 또한 바이패스관(25)을 지나서 상부 입구 플리넘 챔버(27)로 들어간다. 챔버들(23 및 27)은 환형이며 장치 둘레로 동축상으로 뻗는다.

냉각 공기가 상부 플리넘 챔버(27)로부터 벨단지(7)의 축을 따라서 방사상 안쪽 및 아랫쪽으로 흘러서 벨단지를 냉각시킨다. 냉각 공기가 아랫쪽 플리넘 챔버(27)로부터 윗쪽으로 흘러서, 화살표(31)로 도시된 바와 같이 가열기 지지체(17)와 장치의 인접한 벽(29) 사이의 공간이 좁은 지역으로 들어간다. 제 1 도에 도시된 바와 같이, 화살표(31)는 플리넘 챔버(23)의 윗벽에 있는 구멍을 통해서 위로 뻗는다. 하부 플리넘 챔버(23)의 윗벽에는, 냉각 공기의 그러한 상향 흐름을 허용하도록 챔버(23)의 둘레에 방위각 방향으로 이격된 다수의 그러한 구멍들이 제공되어 있다.

가열기(13)를 둘러싼 공간 지역으로 유입된 공기는, 가열기 램프(15), 그 관련된 반사기 및 가열기 지지체(17) 자체를 냉각시키면서 화살표(33)로 도시된 바와 같이 가열기 지지체(17)에 있는 슬롯을 지나서 통과한다. 그리고나서, 이러한 냉각 공기는 상부 입구 플리넘 챔버(27)로부터 아랫쪽으로 흐르는 공기와 합쳐져서, 동축상의 배출 플리넘 챔버(35)로 들어간다.

장치(1)에서 가열된 배출 공기는, 배출 플리넘 챔버(35)로부터 공기-물 열 교환기(37)로 흐르고, 입구관(39)을 통해서 송풍기(19)로 돌아간다. 열 교환기(37)를 통한 물의 순환이 제 1 도에서 화살표(41)로 도시되어 있다.

제 1 도의 종래 기술의 장치의 냉각 성능은, 공기 유동 경로의 다소 비틀리고 복잡한 부분들 특히, 하부 입구 플리넘 챔버(23)로부터 배출 플리넘 챔버(35)로 뻗은 그러한 부분들을 제거함으로써 개선될 수 있다. 이런 부분에서는, 공기 유동 방향은, 90°바뀌어서 챔버(23)로부터 구멍들을 통하여, 가열기(13)를 형성하는 별도의 가열기 뱅크(banks)(도시안됨) 각각의 뒷쪽에 고립된 좁은 공기 공간쪽의 윗쪽으로 흐른다.

이런 공기 공간은 전선들(도시안됨) 및 가열기 램프들(15)로의 수냉 관로들(도시안됨)에 의해 더욱 제한을 받으며, 이러한 제한은 상당한 압력강하 및 가열기 지지체(17)를 지나는 공기 유동의 불균일성을 초래한다. 결과적으로, 대부분의 가열기 램프들 및 그 관련된 반사기들이 너무 높은 온도에서 작동하며, 벨단지는 자체적으로 온도가 600℃ 이상인 축선 방향 지역을 갖는다.

제 2 도에는, 본 발명에 따른 에피택셜 증착장치가, 제 1 도에 대해서 개시된 유사한 부분들을 나타내기 위해서 프라임(1) 참조 부호를 사용하여 도시되어 있다. 그러므로 장치(1')는, 가열기 지지체(17')에 장착된 가열 램프들(15')로 형성된 분포 복사 가열기(13')에 의해서 동축으로 둘러싸인 벨단지(7')를 포함한다. 마찬가지로, 송풍기(19') 및 공기-물 열 교환기(37')를 포함하는 공기 냉각시스템이 제공된다.

그러나 본 발명에 따라서 송풍기(19')의 배출부로부터 장치(1') 및 열 교환기(37')를 지나는 공기 유동경로는, 공기 유동의 크기 및 균일성을 모두 최대화시키고 공기 유동 저항을 최소화시키도록 설계되었다. 따라서, 본 시스템에는 송풍기(19')의 배출부를 장치(1')의 나머지 부분에 연결하는 경사 입구관(43)이 있다. 관(43)의 각각이 벽은 관의 축에 대해서 7°의 일정한 구배를 갖는다. 그러한 구배는 송풍기의 배출부로부터 공기 유동 시스템의 나머지 부분으로의 적절하게 매끄러운 전달을 제공하며 관(43)에서의 공기 압력강하를 최소화 한다.

넓은 플리넘 챔버(45)가 가열기(13')에서 떨어져서 그 둘레로 동축상으로 뻗어서, 비교적 일정한 공기압을 가지기에 충분한 체적의 외측 동축 냉각 공기층(47)을 형성한다. 플리넘 챔버(45)는 또한, 장치(1')의 상부를 횡방향으로 가로지르며 중단됨이 없이 뻗어서, 벨단지(7')와 가열기(13') 사이의 내측 동축 냉각 공기층(51)과 외측 동축 냉각 공기층(47)을 충분히 연결시키는 단부 동축 냉각 공기층(49)을 형성한다.

냉각 공기는 관(43)으로부터 상단부 근처의 플리넘 챔버(45)로 들어가서 2개의 동축 냉각 공기층(47 및 51)을 지나서 대체로 아랫쪽으로 흐른다. 또한, 냉각 공기는 단부 냉각 공기층(49)을 통하여, 그리고 가열기가 공기 유동에 대해서 횡방향으로 투과될 수 있게 하는 가열기 지지체(17')내의 슬롯(Slots)을 통하여 방사상 안쪽으로 흐른다.

가열된 공기는 내측 동축 공기층(51)의 하단부로부터 배출 플리넘 챔버(35')쪽으로 흘러서 경사진 배출관(53)을 통해 확대 공기-물 열 교환기(37')로 보내진다. 관(53)은 입구관(43)의 경우와 마찬가지로 7°의 벽4구배가 형성되어서 유동 저항을 최소화 시킨다.

제 2 도의 공기 유동 경로를 제 1 도에서의 경우와 비교하면, 관(43)이 냉각 공기는 장치(1')쪽으로 보내는 지점에서부터 가열된 공기가 외측 플리넘 챔버(35')로 들어가는 지점까지, 유동 패턴이 더욱 단일 방향으로 됨을 보여준다. 특히, 체적이큰 외측 동축 냉각 공기층(47)의 설치는 가열기(13')를 둘러싸는 지역에서 거의 완벽한 압력 균일성이 얻어지게한다. 더우기, 단부 동축 냉각 공기층(49)을 외측 동축 냉각 공기층(47)과 통하게 함으로써, 공기층(49)내의 압력의 균일성이 제 1 도의 작고 고립된 상부 플리넘 챔버(27)와 비교해서 개선된다.

공기 유동 경로에서의 이러한 개선책의 결과로서, 제 2 도에 따라 구성된 시스템은 제 1 도에 따라 구성된 시스템에 비해서, 두 시스템이 동일한 기판 온도로 작동될 경우에 제 1 도의 시스템보다 200℃ 더 낮은 벨단지 온도값을 가진다.

제 3 도에는, 본 발명에 따른 복사 가열기 뱅크(55)가 제 2 도의 장치(1')에서 그 작동위치에 있을때의 모양에 상응하는 배면도로 도시되어 있다. 제 2 도의 완전히 동축으로 둘러싸는 가열기(13')를 형성하기 위해서, 다음의 제 4 도 및 제 5 도에서 명확히 나타나는 바와 같이 5개의 가열기 뱅크(55)가 벨단지(7') 둘레로 동축상으로 위치한다.

가열기 뱅크(55)는, 각각 프레임(57)의 모서리에 하나씩있는 4개의 트러니언(59)에 의해서 장치(1')의 다른부분에 설치된 외측 장방형 지지 프레임(57)을 가지는 평판으로 형성된다. 프레임(57)은, 그 상단부에서 2개의 트러니언(59)이 도면에 점선으로 도시된 상부 지지레일(61)에 연결됨으로써 상단부가 지지되며, 마찬가지로 프레임(57)의 하단부에서는 하부 지지레일(63)이 2개의 하부 트러니언(59)과 결합한다.

스프링 작용 고정 볼트(65)가 프레임(57)의 상하단에 사용되어서, 제 4 도 및 제 5 도의 설명에서 명확해지는 바와 같이 프레임의 상하단을 지지레일(61 및 63)에 결합하게 고정시킨다. 하부 볼트(65)가 제3B도에 상세히 도시되어 있는데, 하부 지지레일(63)에 있는 홈 안으로 뻗어 있다.

슬롯 지지판(67)은, 프레임(57)에 있는 중앙 구멍에 걸려있으며, 예를들어 양호한 열 전도성을 가지는 0.125인치(0.3175cm)의 구리로 제조된다. 둘둘말린 냉각관(69)이 냉각수를 지지판(67) 전체 지역에 근접하게 운반할 목적으로 지지판(67) 전체에 걸쳐서 연장한다.

냉각관(69)은 구리로 제조될 수 있으며, 열 전도성을 향상시키도록 지지판(67)에 접촉해 있는 지역 전체에 걸쳐서 바람직하게 납땜 연결되거나 브레이즈 용접될 수 있다. 가소성 냉각관(71)이 냉각관(69)의 끝을 냉각수 공급통로(73)에 연결하여서, 외부의 수원(水源) (도시안됨)에 연결되게 한다.

제3a도는, 제 2 도에서 벨단지(7')쪽을 향해지도록 뱅크(55)의 앞면(도시안됨)에 장착된 가열기 램프(15')와 지지판(67)사이의 관계를 단면으로 나타낸다. 각각의 램프(15')는 반원통형 반사기(77)안에 지지된 기다란 선형의 관형 할로겐-석영 전구(75)로 구성된다. 간단하게 나타내기 위해서 반사기(77)가 제 3 도에서 원형단면으로 도시되어 있지만, 반사기(77)의 실제 단면 형상은 포물선으로 된다는 점은 당연하다.

화살표(79)로 도시된 바와 같이, 냉각 공기는 슬롯이 있는 지지판(67)내의 슬롯을 통해서 각각의 슬롯들의 쌍 사이에 위치된 램프 반사기 둘레로 흐른다. 이런 방법으로 추출된 열은, 상기한 수냉 시스템에 의해서 판(67)으로부터 추출된 열에 더하여, 만족스런 유효수명을 증진시키기에 충분히 낮게 램프들의 온도를 유지시킨다.

뱅크(55)상의 각각의 램프(15')로 공급되는 전력은, 뱅크(55)상의 각각의 램프(15')에 대하여 한쌍의 와이어를 포함하는 한쌍의 다심 케이블(81)에 의해서 공급된다. 각각의 램프의 단부에서는, 도시된 바와 같이 와이어들의 쌍을 주위를 둘러싸는 프레임(57)쪽으로 연결함으로써 램프 터미널(도시안됨)로의 연결이 이루어진다.

제 4 도 및 제 5 도에는, 제 3 도에 도시된 유형의 5개의 복사 가열기 뱅크들 각각에 대한 지지 구조물의 세부 사항들이 도시되어 있다. 제 4 도는, 제 3 도의 하부 지지레일(63) 장치의 평면도를 도시하는데, 레일(63)이 실제로는 홈이 있는 5개의 지지판들(83)로 형성되어 있음을 나타낸다. 점선을 사용하여, 하나의 가열기 뱅크(55)가 각각의 지지판(83)내에서 작동위치에 설치되어 나타나 있다. 이렇게 도시된 작동위치에서, 각각의 뱅크(55)의 하단부에 있는 2개의 트러니언(59)은, 각각의 판(83)에 있는 2개의 홈들의 끝지점에 들어가 있으며, 고정 볼트(65)에 의해 제자리에 고정된다.

제 4 도에서 명확한 바와 같이, 볼트들(65)이 레일(63)과의 결합에서 회수되고 냉각수 및 전원이 연결되어 있지 않은채로 긴홈(85)이 짧은 홈(87)에 의해서 교차되어서, 뱅크(55)는 홈(85)의 끝에 있는 트러니언(59)에 의해서 형성된 피봇축을 중심으로 작동위치에서 떨어져서 회전될 수 있다. 뱅크(55)가 가능한한 멀리 회전됨으로써, 패널(55)은 양쪽 트러니언(59)이 홈(85)안에 있는 개방위치(도시안됨)에서 정지하게 된다.

뱅크(55)가 그 작동위치로부터 개방위치로 이동하는중에 홈(85)의 끝에 있는 트러니언은 그 위치가 바뀌지 않고 단지 피봇점의 역할을 함에 주의한다. 작동위치로부터 개방위치로 이동하는 동안 내내, 뱅크(55)는 양쪽의 트러니언(59)이 홈(85 및 87)과 접촉함으로써 충분히 지지되고 안내된다.

개방위치에서, 뱅크(55)는 하나의 트러니언(59)이 제 5 도에 도시된 바와 같이 홈(85)에서 빠져나갈 때까지 홈(85)과 일치한 평형 이동축을 따라서 평형 이동될 수 있다. 이 지점에서, 뱅크(55)는 홈(85)에 남아있는 트러니언(59)에 의해서 부분 지지되면서 임의로 더 회전될 수 있다. 뱅크(55)가 더 평형 이동하면, 양쪽 트러니언(59)이 지지레일(63)에서 빠져나가는 해제위치로 뱅크가 이동하여서, 수리를 위해서 가동되거나 제거될 수 있는 패널(89)을 통해서 뱅크(55)가 장치(1')로부터 제거될 수 있을 것이다.

제 4 도 및 제 5 도에 도시된 본 발명의 실시예에서 작동위치로부터 개방위치로의 뱅크(55)의 이동은, 양쪽의 트러니언을 홈(85)안에 위치시키고 그 홈을 따라서 이동하게 하기에 충분한, 예를들어 약 15°의 작은 각도로의 회전을 포함한다. 그러나, 지지구조를 다시 설계함으로써 작동위치와 개방위치간의 회전각도를 증가시킬 수 있음은 당연하다. 예를들어서, 각각의 뱅크가 약 60°각도로 바깥쪽으로 회전된다면, 램프의 수리는 뱅크를 장치(1')에서 제거시키지 않고도 수행될 수 있을 것이다.

각각의 뱅크와 하부 지지레일(98)간의 기계적 관계가 기술되었지만, 상부 지지레일(61)은 하부 지지레일(63)의 거울상(mirror image)로 형성되어서, 상부 지지레일(61)의 홈들내에 있는 각각의 뱅크의 상단부에 있는 트러니언들(59)의 위치가 각각의 뱅크의 하단부에 있는 트러니언들의 위치와 동일함은 당연하다. 따라서, 각각의 뱅크는 제거 및 교체중에 상하 양단부들에 안내되면서 양단부를 지지하다. 각각의 뱅크가 약 30파운드(13.6kg) 무게를 가지기 때문에, 그러한 지지는, 뱅크들을 제거시키고 교체하는 용이성과 함께, 필요한 경우에 가열기 장치를 수리하는 것을 편리하게 해준다.

Claims

서셉터에 지지된 반도체 기판을 포함하며, 열적으로 활성화된 반응가스들을 그 내부에 한정시키는 반응실로서, 일정한 파장이 있는 영역내에서 대체로 열복사에 투명한 재료로 제조된 적어도 하나의 벽부분을 가지는 반응실 ; 상기 기판 및 상기 서셉터를 가열하도록 상기 일정한 파장 영역에 열복사를 공급하는 복사 가열기 뱅크 ; 및 상기 기판 및 상기 서셉터를 가열시키기 위해서 상기 복사 가열기 뱅크가 상기 벽부분을 통해서 열복사를 방사하는 예정된 고정 작동 위치에서, 상기 복사 가열기 뱅크를 지지하고, 상기 가열기 뱅크가 그 한 가장자리에 대략 평행하게 놓인 피봇축을 중심으로 하여 상기 고정 작동 위치에서 떨어져 회전되는 개방위치에서, 상기 가열기 뱅크를 지지하는 지지수단 ; 의 조합으로 구성된 에피택셜 증착장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단이, 상기 복사 가열기 뱅크상에 배치되고 그 사이에 연장한 상기 피봇축을 형성하는 한쌍의 트러니언 및 상기 한쌍의 트러니언을 결합시키고 상기 고정작동위치와 상기 개방위치 사이의 상기 가열기 뱅크의 운동을 구속하여서 상기 피봇축을 중심으로 피봇 운동시키는 트러니언 결합수단을 포함하는 에피택셜 증착장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치가, 상기 뱅크를 상기 고정작동위치에 고정시키는 고정수단으로서, 상기 뱅크가 상기 고정작동위치에 고정되는 잠궈진 위치와 상기 뱅크가 상기 작동위치에서 떨어져 상기 개방위치로 이동가능한 해제 위치와의 사이에서 선택적으로 작동할 수 있는 고정수단을 더 포함하는 에피택셜 증착장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단이 상기 작동위치와 상기 개방위치 사이에서의 운동중에 상기 뱅크를 연속적으로 지지하는 에피택셜 증착장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단이, 상기 고정작동위치와 상기 개방위치 사이의 상기 가열기 뱅크의 운동을 구속하여 상기 피봇축을 중심으로 피봇운동시키는 에피택셜 증착장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지수단이, 평형 이동 운동을 허용하고 평형 이동축을 따라서 상기 개방위치로부터 상기 뱅크가 상기 장치의 보유부분으로부터 자유롭게 밀려질 수 있는 해제위치로의 상기 평형 이동 운동을 구속하며 상기 개방위치와 상기 해제위치 사이의 평형 이동 운동중에 상기 뱅크를 계속하여 지지하는 평형 이동 지지수단을 더 포함하는, 에피택셜 증착장치.
서셉터에 지지된 반도체 기판을 포함하며, 열적으로 활성화된 반응 가스들을 그 내부에 한정시키는 반응실로서, 일정한 파장이 있는 영역내에서 대체로 열복사에 투명한 재료로 제조된 적어도 하나의 벽부분을 가지는 반응실 ; 상기 기판 및 상기 서셉터를 가열하도록 상기 일정한 파장 영역에 열복사를 공급하며, 상기 반응실과의 사이에 내측 동축 냉각 공기층을 형성하도록 상기 반응실에서 떨어져 대체로 상기 반응실 둘레에 동축상으로 분포되어 있고, 내부에 복사 냉각 공기 유동을 허용하도록 방사상으로 공기를 투과할 수 있게된 복사 가열기 ; 상기 가열기와의 사이에 외측 동축 냉각 공기층을 형성하기 위해서 상기 복사 가열기에서 떨어져서 그 둘레로 대략 동축상으로 뻗으며, 상기 복사 가열기의 일단부에서 떨어져서 대략 횡방향으로 상기 복사 가열기를 가로지르며 뻗어서, 상기 내측 동축 냉각 공기층과 상기 외측 동축 냉각 공기층을 상기 일단부에서 방사상으로 서로 연결하는 단부 동축 냉각 공기층을 형성하는 플리넘 챔버 ; 및 냉각 공기를 상기 플리넘 챔버의 상기 일단부 근처로 도입시키고, 가열된 공기를 상기 내측 동축 공기층의 말단부에서 배출시키는 공기 냉각 수단으로서, 냉각 공기가, 상기 일단부에서 상기 장치안으로 흐르고, 축선상으로 상기 내측 및 외측 동축 냉각 공기층을 따라서 그리고 방사상안쪽으로 상기 가열기를 통해 상기 외측 동축 냉각 공기층으로부터 상기 내측 동축 냉각 공기층쪽으로 흐르며, 상기 내측 동축 냉각 공기층의 말단부에서 상기 장치의 바깥으로 흐르게 하는 공기 냉각 수단 ; 의 조합으로 구성된 에피택셜 증착장치.
제 7 항에 있어서, 상기 공기 냉각 수단이 ; 상기 내측 동축 냉각 공기층으로부터 가열된 공기를 수용하기 위해서 상기 내측 동축 냉각 공기층의 상기 말단부에 연결되고 냉각수의 소오스에도 연결된 공기-물 열교환기와 ; 상기 열 교환기로부터 냉각 공기를 끌어당기기 위해서 상기 열 교환기에 연결된 입구를 가지며 상기 플리넘 챔버에 냉각 공기를 공급하기 위해서 상기 플리넘 챔버에 연결된 출구를 가지는 송풍기 ; 와를 포함하는 폐쇄 루우프 공기 냉각시스템으로 구성된 에피택셜 증착장치.
제 8 항에 있어서, 상기 송풍기를 출구와 상기 플리넘 챔버를 서로 연결하는 테이퍼관을 더 포함하는 에피택셜 증착장치.
서셉터에 지지된 반도체 기판을 포함하며, 열적으로 활성화된 반응 가스들을 그 내부에 한정시키는 반응실로서, 일정한 파장이 있는 영역내에서 대체로 열복사에 투명한 재료로 제조된 적어도 하나의 벽부분을 가지는 반응실 ; 상기 기판 및 상기 서셉터를 가열하도록 상기 일정한 파장 영역에 열복사를 공급하며, 상기 반응실과의 사이에 내측 동축 냉각 공기층을 형성하도록 상기 반응실에서 떨어져 대체로 상기 반응실 둘레에 동축상으로 분포되어 있는 복사 가열기로서, 그 내부에 복사 냉각 공기 유동을 허용하도록 방사상으로 공기를 투과할 수 있게 되어 있으며, 복사 가열기 뱅크를 포함하는 복사 가열기 ; 상기 기판 및 상기 서셉터를 가열시키기 위해서 상기 복사 가열기 뱅크가 상기 벽부분을 통해서 열복사를 방사하는 예정된 고정 작동 위치에서, 상기 복사 가열기 뱅크를 지지하고, 상기 가열기 뱅크가 그 한 가장자리에 대략 평행하게 놓인 피봇축을 중심으로하여 상기 고정 작동위치에서 떨어져 회전되는 개방위치에서, 상기 가열기 뱅크를 지지하는 지지수단 ; 상기 가열기와의 사이에 외측 동축 냉각 공기층을 형성하기 위해서 상기 복사 가열기에서 떨어져서 그 둘레로 대략 동축상으로 뻗으며, 상기 복사 가열기의 일단부에서 떨어져서 대략 횡방향으로 상기 복사 가열기를 가로지르며 뻗어서, 상기 내측 동축 냉각 공기층과 상기 외측 동축 냉각 공기층을 상기 일단부에서 방사상으로 서로 연결하는 단부 동축 냉각 공기층을 형성하는 플리넘 챔버 ; 및 냉각 공기를 상기 플리넘 챔버의 상기 일단부 근처로 도입시키고, 가열된 공기를 상기 내측 동축 공기층의 말단부에서 배출시키는 공기 냉각 수단으로서, 냉각 공기가, 상기 일단부에서 상기 장치안으로 흐르고, 축선상으로 상기 내측 및 외측 동축 냉각 공기층을 따라서 그리고 방사상 안쪽으로 상기 가열기를 통해서 상기 외측 동축 냉각 공기층으로부터 상기 내측 동축 냉각 공기층쪽으로 흐르며, 상기 내측 동축 냉각 공기층의 말단부에서 상기 장치의 바깥으로 흐르게 하는 공기 냉각 수단 ; 의 조합으로 구성된 에피택셜 증착장치.
제10항에 있어서, 상기 지지수단이, 상기 작동위치와 상기 개방위치 사이에서의 운동중에 상기 뱅크를 계속하여 지지하는 에피택셜 증착장치.
제10항에 있어서, 상기 지지수단이, 상기 고정 작동 위치와 상기 개방위치 사이에서의 상기 가열기뱅크의 운동을 구속하여 상기 피봇축을 중심으로 하여 피봇운동 시키는 에피택셜 증착장치.
제10항에 있어서, 상기 지지수단이, 상기 뱅크의 평형 이동을 허용하고 상기 개방위치로부터 상기 뱅크가 상기 장치의 보유부분에서 밀려날 수 있는 해제위치까지 평형 이동축을 따라서 상기 평형 이동을 구속하는 평형 이동 지지수단으로서, 상기 개방위치와 상기 해제위치 사이에서의 평형 이동중에 계속하여 상기 뱅크를 지지하는 평형 이동 지지수단을 더 포함하는, 에피택셜 증착장치.
제10항에 있어서, 상기 공기 냉각 수단이, 상기 내측 동축 공기층으로부터 가열된 공기를 수용하기 위해서 상기 내측 동축 공기층의 말단부에 연결되어 있고 상기 냉각수의 소오스에도 연결된 공기-물 열교환기 ; 및 상기 열교환기로부터 냉각 공기를 끌어당기기 위해서 상기 열교환기에 연결된 입구와 상기 플리넘 챔버에 냉각 공기를 공급하기 위해서 상기 플리넘 챔버에 연결된 출구와를 가지는 송풍기 ; 로 구성된 폐쇄 루우프 공기 냉각시스템을 포함하는, 에피택셜 증착장치.
반도체 기판을 처리하는 방법, 특히 화학 증착에 의해서 상기 반도체 기판위에 에피택셜층을 증착시킬 목적을 위한 처리 방법으로서 : 일정한 파장영역 내에서의 열복사에 투명한 적어도 하나의 벽부분을 가지는 반응실 내에서 상기 반도체 기판을 서셉터에 지지시키는 단계 ; 상기 기판과 접촉한 상기 반응실 안에 열적으로 활성화된 반응가스 분위기를 제공하는 단계 ; 및 상기 일정한 파장의 영역내에 열복사를 공급하는 복사 가열기 뱅크 ; 및 상기 기판과 상기 서셉터를 가열하기 위해서 상기 가열기 뱅크가 상기 벽부분을 통하여 열복사를 방사하는 예정된 고정 작동위치에서, 상기 복사 가열기 뱅크를 지지하는 지지수단으로서, 상기 뱅크가 그 한 가장자리에 대략 평행하게 놓인 피봇축을 중심으로 하여 상기 고정작동 위치에서 떨어져 회전되는 개방위치에서, 상기 가열기 뱅크를 지지하는 지지수단 ; 에 의해서 상기 기판을 가열함으로써 상기 반응가스 분위기를 활성화시키는 단계 ; 로 구성된 반도체 기판의 처리방법.
반도체 기판의 처리방법, 특히 화학 증착에 의해서 상기 반도체 기판위에 에피택셜층을 증착시킬 목적을 위한 처리 방법으로서 ; 일정한 파장 영역내에서의 열복사에 투명한 적어도 하나의 벽부분을 가지는 반응실내에서, 상기 반도체 기판을 서셉터에 지지시키는 단계 ; 상기 기판과 접촉한 상기 반응실 안에 열적으로 활성화된 반응가스 분위기를 제공하는 단계 ; 상기 일정한 파장의 영역내에 열복사를 공급하는 복사가열기로서, 상기 반응실과의 사이에 내측 동축 냉각 공기층을 형성하도록 상기 반응실에서 떨어져 상기 반응실의 둘레로 대체로 동축상으로 분포되어 있으며, 내부에 복사 공기 유동을 허용하도록 방사상으로 공기를 투과할 수 있는 복사 가열기 ; 에 의하여 상기 반응가스 분위기를 활성화 시키기 위해 상기 기판을 가열하는 단계 ; 및 상기 가열기와의 사이에 외측 동축 냉각 공기층을 형성하기 위해서 상기 복사 가열기에서 떨어져 그 둘레로 대략 동축상으로 뻗으며, 상기 복사 가열기의 일단부에서 떨어져 대략 횡방향으로 상기 복사 가열기를 가로지르며 뻗어서, 상기 내측 동축 냉각 공기층과 상기 외측 동축 냉각 공기층을 상기 일단부에서 방사상으로 서로 연결하는 단부 동축 냉각 공기층을 형성하는 플리넘 챔버 ; 및 냉각 공기를 상기 플리넘 챔버의 상기 일단부 근처로 도입시키고, 가열된 공기를 상기 내측 동축 공기층의 말단부에서 배출시키는 공기 냉각 수단으로서, 냉각 공기가, 상기 일단부에서 상기 장치안으로 흐르며, 축선상으로 상기 내측 및 외측 동축 냉각 공기층을 따라서 그리고 방사상 안쪽으로 상기 가열기를 통해 상기 외측 동축 냉각 공기층으로부터 상기 내측 동축 냉각 공기층 쪽으로 흐르며, 상기 내측 동축 냉각 공기층의 말단부에서 상기 장치의 바깥으로 흐르게하는 공기 냉각수단 ; 으로 구성된 냉각시스템을 사용하여 상기 반응실 및 가열기를 냉각하는 단계 ; 로 구성된 반도체 기판의 처리 방법.
반도체 기판의 처리 방법, 특히 화학 증착에 의해서 상기 반도체 기판위에 에피택셜층을 증착시킬 목적을 위한 처리 방법으로서 : 일정한 파장 영역내에서의 열복사에 투명한 적어도 하나의 벽부분을 가지는 반응실내에서, 상기 반도체 기판을 서셉터에 지지시키는 단계 ; 상기 기판과 접촉한 상기 반응실 안에 열적으로 활성화된 반응가스 분위기를 제공하는 단계 ; 상기 일정한 파장 영역내에 열복사를 공급하는 복사 가열기 뱅크 ; 및 상기 기판과 상기 서셉터를 가열하기 위해서 상기 가열기 뱅크가 상기 벽부분을 통하여 열복사를 방사하는 예정된 고정 작동 위치에서 상기 복사 가열기 뱅크를 지지하는 수단으로서, 상기 뱅크가 그한 가장자리에 대체로 평행하게 놓인 피봇축을 중심으로 하여 상기 고정 작동위치에서 떨어져 회전되는 개방위치에서, 상기 가열기 뱅크를 지지하는 수단 ; 에 의해서 상기 기판을 가열함으로써 상기 반응 가스 분위기를 활성화시키는 단계 ; 및 상기 가열기와의 사이에 외측 동축 냉각 공기층을 형성하기 위해서 상기 복사 가열기에서 떨어져 그 둘레로 대략 동축상으로 뻗으며, 상기 복사 가열기의 일단부에서 떨어져 대략 횡방향으로 상기 복사 가열기를 가로지르며 뻗어서, 상기 내측 및 외측 동축 냉각 공기층을 상기 일단부에서 방사상으로 서로 연결하는 단부 동축 냉각 공기층을 형성하는 플리넘 챔버 ; 및 냉각 공기를 상기 플리넘 챔버의 상기 일단부 근처로 도입시키고, 가열된 공기를 상기 내측 동축 공기층의 말단부에서 배출시키는 공기 냉각 수단으로서, 냉각 공기가, 상기 일단부에서 상기 장치안으로 흐르며, 축선상으로 상기 내측 및 외측 동축 냉각 공기층을 따라서 그리고 방사상 안쪽으로 상기 가열기를 통해 상기 외측 동축 냉각 공기층으로부터 상기 내측 동축 냉각 공기층 쪽으로 흐르며, 상기 내측 동축 냉각 공기층의 말단부에서 상기 장치의 바깥으로 흐르게 하는 공기 냉각 수단 ; 으로 구성된 냉각 시스템을 사용하여 상기 반응실 및 상기 가열기를 냉각하는 단계 ; 로 구성된 반도체 기판의 처리방법.