(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体設備の体積を縮小可能なガスインジェクタを提供する。【解決手段】ガスインジェクタ２００は、ハウジングシェル２１０と、回転主軸２２０と、ガス出力分配ユニットとを備える。ハウジングシェル２１０は回転主軸の一端に包接され、且つ回転主軸２２０は複数の磁性流体シール２２２及び複数のガス輸送管２２４を含む。ガス輸送管２２４は回転主軸２２０中に嵌設され、反応ガスを輸送させるために用いられる。ガス出力分配ユニットは回転主軸２２０の他端に配置され、且つガス出力分配ユニットの両端は天井２７０及びサセプタ２８０にそれぞれ連結される。ガス出力分配ユニットは、回転主軸の他端に間隔を空けてそれぞれ順番に連結されることにより複数のガス出力層が形成され、且つそれぞれ対応させる反応ガスの内の１つを出力させるための複数のボード２３２−２３４を更に備える。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングシェルと、
一端に前記シェルが包接される回転主軸と、
前記回転主軸の他端に配置され、且つ両端が天井（Ｃｅｉｌｉｎｇ）及びサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）にそれぞれ連結されるガス出力分配ユニットとを備え、
前記回転主軸は、
前記回転主軸に相互に間隔を空けて覆設される複数の磁性流体シール（Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ  ｓｅａｌ）であって、且つ隣接する各２つのこれら前記磁性流体シールと前記ハウジングシェルとの間には吸気チャンバが存在し、各前記吸気チャンバは反応ガスの入力にそれぞれ用いられる磁性流体シールと、
前記回転主軸中に嵌設され、これら前記反応ガスの輸送に用いられる複数のガス輸送管とを更に備え、
前記ガス出力分配ユニットは、
前記回転主軸の他端に間隔を空けてそれぞれ順番に連結されることにより複数のガス出力層が形成され、且つそれぞれ対応させるこれら前記反応ガスの内の１つを出力させるための複数のボードとを更に含むことを特徴とする、
半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項２】
これら前記ボード及び前記天井（Ｃｅｉｌｉｎｇ）は前記回転主軸の一端に順に連結され、且つ前記サセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）は接続キットを介して前記回転主軸の一端に包接されることを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項３】
前記天井（Ｃｅｉｌｉｎｇ）、これら前記ボード、及び前記サセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）は前記回転主軸の一端に順に連結され、且つ前記天井（Ｃｅｉｌｉｎｇ）は接続キットを介して前記回転主軸の一端に包接されることを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項４】
回転主軸は相互に間隔を空ける複数の凸部を有し、各前記磁性流体シールは各前記凸部に対応させるように覆設され、且つこれら前記ガス輸送管はこれら前記凸部中に嵌設されることを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項５】
これら前記ボードが上部ボードと、中間部ボードと、下部ボードとを備えることにより第一ガス出力層、第二ガス出力層、及び第三ガス出力層が順に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項６】
これら前記ガス輸送管は、入口及び出口が前記第一吸気チャンバ及び前記第一ガス出力層にそれぞれ設置され、前記第一反応ガスを前記第一吸気チャンバから前記第一ガス出力層に導引させるように輸送させ、噴射させて出力させるための複数の第一ガス輸送管と、入口及び出口が前記第二吸気チャンバ及び前記第二ガス出力層にそれぞれ設置され、前記第二反応ガスを前記第二吸気チャンバから前記第二ガス出力層に導引させるように輸送させ、噴射させて出力させるための複数の第二ガス輸送管と、入口及び出口が前記第三吸気チャンバ及び前記第三ガス出力層にそれぞれ設置され、前記第三反応ガスを前記第三吸気チャンバから前記第三ガス出力層に導引させるように輸送させ、噴射させて出力させるための複数の第三ガス輸送管とを備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項７】
前記下部ボードは前記サセプタの一端にロックされ、且つ前記下部ボードの底部には補助溝を有し、前記補助溝中には前記回転主軸が回転を行う際に支持させるための複数のボールが設置されることを特徴とする請求項５に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項８】
これら前記ボードの内の１つは水平に配置され、或いは／且つこれら前記ボードの内の１つは斜めに配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項９】
これら前記ボードの内の１つの中心領域の厚さは外囲領域の厚さより厚く、或いは／且つこれら前記ボードの内の１つの中心領域の厚さは外囲領域の厚さより薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【請求項１０】
前記回転主軸の中心に配置され、冷却液を前記回転主軸内で循環輸送させるための冷却ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体設備に用いられるガスインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体設備に用いられるガスインジェクタに関し、より詳しくは、化学気相成長（ＣＶＤ）システムに応用される垂直分層式ガス輸送配分用の回転主軸を有するガスインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のよくある半導体プロセスの化学気相成長法（ＣＶＤ）システム設備において、ガスインジェクタは中央固定軸により吸気を行ってサセプタに出力させ、且つサセプタは別途駆動モータにより駆動されて回転を行う。
【０００３】
例えば、図１は従来の化学気相成長法（ＣＶＤ）プロセス設備に用いられる構成を示す側面図である。ガスインジェクタ１００は、中央固定軸１１０と、サセプタ１２０と、天井１３０と、駆動モータ１４０とを備える。
中央固定軸１１０はサセプタ１２０の支持及び固定に用いられ、且つ至天井１３０に連結され、反応ガス１１４をサセプタ１２０に入力させる。異なる反応ガス１１４Ａ−１１４Ｃが出力ユニット１１２により同層でサセプタ１２０に直接輸送配分される。また、サセプタ１２０及びそれに搭載されるウェハーは、外部駆動ユニット１４０により駆動されて中央固定軸１１０を中心として回転を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この装置では、反応ガス１１４Ａ−１１４Ｃが出力ユニット１１２の出口箇所で混合されやすく、且つこれらの反応ガスの温度制御メカニズムが存在せず、駆動モータ１４０の体積が大きいためにシステム設備が空間を大きく占拠するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、反応ガスが垂直に分配されてサセプタに流動するように出力させ、且つ中心軸によりサセプタが回転を行うようにすることでシステム設備全体の体積を大幅に縮小させる、半導体設備に用いられるガスインジェクタを提供する。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、半導体プロセスの化学気相成長法（ＣＶＤ）システムに用いられるガスインジェクタを提供することを主目的とする。主にガス分層輸送機能を有する磁性流体シール（Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ  ｓｅａｌ）により外部のプロセス反応ガスをプロセス室中に導引させ、且つ反応ガスがプロセス室中で分層されて噴射されることにより半導体プロセスが実行される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するための本発明に係る半導体設備に用いられるガスインジェクタの特徴は、ハウジングシェルと、回転主軸と、ガス出力分配ユニットとを備える。シェルは回転主軸の一端に包接され、且つ回転主軸は複数の磁性流体シール及び複数のガス輸送管を含む。磁性流体シールは回転主軸に相互に間隔を空けて覆設され、且つ隣接する各２つの磁性流体シール及びハウジングシェルにより吸気チャンバが形成され、各吸気チャンバは反応ガスの入力にそれぞれ用いられる。ガス輸送管は回転主軸中に嵌設され、反応ガスの輸送に用いられる。ガス出力分配ユニットは回転主軸の他端に配置され、且つガス出力分配ユニットの両端は天井（Ｃｅｉｌｉｎｇ）及びサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）にそれぞれ連結される。ガス出力分配ユニットは、回転主軸の他端に間隔を空けてそれぞれ順番に連結されることにより複数のガス出力層が形成される複数のボードを更に備え、且つそれぞれ対応させる反応ガスの内の１つを出力させるために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の化学気相成長法（ＣＶＤ）プロセス設備に用いられる構成を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による半導体設備に用いられるガスインジェクタの組合せ構成を示す側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すガスインジェクタの素子を示す展開図である。
【図２Ｃ】本発明の他の実施形態のガスインジェクタの一部素子を示す展開図である。
【図２Ｄ】本発明の回転主軸及びガス輸送管の配置を示す概略図である。
【図２Ｅ】図２Ｄの第一断面線Ｄ１−Ｄ１に沿って示されるガス輸送管を示す断面の概略図である。
【図２Ｆ】図２Ｄの第二断面線Ｄ２−Ｄ２に沿って示されるガス輸送管を示す断面の概略図である。
【図２Ｇ】図２Ｄの第三断面線Ｄ３−Ｄ３に沿って示されるガス輸送管を示す断面の概略図である。
【図２Ｈ】本発明のガス輸送管及びガス出力層の配置を示す概略図である。
【図２Ｉ】本発明の一実施形態による天井及び第一ガス輸送管の配置を示す概略図である。
【図３】図２Ａに示す部分拡大図Ａである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る半導体設備に用いられるガスインジェクタについて具体的に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例】
【００１０】
図２Ａは本発明の一実施形態による半導体設備に用いられるガスインジェクタの組合せ構成を示す側面図である。図２Ｂは図２Ａに示すガスインジェクタの素子を示す展開図である。
図に示されるように、本発明の半導体設備に用いられるガスインジェクタ２００は、ハウジングシェル２１０と、回転主軸２２０と、ガス出力分配ユニット２３０とを備える。シェル２１０は回転主軸２２０の一端に包接され、且つ回転主軸２２０は複数の磁性流体シール（Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ  ｓｅａｌ）２２２及び複数のガス輸送管２２４を含む。磁性流体シール２２２は回転主軸２２０に相互に間隔を空けて覆設され、且つ隣接する各２つの磁性流体シール２２２とハウジングシェル２１０との間には吸気チャンバ２５０が存在し、各吸気チャンバ２５０は反応ガス２６０の入力にそれぞれ用いられる。
ガス輸送管２２４は回転主軸２２０中に嵌設され、反応ガス２６０の輸送に用いられる。ガス出力分配ユニット２３０は回転主軸２２０の他端に配置され、且つガス出力分配ユニット２３０の両端は天井２７０（Ｃｅｉｌｉｎｇ）及びサセプタ２８０（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）にそれぞれ連結される。ガス出力分配ユニット２３０は、回転主軸２２０の他端に間隔を空けてそれぞれ順番に連結されることにより複数のガス出力層２４０が形成される複数のボード２３１を更に備え、且つそれぞれ対応させる反応ガス２６０の内の１つを出力させるために用いられる。
【００１１】
図２Ａに示されるように、本実施形態では、ボード２３１及び天井２７０は回転主軸２２０の一端に順に連結され、且つサセプタ２８０は接続キット２２９を介して回転主軸２２０の一端に包接される。これにより、サセプタ２８０に配置されるウェハーがプロセス中に全て表を上にして（Ｆａｃｅ−ｕｐ）配置される。
【００１２】
制限されないが、本発明におけるボード２３１、天井２７０、及びサセプタ２８０の間の配置構造の関係は、実際のプロセス及び設計の需要に応じて変化させることができる。
例えば、図２Ｃは本発明の他の実施形態のガスインジェクタの一部素子を示す展開図である。天井２７０、ボード２３１、及びサセプタ２８０は回転主軸２２０の一端に順に連結され、天井２７０は接続キット２２９を介して回転主軸２２０の一端に包接される。この配置構造により、サセプタ２８０に配置されるウェハーはプロセス中に全て表を下にして（Ｆａｃｅ−ｄｏｗｎ）配置される。
【００１３】
次は、本発明の他の実施形態では、ガスインジェクタ２００は、回転主軸２２０の中心部に配置される冷却ユニット２９０を更に備える。冷却ユニット２９０は冷却液を回転主軸２２０内で循環輸送させるために用いられ、冷却液が冷却ユニット２９０の底部の通路口２９２から流動して回転主軸２２０の頂部に輸送され、天井２７０、ボード２３１、及びサセプタ２８０領域の熱量を奪い取った後、通路口２９２から流出させて放熱させる。これにより、効果的な温度調節メカニズムを提供する。  
【００１４】
図２Ａに示されるように、本実施形態では、吸気チャンバ２５０により入力される反応ガス２６０は全て互いに相違する。例えば、反応ガス２６０はそれぞれ有機金属分子（Ｍｏ  ｓｏｕｒｃｅ）及びキャリアガス（ｃａｒｒｉｅｒ  ｇａｓ）で構成されるプロセス反応ガスや、Ｖ族元素（Ｈｙｄｒｉｄｅ  ｓｏｕｒｃｅ）及びキャリアガスのプロセス反応ガス等であり、異なる吸気チャンバ２５０により各自独立して回転主軸２２０中に進入させる。
回転主軸２２０が回転を行うと、磁性流体シール２２２がガス封入効果を提供し、プロセス反応ガスが相互に漏れて混濁する事態を防止させる。その後、ガス出力分配ユニット２３０及び垂直に配分されるガス出力層２４０により分層噴射されてプロセス室中に入力される。
【００１５】
さらに、本実施形態では、回転主軸２２０は相互に間隔を空ける複数の凸部２２６を有し、各磁性流体シール２２２は各凸部２２６に対応させるように覆設され、且つガス輸送管２２４は凸部２２６中に嵌設される。より具体的には、隣接する各２つの凸部２２６とハウジングシェル２１０の内側壁との間には独立して封止させるための環状の吸気チャンバ２５０が形成される。また、ガス輸送管２２４は鑞接（Ｂｒａｚｅ）方式で固定凸部２２４中に嵌設され、異なる吸気チャンバ２５０中の反応ガス２６０が外に漏れて互いに混合しなくなる。
【００１６】
本実施形態では、回転主軸２２０は４つの磁性流体シール２２２を有し、且つ磁性流体シール２２２はそれぞれ間隔を空けて配列されてハウジングシェル２１０と共に第一吸気チャンバ２５０Ａ、第二吸気チャンバ２５０Ｂ、及び第三吸気チャンバ２５０Ｃを形成させ、第一反応ガス２６０Ａ、第二反応ガス２６０Ｂ、及び第三反応ガス２６０Ｃをそれぞれ入力させる。
一方、図３は図２Ａに示す部分拡大図Ａである。ガス出力分配ユニット２３０中のボード２３１は上部ボード２３２と、中間部ボード２３３と、下部ボード２３４とを含み、相互に垂直に積層される複数のガス出力層２４０が形成され、第一ガス出力層２４０Ａ、第二ガス出力層２４０Ｂ、及び第三ガス出力層２４０Ｃの順に形成される。
【００１７】
図２Ｄ乃至図２Ｈに示されるように、図２Ｄは本発明の回転主軸及びガス輸送管の配置を示す概略図である。図２Ｅは図２Ｄの第一断面線Ｄ１−Ｄ１に沿って示されるガス輸送管を示す断面の概略図である。図２Ｆは図２Ｄの第二断面線Ｄ２−Ｄ２に沿って示されるガス輸送管を示す断面の概略図である。図２Ｇは図２Ｄの第三断面線Ｄ３−Ｄ３に沿って示されるガス輸送管を示す断面の概略図である。図２Ｈは本発明のガス輸送管及びガス出力層の配置を示す概略図である。
ガス輸送管２２４は複数の第一ガス輸送管２２４Ａと、複数の第二ガス輸送管２２４Ｂと、複数の第三ガス輸送管２２４Ｃとを備える。各第一ガス輸送管２２４Ａの入口及び出口は第一吸気チャンバ２５０Ａ及び第一ガス出力層２４０Ａにそれぞれ設置され、第一反応ガス２６０Ａを第一吸気チャンバ２５０Ａから第一ガス出力層２４０Ａに導引させるように輸送させ、噴射させて出力させる。
各第二ガス輸送管２２４Ｂの入口及び出口は第二吸気チャンバ２５０Ｂ及び第二ガス出力層２４０Ｂにそれぞれ設置され、第二反応ガス２６０Ｂを第二吸気チャンバ２５０Ｂから第二ガス出力層２４０Ｂに導引させるように輸送させ、噴射させて出力させる。同様に、各第三ガス輸送管２２４Ｃの入口及び出口は第三吸気チャンバ２５０Ｃ及び第三ガス出力層２４０Ｃにそれぞれ設置され、第三反応ガス２６０Ｃを第三吸気チャンバ２５０Ｃから第三ガス出力層２４０Ｃに導引させるように輸送させ、噴射させて出力させる。
【００１８】
しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、第一ガス輸送管２２４Ａ、第二ガス輸送管２２４Ｂ、及び第三ガス輸送管２２４Ｃの数量は全てＮ個であり、且つＮは２より大きい正の整数である。例えば、図２Ｄに示されるように、第一ガス輸送管２２４Ａ、第二ガス輸送管２２４Ｂ、及び第三ガス輸送管２２４Ｃの数量は全て６個である。
また、第一ガス輸送管２２４Ａの入口及び出口は第一吸気チャンバ２５０Ａ及び第一ガス出力層２４０Ａにそれぞれ均一に配設され、第二ガス輸送管２２４Ｂの入口及び出口は第二吸気チャンバ２５０Ｂ及び第二ガス出力層２４０Ｂにそれぞれ均一に配設され、且つ第三ガス輸送管２２４Ｃの入口及び出口は第三吸気チャンバ２５０Ｃ及び第三ガス出力層２４０Ｃにそれぞれ均一に配設される。
【００１９】
また、図３は図２Ａに示す部分拡大図Ａである。本発明の実施形態において、下部ボード２３４は実際のプロセスの需要に応じてサセプタ２８０にロックされ、且つ下部ボード２３４の底部には補助溝２３５を更に有する。前記第一補助溝２３５中には複数のボール２３６が設置され、前記回転主軸が回転を行う際の支持を提供する。また、この実施形態において、ボール２３６はセラミック材質であり、球体の外観を呈するが、但し本発明はこれに制限されず、他の適切な材質及び外観も適用可能である。
【００２０】
なお、ガス出力分配ユニット２３０中のボード２３１、例えば上部ボード２３２、中間部ボード２３３、及び下部ボード２３４は、実際のプロセスの需要に応じて、天井２７０及びサセプタ２８０から相互に取り外して分解した後に再度組み立てて装設可能になっており、使用上の操作の便利性が高まる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、ボード２３１中の上部ボード２３２、中間部ボード２３３、及び下部ボード２３４の内の少なくとも１つは水平に配置され、他のボード２３１は斜めに配置される。これにより、ボードの間の配置を変化させることにより、ガス出力層２４０のガス出力口の大きさを改変可能であり、反応ガス２６０がガス出力層２４０から出力される流速及び分配を調整可能になる。
本発明の他の実施形態では、ボード２３１の内の１つの中心領域の厚さは外囲領域の厚さより厚く、或いは／且つボード２３１の内の１つの中心領域の厚さは外囲領域の厚さより薄い。よって、ボード２３１の相互の間の厚さの差異により、対応させるガス出力層２４０のガス出力口の大きさを改変可能であり、出力ガス２６０の流速及び分配を調整可能になる。
【００２２】
続いて、図２Ｉは本発明の一実施形態による天井及び第一ガス輸送管の配置を示す概略図である。
天井２７０は天井２７０の中心箇所に設置されるパッド部材２７２を更に備え、天井がボード２３１の上方に設置される場合、パッド部材２７２はボード２３１に連結させるために配置される。また、パッド部材２７２は複数の凹型口部を有し、第一ガス輸送管２２４Ａの出口にそれぞれ対応させるように設置され、第一反応ガス２６０Ａを第一ガス出力層２４０Ａの出口に向けて集中させて輸送させて出力させるために用いられる。但し、本発明はこれに制限されず、ボード２３１、例えば上部ボード２３２または中間部ボード２３３は設計の必要に応じてパッド部材及びその凹型口部を有し、反応ガス２６０の出力方向を効果的に集中させるようにしてもよい。
【００２３】
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００２４】
１００  ガスインジェクタ
１１０  中央固定軸
１１２  出力ユニット
１１４  反応ガス
１１４Ａ  反応ガス
１１４Ｂ  反応ガス
１１４Ｃ  反応ガス
１２０  サセプタ
１３０  天井
１４０  駆動モータ
２００  ガスインジェクタ
２１０  ハウジングシェル
２２０  回転主軸
２２２  磁性流体シール
２２４  ガス輸送管
２２４Ａ  第一ガス輸送管
２２４Ｂ  第二ガス輸送管
２２４Ｃ  第三ガス輸送管
２２６  凸部
２２９  接続キット
２３０  ガス出力分配ユニット
２３１  ボード
２３２  上部ボード
２３３  中間部ボード
２３４  下部ボード
２３５  補助溝
２３６  ボール
２４０  ガス出力層
２４０Ａ  第一ガス出力層
２４０Ｂ  第二ガス出力層
２４０Ｃ  第三ガス出力層
２５０  吸気チャンバ
２５０Ａ  第一吸気チャンバ
２５０Ｂ  第二吸気チャンバ
２５０Ｃ  第三吸気チャンバ
２６０  反応ガス
２６０Ａ  第一反応ガス
２６０Ｂ  第二反応ガス
２６０Ｃ  第三反応ガス
２７０  天井
２７２  パッド部材
２８０  サセプタ
２９０  冷却ユニット
２９２  通路口
Ｄ１−Ｄ１  第一断面線
Ｄ２−Ｄ２  第二断面線
Ｄ３−Ｄ３  第三断面線
Ａ  部分拡大図
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
2018117122.tif 000009
【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
2018117122.tif 000011
【図２Ｉ】
2018117122.tif 000012
【図３】
2018117122.tif 000013