KR101233502B1 - 결정질층 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로세스 챔버(1) 내부로 유입되어 이 챔버 내부에서 열분해 반응을 하는 반응가스에 의해서 프로세스 챔버(1) 내의 하나 이상의 결정질 기판상에 결정질 층을 증착하는 결정질층 증착장치에 관한 것이다. 이 결정질층 증착장치는 캐리어판(2)을 구비하되 이 캐리어판은 일 측면으로부터 가열될 수 있고, 캐리어판(2) 위에 적어도 하나의 기판홀더(9) 및 이 기판홀더(9)를 둘러싸는 적어도 하나의 보정판(compensation plate)이 배치되어 있으면서 수평형 간극(3)을 형성한다. 수평형 간극(3)의 간극 높이가 변할 수 있거나 국부적으로 상이하여서 보정판(4)의 국부 표면 온도에 영향을 미친다.

Description

결정질층 증착장치{DEVICE FOR DEPOSITING CRYSTALLINE LAYERS}
본 발명은 프로세스 챔버 내부로 유입되어 이 프로세스 챔버에서 열분해 반응을 하는 반응가스에 의해서 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 결정질 기판상에 결정질 층을 증착하는 장치로서, 캐리어판(carrier plate)을 구비하되 이 캐리어판이 일 측면으로부터 가열될 수 있고 캐리어판 위에 적어도 하나의 기판홀더 및 이 기판홀더를 둘러싸는 적어도 하나의 보정판(compensation plate)이 배치되어 있으면서, 보정판과 캐리어판 사이에 수평형 간극(gap)을 형성하는 결정질층 증착장치에 관한 것이다.
이러한 형태의 장치는 DE 100 43 600 A1에 개시되어 있다. 이 문헌에서 개시된 장치는 프로세스 챔버를 갖는다. 이 프로세스 챔버는 회전 대칭형으로 형성되어 있다. 복수의 반응가스가 이 프로세스 챔버 내의 천장부의 중앙에 배치된 가스인입부재를 통해서 프로세스 챔버 내로 유입된다. 이 프로세스 챔버에서, 반응가스들이 열분해된다. 이러한 열분해를 위해서 필요한 온도를 생성하기 위해서, 적어도 프로세스 챔버의 바닥부 또는 천장부가 가열된다. 이러한 가열은 적외선 방사 또는 고주파에 의해 이루어질 수 있다.
이 프로세스 챔버의 바닥부는 링 형상으로 된 캐리어판을 갖는다. 가스 스트림에 의해서 가스쿠션 상에서 회전하게 되는 개별적인 기판홀더들이 캐리어판 상에 배치된다. 이들 기판홀더는 캐리어판 내의 리세스(recess) 내에 실장된다. 캐리어판 상에는, 기판홀더를 둘러싸는 구역에서 보정판이 놓이게 된다.
발명의 개요
본 발명의 목적은, 보정판의 표면 온도가 반응가스 흐름의 방향으로 기판홀더의 상류에서 프로세스의 필요에 맞추어 간단하게 변경될 수 있도록 하는 대책(measures)을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구 범위에 상술된 본 발명에 의해서 달성된다.
청구항 제 1 항에서는 무엇보다도 가변적이거나 국부적으로 상이하여서 보정판과 캐리어판 사이의 수평형 간극의 간극 높이가 보정판의 국부 표면 온도에 영향을 주는 것을 제시하고 있다. 그 결과, 상기 국부 표면 온도가 캐리어판의 온도 분포와 무관하게 설정될 수도 있다. 수평형 간극의 간극 높이를 변화시키기 위해서는, 특히 간격유지재(spacer)로 간극 높이를 정하는 것을 고려해 볼 수 있다. 간극 높이는 간격유지재를 적절하게 선택함으로써 조절될 수 있다. 간격유지재를 실장하기 위하여 핀이 제공될 수 있다. 가령, 이 핀은 캐리어판에 고정되게 연결될 수 있다. 간격유지용 디스크 또는 간격유지용 슬리브가, 간격유지재로서, 핀 상에 배치될 수 있다. 이 핀 또는 슬리브는 각각의 다른 판의 슬롯 내에 위치한다. 가령 핀이 캐리어판의 보어(bore) 내에 고정되게 삽입되면, 이 핀의 아직 고정되지 않은 단부는 보정판의 슬롯 내에 위치하게 된다. 이로써, 보정판과 캐리어판의 상이한 열 팽창을 보정할 수 있다. 많은 간격유지용 디스크가 제공되는 것이 바람직하다. 특히 3 개 정도가 바람직하다. 각 간격유지용 디스크는 핀에 의해 유지된다. 각 핀은 슬롯들 내부로 삽입된다. 이 경우에 슬롯들은 중심에 대해서 별 형태로 분포하고 있다. 보정판의 하측면이 그의 상측면에 대해서 경사진 방식으로 연장됨으로써 간극 높이는 국부적으로 상이해 질 수 있다. 이로써, 쐐기(wedge) 형상의 간극이 획득될 수 있다. 열 전달이 간극 높이에 따라 좌우되기 때문에, 수평형 간극의 최대 간극 높이와 관련된 보정판의 영역에는 열이 최소로 공급된다. 따라서, 이 표면 부분은 최대 간극 높이보다 더 짧은 간극 높이와 관련된 표면 영역보다 약하게 가열된다. 보정판의 하측면이 경사진 방식으로 연장된 경우, 간격유지재는 간격유지용 슬리브에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 간격유지용 슬리브는 슬롯의 바닥부 상에서 지지된다. 이 슬롯의 바닥부는 보정판의 상측면에 대해서 평행하게 연장된다. 보정판은 코팅될 수 있다. 코팅 재료는 열분해 질화붕소(PBN(Pyrolytic Boron Nitride)), SiC 또는 Tac일 수 있다. 보정판은 또한 SiC로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 보정판은 석영, 흑연 또는 코팅된 흑연으로 구성된다. 이 코팅부는 반응가스에 대해서 불활성인 재료로 구성된다. 본 발명에 따른 결정질층 증착장치가, 에지(edge)가 원호형으로 절단된 절단부를 갖는 보정판을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 원호형의 에지에 의해 회전구동되는 원형 디스크 형상의 기판홀더에 대해 동일한 간극(gap)이 형성된다. 캐리어판은 링 형상을 가질 수 있다. 링의 중앙에는 지지판 및 결합판이 존재한다. 결합막대는 결합판에 작용한다. 지지판은 지지부 상에 놓인다. 이러한 구성에 대해서는, DE 100 43 600 A1의 도면이 참조된다.
본 발명에 따른 이러한 장치의 구성에 의해서 기판홀더 근방의 보정판의 표면 온도가 기판홀더의 표면 온도보다 매우 높아지는 것이 방지될 수 있다. 수평형 간극의 국부적 간극 높이를 적절하게 선택함으로써 특정 온도 프로파일을 설정할 수도 있다. 보정판, 특히 코팅된 보정판이 교환가능한 수단이라는 것은, 가령 암모니아와 같은 흑연에 손상을 줄 수 있는 가스가 사용될 때 이들 보정판이 또한 간단하게 교환될 수 있음을 의미한다. 프로세스 파라미터가 변화하는 경우에, 간격유지용 디스크를 교환함으로써 프로세스 파라미터의 변화에 대한 적응이 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 장치에 있어서, 내측으로부터 외측으로 갈수록 증가하는 온도 프로파일이 유성형 반응기 내의 링형 기판홀더 위에서 설정되는 상황을 확보하는 것도 가능하다. 이러한 경우의 온도 구배로 인해서 캐리어판 또는 보정판에 손상을 줄 수 있는 어떠한 응력도 발생하지 않게 된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1은 복수의 보정판과 기판홀더가 구비된 캐리어판의 평면도(보정판과 기판홀더 사이의 간극은 보다 양호하게 도시하기 위해서 확대되었으며 실제로 이 간극은 가능한 한 좁아야 함),
도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따른 프로세스 챔버의 단면도,
도 3은 도 2의 세부 부분 Ⅲ의 확대도,
도 4는 도 3의 라인 Ⅳ-Ⅳ을 따른 단면도,
도 5는 대략적으로 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 상세하게 확대되게 도시된 본 발명의 제 2 실시예의 도면,
도 6은 도 5에 따른 도시 방식으로 도시된 다른 실시예의 도면,
도 7은 도 1에 따른 도시 방식으로 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
캐리어판(2) 상에 배치된 보정판(4, 13)을 사용하면 보정판(4)과 캐리어판(2) 사이의 수평형 간극(3)에서의 열전도 저항이 프로세스 챔버(1)의 중앙으로부터 프로세스 챔버(1)의 에지로 향하는 반응가스 흐름의 방향에 있어서 기판의 상류에서 변할 수 있다. 이 때문에, 보정판(4)의 상측면(4")의 온도는 그 아래에 놓인 캐리어판(2)의 온도와 상관없이 변할 수 있다. 이러한 열전도 저항은 특히 캐리어판(2)과 보정판(4) 사이의 거리, 즉 수평형 간극(3)의 간극 높이에 따라서 변할 수 있게 된다. 간격유지용 디스크(5) 또는 간격유지용 슬리브(6) 형태를 갖는 간격유지재는 세라믹, 석영 또는 사파이어로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 수평형 간극(3)은 실질적으로 균일한 간극 높이를 가지며, 간격유지용 디스크(5)는 캐리어판(2)의 상측면(2') 상에 놓여 있으면서 보정판(4)의 하측면(4')을 지지한다. 그러나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 간극 높이는 국부적으로 변할 수 있다. 수평형 간극(3)의 간극 높이는 간격유지용 디스크(5) 및 간격유지용 슬리브(6)를 교환함으로써 변할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 예시적인 실시예는 회전 대칭형 프로세스 챔버(1)를 갖는다. 반응가스가 가스인입부재(16)(이의 정확한 구성에 대해서는 DE 190 43 600을 참조하면 됨)를 통해서 프로세스 챔버 내부의 중심부로 유입된다. 이 가스인입부재(16)는 프로세스 챔버(1)의 천장부(15)의 중앙에 위치한다.
프로세스 챔버(1)의 바닥부는 링 형태로 된 보정판의 중심(Z)를 둘러 배치된 기판홀더(9)들에 의해 형성된다. 기판은 이들 기판홀더(9) 상에 놓일 수 있다. 개별 기판홀더들 사이의 중간 공간은 보정판(4, 13)에 의해 채워진다. 본 예시적인 실시예에서는, 오직 한 개의 보정판(4)이 존재한다. 이 보정판은 총 5 개의 주변 보정판(13)과 인접하게 된다. 특히 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 보정판(4)은 수평형 간극(3)을 형성하면서 링형 캐리어판(2) 위에서 연장되어 있다. 캐리어판(2) 내의 링형 리세스는 결합판(11)으로 채워져 있다. 결합막대(12)는 결합판(11)에 작용한다. 이 경우에 결합판(11)의 에지는 캐리어판(2)의 칼라(18) 상에서 지지된다. 이 칼라(18)는 지지판(10)의 에지 부분 상에 놓이며 이 에지 부분은 결합판(11)에 대해서 평행하게 연장된다. 링형 지지판(10)은 지지부(17) 상에서 지지된다.
흑연으로 구성된 캐리어판(2) 아래에는 이 캐리어판을 가열하는 HF 가열기의 코일(20)이 위치한다. 이 캐리어판(2)에는 도시되지 않은 가스 덕트(gas duct)가 존재하며 이 가스 덕트를 통해서 가스 스트림이 흘러서 가스쿠션(19)을 생성하고 이 가스쿠션 상에 기판홀더(9)가 떠있다. 이 가스쿠션(19)을 형성하는 가스 스트림은 또한 기판홀더(9)가 자체 회전할 수 있게 한다. 캐리어판(2)은 이 캐리어판의 축을 중심으로 회전구동될 수 있다.
개별 기판홀더(9)들 사이의 영역에서, 핀(7)이 캐리어판(2)의 상측면(2')으로부터 연장된다. 간격유지용 디스크(5)는 핀과 결합된다. 보정판(4)의 하측면(4')은 간격유지용 디스크(5) 위에 놓인다. 따라서, 수평형 간극(3)의 간극 높이는 간격유지용 디스크의 재료 두께에 의해 형성된다. 간격유지용 디스크(5)의 상측면을 넘어서 돌출되어 있는 핀(7)의 결합되지 않은 단부는 보정판(4)의 하측면(4')에 형성된 슬롯(8) 안으로 들어가 있다. 도 1에 도시된 5 개의 슬롯은 보정판(4)의 중심(Z)에 대해서 별 모양으로 분포한다. 보정판(4)이 단 3 개의 슬롯만을 가져도 충분하다. 이러한 3 개의 슬롯(8)과 해당 핀(7)으로, 캐리어판(2)에 대한 보정판(4)의 위치가 정해질 수 있다. 상이한 열팽창이 보정된다.
도 5 및 도 6에 도시된 예시적인 실시예의 경우에, 반응가스 흐름의 방향에서 기판홀더(9)의 상류의 바로 맞은편에 위치하는 보정판(4)은 링 형상으로 구성된다. 이 두 실시예에서, 링형 보정판(4)의 하측면(4')은 상측면(4")에 대해서 경사진 방식으로 연장되거나 캐리어판(2)의 상측면(2')에 대해서 경사진 방식으로 연장된다. 이로써 쐐기 형상(wedge-shape)의 수평형 간극(3)이 생성된다. 이러한 상이한 간극 높이로 인해서 가열된 캐리어판(2)으로부터 보정판(4)까지의 열 전달이 달라지며 이로써 보정판(4)의 표면 온도가 상이해진다. 보정판(4)의 상측면(4") 및 기판홀더(9)의 상측면(9')은 서로 일직선으로 되는 것이 바람직하다. 링 형상으로 된 보정판(4)의 내부 공간에는 간격유지용 디스크(5)에 의해서 상술된 바와 같이 결합판(11)으로부터 수직으로 이격되어 있는 보정판(21)이 존재한다.
수평형 간극(3)의 높이는 링 형상으로 된 보정판(4)의 경우에는 간격유지용 슬리브(6)에 의해서 정해진다. 절연 재료로 구성된 이러한 간격유지용 슬리브(6)의 일 단부는 캐리어판(2)의 상측면(2')에 의해 지지되며 다른 단부는 슬롯(8)의 바닥부(8')에 의해 지지된다. 이로써, 핀(7)은 일부분만이 간격유지용 슬리브(6)의 중앙 개구를 관통한다. 슬롯(8)의 바닥부(8')는 캐리어판(2)의 상측면(2') 또는 보정판(4)의 상측면(4")에 평행하게 연장된다.
도 5에 도시된 예시적인 실시예의 경우에, 수평형 간극(3)은 가스쿠션 형성 가스 스트림의 방향, 즉 반경 방향 내측으로부터 외측으로 갈수록 점점 가늘게(taper) 되어 있다. 도 6에 도시된 예시적인 실시예의 경우에는, 수평형 간극(3)은 상기 반경 방향 외측에서 내측으로 갈수록 점점 가늘게 되어 있다.
주변 보정판(13)은 캐리어판(2)의 상측면(2') 위에 바로 놓일 수 있다. 보정판(4, 13)의 재료는 석영, SiC 또는 흑연이다. 이 재료는 TaC 또는 SiC로 코팅된 흑연인 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 예시적인 실시예의 경우에는, 오직 3 개의 간격유지용 디스크(5)가 제공되되 중심에 대해서 120˚만큼의 각도로 떨어져 있도록 배치된다.
모든 개시된 특징들은 (그 자체로) 본 발명에 속하는 것이다. 관련되는 첨부의 우선권 서류들(종래 특허 출원의 사본)의 개시 내용이 또한 그 전체가 본원의 개시내용에 포함되며 이 포함의 목적으로 본원의 특허청구범위에 상기 서류들의 특징들을 포함한다.

Claims (14)

  1. 프로세스 챔버(1) 내부로 유입되어 이 프로세스 챔버에서 열분해 반응을 하는 반응가스에 의해서 프로세스 챔버(1) 내의 하나 이상의 결정질 기판상에 결정질 층을 증착하는 결정질층 증착장치에 있어서, 캐리어판(carrier plate)(2)을 포함하되, 이 캐리어판이 일 측면으로부터 가열될 수 있고 캐리어판 위에 적어도 하나의 기판홀더(9) 및 이 기판홀더(9)를 둘러싸는 적어도 하나의 보정판(compensation plate)이 배치되어 있으면서, 보정판과 캐리어판 사이에 수평형 간극(3)을 형성하며, 반응가스 흐름의 방향에 있어서 기판홀더(9)의 상류에서 수평형 간극(3)의 간극 높이가 변할 수 있거나 국부적으로 상이하여서 보정판(4)의 국부 표면 온도에 영향을 미치고, 적어도 하나의 간격유지재(spacer)가 수평형 간극의 간극 높이를 형성하는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 간격유지재가, 핀(7) 상에 결합된 간격유지용 디스크(5) 또는 간격유지용 슬리브(6)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 캐리어판(2) 또는 보정판(4)에 고정되게 연결된 핀(7) 또는 상기 핀(7)에 장착된 간격유지용 슬리브(6)가 보정판의 슬롯(8) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 핀(7)이 복수이고 이 복수의 핀(7)이 각각 슬롯(8)들 내에 위치하며, 슬롯(8)들이 보정판(4)의 중심(Z)을 둘러서 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 수평형 간극(3)의 간극 높이가 쐐기 형상(wedge-shape)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 보정판(4)의 하측면(4')이 보정판의 상측면(4")에 대해서 경사진 방식으로 연장된 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 경사진 하측면(4')을 지나 보정판 내로 들어간 상태로 위치하는, 슬롯(8)의 바닥부(8')가 보정판(4)의 상측면(4")에 평행하게 또는 캐리어판(2)의 상측면(2')에 평행하게 연장된 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 캐리어판(2)의 상측면(2')으로부터 연장된 핀(7)에 장착된 간격유지용 슬리브(6)가 적어도 하나의 보정판의 슬롯의 바닥부(8') 상에 지지되거나, 핀(7)이 관통하는 간격유지용 디스크(5)가 적어도 하나의 보정판의 슬롯의 에지를 지지하는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 간격유지재가, 세라믹, 석영 또는 사파이어로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 보정판(4)이 석영; SiC; 또는 열분해 질화붕소(PBN), TaC 또는 SiC로 코팅된 흑연으로 구성되는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 보정판(4)이, 링 형상으로 된 캐리어판(2)에 회전가능하게 설치된 복수의 기판홀더(9)를 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 캐리어판(2)은 링 형상을 가지며 캐리어판의 에지(edge) 하면에 지지판(10)이 접촉함으로써 아래로부터 지지되고; 지지판(10) 위에 배치되고 결합막대(12)의 작용을 받는 결합판(11)이, 캐리어판(2)의 에지 상에서 지지되는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
  14. 제 1 항, 및 제 3항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 캐리어판(2)이 회전구동되며, 각각이 가스쿠션(gas cushion) 상에 놓인 회전가능형의 기판홀더(9)들이 가스쿠션을 형성하는 가스 스트림에 의해서 회전구동되는 것을 특징으로 하는 결정질층 증착장치.
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