KR101770577B1 - 복수의 구역을 포함하는 가스 쿠션 상에 놓인 기판 홀더를 구비한 ｃｖｄ 반응기 - Google Patents

복수의 구역을 포함하는 가스 쿠션 상에 놓인 기판 홀더를 구비한 ｃｖｄ 반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로세스 챔버(23) 및 상기 프로세스 챔버 내에 배치되고 하나 이상의 베어링 면(4)을 포함하는 기판 홀더 지지체(1)를 구비한 CVD-반응기에 관한 것으로서, 이 경우에는 복수의 가스 유입 라인(7, 8)이 베어링 면(4')으로 통한다. 또한, 상기 CVD-반응기는 그 후면이 상기 베어링 면(4') 쪽을 향하는 기판 홀더(2)를 구비하며, 이 경우 상기 가스 유입 라인들(7, 8)을 통해 베어링 면(4')과 후면 사이에 있는 공간으로 보내어진 가스들은 상기 기판 홀더(2)를 지지하는 가스 쿠션(19)을 형성한다. 본 발명에 따르면, 상기 가스 쿠션은 각각 할당된 가스 유입 라인(7, 8)을 통해 개별적으로 공급될 수 있는 복수의 구역(A, C)을 포함하고, 상기 구역들은 구역들(A, C) 간의 가스 교환을 저지하는 수단들(15)에 의해 서로 분리되어 있다. 하나 이상의 내부 구역(C)에는 가스 배출 라인(13, 14)이 할당되어 있고, 상기 가스 배출 라인을 통해서는 상기 유입 라인(7, 8)을 거쳐 상기 내부 구역(C)으로 공급된 가스가 배출될 수 있다. 상기 구역들에는 상이한 열 전도성을 갖는 가스들이 공급된다.

Description

복수의 구역을 포함하는 가스 쿠션 상에 놓인 기판 홀더를 구비한 ＣＶＤ 반응기 {CVD REACTOR HAVING A SUBSTRATE HOLDER RESTING ON A GAS CUSHION COMPRISING A PLURALITY OF ZONES}
본 발명은 기판 홀더 지지체에 의해 동적 가스 쿠션 상에서 지지되고 그리고 가열기에 의해서 후면에서부터 가열될 수 있는 하나 이상의 기판 홀더를 구비한 CVD-반응기(CVD reactor)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 동적 가스 쿠션들 상에서 지지되고 그리고 특히 회전 구동되며, 하부에서부터 가열되는 기판 홀더들의 표면 온도를 제어하기 위한 방법과도 관련이 있다.
DE 10 2006 018 514 A1호는 반응기 하우징을 갖는 CVD-반응기, 상기 반응기 하우징 내에 배치된 프로세스 챔버 및 상기 프로세스 챔버의 바닥부를 형성하는 기판 홀더 지지체를 기술하고 있다. 상기 기판 홀더 지지체는 중심부를 돌아 링 모양으로 배치된 다수의 원형 베어링 포켓(bearing pocket)을 가지며, 가스 공급 채널들은 상기 베어링 포켓들로 통한다. 포켓들 안에는 원판 모양의 기판 홀더 지지체들이 삽입되어 있고, 상기 기판 홀더 지지체들은 각각 하나의 기판을 지지한다. 상기 기판은 Ⅲ-Ⅴ-반도체 층들로 코팅된다. 코팅에 필요한 출발 물질들은 기체상(gaseous)이며, 예를 들면 유기 금속 화합물(organometallic compound)과 수소화물(hydride)로 이루어진다. 상기 출발 물질들은 가스 혼합 시스템에서 캐리어 가스(carrier gas)와 혼합된다. 가스 혼합물은 분리된 채널들을 경유하여 가스 유입 기관에 도달하게 되는데, 가스들은 이 가스 유입 기관을 통해서 프로세스 챔버로 유입된다. 프로세스 챔버는 하부에서부터 가열된다. 이러한 가열은 RF-가열기 또는 저항 가열기에 의해 이루어진다. 열전도를 통해서, 열은 흑연으로 이루어진 기판 홀더 지지체를 통과하여 프로세스 챔버 쪽을 향하는 상기 기판 홀더 지지체의 표면으로 전도된다. 이 경우 기판으로 운반된 열은 동적 가스 베어링에 의해서 형성되는 갭의 장벽(barrier)을 극복해야 하며, 상기 가스 베어링 상에는 기판 홀더들이 놓여 있고, 상기 가스 베어링에 의해서는 상기 기판 홀더들이 회전 구동된다. 프로세스 챔버로 유입된 가스들, 예를 들어 TMGa 또는 TMIn 또는 TMAl 그리고 ASH3, NH3 또는 PH3은 열분해(pyrolytic) 방식으로 분리된다. 분리 반응은 프로세스 챔버 바닥부의 고온 표면에서 그리고 하부에서부터 가열된 기판의 표면상에서 우선적으로 발생한다. 성장률 내지 층 조성 또는 결정 품질은 주로 개개의 국부적 표면 온도에 의해 좌우된다. 가급적 높은 측방(lateral) 온도 균일도를 얻기 위하여, DE 10 2006 018 514 A1호는 베어링 포켓의 바닥부와 기판 홀더의 후면 사이의 갭 높이를 상이하게 높게 설계하는 것을 제안하고 있으며, 그 결과 기판 홀더 지지체로부터 기판 홀더로의 열 흐름이 국부적으로 상이하다. 적합한 방사상 갭 높이 선택에 의해, 오목한 또는 볼록한 온도 프로파일들이 설정될 수 있으며, 물론 편평한 온도 프로파일도 설정될 수 있다.
DE 10 2007 026 348 A1호 역시 기판 홀더 지지체를 갖는 CVD-반응기와 관련이 있으며, 상기 CVD-반응기의 경우 프로세스 챔버를 향하는 상기 기판 홀더 지지체의 표면상에는 다수의 기판 홀더가 각각 하나의 동적 피벗 베어링 상에서 지지되는 방식으로 배치되어 있다. 이 경우에는 각각의 동적 피벗 베어링이 개별 가스 공급 장치에 연결되어 있음으로써, 가스 품질은 각각 다를 수 있다.
DE 100 56 029 A1호는 CVD-반응기 내 기판들의 표면 온도를 제어하기 위한 방법과 관련이 있다. 상이한 위치들에서 측정된 표면 온도들에 의해서 평균값들이 산출된다. 가스 쿠션들의 높이에 의해서는 기판 온도가 조절될 수 있다. 이와 같은 기판 온도 조절 역시 각각의 기판 홀더에 대해 개별적으로 이루어질 수 있다.
US 7,156,951 B1호에는 기판 처리 장치(substrate treatment device)가 공지되어 있으며, 상기 장치에서는 기판이 기판 홀더의 표면상에 놓여 있다. 기판 홀더의 지지면은 서로 동심으로 뻗은 복수의 평평한 그루우브를 형성하는데, 가스 유입 라인들은 상기 그루우브들로 통하고, 그리고 가스 배출 라인들은 상기 그루우브들로부터 리드되어 나온다. 상기 그루우브들에는 상이한 압력을 갖는 냉각 가스가 공급된다.
DE 695 24 640 T2호에는, 기판 홀더 지지체가 3개의 베어링 핀을 지지하고, 상기 기판 홀더 지지체를 중심으로 각각 하나의 원판 모양의 기판 홀더가 회전 가능하게 지지되어 있으며, 그리고 상기 기판 홀더가 가스 쿠션 상에 회전 가능하게 놓여 있는 CVD-반응기가 공지되어 있다.
DD 2 98 435 A5호는 동적 가스층 ― 이 동적 가스층에 의해서는 지지체와 공작물 간의 열 전달이 실현됨 ―을 형성하는 가스가 배출될 수 있는 다수의 개수를 갖는 공작물 지지체를 기술하고 있다.
US 2009/0173446 A1호는 그 내부에서 기판이 가스 쿠션 상에서 지지될 수 있는 베어링 쉘(bearing shell)을 포함하는 기판 홀더를 구비한 CVD-반응기를 기술하고 있다. 다수의 가스 유입 라인은 베어링 포켓의 바닥부로 통한다.
US 2003/0033116 A1호는 서로 분리된 2개의 가스 유입 라인 및 베어링 포켓의 바닥부에 배치되고 그리고 상기 가스 유입 라인들에 의해 제공되는 가스 채널들을 갖는 가열될 수 있는 기판 홀더를 기술하고 있다.
US 6,053,982 A호는 기판 홀더를 구비한 CVD-반응기를 기술하고 있으며, 이 경우 기판은 상기 기판 홀더 상에서 가스 쿠션 상에 놓일 수 있다.
본 발명은, 4인치 또는 4인치를 초과하는 지름을 갖는 기판들용 기판 홀더들의 경우 표면에 대해 수직인 온도 기울기(temperature gradient)에 의해서 기판들에서 휨이 발생한다는 문제와 관계가 있다. 기판의 이러한 디싱(dishing) 또는 아칭(arching)은 측방 온도 기울기를 야기하는데, 그 이유는 기판들이 기판 홀더 상에서 단지 중앙 영역에만 또는 단지 방사상 외부 영역에만 놓여 있기 때문이다.
이러한 현상과 결부되어, 기판 홀더로부터 기판으로의 열 수송은 불균일하게 나타난다. 열 수송시에 나타나는 이러한 불균일성을 보정하기 위하여, 기판 홀더 표면상에서는 상응하는 오목한 또는 볼록한 온도 프로파일이 발생한다.
본 발명의 과제는 기판 홀더 표면상에서 볼록한 또는 오목한 온도 프로파일을 발생시킬 수 있는 수 있는 조치들을 제시하는 것이다.
상기 과제는 청구항들에 제시된 본 발명의 특징에 의해서 해결된다.
맨 먼저 그리고 전반적으로 볼 때 청구항 1에 제시되는 바에 따르면, 가스 쿠션은 기판 홀더의 하부면과 베어링 포켓의 바닥부 사이에 복수의 구역을 포함하고, 상기 구역들은 개별 가스 유입 라인들로부터 가스가 공급되고 있다. 상기 구역들은 바람직하게 기판 홀더의 회전 축을 중심으로 동심으로 중앙에 배치되어 있다. 가장 간단한 경우, 가스 쿠션은 2개의 구역, 즉 중앙 구역과 외부 구역으로 이루어진다. 물론 복수의 구역이 하나의 중앙 구역을 둘러쌀 수도 있다. 개별 구역들은 이웃한 구역들 간의 가스 교환이 줄어들도록 서로 분리되어 있다. 이 목적을 위해서 구역들 사이에는 상응하는 수단들이 제공되어 있다. 바람직하게는 개별 구역들이 확산 장벽에 의해 서로 분리되어 있다. 구역들의 동축 배열체로는 링 모양의 확산 장벽들이 사용되는데, 상기 확산 장벽들은 한 구역으로 공급되는 가스의 많은 양이 이웃한 구역으로 유입되는 것을 방지한다. 확산 장벽들은 높이가 축소된 중간 구역, 래버린스 시일 또는 세정된 중간 구역일 수도 있다. 중요한 것은, 확산 장벽에 의해 서로 이웃한 2개의 구역 간의 가스 교환이 최소화된다는 사실이다. 전반적으로 볼 때, 이와 같은 방식의 가스 교환 원인은 예컨대, 확산 장벽의 방사상 길이와 상기 확산 장벽의 횡단면에 의해 좌우되는 확산이다. 그에 상응하게 확산 장벽의 횡단면이 최소화되고, 확산 장벽의 길이, 더 정확히 말하면 특히 확산 장벽의 방사상 길이가 최소화될 경우가 바람직하다. 서로 이웃하는 2개의 구역 사이의 추가의 가스 수송 메커니즘은 대류 또는 상기 2개의 구역 사이의 압력차의 원인이 되는 흐름이다. 상기와 같은 유형의 흐름을 방지하기 위해서는, 서로 이웃한 구역들 내에 동일한 가스 압력이 지배하는 경우가 바람직하다. 개별 구역들로 유입되는 가스들은 가스 혼합 시스템에서 준비된다. 가스들로서는 서로 굉장히 다른 열 전도성을 갖는 가스들이 사용된다. 특히 한 편으로는 질소 및 다른 한 편으로는 수소, 또는 한 편으로는 아르곤 및 다른 한 편으로는 수소, 또는 한 편으로는 질소 및 다른 한 편으로는 헬륨, 그리고 한 편으로는 아르곤 및 다른 한 편으로는 헬륨이 사용된다. 가장 간단한 경우, 각각 하나의 가스가 구역들 중 하나의 구역으로 유입되고, 상기 가스와는 굉장히 다른 열 전도성을 갖는 다른 하나의 가스는 다른 구역으로 유입된다. 이러한 경우 2개의 가스 갭은 상이한 열 수송을 특징으로 한다. 이로 인해 가스 갭을 통한 열 전달에 국부적으로 나쁜 영향일 미칠 수 있다. 그러나 바람직하게는 상이한 열 전도성을 갖는 적어도 2개의 가스로 이루어진 혼합물들이 개별 구역들로 유입된다. 상기 2개의 가스의 혼합 비율에 의해서는 가스 갭을 통한 열 수송이 조절될 수 있다. 예를 들어 중앙 구역으로 유입되는 가스 혼합물이 외부 구역으로 유입되는 가스 혼합물보다 높은 열 전도성을 갖게 되면, 기판 홀더 표면의 중심부는 주변보다 더 강하게 가열되고, 그 결과 주변부는 중심부보다 낮은 표면 온도를 갖게 된다. 다른 한 편으로는 외부 구역으로 유입되는 가스 혼합물보다 낮은 열 전도성을 갖는 가스 혼합물이 중심부로 유입되면, 주변부가 중심부보다 더 강하게 가열된다. 이러한 경우 중심부의 표면은 외부 영역의 표면보다 온도가 더 낮다. 열은, 기판 홀더 지지체 하부에 존재하고 상기 기판 홀더 캐리어를 서서히 가열하는 가열기에 의해서 발생된다. 기판 홀더 지지체 또는 기판 홀더의 상부면 위에는 프로세스 가스를 수직 방향으로 관류시키는 프로세스 챔버가 존재한다. 상기 프로세스 가스는 바람직하게 － 근본적으로는 종래 기술에 공지된 바와 같이 － 프로세스 챔버의 중심부에 배치된 가스 유입 기관을 통해서 프로세스 챔버로 유입된다. 프로세스 가스들은 도입부에 언급된 유기 금속 화합물들 및 도입부에 언급된 수소화물들을 포함할 수 있다. 프로세스 챔버는 가스 배출 기관에 의해 둘러싸여 있는데, 분리 생성물 또는 캐리어 가스는 상기 가스 배출 기관의 도움으로 배출된다. 수 밀리바 내지 대기압(atmospheric pressure)의 범위에 있는 프로세스 챔버 내 전압력(total pressure)을 조절할 수 있기 위해, 가스 배출 기관은 대개 진공 펌프에 연결되어 있다. 전술한 확산 장벽은 바람직하게 기판 홀더 지지체의 베어링 면의 링 모양 돌출부에 의해서 형성된다. 이 때문에, 2개의 구역 간의 가스 교환을 수행하는 횡단면이 감소된다. 베어링 면은, 그 내부에 기판 홀더가 삽입되어 있는 포켓의 바닥부에 의해서 형성될 수 있다. 본 명세서에서, 베어링 면은 포켓 바닥부로도 지칭될 수 있다. 물론 링은 그루우브 안에 삽입된 흑연- 또는 금속 인서트에 의해서 형성될 수도 있다. 기판 홀더의 하부면은 링 모양의 그루우브를 갖고, 상기 그루우브에는 상기 링 모양의 돌출부, 더 정확히 말하자면 경우에 따라 인서트 링이 결합된다. 이러한 그루우브가 링의 폭보다 큰 벽 간격(wall clearance)을 가짐으로써, 결과적으로 다중으로 편향된 밀봉 갭은 래버린스 시일 타입으로 형성된다. 물론 링을 기판 홀더의 하부면에 견고하게 연결시키고, 그루우브를 포켓의 바닥부에 배치시킬 가능성도 매우 높다. 내부 구역에는 가스 배출 라인이 할당되어 있으며, 상기 가스 배출 라인을 통해서는 내부 구역으로 유입되고 그리고 전술한 가스들의 혼합물일 수 있는 캐리어 가스가 배출된다. 이 경우에는 기판 홀더 지지체의 하부면 쪽으로 개방되어 있는 보어가 사용될 수 있다. 마찬가지로 방사상 외부 영역들에도 각각 가스 배출 라인들이 설치될 수 있다. 본 발명의 한 바람직한 실시 예에서, 각각의 구역에는, 특히 내부 구역에는 외부 구역 가장자리를 따라 뻗은 가스 수집 채널이 제공되어 있으며, 상기 가스 수집 채널은 가스 배출 보어와 연통한다. 또한, 구역의 방사상 내부에 또는 중심부에는 공급 채널이 존재하고, 가스 유입 라인은 상기 공급 채널로 통한다. 공급 채널은 특히 나선형으로 뻗은 다수의 가스 분배 채널로부터 가스가 공급될 수 있다. 이러한 가스 분배 채널들을 통해서 원주 방향으로 지정된 흐름 방향을 갖는 흐름 가스가 흐르게 됨으로써, 상기 가스는 베어링 면으로부터 기판 홀더를 들어올릴 뿐만 아니라, 마찬가지로 상기 기판 홀더로 하여금 회전 운동(angular momentum)을 강요하게 되며, 그 결과 상기 기판 홀더가 회전 구동된다. 이러한 나선형 가스 분배 채널들은 모든 구역에 제공될 수 있다. 그러나 구역들 중 하나의 구역만 상기와 같은 가스 분배 채널들을 갖는 경우도 충분하다. 따라서, 특히 방사상 외부 구역만 또는 방사상 내부 중심 구역만 기판 홀더의 회전 구동에 필요한 분배 채널들을 가질 수 있다. 분배 채널들 자체는 상이한 형상을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 CVD-반응기는 기판 홀더 지지체의 중심부 주위로 배치된 다수의 베어링 포켓들을 갖고, 상기 베어링 포켓들 내에는 기판을 구비한 각각 하나의 기판 홀더가 놓여 있다. 각각의 베어링 포켓은 자신의 모든 구역에 있어서 개별 가스 유입 라인을 갖는다. 이러한 개별 가스 유입 라인들 각각이 가스 혼합 시스템의 개별 혼합 구성 부품에 연결될 수 있음으로써, 결과적으로 각각의 기판 홀더의 각각의 구역에 개개의 가스 혼합물이 공급될 수 있다. 물론, 이에 대한 대안으로서 개개의 중앙 구역들 및 개개의 방사상 외부 구역들에도 가스 혼합물이 함께 공급될 수 있다. 이러한 변형 예에서 모든 중앙 구역들은 공통으로 제 1 가스 혼합물을 수신하고, 모든 방사상 외부 구역들도 공통으로 제 2 가스 혼합물을 수신한다. 가스 혼합물을 준비하기 위해, 다수의 가스 공급원을 갖는 가스 혼합 시스템이 제공되어 있으며, 상기 가스 공급원들은 밸브들에 의해 개별 유입 라인들에 연결될 수 있고, 질량 흐름 조절기에 의해 조절될 수 있다.
온도를 제어하기 위한 종래의 방법은, 가스 쿠션이 서로 다른 그리고 특히 가스 혼합물을 변경함으로써 조절될 수 있는 열 전도성을 갖는 가스들 또는 가스 혼합물들이 그 내부로 공급되는 복수의 구역을 포함함으로써 개선된다.
CVD-반응기는 바람직하게 가스 혼합 시스템에 의해 구동되며, 이 경우 상기 가스 혼합 시스템은 가스 흐름 조절 부재들을 구비하고, 상기 가스 흐름 조절 부재들에 의해서는 개개의 가스 유입 라인들을 위한 서로 다른 가스들 또는 가스 혼합물들이 준비될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기에서 설명된다:
도 1은 기판 홀더(2)가 배치되어 있는 기판 홀더 지지체(1)를 평면도로 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 제 1 변형 예의 기판 홀더 지지체(1)를 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절단한 단면도이며,
도 3은 제 2 변형 예의 도 2에 따른 도면이고,
도 4는 도 3의 커트 아우트 Ⅳ를 확대한 도면이며,
도 5는 도 4의 화살표 Ｖ에 따른 평면도이고,
도 6은 도 4의 커트 아우트 Ⅵ를 확대한 도면이며,
도 7은 가스 혼합 시스템을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 8 내지 도 13은 도 5에 따른 베어링 포켓(4)의 바닥부(4')를 설계하기 위한 다양한 대안 예들이고,
도 14는 구역들(A 또는 C) 안으로의 상이한 열 전도성의 가스 혼합물들의 공급 작용에 대해 도시한 개략도이며,
도 15는 추가의 가스 혼합 시스템을 도시한 도면이다.
CVD-반응기는 상세히 도시되어 있지 않고, 도 7에 오로지 표시만 되어 있는 가스 기밀 방식의, 특히 특수강으로 된 반응기 하우징(31)으로 이루어지며, 상기 반응기 하우징은 도 7에 따른 가스 혼합 시스템 및 도면에 도시되지 않은 진공 펌프와 연결되어 있다. 상기 반응기 하우징 내부에는 프로세스 챔버(23)가 위치하고 있으며, 상기 프로세스 챔버는 석영 또는 흑연으로 이루어질 수 있는 커버(22)로부터 상부로 제한된다. 프로세스 챔버(23)는 방사형 대칭 구조를 갖고 그리고 중앙에 가스 유입구(21)를 구비하고 있는데, 상기 가스 유입구를 통해서는 프로세스 가스들이 프로세스 챔버(23)로 유입될 수 있다. 가스 유입구(21)에는 가스 혼합 시스템의 프로세스 가스들이 공급되며, 상기 프로세스 가스들로는 TMGa, TMIn, TMAl, 아르신, 포스핀 또는 메탄이 사용될 수 있다. 추가로 상기 가스 유입구(21)를 통해서는 예를 들어 수소, 질소 또는 불활성 가스와 같은 캐리어 가스가 유입된다. 도면에 도시되지 않은 진공 장치에 의해서는, 프로세스 챔버(23) 내부의 전압력이 1 밀리바 내지 대기압 사이의 값으로 유지된다. 방사상 외부에서 프로세스 챔버는 가스 배출구(24)에 의해 둘러싸여 있고, 상기 가수 배출기를 통해서는 캐리어 가스들 또는 분리 생성물들이 뽑아 내진다.
프로세스 챔버(23)의 바닥부는 위쪽을 향하는 기판 홀더 지지체(1)의 표면 또는 아래쪽을 향하는 기판 홀더들(2)의 표면들에 의해서 형성된다. 상기 기판 홀더들(2) 상에는 코팅될 기판들(3)이 놓인다. 프로세스 챔버(23) 바닥부의 중심부는 센터링 플레이트(25)에 의해서 형성되고, 도 2에 도시된 실시 예에서는 상기 센터링 플레이트의 하부에 분배 볼륨(27)이 존재한다. 기판 홀더 지지체(1)는 중앙 지지체(26)에 의해서 지지되며, 가스 유입 라인들(28 및 29) 역시 상기 중앙 지지체를 통과하여 뻗어 있다.
기판 홀더 지지체(1)의 하부면은 가열기(30)에 의해서 가열된다. 실시 예에서는 RF-가열기가 사용되며, 상기 RF-가열기는 흑연으로 이루어진 기판 홀더 지지체(1)에서 와전류를 발생시킴으로써 열을 발생한다.
전술한 유입 라인들(28, 29)은 유입 라인들(7, 8)로 연장되는데, 상기 유입 라인들(7, 8)은 유입 개구들(6, 7)의 도움으로 기판 홀더 지지체(1)의 포켓(4)의 바닥면(4')으로 통한다. 유입 라인들(28, 29)은 외부 라인들(38)을 통해 가스 혼합 시스템에 연결되어 있다. 상기 라인들에 의해서는 개별 가스 혼합물들이 베어링 포켓(4) 안으로 수용될 수 있다. 실시 예에서 가스 혼합 시스템은 질소용 공급원(35), 수소용 공급원(36) 그리고 헬륨용 공급원(37)을 구비한다. 리버싱 밸브들(34, 35)에 의해서는 이러한 가스들이 각각 질량 조절기(32, 33) 위치로 전환될 수 있으며, 상기 질량 조절기에 의해서는, 상이한 위치에 있는 유입 개구들(6, 7)을 통해서 베어링 포켓 안으로 수용되는 가스 조성물이 각각 조절될 수 있다. 질량 조절기들(32, 33)에 의해서 혼합된 가스들은 열전도 특성이 굉장히 상이한 2개의 가스로 이루어지는데, 예를 들면 N2-H2, Ar-H2, N2-He, Ar-He의 가스 쌍들로 이루어진다. 가스 조성물 설정에 의해서는, 가스 혼합물의 열 전도성이 조정될 수 있다.
베어링 포켓(4)의 바닥부(4')는 상이한 방식으로 구조화될 수 있다. 도 5 또는 도 8 내지 도 13은 이와 관련한 예들을 제시하고 있다.
모든 실시 예에서, 베어링 포켓(4)의 바닥부(4')는 2개의 동심 구역으로 분할된다. 내부 동심 구역(C)은 선택적인 센터링 핀(20)이 그 내부에 존재하는 중심부 중심으로 연장되며, 상기 센터링 핀은 기판 홀더(2)의 센터링 개구에 삽입된다. 중심부(41) 주위에는 제 1 공급 채널(40)이 배치되어 있고, 유입 라인(7)의 유입 개구(5)는 상기 공급 채널로 통한다. 폭이 좁은 연결 채널(42)을 통해서 상기 공급 채널(40)은 나선형 곡선으로 뻗은 가스 분배 채널(9)이 연결되어 있다. 가스 분배 채널(9)을 통과하여 흐르는 가스는 기판 홀더(2)를 갭 위치로 들어올릴 뿐만 아니라, 상기 기판 홀더(2)로 하여금 마찬가지로 중심부(41)를 중심으로 회전 운동하게 한다.
구역(C)의 방사상 외부 영역에는 환상 선(circular line)으로 뻗은 가스 수집 채널(11)이 있고, 상기 가스 수집 채널은 배출 라인(13)에 연결되어 있다. 배출 라인(13)은 기판 홀더 지지체(1)를 횡단하는 지름 크기의 수직 보어이며, 유입 개구(5)를 거쳐 공급된 가스는 상기 수직 보어를 통해 다시 배출될 수 있다.
중심 구역(C)과 외부 링 구역(A) 간 경계는 확산 장벽에 의해서 형성되며, 상기 확산 장벽의 구조는 도 6에 제시되어 있다. 링(15)은 베어링 포켓(4)의 바닥부(4')의 링 그루우브(16)에 삽입된다. 상기 링은 바닥부(4')로부터 외부로 돌출하여 기판 홀더 후면의 링 그루우브(17) 안으로 돌출된다. 링 그루우브(17)의 폭이 밀봉 링(15)의 폭보다 크며, 그 결과 약간의 밀봉 갭(18)이 발생하게 된다. 상기 밀봉 갭은 구역들(A와 C) 사이의 래버린스 시일 타입을 형성한다.
구역(A)의 방사상 내부 영역에서 베어링 포켓(4)의 바닥부(4')에서는 제 1 동심 링이 연장되며, 상기 제 1 동심 링은 공급 채널(39)을 형성하고 그리고 유입 개구(6)에 연결되어 있다. 연결 채널들(43)을 통해 공급 채널(39)은 마찬가지로 나선형 곡선들로 뻗은 가스 분배 채널들(10)에 연결되어 있다. 구역(A)의 방사상 외부 영역에는 지름 크기의 배출 라인(14)에 연결된 가스 수집 채널(12)이 있으며, 상기 배출 라인은 마찬가지로 지름 크기의 수직 보어이다. 배출 라인(14)에 의해서는 유입 개구(6)를 통해 반입된 가스가 누출될 수 있다.
기판 홀더(2)의 높이는 대략 베어링 포켓(4)의 깊이에 상응하고, 상기 기판 홀더(2)는 프로세스 챔버(23) 쪽을 향하는 자체 표면상에 캐비티를 가지며, 상기 캐비티 내에는 기판(3)이 놓여 있다.
도 2에 도시된 실시 예에서 유입 라인(29)은 가스 분배 챔버(27)로 통하며, 방사상 외부 구역들로 통하는 모든 유입 라인들(8)은 상기 가스 분배 챔버로부터 가스가 공급되고 있다. 중심 구역(C)의 유입 라인들(28)에도 마찬가지로 공통으로 가스 혼합물이 공급될 수 있다.
도 8에 도시된 실시 예의 경우에는 오로지 방사상 외부 구역(A)에만 나선형 채널들(10)이 존재한다. 도 9에 도시된 실시 예의 경우에는 내부 구역(C)과 외부 구역(A) 모두에 나선형 채널들(9, 10)이 존재한다.
도 10에 도시된 실시 예의 경우에는 방사상 외부 구역(A)에 폭이 넓은 나선형 채널들(10)이 존재한다.
도 11에 도시된 실시 예에서는 방사상 외부 구역(A)이 나선형으로 뻗은 단 하나의 가스 채널(10)을 구비하고 있다. 도 12는 도 8과 마찬가지로 외부 구역(A)에 배치된 가스 채널들만을 도시한다. 도 13은 중심 구역(C)에만 복수의 가스 채널들(9)이 제공된 실시 예를 도시한다.
전술한 장치의 기능은 다음과 같다:
코팅 공정시 기판(3)의 가장자리들이 아치 모양으로 되거나 또는 기울어지게 됨으로써, 단지 기판의 중심부만 또는 단지 기판(3)의 가장자리만 기판 홀더(2)의 표면상에 평면으로 놓인다. 다른 경우에는 기판(3)과 기판 홀더(2) 사이에, 경우에 따라 국부적으로 상이한 갭 높이를 갖는 갭이 위치하게 된다.
기판(3)상에 증착된 층들의 품질 및 층 두께는 대부분 기판 표면 온도에 좌우된다. 바로 앞에서 언급한 기판 표면 온도는 국부적인 열 유입에 의해 좌우된다. 본 발명에 따르면, 국부적인 열 유입은 베어링 포켓(4)의 바닥부(4')와 기판 홀더(2)의 하부면 사이의 가스 갭의 열 전도성의 영향에 의해 조절된다. 유입 개구들(5, 6)을 통과하여 베어링 포켓(4) 안으로 유입되는 가스가 기판 홀더(2)를 갭 간격 위치로 들어올림으로써, 결과적으로 가스 쿠션(19)이 형성된다. 확산 장벽(15)으로 인해, 2개의 분리된 가스 쿠션(19)이 사용되며, 상기 가스 쿠션들은 유입 개구들(5, 6)을 통과하여 갭 중간 공간으로 유입되는 가스에 의해 개별적으로 설계된다. 개별 구역들(A, C)로 유입된 가스 혼합물들은 상이한 열 전도성을 갖는다. 예를 들어 중앙 구역(C)으로는 높은 열 전도성을 갖는 가스 혼합물이 주입되고, 외부 구역(A)으로는 낮은 전도성을 갖는 가스 혼합물이 주입되면, 기판 홀더(2)의 표면상에서, 도 14에 a로 개략적으로 도시된 바와 같은 온도 프로파일이 설정된다. 중앙 구역(C)으로 유입된 가스가 외부 구역(A)으로 유입된 가스보다 단지 약간 더 높은 전도성을 갖는 경우에는 도 14에 b로 표시된 온도 프로파일이 설정된다.
외부 구역(A)으로 유입되는 가스 혼합물이 중앙 구역(C)으로 유입되는 가스 혼합물보다 더 높은 열 전도성을 가짐으로써, 도 14에 c로 도시된 온도 프로파일이 설정된다. 이제 상기 예들(a 및 b)과는 달리 중앙 영역은 주변 영역보다 온도가 높지 않고, 오히려 외부 영역이 중앙 영역보다 더 높은 표면 온도를 갖는다. 중앙 영역과 외부 영역 간의 온도차는, 유입된 가스 혼합물들의 열 전도성 차가 커짐으로써 훨씬 더 증가될 수 있다. 다른 가스 쌍들의 사용에 의해서, 온도 프로파일 곡선들의 양적인(quantitative) 면뿐만 아니라 성질상(qualitative)의 면에도 영향을 줄 수 있는데, 이러한 사실은 예들 들어 d로 도시된 온도 프로파일이 보여준다.
도 15에 도시된 가스 혼합 시스템에서는 2개의 가스(35, 36), 즉 질소 및 수소가 준비된다. 개별 가스들은 유입 라인 및 리버싱 밸브들(34)을 통해서 질량 흐름 조절기들(32, 33)에 공급된다. 본 실시 예에는 3개의 기판 홀더가 제공되어 있으며, 상기 기판 홀더들에는 중앙 구역(10)에서 각각 분리된 상태로 가스들(35, 36)의 혼합물이 제공된다. 그에 상응하는 방식으로 가스 흐름들은 질량 흐름 조절기들(32, 33)에 의해 조절된다.
외부 링 구역에는 유사한 방식으로 리버싱 밸브들(34') 및 질량 흐름 조절기들(32', 33')을 통해서 가스 혼합물이 제공된다. 본 실시 예의 경우, 내부 구역(C)으로 향하는 유입 라인과 외부 구역(A) 사이에는 압력 조절기(44)가 제공되어 있다. 이러한 압력 조절기로서는 차압 박스(differential pressure box)가 사용되며, 그 결과 상기 2개의 구역(A와 C)의 압력 차가 조절될 수 있다. 또한, 구역(A)에 대한 유입 라인 내 압력은 벤트-라인(vent line)에 연결된 유량 압력 조절기(45)에 의해 조절된다.
공개된 모든 특징들은 (그 자체로) 본 발명에 중요하다. 따라서, 관련/첨부된 우선권 서류(예비 출원서의 사본)의 특징들을 본 출원서의 청구범위에 수용하기 위해서도 상기 우선권 서류의 공개 내용은 전체 내용상으로 본 공개 출원서에 포함된다. 특히 종속항들을 기초로 한 부분 출원을 수행하기 위해, 상기 종속항들의 임의의 병렬 텍스트는 종래 기술의 독자적인 발명적 개선 예를 특징으로 한다.
1: 기판 홀더 지지체 2: 기판 홀더
3: 기판 4: 베어링 포켓
4': 베어링 면 5: 유입 개구
6: 유입 개구 7: 유입 라인
8: 유입 라인 9: 가스 분배 채널
10: 가스 분배 채널 11: 가스 수집 채널
12: 가스 수집 채널 13: 배출 라인
14: 배출 라인 15: 밀봉 링(확산 장벽)
16: 링 그루우브 17: 링 그루우브
18: 갭 19: 가스 쿠션
20: 센터링 핀 21: 가스 유입구
22: 커버 23: 프로세스 챔버
24: 가스 배출구 25: 센터링 플레이트
26: 지지체 27: 분배 챔버
28: 유입 라인 29: 유입 라인
30: 가열기 31: 반응기 하우징
32: 질량 흐름 조절기 32': 질량 흐름 조절기
33: 질량 흐름 조절기 33': 질량 흐름 조절기
34: 리버싱 밸브 34': 리버싱 밸브
35: 가스 공급원 36: 가스 공급원
37: 가스 공급원 38: 라인들
39: 공급 채널 40: 회전축
41: 연결 채널 42: 연결 채널
43: 연결 채널 44: 압력 조절기
45: 압력 조절기
A: 외부 동심 구역
C: 내부 링 구역
a: 온도 프로파일
b: 온도 프로파일
c: 온도 프로파일

Claims (11)

  1. 프로세스 챔버(23), 상기 프로세스 챔버 내에 배치되고 하나 이상의 베어링 면(4')을 포함하는 기판 홀더 지지체(1) 및 기판 홀더(2)의 후면이 베어링 면(4') 쪽을 향하는 상기 기판 홀더(2)를 구비한 CVD-반응기로서,
    복수의 가스 유입 라인(7, 8)들은 상기 베어링 면(4')으로 통하고, 상기 가스 유입 라인(7, 8)들을 통해 베어링 면(4')과 후면 사이에 있는 공간으로 보내어진 가스들은 상기 기판 홀더(2)를 지지하는 가스 쿠션(19)을 형성하며,
    상기 가스 쿠션은 각각 할당된 가스 유입 라인(7, 8)을 통해 개별적으로 공급될 수 있는 복수의 구역(A, C)들을 포함하고, 상기 구역(A, C)들은 상기 구역(A, C)들 간의 가스 교환을 저지하는 수단(15)들에 의해 서로 분리되어 있으며, 하나 이상의 내부의 구역(C)에는 가스 배출 라인(13)이 할당되어 있고, 상기 가스 배출 라인을 통해서 상기 가스 유입 라인(7)을 거쳐 상기 내부의 구역(C)으로 공급된 가스가 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구역(A, C)들 간의 가스 교환을 저지하는 수단(15)들이 상기 기판 홀더(2)의 회전 중심부를 둘러싸는 링 모양의 확산 장벽(15)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 확산 장벽(15)은 표면보다 더 돌출하는 링(15)이며, 상기 링은 상기 2개의 구역(A, C)들의 가스 쿠션들 사이에서 다중 편향된 갭(18)만 유지되는 방식으로 마주 놓인 면에 배치된 링 그루우브(17)에 삽입되는 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 내부의 구역(C)에 각각 하나의 가스 배출 라인(13)이 할당된 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 배출 라인(13, 14)이 방사상 외부 가스 수집 채널(11, 12)과 연결되고, 상기 가스 수집 채널이 상기 구역(A, C)들의 가장자리를 따라 원주 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입 라인(7)이 공급 채널(39, 40)과 연결되고, 상기 공급 채널이 방사상 내부에 놓이는 방식으로 상기 구역(A, C)들의 원주 가장자리를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 홀더(2)가 상기 기판 홀더 지지체(1)의 포켓(4) 내에 삽입되어 있고, 상기 포켓(4)의 포켓 바닥부가 상기 베어링 면(4')을 형성하며, 상기 기판 홀더(2)의 후면은 상기 베어링 면(4')에 대해 평행하게 뻗으며, 프로세스 챔버(23)의 커버(22) 방향으로 상부로 향하는 상기 기판 홀더의 측면에 기판(3)이 배치되어 있고, 상기 포켓 바닥부는 공급 채널(39, 40) 및 상기 공급 채널과 연결되는 가스 분배 채널(9, 10)을 포함하며, 상기 가스 분배 채널(9, 10)은 배출 라인(13, 14)과 연결되는 가스 수집 채널(11, 12)에 의해서 둘러싸인 것을 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 홀더 지지체(1)의 중심부 주위로 원형 배열로 배치된 다수의 베어링 포켓(4)을 구비하고, 상기 베어링 포켓들이 각각 하나의 기판 홀더(2)를 수용하며, 상기 기판 홀더가 각각 복수의 구역(A, C)들을 갖는 가스 쿠션(19)에 의해 지지되고, 가스 공급 장치에 개별적으로 연결되거나 또는 1개의 공통 가스 공급 장치에 연결된, 개별 구역(A, C)들을 위한 유입 라인(7, 8)들이 제공되어 있는 특징으로 하는,
    CVD-반응기.
  9. 동적 가스 쿠션(19) 상에서 지지되고 하부에서부터 가열되는 기판 홀더(2)의 표면 온도를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 동적 가스 쿠션(19)이 서로 동축으로 배치된 복수의 구역(A, C)들을 포함하고, 상기 구역들로는 가스(35, 36, 37)들 또는 서로 상이한 열 전도성을 갖는 가스 혼합물들이 공급되고, 상기 구역(A, C)들은 상기 구역(A, C)들 간의 가스 교환을 저지하는 수단(15)들에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는,
    기판 홀더의 표면 온도 제어 방법.
  10. 프로세스 챔버(23) 및 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 홀더 지지체(1)를 구비하는 CVD-반응기로 기판들을 처리하기 장치로서,
    상기 기판 홀더 지지체는 상기 프로세스 챔버(23)를 향하는 자체 측면 상에서 베어링 면(4') 위에서 기판 홀더(2)를 지지하고 자체 후면에서부터 가열기(30)에 의해 가열될 수 있으며, 가스 유입 라인(7, 8)들은 상기 베어링 면(4')으로 통하고, 상기 가스 유입 라인들에는 가스 혼합 시스템으로부터 가스들이 공급되며, 상기 가스들은 상기 기판 홀더(2)를 지지하는 동적 가스 쿠션(19)을 형성하며,
    상기 동적 가스 쿠션(19)이 인접한 복수의 구역(A, C)들을 포함하고, 상기 구역(A, C)들에는 개별 가스 유입 라인(7, 8)들을 통해 상기 가스 혼합 시스템으로부터 가스가 공급되며, 상기 구역(A, C)들은 구역(A, C)들 간의 가스 교환을 저지하는 수단(15)들에 의해 서로 분리되어 있고, 상기 가스 혼합 시스템이 가스 흐름 조절 부재(32, 33, 34, 35)들을 구비하고, 상기 가스 흐름 조절 부재들에 의해 서로 상이한 가스들 또는 개별 가스 유입 라인(7, 8)들을 위한 가스 혼합물들이 준비될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 혼합 시스템이 제 1 가스를 위한 제 1 가스 공급원(35) 및 제 2 가스를 위한 제 2 가스 공급원(36)을 가지며, 가스 조성물 조절에 의해 각각의 구역(A, C) 내에서 상기 가스 쿠션의 열 전도성을 개별적으로 설정하기 위해, 서로 다른 열 전도성을 갖는 2개의 가스들이 상기 가스 흐름 조절 부재(32, 33, 34)들에 의해 개별적으로 혼합될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
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