KR20050011162A - 매엽식 반도체 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 매엽식 반도체 제조장치는, 반도체 기판에 공정을 진행할 수 있도록 밀폐된 공정 공간을 포함하는 반응챔버와, 반응챔버 내의 공정 공간 내에 장착되어 공정이 진행될 반도체 기판의 중앙부분을 지지하는 제1기판 지지대와, 제1기판 지지대의 내측 또는 외측으로 인접하여 제1기판 지지대에 대해서 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되며 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하는 제2기판 지지대를 포함하는 기판지지 어셈블리와, 이 기판지지 어셈블리의 하부에 설치되어 제1 및 제2기판 지지대의 하부를 각각 독립적으로 지지하면서 제1 및 제2기판 지지대 중 적어도 어느 하나를 상하로 움직여 반도체 기판의 지지 상태를 상대적으로 조절할 수 있는 간격조절 장치와, 반응챔버 내에 공정에 필요한 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급장치와, 반응챔버 내로 연결되어 가스공급 장치로부터 공급되는 공정가스를 반도체 기판 상에 균일하게 분사하도록 마련된 가스 분사부, 및 반응챔버 내부를 소정의 온도로 일정하게 가열시키는 가열장치를 포함한다.
이렇게 공정이 진행되는 동안 반도체 기판이 하부에서 지지되는 상태 또는 접촉되는 면적을 임의로 지정하여 일정하게 조절함으로써, 대구경화 되는 반도체 기판에 대한 반도체 공정의 공정 균일성을 향상시키고 반도체 기판의 휨 현상에 의한 결함을 감소시켜 공정의 신뢰성을 크게 향상시킨다.

Description

매엽식 반도체 제조장치{Single wafer type semiconductor manufacturing System for high temperature processes}
본 발명은 반도체 기판을 하나씩 공정 처리하는 매엽식 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히, 고온의 공정 온도에서 반도체 기판을 공정 처리하는 매엽식 고온공정용 반도체 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 기판을 공정 처리하는 반도체 제조장치는, 공정 처리능력을 향상시키기 위해서 내부에 반도체 기판을 다량으로 로딩하기 위한 기판 로딩용 보트를 포함하는 배치식과 공정 시간을 극도로 감소시켜 한 장씩 공정을 진행하는 매엽식이 있다. 그러나, 반도체 기판의 크기가 점차로 증가되는 추세에 비추어, 공정 균일도를 확보하기 위해서는 기존의 구성으로는 불가능하기 때문에 한 장씩 공정을 진행하는 매엽식이 훨씬 유리한 것으로 판명되었다. 그리하여, 현재 반도체 장치의 과반수가 매엽식 반도체 제조장치를 도입하는 것이 일반적이다.
도 1a는, 종래의 배치형 반도체 제조장치의 개략도를 나타낸 단면도이고, 도 1b는 상부에서 본 횡단면도와 도 1a의 'A' 부분을 확대한 단면도이다.
이들을 참조하면, 종래의 배치형 반도체 제조장치는, 내부에 수용공간을 형성하도록 하부가 개방된 개구부를 갖는 관상의 반응튜브(110)와, 이 반응튜브(110) 내에 수용되어 복수의 반도체 기판(100)을 로딩(loading)할 수 있는 슬롯들(120a)이 상하방향으로 적층되도록 형성된 기판 로딩용 보트(120)와, 반응튜브(110)를 둘러싸고서 반응튜브(110)의 내부 공간을 가열시킬 수 있는 가열히터(150)와, 기판로딩용 보트(120)를 하부에서 지지하고 반응튜브(110)의 개구부를 개폐할 수 있도록 작동하는 보트캡(140)을 포함한다. 이때, 기판 로딩용 보트(120)는, 기둥형으로 형성된 복수의 지지기둥들(도 2의 121)로 구성되어 있고, 이 지지기둥(121)을 따라서 일정한 간격으로 슬롯들(120a)이 형성되어 있다. 여기서 160, 170은 각각 고정가스를 주입하는 가스분사부와 공정가스를 외부로 배출하는 가스 배출부이다.
이와 같은 구성을 가진 종래의 배치식 반도체 제조장치는, 도 1b에서 보는 바와 같이, 고온에서 공정을 진행할 때, 슬롯이 반도체 기판(100)의 가장자리 부분(P)을 국부적으로 지지하고 있기 때문에, 반도체 기판(100)이 고온을 받으면 중앙부분이 하향 만곡되어 휨현상(warping)에 의해서 반도체 기판(100)의 평탄도가 심하게 손상되고 반도체 기판(100) 내부에 많은 기계적 결함들(mechanical defect)을 인입시킨다. 이러한 휨현상과 기계적 결함들은 반도체 기판(100)의 가장자리 부분에 다량의 슬립(slip)현상을 일으켜, 반도체 기판의 생산 수율을 치명적으로 감소시킬 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 대구경의 반도체 기판이 고온에서 공정이 진행되더라도 반도체 기판이 공정 중에 완만히 굽어지는 현상을 효과적으로 방지할 수 있어, 반도체 기판의 결함을 크게 감소시킬 수 있고, 반도체 기판의 평탄도가 충분히 높아 후속공정에서의 공정 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.
도 1a는 종래의 배치형 반도체 제조장치의 개략 단면도이다.
도 1b는 도 1a를 상부에서 본 평면도와 'A' 부분을 확대한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 매엽식 반도체 제조장치의 개략 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는, 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치에 장착되는 기판지지 어셈블리를 나타낸 단면도와 간격조절장치를 나타낸 사시도이다.
도 4a는 제1기판 지지대를 나타낸 사시도이고, 도 4b 내지 도 4d는 제2기판 지지대의 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치의 기판지지 어셈블리의 작동을 단계적으로 나타낸 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 기판지지 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸 개략단면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 도 6의 실시예에 장착되는 제1기판 지지대와 제2기판 지지대를 나타낸 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6의 실시예에 의한 반도체 제조장치의 기판 지지어셈블리의 작동을 단계적으로 나타낸 단면도들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치는, 반도체 기판에 공정을 진행할 수 있도록 밀폐된 공정 공간을 포함하는 반응챔버와,반응챔버 내의 공정 공간 내에 장착되어 공정이 진행될 반도체 기판의 중앙부분을 지지하는 제1기판 지지대와, 제1기판 지지대의 내측 또는 외측으로 인접하여 제1기판 지지대에 대해서 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되며 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하는 제2기판 지지대를 포함하는 기판지지 어셈블리와, 기판지지 어셈블리의 하부에 설치되어 상기 제1 및 제2기판 지지대 중 어느 하나를 상하로 움직여 반도체 기판과 상기 제1 및 제2 기판 지지대와의 사이의 지지상태 또는 상대적인 높이를 임의로 조절할 수 있는 간격 조절 장치와, 반응챔버 내에 공정에 필요한 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급장치와, 반응챔버 내로 연결되어 가스공급 장치로부터 공급되는 공정가스를 반도체 기판 상에 균일하게 분사하도록 마련된 가스 분사부 및 반응챔버 내부를 소정의 온도로 일정하게 가열시키는 가열장치를 포함한다.
여기서, 반응챔버는, 밀폐된 공정 공간의 상부 공간을 정의하는 상부돔 및
상부돔과 하부에서 결합되어 공정 공간의 하부 공간을 형성하는 하부돔을 포함하여 돔으로 밀폐된 공정공간을 제공한다. 상부돔 및 하부돔은 석영이나 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 형성된 것이 고온공정에 적합하고 특히, 석영으로 구성하는 것이 램프 방식의 급속 가열장치에 바람직하다.
기판지지 어셈블리는, 반도체 기판의 중앙 부분을 지지하고 반응챔버의 하부로 연장된 제1지지기둥을 가진 제1기판 지지대, 및 상기 제1기판 지지대의 내측으로 배치되고 제1기판 지지대와는 독립적으로 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하면서 반응챔버의 하부로 연정된 제2지지 기둥을 갖는 제2기판 지지대를 포함한다. 그리고, 제1기판 지지대는 반도체 기판의 중앙부분을 접촉 지지하는 원형 판상의 기판 지지판이 형성되어 있다. 제1지지기둥은 내부가 빈 원통형인 것이 제1기판 지지대의 무게를 감소시킬 수 있어 바람직하다. 제2기판 지지대는, 제1지지기둥을 통과시킬 수 있도록 중앙에 관통구가 형성되어 있는 기판 지지부 지지대와, 기판 지지부 지지대의 가장자리를 따라서 소정의 간격으로 원형을 이루며 형성되어 반도체 기판의 가장자리를 지지하는 기판 지지부를 포함한다. 여기서, 기판 지지부는, 기판 지지부 지지대의 판면에 대해서 수직으로 상향 돌출된 후 수평 외측으로 소정 길이 연장 형성되어 반도체 기판의 가장자리를 지지할 수 있도록 형성된 기판 지지면, 및 이 기판 지지면으로부터 상향 돌출되어 반도체 기판이 외측으로 이탈되지 않도록 형성된 기판 고정부를 포함한다.
한편, 제2기판 지지대는, 제2지지기둥으로부터 외측으로 연장 형성된 가지형의 기판 지지부 지지대 및 이 기판 지지부 지지대의 단부에 상기 반도체 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부를 포함하도록 구성할 수도 있다. 이때, 기판 지지부는, 기판 지지부 지지대의 단부에서 수직 방향으로 상향 돌출된 외측 수평으로 소정 길이 연장 형성된 기판 지지면, 및 이 기판 지지면으로부터 상향 돌출되어 반도체 기판이 외측으로 이탈되지 않도록 형성된 기판 고정부를 포함하는 것이 바람직하다.
제2기판 지지대는, 반도체 기판의 가장자리 부분을 둘러가면서 전체적으로 지지할 수 있도록 링형의 기판 지지부를 가질 수도 있다. 그리하여, 대구경화 되어무게가 무거워지고 대형화된 반도체 기판을 안정하게 지지할 수 있어 바람직하다. 이때, 기판 지지부는, 기판 지지부의 단부를 따라서 상향 연장되어 반도체 기판의 이탈을 방지하는 링형의 기판 고정부를 더 포함하는 것이 반도체 기판의 고정 중 이탈을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 다른 실시예의 기판 지지어셈블리는, 반도체 기판을 하부에서 전면적으로 지지하는 기판 홀더와 상기 기판 홀더를 가장자리 부분에서 지지할 수 있도록 홀더 지지부를 갖는 제1기판 지지대와, 제1기판 지지대의 내측에 배치되어 홀더 지지부와 다른 위치에서 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하는 기판 지지부를 갖는 제2기판 지지대를 포함한다.
여기서, 제1기판 지지대는, 하부에 형성되어 상부의 홀더 지지부를 지지하는 원통형의 제1기판 지지기둥과, 제1기판 지지기둥과 홀더 지지부 사이에 개재되어 홀더 지지부를 기계적으로 연결시키는 홀더 지지부 지지대를 포함한다. 이때, 홀더 지지부 지지대는 플랜지형으로 형성된 것이 추후 설명되는 제2기판 지지대의 상부를 용이하게 수용할 수 있는 공간을 제공할 수 있어 바람직하다. 홀더 지지부는 홀더 지지부 지지대와 연결되어 상부로 돌출된 돌출 지지부, 및 돌출 지지부로부터 내측으로 소정 길이 돌출되어 반도체 기판을 지지하는 지지면을 형성하는 홀더 지지면을 포함하는 것이 바람직하다.
기판 홀더는 원형 판상으로 형성되고, 기판 홀더의 판면에는 기판 지지부가 상하로 통과될 수 있도록 기판 홀더의 기장자리로부터 중앙으로 소정 길이 연장된 열개부가 형성되어 있어 제1기판 지지대가 제2기판 지지대가 상호 소정 높이를 상하로 이동할 수 있다.
간격 조절장치는, 제1기판 지지대와 제2기판 지지대의 하부를 각각 독립적으로 지지하는 제1 및 제2블록 지지대와, 이 제1 및 제2 블록 지지대의 하부를 수용 지지하는 블록 어셈블리와, 제1기판 지지대와 제2기판 지지대 중 적어도 어느 하나와 연결되어 제1기판 지지대와 제2기판 지지대 중 어느 하나를 상하로 작동시키는 간격조절 구동부를 포함한다. 그리하여, 제1기판 지지대와 제2기판 지지대의 위치를 상호 변화시켜 제1기판 지지대와 제2기판 지지대가 반도체 기판을 지지하는 상태를 임의로 조절할 수 있다.
한편, 간격조절 장치는, 기판지지 어셈블리의 하부에 설치되어 공정이 진행되는 동안에 제1기판 지지대와 제2기판 지지대 중 어느 하나를 연동적으로 다이나믹하게 상하로 움직여 반도체 기판과 제1 및 제2기판 지지대와의 사이에 접촉면적을 일정하게 유지시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 블록 어셈블리 내부에 제1 및 제2블록 지지대의 단부에 설치되어 제1기판 지지대와 제2기판 지지대를 통하여 전달되는 무게를 감지하는 제1 및 제2 무게 감지센서와, 제1 및 제2 무게 감지센서와 전기적으로 연결되어 제1 및 제2기판 지지대로부터 전달되는 무게를 비교하고 간격조절 구동부에 제어 신호를 보내는 간격제어부를 더 포함할 수 있다. 그리하여, 고온의 공정이 진행되는 동안 반도체 기판의 휨상태에 따라서 이를 보상할 수 있도록 제1 및 제2기판 지지대를 상하로 미세하게 이동시켜 반도체 기판의 접촉면적을 공정이 진행되는 동안에 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 무게 감지센서는 압전소자를 포함하는 것이 무게의 미세한 변화 측정을 위해서바람직하다. 간격조절 구동부는 미세하게 조절 가능한 전기모터 또는 유체의 압력에 의해서 구동하는 유압식 구동체를 사용할 수 있다.
간격조절 제어부는, 제1 및 제2무게 감지센서와 간격조절 구동부가 상호 직렬로 전기적인 연결이 되는 것이 정밀한 신호 감지를 위해서 바람직하다.
가스 공급장치는 복수의 공정 가스를 공급하기 위한 복수의 공정가스 저장고를 포함하고 있고, 이러한 공정 가스는 열처리 공정용 가스들을 포함한다. 열처리 공정용 가스는 불활성 가스와 산소 가스 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또한, 공정 가스는 에피 성장용 공정가스들을 포함하여 에피 성장용 화학기상 증착공정을 실행할 수도 있다. 이때, 에피 성장용 공정가스는 실리콘 소스가스로서 DCS(SiH2Cl2), TCS(SiHCl3)와 SiCl4및 SixHy 계열의 가스 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
가스 분사부는, 반도체 기판에 대해서 수평으로 상기 공정가스를 공급할 수 있도록 상기 반응챔버의 측방에서 수평으로 배치되어 있다. 그리하여, 공정가스를 반도체 기판 상에 수평으로 보다 균일하게 공급할 수 있다.
가스 분사부는 통형의 배플(baffle)을 포함하고 있어 공정가스의 분사를 원활하게 할 수 있다.
가열장치는 급속가열식 (rapid thermal processing type)인 것이 공정 처리량을 높일 수 있어 바람직하고, 복사열을 이용하는 램프 가열식인 것이 공정 효율성을 위해서 바람직하다.
반응챔버의 일측에는 공정 공간 내부를 저압상태로 유지시킬 수 있는 진공장치를 더 포함하여 저압 공정을 진행할 수 있다.
이렇게 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치는, 반도체 기판을 가장자리와 중앙 부분으로 분리하여 지지하는 제1 및 제2 기판 지지대를 갖는 기판지지 어셈블리와, 제1기판 지지대와 제2기판 지지대로부터 전달되는 무게를 비교하여 반도체 기판의 접촉면적을 공정 중에 항상 일정하게 조절할 수 있는 간격조절장치를 구비하고 있다. 그리하여, 공정온도에 따라서 반도체 기판이 지지되는 상태를 임의로 조절할 수 있고, 더 발전하여 고온 공정 중에 제1기판 지지대와 제2기판 지지대가 다이나믹하게 움직여 반도체 기판이 하부에서 접촉되는 면적을 항상 일정하게 조절하여, 대구경화 되는 반도체 기판이 고온에서 휨 현상 없이 공정이 진행될 수 있고, 따라서, 고온 공정 중에 만곡 현상으로 반도체 기판에 유입되는 기계적 결함들을 최소화하여 반도체 기판의 생산수율을 크게 향상시킬 수 있다.
그리고, 반도체 기판의 접촉면적을 일정하게 조절하여 반도체 기판에 공급되는 반응가스를 일정하게 조절함으로써, 공정의 균일성을 정밀하게 조절할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 2는 본 발명의 매엽식 반도체 제조 장치를 개념적으로 나타낸 개략 단면도이다. 그리고, 도 3a는 도 3b는 기판지지 어셈블리를 분리하여 도시한 단면도와 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치는, 상부에는 반도체 기판(100)을 공정 처리하기 위하여 내부에 공정용 수용공간을 마련하는 반응챔버(10)를 포함하고 있다. 이 반응챔버(10)는 공정을 진행할 수 있는 폐쇄된 공정공간(10a)을 제공하는 상부돔(11)과 하부돔(15)으로 구성되어 있다, 그리고, 이 공정 공간(10a) 내에는 반도체 기판(100)을 로딩하기 위해서 마련된 기판지지 어셈블리(30)와, 이 기판지지 어셈블리(30)의 하부를 지지하면서 반응튜브(10) 내의 기판지지 어셈블리(30)를 상향 및 하향으로 수직 이동시키는 간격조절 장치(50)를 포함한다. 반응 챔버(10)의 상부에는 반도체 기판(100)을 소정온도로 가열할 수 있도록 가열장치(20)가 장착되어 있다. 반응챔버(10)의 일측에는 공정용 가스를 반응챔버 (10) 내부로 인입시키기 위하여 가스 분사부(60)가 있고, 이 가스 분사부(60)와 대응되어 반대측에는 반응챔버(10)를 거쳐서 공정이 진행된 배기가스를 배출하는 가스 배출부(70)가 형성되어 있다.
반응챔버(10)는 내부를 밀폐할 수 있도록 소정의 공정 공간(10a)을 형성하기 위해서 상부에 배치되어 상부 공간을 정의하는 상부돔(11)과, 이 상부돔(15)과 하부에서 밀착결합 되어 하부공간을 형성함과 동시에 완전히 밀폐된 공정 공간(10a)을 완성하는 하부돔(15)으로 구성되어 있다. 이때, 상부돔(11)은 공정 가스의 흐름을 균일하게 하기 위하여 그 표면이 반도체 기판(100)의 평면에 대해서 상향으로 곡면을 이루고 있는 것이 바람직하다. 또한, 이들 상부돔(11)과 하부돔(15)은 고온의 고정 온도에서도 온전하게 견딜 수 있도록 석영(quartz)이나 실리콘 카바이드 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 가열장치(20)가 복사열을 이용하는 램프형인 경우에는 빛이 투과할 수 있는 석영(quartz)으로 형성하는 것이 바람직하다.
기판지지 어셈블리(30)는, 반도체 기판(100)을 평평하게 지지할 수 있도록 반도체 기판(100)의 중앙을 지지하고 있는 제1기판 지지대(31)와 반도체 기판(100)의 외측 가장자리를 지지하는 제2기판 지지대(35)를 포함한다. 이들은 각각 독립적으로 분리되어 있으며, 이들 각각은 하부로 연결되어 간격조절 장치(50)와 연결되는 제1 및 제2지지기둥(312, 353)을 갖고 있다. 이에 대해서는 추후에 상세히 설명한다.
간격조절 장치(50)는, 반응챔버(10)의 하부돔(15)의 벽을 관통하여 개재하고서 내외로 배치될 수도 있고, 도 2와 같이, 외부로 돌출된 제1 및 제2지지기둥(312,353)을 하부돔(15)의 외부에서 지지하여 기판지지 어셈블리(30)의 하부를 지지하고 있다. 특히, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)의 하부 단부를 각각 독립적으로 지지하고 있어, 이들 각각을 독립적으로 상하 이동할 수 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 도 2에서는 이들 기판 지지대들(31,35)의 각각에 대해서 무게를 감지할 수 있는 무게감지센서들(53,54)을 더 포함하여 연결되어 있는 것을 보여주고 있다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치의 기판지지 어셈블리(30)를 나타낸 단면도 및 사시도이다. 그리고, 도 4a는 본 발명의 제1기판지지대(31)를 나타낸 사시도이고, 도 4b 내지 도 4d는 본 발명의 제2기판 지지대(35)를 나타낸 실시예들이다.
이들을 참조하면, 기판지지 어셈블리(30)는, 반도체 기판(100)을 직접 지지하고 있는 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)의 상부에 형성된 기판 지지판(311) 및 기판 지지부(352)와, 기판 지지부(352) 및 기판 지지판(311)의 하부에 연결 형성되어 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)를 지지하는 제1 및 제2지지기둥(312,353)을 포함하고 있다.
도 3a와 도 4a를 참조하면, 제1기판 지지대(31)는, 그 상부가 제2기판 지지대(35)의 내측에 수용된 형태로서 반도체 기판(100)의 하부면을 균형있게 지지하도록 평평한 원형 판상의 기판 지지판(311)을 갖고 있고, 기판 지지판(311)의 하부 중앙부분으로부터 수직으로 하향 연장되어 제2지지기둥(353)의 내부 빈 공간으로 겹치지 않게 수용될 수 있도록 형성된 제1지지기둥(312)이 형성되어 있다.
도 3a 내지 도 4b를 참조하면, 제2기판 지지대(35)는 제1기판 지지대(31)의 외측에 배치되어 반도체 기판(100)의 외측에서 반도체 기판(100)의 가장자리 부분을 지지하도록 형성되어 있다. 즉, 제2지지기둥 상에 중앙에 관통구를 가진 원형 판상의 기판 지지부 지지대(351)와, 상기 기판 지지부 지지대(351)의 가장자리를 따라서 소정 간격으로 이격되어 기판 지지부(352)가 형성되어 있다. 그리고, 이 기판 지지부(352)는 기판 지지부 지지대(351)로부터 상부로 연장되어 반도체 기판(100)의 형상을 따라서 하부면을 가장자리 부분을 적어도 일부분 상향 지지할 수 있도록 기판 지지면(352b)이 형성되어 있고, 이 기판 지지면(352b)의 끝 부분은반도체 기판(100)이 외측으로 흘러내려 이탈하는 것을 방지하기 위하여 기판 지지면(352b)으로부터 상향 돌출된 기판 고정부(352a)가 형성되어 있다. 기판 지지면(352b)의 하부로 연장되어 전술한 제1기판 지지대(31)의 제1지지기둥(312)을 서로 접촉하지 않게 수용할 수 있도록 속이 빈 통형상(예를 들어 원기둥형 또는 실린더 형)의 제2지지기둥(312)이 하향 돌출 형성되어 있다.
그리하여, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)는 상호 접촉되지 않은 상태에서 독립적으로 하부에 배치된 지지블록(도 2의 간격조절장치, 50)에 지지되고, 반도체 기판(100)의 가장자리 부분과 중앙 부분을 분리하여 지지하고 있다. 따라서, 반도체 기판(100)의 가장자리 부분과 중앙부분에 가해지고 있는 무게를 각각 감당하여 독립적으로 하부로 전달시킬 수 있다.
도 4c와 도 4d는, 본 발명의 제2기판 지지대(35)의 다른 실시예들을 나타낸 사시도이다.
도 4c를 참조하면, 반도체 기판(100)을 지지하는 기판 지지면(352b)과 기판 고정부(352a)가 상기의 기판 지지부 지지대와 동일한 복수의 지지다리(351)에 형성된 삼발이 형태인 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시예는, 반도체 기판(100)의 가장자리 부분의 무게에 비해서 상대적으로 제2기판 지지대(35)의 무게를 감소시킬 수 있기 때문에, 간격조절 장치(50)에 제1 및 제2무게감지센서(53,54)를 장착할 경우에, 반도체 기판(100)의 무게와 제2기판 지지대(35)의 무게를 함께 감지하는 무게센서들(53,54)의 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4d를 참조하면, 이 경우에 다른 구성요소는 도 4b와 동일하고, 다만, 제2기판 지지대(35)의 상부 부분이, 반도체 기판(100)을 지지하는 기판 지지면(352b)과 기판 고정부(352a)가 모두 연속적으로 연장된 링형(ring type)으로 형성되어 있다. 이러한 형태의 제2기판 지지대(35)는 직경이 12인치 이상으로 대구경화 되어 무게가 무거워지는 반도체 기판(100)을 보다 안정적으로 지지할 수 있는 구조체를 형성할 수 있어 바람직하다.
도 3b를 참조하면, 간격조절장치(50)는 하나의 지지블록(supporting block)을 형성하고 있으며, 제1기판 지지대(31)의 제1지지기둥(312)을 지지하여 그 무게를 하부로 전달받을 수 있도록 형성된 제1블록 지지대(31-1)와, 제2기판 지지대(35)의 제2지지기둥(353)을 지지하여 무게를 하부로 전달받을 수 있도록 형성된 제2블록 지지대(35-1)와, 제1블록 지지대(31-1)와 제2블록 지지대(35-1) 중 어느 하나에 연결되어 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)를 상하로 승강시킬 수 있도록 간격조절 구동부(51)를 포함하고 있다. 그리하여, 지1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)의 상하 위치를 임의로 조절하여 반도체 기판(100)의 지지상태를 여러 가지 형태로 로딩(loading)할 수 있다.
이에 더하여, 이 제1블록 지지대(31-1)와 제2블록 지지대(35-1)의 하부에 연결되어 무게를 감지하여 비교할 수 있는 제1 및 제2 무게 감지센서(도 2의 53,54)를 더 포함하고, 이 무게 감지센서(53,54)로부터의 신호를 비교하여 설정되는 기준값을 기초로 하여 제1기판 지지대(11)와 제2기판 지지대(15)의 상하 간격을 조절하는 간격조절 구동부(51)를 구성할 수도 있다. 그리하여, 단위공정을 진행하는 공정 레시피(process recipe) 상에서 반도체 기판(100)의 로딩상태에 대해서 접촉면적을환산한 무게차이로 세팅(setting)하여 프로그램하면, 제1블록 지지대(31-1)와 제2블록 지지대(35-1)로부터 감지된 무게를 상호 비교하여 그 결과에 따라서 간격조절 구동부(51)를 통해 중앙에 위치한 제1기판 지지대(31)나 혹은 제2기판 지지대(35)를 상하로 미세하게 움직여 공정이 진행되는 동안에 반도체 기판(100)의 휨상태를 보상 조절할 수 있다. 이에 대해서는 다음에서 설명한다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치가 작동할 때 기판 지지어셈블리(30)의 각 단계를 나타낸 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 반도체 기판(100)이 기판지지 어셈블리(30)에 로딩되는 순간을 나타낸 것이다. 즉, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)의 기판 지지판(311)의 판면과 기판 지지부(352)의 기판 지지면(352b)이 동일한 위치(높이)에 있어, 반도체 기판(100)을 동시에 지지한다. 그리하여, 반도체 기판(100)의 중앙부분은 제1기판 지지대(31)가 지지하고, 가장자리 부분은 제2기판 지지대(35)에서 분리하여 지지하고 있다. 이때, 하부로 전달되는 무게는 추후 공정이 진행되는 동안에, 반도체 기판(100)의 접촉 면적 기준을 정하는 설정 기준값으로 정해질 수도 있다.
도 5b를 참조하면, 고온 공정을 진행하면, 반도체 기판(100)이 열을 받아 팽창하게 되고 반도체 기판(100)의 중앙부분이 만곡하여 반도체 기판(100)의 가장자리 부분보다 중앙 부분이 만곡된 만큼 무게가 더 무거워지는 경향이 있다. 그리하여, 제1기판 지지대(31)를 미세하게 낮추어 중앙부분을 하향 조정하여 주면, 중앙부분은 무게가 가벼워지고 가장자리 부분은 상대적으로 높아져 상호 균형을 이루게된다.
도 5c를 참조하면, 반도체 기판(100)에 대한 공정이 완전히 끝나고 반응챔버(10) 내의 온도를 냉각시키면, 반도체 기판(100)이 응축되어 만곡된 상태에서 다시 원래의 평평한 상태로 돌아간다. 그러면, 중앙 부분의 무게가 감소하여 가장자리 부분과의 무게 차이가 기준값 이상이면 제1기판 지지대(31)를 상향 미세하게 상향 승강시켜서 중앙부분의 무게를 증가시켜 무게차이를 기준값 이하로 낮춘다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 반도체 기판의 지지상태는, 진행될 반도체 기판의 공정온도에 따라서 임의로 선정하여 진행될 수 있다. 또한, 공정이 진행되는 동안 공정 레시피(process recipe)에 반도체 기판(100)의 기판지지 어셈블리(30)에 지지되는 접촉상태 조건을 무게로 세팅(setting)하여 반도체 기판(100)의 휘어진 상태를 무게를 측정하여 계속 지동으로 모니터링(monitoring)하면서 도 5내지 도 5c의 상태를 연속적으로 다이나믹하게(dynamically) 반복하여 항상 반도체 기판(100)이 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)로 구성된 기판지지 어셈블리(30)에 접촉되는 상태를 일정하게 유지할 수도 있다. 이때, 전술한 예에서는 작동의 용이성을 고려하여 단지, 제1기판 지지대(31)만을 작동시키는 것으로써 반도체 기판(100)의 접촉면적으로 조정하였지만, 제2기판 지지대(31) 혹은 양자(31,35)를 모두 작동시켜 반도체 기판(100)의 기판지지 어셈블리(30)에 접촉되는 상태를 임의로 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치에 사용되는 기판지지어셈블리(30)의 다른 실시예를 나타낸 단면 개략도이고, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 기판지지 어셈블리(30)의 주요부분을 분리하여 나타낸 사시도이다.
이들을 참조하면, 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치의 다른 실시예는, 다른 구성들은 도 2와 동일하고, 기판지지 어셈블리(30)에 있어서, 반도체 기판(100)을 중앙부분 및 가장자리 부분에서 지지하는 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)의 위치가 상호 바뀌었고 그 형태가 전술한 예와는 다르다.
도 7a는 제1기판 지지대(31)의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 6과 함께 이를 참조하면, 반도체 기판(100)의 중앙을 지지하는 제1기판 지지대(31)는, 전술한 실시예와는 달리 제2기판 지지대(35)의 외측에 배치되어 있다. 그리고, 중앙이 텅 빈 실린더(CYLINDER)형의 제1지지기둥(312)에 상부가 플랜지(FLANGE) 형태를 이루어 추후 설명되는 제2기판 지지대(35)의 지지판(351)을 상부에 수용될 수 있도록 상부에 플랜지 형태의 공간이 형성된 홀더 지지부 지지대(311)가 형성되어 있다. 그리고, 반도체 기판(100)의 중앙부분을 하부에서 지지하는 기판 홀더(315)와, 이 기판 홀더(315)를 수평으로 지지할 수 있도록 제1지지기둥(312)의 홀더 지지부 지지대(311)에 형성되어 기판 홀더(315)의 가장자리 부분을 부분적으로 지지하는 홀더 지지부(314)를 포함한다. 홀더 지지부(314)는 원형 판상의 홀더 지지부 지지대(311)의 가장자리를 따라서 적절한 간격으로 이격되어 형성되어 있다. 기판 홀더(315)의 홀더 지지부(314)는, 홀더 지지부 지지대(311)로부터 수직 돌출된 돌출지지부(314a)과 홀더 지지부 지지대(311)의 내측으로 돌출되어 기판 홀더(315)를 지지할 수 있도록 형성된 홀더 지지면(314b)으로 형성되어 있다. 그리하여, 기판 홀더(315)의 가장자리 부분을 지지할 수 있다. 한편, 기판 홀더(315)는 원형 판상일 뿐 아니라, 추후 설명되는 제2기판 지지대(35)의 기판 지지부(352)가 중첩되는 위치에 기판 지지부(352)가 상하로 미세하게 통과할 수 있도록 형성된 열개부(315a)가 형성되어 있다. 그리하여, 기판지지 어셈블리(30)는, 반도체 기판(100)의 가장자리를 지지하고 있는 제2기판 지지대(35)가 제1기판 지지대(31)에 대해서 미세하게 상하로 움직일 수 있는 구조체가 된다.
도 7b를 참조하면, 제2기판 지지대(35)는 제1기판 지지대(31)의 내측 중앙 부분에 수용 결합될 수 있다. 이때, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)는 상호 접촉하지 않도록 배치된다. 제2기판 지지대(35)는 상부가 원형 판상의 기판 지지부 지지판(351)과, 반도체 기판(100)을 가장자리 부분에서 지지할 수 있도록 기판 지지부 지지판(351)의 가장자리 부분을 따라서 원형으로 배치된 복수의 기판 지지부(352)가 형성되어 있다. 이 기판 지지부(352)는 기판 지지부 지지판(351)의 판면에 대해서 수직으로 연장 형성된 지지돌출 기둥(35b)과, 이 지지돌출 기둥(35b)에 형성되어 반도체 기판(100)을 끼울 수 있는 슬롯(35a)이 형성되어 있다. 이때, 슬롯(35a)의 위치는 상부에서 평면으로 보았을 때, 도시된 바와 같이, 홀더 지지부(312)와 엇갈리는 위치에서 기판 홀더(315)의 열개부(315a)와 일치하도록 배치되는 것이 원칙이다. 슬롯(35a)의 위치는 상부에서 평면으로 보았을 때, 도시된 바와 같이 홀더 지지부(312)와 엇갈리는 위치에서 기판 홀더(315)의 열개부(315a)와 일치하도록 배치되는 것이 원칙이다.
도 7c는 간격조절 구동부(50)를 포함하는 기판지지 어셈블리을 하부에서 지지하는 하부 블록(간격조절 장치와 동일, 50)을 나타낸 사시도이다.
이를 참조하여, 다른 실시예의 하부 블록(50)을 본다면, 상부에 제1기판 지지대(31)의 제1지지기둥(312)과 제2기판 지지대(35)의 제2지지기둥(353)을 독립적으로 받칠 수 있도록 이들에 각각 대응하여 제1블록 지지대(31-1)와 제2블록 지지대(35-1)를 포함하고 있다. 그리고, 내부에는 이들 블록들(31-1,35-1)로부터 전해지는 무게를 각각 감지할 수 있는 제1 및 제2무게센서(53,54)가 장착되어 있고, 이들 무게센서들(53,54)과 전기적으로 연결되어 이들 데이터를 비교하여 무게차를 계산한 후 기준값과 비교하는 간격조절 제어부(55) 및 간격조절 제어부(55)로부터 명령(제어 신호)을 받아서 제1기판 지지대(31)를 상하 수직으로 구동시켜 반도체 기판(100)의 접촉면적을 일정하게 조정하는 간격조절 구동부(51)를 포함한다. 이때, 제1블록 지지대(31-1)는 원기둥형의 제1지지기둥(312)을 지지할 수 있도록 외측에 형성되어 있고, 제2블록 지지대(35-1)는 내측에 형성되어 있다.
여기서, 제1 및 제2블록 지지대(31-1,35-1)는 간격조절 장치(50) 내부에서 각각의 무게를 독립적으로 각각의 무게 감지센서(53,54)에 직접 연결될 수도 있고, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 사이를 천칭형으로 상호 연결하여 이들 무게차를 직접적으로 감지할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이들 제1 및 제2블록 지지대(31-1,35-1)는 하부돔(15)의 내부에 위치될 수도 있고, 하부돔(15)의 외부 즉 반응챔버(10) 외부로 돌출되어 형성될 수도 있다. 그리고, 상기 제1지지기둥과 제2지지기둥(312,353)이 하부돔(15)을 관통구를 통하여 나오는 접촉부분은 유동적으로밀착되도록 마크네틱 실링(magnetic sealing)을 이용하는 것이 바람직하다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제2실시예에 의한 매엽식 반도체 제조장치의 각 기판 지지대의 구동방법을 나타낸 단면도이다.
도 8a를 참조하면, 반도체 기판(100)을 기판지지 어셈블리(30)에 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 할 때의 상태를 나타낸 것이다. 제1기판 지지대(31)의 기판 홀더(315) 판면과 제2기판 지지대(35)의 슬롯(35a)면이 동일한 높이에 위치하여 반도체 기판(100)을 동시에 동일한 위치에서 지지한다.
도 8b를 참조하면, 공정을 진행하면서 반응챔버(10) 내의 온도가 고온으로 올라가면서 반도체 기판(100)이 팽창하여 반도체 기판(100)이 하향 만곡되어 중앙부분의 무게가 증가한다. 그러면, 제1기판 지지대(31)를 통해서 하부의 제1무게 감지센서(53)로 전달되어 간격조절장치(50)가 간격조절 구동부(51)를 움직여 제1기판 지지대(31)를 감지된 무게 차만큼 이동거리를 계산하여 미세하게 하향 조정하여 반도체 기판(100)의 접촉면적을 공정 레시피에 기 설정된 설정치로서 조절한다. 이와 같은 동작은 램프업 공정(RAMP-UP STEP)이 진행되는 연속적으로 다이나믹하게 진행될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 반도체 기판(100)이 온도의 감소에 따라서 수축되면 반도체 기판(100)이 평탄하게 되어 제1기판 지지대(31)를 통해서 전달되는 무게가 감소되고 이에 따라서 간격조절장치(50)는 간격조절 구동부(51)를 이용하여 역시 간격조절 제어부(55)에서 그 무게 차만큼 이동거리를 계산하여 제1기판 지지대(31)를 미세하게 상향 이동시켜 반도체 기판(100)의 접촉면적을 설정된 일정한 값으로 유지시킨다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하여, 반도체 기판(100)이 기판지지 어셈블리(30)에 접촉되는 면적을 세팅(setting)하여 다이나믹 컨트롤(dynamic control)에 의한 공정을 설명하면, 먼저, 상온 내지 대기 상태에서 반도체 기판(100)을 기판지지 어셈블리(30)에 로딩(loading)할 때는 도 8a의 상태에 있다. 그러다가, 고온에서 공정을 진행하면, 반도체 기판(100)이 열을 받아 팽창하게 되고 반도체 기판(100)의 중앙부분이 만곡하여 반도체 기판(100)의 가장자리 부분보다 중앙 부분이 만곡 되어 무게가 더 무거워지는 만큼 반도체 기판(100)의 중앙부분이 아래로 쳐지는 현상이 나타난다. 반도체 기판(100)의 중앙부분이 아래로 쳐짐에 따라 반도체 기판(100)을 지탱하고 있는 가장자리 부분에서는 반도체 기판(100)의 무게를 모두 받고 있어서 고온에서 공정을 진행시에 고온에 의하여 반도체 기판(100)의 무게를 많이 받는 가장자리 부분에서 슬립이라는 문제가 반도체 기판(100)에 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 8b와 같이, 제1기판 지지대(352)를 반도체 기판(100)의 중앙부분이 아래로 쳐져 기판 홀더(315)에 닿을 수 있는 위치까지를 미세하게 제1기판 지지대(352)의 위치를 낮추어 반도체 기판(100)의 중앙부분이 제1기판 지지대(352)의 표면에 닿게 하여 반도체 기판(100)의 가장자리에 몰려 있던 무게를 분산시키는 역할을 하게 한다. 반도체 기판(100)을 하향 조정하여 주면, 중앙부분에 무게가 높아지고 가장자리 부분은 상대적으로 무게가 낮아져 상호 균형을 이루게 된다. 이러한 역할을 할 수 있도록 반도체 기판(100)의 위치를 공정 레시피(process recipe) 상에서 자동으로 조절할 수 있도록 함으로써, 온도 대역에 따른 각기 다른반도체 기판(100)위치를 각각의 공정마다 다르게 삽입하여 반도체 기판(100)의 중앙부분이 기판 홀더(315)의 표면에 닿게 하여 반도체 기판(100)의 가장자리에 몰려 있던 무게를 분산시키는 역할을 할 수 있게 한다. 자동으로 반도체 기판(100)의 중앙부분이 기판 홀더(315)의 표면에 닿게 하는 갭을 움직여서 공정을 진행하여 문제가 되고 있는 공정 중에 발생하는 반도체 기판(100)의 슬립을 근본적으로 해결하여 나갈 수 있다. 한편, 반도체 기판(100)에 대한 공정이 완전히 끝나고 반응챔버(10) 내의 온도를 냉각시키면, 반도체 기판(100)이 응축되어 만곡된 상태에서 다시 원래의 평평한 상태로 돌아간다. 그러면, 중앙 부분의 쳐짐이 감소하여 반도체 기판(100)의 중앙부분이 기판 홀더(315)의 표면에 닿았던 부분이 떨어져 가장자리 부분에서 반도체 기판(100)의 무게가 집중되어 반도체 기판(100)의 가장자리 부분에서 슬립(slip)이 발생하게 된다. 반응챔버(10) 내의 온도를 냉각시킬 때도 기판 지지대(35)를 미세하게 하향시켜서 반도체 기판(100)의 중앙부분이 기판 홀더(315)의 표면에 접촉 지지되도록 하여 반도체 기판(100)의 무게가 집중되어 있는 가장자리 부분의 무게를 분산시켜 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 사이의 무게차이를 없도록 하기 위해서, 도 8c와 같은 상태가 되도록, 반도체 기판(100)과 기판 홀더(315)의 갭을 공정 레시피(process recipe)에서 자동으로 조절하여 공정를 진행하도록 함으로써 반도체 기판(100)에서 발생하는 슬립을 방지한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치는, 반도체 기판(100)을 제1기판 지지대(31)나 제2기판 지지대(35) 중 어느 하나 또는 양측(31,35)에 모두에 지지될 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 고온의 공정이 진행되는 동안에 온도를 올리는 램프업(ramp-up) 단계나 램프 다운(ramp-down) 단계에서 반도체 기판(100)이 제1 및 제2 기판 지지대(31,35)에 접촉되는 상태(면적)를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 공정온도가 일정하게 유지되는 동안에도 반도체 기판(100)의 상태에 따라서 능동적으로 다이나믹하게 반도체 기판(100)과 기판 홀더(315) 사이의 접촉상태를 일정하게 조절할 수도 있다.
한편, 본 발명의 매엽식 반도체 제조장치에 장착되는, 제1 및 제2기판 지지대(31,35)는 고온에서 견딜 수 있도록, 석영이나 실리콘 카바이드로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 1200 ?? 이상의 특별히 고온에서 공정을 진행하는 경우에는, 실리콘 카바이드로 형성된 기판 지지대들(31,35)을 사용하는 것이 바람직하다.
가스공급장치(미도시)는 일반적으로 반응챔버(10) 내로 인입되는 가스 공급부(60)를 통해서 공정가스를 공급하기 위하여 다수의 공정가스 저장고(미도시)를 갖는다. 그리하여, 일반적인 어닐링 열처리(annealing process)를 하는 경우에는 불황성 가스를 주입하지만, 기타 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정을 할 경우에는 그에 맞게 여러 가지 다른 공정가스(process gas)를 주입할 수도 있다. 예를 들어, 급속 열공정(rapid thermal process)에서는 질소(N2)나 아르곤(Ar) 및 산소(O2) 등의 공정가스를 공급한다. 그러나, 화학기상증착, 특히, 고온용 화학기상증착(High Temperature Chemical Vapor Deposition) 공정 중의 하나인 에피 증착 공정(epitaxial growth deposition)에서는 실리콘 소스가스(silicon source gas)와 공정 가스 운반 가스(carrier gas) 및 퍼지용 가스(purge gas)를 동시에 연결하여 공급할 수도 있다. 실리콘 소스가스로서는, DCS(SiH2Cl2), TCS(SiHCl3) 및 SiCl4, SixHy 계열의 가스 등을 사용할 수 있고, 캐리어 가스(carrier gas)로는 수소(H2)를 사용한다. 퍼지용 가스는 물론 불활성 가스로서 질소(N2)나 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 등을 사용한다.
이상과 같은 제어방법으로 공정을 하면 다음과 같다.
가열장치(35)에 의해서 반응튜브(30) 내의 온도는 공정온도(900℃ 내지 1350 ℃정도)로 상승된다. 시간이 경과되어, 반도체 기판(100)이 고온의 분위기에 오랫동안 노출되면, 반도체 기판(100)이 팽창하고 구성원소인 실리콘이 유동성(flowing)을 갖게 된다. 그러면, 반도체 기판(100)은 하향 만곡(curving)되어 반도체 기판(100)의 하중이 기판 홀더(315) 또는 기판 지지판(311)에 집중된다. 집중된 하중은 제1기판 지지대(10)에 전달되어 제1무게 감지센서(53, 또는 54)에서 무게의 증가를 간격조절 제어부(55)로 전달한다. 간격조절 제어부(55)에서는 그 신호의 크기를 기준치와 비교하여 필요한 만큼 간격조절 구동부(51)를 구동하여 제1기판 지지대(31)의 기판홀더(315) 또는 기판 지지판(311)을 소정높이 하향하여 조절한다. 그러면, 기판 홀더(315)와 기판 지지부(35a) 사이의 간격이 증가하여 기판 홀더(315)에 지지되는 하중이 기판 지지부(35a) 쪽으로 분산되어 제1기판 지지대(31)의 제1무게 감지센서(53)에서 감지하는 하중이 감소한다. 상기와 같은 과정을 연속적으로 반복하면서 공정이 진행되는 동안 반도체 기판(100)이 기판 홀더(315)에 전달하는 하중과 하부 접촉면적은 항상 일정하게 유지된다. 공정이 완료되고 공정온도를 낮출 때에는, 전술한 바와는 반대로 동작한다. 즉, 온도가 하강하면서 반도체 기판(100)이 수축되고 만곡 되었던 중앙부분이 평평하게 회복되면 기판 홀더(315)에 인가되는 하중이 감소된다. 그러면, 무게 감지센서(53,54)에서 이에 대한 변화를 감지하고 간격조절 제어부(55)가 간격조절 구동부(51)를 구동하여 기판 홀더(315)를 상향 상승시켜 정상적인 설정기준치로 복귀시킨다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조장치는, 고온의 공정이 진행되는 동안, 제1기판 지지대(31)나 제2기판 지지대(35)가 간격조절 장치에 의해서 상하로 미세하게 조절되어 반도체 기판(100)과 기판 홀더(315) 사이의 접촉면적을 일정하게 유지할 수 있다. 그리하여, 반도체 기판(100)이 만곡현상(curving)에 의해서 인입되는 결함들을 최소화하고 기판의 평탄도(planarity)를 크게 향상시킬 수 있다.
그리고 간격 조절용 제어장치(50)는, 무게 감지센서(53,54)를 두 개 사용되는 실시 예를 설명하였지만, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 중 어느 하나에만 장착되어 사용될 수도 있다. 더하여, 무게의 변화를 감지하여 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 사이의 구동을 조절하는 구성으로서, 전자 천칭(electronic pendulum valence)을 사용할 수도 있다. 즉, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 사이를 천칭구조(pendulum structure)로 형성하여 둘 사이의 밸런스가 깨지면, 이 밸런스를 유지할 수 있도록 제1기판 지지대(31)나 제2기판 지지대(35)를 간격조절장치에 의해서 미세하게 승강구동하여 밸런스를 맞춘다.
또한, 전술한 실시 예에서는, 지1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 중 어느 하나를 움직여 반도체 기판(100)과 기판 지지어셈블리(30) 사이의 접촉 간격을 조절하였다. 그러나 이와는 다르게, 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35) 모두를 승강 구동하여 간격을 조절할 수 있도록 구성할 수도 있다. 그러면, 간격조절 구동부(51)가 제1기판 지지대(31)와 제2기판 지지대(35)에 각각 하나씩 설치되어야한다. 그러면, 미세한 간격의 조절이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고 전술한 실시 예들에서는, 반도체 기판(100)이 기판 홀더(315) 또는 기판 지지판(도 4a의 311)에 완전히 지지되는 것만을 적용하였으나, 처음에 반도체 기판(100)을 로딩 할 때, 기판 홀더(315) 또는 기판 지지판(311)와 반도체 기판(100) 사이를 고온에서 만곡 되는 정도만큼 일정 간격 이격하여 로딩 할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 제조장치는, 임의로 공정온도에 따라 휘어지는 정도에 맞게 반도체 기판의 지지되는 상태를 설정할 수 있어, 고온 공정을 진행하는 동안 발생하는 반도체 기판의 휨 현상을 방지할 수 있다.
그리고, 공정이 진행되는 동안에 반도체 기판의 하부와 접촉되는 면적을 일정하게 유지할 수 있어, 반도체 기판에 유입되는 결함들을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 반도체 기판과 기판 홀더 사이의 간격을 임의로 조절할 수 있어, 공정의 용도에 따라서 반도체 기판에 결함이 유입되지 않도록 반도체 기판을 다양한 방법으로 로딩 할 수 있다.

Claims (33)

  1. 반도체 기판에 공정을 진행할 수 있도록 밀폐된 공정 공간을 포함하는 반응챔버;
    상기 반응챔버 내의 상기 공정 공간 내에 장착되어 공정이 진행될 반도체 기판의 중앙부분을 지지하는 제1기판 지지대와, 상기 제1기판 지지대의 내측 또는 외측으로 인접하여 상기 제1기판 지지대에 대해서 상하로 미세하게 움직일 수 있도록 구성되며 상기 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하는 제2기판 지지대를 포함하는 기판지지 어셈블리;
    상기 기판지지 어셈블리의 하부에 설치되어 상기 제1기판 지지대 및 상기 제2기판 지지대의 하부를 각각 독립적으로 지지하면서 상기 제1기판 지지대와 상기 제2기판 지지대 중 적어도 어느 하나를 상하로 승강시켜 상기 반도체 기판의 지지 상태를 상대적으로 조절할 수 있는 간격조절 장치;
    상기 반응챔버 내에 공정에 필요한 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급장치;
    상기 반응챔버 내로 연결되어 상기 가스공급 장치로부터 공급되는 상기 공정가스를 상기 반도체 기판 상에 균일하게 분사하도록 마련된 가스 분사부; 및
    상기 반응챔버 내부를 소정의 온도로 일정하게 가열시키는 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응챔버는,
    상기 공정 공간의 상부 공간을 정의하는 상부돔; 및
    상기 상부돔과 하부에서 결합되어 상기 공정 공간의 하부 공간을 형성하는 하부돔을 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상부돔 및 상기 하부돔은 석영이나 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판지지 어셈블리는,
    상기 반도체 기판의 중앙 부분을 지지하고 상기 반응챔버의 하부로 연장된 제1지지기둥을 가진 제1기판 지지대; 및
    상기 제1기판 지지대와는 독립적으로 형성되어 상기 제1기판 지지대를 내측으로 수용하면서 상기 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하면서 상기 반응챔버의 하부로 연장된 제2지지 기둥을 갖는 제2기판 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1기판 지지대는 상기 반도체 기판의 중앙부분을 접촉 지지하는 원형 판상의 기판 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1지지기둥은 내부가 빈 통형인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제2기판 지지대는,
    상기 제1지지기둥을 통과시킬 수 있도록 중앙에 관통구가 형성되어 있는 기판 지지부 지지대;
    상기 기판 지지부 지지대의 가장자리를 따라서 소정의 간격으로 원형을 이루며 형성되어 상기 반도체 기판의 가장자리를 지지하는 기판 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판 지지부는,
    상기 기판 지지부 지지대의 판면에 대해서 수직으로 상향 돌출된 후 수평으로 소정 길이 연장 형성되어 상기 반도체 기판의 가장자리를 지지할 수 있도록 형성된 기판 지지면; 및
    상기 기판 지지면으로부터 상향 돌출되어 상기 반도체 기판이 외측으로 이탈되지 않게 지지되도록 형성된 기판 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제2기판 지지대는,
    상기 제2지지기둥으로부터 외측으로 연장 형성된 가지형의 기판 지지부 지지대; 및
    상기 제2기판 지지대 지지부의 단부에 상기 반도체 기판을 지지할 수 있는 기판 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기판 지지부는,
    상기 제2기판 지지대 지지부의 단부에서 수직 방향으로 상향 돌출된 지지돌기기둥;
    상기 지지 돌기기둥에서 수평으로 소정 길이 연장 형성된 기판 지지면; 및
    상기 기판 지지면으로부터 상향 돌출되어 상기 반도체 기판이 외측으로 이탈되지 않도록 형성된 기판 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  11. 제4항에 있어서, 상기 제2기판 지지대는,
    상기 반도체 기판의 가장자리 부분을 둘러가면서 전체적으로 지지할 수 있도록 링형의 기판 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판 지지부는 상기 기판 지지부의 단부를 따라서 상향 연장되어 반도체 기판의 이탈을 방지하는 링형(ring type)의 기판 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기판지지 어셈블리는,
    상기 반도체 기판을 하부에서 전면적으로 지지하는 기판 홀더와 상기 기판 홀더를 가장자리 부분에서 지지할 수 있도록 홀더 지지부를 갖는 제1기판 지지대;
    상기 제1기판 지지대의 내측에 배치되어 상기 홀더 지지부와 다른 위치에서 상기 반도체 기판의 가장자리 부분을 지지하는 적어도 하나의 기판 지지부를 갖는 제2기판 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1기판 지지대는,
    하부에 형성되어 상부의 홀더 지지부를 지지하는 원통형의 제1기판 지지기둥; 및
    상기 제1기판 지지기둥과 상기 홀더 지지부 사이에 개재되어 상기 홀더 지지부를 기계적으로 연결시키는 홀더 지지부 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 홀더 지지부 지지대는 상부가 넓은 플랜지형으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 홀더 지지부는 상기 홀더 지지부 지지대와 연결되어 상부로 돌출된 돌출지지부; 및
    상기 돌출 지지부로부터 내측으로 소정 길이 돌출되어 상기 반도체 기판을지지하는 지지면을 형성하는 홀더 지지면을 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 기판 홀더는 원형 판상으로 형성되고, 상기 기판 홀더의 판면에는 상기 기판 지지부가 상하로 통과될 수 있도록 기판 홀더의 가장자리로부터 중앙으로 소정 길이 연장된 열개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 간격조절장치는,
    상기 제1기판 지지대와 상기 제2기판 지지대의 하부를 독립적으로 지지하는 제1 및 제2블록 지지대;
    상기 제1 및 블록 지지대의 하부를 수용 지지하는 블록 어셈블리; 및
    상기 블록 어셈블리 내부에 수용되어 제1기판 지지대와 상기 제2기판 지지대 중 어느 하나의 하부와 연결되어 상기 제1기판 지지대와 제2기판 지지대 중 어느 하나를 상하로 미세하게 작동시키는 간격조절 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 간격조절장치는,
    상기 기판지지 어셈블리의 하부에 설치되어 공정이 진행되는 동안 상기 제1 및 제2기판 지지대 중 적어도 어느 하나를 연동적으로 다이나믹(dynamically)하게상하로 움직여 상기 반도체 기판과 상기 제1 및 제2 기판 지지대와의 사이에 접촉면적을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 간격조절장치는,
    상기 블록 어셈블리 내부에 상기 제1 및 제2블록 지지대의 단부에 설치되어 상기 제1기판 지지대와 상기 제2기판 지지대를 통하여 전달되는 무게를 각각 감지하는 제1 및 제2 무게 감지센서; 및
    상기 제1 및 제2 무게 감지센서로부터 전달되는 무게를 비교하고 상기 간격조절 구동부에 제어신호를 보내는 간격제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 무게 감지센서는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  22. 제18항에 있어서, 상기 간격조절 구동부는 미세하게 조절 가능한 전기모터인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  23. 제18항에 있어서, 상기 간격조절 구동부는 유체의 압력에 의해서 구동하는 유압식 구동체인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  24. 제1항에 있어서, 상기 가스공급장치는 상기 복수의 공정 가스를 공급하기 위한 공정가스 저장고를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 공정 가스는 열처리 공정용 가스인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 열처리 공정용 가스는 불활성 가스(inert gas)와 산소 가스(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 매엽식 반도체 제조장치.
  27. 제24항에 있어서, 상기 공정 가스는 에피 성장용(epitaxial growing process) 공정가스인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 에피 성장용 공정가스는 실리콘 소스가스로서 DCS(SiH2Cl2), TCS(SiHCl3)와 SiCl4및 SixHy 계열의 가스 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  29. 제1항에 있어서, 상기 가스 분사부는, 상기 반도체 기판에 대해서 수평으로 상기 공정가스를 공급할 수 있도록 상기 반응챔버의 측방에서 수평으로 공급되는것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 가스 분사부는 통형의 배플(baffle)을 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  31. 제1항에 있어서, 상기 가열장치는 급속가열식 (rapid thermal processing type)인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 기열장치는 복사열을 이용하는 램프 가열식인 것을 특징으로 하는 매엽식 반도체 제조장치.
  33. 제1항에 있어서, 상기 반응챔버의 일측에는 상기 공정 공간 내부를 저압상태로 유지시킬 수 있는 진공장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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