KR20100047573A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20100047573A
KR20100047573A KR1020080106528A KR20080106528A KR20100047573A KR 20100047573 A KR20100047573 A KR 20100047573A KR 1020080106528 A KR1020080106528 A KR 1020080106528A KR 20080106528 A KR20080106528 A KR 20080106528A KR 20100047573 A KR20100047573 A KR 20100047573A
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KR1020080106528A
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이의규
전용한
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 챔버 상부의 내부가스가 챔버의 저면으로 확산되는 것과 챔버 하부의 불활성 가스의 챔버의 상부로 확산되는 것을 방지하기 위하여, 에지 링의 상부에 기판안치대를 위치시키는 기판처리장치에 관한 것으로, 기판처리장치는 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 위치하고 주변영역을 가지는 기판안치대; 상기 기판안치대의 주변영역이 삽입되며, 상기 주변영역의 상부에 위치하는 상부 링 및 상기 주변영역의 하부에 위치한 하부 링으로 구성된 에지 링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기판처리장치, 에지 링, 층류, 와류, 박막

Description

기판처리장치{Appratus for treatmenting substrate}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 챔버 상부의 내부가스가 챔버의 저면으로 확산되는 것과 챔버 하부의 불활성 가스의 챔버의 상부로 확산되는 것을 방지하기 위하여, 에지 링의 상부에 기판안치대를 위치시키는 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막증착공정 및 식각공정 등은 진공상태로 최적화된 기판처리장치에서 진행한다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략도이다.
도 1과 같이, 반도체소자의 제조하기 위하여 사용되는 기판처리장치(10)는 반응공간을 제공하는 챔버(12), 챔버(12)의 측면에 설치되며 기판(14)을 출입시키 는 게이트 밸브(gate valve)(16), 챔버(12)의 내부가스를 배기시키는 배출구(18), 기판(14)이 안치되는 기판안치수단(20), 챔버(12)의 내측면에 고정되는 에지 링(edge ring)(30), 공정가스를 공급하는 제 1 가스주입관(66), 불활성 가스를 공급하는 제 2 가스주입관(60) 및 챔버(12)의 상부 및 하부에 설치되며 기판안치대(20)를 가열하기 위한 상부가열수단(22) 및 하부가열수단(28)으로 구성된다.
챔버(12)의 내부를 고온으로 유지하기 위하여, 챔버(12)의 상부에는 상부가열수단(22)으로써 RF 전극(도시하지 않음)을 포함하는 벨자 히터(belljar heater)을 설치하고, 챔버(12)의 하부에는 하부가열장치(28)로써 램프 히터(lamp heater)를 설치한다. 기판처리장치(10)에는 기판안치대(14)를 지지하고 승하강시키기 위한 지지대(32)와, 지지대(30)를 구동시키기 위한 실린더 및 모터 등을 포함하는 구동장치(34)를 설치한다. 지지대(32)는 기판안치대(14)의 중앙을 지지하는 중앙지지대(36)와 기판안치대(14)의 주변부를 지지하는 다수의 주변지지대(38)를 포함한다.
챔버(12)는 상부영역과 하부영역으로 구분되며, 상부영역은 곡면을 가지는 상부 돔(upper dome)(24)로 구성되고, 하부영역은 저면에 경사면을 가지는 하부 돔(lowe dome)(26)으로 구성된다. 상부 돔(24)과 하부 돔(26)은 투명한 재질의 석영으로 형성한다. 에지 링(30)은 상부 돔(24)과 하부 돔(26) 사이에 개재되어 고정된다.
하부가열수단(22)는 하부 돔(26)의 하부를 내부영역과 외부영역으로 구분하여, 내부영역 및 외부영역의 각각에 설치되는 제 1 가열장치(40) 및 제 2 가열장치(42)를 포함한다. 제 1 가열장치(40)는 지지대(32)를 중심으로 방사선으로 내부영역에 배열된 다수의 제 1 램프(44)와 다수의 제 1 램프(44)의 하부에 설치되는 제 1 반사판(46)으로 구성되고, 제 2 가열장치(42)는 지지대(32)를 중심으로 방사선으로 외부영역에 배열된 다수의 제 2 램프(48)와 다수의 제 2 램프(48)의 하부에 설치되는 제 2 반사판(50)으로 구성된다.
다수의 제 1 및 제 2 램프(44, 48)는 복사열을 방출하는 할로겐 램프를 사용하고, 제 1 및 제 2 반사판(46, 50)은 반사효율 및 내부식성이 높은 금속, 예를 들면 알루미늄 및 스테인레스 스틸을 표면 처리하여 사용한다. 다수의 제 1 및 제 2 램프(44, 48)의 출사광 및 제 1 및 제 2 반사판(46, 50)의 반사광이 투명한 하부 돔(26)을 통과하여, 적정한 공정온도로 기판안치대(20)를 가열한다.
게이트 밸브(16)를 통하여, 기판(14)이 인입되어 기판안치대(20) 상에 안치되고, 기판안치대(20)가 공정위치에 위치하면, 상부 및 하부가열수단(22, 28)에 의해 기판안치대(20)를 적정온도로 가열한 후에, 제 1 가스주입관(66)을 통하여 공정가스가 주입하는 것에 의해, 기판(14) 상에 박막을 증착시킨다. 기판안치대(20)가 공정위치에 있을 때, 에지 링(30)은 기판안치대(20)와 동일 평면에 위치하여, 공정에 참여하지 않거나 부산물로 발생한 내부가스가 챔버(12)의 저면으로 확산되는 것 을 방지하는 기능을 한다. 챔버(12)의 내부가스가 챔버(12)의 저면으로 확산되지 않도록 하기 위하여, 배출구(18)는 기판안치대(20) 상부와 대응되는 챔버(12)의 측면에 설치한다.
그러나, 기판안치대(20)와 에지 링(30)의 사이에는 3 내지 5mm 정도의 간격(44)이 있어, 챔버(12)의 내부가스 대부분이 기판안치대(20) 상에 위치한 배출구(18)를 통하여 외부로 배출되지만, 일부의 내부가스는 간격(44)을 통하여 챔버(12)의 저면으로 확산될 수 있다. 기판(14)을 실리콘 웨이퍼를 사용하고, 기판(14) 상에 실리콘 에피층 또는 폴리실리콘층을 형성하기 위하여, 시레인가스(SiH4)를 공급하는 경우, 시레인가스가 챔버(12)의 저면으로 확산하여, 하부 돔(26)의 내면에 실리콘으로 구성된 박막이 형성될 수 있다.
하부가열수단(28)은 전도와 대류에 의해 기판안치대(20)와 챔버(12)의 내부공간을 가열하는 상부가열수단(22)과 다르게, 하부 돔(26)의 내면에 형성되는 박막에 의해서, 기판안치대(20)의 가열효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 다시 말하면, 다수의 제 1 및 제 2 램프(44, 48)의 출사광이 챔버(12)의 하부인 하부 돔(26)을 투과하여 기판안치대(20)를 가열하여야 하는데, 하부 돔(26)의 내면에 형성된 박막에 의해, 하부 돔(26)의 광투과도가 현저하게 저하될 수 있다. 광투과도가 저하되면, 적정한 공정온도 및 균일한 온도분포로 기판안치대(20)를 가열하기 어렵게 된다. 따라서, 공정효율 및 생산성의 저하를 야기할 수 있다.
따라서, 기판안치대(20)와 상부 돔(24) 사이의 내부가스가 간격(44)을 통하여, 기판안치대(20)와 하부 돔(26) 사이로 확산되는 것을 방지하기 위하여, 챔버(12) 내부의 공정온도를 낮추는 방법 및 챔버(12)의 저면에 퍼지가스를 공급하는 방법 등이 있으며, 일반적으로 기판안치대(20)과 하부 돔(26) 사이에 퍼지가스로써 불활성 가스를 공급하는 방법을 채택하여 사용한다. 기판안치대(20)의 하부에 대응하는 챔버(12)의 측면에, 퍼지가스로써 불활성 가스를 공급하는 제 2 가스공급관(60)을 설치하고, 제 2 가스공급관(60)에 의해 공급된 불활성 가스에 의해, 내부가스의 확산을 방지한다. 내부가스가 챔버(12)의 저면으로 확산하는 것을 방지하기 위해, 상부 돔(24)과 기판안치대(20) 사이의 내부가스의 압력은 하부 돔(26)과 기판안치대(20) 사이의 압력보다 낮다.
그러나, 에지 링(30)과 기판안치대(20) 사이의 간격(44)로부터 상부 돔(24)와 기판안치대(20) 사이의 상부공간으로 불활성 가스가 확산되고, 기판(14)의 주변영역에서 공정가스를 희석시켜서, 기판(14) 상에 박막이 불균일한 두께로 형성된다. 다시 말하면, 기판(14) 상에 형성되는 박막이 주변영역보다 중앙영역이 더 두꺼워지는 현상이 발생한다. 따라서, 박막의 특성저하는 물론, 생산성 저하를 야기할 수 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 챔버 상부의 내부가스가 챔버의 저면으로 확산되는 것과 챔버 하부의 불활성 가스의 챔버의 상부로 확산되는 것을 방지하기 위하여, 에지 링의 상부에 기판안치대를 위치시키는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상부 및 하부 링으로 구성되는 에지 링에서, 상부 및 하부 링의 사이에 기판안치대의 주변영역을 삽입하는 것에 의해, 챔버의 내부가스를 상부 및 하부 링 사이에서 층류를 형성하여 배출시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는, 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 위치하고 주변영역을 가지는 기판안치대; 상기 기판안치대의 주변영역이 삽입되며, 상기 주변영역의 상부에 위치하는 상부 링 및 상기 주변영역의 하부에 위치한 하부 링으로 구성된 에지 링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 하부 링이 상기 주변영역과 이격되어, 상기 하부 링과 상기 주변영역 사이에 배기간격이 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 배기간격의 수직거리는 1 내지 10mm인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 상부 및 하부 링 사이의 간격은 10 내지 30mm인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 상부 및 하부 링은 상기 챔버의 내주연을 따라 연장되고, 상기 챔버의 내측으로 돌출되어 원형의 고리형태를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 상부 및 하부 링은 10 내지 50mm의 너비를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 상부 및 하부 링은 서로 다른 너비 또는 동일한 너비를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 챔버는 상부 돔 및 하부 돔과, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 외벽을 구성하는 본체와, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 내벽을 구성하기 위해 상부 및 하부 라이너로 구성되는 라이너를 포함하고, 상기 상부 링은 상기 상부 라이너의 제 1 단차부에 위치하고, 상기 하부 링은 상기 하부 라이너의 제 2 단차부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 라이너에 다수의 포트홀이 설치되고, 상기 본체와 상기 라이너 사이에 유동공간이 설정되어, 상기 챔버의 내부가스를 상기 다수의 포트홀 및 상기 본체에 설치되어 있는 배출구를 통하여 외부로 배 기하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 인접한 두 개의 포트홀 사이에 상기 배출구가 대응되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 기판안치대의 상부와 대응되는 상기 챔버의 측면에 공정가스를 공급하는 제 1 가스공급관; 상기 기판안치대의 하부와 대응하는 상기 챔버의 측면에 비반응가스 또는 불활성가스를 공급하는 제 2 가스공급관; 상기 기판을 출입시키기 위한 게이트 밸브; 상기 챔버의 내부가스를 배출시키기 위한 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 챔버의 상부에 위치하는 상부가열수단과 상기 챔버의 하부에 위치하는 하부가열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 기판처리장치는, 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 내주연을 따라 상기 챔버의 내측으로 돌출되는 에지 링; 상기 반응공간에서 상기 에지 링의 상부에 위치하고, 상기 에지 링과 이격되어 기판이 안치되는 기판안치대; 상기 챔버의 내부 및 상기 기판안치대를 가열시키기 위한 가열수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 챔버는 상부 돔 및 하부 돔과, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 외벽을 구성하는 본체와, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 내벽을 구성하는 라이너를 포함하고, 상기 에지 링은 상기 라이너와 상기 하부 돔 사이에 개재되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 라이너에 다수의 포트홀이 설치되고, 상기 본체와 상기 라이너 사이에 유동공간이 설정되어, 상기 챔버의 내부가스를 상기 다수의 포트홀 및 상기 본체에 설치되어 있는 배출구를 통하여 외부로 배기하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 에지 링이 상기 기판안치대의 주변영역과 이격되어, 상기 에지 링과 상기 주변영역 사이에 배기간격이 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 기판처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
에지 링의 상부 및 하부 링 사이에 기판안치대의 주변영역을 삽입하고, 기판안치대를 하부 링과 이격시켜 배기간격을 설정하는 것에 의해, 챔버의 내부가스가 챔버의 저면으로 확산되는 것과 챔버 하부의 불활성 가스의 챔버의 상부로 확산되는 것을 방지한다.
하부 링의 상부에 기판안치대가 위치하여, 챔버의 내부가스가 챔버의 저면으로 확산되지 않기 때문에, 하부 돔의 저면에 박막이 형성되지 않고, 이로 인해, 하부가열수단에 의해 챔버의 내부와 기판안치대를 균일하게 가열할 수 있다.
하부 링의 상부에 기판안치대가 위치하고, 하부 링과 기판안치대의 사이에 설정되어 있는 배기간격으로 기판안치대 하부의 비반응성 가스 또는 불활성 가스가 배출되므로, 기판의 주변에서 비반응성 가스 또는 불활성 가스의 와류현상에 의해 공정가스가 희석되지 않아, 기판 상에 균일한 두께를 가진 박막형성이 가능하다.
기판안치대의 주변영역 상부에 설치되어 있는 상부 링은 하부 링과 함께, 챔버의 내부가스를 배출할 때, 안정적인 층류를 형성할 수 있다.
에지 링의 측벽 또는 라이너에 설치되는 포트홀을 배출구와 중첩되지 않도록 배치하여, 챔버 내부의 압력을 균일하게 유지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 및 제 2 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 내부 상세도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 내부평면도이다.
도 2와 같이, 반도체소자를 제조하기 위하여 사용되는 기판처리장치(110)는 반응공간을 제공하는 챔버(112), 챔버(112)의 측면에 설치되며 기판(114)을 출입시키는 게이트 밸브(gate valve)(116), 챔버(112) 내부의 기체를 배출하는 배출 구(118), 기판(114)이 안치되는 기판안치대(120), 챔버(112)의 내주연을 따라 설치되는 에지 링(edge ring)(130), 공정가스를 공급하는 제 1 가스주입관(166), 공정가스와 반응하지 않는 비반응성 가스 또는 불활성 가스를 공급하는 제 2 가스주입관(160), 그리고 챔버(112)의 상부 및 하부에 설치되며 기판(114)을 가열하기 위한 상부 및 하부가열수단(122, 128)으로 구성된다.
도 2의 기판처리장치(110)에서, 기판(114)을 실리콘 웨이퍼를 사용하고, 기판(114) 상에 실리콘 에피층 또는 폴리실리콘층을 형성하기 위하여, 제 1 가스주입관(166)을 통하여, 시레인가스(SiH4) 또는 다이시레인가스(Si2H6)를 공급하고, 시레인가스(SiH4) 또는 다이시레인가스(Si2H6)가 챔버(112)의 저면으로 확산되어 하부 돔(126)의 내면에 박막이 형성되는 것을 방지하기 위하여, 제 2 가스주입관(160)을 통하여 비반응성 가스 또는 불활성 가스를 공급한다. 비반응가스는 질소 등을 사용하고, 불활성 가스는 아르곤 등을 사용한다.
챔버(112)는 상부영역과 상부영역과 결합하는 하부영역으로 구성한다. 상부영역은 곡면을 가진 상부 돔(upper dome)(124)으로 구성되고, 하부영역은 챔버(112)의 외곽에서 중심부로 경사를 가지는 하부 돔(lower dome)(126)으로 구성된다. 상부 돔(124) 및 하부 돔(126)은 빛이 투과할 수 있는 투명재질의 석영(quartz)으로 제작한다. 챔버(112)의 내부를 공정이 가능한 고온으로 유지하기 위하여, 챔버(112)의 상부에는 상부가열수단(122)로써 대류 및 전도의 방법으로 가열하는 RF 전극(도시하지 않음)을 포함하는 벨자 히터(belljar heater)을 설치하고, 챔버(112)의 하부에는 하부가열수단(128)으로써 램프 히터(lamp heater) 및 반사판을 설치한다.
기판처리장치(110)에는 기판안치대(120)를 지지하고 기판안치대(120)를 승하강 및 회전시키기 위한 지지대(132)와, 지지대(132)를 구동시키기 위한 실린더 및 모터 등을 포함하는 구동장치(134)가 설치된다. 지지대(132)는 기판안치대(120)의 중앙을 지지하는 중앙지지대(136)와 기판안치대(114)의 주변부를 지지하는 다수의 주변지지대(138)를 포함한다. 도면에서 도시하지 않았지만, 기판안치대(120) 상에 기판(114)을 안치시키거나 또는 기판안치대(120)에서 기판(114)을 분리하기 위해, 다수의 리프트 핀(도시하지 않음)과, 다수의 리프트 핀을 구동시키기 위한 리프트 핀 구동수단(도시하지 않음)을 설치한다. 리프트 핀 구동수단은 지지대(132)를 구동시키는 구동장치(134)와 별도로 동작된다.
하부 돔(126)은 챔버(112)의 외곽에서 지지대(132)의 주변까지 경사면을 가지고 있고, 하부가열수단(128)은 하부 돔(126)의 하부를 설치된다. 하부 돔(126)의 하부는 내부영역(140)과 외부영역(142)으로 구분되고, 내부영역(140)에 제 1 하부가열장치(162)와 외부영역(142)에 제 2 하부가열장치(164)가 설치된다. 제 1 하부가열장치(162)는 지지대(132)를 중심으로 내부영역(140)에서 방사선으로 배치된 다 수의 제 1 램프(144)와 다수의 제 1 램프(144)의 하부 및 측면에 설치되는 제 1 반사판(146)을 포함한다. 제 2 하부가열장치(164)는 지지대(132)를 중심으로 외부영역(142)에 방사선으로 배치되는 다수의 제 2 램프(148)와 다수의 제 2 램프(148)의 하부 및 측면에 설치되는 제 2 반사판(150)을 포함한다.
내부영역(140)은 지지대(132)를 지나는 수직선 및 수평선에 의해 4 개의 서브내부영역으로 분할하여, 각각의 서브내부영역에 제 1 램프(144) 및 제 1 반사판(146)을 배치시키고, 외부영역(142)은 지지대(132)를 지나는 수직선, 수평선 및 대각선에 의해 8 개의 서브외부영역으로 분할하여, 각각의 외부영역에 제 2 램프(148) 및 제 2 반사판(150)을 배치시킨다. 내부영역(140) 및 외부영역(142)의 분할영역의 개수는 필요에 의해 조정이 가능하다. 다수의 제 1 및 제 2 램프(144, 148)는 복사열을 방출하는 할로겐 램프를 사용한다. 제 1 및 제 2 반사판(146, 150)은 반사효율 및 내부식성이 높은 금속 예를 들면 알루미늄 및 스테인레스 스틸을 표면처리하여 사용한다.
다수의 제 1 및 제 2 램프(144, 148)는 하부 돔(126)과 인접하고 일정간격을 유지하면서 배치되기 때문에, 기판안치대(120)와 다수의 제 1 및 제 2 램프(144, 148) 사이의 수직간격은 기판안치대(120)의 위치에 따라 서로 다르다. 기판처리장치(110)에서, 기판안치대(120)와 다수의 제 1 램프(144) 사이의 간격은 기판안치대(120)와 다수의 제 2 램프(148) 사이의 간격보다 크다. 제 1 및 제 2 반사 판(146, 150)은 냉각을 위한 냉매가 유동할 수 있는 냉각유로(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 4와 같이, 상부 돔(124)과 하부 돔(126) 사이에는 챔버(112)의 외벽을 형성하는 본체(body)(176)와, 본체(176)와 일정간격으로 이격되어, 챔버(112)의 내벽을 형성하는 라이너(liner)(178)가 설치된다. 라이너(178)는 상부 돔(124)과 연결되는 상부 라이너(178a)와 하부 돔(126)과 연결되는 하부 라이너(178b)로 구성된다. 라이너(178)의 내주연을 따라 에지 링(130)이 설치된다. 본체(176)와 라이너(178)가 연결되는 상부 돔(124) 및 하부 돔(126)의 단부에는 연결을 용이하게 하기 위한 제 1 및 제 2 돌출부(184, 186)가 설치된다. 본체(176)은 스텐인레스 스틸로 형성하고, 라이너(178)는 석영으로 형성한다.
에지 링(130)은 상부 라이너(178a)의 내주연을 따라 설치되는 제 1 단차부(170a)에 위치하는 상부 링(172)과 하부 라이너(178b)의 상부에서 내주연을 따라 설치되는 제 2 단차부(170b)에 위치하는 하부 링(174)으로 구성된다. 하부 링(174)은 상부 라이너(178a)와 하부 라이너(178b) 사이에 위치한다. 상부 및 하부 링(172, 174)은 챔버(112)의 내측으로 일정너비로 돌출되고, 라이너(178)의 내주연을 따라 연장되어 원형의 고리형태로 구성된다. 본체(170)와 라이너(178)의 사이에는 챔버(112)의 내부가스가 유동할 수 있는 유동공간(190)이 정의된다. 라이너(178)에는 다수의 포트홀(porthole)(188)이 설치되고, 본체(176)에는 배출 구(118)가 설치된다.
도 3과 같이, 포트홀(188)은 라이너(178)에 등간격으로 균일하게 배치된다. 배출구(118)와 대향하는 본체(176)에는 기판(114)을 출입시키는 게이트 밸브(gate valve)(116)가 설치된다. 게이트 밸드(116)와 대응되는 부분에서, 라이너(178)와 본체(176)는 서로 연결시켜 유동공간(190)의 측면을 밀폐한다.
기판처리장치(110)에서, 게이트 밸브(116)를 통하여, 기판(114)이 인입되어 기판안치대(120) 상에 안치되면, 상부 및 하부가열수단(122, 128)에 의해 기판안치대(120)를 적정온도로 가열한 후에, 제 1 가스주입관(166)을 통하여 공정가스가 주입하여, 기판(114) 상에 박막을 증착시킨다. 에지 링(130)의 하부 링(174)은 기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이에서, 공정에 참여하지 않거나 부산물로 발생한 내부가스가 챔버(112)의 저면으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 한다. 챔버(112)의 내부가스가 챔버(112)의 저면으로 확산되지 않도록 하기 위하여, 배출구(118)는 기판안치대(120) 상부와 대응되는 챔버(112)의 측면에 설치한다.
기판안치대(120)는 상부 및 하부 링(172, 174) 사이에 위치하므로, 기판안치대(120)가 지지대(132)에 의해 승하강되는 높이는 매우 제한된다. 따라서, 상부 및 하부 링(172, 174)의 간격이 좁은 경우에는, 기판안치대(120)가 승하강하지 않고 지지대(132)에 의해 회전만 가능하도록 설계할 수 있다. 상부 및 하부 링(172, 174)과 기판안치대(120)는 10 내지 50mm 정도 중첩된다. 상부 및 하부 링(172, 174) 사이의 간격은 10 내지 30mm 정도로 형성하여, 내부가스가 층류를 형성하여 원활하게 유동공간(190)으로 포집될 수 있도록 한다. 상부 및 하부 링(172, 174)의 간격은 필요에 따라 조절할 수 있다.
상부 및 하부 링(172, 174)의 너비를 다르게 설정할 수 있다. 상부 돔(124)과 기판안치대(120) 사이의 내부가스를 보다 안정적인 층류를 형성하기 위해서, 상부 링(172)의 너비를 하부 링(174)의 너비보다 넓게 형성할 수 있다. 또한, 하부 돔(126)과 기판안치대(120) 사이에서 제 2 가스공급관(160)에 의해 공급되는 비반응성 가스 또는 불활성 가스의 흐름을 안정적으로 유지하기 위하여, 하부 링(174)의 너비를 상부 링(172)의 너비보다 넓게 형성할 수 있다.
배출구(118)에는 챔버(112)의 내부가스를 강제 배기시키는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다. 포트홀(188)은 챔버(112)의 내부가스를 원활하게 배기시키기 위하여 여러 개를 설치할 수 있다. 포트홀(188)을 다수 개로 설치하는 경우, 배출구(118)의 컨덕턴스(conductance)(단위 시간당 통과할 수 있는 유량)는 다수의 포트홀(188)의 컨덕턴스의 합보다 같거나 크다. 배출구(118)의 컨덕턴스가 다수의 포트홀(188)의 컨덕턴스의 합보다 작다면, 챔버(112)의 내부가스가 원활하게 배기되지 못함은 물론, 배출구(118)의 거리에 따라 포트홀(188)의 내부가스의 압력이 다르게 될 수 있다. 다시 말하면, 배출구(118)에 근접한 포트홀(188)은 비교적 원활 하게 내부가스가 배기될 수 있지만, 배출구(118)와 원거리의 포트홀(188)은 내부가스가 잘 배기되지 않을 수 있어, 각각의 포트홀(188)의 주변에서 내부가스의 압력이 다르게 될 수 있다.
포트홀(118)은 배출구(118)와 중첩되지 않도록 설계한다. 다수의 포트홀(118) 중 어느 하나가 배출구(118)와 중첩되면, 배출구(118)와 중첩된 포트홀(118)에서, 급격한 배기압력에 의해서, 챔버(112)의 내부공간에서 압력이 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 도 3과 같이, 배출구(118)는 인접한 두 개의 포트홀(118)의 중간부분에 설치한다. 포트홀(188)은 측벽(170)에 4 개 정도 설치한다.
상부 링(172)은, 기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이에서 내부가스를 다수의 포트홀(188)을 통하여 유동공간(190)으로 포집시킬 때, 기판안치대(120) 및 하부 링(174)과 함께 내부가스를 층류(laminar flow)로 형성하는 기능을 한다. 하부 링(174)의 상부에는 1 내지 10mm의 배기간격(192)을 두고 기판안치대(120)가 위치한다. 하부 링(174)와 기판안치대(120)의 주변영역이 중첩되어 있지만, 기판안치대(120)와 하부 돔(126) 사이의 비반응성 가스 및 불활성 가스가 배기간격(192)을 통하여 배기된다. 제 1 가스공급관(166)을 통하여 공급되는 공정가스를 공급하고, 기판(114) 상에 박막을 증착할 때, 박막형성에 참여하지 않거나 부산물로 발생한 내부가스는 상부 및 하부 링(172, 174)의 사이에서 층류(laminar flow)를 형성하고, 다수의 포트홀(188)을 통하여, 유동공간(190)에 포집된다.
에지 링(130)에서, 하부 링(174) 상에 기판안치대(120)가 위치하기 때문에, 기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이의 내부가스가 기판안치대(120)과 하부 돔(126) 사이로 확산되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 내부가스가 챔버(112)의 저면으로 확산되면, 하부 돔(126)의 표면에 박막이 형성되고, 하부 돔(126)의 하부에 위치한 램프 히터의 빛이 챔버(112) 내부로 투과하지 못하여 기판안치대(120)가 가열되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
기판안치대(120)와 하부 돔(126) 사이에서 제 2 가스공급관(160)에 의해 공급되는 비반응성 가스 또는 불활성 가스가 배기간격(192) 및 다수의 포트홀(188)을 통하여 유동공간(190)으로 포집되므로, 기판(114) 상에 박막을 형성할 때, 비반응성 가스 또는 불활성 가스의 와류에 의한 영향을 받지 않으므로, 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이의 내부가스의 압력은 기판안치대(120)와 하부 돔(126) 사이의 불활성 가스의 압력보다 작다. 따라서, 불활성 가스가 간격(192)을 통하여 측벽(170)과 기판안치대(120) 사이의 공간으로 배출되고, 다시 다수의 포트홀(188)을 통하여 유동공간(190)으로 포집된다. 따라서, 기판(114)이 위치한 기판안치대(120)의 방향으로 확산되지 않으므로, 공정가스가 불활성 가스에 의해 희석되어 증착되는 박막에 영향을 미치지 않는다.
제 1 실시예의 기판처리장치(110)에서, 공정가스에 의해, 챔버(112)의 내부에 박막 등이 형성되어 세정이 필요한 경우, 제 1 및 제 2 가스공급관(166, 160)에 세정가스, 예를 들면 실리콘 계열의 박막을 식각하기 위한 Cl2 또는 ClF3 등의 가스를 공급한다.
제 2 실시예
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 내부 상세도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 내부평면도이다. 본 발명의 제 2 실시예는, 기판안치대의 하부에 에지 링을 설치하는 것을 특징으로 하고, 동일한 구성요소에 대해서는 제 1 실시예와 동일한 부호를 사용한다.
도 5와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체소자를 제조하기 위하여 사용되는 기판처리장치(110)는 반응공간을 제공하는 챔버(112), 챔버(112)의 측면에 설치되며 기판(114)을 출입시키는 게이트 밸브(gate valve)(116), 챔버(112) 내부의 기체를 배출하는 배출구(118), 기판(114)이 안치되는 기판안치대(120), 챔버(112)의 내주연을 따라 설치되는 에지 링(edge ring)(130), 공정가스를 공급하는 제 1 가스주입관(166), 공정가스와 반응하지 않는 비반응가스 또는 불활성 가스를 공급하는 제 2 가스주입관(160), 그리고 챔버(112)의 상부 및 하부에 설치되며 기판(114)을 가열하기 위한 상부 및 하부가열수단(122, 128)으로 구성된다.
기판처리장치(110)에는 기판안치대(120)를 지지하고 기판안치대(120)를 승하강 및 회전시키기 위한 지지대(132)와, 지지대(132)를 구동시키기 위한 실린더 및 모터 등을 포함하는 구동장치(134)가 설치된다. 지지대(132)는 기판안치대(120)의 중앙을 지지하는 중앙지지대(136)와 기판안치대(120)의 주변부를 지지하는 다수의 주변지지대(138)를 포함한다. 도면에서 도시하지 않았지만, 기판안치대(120) 상에 기판(114)을 안치시키거나 또는 기판안치대(120)에서 기판(114)을 분리하기 위해, 다수의 리프트 핀(도시하지 않음)과, 다수의 리프트 핀을 구동시키기 위한 리프트 핀 구동수단(도시하지 않음)을 설치한다. 리프트 핀 구동수단은 지지대(132)를 구동시키는 구동장치(134)와 별개로 동작된다.
하부 돔(126)은 챔버(112)의 외곽에서 지지대(132)의 주변까지 경사면을 가지고 있고, 하부가열장치(128)는 하부 돔(126)의 하부를 설치된다. 하부가열장치(128)의 구성은 제 1 실시예와 동일하다.
도 6과 같이, 상부 돔(124)과 하부 돔(126) 사이에는 챔버(112)의 외벽을 형성하는 본체(body)(176)와, 본체(176)와 일정간격으로 이격되어, 챔버(112)의 내벽을 형성하는 라이너(liner)(178)가 설치된다. 라이너(178)는 상부 돔(124)과 연결되는 상부 라이너(178a)와 하부 돔(126)과 연결되는 하부 라이너(178b)로 구성된다. 하부 라이너(178b)의 상부에는 내주연을 따라 단차부(170)가 형성되고, 단차부(170)에 에지 링(130)이 위치한다. 본체(176)와 라이너(178)가 연결되는 상부 돔(124) 및 하부 돔(126)의 단부에는 연결을 용이하게 하기 위한 제 1 및 제 2 돌출부(184, 186)가 설치된다. 본체(176)은 스텐인레스 스틸로 형성하고, 라이너(178)는 석영으로 형성한다.
에지 링(130)은 챔버(112)의 내측으로 일정너비로 돌출되고, 라이너(178)의 내주연을 따라 연장되어 원형의 고리형태로 구성된다. 라이너(178)와 본체(176)의 사이에는 챔버(112)의 내부가스가 유동할 수 있는 유동공간(190)이 정의된다. 라이너(178)에는 다수의 포트홀(porthole)(188)이 설치되고, 본체(176)에는 배출구(118)가 설치된다. 도 7과 같이, 포트홀(188)은 라이너(178)에 등간격으로 균일하게 배치된다. 배출구(118)와 대향하는 본체(176)에는 기판(114)을 출입시키는 게이트 밸브(gate valve)(116)가 설치된다. 게이트 밸드(116)와 대응되는 부분에서, 라이너(178)와 본체(176)는 서로 연결시켜 유동공간(190)의 측면을 밀폐한다.
기판처리장치(110)에서, 게이트 밸브(116)를 통하여, 기판(114)이 인입되어 기판안치대(120) 상에 안치되면, 상부 및 하부가열수단(122, 128)에 의해 기판안치대(120)를 적정온도로 가열한 후에, 제 1 가스주입관(166)을 통하여 공정가스가 주입하여, 기판(114) 상에 박막을 증착시킨다. 에지 링(130)은 기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이에서, 공정에 참여하지 않거나 부산물로 발생한 내부가스가 챔버(112)의 저면으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 한다. 챔버(112)의 내부가스가 챔버(112)의 저면으로 확산되지 않도록 하기 위하여, 배출구(118)는 기판안치 대(120) 상부와 대응되는 챔버(112)의 측면에 설치한다.
본 발명의 제 1 실시예와 다르게, 기판안치대(120)의 상부에 별도의 에지 링이 존재하지 않기 때문에, 제 2 실시예의 기판안치대(120)가 지지대(132)에 의해 승하강될 수 있다. 그러나, 기판안치대(120)의 하부에 에지 링(130)이 위치하기 때문에, 에지 링(130)의 하부로 하강될 수 없다. 에지 링(130)과 기판안치대(120)는 10 내지 50mm 정도 중첩된다. 하부 돔(126)과 기판안치대(120) 사이에서 제 2 가스공급관(160)에 의해 공급되는 비반응가스 또는 불활성 가스의 흐름을 안정적으로 유지하기 위하여, 에지 링(130)의 너비를 조절할 수 있다.
배출구(118)에는 챔버(112)의 내부가스를 강제 배기시키는 진공펌프(도시하지 않음)가 연결된다. 포트홀(188)은 챔버(112)의 내부가스를 원활하게 배기시키기 위하여 여러 개를 설치할 수 있다. 포트홀(188)을 다수 개로 설치하는 경우, 배출구(118)의 컨덕턴스는 다수의 포트홀(188)의 컨덕턴스의 합보다 같거나 크다. 또한, 도 7과 같이, 포트홀(118)은 배출구(118)와 중첩되지 않도록 설계한다. 다수의 포트홀(118) 중 어느 하나가 배출구(118)와 중첩되면, 배출구(118)와 중첩된 포트홀(118)에서, 급격한 배기압력에 의해서, 챔버(112)의 내부공간에서 압력이 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 배출구(118)는 인접한 두 개의 포트홀(118)의 중간부분에 설치한다. 포트홀(188)은 측벽(170)에 4 개 정도 설치한다.
에지 링(130)의 상부에는 1 내지 10mm의 배기간격(192)을 두고 기판안치대(120)가 위치한다. 에지 링(130)과 기판안치대(120)의 주변영역이 중첩되어 형성된 배기간격(192)을 통하여 기판안치대(120)와 하부 돔(126) 사이의 비반응성 가스 또는 불활성 가스가 배기간격(192)을 통하여 배기된다. 기판안치대(126)과 하부 돔(126) 사이의 불활성 가스는 기판안치대(126)와 하부 링(174) 사이의 배기간격(192)을 통하여 배출되고, 내부가스와 동일하게 다수의 포트홀(188)을 통하여 유동공간(190)에 포집된다. 유동공간(190)에 포집된 내부가스와 불활성 가스는 배출구(118)를 통하여 외부로 배기된다.
에지 링(130) 상에 기판안치대(120)가 위치하기 때문에, 기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이의 내부가스가 기판안치대(120)과 하부 돔(126) 사이로 확산되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 내부가스가 챔버(112)의 저면으로 확산되면, 하부 돔(126)의 표면에 박막이 형성되고, 하부 돔(126)의 하부에 위치한 램프 히터의 빛이 챔버(112) 내부로 투과하지 못하여 기판안치대(120)가 가열되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 기판안치대(120)와 하부 돔(126) 사이에서 제 2 가스공급관(160)에 의해 공급되는 비반응가스 또는 불활성 가스가 배기간격(192) 및 다수의 포트홀(188)을 통하여 유동공간(190)으로 포집되므로, 기판(114) 상에 박막을 형성할 때, 비반응성 가스 또는 불활성 가스의 와류에 의한 영향을 받지 않으므로, 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.
기판안치대(120)와 상부 돔(124) 사이의 내부가스의 압력은 기판안치대(120)와 하부 돔(126) 사이의 불활성 가스의 압력보다 작다. 따라서, 불활성 가스가 간격(192)을 통하여 측벽(170)과 기판안치대(120) 사이의 공간으로 배출되고, 다시 다수의 포트홀(188)을 통하여 유동공간(190)으로 포집된다. 따라서, 기판(114)이 위치한 기판안치대(120)의 방향으로 확산되지 않으므로, 공정가스가 불활성 가스에 의해 희석되어 증착되는 박막에 영향을 미치지 않는다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 내부 상세도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 내부평면도
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 내부 상세도
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 내부평면도

Claims (16)

  1. 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 반응공간에 위치하고 주변영역을 가지는 기판안치대;
    상기 기판안치대의 주변영역이 삽입되며, 상기 주변영역의 상부에 위치하는 상부 링 및 상기 주변영역의 하부에 위치한 하부 링으로 구성된 에지 링;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 링이 상기 주변영역과 이격되어, 상기 하부 링과 상기 주변영역 사이에 배기간격이 설정되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기간격의 수직거리는 1 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 링 사이의 간격은 10 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 링은 상기 챔버의 내주연을 따라 연장되고, 상기 챔버의 내측으로 돌출되어 원형의 고리형태를 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 링은 10 내지 50mm의 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 링은 서로 다른 너비 또는 동일한 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상부 돔 및 하부 돔과, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 외벽을 구성하는 본체와, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 내벽을 구성하기 위해 상부 및 하부 라이너로 구성되는 라이너를 포함하고, 상기 상부 링은 상기 상부 라이너의 제 1 단차부에 위치하고, 상기 하부 링은 상기 하부 라이너의 제 2 단차부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 라이너에 다수의 포트홀이 설치되고, 상기 본체와 상기 라이너 사이에 유동공간이 설정되어, 상기 챔버의 내부가스를 상기 다수의 포트홀 및 상기 본체에 설치되어 있는 배출구를 통하여 외부로 배기하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    인접한 두 개의 포트홀 사이에 상기 배출구가 대응되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판안치대의 상부와 대응되는 상기 챔버의 측면에 공정가스를 공급하는 제 1 가스공급관;
    상기 기판안치대의 하부와 대응하는 상기 챔버의 측면에 비반응가스 또는 불활성가스를 공급하는 제 2 가스공급관;
    상기 기판을 출입시키기 위한 게이트 밸브;
    상기 챔버의 내부가스를 배출시키기 위한 배출구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 상부에 위치하는 상부가열수단과 상기 챔버의 하부에 위치하는 하부가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버의 내주연을 따라 상기 챔버의 내측으로 돌출되는 에지 링;
    상기 반응공간에서 상기 에지 링의 상부에 위치하고, 상기 에지 링과 이격되어 기판이 안치되는 기판안치대;
    상기 챔버의 내부 및 상기 기판안치대를 가열시키기 위한 가열수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 챔버는 상부 돔 및 하부 돔과, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 외벽을 구성하는 본체와, 상기 상부 및 하부 돔 사이에 위치하며 상기 챔버의 내벽을 구성하기 위해 상부 및 하부 라이너로 구성되는 라이너를 포함하고, 상기 에지 링은 상기 상부 및 하부 라이너 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 라이너에 다수의 포트홀이 설치되고, 상기 본체와 상기 라이너 사이에 유동공간이 설정되어, 상기 챔버의 내부가스를 상기 다수의 포트홀 및 상기 본체에 설치되어 있는 배출구를 통하여 외부로 배기하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 에지 링이 상기 기판안치대의 주변영역과 이격되어, 상기 에지 링과 상기 주변영역 사이에 배기간격이 설정되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015026491A1 (en) * 2013-08-19 2015-02-26 Applied Materials, Inc. Apparatus for impurity layered epitaxy

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