KR20170016562A - 박막 증착 장치 - Google Patents

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KR20170016562A
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light
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cross
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KR1020150109641A
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류승민
이상민
정희종
김재호
손지수
이재봉
임주완
최정우
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 챔버, 상기 챔버 내에서 기판을 지지 및 회전시키는 서셉터, 상기 챔버 외측에 배치되는 반사 하우징, 상기 반사 하우징 내 상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 기판으로 광을 조사하는 광원부, 그리고 상기 반사 하우징 내 배치되고, 상기 광의 조사 경로의 적어도 일부를 차단하여 상기 기판 상의 상기 광의 조사 영역을 조절하는 광 조절부를 포함한다.

Description

박막 증착 장치{APPARATUS FOR THIN FILM DEPOSITION}
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 단결정 박막을 형성하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 복수의 단위 공정들을 통해 제조될 수 있다. 단위 공정들은 박막 증착 공정, 확산 공정, 열처리 공정, 포토리소그래피 공정, 연마 공정, 식각 공정, 이온주입 공정, 및 세정 공정을 포함할 수 있다. 그 중에 박막 증착 공정은 기판 상에 박막을 형성하는 공정일 수 있다. 박막은 단결정, 다결정, 또는 아몰펄스로 형성될 수 있다. 단결정 박막은 다결정 및 아몰펄스 박막에 비해 낮은 격자 결함 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 과제는 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 기판을 균일한 온도로 가열할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 과제는 기판의 위치에 따라 온도를 제어할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 챔버, 상기 챔버 내에서 기판을 지지 및 회전시키는 서셉터, 상기 챔버 외측에 배치되는 반사 하우징, 상기 반사 하우징 내 상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 기판으로 광을 조사하는 광원부, 그리고 상기 반사 하우징 내 배치되고, 상기 광의 조사 경로의 적어도 일부를 차단하여 상기 기판 상의 상기 광의 조사 영역을 조절하는 광 조절부를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 광 조절부는 상기 광을 차단하는 차단부 및 상기 차단부를 상기 반사 하우징에 결합시키는 베이스부를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸는 코팅막을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 금속 재질을 포함하고, 상기 코팅막은 금 또는 은 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상부에서 바라볼 때, 상기 차단부는 링 형상으로 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는, 그 단면이 상면에서 하면으로 갈수록 상기 기판의 중심축을 향해 경사지게 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는, 상기 기판의 중심축을 중심으로 대칭될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는, 상기 기판의 중심축을 중심으로 비대칭될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는, 서로 결합되어 상기 링 형상을 이루는 호 형상의 제 1 바디 및 제 2 바디를 포함하되, 상기 제 1 바디 및 상기 제 2 바디의 곡률 반경, 그 단면의 형상, 상기 단면의 폭, 상기 단면의 높이, 그리고 상기 단면의 경사각 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 상기 기판의 중심축에 수직한 평면에 대해 틸팅되어 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 호 형상으로 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 광 조절부는, 상기 차단부와 상기 베이스부를 연결하는 지지부 및 상기 지지부를 상기 베이스부에 고정하는 클램프부를 더 포함하되, 상기 클램프부와 상기 지지부 사이에 버퍼 공간이 제공될 수 있다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지 및 회전시키는 서셉터, 상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 기판으로 광을 조사하는 광원부, 상기 광원부와 상기 기판 사이에 배치되어 상기 기판 상의 상기 광의 조사 영역을 조절하는 광 조절부를 포함하되, 상기 광 조절부는, 상기 광을 차단하는 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸는 코팅막을 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 광 조절부는 상기 챔버 내에 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 코어부는 세라믹을 포함하고, 상기 코팅막은 내식성이 좋은 재질을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 호 형상으로 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 챔버 내로 공정 가스를 유입하는 가스 유입부 및 상기 가스 유입부와 대향되게 배치되고, 상기 공정 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하되, 상기 광 조절부는 상기 가스 배출부와 인접하게 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 챔버의 외측에 배치되고, 상기 광원부를 포함하는 반사 하우징을 더 포함하되, 상기 광 조절부는 상기 반사 하우징 내에 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 금속 재질을 포함하고, 상기 코팅막은 금 또는 은 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 적어도 하나 이상의 바디를 포함하고, 상기 바디는 호 형상으로 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 바디는 그 단면이 상면에서 하면으로 갈수록 상기 기판의 중심축을 향해 경사지게 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 바디는 복수 개로 제공되고, 상부에서 바라볼 때, 상기 복수 개의 바디들은 서로 조합되어 링 형상을 이룰 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 복수 개의 바디들 각각은 곡률 반경, 그 단면의 형상, 상기 단면의 폭, 상기 단면의 높이, 그리고 상기 단면의 경사각 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지 및 회전시키는 서셉터, 상기 기판의 외측 상부에 배치되고, 상기 기판으로 광을 조사하는 광원부, 상기 챔버 내 상기 기판 상에 배치되고, 상기 광의 적어도 일부를 차단하여 상기 기판 상의 상기 광의 조사 영역을 조절하는 광 조절부, 상기 챔버의 일측으로 공정 가스를 유입하는 가스 유입부, 상기 일측과 대향되는 상기 챔버의 타측에 배치되고, 상기 공정 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하되, 상기 광 조절부는 상기 가스 배출부와 인접하게 배치된다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 코어부 및 상기 코어부를 둘러싸는 코팅막을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는 호 형상으로 제공될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 코어부는 세라믹을 포함하고, 상기 코팅막은 내식성이 좋은 재질을 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 차단부는, 그 단면이 상면에서 하면으로 갈수록 상기 기판의 중심축을 향해 경사지게 제공될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 장치는 기판 상에 조사되는 광의 적어도 일부를 광 조절부로 차단하여, 그림자 효과를 발생시켜 박막 형성을 조정할 수 있다. 따라서, 기판의 영역별 박막 두께의 불균일을 해소할 수 있고, 박막 증착 공정에 영향을 미치는 공정 가스 유량, 압력, 온도 중 광 조사량을 제어하여 온도를 조정할 수 있는 바, 박막은 기판 상에 균일한 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 박막 증착 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 광원부가 기판 상으로 광을 조사하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 기판의 위치에 따른 증착된 박막의 두께 산포를 보여주는 실험 데이터 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부를 보여주는 도면이다.
도 6a 은 도 5의 광 조절부의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 C를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 5의 광 조절부의 II-II' 선에 따른 단면 및 확대도이다.
도 8은 도 5 내지 도 7의 광 조절부가 광을 차단하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 도 5의 광 조절부를 사용한 경우의, 박막 산포를 보여주는 실험 데이터 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11의 광 조절부를 사용한 경우의, 박막 산포를 보여주는 실험 데이터 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부의 차단부를 보여주는 도면이다.
도 14는 도 13의 차단부의 상면도이다.
도 15는 도 13의 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 단면 확대도이다.
도 16은 도 13의 광 조절부를 사용한 경우의, 박막 산포를 보여주는 실험 데이터 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 18은 도 17의 박막 증착 장치를 상측부에서 바라본 도면이다.
도 19는 도 18의 Ⅳ-Ⅳ'에 따른 단면도이다.
도 20은 도 17의 광 조절부를 이용하여 광을 조사하는 모습을 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다.
도 1은 일반적인 박막 증착 장치(1)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 광원부(40)가 기판(W) 상으로 광을 조사하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 기판(W)의 위치에 따른 증착된 박막의 두께 산포를 보여주는 실험 데이터 그래프이다. 박막 증착 장치(1)는 램프형 단결정(epitaxy) 증착 장치를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 박막 증착 장치(1)는 챔버(10), 서셉터(20), 반사 하우징(30), 광원부(40), 그리고 온도 측정부(50)를 포함할 수 있다. 챔버(10) 내에는, 기판(W)을 지지하는 서셉터(20)가 제공된다. 서셉터(20)는 기판(W)을 지지하고 회전시킨다. 반사 하우징(30)은 챔버(10)의 외측 상부에 제공될 수 있다. 광원부(40)는 반사 하우징(30) 내에 제공된다. 광원부(40)는 반사 하우징(30)의 원주 방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다. 챔버(10) 는 상부 챔버(12), 하부 챔버(14), 그리고 에지 링(16)을 포함할 수 있다. 상부 챔버(12)가 투명한 재질로 제공되어, 광원부(40)가 조사하는 광이 투영될 수 있다. 선택적으로, 박막 증착 장치(1)는 하부 반사 하우징(70) 및 하부 광원부(80)를 더 포함할 수 있다. 박막 증착 장치(1)의 상세한 구조는, 이하 후술한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(W) 상으로 조사되는 광의 양이 기판(W)의 영역 별로 산포 차이가 발생함을 알 수 있다. 즉, 기판(W)의 전 영역에 균일한 양의 광이 조사되지 않고, 광의 양이 기판(W)의 영역에 따라 편차가 발생할 수 있다. 일 예로, 300mm 사이즈의 기판(W)에 대해 박막 증착 공정을 진행하는 경우, 반경 100mm 내외의 영역, 즉, 제어 영역(CA)에서 광의 양이 보다 증가할 수 있다. 따라서, 기판(W) 상에 균일한 박막을 증착하기 위해, 제어 영역(CA)의 박막 두께를 제어하는 것이 필요하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치(1)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1 및 도 4의 박막 증착 장치(1)의 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 이하, 박막 증착 장치(1)의 구성요소들을 상세히 설명한다. 박막 증착 장치(1)는 챔버(10), 서셉터(20), 반사 하우징(30), 광원부(40), 온도 측정부(50), 그리고 광 조절부(60)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 챔버(10)는 기판(W)에 대해 박막 증착 공정을 진행하는 내부 공간(11)을 제공한다. 내부 공간(11)은 진공 상태로 제어될 수 있다. 챔버(10)는 상부 챔버(12), 하부 챔버(14), 그리고 에지 링(16)을 포함할 수 있다. 상부 챔버(12), 하부 챔버(14), 그리고 에지 링(16)은 서로 결합되어, 내부 공간(11)을 형성할 수 있다. 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14)는 돔(dome) 형상으로 제공될 수 있다. 또는, 하부 챔버(14)는 깔때기 모양을 가질 수 있다. 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14)는 투명한 재질로 제공될 수 있다. 일 예로, 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14)는 석영(quartz) 또는 글래스를 포함할 수 있다. 에지 링(16)은 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14)의 가장자리를 둘러싸고, 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14)를 결합시킬 수 있다. 일 예로, 상부 챔버(12)와 에지 링(16)은 상부 클램프 링을 통해 기계적으로 결합될 수 있다. 기판(W)이 내부 공간(11)으로 로딩/언로딩 시, 상부 챔버(12) 및 하부 챔버(14) 중 적어도 하나는 에지 링(16)으로부터 분리될 수 있다. 일 예로, 에지 링(16)에 제공된 슬릿 도어(미도시됨)를 통해 기판(W)이 로딩/언로딩될 수 있다. 이와 달리, 에지 링(16)은 상하로 분리될 수도 있다. 에지 링(16)은 가스 유입부(18a)와 가스 배출부(18b)를 가질 수 있다. 일 예로, 에지 링(16)은 챔버(10) 내부와 외부를 연결하는 홈들을 가질 수 있고, 각각의 홈이 가스 유입부(18a)와 가스 배출부(18b)로 제공될 수 있다. 에지 링(16)의 일측에 가스 유입부(18a)가 형성되고, 에지 링(16)의 타측에 가스 배출부(18b)가 형성될 수 있다. 가스 유입부(18a) 및 가스 배출부(18b)는 서로 대향되는 위치에 제공될 수 있다. 가스 유입부(18a)를 통해, 공정 가스가 챔버(10) 내로 제공될 수 있다. 공정이 완료되면, 가스 배출부(18b)를 통해, 공정 가스가 챔버(10) 외부로 배출될 수 있다. 공정 가스는 실란(SiH4), 다이실란(Si2H6), DCS(SiH2Cl2), 또는 TCS(SiHCl3)-을 포함할 수 있다.
서셉터(20)는 내부 공간(11) 내 배치된다. 서셉터(20)는 기판(W)을 지지 및 회전시킬 수 있다. 서셉터(20)는 실리콘 카바이드와 같은 실리콘 물질로 코팅된 그래파이트 물질 또는 세라믹 물질, 또는 다른 프로세스 내성 물질로 제조될 수 있다. 예열 링(24)은 서셉터(20)를 둘러싸도록 제공될 수 있다. 예열 링(24)은 공정 가스를 소정의 온도로 예열시킬 수 있다. 이로 인해, 공정 가스는 단결정 성장을 위한 가스 형태로 열분해될 수 있다. 지지대(26)는 서셉터(20)를 지지할 수 있다. 지지대(26)는 서셉터(20)를 승강(elevated)시킬 수 있고, 기판(W)의 중심축(A)을 기준으로 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 서셉터(20)는 기판(W)을 약 10rpm 내지 100rpm으로 회전시킬 수 있다. 서셉터(20)가 회전됨으로써, 기판(W)의 전 영역에 균일한 처리가 가능할 수 있다.
반사 하우징(30)은 챔버(10)의 외측 상부에 배치될 수 있다. 반사 하우징(30)은 상부 챔버(12)를 덮을 수 있다. 반사 하우징(30)은 제 1 서브 반사 하우징(32) 및 제 2 서브 반사 하우징(34)을 포함할 수 있다. 제 1 서브 반사 하우징(32) 및 제 2 서브 반사 하우징(34)은 서로 결합될 수 있다. 제 1 서브 반사 하우징(32) 및 제 2 서브 반사 하우징(34)은 광원부(40)가 조사하는 광이 반사되는 공간을 제공한다. 반사 하우징(30)은 광원부(40)가 조사한 광이, 기판(W), 서셉터(20), 예열 링(24) 등의 원하는 위치로 조사되도록, 광을 반사시킬 수 있다. 반사 하우징(30)은 광원부(40)가 조사하는 광을 기판(W)에 집중시킬 수 있다. 반사 하우징(30)의 내부는 반사도가 높은 물질로 코팅될 수 있다.
광원부(40)는 반사 하우징(30) 내 배치될 수 있다. 광원부(40)는 복수 개 제공될 수 있다. 광원부(40)가 복수 개로 제공되는 경우, 반사 하우징(30)의 원주 방향을 따라 배치될 수 있다. 광원부(40)는 할로겐 램프일 수 있다. 광원부(40)의 광을 기판(W)으로 조사하여, 기판이 가열될 수 있다. 광원부(40)가 조사한 광은 기판(W), 서셉터(20), 그리고 예열 링(24) 등에 흡수되어, 열 에너지로 변환될 수 있다. 광원부(40)가 조사하는 광은 적외선을 포함할 수 있다. 광원부(40)가 조사하는 광은 직접 상부 챔버(12)를 투과하여 내부 공간(11)으로 유입될 수 있다. 또한, 광원부(40)가 조사하는 광은 반사 하우징(30) 내에서 반사되어 상부 챔버(12)를 투과한 후, 내부 공간(11)으로 유입될 수 있다.
온도 측정부(50)는 기판(W)의 상부를 향해 배치될 수 있다. 온도 측정부(50)는 기판(W)의 중심축(A)에 대응되게 배치될 수 있다. 온도 측정부(50)는 기판(W)의 가열 영역의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 온도 측정부(50)는 파이로미터(pyrometer)일 수 있다. 온도 측정부(50)는 복수 개로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부(60A)를 보여주는 도면이다. 도 6a은 도 5의 광 조절부(60A)의 I-I'선에 따른 단면도이다. 도 6b는 도 6a의 C를 보여주는 단면도이다. 도 7은 도 5의 광 조절부(60A)의 II-II' 선에 따른 단면 및 확대도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 광 조절부(60A)는 차단부(62), 베이스부(64), 지지부(66), 그리고 클램프부(68)를 포함할 수 있다. 차단부(62)는 광을 차단한다. 상부에서 바라볼 때, 차단부(62)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 차단부(62)는 호 형상으로 제공될 수 있다.
차단부(62)는 그 단면이, 상면에서 하면으로 갈수록 기판(W)의 중심축(A)을 향해 하향 경사지게 제공될 수 있다. 즉, 차단부(62)는 그 단면이 평행사변형으로 제공될 수 있다. 차단부(62)는 다양한 디자인 파라미터들을 가질 수 있고, 다양한 설계 변경이 가능하다. 일 예로, 차단부(62)는 반경(r), 중심각(θ), 단면의 형상(s), 단면의 폭(w), 단면의 높이(h), 그리고 단면의 경사각(φ) 등의 파라미터들을 가질 수 있다. 차단부(62)의 파라미터들은, 즉, 반경(r), 중심각(θ), 단면의 형상(s), 단면의 폭(w), 단면의 높이(h), 그리고 단면의 경사각(φ)은 특정 예에 한정되지 않고, 다양하게 제공될 수 있다. 이 때, 차단부(62)의 반경(r)은 기판(W) 상의 보정하고자 하는 위치를 조정하는 파라미터일 수 있다. 차단부(62)의 폭(w)은 보정 영역의 크기를 조정하는 파라미터일 수 있다. 또한, 차단부(62)의 단면의 높이(h)는 광 차단 강도를 조정하는 파라미터일 수 있다. 일 예로, 차단부(62)의 단면 형상(s)은, 원형, 삼각형, 사각형, 마름모형 등 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 차단부(62)는 기판(W)의 중심축(A)을 중심으로, 대칭되게 제공될 수 있다. 선택적으로, 차단부(62)는 기판(W)의 중심축(A)을 중심으로, 비대칭적으로 제공될 수 있다. 선택적으로, 차단부(62)의 단면의 모서리는 제작 공정 시, 모따기(chamfer) 또는 라운드(round) 처리할 수 있다.
차단부(62)는 코어부(61a) 및 코팅막(61b)을 가질 수 있다. 코어부(61a)는 금속 재질을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어부(61a)는 스테인리스 스틸(SUS), 알루미늄(Al), 인바(Invar), 인코넬(Inconel), 하스텔로이(Hastelloy) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 코팅막(61b)은 코어부(61a)를 둘러싸도록 제공된다. 광은 코팅막(61b)을 통과하지 못하고, 반사될 수 있다. 코팅막(61b)은 광에 대해 반사 특성이 좋은 반사막일 수 있다. 일 예로, 코팅막(61b)은 금(Au) 또는 은(Ag) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 코팅막(61b)으로 인해 광의 반사율을 증가시킬 수 있으며, 코어부(61a)의 온도 증가를 완화시킬 수 있다. 코팅막(61b)을 코어부(61a)에 코팅하기 전에, 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 등을 사전에 코팅하여 접착력을 향상시킬 수 있다.
베이스부(64)는 차단부(62)를 반사 하우징(30)에 결합시킬 수 있다. 베이스부(64)는 차단부(62)를 챔버(10)의 일측에 결합시킬 수 있다. 일 예로, 베이스부(64)는 상부 챔버(12)의 일측에 결합될 수 있다. 지지부(66)는 차단부(62)와 베이스부(64)를 연결한다. 지지부(66)는 차단부(62)의 형상에 따라 다른 개수로 제공될 수 있다. 지지부(66)는 링 형상의 차단부(62)의 원주 방향을 따라, 복수 개 제공될 수 있다. 지지부(66)는 로드(rod) 형상을 갖도록 도시하였으나, 다른 다양한 형상을 가질 수 있다. 지지부(66)의 일단은 차단부(62)에 결합되고, 타단은 클램프부(68)에 의해 지지될 수 있다. 이 때, 클램프부(68)는 지지부(66)의 개수에 대응되는 개수로 제공될 수 있다. 클램프부(68)는 지지부(66)의 타단을 누름으로써, 지지부(66)를 고정시킬 수 있다. 이 때, 클램프부(68)와 지지부(66)의 타단 사이에는 버퍼 공간(B)이 제공된다. 버퍼 공간(B)은 클램프부(68)와 지지부(66)가 서로 이격되어 형성된 빈 공간일 수 있다. 이로 인해, 고온 하에 진행되는 박막 증착 공정에서, 광 조절부(60)가 열 팽창하는 경우에도 클램프부(68)는 차단부(62)를 안정적으로 고정시킬 수 있다. 일 예로, 버퍼 공간(B)은 그 간격(d)이 0.1mm 내지 3 mm를 갖도록 제공될 수 있다.
선택적으로, 박막 증착 장치(1)는 하부 반사 하우징(70) 및 하부 광원부(80)를 추가적으로 포함할 수 있다. 하부 반사 하우징(70)은 제 1 하부 반사 하우징(72) 및 제 2 하부 반사 하우징(74)을 포함할 수 있다. 하부 광원부(80)는 하부 반사 하우징(70) 내에 제공될 수 있다. 하부 광원부(80)는 하부 반사 하우징(70) 내에 제공될 수 있다. 하부 반사 하우징(70)은 반사 하우징(30)과 동일한 재질을 포함하고, 대체로 동일 또는 유사한 기능을 가질 수 있다. 하부 광원부(80)는 광원부(40)와 대체로 동일 또는 유사한 형상 및 기능을 가질 수 있다. 하부 반사 하우징(70) 및 하부 광원부(80)은 생략될 수 있다. 그러나, 박막 증착 장치(1)가 하부 반사 하우징(70) 및 하부 광원부(80)를 포함하는 경우에도, 이들이 기판(W)의 산포에 미치는 기판(W)의 위에서 공급하는 광원부(40)에 비해 영향이 미미하여, 본 발명의 효과에 영향을 미치지 않을 수 있다.
도 8은 도 5 내지 도 7의 광 조절부(60A)가 광을 차단하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 9는 광 조절부(60A)를 사용한 경우의, 박막 산포를 보여주는 실험 결과 그래프들이다. 광 조절부(60A)는 기판(W) 상의 제어 영역(CA)에 조사되는 광을 차단한다. 광 조절부(60A)는 광의 조사 경로의 적어도 일부를 직접 차단하여, 기판(W) 상의 광의 조사 영역을 조절할 수 있다. 광 조절부(60A)의 차단부(62)가 광의 조사 경로의 적어도 일부를 직접 차단함으로써, 기판(W)의 위치별 광 조사량의 편차를 줄일 수 있다. 광 조절부(60A)의 차단부(62)에서 광이 차단됨으로써, 기판(W)의 제어 영역(CA) 상에 그림자 효과를 발생시킬 수 있다. 따라서, 광 에너지가 차폐되어, 제어 영역(CA)에서 실리콘의 성장량을 제어할 수 있다. 물론, 설명의 편의를 위해 도면에 도시하지 않았으나, 반사 하우징(30) 내 반사된 광들 또는 광원부(40)가 조사하는 광들의 적어도 일부가 제어 영역(CA)으로 조사될 수 있다.
도 9를 참조하면, 실선은 광 조절부(60A)를 사용했을 때의 박막 산포를 나타내고, 점선은 광 조절부를 사용하지 않았을 때의 박막 산포를 나타낸다. 도 9는 기판(W)의 위치에 따른 박막 산포를 보여준다. 이 때, 박막 산포의 값은 임의의 값(arbitrary unit)일 수 있다. 도 9를 참조하면, 100mm 내외의 영역, 즉, 제어 영역(CA)에서 산포 차이(H1)가 감소함을 알 수 있다. 일 예로, 제어 영역(CA)에서 산포 차이(H1)는 약 110? 내지 140? 감소할 수 있다. 링 형상의 차단부(62)의 반경(r), 중심각(θ), 그 단면의 형상(s), 단면의 너비(w), 단면의 높이(h), 그리고 단면의 경사각(φ) 등의 파라미터들이 달라짐에 따라 조도 감소 값은 달라질 수 있으나, 그 개형 및 효과는 각각 도 9와 유사할 수 있다. 즉, 챔버(10) 내 박막 증착 공정이 이루어지는 내부 공간(11)으로 유입되는 빛의 조도를 보정함으로써, 기판(W)의 온도를 균일하게 제어할 수 있고, 이에 따라 기판(W)의 전 영역에 대해 균일한 단결정 막을 성장시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부(60B)를 보여주는 도면이다. 도 10의 광 조절부(60B)의 형상 및 기능은 도 4의 광 조절부(60A)의 형상 및 기능과 대체적으로 동일 또는 유사할 수 있다. 다만, 도 10의 광 조절부(60B)는 차단부(62)가 틸팅되어 제공될 수 있다. 즉, 차단부(62)가 기판(W)의 중심축(A)과 수직한 평면(P)에 대해, 경사각(β)을 갖도록 제공될 수 있다. 도 10에서는, 경사각(β)을 명확히 보여주기 위해, 실제보다 과장되어 도시되었다. 이와 달리, 경사각(β)은 미소각일 수 있다. 이러한 경우, 동일한 높이(h) 및 폭(w)을 갖는 차단부(62)를 이용하여, 높이(h) 및 폭이(w) 상이한 차단부(62)를 사용한 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부(60C)를 보여주는 도면이다. 도 12는 일 예의 광 조절부(60C)를 사용한 경우의, 박막 산포를 보여주는 실험 결과 그래프들이다. 광 조절부(60C)는 호 형상의 차단부(62)를 가질 수 있다. 호 형상의 차단부(62)는 반사 하우징(30) 내 일측에 제공될 수 있으나, 서셉터(20)가 기판(W)을 회전시키며 박막 증착 공정을 진행하므로, 기판(W)의 산포는 중심축(A)을 기준으로 대칭적으로 이루어질 수 있다. 도 12는 중심각(θ)이 180°인 차단부(62)에 따른 박막 산포 실험 결과를 보여주는 그래프들이다.
도 12를 참조하면, 실선은 광 조절부(60C)를 사용했을 때의 박막 산포를 나타내고, 점선은 광 조절부를 사용하지 않았을 때의 박막 산포를 나타낸다. 도 12는 기판(W)의 위치에 따른 박막 산포를 보여준다. 이 때, 박막 산포의 값은 임의의 값(arbitrary unit)일 수 있다. 도 12를 참조하면, 100mm 내외의 영역, 즉, 제어 영역(CA)에서 산포 차이(H2)가 줄어듦을 알 수 있다. 일 예로, 제어 영역(CA)에서 산포 차이(H2)는 약 80? 내지 100? 감소할 수 있다. 호 형상의 차단부(62)의 반경(r), 중심각(θ), 그 단면의 형상(s), 단면의 너비(w), 단면의 높이(h), 그리고 단면의 경사각(φ) 등의 파라미터들이 달라짐에 따라 조도 감소 값은 달라질 수 있으나, 그 개형 및 효과는 각각 도 12와 유사할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 광 조절부(60D)의 차단부(62)를 보여주는 도면이다. 도 14는 도 13의 차단부(62)의 상면도이다. 도 15는 도 13의 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 단면 확대도이다. 차단부(62)는 복수 개의 바디를 포함할 수 있다. 일 예로, 도 13 내지 도 15를 참조하면, 차단부(62)는 제 1 바디(63a), 제 2 바디(63b), 그리고 연결부(63c)를 포함할 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)는 각각 호 형상으로 제공될 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)는 서로 결합하여, 상부에서 바라볼 때 대체적으로 링 형상을 이룰 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)는 각각, 곡률 반경, 그 단면의 형상, 단면의 폭, 단면의 높이, 그리고 단면의 경사각 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. 이러한 경우, 연결부(63c)는 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)를 연결할 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 제 1 바디(63a)는 제 1 반경(r1), 제 1 중심각(θ1), 제 1 형상(s1), 제 1 폭(w1), 제 1 높이(h1), 그리고 제 1 경사각(φ1)을 가질 수 있다. 제 2 바디(63b)는 제 2 반경(r2), 제 2 중심각(θ2), 제 2 형상(s2), 제 2 폭(w2), 제 2 높이(h2), 그리고 제 2 경사각(φ2)을 가질 수 있다. 제 2 반경(r2)은 제 1 반경(r1)보다 클 수 있다. 이 때, 제 1 반경(r1)과 제 2 반경(r2)은 약 2mm 내지 50mm의 차이를 가질 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)가 상이할 경우, 단일 바디의 링 형상으로 제공되는 경우의 반경보다 제 1 반경(r1)은 작고, 제 2 반경(r2)은 클 수 있다. 제 1 형상(s1) 및 제 2 형상(s2)은 각각 중심축(A)을 향해 하향 경사진 평행사변형일 수 있다. 경사각들(φ1, φ2)은 반경들(r1,r2)에 따라 상이할 수 있다. 일 예로, 기판(W)의 위치별로 주 입사각이 상이하므로, 경사각(φ)은 차단부(62)의 반경(r)에 따라 달라질 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)는 서로 조합되어 360°를 이룰 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b) 각각의 중심각(θ1, θ2)이 180°일 수 있다. 제 2 폭(w2), 제 2 높이(h2), 그리고 제 2 경사각(φ2) 각각은 제 1 폭(w1), 제 1 높이(h1), 그리고 제 1 경사각(φ1)보다 클 수 있다. 이와 달리, 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)의 반경들(r1,r2), 중심각들(θ1, θ2), 폭들(w1,w2), 높이들(h1,h2), 그리고 경사각들(φ1,φ2)은 다양한 조합을 가질 수 있다. 또한, 차단부(62)는 복수 개의 바디를 포함할 경우, 차단부(62)는 2개가 아닌 3개 이상의 다양한 개수의 바디들을 포함할 수 있다.
도 16은, 도 13 내지 도 15에 따른 일 예의 광 조절부(60D)를 사용한 경우의, 박막 산포를 보여주는 실험 결과 그래프들이다. 도 16을 참조하면, 실선은 광 조절부(60D)를 사용했을 때의 박막 산포를 나타내고, 점선은 광 조절부를 사용하지 않았을 때의 박막 산포를 나타낸다. 도 16은 기판(W)의 위치에 따른 박막 산포를 보여준다. 이 때, 박막 산포의 값은 임의의 값(arbitrary unit)일 수 있다. 도 16을 참조하면, 100mm 내외의 영역, 즉, 제어 영역(CA)에서 산포 차이(H3)가 줄어듦을 알 수 있다. 일 예로, 제어 영역(CA)에서 산포 차이(H1)는 약 180? 내지 230? 감소할 수 있다. 제 1 바디(63a) 및 제 2 바디(63b)의 반경들(r1,r2), 중심각들(θ1, θ2), 그 단면의 형상들(s1,s2), 단면의 폭들(w1,w2), 단면의 높이들(h1,h2), 그리고 단면의 경사각들(φ1,φ2) 등의 파라미터들이 각각 달라짐에 따라 조도 감소 값은 달라질 수 있으나, 그 개형 및 효과는 도 16과 유사할 수 있다.
도 13 내지 도 15의 차단부(62)는 비연속적으로 연결된 복수 개의 바디들(63a, 63b)을 갖는 것으로 나타내었으나, 이와 달리, 차단부(62)의 바디들(63a, 63b)은 연속적으로(continuously) 연결될 수 있다. 즉, 차단부(62)는 곡률 반경, 그 단면의 형상, 단면의 폭, 단면의 높이, 그리고 단면의 경사각 중 적어도 하나가 연속적으로 변하는 형상 및 배치를 가질 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치(1)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 18은 도 17의 박막 증착 장치(1)를 측면에서 바라본 도면이다. 도 19는 도 18의 Ⅳ-Ⅳ'에 따른 단면도이다. 도 20은 도 17의 광 조절부(60E)를 이용하여 광을 조사하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 17 및 도 4의 박막 증착 장치(1)의 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 따라서, 상술한 설명과 중복되는 내용은 생략한다.
도 17 내지 도 20을 참조하면, 광 조절부(60E)는 반사 하우징(30) 내가 아닌, 챔버(10) 내 내부 공간(11)에 제공될 수 있다. 이 때, 광 조절부(60E)의 차단부(62)는 호 형상으로 제공될 수 있다. 광 조절부(60E)는 가수 배출부(18b)에 인접하게 제공될 수 있다. 따라서, 공정 가스의 흐름에 미치는 영향을 줄일 수 있다. 내부 공간(11) 내 일측에만 광 조절부(60E)가 제공되나, 서셉터(20)가 기판(W)을 회전시키며 공정을 진행하여, 기판(W)의 박막 균일도는 중심축(A)에 대칭되게 제어될 수 있다.
차단부(62)는 코어부(61a) 및 코팅막(61b)을 가질 수 있다. 코어부(61a)는 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어부(61a)는 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 또는 그래파이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 코팅막(61b)은 코어부(61a)를 둘러싸도록 제공된다. 코팅막(61b)은 산성 또는 염기성 가스에 내식성이 좋은 재질을 포함할 수 있다. 코팅막(61b)은 코어부(61a)보다 내식성이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 코팅막(61b)은 HCl에 대해 내식성이 좋은 재질을 포함할 수 있다. 일 예로, 코팅막(61b)은 Si, SiO2, 또는 SiC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 박막 증착 장치는 기판(W) 내 특정 영역의 두께 산포를 제어하여, 기판(W)의 전 영역의 박막 균일도를 증가시키는 것을 제시한다. 일 예로, 본 발명에서는, 300mm 기판을 기준으로, 반경 100mm 내외 지점을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이와 달리, 기판(W)의 사이즈 또는 기판(W) 내 위치에 국한되지 않고, 박막 균일도를 제어할 수 있다.
본 발명의 박막 증착 장치는 전자 사이클론 공명(ECR) 플라즈마 CVD 장치들, 유도 결합된 RF 고밀도 플라즈마 CVD 장치들 등과 같이 다른 CVD 장치에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 박막 증착 장치는 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 플라즈마 식각 장치들 또는 물리 기상 증착 장치들에 사용될 수 있다. 또한, 이상에서 본 발명은 단결정 막을 형성하는 공정을 예로 들어 설명하였으나, 이와 달리 다결정 막 또는 비정질 막을 형성하는 공정에도 적용 가능할 수 있다. 또한, 본 발명은 고온 하에서 박막 증착 공정을 수행하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와 달리, 광을 조사하여 이루어지는 다양한 공정들을 수행할 때 적용될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 챔버 외측에 배치되는 반사 하우징;
    상기 반사 하우징 내에 배치되고, 상기 기판으로 광을 조사하는 광원부; 그리고
    상기 반사 하우징 내에 배치되고, 상기 광의 조사 경로의 적어도 일부를 차단하여 상기 기판 상으로 상기 광의 조사 영역을 조절하는 광 조절부를 포함하는, 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조절부는:
    상기 광을 차단하는 차단부; 및
    상기 차단부를 상기 반사 하우징에 결합시키는 베이스부를 포함하는, 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단부는:
    코어부; 및
    상기 코어부를 둘러싸는 코팅막을 포함하는, 박막 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코어부는 금속 재질을 포함하고, 상기 코팅막은 반사막인, 박막 증착 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상부에서 바라볼 때, 상기 차단부는 링 형상으로 제공되는, 박막 증착 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단부의 단면은 상면에서 하면으로 갈수록 상기 기판의 중심축을 향해 하향 경사지게 제공되는, 박막 증착 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단부는, 상기 기판의 중심축을 중심으로 대칭되는, 박막 증착 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단부는, 상기 기판의 중심축을 중심으로 비대칭되는, 박막 증착 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 차단부는, 서로 결합되어 상기 링 형상을 이루는 호 형상의 제 1 바디 및 제 2 바디를 포함하되,
    상기 제 1 바디의 곡률 반경, 단면의 형상, 상기 단면의 폭, 상기 단면의 높이, 그리고 상기 단면의 경사각 중 적어도 하나는 상기 제 2 바디의 것과 다른, 박막 증착 장치.
  10. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되고, 기판을 지지하는 서셉터;
    상기 기판의 위에 배치되고, 상기 기판으로 광을 조사하는 광원부;
    상기 광원부와 상기 기판 사이에 배치되어 상기 기판 상으로 상기 광의 조사 영역을 조절하는 광 조절부를 포함하되,
    상기 광 조절부는:
    상기 광을 차단하는 코어부;
    상기 코어부를 둘러싸는 코팅막을 포함하는, 박막 증착 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 조절부는 상기 챔버 내에 배치되는, 박막 증착 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 코어부는 세라믹을 포함하고, 상기 코팅막은 내식성이 좋은 재질을 포함하는 박막 증착 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 차단부는 호 형상으로 제공되는, 박막 증착 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버 내로 공정 가스를 유입하는 가스 유입부; 및
    상기 가스 유입부와 대향되게 배치되고, 상기 공정 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하되,
    상기 광 조절부는 상기 가스 배출부와 인접하게 배치되는 박막 증착 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 챔버의 외측에 배치되고, 상기 광원부를 포함하는 반사 하우징을 더 포함하되,
    상기 광 조절부는 상기 반사 하우징 내에 배치되는, 박막 증착 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 코어부는 금속 재질을 포함하고, 상기 코팅막은 금 또는 은 중 적어도 하나를 포함하는, 박막 증착 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 차단부는 적어도 하나 이상의 바디를 포함하고, 상기 바디는 호 형상으로 제공되는, 박막 증착 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 바디의 단면은 상면에서 하면으로 갈수록 상기 기판의 중심축을 향해 경사지게 제공되는, 박막 증착 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 바디는 복수 개로 제공되고, 상부에서 바라볼 때, 상기 복수 개의 바디들은 서로 조합되어 링 형상을 이루는, 박막 증착 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수 개의 바디들 각각은 곡률 반경, 그 단면의 형상, 상기 단면의 폭, 상기 단면의 높이, 그리고 상기 단면의 경사각 중 적어도 하나가 서로 다른, 박막 증착 장치.
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