KR20240055260A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 측벽을 구비한 챔버; 경사진 측면을 구비하고 상기 챔버 내부에서 기판을 장착하는 서셉터; 상기 챔버의 상부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 상부 돔; 상기 챔버의 하부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 하부 돔; 및 상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치된 라이너를 포함한다. 상기 라이너는 상기 서셉터의 경사진 측면을 마주보는 경사진 내측면을 구비하는 경사 부위를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 {The Substrate Processing Apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, 램프 히터를 이용하여 고온으로 빠른 기판 가열을 수행하여 박막을 증착하는 에피탁시얼 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서 실리콘 단결정 기판 위에 기판과 동일한 결정구조를 갖는 실리콘 단결정 박막을 증착한다. 상기 실리콘 단결정 박막의 성장시 산화 실리콘과 같은 무기 절연 물질을 증착하고 패턴하여 기판 표면 중 실리콘이 노출된 부분에서만 단결정 영역이 형성되는 것을 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth: SEG)이라 한다.
또한, 대면적 기판 상에 박막 형태의 태양 전지를 제작함에 있어서, 태양 빛을 받아들이는 P층과, 전자-전공쌍을 형성하는 I층과, 상기 P층의 대향 전극 역할을 하는 N층을 기본으로 한다. 이와 마찬가지로, 액정표시장치는 어레이 및 컬러필터 기판에 각각 형성되는 어레이 소자와 컬러필터 소자를 기본으로 한다.
태양 전지 및 액정표시장치용 박막 소자를 제작하기 위해서는 수 차례에 걸친 사진식각 공정(photolithograpy process)을 필요로 하는 바, 이러한 사진식각 공정은 박막증착 공정, 감광층 도포 공정, 노광 및 현상 공정과 식각 공정을 포함하며, 부수적으로 세정, 합착, 절단 등의 다양한 공정을 수반한다.
플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: 이하 PECVD라 약칭함)법은 RF(Radio Frequence) 고전압을 안테나 또는 전극에 인가하여 챔버 내부에서 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 박막을 형성한다.
최근에는 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 증착 공정의 진행 간에 발생되는 이물질이나 부산물이 챔버 내벽에 고착되는 것을 방지하기 위해 석영으로 내벽을 설계하고, 챔버의 상부와 하부에 석영으로 상부 돔과 하부 돔을 설계한다.
이러한 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 증착 공정은 챔버 내부의 압력을 수 mTorr로 유지하고, 기저 진공 상태에서는 10E-9 Torr 수준의 초고진공 상태로 유지하는 것을 통해 증착 공정간 발생되는 이물질이나 부산물의 수를 최소화화할 수 있고, 증착 공정의 공정 시간을 단축시킬 수 있어 생산 수율을 개선할 수 있는 장점이 있다.
이러한 플라즈마 화학기상증착법은 상부 돔과 서셉터 사이의 상부 공간에 분사되는 공정 가스가 서셉터의 하부의 하부 공간으로 유입되어 이물질이나 부산물을 유발할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 상부 돔과 하부 돔 사이에 배치된 라이너의 구조 및 서셉터의 형상을 이용하여 상기 상부 돔과 서셉터 사이의 상부 공간에 분사되는 공정 가스가 상기 서셉터의 하부의 하부 공간으로 유입되는 방지하는 것을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 측벽을 구비한 챔버; 경사진 측면을 구비하고 상기 챔버 내부에서 기판을 장착하는 서셉터; 상기 챔버의 상부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 상부 돔; 상기 챔버의 하부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 하부 돔; 및 상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치된 라이너를 포함한다. 상기 라이너는 상기 서셉터의 경사진 측면을 마주보는 경사진 내측면을 구비하는 경사 부위를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터의 경사진 측면의 제1 경사각은 상기 라이너의 경사 부위의 제2 경사각과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각은 70도 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 라이너는, 제1 내경을 가지고 상기 상부 돔에 인접하게 배치되는 상부 라이너; 및 상기 상부 라이너와 연속적으로 연결되고 내경이 증가하는 상기 경사 부위를 가지는 하부 라이너를 포함할 수 있다. 상기 하부 라이너는 상기 상부 라이너의 하부면에 인접하여 배치되고 가스를 배기하기 위한 제1 개구부; 및 상기 제1 개구부를 마주보는 타측에 기판의 통로를 제공하도록 제2 개구부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터의 두께는 상기 제1 개구부의 높이 또는 상기 제2 개구부의 높이보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터가 공정 위치에 위치한 경우, 상기 하부 라이너의 경사 부위와 상기 서셉터의 경사 측면 사이의 거리는 1mm 내지 3mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터가 하강 위치에서 위치한 경우, 상기 하부 라이너의 경사 부위와 상기 서셉터의 경사 측면 사이의 거리는 7mm 내지 13mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 라이너는 상기 상부 라이너와 상기 하부 라이너 사이에 곡선 처리된 접속 부위를 더 포할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접속 부위의 직경은 상기 서셉터의 상부면의 직경보다 크고 상기 서셉터의 하부면의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터는, 상기 서셉터의 상부면에서 곡선 처리된 곡면부; 및 상기 곡면부와 연속적으로 연결되는 상기 경사진 측면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터는, 상기 서셉터의 상부면에서 곡선 처리된 곡면부; 및 상기 곡면부와 연속적으로 연결되는 상기 경사진 측면을 포함하고, 상기 서셉터의 상기 곡면부는 상기 라이너의 상기 접속 부위를 마주볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터의 상기 곡면부와 상기 라이너의 상기 접속 부위 사이의 수직 거리는 4mm 내지 7mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터는 세라믹 또는 그라파이트이고, 상기 서셉터의 두께는 30mm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서셉터가 공정 위치에서 위치한 경우, 상기 서셉터와 상기 상부 돔에 의한 상부 공간은 상기 하부 돔과 상기 서셉터에 의한 하부 공간보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 하부 공간에 유입되는 공정 가스를 최소화하여 이물질 및 부산물의 형성을 최소화하여 안정적인 플라즈마 화학기상증착을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 홈 위치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 상승 위치를 설명하는 개념도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 설명하는 다른 방향에서 절단한 개념도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 상부 라이너, 하부 라이너, 및 하부 돔을 설명하는 절단 사시도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타내는 개념도이다.
실리콘-게르마늄 단결정 또는 실리콘 단결정을 기판 상에 성장하기 위하여, 통상적으로 섭씨 900도 수준의 높은 공정 온도가 요구된다. 이러한 선택적 에피택셜 성장을 이용한 반도체 제조에서는 기존의 평판 기술로는 제작이 어려운 핀펫 (FIN-FET)와 같은 3차원 구조를 갖는 반도체 소자의 제작이 용이한 장점이 있다.
상부 돔과 하부 돔을 구비한 화학 기상 증착 장치는 챔버의 내벽에 불필요한 박막의 증착을 방지하기 위하여 라이너를 사용한다. 상기 라이너는 주기적으로 교체되거나 세정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상부 돔과 하부 돔을 구비한 화학 기상 증착 장치는 상부 돔과 서셉터에 의한 상부 공간으로 공정 가스를 주입하고, 상부 공간에 연통된 라이너의 개구부를 통하여 공정 가스를 배기한다. 상부 공간에 공급된 공정 가스가 하부 돔과 서셉터에 의한 하부 공간으로 유입되면, 하부 돔 및 라이너에 이상 박막을 증착시킬 수 있다.
본 발명의 라이너는 일정한 내경을 가진 상부 라이너, 상기 상부 라이너와 연속적으로 연결되고 일정한 경사각을 가지고 내 직경이 증가하는 하부 라이너, 및 상기 상부 라이너와 상기 하부 라이너 사이에 곡선을 가지는 접속 부위를 포함할 수 있다.
본 발명의 서셉터는 30 mm 이상의 두께를 가지고, 상기 서셉터의 측면은 경사각을 가질 수 있다. 또한, 라이너는 상기 서셉터의 경사진 측면과 일정한 거리를 유지하도록 경사 부위를 가질 수 있다.
상기 서셉터가 기판을 처리하기 위하여 공정 위치(또는 상승 위치)에 있는 경우, 상기 서셉터는 상기 라이너의 접속 부위 까지 상승할 수 있다. 상기 하부 라이너와 상기 서셉터의 경사 측면 사이의 거리(또는 간격)은 2mm 수준으로 유지될 수 있다. 이러한 좁은 간격은 작은 컨덕턴스(conductance)를 제공하여 상부 공간의 공정 가스가 하부 공간으로 이동을 억제할 수 있다.
공정 가스의 배기를 위한 제1 개구부와 기판의 출입을 위한 제2 개구부는 상기 하부 라이너에 형성되고 상기 접속 부위에 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 서셉터가 공정 위치에 있는 경우, 상기 서셉터의 경사진 측면은 상기 제1 개구부와 제2 개구부를 마주보로록 배치되어 상기 제1 개구부와 제2 개구부를 실질적으로 폐쇄할 수 있다. 그러나, 상기 접속 부위는 상기 서셉터의 상부 측면에 공간을 형성하고, 상기 접속 부위 및 상기 제1 개구부는 상기 공정 가스의 배기를 위한 통로를 제공할 수 있다.
상기 서셉터는 충분한 두께를 가지고 상기 제1 개구부의 높이보다 크다, 공정 위치에서, 상기 서셉터의 상부면은 상기 제1 개구부의 상부면과 실질적으로 동일하게 설정되고, 상기 서셉터의 하부면은 상기 제1 개구부의 하부면보다 낮도록 설정된다. 상기 서셉터의 경사 측면과 상기 하부 라이너 사이의 간격은 2mm 수준으로 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 개구부 방향으로 유입된 공정 가스는 낮은 컨덕던스에 의하여 하부 공간으로 유입되지 않을 수 있다.
본 발명의 서셉터는 상기 제1 개구부를 가릴 수 있는 정도 충분한 두께와 경사 측면을 가지고, 상부 공간에 주입된 공정 가스가 상기 하부 공간으로 유입을 억제할 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 공간은 이상 박막 및 이물질의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 상기 서셉터의 경사 측면은 적외선 램프가 상부 공간으로 유입되는 것을 억제하여 상기 서셉터를 효율적으로 가열할 수 있다.
본 발명에 따르면, 공정 균일성을 위하여, 상기 서셉터가 회전할 수 있다.
본 발명에 따라면, 하부 돔으로 퍼지 가스를 공급하고 상부 돔과 서셉터 사이의 상부 공간으로 공정 가스를 공급하여, 공정 가스가 하부 돔으로 흐르는 것을 방지하여 하부 돔에 이상 박막의 증착을 억제할 수 있다.
본 발명에 따라면, 상기 서셉터가 공정 위치에 있는 경우, 상부 공간이 하부 공간 보다 작을 수 있다. 이를 위하여, 상기 하부 라이너의 높이는 상기 상부 라이너의 높이보다 클 수 있다. 상기 상부 공간을 감소할 수록, 증착률이 증가할 수 있다.
본 발명에서 하부 라이너는 하부 돔에서 공급되는 퍼지 가스가 상부 돔 방향으로 주입되고 더 많은 램프 히터를 장착하도록 경사면을 가질 수 있다. 서셉터와 하부 라이너 사이의 간격은 좁게 유지되어 하부 돔에서 공급되는 퍼지 가스는 상부 돔 방향으로 주입되어 압력 차이를 유발할 수 있다. 서셉터와 하부 라이너 사이의 좁은 간격이에 의하여, 상부 공간에 주입되는 공정 가스는 상부 공간 내부에만 체류하여 하부 공간의 오염을 방지할 수 있다.
본 발명에서, 유도 결합 플라즈마용 안테나는 상부 돔에서 이격되어 배치되고, 안테나를 구성하는 도선은 스트립 라인 형상이고, 스트립 라인은 폭 방향이 수직으로 정렬될 수 있다. 이에 따라, 하부 돔 방향에서 입사하는 적외선은 상기 안테나에 최소한으로 입사할 수 있다. 따라서, 안테나는 적외선에 의한 가열을 억제하고, 전자파 차폐 하우징에서 반사된 적외선은 그림자를 최소화할 수 있다.
본 발명에서, 안테나를 감싸고 전자기 차폐하는 전자파 차폐 하우징은 금도금으로 도금되어 적외선을 반사시키어 다시 기판에 입사시킬 수 있다. 또한, 전자파 차폐 하우징은 돔 형상이 아닌 실린더 형상으로 적외선 반사에 의한 안테나의 재입사 가열을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서, 하부 돔의 하부에 배치된 램프 히터는 링형상의 램프 히터이고, 복수 개일 수 있다. 링형상의 램프 히터는 서로 그룹화되어 독립적으로 전력을 제어하여 기판을 균일하게 가열할 수 있다.
본 발명에서, 챔버의 배기부에 연결된 터보분자 펌프(TMP)는 챔버 내부에 기저 진공을 유지하며, 공정 시에도 수 토르(Torr) 이하의 압력에서 안정적인 플라즈마를 형성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 도움 화학 기상 증착는 상부 돔의 상부에 배치된 유도 결합 플라즈마 안테나의 적외선 가열에 의한 성능 저하를 감소시키면서, 전자파 차폐 하우징에서 반사된 적외선을 다시 기판에 제공하여 고속으로 균일한 박막을 기판에 형성할 수 있다.
섭씨 900도 수준의 공정 온도를 위하여 램프 히터가 적용되는 경우, 공정 용기 내에 유도 결합 플라즈마를 형성하는 안테나는 램프 히터에 의하여 가열되어 온도의 상승에 따라 저항값이 증가한다. 이에 따라, 안테나는 오믹 히팅으로 에너지를 소비하여 효율적인 유도 결합 플라즈마를 형성할 수 없다. 또한, 안테나는 전자파 차폐 하우징에서 반사된 적외선에 대하여 그림자를 형성하여 기판에 온도 뷸균일성을 제공할 수 있다. 공정의 안정성을 위하여, 전자파 차폐 하우징은 가열되어 상기 안테나를 일정한 온도로 유지하면서 전자파를 차폐할 수 있다.
또한, 안테나를 감싸도록 배치된 전자파 차폐 하우징은 상기 램프 히터에서 방사된 적외선의 일부를 반사키고, 잔부의 상기 적외선은 전자파 차폐 하우징에서 흡수되어 가열하여 신뢰성을 감소시킨다. 상기 전자파 차폐 하우징에서 공간적으로 불균일한 온도 분포는 공간적인 불균일한 흑체 복사를 제공할 수 있다. 따라서 상기 전자파 차폐 하우징은 균일한 온도로 가열하기 위하여 별도의 저항성 히터를 사용하고, 공간적으로 균일한 흑체 복사를 제공할 수 있다. 상기 전자파 차폐 하우징은 섭씨 200도 내지 섭씨 600도로 가열되어, 챔버에 직접 열 접촉시 열손실이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 전자파 차폐 하우징은 열 손실을 최소화하기 위하여 챔버와 단열될 수 있다. 즉, 단열 스페이서는 상기 전자파 차폐 하우징과 챔버 사이에 배치되어 전자파 차폐 하우징의 열손실을 감소시킬 수 있다. 한편, 상기 전자파 차폐 하우징은 별도의 도전 라인을 통하여 전기적으로 접지될 수 있다. 단열 스페이서는 링 형상이고 세라믹 재질일 수 있다. 단열 스페이서는 다공성 재질의 세라믹 재질일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 실험 조건, 물질 종류 등에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되지는 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 홈 위치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 화학 기상 증착 장치에서 상승 위치를 설명하는 개념도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 설명하는 다른 방향에서 절단한 개념도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 라이너, 서셉터, 및 하부 돔을 설명하는 절단 사시도이다.
도 1 내지도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치(100)는, 측벽을 구비한 챔버(160); 경사진 측면을 구비하고 상기 챔버 내부에서 기판을 장착하는 서셉터(172); 상기 챔버(160)의 상부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 상부 돔(152); 상기 챔버의 하부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 하부 돔(158); 및 상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 상부 돔(152)과 상기 하부 돔(158) 사이에 배치된 라이너(180)를 포함한다. 상기 라이너(190)는 상기 서셉터의 경사진 측면(172a)을 마주보는 경사진 내측면을 구비하는 경사 부위(195)를 포함한다.
챔버(160)는 도전체로 형성되고, 내부 공간은 원통 형상이고, 외부 형상은 직육면체 형상일 수 있다. 상기 챔버(160)는 냉각수에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 챔버(160), 상기 상부 돔(152), 및 상기 하부 돔(158)은 결합하여 밀폐된 공간을 제공한다. 상기 챔버(160)는 상기 챔버의 측면에 형성된 기판 출입구(160a)와 상기 기판 출입구를 마주보는 측면에 형성된 배기구(160b)를 포함할 수 있다. 배기구(160b)는 고진공 펌프(10)에 연결될 수 있다. 고진공 펌프(10)는 터보분자 펌프일 수 있다. 상기 고진공 펌프는 낮은 기저 압력(base pressure)을 유지하며, 공정 진행시에도 수 토르 이하의 압력을 유지할 수 있다. 상기 배기구(160b)의 상부면은 상기 기판 출입구(160a)의 상부면보다 같거나 높을 수 있다.
예를 들어, 상기 배기구(160b)의 상부면이 상기 기판 출입구(160a)의 상부면이 동일한 경우, 공정 진행시 서셉터(172)의 상부면은 상기 배기구(160b) 및 기판 출입구의 상부면과 동일한 위치로 변경된다. 이에 따라, 챔버 내부의 대칭성이 향상되고 공정 가스의 흐름이 개선되어 균일한 박막 증착을 제공할 수 있다.
서셉터(172)는 상기 챔버의 측면에 형성된 기판 출입구(160a)를 통하여 기판(174)이 인입되면 상기 기판(174)을 장착할 수 있다. 상기 서셉터(172)는 원판 형상이며, 상기 서셉터(172)는 30mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 서셉터(172)는 40mm 이상의 두께(H1)를 가질 수 있다. 상기 서셉터는, 상기 서셉터의 상부면에서 곡선 처리된 곡면부(172b); 및 상기 곡면부와 연속적으로 연결되는 상기 경사진 측면(172a)을 포함할 수 있다. 상기 서셉터의 경사진 측면(172a)의 제1 경사각은 70도일 수 있다. 상기 서셉터의 두께(H1)는 상기 제1 개구부의 높이(H2) 또는 상기 제2 개구부의 높이(H2)보다 클 수 있다.
상기 서셉터(172)는 기판과 동일한 판 형상으고, 열전도성이 우수한 세라믹, 또는 흑연(그래파이트) 재질일 수 있다. 상기 서셉터(172)는 하부에서 입사하는 적외선에 의하여 가열되고 열전달에 의하여 기판(174)을 가열할 수 있다. 공정 진행시 상기 서셉터의 상부면은 상기 배기구 및 상기 기판 출입구의 상부면과 실질적으로 동일할 수 있다. 서셉터(172)는 회전하여 방위각 방향 대칭성을 향상시킬 수 있다.
제1 리프터(184)는 상기 하부 돔(158)의 중심축을 따라 연장되고, 삼발이 형태의 제1 리프터 본체와 제1 리프트 핀을 포함할 수 있다. 제1 리프터(184)와 제2 리프터(182)는 동축 구조일 수 있다. 기판(174)이 상기 챔버 내부로 이송된 경우, 상기 제1 리프터(184)는 하강 위치 또는 홈 위치에서 상승하여 상기 기판을 지지할 수 있다. 이어서, 상기 제1 리프터(184)는 하강하여 서셉터(174)에 기판을 내려놓을 수 있다. 상기 제1 리프터(184)의 재질은 석영 또는 금속일 수 있다. 상기 제1 리프터(184)는 구동축에 의하여 수직 운동할 수 있다.
제2 리프터(182)는 상기 하부 돔(158)의 중심축을 따라 연장되고, 삼발이 형태의 제2 리프터 본체와 제2 리프트 핀을 포함할 수 있다. 제2 리프터(182)는 상기 기판이 장착된 서셉터(172)를 상승시키어 홈 위치(또는 하강 위치)에서 공정 위치( 또는 상승 위치)로 상승시킬 수 있다. 서셉터(172)의 상부면은 상기 공정 위치에서 상기 라이너(190)에서 기판의 유입을 위한 제2 개구부(194b)의 상부면과 실질적으로 동일한 평면에 배치될 수 있다. 또한, 서셉터(172)의 상부면은 상기 공정 위치에서 상기 라이너(190)에서 가스 배기를 위한 개구부(194a)의 상부면과 실질적으로 동일한 평면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 서셉터(172)의 경사진 측면(172a)은 상기 제1 개구부(194a)와 상기 제2 개구부(194b)를 막도록 배치될 수 있다. 제2 리프터(182)의 재질은 석영 또는 금속일 수 있다. 상기 제2 리프터(182)는 구동축에 의하여 수직 운동할 수 있다. 상기 제2 리프터(182)는 상기 서셉터를 회전시키기 위하여 회전할 수 있다.
상부 돔(152)은 유전체로 석영 또는 사파이어일 수 있다. 상기 상부 돔(152)은 상기 챔버(160)의 상부 면에 형성된 턱에 삽입되어 결합할 수 있다. 상기 상부 돔(152)에서, 진공 밀폐를 위하여 상기 챔버(160)와 결합하는 결합 부위는 와셔 형상일 수 있다. 상기 상부 돔(152)은 원호형, 타원형일 수 있다. 상기 상부 돔(152)은 하부에서 입사한 적외선을 투과시킬 수 있다. 전자파 차폐 하우징(130)에서 반사된 적외선은 상기 상부 돔(152)을 투과하여 기판(174)에 다시 입사할 수 있다.
하부 돔(158)은 유전체로 석영 또는 사파이어일 수 있다. 상기 하부 돔(158)은 깔대기 형상의 하부 돔 본체(158b), 상기 챔버의 하부면에 형성된 턱에 결합하는 와셔 형상의 결합 부위(158a)와 하부 돔 본체(158b)의 중심에 연결된 원통 형상의 원통 파이프(158c)를 포함할 수 있다. 상기 하부 돔(158)은 상기 챔버의 하부 면에 형성된 턱에 삽입되어 결합할 수 있다. 상기 하부 돔(158)은 진공 밀폐를 위하여 상기 챔버와 결합하는 결합 부위(158a)는 와셔 형상일 수 있다. 상기 제1 리프터의 구동축 및 제2 리프터의 구동축은 상기 원통 파이프(158c) 내에 삽입되어 배치될 수 있다. 상기 하부 돔을 통하여 공급되는 퍼지 가스는 유로를 통하여 공급될 수 있다. 상기 유로는 원통 파이프(158c)일 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤, 질소 등의 같은 불활성 가스일 수 있다. 상가 퍼지 가스는 공정 가스가 서셉터 하부의 하측 공간으로 분사되는 것을 억제할 수 있다,
라이너(190)는 상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 상부 돔(152)과 상기 하부 돔(158) 사이에 배치될 수 있다. 상기 라이너(190)는 경사진 내측면을 구비하는 경사 부위(195)를 포함할 수 있다. 상기 라이너의 경사 부위(195)의 제2 경사각은 상기 서셉터의 경사진 측면(172a)의 제1 경사각과 동일할 수 있다. 상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각은 70도 일 수 있다. 상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각이 동일한 경우, 상기 서셉터의 경사 측면(172a)과 상기 라이너의 경사 부위(195)는 일정한 간격을 유지할 수 있다. 상기 서셉터가 공정 위치에 있는 경우, 상기 서셉터의 경사 측면(172a)과 상기 라이너의 경사 부위(195)는 2 mm 수준의 최소 간격을 유지할 수 있다.
상기 라이너(190)는, 제1 내경(D1)을 가지고 상기 상부 돔에 인접하게 배치되는 상부 라이너(192); 및 상기 상부 라이너(192)와 연속적으로 연결되고 내경이 증가하는 상기 경사 부위(195)를 가지는 하부 라이너(194)를 포함할 수 있다. 상기 하부 라이너(194)는 상기 상부 라이너(192)의 하부면에 인접하여 배치되고 가스를 배기하기 위한 제1 개구부(194a); 및 상기 제1 개구부(194a)를 마주보는 타측에 기판의 통로를 제공하도록 제2 개구부(194b)를 포함할 수 있다. 상기 라이너(190)는 상기 상부 라이너와 상기 하부 라이너의 사이에 곡선 처리된 접속 부위(196)를 더 포함할 수 있다. 상기 상부 라이너(192) 및 상기 하부 라이너(194)는 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 라이너(190)는 일정한 내경을 가진 상부 라이너(192), 상기 상부 라이너에서 곡률을 가지고 직경이 증가하는 접합 부위(196), 및 상기 접합 부위에서 일정한 경사각을 가지는 하부 라이너(194)를 포함할 수 있다.
상기 서셉터(172)가 하강 위치에 있는 경우, 상기 하부 라이너의 경사 부위(195)와 상기 서셉터의 경사 측면(172a) 사이의 거리는 7mm 내지 13mm일 수 있고, 바람직하게는 11mm 수준일 수 있다.
상기 서셉터(172)가 상승 위치에 있는 경우, 상기 서셉터의 경사 측면(172a)과 상기 라이너의 경사 부위(195)의 간격은 1mm 내지 3mm일 수 있고, 바람직하게는 2mm 수준일 수 있다. 이러한 좁은 간격은 유체가 흐를 수 있는 단면적을 감소시키어 작은 컨덕던스를 제공할 수 있다. 수십 밀리미터 이상의 상기 서셉터의 두께는 유체에 더 낮은 컨덕턴스를 제공할 수 있다.
상기 서셉터(172)가 상승 위치에 있는 경우, 상기 서셉터(172)의 상기 곡면부(172b)와 상기 라이너의 상기 접속 부위(196) 사이의 수직 거리는 4mm 내지 7mm일 수 있고, 바람직하게는 5.7mm일 수 있다. 상기 서셉터(172)의 상부면의 외경은 상기 상부 라이너(192)의 내경(D1)과 실질적으로 동일하거나 수 밀리미터 클 수 있다. 상기 서셉터(172)가 상승하여, 상기 서셉터(172)의 상부면이 상기 제1 개구부와 상부면과 일치하는 경우, 상기 접속 부위(196)는 공정 가스가 상기 제1 개구부로 유출될 수 있는 배기 통로를 제공할 수 있다.
라이너(190)는 투명 또는 불투명한 유전체 재질일 수 있다. 상기 라이터(190)는 석영, 알루미나, 사파이어, 또는 질화알미늄일 수 있다. 상기 라이너(190)는 이상 박막의 증착을 억제하는 물질로 선택될 수 있다. 상기 라이너(190)는 오염된 경우, 분해되어 세정될 수 있다.
상기 상부 라이너(192)는 전체적으로 링 형상이고, 상기 상부 라이너(192)의 상부면은 상기 상부 돔의 형태를 가진 곡면일 수 있다. 상기 상부 라이너(192)의 외측 상부면은 평탄 부위를 가질 수 있다. 상기 상부 라이너(192)의 내경은 D1일 수 있다.
상기 상부 라이너(192)는 상기 상부 라이너의 측면을 관통하여 공정 가스를 공급하는 적어도 하나의 공정 가스 공급부(159a,159b)을 포함할 수 있다. 상기 공정 가스 공급부(159a,159b)은 상기 상부 라이너(172)의 내측면에서 돌출될 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 가스 공급부는 SiH4와 같은 제1 공정 가스를 공급하는 제1 공정 가스 공급부(159a) 및 제2 공정 가스를 공급하는 제2 공정 가스 공급부(159b)를 포함할 수 있다.
제1 공정 가스 공급부(159a)은 상기 SiH4와 같은 제1 공정 가스를 플라즈마에 많이 노출되도록 상기 상부 라이너의 측면에서 많이 돌출될 수 있다. 한편, 제2 공정 가스 공급부(159b)은 수소 가스(H2)와 같은 제2 공정 가스를 플라즈마에 적게 노출되도록 상기 상부 라이너의 측면에서 적게 돌출될 수 있다. 퍼지 가스는 하부 돔에서 챔버의 상부 공간(12)으로 유입되므로, 원주 상에서 균일하게 공급되어 공간적으로 균일한 압력 분포를 가질 수 있다.
접속 부위(196)는 상기 상부 라이너의 하부 내측면에 곡률을 가지고 함몰된 구조일 수 있다. 접속 부위(196)는 수 mm의 깊이와 폭을 가질 수 있다. 상기 접속 부위(196)의 직경(D3)은 상기 서셉터의 상부면의 직경보다 크고 상기 서셉터의 하부면의 직경(D2)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 서셉터의 곡선부(172b)는 일정한 간격을 가지고 상기 접속 부위(196)를 마주볼 수 있다.
하부 라이너(194)는 상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 하부 돔의 상부 가장 자리 내주면를 감싸는 원통 형상일 수 있다. 상기 하부 라이너(194)는 상기 하부 돔(158)과 결합하기 위한 경사진 하부 외측면(197a)과 내측면에서 경사진 경사 부위(195)을 포함할 수 있다. 경사진 하부 외측면(197a)은 외측에서 평탄부(197)를 가질 수 있다.
상기 하부 라이너(194)는 투명 또는 불투명한 재질의 석영일 수 있다. 즉, 상기 하부 라이너는 상기 하부 돔의 공간을 바라보는 내주면을 가지며, 상기 하부 라이너의 내주면은 상하 방향을 따라 상기 챔버의 하부에서 상부로 가면서 두께가 두꺼워지는 경사를 가질 수 있다. 상기 경사 부위의 제2 경사각(θ)은 약 70도일 수 있다. 상기 경사 부위(195)는 램프 히터(166)를 노출시키어 더 균일한 가열을 제공하며, 입사하는 적외선을 산란시키어 상기 챔버(160)의 가열을 억제할 수 있다.
서셉터(172)와 하부 라이너(194) 사이로 아르곤, 질소, 등의 불활성 가스 (또는 퍼지 가스)를 분사되어 하부 공간으로 공정가스가 분사되는 것을 억제할 수 있다.
상기 하부 라이너(194)는 상기 상부 라이너와 인접한 내측면에 형성되어 가스를 배기하는 제1 개구부(194a) 및 상기 제1 개구부(194a)를 마주보는 타측에 기판의 통로를 제공하도록 형성된 제2 개구부(194b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 개구부(194a) 및 상기 제2 개구부(194b)는 상기 경사 부위(195)에 형성된다. 제1 개구부(194a)는 상기 배기부와 정렬되고, 제2 개구부(194b)는 기판 출입구와 정렬될 수 있다. 상기 서셉터(172)가 상승 위치에 위치한 경우, 상기 제1 개구부(194a)와 상기 제2 개구부(194b)는 상기 서셉터(172)에 의하여 실질적으로 폐쇄되어, 상부 공간(12)의 공정 가스는 상기 서셉터와 상기 하부 돔에 의하여 정의되는 하부 공간(14)으로의 이동을 억제할 있다. 한편, 상기 제1 개구부(194a), 상기 접속 부위(196), 및 서셉터의 곡면부(172b)는 공정 가스가 흐를 수 있는 통로를 제공할 수 있다.
단열부(162)는 상기 챔버(160)의 하부면과 상기 반사체(160) 사이에 배치되고 링 형상일 수 있다. 상기 단열부(162)는 가열된 반사체(160)로부터 상기 챔버의 열전달을 감소시킬 수 있다. 상기 단열부(162)는 세라믹 재질일 수 있다. 상기 단열부(162)의 상부면은 턱을 구비할 수 있다. 상기 단열부의 턱과 상기 챔버의 하부면의 턱은 상기 하부 돔의 와셔 형상의 결합 부위(158a)를 수용하고 진공 밀폐시킬 수 있다.
상기 동심원 형상의 램프 히터(166)은 복수의 동심원 형상의 링형 램프 히터를 포함하고 전원(164)에 연결될 수 있다. 상기 동심원 형상의 링형 램프 히터는 상기 하부 돔(158)의 경사면을 따라 일정한 간격으로 배치되고, 상기 동심원 형상의 램프 히터(166)은 3개의 그룹으로 구분되어 서로 독립적으로 전력을 공급받을 수 있다. 상기 동심원 형상의 링형 램프 히터는 반사체(160)의 경사면에 형성된 링 형상의 홈에 삽입되어 정렬될 수 있다. 예를 들어, 상기 동심원 형상의 램프 히터(166)은 할로겐 램프 히터이고, 8개일 수 있다. 하부의 3개의 램프 히터는 제1 그룹을 형성하고, 중간의 2개의 램프 히터는 제2 그룹을 형성하고, 상부의 3개의 램프 히터는 제3 그룹을 형성할 수 있다. 상기 제1 그룹은 제1 전원(164a)에 연결되고, 상기 제2 그룹은 제2 전원(164b)에 연결되고, 상기 제3 그룹은 제3 전원(164c)에 연결될 수 있다. 제1 내지 제3 전원(164a~164c)은 독립적으로 균일한 기판의 가열을 위하여 제어될 수 있다.
반사체(160)는 상기 단열부(162)의 하부면을 지지하고 상기 램프 히터를 장착할 수 있다. 상기 램프 히터(166)을 장착하는 경사면은 상기 하부 돔(158)의 경사면과 일정한 간격을 유지하도록 콘 형상일 수 있다. 반사체(160)는 도체로 형성되고, 냉각수에 의하여 냉각될 수 있다.
클램프(150)는 챔버(160)의 상부면과 접촉하고 상기 상부 돔(152)의 가장 자리를 덥도록 배치될 수 있다. 클램프(150)는 상기 챔버의 뚜껑과 같은 기능을 수행하는 상기 챔버의 일부분일 수 있다. 상기 클램프(150)는 도체로 형성되고, 냉각수에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 클램프 (150)의 하부면은 상기 상부 돔의 와셔 형상의 결합 부위와 결합하도록 턱을 구비하고, 상기 상부 돔(152)의 곡선부의 일부를 덮도록 곡면부(150a)를 포함할 수 있다. 상기 클램프(150)의 곡면부(150a)는 금 도금되어 적외선을 반사할 수 있다. 상기 클램프(150)의 내경은 상기 상부 라이너의 내경(D1)과 실질적으로 동일하거나 더 클 수 있다. 또한, 상기 클램프(150)의 내경은 전자파 차폐 하우징(130)의 직경과 동일할 수 있다.
상기 안테나(110)는 상기 상부 돔 상에 배치되어 상부 공간(12)에 유도 결합 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 RF 전원(140)은 임피던스 매칭 박스(142) 및 전력 공급선(143)를 통하여 상기 안테나(110)에 RF 전력을 공급할 수 있다.
전자파 차폐 하우징(130)은 상기 안테나(110)를 감싸도록 배치될 수 있다. 단열 스페이서(339)는 상기 전자파 차폐 하우징(130)과 상기 챔버의 상부면과 열적으로 단열될 수 있다. 냉각 하우징(132)은 상기 전자파 차폐 하우징을 감싸도록 이격되어 배치된다. 상기 냉각 하우징(132)은 내부에 유로를 가지며 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치(200)는, 측벽을 구비한 챔버(160); 경사진 측면(272a, 272b)을 구비하고 상기 챔버 내부에서 기판을 장착하는 서셉터(272); 상기 챔버(160)의 상부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 상부 돔(152); 상기 챔버의 하부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 하부 돔(158); 및 상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 상부 돔(152)과 상기 하부 돔(158) 사이에 배치된 라이너(180)를 포함한다. 상기 라이너(190)는 상기 서셉터의 경사진 측면(272a,272b)을 마주보는 경사진 내측면을 구비하는 경사 부위(195)를 포함한다.
상기 서셉터(272)는, 상기 서셉터의 상부면에서 곡선 처리된 곡면부(272c); 및 상기 곡면부와 연속적으로 연결되는 상기 경사진 측면(272a,272b)을 포함할 수 있다. 상기 경사진 측면은 제1 경사면(272a) 및 제2 경사면(272b) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 경사면(272a)은 상기 제2 경사면(272b)과 불연속적을 연결될 수 있다. 상기 제2 경사면(272b)은 상기 하부 라이너(194)와 사이의 간격을 좁히고, 상기 제1 경사면(272a)은 공정 가스의 흐름을 방향을 제어하면서 상기 공정 가스를 상기 제1 개구부를 연결하는 충분한 공간을 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100: 플라즈마 화학 기상 증착 장치
110: 안테나
152: 상부 돔
158: 하부 돔
190: 라이너
160: 챔버

Claims (14)

  1. 측벽을 구비한 챔버;
    경사진 측면을 구비하고 상기 챔버 내부에서 기판을 장착하는 서셉터;
    상기 챔버의 상부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 상부 돔;
    상기 챔버의 하부면을 덮고 유전체 재질로 형성된 하부 돔; 및
    상기 챔버의 내측에 배치되고 상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치된 라이너를 포함하고,
    상기 라이너는 상기 서셉터의 경사진 측면을 마주보는 경사진 내측면을 구비하는 경사 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 서셉터의 경사진 측면의 제1 경사각은 상기 라이너의 경사 부위의 제2 경사각과 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 경사각 및 상기 제2 경사각은 70도 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 라이너는:
    제1 내경을 가지고 상기 상부 돔에 인접하게 배치되는 상부 라이너; 및
    상기 상부 라이너와 연속적으로 연결되고 내경이 증가하는 상기 경사 부위를 가지는 하부 라이너를 포함하고,
    상기 하부 라이너는 상기 상부 라이너의 하부면에 인접하여 배치되고 가스를 배기하기 위한 제1 개구부; 및 상기 제1 개구부를 마주보는 타측에 기판의 통로를 제공하도록 제2 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 서셉터의 두께는 상기 제1 개구부의 높이 또는 상기 제2 개구부의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 서셉터가 상승 위치에서 위치한 경우, 상기 하부 라이너의 경사 부위와 상기 서셉터의 경사 측면 사이의 거리는 1mm 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 서셉터가 하강 위치에 위치한 경우, 상기 하부 라이너의 경사 부위와 상기 서셉터의 경사 측면 사이의 거리는 7mm 내지 13mm인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 라이너는 상기 상부 라이너와 상기 하부 라이너 사이에 곡선 처리된 접속 부위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 접속 부위의 직경은 상기 서셉터의 상부면의 직경보다 크고 상기 서셉터의 하부면의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 서셉터는, 상기 서셉터의 상부면에서 곡선 처리된 곡면부; 및 상기 곡면부와 연속적으로 연결되는 상기 경사진 측면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 서셉터는, 상기 서셉터의 상부면에서 곡선 처리된 곡면부; 및 상기 곡면부와 연속적으로 연결되는 상기 경사진 측면을 포함하고,
    상기 서셉터의 상기 곡면부는 상기 라이너의 상기 접속 부위를 마주보고 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 서셉터의 상기 곡면부와 상기 라이너의 상기 접속 부위 사이의 수직 거리는 4mm 내지 7mm인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 서셉터는 세라믹 또는 그라파이트이고,
    상기 서셉터의 두께는 30mm 이상인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 서셉터가 공정 위치에서 위치한 경우, 상기 서셉터와 상기 상부 돔에 의한 상부 공간은 상기 하부 돔과 상기 서셉터에 의한 하부 공간보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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