WO2014042488A2 - 기판처리장치 - Google Patents

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WO2014042488A2
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lifting
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송병규
김경훈
김용기
신양식
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to an apparatus for improving a process temperature distribution on a substrate by using a susceptor plate on top of a heater.
  • Semiconductor device manufacturing processes require uniform heat treatment of the substrate at high temperatures.
  • Examples of such processes include chemical vapor deposition, silicon epitaxial growth, and the like, in which a layer of material is deposited from the gas phase onto a semiconductor substrate placed in a susceptor in the reactor.
  • the susceptor is heated to a high temperature, generally in the range of 400 to 1250 degrees by resistive heating, high frequency heating, and infrared heating, and the gas passes through the reactor and a chemical reaction causes the deposition process in close proximity to the substrate surface. This reaction causes the desired product to deposit on the substrate.
  • Semiconductor devices have many layers on a silicon substrate, which layers are deposited on the substrate through a deposition process. This deposition process has several important issues, which are important in evaluating the deposited films and selecting the deposition method.
  • the first is the 'qulity' of the deposited film. This means composition, contamination levels, defect density, and mechanical and electrical properties.
  • the composition of the films can vary depending on the deposition conditions, which is very important for obtaining a specific composition.
  • the second is uniform thickness across the wafer.
  • the thickness of the film deposited on the nonplanar pattern on which the step is formed is very important. Whether the thickness of the deposited film is uniform may be determined through step coverage defined by dividing the minimum thickness deposited on the stepped portion by the thickness deposited on the upper surface of the pattern.
  • deposition space Another issue with deposition is filling space. This includes gap filling between the metal lines with an insulating film including an oxide film. The gap is provided to physically and electrically insulate the metal lines.
  • uniformity is one of the important issues associated with the deposition process, and non-uniform films result in high electrical resistance on metal lines and increase the likelihood of mechanical failure.
  • An object of the present invention is to install a susceptor plate on top of the heater to indirectly heat the substrate to improve the temperature gradient of the substrate.
  • Another object of the present invention is to shorten the process reaction time by installing the upper heater on the upper portion of the chamber cover to preheat the process gas.
  • the substrate processing apparatus in which a process is performed on a substrate has an open shape and is formed on one side wall to allow the substrate to enter and exit.
  • a main chamber having a passage;
  • a chamber cover installed at an open upper portion of the main chamber and blocked from the outside to form a process space in which the process is performed;
  • a susceptor plate having an inner space having an open shape at a lower portion thereof and on which the substrate is placed; It is installed in the inner space is rotatable, and is spaced apart from the susceptor plate includes a main heater for heating the susceptor plate.
  • the substrate processing apparatus may further include a support member installed at an open lower portion of the susceptor plate to prevent heat of the internal space from being diffused to the outside.
  • the substrate processing apparatus may be installed under the main heater to support the main heater, and further include a rotating shaft rotatable with the main heater, wherein the main heater is installed above the rotating shaft and inserted into the inner space. Heating plate is installed; And a heating wire installed on the heating plate to heat the susceptor plate.
  • the main chamber may have an open shape at a lower portion thereof, and the substrate processing apparatus may further include a pumping block installed at an open lower portion of the main chamber to have an internal installation space and installed along a circumference of the rotating shaft.
  • the main heater and the rotary shaft are installed in the internal installation space, the substrate processing apparatus supports a plurality of holders placed on the upper, and a plurality of holders switchable to the rising position and the lowering position; A lifting shaft connected to the holders to lift the holders; A discharge hole formed on a pumping block along a circumference of the rotating shaft and discharging the process gas to the outside; And a lifting hole formed at an outer side of the discharge hole and into which the lifting shaft is inserted.
  • the substrate processing apparatus includes a gas supply port formed on an upper surface of the chamber cover to supply a process gas toward the process space; A diffusion plate installed at a lower end of the chamber cover and having diffusion holes for diffusing the process gas toward the substrate; And an upper heater installed at an upper portion of the chamber cover to preheat the process gas toward the process space.
  • the substrate processing apparatus further includes a lifting unit for lifting and lowering the substrate, wherein the lifting unit supports the substrate placed on the upper portion, the plurality of holders which can be switched to a rising position and a lowering position; And a lifting shaft connected to the holders to lift the holders.
  • the susceptor plate has a lifting groove formed along the edge of the upper surface, the holder is positioned in the upper position is higher than the upper surface of the susceptor plate in the raised position, the substrate is inserted into the lifting groove in the lower position It may be spaced apart from the lower surface of the.
  • the chamber cover may have a convex dome shape or a flat plate shape.
  • the substrate may be indirectly heated to improve the temperature gradient of the substrate.
  • the upper heater on the upper portion of the chamber cover to preheat the process gas can shorten the process reaction time to increase productivity.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are views showing the movement state of the lifting unit shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the arrangement of the holder shown in FIG.
  • FIG 5 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to a first modification of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to a second modification of the present invention.
  • FIGS. 1 to 4 Embodiments of the invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to explain in detail the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.
  • the deposition process is described as an example, but the present invention may be applied to various substrate processing processes including the deposition process.
  • the present invention can be applied to various target objects in addition to the substrate W described in the embodiments.
  • the substrate processing apparatus 1 includes a main chamber 10 and a chamber cover 20.
  • the main chamber 10 has an open shape at an upper portion thereof, and has a passage 8 through which the substrate W is accessible.
  • the substrate W may enter and exit the main chamber 10 through a passage 8 formed at one side of the main chamber 10.
  • the gate valve 5 is installed outside the passage 8, and the passage 8 can be opened or closed by the gate valve 5.
  • the chamber cover 20 is connected to the open upper portion of the main chamber 10 and has a process space 3 by blocking it from the outside.
  • the connecting member 15 may be installed between the main chamber 10 and the chamber cover 20, and may completely seal the process space 3.
  • the gas supply port 80 is formed to penetrate the ceiling wall of the chamber cover 20, and the process gas is supplied into the main chamber 10 through the gas supply port 80. Process gas is connected to the process gas storage tank 88 to open and close the valve 84 it is possible to adjust the process gas input amount.
  • a diffusion plate 70 having a plurality of diffusion holes 75 is installed at the lower surface of the chamber cover 20.
  • the diffusion plate 70 evenly supplies the process gas onto the substrate W through the plurality of diffusion holes 75 formed at the same height.
  • the process gas may comprise hydrogen (H 2 ) or nitrogen (N 2 ) or some other inert gas, and may include precursor gases such as silane (SiH 4 ) or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ). . It may also include dopant source gases such as diborane (B 2 H 6 ) or phosphine (PH 3) .
  • the diffusion plate 70 diffuses the process gas supplied through the gas supply port 80 toward the substrate W and flows.
  • An upper heater 25 for heating the process gas introduced through the gas supply port 80 is installed at the upper portion of the chamber cover 20.
  • the chamber cover 20 may have a convex dome shape, and the upper heater 25 also has a shape corresponding to the chamber cover 20.
  • the heating wires 27 provided on the upper heater 25 may be spaced apart at predetermined intervals along the upper surface of the chamber cover 20, and heat is applied toward the chamber cover 20 from the gas supply port 80. Preheat the supplied process gas.
  • the preheated process gas is diffused to the substrate W through the diffusion plate 70, and the process proceeds.
  • the process reaction with the substrate W is primarily performed by supplying the preheated process gas toward the substrate W. You can increase your productivity by shortening your time.
  • the main heater 40 is installed inside the main chamber 10.
  • the susceptor plate 30 is installed above the main heater 40 so as to be spaced apart from the main heater 40.
  • the susceptor plate 30 has an inner space 4 having an open bottom portion, and the support member 38 is installed at an open lower portion of the susceptor plate 30 so that the heat of the main heater 40 is internal space. It is prevented from spreading outside of (4).
  • the through hole 41 is formed below the central portion of the main chamber 10, and the rotation shaft 47 is inserted into the through hole 41.
  • the rotary shaft 47 is connected to the lower portion of the main heater 40 to support the main heater 40, and the rotary shaft 47 is connected to the driving unit 49 to be rotatable with the main heater 40.
  • the main heater 40 may include a heating plate 45 and a heating wire 42.
  • Heating plate 45 is installed on the upper portion of the rotating shaft 47 is inserted into the inner space 4 of the susceptor plate 30, the heating wire 42 may be installed on the upper surface of the heating plate 45, respectively have. That is, the main heater 40 heats the susceptor plate 30 spaced apart from the top, and the susceptor plate 30 transfers heat received from the main heater 40 to the substrate W.
  • the inner space 4 for heating the susceptor plate 30 may be isolated from the process space 3 by the susceptor plate 30 and the support member 38.
  • a bearing 90 may be installed below the rotating shaft 47.
  • the present invention is directed to a method of directly heating the substrate W in order to improve a problem in which the heater malfunctions or degrades, and the radiant heat of the heater may be locally unbalanced. Instead of using an indirect heating method through the susceptor plate 30. Therefore, the temperature change of the substrate W can be minimized due to the local temperature change of the main heater 40. Since the main heater 40 is rotatable by the rotation shaft 47, the temperature unevenness of the substrate W can be effectively prevented. It can prevent.
  • the upper and main heaters 27 and 42 may be kanthal heaters.
  • Kanthal is an alloy composed mainly of iron and chromium-aluminum. It can withstand high temperatures and has high electrical resistance.
  • the cantal heater can more efficiently transmit the distribution of radiant heat to be heated than the conventional lamp system.
  • the main chamber 10 has a shape in which a lower portion thereof is opened.
  • a hollow pumping block 60 is installed at an open lower portion of the main chamber 10.
  • the pumping block 60 is installed along the circumference of the rotation shaft 47, and the discharge hole 62 is formed on the pumping block 60.
  • the discharge hole 62 may be formed along the circumference of the rotating shaft 47, and unreacted gas or reaction products in the process space 3 are discharged to the outside through the discharge hole 62, and the exhaust pump 65 is It is connected to the exhaust port 67 and the discharge hole 62 may be forced to discharge them.
  • the discharge hole 62 is formed outside the through hole 41 and may have a circular ring shape along the circumference of the through hole 41. That is, the gas supply port 80 and the discharge hole 62 are formed in the opposite direction of the substrate processing apparatus 1, respectively. Therefore, the process gas supplied through the upper part is discharged toward the discharge hole 62 formed in the lower part, thereby improving the flow distribution of the process gas, thereby increasing the reactivity.
  • the lifting unit 50 supports the substrate W to move up and down toward the susceptor plate 30.
  • the lifting unit 50 includes a holder 55 supporting the substrate W and a lifting shaft 53 connected to the holder 55 to move up and down together with the holder 55.
  • the transferred substrate W is placed on the holder 55.
  • a lifting shaft 53 is installed below the holder 55, and a lifting hole 51 is formed on the bottom surface of the main chamber 10. The lifting hole 51 is formed outside the discharge hole 62, and the lifting shaft 53 is inserted along the lifting hole 51.
  • the lifting shaft 53 is connected to the motor 58 and is capable of lifting with the holder 55, and the holder 55 is lowered toward the lifting groove 35 formed along the edge of the upper surface of the susceptor plate 30. As a result, the substrate W is moved on the susceptor plate 30.
  • a plurality of holders 55 may be installed to stably support the substrate W and may be transferred toward the susceptor plate 30.
  • FIG. 2 and 3 are views showing the movement state of the lifting unit shown in FIG. 2 and 3, the substrate W transferred into the substrate processing apparatus 1 through the passage 8 is placed on the upper part of the holder 55.
  • the lifting shaft 3 is installed at the lower portion of the holder 55, the lifting shaft 53 is connected to the motor 58 can be lifted with the holder 55.
  • the substrate W transferred to the upper part of the holder 55 is lowered toward the susceptor plate 30 as the lifting shaft 53 descends.
  • the holder 55 is seated in the elevating groove 35 of the susceptor plate 30, and the substrate W is transferred to the center portion of the susceptor plate 30, thereby processing the substrate W.
  • the lifting unit 50 may have a rising position and a lowering position, in which the upper surface of the holder 55 is positioned higher than the upper surface of the susceptor plate 30. In the lowered position, the substrate W is inserted into the lifting groove 35 to be spaced apart from the lower surface of the substrate W to move the substrate W onto the susceptor plate 30.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the arrangement of the holder shown in FIG.
  • a plurality of holders 55 may be installed.
  • the holders 55 may support the substrate W in three directions and may be transferred to the susceptor plate 30.
  • the lifting grooves 35 of the susceptor plate 30 are formed in the same number as the holders 55, and the holders 55 are inserted into the respective lifting grooves 35 so that the substrate W is susceptor plate 30. Transfer to the center part.
  • FIG. 5 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to a first modification of the present invention.
  • the chamber cover 20 is installed at an open upper portion of the main chamber 10.
  • the chamber cover 20 may have a flat plate shape in which the main chamber 10 and the lower portion thereof are open.
  • a connection member 15 may be installed between the chamber cover 20 and the main chamber 10 to completely seal the external space.
  • the diffusion plate 70 is installed at the lower end of the chamber cover 20.
  • the upper heater 25 is disposed above the chamber cover 20 and is spaced apart at predetermined intervals to correspond to the shape of the chamber cover 20.
  • the first modification may increase the reaction rate of the process gas by increasing the reactivity of the substrate and the process gas by reducing the process space as the side portion of the chamber cover 20 is lowered.
  • FIG. 6 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to a second modification of the present invention.
  • the chamber cover 20 is connected to the upper portion of the main chamber 10 and closes the open upper portion of the main chamber 20 to provide a process space 3 in which a substrate process is performed.
  • a gas supply port 80 is formed at an upper portion of the chamber cover 20 to supply a process gas toward the process space 3, and a dispersion hole 78 formed in the shower head 77 installed at the lower portion of the chamber cover 20. ) Disperse the process gas toward the substrate (W).
  • a diffusion plate 70 is provided between the gas supply port 80 and the shower head 77 to primarily diffuse the process gas introduced through the gas supply port 80 and flow toward the shower head 77.
  • the first diffused process gas finally diffuses through the distribution holes 78 of the shower head 77 and flows toward the substrate W. Therefore, the second modification is effective in forming a uniform deposition film of the substrate W by supplying by overlapping and dispersing the process gas toward the substrate W in a relatively low temperature process.
  • the present invention can be applied to various types of semiconductor manufacturing equipment and manufacturing methods.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판처리장치에 있어서 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판처리장치에 있어서, 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측벽에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 메인챔버; 상기 메인챔버의 개방된 상부에 설치되며, 외부로부터 차단되어 상기 공정이 이루어지는 공정공간을 형성하는 챔버덮개; 하부가 개방된 형상의 내부공간을 가지며, 상기 기판이 놓여지는 서셉터플레이트; 상기 내부공간에 설치되어 회전가능하며, 상기 서셉터플레이트로부터 이격배치되어 상기 서셉터플레이트를 가열하는 메인히터를 포함한다.

Description

기판처리장치
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터의 상부에 서셉터플레이트를 이용하여 기판에 대한 공정 온도 분포도를 개선하는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정은 고온에서 기판의 균일한 열처리를 요한다. 이러한 공정의 예로는 물질층이 기체 상태로부터 반응기 내의 서셉터에 놓여있는 반도체 기판 위로 증착 되는 화학 기상증착, 실리콘 에피택셜 성장 등이 있다. 서셉터는 저항가열, 고주파가열, 적외선 가열에 의해 대체로 400 ~1250도 범위의 고온으로 가열되고, 가스가 반응기를 통과하고 화학 반응에 의해 기체 상태에서 증착 공정이 기판 표면에 매우 근접해서 발생한다. 이 반응으로 인해 기판 위에 원하는 생성물이 증착하게 된다.
반도체 장치는 실리콘 기판상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와같은 층들은 증착공정을 통하여 기판상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 중요한 이슈들을 가지고 있으며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.
첫번째는 증착된 막의 '질'(qulity)이다. 이는 조성(composition), 오염도(contamination levels), 손실도(defect density), 그리고 기계적·전기적 특성(mechanical and electrical properties)을 의미한다. 막들의 조성은 증착조건에 따라 변할 수 있으며, 이는 특정한 조성(specific composition)을 얻기 위하여 매우 중요하다.
두번째는, 웨이퍼를 가로지르는 균일한 두께(uniform thickness)이다. 특히, 단차(step)가 형성된 비평면(nonplanar) 형상의 패턴 상부에 증착된 막의 두께가 매우 중요하다. 증착된 막의 두께가 균일한지 여부는 단차진 부분에 증착된 최소 두께를 패턴의 상부면에 증착된 두께로 나눈 값으로 정의되는 스텝 커버리지(step coverage)를 통하여 판단할 수 있다.
증착과 관련된 또 다른 이슈는 공간을 채우는 것(filling space)이다. 이는 금속라인들 사이를 산화막을 포함하는 절연막으로 채우는 갭 필링(gap filling)을 포함한다. 갭은 금속라인들을 물리적 및 전기적으로 절연시키기 위하여 제공된다. 이와 같은 이슈들 중 균일도는 증착공정과 관련된 중요한 이슈 중 하나이며, 불균일한 막은 금속배선(metal line) 상에서 높은 전기저항(electrical resistance)을 가져오며, 기계적인 파손의 가능성을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 히터의 상부에 서셉터플레이트를 설치하여 기판을 간접가열하여 기판의 온도구배를 개선하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 챔버덮개의 상부에 상부히터를 설치하여 공정가스를 예비가열함으로써 공정 반응 시간을 단축하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판처리장치에 있어서 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판처리장치에 있어서, 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측벽에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 메인챔버; 상기 메인챔버의 개방된 상부에 설치되며, 외부로부터 차단되어 상기 공정이 이루어지는 공정공간을 형성하는 챔버덮개; 하부가 개방된 형상의 내부공간을 가지며, 상기 기판이 놓여지는 서셉터플레이트; 상기 내부공간에 설치되어 회전가능하며, 상기 서셉터플레이트로부터 이격배치되어 상기 서셉터플레이트를 가열하는 메인히터를 포함한다.
상기 기판처리장치는 상기 서셉터플레이트의 개방된 하부에 설치되어 상기 내부공간의 열이 외부로 확산되는 것을 방지하는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는 상기 메인히터의 하부에 설치되어 상기 메인히터를 지지하며, 상기 메인히터와 함께 회전가능한 회전축을 더 포함하며, 상기 메인히터는 상기 회전축의 상부에 설치되며, 상기 내부공간에 삽입설치되는 히팅플레이트; 및 상기 히팅플레이트에 설치되어 상기 서셉터플레이트를 가열하는 열선을 구비할 수 있다.
상기 메인챔버는 하부가 개방된 형상을 가지며, 상기 기판처리장치는 상기 메인챔버의 개방된 하부에 설치되어 내부설치공간을 가지며, 상기 회전축의 둘레를 따라 설치되는 펌핑블럭을 더 포함할 수 있다.
상기 메인히터 및 상기 회전축은 상기 내부설치공간에 설치되며, 상기 기판처리장치는 상부에 놓여진 상기 기판을 지지하며, 상승위치 및 하강위치로 전환가능한 복수개의 홀더들; 상기 홀더들과 연결되어 상기 홀더들을 승강하는 승강축; 상기 회전축의 둘레를 따라 펌핑블럭 상에 형성되며, 상기 공정가스를 외부로 배출하는 배출홀; 및 상기 배출홀의 외측에 형성되어 상기 승강축이 삽입설치되는 승강홀을 더 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는 상기 챔버덮개의 상부면에 형성되어 상기 공정공간을 향해 공정가스를 공급하는 가스공급구; 상기 챔버덮개의 하단부에 설치되며, 상기 공정가스를 상기 기판을 향해 확산시키는 확산홀들을 가지는 확산판; 및 상기 챔버덮개의 상부에 설치되어 상기 공정가스를 상기 공정공간을 향해 예비가열하는 상부히터를 더 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는 상기 기판을 승강하는 승강유닛을 더 포함하되, 상기 승강유닛은 상부에 놓여진 상기 기판을 지지하며, 상승위치 및 하강위치로 전환가능한 복수개의 홀더들; 및 상기 홀더들과 연결되어 상기 홀더들을 승강하는 승강축을 포함할 수 있다.
상기 서셉터플레이트는 상부면의 가장자리를 따라 형성되는 승강홈을 가지며, 상기 홀더들은 상기 상승위치에서 상부면이 상기 서셉터플레이트의 상부면보다 높게 위치하고, 상기 하강위치에서 상기 승강홈에 삽입되어 상기 기판의 하부면으로부터 이격될 수 있다.
상기 챔버덮개는 상부가 볼록한 돔형상 또는 평판형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 히터의 상부에 서셉터플레이트를 설치하여 기판을 간접가열하여 기판의 온도구배를 개선할 수 있다. 또한, 챔버덮개의 상부에 상부히터를 설치하여 공정가스를 예비가열함으로써 공정 반응 시간을 단축하여 생산성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 승강유닛의 이동상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 홀더의 배치상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 변형예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 변형예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
한편, 이하에서 증착공정을 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 증착공정을 포함하는 다양한 기판 처리 공정에 응용될 수 있다. 또한, 실시예에서 설명하는 기판(W) 외에 다양한 피처리체에도 응용될 수 있음은 당업자로서 당연하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판처리장치(1)는 메인챔버(10)와 챔버 덮개(20)를 포함한다. 메인챔버(10)는 상부가 개방된 형상이며, 일측에 기판(W)이 출입가능한 통로(8)를 가진다. 기판(W)은 메인챔버(10)의 일측에 형성된 통로(8)를 통해 메인챔버(10)의 내부로 출입할 수 있다. 게이트밸브(5)는 통로(8)의 외부에 설치되며, 통로(8)는 게이트밸브(5)에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
챔버덮개(20)는 메인챔버(10)의 개방된 상부에 연결되며, 외부로부터 차단하여 공정공간(3)을 가진다. 메인챔버(10)와 챔버덮개(20) 사이에는 연결부재(15)가 설치될 수 있으며, 공정공간(3)을 완전히 밀폐시킬 수 있다. 가스공급구(80)는 챔버덮개(20)의 천정벽을 관통하도록 형성되며, 가스공급구(80)를 통해 공정가스는 메인챔버(10) 내부로 공급된다. 공정가스는 공정가스저장탱크(88)에 연결되어 벨브(84)를 개폐하여 공정가스 투입량 조절이 가능하다.
챔버덮개(20)의 하단면에는 복수개의 확산홀(75)을 구비하는 확산판(70)이 설치된다. 확산판(70)은 동일한 높이에 형성된 복수개의 확산홀(75)을 통해 공정가스를 기판(W) 상에 골고루 공급한다. 공정가스는 수소(H2) 또는 질소(N2) 또는 소정의 다른 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 실란(SiH4) 또는 디클로로실란(SiH2Cl2)과 같은 프리커서 가스들을 포함할 수 있다. 또한, 디보란(B2H6) 또는 포스핀(PH3)과 같은 도펀트 소스 가스들을 포함할 수 있다. 확산판(70)은 가스공급구(80)를 통해 공급된 공정가스를 기판(W)을 향해 확산하여 유동한다.
챔버덮개(20)의 상부에는 가스공급구(80)를 통해 유입된 공정가스를 가열하는 상부히터(25)가 설치된다. 챔버덮개(20)는 상부를 향해 볼록한 돔 형상을 가질 수 있으며, 상부히터(25) 또한 챔버덮개(20)와 대응되는 형상을 가진다. 상부히터(25)에 구비되는 열선(27)은 챔버덮개(20)의 상부면을 따라 기설정된 간격으로 이격배치될 수 있으며, 챔버덮개(20)를 향해 열을 가하여 가스공급구(80)로부터 공급된 공정가스를 예비가열한다. 예비가열된 공정가스는 확산판(70)을 통해 기판(W)으로 확산되어 공정이 진행되며, 1차적으로 예비가열된 공정가스를 기판(W)을 향해 공급함으로써 기판(W)과의 공정 반응 시간을 단축시켜 생산성을 증대할 수 있다.
메인챔버(10)의 내부에는 메인히터(40)가 설치된다. 메인히터(40)의 상부에는 메인히터(40)와 이격되어 서셉터플레이트(30)가 설치된다. 서셉터플레이트(30)는 하부가 개방된 형상으로 내부공간(4)을 가지며, 지지부재(38)는 서셉터플레이트(30)의 개방된 하부에 설치되어 메인히터(40)의 열이 내부공간(4)의 외부로 확산되는 것을 방지한다. 메인챔버(10)의 중앙부 하측에는 관통공(41)이 형성되며, 회전축(47)은 관통공(41)에 삽입 설치된다. 회전축(47)은 메인히터(40)의 하부에 연결되어 메인히터(40)를 지지하며, 회전축(47)은 구동부(49)와 연결되어 메인히터(40)와 함께 회전가능하다.
메인히터(40)는 히팅플레이트(45)와 열선(42)이 구비될 수 있다. 히팅플레이트(45)는 회전축(47)의 상부에 설치되어 서셉터플레이트(30)의 내부공간(4)에 삽입설치되며, 열선(42)은 히팅플레이트(45)의 상부면에 각각 설치될 수 있다. 즉, 메인히터(40)는 상부에 이격 설치된 서셉터플레이트(30)를 가열하며, 서셉터플레이트(30)는 메인히터(40)로부터 받은 열을 기판(W)에 전달한다. 서셉터플레이트(30)를 가열하는 내부공간(4)은 서셉터플레이트(30)와 지지부재(38)에 의해 공정공간(3)과 격리될 수 있다. 또한, 회전축(47)의 하부에는 베어링(90)이 설치될 수 있다.
최근 기판(W)의 사이즈가 300mm(12인치)에서 450mm(18인치)로 대형화됨에 따라, 히터의 사이즈가 증가하는 추세다. 이로 인해, 기판상의 균일한 온도분포를 형성하는데 어려움이 있다. 즉, 기판(W)을 공정온도로 가열하는 과정에서, 히터의 고장 또는 성능저하, 그리고 히터의 복사열이 국부적으로 불균형해질 수 있는 문제점을 개선하고자 본 발명은 기판(W)을 직접가열하는 방식이 아닌 서셉터플레이트(30)를 통한 간접가열방식을 사용한다. 따라서, 메인히터(40)의 국부적 온도변화로 인해 기판(W)의 온도변화를 최소화할 수 있으며, 메인히터(40)는 회전축(47)에 의해 회전가능하므로 기판(W)의 온도 불균일을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상부 및 메인히터(27, 42)는 칸탈히터(kanthal heater)일 수 있다. 칸탈은 철을 주체로 하고 크롬-알루미늄 등이 합해진 합금으로, 높은 온도에 잘 견디며 전기저항력이 크다. 또한, 칸탈히터는 칸탈열선의 형상 변화가 자유롭기 때문에 기존 램프 방식보다 가열하는 복사열의 분포를 더욱 균형있게 전달할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 메인챔버(10)는 하부가 개방된 형상을 가진다. 메인챔버(10)의 개방된 하부에는 중공형의 펌핑블럭(60)이 설치된다. 펌핑블럭(60)은 회전축(47)의 둘레를 따라 설치되며, 펌핑블럭(60) 상에는 배출홀(62)이 형성된다. 배출홀(62)은 회전축(47)의 둘레를 따라 형성될 수 있으며, 공정공간(3) 내의 미반응가스 또는 반응생성물들은 배출홀(62)을 통해 외부로 배출되며, 배기펌프(65)는 배기포트(67) 및 배출홀(62)과 연결되어 이들을 강제배출할 수 있다.
배출홀(62)은 관통공(41)의 외측에 형성되며, 관통공(41)의 둘레를 따라 원형링 형상일 수 있다. 즉, 가스공급구(80)와 배출홀(62)이 각각 기판처리장치(1)의 반대방향에 형성된다. 따라서, 상부를 통해 공급된 공정가스는 하부에 형성된 배출홀(62)을 향해 배출됨으로써 공정가스의 유동분포도를 향상시켜 반응성을 증대할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 기판(W)은 통로(8)를 통해 기판처리장치(1) 내부로 이송되며, 승강유닛(50)은 기판(W)을 지지하여 서셉터플레이트(30)를 향해 승강한다. 승강유닛(50)은 기판(W)을 지지하는 홀더(55) 및 홀더(55)와 연결되어 홀더(55)와 함께 승강하는 승강축(53)이 구비된다. 이송된 기판(W)은 홀더(55) 위에 놓여진다. 홀더(55)의 하부에는 승강축(53)이 설치되며, 메인챔버(10)의 바닥면에는 승강홀(51)이 형성된다. 승강홀(51)은 배출홀(62)의 외측에 형성되며, 승강홀(51)을 따라 승강축(53)이 삽입설치된다. 승강축(53)은 모터(58)와 연결되어 홀더(55)와 함께 승강가능하며, 서셉터플레이트(30)의 상부면의 가장자리를 따라 형성된 승강홈(35)을 향해 홀더(55)가 하강함으로써 서셉터플레이트(30) 상에 기판(W)을 이동시킨다. 또한, 홀더(55)는 복수개로 설치되어 기판(W)을 안정적으로 지지하여 서셉터플레이트(30)를 향해 이송할 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 승강유닛의 이동상태를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 통로(8)를 통해 기판처리장치(1) 내부로 이송된 기판(W)은 홀더(55)의 상부에 놓인다. 앞서 설명한 바와 같이, 홀더(55)의 하부에는 승강축(3)이 설치되며, 승강축(53)은 모터(58)와 연결되어 홀더(55)와 함께 승강가능하다. 홀더(55)의 상부로 이송된 기판(W)은 승강축(53)이 하강함에 따라 서셉터플레이트(30)를 향해 하강된다. 홀더(55)는 서셉터플레이트(30)의 승강홈(35)에 안착되며, 기판(W)은 서셉터플레이트(30)의 중앙부에 이송됨으로써 기판(W)에 대한 공정이 진행된다.
또한, 승강유닛(50)은 상승위치 및 하강위치를 가질 수 있으며, 상승위치에서는 홀더(55)의 상부면이 서셉터플레이트(30)의 상부면보다 높게 위치한다. 또한, 하강위치에서는 승강홈(35)에 삽입되어 기판(W)의 하부면으로부터 이격되어 기판(W)을 서셉터플레이트(30) 상으로 이동시킨다.
도 4는 도 1에 도시한 홀더의 배치상태를 나타내는 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이 홀더(55)는 복수개로 설치가능하며, 바람직하게는 홀더(55)는 세방향에서 기판(W)을 지지하여 서셉터플레이트(30)로 이송가능한다. 서셉터플레이트(30)의 승강홈(35)은 홀더(55)의 개수와 동일하게 형성되어 홀더(55)는 각각의 승강홈(35)에 삽입되어 기판(W)을 서셉터플레이트(30) 중앙부로 이송한다.
본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 5 및 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 변형예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 구별되는 내용에 대해서만 설명하며, 생략된 설명은 앞서 설명한 내용으로 대체될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 챔버덮개(20)는 메인챔버(10)의 개방된 상부에 설치된다. 챔버덮개(20)는 메인챔버(10)와 하부가 개방된 평판형상일 수 있다. 챔버덮개(20)와 메인챔버(10) 사이에는 외부공간으로부터 완전히 밀폐시키는 연결부재(15)가 설치될 수 있다. 또한, 챔버덮개(20)의 하단부에는 확산판(70)이 설치된다.
또한, 상부히터(25)는 챔버덮개(20)의 상부에 배치되며, 챔버덮개(20)의 형상에 대응되어 기설정된 간격으로 이격되어 설치된다. 도 1을 통한 실시예와 비교하여 제1 변형예는 챔버덮개(20)의 측면부가 낮게 형성됨에 따라 공정공간을 줄임으로써 기판과 공정가스의 반응성을 증대시켜 공정가스의 반응률을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 변형예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 챔버덮개(20)는 메인챔버(10)의 상부에 연결되며, 메인챔버(20)의 개방된 상부를 폐쇄하여 기판 공정이 이루어지는 공정공간(3)을 제공한다. 챔버덮개(20)의 상부에는 가스공급구(80)가 형성되어 공정공간(3)을 향해 공정가스를 공급하며, 챔버덮개(20)의 하부에 설치된 샤워헤드(77)에 형성된 분산홀(78)들에 의해 기판(W)을 향해 공정가스를 분산시킨다. 가스공급구(80)와 샤워헤드(77) 사이에는 확산판(70)이 구비되어 가스공급구(80)를 통해 유입된 공정가스를 1차적으로 확산시켜 샤워헤드(77)를 향해 유동시킨다. 1차적으로 확산된 공정가스는 최종적으로 샤워헤드(77)의 분산홀(78)들을 통과하면서 재확산되어 기판(W)을 향해 유동된다. 따라서, 제2 변형예는 비교적 저온의 공정에서 공정가스를 기판(W)을 향해 중복분산시켜 공급함으로써 기판(W)의 균일한 증착막을 형성시키는데 효과적이다.
본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 다양한 형태의 반도체 제조설비 및 제조방법에 응용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판처리장치에 있어서,
    상부가 개방된 형상을 가지며, 일측벽에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 메인챔버;
    상기 메인챔버의 개방된 상부에 설치되며, 외부로부터 차단되어 상기 공정이 이루어지는 공정공간을 형성하는 챔버덮개;
    하부가 개방된 형상의 내부공간을 가지며, 상기 기판이 놓여지는 서셉터플레이트;
    상기 내부공간에 설치되어 회전가능하며, 상기 서셉터플레이트로부터 이격배치되어 상기 서셉터플레이트를 가열하는 메인히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 서셉터플레이트의 개방된 하부에 설치되어 상기 내부공간의 열이 외부로 확산되는 것을 방지하는 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판처리장치는 상기 메인히터의 하부에 설치되어 상기 메인히터를 지지하며, 상기 메인히터와 함께 회전가능한 회전축을 더 포함하며,
    상기 메인히터는,
    상기 회전축의 상부에 설치되며, 상기 내부공간에 삽입설치되는 히팅플레이트; 및
    상기 히팅플레이트에 설치되어 상기 서셉터플레이트를 가열하는 열선을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인챔버는 하부가 개방된 형상을 가지며,
    상기 기판처리장치는,
    상기 메인챔버의 개방된 하부에 설치되어 내부설치공간을 가지며, 상기 회전축의 둘레를 따라 설치되는 펌핑블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메인히터 및 상기 회전축은 상기 내부설치공간에 설치되며,
    상기 기판처리장치는,
    상부에 놓여진 상기 기판을 지지하며, 상승위치 및 하강위치로 전환가능한 복수개의 홀더들;
    상기 홀더들과 연결되어 상기 홀더들을 승강하는 승강축;
    상기 회전축의 둘레를 따라 펌핑블럭 상에 형성되며, 상기 공정가스를 외부로 배출하는 배출홀; 및
    상기 배출홀의 외측에 형성되어 상기 승강축이 삽입설치되는 승강홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 챔버덮개의 상부면에 형성되어 상기 공정공간을 향해 공정가스를 공급하는 가스공급구;
    상기 챔버덮개의 하단부에 설치되며, 상기 공정가스를 상기 기판을 향해 확산시키는 확산홀들을 가지는 확산판; 및
    상기 챔버덮개의 상부에 설치되어 상기 공정가스를 상기 공정공간을 향해 예비가열하는 상부히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는 상기 기판을 승강하는 승강유닛을 더 포함하되,
    상기 승강유닛은,
    상부에 놓여진 상기 기판을 지지하며, 상승위치 및 하강위치로 전환가능한 복수개의 홀더들; 및
    상기 홀더들과 연결되어 상기 홀더들을 승강하는 승강축을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서셉터플레이트는 상부면의 가장자리를 따라 형성되는 승강홈을 가지며,
    상기 홀더들은,
    상기 상승위치에서 상부면이 상기 서셉터플레이트의 상부면보다 높게 위치하고,
    상기 하강위치에서 상기 승강홈에 삽입되어 상기 기판의 하부면으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 챔버덮개는 상부가 볼록한 돔형상 또는 평판형상인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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