KR20060019521A - 결정질 층 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로세스 챔버(1) 내부로 유입되어 이 챔버 내부에서 열분해 반응을 하는 반응 가스에 의해서 프로세스 챔버(1) 내의 특히 결정질 기판과 같은 하나 이상의 기판상에 특히 결정질 층을 증착하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 캐리어 판(carrier plate)(2)을 구비하되 이 캐리어 판의 한 측면은 가열되고, 적어도 하나의 보상 판(compensation plate)이 상기 캐리어 판(2) 상에 수평형 갭(3)을 형성하도록 놓인다. 수평형 갭(3)의 갭 높이가 변하거나 국부적으로 상이하여서 보상 판(4)의 국부 표면 온도에 영향을 준다.

Description

결정질 층 증착 장치{CVD COATING DEVICE}
본 발명은 프로세스 챔버 내부로 유입되어 이 챔버 내부에서 열분해 반응을 하는 반응 가스에 의해서 프로세스 챔버 내의 특히 결정질 기판과 같은 하나 이상의 기판상에 특히 결정질 층을 증착하는 장치에 관한 것으로서, 이 장치가 구비한 캐리어 판의 한 측면은 가열되고 적어도 하나의 보상 판(compensation plate)이 캐리어 판 상에 수평형 갭을 형성하도록 놓인다.
이러한 종류의 장치는 DE 100 43 600 A1에 개시되어 있다. 이 문헌에서 개시된 장치는 프로세스 챔버를 갖는다. 이 프로세스 챔버는 회전하는 측면에서 대칭이 되도록 형성되어 있다. 수많은 반응 가스가 이 프로세스 챔버 내의 천장부의 중앙에 배치된 가스 인입 부재를 통해서 프로세스 챔버 내부로 유입된다. 이 프로세스 챔버에서, 이 반응 가스들은 열분해된다. 이러한 열분해를 위해서 필요한 온도를 조성하기 위해서, 프로세스 챔버의 바닥부 또는 천장부 중 적어도 하나는 가열된다. 이러한 가열은 적외선 방사 또는 고주파수에 의해 발생한다.
이 프로세스 챔버의 바닥부는 링형 캐리어 판을 갖는다. 가스의 흐름에 의해서 가스 쿠션 상에서 회전하게 되는 개별적인 기판 홀더들이 캐리어 기판상에 실장된다. 이 기판 홀더는 캐리어 기판 내의 리세스(recess) 내에 실장된다. 이 캐리어 기판 상에는, 이 기판 홀더를 둘러싸는 구역에서 보상 판이 놓이게 된다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 보상 판의 표면 온도가 특히 흐름의 방향에 있어서 기판 홀더의 상류 부분에서 간단한 방식으로 프로세스의 필요에 따라서 적응될 수 있도록 하는 수단을 제공하는 데 있다.
이러한 목적은 청구 범위에서 특정된 본 발명에 의해서 달성된다.
청구항 제 1 항에서는 무엇보다도 수평형 갭의 갭 높이가 보상 판의 국부 표면 온도에 영향을 주도록 가변적이거나 국부적으로 상이하도록 되어 있다. 이로써, 또한 이 국부 표면 온도는 캐리어 판의 온도 분포와 무관하게 설정될 수 있다. 수평형 갭의 갭 높이를 변화시키기 위해서, 특히 스페이서로 이 갭 높이를 규정하는 것이 고려된다. 이 갭 높이는 스페이서를 적합하게 선택함으로써 설정될 수 있다. 이 스페이서를 실장하기 위한 핀이 제공될 수 있다. 가령, 이 핀은 캐리어 판에 고정되게 연결될 수 있다. 스페이서 디스크 또는 스페이서 슬리브가 핀 상에 배치될 수 있다. 이 핀 또는 슬리브는 각각의 다른 판의 슬롯 내로 맞물리게 된다. 가령 핀이 캐리어 판의 보어(bore) 내에 고정되게 삽입되면, 이 핀의 아직 고정되지 않은 단부는 보상 판의 슬롯 내에 맞물리게 된다. 이로써, 보상 판과 캐리어 판의 상이한 열 팽창 정도를 보상할 수 있다. 많은 스페이싱 수단이 제공되는 것이 바람직하다. 특히 3 개 정도가 바람직하다. 각 스페이싱 수단은 핀에 의해 유지된다. 각 핀은 슬롯 내부로 투입된다. 이 경우에 슬롯은 중심에 대해서 별 형태로 연장된다. 국부적으로 상이한 갭 높이는 보상 판의 하부 측이 그의 상부 측에 대해서 경사진 방식으로 연장되면 성취된다. 이로써, 웨지(wedge) 형상의 갭이 획득될 수 있다. 열 전달이 갭 높이에 의존하기 때문에, 최대 갭 높이와 관련된 보상 판의 영역에는 열이 최소로 공급된다. 따라서, 이 표면 부분은 최소 갭 높이와 관련된 표면 영역보다 약하게 가열된다. 보상 판의 하부 측이 경사진 방식으로 연장된 경우에서, 스페이서는 바람직하게는 스페이서 슬리브에 의해 형성된다. 이 경우에, 스페이서 슬리브는 슬롯의 베이스 상에서 지지된다. 이 베이스는 보상 판의 상부 측에 대해서 평행하게 연장된다. 이 보상 판은 코팅될 수 있다. 코팅 재료는 PBN, SiC 또는 Tac일 수 있다. 보상 판은 또한 SiC로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 보상 판은 석영, 흑연 또는 코팅된 흑연으로 구성된다. 이 코팅부는 반응 가스에 대해서 비활성인 재료로 구성된다. 본 발명에 따른 장치가 그의 에지가 정확하게 절단된 절단부를 갖는 중앙 보상 판을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 정확한 에지는 회전하게 구동되는 원형 디스크 형상 기판 홀더에 대한 갭을 형성한다. 캐리어 판은 링 형상을 가질 수 있다. 링의 중심에는 지지 판 및 결합 판이 존재한다. 이 지지 판은 지지부 상에 놓인다. 이러한 구성에 대해서는, DE 100 43 600 A1의 도면이 참조된다.
본 발명에 따른 이러한 장치의 구성에 의해서 기판 홀더 근방의 보상 판의 표면 온도는 기판 홀더의 표면 온도보다 매우 높아진다. 국부적 갭 높이를 적합하게 선택함으로써 특정 온도 프로파일을 설정할 수도 있다. 보상 판, 특히 코팅된 보상 판이 교환가능한 수단이다는 사실은 가령 암모니아와 같은 흑연에 손상을 줄 수 있는 가스가 사용될 때에도 이들 보상 판이 간단하게 교환될 수 있음을 의미한다. 프로세스 파라미터가 변하는 경우에, 스페이싱 수단을 교환함으로써 이러한 적응이 일어난다. 본 발명에 따른 장치에 의해서, 내부로부터 외부로 발생하는 온도 프로파일이 유성형 반응기 내의 링형 기판 홀더 상에서 확립되는 상황이 가능하다. 이러한 경우의 온도 구배로 인해서 캐리어 판 또는 보상 판에 손상을 줄 수 있는 어떠한 응력도 발생하지 않게 된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1은 다수의 보상 판과 기판 홀더가 구비된 캐리어 판의 평면도(이 보상 판과 기판 홀더 간의 갭은 보다 양호하게 도시하기 위해서 확대되었으며 실제로 이 갭은 가능한 한 좁아야 함),
도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따른 프로세스 챔버의 단면도,
도 3은 도 2의 세부 부분 Ⅲ의 확대도,
도 4는 도 3의 라인 Ⅳ-Ⅳ을 따른 단면도,
도 5는 대략적으로 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 상세하게 확대되게 도시된 본 발명의 제 2 실시예의 도면,
도 6은 도 5에 따른 도시 방식으로 도시된 다른 예시적인 실시예의 도면,
도 7은 도 1에 따른 도시 방식으로 본 발명의 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면.
캐리어 판(2) 상에 배치된 보상 판(4,13)을 사용하면 보상 판(4)과 캐리어 판(2) 간의 수평형 갭(3)에서의 열전도 저항은 프로세스 챔버(1)의 중앙에서 프로세스 챔버(1)의 에지로 향하는 가스 흐름의 방향에 있어서 기판 홀더의 상류 부분에서 변하게 된다. 이로써, 보상 판(4)의 상부 측(4")의 온도는 그 아래에 놓인 캐리어 판(2)의 온도와 상관없이 변하게 된다. 이러한 열전도 저항의 변화는 특히 캐리어 판(2)과 보상 판(4) 간의 거리, 즉 수평형 갭(3)의 갭 높이에 의해서 가능하게 된다. 디스크(5) 또는 슬리브(6) 형태를 갖는 스페이싱 수단은 세라믹, 석영 또는 사파이어로 구성된다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 수평형 갭(3)은 실질적으로 균일한 갭 높이를 가지며, 스페이서 디스크(5)는 캐리어 판(2)의 상부 측(2') 상에 놓이며 보상 판(4)의 하부 측(4')을 유지한다. 그러나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 갭 높이는 국부적으로 변할 수 있다. 수평형 갭(3)의 갭 높이는 스페이서 디스크(5) 및 스페이서 슬리브(6)를 교환함으로서 변할 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 예시적인 실시예는 회전 대칭형 프로세스 챔버(1)를 갖는다. 반응 가스가 가스 인입 부재(16)(이의 정확한 구성에 대해서는 DE 190 43 600을 참조하면 됨)를 통해서 프로세스 챔버 내부의 중심부로 유입된다. 이 인입 부재(16)는 프로세스 챔버(1)의 천장부(15)의 중앙에 위치한다.
프로세스 챔버(1)의 베이스는 링 형태로 된 중심 Z를 둘러 배치된 기판 홀더들(9)에 의해 형성된다. 기판은 이 기판 홀더(9) 상에 놓인다. 개별 기판 홀더들 간의 중간 스페이스는 보상 판(4,13)에 의해 충진된다. 본 예시적인 실시예에서는, 오직 한 개의 중앙 보상 판(4)이 존재한다. 이 중앙 보상 판은 총 5 개의 주변 보상 판(13)과 인접하게 된다. 특히 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 중앙 보상 판(4)은 가스 갭(3)을 형성하면서 링형 캐리어 판(2) 상에서 연장되어 있다. 캐리어 판(2) 내의 링형 리세스는 결합 판(11)으로 충진된다. 결합 막대(12)는 결합 판(11)에 대해 영향을 준다. 이 경우에 결합 판(11)의 에지는 캐리어 판(2)의 칼라(18) 상에서 지지된다. 이 칼라(18)는 지지 판(10)의 에지 부분 상에 놓이며 이 에지 부분은 결합 판(11)에 대해서 평행하게 연장된다. 링형 지지 판(10)은 지지부(17) 상에서 지지된다.
흑연으로 구성된 캐리어 판(2) 아래에는 이 캐리어 판을 가열하는 HF 가열기의 코일(20)이 위치한다. 이 캐리어 판(2)에는 도시되지 않은 가스 덕트(gas duct)가 존재하며 이 가스 덕트를 통해서 가스 스트림이 흘러서 가스 쿠션(19)을 생성하고 이 가스 쿠션 상에 기판 홀더(9)가 떠있다. 이 가스 쿠션을 형성하는 가스 스트림은 또한 기판 홀더(9)가 자체 회전할 수 있게 한다. 캐리어 판(2)은 그의 축을 중심으로 자전한다.
개별 기판 홀더들(9) 간의 영역에서, 핀(7)이 캐리어 판(2)의 상부 측(2')으로부터 연장된다. 스페이서 디스크(5)는 핀과 결합된다. 보상 판(4)의 하부 측(4')은 스페이서 디스크(5) 위에 놓인다. 따라서, 수평형 갭(3)의 갭 높이는 스페이서 디스크의 물질 두께에 의해 규정된다. 스페이서 디스크(5)의 상부 측을 넘어서 돌출되어 있는 핀(7)의 결합되지 않은 단부는 보상 판(4)의 하부 측(4')과 연결된 슬롯(8) 내부로 투입된다. 도 1에 도시된 5 개의 슬롯은 보상 판(4)의 중심 Z에 대해서 별 모양으로 연장된다. 보상 판(4)이 오직 3 개의 슬롯만을 가져도 충분하다. 이러한 3 개의 슬롯(8)과 해당 핀(7)으로, 캐리어 판(2)에 대한 보상 판(4)의 위치가 규정될 수 있다. 이로써, 상이한 열팽창 정도가 보상된다.
도 5 및 도 6에 도시된 예시적인 실시예의 경우에, 흐름의 방향에서 기판 홀더(9)의 상류 부분에 바로 위치하는 보상 판(4)은 링 형상으로 구성된다. 이 두 실시예에서, 링형 보상 판(4)의 하부 측(4')은 상부 측(4")에 대해서 경사진 방식으로 연장되거나 캐리어 판(2)의 상부 측(2')에 대해서 경사진 방식으로 연장된다. 이로써 웨지 형상의 수평형 갭(3)이 생성된다. 이러한 상이한 갭 높이로 인해서 가열된 캐리어 판(2)부터 보상 판(4)까지의 열 전달이 달라지며 이로써 보상 판(4)의 표면 온도가 상이해진다. 보상 판(4)의 상부 측(4") 및 기판 홀더(9)의 상부 측(9')은 바람직하게는 서로 평행하게 유지된다. 링형 보상 판(4)의 내부 공간에는 스페이서(5)에 의해서 상술된 바와 같이 결합 판(11)으로부터 수직으로 이격되어 있는 보상 판(21)이 존재한다.
수평형 갭(3)의 높이는 링형 보상 판(4)의 경우에는 스페이서 슬리브(6)에 의해서 규정된다. 절연 재료로 구성된 이러한 스페이서 슬리브(6)의 한 단부는 캐리어 판(2)의 상부 측(2')에 의해 지지되며 다른 단부는 슬롯(8)의 베이스(8')에 의해 지지된다. 이로써, 핀(7)이 스페이서 슬리브(6)의 중앙 개구를 통해서 오직 부분적으로만 통과된다. 슬롯(8)의 베이스(8')는 캐리어 판(2')의 상부 측(2') 또는 보상 판(4')의 상부 측(4")에 평행하게 연장된다.
도 5에 도시된 예시적인 실시예의 경우에, 수평형 갭(3)은 반지름 방향에서 볼 때 내부로부터 외부로 향하는 가스 흐름 방향으로 테이퍼링(tapering)된다. 도 6에 도시된 예시적인 실시예의 경우에는, 수평형 갭(3)은 반지름 방향에서 볼 때 외부측에서 내부측으로 테이퍼링된다.
주변 보상 판(13)은 캐리어 판(2)의 상부 측(2') 위에 바로 놓일 수 있다. 보상 판(4,13)의 재료는 석영, SiC 또는 흑연이다. 이 재료는 바람직하게는 TaC 또는 SiC로 코팅된 흑연이다.
도 7에 도시된 예시적인 실시예의 경우에, 오직 3 개의 스페이싱 수단(5)이 제공되되 중심에 대해서 120˚만큼 각도 상 오프셋되도록 배치된다.
모든 개시된 특징들은 (그 자체로) 본 발명과 연관된다. 해당/첨부된 우선권 서류의 개시 내용(종래 특허 출원의 복사본의 내용)이 또한 그 전체가 본 출원의 명세서에서 참조로서 인용되며 또한 본 출원의 청구 범위에서 이 서류의 특징들이 포함된다.

Claims (14)

  1. 프로세스 챔버(1) 내부로 유입되어 이 챔버 내부에서 열분해 반응을 하는 반응 가스에 의해서 프로세스 챔버(1) 내의 특히 결정질 기판과 같은 하나 이상의 기판상에 특히 결정질 층을 증착하는 장치에 있어서,
    이 결정질 층 증착 장치는 캐리어 판(carrier plate)(2)을 구비하되 이 캐리어 판의 한 측면은 가열되고,
    적어도 하나의 기판 홀더(9) 및 이 기판 홀더(9)를 둘러싸는 적어도 하나의 보상 판(compensation plate)이 상기 캐리어 판(2) 상에 수평형 갭(3)을 형성하도록 놓이며,
    반응 가스 흐름의 방향에 있어서 기판 홀더(9)의 상류 부분에서 수평형 갭(3)의 갭 높이가 변하거나 국부적으로 상이하여서 보상 판(4)의 국부 표면 온도에 영향을 주는,
    결정질 층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 높이를 규정하는 적어도 하나의 스페이서(5,6)를 더 포함하는,
    결정질 층 증착 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스페이서는 핀(7) 상에 결합된 디스크(5) 또는 슬리브(6)로서 형성되는,
    결정질 층 증착 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 판(2) 또는 보상 판(4)에 고정되게 연결된 핀(7) 또는 상기 핀(7)에 의해 유지되는 슬리브(6)는 각각의 다른 판의 슬롯(8) 내에 맞물리는,
    결정질 층 증착 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 3 개인 다수의 핀(7) 각각이 슬롯(8) 내에 맞물리되,
    상기 슬롯(8)은 공통 중심(Z)을 둘러서 정렬되어 있는,
    결정질 층 증착 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수평형 갭(3)은 웨지 형상(wedge-shape) 갭인,
    결정질 층 증착 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서,
    보상 판(4)의 하부 측(4')은 그의 상부 측(4")에 대해서 경사진 방식으로 연 장된,
    결정질 층 증착 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    경사진 하부 측(4')과 연결된 슬롯(8)의 베이스(8')는 보상 판(4)의 상부 측(4")에 평행하게 또는 캐리어 판(2)의 상부 측(2')에 평행하게 연장된,
    결정질 층 증착 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    핀(7)에 의해 유지되며 캐리어 판(2)의 상부 측(2')으로부터 연장된 슬리브(6)는 슬롯(8)의 베이스(8') 상에 지지되며,
    핀(7)이 관통하는 디스크(5)는 슬롯(8)의 에지를 지지하는,
    결정질 층 증착 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스페이싱 수단(5,6)은 반응 가스에 대해 낮은 열 전도도 및/또는 열 전도에 대한 높은 저항을 갖는 재료 및/또는 사파이어(sapphire)로 구성되는,
    결정질 층 증착 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보상 판(4)은 석영, SiC 또는 PBN, TaC 또는 SiC로 코팅된 흑연으로 구성되는,
    결정질 층 증착 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙 보상 판(4)은 링 형태로 된 캐리어 판(2)과 회전가능하게 연결된 다수의 기판 홀더(9)를 부분적으로 둘러싸는,
    결정질 층 증착 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 판(2)은 링 형태를 가지며 하부 부분에서는 그의 에지가 중앙 지지 판(10)에 맞물려서 유지되며,
    결합 판(11)이 지지판(10) 위에 놓이며 결합 막대(12)가 그에 대하여 결합 역할을 하고,
    상기 결합 판(11)은 캐리어 판(2)의 상기 에지 상에서 지지되는,
    결정질 층 증착 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 판(2)은 자전하도록 구동되며,
    각각이 가스 쿠션(gas cushion) 상에 놓인 자전가능한 기판 홀더들(9)은 이 가스 쿠션을 형성하는 가스의 흐름에 의해서 자전하도록 구동되는,
    결정질 층 증착 장치.
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