JP2015507702A

JP2015507702A - 側方排気方式基板処理装置

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Publication number: JP2015507702A
Application number: JP2014551179A
Authority: JP
Inventors: ヤン，イル−クヮン; ソン，ビョン−ギュ; キム，キョン−フン; シン，ヤン−シク
Original assignee: ユ−ジーンテクノロジーカンパニー．リミテッド
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: JP6014683B2; CN104105813B; KR20130090101A; CN104105813A; KR101356664B1; US20140331933A1; WO2013115471A1; TWI496942B; TW201333256A

Abstract

本発明の一実施例によると，基板処理装置は，上部が開放されて基板に対する処理が行われる内部空間が提供されるチャンバ本体と，前記チャンバ本体の上部に設置されて前記チャンバ本体の上部を閉鎖するチャンバリッドと，前記チャンバリッドの下部に設置されて前記内部空間に向かってプロセスガスを供給するシャワーヘッドと，を含み，前記チャンバ本体は，側壁に沿って内部に形成されて前記内部空間内のガスを収斂する一つ以上の収斂ポートと，側壁に形成されて前記収斂ポートと前記内部空間を連通する複数の内側排気孔と，前記収斂ポートにそれぞれ連結される複数の内側排気ポートと，を有する。【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置に関するものであり，より詳しくは，側方排気方式を利用した基板処理装置に関するものである。

半導体素子及びフラットパネルディスプレイは複数の薄膜蒸着工程とエッチング工程を介して製作される。即ち，蒸着工程を介して基板の上に薄膜を形成し，マスクを利用したエッチング工程を介して不必要な薄膜の一部を除去して基板の上に所望の回路パターン（pattern）又は回路素子を形成する。

蒸着工程は真空雰囲気を形成した処理チャンバ内で行われ，基板は処理チャンバ内に装填される。シャワーヘッドは基板の上部に設置されて基板に向かってプロセスガスを供給し，プロセスガスは基板の上に蒸着されて所望の薄膜を形成する。

一方，蒸着工程は排気過程と共に行われ，排気過程で蒸着を介して発生した工程副産物及び未反応ガスは処理チャンバの外部に排出される。

本発明の目的は，側方排気方式を利用した基板処理装置を提供することにある。

本発明の他の目的は，均一な排気を介して基板の上に蒸着された薄膜の均一度を確保する基板処理装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は，後述する詳細な説明と添付した図面からより明確になるはずである。

本発明の一実施例によると，基板処理装置は，上部が開放されて基板に対する処理が行われる内部空間が設けられたチャンバ本体と，前記チャンバ本体の上部に設置されて前記チャンバ本体の上部を閉鎖するチャンバリッドと，前記チャンバリッドの下部に設置されて前記内部空間に向かってプロセスガスを供給するシャワーヘッドと，を含み，前記チャンバ本体は，側壁に沿って内部に形成されて前記内部空間内のガスを収斂する一つ以上の収斂ポートと，側壁に形成されて前記収斂ポートと前記内部空間を連通する複数の内側排気孔と，前記収斂ポートにそれぞれ連結される複数の内側排気ポートと，を有する。

前記基板処理装置は，前記基板が上部に装填されて昇降によって前記基板が装填される装填位置及び前記基板に対する前記処理が行われる処理位置に移動可能なサセプタを更に含み，前記内側排気孔は前記処理位置に置かれた前記サセプタの上部と前記シャワーヘッドとの間に位置する。

前記チャンバ本体は側壁に形成されて前記基板が前記内部空間に出入する通路を有し，前記収斂ポート及び前記内側排気孔は前記通路の上部に位置する。

前記内側排気孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に応じてそれぞれ異なる。

前記内側排気孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に比例する。

前記基板処理装置は前記収斂ポートの上に設置され，複数の分配孔を有する分配リングを更に含む。

前記分配孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に応じてそれぞれ異なる。

前記分配孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に比例する。

前記分配孔は前記内側排気孔の間にそれぞれ配置される。

前記収斂ポートはリング状である。

前記収斂ポートは前記チャンバ本体の上部面から陥没して形成される。

前記基板処理装置は前記収斂ポートの開放された上部を閉鎖するポートカバーを更に有する。

前記基板処理装置は，前記チャンバ本体の外側を介して前記内側排気ポートにそれぞれ連結される複数の外側排気ポートと，前記外側排気ポートに連結されるメインポートと，を更に含む。

前記基板処理装置は，前記外側排気ポートにそれぞれ設置されて前記外側排気ポートを介して排出される前記ガスの流量を調節する流量調節バルブと，前記流量調節バルブにそれぞれ連結されて前記流量調節バルブを制御して前記ガスの排出量を同一に調節する制御器と，を更に含む。

本発明によると，側方排気方式を介して反応副産物及び未反応ガスを処理チャンバの外部に排出することができる。特に，均一な排気を介して基板の上に蒸着された薄膜の均一度を確保することができる。

本発明の一実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。図１に示した内側排気孔及び分配リング，そして内側排気ポートを示す断面図である。図１に示したチャンバ本体の下部を示す図である。プロセスガスの流れを示す図である。プロセスガスの流れを示す図である。本発明の他の実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。

以下，本発明の好ましい実施例を添付した図１乃至図５を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形に変形してもよく，本発明の範囲が後述する実施例に限られると解釈してはならない。本実施例は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示した各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。

一方，以下では蒸着装置を例に挙げて説明するが，本発明は多様な基板支持装置に応用可能である。また，以下ではウェハを例に挙げて説明するが，本発明は多様な被処理体に応用可能である。

図１は，本発明の一実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。図１に示したように，基板処理装置１はチャンバ本体１０とチャンバリッド（chamber lid）２０を含む。チャンバ本体１０は上部が開放された形状であり，チャンバリッド２０はチャンバ本体１０の開放された上部を開閉する。チャンバリッド２０がチャンバ本体１０の開放された上部を閉鎖すると，チャンバ本体１０及びチャンバリッド２０は外部から閉鎖された内部空間を形成する。

チャンバ本体１０は内部空間に当たるチャンバ内部１１を有し，ウェハはチャンバ本体１０の一側に形成された通路１０ａを介してチャンバ内部１１に装填される。サセプタ５０はチャンバ内部１１に設置され，装填されたウェハはサセプタ５０の上部面に置かれる。回転軸５１はサセプタ５０の下部に連結される。回転軸５１はサセプタ５０を支持するためでなく，処理の進行中にサセプタ５０を回転させる。薄膜は反応によってウェハに蒸着され，薄膜は均一な厚さ（uniform thickness）を有する。

図１に示したようにシャワーヘッド４０は平板状であり，チャンバ本体１０とチャンバリッド２０との間に設置される。よって，チャンバ本体１０の開放された上部はシャワーヘッド４０及びチャンバリッド２０によって閉鎖される。しかし，シャワーヘッド４０は別途の締結部材を介してチャンバリッド２０の下部面に固定されてもよく，チャンバ本体１０の開放された上部はチャンバリッド２０によって閉鎖されてもよい。

ガス供給ポート２１はチャンバリッド２０の内部に形成され，プロセスガスはガス供給ポート２１を介して供給される。シャワーヘッド４０は陥没した上部面を有し，陥没した上部面はチャンバリッド２０の下部面から離隔されてバッファ空間を形成する。プロセスガスはガス供給ポート２１を介してバッファ空間内に充填され，シャワーヘッド４０を介してチャンバ内部１１に供給される。シャワーヘッド４０は複数の噴射孔４２を有し，プロセスガスは噴射孔４２を介してチャンバ内部１１に噴射される。プロセスガスはウェハの表面に移動してウェハの表面で薄膜を形成するが，プロセスガスは薄膜の種類に応じて選択されてもよい。

図２は，図１に示した内側排気孔及び分配リング，そして内側排気ポートを示す断面図である。チャンバ本体１０は収斂ポート１２及び内側排気孔１４，内側排気ポート３２を有する。収斂ポート１２はチャンバ本体１０の側壁に形成されるが，チャンバ本体１０の側壁はサセプタ５０を囲む。収斂ポート１２はチャンバ本体１０の上部面から陥没して形成され，ポートカバー１６は収斂ポート１２の開放された上部を閉鎖する。但し，本実施例とは異なり収斂ポート１２の開放された上部はチャンバリッド２０によって閉鎖されていてもよい。

収斂ポート１２はリング状であり，チャンバ本体１０の側壁に沿って形成される。収斂ポート１２は通路１０ａの上部に位置する。図２は一つのリング状を有する収斂ポート１２を図示しているが，収斂ポート１２は分割形成された複数個であってもよく，全体的に一つのリング状を有してもよい。また，円形のウェハではなく四角形状の基板である場合，収斂ポート１２は四角いリング状であってもよい。

内側排気孔１４はチャンバ本体１０の側壁に沿って相互に間隔をあけて形成され，収斂ポート１２とチャンバ内部１１を連通する。処理が行われる際に発生する反応副産物及び未反応ガスは内側排気孔１４を介して収斂ポート１２に流入される。内側排気ポート３２は収斂ポート１２に連結されてチャンバ本体１０の下部に向かって延長される。よって，反応副産物及び未反応ガスは収斂ポート１２から内側排気ポート３２に移動可能であり，内側排気ポート３２を介してチャンバ本体１０の外部に排出される。

図１に示したように，分配リング１８は収斂ポート１２の上に設置されて複数の分配孔１８ａを有する。図２に示したように，分配孔１８ａは内側排気孔１４の間に配置される。分配リング１８は収斂ポート１２と略同一の形状であり，チャンバ本体１０の側壁に沿って形成されたリング状である。上述したように，収斂ポート１２が分割形成された複数個である場合，分配リング１８は分割されてそれぞれの収斂ポート１２の上に設置される。反応副産物及び未反応ガスは収斂ポート１２に流入されてから分配リング１８の分配孔１８ａを介して内側排気ポート３２に移動する。

図２に示したように，内側排気ポート３２はサセプタ５０（又はサセプタ５０に置かれた基板）の中心を基準に等角度（例えば，１２０°）を成すように配置される。よって，内側排気ポート３２を介してチャンバ内部１１の反応副産物などを強制排気する場合，内側排気ポート３２にそれぞれ提供された圧力はいずれの方向にも偏ることなく均衡を取る。本実施例とは異なり，内側排気ポート３２は２つであるか４つ以上であってもよい。

図３は，図１に示したチャンバ本体の下部を示す図である。外側排気ポート３４は内側排気ポート３２にそれぞれ連結され，メインポート３６は連結ポート３５を介して外側排気ポート３４に連結される。メインポート３６は排気ポンプ（図示せず）に連結され，排気ポンプを作動する場合にはメインポート３６内に形成された低い圧力はメインポート３６（又は外側排気ポート３４）とチャンバ内部１１の間に圧力差を形成する。よって，反応副産物などは内側排気ポート３２及び外側排気ポート３４を介してメインポート３６に移動する。圧力調節バルブ３８はメインポート３６の上に連結され，メインポート３６を部分的に又は全体的に開閉してチャンバ内部１１の圧力を調節する。一方，本実施例では外側排気ポート３４がチャンバ本体１０の下部を介して内側排気ポート３２にそれぞれ連結されているが，外側排気ポート３４はチャンバ本体１０の側部を介して内側排気ポート３２にそれぞれ連結されていてもよい。

一方，回転軸５１はチャンバ本体１０の下部を介して支持台２８に連結され，支持台２８は下部連結部２６の上に固定される。下部連結部２６は別途の駆動装置（図示せず）によって昇降可能であり，それを介して回転軸５１は支持台２８と共に昇降可能である。上部連結部２２はチャンバ本体１０の下部に連結され，ベローズ２４は上部連結部２２及び下部連結部２６にそれぞれ連結されてチャンバ内部１１を外部から遮断する。よって，チャンバ内部１１は下部連結部２６の昇降に関係なく真空状態を維持することができる。

サセプタ５０は回転軸５１と共に昇降し，ウェハが装填される位置（「装填位置」）及びウェハに対する処理が行われる位置（「処理位置」）に移動される。ウェハは通路１０ａを介してチャンバ内部１１に装填され，ウェハは装填位置に配置されたサセプタ５０の上部に載置される。サセプタ５０が装填位置にある際にはサセプタ５０は通路１０ａより低い高さに位置する。サセプタ５０は回転軸と共に上昇してシャワーヘッド４０に向かって移動し，サセプタ５０がシャワーヘッド４０に近接した状態（図１を参照）でウェハに対する処理が行われる。処理完了の際にサセプタ５０は回転軸５１と共に下降して装填位置に復帰し，処理が完了した基板はチャンバ本体１０の外部に取り出される。

図４及び図５はプロセスガスの流れを示す図である。処理が行われる際にサセプタ５０は上昇して処理位置に移動するが，この際，サセプタ５０は通路１０ａより高い位置にある。上述したように，プロセスガスはガス供給ポート２１を介してバッファ空間内に充填され，シャワーヘッド４０の噴射孔４２を介してサセプタ５０の上部に向かって噴射される。プロセスガスはサセプタ５０上に置かれたウェハの表面に移動してウェハの表面に薄膜を形成する。

排気ポンプは処理の進行中に作動し，排気ポンプによってチャンバ内部１１とメインポート３６（又は外側排気ポート３４）との間に形成された圧力差によって反応副産物及び未反応ガスが外部に排出される。収斂ポート１２は処理位置に配置されたサセプタ５０の周辺に位置し，図４及び図５に示したように処理の進行中に発生する反応副産物及び未反応ガスはサセプタ５０の半径方向に移動してから内側排気孔１４を介して収斂ポート１２に流入される。即ち，サセプタ５０に向かって噴射されたプロセスガスはウェハの表面に移動すると共に反応副産物及び未反応ガスの形態で最も近接した内側排気孔１４を通過して収斂ポート１２に流入され，分配孔１８ａを介して最も近接した内側排気ポート３２に移動する。

この際，サセプタ５０がシャワーヘッド４０と近接した状態で内側排気孔１４はシャワーヘッド４０とサセプタ５０との間に位置する。プロセスガスはサセプタ５０とシャワーヘッド４０との間に供給され，ウェハの表面に薄膜を形成してから反応副産物などの形で内側排気孔１４を介して収斂ポート１２に移動する。プロセスガス又は反応副産物などはサセプタ５０の下部に移動せず，プロセスガスが拡散される領域を最小化するだけでなく反応副産物などを迅速に排出する。特に，反応副産物などがサセプタ５０の下部に位置するチャンバ本体１０の内壁などに蒸着されることを防止することができる。一方，下方排気（bottom pumping）の場合には下部を介して排出されるため，プロセスガスが拡散される領域が増加するだけでなく反応副産物などを迅速に排出することができない。また，反応副産物などがチャンバ本体１０の内壁などに蒸着される恐れがある。

一方，メインポート３６の内部は排気ポンプによって低い圧力が形成され，低い圧力は外側排気ポート３４及び内側排気ポート３２にそれぞれ分散される。同じく，内側排気ポート３２の低い圧力は分配リング１８の分配孔１８ａを介して収斂ポート３２内に分散され，内側排気孔１４を介してチャンバ内部１１に均一に伝達される。即ち，チャンバ内部１１とメインポート３６（又は内側排気ポート３２）との間に形成された圧力差はチャンバ内部１１の位置に応じて集中されず，図５に示したようにプロセスガス又は反応副産物などは内側排気孔１４を介して均一に排出される。

特に，分配孔１８ａは内側排気孔１４の間に配置されるため，内側排気ポート３２の内部とチャンバ内部１１との間に形成された圧力差は更に効果的に分散される。即ち，一つの分配孔１８ａに形成された低い圧力は２つの内側排気孔１４にそれぞれ伝達されるため，分配孔１８ａの配置を介して圧力分散効果を最大化することができる。

チャンバ内部１１の反応副産物などをサセプタ５０の位置に関係なく均一に排出することは蒸着の均一度（uniformity）と密接な関連がある。蒸着の均一度はプロセスガスの均一な流動によって達成され，プロセスガスの均一な流動は排気の均一度に応じて達成される。

一方，図２及び図５では同じ直径を有する内側排気孔１４及び分配孔１８ａを示したが，内側排気孔１４及び分配孔１８ａの直径をそれぞれ異なるようにして反応副産物などの排出を更に均一にしてもよい。即ち，内側排気ポート３２の存在によって反応副産物などの流動は内側排気ポート３２に向かう方向（３つの方向）に集中し，それによって内側排気ポート３２に向かう方向では内側排気ポート３２に向かわない方向に比べて相対的な排出量が多くなる。よって，内側排気孔１４又は分配孔１８ａの直径は内側排気ポート３２から離隔された距離に応じてそれぞれ異なり，内側排気孔１４又は分配孔１８ａの直径は内側排気ポート３２から離隔された距離に比例する。

本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，それとは異なる実施例も可能である。よって，以下に記載された請求項の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限られない。

以下，本発明の実施例を添付した図６を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形に変形してもよく，本発明の範囲が後述する実施例に限られると解釈してはならない。本実施例は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示した各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張される可能性がある。以下では上述した実施例とは異なる内容に対してのみ説明し，以下で省略した説明は上述した内容に代替可能である。

一方，以下では蒸着装置を例に挙げて説明したが，本発明は多様な基板処理装置に応用可能である。また，以下ではウェハを例に挙げて説明するが，本発明は多様な被処理体に応用可能である。

図６は，本発明の他の実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。流量調節バルブ（mass flow controller）３４ａは外側排気ポート３４にそれぞれ設置され，流量調節バルブ３４ａは外側排気ポート３４をそれぞれ開閉して流量を調節する。制御器（図示せず）は流量調節バルブ３４ａにそれぞれ連結されて流量調節バルブ３４ａをそれぞれ制御し，外側排気ポート３４の流量を同じく調節して外側排気ポート３４を介して排出される反応副産物などの量を同じく調節する。

本発明を実施例を介して詳細に説明したが，それとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載された請求項の技術的思想と範囲は実施例に限られない。

本発明は多様な形態の半導体製造設備及び製造方法に応用される。

Claims

上部が開放されて基板に対する処理が行われる内部空間が設けられたチャンバ本体と，
前記チャンバ本体の上部に設置されて前記チャンバ本体の上部を閉鎖するチャンバリッドと，
前記チャンバリッドの下部に設置されて前記内部空間に向かってプロセスガスを供給するシャワーヘッドと，を含み，
前記チャンバ本体は，
側壁に沿って内部に形成されて前記内部空間内のガスを収斂する一つ以上の収斂ポートと，
側壁に形成され，前記収斂ポートと前記内部空間を連通する複数の内側排気孔と，
前記収斂ポートにそれぞれ連結される複数の内側排気ポートと，を有することを特徴とする基板処理装置。
前記基板処理装置は，前記基板が上部に装填されて昇降によって基板が装填される装填位置及び前記基板に対する前記処理が行われる処理位置に移動可能なサセプタを更に含み，前記内側排気孔は前記処理位置に配置された前記サセプタの上部と前記シャワーヘッドとの間に位置することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記チャンバ本体は側壁に形成されて前記基板が前記内部空間に出入する通路を有し，
前記収斂ポート及び前記内側排気孔は前記通路の上部に位置することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記内側排気孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に応じてそれぞれ異なることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記内側排気孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に比例することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は前記収斂ポートの上に設置され，複数の分配孔を有する分配リングを更に含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記分配孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に応じてそれぞれ異なることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
前記分配孔の直径は前記内側排気ポートから離隔された距離に比例することを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
前記分配孔は前記内側排気孔の間にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
前記収斂ポートはリング状であることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記収斂ポートは前記チャンバ本体の上部面から陥没して形成されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は前記収斂ポートの開放された上部を閉鎖するポートカバーを更に有することを特徴とする請求項１１記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は，
前記チャンバ本体の外側を介して前記内側排気ポートにそれぞれ連結される複数の外側排気ポートと，
前記外側排気ポートに連結されるメインポートと，を更に含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は，
前記外側排気ポートにそれぞれ設置されて前記外側排気ポートを介して排出される前記ガスの流量を調節する流量調節バルブと，
前記流量調節バルブにそれぞれ連結され，前記流量調節バルブを制御して前記ガスの排出量を同じく調節する制御器と，を更に含むことを特徴とする請求項１３記載の基板処理装置。