KR0149442B1 - 기판상의 층용착 방법 및 그 처리 시스템 - Google Patents

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빌렘 피카르 한스
아르놀두스 코르지우스 후베르투스
기이스베르트 스루이크 보우데비인
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에이.밴 리
에이 에스 엠 인터내쇼날 엔. 브이.
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Abstract

본 발명은 화학적 증기 용착에 의해 몇 개의 기판을 일괄 동시 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 그러한 방법은 용착처리 이전에 폐쇄 시스템에서 수행되며, 상기 기판은 동일한 시스템에서 정화 처리를 받는다.

Description

기판상의 층용착 방법 및 그 처리 시스템
본 발명은 주위가 밀봉될 수 있는 처리 시스템에 기판상의 층을 수용하여 그것을 용착시키는 방법에 관한 것으로, 그러한 방법은 상기 시스템 내부로 상기 기판을 도입하고, 그 기판상에 적어도 한 층을 용착하여 상기 시스템으로부터 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 예로서 US-A-4, 717, 461호를 들 수 있는데, 이에는 스퍼터링(sputtering)에 의해서 기판상에 하나의 층을 용착시키는 방법이 기술되어 있다. 로딩/언로딩 위치로 기판이 도입된 후 상기 기판은 처리실로 이전되며 하나의 층이 용착된 후, 필요한 구성을 이루기 위해서 그 층은 에칭 절차를 밟게 된다. 상기 방법은 처리 소가 동시에 하나의 기판만을 유지 및 처리한다는데 그 특징이 있다.
스퍼터링은 많은 장,단점을 가지는데, 그 스퍼터링의 특징은 상기 처리의 충격 특성에 있다. 그러한 특성으로 인하여, 예를 들면 메가비트 패턴에 있어서 층과 균일하게 되는 전형적인 구조를 갖는 깊고 좁은 홀/홈을 형성하고, 상기 층을 제거하는 것이 궁극적으로 불가능해진다. 이러한 이유 때문에, 고온에서의 화학적 증기 용착 기술이 종래 기술에 사용되었다. 그러한 방법의 예를 들면, GB-A 2, 190, 345호를 들 수 있다. 그 경우에, 기판은 처리 가열로로 직접적으로 이전된다. 그러나 그렇게 함에 있어서, 표면상에 존재하는 오염물질과 관련한 문제가 존재한다. 숨겨져 있는 금속이온 오염물질은 첫째의 오염물질로 간주되지만, 기판이 대기중에 노출될 때 항상 생기에 되는 산화 기판 또한 그러한 것으로 여겨진다. 기판상에서 흡수된 입자(처음에는 탄화수소)에 의해서 최종적인 오염물질이 표현된다.
스퍼터링에 있어서, 소위 스퍼터 에치(sputter etch)라 칭하는 스퍼터링 처리가 개시되기 이전에, 고에너지(50eV 및 그 이상) 원자의 폭발의 충격에 의해서 어떠한 오염물질도 표면에서 제거된다. 이러한 에칭 처리의 단점은 원자 폭발의 입사에 따른 기판의 수정격자에 대한 손상 및 결손이 따른다는 것이다. 입사원자는 기판을 통과하여, 오염물질의 파열과 더불어 기판의 최상부층에 모인다.
더 얇은 층의 상태에 부과되는 기술이 진보하고, 필요 부품이 증가하면 할수록 상술한 스퍼터 에칭 기술은 더욱더 적합하지 않게 되어, 기판의 최상부층에 모이는 바람직하지 못한 원자 및 정화처리에 따른 기판상의 수정 격자의 결손이 없이 기판산화물과 그 기판상에 흡착된 원자가 제거되는 방법에 대한 연구가 행해져야 한다.
또한, 상기 정화된 표면은 다시 대기중에 노출되지 않는 것을 보장하는 것이 필요하다. 화학적 증기 용착의 경우에, 층과 균일하게 기판 구조물이 제공되는 장점을 갖지만, 상기와 동일한 장치에서는 상기와 같은 그러한 정화가 생기지 않는다는 단점이 있다. 기판상의 오염물질을 제거하여 여러 층을 활용하기 위하여 지금까지 각각의 장치에 사용해왔던 화학적 증기 용착 기술에 있어서 상술한 바는 그 가장 큰 단점중의 하나이다.
본 발명의 목적은 화학적 증기 용착(CVD)에 활용될 수 있는 상술한 형태의 방법을 제공하는데 있으며, 이러한 목적은 고온에서 물질층을 화학적 증기 용착함으로써 몇몇의 기판을 일괄 동시 처리하는 사이 증기 용착 방법에 의한 상술한 방법에 의해서 달성되는데, 그러한 방법의 기판은 처리 시스템내의 용착처리 이전에 정화 처리를 받는다. 폐쇄시스템내에서 상기 기판을 정화시키고, 여전히 폐쇄되어 있는 상기 시스템내에서 상기 기판을 처리 장치에 넣음으로써 기판이 오염물이 없는 물질의 적 증기 용착 방법을 받는 것을 보장할 수 있다. 그러한 정화단계는 고에너지(스퍼터링에 있어서 일반적인 50eV 이상)원자, HF와 같은 화학적 정화와 1989년 11월 3일자 출원된 U.S.S.N 431, 149호에 개시된 것과 같은 화학적 정화에 대한 노출이 없는 즉, 오존을 포함한 증기에의 노출에 의한 플라즈마 화학적 정화를 갖는다. 상기 정화 단계는 상술한 공지의 US-A-4,717, 461호의 에칭 단계와는 구별되어야 한다. 이 경우에, 에칭은 최종 기판을 얻기 위한 처리로서 수행된다. 즉, 상기 처리는 상기 기판에 필수적인 반면, 본 출원에 있어서의 정화는 임의의 표면 오염물질을 제거하는데 필수적이다. 몇몇의 기판을 동시에 용착처리함으로써 본 발명의 방법의 효율을 개선시킨다.
스퍼터링과 대조적으로 화학적 증기 용착은 비교적 그 처리가 느리다. 평균 기판 처리량 시간은 다수의 기판을 동시에 처리함으로서 제한될 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 이전 수단을 통합하는 적어도 하나의 분배실을 통해 접속된 다수의 챔버를 구비한 상술한 방법을 수행하는 처리 시스템에 관한 것으로, 그러한 시스템은 분배실과 관련하여 완전히 밀봉될 수 있는 적어도 하나의 로딩 및 언로딩실과 상기 분배실과 관련하여 완전히 밀봉될 수 있는 적어도 하나의 처리실을 구비하는데, 상기 분배실은 각각의 경우마다 하나의 기판을 조정하도록 설비된다. 본 발명에 따르면, 상기 처리 시스템은 그 처리실 고온에서 가스로부터 물질층을 용착하기 위한 장치를 구비하며, 정화실이 상기 로딩실과 처리실 사이에 구비되는 특징을 갖는다. 이러한 방식에 있어서 기판은 처리 이전에 정화실에 놓일 수 있다. 상술한 바와 같이 층의 용착처리가 고온에서 발생하기 때문에, 상기 온도(최상 1000˚C)는 스퍼터 용착에서 필요시되는 것 이상이 적당할 수 있으며, 그 결과, 상기 US-A-4,174, 461 호에 개시된 장치보다 몇 배 더 큰 열응력이 있게 되어, GB-A-2, 190, 345 호에 개시된 수직 처리 타우어에 US-A-4, 717, 461 호에 개시된 분배실을 결합함에 있어서 문제가 따른다. 노출의 결과 가열로 아래의 상기 분배실에 있는 상승 기계장치와 상기 분배실내의 조정장치를 가열시키는 것은 상기 층의 용착후에 기판이 길이 냉각 기간없이 상기 조정장치에 의해 즉각적으로 언로드된 경우는 실패하게 된다. 본 발명을 잘 구현한 실시예에 따르면, 처리실과 분배실 사이에는 가열 안전 장치(heat lock)가 제공되는데, 이러한 안전 장치에 의해서 처리시에 제공되는 조정장치를 통합하는 분배실에 도달하는 열흐름을 최소한으로 할 수 있어서 상기 가열 안전장치는 가열 차폐부 및 열 절연 물질 조립체를 구비한다. 그러한 장치는 상기 상승 기계 장치가 진공실내에 위치하지 않은 경우에 따른 통상의 가열로 (GB-A-2, 190, 345 호)에서 발생하는 것보다 아주 작은 정도의 문제를 갖는다. 더욱이, 본 발명에 따른 처리장치는 수직방향에서 다른 하나가 설치된 후에 기판의 후속처리를 위해 설비되며 동시에 분배실내의 기판 이전 수단은 수평방향에서 상기 기판을 이동시키도록 구성될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 가능한한 편리한 방식으로 공간활용이 이루어진다. 수직 처리의 결과에 따라, 기판 전체의 열 및 화학적 제어가 매우 양호하게 조정된 방식으로 얻어질 수 있다.
기판은 처리동안의 임의의 프로세스에 있어서 별도로 가열되어야 하기 때문에, 처리장치 특히, 처리실에 있어서 기판을 가열시키는 각각의 수단이 존재한다. 프로세스의 조절 특히, 물질이 주위 가스로부터 용착되는 프로세스의 조절에 있어서, 상이한 기판에 걸쳐 농도 변화도가 빈번하게 발생한다. 이 경우에, 온도 변화도에 대한 보상을 제공하는 예비가열(pre-heat)을 하는 것이 또한 바람직하다. 상술한 처리실은 상술한 처리시스템내에 여러개 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 몇몇 실시예를 참고로하여 보다 상세히 기술된다.
제1도는 본 발명에 따른 처리 시스템의 평면도이다.
제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 처리 시스템의 다른 실시예에 의한 측면도이다.
제3a도 및 제3b도는 제2a도 및 제2b도에 도시한 다른 스케일의 처리용기의 단면 부분을 상세히 나타낸 도면이다.
제4도는 제3b도의 선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도이다.
제1도는 도면 부호 1로 도시한 본 발명에 따른 처리 시스템을 도시하는 것으로, 이러한 시스템은 처리될 웨이퍼 등의 기판을 받아들이는 입구 포트(2)를 구비하는데, 상기 웨이퍼들은 개별적으로 도입되거나, 집단적으로 도입된다. 상기 처리 시스템은 또한 시스템으로부터의 제거를 위한 출구포트(3)를 구비한다. 입구포트(2) 후에 정화장치(4)가 제공되고 이어서 반응실(5, 6, 7, 8, 9)이 따르게 된다. 참조번호 10은 조정(실)소를 나타낸다. 입구포트(2)로부터 여러 가지 처리실로 기판을 이송시키기 위해서, 도시되지 않은 웨이퍼를 상기 여러 가지 처리실로 입구포트(2)로부터 한피스씩 이송할 수 있는 조정장치(11)가 존재한다. 두 개의 조정장치(11) 사이에는 도면부호 13으로 도시된 이송장치가 구비된다. 그러한 처리시스템은 예를 들면, 웨이퍼상의 소위 ONO 구성을 용착시키는데 사용될 수 있다. 임의의 집적회로의 경우에 산화층/질화층/산화층 순서가 중요하다. 그러나, 종래기술에 있어서는 그러한 층을 형성하는 것이 어려웠는데, 이는 종래기술의 상기 모든 단점의 결과 때문에 처리용기로부터 기판을 제거함에 있어서 제어방식에 산화가 발생할 가능성이 있음에 연유한다. 본 발명에서는 상기 단점을 해소할 수 있다. 동시에 처리될 웨이퍼는 메가진 내의 입구포트(2)내에 도입되며 그 후 조정장치(11)에 의해서 하나씩 제거되어 정화장치(4)로 이송된다. 이러한 처리의 정화에 있어서 특히 예를 들면, 불화수소 등의 산화물의 제거가 이루어진다. 그 후 웨이퍼는 상기 여러 가지 처리실에서 처리된다. 예를 들면 반응실(5)에 있어서, 건식 산화가 발생하며, 그에 이어서 질화층이 반응실(7)내에서 용착되며, 반면 습식 산화가 반응실(8, 6)내에 사용된다. 다른 반응실 사이의 이송동안 처리될 기판은 항상 조절된 환경에 있게 된다. 즉, 주위 산소는 기판에 영향을 미치지 않는다. 그 결과, 기판을 항상 정화시킬 필요성이 없다. 상술한 건식산화 및 질화처리가 비교적 장시간을 요하기 때문에, 웨이퍼마다의 평균 처리시간이 짧아질 수 있도록 상기 반응실중 하나에 몇 개의 기판을 로드시키고 그것을 로드 해제하여 그것을 동시에 처리하는 것이 바람직하다.
그러면 반응실(9)은 도핑되지 않은 폴리실리콘층을 가하는 작용을 하는 반면 조정실(10)은 기판이 처리되는 고온으로부터 그 기판을 냉각시키는 작용을 한다. 그 후 기판은 출구포트(3)를 통해서 제거된다.
제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 서로 유사한 처리 시스템의 단면도로서 그러한 시스템은 입구포트(2), 분배용기(16) 및 처리용기(15)를 구비한다. 실제에 있어서, 다른 처리장치가 분배용기(16)에 접속되기 때문에 도면은 불완전한 복제를 나타낸다. 도시한 실시예에 있어서, 17로 도시된 기판은 메가진(18)의 입구포트(2)에 도입된다. 기판용의 조정장치(11)는 동시에 단지 하나의 기판만을 조정한다. 그 조정의 결과에 따라서, 기판(17)중 하나는 검색 기계장치(19)에 의해서 메가진(18)으로부터 분배용기의 개구 전방의 한 지점으로 이송된다. 처리용기(15)는 그 내부에 메가진(23) 로딩 및 언로딩실(21) 및 저장실(22)을 갖는다. 동시에 상기 저장실(22)은 메가진(23)을 상승, 하강시키는 도시치 않은 수단을 구비한다. 상기 저장실은 또한 장치의 전부와 이탈될 수 있다. 처리실(20)은 도시한 가열장치(29)로 둘러싸여진다.
입구포트(2)는 조정장치(11)가 기판상에서 동작할 수 있도록 기판을 메가진(18)내에서 교정 위치로 이동시키는 검색 기계장치(19)를 구비한다. 제2b도로부터, 웨이퍼(17)가 제2a도에 도시한 방식으로 도입되는 경우, 메가진(23)이 상승되는 것을 알 수 있다. 처리실(20)은 개략 도시한 밀봉수단(25)에 의해 처리 시스템의 잔부로부터 분리되는데, 그 결과, 처리시 사용 및 / 또는 생성된 제품은 처리시스템을 통과할 수 없다. 가열이 처리시 사용되는 경우, 열적 절연부(24)를 제공하는 것이 바람직하다.
저장부(22)가 처리시스템의 잔부로부터 분리된 저장실(22)에 상기 절연부(24)가 상기 메가진(23)을 정화시키도록 도입된다. 그 후 메가진(23)은 심화 정화를 위해서 저장실(22)로부터 상향 상승한다.
제3a도 및 제3b도는 반응 증기로부터 기판상에 물질을 용착시키는데 적합한 처리용기를 도시한다.
이것은 비교적 여러 시간동안 길이 처리를 하므로 적절한 생산 효율을 달성하기 위해서는 그것을 일괄 처리할 필요가 있다. 이러한 목적을 위해서 대체로 표시된 메가진(23)이 캐리어판(930, 제3a도)을 포함한다. 이들 판들은 여러 가지 물질로부터 제작될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시예에서는 캐리어판들에 실질적으로 증착되는 기판(도시생략)을 가열할 필요가 있다. 따라서 캐리어판(30)은 열 전도성 물질로 구성된다. 이러한 가열은 일반적으로 보조적인 가열이며 여기에 도시되지 않은 용기의 외측에 대한 가열(제2도 참조)이 주가열이다. 흑연은 양호하게 판용으로 사용된다. 이러한 판들은 튜브(31)의 단부들에 끼워 맞추어 지는데, 4개의 단부중 2개의 단부를 제3도에서 볼 수 있다. 다이어그램식으로 도시한 가열 요소(32) 및 온도센서(33)는 상기 튜브(31)내에 제공된다.
다양한 온도센서 및 가열요소가 제공되기 때문에 다양한 캐리어판(30) 전체에서 온도 구배를 달성하는 것이 가능하다. 처리 용기(20)는 가스인입구(34) 및 배출구(35)를 제공한다. 처리 용기(20)는 전술한 방법에 대한 가스를 예열할 필요가 있기 때문에 이러한 처리를 위해 가열수단(36)이 제공된다. 가스는 용기(20)를 통해서 배출구 쪽으로 통과할 때 소모량이 증가되므로 여러 가지 기판상에서 일정한 증착율을 얻기 위해서는 용기의 하부보다는 배출구(35)의 근처에서 가스의 상호 작용을 크게 할 필요가 있다. 이것은 용기의 하부에서의 온도보다 용기의 상부에서 캐리어판(30)의 온도를 더 높게 선택함으로써 달성된다. 용기를 세정하기 위해서 고주파수로 동작하는 전극이 제공된다. 로딩 및 언로딩실(21, 제3b도)는 처리용기(20)에 접속된다.
제4도에 도시한 횡단면도는 처리용기(20)의 동작을 나타낸다. 이러한 것을 위해 접속시스템(41)에 의해 절단선으로 도시한 위치의 안쪽으로 회전할 수 있는 4개의 핑거(40)가 제공되어야함이 명백하다. 통상, 핑거(40)는 완전한 선으로 도시한 위치에 놓이게 된다. 캐리어판(30)은 핑거(40)가 절단선으로 도시한 상태에 놓이는 경우 이들이 슬롯을 통하여 캐리어판(30)으로 이동할 수 있도록 슬롯을 제공한다. 캐리어판 상에 위치한 기판(30)을 이동시키기 위해서는 로딩 및 언로딩실(21)와 관련된 캐리어판(30)을 적절한 방식으로 이동시키는 것이 필요하다. 이러한 공정에 있어서, 관련된 캐리어판은 핑거(40)가 그들을 통해 이동할 수 있는 정도로 상승 및 하강되어야 한다. 이때 캐리어판이 아래로 하강하는 경우 캐리어판으로부터 기질이 분리되어 그 결과로 인하여 처리개구(11)에 의해 로딩 및 언로딩실(21)로부터 떼어질 수 있다. 로딩동안 기질은 이 위치에서 핑거상에 놓일 수 있으며 그 후에 캐리어판이 추가로 상승한다.
제3a도는 처리용기가 하부에 밀봉에지(38)를 제공하는 것을 나타낸다. 이것은 밀봉을 제공하도록 밀봉부(39)에 작용할 수 있다. 이러한 방식으로, 처리 챔버는 처리 시스템의 나머지 부분으로부터 완전히 분리될 수 있다. 판(42)은 저장실(22)에 제공되는 잭킹 장치에 접속되는 결합부(43)에 의해 특히 캐리어판(30)을 포함하는 모든 장치와 함께 상승 및 하강할 수 있다. 제3b도로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 저장실(22)의 직경은 실질적으로 처리 동기(20)에 제공되는 메가진의 직경보다 크다. 따라서, 저장실(22)에 제공된 열차폐부(44)사이에서 아랫방향으로 메가진(23)을 이동시킬 수 있다. 결합부(43)는 테이블(46)에 작용하는 핑거(45)에 접속되며, 이 테이블(46)에는 3개의 나사식 스핀들(47)이 상승 및 하강을 위해 제공된다. 절선으로 도시한 위치는 최하부의 위치를 나타낸다. 나사식 스핀들(47)은 모터(48) 및 전송부(49)에 의해 구동되며 구동동안 밀봉 진공을 제공하도록 밀봉수단(50)이 제공된다.
전술한 바와 같이 본 발명은 특히 가스로 기질을 증착시키는 것과 관련하여 기술하였지만 이것에 제한되지 않으며 상승 또는 하강 온도에서의 다른 상호작용가스의 사용 또는 어떤 상호작용 가스도 사용될 수 없는 공정까지 확대될 수 있다.
본 발명의 예는 연속된 캐리어판이 서로에 대하여 절연되며, RF 피일드가 이들 판 사이에 가해지는 실시예이다. 이러한 방법은 미합중국 특허원 제4,610,748호에 기재된 장치와 구별되는 다른 장치에 사용된다.
아울러, 슬롯을 가진 소위 쿼츠(quartz) 보트와 같이 메가진을 구성할 수 있으며, 그것의 결과로써 웨이퍼가 에지들에 작용할 수 있으므로 핑거를 가진 전술한 구성이 필요없게 된다.
본 발명의 첨부된 특허청구 범위에는 본 발명의 특징적인 보호 사항만 기술하였다.

Claims (7)

  1. 주변에 대하여 각각 그리고 모두 함께 밀봉될 수 있는 수개의 서브 시스템을 가진 처리 시스템에 복수의 기판을 수용함으로써 복수의 기판상에 층을 동시에 증착하는 방법에 있어서, 처리 시스템내에 복수의 기판을 도입하는 단계와, 상승 온도에서 증착될 층의 물질을 화학적 증기 용착함으로써 여러 기판을 동시에 일괄 처리하는 방식으로 서브 시스템에서 기판상에 층을 용착하는 단계와, 상기 시스템으로부터 기판들을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 기판들은 상기 용착 단계 동안 서로의 위에 수직으로 적층되고, 처리 시스템에서의 용착 처리전에 다른 서브 시스템에서 50eV 이하의 에너지를 갖는 플라즈마에 노출시킴으로써 개별적으로 또는 일괄적으로 정화 처리되는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정화 처리는 화학적 정화를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 복수의 기판상에 층의 동시 증착을 실행하는 처리 시스템에 있어서, 기판 이송 수단을 포함하는 적어도 하나의 분배실을 통해 접속된 다수의 반응실과, 상기 분배실에 대하여 완전히 밀봉될 수 있는 적어도 하나의 로딩 및 언로딩실과, 상기 분배실에 대하여 완전히 밀봉될 수 있는 적어도 하나의 처리실과, 상승 온도에서 처리가스로부터의 물질로 층을 증착시키는 장치와, 상기 로딩실과 상기 처리실 사이에 배치된 정화실을 포함하는데, 상기 분배실은 각각의 경우마다 하나의 기판을 처리하도록 배열되고 상기 처리실은 수직 방향으로 복수의 기판을 동시에 처리하기 위해 서로의 위에 수직으로 적층된 복수의 기판을 지지하는 수단을 구비하며 상기 정화실은 한 개 이상의 기판을 수용하여 50eV 이하의 에너지를 갖는 플라즈마에 노출시키므로서 정화한 다음 배출시키도록 구성되고, 상기 분배실내의 기판 이송 수단은 기판들을 수평 방향으로 이동시키는 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 처리실과 상기 분배실 사이에 열적 밀봉부가 제공된 것을 특징으로 하는 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열적 밀봉부는 열차 폐부를 포함한 것을 특징으로 하는 처리 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 처리실은 처리실 전반에 걸쳐 온도 경사를 형성하도록 배열된 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 시스템.
  7. 제3항에 있어서, 처리 가스를 가열하기 위한 가열 수단을 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 처리 시스템.
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