KR101398949B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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송병규
김경훈
김용기
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는, 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정실; 상기 공정실과 연결되며, 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 예비실; 상기 예비실의 내부를 홀더영역 및 이송영역으로 구획하는 차단판; 하나 이상의 상기 기판이 적재되며, 상기 홀더영역 내부에 위치하는 적재위치 및 상기 공정실 내부에 위치하는 공정위치로 전환가능한 기판 홀더; 상기 기판 홀더를 상기 적재위치 및 상기 공정위치로 이송하며, 상기 기판 홀더에 연결된 이송암 및 상기 이송영역의 내부에 설치되어 상기 이송암을 구동하는 구동부를 구비하는 기판 이송 유닛; 상기 예비실에 불활성가스를 공급하는 가스공급포트; 그리고 상기 이송영역에 연결되어 상기 가스공급포트의 상부에 설치되며, 상기 예비실의 내부를 배기하는 하부배기포트를 포함하되, 상기 배기구는 상기 예비실의 상부면보다 하부면에 근접하게 배치된다.

Description

기판처리장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 예비실의 내부를 배기하는 하부배기포트를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.
통상적인 선택적 에피택시 프로세스(selective epitaxy process)는 증착 반응 및 식각 반응을 수반한다. 증착 및 식각 반응은 다결정층 및 에피택셜 층에 대해 비교적 상이한 반응 속도로 동시에 발생한다. 증착 프로세스 중에, 적어도 하나의 제2층상에, 기존의 다결정층 및/또는 비결정층이 증착되는 동안, 에피택셜 층은 단결정 표면상에 형성된다. 그러나 증착된 다결정층은 일반적으로 에피택셜 층보다 빠른 속도로 식각된다. 따라서, 부식 가스의 농도를 변화시킴으로써, 네트 선택적 프로세스(net selective process)가 에피택시 재료의 증착 및 제한된 또는 제한되지 않은 다결정 재료의 증착을 가져온다. 예를 들어, 선택적 에피택시 프로세스는, 증착물이 스페이서 상에 남아있지 않으면서 단결정 실리콘 표면상에 실리콘 함유 재료의 에피층(epilayer)의 형성을 가져올 수 있다.
선택적 에피택시 프로세스는 일반적으로 몇 가지 단점을 가진다. 이러한 에피택시 프로세스 중에 선택성을 유지시키기 위해, 전구체의 화학적 농도 및 반응 온도가 증착 프로세스에 걸쳐서 조절 및 조정되어야 한다. 충분하지 않은 실리콘 전구체가 공급되면, 식각 반응이 활성화되어 전체 프로세스가 느려진다. 또한, 기판 피처의 식각에 대해 해가 일어날 수 있다. 충분하지 않은 부식액 전구체가 공급되면, 증착 반응은 기판 표면에 걸쳐서 단결정 및 다결정 재료를 형성하는 선택성(selectivity)이 감소할 수 있다. 또한, 통상적인 선택적 에피택시 프로세스는 약 800℃, 약 1,000℃, 또는 그보다 높은 온도와 같은 높은 반응 온도를 일반적으로 요구한다. 이러한 높은 온도는 기판 표면에 대한 가능한 통제되지 않은 질화 반응 및 열 예산(thermal budge) 이유로 인해 제조 프로세스 중에 바람직하지 않다.
한국공개특허공보 10-2009-0035430호 2009. 4. 9.
본 발명의 목적은 예비실을 효과적으로 배기할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 예비실 내부에서 기판의 오염을 최소화할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는, 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정실; 상기 공정실과 연결되며, 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 예비실; 상기 예비실의 내부를 홀더영역 및 이송영역으로 구획하는 차단판; 하나 이상의 상기 기판이 적재되며, 상기 홀더영역 내부에 위치하는 적재위치 및 상기 공정실 내부에 위치하는 공정위치로 전환가능한 기판 홀더; 상기 기판 홀더를 상기 적재위치 및 상기 공정위치로 이송하며, 상기 기판 홀더에 연결된 이송암 및 상기 이송영역의 내부에 설치되어 상기 이송암을 구동하는 구동부를 구비하는 기판 이송 유닛; 상기 예비실에 불활성가스를 공급하는 가스공급포트; 그리고 상기 이송영역에 연결되어 상기 가스공급포트의 상부에 설치되며, 상기 예비실의 내부를 배기하는 하부배기포트를 포함하되, 상기 하부배기포트는 상기 예비실의 상부면보다 하부면에 근접하게 배치된다.
상기 차단판은, 상기 기판 홀더가 상기 적재위치에 놓여진 상태에서, 상기 기판 홀더 보다 높게 위치하는 상부배기홀 및 상기 기판 홀더 보다 낮게 위치하는 하부배기홀을 가지며, 상기 홀더영역 및 상기 이송영역은 상기 상부배기홀 및 상기 하부배기홀을 통해 연통될 수 있다.
상기 가스공급포트는, 상기 기판 홀더가 상기 적재위치에 놓여진 상태에서, 상기 기판 홀더 보다 낮게 위치할 수 있다.
상기 기판처리장치는 상기 공정실에 연결되어 상기 공정실의 내부를 배기하는 상부배기포트 및 상기 상부배기포트 및 상기 하부배기포트에 연결되는 메인배기라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 예비실을 효과적으로 배기할 수 있으며, 예비실 내부에서 기판의 오염을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 기판 홀더가 공정위치로 전환된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 예비실 내부의 가스 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 3을 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, 이하에서는 에피택셜 공정을 예로 들어 설명하고 있으나, 이하의 내용은 에피택셜 공정 이외의 반도체 제조공정에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 기판 홀더가 공정위치로 전환된 상태를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판처리장치는 상부가 개방된 형상을 가지는 하부챔버(20)를 포함하며, 하부챔버(20)는 기판이 이송하는 통로(21)를 가진다. 기판은 통로(21)를 통해 하부챔버(20)의 내부에 로딩될 수 있다. 게이트 밸브(도시안함)는 통로(21)의 외측에 설치되며, 통로(21)는 게이트 밸브에 의해 개방 및 페쇄될 수 있다.
기판 홀더(50)는 복수의 기판들을 수용하며, 기판들은 기판 홀더(50) 상에 상하방향으로 적재된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 홀더(50)가 하부챔버(20)의 예비실(23,29)에 위치하는 동안(또는 '적재위치'), 기판은 기판 홀더(50) 내에 적재될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 기판 홀더(50)는 승강가능하며, 기판 홀더(50)의 슬롯 상에 기판이 적재되면 기판 홀더(50)는 상승하여 기판 홀더(50)의 다음 슬롯 상에 기판이 적재될 수 있다. 기판 홀더(50) 상에 기판이 모두 적재되면, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판 홀더(50)는 공정실(35)로 이동하며(또는 '공정위치'), 공정실(35) 내부에서 에피택셜 공정이 진행될 수 있다.
베이스(45)는 기판 홀더(50)의 하부에 설치되며, 기판 홀더(50)와 함께 승강한다. 기판 홀더(50)가 공정위치로 전환되면, 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스(45)는 플랜지(26)의 하부면에 밀착되어 공정실(35)을 외부로부터 차단한다. 베이스(45)는 세라믹이나 쿼츠(quartz) 또는 메탈에 세라믹을 코팅한 재질일 수 있으며, 공정진행시 공정실(35) 내의 열이 예비실(23,29)로 이동하는 것을 차단한다.
차단판(42)은 예비실(23,29) 내에 기립설치되어, 예비실(23,29)을 홀더영역(23) 및 이송영역(29)으로 구획한다. 차단판(42)은 홀더영역(23)과 이송영역(29)을 연통하는 상부배기홀(36a) 및 하부배기홀(42b)을 가지며, 상부배기홀(36a)은 적재위치에 놓여진 기판 홀더(50)의 상부에 형성되고, 하부배기홀(42b)은 적재위치에 놓여진 기판 홀더(50)의 하부에 형성된다.
기판 홀더(50)는 홀더영역(23) 내에 설치되며, 기판 홀더(50)를 승강하는 구동부는 이송영역(29)에 설치된다. 이송암(41)은 베이스(45)에 연결된 상태에서 차단판(42)에 형성된 좁고 긴 형상의 이동슬롯(도시안함)을 통해 구동부에 연결된다. 구동부는 승강스크류(44) 및 브래킷(46), 그리고 구동모터(48)를 구비한다. 브래킷(46)은 승강스크류(44)에 설치되어 승강스크류(44)의 회전에 의해 승강하며, 구동모터(48)는 승강스크류(44)를 회전시킨다.
하부챔버(20)는 하부배기포트(71)를 가지며, 하부배기포트(71)는 예비실(23,29)의 상부면보다 하부면에 근접하게 배치된다. 하부배기포트(71)는 이송영역(29)에 설치되어 배기라인(81)에 연결되며, 예비실(23,29)의 내부는 하부배기포트(71) 및 배기라인(81)을 통해 배기될 수 있다.
가스공급포트(61,62)는 예비실(23,29)에 연결되며, 예비실(23,29)의 내부에 불활성가스를 공급한다. 가스공급포트(61)는 홀더영역(23)의 내부에 불활성가스(예를 들어, 질소와 같은)를 공급하며, 가스공급포트(62)는 이송영역(29)의 내부에 불활성가스를 공급한다.
내부반응튜브(34) 및 외부반응튜브(32)는 플랜지(26)의 상부에 설치되며, 플랜지(26)는 하부챔버(20)의 상부에 설치된다. 내부반응튜브(34)의 내부에 형성된 공정실(35)과 하부챔버(20)의 내부에 형성된 예비실(23,29)은 플랜지(26)의 중앙에 형성된 개구를 통해 서로 연통되며, 앞서 설명한 바와 같이, 기판 홀더(50) 상에 기판이 모두 적재되면, 기판 홀더(50)는 개구를 통해 공정실(35)로 이동할 수 있다.
내부반응튜브(34)는 외부반응튜브(32)의 내부에 설치되며, 공정실(35) 내에서 기판에 대한 에피택셜 공정이 이루어진다. 내부반응튜브(34)는 외부반응튜브(32) 보다 작고 기판 홀더(50) 보다 크며, 기판에 대한 최소한의 반응공간을 제공함으로써 반응가스의 사용량을 최소화할 뿐만 아니라, 반응가스를 기판에 집중시킬 수 있다.
공급노즐들(38)은 공정실(35)의 일측에 설치되며, 서로 다른 높이를 가진다. 공급노즐들(38)은 반응가스소스(도시안함)와 연결될 수 있으며, 반응가스소스는 증착용 가스(실리콘 가스(예를 들어, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, Si2H6, 또는 SiH4) 및 캐리어 가스(예를 들어, N2 및/또는 H2))를 공급하거나 에칭용 가스를 공급할 수 있다. 선택적 에피택시 프로세스(selective epitaxy process)는 증착 반응 및 에칭 반응을 수반한다. 본 실시예에서는 도시하지 않았지만, 에피택시 층이 도펀트를 포함할 것이 요구되는 경우, 도펀트 함유 가스(예를 들면, 아르신(AsH3), 포스핀(PH3), 및/또는 디보란(B2H6))가 공급될 수 있다.
마찬가지로, 배기노즐들(37)은 공정실(35)의 타측에 설치되며, 서로 다른 높이를 가진다. 배기노즐들(37)은 상부배기포트(36)에 연결되며, 상부배기포트(36)는 배기라인(81)에 연결된다. 공정실(35)의 내부는 상부배기포트(36) 및 배기라인(81)을 통해 배기될 수 있다.
기판 홀더(50)가 공정위치로 전환된 상태에서, 각각의 공급노즐들(38) 및 배기노즐들(37)은 기판 홀더(50)에 적재된 각 기판의 높이와 대체로 일치한다. 공급노즐들(38)은 기판 홀더(50) 상에 적재된 기판들을 향해 각각 반응가스를 분사하며, 이로 인해 공정실(35) 내에 미반응가스 및 반응부산물들이 발생한다. 배기노즐들(37)은 미반응가스 및 반응부산물들을 흡입하며, 배기라인(81)을 통해 외부로 배출된다. 히팅유닛(30)은 외부반응튜브(32)를 감싸도록 배치되며, 공정실(35)은 히팅유닛(30)에 의해 가열되어 에피택셜 공정이 가능한 온도에 도달할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 예비실 내부의 가스 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 도 3을 참고하여 예비실 내부의 가스 흐름을 설명하면 다음과 같다.
앞서 설명한 바와 같이, 기판은 기판 홀더(50) 상에 적재되며, 적재완료시 게이트 밸브를 통해 통로(21)가 폐쇄된다. 이후, 가스공급포트(61,62)를 통해 예비실(23,29) 내부에 불활성가스가 공급되며, 하부배기포트(71)를 통해 예비실(23,29)의 내부가 배기되어 예비실(23,29) 내부의 공기가 불활성가스에 의해 퍼지(purge)된다. 이후, 기판 홀더(50)는 적재위치인 예비실(23,29)에서 공정위치인 공정실(35)로 이동하며, 베이스(45)가 플랜지(26)의 하부면에 밀착되어 공정실(35)과 예비실(23,29)은 격리되고, 기판 홀더(50)에 적재된 기판은 공정실(35) 내부에서 에피택셜 공정이 진행된다.
위 과정에서 가스공급포트(61)를 통해 공급된 불활성가스는 상부배기홀(36a) 및 하부배기홀(42b)을 향한 흐름을 형성하며, 홀더영역(23)으로부터 이송영역(29)을 향한 가스흐름이 형성되어 이송영역(29) 내부의 이물질(승강스크류(44)나 브래킷(46)에서 발생한)에 의해 홀더영역(23) 내부의 기판이 오염되는 것을 차단할 수 있다. 상부배기홀(36a) 및 하부배기홀(42b)을 통해 이송영역(29)으로 유입된 불활성가스는 하부배기포트(71)를 통해 배출된다.
또한, 하부배기포트(71)가 이송영역(29)의 상부면(또는 상부배기홀(36a)) 보다 하부면(또는 하부배기홀(42b))에 근접하게 배치되므로, 대부분의 가스흐름은 하부배기홀(42b)을 향해 형성된다. 이때, 가스흐름은 홀더영역(23) 하부에 침전된 이물질들과 함께 이송영역(29)으로 이동한 후 하부배기포트(71)를 통해 배출되며, 가스흐름이 기판 홀더(50)의 하부에 형성되므로, 가스흐름에 의해 이물질이 비산하여 기판 홀더(50)에 적재된 기판이 오염되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 상부배기홀(36a)을 향해 형성된 가스흐름은 홀더영역(23)의 내부를 퍼지할 뿐만 아니라, 공정실(35) 내부의 열이 기판 홀더(50)에 전달되는 것을 차단하는 에어 커튼(air curtain) 역할을 한다. 즉, 공정실(35)로부터 홀더영역(23)을 향해 이동한 열은 상부배기홀(36a)을 향해 이동하는 가스에 의해 흡수되어 상부배기홀(36a)을 통해 이송영역(29)으로 이동하며, 하부배기포트(71)를 통해 외부로 배출된다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
20 : 하부챔버 21 : 통로
23 : 홀더영역 29 : 이송영역
30 : 히팅유닛 32 : 외부반응튜브
34 : 내부반응튜브 36 : 상부배기포트
37 : 배기노즐 38 : 공급노즐
41 : 암 44 : 승강스크류
46 : 브라켓 48 : 구동모터
61,62 : 가스공급포트 71 : 하부배기포트

Claims (4)

  1. 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정실;
    상기 공정실과 연결되며, 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 예비실;
    상기 예비실의 내부를 홀더영역 및 이송영역으로 구획하는 차단판;
    하나 이상의 상기 기판이 적재되며, 상기 홀더영역 내부에 위치하는 적재위치 및 상기 공정실 내부에 위치하는 공정위치로 전환가능한 기판 홀더;
    상기 기판 홀더를 상기 적재위치 및 상기 공정위치로 이송하며, 상기 기판 홀더에 연결된 이송암 및 상기 이송영역의 내부에 설치되어 상기 이송암을 구동하는 구동부를 구비하는 기판 이송 유닛;
    상기 예비실에 불활성가스를 공급하는 가스공급포트; 및
    상기 이송영역에 연결되어 상기 가스공급포트의 상부에 설치되며, 상기 예비실의 내부를 배기하는 하부배기포트를 포함하되,
    상기 차단판은, 상기 기판 홀더가 상기 적재위치에 놓여진 상태에서, 상기 기판 홀더 보다 높게 위치하는 상부배기홀 및 상기 기판 홀더 보다 낮게 위치하는 하부배기홀을 가지고, 상기 홀더영역 및 상기 이송영역은 상기 상부배기홀 및 상기 하부배기홀을 통해 연통되며,
    상기 하부배기포트는 상기 예비실의 상부면보다 하부면에 근접하게 배치되는, 기판처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급포트는, 상기 기판 홀더가 상기 적재위치에 놓여진 상태에서, 상기 기판 홀더 보다 낮게 위치하는, 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는 상기 공정실에 연결되어 상기 공정실의 내부를 배기하는 상부배기포트 및 상기 상부배기포트 및 상기 하부배기포트에 연결되는 메인배기라인을 더 포함하는, 기판처리장치.
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