KR101452828B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판 처리 장치에 있어서, 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 챔버본체; 상기 챔버본체의 상부에 설치되며, 상기 챔버본체의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간을 제공하는 챔버덮개; 상기 공정공간 내부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 서셉터; 상기 통로의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 통로를 통해 로딩되는 상기 기판을 예비가열하는 히팅블럭을 포함한다.

Description

기판처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통로 상에 상부 및 하부 히팅블럭을 설치하여 기판에 대한 예비가열을 수행하는 기판에 대한 공정을 진행하는 장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 기판 상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와 같은 층들은 증착공정을 통하여 기판 상에 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.
한국공개특허공보 2009-0102213호 2009.09.30.
본 발명의 목적은 기판이 출입하는 통로 상에 상부 및 하부 히팅블럭을 설치하여 기판이 서셉터에 로딩되기 전에 예비가열을 수행하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판 처리 장치에 있어서, 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지는 챔버본체; 상기 챔버본체의 상부에 설치되며, 상기 챔버본체의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간을 제공하는 챔버덮개; 상기 공정공간 내부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 서셉터; 상기 통로의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 통로를 통해 로딩되는 상기 기판을 예비가열하는 히팅블럭을 포함한다.
상기 챔버본체는 상기 통로의 상부 및 하부에 각각 형성된 상부 및 하부 개구를 가지며, 상기 기판처리장치는 상기 상부개구에 고정설치되며, 상기 공정공간과 구분된 상부설치공간을 가지는 상부히팅블럭; 및 상기 하부개구에 고정설치되며, 상기 공정공간과 구분된 하부설치공간을 가지는 하부히팅블럭을 더 포함할 수 있다.
상기 상부히팅블럭의 상부 및 상기 하부히팅블럭의 하부는 개방되며, 상기 기판처리장치는 상기 상부히팅블럭의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 상부설치공간을 외부로부터 차단하는 상부덮개; 및 상기 하부히팅블럭의 개방된 하부를 폐쇄하여 상기 하부설치공간을 외부로부터 차단하는 하부덮개를 더 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는 상기 서셉터의 외측에 설치되어 상기 서셉터를 감싸도록 배치되며, 상부를 향해 불활성가스를 분사하는 노즐링을 더 포함할 수 있다.
상기 메인챔버는 상기 통로의 반대편에 형성된 배기통로를 가지며, 상기 기판처리장치는 상기 서셉터의 외측에 배치되며, 상기 공정가스가 상기 배기통로를 향해 안내하는 플로우가이드를 더 포함하되, 상기 플로우가이드는 상기 서셉터와 동심인 원호 형상이며, 복수의 가이드홀들을 가지는 원형가이드부; 및 상기 원형가이드부의 양측에 연결되어 상기 서셉터의 양측에 배치되는 직선가이드부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 기판을 리프트핀에 로딩하기 전에 통로 상에 상부 및 하부히팅블럭을 설치하여 기판에 대한 예비가열을 수행함으로써 증착공정에서 서셉터에 의한 가열시간이 단축시켜 생산성을 증대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 기판처리장치의 공정진행상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 기판처리장치의 공정공간의 단면도이다.
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. 또한, 이하에서는 기판을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 다양한 피처리체에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 기판처리장치의 공정진행상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는 메인챔버(10)와 챔버 덮개(15)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 출입한다. 게이트밸브(5)는 통로(8)의 외부에 설치되며, 통로(8)는 게이트밸브(5)에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
챔버덮개(15)는 메인챔버(10)의 개방된 상부를 폐쇄하여 외부로부터 차단한다. 가스공급홀(38)은 챔버덮개(15)의 천정벽을 관통하도록 형성되며, 가스공급홀(38)을 통해 공정가스는 메인챔버(10) 내부로 공급된다. 공정가스는 공정가스저장탱크(90)에 연결되어 벨브(93)의 개폐하여 공정가스 투입량 조절이 가능하다. 또한, 가스공급홀(38)을 통해 공정가스 공급하여 증착공정을 진행할 수 있다. 또한, 작업자의 필요에 따라 가스공급홀(38) 상에 연결된 RPS(remote plasma system)(95)를 통해 NF3 와 Ar이 혼합된 세정가스를 메인챔버(10) 내부로 공급하여 챔버내의 세정공정을 수행할 수 있다.
챔버덮개(15)의 하단면에는 복수개의 확산홀(35)을 구비하는 샤워헤드(30)가 설치된다. 샤워헤드(30)는 가스공급홀(38)을 통해 공급된 공정가스를 기판(W)을 향해 확산한다. 서셉터(20)는 메인챔버(10) 내부에 설치되며, 기판(W)의 하부에 위치하여 기판을 가열한다. 서셉터(20)는 기판(W)을 균일하게 가열하기 위해 기판(W) 면적보다 넓으며, 기판(W)의 형상과 대응되는 원형 디스크 형상일 수 있다. 서셉터(20) 내부에는 히터(도시안함)가 설치되며, 서셉터(20)는 회전가능하다.
또한, 리프트핀(25)은 서셉터(20)의 측부를 관통하여 설치될 수 있으며, 통로(8)를 통해 이송된 기판(W)은 리프트핀(25)의 상부로 로딩된다. 리프트핀승강유닛(27)은 리프트핀(25)의 하부에 설치되어 리프트핀(25)을 승강 가능하며, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(W)이 로딩되면 리프트핀(25)을 하강하여 서셉터(20)의 상부면에 안착시켜 증착공정을 진행한다.
공정공간(3)은 서셉터(20)와 샤워헤드(30) 사이에 형성되며, 기판(W)은 공정공간(3)에 로딩 된 상태에서 공정이 이루어진다. 메인챔버(10)는 바닥면으로부터 함몰되어 서셉터(20)가 설치되는 보조공간(4)을 가진다. 보조공간(4)에는 서셉터(20) 및 메인챔버(10)의 바닥면과 서셉터(20) 사이의 틈 사이로 공정가스가 유입되는 것을 방지하기 위해 서셉터(20)의 둘레를 따라 노즐링(70)이 설치된다. 노즐링(70)은 복수개의 분사홀(73)들을 구비하며, 불활성가스저장탱크(75)로부터 불활성가스를 공급받아 공정공간(3)을 향해 불활성가스를 분사한다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 통로(8) 상에는 상,하부에 각각 개구를 가진다. 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)은 상부 및 하부개구를 폐쇄하여 공정공간(3)과 구분되는 상부 및 하부 설치공간(43, 53)을 가진다. 상부 및 하부 설치공간(43, 53)에는 각각 상부 및 하부히터(45, 55)가 구비되며, 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)은 통로(8)를 통해 진입하는 기판(W)을 사전가열한다. 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)은 통로(8) 상에 기판(W)이 진입하는 위치를 기준으로 상하 대칭으로 설치되며, 기판(W)의 상면과 하면을 동일한 온도로 예비가열한다.
하부히팅블럭(50)은 하부가 개방된 형상이며, 하부덮개(57)는 하부히팅블럭(50)의 개방된 하부를 폐쇄하여 외부로부터 차단한다. 따라서, 하부히팅블럭(50)의 내부에 형성된 하부설치공간(53)은 공정공간(3)과 구분될 뿐만 아니라, 외부로부터 차단된다. 마찬가지로, 상부히팅블럭(40)은 상부가 개방된 형상이며, 상부덮개(47)는 상부히팅블럭(40)의 개방된 상부를 폐쇄하여 외부로부터 차단한다. 따라서, 상부히팅블럭(40)의 내부에 형성된 상부설치공간(43)은 공정공간(3)과 구분될 뿐만 아니라, 외부로부터 차단된다.
상부히터들(45) 및 하부히터들(55)은 각각 상부설치공간(43) 및 하부설치공간(53)에 설치되며, 칸탈히터(kanthal heater)일 수 있다. 칸탈은 철을 주체로 하고 크롬-알루미늄 등이 합해진 합금으로, 높은 온도에 잘 견디며 전기저항력이 크다.
상부히터들(45) 및 하부히터들(55)은 기판(W)과 나란한 방향을 따라 배치된다. 상부히터들(45)은 상부히팅블럭(40)을 가열하며, 상부히팅블럭(40)을 통해 기판(W)을 간접가열한다. 마찬가지로, 하부히터들(55)은 하부히팅블럭(50)을 가열하며, 하부히팅블럭(50)을 통해 기판(W)을 간접가열한다. 따라서, 상부히터들(45) 또는 하부히터들(55)의 위치에 따른 기판(W)의 가열편차를 최소화할 수 있다. 상부히터들(45) 및 하부히터들(55)의 위치에 따른 온도편차는 상부히팅블럭(40) 및 하부히팅블럭(50)을 통해 완화될 수 있으며, 기판(W) 상의 가열편차는 최소화될 수 있다. 기판(W) 상의 가열편차는 공정불균일의 원인이 되며, 이로 인해 증착된 박막의 두께에 편차가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 통로(8) 상에 기판(W)을 사전가열하여 기판(W)의 휨 방지 목적과 더불어 기판(W)이 서셉터(20)에 안착되어 요구되는 증착 공정온도로 가열하는 시간을 단축시키기 위해 기판(W)이 로딩 되기 전에 기판(W)을 예비가열한다. 바람직하게는, 기판(W)은 원형 디스크 형상이므로, 기판(W)을 예비가열하는 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)은 기판(W)의 중앙부와 에지부의 존(zone)별로 서로 다른 세기 또는 서로 다른 시간 차로 구동시키는 제어부(도시안함)와 연결되어 예비가열을 수행할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상부 및 하부히터(45, 55)는 상부 및 하부설치공간(43, 53)에 각각 설치되어 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)을 통해 기판(W)을 예비가열한다. 기판(W)은 제어기에 의해 기설정된 속도 및 시간으로 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)을 지나면서 예비가열될 수 있다. 또한, 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)은 고순도 석영과 같은 재질일 수 있다. 석영은 비교적 높은 구조적 강도를 나타내며, 증착 프로세스 환경에 대해 화학적으로 비활성이다. 따라서, 챔버의 내벽을 보호하기 위해 설치되는 복수의 라이너들 또한 석영재질일 수 있다.
가스공급홀(38)을 통해 공정공간(3)으로 공급된 공정가스는 샤워헤드(30)를 통해 확산되어 기판(W)에 증착된다. 증착공정 후 반응생성물 또는 반응가스들은 통로의 반대 측에 형성된 배기통로(80)를 향해 펌핑된다. 배기통로(80)는 배기포트(83)를 통해 배기펌프(85)가 연결되어 공정공간(3) 내부로 유입된 공정가스를 펌핑하여 외부로 배출할 수 있다. 서셉터(20)는 확산된 공정가스를 기판(W)에 균일하게 증착하기 위해 회전가능하다. 플로우가이드(60)는 서셉터(20)의 외측에 배치되어 공정가스가 배기통로(80)를 향해 유동하도록 안내한다. 이어지는 도 3을 통해 기판(W)의 이동경로 및 플로우가이드(60)의 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 도 1의 기판처리장치의 공정공간의 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 기판(W)은 게이트벨브(5)를 통해 통로(8)로 진입된다. 진입된 기판(W)은 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)을 지나면서 예비가열된다. 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)의 폭(d)은 기판의 직경과 대체로 같거나 클 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 제어기에 의해 기판(W)의 부위에 따라 상부 및 하부설치공간(43, 53)에 설치된 상부 및 하부히터(45, 55)의 세기를 제어가능하며, 기판(W)의 이동속도 또한 제어할 수 있다. 이렇게 예비가열을 마친 기판(W)은 서셉터(20)의 상부로 안착하여 기판(W)에 대한 증착공정이 진행된다.
공정가스들은 샤워헤드(30)를 통해 기판(W)을 향해 확산된다. 기판(W)이 안착된 서셉터(20)는 공정가스들이 기판(W)에 균일하게 증착되도록 회전한다. 공정가스가 기판(W)에 균일하게 증착되고, 기판(W)과 반응하지 않는 공정공간(3)을 최소화하기 위해 플로우가이드(60)가 설치된다. 플로우가이드(60)는 메인챔버(10)에 설치되어 서셉터(20)의 외측에서 기판(W)과 반응하지 않는 공간을 최소화하는 직선가이드부(63) 및 공정가스가 배기통로(80)를 향해 균일한 이동을 안내하는 원형가이드부(67)를 포함한다. 원형가이드부(67)는 복수개의 가이드홀(65)들을 가지므로 배기통로(80)를 통해 펌핑되어 배출되는 공정가스의 흐름을 골고루 분산시킨다.
따라서, 본 발명은 통로(8) 상의 상하부에 상부 및 하부히팅블럭(40, 50)을 이용하여 기판(W)을 예비가열하여 기판(W)의 열구배 불균형에 의한 기판(W) 휨 현상을 방지할 수 있다. 또한, 기판(W)을 기설정된 온도 이상으로 예비가열하여 리프트핀(25) 위에 로딩시키므로 증착공정에 필요로 하는 증착온도까지 가열하는 시간을 절약하여 생산성을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 플로우가이드(60)를 설치하여 공정공간을 최소화하고, 노즐링(70)을 설치하여 서셉터(20)와 메인챔버(10) 사이의 빈공간으로 유입되는 공정가스를 미연에 차단함으로써 기판(W)과 공정가스의 반응성을 극대화하였다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
W : 기판 1 : 기판처리장치
3 : 공정공간 5 : 게이트밸브
8 : 통로 10 : 메인챔버
15 : 챔버덮개 20 : 서셉터
25 : 리프트핀 30 : 샤워헤드
35 : 확산홀 40 : 상부히팅블럭
43 : 상부설치공간 45 : 상부히터
50 : 하부히팅블럭 53 : 하부설치공간
55 : 하부히터 60 : 플로우가이드
63 : 직선가이드부 65 : 가이드홀
67 : 원형가이드부 70 : 노즐링
73 : 분사홀 75 : 불활설가스저장탱크
80 : 배기통로 83 : 배기포트
85 : 배기펌프 90 : 공정가스저장탱크

Claims (5)

  1. 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측에 형성되어 기판이 출입하는 통로를 가지는, 그리고 상기 통로의 상부 및 하부 중 어느 하나에 형성된 개구를 가지는 메인챔버;
    상기 메인챔버의 상부에 설치되며, 상기 메인챔버의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간을 제공하는 챔버덮개;
    상기 공정공간 내부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 서셉터; 및
    상기 개구에 고정설치되어 상기 공정공간과 구분된 설치공간을 가지며, 상기 통로를 통해 로딩되는 상기 기판을 예비가열하는 히팅블럭을 포함하는, 기판처리장치.
  2. 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측에 형성되어 기판이 출입하는 통로를 가지는 메인챔버;
    상기 메인챔버의 상부에 설치되며, 상기 메인챔버의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간을 제공하는 챔버덮개;
    상기 공정공간 내부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 서셉터; 및
    상기 통로의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 통로를 통해 로딩되는 상기 기판을 예비가열하는 히팅블럭을 포함하되,
    상기 메인챔버는 상기 통로의 상부 및 하부에 각각 형성된 상부 및 하부 개구를 가지며,
    상기 히팅블럭은,
    상기 상부개구에 고정설치되며, 상기 공정공간과 구분된 상부설치공간을 가지는 상부히팅블럭; 및
    상기 하부개구에 고정설치되며, 상기 공정공간과 구분된 하부설치공간을 가지는 하부히팅블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부히팅블럭의 상부 및 상기 하부히팅블럭의 하부는 개방되며,
    상기 기판처리장치는,
    상기 상부히팅블럭의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 상부설치공간을 외부로부터 차단하는 상부덮개; 및
    상기 하부히팅블럭의 개방된 하부를 폐쇄하여 상기 하부설치공간을 외부로부터 차단하는 하부덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 서셉터의 외측에 설치되어 상기 서셉터를 감싸도록 배치되며, 상부를 향해 불활성가스를 분사하는 노즐링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측에 형성되어 기판이 출입하는 통로 및 상기 통로의 반대편에 형성된 배기통로를 가지는 메인챔버;
    상기 메인챔버의 상부에 설치되며, 상기 메인챔버의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 기판에 대한 공정이 이루어지는 공정공간을 제공하는 챔버덮개;
    상기 공정공간 내부에 설치되어 상기 기판을 가열하는 서셉터;
    상기 통로의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 통로를 통해 로딩되는 상기 기판을 예비가열하는 히팅블럭; 및
    상기 서셉터의 외측에 배치되며, 상기 공정공간 내에 공급된 공정가스를 상기 배기통로로 안내하는 플로우가이드를 더 포함하되,
    상기 플로우가이드는,
    상기 서셉터와 동심인 원호 형상이며, 복수의 가이드홀들을 가지는 원형가이드부; 및
    상기 원형가이드부의 양측에 연결되어 상기 서셉터의 양측에 배치되는 직선가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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