KR101463592B1 - 기판 처리장치 - Google Patents

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KR101463592B1
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송병규
김용기
김경훈
신양식
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주식회사 유진테크
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 처리장치는, 일측에 형성된 통로를 통해 기판이 이송되며, 상부가 개방된 형상의 챔버; 상기 챔버에 연결되어 상기 기판에 대한 내부공간을 제공하며, 내측면을 따라 돌출되는 복수의 지지팁을 가지는 내부반응튜브; 상기 통로를 통해 이송된 상기 기판을 각각 지지하도록 상하방향을 따라 복수의 지지슬롯이 형성되는 수직프레임을 가지며, 상기 내부공간 내에서 승강가능한 보트; 상기 수직프레임상에 각각 설치되며, 상하로 이격 배치되는 복수의 차단플레이트들; 상기 지지팁의 상부에 각각 놓여지며, 상기 차단플레이트들 중 어느 하나에 의해 상승가능한 복수의 차단링들; 상기 내부반응튜브의 일측에 상하방향으로 각각 삽입설치되며, 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하는 분사노즐; 및 상기 내부반응튜브의 타측에 상하방향으로 각각 삽입설치되며, 상기 공정가스를 배기하는 배기노즐을 포함한다.

Description

기판 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내에 수용된 각각의 기판에 일정한 공정가스를 공급가능하도록 차단판 및 차단링이 구비된 기판 처리장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 기판 상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와 같은 층들은 증착공정을 통하여 기판상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 이슈들을 가지며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.
첫번째는 증착된 막의 '질'(quality)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 나누 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 10-2013-0054706호. 2013. 05. 27.
본 발명의 목적은 챔버 내의 각각의 기판에 일정한 공정가스를 공급하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 각각의 기판에 일정한 공정가스를 공급하여 기판들의 균일한 공정을 수행하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 처리장치는, 일측에 형성된 통로를 통해 기판이 이송되며, 상부가 개방된 형상의 챔버; 상기 챔버에 연결되어 상기 기판에 대한 내부공간을 제공하며, 내측면을 따라 돌출되는 복수의 지지팁을 가지는 내부반응튜브; 상기 통로를 통해 이송된 상기 기판을 각각 지지하도록 상하방향을 따라 복수의 지지슬롯이 형성되는 수직프레임을 가지며, 상기 내부공간 내에서 승강가능한 보트; 상기 수직프레임상에 각각 설치되며, 상하로 이격 배치되는 복수의 차단플레이트들; 상기 지지팁의 상부에 각각 놓여지며, 상기 차단플레이트들 중 어느 하나에 의해 상승가능한 복수의 차단링들; 상기 내부반응튜브의 일측에 상하방향으로 각각 삽입설치되며, 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하는 분사노즐; 및 상기 내부반응튜브의 타측에 상하방향으로 각각 삽입설치되며, 상기 공정가스를 배기하는 배기노즐을 포함한다.
상기 차단플레이트는 하방향에 배치될수록 큰 외경을 가지며, 상기 차단링은 하방향에 배치될수록 큰 내경을 가질 수 있다.
상기 차단플레이트 및 상기 차단링의 중심은 각각 서로 동일할 수 있다.
상기 보트는 상기 통로를 통해 이송된 상기 기판을 각각의 상기 지지슬롯에 순차적으로 적재하는 적재위치; 및 각각의 상기 차단플레이트와 각각의 상기 차단링과 맞닿아 함께 상승하여 상기 내부공간을 복수의 반응공간으로 구획하는 공정위치로 전환 가능할 수 있다.
상부로부터 k번째 차단플레이트의 외경은 k번째 차단링의 내경보다 크고, k+1번째 차단링의 내경보다 작을 수 있다.(k = 1, 2, 3 ... n)
상기 기판 처리장치는, 상기 통로의 상부에 형성되며, 상기 분사노즐에 상기 공정가스를 공급하는 공급포트; 및 상기 통로의 타측에 형성되며, 상기 배기노즐을 통해 흡입된 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기포트를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 처리장치는 상기 챔버의 타측에 형성되는 보조배기포트를 더 포함하되, 상기 내부반응튜브의 하단은 상기 챔버의 바닥면에 연결되며, 상기 통로 및 상기 보조배기포트와 연통되는 공급홀 및 배기홀을 가질 수 있다.
상기 기판 처리장치는, 상기 내부반응튜브의 외측에 배치되며, 상기 챔버의 개방된 상부를 폐쇄하는 외부반응튜브를 더 포함하되, 상기 분사노즐 및 상기 배기노즐은 상기 내부반응튜브와 상기 외부반응튜브 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 보트 내에 구비된 차단플레이트 및 내부반응튜브 내에 설치된 차단링을 통해 상하방향으로 각각 수용된 기판과 기판 사이를 차단하여 각각의 구획된 반응공간으로 일정한 공정가스를 공급할 수 있다. 따라서, 각각의 기판에 균일한 공정을 수행함으로써 기판의 생산성 및 품질을 확보할 수 있다.
도 1 은 일반적인 기판 처리장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 도시한 기판 처리장치의 작동과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 기판 처리장치의 공정가스의 유동상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 6을 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.
도 1 은 일반적인 기판 처리장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리장치(100)는 상부가 개방된 형상을 가지는 챔버(10)를 포함하며, 챔버(10)의 일측에는 통로(8)가 형성되어 기판(S)은 통로(8)를 통해 챔버(10) 내부로 로딩될 수 있다. 게이트 밸브(도시안함)는 통로(8)의 외측에 설치될 수 있으며, 통로(8)는 게이트 밸브에 의해 개방 및 폐쇄될 수 있다. 기판 처리장치(100)는 복수의 기판(S)들이 적재되는 보트(20)를 구비하며, 통로(8)를 통해 이송된 기판(S)들은 보트(20) 상에 상하방향으로 순차적으로 적재된다.
보트(20)의 하부에는 승강축(70)이 연결되며, 승강축(70)은 챔버(10)의 바닥면을 관통하여 승강모터(79)에 의해 승강 가능하다. 또한, 보트(20)가 회전가능하도록 승강축(70)은 회전모터(72)를 구비할 수 있으며, 회전모터(72)는 모터하우징(74) 상에 설치되어 공정이 진행되는 동안 회전모터(72)를 구동하여 승강축(70)을 회전함으로써 보트(20) 및 기판(W)들을 함께 회전할 수 있다. 이는 반응가스가 분사구(42)로부터 배기구(47)를 향해 흐르며, 기판(S)에 대한 증착이 분사구(42) 측에서 배기구(47) 측으로 진행됨에 따라 공정가스의 농도가 감소하는 경향이 있기 때문이다.
모터하우징(74)은 브래킷(75)에 고정되며, 브래킷(75)의 일측은 챔버(10)의 하부에 설치된 승강 로드(77)에 연결되어 승강 로드(77)를 따라 승강할 수 있다. 브래킷(75)은 승강 로드(77)에 나사체결되며, 승강 로드(77)는 승강 모터(79)에 의해 회전된다. 승강 모터(79)의 회전에 의해 승강 로드(77)는 회전하며, 이로 인해 브래킷(75)과 모터 하우징(74)은 함께 승강할 수 있다. 또한, 브래킷(75)의 타측은 승강 로드(77)와 나란하게 설치된 가이드 로드(78)에 연결되며, 브래킷(75)은 승강 로드(77) 및 가이드 로드(78)에 의해 용이하게 승강 가능하다.
즉, 승강축(70)과 보트는 함께 승강 가능하며, 보트(20)는 승강 모터(79)에 의해 기판(W)들이 순차적으로 보트(20) 상에 적재되는 적재위치 및 보트(20)가 상승하여 기판(W)에 대한 공정을 진행하는 공정위치로 전환될 수 있다. 벨로우즈(60)는 챔버(10)와 모터 하우징(74)을 서로 연결하며, 이를 통해 챔버(10) 내부의 기밀을 유지할 수 있다.
분사노즐(40)들의 분사구(42)들은 내부반응튜브(50)의 내벽을 따라 삽입설치되며, 원주방향을 따라 서로 다른 높이에 배치된다. 따라서, 분사노즐(40)로부터 공급된 공정가스는 반대편에 위치하는 배기노즐(45)을 향해 흐르며, 이를 통해 공정가스와 기판(S)의 표면이 반응할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있다. 이때 공정 중 발생한 미반응가스 및 반응부산물들은 배기노즐(45)을 통해 흡입되어 배출된다.
반면, 공정위치로 전환된 보트(20) 상에 수용된 각각의 기판(S)들에 대응되는 분사노즐(40)을 통해 일정량의 공정가스를 공급할 경우, 기판(S)과 기판(S) 사이는 개방된 구조를 가짐으로 각각의 기판(S)상에 균일한 공정가스 공급하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 이하에서는 각각의 기판(S)에 일정한 공정가스를 공급가능한 기판 처리장치(100)에 대해 설명하기로 하며, 후술하는 기판 처리장치(100)의 생략된 구성요소 및 동작과정은 전술한 내용으로 대체될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 통로(8)를 통해 이송된 기판(S)은 보트(20) 상에 순차적으로 적재된다. 보트(20)는 상하방향을 따라 형성된 복수의 지지슬롯(27)을 가지는 수직프레임(25) 및 수직프레임(25)의 상부와 하부에 각각 연결되는 상부프레임(22)과 하부프레임(29)을 구비할 수 있다. 상부프레임(22) 및 하부프레임(29)은 기판(S)의 형상과 대응되는 원형일 수 있다.
수직프레임(25)은 통로(8)를 통해 이송된 기판(S)을 용이하게 적재하기 위해 복수로 구비되며, 상하방향으로 형성된 지지슬롯(27)에 기판(S)을 순차적으로 적재할 수 있다. 각각의 수직프레임(25)에 형성된 지지슬롯(27)은 서로 나란하게 형성되며, 수평선상에 형성된 각각의 지지슬롯(27)의 상부 및 하부에는 각각 차단플레이트(30)들이 설치된다. 각각의 차단플레이트(30)는 서로 같은 중심을 가지며, 하부방향에 배치될수록 큰 외경을 가진다.
내부반응튜브(50)는 챔버(10)의 바닥면 상에 연결될 수 있다. 내부반응튜브(50)는 상부로 돌출된 형상을 가지며, 하부가 개방된 원통형일 수 있다. 기판(S)이 이송되는 통로(8) 및 통로(8)의 반대편에 형성된 보조배기포트(53)와 내부공간이 서로 연통가능하도록 각각 공급홀(51) 및 배기홀(54)이 형성된다. 내부반응튜브(50)의 내벽에는 내부를 향해 돌출된 형상의 복수의 지지팁(55)들이 구비된다.
지지팁(55)들은 내부반응튜브(50)의 내벽의 일측 및 타측에 각각 상하방향을 따라 기설정된 간격으로 설치될 수 있으며, 일측 및 타측에 배치된 지지팁(55)은 서로 나란하게 배치된다. 지지팁(55)의 상부에는 각각 차단링(35)이 놓여진다. 차단링(35)은 서로 동일한 중심을 가지며, 상부에 배치될수록 작은 외경을 가진다. 즉, 상부로부터 k번째 차단플레이트의 외경은 k번째 차단링의 내경보다 크고, k+1번째 차단링의 내경보다 작을 수 있다.(k = 1, 2, 3 ... n)
분사노즐(40)들의 분사구(42)들은 내부반응튜브(50)의 내벽에 각각 삽입설치되며, 원주방향을 따라 서로 다른 높이에 배치된다. 배기노즐(45)들의 배기구(47)들 또한, 내부반응튜브(50)의 내벽을 따라 원주방향으로 배치되며, 각각 서로 다른 높이에 배치된다. 동일 높이의 분사구(42)와 배기구(47)는 서로 대칭되는 구조를 가지며, 보트(20)에 적재된 기판(S)을 중심으로 분사노즐(40)의 분사구(42)와 배기노즐(45)의 배기구(47)는 서로 반대편에 위치한다. 분사노즐(40)의 분사구(42) 및 배기노즐(45)의 배기구(47)는 각각의 지지팁(55) 사이에 등간격으로 배치된다.
챔버(10)의 상부에는 베이스 플렌지(6)가 설치될 수 있다. 베이스 플렌지(6) 일측에는 공급포트(43)가 형성되며, 공급포트(43)는 분사노즐(40)과 연결되어 분사노즐(40)에 공정가스를 공급할 수 있다. 또한, 베이스 플렌지(6) 타측에는 배기포트(49)가 형성되며, 배기포트(49)는 배기노즐(45)과 연결되어 배기노즐(45)을 통해 흡입된 미반응가스 및 반응부산물을 외부로 배기할 수 있다. 베이스 플렌지(6)의 상부에는 외부반응튜브(58)가 설치될 수 있으며, 외부반응튜브(58)는 분사노즐(40) 및 배기노즐(45)의 외측에 배치되어 챔버(10)의 개방된 상부를 폐쇄 가능하다. 또한, 외부반응튜브(58)의 외측에는 챔버덮개(5)가 설치될 수 있으며, 챔버덮개(5)는 기판(S)을 가열하는 히터(도시안함)를 구비할 수 있다.
챔버(10) 바닥면 일측에는 보조가스공급포트(44)가 형성되며, 보조가스공급포트(44)는 보조가스공급라인(도시안함)과 연결되어 보조가스공급라인을 통해 공급된 가스를 챔버(10) 내에 공급할 수 있다. 예를 들어, 비활성가스가 보조가스공급포트(44)를 통해 챔버(10) 내에 공급될 수 있으며, 비활성가스를 공급함으로써 공정가스가 공정위치로 전환된 보트(20)의 하부로 유동하는 것을 방지할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 도시한 기판 처리장치의 작동과정을 나타내는 도면이다. 도 3은 보트의 적재위치를 나타내는 도면이며, 도 4 및 도 5는 보트가 적재위치에서 공정위치로 전환되는 상태를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 통로(8)를 통해 이송된 기판(S)들이 보트(20)의 지지슬롯(27) 상에 각각 적재된다. 앞서 설명한 바와 같이, 보트(20)의 승강모터(79)에 의해 기설정된 간격으로 상승하며, 통로(8)를 통해 이송된 기판(S)은 최상부에 형성된 지지슬롯(27)부터 하방향을 향해 순차적으로 적재될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판(S) 적재가 완료된 보트(20)는 분사노즐(40)을 향해 상승한다. 보트(20)의 수직프레임(25) 상에는 복수의 지지슬롯(27)들이 형성되며, 지지슬롯(27)의 상부에는 각각 차단플레이트(30)가 설치된다. 각각의 차단플레이트(30)의 중심은 서로 일치하며, 차단플레이트(30)는 하방향에 배치될수록 큰 외경을 가진다.
또한, 내부반응튜브(50)는 기판(S)에 대한 공정이 이루어지는 내부공간(2)을 제공하며, 내부반응튜브(50)의 내측벽에 설치된 지지팁(55)들은 분사노즐(40)의 분사구(42)와 배기노즐(45)의 배기구(47) 상부 및 하부에 각각 배치된다. 차단링(35)은 지지팁(55)의 상부에 각각 놓이며, 각각의 차단링(35)들의 중심은 서로 일치한 상태에서 하방향에 배치될수록 큰 내경을 가진다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 보트(20)가 상승함에 따라 차단플레이트(30)는 지지팁(55)의 상부에 놓여진 차단링(35)과 맞닿아 함께 상승한다. 따라서, 각각의 차단플레이트(30)는 각각의 차단링(35)과 맞닿아 기설정된 높이로 함께 상승하여 내부공간(2)을 복수의 반응공간(4)으로 구획한다. 따라서, 각각의 반응공간(4)은 서로의 간섭이 최소화됨에 따라 동일한 공정가스를 공급가능하다.
도 6은 도 5에 도시한 기판 처리장치의 공정가스의 유동상태를 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 공정위치로 전환된 보트(20)가 상승함에 따라 각각의 차단링(35)은 각각의 차단플레이트(30) 상부에 맞닿아 상승함으로써 내부공간(2)을 각각의 기판(S)에 대한 공정이 이루어지는 반응공간(4)으로 구획한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 각각의 차단플레이트(30)와 차단링(35)을 통해 각각의 반응공간(4) 상에 공정가스를 공급함으로써 각각의 기판(S)에 균일한 공정을 수행하여 기판(S)의 생산성 및 품질을 확보할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
2 ; 내부공간 4 : 반응공간
5 : 챔버덮개 8 : 통로
10 : 챔버 20 : 보트
22 : 상부프레임 25 : 수직프레임
27 : 지지슬롯 29 : 하부프레임
30 : 차단플레이트 35 : 차단링
40 : 분사노즐 42 : 분사구
43 : 공급포트 44 : 보조공급포트
45 : 배기노즐 47 : 배기구
50 : 내부반응공간 51 : 공급홀
53 : 보조배기포트 54 : 배기홀
55 : 지지팁 58 : 외부반응튜브
60 : 벨로우즈 60 : 승강축
S : 기판

Claims (8)

  1. 일측에 형성된 통로를 통해 기판이 이송되며, 상부가 개방된 형상의 챔버;
    상기 챔버에 연결되어 상기 기판에 대한 내부공간을 제공하며, 내측면을 따라 돌출되는 복수의 지지팁을 가지는 내부반응튜브;
    상기 통로를 통해 이송된 상기 기판을 각각 지지하도록 상하방향을 따라 복수의 지지슬롯이 형성되는 수직프레임을 가지며, 상기 내부공간 내에서 승강가능한 보트;
    상기 수직프레임상에 각각 설치되며, 상하로 이격 배치되는 복수의 차단플레이트;
    상기 지지팁의 상부에 각각 놓여지며, 상기 차단플레이트들 중 어느 하나에 의해 상승가능한 복수의 차단링;
    상기 내부반응튜브의 일측에 상하방향으로 각각 삽입설치되며, 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하는 분사노즐; 및
    상기 내부반응튜브의 타측에 상하방향으로 각각 삽입설치되며, 상기 공정가스를 배기하는 배기노즐을 포함하는, 기판 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단플레이트는 하방향에 배치될수록 큰 외경을 가지며,
    상기 차단링은 하방향에 배치될수록 큰 내경을 가지는, 기판 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단플레이트 및 상기 차단링의 중심은 각각 서로 동일한, 기판 처리장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보트는 상기 통로를 통해 이송된 상기 기판을 각각의 상기 지지슬롯에 순차적으로 적재하는 적재위치; 및
    각각의 상기 차단플레이트와 각각의 상기 차단링과 맞닿아 함께 상승하여 상기 내부공간을 복수의 반응공간으로 구획하는 공정위치로 전환 가능한, 기판 처리장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상부로부터 k번째 차단플레이트의 외경은 k번째 차단링의 내경보다 크고, k+1번째 차단링의 내경보다 작은, 기판 처리장치.(k = 1, 2, 3 ... n)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리장치는,
    상기 통로의 상부에 형성되며, 상기 분사노즐에 상기 공정가스를 공급하는 공급포트; 및
    상기 통로의 타측에 형성되며, 상기 배기노즐을 통해 흡입된 상기 공정가스를 외부로 배기하는 배기포트를 더 포함하는, 기판 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리장치는 상기 챔버의 타측에 형성되는 보조배기포트를 더 포함하되,
    상기 내부반응튜브의 하단은 상기 챔버의 바닥면에 연결되며, 상기 통로 및 상기 보조배기포트와 연통되는 공급홀 및 배기홀을 가지는, 기판 처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리장치는,
    상기 내부반응튜브의 외측에 배치되며, 상기 챔버의 개방된 상부를 폐쇄하는 외부반응튜브를 더 포함하되,
    상기 분사노즐 및 상기 배기노즐은 상기 내부반응튜브와 상기 외부반응튜브 사이에 배치되는, 기판 처리장치.
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