KR101841201B1 - 공정 챔버와 반도체 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정 챔버와 반도체 처리 장치를 제공한다. 공정 챔버는 반응 실, 가스 도입 시스템, 및 웨이퍼 이송 장치를 포함할 수 있다. 상기 반응 실은 공정 챔버에 제공되고, 웨이퍼에 대한 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 가스 도입 시스템은 반응 실로 공정 가스를 제공하기 위해 사용되고, 웨이퍼 이송 장치는 반응 실로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용될 수 있다. 라이닝 링 조립체는 반응 실에 제공될 수 있고, 가스 도입 시스템에서 공정 가스를 유동 균일화 캐비티를 통해 반응 실로 균일하게 전송하기 위해, 유동 균일화 캐비티가 상기 라이닝 링 조립체 자체와 상기 반응 실의 내측벽 사이에 형성되도록 구성될 수 있다. 본 발명에서 제공된 공정 챔버와 반도체 처리 장치는 공정 가스가 반응 실로 유동하는 속도를 향상시킬 수 있고, 공정과 관련된 공정 가스의 흐름을 제어하는 정확성, 및 반응 실 내의 공정 가스의 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

공정 챔버와 반도체 처리 장치{PROCESS CHAMBER AND SEMICONDUCTOR PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 장치의 제조 분야에 관한 것이고, 상세하게 공정 챔버와 반도체 처리 장치에 관한 것이다.
물리 기상 증착법(PVD)의 기본 원리는 특정 기능을 갖는 박막을 형성하기 위해서, 진공 상태에서 금속, 금속 합금 또는 금속 화합물이 증발된 후, 기판의 표면상에 증착하는 것이다.
PVD의 일반적인 법은 주로 진공 증착, 플라즈마 스퍼터 코팅, 아크 플라즈마 코팅, 이온 코팅, 및 분자선 에피택시 등을 포함할 수 있다. 여기서, 플라즈마 스퍼터 코팅은 현재 가장 널리 사용되는 PVD 기술이다. 플라즈마 스퍼터 기술의 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 증착 공정(막 코팅)을 수행할 때, 사용되는 공정 챔버는 일반적으로 진공 하에서 유지된다. 그리고, 공정 가스는 공정 챔버 내에 제공되고, 플라즈마를 생성하기 위해 여기될 수 있다. 그 다음에, 플라즈마는 목표 물질에 충격을 가하기 때문에, 스퍼터링된 목표 물질이 공정에서 필요한 박막을 형성하기 위해, 웨이퍼의 표면 상에 증착될 수 있다.
웨이퍼의 박막의 제조 면에서, 웨이퍼의 전체 표면 상의 박막의 균일성은 필수적인 공정 지표이고, 공정 지표는 전자기계, 열전계, 공기 유동계 등의 분포와, 반도체 웨이퍼의 주변과 밀접한 관련이 있을 수 있다. 그러므로, 전자기계, 열전계, 및 공기 유동계의 균일성을 증가시키는 것은 공정의 균일성 향상시키기 위한 중요한 방법들 중 하나일 수 있다.
도 1은 종래의 공정 챔버의 측단면도이다. 도 2는 도 1의 I 부분의 확대 정면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버는 캐비티(106), 반응 챔버(118), 상부 전극 챔버(111), 승강 기구 및 이젝터 핀 장치를 포함할 수 있다. 반응 챔버(118)은 웨이퍼에 공정을 수행하기 위해서, 캐비티(106)의 위에 위치될 수 있다. 승강 장치는 받침대(110), 받침대 승강 샤프트(108) 및 받침대 구동원(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 받침대(110)는 웨이퍼를 지지하기 위해 이용될 수 있고, 받침대 승강 샤프트(108)을 통해 받침대 구동원과 연결될 수 있다. 그리고, 받침대 구동원은 받침대 승강 샤프트(108)가 직선으로 수직하게 이동하도록 구동하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 받침대 구동원은 받침대 승강 샤프트(108)가 수직 방향으로 상하 이동되도록 하는데 이용될 수 있기 때문에, 받침대(110)는 반응 챔버(118)의 내부로 상승하거나 캐비티(106)의 내부로 낙하될 수 있다. 또한, 캐비티(106)의 상부 벽을 관통하는 개구부는 상부 벽의 상면에서, 반응 챔버(118)과 대응되는 위치에 제공될 수 있고, 받침대(110)는 개구부를 통해서 반응 챔버(118) 내로 들어갈 수 있다.
게다가, 라이닝 링 조립체가 반응 챔버(118)에 더 제공될 수 있고, 다. 라이닝 링 조립체는 하부 라이닝 링(116) 및 하부 라이닝 링(116)의 내측의 상부 라이닝 링(117)을 포함할 수 있고, 상부 및 하부 라이닝 링들은 반응 챔버(118)의 측벽에 오염 입자들이 붙는 것을 방지하기 위해 상기 측벽의 전체 표면을 덮을 수 있다. 또한, 받침대(110)가 반응 챔버(118) 내의 공정 위치로 상승될 때, 그의 자중에 의해 받침대(110) 상의 웨이퍼를 고정하기 위한 가압 링(115)이 반응 챔버(118)에 더 제공될 수 있다. 그리고, 하부 라이닝 링(116)의 하단으로부터 내측으로 구부러져서 가압 링(115)의 바닥으로 연장하는 만곡부는 하부 라이닝 링(116)의 하단에 제공될 수 있다. 받침대(110)가 반응 챔버(118)의 밖으로 이동할 때, 만곡부는 가압 링(115)을 지지하기 위해 이용될 수 있다.
웨이퍼 이송 경로(102)는 캐비티(106) 안 또는 밖으로 웨이퍼를 이동하기 위한 경로를 제공하기 위해, 캐비티(106)의 측벽에 제공될 수 있다. 이젝터 핀 기구는 캐비티(106)에 제공될 수 있고, 적어도 3개의 이젝터 핀들(105), 이젝터 핀 승강 샤프트(107), 및 이젝터 핀 구동원(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 적어도 3개의 이젝터 핀들(105)은 이젝터 핀 승강 샤프트(107)을 통해 이젝터 구동원과 연결될 수 있고, 이젝터 핀 구동원은 이젝터 핀 승강 샤프트(107)가 직선으로 수직하게 이동되도록 구동하는데 이용될 수 있기 때문에, 적어도 3개의 이젝터 핀들(105)은 캐비티(106)로 웨이퍼를 이송하기 위해 이용될 수 있는 기계 암을 돕거나, 받침대(110) 상의 웨이퍼를 이동하거나, 받침대(110)에서 캐비티(106)의 밖으로 웨이퍼를 이동하기 위해, 승강 또는 낙하하도록 구동될 수 있다.
상부 전극 챔버(111)는 세라믹 링(114)를 갖는 반응 챔버(118)의 상부에 제공될 수 있고, 세라믹 링(114)는 상부 전극 챔버(111)와 반응 챔버(118)를 서로 전기적으로 절연하기 위해 사용될 수 있고, 상부 전극 챔버(111)와 반응 챔버(118) 사이에 넣을 수 있다. 또한, 목표 물질(113)은 상부 전극 챔버(111)의 바닥 벽의 하면에 제공될 수 있다. 그리고, 마그네트론(104) 뿐만 아니라 목표 물질(113)의 표면에 상대적으로 회전시키는 마그네트론(104)의 구동에 이용되는 마그네트론 구동기구는 상부 전극 챔버(111)에 제공될 수 있다. 더욱이, 가스 유입구(103)는 캐비티(106)으 측벽에서 웨이퍼 이송 경로(102) 아래에 제공될 수 있다. 공정 가스는 도 1 및 도 2에서 화살표로 표시된 방향으로 유동할 수 있고, 전체의 캐비티(106)를 채울 때까지, 캐비티(106)의 일측으로부터 그것의 타측으로 확산될 수 있다. 이 공정 동안, 공정 가스의 일부는 공정 동안 플라즈마가 발생되도록 여기시키기 위해, 가압 링(115)와 하부 라이닝 링(116)의 만곡부 사이의 갭을 통해 반응 챔버(118)로 유동할 수 있다.
다음과 같은 문제는 상기 공정 챔버의 실질적인 적용에서 필연적으로 존재한다.
첫째, 공정 가스가 캐비티(106)의 일측으로부터 반응 챔버(118)의 내부로 서서히 확산되므로, 될 수 있다. 공정 가스는 저속으로 공정 공간으로 확산될 수 있다. 또한, 반응 챔버(118) 내부에서, 가스 유입구에 인접한 영역 내의 공정 가스의 분포 밀도는 가스 유입구로부터 떨어진 영역 내 보다 필연적으로 더 높을 수 있다. 따라서, 공정 가스의 분포 밀도는 반응 챔버(118) 내에서 불균일하여, 공정의 균일성에 악영향을 줄 수 있다.
둘째, 캐비티(106)로 유입된 모든 공정 가스가 반응 챔버(118) 내로 전부 확산되고, 공정과 관련 되지 않기 때문에, 공정과 관련된 공정 가스의 흐름을 컨트롤 하는 것이 매우 어려울 수 있다. 그 때문에, 처리 결과들에 악영향을 줄 수 있다.
본 발명은 종래 기술에 존재하는 기술적 문제들 중 적어도 하나를 해결하고자, 공정 가스가 반응 실로 유동하는 속도, 공정과 관련된 공정 가스의 흐름을 제어하는 정확성, 및 반응 실 내의 공정 가스의 분포의 균일성을 향상시킬 수 있는 공정 챔버와 반도체 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 목적을 이루기 위해, 본 발명의 반응 실, 가스 도입 시스템, 및 웨이퍼 이송 장치를 포함하는 공정 챔버는, 상기 반응 실은 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 상기 공정 챔버 내에서 웨이퍼에 대한 공정을 수행하기 위해 사용되며, 상기 가스 도입 시스템은 상기 반응 실에 공정 가스를 제공하기 위해 사용되며, 상기 웨이퍼 이송 장치는 상기 반응 실로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용되되, 상기 반응 실 내에 라이닝 링 조립체가 제공되며, 상기 라이닝 링 조립체는 상기 가스 도입 시스템에서의 공정 가스를 상기 유동 균일화 캐비티를 통해 상기 반응 실로 균일하게 전송하기 위해, 상기 유동 균일화 캐비티가 상기 라이닝 링 조립체 자체와 상기 반응 실의 내측벽 사이에 형성되도록 구성된다.
선택적으로, 상기 라이닝 링 조립체는 상부 링 바디와 하부 링 바디를 포함하고, 상기 상부 링 바디는 상기 하부 링 바디의 내측에 위치하고, 상기 상부 링 바디와 상기 하부 링 바디 사이에 링형의 갭을 가지고 있으며, 상기 링형의 갭은 상기 반응 실의 내부와 연결될 수 있다. 상부 링형 수평부는 상기 상부 링 바디의 외측벽 상에 제공되고, 하부 링형 수평부는 상기 하부 링 바디의 외측벽 상에 제공되고, 링형 수직부는 상기 상부 링형 수평부와 상기 하부 링형 수평부 사이에 제공되고, 상기 유동 균일화 캐비티는 상기 상부 링형 수평부, 상기 하부 링형 수평부, 상기 링형 수직부, 및 상기 반응 실의 내측벽에 의해 형성될 수 있다. 또한, 복수의 방사형 관통 홀들은 상기 링형 수직부에 균일하게 분포되고, 상기 유동 균일화 캐비티와 상기 링형의 갭에 각각 연결될 수 있다.
선택적으로, 상기 반응 실은 개수는 하나일 수 있다.
선택적으로, 상기 공정 챔버는 상기 공정 챔버의 원주 방향을 따라 균일하게 분포되는 적어도 2개의 반응 실들을 포함하고, 각각의 반응 실은 내부에 독립된 공정 환경을 형성할 수 있다. 상기 가스 도입 시스템의 개수는 반응 실들의 개수에 대응되고, 상기 가스 도입 시스템은 일대일 대응되는 상기 반응 실들로 공정 가스를 전송할 수 있다.
선택적으로, 가스 유입 경로는 상기 반응 실의 측벽 내에 형성되고, 상기 가스 유입 경로의 가스 유입구는 상기 가스 도입 시스템에 연결되고, 상기 가스 유입 경로의 가스 배출구는 상기 반응 실의 내측벽에 제공되고, 상기 유동 균일화 캐비티에 연결될 수 있다.
선택적으로, 상기 가스 유입 경로의 상기 가스 유입구는 상기 반응 실의 상단에 위치될 수 있다.
선택적으로, 상기 방사형 관통 홀은 0.5mm 내지 2mm 범위의 직경을 가질 수 있다.
선택적으로 상기 상부 링 바디, 상기 상부 링형 수평부, 및 상기 링형 수직부는 일체로 형성되고, 상기 하부 링 바디 및 상기 하부 링형 수평부는 일체로 형성될 수 있다. 또는 상기 상부 링 바디 및 상기 상부 링형 수평부는 일체로 형성되고, 상기 하부 링 바디, 상기 하부 링형 수평부와 상기 링형 수직부는 일체로 형성될 수 있다.
또 다른 기술적 해결책으로써, 본 발명은 내부에 웨이퍼에 대한 공정을 수행하기 위한 공정 챔버; 웨이퍼로부터 수증기를 제거하기 하기 위한 디가스 챔버; 웨이퍼의 표면 상의 잔류물을 제거하기 위한 예비 세정 챔버; 및 상기 공정 챔버, 상기 디가스 챔버, 및 상기 예비 세정 챔버에 각각 연결되고, 내부에 각각의 챔버들로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용되는 기계 암이 제공된 이송 챔버를 포함하는 반도체 처리 장치를 제공한다. 상기 공정 챔버는 본 발명의 상기 해결책들 중 어느 하나로 제공된다.
선택적으로, 상기 반도체 처리 장치는 복수의 공정 챔버들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다음과 같은 유익한 효과를 갖는다.
본 발명에서 제공된 공정 챔버는 반응 실에 배치된 라이닝 링 조립체를 포함한다. 유동 균일화 캐비티는 라이닝 링 조립체와 반응 실의 내측벽 사이에 형성되고, 가스 도입 시스템으로부터 반응 실로 공정 가스를 전송하기 위해 사용되기 때문에, 공정 가스는 유동 균일화 캐비티를 통해서 직접 반응 실로 유동할 수 있다. 그 때문에, 반응 실로 유동하는 공정 가스의 속도가 증가할 뿐만 아니라, 가스 도입 시스템에서 배출된 모든 처리가스가 반응 실로 유동하지 않는 문제를 제거할 수 있다. 그러므로, 공정과 관련된 공정 가스의 흐름은 더 정확하게 제어될 수 있어, 처리 결과에 도움이 될 수 있다. 한편, 본 발명에서 제공된 공정 챔버는 반응 실 외부에 제공된 추가적인 유동 균일화 장치를 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 종래의 챔버 구조를 수정하지 않아도 되고, 챔버의 구조는 단순화될 수 있다. 그 때문에, 공정 챔버의 제조 비용이 줄어들 수 있다. 또한, 가스 도입 시스템에서 공정 가스는 유동 균일화 캐비티와 함께 반응 실로 균일하게 전송될 수 있다. 그 때문에, 반응 실 내의 공정 가스의 분포의 균일성이 향상되고, 공정의 균일성은 더 향상될 수 있다.
본 발명에서 제공된 반도체 제조 장치는 본 발명에서 제공된 공정 챔버를 사용할 수 있고, 반응 실로 유동하는 공정 가스의 속도, 공정과 관련된 공정 가스의 양을 제어하는 정확성, 및 반응 실 내의 공정 가스의 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 처리 효율과 처리 결과가 향상될 뿐만 아니라 공정의 균일성이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 공정 챔버의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 I 영역의 확대 정면도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공정 챔버의 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 I 영역의 확대도이다.
도 3c는 도 3a의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3d는 도 3a의 공정 챔버의 상부 라이닝 링의 사시도이다.
도 3e는 웨이퍼가 로딩 및 언로딩하는 경우, 본 발명의 제1 실시예에 따른 공정 챔버의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 처리 장치의 개략적인 구조도이다.
본 발명의 기술적 해결책들을 당업자가 잘 이해하기 위해서, 본 발명에 제공된 공정 챔버와 반도체 처리 장치는 아래에 첨부된 도면과 함께 상세히 설명할 것이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공정 챔버의 단면도이다. 도 3a을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 공정 챔버는 반응 실(210), 가스 도입 시스템과 웨이퍼 이송 장치를 포함할 수 있다. 하나의 반응 실(210)은 공정 챔버에 제공되고, 그 내에서 웨이퍼 상에 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 상세하게, 공정 챔버는 챔버 바디(20)에 의해 형성되고, 링형상의 챔버 바디(21)는 챔버 바디(20)의 상부에 제공될 수 있다. 링형상의 챔버 바디(21)는 반응 실(210)을 구성할 수 있다. 가스 도입 시스템(미도시)은 반응 실(210)에 공정 가스를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 반응 실(210) 내에 가스를 도입하는 방법은 아래에 상세히 설명하기로 한다. 상세하게, 도 3b는 도 3a의 I 영역의 확대도이다. 도 3c는 도 3a의 A-A 선에 따른 단면도이다. 도 3b와 도 3c를 참조하면, 라이닝 링 조립체는 반응 실(210)에 제공될 수 있다. 라이닝 링 조립체는 라이닝 링 조립체 자체와 반응 실(210)의 내측벽 사이에 형성되고, 공정 가스를, 가스 도입 시스템으로부터, 반응 실(210) 내로 균일하게 이송시키기 위해 사용되는 유동 균일화 캐비티를 구성할 수 있다.
본 실시예에서, 라이닝 링 조립체의 상세한 구조는 다음과 같다. 라이닝 링 조립체는 상부 링 바디(25)와 하부 링 바디(24)를 포함할 수 있다. 상부 링 바디(25)는 하부 링 바디(24)의 내측에 위치될 수 있고, 상부 링 바디(25)와 하부 링 바디(24) 사이에 링형의 갭(261)을 가질 수 있다. 그리고, 링형상의 갭(261)은 반응 실(210)의 내부와 연결될 수 있다. 상부 링형상의 수평부(251)는 상부 링 바디(25)의 외측벽 상에 제공될 수 있고, 하부 링형상의 수평부(241)는 하부 링 바디(24)의 외측벽 상에 제공될 수 있고, 링형상의 수직부(27)는 그 사이에 제공될 수 있다. 그리고, 유동 균일화 캐비티(26)은 상부 링형상의 수평부(251), 하부 링형상의 수평부(241), 링형상의 수직부(27)와 반응 실(210)의 내측벽에 의해 형성될 수 있다. 또한, 복수의 방사형 관통 홀들(271)은 링형상의 수직부(27)에 균일하게 분포될 수 있고, 링형상의 갭(261)과 유동 균일화 캐비티(26)에 각각 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 가스 유입 경로(22)은 반응 실(210)의 측벽에 형성될 수 있고, 커넥터(23)를 통해 가스 도입 시스템에 연결된 가스 유입구(222), 및 반응 실(210)의 내측벽에 제공되고 유동 균일화 캐비티(26)과 연결된 가스 배출구(221)를 가질 수 있다. 반응 실(210)이 작동될 때, 가스 도입 시스템에서 공정 가스는 가스 유입 경로(22)을 통해 유동 균일화 캐비티(26) 내로 유동할 수 있다. 그 다음에, 공정 가스는 방사형 관통 홀들(271)을 통해 링형상의 갭(261) 내로 균일하게 유동할 수 있고, 마지막으로 링형상의 갭(261)을 따라 반응 실(210) 내로 유동할 수 있다. 바람직하게, 가스 유입 경로의 가스 유입구(222)는, 공정 챔버의 주변부에 의해 점유된 공간을 줄일 뿐만 아니라 가스 도입 시스템과의 연결을 용이하게 하기 위해, 반응 실(210)의 상부에 위치될 수 있다.
전술한 바에서 알 수 있듯이, 본 실시예에서, 유동 균일화 캐비티(26)는 라이닝 링 조립체의 상부 링형 수평부(251), 하부 링형 수평부(241), 및 링형 수직부(27)와, 반응 실(210)의 내측벽에 의해 형성될 수 있다. 그리고, 가스 도입 시스템에서 공정 가스는 반응 실(210) 내로 균일하게 이송될 수 있다. 이러한 식으로, 공정 가스는 유동 균일화 캐비티(26)를 통해 직접 반응 실 내로 유동할 수 있고, 유동 균일화 캐비티(26)는 반응 실(210) 내로 유동하는 공정 가스의 속도가 증가할 뿐만 아니라 가스 도입 시스템에서 배출된 모든 공정 가스가 반응 실(210)로 유동하지 않는 문제를 제거할 수 있다. 따라서, 공정에 관련된 공정 가스의 유동은 더 정확하게 제어될 수 있어서, 공정 결과에 도움이 될 수 있다. 또한, 본 실시예에 적용된 라이닝 링 조립체는 라이닝 링 조립체와 반응 실(210)의 내측벽 사이에 유동 균일화 캐비티(26)를 형성하기 위해 사용되기 때문에, 본 실시예에 제공된 공정 챔버는 반응 실 외부에 제공된 추가적인 유동 균일화 장치가 필요 없다.
따라서, 챔버의 종래 구조를 수정할 필요가 없고 챔버의 구조는 단순해지고, 그로 인해 공정 챔버의 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 공정 가스가 유동 균일화 캐비티(26)로 천이 및 완충된 후, 방사형 관통 홀들(271)을 통해 균일하게 반응 실로 이송될 수 있다. 그 때문에, 반응 실 내 공정 가스의 분포의 균일성이 향상되고, 공정의 균일성이 더 향상될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 하부 링 바디(24)와 상부 링 바디(25)에 형성된 링형의 측벽은, 반응 실의 측벽을 보호하고 오염 물질이 부착되는 것을 방지하기 위해, 반응 실(210)의 측벽의 전체 표면을 덮을 수 있다. 상세하게, 반응 실(210)의 측벽의 전체 표면을 덮기 위해서, 상부 링 바디(25)의 상단은 링형 챔버 바디(21)의 내측벽의 상단보다 더 낮지 않을 수 있고, 상부 링 바디(25)의 하단은 하부 링 바디(24)의 상단보다 낮을 수 있다. 또한, 방사형 관통 홀들(271)을 통해 유출되는 공정 가스가 링형 갭(261)으로 유동하도록 하기 위해서, 상부 링 바디(25)의 상단은 방사형 관통 홀들(271)보다 더 높을 수 있고, 하부 링 바디(24)의 상단은 방사형 관통 홀들(271)보다 더 낮을 수 있다. 또한, 하부 링 바디(24)와 상부 링 바디(25)는 청소의 편의를 위해 반응 실(210)과 착탈 가능하게 연결되는 것이 바람직할 수 있다.
본 실시예에서, 하부 링 바디(24)와 하부 링형은 일체로 형성될 수 있다. 즉, 2개의 구성은 일체된 구조를 가질 수 있다. 상부 링 바디(25), 상부 링형 수평부(251) 및 링형 수직부(27)은 일체로 형성될 수 있다. 즉, 3 개의 구성은 도 3D에 도시된 바와 같이, 일체된 구조를 가질 수 있다. 그러므로, 라이닝 링 조립체가 조립될 때, 하부 링 바디(24)와 상부 링 바디(25)의 조립을 실행하기 위해, 하부 링형 수평부(241) 상에 오직 링형 수직부(27)를 고정할 필요가 있고, 일체로 제조하는 상부 링 바디(25)의 특정 구조, 및 유동 균일화 캐비티(26)의 형성에 사용되는 하부 링 바디(24)는 라이닝 링 조립체의 조립과 가공을 용이하게 할 수 있다.
실제로 본 명세서에서, 상부 링 바디(25)와 상부 링형 수평부(251)는 일체로 제조될 수 있고, 하부 링 바디(24), 하부 링형 수평부(241), 및 링형 수직부(27)은 일체로 제조될 수 있다.
바람직하게, 방사형 관통 홀들(271)의 직경이 결정될 때, 공정 가스가 전체의 유동 균일화 캐비티(26)를 먼저 채우도록 하고, 방사형 관통 홀들(271)을 통해 유출시키는 것이 좋기 때문에, 공정 가스는 모든 주위에서 반응 실(210)로 균일하게 유동할 수 있다. 이 때문에, 방사형 관통 홀들(271)의 직경은 0.5mm 내지 2mm의 범위로 정해질 수 있다.
본 실시예에서, 플랜지는 반응 실(210)의 내측벽의 하부에 형성될 수 있고, 하부 링 바디(24)는 하부 링형 수평부(241)을 통해 플랜지 위에 중첩될 수 있다. 링형 수직부(27)의 상단은 상부 링형 수평부(251)과 연결될 수 있고, 링형 수직부(27)의 하단은 하부 링형 수평부(241)에 의해 지지될 수 있고, 상부 링형 수평부(251), 링형 수직부(27), 하부 링형 수평부(241), 및 반응 실(210)의 내측벽 상의 플랜지는 반응 실(210)에 라이닝 링 조립체를 고정하기 위해서, 나사에 의해 고정적으로 연결될 수 있다. 라이닝 링 조립체는 실제로 다른 수단들에 의해 고정될 수 있고, 본 발명은 이것에 특별한 제한이 없다.
웨이퍼 이송 장치는 반응 실(210)로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 웨이퍼 이송 장치는 승강 받침대(28)와 이젝터 핀 장치(29)를 포함할 수 있다. 승강 받침대(28)은 공정 챔버에 제공될 수 있고, 반응 실(210) 아래에 위치될 수 있다. 그리고, 승강 받침대(28)는 직선으로 수직하게 이동함으로써, 수직 방향으로 상하 이동할 수 있다. 따라서, 고, 도 3A에 공정 위치(E)까지 상승할 수 있고 반응 실(210)을 폐쇄할 수 있다. 또는, 도 3E에 도시된 바와 같이, 반응 실(210) 아래에 웨이퍼의 배치/픽업의 동작을 수행하는 로딩 및 언로딩 위치(F)로 낙하할 수 있다.
본 실시예에서, 가압 링(31)은 반응 실(210)에 더 제공될 수 있다. 그리고, 가압 링(31)은 승강 받침대(28)가 공정 위치(E)로 상승할 때, 그의 자중의 도움으로 승강 받침대(28) 상의 웨이퍼를 고정하기 위해 사용될 수 있다. 이 때, 승강 받침대(28)와 가압 링(31)은 공동으로 반응 실(210)의 바닥에 개구를 폐쇄했기 때문에, 반응 실(210)은 상대적으로 독립된 공정 환경을 형성하기 위해 그 공간으로부터 분리될 수 있다. 또한, 승강 받침대(28)는 낙하하고, 반응 실(210)의 밖으로 이동할 때, 가압 링(31)은 하부 링 바디(24)에 의해 지지될 수 있다. 상세하게, 가압 링(31)을 지지하기 위한 만곡부(242)는 하부 링 바디(24)의 하단에 제공될 수 있다. 승강 받침대(28)이 공정 위치(E)일 때, 만곡부(242)의 상단은 가압 링(31)의 바닥의 지지부보다 낮을 수 있다. 그리고, 승강 받침대(28)가 반응 실(210) 밖으로 이동할 때, 가압 링(31)은 자동적으로 만곡부(242)의 상단에서 낙하할 수 있다.
본 실시예에서, 웨이퍼 이송 경로(201)은 챔버의 측벽에 제공될 수 있고, 웨이퍼를 공정 챔버의 안 또는 밖으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 이젝터 핀 장치(29)는, 공정 챔버 내에 웨이퍼를 이동, 및 승강 받침대(28) 상에 웨이퍼를 전달하거나 승강 받침대(28)로부터 공정 챔버 밖으로 웨이퍼를 이동하기 위해, 공정 챔버 외부에 있는 기계 암과 협력하기 위해 사용될 수 있다. 상세하게, 이젝터 핀 장치(29)는 적어도 3 개의 이젝터 핀들을 포함할 수 있다. 이젝터 핀 장치(29)는 웨이퍼의 로딩 언로딩을 실행하기 위해, 직선으로 수직하게 이동하면서 수직 방향으로 상하 이동할 수 있다. 승강 받침대가 기 설정된 로딩 위치(F)로 하강한 후에 미처리된 웨이퍼가 로딩된 경우, 적어도 3개의 이젝터 핀은 그의 상단이 승강 받침대(28)의 상면보다 높게 될 때까지, 수직하게 상승할 수 있다. 이때, 웨이퍼는 공정 챔버 외부에 있는 기계 암에 의해 웨이퍼 이송 경로를 통해서 공정 챔버 내로 전달될 수 있다. 그리고 웨이퍼는 적어도 3개의 이젝터 핀들 상에 놓일 수 있다. 웨이퍼를 운반하는 이젝터 핀들은 그의 상단이 승강 받침대의 상면보다 낮아질 때까지, 수직하게 하강할 수 있다. 이때, 웨이퍼는 승강 받침대(28)의 상면 상에 이송될 수 있다. 그 다음에, 승강 받침대(28)는 웨이퍼 로딩의 완료하기 위해 공정 위치(E)로 상승할 수 있다.
실제로 본 명세서에서, 이젝터 핀 장치는 웨이퍼 전송 장치에서 생략될 수 있고, 웨이퍼는 웨이퍼 전송 장치와 공정 챔버 사이에서 이송될 수 있다.
본 명세서에서, 유동 균일화 캐비티를 형성하기 위한 라이닝 링 구조체의 구조는 본 실시예에서 이용된 구조로 제한되지 않는다. 그리고, 실제로 라이닝 링 조립체는 라이닝 링 조립체와 반응 실의 내측벽 사이에 유동 균일화 캐비티를 형성하기 위해, 다른 특정 구조를 갖도록 설계될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 공정 챔버는 복수의 반응 실들, 서로 독립적인 복수의 가스 도입 시스템들, 및 웨이퍼 이송 장치를 포함할 수 있다. 복수의 반응 실들은 공정 챔버에 제공될 수 있고, 공정 챔버의 원주 방향을 따라 균일하게 분배될 수 있다. 그리고, 각각의 반응 실은 그 안에 별개의 처리 환경을 형성할 수 있다. 그리고, 복수의 가스 도입 시스템들(미도시)은 일대일 대응되는 반응 실들로 공정 가스들을 전송하기 위해 사용될 수 있고, 웨이퍼들은 웨이퍼 이송 장치에 의해 반응 실들로 이송될 있다. 2이상의 공정들은 공정 챔버의 개수를 증가없이 하나의 공정 챔버에서 적어도 2개의 반응 실들을 사용하여, 동시에 수행할 수 있다. 즉, 공정 챔버들의 개수를 변경하지 않는 것을 전제로, 동시에 수행된 공정들의 수는 오직 반응 실들의 개수를 증가함으로써 증가될 수 있고, 이송 캐비티의 구조를 재설계할 필요가 없고, 그렇게 함으로써 장치의 제조 비용을 줄여줄 수 있다. 또한, 적어도 2개의 반응 실들은 공정 챔버의 원주 방향을 따라 균일하게 분포되기 때문에, 공정 챔버의 전반적인 구조는 종래 기술과 비교하여, 더 소형화되고, 적은 공간을 차지할 수 있다.
더욱이, 라이닝 링 조립체는 각각의 반응 실에 제공될 수 있고, 라이닝 링 조립체의 기능과 구조는 위의 제1 실시예에 따른 하나의 반응 실에 대한 라이닝 링 조립체의 것과 완전히 동일할 수 있다. 즉, 라이닝 링 조립체의 상부 링형 수평부, 하부 링형 수평부, 및 링형 수직부를 사용함으로써, 유동 균일화 캐비티는 라이닝 링 조립체와 반응 실의 내측벽 사이에 형성될 수 있다. 따라서, 가스 도입 시스템에서의 공정 가스는 균일하게 반응 실로 전송될 수 있다. 그러므로, 각 반응 실에 대응되는 가스 도입 시스템에서, 각 반응 실에 대한 공정 가스는 유동 균일화 챔버를 통해 반응 실로 직접 전송될 수 있고, 그에 따라 반응 실로 유동하는 공정 가스의 속도는 증가할 뿐만 아니라 가스 도입 시스템에서 배출된 모든 공정 가스가 반응 실로 유동하는 하지 않는 문제를 제거할 수 있다. 그래서, 공정과 관련된 공정 가스의 흐름은 더 정확하게 제어될 수 있어, 처리 결과들에 도움이 될 수 있다. 또한, 공정 가스가 유동 균일화 캐비티로 천이되고, 완충될 수 있다. 그 때문에, 반응 실 내의 공정 가스의 분포의 균일성이 향상될 수 있고, 공정의 균일성 향상될 수 있다. 라이닝 링 조립체의 구조와 기능의 상세한 설명은 상기 제1 실시예에서 설명하였기 때문에, 생략하기로 한다.
또 다른 기술적 과제로써, 본 발명은 반도체 처리 장치에 제공될 수 있다. 그리고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 처리 장치의 개략적인 구조도이다. 반도체 처리 장치는 웨이퍼에 대해 공정을 수행하기 위한 두개의 공정 챔버(711, 712); 웨이퍼에서 수증기를 제거하기 위한 디가스 챔버(64); 웨이퍼의 표면 상의 잔류물을 제거하기 위한 예비 세정 챔버(65); 두개의 공정 챔버들(711, 712), 디가스 챔버(64), 및 예비 세정 챔버(65)에 각각 연결되고, 각각의 챔버들 내로 웨이퍼를 이송하기 위한 기계 암(631)이 제공된 이송 캐비티(63); 및 미처리된 웨이퍼와, 처리된 웨이퍼를 각각 운반하기 위해 사용되는 두개의 로딩 플랫폼(62)을 포함할 수 있다. 두개의 공정 챔버들(711, 712)의 각각은 상기 제1 또는 제2 실시예에 따른 공정 챔버일 수 있다.
본 실시예에서, 공정 챔버들의 개수는 2개이나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 실제로, 공정 챔버들의 개수는 특정 요구에 따라 하나 또는 3개 이상일 수 있다. 실제로, 반도체 처리 장치는 PVD(Physical　Vapor　Deposition)장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제공된 반도체 처리 장치는 상기 본 발명의 실시예들에 따른 공정 챔버를 이용할 수 있다. 따라서, 반도체 처리 장치는 반응 실로 유동하는 공정 가스의 속도가 향상될 수 있고, 공정과 관련된 공정 가스의 흐름을 정확하게 제어할 수 있고, 반응 실 내의 공정 가스의 분포의 균일성이 향상될 수 있다. 그 때문에, 처리 효율이 향상될 뿐만 아니라 공정의 균일성이 향상될 수 있다.
전술한 구현 예들은 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된 예시적인 구현 예들로 이해될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지 및 본질을 벗어남이 없이, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 다양한 변형 실시들 및 개량 실시들을 할 수 있고, 이러한 변형 실시들 및 개량 실시들은 본 발명의 보호 범위에 해당한다.

Claims (10)

  1. 반응 실, 가스 도입 시스템, 및 웨이퍼 이송 장치를 포함하는 공정 챔버에 있어서,
    상기 반응 실은 상기 공정 챔버 내에 제공되며, 상기 공정 챔버 내에서 웨이퍼에 대한 공정을 수행하기 위해 사용되며,
    상기 가스 도입 시스템은 상기 반응 실에 공정 가스를 제공하기 위해 사용되며,
    상기 웨이퍼 이송 장치는 상기 반응 실로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용되되,
    상기 반응 실 내에 라이닝 링 조립체가 제공되며, 상기 라이닝 링 조립체는 상기 가스 도입 시스템에서의 공정 가스를 유동 균일화 캐비티를 통해 상기 반응 실로 균일하게 전송하기 위해, 상기 유동 균일화 캐비티가 상기 라이닝 링 조립체 자체와 상기 반응 실의 내측벽 사이에 형성되도록 구성되고,
    상기 라이닝 링 조립체는 상부 링 바디와 하부 링 바디를 포함하고,
    상기 상부 링 바디는, 상기 하부 링 바디의 내측에 위치하고;
    상부 링형 수평부는, 상기 상부 링 바디의 외측벽 상에 제공되고, 하부 링형 수평부는 상기 하부 링 바디의 외측벽 상에 제공되고, 링형 수직부는 상기 상부 링형 수평부와 상기 하부 링형 수평부 사이에 제공되고, 상기 유동 균일화 캐비티는 상기 상부 링형 수평부, 상기 하부 링형 수평부, 상기 링형 수직부와 상기 반응 실의 내측벽에 의해 형성되는 공정 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 링 바디와 상기 하부 링 바디는 그 사이에 링형의 갭을 가지고 있으며, 상기 링형의 갭은 상기 반응 실의 내부와 연결되고;
    복수의 방사형 관통 홀들은 상기 링형 수직부에 균일하게 분포되고, 상기 유동 균일화 캐비티와 상기 링형의 갭에 각각 연결되는 공정 챔버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 실은 개수는 하나인 공정 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상기 공정 챔버의 원주 방향을 따라 균일하게 분포되는 적어도 2개의 반응 실들을 포함하고, 각각의 반응 실은 내부에 독립된 공정 환경을 형성하고,
    상기 가스 도입 시스템의 개수는 반응 실들의 개수에 대응되고, 상기 가스 도입 시스템은 일대일 대응되는 상기 반응 실들로 공정 가스를 전송하는 공정 챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    가스 유입 경로는 상기 반응 실의 측벽 내에 형성되고, 상기 가스 유입 경로의 가스 유입구는 상기 가스 도입 시스템에 연결되고, 상기 가스 유입 경로의 가스 배출구는 상기 반응 실의 내측벽에 제공되며,상기 유동 균일화 캐비티에 연결되는 공정 챔버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 유입 경로의 상기 가스 유입구는 상기 반응 실의 상단에 위치되는 공정 챔버.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 방사형 관통 홀은 0.5mm 내지 2mm 범위의 직경을 갖는 공정 챔버.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 상부 링 바디, 상기 상부 링형 수평부, 및 상기 링형 수직부는 일체로 형성되고, 상기 하부 링 바디 및 상기 하부 링형 수평부는 일체로 형성되고; 또는
    상기 상부 링 바디 및 상기 상부 링형 수평부는 일체로 형성되고, 상기 하부 링 바디, 상기 하부 링형 수평부와 상기 링형 수직부는 일체로 형성되는 공정 챔버.
  9. 내부에 웨이퍼에 대한 공정을 수행하기 위한 공정 챔버;
    웨이퍼로부터 수증기를 제거하기 하기 위한 디가스 챔버;
    웨이퍼의 표면 상의 잔류물을 제거하기 위한 예비 세정 챔버; 및
    상기 공정 챔버, 상기 디가스 챔버, 및 상기 예비 세정 챔버에 각각 연결되고, 내부에 각각의 챔버들로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용되는 기계 암이 제공된 이송 챔버를 포함하고,
    상기 공정 챔버는 청구항 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 따른 상기 공정 챔버인 반도체 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반도체 처리 장치는 복수의 공정 챔버들을 포함하는 반도체 처리 장치.
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