KR20160133018A - 복수의 확산구역들을 포함하는 기판처리장치 및 기판처리방법 - Google Patents

복수의 확산구역들을 포함하는 기판처리장치 및 기판처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는, 상부가 개방된 하부챔버; 상기 하부챔버의 상부를 개폐하며, 상기 하부챔버와 함께 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 형성하는 상부챔버; 상기 상부챔버의 하부에 설치되어 상기 내부공간을 향하여 반응가스를 공급하며, 상기 상부챔버와의 사이에 버퍼공간이 형성되는 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 바닥면으로부터 돌출되어 상기 버퍼공간을 복수의 확산구역들로 구획하는 격벽들; 상기 상부챔버에 형성되어 상기 버퍼공간을 향하여 반응가스를 공급하는 가스공급포트; 그리고 상기 확산구역들과 대응되는 형상을 가지는 확산판들을 포함하며, 상기 확산판들은, 제1 직경인 제1 연결홀들을 가지는 제1 확산판들; 그리고 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경인 제2 연결홀들을 가지는 제2 확산판들을 구비한다.

Description

복수의 확산구역들을 포함하는 기판처리장치 및 기판처리방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE INCLUDING A PLURALITY OF DIFFUSION ZONES}
본 발명은 복수의 확산구역들을 포함하는 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 확산구역들에 대하여 직경이 다른 확산판을 선택적으로 삽입설치하는 기판처리장치 및 기판처리방법에 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 2008-0015754호(2008.02.20.)
본 발명의 목적은 공정균일도를 확보할 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는, 상부가 개방된 하부챔버; 상기 하부챔버의 상부를 개폐하며, 상기 하부챔버와 함께 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 형성하는 상부챔버; 상기 상부챔버의 하부에 설치되어 상기 내부공간을 향하여 반응가스를 공급하며, 상기 상부챔버와의 사이에 버퍼공간이 형성되는 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 바닥면으로부터 돌출되어 상기 버퍼공간을 복수의 확산구역들로 구획하는 격벽들; 상기 상부챔버에 형성되어 상기 버퍼공간을 향하여 반응가스를 공급하는 가스공급포트; 그리고 상기 확산구역들과 대응되는 형상을 가지는 확산판들을 포함하며, 상기 확산판들 중 동일한 확산구역에 선택에 따라 삽입가능하도록 동일한 형상을 가지는 확산판들은 서로 다른 입구 직경을 가지고, 상기 확산판은, 동일한 입구 직경을 가지되 내부에 위치하는 서로 다른 상부확산각을 갖는 제1 및 제2 연결홀을 각각 가진다.
상기 기판처리장치는, 상기 버퍼공간 내에 설치되어 상기 버퍼공간을 상부버퍼공간 및 하부버퍼공간으로 구획하며, 복수의 확산홀들을 가지는 블록플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 연결홀은 제1 직경을 가지는 제1 상부직선홀 및 상기 제1 직경보다 큰 직경을 가지는 제1 중간 직선홀, 상기 제1 중간직선홀보다 큰 직경을 가지는 제1 하부직선홀, 상기 제1 상부직선홀과 상기 제1 중간직선홀 사이에 위치하고 제1 상부확산각을 갖는 제1 상부경사홀, 상기 제1 중간직선홀과 상기 제1 하부직선홀 사이에 위치하는 제1 중간경사홀, 그리고 상기 제1 하부직선홀의 하부에 위치하는 제1 하부경사홀을 가지며, 상기 제2 연결홀은 상기 제1 직경과 동일한 제2 직경을 가지는 제2 상부직선홀 및 상기 제2 직경보다 큰 직경을 가지는 제2 중간 직선홀, 상기 제2 중간직선홀보다 큰 직경을 가지는 제2 하부직선홀, 상기 제2 상부직선홀과 상기 제2 중간직선홀 사이에 위치하고 제2 상부확산각을 갖는 제2 상부경사홀, 상기 제2 중간직선홀과 상기 제2 하부직선홀 사이에 위치하는 제2 중간경사홀, 그리고 상기 제2 하부직선홀의 하부에 위치하는 제2 하부경사홀을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 챔버의 상부에 설치되며 외부로부터 공급된 반응가스가 확산되는 상호차단된 복수의 확산구역들을 가지는 샤워헤드를 이용하여 기판을 처리하는 방법은, 제1 입구 직경을 갖되 제1 상부확산각을 갖는 제1 연결홀들 및 상기 제1 상부확산각보다 작은 제2 상부확산각을 갖는 제2 연결홀들을 가지는 제1 확산판과, 상기 제1 입구 직경보다 큰 입구 직경을 갖되 제3 상부확산각을 갖는 제3 연결홀들 및 상기 제3 상부확산각보다 작은 제4 상부확산각을 갖는 제4 연결홀들을 가지는 제2 확산판 중 어느 하나를 동일한 상기 확산구역에 선택적으로 삽입하여 상기 기판에 대한 공정균일도를 조절한다.
상기 기판에 대한 공정도를 조사하며, 상기 확산구역들 중 상기 기판 중 공정도가 높은 영역과 대응되는 제1 확산구역에 삽입된 제2 확산판을 제1 확산판으로 대체할 수 있다.
상기 기판에 대한 공정도를 조사하며, 상기 확산구역들 중 상기 기판 중 공정도가 낮은 영역과 대응되는 제1 확산구역에 삽입된 제1 확산판을 제2 확산판으로 대체할 수 있다.
본 발명에 의하면 공정균일도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 샤워헤드를 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 분사홀을 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 확산구역에 선택적으로 삽입설치되는 확산판을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 도시한 연결홀을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 8을 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 증착장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 반응가스를 이용하여 기판을 처리하는 다양한 공정에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판처리장치는 하부챔버(10) 및 상부챔버(20)를 포함한다. 하부챔버(10)는 상부가 개방된 형상이며, 상부챔버(20)는 하부챔버(10)의 개방된 상부를 개폐한다. 상부챔버(20)가 하부챔버(10)의 개방된 상부를 폐쇄하면, 하부챔버(10) 및 상부챔버(20)는 외부로부터 폐쇄된 내부공간을 형성한다.
하부챔버(10)는 챔버 내부(11)를 가지고, 하부챔버(10)의 내부에는 웨이퍼(60)가 상면에 놓여지는 지지플레이트(50)가 설치되며, 지지대(51)는 지지플레이트(50)의 하부에 연결되어 지지플레이트(50)를 지지한다.
상부챔버(20)의 내부에는 가스공급포트(21)가 형성되며, 외부로부터 공급된 반응가스는 가스공급포트(21)를 통해 내부공간으로 유입된다. 반응가스는 웨이퍼(60) 표면에 박막을 증착시키기 위해 제공된다.
샤워헤드(400)는 상부챔버(20)의 하부에 연결되며, 샤워헤드(400)는 양단에 형성된 체결공(42)을 통해 상부챔버(20)에 볼트(B)로 체결될 수 있다. 샤워헤드(40)는 상부챔버(20)로부터 이격된 버퍼공간을 가지며, 가스공급포트(21)를 통해 공급된 반응가스는 버퍼공간에서 확산된다.
도 2는 도 1에 도시한 샤워헤드를 나타내는 평면도이며, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 분사홀을 나타내는 단면도이다. 샤워헤드(400)는 버퍼공간과 하부챔버(10)의 내부공간을 연통하는 복수의 분사홀들(410)을 가지며, 분사홀들(410)은 메인홀(411)과 보조홀(412)로 이원화될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 메인홀(411)의 분사각도는 보조홀(412)의 분사각도보다 크다. 이를 통해 반응가스의 분사각에 대한 사각지역을 제거할 수 있다.
한편, 샤워헤드(400)의 하부면에는 돌출부(43)가 형성되며, 돌출부(43) 내측에는 유도홈(440)이 형성된다. 유도홈(440)은 분사홀들(410)을 통해 분사되는 반응가스를 안내하여 균일한 분사가 이루어질 수 있도록 돕는다.
블록플레이트(52)는 버퍼공간의 중간 높이에 설치되어 샤워헤드(400)의 내부면으로부터 이격되어 배치되며, 복수의 확산홀들(53)을 가진다. 확산홀들(53)은 블록플레이트(52)의 하부에 위치하는 버퍼공간과 블록플레이트(52)의 상부에 위치하는 버퍼공간을 연통한다.
격벽(54)은 샤워헤드(400)의 바닥면으로부터 돌출되고, 격벽(54)의 상단은 블록플레이트(52)의 하부면으로부터 이격된다. 격벽(54)은 블록플레이트(52)의 하부에 위치하는 버퍼공간을 복수의 확산구역들(56)로 구획한다.
앞서 설명한 바와 같이, 블록플레이트(52)는 복수의 확산홀들(53)을 가지며, 가스공급포트(21)를 통해 버퍼공간에 공급된 반응가스는 확산홀들(53) 및 샤워헤드(400)에 형성된 분사홀들(410)을 통해 웨이퍼(60)에 공급된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 격벽(54)은 제1 내지 제3 원형격벽(541a,542a,543a)과 제1 내지 제3 방사형격벽(541b,542b,543b)을 포함한다. 제1 내지 제3 원형격벽(541a,542a,543a)은 제1 내지 제3 블록플레이트(52)의 중심을 기준으로 동심원을 이루며, 제1 내지 제3 원형격벽(541a,542a,543a)에 의해 원형의 중앙구역(a)과 링 형상의 제1 내지 제3 구역(b,c,d)으로 구획된다. 확산구역들(56)은 중앙구역(a)과 제1 내지 제3 구역(b,c,d)을 포함한다. 또한, 제1 내지 제3 방사형격벽(541b,542b,543b)은 제1 내지 제3 원형격벽(541a,542a,543a)의 외측에 연결되며, 블록플레이트(52)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치된다.
도 5 및 도 6은 도 1의 확산구역에 선택적으로 삽입설치되는 확산판을 나타내는 도면이다. 앞서 살펴본 바와 같이, 블록플레이트(52)의 하부에 위치하는 버퍼공간은 격벽(54)(또는 제1 내지 제3 원형격벽(541a,542a,543a) 및 제1 내지 제3 방사형격벽(541b,542b,543b))에 의해 복수의 확산구역들(56)로 구획되며, 확산구역들(56)은 중앙구역(a)과 제1 내지 제3 구역(b,c,d)을 포함한다.
도 5 및 도 6에 도시한 제1 및 제2 확산판(51,58)은 중앙구역(a)과 제1 내지 제3 구역(b,c,d)에 각각 삽입설치되며, 확산홀들(53)을 통해 블록플레이트(52)의 하부로 이동하는 반응가스는 제1 및 제2 확산판(51,58)을 거쳐 분사홀들(410)을 통해 웨이퍼(60)의 상부로 공급된다. 제1 확산판(51)은 중앙구역(a)에 대응되는 원형이며, 복수의 연결홀들(51a)을 가진다. 제2 확산판(58)은 제1 내지 제3 구역(b,c,d)에 대응되는 부채꼴 형상이며, 복수의 연결홀들(58a)을 가진다. 따라서, 확산홀들(53)을 통해 블록플레이트(52)의 하부로 이동한 반응가스는 연결홀들(51a,58a) 및 분사홀들(410)을 통해 웨이퍼(60)의 상부로 이동한다. 이때, 반응가스의 원활한 흐름을 위해 확산홀들(53)과 연결홀들(51a,58a), 그리고 분사홀들(410)의 위치는 서로 일치할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 도시한 연결홀을 나타내는 단면도이다. 연결홀은 도 7 및 도 8에 도시한 2가지 중 어느 한 가지 형태일 수 있다. 연결홀은 제1 직경(d1)을 가지는 상부직선홀 및 제1 직경보다 큰 직경(d2)을 가지는 중간 직선홀, 중간직선홀보다 큰 직경(d3)을 가지는 하부직선홀, 상부직선홀과 중간직선홀 사이에 위치하고 상부확산각을 가지는 상부경사홀, 중간직선홀과 하부직선홀 사이에 위치하는 중간경사홀, 그리고 하부직선홀의 하부에 위치하는 하부경사홀을 가질 수 있다. 도 7에 도시한 연결홀의 출구 직경은 도 8에 도시한 출구 직경보다 크며, 도 7에 도시한 연결홀은 샤워헤드의 메인홀과 매칭되고 도 8에 도시한 연결홀은 샤워헤드의 메인홀과 매칭된다. 따라서, 도 7에 도시한 연결홀의 출구 직경은 샤워헤드의 메인홀의 입구 직경과 동일하고 도 8에 도시한 연결홀의 출구 직경은 샤워헤드의 메인홀의 입구 직경과 동일하다.
확산판의 상부직선홀은 0.25φ, 0.3φ, 0.4φ, 0.5φ, 0.6φ, 0.7φ, 1.0φ의 일곱 가지 형태가 있을 수 있으며, 네 가지 이상일 수 있다. 복수의 확산판(51,58)은 웨이퍼(W)에 대한 공정균일도를 확보하기 위해 사용할 수 있다. 확산판(51,58)은 확산구역들(56)에 선택적으로 삽입된 상태에서, 사용자는 확산판(51,58)을 이용하여 반응가스의 흐름을 조절함으로써 웨이퍼(W)에 대한 공정불균일을 교정할 수 있다.
즉, 각 확산구역에 0.5φ의 확산판을 일률적으로 삽입한 상태에서 공정을 진행한 후, 특정 구역의 공정률이 높은 경우 해당 구역과 대응되는 확산구역으로부터 확산판을 제거한 후 1.0φ의 확산판을 삽입하여 공정률을 높일 수 있다. 반대로, 특정 구역의 공정률이 낮은 경우 해당 구역과 대응되는 확산구역으로부터 확산판을 제거한 후 0.25φ의 확산판을 삽입하여 공정률을 낮출 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.
20 : 상부챔버 21 : 가스공급포트
50 : 히터 51a,58a : 연결홀
53 : 확산홀 60 : 웨이퍼
400 : 샤워헤드 410 : 분사홀
411 : 메인홀 412 : 보조홀
420 : 삽입홈 430 : 돌출부
440 : 유도홈

Claims (6)

  1. 상부가 개방된 하부챔버; 및
    상기 하부챔버의 상부를 개폐하며, 상기 하부챔버와 함께 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 형성하는 상부챔버;
    상기 상부챔버의 하부에 설치되어 상기 내부공간을 향하여 반응가스를 공급하며, 상기 상부챔버와의 사이에 버퍼공간이 형성되는 샤워헤드;
    상기 샤워헤드의 바닥면으로부터 돌출되어 상기 버퍼공간을 복수의 확산구역들로 구획하는 격벽들;
    상기 상부챔버에 형성되어 상기 버퍼공간을 향하여 반응가스를 공급하는 가스공급포트; 및
    상기 확산구역들과 대응되는 형상을 가지는 확산판들을 포함하며,
    상기 확산판들 중 동일한 확산구역에 선택에 따라 삽입가능하도록 동일한 형상을 가지는 확산판들은 서로 다른 입구 직경을 가지고,
    상기 확산판은,
    동일한 입구 직경을 가지되 내부에 위치하는 서로 다른 상부확산각을 갖는 제1 및 제2 연결홀을 각각 가지는, 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 버퍼공간 내에 설치되어 상기 버퍼공간을 상부버퍼공간 및 하부버퍼공간으로 구획하며, 복수의 확산홀들을 가지는 블록플레이트를 더 포함하는, 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결홀은 제1 직경을 가지는 제1 상부직선홀 및 상기 제1 직경보다 큰 직경을 가지는 제1 중간 직선홀, 상기 제1 중간직선홀보다 큰 직경을 가지는 제1 하부직선홀, 상기 제1 상부직선홀과 상기 제1 중간직선홀 사이에 위치하고 제1 상부확산각을 갖는 제1 상부경사홀, 상기 제1 중간직선홀과 상기 제1 하부직선홀 사이에 위치하는 제1 중간경사홀, 그리고 상기 제1 하부직선홀의 하부에 위치하는 제1 하부경사홀을 가지며,
    상기 제2 연결홀은 상기 제1 직경과 동일한 제2 직경을 가지는 제2 상부직선홀 및 상기 제2 직경보다 큰 직경을 가지는 제2 중간 직선홀, 상기 제2 중간직선홀보다 큰 직경을 가지는 제2 하부직선홀, 상기 제2 상부직선홀과 상기 제2 중간직선홀 사이에 위치하고 제2 상부확산각을 갖는 제2 상부경사홀, 상기 제2 중간직선홀과 상기 제2 하부직선홀 사이에 위치하는 제2 중간경사홀, 그리고 상기 제2 하부직선홀의 하부에 위치하는 제2 하부경사홀을 가지는, 기판처리장치.
  4. 챔버의 상부에 설치되며 외부로부터 공급된 반응가스가 확산되는 상호차단된 복수의 확산구역들을 가지는 샤워헤드를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    제1 입구 직경을 갖되 제1 상부확산각을 갖는 제1 연결홀들 및 상기 제1 상부확산각보다 작은 제2 상부확산각을 갖는 제2 연결홀들을 가지는 제1 확산판과, 상기 제1 입구 직경보다 큰 입구 직경을 갖되 제3 상부확산각을 갖는 제3 연결홀들 및 상기 제3 상부확산각보다 작은 제4 상부확산각을 갖는 제4 연결홀들을 가지는 제2 확산판 중 어느 하나를 동일한 상기 확산구역에 선택적으로 삽입하여 상기 기판에 대한 공정균일도를 조절하는 기판처리방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판에 대한 공정도를 조사하며,
    상기 확산구역들 중 상기 기판 중 공정도가 높은 영역과 대응되는 제1 확산구역에 삽입된 제2 확산판을 제1 확산판으로 대체하는, 기판처리방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판에 대한 공정도를 조사하며,
    상기 확산구역들 중 상기 기판 중 공정도가 낮은 영역과 대응되는 제1 확산구역에 삽입된 제1 확산판을 제2 확산판으로 대체하는, 기판처리방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20080015754A1 (en) 2006-07-14 2008-01-17 Hac Aleksander B System for estimating and compensating for lateral disturbances using controlled steering and braking

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