KR20160144307A - 국소 처리가스 분위기를 이용한 마이크로챔버 레이저 처리 시스템 및 방법 - Google Patents
국소 처리가스 분위기를 이용한 마이크로챔버 레이저 처리 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
국소 처리가스 분위기를 사용하는 마이크로챔버 레이저 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 이 방법은 기판의 표면을 포함하는 마이크로챔버의 중심 영역에 처리가스를 제공하고 기판의 표면을 포함하는 챔버의 주변 영역에 커튼 가스를 제공함으로써 표면을 가진 기판을 처리하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 챔버의 중심 영역과 주변 영역 사이의 챔버의 영역에 진공을 제공하는 단계를 포함하며, 진공은 처리가스와 커튼가스를 제거함으로써, 챔버의 중심 영역 내 기판의 표면과 챔버의 주변 영역 내 커튼 가스의 가스 커튼에서 상기 국소 처리가스 분위기를 형성한다. 이 방법은 또한 기판의 표면에 레이저 처리를 수행하기 위해 레이저 라인을 형성하는 레이저 빔으로 국소 처리가스 분위기를 통해 기판의 표면을 조사하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시는 반도체 기판의 레이저 처리에 관한 것이며, 더 구체적으로는 국소 처리-가스 분위기를 이용하는 마이크로챔버 레이저 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
여기서 언급된 모든 간행물 또는 특허 문헌의 전체 개시내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함되며, 발명의 명칭이 "Movable microchamber with gas curtain"인 미국 특허출원공개 제2014/0151344호(이하, '344 공보'라고 함), 및 발명의 명칭이 "Microchamber"인 미국 특허 제5,997,963호(이하, '963 특허'라고 함)를 포함한다.
반도체 제조에서 사용되고 있는 종래의 처리 챔버는 비교적 규모가 크고 고정되며 반도체 기판에 대해 특정 처리를 수행하기 위해 실제로 필요한 것보다 훨씬 더 많은 반응물질 또는 가스로 충전될 필요가 있다. 또한, 일부 가스 종은 부식성이 있는 반면 다른 가스 종은 유독성이 있으므로, 그러한 가스를 최소량 사용하는 것이 바람직하다.
이를 위해서, '344 공보 및 '963 특허에서 개시된 것과 같은 마이크로챔버 시스템이 개발되어 있다. 상기 마이크로챔버 시스템은 처리를 위해 마이크로챔버 내에 처리가스를 밀봉(seal)하는 상대적으로 작은 체적의 챔버("마이크로챔버")를 가진다. '963 특허는 외부 환경으로부터 마이크로챔버를 밀폐하기 위해 가스 커튼을 이용하며, 동시에, 반도체 기판의 표면이 레이저 처리되는 동안 반도체 기판이 마이크로챔버에 대해서 이동하는 것을 허용한다.
일부 실시예에서, 종래의 이산화규소 유전체 층을 대체하기 위해 트랜지스터 디바이스에서 예컨대 게이트 유전체 층으로서 사용되는, 고(high)-k 유전체 막과 같은, 적층 막 내에 질소를 병합하기 위해 상기 반도체 기판의 레이저 처리를 수행하는 것이 요구된다. 종래의 이산화규소(SiO2) 게이트에서, 옥시나이트라이드(oxynitride) 층을 형성하기 위해 질소를 병합하면 유효 유전상수가 증가하여 도펀트 확산에 대해 장벽으로서 작용한다.
옥시나이트라이드 막을 형성하기 위해서는 N2보다는 단원자 형태의 질소(N)가 존재하는 분위기에서 열 어닐링(thermal annealing)을 필요로 하며, 그것은 분리하기에 상대적으로 어렵다. N2 이외에 질소의 한 가지 소스는 암모니아(NH3)이며, 이것은 단원자 N을 얻기 위해 분리하는데 상대적으로 용이하다.
안타깝게도, 암모니아(NH3)는 위험하므로 처리 중에 수용되어야 한다. 이와 관련하여, 특정한 처리가스에 대해 주변 환경으로 누출되는 처리가스의 양을 허용되는 ppm(parts-per-million) 안전 한계치 아래로 제한하면서 레이저 처리가 실제로 일어나는 마이크로챔버의 국소 영역 내에 암모니아 및 유사한 처리가스를 수용할 수 있으면 바람직할 것이다.
본 발명의 일 측면은 기판의 표면을 처리하는 마이크로챔버 시스템이다. 상기 마이크로챔버 시스템은: 상기 기판의 표면에 레이저 라인을 형성하는 레이저 빔을 수용(accomodate)하는 크기의 하나 이상의 광-액세스 피처(optical-access feature)를 가진 상위부재; 상기 상위부재에 대해서 이동하여 중심 영역 및 주변 영역을 가진 챔버를 획정하고, 상기 기판을 지지하는 척을 포함하며, 상기 상위부재로부터 이격되어 있는 이동식 스테이지 조립체; 하나 이상의 처리가스 도관에 의해 상기 챔버의 중심 영역에 조작 가능하게 연결되어 있고 처리가스를 수용하는 처리가스 공급부; 하나 이상의 커튼가스 도관에 의해 상기 챔버의 주변 영역에 조작 가능하게 연결되어 있고 커튼가스를 수용하는 커튼가스 공급부; 및 상기 처리가스 및 상기 커튼가스가 각각 상기 챔버의 중심 영역 및 주변 영역 내로 유입될 때, 상기 챔버의 중심 영역 내에 국소 처리가스 분위기가 형성되고 상기 챔버의 주변 영역 내에 커튼가스의 가스 커튼이 형성되도록, 상기 하나 이상의 처리가스 도관과 상기 하나 이상의 커튼가스 도관 사이에 방사상으로 위치하는 하나 이상의 진공 도관에 의해 상기 챔버에 조작 가능하게 연결되어 있는 진공시스템;을 포함한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 레이저 빔을 형성하는 레이저 소스를 추가로 포함하고, 상기 레이저 소스는 상기 광-액세스 피처에 대해서 상기 챔버의 외부에 조작 가능하게 배열된 마이크로챔버 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 커튼가스가 질소, 아르곤, 헬륨 및 네온으로 구성된 가스들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 구성되는 마이크로챔버 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 처리가스가 NH3, NO2, N2O, 및 H2/N2 혼합물로 구성되는 가스들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스인 마이크로챔버 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 처리가스가 암모니아 및 수증기로 구성되는 마이크로챔버 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 하나 이상의 커튼가스 도관이 상기 상위부재를 통과하는 방사상으로 배열된 커튼가스 도관들의 어레이를 포함하고, 상기 하나 이상의 진공 도관이 상기 상위부재를 통과하는 방사상으로 배열된 진공 도관들의 어레이를 포함하고, 상기 방사상으로 배열된 진공 도관들의 어레이는 상기 방사상으로 배열된 커튼가스 도관들의 어레이와 같은 중심을 갖고 또한 그 내부에 위치하는 마이크로챔버 시스템이다.
본 발명의 또 다른 측면은 마이크로챔버 시스템의 챔버 내에 이동 가능하게 지지된 기판의 표면을 레이저 처리하는 방법이다. 상기 방법은, 상기 기판의 표면을 포함하는 중심 영역에 처리가스를 제공하는 단계; 상기 기판의 표면을 포함하는 상기 챔버의 주변 영역에 커튼가스를 제공하는 단계; 상기 챔버의 중심 영역과 주변 영역 사이의 상기 챔버의 영역에 진공을 제공하는 단계; 및 상기 기판의 표면에 레이저 처리를 수행하기 위해 레이저 라인을 형성하는 레이저 빔으로 국소 처리가스 분위기를 통해 상기 기판의 표면을 조사하는 단계;를 포함하고, 상기 진공을 제공하는 단계에서, 상기 진공은 처리가스와 커튼가스를 제거함으로써, 상기 챔버의 중심 영역 내 상기 기판 표면과 상기 챔버의 주변 영역 내 커튼가스의 가스 커튼에 인접하여 상기 국소 처리가스 분위기를 형성하는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 라인이 상기 기판의 표면을 주사하도록 상기 기판을 상기 레이저 빔에 대해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 처리가스가 암모니아를 포함하는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 처리가스가 암모니아 및 수증기로 구성되는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 처리가스는 질소-계열이고, 상기 레이저 처리는 상기 기판의 표면에 질화물-계열 산화물 막을 형성하는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 처리가스가 NH3, N2O, NO2, 및 H2/N2 혼합물로 구성되는 가스들의 그룹으로부터 선택되는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 커튼가스가 질소, 아르곤, 헬륨 및 네온으로 구성된 가스들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스로 구성되는 레이저 처리 방법이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 다음의 상세한 설명, 청구범위, 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 발명을 실행하는 것에 의해 인식되거나 또는 설명으로부터 당업자에게 용이하게 인식될 것이다. 전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 단지 예시적인 것이고 청구범위의 성질과 특성을 이해하기 위한 개관 또는 골격을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
본 발명에 의하면, 주변 환경으로 누출되는 처리가스의 양을 허용되는 ppm 안전 한계치 아래로 제한하면서 레이저 처리가 실제로 일어나는 마이크로챔버의 국소 영역 내에 암모니아 및 유사한 처리가스를 수용할 수 있는, 국소 처리-가스 분위기를 이용하는 마이크로챔버 레이저 처리 시스템 및 방법이 제공된다.
첨부 도면은 본 발명의 추가 이해를 돕기 위한 것으로서 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 도시하고 상세한 설명과 함께 여러 실시예들의 동작과 원리를 설명하는 역할을 한다. 따라서, 아래와 같은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 본 개시는 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 노즐 시스템을 포함하는 마이크로챔버 시스템의 일 실시예의 모식적인 단면도(X-Z 평면에서)를 도시한다.
도 2는 예시적 광-액세스 피처를 보여주는 (X-Y 평면에서 본) 마이크로챔버 시스템의 평면도이다.
도 3은 X-Z 평면에서 취해진 마이크로챔버 시스템의 단면도이다.
도 4는 도 3의 마이크로챔버 시스템의 확대 단면도로서, 본 개시의 노즐 시스템을 도시하고 또한 처리 챔버의 중심 영역 내에 상기 노즐 시스템에 의해 형성된 국소 처리가스 분위기를 도시한다.
도 5는 기판의 표면 위에 형성된 레이저 라인의 평면도로서, 레이저 라인 이동(스캔) 방향(화살표 SD)을 도시하며, 이것은 웨이퍼 이동 방향(화살표 WD)에 의해 규정된다.
도 6은 상위 부재가 없는 마이크로챔버 시스템의 확대 평면도로서, 처리 챔버의 주변 영역 내에 형성된 가스 커튼에 의해 둘러싸인 처리 챔버의 중심 영역 내에 형성된 국소 처리가스 분위기를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시되는 시스템 및 방법에 따라 상기 국소 처리가스 챔버 내에서 레이저 처리를 수행함으로써 상기 기판의 표면 위에 막이 형성된 상기 기판의 확대 측면도이다.
도 1은 본 개시에 따른 노즐 시스템을 포함하는 마이크로챔버 시스템의 일 실시예의 모식적인 단면도(X-Z 평면에서)를 도시한다.
도 2는 예시적 광-액세스 피처를 보여주는 (X-Y 평면에서 본) 마이크로챔버 시스템의 평면도이다.
도 3은 X-Z 평면에서 취해진 마이크로챔버 시스템의 단면도이다.
도 4는 도 3의 마이크로챔버 시스템의 확대 단면도로서, 본 개시의 노즐 시스템을 도시하고 또한 처리 챔버의 중심 영역 내에 상기 노즐 시스템에 의해 형성된 국소 처리가스 분위기를 도시한다.
도 5는 기판의 표면 위에 형성된 레이저 라인의 평면도로서, 레이저 라인 이동(스캔) 방향(화살표 SD)을 도시하며, 이것은 웨이퍼 이동 방향(화살표 WD)에 의해 규정된다.
도 6은 상위 부재가 없는 마이크로챔버 시스템의 확대 평면도로서, 처리 챔버의 주변 영역 내에 형성된 가스 커튼에 의해 둘러싸인 처리 챔버의 중심 영역 내에 형성된 국소 처리가스 분위기를 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시되는 시스템 및 방법에 따라 상기 국소 처리가스 챔버 내에서 레이저 처리를 수행함으로써 상기 기판의 표면 위에 막이 형성된 상기 기판의 확대 측면도이다.
이제 본 개시의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 가능한 한, 동일한 또는 유사한 참조 번호와 기호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내도록 도면 전체에서 사용된다. 도면에서 축척은 필수적인 것은 아니며, 당해 기술분야의 숙련된 기술자는 본 개시의 주요 측면을 도시하기 위해 도면의 어느 부분이 간략화되었는지 인식할 수 있을 것이다.
첨부된 청구항들은 본 명세서의 상세한 설명에 병합되어 그 일부를 구성한다.
도면들 중 일부에서는 기준을 위해 직각좌표계가 제시되어 있으며 이것은 방향 또는 방위를 한정하려는 의도는 아니다.
도 1은 마이크로챔버 시스템("시스템")(10)의 일 실시예의 모식적인 단면도이고(X-Z 평면에서), 도 2는 (X-Y 평면에서 본) 시스템(10)의 평면도이다. 도 3 및 도 4는 X-Z 평면에서 본 시스템(10)의 일 실시예의 더 상세한 단면도이다. 시스템(10)은 Z-방향으로 진행하는 Z-중심선(CZ)을 가진다. 시스템(10)은 공기, 또는 산소와 같은 적어도 하나의 반응성 가스를 포함하는 주변 환경(8) 내에 위치한다. 주변 환경(8)은 네온과 같은 비반응성 가스 또는 질소와 같은 안정된 가스를 포함할 수도 있다.
시스템(10)은 상부면(22), 하부면(24), 및 외측 에지(26)를 구비한 플리넘(plenum)(21)을 가진 상위부재(20)를 포함한다. 상위부재(top member)(20)는 플리넘(21)의 상부면(22) 위에 Z-중심축을 따라 상부구조체(superstructure)(28)를 포함하거나 지지하며, 이 상부구조체(28)는 아래 기술한 바와 같이 다양한 가스 라인들과 하나 이상의 광-액세스 피처를 지지한다. 일 실시예에서, 플리넘(21)은 형상이 대략 장방형이거나 원통형이며 평행한 상부면 및 하부면(22, 24)을 가진다.
일 실시예에서, 상위부재(20)는 냉각시스템(미도시)에 의해 냉각된다. 일 실시예에서, 상위부재(20)는 적어도 하나의 광-액세스 피처(30)를 포함하며, 이것은 레이저 소스(42)로부터의 적어도 하나의 레이저 빔(40)이 상위부재(20)를 통과하도록 한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 광-액세스 피처(30)는 직선 채널 또는 구멍(bore)을 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 광-액세스 피처(30)는 챔버(70)와 주변 환경(8) 사이에 가스의 교환을 방지하기 위해 적어도 하나의 창을 포함할 수 있다. 도 4에 도시한 것과 같은 일 실시예에서, 광-액세스 피처(30)는 플리넘(21)과 처리 상부구조체(28) 둘 다를 통과하며, 레이저 빔(40)을 실질적으로 통과시키는 창(31)을 포함한다.
시스템(10)은 또한 척(61)을 형성하거나, 지지 또는 둘러싸는 하위부재(lower member)(61)를 포함한다. 척(61)은 상부면(62), 하부면(64), 및 외측 에지(66)를 가진다. 척(61)은 형상이 대략 원통형이고 Z-중심선(CZ)에 중심을 두고 있으며, 상부면(62)는 플리넘(21)의 하부면(24)에 나란히 인접하고 있다. 척(61)의 상부면(62)은 플리넘(21)의 하부면(24)은 50 마이크론 내지 2 mm 범위의 거리(D1)만큼 이격되어 있으며, 이것에 의해 높이(D1)인 챔버(70)를 형성한다. 척(61)은 도 1에서 하위부재(60)의 일부로서 예시되어 있다. 도 3에 도시된 것과 같은 다른 예들에서, 척(61)은 하위부재(60)가 원통형 척(61) 주위에 링 부재 또는 스커트를 형성하고 있는 별도의 장치일 수 있다. 화살표(AR, AL)는 하위부재(60) 및 척(61)이 x 방향으로, 즉 각각 우측(+x 방향) 및 좌측(-x 방향)으로 함께 이동할 수 있음을 표시한다.
척(61)의 상부면(62)은 상부면(52), 하부면(54) 및 외측 에지(56)를 가진 반도체 기판("기판")(50)을 지지하도록 구성된다. 일 실시예에서 기판(50)은 실리콘 웨이퍼이다. 기판(50)은, 반도체 디바이스를 생성하기 위해 처리된 후 추가로 레이저 빔(40)에 의해 처리되고 있는 제품 웨이퍼일 수 있다. 일 실시예에서, 척(61)은 가열될 수 있으며, 추가의 실시예에서, 기판(50)을 최대 약 400℃의 (웨이퍼) 온도(TW)까지 가열하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 레이저 빔(40)은 하나 이상의 처리 레이저 빔, 즉, 도 7을 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 예컨대 질소-계열 유전체 막과 같은 막(300)을 형성하기 위해 기판(50)에 레이저 처리를 수행할 수 있는 하나 이상의 레이저 빔을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 척(61) 및 하위부재(60)는 하위부재(60) 및 척(61)을 지지하는 이동식 스테이지(120)(도 3 참조)의 이동을 통해 이동 가능하다. 이동식 스테이지(120)는, 기준 위치에 대해 이동식 스테이지(120)의 위치를 추적하면서 이동식 스테이지(120)를 이동시키고 필요에 따라 이동식 스테이지(120)를 위치 설정하도록 구성된 포지셔너(126)에 조작 가능하게 연결되어 있다. 하위부재(60), 척(61) 및 이동식 스테이지(120)의 조합은 스테이지 조립체(130)를 형성한다.
일 실시예에서, 이동식 스테이지(120) 및 척(61)은 포지셔녀(126)에 조작 가능하게 연결되는 단일-컴포넌트 이동식 척 또는 듀얼-컴포넌트 이동식 척을 형성하기 위해 통합된다. 상위부재(20)는, 레이저 빔(40)에 의해 형성된 레이저 라인(44)을 기판(50)의 상부면(52) 위에 주사함으로써 기판(50)의 전체 상부면(52)을 노출하기 위해, 상위부재(20)에 대해서 척(610)이 이동할 수 있도록 x 방향으로 충분히 길다. 일 실시예에서, 레이저 라인(44)은 움직이지 않으며 상기 주사는 레이저 라인(44) 아래에서 기판(50)의 이동에 의해 수행된다. 도 5는 기판(50)의 상부면(52) 위에 형성된 예시적인 레이저 라인(44)의 평면도이다. 레이저 라인(44)은 기판(50)의 상부면(52) 위에서 주사 방향(SD)으로 주사되며 이때 기판(50)은 웨이퍼 방향(WD)으로 이동한다.
다시 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 시스템(10)은 또한, 상위부재(20)를 통과하는 하나 이상의 상부 처리가스 도관(204T)을 통해 챔버(70)의 중심 영역(70C)에 처리가스(202)를 공급하는 처리가스 공급부(200)를 포함한다. 일 실시예에서, 처리가스(202)는 질소-계열이다. 질소-계열 처리가스의 예로는 암모니아(NH3), NO2, N2O, 및 H2/N2 혼합물(예컨대, 4% H2)이 있는 반면, 예시적인 커튼가스(212)는 네온, 아르곤, 헬륨 및 질소와 같은 하나 이상의 불활성 가스로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서에서 개시되는 시스템 및 방법들은 H2 농도가 4%를 초과하는 H2/N2 가스 혼합물의 사용을 가능하게 하며, 이는, 아래 설명된 것과 같이, 그렇게 작은 양의 처리가스가 사용되고 잘 수용되기 때문이다.
시스템(10)은 또한, 상위부재(20)를 통과하는 하나 이상의 상부 커튼-가스 도관(214T)을 통해 챔버(70) 주변 영역(70P)에 커튼가스(212)(도 3 참조)를 공급하는 제1 커튼-가스 공급부(210)를 포함한다. 커튼가스(212)의 예로는 하나 이상의 질소, 아르곤, 헬륨, 및 네온을 포함한다.
시스템(10)은 또한 상위부재(20)를 통과하는 상부 진공 도관(224T)을 통해서 챔버(70)와 소통하는 진공시스템(220)을 포함한다. 시스템(10)은 또한, 하위부재(60)를 통과하고 또한 상부 커튼-가스 도관(214T)으로부터 밖을 향해서 방사상으로 위치하는 하나 이상의 하부 커튼-가스 도관들(214B)을 통해 챔버(70)의 주변 영역(70P)에 커튼가스(212)를 공급하는 추가의 커튼-가스 공급부(210)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한, 하위부재(60)를 통과하거나 아니면 하위부재(6) 내에 형성되고 또한 상부 커튼-가스 도관(214T) 및 하부 커튼-가스 도관(214B) 사이의 방사상 거리에 위치되어 있는 하위 진공 도관(224B)을 통해 챔버(70)와 소통하는 제2 진공시스템(220)을 포함한다. 일 실시예에서, 시스템(10)은 상부 및 하부 커튼-가스 도관(214T, 214B)와 상부 및 하부 진공 도관(224T, 224B)에 조작 가능하게 연결되어 있는 하나의 커튼-가스 공급부(210) 및 하나의 진공시스템(220)만을 이용한다.
일 실시예에서, 전술한 도관들 중 일부 또는 전부는 상위부재(20) 또는 하위부재(6) 중 어느 하나를 통과하는 하나 이상의 통로에 의해 획정되며, 척(61)과 하위부재(60) 사이에 위치하는 하나 이상의 공간 또는 갭에 의해 획정될 수도 있다. 일 실시예에서, 상부 및 하부 커튼-가스 도관(214T, 214B)와 상부 및 하부 진공 도관(224T, 224B)의 각각은, (아래에서 설명되는) 도 6에 도시된 것과 같이, 방사상으로 배열된 도관들의 어레이에 의해 구성된다. 처리가스 공급부(200)와 상부 처리가스 도관(204T), 커튼-가스 공급부(210)와 상부 및 하부 커튼-가스 도관(214T, 214B), 그리고 진공시스템(220)과 상부 및 하부 진공 도관(224T, 224B)은 시스템(10)을 위한 노즐시스템(230)을 형성한다.
챔버(70)의 주변 영역(70P) 내 커튼가스(212)의 흐름은 상부 진공시스템(224T)을 사용하여 적용된 진공의 작용과 결합하여 커튼가스(212)로 이루어진 가스 커튼(216)을 형성하며, 상기 가스 커튼(216)은 중심 영역(70C)을 둘러싼다. 하부 커튼-가스 도관(214B)을 통한 커튼가스(212)의 흐름과 하부 진공 도관(224B)을 통한 진공의 적용은 안과 밖 양쪽으로 커튼가스(212)의 흐름을 생성함으로써 가스 커튼(216)을 추가로 형성하는 역할을 한다.
한편, 처리가스(202)는 하나 이상의 처리가스 도관(204T)을 통해 챔버(70)의 중심 영역(70C) 내에 주입되며, 그 결과 처리가스(202)는 가스 커튼(216)의 맨 안쪽 부분에 도달할 때까지 방사상으로 퍼진다. 커튼가스(212)가 주입되는 곳과 처리가스(202)가 주입되는 중심 영역(70C) 사이에 적용된 진공의 작용은, 주변 영역(70P) 내의 가스 커튼(216)과 함께, 처리가스(202)가 방사상으로 밖을 향해 주변 영역(70P) 내로 퍼질 수 있기 전에 챔버(70)로부터 잉여 처리가스(202)를 배출시키는 역할을 한다.
노즐시스템(230)을 사용하는 상기 처리는 기판(50) 상부면(52)의 레이저 처리가 일어나는 챔버(70)의 중심 영역(70C) 내에 처리가스(202)의 국소 처리가스 분위기(202A)를 형성한다. 국소 처리가스 분위기(202A)는 얼마나 많은 처리가스가 얼마나 빨리 처리가스 공급부(200)에 의해 챔버(70)의 중심 영역(70C) 내로 공급되는지에 기초한 압력을 가진다.
도 6은 상위부재(20)가 없는 시스템(10)의 평면도로서, 가스 커튼(216)에 의해 둘러싸인 국소 처리가스 분위기(202A)의 형성을 도시한다. 도 6은 처리가스(202)의 존재하에서 기판(50) 상부면(52)의 레이저 처리를 수행하는 경우에 상기 국소 처리가스 분위기(202A)에서의 기판(50) 상부면(52)에 형성된 예시적인 레이저 라인(44)을 도시한다. 도 6에는 또한 상위부재(20)의 상부 커튼-가스 도관(214T) 및 상부 진공 도관(224T)의 예시적 구성을 도시한다. 상기 예시적 구성에서, 상부 커튼-가스 도관(214T) 및 상부 진공 도관(224T)는 방사상으로 배열되고 있고 같은 중심을 가지며, 상부 진공 도관(224T)은 상부 커튼-가스 도관(214T) 내에 방사상으로 위치한다.
일 실시예에서 기판(50) 상부면(52)의 레이저 처리는, 레이저 라인(44)이 상기 국소 처리가스 분위기(202A) 내의 기판(50) 상부면(52)을 조사하는 동시에 기판(50) 상부면(52)을 주사하도록, 스테이지 조립체(130)를 플리넘(21)에 대하여 이동시킴으로써 수행된다.
도 7은 처리가스(202)의 존재하에서 레이저 처리를 통해 기판(50)의 상부면(52)에 필름(300)이 형성된 기판(50)의 확대 평면도이다. 일 실시예에서, 처리가스(202)는 암모니아를 포함하며, 이것은 N 원자와 H 원자로 분리된다. 그 다음에 N 원자는 질화물-계열 막(300)을 형성하기 위해 레이저 처리에서 사용된다. 일 실시예에서, 처리가스(202)는 암모니아 및 수증기(H2O)로 구성되거나 포함하며, 수증기는 기판(50)의 상부면(52)에 질화물-계열 막(300)을 형성하기 위해 산소를 제공한다.
주목할 것은, 처리가스(202)는 챔버(70)의 중심 영역(70C) 내로 흐른 다음, 더 중심의 상부 처리가스 도관(204T)으로부터, 방사상으로 바깥쪽에 위치된 상부 진공 도관(224T)을 통해 챔버(70) 밖으로 흐른다는 것이다. 이러한 처리가스(202)의 흐름은 국소 처리가스 분위기(202A)에 처리가스(202)를 보충하는 역할을 한다. 상부 진공 도관(224T)의 위치는 국소 처리가스 분위기(202A)의 크기(즉, 방사상의 범위)를 획정한다.
주목할 것은, 일 실시예에서, 가스 커튼(216)이 두 개의 주요 기능을 수행한다는 것이다. 첫 번째 기능은 국소 처리가스 분위기(202A)를 형성하기 위해 챔버(70)의 중심 영역(70C) 내에 처리가스(202)를 실질적으로 수용한다는 것이며, 그 내부에서 기판(50)의 상부면(52)이 처리가스(202)의 존재하에 레이저 처리될 수 있다. 두 번째 주요 기능은 상기 국소 처리가스 분위기(202A)를 형성하는 처리가스(202)의 상당한 양이 챔버(70)의 주변 영역(70P)을 통해서 주변 환경(8)에 방사상 바깥으로 탈출하는 것을 방지하는 것이다. 일 실시예에서, 가스 커튼(216)은, 주변 환경(8)으로 가까스로 탈출한 처리가스(202)가 안전 한계치 양 또는 농도 미만의 농도, 예컨대 ppm 단위로 측정될 수 있을 만큼 소량의 처리가스(202)를 갖도록 형성된다. 처리가스로서 암모니아를 사용하는 실시예에서, 상기 안전 한계 양 또는 농도는 35 ppm의 OSHA 허용 노출 한계(PEL: Permission Exposure Limit) 또는 25 ppm의 NIOSH 권고 노출 한계(REL: Recommended Exposure Limit) 중 어느 하나일 수 있다.
본 개시의 일 측면은 시스템(10)의 챔버(70) 내에 이동 가능하게 지지된 기판(50)의 상부면(52)을 레이저 처리하는 방법이다. 상기 방법은 챔버(70)의 중심 영역(70C)에 처리가스(202)를 제공하는 단계를 포함하며, 중심 영역(70C)은 기판(50)의 상부면(52)을 포함한다. 상기 방법은 또한 챔버(70)의 주변 영역(70P)에 커튼가스(212)를 제공하는 단계를 포함하며, 주변 영역(70P) 역시 기판(50)의 상부면(52)을 포함한다. 상기 방법은 또한 챔버(70)의 중심 영역(70C)과 주변 영역(70P) 사이의 챔버(70)의 영역에 진공을 제공하는 (즉, 진공을 챔버의 영역 내에 형성함) 단계를 포함한다. 상기 진공은 처리가스(202)와 커튼가스(212)를 제거하며, 그에 의해 챔버(70) 중심 영역(70C) 내 기판(50)의 상부면(52)에 인접하고 그리고 챔버(70) 주변 영역(70P) 내 커튼가스(212)의 가스 커튼(216)에 인접한 국소 처리가스 분위기(202A)를 형성한다. 상기 방법은 기판(50)의 상부면(52)에 레이저 처리를 수행하기 위해 레이저 라인(44)을 형성하는 레이저 빔(40)으로 국소 처리가스 분위기(202A)를 통해 기판(50)의 상부면(52)을 조사하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 처리가스(202)는 질소 계열이며, 상기 레이저 처리는 기판(50)의 상부면(52)에 질화물-계열 산화물 막(300)을 형성한다.
이상에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형이 첨부된 청구항들에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음은 당해 기술분야의 숙련자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항과 그 균등물의 범위 안에 있는 한 본 발명에 대한 변경 및 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (13)
- 기판의 표면을 처리하는 마이크로챔버 시스템에 있어서:
상기 기판의 표면에 레이저 라인을 형성하는 레이저 빔을 수용하는 크기의 하나 이상의 광-액세스 피처를 가진 상위부재;
상기 상위부재에 대해서 이동하여 중심 영역 및 주변 영역을 가진 챔버를 획정하고, 상기 기판을 지지하는 척을 포함하며, 상기 상위부재로부터 이격되어 있는 이동식 스테이지 조립체;
하나 이상의 처리가스 도관에 의해 상기 챔버의 중심 영역에 조작 가능하게 연결되어 있고 처리가스를 수용하는 처리가스 공급부;
하나 이상의 커튼가스 도관에 의해 상기 챔버의 주변 영역에 조작 가능하게 연결되어 있고 커튼가스를 수용하는 커튼가스 공급부; 및
상기 처리가스 및 상기 커튼가스가 각각 상기 챔버의 중심 영역 및 주변 영역 내로 유입될 때, 상기 챔버의 중심 영역 내에 국소 처리가스 분위기가 형성되고 상기 챔버의 주변 영역 내에 커튼가스의 가스 커튼이 형성되도록, 상기 하나 이상의 처리가스 도관과 상기 하나 이상의 커튼가스 도관 사이에 방사상으로 위치하는 하나 이상의 진공 도관에 의해 상기 챔버에 조작 가능하게 연결되어 있는 진공시스템;
을 포함하는, 마이크로챔버 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔을 형성하는 레이저 소스를 추가로 포함하고,
상기 레이저 소스는 상기 광-액세스 피처에 대해서 상기 챔버의 외부에 조작 가능하게 배열된, 마이크로챔버 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 커튼가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 네온으로 구성된 가스들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스들로 구성되는, 마이크로챔버 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 처리가스는 NH3, N2O, NO2, 및 H2/N2 혼합물로 구성되는 가스들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스인, 마이크로챔버 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 처리가스는 암모니아 및 수증기로 구성되는, 마이크로챔버 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 커튼가스 도관은 상기 상위부재를 통과하는 방사상으로 배열된 커튼가스 도관들의 어레이를 포함하고,
상기 하나 이상의 진공 도관은 상기 상위부재를 통과하는 방사상으로 배열된 진공 도관들의 어레이를 포함하고,
상기 방사상으로 배열된 진공 도관들의 어레이는 상기 방사상으로 배열된 커튼가스 도관들의 어레이와 같은 중심을 갖고 또한 그 내부에 위치하는, 마이크로챔버 시스템. - 마이크로챔버 시스템의 챔버 내에 이동 가능하게 지지된 기판의 표면을 레이저 처리하는 방법에 있어서:
상기 기판의 표면을 포함하는 상기 챔버의 중심 영역에 처리가스를 제공하는 단계;
상기 기판의 표면을 포함하는 상기 챔버의 주변 영역에 커튼가스를 제공하는 단계;
상기 챔버의 중심 영역과 주변 영역 사이의 상기 챔버의 영역에 진공을 제공하는 단계; 및
상기 기판의 표면에 레이저 처리를 수행하기 위해 레이저 라인을 형성하는 레이저 빔으로 국소 처리가스 분위기를 통해 상기 기판의 표면을 조사하는 단계; 를 포함하고,
상기 진공을 제공하는 단계에서, 상기 진공은 처리가스와 커튼가스를 제거함으로써, 상기 챔버의 중심 영역 내 상기 기판 표면과 상기 챔버의 주변 영역 내 커튼가스의 가스 커튼에 인접하여 상기 국소 처리가스 분위기를 형성하는, 레이저 처리 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 레이저 라인이 상기 기판의 표면을 주사하도록 상기 기판을 상기 레이저 빔에 대해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 레이저 처리 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 처리가스는 암모니아를 포함하는, 레이저 처리 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 처리가스는 암모니아 및 수증기로 구성되는, 레이저 처리 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 처리가스는 질소-계열이고,
상기 레이저 처리는 상기 기판의 표면에 질화물-계열 산화물 막을 형성하는, 레이저 처리 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 처리가스는 NH3, N2O, NO2, 및 H2/N2 혼합물로 구성되는 가스들의 그룹으로부터 선택되는, 레이저 처리 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 커튼가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 네온으로 구성된 가스들의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스로 구성되는, 레이저 처리 방법.
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