KR20230033604A - 임피던스 조절기를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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shower plate
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토모히로 아라카와
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 예시적인 기판 처리 장치는, 반응 챔버; 기판을 지지하도록 구성되고 배열되며 반응 챔버 내에 위치하는 서셉터; 서셉터와 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트; 및 rf 플레이트를 통해 샤워 플레이트에 전기적으로 결합되는 rf 발생기를 포함하되, 서셉터는 전기적으로 접지되고, rf 플레이트는 복수의 임피던스 조절기를 구비한다.

Description

임피던스 조정기를 포함하는 기판 처리 장치{Substrate Processing Apparatus including Impedance Adjuster}
본 개시는 일반적으로 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시적인 구현예는 임피던스 조절기를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
(예를 들어, 반도체 기판 위에 다양한 재료 층을 증착하는) 반응 챔버가 그 안의 기판을 처리하기 위해 사용된다. 기판은 반응 챔버 내부의 서셉터 상에 배치된다. 도 1은 기판 처리 장치의 예시를 보여주는 단면 사시도이다. 예시적인 기판 처리 장치가 미국 특허 출원 제17/039874호에 개시되어 있으며, 이는 본원에 참조로 포함된다. 이러한 기판 처리 장치는, 서셉터(10) 및 샤워 플레이트(14)를 포함하는 평행 플레이트 구조를 갖는다. 샤워 플레이트(14)는, 가스가 서셉터(10) 상에 배치된 기판에 공급되어 기판 상에 박막이 증착되도록 복수의 구멍을 구비한다. 샤워 플레이트(14)는 O-링(미도시)을 통해 배기 덕트(12) 상에 장착된다.
릴레이 링(18)은 상부 몸체(16) 및 샤워 플레이트(14) 상에 배치된다. RF 플레이트(20)는 릴레이 링(18)에 연결된다. RF 전력이 RF 플레이트(20) 및 릴레이 링(18)을 통해 샤워 플레이트(14)에 인가되어, 샤워 플레이트(14)와 서셉터(10) 사이에 RF 플라즈마를 생성한다.
기판의 표면 상의 증착 또는 다른 처리는 원하는 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판 표면에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 기판 상에 증착된 재료의 층(들)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 재료의 균일한 증착이 바람직할 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 기판의 일 부분에 또는 이에 근접한 재료 증착은, 기판의 다른 부분 상의 증착과 상이한 것이 바람직할 수 있다. 따라서, (예를 들어, 기판의 표면 상에서 보다 평탄하고/평탄하거나 균일한 증착을 용이하게 하기 위해) 기판의 특정 영역에서 기판 상의 처리 양을 조절할 수 있는 장치 및 방법이 바람직하다.
이 부분에서 진술된 문제점 및 해결책에 대한 임의의 논의를 포함하여 모든 논의는 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로 본 개시에 포함되었고, 그 논의의 일부 또는 전부가 본 발명이 이루어진 당시에 알려졌거나 달리 종래 기술을 구성하고 있음을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 된다.
본 발명의 내용은 선정된 개념을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이들 개념은 하기의 본 발명의 예시적 구현예의 상세한 설명에 더 상세하게 기재되어 있다. 이 요약은 청구된 주제의 주요 특징부들 또는 필수 특징부들을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구된 주제의 범위를 제한하기 위해 사용되는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시의 예시적인 구현예에 따라, 기판 처리 장치가 제공된다. 기판 처리 장치는, 반응 챔버; 기판을 지지하도록 구성되고 배열되며 반응 챔버 내에 위치하는 서셉터; 서셉터와 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트; 및 RF 플레이트를 통해 샤워 플레이트에 전기적으로 결합되는 RF 발생기를 포함할 수 있되, 상기 서셉터는 전기적으로 접지되고, 상기 RF 플레이트는 복수의 임피던스 조절기를 구비한다.
다양한 구현예에서, RF 플레이트는 링 형상의 구조일 수 있다.
다양한 구현예에서, 임피던스 조절기는 RF 플레이트 상에서 90도마다 제공될 수 있다.
다양한 구현예에서, 임피던스 조절기는 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 임피던스 조절기는 공명 회로일 수 있다.
다양한 구현예에서, 커패시터는 조절 가능한 커패시턴스를 포함할 수 있고 인덕터는 조절 가능한 인덕턴스를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 샤워 플레이트는, 기판에 가스를 공급하기 위한 복수의 구멍을 구비할 수 있다.
다양한 구현예에서, 매칭 박스는 RF 발생기와 RF 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
다양한 구현예에서, 릴레이 링은 샤워 플레이트와 임피던스 조절기 사이에 배치될 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는, 하나 이상의 반응 챔버 모듈로서 각각의 반응 챔버 모듈이 두 개 이상의 반응 스테이션을 포함하는 반응 챔버 모듈; 기판을 지지하도록 구성되고 배열되도록 각각의 반응 스테이션 내에 위치한 서셉터; 상기 서셉터와 대면하도록 구성되고 배열되도록 각각의 스테이션 내에 위치하는 샤워 플레이트; 및 RF 플레이트를 통해 상기 샤워 플레이트에 연통을 제공하는 RF 전력에 전기적으로 결합된 RF 발생기를 포함할 수 있고, 상기 서셉터는 전기적으로 접지되고 상기 RF 플레이트는 복수의 임피던스 조절기를 구비한다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 방법은, 서셉터 상에 기판을 배치하는 단계; 고주파 전력을 상기 샤워 플레이트에 인가하면서 상기 서셉터와 대면하는 상기 샤워 플레이트로부터 상기 샤워 플레이트와 상기 서셉터 사이에 가스를 제공함으로써, 상기 샤워 플레이트와 상기 서셉터 사이에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 고주파 전력은 복수의 임피던스 조절기를 통해 상기 샤워 플레이트에 공급된다.
다양한 구현예에서, 고주파 전력은 13.56 MHz 이상의 주파수를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 방법은 제1 임피던스 조절기의 임피던스를 조절하는 단계; 상기 제1 임피던스 조절기의 임피던스에 응답하여 상기 제1 임피던스 조절기에 결합된 샤워 플레이트의 제1 부분에 근접한 제1 전기장을 조절하는 단계; 제2 임피던스 조절기의 임피던스를 조절하는 단계; 및 상기 제2 임피던스 조절기의 임피던스에 응답하여 상기 제2 임피던스 조절기에 결합된 상기 샤워 플레이트의 제2 부분에 근접한 제2 전기장을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시 내용 및 선행 기술에 비해 달성된 이점을 요약할 목적으로, 본 개시 내용의 특정 목적 및 이점이 본 명세서에서 위에서 설명되었다. 물론, 이러한 모든 목적 및 이점이 본 개시의 임의의 특정 구현예에 따라 반드시 달성되는 것이 아니라는 점을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본원에서 교시되거나 제안될 수 있는 다른 목적 또는 이점을 반드시 달성하지 않으면서 본원에 개시된 구현예가 본원에서 교시되거나 제안된 바와 같이 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있음을 인식할 것이다.
이들 구현예 모두는 본 개시의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 본 개시는 논의된 임의의 특정 구현예(들)에 제한되지 않으며, 이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다.
다음의 예시적인 도면과 연관하여 고려되는 경우에 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써, 본 개시의 예시적인 구현예에 대해 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 예시를 보여주는 단면 사시도이다.
도 2는 다양한 구현예에 따른 예시적인 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 3은 다양한 구현예에 따른 예시적인 기판 처리 장치의 단면 상부도이다.
도 4a는 다양한 구현예에 따른 임피던스 조절기를 포함한 예시적인 기판 처리 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 4b는 다양한 구현예에 따른 임피던스 조절기를 포함한 기판 처리 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도 4c는 다양한 구현예에 따른 임피던스 조절기를 포함하는 기판 처리 장치의 개략적인 다이어그램이다.
도면의 요소는 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 예시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
소정의 구현예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 개시가 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 개시의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 확장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 범주가 본원에 기재된 특정 구현예에 의해 제한되어서는 안 되는 것으로 의도된다.
본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 장치, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현이다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 포함할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 샤워 플레이트 등의 가스 공급 유닛을 통과하지 않고 도입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 희귀 가스 또는 기타 불활성 가스와 같은 밀폐 가스를 포함할 수 있다. 용어 불활성 가스는 상당한 정도까지 화학 반응에 참여하지 않고/않거나 플라즈마 전력이 인가될 경우에 전구체를 여기시킬 수 있는 가스를 지칭한다. 용어 전구체 및 반응물은 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "막" 및 "박막"은 본원에 개시된 방법에 의해 증착된 임의의 연속적인 또는 비연속적인 구조 및 재료를 지칭할 수 있다. 예컨대, "막" 및 "박막"은 2D 재료, 나노막대, 나노튜브 또는 나노입자 또는 심지어는 부분 또는 전체 분자층 또는 부분 또는 전체 원자층 또는 원자 및/또는 분자 클러스터를 포함할 수 있다. "막" 및 "박막"은 핀홀을 포함하는 재료 또는 층을 포함할 수 있지만, 여전히 적어도 부분적으로 연속적일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 기판 처리 장치는, 반응 챔버(100); 기판(150)을 지지하도록 구성되고 반응 챔버(100) 내에 위치하는 서셉터(110); 서셉터(110)와 대면하도록 구성되는 샤워 플레이트(140); 및 RF 플레이트(120)를 통해 샤워 플레이트(140)에 전기적으로 결합되는 RF 발생기(160)를 포함하되, 서셉터(110)는 전기적으로 접지된다. RF 플레이트(120)는 복수의 임피던스 조절기(170)를 구비한다.
높은 무선 주파수("HRF") 전력(예, 13.56 MHz 또는 27 MHz)을 샤워 플레이트(140)에 인가하면, 샤워 플레이트(140)와 서셉터(110) 사이의 플라즈마를 여기할 수 있다. 기판의 일정한 온도를 유지하기 위해 온도 조절기가 서셉터(110)에 제공될 수 있다. 샤워 플레이트(140)는, 기판(150)에 가스를 공급하기 위한 복수의 구멍을 구비할 수 있다.
도 3은 예시적인 기판 처리 장치의 단면 상부도이다. RF 플레이트(120)는 링 형상의 구조일 수 있다. 임피던스 조절기(170)는 RF 플레이트(120) 상에서 90도마다 제공될 수 있다. 임피던스 조절기(170)는 RF 플레이트(120) 상에서 60도마다, 예를 들어 RF 플레이트(120)를 따라 다른 간격으로 제공되는 다른 구현예가 가능할 수 있다. RF 플레이트(120)를 따라 추가 임피던스 조절기(170)는, RF 플레이트(120)의 전체를 따라 임피던스의 추가 제어를 허용할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 임피던스 조절기를 포함하는 예시적인 기판 처리 장치의 개략적인 다이어그램이다. 임피던스 조절기(170)는, 커패시터(172) 및 인덕터(174) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 의해 임피던스 조절기(170)가 커패시터(172) 및 인덕터(174) 모두를 포함하는 경우에 공명 회로가 형성될 수 있다. 커패시터(172)는 조절 가능한 커패시턴스를 포함할 수 있고, 인덕터(174)는 조절 가능한 인덕턴스를 포함할 수 있다. 도 4a는, 임피던스 조절기(170)가 커패시터(172) 및 인덕터(174) 모두를 포함하는 예시적인 구현예를 나타낸다. 도 4b는, 임피던스 조절기(170)가 커패시터(172)만을 포함하는 예시적인 구현예를 나타낸다. 도 4c는, 임피던스 조절기(170)가 인덕터(174)만을 포함하는 예시적인 구현예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 매칭 박스(200)가 RF 생성기(160)와 RF 플레이트(120) 사이에 배치될 수 있다. 매칭 박스(200)는, 반응 챔버(100)의 내부 임피던스와 RF 발생기(160)의 임피던스를 매칭시키는 임피던스를 생성할 수 있다. 또한, 릴레이 링(180)은, RF 전력을 샤워 플레이트(140)에 송신하기 위해 샤워 플레이트(140)와 임피던스 조절기(170) 사이에 배치될 수 있다.
기판 처리 중(예, 원자층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD) 및 기타 중)에, 전자가 샤워 플레이트(140)로부터 서셉터로 이동함에 따라 전기장이 서셉터(110) 주위에 형성될 수 있다. 서셉터(110)의 상이한 부분 주위의 전기장은 상이할 수 있어서, 상이한 근접 전기장에 대응하는 기판(150)의 상이한 부분에 대해 상이한 처리 결과를 초래한다. 차이를 피하기 위해, 공명 회로(170)의 임피던스가 조절될 수 있다. 공명 회로(170)의 임피던스를 조절하면 샤워 플레이트(140)를 통한 전기 흐름을 조절할 수 있다. 예를 들어, 공명 회로(170)의 임피던스를 조절하기 위해, 공명 회로의 인덕터의 인덕턴스가 조절될 수 있고/있거나, 공명 회로의 커패시터의 커패시턴스가 조절될 수 있다. 또 다른 예로서, 샤워 플레이트(140)의 일 부분 주위에서 전기장을 조절하기 위해, 네 개의 커패시터 중 하나의 커패시턴스가 조절될 수 있다. 이렇게 함으로써, 네 개의 공명 회로 중 하나의 임피던스가 조절됨으로써, 전기 흐름을 변화시킬 수 있다. 또한, 임피던스를 조절하면 기판(150) 상에 더 균일한 막이 증착될 수 있다.
일부 구현예에서, 다중 챔버 모듈(서로 근접하게 배치된 기판을 공정 처리하기 위한 두 개 또는 네 개의 챔버 또는 스테이션)이 이용될 수 있고, 반응물 가스는 공유된 라인을 통해 공급될 수 있는 반면에 전구체 가스는 공유되지 않는 라인을 통해 공급될 수 있다.
당업자는 프로그램된, 그렇지 않으면 증착 및 본원의 다른 곳에서 설명되는 반응기 세정 공정이 수행되도록 구성된, 하나 이상의 제어기(들)가 장치에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 유량 제어기 또는 밸브들과 통신할 수 있다.
위에 설명된 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (13)

  1. 기판 처리 장치로서,
    반응 챔버;
    기판을 지지하도록 구성되고 배열되며 상기 반응 챔버 내에 위치하는 서셉터; 상기 서셉터와 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트; 및 RF 플레이트를 통해 상기 샤워 플레이트에 전기적으로 결합되는 RF 발생기를 포함하되, 상기 서셉터는 전기적으로 접지되고,
    상기 RF 플레이트는 복수의 임피던스 조절기를 구비하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RF 플레이트는 링 형상 구조인. 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 임피던스 조절기는 상기 RF 플레이트 상에서 90도마다 제공되는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 조절기는 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 임피던스 조절기는 공명 회로인, 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 커패시터는 조절 가능한 커패시턴스를 포함하고 상기 인덕터는 조절 가능한 인덕턴스를 포함하는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 샤워 플레이트는, 가스를 상기 기판에 공급하기 위한 복수의 구멍을 구비하는, 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 RF 발생기와 상기 RF 플레이트 사이에 배치된 매칭 박스를 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 샤워 플레이트와 상기 임피던스 조절기 사이에 배치되는 릴레이 링을 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 기판 처리 장치로서,
    하나 이상의 반응 챔버 모듈로서, 각각의 반응 챔버 모듈은 두 개 이상의 반응 스테이션을 포함하는, 반응 챔버 모듈;
    기판을 지지하도록 구성되고 배열되도록 각각의 반응 스테이션 내에 위치하는 서셉터;
    상기 서셉터와 대면하도록 구성되고 배열되기 위해 각각의 스테이션 내에 위치하는 샤워 플레이트; 및
    RF 플레이트를 통해 샤워 플레이트에 통신을 제공하는 RF 전력에 전기적으로 결합되는 RF 발생기를 포함하고, 상기 서셉터는 전기적으로 접지되며,
    상기 RF 플레이트는 복수의 임피던스 조절기를 구비하는, 장치.
  11. 기판 처리 방법으로서,
    기판을 서셉터 상에 배치하는 단계;
    상기 서셉터를 대면하는 상기 샤워 플레이트로부터 상기 샤워 플레이트와 상기 서셉터 사이에 가스를 제공하면서 상기 샤워 플레이트에 고주파 전력을 인가함으로써, 상기 서셉터와 샤워 플레이트 사이에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 고주파 전력은 복수의 임피던스 조절기를 통해 상기 샤워 플레이트에 공급되는, 기판 처리 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 고주파 전력은 13.56 MHz 이상의 주파수를 포함하는, 기판 처리 방법.
  13. 방법으로서,
    제1 임피던스 조절기의 임피던스를 조절하는 단계;
    상기 제1 임피던스 조절기의 임피던스에 응답하여 상기 제1 임피던스 조절기에 결합된 샤워 플레이트의 제1 부분에 근접한 제1 전기장을 조절하는 단계;
    제2 임피던스 조절기의 임피던스를 조절하는 단계; 및
    상기 제2 임피던스 조절기의 임피던스에 응답하여 상기 제2 임피던스 조절기에 결합된 상기 샤워 플레이트의 제2 부분에 근접한 제2 전기장을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020220107229A 2021-09-01 2022-08-26 임피던스 조절기를 포함하는 기판 처리 장치 KR20230033604A (ko)

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