KR20230106107A - 원격식 플라즈마 유닛 및 원격식 플라즈마 유닛을 포함한 기판 처리 장치 - Google Patents

원격식 플라즈마 유닛 및 원격식 플라즈마 유닛을 포함한 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20230106107A
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cleaning gas
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지카이 미아오
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 예시적인 기판 처리 장치는, 반응 챔버; 원격식 플라즈마 유닛; 원격식 플라즈마 유닛을 반응 챔버에 유체 결합시키도록 구성된 세정 가스 라인; 및 반응 챔버의 측벽에 배치된 챔버 라이너를 포함하되, 세정 가스 라인은 세정 가스 개구를 통해 반응 챔버의 측벽에 연결되고, 챔버 라이너는 세정 가스 개구에 유체 결합된 복수의 구멍을 구비한다.

Description

원격 플라즈마 유닛 및 이러한 원격 플라즈마 유닛을 포함하는 기판 처리 장치{Remote plasma unit and substrate processing apparatus including remote plasma unit}
본 개시는 일반적으로 원격식 플라즈마 유닛에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시적인 구현예는 원격식 플라즈마 유닛 및 원격식 플라즈마 유닛을 포함한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
증착 단계가 반응 챔버에서 수행된 후, 반응 챔버는 챔버 벽 상에 형성되었을 수 있는 바람직하지 않은 증착 잔류물을 제거하기 위해 세정을 필요로 할 수 있다. 반응 챔버를 세정하기 위한 하나의 접근법은 원격식 플라즈마 유닛(RPU)을 사용하는 것이다. RPU를 갖는 예시적인 기판 처리 장치가 미국 특허 출원 공개 US2021/0071296에 개시되어 있으며, 이는 본원에 참조로 포함된다.
원격식 플라즈마 세정은, 원격식 플라즈마 공급원을 이용하여 플라즈마 및 반응 라디칼을 반응 챔버 외부에 생성하는 세정 기술이다. 반응 챔버를 균일하게 세정할 필요가 있다. 생성된 플라즈마 및 반응성 라디칼은 반응 챔버를 균일하게 세정하는 데 도움을 줄 수 있다.
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 실시예의 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; 원격식 플라즈마 유닛; 원격식 플라즈마 유닛을 반응 챔버에 유체 결합시키도록 구성된 세정 가스 라인; 및 반응 챔버의 측벽에 배치된 챔버 라이너를 포함할 수 있되, 상기 세정 가스 라인은 세정 가스 개구를 통해 반응 챔버의 측벽에 연결되고, 상기 챔버 라이너는 상기 세정 가스 개구에 유체 결합된 복수의 구멍을 구비한다.
다양한 구현예에서, 구멍은 챔버 라이너 상에 균등하게 이격될 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는, 기판을 지지하도록 구성되고 배열되도록 반응 챔버 내에 위치한 서셉터를 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 기판을 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트를 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는, 원격식 플라즈마 유닛과 샤워 플레이트 사이에 배치된 제2 세정 라인을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 제2 세정 가스 라인은, 공정 가스를 샤워 플레이트를 통해 반응 챔버에 공급하기 위한 공정 가스 라인을 구비할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는, 반응 챔버; 원격식 플라즈마 유닛; 상기 원격식 플라즈마 유닛을 상기 반응 챔버에 유체 결합시키도록 구성된 세정 가스 라인; 상기 반응 챔버의 측벽에 배치된 챔버 라이너; 및 상기 반응 챔버의 하부와 상기 챔버 라이너의 하부 사이에 제공된 갭을 포함할 수 있되, 상기 세정 가스 라인은 세정 가스 개구를 통해 상기 반응 챔버의 측벽에 연결되고, 상기 갭은 상기 세정 가스 개구에 유체 결합되도록 구성된다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는, 기판을 지지하도록 구성되고 배열되도록 반응 챔버 내에 위치한 서셉터를 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 기판을 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트를 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는, 원격식 플라즈마 유닛과 샤워 플레이트 사이에 배치된 제2 세정 라인을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 제2 세정 가스 라인은, 공정 가스를 샤워 플레이트를 통해 반응 챔버에 공급하기 위한 공정 가스 라인을 구비할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 대한 더 완전한 이해는 다음의 예시적인 도면과 관련하여 고려될 때, 발명의 상세한 설명 및 청구 범위를 참조함으로써 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에서 사용 가능한 듀얼 챔버 모듈을 갖는 반도체 처리 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 듀얼 챔버 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 반응 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 반응 챔버의 개략적인 단면도이다.
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.
특정 구현예 및 실시예가 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 범주는 본원에 설명된 구체적인 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 장치, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 개시의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 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. 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.
본원에 사용되는 바와 같이, "기판"이라는 용어는 사용될 수 있거나 그 위에 장치, 회로 또는 필름이 형성될 수 있는 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있고, 이는 전형적으로 반도체 웨이퍼이다.
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 1은 본 발명의 일 구현예에서 듀얼 챔버 모듈을 갖는 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다. 기판 처리 장치는 네 개의 공정 모듈(1a, 1b, 1c, 1d)(각각 두 개의 반응 챔버(12, 22)를 구비함), 로드 록 챔버(5), 및 백 엔드 로봇(3)을 구비한 기판 핸들링 챔버(4)를 포함할 수 있다.
본 구현예에서, 상기 기판 처리 장치는, (i) 네 개의 공정 모듈(1a-1d)(각각은, 일렬로 정렬된 전방부와 나란히 배열된 두 개의 반응 챔버(12, 22)를 가짐); (ii) 두 개의 백 엔드 로봇(3)(기판 핸들링 로봇)을 포함하는 기판 핸들링 챔버(4); 및 (iii) 두 개의 기판을 동시에 로딩 또는 언로딩하기 위한 로드 록 챔버(5)(로드 록 챔버(5)는 기판 핸들링 챔버(4)의 하나의 추가 측면에 부착되되, 각각의 백 엔드 로봇(3)은 로드 록 챔버(5)에 접근 가능함)를 포함할 수 있다. 각각의 백 엔드 로봇(3)은 각 유닛의 두 개의 반응 챔버에 동시에 접근 가능한 적어도 두 개의 엔드-이펙터를 가지며, 상기 기판 핸들링 챔버(4)는 네 개의 공정 모듈(1a-1d)에 각각 대응하고 부착되는 네 개의 측면을 갖는 다각형 형상, 및 동일한 평면 상에 배치되는 모든 측면인 로드 록 챔버(5)를 위한 하나의 추가 측면을 갖는다. 각각의 반응 챔버(12, 22)의 내부 및 로드 록 챔버(5)의 내부는, 게이트 밸브(9)에 의해 기판 핸들링 챔버(4)의 내부로부터 격리될 수 있다.
일부 구현예에서, 제어기(미도시)는, 예를 들어 기판 전달의 시퀀스를 실행하도록 프로그래밍된 소프트웨어를 저장할 수 있다. 제어기는 또한, 각각의 공정 챔버의 상태를 확인할 수 있고, 센싱 시스템을 사용하여 각각의 공정 챔버에 기판을 위치시킬 수 있고 가스 박스 및 각 모듈용 전기 박스를 제어시킬 수 있고, FOUP(8) 및 로드 록 챔버(5)에 저장된 기판의 분포 상태에 기초하여 장비 프론트 엔드 모듈(6)에서 프론트 엔드 로봇(7)을 제어할 수 있고, 백 엔드 로봇(3)을 제어할 수 있고, 게이트 밸브(9) 및 다른 밸브를 제어할 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 수 있다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 가스 흐름 제어기 또는 밸브와 통신할 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 한 개 초과의 임의의 수(예, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7)의 반응 챔버 및 공정 모듈을 가질 수 있다. 도 1에서, 장치는 여덟 개의 반응 챔버를 갖지만, 열 개 이상을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 모듈의 반응기는 웨이퍼를 가공 또는 처리하기 위한 임의의 적절한 반응기일 수 있고, CVD 반응기(예컨대 플라즈마 강화 CVD 반응기 및 열 CVD 반응기), 또는 ALD 반응기(예컨대 플라즈마 강화 ALD 반응기 및 열 ALD 반응기)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 반응 챔버는 웨이퍼 상에 박막 또는 층을 증착하기 위한 플라즈마 반응기일 수 있다. 일부 구현예에서, 모든 모듈은, 언로딩/로딩이 순차적으로 그리고 규칙적으로 시간 지정될 수 있도록 웨이퍼를 처리하기 위한 동일한 능력을 갖는 동일한 유형일 수 있고, 이에 따라 생산성 또는 처리량을 증가시킨다. 일부 구현예에서, 모듈은 상이한 용량(예, 상이한 처리)을 가질 수 있지만, 모듈의 취급 시간은 실질적으로 동일할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 듀얼 챔버 모듈의 개략적인 단면도이다. 반응 챔버(12)에서, 샤워 플레이트(14) 및 서셉터(13)가 제공될 수 있고, 반응 챔버(22)에서, 샤워 플레이트(24) 및 서셉터(23)가 제공될 수 있다. 서셉터(13, 23)는 기판을 지지할 수 있고, 통합된 히터 또는 외부 히터에 의해 가열됨으로써, 기판의 온도를 제어할 수 있다.
샤워 플레이트(14, 24)는 서셉터(13, 23)와 대면하도록 구성되고 배열될 수 있다. 샤워 플레이트(14, 24)는, 공정 가스가 서셉터(13, 23) 상에 배치된 기판에 공급되어 기판 상에 박막이 증착되도록, 복수의 구멍을 구비할 수 있다.
원격식 플라즈마 유닛(RPU)(40)은 반응 챔버(12, 22) 위에 배치될 수 있다. 세정 가스는 세정 가스 공급원(미도시)으로부터 RPU(40)에 공급됨으로써, 가스 라디칼 및/또는 가스 이온(반응성 가스)으로 전환될 수 있다. 세정 가스는, 예를 들어 Ar, O2, NF3, C2F6, 또는 SF6 중 적어도 하나일 수 있다.
세정 가스는 중앙 세정 가스 라인(42) 및 제2 세정 가스 라인(17, 27)을 사용하여 샤워헤드(14, 24)를 통해 반응 챔버(12, 22) 내로 도입될 수 있다. 제2 세정 가스 라인(17, 27)은 분할 지점으로부터 반응 챔버(12, 22) 사이에 실질적으로 대칭 배열될 수 있다. 중앙 세정 가스 라인(42)의 제1 단부는 RPU(40)에 연결될 수 있다. 공유된 세정 가스 라인(42)의 다른 단부는 세 개의 가스 라인으로 분할될 수 있으며, 이는 제2 세정 가스 라인(17, 27) 및 제3 세정 가스 라인(44)이다.
제2 세정 가스 라인(17, 27) 각각은 RPU 게이트 밸브(19, 29) 및 공정 가스 라인(11, 21)을 구비할 수 있다. RPU 게이트 밸브(19, 29)는, 공정 가스가 공정 가스 라인(11, 21) 및 샤워헤드(14, 24)를 통해 기판에 공급되는 경우에 폐쇄될 수 있고, 이에 의해 세정 가스가 공정 가스 내로 혼합되는 것을 방지한다.
세정 가스는 또한, 중앙 세정 가스 라인(42), 제3 세정 가스 라인(44), 및 제1 세정 가스 라인(15, 25)을 사용하여 반응 챔버(12, 22)의 하부 영역에 도입될 수 있다. 제1 세정 가스 라인(15, 25)은 분할 지점으로부터 반응 챔버(12, 22) 사이에 실질적으로 대칭 배열될 수 있다. 각각의 제1 세정 가스 라인(15, 25)은 밸브(16, 26)를 구비할 수 있다.
제어기(미도시)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브(16, 26)를 제어하도록 구성될 수 있다. 공정 가스가 기판에 공급되는 경우, 밸브(16, 26)는 폐쇄될 수 있고, 이에 의해 반응 챔버(12, 22) 사이의 크로스토크를 방지한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 챔버 모듈의 개략적인 단면도이다. 세정 가스 라인(15)은 세정 가스 개구(18)를 통해 반응 챔버(12)의 측벽에 연결될 수 있다. 챔버 라이너(52)는 반응 챔버(12)의 측벽 내에 배치될 수 있다. 챔버 라이너(52)는 세정 가스 개구(18)에 유체 결합되는 복수의 구멍(55)을 가질 수 있다. 구멍(55)은 챔버 라이너(52) 상에 균등하게 이격되어, 반응 챔버를 균일하게 세정할 수 있다. 챔버 라이너는 Al2O3 또는 AlN을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 반응 챔버의 개략적인 단면도이다. 도 3의 구멍(55) 대신에, 갭(57)이 반응 챔버(12)의 하부와 챔버 라이너(52)의 하부 사이에 제공될 수 있다. 갭(57)의 거리는 0.3 mm 내지 20 mm일 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 (11)

  1. 기판 처리 장치로서,
    반응 챔버;
    원격식 플라즈마 유닛;
    상기 원격식 플라즈마 유닛을 상기 반응 챔버에 유체 결합시키도록 구성된 세정 가스 라인; 및
    상기 반응 챔버의 측벽에 배치되는 챔버 라이너를 포함하되,
    상기 세정 가스 라인은 세정 가스 개구를 통해 상기 반응 챔버의 측벽에 연결되고,
    상기 챔버 라이너는 상기 세정 가스 개구에 유체 결합되는 복수의 구멍을 구비하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구멍은 상기 챔버 라이너 상에서 균등하게 이격되는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 기판을 지지하도록 구성되고 배열되며 상기 반응 챔버 내에 위치한 서셉터를 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 서셉터를 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트를 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 원격식 플라즈마 유닛과 상기 샤워 플레이트 사이에 배치되는 제2 세정 라인을 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 세정 가스 라인은 상기 샤워 플레이트를 통해 상기 반응 챔버에 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 라인을 구비하는, 기판 처리 장치.
  7. 기판 처리 장치로서,
    반응 챔버;
    원격식 플라즈마 유닛;
    상기 원격식 플라즈마 유닛을 상기 반응 챔버에 유체 결합하도록 구성된 세정 가스 라인;
    상기 반응 챔버의 측벽에 배치되는 챔버 라이너; 및
    상기 반응 챔버의 하부와 상기 챔버 라이너의 하부 사이에 제공된 갭을 포함하되,
    상기 세정 가스 라인은 세정 가스 개구를 통해 상기 반응 챔버의 측벽에 연결되고,
    상기 갭은 상기 세정 가스 개구를 유체 결합하도록 구성되는, 장치.
  8. 제7항에 있어서, 기판을 지지하도록 구성되고 배열되며 상기 반응 챔버 내에 위치한 서셉터를 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 서셉터를 대면하도록 구성되고 배열되는 샤워 플레이트를 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 원격식 플라즈마 유닛과 상기 샤워 플레이트 사이에 배치되는 제2 세정 라인을 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 세정 가스 라인은 상기 샤워 플레이트를 통해 상기 반응 챔버에 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 라인을 구비하는, 기판 처리 장치.
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