KR20230164568A - 가스 확산 노즐을 포함한 기판 처리 장치 - Google Patents

가스 확산 노즐을 포함한 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20230164568A
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diffusion nozzle
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다이키 노지리
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판 처리 장치 유닛이 개시된다. 예시적인 기판 처리 장치는 반응 챔버; 반응 챔버 내에 배치되고 기판을 지지하도록 구성되는 서셉터; 서셉터 위에 제공된 샤워 플레이트; 샤워 플레이트 위에 위치하고 반응 챔버와 유체 연통하는 가스 이송 튜브; 및 가스 확산 노즐을 통해 상기 가스 이송 튜브에 연결된 가스 공급 튜브를 포함하며, 가스 확산 노즐은 복수의 구멍을 포함하고, 구멍 중 적어도 하나는 각을 이룬다.

Description

가스 확산 노즐을 포함하는 기판 처리 장치{Substrate processing apparatus including gas diffusion nozzle}
본 개시는 일반적으로 가스 확산 노즐을 포함한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정에서, 회로 라인 폭이 감소함에 따라 보다 정밀한 공정 제어가 요구된다. 막 증착 공정에서, 높은 막 균일성을 달성하기 위한 다양한 노력이 이루어졌다.
균일한 막 증착을 위한 한 가지 주요 인자는 가스 공급 유닛이다. 샤워 플레이트는 보편적인 가스 공급 유닛이다. 샤워 플레이트는 기판 상에 가스를 균일하게 공급하는 장점을 갖는다. 그러나, 기판의 에지부에서의 막의 두께 및 기판의 중심부에서의 막의 두께는, 예를 들어 가스가 챔버에서 충분히 혼합되지 않기 때문에 동일하지 않을 수 있다.
이 섹션에 명시된 문제 및 솔루션에 대한 논의를 포함하는 모든 논의는 본 개시에 대한 맥락을 제공하기 위한 목적으로만 본 개시에 포함되었으며, 논의의 일부 또는 전부가 발명이 이루어거나 아니면 선행기술을 구성하는 당시에 알려져 있었다는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 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. 본 발명의 내용은 청구된 요지의 주된 특징 또는 필수적인 특징을 구분하려는 의도가 아니며 청구된 요지의 범주를 제한하기 위해 사용하려는 의도 또한 아니다.
본 개시의 예시적인 구현예에 따라, 기판 처리 장치가 제공된다. 기판 처리 장치는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되고 기판을 지지하도록 구성되는 서셉터; 상기 서셉터 위에 제공된 샤워 플레이트; 상기 샤워 플레이트 위에 위치하고 상기 반응 챔버와 유체 연통하는 가스 이송 튜브; 및 가스 확산 노즐을 통해 상기 가스 이송 튜브에 연결된 가스 공급 튜브를 포함하며, 상기 가스 확산 노즐은 복수의 구멍을 포함하고, 상기 구멍 중 적어도 하나는 각을 이룬다.
다양한 구현예에서, 구멍의 중심 축으로부터의 각도는 10 내지 45도일 수 있다.
다양한 구현예에서, 구멍의 개수는 4 내지 8일 수 있다.
다양한 구현예에서, 구멍의 직경은 2 내지 5 mm일 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 가스 공급 튜브에 유체 결합된 불활성 가스 라인 및 복수의 공정 가스 라인을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 공정 가스 라인에 유체 결합된 공정 가스 공급원을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 불활성 가스 라인에 유체 결합된 불활성 가스 공급원을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 공정 가스는, 테트라메틸실란, 트리메틸실란, 암모니아, 디니트로겐 옥사이드, 이산화탄소, 테트라에톡시실란, 산소, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
다양한 구현예에서, 불활성 가스는 He, Ar, N2, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 포함할 수 있다.
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 본 발명의 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에서의 가스 확산 노즐의 개략적인 사시도이다.
도 4a는 비교예에서 가스 확산 노즐의 개략적인 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 구현예에서의 가스 확산 노즐의 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 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.
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 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다. 상기 기판 처리 장치는, (i) 네 개의 공정 모듈(20, 22, 24, 26)(각각은, 네 개의 반응 챔버(RC1, RC2, RC3, RC4)를 가짐); (ii) 두 개의 백 엔드 로봇(32)(기판 핸들링 로봇)을 포함하는 기판 핸들링 챔버(30); 및 (iii) 두 개의 기판을 동시에 로딩 또는 언로딩하기 위한 로드 록 챔버(40)(로드 록 챔버(40)는 기판 핸들링 챔버(30)의 하나의 추가 측면에 부착되되, 각각의 백 엔드 로봇(32)은 로드 록 챔버(40)에 접근 가능함)를 포함할 수 있다. 각각의 백 엔드 로봇(32)은 각 유닛의 두 개의 반응 챔버에 동시에 접근 가능한 적어도 두 개의 엔드 이펙터를 가지며, 상기 기판 핸들링 챔버(30)는 네 개의 공정 모듈(20, 22, 24, 26)에 각각 대응하고 부착되는 네 개의 측면을 갖는 다각형 형상, 및 동일한 평면 상에 배치되는 모든 측면인 로드 록 챔버(40)를 위한 하나의 추가 측면을 갖는다. 각각의 공정 모듈(20, 22, 24, 26)의 내부 및 로드 록 챔버(40)의 내부는, 게이트 밸브에 의해 기판 핸들링 챔버(30)의 내부로부터 격리될 수 있다.
일부 구현예에서, 제어기(미도시)는, 예를 들어 기판 전달의 시퀀스를 실행하도록 프로그래밍된 소프트웨어를 저장할 수 있다. 제어기는 또한, 각각의 반응 챔버의 상태를 확인할 수 있고, 센싱 시스템, 제어기, 가스 박스 및 각 모듈용 전기 박스를 사용하여 각각의 반응 챔버에 기판을 위치시킬 수 있고, FOUP(52) 및 로드 록 챔버(40)에 저장된 기판의 분포 상태에 기초하여 장비 프론트-엔드 모듈에서 프론트-엔드 로봇(56)을 제어할 수 있고, 백-엔드 로봇(32)을 제어할 수 있고, 게이트 밸브 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 열여섯 개의 반응 챔버를 갖지만, 8개 이상을 가질 수 있다. 전형적으로, 반응 챔버는 웨이퍼 상에 박막 또는 층을 증착하기 위한 플라즈마 반응기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 모든 모듈은, 언로딩/로딩이 순차적으로 그리고 규칙적으로 시간 지정될 수 있도록 웨이퍼를 처리하기 위한 동일한 능력을 가질 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 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다. 기판 처리 장치는 반응 챔버(10); 반응 챔버(10) 내에 배치되고 기판(110)을 지지하도록 구성된 서셉터(16); 서셉터(16) 위에 제공된 샤워 플레이트(12); 샤워 플레이트(12) 위에 위치하고 반응 챔버(10)와 유체 연통하는 가스 이송 튜브(80); 및 가스 확산 노즐(60)을 통해 가스 이송 튜브(80)에 연결된 가스 공급 튜브(100)를 포함한다.
샤워 플레이트(12)는 가스 구멍이 형성되는 면 플레이트(12a) 및 측벽(12b)을 포함할 수 있다. 샤워 플레이트(12)는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치용 전극일 수 있다. 기판 처리 장치는, 구멍을 갖는 중간 플레이트(14)를 추가로 포함할 수 있다.
기판 처리 장치는 배기 포트(88)에 가스를 배기하기 위한 배기 채널(18)을 추가로 포함할 수 있다. 배기 채널(18)은 배기 덕트(18a) 및 흐름 제어 링(18b)을 포함할 수 있다. 배기 통로는 배기 덕트(18a)와 흐름 제어 링(18b) 사이에 형성될 수 있다. 측벽(12b)은 배기 덕트(18b) 상에 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에서의 가스 확산 노즐의 개략적인 사시도이다. 가스 확산 노즐(60)은 복수의 구멍(62a, 62b, 62c, 62d)을 포함한다. 구멍 중 적어도 하나는 각을 이룬다. 구멍의 중심 축으로부터의 각도는 10 내지 45도, 바람직하게는 15 내지 30도일 수 있다. 구멍의 개수는 4 내지 8, 바람직하게는 4 내지 6일 수 있다. 구멍의 직경은 2 내지 5 mm, 바람직하게는 2.5-4 mm일 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 기판 처리 장치는 가스 공급 튜브(100)에 유체 결합된 불활성 가스 라인(95) 및 복수의 공정 가스 라인(91, 93)을 추가로 포함할 수 있다. 공정 가스 공급원 A는 공정 가스 라인(91)에 유체 결합될 수 있다. 또한 공정 가스 공급원 B는 공정 가스 라인(93)에 유체 결합될 수 있다. 또한, 불활성 가스 공급원 C는 불활성 가스 라인(95)에 유체 결합될 수 있다.
공정 가스는, 테트라메틸실란, 트리메틸실란, 암모니아, 디니트로겐 옥사이드, 이산화탄소, 테트라에톡시실란, 산소, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
불활성 가스는 He, Ar, N2, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 불활성 가스는 반응 챔버 내의 플라즈마를 점화하거나 반응 챔버 내에 플라즈마의 점화를 용이하게 하고, 반응 챔버로부터 반응물 및/또는 부산물을 퍼지하고/퍼지하거나, 반응 챔버로 전구체의 전달을 보조하기 위한 캐리어 가스로서 사용될 수 있다.
도 4a는 비교예에서 가스 확산 노즐의 개략적인 단면도이다. 이전에, 가스 흐름 A, B는 가스 흐름 C에 평행하다.
도 4b는 본 발명의 일 구현예에서의 가스 확산 노즐의 개략적인 단면도이다. 구멍(62a, 62b, 62c, 62d)이 각을 이루기 때문에, 가스 흐름(A, B)은 가스 흐름(C)에 평행하지 않다. 따라서, 가스 A, B, C는 샤워 플레이트(12)를 통해 반응 챔버(10) 내로 공급되기 전에 충분히 혼합된다.
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 (10)

  1. 기판 처리 장치로서,
    반응 챔버;
    기판을 지지하도록 구성되고 상기 반응 챔버에 배치된 서셉터;
    상기 서셉터 위에 제공된 샤워 플레이트;
    상기 샤워 플레이트 위에 위치하고 상기 반응 챔버와 유체 연통하는 가스 이송 튜브; 및
    가스 확산 노즐을 통해 상기 가스 이송 튜브에 연결된 가스 공급 튜브를 포함하되, 상기 가스 확산 노즐은 복수의 구멍을 포함하고, 상기 구멍 중 적어도 하나는 각을 이루는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구멍의 중심 축으로부터의 각도는 10 내지 45도인 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구멍의 개수는 4 내지 8인, 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍의 직경은 2 내지 5 mm인, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 공급 튜브에 유체 결합된 불활성 가스 라인 및 복수의 공정 가스 라인을 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 공정 가스 라인에 유체 결합된 공정 가스 공급원을 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 불활성 가스 라인에 유체 결합되는 불활성 가스 공급원을 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 공정 가스는 테트라메틸실란, 트리메틸실란, 암모니아, 디니트로겐 옥사이드, 이산화탄소, 테트라에톡시실란, 산소, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택되는, 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 불활성 가스는 He, Ar, N2, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로부터 선택되는, 기판 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 포함하는, 기판 처리 장치.
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