KR20240070411A - 기판 처리 장치용 챔버 라이너 - Google Patents

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KR20240070411A
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chamber
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KR1020230150658A
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요시유키 키쿠치
히로츠구 스기우라
알렉세이 렘네프
코에이 아이다
링쥔 쉐
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판 처리 장치가 제공된다. 기판 처리 장치는 챔버 벽을 구비한 반응 챔버(상기 챔버 벽은, 제1 측벽, 제1 측벽과 대향하여 배치된 제2 측벽, 제1 측벽 및 제2 측벽에 연결된 하단 벽을 포함함); 게이트 밸브에 의해 폐쇄되도록 구성되고 제1 측벽에 배치된 게이트 밸브 터널; 상단 플레이트 및 샤프트를 구비하고 반응 챔버 내에 배치되고 상단 플레이트 상에 기판을 지지하도록 구성되며, 공정 위치와 이송 위치 사이에서 수직으로 이동 가능하도록 구성되는 기판 지지체; 및 기판 지지체의 주변부 주위에 배치되고 기판 지지체와 함께 이동하도록 구성된 라이너(상기 라이너의 외벽은, 기판 지지체가 공정 위치에 있을 경우에 게이트 밸브 터널을 덮도록 구성됨)를 포함한다.

Description

기판 처리 장치를 위한 챔버 라이너{CHAMBER LINER FOR SUBSTRATE PROCESSING APPRATUS}
본 개시는 일반적으로 기판 처리 장치 및 특히 챔버 라이너에 관한 것으로, 이는 기판 상에서 반응 챔버 내의 표면에 걸쳐 보다 균일한 막 증착 공정을 용이하게 한다.
집적 회로는 화학 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 및 플라즈마 강화 ALD(PEALD)를 포함하는 다양한 기술에 의해 증착된 재료의 다수의 층을 포함한다. 이와 같이, 반도체 기판 상에 재료를 증착하는 것은 집적 회로를 제조하는 공정에서 중요한 단계이다.
기판의 표면 상에서 균일한 처리를 수행하는 것이 중요하지만, 처리 결과는 종종 다양한 이유, 예를 들어 온도 분포, 게이트 밸브 방향, 및/또는 전기장 세기의 불균일성으로 인해 변한다. 기판 상 균일성의 지속적인 개선이 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. 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, 챔버 벽을 구비한 반응 챔버(상기 챔버 벽은, 제1 측벽, 제1 측벽과 대향하여 배치된 제2 측벽, 제1 측벽 및 제2 측벽에 연결된 하단 벽을 포함함); 게이트 밸브에 의해 폐쇄되도록 구성되고 제1 측벽에 배치된 게이트 밸브 터널; 상단 플레이트 및 샤프트를 구비하고 반응 챔버 내에 배치되고 상단 플레이트 상에 기판을 지지하도록 구성되며, 공정 위치와 이송 위치 사이에서 수직으로 이동 가능하도록 구성되는 기판 지지체; 및 기판 지지체의 주변부 주위에 배치되고 기판 지지체와 함께 이동하도록 구성된 라이너(상기 라이너의 외벽은, 기판 지지체가 공정 위치에 있을 경우에 게이트 밸브 터널을 덮도록 구성됨)를 포함한다.
다양한 구현예에서, 라이너의 상단은 실질적으로 상단 플레이트의 상단과 정렬될 수 있다.
다양한 구현예에서, 라이너는 세라믹 재료, 또는 세라믹 코팅 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 장치는, 게이트 밸브를 통해 반응 챔버에 연결된 기판 이송 챔버; 및 게이트 밸브 터널을 통해 반응 챔버와 기판 이송 챔버 사이에서 기판을 이송하기 위해 기판 이송 챔버 내에 배치된 기판 이송 로봇을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 장치는, 반응 챔버 내에 배치된 가스 공급 유닛을 추가로 포함할 수 있으며, 가스 공급 유닛은 가스를 기판에 공급하도록 구성된다.
다양한 구현예에서, 가스 공급 유닛은, 가스를 기판에 공급하기 위한 복수의 구멍을 구비한 샤워헤드를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 샤워헤드는 기판 지지체와 대면하도록 구성될 수 있다.
다양한 구현예에서, 장치는 샤워 플레이트에 전기적으로 결합된 RF 발생기를 추가로 포함할 수 있되, 기판 지지체는 전기적으로 접지된다.
다양한 구현예에서, 기판 처리 장치는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 기판을 처리하는 방법은, 게이트 밸브 채널을 통해 반응 챔버 내의 기판 지지체 상에 기판을 배치하는 단계; 상기 기판 지지체를 라이너와 공정 위치로 이동시켜 상기 게이트 밸브 채널을 덮는 단계(상기 기판 지지체는 상기 라이너가 상기 기판 지지체와 동시에 이동하도록 상기 라이너에 연결됨); 및 RF 전력을 인가함으로써 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 개시된 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 기판을 처리하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 예시적인 반응 챔버의 개략도이다.
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 예시가 아래에 개시되지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형 및 균등물까지 연장됨을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 소자, 회로 또는 막을 그 위에 형성할 수 있거나 개조될 수 있는 임의의 하부 재료(들)을 포함한 임의의 하부 재료(들)를 지칭할 수 있다. "기판"은 연속적 또는 비연속적; 강성 또는 가요성; 고체 또는 다공성; 및 이들의 조합일 수 있다. 기판은 분말, 플레이트, 또는 피가공재와 같은 임의의 형태일 수 있다. 플레이트 형태의 기판은 다양한 형상 및 크기의 웨이퍼를 포함할 수 있다. 기판은, 예를 들어 실리콘, 실리콘 게르마늄, 실리콘 산화물, 갈륨 비소, 갈륨 질화물 및 실리콘 탄화물을 포함하는 반도체 재료로 제조될 수 있다.
예시로서, 분말 형태의 기판은 약학적 제조를 위한 응용을 가질 수 있다. 다공성 기판은 중합체를 포함할 수 있다. 피가공재의 예시는 의료 장치(예, 스텐트 및 주사기), 장신구, 공구 장치, 배터리 제조용 부품(예, 애노드, 캐소드 또는 분리기) 또는 태양전지 셀의 부품 등을 포함할 수 있다.
연속적인 기판은, 증착 공정이 발생하는 공정 챔버의 경계를 넘어 연장될 수 있다. 일부 공정에서, 연속적인 기판은, 기판의 말단에 도달할 때까지 공정이 계속되도록, 공정 챔버를 통해 이동할 수 있다. 연속적인 기판은 연속적인 기판 공급 시스템으로부터 공급되어 임의의 적절한 형태로 연속적인 기판을 제조하고 산출할 수 있다.
연속 기판의 비제한적인 예시는 시트, 부직포 필름, 롤, 포일, 웹, 가요성 재료, 연속 필라멘트 또는 섬유(예, 세라믹 섬유 또는 중합체 섬유)의 다발을 포함할 수 있다. 연속적인 기판은, 비-연속적 기판이 그 위에 장착되는 캐리어 또는 시트를 포함할 수도 있다.
본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현이다.
나타내고 설명된 구체적인 적용예는, 본 발명의 예시이자 최적 실시 모드이며, 어떤 방식으로도 양태와 적용예의 범주를 달리 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 간결성을 위해서, 시스템의 종래의 제조, 연결, 준비 및 다른 기능적 양태는 상세히 기술되지 않을 수 있다. 또한, 다양한 도면에서 나타낸 연결선은 다양한 요소 사이의 예시적인 기능 관계 및/또는 물리적 결합을 표시하려는 의도이다. 많은 대안 또는 추가적인 기능적 관계 또는 물리적 연결은 실질적인 시스템에 존재할 수 있고/있거나 일부 구현예에서는 없을 수 있다.
본원에 기술된 구성 및/또는 접근법은 본질적으로 예시적인 것이며, 다양한 변형이 가능하기 때문에, 이들 특정 구현예 또는 실시예가 제한적인 의미로 고려되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 본원에 설명된 특정 루틴 또는 방법은 임의의 처리 전략 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 따라서, 예시된 다양한 동작은 예시된 시퀀스에서 수행되거나, 상이한 시퀀스에서 수행되거나, 경우에 따라 생략될 수 있다.
본 개시의 요지는, 본원에 개시된 다양한 공정, 시스템, 및 구성, 다른 특징, 기능, 행위 및/또는 성질의 모든 신규하고 비자명한 조합 및 하위 조합뿐만 아니라 임의의 그리고 모든 균등물을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "원자층 증착"(ALD)은 기상 증착 공정을 지칭할 수 있고, 여기서 증착 사이클은, 바람직하게는 복수의 연속 증착 사이클은 공정 챔버에서 수행된다. 일반적으로, 각 사이클 동안 전구체는 증착 표면(예를 들어, 기판 표면 또는 이전 ALD 사이클의 재료와 같은 이전에 증착된 하부 표면)에 화학 흡착되어 추가 전구체와 쉽게 반응하지 않는(즉, 자기-제한 반응) 단층 또는 서브 단층을 형성한다. 이후, 필요한 경우, 반응물(예를 들어, 다른 전구체 또는 반응 가스)이 화학 흡착된 전구체를 증착 표면 상의 원하는 재료로 변환하는데 사용하기 위해 후속적으로 공정 챔버 내로 도입될 수 있다. 일반적으로, 이 반응물은 전구체와 추가로 반응할 수 있다. 각각의 사이클 중에 공정 챔버로부터 과잉의 전구체를 제거하고/하거나, 화학 흡착된 전구체의 변환 후 공정 챔버로부터 과잉의 반응물 및/또는 반응 부산물을 제거하기 위해 퍼지 단계들이 더 활용될 수도 있다. 추가로, 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "원자층 증착"은 전구체 조성물(들), 반응 가스, 및 퍼지(예, 불활성 캐리어) 가스의 교번 펄스로 수행되는 경우, "화학 기상 원자층 증착", "원자층 에피택시" (ALE), 분자 빔 에피택시(MBE), 가스 공급원 MBE, 또는 유기금속 MBE, 및 화학적 빔 에피택시와 같은 관련 용어들에 의해 지정된 공정을 포함하는 것을 또한 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "화학 기상 증착(CVD)"은 원하는 증착을 생성시키기 위해 기판의 표면 상에서 반응 및/또는 분해되는 하나 이상의 휘발성 전구체에 기판이 노출되는 임의의 공정을 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.
ALD, CVD 및/또는 기타에 사용되는 반응기 장치는, 기판 표면 상에 재료를 증착 및 에칭하는 것을 포함하는 다양한 응용에 사용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 구현예의 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다. 상기 기판 처리 장치는, (i) 네 개의 공정 모듈(1a, 1b, 1c, 1d)(각각은, 두 개의 반응 챔버를 가짐); (ii) 두 개의 백 엔드 로봇(3)(기판 핸들링 로봇)을 포함하는 기판 핸들링 챔버(SHC)(4); 및 (iii) 두 개의 기판을 동시에 로딩 또는 언로딩하기 위한 로드록 챔버(LLC)(5)(로드록 챔버(5)는 기판 핸들링 챔버(4)의 하나의 추가 측면에 부착되며, 각각의 백 엔드 로봇(3)은 로드록 챔버(5)에 접근 가능하도록 구성됨)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, 1b, 1c, 1d)에 각각 대응하고 부착되는 네 개의 측면을 갖는 다각형 형상, 및 동일한 평면 상에 배치되는 모든 측면인 로드록 챔버(4)를 위한 하나의 추가 측면을 갖는다. 각각의 공정 모듈(1a, 1b, 1c, 1d)의 내부 및 로드록 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 이송 시퀀스를 실행하도록 프로그래밍된 소프트웨어를 저장할 수 있다. 제어기는 또한, 각각의 공정 챔버의 상태를 확인할 수 있고, 센싱 시스템, 제어기, 가스 박스 및 각 모듈용 전기 박스를 사용하여 각각의 공정 챔버 및 냉각 스테이지(6)로 기판을 위치시킬 수 있고, FOUP(8) 및 로드록 챔버(5)에 저장된 기판의 분포 상태에 기초하여 장비 프론트 엔드 모듈(EFEM)에서 프론트 엔드 로봇(7)을 제어할 수 있고, 백 엔드 로봇(3)을 제어할 수 있고, 게이트 밸브(9를 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.
도 1에서, 장치는 여덟 개의 반응 챔버를 갖는 것으로 도시되지만, 9개 이상을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 모든 모듈은, 언로딩/로딩이 순차적으로 그리고 규칙적으로 발생할 수 있도록 웨이퍼를 공정 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 예시적인 반응 챔버의 개략도이다. 기판 처리 장치는 반응 챔버(20)를 포함하고, 이는 제1 측벽(21), 제1 측벽(21)과 대향하여 배치된 제2 측벽(22), 제1 측벽(21) 및 제2 측벽(22)에 연결된 하단 벽(23)을 포함한 챔버 벽을 구비한다. 게이트 밸브 터널(24)은 제1 측벽(21)에 배치되고 게이트 밸브(9)에 의해 폐쇄되도록 구성된다. 기판 이송 로봇(3)은, 게이트 밸브(9)가 개방될 경우에 기판(70)을 게이트 밸브 터널(24)을 통해 반응 챔버(20)와 기판 이송 챔버(4) 사이에서 이송할 수 있다.
기판 처리 장치는, 상단 플레이트(31) 및 샤프트(32)를 구비한 기판 지지체(30)를 추가로 포함한다. 기판 지지체(30)는 반응 챔버(20) 내에 배치되고, 기판(70)을 상단 플레이트(31) 상에 지지하도록 구성된다. 기판 지지체(30)는 공정 위치와 이송 위치 사이에서 수직으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
기판 처리 장치는 기판 지지체(30)의 주변부 주위에 배치된 라이너(40)를 추가로 포함한다. 기판 지지체(30)는, 라이너(40)가 기판 지지체(30)와 동시에 이동하도록, 라이너(40)에 연결될 수 있다. 라이너(40)의 외벽은, 기판 지지체가 공정 위치에 있을 경우에 게이트 밸브 터널(24)을 덮도록 구성될 수 있다. 따라서, 공정 영역은 비대칭 영역으로부터 분리되어, 공정 영역에서 가스 흐름, 온도 및 플라즈마 균일성을 향상시킨다.
라이너(40)의 상단은 실질적으로 상단 플레이트(31)의 상단과 정렬될 수 있다. 따라서, 라이너 상에 입자가 생성되더라도, 입자는 기판(70) 상에 떨어지지 않을 수 있다. 라이너(4)는 세라믹 재료, 또는 세라믹 코팅 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기판 처리 장치는, 반응 챔버(20) 내에 배치된 가스 공급 유닛(50)을 추가로 포함할 수 있다. 가스 공급 유닛(50)은 가스를 기판(70)에 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급 유닛(50)은, 가스를 기판에 공급하기 위해 복수의 구멍을 구비한 샤워헤드(52)를 포함할 수 있다. 샤워헤드(52)는 기판 지지체(30)를 대면하도록 구성될 수 있다.
기판 처리 장치는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 포함할 수 있다. 기판 처리 장치는 샤워헤드(52)에 전기적으로 결합된 RF 발생기(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 기판 지지체(30)는 전기적으로 접지될 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 변형 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 기판 처리 장치로서,
    챔버 벽을 구비한 반응 챔버(상기 챔버 벽은 제1 측벽, 상기 제1 측벽과 대향하여 배치된 제2 측벽, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽에 연결된 하단 벽을 포함함);
    상기 제1 측벽에 배치되고 게이트 밸브에 의해 폐쇄되도록 구성된 게이트 밸브 터널;
    상단 플레이트 및 샤프트를 구비하고 상기 반응 챔버 내에 배치되고 상기 상단 플레이트 상에 기판을 지지하도록 구성되며, 공정 위치와 이송 위치 사이에서 수직으로 이동 가능하도록 구성되는 기판 지지체; 및
    상기 기판 지지체의 주변부 주위에 배치되고 상기 기판 지지체와 함께 이동하도록 구성된 라이너를 포함하되, 상기 라이너의 외벽은, 상기 기판 지지체가 상기 공정 위치에 있을 경우에 상기 게이트 밸브 터널을 덮도록 구성되는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라이너의 상단은 상기 상단 플레이트의 상단과 실질적으로 정렬되는, 장치.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 라이너는 세라믹 재료; 또는 세라믹 코팅 재료 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  4. 제1항 및 제3항에 있어서, 상기 게이트 밸브를 통해 상기 반응 챔버에 연결된 기판 이송 챔버; 및
    상기 반응 챔버와 상기 기판 이송 챔버 사이에서 상기 게이트 밸브 터널을 통해 상기 기판을 이송하기 위해 상기 기판 이송 챔버 내에 배치되는 기판 이송 로봇을 추가로 포함하는, 장치.
  5. 제1항 및 제4항에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 배치된 가스 공급 유닛을 추가로 포함하되, 상기 가스 공급 유닛은 상기 기판에 가스를 공급하도록 구성되는, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가스 공급 유닛은, 가스를 상기 기판에 공급하기 위한 복수의 구멍을 구비한 샤워헤드를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 샤워헤드는 상기 기판 지지체와 대면하도록 구성되는, 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 샤워헤드에 전기적으로 결합된 RF 발생기를 추가로 포함하되, 상기 기판 지지체는 전기적으로 접지되는, 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 포함하는, 장치.
  10. 기판을 처리하는 방법으로서,
    게이트 밸브 채널을 통해 반응 챔버 내의 기판 지지체 상에 기판을 배치하는 단계;
    상기 기판 지지체를 라이너와 공정 위치로 이동시켜 상기 게이트 밸브 채널을 덮는 단계(상기 기판 지지체는 상기 라이너에 연결되어 상기 라이너가 상기 기판 지지체와 동시에 이동함); 및
    RF 전력을 인가함으로써 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
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