WO2014035096A1 - 기판처리장치 - Google Patents

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gas
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양일광
송병규
김경훈
김용기
신양식
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주식회사 유진테크
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    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus for disposing a gas supply passage outside the upper portion of the substrate to supply the process gas toward the interior space.
  • Semiconductor device manufacturing processes require uniform heat treatment of the substrate at high temperatures.
  • Examples of such processes include chemical vapor deposition, silicon epitaxial growth, and the like, in which a layer of material is deposited from the gas phase onto a semiconductor substrate placed in a susceptor in the reactor.
  • the susceptor is heated to a high temperature, generally in the range of 400 to 1250 degrees by resistive heating, high frequency heating, and infrared heating, and the gas passes through the reactor and a chemical reaction causes the deposition process in close proximity to the substrate surface. This reaction causes the desired product to deposit on the substrate.
  • Semiconductor devices have many layers on a silicon substrate, which layers are deposited on the substrate through a deposition process. This deposition process has several important issues, which are important in evaluating the deposited films and selecting the deposition method.
  • the first is the 'qulity' of the deposited film. This means composition, contamination levels, defect density, and mechanical and electrical properties.
  • the composition of the films can vary depending on the deposition conditions, which is very important for obtaining a specific composition.
  • the second is uniform thickness across the wafer.
  • the thickness of the film deposited on the nonplanar pattern on which the step is formed is very important. Whether the thickness of the deposited film is uniform may be determined through step coverage defined by dividing the minimum thickness deposited on the stepped portion by the thickness deposited on the upper surface of the pattern.
  • deposition space Another issue with deposition is filling space. This includes gap filling between the metal lines with an insulating film including an oxide film. The gap is provided to physically and electrically insulate the metal lines.
  • uniformity is one of the important issues associated with the deposition process, and non-uniform films result in high electrical resistance on metal lines and increase the likelihood of mechanical failure.
  • An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus for supplying a process gas by arranging a gas supply passage outside the upper installation space separated from the process space.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of controlling a temperature of a substrate by installing a heater in an upper installation space separated from a process space.
  • the main chamber having an open top shape; A susceptor installed inside the main chamber and on which a substrate is placed; A chamber cover installed at an open upper portion of the main chamber, the chamber cover having an upper installation space located at an upper portion of the susceptor and a gas supply passage disposed at an outer side of the upper installation space; A heating block installed in the upper installation space and heating the substrate; And a gas supply port connected to the gas supply passage to supply a process gas into the main chamber.
  • the main chamber may be formed at one side to have a passage through which the substrate enters and exits, and the substrate processing apparatus may include an auxiliary gas nozzle installed at one side of the passage adjacent to the susceptor to inject an inert gas.
  • the substrate processing apparatus may further include a diffusion plate installed at a lower end of the gas supply passage and diffusing the process gas supplied through the gas supply port.
  • the gas supply passage and the diffusion plate may have an arc shape concentric with the susceptor, and the width of the gas supply passage and the diffusion plate may substantially match the diameter of the substrate.
  • the main chamber is recessed from the bottom surface has a lower installation space for receiving the susceptor, the substrate processing apparatus is disposed to surround the susceptor is accommodated in the lower installation space, injecting inert gas toward the upper It may further include a nozzle ring.
  • the main chamber has an exhaust passage formed on an opposite side of the gas supply passage, and the substrate processing apparatus is disposed outside the susceptor and guides the process gas supplied from the gas supply passage toward the exhaust passage. It may further include a flow guide.
  • the flow guide may include a circular guide part concentric with the susceptor and having a plurality of guide holes through which the process gas passes; And a linear guide part connected to both sides of the circular guide part and disposed at both sides of the susceptor, and having a guide surface generally parallel to a straight line connecting the center of the gas supply passage and the center of the exhaust passage.
  • the main chamber may have a lower installation space recessed from the bottom surface to accommodate the susceptor, and the gas supply passage may be located above the bottom surface of the main chamber located outside the lower installation space.
  • the heater may be installed in an upper installation space separated from the process space to control the temperature of the substrate.
  • a gas supply passage for supplying the process gas to the outside of the upper installation space the process gas can be uniformly supplied in one direction toward the substrate.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a flow of process gas in a process state in which the substrate treating apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a flow of a process gas formed in the process space shown in FIG. 2.
  • FIGS. 1 to 3 Embodiments of the invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to explain in detail the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.
  • the substrate is described as an example, but the present invention may be applied to various target objects.
  • the substrate processing apparatus 1 includes a main chamber 10 and a chamber cover 50.
  • the main chamber 10 has an open shape at an upper portion thereof, and has a passage 8 through which the substrate W is accessible.
  • the gate valve 5 is installed outside the passage 8, and the passage 8 can be opened or closed by the gate valve 5.
  • the susceptor 20 is installed inside the main chamber 10 and heats the substrate W placed thereon.
  • the susceptor 20 has a disc shape corresponding to the substrate W, and the substrate W may be seated on the upper surface of the susceptor 20 so that a deposition process may be performed.
  • the lift pin 25 may be installed through the susceptor 20, and the substrate W transferred through the passage 8 is loaded onto the lift pin 25.
  • the lift pin 25 may be elevated by the lift pin driver 27, and when the substrate W is loaded, the lift pin 25 may be lowered to seat the substrate W on the susceptor 20.
  • the chamber cover 50 is installed in the open upper portion of the main chamber 10. An internal space cut off from the outside by the main chamber 10, the chamber cover 50, and the heating block 60 described later is formed.
  • the substrate W is loaded into the process space through the passage 8 and the process for the substrate W takes place in the process space.
  • the chamber cover 50 is positioned above the susceptor 20 and has an upper installation space 52 communicating with the process space.
  • a heating block 60 for heating the substrate W thereon is installed in the upper installation space 52.
  • the heating block 60 has an open shape at the top, and the heating block cover 68 closes the upper portion of the open heating block 60 to block from the outside. Therefore, the accommodation space 61 formed in the heating block 60 is not only distinguished from the internal space, but also blocked from the outside.
  • the heater 65 is installed in the accommodation space 61, and the heater 65 may be a kanthal heater. Kanthal is an alloy composed mainly of iron and chromium-aluminum. It can withstand high temperatures and has high electrical resistance.
  • the operator can open the heating block cover 68 to access the heater 65, it is easy to maintain the heaters (65).
  • the receiving space 61 is distinguished from the process space, during the maintenance of the heater 65 installed in the upper installation space, the vacuum state of the process space does not need to be switched to the standby state, only the heating block cover 68 Maintenance is possible by accessing the receiving space 61 in the standby state.
  • the heating block 60 is heated by the heater 65 installed in the accommodation space 61.
  • the substrate may be heated by any one or both of the heating block 60 and the heater installed in the susceptor 20. That is, the substrate may be heated by conduction in contact with the susceptor 20 and may be heated through radiation through the heating block 60. Since conduction transfers heat through contact, the susceptor 20 can easily transfer a lot of heat to heat the substrate, while the amount of heat transferred to the substrate varies depending on the heater position inside the susceptor 20, Heating deviation depending on the position of the substrate is inevitable. However, since radiation transmits energy through electromagnetic waves, the heating block 60 cannot transfer much heat, while the heating block 60 can minimize the heating deviation of the substrate regardless of the arrangement of the heater 65. . Accordingly, the heating deviation on the substrate W may be minimized by using the heating blocks 60 and the susceptor 20 disposed on the upper and lower portions of the substrate W, respectively.
  • the susceptor 20 and the heating block 60 are disposed substantially parallel to the substrate W. As shown in FIG. In addition, the surfaces facing the substrate W of the susceptor 20 and the heating block 60 are larger than the area of the substrate W in order to uniformly heat the substrate W, respectively. It may be a corresponding circular disk. Therefore, the heating of the substrate W may be minimized by heating the substrate W at the upper and lower portions of the substrate W to prevent the cause of process unevenness on the substrate W and the occurrence of the thickness variation of the deposited thin film.
  • the time for heating the substrate W to a process temperature can be shortened, and warpage of the substrate due to heating can be prevented.
  • the degree of thermal expansion between the top surface and the bottom surface of the substrate W is slightly different, which causes deformation of the substrate W.
  • the upper and lower surfaces of the substrate W are simultaneously heated, deformation of the substrate W can be prevented.
  • a gas supply passage 70 is formed outside the upper installation space of the chamber cover 50.
  • the gas supply passage 70 is formed in the chamber cover 50 and is disposed between the passage 8 and the process space C to be described later.
  • the gas supply port 80 is installed at the upper end of the gas supply passage 70, and the process gas supply pipe 83 is inserted into one side of the gas supply port 80 so that the process gas is main through the gas supply port 80.
  • the internal space of the chamber 10 is supplied.
  • the process gas supply pipe 83 may be connected to the process gas storage tank 88 to supply process gas into the substrate processing apparatus 1, and may adjust the process gas input amount by opening and closing the process gas supply valve 85.
  • the gas supply port 80 may supply plasma into the chamber through the cleaning gas supply pipe 92 connected to the remote plasma system (RPS) 90.
  • RPS remote plasma system
  • the diffusion plate 75 is disposed at the lower end of the gas supply passage 70.
  • the diffusion plate 75 is provided with a plurality of diffusion holes 76 to diffuse the process gas supplied through the process gas supply pipe 83 toward the inner space of the main chamber 10. Since the diffusion holes 76 have a shape inclined downward toward the exhaust passage 45, the process gas supplied to the process space through the diffusion plate 75 is formed on the opposite side of the passage 8. Flows toward.
  • the exhaust passage 45 may be connected to the exhaust pump 48 through the exhaust port 46 to forcibly discharge the process gas introduced into the process space to the outside.
  • An auxiliary gas nozzle 30 is installed outside the diffusion plate 75.
  • the auxiliary gas nozzle 30 injects the inert gas supplied from the first inert gas storage tank 33 toward the inner space, thereby inducing the process gas introduced through the diffusion plate 75 toward the substrate W. At the same time, the process gas is prevented from moving to the passage 8.
  • the main chamber 10 is recessed from the bottom surface and has a lower installation space D in which the susceptor 20 is installed. In the lower installation space D, the nozzle ring 35 is installed along the circumference of the susceptor 20 and the susceptor 20. The nozzle ring 35 is installed between the susceptor 20 and the bottom of the chamber body 10, to prevent the process gas from penetrating into the gap between the susceptor 20 and the bottom of the chamber body 10. Inert gas is injected. Like the auxiliary gas nozzle 30, the nozzle ring 35 receives an inert gas from the second inert gas storage tank 38 and injects the inert gas toward the upper portion.
  • the flow guide 40 is disposed outside the susceptor 20 to guide the flow of the process gas from the gas supply passage 70 toward the exhaust passage 45. That is, in the present invention, the process gas supply pipe 83 is installed outside the substrate W so that the process gas passes through the substrate W, and the deposition process is possible. 2 and 3, the process gas flow in the process progress state and the flow of the process gas through the flow guide 40 will be described.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a flow of process gas in a process state in which the substrate treating apparatus of FIG. 1 is in a process progress state
  • the inner space of the main chamber 10 includes a passage space A, a passage 8, and a susceptor where the passage 8 in which the substrate W enters through the gate is located.
  • 20 is disposed between the diffusion space (B) where the gas supply passage (70) is located, the process space (C) and the process space (C) where the process is performed on the substrate (W) at the top of the susceptor (20).
  • Located in the lower portion of the can be divided into a lower installation space (D) is installed susceptor and nozzle ring.
  • an exhaust passage 45 is formed on the opposite side of the gas supply passage 70, and is pumped by the exhaust pump 48 connected to the exhaust passage 45 so that the process gas flows toward the exhaust passage 45. do.
  • an auxiliary gas nozzle 30 is installed on the passage section A to inert the process gas introduced into the diffusion section B through the diffusion plate 75 to flow toward the process section C. Inject gas. Therefore, the process gas introduced toward the diffusion section B flows toward the exhaust passage 45 across the substrate W. As shown in FIG.
  • the process gas supplied through the gas supply passage 70 is diffused by the plurality of diffusion holes 76 formed in the diffusion plate 75 and diffuses toward the process space.
  • the lower end (or diffuser plate 75) of the gas supply passage 70 is located at the top of the bottom surface of the main chamber 10, the process gas is discharged through the diffuser plate 75 to be first diffused, After colliding with the bottom surface of the main chamber 10, it is secondarily spread through the kinetic energy of the process gas itself.
  • the diffused process gas moves toward the process space (C). Therefore, the process gas moves to the process space C in a sufficiently diffused state, and both the center portion and the edge portion (the portion adjacent to the flow guide 40) of the substrate W regardless of the position of the gas supply passage 70. Uniform processing can be achieved.
  • the diffusion plate 75 has an arc shape concentric with the susceptor 20, and the auxiliary injection nozzle 30 installed outside the diffusion plate 75 may also have an arc shape corresponding to the diffusion plate 75. Can be.
  • the width E of the diffusion plate 75 and the gas supply passage 70 in which the diffusion plate 75 is installed may substantially coincide with the diameter of the substrate W to diffuse the process gas toward the substrate W.
  • the nozzle ring 35 is installed to cover the circumference of the susceptor 20 to prevent inflow of process gas into the space between the susceptor 20 and the main chamber 10. Inert gas is injected toward the process space through the plurality of second injection holes 36 formed in Therefore, most of the process gases supplied through the diffusion plate 75 can be used for the process for the substrate (W).
  • the process gas introduced through the diffusion plate 75 is pumped by the exhaust pump 48 connected to the exhaust passage 45 and flows toward the exhaust passage 45.
  • the substrate processing apparatus 1 in which the process of the substrate W is performed has a process space corresponding to the shape of the substrate W.
  • the process space also has a circular disk shape corresponding to the substrate W.
  • the process space has a circular disk shape, a space in which the process gas does not react with the substrate W also occurs.
  • a flow guide 40 is installed to reduce the space that does not react with the substrate W and to smoothly guide the movement of the process gas toward the exhaust passage 45. Since the process gas moves toward the exhaust passage 45, in order to distribute the process gas uniformly on the surface of the substrate W, it is necessary to guide the process gas so as to react uniformly on the substrate W. Therefore, the flow guide 40 is installed in the main chamber 10 and disposed outside the nozzle ring 35, and the straight guide portion 42 and the process gas which reduce the space not reacting with the substrate W are exhaust passages. It includes a circular guide portion 44 having a plurality of guide holes 43 for guiding a uniform movement toward (45).
  • the circular guide part 44 is installed on the opposite side of the diffusion plate 75 and has an arc shape corresponding to the adjacent nozzle ring 35.
  • the circular guide part 44 is formed with a plurality of guide holes 43 at predetermined intervals to guide the process gas introduced through the diffusion plate 75 to flow uniformly toward the substrate W.
  • the linear guide part 42 is connected to the circular guide part 44 and is disposed at both sides of the susceptor 20. As shown in FIG. 3, the linear guide part 42 is disposed in parallel with a straight line L connecting the center of the gas supply passage 70 and the center of the exhaust passage 45 (or the outlet 46a). It has a guide surface 41, the straight guide portion 42 guides the linear flow in parallel with each other toward the circular guide portion 44 from the diffuser plate (75). In addition, the linear guide portion 42 may reduce the volume of the process space (C) to increase the reactivity of the process gas and the substrate (W) and minimize the consumption of the process gas.
  • the present invention proceeds the deposition process by supplying a process gas from the outside of the substrate (W). Therefore, recently, the substrate W is gradually enlarged to overcome the limitation of supplying the process gas from the upper portion of the substrate W.
  • the substrate W is heated by using the heating block 60 and the susceptor 20 respectively disposed above and below the substrate W, the temperature gradient is controlled to prevent warpage of the substrate W. Can be.
  • the flow guide 40 is installed in the main chamber 10 to substantially reduce the process space in which the process is performed on the substrate W, and uniformly guide the process gas on the substrate W so that The uniformity of the center part and the edge part can be improved.
  • the present invention can be applied to various types of semiconductor manufacturing equipment and manufacturing methods.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면 기판에 대한 공정이 이루어지는 기판 처리 장치에 있어서 상부가 개방된 형상을 가지며, 일측에 상기 기판이 출입하는 통로가 형성되는 메인챔버; 상기 메인챔버 내부에 설치되며, 상기 기판이 놓여지는 서셉터; 상기 메인챔버의 개방된 상부에 설치되며, 상기 서셉터의 상부에 위치하는 상부설치공간과 상기 상부설치공간의 외측에 배치되는 가스공급통로를 가지는 챔버덮개; 상기 상부설치공간에 설치되며, 상기 기판을 가열하는 히팅블럭; 및 상기 가스공급통로와 연결되어 상기 공정공간을 향해 공정가스를 공급하는 가스공급포트를 포함한다.

Description

기판처리장치
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스공급통로를 기판의 상부 외측에 배치하여 내부공간을 향해 공정가스를 공급하는 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정은 고온에서 기판의 균일한 열처리를 요한다. 이러한 공정의 예로는 물질층이 기체 상태로부터 반응기 내의 서셉터에 놓여있는 반도체 기판 위로 증착 되는 화학 기상증착, 실리콘 에피택셜 성장 등이 있다. 서셉터는 저항가열, 고주파가열, 적외선 가열에 의해 대체로 400 ~1250도 범위의 고온으로 가열되고, 가스가 반응기를 통과하고 화학 반응에 의해 기체 상태에서 증착 공정이 기판 표면에 매우 근접해서 발생한다. 이 반응으로 인해 기판 위에 원하는 생성물이 증착하게 된다.
반도체 장치는 실리콘 기판상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와같은 층들은 증착공정을 통하여 기판상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 중요한 이슈들을 가지고 있으며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.
첫번째는 증착된 막의 '질'(qulity)이다. 이는 조성(composition), 오염도(contamination levels), 손실도(defect density), 그리고 기계적·전기적 특성(mechanical and electrical properties)을 의미한다. 막들의 조성은 증착조건에 따라 변할 수 있으며, 이는 특정한 조성(specific composition)을 얻기 위하여 매우 중요하다.
두번째는, 웨이퍼를 가로지르는 균일한 두께(uniform thickness)이다. 특히, 단차(step)가 형성된 비평면(nonplanar) 형상의 패턴 상부에 증착된 막의 두께가 매우 중요하다. 증착된 막의 두께가 균일한지 여부는 단차진 부분에 증착된 최소 두께를 패턴의 상부면에 증착된 두께로 나눈 값으로 정의되는 스텝 커버리지(step coverage)를 통하여 판단할 수 있다.
증착과 관련된 또 다른 이슈는 공간을 채우는 것(filling space)이다. 이는 금속라인들 사이를 산화막을 포함하는 절연막으로 채우는 갭 필링(gap filling)을 포함한다. 갭은 금속라인들을 물리적 및 전기적으로 절연시키기 위하여 제공된다. 이와 같은 이슈들 중 균일도는 증착공정과 관련된 중요한 이슈 중 하나이며, 불균일한 막은 금속배선(metal line) 상에서 높은 전기저항(electrical resistance)을 가져오며, 기계적인 파손의 가능성을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 공정공간과 구분된 상부설치공간의 외측에 가스공급통로를 배치하여 공정가스를 공급하는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 공정공간과 구분된 상부설치공간에 히터를 설치하여 기판의 온도를 제어할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상부가 개방된 형상을 가지는 메인챔버; 상기 메인챔버 내부에 설치되며, 기판이 놓여지는 서셉터; 상기 메인챔버의 개방된 상부에 설치되며, 상기 서셉터의 상부에 위치하는 상부설치공간과 상기 상부설치공간의 외측에 배치되는 가스공급통로를 가지는 챔버덮개; 상기 상부설치공간에 설치되며, 상기 기판을 가열하는 히팅블럭; 그리고 상기 가스공급통로와 연결되어 상기 메인챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 가스공급포트를 포함한다.
상기 메인챔버는 일측에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지며, 상기 기판처리장치는 상기 서셉터와 인접한 상기 통로의 일측에 설치되어 불활성가스를 분사하는 보조가스노즐을 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는, 상기 가스공급통로의 하단부에 설치되며, 상기 가스공급포트를 통해 공급된 상기 공정가스를 확산하는 확산판을 더 포함할 수 있다.
상기 가스공급통로 및 상기 확산판은 상기 서셉터와 동심인 원호 형상이며, 상기 가스공급통로 및 상기 확산판의 폭은 상기 기판의 직경과 대체로 일치할 수 있다.
상기 메인챔버는 바닥면으로부터 함몰되어 상기 서셉터가 수용되는 하부설치공간을 가지며, 상기 기판처리장치는 상기 서셉터를 감싸도록 배치되어 상기 하부설치공간 내에 수용되며, 상부를 향해 불활성가스를 분사하는 노즐링을 더 포함할 수 있다.
상기 메인챔버는 상기 가스공급통로의 반대편에 형성된 배기통로를 가지며, 상기 기판처리장치는, 상기 서셉터의 외측에 배치되며, 상기 가스공급통로로부터 공급된 상기 공정가스를 상기 배기통로를 향해 안내하는 플로우가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 플로우가이드는, 상기 서셉터와 동심인 원호 형상이며, 상기 공정가스가 통과하는 복수의 가이드홀들을 가지는 원형가이드부; 그리고 상기 원형가이드부의 양측에 연결되어 상기 서셉터의 양측에 배치되며, 상기 가스공급통로의 중심과 상기 배기통로의 중심을 연결하는 직선과 대체로 나란한 가이드면을 가지는 직선가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 메인챔버는 바닥면으로부터 함몰되어 상기 서셉터가 수용되는 하부설치공간을 가지며, 상기 가스공급통로는 상기 하부설치공간의 외측에 위치하는 상기 메인챔버의 바닥면의 상부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 공정공간과 구분된 상부설치공간에 히터를 설치하여 기판의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 상부설치공간의 외측에 공정가스를 공급하는 가스공급통로를 배치함으로써 공정가스를 기판을 향해 일방향으로 균일하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 기판처리장치가 공정 진행 상태에서 공정가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 공정공간에 형성된 공정가스의 유동을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다. 또한, 이하에서는 기판을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 다양한 피처리체에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판처리장치(1)는 메인챔버(10)와 챔버덮개(50)를 포함한다. 메인챔버(10)는 상부가 개방된 형상이며, 일측에 기판(W)이 출입가능한 통로(8)를 가진다. 게이트밸브(5)는 통로(8)의 외부에 설치되며, 통로(8)는 게이트밸브(5)에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 서셉터(20)는 메인챔버(10)의 내부에 설치되며, 상부에 놓여진 기판(W)을 가열한다. 서셉터(20)는 기판(W)과 대응되는 원판(disc) 형상을 가지며, 기판(W)이 서셉터(20)의 상부면에 안착되어 증착공정이 진행될 수 있다. 또한, 리프트핀(25)은 서셉터(20)를 관통하여 설치될 수 있으며, 통로(8)를 통해 이송된 기판(W)은 리프트핀(25)의 상부로 로딩된다. 리프트핀(25)은 리프트핀구동부(27)에 의해 승강가능하며, 기판(W)이 로딩되면 리프트핀구동부(27)를 하강하여 기판(W)을 서셉터(20)에 안착시킬 수 있다.
챔버덮개(50)는 메인챔버(10)의 개방된 상부에 설치된다. 메인챔버(10)와 챔버덮개(50), 그리고 후술하는 히팅블럭(60)에 의해 외부로부터 차단된 내부공간이 형성된다. 기판(W)은 통로(8)를 통해 공정공간 내에 로딩되며, 기판(W)에 대한 공정은 공정공간 내에서 이루어진다. 챔버덮개(50)는 서셉터(20)의 상부에 위치하며, 공정공간과 연통하는 상부설치공간(52)을 가진다.
상부설치공간(52)에는 기판(W)을 상부에서 가열하는 히팅블럭(60)이 설치된다. 히팅블럭(60)은 상부가 개방된 형상이며, 히팅블럭덮개(68)는 개방된 히팅블럭(60)의 상부를 폐쇄하여 외부로부터 차단한다. 따라서, 히팅블럭(60)의 내부에 형성된 수용공간(61)은 내부공간과 구분될 뿐만 아니라, 외부로부터 차단된다. 수용공간(61)에는 히터(65)가 설치되며, 히터(65)는 칸탈히터(kanthal heater)일 수 있다. 칸탈은 철을 주체로 하고 크롬-알루미늄 등이 합해진 합금으로, 높은 온도에 잘 견디며 전기저항력이 크다.
또한, 작업자는 히팅블럭덮개(68)를 열어 히터(65)에 접근할 수 있으며, 히터(65)들을 쉽게 유지보수할 수 있다. 이때, 수용공간(61)은 공정공간과 구분되므로, 상부설치공간에 설치된 히터(65)의 유지보수시 공정공간의 진공상태는 대기상태로 전환될 필요가 없으며, 단지 히팅블럭덮개(68)를 통해 대기상태인 수용공간(61)에 접근하여 유지보수가 가능하다.
히팅블럭(60)은 수용공간(61) 내부에 설치된 히터(65)에 의해 가열된다. 또한, 기판은 히팅블럭(60)과 서셉터(20)의 내부에 설치된 히터 중 어느 하나 또는 양자에 의해 가열될 수 있다. 즉, 기판은 서셉터(20)와 접촉하여 전도(conduction)를 통해 가열될 수 있으며, 히팅블럭(60)을 통해 복사(radiation)를 통해 가열될 수 있다. 전도는 접촉을 통해 열이 전달되므로, 서셉터(20)는 많은 열을 손쉽게 전달하여 기판을 가열할 수 있는 반면, 서셉터(20) 내부의 히터 위치에 따라 기판에 전달되는 열량이 달라지므로, 기판의 위치에 따른 가열편차가 불가피하다. 그러나, 복사는 전자기파를 통해 에너지를 전달하므로, 히팅블럭(60)은 많은 열을 전달할 수 없는 반면, 히팅블럭(60)은 히터(65)의 배치와 무관하게 기판의 가열편차를 최소화할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 상하부에 각각 배치된 히팅블럭(60) 및 서셉터(20)를 이용하여 기판(W) 상의 가열편차를 최소화할 수 있다.
서셉터(20) 및 히팅블럭(60)은 기판(W)과 대체로(substantially) 나란하게 배치된다. 또한, 서셉터(20) 및 히팅블럭(60)의 기판(W)과 대향되는 면들은 각각 기판(W)을 균일하게 가열하기 위해 기판(W) 면적보다 넓으며, 기판(W)의 형상과 대응되는 원형 디스크일 수 있다. 따라서, 기판(W)의 상하부에서 기판(W)을 가열하여 기판(W)에 대한 가열편차를 최소화하여 기판(W) 상의 공정 불균일의 원인 및 증착된 박막의 두께 편차 발생을 방지할 수 있다.
또한, 기판(W)의 상하부에서 기판(W)을 각각 가열함에 따라 기판(W)을 공정온도로 가열하는 시간을 단축할 수 있으며, 가열로 인한 기판의 변형(warpage)을 방지할 수 있다. 서셉터(20)를 통해 기판(W)의 하부면만을 가열할 경우, 기판(W)의 상부면과 하부면의 열팽창정도가 미세하게 달라 기판(W)의 변형 원인이 된다. 그러나, 기판(W)의 상부면과 하부면을 동시에 가열할 경우, 기판(W)의 변형을 방지할 수 있다.
또한, 챔버덮개(50)의 상부설치공간 외측에는 가스공급통로(70)가 형성된다. 가스공급통로(70)는 챔버덮개(50)에 형성되며, 통로(8)와 후술하는 공정공간(C) 사이에 배치된다. 가스공급통로(70)의 상단부에는 가스공급포트(80)가 설치되며, 공정가스공급관(83)은 가스공급포트(80)의 일측에 삽입설치되어 가스공급포트(80)를 통해 공정가스가 메인챔버(10)의 내부공간으로 공급된다. 공정가스공급관(83)은 공정가스저장탱크(88)와 연결되어 공정가스를 기판처리장치(1) 내부로 공급가능하며, 공정가스공급밸브(85)를 개폐하여 공정가스 투입량 조절이 가능하다. 또한, 가스공급포트(80)는 RPS(remote plasma system)(90)와 연결된 세정가스공급관(92)을 통해 챔버내부로 플라스마를 공급할 수 있다.
확산판(75)은 가스공급통로(70)의 하단부에 배치된다. 확산판(75)은 복수개의 확산홀(76)들이 구비되어 공정가스공급관(83)을 통해 공급된 공정가스를 메인챔버(10)의 내부공간을 향해 확산한다. 확산홀(76)들은 배기통로(45)를 향해 하향경사진 형상을 가지므로, 확산판(75)을 통해 공정공간으로 공급된 공정가스는 통로(8)의 반대 측에 형성된 배기통로(45)를 향해 흐른다. 배기통로(45)는 배기포트(46)를 통해 배기펌프(48)에 연결되어 공정공간 내부로 유입된 공정가스를 외부로 강제배출할 수 있다.
확산판(75)의 외측에는 보조가스노즐(30)이 설치된다. 보조가스노즐(30)은 제1 불활성가스저장탱크(33)로부터 공급받은 불활성가스를 내부공간을 향해 분사함으로써, 확산판(75)을 통해 유입되는 공정가스가 기판(W)을 향해 확산하도록 유도함과 동시에 공정가스가 통로(8)로 이동하는 것을 방지한다. 메인챔버(10)는 바닥면으로부터 함몰되어 서셉터(20)가 설치되는 하부설치공간(D)을 가진다. 하부설치공간(D)에는 서셉터(20) 및 서셉터(20)의 둘레를 따라 노즐링(35)이 설치된다. 노즐링(35)은 서셉터(20)와 챔버본체(10) 바닥면 사이에 설치되며, 서셉터(20)와 챔버본체(10) 바닥면 사이의 틈으로 공정가스가 침투하는 것을 방지하기 위해 불활성가스를 분사한다. 노즐링(35)은 보조가스노즐(30)과 마찬가지로 제2 불활성가스저장탱크(38)로부터 불활성가스를 공급받아 상부를 향해 불활성가스를 분사한다.
플로우가이드(40)는 서셉터(20)의 외측에 배치되어 가스공급통로(70)로부터 배기통로(45)를 향해 공정가스의 흐름을 안내한다. 즉, 본 발명은 공정가스공급관(83)이 기판(W)의 외측에 설치되어 공정가스가 기판(W)을 통과하면서 증착공정이 가능하다. 이어지는 도 2 및 도 3을 통해 공정 진행 상태에서의 공정가스 흐름 및 플로우가이드(40)를 통한 공정가스의 유동을 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 기판처리장치가 공정 진행 상태에서 공정가스의 흐름을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시한 공정공간에 형성된 공정가스의 유동을 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 메인챔버(10)의 내부공간은 게이트를 통해 기판(W)이 내부로 진입하는 통로(8)가 위치하는 통로공간(A), 통로(8)와 서셉터(20) 사이에 배치되어 가스공급통로(70)가 위치하는 확산공간(B), 서셉터(20)의 상부에 위치하여 기판(W)에 대한 공정이 이루어지는 공정공간(C) 및 공정공간(C)의 하부에 위치하여 서셉터 및 노즐링이 설치되는 하부설치공간(D)으로 구획할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 가스공급통로(70)의 반대편에는 배기통로(45)가 형성되어, 배기통로(45)에 연결된 배기펌프(48)에 의해 펌핑되어 공정가스는 배기통로(45)를 향해 유동된다. 이를 더 보완하기 위해, 통로구간(A) 상에는 보조가스노즐(30)이 설치되어 확산판(75)을 통해 확산구간(B)으로 유입된 공정가스를 공정구간(C)을 향해 유동가능하도록 불활성가스를 분사한다. 따라서, 확산구간(B)을 향해 유입된 공정가스는 기판(W)을 가로질러 배기통로(45)를 향해 유동된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가스공급통로(70)를 통해 공급된 공정가스는 확산판(75)에 형성된 복수개의 확산홀(76)들에 의해 확산되어 공정공간을 향해 확산된다. 이때, 가스공급통로(70)의 하단(또는 확산판(75))은 메인챔버(10)의 바닥면 상부에 위치하며, 공정가스는 확산판(75)을 통해 배출되어 1차로 확산된 후, 메인챔버(10)의 바닥면과 충돌한 후 공정가스 자체의 운동에너지를 통해 2차로 확산된다. 확산된 공정가스는 공정공간(C)을 향해 이동한다. 따라서, 공정가스는 충분히 확산된 상태에서 공정공간(C)으로 이동하며, 가스공급통로(70)의 위치에 관계없이 기판(W)의 중앙부와 가장자리부(플로우가이드(40)와 인접한 부분) 모두 균일한 공정이 이루어질 수 있다.
확산판(75)의 형상은 서셉터(20)와 동심인 원호 형상을 가지며, 확산판(75)의 외측에 설치되는 보조분사노즐(30) 또한 확산판(75)과 대응되는 원호 형상을 가질 수 있다. 확산판(75) 및 확산판(75)이 설치되는 가스공급통로(70)의 폭(E)은 기판(W)의 직경과 대체로 일치하여 공정가스를 기판(W)을 향해 확산할 수 있다. 보조분사노즐(30)에서 불활성가스를 상부로 분사함으로써 확산판(75)을 통해 유입된 공정가스가 통로(8) 측을 향해 유동하는 것을 차단함으로써 대부분의 공정가스가 기판(W)에 대한 공정에 사용되도록 한다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 서셉터(20)와 메인챔버(10) 사이의 공간에 공정가스의 유입을 방지하도록 서셉터(20)의 둘레를 감싸도록 노즐링(35)을 설치하여 노즐링(35)에 형성된 복수개의 제2 분사홀(36)들을 통해 불활성가스를 공정공간을 향해 분사한다. 따라서, 확산판(75)을 통해 공급된 대부분의 공정가스들은 기판(W)에 대한 공정에 사용될 수 있다.
다시 말해, 확산판(75)을 통해 유입된 공정가스는 배기통로(45)에 연결된 배기펌프(48)에 의해 펌핑되어 배기통로(45)를 향해 유동된다. 일반적으로 기판(W)에 대한 공정이 이루어지는 기판처리장치(1)는 기판(W)의 형상과 대응되는 공정공간을 가진다. 기판(W)은 원형 디스크 형상을 가지므로 공정공간 또한 기판(W)과 대응되는 원형 디스크 형상을 가진다. 공정공간이 원형 디스크 형상을 가지므로 공정가스가 기판(W)과 반응하지 않는 공간 또한 발생한다.
이를 보완하기 위해 기판(W)과 반응하지 않는 공간의 감소 및 공정가스가 배기통로(45)를 향해 원활히 이동을 안내하기 위해 플로우가이드(40)가 설치된다. 공정가스는 배기통로(45)를 향해 이동하므로 공정가스가 기판(W)의 표면에 균일하게 분포시키기 위해서는 공정가스가 기판(W) 상에 균일하게 반응할 수 있도록 안내하는 것이 필요하다. 따라서, 플로우가이드(40)는 메인챔버(10)에 설치되어 노즐링(35)의 외측에 배치되며, 기판(W)과 반응하지 않는 공간을 줄이는 직선가이드부(42) 및 공정가스가 배기통로(45)를 향해 균일한 이동을 안내하는 복수의 가이드홀(43)들을 가지는 원형가이드부(44)를 포함한다.
원형가이드부(44)는 확산판(75)의 반대편에 설치되며, 인접한 노즐링(35)과 대응되는 원호형상을 가진다. 원형가이드부(44)는 기설정된 간격으로 복수개의 가이드홀(43)들이 형성되어 확산판(75)을 통해 유입된 공정가스가 기판(W)을 향해 균일하게 유동하도록 안내한다.
직선가이드부(42)는 원형가이드부(44)와 연결되어 서셉터(20)의 양측에 배치된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 직선가이드부(42)는 가스공급통로(70)의 중심과 배기통로(45)(또는 배출구(46a))의 중심을 연결한 직선(L)과 나란하게 배치된 가이드면(41)을 가지며, 직선가이드부(42)는 확산판(75)으로부터 원형가이드부(44)를 향해 서로 나란한 직선방향의 유동이 형성되도록 안내한다. 또한, 직선가이드부(42)를 통해 공정공간(C)의 부피를 축소하여 공정가스와 기판(W)의 반응성을 높이고 공정가스의 소모를 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 기판(W)의 외측에서 공정가스를 공급하여 증착공정을 진행한다. 따라서, 최근 기판(W)이 점차 거대화되어 공정가스를 기판(W)의 상부에서 공급하는 한계를 극복할 수 있다. 또한, 기판(W)의 상하부에 각각 배치된 히팅블럭(60) 및 서셉터(20)를 이용하여 기판(W)을 가열하므로 온도구배를 제어하여 기판(W)의 휨현상(warpage)을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 플로우가이드(40)를 메인챔버(10)에 설치하여 실질적으로 기판(W)에 대한 공정이 이루어지는 공정공간을 줄이고, 기판(W) 상의 공정가스를 균일하게 안내함으로써 기판(W)의 중심부와 가장자리부의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 다양한 형태의 반도체 제조설비 및 제조방법에 응용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 상부가 개방된 형상을 가지는 메인챔버;
    상기 메인챔버 내부에 설치되며, 기판이 놓여지는 서셉터;
    상기 메인챔버의 개방된 상부에 설치되며, 상기 서셉터의 상부에 위치하는 상부설치공간과 상기 상부설치공간의 외측에 배치되는 가스공급통로를 가지는 챔버덮개;
    상기 상부설치공간에 설치되며, 상기 기판을 가열하는 히팅블럭; 및
    상기 가스공급통로와 연결되어 상기 메인챔버의 내부에 공정가스를 공급하는 가스공급포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인챔버는 일측에 형성되어 상기 기판이 출입하는 통로를 가지며,
    상기 기판처리장치는 상기 서셉터와 인접한 상기 통로의 일측에 설치되어 불활성가스를 분사하는 보조가스노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는,
    상기 가스공급통로의 하단부에 설치되며, 상기 가스공급포트를 통해 공급된 상기 공정가스를 확산하는 확산판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스공급통로 및 상기 확산판은 상기 서셉터와 동심인 원호 형상이며,
    상기 가스공급통로 및 상기 확산판의 폭은 상기 기판의 직경과 대체로 일치하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 메인챔버는 바닥면으로부터 함몰되어 상기 서셉터가 수용되는 하부설치공간을 가지며,
    상기 기판처리장치는 상기 서셉터를 감싸도록 배치되어 상기 하부설치공간 내에 수용되며, 상부를 향해 불활성가스를 분사하는 노즐링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인챔버는 상기 가스공급통로의 반대편에 형성된 배기통로를 가지며,
    상기 기판처리장치는,
    상기 서셉터의 외측에 배치되며, 상기 가스공급통로로부터 공급된 상기 공정가스를 상기 배기통로를 향해 안내하는 플로우가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플로우가이드는,
    상기 서셉터와 동심인 원호 형상이며, 상기 공정가스가 통과하는 복수의 가이드홀들을 가지는 원형가이드부; 및
    상기 원형가이드부의 양측에 연결되어 상기 서셉터의 양측에 배치되며, 상기 가스공급통로의 중심과 상기 배기통로의 중심을 연결하는 직선과 대체로 나란한 가이드면을 가지는 직선가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 메인챔버는 바닥면으로부터 함몰되어 상기 서셉터가 수용되는 하부설치공간을 가지며,
    상기 가스공급통로는 상기 하부설치공간의 외측에 위치하는 상기 메인챔버의 바닥면의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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