WO2015137611A1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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WO2015137611A1
WO2015137611A1 PCT/KR2014/012594 KR2014012594W WO2015137611A1 WO 2015137611 A1 WO2015137611 A1 WO 2015137611A1 KR 2014012594 W KR2014012594 W KR 2014012594W WO 2015137611 A1 WO2015137611 A1 WO 2015137611A1
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WO
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exhaust
reaction
pumping
substrate
holes
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Application number
PCT/KR2014/012594
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English (en)
French (fr)
Inventor
신동화
김슬기
김광수
방홍주
Original Assignee
국제엘렉트릭코리아 주식회사
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C23C16/45551—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction for relative movement of the substrate and the gas injectors or half-reaction reactor compartments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus capable of minimizing gas stagnation by multidirectional exhaust of gas injected into a substrate.
  • the reaction product of two or more gases in one system is used to react with the precursor, temperature, pressure, and gas rate. Control of gas ratio, reaction time and uniform gas supply is very important.
  • gas is supplied by adjusting the size, the number of the holes of the showerhead / nozzle, the number of slots, and the distance from the substrate.
  • it is difficult and very limited to control the deviation of the concentration due to gas stagnation in the reaction space of a single echo exhaust type.
  • gas phase reaction and adsorption due to accelerated decomposition of precursor when changing hole pattern, position and shouhead, and volume inside nozzle It was difficult to control the concentration variation due to the characteristic change, and thus it was difficult to ensure uniform quality due to the composition of the depression, step coverage, loading effect, and film.
  • a process chamber having a lower chamber having an upper opening and an upper chamber closing an open upper portion of the lower chamber;
  • a support member installed in the lower chamber and having a plurality of substrates disposed on the same plane;
  • Exhaust members provided on a bottom surface of the upper chamber opposite the support member and extending radially from a center of the upper chamber;
  • Fan-shaped reaction cells provided on a bottom surface of the upper chamber and having reaction spaces defined by the exhaust members;
  • a showerhead unit installed in the reaction cell to supply a processing gas onto a substrate;
  • the exhaust member includes first side exhaust holes formed in a side surface, and the reaction cell includes second side exhaust holes formed in an arc of a fan shape, and exhaust flows in all directions from the center of the reaction space. It is to provide a substrate processing apparatus that is formed.
  • a ring shaped pumping baffle surrounding the edge of the support member and receiving vacuum pressure through the exhaust pipe;
  • the pumping baffle may transmit a vacuum pressure to the exhaust member and the reaction cell.
  • the pumping baffle may include first pumping holes and second pumping holes on an upper surface thereof, and the exhaust member may include the first pumping hole on a bottom surface of the pumping baffle to provide a vacuum pressure of the pumping baffle to the first side exhaust hole. And a first docking hole connected to the reaction cell, and the reaction cell may include a second docking hole connected to the second pumping hole on a bottom surface thereof so that a vacuum pressure of the pumping baffle is provided to the second side exhaust hole. .
  • first side exhaust holes and the second side exhaust holes may be provided on the same line.
  • the showerhead unit may rotate and spray the processing gas onto the substrate.
  • reaction cell may further include a plurality of third exhaust holes formed on the same circumference of the shower head unit.
  • the shower head unit may include a shaft installed through the upper chamber; It may include an injection unit connected to the shaft, having injection holes for injecting a processing gas to the substrate.
  • the injection unit may further include: a top plate connected to the shaft and having a first through hole formed at a center thereof to receive a processing gas from a gas supply pipe installed at the shaft; A bottom plate disposed below the top plate, the bottom plate having a central flow path connected to the first through hole, and a slot formed radially at the center in the central flow path; And a middle plate detachably installed at the slots formed in the bottom plate, the middle plate having a plurality of injection holes at a bottom surface thereof, and connecting grooves connected to one end of the central flow path at one side thereof to receive a processing gas. It may include.
  • the shower head unit includes a rotation drive for rotating the shaft; And an elevating driving unit configured to elevate and drive the shaft.
  • the exhaust member may have a rod shape, and the first side exhaust holes may be formed at both side surfaces facing the reaction space.
  • the exhaust gas is uniformly exhausted in multiple directions through the first side exhaust holes of the exhaust members and the second side exhaust holes of the reaction cell, thereby minimizing gas congestion, thereby ensuring a uniform thin film. It has a special effect that can be done.
  • the middle plate may be replaced according to the characteristics of the process gas.
  • the distance between the substrate and the shower head unit can be adjusted to have a special effect of ensuring a uniform thin film.
  • FIG. 1 is a view for explaining a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the substrate processing apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view illustrating main parts of FIG. 1.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the injection unit.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 1 is a view for explaining a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the substrate processing apparatus shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view illustrating main parts of FIG. 1.
  • a substrate processing apparatus 10 includes a process chamber 100, a substrate susceptor 200 as a support member, and a pumping baffle ( 300, exhaust members 400, reaction cells 500, and a shower head unit 600.
  • the process chamber 100 is composed of an upper chamber 120 and a lower chamber 110.
  • the lower chamber 110 has a substrate susceptor 200 on which substrates are seated at an inner lower end thereof.
  • the lower chamber 110 has an upper surface open, and the lower chamber 110 has an upper chamber 120 disposed at a side wall edge. That is, the inner space of the process chamber 100 is coupled to the upper chamber 120 and the lower chamber 110 is sealed from the outside.
  • Process chamber 100 is provided with an entrance (not shown) on one side. The entrance and exit are made to enter and exit the substrate (W) during the process.
  • the substrate susceptor 200 is installed in the interior space of the process chamber 100.
  • the substrate susceptor 200 is a batch type in which a plurality of substrates are placed.
  • the stage 212 provided in the substrate susceptor 200 may have a circular shape similar to that of the substrate.
  • the substrate susceptor 200 has a disc shape in which six stages 212 are formed on which the substrates W are placed.
  • the stages 212 are arranged at 60 degree intervals on concentric circles about the center of the substrate susceptor 200.
  • the substrate susceptor having six stages is illustrated and described as an example. However, the number of stages of the substrate susceptor 200 may be less than six or six or more.
  • each stage 212 of the support member 200 may be provided with a heater 270 for heating the seated substrate (W).
  • the heater 270 heats the substrate to raise the temperature of the substrate W to a preset temperature (process temperature).
  • the substrate susceptor 200 may be rotated by the driver 290 connected to the rotation shaft 280.
  • the driving unit 290 for rotating the substrate susceptor 200 preferably uses a stepping motor provided with an encoder capable of controlling the rotation speed and the rotation speed of the driving motor.
  • the substrate susceptor 200 may be provided with a plurality of lift pins (not shown) for lifting and lowering the substrate W at each stage.
  • the lift pins lift and lower the substrate W to space the substrate W away from the stage of the substrate susceptor 200 or to rest on the stage.
  • the pumping baffle 300 is provided in a ring shape surrounding the edge of the substrate susceptor 200.
  • the pumping baffle 300 receives the vacuum pressure through the exhaust pipe 310 and transmits the vacuum pressure to the exhaust members 400 and the reaction cells 500.
  • the pumping baffle 300 has first pumping holes 302 and second pumping holes 304 on an upper surface thereof.
  • exhaust members 400 and reaction cells 500 are provided on a bottom surface of the upper chamber 120.
  • the exhaust members 400 are disposed radially from the center of the upper chamber 120 on the bottom of the upper chamber 120 facing the substrate susceptor 200. Exhaust members 400 are detachably installed on the bottom of the upper chamber. For example, the exhaust members 400 are disposed at a 90-degree interval on the center of the upper chamber 120 at a concentricity, and the fan-shaped reaction cells 500-partitioned at 90-degree intervals between the exhaust members 400. 1,500-2,500-3,500-4) are arranged. For example, four reaction cells 500-1, 500-2, 500-3, 500-4 may be installed on the bottom surface of the upper chamber in an integrated or separate type.
  • the exhaust member 400 has a rod shape, and both side surfaces thereof are provided with first side exhaust holes 410 along the length direction, and a first docking hole 420 is provided at an end bottom thereof.
  • the first docking hole 420 and the first side exhaust hole 410 are connected through a flow path (not shown) formed therein.
  • the first docking hole 420 is connected to the first pumping hole 302 of the pumping baffle 300. That is, the vacuum pressure provided to the pumping baffle is provided to the first side exhaust holes 410 through the first pumping hole 302 and the first docking hole 420.
  • the four reaction cells 500-1,500-2,500-3,500-4 provide reaction spaces partitioned by the exhaust members 400, and the four reaction cells 500-1,500-2,500-3,500-4 are generally It has a disc shape, and each can be provided in a fan shape partitioned at 90 degree intervals.
  • second side exhaust holes 510 are formed in the circumferential direction on the inner side of the fan portion 508.
  • the arc portion 508 of the reaction cell is formed to be stepped vertically downward.
  • the reaction space is provided in a fan shape by the arc portion 508 and the exhaust members 400 of the reaction cells 500-1, 500-2, 500-3, 500-4.
  • the inner surface of the arc portion 508 means a side facing the reaction space.
  • the reaction cells 500-1, 500-2, 500-3, 500-4 are connected to the second pumping hole 304 at the bottom thereof so that the vacuum pressure of the pumping baffle 300 is provided to the second side exhaust holes 510.
  • Two docking holes 520 are provided. That is, the vacuum pressure provided to the pumping baffle 300 may be provided to the second side exhaust holes 510 through the second pumping hole 304 and the second docking hole 520.
  • a showerhead unit 600 is installed in the first reaction cell 500-1 of the four reaction cells to inject the first process gas corresponding to the precursor gas while the third reaction cell 500-3 is rotated.
  • a rod-type injection nozzle 700 for injecting a second process gas, which is a reactant gas, may be installed.
  • the first reaction cell 500-1 is provided with a mounting part 580 for mounting the shower head unit 600, and a plurality of third exhaust holes 590 are formed on the same circumference surrounding the mounting part 580.
  • the third exhaust holes 590 are connected to the second docking hole 520 of the reaction cell 500-1.
  • the four reaction cells 500-1,500-2,500-3,500-4 have a fan-shaped shape with a 90 degree interval, but the present invention is not limited thereto, and the exhaust members 400 are installed according to the process purpose or characteristics. Depending on the angle, it may be configured at intervals of 45 degrees or 180 degrees, and the size of the reaction induction unit may be configured differently according to the shape of the process chamber.
  • a central nozzle unit 800 is installed at the center of the upper chamber 120.
  • the central nozzle unit 800 independently sprays the purge gas supplied from the supply member (not shown) to each of the second reaction cell 500-2 and the fourth reaction cell 500-4 disposed to face each other. That is, the central nozzle unit 800 has injection holes 810 for supplying the purge gas to the reaction cells 500-2 and 500-4 are formed on the side surfaces thereof.
  • the injection holes 810 of the central nozzle unit 800 may be configured in various ways such as horizontal slim or porous.
  • the injection holes 810 of the central nozzle unit 800 may be configured as a single layer or a plurality of layers.
  • the injection holes 810 of the central nozzle unit 800 may have an inclined injection angle so that gas is radially injected.
  • the second reaction gas is shown and described as being supplied to the third reaction cell 500-3 through the rod-type injection nozzle 700, the rod-type injection nozzle is omitted if necessary, and the central nozzle unit 800 is provided.
  • the second process gas may be supplied to the reaction space of the third reaction cell 500-3.
  • the shower head unit 600 rotates to inject the processing gas onto the substrate.
  • the shower head unit 600 may include a rotary injection unit 650, a shaft 620, a rotation driver 630 for rotating the shaft 620, and a lift driver 640 for elevating and driving the shaft.
  • the injection unit 650 may adjust the distance from the substrate by the lifting driver 640, and may minimize the gas concentration variation in the reaction space by adjusting the rotation speed by the rotation driving unit 630.
  • the shaft 620 is installed through the upper chamber 120.
  • the injection part 650 is connected to the shaft 620 and is installed in the mounting part 580 of the first reaction cell 500-1.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the injection unit.
  • the injection portion 650 includes a top plate 652, a bottom plate 656 and a middle plate 662.
  • the top plate 652 is a circular plate shape It is provided as, is connected to the shaft 620, the center is formed with a first through-hole 654 to receive the processing gas from the gas supply pipe installed in the shaft 620.
  • the bottom plate 656 is installed to be stacked below the top plate 652.
  • the bottom plate 656 has a central flow path 658 connected to the first through hole 654 and slots 660 radially formed at the center in the central flow path 658.
  • the middle plate 662 is detachably installed in the slots 660 formed in the bottom plate 656.
  • the middle plate 662 has a rod shape having a plurality of the injection holes 664 on the bottom surface and connection grooves 666 connected to the ends of the central flow path 658 on one side to receive the processing gas.
  • the substrate processing apparatus may include a gas supply unit for supplying a corresponding gas to each of the showerhead unit 600, the central nozzle unit 800, and the rod-shaped injection nozzle 700.
  • the thin arrows show the gas supply and the thick arrows show the gas exhaust.
  • a first process gas that is a precursor gas is injected in the shower head unit 600 installed in the first reaction cell 500-1.
  • the gas by-products reacted in the reaction space may include the first side exhaust holes 410 of the exhaust members 400, the second side exhaust holes 510 of the reaction cell 500-1, and the third exhaust hole.
  • the gas condensation may be minimized by uniformly exhausting the air in the plurality of directions 590.
  • the purge gas is injected through the central nozzle unit 800 into the reaction spaces of the second and fourth reaction cells 500-2 and 500-4. Gas exhaust from the reaction spaces of the second and fourth reaction cells 500-2 and 500-4 is performed by the first side exhaust holes 410 of the exhaust members 400 and the second side of the reaction cells 500-2 and 500-4.
  • the exhaust holes 510 are uniformly exhausted in multiple directions.
  • the second process gas is supplied to the reaction space of the third reaction cell 500-3 through the rod-shaped injection nozzle 700.
  • exhaust of the reaction space of the third reaction cell 500-3 is also performed through the first side exhaust holes 410 of the exhaust members 400 and the second side exhaust holes 510 of the reaction cell 500-3. It is exhausted uniformly in many directions.

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 본 발명의 기판 처리 장치는 상부가 개방된 하부챔버 및 상기 하부챔버의 개방된 상부를 폐쇄하는 상부챔버를 갖는 공정 챔버; 상기 하부 챔버 내에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지는 지지부재; 상기 지지부재와 대향되는 상기 상부 챔버의 저면에 제공되며, 상기 상부 챔버의 중심으로부터 방사상으로 뻗은 배기부재들; 상기 상부 챔버의 저면에 제공되며, 상기 배기부재들에 의해 구획된 반응공간들을 갖는 부채꼴 모양의 반응셀들; 상기 반응셀에 설치되어 기판상으로 처리가스를 공급하는 샤워헤드 유닛을 포함하되; 상기 배기부재는 측면에 형성되는 제1사이드 배기홀들을 포함하고, 상기 반응셀은 부채꼴의 호(弧)부분에 형성되는 제2사이드 배기홀들을 포함하여, 상기 반응공간의 중심으로부터 사방으로 배기흐름이 형성될 수 있다.

Description

기판 처리 장치
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 기판으로 분사하는 가스의 다방향 배기로 가스의 정체를 최소화할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 증착 과정에 증착 막질의 형성도(conformability)를 개선하기 위해서 하나의 시스템 내에서 두 가지 이상의 가스의 반응 생성물을 이용하여 전구체(precursor)와 반응 증착시 온도, 압력, 가스율(Gas Ratio), 반응 시간(Reaction Time), 균일한 가스 공급 등의 제어는 매우 중요하다.
특히, 균일한 가스의 공급을 하기 위하여 샤워헤드(Showerhead)/노즐(Nozzle)의 홀(Hole), 슬롯(Slit)의 크기, 개수 및 기판과의 거리를 조절하여 가스를 공급한다. 하지만, 단반향 배기형태의 반응 공간에서는 가스 정체로 인한 농도(Concentration)의 편차 조절이 어렵고 매우 제한적이다. 특히,전구체(Precursor)의 경우 종류에 따라 홀 패턴(Hole Pattern), 위치(Position) 및 샤우헤드, 노즐 내부 볼륨(Volume) 변경시 전구체의 분해(Decomposition) 가속화로 인한 기상반응 및 흡착(Adsorption) 특성 변화에 의한 농도 편차 조절이 난이하여 디프레션(Depression), 단차도포성(Step Coverage), 로딩 이펙트(loading Effect), 막(Film)의 조성 변화로 균일한 품질 확보가 어려웠다.
본 발명의 목적은 다방향 배기를 통한 가스 정체를 최소화할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부가 개방된 하부챔버 및 상기 하부챔버의 개방된 상부를 폐쇄하는 상부챔버를 갖는 공정 챔버; 상기 하부 챔버 내에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지는 지지부재; 상기 지지부재와 대향되는 상기 상부 챔버의 저면에 제공되며, 상기 상부 챔버의 중심으로부터 방사상으로 뻗은 배기부재들; 상기 상부 챔버의 저면에 제공되며, 상기 배기부재들에 의해 구획된 반응공간들을 갖는 부채꼴 모양의 반응셀들; 상기 반응셀에 설치되어 기판상으로 처리가스를 공급하는 샤워헤드 유닛을 포함하되; 상기 배기부재는 측면에 형성되는 제1사이드 배기홀들을 포함하고, 상기 반응셀은 부채꼴의 호(弧)부분에 형성되는 제2사이드 배기홀들을 포함하여, 상기 반응공간의 중심으로부터 사방으로 배기흐름이 형성되는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 상기 지지부재의 가장자리를 둘러싸는 그리고 배기관을 통해 진공압을 제공받는 링 형상의 펌핑 배플을 포함하고; 상기 펌핑 배플은 상기 배기부재와 상기 반응셀로 진공압이 전달할 수 있다.
또한, 상기 펌핑 배플은 상면에 제1펌핑홀들과, 제2펌핑홀들을 포함하고, 상기 배기부재는 상기 펌핑 배플의 진공압이 상기 제1사이드 배기홀에 제공되도록 저면에 상기 제1펌핑홀과 연결되는 제1도킹홀을 포함하며, 상기 반응셀은 상기 펌핑 배플의 진공압이 상기 제2사이드 배기홀에 제공되도록 저면에 상기 제2펌핑홀과 연결되는 제2도킹홀을 포함할 수 있다.
또한, 제1사이드 배기홀들과 상기 제2사이드 배기홀들은 동일선상에 제공될 수 있다.
또한, 상기 샤워헤드 유닛은 회전하면서 처리가스를 기판상으로 분사할 수 있다.
또한, 상기 반응셀은 상기 샤워헤드 유닛을 둘러싸는 동일 원주상에 형성되는 복수의 제3배기홀들을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 샤워헤드 유닛은 상기 상부 챔버를 관통하여 설치되는 샤프트; 상기 샤프트에 연결되고, 기판으로 처리가스를 분사하는 분사홀들을 갖는 분사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사부는 상기 샤프트에 연결되고, 중앙에는 상기 샤프트에 설치된 가스공급관으로부터 처리가스를 공급받는 제1관통홀이 형성된 탑 플레이트; 상기 탑 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 상기 제1관통홀과 연결되는 중앙 유로와, 상기 중앙 유로에서 중앙에서 방사상으로 형성된 슬롯들을 갖는 바텀 플레이트; 및 상기 바텀 플레이트에 형성된 상기 슬롯들에 탈부착 가능하게 설치되며, 바닥면에 다수의 상기 분사홀들과, 일측면에 상기 중앙 유로의 끝단과 연결되어 처리 가스를 제공받는 연결홈들을 갖는 미들 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 샤워헤드 유닛은 상기 샤프트를 회전시키는 회전 구동부; 및 상기 샤프트를 승강 구동시키는 승강 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기부재는 막대 형상으로 이루어지고, 상기 제1사이드 배기홀들은 상기 반응공간과 마주하는 양측면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 배기가스가 배기부재들의 제1사이드 배기홀들 및 반응셀의 제2사이드 배기홀들을 통해 다방향으로 균일하게 배기됨으로써 가스 정체를 최소화할 수 있어 균일한 박막을 확보할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 의하면, 공정 가스의 특성에 따라 미들 플레이트의 교체가 가능하다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판과 샤워헤드 유닛 간의 간격 조절이 가능하여 균일한 박막을 확보할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 요부 확대도이다.
도 4는 상부 챔버의 저면도이다.
도 5는 분사부의 분해 사시도이다.
도 6은 상부 챔버에서의 가스 흐름을 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 요부 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(process chamber)(100), 지지부재(support member)인 기판 서셉터(200), 펌핑 배플(300), 배기부재(400)들, 반응셀(500)들 그리고 샤워헤드 유닛(600)을 포함한다.
공정 챔버(100)는 상부 챔버(120) 및 하부 챔버(110)로 구성된다. 하부 챔버(110)는 내부 하단부에 기판들이 안착되는 기판 서셉터(200)가 배치된다. 하부 챔버(110)는 상부면이 개방되고, 하부 챔버(110)는 측벽 테두리에 상부 챔버(120)가 놓여진다. 즉, 공정 챔버(100)의 내부 공간은 상부 챔버(120) 및 하부 챔버(110)가 결합되어 외부로부터 밀폐된다. 공정 챔버(100)는 일측에 출입구(미도시됨)가 제공된다. 출입구는 공정 진행시 기판(W)들의 출입이 이루어진다.
기판 서셉터(200)는 공정 챔버(100)의 내부 공간에 설치된다. 기판 서셉터(200)는 복수개의 기판들이 놓여지는 배치 타입으로 이루어진다. 기판 서셉터(200)에 구비된 스테이지(212)는 기판의 형상과 유사한 원형으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 기판 서셉터(200)는 상부면에 기판(W)들이 놓여지는 6개의 스테이지(212)들이 형성된 원판형상으로 이루어진다. 스테이지(212)는 기판 서셉터(200)의 중앙을 중심으로 동심원상에 60도 간격으로 배치된다. 본 실시예에서는 6개의 스테이지를 갖는 기판 서셉터를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 기판 서셉터(200)는 스테이지의 개수는 6개보다 적거나 또는 6개 이상이 적용될 수 있다.
또한, 지지부재(200)의 각 스테이지(212)에는 안착된 기판(W)을 가열하는 히터(270)가 구비될 수 있다. 히터)270)는 기판(W)의 온도를 기 설정된 온도(공정 온도)로 상승시키기 위해 기판을 가열한다.
기판 서셉터(200)는 회전축(280)과 연결된 구동부(290)에 의해 회전될 수 있다. 기판 서셉터(200)를 회전시키는 구동부(290)는 구동모터의 회전수와 회전속도를 제어할 수 있는 엔코더가 설치된 스텝핑 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
도시하지 않았지만, 기판 서셉터(200)는 각각의 스테이지에서 기판(W)을 승강 및 하강시키는 복수의 리프트 핀(미도시됨)이 구비될 수 있다. 리프트 핀은 기판(W)을 승하강함으로써, 기판(W)을 기판 서셉터(200)의 스테이지로부터 이격시키거나, 스테이지에 안착시킨다.
펌핑 배플(300)은 기판 서셉터(200)의 가장자리를 둘러싸는 링 형상으로 제공된다. 펌핑 배플(300)은 배기관(310)을 통해 진공압을 제공받아 배기부재(400)들과 반응셀(500)들로 진공압을 전달한다. 이를 위해, 펌핑 배플(300)는 상면에 제1펌핑홀(302)들과, 제2펌핑홀(304)들을 갖는다.
도 4는 상부 챔버의 저면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상부 챔버(120)의 저면에는 배기부재(400)들과 반응셀(500)들이 제공된다.
배기부재(400)들은 기판 서셉터(200)와 대향되는 상부 챔버(120)의 저면에 상부 챔버(120)의 중심으로부터 방사상으로 배치된다. 배기부재(400)들은 탈부착 가능하게 상부 챔버 저면에 설치된다. 일 예로, 배기부재(400)들은 상부 챔버(120) 중앙을 중심으로 동심원상에 90도 간격으로 배치되고, 배기부재(400)들 사이에는 90도 간격으로 구획된 부채꼴 모양의 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)들이 배치된다. 일 예로, 4개의 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)은 일체형 또는 분리형으로 상부 챔버의 저면에 설치될 수 있다.
배기부재(400)는 막대 형상으로 이루어지고, 양측면에는 길이방향을 따라 제1사이드 배기홀(410)들이 제공되며, 끝단 저면에는 제1도킹홀(420)이 제공된다. 제1도킹홀(420)과 제1사이드 배기홀(410)들은 내부에 형성된 유로(미도시됨)를 통해 연결된다. 제1도킹홀(420)은 펌핑 배플(300)의 제1펌핑홀(302)과 연결된다. 즉, 펌핑 배플로 제공되는 진공압은 제1펌핑홀(302)과 제1도킹홀(420)을 통해 제1사이드 배기홀(410)들로 제공된다.
4개의 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)은 배기부재(400)들에 의해 구획된 반응공간들을 제공하는 것으로, 4개의 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)들은 전체적으로 원반형상을 갖고, 각각은 90도 간격으로 구획된 부채꼴 모양으로 제공될 수 있다.
반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4) 각각은 부채꼴의 호(弧)부분(508)의 내측면에 제2사이드 배기홀(510)들이 원주 방향을 따라 형성된다. 반응셀의 호부분(508)은 수직 하방으로 단차지게 형성된다. 반응공간은 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)의 호부분(508)과 배기부재(400)들에 의해 부채꼴 모양으로 제공된다. 여기서, 호부분(508)의 내측면은 반응공간과 대향되는 측면을 의미한다. 한편, 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)들은 펌핑 배플(300)의 진공압이 제2사이드 배기홀(510)들에 제공되도록 저면에 제2펌핑홀(304)과 연결되는 제2도킹홀(520)이 제공된다. 즉, 펌핑 배플(300)로 제공되는 진공압은 제2펌핑홀(304)과 제2도킹홀(520)을 통해 제2사이드 배기홀(510)들로 제공될 수 있다.
한편, 4개의 반응셀 중에서 첫번째 반응셀(500-1)에는 회전하면서 전구체(Precursor) 가스에 해당되는 제1공정가스를 분사하는 샤워헤드 유닛(600)이 설치되고, 세번째 반응셀(500-3)에는 반응(reactant)가스인 제2공정가스를 분사하는 막대형 분사노즐(700)이 설치될 수 있다. 첫번째 반응셀(500-1)에는 샤워헤드 유닛(600) 장착을 위한 장착부(580)가 제공되며, 그 장착부(580)를 둘러싸는 동일 원주상에는 복수의 제3배기홀(590)들이 형성된다. 제3배기홀(590)들은 반응셀(500-1)의 제2도킹홀(520)과 연결된다.
예컨대, 4개의 반응셀(500-1,500-2,500-3,500-4)들은 90도 간격의 부채꼴 형상을 하고 있으나, 본 발명은 이에 국한되는 것이 아니며 공정 목적이나 특성에 따라 그리고 배기부재(400)들의 설치 각도에 따라 45도 간격 또는 180도 간격으로 구성할 수도 있으며, 공정 챔버 형태에 따라 반응 유도 유닛 크기, 형태 및 설치 위치를 달리 구성할 수도 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상부 챔버(120)의 중앙에는 중앙 노즐부(800)가 설치된다. 중앙 노즐부(800)는 공급부재(미도시됨)로부터 공급받은 퍼지가스를 서로 대향되게 배치된 두번째 반응셀(500-2)과 네번째 반응셀(500-4) 각각에 독립 분사한다. 즉, 중앙 노즐부(800)는 반응셀(500-2,500-4)로 퍼지 가스를 공급하기 위한 분사구(810)들이 측면에 형성된다.
일 예로, 중앙 노즐부(800)의 분사구(810)들은 가로 슬림형 또는 다공형 등으로 다양하게 구성할 수 있다. 또한, 중앙 노즐부(800)의 분사구(810)들은 단층 또는 복층으로 구성할 수 있다. 또한 중앙 노즐부(800)의 분사구(810)들은 방사형으로 가스가 분사되도록 경사진 분사각도를 가질 수 있다. 세번째 반응셀(500-3)에는 막대형 분사노즐(700)을 통해 제2공정가스가 공급되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 필요에 따라서는 막대형 분사노즐을 생략하고, 중앙 노즐부(800)가 세번째 반응셀(500-3)의 반응공간으로 제2공정가스를 공급하도록 형성할 수 있다.
샤워헤드 유닛(600)은 회전하면서 처리가스를 기판상으로 분사한다.
샤워헤드 유닛(600)은 회전 분사부(650), 샤프트(620), 샤프트(620)를 회전시키는 회전 구동부(630) 그리고 샤프트를 승강 구동시키는 승강 구동부(640)를 포함할 수 있다. 분사부(650)는 승강 구동부(640)에 의해 기판과의 간격 조정이 가능하며, 회전 구동부(630)에 의해 회전속도를 조절하여 반응공간 상에서의 가스 농도 편차를 최소화할 수 있다.
샤프트(620)는 상부 챔버(120)를 관통하여 설치된다. 분사부(650)는 샤프트(620)에 연결되고, 첫번째 반응셀(500-1)의 장착부(580)에 설치된다.
도 5는 분사부의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3 그리고 도 5를 참조하면, 분사부(650)는 탑 플레이트(652), 바텀 플레이트((656) 그리고 미들 플레이트(662)를 포함한다. 탑 플레이트(652)는 원형의 플레이트 형상으로 제공되며, 샤프트(620)에 연결되고, 중앙에는 샤프트(620)에 설치된 가스공급관으로부터 처리가스를 공급받는 제1관통홀(654)이 형성된다.
바텀 플레이트(656)는 탑 플레이트(652) 아래에 적층되게 설치된다. 바텀 플레이트(656)는 제1관통홀(654)과 연결되는 중앙 유로(658)와, 중앙 유로(658)에서 중앙에서 방사상으로 형성된 슬롯(660)들을 갖는다. 미들 플레이트(662)는 바텀 플레이트(656)에 형성된 슬롯(660)들에 탈부착 가능하게 설치된다. 미들 플레이트(662)는 바닥면에 다수의 상기 분사홀(664)들과, 일측면에 중앙 유로(658)의 끝단과 연결되어 처리 가스를 제공받는 연결홈(666)들을 갖는 막대 형상으로 이루어진다.
도시하지 않았지만, 기판 처리 장치는 샤워헤드 유닛(600), 중앙 노즐부(800) 그리고 막대형 분사노즐(700) 각각으로 해당 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함할 수 있다.
도 6은 상부 챔버에서의 가스 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6에서 얇은 화살표는 가스 공급을 보여주고, 두꺼운 화살표는 가스 배기를 보여준다.
도 6에 도시된 바와 같이, 첫번째 반응셀(500-1)에 설치된 샤워헤드 유닛(600)에서는 전구체 가스인 제1공정가스가 분사된다. 그리고, 해당 반응공간에서 반응처리된 가스부산물들은 배기부재(400)들의 제1사이드 배기홀(410)들 및 반응셀(500-1)의 제2사이드 배기홀(510)들 그리고 제3배기홀(590)들을 통해 다방향으로 균일하게 배기됨으로써 가스 정체를 최소화할 수 있다. 그리고, 두번째와 네번째 반응셀(500-2,500-4)의 반응공간으로는 중앙 노즐부(800)를 통해 퍼지가스가 분사된다. 그리고 두번째와 네번째 반응셀(500-2,500-4)의 반응공간에서의 가스 배기는 배기부재(400)들의 제1사이드 배기홀(410)들 및 반응셀(500-2,500-4)의 제2사이드 배기홀(510)들을 통해 다방향으로 균일하게 배기된다. 마찬가지로, 세번째 반응셀(500-3)의 반응공간으로는 막대형 분사노즐(700)을 통해 제2공정가스가 공급된다. 그리고 세번째 반응셀(500-3)의 반응공간에서의 배기 역시 배기부재(400)들의 제1사이드 배기홀(410)들 및 반응셀(500-3)의 제2사이드 배기홀(510)들을 통해 다방향으로 균일하게 배기된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    상부가 개방된 하부챔버 및 상기 하부챔버의 개방된 상부를 폐쇄하는 상부챔버를 갖는 공정 챔버;
    상기 하부 챔버 내에 설치되고 동일 평면상에 복수의 기판이 놓여지는 지지부재;
    상기 지지부재와 대향되는 상기 상부 챔버의 저면에 제공되며, 상기 상부 챔버의 중심으로부터 방사상으로 뻗은 배기부재들;
    상기 상부 챔버의 저면에 제공되며, 상기 배기부재들에 의해 구획된 반응공간들을 갖는 부채꼴 모양의 반응셀들;
    상기 반응셀에 설치되어 기판상으로 처리가스를 공급하는 샤워헤드 유닛을 포함하되;
    상기 배기부재는 측면에 형성되는 제1사이드 배기홀들을 포함하고, 상기 반응셀은 부채꼴의 호(弧)부분에 형성되는 제2사이드 배기홀들을 포함하여, 상기 반응공간의 중심으로부터 사방으로 배기흐름이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재의 가장자리를 둘러싸는 그리고 배기관을 통해 진공압을 제공받는 링 형상의 펌핑 배플을 포함하고;
    상기 펌핑 배플은
    상기 배기부재와 상기 반응셀로 진공압이 전달하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌핑 배플은
    상면에 제1펌핑홀들과, 제2펌핑홀들을 포함하고,
    상기 배기부재는
    상기 펌핑 배플의 진공압이 상기 제1사이드 배기홀에 제공되도록 저면에 상기 제1펌핑홀과 연결되는 제1도킹홀을 포함하며,
    상기 반응셀은
    상기 펌핑 배플의 진공압이 상기 제2사이드 배기홀에 제공되도록 저면에 상기 제2펌핑홀과 연결되는 제2도킹홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1사이드 배기홀들과 상기 제2사이드 배기홀들은 동일선상에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 유닛은
    회전하면서 처리가스를 기판상으로 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응셀은
    상기 샤워헤드 유닛을 둘러싸는 동일 원주상에 형성되는 복수의 제3배기홀들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 유닛은
    상기 상부 챔버를 관통하여 설치되는 샤프트;
    상기 샤프트에 연결되고, 기판으로 처리가스를 분사하는 분사홀들을 갖는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분사부는
    상기 샤프트에 연결되고, 중앙에는 상기 샤프트에 설치된 가스공급관으로부터 처리가스를 공급받는 제1관통홀이 형성된 탑 플레이트;
    상기 탑 플레이트 아래에 적층되게 설치되고, 상기 제1관통홀과 연결되는 중앙 유로와, 상기 중앙 유로에서 중앙에서 방사상으로 형성된 슬롯들을 갖는 바텀 플레이트; 및
    상기 바텀 플레이트에 형성된 상기 슬롯들에 탈부착 가능하게 설치되며, 바닥면에 다수의 상기 분사홀들과, 일측면에 상기 중앙 유로의 끝단과 연결되어 처리 가스를 제공받는 연결홈들을 갖는 미들 플레이트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 유닛은
    상기 샤프트를 회전시키는 회전 구동부; 및
    상기 샤프트를 승강 구동시키는 승강 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기부재는
    막대 형상으로 이루어지고, 상기 제1사이드 배기홀들은 상기 반응공간과 마주하는 양측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
PCT/KR2014/012594 2014-03-11 2014-12-19 기판 처리 장치 WO2015137611A1 (ko)

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