반도체기재의 처리방법과 장치(METHOD AND DEVICE FOR TREATING SEMICONDUCTOR SUBSTRATES)

공개특허 특2003-0063413
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(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
H01L 21/68
(11) 공개번호
(43) 공개일자
특2003-0063413
2003년07월28일
(21) 출원번호 10-2003-7007747
(22) 출원일자 2003년06월10일
번역문 제출일자 2003년06월10일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2001/14832 (87) 국제공개번호 WO 2002/52617
(86) 국제출원출원일자 2001년12월15일 (87) 국제공개일자 2002년07월04일
(30) 우선권주장 제10064943.2호
제10159702.9호
2000년12월23일
2001년12월05일
독일(DE)
독일(DE)
(71) 출원인 아익스트론 아게
독일 데-52072 아아첸 칵커트슈트라쎄 15-17
(72) 발명자 슈트르치체브스키피오트르
독일52134헤르초겐라트암스펜브루흐2
(74) 대리인 황광현
심사청구 : 없음
(54) 반도체기재의 처리방법과 장치
요약
본 발명은 통상적인 시스템에서 반도체기재를 처리하기 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 특히 코팅되지 않은 반도체
기재가 로딩챔버(1)를 통하여 처리장치로 공급되며, 상기 로딩챔버(1)는 운반챔버(2)에 인접하여 놓인다. 다수의 처
리챔버(3, 4, 5)가 운반챔버(2)와 처리챔버(3)를 배기하고 운반챔버(2)와 처리챔버(3) 사이의 도어(7)를 개방하여 상
기 운반챔버로부터 처리될 반도체기재를 로딩한다. 본 발명의 목적은 이러한 시스템을 개선하는데 있다. 이를 위하여,
적어도 하나의 처리챔버(4)가 저압 또는 대기압에서 작동되고 운반챔버(2)가 처리챔버(4)의 연결도어(8)가 개방되기
전에 불활성 가스로 충만된다. 운반챔버와 처리챔버 사이에 사전에 결정된 압력차가 유지된다.
대표도
도 3
색인어
반도체기재, 운반챔버, 처리챔버, 연결도어
명세서
본 발명은 반도체기재의 처리방법과 장치에 관한 것으로, 특히 코팅되지 않은 반도체기재가 로딩챔버를 통하여 처리
장치로 공급되고 로딩챔버는 운반챔버에 인접하여 있으며 이로부터 다수의 처리챔버에 처리될 반도체기재가 로딩되
고 이를 위하여 운반챔버와 처리챔버가 배기되며 운반챔버와 처리챔버 사이의 연결도어가 개방되는 반도체기재의 처
리방법과 장치에 관한 것이다.
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종래, 특히 실리콘기술이 연관된 반도체 제조공정은 멀티챔버형 설비(클러스터 툴)로서 알려진 시설에서 수행된다.
반도체기재의 특정처리단계가 다수의 각 챔버에서 수행된다. 특히, 코팅단계, 에칭단계, 컨디셔닝단계, 확산단계 등이
여기에서 수행될 수 있다. 기재는 운반챔버에 배치된 적어도 하나의 로버트 암에 의하여 일측 처리챔버로부터 타측
처리챔버로 옮겨진다. 처리챔버는 압력이나 가스의 누출이 없는 연결도어에 의하여 운반챔버로부터 격리되어 있다.
이 연결도어는 운반챔버와 해당 처리챔버가 배기된 후에만 개방된다. 진공 또는 초진공하에서 처리공정이 이루어져야
하는 경우, 운반챔버만이 배기되고 진공이 유지되어야 한다. 대기압 또는 저압에서 공정이 이루어지는 경우, 처리챔
버가 배기되어야 한다. 이러한 배기단계는 특히 코팅공정이 처리챔버에서 수행되는 경우에 불리하다. 이러한 형태의
CVD 공정에서, 예를 들어 공청챔버의 벽에 증착되는 것과 같은 기생증착은 피할 길이 없다. 배기에 관련된 열적 부하
와 기계적인 부하는 기생증착물이 벗기어질 수 있도록 한다. 입자의 형성도 문제의 원인이 된다. 특히 입자는 운반챔
버를 통과하여 기재/층면에 좋지 않은 영향을 준다. 더욱이, 이러한 특성의 동적인 압력공정은 로딩 및 언로딩 중에
공정온도가 유지되어야 하거나 약간만이 냉각되어야 하는 공정챔버 내의 열적 상태에 영향을 준다. 특히 공정압력이
1 밀리바아 보다 큰 경우, 열전도효과는 배기에 의하여 상당한 영향을 받게된다. 따라서, 평형조건을 달성하는데 요구
되는 시간을 고려한다면 싸이클 시간은 매우 길다.
본 발명은 상기 언급된 결점을 해소할 수 있고 특히 CVD 반응기, 바람직하게 MOCVD 반응기를 멀티챔버설비에 통
합하기 위한 수단을 제공하는 것에 목적에 기초하고 있다.
이러한 목적은 청구범위에 특정된 본 발명에 의하여 달성될 수 있는 바, 본 발명에 있어서는 저압 또는 대기압공정이
적어도 하나의 처리챔버에서 수행되고, 운반챔버가 이러한 처리챔버의 연결도어가 개방되기 전에 불활성 가스로 충
만된다. 그 결과로 처리챔버가 공정압력으로 유지된다. 공정가스는 간단히 차단된다. 본 발명의 한 실시형태에서, 연
결도어가 개방되었을 때 운반챔버의 압력은 처리챔버의 압력 보다 약간 높다. 따라서 가스유동방향은 연결도어를 통
하여 처리챔버로 향하게 된다. 이는 잔류가스가 처리챔버로부터 운반챔버로 누출되는 것을 방지한다. 따라서, 이러한
방향으로의 질량이동은 실질적으로 확산에 의하여서만 이루어질 수 있다. 이로써 인접한 처리챔버의 가스 사이의 교
차오염이 방지된다. 본 발명의 한 실시형태에서, 저압 또는 대기압처리챔버는 가열상태가 유지되고 특히 로딩 및 언
로딩 중에 공정온도가 유지되는 가열형 공정챔버를 갖는다. 만약 처리챔버가 인함유반도체층이 특히 III-V 기재 상에
증착되는 MOCVD 반응기인 경우, 인성분이 증착된 반도체층으로부터 증발하는 것을 방지하기 위하여 로딩 및 언로
딩 중에 공정챔버 온도를 낮출 수 있다. MOCVD 공정을 수행하기 위하여 반응가스는 기체상으로 공급된다. 비소 또
는 인이 5A족의 원소로 사용된다. Ga, In 또는 Al의 유기금속화합물이 3A족 원소로 사용된다.
또한 본 발명은 운반챔버에 하나 또는 그 이상의 저압 또는 대기압 처리챔버가 결합되어 사용되는 장치 또는 방법에
관한 것이다. 특히 이러한 형태의 장치에서 연결도어가 개방되었을 때 운반챔버로부터 처리챔버로 한정된 가스가 유
동할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명은 연결도어가 개방되기 전에 그리고 연결도어가 개방되어 있는 동안에 퍼지가
스가 운반챔버로 유동하고 퍼지가스가 처리챔버로 유동할 수 있게 되어 있다. 따라서, 운반챔버와 처리챔버에는 항상
일정한 가스흐름의 유동이 이루어진다. 운반챔버로부터 처리챔버로 유동하는 가스흐름은 운반챔버와 처리챔버 사이
의 압력차에 의하여 사전에 결정된다. 처리챔버의 압력은 펌프의 배출 력에 영향을 주는 제어밸브에 의하여 설정된다.
마찬가지로 운반챔버의 압력은 운반챔버의 펌프의 배출력에 영향을 주는 밸브에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명은 특히 이러한 압력평형이 이루어질 수 있도록 하는 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 운반챔버의
압력과 처리챔버의 압력이 사전에 결정된다. 더욱이, 이러한 이 챔버로 유동하는 퍼지가스흐름이 사전에 결정된다. 퍼
지가스흐름은 챔버내의 전체압력에 의하여 좌우된다. 만약 전체 압력이 낮은 경우, 작은 퍼지가스흐름이 유동한다. 만
약 전체압력이 높은 경우, 그 만큼 많은 퍼지가스흐름이 유동한다. 사전에 결정되는 제2파라미터는 다른 챔버에 대한
압력차이다. 이 압력차는 전체 압력에 의하여 달라질 수 있다. 컴퓨터와 같은 공정제어요소가 두 파라미터로부터 타측
챔버의 압력을 결정한다. 이 챔버에 대하여 설정되어야 하는 퍼지가스유량은 이 압력에 의하여 결정된다. 그리고 퍼
지가스유량과 압력이 설정된다. 만약 처리챔버와 운반챔버 모두에서 안정된 압력조건이 이루어졌다면 연결도어가 개
방된다. 처리챔버의 압력은 사전에 결정되어 운반챔버압력이 압력차와 처리챔버압력에 따라서 설정되는 것이 바람직
하다. 운반챔버압력과 처리챔버압력 사이의 압력차는 0.1~5 mbar 사이일 수 있다. 운반챔버의 압력 및/또는 처리챔
버의 압력은 1 mbar와 수 100 mbar 사이일 수 있다. 따라서, 운반챔버 및/또는 처리챔버를 향하는 퍼지가스유량은 1
00~500 sccm이다. 이러한 유량은 처리챔버에서 더 많을 수 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 반도체기재를 처리하기 위한 장치의 개요도.
도 2는 운반챔버와 처리챔버를 통한 가스흐름을 보인 개요도.
도 3은 운반챔버의 압력제어흐름도.
도 1에서 보인 장치는 그 중심요소로서 운반챔버(2)를 갖는다. 운반챔버(2)에는 로버트 암(10)이 배치되어 있다. 운반
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챔버(2)에는 로딩챔버(1)를 통하여 반도체기재가 로딩된다. 반도체기재(웨이퍼)는 특히 매거진에 실려 이 로딩챔버(1
)로 도입된다. 이들 웨이퍼는 코팅되지 않은 것이다. 그러나, 이들은 사전처리될 수 있다. 로딩챔버(1)는 가스나 압력
의 누설이 없는 격벽의 형태인 연결도어(6)에 의하여 운반챔버(2)로부터 분리되어 있다. 예시된 실시형태에서 운반챔
버(2)는 처리챔버(3)(4)(5)와 인접하여 있으며, 이들 처리챔버는 각각 개방가능한 연결도어(7)(8)(9)를 통하여 운반챔
버(2)에 연결된다. 예를 들어 수소, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스로 운반챔버(2)를 채우기 위한 퍼지라인(11)
이 운반챔버(2)측으로 연결되어 있다. 또한 진공펌프에 연결된 배기라인(12)이 운반챔버(2)로부터 연장되어 있다.
처리챔버(3)는 예를 들어 RTP(고속열공정)공정이 10 -6 mbar의 압력에서 수행되는 초진공챔버이다. MOCVD 공정
은 처리챔버(4)에서 이루어진다. 이 공정은 1 mbar 이상의 공정압력에서 수행된다. 처리챔버(5)에서는 진공공정 또는
저압공정 또는 대기압공정이 수행될 수 있다.
공정에 따라서 실리콘, 갈륨비소 또는 인화인듐으로 구성되는 디스크형 웨이퍼인 기재를 처리챔버(3-5)중의 하나로
부터 다른 처리챔버로 이동시키거나 또는 로딩챔버(1)로부터 또는 이 로딩챔버에 이동시키기 위하여, 운반챔버(2)는
개방된 연결도어(7-9)를 통하여 각 처리실(3-5)에 도달할 수 있는 로버트 암(10)을 갖는다. 초진공(UHV)의 처리챔
버(3)에 기재를 로딩하거나 챔버(3)로부터 기재를 언로딩시키기 위하여, 먼저 운반챔버(2)가 배기되는 바, 이를 위하
여 불활성 가스 공급라인(11)이 차단되고 진공펌프에 연장된 배기라인(12)이 개방된다. 운반챔버(2)에 충분한 진공이
이루어진 후, 연결도어(7)가 개방되고 로딩 또는 언로딩작동이 개시된다. UHV 처리챔버(3)로부터 옮겨진 기재는 잠
시 운반챔버(2) 또는 로딩챔버(1)에 보관된다. 그리고 연결도어(7)가 다시 폐쇄된다. 저압 또는 대기압 처리챔버(4)를
로딩 또는 언로딩시키기 위하여, 운반챔버(2)에 저압 또는 대기압 처리챔버(4)의 압력보다 높은 압력이 형성될 때까
지 운반챔버(2)가 불활성 가스 공급라인(11)을 통하여 예를 들어 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스 또는 선택적
으로 수소로 채워진다. 이와 같이 불활성 가스로 채우는 충만과정과 로딩 및 언 로딩과정 중에 운반챔버는 예를 들어
질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스로 세정된다. 이러한 약간 높은 압력에 도달하였을 때, 연결도어(8)가 개방된다.
이와 같은 높은 압력은 운반챔버(2)로부터 저압 또는 대기압 처리챔버측으로의 안정된 유동만이 이루어질 수 있도록
약간 높게 선택된다.
MOCVD 공정은 저압 또는 대기압 처리챔버(4)에서 수행된다. 이를 위하여, 이 처리챔버(4)는 종래기술로서 알려진
공정챔버를 가지며 이에 요구된 공정가스가 공급된다. 공정챔버는 공정온도에서 유지될 수 있다. 인함유층이 증착된
후에 표면으로부터 인이 증발하는 것을 방지하기 위하여 공정챔버의 온도는 약간 낮아지는 것이 필요하다.
운반챔버(2)와 처리챔버(4) 사이의 압력차는 운반챔버로부터 공정챔버로의 유동방향이 한정될 수 있도록 선택된다.
그러나, 충분한 냉각효과를 얻거나 벽으로부터 가스유동에 의한 입자의 분리가 이루어질 수 있도록 가스유량은 충분
히 높지 않다. 실질적으로 유동방향을 한정하는 것은 운반 중에 운반챔버(2)의 오염을 방지하기 위한 것이다.
다른 처리챔버(3)(5)에서 사전처리된 기재는 MOCVD 반응기로 구성되는 처리챔버(4)에서 코팅된다. 더욱이, 예를 들
어 초진공 또는 저압 또는 대기압에서 가열처리되는 것과 같은 다른 처리챔버(3)(5)중의 하나에서 후처리가 이루어질
수 있도 록 처리챔버(4)에서 기재가 코팅될 수 있다. 예시된 실시형태에서는 전체가 3개인 처리챔버(3)(4)(5)만이 도
시되어 있다. 그러나, 본 발명은 보다 많은 수의 처리챔버를 갖는 멀티챔버형설비로 구성될 수 있다.
도 2는 연결도어(7)에 의하여 격리되어 있는 운반챔버(2)와 처리챔버(4)를 포함하는 구성을 개략적으로 도시한 것이
다. 연결도어(7)는 개방될 수 있다. 불활성 가스 공급라인(11)과 배기라인(12)은 운반챔버(2)측으로 개방된다. 베기라
인(12)에는 진공펌프(13)의 상류측에 연결된 압력조절밸브(14)가 배치되어 있다.
처리챔버는 실질적으로 동일한 구조이다. 마찬가지로 불활성 가스 공급라인(15)과 배기라인(16)이 처리챔버(4)측으
로 개방되어 있다. 이 배기라인(16)도 진공펌프(17)의 상류측에 배치된 압력조절밸브(18)를 갖는다.
운반챔버(2)와 처리챔버(4) 사이의 연결도어(7)가 개방되기 전에, 처리챔버(4)의 압력 보다 약간 높은 압력이 운반챔
버(2)에 생성된다. 운반챔버(2)의 압력은 처리챔버(3)의 압력 보다 높은 약 1~5 mbar가 바람직하다. 도 3에서 설명되
는 압력조절과정은 다음과 같이 이루어진다.
불활성 가스 공급라인(15)을 통한 퍼지가스유량은 사전에 결정된 고정값으로 설정된다. 이 값은 1~500sccm 사이이
다. 또한 처리챔버(4)의 압력이 사전에 결정된다. 압력조절밸브(18)는 규정된 압력에 따라서 펌프(17)의 배출력을 조
절한다.
공정제어요소는 운반챔버(2)의 압력을 결정하기 위하여 처리챔버(4)의 사전에 결정된 압력과 사전에 결정된 압력차
를 이용한다. 운반챔버압력의 함수로서 제어요소는 사전에 결정된 값의 표와 사전에 결정된 함수관계를 기초로 하여
공급라인(11)을 통한 불활성 가스의 흐름을 설정한다. 이 경우 일정한 가스유량은 100~500 sccm 이다.
가스흐름이 일정하게 유지되는 동안에 압력은 펌프(13)의 배출력에 영향을 주는 압력조절밸브(14)에 의하여 조절된
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다.
처리챔버(4)의 압력과 운반챔버(2)의 압력이 안정된 갓을 가질 때, 연결도어(7)를 개방한다. 처리챔버(4)와 운반챔버(
2)의 압력차에 따라서, 가스흐름은 개방된 연결도어(7)를 통과한다. 개방된 연결도어(7)를 통과하는 가스흐름은 처리
챔버(4)의 벽으로부터 입자가 분리되지 않도록 충분히 낮게 선택된다. 그러나, 이러한 가스흐름은 가능한 한 교차오
염을 방지할 수 있도록 충분히 빨라야 한다.
도어(7)가 개방되었을 때, 처리챔버와 운반챔버의 압력은 이들 챔버에 연결되어 있는 펌프의 배출력에 의하여 조절된
다.
도 2에서 보인 바와 같이, 공급라인(11)(15)은 연결도어(7)로부터 멀리 떨어져 있는 배기라인(12)(16)보다 연결도어(
7)에 더 근접하여 있다.
이상으로 설명된 모든 구성은 본질적으로 본 발명에 속한다. 우선권주장서류의 내용은 전체적으로는 본원 출원의 내
용에 포함되고 부분적으로는 이들 서류의 특징이 본원 출원의 청구범위에 포함되어 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
코팅되지 않은 반도체기재가 로딩챔버(1)를 통하여 처리장치로 공급되고 로딩챔버(1)가 운반챔버(2)에 인접하여 있
으며 이로부터 다수의 처리챔버(3, 4, 5)에 처리될 반도체기재가 로딩되고 이를 위하여 운반챔버(2)와 처리챔버(3)가
배기되며 운반챔버(2)와 처리챔버(3) 사이의 연결도어(7)가 개방되는 반도체기재의 처리방법으로서, 이 방법에서, 저
압 또는 대기압공정이 적어도 하나의 처리챔버(4)에서 수행되고, 운반챔버(2)가 이러한 처리챔버(4)의 연결도어(8)가
개방되기 전에 불활성 가스로 충만되며, 연결도어가 개방되기 전에 처리챔버(4)와 운반챔버(2)가 사전에 결정된 압력
에서 일정량의 퍼지가스로 세정되고, 연결도어가 개방되었을 때, 가스흐름이 운반챔버(2)로부터 처리챔버(4)로 유동
하고 처리챔버의 로딩 중에 운반챔버(2)내의 압력이 처리챔버의 압력 보다 약간 높게 유지됨을 특징으로 하는 반도체
기재의 처리방법.
청구항 2.
제1항에 있어서, 압력차가 배출력을 변화시켜 조절됨을 특징으로 하는 방법.
청구항 3.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 저압 또는 대기압 처리챔버(4)가 로딩 및 언로딩 중에 가열상태가 유지되고 공
정온도가 유지되는 가열형 공정챔버를 가짐을 특징으로 하는 방법.
청구항 4.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체기재의 코팅이 기체상으로 공급되는 반응가스에 의하여 저압 또는 대기
압 처리챔버(4)에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
청구항 5.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, MOCVD 공정이 저압 또는 대기압 처리챔버(4)에서 수행됨을 특징으로 하는 방
법.
청구항 6.
코팅되지 않은 반도체기재가 로딩챔버(1)를 통하여 처리장치로 공급되고 로딩챔버(1)가 운반챔버(2)에 인접하여 있
으며 이로부터 하나 또는 그 이상의 처리챔버(3, 4, 5)에 처리될 반도체기재가 로딩되고 이를 위하여 운반챔버(2)와
처리챔버(3) 사이의 연결도어(7)가 개방되는 반도체기재의 처리방법에 있어서, 저압 또는 대기압공정이 적어도 하나
의 처리챔버(4)에서 수행되고, 운반챔버(2)가 이러한 처리챔버(4)의 연결도어(8)가 개방되기 전에 불활성 가스로 충
만되며, 운반챔버(2)와 처리챔버(4)의 압력차가 한편으로는 운반챔버(2)측으로의 가스유량과 다른 한편으로는 처리
챔버(4)로의 가스유량이 일정하게 유지되면서 운반챔버(2) 및/또는 처리챔버(4)의 압력이 배출력의 변화에 의하여 조
절되어 유지됨을 특징으로 하는 반도체기재의 처리방법.
청구항 7.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 연결도어가 개방되기 전에 운반챔버(2)와 처리챔버(4)에서 각각 안정된 압력이
설정되고, 운반챔버(2)의 압력이 처리챔버(4)의 압력 보다 압력차 만큼 높음을 특징으로 하는 방법.
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청구항 8.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 압력차가 약 0.1~5 mbar임을 특징으로 하는 방법.
청구항 9.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 처리챔버(4) 및/또는 운반챔버(2)에서 퍼지가스유량의 레벨이 해당 챔버(2, 4)의
전체 압력에 따라서 증가하고 사전에 결정된 함수관계에 따르며 또는 전자제어유니트의 표값으로 저장됨을 특징으로
하는 방법.
청구항 10.
상기 청구항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서, 배기되는 운반챔버(2)에 인접하는 로딩챔버(1)를
가지고 반도체기재를 처리하기 위한 적어도 하나의 처리챔버(3)를 갖는 반도체기재의 처리장치에 있어서, 적어도 하
나의 처리챔버(4)가 저압 또는 대기압에서 반도체기재를 처리할 수 있도록 구성되고, 이들 처리챔버(4)를 로딩시키는
운반챔버(2)가 해당 영역에서 불활성 가스로 세정되며, 로딩 중에 압력차에 의하여 가스흐름이 처리챔버(4)측으로 유
동함을 특징으로 하는 반도체기재의 처리장치.
청구항 11.
제10항에 있어서, 저압 또는 대기압 처리챔버(4)가 가열가능한 공정챔버를 갖는 MOCVD 반응기임을 특징으로 하는
장치.
청구항 12.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 처리챔버(4)와 운반챔버(2)측으로 유동하는 각 퍼지가스 유량을 설정하고 처리
챔버(4)와 운반챔버(2)의 압력을 조절하기 위한 제어요소를 포함함을 특징으로 하는 장치.
청구항 13.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 경우 하나의 처리챔버(4)에 연결된 배기수단(17)과 운반챔버(2)에 연결
된 배기수단(13)을 포함하고, 배기수단(13, 17)이 제어요소에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 장치.
청구항 14.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지라인(11, 15)이 배기수단(13, 17)에 연결된 배기라인(12, 16) 보다 연결도
어(7)측에 근접하여 있음을 특징으로 하는 장치.
도면
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