KR102554574B1 - Directional surface heating device for enhanced adhesion of physical vapor deposition - Google Patents
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Abstract
물리적 기상 증착의 결합력 강화를 위한 지향성 표면 가열 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 프로세싱하기 위한 지향성 표면가열 장치는, 상기 프로세싱을 위한 진공의 환경이 구축된 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 상면에 기판을 지지하기 위한 서셉터; 상기 서셉터와 대치된 방향에 구비되는 타겟; 상기 서셉터 상의 기판에 결합 해리 에너지를 전달하기 위한 제1 광원과, 상기 타겟에 결합 해리 에너지를 전달하기 위한 제2 광원 중 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. A directional surface heating device for strengthening bonding force of physical vapor deposition is disclosed. A directional surface heating apparatus for processing a substrate according to an embodiment of the present invention includes a chamber in which a vacuum environment for the processing is established; a susceptor installed inside the chamber and supporting a substrate on an upper surface; a target provided in a direction opposite to the susceptor; It may include at least one light source of a first light source for transferring bond dissociation energy to a substrate on the susceptor and a second light source for transferring bond dissociation energy to the target.
Description
본 발명은 반도체 기판 프로세싱을 위한 장치 및 방법들에 관한 것으로, 반도체 프로세싱 중 대상 기판의 표면상에 선택적 영역들의 가열에 의한 온도 프로파일을 개선하여 증착 균일성과 결합력을 강화하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to apparatuses and methods for semiconductor substrate processing, and to a technique for enhancing deposition uniformity and bonding strength by improving a temperature profile by heating selective regions on a surface of a target substrate during semiconductor processing.
기상 증착법(Vapor Deposition)에는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)과 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 분류되는데, 증착 시키려는 타겟의 물질이 증착 대상물인 기판에 증착 시키는 방법에 따라 물리적인 방법이냐 화학적인 방법이냐로 구분하고 있다.Vapor Deposition is classified into Physical Vapor Deposition (PVD) and Chemical Vapor Deposition (CVD). The target material to be deposited is physically It is classified as a method or a chemical method.
물리적 기상 증착은 소스물질에 에너지를 가하는 방식에 따라 열 증발, 진공 증착, 스퍼터링법(Sputtering, 스퍼터링) 등으로 구분할 수 있다. 열 에너지를 이용하여 소스물질을 분리하는 열 증발, 진공증착법과 이온화된 원자의 충돌 운동에너지에 의해 소스물질을 분리하는 스퍼터링법 등이 사용되고 있다.Physical vapor deposition can be classified into thermal evaporation, vacuum deposition, and sputtering according to the method of applying energy to the source material. Thermal evaporation and vacuum evaporation, which separate source materials using thermal energy, and sputtering methods, which separate source materials by collisional kinetic energy of ionized atoms, are used.
스퍼터링 물리적 기상 증착(PVD)은 타겟(Target) 물질에 가해진 운동에너지가 타겟에 전달되어 분리, 생성된 증착할 소스(Source) 물질을 운동에너지에 의해 기판상 증착 대상 물질과 결합(Bond)시키는 방법이다.Sputtering Physical Vapor Deposition (PVD) is a method in which kinetic energy applied to a target material is transferred to the target and the separated and generated source material to be deposited is bonded to the material to be deposited on the substrate by kinetic energy. am.
결합 에너지(Bond energy)는 물질간 결합을 통해 에너지가 방출되거나 흡수되는 에너지를 의미하고, 즉 결합 해리 에너지(Bond dissociation energy)로서 타겟에서 소스가 분리 및 해리될 때나 기판상 물질(통상 기판)과 결합할 때에도 반드시 필요한 에너지이다.Bond energy refers to energy released or absorbed through bonding between materials, that is, bond dissociation energy, when a source is separated and dissociated from a target or from a material on a substrate (usually a substrate). It is a necessary energy even when combining.
일 실시예에서, 스퍼터링(PVD) 방법은 결합 해리 에너지를 공급하는 방법으로 플라즈마(Plasma)화 한 이온화(Ionic) 가스(AR+)에 운동에너지를 공급하여 타겟에서 반응하도록 하는 방법, 생성된 증착하고자 하는 소스 물질 혹은 타겟 물질이 활성화된 에너지를 얻어서, 기판에서 반응하도록 하는 방법 등이 사용된다. In one embodiment, the sputtering (PVD) method is a method of supplying bond dissociation energy, a method of supplying kinetic energy to an ionized (Ionic) gas (AR+) made into plasma to react in a target, and a method for depositing the generated A method of obtaining activated energy from a source material or target material to react on a substrate, or the like, is used.
이 때 활성화된 소스 물질의 에너지 손실을 막기 위한 방법으로 프로세싱 챔버 내를 특정한 상태의 진공상태로 만들어 소스 물질이 기타 입자들과 충돌에 의한 에너지 손실을 방지하고, 소스 물질의 에너지 충원을 위해선 마그네트론(Magnetron)이 제공되기도 한다.At this time, as a method to prevent energy loss of the activated source material, a specific state of vacuum is created in the processing chamber to prevent energy loss due to collision of the source material with other particles, and to supplement energy of the source material, a magnetron ( Magnetron) is also provided.
또한 실질적으로 증착이 이루어지는 모체(Parent)인 기판에 열 에너지를 인가하여 반응이 용이하고 반응 준비 시간을 단축하는 방법이 사용되고 있는데, 모체에 인가하는 에너지는 통상 열 에너지를 공급하게 된다. In addition, a method of facilitating the reaction and shortening the reaction preparation time by applying thermal energy to a substrate, which is a parent on which deposition is substantially performed, is used. The energy applied to the parent usually supplies thermal energy.
마그네트론과 열 에너지는 모든 주변 물체에 골고루 확산(Diffusion)되고 선택적 통제가 안되는 어려움이 있다. 따라서, 이들 중 열 에너지를 결합 반응부분에만 선택적이고 집중적으로 제공되는 방법과 장치의 필요성이 대두된다.The magnetron and thermal energy are evenly diffused to all surrounding objects, and there is a difficulty in selective control. Therefore, there is a need for a method and apparatus for selectively and intensively providing heat energy only to the binding reaction part.
열 에너지 전달의 방법은 복사, 대류, 전도의 방법이 있으며, 종래 기술의 열 에너지 전달방식이 대류의 방식이 포함된 복사 등으로 에너지가 목표물 대상에만 집중되는 것이 아니라 주변환경에 영향을 끼치고, 효율성도 떨어지는 것을 개선하여 본 발명에서는 진공의 환경에서 직진성이 강한 복사 방식으로만 에너지 전달을 위한 방법을 제공하고자 한다.Methods of transferring heat energy include methods of radiation, convection, and conduction, and the heat energy transfer method of the prior art is radiation including convection, and the energy is not concentrated only on the target object, but affects the surrounding environment and efficiency In order to improve the drop in temperature, the present invention intends to provide a method for transferring energy only in a radiation method with strong linearity in a vacuum environment.
본 발명은 반도체 프로세싱 중 대상 기판의 표면상 선택적 영역들의 가열에 의한 온도 프로파일을 개선하여 증착 균일성과 결합력을 강화하고, 불필요한 기판 주변 구조체나 기판 내부 깊은 곳은 열 에너지의 전달을 감소시켜 이 장치로 인한 냉각 장치 등 추가적인 장치의 구성이 불필요하고, 열 에너지 전달의 효율성을 높일 수 있는 물리적 기상 증착의 결합력 강화를 위한 지향성 표면가열 장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention enhances deposition uniformity and bonding strength by improving the temperature profile by heating selective regions on the surface of a target substrate during semiconductor processing, and reduces the transfer of thermal energy to unnecessary structures around the substrate or deep inside the substrate. It is to provide a directional surface heating device for strengthening the bonding force of physical vapor deposition that does not require the configuration of additional devices such as a cooling device due to heat energy and can increase the efficiency of heat energy transfer.
또한, 본 발명은 광원에서 방사되는 일부의 가시광선은 시인성이 가능한 빛이므로 챔버 내부의 증착 진행 중 혹은 정지 중이라도 진행 상태의 확인이나 내부 클리닝(PM: Preventive Maintenance)등의 작업 시 조명용으로 사용 가능한 물리적 기상 증착의 결합력 강화를 위한 지향성 표면가열 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, in the present invention, since some of the visible light emitted from the light source is visible light, it can be used for illumination during work such as confirmation of the progress state or internal cleaning (PM: Preventive Maintenance) even during deposition inside the chamber or while it is stopped. It is to provide a directional surface heating device for strengthening bonding force of vapor deposition.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become clearer through preferred embodiments described below.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판을 프로세싱하기 위한 지향성 표면가열 장치로서, 상기 프로세싱을 위한 진공의 환경이 구축된 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 상면에 기판을 지지하기 위한 서셉터; 상기 서셉터와 대치된 방향에 구비되는 타겟; 상기 서셉터 상의 기판에 결합 해리 에너지를 전달하기 위한 제1 광원과, 상기 타겟에 결합 해리 에너지를 전달하기 위한 제2 광원 중 적어도 하나의 광원을 포함하고; 상기 광원에는 방사되는 에너지량을 측정하기 위한 계측기가 내재되어 있고; 상기 광원은 상기 계측기와 서로 한 쌍으로 대응되도록 구성되어 있고; 상기 광원에서 총 방사 에너지 합과 상기 계측기에서의 측정값의 총합은 일정한 비율관계를 유지하고; 상기 비율 관계는 허용 오차내로 균형적 관리가 유지되게 하는 피드백 시스템을 더 포함하며, 상기 광원에서 제공하는 결합 해리 에너지는 목표 대상의 표면에 집중적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 지향성 표면가열 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a directional surface heating apparatus for processing a substrate, comprising: a chamber in which a vacuum environment for the processing is established; a susceptor installed inside the chamber and supporting a substrate on an upper surface; a target provided in a direction opposite to the susceptor; including at least one light source of a first light source for transferring bond dissociation energy to a substrate on the susceptor and a second light source for transferring bond dissociation energy to the target; A meter for measuring the amount of radiated energy is built into the light source; the light source is configured to correspond to the meter and each other as a pair; The sum of the total radiant energy from the light source and the sum of the measured values from the meter maintain a constant ratio relationship; The ratio relationship further includes a feedback system that allows balanced management to be maintained within a tolerance, and the directional surface heating device is provided, characterized in that the bond dissociation energy provided by the light source is intensively supplied to the surface of the target object. .
상기 광원은 반사갓, 광통 및 광 발생부를 포함하고, 상기 계측기는 상기 광 발생부와 쌍을 이룰 수 있다.The light source may include a reflector, an optical tube, and a light generator, and the meter may be paired with the light generator.
상기 계측기는 상기 광원에 대해 법선과 직교하는 방향을 향하고; 상기 계측기는 상기 광 발생부의 2 차원적 크기와 같은 면적에 대응하여 쌍을 이루고; 상기 계측기는 광을 전기에너지로 변환하는 쏠라셀 장치를 포함하는 센서부로 가능한 반사량 최소와 굴절량 최대의 면적을 가질 수 있다.the meter is oriented perpendicular to the normal to the light source; the meters are paired corresponding to an area equal to the two-dimensional size of the light generating unit; The measuring instrument may have an area with a minimum amount of reflection and a maximum amount of refraction that is possible with a sensor unit including a solar cell device that converts light into electrical energy.
상기 광원은 진공에서 빛의 산란이 적고 목표 대상을 향하는 지향성 광원으로: 상기 광원에서 방사되는 파장대 영역은 장비의 유지 보수용 조명으로 사용이 가능한 가시광선 영역과, 표면에 투과하여 에너지를 전달하는 적외선 영역을 포함하고; 상기 광원은 적외선에 포함된 에너지량이 가시광선의 50% 이상인 광 발생부를 포함할 수 있다.The light source is a directional light source with little scattering of light in a vacuum and directed toward a target object: the wavelength range emitted from the light source includes a visible ray region that can be used as lighting for maintenance of equipment, and an infrared ray that transmits energy by penetrating the surface. contains a region; The light source may include a light generating unit in which an energy amount of infrared light is 50% or more of that of visible light.
상기 광원은 상기 기판 및 상기 타겟 중 적어도 하나의 표면에 결합 해리 에너지를 공급하고; 상기 광원의 총 에너지량은 상기 계측기의 측정값 총량과의 관계를 허용오차 범위 내로 관리되게 하는 피드백 시스템에 의해 통제될 수 있다.the light source supplies bond dissociation energy to a surface of at least one of the substrate and the target; The total amount of energy of the light source may be controlled by a feedback system that maintains a relationship with the total amount of measured values of the meter within a tolerance range.
상기 제1 광원은 상기 서셉터 위의 기판 전 표면적에 일치되도록 지향되고; 상기 제1 광원은 상부에 위치하는 상기 타겟의 작업에 방해가 되지 않도록 상기 타겟의 후면 윗쪽에 위치하고; 상기 제1 광원은 상기 기판의 표면에서 증착층 입자구조의 결합을 위한 에너지를 유지하도록 할 수 있다.the first light source is directed to conform to the entire surface area of the substrate above the susceptor; The first light source is located above the rear surface of the target so as not to interfere with the operation of the target located above; The first light source may maintain energy for combining the particle structure of the deposition layer on the surface of the substrate.
상기 제1 광원은 회전 가능한 상기 서셉터 위의 상기 기판을 지향할 수 있고; 상기 제1 광원의 중심 광축과 상기 목표 대상의 이루는 입사각과 거리가 동일한 지점에 복수 개가 설치 가능하고; 설치 가능한 상기 제1 광원의 개수는 입사광과 대칭적 위치에 배수로 증가하므로, 이진법의 자릿수 증가 범위내에서 개수의 선택을 할 수 있다.the first light source can direct the substrate on the rotatable susceptor; A plurality of units can be installed at a point where the central optical axis of the first light source and the distance between the incident angle and the distance of the target object are the same; Since the number of installable first light sources increases in multiples at positions symmetrical to the incident light, the number can be selected within the range of increasing the number of binary digits.
상기 제2 광원은 상기 타겟의 표면적에 일치되도록 지향되고; 상기 제2 광원은 하부에 위치하는 상기 기판의 작업에 방해가 되지 않도록 상기 기판의 후면 아랫쪽에 위치하고; 상기 제2 광원은 상기 타겟의 표면에서 분리층 입자구조의 해리를 위한 에너지를 유지하도록 할 수 있다.the second light source is directed to match the surface area of the target; the second light source is located below the rear surface of the substrate so as not to interfere with the operation of the substrate located below; The second light source may maintain energy for dissociation of the particle structure of the separation layer on the surface of the target.
상기 제2 광원은 회전 가능한 상기 타겟을 지향할 수 있고; 상기 제2 광원의 중심 광축과 상기 목표 대상의 이루는 입사각과 거리가 동일한 지점에 복수 개가 설치 가능하고; 설치 가능한 상기 제2 광원의 개수는 입사광과 대칭적 위치에 배수로 증가하므로, 이진법의 자릿수 증가 범위내에서 개수의 선택을 할 수 있다.the second light source may be directed at the rotatable target; A plurality of light sources may be installed at a point where the center optical axis of the second light source and the incident angle and distance of the target object are the same; Since the number of second light sources that can be installed increases in multiples at positions symmetrical to the incident light, the number can be selected within the range of increasing the number of binary digits.
상기 광원은 반도체 프로세싱 시스템의 본체(main frame)에 확장이 가능하게 설치되는 상기 챔버와 상기 서셉터를 포함하는 모듈에 열 에너지와 광 에너지를 공급하기 위해 적용할 수 있고; 상기 모듈은, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원이 내재된 프로세스 모듈; 상기 제1 광원 혹은 상기 제2 광원이 내재된 프리 클리닝 모듈; 상기 제1 광원 혹은 상기 제2 광원이 내재된 탈가스 모듈 중 적어도 하나일 수 있다.The light source may be applied to supply thermal energy and light energy to a module including the chamber and the susceptor that are extensibly installed in a main frame of a semiconductor processing system; The module may include a process module in which the first light source and the second light source are incorporated; a pre-cleaning module in which the first light source or the second light source is incorporated; The first light source or the second light source may be at least one of a degassing module.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims and detailed description of the invention.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 프로세싱 중 대상 기판의 표면상 선택적 영역들의 가열에 의한 온도 프로파일을 개선하여 증착 균일성과 결합력을 강화하고, 불필요한 기판 주변 구조체나 기판 내부 깊은 곳은 열 에너지의 전달을 감소시켜 이 장치로 인한 냉각 장치 등 추가적인 장치의 구성이 불필요하고, 열 에너지 전달의 효율성을 높이는 효과가 크다.According to an embodiment of the present invention, during semiconductor processing, the temperature profile by heating selective regions on the surface of the target substrate is improved to enhance deposition uniformity and bonding force, and transfer of thermal energy to unnecessary structures around the substrate or deep inside the substrate is prevented. This device eliminates the need for additional device configuration such as a cooling device, and has a significant effect of increasing the efficiency of heat energy transfer.
또한, 광원에서 방사되는 일부의 가시광선은 시인성이 가능한 빛이므로 챔버 내부의 증착 진행 중 혹은 정지 중이라도 진행 상태의 확인이나 내부 클리닝 등의 작업 시 조명용으로 사용 가능한 효과도 있다.In addition, since some of the visible light emitted from the light source is visible light, there is an effect that can be used for illumination during work such as checking progress or cleaning the inside of the chamber even when deposition is in progress or stopped.
도 1은 스퍼터링 증착용 히터장치에 디스컬러 불량을 방지하기 위한 냉매가스 유로 형성 페데스탈,
도 2는 반도체 처리장치에서 사용되는 히터 와 열 차폐물,
도 3은 프로세싱 챔버의 복사열 가열과 스폿 가열 모듈의 개략적인 측면도,
도 4는 퓨리에의 열전도 법칙,
도 5는 각 파장대별 적외선 이용구간과 명칭,
도 6은 태양, 할로겐, 백열전구, 적외선 전구 스펙트럼 비교 그래프,
도 7a은 단일 광원의 기판 표면 가열,
도 7b는 대칭 광원의 기판 표면 가열,
도 8a는 할로겐 램프의 목표 집중 초점,
도 8b는 할로겐 램프 방사 광,
도 9는 할로겐 램프의 반사 특성 그래프,
도 10a는 정 배열 경계면 단면 입자 구조,
도 10b는 침투 경계면 단면 입자 구조,
도 11a는 정 배열 경계면 단면 SEM사진,
도 11b는 침투 경계면 단면 SEM사진,
도 12a는 챔버내 할로겐 윗면 램프 위치,
도 12b는 챔버내 할로겐 아랫면 램프 위치,
도 13은 파장의 입사 각과 반사 각,
도 14는 할로겐 램프가 내재된 챔버 장치의 배치도,
도 15는 할로겐 램프가 내재된 챔버 장치의 입체도.1 is a pedestal for forming a refrigerant gas flow path for preventing discoloration defects in a heater device for sputtering deposition;
2 is a heater and a heat shield used in a semiconductor processing apparatus;
3 is a schematic side view of a radiant heating and spot heating module of a processing chamber;
4 is Fourier's law of heat conduction;
5 is an infrared ray usage section and name for each wavelength band;
6 is a graph comparing spectrums of solar, halogen, incandescent, and infrared light bulbs;
7a shows substrate surface heating of a single light source;
7b shows substrate surface heating of a symmetrical light source;
8a is a target concentrated focus of a halogen lamp;
8B shows halogen lamp radiation;
9 is a graph of reflection characteristics of a halogen lamp;
10a shows a cross-sectional particle structure of an ordered array interface;
10b shows the cross-sectional particle structure of the penetration interface;
11a is a cross-sectional SEM photograph of an ordered array interface;
11b is a cross-sectional SEM photograph of the penetration interface;
12a shows the position of the halogen top lamp in the chamber;
Figure 12b is the position of the halogen bottom lamp in the chamber,
13 shows the incident angle and reflection angle of the wavelength,
14 is a layout view of a chamber device incorporating a halogen lamp;
Fig. 15 is an isometric view of a chamber device incorporating a halogen lamp;
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
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. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
본 명세서에서 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 명세서에서, "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.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.In addition, the components of the embodiments described with reference to each drawing are not limitedly applied only to the corresponding embodiment, and may be implemented to be included in other embodiments within the scope of maintaining the technical spirit of the present invention, and also separate Even if the description is omitted, it is natural that a plurality of embodiments may be re-implemented as an integrated embodiment.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same or related reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
반도체 프로세싱 챔버 내에는 그 기능별 동작에 따라 열 에너지 공급이 필요한 부분과 그렇지 않는 부분의 구조체가 존재하고 있다. 따라서, 반응의 촉진을 위해서 전체적으로 공급된 열 에너지는 냉각을 위해 제공되는 냉각 시설과 적정 온도가 필요한 구조체의 기능별 적합한 열 에너지량의 조정을 위한 열역학 제0법칙에 의한 통제되지 않은 열 에너지의 공급으로 인하여 야기되는 문제를 개선할 필요가 있다.In the semiconductor processing chamber, there are structures of a part requiring heat energy supply and a part not requiring heat energy supply according to the operation of each function. Therefore, the thermal energy supplied as a whole to promote the reaction is an uncontrolled supply of thermal energy according to the 0th law of thermodynamics for adjusting the amount of thermal energy suitable for each function of the cooling facility provided for cooling and the structure requiring an appropriate temperature. It is necessary to improve the problems caused by
열역학 제0법칙, 즉 열 평형의 법칙은 [수학식 1]에서 어떤 계의 물체 A와 B가 열적 평형 상태에 있고, B와 C 가 열적 평형 상태에 있으면, A와 C도 열적 평형 상태에 있게 된다. The zeroth law of thermodynamics, that is, the law of thermal equilibrium, in [Equation 1], if objects A and B are in thermal equilibrium, and B and C are in thermal equilibrium, then A and C are also in thermal equilibrium. do.
[수학식 1][Equation 1]
A ~ B ^ B ~ C => A ~ C A ~ B ^ B ~ C => A ~ C
특히 [수학식 1]에서 열 용량은 열 밀도가 다르고 온도가 같은 두 물질이 접합했을 때에도 물질간 위치별로 온도가 다를 경우에도 열전도가 일어난다는 것이다.In particular, in [Equation 1], even when two materials having different heat densities and the same temperature are joined, heat conduction occurs even when the temperature is different for each position between the materials.
종래 기술에서도 열역학 제0법칙에 의한 문제와 개선의 사례들이 많이 시도되어 왔다. In the prior art, many examples of problems and improvements based on the 0th law of thermodynamics have been attempted.
일 선행기술 예에서, 선행기술 특허 중 한국공개특허 10-2010-0073576에는 도 1에 도시된 것과 같이, 스퍼터링 증착용 히터장치의 작동에 의한 온도 불균일로 발생되는 비정형적인 실리콘의 석출 및 알루미늄 결정 형성 등의 디스컬러(Discolor) 불량을 방지하기 위한 냉매가스 역할을 하면서 균일한 열공급을 하는 아르곤 가스의 공급을 유도하는 유로선을 형성하는 페데스탈(Pedestal)이 구비된 스퍼터링 증착용 히터장치가 개시되어 있다. 이는 기판의 온도 상승 방지와 위치별 균일한 온도 관리를 위한 추가적인 장치이다. In one prior art example, among the prior art patents, Korea Patent Publication No. 10-2010-0073576, as shown in FIG. 1, atypical precipitation of silicon and formation of aluminum crystals caused by temperature non-uniformity by the operation of a heater device for sputtering deposition A heater device for sputtering deposition equipped with a pedestal forming a flow line for inducing the supply of argon gas that uniformly supplies heat while serving as a refrigerant gas to prevent discolor defects such as the back is disclosed. . This is an additional device for preventing the temperature rise of the substrate and for uniform temperature management by location.
일 선행기술 예에서, 선행기술 특허 중 한국공개특허 10-2010-0132908에서는 도 2에 도시된 것과 같이, 작업대상에 열 에너지를 공급하기 위한 히터가 설치되고, 그 아래 받침대로 열 손실을 막기위한 고성능 절연물을 설치하여 20%의 에너지 손실을 방지하고 작업대상에 열 에너지 보존을 기여하는 구조체 등 특정 부분에만 열 에너지를 공급하고 유지하기 위한 추가적인 장치들이 필요하다. In one prior art example, in Korean Patent Publication No. 10-2010-0132908 among the prior art patents, as shown in FIG. 2, a heater is installed to supply heat energy to the workpiece, and to prevent heat loss to the pedestal below it. Additional devices are needed to supply and maintain heat energy only to specific parts, such as a structure that prevents 20% energy loss by installing high-performance insulation and contributes to the preservation of heat energy in the workpiece.
일 선행기술 예에서, 선행기술 특허 중 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 사의 특허(한국특허공개 10-2020-0065096)는 도 3에 도시된 것과 같이, 특히 에피텍시얼 성장(Epitaxial growth)과 같은 결정 기판위에 방향성을 가진 결정막을 성장시키기 위한 방식에 주로 사용되어지는 열 에너지와 온도에 민감한 반도체 제조방법 등에 사용되어지는 방식으로 프로세싱 동안 기판의 저온 영역들에 국부적인 가열을 제공하기 위한 스폿 가열 방식과 주변 환경의 온도를 상승하기 위한 가열 엘리먼트에 의한 복사열 가열방식이 제시되고 있다. In one prior art example, among the prior art patents, Applied Materials, Inc.'s patent (Korean Patent Publication No. 10-2020-0065096) is, as shown in FIG. 3, particularly epitaxial growth ) for providing local heating to low-temperature regions of the substrate during processing in a manner used in a semiconductor manufacturing method sensitive to heat energy and temperature, which is mainly used for growing a directional crystal film on a crystal substrate, such as A spot heating method and a radiant heat heating method using a heating element for increasing the temperature of the surrounding environment have been proposed.
하지만, 이러한 선행기술들은 프로세싱을 장시간 사용시 각 부분을 구성한 구조체들에 불필요한 과열을 진행시켜 원치 않는 결과물을 생성시키거나 프로세싱의 성능을 저하시키는 등의 이유로 가열장치와 더블어 별도의 냉각장치가 필요로 하고 있다. However, these prior arts require a separate cooling device in addition to a heating device for reasons such as generating unwanted results or degrading processing performance by unnecessary overheating of structures constituting each part when processing is used for a long time, there is.
따라서, 본 명세서에서는 증착에 필요한 반응 표면만을 선택적이고 균일하게 가열하는 ‘지향성 표면가열 방식과 장치’를 제시한다.Therefore, in this specification, a 'directional surface heating method and apparatus' that selectively and uniformly heats only the reaction surface required for deposition is proposed.
또한, 기판상에 증착 하는 물질의 원할한 결합을 위해서 격자간 결합 해리 에너지를 제공하는 방법에 있어서, 도 3에 도시된 종래의 가열 엘리먼트(406)에 의한 전면적인 복사열 전도나 부분 집중적인 국부적 가열 방식보다 개선되고 부작용이 적은 방식으로 반응할 결합면의 표면만을 가열하는 ‘결합력 강화를 위한 지향성 표면가열 장치’을 제시한다. In addition, in the method of providing interstitial bond dissociation energy for smooth bonding of materials deposited on a substrate, total radiant heat conduction or partial intensive local heating by the conventional heating element 406 shown in FIG. We propose a 'directional surface heating device for strengthening bonding force' that heats only the surface of the bonding surface to be reacted in a way that is improved and has fewer side effects than the method.
열역학적인 근거로, 도 4에 도시된 것과 같이 퓨리에의 열전도 법칙 (Fourier’s Law of Conduction)에 근거한 표면 격자간 침투력에서 유리한 광선인 적외선 파장대의 에너지를 인가하여 반응면의 표면만을 직접 가열하는 방식의 ‘표면 가열 방식’이 본 발명의 실시예로 제시된다. 표면 가열 방식에 적합한 파장대로는 도 5에 도시된 각 파장대별 관계에서 보듯이 반사가 많은 가시광선(53)에 인접하고 그보다 침투력이 더 큰 적외선(52) 파장대에서 찾아볼 수 있다.On the basis of thermodynamics, as shown in FIG. 4, a method of directly heating only the surface of the reaction surface by applying energy in the infrared wavelength range, which is a ray that is advantageous in penetrating force between surface interstitial cells based on Fourier's Law of Conduction. The surface heating method' is presented as an embodiment of the present invention. As a wavelength band suitable for the surface heating method, as shown in the relationship between each wavelength band shown in FIG. 5, it can be found in the
[수학식 2][Equation 2]
퓨리에의 열전도 법칙에 관한 수학식 2에 근거한 파장의 침투 깊이 ‘L’의 변수인 ‘Δx’ 값을 적게 가져가기 위해 장파장의 원적외선 복사열보다는 표면만을 관통하는 파장대의 근적외선(도 5 참조)을 사용하여 결합면 부분에만 열 에너지를 전달하는 방법을 사용할 수 있다. In order to reduce the 'Δx' value, which is a variable of the penetration depth 'L' of the wavelength based on
일 실시예로, 도 6에 도시된 할로겐(62) 램프 파장대 영역은 150 ~ 2500nm의 가시광선에서 근적외선 영역의 광원이 발생되는데, 가시광선의 영역은 390nm에서 760nm이고, 근적외선 영역 중에서 할로겐 램프의 피크 파장은 600nm에서 900nm 정도로서 물질 격자 구조의 표면에서 일부분 반사하겠지만, 나머지는 관통하는 파장대의 광원으로 표면의 결합 해리 에너지 공급용으로 사용될 수 있다.As an embodiment, the
이하 본원에서 설명되는 실시예들은, 물리적 기상 증착(PVD)의 장비 구조체로 구체적인 구현과 효과를 설명하고 있으나, 단지 이에 국한되지는 않고 그 목적이나 방법이 같은 경우에도 적용에 차이를 두지 않는다. 본 발명은 할로겐 가스를 사용하는 적외선 램프를 사용하여 타겟이나 기판의 표면에서 입자들 간의 결합력을 약화시키기 위한 결합 해리 에너지를 제공하여 반응을 촉진하고 상호 층 간의 접착력과 증착 층간 균일성을 향상시키기 위한 장치를 제공한다. 또한, 이 장치는 반응이 촉진되어 증착 진행 가동 시간을 줄여주고 불필요한 부분으로 전달되어지는 열 에너지를 차단하기 위한 별도의 열 차폐물을 사용치 않아도 되므로, 장치를 간소화시킬 수도 있다. Embodiments described herein below describe specific implementations and effects as a physical vapor deposition (PVD) equipment structure, but are not limited thereto and do not differ in application even when the purpose or method is the same. The present invention uses an infrared lamp using a halogen gas to provide bond dissociation energy to weaken the bonding strength between particles on the surface of a target or substrate to promote a reaction and to improve adhesion between layers and uniformity between deposited layers. provide the device. In addition, since the reaction is accelerated, the deposition operation time is reduced, and a separate heat shield for blocking heat energy transferred to unnecessary parts is not required, so the device can be simplified.
지향성 표면가열 장치는 기판 상에 재료의 층을 증착 하거나, 분리하기 위해 알려져 있는 프로세스 장치를 포함한다. 프로세싱하는 동안 기판은 프로세스 챔버 내 서셉터(Susceptor)위에 위치하고, 서셉터는 샤프트에 의해 지지되고, 연결된 구조체로 회전이 가능하다. 기판의 위, 아래 주변에 배치된 지향성 표면가열 장치는 에너지 전달매체로 직접, 간접적인 방법으로 에너지를 전달하고, 전달할 에너지량을 측정하는 장비를 광원의 장치와 쌍으로 내재하고, 그 결과를 표면가열 에너지에 반영하여 허용오차 내로 조정되는 피드백 시스템으로 구성될 수 있다.Directional surface heating devices include known process devices for depositing or detaching a layer of material on a substrate. During processing, the substrate is placed on a susceptor in the process chamber, and the susceptor is supported by a shaft and can rotate as a connected structure. The directional surface heating device disposed around the top and bottom of the substrate transfers energy directly or indirectly to the energy transmission medium, and has a device for measuring the amount of energy to be delivered in pairs with a device of a light source, and the result is displayed on the surface It can be configured with a feedback system that reflects the heating energy and adjusts within tolerance.
입자가 박막층으로 만들어지는 재료의 구성은 전기적, 기계적, 열적 및 광학적 특성을 개선하기 위해 사용되는 고유한 기본 특성의 구조와 더불어 핀홀(Pinhole), 원치 않는 불순물(Particle), 특정 위치보다 더 낮은 증착층 두께의 밸리(Valley), 결정 구조의 깨짐(Crack) 등의 구성과 함께 프로세싱의 진행과정 중 발생되어지는 박막층의 품질에 영향을 미친다. The composition of the material from which the particles are made into thin film layers is free from pinholes, unwanted particles, deposits lower than a specific location, as well as a structure with unique basic properties used to improve electrical, mechanical, thermal and optical properties. Along with configurations such as layer thickness valleys and crystal structure cracks, the quality of the thin film layer generated during the processing process is affected.
또한, 박막층 내부의 균일성과 박막층 간 밀착 정도 및 분리 단면의 프로파일은 프로세싱 품질 평가의 중요한 부분이다. 평가 방법으로는 압력, 온도, 습도, 광학, 장력, 산소 등의 스트레스(Stress)를 인가하여 평가하게 되는데, 프로세싱은 이 평가 항목 조건과 관련된 최적의 조건이 진행되는 것으로, 이는 모두 입자간 융합과 분리의 반응을 위한 물질 변환의 에너지 전달 방법에 관련된 사항이다. 결합 해리의 에너지를 열 에너지로 공급하는 경우에 반응면에만 선택적 공급을 위해서는 도 4에 도시된 퓨리에의 열전도 법칙에 근거한 깊이 L 을 최소로 하는 수학식 2의 Δx 값을 적게 가져가는 지향성 표면가열 방식과 장치를 제시하고자 한다.In addition, the uniformity within the thin film layer, the degree of adhesion between the thin film layers, and the profile of the separated section are important parts of processing quality evaluation. As an evaluation method, it is evaluated by applying stress such as pressure, temperature, humidity, optics, tension, oxygen, etc., and processing proceeds with optimal conditions related to this evaluation item condition, which is all about interparticle fusion and It is a matter related to the energy transfer method of material conversion for the reaction of separation. In the case of supplying bond dissociation energy as thermal energy, a directional surface heating method that minimizes the Δx value of
도 1에 도시된 스퍼터링 증착용 히터장치에서 디스컬러 불량을 방지하기 위한 가열 장치에 의해 히팅된 기판을 냉각하기 위한 냉매가스 유로 형성의 원 가스유로(221), 직선 가스유로(222), 가스 배출구(210) 등의 별도의 구조와 장치가 제시되고 있으나, 본원의 장치를 적용한 표면만을 가열하는 경우 이러한 페데스탈 상의 구조장치가 불필요해진다. In the heater device for sputtering deposition shown in FIG. 1, a raw
도 2에 도시된 종래 기술 또한 반도체 처리장치에서 사용되는 반응열 공급과 냉각을 위한 작업물 가열용 히터(18)와 열 차폐물(16)이 페데스탈 상에 설치되어 있으나, 본원의 구조에선 불필요한 장치가 된다. In the prior art shown in FIG. 2, a
도 3에 도시된 종래 기술에서는 복사열 가열(404,406)과 더불어 저온 부분의 국부적인 스폿 가열(407,408) 방식으로 일면 진보된 기술이 적용되어 지는데, 증착 반응에 필요한 만큼의 에너지를 표면에만 선택적이고 균일하게 에너지를 전달하여 가열하는 정확성과 그 열량을 측정하여 피드백해 주어 조정해 주는 시스템으로 개선의 여지가 있다. In the prior art shown in FIG. 3, an advanced technology is applied in a way of local spot heating (407, 408) of a low-temperature part along with radiant heat heating (404, 406), and the energy required for the deposition reaction is applied selectively and uniformly only to the surface. There is room for improvement with the system that measures the accuracy of heating by transferring energy and the amount of heat and adjusts it by giving feedback.
열 에너지 전달의 방법은 복사, 대류, 전도의 방법이 있으며, 도 2의 장치는전형적인 전도 방식이고, 도 3의 장치는 복사와 대류의 방식이 혼합된 방법으로 대류에 의한 온도상승을 냉각 유체를 투입하여 조절하고 있다. 이는 온도 센서(430)가 복사열 파장이 미치는 범위에 부착된 게 아니라 챔버 내부 상면에 배치되어 더워진 유체들이 상부로 모이면 온도 검출하는 것에서도 알 수 있다.Methods of transferring heat energy include radiation, convection, and conduction. The device of FIG. 2 is a typical conduction method, and the device of FIG. 3 is a mixture of radiation and convection, and the temperature rise by convection is transferred to a cooling fluid. It is put in and controlled. This can be seen from the fact that the
기판 상에 제공되는 어떠한 에너지 전달에도 불구하고, 진행되는 프로세스의 균일한 적용과, 상호 다른 재질 간의 결합면에서 발생되는 상호 융합, 상호 분리의 정도 차이는 발생된다. 또한, 기판에 에너지를 공급하는 방법으로 일반적으로 가장 많이 사용되는 기판을 직접 가열하는 전도 방법은 열 소스의 정밀한 제어에도 불구하고, 전도의 차이와 매질의 밀도에 따라 기판상의 특정 위치들에 밸리(Valley)라는 주변 두께보다 더 낮은 영역들이 형성되는 것이 관찰된다. 따라서, 증착의 균일성과 접합면의 밀착성을 유지하기 위해서는 열 에너지의 복사에 의한 기판의 반응 표면만을 균일하고 정확하게 가열하고, 온도를 검출하여 열 공급원에 피드백(Feedback)시켜 주는 통제된 시스템이 필요하다. Regardless of any energy transfer provided on the substrate, uniform application of the ongoing process and a difference in the degree of mutual fusion and separation occurring at the bonding surface between different materials occur. In addition, the conduction method of directly heating the substrate, which is generally most commonly used as a method of supplying energy to the substrate, has valleys ( It is observed that regions lower than the surrounding thickness are formed, called valleys. Therefore, in order to maintain the uniformity of deposition and the adhesion of the bonding surface, a controlled system that uniformly and accurately heats only the reaction surface of the substrate by radiation of thermal energy, detects the temperature, and feeds back to the heat source is required. .
도 7a에 도시된 것과 같이, 복사열 광원(701)이 목표 대상물(704)에 진공공간에서 파장의 직진성에 의해 표면을 정조준하여 가열하고 중심 광축(702)이 대상물 중심(703)에 ??추어진다. 상대적으로 챔버 내 진공의 공간에서는 파장의 산란은 무시할 만 하나, 도 13의 개념에 따라 입사각(1306) 은 대상 목표물 위치별로 달라서 법선(1302)에 대한 굴절각(1308)도 달라 지므로 표면에 투입되는 입사 에너지는 입사각이 적은 쪽과 큰 쪽의 차등을 보이게 된다.As shown in FIG. 7A, the
도 7b에서는 이러한 문제를 극복하기 위하여 법선(717)에 대해 광축(712)이 제1 광원(711)의 입사각에 크기에 대칭되는 위치에 대응한 제2 광원(716)의 입사각과 동일한 크기와 같은 거리에 배치하여 좌, 우의 광원에 대하여 균일한 에너지를 제공하고, 더불어 앞, 뒷면도 같은 원리의 대칭적 쌍으로 광원을 배치하면 4 방향에서 공급되는 에너지에 의해 목표 대상물의 표면에 침투하는 에너지 전달량을 균일하게 제공할 수 있다. 이론적으론 원형인 기판에 무한의 광원이 있어야 하겠지만 기판의 열전도율이 존재하고 서셉터가 회전을 하므로 적게는 두 방향, 세심한 관리가 필요할 경우 네 방향이면 충분하다. 만약 그 광원 개수를 늘리는 경우는 배수 단위로 증가를 해야 하므로, 이진법에 상승 비율로 1, 2, 4, 8, 16… 등으로 배치하는 것이 원형의 기판에 균일하게 에너지 공급하는 방법일 수 있다.In FIG. 7B, in order to overcome this problem, the
또한, 도 7b에서 광원으로부터 투사광을 측정할 수 있는 계측기가 필요하다. 원형의 서셉터에 안착되는 웨이퍼는 통상 위치를 인식할 수 있은 플랫존(Flat Zone: 미도시)과 노치(Notch: 미도시)라는 원형 구조에서 위치를 인식할 수 있는 인식 마크의 빈 공간이 존재한다. 또한, 웨이퍼의 외각 원형(714)의 위치 중 측정 계측기를 내장시킬 수 있는 공간을 사용하여 계측이 가능하다. In addition, in FIG. 7B, a measuring instrument capable of measuring projected light from a light source is required. The wafer placed on the circular susceptor usually has an empty space for a recognition mark that can recognize the position in a circular structure called a flat zone (not shown) and a notch (not shown) that can recognize the position. do. In addition, measurement can be performed by using a space in which a measuring instrument can be embedded among positions of the
계측기의 종류는 투입 에너지를 측정할 수 있는 여러 종류가 사용될 수 있다. 일 예로 태양광을 전기에너지로 변환하는 쏠라셀(Solar cell) 장치를 이용하여 입사 광량을 쉽고 정확하게 분석하여 광원에 피드백하여 안정적이고 시간 변동에 따라 일정한 에너지를 조정할 수 있다. 하지만 이러한 방식을 사용할 경우, 일회용으로 밖에 사용할 수 없다는 한계가 있어서, 한번의 증착 공정으로 계측기는 재사용이 불가하지만, 증착면의 위치에 증착과 동일한 조건에서 포집된 데이터는 도 8b에 도시된 광 측정 계측기(818)의 비교 간접 측정에 대해서 대치될 수 있다.Various types of instruments capable of measuring input energy may be used. For example, by using a solar cell device that converts sunlight into electrical energy, the amount of incident light can be easily and accurately analyzed and fed back to a light source, so that stable and constant energy can be adjusted according to time fluctuations. However, when using this method, there is a limitation that it can only be used once, so the instrument cannot be reused in a single deposition process, but the data collected at the location of the deposition surface under the same conditions as the deposition is the optical measurement shown in FIG. 8B. Comparison of
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 광원(711, 716)은 증착 표면에의 균일한 에너지 전달의 중요한 요인인 광원을 기판에 집속시키기 위한 목표물 지향성 반사갓(802)과, 목표물 지향성 광통(805)과, 광 발생부(811) 및 발광 에너지의 측정을 위한 계측기(818) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 8A and 8B ,
광통의 방향과 각도는 목표 대상물의 원의 크기를 포함할 수 있는 각도를 유지한다. 그리고 길이는 반사갓(802)에 의해 나오는 파장, 광 발생부(811)로부터 나오는 파장이 광통의 반사 각도에 따라 반사되어 파장이 목표 대상물을 향하는 경로로 변환되는데 필요한 길이로 최소 길이로 결정한다. 이때 광원의 방사 각도를 계산하기 위해선 허상의 광원(801)을 가정하게 되고, 파장의 반사는 반사갓과 광통의 곡률 반경이 달라 그 경계(804)를 두어 연결하기 위한 구간(803)으로 접속면의 연결 구간을 두어 사용가능하다. 이 연결 구간은 나사 혹은 분해 조립이 가능한 구조로 연결부를 만들어 다른 종류의 광통을 교체하여 사용할 수 있게 한다.The direction and angle of the optical tube maintain an angle that can include the size of the circle of the target object. The length is determined as the minimum length necessary for the wavelength emitted by the
도 8b를 참조하면 광원 장치의 상세 도면으로, 광원 장치는 파장의 직진성을 담당하는 광통(813), 광 에너지를 발생하는 광 발생부는 필라멘트(811)와 발광용 할로겐 가스가 밀봉된 투명한 재질에 의해 보호되고 있는 전구체(820), 투사 방향(816)과 다른 방향으로 방사되는 파장을 반사하기 위한 반사갓(812)을 포함한다. 이 반사갓의 경계선은 필라멘트의 위치를 포함한 외곽선(817) 이상의 길이를 유지해야 하고, 반사 파장의 급격한 각도 변화(819)에 따른 반사갓과 진행 파장의 각도를 유지하는 광통의 모양의 차이를 연결하기 위한 접속면 부분으로 구성된다.Referring to FIG. 8B, it is a detailed view of the light source device. In the light source device, the
광 발생부는 가시광선 영역과 적외선 영역의 파장대 영역에 해당하는 광을 발생시킬 수 있다. 시인성이 강한 가시광선대 파장은 그만큼 물체에 반사되어 나오는 현상이므로 상대적으로 에너지 침투에 의한 전달량이 적다. 따라서, 가시광선 영역의 광을 이용해 지향성 표면가열 장치가 탑재되는 장비에 대한 유지 보수용 조명으로 사용 가능하다. 적외선 영역의 광을 이용해 목표 대상의 표면에 투과하여 에너지를 전달할 수 있다. 여기서, 조명 기능은 부가적인 것인 바, 적외선에 포함된 에너지량이 가시광선의 50% 이상일 수 있다. The light generating unit may generate light corresponding to a wavelength range of a visible ray region and an infrared ray region. Since wavelengths in the visible light band, which are highly visible, are reflected from objects, the amount of transmission by energy penetration is relatively small. Therefore, it is possible to use light in the visible ray region as maintenance lighting for equipment on which a directional surface heating device is mounted. Energy can be transmitted by penetrating the surface of a target using light in the infrared region. Here, since the lighting function is additional, the amount of energy included in the infrared light may be 50% or more of that of the visible light.
계측기(818)는 쏠라셀 장치와 같은 센서부 만으로도 가능하다. 이 경우 계측기의 면적은 90도 법선으로 직교하여 반사량 최소, 굴절량 최대가 되게 하는 면적일 수 있다. The measuring
도 9는 광통과 반사갓의 내부에 코팅하여 반사율을 높이기 위한 재질로, 할로겐 파장대(92)의 모든 주파수 영역을 손실없이 반사해 낼 수 있는 금 도금(93) 재질과 다소 성능은 떨어지지만 저렴한 알루미늄(94) 재질의 특성을 평가한 것으로, 에너지 손실을 줄이기 위해 판단해야 할 재료이다. 도 9와 도 5에서 표기된 할로겐 램프의 파장대는 가시광선(91)도 방사를 하게 되므로 열 에너지 뿐 아니라 빛 에너지도 방출하여 조명용으로 사용도 가능하다.9 is a material for increasing the reflectance by coating the inside of the light tube and the reflector, and a gold plating (93) material that can reflect all frequency ranges of the halogen wavelength band (92) without loss and inexpensive aluminum (although somewhat inferior in performance) 94) This is an evaluation of the properties of the material, and it is a material to be judged to reduce energy loss. Since
본 발명의 이론적 배경과 적용 결과에 따른 현상으로, 도 10a에는 정배열 경계면 단면에서의 원자 격자 구조로 기판 원자 구조(1003)와 박막 원자 구조(1001)가 규칙적으로 결합된 결합원자(1002)의 원리적 그림이 도시되어 있다. As a phenomenon according to the theoretical background and application results of the present invention, FIG. 10A shows the principle of bonding atoms 1002 in which the substrate atomic structure 1003 and the thin film atomic structure 1001 are regularly bonded in an atomic lattice structure at the cross-section of the regular array interface. An enemy picture is shown.
또한, 도 10b를 참조하면, 표면 에너지가 충분히 인가되어 입자간 결속력을 약화시킨 상태에서 상부에 박막(1011)이 반응했을 때, 기판(1013)의 표면의 격자 구조가 일부 무너져 상부의 박막이 침투하기 용이하여 확산층(1012)을 만들어 접합 면적을 넓혀주어 결합력을 강화하고, 결합 시간을 분산 및 지연시켜 주어 증착면의 균일도를 개선하는 현상은 동일한 조건에서 좁은 면을 증착하는 것과 넓은 면을 증착하여 압축시키는 원리와 같은 효과로 균일도 개선을 향상시킬 수 있다.In addition, referring to FIG. 10B, when the
도 11a와 도 11b는 증착 단면의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다. 도 11a를 참조하면, 일반적인 챔버 내부 열원 공급에 의한 분위기 조성 후 진행한 단면 사진으로 하부 층(1101) 과 상부 층(1103)의 경계면(1104)이 좁게 나오고 크랙(1105)의 흔적도 보이고 있다. 도 11b를 참조하면, 적외선 표면 가열에 의한 분위기 조성된 상태에서 단면 사진으로 하부 층(1111)과 상부 층(1113)의 사이에 있는 경계면(1114)의 두께와 구조의 결속이 앞선 도 11a의 경계면(1104) 보다 넓고 층간 더 많이 섞인 입자 분포를 보이는 것을 확인할 수 있다.11A and 11B are SEM (Scanning Electron Microscope) photographs of deposition cross sections. Referring to FIG. 11A, in a cross-sectional photograph taken after creating an atmosphere by supplying a general heat source inside the chamber, the
표면에 인가되는 결합 해리 에너지는 챔버 내부에서 두 가지 기능으로 사용될 수 있다. 첫째 기능은 도 12a에서와 같이 상부 광원(1203,1205)은 기판의 표면에 에너지를 공급하여 증착 과정에서 결합이 용이하도록 하는 기능이다. 둘째 기능은 도 12b에서와 같이 하부 광원(1213,1215)으로 타겟의 표면에 에너지를 공급하여 타겟의 입자들을 분리가 용이하게 하는 해리 에너지로 사용되는 기능이다. Bond dissociation energy applied to the surface can be used for two functions inside the chamber. As shown in FIG. 12A, the first function is that the
도 12a에서 상부에 위치한 광원(1203,1205)은 타겟의 위치보다 윗쪽에 존재하여 타겟(1204)의 입자 해리 작용에 방해되지 않게 하고, 분리된 입자가 광원에 부착되는 것도 방지하며. 기판의 크기(1202)에 정확하게 맞춰 조준 투사하여 결합에너지를 제공할 수 있다.In FIG. 12A, the
도 12b에서 하부에 위치한 광원(1215,1213)은 기판(1212)보다 아래쪽에 위치하여 기판에 입자들이 증착되는 것을 방해하지 않게 하고, 쌓이는 입자가 광원에 부착하는 것을 방지하고, 타겟의 크기(1214)에 정확하게 조준하여 투사하여 해리 에너지를 제공한다.In FIG. 12B, the
구체적인 일 실시예로, 도 14는 본 출원인인 트리버스 시스템(TRIBUS system)사의 SURPASS® P200 매엽식 PVD 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템에 다수의 증착 챔버를 장착할 수 있게 도 15에 도시된 것과 같이 PM(Process Module) 단위로 디자인되어 각 모듈을 확장해서 사용할 수 있는 제품에 본 발명의 기술을 적용시켜 성능개선의 확인을 할 수 있었다. 시스템의 중심에 트랜스퍼 모듈(TM: Transfer Module)이 위치하여 웨이퍼를 전송하는 트랜스퍼(1405)와 잠시 대기 보관하는 버퍼(1406) 공간이 있다. 공정 진행 전후에 웨이퍼를 냉각시키기 위한 공간(1407,1408)이 있고, 웨이퍼의 입, 출입을 관리하는 로드락(1414)과 진공을 위한 크라이오 펌프(1409) 등의 기본 장치를 포함한다. 그리고 프로세싱을 진행하기 위한 프로세스 모듈(PM)(1401,1402,1403,1404) 단위로 연동된 4개의 단위 공정 장치가 예시되어 있으며, 프로세스 모듈의 개수는 필요에 따라 증감할 수도 있다. 그리고, 상기 PM의 단위 공정 중 본 발명의 기능인 지향성 표면가열 장치를 추가하여 사용할 수 있다. 부가적인 기능으로 프리 클리닝 모듈(1410,1411)과 탈가스(1412,1413) 모듈이 부가될 수 있다. 공전 진행 전 후로 웨이퍼 표면이 공기중 산소(O2)에 노출되어 자연히 발생되는 실리콘 옥사이드(SiO2) 막질을 제거하는 예비 진행 프리 크리닝 모듈(1410,1411)에도 사용 가능한데, 광량의 강도 세기가 조정된 지향성 표면가열 장치가 추가되어 전면의 균일한 막질을 제거할 수도 있다. 또한, 수증기와 잔류 가스를 방출하기 위한 탈가스 모듈에도 지향성 표면가열 장치가 추가되어 기판 표면에 부착된 수증기와 가스의 활성화를 가속시켜 배출이 용이하도록 할 수도 있다.As a specific embodiment, FIG. 14 shows a SURPASS® P200 sheet PVD system from TRIBUS system, the present applicant. As shown in FIG. 15, this system can be equipped with a plurality of deposition chambers, it is designed in PM (Process Module) units and the technology of the present invention is applied to products that can be used by extending each module to confirm performance improvement. Could. A transfer module (TM) is located at the center of the system, and there is a
단위 공정을 위한 프로세스 모듈(PM)의 상세한 구조는 도 15와 같다. 진공 크라이오 펌프(1501), 챔버 상부(1502), 챔버 커버(1503), 상 하 챔버간 연결부인 소스 어댑터(1504), 챔버 하부(1505), 진공도 측정을 위한 이온 게이지(1508) 등의 기본 장치가 구성되는데, 챔버 상부(1502)의 내부에 기판 가열을 위한 지향성 표면가열 장치(1506)가 탑재되고, 챔버 하부(1505)에 타겟에 가열을 위한 지향성 표면가열 장치(1507)가 탑재되어 사용될 수 있고, 장비의 유지 보수(PM: Preventive Maintenance)를 위해서 상,하 챔버를 개방할 때 소스 어댑터(1504)를 경계로 상, 하 챔버를 개방하여 내부를 청소 및 수리 작업을 할 때에는 지향성 표면가열 장치가 조명을 위한 기능으로 사용될 수도 있다.The detailed structure of the process module (PM) for the unit process is shown in FIG. 15 . Basic components such as a
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can make various modifications to the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that modifications and changes may be made.
711, 716 : 광원
802: 반사갓
805: 광통
811: 광 발생부
818: 계측기
1401, 1402, 1403, 1404: 프로세스 모듈
1405: 트랜스퍼 공간 1406: 버퍼 공간
1407, 1408: 냉각 공간 1409: 크라이오 펌프
1410, 1411: 프리 클리닝 모듈 1412, 1413: 탈가스 모듈
1414: 로드락711, 716: light source
802: reflector
805: light pain
811: light generating unit
818: instrument
1401, 1402, 1403, 1404: process module
1405: transfer space 1406: buffer space
1407, 1408: cooling space 1409: cryopump
1410, 1411:
1414: Roadlock
Claims (10)
상기 프로세싱을 위한 진공의 환경이 구축된 챔버;
상기 챔버의 내부에 설치되고, 상면에 기판을 지지하기 위한 서셉터;
상기 서셉터와 대치된 방향에 구비되는 타겟;
상기 서셉터 상의 기판에 결합 해리 에너지를 전달하기 위한 제1 광원과,
상기 타겟에 결합 해리 에너지를 전달하기 위한 제2 광원 중 적어도 하나의 광원을 포함하고;
상기 광원에는 방사되는 에너지량을 측정하기 위한 계측기가 내재되어 있고;
상기 광원은 상기 계측기와 서로 한 쌍으로 대응되도록 구성되어 있고;
상기 광원에서 총 방사 에너지 합과 상기 계측기에서의 측정값의 총합은 일정한 비율관계를 유지하고;
상기 비율 관계는 허용 오차내로 유지되게 하는 피드백 시스템을 더 포함하며,
상기 광원에서 제공하는 결합 해리 에너지는 목표 대상의 표면에 공급되는 것을 특징으로 하는 지향성 표면가열 장치.
As a directional surface heating device for processing a substrate,
a chamber in which a vacuum environment for the processing is established;
a susceptor installed inside the chamber and supporting a substrate on an upper surface;
a target provided in a direction opposite to the susceptor;
A first light source for transferring bond dissociation energy to the substrate on the susceptor;
including at least one light source among second light sources for delivering bond dissociation energy to the target;
A meter for measuring the amount of radiated energy is built into the light source;
the light source is configured to correspond to the meter and each other as a pair;
The sum of the total radiant energy from the light source and the sum of the measured values from the meter maintain a constant ratio relationship;
further comprising a feedback system to ensure that the ratio relationship is maintained within tolerance;
Directional surface heating device, characterized in that the coupling dissociation energy provided by the light source is supplied to the surface of the target object.
상기 광원은 반사갓, 광통 및 광 발생부를 포함하고,
상기 계측기는 상기 광 발생부와 쌍을 이루는,
지향성 표면가열 장치.
According to claim 1,
The light source includes a reflector, a light tube and a light generating unit,
wherein the meter is paired with the light generator;
Directional surface heating device.
상기 계측기는 상기 광원에 대해 법선과 직교하는 방향을 향하고;
상기 계측기는 상기 광 발생부의 2 차원적 크기와 같은 면적에 대응하여 쌍을 이루고;
상기 계측기는 광을 전기에너지로 변환하는 쏠라셀 장치를 포함하는 센서부로 가능한 반사량 최소와 굴절량 최대의 면적을 가지는, ,
지향성 표면가열 장치.
According to claim 2,
the meter is oriented perpendicular to the normal to the light source;
the meters are paired corresponding to an area equal to the two-dimensional size of the light generating unit;
The measuring instrument has an area with a minimum amount of reflection and a maximum amount of refraction possible with a sensor unit including a solar cell device that converts light into electrical energy,
Directional surface heating device.
상기 광원은 진공에서 빛의 산란이 적고 목표 대상을 향하는 지향성 광원으로:
상기 광원에서 방사되는 파장대 영역은 장비의 유지 보수용 조명으로 사용이 가능한 가시광선 영역과, 표면에 투과하여 에너지를 전달하는 적외선 영역을 포함하고;
상기 광원은 적외선에 포함된 에너지량이 가시광선의 50% 이상인 광 발생부를 포함하는,
지향성 표면가열 장치.
According to claim 1,
The light source is a directional light source with low scattering of light in a vacuum and directed to a target object:
The wavelength range emitted from the light source includes a visible ray region that can be used as lighting for equipment maintenance and an infrared region that transmits energy by penetrating the surface;
The light source includes a light generating unit in which the amount of energy contained in infrared rays is 50% or more of that of visible rays.
Directional surface heating device.
상기 광원은 상기 기판 및 상기 타겟 중 적어도 하나의 표면에 결합 해리 에너지를 공급하고;
상기 광원의 총 에너지량은 상기 계측기의 측정값 총량과의 관계를 허용오차 범위 내로 관리되게 하는 피드백 시스템에 의해 통제되는, 지향성 표면가열 장치.
According to claim 1,
the light source supplies bond dissociation energy to a surface of at least one of the substrate and the target;
The total amount of energy of the light source is controlled by a feedback system that allows the relationship with the total amount of measured values of the meter to be managed within a tolerance range.
상기 제1 광원은 상기 서셉터 위의 기판 전 표면적에 일치되도록 지향되고;
상기 제1 광원은 상부에 위치하는 상기 타겟의 작업에 방해가 되지 않도록 상기 타겟의 후면 윗쪽에 위치하고;
상기 제1 광원은 상기 기판의 표면에서 증착층 입자구조의 결합을 위한 에너지를 유지하도록 하는,
지향성 표면가열 장치.
According to claim 1,
the first light source is directed to conform to the entire surface area of the substrate above the susceptor;
The first light source is located above the rear surface of the target so as not to interfere with the operation of the target located above;
The first light source maintains energy for bonding of the particle structure of the deposition layer on the surface of the substrate,
Directional surface heating device.
상기 제1 광원은 회전 가능한 상기 서셉터 위의 상기 기판을 지향할 수 있고;
상기 제1 광원의 중심 광축과 상기 목표 대상의 이루는 입사각과 거리가 동일한 지점에 복수 개가 설치 가능하고;
설치 가능한 상기 제1 광원의 개수는 입사광과 대칭적 위치에 배수로 증가하므로, 2n(n은 자연수) 개 중의 하나인 지향성 표면가열 장치.
According to claim 6,
the first light source can direct the substrate on the rotatable susceptor;
A plurality of units can be installed at a point where the central optical axis of the first light source and the distance between the incident angle and the distance of the target object are the same;
Since the number of the first light sources that can be installed increases in multiples at positions symmetrical to the incident light, one of 2 n (n is a natural number) directional surface heating device.
상기 제2 광원은 상기 타겟의 표면적에 일치되도록 지향되고;
상기 제2 광원은 하부에 위치하는 상기 기판의 작업에 방해가 되지 않도록 상기 기판의 후면 아랫쪽에 위치하고;
상기 제2 광원은 상기 타겟의 표면에서 분리층 입자구조의 해리를 위한 에너지를 유지하도록 하는,
지향성 표면가열 장치.
According to claim 1,
the second light source is directed to match the surface area of the target;
the second light source is located below the rear surface of the substrate so as not to interfere with the operation of the substrate located below;
The second light source maintains energy for dissociation of the separation layer particle structure on the surface of the target,
Directional surface heating device.
상기 제2 광원은 회전 가능한 상기 타겟을 지향할 수 있고;
상기 제2 광원의 중심 광축과 상기 목표 대상의 이루는 입사각과 거리가 동일한 지점에 복수 개가 설치 가능하고;
설치 가능한 상기 제2 광원의 개수는 입사광과 대칭적 위치에 배수로 증가하므로, 2n(n은 자연수) 개 중의 하나인 지향성 표면가열 장치.
According to claim 8,
the second light source may be directed at the rotatable target;
A plurality of light sources may be installed at a point where the center optical axis of the second light source and the incident angle and distance of the target object are the same;
Since the number of the second light sources that can be installed increases in multiples at positions symmetrical to the incident light, one of 2 n (n is a natural number) directional surface heating device.
상기 광원은 반도체 프로세싱 시스템의 본체(main frame)에 확장이 가능하게 설치되는 상기 챔버와 상기 서셉터를 포함하는 모듈에 열 에너지와 광 에너지를 공급하기 위해 적용할 수 있고;
상기 모듈은, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원이 내재된 프로세스 모듈;
상기 제1 광원 혹은 상기 제2 광원이 내재된 프리 클리닝 모듈;
상기 제1 광원 혹은 상기 제2 광원이 내재된 탈가스 모듈 중 적어도 하나인,
지향성 표면가열 장치.
According to any one of claims 1 to 9,
The light source may be applied to supply thermal energy and light energy to a module including the chamber and the susceptor that are extensibly installed in a main frame of a semiconductor processing system;
The module may include a process module in which the first light source and the second light source are incorporated;
a pre-cleaning module in which the first light source or the second light source is incorporated;
At least one of the degassing module in which the first light source or the second light source is embedded,
Directional surface heating device.
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|---|---|---|---|
| KR1020230015638A KR102554574B1 (en) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | Directional surface heating device for enhanced adhesion of physical vapor deposition |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102554574B1 true KR102554574B1 (en) | 2023-07-12 |
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ID=87163710
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|---|---|
| KR (1) | KR102554574B1 (en) |
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- 2023-02-06 KR KR1020230015638A patent/KR102554574B1/en active IP Right Grant
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