KR20200096985A - 셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법 - Google Patents

셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법을 제공한다. 해당 셔터 디스크 어셈블리는 연결 부재와 셔터 가압 디스크를 포함하고, 여기서 연결 부재는 셔터 가압 디스크를 베이스 상측으로 이동시켜, 베이스의 지지면의 제1 위치 또는 수직 방향에서 베이스의 지지면과 중첩되지 않는 제2 위치를 커버하고, 셔터 가압 디스크의 테두리 부분은, 셔터 가압 디스크가 제1 위치에 위치하고 베이스가 냉각 위치에 위치할 경우, 베이스에 탑재되는 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉된다. 본 개시가 제공하는 셔터 디스크 어셈블리는, 공정 수행 시 피공작물의 전체 표면에 박막을 증착할 수 있고, 더불어 가공 대상 공작물에 대해 효과적이고 고효율적인 냉각을 구현할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법
본 개시의 실시예는 셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법에 관한 것이다.
물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 기술은 진공 조건에서 물리적 방법을 사용하여 재료원(고체 또는 액체) 표면을 기체 형태의 원자, 분자로 기화하거나 일부를 이온으로 이온화하고, 저압 가스(또는 플라즈마) 과정을 통해 기판 표면에 일부 특수 기능을 구비하는 박막을 증착하는 기술이다. 현재로서, PVD 기술을 이용하여 금속막, 합금막을 증착할 수 있을 뿐만 아니라, 화합물, 세라믹, 반도체, 폴리머막 등을 증착할 수 있다.
PVD 장치 자체의 성능은 증착되는 필름층의 품질과 생산성 등에 직접적인 영향을 미치게 되며, 각종 부품의 필름층의 정밀도, 품질 및 생산성에 대한 요구가 지속적으로 높아짐에 따라, PVD 장치 자체의 성능에 대한 개선에 지속적인 추진력을 제공하였다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 연결 부재와 셔터 가압 디스크를 포함하며, 여기서,
상기 연결 부재는 상기 셔터 가압 디스크를 베이스 상측으로 이동시켜, 상기 베이스의 지지면의 제1 위치 또는 수직 방향에서 상기 베이스의 지지면과 중첩되지 않는 제2 위치를 커버하고;
상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분에 있어서, 상기 셔터 가압 디스크가 상기 제1 위치에 위치하고 상기 베이스가 냉각 위치에 위치할 경우, 상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분은 상기 베이스에 탑재되는 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉되는 셔터 디스크 어셈블리를 제공한다.
일부 예시에 있어서, 상기 셔터 가압 디스크는 상기 연결 부재와 활동 가능하게 연결되어, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 테두리 부분이 상기 피공작물과 서로 분리되도록 하고, 상기 베이스가 상기 냉각 위치까지 상승하는 과정에서, 상기 베이스가 상기 셔터 가압 디스크를 받쳐 올려, 상기 테두리 부분이 상기 피공작물의 테두리 구역을 가압하도록 한다.
일부 예시에 있어서, 상기 연결 부재에는 상기 연결 부재를 수직 방향으로 관통하는 위치 고정홀이 설치된다. 상기 셔터 가압 디스크의 상부 표면에는 위치 고정 돌기부가 설치되며, 상기 위치 고정 돌기부는 상기 위치 고정홀과 서로 결합되어, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 셔터 가압 디스크가 상기 위치 고정 돌기부를 통해 상기 연결 부재에 매달리도록 한다. 상기 베이스가 상기 냉각 위치까지 상승하여 상기 셔터 가압 디스크를 받쳐 올리는 과정에서, 상기 위치 고정 돌기부가 상기 위치 고정홀에 대해 상향 이동하는 것을 허용한다.
일부 예시에 있어서, 상기 위치 고정홀은 원뿔형 홀로, 상기 원뿔형 홀의 직경은 상부에서 하부로 점차적으로 감소된다.
일부 예시에 있어서, 상기 위치 고정 돌기부는 결합부를 포함하며, 상기 결합부는 원뿔형으로, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 결합부의 외주벽이 상기 원뿔형 홀의 홀벽과 서로 결합된다.
일부 예시에 있어서, 상기 위치 고정홀은 직통홀이고, 상기 직통홀의 홀벽에 계단부가 설치되고, 상기 위치 고정 돌기부는 결합부를 포함하며, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 결합부의 적어도 일부가 상기 계단부에 적층되어 설치된다.
일부 예시에 있어서, 상기 위치 고정 돌기부는 기둥형 연장부를 더 포함하며, 상기 연장부는 연직으로 설치되고, 상기 연장부의 상단은 상기 결합부와 연결되고, 상기 연장부의 하단은 상기 셔터 가압 디스크과 연결되며, 상기 연장부의 외경은 상기 원뿔형 홀의 최소 직경보다 작다.
일부 예시에 있어서, 회전 기구를 더 포함하며, 상기 회전 기구는, 상기 베이스의 일측에 연직으로 설치되어 상기 연결 부재와 연결되는 회전축과 상기 회전축을 회전시켜 상기 연결 부재가 상기 회전축을 따라 상기 제1 위치 또는 제2 위치까지 회전하도록 구동하는 구동원을 포함한다.
일부 예시에 있어서, 상기 셔터 가압 디스크는 가압 디스크 본체를 포함하며, 상기 가압 디스크 본체의 하부 표면 테두리 구역에는 링형 돌기부가 형성되어 상기 테두리 부분으로 사용되고, 상기 링형 돌기부는 폐쇄된 링형으로 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 설치되거나, 또는 상기 링형 돌기부는 다수 개의 서브 돌기부를 포함하여, 다수 개의 서브 돌기부가 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 이격되어 설치된다.
일부 예시에 있어서, 상기 셔터 가압 디스크는 가압 디스크 본체를 포함하며, 상기 가압 디스크 본체의 외주벽에는 링형 돌기부가 형성되고, 상기 링형 돌기부는 상기 가압 디스크 본체의 하부 표면에 대해 돌출되어 상기 테두리 부분으로 사용되고, 상기 링형 돌기부는 폐쇄된 링형으로 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 설치되거나, 또는 상기 링형 돌기부는 다수 개의 서브 돌기부를 포함하여, 다수 개의 서브 돌기부가 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 이격되어 설치된다.
다른 하나의 기술적 방안으로, 본 개시는 챔버를 포함하는 반도체 가공 장치를 더 제공하며, 해당 챔버는 베이스와 본 개시에서 제공하는 상기 셔터 디스크 어셈블리를 포함한다.
상기 베이스에는 상기 베이스의 지지면과 상기 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입하기 위한 백 블로우 관로가 내설된다.
상기 베이스는 상기 냉각 위치 또는 로딩/언로딩 위치 또는 공정 위치로 이동할 수 있도록 승하강 가능하고, 상기 로딩/언로딩 위치는 상기 냉각 위치보다 낮고, 상기 공정 위치는 상기 냉각 위치보다 높다.
일부 예시에 있어서, 상기 챔버는,
상기 베이스에 설치되고 상기 지지면의 주변에 서라운드되어, 상기 피공작물의 상기 베이스에서의 위치를 제한하는 리미트 링;
상기 챔버의 측벽 내측에 서라운드되어 설치되는 차폐 부재;
상기 베이스가 상기 공정 위치에 위치할 경우 상기 리미트 링과 상기 차폐 부재 사이의 간극을 차단하고, 상기 베이스가 상기 공정 위치로부터 하강된 후 상기 차폐 부재에 의해 지지되는 배플 링을 더 포함한다.
일부 예시에 있어서, 상기 챔버의 일측에 설치되어 상기 챔버의 내부와 연통되며, 상기 셔터 가압 디스크가 상기 제2 위치에 위치할 경우 상기 셔터 가압 디스크를 수용하는 셔터 디스크 창고를 더 포함한다.
다른 하나의 기술적 방안으로, 본 개시는 본 개시에서 제공하는 상기 반도체 가공 장치를 사용하여 피공작물을 가공하는 반도체 가공 방법에 있어서,
상기 셔터 가압 디스크를 상기 제2 위치에 유지시키고, 베이스가 상기 공정 위치까지 상승시켜 상기 피공작물의 전체 상부 표면에 대해 공정 처리를 수행하는 공정 처리 단계;
공정 처리를 정지하고, 상기 베이스를 상기 공정 위치로부터 상기 로딩/언로딩 위치로 하강시키고, 상기 셔터 가압 디스크를 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동시킨 후, 상기 베이스를 상기 냉각 위치로 상승시켜, 상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분이 상기 베이스에 탑재되는 피공작물 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉하도록 하며, 다음으로, 상기 백 블로우 관로를 이용하여 상기 베이스의 지지면과 상기 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입하는 냉각 단계를 포함하는 반도체 가공 방법을 더 제공한다.
일부 예시에 있어서, 상기 냉각 단계에서, 상기 냉각 위치의 높이는, 상기 베이스가 상기 냉각 위치로 상승하는 과정에서, 상기 베이스는 상기 셔터 가압 디스크가 이와 활동 가능하게 연결되는 상기 연결 부재에 대해 상향 이동하도록 상기 셔터 가압 디스크를 받쳐 올릴 수 있음에 따라, 상기 테두리 부분이 상기 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역을 가압하도록 설정된다.
일부 예시에 있어서, 상기 공정 처리 단계에서, 상기 공정 처리는 PVD 공정을 포함한다.
본 개시의 실시예가 제공하는 셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법의 기술적 방안에 있어서, 연결 부재를 통해 셔터 가압 디스크가 수직 방향에서 베이스의 지지면과 중첩되지 않는 제2 위치로 이동하여, 피공작물 표면을 전혀 차단하지 않을 수 있어, 공정 수행 시 피공작물의 전체 표면에 박막을 증착할 수 있다. 더불어, 셔터 가압 디스크의 테두리 부분은, 셔터 가압 디스크가 베이스의 지지면을 커버하는 제1 위치에 위치하고 베이스가 냉각 위치에 위치할 경우, 베이스에 탑재되는 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉되어, 베이스의 지지면과 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입할 경우, 피공작물이 베이스에 고정되어 바람에 날아가지 않도록 보장함으로써, 가공 대상 공작물에 대해 효과적이고 고효율적인 냉각을 구현할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예의 기술적 방안을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하에서 실시예의 도면에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 이하에서 설명하는 도면은 본 발명의 일부 실시예에 불과할 뿐, 본 발명에 대한 제한이 아님이 자명하다.
도 1은 셔터 디스크가 챔버로 인입되는 것을 나타내는 도면이고;
도 2는 셔터 디스크가 챔버로부터 인출되는 것을 나타내는 도면이고;
도 3은 PVD 장치의 단면을 나타내는 도면이고;
도 4는 베이스(백 블로우 관로가 구비되지 않음)를 나타내는 도면이고;
도 5는 다른 하나의 PVD 장치의 단면을 나타내는 도면이고;
도 6a는 본 개시의 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 단면을 나타내는 도면이고;
도 6b는 본 개시의 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 위치 고정부가 회전 암/위치 고정 홀을 이탈한 단면을 나타내는 도면이고;
도 7a는 본 개시의 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 단면을 나타내는 도면이고;
도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 단면을 나타내는 도면이고;
도 8a는 본 개시의 다른 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 단면을 나타내는 도면이고;
도 8b는 본 개시의 다른 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 단면을 나타내는 도면이고;
도 8c는 본 개시의 다른 일 실시예에 따른 셔터 디스크 어셈블리의 단면을 나타내는 도면이고;
도 9a는 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 가공 장치의 단면을 나타내는 도면이고(베이스가 공정 위치에 위치함);
도 9b는 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 가공 장치의 베이스(백 블로우 관로가 구비됨)를 나타내는 도면이고;
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 가공 장치의 단면을 나타내는 도면이고(베이스가 로딩/언로딩 위치에 위치함); 및
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 가공 장치의 단면을 나타내는 도면이다(베이스가 냉각 위치에 위치함).
본 발명의 실시예의 목적, 기술적 방안과 장점이 더 명확해지도록 이하에서 본 발명의 실시에의 도면을 결합하여 본 발명의 실시예의 기술적 방안에 대해 명확하고 완전하게 설명하기로 한다. 자명한 것은, 이에 설명되는 실시예는 본 발명의 일부 실시예일 뿐 모든 실시예가 아니다. 설명되는 본 발명의 실시예를 기초로 본 기술 분야의 일반적인 기술자가 진보적인 노동을 필요로 하지 않는 전제 하에 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 발명이 보호하는 범위에 해당된다.
기타 정의가 없는 이상, 본 개시에 사용되는 기술적 용어 또는 과학적 용어들은 본 개시가 해당되는 분야에서 일반적인 기능을 가진 자가 이해하는 통상적인 의미를 가지는 것이다. 본 개시에 사용되는 "제1", "제2" 및 유사하는 단어들은 그 어떠한 순서, 수량 또는 중요성을 표시하는 것이 아니라 상이한 구성 부분을 구별하기 위한 것이다. "포괄" 또는 "포함" 등의 유사한 단어들은 해당 단어 앞에 기재된 소자 또는 부재가 해당 단어 뒤에 열거된 소자 또는 부재 및 이와 동일하는 것을 포함하는 것으로 해석되며, 기타 소자 또는 부재를 배제하는 것이 아니다.
이하에서 본 발명에 개시된 일부 실시예에 의해 더 자세하게 설명하기로 한다. 본 발명에 개시된 명세서에서, 베이스의 지지면은 베이스의 측면 중 챔버 바닥벽으로부터 멀리 있는 일측의 평면을 의미할 수 있다. 지지면을 이러한 평면으로 정의함으로써, 기타 부재와 해당 지지면의 위치 관계를 더 정확하게 설명할 수 있다. 또한, 베이스에 반도체 가공 장치를 장착할 경우, 해당 지지면에 수직되는 방향을 따라 이동하도록 배치될 수 있다. 지지면에 수직되는 방향, 즉 수직 방향에서, 베이스의 지지면의 반대측에서 지지면으로의 방향을 "상"향 방향으로 칭하고, 지지면에서 베이스의 지지면의 반대측으로의 방향을 "하"향 방향으로 칭한다. 이로써, 예를 들어 상부 표면, 하부 표면, 상승, 하강, 상부벽, 바닥벽과 같이, "상"과 "하", 또는 "상부"와 "바닥"으로 표현되는 각종 위치 관계에 명확한 의미를 부여하게 된다. 또 예를 들어, 피공작물의 2개의 표면에 있어서, 베이스와 등지는 표면을 "상부 표면"으로 칭하고, 베이스와 마주하는 표면을 "하부 표면"으로 칭한다. 또한, 상기 지지면과 평행되는 방향, 즉 수평 방향을 따라, 상기 베이스의 테두리에서 중심을 향하는 방향을 "내"향 방향으로 칭하고, 상기 베이스 중심에서 테두리를 향하는 방향을 "외"향 방향으로 칭한다. 따라서, 예를 들어 "내측"과 "외측"과 같이, "내"와 "외"로 표현되는 상대적 위치 관계에도 명확한 의미를 부여하게 된다. 또한, 주의해야 할 것은, 이상에서 방위를 나타내는 용어들은 단지 예시적이고 각 부재의 상대적인 위치 관계를 나타내는 것으로, 본 발명에 개시된 각종 장치 또는 장비 중의 부품 조합 또는 전체 장치 또는 장비는 전체적으로 일정한 각도로 회전할 수 있다.
본 발명에 개시된 피공작물은 예를 들어 증착 대상 웨이퍼를 지지하는 트레이일 수 있고, 단독적인 증착 대상 웨이퍼 또는 웨이퍼가 트레이에 부착된 조합 구조일 수도 있으며, 본 발명에 개시된 실시예에 의하면 이에 대해 특별히 제한하지 않는다.
PVD 공정에서, 불활성 가스와 반응 가스를 포함하는 공정 가스를 공정 챔버 내로 유입하고, 타겟재에 직류 또는 RF 전력을 인가하여, 챔버 내의 가스를 여기하여 플라즈마를 형성하게 하여 타겟재를 충격하도록 하고, 충격에 의해 스퍼터링된 타겟재 입자는 피공작물 표면에 떨어져 박막을 형성한다. 타겟재 입자가 피공작물 표면에 증착됨과 더불어, 챔버의 벽 등 부재에도 증착된다. 스퍼터링 물질이 챔버의 벽 등 부재에 직접적으로 증착되는 것을 방지하기 위해, 일반적으로 PVD 챔버 내부에 프로세스 키트(Process Kit)를 추가하여 챔버 내벽을 보호한다. 공정 결과를 보장하기 위해, 프로세스 키트의 증착막이 일정 두께에 도달할 경우, 공정 챔버를 오픈하여 그 내부의 프로세스 키트를 교체한다.
공정 챔버는 언제나 진공 상태를 유지해야 하며, 타겟재 또는 프로세스 키트 교체 시에만 이를 오픈하고, 교체가 완료되면 다시 챔버를 진공 상태로 회복시킨다. 대기에 노출되는 타겟재는 대기와 반응을 일으켜 표면을 산화시킨다. 따라서, 챔버가 회복되는 초기에는 타겟재의 표면에 결함이 존재하여 정상적인 공정에 사용될 수 없다. 통상적으로, 셔터 디스크(Shutter Disk)를 사용하여 베이스를 차단할 수 있으며, 다음으로 고온 번인(Burn in) 공정을 수행하여 타겟재 표면의 결함 부분이 셔터 디스크에 스퍼터링되도록 한다. 결함 부분이 스퍼터링된 후, 셔터 디스크를 제거하면 바로 정상적인 공정을 수행할 수 있다.
도 1과 도 2는 각각 셔터 디스크가 챔버로 인입과 인출되는 것을 나타내는 도면이다. 도 1은 셔터 디스크가 베이스 상측에 위치할 경우를 나타내는 사시도이고, 도 2는 셔터 디스크가 베이스 상측으로부터 제거될 경우를 나타내는 조감도이다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 셔터 디스크(121)는 셔터 디스크 트레이(122) 상에 위치되고, 셔터 디스크 트레이(122)는 셔터 디스크(121)가 셔터 디스크 트레이(122)와 함께 챔버(10)로 인입 또는 인출될 수 있도록, 트레이 회전축(123)과 연결되어 트레이 회전축(123)에 의해 트레이 회전축(123)을 따라 회전할 수 있다. 셔터 디스크(121)는 챔버(10)로 인입된 후 베이스(124) 상측에 위치되어, 고온 번인 공정 수행 시 베이스를 차단할 수 있게 된다. 도 1에는 베이스 장착 나사(125)가 더 도시되었다.
PVD 기술은 주로 정전 척(Electro Static Chuck, ESC) 또는 기계용 척을 이용하여 피공작물을 지지한다. 웨이퍼에 대해 PVD 공정을 수행하는 과정에서, 피공작물은 일반적으로 발열하게 되며, 진공에서 열 에너지는 전달되기 어렵다. 피공작물의 열 에너지를 유도하기 위해, 일반적으로 정전 척 또는 기계용 척의 방식을 이용하여 피공작물에 대한 고정을 구현하고, 동시에 피공작물의 배면으로 백 블로우 가스를 이송하여 웨이퍼를 냉각시킨다.
도 3은 직류 마그네트론 스퍼터링 장치(1)의 단면을 나타내는 도면이다. 해당 직류 마그네트론 스퍼터링 장치(1)는 챔버 본체(100)를 구비하고, 해당 챔버 본체(100)에 의해 제한되는 공간이 챔버(10)를 구성한다. 예를 들어, 챔버 본체(100)는 바닥벽(1001)과 측벽(1002)을 포함한다. 챔버(10) 내에는 베이스(101)가 내설되고, 베이스(101)는 바닥벽(1001) 위에 설치될 수 있다. 베이스(101)는 피공작물(102)을 탑재하는 기계용 척일 수 있으며, 해당 베이스(101)는 승하강 가능하여 공정 위치로 상승 또는 로딩/언로딩 위치로 하강할 수 있게 된다. 베이스(101)가 공정 위치에 위치할 경우, 일정한 무게를 가지는 커버 링(Cover Ring)(103)을 이용하여 피공작물(102)의 상부 표면 테두리 구역을 가압함으로써, 기계적인 방식으로 피공작물(102)을 베이스(101)에 고정시켜 스퍼터링 공정을 수행하도록 한다. 차폐 부재(104)는 적어도 일부 챔버 본체(100)의 측벽(1002) 내에 둘러싸게 배치되어 챔버 본체(100)의 측벽(1002)에 연결되고, 베이스(101)가 공정 위치로부터 하강 시 커버 링(103)을 지지하도록 배치될 수 있다. 타겟재(105)는 진공 챔버 본체(100)에 실링되고, 타겟재(105)는 챔버(10)의 상부에 안착될 수 있고, 챔버(10) 외부에 설치되는 직류 전원(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 직류 전원은 타겟재(105)로 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 절연 재료(107)와 타겟재(105)가 밀폐된 챔버를 구성하고, 해당 챔버 내에 탈이온수(106)를 충진하고, 절연 재료(107)는 높은 절연 성능의 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어 유리 섬유와 수지 복합 재료를 포함하며, 추가적인 예로 G10을 사용할 수 있다. 스퍼터링 시 직류(DC) 전원이 타겟재(105)로 바이어스 전압을 인가하여, 접지되는 챔버 본체(100)에 대해 부압이 되도록 함으로써, 아르곤 가스를 여기하여 방전하도록 하여 플라즈마가 발생하게 되고, 플라즈마에서 양전기를 가지는 아르곤 이온을 부 바이어스의 타겟재(105)로 흡인한다. 아르곤 이온의 에너지가 충분히 높을 경우, 금속 원자가 타겟재 표면으로부터 튀어나와 피공작물(102)에 증착되게 된다. 이상은 아르곤 가스를 유입한 것을 예로 하여 설명하였으며, 질소 가스 등 기타 공정 가스를 유입할 수도 있다. 도 3에는 마그네트론(108)과 마그네트론(108)을 구동시켜 이동하게 하는 모터(109)가 더 도시되었다. 마그네트론(108)은 타겟재(105)의 상측에 설치되어, 모터(109)의 구동에 의해 타겟재(105)의 표면을 스캔하여, 플라즈마를 타겟재(105)의 하측에 응집할 수 있다.
또한, 스퍼터링 시 베이스(101)의 중심에 위치하는 관로(110)를 통해 피공작물(102)의 배면으로 일정량의 백 블로우 가스를 유입하여, 피공작물(102)의 열 에너지를 가스 열전달 방식을 통해 베이스(101)로 전달시킴으로써, 피공작물(102)의 냉각을 구현할 수 있다.
그러나, 봉입 분야의 PVD 장비에 있어서, 커버 링(103)이 피공작물(102)의 상부 표면 테두리 구역을 가압하므로, 증착 시 박막이 피공작물(102)의 상부 표면 테두리 구역에 증착되지 못하여 후속의 공정(예를 들어 전기 도금)에 영향을 미치게 되므로, 상기 PVD 장비에 사용되는 피공작물(102)의 고정과 냉각 방식은 응용에 있어서 비교적으로 큰 제한을 받게 된다. 정전 척은 단가가 비싸고 기술이 복잡하여 봉입 분야의 PVD 장비에 대규모로 적용될 수도 없다.
도 4는 백 블로우를 구비하지 않는 베이스 어셈블리 구조도를 나타내었으며, 이러한 백 블로우를 구비하지 않는 베이스 구조에 의해 웨이퍼 테두리에 박막을 증착할 수 있다. 베이스(126)는 베이스 본체(1261)와 베이스 본체(1261) 위에 설치되는 상부 판(1262)을 포함할 수 있다. 도 4에는 상부 판(1262)의 테두리에 위치하는 리미트 링(127)이 더 도시되었다. 베이스 본체(1261), 상부 판(1262)과 리미트 링(127)은 함께 조립되어 웨이퍼를 지지하고 위치 제한한다. 정상적인 공정에서, 웨이퍼는 상부 판(1262)에 안착될 수 있다. 베이스(126)는 웨이퍼의 캐리어다. 상부 판(1262)은 베이스(126)의 가장 상면의 부품으로, 나사를 통해 베이스 본체(1261)에 고정될 수 있다. 리미트 링(127)은 나사를 통해 상부 판(1262)에 고정되어 상부 판(1262)에서의 웨이퍼의 위치를 제한할 수 있다.
도 5는 백 블로우를 구비하지 않는 챔버 구조를 나타내는 도면을 도시하였다. 베이스(126)의 테두리에 리미트 링(127)을 설치하고, 챔버(10) 내에는 차폐 부재(104)가 더 포함되며, 차폐 부재(104)는 적어도 일부 챔버 본체(100)의 측벽 내에 서라운드되어 챔버 본체(100)의 측벽에 연결되고, 배플 링(128, baffle ring)을 지지하도록 배치될 수 있다. 배플 링(128)은 베이스(126)가 공정 위치로 상승하는 과정에서 들어 올려지고, 베이스(126)가 공정 위치로부터 하강 시 차폐 부재(104)에 의해 지지될 수 있다. 배플 링(128)은 베이스(126)가 공정 위치에 위치할 경우 리미트 링(127)과 차폐 부재(104) 사이의 간극을 차단하며, 배플 링(128)에 대한 구체적인 구조는 아래에서 자세하게 설명하기로 한다. 정상적인 공정 과정에서 배플 링(128)은 차단 작용만 하고, 피공작물(102)의 테두리를 가압하지 않아 피공작물(102)의 표면 전체에 박막이 증착될 수 있도록 보장한다. 그러나, 피공작물(102)은 베이스(126)에 안착될 뿐 고정되지 않았으므로, 백 블로우를 이용하여 피공작물(102)을 냉각할 수 없다. 이러한 챔버의 냉각 문제를 해결하기 위해, 현재로서는 아래의 방법을 이용하여 피공작물(102)의 냉각을 구현한다. 먼저 공정 단계를 수행하여, 피공작물(102)에 일정한 두께의 박막을 증착하도록 하고, 피공작물(102)의 온도가 상승한 후 공정 단계를 정지하여 냉각 단계를 수행한다. 즉, 챔버 내로 다량의 가스를 직접적으로 충진하여, 챔버 압력이 1torr 나아가 더 높도록 하고, 일정 시간 유지하여 피공작물(102)과 상부 판(1262) 사이에서 열교환이 진행되도록 함으로써, 피공작물(102)을 냉각시키고, 다음으로 가스를 추출한다. 계속하여 상기 공정 단계를 수행하고, 온도가 상승한 후 상기 냉각 단계를 중복하며, 이렇게 순환함으로써 일정 온도에서의 박막 증착을 완성한다.
그러나, 상기 반도체 가공 방법에서, 가스 충진 냉각은 냉각 속도가 비교적으로 느리고, 웨이퍼 배면의 가스 압력은 최대 1torr에 달하고, 웨이퍼를 충분히 냉각시키기 위해 유지 과정에 긴 시간이 필요하다. 더욱 높은 압력으로 충진하게 되면, 가스 충진과 추출 과정에 더 많은 시간이 필요하여 전체적인 생산성에 영향을 미치게 된다. 또한, 해당 과정으로 인해 챔버의 진공 응축 펌프의 부하가 과도하게 크게 되어, 진공 펌프의 재생 주기가 단축된다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 개시의 실시예는 피공작물의 표면의 전체 구역에 박막을 증착하고, 피공작물을 효과적으로 냉각하며, 생산성을 향상시키는 셔터 디스크 어셈블리, 반도체 가공 장치와 방법을 제공한다.
도 6a는 본 개시의 실시예가 제공하는 셔터 디스크 어셈블리(11)를 도시하였으며, 이는 연결 부재(1112)와 셔터 가압 디스크(113)를 포함하고, 여기서, 연결 부재(1112)는 셔터 가압 디스크(113)를 베이스(116)(도 6a에 도시되어 있지 않으며, 도 10에 도시된 베이스(116)를 참조할 수 있음) 상측으로 이동시켜, 상기 베이스(116)의 지지면(11601)(도 6a에 도시되어 있지 않으며, 도 9b에 도시된 지지면(11601)을 참조할 수 있음)의 제1 위치(L1)(도 6a에 도시되어 있지 않으며, 도 11에 도시된 제1 위치(L1)를 참조할 수 있음)를 커버하여, 타겟재에 대해 고온 번인 공정을 수행 시 타겟재 표면의 결함 부분이 셔터 가압 디스크(113)에 스퍼터링될 수 있도록 한다. 구체적으로, 셔터 가압 디스크(113)가 베이스(116)의 지지면(11601)에서의 투영이 지지면(11601)을 완전히 커버한다. 또는, 연결 부재(1112)는 셔터 가압 디스크(113)를 수직 방향에서 베이스(116)의 지지면(11601)과 중첩되지 않는 제2 위치(L2)(도 6a에 도시되어 있지 않으며, 도 9a에 도시된 제2 위치(L2)를 참조할 수 있음)로 이동시켜, 베이스(116)의 지지면(11601)이 전혀 차단되지 않도록 함으로써, 박막 증착 공정 시 지지면에서의 피공작물 표면의 전체 구역에 박막이 증착될 수 있도록 한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 셔터 디스크 어셈블리(11)는 베이스(116)의 일측에 연직으로 설치되어 연결 부재(1112)와 연결되는 회전축(111)과 구동원(미도시)을 포함하는 회전 기구를 더 포함한다. 선택 가능하게는, 연결 부재(1112)는 외팔보 형태이다. 구동원은 회전축(111)을 회전시켜 연결 부재(1112)가 회전축(111)을 따라 제1 위치(L1) 또는 제2 위치(L2)로 회전할 수 있도록 구동한다. 도 6a에는 회전축(111)의 회전 방향이 도시되었으나, 실제 응용에 있어서, 회전축(111)의 회전 방향은 도면에 도시된 것에 제한되지 않는다.
셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분(E)은 셔터 가압 디스크(113)가 제1 위치(L1)에 위치하고 베이스(116)가 냉각 위치(도 11에 도시된 베이스(116)가 위치하는 위치를 참조할 수 있음)에 위치할 경우, 셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분(E)이 베이스(116)의 지지면(11601)에 안착되는 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉되어, 베이스(116)의 지지면(11601)과 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입할 경우, 피공작물이 베이스(116)에 고정되어 바람에 날아가지 않도록 보장함으로써, 가공 대상 공작물에 대해 효과적이고 고효율적인 냉각을 구현할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 셔터 가압 디스크(113)는 직판형 가압 디스크 본체를 포함하며, 가압 디스크 본체의 하부 표면(11302)의 테두리 구역에는 링형 돌기부(1132)가 형성되어 상기 테두리 부분(E)으로 사용되고, 셔터 가압 디스크(113)가 제1 위치(L1)에 위치하고 베이스(116)가 냉각 위치에 위치할 경우, 링형 돌기부(1132)의 하부 표면(11320)이 베이스(116)의 지지면(11601)에 안착되는 피공작물 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉되고, 링형 돌기부(1132) 내측에 위치하는 오목부(0113)는 피공작물(102)과 접촉하지 않는다. 오목부(0113)의 형성은 피공작물의 상부 표면의 보호에 유리하고, 피공작물의 유효 구역의 파손을 방지하는 것이다.
본 실시예에서, 상기 링형 돌기부(1132)는 폐쇄된 링형으로 셔터 가압 디스크(113)의 원주 방향을 따라 설치된다. 물론, 실제 응용에 있어서, 링형 돌기부(1132)는 비연속적인 링형 구조를 적용할 수도 있다. 예를 들어, 링형 돌기부(1132)는 다수 개의 서브 돌기부를 포함하여, 다수 개의 서브 돌기부가 셔터 가압 디스크(113)의 원주 방향을 따라 이격되어 설치된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 제조가 편리하고 셔터 가압 디스크(113)의 점용 공간을 감소하기 위해, 셔터 가압 디스크(113)의 상부 표면(11301)과 하부 표면(11302)은 각각 평면일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상부 표면(11301)과 하부 표면(11302)은 곡면 또는 호형 면일 수도 있다.
도 6a과 도 6b에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 셔터 가압 디스크(113)는 연결 부재(1112)와 활동 가능하게 연결되어, 베이스(116)가 냉각 위치(도 10에 도시된 베이스(116)가 위치하는 위치를 참조할 수 있음)보다 낮을 경우, 셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분(E)(즉 링형 돌기부(1132))이 피공작물과 서로 분리되도록 함으로써, 셔터 가압 디스크(113)가 여전히 연결 부재(1112)와 함께 이동할 수 있도록 하고; 또는, 베이스(116)가 냉각 위치까지 상승하는 과정에서, 베이스(116)가 셔터 가압 디스크(113)를 받쳐 올려, 테두리 부분(E)이 피공작물의 테두리 구역을 가압하도록 한다. 다시 말하면, 셔터 가압 디스크(113)가 베이스(116)를 따라 일정 거리 상승하게 되며, 이로써 셔터 가압 디스크(113)가 자체 중력을 이용하여 피공작물을 가압할 수 있다.
이하에서 상기 셔터 가압 디스크(113)와 연결 부재(1112)가 활동 가능하게 연결되는 구체적인 방식에 대해 자세히 설명하기로 한다. 구체적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 연결 부재(1112)에는 연결 부재(1112)를 수직 방향으로 관통하는 위치 고정홀(1120)이 설치된다. 셔터 가압 디스크(113)의 상부 표면(11301)에는 위치 고정 돌기부(1131)가 설치되며, 상기 위치 고정 돌기부(1131)는 위치 고정홀(1120)과 서로 결합되어, 베이스(116)가 냉각 위치보다 낮을 경우, 셔터 가압 디스크(113)가 위치 고정 돌기부(1131)를 통해 연결 부재(1112)에 매달리도록 한다. 베이스(116)가 냉각 위치까지 상승하여 셔터 가압 디스크(113)를 받쳐 올리는 과정에서, 위치 고정 돌기부(1131)가 위치 고정홀(1120)에 대해 상측으로 이동하는 것을 허용한다. 상기 활동 가능한 연결은 구조가 비교적으로 간단하여 제작이 쉽다.
바람직하게는, 상기 위치 고정홀(1120)은 원뿔형 홀로, 해당 원뿔형 홀의 직경은 상부에서 하부로 점차적으로 감소된다. 위치 고정 돌기부(1131)의 크기가 원뿔형 홀의 최소 직경보다 크면 연결 부재(1112)에 매달릴 수 있다. 원뿔형 홀은 구조가 간단하고 제작이 쉬우며, 셔터 가압 디스크(113)의 센터링(centring)이 편리하다.
추가로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 위치 고정 돌기부(1131)는 결합부(11311)를 포함하며, 해당 결합부(11311)는 원뿔형으로, 베이스(116)가 냉각 위치보다 낮을 경우, 결합부(11311)의 외주벽이 원뿔형 홀의 홀벽과 서로 결합됨으로써, 셔터 가압 디스크(113)의 센터링 및 활동 가능한 기능을 구현할 수 있다. 구체적으로, 결합부(11311)의 외주벽의 경사 각도는 원뿔형 홀의 홀벽의 경사 각도와 동일하며, 이로써 결합부(11311)가 위치 고정홀(1120)을 이탈하는 것에 유리하고, 셔터 가압 디스크(113)가 하강 시 위치 고정홀(1120)에 제한되어 셔터 가압 디스크(113)가 위치 고정 홀(1120)에서의 위치가 유일할 수 있도록 하는 것에도 유리하며, 따라서 셔터 가압 디스크(113)가 피공작물을 가압 시 가압이 이탈되지 않도록 보장할 수 있고, 더불어 셔터 가압 디스크(113)가 제1 위치(L1)에 위치할 경우 베이스(116)의 바로 상측에 위치하는 것에 유리하다.
또한, 셔터 가압 디스크(113)와 연결 부재(1112) 사이에 일정한 연직 간격이 구비되어 셔터 가압 디스크(113)가 베이스(116)에 의해 받들려 상향 이동할 수 있도록 허용하고, 위치 고정 돌기부(1131)는 연장부(11312)를 더 포함하며, 해당 연장부(11312)는 연직으로 설치되고, 연장부(11312)의 상단은 결합부(11311)와 연결되고, 연장부(11312)의 하단은 셔터 가압 디스크(113)와 연결된다. 또한, 연장부(11312)의 외경은 상기 원뿔형 홀의 최소 직경보다 작아 연장부(11312)가 원뿔형 홀을 관통할 수 있게 된다.
선택 가능하게는, 연장부(11312)가 결합부(11311) 및 셔터 가압 디스크(113)와 각각 연결되는 방식은 용접, 버클, 나사 연결 등일 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서, 상기 위치 고정홀(1120)은 원뿔형 홀이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 실제 응용에 있어서, 위치 고정홀(1120)은 기타 임의의 구조를 적용할 수도 있으며, 예를 들어 위치 고정홀(1120)은 직통홀로, 해당 직통홀의 홀벽에는 계단부가 설치되고, 베이스가 냉각 위치보다 낮을 경우, 결합부(11311)의 적어도 일부가 계단부에 적층되어 설치된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 셔터 가압 디스크(113)가 정지 또는 회전 시 평형을 유지하도록, 위치 고정 돌기부(1131)는 셔터 가압 디스크(113)의 중심 위치에 위치할 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서, 가압 디스크 본체는 직판형이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 실제 응용에 있어서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 가압 디스크 본체는 호형 판 형태일 수도 있으며, 해당 호형 판은 베이스(116)의 지지면(11601)과 멀어지는 방향으로 오목된다.
더 설명해야 할 것은, 본 실시예에서, 가압 디스크 본체의 하부 표면(11302)의 테두리 구역에는 링형 돌기부(1132)가 형성되어 상기 테두리 부분(E)으로 사용되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 실제 응용에 있어서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 가압 디스크 본체의 외주벽에는 링형 돌기부(1132)가 형성되고, 해당 링형 돌기부(1132)는 가압 디스크 본체의 하부 표면에 대해 돌출되어 테두리 부분(E)으로 사용된다. 구체적으로, 가압 디스크 본체는 호형 판 형태로, 해당 호형 판은 베이스(116)의 지지면(11601)과 멀어지는 방향으로 오목되어 오목부(0113)를 형성한다. 링형 돌기부(1132)는 가압 디스크 본체의 외주벽에 대해 가압 디스크 본체의 중심과 멀어지는 수평 방향으로 돌출된다. 가압 디스크 본체가 호형 판 형태이므로, 링형 돌기부(1132)의 하부 표면(11320)이 가압 디스크 본체의 하부 표면(11302)(호형 오목면)보다 낮게 되며, 이로써 피공작물 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉될 수 있다. 물론, 실제 응용에 있어서, 가압 디스크 본체는 직판 형태일 수도 있으며, 링형 돌기부(1132)는 가압 디스크 본체의 외주벽에 설치되어 가압 디스크 본체의 하부 표면에 대해 돌출되며, 이는 동일하게 피공작물 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉될 수 있다.
실제 응용에 있어서, 상기 링형 돌기부(1132)는 폐쇄된 링형으로 셔터 가압 디스크(113)의 원주 방향을 따라 설치되거나, 또는 링형 돌기부(1132)는 다수 개의 서브 돌기부를 포함하여, 다수 개의 서브 돌기부가 셔터 가압 디스크(113)의 원주 방향을 따라 이격되어 설치된다.
설명해야 할 것은, 셔터 가압 디스크(113)의 형상은 상술한 예시에서 열거한 것에 제한되지 않으며, 예를 들어, 셔터 가압 디스크(113)는 오목부와 테두리 돌기부를 구비하는 원뿔형 디스크 등을 더 포함할 수 있으며, 셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분과 피공작물 상부 표면의 테두리 구역이 서로 접촉되고, 나머지 부분이 피공작물과 접촉되지 않으면 된다.
더 설명해야 할 것은, 상기 위치 고정홀(1120)과 위치 고정 돌기부(1131)의 구조와 결합 방식은 상술한 예시에서 열거한 것에 제한되지 않으며, 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 위치 고정홀(1120)은 원뿔형 홀이고, 위치 고정 돌기부는 결합부(11311)와 연장부(11312)를 포함하며, 양자가 일체 형성되어 하나의 원뿔형 기둥을 구성하고, 해당 원뿔형 기둥의 외경은 상부에서 하부로 점차적으로 감소되어, 베이스(116)가 냉각 위치보다 낮을 경우, 결합부(11311)의 외주벽이 원뿔형 홀의 홀벽과 완전히 밀착되고, 연장부(11312)는 연결 부재(1112)의 하측에 위치되어, 셔터 가압 디스크(113)와 연결 부재(1112) 사이에 일정한 연직 간격이 구비될 수 있도록 한다.
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 위치 고정홀(1120)은 직통홀이고, 위치 고정 돌기부(1131)는 결합부(11311)와 연장부(11312)를 포함하되 양자는 모두 기둥 형상이며, 여기서, 결합부(11311)의 외경은 직통홀의 직경보다 크고, 결합부(11311)는 연결 부재(1112)의 상부 표면에 적층되어 설치되고, 연장부(11312)의 외경은 직통홀의 직경보다 작고, 연장부(11312)의 상단은 결합부(11311)와 연결되고, 연장부(11312)의 하단은 하부를 향하여 위치 고정홀(1120)을 연직으로 관통하여 셔터 가압 디스크(113)와 연결되며, 이로써 셔터 가압 디스크(113)와 연결 부재(1112) 사이에 일정한 연직 간격이 구비될 수 있다.
또한, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 위치 고정홀(1120)은 원뿔형 홀이고, 위치 고정 돌기부는 제1 결합부(11311)와 제2 결합부(11312)를 포함한다. 여기서, 제1 결합부(11311)는 기둥형으로, 외격이 직통홀의 최대 직경보다 크고, 제1 결합부(11311)는 연결 부재(1112)의 상부 표면에 적층되어 설치된다. 제2 결합부(11312)는 원뿔형 기둥 형태로, 베이스(116)가 냉각 위치보다 낮을 경우, 제2 결합부(11311)의 외주벽이 원뿔형 홀의 홀벽과 완전히 밀착되고, 제2 결합부(11312)의 나머지 부분은 연결 부재(1112)의 하측에 위치되고, 제2 결합부(11312)의 상단은 제1 결합부(11311)와 연결되고, 제2 결합부(11312)의 하단은 셔터 가압 디스크(113)와 연결되어, 셔터 가압 디스크(113)와 연결 부재(1112) 사이에 일정한 연직 간격이 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 실시예가 제공하는 셔터 디스크 어셈블리는, 연결 부재를 통해 셔터 가압 디스크가 수직 방향에서 베이스의 지지면과 중첩되지 않는 제2 위치로 이동하여, 피공작물 표면이 전혀 차단되지 않도록 할 수 있어, 공정 수행 시 피공작물의 전체 표면에 박막을 증착할 수 있다. 더불어, 셔터 가압 디스크의 테두리 부분은 셔터 가압 디스크가 베이스의 지지면을 커버하는 제1 위치에 위치하고 베이스가 냉각 위치에 위치할 경우, 베이스에 탑재되는 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉되어, 베이스의 지지면과 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입할 경우, 피공작물이 베이스에 고정되어 바람에 날아가지 않도록 보장하며, 이로써 가공 대상 공작물에 대해 효과적이고 고효율적인 냉각을 구현할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
다른 하나의 기술적 방안으로, 본 개시의 실시예는 반도체 가공 장치를 더 제공한다. 예를 들어, 반도체 가공 장치는 PVD 장치일 수 있다.
본 실시예에서, 도 9a에 도시된 바와 같이, 반도체 가공 장치는 챔버(10)를 포함하며, 해당 챔버(10)는 베이스(116)와 본 개시의 상기 임의의 실시예에서 제공하는 셔터 디스크 어셈블리(11)를 포함한다. 여기서, 베이스(116)에는 베이스(116)의 지지면(11601)과 피공작물(102)의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입하기 위한 백 블로우 관로(110)가 내설된다. 베이스(116)는 승하강 가능하며, 즉 냉각 위치(도 9a에 도시되어 있지 않지만, 도 11에 도시된 베이스(116)가 위치하는 위치를 참조할 수 있음) 또는 로딩/언로딩 위치(도 9a에 도시되어 있지 않지만, 도 10에 도시된 베이스(116)가 위치하는 위치를 참조할 수 있음) 또는 공정 위치(도 9a에 도시된 베이스(116)가 위치하는 위치를 참조)로 이동할 수 있도록 지지면(11601)과 수직되는 방향으로 이동할 수 있으며, 해당 로딩/언로딩 위치는 냉각 위치보다 낮고, 공정 위치는 냉각 위치보다 높다. 본 개시의 실시예 도면에서는 베이스(116)를 지지면(11601)과 수직되는 방향으로 이동시킬 수 있는 승하강 기구를 생략하였다.
설명해야 할 것은, 백 블로우 관로(110)는 수요에 따라 설치될 수 있으며, 도면에 도시된 것에 제한되지 않고, 백 블로우를 구현할 수 있는 것이면 된다. 본 개시의 실시예는 백 블로우 관로로 유입된 백 블로우 가스가 피공작물(102)을 냉각하는데 사용되는 것을 예로 하였으며, 물론 실제 응용에 있어서, 상이한 공정 수요에 따라, 백 블로우 가스는 피공작물(102)의 가열에 사용될 수도 있다.
설명해야 할 것은, 본 개시의 실시예에서 제공하는 셔터 디스크 어셈블리는 PVD 장치에 적용되는데 제한되지 않으며, 기타 반도체 제조 공정에 적용될 수도 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 반도체 가공 장치는 챔버(10)의 일측에 설치되고 챔버(10)의 내부와 연통되며, 셔터 가압 디스크(113)가 제2 위치(L2)에 위치할 경우 셔터 가압 디스크(113)를 수용하는 셔터 디스크 창고(010)를 더 포함한다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 일부 예시에 있어서, 챔버(10)는 리미트 링(127), 차폐 부재(104)와 배플 링(128)을 더 포함하며, 여기서 리미트 링(127)은 베이스(116)에 설치되고 지지면(11601)의 주변에 서라운드되어, 피공작물(102)의 베이스(116)에서의 위치를 제한한다. 예를 들어, 리미트 링(127)은 베이스(116) 상에 안착되는 피공작물(102)과 근접하는 부분이 계단형일 수 있으며, 이로써 피공작물(102)의 제한에 유리하다. 피공작물(102)이 리미트 링(127)에 안착될 경우, 피공작물(102)의 베이스(116)와 멀어지는 표면이 완전히 노출되어, 즉 리미트 링(127)은 어떠한 부분도 피공작물(102)의 상측을 커버하지 않는다. 이로써, 피공작물(102)의 상부 표면의 전체 구역에 박막을 증착하는 것에 유리하다.
배플 링(128)은 베이스(116)가 공정 위치에 위치할 경우 리미트 링(127)과 차폐 부재(104) 사이의 간극을 차단하고, 베이스(116)가 상기 공정 위치로부터 하강된 후, 배플 링(128)은 차폐 부재(104)에 의해 지지된다. 또한, 타겟재(105), 차폐 부재(104), 배플 링(128)과 피공작물(102)로 둘러져 하나의 공정 구역을 형성하고, 플라즈마가 해당 공정 구역에서 발생된다. 배플 링(128)과 차폐 부재(104) 등은 상대적으로 밀폐된 반응 환경을 형성하고 증착물이 챔버 내벽을 오염시키는 것을 방지하는 작용을 한다. 예를 들어, 배플 링(128)의 내경은 피공작물(102)의 직경보다 크고, 리미트 링(127)의 외경보다 작다. 배플 링(128)이 리미트 링(127)을 가압할 경우, 배플 링(128)과 차폐 부재(104) 사이의 간극의 수치가 한정 범위 내에 있게 되어, 배플 링(128)이 들어 올려질 경우 플라즈마의 밀폐에 더 유리해지게 된다.
도 9b에 도시된 예시에 있어서, 베이스(116)와 리미트 링(127)을 나타내는 사시도를 도시하였다. 베이스(116)는 베이스 본체(1161)와 베이스 본체(1161) 위에 설치되는 상부 판(1162)을 포함할 수 있다. 도 9b에는 상부 판(1162)의 테두리에 위치하는 리미트 링(127)이 더 도시되었다. 베이스 본체(1161), 상부 판(1162)과 리미트 링(127)은 함께 조립되어 피공작물(102)을 지지하고 위치 제한할 수 있다. 정상적인 공정에서, 피공작물(102)은 상부 판(1162)에 안착될 수 있다. 베이스(116)는 피공작물(102)의 캐리어다. 상부 판(1162)은 베이스(116)의 가장 상면의 부품으로, 나사를 통해 베이스 본체(1161)에 고정될 수 있다. 리미트 링(127)은 나사를 통해 상부 판(1162)에 고정될 수 있다.
본 개시의 실시예에서 제공하는 반도체 가공 장치는, 본 개시의 실시예에서 제공하는 상기 셔터 디스크 어셈블리를 사용함으로써, 피공작물 표면이 전혀 차단되지 않도록 할 수 있어, 공정 수행 시 피공작물의 전체 표면에 박막을 증착할 수 있다. 더불어, 베이스의 지지면과 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입할 경우, 피공작물이 베이스에 고정되어 바람에 날아가지 않도록 보장함으로써, 가공 대상 공작물에 대해 효과적이고 고효율적인 냉각을 구현할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
다른 하나의 기술적 방안으로, 본 개시의 실시예는 반도체 가공 방법을 더 제공하며, 이는 상술한 임의의 실시예에서 제공하는 반도체 가공 장치를 사용하여 피공작물(102)을 가공하지만, 이에 제한되지 않는다. 해당 반도체 가공 방법은,
셔터 가압 디스크(113)를 제2 위치(L2)에 유지시키고, 베이스(116)를 공정 위치까지 상승시켜 피공작물(102)의 전체 상부 표면에 대해 공정 처리를 수행하는 공정 처리 단계;
공정 처리를 정지하고, 베이스(116)를 공정 위치로부터 로딩/언로딩 위치까지 하강시키고, 셔터 가압 디스크(113)를 제2 위치(L2)로부터 제1 위치(L1)까지 이동시킨 후, 베이스(116)를 냉각 위치까지 상승시켜, 셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분(E)이 베이스(116)에 탑재되는 피공작물(102) 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉하도록 하며, 다음으로, 백 블로우 관로(110)를 이용하여 베이스(116)의 지지면(11601)과 피공작물(102)의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입하는 냉각 단계를 포함한다.
공정 처리 단계에서, 백 블로우 관로(110)는 폐쇄된 것으로, 폐쇄되지 않으면 피공작물(102)이 날아갈 수 있고, 박막 증착 과정에서 피공작물(102)의 온도 상승이 매우 빨라 온도 상한 범위에 달하게 되면 냉각 단계로 전환해야 한다.
선택 가능하게는, 상기 공정 처리 단계에서, 공정 처리는 PVD 공정을 포함한다.
선택 가능하게는, 상기 냉각 단계에서, 냉각 위치의 높이는, 베이스(116)가 냉각 위치까지 상승하는 과정에서, 베이스(116)는 셔터 가압 디스크(113)가 이와 활동 가능하게 연결되는 연결 부재(1112)에 대해 상향 이동하도록 셔터 가압 디스크(113)를 받쳐 올릴 수 있어, 셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분(E)이 피공작물(102)의 상부 표면의 테두리 구역을 가압하도록 설정된다. 이로써, 셔터 가압 디스크(113)는 자체 중력을 이용하여 피공작물(102)을 가압할 수 있다.
일부 예시에 있어서, 해당 방법은 챔버(10) 내의 공정 어셈블리를 교체(예를 들어 챔버 내의 차폐 부재(104), 배플 링(128)과 리미트 링(127) 중의 적어도 하나를 교체)한 후 고온 번인 공정을 수행 시, 셔터 가압 디스크(113)를 이용하여 베이스(116)를 차단하는 것을 더 포함한다. 이로써, 셔터 가압 디스크(113)가 커버 링과 셔터 디스크의 기능을 집성할 수 있어, 장치의 성능이 향상되고 장치 구조가 간편해진다.
이상에서는 본 개시의 실시예에 따른 반도체 가공 방법에서 냉각 과정에 관한 단계를 설명하였으며, 박막 증착 등 기타 단계는 통상적인 PVD 작업 단계를 참조할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 반도체 가공 방법을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하에서 해당 장치에 적용되는 반도체 가공 방법의 예시에 대해 자세히 설명하기로 한다.
박막 증착 단계: 피공작물(102)은 공정 수행 시, 베이스(116)가 피공작물(102)을 지지하여 공정 위치(도 9a에 도시된 바와 같음)까지 상승시키고, 리미트 링(127)이 피공작물(102)의 좌우 위치를 제한하고, 배플 링(128)이 스퍼터링된 타겟재(예를 들어 금속)가 챔버 기타 부위로 유입되는 것을 차단하고, 스퍼터링된 재료인 타겟재(105)는 챔버(10) 상측에 안착되며, 이때 셔터 가압 디스크(113)는 회전축(111)의 회동에 따라 셔터 디스크 창고(010)로 진입된다.
백 블로우 냉각 단계: 도 10에 도시된 바와 같이, 베이스(116)를 로딩/언로딩 위치까지 하강시키고, 피공작물(102)이 베이스(116)를 따라 낮은 위치로 하강되고, 다음으로 셔터 가압 디스크(113)를 피공작물(102) 상측으로 인입한다. 베이스(116)가 위치하는 로딩/언로딩 위치가 냉각 위치보다 낮으므로, 베이스(116)와 셔터 가압 디스크(113)의 서로 간의 간섭을 방지할 수 있다.
상기 동작이 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 베이스(116)를 냉각 위치까지 상승시키고, 피공작물(102)이 베이스(116)를 따라 상승되어 셔터 가압 디스크(113)를 들어 올리고, 셔터 가압 디스크(113)가 연결 부재(1112)에 대해 일정 거리 상향 이동되며, 이로써 셔터 가압 디스크(113)의 테두리 부분(E)이 피공작물(102)의 상부 표면의 테두리 구역을 가압하게 되며, 이 때 셔터 가압 디스크(113)의 중량이 피공작물(102)을 가압하고, 백 블로우 관로(110)를 이용하여 베이스(116)의 지지면(11601)과 피공작물(102)의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입할 수 있다. 예를 들어, 셔터 가압 디스크(113)의 중량은 피공작물(102)의 면적과 그 배면의 가스 압력의 곱보다 클 수 있으며, 예를 들어, 해당 가스 압력은 7torr 이내의 압력일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
냉각이 완료되면, 가스 유입을 정지하고, 베이스(116)가 피공작물(102)을 지지하면서 하강하도록 하고, 셔터 가압 디스크(113)도 연결 부재(1112)에 매달리게 될 때까지 베이스(116)를 따라 하강한다(도 10에 도시된 바와 같음). 다음으로, 셔터 가압 디스크(113)를 셔터 디스크 창고(010)로 인입하고, 다시 베이스(116)를 공정 위치까지 상승시켜(도 9a에 도시된 바와 같음), 계속하여 박막 증착 공정을 수행한다. 이렇게 상기 박막 증착 단계와 백 블로우 냉각 단계를 순환 수행한다.
아래의 몇 가지에 대한 설명이 필요하다.
(1)본 발명에 개시된 실시예 도면에서, 본 개시의 실시예와 관련된 구조만 기재되었으며, 기타 구조는 통상적인 설계를 참조할 수 있다.
(2)충돌되지 않는 이상, 본 발명에 개시된 동일한 실시예 및 상이한 실시예에서의 특징들은 서로 조합될 수 있다.
이상은 본 발명의 예시적인 실시 방식에 불과한 것으로, 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명의 보호 범위는 첨부되는 청구 범위에 의해 정해질 것이다.

Claims (16)

  1. 연결 부재와 셔터 가압 디스크를 포함하고,
    상기 연결 부재는 상기 셔터 가압 디스크를 베이스 상측으로 이동시켜, 상기 베이스의 지지면의 제1 위치 또는 수직 방향에서 상기 베이스의 지지면과 중첩되지 않는 제2 위치를 커버하고;
    상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분에 있어서,
    상기 셔터 가압 디스크가 상기 제1 위치에 위치하고 상기 베이스가 냉각 위치에 위치할 경우, 상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분은 상기 베이스에 탑재되는 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉되는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셔터 가압 디스크는 상기 연결 부재와 활동 가능하게 연결되어, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 테두리 부분이 상기 피공작물과 서로 분리되고, 상기 베이스가 상기 냉각 위치까지 상승하는 과정에서, 상기 베이스가 상기 셔터 가압 디스크를 받쳐 올려, 상기 테두리 부분이 상기 피공작물의 테두리 구역을 가압하는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결 부재에는 상기 연결 부재를 수직 방향으로 관통하는 위치 고정홀이 설치되고, 상기 셔터 가압 디스크의 상부 표면에는 위치 고정 돌기부가 설치되며, 상기 위치 고정 돌기부는 상기 위치 고정홀과 서로 결합되어, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 셔터 가압 디스크가 상기 위치 고정 돌기부를 통해 상기 연결 부재에 매달리도록 하고, 상기 베이스가 상기 냉각 위치까지 상승하여 상기 셔터 가압 디스크를 받쳐 올리는 과정에서, 상기 위치 고정 돌기부가 상기 위치 고정홀에 대해 상향 이동하는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 고정홀은 원뿔형 홀이고, 상기 원뿔형 홀의 직경은 상부에서 하부로 점차적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위치 고정 돌기부는 결합부를 포함하고, 상기 결합부는 원뿔형으로, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 결합부의 외주벽이 상기 원뿔형 홀의 홀벽과 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 고정홀은 직통홀이고, 상기 직통홀의 홀벽에 계단부가 설치되고;
    상기 위치 고정 돌기부는 결합부를 포함하며, 상기 베이스가 상기 냉각 위치보다 낮을 경우, 상기 결합부의 적어도 일부가 상기 계단부에 적층되어 설치되는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 위치 고정 돌기부는 기둥형 연장부를 더 포함하며,
    상기 연장부는 연직으로 설치되고, 상기 연장부의 상단은 상기 결합부와 연결되고, 상기 연장부의 하단은 상기 셔터 가압 디스크와 연결되며, 상기 연장부의 외경은 상기 원뿔형 홀의 최소 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  8. 제 3 항에 있어서,
    회전 기구를 더 포함하며, 상기 회전 기구는,
    상기 베이스의 일측에 연직으로 설치되어 상기 연결 부재와 연결되는 회전축 및
    상기 회전축을 회전시켜 상기 연결 부재가 상기 회전축을 따라 상기 제1 위치 또는 제2 위치까지 회전하도록 구동하는 구동원을 포함하는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 셔터 가압 디스크는 가압 디스크 본체를 포함하고,
    상기 가압 디스크 본체의 하부 표면 테두리 구역에는 링형 돌기부가 형성되어 상기 테두리 부분으로 사용되고, 상기 링형 돌기부는 폐쇄된 링형으로 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 설치되거나; 또는 상기 링형 돌기부는 다수 개의 서브 돌기부를 포함하여, 다수 개의 서브 돌기부가 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 셔터 가압 디스크는 가압 디스크 본체를 포함하며, 상기 가압 디스크 본체의 외주벽에는 링형 돌기부가 형성되고, 상기 링형 돌기부는 상기 가압 디스크 본체의 하부 표면에 대해 돌출되어 상기 테두리 부분으로 사용되고, 상기 링형 돌기부는 폐쇄된 링형으로 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 설치되거나, 또는 상기 링형 돌기부는 다수 개의 서브 돌기부를 포함하여, 다수 개의 서브 돌기부가 상기 셔터 가압 디스크의 원주 방향을 따라 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 셔터 디스크 어셈블리.
  11. 챔버를 포함하는 반도체 가공 장치에 있어서,
    상기 챔버는 베이스와 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 셔터 디스크 어셈블리를 포함하고;
    상기 베이스에는 상기 베이스의 지지면과 상기 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입하기 위한 백 블로우 관로가 내설되고;
    상기 베이스는 상기 냉각 위치 또는 로딩/언로딩 위치 또는 공정 위치로 이동할 수 있도록 승하강 가능하고, 상기 로딩/언로딩 위치는 상기 냉각 위치보다 낮고, 상기 공정 위치는 상기 냉각 위치보다 높은 것을 특징으로 하는 반도체 가공 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 베이스에 설치되고 상기 지지면의 주변에 서라운드되어, 상기 피공작물의 상기 베이스에서의 위치를 제한하는 리미트 링,
    상기 챔버의 측벽 내측에 서라운드되어 설치되는 차폐 부재 및
    상기 베이스가 상기 공정 위치에 위치할 경우 상기 리미트 링과 상기 차폐 부재 사이의 간극을 차단하고, 상기 베이스가 상기 공정 위치로부터 하강된 후 상기 차폐 부재에 의해 지지되는 배플 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버의 일측에 설치되고 상기 챔버의 내부와 연통되며, 상기 셔터 가압 디스크가 상기 제2 위치에 위치할 경우 상기 셔터 가압 디스크를 수용하는 셔터 디스크 창고를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 반도체 가공 장치를 사용하여 피공작물을 가공하는 반도체 가공 방법에 있어서,
    상기 셔터 가압 디스크를 상기 제2 위치에 유지시키고, 베이스를 상기 공정 위치까지 상승시켜, 상기 피공작물의 전체 상부 표면에 대해 공정 처리를 수행하는 공정 처리 단계 및
    공정 처리를 정지하고, 상기 베이스를 상기 공정 위치로부터 상기 로딩/언로딩 위치까지 하강시키고, 상기 셔터 가압 디스크를 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치까지 이동시킨 후, 상기 베이스를 상기 냉각 위치까지 상승시켜, 상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분이 상기 베이스에 탑재되는 피공작물 상부 표면의 테두리 구역과 서로 접촉하도록 하며, 다음으로 상기 백 블로우 관로를 이용하여 상기 베이스의 지지면과 상기 피공작물의 하부 표면 사이의 간극으로 백 블로우 가스를 유입하는 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 냉각 단계에서, 상기 냉각 위치의 높이는, 상기 베이스가 상기 냉각 위치까지 상승하는 과정에서, 상기 베이스는 상기 셔터 가압 디스크가 이와 활동 가능하게 연결되는 상기 연결 부재에 대해 상향 이동하도록 상기 셔터 가압 디스크를 받쳐 올릴 수 있음에 따라, 상기 셔터 가압 디스크의 테두리 부분이 상기 피공작물의 상부 표면의 테두리 구역을 가압하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 공정 처리 단계에서, 상기 공정 처리는 PVD 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 방법.
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