JP2023090649A - プロセスガス供給ユニットおよびそれを含む基板処理装置 - Google Patents

プロセスガス供給ユニットおよびそれを含む基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】プロセスガスを基板上の各領域に均一に提供するためのプロセスガス供給ユニット、それを含む基板処理装置及びプロセスガス供給ユニットを提供する。【解決手段】基板処理装置は、ハウジング、その内部で基板を支持する第2電極としての静電チャック、ハウジングの内部又は外部に配置され、第2電極と対向する第1電極としてのアンテナユニット、プロセスガスを提供するプロセスガス供給ユニット及びプロセスガスが提供されると第1電極と連結される第1高周波電源と、第2電極と連結される第2高周波電源と、を用いてハウジングの内部にプラズマを発生させるプラズマ生成ユニットを含む。プロセスガス供給ユニットは、ハウジングの内側壁に設けられ、プロセスガスを噴射する噴射ノズル230及びハウジングの外側壁に設けられ、ハウジングの内側壁を貫通して形成された孔を介して噴射ノズルと連結され、噴射ノズルを回転させる回転制御部300を含む。【選択図】図3

Description

本発明はプロセスガス供給ユニットおよびそれを含む基板処理装置に関する。より詳細には、半導体素子を製造するために用いられるプロセスガス供給ユニットおよびそれを含む基板処理装置に関する。
半導体素子の製造工程は、半導体素子の製造設備内で連続して行われることができ、前工程および後工程に区分することができる。半導体素子の製造設備は半導体素子を製造するためにファブ(FAB)と定義する空間内に設置することができる。
前工程はウエハ(Wafer)上に回路パターンを形成してチップ(Chip)を完成する工程をいう。前工程はウエハ上に薄膜を形成する蒸着工程(Deposition Process)、フォトマスク(Photo Mask)を用いて薄膜上にフォトレジスト(Photo Resist)を転写するフォトリソグラフィ工程(Photo Lithography Process)、ウエハ上に所望する回路パターンを形成するために化学物質や反応性ガスを用いて必要ない部分を選択的に除去するエッチング工程(Etching Process)、エッチングした後に残っているフォトレジストを除去するアッシング工程(Ashing Process)、回路パターンと連結される部分にイオンを注入して電子素子の特性を有するようにするイオン注入工程(Ion Implantation Process)、ウエハ上で汚染源を除去する洗浄工程(Cleaning Process)などを含むことができる。
後工程は前工程により完成された製品の性能を評価する工程をいう。後工程はウエハ上のそれぞれのチップに対して動作が行われるか否かを検査して良品と不良を選別する1次検査工程、ダイシング(Dicing)、ダイボンディング(Die Bonding)、ワイヤボンディング(Wire Bonding)、モールディング(Molding)、マーキング(Marking)などによりそれぞれのチップを切断および分離して製品の形状を備えるようにするパッケージ工程(Package Process)、電気的特性検査、バーンイン(Burn In)検査などにより製品の特性と信頼性を最終的に検査する最終検査工程などを含むことができる。
基板(例えば、ウエハ)上に所望するパターンを形成しようとする場合、基板が配置された真空チャンバの内部にプロセスガスを供給し、真空チャンバに設けられた電極を用いてプラズマを発生させて基板を処理することができる。この場合、基板上の各領域にプロセスガスを均一に供給すると基板処理と関連する効率を向上させることができる。
本発明で解決しようとする技術的課題は、プロセスガスを基板上の各領域に均一に提供するためのプロセスガス供給ユニットおよびそれを含む基板処理装置を提供することにある。
本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。
前記技術的課題を達成するための本発明の基板処理装置の一面(Aspect)は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、基板を支持する第2電極と、前記ハウジングの内部または外部に配置され、前記第2電極と対向する第1電極と、前記ハウジングの内部にプロセスガスを提供するプロセスガス供給ユニットと、前記プロセスガスが提供されると前記第1電極と連結される第1高周波電源および前記第2電極と連結される第2高周波電源を用いて前記ハウジングの内部にプラズマを発生させるプラズマ生成ユニットを含み、前記プロセスガス供給ユニットは、前記ハウジングの内側壁に設けられ、前記プロセスガスを噴射する噴射ノズルと、前記ハウジングの外側壁に設けられ、前記ハウジングの内側壁を貫通して形成された孔を介して前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルを回転させる回転制御部を含む。
前記回転制御部は前記噴射ノズルを前記ハウジングの内側壁の周に沿って自動で回転させ得る。
前記回転制御部は、ボディと、前記ボディの内部に設けられ、前記プロセスガスを外部から流入させるプロセスガス注入口と、前記ボディと結合し、駆動部と連動して前記ボディに回転力を提供するシャフトを含み得る。
前記回転制御部は、前記ボディと前記シャフトの間の氣密を維持させるシーリング部材をさらに含み得る。
前記シーリング部材はマグネチックシール(Magnetic Seal)であり得る。
前記プロセスガス注入口は前記ハウジングの高さ方向を長手方向として形成されるか、または前記ハウジングの高さ方向と逆の方向を長手方向として形成され得る。
前記プロセスガス供給ユニットは、前記プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させるプロセスガス供給ラインをさらに含み得る。
前記プロセスガス供給ラインは前記プロセスガス供給源と前記回転制御部を連結し、前記回転制御部により前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させ得る。
前記回転制御部は前記噴射ノズルの回転速度を制御し得る。
前記噴射ノズルは前記ハウジングの内側壁の周に沿って複数個設けられ、前記回転制御部は複数個の噴射ノズルのうち少なくとも一つの噴射ノズルと連結され得る。
前記基板処理装置は、前記ハウジング内で前記基板の上部に配置され、表面に複数個のガス噴射孔を含むシャワーヘッドユニットをさらに含み、前記プロセスガス供給ユニットは前記ハウジングの上部を貫通して形成された孔を介して前記シャワーヘッドユニットと連結され得る。
前記プロセスガス供給ユニットは前記噴射ノズルおよび前記シャワーヘッドユニットのいずれか一つを用いて前記プロセスガスを前記ハウジングの内部に提供するか、または前記いずれか一つを用いて前記プロセスガスを前記ハウジングの内部に提供した後、次に他の一つを用いて前記プロセスガスを前記ハウジングの内部に提供し得る。
前記基板処理装置は真空チャンバであり得る。
また、前記技術的課題を達成するための本発明の基板処理装置の他の面は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、基板を支持する第2電極と、前記ハウジングの内部または外部に配置され、前記第2電極と対向する第1電極と、前記ハウジングの内部にプロセスガスを提供するプロセスガス供給ユニットと、前記プロセスガスが提供されると前記第1電極と連結される第1高周波電源および前記第2電極と連結される第2高周波電源を用いて前記ハウジングの内部にプラズマを発生させるプラズマ生成ユニットを含み、前記プロセスガス供給ユニットは、前記ハウジングの内側壁に設けられ、前記プロセスガスを噴射する噴射ノズルと、前記ハウジングの外側壁に設けられ、前記ハウジングの内側壁を貫通して形成された孔を介して前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルを回転させる回転制御部を含み、前記回転制御部は、ボディと、前記ボディの内部に設けられ、前記プロセスガスを外部から流入させるプロセスガス注入口と、前記ボディと結合し、駆動部と連動して前記ボディに回転力を提供するシャフトと、前記ボディと前記シャフトの間の氣密を維持させるシーリング部材を含み、前記回転制御部は前記噴射ノズルを前記ハウジングの内側壁の周に沿って自動で回転させて、前記シーリング部材はマグネチックシール(Magnetic Seal)である。
また、前記技術的課題を達成するための本発明のプロセスガス供給ユニットの一面は、真空チャンバであり、プラズマを用いて基板を処理する基板処理装置の内部にプロセスガスを提供するものであって、前記プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、前記基板処理装置の内側壁に設けられ、前記プロセスガスを前記基板処理装置の内部に噴射する噴射ノズルと、前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させるプロセスガス供給ラインと、前記基板処理装置の外側壁に設けられ、前記基板処理装置の内側壁を貫通して形成された孔を介して前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルを回転させる回転制御部を含む。
その他実施形態の具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。
本発明の一実施形態による基板処理装置の内部構造を例示的に示す断面図である。 基板処理装置の側面にプロセスガスが提供される場合の問題を説明するための例示図である。 本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの内部構造を概略的に示す第1例示図である。 本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの内部構造を概略的に示す第2例示図である。 本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの内部構造を概略的に示す第3例示図である。 本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの配置構造を概略的に示す例示図である。 本発明の他の実施形態による基板処理装置の内部構造を概略的に示す第1例示図である。 本発明の他の実施形態による基板処理装置の内部構造を概略的に示す第2例示図である。 本発明の他の実施形態による基板処理装置の内部構造を概略的に示す第3例示図である。
以下では添付する図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図面上の同じ構成要素に対しては同じ参照符号を使用し、これらに対する重複する説明は省略する。
本発明はプラズマを用いて基板を処理する場合、プロセスガスを基板上の各領域に均一に提供するためのプロセスガス供給ユニットおよびそれを含む基板処理装置に関するものである。本発明はプロセスガスを均一に提供することにより基板に対する処理効率を向上させる効果を得ることができる。以下では図面などを参照して本発明を詳しく説明する。
図1は本発明の一実施形態による基板処理装置の内部構造を例示的に示す断面図である。
図1によれば、基板処理装置100はハウジング110、基板支持ユニット120、洗浄ガス供給ユニット130、プラズマ生成ユニット140、プロセスガス供給ユニット150、ライナユニット160、バッフルユニット170およびアンテナユニット180を含んで構成されることができる。
基板処理装置100はプラズマを用いて基板W(例えば、ウエハ(Wafer))を処理する装置である。このような基板処理装置100は真空環境で基板Wをエッチング処理するか洗浄処理することができ、基板Wを蒸着処理することもできる。基板処理装置100は例えば、エッチング工程チャンバ(Etching Process Chamber)またはクリーニング工程チャンバ(Cleaning Process Chamber)として設けられるか、蒸着工程チャンバ(Deposition Process Chamber)として設けられる。
ハウジング110はプラズマを用いて基板Wを処理する工程、すなわち、プラズマ工程(Plasma Process)が実行される空間を提供するものである。このようなハウジング110はその下部に排気孔111を備えることができる。
排気孔111はポンプ112が取り付けられた排気ライン113と連結される。排気孔111は排気ライン113を介してプラズマ工程中に発生された反応副産物とハウジング110の内部に残余するガスをハウジング110の外部に排出する。この場合、ハウジング110の内部空間は所定の圧力に減圧される。
ハウジング110はその側壁に開口部114が形成される。開口部114はハウジング110の内部に基板Wが出入りする通路として機能することができる。開口部114はドアアセンブリ115により開閉されるように構成されることができる。
ドアアセンブリ115は外側ドア115aおよびドア駆動器115bを含んで構成される。外側ドア115aはハウジング110の外壁に提供されるものである。このような外側ドア115aはドア駆動器115bにより基板処理装置100の高さ方向すなわち、第3方向30に移動することができる。ドア駆動器115bはモータ、油圧シリンダおよび空圧シリンダの中から選択される少なくとも一つを用いて作動することができる。
基板支持ユニット120はハウジング110の内部の下側領域に設けられる。このような基板支持ユニット120は静電気力を用いて基板Wを支持する。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。基板支持ユニット120はメカニカルクランプ(Mechanical Clamping)、真空(Vacuum)などのような多様な方式で基板Wを支持することも可能である。
基板支持ユニット120は静電気力を用いて基板Wを支持する場合、ベース121および静電チャック(ESC;Electro Static Chuck、122)を含んで構成されることができる。
静電チャック122は静電気力を用いてその上部に安着する基板Wを支持する基板支持部材である。このような静電チャック122はセラミック材質で提供することができ、ベース121上に固定されるようにベース121と結合される。
図1には示していないが、静電チャック122は駆動部材を用いてハウジング110の内部で第3方向30に移動可能に設けることもできる。静電チャック122がこのように基板処理装置100の高さ方向に移動可能に形成される場合、基板Wをより均一なプラズマ分布を示す領域に位置させることが可能になる効果を得ることができる。
リングアセンブリ123は静電チャック122のエッジを包むように提供される。このようなリングアセンブリ123はリング形状で提供され、基板Wのエッジ領域をカバーするように構成される。リングアセンブリ123はフォーカスリング(Focus Ring;123a)およびエッジリング(Edge Ring;123b)を含んで構成される。
フォーカスリング123aは絶縁体リング123bの内側に形成され、静電チャック122を直接包むように提供される。フォーカスリング123aはシリコン材質で提供され、ハウジング110の内部でプラズマ工程が行われる場合はイオンを基板W上に集中させる役割をすることができる。
エッジリング123bはフォーカスリング123aの外側に形成され、フォーカスリング123aを包むように提供される。エッジリング123bは絶縁体リングであってクォーツ(Quartz)材質で提供され、プラズマによって静電チャック122の側面が損傷することを防止する役割をする。
加熱部材124および冷却部材125はハウジング110の内部で基板処理工程が行われる場合、基板Wを工程温度に維持させるために提供されるものである。加熱部材124は基板Wの温度を上昇させるために熱線として提供され、基板支持ユニット120の内部、例えば、静電チャック122の内部に設けられる。冷却部材125は基板Wの温度を下降させるために冷媒が流れる冷却ラインとして提供され、基板支持ユニット120の内部、例えば、ベース121の内部に設けられる。
なお、冷却部材125は冷却装置(Chiller;126)を用いて冷媒の供給を受ける。冷却装置126はハウジング110の外部に別に設けられる。
洗浄ガス供給ユニット130は静電チャック122やリングアセンブリ123に残留する異物を除去するために第1ガスを提供する。洗浄ガス供給ユニット130はこのために洗浄ガス供給源131および洗浄ガス供給ライン132を含む。
洗浄ガス供給源131は窒素ガス(N2 Gas)を洗浄ガスとして提供する。洗浄ガス供給源131は静電チャック122やリングアセンブリ123に残留する異物を効果的に除去できるものであれば窒素ガスの他に他のガスや洗浄剤を提供することも可能である。
洗浄ガス供給ライン132は洗浄ガス供給源131により提供される洗浄ガスを移送するものである。このような洗浄ガス供給ライン132は静電チャック122とフォーカスリング123aの間の空間に連結され、洗浄ガスは前記空間を介して移動して静電チャック122のエッジ部分やリングアセンブリ123の上部などに残留する異物を除去する。
プラズマ生成ユニット140は放電空間に残留するガスからプラズマを発生させるものである。ここで、放電空間はハウジング110の内部空間のうちの基板支持ユニット120の上部に位置する空間を意味する。
プラズマ生成ユニット140は誘導結合型プラズマソースを用いてハウジング110内部の放電空間にプラズマを発生させる。すなわち、プラズマ生成ユニット140はICP(Inductively Coupled Plasma)ソースを用いてハウジング110内部の放電空間にプラズマを発生させる。この場合、プラズマ生成ユニット140は例えば、アンテナユニット180を第1電極として用いて、静電チャック122を第2電極として用いることができる。
プラズマ生成ユニット140は第1高周波電源141、第1伝送線路142、第1電極、第2高周波電源143、第2伝送線路144および第2電極を含んで構成される。
第1高周波電源141は第1電極にRF電力を印加するものである。例えば、アンテナユニット180が第1電極として用いられる場合、第1高周波電源141はアンテナユニット180にRF電力を印加することができる。
第1伝送線路142は第1電極とGNDに連結されるものである。第1高周波電源141はこのような第1伝送線路142上に設けられる。
第1高周波電源141は基板処理装置100内でプラズマの特性を制御する役割をする。例えば、第1高周波電源141はイオン衝撃エネルギ(Ion Bombardment Energy)を調節する役割をすることができる。
第1高周波電源141は基板処理装置100内に単数個が設けられるが、複数個設けられることも可能である。第1高周波電源141が基板処理装置100内に複数個設けられる場合、第1伝送線路142上に並列に配置される。
第1高周波電源141が基板処理装置100内に複数個設けられる場合、図1には示していないが、プラズマ生成ユニット140は複数個の第1高周波電源と電気的に接続される第1マッチングネットワークをさらに含むことができる。ここで、第1マッチングネットワークはそれぞれの第1高周波電源から相異なる大きさの周波数電力が入力される場合、前記周波数電力をマッチングさせて第1電極に印加する役割をすることができる。
なお、図1には示していないが、第1高周波電源141と第1電極を連結する第1伝送線路142上にはインピーダンス整合を目的として第1インピーダンス整合回路が設けられる。第1インピーダンス整合回路は無損失手動回路として作用して第1高周波電源141から第1電極に電気エネルギが最大に伝達されるようにすることができる。
第2高周波電源143は第2電極にRF電力を印加するものである。例えば、静電チャック122が第2電極として用いられる場合、第2高周波電源143は静電チャック122にRF電力を印加することができる。
第2伝送線路144は第2電極とGNDに連結されるものである。第2高周波電源143はこのような第2伝送線路144上に設けられる。
第2高周波電源143は基板処理装置100内でプラズマを発生させるプラズマソースの役割をする。また、第2高周波電源143は第1高周波電源141とともにプラズマの特性を制御する役割をすることができる。
第2高周波電源143は基板処理装置100内に単数個設けられるが、複数個設けられることも可能である。第2高周波電源143が基板処理装置100内に複数個設けられる場合、第2伝送線路144上に並列に配置される。
第2高周波電源143が基板処理装置100内に複数個設けられる場合、図1には示していないが、プラズマ生成ユニット140は複数個の第2高周波電源と電気的に接続される第2マッチングネットワークをさらに含むことができる。ここで、第2マッチングネットワークはそれぞれの第2高周波電源から相異なる大きさの周波数電力が入力される場合、前記周波数電力をマッチングさせて第2電極に印加する役割をすることができる。
なお、図1には示していないが、第2高周波電源143と第2電極を連結する第2伝送線路144上にはインピーダンス整合を目的として第2インピーダンス整合回路が設けられる。第2インピーダンス整合回路は無損失手動回路として作用して第2高周波電源143から第2電極に電気エネルギが最大に伝達されるようにすることができる。
第2高周波電源143が第2伝送線路144上に設けられると、プラズマ生成ユニット140は基板処理装置100に多重周波数(Multi Frequency)を適用することが可能になり、そのため基板処理装置100の基板処理効率を向上させることができる。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。プラズマ生成ユニット140は第2高周波電源143を含まずに構成されることも可能である。すなわち、第2高周波電源143は第2伝送線路144上に設けられなくてもよい。
プロセスガス供給ユニット150はハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供するものである。このようなプロセスガス供給ユニット150はハウジング110の側面に設けられる。プロセスガス供給ユニット150に係るより詳しい説明は後述する。
ライナユニット(Liner Unit or Wall Liner;160)はプロセスガスが励起される過程で発生するアーク放電や、基板処理工程中に発生される不純物などからハウジング110の内部を保護するためのものである。ライナユニット160はこのためにハウジング110の内側壁をカバーするように形成される。
ライナユニット160はその上部に支持リング161を含む。支持リング161はライナユニット160の上部で外側方向(すなわち、第1方向10)に突出形成され、ライナユニット160をハウジング110に固定させる役割をすることができる。
バッフルユニット(Baffle Unit;170)はプラズマの工程副産物、未反応ガスなどを排気する役割をする。このようなバッフルユニット170はハウジング110の内側壁と基板支持ユニット120の間に設けられる。
バッフルユニット170は環状のリング形状で提供され、上下方向(すなわち、第3方向30)に貫通する複数個の貫通孔を備える。バッフルユニット170は貫通孔の個数および形状に応じてプロセスガスの流れを制御する。
アンテナユニット(Antenna Unit;180)はハウジング110の内部に磁場および電場を発生させてプロセスガス供給ユニット150を介してハウジング110の内部に流入するプロセスガスをプラズマで励起させる役割をする。アンテナユニット180はこのためにコイルを用いて閉ループを形成するように提供されるアンテナ181を含み得、第1高周波電源141から供給されるRF電力を用いることができる。
アンテナユニット180はハウジング110の上部面上に設けられる。この場合、アンテナ181はハウジング110の幅方向(第1方向10)を長手方向として設けられ、ハウジング110の直径に対応する大きさを有するように提供される。
アンテナユニット180は平板型構造(Planar Type)を有するように形成される。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。アンテナユニット180は円筒型構造(Cylindrical Type)を有するように形成されることも可能である。この場合には、アンテナユニット180はハウジング110の外側壁を囲むように設けられることができる。
なお、ハウジング110の上部面とアンテナユニット180の間にはウィンドウモジュール190が設けられる。この場合、ハウジング110の上部面は開放され、ウィンドウモジュール190がハウジング110の上部面をカバーするように設けられる。すなわち、ウィンドウモジュール190はハウジング110の内部空間を密閉させるハウジング110の上部蓋の役割をすることができる。
ウィンドウモジュール190は絶縁性物質(例えば、アルミナ(Al))を素材として誘電体窓(Dielectric Window)として形成される。ウィンドウモジュール190はプラズマ工程がハウジング110の内部で行われる際、パーティクル(Particle)が発生することを抑制するために表面にコーティング膜を含んで形成されることができる。
プロセスガス供給ユニット150は先立って説明したように、ハウジング110の側面に設けられ、ハウジング110の側壁を貫通して形成された孔(Hole)を通じてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供する。プロセスガス供給ユニット150はこのためにプロセスガス供給源151およびプロセスガス供給ライン152を含むことができる。
プロセスガス供給源151は基板Wを処理するために用いられるガスをプロセスガスとして提供する。プロセスガス供給源151は例えば、エッチングガスや洗浄ガスをプロセスガスとして提供することができ、蒸着ガスをプロセスガスとして提供することもできる。
プロセスガス供給源151は基板処理装置100内に少なくとも一つ備えられる。プロセスガス供給源151が基板処理装置100内に複数個備えられる場合、多量のガスを短時間内に提供する効果を得ることができる。なお、プロセスガス供給源151が基板処理装置100内に複数個備えられる場合、複数個のプロセスガス供給源151は互いに異なるガスを提供することも可能である。例えば、いくつかのプロセスガス供給源151はエッチングガスを提供し、他のいくつかのプロセスガス供給源151は洗浄ガスを提供し、また他のいくつかのプロセスガス供給源151は蒸着ガスを提供することができる。
プロセスガス供給ライン152はプロセスガス供給源151により提供されるプロセスガスをハウジング110の内部に移送するものである。プロセスガス供給ライン152はこのためにプロセスガス供給源151とハウジング110の側壁を貫通して形成された孔を連結することができる。
基板処理装置100はプラズマ生成ユニット140およびプロセスガス供給ユニット150を用いて基板Wを処理する。すなわち、基板処理装置100はハウジング110の内部で基板支持ユニット120上に基板Wが配置されると、プロセスガス供給ユニット150を用いてハウジング110の内部にプロセスガスを提供し、プラズマ生成ユニット140を用いてハウジング110の内部にプラズマを発生させて基板Wを処理することができる。
しかし、図2に示すように、孔220がハウジング110の側壁210を貫通して形成され、前記孔220を介してプロセスガス供給源151と連結された噴射ノズル230がハウジング110の内部にプロセスガス240を提供すると、前記噴射ノズル230から近い距離に位置する基板Wの第1領域250aには多量のプロセスガス240が提供されることに対して、前記噴射ノズル230から遠い距離に位置する基板Wの第2領域250bには少量のプロセスガス240が提供される。すなわち、プロセスガス240は基板W上の各領域に均一に提供できず、基板の処理効率は低下し得る。図2は基板処理装置の側面にプロセスガスが提供される場合の問題を説明するための例示図である。
本発明ではプロセスガス供給ユニット150に連結される噴射ノズル230がハウジング110の内側壁の周に沿って回転することを特徴とする。本発明はこれにより基板W上の各領域にプロセスガス240を均一に提供することができ、そのため基板の処理効率を向上させる効果を得ることができる。以下ではこれについて詳しく説明する。
図3は本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの内部構造を概略的に示す第1例示図である。
図3によれば、プロセスガス供給ユニット150はプロセスガス供給源151、プロセスガス供給ライン152、噴射ノズル230および回転制御部300を含んで構成される。
プロセスガス供給源151およびプロセスガス供給ライン152については図1を参照して説明したため、ここではその詳しい説明を省略する。
噴射ノズル230はプロセスガス供給ライン152に沿って提供されるプロセスガスをハウジング110内の基板Wが位置する領域に提供するものである。このような噴射ノズル230はハウジング110の内側壁に付着でき、回転制御部300の制御に応じてハウジング110の内側壁の周に沿って(すなわち、ハウジング110の高さ方向に垂直方向に)回転することができる。
噴射ノズル230はハウジング110の内側壁に単数個設けられる。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。噴射ノズル230はハウジング110の内側壁に複数個設けられることも可能である。これと関連する詳しい説明は後述する。
回転制御部300は噴射ノズル230をハウジング110の内側壁の周に沿って回転させるものである。噴射ノズル230は回転制御部300のこのような役割により基板W上の各領域にプロセスガスを均一に提供する効果を得ることができる。
回転制御部300は噴射ノズル230を自動で回転させる。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。回転制御部300は噴射ノズル230を手動で回転させることも可能である。
回転制御部300は噴射ノズル230を自動で回転させる場合、例えばボディ310、プロセスガス注入口320、シャフト(Shaft;330)、駆動部340およびシーリング部材(Sealing Member;350)を含んで構成される。
ボディ310は回転制御部300の本体を構成する。このようなボディ310はハウジング110の外側壁に設けられ、ハウジング110の側壁を貫通して形成された孔220と連結される。
プロセスガス注入口320はボディ310の内部に設けられる。プロセスガスはこのようなプロセスガス注入口320を通じてボディ310の内部に流入し、ボディ310に連結されたハウジング110側壁の孔220および噴射ノズル230を通じてハウジング110の内部に流入する。
プロセスガス注入口320はボディ310内の下部面で上側方向(陽の第3方向(+30))に延びて形成される。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。プロセスガス注入口320は図4に示すようにボディ310内の上部面で下側方向(陰の第3方向(-30))に延びて形成されることも可能である。図4は本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの内部構造を概略的に示す第2例示図である。
プロセスガス注入口320はボディ310の内部に単数個設けられる。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。プロセスガス注入口320はボディ310の内部に複数個設けられることも可能である。
プロセスガス注入口320がボディ310の内部に複数個設けられる場合、複数個のプロセスガス注入口320はすべてボディ310内の下部面で上側方向に延びて形成されるか、またはボディ310内の上部面で下側方向に延びて形成されることができる。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。複数個のプロセスガス注入口320のうちいくつかのプロセスガス注入口320はボディ310内の下部面で上側方向に延びて形成され、他のいくつかのプロセスガス注入口320はボディ310内の上部面で下側方向に延びて形成されることができる。
なお、プロセスガス供給ライン152の一部はボディ310の内部に挿入され、このように形成された構造によりプロセスガス注入口320と連結されることができる。
再び図3を参照して説明する。
シャフト330はボディ310をハウジング110の外側壁の周に沿って回転させるものである。ボディ310はシャフト330のこのような役割によってハウジング110の外側壁の周に沿って回転することができ、ボディ310と連動するように構成された噴射ノズル230はボディ310の回転によりハウジング110の内側壁の周に沿って回転することができる。
シャフト330はボディ310の端部に形成された孔内に挿入されてボディ310と結合される。このようなシャフト330は駆動部340の作動に応じてボディ310に回転力を提供してボディ310をハウジング110の外側壁の周に沿って回転させる。例えば、シャフト330はモータを用いて輪を回転させる原理によりボディ310をハウジング110の外側壁の周に沿って回転させることができる。
シャフト330は歯車構造を用いた回転伝達方式によりボディ310に回転力を提供する。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。シャフト330はボディ310内に固定され、駆動部340と連動するロボットアーム(または、駆動部340を含むロボットアーム)の作動に応じてボディ310に押す力や引っ張る力を提供してボディ310に回転力を提供することも可能である。
駆動部340はシャフト330に動力を提供するものにある。駆動部340は例えば、ステップモータ(Step Motor)を含んで設けられる。
シーリング部材350はボディ310の孔内に挿入されたシャフト330とボディ310の孔の間の隙間を密閉させるものである。基板処理装置100は真空チャンバ(Vacuum Chamber)として設けられ得、ハウジング110の内部が真空の状態で基板Wを処理することができる。しかし、シャフト330がボディ310の孔内に挿入されてボディ310と結合されると、シャフト330とボディ310の間に隙間が形成され、この隙間によりハウジング110の内部が真空状態にならない。
本発明ではこのような問題を解決するためにシャフト330とボディ310の間に、具体的にはボディ310の孔内に挿入されたシャフト330とボディ310の孔の間にシーリング部材350を形成することができる。シーリング部材350がこのように形成されると、シャフト330とボディ310の間に気密が維持され、基板Wを処理する間ハウジング110の内部が真空状態を維持することが可能になる。
一方、シーリング部材350はシャフト330とボディ310の間に形成されず、図5に示すようにボディ310の外側表面とシャフト330の接触部分に形成されることも可能である。図5は本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの内部構造を概略的に示す第3例示図である。
なお、シーリング部材350は本実施形態ではOリング(O-Ring)などで設けられるが、基板処理装置100内にパーティクル(Particle)などの問題を発生させないためにマグネチックシール(Magnetic Seal)として設けられることが好ましい。
図3ないし図5には示していないが、回転制御部300は噴射ノズル230の回転速度を制御するための回転速度制御モジュールをさらに含むことができる。この場合、回転速度制御モジュールは駆動部340に連結されるように構成されることができる。
プロセスガスは基板Wを処理する前にハウジング110内に提供されることができる。また、プロセスガスは基板Wを処理する途中にハウジング110内に提供されることができる。基板Wを処理する前にはプロセスガスが遅い速度でハウジング110内に提供される。これに対して、基板Wを処理する途中にはプロセスガスが速い速度でハウジング110内に提供される。
したがって、回転速度制御モジュールは基板W処理を行うか否かによって噴射ノズル230の回転速度を制御することができる。すなわち、回転速度制御モジュールは基板Wを処理する前には噴射ノズル230を遅い速度で回転させ、基板Wを処理する途中には噴射ノズル230を速い速度で回転させることができる。
先立って説明したが、噴射ノズル230はハウジング110の内側壁の周に沿って複数個設けられることができる。この場合、複数個の噴射ノズル230はプロセスガスの均一な分配のために等間隔に配置される。
プロセスガス供給ユニット150が複数個の噴射ノズル230を含む場合、回転制御部300はハウジング110の外側壁に複数個設けられ、それぞれの噴射ノズル230と結合する。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。回転制御部300はハウジング110の外側壁に単数個設けられ、この場合の回転制御部300は複数個の噴射ノズル230のいずれか一つの噴射ノズル230と結合することも可能である。
例えば、図6に示すようにハウジング110の内部に四個の噴射ノズル230a,230b,230c,230dが設けられ、回転制御部300は第1噴射ノズル230aと結合するように構成されることも可能である。なお、回転制御部300は連結モジュールにより複数個の噴射ノズル230すべてと結合することも可能である。図6は本発明の一実施形態により基板処理装置の側壁に設けられるプロセスガス供給ユニットの配置構造を概略的に示す例示図である。
なお、ハウジング110の内部に複数個の噴射ノズル230が設けられる場合、プロセスガス供給ユニット150はそれぞれの噴射ノズル230に均等な量のプロセスガスを提供するためにプロセスガス供給ライン152上にプロセスガス分配器を含み得、それぞれの噴射ノズル230はプロセスガス分配器によって分岐するプロセスガス供給ライン152と連結されることができる。
一方、基板処理装置100はシャワーヘッドユニット(Shower Head Unit)をさらに含むことができる。以下ではこの場合について説明する。
図7は本発明の他の実施形態による基板処理装置の内部構造を概略的に示す第1例示図である。
図7によれば、基板処理装置100はハウジング110、基板支持ユニット120、洗浄ガス供給ユニット130、プラズマ生成ユニット140、プロセスガス供給ユニット150、ライナユニット160、バッフルユニット170、アンテナユニット180、ウィンドウモジュール190およびシャワーヘッドユニット410を含んで構成される。
ハウジング110、基板支持ユニット120、洗浄ガス供給ユニット130、プラズマ生成ユニット140、プロセスガス供給ユニット150、ライナユニット160、バッフルユニット170、アンテナユニット180およびウィンドウモジュール190については図1を参照して前述したため、ここではその詳しい説明を省略する。
シャワーヘッドユニット410は複数個のガス噴射孔(Gas Feeding Hole)を含み、ハウジング110の内部に設けられる。このようなシャワーヘッドユニット410は静電チャック122と上下方向(第3方向30)に対向するように設けられる。シャワーヘッドユニット410は静電チャック122よりもさらに大きい直径を有するように提供することができ、静電チャック122と同じ直径を有するように提供されることもできる。シャワーヘッドユニット410はシリコン材質で提供されるか、金属材質で提供されることができる。
シャワーヘッドユニット410は複数個のモジュールに分割することができる。例えば、シャワーヘッドユニット410は第1モジュール、第2モジュール、第3モジュールなど三個のモジュールに分割することができる。第1モジュールは基板Wのセンター領域(Center Zone)に対応する位置に配置される。第2モジュールは第1モジュールの外側を囲むように配置され、基板Wのミドル領域(Middle Zone)に対応する位置に配置される。第3モジュールは第2モジュールの外側を囲むように配置され、基板Wのエッジ領域(Edge Zone)に対応する位置に配置される。
なお、複数個のガス噴射孔はシャワーヘッドユニット410を構成する本体の表面を貫通して形成され、前記本体上に等間隔に形成される。
基板処理装置100がシャワーヘッドユニット410を含む場合、プロセスガス供給ユニット150はハウジング110の側壁を貫通して形成された孔220を通じてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供できるだけでなく、ハウジング110の上部に設けられるウィンドウモジュール190を貫通して形成された孔420を通じてもハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供することができる。以下の説明ではハウジング110の側壁を貫通して形成された孔220を第1孔220と定義し、ウィンドウモジュール190を貫通して形成された孔420を第2孔420と定義する。
プロセスガスが第2孔420を通じてハウジング110の内部空間に流入する場合、シャワーヘッドユニット410に形成される複数個のガス噴射孔を通じて基板W上の各領域に均一に提供されることができる。したがって、基板処理装置100がシャワーヘッドユニット410を含む場合には、プロセスガス供給ユニット150が次のように作動する。
第一に、プロセスガス供給ユニット150は第1孔220と第2孔420を通じてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供することができる。この場合、プロセスガス供給ユニット150は第1孔220と第2孔420を通じて同時にプロセスガスを提供することができ、第1孔220と第2孔420を順次用いてプロセスガスを提供することも可能である。
第二に、プロセスガス供給ユニット150は第1孔220と第2孔420のいずれか一つの孔を用いてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供することができる。例えば、回転制御部300が正常に作動しない場合、プロセスガス供給ユニット150は第2孔420を用いてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供することができる。
第三に、プロセスガス供給ユニット150は第1孔220と第2孔420のいずれか一つの孔を用いてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供した後、次に他の一つの孔を用いてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供することができる。例えば、基板Wを処理する前には、プロセスガス供給ユニット150は第1孔220を用いてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供し、基板Wを処理する途中には、プロセスガス供給ユニット150は第2孔420を用いてハウジング110の内部空間にプロセスガスを提供することができる。
なお、以上で説明した基板処理装置100はプラズマ生成ユニット140が誘導結合型プラズマソース(すなわち、ICPソース))を用いてハウジング110内部の放電空間にプラズマを発生させる場合の例示である。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。基板処理装置100を構成するプラズマ生成ユニット140は容量結合型プラズマソースを用いてハウジング110内部の放電空間にプラズマを発生させることも可能である。すなわち、プラズマ生成ユニット140はCCP(Capacitively Coupled Plasma)ソースを用いてハウジング110内部の放電空間にプラズマを発生させることも可能である。
図8は本発明の他の実施形態による基板処理装置の内部構造を概略的に示す第2例示図である。図8によれば、基板処理装置100はハウジング110、基板支持ユニット120、洗浄ガス供給ユニット130、プラズマ生成ユニット140、プロセスガス供給ユニット150、ライナユニット160およびバッフルユニット170を含んで構成される。図8の基板処理装置100については、図1の基板処理装置100と比較して差異点がある部分についてのみ説明する。
プラズマ生成ユニット140は容量結合型プラズマソース(すなわち、CCPソース)を用いてハウジング110内部の放電空間にプラズマを発生させる。この場合、プラズマ生成ユニット140はハウジング110の内側/外側の上部に静電チャック122と対向して設けられる金属部材(例えば、セラミック成分の部材)を第1電極として用いて、静電チャック122を第2電極として用いる。
なお、図3ないし図6を参照して説明したプロセスガス供給ユニット150、すなわち、ハウジング110の側壁に設けられ、回転制御部300を含むプロセスガス供給ユニット150は図1を参照して説明したICPタイプの基板処理装置100の場合と同様に図8を参照して説明したCCPタイプの基板処理装置100にも同様に適用できるのはもちろんである。
一方、CCPタイプの基板処理装置100も図9に示すようにシャワーヘッドユニット410をさらに含むことができ、この場合、プロセスガス供給ユニット150は図7を参照して説明したことが同様に適用できるのはもちろんである。図9は本発明の他の実施形態による基板処理装置の内部構造を概略的に示す第3例示図である。
以上、図1ないし図9を参照して本発明の多様な実施形態によるプロセスガス供給ユニット150を含む基板処理装置100について説明した。本発明による基板処理装置100は真空チャンバの内部に均一なガス注入のための回転ガス分配リングを含むことを特徴とする。前記基板処理装置100はチャンバの真空および高温状態を維持しながらガス分配リングの回転により工程効率を向上させる効果を得ることができる。
基板処理装置100は真空チャンバ(Vacuum Chamber)の内部にプロセスガスを均一に造成する。この時、基板処理装置100はマグネチックシール(Magnetic Seal)を用いたガス注入装置(Gas Ring)の回転により真空を維持した状態でチャンバの内部に均一な気体密度を構成することができる。基板処理装置100はこれによりプラズマの均一度および工程効率を向上させる効果を得ることができる。一方、前記ガス注入装置はステップモータ(Step Motor)を用いて所望する位置にオート(Auto)回転が可能であり、シャフトの歯車の動作により回転力を伝達することができる。
以上、添付する図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造することができ、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施できることを理解することができる。したがって、上記一実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
100 基板処理装置
110 ハウジング
120 基板支持ユニット
130 洗浄ガス供給ユニット
140 プラズマ生成ユニット
150 プロセスガス供給ユニット
151 プロセスガス供給源
152 プロセスガス供給ライン
160 ライナユニット
170 バッフルユニット
180 アンテナユニット
190 ウィンドウモジュール
210 側壁
220 第1孔
230 噴射ノズル
240 プロセスガス
250a 基板の第1領域
250b 基板の第2領域
300 回転制御部
310 ボディ
320 プロセスガス注入口
330 シャフト
340 駆動部
350 シーリング部材
410 シャワーヘッドユニット
420 第2孔

Claims (20)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングの内部に配置され、基板を支持する第2電極と、
    前記ハウジングの内部または外部に配置され、前記第2電極と対向する第1電極と、
    前記ハウジングの内部にプロセスガスを提供するプロセスガス供給ユニットと、
    前記プロセスガスが提供されると前記第1電極と連結される第1高周波電源および前記第2電極と連結される第2高周波電源を用いて前記ハウジングの内部にプラズマを発生させるプラズマ生成ユニットを含み、
    前記プロセスガス供給ユニットは、
    前記ハウジングの内側壁に設けられ、前記プロセスガスを噴射する噴射ノズルと、
    前記ハウジングの外側壁に設けられ、前記ハウジングの内側壁を貫通して形成された孔を介して前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルを回転させる回転制御部を含む、基板処理装置。
  2. 前記回転制御部は前記噴射ノズルを前記ハウジングの内側壁の周に沿って自動で回転させる、請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記回転制御部は、
    ボディと、
    前記ボディの内部に設けられ、前記プロセスガスを外部から流入させるプロセスガス注入口と、
    前記ボディと結合し、駆動部と連動して前記ボディに回転力を提供するシャフトを含む、請求項1に記載の基板処理装置。
  4. 前記回転制御部は、
    前記ボディと前記シャフトの間の氣密を維持させるシーリング部材をさらに含む、請求項3に記載の基板処理装置。
  5. 前記シーリング部材はマグネチックシール(Magnetic Seal)である、請求項4に記載の基板処理装置。
  6. 前記プロセスガス注入口は前記ハウジングの高さ方向を長手方向として形成されるか、または前記ハウジングの高さ方向と逆の方向を長手方向として形成される、請求項3に記載の基板処理装置。
  7. 前記プロセスガス供給ユニットは、
    前記プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、
    前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させるプロセスガス供給ラインをさらに含む、請求項1に記載の基板処理装置。
  8. 前記プロセスガス供給ラインは前記プロセスガス供給源と前記回転制御部を連結し、前記回転制御部により前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させる、請求項7に記載の基板処理装置。
  9. 前記回転制御部は前記噴射ノズルの回転速度を制御する、請求項1に記載の基板処理装置。
  10. 前記噴射ノズルは前記ハウジングの内側壁の周に沿って複数個設けられ、
    前記回転制御部は複数個の噴射ノズルのうち少なくとも一つの噴射ノズルと連結される、請求項1に記載の基板処理装置。
  11. 前記ハウジング内で前記基板の上部に配置され、表面に複数個のガス噴射孔を含むシャワーヘッドユニットをさらに含み、
    前記プロセスガス供給ユニットは前記ハウジングの上部を貫通して形成された孔を介して前記シャワーヘッドユニットと連結される、請求項1に記載の基板処理装置。
  12. 前記プロセスガス供給ユニットは前記噴射ノズルおよび前記シャワーヘッドユニットのいずれか一つを用いて前記プロセスガスを前記ハウジングの内部に提供するか、または前記いずれか一つを用いて前記プロセスガスを前記ハウジングの内部に提供した後、次に他の一つを用いて前記プロセスガスを前記ハウジングの内部に提供する、請求項11に記載の基板処理装置。
  13. 前記基板処理装置は真空チャンバである、請求項1に記載の基板処理装置。
  14. ハウジングと、
    前記ハウジングの内部に配置され、基板を支持する第2電極と、
    前記ハウジングの内部または外部に配置され、前記第2電極と対向する第1電極と、
    前記ハウジングの内部にプロセスガスを提供するプロセスガス供給ユニットと、
    前記プロセスガスが提供されると前記第1電極と連結される第1高周波電源および前記第2電極と連結される第2高周波電源を用いて前記ハウジングの内部にプラズマを発生させるプラズマ生成ユニットを含み、
    前記プロセスガス供給ユニットは、
    前記ハウジングの内側壁に設けられ、前記プロセスガスを噴射する噴射ノズルと、
    前記ハウジングの外側壁に設けられ、前記ハウジングの内側壁を貫通して形成された孔を介して前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルを回転させる回転制御部を含み、
    前記回転制御部は、
    ボディと、
    前記ボディの内部に設けられ、前記プロセスガスを外部から流入させるプロセスガス注入口と、
    前記ボディと結合し、駆動部と連動して前記ボディに回転力を提供するシャフトと、
    前記ボディと前記シャフトの間の氣密を維持させるシーリング部材を含み、
    前記回転制御部は前記噴射ノズルを前記ハウジングの内側壁の周に沿って自動で回転させて、
    前記シーリング部材はマグネチックシール(Magnetic Seal)である、基板処理装置。
  15. 真空チャンバであり、プラズマを用いて基板を処理する基板処理装置の内部にプロセスガスを提供するものであって、
    前記プロセスガスを供給するプロセスガス供給源と、
    前記基板処理装置の内側壁に設けられ、前記プロセスガスを前記基板処理装置の内部に噴射する噴射ノズルと、
    前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させるプロセスガス供給ラインと、
    前記基板処理装置の外側壁に設けられ、前記基板処理装置の内側壁を貫通して形成された孔を介して前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルを回転させる回転制御部を含む、プロセスガス供給ユニット。
  16. 前記回転制御部は前記噴射ノズルを前記基板処理装置の内側壁の周に沿って自動で回転させる、請求項15に記載のプロセスガス供給ユニット。
  17. 前記回転制御部は、
    ボディと、
    前記ボディの内部に設けられ、前記プロセスガスを外部から流入させるプロセスガス注入口と、
    前記ボディと結合し、駆動部と連動して前記ボディに回転力を提供するシャフトを含む、請求項15に記載のプロセスガス供給ユニット。
  18. 前記回転制御部は、
    前記ボディと前記シャフトの間の氣密を維持させるシーリング部材をさらに含む、請求項17に記載のプロセスガス供給ユニット。
  19. 前記シーリング部材はマグネチックシール(Magnetic Seal)である、請求項18に記載のプロセスガス供給ユニット。
  20. 前記プロセスガス供給ラインは前記プロセスガス供給源と前記回転制御部を連結し、前記回転制御部により前記プロセスガスを前記噴射ノズルに移動させる、請求項15に記載のプロセスガス供給ユニット。
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