KR100719806B1 - 건식식각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건식식각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 챔버 내부에 균일한 플라즈마를 형성시켜 대면적 기판을 균일하게 식각할 수 있는 건식식각장치에 관한 것이다.
본 발명은, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜서 기판의 소정 부분을 식각하는 건식식각장치에 있어서, 상기 챔버의 일측벽을 관통하여 형성되는 기판 출입구; 상기 챔버의 외측에 마련되며, 상기 기판 출입구의 외측 개구를 열고 닫는 게이트 밸브; 상기 게이트 밸브와 연동되어 구동되며, 상기 기판 출입구의 내측 개구를 열고 닫는 셔터 밸브;가 마련되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치를 제공한다.
식각, 건식식각, 드라이 애처, 개이트 밸브, 셔터 밸브

Description

건식식각장치{DRY ETCHER}
도 1은 종래의 건식식각장치의 개략적인 개념을 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 건식식각장치의 플라즈마 형성 공간을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식식각장치의 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식식각장치의 구동을 설명하는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식식각장치의 플라즈마 형성 공간을 나타내는 도면이다.
본 발명은 건식식각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 챔버 내부에 균일한 플라즈마를 형성시켜 대면적 기판을 균일하게 식각할 수 있는 건식식각장치에 관한 것이다.
일반적으로 식각장치는 크게 습식 케미컬을 이용한 습식식각 장치와 불활성 가스를 이용하는 건식식각 장치로 대별된다.
여기서 건식식각 장치는 강한 전기장이 형성된 두 전극 사이에 특정 반응 가스를 투입하여 반응 가스가 전기장에 의하여 전자를 잃으면서 중성 상태에서 반응성이 매우 뛰어난 이온화된 플라즈마 가스가 되도록 한 후, 플라즈마 가스가 산화막 중 포토레지스터 막에 의하여 가려지지 않고 노출된 부분과 반응하여 부산물이 생성되면서 식각이 진행되도록 하는 장치이다.
상술한 건식식각장치는 일반적으로 플라즈마 등에 의하여 기판을 처리하는 공정챔버, 공정 처리될 기판을 공정챔버로 반입하고, 반출시키는 경유지로 사용되는 반송챔버 및 기판을 보관하고 있는 로드락 챔버의 3개의 챔버로 구성된다. 그리고 최근에는 기판의 대형화로 인하여 상기 로드락챔버와 반송챔버의 기능을 통합하여 하나의 반송챔버와 공정챔버로 이루어지는 2챔버 형식의 건식식각장치도 개시되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 건식식각장치(1)에는 3챔버 형식이든, 2챔버 형식이든 간에 기판의 식각을 담당하는 공정챔버(10)가 마련되고, 이 공정챔버의 일 측벽에는 기판의 출입을 위한 기판 출입구(12)가 챔버 측벽을 관통하여 형성된다. 이 기판 출입구(12)를 통하여 공정 처리될 새로운 기판(S)이 반입되고, 처리가 완료된 기판이 외부로 반출되는 것이다.
그리고 공정 챔버(10)의 챔버 내부는 항상 진공 상태를 유지하므로 기판의 출입 과정을 제외하고는 밀폐되어야 한다. 따라서 상기 기판 출입구(12)는 게이트 밸브(20)에 의하여 개폐된다. 이 게이트 밸브(20)는 챔버(10)의 외측에 마련되어 상기 기판 출입구(12)의 외측 개구를 열고 닫는다. 여기에서 '외측 개구'라 함은, 기판 출입구 중 챔버 외측 방향으로 형성되는 개구를 말한다.
또한 공정챔버(10)의 내부에는 플라즈마를 발생시키기 위하여 상하에 각각 전극(30, 40)이 형성된다. 이 상하부 전극(30, 40) 중 어느 하나에는 RF전력이 인가되며, 다른 하나는 접지된다. 또한 이 공정챔버(10)의 내부에는 공정가스가 공급된다. 일반적으로 공정가스는 샤워헤드에 의하여 챔버 내부로 균일하게 공급된다.
또한 공정챔버(10)에는 챔버 내부의 기체를 배기하기 위한 배기펌프(도면에 미도시)가 마련된다. 이 배기펌프는 챔버(10) 내부의 기체를 배기하여 챔버 내부의 압력을 낮추는 역할을 할 뿐만아니라, 공정 처리중 또는 공정 처리 완료후에 공정처리에 사용되는 처리가스를 외부로 배출하는 역할도 한다.
그런데 전술한 바와 같이, 게이트 밸브(20)는 기판 출입구(12)의 외측 개구를 열고 닫으므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 밸브(20)가 닫혀도 챔버 측벽면보다 안쪽으로 형성된 공간(기판 출입구)이 남아 있다. 따라서, 플라즈마로 공정을 처리하는 경우에 실제로 플라즈마가 형성되는 공간이, 도 2에 도시된 제 1 가상의 선(50)에 의하여 확인할 수 있는 바와 같이, 기판 출입구(12)가 형성된 벽면쪽이 다른 벽면쪽보다 넓게 형성된다. 그러므로 공정챔버(10)내에서 플라즈마가 형성되는 공간이 비대칭적이어서 처리되는 기판의 모든 면이 균일하게 식각되지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 공정 처리 중에 챔버 내부 공간을 대칭적으로 형성시켜 균 일한 플라즈마가 형성되고, 균일한 기판 처리가 가능한 건식식각장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜서 기판의 소정 부분을 식각하는 건식식각장치에 있어서, 상기 챔버의 일측벽을 관통하여 형성되는 기판 출입구; 상기 챔버의 외측에 마련되며, 상기 기판 출입구의 외측 개구를 열고 닫는 게이트 밸브; 상기 게이트 밸브와 연동되어 구동되며, 상기 기판 출입구의 내측 개구를 열고 닫는 셔터 밸브;가 마련되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치를 제공한다.
본 발명에서는 상기 셔터 밸브를, 상하 방향으로 이동하며 상기 기판 출입구의 내측 개구를 열고 닫는 개폐부재; 및 상기 개폐부재의 하부와 연결되어 마련되며, 상기 개폐부재를 상하 방향으로 구동시키는 구동부;를 포함하여 구성되도록 함으로써, 상기 기판 출입구를 정확하게 열고 닫으면서도 상하 방향으로 원활하게 구동되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 셔터 밸브에는, 상기 개폐부재와 구동부의 연결부위를 감싸도록 마련되며, 상기 개폐부재의 상하 구동에도 불구하고 상기 챔버 내부의 기밀을 유지하는 벨로우즈가 더 마련되는 것이, 챔버 내부의 기밀을 유지하면서도 기판 출입구를 원할하게 여닫을 수 있어서 바람직하다.
그리고 본 발명에서는, 상기 개폐부재를, 상기 챔버 측벽을 상하 방향으로 관통하여 형성되는 관통공에 삽입되어 마련되며, 상기 개폐부재와 연결되는 연결부; 상기 연결부의 상부에 챔버 내측 방향으로 돌출되어 형성되며, 상기 기판 출입구의 면적과 동일한 면적을 가지는 셔터부;로 구성하는 것이, 챔버 측벽 내에 설치및 구동이 용이하면서도 기판 출입구를 완벽하게 막을 수 있어서 바람직하다.
그리고 본 발명에서는 상기 셔터부에, 그 내측면에 분리가능하도록 부착되어 마련되며, 상기 셔터부의 내측면을 완전히 감싸서 플라즈마 접촉면을 형성하는 라이너 부재가 더 마련되는 것이, 반복적인 공정처리에 의하여 요구되는 개폐부재의 측면을 청소하는 등의 유지 보수 작업을 용이하게 수행할 수 있어서 바람직하다.
이때 상기 라이너 부재는, 아노다이징(anodizing)처리된 알루미늄으로 이루어지도록 함으로써, 플라즈마에 의하여 손상되지 않으면서도 하중을 작게하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 건식식각장치(100)는, 챔버(110); 기판 출입구(112); 게이 트 밸브(120); 셔터 밸브(130);를 포함하여 구성된다. 물론 본 실시예에 따른 건식식각장치(100)에도 챔버 내부에 상하부 전극, 공정가스 공급부, 배기부 등이 구비되지만 이들의 구조 및 기능은 종래의 그것과 동일하므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
또한 기판 출입구 및 게이트 밸브도 종래의 그것과 동일한 구조 및 기능을 가지므로 반복하여 설명하지 않는다.
다음으로 셔터 밸브(130)는 상기 기판 출입구(112)의 내측 개구를 열고 닫는 구성요소이다. 여기에서 기판 출입구(112)의 '내측 개구'라 함은, 기판 출입구(112)의 개구 중 챔버 내부 방향으로 열린 개구를 말하는 것이다. 이 셔터 밸브(130)는 게이트 밸브(120)와 연동되어 구동된다. 즉 기판의 반입이나 반출을 위하여 게이트 밸브(120)가 열리는 경우에는 이 셔터 밸브(130)도 동시에 열린다. 그리고 기판의 반입이나 반출이 완료되어 게이트 밸브(120)가 닫히는 경우에는 이 셔터 밸브(130)도 동시에 닫힌다.
본 실시예에서는 이 셔터 밸브(130)를, 개폐부재(132)와 구동부(130)로 구성한다.
먼저 개폐부재(132)는, 상하 방향으로 이동하며 상기 기판 출입구(112)의 내측 개구를 직접 열고 닫는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 개폐부재(132)의 설치를 위해서, 챔버 측벽 중 상기 기판 출입구 하측 일부분을 제거하여 개폐부재가 삽입될 수 있는 삽입홈을 형성시킨다. 이 삽입홈에는 상기 기판 출입구(112)와 동 일한 표면적을 가지는 셔터부(132a)가 삽입되어 마련된다. 이 셔터부(132a)는 챔버 내측으로 돌출된 사각 블럭 형상으로 마련되머, 상기 기판 출입구(112)를 막았을때, 상기 셔터부(132a)의 측면이 상기 챔버 측벽의 내측면 연장선과 일치되도록 한다. 이렇게 셔터부(132a)의 측면이 챔버(110) 측벽의 내측면과 일치되면, 공정처리시에 챔버 내부의 공간이 대칭적인 형상이 되므로, 챔버 내부에서 기판의 균일한 처리가 가능한 탁월한 효과가 발생하는 것이다.
그리고 이 셔터부(132a)의 하측에는 연결부(132b)가 형성되어, 상기 셔터부(132a)를 상기 구동부(134)에 연결한다. 이 연결부(132b)는 상기 셔터부(132a)의 하측 소정 부위에 하나 이상 형성되며, 원형의 기둥으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 연결부(132b)는 상기 삽입홈의 하면에 상기 챔버 측벽을 수직으로 관통하여 형성되는 관통공에 삽입되어 마련된다. 따라서 이 연결부(132b)는 상기 관통공을 따라서 상하 방향으로 이동된다. 그리고 이 관통공의 하부에는 구동부(134)가 마련되며, 상기 연결부(132b)의 하부와 구동부(134)가 결합된다. 따라서 이 구동부(134)가 연결부(132b)를 이용하여 상기 셔터부(132a)를 상하 방항으로 구동시키는 것이다.
본 실시예에서는 상기 구동부(134)와 연결부(132b)가 복수개 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 셔터부(132a)의 길이가 2m 이상이므로 복수개의 연결부로 지지하는 것이 균형을 잡는데 유리하기 때문이다.
그리고 이 셔터부(132)에는 라이너 부재(136)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 일반적으로 플라즈마를 사용하는 진공장비의 챔버 내측벽에는 라이너 부재가 마련된다. 이 라이너 부재는 챔버 내측면에 분리가능하도록 결합되어 마련된다. 이 라이너 부재는 챔버 내측면에서 공정 처리 중에 발생되는 파티클이나 공정가스에 의하여 챔버 내측면이 오염되는 것을 방지하며, 공정이 일정회수 동안 반복된 후에 챔버 내부의 유지 보수 작업시에 이 라이너 부재를 챔버 내측면으로부터 분리하여 세척 및 청소 작업을 진행함으로써, 챔버 내부의 유지 보수 작업이 용이해지는 장점이 있다. 그런데 본 실시예에 따른 셔터부(132a)도 그 내측면이 공정 처리중에 플라즈마에 노출되므로, 이 측면의 청소 및 세척이 요구된다. 여기에서 '셔터부의 내측면'이라 함은 셔터부(132a)의 측면 중 챔버(110) 내부를 향하는 측면을 말한다. 이때 이 셔터부(132a) 자체를 분리하여 유지 보수 하는 것은, 비효율적이므로 셔터부의 내측면에도 라이너 부재(136)를 마련하여 유지 보수를 용이하게 하는 것이다.
이때 이 라이너 부재(136)는 상기 셔터부(132a)의 내측면보다 약간 큰 면적을 가지도록 마련되는 것이 바람직하다. 이는 개폐부재(132)가 기판 출입구(112)를 닫았을 경우, 상기 라이너 부재(136)가 상기 챔버 측벽에 마련되는 라이너 부재와 겹쳐져서 기판 출입구(112) 및 삽입홈으로 플라즈마가 진입하는 것을 방지하기 위함이다.
그리고 본 실시예에서는 이 라이너 부재(136)를, 아노다이징(anodizing)처리된 알루미늄으로 형성시킨다. 이는 플라즈마에 견디는 내플라즈마성이 강하면서도 무게가 가벼워 개폐부재의 구동에 부담을 주지 않도록 하기 위함이다.
다음으로 상기 구동부(134)는 상기 연결부(132b)의 하부와 결합되어 상기 개 폐부재를 상하 방향으로 구동시키는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 구동부(134)를 실린더로 구성한다.
그리고 이 구동부(134)와 개폐부재의 연결부위에는 벨로우즈(138)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 이 벨로우즈(138)는 개폐부재의 상하 구동시에 개폐부재의 이동과 연동되어 상하 방향으로 신축되면서 챔버 내부의 기밀을 유지한다. 따라서 이 벨로우즈(138)는 상기 연결부(132b)를 감싸는 구조로 마련되며, 그 상단은 상기 관통공의 상부와 결합되고, 하단은 상기 구동부(134)의 상부와 결합된다. 따라서 상기 개폐부재(132)가 상승하여 기판 출입구(112)를 폐쇄하는 경우에는, 이 벨로우즈(138)과 함께 상기 구동부(134)도 상승한다. 이렇게 벨로부즈(138)가 더 마련되는 경우에는 상기 구동부(134)를 상압에 배치할 수 있으므로, 구동부의 구성이 더욱 용이해진다. 즉, 진공 상태에서 사용할 수 없는 유압 실린더 등도 구동부로 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면 도 5에 도시된 바와 같이, 공정 수행시에 공간(150)이 대칭적이므로 균일한 플라즈마 형성이 가능하여, 하부 전극(140) 상에 위치되어 공정이 처리되는 기판상의 모든 면이 균일하게 처리되는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜서 기판의 소정 부분을 식각하는 건식식각장치에 있어서,
    상기 챔버의 일측벽을 관통하여 기판 출입구가 형성되며;
    상기 챔버의 외측에 마련되며, 상기 기판 출입구의 외측 개구를 열고 닫는 게이트 밸브; 상하 방향으로 이동하며 상기 기판 출입구의 내측 개구를 열고 닫는 개폐부재와, 상기 개폐부재의 하부와 연결되며, 상기 개폐부재를 상하 방향으로 구동시키는 구동부를 포함하는 셔터 밸브를 포함하며,
    상기 개폐부재는 상기 챔버 측벽을 상하 방향으로 관통하여 형성되는 관통공에 삽입되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개폐부재는 상기 구동부와 연결되는 연결부와, 상기 연결부의 상부에 챔버 내측 방향으로 돌출되어 형성되며, 상기 기판 출입구의 면적과 동일한 면적을 가지는 셔터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개폐부재와 구동부의 연결부위를 감싸도록 마련되며, 상기 개폐부재의 상하 구동에도 불구하고 상기 챔버 내부의 기밀을 유지하는 벨로우즈가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연결부 및 구동부는,
    각각 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 셔터부에는,
    그 내측면에 분리가능하도록 부착되어 마련되며, 상기 셔터부의 내측면을 완전히 감싸서 플라즈마 접촉면을 형성하는 라이너 부재가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 라이너 부재는, 아노다이징(anodizing)처리된 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 셔터밸브는 상기 게이트 밸브와 연동되어 구동되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
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