KR101083448B1 - 다중 기판처리챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 기판처리챔버에 관한 것이다. 본 발명의 다중 기판처리챔버는 피처리 기판을 지지하는 서셉터 및 상기 서셉터 상에 상기 피처리 기판의 주연부를 둘러싸도록 구비된 포커스링을 포함하여 내부처리공간을 형성하는 챔버하우징; 상기 챔버하우징에 결합되어 상기 챔버하우징을 기판이 처리되는 복수의 내부처리공간으로 분할되며 상기 복수의 내부처리공간을 상호 연통시키는 연통공이 형성된 파티션부재; 상기 복수의 내부처리공간의 중심영역에 각각 구비되어 중심영역에 플라즈마를 생성하는 중심 플라즈마소스; 및 상기 복수의 내부처리공간의 주변영역에 각각 구비되어 주변영역에 플라즈마를 생성하는 주변 플라즈마소스를 포함하며 상기 포커스링은 적어도 하나의 도전성 부재와 적어도 하나의 절연성 부재를 포함한다. 본 발명의 기판 처리 효율이 향상된 플라즈마 반응기에 의하면, 분할된 포커스링에 의해 기판의 주연부에서도 균일한 플라즈마가 발생되므로 기판의 중심영역과 주변영역을 균일하게 처리할 수 있다. 또한 한 개의 챔버하우징에 복수개의 내부처리공간이 구비되므로 동시에 여러 장의 기판을 처리할 수 있다. 또한, 복수개의 내부처리공간에 각각 중심 플라즈마소스와 주변 플라즈마소스가 구분되어 구비되므로 기판의 전영역에 걸쳐 균일하게 플라즈마 처리가 가능하다. 또한, 주변 플라즈마소스가 이웃하는 내부처리공간에서 발생된 플라즈마를 차단하는 역할을 수행하므로 공간 간의 플라즈마 간섭을 최소화하여 각 공간별로 독립된 플라즈마 처리가 가능하다. 또한, 본 발명의 다중 기판처리챔버는 중심 플라즈마소스와 주변 플라즈마소스 사이에 접지된 간섭 방지 전극을 이용하여 플라즈마 반응기 내부에 전기적 간섭이 없는 독립적인 다중 플라즈마 영역을 형성할 수 있다.
Figure R1020090103842
배기가스 배플판, 서셉터, 절연부재, 포커스링, 다중 기판처리

Description

다중 기판처리챔버{Multi wafer processing chamber}
본 발명은 다중 기판처리챔버에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생하여 대면적의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리 효율을 높이면서 기판의 처리성능을 향상시킬 수 있는 다중 기판처리챔버에 관한 것이다.
최근, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 반도체 장치들의 제조를 위한 기판 처리 시스템들은 복수 매의 기판을 일괄적으로 처리할 수 있는 클러스터 시스템이 채용되고 있다. 클러스터(cluster) 시스템은 이송 로봇(또는 핸들러; handler)과 그 주위에 마련된 복수의 기판 처리 모듈을 포함하는 멀티 챔버형 기판 처리 시스템을 지칭한다. 일반적으로, 클러스터 시스템은 이송 챔버(transfer chamber)와 이송 챔버 내에 회동이 자유롭게 마련된 이송 로봇을 구비한다. 이송 챔버의 각 변에는 기판의 처리 공정을 수행하기 위한 기판 처리 챔버가 장착된다. 이와 같은 클러스터 시스템은 복수개의 기판을 동시에 처리하거나 또는 여러 공정을 연속해서 진행 할 수 있도록 함으로 기판 처리량을 높이고 있다. 기판 처리량을 높이기 위한 또 다른 노력으로는 다중 기판 처리 챔버에서 복수 매의 기판을 동시에 처리하도록 하여 시간당 기판 처리량을 높이도록 하고 있다.
미국특허 등록공보 US6077157에는 복수 매의 기판을 동시에 처리할 수 있는 다중 기판 처리 챔버가 개시되어 있다. 이 다중 기판 처리 챔버는 챔버 내에 일체로 형성된 격벽에 의해 공간을 구획하고, 구획된 각 공간에 기판 처리 스테이션을 구비하는 구조를 갖는다. 이에 의해 두 개의 기판 처리 스테이션에서 기판을 동시에 처리할 수 있다.
그런데, 개시된 다중 기판 처리 챔버는 구획된 내부 처리공간에 한 개의 플라즈마 소스가 구비된다. 플라즈마 소스에 의해 생성된 플라즈마는 챔버 내부의 중심 영역에 집중되어 형성된다. 중심 영역에 집중되어 형성된 플라즈마는 피처리 기판의 중심 영역 부근을 집중적으로 증착 또는 식각하기 때문에 기판의 균일한 플라즈마 처리가 어렵다. 즉, 챔버 내부에서 중심영역의 플라즈마 밀도와 주변영역에서의 플라즈마 밀도가 상이하여 기판이 균일하게 처리되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 복수 개의 처리 챔버에 중심영역과 주변영역에 개별적으로 플라즈마 소스를 구비하여 복수 개의 처리 챔버의 전 영역에 균일하게 플라즈마를 발생할 수 있는 다중 기판처리챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 서셉터의 포커스링을 이용하여 주변영역의 플라즈마 처리 효율을 향상시킬 수 있는 다중 기판처리챔버를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 기판처리챔버에 관한 것이다. 본 발명의 다중 기판처리챔버는 피처리 기판을 지지하는 서셉터 및 상기 서셉터 상에 상기 피처리 기판의 주연부를 둘러싸도록 구비된 포커스링을 포함하여 내부처리공간을 형성하는 챔버하우징; 상기 챔버하우징에 결합되어 상기 챔버하우징을 기판이 처리되는 복수의 내부처리공간으로 분할되며 상기 복수의 내부처리공간을 상호 연통시키는 연통공이 형성된 파티션부재; 상기 복수의 내부처리공간의 중심영역에 각각 구비되어 중심영역에 플라즈마를 생성하는 중심 플라즈마소스; 및 상기 복수의 내부처리공간의 주변영역에 각각 구비되어 주변영역에 플라즈마를 생성하는 주변 플라즈마소스를 포함하며 상기 포커스링은 적어도 하나의 도전성 부재와 적어도 하나의 절연성 부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 포커스링은 스위칭 회로에 의해 접지되거나 직접접지된 접지용 부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 반응가스를 균일하게 배출시키기 위한 배기가스 배플판이 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 포커스링과 상기 배기가스 배플판 사이에는 상기 포커스링과 상기 배기가스 배플판을 전기적으로 절연시키면서 상기 배기가스 배플판을 지지하기 위한 절연 거치링이 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 배플판은 스위칭 회로에 의해 접지된다.
일 실시예에 있어서, 상기 중심 플라즈마소스와 상기 주변 플라즈마소스는 각각 유도결합방식에 의해 플라즈마를 생성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 중심 플라즈마소스는 용량결합방식에 의해 플라즈 마를 생성하고, 상기 주변 플라즈마소스는 유도결합방식에 의해 플라즈마를 생성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 중심 플라즈마소스와 상기 주변 플라즈마소스는 상기 반응기 몸체의 바닥면에 대해 높이가 상이하게 배치된다.
일 실시예에 있어서, 상기 중심 플라즈마소스와 상기 주변 플라즈마소스는 복수 개의 무선 주파수 안테나; 및 상기 복수 개의 무선 주파수 안테나를 커버하며 자속 출입구가 상기 반응기 몸체 내부로 향하도록 마련되는 마그네틱 코어를 각각 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 주변 플라즈마소스는 복수 개의 무선 주파수 안테나; 및 상기 복수 개의 무선 주파수 안테나를 커버하며 자속 출입구가 상기 반응기 몸체 내부로 향하도록 마련되는 마그네틱 코어를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어와 상기 반응기 몸체 사이에는 자속을 통과시키는 유전체 윈도우가 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어와 상기 유전체 윈도우 사이에는 패러데이쉴드가 포함된다.
본 발명의 기판 처리 효율이 향상된 플라즈마 반응기에 의하면, 분할된 포커스링에 의해 기판의 주연부에서도 균일한 플라즈마가 발생되므로 기판의 중심영역과 주변영역을 균일하게 처리할 수 있다. 또한 한 개의 챔버하우징에 복수개의 내부처리공간이 구비되므로 동시에 여러 장의 기판을 처리할 수 있다. 또한, 복수개 의 내부처리공간에 각각 중심 플라즈마소스와 주변 플라즈마소스가 구분되어 구비되므로 기판의 전영역에 걸쳐 균일하게 플라즈마 처리가 가능하다. 또한, 주변 플라즈마소스가 이웃하는 내부처리공간에서 발생된 플라즈마를 차단하는 역할을 수행하므로 공간 간의 플라즈마 간섭을 최소화하여 각 공간별로 독립된 플라즈마 처리가 가능하다. 또한, 본 발명의 다중 기판처리챔버는 중심 플라즈마소스와 주변 플라즈마소스 사이에 접지된 간섭 방지 전극을 이용하여 플라즈마 반응기 내부에 전기적 간섭이 없는 독립적인 다중 플라즈마 영역을 형성할 수 있다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 기판처리챔버의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다중 기판처리챔버(10)는 복수의 내부 처리 공간(110, 120)을 갖는 챔버하우징(100)과, 챔버하우징(100)에 결합되어 챔버하우징(100)을 복수의 내부 처리 공간(110, 120)으로 구획하는 파티션부재(130)와, 복수의 내부처리공간(110,120)에 공통적으로 결합되며 각 내부처리공간(110,120)의 처리가스가 공통적으로 배기되는 공통 배기 채널(180)을 포함한다. 챔버하우징(100)은 상호 연통된 복수의 내부처리공간(110,120)을 갖는다. 제1내부처리공간(110)과 제2내부처리공간(120)은 내부에 플라즈마를 생성하여 기판을 처리한다. 챔버하우징(100)의 연통 영역에는 파티션부재(130)가 결합되어 챔버하우징(100)을 복수의 내부처리공간(110,120)으로 분할한다. 복수의 내부처리공간(110,120)은 상호 동일한 볼륨을 갖도록 구비되고, 각 내부처리공간(110,120)에는 각기 하나의 서셉터(140)가 구비된다.
챔버하우징(100)는 소정 체적을 갖도록 마련되며 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 마련될 수 있다. 또한, 챔버하우징(100)은 코팅된 금속 예를 들어 양극처리된 알루미늄이나 니켈 도급된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또한, 챔버하우징(100)은 내화 금속으로 구비될 수 있다. 또한, 챔버하우징(100)은 경우에 따라 전체를 석영, 세라믹과 같은 절연체로 마련할 수도 있다.
파티션부재(130)는 챔버하우징(100)을 제1내부처리공간(110)과 제2내부처리공간(120)으로 분할한다. 파티션부재(130)는 챔버하우징(100)에 착탈가능하게 결합되어 복수의 내부처리공간(110,120)의 청소 및 유지보수를 편리하게 할 수 있다. 도시되지 않았으나 챔버하우징(100)의 내벽면에는 파티션부재(130)가 결합되는 결 합슬릿(미도시)이 구비된다. 파티션부재(130)의 판면에는 적어도 하나의 연통공(131)이 형성되어 제1내부처리공간(110)과 제2내부처리공간(120)이 상호 연통하여 상호 유사한 무드를 유지할 수 있도록 한다.
각각의 내부 처리 공간(110, 120)에는 피처리 기판(5)이 적재되고 하부전극으로서 기능하는 서셉터(140)와 복수의 내부처리공간(110, 120) 내부에 플라즈마를 생성하는 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160)가 각각 구비된다.
서셉터(140)는 피처리 기판(5)이 적재될 수 있도록 기판을 흡착하는 정전척(미도시), 피처리 기판을 냉각하는 냉각유로(미도시), 기판을 승강시키는 리프트핀(미도시), 기판을 가열하는 히터(미도시) 등이 구비된다. 서셉터(140)는 임피던스정합기(141)를 통해 서셉터 전원공급원(143)과 연결된다. 서셉터 전원공급원(143)은 바이어스 전원으로 기능한다. 또한 서셉터(140)는 피처리 기판(5)의 주연부를 둘러싸도록 포커스링(145)이을 구비된다. 피처리 기판(5)은 반도체 웨이퍼 기판, LCD제조를 위한 유리 기판 등 일 수 있다.
제1 내부처리공간(110)과 제2 내부처리공간(120)의 상부영역에는 각 내부처리공간(110,120)에 플라즈마를 발생시키는 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160)가 구비된다. 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160)는 유도결합 방식(ICP 방식)에 의해 유도된 플라즈마 P1과 P2를 내부처리공간(110,120)의 중심영역과 주변영역에 각각 발생시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중심 플라즈마소스(150)는 챔버하우징(100)의 상면에 마련되며 가스공급구(151)가 형성된 돔 형태의 유전체 윈도 우(152)와, 유전체 윈도우(152) 상면에 나선형으로 권취된 무선 주파수 안테나(153)와, 무선 주파수 안테나(153)로 주파수 전원을 공급파는 임피던스정합기(155)와, 안테나 전원공급원(156)을 포함한다.
주변 플라즈마소스(160)는 중심 플라즈마소스(150)의 테두리영역에 구비되어 중심 플라즈마소스(150)와 별개로 주변영역에 플라즈마 P2를 생성한다. 주변 플라즈마소스(160)는 가스분사구(161)가 형성된 평판 형태의 유전체 윈도우(162), 유전체 윈도우(162) 상면에 나선형으로 권취된 무선 주파수 안테나(163), 무선 주파수 안테나(163) 상부에 구비되어 유전체 윈도우(162)에 형성된 가스분사구(161)를 통해 반응기 몸체(100) 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부(164), 무선 주파수 안테나(163)로 주파수 전원을 공급하는 임피던스 정합기(165) 및 전원 공급원(166)을 포함한다. 이때 가스 공급부(164)와 챔버하우징(100) 사이에는 절연부재(102)가 구비되어 전기적으로 절연된다. 또한 주변 플라즈마소스(160)는 무선 주파수 안테나(163)를 감싸며 자속이 챔버하우징(100) 내부로 출력될 수 있도록 배치된 마그네틱 코어(165)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주변 플라즈마소스(160)는 한 개의 무선 주파수 안테나(163)에 의해 플라즈마를 발생시키고 있으나, 경우에 따라 두 개의 무선 주파수 안테나(163)가 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 때, 두 개의 무선 주파수 안테나(163)는 주파수가 상이하게 전원을 공급받을 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 서셉터를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(140)는 절연층(146)의 상부에 구비된다. 또한 서셉터(140)의 상측 주연부에는 포커스링(145)이 설치된다. 이러한 포커스링(145)은 제1 도전부재(145a)와 제2 도전부재(145b)와 제3 도전부재(145c) 및 절연부재(145d)로 구비되어 피처리 기판(5)의 주위를 둘러싸도록 서셉터(140)에 설치된다. 서셉터(140)는 서셉터 전원공급원(143)으로부터 고주파 전력을 공급받는다. 제1, 2, 3 도전부재(145a, 145b, 145c)는 서셉터(140)의 상부에 구비되어 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어진다. 절연부재(145d)는 서셉터(140)의 일측에 유전체(예컨대 석영, 알루미늄 등의 세라믹스)로 이루어진다. 절연부재(145d)는 서셉터(140)와 제1, 2, 3 도전부재(145a, 145b, 145c)로부터 직류 전압 성분이 외측으로 유출되지 않도록 한다. 또한 절연부재(145d)는 플라즈마가 외주 방향을 향해서 지나치게 퍼져 배기가스 배플판(181) 측으로 유출되는 것을 방지한다. 또한 포커스링(145)은 고주파 전력에 대하여 접지 전위에 접속되는 접지용 부재(145e)를 구비한다.
도체로 형성된 제1, 2, 3 도전부재(145a, 145b, 145c)와 접지용 부재(145e)는 표면이 세라믹스의 용사막(예컨대 Al/Al2O3, Y2O3 등의 FCC(fine ceramics coat) 등의 절연층(절연막)(미도시)에 의해서 코팅된다. 즉, 절연층은 직류 전류를 통과시키지 않는 충분한 두께를 갖고, 직류 전류는 이 절연막에 저지되어 전파되지 않는다. 절연층은 플라즈마로부터 도체가 손상되는 것을 방지하는 기능을 하고, 절연층의 두께를 조절하여 커패시턴스 또는 임피던스 값과 같은 도체의 전기적 특성을 조절할 수 있다. 이때 도체에 절연층을 코팅하는 대신에 절연링을 이용하여 도 체의 전기적 특성을 조절할 수도 있다. 접지용 부재(145e)의 절연층은 접지용 부재(145e)를 플라즈마로부터 보호하고, 직류 전류가 흐르는 것을 방지한다. 한편으로 표면파로서 고체 표면을 전파할 수 있는 고주파는 접지용 부재(145e)의 표면층을 전파하는 것이 가능하고, 해당 접지용 부재(145e)는 고주파의 그라운드 경로로서 작용한다. 고주파 전력이 인가된 서셉터(140)와 제1, 2, 3 도전부재(145a, 145b, 145c) 사이에서는 캐패시턴스 C값이 형성되면서 피처리 기판(110)의 주연부를 균일하게 처리할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 접지용 부재(145e)와 어스 사이에는 접지 스위칭 회로(147)를 구비하여 필요에 따라 스위칭 제어 신호에 연동되어 접지된다. 즉, 접지용 부재(145e)는 항상 접지 전위에 접속되어 있거나 접지 스위칭 회로(147)를 통해 선택적으로 접지될 수 있다.
도 4 및 도 5는 포커스링과 배플사이에 절연 거치링이 구비된 서셉터를 확대하여 도시한 단면도이다.
서셉터(140)와 배기펌프(180) 사이에는 반응이 완료된 반응가스가 전 영역에 걸쳐 균일하게 배출되도록 배기가스 배플판(181)이 구비된다. 배기가스 배플판(181)에 의해 내부처리공간 내에 반응이 완료된 반응가스가 균일한 양으로 챔버하우징(100)의 외부로 배출될 수 있다. 이때 도 4에 도시된 바와 같이, 접지용 부재(145e)의 상부에는 배기가스 배플판(181)이 거치될 수 있도록 절연 거치링(182)이 구비된다. 절연 거치링(182)은 도체의 배기가스 배플판(181)과 포커스링(145) 간에 전기적으로 절연되도록 한다. 배기가스 배플판(181)은 일측이 절연 거치링(182)을 통해 서셉터(140)에 거치되기 때문에 타측이 챔버하우징(100)의 측벽에 접촉되지 않고 설치될 수 있다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 배기가스 배플판(181)은 직접 접지 전위에 접속될 수도 있고, 배플 접지 스위칭회로(187)에 연결되어 스위칭 제어 신호에 의해 접지될 수도 있다. 여기서, 접지용 부재(145e)를 접지시키는 제어신호와 배기가스 배플판(181)을 접지시키는 제어신호는 서로 독립적으로 발생되거나 서로 연동하여 발생될 수 있다.
도 6은 제1 무선 주파수 안테나와 제2 무선 주파수 안테나가 서로 이격되어 배치된 중심 플라즈마소스를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중심 플라즈마소스(150)는 제1 무선 주파수 안테나(154a)와, 제2 무선 주파수 안테나(154b)가 서로 이격되어 배치되어 각각의 안테나 전원공급원(157, 158)로부터 전원을 공급받을 수도 있다.
이 때, 제2 무선 주파수 안테나(155)는 제1 무선 주파수 안테나(153)의 외측으로 일정 간격을 갖고 나란히 병렬 나선 구조로 권선 배치될 수 있다. 제1 안테나 전원공급원(157)과 제2 안테나 전원공급원(158)은 서로 다른 주파수의 전원을 공급할 수 있다.
도 7 및 도 8은 무선 주파수 안테나에 구비된 마그네틱 코어 커버를 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 마그네틱 코어(165)는 수직 단면 구조가 말편자 형상을 갖고, 각각의 자속 출입구가 유전체 윈도우(162)를 향하도록 하여 무선 주파수 안테나(163)를 따라 덮여지도록 설치된다. 마그네틱 코어(165)는 다수의 말편자 형상의 페라이트 코어 조각들을 조립하여 구성되거나, 일체형의 페라이트 코어를 사용할 수 있다. 무선 주파수 안테나(163)에 의해 발생된 자기장은 마그네틱 코어(165)에 의해 접속되어 챔버하우징(100)의 주변영역의 내측 상부에 발생된다. 이 자기장에 의해 유도되는 전기장은 유전체 윈도우(162)에 본질적으로 평행하게 발생된다. 마그네틱 코어(165)를 이용하여 무선 주파수 안테나(163)로부터 유도된 플라즈마의 집속도와 세기를 조절할 수 있다.
여기서, 도면에는 도시되지 않았으나 무선 주파수 안테나(163)는 냉각수 공급채널을 갖는다. 냉각수 공급채널은 무선 주파수 안테나(163)의 내부에 마련되거나, 무선 주파수 안테나(163)와 마그네틱 코어(165)의 사이에 공급될 수 있다.
도 9는 도 1의 다중 기판처리챔버의 유전체 윈도우의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 주변 플라즈마소스(160)는 챔버하우징(100) 내부로 출력될 수 있도록 유전체 윈도우(162)가 구비된다. 유전체 윈도우(162)는 원형 형상으로 구비되며, 판면에 복수 개의 가스 분사구(161)가 형성된다. 가스 분사구(161)을 통해 반응가스가 반응기 몸체(100) 내부로 공급된다. 유전체 윈도 우(162)는 석영이나 세라믹과 같은 절연물질로 마련되어 마그네틱 코어(165)에서 발생된 자속을 투과하여 챔버하우징(100) 내부로 투과되도록 한다.
도 10은 다중 기판처리챔버의 패러데이쉴드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 경우에 따라 유전체 윈도우(162)와 마그네틱 코어(165) 사이에는 패러데이쉴드(167)가 구비될 수도 있다. 패러데이쉴드(167)는 유전체 윈도우(162)와 동일한 형상으로 구비되며, 판면에는 복수개의 자속 전달공(167a)이 형성된다. 여기서, 자속 전달공(167a)이 패러데이쉴드(167)에서 차지하는 면적에 따라 마그네틱 코어(165)의 자속이 챔버하우징(100)로 전달되는 자속전달률이 조절될 수 있다.
다시 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버하우징(100)의 외부에는 반응가스를 공급하는 가스 공급원(170)이 구비된다. 가스공급원(170)에서 제공되는 반응가스는 공급관을 통해 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160)로 각각 공급된다. 이 때, 가스공급원(170)을 통해 공급된 반응가스는 가스분배부(171)를 통해 제1 가스공급부(173)와 제2 가스공급부(175)로 분기되어 공급된다. 중심 플라즈마 소스(150)로 공급되는 반응가스는 가스공급구(151)을 통해 챔버하우징(100)의 내부처리공간의 중심영역으로 공급된다. 또한 주변 플라즈마 소스(160)로 공급되는 반응가스는 가스분배판(164a)에 의해 균일하게 분배되어 유전체 윈도우(162)의 가스분 사구(161)을 통해 반응기 몸체(100)의 주변영역으로 공급된다. 이때, 가스분배부(171)에서 제1 가스공급부(173)와 제2 가스공급부(175)로 공급되는 가스의 비는 동일하거나 경우에 따라 상이하게 제어될 수 있다.
제1 가스공급부(173)의 반응가스는 가스공급구(151)을 통해 챔버하우징(100)으로 공급되고 내부처리공간(110,120)의 중심영역으로 공급된다. 제2 가스공급부(175)의 반응가스는 주변 플라즈마소스(160)로 공급되고 가스분배판(164a)에 의해 균일하게 분배되어 유전체 윈도우(162)의 가스분사구(161)를 통해 챔버하우징(100)의 주변영역으로 공급된다.
챔버하우징(100)의 하부영역에는 반응이 완료된 반응가스가 외부로 배출되는 공통배기채널(180)이 형성된다. 공통배기채널(180)은 제1 내부처리공간(110)과 제2 내부처리공간(120)에 공통적으로 형성된다. 공통배기채널(180)은 복수의 내부처리공간(110,120)의 가운데 영역에 구비된다.
서셉터(140)와 공통배기채널(180) 사이에는 반응이 완료된 반응가스가 전 영역에 걸쳐 균일하게 배출되도록 배기가스 배플판(181)이 구비된다. 배기가스 배플판(181)에 의해 복수의 내부처리공간(110,120) 내에 반응이 완료된 반응가스가 균일한 양으로 배기가스 배플판(181)으로 공급될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 12은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 기판처리챔버(10)는 중심 플라즈마소스(150)가 돔형상으로 배치되었으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판처리챔버는 중심 플라즈마소스(150a)가 주변 플라즈마소스(160a)와 동일한 높이로 평평하게 배치된다. 여기서, 중심 플라즈마소스(150a)에는 주변 플라즈마소스(160a)와 동일하게 가스 공급부(164) 및 마그네틱 코어(165)를 설치할 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판처리챔버는 중심 플라즈마소스(150b)가 평평하게 구비되나 주변 플라즈마소스(160b)에 비해 일정 높이(h) 높게 배치된다. 이에 의해 중심 플라즈마 P1과 주변 플라즈마 P2의 세기와 강도 등을 고려하여 기판 전영역에 균일하게 플라즈마가 처리될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 중심 플라즈마소스(150c)는 복수 개의 용량 결합 전극(159)과 가스 공급부(164)를 통해 용량 결합 방식(CCP 방식)으로 유도된 플라즈마 P1이다. 또한 주변 플라즈마소스(160)는 무선 주파수 안테나(163)와 가스 공급부(164)를 통해 유도 결합 방식(ICP방식)으로 유도된 플라즈마 P2이다. 여기서, 플라즈마 반응기는 중심 플라즈마소스(150c)가 주변 플라즈마소스(160c)와 동일한 높이로 평평하게 배치된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판처리챔버는 중심 플라즈마소스(150d)가 평평하게 구비되나 주변 플라즈마소스(160d)에 비해 일정 높이(h) 높게 배치된다. 이에 의해 중심 플라즈마 P1과 주변 플라즈마 P2의 세기와 강도 등을 고려하여 기판 전영역에 균일하게 플라즈마가 처리될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 미도시 되었으나, 본 발명은 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160) 사이에 간섭방지전극이 구비될 수 있다. 간섭방지전극은 접지됨으로써 간섭방지전극이 설치된 영역에서는 플라즈마가 발생되지 않도록 한다. 이에 의해 간섭방지전극은 상호 분할된 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160) 간에 전기적인 간섭이 발생되는 것을 방지한다.
앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 기판처리챔버(10)는 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160)로 플라즈마 소스를 두 개로 분리하여 복수의 내부처리공간 사이의 공간 간의 플라즈마의 간섭을 최소화하였다.
간섭방지전극은 한 개의 내부처리공간 내에서 두 개로 분할된 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160) 간의 플라즈마소스 간의 간섭을 최소화하여 상호 독립적으로 플라즈마가 생성되도록 한다. 이에 의해 플라즈마가 생성되는 영역을 상호 분리할 수 있다.
본 발명에 따른 다중 기판처리챔버(10)는 한 개의 챔버하우징(100)이 파티션부재(130)에 의해 두 개의 내부처리공간(110,120)으로 분리되므로 동시에 두 장의 기판을 처리할 수 있다. 또한, 각각의 내부처리공간(110,120)에 중심 플라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160)가 각각 구비되므로, 중심영역에는 중심 플라즈마소스(150)에 의해 생성된 유도 결합된 플라즈마 P1이 발생되어 기판의 중심영역을 처리하고, 주변영역에는 유도 결합에 의해 생성된 플라즈마 P2가 발생되어 기판의 주변영역을 처리한다.
이 때, 주변 플라즈마소스(160)에 의해 생성된 주변 플라즈마 P2는 중심 플라즈마 P1과 별개로 기판의 주변영역을 처리하여 기판 전영역에 대해 균일한 처리가 진행될 수 있도록 한다. 또한, 주변 플라즈마 P2는 중심 플라즈마 P1을 감싸 이웃하는 내부처리공간과의 플라즈마 간섭을 차단하는 차단커튼 역할을 수행한다. 즉, 주변 플라즈마 P2는 파티션부재(130)의 주변영역에 발생되므로 제1 내부처리공간(110)에서 발생된 플라즈마 P1과 제2 내부처리공간(120)에서 발생된 중심 플라즈마 P2를 서로 이격시켜 파티션부재(130)에 생성된 연통공(131)에 의한 상호 간섭을 차단한다. 이에 의해 각 내부처리공간(110,120)은 내부처리공간 간의 플라즈마 간섭이 최소화된 상태로 기판의 처리를 진행할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다중 기판처리챔버가 구비된 다중 기판처리시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 다중 기판 처리 시스템(1)은 파티션부재(130)에 의해 구획된 복수의 내부처리공간(110,120)을 갖는 다중 기판 처리 챔버(10a, 10b, 10c)가 적어도 한 개 이상 구비되고, 그 사이에는 이송 챔버(20)가 구비된다. 이송 챔버(20)에는 복수의 다중 기판 처리 챔버(10a, 10b, 10c)로 기판을 이송하는 기판 이송유닛(30)이 구비된다. 이송 챔버(20)의 일측단에는 버퍼링챔버(40)가 구비되고, 버퍼링챔버(40)는 로드락 챔버(50)와 연결된다. 로드락 챔버(50)에는 캐리어(61)가 장착되는 인덱스(60)가 구비된다.
기판 이송유닛(30)은 버퍼링 챔버(40)로부터 기판을 이송받아 다중 기판 처리 챔버(10a, 10b, 10c)의 서셉터(140)에 이송한다. 기판 이송유닛(30)은 이송 챔버(20)의 기판 출입구(21)를 통해 내부 처리 공간(110, 120)으로 진입할 수 있다. 여기서, 기판 출입구(21)는 슬릿밸브에 의해 개폐가 제어된다.
기판 이송유닛(30)은 버퍼링 챔버(40)로부터 복수의 기판을 동시에 인계받아 다중 기판 처리 챔버(10a, 10b, 10c)로 동시에 이송한다. 그리고, 기판 이송유닛(30)은 회전하며 복수의 다중 기판 처리 챔버(10a, 10b, 10c) 각각에 복수의 기판을 순차적으로 이송한다.
기판 이송유닛(30)은 회전축(31)을 중심으로 회전가능하게 구비되며, 회전축(31)을 따라 전후로 연장 및 압축되는 이송암(33)이 구비된다. 이송암(33)의 단부영역에는 두 개의 기판을 동시에 이송하는 엔드이펙터(36)가 구비된다.
버퍼링 챔버(40)는 이송 챔버(20)와 로드락 챔버(50) 사이에서 대기압에서 진공 또는 진공에서 대기압으로 전환한다. 버퍼링 챔버(40)는 로드락 챔버(50)로부터 이송된 복수의 기판을 적재하고, 기판 이송유닛(30)이 기판을 로딩하도록 한다. 이를 위해 버퍼링 챔버(40)는 복수의 기판을 적재하는 기판적재부(미도시)가 구비된다.
로드 락 챔버(50)는 인덱스(60)로부터 기판을 이송받아 버퍼링 챔버(40)의 기판적재부(미도시)로 공급한다. 이를 위해 로드 락 챔버(50)에는 인덱스(60)로부터 버퍼링 챔버(40)로 기판을 이송하는 대기압 반송로봇(미도시)기 구비된다.
인덱스(60)는 설비 전방 단부 모듈(equipemnt front end module, 이하 EFEM)이라고도 하며 때로는 로드 락 챔버를 포괄하여 정의될 수 있다. 인덱스(60)는 전방부에 설치되는 적재대(로드 포트라고도 함)를 포함하며, 적재대 상에는 복수의 기판을 소정간격으로 수납한 캐리어(61)가 적재된다. 캐리어(61)는 그 전방면에 도시하지 않은 착탈 가능한 덮개를 구비한 밀폐형 수납 용기이다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 다중 기판 처리 시스템(1)의 기판 처리 과정을 도 15를 참조로 설명한다.
먼저, 로드락 챔버(50)의 대기압 반송로봇(미도시)는 캐리어(61)로부터 기판을 이송하여 버퍼링 챔버(40)에 적재한다. 기판 이송유닛(30)은 버퍼링 챔버(40)에 적재된 두 장의 기판을 동시에 로딩하여 도1에 도시된 바와 같이 이송 챔버(20)에서 대기하고, 기판 출입구(21)가 개방되면 복수의 엔드이펙터(36)에 적재된 기판을 제1 다중 기판 처리 챔버(10a)의 서셉터(140)에 로딩한다. 기판 이송유닛(30)은 다시 버퍼링 챔버(40)로부터 기판을 이송받아 제2 다중기판 처리 챔버(10b)와 제3 다중 기판 처리 챔버(10c)로 기판을 순차적으로 이송한다.
서셉터(140)에 기판이 적재된 다중 기판 처리 챔버(10a,10b,10c)는 중심 플 라즈마소스(150)와 주변 플라즈마소스(160) 플라즈마 P1과 P2를 발생시켜 기판을 처리한다. 이 때, 각 내부 처리 공간(110,120)는 중심 플라즈마 P1와 주변 플라즈마 P2가 내부 처리 공간 전체에 걸쳐 균일하게 발생하며 전위도 균일하게 생성된다. 따라서, 기판 표면이 균일하게 처리될 수 있다. 처리 후 가스는 공통 배기 채널(180)을 통해 외부로 배출된다.
기판 처리가 완료되면 기판 출입구(21)가 개방되고 기판 이송유닛(30)이 처리 후의 기판을 서셉터(140)로부터 언로딩한다. 언로딩된 기판은 버퍼링 챔버(40)에 적재된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 기판 처리 시스템은 복수의 내부 처리 공간을 갖는 다중 기판 처리 챔버가 복수개로 구비된다. 이에 복수의 기판을 동시에 처리할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 다중 기판처리챔버의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 기판처리챔버의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 서셉터를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 포커스링과 배플사이에 절연 거치링이 구비된 서셉터를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6은 제1 무선 주파수 안테나와 제2 무선 주파수 안테나가 서로 이격되어 배치된 중심 플라즈마소스를 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 무선 주파수 안테나에 구비된 마그네틱 코어 커버를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 1의 다중 기판처리챔버의 유전체 윈도우의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 다중 기판처리챔버의 패러데이쉴드의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 소스 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다중 기판처리챔버가 구비된 다중 기판처리시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 다중 기판 처리 시스템 5: 피처리 기판
10a,10b,10c : 다중 기판 처리 챔버 20 : 이송 챔버
30 : 기판 이송유닛 31 : 회전축
33 : 이송암 36 : 엔드이펙터
40 : 버퍼링챔버 50 : 로드락챔버
60 : 인덱스 61 : 캐리어
100 : 챔버하우징 102: 절연부재
110 : 제1 내부처리공간 120 : 제2내부처리공간
130 : 파티션부재 131 : 연통공
140: 서셉터 141: 임피던스 정합기
143: 서셉터 전원공급원 145: 포커스링
145a, 145b, 145c: 제1, 2, 3 도전부재
145d: 절연부재 145e: 접지용 부재
146: 절연층 147: 접지 스위칭회로
150, 150a, 150b, 150c, 150d: 중심 플라즈마소스
151: 가스공급구 152, 162: 유전체 윈도우
153, 163: 무선 주파수 안테나
154a, 154b: 제1, 2 무선 주파수 안테나
155: 임피던스 정합기 156: 전원 공급원
157: 제1 안테나 전원공급원 158: 제2 안테나 전원공급원
159: 용량 결합 전극
160, 160a, 160b, 160c, 160d: 주변 플라즈마소스
161: 가스분사구 164: 가스 공급부
164a: 가스분배판 165: 마그네틱 코어
166: 전원 공급원 167: 패러데이쉴드
167a: 자속 전달공 170: 가스 공급원
171: 가스 분배부 173: 제1 가스공급부
175: 제2 가스공급부 180: 공통배기채널
181: 배기가스 배플판 182: 절연 거치링
187: 배플 접지 스위칭회로

Claims (20)

  1. 피처리 기판을 지지하는 서셉터 및 상기 서셉터 상에 상기 피처리 기판의 주연부를 둘러싸도록 구비된 포커스링을 포함하여 내부처리공간을 형성하는 챔버하우징;
    상기 챔버하우징에 결합되어 상기 챔버하우징을 기판이 처리되는 복수의 내부처리공간으로 분할되며 상기 복수의 내부처리공간을 상호 연통시키는 연통공이 형성된 파티션부재;
    상기 복수의 내부처리공간의 중심영역에 각각 구비되어 중심영역에 플라즈마를 생성하는 중심 플라즈마소스;
    상기 복수의 내부처리공간의 주변영역에 각각 구비되어 주변영역에 플라즈마를 생성하는 주변 플라즈마소스를 포함하며,
    상기 중심 플라즈마소스와 상기 주변 플라즈마소스는 복수 개의 무선 주파수 안테나; 및
    상기 복수 개의 무선 주파수 안테나를 커버하며 자속 출입구가 상기 챔버하우징 내부로 향하도록 마련되는 마그네틱 코어를 각각 포함하여 각 유도결합방식에 의해 플라즈마를 생성하고,
    상기 포커스링은 적어도 하나의 도전성 부재와 적어도 하나의 절연성 부재를 포함하는 다중 기판처리챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포커스링은 스위칭 회로에 의해 접지되거나 직접 접지된 접지용 부재를 포함하는 다중 기판처리챔버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 기판처리챔버는 반응가스를 균일하게 배출시키기 위한 배기가스 배플판이 구비된 다중 기판처리챔버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포커스링과 상기 배기가스 배플판 사이에는 상기 포커스링과 상기 배기가스 배플판을 전기적으로 절연시키면서 상기 배기가스 배플판을 지지하기 위한 절연 거치링이 구비된 다중 기판처리챔버.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기가스 배플판은 스위칭 회로에 의해 접지되는 다중 기판처리챔버.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중심 플라즈마소스와 상기 주변 플라즈마소스는 상기 챔버하우징의 바닥면에 대해 높이가 상이하게 배치되는 다중 기판처리챔버.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어와 상기 챔버하우징 사이에는 자속을 통과시키는 유전체 윈도우가 구비되는 다중 기판처리챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어와 상기 유전체 윈도우 사이에는 패러데이쉴드가 포함되는 다중 기판처리챔버.
  13. 피처리 기판을 지지하는 서셉터 및 상기 서셉터 상에 상기 피처리 기판의 주연부를 둘러싸도록 구비된 포커스링을 포함하여 내부처리공간을 형성하는 챔버하우징;
    상기 챔버하우징에 결합되어 상기 챔버하우징을 기판이 처리되는 복수의 내부처리공간으로 분할되며 상기 복수의 내부처리공간을 상호 연통시키는 연통공이 형성된 파티션부재;
    상기 복수의 내부처리공간의 중심영역에 각각 구비되어 중심영역에 플라즈마를 생성하는 중심 플라즈마소스;
    상기 복수의 내부처리공간의 주변영역에 각각 구비되어 주변영역에 플라즈마를 생성하는 주변 플라즈마소스를 포함하며,
    상기 주변 플라즈마소스는 복수 개의 무선 주파수 안테나; 및
    상기 복수 개의 무선 주파수 안테나를 커버하며 자속 출입구가 상기 챔버하우징 내부로 향하도록 마련되는 마그네틱 코어를 포함하여 중심 플라즈마소스는 용량결합방식에 의해 플라즈마를 생성하고, 상기 주변 플라즈마소스는 유도결합방식에 의해 플라즈마를 생성하고,
    상기 포커스링은 적어도 하나의 도전성 부재와 적어도 하나의 절연성 부재를 포함하는 다중 기판처리챔버.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 포커스링은 스위칭 회로에 의해 접지되거나 직접 접지된 접지용 부재를 포함하는 다중 기판처리챔버.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 다중 기판처리챔버는 반응가스를 균일하게 배출시키기 위한 배기가스 배플판이 구비된 다중 기판처리챔버.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 포커스링과 상기 배기가스 배플판 사이에는 상기 포커스링과 상기 배기가스 배플판을 전기적으로 절연시키면서 상기 배기가스 배플판을 지지하기 위한 절연 거치링이 구비된 다중 기판처리챔버.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배기가스 배플판은 스위칭 회로에 의해 접지되는 다중 기판처리챔버.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 중심 플라즈마소스와 상기 주변 플라즈마소스는 상기 챔버하우징의 바닥면에 대해 높이가 상이하게 배치되는 다중 기판처리챔버.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어와 상기 챔버하우징 사이에는 자속을 통과시키는 유전체 윈도우가 구비되는 다중 기판처리챔버.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어와 상기 유전체 윈도우 사이에는 패러데이쉴드가 포함되는 다중 기판처리챔버.
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