KR101463984B1

KR101463984B1 - 플라즈마 처리 시스템

Info

Publication number: KR101463984B1
Application number: KR1020130016091A
Authority: KR
Inventors: 최대규
Original assignee: 최대규
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-11-26
Also published as: KR20140102799A

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 처리 시스템은 복수 개의 기판이 적재되는 캐리어가 구비된 설비 전방 단부 모듈과 상기 설비 전방 단부 모듈과 연결되고 기판을 이송하기 위한 제1 기판이송장치가 구비된 제1 트랜스퍼 챔버와 상기 제1 트랜스퍼 챔버와 연결되는 로드락 챔버와 상기 로드락 챔버의 상부 또는 하부에 적층 설치되어 플라즈마 처리된 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖고 무선 주파수 안테나에 의해 챔버 내부로 유도된 플라즈마에 의해 상기 기판을 세정하는 클리닝 챔버와 상기 로드락 챔버와 상기 클리닝 챔버에 연결되며 상기 기판을 이송하기 위한 제2 기판 이송장치가 구비된 제2 트랜스퍼 챔버 및 상기 제2 트랜스퍼 챔버에 연결되고, 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대와 상기 기판 지지대와 대응되도록 설치된 상부전극 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성된 에지 플라즈마 발생부를 포함하는 하나 이상의 프로세스 챔버를 포함한다. 본 발명의 플라즈마 처리 시스템에 의하면, 프로세스 챔버에서 중심영역과 에지영역으로 분리된 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 균일하게 처리할 수 있다. 또한 중심영역 또는 에지영역에 독립적으로 플라즈마를 발생시켜 피처리 기판을 선택적으로 처리할 수 있다. 또한 클리닝 챔버를 이용하여 복수의 프로세스 챔버에서 처리된 복수 개의 기판을 대기시간 없이 연속적으로 처리할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 시스템{PLASMA PROCESS SYSTEM}

본 발명은 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 프로세스 챔버와 클리닝 챔버가 구비된 플라즈마 처리 시스템을 이용하여 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0133965호 (2012.12.11)에 개시되어 있다.

삭제

본 발명의 목적은 종래의 기술을 개선하기 위한 것으로, 복수의 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리 시스템에서 피처리 기판을 균일하게 처리하기 위한 프로세스 챔버를 구비하고, 처리된 기판을 효율적으로 세정할 수 있는 클리닝 챔버를 구비한 플라즈마 처리 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 처리 시스템은 복수 개의 기판이 적재되는 캐리어가 구비된 설비 전방 단부 모듈; 상기 설비 전방 단부 모듈과 연결되고 기판을 이송하기 위한 제1 기판이송장치가 구비된 제1 트랜스퍼 챔버; 상기 제1 트랜스퍼 챔버와 연결되는 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버의 상부 또는 하부에 적층 설치되어 플라즈마 처리된 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖고 무선 주파수 안테나에 의해 챔버 내부로 유도된 플라즈마에 의해 상기 기판을 세정하는 클리닝 챔버; 상기 로드락 챔버와 상기 클리닝 챔버에 연결되며 상기 기판을 이송하기 위한 제2 기판 이송장치가 구비된 제2 트랜스퍼 챔버; 및 상기 제2 트랜스퍼 챔버에 연결되고, 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대와 상기 기판 지지대와 대응되도록 설치된 상부전극 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성된 에지 플라즈마 발생부를 포함하는 하나 이상의 프로세스 챔버를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 기판이송장치는 상기 기판을 상기 로드락 챔버를 통해서 상기 제2 트랜스퍼 챔버로 로딩하고, 플라즈마 처리된 기판을 상기 로드락 챔버를 통해서 언로딩한 후 상기 클리닝 챔버로 이송한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 기판이송장치는 상기 기판을 상기 로드락 챔버를 통해서 상기 제2 트랜스퍼 챔버로 로딩하고, 플라즈마 처리된 기판을 상기 클리닝 챔버에서 세정한 후 언로딩한다.

일 실시예에 있어서, 상기 상부전극은 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 샤워헤드 형상으로 형성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 에지 플라즈마 발생부는 상기 상부전극의 외주면을 따라 설치되는 플라즈마 발생부재; 및 상기 플라즈마 발생부재를 감싸는 구조로, 가스 주입구가 구비되고 발생된 플라즈마가 상기 플라즈마 반응기 내부로 배출되도록 형성된 플라즈마 배출구를 포함하는 커버부재를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부재는 링 형상의 전극 또는 안테나이다.

일 실시예에 있어서, 상기 클리닝 챔버는 상부에 구비되는 가스 공급부; 상기 가스 공급부에서 공급된 가스를 상기 기판으로 제공하기 위한 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 유전체 윈도우; 및 상기 유전체 윈도우에 설치되어 챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마를 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 무선 주파수 안테나의 상부가 덮여지도록 설치되어 자속 출입구가 유전체 윈도우를 향하도록 설치되는 마그네틱 코어 커버를 포함한다.

본 발명의 플라즈마 처리 시스템은 복수 개의 기판이 적재되는 캐리어가 구비된 설비 전방 단부 모듈; 상기 설비 전방 단부 모듈과 연결되고 기판을 이송하기 위한 제1 기판이송장치가 구비된 제1 트랜스퍼 챔버; 상기 제1 트랜스퍼 챔버에 연결되며 상기 기판을 이송하기 위한 제2 기판이송장치가 구비된 제2 트랜스퍼 챔버; 상기 제2 트랜스퍼 챔버의 일측에 연결되고, 내부에 피처리된 기판이 놓이는 기판 지지대와 상기 기판 지지대와 대응되도록 설치된 상부전극 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성된 에지 플라즈마 발생부를 포함하는 하나 이상의 프로세스 챔버; 및 상기 제2 트랜스퍼 챔버의 일측에 연결되어 상기 프로세스 챔버에서 플라즈마 처리된 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖고 무선 주파수 안테나에 의해 챔버 내부로 유도된 플라즈마에 의해 상기 기판을 세정하는 클리닝 챔버를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 트랜스퍼 챔버와 상기 제2 트랜스퍼 챔버 사이에는 기판 이송을 위한 로드락 챔버가 더 포함된다.

본 발명의 플라즈마 처리 시스템에 의하면, 프로세스 챔버에서 중심영역과 에지영역으로 분리된 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 균일하게 처리할 수 있다. 또한 중심영역 또는 에지영역에 독립적으로 플라즈마를 발생시켜 피처리 기판을 선택적으로 처리할 수 있다. 또한 클리닝 챔버를 이용하여 복수의 프로세스 챔버에서 처리된 복수 개의 기판을 대기시간 없이 연속적으로 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템을 도시한 평면도.
도 2 및 도 3은 클리닝 챔버와 로드락 챔버를 통해 기판이 이송되는 과정을 도시한 도면.
도 4는 클리닝 챔버를 도시한 도면.
도 5는 에지 플라즈마 발생부가 구비된 플라즈마 반응기를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 에지 플라즈마 발생부의 분리 사시도.
도 7 및 도 8은 에지 플라즈마 발생부에서 전극 또는 안테나로 이루어진 플라즈마 발생부재를 도시한 도면.
도 9는 플라즈마 반응기의 배플판을 도시한 평면도.
도 10은 도 9에 도시된 배플판 단면도.
도 11은 하나의 전원부가 상부전극과 에지 플라즈마 발생부에 연결된 상태를 도시한 도면.
도 12는 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 동일 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면.
도 13은 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 서로 다른 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면.
도 16은 프로세스 챔버와 클리닝 챔버 사이에서 기판이 처리되는 과정을 도시한 도면.

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 구성은 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 플라즈마 처리 시스템을 도시한 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 시스템(1a)은 기판(10)이 적재되는 설비 전방 단부 모듈(200)과 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 로드락 챔버(400a)와 클리닝 챔버(500a)와 제2 트랜스퍼 챔버(600a) 및 프로세스 챔버(100a, 100b, 100c)로 구성된다.

설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module)(200)은 플라즈마 처리 시스템(1a)의 전방에 설치되어 플라즈마 처리가 되기 전의 피처리 기판과 플라즈마 처리가 완료된 후의 기판이 적재되는 복수 개의 캐리어(210)를 포함한다.

제1 트랜스퍼 챔버(300)는 설비 전방 단부 모듈(200)의 일측에 연결되어 설치되며 대기압에서 동작되는 제1 기판이송장치(310)가 구비된다. 제1 기판이송장치(310)는 로드락 챔버(400a)와 캐리어(210)와 클리닝 챔버(500a) 사이에서 기판(10) 이송을 담당하며 회동, 승강 및 하강이 가능하다. 제1 기판이송장치(310)의 이송아암(314)은 2단으로 구성되어 길이의 연장이 가능하다. 이송아암(314)은 축(312)에 연결된 후단 이송아암(314b)과 후단 이송아암(314b)에 연결된 전단 이송아암(314a)으로 구성된다. 전단 이송아암(314a)에는 엔드 이펙터(315)가 구비된다. 제1 기판이송장치(310)를 구동하여 기판(10)을 다른 챔버로 이송시키거나 이송받기 위해 후단 이송아암(314b)으로부터 전단 이송아암(314a)이 전방으로 전진한다. 기판(10)을 이송시킨 후 전단 이송아암(314a)이 다시 후방으로 이동하게 된다. 이와 같이 제1 기판이송장치(310)는 본 실시예에서 보여주는 구조 이외에도 통상적인 반도체 제조 공정에서 사용되는 다양한 로봇들이 사용될 수 있다.

로드락 챔버(400a)는 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 제2 트랜스퍼 챔버(600a) 사이에 설치된다. 로드락 챔버(400a)는 대기압 상태인 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 진공 상태인 제2 트랜스퍼 챔버(600a) 사이에서 기판 이송시 내부 환경을 진공 또는 대기압으로 전환한다. 로드락 챔버(400a)는 내부 환경을 진공과 대기압으로 변화하면서 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 제2 트랜스퍼 챔버(600a) 사이에서 기판 교환이 이루어지도록 한다.

제2 트랜스퍼 챔버(600a)는 로드락 챔버(400a)의 후방으로 설치된다. 제2 트랜스퍼 챔버(600a)는 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 프로세스 챔버(100) 사이에서 기판(10)을 이송하기 위한 제2 기판이송장치(620)가 구비된다. 제2 기판이송장치(620)는 회동, 승강 및 하강이 가능한 다수 개의 아암(622)과 아암(622)의 전단에 설치되어 기판(10)이 놓여지는 엔드 이펙터(624)로 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 제1 기판 이송장치(310)와 동일한 구조로 네 개의 기판(10)을 한 번에 이송하기 위해 네 개의 아암(622)이 도시되었으나, 본 실시예에서 보여주는 구조 이외에도 통상적인 반도체 제조 공정에서 사용되는 다양한 로봇들이 사용될 수 있다.

프로세스 챔버(100a, 100b, 100c)는 제2 트랜스퍼 챔버(600a)에 연결되어 설치된다. 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b, 100c)는 제2 트랜스퍼 챔버(600a)의 각 변에 설치된다. 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b, 100c)는 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위한 진공 챔버로서, 플라즈마 소스가 구비된다.

클리닝 챔버(500a)는 로드락 챔버(400a)와 동일한 위치에 중첩되도록 제2 트랜스퍼 챔버(600a)와 연결되어 설치된다. 다시 말해, 클리닝 챔버(500a)와 로드락 챔버(400a)가 중첩되어 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 제2 트랜스퍼 챔버(600a) 사이에 설치된다. 본 실시예에서는 클리닝 챔버(500a)의 상부에 로드락 챔버(400a)가 놓이도록 설치하였으나 그 반대로 로드락 챔버(400a)의 상부에 클리닝 챔버(500a)가 놓이도록 설치할 수도 있다. 클리닝 챔버(500a)는 프로세스 챔버(100)에서 플라즈마 처리된 기판(10)을 제2 기판이송장치(620)를 통해 제공받아 세정한다. 클리닝 챔버에서는 무선 주파수 안테나를 이용하여 챔버 내부에 유도된 플라즈마로 기판을 세정한다. 클리닝 챔버(500a)와 로드락 챔버(400a)가 중첩된 구조에서의 기판(10) 이송 과정은 다음과 같다.

도 2 및 도 3은 클리닝 챔버와 로드락 챔버를 통해 기판이 이송되는 과정을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 처리되지 않은 기판(10)을 프로세스 챔버(100)로 공급하기 위해서는 로드락 챔버(400a)를 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 동일한 환경인 대기압 상태로 전환해야 한다. 제1 기판이송장치(310)를 이용하여 캐리어(210)로부터 기판(10)을 로딩한다. 로드락 챔버(400a)와 제1 트랜스퍼 챔버(300)가 동일한 대기압 상태에서 제1 출입구(410)를 개방한다. 제1 기판이송장치(310)의 이송아암(314)은 연장되어 로드락 챔버(400a) 내부로 삽입된다. 로드락 챔버(400a) 내부로 기판(10)이 인입되면 제1 출입구(410)를 폐쇄하고 로드락 챔버(400a)를 진공상태로 전환한다. 제2 트랜스퍼 챔버(600a)와 로드락 챔버(400a) 내부가 동일한 진공 상태가 되면 제2 출입구(420)를 개방하고, 이송아암(314)을 연장하여 제2 트랜스퍼 챔버(600a)의 제2 기판이송장치(620)에 기판(10)을 전달한다. 제2 기판이송장치(620)는 프로세스 챔버(100)로 기판(10)을 이송하여 플라즈마 처리를 수행한다.

플라즈마 처리가 완료된 기판(10)은 다시 제2 기판이송장치(620)를 통해 반출되는데, 이때의 로드락 챔버(400a)는 내부 환경을 진공상태로 전환한 후 제2 출입구(420)를 개방한다. 로드락 챔버(400a)에 기판(10)이 인입되면 제2 출입구(420)를 폐쇄하고, 다시 로드락 챔버(400a)를 대기압으로 전환한 후 제1 출입구(410)를 개방하여 제1 트랜스퍼 챔버(300)의 제1 기판이송장치(310)에 기판(10)을 전달한다. 제1 기판이송장치(310)는 플라즈마 처리된 기판(10)을 세정하기 위하여 클리닝 챔버(500)의 제3 출입구(510)를 개방하고 클리닝 챔버(500a)에 기판(10)을 제공한다.

여기서, 제1 기판이송장치(310)는 제1 트랜스퍼 챔버(300) 하부에 설치되는 베이스(311)와 베이스(311)에 설치되어 승강 및 하강이 가능한 축(312)과 축(312)에 회동 가능하게 설치되는 이송아암(314) 및 이송아암(314)의 전단에 구비되어 기판(10)이 놓이는 엔드 이펙터(315)로 구성된다. 여기서 이송아암(314)은 절첩구조로 형성되어 기판(10)을 챔버 내부로 넣거나 뺄 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 로드락 챔버(400a)를 통해 제2 트랜스퍼 챔버(600a)로 전달된 기판(10)은 프로세스 챔버(100)에서 플라즈마 처리된 후 바로 클리닝 챔버(500a)로 전달되어 세정될 수 있다. 클리닝 챔버(500a)는 제2 트랜스퍼 챔버(600a)로부터 기판(10)을 전달받기 전에 내부를 진공상태로 전환한 후 제4 출입구를 개방하여 기판(10)을 전달받는다. 클리닝 챔버(500a)에서 세정된 기판(10)은 제3 출입구(510)를 통해 제1 트랜스퍼 챔버(300)의 제1 기판이송장치(310)로 전달된다.

도 4는 클리닝 챔버를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 클리닝 챔버(500a)는 챔버 하우징(510)과 챔버 하우징(510) 상부에 구성되는 가스 공급부(520)과 챔버 하우징(510) 내부에 유도 결합된 플라즈마를 유도하기 위한 무선 주파수 안테나(540)를 포함한다.

챔버 하우징(510)은 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 내화금속(refractory mental)으로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 챔버 하우징(510)을 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 챔버 하우징(510)은 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 챔버 하우징(510)의 구조는 기판(10)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형구조나 사각형 구조 그리고 그 외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 또한 챔버 하우징(510)은 가스를 배출하기 위한 배기펌프(511)가 설치된다.

챔버 하우징(510) 내부에는 기판(10)을 지지하기 위한 기판 지지대(512)가 구비된다. 기판 지지대(512)는 바이어스 전원 공급원(514)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 무선 주파수 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원(514)이 임피던스 정합기(516)를 통하여 기판 지지대(512)에 전기적으로 연결되어 바이어스 될 수 있다. 또는 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(512)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zeropotential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(512)는 정전척이나 히터(518)를 포함할 수 있다.

챔버 하우징(510)의 상부에는 가스 공급부(520)가 구비된다. 가스 공급부(520)는 가스 공급원(524)으로부터 가스를 공급받기 위한 가스 주입구(521)가 구비된다. 가스 공급부(520)에는 제공받은 가스를 균일하게 분사하기 위한 배플(522)이 구성된다. 가스 공급부(520)의 하부에는 유도 결합된 플라즈마를 유도하기 위한 유전체 윈도우(530)와 무선 주파수 안테나(540)가 설치된다.

유전체 윈도우(530)는 석영이나 세라믹 같은 절연 물질로 구성된다. 유전체 윈도우(530)의 내부 공간에는 무선 주파수 안테나(540)가 설치되고, 무선 주파수 안테나(540) 사이로 가스 공급부(520)을 통해 제공받은 가스를 기판(10)으로 분사하기 위한 복수 개의 가스 분사홀(532)이 구비된다. 무선 주파수 안테나(540)는 유전체 윈도우(530)의 내부 공간에 나선형으로 권선되어 설치된다. 무선 주파수 안테나(540)는 무선 주파수 전력을 공급하는 전원 공급원(542)에 임피던스 정합기(543)를 통해 연결된다. 전원 공급원(542)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다.

무선 주파수 안테나(540)는 마그네틱 코어 커버(542)에 의해 덮여진다. 마그네틱 코어 커버(542)는 수직 단면 구조가 말편자 형상을 갖고 무선 주파수 안테나(540)를 따라서 덮여지도록 설치되어 자속 출입구가 유전체 윈도우(530)를 향하도록 설치된다. 그러므로 무선 주파수 안테나(540)에 의해 발생된 자기장은 마그네틱 코어 커버(542)에 의해 집속되어 챔버 몸체(510)의 내측 상부에 발생된다. 마그네틱 코어 커버(542)는 페라이트 재질로 제작되지만 다른 대안의 재료로 제작될 수도 있다.

유전체 윈도우(530)와 기판 지지대(512) 사이에는 배플(550)이 구성된다. 무선 주파수 안테나(540)를 이용하여 유도 결합된 플라즈마는 배플(550)을 통해 기판(10) 전체에 균일하게 분배되어 기판(10)의 처리 효율을 향상시킨다.

이하에서는 프로세스 챔버(100)를 구성하는 플라즈마 반응기의 실시예를 설명한다. 본 발명에서는 두 개의 기판(10)을 처리하기 위해 두 개의 플라즈마 반응기를 갖는 프로세스 챔버(100)를 도시하였으나, 복수 개의 기판(10)을 처리하기 위해 복수 개의 플라즈마 반응기를 설치할 수도 있다.

도 5는 에지 플라즈마 발생부가 구비된 플라즈마 반응기를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 챔버 하우징(101)과 챔버 하우징(101)의 상부에 설치되는 가스 공급부(110)과 상부전극(110)의 둘레에 설치되는 에지 플라즈마 발생부(120)로 구성된다.

챔버 하우징(101)은 내부 하부에 피처리 기판(103)이 놓이는 기판 지지대(102)가 구비된다. 기판 지지대(102)의 내부에는 리프트핀(108)이 설치된다. 리프트핀(108)은 리프트핀 구동기(108a)에 연결되어 기판 지지대(102)의 상부에 놓이는 피처리 기판(103)을 상하로 이동한다.

챔버 하우징(101)은 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 내화금속(refractory mental)으로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 챔버 하우징(101)을 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 챔버 하우징(101)은 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 챔버 하우징(101)의 구조는 피처리 기판(103)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형구조나 사각형 구조 그리고 그 외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 또한 챔버 하우징(101)은 가스를 배출하기 위한 배기펌프(101a)가 설치된다.

피처리 기판(103)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다.

기판 지지대(102)는 바이어스 전원 공급원(104)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 무선 주파수 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원(104)이 임피던스 정합기(106)를 통하여 기판 지지대(102)에 전기적으로 연결되어 바이어스 될 수 있다. 또는 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(102)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zeropotential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(102)는 정전척이나 히터를 포함할 수 있다.

가스 공급부(110)은 챔버 하우징(101)의 상부에 기판 지지대(102)와 대향되도록 설치되어 상부전극으로 기능된다. 가스 공급부(110)은 메인 전원 공급원(112)과 연결된다. 메인 전원 공급원(112)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(114)를 통하여 가스 공급부(110)로 공급되어 챔버 하우징(101)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 가스 공급부(110)의 상부에는 가스 공급원(140)으로부터 가스를 제공받기 위한 가스 주입구(110a)가 구비되고, 하부에는 챔버 하우징(101) 내부로 가스를 균일하게 분사하기 위한 다수 개의 가스 분사홀(116)이 구비된 샤워 헤드 형상으로 형성된다.

에지 플라즈마 발생부(120)는 가스 공급부(110)의 둘레를 따라 설치되어 피처리 기판(103)의 에지 영역을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킨다. 에지 플라즈마 발생부(120)는 에지 전원 공급원(122)과 연결된다. 에지 전원 공급원(122)으로부터 발생된 무선주파수 전원은 임피던스 정합기(124)를 통하여 에지 플라즈마 발생부(120)로 공급되어 플라즈마를 유도한다.

본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 가스 공급부(110)에 의해 발생된 중심 영역 플라즈마와 에지 플라즈마 발생부(120)에 의해 발생된 주변 영역 플라즈마에 의해 내부에 균일한 플라즈마가 형성되고, 피처리 기판(103)을 효율적으로 처리할 수 있게 된다.

도 6은 도 5에 도시된 에지 플라즈마 발생부의 분리 사시도이고, 도 7 및 도 8은 에지 플라즈마 발생부에서 전극 또는 안테나로 이루어진 플라즈마 발생부재를 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 에지 플라즈마 발생부(120)는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부재(128)와 플라즈마 발생부재(128)를 감싸는 커버부(126)로 구성된다. 플라즈마 발생부재(128)는 가스 공급부(110)의 둘레를 따라 설치되는데, 가스 공급부(110)의 형상에 따라 원형 또는 사각 구조 등으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 원형의 가스 공급부(110)의 둘레를 따라 환형으로 플라즈마 발생부재(128)가 설치된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생부재(120)는 링 형상의 용량 결합 전극(128a)으로 구성될 수 있다. 용량 결합 전극(128a)은 에지 전원 공급원(122)으로부터 무선 주파수 전원을 공급받고, 접지된 챔버 하우징(101)과의 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 생성한다.

또한 도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생부재(120)는 링 형상의 안테나(128b)로 구성될 수 있다. 안테나(128b)는 에지 전원 공급원(122)으로부터 무선 주파수 전원을 공급받아 유도 결합된 플라즈마를 생성한다.

다시 도 6를 참조하면, 커버부(126)는 플라즈마 발생부재(128)를 감싸는 구조로 상부 커버부재(126a)와 하부 커버부재(126b)로 구성된다. 먼저, 하부 커버부재(126b)는 플라즈마 발생부재(128)의 하부를 감싸는 형태로 플라즈마 발생부재(128)의 길이 방향을 따라 형성된다. 상부 커버부재(126a)는 플라즈마 발생부재(128)의 상부를 감싸도록 하부 커버부재(126b)의 상부에 설치된다. 여기서, 상부 커버부재(126a)에는 커버부(126) 내부로 가스를 공급받기 위한 가스 주입구(125)가 구비된다. 또한 하부 커버부재(126b)와 상부 커버부재(126a) 사이에는 에지 플라즈마 발생부(120)에서 생성된 플라즈마를 챔버 하우징(101) 내부로 배출하기 위한 플라즈마 배출구(127)가 구비된다. 플라즈마 배출구(127)는 커버부(126) 내부에서 생성된 플라즈마를 외부로 배출하기 위한 구조로, 본 발명의 실시예에서는 커버부(126)의 내주면을 따라 형성된다. 에지 플라즈마 발생부(120)는 냉각수 공급원(129)으로부터 냉각수를 공급받아 에지 플라즈마 발생부(120)의 온도를 적절하게 유지할 수 있다.

도 9는 플라즈마 반응기의 배플판을 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 배플판 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응기는 챔버 하우징(101) 내부에 배플판(130)이 구성된다. 배플판(130)은 가스 공급부(110)와 기판 지지대(102) 사이에 설치되어 플라즈마 반응기 내부에서 생성된 플라즈마가 피처리 기판(103)에 균일하게 분사될 수 있도록 한다. 배플판(130)에는 배플판(130) 상부에서 발생된 플라즈마가 하부로 이동할 수 있도록 다수 개의 홀(132)이 구비된다. 다수 개의 홀(132)은 모두 동일한 크기로 형성될 수도 있고 서로 다른 크기로 형성될 수도 있다. 또한 도면에 도시된 것처럼 배플판(130)의 내부로 갈수록 홀(132)의 크기가 커지도록 형성될 수도 있고, 내부로 갈수록 홀(132)의 크기가 작아지도록 형성될 수도 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 배플판(130)의 내부에는 열선(134)이 매설될 수 있다. 열선(134)은 히터전원 공급원(136)과 연결되어 열을 발산한다. 배플판(130)이 도체인 경우, 열선(134)과 배플판(130) 사이에는 절연체(135)가 구비되어 배플판(130)과 열선(134)을 전기적으로 절연한다.

도 11은 하나의 전원부가 상부전극과 에지 플라즈마 발생부에 연결된 상태를 도시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)는 공통 전원 공급원(150)에 연결되어 무선 주파수 전원을 공급받을 수 있다. 공통 전원 공급원(150)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(152)와 스위치(158)를 통해 가스 공급부(110) 또는 에지 플라즈마 발생부(120)로 공급될 수 있다.

스위치(158)가 가스 공급부(110)와 연결되면, 가스 공급부(110)에는 무선 주파수 전원이 공급되고 플라즈마 반응기(100) 내부의 중심 영역에만 플라즈마가 발생한다. 또한 스위치(158)가 에지 플라즈마 발생부(120)와 연결되면, 에지 플라즈마 발생부(120)에는 무선 주파수 전원이 공급되고 플라즈마 반응기(100) 내부의 주변 영역에만 플라즈마가 발생한다. 즉, 플라즈마 반응기(100) 내부의 중심 영역 또는 주변 영역에 선택적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

도 12는 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 동일 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면이고, 도 13은 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 서로 다른 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면이다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)에 동일한 가스를 공급할 수도 있고, 서로 다른 가스를 공급할 수도 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)는 가스 공급원(140)으로부터 동일한 가스를 공급받아 플라즈마를 생성한다. 또한 가스 공급원(140)와 가스 공급부(110), 가스 공급원(140)과 에지 플라즈마 발생부(120) 사이에는 각각 밸브(142)가 구비되어 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)로 공급되는 가스를 동시에 공급하거나 분리하여 공급할 수도 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)는 제1가스 공급원(140a)으로부터 가스를 공급받고, 에지 플라즈마 발생부(120)는 제2가스 공급원(140b)으로부터 가스를 공급받을 수 있다. 즉, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)에는 서로 다른 가스가 공급될 수 있다.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 시스템(1b)에서는 클리닝 챔버(500b)가 제2 트랜스퍼 챔버(600a)에 연결되어 설치될 수 있다. 클리닝 챔버(500b)는 로드락 챔버(400a)와 중첩되어 설치되지 않고, 프로세스 챔버(100a, 100b)와 함께 제2 트랜스퍼 챔버(600a)에 설치된다. 클리닝 챔버(500b)는 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b)에서 플라즈마 처리된 기판을 세정한다.

도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 시스템(1c)은 제2 트랜스퍼 챔버(600a)에 클리닝 챔버(500b)와 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b) 및 제1 트랜스퍼 챔버(300)가 연결되어 설치될 수 있다. 제2 트랜스퍼 챔버(600a)는 제1 트랜스퍼 챔버(600a)로부터 기판을 제공받거나 처리된 기판을 반출할 때는 내부 환경을 대기압으로 유지하고, 프로세스 챔버(100a, 100b)와 클리닝 챔버(500b) 사이에서 기판을 교환할 때는 내부 환경을 진공으로 전환한다.

제1 기판 이송장치(310)를 이용하여 제1 트랜스퍼 챔버(300)로 피처리된 기판을 준비한다. 피처리된 기판이 준비되면 제2 트랜스퍼 챔버(600a)는 내부 환경을 대기압으로 전환한다. 제1 트랜스퍼 챔버(300)와 제2 트랜스퍼 챔버(600a) 사이에 구비된 출입구(316)를 개방하여 제2 트랜스퍼 챔버(600a)의 제2 기판 이송장치(620)를 이용하여 기판을 제공받는다. 출입구(316)를 폐쇄한 후 다시 제2 트랜스퍼 챔버(600a)의 내부 환경을 진공 상태로 전환하여 프로세스 챔버(100a. 100b)에서 기판(10)을 플라즈마 처리하고 클리닝 챔버(500b)에서 기판(10)을 세정한다. 기판 처리가 완료되면 제2 트랜스퍼 챔버(600a)의 내부 환경을 대기압으로 전환한 후 출입구(316)를 개방하여 제1 트랜스퍼 챔버(300)로 제공한다.

도 16은 프로세스 챔버와 클리닝 챔버 사이에서 기판이 처리되는 과정을 도시한 도면이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b)와 클리닝 챔버(500b)를 이용하여 기판(10)을 처리할 수 있다. 여기서, 하나의 프로세스 챔버(100a)에서 기판(10)을 처리한 후 기판(10)을 클리닝 챔버(500b)로 이송시켜 세정한다. 그 후 바로 다시 피처리된 기판(10)을 제공받아 플라즈마 처리를 수행한다. 클리닝 챔버(500b)에서 기판(10)이 세정되는 동안 또 다른 프로세스 챔버(100b)에서는 기판(10)을 플라즈마 처리하여 클리닝 챔버(500b)로 배출한다. 프로세스 챔버(100b)에서는 클리닝 챔버(500b)에서 세정중인 기판(10)의 세정이 완료되는 시간에 맞추어 기판(10)의 처리가 완료될 수 있도록 한다. 클리닝 챔버(500b)에서 선 제공받은 기판(10)의 세정이 완료되면, 세정이 완료된 기판(10)을 배출한 후 플라즈마 챔버(100b)에서 처리된 기판(10)을 제공받아 세정한다.

이런 방식으로 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b)를 이용하여 기판(10)을 처리하는 경우 각 프로세스 챔버(100a, 100b)에서 처리된 기판을 교대적으로 클리닝 챔버(500b)로 제공하여 세정함으로써, 복수 개의 프로세스 챔버(100a, 100b) 및 클리닝 챔버(500b)를 이용하여 기판(10)을 효율적으로 처리할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 플라즈마 처리 시스템의 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.

1a, 1b, 1c: 플라즈마 처리 시스템 10: 기판
100a, 100b, 100c: 프로세스 챔버 100: 플라즈마 반응기
101: 챔버 하우징 101a: 배기펌프
102: 기판 지지대 103: 피처리 기판
104: 바이어스 전원 106, 114, 124, 152: 임피던스 정합기
108: 리프트핀 108a: 리프트핀 구동기
110: 가스 공급부 110a, 125: 가스 주입구
112: 메인 전원 공급원 116: 가스 분사홀
120: 에지 플라즈마 발생부 122: 에지 전원 공급원
126: 커버부 126a, 126b: 상, 하부 커버부재
127: 플라즈마 배출구 128: 플라즈마 발생부재
130: 배플판 129: 냉각수 공급원
132: 홀 128a, 128b: 용량 결합 전극, 안테나
134: 열선 135: 절연체
136: 히터전원 공급원 140: 가스 공급원
140a, 140b: 제1, 2가스 공급원 142: 밸브
150: 공통 전원 공급원 158: 스위치
200: 설비 전방 단부 모듈 210: 캐리어
300: 제1 트랜스퍼 챔버 310: 제1 기판이송장치
311: 베이스 312: 축
314: 이송아암 314a: 전단 이송아암
314b: 후단 이송아암 315: 엔드 이펙터
313: 축 400a: 로드락 챔버
410, 420: 제1, 2 출입구 500a, 500b: 클리닝 챔버
510, 520: 제3, 4 출입구 530: 챔버 하우징
531: 배기펌프 532: 기판 지지대
534: 바이어스 전원 공급원 536: 임피던스 정합기
538: 히터전원 540: 무선 주파수 안테나
541: 전원 공급원 542: 마그네틱 코어 커버
543: 임피던스 정합기 550: 배플
560: 가스 공급부 561: 가스 주입구
562: 배플 564: 가스 공급원
570: 유전체 윈도우 572: 가스 분사홀
600a: 제2 트랜스퍼 챔버 620: 제2 기판이송장치

Claims

복수 개의 기판이 적재되는 캐리어가 구비된 설비 전방 단부 모듈;
상기 설비 전방 단부 모듈과 연결되고 기판을 이송하기 위한 제1 기판이송장치가 구비된 제1 트랜스퍼 챔버;
상기 제1 트랜스퍼 챔버와 연결되는 로드락 챔버;
상기 로드락 챔버의 상부 또는 하부에 적층 설치되어 플라즈마 처리된 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖고 무선 주파수 안테나에 의해 챔버 내부로 유도된 플라즈마에 의해 상기 기판을 세정하는 클리닝 챔버;
상기 로드락 챔버와 상기 클리닝 챔버에 연결되며 상기 기판을 이송하기 위한 제2 기판 이송장치가 구비된 제2 트랜스퍼 챔버; 및
상기 제2 트랜스퍼 챔버에 연결되고, 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대와 상기 기판 지지대와 대응되도록 설치된 상부전극 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성된 에지 플라즈마 발생부를 포함하는 하나 이상의 프로세스 챔버를 포함하고,
상기 제1 기판이송장치는 상기 기판을 상기 로드락 챔버를 통해서 상기 제2 트랜스퍼 챔버로 로딩하고, 플라즈마 처리된 기판을 상기 로드락 챔버를 통해서 언로딩한 후 상기 클리닝 챔버로 이송하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 상부전극은 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 샤워헤드 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에지 플라즈마 발생부는
상기 상부전극의 외주면을 따라 설치되는 플라즈마 발생부재; 및
상기 플라즈마 발생부재를 감싸는 구조로, 가스 주입구가 구비되고 발생된 플라즈마가 상기 플라즈마 반응기 내부로 배출되도록 형성된 플라즈마 배출구를 포함하는 커버부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 플라즈마 발생부재는 링 형상의 전극 또는 안테나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 클리닝 챔버는
상부에 구비되는 가스 공급부;
상기 가스 공급부에서 공급된 가스를 상기 기판으로 제공하기 위한 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 유전체 윈도우; 및
상기 유전체 윈도우에 설치되어 챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마를 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 무선 주파수 안테나의 상부가 덮여지도록 설치되어 자속 출입구가 유전체 윈도우를 향하도록 설치되는 마그네틱 코어 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
복수 개의 기판이 적재되는 캐리어가 구비된 설비 전방 단부 모듈;
상기 설비 전방 단부 모듈과 연결되고 기판을 이송하기 위한 제1 기판이송장치가 구비된 제1 트랜스퍼 챔버;
상기 제1 트랜스퍼 챔버에 연결되며 상기 기판을 이송하기 위한 제2 기판이송장치가 구비된 제2 트랜스퍼 챔버;
상기 제2 트랜스퍼 챔버의 일측에 연결되고, 내부에 피처리된 기판이 놓이는 기판 지지대와 상기 기판 지지대와 대응되도록 설치된 상부전극 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성된 에지 플라즈마 발생부를 포함하는 하나 이상의 프로세스 챔버; 및
상기 제2 트랜스퍼 챔버의 일측에 연결되어 상기 프로세스 챔버에서 플라즈마 처리된 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖고 무선 주파수 안테나에 의해 챔버 내부로 유도된 플라즈마에 의해 상기 기판을 세정하는 클리닝 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제1 트랜스퍼 챔버와 상기 제2 트랜스퍼 챔버 사이에는 기판 이송을 위한 로드락 챔버가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제9항에 있어서,
상기 상부전극은 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 샤워헤드 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제9항에 있어서,
상기 에지 플라즈마 발생부는
상기 상부전극의 외주면을 따라 설치되는 플라즈마 발생부재; 및
상기 플라즈마 발생부재를 감싸는 구조로, 가스 주입구가 구비되고 발생된 플라즈마가 상기 플라즈마 반응기 내부로 배출되도록 형성된 플라즈마 배출구를 포함하는 커버부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제12항에 있어서,
상기 플라즈마 발생부재는 링 형상의 전극 또는 안테나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제9항에 있어서,
상기 클리닝 챔버는
상부에 구비되는 가스 공급부;
상기 가스 공급부에서 공급된 가스를 상기 기판으로 제공하기 위한 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 유전체 윈도우; 및
상기 유전체 윈도우에 설치되어 챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마를 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 무선 주파수 안테나의 상부가 덮여지도록 설치되어 자속 출입구가 유전체 윈도우를 향하도록 설치되는 마그네틱 코어 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.