KR101652071B1

KR101652071B1 - 기판을 처리하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101652071B1
Application number: KR1020090111839A
Authority: KR
Inventors: 전부일; 송명곤; 이정락; 도재철
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2016-08-31
Also published as: KR20110054994A

Abstract

본 발명은 수직 및 수평으로 운동시킬 수 있는 기판안치수단을 포함하는 기판처리장치에 관한 것으로, 기판처리장치는 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 반응공간에 위치하고 기판이 안치되는 기판안치수단; 상기 기판안치수단을 수평으로 구동시키는 구동장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기판처리장치, 기판안치수단, 수평구동장치, 수직구동장치

Description

기판을 처리하기 위한 장치 및 방법 {Appratus and Method for treating substrate}

본 발명은 수직 및 수평으로 운동시킬 수 있는 기판안치수단을 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막증착공정 및 식각공정 등은 진공상태로 최적화된 기판처리장치에서 진행한다.

증착공정 및 식각공정에서 사용되는 기판처리장치는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형하여 공정을 진행하는 것으로, 플라즈마의 발생 및 제어가 핵심이다. 플라즈마의 발생방식은 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma: ICP)와 축전결합 플라즈마 (capacitively coupled plasma: CCP)의 방식으로 구분되며, 일반적으로 축전결합 플라즈마는 RIE(reactive ion etching) 및 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)에 이용되고, 유도결합 플라즈마는 HDP(high density plasma etching)을 사용하는 식각 및 증착장치에 이용된다.

이하에서는 도면을 참조하여 종래기술의 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치와 유도결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 따른 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치의 개략도이다.

도 1과 같이, 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치(10)는 반응공간을 제공하는 공정챔버(12), 반응공간의 상부에 위치하고 플라즈마의 소스전극으로 사용되는 후방 플레이트(14), 후방 플레이트(14)와 연결되고 공정가스를 공급하는 가스공급관(36), 후방 플레이트(14)의 하부에 위치하고 다수의 분사홀(16)을 가지는 알루미늄 재질의 가스분배판(18), 가스분배판(18)과 대향하여 접지전극으로 사용되고 기판(20)이 안치되는 기판안치수단(22), 및 반응공간의 반응가스 및 부산물을 배출하기 위한 배출구(24)를 포함하여 구성된다. 기판처리장치(10)는 기판(20)을 반입 및 반출시키기 위한 출입구(도시하지 않음)를 더 포함한다.

기판처리장치(10)에서, RF 전원(30)과 후방 플레이트(14)를 하나의 피딩 라인(42)으로 연결시키고, 플라즈마의 소스전극으로 사용되는 후방 플레이트(14)와, 접지전극으로 사용되는 기판안치대(22)의 사이에서 공정가스가 이온화 또는 활성화되어 기판(20) 상에 박막이 증착되거나 박막이 식각되는 기판처리공정이 수행된다.

후방 플레이트(14)는 RF전원(30)과 연결되고, 후방 플레이트(14)와 RF전원(30) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(32)가 설치된다. 가스분배판(18)과 후방 플레이트(14) 사이에는 가스공급관(36)을 통하여 공급되는 공정가스가 수용되는 수용공간(26)이 형성된다. 가스분배판(18)은 후방 플레이트(14)로부터 연장되는 지지대(28)에 거치된다. 접지전극으로 사용되는 기판안치수단(22)은 기판(20)이 안치되고 기판(20)보다 넓은 면적을 가지는 기판지지판(22a)과 기판지지판(22a)을 승하강시키기 위한 샤프트(22b)를 포함한다. 기판안치수단(22)은 플라즈마의 발생 시에 유기되는 전하를 배출시키기 위해 접지된다. 기판안치수단(22)은 기판(20)이 기판처리에 필요한 적정온도를 유지시키기 위하여 히터(40)를 내장할 수 있다.

도 1과 같은 기판처리장치(10)에서, 플라즈마 전극으로 사용하는 후방 플레이트(14)의 크기가 RF파의 파장에 가까워질수록, 플라즈마 소스 전극에 인가되는 RF 파장이 일정한 위치를 유지하여 진행하지 않는 파장으로 보이는 정상파 효과(standing wave effect)가 나타난다. 정현파인 정상파에 의해, 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(14)의 중심부는 고전압이 인가되지만 후방 플레이 트(14)의 주변부는 저전압이 인가되어 불균일한 전기장 분포를 나타낸다. 이와 같은 불균일한 전기장의 분포에 의해, 기판(20)에는 주변부가 중앙부보다 얇은 박막이 증착된다. 따라서, 전기장의 불균일한 분포에 의해 박막 균일도가 저하된다.

도 2는 종래기술에 따른 유도결합 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 개략도이다.

도 2와 같이, 기판처리장치(50)는 리드(52a)와 몸체(52b)로 구성되어 반응공간을 제공하는 공정챔버(52), 리드(52a)의 상부에 위치하는 안테나(54), 반응공간에 공정가스를 공급하는 가스공급관(56), 반응공간의 하부에 위치하며, 기판(58)이 안치되는 기판안치대(60), 반응공간의 반응가스 및 부산물을 배출하기 위한 배출구(62)를 포함하여 구성된다. 안테나(54)는 소스전원을 인가하는 RF전원(64)에 연결되고, 안테나(54)와 RF전원(64) 사이에는 임피던스 정합을 위한 정합회로(66)가 설치된다.

유도결합 플라즈마를 이용하는 기판처리장치(50)는 코일형태의 안테나(54)를 리드(52a)의 상부에 설치하고, 안테나(54)에 RF전원(64)을 인가하여 안테나(54) 주변에 유도전기장을 형성시킨다. 안테나(54) 표면에는 RF전원(64)의 인가에 의해 양전하와 음전하가 교번적으로 대전되어 유도자기장이 형성된다. 안테나(54)에서 발생된 유도자기장이 진공상태의 공정챔버(52)의 내부로 투과될 수 있도록, 안테나(54)가 설치되는 리드(52a)는 유전체 재질로 형성한다.

기판처리장치(50)에서, 가스공급관(56)은 리드(52a)의 중심부를 관통하여 설치되고, 가스공급관(56)을 통하여 반응공간에 공정가스를 공급한다. RF전원(64)이 안테나(54)에 인가되고, 가스공급관(56)을 통하여 공급된 공정가스가 활성화 또는 이온화되어 기판(58)에 공급되면 박막이 증착되거나 박막이 식각되는 기판처리공정이 수행된다.

그런데, 가스공급관(56)에 의해 리드(52a)의 중심부에서 공정가스를 공급하기 때문에, 반응공간의 주변부는 반응공간의 중심부와 비교하여 공정가스의 밀도가 매우 작다. 따라서, 공정가스의 밀도차이에 의해 반응공간의 주변부는 반응공간의 중심부와 비교하여 플라즈마의 밀도가 작아지기 때문에, 균일하게 기판을 처리하기 어렵다.

상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판처리공정 중에 기판안치수단의 수평 왕복 운동을 통해 균일하게 박막을 증착하거나 식각할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는, 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 반응공간에 위치하고 기판이 안치되는 기판안치수단; 및 상기 기판안치수단을 수평으로 구동시키는 구동장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판처리장치에 있어서, 상기 구동장치는 상기 기판안치수단을 수직으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 기판안치수단은, 상기 기판이 안치되는 기판지지판; 상기 기판지지판을 지지하고 상기 공정챔버의 저면을 관통하여 연장되는 지지축; 및 상기 공정챔버의 하부에서 상기 지지축을 수용하면서 기밀을 유지하는 기밀수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 기밀수단은, 상기 공정챔버의 하부를 관통한 상기 지지축을 수용하는 주름관; 및 상기 주름관을 밀폐하는 밀폐 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 구동장치는, 상기 기판안치수단을 수직으로 승강시키는 제 1 구동장치; 및 상기 기판안치수단을 수평으로 왕복운동시키는 제 2 구동장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 1 구동장치는, 상기 밀폐 플레이트의 하부를 지지하는 다수의 필라; 상기 다수의 필라 하부에 위치한 베이스 플레이트; 상기 밀폐 플레이트를 승강시키기 위한 다수의 승강축; 및 상기 다수의 승강축을 구동시키는 제 1 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 2 구동장치는, 상기 주름관 내부의 상기 밀폐 플레이트 상에 위치한 다수의 레일; 상기 다수의 레일을 따라 운동하는 다수의 슬라이더; 상기 다수의 슬라이더 상에 위치하고 상기 지지축을 고정시키는 고정 플레이트; 및 상기 다수의 슬라이더를 구동시키는 제 2 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 2 구동장치는, 상기 다수의 슬라이더 중 하나에 설치되는 다수의 톱니가 형성된 랙; 상기 밀폐 플레이트를 관통하고 상기 제 2 구동모터에 의해서 회전되는 회전축을 가지며, 상기 랙과 물리는 피니언; 및 상기 회전축이 회전할 때 상기 주름관의 기밀을 유지하기 위한 마그네틱 실;을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 레일과 상기 다수의 슬라이더 사이에 다수의 베어링이 개재된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 슬라이더 각각은, 상기 다 수의 레일 각각의 상면 및 측면과 대응되는 상면부와 측면부; 및 상기 측면부에서 돌출되는 돌출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 레일 각각의 측면에는 상기 돌출부를 수용하기 위한 그루브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리장치에 있어서, RF전력이 인가되는 플라즈마 소스전극; 및 상기 반응공간에 공정가스를 공급하기 위한 가스분사수단;을 더욱 포함하고, 상기 기판안치수단은 플라즈마 접지전극으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기판처리방법은, 반응공간을 제공하는 공정챔버, 상기 반응공간에 위치하고 기판이 안치되는 기판안치수단, 및 상기 기판안치수단을 수평으로 구동시키는 구동장치를 포함하는 기판처리장치를 이용한 기판처리방법에 있어서, 상기 반응공간에 상기 기판을 인입하여 상기 기판안치수단 상에 위치시키는 단계; 상기 기판안치수단을 상승시켜 공정상태로 위치시키는 단계; 상기 기판안치수단을 수평으로 왕복운동시키면서 상기 기판을 처리하는 단계; 및 기판처리가 완료된 상기 기판을 상기 반응공간의 외부로 반출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기판처리방법에 있어서, 상기 기판처리장치는 RF전력이 인가되는 플라즈마 소스전극과 상기 반응공간에 공정가스를 공급하기 위한 가스분사수단 을 더욱 포함하고, 상기 기판을 처리하는 단계에서, 상기 가스분사수단을 통하여 공정가스를 고공급함과 동시에 상기 플라즈마 소스전극에 상기 RF전력을 인가하여, 활성화 또는 이온화된 상기 공정가스에 의해 상기 기판을 처리하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판처리공정은, 상기 기판을 상기 기판안치수단 상에 위치하는 단계와 상기 기판안치수단을 공정상태로 위치시키는 단계 사이에, 상기 기판안치수단 상의 상기 기판의 오정렬을 체크하여 재정렬시키는 단계와, 상기 기판을 처리하는 단계와 상기 기판을 상기 반응공간의 외부로 반출하는 단계 사이에, 상기 기판안치수단을 중앙에 정렬시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.

본 발명의 기판처리장치는, 기판처리공정 중에 기판안치수단의 반복적인 수평 왕복 운동을 통하여, 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치의 경우, 플라즈마 소스전극의 정상파 효과에 의해 발생할 수 있는 불균일한 박막증착 또는 박막식각의 문제를 해결할 수 있고, 유도결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치의 경우, 반응공간의 공정밀도 차이에 의한 불균일한 박막증착 또는 박막식각의 문제를 해결할 수 있다.

따라서, 본 발명은 축전결합 및 유도결합과 같은 플라즈마 발생방식에 관계없이, 기판안치수단의 반복적인 수평 왕복운동을 통하여 균일하게 박막을 증착하거 나 식각할 수 있는 기판처리장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 축전결합 및 유도결합 플라즈마 방식을 포함한 모든 기판처리장치 모두에 적용될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 축전결합 플라즈마 방식의 기판처리장치에 적용되는 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 전극의 배치도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지지축 하부의 상세도이고, 도 6은 도 3의 A-A'을 절단하고, 위에서 바라본 제 2 구동장치의 평면도이고, 도 7은 도 6의 B-B'를 절단한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 베어링의 배열도이고, 도 9a는 도 3의 A에 대한 확대 단면도이고, 도 9b는 도 3의 B에 대한 확대 단면도이다.

도 3과 축전결합 플라즈마 방식을 이용하는 기판처리장치(110), 리드(112a) 및 몸체(112b)의 결합에 의해 반응공간을 제공하는 공정챔버(112), 공정챔버(112)의 내부와 대응되는 리드(112a)의 표면에 설치되는 다수의 플라즈마 소스전극(114), 공정챔버(112)의 외부와 대응되는 리드(112a) 상부에 설치되고 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각과 연결되는 피딩라인(118), 다수의 플라즈마 소스전극(114) 또는 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이의 리드(112a)에 설치되는 가스 분사수단(124), 기판(120)이 안치되고 플라즈마 접지전극으로 사용되는 기판안치수단(122) 및 기판안치수단(122)을 수직 및 수평으로 구동시키는 구동수단(150)을 포함하여 구성된다.

기판처리장치(110)는 공정챔버(112)의 외부와 대응되는 리드(112a)의 상부에 위치하고, 피딩라인(118)을 수용하기 위한 하우징(136), 기판(121)을 반입 및 반출시키기 위한 출입구(130), 반응공간의 반응가스 및 부산물을 배출하기 위한 배기구(124), 및 기판(120) 상부의 주변부에 박막이 증착되거나 박막이 식각되는 것을 방지하기 위한 에지 프레임(134)을 더욱 포함하여 구성될 수 있다.

에지 프레임(134)은 기판(120) 상부의 주변부에서 공정챔버(112)의 내벽 근처까지 연장된다. 에지 프레임(134)은 전기적으로 부유상태(foating state)를 유지한다. 피딩라인(118)은 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각과 연결되는 다수의 서브 피딩라인(118a)과 다수의 서브 피딩라인(118a)을 RF전원(126)과 연결시키는 메인 피딩라인(118b)으로 구성된다.

도 3의 기판처리장치(110)는 기판(120)이 플라즈마 접지전극인 기판안치수단(122) 상에 위치되는 것으로 한정되지 않는다. 축전결합 플라즈마 방식을 사용하는 기판처리장치(110)에서 기판(120)을 플라즈마 소스전극 또는 플라즈마 접지전극 상에 직간접적으로 위치시킬 수 있다.

다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각과 리드(112a) 사이에는 전기적 절연을 위한 다수의 절연판(116)이 설치된다. 공정챔버(112)의 내부와 대응되는 리드(112a)와 직접적으로 밀착하는 다수의 절연판(116)과 다수의 절연판(116) 각각에 직접적으로 밀착하는 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 별도로 도시하지 않았지만, 볼트와 같은 체결수단으로 체결한다.

기판처리장치(110)에서 RF전원(126)이 인가되는 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 대하여, 접지되는 리드(112a), 몸체(112b) 및 기판안치수단(122)는 플라즈마 접지전극으로 사용된다. 리드(112a), 몸체(112b) 및 기판안치수단(122)은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속재질을 사용하여 제작하고, 절연판(116)은 세라믹 재질을 사용하여 제작한다.

기판처리장치(110)에서, 정상파 효과를 방지하기 위하여, RF파의 파장과 비교하여 작은 크기를 가지는 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 배열한다. 다수의 플라즈마 전극(114)에 의해, 정상파 효과를 방지하여, 반응공간에서 균일한 플라즈마 밀도를 유지할 수 있다.

도 3 및 도 4와 같이 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 RF전원(126)과 병렬로 연결시키고, 다수의 플라즈마 소스전극(114)과 RF전원(126) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(128)가 설치된다. RF 전원(126)은 플라즈마 발생효율이 좋은 20 내지 50 MHz 대역의 초고주파(very high frequency: VHF)을 사용할 수 있다.

리드(112a)는 장방형 형태이고, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각은 장축과 단축을 가진 스트라이프(stripe) 형태로 제작되고, 서로 동일한 간격으로 평행하게 이격된다. 다수의 서브 피딩라인(118a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각의 양단부에서 연결되거나 또는 도면에서 도시하지 않았지만 다수의 플라즈마 소스전극(114)의 중앙부에서 연결될 수 있다.

플라즈마 접지전극으로 사용되는 기판안치수단(122)은 기판(120)이 안치되고 기판(120)보다 넓은 면적을 가지는 기판지지판(122a), 기판지지판(122a)을 지지하는 지지축(122b), 및 기밀수단(122c)을 포함하여 구성된다. 기밀수단(122c)은 공정챔버(112)의 저면을 관통하는 지지축(122b)이 반응공간과 기밀을 유지하면서 수직 및 수평운동을 가능하게 한다. 기판처리장치(110)에서, 기판안치수단(122)은 공정챔버(112)와 동일하게 접지된다. 그러나, 도면에서 도시하지 않았지만, 기판처리공정의 조건에 따라 기판안치수단(122)에 별도의 RF전원이 인가되거나, 전기적으로 부유(floating) 상태를 유지할 수 있다.

기밀수단(122c)은 주름관(bellows)(144)과 주름관(144)의 하부에 연결된 밀폐 플레이트(146)를 포함한다. 공정챔버(112)의 저면에는 지지축(122b)이 관통되는 관통홀(142)이 형성된다. 주름관(144)은 관통홀(142)을 통과하여 공정챔버(112)의 외부로 연장된 지지축(122b)을 수용한다. 주름관(144)는 상부와 하부를 가지며, 상부는 관통홀(142) 주변의 공정챔버(112)와 연결되고, 하부는 밀폐 플레이트(146)에 의해서 차폐된다.

지지축(122b)은 수직으로 승강함은 물론 기판처리공정 동안 반복적으로 수평왕복운동을 한다. 따라서, 관통홀(142) 및 주름관(144)은 지지축(122b)의 수평왕복운동을 수용할 수 있는 공간이 확보되어야 한다. 주름관(144)는 도 5와 같이, 원통형으로 제작되고, 관통홀(142)은 원형 또는 타원형으로 제작될 수 있다. 관통홀(142)을 타원형으로 제작하는 경우, 지지축(122b)은 타원형의 장축방향으로 수평 왕복 운동할 수 있다.

기판안치수단(122)을 수직 및 수평으로 구동시키는 구동수단(150)은 지지축(122b)을 수직으로 승강시키는 제 1 구동장치(152) 및 지지축(122b)을 수평으로 이동시키는 제 2 구동장치(154)를 포함한다. 기판안치수단(122)은 공정챔버(112) 내부에 위치하고 있고, 외부와 기밀을 유지한 상태에서 제 1 및 제 2 구동장치(152, 154)에 의해서 수직 및 수평으로 운동한다. 제 1 구동장치(152)에 의해서 기판안치수단(122)의 기판지지판(122a)은 지지축(122b)과 평행한 방향으로 운동하고, 제 2 구동장치(154)에 의해서, 기판안치수단(122)의 기판지지판(122a)은 기판지지판(122a)과 평행한 방향으로 운동한다.

도 5와 같이, 제 1 구동장치(152)는 밀폐 플레이트(146)의 하부를 지지하는 다수의 필라(160), 다수의 필라(160)의 하부에 위치한 베이스 플레이트(162), 베이스 플레이트(162)를 승강시키기 위한 다수의 승강축(164), 및 다수의 승강축(164)을 구동시키는 제 1 구동모터(166)를 포함하여 구성된다.

밀폐 플레이트(146)와 베이스 플레이트(162)를 수직으로 연결시키는 다수의 필라(160)는, 밀폐 플레이트(146) 및 베이스 플레이트(162)의 주변부에 균일한 간격으로 배치된다. 밀폐 플레이트(146) 및 베이스 플레이트(162)가 사각형 형태로 제작되면, 다수의 필라(160)는 밀폐 플레이트(146) 및 베이스 플레이트(162)의 모서리와 대응되는 주변부에 설치된다. 따라서, 밀폐 플레이트(146) 및 베이스 플레이트(162)가 장방형으로 제작되면, 최소한 4 개의 필라(160)가 필요하다.

다수의 승강축(164) 각각은 밀폐 플레이트(146)의 하부와 연결되는 상단부와, 베이스 플레이트(162)를 관통하는 하단부로 구성된다. 제 1 구동모터(166)는 베이스 플레이트(162)를 관통한 다수의 승강축(164) 각각의 하단부와 연결된다.다수의 승강축(164)은 다수의 필라(160) 사이에서 밀폐 플레이트(146) 및 베이스 플레이트(162)의 변과 대응되는 부분에 대칭적으로 설치된다. 승강축(164)은 대칭적으로 2 개 정도 설치하는 것이 바람직하다.

다수의 승강축(164) 각각은 표면에 나선형의 나사산이 형성된다. 제 1 구동모터(166)의 구동력이 다수의 승강축(164)에 전달되고, 다수의 승강축(164)이 회전하면 밀폐 플레이트(146)가 상승 또는 하강한다. 따라서, 밀폐 플레이트(146)의 상승 및 하강에 따라, 지지축(122b)과 지지축(122b)과 연결된 기판지지판(122a)이 수직으로 승강할 수 있다.

기판안치수단(122)의 지지축(122b)을 수평으로 좌우이동시키는 제 2 구동장치(154)는, 도 3과 같이, 제 2 구동장치(154)는, 밀폐 플레이트(146) 상에 고정된 다수의 레일(170), 다수의 레일(170) 각각을 따라 운동하는 다수의 슬라이더(172), 다수의 슬라이더(172) 상에 위치하고 지지축(122b)을 고정시키는 지지판(174), 및 다수의 슬라이더(172)를 구동시키는 제 2 구동모터(176)를 포함하여 구성된다.

도 6과 같이, 레일(170)은 밀폐 플레이트(146)의 서로 마주보는 양 주변부에 2 개 설치될 수 있다. 2 개의 레일(170)은 서로 평행하게 설치된다. 필요에 따라 레일(170)의 수는 증감할 수 있다. 슬라이더(172)는 도 7과 같이, 레일(170)의 상면과 대응되는 상측부(172a)와 레일(170)의 양측면과 대응되는 측면부(172b)로 구성된다.

슬라이더(172)는 레일(170)의 상면과 측면을 감싸면서 설치되고, 슬라이더72)가 레일(170)을 따라 운동할 때, 마찰력을 최소화시키기 위하여, 슬라이더(172)와 레일(170) 사이에 다수의 베어링(178)을 설치한다. 베어링(178)은 레일(170)의 상면과 슬라이더(172)의 상측부(172a) 사이에 설치되는 제 1 베어링(178a)과 레일(170)의 양측면과 슬라이더(172)의 측면부(172b) 사이에 설치되는 제 2 베어링(178b)을 포함한다.

레일(170)의 상면에는 제 1 베어링(178a)을 수용하고 제 1 베어링(178a)이 회전할 수 있는 다수의 상면홀(180a)이 형성된다. 도 8과 같이, 다수의 상면홀(180a)은 레일(170)의 양측에 서로 평행하여 2 열로 배열된다. 도 7과 같이, 슬라이더(172)는 2 개의 측면부(172b)을 가지고 있고, 2 개의 측면부(172b) 각각에는 레일(170)의 측면방향으로 돌출부(184)가 형성된다. 돌출부(184)는 슬라이더(172)가 레일(170)을 따라 운동할 때, 슬라이더(172)가 레일(170)로부터 이탈하는 것을 방지하는 기능을 한다.

레일(170)의 양측면에는 슬라이더(172)의 돌출부(184)를 수용하기 위한 그루브(groove)(182)가 형성되고, 그루브(182)의 내측에는 제 2 베어링(178b)을 수용하기 위한 다수의 측면홀(180b)이 형성된다. 다수의 제 2 베어링(178b)는 도 8과 같이 레일(170)의 양측면에 2 열로 배열된다.

도 6와 같이, 다수의 슬라이더(172) 중 하나에는 다수의 톱니가 형성된 랙(rack)(186)을 설치하고, 랙(186)의 다수의 톱니를 피니언(pinion)(188)과 물리 게 한다. 피니언(188)의 회전축은 밀폐 플레이트(146)를 관통하여 제 2 구동모터(176)와 연결된다. 제 2 구동모터(176)가 피니언(188)의 회전축을 회전시킬 때, 주름관(144) 내부의 기밀을 유지하기 위하여, 밀폐 플레이트(146)의 하부에는 마그네틱 실(190)이 설치된다. 따라서, 피니언(188)의 회전축이 회전할 때, 주름관(144) 내부의 기밀이 유지된다.

기판처리단계에서, 제 1 구동장치(154)에 의해서 기판안치수단(122)의 기판지지판(122a)은 좌우로 각각 10 내지 30mm 정도로 수 회 왕복 운동한다. 공정챔버(112)와 기판지지판(122a) 사이는 기판지지판(122a)의 수평 왕복운동을 수용할 수 있는 공간이 설정된다. 제 1 구동장치(154)에 의한 기판지지판(122a)의 이동범위 및 왕복운동회수는 특정되지 아니하고, 기판(120) 및 기판지지판(122a)의 크기 또는 공정종류에 따라 다르게 설정할 수 있다.

도 3과 같이, 다수의 가스분사수단(124)은 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이와 대응되는 리드(112a)에 형성되는 다수의 제 1 가스분사수단(124a)과 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각에 형성되는 다수의 제 2 가스분사수단(124b)을 포함한다.

도 9a와 같이, 다수의 제 1 가스분사수단(124a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이와 대응되는 리드(112a)에 형성된다. 다수의 제 1 가스분사수 단(124a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이의 리드(112a)를 통하여 인입되어 공정가스를 공급하는 제 1 가스공급관(140a), 제 1 가스공급관(140a)과 연통되고 리드(112a)의 내부에 수직방향으로 형성되는 제 1 가스유로(140b), 리드(112a)의 내부에 형성되고 제 1 가스유로(140b)와 연결되어 공정가스를 수용하는 제 1 수용공간(140c) 및 제 1 수용공간(140c)의 하부에 위치하고 공정가스를 반응공간에 분사하기 위한 제 1 가스분배판(140d)을 포함하여 구성된다.

제 1 가스공급관(140a)과 제 1 가스유로(140b)가 기밀을 유지하면서 연통될 수 있도록, 오링(164)을 개재하여 제 1 기밀판(180a)과 리드(112a)를 제 1 볼트(168a)를 사용하여 체결한다. 제 1 가스분배판(140d)은 제 1 수용공간(140c)의 하부에 설치되는 다수의 제 1 분사구(154a)를 포함한다. 리드(112a)에는 제 1 수용공간(140c)의 주변부에서 확장된 제 1 함몰부(156)가 형성되고, 제 1 함몰부(156)에 제 1 가스분배판(140d)의 주변부가 인입되어 제 2 볼트(168b)에 의해 리드(112a)와 체결된다.

리드(112a)가 알루미늄과 같은 금속으로 제작되어 있기 때문에, 제 1 가스공급관(140a)과 리드(112a)의 접촉지점에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마의 방전을 방지하기 위해, 제 1 가스공급관(140a)과 연결되는 제 1 가스유로(140b)에 세라믹 계통의 튜브로 만들어진 제 1 절연관(170a)을 삽입시킬 수 있다. 다수의 제 1 가스공급관(140a)은 리드(112a)의 상부에 위치한 제 1 운송관(도시하지 않음)을 통하여 공정가스 공급원(도시하지 않음)과 연결된다.

도 9b와 같이, 다수의 제 2 가스분사수단(124b) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 형성된다. 다수의 제 1 가스분사수단(124a) 각각은, 리드(112a), 절연판(116), 및 플라즈마 소스전극(114)을 통하여 인입되어 공정가스를 공급하는 제 2 가스공급관(141a), 제 2 가스공급관(141a)과 연통되고 플라즈마 소스전극(114)의 내부에 수직방향으로 형성되는 제 2 가스유로(141b), 플라즈마 소스전극(114)의 내부에 형성되고 제 2 가스유로(141b)와 연결되어 공정가스를 수용하는 제 2 수용공간(141c) 및 제 2 수용공간(141c)의 하부에 위치하고 공정가스를 반응공간에 분사하기 위한 제 2 가스분배판(141d)을 포함하여 구성된다.

제 2 가스공급관(141a)과 제 2 가스유로(141b)가 기밀을 유지하면서 연통될 수 있도록, 오링(164)을 개재하여 제 2 기밀판(180b)과 리드(112a)를 제 1 볼트(168a)를 사용하여 체결한다. 제 2 가스분배판(141d)은 제 2 수용공간(141c)의 하부에 설치되는 다수의 제 2 분사구(154b)를 포함한다. 플라즈마 소스전극(114)에는 제 2 수용공간(141c)의 주변부에서 확장된 제 2 함몰부(156b)가 형성되고, 제 2 함몰부(156b)에 제 2 가스분배판(141d)의 주변부가 인입되어 제 2 볼트(168b)에 의해 플라즈마 소스전극(114)과 체결된다.

리드(112a)가 알루미늄과 같은 금속으로 제작되어 있기 때문에, 제 2 가스공 급관(141a)과 리드(112a)의 접촉지점에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마의 방전을 방지하기 위해, 제 2 가스공급관(141a)에 세라믹 계통의 튜브로 만들어진 제 2 절연관(170b)을 삽입시킬 수 있다. 다수의 제 2 가스공급관(140b)은 리드(112a)의 상부에 위치한 제 2 운송관(도시하지 않음)을 통하여 제 2 공정가스 공급원(도시하지 않음)과 연결된다.

도 3의 기판처리장치(110)에서, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 또는 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이와 대응하는 리드(112a) 중 하나에만 다수의 가스분사수단(124)이 설치할 수 있다.

도 3의 기판처리장치(110)에서, 피딩라인(118)에서 열이 발생되어 하우징(136)의 내부에 축적되기 때문에, 하우징(136)의 내부를 냉각시켜야 한다. 따라서, 도 3과 같이, 하우징(136)에 다수의 통풍구(138)와 다수의 통풍구(138) 각각에 설치된 다수의 팬(도시하지 않음)을 포함하는 냉각장치를 설치한다. 다수의 통풍구(138) 및 팬을 포함한 냉각장치에 외에 다양한 방법으로 하우징(136)의 내부를 냉각시킬 수 있다.

도 3의 기판처리장치(110)를 이용하여, 기판(120)을 처리하는 기판처리공정은, 반응공간으로 기판(120)이 인입되어, 대기상태의 기판안치수단(122) 상에 위치하는 제 1 단계, 반응공간을 진공으로 배기하고 제 1 구동수단(152)에 의해 기판안 치수단(122)을 상승시켜 공정상태로 위치시키는 제 2 단계, 제 2 구동수단(154)에 의해 기판안치수단(122)가 반복적으로 적어도 1회 또는 수회 수평왕복하는 상태에서, 공정가스의 공급과 함께 RF전력이 플라즈마 소스전극에 인가되어 기판처리 공정을 진행하는 제 3 단계, 및 기판처리공정이 완료된 기판(120)을 반응공간의 외부로 반출하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진다.

기판처리공정은, 제 1 단계와 제 2 단계 사이에서, 기판안치수단(122) 상의 기판(120)의 오정렬을 체크하여 재정렬시키는 제 5 단계와, 제 3 단계 및 제 4 단계 사이에서, 기판안치수단(122)의 수평왕복운동을 종료한 후에, 기판안치수단(122)을 중앙에 정렬시키는 제 6 단계를 더욱 포함할 수 있다.

제 3 단계에서, 도 3의 가스분사수단(118)을 통하여 공정가스를 공급함과 동시에 플라즈마 소스전극으로 사용되는 후방 플레이트(114)에 RF전력을 인가하여, 활성화 또는 이온화된 상기 공정가스에 의해 기판(120) 상에 박막을 증착하거나 기판(120) 상에 박막이 식각되는 기판처리공정이 수행된다.

그리고, 제 3 단계에서, 기판안치수단(122)이 수평으로 반복적 왕복운동을 하기 때문에, 도 3과 같은 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치의 경우, 플라즈마 소스전극의 정상파 효과에 의해 발생할 수 있는 불균일한 박막증착 또는 박막식각의 문제를 해결할 수 있고, 또한, 유도결합 플라즈마 방식을 이용한 기판 처리장치의 경우, 반응공간의 공정밀도 차이에 의한 불균일한 박막증착 또는 박막식각의 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치의 개략도

도 2는 종래기술에 따른 유도결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치의 개략도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 전극의 배치도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지지축 하부의 상세도

도 6은 도 3의 A-A'을 절단하고, 위에서 바라본 제 2 구동장치의 평면도

도 7은 도 6의 B-B'를 절단한 단면도

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 베어링의 배열도

도 9a는 도 3의 A에 대한 확대 단면도

도 9b는 도 3의 B에 대한 확대 단면도

Claims

반응공간을 제공하는 공정챔버;

상기 반응공간에 위치하고 기판이 안치되는 기판안치수단; 및

상기 기판안치수단을 수평으로 구동시키는 구동장치;를 포함하고,

상기 기판안치수단은,

상기 기판이 안치되는 기판지지판;

상기 기판지지판을 지지하고 상기 공정챔버의 저면을 관통하여 연장되는 지지축; 및

상기 공정챔버의 하부에서 상기 지지축을 수용하면서 기밀을 유지하는 기밀수단;을 포함하며,

상기 기밀수단은 상기 공정챔버의 하부를 관통한 상기 지지축을 수용하는 주름관; 및

상기 주름관을 밀폐하는 밀폐 플레이트;를 포함하고,

상기 구동장치는,

상기 주름관 내부의 상기 밀폐 플레이트 상에 위치한 다수의 레일;

상기 다수의 레일을 따라 운동하는 다수의 슬라이더; 및

상기 다수의 슬라이더를 구동시키는 수평 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 1 항에 있어서,

상기 구동장치는 상기 기판안치수단을 수직으로도 구동시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 구동장치는,

상기 기판안치수단을 수직으로 승강시키는 수직 구동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제 5 항에 있어서,

상기 수직 구동장치는,

상기 밀폐 플레이트의 하부를 지지하는 다수의 필라;

상기 다수의 필라 하부에 위치한 베이스 플레이트;

상기 밀폐 플레이트를 승강시키기 위한 다수의 승강축; 및

상기 다수의 승강축을 구동시키는 수직 구동모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 구동장치는,

상기 다수의 슬라이더 중 하나에 설치되는 다수의 톱니가 형성된 랙;

상기 밀폐 플레이트를 관통하고 상기 구동모터에 의해서 회전되는 회전축을 가지며, 상기 랙과 물리는 피니언; 및

상기 회전축이 회전할 때 상기 주름관의 기밀을 유지하기 위한 마그네틱 실;

을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 레일과 상기 다수의 슬라이더 사이에 다수의 베어링이 개재된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 슬라이더 각각은,

상기 다수의 레일 각각의 상면 및 측면과 대응되는 상면부와 측면부; 및

상기 측면부에서 돌출되는 돌출부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제 10 항에 있어서,

상기 다수의 레일 각각의 측면에는 상기 돌출부를 수용하기 위한 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 1 항에 있어서,

RF전력이 인가되는 플라즈마 소스전극; 및

상기 반응공간에 공정가스를 공급하기 위한 가스분사수단;

을 더욱 포함하고,

상기 기판안치수단은 플라즈마 접지전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 12 항에 있어서,

상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각에 RF전력을 인가하기 위한 RF전원; 및

상기 RF전원과 상기 다수의 플라즈마 소스전극을 연결하는 피딩라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 13 항에 있어서,

상기 피딩라인은,

상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각을 연결하는 다수의 서브 피딩라인; 및

상기 다수의 서브 피딩라인을 상기 RF전원에 연결하는 메인 서브 피딩라인;
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 1 항에 있어서,

상기 반응공간에 공정가스를 공급하는 가스분사수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 15 항에 있어서,

상기 가스분사수단은 상기 다수의 플라즈마 소스전극 사이의 리드에 설치되는 다수의 제 1 가스분사수단과 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각에 설치되는 다수의 제 2 가스분사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 16 항에 있어서,

상기 다수의 제 1 가스분사수단 각각은,

상기 리드에 통하여 인입되는 가스유입관;

상기 리드 내부에 형성되고 상기 가스유입관과 연통되는 수용공간;

상기 수용공간의 하부에 위치하고, 상기 공정가스를 상기 반응공간에 분사하는 가스분배판;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 16 항에 있어서,

상기 제 2 가스분사수단은,

상기 리드 및 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각을 통하여 인입되는 가스유입관;

상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 내부에 형성되고 상기 가스유입관과 연통되는 수용공간;

상기 수용공간의 하부에 위치하고, 상기 공정가스를 상기 반응공간에 분사하는 가스분배판;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 16 항에 있어서,

상기 리드의 상부에 위치하고, 밀폐공간을 제공하는 하우징; 및

상기 하우징에 설치되는 냉각장치;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 19 항에 있어서,

상기 냉각장치는,

상기 하우징의 측면에 설치되는 다수의 통풍구; 및

상기 다수의 통풍구 각각에 설치되는 다수의 팬;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제 1 항의 기판처리장치를 이용한 기판처리방법에 있어서,

상기 반응공간에 상기 기판을 인입하여 상기 기판안치수단 상에 위치시키는 단계;

상기 기판안치수단을 상승시켜 공정상태로 위치시키는 단계;

상기 기판안치수단을 적어도 1회 수평운동시키면서 상기 기판을 처리하는 단계; 및

기판처리가 완료된 상기 기판을 상기 반응공간의 외부로 반출하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
제 21 항에 있어서,

상기 기판처리장치는 RF전력이 인가되는 다수의 플라즈마 소스전극과 상기 반응공간에 공정가스를 공급하기 위한 가스분사수단을 더욱 포함하고,

상기 기판을 처리하는 단계에서, 상기 가스분사수단을 통하여 공정가스를 공급함과 동시에 상기 다수의 플라즈마 소스전극에 상기 RF전력을 인가하여, 활성화 또는 이온화된 상기 공정가스에 의해 상기 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
제 21 항에 있어서,

상기 기판을 상기 기판안치수단 상에 위치하는 단계와 상기 기판안치수단을 공정상태로 위치시키는 단계 사이에, 상기 기판안치수단 상의 상기 기판의 오정렬을 체크하여 재정렬시키는 단계와, 상기 기판을 처리하는 단계와 상기 기판을 상기 반응공간의 외부로 반출하는 단계 사이에, 상기 기판안치수단을 중앙에 정렬시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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