KR101939225B1 - 배플 어셈블리 및 이를 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR101939225B1
KR101939225B1 KR1020170102219A KR20170102219A KR101939225B1 KR 101939225 B1 KR101939225 B1 KR 101939225B1 KR 1020170102219 A KR1020170102219 A KR 1020170102219A KR 20170102219 A KR20170102219 A KR 20170102219A KR 101939225 B1 KR101939225 B1 KR 101939225B1
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강정현
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피에스케이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배플 어셈블리를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 배플 어셈블리는 제1관통홀들을 갖는 상부 배플; 및 상기 상부 배플 아래에 결합되고, 제2관통홀들을 갖는 하부 배플을 포함하되; 가스는 상기 제1관통홀들을 통해 상기 상부 배플과 상기 하부 배플 사이의 가장자리 영역으로 유입되어 상기 상부 배플과 상기 하부 배플 사이의 중앙 영역으로 이동된 후 상기 제2관통홀들을 통해 분사될 수 있다.

Description

배플 어셈블리 및 이를 갖는 기판 처리 장치{A baffle assembly and an apparatus for treating a substrate with the baffle}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
도 1은 플라즈마를 이용한 일반적인 기판 처리 장치(1)를 보여주는 도면이다. 도 1에서 화살표는 플라즈마의 유동을 나타낸다.
도 1에서와 같이, 배플(3, 4)은 상하로 배치되어 2중 구조로 구성되어 있다. 플라즈마는 상부 배플(3) 및 하부 배플(4)을 통과하면서 기판의 상면으로 공급된다. 또한, 플라즈마 발생 공간(S)은 기판의 중심부와 대향되도록 위치되어 있다. 플라즈마 발생공간(S)에서 내려오는 플라즈마는 관성 등으로 인해 기판(W)의 중심부에 특히 집중된다. 따라서, 플라즈마가 기판(W)의 전면에 균일하게 공급되지 못한다. 이로 인해 기판의 전면을 균일하게 처리하지 못한다.
또한, 플라즈마가 기판의 중심부에 집중되는 것에 의해 파티클도 기판의 중심부에 집중되어 분포되는 몰림성 파티클이 발생할 수 있다. 이것은 기판을 오염시키고, 공정 불량의 원인이 되는 문제가 있다.
이와 같이, 기존의 기판 처리 장치는 배플 상부에서 파티클이 발생하는 경우 기판에 그대로 전사되고 있는 상황이며, 파티클을 제거하기 위해서는 파티클의 발생 위치를 분석/파악하여 원인을 제거하는 방법밖에 없다.
또한, 배플을 오래 사용할 경우에는 플라즈마에 의한 열충격에 의해 배플이 변형되고, 이렇게 변형된 배플은 또다시 파티클의 원인이 되다.
그리고, 파티클이 기판 중심부에 안착되는 것을 방지하기 위해 배플의 중심부의 홀 사이즈를 주변부보다 작게 설계하는 경우, 이로 인해 배플 중앙부를 통과하는 기류의 유속이 감소하게 되어 기판 중앙부분의 A/R값이 주변부보다 상대적으로 낮게 발생되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 기판 상에 안착되는 파티클을 최소화할 수 있는 배플 어셈블리 및 이를 갖는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 몰림성 파티클의 발생을 방지하여 기판의 오염 및 공정 불량을 방지할 수 있는 배플 어셈블리 및 이를 갖는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 플라즈마에 의한 변형을 최소화할 수 있는 배플 어셈블리 및 이를 갖는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 제1관통홀들을 갖는 상부 배플; 및 상기 상부 배플 아래에 결합되고, 제2관통홀들을 갖는 하부 배플을 포함하되; 가스는 상기 제1관통홀들을 통해 상기 상부 배플과 상기 하부 배플 사이의 가장자리 영역으로 유입되어 상기 상부 배플과 상기 하부 배플 사이의 중앙 영역으로 이동된 후 상기 제2관통홀들을 통해 분사되는 배플 어셈블리가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가장자리 영역과 상기 중앙 영역 사이에 제공되는 버퍼부를 더 포함하되; 상기 버퍼부는 상기 가장자리 영역으로부터 상기 중앙 영역으로 이동하는 가스의 유속을 감속시킬 수 있다.
또한, 상기 버퍼부는 상기 상부 배플의 저면 및 상기 하부 배플의 상면에 형성되어 가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 복수의 돌기들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 버퍼부는 상기 상부 배플의 저면으로부터 돌출되고, 상기 하부 배플의 중심을 기준으로 동심원상에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 링형 돌기; 상기 하부 배플의 상면으로부터 돌출되고, 상기 하부 패플의 중심을 기준으로 동심원상에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 링형 돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 버퍼부는 상기 하부 배플의 상면으로부터 상기 하부 배플의 중심을 기준으로 동심원상에 돌출되고, 상기 상부 배플의 저면을 지지하는 링형 지지 돌기를 더 포함하고, 상기 링형 지지 돌기는 원주방향으로 등간격으로 다수의 유로홈을 가질 수 있다.
또한, 상기 유로홈은 가스가 유입되는 입구의 각도와 가스가 빠져나가는 출구의 각도가 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 상부 배플의 중심부는 중심에서 외측으로 갈수록 하향경사진 경사면을 갖는 역 깔때기 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 중앙 영역은 아래로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 확산 공간 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 하부 배플은 상기 가장자리 영역 바닥에 잔류하는 파티클들이 배출되는 제3관통공들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부에 기판이 처리되는 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 배플 어셈블리; 상기 배플 어셈블리의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되, 상기 배플 어셈블리는 가스가 유입되는 제1관통홀들을 갖는 가장자리 영역; 상기 가장자리 영역에 의해 둘러싸여 지고, 상기 가장자리 영역으로부터 이동되어진 가스가 분사되는 제2관통홀들을 갖는 중앙 영역; 및 상기 가장자리 영역과 상기 중앙 영역 사이에 제공되고, 상기 가장자리 영역으로부터 상기 중앙 영역으로 이동하는 가스의 유속을 감속시키는 버퍼부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 버퍼부는 가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 복수의 돌기들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배플 어셈블리의 상면 중심부는 중심에서 외측으로 갈수록 하향경사진 경사면을 가질 수 있다.
또한, 상기 배플 어셈블리는 상기 가장자리 영역 바닥에 형성되고, 상기 가장자리 영역에 잔류하는 파티클들이 배출되는 제3관통공들을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 중앙 영역은 상기 지지유닛에 놓여지는 기판 상에 위치되고, 상기 가장자리 영역은 상기 지지유닛에 놓여지는 기판 외곽에 위치될 수 있다.
또한, 상기 제2관통공들은 상기 중앙 영역의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내부에 기판이 처리되는 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 배플 어셈블리; 상기 배플 어셈블리의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되, 상기 배플 어셈블리는, 각각 복수개의 관통홀이 형성되고 서로 상하 방향으로 적층되는 상부 배플 및 하부 배플을 포함하고, 상기 상부 배플은, 중심을 포함하는 영역인 제 1 중심부; 및 상기 제 1 중앙부보다 외측에 위치되고 상기 제 1 중심부를 감싸는 영역인 제 1 가장자리부를 포함하며, 상기 하부 배플은, 중심을 포함하는 영역인 제 2 중심부; 및 상기 제 2 중심부보다 외측에 위치되고 상기 제 2 중심부를 감싸는 영역인 제 2 가장자리부를 포함하며, 상기 관통홀은 상기 제 1 가장자리부, 상기 제 2 중심부 및 상기 제 2 가장자리부에 형성되는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 상부 배플은 상기 제 1 중심부 및 상기 제 1 가장자리부의 사이에 제 1 중간부를 더 포함하고, 상기 하부 배플은 상기 제 2 중심부 및 상기 제 2 가장자리부의 사이에 제 2 중간부를 더 포함하며, 상기 제1중간부와 상기 제2중간부에는 가스의 유속을 감속시키기 위해 가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 다수의 돌기들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2가장자리부는 상기 지지 유닛에 놓여지는 기판의 외곽에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 상에 안착되는 파티클을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 몰림성 파티클의 발생으로 인한 기판의 오염 및 공정 불량을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 플라즈마에 의한 변형을 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치에서 기판 상면으로 공급되는 플라즈마의 유동을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 설비를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 배플 어셈블리를 보여주는 단면도이다.
도 5는 배플 어셈블리의 단면 사시도이다.
도 6은 배플 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 7a 내지 도 7f는 배플 어셈블리에 의해 플라즈마와 파티클이 분리되는 과정을 보여주는 도면들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(10)를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 설비(10)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, EFEM)(20) 및 공정 처리부(30)를 가진다. 설비 전방 단부 모듈(20)과 공정 처리부(30)는 일 방향으로 배치된다. 이하, 설비 전방 단부 모듈(20)과 공정 처리부(30)가 배열된 방향을 제 1 방향(X)이라 정의하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(X)에 수직인 방향을 제 2 방향(Y)이라 정의한다.
설비 전방 단부 모듈(20)은 로드 포트(load port, 12) 및 이송프레임(21)을 가진다. 로드포트(10)는 제1방향(11)으로 설비 전방 단부 모듈(20)의 전방에 배치된다. 로드포트(12)는 복수 개의 지지부(16)를 가진다. 각각의 지지부(16)는 제 2 방향(Y)으로 일렬로 배치되며, 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 캐리어(14)(예를 틀어, 카세트, FOUP등)가 안착된다. 캐리어(14)에는 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된다. 이송프레임(21)은 로드포트(12)와 공정 처리실(30) 사이에 배치된다. 이송프레임(21)은 그 내부에 배치되고 로드포트(12)와 공정 처리부(30)간에 기판(W)을 이송하는 제 1 이송로봇(25)을 포함한다. 제 1 이송로봇(25)은 제 2 방향(Y)으로 구비된 이송 레일(27)을 따라 이동하여 캐리어(14)와 공정처리실(30)간에 기판(W)을 이송한다.
공정처리실(30)은 로드락 챔버(40), 트랜스퍼 챔버(50), 그리고 프로세스 챔버(60)를 포함한다.
로드락 챔버(40)는 이송프레임(21)에 인접하게 배치된다. 일 예로, 로드락 챔버(40)는 트랜스퍼 챔버(50)와 설비 전방 단부 모듈(20)사이에 배치될 수 있다. 로드락 챔버(40)는 공정에 제공될 기판(W)이 프로세스 챔버(60)로 이송되기 전, 또는 공정 처리가 완료된 기판(W)이 설비 전방 단부 모듈(20)로 이송되기 전 대기하는 공간을 제공한다.
트랜스퍼 챔버(50)는 로드락 챔버(40)에 인접하게 배치된다. 트랜스퍼 챔버(50)는 상부에서 바라볼 때, 다각형의 몸체를 갖는다. 도 1을 참조하면, 트랜스퍼 챔버(50)는 상부에서 바라볼 때, 오각형의 몸체를 갖는다. 몸체의 외측에는 로드락 챔버(40)와 복수개의 프로세스 챔버(60)들이 몸체의 둘레를 따라 배치된다. 몸체의 각 측벽에는 기판(W)이 출입하는 통로(미도시)가 형성되며, 통로는 트랜스퍼 챔버(50)와 로드락 챔버(40) 또는 프로세스 챔버(60)들을 연결한다. 각 통로에는 통로를 개폐하여 내부를 밀폐시키는 도어(미도시)가 제공된다. 트랜스퍼 챔버(50)의 내부공간에는 로드락 챔버(40)와 프로세스 챔버(60)들간에 기판(W)을 이송하는 제 2 이송로봇(53)이 배치된다. 제 2 이송로봇(53)은 로드락 챔버(40)에서 대기하는 미처리된 기판(W)을 프로세스 챔버(60)로 이송하거나, 공정처리가 완료된 기판(W)을 로드락 챔버(40)로 이송한다. 그리고, 복수개의 프로세스 챔버(60)에 기판(W)을 순차적으로 제공하기 위하여 프로세스 챔버(60)간에 기판(W)을 이송한다. 도 1과 같이, 트랜스퍼 챔버(50)가 오각형의 몸체를 가질 때, 설비 전방 단부 모듈(20)과 인접한 측벽에는 로드락 챔버(40)가 각각 배치되며, 나머지 측벽에는 프로세스 챔버(60)들이 연속하여 배치된다. 트랜스퍼 챔버(50)는 상기 형상뿐만 아니라, 요구되는 공정모듈에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다.
프로세스 챔버(60)는 트랜스퍼 챔버(50)의 둘레를 따라 배치된다. 프로세스 챔버(60)는 복수개 제공될 수 있다. 각각의 프로세스 챔버(60)내에서는 기판(W)에 대한 공정처리가 진행된다. 프로세스 챔버(60)는 제 2 이송로봇(53)으로부터 기판(W)을 이송받아 공정처리를 하고, 공정처리가 완료된 기판(W)을 제 2 이송로봇(53)으로 제공한다. 각각의 프로세스 챔버(60)에서 진행되는 공정처리는 서로 상이할 수 있다. 이하, 프로세스 챔버(60) 중 플라즈마 공정을 수행하는 기판 처리 장치(1000)에 대해서 상술한다.
도 3은 도 2의 기판 처리 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(1000)는 플라즈마를 이용하여 기판(W) 상에 소정의 공정을 수행한다. 일 예로, 기판 처리 장치(1000)는 기판(W) 상의 박막을 식각하거나 포토레지스트막을 제거하는 장비일 수 있다. 박막은 폴리 실리콘막, 실리콘 산화막, 그리고 실리콘 질화막 등 다양한 종류의 막일 수 있다. 또한, 박막은 자연 산화막이나 화학적으로 생성된 산화막일 수 있다.
기판 처리 장치(1000)는 공정 챔버(processing chamber, 100), 배기 유닛(exhausting unit, 200), 플라즈마 발생 유닛(plasma supplying unit, 300), 유도 유닛(340)을 가진다.
공정 챔버(100)은 기판이 놓이고 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 배기 유닛(200)은 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스 및 기판 처리 과정에서 발생한 반응 부산물 등을 외부로 배출하고, 공정 챔버(100) 내 압력을 설정 압력으로 유지한다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 공정 챔버(100)의 외부에서 공정 가스로부터 플라즈마(plasma)를 생성시키고, 이를 공정 챔버(100)으로 공급한다.
공정 챔버(100)은 하우징(110), 지지 유닛(120), 그리고 배플 어셈블리(900)을 가진다. 하우징(110)의 내부에는 기판 처리 공정을 수행하는 처리 공간(111)이 형성된다. 하우징(110)는 상부벽이 개방되고, 측벽에는 개구(도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 기판은 개구를 통하여 하우징(110) 내부로 출입한다. 개구는 도어(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배출홀(112)이 형성된다. 배출홀(112)은 배기유닛(200)과 연결되며, 하우징(110) 내부에 머무르는 가스와 반응 부산물이 외부로 배출되는 통로를 제공한다. 배기 유닛(200)은 공정 챔버(100) 내부의 플라즈마 및 불순물을 흡입할 수 있도록 제공된다.
지지 유닛(120)은 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(120)는 지지판(121)과 지지축(122)을 포함한다. 지지판(121)은 처리 공간(111) 내에 위치되며 원판 형상으로 제공된다. 지지판(121)은 지지축(122)에 의해 지지된다. 기판(W)은 지지판(121)의 상면에 놓인다. 지지판(121)의 내부에는 전극(미도시)이 제공될 수 있다. 전극은 외부 전원과 연결되며, 인가된 전력에 의해 정전기를 발생시킨다. 발생된 정전기는 기판(W)을 지지판(121)에 고정시킬 수 있다. 지지판(121)의 내부에는 가열부(125)가 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 가열부(125)는 히팅 코일일 수 있다. 또한, 지지판(121)의 내부에는 냉각부재(126)가 제공될 수 있다. 냉각부재(126)는 냉각수가 흐르는 냉각라인으로 제공될 수 있다. 가열부(125)는 기판(W)을 기 설정된 온도로 가열한다. 냉각부재(126)는 기판(W)을 강제 냉각시킨다. 공정 처리가 완료된 기판(W)은 상온 상태 또는 다음 공정 진행에 요구되는 온도로 냉각될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 배플 어셈블리(900)는 지지판(121)의 상부에 위치한다. 배플 어셈블리(900)는 상부 배플(910)과 하부 배플(930)을 포함한다. 상부 배플(910)과 하부 배플(930)은 상하 방향으로 이격되어 제공된다. 상부 배플(910)은 하부 배플(930)의 상부에 제공된다. 배플 어셈블리(900)에 대해서는 나중에 구체적으로 설명하기로 한다.
플라즈마 발생 유닛(300)은 하우징(110)의 상부에 위치한다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 공정가스를 방전시켜 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 처리 공간(111)으로 공급한다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 플라즈마 챔버(310), 공정 가스 공급부(320) 그리고 전력 인가부(330)를 포함한다.
플라즈마 챔버(310)에는 상면 및 하면이 개방된 방전 공간(311)이 내부에 형성된다. 방전 공간(311)은 지지판 위엔 놓이는 기판의 중심부에 대향되도록 제공될 수 있다. 플라즈마 챔버(310)의 상단은 가스 공급 포트(315)에 의해 밀폐된다. 가스 공급 포트(315)는 공정 가스 공급부(320)와 연결된다. 공정 가스는 가스 공급 포트(315)를 통해 방전 공간(311)으로 공급된다. 공정 가스는 이불화메탄(CH2F2, Difluoromethane), 질소(N2), 그리고 산소(O2)를 포함할 수 있다. 선택적으로 공정가스는 사불화탄소(CF4, Tetrafluoromethane) 등 다른 종류의 가스를 더 포함할 수 있다.
전력 인가부(330)는 방전 공간(311)에 고주파 전력을 인가한다. 전력 인가부(330)는 안테나(331)와 전원(332)을 포함한다.
안테나(331)는 유도 결합형 플라즈마(ICP) 안테나로, 코일 형상으로 제공된다. 안테나(331)는 플라즈마 챔버(310) 외부에서 플라즈마 챔버(310)에 복수회 감긴다. 안테나(331)는 방전 공간(311)에 대응하는 영역에서 플라즈마 챔버(310)에 감긴다. 안테나(331)의 일단은 전원(332)과 연결되고, 타단은 접지된다.
전원(332)은 안테나(331)에 고주파 전류를 공급한다. 안테나(331)에 공급된 고주파 전력은 방전 공간(311)에 인가된다. 고주파 전류에 의해 방전 공간(311)에는 유도 전기장이 형성되고, 방전 공간(311) 내 제 1 공정가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라즈마 상태로 변환된다.
전력 인가부의 구조는 상술한 예에 한정되지 않고, 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 다양한 구조가 사용될 수 있다.
유도 유닛(340)는 플라즈마 챔버(310)와 하우징(110) 사이에 위치한다. 유도 유닛(340)는 하우징(110)의 개방된 상면을 밀폐하며, 하단에 하우징(110)과 배플(130)이 결합한다. 유도 유닛(340)의 내부에는 유입공간(341)이 형성된다. 유입 공간(341)은 방전 공간(311)과 처리 공간(111)을 연결하며, 방전 공간(311)에서 생성된 플라즈마가 처리 공간(111)으로 공급되는 통로로 제공한다.
유입 공간(341)은 유입구(341a)와 확산 공간(341b)을 포함할 수 있다. 유입구(341a)는 방전 공간(311)의 하부에 위치하며, 방전 공간(311)과 연결된다. 방전 공간(311)에서 생성된 플라즈마는 유입구(341a)를 통해 유입된다. 확산 공간(341b)은 유입구(341a)의 하부에 위치하며, 유입구(341a)와 처리 공간(111)을 연결한다. 확산 공간(341b)은 아래로 갈수록 단면적이 점차 넓어진다. 확산 공간(341b)은 역 깔때기 형상을 가진 수 있다. 유입구(341a)에서 공급된 플라즈마는 확산 공간(341b)을 통과하는 동안 확산된다.
도 4는 배플 어셈블리를 보여주는 단면도이고, 도 5는 배플 어셈블리의 단면 사시도이며, 도 6은 배플 어셈블리의 분해 사시도이다. 아래에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 배플 어셈블리를 설명한다.
배플 어셈블리(900)는 서로 상하 방향으로 적층되는 상부 배플(910) 및 하부 배플(930)을 포함한다. 배플 어셈블리(900)는 Quartz 또는 Ceramic 재질로 이루어질 수 있다.
상부 배플(910)은 크게 3구역으로 나눌 수 있다. 일 예로, 상부 배플(910)은 중심을 포함하는 영역인 제 1 중심부(912), 제 1 중앙부(912)보다 외측에 위치되고 제 1 중심부(912)를 감싸는 영역인 제 1 가장자리부(916) 그리고 제 1 중심부(912) 및 제 1 가장자리부(916)의 사이에 제 1 중간부(914)를 포함할 수 있다.
상부 배플(910)은 제1중심(center)부는 솟아올라 있으며 제1가장자리부 및 제1중간부는 평면으로 형상지어진다. 즉, 제1중심부는 중심에서 외측으로 갈수록 하향경사진 경사면(913)을 갖는 역 깔때기 형상을 갖는다. 상부 배플에서 제1중심부의 높게 솟아 있는 부분은 플라즈마(또는 가스) 및 파티클을 제1가장자리(edge)부로 분산시키는 역할을 한다. 제1관통공(902)은 제1가장자리부(916)에 원주를 따라 등간격으로 형성된다.
하부 배플(930)은 크게 3구역으로 나눌 수 있다. 하부 배플(930)은 중심을 포함하는 영역인 제 2 중심부(932), 제 2 중심부(932)보다 외측에 위치되고 제 2 중심부(932)를 감싸는 영역인 제 2 가장자리부(936) 그리고 제 2 중심부(932) 및 제 2 가장자리부(936)의 사이에 제 2 중간부(934)를 포함할 수 있다.
제2관통공(904)들은 제2중심부(932)에 형성된다. 제2중심부(932)는 기판 상부에 위치된다. 제3관통공(906)들은 제2가장자리부(936)에 형성된다. 제2가장자리부(936)는 기판 외곽에 위치된다. 가장자리 영역(956)에 머무르는 파티클들은 제3관통공(906)을 통해 기판 외곽으로 배출된다. 제2관통공(904)들은 중앙 영역의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다.
배플 어셈블리(900)는 상부 배플(910)과 하부 배플(930) 사이에 가스를 흐르는 영역이 제공되며, 이 영역은 크게 3개의 영역으로 구분될 수 있다. 즉, 배플 어셈블리(900)는 제1관통홀(902)들을 통해 가스가 유입되는 가장자리 영역(956)과, 가장자리 영역(956)에 의해 둘러싸여 지고, 가장자리 영역(956)으로부터 이동되어진 가스가 분사되는 제2관통홀(904)들이 위치한 중앙 영역(952) 그리고 가장자리 영역(956)과 중앙 영역(952) 사이에 제공되고, 가장자리 영역(956)으로부터 중앙 영역(952)으로 이동하는 가스의 유속을 감속시키는 버퍼부(954)를 포함할 수 있다. 중앙 영역은 아래로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 확산 공간 형태를 갖는다.
버퍼부(954)는 제1중간부(914)와 제2중간부(934)에 제공된다. 버퍼부(956)는가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 복수의 돌기들을 포함할 수 있다. 돌기들은 상부 배플(910)의 저면 및 하부 배플(930)의 상면에 형성될 수 있다. 일 예로, 버퍼부(954)는 상부 배플(910)의 저면으로부터 돌출되고, 하부 배플의 중심을 기준으로 동심원상에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 링형 돌기(919)와 하부 배플(930)의 상면으로부터 돌출되고, 하부 배플(930)의 중심을 기준으로 동심원상에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 링형 돌기(939)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 상부 링형 돌기(919)가 2열로 제공되고, 그 사이에 하나의 하부 링형 돌기(939)가 제공되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 버퍼부(954)는 하부 배플(930)의 상면으로부터 하부 배플(930)의 중심을 기준으로 동심원상에 돌출되고, 상부 배플(910)의 저면을 지지하는 링형 지지 돌기(938)를 포함할 수 있다. 링형 지지 돌기(938)는 원주방향으로 등간격으로 다수의 유로홈(938a)을 갖는다.
유로홈(938a)은 가스가 유입되는 입구의 각도(방향)와 가스가 빠져나가는 출구의 각도(방향)가 서로 상이하도록 절곡되어 형성된다.
상기와 같은 구조의 버퍼부(954)로 인해 플라즈마(또는 가스)는 가장자리 영역(956)으로부터 중앙 영역(952)으로 유입되지만, 파티클은 플라즈마(또는 가스)보다 밀도가 높기 때문에 속도가 낮을 경우 기류를 타고 이동하기 어려워 중심 영역(952)으로의 유입이 방지된다.
도 7a 내지 도 7f는 배플 어셈블리에 의해 플라즈마와 파티클이 분리되는 과정을 보여주는 도면들이다. 참고로, 도면들에서 굵은 입자는 파티클을 표현한 것이고 작은 입자는 플라즈마(가스)를 표현한 것이다.
도 7a 내지 도 7f를 참조하면, 플라즈마 발생 유닛(300)으로부터 공급되는 플라즈마(or 가스) 및 파티클은 상부 배플(910)의 중심에 높게 솟아 있는 제1중심(center)부(912)에 의해 제1가장자리부(916)로 분산된다. 분산된 플라즈마 및 파티클은 상부 배플(910)의 제1관통공(902)들을 통해 가장자리 영역(956)으로 유입된다. 가장자리 영역(956)에서 플라즈마는 2갈래로 나누어지는데, 일부는 버퍼부(954)를 거쳐 중앙 영역(952)으로 흐르고 또 다른 일부는 제3관통공(906)들을 통해 배출된다. 여기서, 파티클들은 배플 어셈블리(900)의 구조적 특징 및 관성에 의해 버퍼부(954)를 통과하지 못하고 제3관통공(906)들을 통해 배출되는 플라즈마의 빠른 유속에 실려 빠져나간다. 따라서, 일반적인 기판 처리 장치에서 발생하는 기판 중심부의 몰림성 파티클이 방지된다.
그리고 파티클을 제외한 나머지 플라즈마는 낮은 유속으로 버퍼부(954)를 통해 중앙 영역(952)으로 이동된다. 중앙 영역(952)으로 이동된 플라즈마는 넓은 공간을 만나게 되어 확산되면서 다시 한번 유속이 느려지게 되며, 이후 제2관통홀(904)들을 통과해 지지 유닛(120)에 놓여진 기판 상으로 제공된다. 만약, 이 과정에서 중앙 영역(952)으로 파티클이 유입됐을 경우는 파티클의 무게에 의해 하부 배플(930)의 제2중심부(932) 중심까지 확산되지 못하고 제2중심부(932)의 가장자리 부근의 제2관통공(904)들을 통해 지지 유닛(120) 상부로 이동하게 되더라도 기판 상부의 기류(기판 중심에서 가장자리 방향으로 흐르는 기류)를 타고 기판 외곽으로 흐르게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 파티클이 기판에 안착되는 것을 방지할 수 있으며, 플라즈마가 금속재질의 하부 배플의 제2가장자리부와 맞닿게 되어 열전도가 빠르게 발생되므로 배플 어셈블리의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 복잡한 유로에의해 느려진 유속이 파티클을 중앙 영역으로 유입되지 못하게 하기 때문에 하부 배플의 제2관통공들의 크기의 제약이 없어 기판 중앙에서의 유속을 상승시킬 수 있어 장비의 성능을 제어할 수 있는 폭이 넓어진다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 공정 챔버 200 : 배기 유닛
300 : 플라즈마 발생 유닛 900 : 배플 어셈블리
910 : 상부 배플 930 : 하부 배플

Claims (18)

  1. 제1관통홀들을 갖는 상부 배플; 및
    상기 상부 배플 아래에 결합되고, 제2관통홀들을 갖는 하부 배플을 포함하되;
    상기 상부 배플은, 중심을 포함하는 영역인 제1중심부와 상기 제1중심부보다 외측에 위치되고 상기 제1중심부를 감싸는 영역인 제1가장자리부를 포함하되,
    상기 제1관통홀은 상기 제1가장자리부에 형성되고,
    상기 하부 배플은, 중심을 포함하는 영역인 제2중심부와 상기 제2중심부보다 외측에 위치되고 상기 제2중심부를 감싸는 영역인 제2가장자리부를 포함하되,
    상기 제2관통홀은 상기 제2중심부에 형성되고,
    가스는 상기 제1관통홀들을 통해 상기 상부 배플과 상기 하부 배플 사이의 가장자리 영역으로 유입되어 상기 상부 배플과 상기 하부 배플 사이의 중앙 영역으로 이동된 후 상기 제2관통홀들을 통해 분사되고,
    상기 가장자리 영역과 상기 중앙 영역 사이에 제공되는 버퍼부를 더 포함하되,
    상기 버퍼부는 상기 가장자리 영역으로부터 상기 중앙 영역으로 이동하는 가스의 유속을 감속시키는 배플 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼부는
    상기 상부 배플의 저면 및 상기 하부 배플의 상면에 형성되어 가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 복수의 돌기들을 포함하는 배플 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼부는
    상기 상부 배플의 저면으로부터 돌출되고, 상기 하부 배플의 중심을 기준으로 동심원상에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 링형 돌기;
    상기 하부 배플의 상면으로부터 돌출되고, 상기 하부 배플의 중심을 기준으로 동심원상에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 링형 돌기를 포함하는 배플 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버퍼부는
    상기 하부 배플의 상면으로부터 상기 하부 배플의 중심을 기준으로 동심원상에 돌출되고, 상기 상부 배플의 저면을 지지하는 링형 지지 돌기를 더 포함하고,
    상기 링형 지지 돌기는 원주방향으로 등간격으로 다수의 유로홈을 갖는 배플 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유로홈은
    가스가 유입되는 입구의 각도와 가스가 빠져나가는 출구의 각도가 서로 상이한 배플 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 배플의 중심부는 중심에서 외측으로 갈수록 하향경사진 경사면을 갖는 역 깔때기 형상을 갖는 배플 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 영역은
    아래로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 확산 공간 형태를 갖는 배플 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하부 배플은
    상기 가장자리 영역 바닥에 잔류하는 파티클들이 배출되는 제3관통공들을 더 포함하는 배플 어셈블리.
  10. 내부에 기판이 처리되는 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 배플 어셈블리;
    상기 배플 어셈블리의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되,
    상기 배플 어셈블리는
    가스가 유입되는 제1관통홀들을 갖는 가장자리 영역;
    상기 가장자리 영역에 의해 둘러싸여 지고, 상기 가장자리 영역으로부터 이동되어진 가스가 분사되는 제2관통홀들을 갖는 중앙 영역; 및
    상기 가장자리 영역과 상기 중앙 영역 사이에 제공되고, 상기 가장자리 영역으로부터 상기 중앙 영역으로 이동하는 가스의 유속을 감속시키는 버퍼부를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 버퍼부는
    가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 복수의 돌기들을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배플 어셈블리의 상면 중심부는 중심에서 외측으로 갈수록 하향경사진 경사면을 갖는 기판 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 배플 어셈블리는
    상기 가장자리 영역 바닥에 형성되고, 상기 가장자리 영역에 잔류하는 파티클들이 배출되는 제3관통공들을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 중앙 영역은
    상기 지지유닛에 놓여지는 기판 상에 위치되고
    상기 가장자리 영역은
    상기 지지유닛에 놓여지는 기판 외곽에 위치되는 기판 처리 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2관통홀들은 상기 중앙 영역의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 크기가 작아지는 기판 처리 장치.
  16. 내부에 기판이 처리되는 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 배플 어셈블리;
    상기 배플 어셈블리의 상부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되,
    상기 배플 어셈블리는, 각각 복수개의 관통홀이 형성되고 서로 상하 방향으로 적층되는 상부 배플 및 하부 배플을 포함하고,
    상기 상부 배플은,
    중심을 포함하는 영역인 제 1 중심부; 및
    상기 제 1 중심부보다 외측에 위치되고 상기 제 1 중심부를 감싸는 영역인 제 1 가장자리부를 포함하며,
    상기 하부 배플은,
    중심을 포함하는 영역인 제 2 중심부; 및
    상기 제 2 중심부보다 외측에 위치되고 상기 제 2 중심부를 감싸는 영역인 제 2 가장자리부를 포함하며,
    상기 관통홀은 상기 제 1 가장자리부, 상기 제 2 중심부 및 상기 제 2 가장자리부에 형성되고,
    상기 상부 배플은 상기 제 1 중심부 및 상기 제 1 가장자리부의 사이에 제 1 중간부를 더 포함하고,
    상기 하부 배플은 상기 제 2 중심부 및 상기 제 2 가장자리부의 사이에 제 2 중간부를 더 포함하며,
    상기 제1중간부와 상기 제2중간부에는 가스의 유속을 감속시키기 위해 가스가 지그재그로 흐르도록 유도하는 다수의 돌기들을 포함하는 기판 처리 장치.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2가장자리부는,
    상기 지지 유닛에 놓여지는 기판의 외곽에 위치되는 기판 처리 장치.
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