KR102109644B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온-빔을 이용하여 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 용이하게 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판에 미세 패턴 구조물을 형성하기 위한 식각 공정에 의해 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 기판 처리 방법에 있어서, 공정 챔버의 내부에 설치된 기판 지지부에 적어도 하나의 기판을 배치하는 공정; 상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 일정한 간격으로 배치된 복수의 공정 모듈을 이용하여 상기 도전성 부산물을 제거하기 위한 이온-빔을 생성해 상기 기판 상에 분사하는 공정; 및 상기 기판 지지부를 회전시켜 상기 기판을 상기 복수의 공정 모듈 각각의 하부로 이동시키는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 용이하게 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 메모리 장치가 고집적화됨에 따라 셀 면적 축소에 유리하고, 고속동작 및 비휘발성을 갖는 차세대 반도체 메모리 장치로서 MRAM(Magnetic Random Access Memory)가 주목받고 있다.
상기 MRAM는 스위칭 동작을 수행하는 트랜지스터와 데이터를 저장하는 자기터널 접합(Magnetic Tunnel Junction; MTJ) 소자를 포함한다.
상기 자기 터널 접합 소자는 한 쌍의 강자성막 사이에 개재된 터널 절연막을 포함한다. 이러한 자기 터널 접합 소자는 한 쌍의 강자성막의 자화 방향(magnetization direction)에 의해 변화되는 자기 저항비(magnetoresistance)에 따른 전압 변화 또는 전류량의 변화를 이용하여 데이터를 저장하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 자기 터널 접합 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 종래기술에 따른 자기 터널 접합 소자의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 소정의 하부 구조물(20)이 형성된 기판(10) 상에 제 1 자성막(32), 터널 절연막(34), 및 제 2 자성막(36)을 순차적으로 형성한다.
상기 하부 구조물(20)은 자기 터널 접합층(30)을 선택하기 위한 트랜지스터, 및 트랜지스터를 자기 터널 접합층(30)에 연결하는 하부 전극을 포함한다.
상기 제 1 자성막(32)은 자화 방향이 고정된 박막일 수 있고, 제 2 자성막(36)은 전류의 공급 방향에 따라 자화 방향이 가변하는 박막일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 자성막(32, 36)은 강자성(ferromagnetic)을 갖는 금속 화합물로 형성될 수 있다.
그런 다음, 제 2 자성막(36) 상에 상부막 패턴(40)을 형성한 후, 상부막 패턴(40)을 마스크로 하여 제 2 자성막(36), 터널 절연막(34), 및 제 1 자성막(32)을 식각하여 자기 터널 접합 소자를 형성한다. 여기서, 상부막 패턴(40)은 자기 터널 접합 소자의 상부 전극이 된다.
이와 같은 자기 터널 접합 소자가 정상적으로 동작하기 위해서는 상기 제 1 및 제 2 자성막(32, 36)이 전기적으로 분리되어야 한다.
그러나, 제 2 자성막(36), 터널 절연막(34), 및 제 1 자성막(32)의 식각 공정시 공정 부산물(processing outgrowth)로서 금속계 폴리머(metallic polymer)(MP)가 발생될 수 있는데, 이러한 금속계 폴리머(MP)는 휘발성이 매우 낮아 자기 터널 접합 소자의 측벽에 재증착됨으로써 터널 절연막(34)에 의해 절연된 상기 제 1 및 제 2 자성막(32, 36)이 상기 도전성 부산물(CO)을 통해 단락되는 현상이 자주 발생된다.
따라서, 자기 터널 접합 소자의 측벽에 재증착된 금속계 폴리머(MP)를 제거할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 이온-빔을 이용하여 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 용이하게 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 이온-빔을 이용하여 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 용이하게 제거하는 1차 기판 처리 공정과 활성화된 가스를 이용하여 미세 패턴 구조물에 대한 2차 기판 처리 공정을 하나의 챔버 내에서 처리할 수 있도록 한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판에 미세 패턴 구조물을 형성하기 위한 식각 공정에 의해 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 기판 처리 방법에 있어서, 공정 챔버의 내부에 설치된 기판 지지부에 적어도 하나의 기판을 배치하는 공정; 상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 일정한 간격으로 배치된 복수의 공정 모듈을 이용하여 상기 도전성 부산물을 제거하기 위한 이온-빔을 생성해 상기 기판 상에 분사하는 공정; 및 상기 기판 지지부를 회전시켜 상기 기판을 상기 복수의 공정 모듈 각각의 하부로 이동시키는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 공정 챔버의 내부에 설치된 기판 지지부에 미세 패턴 구조물이 형성되어 있는 적어도 하나의 기판을 배치하는 공정; 상기 기판 지지부를 회전시키면서 상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 일정한 간격으로 배치된 복수의 공정 모듈 중 일부의 공정 모듈을 이용해 이온-빔을 상기 기판 상에 분사함으로써 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 1차 기판 처리 공정; 및 상기 1차 기판 처리 공정 이후에 상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈을 이용해 활성화된 가스를 상기 기판 상에 분사하는 2차 기판 처리 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판에 미세 패턴 구조물을 형성하기 위한 식각 공정에 의해 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 기판 처리 장치에 있어서, 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 복수의 모듈 설치부를 가지도록 형성되어 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 공정 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되어 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 상기 복수의 모듈 설치부에 설치되고, 상기 도전성 부산물을 제거하기 위한 이온-빔을 생성하여 상기 기판 상에 분사하는 복수의 공정 모듈을 가지는 공정 모듈부를 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 마련하는 공정 챔버; 복수의 모듈 설치부를 가지도록 형성되어 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 공정 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되어 미세 패턴 구조물이 형성되어 있는 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 상기 복수의 모듈 설치부에 설치된 복수의 공정 모듈을 가지는 공정 모듈부를 포함하며, 상기 복수의 공정 모듈 중 일부의 공정 모듈은 이온-빔을 상기 기판 상에 분사하여 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 1차 기판 처리 공정을 수행하고, 상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 활성화된 가스를 상기 기판 상에 분사하는 2차 기판 처리 공정을 수행할 수 있다.
상기 이온-빔을 분사하는 공정 모듈은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛; 및 상기 플라즈마에서 상기 이온-빔을 추출하고 가속시켜 상기 기판 상에 분사하는 이온-빔 추출 유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛은 이온 발생용 가스가 공급되는 플라즈마 발생 공간을 마련하는 접지 전극을 가지도록 형성되어 상기 모듈 설치부에 삽입 설치된 모듈 프레임; 상기 플라즈마 발생 공간에 삽입 배치된 플라즈마 전극; 및 상기 모듈 프레임과 상기 플라즈마 전극을 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 상기 기판으로부터 이격되도록 나란하게 배치된 접지 전극과 플라즈마 전극 간에 플라즈마를 형성하여 상기 플라즈마에 의해 활성화된 표면 처리 가스를 상기 기판 상에 분사할 수 있다.
상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 상기 기판으로부터 이격되도록 나란하게 배치된 접지 전극과 플라즈마 전극 간에 플라즈마를 형성하여 상기 플라즈마에 의해 활성화된 반응 가스를 상기 기판 상에 분사하고, 소스 가스를 기판 상에 분사할 수 있다.
상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 반응 가스가 공급되는 제 1 가스 분사 공간과 상기 제 1 가스 분사 공간으로부터 공간적으로 분리되어 상기 소스 가스가 공급되는 제 2 가스 분사 공간을 마련하는 상기 접지 전극을 가지도록 형성되어 상기 모듈 설치부에 삽입 설치된 모듈 프레임; 상기 제 1 가스 분사 공간에 삽입 배치된 상기 플라즈마 전극; 및 상기 모듈 프레임과 상기 플라즈마 전극을 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 이온-빔을 이용하여 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 용이하게 제거할 수 있으며, 특히 기판을 이동시키면서 이온-빔을 분사하기 때문에 도전성 부산물에 이온-빔을 원활하게 입사시켜 도전성 부산물을 효과적으로 제거할 수 있다.
둘째, 복수의 공정 모듈 중 일부의 공정 모듈을 통해 이온-빔을 분사하고, 나머지 공정 모듈을 통해 활성화된 가스를 분사함으로써 하나의 공정 챔버 내에서 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 효과적으로 제거하고, 미세 패턴 구조물에 대한 기판 처리 공정을 연속적으로 수행할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 자기 터널 접합 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온-빔의 입사 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 1차 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 2차 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 6에 도시된 2차 기판 처리 공정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 2차 기판 처리 공정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 선 I-I'의 단면을 나타내는 챔버 리드와 공정 모듈부의 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 공정 모듈의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 9에 도시된 공정 모듈의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 8에 도시된 선 II-II'의 단면도로서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 제 2 및 제 4 공정 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 도 8에 도시된 선 II-II'의 단면도로서, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 제 2 및 제 4 공정 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온-빔의 입사 상태를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 미세 패턴 구조물(30)이 형성되어 있는 복수의 기판(10)이 지지된 기판 지지부(120)를 회전시키면서 복수의 기판(10)에 이온-빔(Ion-Beam; IB)을 분사(또는 입사)시켜 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착된 도전성 부산물(MP)을 제거한다.
상기 미세 패턴 구조물(30)은 소정의 하부 구조물(20)이 형성된 기판(10) 상에 형성된 자기 터널 접합 소자일 수 있으며, 상기 도전성 부산물(MP)은 자기 터널 접합 소자를 소정의 형태로 패터닝하는 식각 공정 과정에서 발생되어 자기 터널 접합 소자(30)의 측벽에 재증착된 것이다. 이러한, 상기 자기 터널 접합 소자의 제조 방법과 도전성 부산물(MP)의 발생은, 도 1을 참조하여 전술한 배경기술과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하고, 이하 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
이하, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(미도시)의 공정 공간에 회전 가능하게 배치된 기판 지지부(120) 상에 복수의 기판(10)을 배치한다. 여기서, 상기 공정 챔버의 내부에는 기판 지지부(120)에 국부적으로 대향되고 기판(10)과 일정한 거리로 이격되는 복수의 공정 모듈(141, 143, 145, 147)이 일정한 간격으로 배치되어 있다.
이어서, 복수의 기판(10)이 배치된 기판 지지부(120)를 제 1 방향(예를 들어, 시계 방향)을 따라 일정한 각속도로 회전시키면서, 상기 복수의 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각에 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마에서 이온-빔(IB)을 추출하여 기판(10) 상에 분사한다. 이때, 상기 이온-빔(IB)은 기판(10)의 상면에 수직한 방향으로 분사된다. 이에 따라, 복수의 기판(10) 각각은 복수의 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각의 하부 영역을 순차적으로 이동 내지 통과하게 되고, 상기 이온-빔(IB)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 형성되어 있는 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착된 도전성 부산물(MP)에 물리적으로 충돌함으로써 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에서 도전성 부산물(MP)을 제거하게 된다.
한편, 도전성 부산물(MP)을 보다 효과적으로 제거하기 위해, 상기 이온-빔(IB)은 상기 이온-빔(IB)은 상기 복수의 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각의 구조에 따라, 기판(10)의 표면에 경사지게 입사될 수 있다. 나아가, 상기 복수의 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 일부 또는 각각마다 각기 다른 분사 각도로 분사될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 기판(10)을 이동시키면서 이온-빔(IB)을 분사하기 때문에 도전성 부산물(MP)에 이온-빔(IB)을 원활하게 입사시켜 도전성 부산물(MP)을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 1차 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법의 2차 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 상기 복수의 기판(10)이 지지된 기판 지지부(120)를 회전시키면서 상기 복수의 공정 모듈(141, 243, 145, 247) 중 일부의 공정 모듈(141, 145)을 통해 복수의 기판(10)에 이온-빔(IB)을 분사(또는 입사)시켜 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착된 도전성 부산물(MP)을 제거하는 1차 기판 처리 공정, 및 1차 기판 처리 공정 이후에 상기 복수의 공정 모듈(141, 243, 145, 247) 중 나머지 공정 모듈(243, 247)을 통해 플라즈마에 의해 활성화된 가스(AG)를 기판(10) 상에 분사하는 2차 기판 처리 공정을 포함하여 이루어진다. 여기서, 본 발명은 1차 기판 처리 공정이 수행된 이후, 2차 기판 처리 공정을 위해 기판(10)을 공정 챔버의 외부로 이동시키지 않고, 1차 기판 처리 공정이 수행되는 공정 챔버 내에서 1차 기판 처리 공정이 이후에 곧바로 2차 기판 처리 공정을 수행하게 된다.
이하, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(미도시)의 공정 공간에 회전 가능하게 배치된 기판 지지부(120) 상에 복수의 기판(10)을 배치한다. 이어서, 복수의 기판(10)이 배치된 기판 지지부(120)를 제 1 방향(예를 들어, 시계 방향)을 따라 일정한 각속도로 회전시키면서, 상기 복수의 공정 모듈(141, 243, 145, 247) 중 일부의 공정 모듈(141, 145) 각각에 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마에서 이온-빔(IB)을 추출하여 기판(10)의 상면에 수직하게 분사하거나 경사지게 분사함으로써, 전술한 바와 같이, 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착되어 있는 도전성 부산물(MP)을 제거하는 1차 기판 처리 공정을 수행한다.
그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 1차 기판 처리 공정 이후에, 상기 기판 지지부(120)를 제 1 방향(예를 들어, 시계 방향)을 따라 일정한 각속도로 회전시키면서, 상기 복수의 공정 모듈(141, 243, 145, 247) 중 나머지 공정 모듈(243, 247) 각각에 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마에 의해 활성화된 가스(AG)를 기판(10) 상에 분사함으로써 2차 기판 처리 공정을 수행한다.
상기 2차 기판 처리 공정은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 활성화된 가스(AG)를 이용한 상기 미세 패턴 구조물(30)의 표면 처리 공정이거나, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 활성화된 가스(AG)를 이용한 상기 미세 패턴 구조물(30)을 포함하는 기판(10)에 보호막(50)을 증착하는 패시베이션(passivation) 공정이 될 수 있다. 여기서, 상기 2차 기판 처리 공정에서는 상기 표면 처리 공정 및 상기 패시베이션 공정을 순차적으로 수행될 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 기판(10)을 이동시키면서 기판(10) 상에 이온-빔(IB) 및 활성화된 가스(AG)를 선택적 또는 순차적으로 분사함으로써 하나의 공정 챔버 내에서 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착된 도전성 부산물(MP)을 효과적으로 제거하고, 미세 패턴 구조물(30)에 대한 기판 처리 공정을 연속적으로 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 10은 도 9에 도시된 선 I-I'의 단면을 나타내는 챔버 리드와 공정 모듈부의 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(Chamber Lid; 130), 및 공정 모듈부(140)를 포함한다.
상기 공정 챔버(110)는 기판 처리 공정, 전술한 도전성 부산물의 제거 공정을 위한 공정 공간을 제공한다. 이를 위해, 공정 챔버(110)는 바닥면과 바닥면으로부터 수직하게 형성되어 공정 공간을 정의하는 챔버 측벽을 포함하여 이루어진다.
상기 공정 챔버(110)의 바닥면 및/또는 측면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기구(미도시)에 연통될 수 있다. 그리고, 상기 공정 챔버(110)의 적어도 일측 챔버 측벽에는 기판(10)이 반입되거나 반출되는 기판 출입구(미도시)가 설치되어 있다. 상기 기판 출입구(미도시)는 상기 공정 공간의 내부를 밀폐시키는 챔버 밀폐 수단(미도시)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 내부 바닥면에 회전 가능하게 설치된다. 이러한, 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전축(미도시)에 의해 지지되며, 전기적으로 접지된다. 이때, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 회전축은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(미도시)에 의해 밀폐된다.
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 적어도 하나의 기판(10)을 지지한다. 이때, 기판 지지부(120)는 원판 형태를 가질 수 있으며, 내부에는 기판(10)을 가열하기 위한 기판 가열 수단이 내장되어 있을 수 있다. 그리고, 상기 기판(10)은 반도체 기판 또는 웨이퍼가 될 수 있다. 이 경우, 기판 처리 공정의 생산성 향상을 위해 기판 지지부(120)에는 복수의 기판(10)이 원 형태를 가지도록 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 기판 지지부(120)는 회전축의 회전에 따라 소정 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전됨으로써 복수의 기판(10)을 공정 모듈부(140)의 하부 영역으로 이동시킨다.
상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 챔버 측벽에 설치되어 공정 챔버(110)의 상부를 덮음으로써 상기 공정 공간을 밀폐시킨다. 그리고, 상기 챔버 리드(130)는 공정 모듈부(140)가 일정한 간격을 가지도록 분리 가능하게 삽입 설치되는 복수의 모듈 설치부(131, 133, 135, 137)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 복수의 모듈 설치부(131, 133, 135, 137)는 챔버 리드(115)의 기판 지지부(120)에 국부적으로 대향되도록 방사 형태로 형성될 수 있다.
한편, 공정 챔버(110) 및 챔버 리드(130)는, 도 8에 도시된 것처럼, 원형 구조로 형성될 수도 있지만, 6각형과 같은 다각형 구조 또는 타원형 구조로 형성될 수도 있다. 이때, 6각형과 같은 다각형 구조일 경우 공정 챔버(110)는 복수로 분할 결합되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 8에는, 챔버 리드(130)에 4개의 모듈 설치부(131, 133, 135, 137)가 형성되는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되지 않고, 챔버 리드(130)에는 중심점을 기준으로 일정한 각도 단위로 배치된 4개 이상의 모듈 설치부가 형성될 수 있다. 이하, 챔버 리드(130)는 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(130a, 130b, 130c, 130d)를 구비하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
상기 공정 모듈부(140)는 챔버 리드(130)에 형성된 제 1 내지 제 4 모듈 설치부(131, 133, 135, 137)에 각각 분리 가능하게 삽입 설치된 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 공정 모듈의 개수는 챔버 리드(130)에 형성된 모듈 설치부의 개수에 대응된다.
상기 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 플라즈마 전원을 이용하여 이온 발생용 가스(또는 도전성 부산물 제거 가스)에 전기장을 형성되어 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마로부터 이온을 추출하여 가속시켜 이온-빔(IB)을 기판(10) 상에 분사한다.
상기 이온 발생용 가스는 Cl2, CF4, Cl2/CF4, Cl2/CHF3, BCl3/Cl2, BCl3/HBr, NH3, 또는 NH3/CO 등이 될 수 있다. 이러한, 상기 이온 발생용 가스에는 Ar, He, Ne, Kr, N2, 및 Xe 중에서 선택되거나 이들의 조합으로 이루어진 비반응성 가스가 혼합될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 방식, 또는 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 방식에 대응되는 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 유도 결합 플라즈마 방식은 안테나 또는 유도 코일에 인가되는 전원을 이용해 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시키며, 용량 결합 플라즈마 방식은 접지 전극과 접지 전극에 대향되는 플라즈마 전극에 인가되는 전원을 이용해 접지 전극과 플라즈마 전극 사이에 전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시킨다.
상기 플라즈마로부터 추출된 이온-빔(IB)을 분사하는데 있어서, 일 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 기판(10)의 상면을 기준으로 상기 이온-빔(IB)을 수직 분사하거나 일정한 각도로 경사지게 분사할 수 있다. 다른 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 기판(10)의 상면을 기준으로 상기 이온-빔(IB)을 각기 다른 각도로 분사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 중 일부 공정 모듈(143)은 상기 이온-빔(IB)을 수직 분사하고, 나머지 공정 모듈(141, 145, 147) 각각은 상기 이온-빔(IB)을 각기 다른 각도로 경사지게 분사할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 기판 지지부(120)의 회전에 따른 기판(10)의 이동 방향 및 도전성 부산물(MP)을 효과적으로 제거할 수 있도록 최적화된 각도로 이온-빔(IB)을 분사하게 된다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법은, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 방법과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 11은 도 8에 도시된 공정 모듈의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 플라즈마 발생 유닛(310), 및 이온 추출 유닛(320)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛(310)은 모듈 프레임(311), 접지 전극(GE), 및 플라즈마 전극(PE)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 모듈 프레임(311)은 하면이 개구된 "┳┳"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(130)에 형성된 해당 모듈 설치부(131, 133, 135, 137)에 각각 분리 가능하게 삽입 설치된다. 이러한, 상기 모듈 프레임(311)의 상면에는 외부로의 가스 공급부(미도시)로부터 이온 발생용 가스(IG)가 공급되는 가스 주입구(미도시)가 형성되어 있다.
상기 접지 전극(GE)은 기판(10)의 상면에 수직하도록 모듈 프레임(311)의 내부 일측에 배치되어 모듈 프레임(311)을 통해 챔버 리드(130)에 전기적으로 접지된다.
상기 플라즈마 전극(PE)은 기판(10)의 상면에 수직하도록 모듈 프레임(311)의 내부 타측에 배치되어 플라즈마 발생 영역을 사이에 두고 상기 접지 전극(GE)과 대향된다. 이러한, 상기 플라즈마 전극(PE)은 전원 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(150)에 연결된다.
이와 같은, 상기 플라즈마 발생 유닛(310)은 플라즈마 전원 공급부(150)로부터 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력이 공급되는 플라즈마 전극(PE)과 전기적으로 접지된 접지 전극(GE) 사이의 플라즈마 발생 영역에 전기장을 형성함으로써 상기 가스 주입구를 통해 플라즈마 발생 영역에 주입되는 이온 발생용 가스(IG)로부터 플라즈마(P)를 발생시킨다.
한편, 상기 플라즈마 발생 유닛(310)은 상기 접지 전극(GE)과 플라즈마 전극(PE) 대신에 모듈 프레임(311) 내부에 설치된 원통형 플라즈마 챔버(미도시) 및 플라즈마 챔버의 내부에 전기장을 형성하는 유도 코일(또는 안테나)(미도시)을 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 이온 추출 유닛(320)은 상기 플라즈마 발생 유닛(310)의 하면을 덮도록 배치되어 상기 플라즈마 발생 영역에 발생되는 플라즈마(P)로부터 이온을 추출하고 가속시킴으로써 이온-빔(IB)을 수직 방향(Z)으로 분사한다. 이를 위해, 상기 이온 추출 유닛(320)은 제 1 내지 제 3 이온 추출 플레이트(321, 323, 325)를 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 내지 제 3 이온 추출 플레이트(321, 323, 325) 각각은 서로 전기적으로 절연되도록 적층 구조로 조립되어 상기 플라즈마 발생 유닛(310)의 하부에 배치된다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 3 이온 추출 플레이트(321, 323, 325) 각각은 수직 방향(Z)으로 관통하도록 격자 형태 또는 방사 형태로 형성된 홀 또는 슬릿 등과 같은 복수의 관통구(321a, 323a, 325a)를 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 내지 제 3 이온 추출 플레이트(321, 323, 325) 중 일부에는 정극성(+) 전압이 인가되고, 나머지에는 부극성(-) 전압이 인가된다. 이에 따라, 상기 제 1 내지 제 3 이온 추출 플레이트(321, 323, 325) 각각은 적층 구조로 이루어지고 전압이 인가됨으로써 이온 특성(예를 들어, 에너지, 이온 선속(ion flux), 입사 각도, 빔 스프레드(beam spread))을 조절하여 이온-빔(IB)을 추출하고 가속시켜 기판(10) 상에 분사하게 된다.
예를 들어, 상기 제 1 이온 추출 플레이트(321)에는 제 1 정극성(+) 전압이 인가되고, 상기 제 2 이온 추출 플레이트(323)에는 부극성(-) 전압이 인가되며, 상기 제 3 이온 추출 플레이트(325)에는 제 1 정극성(+) 전압과 다른 제 2 정극성(+) 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 이온 추출 플레이트(321)는 제 1 정극성(+) 전압에 따라 플라즈마(P)로부터 일정한 극성을 가지는 이온을 추출하고 가속시켜 이온-빔(IB)을 추출하는 역할을 하고, 상기 제 2 이온 추출 플레이트(323)는 상기 제 1 이온 추출 플레이트(321)의 관통구(321a)를 통과한 이온-빔(IB)을 부극성(-) 전압에 따라 감속시키는 역할을 하며, 상기 제 3 이온 추출 플레이트(325)는 상기 제 2 이온 추출 플레이트(323)의 관통구(323a)를 통과한 이온-빔(IB)을 제 2 정극성(+) 전압에 따라 집중 및 가속시키는 역할을 한다.
한편, 상기 이온 추출 유닛(320)에서 분사되는 이온-빔(IB)의 분사 각도는 상기 제 1 내지 제 3 이온 추출 플레이트(321, 323, 325) 각각에 형성된 복수의 관통구(321a, 323a, 325a)의 배치 구조에 따라 변경될 수 있다.
일 예로서, 각 이온 추출 플레이트(321, 323, 325)의 관통구(321a, 323a, 325a)가 서로 일치되도록 중첩될 경우, 상기 이온-빔(IB)은 수직 방향(Z)으로 중첩되는 관통구들(321a, 323a, 325a)을 통과하므로 수직 방향(Z)으로 분사되게 된다.
다른 예로서, 각 이온 추출 플레이트(321, 323, 325)의 관통구(321a, 323a, 325a)가 수평 방향(X)으로 일정 거리 단위로 어긋나 일정한 각도로 중첩될 수도 있으며, 이 경우, 상기 이온-빔(IB)은 수직 방향(Z)으로 일부 중첩되는 관통구들(321a, 323a, 325a)을 통과하므로 일정한 각도로 경사지게 분사되게 된다.
또 다른 예로서, 각 이온 추출 플레이트(321, 323, 325)의 관통구(321a, 323a, 325a)가 서로 중첩되도록 배치되고, 상기 이온 추출 유닛(320)이 상기 플라즈마 발생 유닛(310)의 하부를 기준으로 일정한 각도로 경사지게 배치될 수도 있으며, 이 경우, 상기 이온-빔(IB)은 상기 이온 추출 유닛(320)의 경사 각도에 따라 수직 방향(Z)을 기준으로 경사진 관통구들(321a, 323a, 325a)을 통과하므로 일정한 각도로 경사지게 분사되게 된다.
또 다른 예로서, 도 11에 도시된 상기 이온 추출 유닛(320)의 하부에는 이온 경로 변경 유닛(미도시)이 추가로 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 이온 경로 변경 유닛은 상기 이온 추출 유닛(320)의 하부에 배치되는 것으로, 일정한 각도로 경사진 복수의 관통 슬릿(미도시)이 형성되어 있는 플레이트로 이루어진다. 이에 따라, 상기 이온 추출 유닛(320)에 의해 추출된 이온-빔(IB)은 복수의 관통 슬릿의 경사면에 의해 반사되거나 충돌하여 그 진행 방향이 변경됨으로써 기판(10)에 수직 방향으로 입사되지 않고 일정한 각도로 경사지게 입사되게 된다.
도 12는 도 8에 도시된 공정 모듈의 제 3 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 143, 145, 147) 각각은 플라즈마 발생 유닛(310), 및 이온 추출 유닛(320)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛(310)은 모듈 프레임(312), 절연 부재(314), 및 플라즈마 전극(316)을 포함하여 구성된다.
상기 모듈 프레임(312)은 하면이 개구된 "┳┳"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어, 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(130)에 형성된 해당 모듈 설치부(131, 133, 135, 137)에 각각 분리 가능하게 삽입 설치된다. 즉, 상기 모듈 프레임(312)은 접지 플레이트(312a), 및 접지 측벽(312b)을 포함하여 이루어진다.
상기 접지 플레이트(312a)는 챔버 리드(130)의 상면에 지지되어 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지된다. 이러한, 상기 접지 플레이트(312a)에는 가스 주입구(313)가 형성되어 있고, 상기 가스 주입구(313)에는 외부의 가스 공급부(미도시)로부터 전술한 이온 발생용 가스(IG)가 주입된다.
상기 접지 측벽(312b)은 접지 전극으로서, 접지 플레이트(312a)의 하면 가장자리 부분으로부터 일정한 높이로 돌출되어 하면이 개구된 플라즈마 발생 공간(PGA)을 마련한다. 상기 플라즈마 발생 공간(PGA)에는 가스 주입구(313)를 통해 상기 이온 발생용 가스(IG)가 주입된다.
상기 절연 부재(314)는 전극 삽입홀을 가지도록 절연 재질로 형성되어 상기 접지 플레이트(312a)를 수직 관통하도록 형성된 절연 부재 삽입구에 삽입된다.
상기 플라즈마 전극(316)은 "T"자 형태의 단면을 가지도록 형성되고, 상기 절연 부재(314)의 전극 삽입홀을 통해 상기 플라즈마 발생 공간(PGA)에 삽입됨으로써 상기 접지 측벽(312b)의 내측면으로부터 이격되어 나란하게 배치된다. 이러한, 상기 플라즈마 전극(316)은 상기 절연 부재(314)에 의해 상기 모듈 프레임(312)과 전기적으로 절연되면서 전원 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(150)에 연결된다.
이와 같은, 상기 플라즈마 발생 유닛(310)은 플라즈마 전원 공급부(150)로부터 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력이 공급되는 플라즈마 전극(416)과 전기적으로 접지된 접지 측벽(312b) 사이의 플라즈마 발생 공간(PGA)에 전기장을 형성함으로써 상기 가스 주입구(313)를 통해 플라즈마 발생 공간(PGA)에 주입되는 이온 발생용 가스(IG)로부터 플라즈마(P)를 발생시킨다.
상기 이온 추출 유닛(320)은 상기 플라즈마 발생 유닛(310)의 하면을 덮도록 설치되어 상기 플라즈마(P)로부터 이온을 추출 및 가속시켜 이온-빔(IB)을 기판(10) 상에 분사한다. 이러한, 상기 이온 추출 유닛(320)은, 도 11에 도시된 이온 추출 유닛과 동일한 구성을 가지므로, 동일한 도면 부호를 부여하고,이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 13은 도 8에 도시된 선 II-II'의 단면도로서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 제 2 및 제 4 공정 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 수행하는 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(130), 및 제 1 내지 제 4 공정 모듈(141, 243, 145, 247)을 가지는 공정 모듈부(140)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 공정 모듈부(140)의 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)을 제외한 나머지 구성들은, 도 8 내지 도 12를 참조하여 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하고, 이하 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
도 13을 참조하면, 상기 공정 모듈부(140)의 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)은 플라즈마에 의해 활성화된 가스(AG)를 기판(10) 상에 분사함으로써, 도 7에 도시된 2차 기판 처리 공정을 수행한다. 이를 위해, 상기 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각은 모듈 하우징(412), 절연 부재(414), 및 플라즈마 전극(416)을 포함하여 구성된다.
상기 모듈 프레임(412)은 하면이 개구된 "┳┳"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어, 도 8에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(130)에 형성된 제 2 및 제 4 모듈 설치부(133, 137)에 각각 분리 가능하게 삽입 설치된다. 즉, 상기 모듈 프레임(412)은 접지 플레이트(412a), 및 접지 전극(412b)을 포함하여 이루어진다.
상기 접지 플레이트(412a)는 챔버 리드(130)의 상면에 지지되어 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지된다. 이러한, 상기 접지 플레이트(412a)에는 가스 주입구(413)가 형성되어 있고, 상기 가스 주입구(413)에는 외부의 가스 공급부(미도시)로부터 표면 처리 가스(TG)가 주입된다. 여기서, 상기 표면 처리 가스(TG)는 아르곤(Ar) 또는 수소(H2)일 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 기판(10)에 형성되어 있는 미세 패턴 구조물의 물리적 손상 치유 및/또는 축적된 전하를 제거 등의 표면 처리용 가스 중에서 선택될 수 있다.
상기 접지 측벽(412b)은 접지 전극으로서, 접지 플레이트(412a)의 하면 가장자리 부분으로부터 일정한 높이로 돌출되어 하면이 개구된 플라즈마 발생 공간(PGA)을 마련한다. 상기 플라즈마 발생 공간(PGA)에는 가스 주입구(413)를 통해 상기 표면 처리 가스(TG)가 주입된다.
상기 절연 부재(414)는 전극 삽입홀을 가지도록 절연 재질로 형성되어 상기 접지 플레이트(412a)를 수직 관통하도록 형성된 절연 부재 삽입구에 삽입된다.
상기 플라즈마 전극(416)은 "T"자 형태의 단면을 가지도록 형성되고, 상기 절연 부재(414)의 전극 삽입홀을 통해 상기 플라즈마 발생 공간(PGA)에 삽입됨으로써 상기 접지 측벽(412b)의 내측면으로부터 이격되어 나란하게 배치된다. 이러한, 상기 플라즈마 전극(416)은 상기 절연 부재(414)에 의해 상기 모듈 프레임(412)과 전기적으로 절연되면서 전원 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(450)에 연결된다.
한편, 상기 모듈 프레임(412)의 내부에 마련되는 상기 플라즈마 발생 공간(PGA)은 기판(10)에 직접적으로 대향되기 때문에 기판(10) 또는 기판 지지부(120)와 상기 플라즈마 전극(416) 사이에 플라즈마 이상 방전이 발생될 수 있고, 이 경우, 플라즈마 이상 방전에 의해 기판(10) 및/또는 미세 패턴 구조물이 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 접지 측벽(412b)과 상기 플라즈마 전극(416) 간의 간격(D1)은 상기 플라즈마 전극(416)과 기판(10) 간의 간격(D2)보다 좁게 설정된다.
이와 같은, 상기 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각은 플라즈마 전원 공급부(450)로부터 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력이 공급되는 플라즈마 전극(416)과 전기적으로 접지된 접지 측벽(412b) 사이의 플라즈마 발생 공간(PGA)에 전기장을 형성함으로써 상기 가스 주입구(413)를 통해 플라즈마 발생 공간(PGA)에 주입되는 표면 처리 가스(TG)로부터 플라즈마(P)를 발생시켜 플라즈마(P)에 의해 활성화된 표면 처리 가스를 기판(10) 상에 분사한다.
이상과 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지부(120)의 회전을 통해 복수의 기판(10)을 이동시키면서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공정 모듈부(140)의 제 1 및 제 3 공정 모듈(141, 145)을 통해 복수의 기판(10)에 이온-빔(IB)을 분사(또는 입사)시켜 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착된 도전성 부산물(MP)을 제거하는 1차 기판 처리 공정을 수행한 후, 상기 1차 기판 처리 공정 이후에 기판 지지부(120)의 회전을 통해 복수의 기판(10)을 이동시키면서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전술한 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)을 통해 활성화된 표면 처리 가스를 기판(10) 상에 분사하여 미세 패턴 구조물(30)을 표면 처리하는 2차 기판 처리 공정을 연속적으로 수행하게 된다.
한편, 전술한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서는, 제 1 및 제 3 공정 모듈(141, 145) 각각이 이온-빔을 분사하고, 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각이 활성화된 표면 처리 가스를 분사하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 공정 모듈 중에서 일부의 공정 모듈은 상기 이온-빔을 분사하도록 구성되어 상기 이온-빔을 분사하고, 제 1 내지 제 4 공정 모듈 중에서 나머지 공정 모듈은 상기 활성화된 표면 처리 가스를 분사하도록 구성되어 상기 활성화된 표면 처리 가스를 분사할 수 있다.
도 14는 도 8에 도시된 선 II-II'의 단면도로서, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 제 2 및 제 4 공정 모듈을 설명하기 위한 단면도이고, 이는 전술한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서, 공정 모듈부(140)의 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)의 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)의 구조에 대해서만 설명하기로 한다.
도 14를 참조하면, 상기 공정 모듈부(140)의 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)은 플라즈마에 의해 활성화된 가스(AG)를 기판(10) 상에 분사함으로써, 도 7에 도시된 2차 기판 처리 공정, 즉 패시베이션 공정을 수행한다. 이를 위해, 일 실시 예에 따른 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각은 모듈 하우징(412), 절연 부재(414), 및 플라즈마 전극(416)을 포함하여 구성된다.
상기 모듈 프레임(412)은 하면이 개구된 "┳┳┳"자 형태의 단면을 가지도록 형성되어, 도 8에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(130)에 형성된 제 2 및 제 4 모듈 설치부(133, 137)에 각각 분리 가능하게 삽입 설치된다. 즉, 상기 모듈 프레임(412)은 접지 플레이트(412a), 및 접지 전극(412b)을 포함하여 이루어진다.
상기 접지 플레이트(412a)는 챔버 리드(130)의 상면에 지지되어 챔버 리드(130)를 통해 전기적으로 접지된다. 이러한, 상기 접지 플레이트(412a)에는 복수의 제 1 및 제 2 가스 주입구(413a, 413b)가 형성되어 있고, 상기 복수의 제 1 가스 주입구(413a)에는 외부의 가스 공급부(미도시)로부터 반응 가스(RG)가 주입되고, 복수의 제 2 가스 주입구(413b)에는 외부의 소스 가스 공급부(미도시)로부터 소스 가스(SG)가 주입된다.
상기 복수의 접지 전극(412b)은 접지 플레이트(412a)의 하면 가장자리 부분으로부터 돌출되는 4개의 접지 측벽(412b1), 및 4개의 접지 측벽(412b1)에 의해 마련되는 공간을 공간적으로 분리하여 제 1 및 제 2 가스 분사 공간(S1, S2)을 마련하는 접지 격벽(412b2)을 포함하여 구성된다. 이러한 접지 측벽(412b1)의 일측 장변과 접지 격벽(412b2) 각각은 플라즈마 전극(416)과 나란하게 마주보는 접지 전극의 역할을 한다.
상기 제 1 가스 분사 공간(S1)은 접지 측벽(412b1)의 일측 장변과 접지 격벽(412b2) 사이에 마련되는 것으로, 기판(10)의 길이보다 큰 길이를 가지도록 다각형 형태로 형성된다. 이러한, 상기 제 1 가스 분사 공간(S1)은 모듈 프레임(412)의 상면, 즉 접지 플레이트(412a)에 형성된 복수의 제 1 가스 주입구(413a)에 연통되고, 상기 복수의 제 1 가스 주입구(413a)에 연결된 제 1 가스 주입관(미도시)을 통해 외부의 반응 가스 공급부로부터 반응 가스(RG)가 공급된다.
상기 반응 가스(RG)는 2차 기판 처리 공정을 위한 가스로 이루어진다. 예를 들어, 반응 가스(RG)는 수소(H2), 질소(N2), 산소(O2), 이산화질소(N2O), 암모니아(NH3), 물(H2O), 또는 오존(O3) 등이 될 수 있다. 이러한, 상기 반응 가스(RG)는 질소(N2), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 또는 헬륨(He) 등으로 이루어진 퍼지 가스(Purge Gas)와 함께 상기 복수의 제 1 가스 주입구(413a)에 공급될 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 공간(S2)은 접지 측벽(412b1)의 타측 장변과 접지 격벽(412b2) 사이에 마련되는 것으로, 접지 격벽(412b2)에 의해 상기 제 1 가스 분사 영역(S1)과 공간적으로 분리되도록 나란하게 형성된다.
상기 제 2 가스 분사 영역(S2)은 모듈 프레임(412)의 상면, 즉 접지 플레이트(412a)에 형성된 복수의 제 2 가스 주입구(413b)에 연통되고, 상기 복수의 제 2 가스 주입구(413b)에 연결된 제 2 가스 주입관(미도시)을 통해 외부의 소스 가스 공급부(미도시)로부터 소스 가스(SG)가 공급된다. 이에 따라, 상기 소스 가스(SG)는 상기 제 2 가스 분사 영역(S2)을 통해 기판(10) 상에 분사된다.
상기 소스 가스(SG)는 기판(10) 상에 증착될 보호막의 재질을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 보호막은 SiNx 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 상기 소스 가스(SG)는 실리콘(Si)를 함유하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si) 물질을 함유하는 소스 가스는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 등이 될 수 있다.
상기 소스 가스(SG)는 질소(N2), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 또는 헬륨(He) 등으로 이루어진 퍼지 가스(Purge Gas)와 함께 상기 복수의 제 2 가스 주입구(413b)에 공급될 수 있다.
상기 절연 부재(414)는 전극 삽입홀을 가지도록 절연 재질로 형성되어 상기 접지 플레이트(412a)를 수직 관통하도록 형성된 절연 부재 삽입구에 삽입된다.
상기 플라즈마 전극(416)은 "T"자 형태의 단면을 가지도록 형성되고, 상기 절연 부재(414)의 전극 삽입홀을 통해 상기 제 1 가스 분사 공간(S1)에 삽입됨으로써 상기 접지 측벽(412b)의 내측면으로부터 이격되어 나란하게 배치된다. 이러한, 상기 플라즈마 전극(416)은 상기 절연 부재(414)에 의해 상기 모듈 프레임(412)과 전기적으로 절연되면서 전원 케이블을 통해 플라즈마 전원 공급부(450)에 연결된다.
한편, 상기 접지 측벽(412b)과 상기 플라즈마 전극(416) 간의 간격(D1)은, 전술한 바와 같이, 기판(10) 또는 기판 지지부(120)와 상기 플라즈마 전극(416) 사이에 플라즈마 이상 방전을 방지하기 위해, 상기 플라즈마 전극(416)과 기판(10) 간의 간격(D2)보다 좁게 설정된다.
이와 같은, 상기 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각은 플라즈마 전원 공급부(450)로부터 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력이 공급되는 플라즈마 전극(416)과 전기적으로 접지된 접지 측벽(412b) 사이의 제 1 가스 분사 공간(S1)에 전기장을 형성함으로써 상기 제 1 가스 주입구(413a)를 통해 제 1 가스 분사 공간(S1)에 주입되는 반응 가스(RG)로 플라즈마(P)를 발생시켜 플라즈마(P)에 의해 활성화된 반응 가스(RG)를 기판(10) 상에 분사함과 동시에 제 2 가스 분사 공간(S2)에 주입되는 소스 가스(SG)를 기판(10) 상에 분사한다.
이상과 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지부(120)의 회전을 통해 복수의 기판(10)을 이동시키면서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공정 모듈부(140)의 제 1 및 제 3 공정 모듈(141, 145)을 통해 복수의 기판(10)에 이온-빔(IB)을 분사(또는 입사)시켜 미세 패턴 구조물(30)의 측벽에 증착된 도전성 부산물(MP)을 제거하는 1차 기판 처리 공정을 수행한 후, 상기 1차 기판 처리 공정 이후에 기판 지지부(120)의 회전을 통해 복수의 기판(10)을 이동시키면서, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247)을 통해 소스 가스(SG)와 활성화된 반응 가스(RG)를 기판(10) 상에 분사하여 소스 가스(SG)와 활성화된 반응 가스(RG)의 반응에 따라 미세 패턴 구조물(30)에 보호막(50)을 형성하는 2차 기판 처리 공정을 연속적으로 수행하게 된다.
한편, 전술한 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 있어서, 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각이 활성화된 반응 가스(RG)와 활성화되지 않은 소스 가스(SG)를 기판(10) 상에 분사하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 플라즈마(P)를 이용해 반응 가스(RG) 뿐만 아니라 소스 가스(SG)도 활성화시켜 분사할 수도 있다. 이 경우, 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각의 제 2 가스 분사 공간(S2)에 전술한 플라즈마 전극이 추가로 설치된다.
다른 한편, 전술한 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서는, 제 1 및 제 3 공정 모듈(141, 145) 각각이 이온-빔을 분사하고, 제 2 및 제 4 공정 모듈(243, 247) 각각이 소스 가스(SG)와 활성화된 반응 가스(RG)를 분사하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 공정 모듈 중에서 일부의 공정 모듈은 상기 이온-빔을 분사하도록 구성되어 상기 이온-빔을 분사하고, 제 1 내지 제 4 공정 모듈 중에서 나머지 공정 모듈은 상기 소스 가스(SG)와 활성화된 반응 가스(RG)를 분사하도록 구성되어 상기 소스 가스(SG)와 활성화된 반응 가스(RG)를 분사할 수 있다.
이상과 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에서, 기판(10) 상에 형성되어 있는 미세 패턴 구조물(30)이 자기 터널 접합 소자인 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 미세 패턴 구조물(30)은 자기 터널 접합 소자 이외의 반도체 소자의 패턴 또는 금속 배선의 패턴 등의 도전성 패턴이 될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 기판 20: 하부 구조물
30: 미세 패턴 구조물 110: 공정 챔버
120: 기판 지지부 130: 챔버 리드
140: 공정 모듈부 141, 143, 145, 147, 243, 247: 공정 모듈
310: 플라즈마 발생 유닛 312: 모듈 프레임
314: 절연 부재 316: 플라즈마 전극
320: 이온 추출 유닛

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 공정 챔버의 내부에 설치된 기판 지지부에 미세 패턴 구조물이 형성되어 있는 적어도 하나의 기판을 배치하는 공정;
    상기 기판 지지부를 회전시키면서 상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 일정한 간격으로 배치된 복수의 공정 모듈 중 일부의 공정 모듈을 이용해 이온-빔을 상기 기판 상에 분사함으로써 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 1차 기판 처리 공정; 및
    상기 1차 기판 처리 공정 이후에 상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈을 이용해 활성화된 가스를 상기 기판 상에 분사하는 2차 기판 처리 공정을 포함하여 이루어지고,
    상기 2차 기판 처리 공정은 상기 1차 기판 처리 공정 이후에 연속하여 수행되도록, 상기 1차 기판 처리 공정이 수행된 공정 공간과 동일한 공간인 상기 공정 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이온-빔은 상기 기판의 표면에 수직하게 입사되거나 경사지게 입사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 모듈 각각에서 분사되는 상기 이온-빔의 분사 각도는 각기 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차 기판 처리 공정은 상기 미세 패턴 구조물에 대한 표면 처리 공정 또는 패시베이션 공정인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 공정 공간을 마련하는 공정 챔버;
    복수의 모듈 설치부를 가지도록 형성되어 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드;
    상기 공정 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되어 미세 패턴 구조물이 형성되어 있는 적어도 하나의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부에 국부적으로 대향되도록 상기 복수의 모듈 설치부에 설치된 복수의 공정 모듈을 가지는 공정 모듈부를 포함하며,
    상기 복수의 공정 모듈 중 일부의 공정 모듈은 이온-빔을 상기 기판 상에 분사하여 상기 미세 패턴 구조물의 측벽에 증착된 도전성 부산물을 제거하는 1차 기판 처리 공정을 수행하고,
    상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 활성화된 가스를 상기 기판 상에 분사하는 2차 기판 처리 공정을 수행하며,
    상기 2차 기판 처리 공정은 상기 1차 기판 처리 공정 이후에 연속하여 수행되도록, 상기 1차 기판 처리 공정이 수행된 공정 공간과 동일한 공간인 상기 공정 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이온-빔을 분사하는 공정 모듈은,
    플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛; 및
    상기 플라즈마에서 상기 이온-빔을 추출하고 가속시켜 상기 기판 상에 분사하는 이온-빔 추출 유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이온-빔은 상기 기판의 표면에 수직하게 입사되거나 경사지게 입사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이온-빔을 분사하는 공정 모듈 각각에서 분사되는 상기 이온-빔의 분사 각도는 각기 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    이온 발생용 가스가 공급되는 플라즈마 발생 공간을 마련하는 접지 전극을 가지도록 형성되어 상기 모듈 설치부에 삽입 설치된 모듈 프레임;
    상기 플라즈마 발생 공간에 삽입 배치된 플라즈마 전극; 및
    상기 모듈 프레임과 상기 플라즈마 전극을 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 상기 기판으로부터 이격되도록 나란하게 배치된 접지 전극과 플라즈마 전극 간에 플라즈마를 형성하여 상기 플라즈마에 의해 활성화된 표면 처리 가스를 상기 기판 상에 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은 상기 기판으로부터 이격되도록 나란하게 배치된 접지 전극과 플라즈마 전극 간에 플라즈마를 형성하여 상기 플라즈마에 의해 활성화된 반응 가스를 상기 기판 상에 분사하고, 소스 가스를 기판 상에 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 공정 모듈 중 나머지 공정 모듈은,
    반응 가스가 공급되는 제 1 가스 분사 공간과 상기 제 1 가스 분사 공간으로부터 공간적으로 분리되어 상기 소스 가스가 공급되는 제 2 가스 분사 공간을 마련하는 상기 접지 전극을 가지도록 형성되어 상기 모듈 설치부에 삽입 설치된 모듈 프레임;
    상기 제 1 가스 분사 공간에 삽입 배치된 상기 플라즈마 전극; 및
    상기 모듈 프레임과 상기 플라즈마 전극을 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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