KR102568084B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 기판을 수용하는 용기가 놓이는 복수의 로드 포트 및 기판을 반송하는 인덱스 로봇이 설치된 이송 프레임을 가지는 인덱스 모듈, 인덱스 모듈과 연결되고, 기판을 처리하는 공정 챔버들이 제공되는 공정 모듈 및 인덱스 모듈에 제공되어 기판을 처리하는 기판 처리 유닛을 포함하되, 기판 처리 유닛은, 복수의 로드 포트의 배열 방향을 따라 제공된다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
산업적으로 사용되는 플라즈마는 저온 플라즈마와 열 플라즈마로 나눌 수 있는데 저온 플라즈마의 경우 반도체 제조 공정에서 가장 널리 사용되고 있으며, 열 플라즈마는 금속의 절단 등에 응용하고 있다.
대기압 플라즈마는 기체의 압력을 100Torr부터 대기압(760 Torr)이상 가지 유지하면서 저온 플라즈마를 발생하는 기술을 의미한다. 대기압 플라즈마 시스템은 고가의 진공 장비를 필요로 하지 않기 때문에 경제적이며 펌핑(pumping)없고, 인라인 형태로 공정이 가능하므로 생산성을 극대화할 수 있는 플라즈마 시스템을 개발 할 수 있다. 대기압 플라즈마 시스템을 사용하는 응용분야로는 초고속 에칭&코팅기술, 반도체 패키징, 디스플레이, 물질의 표면 개질 및 코팅 그리고 나노분말 생성, 유해가스 제거 및 산화성 기체의 생성 등 여러 응용분야가 있다.
이러한 대기압 플라즈마를 발생시키기 위한 선형 타입의 플라즈마 발생 장치는 가스 공급 라인이 한 개로 일정한 유량과 정해진 혼합비율만 적용할 수 있으며, 플라즈마 발생 장치의 길이방향과 직교하는 방향으로 피처리물을 이송하면서 플라즈마 처리를 한다.
따라서, 피처리물을 이동시키기 위해서 최소한 피처리물 면적의 2배 공간이 필요하게 되어 플라즈마 처리 장치를 구성할 때 필수 공간이 넓어지는 문제점이 있고, 사각이 아닌 원형의 피처리물(웨이퍼)을 처리할 경우 필요없는 부분(플라즈마 발생 장치의 길이에서 벗어나는 원형 외부)도 처리를 해야 함으로 하부 이송 장치부분이 부식되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 원형의 피처리물에 대해 균일한 플라즈마 처리가 가능한 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 대기압 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 장치를 소형화하고 대면적 피처리물에 대한 플라즈마 처리에 필요한 공정 시간을 단축시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 인덱스 모듈에서 로드 포트와 같이 제공될 수 있는 기판 처리 유닛을 가지는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 대기압 플라즈마를 구성하여 기판 표면을 친수 또는 소수 처리할 수 있는 장치를 설비의 외부에 제공하여, 설비의 외부에서 기판을 독립적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 기판이 놓여지는 스핀척; 상기 스핀척에 제공되는 하부 전극; 및 상기 스핀척 상부에 위치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 포함하되; 상기 플라즈마 발생 장치는 기판의 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 제1상부전극유닛; 및 기판의 국소면적에 플라즈마 처리하는 제2상부전극유닛을 포함하는 기판 처리 유닛가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1상부전극유닛은 기판을 가로지르는 길이방향을 따라 선형타입으로 제공되고, 상기 스핀척과 함께 회전하는 기판의 표면을 플라즈마 처리하는 제1반응기 몸체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1상부전극유닛은 기판을 가로지르는 길이방향을 따라 선형타입으로 제공되는 중공의 바 형상으로 이루어지며, 내부에 상기 방전공간이 제공되는 제1반응기 몸체; 및 상기 제1반응기 몸체의 저면에 길이방향을 따라 선형으로 제공되고, 상기 방전공간에서 발생한 플라즈마를 상기 스핀척에 놓여진 기판으로 분사하기 위한 분사구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1반응기 몸체가 상기 스핀척의 상부에서 제1방향을 따라 수평 이동하도록 상기 제1반응기 몸체를 이동시키는 제1구동부를 더 포함하고, 상기 분사구는 그 길이가 기판의 지름과 같거나 클 수 있다.
또한, 상기 제2상부전극 유닛은 기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2반응기 몸체는 상기 제1반응기 몸체 상에서 상기 제1방향과 직교되는 제2방향을 따라 이동가능하도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2반응기 몸체는 상기 제1반응기 몸체의 측면에 설치된 구동 레일을 따라 이동될 수 있다.
또한, 상기 제2반응기 몸체는 별도의 이동 아암에 제공되고, 상기 이동 아암의 이동과 함께 움직이면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리할 수 있다.
또한, 상기 제1반응기 몸체는 다수의 격벽들에 의해 독립된 방전공간들을 포함하고, 상기 독립된 방전공간들 각각으로는 반응가스가 독립적으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 유닛은 인덱스 모듈에 탈부착될 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 유닛은, 대기압 플라즈마 처리 장치일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판을 수용하는 용기가 놓이는 복수의 로드 포트 및 기판을 반송하는 인덱스 로봇이 설치된 이송 프레임을 가지는 인덱스 모듈; 상기 인덱스 모듈과 연결되고, 기판을 처리하는 공정 챔버들이 제공되는 공정 모듈; 및 상기 인덱스 모듈에 탈부착 가능하게 제공되며, 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 발생 장치를 갖는 기판 처리 유닛;을 포함하되, 상기 플라즈마 발생 장치는 스핀척에 놓여진 기판의 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 제1상부전극유닛; 및 상기 스핀척에 놓여진 기판의 국소면적에 플라즈마 처리하는 제2상부전극유닛을 포함하는 기판 처리 설비가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1상부전극유닛은 기판을 가로지르는 길이방향을 따라 선형타입으로 제공되는 중공의 바 형상으로 이루어지며, 내부에 상기 방전공간이 제공되는 제1반응기 몸체; 및 상기 제1반응기 몸체의 저면에 길이방향을 따라 선형으로 제공되고, 상기 방전공간에서 발생한 플라즈마를 상기 스핀척에 놓여진 기판으로 분사하기 위한 분사구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1반응기 몸체가 상기 스핀척의 상부에서 수평 이동하도록 상기 제1반응기 몸체를 이동시키는 구동 장치를 더 포함하고, 상기 분사구는 그 길이가 기판의 지름과 같거나 클 수 있다.
또한, 상기 제2상부전극 유닛은 기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체를 포함하고, 상기 제2반응기 몸체는 상기 제1반응기 몸체 상에서 이동가능하도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2상부전극 유닛은 기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체를 포함하고, 상기 제2반응기 몸체는 별도의 이동 아암에 제공되고, 상기 이동 아암의 이동과 함께 움직이면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리할 수 있다.
또한, 상기 로드 포트, 상기 이송 프레임 및 상기 공정 모듈이 제1 방향으로 배열되고, 상기 로드 포트와 상기 기판 처리 유닛은, 상부에서 바라볼 때 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 유닛은, 대기압에서 기판을 플라즈마 처리하여 기판의 표면을 친수 또는 소수 처리할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 스핀척에 기판이 놓여진 상태에서 상기 제1상부전극유닛과 상기 제2상부전극유닛을 상기 기판 상부에 위치시키는 단계; 및 상기 스핀척이 회전하면 상기 제1상부전극유닛과 상기 제2상부전극유닛 중 적어도 하나를 이용하여 상기 기판 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리하는 단계는 상기 제1상부전극유닛에 의해 기판 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 전면 처리 단계; 및 상기 전면 처리 단계 이후에 플라즈마 처리가 부족한 영역을 상기 제2상부전극유닛에 의해 선택적으로 플라즈마 처리하는 국소 처리 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리하는 단계는 상기 제1상부전극유닛에 의해 기판 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 전면 처리와, 상기 제2상부전극유닛에 의해 기판의 특정 영역을 선택적으로 플라즈마 처리하는 국소 처리를 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 원형의 피처리물의 모든 영역에서 균일한 플라즈마 처리가 가능하며, 대기압 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 장치를 소형화하고 플라즈마 처리의 공정 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판 처리 유닛을 인덱스 모듈에서 로드 포트와 같이 탈부착 가능하게 설치할 수 있어서, 기존 기판 처리 설비에 기판 처리 유닛을 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판이 공정 모듈로 반송되기 전에도 기판을 처리할 수 있으므로, 기판 처리 공정의 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판 표면을 친수 또는 소수 처리할 수 있는 플라즈마 처리 유닛을 설비의 외부에 제공하여, 설비의 외부에서 기판을 독립적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 선형의 플라즈마 발생 장치 내의 투입가스의 유량과 혼합비율을 방전공간들 마다 다르게 적용함으로써, 기판이 회전하면서 플라즈마 처리시 발생할 수 있는 처리 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 인덱스 모듈에 설치된 기판 처리 유닛을 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 유닛을 나타내는 도면들이다.
도 7a는 제1반응기 몸체를 간략하게 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 제2반응기 몸체를 간략하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b은 기판 처리 유닛에서 기판을 플라즈마 처리하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 기판 처리 유닛에서 기판을 플라즈마 처리하는 또 다른 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 플라즈마 발생 장치의 변형 예를 보여주는 도면이다.
도 11 내지 도 13은 도 6에 도시된 제1반응기 몸체의 다른 예를 보여주는 도면들이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 대해 설명한다. 일 예로, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 유닛은, 플라즈마를 이용하여 기판의 표면을 친수 또는 소수 처리하는 기판 처리 장치일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 인덱스 모듈에 설치된 기판 처리 유닛을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 설비(10)는 인덱스 모듈(100), 로딩 모듈(300), 그리고 공정 모듈(200)을 포함할 수 있다.
인덱스 모듈(100)은 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 버퍼 유닛(2000)을 포함할 수 있다. 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 공정 모듈(200)은 순차적으로 일렬로 배열될 수 있다. 이하, 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 로딩 모듈(300), 그리고 공정 모듈(200)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하며, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 칭한다.
로드 포트(120)에는 복수 개의 기판들(W)이 수납된 용기(18)가 안착된다. 로드 포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 용기(18)에는 기판의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)으로 복수 개가 제공되고, 기판은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 용기 내에 위치된다. 용기(18)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다. 또한, 복수 개의 로드 포트(120)가 배치되는 제2방향(14)으로 기판 처리 유닛(3000)이 제공될 수 있다. 기판 처리 유닛(3000)은 로드 포트(120)의 배열 방향을 따라 제공되어 기판을 처리할 수 있다. 기판 처리 유닛(3000)에 대한 구체적인 설명은 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
이송 프레임(140)은 로드 포트(120)에 안착된 용기(18), 버퍼 유닛(2000), 그리고 로딩 모듈(300) 간에 기판(W)을 반송한다. 또한, 이송 프레임(140)은 기판 처리 유닛(3000), 버퍼 유닛(2000), 그리고 로딩 모듈(300) 간에 기판(W)을 반송할 수도 있다. 이송 프레임(140)에는 인덱스 레일(142)과 인덱스 로봇(144)이 제공된다. 인덱스 레일(142)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스 로봇(144)은 인덱스 레일(142) 상에 설치되며, 인덱스 레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스 로봇(144)은 베이스(144a), 몸체(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스 레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 몸체(144b)에 결합되고, 몸체(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정 모듈(200)에서 용기(18)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 용기(18)에서 공정 모듈(200)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스 로봇(144)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
버퍼 유닛(2000)은 기판(W)을 임시 보관한다. 버퍼 유닛(2000)은 기판(W) 상에 잔류되는 공정 부산물을 제거하는 공정을 수행한다. 버퍼 유닛(2000)은 공정 모듈(200)에서 처리된 기판(W)을 후처리하는 후처리 공정을 수행한다. 후처리 공정은 기판(W) 상에 퍼지 가스를 퍼지하는 공정일 수 있다. 버퍼 유닛(2000)은 복수 개로 제공된다. 각각의 버퍼 유닛(2000)은 이송 프레임(140)을 사이에 두고 서로 대향되게 위치된다. 버퍼 유닛(2000)은 제2방향(14)으로 배열된다. 이송 프레임(140)의 양측에 각각 위치된다. 선택적으로 버퍼 유닛(2000)은 단일하게 제공되며, 이송 프레임(140)의 일측에 위치될 수 있다.
로딩 모듈(300)은 이송 프레임(140)과 반송 유닛(240) 사이에 배치된다. 로딩 모듈(300)은 공정 모듈(200)로 반입되는 기판(W)에 대해 인덱스 모듈(100)의 상압 분위기를 공정 모듈(200)의 진공 분위기로 치환하거나, 인덱스 모듈(100)로 반출되는 기판(W)에 대해 공정 모듈(200)의 진공 분위기를 인덱스 모듈(100)의 상압 분위기로 치환한다. 로딩 모듈(300)은 반송 유닛(240)과 이송 프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 로딩 모듈(300)은 로드락 챔버(320) 및 언로드락 챔버(340)를 포함할 수 있다.
로드락 챔버(320)는 인덱스 모듈(100)에서 공정 모듈(200)로 반송되는 기판(W)이 임시로 머무른다. 로드락 챔버(320)는 대기 상태에서 상압 분위기를 유지하며, 공정 모듈(200)에 대해 차단되는 반면, 인덱스 모듈(100)에 대해 개방된 상태를 유지한다. 로드락 챔버(320)에 기판(W)이 반입되면, 내부 공간을 인덱스 모듈(100)과 공정 모듈(200) 각각에 대해 밀폐한다. 이후 로드락 챔버(320)의 내부 공간을 상압 분위기에서 진공 분위기로 치환하고, 인덱스 모듈(100)에 대해 차단된 상태에서 공정 모듈(200)에 대해 개방된다.
언로드락 챔버(340)는 공정 모듈(200)에서 인덱스 모듈(100)로 반송되는 기판(W)이 임시로 머무른다. 언로드락 챔버(340)는 대기 상태에서 진공 분위기를 유지하며, 인덱스 모듈(100)에 대해 차단되는 반면, 공정 모듈(200)에 대해 개방된 상태를 유지한다. 언로드락 챔버(340)에 기판(W)이 반입되면, 내부 공간을 인덱스 모듈(100)과 공정 모듈(200) 각각에 대해 밀폐한다. 이후 언로드락 챔버(340)의 내부 공간을 진공 분위기에서 상압 분위기로 치환하고, 공정 모듈(200)에 대해 차단된 상태에서 인덱스 모듈(100)에 대해 개방된다.
공정 모듈(200)은 반송 유닛(240) 및 복수 개의 공정 챔버들을 포함한다.
반송 유닛(240)은 로드락 챔버(320), 언로드락 챔버(340), 그리고 복수 개의 공정 챔버들(260) 간에 기판(W)을 반송한다. 반송 유닛(240)은 반송 챔버(242) 및 반송 로봇(250)을 포함한다. 반송 챔버(242)는 육각형의 형상으로 제공될 수 있다. 선택적으로 반송 챔버(242)는 직사각 또는 오각의 형상으로 제공될 수 있다. 반송 챔버(242)의 둘레에는 로드락 챔버(320), 언로드락 챔버(340), 그리고 복수 개의 공정 챔버들(260)이 위치된다. 반송 챔버(242)의 내부에는 기판(W)을 반송하기 위한 반송 공간(244)에 제공된다.
반송 로봇(250)은 반송 공간(244)에서 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇(250)은 반송 챔버(240)의 중앙부에 위치될 수 있다. 반송 로봇(250)은 수평, 수직 방향으로 이동할 수 있고, 수평면 상에서 전진, 후진 또는 회전이 가능한 복수 개의 핸드들(252)을 가질 수 있다. 각 핸드(252)는 독립 구동이 가능하며, 기판(W)은 핸드(252)에 수평 상태로 안착될 수 있다. 또한, 도 1에서는 일반적인 전공정 설비 구성을 나타내고 있으나, 챔버가 없는 후공정 설비 구성에서도 인덱스 모듈(100)(EFEM)에 본 발명의 기판 처리 유닛(3000)이 장착될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면 기판 처리 유닛이 인덱스 모듈에서 로드 포트와 같이 배열되어 기판이 공정 모듈로 반송되기 전에도 기판을 처리할 수 있으므로, 기판 처리 공정의 효율이 향상될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 유닛을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 기판 처리 유닛(3000)은 하우징(3010), 기판 지지 유닛(3100), 가스 공급 유닛(3200), 플라즈마 발생 장치(3300), 전원 유닛(3500), 제어 유닛(3600), 구동 유닛(3900) 및 베이스 유닛(3020)을 포함할 수 있다.
기판 처리 유닛(3000)은 대기압 플라즈마를 이용하여 반도체 장치용 기판에 일련의 플라즈마 표면 처리를 실시할 수 있는 장치이다.
하우징(3010)은 대기압 상태의 내부 처리 공간을 포함하는 챔버 형태로 제공될 수 있다. 내부 처리 공간에는 기판(W)이 놓여지는 기판 지지 유닛(200)이 위치된다. 일 예로, 하우징(3010)은 내부가 개방된 직육면체 형상으로 제공될 수 있다.
베이스 유닛(3020)은 하우징(3010)의 하부에 위치되어 하우징(3010)을 지지한다. 베이스 유닛(3020)은 베이스부(3021), 수직 프레임(3022) 및 개구(3023)를 포함할 수 있다. 베이스부(3021)는 하우징(3010)의 하부를 지지한다. 베이스부(3021)에는 베이스 유닛(3020)과 이송 프레임(140)을 고정 결합하는 결합 부재(3030)가 제공될 수 있다. 베이스부(3021)의 상면에는 홈이 형성될 수 있다. 수직 프레임(3022)은 베이스부(3021)의 측면에 설치될 수 있다. 수직 프레임(3022)은 하우징(3010)의 측부를 지지한다. 수직 프레임(3022)에는 기판이 출입되는 개구(3023)가 형성될 수 있다. 또한, 수직 프레임(3022)에는 기판의 공급 및 배출을 위한 도어(미도시)가 제공되어 기판이 개구(3023)를 통해 공급되거나 배출되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 기판 처리 유닛(3000)은 하우징(3010) 및 하우징(3010)을 지지하는 베이스 유닛(3020)을 포함하여, 도 2와 같이, 인덱스 모듈(100)에서 복수의 로드포트(120)의 배열 방향을 따라 제공될 수 있다. 이에 따라, 인덱스 모듈(100)에서도 기판에 대한 공정을 수행할 수 있으므로, 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 인덱스 모듈(100)에 대기압 플라즈마 처리를 수행하는 기판 처리 유닛(3000)을 배치하여, 기판이 공정 모듈(200)로 반송되기 전에 기판에 대한 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
기판 지지 유닛(3100)는 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 후술할 구동부(3130)에 의해 회전될 수 있다. 일 예로, 기판 지지 유닛(3100)는 원형의 상부면을 갖으며 하부전극으로 사용되는 스핀헤드(3110)를 갖는 스핀척일 수 있다. 기판(W)은 스핀헤드(3110) 상에 정전기력에 의해 고정될 수 있다. 또한 기판 지지 유닛은 기계적 클램핑 또는 진공 흡착과 같은 다양한 방식으로 기판을 지지할 수도 있다.
스핀헤드(3110)의 하부에는 스핀헤드(3110)를 지지하는 지지축(3120)이 연결되며, 지지축(3120)은 그 하단에 연결된 구동부(3130)에 의해 회전한다. 구동부(3130)는 모터 등으로 마련될 수 있다. 지지축(3120)이 회전함에 따라 스핀헤드(3110) 및 기판(W)이 회전한다. 한편, 스핀헤드(3110)는 접지되도록 제공된다. 즉, 스핀헤드(3110)는 하부 전극으로 사용된다. 스핀헤드(3110) 자체가 하부 전극일 수 있고 또는 스핀헤드(3110) 내부에 하부 전극이 매립된 형태로 제공될 수 있다.
가스 공급 유닛(3200)은 공정 가스를 공급한다. 공정 가스는 질소(N2), 공기, 아르곤(Ar), CxFx 가스 등의 단일 가스 또는 상기 단일 가스에 수소(H2) 및 산소(O2) 중 적어도 하나를 혼합한 혼합 가스를 포함할 수 있다. 가스 공급 유닛(3200)은 기판 지지 유닛(3100)의 상부에 위치되는 플라즈마 발생 장치(3300)의 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3330)에 각각 공정 가스를 공급한다.
플라즈마 발생 장치(3300)는 스핀헤드(3110)와 대응되도록 상부에 설치되어, 기판의 표면처리에 필요한 플라즈마 가스를 생성하여 분사한다. 플라즈마 발생 장치(3300)는 제1상부전극유닛(3310) 및 제2상부전극유닛(3330)을 포함할 수 있다.
제1상부전극유닛(3310)은 기판 전면에 걸쳐 플라즈마 처리를 위해 제공되며, 제2상부전극유닛(3320)은 기판의 국소면적에 플라즈마 처리를 위해 제공된다. 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3330)에는 각각 전원(3500)이 연결될 수 있다.
전원(3500)은 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3330) 각각에 전력을 인가할 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3330) 각각에 제공되는 전극(미도시됨)에는 고전압이 인가될 수 있으며, 하부 전극(스핀헤드)은 접지되어 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
제1상부전극유닛(3310)의 제1반응기 몸체(3311)는 제1구동부(3380)에 의해 제1방향(X)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 제1반응기 몸체(3311)는 스핀 헤드(3110)의 상부에 기판(W)과 평행하게 배치될 수 있다. 예컨대, 제1반응기 몸체(3311)는 직육면체 형상으로 길게 형성된 바 형상을 가질 수 있다. 제1반응기 몸체(3311)는 내부에 빈 공간이 형성되어 있고, 하부가 개방되어 있다. 반응기 몸체(3311)는 접지될 수 있다. 제1반응기 몸체(3311)의 상단부에는 방전 공간(3312;도 7a 참조)으로 반응가스를 공급하기 위한 공급 포트(3313)가 설치될 수 있다. 도 5에서와 같이, 공급 포트(3313)에는 가스 공급 유닛(3200)과 연결된 가스 공급라인(3210)이 연결된다.
제1반응기 몸체(3311)는 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같은 구성과 유사할 수 있다. 다만, 그 내부에 방전공간들을 구획하는 격벽들은 생략될 수 있다.
도 7a는 제1반응기 몸체를 간략하게 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에 따르면, 제1반응기 몸체(3311)는 저면에 분사구(3314)를 갖는다. 분사구(3314)는 제1반응기 몸체(3311)의 저면에 길이방향을 따라 선형으로 제공될 수 있다. 분사구(3314)는 방전공간(3312)과 연결된다. 방전공간(3312)에서 발생한 플라즈마는 분사구(3314)를 통해 스핀헤드(3110)에 놓여진 기판으로 분사될 수 있다. 분사구(3314)는 그 길이가 기판(W)의 지름보다 큰 것이 바람직하다. 한편, 제1반응기 몸체(3311)는 상부 전극(3340)을 갖는다. 상부 전극(3340)은 방전공간(3312)에 제공된다. 상부 전극(3340)은 전극(3342)과 전극(3342)을 둘러싸는 절연체(3344)를 포함할 수 있다. 전극(3342)의 단면은 원형으로 이루어질 수 있고, 전극(3342)을 감싸기 위한 절연체(3344)의 단면은 환형으로 이루어질 수 있다. 다만, 전극(3342)과 절연체(3344)의 단면은 이에 한정되지 않는 다양한 형상이 가능할 수 있다. 도시하지 않았지만, 전극(3342)은 플라즈마 발생에 따른 발열을 억제시키는 냉매가 통과하는 유로가 제공될 수 있다.
예컨대, 전극(3342)은 방전에 따른 발열을 최소화하기 위해, 전기 저항이 작고, 열전도율이 높은 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 아울러, 절연체(3344)는 방전에 따른 발열을 억제시키고, 플라즈마에 대한 내구성을 가지는 석영(Si), 알루미나(Alumina) 또는 알루미나를 포함하는 화합물 등이 가능할 수 있으며, 바람직하게는 열 전도도가 우수한 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다.
한편, 제1반응기 몸체(3311)는 공정 조건에 따라 그 길이 방향 중심이 기판 처리면의 중심(기판 회전 중심)과 정렬되도록 배치되는 것이 바람직하다.
제2상부전극유닛(3320)은 기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체(3321)를 포함할 수 있다. 제2반응기 몸체(3321)는 제1반응기 몸체(3311)의 일측면에 제1방향(X)과 직교되는 제2방향(Y)을 따라 이동가능하도록 제공될 수 있다. 일예로, 제2반응기 몸체(3321)는 제1반응기 몸체(3311)에 설치된 제2구동부(3390)에 의해 제2방향(Y)으로 이동하면서 기판 표면을 플라즈마 처리할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 제2반응기 몸체(3321)에는 방전 공간(3321)으로 반응가스를 공급하기 위한 공급 포트(3323)가 설치될 수 있다. 도 5에서와 같이, 공급 포트(3323)에는 가스 공급 유닛(3200)과 연결된 가스 공급라인(3220)이 연결된다.
도 7b는 제1반응기 몸체를 간략하게 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에 따르면, 제2반응기 몸체(3321)는 저면에 원형의 분사구(3324)를 갖는다. 분사구(3324)는 방전공간(3322)과 연결된다. 방전공간(3322)에서 발생한 플라즈마는 분사구(3324)를 통해 스핀헤드(3110)에 놓여진 기판의 극소면적으로 분사될 수 있다. 한편, 제2반응기 몸체(3321)는 상부 전극(3350)을 갖는다. 상부 전극(3350)은 방전공간(3322)에 제공된다. 상부 전극(3350)은 전극(3352)과 전극(3352)을 둘러싸는 절연체(3354)를 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b은 기판 처리 유닛에서 기판을 플라즈마 처리하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 스핀척(3110)에 기판이 놓여진 상태에서 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3320)을 기판 상부에 위치시킨다. 이때 제1상부전극유닛(3310)은 제1반응기 몸체(3311)의 길이 방향 중심이 기판 처리면의 중심(기판 회전 중심;C)과 정렬되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 상태에서 제1상부전극유닛(3310)은 기판 전면에 대해 플라즈마 처리를 한다.
기판 전면에 대한 플라즈마 처리(전면 처리 단계)가 완료되면, 전면 처리 단계 이후에 플라즈마 처리가 부족한 영역은 제2상부전극유닛(3320)을 이용하여 선택적으로 플라즈마 처리를 한다. 이때, 제2상부전극유닛(3320)의 제2반응기 몸체(3321)는 이동 경로가 기판 회전 중심을 지나는 임의의 라인(L1)에 위치되도록 제1상부전극유닛(3310)은 소정 간격만큼 이동될 수 있다.
본 실시예에서는 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3330)이 순차적으로 기판 표면을 플라즈마 처리하는 것으로 도시하고 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 기판 처리 유닛에서 기판을 플라즈마 처리하는 또 다른 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9를 참조하면, 기판(W)이 스핀척(3110)에 놓여진 상태에서 제1상부전극유닛(3310)과 제2상부전극유닛(3320)을 기판 상부에 위치시킨다. 이때 제1상부전극유닛(3310)은 제1반응기 몸체(3311)의 길이 방향 중심이 기판 처리면의 중심(기판 회전 중심)과 정렬되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 상태에서 제1상부전극유닛(3310)은 기판 전면에 대해 플라즈마 처리를 한다. 그리고, 이와 동시에 제2상부전극유닛(3320)을 이용하여 기판의 특정 영역을 선택적으로 플라즈마 처리를 한다. 이때, 제2상부전극유닛(3320)의 제2반응기 몸체(3321)는 이동 경로가 기판 회전 중심을 지나는 임의의 라인(L1)에서 벗어나 있기 때문에 제2상부전극유닛(3320)에 의해 플라즈마 처리가 가능한 영역은 도 9에 빗금친 영역에 한정될 수 있다. 그러나, 제1상부전극유닛(3310)에 의해 플라즈마 처리되는 기판은 기판 중심에 가까울수록 플라즈마 밀도가 높고 기판 중심에서 멀어질수록 플라즈마 밀도가 낮아지기 때문에, 제2상부전극유닛(3320)에 의해 추가적으로 플라즈마 처리가 이루어져야할 영역은 도 9에 도시된 빗금친 영역 안에 충분히 포함될 수 있음은 물론이다.
도 10은 플라즈마 발생 장치의 변형 예를 보여주는 도면이다.
도 10에 도시된 플라즈마 발생 장치(3300)는 제1상부전극유닛(3310a) 및 제2상부전극유닛(3320a)을 포함하며, 이들은 도 6에 도시된 제1상부전극유닛(3310) 및 제2상부전극유닛(3320)과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다.
본 변형예에서, 제2상부전극유닛(3320a)의 제2반응기 몸체(3321a)는 별도의 이동 아암(3350) 상에 제공되며, 이동 아암(3350)의 스윙 이동과 함께 기판의 중심에서 가장자리 구간을 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리한다는 점에서 차이점이 있다.
도 11 내지 도 13은 도 6에 도시된 제1반응기 몸체의 다른 예를 보여주는 도면들이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 제1반응기 몸체(3311b)는 도 6에 도시된 반응기 몸체(3311)의 방전공간(3312), 분사구(3314), 상부전극(3340) 동일한 구성으로 제공되며, 다만, 방전공간(3312)이 다수의 다수의 격벽(3319)들에 의해 구획된다는데 그 특징이 있다.
제1반응기 몸체(3311b)의 상단부에는 각각의 방전 공간(3312)들로 반응가스를 공급하기 위한 공급 포트(3313)들이 설치된다. 도 11에서와 같이, 공급 포트(3313)들 각각에는 가스 공급라인들이 연결된다.
제어 유닛(3600)은 독립된 방전공간(3312)들 각각으로 공급되는 반응가스를 제어한다. 제어 유닛(3600) 각각의 공급 포트(314)들에 연결된 가스 공급라인 상의 밸브 제어를 통해 유량 및 반응가스의 혼합비율을 제어할 수 있다. 도시하지 않았지만 각각의 공급 포트에 연결되는 공급라인(gas MFC)들은 최소 2개 이상으로 구성될 수 있다.
예컨대, 제어 유닛(3600)은 기판의 중심영역에 대응되는 방전공간으로 공급되는 반응가스의 유량을 기판 가장자리 영역에 대응되는 방전공간으로 공급되는 반응가스의 유량보다 적게 제어함으로써 기판 전체의 플라즈마 처리 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 기판 처리 설비 100: 인덱스 모듈
200: 공정 모듈 120: 로드 포트
140: 이송 프레임 3000: 기판 처리 유닛
3100: 기판 지지 유닛 3200: 가스 공급 유닛
3300: 플라즈마 발생 장치 3310: 제1상부전극유닛
3320 : 제2상부전극유닛

Claims (20)

  1. 기판 처리 유닛에 있어서:
    기판이 놓여지는 스핀척;
    상기 스핀척에 제공되는 하부 전극; 및
    상기 스핀척 상부에 위치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 포함하되;
    상기 플라즈마 발생 장치는
    기판의 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 제1상부전극유닛; 및
    기판의 국소면적에 플라즈마 처리하는 제2상부전극유닛을 포함하고,
    상기 제1상부전극유닛은
    기판을 가로지르는 길이방향을 따라 선형타입으로 제공되는 중공의 바 형상으로 이루어지며, 내부에 방전공간이 제공되는 제1반응기 몸체; 및
    상기 제1반응기 몸체의 저면에 길이방향을 따라 선형으로 제공되고, 상기 방전공간에서 발생한 플라즈마를 상기 스핀척에 놓여진 기판으로 분사하기 위한 분사구를 포함하는 기판 처리 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1반응기 몸체가 상기 스핀척의 상부에서 제1방향을 따라 수평 이동하도록 상기 제1반응기 몸체를 이동시키는 제1구동부를 더 포함하고,
    상기 분사구는
    그 길이가 기판의 지름과 같거나 큰 기판 처리 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2상부전극 유닛은
    기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체를 포함하는 기판 처리 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2반응기 몸체는 상기 제1반응기 몸체 상에서 상기 제1반응기 몸체의 길이 방향과 평행한 제2방향을 따라 이동가능하도록 제공되는 기판 처리 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2반응기 몸체는 상기 제1반응기 몸체의 측면에 설치된 구동 레일을 따라 이동되는 기판 처리 유닛.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2반응기 몸체는
    별도의 이동 아암에 제공되고, 상기 이동 아암의 이동과 함께 움직이면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 기판 처리 유닛.
  9. 기판 처리 유닛에 있어서:
    기판이 놓여지는 스핀척;
    상기 스핀척에 제공되는 하부 전극; 및
    상기 스핀척 상부에 위치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 포함하되;
    상기 플라즈마 발생 장치는
    기판의 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 제1상부전극유닛; 및
    기판의 국소면적에 플라즈마 처리하는 제2상부전극유닛을 포함하고,
    상기 제1상부전극유닛은
    기판을 가로지르는 길이방향을 따라 선형타입으로 제공되고, 상기 스핀척과 함께 회전하는 기판의 표면으로 플라즈마를 처리하는 제1반응기 몸체를 포함하며;
    상기 제1반응기 몸체는
    다수의 격벽들에 의해 독립된 방전공간들을 포함하고,
    상기 독립된 방전공간들 각각으로는 반응가스가 독립적으로 공급되는 기판 처리 유닛.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 유닛은 인덱스 모듈에 탈부착되고,
    상기 기판 처리 유닛은, 대기압 플라즈마 처리 장치인 기판 처리 유닛.
  11. 기판을 수용하는 용기가 놓이는 복수의 로드 포트 및 기판을 반송하는 인덱스 로봇이 설치된 이송 프레임을 가지는 인덱스 모듈;
    상기 인덱스 모듈과 연결되고, 기판을 처리하는 공정 챔버들이 제공되는 공정 모듈; 및
    상기 인덱스 모듈에 탈부착 가능하게 제공되며, 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 발생 장치를 갖는 기판 처리 유닛;을 포함하되,
    상기 플라즈마 발생 장치는
    스핀척에 놓여진 기판의 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 제1상부전극유닛; 및
    상기 스핀척에 놓여진 기판의 국소면적에 플라즈마 처리하는 제2상부전극유닛을 포함하고,
    상기 제1상부전극유닛은
    기판을 가로지르는 길이방향을 따라 선형타입으로 제공되는 중공의 바 형상으로 이루어지며, 내부에 방전공간이 제공되는 제1반응기 몸체; 및
    상기 제1반응기 몸체의 저면에 길이방향을 따라 선형으로 제공되고, 상기 방전공간에서 발생한 플라즈마를 상기 스핀척에 놓여진 기판으로 분사하기 위한 분사구를 포함하는 기판 처리 설비.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1반응기 몸체가 상기 스핀척의 상부에서 수평 이동하도록 상기 제1반응기 몸체를 이동시키는 구동 장치를 더 포함하고,
    상기 분사구는
    그 길이가 기판의 지름과 같거나 큰 기판 처리 설비.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2상부전극 유닛은
    기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체를 포함하고,
    상기 제2반응기 몸체는 상기 제1반응기 몸체 상에서 이동가능하도록 제공되는 기판 처리 설비.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2상부전극 유닛은
    기판 상에서 이동하면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 제2반응기 몸체를 포함하고,
    상기 제2반응기 몸체는
    별도의 이동 아암에 제공되고, 상기 이동 아암의 이동과 함께 움직이면서 기판 표면을 국소적으로 플라즈마 처리하는 기판 처리 설비.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 로드 포트, 상기 이송 프레임 및 상기 공정 모듈이 제1 방향으로 배열되고,
    상기 로드 포트와 상기 기판 처리 유닛은, 상부에서 바라볼 때 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배열되는 기판 처리 설비.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 기판 처리 유닛은, 대기압에서 기판을 플라즈마 처리하여 기판의 표면을 친수 또는 소수 처리하는 기판 처리 설비.
  18. 제1항에 따른 기판 처리 유닛을 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 방법에 있어서,
    상기 스핀척에 기판이 놓여진 상태에서 상기 제1상부전극유닛과 상기 제2상부전극유닛을 상기 기판 상부에 위치시키는 단계; 및
    상기 스핀척이 회전하면 상기 제1상부전극유닛과 상기 제2상부전극유닛 중 적어도 하나를 이용하여 상기 기판 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리하는 단계는
    상기 제1상부전극유닛에 의해 기판 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 전면 처리 단계; 및
    상기 전면 처리 단계 이후에 플라즈마 처리가 부족한 영역을 상기 제2상부전극유닛에 의해 선택적으로 플라즈마 처리하는 국소 처리 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리하는 단계는
    상기 제1상부전극유닛에 의해 기판 전면에 걸쳐 플라즈마 처리하는 전면 처리와, 상기 제2상부전극유닛에 의해 기판의 특정 영역을 선택적으로 플라즈마 처리하는 국소 처리를 동시에 수행하는 기판 처리 방법.
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