KR20160148314A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20160148314A
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high vacuum
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vacuum pump
door
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KR1020150085173A
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김혁
김하나
신경섭
오정익
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삼성전자주식회사
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Abstract

기판 처리 장치를 제공한다. 이 기판 처리 장치는 공정 챔버; 고진공 펌프; 상기 고진공 펌프와 상기 공정 챔버 사이의 배기 유로; 및 상기 배기 유로에 설치된 진공 밸브 장치를 포함한다. 상기 진공 밸브 장치는 제1 밸브 장치 및 상기 제1 밸브 장치 보다 오리피스(orifice)가 작은 제2 밸브 장치를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Substrate Processing Apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 플라즈마를 이용하여 반도체 공정을 진행할 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용하는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위하여 플라즈마를 이용하는 반도체 공정, 예를 들어, 플라즈마를 이용하는 식각 공정이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 식각 공정을 진행하기 위한 기판 처리 장치는 반도체 기판이 반입되어 처리되는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버를 진공 상태로 형성하기 위한 펌핑 유닛을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 하나의 공정 챔버 내에서 반도체 기판 상의 복수의 물질 층들을 식각할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 하나의 공정 챔버 내에서 복수의 식각 공정을 진행할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 하나의 공정 챔버 내에서 이방성 식각 공정과 등방성 식각 공정을 진행할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 공정 챔버 내의 압력을 빠르고 안정적으로 변화시킬 수 있는 펌핑 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 상기 기판 처리 장치를 이용하여 반도체 소자를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 양태에 따른 기판 처리 장치를 제공한다. 이 기판 처리 장치는 공정 챔버; 고진공 펌프; 상기 고진공 펌프와 상기 공정 챔버 사이의 배기 유로; 및 상기 배기 유로에 설치된 진공 밸브 장치를 포함한다. 상기 진공 밸브 장치는 제1 밸브 장치 및 상기 제1 밸브 장치 보다 오리피스(orifice)가 작은 제2 밸브 장치를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 저진공 펌프; 상기 고진공 펌프와 상기 저진공 펌프 사이의 포어라인(foreline); 및 상기 포어라인에 배치되는 저진공 밸브 장치를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에서, 상기 제1 밸브 장치는 제1 도어 및 상기 제1 도어를 움직일 수 있는 제1 액츄에이터를 포함하고, 상기 제2 밸브 장치는 제2 도어 및 상기 제2 도어를 움직일 수 있는 제2 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 액츄에이터들은 상기 제1 및 제2 도어들 하부에 배치될 수 있다.
상기 제1 도어를 관통하는 보조 유로를 더 포함하되, 상기 제1 밸브 장치는 상기 배기 유로를 개폐(open/close)할 수 있고, 상기 제2 밸브 장치는 상기 보조 유로에 설치되어 상기 보조 유로를 개폐(opne/close)할 수 있다.
상기 보조 유로는 상기 제1 도어의 가운데 부분을 관통할 수 있다.
상기 제1 도어는 상기 공정 챔버의 하부의 가운데 부분에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 제1 밸브 장치 및 상기 제2 밸브 장치는 병렬로 배열될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 공정 챔버 내의 압력을 감지하는 압력 감지 센서; 및 상기 진공 밸브 장치를 제어하는 진공 밸브 제어 시스템을 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 공정 챔버와 연결된 버퍼 챔버; 및 상기 버퍼 챔버와 연결된 저 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다른 양태에 따른 기판 처리 장치를 제공한다. 이 기판 처리 장치는 공정 챔버; 고진공 펌프; 상기 고진공 펌프와 상기 공정 챔버 사이의 배기 유로; 및 상기 배기 유로에 설치된 진공 밸브 장치를 포함한다. 상기 진공 밸브 장치는 상기 배기 유로 내에 배치되는 도어, 및 상기 도어와 연결되며 상기 도어를 동작시키는 제1 및 제2 액츄에이터들을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 액츄에이터들은 상기 도어를 동작시키되, 상기 제2 액츄에이터는 상기 제1 액츄에이터 보다 상기 도어를 작게 동작시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 도어는 상기 제1 및 제2 액츄에이터들과 하나의 로드(rod)를 공유할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 공정 챔버 내부의 압력을 감지하는 압력 감지 장치; 및 상기 압력 감지 장치와 연결된 진공 제어 시스템을 더 포함하되, 상기 진공 제어 시스템은 상기 제1 액츄에이터와 연결되는 제1 액츄에이터 제어부, 및 상기 제2 액츄에이터와 연결되는 제2 액츄에이터 제어부를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 저진공 펌프; 상기 저진공 펌프와 상기 고진공 펌프를 연결하는 포어라인; 및 상기 포어라인에 배치되는 저진공 밸브 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 또 다른 양태에 따른 기판 처리 장치를 제공한다. 이 기판 처리 장치는 공정 챔버; 고진공 펌프; 상기 공정 챔버와 상기 고진공 펌프 사이의 배기 유로; 상기 배기 유로에 배치되는 고진공 밸브 장치; 저진공 펌프; 상기 저진공 펌프와 상기 고진공 펌프 사이의 포어라인; 상기 포어라인에 배치되는 저진공 밸브 장치; 상기 고진공 밸브 장치와 상기 저진공 밸브 장치 사이에 배치되는 바이 패스 라인; 및 상기 바이 패스 라인에 배치되는 바이패스 밸브 장치를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 바이 패스 라인의 한쪽 끝은 상기 고진공 밸브 장치와 상기 고진공 펌프 사이의 상기 배기 라인에 연결되고, 상기 바이 패스 라인의 다른쪽 끝은 상기 고진공 펌프와 상기 저진공 펌프 사이의 상기 포어라인에 연결될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 바이 패스 라인은 상기 고진공 펌프의 몸체 내부에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 고진공 밸브 장치는 상기 배기 유로를 개폐할 수 있는 도어 및 상기 도어와 연결되는 로드(rod), 상기 로드와 연결되어 상기 도어를 움직일 수 있는 액츄에이터, 및 상기 액츄에이터와 연결되며 상기 액츄에이터를 고정시키는 액츄에이터 지지대를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 바이패스 라인은 상기 고진공 펌프와 이격될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시 예들에 따르면, 하나의 공정 챔버 내에서 복수의 식각 공정들을 진행하는 동안에 공정 챔버 내의 압력을 빠르고 안정적으로 변화시킬 수 있는 펌핑 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 식각 공정에 이어서 제2 식각 공정을 진행 할 때, 상기 제1 및 제2 식각 공정들 사이의 공정 전환 시간을 최소화하면서 상기 제2 식각 공정이 안정적인 분위기에서 진행될 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 공정 챔버 내의 압력의 안정화 시간을 최소로 할 수 있으므로, 전체적인 공정 시간을 감소시키어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 공정 챔버 내의 압력을 빠르게 안정화시킬 수 있으므로, 식각 공정에서의 산포 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 기판 처리 장치들 중 어느 하나를 이용하는 반도체 공정을 진행하여 반도체 소자를 형성하는 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 13은 도 12에서의 식각 공정을 진행하는 단계의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 14는 식각 공정을 진행하는 공정 챔버 내의 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 단면도, 평면도 및 블록도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.
또한, "상부", "중간" 및 "하부" 등과 같은 용어는 구성요소들 사이에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것으로써, 이들 용어들에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이들 "상부", "중간" 및 "하부" 등과 같은 용어는 다른 용어, 예를 들어 "제1", "제2" 및 "제3" 등의 용어로 대체되어 명세서의 구성요소들을 설명하기 위하여 사용될 수도 있다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 "제1 구성요소"는 "제2 구성요소"로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 기술적 사상이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)를 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는 공정 챔버(30), 버퍼 챔버(40), 고진공 펌프(HVP), 제1 저진공 펌프(LVP_1), 제2 저진공 펌프(LVP_2), 고진공 밸브 장치(80), 제1 저진공 밸브 장치(86), 제2 저진공 밸브 장치(42), 공정 가스 공급 장치(45), 압력 감지 장치(46) 및 진공 제어 시스템(94)을 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(30)는 플라즈마(P)를 이용하여 반도체 공정을 진행할 수 있는 공정 챔버일 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 챔버(30)는 플라즈마 식각 공정을 진행할 수 있는 공정 챔버일 수 있다.
상기 공정 챔버(30)는 플라즈마(P)가 형성될 수 있는 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 하부 장치(5) 및 상부 장치(10)를 포함할 수 있다. 상기 공정 챔버(30)의 상기 상부 장치(10)는 상부 전극, 샤워 헤드 또는 샤워 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 공정 챔버(30)의 상기 하부 장치(5)는 반도체 기판(W)이 위치할 수 있는 기판 지지대, 예를 들어 정전 척을 포함할 수 있다.
상기 공정 가스 공급 장치(45)는 상기 공정 챔버(30)와 연결될 수 있다. 상기 공정 가스 공급 장치(45)는 플라즈마 공정을 진행하기 위한 공정 가스들을 공급할 수 있는 장치일 수 있다.
상기 버퍼 챔버(40)는 상기 공정 챔버(30)와 연결될 수 있다. 상기 버퍼 챔버(40)와 상기 공정 챔버(30) 사이에 상기 반도체 기판(W)이 드나들 수 있는 게이트(35)가 배치될 수 있다.
상기 고진공 펌프(HVP)는 상기 공정 챔버(30) 하부에 배치될 수 있다. 상기 고진공 펌프(HVP)는 상기 공정 챔버(30)를 고진공 상태로 형성할 수 있는 펌프일 수 있다. 예를 들어, 상기 고진공 펌프(HVP)는 터보 분자 펌프일 수 있다.
상기 고진공 밸브 장치(80)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 공정 챔버(30) 사이에 배치될 수 있다. 상기 고진공 밸브 장치(80)는 제1 밸브 장치(60) 및 상기 제1 밸브 장치(60) 보다 오리피스(orifice)가 작은 제2 밸브 장치(70)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 밸브 장치(60) 및 상기 제2 밸브 장치(70)는 병렬로 배열될 수 있다.
상기 진공 제어 시스템(94)은 밸브 제어 부(95) 및 고진공 펌프 제어부(98)을 포함할 수 있다.
상기 진공 제어 시스템(94)은 상기 공정 챔버(30)의 내부 압력을 감지할 수 있는 상기 압력 감지 장치(46)와 연결될 수 있다.
상기 밸브 제어부(95)는 상기 제1 밸브 장치(60)를 제어할 수 있는 제1 밸브 제어 부(96a) 및 상기 제2 밸브 장치(70)를 제어할 수 있는 제2 밸브 제어 부(96b)를 포함할 수 있다. 상기 고진공 펌프 제어부(98)는 상기 고진공 펌프(HVP)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 제1 저진공 펌프(LVP_1)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 포어라인(foreline, 83)으로 연결될 수 있다. 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1)와 상기 고진공 펌프(HVP) 사이의 상기 포어라인(83)에 상기 제1 저진공 밸브 장치(86)가 배치될 수 있다. 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2)는 상기 버퍼 챔버(40)와 연결될 수 있다. 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2)와 상기 버퍼 챔버(40) 사이에는 상기 제2 저진공 밸브 장치(42)가 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 저진공 펌프들(LVP_1, LVP_2) 중 어느 하나 또는 모두는 드라이 펌프 또는 로터리 펌프일 수 있다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)의 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 기판 처리 장치(1)의 상기 고진공 밸브 장치(80)의 일 예에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 상기 고진공 밸브 장치(80)는 상기 공정 챔버(30)와 상기 고진공 펌프(HVP) 사이의 배기 유로(50) 내에 배치될 수 있다. 상기 배기유로(50)는 상기 공정 챔버(30)의 하부에 배치될 수 있다.
상기 제1 밸브 장치(60)는 상기 배기유로(50)를 개폐(open/close)할 수 있다. 상기 제1 밸브 장치(60)는 제1 도어(62), 제1 액츄에이터(66), 상기 제1 도어(62)와 상기 제1 액츄에이터(66)를 연결하는 제1 로드(rod, 64), 및 상기 제1 액츄에이터(66)를 지지하는 제1 밸브 지지대(68)를 포함할 수 있다. 상기 제1 밸브 장치(60)의 상기 제1 도어(62)는 상기 제1 액츄에이터(66)의 구동에 의해 움직이면서 상기 배기 유로(50)를 개폐(open/close)할 수 있다. 상기 제1 도어(62)는 상기 공정 챔버(30) 하부의 가운데 부분에 배치될 수 있다. 상기 제1 밸브 장치(60)의 상기 제1 로드(64)는 상기 제1 도어(62)의 중심에서 벗어난 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1 도어(62)를 관통하는 보조유로(52)가 배치될 수 있다. 상기 보조 유로(52)는 상기 제1 도어(62)의 가운데 부분을 관통할 수 있다.
상기 제2 밸브 장치(70)는 상기 보조유로(52)를 개폐(open/close)할 수 있다. 상기 제2 밸브 장치(70)는 제2 도어(72), 제2 액츄에이터(76), 상기 제2 도어(72)와 상기 제2 액츄에이터(76)를 연결하는 제2 로드(74), 및 상기 제2 액츄에이터(76)를 지지하는 제2 밸브 지지대(78)를 포함할 수 있다. 상기 제2 밸브 장치(70)의 상기 제2 도어(72)는 상기 제2 액츄에이터(76)의 구동에 의해 움직이면서 상기 보조 유로(52)를 개폐(open/close)할 수 있다. 상기 제2 밸브 장치(70)의 상기 제2 로드(74)는 상기 보조 유로(52)를 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 밸브 장치(60)는 오리피스가 크기 때문에 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 크게 변화시킬 수 있도록 동작할 수 있고, 상기 제2 밸브 장치(70)는 오리피스가 작기 때문에 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 작게 변화시킬 수 있도록 동작할 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내부의 압력이 급격하고 빠르게 변화할 때, 상기 제1 및 제2 밸브 장치들(60, 70) 중에서 상기 제1 밸브 장치(60)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 크게 변화시키어 압력을 가능한 빠르게 변화시키는데 이용될 수 있고, 상기 제2 밸브 장치(70)는 압력을 작게 변화시키어 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르게 안정화시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 도 1에서 설명한 것과 같은 기판 처리 장치(1)의 상기 공정 챔버(30), 상기 버퍼 챔버(40), 상기 고진공 펌프(HVP), 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1), 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2), 상기 제1 저진공 밸브 장치(86), 상기 제2 저진공 밸브 장치(42), 상기 압력 감지 장치(46) 및 상기 공정 가스 공급 장치(45)을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 공정 챔버(30) 사이에 배치될 수 있는 고진공 밸브 장치(180), 및 상기 고진공 밸브 장치(180)와 상기 압력 감지 장치(46)에 연결될 수 있는 진공 제어 시스템(194)을 포함할 수 있다.
상기 고진공 밸브 장치(180)는 도어(162) 및 상기 도어(162)와 연결되는 제1 액츄에이터(162) 및 제2 액츄에이터(166)을 포함할 수 있다.
상기 진공 제어 시스템(194)은 상기 고진공 밸브 장치(180)를 제어하는 밸브 제어부(195) 및 상기 고진공 펌프(HVP)를 제어하는 고진공 펌프 제어부(198)를 포함할 수 있다. 상기 밸브 제정 시스템(195)은 상기 제1 액츄에이터(166)를 제어하는 제1 액츄에이터 제어부(196a) 및 상기 제2 액츄에이터(167)를 제어하는 제2 액츄에이터 제어부(196b)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)의 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 기판 처리 장치(100)의 상기 고진공 밸브 장치(180)의 일 예(180a)에 대하여 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3과 함께 도 4를 참조하면, 고진공 밸브 장치(180a)는 도어(162), 제1 및 제2 액츄에이터들(166a, 167a), 로드(rod, 164) 및 밸브 지지대(168)를 포함할 수 있다.
상기 제2 액츄에이터(167a)는 상기 제1 액츄에이터(166a)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 로드(164)는 상기 도어(162)와 상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166a, 167a) 사이에 배치될 수 있다. 상기 도어(162)는 상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166a, 167a)과 하나의 상기 로드(164)를 공유할 수 있다.
상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166a, 167a)은 상기 제1 도어(162)를 움직여서 상기 공정 챔버(30)와 상기 고진공 펌프(HVP) 사이의 배기 유로(50)를 개폐(open/close)할 수 있다. 상기 제2 액츄에이터(167a)는 상기 제1 액츄에이터(166a) 보다 상기 제1 도어(162)를 작게 움직일 수 있다.
상기 제1 액츄에이터(166a)는 상기 제1 도어(162)를 크게 움직일 수 있고, 상기 제2 액츄에이터(167a)는 상기 제1 도어(162)를 작게 움직일 수 있기 때문에, 상기 제1 액츄에이터(166a)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 크게 변화시킬 수 있도록 동작할 수 있고, 상기 제2 액츄에이터(167a)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 작게 변화시킬 수 있도록 동작할 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)의 다른 예를 나타낸 도면이다. 상기 기판 처리 장치(100)의 상기 고진공 밸브 장치(180)의 다른 예(180b)에 대하여 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3과 함께 도 5를 참조하면, 고진공 밸브 장치(180b)는 도어(162), 제1 및 제2 액츄에이터들(166b, 167b), 방향 전환 장치(165), 로드(164) 및 밸브 지지대(168)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166b, 166b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 액츄에이터(167b)는 상기 제1 액츄에이터(166b)과 상기 방향 전환 장치(165) 사이에 배치될 수 있다.
상기 도어(162)는 상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166b, 167b)과 하나의 상기 로드(164)를 공유할 수 있다.
상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166b, 167b)은 상기 방향 전환 장치(165)를 통해서 상기 로드(164)를 움직이고 상기 로드(164)의 움직임에 따라서 상기 도어(162)가 상/하 운동을 하여 상기 배기 유로(50)를 개폐(open/close)할 수 있다.
상기 제1 및 제2 액츄에이터들(166b, 167b)은 상기 제1 도어(162)를 움직여서 상기 공정 챔버(30)와 상기 고진공 펌프(HVP) 사이의 배기 유로(50)를 개폐(open/close)할 수 있다. 상기 제2 액츄에이터(167a)는 상기 제1 액츄에이터(166b) 보다 상기 제1 도어(162)를 미세하게 움직일 수 있다.
상기 제1 액츄에이터(166b)는 상기 제1 도어(162)를 크게 움직일 수 있고, 상기 제2 액츄에이터(167b)는 상기 제1 도어(162)를 작게 움직일 수 있기 때문에, 상기 제1 액츄에이터(166a)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 크게 변화시킬 수 있도록 동작할 수 있고, 상기 제2 액츄에이터(167b)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 작게 변화시킬 수 있도록 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)를 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)는 도 1에서 설명한 것과 같은 기판 처리 장치(1)의 상기 공정 챔버(30), 상기 버퍼 챔버(40), 상기 고진공 펌프(HVP), 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1), 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2), 상기 제1 저진공 밸브 장치(86), 상기 제2 저진공 밸브 장치(42), 상기 압력 감지 장치(46) 및 상기 공정 가스 공급 장치(45)을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)는 고진공 밸브 장치(280), 바이패스 밸브 장치(290), 및 진공 제어 시스템(294)을 포함할 수 있다.
상기 고진공 밸브 장치(280)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 공정 챔버(30) 사이의 배기 유로(50)에 배치 또는 설치 될 수 있다.
상기 바이패스 밸브 장치(292)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 떨어질 수 있다. 상기 바이패스 밸브 장치(292)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 고진공 밸브 장치(280) 사이에 위치하는 상기 배기 유로(50)와 상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1) 사이의 포어라인(83)에 연결되는 바이패스 유로에 배치될 수 있다.
상기 진공 제어 시스템(294)은 상기 고진공 밸브 장치(280) 및 상기 바이패스 밸브 장치(290)을 제어하는 밸브 제어부(295) 및 상기 고진공 펌프(HVP)을 제어하는 고진공 펌프 제어부(298)를 포함할 수 있다.
상기 밸브 제어부(295)는 상기 고진공 밸브 장치(280)를 제어하는 고진공 밸브 제어부(296a) 및 상기 바이패스 밸브 장치(290)을 제어하는 바이패스 밸브 제어부(296b)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)의 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 기판 처리 장치(200)의 상기 고진공 밸브 장치(280) 및 상기 바이패스 밸브 장치(290)의 일 예에 대하여 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6과 함께 도 7을 참조하면, 상기 고진공 밸브 장치(280)는 상기 공정 챔버(30)와 상기 고진공 펌프(HVP) 사이의 배기 유로(50) 내에 배치될 수 있다. 상기 고진공 밸브 장치(280)는 도어(262), 액츄에이터(266), 상기 도어(262)와 상기 액츄에이터(266)를 연결하는 로드(264) 및 상기 액츄에이터(266)와 연결되며 상기 액츄에이터(266)를 고정시킬 수 있는 밸브 지지대(268)를 포함할 수 있다.
상기 고진공 밸브 장치(280)의 상기 도어(262)는 상기 액츄에이터(266)의 구동에 의해 움직이면서 상기 배기 유로(50)를 개폐(open/close)할 수 있다.
상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 고진공 밸브 장치(280)의 상기 도어(262) 사이에 위치하는 상기 배기 유로(50)의 부분과 상기 고진공 펌프(HVP)와 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1)의 상기 제1 저진공 밸브 장치(86) 사이의 포어라인(83)의 부분에 연결되는 바이패스 유로(292)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 바이패스 유로(292)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 이격될 수 있다. 상기 바이패스 유로(292)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 병렬로 배열될 수 있다. 상기 바이패스 밸브 장치(290)는 상기 바이패스 유로(292)에 배치 또는 설치 될 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내에서 복수의 식각 공정들을 진행하면서 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 급격하게 변화시킬 때, 상기 바이패스 밸브 장치(290)를 조절하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빨리 안정화시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(300)를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(300)를 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(300)는 도 6 및 도 7에서 설명한 것과 같은 기판 처리 장치(200)의 상기 공정 챔버(30), 상기 버퍼 챔버(40), 상기 고진공 펌프(HVP), 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1), 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2), 상기 제1 저진공 밸브 장치(86), 상기 제2 저진공 밸브 장치(42), 상기 고진공 밸브 장치(280), 상기 압력 감지 장치(46) 및 상기 공정 가스 공급 장치(45)을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(300)는 바이패스 유로(392), 바이패스 밸브 장치(390), 및 진공 제어 시스템(294)을 포함할 수 있다.
상기 진공 제어 시스템(294)은 상기 고진공 밸브 장치(280) 및 상기 바이패스 밸브 장치(290)을 제어하는 밸브 제어부(295) 및 상기 고진공 펌프(HVP)을 제어하는 고진공 펌프 제어부(298)를 포함할 수 있다.
상기 밸브 제어부(295)는 상기 고진공 밸브 장치(280)를 제어하는 고진공 밸브 제어부(296a) 및 상기 바이패스 밸브 장치(290)을 제어하는 바이패스 밸브 제어부(296b)를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(300)의 일 예를 나타낸 도면이다. 상기 기판 처리 장치(300)의 상기 바이패스 유로(392) 및 상기 바이패스 밸브 장치(390)의 일 예에 대하여 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 8과 함께 도 9를 참조하면, 상기 바이패스 유로(392)는 상기 고진공 펌프(HVP) 내부에 배치될 수 있다. 상기 바이패스 밸브 장치(390)는 상기 바이패스 유로(392)에 배치될 수 있다. 상기 바이패스 유로(392)는 상기 고진공 펌프(HVP) 내부에 배치될 수 있다. 상기 바이패스 밸브 장치(390)는 상기 바이패스 유로(392)에 배치될 수 있다. 상기 바이패스 밸브 장치(390)는 상기 고진공 펌프(HVP) 내부에 배치될 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내에서 복수의 식각 공정들을 진행하면서 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 급격하게 변화시킬 때, 상기 바이패스 밸브 장치(390)를 조절하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빨리 안정화시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(400)를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(400)의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(400)를 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(400)는 도 6 및 도 7에서 설명한 것과 같은 기판 처리 장치(200)의 상기 공정 챔버(30), 상기 버퍼 챔버(40), 상기 고진공 펌프(HVP), 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1), 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2), 상기 제1 저진공 밸브 장치(86), 상기 제2 저진공 밸브 장치(42), 상기 고진공 밸브 장치(280), 상기 압력 감지 장치(46) 및 상기 공정 가스 공급 장치(45)을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(400)는 상기 고진공 펌프(HVP)와 연결되는 가변 속도 인버터(490), 및 상기 진공 제어 시스템(494)를 포함할 수 있다.
상기 고진공 펌프(HVP)는 터보 분자 펌프일 수 있다. 상기 가변 속도 인버터(490)는 상기 고진공 펌프(HVP), 예를 드어 터보 분자 펌프의 회전 속도를 변화시키어 상기 고진공 펌프(HVP)의 펌핑 능력을 조절할 수 있다.
상기 진공 제어 시스템(494)은 상기 고진공 밸브 장치(280)를 제어하는 고진공 밸브 제어부(495) 및 상기 고진공 펌프(HVP)를 제어하는 고진공 펌프 제어부(498)을 포함할 수 있다.
상기 고진공 펌프 제어부(498)은 상기 고진공 펌프(HVP)를 동작시키는 펌프 제어부(499a) 및 상기 가변 속도 인버터(490)를 제어하는 인버터 제어부(499b)를 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내에서 복수의 식각 공정들을 진행하면서 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 급격하게 변화시킬 때, 상기 가변 속도 인버터(490)를 동작하여 상기 고진공 펌프(HVP)의 펌핑 용량을 조절하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빨리 안정화시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 상기 기판 처리 장치들(1, 100, 200, 300, 400) 중 어느 하나를 이용하는 반도체 공정을 진행하여 반도체 소자를 형성하는 방법을 나타낸 공정 흐름도이다. 도 13은 도 12에서의 식각 공정을 진행하는 단계(S40)의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이고, 도 14는 식각 공정을 진행하는 공정 챔버(30) 내의 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
우선, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1)를 이용하는 반도체 공정을 진행하여 반도체 소자를 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하여 도 1 및 도 2의 기판 처리 장치(1)를 이용하는 반도체 소자의 형성 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2와 함께 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 반도체 기판 상에 복수의 물질 층들을 형성할 수 있다. (도 12의 S10) 상기 복수의 물질 층들은 서로 다른 제1 물질 층, 제2 물질 층 및 제3 물질 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질 층은 실리콘 산화물일 수 있고, 상기 제2 물질 층은 실리콘 질화물 일 수 있고, 상기 제3 물질 층은 포토레지스트 물질일 수 있다.
베이스 진공(PR)의 공정 챔버(30) 내에 복수의 물질 층들을 갖는 반도체 기판(W)을 로딩할 수 있다. (도 12의 S20 및 도 14의 A) 상기 반도체 기판(W)은 상기 버퍼 챔버(40)를 통해서 상기 공정 챔버(30) 내로 이송되어 로딩될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 베이스 진공(PR)의 상기 공정 챔버(30) 내부는 대략 10mTorr 의 압력일 수 있다.
상기 반도체 기판(W)이 상기 공정 챔버(30) 내로 이동될 때, 상기 공정 챔버(30)와 상기 버퍼 챔버(40) 사이의 상기 게이트(35)는 개방(open)될 수 있고, 상기 버퍼 챔버(40)의 상기 제2 저진공 펌프(LVP_2)의 동작에 의해 상기 버퍼 챔버(40) 및 상기 공정 챔버(30)는 베이스 진공(PR) 상태일 수 있다. 따라서, 상기 반도체 기판(W)은 상기 베이스 진공(PR) 상태의 상기 공정 챔버(30) 내로 로딩될 수 있다. 상기 반도체 기판(W)이 상기 공정 챔버(30) 내로 로딩된 후에, 상기 게이트(35)는 닫힐 수 있다. 상기 고진공 펌프(HVP)는 반도체 공정의 빠른 진행을 위해서 동작 중에 있고, 상기 고진공 밸브 장치(80)는 닫혀(close) 있는 상태일 수 있다.
상기 베이스 진공(PR)의 상기 공정 챔버(30)를 고진공(PH) 상태로 형성할 수 있다. (도 12의 S20 및 도 14의 B)
상기 베이스 진공(PR)의 상기 공정 챔버(30)를 고진공(PH) 상태로 형성하는 것은 상기 고진공 펌프(HVP)가 동작중인 상태에서 상기 고진공 밸브 장치(80)를 개방(open)하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 저진공 펌프(LVP_1)은 동작하고 있고, 상기 제1 저진공 밸브 장치(86)는 개방(open)되어 있는 상태일 수 있다. 상기 고진공(PH) 상태의 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력은 10-5 Torr 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 반도체 공정 시간을 단축하기 위하여 상기 고진공 밸브 장치(80)는 최대로 개방될 수 있다. 예를 들어, 상기 고진공 밸브 장치(80)의 상기 제1 밸브 장치(60) 및 상기 제2 밸브 장치(70)는 모두 최대한 개방될 수 있다. 상기 제1 및 제2 밸브 장치들(60, 70)의 개방 속도는 상기 밸브 제어부(95)에서 제어할 수 있다.
이어서, 식각 공정을 진행할 수 있다. (S40)
상기 식각 공정을 진행하는 방법에 대하여 도 13 및 도 14를 중심으로 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2와 함께 도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 공정 챔버(30) 내부를 제1 진공(PE1)으로 형성할 수 있다. (도 13의 S110, 도 14의 C)
상기 공정 챔버(30) 내부를 제1 진공(PE1)으로 형성하는 것은 상기 고진공(PH) 상태의 상기 공정 챔버(30) 내부에 상기 공정 가스 공급 장치(45)를 이용하여 공정 가스를 주입하면서 상기 고진공 밸브 장치(80)의 개방 정도를 조절하는 것을 포함할 수 있다.
상기 고진공 밸브 장치(80)의 개방 정도를 조절하는 것은 상기 압력 감지 장치(46)를 이용하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력 변화에 대한 정보를 상기 진공 제어 시스템(94)에 제공하고, 상기 진공 제어 시스템(94) 내의 상기 밸브 제어부(95)는 상기 고진공 밸브 장치(80)의 개방 정도를 조절하고, 상기 고진공 밸브 장치(80)의 동작에 따라 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력이 변화하고, 상기 압력 감지 장치(46)를 이용하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력에 대한 정보를 상기 진공 제어 시스템(94)에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 진공(PE1)은 상기 베이스 진공(PR) 보다 상대적으로 높은 진공이면서 상기 고진공(PH) 보다 상대적으로 낮은 진공일 수 있다. 상기 제1 진공(PE1) 상태의 상기 공정 챔버(30)의 내부 압력은 상기 베이스 진공(PR) 상태의 공정 챔버(30)의 내부 압력 보다 낮지만 상기 고진공(PH) 상태의 상기 공정 챔버(30)의 내부 압력 보다 높을 수 있다.
상기 고진공(PH)에서 상기 제1 진공(PE1)으로 변화할 때, 제1 오버슈팅 부분(OS1) 및 제1 안정화 부분(ST1)이 발생할 수 있다.
상기 오버슈팅 부분(OS1)은 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력이 빠르게 높아지면서 원하는 압력에 도달한 후에도 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력이 좀더 높아지는 현상일 수 있다. 상기 제1 안정화 부분(ST1)은 상기 오버슈팅 부분(OS1)에서 원하는 압력으로 안정화 단계에 이르기까지의 시간일 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내부의 압력이 일정하게 되어 상기 제1 진공(PE1)으로 안정화된 후에, 제1 물질 층을 식각하는 제1 식각 공정을 진행할 수 있다. (도 13의 S120, 도 14의 E1) 상기 제1 물질 층을 식각하는 제1 식각 공정을 진행하는 것은 상기 공정 챔버(30) 내에서 플라즈마(P)를 발생시키어 식각 공정을 진행할 수 있다.
상기 제1 식각 공정을 진행하기 위한 공정 가스 공급을 중단하면서 플라즈마 발생 전원을 오프하여 플라즈마를 소멸시키어 상기 제1 식각 공정을 종료한 후에, 상기 공정 챔버(30) 내부를 상기 제1 진공(PE1)과 다른 제2 진공(PE2)으로 형성할 수 있다. (도 13의 S130, 도 14의 d1)
상기 제2 진공(PE2)은 상기 제1 진공(PE1) 보다 낮은 진공일 수 있다. 상기 제2 진공(PE2) 상태의 상기 공정 챔버(30)의 내부 압력은 상기 제1 진공(PE1) 상태의 공정 챔버(30)의 내부 압력 보다 높을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 진공(PE2)은 상기 베이스 진공(PR) 보다 낮은 진공일 수 있다. 상기 제2 진공(PE2) 상태의 상기 공정 챔버(30)의 내부 압력은 상기 베이스 진공(PR) 상태의 공정 챔버(30)의 내부 압력 보다 높을 수 있다. 상기 제2 진공(PE2)은 약 30mTorr의 압력 내지 약 70mTorr의 압력일 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내부를 상기 제2 진공(PE2)으로 형성하는 것은 상기 공정 가스 공급 장치(45)를 이용하여 상기 공정 챔버(30) 내부로 공정 가스를 공급하면서 상기 고진공 밸브 장치(80)를 조절하여 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 고진공 밸브 장치(80)를 조절하는 것은 상기 제1 밸브 장치(60)를 이용하여 상기 배기 유로(50)를 완전히 클로즈하지 않고 조금 개방한 상태에서 상기 제2 밸브 장치(60)의 상기 제2 도어(72)를 움직이면서 상기 보조 유로(52)를 통과하는 유량을 미세하게 조절할 수 있다.
상기 제1 진공(PE1)에서 상기 제2 진공(PE2)으로 변화할 때, 제2 오버슈팅 부분(OS2) 및 제2 안정화 부분(ST2)이 발생할 수 있다. 상기 제1 진공(PE1) 보다 상대적으로 압력이 높은 상기 제2 진공(PE2) 상태에서, 상기 고진공 밸브 장치(80)의 상기 제2 밸브 장치(70)는 상기 제2 오버슈팅 부분(OS2) 및 상기 제2 안정화 부분(ST2)이 커지는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 진공(PE1)에서 상기 제2 진공(PE2)으로 변화할 때, 상기 제1 밸브 장치(60) 만으로 조절하는데 어려움이 있지만, 상기 제1 밸브 장치(60)를 보조하며 미세하게 움직일 수 있는 상기 제2 밸브 장치(70)를 이용하여 상기 제2 오버슈팅 부분(OS2) 및 상기 제2 안정화 부분(ST2)을 최소화할 수 있다.
이어서, 제2 물질 층을 식각하는 제2 식각 공정을 진행할 수 있다. (도 13의 S140, 도 14의 E2)
상기 제2 식각 공정을 진행하는 것은 상기 공정 가스 공급 장치(45)로부터 상기 공정 챔버(30) 내로 제2 공정 가스를 공급하면서 상기 공정 챔버(30) 내에 플라즈마를 발생시키어 식각 공정을 진행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제2 식각 공정을 진행하기 위한 공정 가스 공급을 중단하면서 플라즈마 발생 전원을 오프하여 플라즈마를 소멸시키어 상기 제2 식각 공정을 종료한 후에, 상기 공정 챔버(30) 내부를 상기 제2 진공(PE2)과 다른 제3 진공(PE3)으로 형성할 수 있다. (도 13의 S150, 도 14의 d2) 상기 제3 진공(PE3)은 상기 제2 진공(PE2) 보다 낮은 진공일 수 있다. 상기 제3 진공(PE3) 상태의 상기 공정 챔버(30)의 내부 압력은 상기 제2 진공(PE2) 상태의 공정 챔버(30)의 내부 압력 보다 높을 수 있다.
상기 공정 챔버(30) 내부를 상기 제3 진공(PE3)으로 형성하는 것은 상기 공정 가스 공급 장치(45)를 이용하여 상기 공정 챔버(30) 내부로 공정 가스를 공급하면서 상기 고진공 밸브 장치(80)를 조절하여 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 고진공 밸브 장치(80)를 조절하는 것은 상기 제1 밸브 장치(60)를 이용하여 상기 배기 유로(50)를 완전히 닫거나, 또는 완전히 클로즈하지 않고 조금 개방한 상태에서 상기 제2 밸브 장치(60)의 상기 제2 도어(72)를 작게 움직이면서 상기 보조 유로(52)를 통과하는 유량을 미세하게 조절할 수 있다.
상기 제2 진공(PE2)에서 상기 제3 진공(PE3)으로 변화할 때, 제3 오버슈팅 부분(OS3) 및 제3 안정화 부분(ST3)이 발생할 수 있다. 상기 제2 진공(PE2) 보다 상대적으로 압력이 높은 상기 제3 진공(PE3) 상태에서, 상기 고진공 밸브 장치(80)의 상기 제2 밸브 장치(70)는 상기 제3 오버슈팅 부분(OS3) 및 상기 제3 안정화 부분(ST3)이 커지는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 진공(PE2)에서 상기 제3 진공(PE3)으로 변화할 때, 상기 제1 밸브 장치(60) 만으로 조절하는데 어려움이 있지만, 상기 제1 밸브 장치(60)를 보조하며 미세하게 움직일 수 있는 상기 제2 밸브 장치(70)를 이용하여 상기 제3 오버슈팅 부분(OS3) 및 상기 제3 안정화 부분(ST3)을 최소화할 수 있다.
이어서, 제3 물질 층을 식각하는 제3 식각 공정을 진행할 수 있다. (도 13의 S160, 도 14의 E3) 상기 제3 식각 공정을 진행하는 것은 상기 공정 가스 공급 장치(45)로부터 상기 공정 챔버(30) 내로 제3 공정 가스를 공급하면서 상기 공정 챔버(30) 내에 플라즈마를 발생시키어 식각 공정을 진행하는 것을 포함할 수 있다.
실시 예들에서, 상기 제1 진공(PE1)은 상기 베이스 진공(PR) 보다 낮은 압력의 저진공일 수 있고, 상기 제2 진공(PE2)은 상기 베이스 진공(PR) 보다 높은 압력의 중 진공일 수 있고, 상기 제3 진공(PE3)은 상기 제2 진공(PE2) 보다 높은 압력의 저 진공일 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 진공(PR)은 약 10mTorr 내외의 압력일 수 있고, 상기 제1 진공(PE1)은 상기 베이스 진공(PR) 보다 낮은 압력의 고진공일 수 있고, 제2 진공(PE2)은 약 30mTorr 내지 약70mTorr의 중간 진공일 수 있고, 상기 제3 진공(PE3)은 상기 제2 진공(PE2) 보다 높은 압력의 저진공일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 진공(PE2)은 약 70mTorr 이상의 압력일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 진공(PE2)은 약 70mTorr 내지 300mTorr의 압력일 수 있다. 여기서, 본 발명의 기술적 사상은 상기 베이스 진공(PR) 및 상기 제1 내지 제3 진공들(PE1, PE2, PE3)에서 압력에 대한 "수치"에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 베이스 진공(PR)의 상기 공정 챔버(30) 내의 압력은 10mTorr의 수치에 한정되지 않으며 기판 처리 장치의 종류에 따라 또는 공정 종류에 따라 다소 달라질 수 있다. 상기 제1 내지 제3 진공들(PE1, PE2, PE3)에서의 압력은 식각 대상 물질 층들의 종류 및 식각하고자 하는 대상물의 식각 모양에 따라 다소 달라질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 식각 공정에서 등방성 식각을 하고자 하는 경우에는 상기 제3 진공(PE3)에서 공정을 진행할 수 있고, 이방성 식각 공정을 하고자 하는 경우에는 상기 제1 진공(PE1) 또는 상기 제2 진공(PE2)에서 공정을 진행할 수 있다.
이어서, 상기 제3 식각 공정 진행을 완료한 후에, 상기 공정 챔버(30) 내부를 상기 제3 진공(PE3)과 다른 상기 제1 진공(PE1)으로 형성할 수 있다. (도 13의 S170, 도 14의 d3) 저진공의 상기 제3 진공(PE3) 에서 고진공의 상기 제1 진공(PE1)으로 변화하면서 언더슈팅 부분(OS4) 및 제4 안정화 부분(ST4)가 발생할 수 있다.
상기 제3 진공(PE3) 에서 상기 제1 진공(PE1)으로의 변화는 크지만, 상기 제1 및 제2 밸브 장치들(60, 70)을 조절하여 언더슈팅 부분(OS4) 및 제4 안정화 부분(ST4)의 크기를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 밸브 장치(60)를 좀더 개방하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 크게 변화시키면서 상기 제2 밸브 장치(70)를 조절하여 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 작게 변화시키어 상기 언더슈팅 부분(OS4) 및 상기 제4 안정화 부분(ST4)을 최소화할 수 있다.
이어서, 상기 제1 물질 층을 식각하는 상기 제1 식각 공정을 반복하여 진행할 수 있다. (도 13의 S180, 도 14의 E1') 이와 같은 상기 제1 내지 제3 식각 공정들을 진행한 후에, 상기 반도체 기판(W)을 상기 공정 챔버(30) 로부터 언로딩할 수 있다. (S50)
상기 제1 내지 제3 식각 공정들 동안에, 상기 공정 챔버(30) 내의 압력은 저압에서 고압으로 변화될 수 있다. 이와 같이 압력이 변화할 때, 상기 제1 및 제2 밸브 장치들(60, 70) 중에서 상기 제1 밸브 장치(60)는 압력을 크게 변화시키어 압력을 가능한 빠르게 변화시키는데 이용될 수 있고, 상기 제2 밸브 장치(70)는 압력을 작게 변화시키어 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 안정적으로 빠르게 제어할 수 있다. 따라서, 전체적인 식각 공정 시간을 단축할 수 있고, 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 최소화할 수 있으므로 공정 산포를 최소화할 수 있다.
상기 고진공 펌프(HVM)와 함께 상기 고진공 밸브 장치(80)를 포함하는 펌핑 시스템을 이용하여 고진공에서 진행되는 식각 공정, 중진공에서 진행되는 식각 공정, 및 저진공에서 진행되는 식각 공정을 빠르고 안정적으로 진행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1)를 이용하는 반도체 소자의 형성 방법을 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예들에 따른 기판 처리 장치들(100, 200, 300, 400)도 상기 기판 처리 장치(1)와 같이 이용될 수 있다. 상기 기판 처리 장치들(100, 200, 300, 400)의 동작 예에 대하여 설명하기로 한다.
일 실시예에서, 도 3, 및 도 4에서 설명한 상기 고진공 밸브 장치(180a)의 상기 제1 액츄에이터(166a)는 상기 도어(162)를 크게 움직임으로써, 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르게 변화시킬 수 있고, 상기 제2 액츄에이터(167a)는 상기 도어(162)를 작게 움직임으로써, 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 작게 변화시키어 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 안정적으로 빠르게 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 도 3 및 도 5에서 설명한 상기 고진공 밸브 장치(180b)의 상기 제1 액츄에이터(166b)는 상기 도어(162)를 크게 움직임으로써, 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르게 변화시킬 수 있고, 상기 제2 액츄에이터(167b)는 상기 도어(162)를 작게 움직임으로써, 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 작게 변화시키어 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 안정적으로 빠르게 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 도 6 및 도 7에서 설명한 상기 고진공 밸브 장치(280)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르게 변화시킬 수 있고, 상기 바이패스 밸브 장치(290)는 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3)이 발생하기 직전에 개방되어 상기 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3)의 크기를 최소화할 수 있고, 그 결과로 상기 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)도 최소화될 수 있다. 따라서, 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 안정적으로 빠르게 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 도 8 및 도 9에서 설명한 상기 고진공 밸브 장치(280)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르게 변화시킬 수 있고, 상기 바이패스 밸브 장치(390)는 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3)이 발생하기 직전에 개방되어 상기 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3)의 크기를 최소화할 수 있고, 그 결과로 상기 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)도 최소화될 수 있다. 따라서, 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 안정적으로 빠르게 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 도 10 및 도 11에서 설명한 상기 고진공 밸브 장치(280)는 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르게 변화시킬 수 있고, 상기 가변 속도 인버터(490)는 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3)이 발생하기 직전에 상기 고진공 펌프(HVP)의 동작, 예를 들어 터보 분자 펌프의 회전 속도를 감소시키어 상기 고진공 펌프(HVP)의 펌핑 용량을 일시적으로 낮추어 상기 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3)의 크기를 최소화할 수 있고, 그 결과로 상기 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)도 최소화될 수 있다. 따라서, 도 14에서 설명한 압력의 오버슈팅 부분들(OS1, OS2, OS3) 및 안정화 부분들(ST1, ST2, ST3)을 안정적으로 빠르게 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따르면 상기 공정 챔버(30) 하부에 배치되는 펌핑 시스템을 이용하여 고진공에서 진행되는 식각 공정, 중진공에서 진행되는 식각 공정, 및 저진공에서 진행되는 식각 공정을 빠르고 안정적으로 진행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따르면, 하나의 상기 공정 챔버(30) 내에서 서로 다른 물질층들을 식각하기 위한 복수의 식각 공정들(도 13의 S120, S140, S160)을 진행하는 동안에 상기 공정 챔버(30) 내부의 압력을 빠르고 안정적으로 변화시킬 수 있는 펌핑 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들은 복수의 식각 공정들 사이의 공정 전환 시간을 최소화하면서 안정적인 분위기에서 식각 공정이 진행될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들은 상기 공정 챔버(30) 내의 압력을 빠르게 변화시키면서도 압력의 안정화 시간을 최소로 할 수 있으므로, 전체적인 공정 시간을 감소시키어 생산성을 향상시킬 수 있고, 상기 공정 챔버(30) 내의 압력을 빠르게 안정화시킬 수 있으므로, 식각 공정에서의 산포 특성을 개선할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
HVP : 고진공 펌프 LVP_1, LVP_2 : 저진공 펌프
30 : 공정 챔버 40 : 버퍼 챔버
42, 86 : 저진공 밸브 장치 45 : 공정 가스 공급 장치
46 : 압력 감지 장치 50 : 배기 유로
52 : 보조 유로 60 : 제1 밸브 장치
70 : 제2 밸브 장치 62, 72, 162 : 도어
64, 74, 164 : 로드(rod) 66, 76, 166, 167 : 액츄에이터
68, 78 : 밸브 지지대 80, 180, 280 : 고진공 밸브 장치
290, 390 : 바이패스 밸브 장치 490 : 인버터
292, 392 : 바이패스 유로

Claims (10)

  1. 공정 챔버;
    고진공 펌프;
    상기 고진공 펌프와 상기 공정 챔버 사이의 배기 유로; 및
    상기 배기 유로에 설치된 진공 밸브 장치를 포함하되,
    상기 진공 밸브 장치는 제1 밸브 장치 및 상기 제1 밸브 장치 보다 오리피스(orifice)가 작은 제2 밸브 장치를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 밸브 장치는 제1 도어 및 상기 제1 도어를 움직일 수 있는 제1 액츄에이터를 포함하고,
    상기 제2 밸브 장치는 제2 도어 및 상기 제2 도어를 움직일 수 있는 제2 액츄에이터를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 도어를 관통하는 보조 유로를 더 포함하되,
    상기 제1 밸브 장치는 상기 배기 유로를 개폐(open/close)할 수 있고, 상기 제2 밸브 장치는 상기 보조 유로에 설치되어 상기 보조 유로를 개폐(opne/close)할 수 있는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 유로는 상기 제1 도어의 가운데 부분을 관통하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 밸브 장치 및 상기 제2 밸브 장치는 병렬로 배열되는 기판 처리 장치.
  6. 공정 챔버;
    고진공 펌프;
    상기 고진공 펌프와 상기 공정 챔버 사이의 배기 유로; 및
    상기 배기 유로에 설치된 진공 밸브 장치를 포함하되,
    상기 진공 밸브 장치는 상기 배기 유로 내에 배치되는 도어, 및 상기 도어와 연결되며 상기 도어를 동작시키는 제1 및 제2 액츄에이터들을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액츄에이터들은 상기 도어를 동작시키되, 상기 제2 액츄에이터는 상기 제1 액츄에이터 보다 상기 도어를 작게 동작시키는 기판 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 도어는 상기 제1 및 제2 액츄에이터들과 하나의 로드(rod)를 공유하는 기판 처리 장치.
  9. 공정 챔버;
    고진공 펌프;
    상기 공정 챔버와 상기 고진공 펌프 사이의 배기 유로;
    상기 배기 유로에 배치되는 고진공 밸브 장치;
    저진공 펌프;
    상기 저진공 펌프와 상기 고진공 펌프 사이의 포어라인;
    상기 포어라인에 배치되는 저진공 밸브 장치;
    상기 고진공 밸브 장치와 상기 저진공 밸브 장치 사이에 배치되는 바이 패스 라인; 및
    상기 바이 패스 라인에 배치되는 바이패스 밸브 장치를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 바이 패스 라인의 한쪽 끝은 상기 고진공 밸브 장치와 상기 고진공 펌프 사이의 상기 배기 라인에 연결되고,
    상기 바이 패스 라인의 다른쪽 끝은 상기 고진공 펌프와 상기 저진공 펌프 사이의 상기 포어라인에 연결되는 기판 처리 장치.
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