KR20210012178A - 기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

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홍정표
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김형준
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Abstract

기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 개시한다. 기판처리장치는 하부에 기판이 고정되고 상기 기판을 둘러싸는 처리공간을 구비하는 챔버, 상기 챔버의 상부에 상기 처리공간을 외부로부터 분리하도록 위치하고, 절연물질로 구성된 몸체, 상기 몸체의 상면에 배치되어 고주파 전원이 인가되는 안테나 및 상기 몸체의 배면을 덮고 상기 안테나의 배치형상을 따라 융기되어 불균일한 표면을 갖는 보호막을 구비하는 유전체 윈도우, 및 상기 유전체 윈도우를 관통하여 상기 처리공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급기를 포함한다. . 고식각 영역에서 보호막이 식각되는 것을 방지하여 플라즈마 공정이 진행되는 동안 몸체가 노출되는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템{Substrate treating apparatus and substrate treating system having the same}
본 발명은 기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 보호막으로 덮인 유전체 윈도우를 구비하는 기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
플라즈마(Plasma) 공정은 반도체, PDP(Plasma Display Panel: PDP), LCD(Liquid Crystal Display: LCD), 태양전지(solar cell) 등의 제조공정에 널리 이용되고 있다.
플라즈마 공정은 전자 밀도, 전자 온도, 이온 선속, 이온 에너지와 같은 다양한 플라즈마 변수에 영향을 받는다. 특히, 플라즈마 밀도와 플라즈마 균일도는 생산량(throughput)과 밀접한 관계가 있다고 알려져 있다. 이에 따라, 높은 플라즈마 밀도를 가지는 플라즈마 소스의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
일반적인 플라즈마 장치에 의하면, 플라즈마 공간을 덮는 유전체 윈도우의 상면에 고주파 파워를 인가하는 코일 타입의안테나를 배치하고, 안테나에 인가되는 전류를조절하여 플라즈마 공간에 생성되는 플라즈마의 밀도를 조절하고 있다.
그러나, 코일 타입 안테나에 대응하는 유전체 윈도우의 하면은 셀프 바이어스(Self-Bias) 효과에 의해 고에너지 입자들의 충돌이 집중되어 다른 영역에 비해 식각에 취약한 문제점이 있다.
특히, 고에너지 입자들의 지속적인 충돌로 인하여 유전체 윈도우를 덮는 보호막이 파괴되는 경우, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 유전체 윈도우의 몸체가 노출되어 파티클 소스로 기능하게 된다.
본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판 처리공정이 진행되는 동안 고식각 영역의 두께를 증가시켜 유전체 윈도우의 손상을 방지하는 기판 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 기판 처리장치를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리장치는 하부에 기판이 고정되고 상기 기판을 둘러싸는 처리공간을 구비하는 챔버, 상기 챔버의 상부에 상기 처리공간을 외부로부터 분리하도록 위치하고, 절연물질로 구성된 몸체, 상기 몸체의 상면에 배치되어 고주파 전원이 인가되는 안테나 및 상기 몸체의 배면을 덮고 상기 안테나의 배치형상을 따라 융기되어 불균일한 표면을 갖는 보호막을 구비하는 유전체 윈도우, 및 상기 유전체 윈도우를 관통하여 상기 처리공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급기를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리장치는 하부전극을 내장하고 처리대상 기판을 고정하는 기판 홀더가 바닥부에 배치된 공정챔버, 절연물질로 구성되고 상기 공정챔버의 상부를 결합되어 상기 공정챔버의 내부공간을 외부와 분리된 기판 처리공간으로 제공하는 몸체, 상기 몸체의 상면에 배치되어 상기 처리공간과 분리되고 고주파 전원이 인가되는 상부전극 및 상기 처리공간 내부에서 상기 몸체의 배면을 덮고 상기 상부전극의 배치형상을 따라 하방으로 돌출하는 식각 보강부를 포함하는 보호막을 구비하고 상기 기판과 대향하도록 위치하는 유전체 윈도우, 상기 유전체 윈도우를 관통하여 상기 처리공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급기, 및 상기 상부전극 및 상기 하부전극으로 파워를 공급하여 상기 소스가스를 상기 기판 처리공정을 수행하기 위한 플라즈마로 형성하는 파워 공급기를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템은 다수의 처리대상 기판이 수납된 전송 포드가 위치하는 로드 포트, 상기 전송 포드와 선택적으로 연통하는 게이트를 구비하는 이송 챔버 및 상기 이송 챔버의 내부에 배치되어 상기 전송 포드로부터 상기 기판을 추출하여 이송하는 이송 로봇을 구비하는 기판 이송 모듈, 및 상기 기판 이송 모듈로부터 이송된 상기 기판을 처리하는 적어도 하나의 기판 처리장치를 구비하는 기판 처리 모듈을 포함한다.
이때, 상기 기판 처리장치는, 하부전극을 내장하고 상기 기판을 고정하는 기판 홀더가 바닥부에 배치된 공정챔버, 절연물질로 구성되고 상기 공정챔버의 상부를 밀폐하여 상기 공정챔버의 내부공간을 외부와 분리된 플라즈마 처리공간으로 제공하는 몸체, 상기 몸체의 상면에 배치되어 상기 플라즈마 처리공간과 분리되고 고주파 전원이 인가되는 상부전극 및 상기 처리공간 내부에서 상기 몸체의 배면을 덮어 플라즈마로부터 상기 몸체를 보호하고 상기 상부전극의 배치형상을 따라 융기되어 불균일한 표면을 갖는 보호막을 구비하고 상기 기판과 대향하도록 위치하는 유전체 윈도우, 상기 유전체 윈도우를 관통하여 상기 플라즈마 처리공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급기, 및 상기 상부전극 및 상기 하부전극으로 파워를 공급하여 상기 소스가스를 플라즈마로 형성하는 파워 공급부를 구비한다.
본 발명에 의한 기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 의하면, 고주파 파워를 이용하여 플라즈마를 형성하는 경우, 고주파 파워에 의해 유도된 자기 바이어스에 의해 고에너지 이온들이 집중하는 보호막(330)의 영역인 고식각 영역(HEA) 상에 일정한 두께를 갖고 고에너지 이온에 대한 내식각성이 우수한 식각 보강부(331)를 배치한다. 이에 따라, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)이 완전히 제거되어 몸체(310)가 노출되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 플라즈마 공정에서 고식각 영역(HEA)을 통하여 부분적으로 노출된 몸체(310)로부터 파티클이 생성되는 것을 방지하고 플라즈마 처리공정의 불량을 현저하게 줄일 수 있다. 플라즈마 처리장치(1000)를 통하여 안정적인 플라즈마 공정을 수행함으로써 플라즈마 공정의 신뢰도와 안정성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치용 유전체 윈도우를 나타내는 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 유전체 윈도우의 배면도이다.
도 2b는 도 1에 도시된 유전체 윈도우를 I-I'방향을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b에 도시된 융기부의 변형례를 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 유전체 윈도우를 구비하는 기판 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제1 전원과 상부전극을 연결하는 배선회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 도 4에 도시된 기판 처리장치를 구비하는 기판 처리 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1 내지 도 3b에 도시된 유전체 윈도우를 제조하는 방법을 나타내는 공정 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 기판 처리 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 전극, 구조물들 또는 패턴들 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 구조물 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴들 또는 다른 구조물이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리장치용 유전체 윈도우를 나타내는 사시도이다. 도 2a는 도 1에 도시된 유전체 윈도우의 배면도이고, 도 2b는 도 1에 도시된 유전체 윈도우를 I-I'방향을 따라 절단한 단면도이다.
도 1, 2a 및 2b를 참조하면, 본 발명의 일실시예의 유전체 윈도우(300)는 절연물질로 구성된 몸체(310), 상기 몸체(310)의 상면(311)에 배치되어 고주파 전원이 인가되는 안테나(320) 및 상기 몸체(310)의 배면(312)을 덮고 상기 안테나(320)의 배치형상을 따라 돌출하는 식각 보강부(331)를 구비하여 불균일한 표면을 갖는 보호막(330)을 포함할 수 있다.
일실시예로서, 상기 몸체(310)는 유전체 윈도우(300)의 외형을 구성하는 단일한 형상으로 제공되며, 플라즈마 공정과 같은 기판 처리공정을 수행하는 공정 챔버의 내부공간을 외부와 분리하도록 밀폐한다. 이에 따라, 공정 챔버의 내부공간은 외부와 밀폐되는 기판 처리공간으로 형성된다.
따라서, 상기 몸체(310)는 결합되는 공정 챔버에 따라 다양한 형상과 구조를 가질 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 몸체(310)는 실린더 형상을 갖는 공정 챔버의 상부에 결합되는 원형 평판형상으로 제공될 수 있다. 그러나, 상기 몸체(310)는 공정 챔버의 구조에 따라 원형 평판뿐만 아니라 타원형 평판이나 다각형 평판 형상을 가질 수 있으며 상부로 볼록한 돔(dome) 형상을 가질 수도 있다.
상기 몸체(310)의 중심부에는 기판 처리공정을 수행하기 위한 소스가스를 공급하는 관통 홀(H)이 선택적으로 제공된다. 예를 들면, 상기 기판에 대하여 플라즈마 처리공정이 수행되는 경우, 상기 관통 홀(H)을 통하여 플라즈마를 형성하기 위한 소스가스가 관통 홀(H)을 통하여 공급될 수 있다. 이와 달리, 상기 소스가스가 몸체(310)의 측부를 통하여 공급될 수도 있으며, 이때 상기 공급 홀은 몸체(310)의 측부에 위치할 수도 있다.
상기 몸체(310)는 충분히 낮은 유전율을 갖는 절연물질로 구성된다. 예를 들면, 상기 몸체(310)는 알루미나(Al2O3), 석영(quartz), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘산화물(SiO2) 및 테프론(TEFLON)이나 에폭시(epoxy)와 같은 수지(resin) 중의 어느 하나로 구성될 수 있다. 이와 달리, 몸체(310)는 비도전성 물질이나 반도전성 물질로 구성될 수도 있다. 본 실시예의 상기 몸체(110)는 알루미나 또는 석영으로 구성되고 약 20㎜ 내지 약 30mm 정도의 두께를 가질 수 있다.
일실시예로서, 상기 안테나(320)는 절연성 몸체(310)의 상면(311)에 배치되어 하부의 기판 처리공간과는 전기적으로 분리되어 위치한다. 상기 안테나(320)에 고주파 파워가 인가되어 기판 처리공간에 위치하는 소스가스를 유도성 플라즈마로 형성할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 안테나(320)는 원형 평판 형상을 갖는 상기 몸체(310)의 중심부와 주변부에 서로 이격되어 배치되는 내측 코일(322) 및 외측 코일(324)로 구성된다. 상기 내측 코일(322) 및 외측 코일(324)은 각각 상기 몸체의 중심을 공통중심으로 갖는 다수의 코일이 감기는 와선(spiral line)구조를 갖고 전기적으로 서로 절연되도록 위치한다.
상기 안테나(320)로 고주파 파워가 인가되면, 유전체 윈도우(300)에 의해 한정되는 처리공간의 내부에 전기장이 유도되고 상기 전기장에 의한 에너지에 의해 처리공간 내부의 소스가스는 플라즈마로 형성된다.
일실시예로서, 상기 보호막(330)은 몸체(310)의 배면(312) 전면(whole surface)을 덮도록 배치된다. 보호막(330)은 처리공간에서 기판 처리공정이 진행되는 동안 몸체(310)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 상기 처리공간에서 기판에 대한 플라즈마 공정이 수행되는 경우, 알루미나 또는 석영으로 형성된 몸체(310)가 플라즈마에 의해 손상되어 상기 몸체(310)로부터 알루미나 또는 석영 파티클이 생성될 수 있다. 상기 몸체(310)로부터 생성된 파티클은 기판 처리공정이 진행되는 동안 기판으로 유입되어 플라즈마 공정의 오염원으로 기능하게 된다.
이에 따라, 처리공간을 향하는 몸체(310)의 하면(312) 전체를 보호막(330)으로 덮어 기판 처리공정이 수행되는 동안 몸체(310)를 보호할 수 있다. 이에 따라, 상기 보호막(330)은 기판 처리공정에 대하여 내식각성이 우수한 물질로 구성된다.
예를 들면, 상기 보호막(330)은 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄산화물(ZrO2), 망간 산화물(MnO2) 및 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O2)와 같은 금속 산화물로 구성되어 처리공간에 생성되는 플라즈마로부터 몸체(310)를 보호할 수 있다. 상기 보호막(330)은 상기 처리공간에 생성되는 플라즈마의 특성과 유전체 윈도우(300)의 교환주기를 고려하여 적절한 두께를 갖도록 형성된다.
상기 기판에 대하여 플라즈마 식각공정을 수행하는 경우, 상기 보호막(330)은 약 10m 내지 약 20m의 두께를 갖도록 설정할 수 있다.보호막(330)의 두께가 약 10m 미만인 경우, 플라즈마 식각공정을 위해 생성된 플라즈마로부터 상기 몸체(310)를 충분히 보호하기 어려워 파티클 발생을 억제하기 어렵게 된다. 또한, 상기 보호막(330)의 두께가 약 20m를 넘는 경우, 과도한 두께로 인한 비용증가와 유도성 플라즈마의 생성효율이 저하될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 식각용 유전체 윈도우(300)의 보호막(330)은 약 10m 내지 약 20m의 두께를 갖도록 설정한다.
그러나, 상기 보호막(330)의 두께는 예시적이며, 상기한 바와 같이 기판 처리공정의 특성과 용도 및 유전체 윈도우의 교환주기를 고려하여 적절하게 변형될 수 있음은 자명하다.
특히, 상기 보호막(330)은 부분적으로 돌출하여 상대적으로 더 큰 두께를 갖는 식각 보강부(331)를 구비한다.
유도 전기장에 의해 처리공간의 내부에 플라즈마를 형성하는 동안 자기 바이어스(self-bias)가 유전체 윈도우(300)의 하부에 생성되어 고에너지 이온(high energy ions)들이 상기 자기 바이어스를 따라 보호막(330)의 특정한 영역으로 집중된다.
고에너지 이온이 집중된 영역은 다른 영역들보다 상대적으로 더 높은 속도로 식각되어 보호막(330)은 상대적으로 더 빠르게 식가되는 고식각 영역(HEA)이 형성된다. 이에 따라, 상기 처리공간 내에서 플라즈마 처리공정이 진행되는 동안 상기 보호막(330)은 통상적인 속도로 식각되는 정상 식각영역(NEA)과 자기 바이어스에 의해 집중된 고밀도 고에너지 이온에 의해 높은 속도로 식각되는 고식각영역(HEA)으로 구분된다.
플라즈마 처리공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)에서 보호막(330)은 정상 식각영역(NEA)보다 더 빠르게 식각되므로, 정상 식각영역(NEA)의 보호막(330)은 제거되지 않고 몸체(310)를 보호할 수 있는 반면 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)은 완전히 제거되어 상기 몸체(310)가 부분적으로 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 몸체(310)는 플라즈마 처리공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)을 따라 파티클을 제공하는 파티클 소스로 기능하게 된다. 이에 따라, 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)을 더 두껍게 형성하여 하방으로 돌출하는 상기 식각 보강부(331)를 배치할 수 있다. 즉, 상기 정상 식각영역(NEA)의 보호막(331)을 일정한 돌출높이(h)를 갖도록 하방으로 더 연장하여 고식각 영역(HEA)에서 돌출높이(h)만큼 더 큰 두께를 갖도록 설정한다.
따라서, 고식각 영역(HEA)에서 고에너지 이온의 집중에 의해 상대적으로 식각 속도가 높다 할지라도 식각 보강부(331)만큼 식각 버퍼가 먼저 제거된 후에 보호막(330)이 제거되므로 고식각 영역(HEA)에서 충분히 몸체(310)를 보호할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 식각 보강부(331)는 상기 보호막(330)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 이에 따라, 식각 보강부(331)는 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄산화물(ZrO2), 망간 산화물(MgO2) 및 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O2) 중의 어느 하나로 구성될 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며 고에너지 이온에 대한 식각 저항성만 충분하다면 다양한 물질로 구성될 수 있음은 자명하다.
특히, 상기 안테나(320)가 코일 구조물로 구성되는 경우, 자기 바이어스는 고주파 파워가 인가되는 안테나(320)의 배치형상을 따라 몸체(310)의 배면(312)에 유도되어, 고에너지 이온들은 안테나(320)의 배치 형상을 따라 집중하게 된다.
즉, 처리공간 내부의 고에너지 이온들은 보호막(330)의 표면에서 안테나(320)의 배치형상을 따라 집중적으로 분포하게 되고, 상기 고식각 영역(HEA)도 안테나(320)의 배치형상을 따라 분포하게 된다. 따라서, 상기 식각 보강부(330)도 안테나(320)의 배치형상을 따라 정렬하게 된다.
그러나, 고주파 파워의 인가방식과 플라즈마의 특성에 따라 자기 바이어스의 흐름이 안테나(A)의 배치형상과 상이한 경우, 상기 식각 보강부(331)는 자기 바이어스의 흐름을 따라 형성되어 안테나(320)의 배치형상과 다르게 정렬될 수도 있음은 자명하다.
상기 돌출높이(h)는 고식각 영역(HEA)과 정상 식각영역(NEA)의 식각비 차이를 충분히 흡수할 수 있을 정도의 높이로 설정할 수 있다. 즉, 상기 유전체 윈도우(300)의 교체주기 동안 정상 식각영역(NEA)과 고식각 영역(HEA)의 잔류 보호막의 두께가 실질적으로 동일하게 유지될 수 있도록 상기 돌출높이(h)를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 돌출높이(h)는 고식각 영역(HEA)과 정상 식각영역(NEA)의 식각비 차이에 따라 상기 몸체(310)의 노출을 방지할 수 있도록 다양하게 설정될 수 있다.
안테나(320)로 고주파 파워를 인가하여 처리공간에 플라즈마 식각공정을 수행하는 경우, 상기 자기 바이어스에 의해 고식각 영역(HEA)은 정상 식각영역(NEA)의 식각속도와 비교하여 약 30% 내지 약 50% 정도로 식각속도가 증가한다. 이에 따라, 고주파 파워를 이용한 플라즈마 식각장치의 유전체 윈도우(300)에서는 상기 돌출높이(h)를 보호막(330) 두께의 약 30% 내지 약 50% 정도의 범위를 갖도록 설정할 수 있다. 예를 들면, 상기 식각 보강부(331)는 상기 보호막(330)의 표면으로부터 약 5m 내지 10m의 돌출높이(두께)를 갖도록 설정할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 안테나(320)이 관통 홀(H)의 중심부에 인접한 상면(311)에 위치하는 내측 코일(322)과 몸체(310)의 주변부 상면에 위치하는 외측 코일(324)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 보강부(331)도 상기 내측코일(322)에 대응하도록 상기 보호막(330)의 표면을 따라 돌출하는 내측 보강 링(332) 및 상기 외측 코일(324)에 대응하도록 상기 보호막(330)의 표면을 따라 돌출하는 외측 보강 링(334)으로 구성될 수 있다.
그러나, 상기 안테나(320)가 단일한 코일로 구성되거나 3개 이상의 서로 분리된 코일로 구성된 경우, 상기 식각 보강부(331)도 단일한 보강 링이나 서로 구분된 3개 이상의 보강 링으로 구성될 수 있음은 자명하다.
상기 식각 보강부(331)의 형상은 상기 자기 바이어스의 특성에 따라 다양하게 제공될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b에 도시된 식각 보강부의 변형례를 나타내는 도면들이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 식각 보강부(331)는 상기 자기바이어스에 의한 고에너지 이온들의 거동에 따라 사다리꼴이나 곡면 형상의 단면을 갖도록 변형될 수 있다.
자기 바이어스에 의해 고식각 영역(HEA)으로 처리공간의 고에너지 이온들이 집중되는 경우, 고에너지 이온들은 형상특성에 의해 식각 보강부(331)와 보호막(330)의 경계영역(BA)에서 더 큰 밀도를 갖게 된다. 이에 따라, 식각 보강부(331)의 상면보다 측면 및 보호막(330)과의 접촉부가 상대적으로 더 빨리 제거될 수 있다.
경계영역(BA)에서의 부분적인 과식각을 방지할 수 있도록 식각 보강부(331)의 측면을 일정한 경사를 갖는 경사면으로 형성하거나 식각 보강부(331)로부터 보호막(330)을 향하여 점진적으로 경사가 증가하는 곡면으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 보강부(331)는 도 3a에 도시된 바와 같이 측면이 일정한 경사를 갖는 경사면으로 구성된 사다리꼴 형상으로 제공되거나 도 3b에 도시된 바와 같이 측면의 순간 기울기가 보호막(330)을 향하여 증가하는 반원 형상으로 제공될 수 있다.
따라서, 식각 보강부(331)의 측면과 상면을 따라 고에너지 이온을 균일하게 분포시킴으로써 식각 보강부(331) 전면(whole surface)에 대한 식각을 균일하게 유지할 수 있다.
식각 보강부(331) 측면의 기울기는 고에너지 이온들의 거동특성과 처리공간 내부에서의 플라즈마 분포에 따라 다양하게 설정할 수 있다. 이에 따라, 고에너지 이온들의 거동특성과 처리공간 내부에서의 플라즈마 분포에 따라 상기 식각 보강부(331)는 반원 형상뿐만 아니라 타원형상이나 포물선 형상으로도 변형될 수 있음은 자명하다.
상술한 바와 같은 유전체 윈도우(300)에 의하면, 자기 바이어스에 의해 고에너지 이온들이 집중하는 보호막(330)의 고식각 영역(HEA)으로부터 일정한 높이로 돌출하고 고에너지 이온에 대한 내식각성이 우수한 식각 보강부(331)를 배치하여 플라즈마 공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)이 완전히 제거되어 몸체(310)가 노출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 플라즈마 공정에서 고식각 영역(HEA)을 통하여 부분적으로 노출된 몸체(310)로부터 파티클이 생성되는 것을 방지하고 플라즈마 처리공정의 불량을 현저하게 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 유전체 윈도우를 구비하는 기판 처리장치를 나타내는 구성도이다.
본 실시예에서는 기판에 대하여 플라즈마 식각공정을 수행하는 플라즈마 식각장치를 예시적으로 개시한다. 그러나, 유전체 윈도우를 이용하여 플라즈마를 생성하고 상기 플라즈마를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행한다면 다양한 기판 처리장치에 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치(1000)는 공정챔버(100), 기판(W)을 고정하는 기판 홀더(200), 유젼체 윈도우(300), 가스 공급기(400) 및 파워 공급기(500)를 포함한다. 일실시예로서, 상기 공정챔버(100)는 상부가 개방된 내부공간을 구비하고 바닥부에 기판 홀더(200)가 배치된 하부 하우징(110)과 상기 유전체 윈도우(300) 및 가스 공급부(400)가 배치되고 하부 하우징(110)과 결합하여 상기 내부공간을 외부와 분리되는 밀폐공간으로 형성하는 상부 하우징(120)으로 구성된다.
특히, 상기 하부 하우징(110)의 내부공간은 상부에 위치하는 유전체 윈도우(300)에 의해 외부로부터 밀폐되어 상기 기판(W)에 대한 플라즈마 처리공정을 수행하는 플라즈마 처리공간(PS)을 제공하고, 상기 유전체 윈도우(300)는 상부 하우징(120)에 결합된다.
본 실시예의 경우, 상기 유전체 윈도우(300)는 상기 상부 하우징(120)에 결합되고 상부 하우징(120)은 하부 하우징(110)에 선택적으로 결합되어 하부 하우징(110)의 내부공간을 플라즈마 처리공간(PS)으로 변환하게 된다.
따라서, 하부 하우징(110) 및 상부 하우징(120)은 플라즈마 처리공정에 충분한 강도와 강성을 갖도록 구성되어 상기 플라즈마 공정을 수행하기 위한 안정적인 공간을 제공할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 플라즈마 처리공정은 소스 플라즈마를 이용한 식각공정을 포함한다. 그러나, 식각공정뿐만 아니라 증착공정이나 세정공정과 같이 다양한 플라즈마 공정이 수행될 수 있음은 자명하다.
상기 하부 하우징(110)은 바닥부(111) 및 바닥부(111)로부터 상방으로 연장하는 측벽(112)로 구성된다. 예를 들면, 바닥부(111)는 원형 평판으로 제공되고 측벽(112)은 원형 평판의 주변부를 따라 상방으로 연장하여 상기 하부 하우징(110)은 전체적으로 상부가 개방된 실린더 형상으로 제공될 수 있다.
상기 바닥부(111)의 중앙부에는 처리대상 기판(W)이 고정되고 포커스링(210)에 의해 둘러싸이는 기판 홀더(200)가 배치되고 상기 포커스 링(230) 주변부의 바닥부(111)와 측벽(112)은 소정의 두께를 갖는 월 라이너(113)에 의해 덮인다. 상기 월 라이너(113)는 세라믹 또는 석영과 같은 절연성 물질로 구성되어 플라즈마 처리공정이 수행되는 동안 바닥부(111) 및 측벽(112)이 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지하고 처리공간(PS) 내부에서의 아킹(arching)을 방지할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 월 라이너(103)에 의해 유전체 윈도우(300)가 개시된다. 그러나, 도시되지는 않았지만, 상기 월 라이너(103) 및/또는 측벽(112)에 상기 유전체 윈도우(300)를 지지하는 다양한 지지 구조물이 더 배치될 수 있음은 자명하다.
도시하지는 않았지만, 상기 하부 하우징(110)의 측부에는 플라즈마 처리공간(PS)으로 기판을 로딩하거나 언로딩하기 위한 게이트 구조물(미도시)이 배치된다. 이에 따라, 게이트 구조물을 통하여 처리대상 기판(W)을 챔버(100)로 로딩하고 플라즈마 처리공간(PS)을 외부로부터 충분히 밀폐하여 내부의 공정압력을 유지할 수 있다. 플라즈마 처리가 완료된 기판은 게이트 구조물의 단계적 감압을 통하여 챔버(100)로부터 외부로 배출된다.
일실시예로서, 상기 기판 홀더(200)는 상기 바닥부(111)에 상면에 배치되는 몸체(210)와 상기 몸체(210)의 상면에 배치되어 상기 기판(W)을 고정하는 고정 척(220)을 구비한다. 선택적으로, 상기 몸체(210)와 포커스 링(230) 사이에 절연 링(미도시)이 더 제공될 수 있다.
상기 몸체(210)는 알루미늄(Al)과 같은 전기 전도성이 우수한 도전성 물질로 이루어지고 상기 고정 척(220)을 수용할 수 있는 사이즈와 형상으로 제공된다. 몸체(210)의 내부에는 후술하는 제2 RF 전원(620)과 전기적으로 연결되는 하부전극(211)이 배치된다. 상기 하부전극(211)은 처리공간(PS)의 내부에 생성된 플라즈마를 기판(W)이 배치된 고정 척(220) 방향으로 유도하게 된다.
상기 고정 척(220)은 몸체(210)의 상면에 배치되고 세라믹과 같은 절연물질로 구성되는 원판으로 구성된다. 상기 고정 척(220)은 다양한 기판 고정수단을 구비하여 고정 척(230)의 상면에 식각대상 기판(W)을 고정한다.
본 실시예의 경우, 상기 고정 척(220)은 한 쌍의 폴리이미드계 필름과 상기 폴리이미드계 필름(미도시) 사이에 배치되고 고압의 직류 전원과 연결된 도전성 박막(미도시)을 구비하는 정전 척(electro static chuck, ESC)으로 구성된다. 도전성 박막으로 직류 전원이 공급되면 상기 폴리이미드계 필름 상에 전하들이 생성되어 상기 기판(W)은 고정 척(230)의 상면에 정전기력에 의해 고정된다. 그러나, 고정 척(220)은 상기한 바와 같은 정전 척(ESC)뿐만 아니라 기계적으로 기판을 고정하는 클램프와 같이 다양한 고정수단이 이용될 수 있음은 자명하다.
상기 유전체 윈도우(300)는 유전상수가 작은 유전물질로 구성되어 하부의 처리공간(PS)에 소스가스(G)를 플라즈마로 변환할 수 있는 에너지를 갖는 전기장을 생성한다.
상기 유전체 윈도우(300)는 하부 하우징(110)의 상부에 결합되어 하부 하우징(110)의 내부공간을 밀폐공간인 플라즈마 처리공간(PS)으로 형성한다. 본 실시예의 경우, 상기 유전체 윈도우(300)는 실린더 형상을 갖는 하부 하우징(110)의 상부를 막을 수 있는 디스크 형상으로 제공된다.
예를 들면, 상기 유전체 윈도우(300)는 절연물질로 구성되고 상기 공정챔버(100)의 상부에 결합되어 상기 처리공간(PS)을 외부로부터 밀폐하는 몸체(310), 상기 몸체(310)의 상면에 배치되어 상기 처리공간(PS)과 분리되고 고주파 전원이 인가되는 상부전극(320) 및 상기 처리공간(PS) 내부에서 상기 몸체(310)의 배면을 덮고 상기 상부전극(320)의 배치형상을 따라 하방으로 돌출하는 식각 보강부(331)를 포함하는 보호막(330)을 구비한다.
상기 몸체(310)는 알루미나(Al2O3), 석영(quartz), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 산화물, 수지(resin)와 같은 절연성 물질로 구성되고, 상기 보호막(330)은 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄산화물(ZrO2), 망간 산화물(MgO2) 및 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O2)과 같은 금속 산화물로 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 몸체(310) 및 보호막(330)은 공정챔버(100)의 형상에 대응하는 디스크 형상으로 제공될 수 있다.
상기 상부전극(320)은 몸체(310)의 상면(311)과 상부 하우징(120)에 의해 한정되는 전극공간(ES)에 배치되고, 상부 하우징(120)을 관통하여 외부의 제1 전원(510)과 연결된다. 제1 전원(510)으로부터 상부전극(320)으로 고주파 파워가 인가된다.
예시적으로, 상기 상부전극(320)은 상기 몸체(310)의 중심부와 주변부에 서로 이격되어 배치되는 내측 코일(322) 및 외측 코일(324)을 구비하는 코일 구조물로 제공될 수 있다.
상기 내측 코일(322) 및 외측 코일(324)은 각각 원형 평판 형상을 갖는 상기 몸체(310)의 중심을 공통중심으로 다수의 코일이 감기는 와선(spiral line)구조를 갖고 전기적으로 서로 절연되도록 배치된다. 내측코일(322)은 관통 홀(H)과 인접하게 배치되어 관통 홀(H)을 둘러싸는 와선 구조물로 제공되고 외측코일(324)은 원형 평판인 몸체(310)의 주변부에서 내측코일(322)과 동일한 중심을 갖고 상기 내측 코일(322)을 둘러싸는 와선 구조물로 제공된다.
도시되지는 않았지만, 상기 몸체(310)의 상면(311)에 내측 코일(322)과 외측 코일(324)을 전기적으로 분리할 수 있는 절연 구조물이 더 배치될 수도 있다. 상기 내측코일(322)과 외측코일(324)은 몸체(310)의 반경방향을 따라 일정한 거리만큼 이격되고 그 사이의 이격공간에는 상기 절연 구조물이 배치될 수 있다.상부전극(320)에 고주파 파워가 인가되는 경우, 상기 상부전극(320)의 배치형상을 따라 유동하는 자기 바이어스(self bias)가 생성된다.
이때, 상기 식각 보강부(331)는 자기 바이어스에 의해 고에너지 이온들이 높은 밀도로 집중되어 상대적으로 빠르게 식각되는 고식각 영역(HEA)으로부터 일정한 돌출높이(h)를 갖도록 돌출하여 플라즈마 공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)이 완전히 제거되어 몸체(310)가 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 고식각 영역(HEA)을 통하여 부분적으로 노출된 몸체(310)가 파티클 소스로 기능하는 것을 방지할 수 있다.
상기 유전체 윈도우(300)는 도 1 내지 도 3b에 도시된 유전체 윈도우(300)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에 따라, 유전체 윈도우(300)에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 유전체 윈도우(300)의 중앙부에는 관통 홀(H)이 형성되고 상부하우징(120) 및 유전체 윈도우(300)의 관통 홀(H)을 관통하여 처리공간(PS)의 내부로 플라즈마 소스가스(G)를 제공하는 가스 공급기(400)가 배치된다.
예를 들면, 상기 가스 공급기(400)는 플라즈마 처리장치(1000)의 외부에 위치하고 플라즈마를 형성할 소스가스(G)를 저장하는 저장탱크(410) 및 상기 저장탱크(410)와 연결되고 상기 소스가스(G)를 처리공간(PS)에서 배출하는 배출 헤드(420)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 저장탱크(410)가 플라즈마 처리장치(1000)와 인접하게 배치되어 배출 헤드(420)와 접속하는 것을 개시하고 있지만, 저장탱크(410)는 플라즈마 처리장치(1000)로부터 떨어지도록 배치되고 전송라인(미도시)에 의해 배출 헤드(420)와 연결될 수도 있다.
상기 배출헤드(420)는 상부 하우징(120)과 유전체 윈도우(300)의 관통 홀(H)을 관통하여 처리공간(PS)까지 연장하는 실린더 형상으로 제공되고 상기 실린더의 단부에는 전송된 소스가스(G)를 처리공간(PS)으로 분사할 수 있는 다수의 분사공(422)들이 배치된다. 이에 따라, 상기 소스가스(G)는 분사가스(IG)의 형태로 처리공간(PS)으로 공급된다.
상기 파워 공급부(500)는 배선회로를 통해 상기 상부전극(320)으로 고주파 파워를 인가하는 제1 전원(510) 및 상기 기판 홀더(200)로 고주파 파워를 인가하는 제2 전원(520)을 구비할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 제1 및 제2 전원(510, 520)은 고주파 파워로서 라디오 주파수(radio frequency, RF) 파워를 공급하는 RF 전원으로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 고주파 파워는 플라즈마 처리장치(1000)의 구성에 따라 RF 파워뿐만 아니라 다양한 고주파 파워로 구성될 수 있다. 또한, 본 실시예의 경우, 상기 제1 및 제2 전원(510,520)은 동일한 RF 파워로 구성되는 것을 개시하고 있지만, 상기 상부전극(320)과 기판 홀더(200)의 구성에 따라 서로 다른 고주파 파워를 생성할 수 있는 전원장치로 구성될 수도 있다.
예를 들면, 상기 제1 전원(510)은RF 파워를 생성하는 제1 RF 생성기(RG1)와 제1 임피던스 매칭수단(IM1)을 구비할 수 있다.
제1 RF 생성기(RG1)는 약 50MHz 내지 약70MHz의 주파수를 갖는 RF 파워를 생성하고, 제1 임피던스 매칭수단(IM1)는 임피던스를 조절하여 플라즈마를 안정화할 수 있다. 상기 제1 RF 생성기(RG1)는 둘 이상 복수 개 배치될 수도 있고, 복수 개의 제1 RF 생성기들(RG1)이 제공되는 경우, 다양한 튜닝 특징을 구현하기 위해 서로 다른 주파수를 갖는 RF 파워가 생성될 수 있다. 제1 임피던스 매칭수단(IM1)은 배선 회로들을 통해 상부전극(320)에 연결될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 전원과 상부전극을 연결하는 배선회로를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 상부전극(320)의 내측코일(322)과 외측코일(324)은배선 회로들을 통해 제1 전원(510)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 외측코일(324)의 내측 단자들은 노드(46)에 접속되고, 가변 커패시터(56) 및 노드(44)를 거쳐 제1 전원(510)에 접속될 수 있다. 또한, 외측코일(324)의 외측 연결 단자들은, 커패시터(52)에 접속된 노드(42)에 연결될 수 있다. 이때, 커패시터(52)는 접지와 노드(42) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 내측코일(322)의 내측 연결 단자들이 노드(40)에 접속되고, 가변 커패시터(54), 인덕터(50) 및 노드(44)를 거쳐 제1 전원(510)에 접속될 수 있다. 가변 커패시터(54)와 인덕터(50)는 노드들(40, 44) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 내측코일(322)의 외측 연결 단자들은 접지로 연결된 노드(48)에 접속될 수 있다.
제1 전원(510)은 가변 커패시터들(54, 56)의 동적 튜닝을 통해 내측코일(322)과 외측코일(324)에 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 이때, 내측코일(322) 및외측코일(324) 중 어느 하나에 더 많은 전력을 제공하거나 또는 균등하게 전력을 제공할 수 있다. 또한, 가변 커패시터들(54, 56)을 통해 내측코일(322) 및 외측코일(324)에서 미리 결정된 비율의 전류들이 흐르도록 조정될 수 있다.
상술한 바와 같은 배선 회로들은 예시적이며, 본 실시예의 기판 처리장치(1000)의 배선 회로들의 구성이 그에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 요구되는 비율의 전류들에 대한 튜닝 및 조정 등을 위하여 다른 다양한 구성의 배선 회로들이 본 실시예의 기판 처리장치(1000)에 적용될 수 있다.
제2 전원(520)은 상기 기판 홀더(200)로 약 2MHz 내지 약 6MHz의 주파수를 갖는 RF 파워를 인가할 수 있으며 제2 RF 생성기(RG2) 및 제2 임피던스 매칭수단(IM2)로 구성될 수 있다. 상기 제2 RF 생성기(RG2)로부터 생성된 RF 파워는 고정 척(220)을 통하여 기판(W)에 인가될 수도 있고 상기 기판(W)으로 직접 인가될 수도 있다. 상기 제2 RF 생성기(RG2) 역시 둘 이상 복수 개 배치될 수 있으며, 다양한 튜닝 특징을 구현하기 위해 서로 다른 주파수를 갖는 RF 파워를 생성할 수 있다. 상기 제2 임피던스 매칭수단(IM2)은 고정 척(220)과 제2 RF 생성기(RG2) 사이에 배치될 수 있다.
상기 내측 코일(322) 및 외측 코일(324)에 RF 파워가 인가되면, 상기 보호막(330)에 의해 한정되는 처리공간(PS)의 내부에 전기장이 유도되고 상기 전기장의 에너지에 의해 소스가스를 플라즈마로 형성할 수 있다. 상기 플라즈마를 이용하여 고정 척(220)에 고정된 기판(W)에 대한 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 이때, 상기 고주파 파워를 조절함으로써 처리공간(PS)에 생성되는 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다.
RF 파워가 상부전극(320)으로 인가될 때, 상부전극(320)의 배치형상을 따라 유동하는 자기 바이어스(self bias)가 생성되고 고에너지 이온들이 높은 밀도로 집중되어 보호막(330)이 상대적으로 빠르게 식각될 수 있다.
그러나, 보호막(330)의 고식각 영역(HEA)으로부터 일정한 돌출높이(h)를 갖도록 돌출하는 식각 보강부(331)가 배치되어 플라즈마 공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)이 완전히 제거되어 몸체(310)가 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 고식각 영역(HEA)을 통하여 부분적으로 노출된 몸체(310)가 파티클 소스로 기능하는 것을 방지하고 플라즈마 처리공정의 품질을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 도 4에 도시된 플라즈마 처리장치를 구비하는 기판 처리 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리 시스템(2000)은 도 4에 도시된 플라즈마 처리장치(1000)를 이용하여 반도체 기판(W)을 가공할 수 있다. 도 6에 도시된 기판 처리장치(2000)는 도 4에 도시된 플라즈마 처리장치(1000)를 이용하여 기판(W)에 대한 가공을 수행한다. 도 6에서, 도 4에 도시된 플라즈마 처리장치와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
예시적인 실시예로서, 상기 기판 처리 시스템(2000)은 로드 포트(2100), 기판 이송모듈(2200) 및 기판 처리모듈(2300)로 구성된다.
예를 들면, 상기 로드 포트(2100)는 웨이퍼 카세트나 FOUP과 같이 다수의 기판을 수납하는 전송 포드(transfer pod, 2110)를 수용할 수 있다. 다수의 처리대상 기판(W)들이 전송포드(2110)에 수납되어 기판 처리공정을 위해 대기하고, 처리공정이 완료된 기판들은 다시 전송포드(2110)로 수납되어 다음 단계의 공정으로 이송하기 위한 준비를 할 수 있다.
전송포드(2110)는 도어(2111)가 기판 이송모듈(2200)의 게이트(G)와 접속하도록 배치되고, 기판 처리공정에 대한 개시신호가 인가되면 게이트(G)가 개방되면서 전송포드(2110)에 수납된 기판(W)이 기판 이송모듈(2200)에 의해 추출되어 기판 처리 모듈(2300)로 공급된다.
예를 들면, 기판 이송모듈(2200)은 상기 게이트(G)를 통하여 전송포드(2110)와 연결되는 이송 챔버(2210) 및 상기 이송챔버(2210)의 내부에 배치되어 전송포드(2110)로부터 처리대상 기판(W)을 추출하거나 처리가 완료된 기판을 전송포드(2110)로 수납하는 이송 로봇(2220)을 구비한다.
이송챔버(2210)는 외부와 밀폐된 이송공간을 제공하고 이송 로봇(2220)은 이송 챔버(2210)의 바닥이나 측벽에 배치되어 전송포드(2110)의 슬롯번호에 따라 처리대상 기판을 추출한다. 또한, 처리가 완료된 기판을 전송포드(2110)의 저정된 슬롯에 수납한다. 이송챔버(2210)의 상부에는 이송공간 내부를 퍼지하기 위한 퍼지가스 공급부(미도시)가 더 배치될 수 있다.
이송챔버(2210)로부터 전송된 처리대상 기판(W)에 대해 기판 처리모듈(2300)에서 기판 처리공정이 수행된다. 예를 들면, 상기 기판 처리모듈(2300)은 이송챔버(2200)와 기판(W)을 교환하는 로드 락 챔버(2310), 상기 로드 락 챔버(2310)로부터 기판(W)을 추출하여 기판 처리장치(1000)로 로딩하는 로딩 챔버(2320), 기판(W)에 대하여 처리공정을 수행하는 기판 처리장치(1000)를 포함한다.
로드 락 챔버(2310)는 대기압 상태를 유지하는 기판 이송모듈(2300)과 공정상태를 유지하는 로딩 챔버(2320) 사이에서 매개상태를 유지하도록 설정되어, 기판 처리모듈(2300)의 공정상태가 훼손되는 것을 방지하고 공급되거나 반출되는 기판에 대한 온도와 압력충격을 방지할 수 있다.
상기 로딩챔버(2320)는 기판 로더(2330)가 구비되어 로드 락 챔버(2310)에 수납된 기판(W)을 추출하여 주변부에 배치된 기판 처리장치(1000)로 로딩한다. 로딩 챔버(2320)의 주변부에는 다수의 기판 처리장치(1000)가 배치되어 상기 기판 처리모듈(2300)은 동시에 다수의 기판에 대한 처리공정을 수행할 수 있다.
이때, 상기 기판 처리장치(1000)는 도 4를 참조하여 설명한 플라즈마 처리장치를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(W)에 대하여 플라즈마를 이용한 공정이 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 처리장치(1000)는 로딩 챔버(2320)의 주변부를 따라 배치된 플라즈마 증착장치 또는 플라즈마 식각장치를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기판 처리장치(1000)는 유전체 윈도우(300)의 보호막(330)은 고주파 전원이 인가되는 상부전극의 배치형상을 따라 융기되어 불균일한 표면을 갖도록 배치된다. 이에 따라, 고주파 전원에 의해 유도되는 자기 바이어스에 의해 고에너지 이온들이 밀집되는 보호막(330)의 고식각 영역 두께가 증가되어 플라즈마 처리공정이 진행되는 동안 유전체 윈도우(300)로부터 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 기판 처리공정의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1 내지 도 3b에 도시된 유전체 윈도우(300)를 제조하는 방법을 나타내는 공정 단면도들이다. 도 7a 내지 도 7e에서 첨자 <a>는 배면도를 나타내고 첨자<b>는 도 1의 I-I' 방향을 따라 절단한 단면도를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 먼저 상기 유전체 윈도우(300)의 몸체(310)와 상기 몸체(310)의 상면(311)에 상부전극으로 기능하는 안테나(320)를형성한다.
먼저, 세라믹 또는 수지를 소결공정(sintering process)나 성형가공(molding process)을 통하여 상기 하부 하우징(110)의 상부를 덮을 수 있는 형상으로 몸체(310)를 가공한다.
예를 들면, 상기 몸체(310)는알루미나(Al2O3)및 석영(quartz)과 같은 세라믹 물질이나 테프론(TEFLON)이나 에폭시(epoxy)와 같은 수지(resin)를 이용하여 가공할 수 있다. 이와 달리, 실리콘카바이드(SiC)나 실리콘산화물(SiO2)과 같이 반도체 물질로 구성된 기판으로 형성될 수도 있다.
이때, 상기 몸체(310)가 세라믹으로 구성되는 경우, 몸체(310)의 내부에는 세라믹에 대한 가공의 부산물로서 다수의 보이드가 생성될 수 있다. 이에 따라, 선택적으로 상기 보이드를 제거할 수 있는 표면처리를 더 수행할 수도 있다.
이어서, 상기 몸체(310)의 상면(311)에 고주파 파워를 인가하기 위한 안테나(320)를 형성한다.
예를 들면, 상기 몸체(310)의 중심을 공통중심으로 다수의 코일이 감기는 와선(spiral line) 구조를 갖고 전기적으로 서로 절연되는 내측 코일(322) 및 외측 코일(324)을 배치할 수 있다.
내측코일(322)은 후속 공정에서 관통 홀(H)이 형성될 영역을 둘러싸는 와선 구조물로 형성하고 외측코일(324)은 원형 평판인 몸체(310)의 주변부에서 내측코일(322)과 동일한 중심을 갖고 상기 내측 코일(322)을 둘러싸는 와선 구조물로 형성할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 몸체(310)의 하면(312)을 덮는 보호막(330)을 형성한다. 예를 들면, 상기 몸체(310)의 표면에 스핀 코팅, 화학기상 증착 또는 전기 도금에 의해 일정한 두께를 갖도록 금속 산화막을 형성함으로써 하여 상기 보호막을 형성할 수 있다. 이와 달리, 에어로졸 코팅과 같은 인쇄공정(printing process)에 의해 형성될 수도 있다. 인쇄공정의 경우에는 상기 금속 산화물을 분사하는 노즐의 인쇄회수를 조절함으로써 상기 보호막(330)의 두께를 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기 금속 산화물은 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄산화물(ZrO2), 망간 산화물(MnO2) 및 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O2) 중의 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 보호막(330)은 상기 처리공간에 생성되는 플라즈마의 특성과 유전체 윈도우(300)의 교환주기를 고려하여 적절한 두께를 갖도록 형성된다. 본 실시예의 경우, 상기 보호막(330)은 약 5m 내지 약 10m의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 상기 안테나(320)의 배치형상에 대응하는 보호막(330)의 표면을 노출하는 리세스 링(RR)을 구비하는 마스크 패턴(M)을 형성하고, 상기 마스크 패턴(M) 상에 리세스 링(RR)을 매립하기에 충분한 두께를 갖도록 식각 보강막(미도시)을 형성한다.
상기 리세스 링(RR)에 대한 정보는 하부 하우징(110)의 형상과 안테나(320)의 배치에 관한 설계정보로부터 얻을 수 있으며 상기 설계정보에 기초하여 마스크 패턴(M)을 형성하기 위한 공정조건을 제어함으로써 안테나(320)의 배치형상에 대응하여 보호막(330)의 표면을 노출하는 리세스 링(RR)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 마스크 패턴(M)의 높이를 조절함으로써 식각 보강부(331)의 돌출높이(h)를 조절할 수 있다.
상기 식각 보강막은 플라즈마 공정이 진행되는 동안 처리공간(RPS)에 형성되는 고에너지 이온에 대해 충분한 내식각성을 갖는다면 다양한 물질로 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 식각 보강막은 보호막(330)과 동일한 금속 산화물을 증착공정에 의해 마스크 패턴(M) 상에 증착함으로써 형성할 수 있다.
이어서, 상기 식각 보강막을 마스크 패턴(M)의 상면이 노출되도록 평탄화함으로써 상기 리세스 링(RR)을 매립하는 식각 보강부(331)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 화학기계적 연마(CMP) 공정에 의해 마스크 패턴(M)의 표면이 노출되도록 돌출막을 제거함으로써 리세스 링(RR)을 매립하는 식각 보강부(331)를 형성할 수 있다.
도 7d를 참조하면, 상기 보호막(330)으로부터 마스크 패턴(M)을 제거함으로써 보호막(330)으로부터 돌출하는 식각 보강부(331)를 보호막(330) 상에 형성할 수 있다.
예를 들면, 금속 산화물로 구성된 보호막(330)에 대하여 식각 선택비를 갖는 습식식각 공정에 의해 상기 마스크 패턴(M)을 제거할 수 있다.
도 7e를 참조하면 상기 보호막(330)과 몸체(310)의 중앙부를 정밀가공에 의해 제거하여 가스 공급기(400)가 관통할 수 있는 관통 홀(H)을 형성한다. 예를 들면, 높은 정밀도를 갖는 드릴(drill) 공정이나 태핑(tapping)공정에 의해 보호막(330)과 몸체(310)를 순차적으로 제거할 수 있다.
이에 따라, 몸체(310)의 상면에 배치되는 안테나(320)의 배치형상을 따라 보호막(330)의 표면으로부터 일정한 높이로 돌출하는 식각 보강부(331)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 안테나(320)에 인가되는 고정 바이어스에 의해 유도되는 자기 바이어스가 안테나(320)의 배치형상을 따라 생성되므로 고에너지 이온이 집중되는 보호막(330) 영역인 고식각 영역(HEA)도 안테나(320)의 배치형상을 따라 분포하게 된다.
그러나, 플라즈마 처리장치(1000)의 구성에 따라 보호막(330)의 고식각 영역(HEA)이 안테나(320)의 배치형상과 상이하게 형성되는 경우, 상기 마스크 패턴(M)은 안테나(320)의 배치형상이 아니라 고식각 영역(HEA)을 따라 리세스 링(RR)이 위치하도록 형성할 수 있음은 자명하다.
따라서, 상기 식각 보강부(331)는 보호막(330)의 고식각 영역(HEA)을 커버하도록 보호막(330) 상에 형성될 수 있다.
다른 실시예로써, 상기 식각 보강부(331)는 인쇄공정(printing process)에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 식각 보강부(331)가 형성될 고식각 영역(HEA)에서만 식각보강 물질을 분사함으로써 상기 식각 보강부(331)를 형성할 수도 있다. 보호막(330)을 형성할 때와 마찬가지로 식각보강 물질을 분사하는 노즐의 인쇄회수를 조절함으로써 상기 식각 보강부(331)의 두께를 적절하게 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 의하면, 고주파 파워를 이용하여 플라즈마를 형성하는 경우, 고주파 파워에 의해 유도된 자기 바이어스에 의해 고에너지 이온들이 집중하는 보호막(330)의 영역인 고식각 영역(HEA) 상에 일정한 두께를 갖고 고에너지 이온에 대한 내식각성이 우수한 식각 보강부(331)를 배치한다. 이에 따라, 플라즈마 공정이 진행되는 동안 고식각 영역(HEA)의 보호막(330)이 완전히 제거되어 몸체(310)가 노출되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 플라즈마 공정에서 고식각 영역(HEA)을 통하여 부분적으로 노출된 몸체(310)로부터 파티클이 생성되는 것을 방지하고 플라즈마 처리공정의 불량을 현저하게 줄일 수 있다. 이에 따라, 기판 처리장치(1000)를 통하여 안정적인 플라즈마 공정을 수행함으로써 플라즈마 공정의 신뢰도와 안정성을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 하부에 기판이 고정되고 상기 기판을 둘러싸는 처리공간을 구비하는 챔버;
    상기 챔버의 상부에 상기 처리공간을 외부로부터 분리하도록 위치하고, 절연물질로 구성된 몸체, 상기 몸체의 상면에 배치되어 고주파 전원이 인가되는 안테나 및 상기 몸체의 배면을 덮고 상기 안테나의 배치형상을 따라 융기되어 불균일한 표면을 갖는 보호막을 구비하는 유전체 윈도우; 및
    상기 유전체 윈도우를 관통하여 상기 처리공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급기를 포함하는 기판 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 알루미나(Al2O3), 석영(quartz), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 산화물, 수지(resin) 중의 어느 하나를 포함하고, 상기 보호막은 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄산화물(ZrO2), 망간 산화물(MgO2) 및 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O2) 중의 어느 하나를 포함하는 기판 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보호막은 10m 내지 20m의 두께를 갖고, 상기 식각 보강부는 5m 내지 10m 범위의 높이를 갖는 기판 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 식각 보강부는 직사각형상, 사다리꼴 형상 및 반원형상으로 돌출하는 기판 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 몸체의 중심부와 주변부에 서로 이격되어 배치되고 상기 몸체의 중심을 공통중심으로 갖는 내측 코일 및 외측 코일을 포함하고, 상기 식각 보강부는 상기 내측 코일에 대응하도록 상기 보호막으로부터 융기하는 내측 보강 링 및 상기 외측 코일에 대응하도록 상기 보호막으로부터 융기하는 외측 보강 링을 포함하는 기판 처리장치.
  6. 하부전극을 내장하고 처리대상 기판을 고정하는 기판 홀더가 바닥부에 배치된 공정챔버;
    절연물질로 구성되고 상기 공정챔버의 상부를 결합되어 상기 공정챔버의 내부공간을 외부와 분리된 기판 처리공간으로 제공하는 몸체, 상기 몸체의 상면에 배치되어 상기 처리공간과 분리되고 고주파 전원이 인가되는 상부전극 및 상기 처리공간 내부에서 상기 몸체의 배면을 덮고 상기 상부전극의 배치형상을 따라 하방으로 돌출하는 식각 보강부를 포함하는 보호막을 구비하고 상기 기판과 대향하도록 위치하는 유전체 윈도우;
    상기 유전체 윈도우를 관통하여 상기 처리공간으로 소스가스를 공급하는 가스 공급기; 및
    상기 상부전극 및 상기 하부전극으로 파워를 공급하여 상기 소스가스를 상기 기판 처리공정을 수행하기 위한 플라즈마로 형성하는 파워 공급기를 포함하는 기판 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공정 챔버는 상기 유전체 윈도우에 의해 상부가 밀폐되고 바닥부에 상기 기판 홀더가 배치되어 상기 기판과 상기 유전체 윈도우 사이에 상기 처리공간이 제공되는 하부 하우징 및 상기 하부 하우징과 분리 가능하게 결합하고 상기 유전체 윈도우와의 사이에 외부로 분리되는 전극공간을 제공하는 상부 하우징을 포함하는 기판 처리장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 몸체는 알루미나(Al2O3), 석영(quartz), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 산화물, 수지(resin) 중의 어느 하나를 포함하고, 상기 보호막은 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄산화물(ZrO2), 망간 산화물(MgO2) 및 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O2) 중의 어느 하나를 포함하는 기판 처리장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 상부전극은 상기 몸체의 중심부와 주변부에 서로 이격되어 배치되고 상기 몸체의 중심을 공통중심으로 갖는 내측 코일 및 외측 코일을 포함하고, 상기 식각 보강부는 상기 내측 코일에 대응하도록 상기 보호막으로부터 융기하는 내측 보강 링 및 상기 외측 코일에 대응하도록 상기 보호막으로부터 융기하는 외측 보강 링을 포함하는 기판 처리장치
  10. 제6항에 있어서, 상기 기판 홀더는 정전기력에 의해 상기 기판을 고정하는 정전 척(electrostatic chuck, ESC)을 포함하는 기판 처리장치.
KR1020190089415A 2019-07-24 2019-07-24 기판 처리장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템 KR20210012178A (ko)

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