KR20220063520A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220063520A
KR20220063520A KR1020200149481A KR20200149481A KR20220063520A KR 20220063520 A KR20220063520 A KR 20220063520A KR 1020200149481 A KR1020200149481 A KR 1020200149481A KR 20200149481 A KR20200149481 A KR 20200149481A KR 20220063520 A KR20220063520 A KR 20220063520A
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KR1020200149481A
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엄영제
구준택
박완재
김동훈
이성길
이지환
오동섭
노명섭
김두리
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세메스 주식회사
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Abstract

베벨 에칭을 이용하여 기판의 가장자리 영역에 축적된 부산물을 제거하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 공정 가스를 이용하여 플라즈마가 발생되는 제1 영역; 플라즈마를 이용하여 기판이 처리되는 제2 영역; 제1 영역 및 제2 영역 사이에 설치되는 샤워 헤드 유닛; 및 제2 영역 중 기판의 에지 상부를 제외한 나머지 영역을 블로킹하는 블록 구조물을 포함하며, 플라즈마를 이용하여 기판을 베벨 에칭한다.

Description

기판 처리 장치 {Apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정은 반도체 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 나눌 수 있다. 반도체 제조 설비는 반도체 소자를 제조하기 위해 일반적으로 팹(FAB)으로 정의되는 공간에 설치될 수 있다.
전공정은 웨이퍼(Wafer) 상에 회로 패턴을 형성하여 칩(Chip)을 완성하는 공정을 말한다. 전공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 증착 공정(Deposition Process), 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 박막 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 전사하는 노광 공정(Photo Lithography Process), 웨이퍼 상에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해 화학 물질이나 반응성 가스를 이용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거하는 식각 공정(Etching Process), 식각 후에 남아있는 포토 레지스트를 제거하는 에싱 공정(Ashing Process), 회로 패턴과 연결되는 부분에 이온을 주입하여 전자 소자의 특성을 가지도록 하는 이온 주입 공정(Ion Implantation Process), 웨이퍼 상에서 오염원을 제거하는 세정 공정(Cleaning Process) 등을 포함할 수 있다.
후공정은 전공정을 통해 완성된 제품의 성능을 평가하는 공정을 말한다. 후공정은 웨이퍼 상의 각각의 칩에 대해 동작 여부를 검사하여 양품과 불량을 선별하는 웨이퍼 검사 공정, 다이싱(Dicing), 다이 본딩(Die Bonding), 와이어 본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding), 마킹(Marking) 등을 통해 각각의 칩을 절단 및 분리하여 제품의 형상을 갖추도록 하는 패키지 공정(Package Process), 전기적 특성 검사, 번인(Burn In) 검사 등을 통해 제품의 특성과 신뢰성을 최종적으로 검사하는 최종 검사 공정 등을 포함할 수 있다.
한국공개특허 제10-2007-0043383호 (공개일: 2007.04.25.)
반도체 소자를 제조하기 위해 웨이퍼를 처리하는 과정에서, 그 부산물(예를 들어, 탄소(C), 산소(O), 질소(N), 불소(F) 등으로 구성된 폴리머)이 웨이퍼의 베벨 에지(Bevel Edge) 영역에 축적될 수 있다. 이러한 부산물은 디바이스의 표면을 오염시키거나, 제품의 수율에 영향을 끼칠 수 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 베벨 에칭(Bevel Etching)을 이용하여 기판의 가장자리 영역에 축적된 부산물을 제거하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(aspect)은, 공정 가스를 이용하여 플라즈마가 발생되는 제1 영역; 상기 플라즈마를 이용하여 기판이 처리되는 제2 영역; 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 설치되는 샤워 헤드 유닛; 및 상기 제2 영역 중 상기 기판의 에지 상부를 제외한 나머지 영역을 블로킹(Blocking)하는 블록 구조물을 포함하며, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 베벨 에칭(Bevel Etching)한다.
상기 샤워 헤드 유닛은, 상기 플라즈마와 관련된 제1 가스를 상기 제2 영역으로 통과시키는 제1 에지부; 및 상기 제1 가스와 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제2 영역으로 공급하는 제2 에지부를 포함할 수 있다.
상기 제2 에지부는 상기 제1 에지부보다 내측에 배치될 수 있다.
상기 제2 에지부는 상기 제1 가스가 상기 제2 영역으로 유입될 때 상기 제2 가스를 공급할 수 있다.
상기 블록 구조물의 상부는 상기 샤워 헤드 유닛에 고정되며, 상기 블록 구조물의 하부는 상기 기판에 접촉되지 않을 수 있다.
상기 블록 구조물은 메탈 성분 및 세라믹 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하여 제조될 수 있다.
상기 블록 구조물은 원통 형상을 가지도록 형성되며, 가운데 부분이 막혀 있는 제1 형상을 가지도록 형성되거나, 가운데 부분이 비어 있는 제2 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛 내에 설치되며, 상기 기판을 승강시키는 리프트 핀을 더 포함하며, 상기 리프트 핀은 상기 기판을 베벨 에칭할 때에 상기 기판을 상승시킬 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛을 더 포함하며, 상기 기판 지지 유닛은 상기 기판보다 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 공정 가스를 이용하여 플라즈마가 발생되는 제1 영역; 상기 플라즈마를 이용하여 기판이 처리되는 제2 영역; 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 설치되는 샤워 헤드 유닛; 상기 제2 영역 중 상기 기판의 에지 상부를 제외한 나머지 영역을 블로킹하는 블록 구조물; 및 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛 내에 설치되며, 상기 기판을 승강시키는 리프트 핀을 포함하며, 상기 샤워 헤드 유닛은, 상기 플라즈마와 관련된 제1 가스를 상기 제2 영역으로 통과시키는 제1 에지부; 및 상기 제1 가스와 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제2 영역으로 공급하는 제2 에지부를 포함하고, 상기 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 베벨 에칭할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 블록 구조물의 다양한 형상을 보여주는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 6은 도 5의 예시에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 제3 예시도이다.
도 8은 도 7의 예시에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 기판의 가장자리 영역을 베벨 에칭(Bevel Etching)하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 기판의 가장자리 영역에 축적된 부산물을 제거함으로써, 제품의 수율(Yield)을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너 유닛(170), 배플 유닛(180) 및 상부 모듈(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 진공 환경에서 건식 식각 공정을 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 시스템이다. 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 플라즈마 공정(Plasma Process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
하우징(110)은 플라즈마 공정이 수행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 하우징(110)은 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.
배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 과정에서 발생된 반응 부산물과 하우징(110)의 내부에 잔여하는 가스를 하우징(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.
하우징(110)은 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 하우징(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로서 기능할 수 있다. 개구부(114)는 도어 어셈블리(115)에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 하우징(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 이용하여 작동할 수 있다.
기판 지지 유닛(120)은 하우징(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(Mechanical Clamping), 진공(Vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스(121) 및 정전 척(ESC; Electro Static Chuck)(122)을 포함하여 구성될 수 있다.
정전 척(122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재이다. 이러한 정전 척(122)은 세라믹 재질로 제공될 수 있으며, 베이스(121) 상에 고정되도록 베이스(121)와 결합될 수 있다.
정전 척(122)은 구동 부재(미도시)를 이용하여 하우징(110)의 내부에서 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 정전 척(122)이 이와 같이 상하 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해질 수 있다.
링 어셈블리(123)는 정전 척(122)의 테두리를 감싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(123)는 링 형상으로 제공되어, 기판(W)의 테두리 영역을 지지하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(123)는 포커스 링(Focus Ring; 123a) 및 절연체 링(123b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(123a)은 절연체 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)을 감싸도록 제공된다. 이러한 포커스 링(123a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마 공정시 생성된 이온을 기판(W) 위로 집중시킬 수 있다.
절연체 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)을 감싸도록 제공된다. 이러한 절연체 링(123b)은 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있다.
한편, 링 어셈블리(123)는 포커스 링(123a)의 테두리에 밀착 형성되는 에지 링(Edge Ring)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 에지 링은 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다.
제1 가스 공급 유닛(150)은 링 어셈블리(123)의 상부나 정전 척(122)의 테두리 부분에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 제1 가스를 공급하는 것이다. 이러한 제1 가스 공급 유닛(150)은 제1 가스 공급원(151) 및 제1 가스 공급 라인(152)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 가스 공급원(151)은 제1 가스로 질소 가스(N2 Gas)를 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 가스 공급원(151)은 다른 가스나 세정제 등을 공급하는 것도 가능하다.
제1 가스 공급 라인(152)은 정전 척(122)과 링 어셈블리(123) 사이에 제공되는 것이다. 제1 가스 공급 라인(152)은 예를 들어, 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 가스 공급 라인(152)은 포커스 링(123a)의 내부에 제공되어, 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 절곡되도록 형성되는 것도 가능하다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 기판 지지 유닛(120)의 내부에 설치될 수 있다. 일례로, 가열 부재(124)는 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다.
한편, 냉각 부재(125)는 냉각 장치(Chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 하우징(110)의 외부에 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 하우징(110)의 내부 공간 중에서 기판 지지 유닛(120)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 모듈(190)에 설치되는 안테나 유닛(Antenna Unit; 193)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전극, 하부 전극, 상부 전원(131) 및 하부 전원(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
상부 전원(131)은 상부 전극, 즉 안테나 유닛(193)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 상부 전원(131)은 플라즈마의 특성을 제어하도록 제공될 수 있다. 상부 전원(131)은 예를 들어, 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절하도록 제공될 수 있다.
상부 전원(131)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 상부 전원(131)이 복수 개 구비되는 경우, 기판 처리 장치(100)는 복수 개의 상부 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 매칭 네트워크는 각각의 상부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 안테나 유닛(193)에 인가할 수 있다.
한편, 상부 전원(131)과 안테나 유닛(193)을 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 상부 전원(131)으로부터 안테나 유닛(193)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 하부 전극, 즉 정전 척(122)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 하부 전원(133)은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 상부 전원(131)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
하부 전원(133)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 상부 전원(131)과 마찬가지로 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 하부 전원(133)이 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 하부 전원과 전기적으로 연결되는 제2 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 매칭 네트워크는 각각의 하부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 정전 척(122)에 인가할 수 있다.
한편, 하부 전원(133)과 정전 척(122)을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제2 임피던스 정합 회로는 제1 임피던스 정합 회로와 마찬가지로 무손실 수동 회로로 작용하여 하부 전원(133)으로부터 정전 척(122)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(Shower Head Unit; 140)은 정전 척(122)과 하우징(110)의 내부에서 상하로 대향되도록 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(140)은 하우징(110)의 내부로 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 분사 홀(Gas Feeding Hole)을 구비할 수 있으며, 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 한편, 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 공정 가스(제2 가스)를 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급 유닛(160)은 제2 가스 공급원(161) 및 제2 가스 공급 라인(162)을 포함할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 기판(W), 하우징(110)의 내부 등을 처리하는 데에 이용되는 세정 가스를 공정 가스로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원(161)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 에칭 가스(Etching Gas)를 공정 가스로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급원(161)은 단일 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)로 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 가스 공급원(161)은 복수 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 것이다. 제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)을 통해 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하여, 공정 가스가 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)이 센터 영역(Center Zone), 미들 영역(Middle Zone), 에지 영역(Edge Zone) 등으로 분할되는 경우, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 공정 가스를 공급하기 위해 가스 분배기(미도시)와 가스 분배 라인(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가스 분배기는 제2 가스 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 분배하는 것이다. 이러한 가스 분배기는 제2 가스 공급 라인(161)을 통해 제2 가스 공급원(161)과 연결될 수 있다.
가스 분배 라인은 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역을 연결하는 것이다. 가스 분배 라인은 이를 통해 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 이송할 수 있다.
라이너 유닛(Liner Unit; 170)은 월 라이너(Wall Liner)라고도 하며, 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 라이너 유닛(170)은 하우징(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다.
라이너 유닛(170)은 하우징(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 하우징(110)의 상단에 놓여 라이너 유닛(170)을 지지할 수 있다.
배플 유닛(Baffle Unit; 180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(120) 사이에 설치될 수 있다.
배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다. 배플 유닛(180)은 관통 홀의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
상부 모듈(190)은 하우징(110)의 개방된 상부를 덮도록 설치되는 것이다. 이러한 상부 모듈(190)은 윈도우 부재(191), 안테나 부재(192) 및 안테나 유닛(193)을 포함할 수 있다.
윈도우 부재(191)는 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시키기 위해 하우징(110)의 상부를 덮도록 형성되는 것이다. 이러한 윈도우 부재(191)는 판(예를 들어, 원판) 형상으로 제공될 수 있으며, 절연 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 형성될 수 있다.
윈도우 부재(191)는 유전체 창(Dielectric Window)을 포함하여 형성될 수 있다 윈도우 부재(191)는 제2 가스 공급 라인(162)이 삽입되기 위한 통공이 형성될 수 있으며, 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 수행될 때 파티클(Particle)의 발생을 억제하기 위해 그 표면에 코팅막이 형성될 수 있다.
안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)의 상부에 설치되는 것으로서, 안테나 유닛(193)이 그 내부에 배치될 수 있도록 소정 크기의 공간이 제공될 수 있다.
안테나 부재(192)는 하부가 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 하우징(110)과 대응되는 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)에 탈착 가능하도록 제공될 수 있다.
안테나 유닛(193)은 상부 전극으로 기능하는 것으로서, 폐루프를 형성하도록 제공되는 코일이 장착된 것이다. 이러한 안테나 유닛(193)은 상부 전원(131)으로부터 공급되는 전력을 기초로 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 생성하여, 샤워 헤드 유닛(140)를 통해 하우징(110)의 내부로 유입된 가스를 플라즈마로 여기시키는 기능을 한다.
안테나 유닛(193)은 평판 스파이럴(Planar Spiral) 형태의 코일을 장착할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 코일의 구조나 크기 등은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 제1 예시도이다. 이하 설명은 도 3을 참조한다.
기판을 처리하기 위해, 하우징(110)의 내부 영역에는 플라즈마 생성 유닛(130)에 의해 플라즈마가 발생될 수 있다. 이때, 샤워 헤드 유닛(140)을 기준으로 그 상부에는 플라즈마 영역(Plasma Region; 310)이 형성될 수 있으며, 그 하부에는 프로세스 영역(Process Region; 320)이 형성될 수 있다.
플라즈마 영역(310)은 플라즈마가 활성화되는 영역이다. 플라즈마 영역(310)에서는 그 상부에 설치되는 탑 소스(Top Source; 330)로부터 공급되는 공정 가스를 이용하여 플라즈마가 활성화될 수 있다.
탑 소스(330)는 플라즈마 영역(310)에 공정 가스를 공급하기 위하여 상부 모듈(190) 내에 설치될 수 있다. 탑 소스(330)는 예를 들어, 윈도우 부재(191)의 저면에 부착되어 플라즈마 영역(310)으로 공정 가스를 공급할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 탑 소스(330)는 상부 모듈(190)과 별도로 설치되는 것도 가능하다. 이 경우, 탑 소스(330)는 상부 모듈(190)보다 아래에 설치되어 플라즈마 영역(310)으로 공정 가스를 공급할 수 있다.
프로세스 영역(320)은 플라즈마 영역(310)에서 활성화된 플라즈마를 이용하여 기판(W)이 처리되는 영역이다. 기판(W)은 앞서 설명한 바와 같이, 기판 지지 유닛(120)의 정전 척(122) 상에 안착되어 프로세스 영역(320) 내에 배치될 수 있다.
본 실시예에서 기판 처리 장치(100)는 프로세스 영역(320) 내에 배치된 기판(W)의 가장자리 영역을 에칭할 수 있다. 구체적으로, 기판 처리 장치(100)는 기판(W)의 베벨 영역(Bevel Area)을 에칭할 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 기판(W)의 베벨 영역을 에칭하기 위해, 프로세스 영역(320) 중 그 센터 영역에 블록 구조물(Block Structure; 340)을 구비할 수 있다.
블록 구조물(340)은 기판(W)의 센터 영역이 에칭되는 것을 방지하기 위한 것이다. 기판 처리 장치(100)가 이와 같이 블록 구조물(340)을 구비하면, 기판 처리 장치(100)는 필요시 기판(W)의 베벨 영역만을 에칭하는 것이 가능해진다.
블록 구조물(340)은 메탈(Metal) 성분이나 세라믹(Ceramic) 성분을 소재로 하여 제조될 수 있다. 블록 구조물(340)은 예를 들어, 이트리아(Yttrium Oxide; Y2O3)이 코팅된 알루미나(Aluminum Oxide; Al2O3)를 소재로 하여 제조될 수 있다.
블록 구조물(340)은 원통 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 이러한 블록 구조물(340)은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 가운데 부분이 막혀 있는 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 블록 구조물(340)은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 가운데 부분이 비어 있는 쉘(Shell) 형상으로 형성되는 것도 가능하다. 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 블록 구조물의 다양한 형상을 보여주는 예시도이다.
다시 도 3을 참조하여 설명한다.
블록 구조물(340)은 프로세스 영역(320) 내에 배치될 때, 그 상부가 샤워 헤드 유닛(140)에 고정될 수 있으며, 그 하부는 기판(W)의 상부에 위치할 수 있다. 이때, 블록 구조물(340)은 기판(W)에 접촉되지 않게 위치할 수 있으나, 블록 구조물(340)과 기판(W) 사이의 간격은 플라즈마가 침투할 수 없을 정도로 매우 협소할 수 있다.
블록 구조물(340)이 이와 같이 기판(W) 상에 배치되면, 플라즈마에 의해 발생된 라디칼(Radical)이 기판(W)의 중심 영역을 에칭하는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 기판(W)의 베벨 영역만을 에칭하는 것이 가능해진다.
이상 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는 프로세스 영역(320) 내 기판(W)의 센터 영역 상에 블록 구조물(340)을 설치함으로써, 기판(W)의 센터 영역을 비공정 영역으로 형성하고, 기판(W)의 베벨 영역을 공정 영역으로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 이에 따라 기판(W)의 베벨 영역만을 에칭하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 기판(W)이 정전 척(122) 상에 안착되어 있으면, 기판(W)의 베벨 영역 중 상부 영역 및 측부 영역만 에칭될 수 있다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 제2 예시도이며, 도 6은 도 5의 예시에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다. 이하 설명은 도 5 및 도 6을 참조한다.
본 실시예에서는 기판(W)에 대한 베벨 에칭시, 도 5에 도시된 바와 같이 정전 척(122)에 설치되어 있는 리프트 핀(410)을 이용하여 기판(W)을 제3 방향(30)으로 상승시킬 수 있다. 그러면, 라디칼(420)이 기판(W)의 하부면까지 침투하는 것이 가능해져, 도 6에 도시된 바와 같이 라디칼(420)이 기판(W)의 베벨 영역 중 상부 영역에 축적된 제1 부산물(430) 및 측부 영역에 축적된 제2 부산물(440)뿐만 아니라, 하부 영역에 축적된 제3 부산물(450)도 에칭하는 효과을 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 기판(W)의 베벨 영역 중 하부 영역이 노출되도록 정전 척(122)의 크기를 기판(W)보다 작게 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 정전 척(122)은 리프트 핀(410)을 구비하지 않아도 무방하다.
한편, 프로세스 영역(320) 내에서 블록 구조물(340)이 기판(W)의 상부에 닿지 않게 설치되기 때문에, 라디칼(420)이 기판(W)의 센터 영역으로 침투하여 기판(W)의 센터 영역을 에칭할 수도 있다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 제3 예시도이며, 도 8은 도 7의 예시에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다. 이하 설명은 도 7 및 도 8을 참조한다.
샤워 헤드 유닛(140)의 제1 에지부(510)는 플라즈마 영역(310)에서 발생된 라디칼(420)이 프로세스 영역(320)으로 이동할 수 있도록 제공되는 것이다.
샤워 헤드 유닛(140)의 제2 에지부(520)는 라디칼(420)과 반응하지 않는 가스를 프로세스 영역(320)에 공급하는 것이다. 제2 에지부(520)는 예를 들어, 헬륨 가스(He Gas), 아르곤 가스(Ar Gas) 등의 비활성 가스를 프로세스 영역(320)에 공급할 수 있다.
라디칼(420)은 제1 에지부(510)를 통해 프로세스 영역(320)으로 침투하여 기판(W)의 베벨 영역을 에칭할 수 있다. 또한, 라디칼(420)은 블록 구조물(340)과 기판(W) 사이의 공간으로 침투하여 기판(W)의 센터 영역도 에칭할 수 있다.
이와 같은 경우, 제2 에지부(520)를 통해 비활성 가스(530)를 기판(W)이 위치한 방향으로 유입시키면, 비활성 가스(530)가 블록 구조물(340) 및 기판(W) 사이의 공간으로 라디칼(420)이 침투하는 것을 차단할 수 있다. 제2 에지부(520)는 이를 위해 제1 에지부(510)의 내측에 배치될 수 있다. 그러면, 본 실시예에서는 라디칼(420)이 기판(W)의 센터 영역을 에칭하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
이상 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였다. 기판 처리 장치(100)는 챔버(Chamber) 내 비공정 영역 형성을 통해 베벨 에칭을 구현할 수 있다. 구체적으로, 기판 처리 장치(100)는 프로세스 영역(320)의 센터 영역을 물리적으로 비공정 영역으로 형성한 설비 구조를 통해 베벨 에칭을 구현할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 챔버의 볼륨(Chamber Volume)을 축소하는 효과를 얻을 수 있으며, 프로세스 영역(320)을 공정 영역과 비공정 영역으로 분리하는 효과도 얻을 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 건식 세정 공정(Dry Cleaning Process)을 수행하는 세정 장비에 적용될 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 처리 장치 110: 하우징
120: 기판 지지 유닛 122: 정전 척
130: 플라즈마 생성 유닛 140: 샤워 헤드 유닛
190: 상부 모듈 310: 플라즈마 영역
320: 프로세스 영역 330: 탑 소스
340: 블록 구조물 410: 리프트 핀
420: 라디칼 430: 제1 부산물
440: 제2 부산물 450: 제3 부산물
510: 제1 에지부 520: 제2 에지부
530: 비활성 가스

Claims (10)

  1. 공정 가스를 이용하여 플라즈마가 발생되는 제1 영역;
    상기 플라즈마를 이용하여 기판이 처리되는 제2 영역;
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 설치되는 샤워 헤드 유닛; 및
    상기 제2 영역 중 상기 기판의 에지 상부를 제외한 나머지 영역을 블로킹(Blocking)하는 블록 구조물을 포함하며,
    상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 베벨 에칭(Bevel Etching)하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드 유닛은,
    상기 플라즈마와 관련된 제1 가스를 상기 제2 영역으로 통과시키는 제1 에지부; 및
    상기 제1 가스와 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제2 영역으로 공급하는 제2 에지부를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 에지부는 상기 제1 에지부보다 내측에 배치되는 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 에지부는 상기 제1 가스가 상기 제2 영역으로 유입될 때 상기 제2 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 구조물의 상부는 상기 샤워 헤드 유닛에 고정되며,
    상기 블록 구조물의 하부는 상기 기판에 접촉되지 않는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 구조물은 메탈 성분 및 세라믹 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하여 제조되는 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록 구조물은 원통 형상을 가지도록 형성되며,
    가운데 부분이 막혀 있는 제1 형상을 가지도록 형성되거나, 가운데 부분이 비어 있는 제2 형상을 가지도록 형성되는 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 및
    상기 기판 지지 유닛 내에 설치되며, 상기 기판을 승강시키는 리프트 핀을 더 포함하며,
    상기 리프트 핀은 상기 기판을 베벨 에칭할 때에 상기 기판을 상승시키는 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛을 더 포함하며,
    상기 기판 지지 유닛은 상기 기판보다 작은 크기를 가지는 기판 처리 장치.
  10. 공정 가스를 이용하여 플라즈마가 발생되는 제1 영역;
    상기 플라즈마를 이용하여 기판이 처리되는 제2 영역;
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 설치되는 샤워 헤드 유닛;
    상기 제2 영역 중 상기 기판의 에지 상부를 제외한 나머지 영역을 블로킹하는 블록 구조물; 및
    상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛 내에 설치되며, 상기 기판을 승강시키는 리프트 핀을 포함하며,
    상기 샤워 헤드 유닛은,
    상기 플라즈마와 관련된 제1 가스를 상기 제2 영역으로 통과시키는 제1 에지부; 및
    상기 제1 가스와 반응하지 않는 제2 가스를 상기 제2 영역으로 공급하는 제2 에지부를 포함하고,
    상기 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 베벨 에칭하는 기판 처리 장치.
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