KR20220075966A - 배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20220075966A
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김성엽
위영훈
강정석
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세메스 주식회사
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    • H01J37/32834—Exhausting

Abstract

이중으로 구성되며, 승/하강 구동되는 배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 하우징; 하우징의 내부에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 기판 지지 유닛의 상부에 설치되며, 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 하우징의 내부로 공급하는 샤워 헤드 유닛; 및 기판 지지 유닛의 측면에 설치되며, 미반응 가스 및 공정 부산물을 배기하는 배플 유닛을 포함하며, 배플 유닛은, 표면에 적어도 하나의 제1 슬릿을 구비하는 제1 배플 모듈; 및 제1 배플 모듈의 하부에 설치되며, 표면에 적어도 하나의 제2 슬릿을 구비하는 제2 배플 모듈을 포함하고, 제1 슬릿 및 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 조절된다.

Description

배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 {Baffle unit and apparatus for treating substrate with the unit}
본 발명은 배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하는 배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정은 반도체 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 구분될 수 있다. 반도체 제조 설비는 반도체 소자를 제조하기 위해 팹(FAB)으로 정의되는 공간 내에 설치될 수 있다.
전공정은 기판(예를 들어, 웨이퍼(Wafer)) 상에 회로 패턴을 형성하여 칩(Chip)을 완성하는 공정을 말한다. 이러한 전공정은 기판 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), 기판 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), 기판 상에서 오염원을 제거하는 세정 공정(Cleaning Process) 등을 포함할 수 있다.
후공정은 전공정을 통해 완성된 제품의 성능을 평가하는 공정을 말한다. 후공정은 기판 상의 각각의 칩에 대해 동작 여부를 검사하여 양품과 불량을 선별하는 기판 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 제10-2020-0126706호 (공개일: 2020.11.09.)
플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 설비의 경우, 챔버의 내부에 배플(Baffle)이 제공될 수 있다. 배플은 기판을 처리하기 위해 제공되는 공정 가스가 일정 시간동안 처리 공간 내에 머무르게 할 수 있다. 이러한 배플은 기판을 지지하는 기판 지지 유닛의 둘레를 감싸도록 설치될 수 있다.
그런데, 공정 진행 중에 발생되는 공정 부산물은 배플을 통해 챔버의 외부로 배기된다. 이로 인해 처리 공간은 챔버 내에서 배플의 상부 공간으로 한정될 수 있다.
처리 공간의 크기는 플라즈마 밀도에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 배플은 고정 설치되는 구조이므로, 처리 공간의 조절이 불가능하다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 이중으로 구성되며, 승/하강 구동되는 배플 유닛 및 이를 구비하는 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, 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 상부에 설치되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 공급하는 샤워 헤드 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛의 측면에 설치되며, 미반응 가스 및 공정 부산물을 배기하는 배플 유닛을 포함하며, 상기 배플 유닛은, 표면에 적어도 하나의 제1 슬릿을 구비하는 제1 배플 모듈; 및 상기 제1 배플 모듈의 하부에 설치되며, 표면에 적어도 하나의 제2 슬릿을 구비하는 제2 배플 모듈을 포함하고, 상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 조절된다.
상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 플라즈마 봉입(Plasma Confinement)과 관련된 구속력 및/또는 상기 하우징의 내부 컨덕턴스에 따라 조절될 수 있다.
상기 제1 배플 모듈 및 상기 제2 배플 모듈 중 적어도 하나의 배플 모듈은 회전할 수 있다.
상기 제1 배플 모듈 및 상기 제2 배플 모듈 중 적어도 하나의 배플 모듈은 승강할 수 있다.
상기 적어도 하나의 배플 모듈은 상기 하우징의 내부 압력 및/또는 플라즈마 밀도에 따라 승강할 수 있다.
상기 제1 슬릿의 개수는 상기 제2 슬릿의 개수와 동일할 수 있다.
상기 제1 슬릿의 폭은 상기 제2 슬릿의 폭과 동일할 수 있다.
상기 제1 배플 모듈의 회전 방향은 상기 제2 배플 모듈의 회전 방향과 동일할 수 있다.
상기 제1 배플 모듈의 회전 속도는 상기 제2 배플 모듈의 회전 속도와 동일할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 배플 유닛의 일 면은, 기판을 처리하는 장치 내에 설치되며, 미반응 가스 및 공정 부산물을 배기하고, 표면에 적어도 하나의 제1 슬릿을 구비하는 제1 배플 모듈; 및 상기 제1 배플 모듈의 하부에 설치되며, 표면에 적어도 하나의 제2 슬릿을 구비하는 제2 배플 모듈을 포함하며, 상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 조절된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 구조를 구체적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 배플 유닛을 구성하는 제1 배플 모듈의 구조를 구체적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 배플 유닛을 구성하는 제2 배플 모듈의 구조를 구체적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 작동 방법을 구체적으로 도시한 제1 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 작동 방법을 구체적으로 도시한 제2 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 작동 방법을 구체적으로 도시한 제3 예시도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 슬릿 사이즈 조절 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
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 이중으로 구성되며, 승/하강 구동되는 배플 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 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 것이다. 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 플라즈마 공정(Plasma Process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있으며, 식각 공정 챔버(Etching Process Chamber), 세정 공정 챔버(Cleaning Process Chamber) 등으로 구현될 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 내부 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.
배플 유닛(180)은 본 실시예에서 이중으로 구성되며, 승/하강 구동될 수 있다. 배플 유닛(180)에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
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.
다음으로, 이중으로 구성되며, 승/하강 구동되는 배플 유닛(180)에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 구조를 구체적으로 도시한 측면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 배플 유닛을 구성하는 제1 배플 모듈의 구조를 구체적으로 도시한 평면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 배플 유닛을 구성하는 제2 배플 모듈의 구조를 구체적으로 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 5에 따르면, 배플 유닛(180)은 제1 배플 모듈(Upper Baffle; 210) 및 제2 배플 모듈(Bottom Baffle; 220)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 배플 모듈(210)은 제2 배플 모듈(220)의 상위에 배치되는 것이다. 이러한 제1 배플 모듈(210)은 링(Ring) 형상으로 형성될 수 있으며, 표면 상에 바깥쪽 방향으로 길게 형성되는 복수 개의 제1 슬릿(First Slit; 230)을 구비할 수 있다.
제2 배플 모듈(220)은 제1 배플 모듈(210)의 하위에 배치되는 것이다. 이러한 제2 배플 모듈(220)은 제1 배플 모듈(210)과 마찬가지로 링 형상으로 형성될 수 있으며, 표면 상에 바깥쪽 방향으로 길게 형성되는 복수 개의 제2 슬릿(Second Slit; 240)을 구비할 수 있다.
제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 슬릿(230)은 제2 슬릿(240)과 동일 개수 구비될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 슬릿(230)은 제2 슬릿(240)과 서로 다른 개수 구비되는 것도 가능하다.
제1 슬릿(230)은 제2 슬릿(240)과 동일한 폭을 가지도록 형성될 수 있다(w1 = w2). 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 슬릿(230)은 제2 슬릿(240)과 서로 다른 폭을 가지도록 형성되는 것도 가능하다(w1 ≠ w2).
제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 도 6에 도시된 바와 같이 기판 지지 유닛(120)의 측면에서 승/하강 가능하게 구동될 수 있다. 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 작동 방법을 구체적으로 도시한 제1 예시도이다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 배플 모듈(210)만 기판 지지 유닛(120)의 측면에서 승/하강 가능하게 구동되는 것도 가능하다. 이 경우, 제2 배플 모듈(220)은 고정 설치될 수 있다. 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 작동 방법을 구체적으로 도시한 제2 예시도이다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 배플 모듈(220)만 기판 지지 유닛(120)의 측면에서 승/하강 가능하게 구동되는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 배플 모듈(210)은 고정 설치될 수 있다. 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 작동 방법을 구체적으로 도시한 제3 예시도이다.
제1 배플 모듈(210) 및/또는 제2 배플 모듈(220)이 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 승강 구동되면, 플라즈마에 의해 기판이 처리되는 공간의 크기가 변화될 수 있으며, 이에 따라 기판이 처리되는 공간의 내부 압력을 조절하는 것이 가능해질 수 있다.
본 실시예에서는 제1 배플 모듈(210) 및/또는 제2 배플 모듈(220)의 승강 구동을 통해 기판(W) 주변의 압력을 낮추며, 기류의 이동 속도를 높여 플라즈마 활성화 및 라디칼(Radical) 생성을 촉진하여 공정 결과에 영향을 미칠 수 있다.
제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 동일한 방향으로 회전(Rotation)할 수 있다. 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 예를 들어, 시계 방향으로 회전할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 서로 다른 방향으로 회전하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 배플 모듈(210)은 시계 방향으로 회전하고, 제2 배플 모듈(220)은 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 모두 회전할 수 있다. 이때, 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)은 동시에 회전할 수 있으며, 개별적으로 회전하는 것도 가능하다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 중 어느 하나의 배플 모듈만 회전하는 것도 가능하다.
한편, 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220)이 모두 회전하는 경우, 제1 배플 모듈(210)은 제2 배플 모듈(220)과 회전 속도가 동일할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 배플 모듈(210)은 제2 배플 모듈(220)과 회전 속도가 서로 다른 것도 가능하다.
제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 중 적어도 하나의 배플 모듈이 회전하는 경우, 본 실시예에서는 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 간에 발생하는 슬릿 사이즈(Slit Size)를 조절할 수 있다.
구체적으로, 제1 배플 모듈(210)의 제1 슬릿(230) 및 제2 배플 모듈(220)의 제2 슬릿(240)이 제3 방향(30)으로 동일선 상에 배치됨으로써, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 제2 슬릿(240)이 전부 개방되도록 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 간의 슬릿 사이즈가 조절될 수 있다. 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 배플 유닛의 슬릿 사이즈 조절 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
또한, 제1 배플 모듈(210)의 제1 슬릿(230)이 제2 배플 모듈(220)의 제2 슬릿(240)을 일부 폐쇄시킴으로써, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 슬릿(240)이 일부 개방되도록 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 간의 슬릿 사이즈가 조절될 수 있다.
또한, 제1 배플 모듈(210)의 제1 슬릿(230)이 제2 배플 모듈(220)의 제2 슬릿(240)을 전부 폐쇄시킴으로써, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 제2 슬릿(240)이 전부 비개방되도록 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 간의 슬릿 사이즈가 조절될 수 있다.
하우징(110)의 내부에서 기판(W)을 처리하는 공정이 수행되는 경우, 펌프 블레이드(Pump Blade)의 스핀(Spin) 방향에 따라 소용돌이(Swirl) 형상의 유동이 발생할 수 있으며, 이에 따른 기류에 의해 기판 처리 공정이 비대칭으로 진행될 수 있다.
그런데, 본 실시예와 같이 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 중 적어도 하나의 배플 모듈이 회전하면, 기류(Flow)의 차폐 효과(Screen Effect)를 강화하는 등 기류에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 제1 배플 모듈(210) 및/또는 제2 배플 모듈(220)의 회전을 통해 제1 배플 모듈(210) 및 제2 배플 모듈(220) 간에 발생하는 슬릿 사이즈를 조절하면, 슬릿 사이즈의 크기에 따라 플라즈마 봉입(Plasma Confinement), 챔버 컨덕턴스(Chamber Conductance) 등을 제어할 수 있다.
플라즈마 봉입 측면에서 본다면, 슬릿 사이즈의 크기가 작을수록(즉, 제1 슬릿(230)에 의해 제2 슬릿(240)의 개방 공간이 작아질수록) 구속력이 강화될 수 있으며, 슬릿 사이즈의 크기가 커질수록(즉, 제1 슬릿(230)에 의해 제2 슬릿(240)의 폐쇄 공간이 작아질수록) 구속력이 약화될 수 있다.
이상 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배플 유닛(180) 및 배플 유닛(180)을 구비하는 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였다.
기판 처리 장치(100)는 이중 배플 구조의 회전 및 승/하강 구동을 통해 다양한 효과를 유발할 수 있으며, 챔버 내에서 진행되는 공정의 가변 요소를 조정할 수 있다.
구체적으로, 배플 유닛(180)이 회전 구동하는 경우, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 슬릿 사이즈를 조절하고, 차폐 효과를 이용하여 공정의 비대칭 현상(예를 들어, 비대칭의 다양한 원인 중 펌프에서 발생하는 Swirl Flow 등)을 개선할 수 있다.
둘째, 슬릿 사이즈에 따른 플라즈마 봉입(Plasma Confinement)을 제어할 수 있다.
셋째, 가스 컨덕턱스(Gas Conductance)를 조정할 수 있다. 즉, 슬릿 사이즈 조절로 진공 상태를 일정 시간동안 통과하는 공기(Air)의 정도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 컨덕턴스 제어로 에지(Edge) 부위에서의 식각 균일도(Etch Uniformity)를 개선할 수 있다.
한편, 배플 유닛(180)이 승/하강 구동하는 경우, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 플라즈마 체적(Plasma Volume) 변화를 유도하는 것이 가능해지며, 이에 따라 플라즈마 밀도(Plasma Density)를 조절하는 것이 가능해진다.
둘째, 2중 배플의 승/하강 운동을 통해 챔버와 배플 사이, 및 배플 아랫면의 컨덕턴스를 조정하여 단계적인 하강 및 정도를 컨트롤할 수 있다.
이 외에도 2중 배플 구조를 통해 다양한 공정 변수를 만들어낼 수 있고, 파라미터(Parameter)화하여 공정의 미세 조정을 구현할 수 있다.
이상의 내용을 정리하여 보면, 기판 처리 장치(100)는 이중으로 구성되는 배플 유닛(180)의 회전 구동을 이용하여 서로 다른 두 모듈 간 슬릿 사이즈를 조절할 수 있으며, 각 모듈의 승/하강 구동을 이용하여 챔버 컨덕턴스(Chamber Conductance), 가스 체류 시간(Gas Residence Time) 및 플라즈마 체적의 변화를 유도할 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 이와 같은 배플 유닛(180)을 통해 플라즈마 센터(Center) 및 에지(Edge) 간 밀도를 제어하여 에칭 레이트(Etch Rate) 변화 및 식각 균일도를 개선할 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 130: 플라즈마 생성 유닛
140: 샤워 헤드 유닛 160: 제2 가스 공급 유닛
180: 배플 유닛 190: 상부 모듈
210: 제1 배플 모듈 220: 제2 배플 모듈
230: 제1 슬릿 240: 제2 슬릿

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 설치되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 공급하는 샤워 헤드 유닛; 및
    상기 기판 지지 유닛의 측면에 설치되며, 미반응 가스 및 공정 부산물을 배기하는 배플 유닛을 포함하며,
    상기 배플 유닛은,
    표면에 적어도 하나의 제1 슬릿을 구비하는 제1 배플 모듈; 및
    상기 제1 배플 모듈의 하부에 설치되며, 표면에 적어도 하나의 제2 슬릿을 구비하는 제2 배플 모듈을 포함하고,
    상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 조절되는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 플라즈마 봉입(Plasma Confinement)과 관련된 구속력 및/또는 상기 하우징의 내부 컨덕턴스에 따라 조절되는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배플 모듈 및 상기 제2 배플 모듈 중 적어도 하나의 배플 모듈은 회전하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배플 모듈 및 상기 제2 배플 모듈 중 적어도 하나의 배플 모듈은 승강하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배플 모듈은 상기 하우징의 내부 압력 및/또는 플라즈마 밀도에 따라 승강하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 슬릿의 개수는 상기 제2 슬릿의 개수와 동일한 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 슬릿의 폭은 상기 제2 슬릿의 폭과 동일한 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배플 모듈의 회전 방향은 상기 제2 배플 모듈의 회전 방향과 동일한 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 배플 모듈의 회전 속도는 상기 제2 배플 모듈의 회전 속도와 동일한 기판 처리 장치.
  10. 기판을 처리하는 장치 내에 설치되며, 미반응 가스 및 공정 부산물을 배기하고,
    표면에 적어도 하나의 제1 슬릿을 구비하는 제1 배플 모듈; 및
    상기 제1 배플 모듈의 하부에 설치되며, 표면에 적어도 하나의 제2 슬릿을 구비하는 제2 배플 모듈을 포함하며,
    상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿 간 슬릿 사이즈는 조절되는 배플 유닛.
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