KR20220130421A - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
기판 처리 장치가 개시된다. 상기 기판 처리 장치는, 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 공정 모듈과, 상기 기판을 기 설정된 공정 온도로 예열하기 위한 예열 모듈과, 상기 예열 모듈에서 예열된 상기 기판을 상기 공정 모듈로 이송하기 위한 기판 이송 모듈을 포함한다. 상기 예열 모듈은, 상기 기판에 대한 예열 단계를 수행하기 위한 예열 챔버와, 상기 예열 챔버 내에 배치되며 상기 기판이 놓여지는 기판 지지부와, 상기 예열 챔버의 상부에 배치되며 상기 기판을 예열하기 위하여 상기 기판 상으로 마이크로파를 제공하는 마이크로파 히터를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치의 제조 공정에서 실리콘웨이퍼와 같은 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치들은 일반적으로 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 기판으로서 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 상기 반도체 장치들은 다이싱 공정을 통해 개별화되고 인쇄회로기판 상에 본딩된 후 몰딩 공정을 통해 패키징 처리될 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 장치들을 제조하기 위하여 상기 기판 상에 박막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 박막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 박막을 전기적인 특성을 갖는 패턴들로 형성하기 위한 식각 공정, 등이 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 증착 공정과 식각 공정에는 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하고 상기 플라즈마 상태로 형성된 공정 가스를 이용하여 박막 형성 및 식각을 수행할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 플라즈마 강화 원자층 증착(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD), 플라즈마 식각 등과 같은 처리 공정이 상기 기판에 대하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 플라즈마 처리 공정은 용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP) 소스, 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 소스, 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 소스 등에 의해 플라즈마 상태로 형성된 공정 가스를 이용하여 증착 또는 식각 공정을 수행할 수 있다.
한편, 상기와 같은 처리 공정에서 상기 기판은 기 설정된 온도로 가열될 수 있으며, 이를 위하여 상기 처리 공정을 수행하기 위한 공정 챔버 내에는 상기 기판을 가열하기 위한 히터가 내장된 기판 지지부가 배치될 수 있다. 그러나, 상기 처리 공정을 수행하기 전에 상기 기판을 기 설정된 공정 온도로 가열하기 위해서는 상당한 시간이 소요되며 이에 따라 상기 반도체 장치의 생산성 향상을 위해 상기 기판을 가열하는데 소요되는 시간을 단축시킬 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 기판에 대한 처리 공정에서 기판을 가열하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판 처리 장치는, 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 공정 모듈과, 상기 기판을 기 설정된 공정 온도로 예열하기 위한 예열 모듈과, 상기 예열 모듈에서 예열된 상기 기판을 상기 공정 모듈로 이송하기 위한 기판 이송 모듈을 포함할 수 있다. 이때, 상기 예열 모듈은, 상기 기판에 대한 예열 단계를 수행하기 위한 예열 챔버와, 상기 예열 챔버 내에 배치되며 상기 기판이 놓여지는 기판 지지부와, 상기 예열 챔버의 상부에 배치되며 상기 기판을 예열하기 위하여 상기 기판 상으로 마이크로파를 제공하는 마이크로파 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 히터는, 상기 마이크로파를 생성하기 위한 마이크로파 생성 유닛과, 상기 마이크로파 생성 유닛과 상기 예열 챔버의 상부를 연결하며 상기 마이크로파를 상기 예열 챔버 내부로 전달하기 위한 도파관을 포함하며, 상기 예열 챔버의 상부에는 상기 마이크로파를 투과시키기 위한 유전체 창이 배치될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 마이크로파 히터는 상기 마이크로파를 펄스 방식으로 제공할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 예열 모듈은, 상기 기판 상으로 측정광을 조사하고 상기 기판으로부터 반사된 반사광을 검출하여 상기 기판의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 예열 모듈은, 상기 기판이 상기 기판 지지부에 놓여진 후 상기 기판이 상기 공정 온도로 예열되도록 상기 온도 측정부의 측정 신호에 기초하여 상기 마이크로파 히터의 동작을 제어하는 온도 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 공정 모듈은, 상기 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 배치되며 상기 기판이 놓여지는 제2 기판 지지부와, 상기 공정 챔버의 상부에 배치되며 상기 기판을 공정 온도로 유지하기 위하여 상기 기판 상으로 제2 마이크로파를 제공하는 제2 마이크로파 히터와, 상기 공정 챔버 내부에 상기 기판의 처리를 위한 공정 가스를 제공하는 가스 제공부와, 상기 공정 챔버의 상부에 배치되며 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 상부 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 마이크로파 히터는, 상기 제2 마이크로파를 생성하기 위한 제2 마이크로파 생성 유닛과, 상기 제2 마이크로파 생성 유닛과 상기 공정 챔버의 상부를 연결하며 상기 제2 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부로 전달하기 위한 제2 도파관을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 공정 챔버의 상부에는 상기 제2 마이크로파를 투과시키기 위한 제2 유전체 창이 배치되며, 상기 상부 전극은 상기 제2 유전체 창의 하부면 상에 부착되며 상기 제2 마이크로파의 투과가 가능한 투명한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 상부 전극은 상기 공정 챔버의 상부에 배치되어 상기 제2 마이크로파의 투과가 가능하도록 투명한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 상부 전극은 인-주석 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 공정 모듈은, 상기 기판 상으로 제2 측정광을 조사하고 상기 기판으로부터 반사된 제2 반사광을 검출하여 상기 기판의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 공정 모듈은, 상기 기판이 상기 제2 기판 지지부에 놓여진 후 상기 기판이 상기 공정 온도로 유지되도록 상기 제2 온도 측정부의 측정 신호에 기초하여 상기 제2 마이크로파 히터의 동작을 제어하는 제2 온도 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 플라즈마 상태로 형성된 상기 공정 가스에 의해 상기 기판의 처리 공정이 수행되는 동안 상기 제2 온도 제어부는 상기 제2 온도 측정부의 측정 신호에 기초하여 상기 기판의 온도가 상기 공정 온도에서 유지되도록 상기 제2 마이크로파 히터의 동작을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판은 상기 예열 모듈의 마이크로파 히터에 의해 빠르게 상기 공정 온도까지 상승될 수 있으며, 상기 기판의 예열이 완료된 후 상기 기판은 상기 공정 모듈로 이송될 수 있다. 따라서, 상기 공정 모듈 내에서 상기 기판의 온도를 상승시킬 필요가 없으며 이에 따라 상기 처리 공정을 수행하는데 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있다. 또한, 상기 기판에 대한 처리 공정을 수행하는 동안 후속하는 기판의 예열 단계가 상기 예열 모듈에서 수행될 수 있으므로, 상기 기판들의 처리에 소요되는 시간이 더욱 단축될 수 있다. 또한 상기 근적외선 측정광을 이용하여 비접촉 방식으로 상기 기판의 상부 표면 온도를 측정할 수 있으므로 상기 처리 공정을 수행하는 동안 상기 기판의 상부 표면 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 예열 모듈을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 예열 모듈 내의 기판 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 설명하는 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 공정 모듈을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 공정 모듈 내의 기판 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 설명하는 개략도이다.
도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 이용하여 기판에 대한 처리 공정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 예열 모듈을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 예열 모듈 내의 기판 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 설명하는 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 공정 모듈을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 공정 모듈 내의 기판 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 설명하는 개략도이다.
도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 이용하여 기판에 대한 처리 공정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(50)는 반도체 장치의 제조 공정에서 실리콘웨이퍼와 같은 기판(10; 도 2 참조)에 대한 처리 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 처리 장치(50)는 상기 기판(10) 상에 박막을 형성하기 위한 PECVD 공정 또는 PEALD 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있으며, 다른 예로서, 상기 기판(10) 상에 형성된 박막을 식각하기 위한 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 장치(50)는 상기 기판(10)을 기 설정된 공정 온도로 예열하기 위한 예열 모듈(100)과, 상기 예열된 기판(10)에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 공정 모듈(200) 및 상기 예열 모듈(100)과 상기 공정 모듈(200) 사이에서 상기 기판(10)을 이송하기 위한 기판 이송 모듈(300)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 기판 처리 장치(50)는 클러스터 형태로 구성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 상기 기판 처리 장치(50)는 두 개의 예열 모듈들(100)과 두 개의 공정 모듈들(200)을 구비하고 있으나, 상기 예열 모듈들(100)과 공정 모듈들(200)의 개수는 다양하게 변경 가능하므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
상기 기판 이송 모듈(300)은 상기 예열 모듈(100)과 상기 공정 모듈(200) 사이에 배치되는 기판 이송 챔버(310)와, 상기 기판 이송 챔버(310) 내에 배치되는 기판 이송 로봇(320)을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 기판 처리 장치(50)는 복수의 기판들(10)이 수납된 용기(20)가 놓여지는 로드 포트들(410)을 포함하며 상기 기판들(10)을 공급하기 위한 기판 이송 로봇(420)을 구비하는 EFEM(Equipment Front End Module; 400) 및 상기 기판 이송 모듈(300)과 상기 EFEM 모듈(400) 사이에 배치되는 로드락(Load Lock) 챔버(500)를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 예열 모듈을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 예열 모듈(100)은, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판(10)에 대한 예열 단계를 수행하기 위한 공간을 제공하는 예열 챔버(102)와, 상기 예열 챔버(102) 내부에 배치되며 상기 기판(10)이 놓여지는 기판 지지부(110)와, 상기 기판(10)을 기 설정된 공정 온도로 예열하기 위하여 상기 기판(10) 상으로 마이크로파(Microwave)를 제공하는 마이크로파 히터(120)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 예열 챔버(102)의 상부에는 상기 마이크로파를 전송하기 위한 도파관(122)이 연결될 수 있으며, 상기 도파관(122)은 상기 마이크로파를 발생시키기 위한 마이크로파 생성 유닛(124)과 연결될 수 있다. 특히, 상기 예열 챔버(102)의 상부에는 상기 마이크로파를 투과시키기 위한 유전체 창(126)이 배치될 수 있으며, 상기 마이크로파는 상기 유전체 창(126)을 통해 상기 기판(10) 상으로 제공될 수 있다. 일 예로서, 상기 예열 챔버(102)의 상부에는 석영으로 이루어진 유전체 창(126)이 배치될 수 있다.
한편, 상기 예열 챔버(102)의 일측에는 상기 기판(10)의 반입 및 반출을 위한 게이트 밸브(104)가 구비될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 기판 지지부(110)에는 상기 기판 이송 로봇(320)에 의해 상기 예열 챔버(102)로 반입된 상기 기판(10)을 상기 기판 지지부(110) 상에 로드하고 또한 상기 기판(10)을 상기 기판 지지부(110)로부터 언로드하기 위한 리프트 핀들과 상기 리프트 핀들을 구동하기 위한 구동 기구가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예열 모듈(100)은, 상기 기판(10) 상으로 측정광을 조사하고 상기 기판(10)으로부터 반사된 반사광을 검출하여 상기 기판(10)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(130)를 포함할 수 있다. 상기 온도 측정부(130)는 상기 도파관(122)의 일측에 장착되어 상기 도파관(122)의 내측으로 상기 측정광을 조사하기 위한 광 조사기(132)와, 상기 측정광이 상기 기판(10)을 향하도록 상기 측정광의 경로를 변경시키기 위한 프리즘(134)과, 상기 측정광의 초점을 상기 기판(10)의 상부 표면에 맞추기 위한 포커스 렌즈(136)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 포커스 렌즈(136)와 상기 프리즘(134)은 상기 유전체 창(126)의 상부에 배치될 수 있으며, 상기 도파관(122)의 일측에는 상기 측정광을 통과시키기 위한 투명 윈도우(138)가 설치될 수 있다. 일 예로서, 상기 도파관(122)의 일측에는 석영으로 이루어진 투명 윈도우(138)가 설치될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 예열 모듈 내의 기판 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 설명하는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상기 온도 측정부(130)는 상기 측정광을 제공하기 위한 광원(140)과 광 서큘레이터(142) 및 상기 반사광을 검출하기 위한 수광부(144) 그리고 상기 수광부(144)의 신호를 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(146)를 포함할 수 있으며, 아울러 상기 아날로그/디지털 변환기(146)에 의해 변환된 디지털 신호를 분석하여 상기 기판(10)의 온도를 산출하는 연산부(148)를 포함할 수 있다.
상기 광원(140)은 약 1100nm 내지 1600nm 정도의 근적외선 광을 제공할 수 있으며, 일 예로서 SLD(Super Luminescent Diode)가 조명 램프로서 사용될 수 있다. 상기 광원(140)으로부터 조사된 측정광은 광 서큘레이터(142)를 통해 상기 광 조사기(132)로 출사될 수 있으며, 상기 광 조사기(132)는 상기 측정광을 평행광으로 형성하여 상기 프리즘(134)으로 출사할 수 있다. 일 예로서, 상기 광 조사기(132)는 콜리메이터 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 프리즘(134)에 의해 경로가 변경된 측정광은 상기 포커스 렌즈(136)와 상기 유전체 창(126)을 통해 상기 기판(10) 상으로 조사될 수 있다. 상기 기판(10)으로부터 반사된 반사광은 상기 측정광의 경로에 대하여 역순으로 상기 광 서큘레이터(142)로 유도될 수 있으며, 상기 광 서큘레이터(142)에 의해 상기 수광부(144)로 제공될 수 있다. 상기 수광부(144)는 상기 반사광을 검출하여 파장별로 광 강도에 따른 아날로그 신호들을 출력할 수 있다. 일 예로서, 상기 수광부(144)로는 분광기가 사용될 수 있으며, 상기 아날로그/디지털 변환기(146)에 의해 변환된 디지털 신호들은 상기 연산부(148)로 제공될 수 있다. 상기 수광부(144)와 아날로그/디지털 변환기(146)는 상기 반사광의 스펙트럼을 제공할 수 있으며 상기 연산부(148)는 상기 반사광 스펙트럼에 기초하여 상기 기판(10)의 온도 특히 상기 기판(10)의 상부 표면 온도를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예열 모듈(100)은 상기 기판(10)이 상기 기판 지지부(110) 상에 놓여진 후 상기 기판(10)이 상기 기 설정된 공정 온도로 예열되도록 상기 온도 측정부(130)의 측정 신호에 기초하여 상기 마이크로파 히터(120)의 동작을 제어하는 온도 제어부(150)를 포함할 수 있으며, 특히 상기 마이크로파 히터(120)는 상기 기판(10)의 예열 시간을 단축시키기 위하여 상기 마이크로파를 펄스 방식으로 제공할 수 있다.
상기와 같이 예열된 기판(10)은 상기 기판 이송 로봇(320)에 의해 상기 공정 모듈(200)로 이송될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 공정 모듈을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 공정 모듈(200)은, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 처리 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 공정 챔버(202)와, 상기 공정 챔버(202) 내부에 배치되며 상기 기판(10)이 놓여지는 기판 지지부(210)와, 상기 공정 챔버(202) 내부에 상기 기판(10)의 처리를 위한 공정 가스를 제공하는 가스 제공부(220)를 포함할 수 있다. 특히, 상기 공정 모듈(200)은 상기 기판(10)을 상기 기 설정된 공정 온도로 유지하기 위하여 상기 기판(10) 상으로 마이크로파(Microwave)를 제공하는 마이크로파 히터(230)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 공정 챔버(202)의 상부에는 상기 마이크로파를 전송하기 위한 도파관(232)이 연결될 수 있으며, 상기 도파관(232)은 상기 마이크로파를 발생시키기 위한 마이크로파 생성 유닛(234)과 연결될 수 있다. 특히, 상기 공정 챔버(202)의 상부에는 상기 마이크로파를 투과시키기 위한 유전체 창(236)이 배치될 수 있으며, 상기 마이크로파는 상기 유전체 창(236)을 통해 상기 기판(10) 상으로 제공될 수 있다. 일 예로서, 상기 공정 챔버(202)의 상부에는 석영으로 이루어진 유전체 창(236)이 배치될 수 있다.
상기 가스 제공부(220)는 상기 공정 가스, 예를 들면, 소스 가스와 반응 가스를 제공하기 위한 가스 소스들(222)과, 상기 가스 소스들(222)에 연결되며 상기 공정 챔버(202) 내부로 상기 공정 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 노즐들(224)을 포함할 수 있다. 상기 가스 소스들(222)과 상기 가스 노즐들(224) 사이를 연결하는 공급 배관들에는 온/오프 밸브들(226)과 유량 제어기들(228)이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 모듈(200)은 상기 공정 챔버(202) 내부로 공급된 상기 공정 가스를 플라즈마 상태(20; 도 6 참조)로 형성하기 위한 상부 전극(240)을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극(240)에는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태(20)로 형성하기 위한 고주파 전원(242)이 매칭 유닛(244)을 통해 연결될 수 있다. 일 예로서, 상기 상부 전극(240)에는 60MHz 정도의 주파수를 갖는 플라즈마 형성용 고주파 전원(242)이 매칭 유닛(244)을 통해 연결될 수 있다. 아울러, 상기 기판 지지부(210)에는 매칭 유닛(214)을 통하여 바이어스 인가용 고주파 전원(212)이 인가될 수 있다. 일 예로서, 상기 기판 지지부(210)에는 매칭 유닛(214)을 통하여 13.56MHz 정도의 주파수를 갖는 바이어스 인가용 고주파 전원(212)이 연결될 수 있다.
특히, 상기 상부 전극(240)은 상기 유전체 창(236)의 하부면 상에 부착될 수 있으며 상기 마이크로파의 투과가 가능한 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 전극(240)은 인-주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 유전체 창(236)은 상기 공정 챔버(202)의 상부를 구성하도록 평판 형태로 구성되고 상기 상부 전극(240)은 상기 유전체 창(236)의 하부에 부착될 수 있다. 다른 예로서, 도시되지는 않았으나, 상기 상부 전극(240)은 상기 공정 챔버(202)의 상부를 구성할 수 있도록 충분한 두께를 갖는 평판 형태로 구성되어 상기 공정 챔버(202)의 상부에 배치될 수 있으며, 이 경우 상기 유전체 창(236)은 생략될 수도 있다.
한편, 상기 공정 챔버(202)의 일측에는 상기 기판(10)의 반입 및 반출을 위한 게이트 밸브(204)가 구비될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 기판 지지부(210)에는 상기 기판 이송 로봇(320)에 의해 상기 공정 챔버(202)로 반입된 상기 기판(10)을 상기 기판 지지부(210) 상에 로드하고 또한 상기 기판(10)을 상기 기판 지지부(210)로부터 언로드하기 위한 리프트 핀들과 상기 리프트 핀들을 구동하기 위한 구동 기구가 구비될 수 있다. 또한, 상기 공정 챔버(202)는 상기 공정 가스와 상기 처리 공정에 의해 발생되는 반응 부산물들을 배출하기 위한 배기구를 구비할 수 있으며, 상기 배기구는 압력 조절 밸브(252)가 설치된 배기관(250)을 통하여 진공 펌프(254)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 모듈(200)은 상기 기판(10) 상으로 측정광을 조사하고 상기 기판(10)으로부터 반사된 반사광을 검출하여 상기 기판(10)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(260)를 포함할 수 있다. 상기 온도 측정부(260)는 상기 도파관(232)의 일측에 장착되어 상기 측정광을 조사하기 위한 광 조사기(262)와, 상기 측정광이 상기 기판(10)을 향하도록 상기 측정광의 경로를 변경시키기 위한 프리즘(264)과, 상기 측정광의 초점을 상기 기판(10)의 상부 표면에 맞추기 위한 포커스 렌즈(266)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 포커스 렌즈(266)와 상기 프리즘(264)은 상기 유전체 상(236)의 상부에 배치될 수 있으며, 상기 도파관(232)의 일측에는 상기 측정광을 통과시키기 위한 투명 윈도우(268)가 설치될 수 있다. 일 예로서, 상기 도파관(232)의 일측에는 석영으로 이루어진 투명 윈도우(268)가 설치될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 공정 모듈 내의 기판 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 설명하는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 상기 온도 측정부(260)는 상기 측정광을 제공하기 위한 광원(270)과 광 서큘레이터(272) 및 상기 반사광을 검출하기 위한 수광부(274) 그리고 상기 수광부(274)의 신호를 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(276)를 포함할 수 있으며, 아울러 상기 아날로그/디지털 변환기(276)에 의해 변환된 디지털 신호를 분석하여 상기 기판(10)의 온도를 산출하는 연산부(278)를 포함할 수 있다.
상기 광원(270)은 약 1100nm 내지 1600nm 정도의 근적외선 광을 제공할 수 있으며, 일 예로서 SLD(Super Luminescent Diode)가 조명 램프로서 사용될 수 있다. 상기 광원(270)으로부터 조사된 측정광은 광 서큘레이터(272)를 통해 상기 광 조사기(262)로 출사될 수 있으며, 상기 광 조사기(262)는 상기 측정광을 평행광으로 형성하여 상기 프리즘(264)으로 출사할 수 있다. 일 예로서, 상기 광 조사기(262)는 콜리메이터 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 프리즘(264)에 의해 경로가 변경된 측정광은 상기 포커스 렌즈(266)와 상기 유전체 창(236) 및 상기 상부 전극(240)을 통해 상기 기판(10) 상으로 조사될 수 있다. 상기 기판(10)으로부터 반사된 반사광은 상기 측정광의 경로에 대하여 역순으로 상기 광 서큘레이터(272)로 유도될 수 있으며, 상기 광 서큘레이터(272)에 의해 상기 수광부(274)로 제공될 수 있다. 상기 수광부(274)는 상기 반사광을 검출하여 파장별로 광 강도에 따른 아날로그 신호들을 출력할 수 있다. 일 예로서, 상기 수광부(274)로는 분광기가 사용될 수 있으며, 상기 아날로그/디지털 변환기(276)에 의해 변환된 디지털 신호들은 상기 연산부(278)로 제공될 수 있다. 상기 수광부(274)와 아날로그/디지털 변환기(276)는 상기 반사광의 스펙트럼을 제공할 수 있으며 상기 연산부(278)는 상기 반사광 스펙트럼에 기초하여 상기 기판(10)의 온도 특히 상기 기판(10)의 상부 표면 온도를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 모듈(200)은 상기 기판(10)이 상기 기판 지지부(210) 상에 놓여진 후 상기 기판(10)이 상기 기 설정된 공정 온도로 유지되도록 상기 온도 측정부(260)의 측정 신호에 기초하여 상기 마이크로파 히터(230)의 동작을 제어하는 온도 제어부(280)를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용하는 기판 처리 방법을 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 상기 기판(10)은 기판 이송 로봇(320)에 의해 상기 예열 챔버(102) 내에 배치된 기판 지지부(110) 상으로 이송될 수 있으며, 상기 마이크로파 히터(120)는 상기 기판(10)을 기 설정된 공정 온도로 예열하기 위하여 상기 기판(10) 상으로 마이크로파를 제공할 수 있다. 이때, 상기 기판(10)의 온도는 상기 온도 측정부(130)에 의해 측정될 수 있으며, 상기 온도 제어부(150)는 상기 기판(10)의 온도를 제어하기 위하여 상기 마이크로파 히터(120)의 동작을 제어할 수 있다.
상기와 같이 기판(10)이 기 설정된 공정 온도로 예열된 후 상기 기판(10)은 상기 기판 이송 로봇(320)에 의해 상기 공정 모듈(200)로 이송될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 이용하여 기판에 대한 처리 공정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
상기 기판(10)이 상기 기판 이송 로봇(320)에 의해 상기 기판 지지부(210) 상에 로드된 후 상기 공정 챔버(202)의 내부는 상기 진공 펌프(254)에 의해 기 설정된 진공 상태로 형성될 수 있다. 아울러, 상기 마이크로파 히터(230)는 상기 기판(10)의 온도 특히 상기 기판(10)의 상부 표면 온도가 상기 기 설정된 공정 온도를 유지하도록 상기 기판(10) 상으로 마이크로파를 제공할 수 있다. 이때, 상기 마이크로파 히터(230)는 상기 마이크로파를 펄스 방식으로 제공할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 가스 제공부(220)로부터 공정 가스가 상기 상부 전극(240)과 상기 기판(10) 사이로 제공될 수 있다. 상기 공정 가스는 상기 상부 전극(240)에 인가되는 플라즈마 형성용 고주파 파워 및 상기 기판 지지부(210)에 인가되는 바이어스 인가용 고주파 파워에 의해 플라즈마 상태(20)로 형성될 수 있으며, 상기 플라즈마 상태(20)로 형성된 공정 가스에 의해 상기 기판(10)에 대한 처리 공정이 수행될 수 있다.
특히, 상기 처리 공정이 수행되는 동안 상기 기판(10)의 온도는 상기 온도 측정부(260)에 의해 측정될 수 있으며, 상기 온도 제어부(280)는 상기 온도 측정부(260)의 측정 신호에 기초하여 상기 기판(10)의 온도가 상기 공정 온도에서 일정하게 유지되도록 상기 마이크로파 히터(230)의 동작을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판(10)은 상기 예열 모듈(100)의 마이크로파 히터(120)에 의해 빠르게 상기 공정 온도까지 상승될 수 있으며, 상기 기판(10)의 예열이 완료된 후 상기 기판(10)은 상기 공정 모듈(200)로 이송될 수 있다. 따라서, 상기 공정 모듈(200) 내에서 상기 기판(10)의 온도를 상승시킬 필요가 없으며 이에 따라 상기 처리 공정을 수행하는데 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있다. 또한, 상기 기판(10)에 대한 처리 공정을 수행하는 동안 후속하는 기판의 예열 단계가 상기 예열 모듈(100)에서 수행될 수 있으므로, 상기 기판들(10)의 처리에 소요되는 시간이 더욱 단축될 수 있다. 또한 상기 근적외선 측정광을 이용하여 비접촉 방식으로 상기 기판(10)의 상부 표면 온도를 측정할 수 있으므로 상기 처리 공정을 수행하는 동안 상기 기판(10)의 상부 표면 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판
50 : 기판 처리 장치
100 : 예열 모듈 102 : 예열 챔버
110 : 기판 지지부 120 : 마이크로파 히터
122 : 도파관 124 : 마이크로파 생성 유닛
126 : 유전체 창 130 : 온도 측정부
150 : 온도 제어부 200 : 공정 모듈
202 : 공정 챔버 210 : 기판 지지부
220 : 가스 제공부 230 : 마이크로파 히터
232 : 도파관 234 : 마이크로파 생성 유닛
236 : 유전체 창 240 : 상부 전극
260 : 온도 측정부 280 : 온도 제어부
300 : 기판 이송 모듈 400 : EFEM 모듈
500 : 로드락 챔버
100 : 예열 모듈 102 : 예열 챔버
110 : 기판 지지부 120 : 마이크로파 히터
122 : 도파관 124 : 마이크로파 생성 유닛
126 : 유전체 창 130 : 온도 측정부
150 : 온도 제어부 200 : 공정 모듈
202 : 공정 챔버 210 : 기판 지지부
220 : 가스 제공부 230 : 마이크로파 히터
232 : 도파관 234 : 마이크로파 생성 유닛
236 : 유전체 창 240 : 상부 전극
260 : 온도 측정부 280 : 온도 제어부
300 : 기판 이송 모듈 400 : EFEM 모듈
500 : 로드락 챔버
Claims (13)
- 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 공정 모듈;
상기 기판을 기 설정된 공정 온도로 예열하기 위한 예열 모듈; 및
상기 예열 모듈에서 예열된 상기 기판을 상기 공정 모듈로 이송하기 위한 기판 이송 모듈을 포함하되,
상기 예열 모듈은,
상기 기판에 대한 예열 단계를 수행하기 위한 예열 챔버와,
상기 예열 챔버 내에 배치되며 상기 기판이 놓여지는 기판 지지부와,
상기 예열 챔버의 상부에 배치되며 상기 기판을 예열하기 위하여 상기 기판 상으로 마이크로파를 제공하는 마이크로파 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 히터는,
상기 마이크로파를 생성하기 위한 마이크로파 생성 유닛과,
상기 마이크로파 생성 유닛과 상기 예열 챔버의 상부를 연결하며 상기 마이크로파를 상기 예열 챔버 내부로 전달하기 위한 도파관을 포함하며,
상기 예열 챔버의 상부에는 상기 마이크로파를 투과시키기 위한 유전체 창이 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 히터는 상기 마이크로파를 펄스 방식으로 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 예열 모듈은, 상기 기판 상으로 측정광을 조사하고 상기 기판으로부터 반사된 반사광을 검출하여 상기 기판의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 예열 모듈은, 상기 기판이 상기 기판 지지부에 놓여진 후 상기 기판이 상기 공정 온도로 예열되도록 상기 온도 측정부의 측정 신호에 기초하여 상기 마이크로파 히터의 동작을 제어하는 온도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 공정 모듈은,
상기 기판에 대한 처리 공정을 수행하기 위한 공정 챔버와,
상기 공정 챔버 내에 배치되며 상기 기판이 놓여지는 제2 기판 지지부와,
상기 공정 챔버의 상부에 배치되며 상기 기판을 공정 온도로 유지하기 위하여 상기 기판 상으로 제2 마이크로파를 제공하는 제2 마이크로파 히터와,
상기 공정 챔버 내부에 상기 기판의 처리를 위한 공정 가스를 제공하는 가스 제공부와,
상기 공정 챔버의 상부에 배치되며 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제6항에 있어서, 상기 제2 마이크로파 히터는,
상기 제2 마이크로파를 생성하기 위한 제2 마이크로파 생성 유닛과,
상기 제2 마이크로파 생성 유닛과 상기 공정 챔버의 상부를 연결하며 상기 제2 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부로 전달하기 위한 제2 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7항에 있어서, 상기 공정 챔버의 상부에는 상기 제2 마이크로파를 투과시키기 위한 제2 유전체 창이 배치되며,
상기 상부 전극은 상기 제2 유전체 창의 하부면 상에 부착되며 상기 제2 마이크로파의 투과가 가능한 투명한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제7항에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 공정 챔버의 상부에 배치되어 상기 제2 마이크로파의 투과가 가능하도록 투명한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 상부 전극은 인-주석 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 공정 모듈은, 상기 기판 상으로 제2 측정광을 조사하고 상기 기판으로부터 반사된 제2 반사광을 검출하여 상기 기판의 온도를 측정하기 위한 제2 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 공정 모듈은, 상기 기판이 상기 제2 기판 지지부에 놓여진 후 상기 기판이 상기 공정 온도로 유지되도록 상기 제2 온도 측정부의 측정 신호에 기초하여 상기 제2 마이크로파 히터의 동작을 제어하는 제2 온도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 상태로 형성된 상기 공정 가스에 의해 상기 기판의 처리 공정이 수행되는 동안 상기 제2 온도 제어부는 상기 제2 온도 측정부의 측정 신호에 기초하여 상기 기판의 온도가 상기 공정 온도에서 유지되도록 상기 제2 마이크로파 히터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210035277A KR20220130421A (ko) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 기판 처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210035277A KR20220130421A (ko) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | 기판 처리 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Patent Citations (2)
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| KR20180069705A (ko) | 2016-12-15 | 2018-06-25 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 성막 방법, 붕소 막 및 성막 장치 |
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