KR20230015625A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 장치에 있어서, 기판을 처리하는 내부 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛 보다 상부에 배치되며 상기 기판과 마주보게 제공되며 상기 기판으로 어닐을 위한 에너지를 전달하는 어닐 소스; 및 상기 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 소스를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
기판의 처리 공정에는 플라즈마가 이용될 수 있다. 예를 들어, 식각, 증착 또는 드라이 클리닝 공정에 플라즈마가 사용될 수 있다.
일반적으로 플라스마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정 가스를 플라스마 상태로 활성화 시킨다. 플라스마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다.
그리고 반도체 소자를 제조하려면 반도체 웨이퍼로 개질 처리, 어닐링 처리 등의 각종의 열처리를 반복한다. 그리고, 반도체 소자가 고밀도화, 다층화 및 고집적화 하는 것은 따라 그 사양이 해마다 어려워지고 있어 이들의 각종의 열처리한 반도체 웨이퍼 면 내에서 균일성의 향상 및 막질 향상이 요구된다. 반도체 소자의 제조 과정에서 플라즈마를 이용하는 장치와 어닐링 장치 사이를 이동하는 단계가 수반되고, 장치 간의 이동 시간에 따라 UPH에 영향이 발생한다.
또한, 최근에는 에칭 공정으로 ALE가 적용된다. ALE(Atomic layer etching)는 통제된 양의 물질을 제거하는 방법으로, 표면의 막질을 수정(modification)하는 흡착 반응과, 수정된 막질을 제거하는 탈착 반응을 이용한다. 흡착 반응은 낮은 온도(예컨대, 상온)에서 반응성이 높고, 탈착 반응은 매우 고온(예컨대, 500°C 이상)에서 반응성이 높다. 그러나, 공정에서 기판을 고온으로 가열하게 되면, 가열하는데 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 가열된 기판이 냉각되는데도 장시간이 들고, 냉각을 위한 비용 또한 소요됨에 따라, UPH가 낮아지는 문제로 인해, 탈착 반응에 필요한 온도 근방으로 고정하여 사용한다. 그러나, 흡착 반응도 고려되어야 함에 따라, 탈착 반응이 극대화되는 온도 영역에 미치지 못하는 범위에서 고정된다.
본 발명은 상술한 문제들을 해결할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 하나의 챔버에서 플라즈마 처리와 어닐링이 가능한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판을 급속 가열 및 급속 냉각할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 장치에 있어서, 기판을 처리하는 내부 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛 보다 상부에 배치되며 상기 기판과 마주보게 제공되며 상기 기판으로 어닐을 위한 에너지를 전달하는 어닐 소스; 및 상기 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 소스를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 리모트 플라즈마 소스이고, 상기 어닐 소스는: 마이크로파 인가 유닛, 플래시 램프 및 레이저 모듈 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 상기 챔버의 측벽에 연결되고, 상기 어닐 소스는 상기 챔버의 상부에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는: ICP타입, CCP타입 및 리모트 플라즈마 소스 중 어느 하나이고, 상기 어닐 소스는: 마이크로파 인가 유닛일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 기판 상의 반도체 소자 제조에 있어서, 단위 시간당 생산량(UPH)를 높일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 설비의 풋프린트를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 하나의 챔버에서 플라즈마 처리와 어닐링이 가능하다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하면, 기판을 급속 가열 및 급속 냉각할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예(제1 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예(제1 실시 예)에 따른 기판 처리 장치가 플라즈마 처리를 행하는 때의 동작을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예(제1 실시 예)에 따른 기판 처리 장치가 가열 처리를 행하는 때의 동작을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예(제2 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예(제3 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예(제4 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예(제5 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함한다'는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예(제1 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명한다. 기판 처리 장치는 공정 챔버(110), 기판 지지 유닛(200), 리모트 플라즈마 소스(300), 마이크로파 인가 유닛(500) 그리고 배기 배플(700)을 포함한다.
공정 챔버(110)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(105)을 제공한다. 공정 챔버(110)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 공정 챔버(100)의 일측벽에는 개구(미도시)가 형성된다. 개구(미도시)는 기판(W)이 반출입 가능한 출입구로 제공된다. 출입구는 도어(미도시)에 의해 개폐 가능하다. 공정 챔버(110)의 바닥을 통해 처리 공간(105)의 분위기가 배기된다. 챔버(110)의 바닥 공간은 배기 펌프(미도시)와 연결된다.
기판 지지 유닛(200)은 처리 공간에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
리모트 플라즈마 소스(300)는 플라즈마 처리(Plasma treatment)에 필요한 라디칼(radical)을 처리 공간(105)으로 공급한다. 리모트 플라즈마 소스(300)는 챔버(110)의 측벽을 통해 처리 공간(105)으로 플라즈마를 공급한다.
공정 챔버(110)의 측벽에는 가스 노즐(410)이 제공될 수 있다. 가스 노즐(410)은 가스 공급원(420)과 가스 공급 라인(413)을 통해 연결된다. 가스 노즐(410)은 반응 가스를 공급할 수 있다.
마이크로파 인가 유닛(500)은 마이크로파 안테나(510), 유전체판(520), 안테나 로드(530)를 포함할 수 있다. 마이크로파 인가 유닛(500)은 기판을 어닐하는 어닐 소스로 기능한다.
마이크로파 안테나(510)는 원판 형상으로 제공될 수 있다. 마이크로파 안테나(510)에는 복수의 슬롯 홀(미도시)들이 형성되고, 슬롯 홀(미도시)들을 마이크로파가 투과하는 통로를 제공한다.
유전체판(520)은 안테나판(431)의 상부 및 하부에 위치한다. 유전체판(520)은 알루미나, 석영등의 유전체로 제공된다.
안테나 로드(530)는 원기둥 형상의 로드(rod)로 제공된다. 안테나 로드(530)는 그 길이 방향이 상하 방향으로 배치된다. 안테나 로드(530)의 하부는 안테나판(510)과 연결된다. 안테나 로드(530)의 하부에 안테나 로드(530)의 중심이 삽입 고정된다. 안테나 로드(530)는 마이크로파 전원(미도시)로부터 인가 받은 마이크로파(MW)를 안테나판(431)에 전파한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예(제1 실시 예)에 따른 기판 처리 장치가 플라즈마 처리를 행하는 때의 동작을 보여주는 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예(제1 실시 예)에 따른 기판 처리 장치가 가열 처리를 행하는 때의 동작을 보여주는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치가 기판을 처리하는 방법을 설명한다.
도 2를 참조한다. 기판(W)이 처리 공간(105)에 반입되고, 지지 유닛(200) 상에 놓인 뒤, 도어(미도시)를 닫는다. 처리 공간(105)의 내의 분위기가 소망한 분위기로 형성되면, 리모트 플라즈마 소스(300)는 리모트 플라즈마를 처리 공간(105)으로 공급한다. 그리고 밸브(416)를 개방 상태로 하여 가스 노즐(410)을 통해 반응 가스가 처리 공간(105)으로 공급된다. 처리 공간으로 유입된 플라즈마와 반응 가스는 기판을 처리한다.
도 3을 참조한다. 처리 공간(102)의 내의 분위기가 소망한 분위기로 형성되면, 안테나(510)로 마이크로파(MW)를 인가한다. 마이크로파(MW)는 기판을 어닐하는 어닐 소스로 기능한다. 기판으로 전달되는 마이크로파는 기판(W)을 가열 가능한 마이크로파이다. 실시 에에 있어서, 기판(W)의 가열은 어닐을 위한 가열일 수 있다. 마이크로파는 기판(W)을 급속 어닐링(Rapid Thermal annealing) 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예(제2 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 제2 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 설명에 있어서 제1 실시 예의 설명과 동일한 것은 제1 실시 예에서의 설명으로 갈음한다. 램프 유닛(1530)이 마이크로파 인가 유닛(500)을 갈음하여 제공된다. 램프 유닛(1530)은 복수개의 램프(1533)를 포함한다. 램프(1533)는 어닐 소스로 기능한다. 램프(1533)는 플래시광을 발광하는 플래시 램프일 수 있다. 램프(1533)로부터 발산된 에너지는 기판(W)을 급속 어닐링(Rapid Thermal annealing) 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예(제3 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 제3 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 설명에 있어서 제1 실시 예의 설명과 동일한 것은 제1 실시 예에서의 설명으로 갈음한다. 레이더 모듈(2530)이 마이크로파 인가 유닛(500)을 갈음하여 제공된다. 레이저 모듈(2530)은 기판(W)으로 레이저빔을 전달하기 위한 광학 모듈을 포함할 수 있다. 광학 모듈은 렌즈 조립체일 수 있다. 레이저 모듈(2530)부터 발산된 레이저빔은 기판(W)을 급속 어닐링(Rapid Thermal annealing) 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예(제4 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 제4 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 설명에 있어서 제1 실시 예의 설명과 동일한 것은 제1 실시 예에서의 설명으로 갈음한다. 플라즈마 소스는 ICP타입으로 제공될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 소스는 코일 형상의 안테나(1310)를 포함하는 것으로 제공될 수 있다. 실시 예에 있어서, 안테나(1310)는 챔버(110)의 측벽을 감싸도록 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예(제5 실시 예)에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 제5 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 설명에 있어서 제1 실시 예의 설명과 동일한 것은 제1 실시 예에서의 설명으로 갈음한다. 플라즈마 소스는 CCP타입으로 제공될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 소스는 챔버의 일벽에 제공되는 전극(2310)을 포함하는 것으로 제공될 수 있다. 실시 예에 있어서, 전극(2310)은 링 형상으로 챔버(110)의 측벽을 감싸도록 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예를 통한 구성으로부터, 기판에 대한 플라즈마 처리와 어닐링(annealing)을 하나의 챔버에서 할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 ALE 공정에 적용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 별도의 어닐링 챔버가 제공되지 않아도 충분하므로, 설비의 풋프린트를 감소시킬 수 있다. 그리고 플라즈마를 이용하는 장치와 어닐링 장치 사이를 이동하는 단계가 불필요하므로, 장치 간의 이동 시간이 제거되어, UPH를 높일 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 처리하는 내부 공간이 형성되는 공정 챔버;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛 보다 상부에 배치되며 상기 기판과 마주보게 제공되며 상기 기판으로 어닐을 위한 에너지를 전달하는 어닐 소스; 및
    상기 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 플라즈마 소스를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 리모트 플라즈마 소스이고,
    상기 어닐 소스는:
    마이크로파 인가 유닛, 플래시 램프 및 레이저 모듈 중 어느 하나인 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 상기 챔버의 측벽에 연결되고,
    상기 어닐 소스는 상기 챔버의 상부에 제공되는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는:
    ICP타입, CCP타입 및 리모트 플라즈마 소스 중 어느 하나이고,
    상기 어닐 소스는:
    마이크로파 인가 유닛인 기판 처리 장치.
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