KR20230071622A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230071622A
KR20230071622A KR1020210158027A KR20210158027A KR20230071622A KR 20230071622 A KR20230071622 A KR 20230071622A KR 1020210158027 A KR1020210158027 A KR 1020210158027A KR 20210158027 A KR20210158027 A KR 20210158027A KR 20230071622 A KR20230071622 A KR 20230071622A
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KR1020210158027A
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임현민
주윤종
이재후
배성학
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세메스 주식회사
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Abstract

라디칼을 사용하는 진공 설비에서 주 공정을 종료한 후 고진공 펌프와 개폐용 밸브를 적용하여 기판과 챔버에 잔여하는 파티클을 제거하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 진공 설비이며, 라디칼을 이용하여 기판을 처리하는 공정 챔버; 공정 챔버에 연결되며, 공정 챔버의 내부 압력을 조절하는 제1 펌프; 제1 펌프에 연결되며, 제1 펌프를 보조하여 공정 챔버의 내부 압력을 미세 조절하는 제2 펌프; 및 공정 챔버와 제1 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되며, 전원 인가 여부에 따라 배관을 개폐하는 개폐 제어용 밸브를 포함하며, 제1 펌프, 제2 펌프 및 개폐 제어용 밸브는 기판을 처리한 후 작동하여 공정 챔버에 잔여하는 파티클을 제거한다.

Description

기판 처리 장치 {Substrate treating apparatus}
본 발명은 기판을 처리하는 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 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.
반도체 소자를 제조하기 위해 기판(예를 들어, 웨이퍼)을 처리하는 과정에서, 세정 공정을 통해 기판과 상기 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버(Chamber)에 잔여하는 파티클(Particle)을 제거할 수 있다.
이때, 모터(Motor) 구동 기반의 압력 제어기가 사용될 수 있는데, 구조가 복잡하고 사이즈(Size)가 크기 때문에 설비를 구성하는 데에 불리한 측면이 있다. 또한, 이로 인해 메인터넌스(Maintenance) 공간을 확보하는 데에 어려움이 있으며, 고가의 장비여서 설비 금액이 상승하는 문제도 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 라디칼(Radical)을 사용하는 진공 설비에서 주 공정(Main Process)을 종료한 후 고진공 펌프와 개폐용 밸브를 적용하여 기판과 챔버에 잔여하는 파티클을 제거하는 기판 처리 장치 및 방법을 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, 진공 설비이며, 라디칼을 이용하여 기판을 처리하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 연결되며, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 조절하는 제1 펌프; 상기 제1 펌프에 연결되며, 상기 제1 펌프를 보조하여 상기 공정 챔버의 내부 압력을 미세 조절하는 제2 펌프; 및 상기 공정 챔버와 상기 제1 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되며, 전원 인가 여부에 따라 상기 배관을 개폐하는 개폐 제어용 밸브를 포함하며, 상기 제1 펌프, 상기 제2 펌프 및 상기 개폐 제어용 밸브는 상기 기판을 처리한 후 작동하여 상기 공정 챔버에 잔여하는 파티클을 제거한다.
상기 제1 펌프는 상기 공정 챔버의 내부 압력을 기준 압력보다 낮은 압력으로 감압시킬 수 있다.
상기 제1 펌프는 터보 분자 펌프(TMP)일 수 있다.
상기 개폐 제어용 밸브는 아이솔레이션 밸브(Isolation Valve)일 수 있다.
상기 개폐 제어용 밸브는 실린더 구동 기반일 수 있다.
상기 공정 챔버는 기준 압력보다 높은 압력에서 상기 기판을 처리할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 공정 챔버와 상기 제1 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되며, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 제어하는 압력 제어부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 공정 챔버는 기준 압력보다 낮은 압력에서 상기 기판을 처리할 수 있다.
상기 개폐 제어용 밸브 및 상기 압력 제어부는 선택적으로 이용될 수 있다.
상기 제2 펌프는 상기 공정 챔버의 내부 압력을 상기 제1 펌프보다 높은 압력으로 감압시킬 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 제1 펌프와 상기 제2 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되는 제1 밸브; 상기 공정 챔버와 상기 제2 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되는 제2 밸브; 및 상기 공정 챔버와 상기 제2 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되는 제3 밸브를 더 포함하며, 상기 개폐 제어용 밸브 및 상기 제1 밸브는 동시에 개폐되고, 상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브는 동시에 개폐될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 챔버의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 챔버의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 챔버의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 따르면, 공정 챔버(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 샤워 헤드 유닛(130), 공정 가스 제공 유닛(140) 및 전극 제어 유닛(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버(100)는 하우징(110) 내에 설정된 진공 환경에서 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 것이다. 이러한 공정 챔버(100)는 플라즈마 공정(Plasma Process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 공정 챔버(100)는 예를 들어, 식각 설비(Etching System)나 세정 설비(Cleaning System)로 구현될 수 있다.
하우징(110)은 기판(W)이 처리되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 하우징(110)은 플라즈마 공정이 수행되는 동안 그 내부가 밀폐될 수 있다. 하우징(110)은 기판(W)의 내부 출입을 위해 그 측면에 개폐 가능한 도어(미도시)를 구비할 수 있으며, 잔여 가스의 외부 배출을 위해 그 하부에 배기구(미도시)를 구비할 수 있다.
기판 지지 유닛(120)은 기판(W)을 지지하는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(120)은 플라즈마 공정이 수행되는 동안 기판(W)을 지지할 수 있도록 하우징(110)의 내부에 설치될 수 있다.
기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 이 경우, 기판 지지 유닛(120)은 베이스 및 정전 척(ESC; Electro Static Chuck)(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
정전 척은 세라믹 물질을 소재로 하여 제조될 수 있다. 정전 척은 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키기 위해 하우징(110)의 내부에서 상하 방향(제3 방향(30))으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
한편, 기판 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(Mechanical Clamping), 진공(Vacuum) 등 정전기력 외 다양한 방식을 이용하여 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(120)은 그 상부에 안착되는 기판(W)을 둘러싸도록 제공되는 링 어셈블리(Ring Assembly)(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 링 어셈블리는 포커스 링(Focus Ring), 에지 링(Edge Ring) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마 공정시 생성되는 이온이 기판(W) 상에 집중되도록 하는 역할을 할 수 있다.
에지 링은 포커스 링의 외측에 배치되어 포커스 링을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이러한 에지 링은 절연 역할을 위해 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있다. 한편, 에지 링은 플라즈마에 의해 정전 척의 측면이 손상되는 것을 방지하기 위해 포커스 링뿐만 아니라 정전 척을 둘러싸도록 형성되는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(120)은 기판(W)이 처리되는 동안 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 가열 부재(Heater)(미도시) 및 냉각 부재(Cooler)(미도시)를 그 내부에 포함할 수 있다. 가열 부재는 열선으로 기판 지지 유닛(120)의 내부(예를 들어, 정전 척의 내부)에 설치될 수 있으며, 냉각 부재는 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 기판 지지 유닛(120)의 내부(예를 들어, 베이스의 내부)에 설치될 수 있다. 냉각 부재는 하우징(110)의 외부에 설치되는 냉각 장치(Chiller)(미도시)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다.
샤워 헤드 유닛(Shower Head Unit; 130)은 기판(W)이 위치한 방향으로 공정 가스를 분사하는 것이다. 샤워 헤드 유닛(130)은 이를 위해 하우징(110)의 내부에서 기판(W)의 상부에 배치될 수 있다.
본 실시예에서 하우징(110)의 내부 공간은 샤워 헤드 유닛(130)에 의해 플라즈마 생성 영역(Plasma Generation Region; 210) 및 프로세스 영역(Process Region; 220)으로 구분될 수 있다.
플라즈마 생성 영역(210)은 하우징(110)의 내부에서 샤워 헤드 유닛(130)의 상부에 위치하는 공간이다. 플라즈마 생성 영역(210)에서는 플라즈마가 활성화되어, 라디칼(Radical)이 생성될 수 있다.
프로세스 영역(220)은 하우징(110)의 내부에서 샤워 헤드 유닛(130)의 하부에 위치하는 공간이다. 프로세스 영역(220)에서는 플라즈마 생성 영역(210)에서 생성되는 라디칼을 이용하여 에천트(Etchant)가 생성되며, 이 에천트를 통해 기판(W)이 처리될 수 있다.
샤워 헤드 유닛(130)은 프로세스 영역(220)으로 라디칼을 포함하는 공정 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 피딩 홀(Gas Feeding Hole)(미도시)을 구비할 수 있다. 샤워 헤드 유닛(130)은 기판(W)과 동일한 직경을 가지도록 제공되거나, 기판(W)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 샤워 헤드 유닛(130)은 세라믹 성분이나 금속 성분을 소재로 하여 제조될 수 있다.
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 샤워 헤드 유닛(130)은 서로 다른 영역에 배치되는 복수 개의 부분 모듈로 분할될 수 있다. 샤워 헤드 유닛(130)은 예를 들어, 센터 영역(Center Zone)에 배치되는 제1 부분 모듈 및 에지 영역(Edge Zone)에 배치되는 제2 부분 모듈로 분할될 수 있다.
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 샤워 헤드 유닛(130)의 상부에는 이온 차단 유닛(Ion Blocking Unit)이 설치될 수 있다. 이온 차단 유닛은 플라즈마 생성 영역(210)에서 생성되는 라디칼만 통과시키고, 그 외의 이온은 차단시키는 역할을 할 수 있다.
공정 가스 제공 유닛(140)은 기판(W)을 처리하기 위해 하우징(110)의 내부로 제1 공정 가스를 제공하는 것이다. 이러한 공정 가스 제공 유닛(140)은 제1 공정 가스 공급 모듈(140a), 제2 공정 가스 공급 모듈(140b) 및 제3 공정 가스 공급 모듈(140c)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 공정 가스 공급 모듈(140a) 및 제2 공정 가스 공급 모듈(140b)은 탑 소스(Top Source; 160)를 통해 플라즈마 생성 영역(210)으로 공정 가스를 공급하는 것이다.
구체적으로, 제1 공정 가스 공급 모듈(140a)은 탑 소스(160)의 제3 부분 모듈(160a)을 통해 플라즈마 생성 영역(210)으로 제1 공정 가스를 공급하며, 제2 공정 가스 공급 모듈(140b)은 탑 소스(160)의 제4 부분 모듈(160b, 160c)을 통해 플라즈마 생성 영역(210)으로 제2 공정 가스를 공급할 수 있다.
상기에서, 제1 공정 가스 공급 모듈(140a)은 비활성 가스를 제1 공정 가스로 공급할 수 있다. 제1 공정 가스 공급 모듈(140a)은 예를 들어, He 가스, Ar 가스, Xe 가스 등을 비활성 가스로 공급할 수 있다.
제2 공정 가스 공급 모듈(140b)은 식각 가스(Etching Gas)를 제2 공정 가스로 공급할 수 있다. 제2 공정 가스 공급 모듈(140b)은 예를 들어, NF3 가스 등 플루오린(Fluorine) 성분을 포함하는 가스를 식각 가스로 공급할 수 있다.
탑 소스(160)는 하우징(110)의 상부를 덮도록 형성되는 것이다. 이러한 탑 소스(160)는 전류가 흐를 수 있도록 금속 성분을 소재로 하여 제조될 수 있다. 탑 소스(160)는 센터 영역(Center Zone)에 배치되는 제3 부분 모듈(160a) 및 에지 영역(Edge Zone)에 배치되는 제4 부분 모듈(160b, 160c)로 분할될 수 있다.
탑 소스(160)의 제3 부분 모듈(160a)은, 샤워 헤드 유닛(130)이 두 개의 부분 모듈 즉, 제1 부분 모듈 및 제2 부분 모듈로 분할되는 경우, 샤워 헤드 유닛(130)의 제1 부분 모듈에 대응하는 크기를 가지도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 탑 소스(160)의 제4 부분 모듈(160b, 160c)은, 샤워 헤드 유닛(130)이 두 개의 부분 모듈로 분할되는 경우, 샤워 헤드 유닛(130)의 제2 부분 모듈에 대응하는 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 탑 소스(160)의 제3 부분 모듈(160a) 및 제4 부분 모듈(160b, 160c) 사이에는 절연체(Insulator)가 설치될 수 있다. 또는, 절연체 대신에 절연체 역할을 할 수 있는 아이솔레이터(Isolator)가 탑 소스(160)의 제3 부분 모듈(160a) 및 제4 부분 모듈(160b, 160c) 사이에 설치되는 것도 가능하다.
제3 공정 가스 공급 모듈(140c)은 샤워 헤드 유닛(130)을 통해 프로세스 영역(220)으로 제3 공정 가스를 공급하는 것이다.
제3 공정 가스 공급 모듈(140c)은 에칭 가스(즉, 제2 공정 가스)와 반응하는 반응 가스를 제3 공정 가스로 공급할 수 있다. 이러한 제3 공정 가스 공급 모듈(140c)은 수소 성분을 포함하는 가스를 반응 가스로 공급할 수 있다. 제3 공정 가스 공급 모듈(140c)은 예를 들어, NH3 가스를 반응 가스로 공급할 수 있다.
제3 공정 가스 공급 모듈(140c)은, 샤워 헤드 유닛(130)이 두 개의 부분 모듈로 분할되는 경우, 제2 부분 모듈을 통해 기판(W)의 에지 영역으로 제3 공정 가스를 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 공정 가스 공급 모듈(140c)은 제1 부분 모듈 및 제2 부분 모듈을 통해 기판(W)의 센터 영역 및 에지 영역으로 제3 공정 가스를 공급하는 것도 가능하다.
전극 제어 유닛(150)은 플라즈마 생성 영역(210)에 플라즈마를 발생시키고, 프로세스 영역(220)에서 기판(W)이 처리될 수 있도록, 전극을 제어하는 것이다. 이러한 전극 제어 유닛(150)은 기판(W)의 상부에 배치되는 상부 전극 및 기판(W)의 하부에 배치되는 하부 전극을 제어할 수 있다.
전극 제어 유닛(150)은 플라즈마 생성 영역(210)에 플라즈마를 발생시키기 위해 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식을 이용할 수 있다. 이 경우, 전극 제어 유닛(150)은 탑 소스(160)를 상부 전극으로 이용하고, 기판 지지 유닛(120)의 정전 척을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전극 제어 유닛(150)은 플라즈마 생성 영역(210)에 플라즈마를 발생시키기 위해 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 전극 제어 유닛(150)은 도 2에 도시된 바와 같이 탑 소스(160)의 상부에 설치되는 안테나 유닛(170)을 상부 전극으로 이용하고, 기판 지지 유닛(120)의 정전 척을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 챔버의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이하 설명은 도 2를 참조한다.
안테나 유닛(170)은 폐루프를 형성하는 코일(예를 들어, 평판 스파이럴(Planar Spiral) 형태의 코일)로 제공될 수 있다. 이러한 안테나 유닛(170)은 상부 전극으로 작동하기 위해 탑 소스(160)의 상부에 설치될 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 유닛(170)은 하우징(110)의 측면을 둘러싸도록 설치되는 것도 가능하다. 이 경우, 기판 지지 유닛(120)의 정전 척은 하부 전극으로 작동하지 않아도 무방하다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
전극 제어 유닛(150)은 상부 전극 및 하부 전극을 제어하기 위해 제1 전원(150a), 제2 전원(150b) 및 전원 제어부(150c)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 전원(150a)은 탑 소스(160)에 전원을 인가하는 것이다. 제1 전원(150a)은 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 제1 전원(150a)은 예를 들어, 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절하는 역할을 할 수 있다.
제2 전원(150b)은 기판 지지 유닛(120)의 정전 척에 전원을 인가하는 것이다. 제2 전원(150b)은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 제1 전원(150a)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
전원 제어부(150c)는 제1 전원(150a) 및 제2 전원(150b)이 소정 값의 RF 전원을 인가할 수 있도록 제1 전원(150a) 및 제2 전원(150b)을 제어하는 것이다.
전원 제어부(150c)는 제1 전원(150a) 및 제2 전원(150b)이 동일한 값의 RF 전원을 인가하도록 제1 전원(150a) 및 제2 전원(150b)을 제어할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 전원 제어부(150c)는 제1 전원(150a) 및 제2 전원(150b)이 서로 다른 값의 RF 전원을 인가하도록 제1 전원(150a) 및 제2 전원(150b)을 제어하는 것도 가능하다.
이상 도 1 및 도 2를 참조하여 라디칼(Radical)을 사용하는 진공 설비로 마련될 수 있는 공정 챔버(100)에 대하여 설명하였다. 기판(W) 및 공정 챔버(100)는 세정 공정(예를 들어, 건식 세정(Dry Clean))을 통해 잔여하는 파티클(Particle)을 제거할 수 있다.
그런데, 앞서 설명한 바와 같이 모터 구동 기반의 압력 제어기를 사용하는 경우, 구조가 복잡해지고 부피가 커지며 소요 비용이 과대해지기 때문에 여러 문제점이 발생할 수 있다.
본 실시예에서는 이러한 문제점을 해소할 수 있도록 고진공 펌프와 개폐용 밸브를 적용하여 기판(W) 및 공정 챔버(100)에 잔여하는 파티클을 제거하는 것을 특징으로 한다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 이에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 따르면, 기판 처리 장치(300)는 공정 챔버(100), 제1 펌프(310), 제2 펌프(320) 및 개폐 제어용 밸브(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버(100)에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술하였는 바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
제1 펌프(310)는 공정 챔버(100)의 내부 가스를 강제적으로 배출시켜 공정 챔버(100)의 내부 압력을 조절하는 것이다. 이러한 제1 펌프(310)는 감압 부재로 마련될 수 있으며, 기판(W) 및/또는 공정 챔버(100)에 대한 세정 공정시 공정 챔버(100)의 내부 압력을 조절할 수 있다.
제1 펌프(310)는 공정 챔버(100)의 배기 라인에 연결될 수 있다. 제1 펌프(310)는 공정 챔버(100)의 내부를 고진공 상태로 펌핑(Pumping)하여 공정 챔버(100)의 내부 압력을 조절할 수 있다. 제1 펌프(310)는 이를 통해 기준량 이상의 배기량으로 공정 챔버(100) 내 배기 가스를 배기시킬 수 있다. 제1 펌프(310)는 예를 들어, 공정 챔버(100)의 내부를 0.1 Torr 이하로 펌핑할 수 있으며, 터보 분자 펌프(TMP; Turbo Molecular Pump)로 마련될 수 있다.
제2 펌프(320)는 제1 펌프(310)를 보조하는 것이다. 제2 펌프(320)는 이를 위해 제1 펌프(310)에 연결될 수 있으며, 제1 펌프(310)보다 적은 배기량(즉, 기준량 이하의 배기량)으로 공정 챔버(100) 내 배기 가스를 배기시킬 수 있으며, 이에 따라 공정 챔버(100)의 내부 압력을 미세하게 조절할 수 있다.
한편, 제2 펌프(320)는 별개의 라인을 통해 공정 챔버(100)에 직접 연결될 수도 있다. 제2 펌프(320)는 예를 들어, 드라이 펌프(DP; Dry Pump)로 마련될 수 있다.
개폐 제어용 밸브(330)는 공정 챔버(100)에서 제1 펌프(310)로의 배기 가스의 흐름을 제어하는 것이다. 개폐 제어용 밸브(330)는 이를 위해 공정 챔버(100)와 제1 펌프(310)를 연결하는 배관 상에 설치될 수 있다.
개폐 제어용 밸브(330)는 전원 OFF시 공정 챔버(100)와 제1 펌프(310)를 연결하는 배관을 차단하여 공정 챔버(100) 내부가 진공 상태를 유지하도록 할 수 있다. 개폐 제어용 밸브(330)는 예를 들어, 아이솔레이션 밸브(Isolation Valve)로 마련될 수 있다.
개폐 제어용 밸브(330)가 아이솔레이션 밸브로 마련되는 경우, 그 구동원은 실린더(Cylinder)가 될 수 있다. 실린더는 공압을 이용하여 구동될 수 있는데, 실린더가 전진하여 축을 회전시키면 축에 연동되는 게이트가 열리며, 이에 따라 차단되어 있던 배관이 개방될 수 있다. 반면, 실린더가 후진하여 축을 반대 방향으로 회전시키면 축에 연동되는 게이트가 닫히며, 이에 따라 개방되어 있던 배관이 차단될 수 있다.
개폐 제어용 밸브(330)가 이와 같이 구성되면, 구조가 단순해지고 사이즈(Size)가 작아질 수 있으므로, 설비 구성에 유리한 측면이 있다. 또한, 메인터넌스(Maintenance) 공간을 확보하는 것이 가능해지며, 설비 투자 금액을 절감하는 효과도 얻을 수 있다.
제1 펌프(310), 제2 펌프(320) 및 개폐 제어용 밸브(330)는 진공 어셈블리(Vacuum Assembly) 내에 설치될 수 있다. 기판(W)을 건식 세정하기 위한 드라이 클린(Dry Clean) 설비는 상부 어셈블리(Top Assembly), 메인 바디 어셈블리(Main Body Assembly) 및 진공 어셈블리(Vacuum Assembly)를 포함하여 구성될 수 있다.
상부 어셈블리는 메인 바디 어셈블리의 상부에 배치되는 구조물로, 공정 챔버(100)를 구성하는 샤워 헤드 유닛(130), 탑 소스(160) 등이 이에 해당될 수 있다. 그리고, 메인 바디 어셈블리는 상부 어셈블리와 진공 어셈블리 사이에 배치되는 구조물로, 공정 챔버(100)를 구성하는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120) 등이 이에 해당될 수 있다.
진공 어셈블리는 공정 챔버(100) 즉, 하우징(110) 내에서 기판(W)을 처리하는 데에 이용된 가스를 제거해 주고, 하우징(110)의 내부 압력을 조절해 주는 역할을 한다. 진공 어셈블리는 이를 위해 메인 바디 어셈블리의 하부에 배치될 수 있다.
개폐 제어용 밸브(330)는 공정 챔버(100)가 저진공 환경(예를 들어, 0.1 Torr 이상)에서 기판(W)을 처리하는 경우, 공정 챔버(100)와 제1 펌프(310) 사이에서 배기 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 공정 챔버(100)가 고진공 환경(예를 들어, 0.1 Torr 이하)에서 기판(W)을 처리하는 경우에도 공정 챔버(110)와 제1 펌프(310) 사이에서 배기 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 따르면, 기판 처리 장치(300)는 공정 챔버(100), 제1 펌프(310), 제2 펌프(320), 개폐 제어용 밸브(330) 및 압력 제어부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버(100)에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하였으며, 제1 펌프(310), 제2 펌프(320) 및 개폐 제어용 밸브(330)에 대해서는 도 3을 참조하여 설명하였으므로, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
압력 제어부(340)는 공정 챔버(100)의 내부 압력을 제어하는 것이다. 이러한 압력 제어부(340)는 공정 챔버(100)와 제1 펌프(310)를 연결하는 배관 상에 설치될 수 있으며, 예를 들어 APC(Auto Pressure Controller)로 마련될 수 있다.
고진공 환경에서 기판(W)을 처리하는 경우(즉, Radical 사용 진공 설비가 고진공 환경에서 Main Process를 진행하는 경우), 단순 ON/OFF만 가능한 Isolation Valve(즉, 개폐 제어용 밸브(330)) 대신 여러 Position으로 제어가 가능한 APC(즉, 압력 제어부(340))를 사용해야 한다. 고진공에서 Main Process를 진행하기 위해서는 Main Process 진행 중 고진공에서의 압력 제어가 되어야 하는데, 이때 TMP(즉, 제1 펌프(310))에서 자체적으로 압력을 컨트롤할 수 없으며, 공정 챔버(100)와 제1 펌프(310) 사이에 위치하는 압력 제어부(340)가 개폐되는 정도를 통해 공정 챔버(100)의 내부 압력을 제어하는 것이 필요하다.
한편, 압력 제어부(340)는 공정 챔버(100)가 고진공 환경에서 기판(W)을 처리하는 경우, 공정 챔버(110)와 제1 펌프(310) 사이에서 배기 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 공정 챔버(100)가 저진공 환경에서 기판(W)을 처리하는지 또는 고진공 환경에서 기판(W)을 처리하는지에 따라 배기 가스의 흐름을 제어하는 수단으로 개폐 제어용 밸브(330)와 압력 제어부(340) 중 어느 하나가 선택될 수 있도록 개폐 제어용 밸브(330) 및 압력 제어부(340)로 분기되는 지점에 별도의 밸브가 설치될 수 있다.
한편, 공정 챔버(100)와 제1 펌프(310)를 연결하는 배관뿐만 아니라, 제1 펌프(310)와 제2 펌프(320)를 연결하는 배관이나 공정 챔버(100)와 제2 펌프(320)를 연결하는 배관 상에도 별도의 밸브가 설치될 수 있다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5에 따르면, 기판 처리 장치(300)는 공정 챔버(100), 제1 펌프(310), 제2 펌프(320), 개폐 제어용 밸브(330), 제1 밸브(410), 제2 밸브(420) 및 제3 밸브(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버(100)에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하였으며, 제1 펌프(310), 제2 펌프(320) 및 개폐 제어용 밸브(330)에 대해서는 도 3을 참조하여 설명하였으므로, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
제1 밸브(410)는 제1 펌프(310) 및 제2 펌프(320)를 연결하는 배관 상에 설치된다. 이러한 제1 밸브(410)는 개폐 제어용 밸브(330)와 더불어 공정 챔버(100)에서 제1 펌프(310)를 거쳐 제2 펌프(320)로의 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 구체적으로, 개폐 제어용 밸브(330)는 공정 챔버(100)에서 제1 펌프(310)로의 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있고, 제1 밸브(410)는 제1 펌프(310)에서 제2 펌프(320)로의 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 제1 밸브(410)는 이를 통해 공정 챔버(100) 내 진공을 유지시키고, 제2 펌프(320)에서 발생되는 역류(Backstream)를 차단하는 역할을 할 수 있다. 제1 밸브(410)는 개폐 제어용 밸브(330)와 동시에 개폐될 수 있다. 제1 밸브(410)는 예를 들어, 아이솔레이션 밸브로 마련될 수 있다.
제2 밸브(420) 및 제3 밸브(430)는 공정 챔버(100) 및 제2 펌프(320)를 연결하는 배관 상에 설치된다. 이러한 제2 밸브(420) 및 제3 밸브(430)는 공정 챔버(100)에서 제2 펌프(320)로의 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있으며, 이를 통해 공정 챔버(100) 내 진공을 유지시키고, 제2 펌프(320)에서 발생되는 역류(Backstream)를 차단하는 역할을 할 수 있다. 제2 밸브(420) 및 제3 밸브(430)는 동시에 개폐될 수 있다. 제2 밸브(420)는 예를 들어, 자동 공정 제어(APC; Auto Process Control) 밸브로 마련될 수 있으며, 제3 밸브(430)는 예를 들어, 아이솔레이션 밸브로 마련될 수 있다.
공정 챔버(100)에서 공정 가스를 외부로 배출하는 경우, 제1 펌프(310) 및 제2 펌프(320)를 차례대로 거쳐 공정 가스를 배출하는 것과, 제1 펌프(310)를 거치지 않고 제2 펌프(320)로 직접 공정 가스를 배출하는 것으로 분리가 필요하다. 예를 들어, 공정 챔버(100) 내의 공정 가스를 고속으로 배출하려는 경우에는 전자의 경우(즉, 제1 펌프(310) 및 제2 펌프(320)를 차례대로 거쳐 공정 가스를 배출하는 경우)를 활용할 수 있으며, 공정 챔버(100) 내의 공정 가스를 저속으로 배출하려는 경우에는 후자의 경우(즉, 제1 펌프(310)를 거치지 않고 제2 펌프(320)로 직접 공정 가스를 배출하는 경우)를 활용할 수 있다.
전자의 경우에는, 개폐 제어용 밸브(330) 및 제1 밸브(410)가 Closed되고 제2 밸브(420) 및 제3 밸브(430)가 Open되어, 공정 가스가 공정 챔버(100)에서 제1 펌프(310) 및 제2 펌프(320)를 차례대로 거쳐 외부로 배출될 수 있으며, 후자의 경우에는, 개폐 제어용 밸브(330) 및 제1 밸브(410)가 Open되고 제2 밸브(420) 및 제3 밸브(430)가 Closed되어, 공정 가스가 공정 챔버(100)에서 제2 펌프(320)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이상 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)에 대하여 설명하였다. 기판 처리 장치(200)는 라디칼(Radical)을 사용하는 진공 설비로서, 기판(W)을 처리하는 주 공정(Main Process)을 종료한 후 고진공 펌프인 제1 펌프(310)와 개폐 제어용 밸브(330)를 적용하여 기판(W) 및/또는 공정 챔버(100)에 잔여하는 파티클을 제거할 수 있다. 제1 펌프(310)는 예를 들어, 터보 분자 펌프(TMP; Turbo Molecular Pump)로 마련될 수 있으며, 개폐 제어용 밸브(330)는 예를 들어, 아이솔레이션 밸브(Isolation Valve)로 마련될 수 있다.
본 발명은 저진공 환경(0.1 Torr 이상)에서 Main Process를 진행하는 라디칼 사용 진공 설비에서, Main Process 후 공정 챔버(100)를 고진공 환경(0.1 Torr 이하)으로 Pumping하기 위한 TMP와 Isolation Valve를 적용함으로써, 공정 챔버(100) 및 기판(W)에 잔여 Particle의 발생을 억제할 수 있다. 본 발명은 이를 통해 Position 제어를 하는 Pressure Controller 대신 단순 ON/OFF 기능만 있는 Isolation Valve를 적용함으로써, Pressure Controller를 적용한 경우에 대비하여 구조가 단순해지고 Size가 작아져서 설비 구성에 유리한 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 Main Process 후 공정 챔버(100)를 고진공(0.1 Torr 이하)으로 Pumping하여 공정 부산물들을 제거하기 위해 TMP를 추가하여 사용할 수 있다. Main Process가 진행되는 조건 압력이 저진공(0.1 Torr 이상)인 공정을 진행하는 설비에서는 고진공 압력 Position 제어가 필요하지 않다. 따라서 고진공 상태에서 압력 Position 제어가 필요 없이 단순한 Open/Close 방식으로 공정 챔버(100)의 내부를 고진공 ↔ 저진공 환경을 만들어서 공정 부산물 제거가 가능하면 충분하다.
본 발명은 Motor 구동 기반으로 구조가 복잡하고 Size가 큰 Pressure Controller 대신 Cylinder 기반으로 구조가 단순하고 Size가 작은 Isolator Valve를 적용함으로써, Maintenance 공간 확보 및 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
정리하여 보면, 본 발명은 저진공 환경(0.1 Torr 이상)에서 Main Process를 진행하는 Radical 사용 진공 설비에서, Main Process 후 공정 챔버(100) 내 공정 부산물들을 제거하기 위해 고진공(0.1 Torr 이하) 영역으로 전환하는 데에 단순 ON/OFF 기능만 수행하는 Isolation Valve를 사용하는 TMP를 포함한 진공 설비에 관한 것이다.
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: 공정 챔버 110: 하우징
120: 기판 지지 유닛 130: 샤워 헤드 유닛
140: 공정 가스 제공 유닛 150: 전극 제어 유닛
160: 탑 소스 170: 안테나 유닛
210: 플라즈마 생성 영역 220: 프로세스 영역
300: 기판 처리 장치 310: 제1 펌프
320: 제2 펌프 330: 개폐 제어용 밸브
340: 압력 제어부 410: 제1 밸브
420: 제2 밸브 430: 제3 밸브

Claims (10)

  1. 진공 설비이며, 라디칼을 이용하여 기판을 처리하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 연결되며, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 조절하는 제1 펌프;
    상기 제1 펌프에 연결되며, 상기 제1 펌프를 보조하여 상기 공정 챔버의 내부 압력을 미세 조절하는 제2 펌프; 및
    상기 공정 챔버와 상기 제1 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되며, 상기 배관을 개폐하는 개폐 제어용 밸브를 포함하며,
    상기 제1 펌프, 상기 제2 펌프 및 상기 개폐 제어용 밸브는 상기 기판을 처리한 후 작동하여 상기 공정 챔버에 잔여하는 파티클을 제거하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 펌프는 상기 공정 챔버의 내부 압력을 기준 압력보다 낮은 압력으로 감압시키는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 펌프는 터보 분자 펌프(TMP)인 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개폐 제어용 밸브는 아이솔레이션 밸브(Isolation Valve)인 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 기준 압력보다 높은 압력에서 상기 기판을 처리하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버와 상기 제1 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되며, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 제어하는 압력 제어부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 기준 압력보다 낮은 압력에서 상기 기판을 처리하는 기판 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 개폐 제어용 밸브 및 상기 압력 제어부는 선택적으로 이용되는 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 펌프는 상기 공정 챔버의 내부 압력을 상기 제1 펌프보다 높은 압력으로 감압시키는 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 펌프와 상기 제2 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되는 제1 밸브;
    상기 공정 챔버와 상기 제2 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되는 제2 밸브; 및
    상기 공정 챔버와 상기 제2 펌프를 연결하는 배관 상에 설치되는 제3 밸브를 더 포함하며,
    상기 개폐 제어용 밸브 및 상기 제1 밸브는 동시에 개폐되고,
    상기 제2 밸브 및 상기 제3 밸브는 동시에 개폐되는 기판 처리 장치.
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