KR20230092566A - 공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230092566A
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장용수
양정윤
이선렴
전승훈
이경래
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Abstract

공정 가스를 기판 상의 각 영역에 균일하게 제공하기 위한 공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 하우징; 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 제2 전극; 하우징의 내부 또는 외부에 배치되며, 제2 전극과 대향하는 제1 전극; 하우징의 내부로 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛; 및 공정 가스가 제공되면 제1 전극과 연결되는 제1 고주파 전원 및 제2 전극과 연결되는 제2 고주파 전원을 이용하여 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하며, 공정 가스 공급 유닛은, 하우징의 내측벽에 설치되며, 공정 가스를 분사하는 분사 노즐; 및 하우징의 외측벽에 설치되며, 하우징의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 분사 노즐과 연결되고, 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함한다.

Description

공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 {Process gas supplying unit and substrate treating apparatus including the same}
본 발명은 공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 소자를 제조하는 데에 이용되는 공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정은 반도체 소자 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 구분될 수 있다. 반도체 소자 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. 전공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 증착 공정(Deposition Process), 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 박막 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 전사하는 사진 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 1차 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.
기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 원하는 패턴을 형성하고자 하는 경우, 기판이 배치된 진공 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하고 진공 챔버에 설치된 전극을 이용하여 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리할 수 있다. 이 경우, 기판 상의 각 영역에 공정 가스를 균일하게 공급하면 기판 처리와 관련된 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 공정 가스를 기판 상의 각 영역에 균일하게 제공하기 위한 공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 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 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(Aspect)은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 제2 전극; 상기 하우징의 내부 또는 외부에 배치되며, 상기 제2 전극과 대향하는 제1 전극; 상기 하우징의 내부로 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛; 및 상기 공정 가스가 제공되면 상기 제1 전극과 연결되는 제1 고주파 전원 및 상기 제2 전극과 연결되는 제2 고주파 전원을 이용하여 상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하며, 상기 공정 가스 공급 유닛은, 상기 하우징의 내측벽에 설치되며, 상기 공정 가스를 분사하는 분사 노즐; 및 상기 하우징의 외측벽에 설치되며, 상기 하우징의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 분사 노즐과 연결되고, 상기 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함한다.
상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐을 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 자동으로 회전시킬 수 있다.
상기 회전 제어부는, 바디; 상기 바디의 내부에 설치되며, 상기 공정 가스를 외부로부터 유입시키는 공정 가스 주입구; 및 상기 바디와 결합하며, 구동부와 연동되어 상기 바디에 회전력을 제공하는 샤프트를 포함할 수 있다.
상기 회전 제어부는, 상기 바디와 상기 샤프트 간 기밀을 유지시키는 실링 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 실링 부재는 마그네틱 씰(Magnetic Seal)일 수 있다.
상기 공정 가스 주입구는 상기 하우징의 높이 방향을 길이 방향으로 하여 형성되거나, 또는 상기 하우징의 높이 방향에 반대되는 방향을 길이 방향으로 하여 형성될 수 있다.
상기 공정 가스 공급 유닛은, 상기 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원; 및 상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시키는 공정 가스 공급 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 공정 가스 공급 라인은 상기 공정 가스 공급원과 상기 회전 제어부를 연결하며, 상기 회전 제어부를 통해 상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시킬 수 있다.
상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐의 회전 속도를 제어할 수 있다.
상기 분사 노즐은 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 복수 개 설치되며, 상기 회전 제어부는 복수 개의 분사 노즐 중 적어도 하나의 분사 노즐과 연결될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 하우징 내에서 상기 기판의 상부에 배치되며, 표면에 복수 개의 가스 분사 홀을 포함하는 샤워 헤드 유닛을 더 포함하며, 상기 공정 가스 공급 유닛은 상기 하우징의 상부를 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 샤워 헤드 유닛과 연결될 수 있다.
상기 공정 가스 공급 유닛은 상기 분사 노즐 및 상기 샤워 헤드 유닛 중 어느 하나를 이용하여 상기 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 제공하거나, 또는 상기 어느 하나를 이용하여 상기 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 제공한 후 이어서 다른 하나를 이용하여 상기 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 제공할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 진공 챔버일 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 제2 전극; 상기 하우징의 내부 또는 외부에 배치되며, 상기 제2 전극과 대향하는 제1 전극; 상기 하우징의 내부로 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛; 및 상기 공정 가스가 제공되면 상기 제1 전극과 연결되는 제1 고주파 전원 및 상기 제2 전극과 연결되는 제2 고주파 전원을 이용하여 상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되, 상기 공정 가스 공급 유닛은, 상기 하우징의 내측벽에 설치되며, 상기 공정 가스를 분사하는 분사 노즐; 및 상기 하우징의 외측벽에 설치되며, 상기 하우징의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 분사 노즐과 연결되고, 상기 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함하고, 상기 회전 제어부는, 바디; 상기 바디의 내부에 설치되며, 상기 공정 가스를 외부로부터 유입시키는 공정 가스 주입구; 상기 바디와 결합하며, 구동부와 연동되어 상기 바디에 회전력을 제공하는 샤프트; 및 상기 바디와 상기 샤프트 간 기밀을 유지시키는 실링 부재를 포함하며, 상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐을 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 자동으로 회전시키고, 상기 실링 부재는 마그네틱 씰(Magnetic Seal)이다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 공정 가스 공급 유닛의 일 면은, 진공 챔버이며 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 내부로 공정 가스를 제공하는 것으로서, 상기 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원; 상기 기판 처리 장치의 내측벽에 설치되며, 상기 공정 가스를 상기 기판 처리 장치의 내부로 분사하는 분사 노즐; 상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시키는 공정 가스 공급 라인; 및 상기 기판 처리 장치의 외측벽에 설치되며, 상기 기판 처리 장치의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 분사 노즐과 연결되고, 상기 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 기판 처리 장치의 측면으로 공정 가스가 제공되는 경우의 문제점을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제1 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제2 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제3 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 배치 구조를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제1 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제2 예시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제3 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 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 경우, 공정 가스를 기판 상의 각 영역에 균일하게 제공하기 위한 공정 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 공정 가스의 균일 제공을 통해 기판에 대한 처리 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 세정 가스 공급 유닛(130), 플라즈마 생성 유닛(140), 공정 가스 공급 유닛(150), 라이너 유닛(160), 배플 유닛(170) 및 안테나 유닛(180)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 장치이다. 이러한 기판 처리 장치(100)는 진공 환경에서 기판(W)을 식각 처리하거나 세정 처리할 수 있으며, 기판(W)을 증착 처리할 수도 있다. 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 에칭 공정 챔버(Etching Process Chamber) 또는 클리닝 공정 챔버(Cleaning Process Chamber)로 마련되거나, 증착 공정 챔버(Deposition Process Chamber)로 마련될 수 있다.
하우징(110)은 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 공정 즉, 플라즈마 공정(Plasma Process)이 실행되는 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 중에 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 통로로써 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 기판 처리 장치(100)의 높이 방향 즉, 제3 방향(30)으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더 및 공압 실린더 중에서 선택되는 적어도 하나를 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.
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 정전 척(122)은 구동 부재를 이용하여 하우징(110)의 내부에서 제3 방향(30)으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 정전 척(122)이 이와 같이 기판 처리 장치(100)의 높이 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해지는 효과를 얻을 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 커버하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(123)는 포커스 링(Focus Ring; 123a) 및 에지 링(Edge Ring; 123b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(123a)은 절연체 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)을 직접적으로 감싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(123a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 진행되는 경우 이온을 기판(W) 상에 집중시키는 역할을 할 수 있다.
에지 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)을 감싸도록 제공될 수 있다. 에지 링(123b)은 절연체 링으로서 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 기판 처리 공정이 진행되는 경우, 기판(W)을 공정 온도로 유지시키기 위해 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 기판(W)의 온도를 상승시키기 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 기판 지지 유닛(120)의 내부, 예를 들어, 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있다. 냉각 부재(125)는 기판(W)의 온도를 하강시키기 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있으며, 기판 지지 유닛(120)의 내부, 예를 들어, 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 별도로 설치될 수 있다.
세정 가스 공급 유닛(130)은 정전 척(122)이나 링 어셈블리(123)에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 제1 가스를 제공하는 것이다. 세정 가스 공급 유닛(130)은 이를 위해 세정 가스 공급원(131) 및 세정 가스 공급 라인(132)을 포함할 수 있다.
세정 가스 공급원(131)은 질소 가스(N2 Gas)를 세정 가스로 제공할 수 있다. 세정 가스 공급원(131)은 정전 척(122)이나 링 어셈블리(123)에 잔류하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다면 질소 가스 외에 다른 가스나 세정제를 제공하는 것도 가능하다.
세정 가스 공급 라인(132)은 세정 가스 공급원(131)에 의해 제공되는 세정 가스를 이송하는 것이다. 이러한 세정 가스 공급 라인(132)은 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이의 공간으로 연결될 수 있으며, 세정 가스는 상기 공간을 통해 이동하여 정전 척(122)의 테두리 부분이나 링 어셈블리(123)의 상부 등에 잔류하는 이물질을 제거할 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(140)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(140)은 유도 결합형 플라즈마 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 생성 유닛(140)은 ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(140)은 예를 들어, 안테나 유닛(180)을 제1 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 제2 전극으로 이용할 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(140)은 제1 고주파 전원(141), 제1 전송 선로(142), 제1 전극, 제2 고주파 전원(143), 제2 전송 선로(144) 및 제2 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 고주파 전원(141)은 제1 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 예를 들어, 안테나 유닛(180)이 제1 전극으로 이용되는 경우, 제1 고주파 전원(141)은 안테나 유닛(180)에 RF 전력을 인가할 수 있다.
제1 전송 선로(142)는 제1 전극과 GND에 연결되는 것이다. 제1 고주파 전원(141)은 이러한 제1 전송 선로(142) 상에 설치될 수 있다.
제1 고주파 전원(141)은 기판 처리 장치(100) 내에서 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 제1 고주파 전원(141)은 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절하는 역할을 할 수 있다.
제1 고주파 전원(141)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제1 고주파 전원(141)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제1 전송 선로(142) 상에 병렬로 배치될 수 있다.
제1 고주파 전원(141)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(140)은 복수 개의 제1 고주파 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 매칭 네트워크는 각각의 제1 고주파 전원으로부터 상이한 크기의 주파수 전력들이 입력되는 경우, 상기 주파수 전력들을 매칭시켜 제1 전극에 인가하는 역할을 할 수 있다.
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제1 고주파 전원(141)과 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로(142) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제1 고주파 전원(141)에서 제1 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.
제2 고주파 전원(143)은 제2 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 예를 들어, 정전 척(122)이 제2 전극으로 이용되는 경우, 제2 고주파 전원(143)은 정전 척(122)에 RF 전력을 인가할 수 있다.
제2 전송 선로(144)는 제2 전극과 GND에 연결되는 것이다. 제2 고주파 전원(143)은 이러한 제2 전송 선로(144) 상에 설치될 수 있다.
제2 고주파 전원(143)은 기판 처리 장치(100) 내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 할 수 있다. 또한, 제2 고주파 전원(143)은 제1 고주파 전원(141)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
제2 고주파 전원(143)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제2 고주파 전원(143)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제2 전송 선로(144) 상에 병렬로 배치될 수 있다.
제2 고주파 전원(143)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(140)은 복수 개의 제2 고주파 전원과 전기적으로 연결되는 제2 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 매칭 네트워크는 각각의 제2 고주파 전원으로부터 상이한 크기의 주파수 전력들이 입력되는 경우, 상기 주파수 전력들을 매칭시켜 제2 전극에 인가하는 역할을 할 수 있다.
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제2 고주파 전원(143)과 제2 전극을 연결하는 제2 전송 선로(144) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제2 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제2 고주파 전원(143)에서 제2 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.
제2 고주파 전원(143)이 제2 전송 선로(144) 상에 설치되면, 플라즈마 생성 유닛(140)은 기판 처리 장치(100)에 다중 주파수(Multi Frequency)를 적용하는 것이 가능해지며, 이에 따라 기판 처리 장치(100)의 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(140)은 제2 고주파 전원(143)을 포함하지 않고 구성되는 것도 가능하다. 즉, 제2 고주파 전원(143)은 제2 전송 선로(144) 상에 설치되지 않을 수도 있다.
공정 가스 공급 유닛(150)은 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공하는 것이다. 이러한 공정 가스 공급 유닛(150)은 하우징(110)의 측면에 설치될 수 있다. 공정 가스 공급 유닛(150)에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
라이너 유닛(Liner Unit or Wall Liner; 160)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생하는 아크 방전이나, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내부를 보호하기 위한 것이다. 라이너 유닛(160)은 이를 위해 하우징(110)의 내측벽을 커버하도록 형성될 수 있다.
라이너 유닛(160)은 그 상부에 지지 링(161)을 포함할 수 있다. 지지 링(161)은 라이너 유닛(160)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 라이너 유닛(160)을 하우징(110)에 고정시키는 역할을 할 수 있다.
배플 유닛(Baffle Unit; 170)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(170)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(120) 사이에 설치될 수 있다.
배플 유닛(170)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다. 배플 유닛(170)은 관통 홀의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
안테나 유닛(Antenna Unit; 180)은 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 발생시켜 공정 가스 공급 유닛(150)을 통해 하우징(110)의 내부로 유입되는 공정 가스를 플라즈마로 여기시키는 역할을 한다. 안테나 유닛(180)은 이를 위해 코일을 이용하여 폐루프를 형성하도록 제공되는 안테나(181)를 포함할 수 있으며, 제1 고주파 전원(131)으로부터 공급되는 RF 전력을 이용할 수 있다.
안테나 유닛(180)은 하우징(110)의 상부면 상에 설치될 수 있다. 이 경우, 안테나(181)는 하우징(110)의 폭 방향(제1 방향(10))을 길이 방향으로 하여 설치될 수 있으며, 하우징(110)의 직경에 대응하는 크기를 가지도록 제공될 수 있다.
안테나 유닛(180)은 평판형 구조(Planar Type)를 가지도록 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 유닛(180)은 원통형 구조(Cylindrical Type)를 가지도록 형성되는 것도 가능하다. 이 경우에는, 안테나 유닛(180)은 하우징(110)의 외측벽을 둘러싸도록 설치될 수 있다.
한편, 하우징(110)의 상부면과 안테나 유닛(180) 사이에는 윈도우 모듈(190)이 설치될 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 상부면은 개방되고, 윈도우 모듈(190)이 하우징(110)의 상부면을 커버하도록 설치될 수 있다. 즉, 윈도우 모듈(190)은 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시키는 하우징(110)의 상부 덮개 역할을 할 수 있다.
윈도우 모듈(190)은 절연성 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 유전체 창(Dielectric Window)으로 형성될 수 있다. 윈도우 모듈(190)은 플라즈마 공정이 하우징(110)의 내부에서 진행될 때 파티클(Particle)이 발생하는 것을 억제하기 위해 표면에 코팅막을 포함하여 형성될 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(150)은 앞서 설명한 바와 같이 하우징(110)의 측면에 설치되며, 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀(Hole)을 통해 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공한다. 공정 가스 공급 유닛(150)은 이를 위해 공정 가스 공급원(151) 및 공정 가스 공급 라인(152)을 포함할 수 있다.
공정 가스 공급원(151)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 가스를 공정 가스로 제공할 수 있다. 공정 가스 공급원(151)은 예를 들어, 식각 가스나 세정 가스를 공정 가스로 제공할 수 있으며, 증착 가스를 공정 가스로 제공할 수도 있다.
공정 가스 공급원(151)은 기판 처리 장치(100) 내에 적어도 하나 구비될 수 있다. 공정 가스 공급원(151)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 구비되는 경우, 많은 양의 가스를 짧은 시간 내에 제공하는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 공정 가스 공급원(151)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 공정 가스 공급원(151)은 서로 다른 가스를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 몇몇의 공정 가스 공급원(151)은 식각 가스를 제공하고, 다른 몇몇의 공정 가스 공급원(151)은 세정 가스를 제공하며, 또다른 몇몇의 공정 가스 공급원(151)은 증착 가스를 제공할 수 있다.
공정 가스 공급 라인(152)은 공정 가스 공급원(151)에 의해 제공되는 공정 가스를 하우징(110)의 내부로 이송하는 것이다. 공정 가스 공급 라인(152)은 이를 위해 공정 가스 공급원(151)과 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀을 연결할 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 플라즈마 생성 유닛(140) 및 공정 가스 공급 유닛(150)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 즉, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110)의 내부에서 기판 지지 유닛(120) 상에 기판(W)이 배치되면, 공정 가스 공급 유닛(150)을 이용하여 하우징(110)의 내부로 공정 가스를 제공하고, 플라즈마 생성 유닛(140)을 이용하여 하우징(110)의 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판(W)을 처리할 수 있다.
그런데 도 2에 도시된 바와 같이, 홀(220)이 하우징(110)의 측벽(210)을 관통하여 형성되고, 상기 홀(220)을 통해 공정 가스 공급원(151)과 연결된 분사 노즐(230)이 하우징(110)의 내부로 공정 가스(240)를 제공하게 되면, 상기 분사 노즐(230)로부터 가까운 거리에 위치한 기판(W)의 제1 영역(250a)에는 많은 양의 공정 가스(240)가 제공되는 반면, 상기 분사 노즐(230)로부터 먼 거리에 위치한 기판(W)의 제2 영역(250b)에는 적은 양의 공정 가스(240)가 제공된다. 즉, 공정 가스(240)는 기판(W) 상의 각 영역에 균일하게 제공되지 못하며, 기판의 처리 효율은 저하될 수 있다. 도 2는 기판 처리 장치의 측면으로 공정 가스가 제공되는 경우의 문제점을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명에서는 공정 가스 공급 유닛(150)에 연결되는 분사 노즐(230)이 하우징(110)의 내측벽 둘레를 따라 회전하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 이를 통해 기판(W) 상의 각 영역에 공정 가스(240)를 균일하게 제공할 수 있으며, 이에 따라 기판의 처리 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 이하에서는 이에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제1 예시도이다.
도 3에 따르면, 공정 가스 공급 유닛(150)은 공정 가스 공급원(151), 공정 가스 공급 라인(152), 분사 노즐(230) 및 회전 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 가스 공급원(151) 및 공정 가스 공급 라인(152)에 대해서는 도 1을 참조하여 설명하였는 바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
분사 노즐(230)은 공정 가스 공급 라인(152)을 따라 제공되는 공정 가스를 하우징(110) 내 기판(W)이 위치한 영역으로 제공하는 것이다. 이러한 분사 노즐(230)은 하우징(110)의 내측벽에 부착될 수 있으며, 회전 제어부(300)의 제어에 따라 하우징(110)의 내측벽 둘레를 따라(즉, 하우징(110)의 높이 방향에 수직 방향으로) 회전할 수 있다.
분사 노즐(230)은 하우징(110)의 내측벽에 단수 개 설치될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 분사 노즐(230)은 하우징(110)의 내측벽에 복수 개 설치되는 것도 가능하다. 이와 관련하여 자세한 설명은 후술하기로 한다.
회전 제어부(300)는 분사 노즐(230)을 하우징(110)의 내측벽 둘레를 따라 회전시키는 것이다. 분사 노즐(230)은 회전 제어부(300)의 이와 같은 역할에 따라 기판(W) 상의 각 영역에 공정 가스를 균일하게 제공하는 효과를 얻을 수 있다.
회전 제어부(300)는 분사 노즐(230)을 자동으로 회전시킬 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 회전 제어부(300)는 분사 노즐(230)을 수동으로 회전시키는 것도 가능하다.
회전 제어부(300)는 분사 노즐(230)을 자동으로 회전시키는 경우, 예를 들어 바디(310), 공정 가스 주입구(320), 샤프트(Shaft; 330), 구동부(340) 및 실링 부재(Sealing Member; 350)를 포함하여 구성될 수 있다.
바디(310)는 회전 제어부(300)의 몸체를 구성하는 것이다. 이러한 바디(310)는 하우징(110)의 외측벽에 설치되며, 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀(220)과 연결될 수 있다.
공정 가스 주입구(320)는 바디(310)의 내부에 설치되는 것이다. 공정 가스는 이러한 공정 가스 주입구(320)를 통해 바디(310)의 내부로 유입되며, 바디(310)에 연결된 하우징(110) 측벽의 홀(220) 및 분사 노즐(230)을 통해 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있다.
공정 가스 주입구(320)는 바디(310) 내 하부면에서 위쪽 방향(양의 제3 방향(+30))으로 연장되어 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 공정 가스 주입구(320)는 도 4에 도시된 바와 같이 바디(310) 내 상부면에서 아래쪽 방향(음의 제3 방향(-30))으로 연장되어 형성되는 것도 가능하다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제2 예시도이다.
공정 가스 주입구(320)는 바디(310)의 내부에 단수 개 설치될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 공정 가스 주입구(320)는 바디(310)의 내부에 복수 개 설치되는 것도 가능하다.
공정 가스 주입구(320)가 바디(310)의 내부에 복수 개 설치되는 경우, 복수 개의 공정 가스 주입구(320)는 모두 바디(310) 내 하부면에서 위쪽 방향으로 연장되어 형성되거나, 또는 바디(310) 내 상부면에서 아래쪽 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 복수 개의 공정 가스 주입구(320) 중 몇몇의 공정 가스 주입구(320)는 바디(310) 내 하부면에서 위쪽 방향으로 연장되어 형성되고, 다른 몇몇의 공정 가스 주입구(320)는 바디(310) 내 상부면에서 아래쪽 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
한편, 공정 가스 공급 라인(152)의 일부는 바디(310)의 내부로 삽입되며, 이와 같이 형성된 구조를 통해 공정 가스 주입구(320)와 연결될 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 설명한다.
샤프트(330)는 바디(310)를 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 회전시키는 것이다. 바디(310)는 샤프트(330)의 이와 같은 역할에 의해 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 회전될 수 있으며, 바디(310)와 연동되도록 구성된 분사 노즐(230)은 바디(310)의 회전에 따라 하우징(1100의 내측벽 둘레를 따라 회전될 수 있다.
샤프트(330)는 바디(310)의 단부에 형성된 홀 내에 삽입되어 바디(310)와 결합될 수 있다. 이러한 샤프트(330)는 구동부(340)의 작동에 따라 바디(310)에 회전력을 제공하여 바디(310)를 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 샤프트(330)는 모터를 이용하여 바퀴를 회전시키는 원리에 따라 바디(310)를 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 회전시킬 수 있다.
샤프트(330)는 톱니 구조를 이용한 회전 전달 방식을 통해 바디(310)에 회전력을 제공할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 샤프트(330)는 바디(310) 내에 고정되고, 구동부(340)와 연동되는 로봇 암(또는, 구동부(340)를 포함하는 로봇 암)의 작동에 따라 바디(310)에 미는 힘이나 끌어당기는 힘을 제공하여 바디(310)에 회전력을 제공하는 것도 가능하다.
구동부(340)는 샤프트(330)에 동력을 제공하는 것이다. 구동부(340)는 예를 들어, 스텝 모터(Step Motor)를 포함하여 마련될 수 있다.
실링 부재(350)는 바디(310)의 홀 내에 삽입된 샤프트(330)와 바디(310)의 홀 사이의 틈을 밀폐시키는 것이다. 기판 처리 장치(100)는 진공 챔버(Vacuum Chamber)로 마련될 수 있으며, 하우징(110)의 내부가 진공인 상태에서 기판(W)을 처리할 수 있다. 그런데, 샤프트(330)가 바디(310)의 홀 내에 삽입되어 바디(310)와 결합되면, 샤프트(330)와 바디(310) 사이에 틈이 형성될 수 있으며, 이 틈을 통해 하우징(110)의 내부가 진공 상태로 되지 않을 수 있다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 샤프트(330)와 바디(310) 사이에, 구체적으로 바디(310)의 홀 내에 삽입된 샤프트(330)와 바디(310)의 홀 사이에 실링 부재(350)를 형성할 수 있다. 실링 부재(350)가 이와 같이 형성되면, 샤프트(330)와 바디(310) 사이에 기밀(氣密)이 유지되며, 기판(W)을 처리하는 동안 하우징(110)의 내부가 진공 상태를 유지하는 것이 가능해진다.
한편, 실링 부재(350)는 샤프트(330)와 바디(310) 사이에 형성되지 않고, 도 5에 도시된 바와 같이 바디(310)의 외측 표면과 샤프트(330)의 접촉 부분에 형성되는 것도 가능하다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제3 예시도이다.
한편, 실링 부재(350)는 본 실시예에서 오 링(O-Ring) 등으로 마련될 수 있으나, 기판 처리 장치(100) 내에 파티클(Particle) 등의 문제를 발생시키지 않기 위해 마그네틱 씰(Magnetic Seal)로 마련되는 것이 바람직하다.
도 3 내지 도 5에는 도시되어 있지 않지만, 회전 제어부(300)는 분사 노즐(230)의 회전 속도를 제어하기 위한 회전 속도 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 회전 속도 제어 모듈은 구동부(340)에 연결되도록 구성될 수 있다.
공정 가스는 기판(W)을 처리하기 전에 하우징(110) 내에 제공될 수 있다. 또한, 공정 가스는 기판(W)을 처리하는 도중에 하우징(110) 내에 제공될 수 있다. 기판(W)을 처리하기 전에는 공정 가스가 느린 속도로 하우징(110) 내에 제공될 수 있다. 반면, 기판(W)을 처리하는 도중에는 공정 가스가 빠른 속도로 하우징(110) 내에 제공될 수 있다.
따라서 회전 속도 제어 모듈은 기판(W) 처리의 진행 여부에 따라 분사 노즐(230)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 즉, 회전 속도 제어 모듈은 기판(W)을 처리하기 전에는 분사 노즐(230)을 느린 속도로 회전시키며, 기판(W)을 처리하는 도중에는 분사 노즐(230)을 빠른 속도로 회전시킬 수 있다.
앞서 설명하였지만, 분사 노즐(230)은 하우징(110)의 내측벽 둘레를 따라 복수 개 설치될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 분사 노즐(230)은 공정 가스의 균일 분배를 위해 등 간격으로 배치될 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(150)이 복수 개의 분사 노즐(230)을 포함하는 경우, 회전 제어부(300)는 하우징(110)의 외측벽에 복수 개 설치되어 각각의 분사 노즐(230)과 결합할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 회전 제어부(300)는 하우징(110)의 외측벽에 단수 개 설치되고, 이 경우의 회전 제어부(300)는 복수 개의 분사 노즐(230) 중 어느 하나의 분사 노즐(230)과 결합하는 것도 가능하다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 내부에 네 개의 분사 노즐(230a, 230b, 230c, 230d)이 설치되고, 회전 제어부(300)는 제1 분사 노즐(230a)과 결합하도록 구성되는 것도 가능하다. 한편, 회전 제어부(300)는 연결 모듈을 통해 복수 개의 분사 노즐(230) 전부와 결합하는 것도 가능하다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 처리 장치의 측벽에 설치되는 공정 가스 공급 유닛의 배치 구조를 개략적으로 도시한 예시도이다.
한편, 하우징(110)의 내부에 복수 개의 분사 노즐(230)이 설치되는 경우, 공정 가스 공급 유닛(150)은 각각의 분사 노즐(230)에 균등한 양의 공정 가스를 제공하기 위해 공정 가스 공급 라인(152) 상에 공정 가스 분배기를 포함할 수 있으며, 각각의 분사 노즐(230)은 공정 가스 분배기에 의해 분기되는 공정 가스 공급 라인(152)과 연결될 수 있다.
한편, 기판 처리 장치(100)는 샤워 헤드 유닛(Shower Head Unit)을 더 포함할 수 있다. 이하에서는 이 경우에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제1 예시도이다.
도 7에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 세정 가스 공급 유닛(130), 플라즈마 생성 유닛(140), 공정 가스 공급 유닛(150), 라이너 유닛(160), 배플 유닛(170), 안테나 유닛(180), 윈도우 모듈(190) 및 샤워 헤드 유닛(410)을 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 세정 가스 공급 유닛(130), 플라즈마 생성 유닛(140), 공정 가스 공급 유닛(150), 라이너 유닛(160), 배플 유닛(170), 안테나 유닛(180) 및 윈도우 모듈(190)에 대해서는 도 1을 참조하여 전술하였는 바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
샤워 헤드 유닛(410)은 복수 개의 가스 분사 홀(Gas Feeding Hole)을 포함하며, 하우징(110)의 내부에 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(410)은 정전 척(122)과 상하 방향(제3 방향(30))으로 대향하도록 설치될 수 있다. 샤워 헤드 유닛(410)은 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있으며, 정전 척(122)과 동일한 직경을 가지도록 제공될 수도 있다. 샤워 헤드 유닛(410)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.
샤워 헤드 유닛(410)은 복수 개의 모듈로 분할될 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(410)은 제1 모듈, 제2 모듈, 제3 모듈 등 세 개의 모듈로 분할될 수 있다. 제1 모듈은 기판(W)의 센터 영역(Center Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제2 모듈은 제1 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 기판(W)의 미들 영역(Middle Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제3 모듈은 제2 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 기판(W)의 에지 영역(Edge Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
한편, 복수 개의 가스 분사 홀은 샤워 헤드 유닛(410)을 구성하는 몸체의 표면을 관통하여 형성되며, 상기 몸체 상에 등 간격으로 형성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)가 샤워 헤드 유닛(410)을 포함하는 경우, 공정 가스 공급 유닛(150)은 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀(220)을 통해 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 하우징(110)의 상부에 설치되는 윈도우 모듈(190)을 관통하여 형성된 홀(420)을 통해서도 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있다. 이하 설명에서는 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀(220)을 제1 홀(220)로 정의하고, 윈도우 모듈(190)을 관통하여 형성된 홀(420)을 제2 홀(420)로 정의하기로 한다.
공정 가스가 제2 홀(420)을 통해 하우징(110)의 내부 공간으로 유입되는 경우, 샤워 헤드 유닛(410)에 형성되는 복수 개의 가스 분사 홀을 통해 기판(W) 상의 각 영역에 균일하게 제공될 수 있다. 따라서 기판 처리 장치(100)가 샤워 헤드 유닛(410)을 포함하는 경우에는, 공정 가스 공급 유닛(150)이 다음과 같이 작동할 수 있다.
첫째, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제1 홀(220)과 제2 홀(420)을 통해 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있다. 이 경우, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제1 홀(220)과 제2 홀(420)을 통해 동시에 공정 가스를 제공할 수 있으며, 제1 홀(220)과 제2 홀(420)을 순차적으로 이용하여 공정 가스를 제공하는 것도 가능하다.
둘째, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제1 홀(220)과 제2 홀(420) 중 어느 하나의 홀을 이용하여 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 회전 제어부(300)가 정상적으로 작동하지 않는 경우, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제2 홀(420)을 이용하여 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있다.
셋째, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제1 홀(220)과 제2 홀(420) 중 어느 하나의 홀을 이용하여 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공한 후, 이어서 다른 하나의 홀을 이용하여 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기판(W)을 처리하기 전에는, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제1 홀(220)을 이용하여 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공하며, 기판(W)을 처리하는 도중에는, 공정 가스 공급 유닛(150)은 제2 홀(420)을 이용하여 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공할 수 있다.
한편, 이상 설명한 기판 처리 장치(100)는 플라즈마 생성 유닛(140)이 유도 결합형 플라즈마 소스(즉, ICP 소스))를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 경우의 예시이다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 처리 장치(100)를 구성하는 플라즈마 생성 유닛(140)은 용량 결합형 플라즈마 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 즉, 플라즈마 생성 유닛(140)은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제2 예시도이다.
도 8에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 세정 가스 공급 유닛(130), 플라즈마 생성 유닛(140), 공정 가스 공급 유닛(150), 라이너 유닛(160) 및 배플 유닛(170)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 8의 기판 처리 장치(100)와 관련해서는, 도 1의 기판 처리 장치(100)와 비교하여 차이점이 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
플라즈마 생성 유닛(140)은 용량 결합형 플라즈마 소스(즉, CCP 소스)를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(140)은 하우징(110)의 내측/외측 상부에 정전 척(122)과 대향하여 설치될 수 있는 금속 부재(예를 들어, 세라믹 성분의 부재)를 제1 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 제2 전극으로 이용할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 공정 가스 공급 유닛(150) 즉, 하우징(110)의 측벽에 설치되며 회전 제어부(300)를 포함하는 공정 가스 공급 유닛(150)은 도 1을 참조하여 설명한 ICP 타입의 기판 처리 장치(100)의 경우와 마찬가지로 도 8을 참조하여 설명한 CCP 타입의 기판 처리 장치(100)에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, CCP 타입의 기판 처리 장치(100)도 도 9에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(410)을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 공정 가스 공급 유닛(150)은 도 7을 참조하여 설명한 바와 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 제3 예시도이다.
이상 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 공정 가스 공급 유닛(150)을 포함하는 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 진공 챔버 내부에 균일한 가스 주입을 위한 회전 가스 분배링을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 기판 처리 장치(100)는 챔버의 진공 및 고온 상태를 유지하면서 가스 분배링의 회전을 통해 공정 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 진공 챔버(Vacuum Chamber)의 내부에 공정 가스를 균일하게 조성할 수 있다. 이때, 기판 처리 장치(100)는 마그네틱 씰(Magnetic Seal)을 이용한 가스 주입 장치(Gas Ring)의 회전을 통해 진공을 유지한 상태에서 챔버의 내부에 균일한 가스 밀도를 구성할 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 이를 통해 플라즈마 균일도 및 공정 효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 상기 가스 주입 장치는 스텝 모터(Step Motor)를 이용하여 원하는 위치로 오토(Auto) 회전이 가능하며, 샤프트의 톱니 가공을 통해 회전력을 전달할 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: 세정 가스 공급 유닛
140: 플라즈마 생성 유닛 150: 공정 가스 공급 유닛
151: 공정 가스 공급원 152: 공정 가스 공급 라인
160: 라이너 유닛 170: 배플 유닛
180: 안테나 유닛 190: 윈도우 모듈
210: 측벽 220: 제1 홀
230: 분사 노즐 240: 공정 가스
250a: 기판의 제1 영역 250b: 기판의 제2 영역
300: 회전 제어부 310: 바디
320: 공정 가스 주입구 330: 샤프트
340: 구동부 350: 실링 부재
410: 샤워 헤드 유닛 420: 제2 홀

Claims (20)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 제2 전극;
    상기 하우징의 내부 또는 외부에 배치되며, 상기 제2 전극과 대향하는 제1 전극;
    상기 하우징의 내부로 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛; 및
    상기 공정 가스가 제공되면 상기 제1 전극과 연결되는 제1 고주파 전원 및 상기 제2 전극과 연결되는 제2 고주파 전원을 이용하여 상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하며,
    상기 공정 가스 공급 유닛은,
    상기 하우징의 내측벽에 설치되며, 상기 공정 가스를 분사하는 분사 노즐; 및
    상기 하우징의 외측벽에 설치되며, 상기 하우징의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 분사 노즐과 연결되고, 상기 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐을 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 자동으로 회전시키는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는,
    바디;
    상기 바디의 내부에 설치되며, 상기 공정 가스를 외부로부터 유입시키는 공정 가스 주입구; 및
    상기 바디와 결합하며, 구동부와 연동되어 상기 바디에 회전력을 제공하는 샤프트를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는,
    상기 바디와 상기 샤프트 간 기밀을 유지시키는 실링 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실링 부재는 마그네틱 씰(Magnetic Seal)인 기판 처리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 공정 가스 주입구는 상기 하우징의 높이 방향을 길이 방향으로 하여 형성되거나, 또는 상기 하우징의 높이 방향에 반대되는 방향을 길이 방향으로 하여 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 가스 공급 유닛은,
    상기 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원; 및
    상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시키는 공정 가스 공급 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공정 가스 공급 라인은 상기 공정 가스 공급원과 상기 회전 제어부를 연결하며, 상기 회전 제어부를 통해 상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시키는 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐의 회전 속도를 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 복수 개 설치되며,
    상기 회전 제어부는 복수 개의 분사 노즐 중 적어도 하나의 분사 노즐과 연결되는 기판 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 내에서 상기 기판의 상부에 배치되며, 표면에 복수 개의 가스 분사 홀을 포함하는 샤워 헤드 유닛을 더 포함하며,
    상기 공정 가스 공급 유닛은 상기 하우징의 상부를 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 샤워 헤드 유닛과 연결되는 기판 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정 가스 공급 유닛은 상기 분사 노즐 및 상기 샤워 헤드 유닛 중 어느 하나를 이용하여 상기 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 제공하거나, 또는 상기 어느 하나를 이용하여 상기 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 제공한 후 이어서 다른 하나를 이용하여 상기 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 제공하는 기판 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 진공 챔버인 기판 처리 장치.
  14. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 제2 전극;
    상기 하우징의 내부 또는 외부에 배치되며, 상기 제2 전극과 대향하는 제1 전극;
    상기 하우징의 내부로 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛; 및
    상기 공정 가스가 제공되면 상기 제1 전극과 연결되는 제1 고주파 전원 및 상기 제2 전극과 연결되는 제2 고주파 전원을 이용하여 상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되,
    상기 공정 가스 공급 유닛은,
    상기 하우징의 내측벽에 설치되며, 상기 공정 가스를 분사하는 분사 노즐; 및
    상기 하우징의 외측벽에 설치되며, 상기 하우징의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 분사 노즐과 연결되고, 상기 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함하고,
    상기 회전 제어부는,
    바디;
    상기 바디의 내부에 설치되며, 상기 공정 가스를 외부로부터 유입시키는 공정 가스 주입구;
    상기 바디와 결합하며, 구동부와 연동되어 상기 바디에 회전력을 제공하는 샤프트; 및
    상기 바디와 상기 샤프트 간 기밀을 유지시키는 실링 부재를 포함하며,
    상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐을 상기 하우징의 내측벽 둘레를 따라 자동으로 회전시키고,
    상기 실링 부재는 마그네틱 씰(Magnetic Seal)인 기판 처리 장치.
  15. 진공 챔버이며 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 내부로 공정 가스를 제공하는 것으로서,
    상기 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원;
    상기 기판 처리 장치의 내측벽에 설치되며, 상기 공정 가스를 상기 기판 처리 장치의 내부로 분사하는 분사 노즐;
    상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시키는 공정 가스 공급 라인; 및
    상기 기판 처리 장치의 외측벽에 설치되며, 상기 기판 처리 장치의 내측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 분사 노즐과 연결되고, 상기 분사 노즐을 회전시키는 회전 제어부를 포함하는 공정 가스 공급 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는 상기 분사 노즐을 상기 기판 처리 장치의 내측벽 둘레를 따라 자동으로 회전시키는 공정 가스 공급 유닛.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는,
    바디;
    상기 바디의 내부에 설치되며, 상기 공정 가스를 외부로부터 유입시키는 공정 가스 주입구; 및
    상기 바디와 결합하며, 구동부와 연동되어 상기 바디에 회전력을 제공하는 샤프트를 포함하는 공정 가스 공급 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 회전 제어부는,
    상기 바디와 상기 샤프트 간 기밀을 유지시키는 실링 부재를 더 포함하는 공정 가스 공급 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 실링 부재는 마그네틱 씰(Magnetic Seal)인 공정 가스 공급 유닛.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 공정 가스 공급 라인은 상기 공정 가스 공급원과 상기 회전 제어부를 연결하며, 상기 회전 제어부를 통해 상기 공정 가스를 상기 분사 노즐로 이동시키는 공정 가스 공급 유닛.
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