KR102171514B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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KR102171514B1
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Abstract

본 발명은 배플에 형성된 관통홀들 중 일부를 차단하여 공정가스의 흐름을 조절한다. 이로 인해 기판의 전체 영역으로 공정가스를 균일하게 공급할 수 있다.

Description

기판처리장치{Apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정은 식각, 증착, 그리고 세정 등 다양한 공정들을 포함한다. 이들 중 식각 및 증착 공정들은 공정가스를 챔버 내에 공급하여 진행되며, 이때 공정 균일도를 위해 공정가스는 기판의 전체 영역으로 균일하게 공급되어야 한다.
도1은 일반적인 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도1을 참조하면, 공정가스를 이용하는 공정들은 복수 개의 챔버(1) 내에서 각각 진행되며, 챔버(1)의 내부 압력을 일정하게 유지시키고자, 그 내부에 진공압을 제공한다. 이때 공간 효율을 향상시키고자, 배기라인(5)은 하나의 메인라인(5a)으로부터 복수 개로 분기된 분기라인(5b,5c)을 가지며, 각각의 분기라인(5b,5c)은 각각의 챔버(1a,1b)에 연결된다. 메인라인(5a)으로부터 제공된 진공압은 각각의 챔버(1a,b) 내에 제공되어 그 챔버들(1)의 내부 압력을 조절한다.
그러나 메인라인(5)과 챔버(1) 간의 위치에 따라 챔버(1)의 내부공간에는 그 영역별로 제공되는 진공압이 상이해진다. 특히 상부에서 바라볼 때, 메인라인(5a)과 가까운 영역은 이보다 먼 영역에 비해 진공압이 세게 제공된다. 이로 인해 챔버(1) 내에 공급된 공정가스는 영역에 따라 상이한 흐름을 보이며, 기판 상에 불균일하게 공급된다.
한국 등록 특허번호: 10-0749545호
본 발명은 기판의 전체 영역으로 공정가스를 균일하게 공급할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 공정가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판처리장치는 내부에 기판을 처리하는 제1처리공간을 제공하는 제1챔버, 내부에 기판을 처리하는 제2처리공간을 제공하는 제2챔버, 상기 제1처리공간 및 상기 제2처리공간 각각에서 기판을 지지하는 기판지지부재들, 상기 기판지지부재들에 놓인 기판으로 공정가스를 공급하는 가스공급부재, 그리고 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버 각각에 결합되어 상기 처리공간에 발생된 공정부산물을 배기하는 배기 어셈블리를 포함하되, 상기 배기어셈블리는 메인라인으로부터 상기 챔버들 각각에 연결되도록 분기되는 분기라인을 가지는 배기라인, 상기 메인라인에 진공압을 제공하는 감압부재, 그리고 상기 제1처리공간 및 상기 제2처리공간 각각에 위치되며, 상기 제1처리공간에 제공된 공정가스의 흐름과 상기 제2처리공간에 제공된 공정가스의 흐름을 각각 제어하는 조절 플레이트를 포함한다.
상기 조절 플레이트는 각각의 상기 기판지지부재를 감싸도록 환형의 링 형상으로 제공되며 복수 개의 관통홀들이 형성되는 배플 및 상기 배플의 일부영역에 위치된 관통홀들을 차단하는 차단판을 더 포함하되, 상기 차단판은 호 형상을 가지도록 제공될 수 있다.
상기 조절플레이트는 상기 차단판이 수평이동되도록 상기 차단판의 이동을 안내하도록 상기 배플의 저면에 설치되는 가이드를 더 포함할 수 있다. 상부에서 바라볼 때, 상기 메인라인은 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버 사이에 위치되고, 상기 가이드는 상기 배플에서 상기 메인라인과 가까운 영역에 설치될 수 있다. 상기 가이드 및 상기 차단판은 복수 개로 제공되며, 상기 가이드는 상기 배플에서 상기 메인라인과 가까운 영역 및 상기 배플의 중심축을 기준으로 이와 반대되는 영역에 각각 설치될 수 있다. 상기 차단판은 상기 관통홀과 대향되는 위치에서 상하방향으로 이동 가능하도록 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 배플의 일부영역에 위치된 관통홀들을 차단하여 공정가스의 흐름을 조절하고, 기판의 전체 영역으로 공정가스를 균일하게 공급할 수 있다.
도1은 일반적인 기판처리장치를 보여주는 도면이다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 도면이다.
도3은 도2의 제1공정유닛을 보여주는 단면도이다.
도4는 도3의 조절플레이트를 보여주는 평면도이다.
도5는 도4의 조절플레이트를 보여주는 사시도이다.
도6은 도5의 조절플레이트의 제2실시예를 보여주는 사시도이다.
도7은 도5의 조절플레이트의 제3실시예를 보여주는 단면도이다.
도8은 도5의 조절플레이트의 제4실시예를 보여주는 단면도이다.
도9는 도5의 조절플레이트의 제5실시예를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 발명의 실시예에서는 공정가스를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 챔버 내에 공정가스를 공급하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이고, 도4는 도3의 공정유닛을 보여주는 단면도이다. 도3 및 도4를 참조하면, 기판처리장치는 공정유닛(10,20) 및 배기어셈블리(500)를 포함한다. 공정유닛(10,20)은 기판(W)에 대해 식각 공정을 수행한다. 공정유닛(10,20)은 복수 개로 제공된다. 일 예에 의하면, 공정유닛은 제1공정유닛(10) 및 제2공정유닛(20)으로 제공될 수 있다. 제1공정유닛(10) 및 제2공정유닛(20)은 일방향을 따라 순차적으로 나열될 수 있다. 제1공정유닛(10) 및 제2공정유닛(20)은 서로 인접하게 위치된다. 제1공정유닛(10)은 챔버(100), 가스공급부재(200), 기판지지부재(400) 그리고 플라즈마소스(300)를 포함한다.
챔버(100)는 내부에 공정이 진행되는 처리공간을 제공한다. 챔버(100)는 원통 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(170)이 형성된다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 공정가스는 배기홀(170)을 통해 챔버(100)의 외부로 배출된다. 챔버(100)의 일측면에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다. 개구(130)에는 도어(150)가 설치되고, 도어(150)는 개구(130)를 개폐할 수 있다.
기판지지부재(400)는 챔버(100)의 내부에서 기판(W)을 지지한다. 기판지지부재(400)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(400)으로 제공된다. 선택적으로 기판지지부재(400)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(400)은 유전판(410), 베이스(430), 그리고 포커스링(450)을 포함한다.
유전판(410)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(410)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(410)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(410)의 내부에는 하부전극(412)이 설치된다. 하부전극(412)에는 전원이 연결되고, 전원으로부터 전력을 인가받는다. 하부전극(412)은 인가된 전력으로부터 기판(W)이 유전판(410)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(410)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(416)가 설치된다. 히터(416)는 하부전극(412)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(416)는 나선 형상의 열선으로 제공될 수 있다.
베이스(430)는 유전판(410)을 지지한다. 베이스(430)는 유전판(410)의 아래에 위치되며, 유전판(410)에 고정결합된다. 베이스(430)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(430)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(410)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(430)의 내부에는 냉각유로(432)가 형성된다. 냉각유로(432)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(432)는 베이스(430)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다.
포커스링(450)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(450)은 내측링(452) 및 외측링(454)을 포함한다. 내측링(452)은 유전판(410)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내측링(452)을 베이스(430)의 가장자리영역에 위치된다. 내측링(452)의 상면은 유전판(410)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공된다. 내측링(452)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다. 예컨대, 내측링(452)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 외측링(454)은 내측링(452)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 외측링(454)은 베이스(430)의 가장자리영역에서 내측링(452)과 인접하게 위치된다. 외측링(454)의 상면은 내측링(452)의 상면에 비해 그 높이가 높게 제공된다. 예컨대, 외측링(454)은 절연 물질로 제공될 수 있다.
가스공급부재(200)는 챔버(100)의 내부에 공정가스를 공급한다. 가스공급부재(200)는 가스저장부(250), 가스공급라인(230), 그리고 가스유입포트(210)를 포함한다. 가스공급라인(230)은 가스저장부(250)와 가스유입포트(210)를 연결한다. 가스저장부(250)에 저장된 공정가스는 가스공급라인(230)을 통해 가스유입포트(210)로 공급한다. 가스공급라인(230)에는 밸브(미도시)가 설치되어 그 통로를 개폐하거나, 그 통로에 흐르는 공정가스의 유량을 조절할 수 있다.
플라즈마소스(300)는 챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마소스(300)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마소스(300)는 안테나(310) 및 외부전원(330)을 포함한다. 안테나(310)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(310)는 복수 회 감기는 나선 형상의 코일로 제공되고, 외부전원(330)과 연결된다. 안테나(310)는 외부전원(330)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(310)는 챔버(100)의 내부공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정가스는 전자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.
배기어셈블리(500)는 각각의 공정유닛(10,20)의 처리공간에 머무르는 공정가스를 외부로 배기한다. 배기어셈블리(500)는 배기라인(510), 감압부재(530), 밸브(550), 그리고 조절플레이트(570)를 포함한다.
배기라인(510)은 메인라인(512) 및 분기라인(514,516)을 포함한다. 메인라인(512)은 공정유닛들(10,20)의 아래에 위치된다. 상부에서 바라볼 때, 메인라인(512)은 공정유닛들(10,20)의 중앙부에 위치된다. 일 예에 의하면, 상부에서 바라볼 때 메인라인(512)은 제1공정유닛(10)과 제2공정유닛(20) 사이에 위치될 수 있다. 분기라인(514,516)은 메인라인(512)으로부터 복수 개로 분기되어 각각의 챔버(100)에 제공된 배기홀(170)에 연결된다. 감압부재(530)는 배기라인(510)에 진공압을 제공한다. 감압부재(530)는 메인라인(512)에 설치된다. 메인라인(512)에서 발생된 진공압은 각각의 분기라인(514,516)을 따라 각각의 처리공간에 제공된다. 예컨대, 감압부재(530)는 펌프일 수 있다. 밸브(550)는 메인라인(512)을 개폐한다. 밸브(550)는 메인라인(512)에서 감압부재(530)와 챔버들(100) 사이에 위치된다. 일 예에 의하면, 메인라인(512)의 개방률을 조절하여 진공압의 세기를 조절할 수 있다.
조절플레이트(570)는 각각의 처리공간에 위치되어 공정가스의 흐름을 조절한다. 조절플레이트(570)는 제1공정유닛(10)의 제1처리공간의 영역별 배기량과 제2공정유닛(20)의 제2처리공간의 영역별 배기량이 서로 상이하도록 공정가스의 흐름을 조절한다. 도5는 도3의 조절플레이트를 보여주는 평면도이고, 도6은 조절플레이트를 보여주는 사시도이다. 도5 및 도6을 참조하면, 조절플레이트(570)는 배플(572), 차단판(574), 그리고 가이드(576)를 포함한다. 배플(572)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(572)은 챔버(100)의 내측벽과 기판지지부재(400) 사이에 위치된다. 배플(572)에는 복수의 관통홀(573)들이 형성된다. 관통홀들(573)은 배플(572)의 원주방향을 따라 순차적으로 형성된다. 각각의 관통홀(573)은 서로 동일간격으로 이격되게 위치된다. 일 예에 의하면, 관통홀(573)은 슬릿형상을 가지도록 제공될 수 있다. 관통홀(573)은 배플(572)의 반경방향과 평행한 방향을 향하는 길이방향을 가지도록 제공될 수 있다. 처리공간에 머무르는 공정가스는 관통홀들(573)을 통과하여 배기홀(170)로 배기된다. 선택적으로 관통홀(573)은 원 형상으로 제공될 수 있다.
차단판(574)은 배플(572)의 일부영역에 위치되는 관통홀(573)을 차단한다. 차단판(574)은 배플(572)의 아래에서 위치된다. 차단판(574)은 호 형상을 가지도록 제공된다. 차단판(574)은 배플(572)의 아래에서 수평 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공된다. 차단판(574)은 왕복 이동되어 관통홀들(573)을 개폐할 수 있다.
가이드(576)는 차단판(574)의 이동을 안내한다. 가이드(576)는 배플(572)의 저면 외측부에 설치된다. 가이드(576)는 차단판(574)의 양측을 각각 지지하도록 제공된다. 일 예에 의하면. 차단판(574)은 가이드(576)에 설치되어 배플(572)의 반경방향과 평행한 방향 또는 그 반대방향으로 왕복 이동될 수 있다. 상부에서 바라볼 때, 가이드(576)는 메인라인(512)과 가까운 배플(572)의 외측부에 설치될 수 있다.
상술한 실시예에 의하면, 진공압은 메인라인(512)으로부터 제1공정유닛(10)의 제1처리공간 및 제2공정유닛(20)의 제2처리공간에 진공압을 동시 제공된다. 상부에서 바라볼 때, 메인라인(512)과 가까운 배플(572)의 영역은 이보다 먼 배플(572)의 영역에 비해 진공압이 집중될 수 있다. 차단판(574)은 상기 가까운 영역에 대응되는 관통홀들(573)을 일부 차단함에 따라 제1처리공간 및 제2처리공간에 제공되는 진공압을 영역 별로 조절할 수 있고, 공정가스의 흐름은 전체 영역에 균일하게 제공될 수 있다.
상술한 실시예와 달리 도6의 조절플레이트는 배플 및 차단판만을 포함할 수 있다. 차단판(574a)은 복수 개의 몸체를 가지며, 각각의 몸체는 자이로스코프 방식으로 그 길이가 조절될 수 있다.
또한 도7과 같이 차단판(574)은 배플(572)의 저면 내측부에 대응되는 관통홀들(573)을 차단할 수 있다. 가이드(576)는 메인라인(512)과 인접한 배플(572)의 내측부에 설치되고, 차단판(574)은 배플(572)의 반경 방향과 평행한 방향으로 수평이동되어 관통홀들(573)을 차단할 수 있다.
또한 도8과 같이 차단판(574)은 처리공간 각각에 복수 개로 제공될 수 있다. 각각의 차단판(574)은 서로 상이한 배플(572)의 영역을 차단하도록 제공될 수 있다. 차단판(574)은 배플(572)의 중심축을 기준으로 이와 대칭되는 배플(572)의 양측부에 각각 설치될 수 있다.
또한 도9와 같이 차단판(574)은 배플(572)의 일부 관통홀들(573)을 차단한 상태에서 상하방향으로 이동 가능하도록 제공될 수 있다. 가이드(576)는 그 길이방향이 상하방향을 향하며, 차단판(574)은 가이드(576)에 설치되어 상하로 이동 가능하도록 제공될 수 있다. 차단판(574)은 배플(572)과 접촉되는 차단위치 및 배플(572)과 이격되는 개방위치로 이동될 수 있다.
또한 플라즈마소스(300)는 용량결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용될 수 있다. 용량결합형 플라즈마는 공정챔버(100)의 내부에 위치하는 제1전극 및 제2전극을 포함할 수 있다. 제1전극 및 제2전극은 공정챔버(100)의 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되고, 각각의 전극은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정가스는 여기되어 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
상술한 실시예에는 플라즈마 처리장치의 내부 분위기를 제어하여 배기유량을 영역 별로 균일하도록 조절하는 것으로 설명하였다. 그러나 본 실시예는 플라즈마 처리장치 뿐만 아니라, 내부 분위기를 감압하는 건조 장치 및 로드락 챔버 등 다양하게 적용 가능하다.
10,20: 공정유닛 100: 챔버
400: 기판지지부재 500: 배기어셈블리
510: 배기라인 570: 조절플레이트

Claims (6)

  1. 내부에 기판을 처리하는 제1처리공간을 제공하는 제1챔버와;
    내부에 기판을 처리하는 제2처리공간을 제공하는 제2챔버와;
    상기 제1처리공간 및 상기 제2처리공간 각각에서 기판을 지지하는 기판지지부재들과;
    상기 기판지지부재들에 놓인 기판으로 공정가스를 공급하는 가스공급부재와;
    상기 제1챔버 및 상기 제2챔버 각각에 결합되어 상기 제1처리공간과 상기 제2처리공간에 발생된 공정부산물을 배기하는 배기 어셈블리를 포함하되,
    상기 배기 어셈블리는,
    메인라인으로부터 상기 챔버들 각각에 연결되도록 분기되는 분기라인을 가지는 배기라인과;
    상기 메인라인에 진공압을 제공하는 감압부재와;
    상기 제1처리공간 및 상기 제2처리공간 각각에 위치되며, 상기 제1처리공간에 제공된 공정가스의 흐름과 상기 제2처리공간에 제공된 공정가스의 흐름을 각각 제어하는 조절 플레이트를 포함하고,
    상기 조절 플레이트는
    각각의 상기 기판지지부재를 감싸도록 환형의 링 형상으로 제공되며 복수 개의 관통홀들이 형성되는 배플과;
    상기 배플의 일부영역에 위치된 관통홀들을 차단하는 차단판을 더 포함하되,
    상기 차단판은 상기 관통홀과 대향되는 위치에서 상하방향으로 이동을 안내하도록 상기 배플의 저면에 설치되는 가이드를 포함하고,
    상기 차단판은 상기 관통홀과 대향되는 위치에서 상하방향으로 이동 가능하도록 제공되는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단판은 호 형상을 가지도록 제공되는 기판처리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상부에서 바라볼 때, 상기 메인라인은 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버 사이에 위치되고, 상기 가이드는 상기 배플에서 상기 메인라인과 가까운 영역에 설치되는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 및 상기 차단판은 복수 개로 제공되며,
    상기 가이드는 상기 배플에서 상기 메인라인과 가까운 영역 및 상기 배플의 중심축을 기준으로 이와 반대되는 영역에 각각 설치되는 기판처리장치.
  6. 삭제
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