KR20190020462A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20190020462A
KR20190020462A KR1020170105462A KR20170105462A KR20190020462A KR 20190020462 A KR20190020462 A KR 20190020462A KR 1020170105462 A KR1020170105462 A KR 1020170105462A KR 20170105462 A KR20170105462 A KR 20170105462A KR 20190020462 A KR20190020462 A KR 20190020462A
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김만진
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피에스케이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 기판을 가스 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리 공간에 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 그리고 상기 처리 공간을 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 챔버의 저면에서 챔버 중심축과 일치하는 영역에는 단일 개의 배기홀이 형성되고, 상기 배기 유닛은 상기 배기홀에 연결되는 배기 라인 및 상기 배기 라인을 감압하는 감압 부재를 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은 기판이 놓이는 지지판 및 상기 처리 공간에서 상기 지지판을 지지하는 복수 개의 지지축들을 포함하되, 상부에서 바라볼 때 상기 지지판은 상기 챔버 중심축에 중첩되게 위치되고, 상기 지지축들은 상기 챔버 중심축을 벗어나도록 위치된다. 챔버의 내부를 영역 별로 균일하게 배기 가능하며, 이는 기판의 전체 영역에 가스를 균일하게 공급 가능하다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판을 가스 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 이온 주입, 그리고 세정 공정에는 가스를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다.
일반적으로 가스 처리 공정은 외부로부터 밀폐된 챔버 내에서 진행된다. 가스 처리 공정이 진행되면, 챔버 내에는 공정 가스를 공급하여 기판을 가스 처리하고, 챔버의 내부 분위기를 배기한다. 이는 기판을 가스 처리하는 중에 발생되는 공정 부산물을 배기하기 위함이다.
그러나 챔버 내에 가해지는 배기력은 가스의 흐름에 영향을 끼친다. 이로 인해 배기하는 위치에 따라 가스의 흐름이 상이해지며, 기판의 가스 처리율은 영역 별로 상이해진다.
도 1은 일반적으로 기판을 가스 처리하는 장치를 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1의 배기홀의 위치를 보여주는 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 챔버(12) 내에는 기판 지지 유닛(17)에 위치되고, 배기홀(14)은 챔버(12)의 일면에 형성된다. 기판 지지 유닛(17)은 지지판(15) 및 지지축(16)을 가지며, 지지판(15) 및 지지축(16)은 챔버(12)의 중심축과 일치하도록 위치된다. 배기홀(14)은 1 개로 제공되는 경우, 가스의 흐름이 일측으로 치우치는 경향을 가진다. 이를 방지하기 위해 배기홀(14)은 복수 개로 제공되며, 지지축(16)의 주변을 감싸도록 배열된다.
그러나 가스의 유속은 배기홀(14)에 가까워질수록 빨라진다. 이에 따라 배기홀(14)과 인접한 기판(W)의 제1영역(B)과 이를 제외한 제2영역(A) 간에는 가스 처리율이 상이하며, 이는 공정 불량을 야기한다.
본 발명은 기판을 균일하게 가스 처리할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 챔버 내에서 가스의 흐름을 영역 별 균일하게 조절할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 기판을 가스 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리 공간에 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 그리고 상기 처리 공간을 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 챔버의 저면에서 챔버 중심축과 일치하는 영역에는 단일 개의 배기홀이 형성되고, 상기 배기 유닛은 상기 배기홀에 연결되는 배기 라인 및 상기 배기 라인을 감압하는 감압 부재를 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은 기판이 놓이는 지지판 및 상기 처리 공간에서 상기 지지판을 지지하는 복수 개의 지지축들을 포함하되, 상부에서 바라볼 때 상기 지지판은 상기 챔버 중심축에 중첩되게 위치되고, 상기 지지축들은 상기 챔버 중심축을 벗어나도록 위치된다.
서로 인접한 상기 지지축들은 동일 간격으로 이격되게 위치될 수 있다. 상기 지지판의 판 중심축과 상기 챔버 중심축은 서로 일치되게 위치될 수 있다. 상부에서 바라볼 때 상기 지지축들은 상기 챔버 중심축을 감싸도록 배열되며, 상기 지지판의 중심과 측단 사이에 위치될 수 있다.
상기 지지축은 하단으로부터 상단까지 연장되는 삽입홀이 형성되며, 상기 기판 지지 유닛은 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 지지판에 연결되는 인터페이스 라인을 더 포함할 수 있다. 상기 지지판은 기판이 놓이는 몸체 및상기 몸체 내에 위치되며, 상기 몸체에 놓인 기판에 정전기력을 발생시키는 전극을 포함하되, 상기 인터페이스 라인은 상기 전극에 전류를 제공하는 제1전류 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 지지판은 내부에 냉각 유로가 형성되며, 기판이 놓이는 몸체 및 상기 몸체 내에 위치되며, 상기 몸체에 놓인 기판을 가열하는 히터를 포함하되, 상기 인터페이스 라인은 상기 냉각 유로에 냉각 유체를 공급하는 유체 공급 라인및 상기 히터에 전류를 제공하는 제2전류 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 지지판은 기판이 놓이는 안착면을 가지며, 상기 안착면에는 복수의 가스홀들이 형성되고, 상기 인터페이스 라인은 상기 가스홀들에 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 챔버는 상기 처리 공간 및 상기 배기홀을 가지는 처리실 및 상기 처리실의 상면에 결합되며, 내부에 발생 공간을 가지는 발생실을 포함하되, 상기 가스 공급 유닛은 상기 발생 공간에 가스를 공급하고, 상기 상면은 상기 저면에 마주하는 면으로 제공될 수있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 배기홀은 챔버의 중심축에 일치하도록 위치된다. 이로 인해 챔버의 내부를 영역 별로 균일하게 배기 가능하며, 이는 기판의 전체 영역에 가스를 균일하게 공급 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 배기홀은 단일 개로 제공되므로, 배기홀에 연결되는 배기 라인을 최소화할 수 있다. 이로 인해 챔버의 내부를 배기하기 위한 장치의 공간 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적으로 기판을 가스 처리하는 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 배기홀의 위치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 기판 지지 유닛을 아래에서 바라본 사시도이다.
도 5는 도 3의 기판 지지 유닛을 보여주는 저면도이다.
도 6은 도 4의 지지판을 보여주는 절단 사시도이다.
도 7은 도 3의 처리실에서 배기의 흐름 경로를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 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.
본 발명의 실시 예에서 기판(W)은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 기판(W)은 유리 기판 등과 같이 다른 종류의 기판일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 기판 처리 장치는 플라즈마 또는 가스를 이용하여 애싱, 증착 또는 식각 등의 공정을 수행하는 장치일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다. 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스(400), 배플(500), 그리고 배기 유닛을 포함한다.
공정 챔버(100)는 처리실(120)과 플라즈마 발생실(140)을 가진다. 처리실(120)은 기판(W)이 처리되는 처리 공간을 제공한다. 플라즈마 발생실(140)은 공정 가스로부터 플라즈마가 발생되는 발생 공간을 제공한다.
처리실(120)은 내부에 상부가 개방된 처리 공간을 가진다. 처리실(120)은 대체로 원통 형상으로 제공될 수 있다. 처리실(120)의 측벽에는 반출입구(미도시)가 형성된다. 반출입구는 기판(W)이 처리 공간에 반출입되는 개구로 기능한다. 반출입구(미도시)는 도어(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 처리실(120)의 제1면에는 단일 개의 배기홀(122)이 형성된다. 예컨대, 제1면은 처리실(120)의 바닥면일 수 있다. 배기홀(122)은 처리실(120)의 중심축과 일치되도록 위치된다.
플라즈마 발생실(140)은 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 발생실(140)은 내부에 플라즈마를 발생시키는 발생 공간을 가진다. 플라즈마 발생실(140)은 처리실(120)의 상부에서 처리실(120)에 결합된다. 플라즈마 발생실(140)은 방전실(142)과 확산실(144)을 포함한다.
방전실(142)은 가스 공급 유닛으로부터 공급된 가스를 여기시킨다. 확산실(144)은 발생된 플라즈마를 확산시킨다. 방전실(142) 및 확산실(144) 각각은 중공의 원통 형상을 가진다. 확산실(144)은 방전실(142)과 처리실(120) 사이에 위치된다. 확산실(144)은 방전실(142)의 하단으로부터 아래로 연장되어 처리실(120)의 제2면에 결합되게 제공된다. 예컨대, 제2면은 제1면과 마주하는 면으로 제공될 수 있다. 제2면은 처리실(120)의 천장면일 수 있다. 방전실(142)의 내부 공간은 확산실(142)의 내부 공간 보다 좁게 제공된다. 방전실(142)의 내부 공간은 위에서 아래로 갈수록 면적을 가지도록 제공되고, 확산실(144)의 내부 공간은 위에서 아래로 갈수록 그 면적이 증가된 후, 일정하게 제공된다.
예컨대, 공정 챔버(100)는 도전성 재질로 제공된다. 공정 챔버(100)는 접지라인(123)을 통해 접지될 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 처리 공간(121)에서 기판(W)을 지지한다. 도 4는 도 3의 기판 지지 유닛을 아래에서 바라본 사시도이고, 도 5는 도 3의 기판 지지 유닛을 보여주는 저면도이며, 도 6은 도 4의 지지판을 보여주는 절단 사시도이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 기판 지지 유닛(200)은 지지판(220), 지지 부재(240), 그리고 인터페이스 라인(260)을 포함한다.
지지판(220)은 처리 공간(121)에서 기판(W)을 직접 지지한다. 지지판(220)은 몸체(222), 전극(224), 그리고 히터(226)를 포함한다. 몸체(222)는 원형의 판 형상으로 제공된다. 몸체(222)의 상면은 기판(W)이 안착되는 안착면으로 제공된다. 안착면에는 복수 개의 가스홀(230)들이 형성된다. 일 예에 의하면, 상부에서 바라볼 때 몸체(222)는 배기홀(122)과 중첩되게 위치된다. 몸체(222)는 그 중심축이 챔버(100)의 중심축과 일치되게 위치될 수 있다. 몸체(222)는 그 중심축이 챔버(100)의 중심축에 일치되게 위치될 수 있다. 전극(224)은 몸체(222) 내부에 설치된다. 몸체(222)의 내부에는 전극(224)은 기판(W)이 몸체(222)에 흡착되도록 정전기력을 인가한다. 몸체(222)의 내부에는 전극(224) 아래에 냉각 유로(228)가 형성된다. 냉각 유로(228)에는 냉각 유체가 흐르는 유로로 기능한다. 냉각 유체는 안착면에 안착된 기판(W)을 냉각한다. 히터(226)는 몸체(222) 내부에 설치된다. 히터(226)는 전극(224) 아래에 위치된다. 히터(226)는 안착면에 안착된 기판(W)을 가열한다. 히터(226)는 전극(224)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(226)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.
예컨대, 지지판(220)은 정전척으로 제공될 수 있다. 선택적으로 지지판(220)은 기판(W)을 기구적 클램프로 지지할 수 있다.
지지 부재(240)는 처리 공간(121)에서 지지판(220)을 지지한다. 지지 부재(240)는 복수 개의 지지축들(242)을 포함한다. 지지축들(242)은 챔버(100)의 중심축과 평행한 길이 방향을 가지는 통 형상으로 제공된다. 지지축(242)은 지지판(220)의 저면에 고정 결합된다. 상부에서 바라볼 때 지지축들(242)은 중심축을 감싸도록 배열된다. 서로 인접한 지지축들(242)은 동일한 간격으로 이격되게 위치된다. 지지축(242) 내에는 삽입홀(246)이 형성된다. 지지축(242) 내에는 적어도 1 개 이상의 삽입홀(246)이 형성될 수 있다. 삽입홀(246)이 복수 개로 제공되는 경우, 각각의 삽입홀(246)은 서로 독립되게 위치될 수 있다. 삽입홀(246)은 지지축(242)의 하단으로부터 상단까지 연장되게 제공된다. 일 예에 의하면, 상부에서 바라볼 때 지지축들(242)은 챔버(100)의 중심축으로부터 벗어나도록 위치될 수 있다. 상부에서 바라볼 때 지지축들(242)은 지지판(220)의 중심과 측단 사이에 위치될 수 있다. 이에 따라 처리 공간(121)에서 가스의 흐름의 간섭을 최소화할 수 있다. 지지축들(242)은 3 개일 수 있다.
인터페이스 라인(260)은 삽입홀(246)에 삽입된다. 인터페이스 라인(260)은 몸체(222) 및 몸체(222) 내에 제공되는 다른 장치에 연결된다. 다른 장치는 전극(224) 및 히터(226)일 수 있다. 일 예에 의하면, 인터페이스 라인(260)은 제1전류 공급 라인, 제2전류 공급 라인, 냉각 가스 공급 라인, 그리고 유체 공급 라인 중 적어도 하나일 수 있다. 제1전류 공급 라인은 전극(224)에 전류를 인가할 수 있다. 제2전류 공급 라인은 히터(226)에 전류를 인가할 수 있다. 냉각 가스 공급 라인은 가스홀(230)에 냉각 가스를 공급할 수 있다. 유체 공급 라인은 냉각 유로(228)에 냉각 유체를 공급할 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 플라즈마 발생실(140)로 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 방전실(142)의 상부에 위치될 수 있다. 가스 공급 유닛(300)은 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 라인(320), 가스 저장부(340) 그리고 가스 포트(360)를 가진다.
가스 공급 라인(320)은 가스 포트(360)에 연결된다. 가스 포트(360)는 방전실(142)의 상부에 결합된다. 가스 포트(360)를 통해 공급된 가스는 방전실(142)로 유입되고, 방전실(142)에서 플라즈마로 여기된다.
플라즈마 소스(400)는 방전실(142)에서 가스 공급 유닛(300)에 의해 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 일 예에 의하면, 플라즈마 소스(400)는 유도 결합형 플라즈마 소스일 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나(420)와 전원(440)을 가진다.
안테나(420)는 방전실(142)의 외부에 제공되며 방전실(142)의 측면을 복수 회 감싸도록 제공된다. 안테나(420)의 일단은 전원(440)에 연결되고, 타단은 접지된다.
전원(440)은 안테나(420)에 전력을 인가한다. 일 예에 의하면, 전원(440)은 안테나(420)에 고주파 전력을 인가할 수 있다.
배플(500)은 처리실(120)과 확산실(144)의 사이에 위치된다. 배플(500)은 처리 공간(121)과 확산실(144)의 내부 공간을 구획한다. 플라즈마는 배플(500)을 통해 확산실(144)의 내부 공간에서 처리 공간(121)으로 공급된다. 플라즈마는 배플(500)에 의해 처리 공간(121)으로 균일하게 공급될 수 있다. 예컨대, 배플(500)은 확산실(144)의 하단에 고정 결합될 수 있다. 배플(500)은 원형의 판 형상을 가지도록 제공된다. 배플(500)에는 복수 개의 배플홀들(520)이 형성된다. 배플홀들(520)은 배플(500)의 상면에서 저면까지 연장되게 제공된다. 배플홀(500)은 수직한 아래 방향을 향하도록 제공된다. 배플홀들(520)은 배플(500)의 전체 영역에 균등하게 위치되도록 형성된다.
배기 유닛(600)은 처리 공간(121)을 배기한다. 배기 유닛(600)은 배기 라인(620) 및 감압 부재(640)를 포함한다. 배기 라인(620)은 배기홀(122)에 연결되며, 감압 부재(640)는 배기 라인(620)에 설치된다. 감압 부재(640)는 배기 라인(620)을 감압한다. 이로 인해 처리 공간(121)은 감압되며, 처리 공간(121)에 발생된 공정 부산물은 배기홀(122) 및 배기 라인(620)을 통해 배기된다. 처리 공간(121)의 배기 흐름은 도 7과 같이 영역 별로 균일하게 배기될 수 있다.
상술한 실시예에 의하면, 플라즈마는 처리실(120)의 천장면으로부터 공급되며, 처리실(120)의 바닥면으로 배기된다. 또한 바닥면에 형성된 배기홀(122)은 중심축과 일치되게 위치된다. 이는 플라즈마 흐름의 간섭을 최소화하면서 처리 공간(121)에 영역 별 균일 공급이 가능하다. 또한 플라즈마의 흐름은 지지축들(242) 간에 배열 및 지지축(242)의 결합 위치에 의해 간섭이 최소화될 수 있다.
120: 처리실 122: 배기홀
200: 기판 지지 유닛 220: 지지판
242: 지지축 260: 인터페이스 라인

Claims (9)

  1. 내부에 처리 공간이 형성되는 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
    상기 처리 공간에 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
    상기 처리 공간을 배기하는 배기 유닛을 포함하되,
    상기 챔버의 저면에서 챔버 중심축과 일치하는 영역에는 단일 개의 배기홀이 형성되고,
    상기 배기 유닛은,
    상기 배기홀에 연결되는 배기 라인과;
    상기 배기 라인을 감압하는 감압 부재를 포함하고,
    상기 기판 지지 유닛은,
    기판이 놓이는 지지판과;
    상기 처리 공간에서 상기 지지판을 지지하는 복수 개의 지지축들을 포함하되,
    상부에서 바라볼 때 상기 지지판은 상기 챔버 중심축에 중첩되게 위치되고,
    상기 지지축들은 상기 챔버 중심축을 벗어나도록 위치되는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 인접한 상기 지지축들은 동일 간격으로 이격되게 위치되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지판의 판 중심축과 상기 챔버 중심축은 서로 일치되게 위치되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상부에서 바라볼 때 상기 지지축들은 상기 챔버 중심축을 감싸도록 배열되며, 상기 지지판의 중심과 측단 사이에 위치되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지축은 하단으로부터 상단까지 연장되는 삽입홀이 형성되며,
    상기 기판 지지 유닛은,
    상기 삽입홀에 삽입되어 상기 지지판에 연결되는 인터페이스 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지판은,
    기판이 놓이는 몸체와;
    상기 몸체 내에 위치되며, 상기 몸체에 놓인 기판에 정전기력을 발생시키는 전극을 포함하되,
    상기 인터페이스 라인은,
    상기 전극에 전류를 제공하는 제1전류 공급 라인을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 지지판은,
    내부에 냉각 유로가 형성되며, 기판이 놓이는 몸체와;
    상기 몸체 내에 위치되며, 상기 몸체에 놓인 기판을 가열하는 히터를 포함하되,
    상기 인터페이스 라인은,
    상기 냉각 유로에 냉각 유체를 공급하는 유체 공급 라인과;
    상기 히터에 전류를 제공하는 제2전류 공급 라인을 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 지지판은 기판이 놓이는 안착면을 가지며, 상기 안착면에는 복수의 가스홀들이 형성되고,
    상기 인터페이스 라인은,
    상기 가스홀들에 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급 라인을 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 처리 공간 및 상기 배기홀을 가지는 처리실과;
    상기 처리실의 상면에 결합되며, 내부에 발생 공간을 가지는 발생실을 포함하되,
    상기 가스 공급 유닛은 상기 발생 공간에 가스를 공급하고,
    상기 상면과 상기 저면에 마주하는 면으로 제공되는 기판 처리 장치.
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