KR20160002543A

KR20160002543A - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20160002543A
Application number: KR1020140081160A
Authority: KR
Inventors: 장용수; 김선래; 홍성환
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-08
Also published as: US20150380216A1; US10755899B2; CN105225911B; CN105225911A

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는, 공정 챔버, 기판 지지 유닛, 가스 공급 유닛, 마이크로파 인가 유닛, 안테나 판, 지파판, 유전판, 배기 배플 및 라이너를 포함한다. 라이너는 플리스마로부터 공정 챔버의 내벽을 보호한다. 라이너는 공정 챔버의 내벽에 대향되는 링 형상의 바디 및 바디로부터 공정 챔버 내부로 연장된 플랜지를 포함한다. 플랜지는 공정 챔버와 바디 사이의 갭으로 마이크로파의 전계 및 공정 가스가 유입되는 것을 차단한다. 따라서, 플라스마에 의한 공정 챔버의 내벽의 손상으로 인한 파티클의 발생이 억제되고, 파티클의 비산거리가 단축됨으로써 파티클이 기판까지 도달할 가능성이 낮아진다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.

플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정에서는 플라즈마를 사용하여 다양한 공정을 수행한다. 일 예로 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.

도 1은 마이크로파를 이용하여 플라스마를 생성하는 일반적인 기판 처리 장치의 공정 챔버의 내벽(1)과 라이너(2)의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참고하면, 플라즈마로부터 공정 챔버의 내벽(1)을 보호하기 위해 일반적으로 공정 챔버의 내벽(1)을 따라 라이너(2)를 제공한다. 그러나 가공 공차 등으로 인해 공정 챔버의 내벽(1)과 라이너의 사이에는 갭(3)이 형성되고, 마이크로파의 전계(4) 및 공정 가스가 갭으로 유입(5)됨으로써, 플라스마에 의한 챔버 내벽(1)의 손상으로 인해 파티클(6)이 생성되고, 유입된 가스의 흐름으로 인해 파티클(6)의 비산거리가 길어져 파티클(6)이 기판까지 도달할 가능성이 높아진다.

본 발명은 공정 챔버의 내벽을 보호하여 파티클 생성을 억제하고자 한다.

또한, 본 발명은 파티클의 비산거리를 단축시킴으로써 기판의 오염을 방지하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과; 상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 처리 공간의 상벽으로 제공되는 유전판과; 상기 유전판의 상부에 배치되는 안테나판과; 상기 안테나판에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가 유닛과; 상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 라이너;를 포함하되, 상기 라이너는, 상기 공정 챔버의 내벽과 대향되는 링 형상의 바디와; 상기 바디의 외벽으로부터 상기 공정 챔버의 벽 내부까지 연장되는 플랜지를 가진다.

상기 플랜지는, 서로 상하 방향으로 이격되도록 복수개 제공될 수 있다.

상기 플랜지는 상기 라이너의 상단에 제공될 수 있다.

상기 플랜지의 표면은, 유전체 재질로 제공될 수 있다.

상기 플랜지는, 금속 재질로 제공된 베이스; 및 상기 베이스의 표면에 코팅된 유전층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 본 발명은 공정 챔버의 내벽을 보호하여 파티클 생성을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 파티클의 비산거리를 단축시킴으로써 기판의 오염을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 기판 처리 장치의 공정 챔버의 내벽 및 라이너의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 안테나 판의 저면을 나타내는 저면도이다.
도 4는 도 2의 공정 챔버 내벽 및 라이너의 일부를 나타낸 단면도이다.

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.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 보여주는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 플라즈마 공정 처리를 수행한다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 마이크로파 인가 유닛(400), 안테나 판(500), 지파판(600), 유전판(700) 그리고 라이너(900)을 포함한다.

공정 챔버(100)는 내부에 처리 공간(101)이 형성되며, 내부 공간(101)은 기판(W)처리 공정이 수행되는 공간으로 제공된다. 공정 챔버(100)는 바디(110)와 커버(120)를 포함한다.

바디(110)는 상면이 개방되며 내부에 공간이 형성된다. 바디(110)의 내벽에는 플랜지(920)가 삽입되는 홈(112)이 형성된다.

커버(120)는 바디(110)의 상단에 놓이며, 바디(110)의 개방된 상면을 밀폐한다. 커버(120)는 상부 공간이 하부 공간보다 더 큰 반경을 갖도록 하단부 내측이 단차진다.

공정 챔버(100)의 일 측벽에는 기판 유입구(미도시)가 형성될 수 있다. 기판 유입구(미도시)는 기판(W)이 공정 챔버(100) 내부로 출입할 수 있는 통로로 제공된다. 기판 유입구는 도어 등 개폐 부재에 의해 개폐된다.

공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(131)과 연결된다. 배기 라인(131)을 통한 배기로, 공정 챔버(100)의 내부는 상압보다 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 그리고, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(131)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

기판 지지 유닛(200)은 공정 챔버(100)의 내부에 위치하며, 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 지지 플레이트(210), 리프트 핀(미도시), 히터(220), 지지축(230)을 포함한다.

지지 플레이트(210)는 소정의 두께를 가지며, 기판(W) 보다 큰 반경을 갖는 원판으로 제공된다. 지지 플레이트(210)의 상면에는 기판(W)이 놓이는 기판 제공홈이 형성될 수 있다. 실시예에 의하면, 지지 플레이트(210)에는 기판(W)을 고정하는 구성이 제공되지 않으며, 기판(W)은 지지 플레이트(210)에 놓인 상태로 공정에 제공된다. 이와 달리, 지지 플레이트(210)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정시키는 정전 척으로 제공되거나, 기계적 클램핑 방식으로 기판(W)을 고정시키는 척으로 제공될 수 있다.

리프트 핀은 복수 개 제공되며, 지지 플레이트(210)에 형성된 핀 홀(미도시)들 각각에 위치한다. 리프트 핀들은 핀 홀들을 따라 상하방향으로 이동하며, 기판(W)을 지지 플레이트(210)에 로딩하거나 지지 플레이트(210)에 놓인 기판(W)을 언로딩한다.

히터(220)는 지지 플레이트(210)의 내부에 제공된다. 히터(220)는 나선 형상의 코일로 제공되며, 균일한 간격으로 지지 플레이트(210) 내부에 매설될 수 있다. 히터(220)는 외부 전원(미도시)과 연결되며, 외부 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 지지 플레이트(210)를 거쳐 기판(W)으로 전달되며, 기판(W)을 소정 온도로 가열한다.

지지축(230)은 지지 플레이트(210)의 하부에 위치하며, 지지 플레이트(210)를 지지한다. 지지 플레이트(210)는 구동 부재(미도시)에 의해 상하 이동 가능하도록 제공될 수 있다.

가스 공급 유닛(300)은 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 공정 챔버(100)의 측벽에 형성된 가스 공급홀(105)을 통해 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급홀(105)은 복수개로 제공될 수 있다.

마이크로파 인가 유닛(400)은 안테나 판(500)으로 마이크로파를 인가한다. 마이크로파 인가 유닛(400)은 마이크로파 발생기(410), 제1도파관(420), 제2도파관(430), 위상 변환기(440), 그리고 매칭 네트워크(450)를 포함한다.

마이크로파 발생기(410)는 마이크로파를 발생시킨다.

제1도파관(420)은 마이크로파 발생기(410)와 연결되며, 내부에 통로가 형성된다. 마이크로파 발생기(410)에서 발생된 마이크로파는 제1도파관(420)을 따라 위상 변환기(440) 측으로 전달된다.

제2도파관(430)은 외부 도체(432) 및 내부 도체(434)를 포함한다.

외부 도체(432)는 제 1 도파관(420)의 끝단에서 수직한 방향으로 아래로 연장되며, 내부에 통로가 형성된다. 외부 도체(432)의 상단은 제 1 도파관(420)의 하단에 연결되고, 외부 도체(432)의 하단은 커버(120)의 상단에 연결된다.

내부 도체(434)는 외부 도체(432) 내에 위치한다. 내부 도체(434)는 원기둥 형상의 로드(rod)로 제공되며, 그 길이방향이 상하방향과 나란하게 배치된다. 내부 도체(434)의 상단은 위상 변환기(440)의 하단부에 삽입 고정된다. 내부 도체(434)는 아래 방향으로 연장되어 그 하단이 공정 챔버(100)의 내부에 위치한다. 내부 도체(434)의 하단은 안테나 판(500)의 중심에 고정 결합된다. 내부 도체(434)는 안테나 판(500)의 상면에 수직하게 배치된다. 내부 도체(434)는 구리 재질의 로드에 제1도금막과 제2도금막이 순차적으로 코팅되어 제공될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 제1도금막은 니켈(Ni) 재질이고, 제2도금막은 금(Au) 재질로 제공될 수 있다. 마이크로파는 주로 제1도금막을 통해 안테나 판(500)으로 전파된다.

위상 변환기(440)에서 위상이 변환된 마이크로파는 제2도파관(430)를 따라 안테나 판(500) 측으로 전달된다.

위상 변환기(440)는 제1도파관(420)과 제2도파관(430)이 접속되는 지점에 제공되며, 마이크로파의 위상을 변화시킨다. 위상 변환기(440)는 아래가 뾰족한 콘 형상으로 제공될 수 있다. 위상 변환기(440)는 제1도파관(420)으로부터 전달된 마이크로파를 모드가 변환된 상태로 제2도파관(430)에 전파한다. 위상 변환기(440)는 마이크로파를 TE 모드에서 TEM 모드로 변환시킬 수 있다.

매칭 네트워크(450)는 제1도파관(420)에 제공된다. 매칭 네트워크(450)는 제1도파관(420)을 통해 전파되는 마이크로파를 소정 주파수로 매칭시킨다.

도 3은 안테나 판(500)의 저면을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 안테나 판(500)은 플레이트 형상으로 제공된다. 일 예로, 안테나 판(500)은 두께가 얇은 원판으로 제공될 수 있다. 안테나 판(500)은 지지 플레이트(210)에 대향되도록 배치된다. 안테나 판(500)에는 복수의 슬롯(501)들이 형성된다. 슬롯(501)들은 '×'자 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 슬롯들의 형상 및 배치는 다양하게 변경될 수 있다. 슬롯(501)들은 복수개가 서로 조합되어 복수개의 링 형상으로 배치된다. 이하, 슬롯(501)들이 형성된 안테나 판(500) 의 영역을 제1영역(A1, A2, A3)이라 하고, 슬롯(501)들이 형성되지 않은 안테나 판(500)의 영역을 제2영역(B1, B2, B3)이라 한다. 제1영역(A1, A2, A3)과 제2영역(B1, B2, B3)은 각각 링 형상을 가진다. 제1영역(A1, A2, A3)은 복수개 제공되며, 서로 상이한 반경을 갖는다. 제1영역(A1, A2, A3)들은 동일한 중심을 가지며, 안테나 판(500)의 반경 방향으로 서로 이격되어 배치 된다. 제2영역(B1, B2, B3)은 복수개 제공되며, 서로 상이한 반경을 갖는다. 제2영역(B1, B2, B3)들은 동일한 중심을 가지며, 안테나 판(500)의 반경 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 제1영역(A1, A2, A3)은 인접한 제2영역(B1, B2, B3)들 사이에 각각 위치한다. 안테나 판(500)의 중심부에는 홀(502)이 형성된다. 내부 도체(434)는 그 하단이 홀(502)를 관통하여 안테나 판(500)과 결합된다. 마이크로파는 슬롯(501)들을 투과하여 유전판(700)으로 전달된다.

다시 도 2를 참조하면, 지파판(600)은 안테나 판(500)의 상부에 위치하며, 소정 두께를 갖는 원판으로 제공된다. 지파판(600)은 커버(120)의 내측에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 지파판(600)은 알루미나, 석영 등의 유전체로 제공된다. 내부 도체(434)를 통해 수직 방향으로 전파된 마이크로파는 지파판(600)의 반경 방향으로 전파된다. 지파판(600)에 전파된 마이크로파는 파장이 압축되며, 공진된다.

유전판(700)은 안테나 판(500)의 하부에 위치하며, 소정 두께를 갖는 원판으로 제공된다. 유전판(700)은 알루미나, 석영 등의 유전체로 제공된다. 유전판(700)의 저면은 내측으로 만입된 오목면으로 제공된다. 유전판(700)은 저면이 커버(120)의 하단과 동일 높이에 위치할 수 있다. 유전판(700)의 측부는 상단이 하단보다 큰 반경을 갖도록 단차진다. 유전판(700)의 상단은 커버(120)의 단차진 하단부에 놓인다. 유전판(700)의 하단은 커버(120)의 하단부보다 작은 반경을 가지며, 커버(120)의 하단부와 소정 간격을 유지한다. 마이크로파는 유전판(700)을 거쳐 공정 챔버(100) 내부로 방사된다. 방사된 마이크로파의 전계에 의하여 공정 챔버(100) 내에 공급된 공정 가스는 플라스마 상태로 여기된다. 실시 예에 의하면, 지파판(600), 안테나 판(500) 그리고 유전판(700)은 서로 밀착될 수 있다.

배기 배플(800)은 링 형상의 판형으로 제공된다. 배기홀(810)들은 배기 배플(800)의 외측 영역에 상하 방향으로 통하도록 제공된다. 배기 배플(800)은 기판 지지 유닛(200)을 둘러싸도록 공정 챔버(100) 내측면에 고정된다. 기판 지지 유닛(200)은 배기 배플(800)의 중심부를 관통하여 상하 이동할 수 있도록 제공된다.

도 4는 도 2의 공정 챔버(100)의 내벽 및 라이너(900)의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 2 및 도 4를 참고하면, 라이너(900)는 공정 챔버(100)의 내벽에 설치된다. 라이너(900)는 공정 챔버(100)의 내벽이 플라즈마로 인해 손상되는 것을 방지한다. 라이너(900)는 바디(910) 및 플랜지(920)를 포함한다.

바디(910)는 공정 챔버(100)의 내벽과 대향되는 링 형상을 가진다. 바디(910)에는 가스 공급홀(105)들과 대향되도록 관통된 관통홀(912)이 형성된다. 가스 공급홀(105)로부터 분사된 공정 가스는 관통홀(912)을 통해 공정 챔버(100) 내부로 유입된다. 공정 챔버(100)와 바디(910)의 사이에는 가공 공차 등으로 인해 갭(G)이 형성될 수 있다. 갭(G)으로 마이크로파의 전계 및 공정 가스가 유입되는 경우, 플라스마에 의한 공정 챔버(100)의 내벽의 손상으로 인해 파티클이 생성되고, 유입된 가스의 흐름으로 인해 파티클의 비산거리가 길어져 파티클이 기판(W)까지 도달할 가능성이 높아진다.

플랜지(920)는 바디(910)의 외벽으로부터 공정 챔버(100)의 벽 내부까지 연장되도록 제공된다. 플랜지(920)는 바디(910)의 둘레를 감싸는 링 형상으로 제공된다. 플랜지(920)는 라이너(900)의 상단에 제공될 수 있다. 이와 달리, 플랜지(920)는 라이너(900)의 하단 또는 상단과 하단의 사이 영역에 제공될 수 있다. 도 2 및 도 4에는 하나의 플랜지(900)가 제공된 것으로 도시하였으나, 이와 달리, 플랜지(900)는 서로 상하 방향으로 이격되도록 복수개로 제공될 수 있다.

플랜지(920)의 표면은 유전체 재질로 제공된다. 플랜지(920)의 내부는 금속 재질 또는 유전체 재질로 제공될 수 있다. 예를 들면, 플랜지(920)는 베이스(921) 및 유전층(922)을 포함한다. 베이스(921)는 금속 재질로 제공되고, 유전층(922)은 베이스(921)의 표면에 코팅된 유전체 재질로 제공된다. 플랜지(900)는 마이크로파의 전계 및 공정 가스가 갭(G)으로 유입되는 것을 차단한다. 따라서, 플라스마에 의한 공정 챔버(100)의 내벽의 손상으로 인한 파티클의 발생이 억제되고, 파티클의 비산거리가 단축됨으로써 파티클이 기판(W)까지 도달할 가능성이 낮아진다.

W: 기판 G: 갭(Gap)
10; 기판 처리 장치 100: 공정 챔버
200: 기판 지지 유닛 300: 가스 공급 유닛
400: 마이크로파 인가 유닛 500: 안테나 판
600: 지파판 700: 유전판
800: 배기 배플 900: 라이너
910: 바디 920: 플랜지
921: 베이스 922: 유전층

Claims

기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
상기 처리 공간의 상벽으로 제공되는 유전판과;
상기 유전판의 상부에 배치되는 안테나판과;
상기 안테나판에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가 유닛과;
상기 공정 챔버의 내벽에 설치되는 라이너;를 포함하되,
상기 라이너는,
상기 공정 챔버의 내벽과 대향되는 링 형상의 바디와;
상기 바디의 외벽으로부터 상기 공정 챔버의 벽 내부까지 연장되는 플랜지를 가지는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플랜지는, 서로 상하 방향으로 이격되도록 복수개 제공되는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플랜지는 상기 라이너의 상단에 제공되는 기판 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 플랜지의 표면은, 유전체 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 플랜지는,
금속 재질로 제공된 베이스; 및
상기 베이스의 표면에 코팅된 유전층;을 포함하는 기판 처리 장치.