KR100979189B1 - 연속 기판 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 연속 기판 처리 시스템은 피처리 기판에 연속된 기판 처리 공정을 수행하기 위해 연속적으로 배열된 복수의 공정 챔버와 상기 복수의 공정 챔버에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수개의 분할 전극들을 갖는 다중 분할 전극 어셈블리를 포함한다. 본 발명의 연속 기판 처리 시스템은 효율적으로 피처리 기판의 연속 처리가 가능하며, 연속된 기판 처리 공정에서도 대면적의 피처리 기판에 대한 고속 및 고품질의 처리 효율을 얻을 수 있다. 특히, 복수개의 분할 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있어서 보다 균일한 대면적의 피처리 기판에 대한 기판 처리가 가능하며 또한, 복수개의 다중 분발 전극 어셈블리와 이에 구비되는 복수개의 분할 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있어서 매우 높은 생산성을 얻을 수 있다. 그리고 피처리 기판의 기판 처리 공정 순서에 적합한 효율적인 시스템을 구성하기에 용이하다.
연속처리, 다중 전극, 플라즈마, 전류균형
Description
본 발명은 반도체 집적 회로 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 반도체 장치의 제조를 위한 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 피처리 기판을 연속적으로 처리하기 위한 연속 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 장치를 효율적으로 제조하기 위해 클러스터 시스템이나 인라인 시스템과 같은 연속 기판 처리 시스템이 제공되고 있다. 연속 기판 시스템은 복수개의 공정 챔버(process chamber), 이송 챔버(transfer chamber), 로드/언로드 챔버(load/unload chamber)와 같은 연속 공정을 진행하기 위한 복수개의 처리 모듈이 연속된 기판 처리를 위해 구비된다. 클러스터 시스템은 반송 로봇(또는 핸들러; handler)과 그 주위에 마련된 복수의 공정 챔버(process chamber)를 포함하는 멀티 챔버형 기판 처리 시스템을 지칭한다. 클러스터 시스템은 이송 챔버(transfer chamber)와 이에 회동이 자유롭게 마련된 이송 로봇을 구비한다. 이송 챔버의 각 변에는 기판 처리 공정을 수행하기 위한 복수개의 공정 챔버가 장착된다. 이와 같은 클러스터 시스템은 복수개의 기판을 동시에 처리하거나 또는 여러 공정을 연속 해서 진행 할 수 있도록 함으로 기판 처리량을 높이고 있다. 인라인 시스템은 로드 챔버와 언로드 챔버 사이에 배열되는 복수개의 처리 챔버로 구성된다. 인라인 시스템은 로드 챔버로 로딩된 기판이 복수개의 처리 챔버를 통과하면서 연속된 공정을 진행하게 됨으로 생산성이 높은 장점을 갖는다. 태양전지의 경우 비정질 실리콘 p층, i층, 및 n층을 연속적으로 증착하기 위하여 인라인 시스템이 사용되고 있다.
클러스터 시스템이나 인라인 시스템과 같은 연속된 기판 처리를 위한 기판 처리 시스템은 공정 효율이나 설비 효율이 높아 생산성을 향상시키고 있다. 그러나 피처리 기판의 대형화와 새로운 처리 공정의 개발 등과 같은 여러 요인에 의해 기존 설비에 대한 개선 요구가 발생되고 있다. 복수개의 공정 챔버를 구성하기 위해 공정 설비를 효율적으로 구성하여 설비비를 감축하는 것도 매우 중요한 요구 사항이다.
한편, 플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 평판 디스플레이, 태양 전지등과 같은 반도체 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파 수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다.
용량 결합 플라즈마 소스를 사용하는 물리적 기상 증착 설비는 고진공의 플라즈마 반응기 내부에 낮은 압력의 스퍼터링 기체, 보통 아르곤을 흘려주고 DC 또는 RF 전원을 두 전극 사이에 가해 이온화를 야기하여 플라즈마를 발생한다. 이때, 소스 타겟 물질로 덮여있는 음극판은 기판에 비해 음전위로 유지되므로 양전하인 아르곤 이온은 소스 타겟 쪽으로 가속되며 강하게 충돌하여 타겟 물질이 증기 형태로 방출되며, 중성 상태의 타겟 증기는 마주보고 있는 웨이퍼 기판에 증착하게 된다.
그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요 인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점이 존재한다.
피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다. 그럼으로 단위 면적당 생산성을 높이기 위한 방법으로 생산 설비의 구성들을 효과적으로 구성하는 것은 매우 중요하다.
어느 산업 분야에서와 같이, 반도체 산업에서도 생산성을 높이기 위해 여러 가지 노력들이 계속되고 있다. 생산성을 높이기 위해서는 기본적으로 생산 설비가 증가되거나 향상되어야 한다. 그러나 단순히 생산 설비를 증가하는 것으로는 공정 설비의 증설 비용뿐만 아니라 클린룸의 공간 설비 또한 증가하게 되어 고비용이 발생되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명의 목적은 기본적으로 효율적으로 피처리 기판의 연속 처리가 가능하며, 연속된 기판 처리 공정에서도 대면적의 피처리 기판에 대한 고속 및 고품질의 처리 효율을 얻을 수 있는 다중 분할 전극 어셈블리를 구비한 연속 기판 처리 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 연속 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 연속 기판 처리 시스템은: 피처리 기판에 연속된 기판 처리 공정을 수행하기 위해 연속적으로 배열된 복수의 공정 챔버; 및 상기 복수의 공정 챔버에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수개의 분할 전극들을 갖는 다중 분할 전극 어셈블리를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 공정 챔버의 연속 배열된 선단에 연결된 로드 챔버와 후단에 연결된 언로드 챔버를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 챔버와 상기 언로드 챔버는 서로 대향된 구조 또는 서로 대향되지 않는 구조 중 어느 하나를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 공정 챔버는 동일한 피처리 기판에 대하여 두 번 이상의 기판 처리 공정을 수행하는 하나 이상의 공정 챔버를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 공정 챔버는 순환 구간을 동일한 피처리 기판에 대하여 두 번 이상의 기판 처리 공정을 수행하도록 하나의 피처리 기판이 적어도 둘 이상 공정 챔버를 반복 진행하는 배열 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 공정 챔버와 상기 다중 분할 전극 어셈블 리는 상기 피처리 기판이 수평 상태 또는 비 수평 상태 중 어느 하나의 상태에서 기판 처리가 이루어지도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 공정 챔버에 각기 설치되는 다중 분할 전극 어셈블리를 구동하기 위한 복수개의 메인 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 메인 전원 공급원은 상기 복수개의 공정 챔버에 각기 설치되는 다중 분할 전극 어셈블리 중에서 적어도 두 개를 공통으로 구동하는 공통 메인 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 무선 주파수 전원을 대응된 다중 분할 전극 어셈블리의 복수개의 분할 전극들로 분배하는 분배 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 분배 회로는 상기 다중 분할 전극 어셈블리의 복수개의 분할 전극들로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 상기 복수개의 분할 전극을 병렬 구동하며 전류 균형을 이루는 복수개의 트랜스포머를 포함하고, 상기 복수개의 트랜스포머의 일차측은 직렬로 연결되며, 이차측은 복수개의 분할 전극에 대응되게 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 트랜스포머의 이차측들은 각기 접지된 중간 탭을 포함하고 상기 이차측의 일단은 정전압을 타단은 부전압을 각각 출력하며, 상기 정전압은 상기 복수개의 분할 전극의 정전압 전극으로 상기 부전압은 상기 복수개의 분할 전극의 부전압 전극으로 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 전류 균형 조절 범위를 가변 할 수 있는 전압 레벨 조절 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 누설 전류의 보상을 위한 보상 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 과도 전압에 의한 손상을 방지하기 위한 보호 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 다중 분할 전극 어셈블리는 상기 복수개의 분할 전극이 장착되는 전극 장착판을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고, 상기 가스 분사홀을 통하여 상기 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 분리된 가스 공급을 위한 적어도 두 개의 분리된 가스 공급 채널을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 분할 전극은 각기 복수개의 가스 분사홀을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 공정 챔버는 공통 배기 구조를 갖는 적어도 두 개의 공정 챔버를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 공정 챔버의 내부에서 피처리 기판을 지지하는 지지대를 구비하고, 상기 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 된다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지대는 정전척을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지대는 히터를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지대는 피처리 기판과 같이 이동 가능한 구조를 갖고, 상기 지지대를 이동하기 위한 구동 메커니즘을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 분할 전극은 전도체 영역과 절연체 영역을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수개의 분할 전극들 사이에 구성되는 절연층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 분할 전극은 소스 타켓의 기능과 용량 결합 전극의 기능을 겸하는 타겟 전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 타겟 전극은 하나 이상의 자석을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 분할 전극은 용량 결합 전극과 상기 용량 결합 전극의 외측으로 장착되는 소스 타겟 커버를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 하나 이상의 자석을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 분할 전극은 복수개의 정전압 전극과 복 수개의 부전압 전극을 포함하고, 상기 정전압 전극과 상기 부전압 전극의 배열 구조는 상호 교대적인 선형 배열 구조, 매트릭스 형태의 배열 구조, 상호 교대적인 나선형 배열 구조, 상호 교대적인 동심원 배열 구조 중에서 선택된 하나 이상의 배열 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 정전압 전극과 복수개의 부전압 전극은 장벽 구조, 평판형 구조, 돌기형 구조, 기둥 구조, 환형 구조, 나선형 구조, 선형 구조 중에서 선택된 하나 이상의 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 공정 챔버 중 적어도 하나 공정 챔버의 내부에 복수개의 레이저 주사선으로 이루어지는 멀티 레이저 스캐닝 라인을 구성하기 위한 레이저 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 챔버는 내부로 레이저 빔을 주사하기 위한 레이저 투과 윈도우를 포함하고, 상기 레이저 공급원은 상기 레이저 투과 윈도우를 통하여 상기 적어도 하나의 공정 챔버의 내부로 레이저 빔이 주사되도록 하여 상기 멀티 레이저 스캐닝 라인을 형성시키기 위한 하나 이상의 레이저 소스를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 투과 윈도우는 대향되게 구성된 두 개의 윈도우를 포함하고, 상기 레이저 공급원은 상기 하나 이상의 레이저 소스로부터 발생된 레이저 빔을 상기 두 개의 윈도우를 사이에 두고 반사시켜 상기 멀티 레이저 스캐닝 라인을 형성시키는 복수개의 반사경을 포함한다.
본 발명의 연속 기판 처리 시스템은 효율적으로 피처리 기판의 연속 처리가 가능하며, 연속된 기판 처리 공정에서도 대면적의 피처리 기판에 대한 고속 및 고품질의 처리 효율을 얻을 수 있다. 특히, 복수개의 분할 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있어서 보다 균일한 대면적의 피처리 기판에 대한 기판 처리가 가능하며 또한, 복수개의 다중 분발 전극 어셈블리와 이에 구비되는 복수개의 분할 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있어서 매우 높은 생산성을 얻을 수 있다. 그리고 피처리 기판의 기판 처리 공정 순서에 적합한 효율적인 시스템을 구성하기에 용이하다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 기판 처리 시스템을 보여주는 도 면이다.
도 1을 참조하여, 연속 기판 처리 시스템(200)은 연속적으로 배열된 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230), 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템(500), 그리고 가스 배기를 위한 배기 시스템(400)을 구비한다. 피처리 기판(102, 112)을 이송하기 위한 이송 시스템(미도시) 구비된다. 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수개의 분할 전극들을 갖는 다중 분할 전극 어셈블리(30)와 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(20)가 구비된다. 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)에 구비된 다중 분할 전극 어셈블리(30)로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템(300)이 구비된다.
가스 공급 시스템(500)은 필요한 공정 가스를 가스 공급원(520)으로부터 제공받아 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)의 가스 공급부(20)로 제공되도록 한다. 가스 공급 시스템(500)은 필요한 공정 가스의 공급을 위하여 복수개의 가스 공급 밸브(510)를 포함하고, 각 공정 챔버(210, 220, 230)에서 진행되는 기판 처리 공정의 레시피에 따라 가스 공급원(520)으로부터 적절한 가스를 선택하여 해당되는 공정 챔버의 가스 공급부(20)로 제공한다. 배기 시스템(400)은 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)의 진공 제어와 공정 가스의 배기를 제어한다. 배기 시스템(400)은 각각의 공정 챔버의 배기를 위한 복수개의 배기 밸브(410)를 구비한다. 복수의 공정 챔버(210, 220, 230)는 각기 독립적인 진공 펌프를 구비하고 독립적인 배기 구조를 갖을 수 있다. 그러나 공통 배기 구조를 갖는 적어도 두 개의 공정 챔버를 포함할 수 있다. 공통 배기 구조를 갖는 경우 진공 펌프의 개수를 줄일 수 있어서 설비비를 절감할 수 있다.
복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 연속된 기판 처리 공정을 수행하기 위해 연속적으로 배열된다. 복수개의 공정 챔버(210), 220, 230)는 다양한 기판 처리를 위해 예를 들어, 화학 기상 증착 챔버, 물리적 기상 증착 챔버와 같은 증착 챔버를 포함 할 수 있다. 또는 에칭 챔버나 전기 도금 챔버를 포함할 수 있다. 도는 냉각 챔버와 예열 챔버를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 피처리 기판의 기판 처리를 위한 다양한 종류의 공정 챔버가 구비될 수 있다. 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 피처리 기판의 예열을 위한 예열 챔버나 또는 기판의 가열을 위한 가열 챔버를 포함할 수 있다. 또는 피처리 기판의 세정을 위한 세정 챔버를 포함할 수 있다. 그럼으로 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230) 모두가 다중 분할 전극 어셈블리(30)를 구비한 공정 챔버일 수 있지만, 일부 공정 챔버는 구비하지 않을 수도 있다.
복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)를 구성하는 몸체는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질이나 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 몸체를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 몸체는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 몸체의 구조는 피처리 기판에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조를 가질 수 있다.
피처리 기판(102, 112)은 예를 들어, 반도체 집적 회로 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 플라즈마 반응기(10)는 진공 펌프(미도시)에 연결된다. 플라즈마 반응기(10)는 대기압 이하의 저압 상태에서 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다. 그러나 본 발명의 플라즈마 반응기(10)는 대기압에서 피처리 기판을 처리하는 대기압의 플라즈마 처리 시스템으로도 구현될 수 있다.
복수의 공정 챔버(210, 220, 230)의 연속 배열된 선단에는 로드 챔버(100)가 후단에는 언로드 챔버(110)가 각기 연결된다. 로드 챔버(100)와 언 로드 챔버(110)도 배기 시스템(400)에 의해 제어되는 진공 펌프(미도시)가 연결된다. 로드 챔버(110)에 로드된 처리전 피처리 기판(102)은 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)를 통해서 기판 처리가 이루어진다. 처리된 피처리 기판(112)은 언도르 챔버(112)로 언로드된다. 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230) 그리고 로드 챔버(100)와 언로드 챔버(110)의 각각의 연결 부분은 상호간 공정 간섭을 회피하기 위하여 적절한 개폐 수단(204)이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
도 2는 다중 분할 전극 어셈블리를 보여주는 도면이고, 도 3은 분할 전극의 단면도이다.
도 2를 참조하여, 다중 분할 전극 어셈블리(30)는 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)의 내부에 전기적 용량 결합에 의한 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)을 구비한다. 복수개의 분할 전극(31, 33)은 전극 장 착판(34)에 장착된다. 전극 장착판(34)은 공정 챔버의 상부를 이루도록 설치될 수 있다. 복수개의 분할 전극(31, 33)은 공정 챔버의 상부를 선형으로 가로지르는 복수개의 정전압 전극(33)과 부전압 전극(31)이 간격을 두고 교대적으로 병렬로 배열된 구조를 갖는다. 복수개의 분할 전극(31, 33)은 전극 장착판(34)의 하부로 돌출된 선형의 장벽구조를 갖는다. 복수개의 분할 전극(31, 33)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 전도체 영역(71)과 그 외부를 감싸는 절연체 영역(70)으로 구성될 수 있다. 또는 전도체 영역(71)만을 구비할 수도 있다. 복수개의 분할 전극(31, 33)의 형상과 배치 구조는 후술되는 바와 같이 다양한 변형이 가능하다.
전극 장착판(34)은 복수개의 가스 분사홀(32)을 구비한다. 복수개의 가스 분사홀(32)은 복수개의 용량 결합 전극(31, 33) 사이에 일정 간격을 두고 길이 방향으로 나열되어 구성된다. 전극 장착판(34)은 금속이나 비금속 또는 이들의 혼합된 물질로도 구성이 가능하다. 전극 장착판(34)이 금속 물질로 구성되는 경우에는 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)과의 사이에 전기적 절연 구조를 갖는다. 전극 장착판(34)은 공정 챔버의 몸체 상부면을 구성하도록 설치되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 공정 챔버의 몸체 측벽을 따라 설치될 수도 있다. 또는 상부면과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 구체적인 도시는 생략되었으나, 전극 장착판(34)은 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다.
도 4는 전극 장착판의 상부에 구성된 가스 공급부를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하여, 가스 공급부(20)는 다중 분할 전극 어셈블리(30)의 상부에 설치된다. 가스 공급부(20)는 공정 가스를 주입 받는 가스 입구(21)와 하나 이상 의 가스 분배판(22) 그리고 복수개의 가스 주입구(23)를 구비한다. 복수개의 가스 주입구(23)는 전극 장착판(34)의 복수개의 가스 분사홀(32)에 대응되어 연결된다. 가스 입구(21)를 통하여 입력된 반응 가스는 하나 이상의 가스 분배판(22)에 의해서 고르게 분배되어 복수개의 가스 주입구(23)와 그에 대응된 복수개의 가스 분사홀(32)을 통하여 공정 챔버의 몸체 내부로 고르게 분사된다. 구체적인 도면의 도시는 생략하였으나, 가스 공급부(20)는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 구비하여 서로 다른 가스를 분리하여 공정 챔버의 몸체 내부로 공급함으로서 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있다.
도 5는 가스 홀이 구성된 분할 전극의 변형예를 보여주는 부분 단면도이다.
도 5를 참조하여, 분할 전극(31, 33)은 복수개의 가스 분사홀(73)이 길이 방향을 따라 구성될 수 있다. 전극 장착판(34)의 일부 가스 분사홀(32-1)은 용량 결합 전극(31, 33)의 가스 분사홀(73)과 연결되며 다른 일부의 가스 분사홀(32-2)은 연결되지 않는다. 가스 공급부(20)는 일부의 가스 분사홀(32-1)을 통하여 공정 챔버의 몸체 내부로 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 경로와 다른 일부의 가스 분사홀(32-2)을 통하여 공정 챔버의 몸체 내부로 가스를 공급하는 제2 가스 공급 경로를 구비할 수 있다. 가스 공급부(20)가 갖는 제1 및 제2 가스 공급 경로는 독립적인 가스 공급 경로로 서로 다른 종류의 공정 가스를 분리 공급할 수 있도록 구성된다. 도면에 구체적으로 도시하지 않았으나, 다른 예로서 용량 결합 전극(31, 33)에 구비된 가스 분사홀(73)을 통해서만 반응 가스를 반응기 몸체(11)의 내부로 공급하는 단일 가스 공급 채널을 구성하는 것도 가능하다. 또는 제1 및 제2 가스 공급 경로는 동일한 종류의 공정 가스가 공급될 수도 있다.
도 6 및 도 7은 소스 타겟을 구비한 분할 전극의 단면도이다.
도 6을 참조하여, 분할 전극(31, 33)은 물리적 기상 증착을 위한 소스 타겟을 구비할 수 있다. 분할 전극(31, 33)은 용량 결합 전극(97)과 용량 결합 전극(97)의 외측으로 장착되는 소스 타겟 커버(96)로 구성될 수 있다. 소스 타겟 커버(96)는 교환 가능한 설치 구조를 갖는 것이 바람직하다. 소스 타겟 커버(96)의 재료는 증착 공정에 따라 필요한 물질로 선택 가능하다. 즉, 복수개의 분할 전극(31, 33)에 장착되는 모든 소스 타겟 커버(96)가 동일한 물질로 구성되거나 서로 다른 물질을 포함하도록 구성이 가능하다. 예를 들어, 반도체 제조 공정에서 알루미늄, 티타늄, 질화티타늄, 코발트 실리사이드, 구리 실리사이드, 구리 도금을 위한 구리 씨앗층 등 금속막 형성 공정에 널리 사용이 가능하다. 또는 부도체 재료를 사용하여 부도체 박막을 증착하는 것이 가능하다. 이와 같이 금속, 합금, 산화물, 질화물, 탄화물등의 다양한 종류의 타겟 물질을 사용할 수 있으며 서로 다른 물질을 혼용한 다중 구성도 가능하다. 분할 전극(31, 33)의 변형예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 소스 타켓의 기능과 용량 결합 전극의 기능을 겸하는 타겟 전극(98)으로 구성될 수도 있다. 전극 장착판(34)이 금속 물질로 구성되는 경우에는 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)과의 사이에 전기적 절연을 위한 절연층(95)을 구비하는 것이 바람직하다.
도 8 내지 도 10은 분할 전극에 자석을 장착한 변형예를 보여주는 도면들이다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 분할 전극(31, 33)은 하나 이상의 자석(99)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용량 결합 전극(97)에 길이 방향으로 하나 이상의 자석(99)이 장착될 수 있다. 자석(99)은 영구 자석으로 구성되지만, 전자석으로 구성될 수도 있다. 이와 같이, 분할 전극(31, 33)에 영구 자석이나 전자석을 배열함으로써, 이온화 효율을 높여 스퍼터링 효율을 높일 수 있다. 자석(99)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 소스 타겟 유닛(31, 33)을 소스 타켓의 기능과 용량 결합 전극의 기능을 겸하는 타겟 전극(98)으로 구성하는 경우에도 동일한 방식으로 설치가 가능하다.
도 11은 분할 전극의 다양한 변형 구조들을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 분할 전극(31, 33)은 장벽 구조를 갖되, 그 단면이 'T' 형 구조를 가질 수 있으며, 그 머리 부분이 전극 장착판(34)에 고정되도록 설치되거나 그 반대로 설치될 수 있다. 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 분할 전극(31, 33)은 좁은 폭을 갖는 판형 구조를 가질 수 있다. 도 11의 (c) 또는 (d)에 도시된 바와 같이, 분할 전극(31, 33)은 그 단면 구조가 삼각 또는 역삼각 구조를 갖도록 할 수도 있다. 도 11의 (e) 내지 (g)에 도시된 바와 같이, 원통의 봉형 구조, 뉘어진 타원 구조나 세워진 타원 구조의 봉형 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 분할 전극(31, 33)은 그 단면 구조가 원형, 타원형, 다각형 구조와 같이 다양한 구조로 변형 실시될 수 있다.
도 12 내지 도 22는 분할 전극의 평면 구조 및 평면 배열 구조의 다양한 변형들을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 12에 도시된 바와 같이, 복수개의 분할 전극(31, 33)을 구성하는 복수개의 정전압 전극(33)과 복수개의 부전압 전극(31)은 상호 교대적으로 배열되고 그 사이에는 복수개의 가스 분사홀(32)이 배열될 수 있다. 도 13 또는 도 14와 같이, 복수개의 정전압 전극(33)과 부전압 전극(31)은 일정 길이로 나뉜 구조에서 같은 전극이 동일 열(또는 행)로 배열되거나(도 13 참조), 서로 다른 전극이 상호 교대적으로 배열된 구조(도 14 참조)를 가질 수 있다. 도 15 또는 도 16에 도시된 바와 같이, 복수개의 분할 전극(31, 33)은 매트릭스 형태로 배열되는 복수개의 사각 또는 원형의 평판형 면적극으로 구성될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 복수개의 분할 전극(31, 33)은 원기둥과 같은 기둥 구조를 가질 수도 있다. 도 18 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 복수개의 분할 전극(31, 33)은 상호 교대적으로 배열된 평판 나선형 구조나 동심원 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조에서 복수개의 분할 전극(31, 33)은 단지 하나의 정전압 전극(33)과 부전압 전극(31)으로 구성될 수도 있다. 또는 여러 개의 정전압 전극(33)과 부전압 전극(31)으로 구성되되 전체적인 배치 구조가 평판 나선형 구조나 동심원 구조를 취할 수도 있다.
이상과 같이, 복수개의 분할 전극(31, 33)은 장벽 구조, 평판형 구조, 돌기형 구조, 기둥 구조, 동심원 또는 환형 구조, 나선형 구조, 선형 구조에서 선택된 하나 이상의 구조를 갖질 수 있다. 그리고 복수개의 정전압 전극(33)과 부전압 전극(31)의 상호 배열 구조 또한 상호 교대적인 선형 배열 구조, 매트릭스 형태의 배열 구조, 상호 교대적인 나선형 배열 구조, 상호 교대적인 동심원 배열 구조와 같은 다양한 배열 구조에서 선택된 하나 이상의 배열 구조를 가질 수 있다. 그리고 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 복수개의 분할 전극(31, 33)들 사이에는 절연층이 구성될 수 있다.
도 23 지지대의 바이어스 구조를 보여주는 도면이다.
도 23을 참조하여, 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 지지대(206)가 구비된다. 지지대(206) 바이어스 전원 공급원(42, 43)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(42, 43)이 임피던스 정합기(44)를 통하여 지지대(206)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다. 지지대(206)의 이중 바이어스 구조는 반응기 몸체(11)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 수율을 향상 시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 지지대(206)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(206)는 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(206)는 히터를 포함할 수 있다.
지지대(206)는 피처리 기판(13)과 평행하게 이동 가능한 구조로 실시 될 수 있다. 지지대(206)를 이동하기 위한 구동 메커니즘(4)을 포함한다. 예를 들어, 지지대(206)의 하부에 이동을 위한 다수개의 이송 롤러(202)에 의한 컨베이어 구조의 이동 수단이 구비될 수 있다. 또는 지지대(206)는 고정형으로도 설치될 수 있다. 공정 챔버의 몸체 하부에는 균일한 배기를 위하여 배기 배플(6)이 구성될 수 있다.
도 24는 전원 공급 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 24를 참조하여, 전원 공급 시스템(300)은 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)에 각기 설치되는 다중 분할 전극 어셈블리(30)를 구동하기 위한 복수개의 메인 전원 공급원(40)을 포함한다. 복수개의 메인 전원 공급원(40)은 기판 처리 공정에 따라 전력 및 주파수가 서로 다를 수 있다. 또한, 복수개의 메인 전원 공급원(40)은 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)에 각기 설치되는 다중 분할 전극 어셈블리(30) 중에서 적어도 두 개를 공통으로 구동할 수도 있다. 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)와 분배 회로(50)를 통하여 다중 분할 전극 어셈블리(30)에 구비된 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급된다. 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230) 모두가 다중 분할 전극 어셈블리(30)를 구비한 공정 챔버일 수 있지만, 일부 공정 챔버는 구비하지 않을 수도 있다.
복수개의 분할 전극(31, 33)은 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 임피던스 정합기(41)와 분배 회로(50)를 통하여 공급받아 구동되며 이에 따라 공정 챔버의 몸체 내부에 용량 결합된 플라즈마가 유도된다. 메인 전원 공급원(40)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)를 통하여 복수개의 분할 전극(31, 33)으로 제공된다. 이를 위하여 분배 회로(50)가 구비될 수 있다. 분배 회로(50)는 메인 전원 공급원(40)으로부터 제공되는 무선 주파수 전원을 복수개의 분할 전극(31, 33)으로 분배하여 공급함으로서 복수개의 분할 전극(31, 33)이 병렬 구동되게 한다. 바람직하게, 분배 회로(50)는 전류 균형 회로를 포함할 수 있다. 전류 균형 회로는 복수개의 분할 전극(31, 33)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 그럼으로 복수개의 분할 전극(31, 33)에 의해 대면적의 플라즈마를 발생할 수 있을 뿐만 아니라 복수개의 분할 전극(31, 33)을 병렬 구동함에 있어서 자동적으로 전류 균형을 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.
도 25는 분배 회로의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 25를 참조하여, 분배 회로(50)는 복수개의 분할 전극(31, 33)을 병렬 구동하며 전류 균형을 이루는 복수개의 트랜스포머(52)로 구성되는 전류 균형 회로를 포함한다. 복수개의 트랜스포머(52)의 일차측은 임피던스 정합기(41)를 통해서 무선 주파수가 입력되는 전원 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결되며, 이차측의 일단은 복수개의 분할 전극(31, 33)에 대응되게 연결되고 타단은 공통으로 접지된다. 복수개의 트랜스포머(52)는 전원 입력단과 접지 사이의 전압을 균등하게 분할하고 분할된 다수의 분할된 전압을 복수개의 분할 전극(31, 33) 중에서 대응된 정전압 전극(33)으로 출력한다. 복수개의 분할 전극(31, 33) 중에서 부전압 전극(31)은 공통으로 접지된다.
복수개의 트랜스포머(52)의 일차측으로 흐르는 전류는 동일함으로 복수개의 정전압 전극(33)으로 공급되는 전력도 동일하게 된다. 복수개의 분할 전극(31, 33)들 중에서 어느 하나의 임피던스가 변화되어 전류량의 변화가 발생되면 복수개 의 트랜스포머(52)가 전체적으로 상호 작용하여 전류 균형을 이루게 된다. 그럼으로 복수개의 분할 전극(31, 33)으로 공급되는 전류는 상호 균일하게 지속적인 자동 조절이 이루어진다. 복수개의 트랜스포머(52)는 각기 일차측과 이차측의 권선비율이 기본적으로 1:1로 설정되어 있으나 이는 변경이 가능하다.
이상과 같은 전류 균형 회로로 구성되는 분배 회로(50)는, 도면에는 구체적인 도시를 생략하였으나, 복수개의 트랜스포머(52)에 과도전압이 발생되는 것을 방지하기 위한 보호 회로를 포함할 수 있다. 보호 회로는 복수개의 트랜스포머(52) 중 어느 하나가 전기적으로 오픈 상태가 되는 등의 결함에 의해 해당 트랜스포머에 과도전압이 증가되는 것을 방지한다. 이러한 기능의 보호 회로는 바람직하게는 복수개의 트랜스포머(52)의 각각의 일차측 양단에 배리스터(Varistor)를 연결하여 구현할 수 있으며, 또는 제너다이오드(Zener Diode)와 같은 정전압 다이오드를 사용하여 구현할 수도 있다. 그리고 분배 회로(50)에는 각각의 트랜스포머(52) 마다 누설 전류의 보상을 위한 보상 커패시터(51)와 같은 보상 회로가 부가될 수 있다.
도 26 내지 도 28은 분배 회로의 다양한 변형들을 보여주는 도면이다.
도 26을 참조하여, 일 변형의 분배 회로(50)는 복수개의 트랜스포머(52)의 이차측들이 각기 접지된 중간 탭(53)을 포함한다. 여기서 이차측의 일단은 정전압을 타단은 부전압을 각각 출력한다. 정전압은 복수개의 분할 전극의 정전압 전극(33)으로 부전압은 복수개의 분할 전극의 부전압 전극(31)으로 제공된다.
도 27 및 도 28을 참조하여, 다른 변형의 분배 회로(50)는 전류 균형 조절 범위를 가변 할 수 있는 전압 레벨 조절 회로(60)를 구비할 수 있다. 전압 레벨 조절 회로(60)는 멀티 탭을 구비한 코일(61)과 멀티 탭 중 어느 하나를 접지로 연결하는 멀티 탭 스위칭 회로(62)를 포함한다. 전압 레벨 조절 회로(60)는 멀티 탭 스위칭 회로(62)의 스위칭 위치에 따라 가변된 전압 레벨을 분배 회로(50)로 인가하게 되며, 분배 회로(50)는 전압 레벨 조절 회로(60)에 의해서 결정되는 전압 레벨에 의해 전류 균형 조절 범위가 가변된다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 기판 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도 29를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 기판 처리 시스템(200)은 상술한 제1 실시예와 기본적으로 동일함으로 반복된 설명은 생략된다. 제2 실시예의 연속 기판 처리 시스템(200)은 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)로 멀티 레이저 스캐닝 라인을 구성하기 위한 레이저 공급원(800)을 포함한다. 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230) 모두가 멀티 레이저 스캐닝 라인이 구성될 수 있지만, 일부 공정 챔버만 구비될 수 있다.
도 30 내지 도 32는 멀티 레이저 스캐닝 라인의 다양한 구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 30 내지 도 32를 참조하여, 공정 챔버의 몸체(11)는 내부로 레이저 빔을 주사하기 위한 레이저 투과 윈도우(86, 87)를 구비한다. 레이저 투과 윈도우(86, 87)는 몸체(11)의 측벽으로 대향되게 구성된 두 개의 윈도우(86, 87)로 구성될 수 있다. 두 개의 윈도우(86, 87)는 몸체(11)에 서로 마주 대향되도록 설치되며, 동일한 길이를 갖는 슬릿 구조로 구성될 수 있다. 레이저 공급원(800)은 하나 이상 의 레이저 소스(84)를 포함한다. 레이저 소스(84)는 레이저 투과 윈도우(86, 87)를 통하여 반응기 몸체(11)의 내부로 레이저 빔을 주사하여 몸체(11)의 내부에 복수개의 레이저 주사선(82)을 형성시켜 멀티 레이저 스캐닝 라인 구성한다.
예를 들어, 도 30에 도시된 바와 같이, 일 측의 레이저 투과 윈도우(86)에 근접해서 복수개의 레이저 소스(84)가 배열되고, 그에 대응하여 타측의 레이저 투과 윈도우(87)에 근접해서는 복수개의 레이저 종결부(85)가 구성될 수 있다. 또는 도 31에 도시된 바와 같이, 몇 개의 레이저 소스(84)를 간격을 두고 구성하고 그 사이에 복수개의 반사경(83)을 설치하여 레이저 소스(84)로부터 발생된 레이저 빔을 두 개의 레이저 투과 윈도우(86, 87)를 사이에 두고 왕복하며 반사되도록 하여 복수개의 레이저 주사선(82)을 형성시킬 수 있다. 또는 도 32에 도시된 바와 같이, 단지 하나의 레이저 소스(84)만을 구성하고 복수개의 반사경(83)을 구성할 수도 있다.
이와 같이 하나 이상의 레이저 소스(84)와 복수개의 반사경(83)과 하나 이상의 레이저 종결부(85)를 사용하여 멀티 레이저 스캐닝 라인을 몸체(11)의 내부에 구성할 수 있다. 이때, 복수개의 레이저 주사선(82)은 복수개의 분할 전극(31, 33) 사이에 위치하고, 복수개의 가스 분사홀(32)에 정렬되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 또 다른 다양한 방법으로 레이저 스캐닝 라인을 형성할 수 도 있다. 그리고 보다 구체적인 구성과 설명은 생략되었으나, 레이저 빔을 몸체(11)의 내부로 주사시키기 위하여 적절한 구조의 광학계가 사용될 수 있음을 당 업계의 통상적인 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.
도 33은 멀티 레이저 스캐닝 라인과 분할 전극의 다양한 상대적 배치 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 33의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수개의 레이저 주사선(82)으로 구성되는 멀티 레이저 스캐닝 라인은 복수개의 분할 전극(31, 33)들 사이에 형성된 전기장에 위치되는 구조를 취할 수 있다. 또는, 도 33의 (b)에 도시된 바와 같이, 멀티 레이저 스캐닝 라인은 복수개의 분할 전극(31, 33)과 몸체(11)의 내부의 지지대(206) 사이로 위치하는 구조 일 수 있다. 또는, 도 33의 (c)에 도시된 바와 같이, 멀티 레이저 스캐닝 라인은 몸체(11)로 반응 가스를 유입하는 가스 분사홀(32)과 복수개의 분할 전극(31, 33) 사이에 위치하는 구조를 취할 수 있으며 이 경우 복수개의 분할 전극(31, 33)은 전극 장착판(34)과 일정 간격을 두고 이격되어 설치된다.
이와 같은 멀티 레이저 스캐닝 라인과 상기 복수개의 분할 전극(31, 33)의 상대적 배치 구조는 반응 가스가 어느 것에 의해 먼저 에너지를 받아들이는가에 대한 것이다. 즉, 도 33의 (a)에 예시된 바와 같이, 몸체(11)의 내부로 유입된 반응 가스가 분할 전극(31, 33)에 의한 전기적 에너지와 멀티 레이저 스캐닝 라인에 의한 열에너지를 혼합적으로 받아들이는 구조를 취할 수 있다. 또는, 도 33의 (b)에 예시된 바와 같이, 몸체(11)로 유입된 반응 가스가 복수개의 분할 전극(31, 33)으로부터 전달되는 전기적 에너지를 먼저 받아들이는 구조를 취할 수 있다. 또는, 도 33의 (c)에 예시된 바와 같이, 몸체(11)로 유입된 반응 가스가 멀티 레이저 스캐닝 라인에 의한 열에너지를 먼저 받아들이는 구조를 취할 수 있다.
이와 같은 멀티 레이저 스캐닝 라인과 복수개의 분할 전극(31, 33)의 상대적 배치 구조는 하나 또는 둘 이상의 구조가 혼합적으로 사용될 수 있으며 이를 위하여 레이저 공급원(80)을 구성하는 레이저 소스(84), 반사경(83), 레이저 종결부(85)의 구성과 배치 구조는 적절히 변형이 가능하다.
본 발명의 연속 기판 처리 시스템(200)에 구성되는 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 다중 분할 전극 어셈블리(30)가 상부에 설치되는 구조이지만, 하부에 설치되는 구조로 변형되어 실시될 수 있다. 이러한 경우에 배기 배플(6)과 가스 출구(3)는 상부에 구성될 것이고, 다중 분할 전극 어셈블리(30)와 가스 공급부(20)는 하부에 구성된다.
이상과 같은 본 발명의 연속 기판 처리 시스템(200)은 예를 들어, 반도체 집적 회로 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 반도체 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 피처리 기판의 연속 처리를 위한 것이다. 연속 기판 처리 시스템(200)은 예들 들어, 도 34 및 도 35에 도시된 바와 같은 단일 접합 a-Si:H 박막 태양 전지나 도 36에 도시된 바와 같은 nc-Si:H 박막 태양 전지를 제조하기 위한 기판 처리 공정을 수행한다. 또는 도 37에 도시된 바와 같은 a-Si:H를 이용한 적층형 태양 전지를 제조하하기 위한 기판 처리 공정을 수행한다. 이러한 연속 기판 처리 공정을 수행하기 위해 연속 기판 처리 시스템(200)의 복수개이 공정 챔버(210, 220, 230)는 피처리 기판의 기판 처리를 위한 공정 순서에 따라 적절한 배치 구조를 가질 수 있다.
도 38 내지 도 43은 연속 기판 처리 시스템의 다양한 구성 방법을 예시하는 도면이다.
도 38 및 도 39에 도시된 바와 같이, 서로 대향되게 배치된 로드 챔버(100)와 언로드 챔버(110) 사이에 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)가 연속적으로 배열된다. 로드 챔버(100)에는 처리전 피처리 기판(102)이 로드되고 연속된 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)를 진행하면서 단계별 기판 처리 공정이 수행되고 최종적으로는 언로드 챔버(110)에 처리된 피처기 기판(112)이 언로드된다. 로드 챔버(100)와 언로드 챔버(110)에는 각기 피처리 기판을 핸들링 하기 위한 엑츄에이터(104, 114)가 구비된다.
도 38에 도시된 바와 같이, 피처리 기판은 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)의 연속된 배열 순서에 따라 순차적으로 진행될 수 있다. 또는 도 39에 도시된 바와 같이, 일정 구간의 공정 챔버에서 반복된 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 즉, 진행 방향에서 다시 몇 단계를 후진하여 동일한 피처리 기판에 대하여 하나 이상의 공정 챔버에서 두 번 이상의 기판 처리가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 37에 도시된 바와 같은 적층형 태양 전지를 제조하기 위해 p층, i층 및, n층을 반복 형성하는 공정을 이와 같이 할 수 있다.
도 40에 도시된 바와 같이, 로드 챔버(100)와 언로드 챔버(110)가 같은 편에 구성되도록 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)가 U자 형으로 배열될 수 있다. 이때, 회전 구간(130)은 별도의 공정 챔버가 설치되지 않고 단지 피처리 기판을 순환 시킬 수 있는 이송 수단이 구비되도록 할 수 있을 것이다. 또는 회전 구간에도 공정 챔버를 배치할 수도 있을 것이다. 또는 도 41에 도시된 바와 같이, 로드 챔버(100)와 언로드 챔버(110) 사이에 배열된 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 임의의 구간에서 순환되는 배열 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 다양한 배열 구조를 가질 수 있으며, 도 42에 도시된 바와 같이, 원형으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 그리고 복수개의 공정 챔버(210, 220, 230)는 기판이 수평으로 진행되는 구조뿐만 아니라 비수평 상태 예를 들어, 수직으로 진행되는 구조로 설치될 수도 있다. 이상과 같은 연속 기판 처리 시스템은 상술한 실시예뿐만 아니라 연속된 피처리 대상물을 처리하기 위한 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식으로 변형실시 될 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 연속 기판 처리 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 연속 기판 처리 시스템은 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 기판 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 연속 기판 처리 시스템는 복수개의 분할 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있어서 보다 균일한 대 면적의 피처리 기판에 대한 기판 처리가 가능하며 또한, 복수개의 다중 분발 전극 어셈블리와 이에 구비되는 복수개의 분할 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있어서 매우 높은 생산성을 얻을 수 있다. 그리고 피처리 기판의 기판 처리 공정 순서에 적합한 효율적인 시스템을 구성하기에 용이하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 기판 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 다중 분할 전극 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 3은 분할 전극의 단면도이다.
도 4는 전극 장착판의 상부에 구성된 가스 공급부를 보여주는 도면이다.
도 5는 가스 홀이 구성된 분할 전극의 변형예를 보여주는 부분 단면도이다.
도 6 및 도 7은 소스 타겟을 구비한 분할 전극의 단면도이다.
도 8 내지 도 10은 분할 전극에 자석을 장착한 변형예를 보여주는 도면들이다.
도 11은 분할 전극의 다양한 변형 구조들을 보여주는 도면이다.
도 12 내지 도 22는 분할 전극의 평면 구조 및 평면 배열 구조의 다양한 변형들을 보여주는 도면이다.
도 23 지지대의 바이어스 구조를 보여주는 도면이다.
도 24는 전원 공급 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 25는 분배 회로의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 26 내지 도 28은 분배 회로의 다양한 변형들을 보여주는 도면이다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 기판 처리 시스템을 보여주는 도면이다.
도 30 내지 도 32는 멀티 레이저 스캐닝 라인의 다양한 구성 방법을 설명하 기 위한 도면이다.
도 33은 멀티 레이저 스캐닝 라인과 분할 전극의 다양한 상대적 배치 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 34 내지 도 37은 태양 전지의 다양한 구조를 보여주는 도면이다.
도 38 내지 도 43은 연속 기판 처리 시스템의 다양한 구성 방법을 예시하는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
3: 가스 출구 4: 구동 메커니즘
6: 배기 배플 10: 플라즈마 반응기
11: 반응기 몸체 12: 지지대
13: 피처리 기판 20: 가스 공급부
21: 가스 입구 22: 가스 분배판
23: 가스 주입구 24: 가스 공급관
25: 가스 조절 밸브 26: 가스 분사홀
30: 다중 분할 전극 어셈블리 31, 33: 분할 전극
32: 가스 분사홀 34: 전극 장착판
40: 메인 전원 공급원 41: 임피던스 정합기
42, 43: 바이어스 전원 공급원 44: 임피던스 정합기
50: 분배 회로 51: 보상 커패시터
52: 트랜스포머 53: 중간탭
60: 전압 레벨 조절 회로 61: 코일
62: 멀티 탭 스위칭 회로 70: 절연체 영역
71: 전도체 영역 73: 가스 분사홀
80: 레이저 공급원 82: 멀티 레이저 스캐닝 라인
83: 반사경 85: 레이저 종결부
100: 로드 챔버 110: 언로드 챔버
200: 연속 기판 처리 시스템 202: 이송 롤러
204: 기판 출입구 206: 기판 지지대
210, 220, 230: 공정 챔버
Claims (37)
- 피처리 기판에 연속된 기판 처리 공정을 수행하기 위해 연속적으로 배열된 복수의 공정 챔버;상기 복수의 공정 챔버에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수개의 분할 전극들을 갖는 다중 분할 전극 어셈블리; 및상기 다중 분할 전극 어셈블리의 복수개의 분할 전극들로 전류를 분배하는 분배 회로를 포함하고, 상기 분배 회로는 상기 다중 분할 전극 어셈블리의 복수개의 분할 전극들로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 공정 챔버의 연속 배열된 선단에 연결된 로드 챔버와 후단에 연결된 언로드 챔버를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 로드 챔버와 상기 언로드 챔버는 서로 대향된 구조 또는 서로 대향되지 않는 구조 중 어느 하나의 구조를 갖는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 공정 챔버는 동일한 피처리 기판에 대하여 두 번 이상의 기판 처리 공정을 수행하는 하나 이상의 공정 챔버를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 공정 챔버는 순환 구간을 동일한 피처리 기판에 대하여 두 번 이상의 기판 처리 공정을 수행하도록 하나의 피처리 기판이 적어도 둘 이상 공정 챔버를 반복 진행하는 배열 구조를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 공정 챔버와 상기 다중 분할 전극 어셈블리는 상기 피처리 기판이 수평 상태 또는 비 수평 상태 중 어느 하나의 상태에서 기판 처리가 이루어지도록 구성된 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 공정 챔버에 각기 설치되는 다중 분할 전극 어셈블리를 구동하기 위한 복수개의 메인 전원 공급원을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제7항에 있어서,상기 복수개의 메인 전원 공급원은 상기 복수개의 공정 챔버에 각기 설치되는 다중 분할 전극 어셈블리 중에서 적어도 두 개를 공통으로 구동하는 공통 메인 전원 공급원을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 삭제
- 제8항에 있어서,상기 메인 전원 공급원과 상기 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 상기 복수개의 분할 전극을 병렬 구동하며 전류 균형을 이루는 복수개의 트랜스포머를 포함하고,상기 복수개의 트랜스포머의 일차측은 직렬로 연결되며, 이차측은 복수개의 분할 전극에 대응되게 연결되는 연속 기판 처리 시스템.
- 제12항에 있어서,상기 복수개의 트랜스포머의 이차측들은 각기 접지된 중간 탭을 포함하고 상 기 이차측의 일단은 정전압을 타단은 부전압을 각각 출력하며,상기 정전압은 상기 복수개의 분할 전극의 정전압 전극으로 상기 부전압은 상기 복수개의 분할 전극의 부전압 전극으로 제공되는 연속 기판 처리 시스템.
- 제12항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 전류 균형 조절 범위를 가변 할 수 있는 전압 레벨 조절 회로를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제12항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 누설 전류의 보상을 위한 보상 회로를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제12항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 과도 전압에 의한 손상을 방지하기 위한 보호 회로를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 다중 분할 전극 어셈블리는 상기 복수개의 분할 전극이 장착되는 전극 장착판을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제17항에 있어서,상기 전극 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고,상기 가스 분사홀을 통하여 상기 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제18항에 있어서,상기 가스 공급부는 분리된 가스 공급을 위한 적어도 두 개의 분리된 가스 공급 채널을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제17항에 있어서,상기 복수개의 분할 전극은 각기 복수개의 가스 분사홀을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 공정 챔버는 공통 배기 구조를 갖는 적어도 두 개의 공정 챔버를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 공정 챔버의 내부에서 피처리 기판을 지지하는 지지대를 구비하고, 상기 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나인 연속 기판 처리 시스템.
- 제22항에 있어서,상기 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 되는 연속 기판 처리 시스템.
- 제22항에 있어서,상기 지지대는 정전척을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제22항에 있어서,상기 지지대는 히터를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제22항에 있어서,상기 지지대는 피처리 기판과 같이 이동 가능한 구조를 갖고,상기 지지대를 이동하기 위한 구동 메커니즘을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 분할 전극은 전도체 영역과 절연체 영역을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 다중 분할 전극 어셈블리는 상기 복수개의 분할 전극들 사이에 구성되는 절연층을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 분할 전극은 소스 타켓의 기능과 용량 결합 전극의 기능을 겸하는 타겟 전극을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제29항에 있어서,상기 타겟 전극은 하나 이상의 자석을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 분할 전극은 용량 결합 전극과 상기 용량 결합 전극의 외측으로 장착되는 소스 타겟 커버를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제31항에 있어서,상기 용량 결합 전극은 하나 이상의 자석을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 분할 전극은 복수개의 정전압 전극과 복수개의 부전압 전극을 포함하고,상기 정전압 전극과 상기 부전압 전극의 배열 구조는 상호 교대적인 선형 배열 구조, 매트릭스 형태의 배열 구조, 상호 교대적인 나선형 배열 구조, 상호 교대적인 동심원 배열 구조 중에서 선택된 하나 이상의 배열 구조를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제33항에 있어서,상기 복수개의 정전압 전극과 복수개의 부전압 전극은 장벽 구조, 평판형 구조, 돌기형 구조, 기둥 구조, 환형 구조, 나선형 구조, 선형 구조 중에서 선택된 하나 이상의 구조를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 복수개의 공정 챔버 중 적어도 하나 공정 챔버의 내부에 복수개의 레이저 주사선으로 이루어지는 멀티 레이저 스캐닝 라인을 구성하기 위한 레이저 공급원을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제35항에 있어서,상기 적어도 하나의 공정 챔버는 내부로 레이저 빔을 주사하기 위한 레이저 투과 윈도우를 포함하고,상기 레이저 공급원은 상기 레이저 투과 윈도우를 통하여 상기 적어도 하나의 공정 챔버의 내부로 레이저 빔이 주사되도록 하여 상기 멀티 레이저 스캐닝 라인을 형성시키기 위한 하나 이상의 레이저 소스를 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
- 제36항에 있어서,상기 레이저 투과 윈도우는 대향되게 구성된 두 개의 윈도우를 포함하고,상기 레이저 공급원은 상기 하나 이상의 레이저 소스로부터 발생된 레이저 빔을 상기 두 개의 윈도우를 사이에 두고 반사시켜 상기 멀티 레이저 스캐닝 라인을 형성시키는 복수개의 반사경을 포함하는 연속 기판 처리 시스템.
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