JP5544667B2

JP5544667B2 - 基板支持ユニット及びこれを含む基板処理装置

Info

Publication number: JP5544667B2
Application number: JP2012147042A
Authority: JP
Inventors: ウォンヘンイ; スンバイ
Original assignee: Semes Co Ltd
Current assignee: Semes Co Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP2013016806A; US20130001213A1; CN102856242B; CN102856242A; US8901459B2

Description

本発明は、ヒーターが装着された基板支持ユニット及びこれを含む基板処理装置に関する。

半導体製造装置の工程チャンバー内には、基板を支持する支持プレートが配される。支持プレートの内部には熱線が設けられ、熱線が熱を発生することで基板を所定温度に加熱する。

熱線は螺旋形状のパターンで埋め込まれ、並列方式で互いに連結される。並列連結によれば、直列連結の場合と比べて熱線の全体長さが長くなるので、熱線を狭い間隔で配置できるという長所がある。しかし、並列連結された熱線はその長さが長くなることから、設置面積が狭い領域では配置が困難となる。また、支持プレートの外殻に行くほど、熱線の長さが長くなって抵抗が増加するので、並列連結では所望の発熱量を得ることが難しい場合がある。

韓国特許第１０−０６１５７３７号公報

本発明は、基板の全面を均一に処理することのできる基板処理ユニットや基板処理装置を提供することを、課題とする。

本発明の基板支持ユニットは、基板を支持するユニットにおいて、基板が置かれる支持プレートと、前記支持プレート内に位置し、前記支持プレートを加熱する加熱部材と、を含み、前記加熱部材は前記支持プレートの第１領域に配された複数個の第１熱線と、前記第１領域と異なる前記支持プレートの第２領域に配された複数個の第２熱線と、を含み、前記第１熱線は直列と並列のうち一方の方式で互いに連結され、前記第２熱線は直列と並列のうち前記第１の連結方式とは異なる方式で互いに連結される。

また、前記第１熱線は互いに並列連結され、前記第２熱線は互いに直列連結され、前記第２領域は前記第１領域より面積が小さい。

また、前記第１領域は前記支持プレートの中央領域であり、前記第２領域は前記中央領域を囲む前記支持プレートの縁領域である。前記第１領域で一定の面積に埋め込まれる前記第１熱線の全体長さは、前記第２領域で一定の面積に埋め込まれる前記第２熱線の全体長さよりも、長く設けている。

また、前記第１熱線の個別長さは前記第２熱線の個別長さより長いことがあり得る。

また、前記第１熱線の個別長さは互いに異なることがあり得る。

本発明の基板処理装置は、内部に空間が形成された工程チャンバーと、前記工程チャンバー内部に位置し、基板を支持する支持プレートと、前記支持プレート内に位置し、前記支持プレートを加熱する加熱部材と、を含み、前記加熱部材は第１領域に配された複数個の第１熱線と、第２領域に配された複数個の第２熱線と、を含み、前記第１領域は、前記支持プレートの中央領域であり、前記第２領域は、前記第１領域よりも面積が小さな、前記第１領域を囲む前記支持プレートの縁領域であり、前記第１熱線を互いに並列連結させ、前記第２熱線を互いに直列連結させることで、前記第１領域で一定の面積に埋め込まれる前記第１熱線の全体長さを、前記第２領域で一定の面積に埋め込まれる前記第２熱線の全体長さよりも、長く設ける。

本発明によれば、基板全体面が均一に加熱されるので、基板処理が均一に行われ得る。

本発明の一実施形態による基板処理装置を示す断面図である。図１の熱線を示す平面図である。図１の熱線を示す斜視図である。図１の第１熱線の連結を示す回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態の基板支持ユニットと基板処理装置を詳細に説明する。本発明を説明するに際して、関連する公知構成や機能に対する具体的な説明が本発明の要旨の理解を損なわせる場合には、その詳細な説明は省略する。

図１は本発明の一実施形態による基板処理装置を示す断面図である。

図１に示すように、基板処理装置１０はプラズマを生成して基板Ｗを処理するものであり、工程チャンバー１００、基板支持ユニット２００、ガス供給部３００、及びプラズマ生成部４００を含む。

工程チャンバー１００の内部には空間１０１が形成される。この空間１０１は、基板Ｗに対するプラズマ処理を遂行する空間として用いられる。基板Ｗに対するプラズマ処理は蝕刻工程を含む。工程チャンバー１００の底面には排気ホール１０２が形成され、この排気ホール１０２は排気ライン１２１と連結される。工程過程で発生された反応生成物や、工程チャンバー１００の内部に留まるガスは、排気ライン１２１を通じて外部に排出される。また、排気過程によって工程チャンバー１００の内部の空間１０１は所定圧力に減圧される。

工程チャンバー１００の内部には、基板Ｗを支持するための基板支持ユニット２００が位置する。基板支持ユニット２００は、支持プレート２１０と加熱部材２３０から成る。支持プレート２１０は基板Ｗを支持する部材である。加熱部材２３０は支持プレート２１０内に位置し、支持プレート２１０を加熱する。加熱部材２３０から発生した熱は支持プレート２１０を通じて基板Ｗに伝達される。本実施形態では基板支持ユニット２００として、静電気力を利用して基板Ｗを吸着固定する静電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｔａｔｉｃｃｈｕｃｋ）２００が使用される。そして、支持プレート２１０としては、静電チャック２００の上端部に位置する誘電板２１０が使用される。誘電板２１０は円板形状の誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｕｂｓｔａｎｃｅ）から成る。誘電板２１０の上面には基板Ｗが置かれる。誘電板２１０の上面は基板Ｗより小さい半径を有するので、基板Ｗの縁領域は誘電板２１０の外側に位置する。誘電板２１０には第１供給流路２１１が形成される。第１供給流路２１１は誘電板２１０の上面から底面に貫通形成される。第１供給流路２１１は互いに離隔して複数個形成され、基板Ｗの底面に熱伝達流体を供給する通路として用いられる。

誘電板２１０の内部には下部電極２２０が埋め込まれる。下部電極２２０は外部電源（図示せず）と電気的に連結される。外部電源は直流電源を含み、下部電極２２０に印加された直流電流によって下部電極２２０には電界が形成される。電界は基板Ｗに印加され、下部電極２２０と基板Ｗとの間に誘電分極現象を発生させる。誘電分極現象によって基板Ｗと下部電極２２０との間には互いに異なる極性の電荷が集中し、電荷の静電気引力によって基板Ｗは誘電板２１０に固定される。

誘電板２１０の内部には加熱部材２３０が埋め込まれる。加熱部材２３０は複数個の熱線２３１，２３２，２３３を含む。

図２は図１の熱線を示す平面図であり、図３は図１の熱線を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、誘電板２１０には複数個の熱線２３１，２３２，２３３が埋め込まれる。熱線２３１，２３２，２３３は誘電板２１０の互いに異なる領域に各々埋め込まれる。熱線２３１，２３２，２３３は埋め込まれる誘電板２１０の領域にしたがって複数個のグループに区分される。誘電板２１０の第１領域２１０ａには第１熱線２３１（２３１ａ，２３１ｂ）が埋め込まれる。第１領域２１０ａは誘電板２１０の中心領域に対応する領域である。第１熱線２３１ａ，２３１ｂは、直列又は並列の方式で互いに電気的に連結される。本実施形態では、第１熱線２３１ａ，２３１ｂは並列方式で連結される。第１熱線２３１ａ，２３１ｂは第１下部電源２３５と連結される。第１下部電源２３５から印加された電流は、並列連結された第１熱線２３１ａ，２３１ｂを通じて流れ、第１熱線２３１ａ，２３１ｂにおける電流への抵抗によって熱を発生させる。

誘電板２１０の第２領域２１０ｂには、第２熱線２３２（２３２ａ乃至２３２ｄ）が埋め込まれる。第２領域２１０ｂは第１領域２１０ａと異なる領域であり、第１領域２１０ａの周辺に沿って配置される。第２領域２１０ｂは誘電板２１０の中央領域を囲む最外殻領域であり、第１領域２１０ａよりも面積が小さい。第２領域２１０ｂには第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄが埋め込まれる。第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄは直列と並列のうち第１熱線２３１ａ，２３１ｂの連結方式とは異なる方式で連結され、本実施形態では直列方式で連結される。第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄは第２下部電源２３６と連結され、第２下部電源２３６から印加された電流は直列連結された第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄを通じて流れる。第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄは電流への抵抗によって熱を発生させる。

誘電板２１０の第３領域２１０ｃには、第３熱線２３３（２３３ａ乃至２３３ｄ）が埋め込まれる。第３領域２１０ｃは、第１領域２１０ａと第２領域２１０ｂとの間の領域であって、第１領域２１０ａを囲むように設けられる。第３領域２１０ｃは第１領域２１０ａより面積が小さい。第３熱線２３３ａ乃至２３３ｄは、直列と並列のうちで第１熱線２３１ａ，２３１ｂの連結方式とは異なる方式で連結され、本実施形態では直列方式で連結される。第３熱線２３３ａ乃至２３３ｄは第３下部電源２３７と連結され、第３下部電源２３７から印加された電流は直列連結された第３熱線２３３ａ乃至２３３ｄを通じて流れる。第３熱線２３３ａ乃至２３３ｄは電流への抵抗によって熱を発生させる。

第１乃至第３熱線２３１乃至２３３から発生した熱は誘電板２１０を通じて基板Ｗに伝達され、基板Ｗを加熱する。第１乃至第３下部電源２３５乃至２３７は、直流電源を含む。

誘電板２１０の下部には支持板２４０が位置する。誘電板２１０の底面と支持板２４０の上面は接着剤によって接着される。支持板２４０はアルミニウム材質から成る。支持板２４０の上面は、中心領域が縁領域より高く位置されるように段差を有する。支持板２４０の上面中心領域は誘電板２１０の底面に相応する面積を有し、誘電板２１０の底面に接着される。支持板２４０には第１循環流路２４１、第２循環流路２４２、及び第３供給流路２４３が形成される。

第１循環流路２４１は、熱伝達流体が循環する通路として用いられる。第１循環流路２４１は支持板２４０の内部に螺旋形状に形成される。又は、第１循環流路２４１を、互いに異なる半径を有するリング形状の流路を同心円状に配置することで形成してもよい。この場合、各々の流路が互いに連通されることや、同一の高さに形成されることが好ましい。

第３供給流路２４３は、第１循環流路２４１から上部に延長され、支持板２４０の上面に貫通する。第３供給流路２４３は第１供給流路２１１と対応する個数で設けられ、第１循環流路２４１と第１供給流路２１１とを連結する。第１循環流路２４１を循環する熱伝達流体は、第３供給流路２４３と第１供給流路２１１とを順次的に経て基板Ｗの底面に供給される。熱伝達流体は、プラズマで基板Ｗに伝達された熱を静電チャック２００に伝達する媒介体の役割を果たす。プラズマに含有されたイオン粒子は静電チャック２００に形成された電気力に引かれて静電チャック２００に移動し、移動する過程で基板Ｗと衝突して蝕刻工程を遂行する。イオン粒子が基板Ｗに衝突する過程で、基板Ｗには熱が発生する。基板Ｗで発生した熱は、基板Ｗの底面と誘電板２１０の上面との間の空間に供給された熱伝達ガスを通じて、静電チャック２００に伝達される。これによって、基板Ｗは設定温度に維持される。熱伝達流体は不活性ガスを含み、実施形態によればヘリウム（Ｈｅ）ガスを含む。

第２循環流路２４２は、冷却流体が循環する通路として用いられる。冷却流体は、第２循環流路２４２に沿って循環し、支持板２４０を冷却する。支持板２４０の冷却は誘電板２１０と基板Ｗとを共に冷却させ、基板Ｗを所定温度に維持させる。第２循環流路２４２は、支持板２４０の内部に螺旋形状に形成される。又は、第２循環流路２４２を、互いに異なる半径を有するリング形状の流路を同心円状に配置することで形成してもよい。この場合、各々の流路が互いに連通されることや、同一の高さに形成されることが好ましい。第２循環流路２４２は、第１循環流路２４１より大きい断面積を有し、第１循環流路２４１の下部に位置される。

支持板２４０の下部には絶縁板２７０が配置される。絶縁板２７０は支持板２４０に相応する大きさを有し、支持板２４０と工程チャンバー１００の底面との間に位置する。絶縁板２７０は絶縁材質から成り、支持板２４０と工程チャンバー１００とを電気的に絶縁させる。

フォーカスリング２８０は静電チャック２００の縁領域に配置される。フォーカスリング２００はリング形状を有し、誘電板２１０の周辺に沿って配置される。フォーカスリング２８０の上面は、誘電板２１０と隣接する内側部が外側部より低くなるように段差を有する。フォーカスリング２８０の上面の内側部は、誘電板２１０の上面と同一高さに位置し、誘電板２１０の外側に位置された基板Ｗの縁領域を支持する。フォーカスリング２８０の外側部は、基板Ｗの縁領域を囲むように設けられる。フォーカスリング２８０は、プラズマが形成される領域の中心に基板Ｗが位置するように、電気場形成領域を拡張させる。これによって、基板Ｗの全体領域に掛けてプラズマが均一に形成され、基板Ｗの各領域が均一に蝕刻される。

ガス供給部３００は、工程チャンバー１００の内部に工程ガスを供給する。ガス供給部３００はガス格納部３１０、ガス供給ライン３２０、及びガス流入ポート３３０を含む。ガス供給ライン３２０はガス格納部３１０とガス流入ポート３３０とを連結し、ガス格納部３１０に格納された工程ガスをガス流入ポート３３０に供給する。ガス流入ポート３３０は、上部電極４１０に形成されたガス供給ホール４１２に連結され、ガス供給ホール４１２に工程ガスを供給する。

プラズマ生成部４００は、工程チャンバー１００の内部に留まる工程ガスを励起させるものであり、上部電極４１０、ガス分配板４２０、シャワーヘッド４３０、及び上部電源４４０を含む。

上部電極４１０は円板形状に設けられ、静電チャック２００の上部に位置する。上部電極４１０は上部電源４４０と電気的に連結される。上部電極４１０は、上部電源４４０から供給された高周波電力を、工程チャンバー１００の内部に留まる工程ガスに印加し、工程ガスを励起させる。工程ガスは、励起されてプラズマに状態変換される。上部電極４１０の中心領域にはガス供給ホール４１２が形成される。ガス供給ホール４１２はガス流入ポート３３０と連結され、上部電極４１０の下部に位置されたバッファ空間４１５にガスを供給する。

上部電極４１０の下部にはガス分配板４２０が位置する。ガス分配板４２０は円板形状に設けられ、上部電極４１０に対応する大きさを有する。ガス分配板４２０の上面は中心領域が縁領域より低く位置するように段差を有する。ガス分配板４２０の上面と上部電極４１０の底面とは、互いに組み合わされることでバッファ空間４１５を形成する。このバッファ空間４１５は、ガス供給ホール４１２を通じて供給されたガスが工程チャンバー１００の内部の空間１０１に供給される前に一時的に留まる空間として、用いられる。ガス分配板４２０の中心領域には、第１分配ホール４２１が形成される。第１分配ホール４２１はガス分配板４２０の上面から下面に貫通形成される。第１分配ホール４２１は一定の間隔だけ離隔されて複数個形成される。第１分配ホール４２１はバッファ空間４１５と連結される。

ガス分配板４２０の下部にはシャワーヘッド４３０が位置する。シャワーヘッド４３０は円板形状に設けられる。シャワーヘッド４３０には第２分配ホール４３１が形成される。第２分配ホール４３１はシャワーヘッド４３０の上面から下面に貫通形成される。第２分配ホール４３１は一定の間隔だけ離隔されて複数個形成される。第２分配ホール４３１は第１分配ホール４２１と対応する個数で設けられ、第１分配ホール４２１に対応して位置する。第２分配ホール４３１は各々第１分配ホール４２１に連結され、バッファ空間４１５に留まる工程ガスは第１分配ホール４２１と第２分配ホール４３１を通じて工程チャンバー１００の内部に均一に供給される。

上述したように、加熱部材２３０においては第１熱線２３１ａ，２３１ｂが並列連結され、第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄ、及び第３熱線２３３ａ乃至２３３ｄが各々直列連結される。第１熱線２３１ａ，２３１ｂは、第２熱線２３２ａ乃至２３２ｄ及び第３熱線２３３ａ乃至２３３ｄと異なり、図３のような回路を構成する。

誘電板２１０の一定の面積に埋め込まれる熱線のターゲット（ｔａｒｇｅｔ）抵抗を３０Ωと仮定したとき、並列連結では６０Ωの抵抗を有する２つの熱線で構成され、直列連結では３０Ωの抵抗を有する単一熱線で構成される。熱線の断面積を同一と仮定する場合、並列連結された熱線の全体長さは、直列連結された熱線の全体長さよりも４倍長く設けられる。このように、一定のターゲット抵抗に対して、並列連結の場合は直列連結の場合よりも熱線の長さを長く設けることができるので、同一の面積に円形又は螺旋形の熱線パターンを構成する場合、より狭くて細長い間隔でパターンを形成することができる。このようなパターンでは熱線の間の間隔が狭くなるので、熱線が提供される領域と熱線が提供されない領域との間での温度不均衡が解消できる。

また、並列連結された熱線の個別長さを異ならせれば、熱線の抵抗が異なることになり、熱線に流れる電流量が相違するものとなる。電流量によって熱線で発生する熱量が異なるので、熱線の個別長さの適宜調節を通じて、誘電板２１０の温度を領域別に調節することができる。

一方、並列連結では熱線の全体長さが増加するので、誘電板２１０の最外殻領域２１０ｂのように面積が狭い領域では、熱線の距離があまりにも近くなって配線に限界がある。並列連結と異なり、直列連結では熱線の長さに比例して抵抗が増加するので、並列連結に比べて短い長さで済む。そのため、誘電板２１０の最外殻領域２１０ｂのように面積が狭い領域では、熱線を直列連結してターゲット抵抗を形成すればよい。また、熱線を円形又は螺旋形のパターンに配置する場合、誘電板２１０の外殻領域に行くほど、熱線の半径がだんだん大きくなる。これに対し、熱線が直列連結される場合には、単位長さ当たりの熱線で発生する熱量は一定であるから、誘電板２１０の各領域には熱が一定に伝達される。

上述したように、並列又は直列連結で熱線２３１乃至２３３が誘電板２１０内に均一で細めの間隔で埋め込まれるので、誘電板２１０の各領域に熱が均一に伝達され、基板処理が均一に行われるようになる。

前記実施形態では基板支持ユニット２００が静電チャック２００であるとしたが、これと異なり、基板支持ユニット２００は多様な方法で基板Ｗを支持することができる。例えば、基板支持ユニット２００は基板Ｗを真空で吸着維持する真空チャックや、基板Ｗを機構的にチャッキングするチャックであってもよい。

また、前記実施形態ではプラズマを利用して蝕刻工程を遂行するとしたが、基板処理工程はこれに限定されず、プラズマを利用する多様な基板処理工程、例えば蒸着工程、アッシング工程、及び洗浄工程等にも適用され得る。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明するものに過ぎず、当業者であれば、本発明の本質から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、開示した実施形態は本発明の技術思想を限定するものでなく、単に説明するためのものであり、これらの実施形態によって本発明の技術思想の範囲は限定されない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈しなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれる。

１００工程チャンバー
２００基板支持ユニット
２１０支持プレート
２３０加熱部材
２３１，２３２，２３３熱線
２３５，２３６，２３７電源
３００ガス供給部
４００プラズマ生成部

Claims

基板を支持するユニットにおいて、
基板が置かれる支持プレートと、
前記支持プレート内に位置し、前記支持プレートを加熱する加熱部材と、を含み、
前記加熱部材は、
前記支持プレートの第１領域に配された複数個の第１熱線と、
前記第１領域と異なる前記支持プレートの第２領域に配された複数個の第２熱線と、を含み、
前記第１領域は、前記支持プレートの中央領域であり、
前記第２領域は、前記第１領域よりも面積が小さな、前記第１領域を囲む前記支持プレートの縁領域であり、
前記第１熱線を互いに並列連結させ、前記第２熱線を互いに直列連結させることで、
前記第１領域で一定の面積に埋め込まれる前記第１熱線の全体長さを、前記第２領域で一定の面積に埋め込まれる前記第２熱線の全体長さよりも、長く設けたことを特徴とする基板支持ユニット。
前記第１熱線の個別長さは、前記第２熱線の個別長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の基板支持ユニット。
前記第１熱線の個別長さは互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の基板支持ユニット。
内部に空間が形成された工程チャンバーと、
前記工程チャンバーの内部に位置し、基板を支持する支持プレートと、
前記支持プレート内に位置し、前記支持プレートを加熱する加熱部材と、を含み、
前記加熱部材は、
前記支持プレートの第１領域に配された複数個の第１熱線と、
前記支持プレートの第２領域に配された複数個の第２熱線と、を含み、
前記第１領域は、前記支持プレートの中央領域であり、
前記第２領域は、前記第１領域よりも面積が小さな、前記第１領域を囲む前記支持プレートの縁領域であり、
前記第１熱線を互いに並列連結させ、前記第２熱線を互いに直列連結させることで、
前記第１領域で一定の面積に埋め込まれる前記第１熱線の全体長さを、前記第２領域で一定の面積に埋め込まれる前記第２熱線の全体長さよりも、長く設けたことを特徴とする基板処理装置。
前記第１熱線の個別長さは、前記第２熱線の個別長さより長いことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
前記第１熱線の個別長さは、互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。