KR100519259B1 - 향상된 가공 균일성을 위한 정전 흡착 스테이지 및 이를구비한 기판 처리 장치 - Google Patents

향상된 가공 균일성을 위한 정전 흡착 스테이지 및 이를구비한 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전 흡착 스테이지 및 이를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것으로, 정전 흡착 스테이지는 리프트 핀의 전기장 세기를 조절하기 위한 수단을 구비한다. 조절 수단은 리프트 핀의 전기장 세기를 정전 흡착 스테이지 표면의 전기장 세기와 동일하게 하여 피 처리 기판의 가공에 있어서 향상된 가공 균일성을 얻을 수 있다. 즉, 리프트 핀의 표면과 정전 흡착 스테이지의 표면이 동일한 전기장 세기를 갖도록 리프트 핀의 전기장 세기를 조정함으로서 피 처리 기판의 가공 균일성을 얻을 수 있다.

Description

향상된 가공 균일성을 위한 정전 흡착 스테이지 및 이를 구비한 기판 처리 장치{ELECTROSTATIC CHUCKING STAGE FOR ADVANCED PROCESS UNIFORMITY AND BOARD-SHAPED OBJECT PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 액정디스플레이(liquid crystal display)용 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 판-성형(board-shaped)의 피 처리 기판을 고정하기 위한 정전 흡착 스테이지(electrostatic chucking stage)와 피 처리 기판의 로딩/언로딩시 피 처리 기판을 지지하는 리프트 시스템을 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
정전기력에 의해 기판을 흡착(chucking)하기 위한 정전 흡착 스테이지는 기판 가공 분야에서 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 대규모 집적 회로(Large-Scale Integrate circuits)와 같은 반도체 장치나 LCD(Liquid Crystal Displays) 장치들의 제조에서 웨이퍼나 유리 기판 등의 판-성형 물체의 가공시 가공 균일성(process uniformity) 및 가공 재현성(process reproducibility)을 위해 사용된다. 플라즈마 건식 식각 장비는 플라즈마 상태의 이온들 및 활성 종들의 작용을 이용하여 기판을 식각한다. 여기서, 정전 흡착 스테이지는 건식 식각 과정에서 피 처리 기판이 최적의 위치로 고정되게 한다.
일반적으로, 정전 흡착 스테이지는 흡착을 위한 전압이 인가되는 흡착 전극(chucking electrode)과 흡착 전극에 인가된 전압에 의해 분극화된 유전체 판(dielectric plate)을 포함한다. 고정된 기판은 유전체 판과 접하여 유전체 판의 표면상에 유도된 정전기에 의해 흡착된다.
도 1은 일반적인 정전 흡착 스테이지를 갖는 플라즈마 프로세스 챔버의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 챔버(10)의 내부에는 정전 흡착 스테이지(12)가 마련되고, 그 상부에 피 처리 기판(13)이 놓여진다. 챔버(10) 상부에는 플라즈마 발생기(11)가 설치되어 있다. 플라즈마 발생기(11)는 상부 전극을 포함하며 이는 임피던스 매칭 네트웍(14)을 통해 RF 전원(15)에 전기적으로 접속된다.
정전 흡착 스테이지(12)는 도전성 재료를 이용하여 구성되고, RF 전력을 인가받는 하부 전극으로서도 기능한다. 정전 스테이지(12)는 정전 흡착 전원(16)에 전기적으로 연결되며, 또한 임피던스 매칭 네트웍(17)을 통해 RF 전원(18)에 전기적으로 연결된다. 정전 흡착 전원(16)은 정전 흡착을 위한 정전 흡착 동력을 공급하며, RF 전원(18)은 플라즈마 이온의 유도를 위한 바이어스 전압을 제공한다.
정전 흡착 스테이지(12)는 피 처리 기판(13)의 로딩 및 언로딩을 조력하기 위해서, 복수의 리프트 핀이 상하 이동 가능하게 배치된다. 피 처리 기판(13)은 로딩 및 언로딩을 위해 반송 아암에 의해 취급될 때, 리프트 핀에 의해서 탑재면으로부터 부상한 상태로 지지된다. 리프트 핀은 상하로 동작하게 하는 동력 수단을 포함하는 리프트 시스템(미도시)에 의해 제어된다.
도 2a 및 도 2b는 정전 흡착 스테이지상의 피 처리 기판과 리프트 핀의 상호 위치를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 다수개의 리프트 핀(20)은 정전 흡착 스테이지(12a)의 주변에 배열되며, 피 처리 기판(13a)의 가장 자리 영역에 고르게 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 리프트 핀(20)은 정전 흡착 스테이지(12)에 형성된 홀(19)을 통해서 상하로 이동되는 구조를 갖는다.
그런데, 리프트 핀(20)의 상부 표면(32)과 정전 흡착 스테이지(12)의 표면(30)은 서로 다른 전기장 세기를 갖게 된다. 비록, 바이어스 전압이 정전 흡착 스테이지(12)와 리프트 핀(20)에 동일하게 인가되지만 상대적으로 리프트 핀(20)의 좁은 표면(32)이 정전 흡착 스테이지(12) 표면(30)보다 높은 전기장이 걸리게 된다. 그럼으로 플라즈마 건식 식각시에 리프트 핀(20)의 표면 영역(32)에 이온 입사가 높아져 과도하게 식각되어 가공 균일성을 잃게 되는 문제점이 발생된다. 더욱이 최근에는, 웨이퍼나 유리 기판의 사이즈가 대형화 되고 있어서 기판을 수평으로 고르게 지지하기 위해서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판의 중심 영역(30)에도 리프트 핀(20)이 다수 위치하여야 함으로 상술한 가공 균일성의 문제는 더 커지게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 리프트 핀의 상부 영역이 과식각 되어 가공 균일성을 잃게 되는 것을 막을 수 있는 향상된 가공 균일성을 위한 정전 흡착 스테이지를 구비한 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기판 처리 장치는: 플라즈마 프로세스 챔버; 플라즈마 프로세스 챔버에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기; 플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 마련되며, 정전 흡착 동력을 제공받아 피 처리 기판을 정전 흡착하고 플라즈마 이온을 유도하기 위한 바이어스 전압을 인가 받아 하부 전극으로 기능하는 정전 흡착 스테이지; 정전 흡착 동력을 제공하는 정전 흡착 전원; 정전 흡착 스테이지에 형성된 다수의 홀들에 설치되어 수직으로 상하 이동하며 피 처리 기판의 로딩/언로딩을 조력하는 다수개의 리프트 핀; 및 리프트 핀이 정전 흡착 스테이지와 동일한 전기장 세기를 갖도록 조절하는 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는 상부 전극과 이에 접속된 제1 임피던스 매칭 네트웍 및, 제1 임피던스 매칭 네트웍을 통해 상부전극으로 RF 전원을 제공하는 제1 RF 전원을 포함한다
이 실시예에 있어서, 상기 정전 흡착 스테이지로 바이어스 전압을 공급하기 위한 제2 RF 전원, 제2 RF 전원과 정전 흡착 스테이지 사이에 연결되는 제2 임피턴스 매칭 네트웍을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단은 바이어스 전압을 입력 받는 입력단; 리프트 핀으로 연결되는 출력단; 입력단과 출력단 사이에 연결되어 리프트 핀으로 인가되는 바이어스 전압의 전압 레벨을 조절하는 가변 인덕터를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 가변 인덕터는 상기 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되는 고정코일과 가변코일을 포함하고, 상기 가변코일이 고정코일과의 상대적 위치가 변화됨으로 리프트 핀의 전기장 세기가 조절된다. 그리고 상기 고정코일은 입력단과의 접속점이 가변 가능하다.
이 실시예에 있어서, 상기 고정코일은 원통형관에 권선되고, 상기 가변코일은 원통형관의 내부에 이동 가능하게 장착되는 봉에 권선된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 정전 흡착 동력을 제공받아 피 처리 기판을 정전 흡착하는 정전 흡착 스테이지는: 정전 흡착 동력을 제공하는 정전 흡착 전원; 정전 흡착 스테이지에 형성된 다수의 홀들에 설치되어 수직으로 상하 이동하며 피 처리 기판의 로딩/언로딩을 조력하는 다수개의 리프트 핀; 및 리프트 핀이 정전 흡착 스테이지와 동일한 전기장 세기를 갖도록 조절하는 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단을 포함한다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
본 발명의 정전 흡착 스테이지 및 이를 구비한 기판 처리 장치는 예를 들어, 반도체 처리에 있어서 액정 디스플레이용 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 피 처리 기판을 취급의 대상으로 하는 탑재대 장치 및 이를 구비한 플라즈마 처리 장치 및 진공 처리 장치 등에 관한 것이다. 여기서 반도체 처리란 반도체 웨이퍼나 액정 디스플레이용 유리 기판 등의 피 처리 기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써 해당 피 처리 기판상에 반도체 장치나, 반도체 장치에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해서 실시되는 여러 가지의 처리를 의미한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 도면이다. 플라즈마 프로세스 챔버(40)의 내부에는 피 처리 기판(13)이 놓여지는 정전 흡착 스테이지(42)가 마련되어 있다. 챔버(10)의 상부에는 플라즈마 발생기(41)가 설치되며, 이는 상부 전극을 포함하며 상부 전극은 임피던스 매칭 네트웍(44)을 통해 RF 전원(45)에 전기적으로 접속된다.
정전 흡착 스테이지(42)는 도전성 재료를 이용하여 구성되며, RF 전력을 인가받는 하부 전극으로서도 기능한다. 정전 스테이지(42)는 정전 흡착 전원(46)에 전기적으로 연결되며, 또한 임피던스 매칭 네트웍(47)을 통해 RF 전원(48)에 전기적으로 연결된다. 정전 흡착 전원(46)은 정전 흡착을 위한 정전 흡착 동력을 공급하며, RF 전원(48)은 플라즈마 이온의 유도를 위한 바이어스 전압을 제공한다.
정전 흡착 스테이지(42)는 피 처리 기판(43)의 로딩 및 언로딩을 조력하기 위해서, 복수의 리프트 핀(51)이 상하 이동 가능하게 배치된다. 피 처리 기판(43)은 로딩 및 언로딩을 위해 반송 아암에 의해 취급될 때, 리프트 핀(51)에 의해서 탑재면으로부터 부상한 상태로 지지된다. 리프트 핀(51)은 상하로 동작하게 하는 동력 수단을 포함하는 리프트 시스템(미도시)에 의해 제어된다. 도 3을 참조하여 앞서 설명한 바와 동일하게, 리프트 핀(51)은 정전 흡착 스테이지(42)에 형성된 홀을 통해서 상하로 이동되는 구조 갖는다.
리프트 핀(51)은 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단(50)에 의해 정전 흡착 스테이지(42)와 동일한 전기장 세기를 갖도록 조절된다. 앞서 설명한 바와 같이, 리프트 핀(51)과 정전 흡착 스테이지(42)에 동일한 바이어스 전압이 인가되는 경우 리프트 핀(51)의 상부 표면이 정전 흡착 스테이지(42)의 표면 보다 높은 전기장 세기를 갖게 된다. 그럼으로 전기장 세기 조절 수단(50)을 이용하여 리프트 핀(51)으로 공급되는 전압을 낮추어 정전 흡착 스테이지(42)의 전 표면이 동인한 전기장 세기를 갖도록 하는 것이다. 이와 같이 함으로서, 피 처리 기판(43)의 가공 균일성을 얻을 수 있다.
도 5는 도 4의 기판 처리 장치의 회로적 구성을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 정전 흡착 전원(46)은 DC 전원(CC40)과 인덕터(L40)를 포함한다. 정전 흡착 전원(46)은 정전 흡착 스테이지(42)에 DC 전압을 인가하여 유전성 분극을 야기한다. 플라즈마 발생기(41)의 상부 전극과 정전 흡작 스테이지(42)의 하부전극에 각기 연결된 임피던스 매칭 네트웍(44, 47)은 다수의 가변 콘덴서와 인덕터(C10, C11, L10)(C20, C21, L20)을 포함하여 구성된다. 정전 흡착 스테이지(42)와 이에 접속되는 임피던스매칭 네트웍(47) 사이에는 콘덴서(C30)가 직렬 접속된다.
리프트 핀 전기장 세기 조절 수단(50)은 바이어스 전압을 입력 받는 입력단(51)과 리프트 핀으로 연결되는 출력단(52) 그리고 입력단(51)과 출력단(52) 사이에 연결되어 리프트 핀(51)으로 인가되는 바이어스 전압의 레벨을 조절하는 가변 인덕터(53. 54)를 포함한다.
도 6은 도 5의 가변 인덕터의 일 예를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 가변 인덕터(53, 54)는 입력단(51)과 출력단(53) 사이에 직렬로 연결되는 고정코일(53)과 가변코일(54)로 구성된다. 여기서 고정코일(53)은 원통형관(55)에 권선되고, 가변코일(54)은 원통형관(56)의 내부에 이동 가능하게 장착되는 봉(56)에 권선된다. 또한, 고정코일(53)은 입력단(51)과의 접속점이 가변 가능하다. 이와 같은 구조를 갖는 가변 인덕터는 가변코일(54)이 고정코일(53)과의 상대적 위치가 변화됨으로 리프트 핀(51)으로 인가되는 전압의 세기가 가변되어 전기장 세기가 조절된다. 가변 인덕터는 이 실시예에서 예시한 것 이외에도 다른 다양한 형태의 가변 인덕터를 사용할 수 있음을 이 분야의 통상적인 기술자들에게는 자명한 것이다.
정전 흡착 스테이지는 기판 가공 분야에서 널리 사용되고 있으며, 본 발명의 리프트 핀과 전기장 세기 조절 수단을 포함하는 정전 흡착 스테이지는 상술한 실시예 이외에도 다양한 기판 처리 장치에 적용할 수 있음을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 이상에서 본 발명에 따른 정전 흡착 스테이지 및 이를 구비한 기판 처리 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였으나, 이는 일예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명의 정전 흡착 스테이지 및 이를 구비한 기판 처리 장치는 피 처리 기판의 가공에 있어서 향상된 가공 균일성을 얻을 수 있다. 즉, 리프트 핀의 표면과 과 정전 흡착 스테이지의 표면이 동일한 전기장 세기를 갖도록 리프트 핀의 전기장 세기를 조정함으로서 피 처리 기판의 가공 균일성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 정전 흡착 스테이지를 갖는 플라즈마 프로세스 챔버의 구성을 개략적으로 보여주는 도면;
도 2a 및 도 2b는 정전 흡착 스테이지상의 피 처리 기판과 리프트 핀의 상호 위치를 보여주는 도면;
도 3은 리프트 핀의 구조를 개략적으로 보여주는 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 도면;
도 5는 도 4의 기판 처리 장치의 회로적 구성을 보여주는 도면; 그리고
도 6은 도 5의 가변 인덕터의 일 예를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 플라즈마 프로세스 챔버 11: 플라즈마 발생기
12: 정전 흡착 스테이지 13: 피 처리 기판
14, 17: 임피던스 매칭 네트워크 15, 18: RF 전원
16: 정전 흡작 전원

Claims (12)

  1. 플라즈마 프로세스 챔버;
    플라즈마 프로세스 챔버에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기;
    플라즈마 프로세스 챔버의 내부에 마련되며, 정전 흡착 동력을 제공받아 피 처리 기판을 정전 흡착하고 플라즈마 이온을 유도하기 위한 바이어스 전압을 인가 받아 하부 전극으로 기능하는 정전 흡착 스테이지;
    정전 흡착 동력을 제공하는 정전 흡착 전원;
    정전 흡착 스테이지에 형성된 다수의 홀들에 설치되어 수직으로 상하 이동하며 피 처리 기판의 로딩/언로딩을 조력하는 다수개의 리프트 핀; 및
    리프트 핀이 정전 흡착 스테이지와 동일한 전기장 세기를 갖도록 조절하는 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는 상부 전극과 이에 접속된 제1 임피던스 매칭 네트웍 및, 제1 임피던스 매칭 네트웍을 통해 상부전극으로 RF 전원을 제공하는 제1 RF 전원을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정전 흡착 스테이지로 바이어스 전압을 공급하기 위한 제2 RF 전원, 제2 RF 전원과 정전 흡착 스테이지 사이에 연결되는 제2 임피턴스 매칭 네트웍을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단은 바이어스 전압을 입력 받는 입력단; 리프트 핀으로 연결되는 출력단; 입력단과 출력단 사이에 연결되어 리프트 핀으로 인가되는 바이어스 전압의 전압 레벨을 조절하는 가변 인덕터를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가변 인덕터는 상기 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되는 고정코일과 가변코일을 포함하고, 상기 가변코일이 고정코일과의 상대적 위치가 변화됨으로 리프트 핀의 전기장 세기가 조절되는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 고정코일은 입력단과의 접속점이 가변 가능한 기판 처리 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 고정코일은 원통형관에 권선되고, 상기 가변코일은 원통형관의 내부에 이동 가능하게 장착되는 봉에 권선되는 기판 처리 장치.
  8. 정전 흡착 동력을 제공받아 피 처리 기판을 정전 흡착하는 정전 흡착 스테이지에 있어서,
    정전 흡착 동력을 제공하는 정전 흡착 전원;
    정전 흡착 스테이지에 형성된 다수의 홀들에 설치되어 수직으로 상하 이동하며 피 처리 기판의 로딩/언로딩을 조력하는 다수개의 리프트 핀; 및
    리프트 핀이 정전 흡착 스테이지와 동일한 전기장 세기를 갖도록 조절하는 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단을 포함하는 정전 흡착 스테이지.
  9. 제8항에 있어서, 리프트 핀 전기장 세기 조절 수단은 바이어스 전압을 입력 받는 입력단; 리프트 핀으로 연결되는 출력단; 입력단과 출력단 사이에 연결되어 리프트 핀으로 인가되는 바이어스 전압의 전압 레벨을 조절하는 가변 인덕터를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가변 인덕터는 상기 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되는 고정코일과 가변코일을 포함하고, 상기 가변코일이 고정코일과의 상대적 위치가 변화됨으로 리프트 핀의 전기장 세기가 조절되는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고정코일은 입력단과의 접속점이 가변 가능한 정전 흡착 스테이지.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 고정코일은 원통형관에 권선되고, 상기 가변코일은 원통형관의 내부에 이동 가능하게 장착되는 봉에 권선되는 기판 처리 장치.
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