KR101358858B1 - 정전척 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 정전척 장치는 공정 챔버의 내부에 구비되며 둘 이상의 서로 다른 소재가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 기판 지지대와 상기 기판 지지대의 상부에 마련된 절연층 및 상기 절연층의 내부에서 피처리 기판을 정전기적으로 처킹하기 위한 정전 전극을 포함한다. 본 발명의 정전척 장치는 피처리 기판을 처리하기 위한 다양한 공정을 수행하는 여러 공정 챔버에서 다양한 공정 환경과 열적 환경에 접하더라도 안정적인 구조를 유지할 수 있다.
정전척, 기판지지대, 공정챔버

Description

정전척 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치{ELECTROSTATIC CHUCK APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING EQUIPMENT HAVING THE SAME}
본 발명은 기판 처리를 위한 정전척 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 반도체 프로세스에서는 피처리 기판을 처리하는 과정에 피처리 기판을 지지하기 위해 서셉터라고도 하는 기판 지지대가 사용되고 있다. 기판 지지대는 피처리 기판을 안정적으로 유지하기 위하여 정전 전극을 구비하기도 하는데 이때 기판 지지대는 정전척으로 불리기도 한다. 정전척은 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대의 상부를 정전 전극을 포함하는 유전체층으로 구성한다. 이와 같은 정전척은 피처리 기판을 처리하기 위한 다양한 공정을 수행하는 여러 공정 챔버에 널리 사용되고 있다. 다양한 공정에 노출되는 정전척은 다양한 공정 환경과 열적 환경에 접하기 때문에 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
본 발명의 목적은 다양한 공정과 열적 환경에서도 안정적인 구조를 유지할 수 있는 정전척 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 정전척 장치에 관한 것이다. 본 발명의 정전척 장치는: 피처리 기판을 지지하며 둘 이상의 서로 다른 소재가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대의 상부에 마련된 절연층; 및 상기 절연층의 내부에서 피처리 기판을 정전기적으로 처킹하기 위한 정전 전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합 소재는 공유 결합된 알루미늄과 탄소 나노 튜브를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 기판 지지대의 온도를 제어하기 위한 냉각수 공급 채널을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 절연층은 피처리 기판의 온도를 제어하기 위한 냉매 유동로를 포함한다.
본 발명의 다른 일면은 정전척 장치를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 기판 처리 장치는: 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 구비되며 둘 이상의 서로 다른 소재가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 기판 지지대와 상기 기판 지지대의 상부에 마련된 절연층 및 상기 절연층의 내부에서 피처리 기판을 정전기적으로 처킹하기 위한 정전 전극을 포함하는 정전척 장치; 및 상기 정전 전극의 동작 전원을 공급하기 위한 정전척 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합 소재는 공유 결합된 알루미늄과 탄소 나노 튜브를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 기판 지지대의 온도를 제어하기 위한 냉각수 공급 채널을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 절연층은 피처리 기판의 온도를 제어하기 위한 냉매 유동로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대로 바이어스 전원을 공급하는 하나의 바이어스 전원 공급원 또는 서로 다른 주파수를 공급하는 둘 이상의 바이어스 전원 공급원을 포함한다.
본 발명의 정전척 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치에 의하면, 정전척 장치는 피처리 기판을 처리하기 위한 다양한 공정을 수행하는 여러 공정 챔버에서 다양한 공정 환경과 열적 환경에 접하더라도 안정적인 구조를 유지할 수 있다.
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 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 장치는 피처리 기판(W)을 처리하기 위한 공정 챔버(10)가 구비된다. 공정 챔버(10)는 기판 처리를 위한 플라즈마 소스(12)가 구비될 수 있다. 플라즈마 소스(12)는 무선 주파수를 사용하는 유도 결합 플라즈마나 소스나 용량 결합 플라즈마 소스일 수 있으며, 마이크로파 방전 플라즈마 소스일 수도 있으며 다양한 형태와 구조의 플라즈마 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(12)는 임피던스 정합기(22)를 통하여 전원 공급원(20)에 연결된다. 공정 챔버(10)는 공정 가스를 공급하는 가스 공급원(30)과 진공 배기를 위한 진공 펌프(32)에 각기 연결된다. 공정 챔버(10)의 내부에는 피처리 기판(W)을 지지하고 정전기적으로 처킹하는 정전척 장치(40)가 구비된다. 피처리 기판(W)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
도 2는 도 1의 정전척 장치의 구조를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하여, 정전척 장치(40)는 기판 지지대를 구성하는 지지대 베이스(41)와 그 상부에 구성되는 지지대 상부(42)를 구비한다. 기판 지지대를 구성하는 지지대 베이스(41)와 지지대 상부(42)는 둘 이상의 서로 다른 소재가 공유 결합된 복합 소재로 구성된다. 복합 소재는 공유 결합된 알루미늄과 탄소 나노 튜브를 포함한다. 복합 소재는 알루미늄과 탄소 나노 튜브가 상호 공유 결합되도록 전처 리 과정을 통해서 모합금을 제조하고 이어 모합금을 알루미늄에 추가 용해하는 방법으로 제조될 수 있다. 이와 같은 복합 소재를 사용하여 기판 지지대를 구성함으로서 예를 들어 1200도 이상의 고열과 300도 이하의 저열에서 모두 안정적으로 사용이 가능하다. 또한 복합 소재는 강도가 높은 반면 중량이 가볍기 때문에 설비 구성에 있어서 여러 가지 이점을 제공할 수 있다.
기판 지지대의 지지대 상부(42)에는 절연층(47)이 구비된다. 절연층(47)은 질화알루미늄과 같은 세라믹스로 구성될 수 있다. 절연층(47)의 내부에는 정전 전극(48)을 구비하여 피처리 기판(W)을 정전기적으로 처킹할 수 있다. 정전 전극(48)은 전기적으로 정전 전원 공급원(27)에 연결되어 정전기력 발생을 위한 전원을 공급받는다.
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 기판 지지대에 매설되도록 지지대 베이스(41)와 지지대 상부(42) 사이에 절연관(미도시)에 감싸인 저항 가열기(미도시)가 히터로서 설치될 수 있다. 이 경우에 절연관은 예를 들어, 산화마그네슘(MgO)과 같은 내화물로 구성된다. 절연관에 감싸인 저항 가열기는 피처리 기판(W)을 균일하게 가열하기 위한 적합한 설치 구조를 갖는데 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 평판 나선 구조를 가질 수 있다. 그리고 저항 가열기에 동작 전원을 공급하기 위하여 히터 전원(미도시)이 구비된다.
기판 지지대(41, 42)는 임피던스 정합기(26)를 통하여 바이어스 전원 공급원(24)에 전기적으로 연결될 수 있다. 바이어스 전원 공급원(24)은 하나의 무선 주파수를 공급하는 단일 바이어스 전원 공급원으로 구성될 수 있다. 또는 서로 다 른 주파수를 갖는 둘 이상의 바이어스 전원 공급으로 구성되어 다중 바이어스 구조를 갖도록 변형 실시될 수도 있다.
도 3은 일 변형에 따른 히터 장치를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 일 변형에 따른 정전척 장치(40a)는 지지대 상부(42)의 표면에 구성되는 절연층(47a)은 피처리 기판(W)이 처리되는 과정에서 피처리 기판(W)의 온도를 제어하기 위해 냉매 유동로(50)가 구비될 수 있다. 냉매 유동로(50)를 통하여 외부에서 공급되는 냉매 가스 예를 들어 헬륨 가스가 공급될 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 기판 지지대를 구성하는 지지대 베이스(41) 또는 지지대 상부(42)에 냉각수 공급 채널(미도시)을 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판 처리 장치의 블록도이고, 도 6은 도 5의 정전척 장치의 평면도이다. 그리고 도 7은 일 변형에 따른 정전척 장치의 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판 처리 장치는 상술한 실시예와 기본적으로 동일한 구성을 갖기 때문에 동일한 구성에 대하여 동일한 참조 번호를 병기하고 반복된 설명은 생략한다. 다만, 이 다른 실시예의 다중 기판 처리 장치는 둘 이상의 처리 기판을 동시에 처리하기 위한 공정 챔버(10a)와 그 공정 챔버(10a)의 내부에 둘 이상의 피처리 기판(W)이 놓이는 기판 지지대를 갖는 정전척 장치(40b)를 구비한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 네 장의 피처리 기판(W)이 하나의 정전척 장치(40b)에 놓일 수 있다. 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 여섯 장의 피처리 기판이 동시에 하나의 정전척 장치(40c)에 놓일 수 있다.
이와 같이, 둘 이상의 피처리 기판(W)을 동시에 지지하는 기판 지지대 구조를 갖는 정전척 장치(40b, 40c)의 경우에도 상술한 실시예의 정전척 장치(40)와 같은 복합 소재로 구성된다. 물론, 피처리 기판(W)의 개수와 동일한 독립된 개수의 정전 전극이 사용되거나 또는 하나의 정전 전극을 적절한 구조로 설치할 수도 있을 것이다. 플라즈마 소스(12)의 경우에도 피처리 기판(W)의 개수와 동일한 개수로 구비될 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 정전척 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치의 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 정전척 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 기판 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 정전척 장치의 구조를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 3은 일 변형에 따른 히터 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 기판 처리 장치의 블록도이다.
도 6은 도 5의 정전척 장치의 평면도이다.
도 7은 일 변형에 따른 정전척 장치의 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 공정 챔버 12: 플라즈마 소스
20: 메인 전원 공급원 22: 임피던스 정합기
24: 바이어스 전원 공급원 26: 임피던스 정합기
27: 정전척 전원 공급원 30: 가스 공급원
32: 진공 펌프 40, 40a: 정전척 장치
41: 지지대 베이스 42: 지지대 상부
47, 47a: 절연층 48: 정전 전극
49: 절연층 50: 냉매 유동로

Claims (9)

  1. 피처리 기판을 지지하며 둘 이상의 서로 다른 소재가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대의 상부에 마련된 절연층; 및
    상기 절연층의 내부에서 피처리 기판을 정전기적으로 처킹하기 위한 정전 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합 소재는 공유 결합된 알루미늄과 탄소 나노 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 기판 지지대의 온도를 제어하기 위한 냉각수 공급 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 피처리 기판의 온도를 제어하기 위한 냉매 유동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척 장치.
  5. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 내부에 구비되며 둘 이상의 서로 다른 소재가 공유 결합된 복합 소재로 구성되는 기판 지지대와 상기 기판 지지대의 상부에 마련된 절연층 및 상기 절연층의 내부에서 피처리 기판을 정전기적으로 처킹하기 위한 정전 전극을 포함하는 정전척 장치; 및
    상기 정전 전극의 동작 전원을 공급하기 위한 정전척 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복합 소재는 공유 결합된 알루미늄과 탄소 나노 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 기판 지지대의 온도를 제어하기 위한 냉각수 공급 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 절연층은 피처리 기판의 온도를 제어하기 위한 냉매 유동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 기판 지지대로 바이어스 전원을 공급하는 하나의 바이어스 전원 공급원 또는 서로 다른 주파수를 공급하는 둘 이상의 바이어스 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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