KR101927697B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개선된 온도 센서를 갖는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 지지하는 지지판; 상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 및 상기 지지판의 내부에 제공되는 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 과정에서 기판의 온도를 제어하기 위한 기판 온도 제어 장치가 필요하다. 기존의 기판 온도 제어 장치는 기판의 영역별로 온도를 조절하는 복수 개의 가열 유닛에 대응되는 복수 개의 제어부로 각각의 가열 유닛을 제어하였다.
이러한 온도 제어에 있어서 온도 센서를 이용하여 측정된 온도를 피드백하여 히터의 출력을 제어하는 방식이 사용되며, 온도 센서를 사용하기 위해 장치에 온도 센서를 삽입하기 위한 홀(hole)이 필요하다. 홀이 만들어짐에 따라 온도 제어 및 기판 처리 공정에 있어서 균일도(uniformity)가 떨어지게 되는 문제점이 존재한다.
또한, 최근 멀티 존(Multi Zone)을 갖는 기판의 등장에 따라 이를 제어하기 위한 온도 센서의 수를 늘이는 데 면적의 한계가 존재한다.
본 발명은 기판 처리 장치에 있어서 온도 센서가 차지하는 부피를 줄이기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기판 처리 공정에 있어서 균일도(uniformity)를 개선하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 지지하는 지지판; 상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 및 상기 지지판의 내부에 제공되는 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 유닛은, 상기 전극의 저항 및 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에서 측정된 값 및 상기 전극의 저항-온도 특성에 기초하여 상기 전극의 온도를 산출하는 온도 측정부를 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 유닛은 상기 전극과 상기 센서부를 연결하는 커넥터부를 더 포함하며, 상기 온도 측정부는, 상기 센서부에서 측정된 값 및 상기 전극의 저항-온도 특성에 기초하여 상기 전극의 온도를 산출하되, 상기 커넥터부의 저항값에 기초하여 산출된 온도를 보정할 수 있다.
상기 가열 유닛은 기판의 가열을 위한 히터 전극을 포함하고, 상기 온도 측정 유닛은 상기 히터 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정할 수 있다.
상기 지지판은 기판을 정전기력으로 흡착하기 위한 정전척을 포함할 수 있다.
상기 전극은 Pt, Ni, Cu, Mo, W, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛; 및 상기 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 유닛을 포함할 수 있다.
상기 기판 온도 제어 유닛은: 상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 및 상기 지지판의 내부에 제공되는 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 유닛은, 상기 전극의 저항 및 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에서 측정된 값 및 상기 전극의 저항-온도 특성에 기초하여 상기 전극의 온도를 산출하는 온도 측정부를 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 유닛은 상기 전극과 상기 센서부를 연결하는 커넥터부를 더 포함하며, 상기 온도 측정부는, 상기 센서부에서 측정된 값 및 상기 전극의 저항-온도 특성에 기초하여 상기 전극의 온도를 산출하되, 상기 커넥터부의 저항값에 기초하여 산출된 온도를 보정할 수 있다.
상기 가열 유닛은 상기 기판의 가열을 위한 히터 전극을 포함하고, 상기 온도 측정 유닛은 상기 히터 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정할 수 있다.
상기 지지판은 기판을 정전기력으로 흡착하기 위한 정전척을 포함할 수 있다.
상기 전극은 Pt, Ni, Cu, Mo, W, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예 따르면, 온도 센서가 차지하는 부피를 줄인 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 기판 처리 공정에 있어서 균일도(uniformity)를 개선할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 온도 제어 방식의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 복수 개의 영역을 갖는 기판(W)의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 온도 제어 방식의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 복수 개의 영역을 갖는 기판(W)의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(620), 기판 지지 어셈블리(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 그리고 플라즈마 발생 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(620)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(620)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 접지될 수 있다. 챔버(620)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(620)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(620) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측벽을 보호하여 챔버(620)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(620)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(620)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 가열 유닛(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격되어 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
가열 유닛(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생한 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 가열 유닛(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 가열 유닛(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 위치할 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(620)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(620) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(620)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 챔버(620) 내부에서 기판 지지 어셈블리(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 어셈블리(200)와 대향하게 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(620)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(620)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 어셈블리(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(620)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(620) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(620)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(620) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(620)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(620) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(600)은 챔버(620) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(600)은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(610), 고주파 전원에 전기적으로 연결되어 고주파 전력을 인가받는 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)을 포함할 수 있다.
제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 코일(621)의 직경은 제2 코일(622)의 직경보다 작아 챔버(620) 상부의 안쪽에 위치하고, 제2 코일(622)은 챔버(620) 상부의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 고주파 전원(610)으로부터 고주파 전력을 인가받아 챔버에 시변 자기장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 챔버(620)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 어셈블리(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(620) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(620)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 고주파 전원에서 생성된 고주파 전력은 플라즈마 소스에 인가될 수 있으며, 그로 인해 챔버(620) 내에 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 어셈블리(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 온도 제어 유닛의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 종래에는 정전척 등 기판 지지 부재의 온도 제어를 위해 온도 센서를 도 2에 도시된 바와 같이 사용하였으며, 이를 통해 측정된 온도를 피드백하여 히터의 출력을 제어하였다.
그러나, 히터 존(heater zone)의 수가 증가하면서 이를 제어하기 위한 온도 센서의 수도 증가함에 따라 공간적인 한계가 존재한다. 또한, 온도 센서를 고정하기 위한 홀(hole) 때문에 기판의 온도 분포 제어에 있어서 균일성(uniformity)를 유지하기 어려운 문제점이 존재하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)의 개략도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)은 지지판(200), 가열 유닛, 지지판의 내부에 제공되는 전극(710), 센서부(720), 및 온도 측정부(730)를 포함할 수 있다.
지지판(200)은 기판(W)을 지지하기 위해 제공되며, 복수 개의 가열 유닛(225)이 지지판(200)의 서로 다른 영역에 설치되어 기판(W)의 온도를 영역별로 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)은, 온도를 측정하기 위한 센서부(720) 및 온도 측정부(730)를 포함한다. 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)은 상기 지지판(200)의 내부에 제공되는 전극(710)의 저항값의 변화량에 기초하여 지지판(200)의 온도를 측정한다.
센서부(720)는 전극(710)의 저항 및 전류 중 적어도 하나를 측정한다. 일 실시 예에 따라, 저항 또는 전류를 측정함으로써 전극(710)의 저항값을 획득할 수 있다.
온도 측정부(730)는 센서부(720)에서 측정된 값 및 전극(710)의 저항-온도 특성에 기초하여 전극(710)의 온도를 산출할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전극(710)은, Pt, Ni, Cu, Mo, W, 또는 이들의 조합인 재료로 제공될 수 있다. 또는, 상기 전극(710)은 Pt, Ni, Cu, Mo, W, 또는 이들의 조합과 다른 물질의 합금일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 온도 측정부(730)는 아래와 같은 수식을 이용하여 전극(710)의 온도를 산출할 수 있다.
β=(1/R)(ΔR/ΔT)
상기 수식에서, R은 전극의 저항, ΔR과 ΔT는 각각 초기 저항 및 온도로부터의 변화량을 나타낸다. β는 전극의 재료에 따라 달라지는 저항의 온도 의존성의 크기를 나타내는 계수로서, 제공되는 전극 재료에 따라 다르게 주어진다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)은 전극(710)과 센서부(720)를 연결하는 커넥터부(740)를 더 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 커넥터부(740)는 전도체 물질로 제공될 것이다.
일 실시 예에 따르면, 온도 측정부(730)는 센서부(720)에서 측정된 값 및 전극(710)의 재료에 따라 주어지는 저항-온도 특성에 기초하여 전극(710)의 온도를 산출하되, 커넥터부(740)의 저항값에 기초하여 산출된 온도를 보정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 측정부(730)는 보다 정확한 온도를 산출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 지지판을 가열하기 위한 가열 유닛이 제공된다. 상기 가열 유닛은 히터 전극(225)을 포함할 수 있다. 지지판의 온도를 측정하기 위해 제공되는 전극(710)은 도 3에 도시된 바와 같이 히터 전극(225)의 하부에 위치될 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않으며, 전극(710)은 히터 전극(225)의 상부에 위치될 수도 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 전극(710)과 히터 전극(225)은 지지판 내부에서 동일한 높이에 제공될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)을 나타내는 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판 온도 제어 유닛(700)은 도 3에 나타난 바와 같이 온도 측정용 전극(710)을 더 포함할 필요 없이, 가열 유닛에 포함되는 전극(225)을 이용하여 온도 측정을 수행할 수 있다.
따라서, 도 4에 나타난 실시 예에 따르면 추가적인 전극을 삽입하지 않고도 가열 유닛 자체의 히터 전극(225)을 사용하여 온도 측정을 수행함으로써, 공간적 측면에서 효율성을 더 제고할 수 있다.
도 5 및 도 6는 각각 일 실시 예에 따라 복수 개의 영역을 갖는 기판(W)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기판(W)은 제1 영역(A1), 제2 영역(A2), 제3 영역(A3), 및 제4 영역(A4)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예 따라, 각 영역 별로 온도 측정을 수행하고, 영역 별로 온도 제어를 수행할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판(W)은 원주 방향으로 분할된 복수 개의 영역(B1, B2, B3, B4, B5)를 포함할 수 있다. 이와 같이 원주 방향으로 분할된 복수 개의 영역을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 각 영역별로 온도 측정을 수행하고, 영역 별로 온도 제어를 수행할 수 있다.
본 명세서에 있어서 설명되는 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 설명되었으나, 이에 제한되지 않으며 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma) 타입으로 구성될 수도 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합 되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10 : 기판 처리 장치
700 : 기판 온도 제어 유닛
700 : 기판 온도 제어 유닛
Claims (12)
- 기판을 지지하는 지지판;
상기 기판을 정전기력에 의해 상기 지지판에 흡착시키는 하부 전극;
상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 및
상기 지지판의 내부에 제공되는 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함하되,
상기 온도 측정 유닛은,
상기 하부 전극과 구별되며, 상기 복수의 가열 유닛 하부에 제공되는 전극;
상기 전극의 저항 및 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센서부;
상기 전극과 상기 센서부를 연결하는 커넥터부; 및
상기 센서부에서 측정된 값 및 상기 전극의 저항-온도 특성에 기초하여 상기 전극의 온도를 산출하되, 상기 커넥터부의 저항값을 고려하여 산출된 상기 전극의 온도를 보정하는 온도 측정부를 포함하는 기판 처리 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 전극은 Pt, Ni, Cu, Mo, W, 또는 이들의 조합을 포함하는 기판 처리 장치.
- 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버;
상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리;
상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
고주파 전력을 제공하는 고주파 전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛; 및
상기 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 유닛을 포함하며;
상기 기판 온도 제어 유닛은:
상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 및
상기 지지판의 내부에 제공되는 전극의 저항값의 변화량에 기초하여 상기 지지판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함하되,
상기 기판 지지 어셈블리는,
상기 기판을 정전기력에 의해 상기 지지판에 흡착시키는 하부 전극을 포함하며,
상기 온도 측정 유닛은,
상기 하부 전극과 구별되며, 상기 복수의 가열 유닛 하부에 제공되는 전극;
상기 전극의 저항 및 전류 중 적어도 하나를 측정하는 센서부;
상기 전극과 상기 센서부를 연결하는 커넥터부; 및
상기 센서부에서 측정된 값 및 상기 전극의 저항-온도 특성에 기초하여 상기 전극의 온도를 산출하되, 상기 커넥터부의 저항값을 고려하여 산출된 상기 전극의 온도를 보정하는 온도 측정부를 포함하는 기판 처리 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제7 항에 있어서,
상기 전극은 Pt, Ni, Cu, Mo, W, 또는 이들의 조합을 포함하는 기판 처리 장치.
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- 2016-09-02 KR KR1020160113019A patent/KR101927697B1/ko active IP Right Grant
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