KR102044389B1 - 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된 챔버; 상기 챔버의 개방된 상면을 밀폐하는 유전체 커버; 상기 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 유전체 커버의 상부에 위치하며, 상기 챔버 내 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스를 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 기판이 놓이며, 내부에 히터가 제공된 유전판; 상기 유전판의 하부에 위치하며, 체결홈이 형성된 절연판; 상기 체결홈에 삽입되며, 상기 체결홈 내에서 위치 이동이 가능한 체결 블록; 및 상기 유전판과 상기 체결 블록을 고정 체결하는 체결 볼트를 포함한다.

Description

기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{SUBSTRATE SUPPORTING UNIT AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS INCLUDING THE UNIT}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 지지 유닛을 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조장치의 공정 챔버 내에는 기판을 지지하는 기판 지지 유닛이 제공된다.
한국 공개특허 제1995-027985호에는 기판 지지 유닛의 일 예로 서셉터 어셈블리가 개시된다. 서셉터 어셈블리는 제1서브서셉터와 히터를 갖는 제2서브서셉터가 볼트에 의해 체결된다.
상술한 두 개의 서브 서셉터가 상이한 재질로 제공되는 경우, 히터에서 발생된 열에 의한 열팽창 정도가 상이하다. 이러한 열팽창률 차이는 적어도 어느 하나의 서브 서셉터에 크랙을 발생시킨다.
한국 공개특허 제1995-027985호
본 발명의 실시예는 열팽창률 차이로 인한 장치 손상을 예방할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된 챔버; 상기 챔버의 개방된 상면을 밀폐하는 유전체 커버; 상기 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 유전체 커버의 상부에 위치하며, 상기 챔버 내 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스를 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 기판이 놓이며, 내부에 히터가 제공된 유전판; 상기 유전판의 하부에 위치하며, 체결홈이 형성된 절연판; 상기 체결홈에 삽입되며, 상기 체결홈 내에서 위치 이동이 가능한 체결 블록; 및 상기 유전판과 상기 체결 블록을 고정 체결하는 체결 볼트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 체결홈은 상기 절연판의 가장자리영역에 형성되고, 일 측부가 개방되며, 상기 체결 블록과 소정 간격을 유지하여 상기 체결홈에 고정 삽입되고, 상기 체결 블록이 상기 체결홈의 개방된 일 측부로 빠져나오지 못하도록 제한하는 이탈 방지 블록을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛은 기판이 놓이며, 내부에 히터가 제공된 제1플레이트; 상기 제1플레이트의 하부에 위치하고, 상기 제1플레이트와 상이한 재질로 제공되며, 상면에 체결홈이 형성된 제2플레이트; 상기 체결홈에 삽입되며, 상기 체결홈 내에서 위치 이동이 가능한 체결 블록; 및 상기 제1플레이트와 상기 체결 블록을 고정 체결하는 체결 볼트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 체결홈은 상기 제2플레이트의 가장자리영역에 형성되고, 일 측부가 개방되며, 상기 체결 블록과 소정 간격을 유지하여 상기 체결홈에 고정 삽입되고, 상기 체결 블록이 상기 체결홈의 개방된 일 측부로 빠져나오지 못하도록 제한하는 이탈 방지 블록을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 체결홈은 상부 영역에 비해 하부 영역의 너비가 크게 제공되고, 상기 체결 블록은 상기 체결홈의 하부 영역에 위치하는 영역이 상기 체결홈의 상부 영역에 위치하는 영역보다 큰 단면적을 가지며, 상기 체결홈으로부터 위쪽 방향으로 이동이 제한될 수 있다.
또한, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 열팽창률이 서로 상이한 재질을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1플레이트와 제2플레이트는 체결부재를 통해 간접적으로 연결되므로, 열팽창의 차이가 다른 구성에 영향을 미치지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 제2플레이트와 체결 부재를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 제2플레이트의 일부와 체결 부재를 나타내는 사시도이다.
도 4는 열 팽창이 발생된 경우, 제1플레이트와 제2플레이트를 체결하는 체결 부재를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 챔버(110), 유전체 커버(120), 가스 공급부(130), 플라스마 소스(140), 배플(150) 그리고 기판 지지 유닛(200)을 포함한다.
챔버(110)는 상면이 개방되며, 내부에 공간이 형성된다. 챔버(110)의 내부 공간은 기판 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 챔버(110)의 바닥면에는 배기홀(111)들이 형성될 수 있다. 배기홀(111)들은 배기 라인(161)과 연결되며, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물과 챔버(110) 내부에 머무르는 가스가 외부로 배출되는 통로를 제공한다.
유전체 커버(120)는 챔버(110)의 개방된 상면을 밀폐한다. 유전체 커버(120)는 챔버(110) 둘레에 상응하는 반경을 가진다. 유전체 커버(120)는 유전체 재질로 제공될 수 있다. 유전체 커버(120)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다.
가스 공급부(130)는 챔버(110) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(130)는 가스 공급 노즐(131), 가스 공급 라인(132), 그리고 가스 저장부(133)를 포함한다.
가스 공급 노즐(131)은 챔버(110) 내부에 위치하며, 공정 가스를 분사한다. 가스 공급 노즐(131)은 유전체 커버(120)의 중앙 하부에 위치할 수 있다.
가스 공급 라인(132)은 가스 공급 노즐(131)과 가스 저장부(133)를 연결한다. 가스 저장부(133)에 저장된 공정 가스는 가스 공급 라인(132)을 통해 가스 공급 노즐(131)에 공급된다. 가스 공급 라인(132)에는 유량 조절 밸브(134)가 설치될 수 있다. 유량 조절 밸브(134)는 가스 공급 라인(132)을 개폐하고, 공정 가스의 공급 유량을 제어한다.
플라스마 소스(140)는 챔버(110) 내부로 공급된 공정 가스를 플라스마 상태로 여기시킨다. 플라스마 소스(140)는 안테나(141)와 외부 전원(142)을 포함한다.
안테나(141)는 유전체 커버(120)의 상부에 위치하며, 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 외부 전원(142)은 안테나(141)와 연결되며, 고주파 전력을 안테나(141)에 인가한다. 안테나(141)에 인가된 고주파 전력에 의해, 챔버(110) 내부에는 유도 전기장이 형성된다. 공정 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라스마 상태로 여기된다. 플라스마 상태의 공정 가스는 기판(W)으로 제공되며, 기판(W)을 처리한다. 플라스마 상태의 공정 가스는 에칭 공정을 수행할 수 있다.
배플(150)은 챔버(110) 내에서 공정가스의 흐름을 제어한다. 배플(150)은 링 형상으로 제공되며, 챔버(110)와 기판 지지 유닛(200) 사이에 위치한다. 배플(150)에는 관통홀(151)들이 형성된다. 챔버(110) 내에 머무르는 공정가스는 관통홀(151)들을 통과하여 배기홀(111)에 유입된다. 관통홀(151)들의 형상 및 배열에 따라 배기홀(111)로 유입되는 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 공정 챔버(110) 내부에 위치하며, 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전 척(Electrode static chuck)이 제공될 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다. 이하, 정전 척을 예를 들어 설명한다.
정전 척(200)은 제1플레이트(210), 전극(220), 히터(230), 포커스 링(240), 제2플레이트(250), 체결 부재(260), 그리고 접지판(270)을 포함한다.
제1플레이트(210)는 원판 형상으로 제공되며, 상면에 기판(W)이 놓인다. 제1플레이트(210)의 상면은 가장 자리 영역보다 중앙 영역이 높게 위치하도록 단차질 수 있다. 제1플레이트(210)의 상면 중앙 영역은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에 기판(W)의 가장자리영역은 제1플레이트(210)의 상면 중앙영역 외측에 위치한다. 제1플레이트(210)는 유전체(dielectric substance) 재질의 유전 판으로 제공될 수 있다.
제1플레이트(210)의 내부에는 전극(220)이 제공된다. 전극(220)은 외부 전원(미도시)과 연결되며, 전원으로부터 전력이 인가된다. 전극(220)은 기판(W)과의 사이에 정전기력을 형성하여 기판(W)을 제1플레이트(210)의 상면에 흡착시킨다.
제1플레이트(210)의 내부에는 히터(230)가 제공된다. 히터(230)는 전극(220)의 하부에 제공될 수 있다. 히터(230)는 외부 전원(미도시)과 전기적으로 연결되며, 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 제1플레이트(210)를 거쳐 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 가열된다. 히터(230)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 히터(230)는 균일한 간격으로 제1플레이트(210)에 매설될 수 있다.
포커스 링(240)은 링 형상으로 제공되며, 제1플레이트(210)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 제1플레이트(210)에 인접한 내측부가 외측부보다 낮도록 단차져 제공될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부는 제1플레이트(210)의 상면 중앙영역과 동일 높에에 위치할 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부는 제1플레이트(210)의 외측에 위치하는 기판(W)의 가장자리영역을 지지한다. 포커스 링(240)은 플라스마가 형성되는 영역의 중심에 기판이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다. 이에 의해 기판(W) 전체 영역에 걸쳐 플라스마가 균일하게 형성될 수 있다.
제2플레이트(250)는 제1플레이트(210)의 하부에 위치하며, 제1플레이트(210)를 지지한다. 제2플레이트(250)는 제1플레이트(210)와 상이한 재질로 제공될 수 있다. 제2플레이트(250)은 제1플레이트(210)와 열팽창률이 상이한 재질로 제공될 있다. 제2플레이트(210)는 절연 재질의 절연 판으로 제공될 수 있다.
도 2는 도 1의 제2플레이트와 체결 부재를 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 1의 제2플레이트의 일부와 체결 부재를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제2플레이트(250)는 원판으로 제공된다. 제2플레이트(250)의 내부에는 냉각 유로(251)가 형성될 수 있다. 냉각 유로(251)는 냉각 유체가 순환하는 통로를 제공한다. 냉각 유로(251)를 순환하는 냉각 유체의 열은 제2플레이트(250)를 통해 제1플레이트(210)에 전달된다. 냉각 유체의 열은 가열된 제1플레이트(210)와 기판(W)을 신속하게 냉각한다. 냉각 유로(251)는 나선 형상으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 냉각 유로(251)는 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 유로(251)들은 서로 연통될 수 있다.
제2플레이트(250)의 상면에는 체결 홈(252)이 형성된다. 체결 홈(252)은 제2플레이트(250)의 가장자리영역에 형성되며, 상면으로부터 소정 깊이로 형성된다. 체결 홈(252)은 제2플레이트(250)의 측면에 인접한 일 측부가 개방될 수 있다. 체결 홈(252)은 하부 영역(252a)이 상부 영역(252b)에 비해 큰 너비를 갖도록 단차질 수 있다. 체결 홈(252)은 복수 개 제공되며, 제2플레이트(250)의 둘레를 따라 소정 각도를 이루며 이격하여 배치될 수 있다.
체결 부재(260)는 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)를 연결한다. 체결 부재(260)는 체결 블록(261), 체결 볼트(262), 그리고 이탈 방지 블록(263)을 포함한다.
체결 블록(261)은 체결 홈(252)들 각각에 삽입된다. 체결 블록(261)은 체결 홈(252) 내에서 이동가능하도록 제공된다. 체결 블록(261)은 체결 홈(252)보다 작은 볼륨을 가지며, 제2플레이트(250)의 중심을 지나는 직선 방향을 따라 이동가능하다. 체결 블록(261)은 하부 영역(261a)이 상부 영역(261b)보다 큰 단면적을 가진다. 체결 블록(261)의 하부 영역(261a)은 체결 홈(252)의 하부 영역(252a)에 위치하고, 체결 블록(261)의 상부 영역(261b)은 체결 홈(252)의 상부 영역(252b)에 위치한다. 체결 블록(261)은 하부 영역(261a)이 체결 홈(252)의 단턱에 걸려 위쪽 방향으로 이동이 제한된다. 체결 블록(261)의 상면에는 나사 홈(261c)이 형성된다.
체결 볼트(262)는 제1플레이트(210)와 체결 블록(261)을 고정 체결한다. 체결 볼트(262)는 제1플레이트(210)의 가장자리영역에 형성된 나사 홀을 거쳐, 그 끝단이 나사 홈(261c)에 고정 삽입된다.
이탈 방지 블록(263)은 체결 홈(252) 내에 고정 삽입된다. 이탈 방지 블록(263)은 체결 블록(261)에 비하여 상대적으로 제2플레이트(250)의 중심으로부터 먼 외측에 위치한다. 이탈 방지 블록(263)은 체결 블록(261)과 소정 간격을 유지한다. 이탈 방지 블록(263)의 저면에는 고정 돌기(263a)가 형성될 수 있다. 고정 돌기(263a)는 제2플레이트(250)에 형성된 고정 홈에 삽입될 수 있다. 고정 돌기(263a)와 고정 홈의 결합으로 이탈 방지 블록(263)은 제2플레이트(250)에 고정 위치된다. 이와 달리, 고정 돌기(263a)가 제2플레이트(250)에 형성되고, 고정 홈이 이탈 방지 블록(263)에 형성될 수 있다.
기판 처리 과정에서 히터(230)에서 발생된 열은 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)에 각각 전달된다. 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)는 전달된 열에 의해 팽창한다. 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)은 열팽창률이 상이한 재질로 제공되므로, 양 구성의 열 팽창 정도가 서로 상이하다.
도 4와 같이, 제1플레이트(210)의 열팽창 정도가 제2플레이트(250)에 비해 상대적으로 클 경우, 체결 볼트(262)와 체결 블록(261)은 그 위치가 이동한다. 체결 볼록(261)은 체결 홈(252)내에서 제1플레이트(210)의 열팽창 방향으로 이동한다. 체결 블록(261)의 이동으로, 체결 블록(261)과 이탈 방지 블록(263)과의 사이 간격(g)이 좁혀진다. 체결 블록(261)은 이탈 방지 블록(263)과의 사이 간격만큼 이동가능할 수 있다. 체결 블록(261)과 이탈 방지블록(263)의 사이 간격(g)은 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)의 열 팽창률 차이에 따라 결정될 수 있다. 이처럼, 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)는 체결 부재(260)에 의해 간접적으로 연결되므로, 제1플레이트(210)의 열 팽창이 제2플레이트(250)에 직접 영향을 미치지 않는다. 이로 인해, 제1플레이트(210)와 제2플레이트(250)의 열 팽창 정도 차이로 인한 손상 발생이 예방될 수 있다.
체결 블록(261)은 이탈 방지 블록(263)에 의해 기 설정된 간격 이상의 이동이 제한된다. 이에 의해 체결 블록(261)이 체결 홈(252)의 개방된 일 측부에서 빠져나오는 것이 방지된다.
다시 도 1을 참조하면, 제2지지플레이트(250)의 하부에는 접지판(270)이 제공된다. 접지판(270)은 접지되며, 제2지지플레이트(250)와 챔버(110)를 전기적으로 절연시킨다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 처리 장치 110: 챔버
120: 유전체 커버 130: 가스 공급부
140: 플라스마 소스 150: 배플
200: 기판 지지 유닛 210: 유전판, 제1플레이트
220: 전극 230: 히터
240: 포커스 링 250: 절연판, 제2플레이트
260: 체결 부재 261: 체결 블록
262: 체결 볼트 263: 이탈 방지 블록
270: 접지판

Claims (6)

  1. 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된 챔버;
    상기 챔버의 개방된 상면을 밀폐하는 유전체 커버;
    상기 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 유전체 커버의 상부에 위치하며, 상기 챔버 내 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스를 포함하되,
    상기 기판 지지 유닛은
    기판이 놓이며, 내부에 히터가 제공된 유전판;
    상기 유전판의 하부에 위치하며, 체결홈이 형성된 절연판;
    상기 체결홈에 삽입되며, 상기 체결홈 내에서 위치 이동이 가능한 체결 블록; 및
    상기 유전판과 상기 체결 블록을 고정 체결하는 체결 볼트를 포함하되,
    상기 체결홈은 상기 절연판의 가장자리영역에 형성되고, 일 측부가 개방되며,
    상기 체결 블록과 소정 간격을 유지하여 상기 체결홈에 고정 삽입되고, 상기 체결 블록이 상기 체결홈의 개방된 일 측부로 빠져나오지 못하도록 제한하는 이탈 방지 블록을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 기판이 놓이며, 내부에 히터가 제공된 제1플레이트;
    상기 제1플레이트의 하부에 위치하고, 상기 제1플레이트와 상이한 재질로 제공되며, 상면에 체결홈이 형성된 제2플레이트;
    상기 체결홈에 삽입되며, 상기 체결홈 내에서 위치 이동이 가능한 체결 블록; 및
    상기 제1플레이트와 상기 체결 블록을 고정 체결하는 체결 볼트를 포함하되,
    상기 체결홈은 상기 제2플레이트의 가장자리영역에 형성되고, 일 측부가 개방되며,
    상기 체결 블록과 소정 간격을 유지하여 상기 체결홈에 고정 삽입되고, 상기 체결 블록이 상기 체결홈의 개방된 일 측부로 빠져나오지 못하도록 제한하는 이탈 방지 블록을 더 포함하는 기판 지지 유닛.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 체결홈은 상부 영역에 비해 하부 영역의 너비가 크게 제공되고,
    상기 체결 블록은 상기 체결홈의 하부 영역에 위치하는 영역이 상기 체결홈의 상부 영역에 위치하는 영역보다 큰 단면적을 가지며, 상기 체결홈으로부터 위쪽 방향으로 이동이 제한되는 기판 지지 유닛.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 열팽창률이 서로 상이한 재질을 갖는 기판 지지 유닛.
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