KR102239116B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정챔버 내 균일한 온도분포를 제공하기 위한 기판처리장치에 관한 것으로서, 본 발명의 기판처리장치는, 처리공간을 갖고, 일측에 기판 출입을 위한 출입개구가 구비된 공정챔버와, 상기 처리공간 내에 구비되며 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과, 상기 출입개구에 구비되어 상기 출입개구를 개폐하는 셔터와, 상기 셔터 내에 구비되어 상기 공정챔버 내부에 열을 전달하는 복수의 셔터히터를 포함한다.

Description

기판처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정챔버 내부에 균일한 온도 분포를 제공할 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다
반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 이온 주입, 그리고 세정 공정에는 공정 가스를 이용한 기판 처리장치가 사용된다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하는 기판처리장치는, 기판의 공정처리를 위한 복수개의 공정챔버와 이송유닛을 포함한다. 이송유닛은 기판을 공정챔버 내에 이송한다. 그리고 공정챔버에는 기판의 입출입을 위한 셔터가 구비된다.
셔터는 공정챔버 내에 기판의 입출입을 위해 반드시 필요하지만, 셔터 개방 시 외부기류가 유입되거나 셔터 및 셔터 주변부의 온도의 차이에 의해 공정챔버 내에 불균일한 온도분포가 야기될 수 있다.
공정챔버 내에 온도분포가 불균일해지면, 공정챔버 내에서 기판 전면적에서 홀 구경, 선 폭 등의 CD가 불균일해질 수 있다. 최근 도입된 초미세공정에서의 CD 불균일은 공정불량으로 이어질 수 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명은 공정챔버 내 균일한 온도분포를 제공할 수 있는 기판처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판처리장치는, 처리공간을 갖고, 일측에 기판 출입을 위한 출입개구가 구비된 공정챔버; 상기 처리공간 내에 구비되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 출입개구에 구비되어, 상기 출입개구를 개폐하는 셔터; 및 상기 셔터 내에 구비되어, 상기 공정챔버 내부에 열을 전달하는 복수의 셔터히터를 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 셔터는 상기 출입개구에 대해 상하 방향으로 구동됨으로써 상기 출입개구를 개폐하며, 상기 복수개의 셔터히터 중 상기 셔터의 아래쪽에 배치될수록 셔터히터의 온도가 높게 개별 제어된다.
또한 실시예에 있어서, 상기 셔터의 외측벽에는 상기 셔터의 열전달을 차단하는 열차단 부재가 구비된다.
또한 실시예에 있어서, 상기 출입개구의 좌측 및 우측 중 일측에는 외부 기류 유입 방지를 위한 에어커튼을 형성하는 에어커튼 형성부가 구비되고, 타측에는 상기 에어커튼을 회수하는 에어커튼 회수부가 구비된다.
또한 실시예에 있어서, 상기 공정챔버의 내측 측벽에 구비되어 상기 공정챔버 내부로 열을 전달하는 상벽 챔버히터와, 상기 공정챔버의 내측 상벽에 구비되어 상기 공정챔버 내부에 열을 전달하는 측벽 챔버히터를 더 포함한다.
또한 실시예에 있어서, 상기 상벽 챔버히터 및 상기 측벽 챔버히터는 복수개로 구비되며, 개별 제어된다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 상벽 챔버히터, 측벽 챔버히터 및 셔터히터를 구비함으로써, 공정챔버 내 균일한 온도분포를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 출입개구의 좌측에서 우측방향 또는 우측에서 좌측방향인 수평방향으로 에어커튼이 형성됨으로써, 기판 출입 시 기판에 의한 에어커튼의 차단을 최소화할 수 있다. 따라서 기판 출입 시 공정챔버 내 처리공간으로의 기류유입이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공정챔버 내부에 균일한 온도분포를 제공하는 기판처리장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 셔터가 닫힌 상태의 기판처리장치를 도시한 도면이고, 도 3b는 셔터가 열린 상태의 기판처리장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 실시예에서는 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 기판을 식각 처리하는 기판 처리 장치를 일 예로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 열환경을 제공할 수 있는 공정챔버를 구비하는 기판처리장치에 모두 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스(400), 배기 유닛(500) 그리고 배플 유닛(600)을 포함한다.
공정챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리공간(101)을 제공한다. 챔버(100)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 챔버(100)의 상부의 상벽과, 측면의 측벽에 의해 밀페된다. 챔버(100)의 측벽(102)에는 출입개구(106)가 형성된다. 출입개구(106)는 기판(W)이 반출입되는 입구로 기능한다. 챔버(100)의 외측면에는 도어(108)가 제공된다. 도어(108)는 출입개구(106)를 개폐한다. 하우징(100)은 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(150)이 형성된다.
기판 지지 유닛(200)은 처리 공간(101)에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(200)은 지지판(210), 포커스링(250), 그리고 베이스(230)를 포함한다. 지지판(210)은 유전체 재질을 포함하는 유전판(210)으로 제공된다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 내부 전극(212)이 설치된다. 내부 전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전력을 인가받는다. 내부 전극(212)은 인가된 전력(미도시)으로부터 기판(W)이 유전판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 지지 유닛 히터(214)가 설치된다. 지지 유닛 히터(214)는 내부 전극(212)의 아래에 위치될 수 있다.
지지 유닛 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다.
베이스(230)는 유전판(210)을 지지한다. 베이스(230)는 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정결합된다. 베이스(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(232)는 베이스(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 베이스에는 외부에 위치된 고주파 전원(234)과 연결된다. 고주파 전원(234)은 베이스(230)에 전력을 인가한다. 베이스(230)에 인가된 전력은 챔버(100) 내에 발생된 플라즈마가 베이스(230)를 향해 이동되도록 안내한다. 베이스(230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.
포커스링(250)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(250)은 내측링(252) 및 외측링(254)을 포함한다. 내측링(252)은 유전판(210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내측링(252)을 베이스(230)의 가장자리영역에 위치된다. 내측링(252)의 상면은 유전판(210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공된다. 내측링(252)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 가장자리 영역을 지지한다. 예컨대, 내측링(252)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 외측링(254)은 내측링(252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 외측링(254)은 베이스(230)의 가장자리영역에서 내측링(252)과 인접하게 위치된다. 외측링(254)의 상면은 내측링(252)의 상면에 비해 그 높이가높게 제공된다. 외측링(254)은 절연 물질로 제공될 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 기판 지지 유닛(200)에 지지된 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 저장부(350), 가스 공급 라인(330), 그리고 가스 유입 포트(310)를 포함한다. 가스 공급 라인(330)은 가스 저장부(350) 및 가스 유입 포트(310)를 연결한다. 가스 저장부(350)에 저장된 공정 가스는 가스공급 라인(330)을 통해 가스 유입 포트(310)으로 공급한다. 가스 유입 포트(310)는 챔버(100)의 상부벽에 설치된다. 가스 유입 포트(310)는 기판 지지 유닛(200)과 대향되게 위치된다. 일 예에 의하면, 가스 유입 포트(310)는 챔버(100) 상부벽의 중심에 설치될 수 있다. 가스 공급 라인(330)에는 밸브가 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나, 그 내부 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 공정 가스는 식각 가스일 수 있다.
플라즈마 소스(400)는 챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(400)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나(410) 및 외부전원(430)을 포함한다. 안테나(410)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(410)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부전원(430)과 연결된다. 안테나(410)는 외부전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(410)는 챔버(100)의 처리 공간(101)에 방전 공간을 형성한다. 방전 공간 내에 머무르는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
배기 유닛(500)은 처리 공간(101)을 진공 분위기로 형성한다. 배기 유닛(500)은 배기 라인(520) 및 감압 부재(540)를 포함한다. 배기 라인(520)은 배기홀(150)에 연결되고, 감압 부재(540)는 배기 라인(520)에 설치된다.
감압 부재(540)로부터 발생된 감압력은 배기 라인(520)을 통해 처리 공간(101)으로 전달된다. 이에 따라 처리공간(101)은 감압되어 진공 분위기를 형성할 수 있다. 배기 유닛(500)은 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 플라즈마는 진공압에 의해 챔버(100)의 외부로 배출한다.
배플 유닛(600)은 처리 공간(101)에서 플라즈마가 영역 별로 균일하게 배기되도록 안내한다. 배플 유닛(600)은 처리 공간(101)에서 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다.
이하 도 2 내지 도 3b를 참조하여, 공정챔버 내부에 균일한 온도분포를 제공하는 기판처리장치의 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 공정챔버 내부에 균일한 온도분포를 제공하는 기판처리장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 공정챔버(100)는 윗면에 대응되는 상벽(104)과 옆면에 대응되는 측벽(102)을 포함한다. 공정챔버(100)은 상벽(104)과 측벽(102)에 의해 밀폐된 처리공간(101)을 갖는다.
상벽(104)에는 공정챔버(100) 내 처리공간(101)으로 열을 전달하기 위한 상벽 챔버히터(1041)가 구비된다. 그리고 측벽(102)에는 공정챔버(100) 내 처리공간(101)으로 열을 전달하기 위한 측벽 챔버히터(1021)가 구비된다.
상벽 챔버히터(1041) 및 측벽 챔버히터(1021)은 복수개로 구비될 수 있고, 개별적으로 제어될 수 있다. 상벽 챔버히터(1041) 및 측벽 챔버히터(1021)는 선 형태, 면형태, 지그재그 형태 또는 코일 형태 등의 여러가지 형태로 구비될 수 있다.
공정챔버(100)의 측벽 중 일측에 위치한 측벽(102)에는 기판출입을 위한 출입개구(106)와, 측벽 챔버히터(1021)와, 에어커튼 형성부(1022) 및 에어커튼 회수부(1023)가 구비된다.
출입개구(106)는 기판이 출입할 수 있는 통로 역할을 수행한다. 출입개구(106)의 좌우측 중 일측에는 에어커튼 형성부(1022)이 구비되고, 타측에는 에어커튼 회수부(1023)이 구비된다. 일측에 위치한 에어커튼 형성부(1022)는 타측에 위치한 에어커튼 회수부(1023)를 향하여 수평방향으로 에어커튼(1024)를 형성한다. 에어커튼 형성부(1022) 및 에어커튼 회수부(1023)에 대해서는 도 3b와 관련하여 후술한다.
셔터(108)는 출입개구(106)에 구비되며, 구동부(미도시)에 의해 상하방으로 구동됨으로써 출입개구(106)를 개폐한다. 셔터(108)는 측벽(102) 내로 삽입됨으로써 출입개구(106)를 개방한다. 그리고 셔터(108)는 측벽(102)으로부터 돌출됨으로써 출입개구(106)를 밀폐하는 구조를 취하고 있다. 하지만 셔터(108)의 개폐구조는 이에 제한되지는 않는다. 셔터(108)는 측벽(102)의 외측 또는 내측에 구비될 수도 있다.
셔터(108)는 셔터 본체(1081), 셔터히터(1082)와, 열차단 부재(1083)을 포함한다.
셔터 본체(1081)는 셔터(108)의 외형을 형성한다. 셔터히터(1082)는 셔터 본체(1081) 내에 구비되며, 공정챔버(100) 내 처리공간(101)에 열을 전달한다. 셔터히터(1082)가 셔터 본체(1081) 내에 구비됨으로써 공정처리 중 셔터히터(1082)의 오염이 방지될 수 있다. 이와는 다르게 공정처리 중에 셔터히터(1082)의 오염 문제가 발생하지 않는 경우, 셔터히터(1082)는 셔터 본체(1082)의 내부가 아닌 내측, 즉 처리공간(101)내에 노출되는 형태로 구비될 수도 있다.
셔터히터(1082)는 복수개로 구비되며, 개별적으로 제어 가능하도록 구비된다. 따라서 개별적으로 제어 가능한 복수개의 셔터히터(1082)에 의해, 셔터(108)의 열손실에 따른 공정챔버 내의 온도 불균일이 방지된다.
상벽 챔버히터(1042) 및 측벽 챔버히터(1021)는 셔터히터(1082)와 함께 공정챔버(100) 내 균일한 온도분포를 제공할 수 있다. 상벽 챔버히터(1042) 및 측벽 챔버히터(1021)가 복수개 구비되고 개별적으로 제어됨으로써, 공정챔버(100) 내부 온도를 더욱 균일하게 할 수 있다.
따라서 균일한 온도분포를 갖는 열환경 내에서 기판의 공정처리가 이루어질 수 있어, 기판의 전면적에서 균일한 CD 분포를 갖게 된다.
열차단 부재(1083)는 셔터히터(1082)의 외측에 구비되며, 셔터(108)를 통해 전달되는 열을 차단한다. 특히 열차단 부재(1083)는 외부로의 열손실을 차단함으로써 셔터(108)의 온도변화를 방지할 수 있다.
처리공간(101) 내에 기판 지지 유닛(200)이 구비된다. 기판 지지 유닛(200)은 기판을 가열할 수 있는 히터(214)을 포함한다.
도 3a는 셔터가 닫힌 상태의 기판처리장치를 도시한 도면이고, 도 3b는 셔터가 열린 상태의 기판처리장치를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에서, 셔터(108)는 상하방으로 구동됨으로써 출입개구(106)를 개폐한다. 구체적으로 셔터(108)는 상방으로 구동되어 출입개구(106)를 개방시키고, 하방으로 구동되어 출입개구(106)를 밀폐시킨다.
도 3a를 참조하여 셔터(108)에 의해 출입개구(106)가 닫힌 상태의 기판처리장치를 설명한다.
셔터(108)에는 셔터히터(1082a, 1082b, 1082c)가 복수개로 구비되며, 복수개의 셔터히터는 개별적으로 제어될 수 있다. 제1 내지 제 3 셔터히터(1082a, 1082b, 1082c)가 셔터 본체(1081) 내 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 구비된다. 제3 셔터히터(1082c)는 상벽 챔버히터(1041)와 가장 가까운 위치에 구비되고, 제1 셔터히터(1082a)는 상벽 챔버히터(1041)과 가장 먼 위치에 구비된다. 이때 복수개의 셔터히터(1082) 중 셔터(108)의 아래쪽에 배치될수록 셔터히터의 온도가 높게 개별 제어될 수 있다.
구체적으로 상벽 챔버히터(1041)와 먼 곳에 위치한 제1 셔터히터(1082a)의 온도는 상벽 챔버히터(1041)와 가까운 곳에 위치한 제3 셔터히터(1082c)의 온도보다 높게 설정됨이 바람직하다. 제1 셔터히터(1082a)가 위치한 셔터(108)의 하부 부분은, 외부기류에 의한 열손실이 존재할 수 있다. 따라서 공정처리 시, 제1 셔터히터(1082a)는 제3 셔터히터(1082c)보다 높은 온도로 설정될 수 있다. 제3 셔터히터(1082c)가 위치한 셔터(108)의 상부 부분은, 외부기류에 의한 열손실이 적고, 상벽 챔버히터(1041)와 가까운 곳에 위치한다. 따라서 공정처리 시, 제3 셔터히터(1082c)는 제1 셔터히터(1082a)보다 낮은 온도로 설정될 수 있다. 제1 셔터히터(1082a) 및 제3 셔터히터(1082c) 사이에 위치한 제2 셔터히터(1082b)는 이들의 중간온도로 설정될 수 있다.
도 3b를 참조하여 출입개구(106)가 열린 상태의 기판처리장치를 설명한다.
도 3b를 참조하면, 셔터(108)가 열려서 출입개구(106)가 개방되는 경우, 일측에 위치한 에어커튼 형성부(1022)는 타측에 위치한 에어커튼 회수부(1023)를 향하여 수평방향으로 에어커튼(1024)를 형성한다. 에어커튼 회수부(1023)는 에어커튼(1024)을 회수한다.
에어커튼이 출입개구의 상부에서 하부 방향인 수직방향으로 형성되는 경우, 원형판 형태의 기판 출입 시 수직방향으로 형성되는 에어커튼은 차단될 수 있다. 에어커튼이 차단되면, 기판 상부 또는 하부 중 어느 한 곳으로부터 기류가 유입될 수 있다. 기류의 유입은 공정챔버(100) 내의 온도를 변화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 출입개구(106)의 좌측에서 우측방향 또는 우측에서 좌측방향인 수평방향으로 에어커튼(1024)이 형성됨으로써, 기판 출입 시 기판에 의한 에어커튼의 차단을 최소화할 수 있다. 따라서 기판 출입 시 공정챔버(100) 내 처리공간(101)으로의 기류유입이 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 상벽 챔버히터, 측벽 챔버히터, 셔터히터를 구비함으로써, 공정챔버 내 처리공간의 균일한 온도분포를 제공할 수 있다.
10: 기판처리장치 100: 공정챔버
102: 측벽 1021: 측벽 챔버히터
1022: 에어커튼 형성부 1023: 에어커튼 회수부
1024: 에어커튼 104: 상벽
1041: 상벽 챔버히터 106: 출입개구
108: 셔터 1081: 셔터 본체
1082: 셔터히터 1083: 열차단 부재

Claims (6)

  1. 처리공간을 갖고, 일측에 기판 출입을 위한 출입개구가 구비된 공정챔버;
    상기 처리공간 내에 구비되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 출입개구에 구비되어, 상기 출입개구를 개폐하는 셔터; 및
    상기 셔터 내에 구비되어, 상기 공정챔버 내부에 열을 전달하는 복수의 셔터히터를 포함하고,
    상기 셔터는 상기 출입개구에 대해 상하 방향으로 구동됨으로써 상기 출입개구를 개폐하며,
    상기 복수의 셔터히터 중 상기 셔터의 아래쪽에 배치될수록 셔터히터의 온도가 높게 개별 제어되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셔터의 외측벽에는 상기 셔터의 열전달을 차단하는 열차단 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출입개구의 좌측 및 우측 중 일측에는 외부 기류 유입 방지를 위한 에어커튼을 형성하는 에어커튼 형성부가 구비되고, 타측에는 상기 에어커튼을 회수하는 에어커튼 회수부가 구비되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공정챔버의 내측 측벽에 구비되어 상기 공정챔버 내부로 열을 전달하는 측벽 챔버히터와, 상기 공정챔버의 내측 상벽에 구비되어 상기 공정챔버 내부에 열을 전달하는 상벽 챔버히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상벽 챔버히터 및 상기 측벽 챔버히터는 복수개로 구비되며, 개별 제어되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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