KR102278077B1 - 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 처리공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 처리공간으로 공정가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 지지 유닛은 상기 지지 유닛의 내부에 위치하는 제1 히터 및 상기 제1 히터의 하방에 위치하는 제2 히터를 포함한다.

Description

지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUPPORTING UNIT AND APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판에 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다.
이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다. 일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
플라즈마를 이용한 기판 처리 공정에서는 각 공정에 따라 기판의 온도를 조절할 필요가 있다. 이를 위하여 일반적으로 지지 유닛에는 히터와 냉각 부재가 제공된다. 히터는 지지 유닛 내부에 제공되고, 지지 유닛을 가열한다. 이를 통해 가열된 지지 유닛이 기판의 온도를 상승시킨다. 그러나 지지 유닛에 전달된 열이 기판에만 전달되지 않고, 히터 하부의 지지 유닛으로도 전달된다. 따라서, 효율적으로 기판의 온도를 상승시킬 수 없다. 또한, 기판의 온도를 상승시키는데 필요한 시간이 많이 소요될 수 있다.
본 발명은 기판의 온도를 효율적으로 조절할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 처리공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 처리공간으로 공정가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 지지 유닛은 상기 지지 유닛의 내부에 위치하는 제1 히터 및 상기 제1 히터의 하방에 위치하는 제2 히터를 포함한다.
상기 지지 유닛은 상면이 상기 기판의 저면을 지지하는 지지 플레이트 및 상기 제1 플레이트의 하부에 위치하는 베이스 플레이트를 더 포함하되, 상기 제1 히터는 상기 지지 플레이트의 내부에 제공되고, 상기 제2 히터는 상기 베이스 플레이트의 내부에 제공될 수 있다.
상기 지지 플레이트는 유전체를 포함하고, 상기 베이스 플레이트는 금속을 포함할 수 있다.
상기 지지 유닛은 상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 지지 유닛은 상기 제1 히터 및 상기 제2 히터의 온도를 조절하는 제어기를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 제1 히터가 상기 제2 히터보다 높은 온도로 상기 지지 유닛을 가열하도록 제어할 수 있다.
상기 지지 유닛은 상기 지지 유닛 내부에 제공되고, 상기 지지 유닛의 온도를 낮추는 냉각 부재를 더 포함하되, 상기 제2 히터는 상기 제1 히터와 상기 냉각 부재의 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 히터와 상기 제2 히터는 상부에서 바라볼 때 서로 중첩되지 않는 위치에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 지지 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지지 유닛은, 상면이 기판의 저면을 지지하는 지지 플레이트, 상기 지지 플레이트의 하부에 위치하는 베이스 플레이트, 상기 지지 플레이트 내부에 위치하는 제1 히터 및 상기 베이스 플레이트에 위치하는 제2 히터를 포함한다.
상기 지지 유닛은 상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 지지 플레이트는 유전체를 포함하고, 상기 베이스 플레이트는 금속을 포함할 수 있다.
상기 지지 유닛은 상기 제1 히터 및 상기 제2 히터의 온도를 조절하는 제어기를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 제1 히터가 상기 제2 히터보다 높은 온도로 상기 지지 유닛을 가열하도록 제어할 수 있다.
상기 지지 유닛은 상기 베이스 플레이트 내부에 제공되고, 상기 지지 유닛의 온도를 낮추는 냉각 부재를 더 포함하되, 상기 제2 히터는 상기 제1 히터와 상기 냉각 부재의 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 히터와 상기 제2 히터는 상부에서 바라볼 때 서로 중첩되지 않는 위치에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 본 발명의 기판 처리 장치를 이용하여 상기 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판 처리 방법은 상기 기판의 온도를 상승시키는 상승 단계와 상기 기판의 온도를 하강시키는 하강 단계를 포함하되, 상기 상승 단계는 상기 기판을 지지하는 지지 플레이트 및 상기 지지 플레이트 하부에 위치하는 베이스 플레이트 중 하나 이상이 가열되면서 상기 기판이 가열된다.
상기 기판 처리 공정이 제1 온도에서 진행되는 경우에 상기 상승 단계는, 상기 제1 히터와 상기 제2 히터로부터 각각 상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트가 가열되면서 상기 기판의 온도를 상승시키되, 상기 지지 플레이트는 상기 베이스 플레이트보다 높은 온도로 가열될 수 있다.
상기 베이스 플레이트가 상기 지지 플레이트보다 먼저 가열될 수 있다.
상기 기판의 처리 공정이 제2 온도에서 진행되는 경우에 상기 상승 단계는, 상기 제1 히터로부터 상기 지지 플레이트가 가열되고, 상기 제2 히터는 전원이 오프되어 제공될 수 있다.
상기 하강 단계는 상기 제2 히터의 전원을 오프하여 상기 기판의 온도를 낮출 수 있다.
상기 하강 단계는 상기 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하여 상기 기판의 온도를 낮출 수 있다.
상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 본 발명의 기판 처리 장치를 이용하여, 상기 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판 처리 방법은 상기 기판이 제1 온도에서 기판 처리 공정이 수행되는 제1 온도 단계와 상기 기판이 제2 온도에서 기판 처리 공정이 수행되는 제2 온도 단계를 포함하되, 상기 제1 온도 단계에서는 상기 제1 히터와 상기 제2 히터를 이용하여 상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트를 각각 가열시켜 상기 기판의 온도를 상승시키되, 상기 지지 플레이트는 상기 베이스 플레이트보다 높은 온도로 가열되고, 상기 베이스 플레이트가 상기 지지 플레이트보다 먼저 가열되고, 상기 제2 온도 단계에서는 상기 제1 히터로부터 상기 지지 플레이트가 가열되고, 상기 제2 히터는 전원이 오프되어 상기 기판의 온도를 상승시킨다.
상기 제1 온도 단계에서는 상기 제2 히터의 전원을 오프하고, 상기 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하여 상기 기판의 온도를 낮추고, 상기 제2 온도 단계에서는 상기 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하여 상기 기판의 온도를 낮출 수 있다.
상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판 처리 장치에서 기판의 온도를 효율적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 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 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 지지 유닛을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치가 제1 온도 단계에서 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치가 제2 온도 단계에서 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 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 보여주는 단면도이다.
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 플라즈마를 이용하여 식각, 세정, 애싱 및 증착 등의 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스(400) 그리고 배플 유닛(500)을 포함한다.
챔버(100)는 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 하우징(110), 밀폐 커버(120), 그리고 라이너(130)를 포함한다.
하우징(110)은 내부에 상면이 개방된 공간을 가진다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 공간으로 제공된다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정 압력으로 감압된다.
밀폐 커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 밀폐 커버(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부공간을 밀폐시킨다. 밀폐 커버(120)는 유전체(dielectric substance) 창을 포함할 수 있다.
라이너(130)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 라이너(130)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(130)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(130)를 지지한다. 라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(130)로 교체할 수 있다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 지지 유닛을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징(110)의 내부에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 일 예에 의하면, 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 지지 유닛(200)을 기준으로 설명한다.
지지 유닛(200)은 정전 척(210), 절연 플레이트(250) 그리고 하부 커버(270)를 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다.
정전 척(210)은 지지 플레이트(220), 전극(223), 제1 히터(225), 베이스 플레이트(230), 제2 히터(235), 절연층(229), 냉각 부재(232), 제어기(239), 그리고 포커스 링(240)을 포함한다.
지지 플레이트(220)는 정전 척(210)의 상단부에 위치한다. 일 예에 의하면, 지지 플레이트(220)는 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 지지 플레이트(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 지지 플레이트(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 지지 플레이트(220)의 외측에 위치한다. 지지 플레이트(220)에는 제1 공급 유로(221)가 형성된다. 제1 공급 유로(221)는 지지 플레이트(220)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다.
지지 플레이트(220)의 내부에는 전극(223)과 제1 히터(225)가 매설된다. 전극(223)은 제1 히터(225)의 상부에 위치한다. 전극(223)은 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제1 하부 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 전극(223)과 제1 하부 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON) 되면, 전극(223)에는 직류 전류가 인가된다. 전극(223)에 인가된 전류에 의해 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 지지 플레이트(220)에 흡착된다.
제1 히터(225)는 제2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 제1 히터(225)는 제2 하부 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 지지 플레이트(220)를 통해 기판(W)으로 전달된다. 제1 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 일 예에 의하면, 제1 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
지지 플레이트(220)의 하부에는 절연층(229)이 위치한다. 절연층(229)은 지지 플레이트(220)와 베이스 플레이트(230) 사이에 위치한다. 절연층(229)은 지지 플레이트(220)와 베이스 플레이트(230) 사이의 열전달을 차단하는 역할을 한다. 또한, 절연층(229)은 지지 플레이트(220)와 베이스 플레이트(230)를 접착하는 역할을 한다. 일 예에 의하면, 절연층(229)은 지지 플레이트(220)와 베이스 플레이트(230)에 각각 접촉되는 영역에 접착 물질이 포함되어 제공될 수 있다.
절연층(229)의 하부에는 베이스 플레이트(230)가 위치한다. 베이스 플레이트(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 베이스 플레이트(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 베이스 플레이트(230)의 상면 중심 영역은 지지 플레이트(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 지지 플레이트(220)의 저면과 접착된다. 베이스 플레이트(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 냉각 부재(232), 제2 공급 유로(233), 그리고 제2 히터(235)가 제공된다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1 순환 유로(231)는 베이스 플레이트(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 형성된다.
냉각 부재(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각 부재(232)는 베이스 플레이트(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 냉각 부재(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 냉각 부재(232)들은 서로 연통될 수 있다. 냉각 부재(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 냉각 부재(232)들은 동일한 높이에 형성된다. 냉각 부재(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 베이스 플레이트(230)의 상면으로 제공된다. 제2 공급 유로(233)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결한다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 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 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 한다.
냉각 부재(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 부재(232)에 공급된 냉각 유체는 냉각 부재(232)를 따라 순환하며 베이스 플레이트(230)을 냉각한다. 베이스 플레이트(230)은 냉각되면서 지지 플레이트(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.
제2 히터(235)는 제3 하부 전원(235a)과 전기적으로 연결된다. 제2 히터(235)는 제3 하부 전원(235a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 제2 히터(235)는 베이스 플레이트(230)를 가열시킨다. 제2 히터(235)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
제어기(239)는 제1 히터(225)와 제2 히터(235)의 온도를 제어한다. 제어기(239)는 기판 처리 공정에 따라 제1 히터(225)와 제2 히터(235)의 온도를 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어기(239)는 기판(W)의 온도를 제어할 수 있다. 일 예에 의하면, 제어기(239)는 제1 히터(225)를 제2 히터(235)보다 높은 온도로 유지되도록 제어할 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 지지 플레이트(220)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 지지 플레이트(220)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 지지 플레이트(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(240)은 챔버(100) 내에서 플라즈마가 기판(W)과 마주하는 영역으로 집중되도록 한다.
베이스 플레이트(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 베이스 플레이트(230)에 상응하는 단면적으로 제공된다. 절연 플레이트(250)는 베이스 플레이트(230)와 하부 커버(270) 사이에 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 베이스 플레이트(230)와 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.
하부 커버(270)는 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 지지 유닛(200)를 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지(grounding)되도록 한다. 제1 하부 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 하부 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 제3 하부 전원(235a)과 연결되는 제3 전원라인(235c), 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(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(270) 내부로 연장된다.
다시 도 1을 참조하면, 가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 저장부(330)를 포함한다. 가스 공급 노즐(310)은 밀폐 커버(120)의 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(310)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 밀폐 커버(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 공급 노즐(310)과 가스 저장부(330)를 연결한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(330)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(310)에 공급한다. 가스 공급 라인(320)에는 밸브(321)가 설치된다. 밸브(321)는 가스 공급 라인(320)을 개폐하며, 가스 공급 라인(320)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.
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 실(410), 안테나(420), 그리고 플라즈마 전원(430)을 포함한다. 안테나 실(410)은 하부가 개방된 원통 형상으로 제공된다. 안테나 실(410)은 내부에 공간이 제공된다. 안테나 실(410)은 챔버(100)와 대응되는 직경을 가지도록 제공된다. 안테나 실(410)의 하단은 밀폐 커버(120)에 탈착 가능하도록 제공된다. 안테나(420)는 안테나 실(410)의 내부에 배치된다. 안테나(420)는 복수 회 감기는 나선 형상의 코일로 제공되고, 플라즈마 전원(430)과 연결된다. 안테나(420)는 플라즈마 전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. 플라즈마 전원(430)은 챔버(100) 외부에 위치할 수 있다. 전력이 인가된 안테나(420)는 챔버(100)의 처리공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정가스는 전자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.
배플 유닛(500)은 하우징(110)의 내측벽과 지지부재(400)의 사이에 위치된다. 배플 유닛(500)은 관통홀(511)이 형성된 배플(510)을 포함한다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
이하에서는 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판의 온도를 조절하는 방법을 설명한다.
플라즈마를 이용한 기판 처리 공정에서는 각각의 기판 처리 공정에 따라 기판의 온도를 조절할 필요가 있다. 이를 위하여 일반적으로는 지지 유닛에 히터가 제공된다. 히터는 기판을 직접 지지하는 지지 플레이트 내부에 설치되는 것이 일반적이다. 히터에 의해 발생된 열은 지지 플레이트의 상부에 위치한 기판을 가열한다. 이를 통해 기판의 온도를 상승시킬 수 있다. 그러나, 히터에 의해 발생된 열은 지지 플레이트의 하부로도 이동될 수 있다. 이를 방지하기 위해 지지 플레이트와 베이스 플레이트 사이에는 절연층이 제공된다. 그러나 절연층은 지지 플레이트에서 베이스 플레이트로 이동되는 열을 모두 차단하지 못한다. 이러한 이유로 지지 플레이트에 제공된 히터를 이용하여 기판의 온도를 조절하는 경우에 그 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치를 이용하여 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법은 지지 유닛(200)에 제공된 복수개의 히터를 이용하여 기판(W)의 온도를 조절한다. 일 예에 의하면, 지지 플레이트(220)는 제1 히터(225)에 의하여 가열되고, 베이스 플레이트(230)는 제2 히터(235)에 의하여 가열된다. 베이스 플레이트(230)와 지지 플레이트(220)의 온도가 상승되면, 제1 히터(225)에서 발생된 열이 지지 플레이트(220)를 통해 기판(W)으로 이동되고, 베이스 플레이트(230)로 이동되는 열이 감소한다. 이를 통해서 신속하고 효율적으로 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다. 일 예에 의하면, 베이스 플레이트(230)는 지지 플레이트(220)보다 먼저 가열될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 방법을 제1 온도 단계와 제2 온도 단계를 구분하여 설명한다. 기판 처리 공정은 각각의 공정 상황에 따라 다른 온도에서 진행될 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 방법은 온도에 따라 기판의 온도를 조절하는 방법이 상이하게 제공된다. 이하에서는 제1 온도 단계와 제2 온도 단계로 구분하여 기판 처리 방법을 설명한다. 제1 온도는 제2 온도보다 높은 온도로 정의된다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치가 제1 온도 단계에서 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 제1 온도 단계에서 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법은 기판의 온도를 상승시키는 상승 단계(S10)와 기판의 온도를 하강시키는 하강 단계(S20)를 포함한다.
상승 단계(S10)는 베이스 플레이트를 가열하는 단계(S11)와 지지 플레이트를 가열하는 단계(S12)를 포함한다. 기판(W)을 지지하는 지지 플레이트(220) 및 지지 플레이트(220) 하부에 위치하는 베이스 플레이트(230) 중 하나 이상이 가열되면서 기판(W)이 가열된다. 일 예에 의하면, 지지 플레이트(220)는 제1 히터(225)에 의하여 가열되고, 베이스 플레이트(230)는 제2 히터(235)에 의하여 가열된다. 지지 플레이트(220)는 베이스 플레이트(230)보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 이와 달리, 지지 플레이트(220)와 베이스 플레이트(230)가 동일한 온도로 가열될 수도 있다. 또한, 베이스 플레이트(230)가 지지 플레이트(220)보다 먼저 가열될 수 있다. 이와 달리, 베이스 플레이트(230)와 지지 플레이트(220)가 동시에 가열될 수도 있다.
베이스 플레이트(230)가 가열되면 지지 플레이트(220)에 제공된 열이 절연층(229) 하부의 베이스 플레이트(230)로 이동되는 양이 줄어들게 된다. 따라서, 지지 플레이트(220)에 제공된 열이 대부분 기판(W)으로 이동될 수 있다. 이에 동일한 온도로 지지 플레이트(220)를 가열하더라도 보다 효율적으로 기판(W)의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 기판(W)의 온도를 상승시키는데 걸리는 시간을 줄일 수 있으므로, 신속하게 기판 처리 공정이 진행될 수 있다.
하강 단계(S20)는 제2 히터의 전원을 오프하는 단계(S21)와 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하는 단계(S22)를 포함한다. 제2 히터의 전원을 오프하는 단계(S21)와 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하는 단계(S22)는 순차적으로 진행될 수 있다. 이와 달리, 제2 히터의 전원을 오프하는 단계(S21)와 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하는 단계(S22)는 동시에 진행될 수도 있다. 또한, 제2 히터의 전원을 오프하는 단계(S21)와 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하는 단계(S22) 중 어느 하나만이 진행될 수도 있다.
기판(W)의 온도를 낮추는 경우에는 제2 히터(235)의 전원을 오프한다. 제2 히터(235)의 전원을 오프되면 베이스 플레이트(230)는 온도가 낮아진다. 이에 제1 히터(225)로부터 지지 플레이트(220)로 제공된 열 중에서 베이스 플레이트(230)로 이동되는 열의 양이 늘어난다. 이로 인하여 기판(W)으로 이동되는 열의 양이 감소된다. 따라서, 기판(W)의 온도가 낮아질 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(230)에 냉각 유체가 제공될 수 있다. 냉각 유체는 베이스 플레이트(230)의 온도보다 낮은 온도의 유체로 제공될 수 있다. 냉각 유체는 베이스 플레이트(230)의 온도를 신속하게 낮출 수 있다. 이로 인하여 제1 히터(225)로부터 지지 플레이트(220)로 제공된 열 중에서 베이스 플레이트(230)로 이동되는 열의 양이 늘어난다. 따라서, 기판(W)으로 이동되는 열의 양이 감소된다. 이에, 기판(W)의 온도가 낮아질 수 있다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치가 제2 온도 단계에서 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제2 온도 단계에서 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법은 기판의 온도를 상승시키는 상승 단계(S30)와 기판의 온도를 하강시키는 하강 단계(S40)를 포함한다.
상승 단계(S30)는 지지 플레이트를 가열하는 단계(S31)를 포함한다. 상승 단계(S30)는 제1 온도 단계에서의 상승 단계(S10)와 달리 베이스 플레이트(230)를 가열하는 단계를 포함하지 않는다. 제2 온도 단계는 제1 온도보다 저온에서 기판 처리 공정이 진행되므로, 지지 플레이트(220)만이 가열되어도 기판(W)을 기설정된 온도를 상승시킬 수 있다.
하강 단계(S40)는 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하는 단계(S41)를 포함한다. 하강 단계(S40)는 제1 온도 단계에서의 하강 단계(S20)와 달리 제2 히터(235)의 전원을 오프하는 단계를 포함하지 않는다. 제2 온도 단계에서는 제2 히터(235)를 가동하지 않으므로, 기판(W)의 온도를 낮추는 경우에도 제2 히터(235)는 계속 오프상태로 유지된다. 베이스 플레이트(230)에 냉각 유체를 제공하는 단계(S41)는 상술한 제1 온도 단계에서의 베이스 플레이트(230)에 냉각 유체를 제공하는 단계(S22)와 동일하게 진행된다.
상술한 기판 처리 방법은 제1 온도 단계와 제2 온도 단계를 구분하여 설명하였으나, 기판 처리 공정에 따라서는 제1 온도 단계와 제2 온도 단계가 반복되어 제공될 수도 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판 처리 장치 100: 챔버
200: 지지 유닛 210: 정전 척
220: 지지 플레이트 225: 제1 히터
230: 베이스 플레이트 235: 제2 히터
250: 절연 플레이트 270: 하부 커버
300: 가스 공급 유닛 400: 플라즈마 소스
500: 배플 유닛

Claims (23)

  1. 내부에 처리공간을 제공하는 챔버;
    상기 처리공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리공간으로 공정가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소스;를 포함하되,
    상기 지지 유닛은
    상기 지지 유닛의 내부에 위치하는 제1 히터; 및
    상기 제1 히터의 하방에 위치하는 제2 히터;를 포함하고,
    상기 지지 유닛은
    상면이 상기 기판의 저면을 지지하는 지지 플레이트; 및
    상기 지지 플레이트의 하부에 위치하는 베이스 플레이트;를 더 포함하되,
    상기 제1 히터는 상기 지지 플레이트의 내부에 제공되고,
    상기 제2 히터는 상기 베이스 플레이트의 내부에 제공되며,
    상기 지지 플레이트는 유전체를 포함하고,
    상기 베이스 플레이트는 금속을 포함하며,
    상기 지지 유닛은
    상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 절연층;을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지 유닛은
    상기 제1 히터 및 상기 제2 히터의 온도를 조절하는 제어기;를 더 포함하되,
    상기 제어기는 상기 제1 히터가 상기 제2 히터보다 높은 온도로 상기 지지 유닛을 가열하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지 유닛은
    상기 지지 유닛 내부에 제공되고, 상기 지지 유닛의 온도를 낮추는 냉각 부재;를 더 포함하되,
    상기 제2 히터는 상기 제1 히터와 상기 냉각 부재의 사이에 위치하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 히터와 상기 제2 히터는 상부에서 바라볼 때 서로 중첩되지 않는 위치에 제공되는 기판 처리 장치.
  8. 상면이 기판의 저면을 지지하는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트의 하부에 위치하는 베이스 플레이트;
    상기 지지 플레이트 내부에 위치하는 제1 히터; 및
    상기 베이스 플레이트에 위치하는 제2 히터;를 포함하고,
    상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 절연층;을 더 포함하고,
    상기 지지 플레이트는 유전체를 포함하고,
    상기 베이스 플레이트는 금속을 포함하는 지지 유닛.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 지지 유닛은
    상기 제1 히터 및 상기 제2 히터의 온도를 조절하는 제어기;를 더 포함하되,
    상기 제어기는 상기 제1 히터가 상기 제2 히터보다 높은 온도로 상기 지지 유닛을 가열하도록 제어하는 지지 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지 유닛은
    상기 베이스 플레이트 내부에 제공되고, 상기 지지 유닛의 온도를 낮추는 냉각 부재;를 더 포함하되,
    상기 제2 히터는 상기 제1 히터와 상기 냉각 부재의 사이에 위치하는 지지 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 히터와 상기 제2 히터는 상부에서 바라볼 때 서로 중첩되지 않는 위치에 제공되는 지지 유닛.
  14. 제1항의 기판 처리 장치를 이용하여, 상기 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 기판 처리 방법은 상기 기판의 온도를 상승시키는 상승 단계와 상기 기판의 온도를 하강시키는 하강 단계를 포함하되,
    상기 상승 단계는
    상기 기판을 지지하는 지지 플레이트 및 상기 지지 플레이트 하부에 위치하는 베이스 플레이트 중 하나 이상이 가열되면서 상기 기판이 가열되는 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판 처리 공정이 제1 온도에서 진행되는 경우에 상기 상승 단계는,
    상기 제1 히터와 상기 제2 히터로부터 각각 상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트가 가열되면서 상기 기판의 온도를 상승시키되,
    상기 지지 플레이트는 상기 베이스 플레이트보다 높은 온도로 가열되는 기판 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트가 상기 지지 플레이트보다 먼저 가열되는 기판 처리 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 기판의 처리 공정이 제2 온도에서 진행되는 경우에 상기 상승 단계는,
    상기 제1 히터로부터 상기 지지 플레이트가 가열되고,
    상기 제2 히터는 전원이 오프되어 제공되는 기판 처리 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 하강 단계는
    상기 제2 히터의 전원을 오프하여 상기 기판의 온도를 낮추는 기판 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하강 단계는
    상기 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하여 상기 기판의 온도를 낮추는 기판 처리 방법.
  20. 삭제
  21. 제1항의 기판 처리 장치를 이용하여, 상기 기판의 온도를 조절하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 기판 처리 방법은 상기 기판이 제1 온도에서 기판 처리 공정이 수행되는 제1 온도 단계와 상기 기판이 제2 온도에서 기판 처리 공정이 수행되는 제2 온도 단계를 포함하되,
    상기 제1 온도 단계에서는 상기 제1 히터와 상기 제2 히터를 이용하여 상기 지지 플레이트와 상기 베이스 플레이트를 각각 가열시켜 상기 기판의 온도를 상승시키되, 상기 지지 플레이트는 상기 베이스 플레이트보다 높은 온도로 가열되고, 상기 베이스 플레이트가 상기 지지 플레이트보다 먼저 가열되고,
    상기 제2 온도 단계에서는 상기 제1 히터로부터 상기 지지 플레이트가 가열되고, 상기 제2 히터는 전원이 오프되어 상기 기판의 온도를 상승시키는 기판 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 온도 단계에서는 상기 제2 히터의 전원을 오프하고, 상기 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하여 상기 기판의 온도를 낮추고,
    상기 제2 온도 단계에서는 상기 베이스 플레이트에 냉각 유체를 제공하여 상기 기판의 온도를 낮추는 기판 처리 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 높은 온도로 제공되는 기판 처리 방법.
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