KR102615216B1 - 정전 척, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

정전 척, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 상측의 척 본체와 하측의 척 베이스 사이에 열전달 유체를 이용하는 열전달 층이 배치되고, 척 본체가 척 베이스 상에 열전달 층과 물리적으로 접촉하도록 단순히 올려지기 때문에, 열전달 층이 고온 조건에서도 열전달을 손상 없이 안정적으로 수행할 수 있고, 유지 관리를 위하여 척 본체를 척 베이스로부터 용이하게 분리할 수 있다.

Description

정전 척, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {ELECTROSTATIC CHUCK, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명의 실시예는, 웨이퍼(wafer) 등의 기판을 보유하는 데 사용되는 정전 척(ESC), 이 정전 척을 포함하는 기판 처리 장치, 그리고 이 기판 처리 장치를 이용하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 등을 제조하기 위하여 식각 공정 등의 기판 처리 공정을 수행하는 동안 기판의 위치를 고정시킬 목적으로 정전 척이 많이 사용되고 있다.
일반적으로, 정전 척은, 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체, 척 본체를 지지하는 하측의 척 베이스, 그리고 척 본체와 척 베이스 사이의 본딩 층(bonding layer)을 포함함으로써, 척 본체와 척 베이스가 본딩 층에 의하여 상호 결합된 구성을 가진다. 본딩 층은 실리콘(silicone)으로 제공된다.
이와 같은 정전 척은, 본딩 층이 재질적 특성상 약 150℃ 이상의 온도에서 손상되기 때문에, 고온 조건에서 열전달 효율이 저하되거나 사용 자체가 불가한 문제점이 있다.
또한, 척 본체가 척 베이스에 결합된 점 때문에, 척 본체를 척 베이스로부터 분리하기 어렵고, 이로 인하여 유지 관리가 힘든 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1430745호(2014.09.23) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0148093호(2016.12.26)
본 발명의 실시예는 고온 조건에서 안정적으로 사용 가능한 정전 척, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용하는 기판 처리 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 유지 관리 면에서 유리한 정전 척, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용하는 기판 처리 방법을 제공하고자 한다.
해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체와; 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스와; 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체를 이용하는 열전달 층을 포함하는, 정전 척이 제공될 수 있다.
상기 열전달 층은 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 상기 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 열전달 층은, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에서 외측 영역에 개재된 환형의 아우터 실(outer seal)을 포함함으로써, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 갭(gap)을 형성함과 아울러 상기 척 본체, 상기 척 베이스 및 상기 아우터 실에 의하여 한정된 상기 열전달 공간을 제공할 수 있다.
상기 아우터 실은 상기 열전달 공간과 연통하여 상기 열전달 유체가 도입되는 중공을 가질 수 있다.
상기 아우터 실은 내열성 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전 척은, 상기 아우터 실을 커버하는 실 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 열전달 공간에는 열전달 유체 공급 라인이 연결될 수 있다. 또한, 상기 열전달 공간에는 열전달 유체 회수 라인이 연결될 수 있다.
상기 척 본체는 상기 척 베이스 상에 자중에만 의존하여 올려져 상기 척 베이스와의 사이에 배치된 상기 열전달 층과 물리적으로 접촉될 수 있다.
상기 척 베이스 상에 자중에만 의존하여 올려져 상기 열전달 층과 물리적으로 접촉된 상기 척 본체의 하부에는 하방으로 연장된 인서트(insert)가 제공되고, 상기 척 베이스에는 상기 인서트가 삽입되는 위치 맞춤 공간이 마련되며, 상기 열전달 층은 상기 인서트가 통과되는 관통 공간을 가질 수 있다.
상기 열전달 층은, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에서 상기 관통 공간의 주위로부터 상대적으로 가까운 내측 영역 및 상대적으로 먼 외측 영역에 각각 개재된 환형의 이너 실(inner seal) 및 환형의 아우터 실(outer seal)을 포함함으로써, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 갭을 형성함과 아울러 상기 척 본체, 상기 척 베이스, 상기 이너 실 및 상기 아우터 실에 의하여 한정되고 상기 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공할 수 있다.
상기 인서트는 전원 라인 등이 도입되는 공동을 가질 수 있다.
상기 열전달 층은 상기 척 베이스의 상부에 상기 척 베이스와 결합된 방식으로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전 척은, 자중에만 의존하여 올려진 상기 척 본체 및 상기 척 베이스를 상기 열전달 층에 대하여 밀착된 상태로 유지시키는 척 가압 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전 척은, 자중에만 의존하여 올려진 상기 척 본체를 상기 척 베이스에 대하여 상하 방향으로 이동시키는 척 승강 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 척 승강 유닛은 상기 척 본체를 하측으로 이동시켜 상기 척 본체를 상기 열전달 층에 밀착시킬 수 있다.
상기 척 베이스는 히팅 엘리먼트(heating element)와 쿨링 엘리먼트(cooling element) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 열전달 유체는 불활성 기체일 수 있다. 상기 불활성 기체는 헬륨(He)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와; 상기 기판 처리 공간에 배치된 정전 척을 포함하고, 상기 정전 척은, 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체와; 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스와; 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체를 이용하는 열전달 층을 포함하는, 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 있어서, 상기 척 본체는 상기 척 베이스 상에 자중에만 의존하여 올려져 상기 척 베이스와의 사이에 배치된 상기 열전달 층과 물리적으로 접촉될 수 있다.
여기에서, 자중에만 의존하여 올려진 상기 척 본체의 하부에는 하방으로 연장된 인서트가 제공되고, 상기 척 베이스는 상기 인서트가 상기 열전달 층을 관통하여 삽입되는 위치 맞춤 공간을 가질 수 있다.
또한, 상기 척 본체와 상기 척 베이스를 상기 열전달 층에 대하여 밀착된 상태로 유지시키는 척 가압 유닛을 더 포함할 수 있다.
또, 상기 위치 맞춤 공간은 상기 척 베이스를 상하 방향으로 관통하는 구멍으로 제공되고, 상기 인서트는 상기 위치 맞춤 공간을 통과하는 길이로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 척 가압 유닛은, 상기 척 베이스의 하방에 배치되고 상기 인서트의 하부에 연결된 보조 플레이트와; 상기 보조 플레이트에 하측 방향으로 힘을 가하는 가압력 발생 기구를 포함할 수 있다.
한편, 상기 척 가압 유닛 대신 상기 척 본체를 상기 척 베이스에 대하여 상하 방향으로 이동시키는 척 승강 유닛을 더 포함할 수 있다. 이를 위하여, 상기 위치 맞춤 공간은 상기 척 베이스를 상하 방향으로 관통하는 구멍으로 제공되고, 상기 인서트는 상기 위치 맞춤 공간을 통과하는 길이로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 척 승강 유닛은 상기 인서트의 하부에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와; 상기 기판 처리 공간에 배치된 기판 지지 어셈블리와; 상기 기판 처리 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생기를 포함하고, 상기 기판 지지 어셈블리는, 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체, 고주파 전력이 인가되고 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스, 그리고 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공하도록 구성된 열전달 층을 포함하는 정전 척과; 상기 척 본체의 주위에 배치되고 상기 기판을 둘러싸도록 제공된 포커스 링과; 상기 열전달 공간 및 상기 기판과 상기 척 본체 사이로 각각 열전달 유체를 공급하며 상기 열전달 공간으로 공급된 상기 열전달 유체의 압력을 제어하는 제1 압력 제어기 및 상기 기판과 상기 척 본체 사이로 공급된 상기 열전달 유체의 압력을 제어하는 제2 압력 제어기를 가진 열전달 유체 공급 유닛을 포함하며, 상기 척 본체는 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 포함하고, 상기 척 베이스는 상기 기판을 냉각하기 위한 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로를 포함하는, 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기와 같이 구성되는 기판 처리 장치를 이용하는 기판 처리 방법으로서, 상기 기판을 처리하는 동안에, 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 제어하고, 상기 기판과 상기 척 본체 사이의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제2 압력 제어기에 의하여 제어하는, 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
여기에서, 상기 기판을 상기 척 본체에 의하여 척킹하기 이전에는 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 요구의 수준으로 일정하게 제어할 수 있다.
그리고, 상기 기판을 상기 척 본체에 의하여 척킹한 이후에는 상기 기판과 상기 척 본체 사이의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제2 압력 제어기에 의하여 제어하고, 이렇게 상기 기판과 상기 척 본체 사이의 상기 열전달 유체의 상기 압력을 상기 제2 압력 제어기에 의하여 제어하는 동안에는 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 상기 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 요구의 수준으로 일정하게 제어할 수 있다.
또한, 척킹된 상기 기판을 디척킹하는 동안에도 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 상기 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 요구의 수준으로 일정하게 제어할 수 있다.
과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예, 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이다. 또한, 이하에서는 언급한 해결 수단 이외의 다양한 해결 수단이 추가로 제시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 척 본체와 척 베이스 사이의 열전달 층이 열전달 유체를 이용하여 척 본체와 척 베이스 간 열전달을 수행하도록 구성되기 때문에, 고온 조건에서도 척 본체와 척 베이스 간 열전달을 열전달 유체에 의하여 안정적으로 수행할 수 있고, 이로 인하여 기판 처리 공정의 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 열전달 층이 본딩 기능 없이 열전달 기능을 수행하고, 척 본체가 척 베이스 상에 구속 없이 자중에만 의존하여 올려져 열전달 층과 물리적으로 접촉되기 때문에, 척 본체를 들어올리면 척 본체를 척 베이스로부터 분리할 수 있고, 이로써 척 베이스의 유지 관리를 보다 편리하게 수행할 수 있다.
발명의 효과는 이에 한정되지 않고, 언급되지 않은 기타 효과는 통상의 기술자라면 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성이 도시된 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 정전 척을 나타내는 분해도이다.
도 3은 도 1에 도시된 정전 척을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 척 베이스를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 이너 실을 나타내는 확대도이다.
도 6은 도 3에 도시된 아우터 실을 나타내는 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성 및 작동이 도시된 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성 및 작동이 도시된 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성 요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.
본 발명에 따른 정전 척은 반도체, 평판 디스플레이(flat panel display, FPD) 등의 제조를 위하여 웨이퍼, 글라스(glass) 등의 기판을 처리하는 데 사용되는 다양한 기판 처리 장치에 적용될 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 정전 척을 포함하는 기판 처리 장치는 기판 처리 공정으로서 식각, 애싱(ashing), 증착, 세정 등의 공정을 수행하는 것일 수 있으나, 본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하는 형태의 기판 처리 장치들 중 식각 공정을 수행하는 건식 식각 장치(dry etcher)를 중심으로 살펴보기로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 플라즈마를 이용하여 기판(5)에 대한 처리 공정으로서 식각 공정을 수행하도록 구성되고, 이를 위하여 공정 챔버(100), 기판 지지 어셈블리(substrate support assembly, 10), 샤워 헤드(shower head, 600), 공정 가스 공급 유닛(700), 전자기장 형성 유닛 및 배플 유닛(baffle unit, 800)을 포함한다. 공정 가스 공급 유닛(700)은 공정 챔버(100)의 내부에 제공할 공정 가스를 공급하고, 전자기장 형성 유닛은 공정 챔버(100)의 내부에 전자기장을 형성하여 공정 챔버(100)의 내부에 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
공정 챔버(100)는 외부와 차단 가능한 기판 처리 공간(111)을 제공하고, 기판(5)은 기판 처리 공간(111)에서 플라즈마에 의하여 처리된다. 공정 챔버(100)는 챔버 본체(110)를 포함한다. 챔버 본체(110)는 내부에 기판 처리 공간(111)을 가지도록 형성된다. 챔버 본체(110)는 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 챔버 본체(110)의 재질은 알루미늄(Al)일 수 있다. 이러한 챔버 본체(110)는 접지될 수 있다.
챔버 본체(110)의 벽에는 기판 처리 공간(111)과 연통하는 기판 출입구(112)가 적어도 하나 이상 마련되고, 기판(5)은 기판 출입구(112)를 통하여 기판 처리 공간(111)으로 반입되거나 기판 처리 공간(111)으로부터 반출된다. 기판 출입구(112)는 출입구 개폐 유닛(120)에 의하여 개폐될 수 있다.
챔버 본체(110)의 바닥에는 기판 처리 공간(111)과 연통하는 배기 포트(exhaust port, 113)가 적어도 하나 이상 마련되고, 배기 포트(113)에는 배기 작용을 수행하는 배기 유닛(130)이 접속된다. 배기 유닛(130)은, 배기 포트(113)에 연결된 배기 라인, 그리고 배기 라인에 연결된 진공 펌프(vacuum pump)를 포함할 수 있다. 배기 유닛(130)의 배기 작용에 의하면, 기판 처리 공간(111)을 감압하여 기판 처리 공정을 진공 분위기 하에서 수행할 수 있고, 기판 처리 공정을 수행하는 과정에서 발생되는 부산물이나 기판 처리 공간(111)에 잔류하는 가스를 외부로 배출할 수 있다.
챔버 본체(110)의 내면에는 라이너(liner, 140)가 제공될 수 있다. 라이너(140)에 의하면, 챔버 본체(110)의 내면에 대하여 기판 처리 공정을 수행하는 과정에서 발생되는 부산물, 기판 처리 공간(111)에 잔류하는 가스 등으로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 라이너(140)는, 챔버 본체(110)의 내벽에 챔버 본체(110)의 내벽을 따라 제공될 수 있고, 기판 출입구(112)와 대응하는 부분에 기판 출입구(112)와 연통하여 기판(5)의 반입과 반출을 허용하는 개구가 마련될 수 있다.
기판 지지 어셈블리(10)는 챔버 본체(110)의 내부에 설치된다. 기판 지지 어셈블리(10)는, 기판 처리 공간(111)의 하부 영역에 배치되고, 기판(5)을 지지한다. 기판 지지 어셈블리(10)는 챔버 본체(110)의 바닥으로부터 상측으로 이격된 높이에 위치될 수 있다. 기판 지지 어셈블리(10)는 정전 척(11), 하부 커버(13), 절연 부재(14) 및 연결체(15)를 포함한다.
도 2 내지 도 4에는 정전 척(11)이 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 정전 척(11)은, 기판(5)을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체(200), 척 본체(200)를 지지하는 하측의 척 베이스(300), 그리고 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이에 개재된 열전달 층(400)을 포함한다.
척 본체(200)는 기판(5)이 놓이는 지지 상면을 제공한다. 척 베이스(300)는 척 본체(200)의 온도 조절을 통하여 기판(5)의 온도를 조절하기 위한 쿨링 엘리먼트(310)를 포함한다. 열전달 층(400)은, 열전달 유체를 이용하여 척 본체(200)와 척 베이스(300) 간 열전달을 수행함으로써, 기판 처리 공정 중 기판 처리 공간(111)이 플라즈마 등에 의하여 고온으로 상승되더라도 열전달을 안정적으로 수행할 수 있다.
척 본체(200)는 비도전성 재질로 이루어진다. 척 본체(200)는 척 베이스(300) 상에 구속 없이 자중에만 의존하여 올려지고 자중에만 의존하여 유지되어 열전달 층(400)과 물리적으로 접촉된다. 즉, 척 본체(200)가 열전달 층(400)과 단순히 접촉된 상태로 유지되는 것이다. 이에, 척 본체(200)를 상측으로 들어 올리면, 척 본체(200)가 척 베이스(300)와 분리되는바, 척 본체(200)에 장기 사용 등으로 인하여 오염, 손상 등이 발생된 때 척 본체(200)를 용이하게 교체할 수 있는 등 정전 척(11)의 유지 관리를 편리하게 수행할 수 있다.
척 본체(200)의 하부에는 하방으로 연장된 인서트(510)가 제공되고, 척 베이스(300)에는 인서트(510)가 삽입되는 위치 맞춤 공간(305)이 마련되며, 열전달 층(400)은 인서트(510)가 통과되는 관통 공간(405)을 가진다. 인서트(510)는 척 본체(200)의 하부 중앙에 배치될 수 있다. 위치 맞춤 공간(305)은, 인서트(510)에 대응하도록 형성되어, 척 본체(200)의 상하 방향 이동은 허용하지만 척 본체(200)의 측 방향 이동은 규제함으로써, 척 본체(200)를 척 베이스(300)의 상측에 정확히 세팅할 수 있게 유도한다.
도 2에는 위치 맞춤 공간(305)이 척 베이스(300)에 상하 방향으로 관통된 구멍 형상으로 제공되는 것으로 도시되어 있으나, 인서트(510)의 길이에 따라서는 위치 맞춤 공간(305)을 하측으로 오목하게 패인 홈 형상으로 제공할 수도 있다.
인서트(510)는, 금속 재질을 포함하고, 척 본체(200)의 하부에 브레이징(brazing)에 의하여 결합될 수 있다. 예를 들어, 비도전성 재질로 이루어진 척 본체(200)의 하부에서 인서트(510)를 결합할 부분에 금속 막을 증착한 후, 금속 막과 인서트(510) 사이에 금속 재질의 필러를 삽입하고 삽입된 필러를 가열하여 용융시킨 다음, 용융된 필러를 냉각하여 접합 층을 형성하는 방식으로 브레이징을 수행할 수 있다.
열전달 층(400)은 척 베이스(300)의 상부에 제공되어 위치가 고정된다. 열전달 층(400)은, 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이에 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간(410)을 제공하도록 구성되며, 기밀성을 제공하기 위한 실(seal)을 포함한다. 실은, 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이에 개재됨으로써, 척 본체(200)를 척 베이스(300)로부터 상측으로 대략 실 두께만큼 이격시켜 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이에 관통 공간(405)과 연통되고 주위가 개방된 갭을 형성한다. 예를 들어, 열전달 층(400)은 이러한 실로서 이너 실(inner seal, 420)과 아우터 실(outer seal, 430)을 포함한다. 다른 예를 들어, 도시된 바와 달리, 열전달 층(400)은 아우터 실(430)만을 포함할 수도 있다.
이너 실(420)과 아우터 실(430)은 모두 환형으로 형성된다. 이너 실(420)은 크기가 아우터 실(430)에 비하여 작아 아우터 실(430)의 내측에 위치될 수 있다. 이너 실(420)은 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이에서 인서트(510)가 통과되는 관통 공간(405)의 주위로부터 상대적으로 가까운 내측 영역에 개재되어 기밀 작용을 수행하고, 아우터 실(430)은 관통 공간(405)의 주위로부터 상대적으로 먼 외측 영역에 개재된 기밀 작용을 수행한다. 열전달 층(400)은 이러한 이너 실(420)과 아우터 실(430) 및 척 본체(200)와 척 베이스(300)에 의하여 한정된 공간을 열전달 공간(410)으로 제공한다. 열전달 공간(410)에 수용된 열전달 유체는, 이너 실(420)에 의하여 관통 공간(405) 쪽으로의 누설이 방지되고, 아우터 실(430)에 의하여 갭(척 본체와 척 베이스 사이) 주위 쪽으로의 누설이 방지된다. 이너 실(420)이 제공되지 않는 경우, 열전달 층(400)은 아우터 실(430), 척 본체(200), 척 베이스(300) 및 인서트(510)에 의하여 한정된 공간을 열전달 공간(410)으로 제공할 수도 있다.
도 5에는 이너 실(420)이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 이너 실(420)은, 척 본체(200)의 하면에 상면이 접촉되는 환형의 상부 부재(421), 상부 부재(421)와 상하 간격을 두고 대향하도록 배치되며 척 베이스(300)의 상면에 하면이 접촉되는 환형의 하부 부재(422), 상부 부재(421)의 내측과 하부 부재(422)의 내측을 연결하는 환형의 연결 부재(423)를 포함함으로써, 내부에 환형의 중공(424)이 마련되고, 상부 부재(421)의 외측과 하부 부재(422)의 외측 사이에 중공(424)을 열전달 공간(410)과 연통시키는 연결 개구(425)가 마련된 구조를 가진다. 이너 실(420)은 상부 부재(421), 하부 부재(422) 및 연결 부재(423)가 일체형일 수 있다. 이너 실(420)은 하부 부재(422)가 척 베이스(300)에 정착 부재(426)에 의하여 결합되어 위치가 고정된다. 이너 실(420) 및 정착 부재(426)는 기판 처리 공정 중 발생되는 고온에 충분히 견딜 수 있는 내열성 재질로 이루어진다. 예를 들어, 이너 실(420)은 내열성, 내구성, 휨 탄성율 등이 우수한 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 재질을 포함할 수 있다.
도 6에 아우터 실(430)이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 아우터 실(430)은, 척 본체(200)의 하면에 상면이 접촉되는 환형의 상부 부재(431), 상부 부재(431)와 상하 간격을 두고 대향하도록 배치되며 척 베이스(300)의 상면에 하면이 접촉되는 환형의 하부 부재(432), 상부 부재(431)의 외측과 하부 부재(432)의 외측을 연결하는 환형의 연결 부재(433)를 포함함으로써, 내부에 환형의 중공(434)이 마련되고, 상부 부재(431)의 내측과 하부 부재(432)의 내측 사이에 중공(434)을 열전달 공간(410)과 연통시키는 연결 개구(435)가 마련된 구조를 가진다. 아우터 실(430)은 상부 부재(431), 하부 부재(432) 및 연결 부재(433)가 일체형일 수 있다. 아우터 실(430)은 하부 부재(432)가 척 베이스(300)에 정착 부재(436)에 의하여 결합되어 위치가 고정된다. 아우터 실(430) 및 정착 부재(436)는 기판 처리 공정 중 발생되는 고온에 충분히 견딜 수 있는 내열성 재질로 이루어진다. 예를 들어, 아우터 실(430)은 내열성, 내구성, 휨 탄성율 등이 우수한 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 재질을 포함할 수 있다.
열전달 공간(410)에는 열전달 유체 공급 유닛이 연결된다. 열전달 유체 공급 유닛은, 열전달 공간(410)에 열전달 유체를 설정에 따라 제어된 양으로 공급할 수 있고, 공급된 열전달 유체를 열전달 공간(410)으로부터 설정에 따라 제어된 양으로 회수할 수 있다. 또, 이로써 열전달 공간(410)으로부터 사용된 열전달 유체를 배출하고 새로운 열전달 유체를 열전달 공간(410)으로 계속 공급하여 열전달 층(400)의 열전달 효율 저하를 방지할 수 있다. 열전달 유체는 기체일 수 있다. 구체적으로, 열전달 유체는 불활성 기체를 포함할 수 있다. 일례로, 불활성 기체는 헬륨(He)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 열전달 유체 공급 유닛은, 열전달 유체 공급원(325), 제1 압력 제어기(415), 제1 열전달 유체 공급 라인(416) 및 제1 러핑 라인(first roughing line, 417)을 포함할 수 있다. 제1 압력 제어기(415)는, 열전달 유체 공급원(325)으로부터 열전달 유체를 공급 받을 수 있고, 공급 받은 열전달 유체에 대하여 일부 또는 전부를 제1 러핑 라인(417)을 통하여 배기 유닛(130)으로 제공하여 배출할 수 있다. 제1 러핑 라인(417)은 제1 압력 제어기(415)와 배기 유닛(130) 사이에 연결될 수 있다. 제1 압력 제어기(415)는 열전달 유체 공급원(325)으로부터의 열전달 유체에 대하여 일부 또는 전부를 제1 열전달 유체 공급 라인(416)을 통하여 열전달 공간(410)으로 공급할 수 있다. 열전달 유체 공급 유닛은, 열전달 공간(410)으로부터 열전달 유체를 회수하는 열전달 유체 회수 라인(419)을 더 포함하고, 열전달 유체 회수 라인(419)이 열전달 공간(410)과 제1 압력 제어기(415) 사이에 연결됨으로써, 기판 처리 공정을 수행하는 동안에 열전달 유체를 열전달 공간(410)으로 연속적으로 공급할 수 있고, 제1 압력 제어기(415)에 의한 열전달 유체의 공급 유량 및 회수 유량 제어를 통하여 열전달 공간(410)의 열전달 유체의 압력을 기판 처리 공정에 요구되는 수준으로 적절히 조절할 수 있다. 열전달 유체 회수 라인(419)을 통하여 열전달 공간(410)으로부터 제1 압력 제어기(415)로 제공된 열전달 유체는 배기 유닛(130)의 작용에 의하여 제1 러핑 라인(417)을 따라 기판 처리 공간(111)의 외부로 배출될 수 있다.
열전달 유체 공급 유닛에 의하여 열전달 공간(410)으로 공급되는 유체는, 열전달 공간(410)에 충전되고, 이너 실(420)과 아우터 실(430)의 연결 개구(425, 435)를 통하여 이너 실(420)과 아우터 실(430)의 중공(424, 434)으로 도입되어 중공(424, 434)에도 충전된다. 이너 실(420)과 아우터 실(430)의 중공(424, 434)에 충전된 열전달 유체는 이너 실(420)과 아우터 실(430)의 상부 부재(421, 431)와 하부 부재(422, 432)를 서로 이격되는 방향으로 가압하여 이너 실(420)과 아우터 실(430)에 의한 기밀성을 향상시킨다.
정전 척(11)은, 아우터 실(430)을 기판 처리 공정 중 발생되는 플라즈마 등으로부터 보호하는 실 보호 부재(550)를 더 포함한다. 실 보호 부재(550)는 아우터 실(430)의 외측에 배치되고 환형으로 형성되어 아우터 실(430)을 커버한다. 실 보호 부재(550)는 밴드, 실(seal) 등의 형태로 제공될 수 있다.
척 본체(200)는 유전체(dielectric substance)에 의하여 기판(5)이 놓이는 지지 상면을 가진 판 형상으로 제공될 수 있다. 척 본체(200)는 척 전극(210) 및 히팅 엘리먼트(220)를 포함한다.
척 전극(210)은, 척 본체(200)의 내부에 제공되고, 척 전원 라인(217)을 통하여 척 전원(215)과 전기적으로 연결된다. 척 전원(215)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 척 전극(210)과 척 전원(215) 사이에는 척 전원 스위치(216)가 적용되어, 척 전극(210)과 척 전원(215)은 척 전원 스위치(216)의 온(on), 오프(off) 작동에 의하여 상호 전기적으로 연결되거나 상호 전기적 연결이 해제될 수 있다. 척 전원 스위치(216)가 온으로 작동되면, 기판(5)과 척 전극(210) 사이에는 정전기력이 발생되고, 기판(5)은 발생된 정전기력에 의하여 척 본체(200)에 척킹될 수 있다.
히팅 엘리먼트(220)인 히터는 척 본체(200)의 내부에 제공된다. 히터(220)는 척 전극(210)의 하방에 배치될 수 있다. 히터(220)는 히터 전원 라인(237)을 통하여 히터 전원(235)과 전기적으로 연결된다. 히터(220)는 히터 전원(235)으로부터의 전류에 저항하여 열을 발생시키도록 구성될 수 있다. 히터(220)는 나선형 코일을 포함할 수 있다. 히터(220)와 히터 전원(235) 사이에는 히터 전원 스위치(236)가 적용될 수 있다. 히터(220)와 히터 전원(235)은 히터 전원 스위치(236)의 온, 오프 작동에 의하여 상호 전기적으로 연결되거나 상호 전기적 연결이 해제될 수 있다. 히터 전원 스위치(236)가 온으로 작동되면, 히터(220)에서는 열이 발생되고, 발생된 열은 척 본체(200)를 통하여 기판(5)으로 전달되며, 기판(5)은 전달된 열에 의하여 기판 처리 공정에 요구되는 온도로 유지될 수 있다. 이에, 히터(220)는 기판 가열 유닛을 구성한다.
척 베이스(300)는 금속 판을 포함할 수 있다. 일례에 의하면, 척 베이스(300)는 전체가 금속 판으로 제공될 수 있다. 척 베이스(300)는 고주파 전원 라인(337)을 통하여 전원으로서 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원(335)과 전기적으로 연결된다. 고주파 전원(335)은 RF 전원으로 제공될 수 있다. 척 베이스(300)와 고주파 전원(335) 사이에는 고주파 전원 스위치(336)가 적용되어, 척 베이스(300)와 고주파 전원(335)은 고주파 전원 스위치(336)의 온, 오프 작동에 의하여 상호 전기적으로 연결되거나 상호 전기적 연결이 해제될 수 있다. 고주파 전원 스위치(336)가 온으로 작동되면, 척 베이스(300)는 고주파 전원(335)으로부터 고주파 전력을 공급 받는다. 이에, 척 베이스(300)는 전자기장 형성 유닛을 구성하는 하부 전극으로 기능할 수 있다.
쿨링 엘리먼트(310)는, 척 베이스(300)의 내부에 적용되고, 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로로 제공된다. 냉각 유로(310)는 냉각 유체 공급 라인(317)을 통하여 냉각 유체 공급원(315)과 연결된다. 냉각 유체 공급원(315) 또는 냉각 유체 공급 라인(317)에는 냉각 유체를 냉각하는 냉각기가 설치된다. 냉각 유체 공급 라인(317)에는 개폐 밸브(316)가 설치될 수 있다. 냉각 유로(310)에 공급된 냉각 유체는 척 베이스(300)를 냉각하고, 척 베이스(300)는 냉각 유체에 의하여 냉각되면서 척 본체(200)와 함께 기판(5)을 냉각시켜 기판(5)을 공정에 요구되는 온도로 유지시킬 수 있다. 도시된 바는 없으나, 냉각 유체는 냉각 유체 회수 라인을 따라 냉각 유로(310)로부터 냉각 유체 공급원(315)으로 회수될 수 있다.
척 본체(200)에는 척 본체(200)에 놓인 기판(5)의 하면으로 열전달 유체를 공급하는 복수의 상부 공급로(201)가 마련된다. 상부 공급로(201)들은 서로 이격되고 척 본체(200)를 상하 방향으로 관통하는 형상으로 제공된다. 척 베이스(300)에는 복수의 하부 공급로(301)가 마련된다. 하부 공급로(301)들은 척 베이스(300)의 내부에서 척 베이스의 상면으로 연장된 형상으로 제공되고 상부 공급로(201)들에 대응하는 개수 및 위치에 구비되어 상부 공급로(201)들과 연결된다. 척 베이스(300)의 내부에는 하부 공급로(301)들을 연결하는 분배 유로(302)가 마련된다. 상부 공급로(201)들과 하부 공급로(301)들 사이 각각에는 기밀성을 제공하는 실링 부재가 개재될 수 있다. 실링 부재들은 하부 공급로(301)들의 상단 쪽에 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 분배 유로(302)는 제2 열전달 유체 공급 라인(326)을 통하여 열전달 유체 공급원(325)과 연결된다. 앞서 언급한 바와 같이, 열전달 유체는 불활성 기체를 포함할 수 있고, 불활성 기체는 헬륨을 포함할 수 있다. 척 본체(200) 상에 기판(5)이 척킹되기 전에, 제2 압력 제어기(329)는, 열전달 유체 공급원(325)으로부터 열전달 유체를 공급 받을 수 있고, 열전달 유체를 제2 러핑 라인(328)을 통하여 배기 유닛(130)으로 제공하여 배출할 수 있다. 제2 러핑 라인(328)은 제2 압력 제어기(329)와 배기 유닛(130) 사이에 연결될 수 있다. 척 본체(200)에 기판(5)이 척킹되면, 제2 압력 제어기(329)는 열전달 유체 공급원(325)으로부터의 열전달 유체를 제2 열전달 유체 공급 라인(326)을 통하여 분배 유로(302)로 공급할 수 있다. 열전달 유체는 하부 공급로(301)들과 상부 공급로(201)들을 순차적으로 경유하여 기판(5)의 하면으로 공급된다. 또한, 열전달 유체가 제2 러핑 라인(328)을 통하여 배기 유닛(130)으로도 흐를 수 있다. 기판(5)의 하면으로 공급된 열전달 유체는 플라즈마에서 기판(5)으로 전달된 열을 정전 척(11)으로 전달하는 매개체 역할을 한다. 예를 들어, 제2 압력 제어기(329)는 기판(5)의 하면으로 공급되는 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. 기판(5)을 디척킹하기 위하여, 제2 압력 제어기(329)는 기판(5)의 하면으로 공급된 열전달 유체를 상부 공급로(201)들, 하부 공급로(301)들, 제2 열전달 유체 공급 라인(326) 및 덤프 라인(dump line, 327)을 통하여 배기 유닛(130)으로 배출할 수 있다. 기판(5)의 하면에 잔존하는 열전달 유체는 덤프 라인(327)을 통하여 배기 유닛(130)으로 배출되거나 회수될 수 있다.
한편, 분배 유로(302)는 제2 열전달 유체 공급 라인(326)을 통하여 열전달 유체 공급원(325)과 다른 별도의 열전달 유체 공급원(325)과 연결될 수도 있다.
척 본체(200)는 기판(5)이 놓이는 지지 상면이 기판(5)에 비하여 작은 크기로 형성되어, 척 본체(200)에 의하여 지지된 기판(5)은 가장자리 영역이 지지 상면의 외측에 위치될 수 있다. 척 본체(200)의 주위에는 포커스 링(focus ring, 12)이 배치될 수 있다. 포커스 링(12)은 상면 외측 부분이 상면 내측 부분에 비하여 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(12)의 상면 내측 부분은 척 본체(200)의 지지 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(12)의 상면 내측 부분은 기판(5)에서 척 본체(200)의 지지 상면을 벗어난 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(12)의 상면 외측 부분은 기판(5)을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(12)은 기판(5)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어한다. 이에, 기판(5)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마를 균일하게 형성하여 기판(5)을 보다 균일하게 식각할 수 있다.
하부 커버(13)는 정전 척(11)의 하측에 배치된다. 하부 커버(13)는 기판 지지 어셈블리(10)의 하단 부분을 구성한다. 하부 커버(13)는 챔버 본체(110)의 바닥으로부터 상측으로 이격되어 위치한다. 하부 커버(13)는 상부가 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(13)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다.
절연 부재(14)는 정전 척(11)과 하부 커버(13) 사이에 배치된다. 절연 부재(14)는 하부 커버(13)의 개방된 상부를 덮는다. 절연 부재(14)는 절연체를 포함할 수 있다. 절연 부재(14)는 척 베이스(300)와 하부 커버(13)를 전기적으로 절연시킨다.
연결체(15)는 하부 커버(13)의 외부와 챔버 본체(110)의 벽을 연결하여 기판 지지 어셈블리(10)를 챔버 본체(110)의 내부에서 지지하고 하부 커버(13)를 접지한다. 연결체(15)는 복수로 구비되고 하부 커버(13)의 둘레를 따라 서로 이격되도록 간격을 두고 배치될 수 있다.
연결체(15)는 내부가 빈 구조를 가지도록 제공된다. 열전달 공간(410)에 연결된 제1 열전달 유체 공급 라인(416)과 열전달 유체 회수 라인(419), 냉각 유로(310)에 연결된 냉각 유체 공급 라인(317)과 냉각 유체 회수 라인, 분배 유로(302)에 연결된 제2 열전달 유체 공급 라인(326), 척 전극(210)에 연결된 척 전원 라인(217), 히터(220)에 연결된 히터 전원 라인(237), 척 베이스(300)에 연결된 고주파 전원 라인(337) 등은 연결체(15)의 빈 내부를 통하여 하부 커버(13)의 내부로 도입될 수 있다. 또한, 이렇게 도입된 라인들은 절연 부재(14)를 통과한 후 인서트(510)를 통하여 정전 척(11)의 내부로 도입될 수 있다. 이를 위하여, 인서트(510)는 내부에 라인들이 도입되는 공동(511)이 상하 방향으로 마련된 구조를 가질 수 있다.
샤워 헤드(600)는 챔버 본체(110)의 천장 쪽에 설치된다. 샤워 헤드(600)는 기판 처리 공간(111)의 상부 영역에 정전 척(11)과 대향하도록 배치된다. 샤워 헤드(600)는 공정 가스 공급 유닛(700)으로부터의 공정 가스를 기판 처리 공간(111)으로 토출한다. 샤워 헤드(600)는 샤워 플레이트(610) 및 지지 부재(620)를 포함한다.
샤워 플레이트(610)는 챔버 본체(110)의 천장으로부터 하측으로 이격된 높이에 위치된다. 샤워 플레이트(610)는 공정가스를 하측으로 토출하는 토출구(611)들을 가진다. 토출구(611)들은, 샤워 플레이트(610)를 상하 방향으로 관통하는 형상으로 형성되고, 기판 처리 공간(111)에 공정 가스를 균일하게 공급할 수 있는 개수 및 구조로 제공될 수 있다. 샤워 플레이트(610)는 금속 재질을 포함한다. 샤워 플레이트(610)의 표면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 선택적 또는 전체적으로 양극화 처리가 이루어질 수 있다. 이러한 샤워 플레이트(610)는 전원으로서 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원과 전기적으로 연결되거나 접지된다. 이에, 샤워 플레이트(610)는 전자기장 형성 유닛을 구성하는 상부 전극으로 기능할 수 있다.
지지 부재(620)는 챔버 본체(110)의 천장에 장착된 상태로 샤워 플레이트(610)의 가장자리 부분을 지지한다. 지지 부재(620)는 챔버 본체(110)의 천장과 샤워 플레이트(610)의 상면 사이의 주위를 차단하도록 형성된다. 지지 부재(620)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(700)은 기판 처리 공간(111)으로 공정 가스를 제공한다. 공정 가스 공급 유닛(700)은 공정 가스 공급원(710), 공정 가스 공급 노즐(720), 공정 가스 공급 라인(730) 및 유량 제어 밸브(740)를 포함한다. 공정 가스 공급 노즐(720)은 챔버 본체(110)의 천장에 샤워 헤드(600)와 연결된 구조를 가지도록 설치되어 샤워 헤드(600)로 공정 가스를 공급한다. 공정 가스 공급 라인(730)은 공정 가스 공급원(710)과 공정 가스 공급 노즐(720)을 연결한다. 유량 제어 밸브(740)는 공정 가스 공급 라인(730)에 설치된다. 공정 가스 공급 라인(730)을 통하여 공정 가스 공급 노즐(720)에 제공되는 공정 가스 유량은 유량 제어 밸브(740)에 의하여 조절할 수 있다.
전자기장 형성 유닛은 샤워 헤드(600) 및 공정 가스 공급 유닛(700)과 함께 플라즈마 발생기를 구성한다. 전자기장 형성 유닛은, 기판 처리 공간(111)에 서로 평행하도록 상하로 배치된 상부 전극과 하부 전극을 포함함으로써, 플라즈마를 CCP(capacitive coupled plasma) 방식으로 발생시키도록 구성된다. 상부 전극은 샤워 플레이트(610)로 제공될 수 있고, 하부 전극은 척 베이스(300)로 제공될 수 있다. 이와 달리, 전자기장 형성 유닛은, 플라즈마를 ICP(inductively coupled plasma) 방식으로 발생시키도록 구성될 수 있고, 이를 위하여 안테나를 포함할 수 있다.
배플 유닛(800)은 배플을 포함한다. 배플은 기판 지지 어셈블리(10)의 주위를 따라 설치되어 챔버 본체(110)의 벽과 정전 척(11)의 둘레 사이에 배치될 수 있다. 배플에는 공정 가스 통과 구멍들이 형성될 수 있다. 기판 처리 공간(111)에 공급된 공정 가스는 배플의 공정 가스 통과 구멍들을 통과하여 배기 포트(113)로 배출될 수 있다. 기판 처리 공간(111)에서의 공정 가스 흐름은 배플 및 공정 가스 통과 구멍들의 형상 등에 따라 제어될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치는 척 본체(200)와 척 베이스(300)를 열전달 층(400)에 대하여 밀착된 상태로 유지시키는 척 가압 유닛을 더 포함할 수 있다. 도시된 바는 없으나, 척 가압 유닛은 척 본체(200)에 적용되어 척 본체(200)의 자중을 증가시키는 웨이트(weight)를 포함할 수 있다. 웨이트에 의하면, 척 본체(200)를 척 베이스(300)에 대하여 가압하여 열전달 층(400)에 대한 척 본체(200)와 척 베이스(300)의 접촉 압력을 강화함으로써, 척 본체(200)와 척 베이스(300)를 열전달 층(400)에 보다 긴밀히 밀착시킬 수 있다. 기판 처리 공정을 수행하는 동안에, 열전달 공간(410)의 내압은 제1 압력 제어기(415)에 의하여 열전달 유체가 누설되지 않는 수준으로 유지되는 것이 바람직하다. 웨이트를 적용하면, 열전달 층(400)에 대한 척 본체(200)의 가압력을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 열전달 공간(410)의 내압을 보다 고압으로 유지하여 열전달 유체에 의한 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성이 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 본 발명의 제1 실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 척 가압 유닛(910)이 실린더 등의 가압력 발생 기구(912)를 이용, 열전달 층(400)에 대한 척 본체(200)와 척 베이스(300)의 접촉 압력을 강화하여 척 본체(200)와 척 베이스(300)를 열전달 층(400)에 밀착된 상태로 유지시키도록 구성된 점만이 상이하다. 이를 살펴보면 다음과 같다.
인서트(510)는 척 베이스(300) 및 절연 부재(14)를 상하 방향으로 순차적으로 관통하여 하단 부분이 하부 커버(13)의 내부에 위치된다. 척 가압 유닛(910)은 보조 플레이트(911)와 가압력 발생 기구(912)를 포함한다. 보조 플레이트(911)는, 하부 커버(13)의 내부에 척 베이스(300)와 대향하도록 배치되고, 인서트(510)의 하단 부분에 연결된다. 가압력 발생 기구(912)는 보조 플레이트(911)에 하측 방향으로 힘을 가하여 척 본체(200)를 척 베이스(300)에 대하여 가압할 수 있다.
일례로, 가압력 발생 기구(912)는 보조 플레이트(911)와 척 베이스(300) 사이에 배치된 공압식 또는 유압식의 실린더들을 포함할 수 있다. 실린더들은 한쪽이 보조 플레이트(911)에 지지되고 다른 쪽이 절연 부재(14)에 지지될 수 있다. 실린더들이 신장되면, 절연 부재(14)와 보조 플레이트(911)에는 절연 부재(14)와 보조 플레이트(911)가 서로 이격되는 방향으로 힘이 가하여진다. 이에, 인서트(510)를 매개로 보조 플레이트(911)와 연결된 척 본체(200)에는 하측 방향으로 힘이 작용하고, 척 베이스(300)에는 상측 방향으로 힘이 작용하여, 척 본체(200)와 척 베이스(300)는 사이의 열전달 층(400)을 가압할 수 있다(도 8 참조). 물론, 실린더들이 수축되면, 열전달 층(400)에 대한 척 본체(200)와 척 베이스(300)의 가압이 해제된다(도 7 참조).
다른 예로, 보조 플레이트(911)와 척 베이스(300) 사이에 실린더들 대신, 스프링 등의 탄성 부재들이 압축된 상태로 개재될 수도 있고, 모터에 의하여 신축되는 볼 스크루를 포함하는 기구들이 적용될 수도 있다. 절연 부재(14)가 제외된 경우에는 가압력 발생 기구(912)가 척 베이스(300)의 하면에 지지될 수 있다. 하부 커버(13)가 제외된 경우에는 가압력 발생 기구(912)가 챔버 본체(110)의 바닥과 정전 척(11) 사이에 제공될 수 있다.
인서트(510)는 보조 플레이트(911)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이에, 인서트(510)를 보조 플레이트(911)와 분리하고, 척 본체(200)를 들어올리면, 척 본체(200)는 척 베이스(300)와 분리될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성이 도 9 및 도 10에 개략적으로 도시되어 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 척 가압 유닛 대신 척 승강 유닛(950)을 적용한 점만이 상이하다. 이를 살펴보면 다음과 같다.
인서트(510)는 척 베이스(300) 및 절연 부재(14)를 상하 방향으로 순차적으로 관통하여 하단 부분이 하부 커버(13)의 내부에 위치된다. 척 승강 유닛(950)은 하부 커버(13)의 내부에 설치되고 인서트(510)의 하단 부분에 연결된다. 척 승강 유닛(950)은, 공압이나 유압을 이용하는 실린더를 포함할 수도 있고, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 인서트(510)에 전달하는 동력 전달 기구를 포함할 수도 있다.
척 본체(200)가 척 승강 유닛(950)에 의하여 상승되면, 척 본체(200)는 척 베이스(300)로부터 상측으로 이격된다(도 9 참조). 척 본체(200)를 상승하기 전에, 열전달 층(400)으로의 열전달 유체 공급이 차단되고, 열전달 층(400)으로부터 열전달 유체가 회수될 수 있다. 척 본체(200)가 척 베이스(300)로부터 이격되면, 척 본체(200)를 냉각한 후 척 본체(200) 내 히터로 가열하는 때 척 본체(200)를 보다 신속히 가열할 수 있다.
척 본체(200)가 척 승강 유닛(950)에 의하여 하강되면, 척 본체(200)는 척 베이스(300) 상에 올려지고, 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이의 갭에는 열전달 층(400)을 구성하는 열전달 공간이 제공된다. 척 승강 유닛(950)은 척 본체(200)를 하강시킨 때 척 본체(200)가 열전달 층(400)에 밀착되도록 위치시킬 수 있다(도 10 참조).
한편, 척 승강 유닛(950)은 인서트(510)와 분리 가능하게 결합될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치들 중 어느 하나에 의하여 수행되는 기판 처리 방법을 예시하는 순서도이다. 도 11은 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명될 것이다.
S110 단계에서, 제1 압력 제어기(415)는 열전달 유체 공급원(325)으로부터의 열전달 유체를 척 본체(200)와 척 베이스(300) 사이에 제공된 열전달 층(400)의 열전달 공간(410)으로 공급할 수 있다. 제1 압력 제어기(415)는 열전달 공간(410)으로 공급된 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. 제2 압력 제어기(329)는 열전달 유체 공급원(325)으로부터의 열전달 유체를 척 본체(200) 상에 로딩된 기판(5)의 하면(즉, 기판(5)과 척 본체(200) 사이)으로 공급하지 않고 제2 러핑 라인(328)을 통하여 배출할 수 있다. S110 단계는 아이들(idle) 단계로도 지칭될 수 있다.
S120 단계에서, 먼저, 기판(5)이 정전기력에 의하여 척 본체(200) 상에 척킹될 수 있다. 이후, 제2 압력 제어기(329)는, 열전달 유체를 기판(5)의 하면으로 공급할 수 있고, 척 본체(200)와 기판(5) 사이의 공간의 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. 제2 압력 제어기(329)가 척 본체(200)와 기판(5) 사이의 공간의 열전달 유체의 압력을 제어하는 동안, 제1 압력 제어기(415)는, S110 단계와 유사하게 열전달 공간(410)으로 열전달 유체를 계속 공급하고 열전달 공간(410)의 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. S120 단계는 척킹 단계로도 지칭될 수 있다.
S130 단계에서, 기판(5)에 대한 공정이 수행될 수 있다. S130 단계에서도, 제2 압력 제어기(329)는 열전달 유체를 기판(5)의 하면으로 공급할 수 있고 척 본체(200)와 기판(5) 사이 간극의 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. S130 단계에서도, 제1 압력 제어기(415)는 열전달 공간(410)으로 열전달 유체를 공급하고 열전달 공간(410)의 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. S130 단계는 기판 처리 공정의 수행 단계로도 지칭될 수 있다.
S140 단계에서, 기판(5)의 디척킹(dechucking)을 위하여, 제2 압력 제어기(329)는 척 본체(200)와 기판(5) 사이의 공간의 열전달 유체를 덤프하거나 배출할 수 있다. 기판(5)이 디척킹되는 동안에도, 제1 압력 제어기(415)는 열전달 공간(410)으로 열전달 유체를 공급하고 열전달 공간(410)의 열전달 유체의 압력을 제어할 수 있다. S140 단계는 디척킹 단계로도 지칭될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
5: 기판
10: 기판 지지 어셈블리
11: 정전 척
12: 포커스 링
13: 하부 커버
14: 절연 부재
15: 연결체
100: 공정 챔버
200: 척 본체
300: 척 베이스
400: 열전달 층
410: 열전달 공간
420: 이너 실
430: 아우터 실
510: 인서트
550: 실 보호 부재
600: 샤워 헤드
700: 공정 가스 공급 유닛
910: 척 가압 유닛
950: 척 승강 유닛

Claims (30)

  1. 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체와; 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스와; 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체를 이용하는 열전달 층과; 상기 척 본체와 상기 척 베이스를 상기 열전달 층에 대하여 밀착된 상태로 유지시키는 척 가압 유닛을 포함하고,
    상기 척 본체는 하부에 하방으로 연장된 인서트가 제공되고, 상기 척 베이스는 상기 인서트가 상기 열전달 층을 관통하여 삽입되는 위치 맞춤 공간을 가지며, 상기 위치 맞춤 공간은 상기 척 베이스를 상하 방향으로 관통하는 구멍으로 제공되고, 상기 인서트는 상기 위치 맞춤 공간을 통과하는 길이로 제공되며, 상기 척 가압 유닛은, 상기 척 베이스의 하방에 배치되고 상기 인서트의 하부에 연결된 보조 플레이트와; 상기 보조 플레이트에 하측 방향으로 힘을 가하는 가압력 발생 기구를 포함하는,
    정전 척.
  2. 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체와; 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스와; 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체를 이용하는 열전달 층과; 상기 척 본체를 상기 척 베이스에 대하여 상하 방향으로 이동시키는 척 승강 유닛을 포함하고,
    상기 척 본체는 하부에 하방으로 연장된 인서트가 제공되고, 상기 척 베이스는 상기 인서트가 상기 열전달 층을 관통하여 삽입되는 위치 맞춤 공간을 가지며, 상기 위치 맞춤 공간은 상기 척 베이스를 상하 방향으로 관통하는 구멍으로 제공되고, 상기 인서트는 상기 위치 맞춤 공간을 통과하는 길이로 제공되며, 상기 척 승강 유닛은 상기 인서트의 하부에 연결된,
    정전 척.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열전달 층은 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 상기 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열전달 층은, 상기 인서트가 통과되는 관통 공간을 가지고, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에서 상기 관통 공간의 주위로부터 상대적으로 가까운 내측 영역 및 상대적으로 먼 외측 영역에 각각 개재된 환형의 이너 실 및 환형의 아우터 실을 포함함으로써, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 갭을 형성함과 아울러 상기 척 본체, 상기 척 베이스, 상기 이너 실 및 상기 아우터 실에 의하여 한정되고 상기 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 아우터 실은 상기 열전달 공간과 연통하여 상기 열전달 유체가 도입되는 중공을 가진 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 아우터 실은 내열성 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 아우터 실을 커버하는 실 보호 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 열전달 공간에 열전달 유체 공급 라인과 열전달 유체 회수 라인이 연결된 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 척 본체는 상기 척 베이스 상에 상기 열전달 층과 물리적으로 접촉하도록 올려진 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 인서트는 전원 라인이 도입되는 공동을 가진 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열전달 층은 상기 척 베이스의 상부에 제공된 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 척 베이스는 히팅 엘리먼트와 쿨링 엘리먼트 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열전달 유체는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는,
    정전 척.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 기판 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와; 상기 기판 처리 공간에 배치된 기판 지지 어셈블리와; 상기 기판 처리 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생기를 포함하고,
    상기 기판 지지 어셈블리는, 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체, 고주파 전력이 인가되고 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공하도록 구성된 열전달 층, 그리고 상기 척 본체를 상기 척 베이스에 대하여 상하 방향으로 이동시키는 척 승강 유닛을 포함하는 정전 척과; 상기 척 본체의 주위에 배치되고 상기 기판을 둘러싸도록 제공된 포커스 링과; 상기 열전달 공간 및 상기 기판과 상기 척 본체 사이로 각각 열전달 유체를 공급하며 상기 열전달 공간으로 공급된 상기 열전달 유체의 압력을 제어하는 제1 압력 제어기 및 상기 기판과 상기 척 본체 사이로 공급된 상기 열전달 유체의 압력을 제어하는 제2 압력 제어기를 가진 열전달 유체 공급 유닛을 포함하며,
    상기 척 본체는 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 포함하고, 상기 척 베이스는 상기 기판을 냉각하기 위한 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로를 포함하며, 상기 척 본체는 하부에 하방으로 연장된 인서트가 제공되고, 상기 척 베이스는 상기 인서트가 상기 열전달 층을 관통하여 삽입되는 위치 맞춤 공간을 가지며, 상기 위치 맞춤 공간은 상기 척 베이스를 상하 방향으로 관통하는 구멍으로 제공되고, 상기 인서트는 상기 위치 맞춤 공간을 통과하는 길이로 제공되며, 상기 척 승강 유닛은 상기 인서트의 하부에 연결된,
    기판 처리 장치.
  26. 기판 처리 공간을 제공하는 공정 챔버와; 상기 기판 처리 공간에 배치된 기판 지지 어셈블리와; 상기 기판 처리 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생기를 포함하고,
    상기 기판 지지 어셈블리는, 기판을 정전기력으로 척킹하는 상측의 척 본체, 고주파 전력이 인가되고 상기 척 본체의 온도를 조절하기 위한 하측의 척 베이스, 상기 척 본체와 상기 척 베이스 사이에 배치되며 열전달 유체가 수용되는 열전달 공간을 제공하도록 구성된 열전달 층, 그리고 상기 척 본체와 상기 척 베이스를 상기 열전달 층에 대하여 밀착된 상태로 유지시키는 척 가압 유닛을 포함하는 정전 척과; 상기 척 본체의 주위에 배치되고 상기 기판을 둘러싸도록 제공된 포커스 링과; 상기 열전달 공간 및 상기 기판과 상기 척 본체 사이로 각각 열전달 유체를 공급하며 상기 열전달 공간으로 공급된 상기 열전달 유체의 압력을 제어하는 제1 압력 제어기 및 상기 기판과 상기 척 본체 사이로 공급된 상기 열전달 유체의 압력을 제어하는 제2 압력 제어기를 가진 열전달 유체 공급 유닛을 포함하며,
    상기 척 본체는 상기 기판을 가열하기 위한 히터를 포함하고, 상기 척 베이스는 상기 기판을 냉각하기 위한 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로를 포함하며, 상기 척 본체는 하부에 하방으로 연장된 인서트가 제공되고, 상기 척 베이스는 상기 인서트가 상기 열전달 층을 관통하여 삽입되는 위치 맞춤 공간을 가지며, 상기 위치 맞춤 공간은 상기 척 베이스를 상하 방향으로 관통하는 구멍으로 제공되고, 상기 인서트는 상기 위치 맞춤 공간을 통과하는 길이로 제공되며, 상기 척 가압 유닛은, 상기 척 베이스의 하방에 배치되고 상기 인서트의 하부에 연결된 보조 플레이트와; 상기 보조 플레이트에 하측 방향으로 힘을 가하는 가압력 발생 기구를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  27. 청구항 25 또는 청구항 26에 기재된 기판 처리 장치를 이용하는 기판 처리 방법으로,
    상기 기판을 처리하는 동안에, 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 제어하고, 상기 기판과 상기 척 본체 사이의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제2 압력 제어기에 의하여 제어하는,
    기판 처리 방법.
  28. 청구항 27항에 있어서,
    상기 기판을 상기 척 본체에 의하여 척킹하기 이전에 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 방법.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 기판을 상기 척 본체에 의하여 척킹한 이후에 상기 기판과 상기 척 본체 사이의 상기 열전달 유체의 압력을 상기 제2 압력 제어기에 의하여 제어하고,
    상기 기판과 상기 척 본체 사이의 상기 열전달 유체의 상기 압력을 상기 제2 압력 제어기에 의하여 제어하는 동안에 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 상기 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    척킹된 상기 기판을 디척킹하는 동안에 상기 열전달 공간의 상기 열전달 유체의 상기 압력을 상기 제1 압력 제어기에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 방법.
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