KR102615217B1 - 정전 척을 포함하는 기판 처리 장치와 기판 처리 방법 및 정전 척 제조 방법 - Google Patents

정전 척을 포함하는 기판 처리 장치와 기판 처리 방법 및 정전 척 제조 방법 Download PDF

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Abstract

정전 척 및 정전 척을 포함하는 기판 처리 장치가 개시된다. 정전 척은, 기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와; 상기 핀 홀의 내주에 제공되고 팽창 가능하며 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 포함하고, 상기 팽창 부재에 의하여 상기 핀 홀의 직경이 변화하도록 제공된다.

Description

정전 척을 포함하는 기판 처리 장치와 기판 처리 방법 및 정전 척 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS WITH ELECTROSTATIC CHUCK, SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND MANUFACTURINF METHOD OF ELECTROSTATIC CHUCK}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하기 위한 정전 척을 포함하는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 제조 공정 중, 반도체 기판에 막을 형성하거나 막을 식각하는 공정에서 플라즈마 처리 장비가 많이 사용되고 있다.
플라즈마 처리 장비는 반도체 기판을 처리하기 위한 공간을 갖는 공정 챔버와, 공정 챔버 내부에 배치되어 반도체 기판을 지지하는 기판 지지 장치를 포함한다.
기판 지지 장치의 예로는 정전 척이 있고, 일반적인 정전 척은 알루미늄으로 이루어진 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 상측에 배치된 세라믹 퍽과, 세라믹 퍽의 내부에 구비되는 내부 전극을 포함한다. 내부 전극에는 정전기력을 발생시키기 위한 전원이 연결되며, 반도체 기판은 정전기력에 의해 정전 척 상에 흡착 고정된다.
정전 척 상에 위치된 반도체 기판은 플라즈마 가스에 의하여 가열되며, 반도체 기판의 이면에는 반도체 기판의 온도를 조절하기 위한 냉각 가스가 공급된다. 냉각 가스로는 헬륨(He) 가스가 주로 사용되며, 냉각 가스는 베이스 플레이트 및 세라믹 퍽에 형성된 냉각 가스 공급 홀을 통해 반도체 기판의 이면으로 공급된다.
또한, 베이스 플레이트와 세라믹 퍽을 관통하여 형성된 핀 홀(pin hole)이 존재하고 핀 홀을 따라 리프트 핀이 상하 운동함으로써 기판의 탈착을 돕는다.
반도체 미세화에 따라 플라즈마 발생을 위한 RF 파워가 점점 높아지면서 냉각 가스 공급 홀 및 핀 홀 내의 방전 현상의 발생(예: 아킹)이 심각한 문제로 인지되고 있다. 방전 현상은 기판 지지 장치 및 기판의 손상을 유발시킬 수 있다. 특히 핀 홀의 직경이 냉각 가스 공급 홀의 직경보다 크게 형성되어 핀 홀에서 이러한 문제가 더욱 빈번하게 발생한다.
예를 들어, 기판이 정전 척에 의하여 흡착 지지된 상태에도 냉각 가스 공급 홀로 공급된 헬륨 기체가 핀 홀로 유입될 가능성이 높고, 기판의 온도가 국부적으로 증가하면서 핀 홀에 정체된 헬륨 기체가 고온이 되는 분위기가 조성되면 핀 홀에서 플라즈마 방전이 발생하면서 기판과 정전 척이 손상을 입을 수 있다. 또한, 핀 홀의 넓은 직경으로 인해 리프트 핀의 반복 동작에 의하여 발생한 파티클이 정전 척의 표면으로 노출됨에 따라 방전이 발생할 수 있고, 리프트 핀이 설계상 의도치 않게 낮은 저항 포인트와 접촉된 경우 플라즈마가 유입됨으로써 방전 현상이 발생할 수도 있다.
본 발명은 핀 기판 처리 장치 내 방전 발생을 방지할 수 있는 정전 척 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의하여 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와; 상기 핀 홀의 내주에 제공되고 팽창 가능하며 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 포함하는 정전 척이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 팽창 부재는 상기 내주면을 가지고 전원 공급에 따라 팽창되는 압전 소자일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정전 척은 상기 척 부재에 내장되고 정전기력을 발생시키는 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자는 상기 전극과 전기적으로 연결되고 상기 전극에 전원이 인가되면 상기 전극으로부터 전원을 공급받아 팽창될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자는 상기 전극에 전원이 차단되면 팽창되기 전의 상태로 복원될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 척 부재는 유전 물질로 이루어 지고, 상기 압전 소자는 상기 척 부재와 동등한 유전율을 갖는 동시에 상기 척 부재에 비하여 높은 체적 저항을 갖는 소재일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 척 부재와 상기 압전 소자는 소결 방식으로 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자와 상기 전극은 개별적으로 전원을 공급받고 독립적으로 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 핀 홀은 상단에 상기 팽창 부재가 수용되는 수용 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 처리 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 기판 처리 공간에 배치된 정전 척; 및 상기 기판 처리 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생기를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다. 상기 정전 척은, 기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와; 상기 핀 홀의 내주에 제공되고 팽창 가능하며 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 포함하고, 상기 팽창 부재는 전원의 공급에 따라 팽창하는 관 형상의 압전 소자일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자는 상기 정전 척에 정전기력을 발생시키는 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 전극에 전원이 인가되면 상기 전극으로부터 전원을 공급받아 상기 핀 홀의 내측 방향으로 팽창할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자는 상기 전극으로 공급되는 전원이 차단되면 원 상태로 복원될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자는 독립적으로 제어되는 별도의 전원에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 소자는 상기 척 부재보다 높은 체적 저항을 갖는 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와; 상기 척 부재에 내장되어 상기 척 부재에 정전기력을 발생시키는 전극과; 상기 핀 홀의 내주에 제공되고 팽창 가능하며 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 압전 소자를 포함하는 정전 척을 이용하여 기판을 처리하는 방법이 제공될 수 있다. 상기 기판 처리 방법은 상기 척 부재에 전원이 인가됨으로써 기판이 척킹되는 때 상기 압전 소자가 팽창함에 따라 상기 핀 홀의 내주 길이가 감소된 채로 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
상기 플라즈마 처리가 완료되면, 상기 척 부재에 전원이 차단되어 기판이 디척킹되는 때 상기 압전 소자가 팽창되기 전의 상태로 복원되고, 상기 감소된 핀 홀의 내주 길이가 감소되기 전의 길이로 복원될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 척 부재의 상면과 하면을 관통하도록 리프트 핀이 승하강하기 위한 핀 홀을 가공하는 단계; 상기 핀 홀의 상단부에 팽창 시 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 삽입하는 단계;상기 삽입한 팽창 부재를 상기 척 부재에 고정하는 단계를 포함하는 정전 척 제조 방법이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 팽창 부재는 상기 척 부재에 비해 높은 체적 저항을 가지고 전원 공급에 따라 팽창되는 관 형상의 압전 소자일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 핀 홀 가공 단계는, 상기 핀 홀의 상단부를 상기 팽창 부재의 형태로 카운터보링(counter-boring)하는 단계를 포함할 수 있다
일 실시예에서, 상기 핀 홀은 상기 척 부재에 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 핀 홀에 적용된 압전 소자에 전류가 공급되어 역압전 효과가 발생하고 역압전 효과에 의하여 압전 소자가 팽창함에 따라 핀 홀의 직경이 감소되어 핀 홀 내부로의 냉각 가스의 유입, 핀 홀 외부로의 파티클의 유출이 방지됨으로써 기판 처리 장치 내 방전 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 척 부재 대비 높은 체적 저항을 갖는 압전 소자를 적용함으로써 리프트 핀 주변부 저항이 증가되어 핀 홀로 플라즈마 유입 가능성을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 홀의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀 홀의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다. 본 명세서에 기재되는 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시 예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에서는 플라스마를 이용하여 기판을 식각하는 유도 결합형 플라스마(ICP: Inductive Coupled Plasma) 소스를 가지는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 용량 결합형 플라스마(CCP: Capacitive Coupled Plasma) 소스를 가지는 기판 처리 장치 등 리프트 핀(Lift Pin)이 제공되고, 기판에 대한 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 기판 지지 유닛으로 정전 척을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 정전 척이 필수적으로 요구되지 않는 경우 지지 유닛은 기계적 클램핑에 의해 기판을 지지하거나, 진공에 의해 기판을 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라스마를 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(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스 유닛(400)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 플라즈마 처리가 수행되는 공간을 제공하고, 기판 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 기판(W)을 지지한다. 가스 공급 유닛(300)은 챔버 (100) 내부로 공정 가스를 공급하고, 플라즈마 소스 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 전자기파를 제공하여 공정 가스로부터 플라즈마를 생성한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
챔버(100)는 챔버 바디(110)와 커버(120)를 포함한다. 챔버 바디(110)는 상면이 개방되고, 내부에 공간이 형성된다. 챔버 바디(110)의 바닥벽에는 배기홀(113)이 형성된다. 배기홀(113)은 배기 라인(117)과 연결되며, 챔버 바디(110) 내부에 머무르는 가스와 공정 과정에서 발생한 반응 부산물이 외부로 배출되는 통로를 제공한다. 배기홀(113)은 챔버 바디(110)의 바닥벽 가장자리영역에 복수 개 형성될 수 있다.
커버(120)는 챔버 바디(110)의 개방된 상면을 밀폐한다. 커버(120)는 챔버 바디(110) 둘레에 상응하는 반경을 가진다. 커버(120)는 유전체 재질로 제공될 수 있다. 커버(120)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 커버(120)와 챔버 바디(110)에 의해 에워싸지는 공간은 플라즈마 처리 공정이 수행되는 처리 공간(130)으로 제공된다.
배플(250)은 챔버(100) 내에서 공정가스의 흐름을 제어한다. 배플(250)은 링 형상으로 제공되며, 챔버(100)와 기판 지지 유닛(200) 사이에 위치한다. 배플(250)에는 분배홀(251)들이 형성된다. 챔버(100) 내에 머무르는 공정가스는 분배홀(251)들을 통과하여 배기홀(113)에 유입된다. 분배홀(251)들의 형상 및 배열에 따라 배기홀(113)로 유입되는 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 노즐(310), 가스 저장부(320), 그리고 가스 공급 라인(330)을 포함한다.
노즐(310)은 커버(120)에 장착된다. 노즐(310)은 커버(120)의 중심 영역에 위치할 수 있다. 노즐(310)은 가스 공급 라인(330)을 통해 가스 저장부(330)와 연결된다. 가스 공급 라인(330)에는 밸브(340)가 설치된다. 밸브(340)는 가스 공급 라인(330)을 개폐하고, 공정 가스의 공급 유량을 조절한다. 가스 저장부(320)에 저장된 공정 가스는 가스 공급 라인(330)을 통해 노즐(310)에 공급되고, 노즐(310)로부터 챔버(100) 내부로 분사된다. 노즐(310)은 주로 처리 공간(130)의 중앙 영역으로 공정 가스를 공급한다. 이와 달리, 가스 공급 유닛(300)은 챔버 바디(110)의 측벽에 장착된 노즐(미도시)을 더 포함할 수 있다. 노즐은 처리 공간(130)의 가장 자리 영역으로 공정 가스를 공급한다.
플라즈마 소스 유닛(400)은 공정 가스로부터 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 소스 유닛(400)은 안테나(410), 전원(420), 그리고 상부 커버(430)를 포함한다.
안테나(410)는 챔버(100)의 상부에 제공된다. 안테나(410)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 전원(420)은 케이블을 통해 안테나(410)와 연결되며, 고주파 전력을 안테나(410)에 인가한다. 고주파 전력의 인가로 안테나(410)에서는 전자기파가 발생한다. 전자기파는 챔버(100) 내부에 유도 전기장을 형성한다. 공정 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라즈마로 생성된다. 플라즈마는 기판(W)에 제공되며, 에칭 공정을 수행할 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 처리 공간(130)에 위치하며, 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정하거나, 기계적 클램핑 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다. 이하, 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정하는 정전 척을 예를 들어 설명한다.
정전 척(200)은 척 부재(210), 하우징(230), 그리고 리프트 핀(240)을 포함한다.
척 부재(210)는 정전기력을 이용하여 기판을 흡착한다. 척 부재(210)는 유전판(211), 전극(212), 히터(213), 포커스 링(214), 절연판(215), 그리고 접지판(216)을 포함할 수 있다.
유전판(211)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(211)의 상면은 기판(W)에 상응하거나, 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(211)의 상면에는 돌출부(211a)들이 형성될 수 있다. 기판(W)은 돌출부(211a)들에 놓이며, 유전판(211)의 상면과 소정 간격으로 이격된다. 유전판(211)은 하부 영역이 상부 영역보다 큰 반경을 갖도록 측면이 단차질 수 있다. 일 예로, 유전판(211)은 Al2O3일 수 있다.
전극(212)은 유전판(211) 내부에 매설된다. 전극(212)은 두께가 얇은 전도성 재질의 원판으로, 케이블(221)을 통해 외부 전원(미도시)과 연결된다. 외부 전원에서 인가된 전력은 전극(212)과 기판(W) 사이에 정전기력을 형성하여 기판(W)을 유전판(210)의 상면에 고정시킨다. 외부 전원은 DC 전원일 수 있다.
히터(213)는 유전판(211) 내부에 제공된다. 히터(213)는 전극(212)의 하부에 제공될 수 있다. 히터(213)는 케이블(222)을 통해 외부 전원(미도시)과 연결된다. 히터(213)는 외부 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(211)을 거쳐 기판(W)으로 전달되며, 기판(W)을 소정 온도로 가열한다. 히터(213)는 나선 형상의 코일로 제공되며, 균일한 간격으로 유전판(211) 내부에 매설될 수 있다.
포커스 링(214)은 링 형상으로 제공되며, 유전판(211)의 상부 영역 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(214)의 상면은 유전판(211)에 인접한 내측부가 외측부보다 낮도록 단차질 수 있다. 포커스 링(214)의 상면 내측부는 유전판(211)의 상면과 동일 높에에 위치할 수 있다. 포커스 링(214)은 플라즈마가 형성되는 영역의 중심에 기판(W)이 위치하도록 전자기장 형성 영역을 확장시킨다. 이에 의해 기판(W) 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성될 수 있다.
절연판(215)은 유전판(211)의 하부에 위치하며, 유전판(211)을 지지한다. 절연판(215)은 소정 두께를 갖는 원판으로, 유전판(211)에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 절연판(215)은 절연 재질로 제공된다. 절연판(215)은 케이블(223)을 통해 외부 전원(미도시)과 연결된다. 케이블(223)을 통해 절연판(215)에 인가된 고주파 전류는 정전 척(200)과 커버(120) 사이에 전자기장을 형성한다. 전자기장은 플라즈마를 생성하는 에너지로 제공된다.
절연판(215)에는 냉각 유로(211b)가 형성될 수 있다. 냉각 유로(211b)는 히터(213)의 하부에 위치한다. 냉각 유로(211b)는 냉각 유체가 순환하는 통로를 제공한다. 냉각 유체의 열은 유전판(211)과 기판(W)으로 전달되며, 가열된 유전판(211)과 기판(W)을 신속하게 냉각한다. 냉각 유로(211b)는 나선 형상으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 냉각 유로(211b)는 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 유로들은 서로 연통될 수 있다. 이와 달리, 냉각 유로(211b)는 접지판(216)에 형성될 수 있다.
접지판(216)은 절연판(215)의 하부에 위치한다. 접지판(216)은 소정 두께를 갖는 원판으로, 절연판(215)에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 접지판(216)은 접지된다. 접지판(216)은 절연판(215)과 챔버 바디(110)를 전기적으로 절연시킨다.
척 부재(210)에는 핀 홀(220)이 형성된다. 핀 홀(220)은 척 부재(210)의 상면에 형성된다. 그리고 핀 홀(220)은 척 부재(210)를 수직으로 관통할 수 있다. 핀 홀(220)은 유전판(211)의 상면으로부터, 유전판(211), 절연판(215), 그리고 접지판(216)을 순차적으로 거쳐 접지판(216)의 하면으로 제공된다.
핀 홀(220)은 복수 개 형성될 수 있다. 핀 홀(220)은 유전판(211)의 원주 방향으로 복수 개 배치될 수 있다. 예를 들어, 3개의 핀 홀(220)은 유전판(211)의 원주 방향으로 120도 간격으로 떨어져 배치될 수 있다. 그 밖에도 4개의 핀 홀(220)이 유전판(211)의 원주 방향으로 90도 간격으로 떨어져 배치되는 등 다양한 수의 핀 홀(220)이 형성될 수 있다.
그리고 핀 홀(220)은 유전판(211)의 돌출부(211a)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 원형의 평면 형상을 가지는 돌출부(211a)의 중앙에 원형의 핀 홀(220)이 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(211a)와 핀 홀(220)의 평면 형상은 다양하게 마련될 수 있다. 핀 홀(220)은 돌출부(211a)의 일부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 6개의 돌출부(211a)가 유전판(211)의 원주 방향으로 60도 간격으로 떨어져 배치되고, 3개의 핀 홀(220)이 30도 간격으로 떨어져 배치될 수 있다. 핀 홀(220)의 상단에는 후술할 팽창 부재(500)가 수용되는 수용 홈이 형성될 수 있다.
하우징(230)은 접지판(216)의 하부에 위치하며, 접지판(216)을 지지한다. 하우징(230)은 소정 높이를 갖는 원통으로, 내부에 공간이 형성된다. 하우징(230)은 접지판(216)에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 하우징(230)의 내부에는 각종 케이블(미도시)들과 리프트 핀(240)이 위치한다.
리프트 핀(240)은 상승 및 하강 움직임을 통해 유전판(211)에 기판(W)을 로딩하거나, 유전판(211)으로부터 기판(W)을 언로딩한다. 리프트 핀(240)은 기판을 지지한다.
리프트 핀(240)은 복수 개 제공되며, 핀 홀(220)들 각각의 내부에 수용된다. 여기서, 리프트 핀(240)의 직경은 핀 홀(220)의 직경보다 미세하게 작게 형성된다. 구체적으로, 리프트 핀(240)의 직경은 리프트 핀(240)과 핀 홀(220)이 동일한 중심축을 가지도록 배치되었을 때 리프트 핀(240)이 핀 홀(220)의 내측벽에 접촉되지 않는 최소한의 직경으로 구비될 수 있다.
리프트 핀(240)은 구동부(미도시)에 의하여 상하 방향으로 구동될 수 있다.
도 2를 참조하면, 핀 홀(220)은 직경이 변할 수 있도록 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전 척(200)은 핀 홀(220) 내주에 제공된 팽창 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 팽창 부재(500)는 팽창과 복원이 가역적으로 반복될 수 있으며, 팽창과 복원에 따라 팽창 부재(500)의 내주 크기가 변하도록 제공된다. 평상 시 팽창 부재(500)의 내주 크기는 리프트 핀(240)의 직경보다 미세하게 크게 유지되며, 팽창 시 팽창 부재(500)의 내주 크기는 팽창 부재(500)가 핀 홀(220)의 내측 방향으로 팽창함에 따라 리프트 핀(240)의 직경과 동일하게 변경된다. 따라서, 팽창 부재(500)가 팽창하면 팽창 부재(500)의 내주면은 리프트 핀(240)의 외주면에 밀착되고, 팽창 부재(500)가 적용된 핀 홀(220)의 직경이 평상시 직경보다 작아진다.
일 예로, 팽창 부재(500)는 전원이 공급되면 팽창하는 압전 소자일 수 있다. 구체적으로, 핀 홀(220)의 상단부가 형성되는 유전판(211)의 상면에는 관 형상의 압전 소자(500)가 삽입될 수 있다. 여기서, 전류가 흐르지 않는 상태의 관 형상 압전 소자(500)의 내부 직경은 기존 핀 홀(220)의 직경과 동일하게 형성된다. 이때, 압전 소자(500)는 유전판(211)에 매설되어 척 부재(210)에 정전기력을 발생시키는 전극(212)과 전기적으로 연결되도록 설치되는 것이 바람직하다.
압전 효과는, 압력이 가해졌을 때 물질의 이온결정 구조가 변해 + 이온들의 중심과 - 이온들의 중심이 어긋나고 대칭이 깨지면서 쌍극자 모멘트가 생성되어 물질 전체에 걸쳐 분극(polarization)이 형성되는 현상이다. 결과적으로 기계적 에너지가 전기적 에너지로 변환되는 현상이고, 압전 소자는 이러한 압전 현상을 나타내는 소자를 가리킨다. 압전 효과는 가역적이기 때문에 압전 소자에 전기적 에너지가 가해지면 기계적 변형이 발생하는 역압전 효과가 발생한다.
도 3 및 도 4는 압전 소자에 발생하는 역압전 효과를 설명하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(W)에 대한 척킹(Chucking) 동작이 수행되면 전극(212)으로 인가되는 전원에 의하여 전극(212)과 전기적으로 연결된 압전 소자(500)에도 전원이 공급되어 역압전 효과가 발생한다. 즉, 핀 홀(220)의 상단부에 삽입된 압전 소자(500)가 팽창될 수 있다(도 3(a) 참조). 핀 홀(220)에 적용된 압전 소자(500)가 역압전 효과에 의하여 팽창됨에 따라 핀 홀(220)의 직경은 기존 직경에 비해 감소될 수 있다(도 4(a) 참조). 즉, 척 부재(210)에 정전기력을 발생시키기 위하여 전원이 인가되면, 척 부재(210)의 전극(212)과 연결되도록 설치된 압전 소자(500)에도 전원이 인가되면서 압전 소자(500)에 전기 에너지가 가해지고, 그에 따라 압전 소자(500)가 팽창하는 기계적 변형이 발생하며 핀 홀(220)의 직경이 감소되는 것이다.
반면, 기판(W)에 대한 디척킹(Dechucking) 동작이 수행되면, 전극(212)으로 인가되던 전원이 차단되며 압전 소자(500)에 인가되던 전원도 차단되어 역압전 효과가 소멸된다. 따라서 팽창되었던 압전 소자(500)가 원래(평상시)의 크기로 복원될 수 있다(도 3(b) 참조). 그에 따라 감소되었던 핀 홀(220)의 직경이 감소 전 직경으로 복원될 수 있다(도 4(b) 참조). 즉, 기판 척 부재(210)에 인가되던 전원을 차단하면 압전 소자(500)가 원상 복귀되며 핀 홀(220)의 직경도 원상 복귀된다.
일반적으로 기판(W)의 척킹 동작은 기판(W)에 대한 공정 수행될 때 유지되고, 기판(W)에 대한 공정이 완료되면 기판(W)의 디척킹 동작이 수행된다. 따라서, 기판(W)에 대한 공정 수행될 때 핀 홀(220)의 직경이 감소된 상태일 수 있다.
압전 소자(500)가 팽창하여 핀 홀(220)의 직경이 감소되면, 압전 소자(500)의 내주면이 리프트 핀(240)의 외주면에 밀착됨에 따라 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이에 존재하던 틈이 사라진다. 이에 따라, 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이의 틈을 통해 빈번하게 유입되던 냉각 가스의 유입 가능성이 감소되고, 리프트 핀(240)의 상하 운동에 의하여 핀 홀(220) 내부에 발생하는 파티클들이 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이의 틈을 통해 척 부재(210) 표면으로 유출될 가능성이 현저하게 감소될 수 있다.
또한, 압전 소자(500)를 유전판(211) 대비 높은 체적 저항을 갖는 소재로 마련하면, 핀 홀(220) 주변부 저항이 증가되어 핀 홀(220)을 통한 플라즈마 유입 가능성을 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 핀 홀(220) 내부로의 냉각 기체 유입, 플라즈마 유입 가능성이 감소함에 따라 그에 수반되던 핀 홀(220) 내부의 방전 현상 발생이 방지될 수 있다.
한편, 압전 소자(500)는 유전판(211)에 형성된 핀 홀(220) 내부에 소결 방식 등으로 완전히 결합된 상태로 제공되는 것이 바람직하다. 따라서, 압전 소자(500)를 유전판(211)의 유전율과 동등한 유전율을 갖는 소재로 구비함으로써 결합의 용이성을 높일 수 있다. 예를 들어, 압전 소자(500)는 유전판(211)과 동등한 유전율을 갖고 높은 체적 저항을 갖는 압전 세라믹 소재일 수 있다.
한편, 상세히 도시되지 않았지만, 압전 소자(500)는 전극(212)과 개별적으로 전원을 공급받도록 제공될 수 있다. 즉, 압전 소자(500)는 전극(212)에 인가되는 전원과 독립적으로 제어되는 전원(미도시)에 연결되어 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 압전 소자(500)는 별도의 전원(미도시)로부터 전기 에너지를 공급 받아 팽창함으로써 핀 홀(220)의 직경을 감소시킬 수 있고, 전기 에너지가 공급되지 않을 때 원래의 상태로 유지(복원)될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 방법은 기판을 척킹(Chucking)하는 단계, 척킹된 기판에 대하여 플라즈마 처리를 수행하는 단계, 기판을 디척킹(Dechucking)하는 단계를 포함할 수 있다.
기판을 척킹하는 단계는 척 부재(210)에 내장된 전극(212)에 전원이 인가되어 기판에 대한 정전기력이 발생함으로써 수행되며, 이때, 전극(212)과 전기적으로 연결된 압전 소자(500)에도 전기 에너지가 공급되게 되며, 역압전 효과에 의하여 압전 소자(500)가 팽창함에 따라 핀 홀(220)의 내주 직경이 감소된다. 기판 척킹 단계는 기판에 대한 플라즈마 처리 공정이 수행되는 동안 유지된다. 따라서, 플라즈마 처리 공정이 수행되는 동안 핀 홀(220)의 내주 직경이 감소된 채로 유지된다.
압전 소자(500)가 팽창하여 핀 홀(220)의 직경이 감소되면, 압전 소자(500)의 내주면이 리프트 핀(240)의 외주면에 밀착됨에 따라 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이에 존재하던 틈이 사라진다. 이에 따라, 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이의 틈을 통해 빈번하게 유입되던 냉각 가스의 유입 가능성이 감소되고, 리프트 핀(240)의 상하 운동에 의하여 핀 홀(220) 내부에 발생하는 파티클들이 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이의 틈을 통해 척 부재(210) 표면으로 유출될 가능성이 현저하게 감소될 수 있다.
또한, 압전 소자(500)를 유전판(211) 대비 높은 체적 저항을 갖는 소재로 마련하면, 핀 홀(220) 주변부 저항이 증가되어 핀 홀(220)을 통한 플라즈마 유입 가능성을 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 팽창 부재(500)에 의하여 플라즈마 처리 공정 중 핀 홀(220) 내부로의 냉각 기체 유입, 플라즈마 유입 가능성이 감소함에 따라 그에 수반되던 핀 홀(220) 내부의 방전 현상 발생이 방지될 수 있다.
플라즈마 처리 공정이 완료되면 기판에 대한 디척킹이 수행되고, 디척킹 단계에서는 척 부재(210)의 전극(212)에 공급되던 전원이 차단된다. 이에 따라, 압전 소자(500)에 공급되던 전원 역시 차단되고, 역압전 효과가 소멸되며 팽창되었던 압전 소자(500)가 원래 상태로 복원될 수 있다. 압전 소자(500)가 복원됨에 따라 감소되었던 핀 홀(220)의 내주 길이도 감소되기 전의 길이로 복원될 수 있다.
이후 플라즈마 처리 공정이 완료된 기판을 처리 공간으로부터 반출하기 위하여 리프트 핀(240)이 상승될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 정전 척을 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전 척(200)은 팽창 부재(500)를 포함하여 제조된다. 팽창 부재(500)는 척 부재(210)에 형성된 핀 홀(220)의 상단부에 삽입되며, 팽창 시 핀 홀(220)에 승강 가능하게 수용되는 리프트 핀(240)의 외주면에 밀착되는 내주면을 포함한다. 팽창 부재(500)의 평상시 내주 크기는 핀 홀(220)의 내주 크기와 동일하게 제공된다. 일 예로, 팽창 부재(500)는 전원 공급에 의하여 팽창되는 압전 소자일 수 있다.
척 부재(210)를 관통하도록 형성된 핀 홀(220)의 상단부에 적용된 팽창 부재에 의하면 핀 홀(220)의 직경이 변화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정전 척을 제조하는 방법은 척 부재(210)에 핀 홀을 가공하는 단계(S1), 핀 홀(220)의 상단부에 팽창 부재를 삽입하는 단계(S2), 팽창 부재를 척 부재(210)에 고정하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
핀 홀(220)을 가공하는 단계(S1)는 척 부재(210)에 승강 가능한 리프트 핀이 수용되는 핀 홀(220)을 가공하는 단계로, 척 부재(210)의 상면과 하면을 관통하도록 핀 홀(220)을 가공하는 단계이다. 이 단계는 핀 홀(220)의 상단부이자 척 부재(210)의 상면을 삽입될 팽창 부재(500)의 형태로 가공하는 카운터 보어링(Counter-Boring) 단계를 포함할 수 있다. 핀 홀(220) 가공 단계(S1)에서는 적어도 하나 이상의 핀 홀(220)이 가공되며, 핀 홀(220)은 정전 척의 소결 전에 가공될 수 있다.
가공된 척 부재(210)의 상면에는 관 형태의 압전 소자(500)가 삽입될 수 있다(S2). 구체적으로, 압전 소자(500)는 유전판(211)의 상면에 삽입될 수 있다. 압전 소자(500)는 압전 현상을 나타내는 소자로 전원 공급에 따라 팽창될 수 있다. 또한, 압전 소자(500)는 유전판(211)보다 높은 체적 저항을 갖는 소재일 수 있고, 유전판(211)과 동등한 유전율을 가질 수 있다.
압전 소자(500)는 전극(212)과 전기적으로 연결되도록 삽입될 수 있다. 또는, 별도의 전원과 연결되어 삽입될 수 있다.
이후 삽입된 압전 소자(500)를 척 부재(211)에 고정시킬 수 있다(S3). 고정 단계(S3)는 압전 소자(500)를 핀 홀(220)의 상단부에 삽입한 채 정전 척을 소결함으로써 수행될 수 있다. 한편, 정전 척의 소결 전에 핀 홀을 가공하고, 정전 척의 소결을 진행할 경우 그 수축률에 따라 핀 홀들 간의 간격은 불규칙해질 수 있다. 따라서, 정전 척의 소결 전에 핀 홀을 가공할 때 그 수축률을 감안하여 설정 위치에 대응되도록 정확하게 핀 홀을 가공할 필요가 있다. 한편, 압전 소자(500)의 고정 방식은 다른 결합 방식이 사용될 수도 있다.
압전 소자(500)의 평상시 내부 직경은 기존의 핀 홀(200) 직경과 동일하게 형성된다. 즉, 리프트 핀(240)의 직경보다 미세하게 크게 형성된다. 구체적으로, 리프트 핀(240)과 압전 소자(500)가 동일한 중심축을 가지도록 배치되었을 때 리프트 핀(240)이 압전 소자(500) 내측벽에 접촉되지 않는 최소한의 직경으로 구비될 수 있다.
전극(212)과 전기적으로 연결되도록 설치된 압전 소자(500)는 기판(W)의 척킹 동작 시 전원을 공급받아 역압전 효과가 발생할 수 있다. 구체적으로, 압전 소자(500)는 전원이 인가되면 팽창할 수 있다. 압전 소자(500)가 팽창함에 따라 압전 소자(500)의 내주 직경이 감소되므로 핀 홀(220)의 내주 직경이 감소될 수 있다. 팽창된 압전 소자(500)의 내주면은 리프트 핀(240)의 외주면과 밀착될 수 있다.
팽창된 압전 소자(500)는 기판(W)의 디척킹 동작 시 원 상태로 복귀되고 감소된 핀 홀(220)의 직경도 원 상태로 복원될 수 있다. 압전 소자(500)에 역압전 효과가 발생하여 핀 홀(220)의 직경이 감소하면 척 부재(210) 상면에 존재하던 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이의 틈이 사라질 수 있다. 따라서, 핀 홀(220) 내부로 플라즈마와 냉각 기체가 유입되는 것이 방지될 수 있고, 핀 홀(220)로부터 파티클이 척 부재(210)의 표면으로 유출되는 것이 방지될 수 있다. 이로 인해 핀 홀(220) 및 기판 처리 장치 내 방전(아킹) 발생을 최소화할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전 척(200)과 이를 포함하는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 그 제조 방법을 설명하였다. 본 발명의 실시예에 따른 정전 척(200)은 핀 홀(220)의 내주에 삽입된 팽창 부재(500)를 포함한다. 팽창 부재(500)는 팽창과 복원이 가역적으로 발생할 수 있고, 팽창 시 리프트 핀(240)의 외주면과 밀착되는 내주면에 의하여 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이에 존재하던 미세한 틈을 일시적으로 제거할 수 있다. 팽창 부재(500)는 전원 공급에 의하여 팽창하는 압전 소자일 수 있고, 플라즈마 처리 공정이 수행되는 동안 팽창된 상태로 유지될 수 있다. 플라즈마 처리 공정이 수행되는 동안 팽창 부재(500)가 팽창된 채로 유지되면, 핀 홀(220)과 리프트 핀(240) 사이의 틈을 통해 핀 홀(220) 내부로 유입되던 플라즈마와 냉각 기체가 유입되는 것이 방지될 수 있고, 핀 홀(220) 내부로부터의 파티클이 척 부재(210)의 표면으로 유출되는 것이 방지될 수 있다. 따라서 이로 야기되던 기판 처리 장치 내 방전(아킹) 발생을 최소화할 수 있다.
한편, 압전 소자(500)의 형상은 상술한 예에 한정되지 않으며 핀 홀(220)의 상부 또는 전체 직경을 감소시킬 수 있는 어떠한 형태로든 적용될 수 있을 것이다. 일 예로, 압전 소자는(500) 핀 홀(220)의 내측벽 전체에 적용될 수도 있다.
또한, 이상에서는 핀 홀(220) 상단부에 적용되는 팽창 부재를 전원이 공급되면 팽창하는 압전 소자(500)로 예로 들어 설명하였지만 팽창 부재의 형태는 이에 한정되지 않으며 팽창 상태와 복원 상태가 가역적으로 전환됨에 따라 핀 홀(200)의 직경을 가변시킬 수 있는 어떠한 형태로든 적용될 수 있을 것이다.
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.
200: 정전 척
210: 척 부재
211: 유전판
212: 전극
220: 핀 홀
240: 리프트 핀
500: 팽창 부재

Claims (20)

  1. 기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와;
    상기 핀 홀의 내주에 제공되고 전원 공급에 따라 팽창 가능한 압전 소자로 제공되며, 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 포함하는,
    정전 척.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척은 상기 척 부재에 내장되고 정전기력을 발생시키는 전극을 더 포함하는 정전 척.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 전극과 전기적으로 연결되고
    상기 전극에 전원이 인가되면 상기 전극으로부터 전원을 공급받아 팽창되는 정전 척.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 전극에 전원이 차단되면 팽창되기 전의 상태로 복원되는 정전 척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 척 부재는 유전 물질로 이루어 지고,
    상기 압전 소자는 상기 척 부재와 동등한 유전율을 갖는 동시에 상기 척 부재에 비하여 높은 체적 저항을 갖는 정전 척.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 척 부재와 상기 압전 소자는 소결 방식으로 결합되는 정전 척.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 압전 소자와 상기 전극은 개별적으로 전원을 공급받고 독립적으로 제어되는 정전 척.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 핀 홀은 상단에 상기 팽창 부재가 수용되는 수용 홈이 형성된 정전 척.
  10. 기판 처리 공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 기판 처리 공간에 배치된 정전 척; 및
    상기 기판 처리 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생기를 포함하고,
    상기 정전 척은,
    기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와;
    상기 핀 홀의 내주에 제공되고 팽창 가능하며 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 포함하고,
    상기 팽창 부재는 전원의 공급에 따라 팽창하는 관 형상의 압전 소자인 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 정전 척에 정전기력을 발생시키는 전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 전극에 전원이 인가되면 상기 전극으로부터 전원을 공급받아 상기 핀 홀의 내측 방향으로 팽창하는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 전극으로 공급되는 전원이 차단되면 원 상태로 복원되는 기판 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 압전 소자는 독립적으로 제어되는 별도의 전원에 연결되는 기판 처리 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 척 부재보다 높은 체적 저항을 갖는 기판 처리 장치.
  15. 기판을 지지하고 적어도 하나 이상의 핀 홀이 상하 방향으로 관통되며 상기 핀 홀에 리프트 핀이 승강 가능하게 수용되는 척 부재와; 상기 척 부재에 내장되어 상기 척 부재에 정전기력을 발생시키는 전극과; 상기 핀 홀의 내주에 제공되고 팽창 가능하며 팽창 시 상기 핀 홀에 수용되는 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 압전 소자를 포함하는 정전 척을 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 척 부재에 전원이 인가됨으로써 기판이 척킹되는 때 상기 압전 소자가 팽창함에 따라 상기 핀 홀의 내주 길이가 감소된 채로 플라즈마 처리를 수행하는 기판 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리가 완료되면,
    상기 척 부재에 전원이 차단되어 기판이 디척킹되는 때 상기 압전 소자가 팽창되기 전의 상태로 복원되고, 상기 감소된 핀 홀의 내주 길이가 감소되기 전의 길이로 복원되는 기판 처리 방법.
  17. 척 부재의 상면과 하면을 관통하도록 리프트 핀이 승하강하기 위한 핀 홀을 가공하는 단계;
    상기 핀 홀의 상단부에 팽창 시 상기 리프트 핀의 외주면에 밀착되는 내주면을 가진 팽창 부재를 삽입하는 단계;
    상기 삽입한 팽창 부재를 상기 척 부재에 고정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 팽창 부재는 전원의 공급에 따라 팽창되는 압전 소자인 것을 특징으로 하는 정전 척 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 팽창 부재는 상기 척 부재에 비해 높은 체적 저항을 가지고 전원 공급에 따라 팽창되는 관 형상의 압전 소자인 정전 척 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 핀 홀 가공 단계는,
    상기 핀 홀의 상단부를 상기 팽창 부재의 형태로 카운터보링(counter-boring)하는 단계를 포함하는 정전 척 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 핀 홀은 상기 척 부재에 적어도 하나 이상 형성되는 정전 척 제조 방법.
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