KR20080096115A - 기판 리프팅 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

기판 리프팅 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 리프팅 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 리프트 핀에 냉각 가스 분사 홀을 형성하고, 이를 통해 웨이퍼의 하면으로 냉각 가스를 공급하여 웨이퍼를 냉각하는 것을 특징으로 가진다.
이러한 특징에 의하면, 제작 비용 및 제작 시간을 줄일 수 있는 새로운 방식의 웨이퍼 냉각 구조를 제공할 수 있다.
웨이퍼, 냉각, 리프트 핀, 분사 홀

Description

기판 리프팅 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법{SUBSTRATE LIFTING UNIT, APPRATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 포함하는 반도체 제조 설비를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면,
도 3은 도 2의 제 1 가스 공급 부재를 개략적으로 보여주는 도면,
도 4는 도 2의 노즐을 개략적으로 보여주는 도면,
도 5는 도 2의 지지 플레이트 및 기판 리프팅 유닛을 개략적으로 보여주는 도면,
도 6은 도 5의 지지 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 7은 도 6의 A - A' 선을 따라 구성한 단면도,
도 8은 도 7의 B - B' 선을 따라 구성한 단면도,
도 9는 도 5의 리프트 핀의 개략적 단면도,
도 10은 도 5의 리프트 핀의 개략적 평면도,
도 11은 도 5의 리프팅 유닛을 이용한 기판 냉각 상태를 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
260 : 리프팅 유닛 262 : 리프트 핀
264 : 분사 홀 266 : 핀 플레이트
268 : 구동부 269 : 가스 공급 라인
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 챔버 내의 기판 지지 부재에 기판을 로딩하거나 언로딩하는 기판 리프팅 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중 주요한 공정 중의 하나는 가스의 화학적 반응에 의해 반도체 기판상에 박막을 형성하는 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition : CVD) 공정이다. 화학 기상 증착(CVD) 공정을 수행하는 장치들은 플라즈마를 이용하여 기판상에 박막을 증착한다. 이러한 플라즈마 증착 장치들 중 최근에는 높은 종횡비를 갖는 공간을 효과적으로 채울 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition : HDP-CVD) 장치가 주로 사용되고 있다.
고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 장치는 챔버 내부에 높은 밀도의 플라즈마를 생성하여 기판상에 소정의 막을 증착함과 동시에, 불활성 가스를 이용한 에칭을 진행하여 높은 종횡비를 갖는 갭(Gap)을 보이드(Void) 없이 채울 수 있다.
이러한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 장치의 챔버 내부에는 기 판을 지지하는 기판 척이 설치되고, 기판 척에 놓인 기판의 하면으로 냉각 가스를 공급하기 위해 기판 척의 내측에는 냉각 가스 유로가 형성되고, 기판 척의 상면에는 냉각 가스 유로와 통하는 다수의 분사 홀들이 형성된다.
그런데, 이와 같은 방식의 기판 냉각 구조는 기판 척에 냉각 가스 유로 및 분사 홀들을 가공하는데 많은 제작 비용 및 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 방식의 기판 냉각 구조가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제작 비용 및 시간을 줄일 수 있는 새로운 방식의 기판 냉각 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 리프팅 유닛은, 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버 내의 기판 지지 부재에 기판을 로딩하거나 언로딩하는 기판 리프팅 유닛에 있어서, 기판으로 가스를 분사하는 분사 홀이 형성된 복수 개의 리프트 핀들과; 상기 복수 개의 리프트 핀들이 결합하는 핀 플레이트와; 상기 핀 플레이트를 상하 이동시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 리프팅 유닛에 있어서, 상기 리프트 핀의 내부에는 그 길이 방향을 따라 가스가 흐르는 유로가 형성되고, 상기 분사 홀은 상기 유로와 통하도록 상기 리프트 핀의 끝단에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 분사 홀은 상기 리프트 핀의 내부에 형성된 상기 유로를 중심으로 등각을 이루며 가스가 분사되도록 상기 리프트 핀의 끝단에 복수 개 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버의 내측에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 부재와; 상기 공정 챔버에 반출입되는 상기 기판을 상기 기판 지지 부재에 로딩/언로딩하는 기판 리프팅 유닛;을 포함하되, 상기 기판 리프팅 유닛은 상기 기판 지지 부재에 형성된 홀에 삽입 설치되며, 그리고 기판으로 가스를 분사하는 분사 홀이 형성된 복수 개의 리프트 핀들과; 상기 복수 개의 리프트 핀들이 결합하는 핀 플레이트와; 상기 핀 플레이트를 상하 이동시키는 구동부와; 상기 리프트 핀으로 가스를 공급하는 가스 공급 라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 리프트 핀의 내부에는 그 길이 방향을 따라 가스가 흐르는 유로가 형성되고, 상기 분사 홀은 상기 유로와 통하도록 상기 리프트 핀의 끝단에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 분사 홀은 상기 리프트 핀의 내부에 형성된 상기 유로를 중심으로 등각을 이루며 가스가 분사되도록 상기 리프트 핀의 끝단에 복수 개 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 방법은, 기판 지지 부재 상에 놓인 기판의 하면으로 가스를 분사하되, 상기 가스의 분사는 상기 기 판을 상기 기판 지지 부재로 로딩하거나 언로딩하는 리프트 핀에 형성된 분사 홀을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 방법에 있어서, 상기 리프트 핀은 복수 개가 제공되며, 각각의 상기 리프트 핀으로부터 상기 기판으로 가스가 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 가스는 상기 기판을 냉각하는 냉각 가스인 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 리프팅 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
이하에서는 기판의 일례로 웨이퍼를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하에서는 증착 공정을 수행하는 기판 처리 장치를 가지는 반도체 제조 설비를 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 애싱 공정, 에칭 공정, 또는 세정 공정 등에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 포함하는 반도체 제조 설비를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 제조 설비(1)는 공정 설비(2)와, 설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module:EFEM)(3)을 포함한다. 설비 전방 단부 모듈(3)은 공정 설비(2)의 전방에 장착되어, 웨이퍼들(W)이 수용된 용기(미도시)와 공정 설비(2) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(3)은 복수의 로드포트들(60)과 프레임(50)을 가진다. 프레임(50)은 로드포트(60)와 공정 설비(2) 사이에 위치한다. 웨이퍼(W)를 수용하는 용기는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(미도시)에 의해 로드포트(60) 상에 놓인다. 용기는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 프레임(50) 내에는 로드포트(60)에 놓인 용기와 공정 설비(2) 간에 웨이퍼(W)를 이송하는 프레임 로봇(70)이 설치된다. 프레임(50) 내에는 용기의 도어를 자동으로 개폐하는 도어 오프너(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 프레임(50)에는 청정 공기가 프레임(50) 내 상부에서 하부로 흐르도록 청정 공기를 프레임(50) 내로 공급하는 팬 필터 유닛(Fan Filter Unit)(미도시)이 제공될 수 있다.
공정 설비(2) 내에서 웨이퍼(W)에 대한 소정의 공정이 진행된다. 공정 설비(2)는 로드록 챔버(20), 트랜스퍼 챔버(30), 그리고 공정 챔버(10)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)는 상부에서 바라볼 때 대체로 다각의 형상을 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)의 측면에는 로드록 챔버(20) 또는 공정 챔버(10)가 위치된다. 로드록 챔 버(20)는 트랜스퍼 챔버(30)의 측부들 중 설비 전방 단부 모듈(3)과 인접한 측부에 위치되고, 공정 챔버(10)는 다른 측부에 위치된다. 로드록 챔버(20)는 공정 진행을 위해 공정 설비(2)로 유입되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 로딩 챔버(20a)와 공정이 완료되어 공정 설비(2)로부터 유출되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 언로딩 챔버(20b)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정 챔버(10) 내부는 진공으로 유지되고, 로드록 챔버(20) 내부는 진공 및 대기압으로 전환된다. 로드록 챔버(20)는 외부 오염 물질이 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정 챔버(10)로 유입되는 것을 방지한다. 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이, 그리고 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에는 게이트 밸브(도시안됨)가 설치된다. 설비 전방 단부 모듈(3)과 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)가 이동하는 경우, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이에 제공된 게이트 밸브가 닫히고, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 간에 웨이퍼(W)가 이동되는 경우, 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에 제공되는 게이트 밸브가 닫힌다.
트랜스퍼 챔버(30) 내에는 이송 로봇(40)이 장착된다. 이송 로봇(40)은 공정 챔버(10)로 웨이퍼(W)를 로딩하거나 공정 챔버(10)로부터 웨이퍼(W)를 언로딩한다. 또한, 이송 로봇(40)은 공정 챔버(10)와 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다.
공정 챔버(10)는 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 공정, 예컨대 증착, 에칭과 같은 공정을 수행하며, 이하에서는 공정 챔버(10)를 기판 처리 장치(10)로 부르기로 한다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼(W)에 대한 공정이 진행되는 기판 처리 장치(10)는 상부가 개방된 원통형의 하부 챔버와, 하부 챔버의 개방된 상부를 덮는 커버(400)를 포함하며, 하부 챔버는 원통형의 본체(100), 본체(100)의 상단에 연결되는 제 1 가스 공급 부재(300)를 포함한다.
본 실시 예에서 기판 처리 장치(10)를 이용하여 수행하는 공정은 증착 공정이며, 이하에서는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition:HDPCVD) 공정을 예로 들어 설명한다. 앞서 살펴본 바와 같이, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정은 높은 밀도의 플라즈마를 형성하여 금속 배선들 사이에 형성된 갭 내에 막을 증착시키는 증착 공정과, 갭 상부의 오버행(Overhang)을 식각하는 에칭(Etching) 공정을 포함한다. 갭의 상부에서 성장한 오버행들은 갭의 입구를 폐쇄하여 갭 내에 보이드(Void)를 형성한다. 따라서, 에칭 공정을 통하여 오버행들을 제거함으로써, 갭 내에 보이드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본체(100)의 내부 공간에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 기판 지지 부재(200)가 설치되고, 기판 지지 부재(200)의 하부에는 배기부(700)가 설치된다. 배기부(700)는 기판 처리 장치(10) 내부의 미반응 소스 가스 및 반응 부산물을 외부로 배출한다. 기판 지지 부재(200)에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다.
본체(100)의 측벽에는 웨이퍼(W)가 드나들 수 있는 통로(122) 및 통로(122)와 연통되어 웨이퍼(W)가 본체(100)의 내부로 진입하는 입구(124)가 형성된다. 입 구(124)의 단면적은 통로(122)의 단면적 보다 크다. 웨이퍼(W)는 입구(124) 및 통로(122)를 통하여 본체(100)의 내부로 진입하거나 본체(100)의 외부로 빠져나간다. 입구(124) 상에는 입구(124)와 연결된 통로(122)의 일단을 개폐하는 도어(130)가 설치된다. 도어(130)는 구동기(132)에 연결되며, 구동기(132)에 의해 통로(122)의 길이 방향과 대체로 수직한 방향으로 이동하면서 통로(122)의 일단을 개폐한다.
본체(100)의 상단에는 증착 공정 또는 에칭 공정을 수행할 수 있도록 본체(100)의 내부에 소스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재(300)가 제공된다. 제 1 가스 공급 부재(300)는 가스 분배 링(320) 및 가스 분배 링(320)에 체결된 복수의 인젝터들(340)을 구비한다.
도 3은 도 2의 제 1 가스 공급 부재(300)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 가스 분배 링(320)은 링 형상이며, 가스 분배 링(320) 상에는 안쪽에 배치된 제 1 유로(322) 및 제 1 유로(322)의 바깥쪽에 배치된 제 2 유로(324)가 형성된다. 제 1 소스 가스가 흐르는 제 1 소스 가스 라인(382)은 제 1 유로(322)에 연결되며, 제 1 소스 가스 라인(382)은 밸브(382a)에 의하여 개폐된다. 제 2 소스 가스가 흐르는 제 2 소스 가스 라인(384)은 제 2 유로(324)에 연결되며, 제 2 소스 가스 라인(384)은 밸브(384a)에 의하여 개폐된다. 따라서, 제 1 유로(322)에는 제 1 소스 가스가 흐르며, 제 2 유로(324)에는 제 2 소스 가스가 흐른다. 제 1 소스 가스는 실란(SiH4, Silane)을 포함하는 실리콘(Silicon) 함유 가스이며, 제 2 소스 가스는 산소(O2)를 포함하는 산소 함유 가스이다.
가스 분배 링(320) 상에는 복수의 인젝터들(340)이 등간격으로 설치되며, 인젝터들(340)은 가스 분배 링(320)의 내측으로부터 가스 분배 링(320)의 중심을 향하여 돌출된다. 인젝터들(340)은 제 1 내지 제 3 인젝터(342, 344, 346)가 한 조를 이루며, 한 조를 이룬 제 1 내지 제 3 인젝터(342, 344, 346)가 복수 개 제공된다. 제 2 인젝터(344)는 제 1 및 제 3 인젝터(342, 346)의 사이에 배치되며, 제 1 및 제 3 인젝터(342, 346)는 제 2 인젝터(344)를 기준으로 대칭되도록 배치된다. 제 1 및 제 3 인젝터(342, 346)는 제 1 및 제 3 라인(362, 366)을 통하여 각각 제 1 유로(322)에 연결되며, 제 2 인젝터(344)는 제 2 라인(364)을 통하여 제 2 유로(324)에 연결된다. 따라서, 제 1 및 제 3 인젝터(342, 346)는 제 1 유로(322)를 흐르는 제 1 소스 가스를 공급하며, 제 2 인젝터(344)는 제 2 유로(324)를 흐르는 제 2 소스 가스를 공급한다. 이상에서 언급된 인젝터들(340)은 청구항의 가스 공급 부재에 해당된다.
다시, 도 2를 참조하면, 결합 부재(150)는 가스 분배 링(320)과 대응되는 크기의 링 형상이고, 가스 분배 링(320)의 하단에 결합되어 제 1 및 제 2 유로(322, 324)를 외부로부터 폐쇄하며, 제 1 및 제 2 유로(322, 324) 내의 제 1 및 제 2 소스 가스가 외부로 누설되는 것을 방지한다. 이를 위하여, 가스 분배 링(320)과 결합 부재(150)의 사이에 오링(미도시)이 제공될 수 있다.
커버(400)는 제 1 가스 공급 부재(300)의 상부에 결합되며, 본체(100)의 개방된 상부를 폐쇄한다. 커버(400)의 상부에는 본체(100) 내부로 공급되는 소스 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 생성 부재(500)가 설치된다. 플라즈마 생성 부재(500)는 커버(400)의 상부에 제공되어 유도 전기장을 형성하는 코일(540) 및 코일(540)을 고정하는 고정체(520)를 가지며, 코일(540)에는 고주파 전원(미도시)이 연결된다. 커버(400)는 고주파 에너지가 전달되는 절연체 재료, 바람직하게는 산화 알루미늄과 세라믹 재질로 만들어질 수 있다.
본 실시 예에서는 코일(540)이 커버(400)의 상부에 제공되는 것으로 설명하였으나, 코일(540)의 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 코일(540)은 본체(100)의 측벽에 제공될 수 있다.
커버(400)의 중앙에는 제 2 가스 공급 부재(600)가 설치된다. 제 2 가스 공급 부재(600)는 본체(100)의 내부에 소스 가스 및 세정 가스를 공급한다. 제 2 가스 공급 부재(600)는 제 1 가스 공급관(620) 및 제 2 가스 공급관(640)을 구비한다. 제 1 가스 공급관(620)은 커버(400)의 중앙에 연결되며, 제 1 공급 라인(622)을 통하여 공급된 세정 가스를 본체(100)의 내부로 공급한다. 제 1 공급 라인(622)은 밸브(622a)를 이용하여 개폐한다. 제 2 가스 공급관(640)은 제 1 가스 공급관(620)의 내부에 설치되며, 제 2 공급 라인(642)을 통하여 공급된 소스 가스를 본체(100)의 내부로 공급한다. 제 2 공급 라인(642)은 밸브(642a)를 이용하여 개폐한다. 제 2 가스 공급관(640)의 끝단에는 노즐(660)이 연결된다.
도 4는 도 2의 노즐을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 노즐(660)은 삽입관(662), 확산 부재(664), 가이드 판(666), 그리고 분사기(668)를 포함한다. 삽입관(662)은 속이 빈 원통 형상이며, 삽입관(662)의 상단은 제 2 가스 공급관(640)의 내부에 삽입 연결되고, 삽입 관(662)의 하단은 확산 부재(664)에 연결된다. 확산 부재(664)는 삽입관(662)의 하단으로부터 하부를 향하여 연장되며, 하부로 갈수록 횡단면의 단면적이 점차로 증가한다. 확산 부재(664)의 외면은 원호 형상을 가진다. 확산 부재(664)의 하단에는 가이드 판(666)이 연결된다. 가이드 판(666)은 확산 부재(664)의 하단 면적보다 큰 면적을 가지는 원판 형상이다. 가이드 판(666)의 하단 중앙에는 첨단 형상의 분사기(668)가 연결된다.
한편, 삽입관(662) 및 확산 부재(664)의 중심에는 분사 통로(663)가 형성된다. 분사 통로(663)는 제 2 가스 공급관(640)과 대체로 나란하게 제공되며, 분사 통로(663)의 내부에는 소스 가스가 흐른다. 가이드 판(666)의 중심에는 분사 통로(663)와 연통되는 관통 홀(665)이 형성되며, 관통 홀(665)은 분사기(668)에 형성된 제 1 및 제 2 분사구(667a, 667b)와 연통한다. 따라서, 분사 통로(663)를 통하여 유입된 소스 가스는 관통 홀(665)과, 제 1 및 제 2 분사구(667a, 667b)를 통하여 기판 지지 부재(200)의 상부에 공급된다. 소스 가스는 실란(SiH4)을 포함하는 실리콘 함유 가스이다.
또한, 제 1 가스 공급관(620)의 내부를 흐르는 세정 가스는 노즐(660)의 확산 부재(664) 및 가이드 판(666)의 표면을 따라 흐르며, 기판 지지 부재(200)의 상부로 확산된다. 세정 가스는 삼불화질소(NF3) 및 아르곤(Ar)을 포함한다. 세정 가스는 공정 완료 후 본체(100)의 내부를 세정하기 위하여 제공된다.
본 실시 예에서는 인젝터(340)를 이용하여 본체(100) 내부의 가장자리 영역 에 소스 가스를 공급하며, 노즐(660)을 이용하여 본체(100) 내부의 중앙 영역에 소스 가스를 공급하는 것으로 설명하고 있으며, 이는 웨이퍼(W)의 상부에 소스 가스를 균일하게 공급함으로써 웨이퍼(W)의 전면(全面)에 대하여 공정이 균일하게 이루어지도록 하기 위함이다. 그러나, 이와 달리 소스 가스를 인젝터(340)와 노즐(660) 중 어느 하나를 이용하여 공급할 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 기판 지지 부재(200)는 지지 플레이트(220)와, 지지대(240)를 포함한다. 지지대(240)는 하부 챔버의 본체(100) 측면으로부터 중심부 방향으로 연장 형성되는 수평 지지대(242)와, 수평 지지대(242)에 의해 지지되는 중앙 지지대(244)를 가진다. 지지대(240)의 내측에는 내부 통로(246)가 형성되고, 내부 통로(246)에는 지지 플레이트(220)에 DC 전원을 공급하는 DC 전원 공급 라인(미도시)과, 리프팅 유닛(26)에 헬륨 등의 냉각 가스를 공급하는 가스 공급 라인(269)이 제공된다. 그리고, 중앙 지지대(244)의 상부에는 지지 플레이트(220)가 착탈 가능하게 설치될 수 있다.
도 5는 도 2의 지지 플레이트 및 기판 리프팅 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5의 지지 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 7은 도 6의 A - A' 선을 따라 구성한 단면도이며, 도 8은 도 7의 B - B' 선을 따라 구성한 단면도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 지지 플레이트(220)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정할 수 있는 정전척(ESC)이 사용될 수 있으며, 선택적으로 기계적인 구조를 통하여 클램핑이 가능한 기계 척 또는 진공으로 웨이퍼(W)를 흡착하는 진공 척이 사용될 수 있다. 한편, 지지 플레이트(220)에는 플라즈마 상태의 소스가스를 웨이퍼(W)로 유도할 수 있도록 바이어스 전원이 인가될 수 있다. 지지 플레이트(220)는 알루미늄 재질이며, 이로 인하여 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴은 지지 플레이트(220)와 반응할 가능성이 있다. 따라서, 세라믹 재질의 보호층(221)을 지지 플레이트(220)의 상부 면에 형성할 수 있으며, 세라믹 재질은 산화알루미늄(Aluminium Oxide:Al2O3)를 포함한다. 그리고, 지지 플레이트(220)의 상면에는 웨이퍼(W)의 배면을 지지하는 엠보싱 형상의 복수의 지지 돌기들(222)이 돌출 형성된다. 웨이퍼(W)는 복수의 지지 돌기들(222)에 의해 지지되어 지지 플레이트(220)의 상부 면으로부터 일정 거리 이격된 상태를 유지한다.
지지 플레이트(220)의 내부에는 냉각 유체가 흐르는 냉각 라인(223)이 형성된다. 냉각 라인(223)은 도 8에 도시된 바와 같이 나선 형상으로 형성될 수 있다. 냉각 라인(223)은 지지 플레이트(220)의 온도를 기설정된 온도로 냉각한다. 앞서 설명한 바와 같이, 증착 공정, 특히 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정에서 발생한 고온의 열로 인하여 지지 플레이트(220)의 온도가 상승할 수 있다. 따라서, 냉각 라인(223)을 이용하여 지지 플레이트(220)를 냉각시킨다. 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각 라인(223)의 일단은 냉각 유체 공급라인(224)에 연결되며, 냉각 라인(223)의 타단은 냉각 유체 회수 라인(226)에 연결된다. 냉각 유체 공급 라인(224)은 냉각 유체 공급 라인(224) 상에 설치된 밸브(225)에 의하여 개폐된다. 냉각 유체 공급 라인(224) 내에는 냉각 유체가 흐르며, 냉각 라인(223)에 냉각 유 체를 공급한다. 냉각 유체 공급 라인(224)을 통하여 공급된 냉각 유체는 냉각 라인(223)을 따라 냉각 유체 회수 라인(226)이 연결된 끝단까지 이동하면서 지지 플레이트(220)를 기설정된 온도로 냉각한다. 이후, 냉각 유체는 냉각 유체 회수 라인(226)을 통해 회수되며, 회수된 냉각 유체는 칠러(Chiller)(미도시)를 통하여 일정 온도로 냉각된 이후에 냉각 유체 공급 라인(223)으로 다시 공급될 수 있다.
지지 플레이트(220)의 중심부에는 온도 센서 홀(227)이 관통 형성되고, 온도 센서 홀(227)을 중심으로 지지 플레이트(220)의 상면 주변부에는 복수 개의 리프트 핀 홀들(229)이 형성된다. 지지 플레이트(220)의 상면은 온도 센서 홀(227)을 지나는 가상의 중심선들에 의해 동일 면적을 가지는 4 개의 영역으로 분할될 수 있으며, 각각의 영역에 리프트 핀 홀들(229)이 형성될 수 있다. 지지 플레이트(220)의 상면은 이와 다른 개수의 영역으로 분리될 수 있음은 물론이고, 리프트 핀 홀들(229)은 각각의 영역에 대응하도록 일정 개수로 형성될 수도 있다. 온도 센서 홀(227)에는 웨이퍼(W)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(228)가 삽입 설치되고, 리프트 핀 홀들(229)에는 후술할 리프트 핀(262)이 삽입된다.
기판 처리 장치(10)로 반입되는 웨이퍼는 리프팅 유닛(260)에 의해 지지 플레이트(220) 상에 로딩되고, 기판 처리 장치(10)로부터 반출되는 웨이퍼는 리프팅 유닛(26)에 의해 지지 플레이트(220)로부터 언로딩된다. 리프팅 유닛(260)은 리프트 핀들(262), 핀 플레이트(266) 및 구동부(268)를 포함한다. 리프트 핀(262)은 지지 플레이트(220)에 형성된 리프트 핀 홀들(229)에 대응하는 수만큼 구비되고, 리프트 핀 홀들(229)에 삽입된다. 리프트 핀들(262)은 핀 플레이트(266)와 결합하여 고정되고, 핀 플레이트(266)는 구동부(268)에 의해 상하 방향으로 이동된다. 지지 플레이트(220)에 웨이퍼를 로딩할 때에는 리프트 핀들(262)이 리프트 핀 홀(229)에 의해 안내되어 아래 방향으로 이동함으로써, 리프트 핀들(262)에 의해 지지된 웨이퍼가 지지 플레이트(220) 상에 놓인다. 그리고 지지 플레이트(220) 상에 놓인 웨이퍼를 언로딩할 때에는 리프트 핀들(262)이 리프트 핀 홀(229)에 의해 안내되어 위쪽으로 이동함으로써, 지지 플레이트(220) 상에 놓인 웨이퍼를 위쪽으로 이동시킨다.
도 9는 도 5의 리프트 핀의 개략적 단면도이고, 도 10은 도 5의 리프트 핀의 개략적 평면도이며, 도 11은 도 5의 리프팅 유닛을 이용한 기판 냉각 상태를 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 리프트 핀(262)의 내부에는 그 길이 방향을 따라 가스가 흐르는 유로(263)가 형성되고, 리프트 핀(262)의 끝단에는 유로(263)와 통하도록 복수 개의 분사 홀들(264)이 형성된다. 분사 홀들(264)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 리프트 핀(262)의 내부에 형성된 유로(263)의 중심선을 기준으로 서로 등각을 이루도록 형성될 수 있다. 리프트 핀(262)의 유로(263)에는 가스 공급 라인(269)이 연결된다. 가스 공급 라인(269)은, 앞서 설명한 바와 같이, 하부 챔버 본체(100)의 지지대(240) 내부에 형성된 내부 통로(246)를 통해 제공된다. 리프트 핀(262)의 유로(263)에는 웨이퍼를 냉각하기 위한 냉각 가스가 공급될 수 있으며, 냉각 가스로는 헬륨 가스 등이 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 증착 공정, 특히 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정에서 발생한 고온의 열로 인하여 지지 플레이트(220)의 온도가 상승되고, 이에 따라 지지 플레이트(220) 상에 놓인 웨이퍼의 온도가 상승할 수 있다. 지지 플레이트(220)를 냉각하기 위한 수단으로 지지 플레이트(220)의 내부에 냉각 유체가 흐르는 냉각 라인(223)이 형성되어 있으며, 또한 도 11에 도시된 바와 같이 리프트 핀(262)의 분사 홀들(264)을 통해 웨이퍼의 하면으로 냉각 가스를 공급하여 웨이퍼를 냉각할 수 있다. 리프트 핀(262)의 분사 홀들(264)을 통해 냉각 가스가 웨이퍼의 하면으로 분사되고, 분사된 냉각 가스는 지지 돌기들(222)에 의해 형성되는 지지 플레이트(220)의 상면과 웨이퍼의 하면 사이 공간(도 5의 참조번호 S)으로 흐르면서 웨이퍼를 냉각한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 리프트 핀들(262)을 이용한 기판 냉각 방식은, 기판 척에 냉각 가스 유로 및 분사 홀들이 형성된 종래의 기판 냉각 방식과 비교하여 보다 적은 제작 비용이 소요될 뿐만 아니라 제작 시간 또한 단축할 수 있는 이점이 있다.
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 권리범위 에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제작 비용 및 제작 시간을 줄일 수 있는 새로운 방식의 웨이퍼 냉각 구조를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버 내의 기판 지지 부재에 기판을 로딩하거나 언로딩하는 기판 리프팅 유닛에 있어서,
    기판으로 가스를 분사하는 분사 홀이 형성된 복수 개의 리프트 핀들과;
    상기 복수 개의 리프트 핀들이 결합하는 핀 플레이트와;
    상기 핀 플레이트를 상하 이동시키는 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 리프팅 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리프트 핀의 내부에는 그 길이 방향을 따라 가스가 흐르는 유로가 형성되고,
    상기 분사 홀은 상기 유로와 통하도록 상기 리프트 핀의 끝단에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 리프팅 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분사 홀은,
    상기 리프트 핀의 내부에 형성된 상기 유로를 중심으로 등각을 이루며 가스가 분사되도록 상기 리프트 핀의 끝단에 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 리프팅 유닛.
  4. 기판 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버의 내측에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 부재와;
    상기 공정 챔버에 반출입되는 상기 기판을 상기 기판 지지 부재에 로딩/언로딩하는 기판 리프팅 유닛;을 포함하되,
    상기 기판 리프팅 유닛은,
    상기 기판 지지 부재에 형성된 홀에 삽입 설치되며, 그리고 기판으로 가스를 분사하는 분사 홀이 형성된 복수 개의 리프트 핀들과;
    상기 복수 개의 리프트 핀들이 결합하는 핀 플레이트와;
    상기 핀 플레이트를 상하 이동시키는 구동부와;
    상기 리프트 핀으로 가스를 공급하는 가스 공급 라인;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 리프트 핀의 내부에는 그 길이 방향을 따라 가스가 흐르는 유로가 형성되고,
    상기 분사 홀은 상기 유로와 통하도록 상기 리프트 핀의 끝단에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분사 홀은,
    상기 리프트 핀의 내부에 형성된 상기 유로를 중심으로 등각을 이루며 가스가 분사되도록 상기 리프트 핀의 끝단에 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 기판 지지 부재 상에 놓인 기판의 하면으로 가스를 분사하되,
    상기 가스의 분사는 상기 기판을 상기 기판 지지 부재로 로딩하거나 언로딩하는 리프트 핀에 형성된 분사 홀을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 복수 개가 제공되며, 각각의 상기 리프트 핀으로부터 상기 기판으로 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가스는 상기 기판을 냉각하는 냉각 가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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