KR20090071060A - 정전척 및 그를 포함하는 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전척에서 직류전극의 하부에 열전도 수단을 설치하는 정전척 및 그를 포함한 기판처리장치에 관한 것으로, 몸체; 상기 몸체의 상부에서 상기 몸체와 연결되며 기판이 안치되는 절연판; 상기 절연판의 내부에 내장되는 전극; 상기 전극의 하부에 설치되는 발열 또는 냉각수단; 상기 전극과 상기 발열 또는 상기 냉각수단의 사이에 설치되는 열전도 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
정전척, 열전도수단, 기판처리장치

Description

정전척 및 그를 포함하는 기판처리장치{Electrostatic chuck and Apparatus for treating substrate including the same}
본 발명은 정전척 및 그를 포함한 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정전척에서 직류전극의 하부에 열전도 수단을 설치하는 정전척 및 그를 포함한 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자나 평면표시장치를 제조공정은 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키고, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각(etching)공정, 기판의 선택영역에 이온을 주입하기 위한 이온주입공정, 기판 상에 불순물을 제거하기 위한 세정공정, 및 기판 상에 형성된 패턴의 결함을 검사하는 검사공정 등을 포함한다. 반도체 소자에서 기판으로 웨이퍼를 사용한다. 그리고, 상기와 같은 각각의 공정은 최적의 환경으로 설계된 챔버 내부에서 진행된다.
반도체 소자에 있어서, 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 기판 상에 박막을 형성하거나, 또는 박막을 식각하는 기판처리장치가 널리 사용되고 있으며, 기판처리장치는 반응공간을 제공하는 챔버와, 챔버의 내부에서 반응가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 전극과, 기판을 지지하기 위한 정전척 등을 포함한다. 정전척은 정전기력을 이용하여 기판을 고정하고, 정전척에 내장되어 있는 히터를 이용하여 기판을 공정온도로 가열한다.
도 1은 종래기술에 따른 정전척을 포함한 기판처리장치의 개략도이고, 도 2는 종래기술에 따른 정전척의 상세 단면도이고, 도 3은 종래기술에 따른 정전척의 히터 배치도이다.
기판처리장치(10)는 외부와 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(12), 챔버(12)의 내부에 위치하며 기판(14)을 안치하는 정전척(16), 정전척(16)의 상부로 반응가스를 분사하는 가스 분배판(18), 가스 분배판(18)의 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관(20), 및 챔버(12) 내부의 반응가스 및 부산물을 배기하는 배기구(22)를 포함하여 구성한다.
도 2와 같이, 정전척(16)은 알루미늄의 재질로 구성되는 몸체(24), 몸체(24)의 상부에서 몸체(24)와 결합되는 세라믹 재질의 절연판(26), 절연판(26)의 내부에 설치되는 직류전극(direct current electrode)(28), 및 직류전극(28)의 하부에서 절연판(26)에 내장되는 히터(30)를 포함하여 구성된다. 몸체(24)는 중앙부보다 낮은 낮은 단차를 가지는 단차부(32)를 포함하며, 단차부(32)는 포커스링(34)와 결합한다. 포커스링(34)은 세라믹 재질로 형성되며, 플라즈마 영역을 기판(14)의 외측으로 확장하고, 기판(14) 상에 균일한 플라즈마가 형성되도록 한다.
기판(14)은 절연판(26)의 상면에 안치되고, 통상적으로 텅스텐 재질로 형성되는 직류전극(28)은 직류전원(36)에 연결되어 정전기력을 발생시킴으로써 기판(14)을 안정적으로 고정시킨다. 정전척(16)의 몸체(24)에는 RF 전원(38)이 연결되고, 챔버(12)는 통상적으로 접지되므로 몸체(21)와 챔버(12)는 절연된다. RF 전원(38)과 몸체(24)의 사이에는 최대 전력을 공급하기 위해 임피던스를 정합시키는 매처(40)가 설치된다. 도 2 및 도 3과 같이, 정전척(16)의 내부에는 코일형의 히터(30)가 설치된다. 히터(30)는 외부히터(42)와 내부히터(44)로 구분되어 설치된다. 히터(30)는 기판(14) 상에 박막을 증착하거나, 또는 박막을 식각할 때, 기판(14)을 공정진행에 필요한 온도로 가열하는 기능을 한다.
도 1 내지 도 3과 같은 정전척(16)을 포함하는 기판처리장치(10)의 동작은 챔버(12)에 설치되는 도어(도시하지 않음)을 통하여, 기판(14)이 반입되어 정전척(16)의 절연판(26) 상에 안치되면, 직류전극(28)에서 발생되는 정전기력을 이용하여 기판(14)을 절연판(26)에 밀착시키고, 챔버(12)를 진공상태로 배기하여 공정분위기를 조성하고, 가스 분배판(18)을 통하여 기판(14) 상에 원료가스를 분사함과 동시에 RF 전원(40)을 통해 정전척(16)에 RF 전력을 인가한다. 정전척(16)에 인가된 RF 전력은 정전척(16)과 챔버(12) 사이에서 RF 전기장을 발생시키고, RF 전기장에 의해 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 포함하는 플라즈마를 발생시켜, 기판(14) 상에 박막을 증착시키거나, 박막을 식각한다.
정전척(16)의 몸체(24)에 내장되어 있는 히터(24)에 의해 공정진행에 필요한 온도로 기판(14)을 가열한다. 히터(24)는 외부 및 내부히터(42, 44)가 독립적으로 분리되어 있어, 정전척(16)의 중앙부과 주변부를 독립적으로 제어할 수 있다. 그러나, 히터(24)가 절연판(26)의 표면과 근접한 위치에 있고, 절연판(26)을 구성하는 세라믹 물질이 낮은 열전도율을 가지고 있으므로, 절연판(26)의 표면에서 균일한 온도제어가 어렵기 때문에, 정전척(16)의 표면에서, 국부적으로 온도차이가 발생하고, 또한 코일 패턴을 따라 온도편차가 나타난다. 따라서, 절연판(26)의 표면에서 불균일한 온도분포는 기판(14) 상의 박막의 증착 및 박막의 식각에 영향을 미치게 되어, 제품의 품질을 저하시키는 원인이 된다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 정전척의 내부에서 직류전극의 하부에 열전도 수단을 설치하여, 발열수단 또는 냉각수단에 의한 열을 균일하고 신속하게 전달할 수 있는 정전척을 포함한 기판처리장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치의 정전척은, 몸체; 상기 몸체의 상부에서 상기 몸체와 연결되며 기판이 안치되는 절연판; 상기 절연판의 내부에 내장되는 전극; 상기 전극의 하부에 설치되는 발열 또는 냉각수단; 상기 전극과 상기 발열 또는 상기 냉각수단의 사이에 설치되는 열전도 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 열전도 수단은 판형의 금속 또는 금속화합물로 제작하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 열전도 수단은 알루미늄, 텅스텐, 알루미늄 또는 텅스텐을 포함한 합금 중 어느 하나를 선택하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 열전도 수단의 두께는 0.01 내지 0.5 mm인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 열전도 수단과 상기 전극 사이의 간격은 0.5 mm인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 발열수단은 히터이고, 상기 냉각수단은 상기 절연체의 내부에 설치된 유로를 통하여 저온의 냉각매체가 유동하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 몸체와 상기 절연판은 각각 알루미늄 및 세라믹으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 열전도 수단은 상기 전극과 절연되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치의 정전척에 있어서, 상기 열전도 수단은 판형 또는 메시형태인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 정전척을 포함하는 기판처리장치는, 반응영역을 정의하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하여 기판이 안착되며, 몸체, 상기 몸체의 상부에서 상기 몸체와 연결되며 기판이 안치되는 절연판, 상기 절연판의 내부에 내장되는 전극, 상기 전극의 하부에 설치되는 발열 또는 냉각수단 및 상기 전극과 상기 발열 또는 상기 냉각수단의 사이에 설치되는 열전도 수단을 포함하는 정전척; 상기 정전척의 상부에 위치하는 가스 분배판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 정전척을 포함한 기판처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 직류전극과 별열수단 또는 냉각수단의 사이에 열 확산 수단을 설치하여, 발열수단 또는 냉각수단에 의한 열을 기판에 균일하고 신속하게 전달할 수 있다. 따라서, 기판의 균일한 온도분포로 인해 기판 상의 박막의 증착 및 박막의 식각에 영향을 주지 않게 되어 제품의 품질을 개선할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 정전척을 포함한 기판처리장치의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 정전척의 상세 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 정전척의 분해사시도이다.
기판처리장치(110)는, 외부와 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(112), 챔버(112)의 내부에 위치하며 기판(114)을 안치하는 정전척(116), 정전척(116)의 상부로 반응가스를 분사하는 가스 분배판(118), 가스 분배판(118)의 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관(120), 및 챔버(112) 내부의 반응가스 및 부산물을 배기하는 배기구(122)를 포함하여 구성한다.
도 4 내지 도 6과 같이, 정전척(116)은 알루미늄의 재질로 구성되는 몸체(124), 몸체(124)의 상부에서 몸체(124)와 결합되는 세라믹 재질의 절연판(126), 절연판(126)의 내부에 설치되는 직류전극(direct current electrode)(128), 직류전극(128)의 하부에서 절연판(126)에 내장되는 히터(130), 및 직류전극(128)과 히터(130) 사이의 절연막(126)에 내장되는 열 확산판(150)를 포함하여 구성된다. 몸체(124)는 중앙부보다 낮은 낮은 단차를 가지는 단차부(132)를 포함하며, 단차부(132)는 포커스링(134)와 결합한다. 포커스링(134)은 세라믹 재질로 형성되며, 플라즈마 영역을 기판(114)의 외측으로 확장하고, 기판(114) 상에 균일한 플라즈마가 형성되도록 한다. 절연판(126)에 내장되는 히터(130) 대신에 발열수단으로 고온의 열전달 매체를 유동시키는 제 1 유로(도시하지 않음)을 설치할 수 있다. 또한, 기판(114)을 냉각시키기 위한 저온의 냉각매체를 유동시키는 제 2 유로(도시하지 않음)을 설치할 수 있다.
기판(114)은 절연판(126)의 상면에 안치되고, 통상적으로 텅스텐 재질로 형성되는 직류전극(128)은 직류전원(136)에 연결되어 정전기력을 발생시킴으로써 기판(114)을 안정적으로 고정시킨다. 정전척(116)의 몸체(124)에는 RF 전원(138)이 연결되고, 챔버(112)는 통상적으로 접지되므로 몸체(124)와 챔버(112)를 절연시킨다. RF 전원(138)과 몸체(124)의 사이에는 최대 전력을 공급하기 위해 임피던스를 정합시키는 매처(140)가 설치된다. 도 5 내지 도 7과 같이, 정전척(116)의 내부에는 코일형의 히터(130)가 설치된다. 히터(130)는 외부히터(142)와 내부히터(144)로 구분되어 설치된다. 히터(130)는 기판(114) 상에 박막을 증착하거나, 또는 박막을 식각할 때, 기판(14)을 공정진행에 필요한 온도로 가열하는 기능을 한다.
절연판(126)이 세라믹 재질로 사용하여, 열전도율이 낮고, 외부 및 내부히터(142, 144)가 코일형태로 형성되기 때문에, 절연판(126)의 표면에서 영역별로, 특히 코일과 코일 사이의 열분포가 균일하지 않을 수 있다. 외부 및 내부히터(142, 144)에서 발열되는 열을 균일하게 절연판(126)의 표면으로 전달하기 위하여, 외부 및 내부히터(142, 144)와 직류전극(128) 사이에 열전도판(150)을 설치한다. 열전도판(150)은 열전도율이 좋고 열팽창율이 적은 물질인 알루미늄, 텅스텐, 및 알루미늄 또는 텅스텐을 포함한 합금을 사용한다.
열전도판(150)은 0.01 내지 0.5mm 정도의 박판으로 형성한다. 그리고, 열전도판(150)과 직류전극(128) 사이의 간격은 0.5mm 정도를 유지한다. 열전도판(150)은 절연판(126)을 구성하는 세라믹에 의해 완전히 내장되어, 직류전극(128)과는 완전히 절연된다. 열전도판(150)은 열전도이 용이하도록 판형으로 제작하는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 메시형태(mesh type)와 같은 다양한 형상으로 제작할 수 있다. 열전도판(150)은 기판(114)을 가열하거나 냉각시키는 열을 신속하고 균일하게 전달하는 기능을 한다.
도 5와 같은 정전척(116)을 포함하는 기판처리장치(110)의 동작은 챔버(112) 에 설치되는 도어(도시하지 않음)을 통하여, 기판(114)이 반입되어 정전척(116)의 절연판(126) 상에 안치되면, 직류전극(128)에서 발생되는 정전기력을 이용하여 기판(114)을 절연판(126)에 밀착시키고, 챔버(112)를 진공상태로 배기하여 공정분위기를 조성하고, 가스 분배판(118)을 통하여 기판(114) 상에 원료가스를 분사함과 동시에 RF 전원(140)을 통해 정전척(116)에 RF 전력을 인가한다. 정전척(116)에 인가된 RF 전력은 정전척(116)과 챔버(112) 사이에서 RF 전기장을 발생시키고, RF 전기장에 의해 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 포함하는 플라즈마를 발생시켜, 기판(114) 상에 박막을 증착시키거나, 박막을 식각한다.
정전척(116)의 몸체(124)에 내장되어 있는 히터(124)에 의해 공정진행에 필요한 온도로 기판(114)을 가열한다. 히터(124)가 외부 및 내부히터(142, 144)로 독립적으로 분리되어 있어, 정전척(116)의 중앙부과 주변부를 독립적으로 제어할 수 있고, 히터(124)와 인접한 열전도판(150)에 히터(124)의 열이 전달되어 균일하게 확산되어 절연판(126)의 표면에 밀착되는 기판(114)이 균일한 온도를 유지한다. 기판(114)의 균일한 온도분포로 인해 기판(114) 상의 박막의 증착 및 박막의 식각에 영향을 주지 않게 되어 제품의 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 정전척을 포함한 기판처리장치의 개략도
도 2는 종래기술에 따른 정전척의 상세 단면도
도 3은 종래기술에 따른 정전척의 히터 배치도
도 4는 본 발명에 따른 정전척을 포함한 기판처리장치의 개략도
도 5는 본 발명에 따른 정전척의 상세 단면도
도 6은 본 발명에 따른 정전척의 분해사시도

Claims (10)

  1. 몸체;
    상기 몸체의 상부에서 상기 몸체와 연결되며 기판이 안치되는 절연판;
    상기 절연판의 내부에 내장되는 전극;
    상기 전극의 하부에 설치되는 발열 또는 냉각수단;
    상기 전극과 상기 발열 또는 상기 냉각수단의 사이에 설치되는 열전도 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도 수단은 금속 또는 금속화합물로 제작하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도 수단은 알루미늄, 텅스텐, 알루미늄 또는 텅스텐을 포함한 합금 중 어느 하나를 선택하여 형성하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도 수단의 두께는 0.01 내지 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도 수단과 상기 전극 사이의 간격은 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열수단은 히터이고, 상기 냉각수단은 상기 절연체의 내부에 설치된 유로를 통하여 저온의 냉각매체가 유동하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체와 상기 절연판은 각각 알루미늄 및 세라믹으로 형성하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도 수단은 상기 전극과 절연되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치의 정전척.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도 수단은 판형 또는 메시형태인 것을 특징으로 기판처리장치의 정전척.
  10. 반응영역을 정의하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 위치하여 기판이 안착되며, 몸체, 상기 몸체의 상부에서 상기 몸체와 연결되며 기판이 안치되는 절연판, 상기 절연판의 내부에 내장되는 전극, 상기 전극의 하부에 설치되는 발열 또는 냉각수단 및 상기 전극과 상기 발열 또는 상기 냉각수단의 사이에 설치되는 열전도 수단을 포함하는 정전척;
    상기 정전척의 상부에 위치하는 가스 분배판;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척을 포함하는 기판처리장치.
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