KR20130019540A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치를 제공한다. 이 기판 처리 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 내에 기판을 안착시키고 히터를 포함하는 지지부재, 공정 챔버 내에 지지부재의 상부에 형성된 가스 분배판, 공정 챔버 상부에 연결된 가스 공급부를 포함할 수 있다. 정전척의 상부면은 원형의 중앙부 및 중앙부를 제외한 가장자리를 복수개의 영역으로 구획된 주변부들을 갖고, 중앙부 및 복수개의 주변부들 각각은 가스라인들과 연결될 수 있다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for Processing Substrate}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 온도 조절이 가능한 정전 척을 포함한 기판 처리 장치에 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 있다. 기판 처리 장치는 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 가열하고, 또한 기판의 하부면으로 헬륨 가스를 공급하여 기판을 냉각한다.
선행문헌 1은 헬륨 가스를 이용한 웨이퍼 배면 냉각 시스템의 일 예를 보여준다. 기판의 온도는 식각 공정에 중요한 영향을 미치는데, 선행문헌 1과 같은 구조는 기판의 온도를 균일하게 제어하기 어렵다.
한국공개특허 2001-27640
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 기판의 균일한 온도 제어가 가능한 정전척을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 기판을 안착시키고 히터를 포함하는 지지부재, 상기 공정 챔버 내에 상기 지지부재의 상부에 위치된 가스 분배판, 상기 공정 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하되, 상기 지지부재의 상부면은 원형의 중앙부 및 복수개의 영역으로 구획한 주변부들을 갖고, 상기 중앙부 및 각각의 상기 주변부들은 독립적으로 가스량의 조절이 가능하도록 가스라인들과 연결되고, 상기 주변부들은 서로 조합되어 상기 중앙부를 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터는 중앙부를 가열하는 중앙부 히터 및 복수개의 영역으로 구획한 주변부들을 각각 독립적으로 가열하도록 제공된 주변부 히터들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 지지부재의 상부면이 원형의 중앙부 및 복수개의 영역으로 구획한 주변부들을 갖고, 상기 중앙부 및 각각의 상기 주변부들은 독립적으로 가스량의 조절이 가능하도록 가스라인들과 연결되어 기판의 균일한 온도 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 히터를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 지지부재의 상부면을 설명하기 위한 배면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 외부와 밀폐된 반응영역을 정의하는 공정 챔버(102)를 구비한다. 상기 기판 처리 장치(100)는 기판에 대한 식각 공정, 증착공정, 또는 애싱 공정을 수행할 수 있다. 상기 공정 챔버(102)의 내부에는 기판(104)을 지지하는 지지판(110) 및 상기 지지판(110) 상에 상기 기판(104)을 안치하는 정전척(120)을 포함하는 지지부재(200)가 배치된다. 상기 공정 챔버(102)의 상부에는 상기 정전척(120)의 상부로 반응 가스를 분사하는 가스 분배판(106) 및 상기 가스 분배판(106)의 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관(108)이 배치될 수 있다. 상기 공정 챔버(102)의 하부면에는 진공펌프(미도시)가 결합된 배기관(109)이 연결될 수 있으며, 상기 배기관(109)은 하나 또는 복수개가 배치될 수 있다.
상기 지지판(110) 및 상기 정전척(120)은 원판의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 지지판(110)의 하부에는 구동부(미도시)와 연결된 지지축(114)이 결합될 수 있다. 상기 지지축(114)은 원통의 형상을 가지며, 상기 지지판(110)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 상기 구동부는 상기 지지축(114)을 상하로 움직이는 수직구동기 또는 상기 지지축(114)을 회전시키는 회전구동기를 포함할 수 있다. 상기 수직구동기는 모터(motor), 래크(rack), 그리고 피니언(pinion)으로 이루어진 조립체 또는 유공압 실린더를 포함할 수 있고, 상기 회전구동기는 모터를 포함할 수 있다.
상기 가스 분배판(106)은 상기 정전척(120)의 상부에, 상기 정전척(120)에 대향하도록 상기 공정챔버(102) 내부에 위치할 수 있다. 상기 가스 분배판(106)은 복수개의 분사공들을 가질 수 있다. 상기 분사공들을 통해 공정가스가 상기 공정챔버(102) 내부로 공급될 수 있다. 일례로, 상기 가스 분배판(106)은 활성화되지 않은 공정가스를 제공받을 수 있다. 상기 가스 분배판(106)은 샤워헤드(미도시)가 제공될 수 있으며, 상기 샤워헤드는 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원이 연결될 수 있다. 선택적으로 리모트 플라즈마 소스에 의해 활성화된 가스를 제공받을 수 있다. 상기 활성화된 가스는 라디칼 또는 이온화된 가스일 수 있다. 상기 가스 분배판(106)으로 공정가스를 공급하기 위한 상기 가스 공급관(108)이 가스유입포트들(미도시) 각각에 연결될 수 있다.
상기 지지판(110)의 내부에는 냉각가스 또는 냉각유체가 흐르는 냉각라인(112)이 하나 또는 복수개로 형성될 수 있다. 상기 냉각라인(112)은 나선형으로 형성될 수 있으며, 공정 진행중에 발생하는 열을 냉각가스를 이용하여 냉각시키는 기능을 할 수 있다. 상기 냉각라인(112)은 냉각가스유로를 통해 칠러(chiller; 130)와 연결될 수 있다.
상기 정전척(120)은 절연판(128), 상기 절연판(128)의 내부에 서로 이격되도록 배치된 히터(122) 및 직류 전극(124)을 가질 수 있다. 상기 히터(122) 및 직류 전극(124)은 절연판들(128) 사이에 내장된(embedded) 형태로 형성될 수 있다. 상기 절연판(128)은 세라믹 재질일 수 있다. 상기 정전척(120)의 가장자리를 감싸도록 포커스링(115)이 배치될 수 있다. 상기 포커스링(115)은 세라믹 재질로 형성될 수 있으며, 플라즈마 영역을 상기 기판(104)의 외측으로 확장하고, 상기 기판(104) 상에 균일한 플라즈마가 형성되도록 기능할 수 있다.
상기 정전척(120) 상에 상기 기판(104)이 로딩되면 상기 직류 전극(124)은 직류전원(150)에 연결되어 정전기력을 발생시킬 수 있다. 상기 정전기력을 발생시킴으로써 상기 기판(104)을 고정시킬 수 있다. 상기 정전척(120)은 RF 전원(140)이 연결될 수 있으며, 상기 공정 챔버(102)는 접지될 수 있다.
상기 정전척(120)의 내부에는 상기 히터(122)가 설치된다. 상기 히터(122)는 기판(104) 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각할 때 기판(104)을 공정진행에 필요한 온도로 가열하는 기능을 할 수 있다. 상기 히터(122)는 중앙부 히터 및 주변부 히터를 포함한다. 상기 중앙부 히터와 주변부 히터는 각각 발열체로 제공될 수 있다. 이로써, 상기 중앙부와 주변부의 온도 제어를 독립적으로 수행할 수 있다.
상기 히터(122) 상에는 직류전극(124)이 형성될 수 있다. 상기 정전척(120)의 상부면(126)은 중앙부 및 주변부를 포함할 수 있으며, 상기 중앙부 및 주변부 각각은 제 1 및 제 2 가스라인들(125a, 125b)을 통해 헬륨가스가 공급되도록 형성될 수 있다.
상기 기판 처리 공정 중에는 상기 기판(104)을 일정 온도 이상 가열하는 과정이 필요할 수 있으며, 특히 고밀도 플라스마 화학 기상 증착공정 중의 스퍼터링에 의한 에칭 공정에서 고온의 열이 공급될 수 있다. 이는 상기 정전척(120)의 내부에 형성된 상기 히터(122)에 의해 열이 공급되지만, 공정 진행중에 상기 기판(104)에 균일하게 열이 공급되지 않을 수 있다. 본 발명은 상기 히터(122) 및 상기 정전척의 상부면(126)을 중앙부 및 주변부로 구획하고, 상기 영역들 각각에 헬륨가스를 독립적으로 공급함으로써, 상기 기판(104)의 온도를 균일하게 유지할 수 있다. 이를 이하 도 2 내지 도 3에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 히터를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 정전척(120)의 내부에 형성되는 상기 히터(122)는 중앙부 히터(122a) 및 주변부 히터(122b)를 가진다. 상기 중앙부 히터(122a)는 나선 형상으로 제공될 수 있으며, 상기 주변부 히터(122b)는 지그재그 형상으로 제공될 수 있다.
상기 중앙부 히터(122a) 및 주변부 히터(122b)는 제 1 돌출 영역(12a)에 의해 구획될 수 있다. 상기 제 1 돌출 영역(12a)은 상기 히터(122)의 내부에 원형으로 정의될 수 있다. 상기 중앙부 히터(122a)는 상기 제 1 돌출 영역(12a)의 내부로 정의되며, 상기 중앙부 히터(122a) 내에 나선형으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 중앙부 히터(122a)는 단일 영역으로 형성될 수 있으며, 다른 실시예에 따르면 상기 중앙부 히터(122a)는 2개의 영역으로 형성될 수도 있다.
상기 주변부 히터(122b)는 상기 중앙부 히터(122a)를 제외한 상기 히터(122)의 가장자리 영역으로 정의된다. 상기 주변부 히터(122b)는 일정한 면적을 갖도록 구획된 복수개의 영역으로 형성되며, 2개 내지 8개의 영역들로 구획될 수 있다. 상기 주변부 히터(122b)는 제 1 내지 제 3 돌출 영역들(12a, 12b, 12c)에 둘러싸인 영역으로 정의될 수 있다.
상기 제 1 돌출 영역(12a)은 상기 히터(122)의 내부에 원형으로 정의될 수 있다. 상기 제 2 돌출 영역(12b)은 상기 히터(122) 내에서 상기 제 1 돌출 영역(12a)의 외부에 원형으로 정의될 수 있다. 상기 제 3 돌출 영역(12c)은 상기 히터(122) 반경 방향으로 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 돌출 영역들(12a, 12b)과 접하여 연결되도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제 1 내지 제 3 돌출 영역들(12a, 12b, 12c)에 의해 폐쇄된 복수개의 상기 주변부 히터(122b)가 정의될 수 있다. 일례로, 상기 주변부 히터(122b)는 동일한 면적을 갖는 8개의 영역들로 구획될 수 있다.
상기 중앙부 히터(122a)와 주변부 히터(122b)는 각각 발열체로 제공될 수 있다. 상기 주변부 히터(122b)는 복수개로 제공되고 서로 조합되어 상기 중앙부 히터(122a)를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 주변부 히터(122b)들은 각각 독립적으로 온도 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판처리 장치 내의 정전척 상부면을 설명하기 위한 배면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 정전척(120)의 상부면(126)은 중앙부(126a) 및 주변부(126b)를 가지며, 상기 중앙부(126a) 및 주변부(126b)는 제 1 돌출 영역(12a)에 의해 구획된다. 상기 제 1 돌출 영역(12a)은 상기 정전척(120)의 내부에 원형으로 정의될 수 있다. 상기 중앙부(126a)는 상기 제 1 돌출 영역(12a)의 내부로 정의될 수 있다.
상기 주변부(126b)는 상기 중앙부(126a)를 제외한 상기 정전척(126)의 가장자리 영역으로 정의된다. 상기 주변부(126b)는 일정한 면적을 갖도록 2개 내지 8개로 제공될 수 있다. 상기 주변부(126b)는 제 1 내지 제 3 돌출 영역들(12a, 12b, 12c)에 둘러싸인 영역으로 정의될 수 있다.
상기 제 1 돌출 영역(12a)은 상기 정전척의 상부면(126)의 내부에 원형으로 정의될 수 있다. 상기 제 2 돌출 영역(12b)은 상기 정전척의 상부면(126) 내에서 상기 제 1 돌출 영역(12a)의 외부에 원형으로 정의될 수 있다. 상기 제 3 돌출 영역(12c)은 상기 정전척의 상부면(126)의 반경 방향으로 형성되되, 상기 제 1 및 제 2 돌출 영역들(12a, 12b)과 접하여 연결되도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제 1 내지 제 3 돌출 영역들(12a, 12b, 12c)에 의해 폐쇄된 복수개의 상기 주변부(126b)가 정의될 수 있다. 일례로, 상기 주변부(126b)는 동일한 면적을 갖는 8개의 영역들로 구획될 수 있다.
상기 정전척의 상부면(126)의 중앙부(126a)는 상기 제 1 가스라인(125a)이 연결될 수 있다. 상기 제 1 가스라인(125a)은 상기 공정 챔버 외부의 상기 헬륨 가스 공급부(도 1의 160)와 연결되어, 상기 헬륨 가스 공급부(160)로부터 헬륨 가스를 공급받을 수 있다.
상기 정전척의 상부면(126)에 복수개로 구획된 상기 주변부(126b) 각각은 상기 제 2 가스라인들(125b)이 각 영역별로 연결될 수 있다. 상기 제 2 가스라인들(125b)은 상기 공정 챔버 외부의 상기 헬륨 가스 공급부(도 1의 160)와 연결되어, 상기 헬륨 가스 공급부(160)로부터 헬륨 가스를 공급받을 수 있다.
이로써, 상기 중앙부(126a)의 단일 영역, 상기 주변부(126b)의 복수개의 영역들 각각은 독립적으로 헬륨 가스가 공급됨으로써, 상기 기판(104)의 온도를 각 영역별로 조절할 수 있다.
상기 기판처리 공정 중에는 상기 기판(104) 상에 불균일하게 열이 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 정전척의 상부면의 중앙부 및 주변부에 연결된 제 1 및 제 2 가스라인들을 통해 헬륨 가스를 각각 공급함으로써, 각 영역별로 독립적으로 온도를 조절할 수 있다.(도 1 참조)
일례로, 상기 기판의 일 영역의 온도가 높은 경우, 상기 일 영역을 정의하는 상기 히터 및 보호층의 일 영역에 연결된 상기 가스라인에 헬륨 가스를 주입하여 온도를 낮춤으로써, 상기 기판이 균일한 온도를 갖도록 제어할 수 있다. 이로써, 상기 기판의 균일한 온도 분포를 유지하여 상기 기판 상의 박막의 증착 및 박막의 식각에 온도에 따른 영향을 줄여 제품의 품질을 개선할 수 있다.
상술한 예에서는 상기 지지부재가 상기 정전척을 포함하도록 기술하였으나, 지지부재는 정전기력 이외의 다른 방식으로 기판을 지지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 기판을 안착시키고, 히터를 포함하는 지지부재;
    상기 공정 챔버 내에 상기 지지부재의 상부에 위치된 가스 분배판; 및
    상기 공정 챔버 내로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하되,
    상기 지지부재의 상부면은 원형의 중앙부 및 복수개의 영역으로 구획한 주변부들을 갖고, 상기 중앙부 및 각각의 상기 주변부들은 독립적으로 가스량의 조절이 가능하도록 가스라인들과 연결되고, 상기 주변부들은 서로 조합되어 상기 중앙부를 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 중앙부를 가열하는 중앙부 히터 및 복수개의 영역으로 구획한 주변부들을 각각 독립적으로 가열하도록 제공된 주변부 히터들을 포함하는 기판 처리 장치.
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