KR20130046650A - 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 지지 유닛이 개시된다. 기판 지지 유닛은 내부에 히터가 장착된 베이스 판; 상기 베이스 판의 상부에 위치하며, 그 상면에 기판이 놓이는 지지판; 및 상기 지지판의 내부에 제공되며, 상기 지지판과 상이한 재질을 가지는 보조 판을 포함한다.

Description

기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{UNIT FOR SUPPORTING SUBSTRATE AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS INCLUDING THE UNIT}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 지지하는 장치에 관한 것이다.
플라스마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라스마는 반도체 소자 제조 공정에 다양하게 적용된다.
한국공개특허공보 제10-2009-124754호에는 플라스마를 이용하는 반도체 소자 제조 장치가 개시된다. 기판은 기판 지지부에 놓이며, 기판 지지부의 내부에 설치된 히터에 의해 소정 온도로 가열된다. 기판 처리 공정은 기판의 온도가 안정화된 상태에서 수행된다. 하나의 기판에 대한 공정 처리가 완료된 후, 다음 기판에 대한 공정 처리가 이루어지기까지 공정은 중단된다. 공정이 중단되는 동안, 히터의 발열도 함께 중단되며 기판 지지부는 자연 냉각된다. 자연 냉각된 기판 지지부에 기판이 놓이면 히터는 기판 지지부를 재가열하여 기판의 온도를 소정 온도로 안정화시킨다. 냉각된 기판 지지부를 재가열하여 기판의 온도를 다시 안정화되기까지는 소정 시간이 소요되며, 이는 전체 공정 시간을 증가시킨다.
본 발명의 실시예들은 기판 처리 생산성을 향상시킬 수 있는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 유닛은 기판을 지지하며, 내부에 히터가 장착된 베이스 판; 상기 베이스 판의 상부에 위치하며, 그 상면에 기판이 놓이는 지지판; 및 상기 지지판의 내부에 제공되며, 상기 지지판과 상이한 재질을 가지는 보조 판을 포함한다.
또한, 상기 보조 판은 상기 지지판보다 열 보존성이 높은 재질로 제공될 수 있다.
또한, 상기 지지판은 석영 재질로 제공되고, 상기 보조 판은 흑연 재질로 제공될 수 있다.
또한, 상기 보조 판은 상기 지지판에 의해 에워싸여 외부에 노출되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버의 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛을 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 내부에 히터가 장착된 베이스 판; 상기 베이스 판의 상부에 위치하며, 그 상면에 기판이 놓이는 지지판; 및 상기 지지판의 내부에 제공되며, 상기 지지판보다 열 보존성이 높은 재질로 제공되는 보조 판을 포함한다.
또한, 상기 지지판은 석영 재질로 제공되고, 상기 보조 판은 흑연 재질로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에들에 의하면, 전체 공정 시간이 단축되므로 기판 처리 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 지지 유닛을 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 지지 유닛 및 기판 처리 장치를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라스마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급부(300), 플라스마 생성부(400), 그리고 가스 배기부(500)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 기판(W) 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 몸체(110)와 밀폐 커버(120)를 포함한다.
몸체(110)에는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 몸체(110)의 내부 공간은 기판(W) 처리 공정이 수행되는 공간으로 제공된다. 몸체(110)는 금속 재질로 제공된다. 몸체(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 몸체의 내부 공간에 머무르는 공정 가스는 공정 챔버(100) 외부로 배출되는 통로를 제공한다.
밀폐 커버(120)는 몸체(110)의 개방된 상면을 덮는다. 밀폐 커버(120)는 판 형상으로 제공되며, 몸체(110)의 내부공간을 밀폐시킨다. 밀폐 커버(120)는 몸체(110)와 상이한 재질로 제공될 수 있다. 밀폐 커버(120)는 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다.
몸체(110)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치한다. 기판 지지 유닛(200)는 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함한다.
도 2는 도 1의 기판 지지 유닛을 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 정전 척(200)은 베이스 판(210), 지지판(220), 보조 판(230), 그리고 지지 축(240)을 포함한다.
베이스 판(210)은 대체로 원형 판으로 제공되며, 기판(W)보다 큰 직경을 가진다. 베이스 판(210)의 내부에는 하부 전극(211)과 히터(215)가 매설될 수 있다. 하부 전극(211)은 제1하부 전원(212)과 전기적으로 연결된다. 제1하부 전원(212)에서 인가된 전류에 의해 하부 전극(211)과 기판(W) 사이에는 전기력이 작용하며, 전기력에 의해 기판(W)은 지지 판(220)에 흡착된다. 제1하부 전원(212)은 직류 전원을 포함한다.
히터(215)는 제2하부 전원(216)과 전기적으로 연결되며, 제2하부 전원(216)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 베이스 판(210)과 지지판(220)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 기판(W)은 전달된 열에 의해 소정 온도로 가열된다.
베이스 판(210)의 상부에는 지지 판(220)이 위치한다. 지지판(220)은 베이스 판(210)에 상응하는 직경을 가지며, 베이스 판(210)의 상면에 놓인다. 지지판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 지지판(220)의 저면은 베이스 판(210)의 상면과 접촉된다. 지지판(220)의 저면과 베이스 판(210)의 상면은 접착제에 의해 접착될 수 있다. 지지판(220)은 상판(221)과 하판(222)을 포함한다. 상판(221)은 하판(222)의 상부에 위치한다. 상판(221)의 저면에는 제1홈이 형성되고, 하판(222)의 상면에는 제2홈이 형성된다. 제2홈은 제1홈과 상응하는 크기 및 형상을 갖는다. 제1홈과 제2홈은 서로 조합되어 수용 공간을 형성한다. 수용 공간에는 보조 판(230)이 위치한다. 보조 판(230)은 두께가 얇은 원형 판으로 제공되며, 지지판(220)보다 작은 직경을 갖는다. 보조 판(230)은 상판(221)과 하판(222)에 에워싸여 외부로 노출되지 않는다. 상판(221)과 하판(222)은 수용 공간내에 보조 판(230)이 위치된 후 용접에 의해 고정결합될 수 있다. 보조 판(230)은 지지판(220)과 상이한 재질을 갖는다. 보조 판(230)은 지지판(220) 보다 열보존성이 높은 재질로 제공된다. 보조 판(230)은 흑연(Graphite) 재질로 제공되고, 지지판(220)은 석영(Quartz) 재질로 제공될 수 있다.
지지 축(240)은 베이스 판(210)의 하부에 위치하며, 베이스 판(210)을 지지한다.
가스 공급부(300)는 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(300)는 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 저장부(330)를 포함한다.
가스 공급 노즐(310)은 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스를 분사한다. 가스 공급 노즐(310)은 링 형상으로 제공되며, 몸체(110)와 밀폐 커버(120) 사이에 위치한다. 가스 공급 노즐(310)은 몸체(110)의 내경에 상응하는 내경을 가질 수 있다. 가스 공급 노즐(310)의 내부에는 가스 순환 홀(311)이 형성된다. 가스 순환 홀(311)은 가스 공급 노즐(310)의 둘레를 따라 형성되며, 링 형상으로 제공된다. 가스 순환 홀(311)은 가스 공급 라인(320)을 통해 공급된 공정 가스가 순환하는 공간을 제공한다. 가스 분사 홀(312)은 가스 순환 홀(311)과 공정 챔버(100)의 내부 공간을 연결한다. 가스 분사 홀(312)은 가스 공급 노즐(310)의 내측면을 따라 서로 이격하여 복수개 형성된다. 가스 순환 홀(311)에서 순환하는 공정 가스는 가스 분사 홀(312)들을 통해 공정 챔버(100) 내부에 공급된다.
플라스마 생성부(400)는 고주파 전력을 인가하여 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시킨다. 플라스마 생성부(400)는 안테나(410)와 상부 전원(420)을 포함한다. 안테나(410)는 밀폐 커버(120)의 상부에 위치한다. 안테나(410)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 코일들이 동일한 중심에 위치되도록 배치될 수 있다. 안테나(410)는 상부 전원(420)에서 발생된 고주파 전류를 공정 챔버(100) 내부에 인가한다. 안테나(410)에서 인가된 고주파 전력은 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시킨다. 여기된 공정 가스는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리한다. 여기된 공정 가스는 디퓨전(Diffusion) 공정을 수행할 수 있다.
가스 배기부(500)는 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100)의 내부 공간에 머무르는 가스를 공정 챔버(100) 외부로 배기한다. 배기 부재(500)는 배기라인(510)과 진공 펌프(520)를 포함한다. 배기 라인(510)은 배기홀(102)과 연결되며, 반응 부산물 및 가스가 배기되는 통로를 제공한다. 진공 펌프(520)는 배기 라인(510)상에 설치되며, 배기 라인(510)에 진공압을 인가한다. 배기 과정에 의해 몸체(110) 내부는 소정 압력으로 감압된다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명한다.
기판(W)은 공정 챔버(100) 내부로 제공되어 지지판(220)의 상면에 놓인다. 히터(215)에서 발생된 열은 베이스 판(210)과 지지판(220)을 통해 기판(W)으로 전달되며, 기판(W)을 소정 온도로 가열한다. 가스 공급부(300)는 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 안테나(410)는 공정 챔버(100) 내부에 고주판 전력을 인가하여 공정 가스를 플라스마 상태로 여기시킨다. 여기된 공정 가스는 기판(W)에 제공되어 기판(W) 표면에 산화막을 형성한다. 기판(W) 처리에 제공된 공정 가스는 가스 배기부(500)를 통해 공정 챔버(100) 외부로 배기된다. 디퓨전 공정이 완료되면, 기판(W)은 지지판(220)으로부터 언로딩되어 후속 공정에 제공된다. 이후, 미처리된 기판(W)이 공정 챔버(100) 내부로 제공되며, 미처리된 기판(W)은 상술한 공정 과정에 따라 디퓨전 공정에 제공된다.
공정 챔버(100) 내부에는 복수매의 기판(W)들에 대한 공정 처리가 순차적으로 진행된다. 전체 공정은 공정 처리된 기판(W)을 지지판(220)로부터 언로딩하고, 미처리된 기판(W)을 지지판(220)에 로딩하는 공정 준비 단계를 포함한다. 공정 준비 단계 동안, 하부 전극(211) 및 히터(215)로의 전류 인가가 중단되고, 공정 챔버(100)의 내부공간으로 공정 가스의 공급 및 고주파 전력의 인가가 중단된다.
기판 처리 공정 동안 가열된 지지판(220)은 공정 준비 단계에서 자연 냉각된다. 미처리 기판(W)에 대한 공정에서, 히터(215)는 지지판(220)의 온도가 소정 온도로 안정화될 때까지 지지판(220)을 재가열하며, 지지판(200)의 온도가 안정화된 후 공정이 수행된다. 지지판(220)의 온도가 안정화되지 않은 상태에서 공정이 수행될 경우, 공정의 재현성 확보가 어렵다. 지지판(220)의 온도가 안정화되기까지는 소정 시간이 소요되며, 이는 전체 공정 시간을 증가시킨다. 보조 판(230)은 공정 준비 단계 동안, 지지판(220)의 냉각을 최소화한다. 보조 판(230)은 지지판(220)에 비하여 열 보존율이 높은 재질로 제공되므로, 외부로 방출되는 열량이 지지판(220)에 비하여 적다. 이에 의해, 지지판(220)의 온도는 크게 감소하지 않으므로, 이후 공정에서 소정 온도로 안정화되는 시간이 감소한다. 안정화 시간 단축은 전체 공정 시간을 단축시켜 기판 처리 생산을 향상시킨다.
상기 실시예에서는 기판 지지 유닛(200)이 정전 척인 것으로 설명하였으나, 이와 달리 기판 지지 유닛(200)은 다양한 방법으로 기판을 지지할 수 있다. 예컨대, 기판 지지 유닛(200)은 기판을 진공으로 흡착 유지하는 진공 척으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 플라스마를 이용하여 디퓨전 공정을 수행하는 것으로 설명하였으나, 기판 처리 공정은 이에 한정되지 않으며, 플라스마를 이용하는 다양한 기판 처리 공정, 예컨대 증착 공정, 식각 공정, 애싱 공정, 그리고 세정 공정 등에도 적용될 수 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 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 공정 챔버 200: 기판 지지 유닛
210: 베이스 판 220: 지지판
230: 보조 판 300: 가스 공급부
400: 플라스마 생성부 500: 가스 배기부

Claims (2)

  1. 기판을 지지하는 유닛에 있어서,
    내부에 히터가 장착된 베이스 판;
    상기 베이스 판의 상부에 위치하며, 그 상면에 기판이 놓이는 지지판; 및
    상기 지지판의 내부에 제공되며, 상기 지지판과 상이한 재질을 가지는 보조 판을 포함하는 기판 지지 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 판은 상기 지지판보다 열 보존성이 높은 재질로 제공되는 기판 지지 유닛.
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