KR20160113370A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 유닛을 포함한다. 온도 조절 유닛은 제 1 온도 조절 유닛 및 제 2 온도 조절 유닛을 포함한다. 제 1 온도 조절 유닛은 유전체 커버의 내부에 제공되어 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함한다. 제 2 온도 조절 유닛은 유전체 커버의 둘레에 제공되어 유전체 커버의 온도를 조절한다. 온도 조절 부재는 유전체 커버의 내부에 형성되고 열유체가 흐르는 유로로 제공된다. 제 2 온도 조절 유닛은 열선을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다.
이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다. 일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다. 이 경우, 플라스마 소스와 챔버 내부 공간 사이에 제공된 유전체 커버의 온도는 공정에 영향을 미치므로 기판 전체에 대한 균일한 처리를 위해 유전체 커버의 영역별 온도는 균일하게 조절되어야 한다.
도 1은 플라스마를 이용하여 식각 공정을 처리하는 일반적인 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참고하면, 일반적인 기판 처리 장치(1)에는 하우징(2)의 개방된 상부를 덮는 유전체 커버(3)의 온도 조절을 위한 온도 조절 장치(4)가 유전체 커버(3)의 둘레에 제공된다. 이 경우, 유전체 커버(3)의 가장자리로부터 열 교환이 이루어지므로 유전체 커버(3) 전체를 일정 온도로 균일하게 조절하는데 많은 시간이 소비되고, 유전체 커버(3)의 영역별 온도 조절이 어렵다. 따라서, 다양한 공정 조건에 대한 유전체 커버(3)의 온도 제어가 용이하지 않다.
본 발명은 유전체 커버의 영역별 온도를 조절 할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 유전체 커버의 온도 조절 시간을 단축시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 유전체 커버 전체의 온도를 균일하게 할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 공정 조건에 따라 유전체 커버의 온도를 다양하게 제어 할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기판 전체에 대해 균일한 공정 처리를 할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 기판 처리 장치는 상부가 개방되고, 내부에 처리 공간을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 상면을 커버하는 유전체 커버;를 포함하는 챔버; 상기 처리 공간 내에 위치되고, 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 처리 공간 내로 공급되는 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스; 및 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 유닛을 포함하되, 상기 온도 조절 유닛은, 상기 유전체 커버의 내부에 제공된 온도 조절 부재를 가지는 제 1 온도 조절 유닛; 및 상기 유전체 커버의 둘레에 제공된 제 2 온도 조절 유닛;을 포함한다.
상기 온도 조절 유닛은, 상부에서 바라볼 때, 상기 유전체 커버와 중첩되도록 제공된 온도 조절 부재를 가지는 제 1 온도 조절 유닛; 및 상기 유전체 커버의 둘레에 제공된 제 2 온도 조절 유닛;을 포함한다.
상기 온도 조절 유닛은, 제 1 온도 조절 방식으로 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 가지는 제 1 온도 조절 유닛; 및 상기 제 1 온도 조절 방식과 상이한 제 2 온도 조절 방식으로 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 제 2 온도 조절 유닛;을 포함한다.
상기 온도 조절 부재는, 상기 유전체 커버 내에 형성되고, 열유체가 흐르는 유로;로 제공되고, 상기 제 1 온도 조절 유닛은, 상기 열유체와 열을 교환하는 열 교환 부재; 및 상기 유로 내부로 열유체를 순환 시키는 순환 부재;를 더 포함한다.
상기 유전체 커버는, 상하 방향으로 순차적으로 서로 접촉되게 배열된 제 1 유전체 판; 제 2 유전체 판; 및 제 3 유전체 판을 포함하고, 상기 유로는 상기 제 2 유전체 판에 형성된다.
상기 유로는, 상기 제 2 유전체 판을 상하 방향으로 관통함으로써 형성된다.
상기 제 1 온도 조절 방식 및 상기 제 2 온도 조절 방식 중 하나는 유체와의 열 교환을 통한 방식이고, 다른 하나는 열선을 이용한 방식이다.
상기 제 1 온도 조절 방식은 상기 유전체 커버 내에 제공되고 열유체가 흐르는 유로를 이용하는 방식이고, 상기 제 2 온도 조절 방식은 상기 유전체 커버의 둘레를 감싸도록 제공된 열선을 이용하는 방식이다.
상기 열유체는, 기체로 제공된다.
상기 온도 조절 유닛은, 상기 유전체 커버의 온도를 측정하는 온도 측정기; 및 측정된 상기 유전체 커버의 온도 값에 따라 상기 제 1 온도 조절 유닛 및 상기 제 2 온도 조절 유닛을 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 제 2 온도 조절 유닛은, 상기 유전체 커버의 둘레에 제공된 열선;을 포함한다.
또한 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 기판 처리 방법은 제 1 공정 시간에는 상기 제 1 온도 조절 유닛을 이용하여 유전체 커버의 온도를 조절하고, 상기 제 1 공정 시간과 상이한 제 2 공정 시간에는 상기 제 2 온도 조절 유닛을 이용해 유전체 커버의 온도를 조절한다.
상기 제 1 공정 시간은, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하기 전의 시간이고, 상기 제 2 공정 시간은, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 시간이다.
상기 제 1 온도 조절 유닛은, 상기 유전체 커버 내부에 형성된 유로를 통해 설정 온도의 유체를 순환시킴으로써 상기 유전체 커버의 온도를 조절한다.
상기 제 2 온도 조절 유닛은, 열선을 이용해 상기 유전체 커버의 온도를 조절한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법은 유전체 커버의 영역별 온도를 조절 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법은 유전체 커버의 온도 조절 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법은 유전체 커버 전체의 온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법은 공정 조건에 따라 유전체 커버의 온도를 다양하게 제어 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 방법은 기판 전체에 대해 균일한 공정 처리를 할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 온도 조절 유닛을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 유전체 커버의 분해 사시도이다.
도 5 내지 도 10는 도 2의 다른 실시 예들에 따른 유전체 커버를 나타낸 도면들이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 챔버 내에 플라즈마를 공급하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 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), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스(400), 배플 유닛(500) 그리고 온도 조절 유닛(600)을 포함한다.
챔버(100)는 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 하우징(110), 유전체 커버(120), 그리고 라이너(130)를 포함한다.
하우징(110)은 상부가 개방되고 내부에 처리 공간을 가진다. 처리 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 공간이다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정 압력으로 감압된다.
유전체 커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 커버한다. 유전체 커버(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부공간을 밀폐시킨다. 유전체 커버(120)는 분리 가능하도록 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 유전체 커버(120)의 내부에는 유로(611)가 형성된다. 또한, 유전체 커버(120)는 복수개의 유전체 판을 포함할 수 있다.
라이너(130)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 라이너(130)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(130)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(130)를 지지한다. 라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(130)로 교체할 수 있다.
챔버(100)의 처리 공간 내에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 정전 척(210), 절연 플레이트(250) 그리고 하부 커버(270)를 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치된다.
정전 척(210)은 유전판(220), 전극(223), 히터(225), 지지판(230), 그리고 포커스 링(240)을 포함한다.
유전판(220)은 정전 척(210)의 상단부에 위치한다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치한다. 유전판(220)에는 제1 공급 유로(221)가 형성된다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다.
유전판(220)의 내부에는 하부 전극(223)과 히터(225)가 매설된다. 하부 전극(223)은 히터(225)의 상부에 위치한다. 하부 전극(223)은 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제1 하부 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(223)과 제1 하부 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 하부 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON) 되면, 하부 전극(223)에는 직류 전류가 인가된다. 하부 전극(223)에 인가된 전류에 의해 하부 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착된다.
히터(225)는 제2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 히터(225)는 제2 하부 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함한다.
유전판(220)의 하부에는 지지판(230)이 위치한다. 유전판(220)의 저면과 지지판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(230)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착된다. 지지판(230)에는 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232), 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성된다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1 순환 유로(231)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성된다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2 순환 유로(232)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성된다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 지지판(230)의 상면으로 제공된다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결한다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 한다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 지지판(230)을 냉각한다. 지지판(230)은 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(240)은 챔버(100) 내에서 플라즈마가 기판(W)과 마주하는 영역으로 집중되도록 한다.
지지판(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)에 상응하는 단면적으로 제공된다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)과 하부 커버(270) 사이에 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 지지판(230)과 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.
하부 커버(270)는 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 지지 유닛(200)을 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지(grounding)되도록 한다. 제1 하부 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 하부 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c)등은 연결 부재(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(270) 내부로 연장된다.
가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부의 처리 공간에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 저장부(330)를 포함한다. 가스 공급 노즐(310)은 밀폐 커버(120)의 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(310)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 밀폐 커버(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100)의 처리 공간으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 공급 노즐(310)과 가스 저장부(330)를 연결한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(330)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(310)에 공급한다. 가스 공급 라인(320)에는 밸브(321)가 설치된다. 밸브(321)는 가스 공급 라인(320)을 개폐하며, 가스 공급 라인(320)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.
플라즈마 소스(400)는 챔버(100)의 처리 공간 내에 공급되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(400)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나 실(410), 안테나(420), 그리고 플라즈마 전원(430)을 포함한다. 안테나 실(410)은 하부가 개방된 원통 형상으로 제공된다. 안테나 실(410)은 내부에 공간이 제공된다. 안테나 실(410)은 챔버(100)와 대응되는 직경을 가지도록 제공된다. 안테나 실(410)의 하단은 밀폐 커버(120)에 탈착 가능하도록 제공된다. 안테나(420)는 안테나 실(410)의 내부에 배치된다. 안테나(420)는 복수 회 감기는 나선 형상의 코일로 제공되고, 플라즈마 전원(430)과 연결된다. 안테나(420)는 플라즈마 전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. 플라즈마 전원(430)은 챔버(100) 외부에 위치할 수 있다. 전력이 인가된 안테나(420)는 챔버(100)의 처리공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정가스는 전자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.
배플 유닛(500)은 하우징(110)의 내측벽과 지지부재(400)의 사이에 위치된다. 배플 유닛(500)은 관통홀(511)이 형성된 배플(510)을 포함한다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120)의 온도를 조절한다. 온도 조절 유닛(600)은 제 1 온도 조절 유닛 및 제 2 온도 조절 유닛을 포함한다. 제 1 온도 조절 유닛은 제 1 온도 조절 방식으로 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 가진다. 제 2 온도 조절 유닛은 제 2 온도 조절 방식으로 유전체 커버의 온도를 조절한다. 제 2 온도 조절 방식은 제 1 온도 조절 방식과 상이하다. 제 1 온도 조절 방식 및 제 2 온도 조절 방식 중 하나는 유체와의 열 교환을 통한 방식일 수 있고, 다른 하나는 열선을 이용한 방식일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 온도 조절 유닛(600)의 일 실시 예에 대해 설명한다.
도 3은 도 2의 온도 조절 유닛(600)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 일 실시 예에 따르면, 온도 조절 유닛(600)은 제 1 온도 조절 유닛(600), 제 2 온도 조절 유닛(600), 온도 측정기(630) 그리고 제어기(640)를 포함한다.
제 1 온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120)를 그 내부로부터 온도 조절하도록 제공된다. 제 1 온도 조절 유닛(600)은 온도 조절 부재(611), 열 교환 부재(612) 및 순환 부재(613)를 포함한다.
온도 조절 부재(611)는 유전체 커버(120)의 내부에 제공된다. 상부에서 바라볼 때, 온도 조절 부재(611)는 유전체 커버(120)와 중첩되도록 제공된다. 따라서, 유전체 커버(120)와 열 교환을 함으로써, 유전체 커버(120)의 온도를 그 내부로부터 조절한다. 온도 조절 부재(611)는 유전체 커버(120) 내에 형성되고, 열유체가 흐르는 유로(611)로 제공된다. 열유체는 설정된 온도로 유로(611)에 공급되어 유로(611)를 순환한다. 따라서, 유전체 커버(120)를 그 내부로부터 설정된 온도로 조절할 수 있다. 열유체는 기체 또는 액체로 제공될 수 있다.
도 4는 도 2의 유전체 커버(120)의 분해 사시도이다. 도 4를 참조하면, 예를 들면, 유전체 커버(120)는 제 1 유전체 판(121), 제 2 유전체 판(122) 및 제 3 유전체 판(123)을 포함한다. 제 1 유전체 판(121), 제 2 유전체 판(122) 및 제 3 유전체 판(123)은 상하 방향으로 순차적으로 서로 접촉되게 배열된다. 유로(611)는 제 2 유전체 판(122)에 형성된다. 유로(611)는 제 2 유전체 판(122)을 상하 방향으로 관통함으로써 형성된다. 유전체 커버(120)는 상부에서 바라볼 때 링 형상으로 제공될 수 있다.
도 5 내지 도 10는 도 2의 다른 실시 예들에 따른 유전체 커버(120)를 나타낸 도면들이다.
도 5를 참고하면, 도 4의 경우와 달리, 제 2 유전체 판(122)은 복수개가 상하 방향으로 순차적으로 서로 접촉되게 배열되게 제공된다. 복수개의 제 2 유전체 판(122) 중 일부에는 유로(611)가 형성되고, 다른 일부에는 유로(611)가 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 복수개의 유로(611)는 각각의 열교환 부재 및 순환 부재에 연결되고, 제어기에 의해 유전체 커버(120)의 온도에 따라 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
도 6을 참고하면, 도 4 또는 도 5의 경우와 달리, 유전체 커버(120)는 제 4 유전체 판(124) 및 제 5 유전체 판(125)을 포함한다. 제 4 유전체 판(124) 및 제 5 유전체 판(125)은 상하 방향으로 순차적으로 서로 접촉되게 배열된다. 제 4 유전체 판(124)의 하면 및 제 5 유전체 판(125)의 상면에는 서로 대향되게 제공되고, 각각 내측으로 만입된 유로가 형성될 수 있다.
도 7을 참고하면, 도 6의 제 4 유전체 판(124) 및 제 5 유전체 판(125)이 각각 복수개로 제공됨으로써, 유로(611)가 복수개로 제공될 수 있다. 또한, 도 8을 참고하면, 제 5 유전체 판(125)의 상면에 아래 방향으로 만입되게 형성될 수 있다. 이와 달리, 유로(611)는 제 4 유전체 판(124)의 하면에 윗 방향으로 만입되게 형성될 수 있다.
도 9를 참고하면, 상부에서 바라볼 때, 유로(611)는 유전체 커버(120)의 중심부로 갈수록 직경이 작아지는 형태로 제공될 수 있다. 이와 달리, 상부에서 바라볼 때, 유로(611)는 동심의 복수개의 링 형상으로 제공될 수 있다. 도 10을 참고하면, 예를 들면, 유로는 2개로 제공될 수 있다. 이 경우, 복수개의 유로(611a, 611b)는 각각의 열교환 부재 및 순환 부재에 연결되고, 제어기에 의해 유전체 커버(120)의 온도에 따라 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 유로(611)가 상하 방향을 따라 이격되어 복수개가 제공되는 경우(도 5 및 도 7 참고), 각각의 유로(611)는 상부에서 바라볼 때, 서로 동일한 형태로 제공될 수 있다. 이와 달리, 각각의 유로(611)는 상부에서 바라볼 때, 서로 상이한 형태로 제공될 수 있다.
도 5 내지 도 10의 경우, 상술한 차이점 외의 구성, 구조 및 기능 등은 도 4의 경우와 유사하다.
다시 도 2 및 도 3을 참고하면, 열 교환 부재(612)는 열유체와 열을 교환한다. 열 교환 부재(612)의 내부에는 열유체가 저장된다. 열 교환 부재(612)는 내부에 저장된 열유체를 설정 온도로 냉각 또는 가열한다.
순환 부재(613)는 유로(611) 내부로 열유체를 순환시킨다. 예를 들면, 순환 부재는 유로(611) 및 열 교환 부재(612)의 사이에 배치되어 열 교환 부재(612)에 의해 설정 온도로 조절된 열유체를 유로(611)의 내부로 공급하고, 유로(611)를 순환한 열유체를 열 교환 부재(612)로 회귀시킨다.
제 2 온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120)의 둘레에 제공된다. 따라서, 제 2 온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120)를 그 에지부의 외측면으로부터 온도 조절 하도록 제공된다. 예를 들면, 제 2 온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120)의 둘레에 제공된 열선을 포함할 수 있다. 따라서, 열선은 라이너(130) 또는 하우징(110)의 측벽의 내부에 제공될 수 있다.
온도 측정기(630)는 유전체 커버(120)의 온도를 측정한다. 온도 측정기는 유전체 커버(120)에 형성된 온도 측정홀(126)에 삽입되어 유전체 커버(120) 내부의 설정된 위치에서의 온도를 측정한다.
제어기(640)는 온도 측정기(630)에 의해 측정된 유전체 커버(120)의 온도 값에 따라 제 1 온도 조절 유닛(600) 및 제 2 온도 조절 유닛(600)을 제어한다. 예를 들면, 실험을 통해 온도 측정기(630)에 의해 측정되는 유전체 커버(120)의 일정 위치의 온도 값에 따른 유전체 커버(120)의 영역별 온도 분포를 측정한다. 따라서, 제어기(640)는 실험 결과를 토대로, 측정된 온도에 따라 열 교환 부재(612), 순환 부재(613) 및 제 2 온도 조절 유닛(600)을 제어하여 유전체 커버(120)의 온도를 조절한다.
이하, 상술한 도 2의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하도록 한다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 기판 처리 방법은, 제 1 공정 시간에는 제 1 온도 조절 유닛(600)을 이용하여 유전체 커버(120)의 온도를 조절하고, 제 1 공정 시간과 상이한 제 2 공정 시간에는 제 2 온도 조절 유닛(600)을 이용해 유전체 커버(120)의 온도를 조절한다.
예를 들면, 제 1 공정 시간은, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하기 전의 시간이고, 상기 제 2 공정 시간은, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 시간일 수 있다.
이 경우, 제 1 공정 시간에서는 짧은 시간 내에 유전체 커버(120)의 온도를 설정 온도로 균일하게 조절해야 하므로, 제 1 온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120) 내부에 형성된 유로(611)를 통해 설정 온도의 유체를 순환시킴으로써 유전체 커버(120)의 내부로부터 직접 유전체 커버(120)의 온도를 조절한다.
제 2 공정 시간에서는, 플라스마 생성시 발생되는 열에 의해 일반적으로 유전체 커버(120)의 중앙 영역의 온도가 가장자리 영역의 온도에 비해 높아지므로, 제 2 온도 조절 유닛(600)은, 열선을 이용해 유전체 커버(120)의 가장자리 영역의 온도를 높임으로써, 유전체 커버(120)의 온도를 조절한다.
이와 달리, 제 1 공정 시간 및 제 2 공정 시간에서는, 각각의 공정 상태에 따라 제 1 온도 조절 유닛(600) 및 제 2 온도 조절 유닛(600)은 유전체 커버(120)를 가열 또는 냉각함으로써, 유전체 커버(120)의 온도를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기판 처리 장치 및 방법은 유전체 커버(120)의 온도에 따라, 유전체 커버(120)의 온도를 그 내부로부터 직접 조절할 수 있고, 유전체 커버(120)의 영역별 온도를 조절할 수 있도록 제공된다. 따라서, 유전체 커버의 온도 조절 시간을 단축시킬 수 있고, 유전체 커버 전체의 온도를 균일하게 할 수 있으며, 공정 조건에 따라 유전체 커버의 온도를 다양하게 제어 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 기판 처리 장치 및 방법은 기판 전체에 대해 균일한 공정 처리를 할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 W: 기판
100: 챔버 120: 유전체 커버
200: 지지 유닛 300: 가스 공급 유닛
400: 플라스마 소스 500: 배플 유닛
600: 온도 조절 유닛 610: 제 1 온도 조절 유닛
620: 제 2 온도 조절 유닛 630: 온도 측정기
640: 제어기

Claims (15)

  1. 상부가 개방되고, 내부에 처리 공간을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 상면을 커버하는 유전체 커버;를 포함하는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 위치되고, 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 처리 공간 내로 공급되는 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스; 및
    상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 유닛을 포함하되,
    상기 온도 조절 유닛은,
    상기 유전체 커버의 내부에 제공된 온도 조절 부재를 가지는 제 1 온도 조절 유닛; 및
    상기 유전체 커버의 둘레에 제공된 제 2 온도 조절 유닛;을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 상부가 개방되고, 내부에 처리 공간을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 상면을 커버하는 유전체 커버;를 포함하는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 위치되고, 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 처리 공간 내로 공급되는 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스; 및
    상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 유닛을 포함하되,
    상기 온도 조절 유닛은,
    상부에서 바라볼 때, 상기 유전체 커버와 중첩되도록 제공된 온도 조절 부재를 가지는 제 1 온도 조절 유닛; 및
    상기 유전체 커버의 둘레에 제공된 제 2 온도 조절 유닛;을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 상부가 개방되고, 내부에 처리 공간을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 상면을 커버하는 유전체 커버;를 포함하는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 위치되고, 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 처리 공간 내로 공급되는 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 플라스마 소스; 및
    상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 유닛을 포함하되,
    상기 온도 조절 유닛은,
    제 1 온도 조절 방식으로 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 가지는 제 1 온도 조절 유닛; 및
    상기 제 1 온도 조절 방식과 상이한 제 2 온도 조절 방식으로 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 제 2 온도 조절 유닛;을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 온도 조절 부재는, 상기 유전체 커버 내에 형성되고, 열유체가 흐르는 유로;로 제공되고,
    상기 제 1 온도 조절 유닛은,
    상기 열유체와 열을 교환하는 열 교환 부재; 및
    상기 유로 내부로 열유체를 순환 시키는 순환 부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유전체 커버는,
    상하 방향으로 순차적으로 서로 접촉되게 배열된 제 1 유전체 판; 제 2 유전체 판; 및 제 3 유전체 판을 포함하고,
    상기 유로는 상기 제 2 유전체 판에 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유로는, 상기 제 2 유전체 판을 상하 방향으로 관통함으로써 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 조절 방식 및 상기 제 2 온도 조절 방식 중 하나는 유체와의 열 교환을 통한 방식이고, 다른 하나는 열선을 이용한 방식인 기판 처리 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 조절 방식은 상기 유전체 커버 내에 제공되고 열유체가 흐르는 유로를 이용하는 방식이고,
    상기 제 2 온도 조절 방식은 상기 유전체 커버의 둘레를 감싸도록 제공된 열선을 이용하는 방식인 기판 처리 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 열유체는 기체로 제공되는 기판 처리 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 온도 조절 유닛은,
    상기 유전체 커버의 온도를 측정하는 온도 측정기; 및
    측정된 상기 유전체 커버의 온도 값에 따라 상기 제 1 온도 조절 유닛 및 상기 제 2 온도 조절 유닛을 제어하는 제어기를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제 2 온도 조절 유닛은, 상기 유전체 커버의 둘레에 제공된 열선;을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    제 1 공정 시간에는 상기 제 1 온도 조절 유닛을 이용하여 유전체 커버의 온도를 조절하고,
    상기 제 1 공정 시간과 상이한 제 2 공정 시간에는 상기 제 2 온도 조절 유닛을 이용해 유전체 커버의 온도를 조절하는 기판 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 공정 시간은, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하기 전의 시간이고,
    상기 제 2 공정 시간은, 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 시간인 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 조절 유닛은, 상기 유전체 커버 내부에 형성된 유로를 통해 설정 온도의 유체를 순환시킴으로써 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 기판 처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 온도 조절 유닛은, 열선을 이용해 상기 유전체 커버의 온도를 조절하는 기판 처리 방법.
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