KR20180025598A - 기판 지지 유닛 및 이를 가지는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 본 발명의 실시예는 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 그리고 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 지지판 및 상기 지지판의 상면에 증착되는 코팅면을 포함하되, 상기 지지판의 상면과 상기 코팅면은 서로 상이한 표면 거칠기 값을 가진다. 이로 인해 기판과 안착면 간에 틈이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

Description

기판 지지 유닛 및 이를 가지는 기판 처리 장치{Unit for supporting substrate and Apparatus for treating substrate with the unit}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 그리고 세정 공정에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다.
일반적으로 플라즈마 처리 공정은 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 챔버 내에 위치된 기판은 플라즈마 처리된다. 플라즈마 처리 공정 중에는 기판이 한계 온도보다 높아지는 것을 방지하기 위해, 기판으로 열전달 가스가 공급된다.
도 1과 같이, 열 전달 가스는 기판을 지지하는 지지판으로부터 토출된다. 지지판에는 복수의 홈들 및 토출홀들이 형성되고, 홈들에는 열 전달 가스가 채워진다. 이로 인해 기판이 한계 온도 이상으로 과열되는 것을 방지할 수 있다.
그러나 기판이 지지되는 안착면은 가공의 한계 및 재질의 특성으로 인해 다소 큰 표면 거칠기 값을 가질 수 있다. 즉, 안착면의 표면 거칠기는 높아질수록 기판과 안착면 사이에는 다량의 틈이 발생되며, 열 전달 가스는 상기 틈을 통해 유출된다. 이로 인해 기판은 불균일하게 가열된다.
뿐만 아니라, 상기 틈을 통해 안착면에는 공정 가스 또는 공정 부산물이 증착될 수 있으며, 안착면이 플라즈마 또는 공정 가스와 반응하여 증착 부산물이 형성될 수 있다. 이러한 증착물에 의해 기판은 안착면으로부터 들뜬 상태로 안착될 수 있으며, 이는 심각한 공정 불량을 야기한다.
본 발명은 기판과 안착면 간에 틈이 발생되는 것을 최소화할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 기판의 가스 처리 시 발생되는 공정 불량을 최소화할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 그리고 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 지지판 및 상기 지지판의 상면에 증착되는 코팅면을 포함하되, 상기 지지판의 상면과 상기 코팅면은 서로 상이한 표면 거칠기 값을 가진다.
상기 지지판은 상기 미세 분자가 미증착된 비코팅면과 상기 코팅면을 포함하되, 상기 지지판의 상면은 상기 코팅면에 비해 더 높은 표면 거칠기 값을 가질 수 있다. 상기 코팅면은 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 상기 코팅면은 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 재질로 제공될 수 있다, 또한 상기 코팅면은 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 상기 지지판의 상면에는 복수의 열 전달홈들 및 복수의 토출홀들이 형성되고, 상기 장치는 상기 토출홀들에 열 전달 가스를 공급하는 열 전달 가스 라인 및 열 전달 가스의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 더 포함하되, 상기 토출홀은 상기 열 전달홈과 통하도록 제공될 수 있다. 상기 장치는 상기 공정 가스을 여기시키는 플라즈마 소스를 더 포함하되, 상기 공정 가스는 플루오린기(-F)를 포함할 수 있다.
기판 지지 유닛은 기판이 놓이는 지지판 및 상기 지지판의 상면에 증착되는 코팅면을 포함하되, 상기 지지판의 상면과 상기 코팅면은 서로 상이한 표면 거칠기 값을 가진다.
상기 지지판의 상면은 상기 코팅면에 비해 더 높은 표면 거칠기 값을 가질 수 있다. 상기 코팅면은 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판이 안착되는 안착면은 미세 분자가 증착된 코팅면으로 제공된다. 이로 인해 기판과 안착면 간에 틈이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 안착면으로부터 토출되는 열전달 가스가 기판과 안착면 간에 틈을 통해 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 안착면의 표면 거칠기 값을 낮추므로, 안착면에 불순물이 증착되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적은 기판 지지 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 지지판을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 지지판의 안착면을 보다 확대해 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 2의 배플을 보여주는 평면도이다.
도 6는 도 4의 지지판의 안착면에 미세 분자를 코팅하기 전과 후를 보여주는 실험 데이터이다.
도 7은 도 4의 안착면의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 실시예에서는 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 기판을 식각 처리하는 기판 처리 장치를 일 예로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 공정 가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치라면 다양한 공정에 적용 가능하다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 소스(400), 그리고 배플(500)을 포함한다.
챔버(100)은 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(110)을 제공한다. 챔버(100)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(150)이 형성된다. 배기홀(150)에는 감압 부재(600)가 연결된다. 감압 부재(600)는 처리 공간(110)을 감압하고, 처리 공간(110)은 진공 분위기를 형성할 수 있다. 또한 처리 공간(110)에 발생된 공정 부산물 및 공정 가스는 배기홀(150)을 통해 배기될 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 처리 공간(110)에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(200)은 지지판(210), 코팅면(A), 포커스링(250), 그리고 베이스(230)를 포함한다. 지지판(210)은 유전체 재질을 포함하는 유전판(210)으로 제공된다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 내부 전극(212)이 설치된다. 내부 전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전력을 인가받는다. 내부 전극(212)은 인가된 전력(미도시)으로부터 기판(W)이 유전판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 내부 전극(212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다.
도 3은 도 2의 지지판을 보여주는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 유전판(210)의 상면에는 복수의 열 전달홈들(222)이 형성된다. 따라서 열 전달홈들(222)에 의해 유전판(210)과 이에 안착되는 기판(W) 간에는 사이 공간(222)이 형성된다. 본 실시예에는 사이 공간(222)을 열 전달 공간(222)으로 정의한다. 각각의 열 전달 홈(222)에는 토출홀(224)이 통하도록 형성된다. 일 예에 의하면, 열 전달 홈(222)을 형성하는 바닥면에는 토출홀(224)이 형성될 수 있다. 열 전달홈(222)과 토출홀(224)은 일대일 대응되게 위치될 수 있다. 선택적으로, 하나의 홈(222)에는 복수의 토출홀들(224)이 형성될 수 있다. 토출홀(224)은 유전판(210)의 내부에 형성되는 유로(224)로 제공된다. 유전판(210)의 중앙 영역에 대응되게 위치되는 유로를 중앙 유로(224a)로 정의하고, 유전판(210)의 에지 영역에 대응되게 위치되는 유로를 에지 유로(224b)로 정의한다. 중앙 유로(224a) 및 에지 유로(224b)는 서로 독립된 유로로 제공된다. 이에 따라 기판(W)의 중앙 영역과 에지 영역을 서로 상이한 온도로 열 처리할 수 있다.
중앙 유로(224a) 및 에지 유로(224b) 각각에는 열 전달 가스 라인(226)이 연결된다. 열 전달 가스 라인(226)은 중앙 유로(224a) 및 에지 유로(224b) 각각에 열 전달 가스를 공급한다. 이에 따라 열 전달 가스는 열 전달 공간(222)으로 공급될 수 있다. 열 전달 가스 라인(226)에는 온도 조절 부재(228)가 설치된다. 온도 조절 부재(228)는 복수 개로 제공된다. 온도 조절 부재들(228)은 열 전달 가스를 서로 상이한 온도로 조절 가능하다. 일 예에 의하면, 온도 조절 부재(228)는 중앙 유로(224a)에 공급되는 열 전달 가스를 제1온도로 조절하고, 에지 유로(224b)에 공급되는 열 전달 가스를 제2온도로 조절할 수 있다. 제1온도 및 제2온도는 서로 상이한 온도일 수 있다. 제2온도는 제1온도에 비해 높은 온도일 수 있다. 열 전달 가스는 헬륨(He) 또는 질소(N2)일 수 있다.
도 4는 도 3의 지지판의 안착면을 보다 확대해 보여주는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 코팅면(A)은 지지판(210)의 상면에 증착된다. 이에 따라 코팅면(A)은 기판과 직접 접촉되는 안착면(A)으로 제공된다. 일 예에 의하면, 코팅면(A)은 미세 분자가 증착되어 형성된 면(A)일 수 있다. 코팅면(A)은 지지판(210)의 상단 및 열 전달 공간(222)을 형성하는 면에 증착될 수 있다. 코팅면(A)은 지지판(210)의 상면(B), 즉 비코팅면(B)에 비해 작은 표면 거칠기 값을 가진다. 즉, 코팅면(A)은 비코팅면(B)에 비해 덜 거칠게 제공된다. 일 예에 의하면, 코팅면(A) 및 비코팅면(B)은 세라믹을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 비코팅면(B)은 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함하는 재질로 제공되고, 코팅면(A)은 산화 이트륨(Y2O3)을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
선택적으로 비코팅면(B) 및 코팅면(A) 각각은 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 비코팅면(B) 및 코팅면(A)이 동일 재질로 제공될지라도, 코팅면(A)은 비코팅면(B)에 미세 분자를 증착시키는 가공법을 코팅되므로, 비코팅면(B)에 비해 표면 거칠기 값이 작을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 베이스(230)는 유전판(210)을 지지한다. 베이스(230)는 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정결합된다. 베이스(230)의 상면은 그 중앙 영역이 에지 영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(230)는 그 상면의 중앙 영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(230)의 내부에는 냉각 유로(232)가 형성된다. 냉각 유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각 유로(232)는 베이스(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 베이스(230)에는 외부에 위치된 고주파 전원(234)과 연결된다. 고주파 전원(234)은 베이스(230)에 전력을 인가한다. 베이스(230)에 인가된 전력은 챔버(100) 내에 발생된 플라즈마가 베이스(230)를 향해 이동되도록 안내한다. 베이스(230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.
포커스링(250)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(250)은 내측링(252) 및 외측링(254)을 포함한다. 내측링(252)은 유전판(210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내측링(252)을 베이스(230)의 에지 영역에 위치된다. 내측링(252)의 상면은 유전판(210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공된다. 내측링(252)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 에지 영역을 지지한다. 예컨대, 내측링(252)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 외측링(254)은 내측링(252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 외측링(254)은 베이스(230)의 에지 영역에서 내측링(252)과 인접하게 위치된다. 외측링(254)의 상면은 내측링(252)의 상면에 비해 그 높이가 높게 제공된다. 외측링(254)은 절연 물질로 제공될 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 기판 지지 유닛(200)에 지지된 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 저장부(350), 가스 공급 라인(330), 그리고 가스 유입 포트(310)를 포함한다. 가스 공급 라인(330)은 가스 저장부(350) 및 가스 유입 포트(310)를 연결한다. 가스 저장부(350)에 저장된 공정 가스는 가스 공급 라인(330)을 통해 가스 유입 포트(310)으로 공급한다. 가스 유입 포트(310)는 챔버(100)의 상부벽에 설치된다. 가스 유입 포트(310)는 기판 지지 유닛(200)과 대향되게 위치된다. 일 예에 의하면, 가스 유입 포트(310)는 챔버(100) 상부벽의 중심에 설치될 수 있다. 가스 공급 라인(330)에는 밸브가 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나, 그 내부 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 공정 가스는 식각 가스일 수 있다. 공정 가스는 플루오린기(-F)를 포함하는 가스일 수 있다.
플라즈마 소스(400)는 챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(400)로는 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나(410) 및 외부 전원(430)을 포함한다. 안테나(410)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(410)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부 전원(430)과 연결된다. 안테나(410)는 외부 전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(410)는 챔버(100)의 처리 공간(110)에 방전 공간을 형성한다. 방전 공간 내에 머무르는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
배플(500)은 처리 공간(110)에서 플라즈마를 영역 별로 균일하게 배기시킨다. 도 5는 도 2의 배플을 보여주는 평면도이다. 도 5를 참조하면, 배플(500)은 처리 공간(110)에서 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(400)의 사이에 위치된다. 배플(500)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(500)에는 복수의 관통홀들(502)이 형성된다. 관통홀들(502)은 상하방향을 향하도록 제공된다. 관통홀들(502)은 배플(500)의 원주방향을 따라 배열된다. 관통홀들(502)은 슬릿 형상을 가지며, 배플(500)의 반경방향을 향하는 길이 방향을 가진다.
상술한 실시예에 의하면, 지지판의(210)의 상면에는 코팅면(A)이 증착되고, 코팅면(A)은 기판이 안착되는 안착면으로 제공된다. 이로 인해 도 6과 같이, 안착면은 종래에 비해 표면 거칠기 값을 줄이고, 기판(W)과 안착면 간에 틈을 줄일 수 있다. 이에 따라 열 전달 가스가 열 전달 공간(222)으로부터 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 틈에 공정 부산물이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한 안착면은 코팅면(A)을 포함하므로, 종래의 안착면과 공정 가스가 서로 반응하여 발생된 부산물(AlF3)이 증착되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 기판(W)이 안착면으로부터 기울어지게 안착되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예에는 코팅면(A)이 지지판(210)의 상단 및 열 전달 공간(222)을 형성하는 면을 포함하는 것으로 설명하였다. 그러나 도 7과 같이, 코팅면(A)은 지지판(210)의 상단으로 제공되고, 비코팅면(B)은 열 전달 공간(222)을 형성하는 면으로 제공될 수 있다.
또한 코팅면(A)은 지지판(210)의 외측면에 더 증착될 수 있다.
A: 코팅면 B: 비코팅면
222: 열 전달홈 224: 토출홀
226: 열 전달 가스 라인 228: 온도 조절 부재

Claims (10)

  1. 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
    상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되,
    상기 기판 지지 유닛은,
    지지판과;
    상기 지지판의 상면에 증착되는 코팅면을 포함하되,
    상기 지지판의 상면과 상기 코팅면은 서로 상이한 표면 거칠기 값을 가지는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지판은 상기 미세 분자가 미증착된 비코팅면과 상기 코팅면을 포함하되,
    상기 지지판의 상면은 상기 코팅면에 비해 더 높은 표면 거칠기 값을 가지는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅면은 세라믹 재질을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코팅면은 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 코팅면은 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지판의 상면에는 복수의 열 전달홈들 및 복수의 토출홀들이 형성되고,
    상기 장치는,
    상기 토출홀들에 열 전달 가스를 공급하는 열 전달 가스 라인과;
    열 전달 가스의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 더 포함하되,
    상기 토출홀은 상기 열 전달홈과 통하도록 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 공정 가스을 여기시키는 플라즈마 소스를 더 포함하되,
    상기 공정 가스는 플루오린기(-F)를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 기판이 놓이는 지지판과;
    상기 지지판의 상면에 증착되는 코팅면을 포함하되,
    상기 지지판의 상면과 상기 코팅면은 서로 상이한 표면 거칠기 값을 가지는 기판 지지 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지지판의 상면은 상기 코팅면에 비해 더 높은 표면 거칠기 값을 가지는 기판 지지 유닛.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 코팅면은 산화이트륨(Y2O3)을 포함하는 재질로 제공되는 기판 지지 유닛.

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