KR20180046946A - 기판 지지 유닛, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

기판 지지 유닛, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 존(Multi Zone)을 갖는 기판 지지 유닛에 있어서 온도 센서의 수를 최소화시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 고주파전력을 제공하는 고주파전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며, 상기 지지 유닛은: 기판이 놓이는 지지판; N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터; 및 상기 N개의 영역을 M개(M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하고, 각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

기판 지지 유닛, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법{SUBSTRATE SUPPORT UNIT, APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME, AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 기판 지지 유닛, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 과정에서 기판의 온도를 제어하기 위한 기판 온도 제어 장치가 필요하다. 기존의 기판 온도 제어 장치는 기판의 영역별로 온도를 조절하는 복수 개의 히터에 대응되는 복수 개의 센서를 사용하였다.
그러나 최근 주목받는 멀티 존(Multi Zone)을 갖는 기판의 경우, 100개 이상의 가열 유닛이 요구되고 이에 대응되는 센서가 구비되어야 하여 기존의 장비보다 매우 큰 장비가 요구된다. 이러한 장비의 부피 증가는 장비의 부피를 줄여나가는 최근 동향에 역행하는 결과가 될 수 있다. 또한, 히터별로 센서를 장착하기 어려움으로 인해 정상적인 온도 제어가 불가능한 문제점이 발생하였다.
본 발명은 멀티 존(Multi Zone)을 갖는 기판 지지 유닛에 있어서 온도 센서의 수를 최소화시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 고주파전력을 제공하는 고주파전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며, 상기 지지 유닛은: 기판이 놓이는 지지판; N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터; 및 상기 N개의 영역을 M개(M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하고, 각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 M개의 온도 센서로부터 제공받는 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절할 수 있다.
상기 지지판은 격자 형상의 N개의 영역으로 구획될 수 있다.
상기 지지판이 원판 형상으로 제공될 때, 상기 제어부는 상기 N개의 영역을상기 지지판의 원주 방향으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화할 수 있다.
상기 제어부는 상기 N개의 영역을 상기 지지판의 중앙 영역 및 하나 이상의 가장자리 영역으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛은, 기판이 놓이는 지지판; N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터; 및 상기 N개의 영역을 M개(M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하고, 각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 M개의 온도 센서로부터 제공받는 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절할 수 있다.
상기 지지판은 격자 형상의 N개의 영역으로 구획될 수 있다.
상기 지지판이 원판 형상으로 제공될 때, 상기 제어부는 상기 N개의 영역을상기 지지판의 원주 방향으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화할 수 있다.
상기 제어부는 상기 N개의 영역을 상기 지지판의 중앙 영역 및 하나 이상의 가장자리 영역으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 기판이 놓이는 지지판과, N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터를 포함하는 기판 처리 장치를 제어하는 방법은, 상기 N개의 영역을 M개((M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하는 단계; 및 각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 M개의 온도 센서로 측정된 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 N개의 영역을 M개((M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하는 단계는, 상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 멀티 존(Multi Zone)을 갖는 기판 지지 유닛에 있어서 온도 센서의 수를 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 지지 유닛의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 N개의 히터를 그룹화하여 온도 센서를 연결한 것을 나타낸 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 격자 형상으로 구획된 지지판을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같이 구획된 영역들을 동심원 형태로 분할하여 4개의 그룹으로 그룹화한 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 바와 같이 구획된 영역들을 하나의 중앙 영역 및 하나 이상의 가장자리 영역으로 분할하여 5개의 그룹으로 그룹화한 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 바와 같이 구획된 영역들을 하나의 중앙 영역 및 하나 이상의 가장자리 영역으로 분할하여 17개의 그룹으로 그룹화한 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 10은 도 8의 S810단계를 구체적으로 나타내는 예시적인 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 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(620), 기판 지지 어셈블리(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 그리고 플라즈마 발생 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(620)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(620)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 접지될 수 있다. 챔버(620)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(620)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(620) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측벽을 보호하여 챔버(620)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(620)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(620)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 가열 유닛(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격되어 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
가열 유닛(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생한 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 가열 유닛(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 가열 유닛(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 위치할 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(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 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 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 형성될 수 있다. 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, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 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 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 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 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(620)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(620) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(620)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 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(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 챔버(620) 내부에서 기판 지지 어셈블리(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 어셈블리(200)와 대향하게 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(620)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(620)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 어셈블리(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(620)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(620) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(620)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(620) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(620)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(620) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(600)은 챔버(620) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(600)은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(610), 고주파 전원에 전기적으로 연결되어 고주파 전력을 인가받는 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)을 포함할 수 있다.
제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 코일(621)의 직경은 제2 코일(622)의 직경보다 작아 챔버(620) 상부의 안쪽에 위치하고, 제2 코일(622)은 챔버(620) 상부의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 고주파 전원(610)으로부터 고주파 전력을 인가받아 챔버에 시변 자기장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 챔버(620)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
본 명세서에 있어서 설명되는 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 설명되었으나, 이에 제한되지 않으며 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma) 타입으로 구성될 수도 있다.
CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(620)에 상부 전극 및 하부 전극, 즉 몸체가 포함될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 처리 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 하부 전극뿐만 아니라 상부 전극도 RF 전원에 의해 RF 신호를 인가받아 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 공급받을 수 있으며, 각 전극에 인가되는 RF 신호의 수는 도시된 바와 같이 하나로 제한되지는 않는다. 양 전극 간의 공간에는 전기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행된다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 어셈블리(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(620) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(620)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 고주파 전원에서 생성된 고주파 전력은 플라즈마 소스에 인가될 수 있으며, 그로 인해 챔버(620) 내에 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 어셈블리(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 지지 유닛의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 지지판이 4개의 영역으로 구성된 경우를 예시적으로 나타낸다.
도 2를 참조하면, 각 영역마다 히터가 장착되며 각 영역의 온도 제어를 위해 히터마다 온도 센서가 연결된다. 또한 각 온도 센서로부터 값을 입력받아 온도 제어기가 각 영역의 온도를 조절하며, 온도 제어기와 히터 사이에는 SCR(silicon controlled rectifier)가 연결될 수 있다.
그러나 도 2와 같은 방법으로는 상술한 바와 같이, 영역의 수가 증가할 경우 히터별로 모두 온도 센서를 장착하기 어려워 정밀한 온도 제어가 어려워진다는 문제점이 발생한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛(700)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛(700)은 지지판(200), 히터(225), 및 제어부(710)를 포함한다.
상기 지지판(200)은 기판이 놓이도록 제공된다. 히터(225)는 N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각 영역을 가열하도록 N개가 제공된다. 도 3은 예시적으로 8개의 영역으로 구획된 지지판의 각 영역을 가열하도록 8개의 히터가 제공된 경우를 나타낸다.
상기 제어부(710)는 상기 N개의 영역을 M개(M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면 제어부(710)는 8개의 영역을 4개의 그룹으로 그룹화할 수 있다. 그 후, 제어부(710)는 각각의 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개이 온도 센서를 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 예시에서는 각 영역마다 온도 센서를 연결하여 총 4개의 온도 센서를 연결할 수 있다.
상기 제어부(710)는 상기 M개의 온도 센서로부터 제공받는 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어할 수 있다. 제어부(710)는 적용 공정이나 해당 기판 지지 유닛의 정전 척의 특성에 따라서 그룹의 수, 및 그룹에 포함되는 영역의 개수를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(710)는 상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절할 수 있다. 기판 영역별로 정밀한 온도 제어가 필요한 공정의 경우 그룹의 수를 늘릴 수 있으며, 정밀한 온도 제어가 덜 중요한 공정의 경우에는 그룹의 수를 줄일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 각 그룹에 포함되는 영역의 개수는 상이할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 N개의 히터를 그룹화하여 온도 센서를 연결한 것을 나타낸 예시적인 도면이다.
도 4에 도시된 것처럼, 온도 센서 1에는 히터 3개, 온도 센서 2에는 히터 4개가 연결되는 등 N개의 영역들이 그룹화되면서 각 그룹에 포함되는 영역의 수는 달라질 수 있다. 제어부(710)는 공정 진행 중에도 필요에 따라 그룹에 포함되는 영역의 수를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(710)는 온도 제어 영역 자체를 확대 및 축소할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 지지판(220)은 격자 형상의 N개 영역으로 구획될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 격자 형상으로 구획된 지지판을 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 격자 형상으로 구획된 각각의 정사각형 영역들마다 대응되는 히터가 설치될 수 있다. 영역의 형태는 정사각형 형태로 제한되지 않으며, 지지판(220)은 다양한 형태로 구획될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 바와 같이 구획된 영역들을 동심원 형태로 분할하여 4개의 그룹으로 그룹화한 것을 나타내는 도면이다.
그러나 그룹화하는 형태는 이에 제한되지 않으며, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 하나의 중앙 영역과 복수 개의 가장자리 영역으로 분할하여 그룹화할 수도 있다. 일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 5개의 그룹으로 그룹화 할 수 있다. 또는 다른 예로, 17개의 그룹으로 그룹화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법의 예시적인 흐름도(800)이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(800)은 N개의 영역을 M개의 그룹으로 그룹화하는 단계(S810), 및 상기 각각의 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 단계(S820)를 포함할 수 있다.
계속해서, 상기 M개의 온도 센서로 측정된 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어할 수 있다(S830). 이 때, 각 영역에 포함되는 하나 이상의 히터에 대해 오프셋 보정을 통해 히터별로 온도를 조절할 수 있다(S840).
도 10은 도 8의 S810단계를 구체적으로 나타내는 예시적인 흐름도이다. S810에 있어서, 상기 N개의 영역을 M개의 그룹으로 그룹화하는 단계는 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이에서 가변적으로 조절하는 단계(S811)를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 적용 공정 또는 정전 척의 특성에 따라서 그룹의 수(M)를 선택할 수 있다.
상기와 같은 기판 처리 장치 제어 방법은 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어 어플리케이션 형태로 실행될 수 있고, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장될 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합 되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10 : 기판 처리 장치
200 : 지지판
225 : 히터
700 : 기판 지지 유닛
710 : 제어부
720 : 온도 센서
730 : SCR
740 : 제어부
800 : 기판 처리 장치 제어 방법

Claims (15)

  1. 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    고주파전력을 제공하는 고주파전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며,
    상기 지지 유닛은:
    기판이 놓이는 지지판;
    N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터; 및
    상기 N개의 영역을 M개(M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하고, 각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 M개의 온도 센서로부터 제공받는 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어하는 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절하는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 지지판은 격자 형상의 N개의 영역으로 구획되는 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 지지판이 원판 형상으로 제공될 때, 상기 제어부는 상기 N개의 영역을상기 지지판의 원주 방향으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화하는 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 N개의 영역을 상기 지지판의 중앙 영역 및 하나 이상의 가장자리 영역으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화하는 기판 처리 장치.
  7. 기판이 놓이는 지지판;
    N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터; 및
    상기 N개의 영역을 M개(M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하고, 각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 제어부를 포함하는 기판 지지 유닛.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 M개의 온도 센서로부터 제공받는 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어하는 기판 지지 유닛.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절하는 기판 지지 유닛.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 지지판은 격자 형상의 N개의 영역으로 구획되는 기판 지지 유닛.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 지지판이 원판 형상으로 제공될 때, 상기 제어부는 상기 N개의 영역을상기 지지판의 원주 방향으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화하는 기판 지지 유닛.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 N개의 영역을 상기 지지판의 중앙 영역 및 하나 이상의 가장자리 영역으로 분할하여 M개의 그룹으로 그룹화하는 기판 지지 유닛.
  13. 기판이 놓이는 지지판과, N개(N은 2≤N인 자연수)의 영역으로 구획된 상기 지지판의 각각의 영역을 가열하는 N개의 히터를 포함하는 기판 처리 장치를 제어하는 방법으로,
    상기 N개의 영역을 M개((M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하는 단계; 및
    각각의 상기 그룹에 상기 그룹에 포함되는 영역의 온도를 측정하는 M개의 온도 센서를 연결하는 단계를 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 M개의 온도 센서로 측정된 측정값에 기반하여 상기 N개의 히터를 제어하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 N개의 영역을 M개((M은 1≤M＜N인 자연수)의 그룹으로 그룹화하는 단계는,
    상기 그룹의 수(M)를 1≤M＜N 사이 범위에서 가변적으로 조절하는 단계를 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
KR1020160141842A 2016-10-28 2016-10-28 기판 지지 유닛, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법 KR101870657B1 (ko)

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