KR20210003984A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버, 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 기판 지지 유닛은, 기판을 흡착하는 지지면을 가지는 기판 지지부, 기판의 가장자리를 둘러싸도록 배치되어 기판을 고정하는 링 부재, 링 부재를 상하로 구동하는 구동 부재 및 구동 부재에 제공되어 링 부재의 온도를 측정하는 온도 측정 부재를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
플라스마는 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온, 전자, 라디칼등으로 이루어진 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라스마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라스마 상태로 여기된 입자들이 기판에 증착된 박막들과 충돌함으로써 수행된다.
이러한 식각 공정에 의해 기판뿐만 아니라 챔버 내의 부품들에도 식각이 진행될 수 있으며, 기판을 감싸는 링 부재가 식각되는 경우 플라즈마 처리 효율이 감소할 수 있다. 플라즈마 처리 효율이 감소되는 것을 방지하기 위하여 링 부재의 식각량에 따라 링 부재를 교체하여야 하는데, 링 부재를 자주 교체하는 경우 링 부재의 교체 비용이 증가하는 문제가 있었다. 이에 따라, 링 부재를 교체하는 대신 링 부재를 리프트 핀에 의해 승하강하여 링 부재의 식각량을 보상하는 방법이 있었다. 다만, 링 부재는 챔버 내 플라즈마의 상태, 링 어셈블리의 상태 및 링의 식각 상태에 따라 온도가 달라질 수 있으며, 이러한 링 부재의 온도 변화는 공정에 영향을 미치므로 공정이 진행되는 동안 링 부재의 온도를 측정할 필요가 있었다.
본 발명의 목적은 리프트 핀에 의해 승하강되는 링 부재의 온도를 측정할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버, 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은, 기판을 흡착하는 지지면을 가지는 기판 지지부, 기판의 가장자리를 둘러싸도록 배치되어 상기 기판을 고정하는 링 부재, 상기 링 부재를 상하로 구동하는 구동 부재 및 상기 구동 부재에 제공되어 상기 링 부재의 온도를 측정하는 온도 측정 부재를 포함한다.
여기서, 상기 온도 측정 부재는, 상기 링 부재로부터 방출된 광이 이동하는 광섬유 및 상기 광섬유를 통해 상기 링 부재로부터 방출된 광을 수광하여 상기 링 부재의 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 구동 부재는, 상기 링 부재에 연결되는 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 구동하는 구동 모터를 포함하고, 상기 광섬유는, 상기 리프트 핀 내부를 관통하여 상기 링 부재에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 리프트 핀은, 상기 링 부재의 서로 다른 영역에 복수 개 제공되고, 상기 온도 측정부는, 상기 링 부재의 서로 다른 영역의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 온도 측정부는, 적외선 온도계일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 플라즈마를 이용하여 기판 지지 유닛에 지지된 기판을 처리하되, 상기 기판 지지 유닛에 지지된 기판을 감싸도록 배치되는 링 부재에서 방출되는 광을 수광하여 상기 링 부재의 온도를 측정한다.
여기서, 상기 링 부재에 연결되는 광섬유를 통해 상기 링 부재로부터 방출되는 광을 수광하여 상기 링 부재의 온도를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 광섬유는 상기 링 부재의 서로 다른 영역에 복수 개 제공되고, 상기 복수 개의 광섬유를 통해 상기 링 부재의 서로 다른 영역에서 방출되는 광을 수광하여 상기 링 부재의 서로 다른 영역의 온도를 측정할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 리프트 핀에 의해 승하강되는 링 부재의 온도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 측정 부재를 상세히 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
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 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치 및 방법에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판처리장치(10)는 챔버(100), 가스 공급 유닛(200), 플라즈마 발생 유닛(300), 기판 지지 유닛(400), 그리고 링 어셈블리(500)를 포함한다.
챔버(100)는 공정이 진행되는 처리 공간을 제공한다. 챔버(100)는 원통 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(111)이 형성된다. 배기홀(111)은 펌프(113)가 장착된 배기라인(115)과 연결된다. 배기라인(115)을 통해 제공되는 진공압은 챔버(100)의 내부를 감압시킨다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 가스는 배기라인(115)을 통해 외부로 배출된다. 챔버(100)의 일측면에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다.
챔버(100) 내에는 라이너(150)가 제공된다. 라이너(150)는 상부 및 하부가 개방된 원통형상으로 제공된다. 라이너(150)는 챔버(100)의 내측면과 상응하는 반경을 가진다. 라이너(150)는 챔버(100)의 내측면을 감싸도록 위치된다. 라이너(150)는 챔버(100)의 내측면이 손상되거나 내측면에 반응 부산물이 증착되는 것을 방지한다.
챔버(100)의 내부에는 배플(170)이 제공된다. 배플(170)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(170)은 라이너(150)와 기판 지지 유닛(400)의 사이에 위치된다. 배플(170)에는 복수의 홀들(171)이 형성된다. 배플(170)은 챔버(100)의 내부 전체 영역에서 공정가스의 흐름을 조절한다. 예컨대, 배플(170)은 공정가스가 챔버(100)의 내부에서 균일하게 흐르도록 할 수 있다.
가스 공급 유닛(200)은 챔버(100)의 내부에 공정가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(200)은 가스저장부(250), 가스공급라인(230), 그리고 가스유입포트(210)를 포함한다. 가스공급라인(230)은 가스저장부(250)와 가스유입포트(210)를 연결한다. 가스저장부(250)에 저장된 공정가스는 가스공급라인(230)을 통해 가스유입포트(210)로 공급된다. 가스공급라인(230)에는 밸브가 설치되어 그 통로를 개폐하거나, 그 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(300)은 챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 안테나(310) 및 외부전원(330)을 포함한다. 안테나(310)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(310)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부전원(330)과 연결된다. 안테나(310)는 외부전원(330)으로부터 전력을 인가받는다.
기판 지지 유닛(400)은 챔버(100)의 내부에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(400)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(400)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(400)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(400)은 유전판(410), 베이스(430), 그리고 절연판(450)을 포함한다. 유전판(410), 베이스(430), 그리고 절연판(450)은 위에서 아래방향을 따라 순차적으로 배치된다.
유전판(410)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(410)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(410)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(410)의 내부에는 하부전극(414)이 설치된다. 하부전극(414)에는 하부전원(414)이 연결되고, 하부전원(414)으로부터 전력을 인가받는다. 전력을 인가받은 하부전극(414)은 기판(W)이 유전판(410)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(410)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(416)가 설치된다. 히터(416)는 하부전극(414)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(416)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.
베이스(430)는 유전판(410)을 지지한다. 베이스(430)는 유전판(410)의 아래에 위치되며, 유전판(410)과 고정결합된다. 베이스(430)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(430)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(410)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(430)의 내부에는 냉각유로(432)가 형성된다. 냉각유로(432)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(432)는 베이스(430)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다.
절연판(450)은 베이스(430)의 아래에 위치된다. 절연판(450)은 베이스(430)에 대응되는 크기로 제공된다. 절연판(450)은 챔버(100)의 바닥면과 베이스(430) 사이에 위치된다. 절연판(450)은 절연재질로 제공되며, 베이스(430)와 챔버(100)를 전기적으로 절연시킨다.
링 어셈블리(500)는 링 부재(540), 조절 부재(550) 및 온도 측정 부재(600)를 포함한다. 링 부재(540)는 기판 지지 유닛(400)에 지지된 기판을 감싸도록 제공된다. 링 부재(540)는 플라즈마를 기판으로 집중시키는 포커스 링일 수 있다. 링 부재(540)는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 링 부재(540)의 상면은 그 외측부가 내측부에 비해 높게 단차진 형상으로 제공될 수 있다. 링 부재(540)의 상면 내측부는 유전판(410)과 동일한 높이를 가지도록 제공될 수 있다. 링 부재(540)의 상면 내측부는 기판의 저면 가장자리 영역을 지지할 수 있고, 링 부재(540)의 외측부는 기판의 측부 영역을 감싸도록 제공될 수 있다. 또한, 도 1에서 링 부재(540)는 하나가 제공되는 것으로 도시되나, 이에 한정되지 않고 링 부재(540)는 복수 개 제공될 수도 있다.
조절 부재(550)는 링 부재(540)의 높이를 조절한다. 조절 부재(550)는 리프트 핀(552), 구동기(554) 및 제어기(556)를 포함한다. 리프트 핀(552)은 복수 개 제공될 수 있다. 구동기(554)는 리프트 핀(552)을 승강 및 하강시킬 수 있으며, 복수의 리프트 핀(552)에 대응되는 복수의 구동 모터로 제공될 수 있다. 또한, 복수의 리프트 핀(552)은 하나의 구동 모터로 구동될 수도 있다. 제어기(556)는 구동기(554)를 제어하여 리프트 핀(552)의 높이를 조절한다. 제어기(556)는 챔버(100) 내부에 제공되는 식각량 측정 유닛(미도시)에 의해 측정된 링 부재(540)의 식각 량에 기초하여 링 부재(540)의 높이를 조절할 수 있다.
온도 측정 부재(600)는 링 부재(540)의 온도를 측정한다. 온도 측정 부재(600)는 광섬유(610) 및 온도 측정부(620)를 포함할 수 있다. 광섬유(610)는 링 부재(540)로부터 방출된 광이 이동하는 공간을 제공한다. 광섬유(610)는 리프트 핀(552)의 내부를 관통하여 링 부재(540)에 연결될 수 있다. 또한, 광섬유(610)는 리프트 핀(552)에 연결되어 리프트 핀(552)으로부터 방출되는 광이 이동하는 공간을 제공할 수도 있다. 즉, 광섬유(610)는 리프트 핀(552)을 관통하여 링 부재(540)와 온도 측정부(620)를 연결하거나, 또는 리프트 핀(522)에 연결되어 리프트 핀(522)과 온도 측정부(620)를 연결할 수도 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 리프트 핀(522)이 복수 개 제공되는 경우, 광섬유(610-1, 610-2)는 복수 개의 리프트 핀(522) 각각에 제공될 수 있다.
온도 측정부(620)는 링 부재(540)로부터 방출된 광을 수광하여 링 부재(540)의 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 온도 측정부(620)는 적외선 온도계일 수 있다. 이 경우, 온도 측정부(620)는 링 부재(540)에서 방출되는 적외선 광을 수광하여 링 부재(540)의 온도를 측정할 수 있다. 온도 측정부(620)는 광섬유(610)를 통해 링 부재(540)로부터 방출된 광을 수광하거나, 또는 광섬유(610)를 통해 리프트 핀(522)으로부터 방출된 광을 수광할 수도 있다. 예를 들어, 온도 측정부(620)는 광섬유(610)가 리프트 핀(522)을 관통하여 링 부재(540)에 연결되는 경우, 광섬유(610)를 통해 링 부재(540)에서 방출된 광을 수광하여 링 부재(540)의 온도를 직접 측정할 수 있다. 다른 예로, 온도 측정부(620)는 광섬유(610)가 리프트 핀(522)에 연결되는 경우, 광 섬유(610)를 통해 리프트 핀(522)으로부터 방출된 광을 수광하여 리프트 핀(522)의 온도를 측정하여 리프트 핀(522)에 연결된 링 부재(540)의 온도를 간접적으로 측정할 수도 있다. 이 경우, 리프트 핀(522)은 전기 전도도가 좋은 재질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 리프트 핀(522)은 사파이어 또는 쿼츠 재질로 제공될 수 있다. 또한, 온도 측정부(620)는 광섬유(610-1, 610-2)가 복수 개의 리프트 핀(522) 각각에 제공되는 경우, 복수 개의 리프트 핀(522)이 각각 연결되는 링 부재(540)의 서로 다른 영역의 온도를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 링 부재에서 방출되는 광을 수광하여 링 부재의 온도를 측정한다(S310). 이 경우, 링 부재로부터 방출되는 광은 링 부재에 연결되는 광섬유를 통해 수광할 수 있다. 또한, 광섬유는 링 부재의 서로 다른 영역에 복수 개 제공되고, 복수 개의 광섬유를 통해 링 부재의 서로 다른 영역에서 방출되는 광을 수광하여 링 부재의 서로 다른 영역의 온도를 측정할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 리프트 핀에 의해 승하강되는 링 부재의 온도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시 예와 달리, 플라즈마 발생 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용될 수 있다. 용량 결합형 플라즈마는 챔버(100)의 내부에 위치하는 제1전극 및 제2전극을 포함할 수 있다. 제1전극 및 제2전극은 챔버(100)의 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되고, 각각의 전극은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정가스는 여기되어 플라즈마 상태로 여기될 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: 챔버 200: 가스 공급 유닛
300: 플라즈마 발생 유닛 400: 기판 지지 유닛
500: 링 어셈블리 540: 링 부재
550: 조절 부재 600: 온도 측정 부재
610: 광섬유 620: 온도 측정부

Claims (8)

  1. 내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하되,
    상기 기판 지지 유닛은,
    기판을 흡착하는 지지면을 가지는 기판 지지부;
    기판의 가장자리를 둘러싸도록 배치되어 상기 기판을 고정하는 링 부재;
    상기 링 부재를 상하로 구동하는 구동 부재; 및
    상기 구동 부재에 제공되어 상기 링 부재의 온도를 측정하는 온도 측정 부재;를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정 부재는,
    상기 링 부재로부터 방출된 광이 이동하는 광섬유; 및
    상기 광섬유를 통해 상기 링 부재로부터 방출된 광을 수광하여 상기 링 부재의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 부재는,
    상기 링 부재에 연결되는 리프트 핀; 및
    상기 리프트 핀을 구동하는 구동 모터;를 포함하고,
    상기 광섬유는, 상기 리프트 핀 내부를 관통하여 상기 링 부재에 연결되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리프트 핀은, 상기 링 부재의 서로 다른 영역에 복수 개 제공되고,
    상기 온도 측정부는, 상기 링 부재의 서로 다른 영역의 온도를 측정하는 기판 처리 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 온도 측정부는, 적외선 온도계인 기판 처리 장치.
  6. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    플라즈마를 이용하여 기판 지지 유닛에 지지된 기판을 처리하되,
    상기 기판 지지 유닛에 지지된 기판을 감싸도록 배치되는 링 부재에서 방출되는 광을 수광하여 상기 링 부재의 온도를 측정하는 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 링 부재에 연결되는 광섬유를 통해 상기 링 부재로부터 방출되는 광을 수광하여 상기 링 부재의 온도를 측정하는 기판 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광섬유는 상기 링 부재의 서로 다른 영역에 복수 개 제공되고, 상기 복수 개의 광섬유를 통해 상기 링 부재의 서로 다른 영역에서 방출되는 광을 수광하여 상기 링 부재의 서로 다른 영역의 온도를 측정하는 기판 처리 방법.

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