KR20220092161A

KR20220092161A - 기판 처리장치

Info

Publication number: KR20220092161A
Application number: KR1020200183651A
Authority: KR
Inventors: 임상만
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-07-01

Abstract

쉐도우 링을 구비하는 기판 처리장치를 개시한다. 기판 처리장치는 기준 좌표계에 의해 내부의 위치가 특정되고 기판 처리공정을 수행하는 공정챔버, 공정챔버의 바닥부에 배치되어 처리대상 기판을 고정하는 기판 고정장치, 기판 고정장치의 주변부에 배치되어 기판의 에지영역을 균일한 간격으로 덮는 쉐도우 링, 쉐도우 링과 연결되는 다수의 리프트 및 다수 리프트를 개별적으로 구동하는 다수의 구동부를 구비하고 수직방향 이송에 의해 쉐도우 링의 위치를 조절하는 리프트 구조물 및 다수 리프트들과 쉐도우 링이 접속하는 접속지점의 위치오차를 보정하여 기판에 대한 쉐도우 링의 수평도를 제어하는 리프트 제어기를 포함한다. 기판에 대한 쉐도우 링의 수평도를 자동으로 간단하게 유지할 수 있다.

Description

기판 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING A SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 쉐도우 링(shadow ring)을 구비하는 반도체 기판 처리장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위한 공정은 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 성막공정과 상기 박막을 부분적으로 제거하여 일정한 형상특성을 갖는 패턴을 형성하는 패터닝 공정의 조합으로 이루어진다.

최근에는 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 정밀 성막공정 및 식각공정에 대한 수요가 높아지면서 플라즈마를 이용한 증착공정이나 식각 공정이 널리 이용되고 있다.

플라즈마 증착공정이나 식각공정은 공정챔버 내부로 공급된 반응가스를 강한 전자기장에 의해 플라즈마로 형성하고 플라즈마를 기판으로 유도하여 물리화학적 반응에 의해 흡착하거나 부분적으로 박막을 제거함으로써 수행된다.

이때, 반도체 기판의 에지영역에 대한 성막이나 식각은 후속공정에서 다양한 결합을 발생하게 된다. 예를 들면, 기판 에지가 식각되는 경우 후속공정에서 파티클에 의한 불량을 유발할 수 있고 에지영역 막질의 식각에 의해 전체 막질이 리프팅 되어 반도체 소자의 동작불량을 야기하게 된다.

이를 방지하기 위해 기판에 대한 플라즈마 처리공정이 진행되는 경우 기판의 주변부가 플라즈마에 노출되지 않도록 덮는 쉐도우 링(shadow ring)이 기판의 상부에 배치된다.

이러한 쉐도우 링의 효과를 최대한 발휘하기 위해서는 쉐도우 링과 기판과의 간격을 기판의 전면을 통하여 균일하게 유지하는 것이 요구된다.

상기 쉐도우 링은 기판을 고정하는 기판 고정 어셈블리에 결합되어 챔버의 높이방향을 따라 승하강하는 리프트에 결합되어 기판의 상부에 위치하게 된다. 예를 들면, 상기 쉐도우 링은 등간격으로 배치된 3~4개의 리프트에 지지되어 상방을 따라 승하강할 수 있다.

이때, 상기 리프트는 서로 독립적으로 구동하면서 쉐도우 링을 기판상부의 가공위치에 위치시키게 된다.

그러나, 쉐도우 링의 하중분포의 불균일성과 리프트의 모터를 포함하는 리트트 구조물의 기구오차나 동작오차 등에 의해 각 리프트의 이송오차에 따라 리프트에 결합된 쉐도우 링은 수평을 유지하기 어렵게 된다.

종래에는 작업자의 개인적인 경험에 의해 각 리프트의 위치오차를 검출하고 상기 위치오차를 리프트를 구동하는 모터의 동작특성에 반영하여 위치오차를 수정하고 있다.

그러나, 작업자의 개인적인 경험에 의해 위치오차를 측정함으로써 정확한 위치오차 검출이 어렵고 개인별 편차에 의해 위치오차 검출을 표준화 하기 어려운 점이 있다.

또한, 반도체 소자 제조용 단위 공정들을 진행할 때마다 기판에 형성되는 막의 두께가 달라지고 기판의 에지 영역에서의 기판특성이 다양하기 때문에 동일한 공정챔버에서 기판이 바뀔 때 마다 쉐도우 링의 수평여부를 작업자의 경험에 의존하여 검출하고 보정하는 것은 작업 정밀도와 공정 효율성을 현저하게 저하시키는 원인이 되고 있다.

본 발명의 일 목적은 다수 리프트의 수직위치를 균일하게 조절하여 쉐도우 링을 기판에 대하여 균일하게 배치할 수 있는 기판 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판처리장치는 기준 좌표계에 의해 내부의 위치가 특정되고 기판 처리공정을 수행하는 공정챔버, 상기 공정챔버의 바닥부에 배치되어 처리대상 기판을 고정하는 기판 고정장치, 상기 기판 고정장치의 주변부에 배치되어 상기 기판의 에지영역을 균일한 간격으로 덮는 쉐도우 링(shadow ring), 상기 쉐도우 링과 연결되는 다수의 리프트 및 상기 다수 리프트를 개별적으로 구동하는 다수의 구동부를 구비하고 수직방향 이송에 의해 상기 쉐도우 링의 위치를 조절하는 리프트 구조물, 및 상기 다수 리프트들과 상기 쉐도우 링이 접속하는 접속지점의 위치오차를 보정하여 상기 기판에 대한 상기 쉐도우 링의 수평도를 제어하는 리프트 제어기를 포함한다.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리장치에 의하면, 기판 처리공정이 수행되기 전에 각 리프트와 접속하는 접속위치에서 쉐도우 링의 위치오차를 자동으로 검출하여 리프트를 구동하는 구동부의 동작특성을 보정할 수 있다. 상기 위치오차는 리프트 구조물의 장비특성 오차이므로 구동부에 대한 동작특성이 보정된 후에는 기판과의 이격거리인 쉐도우 가공위치에 관한 좌표값만 입력함으로써 쉐도우 링과 기판 사이의 간격을 균일하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 기판과 쉐도우 링 사이의 수평도를 간단하게 높일 수 있다.

다만, 본 발명의 과제 및 효과는 상기 언급한 바에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리장치에서 쉐도우 링과 리프트 구조물 사이의 결합관계를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 기판 처리장치(1000)에 구비된 리프트 제어기(500)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 쉐도우 링의 기준위치와 광학 검출센서가 배치된 공정챔버를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치(1000)는 기준 좌표계에 의해 내부의 위치가 특정되고 기판 처리공정을 수행하는 공정챔버(100), 상기 공정챔버(100)의 바닥부에 배치되어 처리대상 기판(W)을 고정하는 기판 고정장치(200), 상기 기판 고정장치(200)의 주변부에 배치되어 상기 기판(W)의 에지영역(E)을 균일한 간격으로 덮는 쉐도우 링(shadow ring, 300), 상기 쉐도우 링(300)과 연결되는 다수의 리프트(410) 및 상기 다수 리프트(410)를 개별적으로 구동하는 다수의 구동부(420)를 구비하고 수직방향(z) 이송에 의해 상기 쉐도우 링(300)의 위치를 조절하는 리프트 구조물(400) 및 상기 다수 리프트들(410)과 상기 쉐도우 링(300)이 접속하는 접속지점(C)의 위치오차를 보정하여 상기 기판(W)에 대한 상기 쉐도우 링(300)의 수평도를 제어하는 리프트 제어기(500)를 포함한다. 상기 공정챔버(100)의 상부에는 기판 고정장치(200)와 대향하도록 배치되어 공정가스를 공급하는 가스 공급장치(600)가 배치되고 상기 공정챔버(100)로 공급된 공정가스를 플라즈마로 형성하기 위한 파워 공급부(700)가 상기 가스 공급장치(600)에 연결된다.

예를 들면, 상기 공정챔버(100)는 상기 기판 처리공정을 수행할 수 있는 내부공간을 구비하고 공정조건을 견딜 수 있는 충분한 강성과 강도를 갖는 입체 구조물로 제공된다. 본 실시예의 경우, 상기 기판 처리공정은 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 생성하고 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 가공하는 플라즈마 처리공정을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 공정챔버(100)는 플라즈마 처리공정에 충분한 강성과 강도를 갖도록 제공될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 플라즈마 처리공정은 플라즈마 식각공정을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술사상이 플라즈마 증착공정에도 적용될 수 있음은 자명하다.

상기 공정챔버(100)의 바닥에는 상기 기판(W)을 고정하는 기판 고정장치(200)가 배치되고 상기 기판 고정장치(200)와 대향하도록 공정챔버(100)의 상부에 가스 공급장치(600)가 배치된다.

예를 들면, 상기 기판 고정장치(200)는 몸체(210), 상기 몸체(210)의 상부에 배치되는 유전체(220), 상기 유전체(220)의 상부에 배치되어 상기 기판(W)을 고정하는 척 구조물(230) 및 플라즈마를 기판(W)으로 유동하여 가공 정밀도를 높일 수 있는 포커스 링(240)을 포함한다.

상기 몸체(210)는 공정챔버(100)의 바닥부에 배치되어 유전체(220)와 척 구조물(230)을 지지하는 기저 몸체로 제공된다. 예를 들면, 상기 몸체(210)는 일정한 두께를 갖는 평판 형상으로 제공되고 하부에 배치되는 몸체 구동부(미도시)에 의해 회전운동 및 3차원 선형운동을 할 수 있도록 제어된다. 따라서, 상기 몸체(210)는 수직방향(z)을 따라 승강 및 하강할 수 있다. 상기 유전체(220)의 내부에는 히터(222)가 배치되어 기판 처리공정이 진행되는 동안 처리대상 기판(W)을 가열할 수 있다.

상기 척 구조물(230)은 처리대상 기판(W)에 대응하는 형상을 갖고 상면에 기판(W)을 고정할 수 있다. 예를 들면, 상기 척 구조물(220)은 클램프와 같은 기계적 수단에 의해 기판을 고정할 수도 있고 내부에 정전기력을 발생하는 전극(미도시)을 배치하여 정전기력에 기판을 고정할 수도 있다. 따라서, 상기 기판(W)은 척 구조물(230)의 상면에 고정되어 상기 가스 공급장치(600)와 대향하도록 위치한다. 상기 포커스 링(240)은 선택적으로 배치되며 플라즈마를 기판(W)으로 집중시켜 기판 상면에서 플라즈마 밀도를 균일하게 유지할 수 있다.

상기 가스 공급장치(600)는 외부로부터 공급된 공정가스를 공정챔버(100) 내부로 균일하게 분사한다.

예를 들면, 상기 가스 공급장치(600)는 외부로부터 공급된 공정가스를 저장하는 버퍼공간과 상기 버퍼공간과 상기 공정챔버(100) 내부공간을 연결하는 다수의 샤워 홀을 구비하는 샤워헤드(610)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 공정가스는 기판(W) 상부의 내부공간으로 균일하게 공급된다.

상기 파워 공급부(700)는 공정챔버(100)의 내부로 고주파 전력을 공급한다. 상기 고주파 전력은 공정챔버(100) 내부에 전계를 조성하여 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 변화시킨다.

예를 들면, 상기 파워 공급부(700)에 인가되는 고주파 전력에 의해 플라즈마를 생성하고 상기 척 구조물(230)로 바이어스 파워를 인가하여 상기 플라즈마를 기판(W)으로 유도할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(W)에 대한 플라즈마 처리공정이 수행된다.

상기 공정챔버(100)의 내부공간은 측벽(102)과 몸체(210) 사이에 위치하는 분리벽(110)에 의해 기판에 대한 처리공정이 수행되는 처리공간과 공정가스의 잔류가스 및 공정 부산물을 배출하는 배출공간으로 구분된다. 상기 잔류가스와 공정 부산물은 분리벽(110)에 구비된 다수의 배출 홀(DH)을 통하여 배출공간으로 배출되고 배출공간과 연결된 펌프 구조물(P)에 의해 외부로 배출된다.

상기 쉐도우 링(300)은 플라즈마 처리공정이 수행되는 동안 기판(W)의 에지영역(E)을 덮어 상기 에지영역(E)이 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 에지영역(E)에 대해 플라즈마 처리공정이 수행되는 것을 최소화할 수 있다.

기판(W)의 에지영역(E)이 플라즈마에 노출되는 경우, 기판(W)의 측부와 하부의 베벨 영역에 막질이 형성되어 에지비드를 형성하거나 기판의 에지영역이 식각되어 기판으로부터 박막이 리프팅되는 불량이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 에지영역(E)의 상부에 쉐도우 링(300)을 배치하여 기판의 에지영역(E)과 플라즈마가 직접 접촉하는 것을 차단할 수 있다.

쉐도우 링(300)은 에지영역(E)을 덮도록 배치되므로 기판(W)의 주변부를 따라 연속적으로 배치되는 링 형상으로 제공된다. 이에 따라, 상기 쉐도우 링(300)은 내측단은 기판(W)의 상면에 배치되고 외측단은 척 구조물(230)의 외측에 배치되어 후술하는 리프트 구조물(400)에 연결된다. 상기 쉐도우 링(300)은 리프트 구조물(400)의 승강운동에 의해 수직방향(z)을 따라 승강 및 하강할 수 있다. 예를 들면, 상기 쉐도우 링(300)은 흑연이나 세라믹과 같이 내열성이 우수한 물질로 구성하여 플라즈마 처리공정의 고온환경에서도 충분한 내구성을 갖도록 구성할 수 있다.

플라즈마 처리공정이 진행되는 동안 기판(W)과 쉐도우 링(300) 사이의 간격(G)이 균일하지 않다면 기판 상부의 플라즈마가 상대적으로 간격이 넓은 쪽으로 유동하게 되어 에지 영역(E)에 대하여 부분적으로 플라즈마 처리공정이 수행되어 공정불량을 야기할 수 있다.

이에 따라, 후술하는 바와 같이 쉐도우 링(300)의 수직방향 위치오차를 검출하여 보정함으로써 기판(W)의 전면(whole surface)을 통하여 기판(W)과 동일한 간격(G)을 갖도록 쉐도우 링(300)을 배치할 수 있다.

상기 리프트 구조물(400)은 상기 쉐도우 링(300)과 연결되고 수직방향(z)을 따른 승강 및 하강운동을 통하여 상기 쉐도우 링(300)의 수직위치를 조절한다.

상기 쉐도우 링(300)은 공정챔버(100)로 기판(W)이 로딩되기 전에 상기 리프트 구조물(400)에 의해 상기 공정챔버(100)의 상부까지 상승되어 기판 처리공정을 위해 대기하는 기준위치에 먼저 위치한다. 이어서, 기판(W)이 기판 고정장치(200)에 고정되면 다시 리프트 구조물(400)에 의해 하강하여 기판(W)의 에지영역(E)으로부터 미리 설정된 간격(G)을 갖는 가공위치에 위치하게 된다. 즉, 쉐도우 링(300)은 기판 로딩 전에 기준위치로 상승하고 로딩 후에는 가공위치로 하강하도록 수직방향(z)을 따라 이동하게 된다.

예를 들면, 상기 리프트 구조물(400)은 쉐도우 링(300)과 연결되는 리프트(410) 및 상기 리프트(410)를 구동하는 구동부(420)로 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 리프트(410)는 선형모터의 구동토크에 의해 상기 공정챔버(100)의 높이방향(z)을 따라 승하강하는 강성 로드로 구성되고 상기 구동부(420)는 구동신호에 따라 구동 토크가 선형적으로 반응하는 선형모터로 구성될 수 있다.

따라서, 선형모터의 회전에 의해 강성 로드가 높이방향(z)을 따라 선형 이동하고 상기 로드의 선형이동에 따라 로드에 연결된 쉐도우 링(300)이 승강 및 하강하게 된다.

이때, 상기 리프트(410)는 척 구조물(230)의 주변부에 다수 배치되어 쉐도우 링(300)의 외측 배면에 연결되고 상기 몸체(210)와 독립적으로 승하강 운동하게 된다. 상기 구동부(420)는 리프트(410)의 하단부에 연결되어 구동 토크에 의해 리프트(410)를 선형 이동할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 리프트(410)는 공정 챔버(100)의 처리공간에 배치되고 상기 구동부(420)는 배출공간에 배치되는 것을 개시하고 있지만, 후술하는 리프트 제어기(500)와 연결될 수 있고 상기 리프트(410)의 선형 이송을 조절할 수 있다면 다양하게 배치될 수 있음은 자명하다.

특히, 상기 쉐도우 링(300)은 다수의 리프트(410)에 연결되고 상기 리프트(420)의 선형이동은 개별적인 구동부(420)에 의해 서로 독립적으로 제어된다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 처리장치에서 쉐도우 링(300)과 리프트 구조물(400) 사이의 결합관계를 나타내는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 리프트(410)는 쉐도우 링(300)의 배면을 따라 등간격으로 배치되어 쉐도우 링(300)과 연결되는 제1 내지 제3 로드(411, 412, 413)을 포함하고 상기 구동부(420)는 제1 내지 제3 로드(411, 412, 413)과 각각 개별적으로 연결되는 제1 내지 제3 모터(421, 422, 423)을 포함한다. 이에 따라, 상기 쉐도우 링(300)은 중심각이 120°를 이루는 서로 다른 3개의 접속지점(C1, C2, C3)에서 리프트(410)에 의해 지지된다.

이때, 상기 제1 내지 제3 모터(421, 422, 423)는 후술하는 서로 독립적으로 구동하므로 제1 내지 제3 로드(411, 412, 413)의 선형 이동거리는 개별적으로 결정된다.

이에 따라, 각 모터의 동작오차나 각 쉐도우 링(300)의 하중분포의 불균일성 및 각 로드의 기구오차와 같이 상기 리프트 구조물(400)에 고유하게 내재하는 내재오차에 의해 상기 로드(411, 412, 413)의 선형이동에 오차가 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 로드(411, 412, 413)에 연결된 쉐도우 링(300)의 수직방향(z) 위치가 상기 각 접속지점(C1, C2, C3)에서 서로 상이할 수 있다.

각 접속지점(C1, C2, C3)에서 수직위치에 오차가 발생하는 경우, 상기 쉐도우 링(300)은 서로 뒤틀리게 배치되어 수평도 불량을 유발하게 된다.

이때, 상기 리프트 제어기(500)는 상기 각 접속지점(C1, C2, C3)에서의 쉐도우 링(300)의 위치오차를 검출하고 상기 위치오차만큼 상기 각 모터(421, 422, 423)의 구동특성을 보정함으로써 각 접속지점에서의 위치오차를 상쇄시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 접속지점(C1, C2, C3)의 수직위치를 균일하게 설정함으로써 상기 쉐도우 링(300)의 수평도를 용이하게 조절할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 기판 처리장치(1000)에 구비된 리프트 제어기(500)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 3에 도시된 쉐도우 링의 기준위치와 광학 검출센서가 배치된 공정챔버를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 상기 리프트 제어기(500)는 상기 기판(W)이 상기 척 구조물(230)에 고정되기 전에 상승하여 기판 처리공정을 위해 대기하는 위치를 기준위치(Zr)로 설정하는 기준위치 설정부(510), 상기 기준위치(Zr)에 배치된 상기 쉐도우 링(300)의 위치를 상기 각 리프트(410) 별로 검출하여 검출위치(z)로 저장하는 위치 검출부(520), 상기 기준위치(Zr)와 상기 검출위치(z)의 차이를 상기 리프트 별 위치오차(E)로 수득하는 위치오차 연산기(530), 상기 각 리프트(410)에 대응하는 상기 구동부의 구동특성을 상기 위치오차만큼 보정하는 구동부 보정기(540) 및 상기 기판 처리공정이 진행되는 동안 상기 쉐도우 링(300)의 위치인 가공위치를 설정하는 가공위치 설정부(550)를 포함한다.

예를 들면, 상기 기준위치 설정부(510)는 상기 기준 좌표계의 원점면과 상기 쉐도우 링(300)의 기판 처리공정 대기위치인 기준위치(Zr)를 설정한다.

상기 공정챔버(100) 내부의 임의의 평면을 상기 기준 좌표계의 원점면(Z0)으로 설정할 수 있다. 원점면(Z0)은 기준 좌표계의 높이방향 원점에 대응하는 표면으로서 공정챔버(100) 내부에서 높이를 측정하는 기준으로 제공된다.

상기 원점면(Z0)은 기판 처리장치(1000)의 내부 구성과 쉐도우 링(300)의 구성에 따라 다양하게 제공될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 원점면(Z0)은 기판이 고정되는 기판 고정장치(200)의 기판 고정면을 원점면(Z0)으로 설정한다.

기판이 로딩되기 전 기판 고정장치(200)는 공정챔버(100)의 바닥부에 위치하므로 척 구조물(230)의 상면과 분리벽(110)의 상면이 인접하게 배치되고 상부의 샤워헤드(610)와 충분히 이격된다. 이에 따라, 기판 고정장치(200)의 상부에 배치되어 기판이 고정되는 면인 척 구조물(230)의 상면을 원점면으로 설정한다. 이에 따라, 상기 원점면(Z0)을 기준으로 공정챔버(100)의 처리공간의 모든 위치를 특정할 수 있다.

이와 달리, 상기 공정챔버(100) 자체의 바닥면을 원점면으로 설정할 수도 있다. 이 경우에는 처리공간과 배출공간을 구분하지 않고 공정챔버 내부공간의 모든 위치를 상기 기준 좌표계를 이용하여 특정할 수 있다.

또한, 상기 쉐도우 링(300)의 기준위치(Zr)를 설정한다. 상기 기준위치는 공정챔버(100)로 기판(W)이 로딩되기 전 리프트(410)를 상승시켜 기판 처리공정을 위해 쉐도우 링(300)이 대기하는 위치이다.

따라서, 상기 기준위치(Zr)는 상부의 샤워헤드(610)와 간섭하지 않고 쉐도우 링(300)과 기판 고정장치(200) 사이의 공간으로 기판이 로딩될 수 있다면 임의의 위치로 설정될 수 있다. 이때, 상기 기준위치(Zr)는 원점면(Z0)을 기준으로 높이방향(z)을 따른 좌표값으로 지정할 수 있다.

상기 원점면(Z0)과 기준위치(Zr)는 기판 처리장치(1000)의 작업자에 의해 기준위치 설정부(510)에 설정되고 저장된다. 예를 들면, 상기 기준위치 설정부(510)는 작업자와 데이터 교환을 할 수 있는 유저 인터페이스(UI)에 연결되어 원점면(Z0)과 기준위치(Zr)를 기준위치 설정부(510)에 용이하게 설정할 수 있다.

상기 위치 검출부(520)는 상기 공정챔버(100)의 내부에 배치되어 위치검출 신호에 따라 상기 기준위치(Zr)에 위치하는 상기 쉐도우 링(300)까지의 이격거리(d)를 검출하는 광학 검출센서(521) 및 상기 이격거리(d)를 상기 기준 좌표계에 의한 좌표값으로 변환하여 상기 검출위치에 관한 좌표를 생성하는 좌표 생성유닛(522)을 구비한다.

상기 구동부(420)에 대한 동작특성 오차가 반영되지 않은 경우, 공정챔버(100)는 기판 처리공정이 수행되기 전에 쉐도우 링(300)의 위치오차를 검출하여 구동부(420)에 반영하기 위한 보정과정을 수행하게 된다.

기판 고정장치(200)가 대기상태를 유지하여 척 구조물(230)의 상면이 원점면(Z0)으로 제공되는 경우 상기 리프트(410)는 설정된 기준위치(Zr)까지 상승하여 쉐도우 링(300)을 기준위치(Zr)에 위치시킨다.

이어서, 상기 광학 검출센서(521)를 원점면(Z0)인 척 구조물(230)의 상면에 배치하고 상부에 위치하는 쉐도우 링(300)의 배면을 향하도록 조정한다.

상기 광학 검출센서(521)는 상기 쉐도우 링(300)의 배면으로 광(R)을 조사하는 광 조사기(521a)와 상기 배면으로부터 반사되는 광을 검출하는 광 검출기(5231b)를 구비하여 비접촉식으로 쉐도우 링(300)과 광학 검출센서(521) 사이의 이격거리(d)를 검출한다.

이때, 상기 쉐도우 링(300)은 선택적으로 상기 광(R)에 대한 민감도가 높은 광 수용부(301)를 더 배치하여 검출동작의 정밀도를 높일 수 있다. 바람직하게는, 상기 광 수용부(301)는 쉐도우 링(300)과 리프트(410)가 접속하는 접속위치(C)에 인접하게 배치되어 리프트(410) 구동오차에 의한 위치오차를 정밀하게 검출하도록 설정할 수 있다.

상기 좌표 생성유닛(522)은 검출된 이격거리(d)를 상기 기준 좌표계에 의한 좌표값으로 변환하여 상기 검출위치에 관한 좌표를 생성하는 좌표 생성유닛(522)을 구비한다.

예를 들면, 상기 좌표 생성유닛(522)은 검출된 이격거리(d)와 상기 광학 검출센서(521)의 형상특성을 반영하여 상기 쉐도우 링(300)에 대한 검출위치를 높이방향(z)의 좌표값으로 변환할 수 있다.

이때, 상기 이격거리(d)는 제1 로드 내지 제3 로드(411, 412, 413)와 상기 쉐도우 링(300)이 접속하는 접속위치(C1, C2, C3)에서 각각 검출되고 좌표 생성유닛(522)은 각각 제1 내지 제3 검출위치의 좌표값(z1, z2, z3)으로 저장한다.

상기 위치오차 연산기(530)는 상기 기준위치(Zr)에 대한 상기 검출위치의 차이를 상기 위치오차로 검출한다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 접속위치(C1, C2, C3)에서 기준위치와 검출위치의 차이를 각각 제1 내지 제3 위치오차(E1, E2, E3) 아래의 식과 같이 검출한다.

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상기 리프트 구조물(400)에 내재하는 오차가 없는 경우 각 접속위치에서의 검출위치(z1, z2, z3)는 기준위치와 동일하지만, 상기 내재적 오차에 의해 각 접속위치(C1, C2, C3)에서 일정한 위치오차(E)를 갖게 된다. 이에 따라, 상기 구동부(420)의 동작특성을 보정하여 상기 위치오차(E)를 상쇄할 수 있다.

상기 구동부 보정기(540)는 상기 각 리프트(410)에 대응하는 상기 구동부(420)의 구동특성을 상기 위치오차(E)를 반영하도록 보정하여 상기 위치오차를 상쇄할 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 내지 제3 모터(421, 422, 423)의 동작을 제1 내지 제3 위치오차(E1, E2, E3)를 상쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 구동부 보정기(540)는 선형 모터를 제어할 수 있는 PCM 제어기를 포함할 수 있다.

제1 위치오차(E1)가 양의 위치오차를 갖는 경우 제1 검출위치(z1)가 기준위치(Zr)보다 높게 위치하는 것이므로 상기 제1 로드(411)의 높이방향(z) 이송량을 제1 위치오차(E1)만큼 줄이는 것이 요구된다. 이때, 상기 구동부 보정기(540)는 제1 모터(421)의 축 회전각을 제1 위치오차(E1)에 대응하도록 줄임으로써 제1 로드(411)의 단부위치를 기준위치(Zr)에 정렬시킬 수 있다.

제2 위치오차(E2)가 음의 위치오차를 갖는 경우 제2 검출위치(z2)가 기준위치(Zr)보다 낮게 위치하는 것이므로 상기 제2 로드(412)의 높이방향(z) 이송량을 제2 위치오차(E2)만큼 늘리는 것이 요구된다. 이때, 상기 구동부 보정기(540)는 제2 모터(422)의 축 회전각을 제2 위치오차(E2)에 대응하도록 늘림으로써 제2 로드(412)의 단부위치를 기준위치(Zr)에 정렬시킬 수 있다.

각 리프트(410)에 대한 위치오차(E)는 리프트 구조물(400)의 내재적 오차를 반영한 것이므로 리프트 구조물(400)에 의존하는 물리량이다. 따라서, 상기 리프트 구조물(400)의 장치구성이 동일한 경우에는 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 기판 처리공정이 수행되기 전에 위치오차 검출과 구동부 보정이 수행되면 동일한 리프트 구조물(400)에 대해서는 동일한 구동부(420) 보정에 의해 쉐도우 링(300)의 수평을 용이하게 맞출 수 있다.

이후, 상기 공정챔버(100)에서 다양한 두께를 갖는 기판(W)에 대해 기판 처리공정이 수행되는 경우 기판(W)과 쉐도우 링(300) 사이의 간격(G)만 리프트 제어기(500)에 설정하면 상기 기준위치(Zr)와 무관하게 간단한 위치설정만으로 쉐도우 링(300)과 기판(W) 사이의 수평을 유지할 수 있다.

상기 가공위치 설정부(550)는 상기 기판 처리공정이 진행되는 동안 상기 쉐도우 링(300)의 위치인 가공위치를 설정할 수 있다.

기판 고정장치(200)로 기판이 고정되고 몸체 구동부에 의해 척 구조물(230)이 상승하여 기판 가공위치에 위치하면, 기준위치(Zr)에 위치하는 쉐도우 링(300)은 하강하여 기판(W)의 상부에 위치하게 된다.

이때, 상기 리프트(410)는 작업자에 의해 설정된 가공위치까지 하강할 수 있고 상기 구동부(420)는 동작특성이 위치오차만큼 보정되어 있으므로 각 접속위치(C)에서 쉐도우 링(300)은 높이방향(z)을 따라 동일한 위치에 위치하게 된다.

이때, 상기 가공위치는 기판 고정위치(200)에 고정된 기판(W)의 특성을 고려하여 기판의 상면으로 일정한 간격(G)을 갖는 좌표로 특정될 수 있다. 이에 따라, 당해 기판(W)에 대한 기판 처리공정에 최적하게 요구되는 기판과 쉐도우 링(300) 사이의 간격을 기판의 전면을 통하여 균일하게 설정할 수 있다. 즉, 기판(W)과 쉐도우 링(300)의 수평도를 자동으로 유지할 수 있다.

이때, 상기 리프트 제어기(500)에는 상기 가공위치 설정부(550)와 연결되고 작업자와 데이터 교환을 할 수 있는 유저 인터페이스(UI)가 구비되어 상기 가공위치를 용이하게 리프트 제어기(500)로 입력할 수 있다.

상기 유저 인터페이스(UI)는 기준위치 설정부(510) 및 가공위치 설정부(550)와 동시에 연결되어 작업자와 리프트 제어기(500) 사이의 데이터 교환을 수행할 수 있다.

예를 들면, 상기 유저 인터페이스(UI)는 입력된 데이터나 상기 리프트 제어기(500)에 의해 가공된 데이터를 시각적으로 표시할 수 있는 디스플레이 유닛과 다양한 데이터 입력 및 출력 유닛을 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 처리장치에 의하면, 기판 처리공정이 수행되기 전에 각 리프트와 접속하는 접속위치에서 쉐도우 링의 위치오차를 자동으로 검출하여 리프트를 구동하는 구동부의 동작특성을 보정할 수 있다. 상기 위치오차는 리프트 구조물의 장비특성 오차이므로 구동부에 대한 동작특성이 보정된 후에는 기판과의 이격거리인 쉐도우 가공위치에 관한 좌표값만 입력함으로써 쉐도우 링과 기판 사이의 간격을 균일하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 기판과 쉐도우 링 사이의 수평도를 간단하게 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 공정챔버 200: 기판 고정장치
300: 쉐도우 링 400: 리프트구조물
500: 리프트 제어기 600: 가스 공급장치
700: 파워 공급기 1000: 기판 처리장치
410: 리프트 420: 구동기
510: 기준위치 설정부 520: 위치 검출부
530: 위치오차 연산기 540: 구동부 보정기
550: 가공위치 설정부

Claims

기준 좌표계에 의해 내부의 위치가 특정되고 기판 처리공정을 수행하는 공정챔버;
상기 공정챔버의 바닥부에 배치되어 처리대상 기판을 고정하는 기판 고정장치;
상기 기판 고정장치의 주변부에 배치되어 상기 기판의 에지영역을 균일한 간격으로 덮는 쉐도우 링(shadow ring);
상기 쉐도우 링과 연결되는 다수의 리프트 및 상기 다수 리프트를 개별적으로 구동하는 다수의 구동부를 구비하고 수직방향 이송에 의해 상기 쉐도우 링의 위치를 조절하는 리프트 구조물; 및
상기 다수 리프트들과 상기 쉐도우 링이 접속하는 접속지점의 위치오차를 보정하여 상기 기판에 대한 상기 쉐도우 링의 수평도를 제어하는 리프트 제어기를 포함하는 기판 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 리프트 제어기는,
상기 기판이 상기 기판 고정장치에 고정되기 전에 상승하여 기판 처리공정을 위해 대기하는 위치를 기준위치로 설정하는 기준위치 설정부;
상기 기준위치에 배치된 상기 쉐도우 링의 위치를 상기 각 리프트 별로 검출하여 검출위치로 저장하는 위치 검출부;
상기 기준위치와 상기 검출위치의 차이를 상기 리프트 별 위치오차로 수득하는 위치오차 연산기; 및
상기 각 리프트에 대응하는 상기 구동부의 구동특성을 상기 위치오차만큼 보정하는 구동부 보정기를 포함하는 기판 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 위치 검출부는,
상기 공정챔버의 내부에 배치되어 위치검출 신호에 따라 상기 기준위치에 위치하는 상기 쉐도우 링까지의 이격거리를 검출하는 광학 검출센서; 및
상기 이격거리를 상기 기준 좌표계에 의한 좌표값으로 변환하여 상기 검출위치에 관한 좌표를 생성하는 좌표 생성유닛을 구비하는 기판 처리장치.
제3항에 있어서, 상기 원점면은 상기 공정챔버의 바닥면 및 상기 기판이 고정되는 상기 고정장치의 기판 고정면 중의 어느 하나를 포함하는 기판 처리장치.
제3항에 있어서, 상기 광학 검출센서는 상기 쉐도우 링의 배면으로 검출광을 조사하는 광 조사기와 상기 배면으로부터 반사되는 반사광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 기판 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 위치오차 연산기는 상기 기준 좌표계를 기준으로 한 상기 기준위치의 좌표값에 대한 상기 검출위치의 좌표값의 차이를 상기 위치오차로 검출하는 기판 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 구동부는 구동신호에 따라 구동토크가 선형적으로 반응하는 선형모터를 포함하고 상기 리프트는 상기 선형모터의 구동토크에 의해 상기 공정챔버의 높이방향을 따라 승하강하는 강성 로드를 포함하는 기판 처리장치.
제7항에 있어서, 상기 구동부 보정기는 상기 위치오차에 따라 상기 구동모터의 동작을 조절하는 PCM 제어기를 포함하는 기판 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 리프트 제어기는 상기 기판 처리공정이 진행되는 동안 상기 쉐도우 링의 위치를 설정하는 가공위치를 설정하는 가공위치 설정부를 더 포함하는 기판 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 리프트 제어기는 상기 가공위치 설정부 및 상기 기준위치 설정부는 상기 가공위치와 상기 기준위치에 관한 데이터를 입력할 수 있는 유저 인터페이스를 더 포함하는 기판 처리장치.