KR20220132447A - 기판 지지부 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
[과제] 기판 온도의 제어성을 높이는 것을 제공한다.
[해결 수단] 기대와, 상기 기대의 중앙부에 있어서 상기 기대의 하면에 개구하는 제 1 유로와, 상기 제 1 유로의 주위를 둘러싸고, 상기 기대의 하면에 개구하는 제 2 유로와, 상기 제 1 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되어 있는 제 3 유로와, 상기 제 2 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되고, 상기 기대의 외주부에 있어서 상기 제 3 유로와 연통하도록 구성된 제 4 유로가 제공된다.
[해결 수단] 기대와, 상기 기대의 중앙부에 있어서 상기 기대의 하면에 개구하는 제 1 유로와, 상기 제 1 유로의 주위를 둘러싸고, 상기 기대의 하면에 개구하는 제 2 유로와, 상기 제 1 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되어 있는 제 3 유로와, 상기 제 2 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되고, 상기 기대의 외주부에 있어서 상기 제 3 유로와 연통하도록 구성된 제 4 유로가 제공된다.
Description
본 개시는 기판 지지부 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 냉매용의 유로가 형성된 기대와, 유로 내에 마련된 돌기 부재를 갖는 탑재대가 개시되어 있다.
본 개시는 기판 온도의 제어성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 하나의 태양에 의하면, 기대와, 상기 기대의 중앙부에 있어서 상기 기대의 하면에 개구하는 제 1 유로와, 상기 제 1 유로의 주위를 둘러싸고, 상기 기대의 하면에 개구하는 제 2 유로와, 상기 제 1 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되어 있는 제 3 유로와, 상기 제 2 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되고, 상기 기대의 외주부에 있어서 상기 제 3 유로와 연통하도록 구성된 제 4 유로가 제공된다.
하나의 측면에 의하면, 기판 온도의 제어성을 높일 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례를 도시하는 단면 모식도.
도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 일 실시형태에 따른 기판 지지부의 기대 내의 유로를 확대한 단면도.
도 4는 도 3의 A-A면에서 절단한 단면도.
도 5는 일 실시형태에 따른 기판 지지부의 기대 내의 유로를 도시하는 사시도.
도 6은 일 실시형태에 따른 유로에 마련되는 확산 부재를 도시하는 도면.
도 7은 일 실시형태에 따른 유로에 마련되는 확산 부재를 도시하는 도면.
도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 일 실시형태에 따른 기판 지지부의 기대 내의 유로를 확대한 단면도.
도 4는 도 3의 A-A면에서 절단한 단면도.
도 5는 일 실시형태에 따른 기판 지지부의 기대 내의 유로를 도시하는 사시도.
도 6은 일 실시형태에 따른 유로에 마련되는 확산 부재를 도시하는 도면.
도 7은 일 실시형태에 따른 유로에 마련되는 확산 부재를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복한 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 시스템]
일 실시형태에 있어서, 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 플라즈마 처리 공간을 갖는다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는 적어도 1개의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 1개의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 1개의 가스 배출구를 갖는다. 가스 공급구는 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 공간 내에 배치되고, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 갖는다.
플라즈마 생성부(12)는 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 1개의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma), 또는 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma) 등이어도 좋다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 여러 가지의 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 좋다. 일 실시형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는 100㎑ 내지 10㎓의 범위 내의 주파수를 갖는다. 따라서, AC 신호는 RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, RF 신호는 200㎑ 내지 150㎒의 범위 내의 주파수를 갖는다.
제어부(2)는 본 개시에 있어서 설명되는 여러 가지의 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는 본 명세서에서 설명되는 여러 가지의 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는 예를 들면, 컴퓨터(2a)를 포함해도 좋다. 컴퓨터(2a)는 예를 들면, 처리부(CPU: Central Processing Unit)(2a1), 기억부(2a2), 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함해도 좋다. 처리부(2a1)는 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 근거하여 여러 가지의 제어 동작을 실행하도록 구성될 수 있다. 기억부(2a2)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는 LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 거쳐서 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신해도 좋다.
다음에, 도 2를 참조하면서 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(1)의 구성예에 대해서 설명한다. 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 처리 장치의 일례이다. 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는 적어도 1개의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는 플라즈마 처리 챔버(10)의 천정부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 측벽(10a)은 접지된다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 챔버(10) 하우징과는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는 기대(111), 정전 척 및 링 조립체(112)를 포함한다. 기대(111) 상에는, 정전 척이 배치되어 있다. 정전 척의 상면은 기판(웨이퍼)(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면)(111a)과, 링 조립체(112)를 지지하기 위한 환상 영역(링 지지면)(111b)을 갖는다. 정전 척의 환상 영역(111b)은 평면에서 바라볼 때 정전 척의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 정전 척의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 조립체(112)는 정전 척의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 정전 척의 환상 영역(111b) 상에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 기대(111)는 도전성 부재를 포함하고, 기대(111)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능한다. 링 조립체(112)는 1개 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 1개 또는 복수의 환상 부재 중 적어도 1개는 에지 링이다. 또한, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는 정전 척, 링 조립체(112) 및 기판(W) 중 적어도 1개를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도조절 모듈을 포함해도 좋다. 온도조절 모듈은 히터, 전열 매체, 유로, 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 또한, 기판 지지부(11)는 기판(W)의 이면과 기판 지지면(111a) 사이에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함해도 좋다.
샤워 헤드(13)는 가스 공급부(20)로부터의 적어도 1개의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는 적어도 1개의 가스 공급구(13a), 적어도 1개의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는 도전성 부재를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재는 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 가스 도입부는 샤워 헤드(13)에 더하여, 측벽(10a)에 형성된 1개 또는 복수의 개구부에 장착되는 1개 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함해도 좋다.
가스 공급부(20)는 적어도 1개의 가스 소스(21) 및 적어도 1개의 유량 제어기(22)를 포함해도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 가스 공급부(20)는 적어도 1개의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 거쳐서 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각각의 유량 제어기(22)는 예를 들면, 매스플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함해도 좋다. 게다가, 가스 공급부(20)는 적어도 1개의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 1개의 유량 변조 디바이스를 포함해도 좋다.
전원(30)은 적어도 1개의 임피던스 정합 회로를 거쳐서 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 1개의 RF 신호(RF 전력)를, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급하도록 구성된다. 이에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 1개의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은 플라즈마 생성부(12)의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급하는 것에 의해, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라즈마 중 이온 성분을 기판(W)에 인입할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, RF 전원(31)은 제 1 RF 생성부(31a) 및 제 2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제 1 RF 생성부(31a)는 적어도 1개의 임피던스 정합 회로를 거쳐서 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 결합되고, 플라즈마 생성용의 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호는 13㎒ 내지 150㎒의 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제 1 RF 생성부(31a)는 상이한 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1개 또는 복수의 소스 RF 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급된다. 제 2 RF 생성부(31b)는 적어도 1개의 임피던스 정합 회로를 거쳐서 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 결합되고, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는 소스 RF 신호보다 낮은 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는 400㎑ 내지 13.56㎒의 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제 2 RF 생성부(31b)는 상이한 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1개 또는 복수의 바이어스 RF 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급된다. 또한, 여러 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 1개가 펄스화되어도 좋다.
또한, 전원(30)은 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함해도 좋다. DC 전원(32)은 제 1 DC 생성부(32a) 및 제 2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 제 1 DC 생성부(32a)는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 접속되고, 제 1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제 1 DC 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 인가된다. 일 실시형태에 있어서, 제 1 DC 신호가 정전 척 내의 전극과 같은 다른 전극에 인가되어도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 제 2 DC 생성부(32b)는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 접속되고, 제 2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제 2 DC 신호는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 인가된다. 여러 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 DC 신호가 펄스화되어도 좋다. 또한, 제 1 및 제 2 DC 생성부(32a, 32b)는 RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 좋고, 제 1 DC 생성부(32a)가 제 2 RF 생성부(31b) 대신에 마련되어도 좋다.
배기 시스템(40)은 예를 들면, 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함해도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다.
[유로]
기대(111)는 알루미늄으로 구성되고, 그 내부에는 유로(50)가 형성되어 있다. 유로(50)는 원반 형상의 기대(111)의 중심축(Ax)을 중심으로서 축대칭으로 구성되어 있다. 기대(111)의 중심축은 원통형의 플라즈마 처리 챔버(10)의 중심축과 축을 공통으로 한다.
유로(50)의 입구 및 출구는 모두 기대(111)의 중앙부에 배치되어 있다. 유로(50)의 입구 및 출구는 칠러 유닛(60)에 접속되어 있다. 브라인 등의 열교환 매체는, 칠러 유닛(60)에서 소망한 온도로 제어되고, 기대(111)의 중앙부에 마련된 입구로부터 유로(50) 내에 유입한다. 열교환 매체는 중앙부로부터 외측으로 흐르고, 외주부에 있어서 되접히고, 외주부로부터 중앙부로 흐르고, 중앙부에 마련된 출구로부터 유출하고, 칠러 유닛(60)에 돌아온다. 이와 같이 하여, 열교환 매체는 칠러 유닛(60)과 유로(50)를 순환한다.
다음에, 기대(111) 내의 유로(50)의 상세에 대해서, 도 3 내지 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 3은 일 실시형태에 따른 기대(111) 내의 유로(50)를 확대한 단면도이다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 유로(50)는 기대(111)의 내부에 형성되고, 제 1 유로(51), 제 2 유로(52), 제 3 유로(53) 및 제 4 유로(54)를 갖는다. 제 1 유로(51)는 기대(111)의 중앙부에 있어서 기대(111)의 하측에 개구한다. 제 1 유로(51)는 기대(111)의 중앙부에 있어서 대략 수직으로 배치되어 있다. 단, 제 1 유로(51)는 기대(111)의 중앙부에 있어서 테이퍼 형상 또는 경사지게 배치되어도 좋다. 제 2 유로(52)는 제 1 유로(51)의 주위를 둘러싸도록 구성되어 있다. 제 2 유로(52)는 기대(111)의 중앙부에 있어서, 제 1 유로(51)의 통로의 주위를 둘러싸도록 기대(111)의 하측에 개구한다.
제 3 유로(53)는 제 1 유로(51)와 연통하고, 기대(111)의 중앙부로부터 외주부를 향해서 배치된다. 제 4 유로(54)는 제 2 유로(52)와 연통하고, 기대(111)의 중앙부로부터 외주부를 향해 제 3 유로(53)를 따르도록 배치되고, 기대(111)의 외주부에 있어서 제 3 유로(53)와 연통하도록 구성되어 있다. 제 3 유로(53)는 기대(111)의 상면측에 배치되고, 제 4 유로(54)는 제 3 유로(53)의 하측에 배치된다. 열교환 매체가 제 1 유로(51)로부터 유입하는 경우, 제 3 유로(53)가 왕로(往路)가 되고, 제 4 유로(54)가 귀로가 되어서, 제 2 유로(52)가 열교환 매체의 출구가 된다. 열교환 매체가 제 2 유로(52)로부터 유입하는 경우, 제 4 유로(54)가 왕로가 되고, 제 3 유로(53)가 귀로가 되어서, 제 1 유로(51)가 열교환 매체의 출구가 된다.
제 1 유로(51)의 통로 및 제 2 유로(52)의 통로는 도시되지 않은 배관을 거쳐서 칠러 유닛(60)에 접속되어 있다. 제 1 유로(51)의 통로를 열교환 매체의 입구로 해도 좋고, 제 2 유로(52)의 통로를 열교환 매체의 입구로 해도 좋다.
제 1 유로(51)의 통로를 열교환 매체의 입구로 하고, 제 2 유로(52)의 통로를 열교환 매체의 출구로 하면, 기판(W)측, 즉, 기대(111)의 상면측 또는 기대(111)의 중앙부측에서 보다 큰 냉각 효과를 얻을 수 있다. 한편, 제 2 유로(52)의 통로를 열교환 매체의 입구로 하고, 제 1 유로(51)의 통로를 열교환 매체의 출구로 하면, 기판(W)의 외주부측, 즉, 기대(111)의 하면측 또는 기대(111)의 외주부측에서 보다 큰 냉각 효과를 얻을 수 있다.
제 1 유로(51) 및 제 2 유로(52)와 칠러 유닛(60) 사이에 전환 밸브(61)를 마련해도 좋다. 전환 밸브(61)에 의해, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52) 중 어느 하나를 열교환 매체의 입구로 하고, 나머지를 출구로 하는 것을 바꿀 수가 있다. 단, 전환 밸브(61)는 갖지 않아도 좋다.
도 4는 도 3의 A-A면에서 절단한 단면을 도시한다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)는 동축 상에 배치되어 있다. 본 명세서에 있어서 「동축상에 배치」란, 제 1 유로(51)의 중심축과 제 2 유로(52)의 중심축이 완전하게 일치하는 경우뿐만이 아니라, 제조상 포함될 수 있는 편차량을 포함한다.
예를 들어, 도 4에 도시되는 바와 같이, 제 1 유로(51)의 중심축을 Ix로 하고, 제 2 유로(52)의 중심축을 Ox로 한다. 제 1 유로(51)의 중심축(Ix)과, 제 2 유로(52)의 중심축(Ox)의 편차량이 직선 거리로 1㎜ 이내인 경우, 1mm는 제조상 포함될 수 있는 편차량이며, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)는 동축 상에 배치되어 있다고 말할 수 있다. 또한, 제 1 유로(51)의 중심축(Ix) 및 제 2 유로(52)의 중심축(Ox)은, 기대(111)의 중심축(Ax)과도 동축 상에 배치된다.
또한, 동축 상에 배치된 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)를 흐름의 방향과 수직인 방향으로 절단했을 때의 제 1 유로(51)의 단면적(S1)에 대한 제 2 유로(52)의 단면적(S2)의 비율은, 0.8 내지 1.2이다.
또한, 제 1 유로(51)를 둘러싸도록 제 2 유로(52)가 동축 상에 배치되어 있으면, 제 2 유로(52)의 단면 형상은 링 형상이 아니어도 좋다. 예를 들어, 제 2 유로(52)의 단면 형상은 삼각형이나 사각형 등의 다각형의 환상이어도 좋고, 그 외의 형상이어도 좋다. 마찬가지로, 제 1 유로(51)의 단면 형상은 타원이 아니어도 좋다. 예를 들어, 제 1 유로(51)의 단면 형상은 타원, 삼각형, 사각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 외의 형상이어도 좋다.
이와 같이, 유로(50)는 기대(111)의 중앙부에 열교환 매체의 입구와 출구로서 기능하는 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)를 갖고, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)는 동축 구조를 갖는다. 또한, 기대(111)의 중앙부는 기대(111)의 반경을 3등분했을 때의 가장 내주의 영역을 말하고, 기대(111)의 외주부는 기대(111)의 반경을 3등분했을 때의 가장 외주의 영역을 말하고, 기대(111)의 중간부는 내주부와 외주부 사이의 영역을 말한다.
도 3에 되돌아와서, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52) 사이에는, 단열 공간(55a)이 배치되어 있다. 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52) 중 일방으로부터 열교환 매체가 유입하고, 타방으로부터는 열교환 매체가 유출한다. 열교환 매체는 유로(50)를 흐르는 동안에 기판(W)의 열을 흡열하기 때문에, 유출할 때의 열교환 매체의 온도는 높아지고, 유입할 때의 열교환 매체와의 사이에 온도차가 생긴다. 이상으로부터, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52) 사이에는, 서로의 유로에 흐르는 열교환 매체간의 열간섭의 영향을 극력 작게 하기 위해서, 단열 공간(55a)이 배치되어 있다. 마찬가지로 하여, 제 3 유로(53)와 제 4 유로(54) 사이에는, 서로의 유로에 흐르는 열교환 매체간의 열간섭의 영향을 극력 작게 하기 위해서, 단열 공간(55b)이 배치되어 있다.
도 5의 (a)는 일 실시형태에 따른 기대(111)를 중심축(Ax)으로부터 90℃의 각도로 1/4로 커팅했을 때의 기대(111) 내의 유로(50)를 도시하는 사시도이다. 도 5의 (a)의 예에서는, 열교환 매체가 제 1 유로(51)의 입구(51a)로부터 유입하고, 대략 수직 방향으로 기대(111)의 상면을 향해 아래로부터 위로 흐른다. 단, 열교환 매체는 제 2 유로(52)로부터 유입해도 좋다.
제 1 유로(51)는 기대(111)의 중앙부로부터 외측을 향해 대략 90℃ 완만하게 만곡하여 방향을 바꾸고, 제 3 유로(53)에 연통하고, 반경방향으로 퍼진다. 제 1 유로(51)를 흐른 열교환 매체는 기대(111)의 중앙부에서 외측을 향해 방향을 바꾸고, 반경방향으로 형성된 제 3 유로(53)를 기대(111)의 상면을 따라 흐른다.
제 2 유로(52)는 기대(111)의 중앙부로부터 외측을 향해 대략 90℃ 만곡하여 방향을 바꾸고, 제 4 유로(54)에 연통하고, 반경방향으로 퍼진다. 제 4 유로(54)는 기대(111)의 외주부에 있어서 대략 180℃ 되접혀서 방향을 바꾸고, 제 3 유로(53)에 연통한다.
열교환 매체는 제 3 유로(53)를 중앙부로부터 외주부로 반경방향으로 흐르고, 외주부에서 되접히고, 제 4 유로(54)를 외주부로부터 중앙부로 제 3 유로(53)의 하측에서 제 3 유로(53)를 따라 흐른다. 열교환 매체는 중앙부에서 대략 90℃ 만곡하여 방향을 바꾸고, 제 2 유로(52)를 대략 수직 방향으로 위로부터 아래로 흐르고, 제 2 유로(52)의 출구(52a)로부터 유출한다.
도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 기대(111)를 평면에서 바라본 도면이다. 기대(111)의 내부에는 대략 부채 형상의 제 3 유로(53)가 형성되고, 반경방향으로 배치되어 있다. 제 4 유로(54)는 제 3 유로(53)와 겹쳐지도록, 제 3 유로(53)의 하방에서 제 3 유로(53)와 동일 형상의 대략 부채 형상으로 형성되고, 반경방향으로 배치되어 있다. 이 때문에, 도 5의 (b)에서는 제 4 유로(54)는 제 3 유로(53)와 겹쳐져서 안보인다.
도 5의 (a)에 도시되는 바와 같이, 제 3 유로(53)의 높이 방향의 거리는 외주부를 향할수록 짧아진다. 예를 들어, 도 5에 도시되는 제 3 유로(53)의 외주부에 있어서의 높이(H2)는, 제 3 유로(53)의 중앙부의 높이(H1)에 대해서, H2＜H1의 관계가 있다. 제 3 유로(53)의 높이 방향의 거리는 외주부를 향할수록 연속적으로 짧아져도 좋고, 단계적으로 짧아져도 좋다. 예를 들어, 제 3 유로(53)는 제 3 유로(53)의 상면이 기대(111)의 상면에 수평하게 형성되고, 제 3 유로(53)의 하면이 외주부를 향할수록 상향 경사를 갖는 슬로프 형상 또는 상향 계단 형상으로 형성되어도 좋다. 또한, 제 3 유로(53)는 제 3 유로(53)의 하면이 기대(111)의 상면에 수평하게 형성되고, 제 3 유로(53)의 상면이 외주부를 향할수록 하향 경사를 갖는 슬로프 형상 또는 하향 계단 형상으로 형성되어도 좋다.
이에 의하면, 제 3 유로(53)의 높이 방향의 거리는 외주부를 향할수록 짧아지고, 제 3 유로(53)의 높이를 바꾸지 않았던 경우보다 제 3 유로(53)의 단면적은 작아진다. 이 때문에, 제 3 유로(53)를 흐르는 열교환 매체는, 중앙부로부터 외측으로 흐를 때에 유속을 떨어뜨리지 않도록 구성되어 있다. 이에 의해, 열교환 매체가 중앙부로부터 외주부로 흐를 때의 전열 효율의 저하를 억제하고, 기판(W)의 온도 제어에 있어서 소망한 균열성을 얻을 수 있다.
특히, 본 개시의 유로(50)의 구조에서는, 열교환 매체가 제 3 유로(53)를 흐를 때에 주로 기판(W)이 갖는 열을 흡열하고, 열교환 매체의 온도가 상승한다. 그래서, 도 6에 도시되는 바와 같이 단열 공간(55b)에 배기 시스템(40)을 접속하고, 배기 시스템(40)의 진공 펌프를 사용하여 단열 공간(55b)을 진공 흡인한다. 이에 의해, 단열 공간(55b)을 진공 단열 공간으로 할 수 있고, 단열 효과를 높일 수 있다. 이에 의해, 제 3 유로(53)와 제 4 유로(54)를 흐르는 열교환 매체간의 열간섭의 영향에 의한 흡열 효율의 저하를 억제할 수 있다. 마찬가지로, 단열 공간(55b)을 배기 시스템(40)에 접속하고, 단열 공간(55b)을 진공 흡인함으로써 단열 효과를 높여도 좋다. 이에 의해, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)를 흐르는 열교환 매체간의 열간섭의 영향에 의한 흡열 효율의 저하를 억제할 수 있다.
도 5로 돌아와서, 게다가, 제 3 유로(53) 및 제 4 유로(54)는 각각 복수 배치되고, 복수의 제 3 유로(53) 사이에는, 제 3 유로(53)의 각각을 나누는 복수의 방열 핀(56)이 형성되어 있다. 또한, 복수의 제 4 유로(54) 사이에는, 제 4 유로(54)의 각각을 나누는 복수의 방열 핀(56)이 형성되어 있다. 제 3 유로(53) 및 제 4 유로(54)의 각각을 나누는 복수의 방열 핀(56)은, 기대(111)의 중앙부로부터 외주부를 향해서 반경방향으로 360°에 걸쳐서 등간격으로 복수 배치되고, 제 3 유로(53)의 각각 및 제 4 유로(54)의 각각을 대략 부채 형상의 유로로 나눈다. 이에 의해, 제 3 유로(53)의 각각 및 제 4 유로(54)의 각각을 흐르는 열교환 매체가, 방열 핀(56)에 접촉함으로써 발열성을 높일 수 있다.
방열 핀(56)은 중앙부로부터 외주부를 향해 두꺼워지고, 방열 핀(56)의 단면적은 외주부를 향할수록 커지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 제 3 유로(53)의 외주부의 단면적과 중앙부의 단면적의 차이를 작게 할 수 있고, 제 4 유로(54)의 외주부의 단면적과 중앙부의 단면적의 차이를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 제 3 유로(53) 및 제 4 유로(54)를 흐르는 열교환 매체의 유속이 저하하는 것을 억제함으로써 소망한 균열성이 얻어지고, 유로 내에 온도의 특이점이 생기는 것을 회피할 수 있다.
도 5에서는, 방열 핀(56)을 소정의 각도로 균등하게 배치하고, 외주부가 될수록 방열 핀(56)을 굵게 하는 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 외주부가 될수록 방열 핀(56)의 갯수를 늘려도 좋다. 예를 들어, 도 5의 방열 핀(56) 사이의 외주부에, 게다가 도 5의 방열 핀(56)보다 길이가 짧은 방열 핀을 배치해도 좋다.
중앙부보다 외주부일수록 제 3 유로(53)의 높이를 낮게 하여 열교환 매체의 유속의 저하를 억제하는 한편, 방열 핀(56)의 수나 단면적을 증가시켜서 열교환 매체와의 접촉 면적을 늘림으로써, 열교환 매체로부터 방열 핀(56)에의 열전달 효율을 높일 수가 있다. 이에 의해, 기판(W)의 온도 제어에 대해서 기판(W)의 면 내에 있어서 소망한 온도의 균일성을 얻을 수 있다. 또한, 제 4 유로(54)의 높이는 중앙부에서 외주부로 갈수록 낮아도 좋고, 동일해도 좋다.
[확산 부재]
제 1 유로(51), 제 2 유로(52), 제 3 유로(53) 및 제 4 유로(54) 중 적어도 몇 개의 유로(50)에 확산 부재가 배치되어도 좋다. 도 6 및 도 7을 참조하여, 일 실시형태에 따른 유로(50)에 마련되는 확산 부재에 대해서 설명한다.
유로(50)에는, 온도에 관한 특이점이 있다. 즉, 열교환 매체의 유속이 높은 위치는 냉각되기 쉽고, 열교환 매체의 유속이 낮은 위치는 냉각되기 어려워진다. 이 때문에, 열교환 매체의 흐름이 바뀌는 위치가, 온도의 특이점이 되기 쉽다. 예를 들어, 도 5의 제 3 유로(53)와 제 4 유로(54)의 연통 부분인 영역(B)이나 제 1 유로(51)와 제 3 유로(53)의 연통 부분의 유로부의 천정면 및 제 2 유로(52)와 제 4 유로(54)의 연통 부분을 포함하는 영역(C)에서는, 열교환 매체의 흐름의 변화가 크다. 즉, 영역(B)이나 영역(C)에서는, 열교환 매체의 유속이 변화하고, 온도의 특이점이 된다.
그래서, 온도의 특이점 또는 그 근방의 유로(50) 내에 확산 부재를 배치하는 것이 바람직하다. 확산 부재로서는, 도 6에 도시되는 볼록 부재(57)나 도 7에 도시되는 나사(58)나 타원 부재(59) 등이 일례로서 들고 있다. 단, 확산 부재는 이에 한정하지 않고, 유로(50) 내의 열교환 매체의 체류를 억제하거나 열교환 매체의 유속을 조정하거나 하는 기능을 갖는 부재이면 좋다. 또한, 유로(50) 자체에 오목 및/또는 볼록부를 마련해도 좋다.
도 6에 도시되는 볼록 부재(57)는 온도의 특이점 또는 그 근방이며, 유로(50) 내의 열교환 매체의 유속이 늦어지는 영역(B)에 배치되어 있다. 볼록 부재(57)의 개수는 이에 한정되지 않고, 1개 이상의 볼록 부재(57)가 배치되어도 좋다. 또한, 도 6의 예에서는, 유로(50) 내의 열교환 매체의 유속이 늦어지는 위치에 볼록 부재(57)를 배치하였지만, 열교환 매체의 유속이 빨라지는 위치에 볼록 부재(57)를 배치해도 좋다.
도 6에 도시되는 볼록 부재(57) 대신에, 도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)에 도시되는 확산 부재를 이용해도 좋다. 즉, 도 7의 (a)에 도시되는 나사(58), 도 7의 (b)에 도시되는 타원 부재(59), 도 7의 (c)에 도시되는 승강 나사(66)는 확산 부재의 일례이다.
나사(58)는 나선 형상의 홈을 갖는다. 타원 부재(59)는 축(59a) 주위로 회전 가능하고, 열교환 매체의 흐름에 따라 타원의 장변과 단변의 방향을 바꿀 수 있다. 승강 나사(66)는 승강 가능하다. 나사(58), 타원 부재(59) 및 승강 나사(66)는 열교환 매체의 흐름의 방향과 유속을 조정한다. 이에 의해, 발열 응답성을 변경시킴으로써 온도의 특이점을 보정할 수 있다.
이상에서 설명한 확산 부재는 일례이며, 확산 부재는 유로(50) 내에 마련되는 핀, 조정판, 원통 형상의 돌기나 원통 형상의 웅덩이, 딤플 형상의 오목부 및/또는 볼록부여도 좋다. 나사(58), 타원 부재(59), 승강 나사(66), 핀, 조정판, 원통 형상의 돌기, 및 원통 형상의 웅덩이는 확산 부재의 오목부 및/또는 볼록부의 일례이다.
유로(50) 내에 1개 이상의 확산 부재를 배치함으로써 전열 면적을 늘리고, 전열 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 열교환 매체의 흐름의 방향과 유속을 조정하고, 발열 응답성을 변경시킴으로써 특이점을 보정할 수 있다. 확산 부재는 유로(50) 내의 온도의 특이점에 배치하면 좋고, 유로(50)의 설계 변경이 불필요하고, 간단하고 용이하게 온도의 특이점을 보정할 수 있다.
또한, 이상에서 설명한 유로(50)를 갖는 기대(111)를 구비한 기판 지지부(11)는 3D 프린터에 의한 금속 적층 조형에 의해 제작해도 좋다.
[효과]
종래의 기대(111)에 형성되는 유로는, 기대(111)의 외주부의 일부에 유로의 입구와 출구를 배치하고, 외주부로부터 중앙부를 향해 소용돌이 형상으로 유로가 형성되고, 중앙부로부터 되접혀서 외주부를 향해 더욱 소용돌이 형상으로 유로가 형성되어 있었다. 이 때문에, 유로의 입구와 출구가 온도의 특이점으로서 외주부의 일부에 치우쳐서, 온도의 특이점의 보정이 어려웠다.
이에 대해서, 본 개시의 유로(50)는 기대(111)의 중앙부에 열교환 매체의 입구와 출구가 되는 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)를 갖고, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)는 동축상에 마련된다. 이에 의해, 동축상의 온도 제어가 용이하게 되고, 동축상의 온도 분포의 제어성을 높이고, 기판(W)의 온도의 제어성 및 기판(W)의 면내 온도의 균일성을 높일 수가 있다.
기대(111)는 원반 형상이며, 온도 제어 대상의 기판(W)도 원형이다. 또한, 기대(111)에 배치되는 히터도 기판 지지부(11)(기대(111) 또는 정전 척)의 중앙부, 중간부, 외주부로 분리하여 동축상에 배치되어 있다. 플라즈마 처리 챔버(10)도 원통 형상이다. 즉, 기판(W), 히터, 플라즈마 처리 챔버(10)의 중심축은, 기대(111)의 중심축(Ax)과 축이 공통하고, 동축상에 형성되어 있다.
그래서, 본 개시의 유로(50)에서는, 제 1 유로(51)와 제 2 유로(52)를 동축상에 배치한다. 이에 의해, 유로(50)의 구조를, 기판(W), 히터, 플라즈마 처리 챔버(10)와 동일한 동축 구조로 함으로써, 동축상의 온도 제어가 용이하게 되고, 동축상의 온도 분포의 제어성을 높여서, 기판(W)의 온도의 제어성 및 기판(W)의 면내 온도의 균일성을 높일 수가 있다.
금회 개시된 실시형태에 따른 기판 지지부 및 기판 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시형태는 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취득할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 기판 처리 장치는 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치, 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP), 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP), 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna; RLSA), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma; ECR), 헬리콘파 여기형 플라즈마(Helicon Wave Plasma; HWP) 중 어느 유형의 장치에도 적용 가능하다.
또한, 기판 처리 장치의 일례로서 플라즈마 처리 장치를 예를 들어서 설명하였지만, 기판 처리 장치는 기판에 소정의 처리(예를 들면, 성막 처리, 에칭 처리 등)를 실시하는 장치이면 좋고, 플라즈마 처리 장치로 한정되는 것은 아니다.
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 제어부
2a : 컴퓨터
2a1 : 처리부
2a2 : 기억부
2a3 : 통신 인터페이스
10 : 플라즈마 처리 챔버
11 : 기판 지지부
13 : 샤워 헤드
21 : 가스 소스
20 : 가스 공급부
30 : 전원
31 : RF 전원
31a : 제 1 RF 생성부
31b : 제 2 RF 생성부
32a : 제 1 DC 생성부
32b : 제 2 DC 생성부
40 : 배기 시스템
50 : 유로
51 : 제 1 유로
52 : 제 2 유로
53 : 제 3 유로
54 : 제 4 유로
55a, 55b : 단열 공간
111 : 기대
112 : 링 조립체
2 : 제어부
2a : 컴퓨터
2a1 : 처리부
2a2 : 기억부
2a3 : 통신 인터페이스
10 : 플라즈마 처리 챔버
11 : 기판 지지부
13 : 샤워 헤드
21 : 가스 소스
20 : 가스 공급부
30 : 전원
31 : RF 전원
31a : 제 1 RF 생성부
31b : 제 2 RF 생성부
32a : 제 1 DC 생성부
32b : 제 2 DC 생성부
40 : 배기 시스템
50 : 유로
51 : 제 1 유로
52 : 제 2 유로
53 : 제 3 유로
54 : 제 4 유로
55a, 55b : 단열 공간
111 : 기대
112 : 링 조립체
Claims (10)
- 기대와,
상기 기대의 중앙부에 있어서 상기 기대의 하면에 개구하는 제 1 유로와,
상기 제 1 유로의 주위를 둘러싸고, 상기 기대의 하면에 개구하는 제 2 유로와,
상기 제 1 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되어 있는 제 3 유로와,
상기 제 2 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되고, 상기 기대의 외주부에 있어서 상기 제 3 유로와 연통하도록 구성된 제 4 유로를 갖는
기판 지지부. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 동축상에 배치되어 있는
기판 지지부. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 3 유로 및 상기 제 4 유로는 각각 복수 배치되고, 복수의 상기 제 3 유로 사이에는, 상기 제 3 유로의 각각을 나누는 복수의 방열 핀이 형성되고, 복수의 상기 제 4 유로 사이에는, 상기 제 4 유로의 각각을 나누는 복수의 방열 핀이 형성되며, 상기 제 3 유로 및 상기 제 4 유로의 각각을 나누는 복수의 상기 방열 핀의 단면적은 상기 기대의 외주부를 향할수록 커지는
기판 지지부. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에는, 단열 공간이 배치되어 있는
기판 지지부. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 유로와 상기 제 4 유로 사이에는, 단열 공간이 배치되어 있는
기판 지지부. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 유로의 단면적에 대한 상기 제 2 유로의 단면적의 비율은 0.8 내지 1.2인
기판 지지부. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 유로의 높이는 상기 기대의 외주부를 향할수록 짧아지는
기판 지지부. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 유로, 상기 제 2 유로, 상기 제 3 유로 및 상기 제 4 유로 중 적어도 어느 하나의 유로 내에 확산 부재가 배치되어 있는
기판 지지부. - 제 8 항에 있어서,
상기 확산 부재는 오목부 및/또는 볼록부를 갖는
기판 지지부. - 기대와,
상기 기대의 중앙부에 있어서 상기 기대의 하면에 개구하는 제 1 유로와,
상기 제 1 유로의 주위를 둘러싸고, 상기 기대의 하면에 개구하는 제 2 유로와,
상기 제 1 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되어 있는 제 3 유로와,
상기 제 2 유로와 연통하고, 상기 기대의 중앙부로부터 외주부를 향해 배치되고, 상기 기대의 외주부에 있어서 상기 제 3 유로와 연통하도록 구성된 제 4 유로를 갖는 기판 지지부를 구비하는
기판 처리 장치.
Applications Claiming Priority (2)
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| JP2019041024A (ja) | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 東京エレクトロン株式会社 | 冷媒用の流路を有する部材、冷媒用の流路を有する部材の制御方法及び基板処理装置 |
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