KR20230030198A - 가이드를 포함하는 기판 처리장치 - Google Patents

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KR20230030198A
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허정수
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주식회사 아이에스티이
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Abstract

샤워헤드에 증착되는 증착층이 쉽게 제거되고 파티클에 의한 챔버 오염, 미세전자소자 품질저하 등의 문제를 해소하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치를 제시하다. 그 장치는 서셉터 및 복수의 가이드를 포함하고, 기판이 탑재되는 기판탑재부에 있어서, 서셉터는 탑재영역 및 에지영역으로 구분되고, 기판은 상기 탑재영역에 탑재되며, 탑재영역 및 에지영역은 전체에 걸쳐 평탄한 면을 가지고, 복수의 가이드는 기판의 둘레를 따라 에지영역에 이격되어 배치되는 봉(bar) 형태이고, 기판은 복수의 가이드의 내측에 탑재된다.

Description

가이드를 포함하는 기판 처리장치{Apparatus of processing substrate having wafer guide}
본 발명은 기판 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이격되어 배치된 봉(bar) 형태의 복수의 가이드를 활용하여, 샤워헤드에서의 불필요한 증착을 최대한으로 줄이는 기판 처리장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는 챔버 내에 상부전극인 샤워헤드와 하부전극을 배치하고, 하부전극의 위에 반도체 기판, 유리 기판 등의 기판을 탑재하여, 양 전극 사이에 전력을 인가한다. 양 전극 사이의 전계에 의해서 가속된 전자, 전극으로부터 방출된 전자, 또는 가열된 전자가 처리가스의 분자와 전리 충돌을 일으켜, 처리가스의 플라즈마가 발생한다. 플라즈마 중의 래디컬이나 이온과 같은 활성종은 기판 표면에 원하는 미세 가공, 예를 들면 에칭 가공을 수행한다. 이를 위해, 국내등록특허 제10-1327458호 등과 같이 단위공정들에서 기판을 지지하고, 고정시키는 척(chuck)이 사용된다. 최근, 기판에 대해 균일한 열처리가 가능하며 파티클(particle) 발생을 최소화할 수 있도록 하는 유전체 방식의 정전척이 많이 사용되고 있다. 유전체 방식의 정전척은 유전체에 내재된 전극에 전압을 인가하면, 유전체와 기판 사이에 정전기력이 발생하여 상기 기판을 흡착하여 고정한다.
도 1은 종래의 기판 처리장치(AP)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 의하면, 종래의 기판 처리장치(AP)는 챔버본체(100), 챔버리드(101), 블록플레이트(102), 샤워헤드(103) 및 서셉터(110)를 포함한다. 챔버본체(100), 챔버리드(101), 블록플레이트(102) 및 샤워헤드(103)는 공지된 방식이 모두 적용될 수 있다. 서셉터(110)는 에지영역(111)을 포함하며, 돌출부(111a) 및 측벽(111b)을 포함한다. 다시 말해, 기판(S)은 에지영역(111)에 의해 오목한 부분에 탑재된다.
도 2는 종래의 기판 처리장치의 샤워헤드(103)를 나타내는 사진이다. 도시된 바와 같이, 샤워헤드(103)에는 구별이 되는 증착층(DLa, DLb)이 나타난다. 증착층(DLa)는 기판(S)이 탑재되는 부분에 대응하여 형성되고, 증착층(DLb)은 에지영역(111)에 대응하여 형성된다. 증착층(DLb)은 세정을 한다고 해도 쉽게 제거되지 않고 남아있어서, 샤워헤드(103)의 수명이 짧아진다. 또한, 제거되지 않고 남아있는 증착층(DLb)은 기판을 처리하는 공정에서 파티클이 발생될 수 있다. 상기 파티클은 챔버 오염, 미세전자소자 품질저하 등의 문제를 야기한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 샤워헤드에 불균일하게 증착되는 증착층이 균일하게 증착되게 하여, 종래 불균일 증착으로 인해 야기되었던 파티클에 의한 챔버 오염, 미세전자소자 품질저하 등의 문제를 해소하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 가이드를 포함하는 기판 처리장치는 서셉터 및 복수의 가이드를 포함하고, 기판이 탑재되는 기판탑재부에 있어서, 상기 서셉터는 탑재영역 및 에지영역으로 구분되고, 상기 기판은 상기 탑재영역에 탑재되며, 상기 탑재영역 및 상기 에지영역은 전체에 걸쳐 평탄한 면을 가지고, 상기 복수의 가이드는 상기 기판의 둘레를 따라 상기 에지영역에 이격되어 배치되는 봉(bar) 형태이고, 상기 기판은 상기 복수의 가이드의 내측에 탑재된다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 복수의 가이드는 원통 형태일 수 있다. 상기 복수의 가이드는 평탄하거나, 또는 상기 서셉터의 단부로 갈수록 낮아지도록 경사진 면을 가질 수 있다. 상기 복수의 가이드의 최대높이는 상기 기판의 두께와 동일하다. 상기 복수의 가이드의 간격은 균일한 것이 바람직하다. 상기 복수의 가이드는 상기 서셉터와 동일한 재질이면서 상기 서셉터와 일체를 이룰 수 있다. 상기 서셉터는 정전척일 수 있다.
본 발명의 가이드를 포함하는 기판 처리장치에 의하면, 기판탑재부에 가이드를 구비함으로써, 샤워헤드에 증착되는 증착층이 쉽게 제거되고 파티클에 의한 챔버 오염, 미세전자소자 품질저하 등의 문제를 해소한다. 특히, 샤워헤드 에지에서의 증착층은 세정에 의해 쉽게 제거된다.
도 1은 종래의 기판 처리장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 종래의 기판 처리장치의 샤워헤드를 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명에 의한 기판 처리장치를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 도 3의 기판탑재부을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 기판 처리장치의 샤워헤드를 나타내는 사진들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 과장되게 표현하였다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 처리장치는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 처리장치의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 기판탑재부에 가이드를 구비함으로써, 샤워헤드에 증착되는 증착층이 쉽게 제거되고 파티클에 의한 챔버 오염, 미세전자소자 품질저하 등의 문제를 해소하는 기판 처리장치를 제시한다. 이를 위해, 기판을 탑재하기 위한 가이드를 가진 기판 처리장치에 대하여 자세하게 알아보고, 가이드에 의하여 샤워헤드에 증착되는 증착층이 쉽게 제거되는 과정을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리장치는 단위공정들에서 기판을 지지하고 고정시키는 기판탑재부가 적용된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리장치(VP)를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다.
도 3에 의하면, 기판 처리장치(VP)는 챔버본체(10), 챔버리드(20), 블록플레이트(30), 샤워헤드(40) 및 기판탑재부(50)를 포함한다. 기판처리장치(VP)는 챔버본체(10)는 상부가 개방된 형상이며, 챔버리드(20)는 챔버본체(10)의 개방된 상부를 개폐한다. 챔버리드(20)가 챔버본체(10)의 개방된 상부를 폐쇄하면, 챔버본체(10) 및 챔버리드(20)는 외부로부터 폐쇄된 내부공간을 형성한다. 챔버리드(20) 내측에는 가스공급관(22)이 존재하며, 반응가스는 가스공급관(22)을 통해 챔버 내부(Vc)로 유입된다. 상기 반응가스는 기판(S) 표면에 박막을 증착시키기 위한 것이며, 박막에 따라 다양한 가스가 사용될 수 있다.
샤워헤드(40)는 상기 반응가스를 분사하기 위한 복수개의 분사홀(41)을 구비하고, 챔버리드(20)의 하부에 연결되며, 샤워헤드(40)의 양측은 볼트와 같은 고정수단(21)을 통해 챔버리드(20)에 체결된다. 샤워헤드(40)는 기판(S)에 대응되는 원반 형태이며, 플랜지(42)의 내측에 위치한다. 플랜지(42)는 샤워헤드(40)의 외측 둘레를 따라 링(ring) 형상을 가지며, 고정수단(21)으로 챔버리드(20)에 고정된다. 샤워헤드(40)는 가스공급관(22)을 통해 공급된 반응가스를 챔버 내부(Vc)에 공급하며, 상기 반응가스는 기판(S)의 표면으로 이동하여 기판(S)의 표면에서 박막을 형성한다.
챔버리드(20) 및 샤워헤드(40) 사이에는 상기 반응가스가 확산되어 유동하도록 하는 블록플레이트(30)가 배치된다. 블록플레이트(30)의 양측은 챔버리드(20)에 고정된다. 샤워헤드(40)에는 상기 반응가스를 분사하기 위한 복수개의 분사홀(41)을 구비하고, 블록플레이트(30)에는 상기 반응가스가 확산되어 유동되도록 하는 확산홀(31)을 구비한다. 상기 반응가스는 블록플레이트(30)로 이동하여, 확산홀(31)을 통하여 확산되어 샤워헤드(40)로 이동한다. 바람직하게는, 확산홀(31)은 분사홀(41)에 대응되도록 배치될 수 있다. 분사홀(41)은 각각의 직경과 간격을 균일하게 배열하여 상기 반응가스가 일정한 양으로 분사되도록 한다.
블록플레이트(30) 및 샤워헤드(40) 사이에는 상기 반응가스를 샤워헤드(40) 전면에 원활하게 공급하기 위하여 버퍼 공간(32)이 존재한다. 샤워헤드(40)에는 상면으로부터 함몰되고 둘레를 따라 배치된 냉매유로(43)를 가지며, 냉매유로(43)는 유로덮개(44)에 의해 폐쇄 또는 밀봉되어 냉매유로(43)를 흐르는 냉매가 외부로 누출되지 않도록 한다. 상기 냉매는 냉매유로(43)를 순환하면서 샤워헤드(40)를 설정온도 이하로 냉각하며, 상기 냉매는 외부에 설치된 칠러 등을 통해 냉각된다. 상기 냉매는 샤워헤드(40)가 과열되지 않도록 하며, 샤워헤드(40)를 설정온도 이하로 제어할 수 있다. 샤워헤드(40)와 챔버본체(10)는 제1 오링(11)에 의해 밀봉되고, 챔버리드(20)와 샤워헤드(40)는 제2 오링(45)에 의해 밀봉된다.
도면에서는 기판 처리장치(VP)의 하나의 사례를 제시한 것에 불과하고, 본 발명의 범주 내에서 다양하게 변형될 수 있다. 상기 RF 전위를 생성하는 생성기는 단일 RF 생성기, 고주파수, 중간주파수 또는 저주파수를 생성할 수 있는 복수의 RF 생성기일 수도 있다. 예를 들어, 고주파수의 경우, 상기 RF 생성기는 2 내지 100 ㎒, 바람직하게 13.56 ㎒ 또는 27 ㎒ 범위의 주파수들을 생성할 수도 있다. 저주파수의 경우, 범위는 50 ㎑ 내지 2 ㎒, 및 바람직하게 350 내지 600 ㎑이다.
기판(S)은 챔버본체(10)의 일측에 형성된 통로를 통해 챔버 내부(Vc)의 기판탑재부(50)에 로딩된다. 기판탑재부(50)는 챔버 내부(Vc)에 설치되며, 로딩된 기판(S)는 서셉터(51)의 상면에 놓인다. 지지대(53)는 서셉터(51)의 하부에 연결되어 서셉터(51)를 지지한다. 서셉터(51)는 상면이 평활한 구조를 가지며, 기판(S)이 안정적으로 탑재되기 위한 복수의 가이드(52)를 포함한다. 여기서, 평활한 구조란 종래의 처리장치(AP)에서의 에지영역(111)의 돌출부(111a)가 없이, 서셉터(51) 전체에 걸쳐 평탄한 면을 가지는 것을 말한다. 다시 말해, 기판(S)은 복수의 가이드(52)의 내측에 탑재된다. 이에 대해서는, 이하에서 상세하게 설명하기로 한다. 서셉터(51)는 예컨대, 유전체 방식의 정전척이 적용될 수 있다.
도 4는 도 3의 기판탑재부(50)를 설명하기 위한 사시도이며, 설명의 편의를 위하여 별도의 단면도를 표현하였다. 이때, 기판 처리장치(VP)는 도 3을 참조하기로 한다.
도 4에 의하면, 기판탑재부(50)는 서셉터(51) 및 가이드(52)를 포함하며, 서셉터(51)는 기판(S)이 탑재되는 탑재영역(51a) 및 에지영역(51b)으로 구분된다. 에지영역(51b)은 탑재영역(51a)의 둘레를 따라 배치된다. 최근, 미세전자소자 등의 제조에서의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 특히 플라즈마 에칭에서는 더욱 높은 치수 정밀도가 요구되고 있어서, 종래보다도 현격히 높은 전력이 이용되고 있다. 한편, 플라즈마를 형성하는 전력이 높아지면, 정재파가 형성되는 파장 효과나 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판(S)의 중심부가 극대로 되고 가장자리가 가장 낮아져서, 기판(S) 상의 플라즈마의 분포가 불균일하게 된다. 기판(S) 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다.
에지영역(51b)은 플라즈마 분포 균일성에 큰 영향을 준다. 여기서, 균일성은 플라즈마 분포의 변화 정도를 말하는 것으로, 균일성이 작으면 플라즈마 분포가 급격하게 변하고, 크면 플라즈마 분포의 변화가 완만하다. 상기 균일성은 플라즈마 밀도 및 기판(S)을 향한 직진성이 우수하다는 것을 의미한다. 에지영역(51b)의 폭(W)은 상기 균일성을 충분하게 만족하는 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다. 서셉터(51)는 하부에 연결된 지지대(53)에 의해 지지된다.
복수의 가이드(52)는 봉(bar) 형태이며, 탑재영역(51a)의 외측인 에지영역(51b)에 이격되어 배치된다. 즉, 복수의 가이드(52)는 기판(S)의 둘레를 따라 배치된다. 가이드(52)는 서셉터(51)와 동일한 재질이면서 서셉터(51)와 일체를 이루는 것이 좋다. 각각의 가이드(52)는 기판(S)에 대하여, 최소간격(G)만큼 유격된다. 여기서, 최소간격(G)이란 기판(S)이 정위치에 원활하게 탑재하는 정도에서 최소한의 간격을 말한다. 실질적으로, 최소간격(G)은 수㎜ 정도를 가진다. 가이드(52)는 반드시 이에 한정되는 것이 아니나, 원통 형태가 바람직하다. 도면에서는, 가이드(52) 상면이 평탄한 것으로 표현하였으나, 앞에서 설명한 플라즈마의 균일성을 확보하기 위하여, 경사진 면을 가질 수 있다. 예컨대, 가이드(52) 상면은 서셉터(51)의 단부로 갈수록 낮게 하여서, 상기 균일성을 개선할 수 있다.
가이드(52)는 평균직경(D) 및 최대높이(H)를 가진다. 평균직경(D)은 기판(S)의 원활한 탑재를 확보하는 정도에서, 종래의 처리장치(AP)에서 언급한 바와 같이 샤워헤드(40)에 불필요한 증착이 일어날 수 있으므로, 가능하면 작을수록 좋다. 최대높이(H)는 기판(S) 두께와 동일한 것이 바람직하다. 가이드(52) 최대높이(H)와 기판(S) 두께(t)와 동일하면, 앞에서 설명한 균일성을 충분하게 확보할 수 있다. 예컨대, 최대높이(H)가 기판(S) 두께(t)보다 크면, 상기 플라즈마는 가이드(52)에서 불균일하게 된다. 기판(S)의 원활한 탑재를 위하여, 가이드(52)의 개수 및 균일한 가이드간격(L)을 가지는 것이 바람직하다. 도면에서는, 6개의 가이드(52)를 제시하였으나, 경우에 따라 4개 또는 8개가 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리장치(VP)의 샤워헤드(40)를 나타내는 사진들이다. 이때, 기판 처리장치(VP)는 도 3을 참조하기로 하고, 종래의 기판 처리장치(AP)와 대비하여 설명하기로 한다.
도 5에 의하면, 증착공정을 거친 샤워헤드(40)에서는 전면에 약간의 증착이 일어났다(a). 종래의 처리장치(AP)와는 달리 샤워헤드(40) 에지(ED)에는 구별되는 증착이 일어나지 않았다. 샤워헤드(40) 에지(ED)에 구별되는 증착이 일어나지 않는 이유는 종래의 돌출부(111a)를 제거하고 가이드(52)로 대체한 효과이다. 균일하게 증착된 샤워헤드(40)를 세정하면, 상기 균일 증착층은 쉽게 제거되어 원래의 샤워헤드(40)로 회복된다(b). 본 발명의 처리장치(VP)는 종래의 처리장치(AP)와는 달리 샤워헤드(40) 에지(ED)의 더 두껍게 증착된 층을 별도로 세정하는 추가 과정이 생략된다. 또한, 샤워헤드(40) 에지(ED)의 증착층에서 발생할 수 있는 파티클의 발생을 차단할 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 챔버본체 11, 45; 제1 및 제2 오링
20; 챔버리드 21; 고정수단
22; 가스공급부 30; 블록플레이트
31; 확산홀 32; 버퍼공간
40; 샤워헤드 41; 분사홀
42; 플랜지 43; 냉매유로
44; 유로커버 50; 기판탑재부
51; 서셉터 52; 가이드
53; 지지대 Vc; 챔버 내부
S; 기판 G; 최소간격
D; 평균직경 H; 최대높이
L; 가이드간격 ED; 샤워헤드 에지

Claims (7)

  1. 서셉터 및 복수의 가이드를 포함하고, 기판이 탑재되는 기판탑재부에 있어서,
    상기 서셉터는 탑재영역 및 에지영역으로 구분되고, 상기 기판은 상기 탑재영역에 탑재되며, 상기 탑재영역 및 상기 에지영역은 전체에 걸쳐 평탄한 면을 가지고,
    상기 복수의 가이드는 상기 기판의 둘레를 따라 상기 에지영역에 이격되어 배치되는 봉(bar) 형태이고, 상기 기판은 상기 복수의 가이드의 내측에 탑재되는 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가이드는 원통 형태인 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가이드는 평탄하거나, 또는 상기 서셉터의 단부로 갈수록 낮아지도록 경사진 면을 가지는 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가이드의 최대높이는 상기 기판의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가이드의 간격은 균일한 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가이드는 상기 서셉터와 동일한 재질이면서 상기 서셉터와 일체를 이루는 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 서셉터는 정전척인 것을 특징으로 하는 가이드를 포함하는 기판 처리장치.

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