KR20230101659A - 지지 어셈블리 및 이를 가지는 기판 처리 장치 - Google Patents

지지 어셈블리 및 이를 가지는 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20230101659A
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박준석
전종준
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명의 정전 척은 본딩 층에 의해 접합되는 상층 블럭 및 하층 블럭을 포함한다. 상층 블럭은 척킹 전극 및 히터가 설치되는 제1플레이트를 가지고, 하층 블럭에는 냉각 부재가 제공된다. 제1플레이트와 하층 블럭 사이에는 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질의 제2플레이트가 배치된다. 이에 의해 히터가 고온으로 가열시 본딩층이 열적 충격에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

지지 어셈블리 및 이를 가지는 기판 처리 장치{Support unit and Apparatus for treating a substrate with the unit}
본 발명은 기판을 지지하는 지지 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 정전기력으로 기판을 지지하는 정전 척 및 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체를 제조하는 공정들 중 식각(etching), 증착(deposition), 애싱(ashing), 그리고 드라이 클리닝(drying cleaning) 등과 같은 공정은 반도체 웨이퍼에 대해 플라즈마 처리를 요구한다. 플라즈마 처리 공정은 공정 챔버에 제공된 처리 공간 내에 웨이퍼를 반입하고, 공정 가스로부터 발생된 플라즈마를 웨이퍼 상의 박막과 반응시키거나, 웨이퍼 상에 박막을 형성함으로써 이루어진다. 처리 공간에는 웨이퍼를 지지하는 지지 어셈블리가 제공된다. 지지 어셈블리로는 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 정전 척이 주로 사용된다.
도 1은 일반적인 정전 척(900)의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
정전 척은 세라믹 퍽(ceramic puck, 920)과 냉각 플레이트(940)를 가진다. 세라믹 퍽(920)의 내부에는 그 상면에 배치된 웨이퍼를 정전기력으로 흡착하는 척킹 전극(922)이 위치되고, 냉각 플레이트(940)에는 냉각수가 흐르는 냉각 유로(942)가 형성된다. 세라믹 퍽(920)과 냉각 플레이트(940)는 본딩 층에 의해 서로 접합된다. 일반적으로 세라믹 퍽(920)은 세라믹 재질로 제공되고, 냉각 플레이트(940)는 금속 재질로 제공된다. 또한, 본딩 층(960)은 실리콘 재질로 제공된다. 본딩 층(960)의 열 전도율은 세라믹 퍽(920)이나 냉각 플레이트(940)의 열 전도율에 비해 매우 낮으므로, 본딩 층(960)은 세라믹 퍽(920)과 냉각 플레이트(940) 간에 열 장벽 층으로서 기능한다.
고온으로 웨이퍼를 가열한 상태에서 플라즈마로 웨이퍼를 처리하는 공정의 경우, 세라믹 퍽(920)에는 히터(924)가 설치된다. 그러나 일반적으로 사용되고 있는 본딩 층(960)은 내열성이 높지 않으므로, 고온으로 가열시 세라믹 퍽(920)에서 본딩 층(960)으로 급격한 열 전달이 이루어져 열 충격(thermal shock)으로 인해 본딩 층(960)이 손상된다. 본딩 층(960)이 손상되는 경우 정전 퍽(920)에 지지된 기판의 온도가 기설정된 공정 온도에서 벗어나 공정 불량이 발생된다. 또한, 본딩 층(960)의 일부 영역이 손상되는 경우, 기판의 영역별 온도 산포가 불균일해진다.
본 발명은 고온 공정에서도 안정적으로 사용 가능한 정전 척 및 이를 가지는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 냉각수가 흐르는 베이스 판 및 그 상부의 부재를 접착시키는 본딩 층의 수명을 연장할 수 있는 구조를 가지는 정전 척 및 이를 가지를 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 하우징, 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 어셈블리, 상기 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 그리고 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 구비한다. 상기 지지 어셈블리는 기판이 놓이는 상층 블럭과 상기 상층 블럭 아래에 배치되고 본딩층에 의해 상기 상층 블럭과 접합되는, 그리고 냉각 부재가 제공되는 하층 블럭을 포함한다. 상기 상층 블럭은 제1플레이트와 상기 제1플레이트 아래에 배치되며 상기 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제2플레이트를 구비한다.
일 예에 의하면, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 각각 세라믹 재질이며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 소결(sintering)에 의해 일체로 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치는 상기 제1플레이트의 아래에 배치되는 다공성 층(porous layer)와 상기 다공성 층으로 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 더 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 다공성 층은 상기 제2플레이트 내에 삽입될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 다공성 층은 상기 제2플레이트 아래에 배치될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치는 상기 제2플레이트 아래에 배치되며 상기 제2플레이트보다 열전도율이 낮은 재질로 제공되는 제3플레이트를 더 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제3플레이트는 상기 제2플레이트보다 열 팽창률이 더 큰 재질일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트보다 열 팽창률이 더 큰 재질일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는 동일 물질로 제공되고, 상기 제1플레이트에 함유된 불순물 및 제2플레이트에 함유된 불순물의 종류 및 함유량은 서로 상이할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제1플레이트는 기판을 가열하는 가열 부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 정전기력으로 척킹하는 정전 척을 제공한다. 상기 정전 척은 기판이 놓이는 상층 블럭 및 상기 상층 블럭 아래에 배치되고 본딩층에 의해 상기 상층 블럭과 접합되며 냉각 부재가 제공되는 하층 블럭을 포함한다.
일 예에 의하면, 상기 상층 블럭은 척킹 전극 및 가열 부재가 설치되는 제1플레이트와 상기 제1플레이트 아래에 배치되며, 상기 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제2플레이트를 구비할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 각각 세라믹 재질이며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 소결(sintering)에 의해 일체로 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제1플레이트의 아래에 배치되는 다공성 층(porous layer)과 상기 다공성 층으로 가스를 공급하는 가스 라인을 더 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 정전 척은 상기 제2플레이트 아래에 배치되며 상기 제2플레이트보다 열전도율이 낮은 재질로 제공되는 제3플레이트를 더 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제3플레이트는 상기 제2플레이트보다 열 팽창률이 더 큰 재질일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트보다 열 팽창률이 더 큰 재질일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 하우징, 상기 처리 공간 내에서 정전기력으로 기판을 지지하는 정전 척, 상기 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 그리고 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 구비한다. 상기 정전 척은 기판이 놓이는 상층 블럭 및 상기 상층 블럭 아래에 배치되고 본딩층에 의해 상기 상층 블럭과 접합되고 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성된 하층 블럭을 포함한다. 상기 본딩층은 열장벽층(thermal barrier layer)으로서 제공된다. 상기 상층 블럭은 히터 및 척킹 전극이 제공된 제1플레이트 및 상기 제1플레이트 아래에 배치되며 상기 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제2플레이트, 그리고 상기 제2플레이트 아래에 배치되며, 상기 제2플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제3플레이트를 구비한다.
일 예에 의하면, 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는 동일 재질로 제공되고, 상기 제1플레이트에 함유된 불순물 및 제2플레이트에 함유된 불순물의 종류 및 함유량은 서로 상이할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 본딩층의 재질은 실리콘을 포함하고, 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트의 재질은 질화 알루미늄을 포함하고, 상기 제3플레이트의 재질은 이트리아 또는 코디어라이트를 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치는 상기 제2플레이트의 내부 또는 상기 제2플레이트와 상기 제3플레이트 사이에 배치된 다공성 층과 상기 다공성 층으로 가스를 공급하는 가스 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 처리 공정에서 정전 척에 제공된 본딩 층이 열 충격에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 처리 공정에서 정전 척의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 처리 공정에서 기판의 전체 영역에서 기판의 온도를 설정 온도로 유지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적으로 사용되는 정전 척의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 프로세스 챔버의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 샤워헤드 어셈블리의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 3의 지지 어셈블리의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 5의 세라믹 퍽의 상면을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 7 내지 도 12는 각각 도 4의 정전 척의 다양한 변형 예를 각각 보여주는 도면들이다.
도 13은 도 2의 기판 처리 장치의 변형 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
본 실시 예에서 기판은 반도체 웨이퍼와 같은 원형 기판(W)을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명에서 기판은 마스크나 디스플레이 패널 등과 같은 사각 형상의 기판일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 설비 전방 단부 모듈(100) 및 처리 모듈(200)을 가진다. 설비 전방 단부 모듈(100)과 처리 모듈(200)은 일 방향을 따라 배치된다.
설비 전방 단부 모듈(100)은 기판(W)이 수납된 용기(10)로부터 기판(W)을 처리 모듈(200)로 반송하고, 처리 모듈(200)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(10)로 수납한다. 설비 전방 단부 모듈(100)은 그 길이 방향이 제2방향으로 제공된다. 설비 전방 단부 모듈(100)은 로드 포트(120)와 인덱스 프레임(140)을 가진다. 인덱스 프레임(140)을 기준으로 로드 포트(120)는 처리 모듈(200)의 반대 측에 위치된다. 기판(W)들이 수납된 용기(10)는 로드 포트(120)에 놓인다. 로드 포트(120)는 복수 개가 제공될 수 있다.
용기(10)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기(10)가 사용될 수 있다. 용기(10)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)이나 작업자에 의해 로드포트(120)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(140)은 외부와 밀폐된 공간을 가질 수 있다. 인덱스 프레임(140) 내 공간은 대기압으로 제공될 수 있다. 선택적으로 인덱스 프레임(140) 내 공간은 대기압보다 높은 압력으로 제공될 수 있다. 인덱스 프레임(140)의 상단에는 팬 필터 유닛(도시되지 않음)이 제공된다. 팬 필터 유닛은 인덱스 프레임(140) 내에 하강 기류를 형성한다. 인덱스 프레임(140) 내에는 용기(10)의 도어를 개폐하는 도어 오프너(도시되지 안음)가 제공될 수 있다.
인덱스 프레임(140)에는 인덱스 로봇(142)이 제공된다. 인덱스 프레임(140) 내에는 그 길이 방향이 제2방향으로 제공된 가이드 레일(148)이 제공되고, 인덱스 로봇(142)은 가이드 레일(148) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(142)은 기판(W)이 놓이는 핸드(142a)를 포함하며, 핸드(142a)는 전진 및 후진 이동, 상하 방향을 축으로 한 회전, 그리고 상하 방향을 따른 이동이 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(142a)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드들(142a)은 서로 독립적으로 전진 및 후진이동할 수 있다.
처리 모듈(200)은 로드락 챔버(220), 트랜스퍼 챔버(240), 그리고 프로세스 챔버(260)를 포함한다. 로드락 챔버(220)는 인덱스 프레임(140)에 인접하게 배치된다. 로드락 챔버(220)는 트랜스퍼 챔버(240)와 설비 전방 단부 모듈(100) 사이에 배치될 수 있다. 용기(10)로부터 프로세스 챔버(260)로 반송되는 기판(W)은 용기(10)에서 반출 후 로드락 챔버(220)에서 일시적으로 보관될 수 있다. 또한, 프로세스 챔버(260)에서 공정이 완료된 기판(W)은 용기(10)로 반송되는 도중에 로드락 챔버(220)에서 일시적으로 보관될 수 있다.
로드락 챔버(220)는 그 내부가 제1압력과 제2압력 간에 변환 가능하도록 제공된다. 제1압력은 인덱스 프레임(140) 내의 압력과 동일 또는 유사한 압력이고, 제2압력은 트랜스퍼 챔버(240)와 동일 또는 유사한 압력이다. 예컨대, 제1압력은 대기압이고, 제2압력은 진공압일 수 있다. 로드락 챔버(220)의 벽들 중 인덱스 프레임(140)과 대향되는 전방벽(222) 및 트랜스퍼 챔버(240)와 대향되는 후방벽(224) 각각에는 기판(W)이 반입되는 반입 구(도시되지 않음)가 형성된다. 반입 구는 도어(226a, 226b)에 의해 개폐 가능하도록 제공된다. 로드락 챔버(220)에는 퍼지 가스 공급 라인(640)(도시되지 않음)과 감압 라인(도시되지 않음)이 연결된다. 전방벽(222)에 제공된 도어(226a)가 열리기 전에, 전방벽(222) 및 후방벽(224)에 제공된 도어(226a, 226b)가 닫힌 상태에서 퍼지 가스 공급 라인(640)을 통해 로드락 챔버(220)로 퍼지 가스가 공급되고, 로드락 챔버(220) 내의 압력은 제2압력에서 제1압력으로 변환된다. 또한, 후방벽(224)에 제공된 도어(226b)가 열리기 전에, 감압 라인을 통해 로드락 챔버(220) 내의 기체가 배출됨으로써 로드락 챔버(220) 내의 압력은 제1압력에서 제2압력으로 변환된다.
로드락 챔버(220)는 복수 개가 제공될 수 있다. 기판(W)은 각각의 로드락 챔버(220)를 통해서 인덱스 프레임(140)과 트랜스퍼 챔버(240) 간에 반송될 수 있다. 선택적으로 기판(W)은 로드락 챔버(220)들 중 하나를 통해서 인덱스 프레임(140)으로부터 트랜스퍼 챔버(240)로 반송되고, 로드락 챔버(220)들 중 다른 하나를 통해서 트랜스퍼 챔버(240)로부터 인덱스 프레임(140)으로 반송될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(240)는 로드락 챔버(220)에 인접하게 배치된다. 상부에서 바라볼 때 트랜스퍼 챔버(240)는 다각형의 형상으로 제공될 수 있다. 트랜스퍼 챔버(240)에는 반송 로봇(242)이 배치된다. 반송 로봇(242)은 로드락 챔버(220)와 프로세스 챔버(260) 간에 기판(W)을 반송한다. 트랜스퍼 챔버(240) 내부는 진공 압으로 제공될 수 있다.
반송 로봇(242)은 기판(W)이 놓이는 핸드(242a)를 포함하며, 핸드(242a)는 전진 및 후진 이동, 상하 방향을 축으로 한 회전, 그리고 상하 방향을 따른 이동이 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(242a)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드들(242a)은 서로 독립적으로 전진 및 후진이동할 수 있다. 핸드들(242a) 중 하나는 로드락 챔버(220)에서 프로세스 챔버(260)로 반송되는 기판(W)을 지지하고, 핸드들(242a) 중 다른 하나는 프로세스 챔버(260)에서 로드락 챔버(220)로 반송되는 기판(W)을 지지할 수 있다.
프로세스 챔버(260)는 트랜스퍼 챔버(240)의 측부에 배치된다. 예컨대, 프로세스 챔버(260)는 트랜스퍼 챔버(240)의 각 변에 각각 배치될 수 있다. 프로세스 챔버들(260)은 기판(W)에 대해 서로 동일한 공정을 수행하도록 제공될 수 있다. 선택적으로 프로세스 챔버들(260) 중 일부는 기판(W)에 대해 일련의 공정을 순차적으로 수행하도록 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 프로세스 챔버(260)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 프로세스 챔버(260)는 기판(W) 상의 박막을 식각(etch)하는 공정을 수행할 수 있다.
도 3은 도 2의 프로세스 챔버의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 프로세스 챔버(260)는 하우징(300), 샤워헤드 어셈블리(400), 그리고 지지 어셈블리(500)를 가진다.
하우징(300)은 대체로 직육면체 형상으로 제공된다. 하우징(300)의 내부에는 기판(W)이 반입되고 기판(W)에 대해 소정의 공정이 수행되는 처리 공간(302)을 가진다. 하우징(300)의 벽들 중 트랜스퍼 챔버(240)와 대향되는 벽(262)에는 기판(W)이 출입하는 반입 구(도시되지 않음)가 형성된다. 반입 구는 도어(266)에 의해 개폐될 수 있다.
지지 어셈블리(500)는 처리 공간(302) 내에서 기판(W)을 지지한다. 지지 어셈블리(500)는 처리 공간(302) 내에서 하부에 위치된다. 지지 어셈블리(500)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전 척(501)을 구비한다. 선택적으로 지지 어셈블리(500)는 진공압 또는 기계적 클램프에 의해 기판(W)을 지지할 수 있다. 지지 어셈블리(500)의 구체적인 구조에 대해서는 후술한다.
샤워헤드 어셈블리(400)는 처리 공간(302) 내에서 상부에 위치된다. 샤워헤드 어셈블리(400)는 지지 어셈블리(500)와 대향되게 위치된다. 도 4는 샤워헤드 어셈블리의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 샤워헤드 어셈블리(400)는 샤워헤드 전극(420), 백킹 플레이트(440), 온도 조절 플레이트(460), 그리고 상부 플레이트(480)를 가진다.
샤워헤드 전극(420)은 원형의 판 형상을 가진다. 샤워헤드 전극(420)은 지지 어셈블리(500)에 지지된 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 샤워헤드 전극(420)은 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 샤워헤드 전극(420)은 단결정 실리콘 재질일 수 있다. 샤워헤드 전극(420)은 접지될 수 있다. 선택적으로 샤워헤드 전극(420)에는 고주파 전력이 인가될 수 있다. 샤워헤드 전극(420)에는 복수의 분사 홀(422)이 형성된다. 분사 홀(422)은 샤워헤드 전극(420)의 상면에서부터 하면까지 연장된다. 샤워헤드 전극(420)의 전체 영역에 걸쳐 분사 홀(422)의 형성 밀도는 동일할 수 있다. 선택적으로 분사 홀(422)은 샤워헤드 전극(420)의 영역에 따라 분사 홀(422)의 형성 밀도는 서로 상이할 수 있다.
샤워헤드 전극(420)은 백킹 플레이트(440)에 지지될 수 있다. 백킹 플레이트(440)는 샤워헤드 전극(420)의 상부에 위치된다. 백킹 플레이트(440)는 대체로 원판 형상으로 제공될 수 있다. 백킹 플레이트(440)는 샤워헤드 전극(420)과 유사한 크기의 직경으로 제공될 수 있다. 샤워헤드 전극(420)은 접착제에 의해 백킹 플레이트(440)에 부착될 수 있다. 선택적으로 샤워헤드 전극(420)은 볼트 등과 같은 기구적 결합 수단에 의해 백킹 플레이트(440)에 결합될 수 있다. 백킹 플레이트(440)는 복수의 연결 홀(442)이 형성된다. 연결 홀(442)은 백킹 플레이트(440)의 상면에서부터 하면까지 연장된다. 상부에서 바라볼 때 연결 홀들(442)은 샤워헤드에 형성된 분사 홀(422)들과 정렬되게 위치될 수 있다.
백킹 플레이트(440)의 상부에는 온도 조절 플레이트(460)가 형성된다. 온도 조절 플레이트(460)는 원형의 판 형상을 가진다. 온도 조절 플레이트(460)는 백킹 플레이트(440)와 유사한 크기의 직경으로 제공될 수 있다. 백킹 플레이트(440)는 볼트 등과 같은 기구적 결합 수단에 의해 온도 조절 플레이트(460)에 결합될 수 있다. 선택적으로 백킹 플레이트(440)는 접착제에 의해 온도 조절 플레이트(460)에 부착될 수 있다.
온도 조절 플레이트(460)는 내부에 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로(462)가 형성된다. 냉각 유로(462)는 온도 조절 플레이트(460)의 전체 영역에 걸쳐서 형성될 수 있다. 냉각 유체로는 냉각수가 사용될 수 있다. 또한, 온도 조절 플레이트(460)에는 히터(464)가 제공될 수 있다. 히터(464)로는 열선이 사용될 수 있다. 열선에는 교류 전류가 인가될 수 있다. 히터(464)는 온도 조절 플레이트(460)의 가장자리 영역에 위치될 수 있다. 예컨대, 히터(464)는 냉각 유로(462)보다 외측에 위치될 수 있다. 선택적으로 히터(464)는 온도 조절 플레이트(460)의 전체 영역에 걸쳐서 위치될 수 있다.
백킹 플레이트(440)의 상면에는 센터 홈(444a)과 에지 홈(444b)이 형성된다. 센터 홈(444a)은 원 형상으로 제공될 수 있다. 에지 홈(444b)은 링 형상으로 제공될 수 있다. 센터 홈(444a)과 에지 홈(444b)은 서로 이격되게 제공된다. 온도 조절 플레이트(460)와 백킹 플레이트(440)의 조합에 의해 센터 홈(444a) 및 에지 홈(444b)은 각각 가스가 머무르는 버퍼 공간으로 기능한다. 백킹 플레이트(440)의 센터 영역에 형성된 연결 홀들(442a)은 센터 홈(444a)과 통하도록 제공되고, 백킹 플레이트(440)의 에지 영역에 형성된 연결 홀들(442b)은 에지 홈(444b)과 통하도록 제공된다. 또한, 온도 조절 플레이트(460) 및 상부 플레이트(480)에는 센터 가스 유입로(466a) 및 에지 가스 유입로(466b)가 형성된다. 센터 가스 유입로(466a)는 센터 홈(444a)과 통하도록 제공되고, 에지 가스 유입로(466b)는 에지 홈(444b)과 통하도록 제공된다. 상술한 구조로 인해 센터 가스 유입로(466a)를 통해 유입된 가스는 백킹 플레이트(440)에 형성된 센터 홈(444a), 백킹 플레이트(440)에 형성된 연결 홀(442a), 그리고 샤워헤드 전극(420)의 분사 홀(422)을 통해서 아래 방향으로 흐른다. 또한, 에지 가스 유입로(466b)를 통해 유입된 가스는 백킹 플레이트(440)에 형성된 에지 홈(444b), 백킹 플레이트(440)에 형성된 연결 홀(442b), 그리고 샤워헤드 전극(420)의 분사 홀(422)을 통해서 아래 방향으로 흐른다.
온도 조절 플레이트(460)는 상부 플레이트(480)에 결합된다. 상부 플레이트(480)는 온도 조절 플레이트(460)보다 상부에 위치된다. 온도 조절 플레이트(460)는 볼트 등과 같은 기구적 결합 수단에 의해 상부 플레이트(480)에 결합될 수 있다. 상부 플레이트(480)는 대체로 원형의 판 형상을 가진다. 상부 플레이트(480)는 하우징(300)의 상벽에 결합될 수 있다.
가스 공급 유닛(600)은 하우징(300) 내로 처리 가스를 공급한다. 처리 가스는 식각 가스를 포함한다. 식각 가스는 기판(W) 상의 식각 대상막에 따라 선택된다. 식각 대상막이 실리콘 막인 경우 처리 가스는 불소계 가스를 포함할 수 있다. 예컨대, 처리 가스는 SF6, NF3, CF4, 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 식각 대상막이 실리콘 산화막인 경우, 처리 가스는 플루오르 카본 계열 가스를 포함할 수 있다. 예컨대, 처리 가스는 CF4, C2F6, C3F8, C4F8, CHF3 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 식각 대상막이 실리콘 질화막인 경우, 처리 가스는 플루오르 카본 계열 가스를 포함할 수 있다. 예컨대, 처리 가스는 CFx 가스를 포함할 수 있다. 또한, 식각 선택비를 향상시키거나 플라즈마 안정화를 위해 처리 가스는 첨가 가스를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 첨가 가스는 산소, 질소, 헬륨, 수소, 아르곤 또는 이들의 조합 등일 수 있다.
가스 공급 유닛(600)은 가스 공급원(620) 및 가스 공급 라인(640)을 가진다. 가스 공급원(620)은 복수 개 제공된다. 각각의 가스 공급원(620)은 서로 상이한 가스를 저장한다. 가스 공급원(620)에는 각각 가스 공급 라인(640)이 연결된다. 가스 공급 라인(640)은 주 라인(642) 및 분기 라인(644)을 가진다. 주 라인(642)은 가스 공급원(620)과 연결된다. 주 라인(642)은 2개의 분기 라인(644)으로 분기된다. 분기 라인(644) 중 하나인 제1라인(644a)은 센터 가스 유입로(466a)와 연결된다. 분기 라인(644) 중 다른 하나인 제2라인(644b)은 에지 가스 유입로(466b)와 연결된다. 주 라인(642)에는 개폐 밸브(642)가 설치된다. 제1라인(644a) 및 제2라인(644b)에는 각각 개폐 밸브(645a, 645b)가 설치된다. 또한, 제1라인(644a) 및 제2라인(644b) 각각에는 유량 조절기(646a, 646b)가 설치된다. 선택적으로 유량 조절기는 제1라인(644a)과 제2라인(644b) 중 어느 하나와 주 라인(642)에 설치될 수 있다.
상술한 샤워헤드 어셈블리(400) 및 가스 공급 유닛(600)의 구조로 인해, 처리 공간(302)에 가스를 공급할 때 처리 공간(302) 중 센터 공간으로 공급되는 가스의 량과 처리 공간(302) 중 에지 공간으로 공급되는 가스의 량을 각각 조절할 수 있다.
그러나 상술한 바와 달리, 온도 조절 플레이트(460)의 저면에는 단일의 홈만 형성되고, 가스 공급 라인(640)은 분기 라인(644) 없이 주 라인(642)만을 구비할 수 있다. 선택적으로 온도 조절 플레이트(460)에 형성된 홈들의 수 및 분기 라인(644)의 수는 3개 또는 그보다 많은 수로 제공될 수 있다.
도 5는 지지 어셈블리의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 지지 어셈블리(500)는 정전 척(501)(electrostatic chuck)을 포함한다. 정전 척(501)은 상층 블럭(502, top block)과 하층 블럭(503, bottom block)을 가진다. 상층 블럭(502)은 하층 블럭(503)보다 상부에 배치된다. 상층 블럭(502)과 하층 블럭(503)은 본딩 층(504)에 의해 서로 접착된다. 본딩 층(504)은 열 장벽 층(thermal barrier layer)으로 기능 할 수 있다. 본딩 층(504)은 실리콘을 포함하는 재질일 수 있다. 본딩 층(504)은 단일층으로 제공되거나 복합 층으로 제공될 수 있다. 예컨대, 본딩 층(504)은 위에서부터 아래로 순차적으로 위치된 복수의 층으로 제공될 수 있다. 복수의 층은 서로 간에 상이한 재질로 제공될 수 있다.
상층 블럭(502)은 세라믹 퍽(510, ceramic puck), 버퍼 플레이트(520, buffer plate), 그리고 다공성 층(530, porous layer)을 가진다. 세라믹 퍽(510)은 다공성 층(530)보다 상부에 배치된다. 다공성 층(530)은 버퍼 플레이트(520)보다 상부에 배치된다.
세라믹 퍽(510)은 상부 플레이트(510a, upper plate) 및 하부 플레이트(510b, lower plate)를 가진다. 상부 플레이트(510a)는 중앙 부분(512)과 이로부터 외측으로 연장된 가장자리 부분(514)을 가진다. 상부에서 바라볼 때, 중앙 부분(512)은 원형으로 제공되고, 가장자리 부분(514)은 환형으로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512)의 상면 높이는 상부 플레이트(510a)의 가장자리 부분(514)의 상면 높이보다 높게 제공된다. 중앙 부분(512)의 직경은 기판(W)의 직경보다 작은 크기로 제공된다. 이에 의해, 기판(W)은 상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512) 상에 지지된다.
도 6은 세라믹 퍽의 상면을 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 6을 참조하면, 상부 플레이트(510a)의 상면에는 기판(W)의 저면과 맞닿는 돌출부(518)가 제공된다. 돌출부(518)는 링형 돌기(516, ring projection)를 가질 수 있다. 링형 돌기(516)는 상부 플레이트(510a)의 단부에 형성된 외측 돌기(516a)를 포함할 수 있다. 추가적으로 링형 돌기(516)는 외측 돌기(516a)보다 내측에 배치된 내측 돌기(516b)를 더 포함할 수 있다. 외측 돌기(516a) 및 내측 돌기(516b)는 서로 동일한 높이로 제공될 수 있다. 또한, 돌출부(518)는 점형 돌기(517, point projection)를 더 가질 수 있다. 점형 돌기(517)는 내측 돌기(516b)와 외측 돌기(516a)에 의해 둘러싸여진 외측 공간(519a) 내에 복수 개가 제공된다. 또한, 점형 돌기(517)는 내측 돌기(516b)에 의해 둘러싸여진 내측 공간(519b) 내에 복수 개가 제공된다. 기판(W)은 외측 돌기(516a), 내측 돌기(516b), 그리고 점형 돌기(517)들에 의해 직접 지지될 수 있다.
외측 공간(519a) 및 내측 공간(510b)에는 각각 열 전달 가스가 공급된다. 열 전달 가스는 헬륨 가스일 수 있다. 내측 공간(519b)에는 제1열 전달 가스 라인(812)이 연결되고, 외측 공간에는 제2열 전달 가스 라인(814)이 연결된다. 제1열 전달 가스 라인(812) 및 제2열 전달 가스 라인(814)은 열 전달 가스원(818)으로부터 열 전달 가스를 공급받는다. 제1열 전달 가스 라인(812)을 통해 공급되는 열 전달 가스의 상태 또는 공급량은 제2열 전달 가스 라인(814)을 통해 공급되는 열 전달 가스의 상태 또는 공급량과 상이할 수 있다. 열 전달 가스의 상태는 열 전달 가스의 온도를 포함할 수 있다. 열 전달 가스의 공급량은 단위 시간당 공급량을 포함할 수 있다. 제1열 전달 가스 라인(812) 및 제2열 전달 가스(814) 라인 각각에는 개폐 밸브, 유량 조절기, 또는 히터가 설치될 수 있다.
상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512)에는 척킹 전극(820)이 배치된다. 척킹 전극(820)은 도선(822)을 거쳐서 직류 전원(824)에 전기적으로 접속된다. 도선(822)에는 스위치(822a)가 설치될 수 있다. 직류 전원(824)으로부터 척킹 전극(820)에 전압이 인가되면 정전기력에 의해 기판(W)이 상부 플레이트(510a)에 척킹된다.
상부 플레이트(510a)에는 가열 부재(830)가 제공될 수 있다. 가열 부재(830)는 척킹 전극(820)보다 아래에서 상부 플레이트(510a) 내에 배치될 수 있다. 가열 부재(830)는 저항성 히터를 포함한다. 예컨대, 저항성 히터는 열선일 수 있다. 저항성 히터는 도선(832)을 거쳐서 교류 전원(834)에 전기적으로 접속된다. 도선(832)에는 스위치(832a)가 설치될 수 있다. 예컨대, 저항성 히터는 공정 진행 중 150℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다.
하부 플레이트(510b)는 상부 플레이트(510a)의 아래에 위치된다. 하부 플레이트(510b)는 원형의 판 형상을 가진다. 하부 플레이트(510b)는 상부 플레이트(510a)의 바닥면과 대체로 동일한 크기의 직경을 가질 수 있다. 하부 플레이트(510b)는 상부 플레이트(510a)보다 열 전달율이 낮은 재질로 제공된다. 하부 플레이트(510b)가 상부 플레이트(510a)보다 열 전달율이 낮은 재질로 제공됨으로써, 상부 플레이트(510a)로부터 고온의 열이 빠르게 본딩 층(504)으로 전달되어 본딩 층(504)이 열적 충격에 의해 손상되는 것을 방지한다. 상부 플레이트(510a)와 하부 플레이트(510b)는 소결에 의해 일체로 제공될 수 있다.
하부 플레이트(510b)는 상부 플레이트(510a)보다 열 팽창율이 높은 재질로 제공된다. 가열 부재(830)가 상부 플레이트(510a)에 내장되어 있으므로, 상부 플레이트(510a)의 온도는 하부 플레이트(510b)의 온도보다 높다. 따라서 하부 플레이트(510b)가 상부 플레이트(510a)와 동일한 열팽청율 가진 재질 또는 상부 플레이트(510a)보다 더 작은 열 팽창율을 가진 재질로 제공되는 경우, 상부 플레이트(510a)와 하부 플레이트(510b) 간에 열 팽창 정도가 상이하여 상부 플레이트(510a) 또는 하부 플레이트(510b)가 손상될 수 있다. 그러나 하부 플레이트(510b)가 상부 플레이트(510a)보다 열 팽창율이 높은 재질로 제공되는 경우, 상부 플레이트(510a)와 하부 플레이트(510b) 간에 열 팽창 정도를 줄일 수 있으므로 상부 플레이트(510a) 및 하부 플레이트(510b)가 열 팽창으로 인해 손상되는 것을 최소화할 수 있다.
하부 플레이트(510b) 아래에는 버퍼 플레이트(520)가 배치된다. 버퍼 플레이트(520)는 원형의 판 형성을 가진다. 버퍼 플레이트(520)는 하부 플레이트(510b)의 직경과 동일한 직경으로 제공될 수 있다. 버퍼 플레이트(520)는 세라믹 퍽(510)에 볼트 등과 같은 기구적 결합 수단(도시되지 않음)에 의해 결합될 수 있다. 버퍼 플레이트(520)는 하부 플레이트(510b)보다 열 전도율이 낮은 재질로 제공된다. 또한, 버퍼 플레이트(520)는 하부 플레이트(510b)보다 열 팽창율이 높은 재질로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(510a)의 히터(830)에서 발생한 열이 본딩 층(504)에 도달하기까지, 열 전달율이 하부 플레이트(510b) 및 버퍼 플레이트(520)에 의해 복수의 단계를 거쳐 감소하므로 본딩 층(504)이 가해지는 열 충격을 더욱 완화할 수 있다.
상부 플레이트(510a) 및 하부 플레이트(510b)는 각각 세라믹 재질로 제공된다. 상부 플레이트(510a) 및 하부 플레이트(510b)는 동일 재질로 제공될 수 있다. 이 경우, 상부 플레이트(510a)와 하부 플레이트(510b)의 열 전도율 및 열 팽창률의 조절을 위해 상부 플레이트(510a) 및 하부 플레이트(510b)의 재질에 함유되는 불순물의 종류 및 함유량은 다르게 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 플레이트(510a)와 하부 플레이트(510b)는 질화알루미늄으로 제공될 수 있다. 불순물의 종류 및 함유량에 따라, 일반적으로 사용되는 질화알루미늄의 열 전달율은 약 70 ~ 180 (W/mk)이고, 질화알루미늄의 열 팽창율은 약 3.9 ~ 4.6 (10-6/℃)이다. 버퍼 플레이트(520)는 세라믹 재질로 제공될 수 있다. 버퍼 플레이트(520)는 상부 플레이트(510a) 및 하부 플레이트(510b)와 상이한 재질로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 버퍼 플레이트(520)의 재질은 이트리아로 제공될 수 있다. 불순물의 종류 및 함량에 따라, 일반적으로 사용되는 이트리아의 열 전달율은 약 16 ~ 17.2 (W/mk)이고, 열 팽창율은 약 10 ~ 11.5 (10-6/℃)이다. 또한, 일반적으로 사용되는 코디어라이트의 열전달율은 약 4 (W/mk)이고, 열 팽창율은 약 1.5 ~ 2.1 (10-6/℃)이다.
선택적으로 상부 플레이트(510a) 및 하부 플레이트(510b)의 재질은 알루미나(alumina)로 제공되고, 버퍼 플레이트(520)의 재질은 지르코니아(zirconia)로 제공될 수 있다. 알루미나의 열 전달율은 약 30 (W/mk)이고, 열 팽창율은 약 7.2 (10-6/℃)이다. 또한, 지르코니아의 열 전달율은 약 3 (W/mk)이고, 열 팽창율은 약 10.5 (10-6/℃)이다. 이들 열 전달율과 열 팽창율은 불순물의 종류 및 함유량에 따라 조절될 수 있다.
하부 플레이트(510b)와 버퍼 플레이트(520) 사이에는 다공성 층(530)이 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 버퍼 플레이트(520)의 상면에는 삽입홈(522)이 형성되고, 다공성 층(530)은 버퍼 플레이트(520)와 하부 플레이트(510b)에 의해 둘러싸인 공간에 배치될 수 있다. 다공성 층(530)의 두께는 삽입홈(522)의 두께와 유사하게 제공될 수 있다. 다공성 층(530)의 상면은 하부 플레이트(510b)에 접촉되고, 다공성 층(530)의 하면은 버퍼 플레이트(520)에 접촉될 수 있다. 다공성 층(530)에는 가스 라인(532)이 연결된다. 가스 라인(532)은 가스 공급원(534)에 저장된 가스를 다공성 층(530)으로 공급한다. 가스 라인(532)에는 개폐 밸브(532a)가 설치될 수 있다. 다공성 층(530)으로 공급되는 가스는 헬륨 가스일 수 있다. 선택적으로 다공성 층(530)으로 공급되는 가스는 질소 등과 같은 다른 종류의 불활성 가스일 수 있다.
상부 플레이트(510a)와 본딩 층(504) 사이의 열 전달 경로 상에 불활성 가스가 공급되는 다공성 층(530)이 제공되는 경우, 열 전달 경로가 하부 플레이트(510b) 및 버퍼 플레이트(520)와 같은 플레이트를 통해 전도(conduction)에 의해서만 이루어지는 경우에 비해 열 전달을 억제할 수 있다. 또한, 일정 체적을 가지는 빈 공간 내에 불활성 가스를 공급하는 경우, 빈 공간으로 인해 구조적인 강도가 낮아진다. 그러나 본 실시예의 경우, 불활성 가스가 공급되는 영역을 다공성 층(530)으로 채움으로써 구조적 안정성을 유지할 수 있다.
하층 블럭(503)은 냉각 플레이트(540) 및 지지체(550)를 포함한다. 냉각 플레이트(540)는 본딩 층(504)에 의해 상층 블럭(502)에 접착된다. 냉각 플레이트(540)는 원형의 판 형상을 가진다. 냉각 플레이트(6=540)의 내부에는 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로(840)가 형성된다. 냉각 유체로는 냉각수가 사용될 수 있다. 냉각 유로(840)는 냉각수 공급 라인(842)을 통해 냉각수 공급원(846)으로부터 냉각수를 공급받는다. 또한, 냉각 유로(840)를 흐른 냉각수는 냉각수 회수 라인(844)을 통해 냉각수 공급원(846)으로 회수된다. 냉각수 공급 라인(842)에는 개폐 밸브(842a)가 설치될 수 있다. 냉각 플레이트(540)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 냉각 플레이트(540)는 알루미늄으로 제공될 수 있다. 냉각 플레이트(540)에는 고주파 라인(722)을 통해 고주파 전원(726a)이 접속된다. 고주파 전원(726a)은 냉각 플레이트(540)에 고주파 전력을 인가한다. 고주파 전력은 샤워헤드 어셈블리(400)와 지지 어셈블리(500) 사이로 공급된 처리가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 또한, 냉각 플레이트(540)에는 고주파 라인(722)을 통해 바이어스 전원(726b)이 접속된다. 바이어스 전원(726b)은 플라즈마에 함유된 이온을 정전 척(502)에 지지된 기판(W)으로 인입시킨다. 고주파 라인(722)에는 정합기(matcher, 724)가 설치된다.
플라즈마 발생 유닛은 하우징(300) 내 처리 공간(302)에서 플라즈마를 발생시킨다. 일 예에 의하면, 사워헤드 전극(420)과 냉각 플레이트(540)는 각각 플라즈마 발생을 위한 전극으로 기능한다.
지지체(550)는 냉각 플레이트(540)의 아래에 배치된다. 지지체(550)는 내부 공간을 가지는 원통 형상을 가진다.
지지 어셈블리(500)는 지지 로드(560)에 의해 챔버에 고정될 수 있다. 지지 로드(560)의 일단은 하우징(300)에 고정되고, 지지 로드(560)의 타단은 지지 어셈블리(560)에 고정된다. 지지 로드(560)는 복수 개 제공된다. 예컨대, 지지 로드(560)는 3개가 제공되며, 상부에서 바라볼 때 지지 로드(560)들은 등간격으로 배치될 수 있다. 지지 로드(560)들 중 일부 또는 전에는 그 내부에 관통공(562)을 가진다. 정전 척(501)으로 공급되는 다수의 가스 라인(532, 812, 814), 냉각수 라인(842, 844) 그리고 도선들(722, 822, 832)은 하우징(300)의 외부로부터 관통공(562)을 통해 지지체(550) 내의 내부 공간으로 삽입될 수 있다.
하우징(300)의 바닥벽에는 배기관(320)이 연결된다. 일 예에 의하면, 지지 어셈블리(500)는 하우징(300)의 바닥벽으로부터 위로 이격되게 배치되고, 배기관(320)은 하우징(300)의 바닥벽 중앙에 연결될 수 있다. 배기관(320)에는 펌프(322)가 연결된다. 펌프(322)는 공정 진행시 처리 공간(302) 내의 압력을 기설정 압력으로 유지한다. 또한, 펌프(322)는 공정 진행 중 발생되는 반응 부산물을 배기관을 통해 배기한다. 펌프(322)는 터보 펌프일 수 있다. 하우징(300)의 내벽과 지지 어셈블리(500)의 외벽 사이에는 링 형상의 배기 배플(340)이 제공될 수 있다. 배기 배플(340)에는 상하 방향으로 관통된 복수의 배기공(342)이 형성된다. 배기 배플(340)은 지지 로드(560)보다 상부에 배치될 수 있다.
지지 어셈블리(500)는 링 키트(570)를 더 포함한다. 링 키트(570)는 정전 척(501)의 둘레를 감싸는 복수의 링 부재를 포함한다. 일 예에 의하면, 링 키트(570)는 에지 링(572) 및 절연 링(574)을 포함한다.
에지 링(572)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 에지 링(572)은 실리콘을 포함하는 재질로 제공된다. 에지 링(572)은 기판(W)의 가장자리 영역에서 플라즈마 쉬스(plasma sheath)를 조절한다. 에지 링(572)은 상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512)을 감싸도록 제공된다. 에지 링(572)은 내측 부분(572a) 및 외측 부분(572b)을 가진다. 에지 링(572)의 내측 부분(572a)은 상부 플레이트(510a)의 가장자리 부분(514) 상에 놓인다. 에지 링(572)의 내측 부분(572a)의 상면은 상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 선택적으로 에지 링(572)의 내측 부분(572a)의 상면은 상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512)의 상면보다 낮은 높이에 위치될 수 있다. 에지 링(572)의 외측 부분(572b)은 에지 링(572)의 내측 부분(572a)으로부터 바깥 쪽으로 연장된다. 에지 링(572)의 외측 부분(572b)의 상면은 에지 링(572)의 내측 부분(572a)의 상면보다 높은 높이에 위치될 수 있다. 예컨대, 에지 링(572)의 외측 부분(572b)의 상면은 정전 척(501)에 놓인 기판(W)의 상면보다 높게 위치될 수 있다. 즉, 에지 링(572)의 상면은 외측에서 내측으로 갈수록 높이가 낮아지도록 단차지게 제공된다. 상술한 구조로 인해, 기판(W)의 중앙 영역은 상부 플레이트(510a)의 중앙 부분(512)에 의해 지지되고, 기판(W)의 가장자리 영역은 에지 링(572)의 내측 부분(572a)에 의해 지지된다.
절연 링(574)은 에지 링(572) 및 정전 척(501)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 절연 링(574)은 절연 재질로 제공된다. 예컨대, 절연 링(574)은 석영 재질로 제공될 수 있다. 절연 링(574)은 플라즈마를 이용하여 공정을 진행하는 동안, 정전 척(501)의 외측면 및 에지 링(572)의 외측면을 플라즈마로부터 보호한다.
또한, 지지 어셈블리(500)는 핀 유닛(580)을 더 포함한다. 핀 유닛(580)은 정전 척(501)과 외부의 반송 로봇 간에 기판(W)을 인수 인계한다. 핀 유닛(580)은 복수의 리프트 핀(582), 핀 지지대(584), 그리고 승강 구동기(도시되지 않음)를 가진다. 정전 척(501)에는 상하 방향으로 관통된 복수의 핀 홀(582a)이 형성된다. 각각의 리프트 핀(582)은 대응하는 위치에 제공된 핀 홀(582a)을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 제공된다. 복수의 리프트 핀(582)은 핀 지지대(584) 상에 설치된다. 핀 지지대(584)는 정전 척(501)의 하부에 위치될 수 있다. 예컨대, 핀 지지대(584)는 지지체(550)의 내부 공간에 위치될 수 있다. 핀 지지대(584)는 승강 구동기에 의해 상하 방향으로 이동된다. 핀 지지대(584)는 업 위치 및 다운 위치 간에 이동될 수 있다. 업 위치는 리프트 핀(582)이 정전 척(501)보다 위에 돌출된 상태의 위치이다. 다운 위치는 리프트 핀(582)의 상단이 핀 홀(582a) 내로 삽입된 상태의 위치이다.
반송 로봇에서 정전 척(501)으로 기판(W)의 반송은 다음과 같다. 핀 지지대(584)가 업 위치로 이동된다. 핀 지지대(584)와 대응하는 위치까지 반송 로봇이 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇의 하강 동작에 의해 반송 로봇에 지지된 기판(W)은 리프트 핀(582)으로 인계된다. 핀 지지대(584)가 업 위치에서 다운 위치로 이동된다. 리프트 핀(582)이 하강됨에 따라 리프트 핀(582)에 지지된 기판(W)은 정전 척(501) 상으로 인계된다. 정전 척(501)에서 반송 로봇으로의 기판(W)의 반송은 위와 반대 동작에 의해 이루어진다.
도 5에서 정전 척(501)은 다공성 층(530)이 세라믹 퍽(510)과 버퍼 플레이트(520) 사이에 배치된 것으로 도시되었다. 그러나 이와 달리, 다공성 층(530)은 세라믹 퍽(510) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 정전 척(501a)에서 다공성 층(530)은 도 7에 도시된 바와 같이 세라믹 퍽(510)의 하부 플레이트(510b) 내에 삽입될 수 있다.
또한, 도 5에서 정전 척(501)은 세라믹 퍽(510)이 열전도율이 상이한 2개의 플레이트를 구비한 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 세라믹 퍽(510)은 열전도율이 상이한 3개 또는 그 이상의 플레이트를 구비할 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이 정전 척(501b)에서 세라믹 퍽(510)은 상부 플레이트(510a), 중간 플레이트(510c), 그리고 하부 플레이트(510b)를 구비할 수 있다. 상부 플레이트(510a), 중간 플레이트(510c), 그리고 하부 플레이트(510b) 순서대로 위에서 아래를 향하는 방향으로 배치되고, 이들 플레이트들(510a, 510b, 510c)의 재질은 위에서 아래를 향하는 방향으로 배치된 순서로 열 전달율이 점진적으로 작아지도록 제공될 수 있다. 또한, 이들 플레이트들(510a, 510b, 510c)의 재질은 위에서 아래를 향하는 방향으로 배치된 순서로 열 팽창율이 점진적으로 커지도록 제공될 수 있다. 선택적으로 도 9에 도시된 바와 같이 정전 척(501c)은 1개의 플레이트 만을 가질 수 있다.
또한, 도 5에서 정전 척(501)은 다공성 층(530) 및 가스 라인을 구비한 것으로 설명하였다. 그러나 도 10에 도시된 바와 같이 정전 척(501d)에 다공성 층(530) 및 가스 라인은 제공되지 않을 수 있다.
또한, 도 5에서 정전 척(501)은 1개의 버퍼 플레이트(520)를 구비한 것으로 설명하였다. 그러나 도 11에 도시된 바와 같이 정전 척(501e)은 복수의 버퍼 플레이트(520a, 520b))를 구비할 수 있다. 복수의 버퍼 플레이트(520)가 제공된 경우, 복수의 버퍼 플레이트(520)들은 위에서 아래를 향하는 방향으로 배치된 순서로 열 전달율이 점진적으로 작아지도록 제공될 수 있다. 선택적으로 도 12에 도시된 바와 같이 정전 척(501f)에는 버퍼 플레이트(520)가 제공되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 정전 척(501)은 상층 블럭(502)과 하층 블럭(503)이 본딩 층(504)에 의해 서로 접착된다. 상층 블럭(502)은 히터가 제공된 제1플레이트와 하층 블럭(503) 사이에 제1플레이트보다 열 전달율이 낮은 제2플레이트가 배치된다. 이에 의해, 히터에서 발생하는 고온의 열에 의해 본딩 층(504)이 열적 쇼크에 의해 손상되는 것을 최소화한다. 따라서 150℃보다 높은 온도로 기판(W)을 처리하는 고온 공정에서도 본딩 층(504)의 손상 없이 공정을 진행할 수 있다.
세라믹 퍽(510)이 상부 플레이트(510a)와 하부 플레이트(510b)를 구비하는 경우, 상부 플레이트(510a)는 제1플레이트로 기능하고 하부 플레이트(510b)는 제2플레이트로 기능할 수 있다. 세라믹 퍽(510)이 1개의 플레이트만을 구비한 경우, 세라믹 퍽(510)은 제1플레이트로 기능하고, 버퍼 플레이트(520)는 제2플레이트로 기능할 수 있다.
도 3에서는 하우징(300) 내에 샤워헤드 어셈블리(400) 및 지지 어셈블리(500)가 대향되게 제공되고, 샤워헤드 어셈블리 및 지지 어셈블리(500)에 각각 전극이 제공됨으로써 용량 결합에 의해 플라즈마가 발생되는 것으로 도시되었다. 그러나 이와 달리, 플라즈마 발생 유닛은 도 13과 같이 하우징(300)의 외측에 배치된 안테나(480)에 고주파 전원(482)으로부터 고주파 전력을 인가하여 처리 공간 내에서 유도 결합에 의해 플라즈마를 발생시키는 구조로 제공될 수 있다. 안테나는 하우징의 상벽과 인접한 위치에 배치되고, 하우징의 상벽은 유전체 창으로 제공될 수 있다. 선택적으로 플라즈마 발생 유닛은 하우징의 외측 공간에서 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마를 하우징 내부로 도입시키는 구조로 제공될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
501: 정전 척
502: 상층 블럭
503: 하층 블럭
504: 본딩 층
510: 세라믹 퍽
510a: 상부 플레이트
510b: 하부 플레이트
530: 다공성 층
540: 냉각 플레이트
550: 지지체

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 하우징과;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 어셈블리와;
    상기 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 그리고
    상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 구비하되,
    상기 지지 어셈블리는,
    기판이 놓이는 상층 블럭과;
    상기 상층 블럭 아래에 배치되고 본딩층에 의해 상기 상층 블럭과 접합되는, 그리고 냉각 부재가 제공되는 하층 블럭을 포함하고,
    상기 상층 블럭은,
    제1플레이트와;
    상기 제1플레이트 아래에 배치되며, 상기 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제2플레이트를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 각각 세라믹 재질이며,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 소결(sintering)에 의해 일체로 제공되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트의 아래에 배치되는 다공성 층(porous layer)과;
    상기 다공성 층으로 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다공성 층은 상기 제2플레이트 내에 삽입되는 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 다공성 층은 상기 제2플레이트 아래에 배치되는 기판 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2플레이트 아래에 배치되며, 상기 제2플레이트보다 열전도율이 낮은 재질로 제공되는 제3플레이트를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3플레이트는 상기 제2플레이트보다 열팽창율이 더 큰 재질인 기판 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트보다 열팽창율이 더 큰 재질인 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는 동일 재질로 제공되고, 상기 제1플레이트에 함유된 불순물 및 제2플레이트에 함유된 불순물의 종류 및 함유량은 서로 상이한 기판 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1플레이트는 기판을 가열하는 가열 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 기판을 정전기력으로 척킹하는 정전 척에 있어서,
    기판이 놓이는 상층 블럭과;
    상기 상층 블럭 아래에 배치되고 본딩층에 의해 상기 상층 블럭과 접합되는, 그리고 냉각 부재가 제공되는 하층 블럭을 포함하고,
    상기 상층 블럭은,
    척킹 전극 및 가열 부재가 설치되는 제1플레이트와;
    상기 제1플레이트 아래에 배치되며, 상기 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제2플레이트를 구비하는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 각각 세라믹 재질이며,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트는 소결(sintering)에 의해 일체로 제공되는 기판 처리 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1플레이트의 아래에 배치되는 다공성 층(porous layer)과;
    상기 다공성 층으로 가스를 공급하는 가스 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2플레이트 아래에 배치되며, 상기 제2플레이트보다 열전도율이 낮은 재질로 제공되는 제3플레이트를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3플레이트는 상기 제2플레이트보다 열팽창율이 더 큰 재질인 정전 척.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제2플레이트는 상기 제1플레이트보다 열팽창율이 더 큰 재질인 정전 척.
  17. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 하우징과;
    상기 처리 공간 내에서 정전기력으로 기판을 지지하는 정전 척과;
    상기 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 그리고
    상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 구비하되,
    상기 정전 척은,
    기판이 놓이는 상층 블럭과;
    상기 상층 블럭 아래에 배치되고 본딩층에 의해 상기 상층 블럭과 접합되는, 그리고 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성된 하층 블럭을 포함하고,
    상기 본딩층은 열장벽층(thermal barrier layer)으로서 제공되고,
    상기 상층 블럭은,
    히터 및 척킹 전극이 제공된 제1플레이트와;
    상기 제1플레이트 아래에 배치되며, 상기 제1플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제2플레이트와; 그리고
    상기 제2플레이트 아래에 배치되며, 상기 제2플레이트보다 열전도도가 낮은 재질로 제공되는 제3플레이트를 구비하는 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는 동일 재질로 제공되고, 상기 제1플레이트에 함유된 불순물 및 제2플레이트에 함유된 불순물의 종류 및 함유량은 서로 상이한 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 본딩층의 재질은 실리콘을 포함하고,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트의 재질은 질화 알루미늄을 포함하고,
    상기 제3플레이트의 재질은 이트리아 또는 코디어라이트를 포함하는 기판 처리 장치.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제2플레이트의 내부 또는 상기 제2플레이트와 상기 제3플레이트 사이에 배치된 다공성 층과;
    상기 다공성 층으로 가스를 공급하는 가스 라인을 더 포함하는 기판 처리 장치.



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