KR101991799B1 - 지지유닛 및 이를 가지는 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 이에 사용되는 지지유닛에 관한 것이다. 지지유닛은 기판을 지지하고, 핀홀이 형성되는 유전판, 상기 핀홀에 제공되고, 상기 유전판에 지지된 기판에 접촉되는 리프트핀, 상기 리프트핀을 상하방향으로 이동시키는 구동부, 그리고 상기 리프트핀에 연결되어 상기 기판의 전기적 특성을 측정하는 측정부를 포함하되, 상기 리프트핀은 도전성 재질로 제공된다. 이로 인해 기판의 파손을 최소화하고, 기판과 대응되는 영역의 플라즈마의 밀도를 측정할 수 있다.

Description

지지유닛 및 이를 가지는 기판처리장치{Supporting Unit and Apparatus for treating substrate with the unit}

본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 이에 사용되는 지지유닛에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자 제조 공정에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정들이 다양하게 수행된다. 플라즈마는 강한 전계 및 고주파 전자계에 의해 생성되며, 이온, 전자. 라디칼 등으로 이루어진 가스를 말한다. 플라즈마를 이용하는 공정들로는 식각, 증착, 그리고 세정공정 등이 있다.

플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에는 도1과 같이 정전기력을 이용하여 기판을 척킹하는 정전척이 사용된다. 플라즈마공정이 진행되면, 챔버 내에는 강한 전자기장이 발생되고, 이는 기판에 영향을 끼친다.

이로 인해 공정이 완료된 후에도 기판에는 차지(charge)가 남아있을 수 있다. 이 경우, 기판의 언로딩을 위해 기판을 정전척으로부터 강제로 떼어내려할 시 기판은 파손될 수 있다.

또한 플라즈마의 밀도는 챔버 내에 형성되는 전계 및 고주파의 세기에 따라 상이해지고, 기판의 식각률에 많은 영향을 미친다. 이 같은 플라즈마의 밀도를 측정하기 위해 챔버 내에는 센서가 설치된다. 그러나 센서는 기판이 아닌 다른 장치, 예컨대 기판을 감싸도록 제공되는 도1의 포커스링과 같은 장치에서 플라즈마의 밀도를 측정한다. 이로 인해 실제 기판과 대응되는 영역의 플라즈마의 밀도를 측정하는 것은 어렵다.

한국등록특허 10- 889708호

본 발명은 정전기력에 의해 척킹된 기판을 언로딩할 시 기판이 파손되는 것을 최소화할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 기판과 대응되는 영역에서 플라즈마의 밀도를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 이에 사용되는 지지유닛에 관한 것이다. 지지유닛은 기판을 지지하고, 핀홀이 형성되는 유전판, 상기 핀홀에 제공되고, 상기 유전판에 지지된 기판에 접촉되는 리프트핀, 상기 리프트핀을 상하방향으로 이동시키는 구동부, 그리고 상기 리프트핀에 연결되어 상기 기판의 전기적 특성을 측정하는 측정부를 포함하되, 상기 리프트핀은 도전성 재질로 제공된다.

상기 리프트핀은 상기 기판과 접촉되는 접촉부 및 상기 접촉부로부터 아래로 연장되는 지지부를 포함하되 상기 접촉부는 탄성을 가지도록 제공될 수 있다. 상기 핀홀은 상기 유전판에 복수 개로 형성되고 상기 리프트핀은 상기 핀홀들에 각각 제공될 수 있다. 상기 측정부는 상기 기판의 영역별 전압(Voltage)량을 측정할 수 있다. 상기 유전판 내에 제공되고, 상기 유전판에 지지된 기판으로 정전기력을 발생하는 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 구동부 및 상기 측정부에 각각 연결되는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 측정부로부터 측정된 상기 기판의 차지(charge)량과 기설정량을 비교하여 상기 기판의 차지량이 상기 기설정량보다 이하이면, 상기 기판이 언로딩되도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

또한 기판처리장치는 내부에 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 처리공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급유닛, 공정가스를 플라즈마로 여기시키는 플라즈마소스, 그리고 상기 처리공간에서 기판을 지지하는 지지유닛을 포함하되, 상기 지지유닛은 상기 기판을 지지하고, 핀홀이 형성되는 유전판, 상기 유전판 내에 제공되고 상기 유전판에 지지된 상기 기판으로 정전기력을 발생하는 전극, 상기 핀홀에 제공되고, 상기 기판에 접촉되는 리프트핀, 상기 리프트핀을 상하방향으로 이동시키는 구동부, 그리고 상기 리프트핀에 연결되어 상기 리프트핀의 전기적 특성을 측정하는 측정부를 포함하되, 상기 리프트핀은 도전성 재질로 제공된다.

상기 리프트핀은 상기 기판과 접촉되는 접촉부 및 상기 접촉부로부터 아래로 연장되는 지지부를 포함하되, 상기 접촉부는 탄성을 가지도록 제공될 수 있다. 상기 핀홀은 상기 유전판에 복수 개로 형성되고, 상기 리프트핀은 상기 핀홀들에 각각 제공되며, 상기 측정부는 상기 기판의 영역별 전압(Voltage)량을 측정할 수 있다. 상기 구동부 및 상기 측정부에 각각 연결되는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 측정부로부터 측정된 상기 기판의 차지(charge)량과 기설정량을 비교하여 상기 기판의 차지량이 상기 기설정량보다 이하이면, 상기 기판이 언로딩되도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 정전기력에 의해 척킹된 기판을 언로딩할 시 기판이 파손되는 것을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 리프트핀을 통해 기판과 대응되는 영역의 플라즈마의 밀도를 측정할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 복수 개의 리프트핀을 통해 플라즈마의 밀도 및 기판의 차지량을 측정하므로, 기판의 영역별 전압량 및 차지량을 측정할 수 있다.

도1은 일반적으로 사용되는 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도3은 도2의 핀 부재를 보여주는 단면도이다.
도4는 도2의 기판처리장치를 이용하여 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다.

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 플라즈마 상태의 공정가스를 이용하여 기판(W)을 식각하는 기판처리장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 장치 및 방법이라면 다양하게 적용 가능하다.

다음은 도2 내지 도4를 참조하여 본 발명을 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도2를 참조하면, 기판처리장치는 챔버(100), 가스공급유닛(400), 플라즈마소스(500), 지지유닛(200), 측정부(280), 그리고 그리고 제어부(290)를 포함한다.

챔버(100)는 내부에 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 원통 형상의 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 펌프(104)가 장착된 배기라인과 연결된다. 펌프(104)는 배기라인을 통해 챔버(100)의 내부에 진공압을 제공한다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 공정가스는 배기홀(102)을 통해 챔버(100)의 외부로 배출된다. 또한 챔버(100)의 내부는 배기홀(102)을 통해 소정 압력으로 감압된다. 챔버(100)의 일측벽에는 개구(106)가 형성된다. 개구(106)는 기판(W)이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다. 개구(106)는 챔버(100)의 외측벽에 제공되는 도어(108)에 의해 개폐된다.

가스공급유닛(400)은 챔버(100)의 내부에 공정가스를 공급한다. 가스공급유닛(400)은 가스저장부(450), 가스공급라인(410), 그리고 가스유입포트(430)를 포함한다. 가스유입포트(430)는 챔버(100)의 상부벽에 설치된다. 가스공급라인(410)은 가스저장부(450)와 가스유입포트(430)를 연결한다. 가스저장부(450)에 저장된 공정가스는 가스공급라인(410)을 통해 가스유입포트(430)으로 공급한다. 가스공급라인(410)에는 밸브가 설치되어 그 통로를 개폐하거나, 그 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다.

플라즈마소스(500)는 가스유입포트(430)로 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마소스(500)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마소스(500)는 안테나(510) 및 전원을 포함한다. 안테나(510)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(510)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공된다. 안테나(510)는 전원(530)과 연결되고, 전원(530)으로부터 고주파 전력을 인가받는다. 안테나(510)에 고주파 전력이 인가되면, 챔버(100)의 내부에는 전계를 형성하는 방전공간이 제공된다. 전계는 방전공간에 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.

지지유닛(200)은 챔버(100)의 내부에서 기판(W)을 지지한다. 지지유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전척으로 제공될 수 있다. 선택적으로 지지유닛(200)은 기계적 클램핑 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다. 선택적으로 기판은 별도의 외력 제공없이 지지유닛에 높여질 수 있다.

지지유닛(200)은 유전판(210), 베이스(230), 포커스링, 배플, 그리고 핀부재를 포함한다.

유전판(210)에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판에는 복수의 핀홀(220)들이 형성된다. 예컨대, 핀홀들은 3 개일 수 있다. 각각의 핀홀(220)은 그 길이방향이 상하방향으로 제공된다. 각각의 핀홀(220)은 그 길이가 유전판의 상단에서 하단까지 연장되도록 제공된다. 유전판(210)의 내부에는 하부전극(212)이 설치된다. 하부전극(212)은 챔버(100) 외부에 위치되는 하부전원(213)과 전기적으로 연결된다. 하부전원(213)은 하부전극(212)에 전류를 인가한다. 하부전극(212)에 전류가 인가되면, 기판(W)과 하부전극(212) 사이에는 전기력이 발생되고, 기판(W)은 유전판(210)에 흡착될 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 공정 진행 중에 기판(W)을 공정 온도로 유지시킨다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.

베이스(230)는 유전판(210)을 지지한다. 베이스(230)는 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정결합된다. 베이스(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 크기를 가진다. 베이스에는 유전판의 핀홀들 각각이 아래방향을 따라 베이스의 하단까지 연장되게 핀홀(220)들이 형성된다. 베이스(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유체는 냉각유로(232)가 흐르는 동안 기판(W)을 공정 온도로 유지시킬 수 있다. 냉각유로(232)는 베이스(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 선택적으로 냉각유로(232)는 유전판(210)에 제공될 수 있다.

포커스링(220)은 챔버(100) 내에 공급된 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(220)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 포커스링(220)은 베이스의 상면 가장자리 영역에 위치된다. 포커스링(220)은 유전판(210) 및 이에 놓인 기판(W)을 감싸도록 제공된다.

배플(300)은 챔버(100)의 외부로 배기되는 공정가스의 유량을 최소화한다. 배플(300)은 지지유닛(200)과 챔버(100) 사이에 제공된다. 배플(300)은 환형의 링 형상을 가진다. 배플(300)에는 상하방향으로 관통되는 관통홀(302)들이 복수 개로 형성된다. 챔버(100) 내에 공정 부산물은 관통홀(302)들을 통해 배기홀(102)로 배기된다.

핀부재(250)는 반송로봇(미도시)로부터 기판(W)을 인수받아 유전판(210)에 로딩하거나, 유전판(210)으로부터 기판(W)을 언로딩하여 반송로봇(미도시)으로 기판을 인계한다. 도3은 도2의 핀 부재를 보여주는 단면도이다. 도3을 참조하면, 핀부재(250)는 리프트핀(252,254), 홀더(256), 받침대(260), 그리고 구동부(270)를 포함한다. 리프트핀(252,254)은 복수 개로 제공된다. 리프트핀(252,254)은 그 길이방향이 상하방향으로 제공되는 핀 형상을 가진다. 리프트핀(252,254)은 핀홀(220)들에 각각 삽입된다. 리프트핀(252,254)은 핀홀(220)에서 상하방향으로 이동 가능하다. 리프트핀(252,254)은 접촉부(252)와 지지부(254)를 가진다. 접촉부(252)는 리프트핀(252,254)의 상부영역에 제공된다. 접촉부(252)는 기판(W)과 직접 접촉되는 영역이다. 일 예에 의하면, 접촉부(252)는 탄성을 가질 수 있다. 접촉부(252)는 유전판(210)에 안착된 기판(W)의 저면과 접촉될 수 있다. 지지부(254)는 접촉부(252)로부터 아래로 길게 연장된다. 지지부(254)는 베이스(230)의 핀홀(220)로부터 아래로 돌출되게 제공된다. 접촉부(252) 및 지지부(254)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 홀더(256)는 베이스에 형성된 핀홀(220)에 위치된다. 홀더(256)는 리프트핀(252,254)이 안정적으로 위치되도록 지지부(254)를 지지한다. 홀더(256)는 리프트핀(252,254)을 감싸는 링 형상으로 제공된다.

받침대(260)는 복수 개의 리프트핀(252,254)을 지지한다. 받침대(260)는 베이스(230)의 아래에서 리프트핀(252,254)의 저면에 결합된다. 구동부(270)는 받침대(260)를 상하방향으로 이동시킨다. 일 예에 의하면, 구동부(270)는 공정이 진행되는 중에 리프트핀들(252,254)과 기판(W)이 서로 접촉되도록 리프트핀(252,254)을 이동시킨다.

측정부(280)는 리프트핀(252,254)들과 전기적으로 각각 연결된다. 측정부(280)는 기판처리공정이 진행되는 중에 기판(W)의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 또한 측정부(280)는 기판처리공정이 완료된 후에 기판(W)을 지지유닛(200)으로부터 언로딩 시 기판(W)의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 일 예에 의하면, 측정부(280)는 공정이 진행되는 중에 기판(W)의 전압(voltage)량을 측정할 수 있다. 기판(W)의 전압은 플라즈마의 밀도에 비례하여 변화하므로, 공정 진행 중에 기판과 대응되는 영역의 플라즈마의 밀도를 측정할 수 있다. 또한 기판의 서로 상이한 영역에 대해 각각 전압량을 측정할 수 있다. 또한 측정부(280)는 기판(W)의 언로딩 시 기판(W)의 잔여 차지(charge)량을 측정할 수 있다.

제어부(290)는 측정부(280)로부터 전기적 신호를 제공받아 구동부(270)를 제어한다. 제어부(290)는 기판(W)의 잔여 차지량에 따라 구동부(270)를 제어하여 리프트핀(252,254)의 승강 여부를 판단한다. 또한 제어부(290)는 각각의 리프트핀(252,254)으로부터 전달된 기판(W)의 전기적 신호를 제공받아 기판(W)의 영역별 전기적 특성을 비교한다. 제어부(290)는 기판(W)의 영역별 전압량을 비교하여 중 어느 하나의 영역이 다른 영역들이 비해 상이할 경우, 플라즈마의 밀도 분포를 판단할 수 있다.

다음은 도2의 기판처리장치를 이용하여 기판(W)을 처리하는 방법을 설명한다. 도4는 도2의 기판처리장치를 이용하여 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다. 도4를 참조하면, 기판(W)의 로딩단계(S10)에는 도어(108)가 개구(106)를 개방한다. 기판(W)은 개구(106)를 통해 챔버 내에 반입된다. 기판(W)은 유전판(210)의 상면으로부터 위로 돌출된 리프트핀(252,254)에 놓인다. 리프트핀(252,254)은 하강하고, 기판(W)은 유전판(210)의 상면에 안착된다. 개구(106)는 닫히고 하부전극(212)에는 전력이 인가되면, 기판(W)과 지지유닛(200) 간에는 정전기적으로 인력이 발생된다. 기판 처리단계(S20)에는 안테나에 고주파 전력이 인가되면, 방전공간에는 전계가 형성된다. 공정가스는 방전공간으로 공급되어 플라즈마 상태로 여기된다. 플라즈마는 기판(W)을 식각처리한다. 식각공정이 진행되는 동안 측정부(280)는 리프트핀(252,254)을 통해 기판(W)의 전압을 계속적으로 측정하여 기판(W)의 영역 별로 대응되는 위치의 플라즈마 밀도를 확인한다(S30). 식각공정이 완료되면, 공정가스의 공급 및 안테나에 인가되는 전력은 중단된다(S40). 제어부(290)는 측정부(280)로부터 측정된 기판(W)에 잔여 차지량을 기설정량과 비교하여 기판(W)의 언로딩을 결정한다(S50). 기판(W)의 잔여 차지량이 기설정량보다 낮게 측정되면, 제어부(290)는 리프트핀(252,254)이 승강되도록 구동부(270)를 제어한다. 이후, 도어(108)는 개구(106)를 개방하고, 기판(W)은 챔버로부터 반출된다(S60). 이와 달리 기판(W)의 잔여 차지량이 기설정량보다 많게 측정되면, 제어부(290)는 구동부(270)를 구동하지 않는다.

또한 상술한 실시예와 달리, 플라즈마소스는 용량결합형플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용될 수 있다. 용량결합형플라즈마는 챔버의 내부에 위치하는 제1전극 및 제2전극을 포함할 수 있다. 제1전극 및 제2전극은 챔버의 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.

200: 지지유닛 210: 유전판
212: 하부전극 252,254: 리프트핀
270: 구동부 280: 측정부

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 내부에 처리공간을 제공하는 챔버와;
   상기 처리공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급유닛과;
   공정가스를 플라즈마로 여기시키는 플라즈마소스와;
   상기 처리공간에서 기판을 지지하는 지지유닛와;
   상기 처리 공간의 플라즈마 밀도를 측정하도록 상기 지지 유닛을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 지지유닛은
   상기 기판을 지지하고, 복수의 핀홀이 형성되는 유전판과;
   상기 유전판 내에 제공되고, 상기 유전판에 지지된 상기 기판으로 정전기력을 발생하는 전극과;
   복수의 상기 핀홀에 각각 제공되고, 상기 기판에 접촉되는 리프트핀과;
   상기 리프트핀을 상하방향으로 이동시키는 구동부와; 그리고
   상기 리프트핀에 연결되어 상기 기판의 영역 별 전압(Voltage)량을 측정하는 측정부를 포함하되,
   상기 리프트핀은 도전성 재질로 제공되고,
   상기 제어부는 상기 기판의 영역 별 전압량을 근거로 상기 처리 공간의 영역 별 플라즈마 밀도를 측정하는 기판처리장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 리프트핀은,
   상기 기판과 접촉되는 접촉부와;
   상기 접촉부로부터 아래로 연장되는 지지부를 포함하되,
   상기 접촉부는 탄성을 가지도록 제공되는 기판처리장치.
9. 삭제
10. 삭제

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