KR102622055B1 - 에지 링의 패드 부착 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

에지 링의 패드 부착 장치는 에지 링 상에 패드를 부착하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 상기 패드가 놓여지는 패드 지지부, 상기 챔버 내에 상기 패드 지지부와 대향하도록 배치되고 상기 에지 링을 고정하는 에지 링 지지부, 상기 패드 지지부 및 상기 에지 링 지지부 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 패드 지지부에 대하여 상기 에지 링 지지부를 상대 이동시키기 위한 구동 모듈, 및 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 진공 배기부를 포함한다.

Description

에지 링의 패드 부착 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF ATTACHING PAD ON EDGE RING}
본 발명은 에지 링의 패드 부착 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 플라즈마 챔버 내에 사용되는 에지 링의 일면에 패드를 부착하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 식각 설비와 같은 웨이퍼 처리 시스템에 있어서, 에지 링은 웨이퍼에 플라즈마가 집중적으로 공급되도록 포커싱하고 폴리머가 상기 웨이퍼로 부착되는 것을 방지하도록 사용될 수 있다. 상기 에지 링은 상기 플라즈마로부터의 이온 충격에 의해 손상되는 소모성 부품이므로, 상기 손상된 에지 링은 즉시 교체될 필요가 있다. 상기 에지 링이 교체될 때, 상기 에지 링의 하부면에 냉각 패드를 부착할 수 있다.
그러나, 상기 냉각 패드를 수작업으로 상기 에지 링의 하부면에 부착하므로, 상기 에지 링에 부착된 냉각 패드 내에 기포가 발생하여 상기 냉각 패드의 냉각 효과를 저하시키고 이에 따른 설비 불량이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 기포 발생 없이 냉각 패드를 에지 링에 부착시키기 위한 에지 링의 패드 부착 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 기포 발생 없이 냉각 패드를 에지 링에 부착시키는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치는 에지 링 상에 패드를 부착하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 상기 패드가 놓여지는 패드 지지부, 상기 챔버 내에 상기 패드 지지부와 대향하도록 배치되고 상기 에지 링을 고정하는 에지 링 지지부, 상기 패드 지지부 및 상기 에지 링 지지부 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 패드 지지부에 대하여 상기 에지 링 지지부를 상대 이동시키기 위한 구동 모듈, 및 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 진공 배기부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치는 에지 링 상에 패드를 부착하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 상기 패드가 놓여지는 패드 지지부, 상기 챔버 내에 배치되고 지지 플레이트, 상기 지지 플레이트에 연결된 구동 샤프트 및 상기 구동 샤프트를 상하 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 구동 모듈, 상기 패드 지지부와 대향하도록 상기 지지 플레이트에 장착 가능하고 상기 에지 링을 고정하는 에지 링 지지부, 및 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 진공 배기부를 포함한다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 방법에 있어서, 챔버 내에 패드가 놓여진 패드 지지부를 로딩한다. 상기 챔버 내에 승하강 가능하도록 설치된 지지 플레이트 상에 에지 링이 고정된 에지 링 지지부를 로딩한다. 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성한다. 상기 지지 플레이트를 승하강시켜 상기 에지 링 상에 상기 패드를 부착시킨다.
예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치 및 방법에 있어서, 챔버 내로 냉각 패드가 놓여진 패드 지지부 및 에지 링이 고정 지지된 에지 링 지지부를 로딩한 후, 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하고, 상기 에지 링 지지부를 상하 구동 모듈을 이용하여 승하강시켜 상기 에지 링의 하부면에 상기 냉각 패드를 부착시킬 수 있다.
따라서, 진공 분위기 하에서 상기 에지 링 상에 상기 냉각 패드를 부착시킴으로써, 부착 시 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 에지 링의 교체 작업의 생산성을 향상시키고, 상기 냉각 패드의 냉각 효율을 향상시켜 플라즈마 식각 공정의 식각 효율을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 스테이지의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 에지 링의 하부면 상에 부착된 냉각 패드를 나타내는 평면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치의 패드 지지부를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 A 부분을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 6의 패드 지지부 상에 놓여져 있는 냉각 패드를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치의 에지 링 지지부를 나타내는 사시도이다.
도 10 내지 도 19는 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 방법을 나타내는 도면들이다.
도 20은 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 21은 도 20의 에지 링의 패드 부착 장치의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 22는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 기판 스테이지의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 2의 에지 링의 하부면 상에 부착된 냉각 패드를 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(20), 기판 지지부(30), 플라즈마 발생부 및 가스 공급부를 포함할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치(10)는 배기부(26)를 더 포함할 수 있다. 기판 지지부(30)는 기판이 안착되는 기판 스테이지 및 상기 기판 스테이지 상에 상기 기판을 둘러싸도록 배치되는 에지 링(ER)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 유도 결합형 플라즈마(ICP, induced coupled plasma) 챔버(20) 내에 배치된 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판 상의 식각 대상막을 식각하기 위한 장치일 수 있다. 하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 용량 결합형 플라즈마, 마이크로웨이브형 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 반드시 식각 장치로 제한되지 않으며, 예를 들면, 증착 장치, 세정 장치 등으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다.
공정 챔버(20)는 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위한 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 공정 챔버(20)는 원통형 진공 챔버일 수 있다. 공정 챔버(20)는 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다. 공정 챔버(20)는 공정 챔버(20)의 상부를 덮는 커버(22)를 포함할 수 있다. 커버(22)는 공정 챔버(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다.
공정 챔버(20)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 출입을 위한 게이트(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 상기 게이트를 통해 웨이퍼(W)가 상기 기판 스테이지 상으로 로딩 및 언로딩될 수 있다.
공정 챔버(20)의 하부에는 배기 포트(24)가 설치되고, 배기 포트(24)에는 배기관을 통해 배기부(26)가 연결될 수 있다. 상기 배기부는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하여 공정 챔버(20) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 공정 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들을 배기 포트(24)를 통하여 배출될 수 있다.
상기 플라즈마 발생부는 하부 전극(32), 상부 전극(50), 상부 전극(50)에 플라즈마 소스 파워를 인가하기 위한 제1 전력 공급부(51), 및 하부 전극(32)에 바이어스 소스 파워를 인가하기 위한 제2 전력 공급부(41)를 포함할 수 있다.
상부 전극(50)은 하부 전극(32)과 대향하도록 공정 챔버(20) 외측 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(50)은 커버(22) 상에 배치될 수 있다. 상부 전극(50)은 고주파(RF) 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나는 평면 코일 형상을 가질 수 있다. 커버(22)는 원판 형상의 유전체 창(dielectric window)을 포함할 수 있다. 상기 유전체 창은 유전 물질을 포함한다. 예를 들어서, 상기 유전체 창은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. 상기 유전체 창은 상기 안테나로부터의 파워를 공정 챔버(20) 내부로 전달하는 기능을 가질 수 있다.
예를 들면, 상부 전극(50)은 나선 형태 또는 동심원 형태의 코일들을 포함할 수 있다. 상기 코일은 공정 챔버(20)의 플라즈마 공간에서 유도 결합된 플라즈마(inductively coupled plasma)를 발생시킬 수 있다. 여기서는, 상기 코일들의 개수, 배치 등은 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
제1 전력 공급부(51)는 플라즈마 소스 엘리먼트들로서, 소스 RF 전원(54) 및 소스 RF 정합기(52)를 포함할 수 있다. 소스 RF 전원(54)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 소스 RF 정합기(52)는 소스 RF 전원(54)에서 발생된RF 신호의 임피던스를 매칭하여 상기 코일들을 이용하여 발생시킬 플라즈마를 제어할 수 있다.
제2 전력 공급부(41)는 하부 전극(32)에 바이어스 소스 파워를 인가할 수 있다. 예를 들면, 제2 전력 공급부(41)는 바이어스 엘리먼트들로서, 바이어스 RF 전원(44) 및 바이어스 RF 정합기(42)를 포함할 수 있다. 하부 전극(32)은 공정 챔버(20) 내에서 발생한 플라즈마 원자 또는 이온을 끌어당길 수 있다. 바이어스 RF 전원(44)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 바이어스 RF 정합기(42)는 하부 전극(32)에 인가되는 바이어스 전압 및 바이어스 전류를 조절하여 바이어스 RF의 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 바이어스 RF 전원(54)과 소스 RF 전원(44)는 제어부의 동조기를 통하여 서로 동기화되거나 비동기화될 수 있다.
상기 제어부는 제1 전력 공급부(51) 및 제2 전력 공급부(41)에 연결되어 이들의 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어부는 마이크로컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 프로그램 및 레시피 정보에 따라 상기 플라즈마 처리 장치의 동작을 제어할 수 있다.
상기 가스 공급부는 가스 공급 엘리먼트들로서, 가스 공급관들(60a, 60b), 유량 제어기(62), 및 가스 공급원(64)을 포함할 수 있다. 가스 공급관들(60a, 60b)은 공정 챔버(20)의 상부 및/또는 측면으로 다양한 가스들을 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급관들은 커버(22)를 관통하는 수직 가스 공급관(60a) 및 공정 챔버(20)의 측면을 관통하는 수평 가스 공급관(60b)을 포함할 수 있다. 수직 가스 공급관(60a) 및 수평 가스 공급관(60b)은 공정 챔버(20) 내의 플라즈마 공간(P)으로 다양한 가스들을 직접적으로 공급할 수 있다.
상기 가스 공급부는 서로 다른 가스들을 원하는 비율로 공급할 수 있다. 가스 공급원(64)은 복수 개의 가스들을 보관하고, 상기 가스들은 가스 공급관들(60a, 60b)과 각각 연결된 복수 개의 가스 라인들을 통해 공급될 수 있다. 유량 제어기(62)는 가스 공급관들(60a, 60b)을 통하여 공정 챔버(20) 내부로 유입되는 가스들의 공급 유량을 제어할 수 있다. 유량 제어기(62)는 수직 가스 공급관(60a)과 수평 가스 공급관(60b)으로 각각 공급되는 가스들의 공급 유량들을 독립적으로 또는 공통적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 가스 공급원(64)은 복수 개의 가스 탱크들을 포함하고, 유량 제어기(62)는 상기 가스 탱크들에 각각 대응하는 복수 개의 질량 유량 제어기들(MFC, mass flow controller)을 포함할 수 있다. 상기 질량 유량 제어기들은 상기 가스들의 공급 유량들을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기판 지지부(30)은 공정 챔버(20) 내부에 배치되어 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 기판 지지부(30)는 웨이퍼(W)를 지지하는 상기 기판 스테이지 및 상기 기판 스테이지 외측 상부면에 배치되는 에지 링(ER)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판 스테이지는 하부 전극(32), 절연 플레이트(34) 및 하부 접지 플레이트(34)를 포함할 수 있다.
하부 전극(32)은 원판 형상을 갖는 전극 플레이트일 수 있다. 하부 전극(32)은 상부에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전척을 포함할 수 있다. 상기 정전척은 직류 전원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 직류 전압에 의해, 정전력으로 웨이퍼(W)를 흡착 및 유지할 수 있다.
하부 전극(32)은 웨이퍼(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 하부 전극(32)은 내부에 냉각을 위한 순환 채널(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 또한, 웨이퍼 온도의 정밀도를 위해, He 가스와 같은 냉각 가스가 상기 정전 척과 웨이퍼(W) 사이에 공급될 수 있다. 하부 전극(32)은 구동 지지부(70)에 의해 상하로 이동 가능할 수 있다.
절연 플레이트(34)는 하부 전극(32)와 하부 접지 플레이트(36) 사이에 배치되어 이들 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연 플레이트(34)는 하부 전극(32)의 하부에 위치할 수 있다.
하부 접지 플레이트(36)는 상기 기판 스테이지의 하부에 위치할 수 있다. 하부 접지 플레이트(36)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성될 수 있다. 하부 접지 플레이트(36)의 상면은 절연 플레이트(34)에 의해 커버될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 기판 스테이지는 하부 전극(32)의 외주면을 커버하도록 배치되는 측면 절연 링을 더 포함할 수 있다. 상기 측면 절연 링은 하부 전극(30)의 외측면을 보호하는 커버 링의 역할을 수행할 수 있다.
에지 링(ER)은 하부 전극(32)의 외측 상부면 상에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 에지 링(ER)은 상기 웨이퍼를 정확히 안착시키고 상기 웨이퍼에 플라즈마가 집중적으로 공급되도록 하는 포커스 링의 역할을 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 에지 링(ER)의 하부면 상에는 냉각 패드(CP)가 부착될 수 있다. 플라즈마 식각 공정 중에 가열된 에지 링(ER)은 냉각 패드(CP)를 통해 냉각될 수 있다. 에지 링(ER)은 냉각 패드(CP)를 개재하여 상기 기판 스테이지 상에 안착될 수 있다. 냉각 패드(CP)은 복수 개의 패드 조각들을 포함할 수 있다. 상기 패드 조각들은 에지 링(ER)의 연장 방향으로 서로 이격 배치될 수 있다.
예를 들면, 에지 링(ER)은 실리콘(Si) 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다. 냉각 패드(CP)는 실리콘을 포함하고, 내부에 높은 열전도 계수를 갖는 충진 물질(filler)을 포함할 수 있다. 냉각 패드(CP)는 접착력을 가지고 있으며, 에지 링(ER)의 하부면에 가압되어 부착될 수 있다.
이하에서는, 상술한 에지 링에 냉각 패드를 부착하기 위한 에지 링의 패드 부착 장치 및 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치의 일부를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치의 패드 지지부를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 A 부분을 나타내는 사시도이다. 도 8은 도 6의 패드 지지부 상에 놓여져 있는 냉각 패드를 나타내는 평면도이다. 도 9는 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치의 에지 링 지지부를 나타내는 사시도이다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 에지 링의 패드 부착 장치(100)는 에지 링(ER) 상에 냉각 패드(CP)를 부착하기 위한 공간을 제공하는 챔버(110), 냉각 패드(CP)를 지지하기 위한 패드 지지부, 상기 패드 지지부 상의 냉각 패드(CP)와 대향하도록 에지 링(ER)을 지지하기 위한 에지 링 지지부, 상기 패드 지지부에 대하여 상기 에지 링 지지부를 상대 이동시키기 위한 구동 모듈, 및 챔버(110) 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 진공 배기부(160)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 에지 링의 패드 부착 장치(100)는 진공 분위기 하에서 에지 링(ER)의 하부면 상에 냉각 패드(CP)를 부착하기 위한 장치일 수 있다. 예를 들면, 에지 링(ER)은 300mm 내지 350mm의 직경을 가질 수 있다. 냉각 패드(CP)는 환형 형상의 에지 링(ER)의 하부면에 에지 링(ER)의 연장 방향을 따라 이격 배치된 복수 개의 패드 조각들을 포함할 수 있다. 상기 패드 조각의 치수, 상기 패드 조각들의 개수는 상기 냉각 패드의 열전달 계수, 플라즈마 공정에서의 상기 에지 링의 온도 변화 등을 고려하여 결정될 수 있다. 이와 다르게, 냉각 패드(CP)는 에지 링(ER)의 하부면에 부착되는 환형 형상의 패드일 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110)는 전체적으로 사각 기둥 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 챔버(110)는 실린더 형상을 가질 수 있다. 챔버(110)는 상기 내부 공간을 정의하는 하부벽, 상부벽 및 측벽들을 포함할 수 있다.
챔버(110)의 상부벽에는 상기 패드 지지부 및 상기 에지 링 지지부의 출입을 위한 게이트(111)가 형성될 수 있다. 게이트(111)를 통해 냉각 패드(CP)가 놓여있는 상기 패드 지지부 및 에지 링(ER)이 고정된 상기 에지 링 지지부가 챔버(110) 내부로 로딩 및 언로딩될 수 있다. 챔버(110)는 게이트(111)를 덮는 커버(114)를 포함할 수 있다. 커버(114)는 게이트(111)를 커버하여 밀폐된 공간을 형성할 수 있다.
챔버(110)의 하부벽에는 배기 포트(116)가 설치될 수 있다. 진공 배기부(160)는 배기 포트(116)에 배기관을 통해 연결된 펌프를 포함할 수 있다. 상기 펌프는 에어 펌프를 포함하여 챔버(110) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다.
이와 다르게, 상기 챔버는 하부 챔버 및 상부 챔버를 포함할 수 있다. 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버는 서로 맞물려 밀폐된 공간을 형성할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 상부 커버 및 상기 하부 커버는 상대 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 커버는 리니어 모터에 의해 수직 방향으로 연장하는 수직 레일을 따라 승하강 가능하도록 지지될 수 있다. 상기 상부 챔버는 상기 리니어 모터에 의해 위로 이동하여 상기 챔버를 개방하고 상기 상부 챔버가 아래로 이동하여 상기 하부 챔버와 맞물려 상기 챔버를 폐쇄시킬 수 있다. 이와 다르게, 상기 상부 챔버는 상기 하부 챔버에 연결된 연결 링크를 통해 상기 챔버를 개방하거나 폐쇄시키도록 이동할 수 있다.
상기 패드 지지부는 챔버(110)의 하부벽 상에 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 패드 지지부는 챔버(110)의 하부벽 상에 탈착 가능하도록 설치될 수 있다. 상기 패드 지지부는 챔버(110)의 게이트(111)를 통해 챔버(110)로 로딩 및 언로딩될 수 있다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 패드 지지부는 냉각 패드(CP)를 지지하는 제1 플레이트(120)를 포함할 수 있다. 복수 개의 상기 패드 조각들은 제1 플레이트(120)의 연장 방향으로 따라 이격 배치될 수 있다. 냉각 패드(CP)의 상기 패드 조각들은 제1 플레이트(120)의 안착면(121) 상에 놓여질 수 있다.
상기 패드 지지부는 제1 플레이트(120)의 내측 상부면으로부터 돌출 형성된 제1 가이딩 돌출부(122)를 더 포함할 수 있다. 제1 가이딩 돌출부(122)의 높이는 제1 플레이트(120)의 안착면(121) 상의 상기 패드 조각의 높이보다 작을 수 있다. 제1 가이딩 돌출부(122)는 환형 형상을 가지도록 제1 플레이트(120)의 연장 방향으로 연장하여 냉각 패드(CP)의 상기 패드 조각들의 위치를 정렬시킬 수 있다.
상기 패드 지지부는 상기 패드 조각들의 위치를 정렬시키기 위하여 상기 패드 조각들 사이에 위치하는 제2 가이딩돌출부들(124)을 더 포함할 수 있다. 제2 가이딩 돌출부들(124)은 제1 플레이트(120)의 연장 방향으로 따라 이격 배치되어 안착면들(121)을 정의할 수 있다. 제2 가이딩 돌출부(124)의 높이는 제1 플레이트(120)의 안착면(121) 상의 상기 패드 조각의 높이보다 작을 수 있다.
상기 에지 링 지지부는 챔버(110) 내에서 상기 패드 지지부와 대향하도록 배치될 수 있다. 상기 에지 링 지지부는 상기 구동 모듈의 지지 플레이트(142)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 상기 에지 링 지지부는 상기 구동 모듈의 지지 플레이트(142)에 탈착 가능하도록 설치될 수 있다. 상기 에지 링 지지부는 챔버(110)의 게이트(111)를 통해 챔버(110)로 로딩 및 언로딩될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 에지 링 지지부는 에지 링(ER)을 지지하는 제2 플레이트(130)를 포함할 수 있다. 제2 플레이트(130)의 일면에는 에지 링(ER)이 안착되는 환형 형상의 리세스(131)(도 12 참조)가 형성될 수 있다. 따라서, 에지 링(ER)은 제2 플레이트(130)의 리세스(131) 내에 놓여질 수 있다.
상기 에지 링 지지부는 제2 플레이트(130)에 결합되어 에지 링(ER)을 고정시키기 위한 클램핑 부재(132)를 더 포함할 수 있다. 클램핑 부재(132)는 제2 플레이트(130) 둘레에 배치된 적어도 하나의 클램핑 연장부를 포함할 수 있다. 상기 클램핑 연장부의 양단부는 고정 볼트와 같은 체결 부재에 의해 서로 결합되어 에지 링(ER)을 제2 플레이트(130)에 고정시킬 수 있다. 제2 플레이트(130)의 리세스(131) 상에 고정된 에지 링(ER)은 클램핑 부재(132)로부터 돌출될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 돌출된 에지 링(ER)의 하부면 상에 냉각 패드(CP)의 상기 패드 조각들이 부착될 수 있다.
상기 구동 모듈은 상기 패드 지지부 및 상기 에지 링 지지부 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 패드 지지부에 대하여 상기 에지 링 지지부를 상대 이동시킬 수 있다. 상기 구동 모듈은 챔버(110) 내에 배치된 지지 플레이트(142), 지지 플레이트(142)에 연결된 구동 샤프트(140) 및 구동 샤프트(140)를 상하 이동시키기 위한 구동부(144)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 지지 플레이트(142)는 제2 플레이트(130)의 하부면을 지지할 수 있다. 지지 플레이트(142)는 에지 링(ER)의 내경보다 작은 상부면을 가질 수 있다. 제2 플레이트(130)의 하부면 상에는 에지 링(ER)이 고정 지지되고, 에지 링(ER)은 지지 플레이트(142)로부터 노출될 수 있다.
지지 플레이트(142)의 상부면에는 정렬 핀들(143)이 형성되고, 제2 플레이트(130)의 하부면에는 정렬 홀들(133)이 형성될 수 있다. 제2 플레이트(130)가 지지 플레이트(142) 상에 안착될 때, 정렬 핀들(143)이 정렬 홀들(133) 내에 삽입되어 제2 플레이트(130)의 위치를 정렬시킬 수 있다.
지지 플레이트(142)는 환형 형상의 제1 플레이트(120) 내부 공간을 통해 승하강하도록 구성될 수 있다. 챔버(110)는 상기 하부벽의 중심 영역에서 하방으로 연장하는 하부 챔버(112a)를 포함할 수 있다. 하부 챔버(112a)의 하부벽 상에는 구동부(144)가 설치될 수 있다. 구동부(144)는 지지 플레이트(142)에 연결되는 구동 샤프트(140)를 상하 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 구동부(144)는 공압 실린더, 구동 모터 등을 포함할 수 있다. 구동부(144)가 구동 샤프트(140)를 통해 지지 플레이트(142)를 승하강시킴에 따라, 상기 에지 링 지지부의 제2 플레이트(130)가 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(130)에 대하여 상대 이동할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 에지 링의 패드 부착 장치(100)는 상기 에지 링 지지부의 제2 플레이트(130) 상에 배치되어 제2 플레이트(130)를 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(120) 상에 가압시키기 위한 가압 부재(150)를 더 포함할 수 있다.
가압 부재(150)는 상기 에지 링 지지부의 제2 플레이트(130) 상에 탈착 가능하도록 설치될 수 있다. 가압 부재(150)는 챔버(110)의 게이트(111)를 통해 챔버(110)로 로딩 및 언로딩될 수 있다. 챔버(110)로 로딩된 가압 부재(150)는 상기 에지 링 지지부의 제2 플레이트(130) 상에 안착되어, 제2 플레이트(130)의 하부면에 고정 지지된 에지 링(ER)을 제1 플레이트(120)의 상부면 상에 지지된 냉각 패드(CP) 상에 가압시킬 수 있다.
이하에서는, 도 4의 에지 링의 패드 부착 장치를 이용하여 에지 링 상에 냉각 패드를 부착하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 10 내지 도 19는 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 방법을 나타내는 도면들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 냉각 패드(CP)가 놓여진 패드 지지부를 챔버(110) 내부로 로딩할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 먼저, 냉각 패드(CP)를 상기 패드 지지부 상에 안착시킬 수 있다. 냉각 패드(CP)의 복수 개의 패드 조각들은 환형 형상의 제1 플레이트(120)의 안착면 상에 제1 플레이트(120)의 연장 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 냉각 패드(CP)는 접착력을 갖는 패드일 수 있다. 냉각 패드(CP)는 실리콘을 포함하고, 내부에 우수한 열전도성 물질로 이루어진 충진 물질(filler)을 포함할 수 있다.
이어서, 냉각 패드(CP)가 안착된 상기 패드 지지부를 챔버(110) 내부로 로딩할 수 있다. 제1 플레이트(120)는 챔버(110)의 하부벽 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(120)는 챔버(110)의 하부벽 상에 탈착 가능하도록 설치될 수 있다. 이와 다르게, 제1 플레이트(120)는 챔버(110)의 하부벽 상에 고정 설치될 수 있다. 이 경우에 있어서, 냉각 패드(CP)를 챔버(110) 내의 제1 플레이트(120) 상에 곧바로 위치시킬 수 있다.
도12 내지 도 15를 참조하면, 에지 링(ER)이 고정 지지된 에지 링 지지부를 챔버(110) 내부로 로딩한 후, 상기 에지 링 지지부 상에 가압 부재(150)를 로딩할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 에지 링(ER)을 상기 에지 링 지지부 상에 고정시킬 수 있다. 에지 링(ER)을 제2 플레이트(130)의 하부면에 형성된 환형 형상의 리세스(131) 상에 안착시킨 후, 에지 링(ER)을 가압 고정시키기 위한 클램프 부재(132)를 제2 플레이트(130)의 외측면에 결합시킬 수 있다.
이어서, 에지 링(ER)이 고정 지지된 상기 에지 링 지지부를 챔버(110) 내부로 로딩한 후, 상기 에지 링 지지부 상에 가압 부재(150)를 로딩할 수 있다. 상기 에지 링 지지부는 챔버(110) 내의 지지 플레이트(142) 상에 고정 지지될 수 있다. 예를 들면, 상기 에지 링 지지부의 제2 플레이트(130)는 지지 플레이트(142) 상에 안착된 후, 지지 플레이트(142) 상에 가압 부재(150)를 배치시킬 수 있다. 제2 플레이트(130)가 지지 플레이트(142) 상에 안착될 때, 정렬 핀들(143)이 정렬 홀들(133) 내에 삽입되어 제2 플레이트(130)의 위치를 정렬시킬 수 있다. 따라서, 에지 링(ER)이 냉각 패드(CP)와 대향하도록 제2 플레이트(130)가 지지 플레이트(142) 상에 고정될 수 있다.
도 16 내지 도 19를 참조하면, 챔버(110) 내부를 진공 분위기로 형성한 후, 에지 링(ER)의 하부면에 냉각 패드(CP)를 부착시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 진공 배기부(160)의 에어 펌프는 챔버(110) 내부를 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 챔버(110) 내부를 진공 분위기로 형성함으로써, 에지 링(ER)에 냉각 패드(CP)를 부착할 때 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 지지 플레이트(130)를 하강시켜 에지 링(ER)의 하부면에 냉각 패드(CP)를 부착시킨 후, 지지 플레이트(130)를 상승시켜 냉각 패드(CP)를 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(120)로부터 분리시킬 수 있다.
구동부(144)가 구동 샤프트(140)를 통해 지지 플레이트(142)를 하강시킴에 따라 제2 플레이트(140)는 제1 플레이트(130)를 향하여 이동하여 에지 링(ER)이 냉각 패드(CP)와 접촉하게 된다. 이어서, 지지 플레이트(142)는 계속 하강하여 제2 플레이트(140)로부터 분리되고, 가압 부재(150)는 자중에 의해 제2 플레이트(140)를 제1 플레이트(120)에 대하여 가압할 수 있다. 이에 따라, 에지 링(ER)의 하부면에 냉각 패드(CP)를 압착시킬 수 있다.
이후, 구동부(144)가 구동 샤프트(140)를 통해 지지 플레이트(142)를 승강시킴에 따라 지지 플레이트(142)가 제2 플레이트(140)를 향하여 이동하여 접촉하게 된다. 이어서, 지지 플레이트(142)는 계속 승강하여 제2 플레이트(140)를 상승된 위치로 이동시켜 냉각 패드(CP)가 부착된 에지 링(ER)을 상승시킬 수 있다.
이어서, 챔버(110) 내부를 대기 분위기로 형성한 후, 냉각 패드(CP)가 부착된 에지 링(ER)을 챔버(110)로부터 언로딩하게 된다.
도 20은 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 패드 부착 장치를 나타내는 단면도이다. 도 21은 도 20의 에지 링의 패드 부착 장치의 일부를 나타내는 사시도이다. 상기 에지 링의 패드 부착 장치는 구동 모듈의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 에지 링의 패드 부착 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 에지 링의 패드 부착 장치(101)는 패드 지지부 상부에서 에지 링 지지부를 승하강시키는 구동 모듈을 포함할 수 있다. 상기 구동 모듈은 챔버(110) 내에 배치된 지지 플레이트(142), 지지 플레이트(142)에 연결된 구동 샤프트(140) 및 구동 샤프트(140)를 상하 이동시키기 위한 구동부(144)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 챔버(110)는 상부벽의 중심 영역에서 상방으로 연장하는 상부 챔버(112b)를 포함할 수 있다. 상부 챔버(112b)의 상부벽 상에는 구동부(144)가 설치될 수 있다. 구동부(144)는 지지 플레이트(142)에 연결되는 구동 샤프트(140)를 상하 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 구동부(144)는 공압 실린더, 구동 모터 등을 포함할 수 있다.
구동부(144)가 구동 샤프트(140)를 통해 지지 플레이트(142)를 승하강시킴에 따라, 상기 에지 링 지지부의 제2 플레이트(130)가 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(120)에 대하여 상대 이동할 수 있다. 따라서, 지지 플레이트(142)는 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(120) 상부에서 승하강할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 에지 링의 패드 부착 장치(101)는 제2 플레이트(130)를 상기 패드 지지부의 제1 플레이트(120) 상에 가압시키기 위한 가압 부재(152)를 더 포함할 수 있다.
가압 부재(152)는 구동 샤프트(140)의 일단부에 가압력을 인가하기 위한 스프링과 같은 탄성 부재를 포함할 수 있다. 가압 부재(152)는 구동 샤프트(140)를 하방으로 가압하여 제2 플레이트(130)의 하부면에 고정 지지된 에지 링(ER)을 제1 플레이트(120)의 상부면 상에 지지된 냉각 패드(CP) 상에 가압시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 에지 링의 패드 부착 장치 및 방법에 있어서, 챔버(110) 내로 냉각 패드(CP)가 놓여진 패드 지지부 및 에지 링(ER)이 고정 지지된 에지 링 지지부를 로딩한 후, 챔버(110) 내부를 진공 분위기로 형성하고, 상기 에지 링 지지부를 상하 구동 모듈을 이용하여 승하강시켜 에지 링(ER)의 하부면에 냉각 패드(CP)를 부착시킬 수 있다.
따라서, 진공 분위기 하에서 에지 링(ER) 상에 냉각 패드(CP)를 부착시킴으로써, 부착 시 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 상술한 에지 링의 부착 장치 및 방법 그리고 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 22는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 4, 도 21 및 도 22를 참조하면, 에지 링(ER)에 냉각 패드(CP)를 부착한 후(S100), 에지 링(ER)을 공정 챔버(20) 내의 기판 지지부 상에 장착할 수 있다(S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 먼저, 도 4 또는 도 21의 에지 링의 패드 부착 장치(100, 101)를 이용하여 에지 링(ER)의 하부면 상에 냉각 패드(CP)를 부착할 수 있다. 상기 에지 링의 패드 부착 장치의 챔버(110) 내에 냉각 패드(CP)가 놓여진 패드 지지부 및 에지 링(ER)이 고정 지지된 에지 링 지지부를 로딩한 후, 챔버(110) 내부를 진공 분위기로 형성하고, 상기 에지 링 지지부를 상하 구동 모듈을 이용하여 승하강시켜 에지 링(ER)의 하부면에 냉각 패드(CP)를 부착시킬 수 있다.
이후, 에지 링(ER)을 공정 챔버(20) 내의 기판 스테이지 상에 설치할 수 있다. 에지 링(ER)은 하부 전극(32)의 외측 상부면 상에 웨이퍼를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 에지 링(ER)은 냉각 패드(CP)를 개재하여 상기 기판 스테이지 상에 안착될 수 있다.
공정 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행하고(S120), 상기 플라즈마 식각 공정 중에 냉각 패드(CP)를 통해 에지 링(ER)을 냉각시킬 수 있다(S130).
예시적인 실시예들에 있어서, 유도 결합형 플라즈마 챔버(20) 내에 기판(W)을 로딩한 후, 기판(W) 상에 공정 가스를 공급하고, 공정 챔버(20) 내에서 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.
먼저, 반도체 웨이퍼(W)를 공정 챔버(20) 내의 상기 기판 스테이지의 정전척 상에 로딩할 수 있다. 가스 공급관들(60a, 60b)로부터 공정 가스(예를 들면, 식각 공정 가스)를 공정 챔버(20) 내에 도입하고, 배기부(26)에 의해 공정 챔버(20) 내의 압력을 기 설정된 값으로 조정할 수 있다. 가스 공급관들(60a, 60b)을 통해 식각 공정 가스들을 공정 챔버(20) 내에 공급할 수 있다.
이어서, 상부 전극(50)에 플라즈마 전력을 인가하여 공정 챔버(20) 내에 플라즈마를 형성하고, 하부 전극(32)에 바이어스 전력을 인가하여 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다.
에지 링(ER)은 상기 웨이퍼에 플라즈마가 집중적으로 공급되도록 포커싱하고 폴리머가 상기 웨이퍼로 부착되는 것을 방지할 수 있다. 상기 플라즈마 식각 공정 중에 가열된 에지 링(ER)은 냉각 패드(CP)를 통해 냉각될 수 있다. 냉각 패드(CP)와 에지 링(ER) 사이에 기포가 없기 때문에, 에지 링(ER)의 냉각 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 식각 공정의 식각율이 향상될 수 있다.
전술한 기판 처리 장치는 로직 소자나 메모리 소자와 같은 반도체 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다. 상기 반도체 소자, 예를 들어 중앙처리장치(CPU, MPU), 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자, 예를 들어 에스램(SRAM) 장치, 디램(DRAM) 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치, 및 예를 들어 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 기판 처리 장치 20: 공정 챔버
22: 커버 24: 배기 포트
26: 배기부 30: 기판 지지부
32: 하부 전극 34: 절연 플레이트
36: 하부 접지 플레이트 41: 제2 전력 공급부
42: 바이어스 RF 정합기 44: 바이어스 RF 전원
50: 상부 전극 51: 제1 전력 공급부
52: 소스 RF 정합기 54: 소스 RF 전원
60a, 60b: 가스 공급관 62: 유량 제어기
64: 가스 공급원 100, 101: 에지 링의 패드 부착 장치
110: 챔버 111: 게이트
112a: 하부 챔버 112b: 상부 챔버
114: 커버 116: 배기 포트
120: 제1 플레이트 121: 안착면
122: 제1 가이딩 돌출부 124: 제2 가이딩 돌출부
130: 제2 플레이트 131: 리세스
132: 클램핑 부재 133: 정렬 홀
140: 구동 샤프트 142: 지지 플레이트
143: 정렬 핀 144: 구동부
150, 152: 가압 부재 160: 진공 배기부
ER: 에지 링 CP: 냉각 패드

Claims (10)

  1. 에지 링 상에 패드를 부착하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되고, 상기 패드가 놓여지는 패드 지지부;
    상기 챔버 내에 상기 패드 지지부와 대향하도록 배치되고, 상기 에지 링을 고정하는 에지 링 지지부;
    상기 패드 지지부 및 상기 에지 링 지지부 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 패드 지지부에 대하여 상기 에지 링 지지부를 상대 이동시키기 위한 구동 모듈; 및
    상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 진공 배기부를 포함하고,
    상기 에지 링 지지부는,
    상기 에지 링이 안착되는 환형 형상의 리세스가 형성된 제2 플레이트; 및
    상기 제2 플레이트에 결합되어 상기 에지 링을 고정시키기 위한 클램핑 부재를 포함하는 에지 링의 패드 부착 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 패드 지지부는 상기 챔버의 하부벽 상에 설치되고, 상기 에지 링 지지부는 상기 패드 지지부 상부에서 상하 이동 가능하도록 설치되는 에지 링의 패드 부착 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 패드 지지부는
    상기 패드를 지지하는 환형 형상의 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트의 내측 상부면으로부터 돌출 형성된 제1 가이딩 돌출부를 포함하는 에지 링의 패드 부착 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 패드는 상기 제1 플레이트의 연장 방향으로 따라 이격 배치되는 복수 개의 패드 조각들을 포함하는 에지 링의 패드 부착 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 패드 지지부는 상기 패드 조각들의 위치를 정렬시키기 위하여 상기 패드 조각들 사이에 위치하는 제2 가이딩 돌출부들을 더 포함하는 에지 링의 패드 부착 장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서, 상기 구동 모듈은
    상기 제2 플레이트의 하부면을 지지하기 위한 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트에 연결되는 구동 샤프트; 및
    상기 구동 샤프트를 상하 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 에지 링의 패드 부착 장치.
  8. 에지 링 상에 패드를 부착하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되고, 상기 패드가 놓여지는 패드 지지부;
    상기 챔버 내에 상기 패드 지지부와 대향하도록 배치되고, 상기 에지 링을 고정하는 에지 링 지지부;
    상기 패드 지지부 및 상기 에지 링 지지부 중 적어도 어느 하나에 연결되어 상기 패드 지지부에 대하여 상기 에지 링 지지부를 상대 이동시키기 위한 구동 모듈; 및
    상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 진공 배기부를 포함하고,
    상기 패드 지지부는 상기 패드를 지지하는 환형 형상의 제1 플레이트를 포함하고,
    상기 에지 링 지지부는 상기 에지 링이 탈착 가능하도록 고정되는 제2 플레이트를 포함하고,
    상기 구동 모듈은 상기 제2 플레이트를 지지하기 위한 지지 플레이트를 포함하고,
    상기 지지 플레이트는 상기 패드 지지부의 환형 형상의 제1 플레이트 내부 공간을 통해 승하강하도록 구성된 에지 링의 패드 부착 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 플레이트 상에 배치되어 상기 제2 플레이트를 상기 제1 플레이트 상에 가압시키기 위한 가압 부재를 더 포함하는 에지 링의 패드 부착 장치.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 지지 플레이트는 상기 패드 지지부 상부에서 승하강하도록 구성된 에지 링의 패드 부착 장치.
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