KR20100008828A - 기판 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에 위치하여 기판을 지지하고, 흡입홀이 형성된 지지부재; 상기 공정챔버와 연결되어 상기 공정챔버 내부의 가스를 배기하는 배기라인; 상기 배기라인에 연결되는 압력조절펌프; 및 상기 흡입홀과 연결된 흡입라인을 포함하는 기판처리장치 및 방법이 제공된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 정전척이나 진공척을 사용하지 않으면서도 히터 척의 온도편차로 인해 기판에 응력이 집중되는 초기 단계에 기판의 휨현상을 용이하게 방지할 수 있다.
공정챔버, 흡입홀, 배기라인

Description

기판 처리장치 및 방법 {Apparatus for and method of treating substrate by plasma}
본 발명은 반도체 소자를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1a 내지 1b는 히터척에 의해 발생되는 기판의 휨현상을 나타내는 단면도, 도 2a 내지 2b는 종래의 히터척을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
반도체 제조공정에서 공정 조건에 맞게 기판의 온도를 상승시키기 위해서 히터 척(Heater chuck)이 사용된다. 히터 척은 일반적으로 약 200 내지 250℃ 정도로 가열되어 있다. 하지만, 히터 척 표면에 기판이 놓여질 때, 기판의 접촉면 상태에 따라 기판의 휨현상(Warping)이 발생한다. 즉, 도 1a의 A에 도시된 것처럼 기판(W) 자체가 중앙부보다 가장자리부가 미세하게 위로 휘어져 갭(Gap)이 있는데, 기판(W)을 히터 척(10) 위에 올려놓으면 도 1b의 A'에 도시된 것처럼 히터 척(10)의 열에 의해 갭(Gap)은 더 벌어지게 된다. 이러한 휨현상이 발생한 상태에서 공정을 진행하면, 기판의 온도편차로 인한 공정 불량이 발생한다.
다시 말하면, 히터 척(10)에서 휨현상은 히터 척(10)의 기능인 기판(W)으로의 열 전달 측면에서 큰 저해 요인이 된다. 일단 기판(W)이 휘게 되면 히터 척(10)과의 접촉면적이 줄고, 휘어진 기판(W)의 가장자리는 히터 척(10)의 표면에서 상당한 거리(약 1cm)를 유지하기 때문에 열 전달이 대류에 의해서만 이루어지게 되므로 공정상 불량이 발생되는 것이다.
실험적으로 대기압(ATM)상태에서 히터 척으로 기판을 가열하는 경우 동일시간 대 기판의 중앙부와 가장자리부의 온도 차이가 약 50℃ 정도 발생한다. 이 온도 편차로 인하여 기판 내부에 응력이 발생하며, 이 응력이 일정 한계를 넘게 되면 기판의 휨현상이 발생한다. 이러한 실험 데이터는 기판을 약 140℃ 정도로 가열한 상태에서 히터 척에 올려놓은 상태에서 나온 것이므로, 만일 상온의 기판을 올려놓는 경우라면 더욱 급격한 온도 편차가 발생할 수 있다.
특히, 최근 들어 기판이 점점 대형화하는 추세이므로 이러한 휨현상은 더욱 문제가 될 수 있다.
이러한 기판의 휨현상을 방지하기 위하여 종래에는 도 2a에 도시된 것처럼, 히터 척(20)의 표면에 동심원을 이루는 다수의 돌기(21)를 두는 가공을 하거나, 도 2b에 도시된 것처럼 히터 척(30)의 표면에 점 형상의 돌기(31)를 두는 가공을 하였다.
하지만, 히터 척 표면을 도 2a, 2b처럼 가공처리를 하면 기판의 가열 시간이 지연되고, 이러한 표면 처리 가공만으로는 공정 변화에 따른 모든 휨 현상을 방지하지 못하는 문제점이 발생한다.
또한, 기판을 고정하기 위하여 히터 척과 더불어 정전척이나 진공척을 사용할 수도 있지만, 정전척은 매우 고가이며 기판을 고정하는데 시간이 오래걸리는 문제점이 있고, 진공척은 진공상태에서의 기판처리공정에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 기판처리장치에 히터 척을 사용하면서도 기판의 휨현상을 용이하게 방지할 수 있는 기판 처리장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에 위치하여 기판을 지지하고, 흡입홀이 형성된 지지부재; 상기 공정챔버와 연결되어 상기 공정챔버 내부의 가스를 배기하는 배기라인; 상기 배기라인에 연결되는 압력조절펌프; 및 상기 흡입홀과 연결된 흡입라인을 포함한다.
여기서, 상기 흡입홀은, 상기 지지부재의 가장자리부에 복수가 형성될 수 있다.
아울러, 상기 흡입라인은, 상기 공정챔버와 상기 압력조절펌프 사이에서 상기 배기라인과 연결될 수 있다.
게다가, 상기 흡입라인 상에 설치되어 상기 흡입라인을 개폐하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판처리방법은 공정챔버 내부를 제1압력으로 제공하고, 상기 공정챔버 내부에 구비된 지지부재에 기판을 올려놓는 단계; 상기 지지부재에 제공된 흡입홀을 통해 제2압력을 기판에 제공하는 단계; 및 상기 공정챔버 내부를 제3압력으로 만들고, 상기 공정챔버 내부로 가스를 주입하여 기판에 대한 공정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 제2압력과 제3압력은 상기 제1압력보다 저압이다.
여기서, 상기 제1압력은 대기압(ATM)일 수 있다.
아울러, 상기 제3압력은 진공일 수 있다.
게다가, 상기 제2압력 및 상기 제3압력은 동일한 압력일 수 있다.
더욱이, 상기 제2압력이 기판에 제공될 때, 상기 공정챔버 내부는 제1압력으로 유지될 수 있다.
또한, 상기 기판에 대한 공정을 수행하는 단계 동안, 상기 제2압력은 계속 유지될 수 있다.
아울러, 상기 기판에 대한 공정을 수행하는 단계 이전에, 제1압력에서 기판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
게다가, 상기 흡입홀은, 상기 지지부재의 가장자리부에 복수가 형성될 수 있다.
더욱이, 제2압력 및 제3압력은 하나의 펌프에 의해 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리방법은 공정챔버 내부가 진공인 상태에서 가스를 공급하여 기판에 대한 공정을 수행하는 기판처리방법에 있어 서, 기판이 놓이는 지지부재에 형성된 흡입홀을 통해 진공압이 제공된다.
여기서, 상기 흡입홀을 통해 진공압이 제공되는 것은, 상기 공정챔버 내부를 진공으로 만드는 것보다 먼저 이루어질 수 있다.
아울러, 상기 진공압은, 기판의 휨을 최소화하는 위치에서 제공될 수 있다.
게다가, 상기 진공압은, 기판의 가장자리 영역에 대응되는 위치에서 제공될 수 있다.
더욱이, 상기 공정챔버 내부를 진공으로 유지하는 것과, 상기 흡입홀의 진공압은 동일한 압력조절펌프에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 가스를 공급하기 전에, 기판을 가열할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면,
첫째, 정전척이나 진공척을 사용하지 않으면서도 히터 척의 온도편차로 인해 기판에 응력이 집중되는 초기 단계에 기판의 휨현상을 용이하게 방지할 수 있다.
둘째, 기판을 고정시키기 위하여 공정챔버에 구비된 배기라인에 연결된 압력조절펌프를 이용할 수 있으므로 경제적으로 기판의 휨현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 5e를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
이하에서는 애싱 장치를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 웨이퍼를 지지 플레이트에 올려놓은 상태에서 공정을 진행하는 증착 장치를 비롯한 다양한 기판처리장치에 응용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 나타낸 단면도, 도 5는 도 3에 도시된 지지부재를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 3을 참조하여 실시예를 더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 기판처리장치(400)는 공정챔버(100), 플라즈마 생성부재(200) 및 배기부재(300)를 포함할 수 있다.
공정챔버(100)는 내부에 애싱 공정(ashing process)을 비롯한 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 플라즈마 생성부재(200)는 기판 처리 공정에 필요한 플라즈마를 생성하여 공정챔버(100)에 제공한다. 배기부재(300)는 공정챔버(100) 내부의 가스와 반응 부산물을 외부로 배출하고, 공정챔버(100) 내부의 압력을 조절한다.
공정챔버(100)는 몸체(110), 지지부재(120), 샤워 헤드(130) 및 커버(140) 등을 포함할 수 있다. 몸체(110)는 기판 처리 공정이 이루어지는 공정 공간을 내부에 제공하고, 바닥면(111)에는 배기부재(300)와 연결되는 배기홀(111a)이 형성된다.
지지부재(120)는 공정챔버(100) 내부에 위치하여 기판을 지지한다. 또한, 도 3에 도시된 것처럼 지지부재(120)에는 흡입홀(121)이 형성된다. 흡입홀(121)은 지지부재(120)의 상면으로부터 내부로 연장되어 몸체(110)의 바닥면을 통해 흡입라인(330)과 연결된다.
여기서, 기판처리장치(400)가 애싱장비일 경우, 지지부재(120)에는 히터가 구비될 수 있고, 지지부재(120)의 열에 의해 일반적으로 기판(W)의 가장자리부가 휘게 된다. 이에 대비하기 위하여, 도 5에 도시된 것처럼 흡입홀(121)은 지지부재(120)의 가장자리부에 복수가 형성되어 기판의 휨현상 방지를 용이하게 한다. 물론, 기판(W)의 중앙부가 위로 휘는 경우에는 지지부재(120)의 중앙부에 흡입홀(121)을 형성하여 휨현상을 방지할 수도 있다.
지지부재(120)의 상부에는 샤워 헤드(130) 및 커버(140)가 구비될 수 있다. 샤워 헤드(130)는 플라즈마 생성부재(200)로부터 제공된 플라즈마를 지지부재(120)의 상면을 향해 분사한다. 커버(140)는 몸체(110)와 샤워 헤드(130) 상부에 구비되고, 몸체(110)와 결합하여 공정 공간을 밀폐한다. 또한, 커버(140)는 플라즈마 생성부재(200)과 결합되고, 내부에 플라즈마 생성부재(200)로부터 제공된 플라즈마를 샤워 헤드(130)로 제공하기 위한 유도 공간(GS)이 형성된다.
커버(140)의 상부에는 플라즈마 생성부재(200)가 설치될 수 있다. 플라즈마 생성부재(200)는 마그네트론(210), 도파관(220), 가스 공급관(230), 및 플라즈마 소스부(240) 등을 포함하여 플라즈마를 생성한다.
한편, 공정챔버(100)의 아래에는 배기부재(300)가 설치된다. 배기부재(300)는 배기라인(310), 자동 압력 조절부(320), 흡입라인(330) 및 게이지(340)를 포함 한다.
구체적으로, 배기라인(310)은 몸체(110)의 바닥면(111)에 형성된 배기홀(111a)과 연결되고, 기판 처리 공정시 발생된 공정챔버(100) 내부의 가스 등을 외부로 배출시킨다. 배기라인의 말단에는 압력조절펌프(360)가 연결된다. 또한, 배기라인(310)에는 자동 압력 조절부(320)가 설치될 수 있고, 자동 압력 조절부(320)는 배기라인(310)을 통해 공정 공간의 압력을 조절한다.
도 3의 실시예에서는 흡입라인(330)은 몸체(110)의 바닥면(111)을 통해 지지부재(120)에 형성된 흡입홀(121)과 일단이 연결되고, 타단은 상기 배기라인(310)과 연결된다. 흡입라인(330)은, 공정챔버(100)와 압력조절펌프(360) 사이에서 배기라인(310)과 연결된다.
반면, 도 4의 실시예에서는 흡입라인(330)은 몸체(110)의 바닥면(111)을 통해 지지부재(120)에 형성된 흡입홀(121)과 일단이 연결되고, 타단은 배기라인(310)과 연결되지 않고, 별도의 압력조절펌프(370)와 연결된다. 즉, 흡입라인(330)은 배기라인(310)과 별도의 압력조절펌프(370)를 가지고, 이 경우에는 흡입라인(330)과 배기라인(310)의 압력을 별도로 조절할 수 있게 된다. 특히, 흡입라인(330)의 압력을 배기라인(310)의 압력보다 더 낮게 유지할 필요가 있을 때 유용하다.
흡입라인(330)에는 게이지(340)가 설치될 수 있고, 게이지(340)는 흡입라인(330)의 내부 압력을 측정한다. 예를 들면, 게이지(340)는 다이아프램(diaphram) 게이지 등이 사용될 수 있다.
이러한 게이지(340)에 의해 측정된 상기 흡입라인(330)의 압력 값은 기판이 지지부재(120)와 밀착되었는지 여부를 판단하는 데 이용된다. 즉, 기판의 바닥면과 지지부재(120)의 상면이 밀착되면 공정 공간의 가스나 공기가 상기 유입홀(121)에 유입되지 못한다. 이에 따라, 유입홀(121)의 압력이 감소되므로, 흡입라인(330)의 내부 압력이 감소된다.
반면, 기판이 지지부재(120)와 밀착되지 못하면, 공정 공간의 가스나 공기가 흡입홀(121)에 유입되어 흡입홀(121)의 압력이 상승하므로, 흡입라인(330)의 내부 압력이 상승한다.
흡입라인(330)은 밸브(350)를 더 포함한다. 밸브(350)는 흡입라인(330) 상에 설치되어 흡입라인(300)을 개폐한다. 밸브(350)는 평소에는 닫혀 있으므로, N/C 밸브(Normal Closed valve)가 사용된다. 밸브(350)는 상기 흡입라인(330)과 게이지(340) 사이에 위치하는 것이 바람직하고, 밸브(350)의 개폐에 의해 흡입라인(330)의 압력을 조절한다.
이하, 본 발명에 따른 기판처리방법에 대해 설명한다. 도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 기판처리 흐름을 나타낸 기판처리장치의 단면도이다.
기판처리방법은 먼저 도 6a 및 도 6b에 도시된 것처럼 공정챔버(100) 내부를 제1압력으로 제공하고, 공정챔버(100) 내부에 구비된 지지부재(120)에 기판(W)을 올려놓는다. 지지부재(120)에 기판(W)을 올려놓는 것은 도시된 것처럼 지지핀(122) 등에 미리 기판(W)을 올려놓고 나서, 지지핀(122)을 하강하여 기판(W)을 안정적으로 올려놓을 수 있다.
다음으로, 도 6c에 도시된 것처럼 제2압력이 지지부재(120)에 제공된 흡입홀(121)을 통해 기판(W)에 제공된다. 여기서, 앞서 설명한 것처럼 흡입홀(121)은 기판의 휨을 최소화하는 위치에 형성된다. 예를 들어 기판(W)의 중앙부가 위로 휘는 경우에는 지지부재(120)의 중앙부에 흡입홀(121)을 형성하고, 기판(W)의 가장자리부가 위로 휘는 경우에는 지지부재(120)의 가장자리부에 복수의 흡입홀(121)을 형성할 수 있다. 이렇게, 기판(W)의 휨현상을 방지하기 위한 흡입홀(121)에 기판(W)이 밀착될 수 있도록 제2압력은 앞서 설명한 제1압력보다 저압이다. 또한, 제2압력이 기판(W)에 제공될 때, 공정챔버(100) 내부는 제1압력으로 유지될 수 있다.
다음으로, 도 6e에 도시된 것처럼 공정챔버(100) 내부를 제3압력으로 만들고, 공정챔버(100) 내부로 가스를 주입하여 기판(W)에 대한 공정을 수행하게 된다. 이때, 제3압력 역시 제1압력보다 저압이다.
여기서, 도 6d에 도시된 것처럼 공정챔버(100) 내부를 제3압력으로 만들기 전에 제2압력이 유지되도록 밸브(350)는 닫힐 수 있다. 즉, 기판(W)에 대한 공정을 수행하는 단계 동안, 제2압력은 계속 유지되도록 할 수 있다.
또한, 상술한 기판(W)에 대한 공정을 수행하기 이전에, 제1압력 하에서 기판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 히터 척이 사용될 때, 히터 척의 온도편차로 인해 기판에 응력이 집중되는 초기 단계에 제2압력에 의해 기판의 휨현상을 용이하게 방지할 수 있다.
상기한 제1압력, 제2압력, 제3압력은 다양한 조건으로 결정될 수 있으나, 일반적인 애싱장비인 경우에는 제1압력은 대기압(ATM), 제3압력은 진공이 된다.
또한, 도 6a 내지 도 6e에 도시된 것처럼, 흡입라인(330)이 공정챔버(100)와 압력조절펌프(360) 사이에서 배기라인(310)과 연결된 경우는, 제2압력 및 제3압력은 동일한 압력이 필요할 때 유용하다. 즉, 제2압력 및 제3압력은 하나의 펌프에 의해 제공될 수 있다. 이때, 애싱장비인 경우는 제2압력 및 제3압력은 모두 진공이 된다. 이렇게, 본 발명에 따르면 기판을 고정시키기 위하여 공정챔버(100)에 구비된 배기라인(310)에 연결된 압력조절펌프(360)를 이용할 수 있으므로 경제적으로 기판의 휨현상을 방지할 수 있다.
이상 실시예를 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.
도 1a 내지 1b는 히터척에 의해 발생되는 기판의 휨현상을 나타내는 단면도,
도 2a 내지 2b는 종래의 히터척을 나타낸 평면도 및 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 나타낸 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 지지부재를 나타낸 평면도 및 단면도,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 기판처리 흐름을 나타낸 기판처리장치의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100...공정챔버 120...지지부재
310...배기라인 330...흡입라인

Claims (19)

  1. 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부에 위치하여 기판을 지지하고, 흡입홀이 형성된 지지부재;
    상기 공정챔버와 연결되어 상기 공정챔버 내부의 가스를 배기하는 배기라인;
    상기 배기라인에 연결되는 압력조절펌프; 및
    상기 흡입홀과 연결된 흡입라인을 포함하는 기판처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡입홀은, 상기 지지부재의 가장자리부에 복수가 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 흡입라인은, 상기 공정챔버와 상기 압력조절펌프 사이에서 상기 배기라인과 연결된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 흡입라인 상에 설치되어 상기 흡입라인을 개폐하는 밸브를 더 포함하는 기판처리장치.
  5. 공정챔버 내부를 제1압력으로 제공하고, 상기 공정챔버 내부에 구비된 지지부재에 기판을 올려놓는 단계;
    상기 지지부재에 제공된 흡입홀을 통해 제2압력을 기판에 제공하는 단계; 및
    상기 공정챔버 내부를 제3압력으로 만들고, 상기 공정챔버 내부로 가스를 주입하여 기판에 대한 공정을 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 제2압력과 제3압력은 상기 제1압력보다 저압인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1압력은 대기압(ATM)인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제3압력은 진공인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2압력 및 상기 제3압력은 동일한 압력인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제2압력이 기판에 제공될 때, 상기 공정챔버 내부는 제1압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 기판에 대한 공정을 수행하는 단계 동안, 상기 제2압력은 계속 유지되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 기판에 대한 공정을 수행하는 단계 이전에, 제1압력에서 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 흡입홀은, 상기 지지부재의 가장자리부에 복수가 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  13. 제 5항에 있어서,
    제2압력 및 제3압력은 하나의 펌프에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  14. 공정챔버 내부가 진공인 상태에서 가스를 공급하여 기판에 대한 공정을 수행 하는 기판처리방법에 있어서,
    기판이 놓이는 지지부재에 형성된 흡입홀을 통해 진공압이 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 흡입홀을 통해 진공압이 제공되는 것은, 상기 공정챔버 내부를 진공으로 만드는 것보다 먼저 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 진공압은, 기판의 휨을 최소화하는 위치에서 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 진공압은, 기판의 가장자리 영역에 대응되는 위치에서 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 공정챔버 내부를 진공으로 유지하는 것과, 상기 흡입홀의 진공압은 동일한 압력조절펌프에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 가스를 공급하기 전에, 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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