KR20170123830A - 기판 온도 제어 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

기판 온도 제어 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20170123830A
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Abstract

본 발명은 기판의 온도 제어를 위한 장비의 부피를 증가시키지 않으면서 기판의 온도를 영역별로 제어할 수 있는 기판 온도 제어 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 장치는, 기판을 지지하는 지지판; 상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 상기 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 상기 기판의 온도를 조절하기 위해 전력을 제공하는 전력 공급부; 상기 복수의 가열 유닛 및 상기 전력 공급부 사이에 연결되고, 하나 이상의 모스펫(MOSFET) 소자를 구비한 스위치부; 및 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 가열 유닛 각각에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

기판 온도 제어 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF SUBSTRATE, APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME, AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 기판 온도 제어 장치, 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 과정에서 기판의 온도를 제어하기 위한 기판 온도 제어 장치가 필요하다. 기존의 기판 온도 제어 장치는 기판의 영역별로 온도를 조절하는 복수 개의 가열 유닛에 대응되는 복수 개의 제어부로 각각의 가열 유닛을 제어하였다.
그러나 최근 주목받는 멀티 존(Multi Zone)을 갖는 기판의 경우, 100개 이상의 가열 유닛이 요구되고 이에 대응되는 제어부가 구비되는 경우 기존의 장비보다 적어도 30배 이상으로 큰 장비가 요구된다. 이러한 장비의 부피 증가는 장비의 부피를 줄여나가는 최근 동향에 역행하는 결과가 될 수 있다.
따라서, 장비의 부피를 늘리지 않으면서 멀티 존을 갖는 기판의 온도를 제어할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 기판의 온도 제어를 위한 장비의 부피를 증가시키지 않으면서 기판의 온도를 영역별로 제어할 수 있는 기판 온도 제어 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 장치는, 기판을 지지하는 지지판; 상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 상기 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 상기 기판의 온도를 조절하기 위해 전력을 제공하는 전력 공급부; 상기 복수의 가열 유닛 및 상기 전력 공급부 사이에 연결되고, 하나 이상의 트랜지스터 소자를 구비한 스위치부; 및 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 가열 유닛 각각에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터 소자는 모스펫(MOSFET) 소자를 포함할 수 있다.
상기 스위치부는 상기 복수 개의 가열 유닛 각각에 대응되는 복수 개의 모스펫 채널을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수 개의 모스펫 채널을 선택적으로 온(on) 시킬 수 있다.
상기 기판 온도 제어 장치는 상기 기판의 온도 분포 정보를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 분포 정보에 따라 온(on) 시킬 모스펫 채널을 결정할 수 있다.
상기 기판 온도 제어 장치는 상기 전력 공급부 및 상기 스위치부 사이에 연결되어 상기 전력 공급부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제1 필터부; 및 상기 스위치부 및 상기 제어부 사이에 구비되어 상기 제어부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제2 필터부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 필터부는 페라이트 코어를 포함할 수 있다.
상기 전력 공급부는 교류 전력을 제공할 수 있다.
상기 전력 공급부는 기 설정된 기준 주파수 이하의 교류 전력을 제공하며, 상기 제1 및 제2 필터부는 상기 기준 주파수를 초과하는 고주파 전력 신호를 차단하고, 상기 기준 주파수 이하의 교류 전력 신호를 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛; 및 상기 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 유닛을 포함하며, 상기 기판 온도 제어 유닛은: 상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 상기 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛; 상기 기판의 온도를 조절하기 위해 전력을 제공하는 전력 공급부; 상기 복수의 가열 유닛 및 상기 전력 공급부 사이에 연결되고, 하나 이상의 트랜지스터 소자를 구비한 스위치부; 및 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 가열 유닛 각각에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터 소자는 모스펫 소자를 포함할 수 있다.
상기 스위치부는 상기 복수 개의 가열 유닛 각각에 대응되는 복수 개의 모스펫 채널을 포함하며, 상기 제어부는 상기 복수 개의 모스펫 채널을 선택적으로 온(on) 시킬 수 있다.
상기 기판 온도 제어 유닛은 상기 기판의 온도 분포 정보를 측정하는 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 분포 정보에 따라 온(on) 시킬 채널을 결정할 수 있다.
상기 기판 온도 제어 유닛은, 상기 전력 공급부 및 상기 스위치부 사이에 연결되어 상기 전력 공급부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제1 필터부; 및 상기 스위치부 및 상기 제어부 사이에 구비되어 상기 제어부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제2 필터부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 필터부는 페라이트 코어를 포함할 수 있다.
상기 전력 공급부는 교류 전력을 제공할 수 있다.
상기 전력 공급부는 기 설정된 기준 주파수 이하의 교류 전력을 제공하며, 상기 제1 및 제2 필터부는 상기 기준 주파수를 초과하는 고주파 전력 신호를 차단하고, 상기 기준 주파수 이하의 교류 전력 신호를 통과시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 제어 방법은, 복수 개의 영역을 포함하는 기판의 온도 분포를 측정하는 단계; 및 상기 온도 분포 정보에 기초하여 상기 스위치부를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 온도 분포 정보에 기초하여 상기 스위치부를 제어하는 단계는, 상기 온도 분포 정보에 기초하여 전력을 공급할 기판 영역을 결정하는 단계; 및 결정된 기판 영역에 대응하는 모스펫 채널을 온(on) 시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 온도 분포 정보에 기초하여 상기 스위치부를 제어하는 단계는, 상기 온도 분포 정보에 기초하여 전력을 공급할 기판 영역을 결정하는 단계; 및 결정된 기판 영역에 대응하는 모스펫의 게이트, 및 나머지 기판 영역에 대응하는 모스펫의 게이트에 서로 다른 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판 온도 제어 장치 및 기판 처리 장치의 부피를 증가시키지 않으면서 기판의 온도를 영역 별로 제어할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 온도 제어 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 복수 개의 영역을 갖는 기판(W)의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(620), 기판 지지 어셈블리(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 그리고 플라즈마 발생 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(620)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(620)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 접지될 수 있다. 챔버(620)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(620)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(620) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측벽을 보호하여 챔버(620)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(620)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(620)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 가열 유닛(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격되어 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
가열 유닛(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생한 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 가열 유닛(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 가열 유닛(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 위치할 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(620)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(620) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(620)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 챔버(620) 내부에서 기판 지지 어셈블리(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 어셈블리(200)와 대향하게 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(620)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(620)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 어셈블리(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(620)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(620) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(620)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(620) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(620)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(620) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(600)은 챔버(620) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(600)은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(610), 고주파 전원에 전기적으로 연결되어 고주파 전력을 인가받는 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)을 포함할 수 있다.
제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 코일(621)의 직경은 제2 코일(622)의 직경보다 작아 챔버(620) 상부의 안쪽에 위치하고, 제2 코일(622)은 챔버(620) 상부의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 고주파 전원(610)으로부터 고주파 전력을 인가받아 챔버에 시변 자기장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 챔버(620)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 어셈블리(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(620) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(620)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 고주파 전원에서 생성된 고주파 전력은 플라즈마 소스에 인가될 수 있으며, 그로 인해 챔버(620) 내에 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 어셈블리(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 온도 제어 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 기판 영역에 대응되는 가열 유닛과 제어부가 요구되는 경우 장비의 부피가 매우 커질 것을 예상할 수 있다. 또한, 가열 유닛에 있어서 고주파 전력 차단을 위해 요구되는 필터는 가격이 높아 개수가 늘어날수록 비용 측면에서 비효율적인 단점이 있었다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)의 개략도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)은 지지판(200), 가열 유닛(225), 전력 공급부(225a), 스위치부(710), 및 제어부(720)를 포함한다.
지지판(200)은 기판(W)을 지지하기 위해 제공되며, 복수 개의 가열 유닛(225)이 지지판(200)의 서로 다른 영역에 설치되어 기판(W)의 온도를 영역별로 조절한다.
전력 공급부(225a)는 기판의 온도를 조절하기 위한 전력을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 전력 공급부(225a)는 교류(AC) 전력을 제공할 수 있다.
전력 공급부(225a)와 가열 유닛(225) 사이에는 스위치부(710)가 연결된다. 일 실시 예에 따라, 상기 스위치부(710)는 하나 이상의 트랜지스터 소자를 구비할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 트랜지스터 소자는 모스펫 소자 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)일 수 있다. 이하, 상기 스위치부(710)가 모스펫 소자로 구성된 경우를 일 실시 예로서 설명한다.
제어부(720)는 상기 스위치부(710)를 제어함으로써, 복수 개의 기판 영역을 각 영역별로 조절할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 스위치부(710)는 복수 개의 가열 유닛 각각에 대응되는 복수 개의 모스펫 채널을 포함할 수 있으며, 제어부(720)는 신호를 인가하여 복수 개의 모스 펫 채널을 선택적으로 (on) 시킬 수 있다.
일 실시 예에 따라, 기판 온도 제어 유닛(700)은 기판(W)의 온도 분포 정보를 측정하는 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(710)는 상기 온도 분포 정보에 따라 기판의 각 영역을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 제어부(710)는 가열시킬 기판 영역에 대응하는 모스펫 채널이 온(on) 되도록 제어할 수 있으며, 냉각시킬 기판 영역에 대응하는 모스펫 채널이 오프(off) 되도록 제어할 수 있다.
도 2 및 도 3을 비교하면, 종래에는 각 영역마다 제어부와 필터가 필요했던 반면 본 발명의 실시 예에 따를 경우 스위치부(710)를 이용하여 전력 공급부(225a), 제어부(720), 및 필터부(730)의 개수를 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛(700)은 제1 필터부(730) 및 제2 필터부(740)를 포함할 수 있다.
제1 필터부(730)는 전력 공급부(225a) 및 스위치부(710) 사이에 연결될 수 있다. 기판(W) 상에 플라즈마 공정이 수행됨에 따라, 플라즈마 공정에 요구되는 고주파 전력이 전력 공급부(225a)로 유입되어 커플링이 발생하는 것을 방지하기 위해, 제1 필터부(730)는 전력 공급부(225a)로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 제1 필터부(730)는 대역 통과 필터 또는 대역 차단 필터일 수 있다. 예를 들어, 제1 필터부(730)는 가변 캐패시터 및 가변 인덕터를 포함할 수 있다.
제2 필터부(740)는 스위치부(710) 및 제어부(720) 사이에 구비될 수 있다. 제2 필터부(740) 또한 제1 필터부(730)와 마찬가지로 고주파 전력 신호를 차단하여 제어부(720)로 고주파 전력이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 제2 필터부(740)는 페라이트 코어를 포함할 수 있다. 페라이트 코어를 스위치부(710)와 제어부(720)를 연결하는 도선 주변에 장착함으로써, 고주파 전력 신호를 차단할 수 있다.
제1 및 제2 필터부(730, 740)는 고주파 전력 신호를 차단하며, 전력 공급부(225a)가 제공하는 교류 전력 신호는 통과시킬 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 및 제2 필터부(730, 740)는 기 설정된 기준 주파수를 초과하는 고주파 전력 신호를 차단하고, 상기 기준 주파수 이하의 교류 전력 신호를 통과시킬 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 복수 개의 영역을 갖는 기판(W)의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(W)은 제1 영역(A1), 제2 영역(A2), 제3 영역(A3), 및 제4 영역(A4)를 포함할 수 있다. 예로서, 기판의 온도 분포 정도에 따라 각 영역과 각 영역별 기 설정된 목표 온도와의 오차가 A1>A2>A3이고 A3의 경우 오차가 0인 경우, 제어부(720)는 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 모스펫 채널이 온(on) 되어 전력이 공급되도록 제어할 수 있다. 또한, 오차가 더 큰 제1 영역에 대응하는 모스펫 채널이 온(on)되는 시간이 더 길도록 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기판(W)은 원주 방향으로 분할된 복수 개의 영역(B1, B2, B3, B4, B5)를 포함할 수 있다. 이와 같이 원주 방향으로 분할된 복수 개의 영역을 조절하는 경우, 각 영역의 면적은 중심에서 멀어질수록 커지므로(B1<B2<B3<B4<B5) 제어부(720)는 기판의 해당 영역이 중심에서 멀어질수록 대응되는 모스펫 채널이 온(on)되는 시간이 더 길도록 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 온도 제어 유닛의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판 온도 제어 유닛은 복수 개의 기판 영역(H1, H2, H3, H4)의 온도를 개별적으로 제어할 수 있다. 제어부(720)는 모스펫 소자의 게이트에 신호를 제공하여, 각 기판 영역이 전력 공급부(225a)로부터 전력을 공급받을지, 또는 전력 공급부(225a)와 차단될지 여부를 조절할 수 있다. 모스펫은 온/오프(on/off) 속도를 빠르게 조절하는 것이 가능하기 때문에, 제어부(720)는 복수 개의 기판 영역 각각의 기판 온도를 영역별로 효율적으로 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(800)을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(800)은 센서부가 복수 개의 기판 영역을 포함하는 기판의 온도 분포 정도를 측정하는 단계(S810), 제어부가 온도 분포 정보에 기초하여 온(on) 시킬 모스펫 채널을 결정하는 단계(S820), 및 상기 제어부의 결정에 기초하여 다중-모스펫을 제어하는 단계(S830)를 포함할 수 있다. 제어부는 모스펫 게이트에 선택적으로 신호를 인가하여 복수 개의 기판 영역에 대해 영역별로 온도를 제어할 수 있다.
상기와 같은 기판 온도 제어 방법은 컴퓨터로 실행될 수 있는 프로그램으로 구현되어 어플리케이션 형태로 실행될 수 있고, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장될 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합 되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10 : 기판 처리 장치
700 : 기판 온도 제어 유닛

Claims (19)

  1. 기판을 지지하는 지지판;
    상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 상기 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛;
    상기 기판의 온도를 조절하기 위해 전력을 제공하는 전력 공급부;
    상기 복수의 가열 유닛 및 상기 전력 공급부 사이에 연결되고, 하나 이상의 트랜지스터 소자를 구비한 스위치부; 및
    상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 가열 유닛 각각에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함하는 기판 온도 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 소자는 모스펫(MOSFET) 소자를 포함하는 기판 온도 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 복수 개의 가열 유닛 각각에 대응되는 복수 개의 모스펫 채널을 포함하며,
    상기 제어부는 상기 복수 개의 모스펫 채널을 선택적으로 온(on) 시키는 기판 온도 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기판 온도 제어 장치는 상기 기판의 온도 분포 정보를 측정하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 분포 정보에 따라 온(on) 시킬 모스펫 채널을 결정하는 기판 온도 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 온도 제어 장치는
    상기 전력 공급부 및 상기 스위치부 사이에 연결되어 상기 전력 공급부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제1 필터부; 및
    상기 스위치부 및 상기 제어부 사이에 구비되어 상기 제어부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제2 필터부를 더 포함하는 기판 온도 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 필터부는 페라이트 코어를 포함하는 기판 온도 제어 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는 교류 전력을 제공하는 기판 온도 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는 기 설정된 기준 주파수 이하의 교류 전력을 제공하며,
    상기 제1 및 제2 필터부는 상기 기준 주파수를 초과하는 고주파 전력 신호를 차단하고, 상기 기준 주파수 이하의 교류 전력 신호를 통과시키는 기판 온도 제어 장치.
  9. 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리;
    상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    고주파 전력을 제공하는 고주파 전원을 포함하며, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛; 및
    상기 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 유닛을 포함하며,
    상기 기판 온도 제어 유닛은:
    상기 지지판의 서로 다른 영역에 설치되어 상기 기판의 온도를 영역별로 조절하는 복수의 가열 유닛;
    상기 기판의 온도를 조절하기 위해 전력을 제공하는 전력 공급부;
    상기 복수의 가열 유닛 및 상기 전력 공급부 사이에 연결되고, 하나 이상의 트랜지스터 소자를 구비한 스위치부; 및
    상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 가열 유닛 각각에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 소자는 모스펫 소자를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 복수 개의 가열 유닛 각각에 대응되는 복수 개의 모스펫 채널을 포함하며,
    상기 제어부는 상기 복수 개의 모스펫 채널을 선택적으로 온(on) 시키는 기판 처리 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 기판 온도 제어 유닛은 상기 기판의 온도 분포 정보를 측정하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 분포 정보에 따라 온(on) 시킬 채널을 결정하는 기판 처리 장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 기판 온도 제어 유닛은,
    상기 전력 공급부 및 상기 스위치부 사이에 연결되어 상기 전력 공급부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제1 필터부; 및
    상기 스위치부 및 상기 제어부 사이에 구비되어 상기 제어부로 유입되는 고주파 전력 신호를 차단하는 제2 필터부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 필터부는 페라이트 코어를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는 교류 전력을 제공하는 기판 처리 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는 기 설정된 기준 주파수 이하의 교류 전력을 제공하며,
    상기 제1 및 제2 필터부는 상기 기준 주파수를 초과하는 고주파 전력 신호를 차단하고, 상기 기준 주파수 이하의 교류 전력 신호를 통과시키는 기판 처리 장치.
  17. 제11 항에 따른 기판 처리 장치를 제어하는 방법으로,
    복수 개의 영역을 포함하는 기판의 온도 분포를 측정하는 단계; 및
    상기 온도 분포 정보에 기초하여 상기 스위치부를 제어하는 단계를 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 온도 분포 정보에 기초하여 상기 스위치부를 제어하는 단계는,
    상기 온도 분포 정보에 기초하여 전력을 공급할 기판 영역을 결정하는 단계; 및
    결정된 기판 영역에 대응하는 모스펫 채널을 온(on) 시키는 단계를 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 온도 분포 정보에 기초하여 상기 스위치부를 제어하는 단계는,
    상기 온도 분포 정보에 기초하여 전력을 공급할 기판 영역을 결정하는 단계; 및
    결정된 기판 영역에 대응하는 모스펫의 게이트, 및 나머지 기판 영역에 대응하는 모스펫의 게이트에 서로 다른 신호를 인가하는 단계를 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
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