KR101468733B1

KR101468733B1 - 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리챔버

Info

Publication number: KR101468733B1
Application number: KR1020080000438A
Authority: KR
Inventors: 최대규; 유진수
Original assignee: 최대규
Priority date: 2008-01-02
Filing date: 2008-01-02
Publication date: 2014-12-12
Also published as: KR20090074600A

Abstract

본 발명의 기판 지지대는 기판 지지대를 유도적으로 가열하기 위한 유도 히터를 구비한다. 유도 히터를 사용함으로서 피처리 기판의 가열 및 감열 속도를 신속히 할 수 있으며 대면적의 피처리 기판을 균일하게 가열할 수 있으면서도 열팽창에 의한 기판 지지대의 손상을 방지할 수 있다. 또한 기판 지지대의 유지 보수가 용이하며 기판 지지대의 온도 제어가 용이하다.

기판 처리, 히터, 기판 지지대, 기판 처리 챔버

Description

유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버{PEDESTAL WITH INDUCTION HEATER AND SUBSTRATE PROCESS CHAMBER HAVING THE SAME}

본 발명은 기판 처리 챔버와 그 내부에 구비되는 히터를 구비한 지지대에 관한 것으로, 구체적으로는 가열 및 감열 속도가 높고 온도 제어가 용이하며 기판 지지대의 안정성이 높이 유도 히터를 구비한 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버에 관한 것이다.

기판 처리 공정을 수행하기 위한 기판 처리 챔버는 대형화 되어가는 기판 사이즈에 따라 그 처리 용량이 증가하게 된다. 이러한 기판 처리 챔버의 대형화는 여러 가지 기술적 난제를 발생하게 된다. 예를 들어, 피처리 기판의 사이즈가 증가하면 당연히 처리 표면 사이즈가 증가하게 된다. 그럼으로 기판 처리 챔버는 대면적의 처리 표면을 균일하게 처리할 수 있는 능력을 구비하여야 한다. 그런데, 이러한 기술적 난제를 해결하기 위해서는 설비비용이 크게 증가하게 되고 이는 다시 최종 제품의 가격을 높이는 문제점으로 이어진다. 따라서 대면적의 피처리 기판을 여러 면에서 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 챔버가 요구되고 있다.

한편, 피처리 기판의 대형화는 그 피처리 기판을 기판 처리 과정에서 지지하 고 있는 기판 지지대의 성능에도 많은 영향을 받는다. 기판 지지대는 기판 처리 챔버의 내부에서 피처리 기판을 지지하는 상태에서 피처리 기판의 온도를 제어하기 위하여 히터를 내장하기도 한다. 기판 지지대에 히터를 내장하는 방식은 예를 들어, 기판 지지대의 내부에 열선을 장착하거나 지판 지지대의 표면층에 열선을 코팅하는 방식 등이 사용되고 있다. 히터를 기판 지지대에 내장하기 위해서 우선적으로 고려해야하는 문제점은 대면적의 피처리 기판을 균일하게 가열하도록 구조화되어야 하는 문제점이다. 또한 피처리 기판을 가열하는 과정에서 히터가 가열되면서 히터와 기판 지지대의 열팽창에 따른 손상 발생이 발생될 수도 있다는 것이다.

본 발명의 목적은 피처리 기판의 가열 및 감열 속도를 신속히 할 수 있는 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 대면적의 피처리 기판을 균일하게 가열할 수 있으면서도 열팽창에 의한 기판 지지대의 손상을 방지할 수 있는 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판 지지대의 유지 보수가 용이한 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판 지지대의 온도 제어가 용이한 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 유도 히터를 갖는 기판 지지대에 관한 것이다. 본 발명의 기판 지지대는: 피처리 기판을 지지하기 위한 기판 지지대에 있어서, 유도 코일과 상기 유도 코일의 구동 전원을 공급하기 위한 히터 전원 공급부로 구성되어 상기 기판 지지대를 유도적으로 가열하기 위한 유도 히터; 및 상기 히터 전원 공급부와 상기 유도 코일 사이에 전기적으로 연결되는 임피던스 정합기;를 포함한다.

삭제

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 지지대 몸체와 상기 지지대 몸체의 상부에 구성되어 피처리 기판이 놓이는 지지대 상부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일은 상기 지지대 몸체에 일 회 이상 권선되는 설치 구조 또는 상기 지지대 몸체의 내부에 설치되는 구조에서 선택된 하나 이상의 구조를 갖는다.

일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일과 상기 지지대 몸체 사이에 설치되는 단열층을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 지지대 몸체는 전도체 물질을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 지지대 상부는 전도체 물질 또는 부도체 물질 중 선택된 하나 이상의 물질을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와 상기 온도 검출부에서 검출된 기판 지지대의 온도에 기초하여 상기 히터 전원 공급부의 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대의 감열을 위한 냉각수 공급부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 유도 히터의 유도 코일은 중공형의 튜브로 구성되며 상기 냉각수 공급부로부터 제공되는 냉각수의 이동 채널을 제공한다.

본 발명의 다른 일면은 기판 처리 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 기판 처리 챔버는 유도 히터를 갖는 기판 지지대를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 처리 챔버는 플라즈마 소스를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나이다.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 된다.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 정전척을 포함한다.

본 발명의 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버에 의하면, 유도 히터를 사용함으로서 피처리 기판의 가열 및 감열 속도를 신속히 할 수 있으며 대면적의 피처리 기판을 균일하게 가열할 수 있으면서도 열팽창에 의한 기판 지지대의 손상을 방지할 수 있다. 또한 기판 지지대의 유지 보수가 용이하며 기판 지지대의 온도 제어가 용이하다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버를 보여주는 도면이고, 도 2 및 도 3은 유도 코일의 설치 구조의 변형을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 히터를 갖는 기판 지지대(30)는 유도 히터(40)를 구비한다. 기판 지지대(30)는 유도 코일(41)과 유도 코일(41)의 구동 전원을 공급하기 위한 히터 전원 공급부(50)를 포함한다. 히터 전원 공급부(50)와 유도 코일(41) 사이에는 임피던스 정합기(51)가 연결된다. 또는 히터 전원 공급부(50)는 별도의 임피던스 정합기(51) 없이 구성될 수도 있다. 기판 지지대(30)는 지지대 몸체(32)와 지지대 몸체(32)의 상부에 구성되어 피처리 기판이 놓이는 지지대 상부(31)를 포함한다. 지지대 몸체(32)는 전도체 물질을 포함한다. 지지대 상부(32)는 전도체 물질 또는 부도체 물질 중 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

유도 코일(41)은 지지대 몸체(32)에 일 회 이상 권선되는 설치 구조(도 1 참조) 또는 지지대 몸체(41)의 내부에 설치되는 구조(도 2 및 도 3 참조)에서 선택된 하나 이상의 구조를 갖는다. 지지대 몸체의 내부에 설치되는 경우, 수직 나선 구조(도 2 참조) 또는 수평 나선 구조(도 3 참조) 중 어느 하나의 구조로 설치될 수 있다. 유도 코일(41)의 설치 구조는 기판 지지대(30)의 가열 효율을 높이기 위하여 또 다른 어떠한 형태로도 변형은 가능하다.

유도 코일(41)과 지지대 몸체(32) 사이에는 단열층이 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대 몸체(32)의 외곽을 구성하도록 단열층(42)을 구성하고, 그 위에 유도 코일(41)이 권선되도록 할 수 있을 것이다. 그리고 유도 코일(41)이 외부로 직접 노출되는 것을 방지하기 위해 코일 커버(43)를 장착하는 것이 바람직하다. 코일 커버(43)는 자속 출입구(44)가 기판 지지대(30)를 향하도록 설치됨으로써 유도 코일(41)에 의해 발생되는 자기장을 집중시키고,유도 코일(41)을 통해 유도되는 열을 방출하지 않고 기판 가열에 집중시킴으로써 기판 가열 효율을 상승시킨다. 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 유도 코일(41)이 지지대 몸체(32)의 내부에 장착되는 경우에도 유도 코일(41)을 감싸도록 단열층(42)이 구비되는 것이 바람직하다.

기판 지지대(30)는 온도를 검출하기 위한 온도 검출부(61)를 구비한다. 온도 검출부(61)에서 검출된 기판 지지대(30)의 온도 값은 제어부(60)로 제공된다. 제어부(60)는 검출된 기판 지지대의 온도에 기초하여 히터 전원 공급부(50)의 전력 공급을 제어한다. 기판 지지대(30)는 감열을 위한 냉각수 공급부(62)를 구비할 수 있다. 냉각수 공급을 위해 유도 코일(41)을 중공형의 튜브로 구성하고, 냉각수 공급부(62)로부터 제공되는 냉각수의 이동 채널로 사용할 수 있다. 제어부(60)는 기판 지지대의 온도 검출 값에 기초하여 히터 전원 공급부(50)의 전력 제어와 함께 냉각수 공급부(62)를 제어하여 기판 지지대(30)의 전반적인 온도 제어를 수행한다.

이와 같은 기판 지지대(30)는 기판 처리 챔버(10)의 챔버 바디(11) 내부에 구비된다. 기판 처리 챔버(10)는 기판 처리를 위한 플라즈마 소스(20)를 포함할 수 있다. 기판 지지대(30)는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나의 구조를 취할 수 있다. 기판 지지대(30)가 바이어스 되는 경우로 단일 주파수 전원(52 or 53) 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원(52 and 53)에 의해 바이어스 될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 기판 지지대(30)는 정전척을 포함할 수 있으며, 피처리 기판의 리프팅을 위한 메커니즘이 포함될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 기판 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 히터를 갖는 기판 지지대 및 이를 구비한 기판 처리 챔버를 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3은 유도 코일의 설치 구조의 변형을 예시하는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 기판 처리 챔버 11: 챔버 바디

20: 플라즈마 소스 30: 기판 지지대

31: 지지대 상부 32: 지지대 몸체

40: 유도 히터 41: 유도 코일

42: 단열층 43: 코일 커버

50: 히터 전원 공급부 51: 임피던스 정합기

52, 53: 바이어스 전원 공급부 54: 임피던스 정합기

60: 제어부 61: 온도 감지부

62: 냉각수 공급부 44: 자속 출입구

Claims

지지대 몸체와 상기 지지대 몸체의 상부에 구성되어 피처리 기판이 놓이는 지지대 상부를 포함하여 피처리 기판을 지지하는 기판 지지대에 있어서,

상기 기판 지지대의 몸체에 일회 이상 권선되는 유도 코일과 상기 유도 코일의 구동 전원을 공급하기 위한 히터 전원 공급부로 구성되어 상기 기판 지지대를 유도적으로 가열하기 위한 유도 히터;

자속 출입구가 상기 기판 지지대를 향하도록 상기 유도 코일을 감싸면서 설치되는 코일 커버; 및

상기 히터 전원 공급부와 상기 유도 코일 사이에 전기적으로 연결되는 임피던스 정합기;를 포함하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 유도 코일과 상기 지지대 몸체 사이에 설치되는 단열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 기판 지지대의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부와

상기 온도 검출부에서 검출된 기판 지지대의 온도에 기초하여 상기 히터 전원 공급부의 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대.
제1항에 있어서,

상기 기판 지지대의 감열을 위한 냉각수 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대.
제10항에 있어서,

상기 유도 히터의 유도 코일은 중공형의 튜브로 구성되며 상기 냉각수 공급부로부터 제공되는 냉각수의 이동 채널을 제공하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대.
제1,6,9,10,11항 중 어느 한 항의 기판 지지대를 구비한 기판 처리 챔버에 있어서,

상기 기판 지지대가 설치되는 챔버 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대를 구비한 기판 처리 챔버.
제12항에 있어서,

상기 기판 처리 챔버는 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대를 구비한 기판 처리 챔버.
제12항에 있어서,

상기 기판 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대를 구비한 기판 처리 챔버.
제14항에 있어서,

상기 기판 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 되는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대를 구비한 기판 처리 챔버.
제12항에 있어서,

상기 기판 지지대는 정전척을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 히터를 갖는 기판 지지대를 구비한 기판 처리 챔버.