KR101098976B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR101098976B1
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김용식
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피에스케이 주식회사
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
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    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means

Abstract

본 발명은 할로우 캐소드 및 이를 구비한 기판 처리 장치를 개시한 것으로서, 할로우 캐소드의 가스 유입 홀들이 할로우 캐소드 홀들에 생성되는 플라즈마에 노출되지 않도록 제공으로써, 할로우 캐소드의 가스 유입 홀에서 발생하는 아킹을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 생성을 위한 전극으로 사용되는 할로우 캐소드 및 이를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계에 의해 생성된다.
플라즈마 처리 장치로는 플라즈마 생성 에너지원에 따라 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 처리 장치, 유도 결합형 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma, ICP) 처리 장치 등이 제안되어 있다. 이 중, 축전 용량성 플라즈마(CCP) 처리 장치는 챔버 내부의 압력이 소정 압력 이상으로 유지되어야 플라즈마 생성이 가능한 단점이 있고, 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 장치는 고압에서 플라즈마 제어가 어렵고, 기판의 대형화에 따른 대면적화가 곤란한 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 할로우 캐소드(Hollow Cathode) 효과를 이용한 할로우 캐소드 플라즈마(Hollow Cathode Plasma) 처리 장치가 소개되고 있으며, 할로우 캐소드 플라즈마(HCP) 처리 장치는 가스의 이온화율을 증대시켜 플라즈마 밀도를 상승시키고, 이에 따라 발생하는 라디칼의 밀도 또한 상승시켜 처리물의 크기에 상관없이 처리물에 대한 반응을 최대한 활성화시키는 장점을 가지고 있다.
도 1은 종래의 할로우 캐소드 타입의 플라즈마 유닛을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 "A" 부분의 확대도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 할로우 캐소드 타입의 플라즈마 유닛은 할로우 캐소드(10), 전극(20) 및 전원 공급부(30)를 포함한다. 할로우 캐소드(10)는 판 형상으로 제공되며, 하면에는 할로우 캐소드 효과에 의해 플라즈마가 생성되는 다수의 할로우 캐소드 홈들(11)이 형성되고, 상면에는 할로우 캐소드 홈들(11)과 통하도록 다수의 가스 유입 홀들(12)이 형성된다. 할로우 캐소드 홈들(11)과 가스 유입 홀들(12)의 내면은 플라즈마에 의한 표면 손상을 방지하기 위해 애노다이징(Anodizing) 코팅 처리된다. 전극(20)은 할로우 캐소드(10)와 이격되어 배치되고, 접지될 수 있다. 전원 공급부(30)는 할로우 캐소드(10)에 전원을 공급한다.
가스 유입 홀들(12)을 통해 할로우 캐소드 홈들(11)에 공정 가스가 유입되고, 전원 공급부(30)가 할로우 캐소드(10)에 전력을 공급하면, 할로우 캐소드 효과에 의해 할로우 캐소드 홈들(11)에 플라즈마가 생성된다.
그런데, 가스 유입 홀들(12)은 할로우 캐소드 홈들(11)과 비교하여 상대적으로 작은 개구부를 가지므로, 가스 유입 홀들(12)의 내면에 코팅 처리된 애노다이징 층의 두께가 할로우 캐소드 홈들(11)의 애노다이징 층의 두께보다 얇다. 이로 인해, 할로우 캐소드 홈들(11)에 인접한 가스 유입 홀들(12)의 하단부(B)의 애노다이징 층이 플라즈마에 의해 식각되어, 계속적인 공정의 진행시 가스 유입 홀들(12)의 하단부(B)에 아킹(Arcing)이 발생하여 공정 불량이 유발되는 문제점이 있다.
본 발명은 아킹을 방지할 수 있는 할로우 캐소드 및 이를 구비한 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 할로우 캐소드는, 복수 개의 할로우 캐소드 홀들이 형성된 제 1 플레이트; 및 상기 제 1 플레이트와 마주보도록 결합되며, 상기 할로우 캐소드 홀들의 사이에 위치하도록 복수 개의 가스 유입 홀들이 형성된 제 2 플레이트를 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 플레이트의 사이에는 상기 할로우 캐소드 홀들과 상기 가스 유입 홀들이 연통되는 틈새가 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 틈새의 간격은 상기 제 1 플레이트의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 영역과 상기 제 2 플레이트의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 서로 마주보는 내측 면 사이의 거리가 상기 내측 면의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리가 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 상기 할로우 캐소드 홀들 사이의 일부에만 위치하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 할로우 캐소드 홀들은 플라즈마 분사 방향을 따라 점진적으로 넓은 개구 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 가스의 유입 방향을 따라 점진적으로 좁은 개구 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들의 내면은 유전체 물질로 코팅될 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며, 플라즈마를 생성하여 상기 기판에 공급하는 플라즈마 유닛; 및 상기 플라즈마 유닛에 플라즈마 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 유닛은, 복수 개의 할로우 캐소드 홀들이 형성된 제 1 플레이트, 그리고 상기 제 1 플레이트의 상면에 결합되며, 상기 할로우 캐소드 홀들의 사이에 위치하도록 복수 개의 가스 유입 홀들이 형성된 제 2 플레이트를 포함하는 할로우 캐소드; 상기 제 1 플레이트와 상기 기판 지지 유닛 사이에 배치되며, 상기 기판으로 공급되는 플라즈마의 입자들을 선택적으로 투과시키는 배플 플레이트; 및 상기 할로우 캐소드에 전원을 공급하는 제 1 전원 공급부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 플레이트의 사이에는 상기 할로우 캐소드 홀들과 상기 가스 유입 홀들이 연통되는 틈새가 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 틈새의 간격은 상기 제 1 플레이트의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 영역과 상기 제 2 플레이트의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 서로 마주보는 내측 면 사이의 거리가 상기 내측 면의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리가 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들의 내면은 유전체 물질로 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 제 2 플레이트와 상기 공정 챔버의 상부 벽 사이의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 유닛은, 상기 기판 지지 유닛에 제공되는 전극; 및 상기 전극에 전원을 공급하는 제 2 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 상기 할로우 캐소드 홀들 사이의 일부에만 위치하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 할로우 캐소드 홀들은 플라즈마 분사 방향을 따라 점진적으로 넓은 개구 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 가스의 유입 방향을 따라 점진적으로 좁은 개구 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 제 1 플레이트와 상기 배플 플레이트 사이의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판이 놓이는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛에 제공되는 전극; 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며 복수 개의 할로우 캐소드 홀들이 형성된 제 1 플레이트, 그리고 상기 제 1 플레이트의 상면에 결합되며, 상기 할로우 캐소드 홀들의 사이에 위치하도록 복수 개의 가스 유입 홀들이 형성된 제 2 플레이트를 포함하는 할로우 캐소드; 상기 전극과 상기 할로우 캐소드에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 공정 챔버 내로 플라즈마 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 플레이트의 사이에는 상기 할로우 캐소드 홀들과 상기 가스 유입 홀들이 연통되는 틈새가 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 틈새의 간격은 상기 제 1 플레이트의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 영역과 상기 제 2 플레이트의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 서로 마주보는 내측 면 사이의 거리가 상기 내측 면의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리가 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들의 내면은 유전체 물질로 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 공급 유닛은, 상기 제 2 플레이트와 상기 공정 챔버의 상부 벽 사이의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 유닛; 및 상기 제 1 플레이트 아래의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 상기 할로우 캐소드 홀들 사이의 일부에만 위치하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 할로우 캐소드 홀들은 플라즈마 분사 방향을 따라 점진적으로 넓은 개구 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 유입 홀들은 가스의 유입 방향을 따라 점진적으로 좁은 개구 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 할로우 캐소드의 가스 유입 홀들이 할로우 캐소드 홀들에 생성된 플라즈마에 노출되지 않도록 제공됨으로써, 할로우 캐소드의 가스 유입 홀에서 발생하는 아킹을 방지할 수 있다.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 종래의 할로우 캐소드 타입의 플라즈마 유닛을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 "A" 부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 "C" 부분의 확대도이다.
도 5A 내지 도 5C는 할로우 캐소드의 다른 실시 예들을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 4 실시 예를 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 할로우 캐소드 및 이를 구비한 기판 처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3의 "C" 부분의 확대도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 플라즈마 유닛(100)은 할로우 캐소드(Hollow Cathode) 효과를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것으로, 할로우 캐소드(120), 애노드(140) 및 전원 공급부(160)를 포함한다.
할로우 캐소드(120)는 플라즈마가 생성되는 복수 개의 할로우 캐소드 홀들(121)이 형성된 제 1 플레이트(122)와, 공정 가스가 유입되는 복수 개의 가스 유입 홀들(123)이 형성된 제 2 플레이트(124)를 가진다. 제 2 플레이트(124)는 제 1 플레이트(122)와 마주보도록 제 1 플레이트(122)의 상면에 결합되고, 제 1 플레이트(122)와 제 2 플레이트(124)의 사이에는 틈새(126), 즉 이격 공간이 제공된다. 할로우 캐소드 홀들(121)과 가스 유입 홀들(123)은 틈새(126)을 통해 서로 연통된다. 가스 유입 홀들(123)을 통해 공급되는 공정 가스는 틈새(126)를 경유하여 할로우 캐소드 홀들(123)로 공급된다. 전원 공급부(160)로부터 할로우 캐소드(120)로 고주파 전력이 인가되면, 할로우 캐소드 홀들(123)에 공급된 공정 가스가 이온화되어 플라즈마가 생성된다.
할로우 캐소드 홀들(121)은 제 1 플레이트(122)에 수직한 방향으로 관통 형성된다. 할로우 캐소드 홀들(121)은 상부로부터 하부에 이르는 단면적이 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 제 1 플레이트(122)의 상하면과, 할로우 캐소드 홀들(121)의 내측 면은 플라즈마에 의한 표면 손상을 방지하기 위해 애노다이징(Anodizing) 코팅 처리된다.
가스 유입 홀들(123)은 제 2 플레이트(124)에 수직한 방향으로 관통 형성된다. 가스 유입 홀들(123)은 할로우 캐소드 홀들(121)과 비교하여 상대적으로 작은 개구 면적을 가지도록 형성된다. 구체적으로, 가스 유입 홀들(123)은 서로 마주보는 내측 면 사이의 거리가 내측 면의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리가 되도록 형성될 수 있다. 가스 유입 홀들(123)은 상부로부터 하부에 이르는 단면적이 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 가스 유입 홀들(123)의 내측 면은 유전체 물질로 코팅될 수 있다.
가스 유입 홀들(123)은 할로우 캐소드 홀들(121)의 사이에 위치하도록 형성된다. 즉, 제 1 플레이트(122)와 제 2 플레이트(124)를 상부에서 바라볼 때, 가스 유입 홀들(123)은 할로우 캐소드 홀들(121)의 사이에 위치하도록 제 2 플레이트(124)에 형성된다. 이는 틈새(126)에 연통된 가스 유입 홀들(123)이 할로우 캐소드 홀들(121)에 생성되는 플라즈마에 직접 노출되는 것을 방지하기 위함이다. 가스 유입 홀들(123)이 플라즈마에 직접 노출되면, 가스 유입 홀들(123)의 단부에서 아킹 현상이 발생하고, 이에 따른 파티클의 발생으로 인하여 공정 불량이 유발될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 할로우 캐소드(120)의 가스 유입 홀들(123)은 앞서 설명한 바와 같이 할로우 캐소드 홀들(121)의 플라즈마에 노출되지 않도록 할로우 캐소드 홀들(121)의 사이에 위치하도록 형성되므로, 아킹 현상을 방지할 수 있다.
틈새(126)의 간격, 즉 제 1 및 제 2 플레이트(122,124)에 수직한 방향의 이격 거리(T)는 제 1 플레이트(122)의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 영역과 제 2 플레이트(124)의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리일 수 있다. 이는 틈새(126) 내에서 플라즈마의 생성을 방지하기 위함이며, 이를 통해 가스 유입 홀들(123)이 플라즈마에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 플라즈마 쉬스 영역이라 함은 제 1 및 제 2 플레이트(122,124)의 표면에 인접한 영역으로, 플라즈마가 생성되지 않은 영역을 말한다.
애노드(140)는 할로우 캐소드(120)의 제 1 플레이트(122)를 기준으로 제 2 플레이트(124)의 반대편에 이격 배치된다. 전원 공급부(160)는 할로우 캐소드(120)에 고주파 전력을 공급하며, 이때 애노드(140)는 접지된다. 이와 달리, 전원 공급부(160)는 할로우 캐소드(120)와 애노드(140)에 모두 고주파 전력을 공급하도록 제공될 수도 있다.
제 2 플레이트(124)의 가스 유입 홀들(123)을 통해 공정 가스가 유입되고, 공정 가스는 제 2 플레이트(124)와 제 1 플레이트(122) 사이의 틈새(126)를 경유하여 제 1 플레이트(122)의 할로우 캐소드 홀들(121)로 유입된다. 전원 공급부(160)가 할로우 캐소드(120)로 고주파 전력을 인가하면, 제 1 플레이트(122)의 할로우 캐소드 홀들(121)에 공급된 공정 가스가 이온화하여 플라즈마가 생성된다.
기판이 애노드(140) 상에 놓이면, 기판은 생성된 플라즈마와 직접 접촉하여 다이렉트 방식으로 처리되고, 기판이 플라즈마 분사구(미도시)가 형성된 애노드(140), 즉 배플 플레이트의 하부에 놓이면, 기판은 플라즈마 분사구를 통해 분사되는 플라즈마에 의해 리모트 방식으로 처리될 수 있다.
도 5A 내지 도 5C는 할로우 캐소드의 다른 실시 예들을 보여주는 도면이다. 도 5A를 참조하면, 가스 유입 홀들(123-1)은 할로우 캐소드 홀들(121) 사이의 일부 영역에만 위치하도록 형성될 수 있다. 도 5B를 참조하면, 가스 유입 홀들(123-2)은 가스의 유입 방향을 따라 개구 면적이 점진적으로 작아지도록 형성될 수 있다. 도 5C를 참조하면, 할로우 캐소드 홀들(121)은 하부 단면적이 상부 단면적 보다 넓게 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 플라즈마 유닛(100)은 기판에 대한 에칭 공정, 애싱 공정, 세정 공정, 또는 표면 개질 등 플라즈마를 이용한 다양한 공정에 이용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 예들을 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 기판 처리 장치는 플라즈마 유닛(100), 기판 지지 유닛(200), 그리고 이들을 수용하는 공정 챔버(300)를 포함한다.
공정 챔버(300)는 상부 챔버(320)와 하부 챔버(340)를 가진다. 상부 챔버(320)는 플라즈마의 생성 공정이 진행되는 공간을 제공하고, 하부 챔버(340)는 상부 챔버(320)에서 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 진행되는 공간을 제공한다.
상부 챔버(320)는 개방된 하부를 가지며, 그 내부에는 플라즈마 유닛(100)이 제공된다. 플라즈마 유닛(100)은 할로우 캐소드(120), 배플 플레이트(140) 및 전원 공급부(160)를 포함한다. 할로우 캐소드(120)는 상부 챔버(320)의 상부 벽(322)으로부터 아래 방향으로 이격 배치되고, 배플 플레이트(140)는 상부 챔버(320)와 하부 챔버(340)의 경계 지점에 할로우 캐소드(120)로부터 이격되도록 배치된다. 전원 공급부(160)는 할로우 캐소드(120)에 고주파 전력을 인가한다. 할로우 캐소드(120)와 전원 공급부(160)의 구성은 도 3 및 도 4에 도시된 예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
배플 플레이트(140)는 애노드로 기능하며, 할로우 캐소드(120)로부터 기판으로 제공되는 플라즈마의 입자들을 선택적으로 투과시킨다. 배플 플레이트(140)는 다수의 분사 홀들(142)을 가지는 금속 재질의 판 부재로 마련될 수 있다. 플라즈마는 배플 플레이트(140)에 형성된 분사 홀들(142)을 통과하여 기판으로 향한다. 이때 전자 또는 이온 등과 같은 하전 입자는 금속 재질로 마련된 배플 플레이트(140)에 의해 갇히게 되고, 라디칼 등과 같은 전하를 띠지 않는 중성의 입자들만 기판에 도달한다.
상부 챔버(320)의 상부 벽(322)에는 공정 가스(플라즈마 처리 가스)가 유입되는 가스 유입구(324)가 형성된다. 제 1 가스 공급 유닛(330)은 가스 유입구(324)를 통해 상부 챔버(320) 내부 공간, 즉 상부 챔버(320)의 상부 벽(322)과 할로우 캐소드(120)의 제 2 플레이트(124) 사이의 공간으로 공정 가스를 공급한다. 제 1 가스 공급 유닛(330)은 가스 공급 라인(332), 가스 공급원(334) 및 밸브(336)를 포함한다. 가스 공급 라인(332)의 일단은 가스 유입구(324)에 연결되고, 가스 공급 라인(332)의 타단은 가스 공급원(334)에 연결된다. 가스 유입구(324)와 가스 공급원(334) 사이의 가스 공급 라인(332) 상에는 공정 가스의 흐름을 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브(336)가 설치된다.
하부 챔버(340)는 개방된 상부를 가지며, 그 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 제공된다. 기판 지지 유닛(200)은 스핀 척(220), 구동축(240) 및 구동기(260)를 포함한다. 스핀 척(220)은 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)일 수 있다. 또한, 스핀 척(220)은 기계적 클램핑 방식의 척 또는 진공압에 의해 기판을 흡착 지지하는 진공 척(Vacuum Chuck)일 수도 있다. 스핀 척(220)에는 기판을 공정 온도로 가열하는 히터(222)가 제공될 수 있다.
구동축(240)은 하부 챔버(340)의 바닥 벽(342)을 관통하여 삽입 설치되며, 베어링(242)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 구동축(240)의 일단은 스핀 척(220)의 하부에 연결되고, 구동축(240)의 타단은 구동기(260)에 연결된다. 구동축(240)은 구동기(260)에 의해 발생된 구동력을 스핀 척(220)에 전달한다. 구동기(260)는 스핀 척(220)을 회전시키기 위한 회전 구동력을 제공할 수 있으며, 또한 스핀 척(220)을 승하강시키기 위한 직선 구동력을 제공할 수도 있다.
하부 챔버(340)의 바닥 벽(342)에는 배기구(344)가 형성된다. 배기구(344)에는 배기 라인(352)의 일단이 연결되고, 배기 라인(352)의 타단에는 배기 부재(354)가 배치된다. 배기 부재(354)는 하부 챔버(340)의 내부를 공정 압력으로 유지하기 위한 펌프일 수 있다. 배기구(344)와 배기 부재(354) 사이의 배기 라인(352) 상에는 밸브(356)가 설치된다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 7에 도시된 기판 처리 장치의 구성 중, 도 6에 도시된 기판 처리 장치의 구성과 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 기판 지지 유닛(200)의 스핀 척(220)에는 전극(222')이 제공된다. 전극(222')에는 전원 공급부(224)가 연결되고, 전원 공급부(224)는 전극(222')에 고주파 전력을 인가한다.
상기의 구성에 의해, 기판 처리 장치에는 2 가지의 플라즈마 소스, 즉 할로우 캐소드 플라즈마(HCP) 소스와 축전 용량성 플라즈마(CCP) 소스가 제공된다. 할로우 캐소드 플라즈마(HCP) 소스는 할로우 캐소드(120)와 배플 플레이트(140)에 의해 제공되며, 이때 할로우 캐소드(120)에는 고주파 전력이 인가되고, 배플 플레이트(140)는 접지된다. 축전 용량성 플라즈마(CCP) 소스는 전극(222')과 배플 플레이트(140)에 의해 제공되며, 이때 전극(222')에는 고주파 전력이 인가되고, 배플 플레이트(140)는 접지된다. 배플 플레이트(140)는 할로우 캐소드 플라즈마(HCP) 소스와 축전 용량성 플라즈마(CCP) 소스에서 애노드로 기능한다.
할로우 캐소드(120)로 공급된 공정 가스는 할로우 캐소드(120)와 배플 플레이트(140)로 구성되는 할로우 캐소드 플라즈마(HCP) 소스에 의해 이온화되어 플라즈마가 생성되고, 플라즈마는 배플 플레이트(140)를 통과하여 기판을 향한다. 이때, 배플 플레이트는 전자 또는 이온 등과 같은 하전 입자를 차단하고, 라디칼 등과 같은 전하를 띠지 않는 중성의 입자들만 투과시킨다. 배플 플레이트(140)를 투과한 플라즈마는 전극(222')과 배플 플레이트(140)로 구성되는 축전 용량성 플라즈마(CCP) 소스에 의해 더 균일하고 높은 밀도를 가지게 된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 8에 도시된 기판 처리 장치의 구성은 할로우 캐소드(120)의 가스 유입 홀(123-1)의 배치 구조와, 제 2 가스 공급 유닛(330')을 제외하고 도 7에 도시된 기판 처리 장치의 구성과 대부분 동일하며, 이하에서는 도 7에 도시된 기판 처리 장치의 구성과 다른 구성에 대해 설명한다.
도 8을 참조하면, 할로우 캐소드(120)의 제 2 플레이트(124)에 형성된 가스 유입 홀들(123-1)은 할로우 캐소드 홀들(121) 사이의 일부 영역에만 위치하도록 형성될 수 있다.
상부 챔버(320)의 측벽(326)에는 공정 가스(플라즈마 처리 가스)가 유입되는 가스 유입구(328)가 형성된다. 가스 유입구(328)는 측벽(326) 상의 할로우 캐소드(120)와 배플 플레이트(140) 사이의 위치에 형성된다. 제 2 가스 공급 유닛(330')은 가스 유입구(328)를 통해 할로우 캐소드(120)와 배플 플레이트(140) 사이의 공간으로 공정 가스를 공급한다. 제 2 가스 공급 유닛(330')은 가스 공급 라인(332'), 가스 공급원(334') 및 밸브(336')를 포함한다. 가스 공급 라인(332')의 일단은 가스 유입구(328)에 연결되고, 가스 공급 라인(332')의 타단은 가스 공급원(334')에 연결된다. 가스 유입구(328)와 가스 공급원(334') 사이의 가스 공급 라인(332') 상에는 공정 가스의 흐름을 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브(336')가 설치된다.
상부 챔버(320)의 상부 벽(322)에 형성된 가스 유입구(324)를 통해 제 1 가스 공급 유닛(330)이 공급하는 공정 가스는 할로우 캐소드(120)로 유입되며, 유입된 공정 가스는 할로우 캐소드(120)를 통과하면서 할로우 캐소드 효과에 의해 방전되어 이온화되며, 이에 의해 플라즈마가 생성된다.
상부 챔버(320)의 측벽(326)에 형성된 가스 유입구(328)를 통해 제 2 가스 공급 유닛(330')이 공급하는 공정 가스는 할로우 캐소드(120)와 배플 플레이트(140) 사이의 공간으로 유입된다. 유입된 공정 가스는 할로우 캐소드 홀들(121)로 제공되어 할로우 캐소드 효과에 의해 이온화되거나, 할로우 캐소드(120)와 배플 플레이트(140)에 의해 방전되어 이온화되며, 이에 의해 플라즈마가 생성된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 유닛이 구비된 기판 처리 장치의 제 4 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 9에 도시된 기판 처리 장치의 구성은 배플 플레이트(140)가 생략된 것을 제외하면, 도 7에 도시된 기판 처리 장치의 구성과 대부분 동일하며, 이하에서는 도 7에 도시된 기판 처리 장치의 구성과 다른 구성에 대해 설명한다.
도 9를 참조하면, 상부 챔버(320)의 측벽(326)에는 공정 가스(플라즈마 처리 가스)가 유입되는 가스 유입구(328)가 형성된다. 가스 유입구(328)는 할로우 캐소드(120)의 하부 영역으로 공정 가스를 공급하도록 할로우 캐소드(120) 보다 낮은 위치에 형성된다. 제 2 가스 공급 유닛(330')은 가스 유입구(328)를 통해 할로우 캐소드(120)의 하부 영역으로 공정 가스를 공급한다. 제 2 가스 공급 유닛(330')은 가스 공급 라인(332'), 가스 공급원(334') 및 밸브(336')를 포함한다. 가스 공급 라인(332')의 일단은 가스 유입구(328)에 연결되고, 가스 공급 라인(332')의 타단은 가스 공급원(334')에 연결된다. 가스 유입구(328)와 가스 공급원(334') 사이의 가스 공급 라인(332') 상에는 공정 가스의 흐름을 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브(336')가 설치된다.
상부 챔버(320)의 상부 벽(322)에 형성된 가스 유입구(324)를 통해 제 1 가스 공급 유닛(330)이 공급하는 공정 가스는 할로우 캐소드(120)로 유입되며, 유입된 공정 가스는 할로우 캐소드(120)를 통과하면서 할로우 캐소드 효과에 의해 방전되어 이온화되며, 이에 의해 플라즈마가 생성된다.
상부 챔버(320)의 측벽(326)에 형성된 가스 유입구(328)를 통해 제 2 가스 공급 유닛(330')이 공급하는 공정 가스는 할로우 캐소드(120)와 스핀 척(220) 사이의 공간으로 유입되며, 유입된 공정 가스는 할로우 캐소드(120)와 스핀 척(220)에 제공된 전극(222')에 의해 방전되어 이온화되며, 이에 의해 플라즈마가 생성된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 플라즈마 유닛 120: 할로우 캐소드
121: 할로우 캐소드 홀 123: 가스 유입 홀
126: 틈새 140: 배플 플레이트
160, 224: 전원 공급부 200: 기판 지지 유닛
222: 히터 222': 전극

Claims (25)

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  8. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며, 플라즈마를 생성하여 상기 기판에 공급하는 플라즈마 유닛; 및
    상기 플라즈마 유닛에 플라즈마 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하되,
    상기 플라즈마 유닛은,
    복수 개의 할로우 캐소드 홀들이 형성된 제 1 플레이트, 그리고 상기 제 1 플레이트의 상면에 결합되며, 상기 할로우 캐소드 홀들의 사이에 위치하도록 복수 개의 가스 유입 홀들이 형성된 제 2 플레이트를 포함하는 할로우 캐소드;
    상기 제 1 플레이트와 상기 기판 지지 유닛 사이에 배치되며, 상기 기판으로 공급되는 플라즈마의 입자들을 선택적으로 투과시키는 배플 플레이트; 및
    상기 할로우 캐소드에 전원을 공급하는 제 1 전원 공급부를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 플레이트의 사이에는 상기 할로우 캐소드 홀들과 상기 가스 유입 홀들이 연통되는 틈새가 제공되고,
    상기 가스 공급 유닛은,
    상기 제 2 플레이트와 상기 공정 챔버의 상부 벽 사이의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 틈새의 간격은 상기 제 1 플레이트의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 영역과 상기 제 2 플레이트의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들은 서로 마주보는 내측 면 사이의 거리가 상기 내측 면의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들의 내면은 유전체 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 유닛은,
    상기 기판 지지 유닛에 제공되는 전극; 및
    상기 전극에 전원을 공급하는 제 2 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들은 상기 할로우 캐소드 홀들 사이의 일부에만 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 할로우 캐소드 홀들은 플라즈마 분사 방향을 따라 점진적으로 넓은 개구 면적을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들은 가스의 유입 방향을 따라 점진적으로 좁은 개구 면적을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛은,
    상기 제 1 플레이트와 상기 배플 플레이트 사이의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  18. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판이 놓이는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛에 제공되는 전극;
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며 복수 개의 할로우 캐소드 홀들이 형성된 제 1 플레이트, 그리고 상기 제 1 플레이트의 상면에 결합되며, 상기 할로우 캐소드 홀들의 사이에 위치하도록 복수 개의 가스 유입 홀들이 형성된 제 2 플레이트를 포함하는 할로우 캐소드;
    상기 전극과 상기 할로우 캐소드에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 공정 챔버 내로 플라즈마 처리 가스를 공급하는 가스 공급 유닛을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 플레이트의 사이에는 상기 할로우 캐소드 홀들과 상기 가스 유입 홀들이 연통되는 틈새가 제공되고,
    상기 가스 공급 유닛은,
    상기 제 2 플레이트와 상기 공정 챔버의 상부 벽 사이의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 틈새의 간격은 상기 제 1 플레이트의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 영역과 상기 제 2 플레이트의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들은 서로 마주보는 내측 면 사이의 거리가 상기 내측 면의 플라즈마 쉬스 영역이 중첩되는 거리가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들의 내면은 유전체 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 유닛은,
    상기 제 1 플레이트 아래의 공간으로 상기 플라즈마 처리 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들은 상기 할로우 캐소드 홀들 사이의 일부에만 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 할로우 캐소드 홀들은 플라즈마 분사 방향을 따라 점진적으로 넓은 개구 면적을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 가스 유입 홀들은 가스의 유입 방향을 따라 점진적으로 좁은 개구 면적을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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