KR101255795B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력의 전력 손실을 최소화할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 플라즈마 처리 장치는 챔버에 설치되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 가열하기 위한 히터와 상기 기판을 정전 흡착하기 위한 직류 전극을 가지는 기판 지지부재; 히터 전원 케이블을 통해 상기 히터에 히터 전원을 공급하는 히터 전원 공급부; 상기 기판 지지부재로부터 이격되어 상기 히터 전원 케이블에 설치된 제 1 필터부; 직류 전원 케이블을 통해 상기 직류 전극에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부; 상기 기판 지지부재로부터 이격되어 상기 직류 전원 케이블에 설치된 제 2 필터부; 및 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력을 상기 기판 지지부재에 공급하는 고주파 전력 공급부를 포함하고, 상기 기판 지지부재로부터 상기 제 2 필터부까지의 상기 직류 전원 케이블의 길이는 상기 기판 지지부재로부터 상기 제1 필터부까지의 상기 히터 전원 케이블의 길이 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력의 전력 손실을 최소화할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 처리 장치에는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치는 고주파(RF) 전력의 인가 방식에 따라 용량 결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 플라즈마 방식과 유도 결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 플라즈마 방식으로 나눌 수 있다.
용량 결합형 방식은 서로 대향하는 평행평판 전극에 고주파 바이어스 전력을 인가하여 전극 사이에 형성되는 전기장을 이용하여 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 유도 결합형 플라즈마 방식은 고주파 바이어스 전력을 안테나에 인가하여 안테나에 의해 유도되는 유도 전기장을 이용하여 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 방식이다.
이와 같은, 일반적인 플라즈마 처리 장치는 직류 전원 공급부로부터 직류 전원 케이블을 통해 정전척(ESC)에 내장된 직류 전극에 직류 전원을 공급하여 정전척에 기판을 정전 흡착하고, 히터 전원 공급부로부터 교류 케이블을 통해 정전척에 내장된 히터에 히터 전원을 공급하여 정전척을 공정에 알맞은 온도로 가열하여 정전척에 흡착된 기판의 온도를 가열한 후, 고주파 전력 공급부로부터 고주파 전력 케이블을 통해 정전척(ESC)에 고주파 바이어스 전력을 공급함으로써 챔버의 반응공간에 플라즈마를 형성하여 기판 상에 원하는 박막을 형성하거나, 기판 상에 형성된 박막을 제거하여 패터닝하게 된다.
그러나, 일반적인 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 형성을 위해 정전척에 인가되는 고주파 바이어스 전력 고주파 바이어스 전력의 전력 손실(Power Loss)로 인하여 정전척에 인가되는 고주파 바이어스 전력이 달라짐으로써 플라즈마 공정의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 일반적인 플라즈마 처리 장치에서 정전척에 인가되는 고주파 바이어스 전력의 전력 손실은 플라즈마 공정의 균일도 등의 큰 변수로 작용할 수 있기 때문에 플라즈마 공정의 효율 향상을 위해 정전척에 인가되는 고주파 바이어스 전력의 전력 손실을 최소화하기 위한 방안이 필요하게 된다.
또한, 일반적인 플라즈마 처리 장치는 공정 진행시 또는 공정 완료 후 챔버 세정시 플라즈마(또는 식각 가스)에 의해 정전척의 표면이 식각됨으로써 정전척의 수명이 짧다는 문제점으로 인하여 정전척을 자주 교체해야 하므로 유지 보수 비용이 증가됨과 아울러 반도체 제조 공정의 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력의 전력 손실을 최소화할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 정전척의 수명을 연장할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
본 발명자는 플라즈마 공정의 효율 향상을 위해 정전척에 인가되는 고주파 바이어스 전력의 전력 손실에 대한 다양한 원인을 분석한 결과, 정전척에 인가되는 고주파 바이어스 전력이 직류 전원 케이블 및/또는 교류 케이블에 유도되어 고주파 바이어스 전력의 전력 손실이 발생된다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명자는 직류 전원 케이블 및/또는 교류 케이블 각각에 필터를 설치하여 직류 전원 케이블 및/또는 교류 케이블 각각에 유도되는 고주파 바이어스 전력을 제어하여지만, 여전히 고주파 바이어스 전력의 전력 손실이 발생된다는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명자는 정전척과 필터를 전기적으로 접속시키는 직류 전원 케이블과 교류 케이블 각각의 길이는 필터의 위치에 따라 임의로 정해지므로 직류 전원 케이블 및/또는 교류 케이블 각각의 길이에 따른 라인 저항에 의해 정전척과 필터 사이의 임피던스(Impedance)가 증가되어 직류 전원 케이블 및/또는 교류 케이블에서 고주파 바이어스 전력의 전력 손실이 발생되고, 이러한 전력 손실로 인하여 플라즈마 공정 효율을 저하됨과 아울러 전력 손실이 다른 플라즈마 처리 장치에 영향을 미치는 노이즈(Noise)로 작용한다는 문제점을 인식하게 되었다.
이에, 본 발명자는 이와 같은 구체적인 문제점을 인식함으로써, 정전척과 필터를 전기적으로 접속시키는 직류 전원 케이블 및 교류 케이블 각각의 길이를 최소화하여 정전척과 필터 사이의 임피던스를 감소시킴과 아울러 필터를 통해 직류 전원 케이블 및/또는 교류 케이블에 유도되는 고주파 바이어스 전력을 제거함으로써 고주파 바이어스 전력의 전력 손실이 최소화될 수 있다는 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버에 설치되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 가열하기 위한 히터와 상기 기판을 정전 흡착하기 위한 직류 전극을 가지는 기판 지지부재; 히터 전원 케이블을 통해 상기 히터에 히터 전원을 공급하는 히터 전원 공급부; 상기 기판 지지부재로부터 이격되어 상기 히터 전원 케이블에 설치된 제 1 필터부; 직류 전원 케이블을 통해 상기 직류 전극에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부; 상기 기판 지지부재로부터 이격되어 상기 직류 전원 케이블에 설치된 제 2 필터부; 및 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력을 상기 기판 지지부재에 공급하는 고주파 전력 공급부를 포함하고, 상기 기판 지지부재로부터 상기 제 2 필터부까지의 상기 직류 전원 케이블의 길이는, 상기 기판 지지부재로부터 상기 제1 필터부까지의 상기 히터 전원 케이블의 길이보다 크거나 상기 제1 필터부까지의 상기 히터 전원 케이블의 길이와 같은 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 필터부는, 상기 기판 지지부재로부터 0.3m ~ 1.3m 범위로 이격되도록 상기 히터 전원 케이블에 설치되고, 상기 제2 필터부는, 상기 기판 지지부재로부터 0.3m ~ 2m 범위로 이격되도록 상기 직류 전원 케이블에 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 기판 지지부재는 베이스 부재; 및 상기 히터와 상기 직류 전극이 내장된 절연체를 가지도록 상기 베이스 부재에 형성된 정전척을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터는 상기 절연체의 중심 영역에 대응되도록 형성되어 상기 히터 전원 공급부로부터 공급되는 제 1 히터 전원에 의해 발열되는 내부 히터; 및 상기 절연체의 중심 영역을 제외한 나머지 영역에 대응되도록 형성되어 상기 히터 전원 공급부로부터 공급되는 제 2 히터 전원에 의해 발열되는 외부 히터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터 전원 케이블은 상기 제 1 히터 전원을 상기 내부 히터에 공급하기 위한 제 1 히터 전원 케이블; 및 상기 제 2 히터 전원을 상기 외부 히터에 공급하기 위한 제 2 히터 전원 케이블을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 필터부는 상기 베이스 부재로부터 0.3m ~ 1.3m 범위로 이격되도록 상기 제 1 히터 전원 케이블에 설치된 제 1 필터; 및 상기 베이스 부재로부터 0.3m ~ 2m 범위로 이격되도록 상기 제 2 히터 전원 케이블에 설치된 제 2 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 히터 전원 공급부는 상기 내부 히터의 발열에 따른 상기 정전척의 중심 영역 온도에 대응되는 제 1 검출 신호와 상기 외부 히터의 발열에 따른 상기 정전척의 가장자리 영역 온도에 대응되는 제 2 검출 신호를 생성하는 온도 검출부; 상기 내부 히터를 발열시키기 위한 제 1 교류 전원과 상기 외부 히터를 발열시키기 위한 제 2 교류 전원을 발생하는 교류 전원 발생부; 및 상기 제 1 검출 신호에 따라 상기 제 1 교류 전원을 제어하여 상기 제 1 히터 전원을 생성함과 아울러 상기 제 2 검출 신호에 따라 상기 제 2 교류 전원을 제어하여 상기 2 히터 전원을 생성하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 필터부 각각은 상기 케이블에 유도되는 고주파 바이어스 전력을 제거하기 위한 로우 패스 필터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판 지지부재는 상기 절연체의 전면에 산화 알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어진 절연체 식각 방지층을 더 포함하여 구성되며, 상기 절연체는 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 로우 패스 필터로 이루어진 필터와 베이스 부재 간의 이격 거리를 최대한 근접시켜 히터 전원 케이블과 직류 전원 케이블 각각의 길이를 최소화함으로써 기판 지지부재에 인가되는 고주파 바이어스 전력이 히터 전원 케이블과 직류 전원 케이블 각각에 유도되어 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명은 플라즈마 공정의 공정 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
둘째, 질화 알루미늄 재질로 이루어진 절연체 상에 산화 알루미늄 재질로 이루어진 절연체 식각 방지층을 형성하여 플라즈마에 의해 절연체의 식각을 방지함으로써 정전척이 수명을 연장시킬 수 있으며, 정전척의 수명 연장을 통해 정전척의 교체 주기를 증가시켜 유지 보수 비용이 감소시킴과 동시에 반도체 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 히터 전원 케이블의 길이에 따른 식각율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 직류 전원 케이블의 길이에 따른 식각율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(미도시) 내부에 설치되어 기판(S)을 지지하고, 기판(S)을 가열하기 위한 히터(122)와 기판(S)을 정전 흡착하기 위한 직류 전극(124)을 가지는 기판 지지부재(100); 히터 전원을 발생하는 히터 전원 공급부(200); 히터 전원을 히터(122)에 공급하기 위한 히터 전원 케이블(210); 기판 지지부재(100)로부터 1.3m 이내로 이격되도록 히터 전원 케이블(210) 상에 설치된 제 1 필터부(220); 직류 전원(DV)을 발생하는 직류 전원 공급부(300); 직류 전원(DV)을 직류 전극(124)에 공급하기 위한 직류 전원 케이블(310); 기판 지지부재(100)로부터 2m 이내로 이격되도록 직류 전원 케이블(310) 상에 설치된 제 2 필터부(320); 챔버의 반응공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력(RF)을 기판 지지부재(100)에 공급하는 고주파 전력 공급부(400)를 포함하여 구성된다.
기판 지지부재(100)는 베이스 부재(110); 및 정전척(120)을 포함하여 구성된다.
베이스 부재(110)는 금속 재질로 형성된다. 예를 들어, 베이스 부재(110)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 이러한, 베이스 부재(110)는 정전척(120)이 장착되는 돌출부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
정전척(120)은 절연체(121); 히터(122); 및 직류 전극(124)을 포함하여 구성된다.
절연체(121)는 복수의 절연층을 포함하며, 복수의 절연층 각각은 질화 알루미늄(AlN) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)의 세라믹 재질로 이루어진 적어도 하나의 절연 시트로 이루어질 수 있다.
히터(122)는 복수의 절연층 사이에 형성되어 히터 전원 케이블(210)을 통해 히터 전원 공급부(200)로부터 공급되는 히터 전원에 의해 발열하여 정전척(120)을 소정의 온도로 가열한다. 이때, 히터(122)는 가열되는 기판의 온도 구배를 균일하게 하기 위하여 복수의 절연층 사이에 형성된 내부 히터(122a) 및 외부 히터(122b)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서는, 히터(122)가 내부 히터(122a)와 외부 히터(122b)로 구성된 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
내부 히터(122a)는 복수의 절연층 중 제 1 및 제 2 절연층 사이의 중심 영역에 대응되도록 형성되어 제 1 히터 전원 케이블(210a)을 통해 히터 전원 공급부(200)에 전기적으로 접속된다. 이러한, 내부 히터(122a)는 제 1 히터 전원 케이블(210a)을 통해 히터 전원 공급부(200)로부터 공급되는 제 1 히터 전원(HV1)에 의해 발열하여 정전척(120)의 중심 영역을 소정의 온도로 가열한다. 이때, 내부 히터(122a)는 동심원 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
외부 히터(122b)는 복수의 절연층 중 제 1 및 제 2 절연층 사이의 가장자리 영역(또는 내부 히터(122a)의 외곽 영역 전체)에 대응되도록 형성되어 제 2 히터 전원 케이블(210b)을 통해 히터 전원 공급부(200)에 전기적으로 접속된다. 이러한, 외부 히터(122b)는 제 2 히터 전원 케이블(210b)을 통해 히터 전원 공급부(200)로부터 공급되는 제 2 히터 전원(HV2)에 의해 발열하여 정전척(120)의 가장자리 영역(또는 정전척(120)의 중심 영역을 제외한 나머지 영역)을 소정의 온도로 가열한다. 이때, 외부 히터(122b)는 내부 히터(122a)의 외부에 동심원 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
이러한, 히터(122)는 내부 히터(122a)와 외부 히터(122b)의 독립적인 정밀한 온도 제어를 통해 기판(S)의 영역에 따라 국부적인 정밀한 온도 제어가 가능함으로써 기판(S)의 온도 구배를 균일하게 할 수 있다.
직류 전극(124)은 복수의 절연층 중 제 2 및 제 3 절연층 사이에 형성되어 직류 전원 케이블(310)을 통해 직류 전원 공급부(300)에 전기적으로 접속된다. 이러한, 직류 전극(124)은 직류 전원 케이블(310)을 통해 직류 전원 공급부(300)로부터 공급되는 직류 전원(DV)에 의해 정전기력을 발생함으로써 기판(S)이 절연체(121)에 정전 흡착되도록 한다.
한편, 직류 전극(124)은 절연체(121)의 재질과 열팽창율이 비슷한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 직류 전극(124)은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 금 또는 백금과 은의 혼합물, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈(Ta) 등의 재질로 이루어질 수 있다. 이러한, 직류 전극(124)의 형성 방법은 가압 성형법, 스크린 인쇄법, 닥터 블레이드법, 테이프 캐스팅법 중 어느 하나의 방식을 통해 이루어질 수 있다.
히터 전원 공급부(200)는 정전척(120)의 온도를 검출하고, 검출된 온도에 따라 히터(122)의 온도가 일정하게 유지되도록 히터(122)에 공급되는 히터 전원을 제어한다. 이를 위해, 히터 전원 공급부(200)는 온도 검출부(202); 교류 전원 발생부(204); 및 제어부(206)를 포함하여 구성된다.
온도 검출부(202)는 정전척(120)에 설치된 프로브(208)를 통해 정전척(120)의 온도에 대응되는 검출 신호를 생성하고, 생성된 검출 신호를 디지털 검출 신호로 변환하여 제어부(206)에 제공한다. 이때, 프로브(208)는 내부 프로브(208a) 및 외부 프로브(208b)를 포함하여 구성될 수 있다.
내부 프로브(208a)는 정전척(120)의 중심 영역 온도를 검출하기 위하여 베이스 부재(110)와 정전척(120)의 내부 히터(122a)를 관통하도록 설치될 수 있다.
외부 프로브(208b)는 정전척(120)의 중심 영역을 제외한 나머지 영역의 온도를 검출하기 위하여 베이스 부재(110)와 정전척(120)의 외부 히터(122b)를 관통하도록 설치될 수 있다.
이에 따라, 온도 검출부(202)는 내부 프로브(208a)를 통해 내부 히터(122a)의 발열에 의한 정전척(120)의 중심 영역 온도에 대응되는 제 1 검출 신호를 생성하고, 생성된 제 1 검출 신호를 제 1 디지털 검출 신호(TC1)로 변환하여 제어부(206)에 제공함과 아울러, 외부 프로브(208b)를 통해 외부 히터(122b)의 발열에 의한 정전척(120)의 중심 영역을 제외한 나머지 영역 온도에 대응되는 제 2 검출 신호를 생성하고, 생성된 제 2 검출 신호를 제 2 디지털 검출 신호(TC2)로 변환하여 제어부(206)에 제공할 수 있다.
교류 전원 발생부(204)는 내부 히터(122a)를 발열시키기 위한 제 1 교류 전원(V1)과 외부 히터(122b)를 발열시키기 위한 제 2 교류 전원(V2)을 생성하여 제어부(206)에 제공할 수 있다.
제어부(206)는 온도 검출부(202)로부터 제공되는 제 1 디지털 검출 신호(TC1)에 따라 교류 전원 발생부(204)로부터 공급되는 제 1 교류 전원(V1)을 제어하여 제 1 히터 전원(HV1)을 생성하고 생성된 제 1 히터 전원(HV1)을 내부 히터(122a)에 공급함과 동시에, 온도 검출부(202)로부터 제공되는 제 2 디지털 검출 신호(TC2)에 따라 교류 전원 발생부(204)로부터 공급되는 제 2 교류 전원(V2)을 제어하여 제 2 히터 전원(HV2)을 생성하고 생성된 제 2 히터 전원(HV2)을 외부 히터(122b)에 공급한다.
히터 전원 케이블(210)은 제어부(206)로부터의 제 1 히터 전원(HV1)을 내부 히터(122a)에 공급하는 제 1 히터 전원 케이블(210a); 및 온도 제어부(230)로부터의 제 2 히터 전원(HV2)을 외부 히터(122b)에 공급하는 제 2 히터 전원 케이블(210b)을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 히터 전원 케이블(210a)은 기판 지지부재(100)의 베이스 부재(110) 배면에 삽입되어 내부 히터(122a)에 전기적으로 접속되는 제 1 히터 단자와 제어부(206) 사이에 전기적으로 접속된다.
제 2 히터 전원 케이블(210b)은 기판 지지부재(100)의 베이스 부재(110) 배면에 삽입되어 외부 히터(122b)에 전기적으로 접속되는 제 2 히터 단자와 제어부(206) 사이에 전기적으로 접속된다.
제 1 필터부(220)는 기판 지지부재(100)의 배면으로부터 1.3m 이내(L1)로 이격되도록 제 1 히터 전원 케이블(210a) 상에 설치되는 제 1 필터(220a); 및 기판 지지부재(100)의 배면으로부터 1.3m 이내(L1)로 이격되도록 제 2 히터 전원 케이블(210b) 상에 설치되는 제 2 필터(220a)를 포함하여 구성된다.
제 1 필터(220a)는 베이스 부재(110)의 배면, 즉 제 1 히터 단자로부터 1.3m 미만(L1)으로 이격되도록 제 1 히터 전원 케이블(210a) 상에 설치되는 로우 패스 필터(Low Pass Filter)로 이루어진다. 이러한, 제 1 필터(220a)는 베이스 부재(110)에 인가되는 고주파 바이어스 전력(RF)에 의해 제 1 히터 전원 케이블(210a)에 유도되는 고주파 노이즈를 제거함으로써 제 1 히터 전원 케이블(210a)로 유도되어 손실되는 고주파 바이어스 전력(RF)의 전력 손실을 최소화함과 아울러 제 1 히터 전원 케이블(210a)에서 방사되어 다른 플라즈마 처리 장치에 영향을 미치는 노이즈의 발생을 최소화한다.
여기서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서 기판(S) 상에 형성된 박막을 제거하기 위한 플라즈마 식각 공정을 수행할 경우에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 히터 단자와 제 1 필터(220a)를 전기적으로 접속시키는 제 1 히터 전원 케이블(210a)의 길이에 따른 식각율을 살펴보면 다음과 같다.
도 2에서 알 수 있듯이, 제 1 히터 단자와 제 1 필터(220a)를 전기적으로 접속시키는 제 1 히터 전원 케이블(210a)의 길이가 1.3m 미만으로 짧아질 경우 식각율은 증가된다는 것을 알 수 있지만, 제 1 히터 전원 케이블(210a)의 길이가 1.3m 이상으로 길어질 경우 식각율은 감소된다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 베이스 부재(110)와 제 1 필터(220a)를 전기적으로 접속시키는 제 1 히터 전원 케이블(210a)의 길이는 0.3 ~ 1.3m 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
제 2 필터(220b)는 베이스 부재(110)의 배면, 즉 제 2 히터 단자로부터 1.3m 미만(L1)으로 이격되도록 제 2 히터 전원 케이블(210b) 상에 설치되는 로우 패스 필터로 이루어진다. 이러한, 제 2 필터(220b)는 베이스 부재(110)에 인가되는 고주파 바이어스 전력(RF)에 의해 제 2 히터 전원 케이블(210b)에 유도되는 고주파 노이즈를 제거함으로써 제 2 히터 전원 케이블(210b)로 유도되어 손실되는 고주파 바이어스 전력(RF)의 전력 손실을 최소화함과 아울러 제 2 히터 전원 케이블(210b)에서 방사되어 다른 플라즈마 처리 장치에 영향을 미치는 노이즈의 발생을 최소화한다. 이를 위해, 베이스 부재(110)와 제 2 필터(220b)를 전기적으로 접속시키는 제 2 히터 전원 케이블(210b)의 길이는, 도 2에서 알 수 있듯이, 0.3 ~ 1.3m 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
직류 전원 공급부(300)는 소정의 직류 전원(DV)을 생성하고, 생성된 직류 전원(DV)을 정전척(120)의 직류 전극(124)에 공급한다.
직류 전원 케이블(310)은 기판 지지부재(100)의 베이스 부재(110) 배면에 삽입되어 직류 전극(124)에 전기적으로 접속되는 전극 단자와 직류 전원 공급부(300) 사이에 전기적으로 접속된다.
제 2 필터부(320)는 기판 지지부재(100)의 배면, 즉 전극 단자로부터 2m 이내(L2)로 이격되도록 직류 전원 케이블(310) 상에 설치되는 로우 패스 필터로 이루어진다. 이러한, 제 2 필터부(320)는 베이스 부재(110)에 인가되는 고주파 바이어스 전력(RF)에 의해 직류 전원 케이블(310)에 유도되는 고주파 노이즈를 제거함으로써 직류 전원 케이블(310)로 유도되어 손실되는 고주파 바이어스 전력(RF)의 전력 손실을 최소화함과 아울러 직류 전원 케이블(310)에서 방사되어 다른 플라즈마 처리 장치에 영향을 미치는 노이즈의 발생을 최소화한다.
여기서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서 기판(S) 상에 형성된 박막을 제거하기 위한 플라즈마 식각 공정을 수행할 경우에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 단자와 제 2 필터부(320)를 전기적으로 접속시키는 직류 전원 케이블(310)의 길이에 따른 식각율을 살펴보면 다음과 같다.
도 3에서 알 수 있듯이, 직류 단자와 제 2 필터부(320)를 전기적으로 접속시키는 직류 전원 케이블(310)의 길이가 2m 미만으로 짧아질 경우 식각율은 증가된다는 것을 알 수 있지만, 직류 전원 케이블(310)의 길이가 2m 이상으로 길어질 경우 식각율은 감소된다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 직류 단자와 제 2 필터부(320)를 전기적으로 접속시키는 직류 전원 케이블(310)의 길이는 0.3 ~ 2m 범위내에서, 기판 지지부재(100)의 배면으로부터 제 1 필터부(220) 사이의 히터전원 케이블(210)의 길이보다 크거나 같도록 설정되는 것이 바람직하다.
고주파 전력 공급부(400)는 챔버의 반응공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력(RF)을 생성하고, 생성된 고주파 바이어스 전력(RF)을 고주파 전력 케이블(410)을 통해 기판 지지부재(100)의 베이스 부재(110)에 공급한다.
이때, 고주파 전력 케이블(410) 상에는 고주파 전력 공급부(400)로부터 기판 지지부재(100)에 공급되는 고주파 바이어스 전력(RF)의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 정합기(420)가 설치될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 직류 전원 케이블(310)을 통해 직류 전극(124)에 직류 전원(DV)을 공급하여 정전척(120)에 기판(S)을 정전 흡착하고, 히터 전원 케이블(210)을 통해 히터(122)에 히터 전원(HV1, HV2)을 공급하여 정전척(120)에 흡착된 기판(S)을 공정에 알맞은 온도로 가열한 후, 고주파 전력 케이블(410)을 통해 베이스 부재(110)에 고주파 바이어스 전력(RF)을 공급하여 챔버의 반응공간에 플라즈마를 형성함으로써 기판 상에 원하는 박막을 형성하거나, 기판 상에 형성된 박막을 제거하여 패터닝하게 된다.
이러한, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 로우 패스 필터로 이루어진 제 1 및 제 2 필터부(220, 320) 각각과 베이스 부재(110) 간의 이격 거리를 최소화하여 히터 전원 케이블(210)과 직류 전원 케이블(310)의 길이를 최대한으로 감소시킴으로써 베이스 부재(110)에 인가되는 고주파 바이어스 전력(RF)이 히터 전원 케이블(210)과 직류 전원 케이블(310) 각각에 유도되어 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 고주파 바이어스 전력(RF)이 히터 전원 케이블(210)과 직류 전원 케이블(310) 각각에 유도되지 않고 플라즈마를 형성하는데 모두 소비되도록 하여 플라즈마 공정의 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 절연체 식각 방지층(126)을 가지는 정전척(120)을 더 포함하는 것을 제외하고는 상술한 제 1 실시 예의 플라즈마 처리 장치와 동일한 구성을 갖는다. 이에 따라, 정전척(120)을 제외한 다른 구성에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
정전척(120)은 절연체(121); 히터(122); 직류 전극(124); 및 절연체 식각 방지층(126)을 포함하여 구성된다.
절연체(121)는 복수의 절연층을 포함하며, 복수의 절연층 각각은 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어진 적어도 하나의 절연 시트로 이루어질 수 있다.
히터(122)는 복수의 절연층 사이에 형성되어 히터 전원 케이블(210)을 통해 히터 전원 공급부(200)로부터 공급되는 히터 전원에 의해 발열하여 정전척(120)을 소정의 온도로 가열한다. 이러한, 히터(122)는, 상술한 제 1 실시 예에서와 같이, 가열되는 기판의 온도 구배를 균일하게 하기 위하여 복수의 절연층 중 제 1 및 제 2 절연층 사이에 형성된 내부 히터(122a) 및 외부 히터(122b)를 포함하여 구성될 수 있다.
직류 전극(124)은 복수의 절연층 중 제 2 및 제 3 절연층 사이에 형성되어 직류 전원 케이블(310)을 통해 직류 전원 공급부(300)에 전기적으로 접속된다. 이러한, 직류 전극(124)은, 상술한 제 1 실시 예에서와 같이, 직류 전원 케이블(310)을 통해 직류 전원 공급부(300)로부터 공급되는 직류 전원(DV)에 의해 정전기력을 발생함으로써 기판(S)이 절연체(121) 상에 정전 흡착되도록 한다.
절연체 식각 방지층(126)은 절연체(121), 즉 제 3 절연층의 전면에 형성된다. 이때, 절연체 식각 방지층(126)은 히터(120)로부터의 열이 기판에 전달하기 위해 열전도도가 우수함과 동시에 플라즈마에 의해 식각 저항성이 높은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 절연체 식각 방지층(126)은 18W/mk 이상의 열전도도를 가지는 산화 알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어진 적어도 하나의 절연 시트로 형성되어 절연체(121)와 함께 고온고압의 성형 방식을 통해 제 3 절연층 상에 형성될 수 있다. 여기서, 절연체 식각 방지층(126)은 기판(S)의 원활한 정전 흡착과 열전도를 위해 절연체(121)보다 얇은 7mm 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한, 절연체 식각 방지층(126)은 플라즈마 공정 진행시 또는 플라즈마 공정의 완료 후에 수행되는 챔버 세정시 플라즈마(또는 식각 가스)에 의해 절연체(121)가 식각되는 것을 방지함으로써 정전척(120)의 식각에 의한 플라즈마 공정의 효율 저하를 방지함과 아울러 정전척(120)의 수명을 연장할 수 있다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판 지지부재 110: 베이스 부재
120: 정전척 121: 절연체
122: 히터 전극 124: 직류 전극
126: 절연체 식각 방지층 200: 히터 전원 공급부
202: 온도 검출부 204: 교류 전원 발생부
206: 제어부 208: 프로브
210: 히터 전원 케이블 220: 제 1 필터부
300: 직류 전원 공급부 310: 직류 전원 케이블
320: 제 2 필터부 400: 고주파 전력 공급부

Claims (8)

  1. 챔버에 설치되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 가열하기 위한 히터와 상기 기판을 정전 흡착하기 위한 직류 전극을 가지는 기판 지지부재;
    히터 전원 케이블을 통해 상기 히터에 히터 전원을 공급하는 히터 전원 공급부;
    상기 기판 지지부재로부터 이격되어 상기 히터 전원 케이블에 설치된 제 1 필터부;
    직류 전원 케이블을 통해 상기 직류 전극에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급부;
    상기 기판 지지부재로부터 이격되어 상기 직류 전원 케이블에 설치된 제 2 필터부; 및
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 바이어스 전력을 상기 기판 지지부재에 공급하는 고주파 전력 공급부를 포함하고,
    상기 기판 지지부재로부터 상기 제 2 필터부까지의 상기 직류 전원 케이블의 길이는, 상기 기판 지지부재로부터 상기 제1 필터부까지의 상기 히터 전원 케이블의 길이보다 크거나 상기 제1 필터부까지의 상기 히터 전원 케이블의 길이와 같고,
    상기 제1 필터부는, 상기 기판 지지부재로부터 0.3m ~ 1.3m 범위로 이격되도록 상기 히터 전원 케이블에 설치되고,
    상기 제2 필터부는, 상기 기판 지지부재로부터 0.3m ~ 2m 범위로 이격되도록 상기 직류 전원 케이블에 설치며,
    상기 기판 지지부재는,
    상기 히터와 상기 직류전극이 내장된 절연체 및 상기 직류전극과 이격되도록 상기 절연체 상에 형성된 절연체 식각 방지층을 가지는 정전척을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부재는 베이스 부재를 더 포함하고,
    상기 정전척은 상기 베이스 부재에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 절연체의 중심 영역에 대응되도록 형성되어 상기 히터 전원 공급부로부터 공급되는 제 1 히터 전원에 의해 발열되는 내부 히터; 및
    상기 절연체의 중심 영역을 제외한 나머지 영역에 대응되도록 형성되어 상기 히터 전원 공급부로부터 공급되는 제 2 히터 전원에 의해 발열되는 외부 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히터 전원 케이블은,
    상기 제 1 히터 전원을 상기 내부 히터에 공급하기 위한 제 1 히터 전원 케이블; 및
    상기 제 2 히터 전원을 상기 외부 히터에 공급하기 위한 제 2 히터 전원 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 필터부는,
    상기 베이스 부재로부터 0.3m ~ 1.3m 범위로 이격되도록 상기 제 1 히터 전원 케이블에 설치된 제 1 필터; 및
    상기 베이스 부재로부터 0.3m ~ 1.3m 범위로 이격되도록 상기 제 2 히터 전원 케이블에 설치된 제 2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 히터 전원 공급부는,
    상기 내부 히터의 발열에 따른 상기 정전척의 중심 영역 온도에 대응되는 제 1 검출 신호와 상기 외부 히터의 발열에 따른 상기 정전척의 가장자리 영역 온도에 대응되는 제 2 검출 신호를 생성하는 온도 검출부;
    상기 내부 히터를 발열시키기 위한 제 1 교류 전원과 상기 외부 히터를 발열시키기 위한 제 2 교류 전원을 발생하는 교류 전원 발생부; 및
    상기 제 1 검출 신호에 따라 상기 제 1 교류 전원을 제어하여 상기 제 1 히터 전원을 생성함과 아울러 상기 제 2 검출 신호에 따라 상기 제 2 교류 전원을 제어하여 상기 제 2 히터 전원을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연체 식각 방지층은 산화 알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어지고,
    상기 절연체는 질화 알루미늄(AlN) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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