KR101570171B1

KR101570171B1 - 플라즈마 발생 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR101570171B1
Application number: KR1020140095064A
Authority: KR
Inventors: 손덕현; 이정환
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2015-11-20
Also published as: CN105304444A; US20160027617A1; CN105304444B

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 공정 챔버 내에서 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 그리고 상기 공정 챔버 내로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 고주파 전원, 상기 고주파 전원과 공급라인으로 연결되는 안테나 유닛, 그리고 상기 고주파 전원과 상기 안테나 유닛 사이의 상기 공급라인에 연결되어 임피던스를 매칭시키는 임피던스 정합기를 포함하되, 상기 임피던스 정합기는, 입력단에 설치되어 입력 임피던스를 측정하는 제 1 센서 및 출력단에 설치되어 출력 임피던스를 측정하는 제 2 센서를 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 발생 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{PLASMA GENERATING DEVICE AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 플라즈마 발생 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중 에칭 공정은 플라즈마를 이용하여 기판 상의 박막을 제거할 수 있다.

기판 처리 공정에 플라즈마를 이용하기 위해, 공정 챔버에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생 유닛이 장착된다. 이 플라즈마 발생 유닛은 플라즈마 발생 방식에 따라 크게 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입과 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입으로 나뉜다.

CCP 타입의 소스는 챔버 내에 두 전극이 서로 마주보도록 배치되고, 두 전극 중 어느 하나 또는 둘 모두에 RF 신호를 인가하여 챔버 내에 전기장을 형성함으로써 플라즈마를 생성한다. 반면, ICP 타입의 소스는 챔버에 하나 또는 그 이상의 코일이 설치되고, 코일에 RF 신호를 인가하여 챔버 내에 전자장을 유도함으로써 플라즈마를 생성한다.

챔버에 둘 이상의 코일이 설치되고, 둘 이상의 코일이 하나의 RF 전원으로부터 전력을 공급받는 경우, RF 전원과 코일들 사이에는 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합기가 구비될 수 있다. 이 때, 임피던스 매칭을 위해, 임피던스 정합기의 입력단에 센서가 입력 임피던스를 측정하여 매칭 임피던스를 제어하나, 이는 임피던스 정합기 내부의 기생 커패시터 및 인덕터 등을 반영하지 못한다. 이로 인해, 매칭 시간이 길어지고, 공정 불량이 발생한다.

본 발명의 실시예는 단시간 내 임피던스 매칭이 가능한 플라즈마 발생 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 공정 챔버 내에서 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 그리고 상기 공정 챔버 내로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 고주파 전원, 상기 고주파 전원과 공급라인으로 연결되는 안테나 유닛, 그리고 상기 고주파 전원과 상기 안테나 유닛 사이의 상기 공급라인에 연결되어 임피던스를 매칭시키는 임피던스 정합기를 포함하되, 상기 임피던스 정합기는, 입력단에 설치되어 입력 임피던스를 측정하는 제 1 센서 및 출력단에 설치되어 출력 임피던스를 측정하는 제 2 센서를 포함할 수 있다.

상기 임피던스 정합기는, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서 사이의 상기 공급라인에 연결된 인덕터, 상기 인덕터의 후단에 상기 인덕터와 직렬 연결된 제 1 가변 커패시터, 그리고 상기 제 1 가변 커패시터와 병렬 연결된 제 2 가변 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 임피던스 정합기에 제어 신호를 송출하는 제어기를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 제 2 센서로 상기 출력단에서 임피던스를 측정한 후에 상기 제 1 가변 커패시터와 상기 제 2 가변 커패시터의 값을 제어할 수 있다.

상기 제 2 가변 커패시터는 상기 공급라인의 분기점에서 분기되어 접지되는 분기라인 상에 설치될 수 있다.

상기 분기점은 상기 인덕터 및 상기 제 1 가변 커패시터보다 상기 공급라인의 상단에 위치될 수 있다.

상기 안테나 유닛은, 상기 고주파 전원과 제 1 라인으로 연결된 제 1 안테나 및 상기 제 1 안테나와 병렬로 제공된 제 2 안테나를 포함할 수 있다.

상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 링 형상으로 제공되고, 상기 제 1 안테나의 반경은 상기 제 2 안테나의 반경보다 작게 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단시간 내 임피던스 매칭이 가능한 플라즈마 발생 유닛 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 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 실시예에 따른 기판 처리 장치를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 발생 유닛을 보여주는 도면이다.
도 4는 종래의 일반적인 매칭 제어 방법을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭 제어 방법을 보여주는 도면이다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.

본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치 에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 상부에 놓여진 기판을 가열하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 예시적으로 나타내는 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 공정 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 발생 유닛(400) 및 배플 유닛(500)을 포함할 수 있다.

공정 챔버(100)는 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 하우징(110), 밀폐 커버(120) 및 라이너(130)를 포함한다.

하우징(110)은 내부에 상면이 개방된 공간을 갖는다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간으로 제공된다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정의 압력으로 감압된다.

밀폐 커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 밀폐 커버(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시킨다. 밀폐 커버(120)는 유전체(dielectric substance) 창을 포함할 수 있다.

라이너(130)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 공간의 내부에 형성된다. 라이너(130)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(130)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(130)를 지지한다. 라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 즉, 라이너(130)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(130)로 교체할 수 있다.

하우징(110)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치한다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.

지지 유닛(200)은 정전 척(210), 절연 플레이트(250) 및 하부 커버(270)를 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 하우징(110)의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 위치될 수 있다.

정전 척(210)은 유전판(220), 전극(223), 히터(225), 지지판(230) 및 포커스 링(240)을 포함한다.

유전판(220)은 정전 척(210)의 상단부에 위치한다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치한다. 유전판(220)에는 제 1 공급 유로(221)가 형성된다. 제 1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제 1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다.

유전판(220)의 내부에는 하부 전극(223)과 히터(225)가 매설된다. 하부 전극(223)은 히터(225)의 상부에 위치한다. 하부 전극(223)은 제 1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제 1 하부 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(223)과 제 1 하부 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 하부 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프에 의해 제 1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온 되면, 하부 전극(223)에는 직류 전류가 인가된다. 하부 전극(223)에 인가된 전류에 의해 하부 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착된다.

히터(225)는 제 2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 히터(225)는 제 2 하부 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함한다.

유전판(220)의 하부에는 지지판(230)이 위치한다. 유전판(220)의 저면과 지지판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(230)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착된다. 지지판(230)에는 제 1 순환 유로(231), 제 2 순환 유로(232) 및 제 2 공급 유로(233)가 형성된다.

제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제 1 순환 유로(231)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 1 순환 유로(231)는 서로 연통될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)는 동일한 높이에 형성된다.

제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제 2 순환 유로(232)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 2 순환 유로(232)는 서로 연통될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 동일한 높이에 형성된다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.

제 2 공급 유로(233)는 제 1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 지지판(230)의 상면으로 제공된다. 제 2 공급 유로(243)는 제 1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제 1 순환 유로(231)와 제 1 공급 유로(221)를 연결한다.

제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제 1 순환 유로(231)에 공급되며, 제 2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 한다.

제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제 2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제 2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 지지판(230)을 냉각한다. 지지판(230)은 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.

포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(240)은 챔버(100) 내에서 플라즈마가 기판(W)과 마주하는 영역으로 집중되도록 한다.

지지판(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)에 상응하는 단면적으로 제공된다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)과 하부 커버(270) 사이에 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 지지판(230)과 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.

하부 커버(270)는 기판 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서, 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.

하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 기판 지지 유닛(200)을 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지되도록 한다. 제 1 하부 전원(223a)과 연결되는 제 1 전원 라인(223c), 제 2 하부 전원(225a)과 연결되는 제 2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b), 및 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(270) 내부로 연장된다.

가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320) 및 가스 저장부(330)를 포함한다. 가스 공급 노즐(310)은 밀폐 커버(120)의 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(310)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 밀폐 커버(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100) 내부의 처리공간으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 공급 노즐(310)과 가스 저장부(330)를 연결한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(330)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(310)에 공급한다. 가스 공급 라인(320)에는 밸브(321)가 설치된다. 밸브(321)는 가스 공급 라인(320)을 개폐하며, 가스 공급 라인(320)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(400)을 예시적으로 나타내는 도면이다. 플라즈마 발생 유닛(400)은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(400)은 ICP 타입으로 구성될 수 있다.

플라즈마 발생 유닛(400)은 고주파 전원(420), 안테나 유닛(410), 전력 분배기(430), 임피던스 정합기(440), 그리고 제어기(450)를 포함할 수 있다. 고주파 전원(420)은 고주파 신호를 공급한다. 일 예로, 고주파 전원(420)은 RF 전원(420)일 수 있다. RF 전원(420)은 RF 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, RF 전원(420)은 기 설정된 주파수를 갖는 정현파를 생성할 수 있다. 그러나, RF 전원(420)이 생성하는 신호의 파형은 이에 제한되지 않고 톱니파, 삼각파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.

안테나 유닛(410)은 공급라인(425)에 의해 고주파 전원(420)과 연결된다. 안테나 유닛(410)은 RF 전원(420)으로부터 RF 신호를 인가받아 전자장을 유도하여 플라즈마를 발생시킨다. 안테나 유닛(410)은 복수 개의 안테나를 가질 수 있다. 일 예로, 안테나 유닛(410)은 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)를 가진다. 이와 달리, 안테나 유닛(410)은 셋 또는 그 이상의 안테나를 가질 수도 있다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 각각 복수 회로 감긴 코일로 제공될 수 있다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 RF 전원(420)에 전기적으로 연결되어 RF 전력을 인가받는다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 공정 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 이 때, 제 1 안테나(411)의 반경은 제 2 안테나(413)의 반경보다 작게 제공될 수 있다. 이 때, 제 1 안테나(411)는 공정 챔버(100)의 상부 안쪽에 위치하고, 제 2 안테나(413)은 공정 챔버(100)의 상부 바깥쪽에 위치할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 안테나(411, 413)은 공정 챔버(100)의 측부에 배치될 수도 있다. 실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 안테나(411, 413) 중 어느 하나는 공정 챔버(100)의 상부에 배치되고, 다른 하나는 공정 챔버(100)의 측부에 배치될 수도 있다. 복수의 안테나가 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마를 생성하는 한, 코일의 위치는 제한되지 않는다.

제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)은 RF 전원(420)으로부터 RF 전력을 인가받아 챔버에 시변 전자장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 공정 챔버(100)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.

전력 분배기(430)는 RF 전원(420)으로부터 공급되는 전력을 각각의 안테나로 분배한다. 일 예로, 다수의 안테나 중 어느 한쪽의 임피던스는 커지는 반면, 다른 한쪽의 임피던스는 작아지도록 설계하는 경우, 각 안테나에 공급되는 전력량 및 그 비율을 보다 용이하게 제어할 수 있게 된다.

도 3은 도 2의 플라즈마 발생 유닛(400)을 보여주는 도면이다. 플라즈마 발생 유닛(400)은 임피던스 정합기(440)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 정합기(440)는 RF 전원(420)의 출력단에 연결되어 전원 측의 출력 임피던스와 부하 측의 입력 임피던스를 정합시킬 수 있다. 일 예로, 임피던스 정합기(440)는 RF 전원(420)과 안테나 유닛(410) 사이의 공급라인(425) 상에 연결될 수 있다. 임피던스 정합기(440)는 제 1 센서(441), 제 2 센서(442), 인덕터(443), 제 1 가변 커패시터(444), 그리고 제 2 가변 커패시터(445)를 가진다. 제 1 센서(441)는 입력단에 설치된다. 제 1 센서(441)는 입력 임피던스(Zin)를 측정한다. 제 2 센서(442)는 출력단에 설치된다. 제 2 센서(442)는 출력 임피던스(Zpl)를 측정한다. 인덕터(443)는 제 1 센서(441)와 제 2 센서(442) 사이의 공급라인(425) 상에 설치된다. 제 1 가변 커패시터(444)는 인덕터(443)와 직렬 연결된다. 도 2와 같이, 제 1 가변 커패시터(444)는 인덕터(443)의 후단에 연결된다. 제 2 가변 커패시터(445)는 제 1 가변 커패시터(444)와 병렬 연결된다. 일 예로, 제 2 가변 커패시터(445)는 분기라인(426) 상에 설치된다. 분기라인(426)은 공급라인(425)의 분기점(P)에서 분기된다. 분기라인(426) 상에는 접지되어 제공된다. 분기점(P)은 인덕터(443) 및 제 1 가변 커패시터(444)보다 공급라인(425)의 상단에서 분기될 수 있다.

제어기(450)는 임피던스 정합기(440)에 제어 신호를 송출한다. 제어기(450)는 임피던스 정합기(440)의 매칭 임피던스(Zm)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어기(450)는 제 1 가변 커패시터(444) 및 제 2 가변 커패시터(445)의 값을 제어할 수 있다.

도 4는 종래의 일반적인 매칭 제어 방법을 보여주는 도면이다. 종래의 일반적인 기판 처리 장치는, 저항을 측정하는 센서가 임피던스 정합기의 입력단에 제공되었다. 기판 처리 장치는, 입력단에 설치된 제 1 센서로 입력 임피던스(Zin)를 측정하였다. 그 후, 매칭 임피던스(Zm)를 계산하고, 출력 임피던스(Zpl)를 계산하였다. 이렇게 얻은 출력 임피던스(Zpl)가 특성 임피던스(Zch)와 동일하도록 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터의 값을 설정하였다. 이러한 경우, 임피던스 정합기 내부에 발생하는 기생 커패시터 및 인덕터의 저항값을 반영하지 못해, 최종 매칭값을 찾기 위해 반복 수행이 수반되었다. 이에 따라, 매칭 시간이 길어지고, 공장 불량이 발생하였다. 또한, 공정 챔버 내 압력 변화가 발생하는 경우, 매칭 시간이 약 3초 정도 소요되는 것을 확인할 수 있었다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭 제어 방법을 보여주는 도면이다. 기판 처리 장치는 제 2 센서(442)로 출력 임피던스(Zpl)를 측정한다. 출력 임피던스(Zpl)가 측정된 후, 제어기(450)는 매칭 임피던스(Zm) 조건을 만족하는 임피던스 맵을 작성할 수 있다. 이 경우, 매칭 임피던스(Zm)는 특성 임피던스(Zch)와 출력 임피던스(Zpl)의 차이이다. 이 때, 특성 임피던스(Zch)는 50Ω일 수 있다. 이에 따라, 임피던스의 상과 크기를 모두 만족하는 제 1 가변 커패시터(444) 및 제 2 가변 커패시터(445)의 값을 단시간 내에 매칭할 수 있다. 또한, 공정 챔버 내 압력 변화가 발생하는 경우, 매칭 시간이 약 0.7초 정도 소요된다.

배플 유닛(500)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200) 사이에 위치된다. 배플 유닛(500)은 관통홀이 형성된 배플을 포함한다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.

전술한 가변 소자들은 제어기(450)로부터 제어 신호를 수신하여 그에 따라 소자값이 변경될 수 있다. 제어기는 플라즈마를 이용하는 공정에 따라 소자값을 조절하여 해당 공정에 적합하도록 플라즈마의 특성을 제어할 수 있다.

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.

10: 기판 처리 장치
100: 챔버
200: 기판 지지 유닛
300: 가스 공급 유닛
400: 플라즈마 발생 유닛
411: 제 1 코일
413: 제 2 코일
420: RF 전원
430: 전력 분배기
440: 임피던스 정합기
441 : 제 1 센서
442 : 제 2 센서
443 : 인덕터
444 : 제 1 가변 커패시터
445 : 제 2 가변 커패시터
450 : 제어기
500: 배플 유닛

Claims

기판 처리 장치에 있어서,
공정 챔버;
상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
상기 공정 챔버 내에서 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 그리고
상기 공정 챔버 내로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되,
상기 플라즈마 발생 유닛은,
고주파 전원;
상기 고주파 전원과 공급라인으로 연결되는 안테나 유닛;
상기 고주파 전원과 상기 안테나 유닛 사이의 상기 공급라인에 연결되어 임피던스를 매칭시키는 임피던스 정합기; 그리고
상기 임피던스 정합기에 제어 신호를 송출하는 제어기를 포함하되,
상기 임피던스 정합기는,
입력단에 설치되어 입력 임피던스를 측정하는 제 1 센서;
출력단에 설치되어 출력 임피던스를 측정하는 제2 센서;
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이의 상기 공급라인에 연결된 인덕터;
상기 인덕터의 후단에 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1 가변 커패시터; 그리고
상기 제1 가변 커패시터와 병렬 연결된 제2 가변 커패시터를 포함하고,
상기 제어기는 상기 제2 센서로 상기 출력단에서 임피던스를 측정한 후에 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터의 값을 제어하는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제2 센서로 상기 출력단에서 임피던스를 측정한 후에 특성 임피던스와 출력 임피던스의 차이로부터 매칭 임피던스를 구하여 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터의 값을 제어하되,
상기 특성 임피던스는 50Ω인 기판 처리 장치.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 가변 커패시터는 상기 공급라인의 분기점에서 분기되어 접지되는 분기라인 상에 설치되는 기판 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 분기점은 상기 인덕터 및 상기 제 1 가변 커패시터보다 상기 공급라인의 상단에 위치되는 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 안테나 유닛은,
상기 고주파 전원과 제 1 라인으로 연결된 제 1 안테나; 및
상기 제 1 안테나와 병렬로 제공된 제 2 안테나를 포함하는 기판 처리 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나는 링 형상으로 제공되고, 상기 제 1 안테나의 반경은 상기 제 2 안테나의 반경보다 작게 제공되는 기판 처리 장치.
고주파 신호를 생성하는 고주파 전원;
상기 고주파 전원과 공급라인으로 연결되는 안테나 유닛; 그리고
상기 고주파 전원과 상기 안테나 유닛 사이의 상기 공급라인에 연결되어 임피던스를 매칭시키는 임피던스 정합기; 그리고
상기 임피던스 정합기에 제어 신호를 송출하는 제어기를 포함하되,
상기 임피던스 정합기는,
입력단에 설치되어 입력 임피던스를 측정하는 제 1 센서;
출력단에 설치되어 출력 임피던스를 측정하는 제2 센서;
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 사이의 상기 공급라인에 연결된 인덕터;
상기 인덕터의 후단에 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1 가변 커패시터; 그리고
상기 제1 가변 커패시터와 병렬 연결된 제2 가변 커패시터를 포함하고,
상기 제어기는 상기 제2 센서로 상기 출력단에서 임피던스를 측정한 후에 특성 임피던스와 출력 임피던스의 차이로부터 매칭 임피던스를 구하여 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터의 값을 제어하는 플라즈마 발생 장치.
제8항에 있어서,
상기 특성 임피던스는 50Ω인 플라즈마 발생 장치.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 제 2 가변 커패시터는 상기 공급라인의 분기점에서 분기되어 접지되는 분기라인 상에 설치되는 플라즈마 발생 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 분기점은 상기 인덕터 및 상기 제 1 가변 커패시터보다 상기 공급라인의 상단에 위치되는 플라즈마 발생 장치.