KR101842122B1 - 전기장 발생 장치, 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체를 저장하는 컨테이너를 이용하여 플라즈마 공정을 용이하게 제어할 수 있는 전기장 발생 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 그리고 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기장 발생 장치는, 고주파 전력을 공급하는 고주파전원; 전극을 포함하며, 상기 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시키는 안테나 부재; 상기 전극 상에 배치되며, 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성된 하나 이상의 컨테이너; 및 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여 상기 전기장의 분포를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

전기장 발생 장치, 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{APPARATUS FOR GENERATING ELECTRIC FIELD, AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전기장 발생 장치, 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체를 이용하여 전기장을 제어함으로써 플라즈마 공정의 효율성을 높이기 위한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서, 기판 상에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 가열 영역을 제거하는 공정으로 습식 식각과 건식 식각이 사용된다. 이 중 건식 식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다.
플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
안테나는 고주파 전력을 공급받아 공정 가스에 전기장(electric field)을 인가하여 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 식각 공정의 효율을 높이기 위해서는 플라즈마 밀도 분포가 챔버 내에 균일하게 발생하여야 하나, 정재파 효과(standing wave effect) 등에 의하여 실제 공정에서는 그러하지 못하다.
본 발명은 유체를 포함하는 컨테이너를 이용하여 플라즈마 공정을 용이하게 제어하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 플라즈마 공정시 발생하는 공정 비대칭을 개선하기 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 전기장 발생 장치는, 고주파 전력을 공급하는 고주파전원; 전극을 포함하며, 상기 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시키는 안테나 부재; 상기 안테나 부재에 배치되며, 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성된 하나 이상의 컨테이너; 및 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여 상기 전기장의 분포를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 컨테이너는 복수 개를 포함하고, 상기 복수 개의 컨테이너들은 개별적으로 유체의 조절이 가능하다.
상기 전기장 발생 장치는, 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 유체의 레벨을 제어하는 유체 레벨 제어부; 및 상기 유체의 온도를 제어하는 유체 온도 제어부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 유체의 레벨 또는 온도 중 적어도 하나를 제어하여 상기 컨테이너 내부 공간의 유전율을 제어할 수 있다.
상기 전기장 발생 장치는 상기 컨테이너를 복수 개 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 컨테이너가 상기 안테나 부재에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 유체는 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판상에 플라즈마 공정을 수행하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 챔버 내의 가스가 플라즈마 상태로 여기되도록 전기장을 인가하는 전기장 발생 유닛을 포함하며, 상기 전기장 발생 유닛은: 고주파 전력을 공급하는 고주파전원; 전극을 포함하며, 상기 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시키는 안테나 부재; 상기 안테나 부재에 배치되며, 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성된 하나 이상의 컨테이너; 및 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여 상기 전기장의 분포를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 전기장 발생 유닛은, 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 유체의 레벨을 제어하는 유체 레벨 제어부; 및 상기 유체의 온도를 제어하는 유체 온도 제어부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 유체의 레벨 또는 온도 중 적어도 하나를 제어하여 상기 컨테이너 내부 공간의 유전율을 제어할 수 있다.
상기 전기장 발생 유닛은 상기 컨테이너를 복수 개 포함하며, 복수 개의 컨테이너가 상기 안테나 부재에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 유체는 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법은, 상기 제어부가 상기 전기장의 분포, 상기 챔버 내에 발생된 플라즈마 밀도, 및 상기 기판상에 수행된 공정 균일도 중 적어도 하나에 대한 정보를 입력받는 단계; 및 상기 제어부가 상기 정보를 기반으로 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 공정을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 공정시 발생하는 공정 비대칭을 개선할 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 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치에 포함되는 전기장 발생 유닛을 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3은 도 2의 전기장 발생 유닛에 포함되는 안테나 부재의 예시적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기장 발생 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 컨테이너에 포함되는 유체의 온도를 조절하였을 때 전극 하부에 발생되는 전기장의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법의 예시적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기장 발생 유닛이 적용될 수 있는 기판 처리 장치를 예시적으로 보여주는 단면도이다.
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 사용되는 '~위에', '~상에' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 사이에 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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기장 발생 유닛 및 기판 처리 장치를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판 처리 장치는 고주파 전원, 상부 전극, 안테나 부재, 하부 전극, 저주파 전원을 포함할 수 있다.
상기 고주파 전원은 60MHz 이상의 고주파 전원을 제공할 수 있다. 상기 고주파 전원은 상부 전극에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 상부 전극 상에 안테나 부재가 배치될 수 있다. 상기 안테나 부재는 물로 채워진 복수 개의 컨테이너를 포함할 수 있다.
상기 고주파 전원에 의해 전기장이 발생하고, 전기장으로 인해 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
상기 고주파 전원 및 안테나 부재는, 금속 전극 하우징 내부에 위치할 수 있다. 또한, 상기 하부 전극 및 저주파 전원은 금속 챔버 내부에 위치할 수 있다. 상기 하우징과 상기 챔버는 연결될 수 있다. 상기 상부 전극과 상기 하우징, 상기 상부 전극과 상기 챔버 사이의 공간은 유전체 공간으로 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 부재에 포함되는 복수 개의 컨테이너들은 대칭으로 형성되지 않을 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 컨테이너는 플라스틱 또는 유리로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같은 형태로 컨테이너의 형태가 제한되는 것은 아니며, 임의의 형태로 제공될 수 있다.
상기 고주파 전원에 의해 발생하는 전기장은, 상기 컨테이너 내부에 채워지는 물의 온도, 물의 양, 각 컨테이너의 위치, 및 컨테이너의 모양 중 적어도 하나에 의해서 제어될 수 있다.
도 2 및 3은 도 1의 기판 처리 장치에 포함되는 안테나 부재를 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 단면도 및 사시도이다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따라 제공될 수 있는 안테나 부재의 형태는 이에 제한되지 않는다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치에 포함되는 전기장 발생 유닛을 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기장 발생 유닛은 고주파 전원(410), 안테나 부재(440), 컨테이너(460), 및 제어부(461)를 포함할 수 있다.
고주파 전원(410)은 고주파 전력을 공급하며, 안테나 부재(440)는 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시킨다. 챔버(100) 내에 공급된 가스는 전기장에 의해 플라즈마 상태로 여기되며, 전기장에 의해 플라즈마 밀도가 제어될 수 있다. 플라즈마 식각 공정의 균일성은 플라즈마 밀도 분포의 균일성에 의존할 수 있어, 공정 균일성을 높이기 위해 플라즈마 밀도 분포의 조절이 필요하다.
다시 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기장 발생 유닛은 컨테이너(460) 및 제어부(461)를 포함하여 전기장을 제어함으로써, 플라즈마 밀도 분포를 조절한다.
상기 컨테이너(460)는 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전기장 발생 유닛은 하나 이상의 컨테이너(460)를 포함할 수 있다. 공정의 균일성 및 대칭성을 용이하게 제어하기 위해, 하나 이상의 컨테이너(460)는 안테나 부재(440)에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 복수 개의 컨테이너(460)들이 대칭적으로 배치되어 있다. 그러나 컨테이너(460)의 형상 및 배치는 도 2에 도시된 바에 의해 제한되지 않으며, 공정 조건 및 상태에 따라 공정의 효율성을 높이는 형태로 변형될 수 있다. 하나 이상의 컨테이너(460)는 안테나 부재(440)에 대하여 비대칭적으로 배치될 수도 있다.
상기 제어부(461)는 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절할 수 있다. 제어부(461)는 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여, 컨테이너 내부 공간의 유전율을 제어함으로써 전기장 발생 장치에서 형성된 전기장을 제어한다.
전기장 발생 장치는 컨테이너(460) 내부에 저장된 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 감지하는 센서(462)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(461)는, 유체의 레벨을 제어하는 유체 레벨 제어부, 및 유체의 온도를 제어하는 유체 온도 제어부를 포함할 수 있다. 제어부(461)는, 유체의 레벨 또는 온도 중 적어도 하나를 제어하여 컨테이너(460) 내부 공간의 유전율을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유체는 물일 수 있다. 물은 매우 높은 유전율을 가지면서 온도에 따라 유전율의 변화가 나타난다. 따라서 물이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기장 발생 장치의 컨테이너에 저장되는 유체로 사용되었을 때, 전기장이 효율적으로 제어될 수 있다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따라 컨테이너에 포함되는 물의 온도를 조절하였을 때 전극 하부에 발생되는 전기장의 분포를 나타낸 그래프이다. 도 5a 내지 5c는 각각 100MHz, 200MHz, 300MHz 의 고주파 전원을 인가한 경우, 컨테이너에 포함되는 전기장 분포의 변화를 나타낸다. X축은 챔버 내 한 측 지점에서부터의 거리를 나타내며, Y축은 전기장의 세기를 나타낸다.
도 5a 내지 5c를 참조하면, 컨테이너에 포함되는 물로 챔버 내 형성되는 전기장의 세기를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. 컨테이너 내부 공간의 유전율은 유체의 온도 변화 뿐만 아니라 유체의 양, 즉 레벨의 변화에도 의존한다. 따라서 제어부(461)는 컨테이너에 포함되는 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 조절하여 컨테이너 내부 공간의 유전율을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(500)의 예시적인 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(500)은, 제어부가 공정 정보를 입력받는 단계(S510), 및 제어부가 공정 정보를 기반으로 컨테이너 내부의 유체 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 조절하는 단계(S520)를 포함할 수 있다.
상기 공정 정보를 입력받는 단계(S510)에 있어서, 공정 정보는 전기장 발생 유닛에 의해 생성된 전기장의 분포, 챔버 내에 발생된 플라즈마의 밀도, 및 기판상에 수행된 플라즈마 식각 공정의 균일도 중 적어도 하나에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 상기 공정 정보는 플라즈마 공정의 균일성에 대한 정보일 수 있다.
상기 유체 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 조절하는 단계(S520)에 있어서, 유체는 물을 포함할 수 있다. 제어부는 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 조절함으로써, 유체가 저장된 컨테이너 내부 공간의 유전율을 제어할 수 있다. 이에 따라, 전기장 발생 유닛에 의해 생성된 전기장의 분포를 용이하게 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(S)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(S)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 지지 어셈블리(200), 플라즈마 발생 유닛(300), 가스 공급 유닛(400) 및 배플 유닛(500)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(100)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)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(100)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(100) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측벽을 보호하여 챔버(100)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(100)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
챔버(100)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(S)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(S)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(S)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(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면으로부터 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(S)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(S)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(S)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(S)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제 1 전극(223), 히터(225) 그리고 제 1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(S)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제 1 전극(223)은 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제 1 전극(223)과 제 1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제 1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제 1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제 1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제 1 전극(223)과 기판(S) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(S)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제 1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(S)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(S)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(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 단차질 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 제 1 순환 유로(231), 제 2 순환 유로(232) 그리고 제 2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)는 몸체(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)들은 서로 연통될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 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)들은 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)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 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, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 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 연결할 수 있다.
제 1 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. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제 1 순환 유로(231)에 공급되며, 제 2 공급 유로(233)와 제 1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(S) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(S)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제 2 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 제 2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제 2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(S)을 함께 냉각시켜 기판(S)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 몸체(230)는 제 3 전원(235a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 3 전원(235a)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 제 3 전원(235a)으로부터 고주파 전력을 인가받을 수 있다. 이로 인하여 몸체(230)는 전극, 즉 하부 전극으로서 기능할 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 단차질 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(S)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(S)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(S)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(S)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(S)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(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 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(S)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 이격되어 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(100)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(100) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(100)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제 1 전원(223a)과 연결되는 제 1 전원라인(223c), 제 2 전원(225a)과 연결되는 제 2 전원라인(225c), 제 3 전원(235a)과 연결되는 제 3 전원라인(235c), 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.
플라즈마 발생 유닛(300)은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마 타입의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(100)에 상부 전극(330) 및 하부 전극, 즉 몸체(230)가 포함될 수 있다. 상부 전극(330) 및 하부 전극(230)은 처리 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 하부 전극(230)뿐만 아니라 상부 전극(330)도 RF 전원(310)에 의해 RF 신호를 인가받아 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 공급받을 수 있으며, 각 전극에 인가되는 RF 신호의 수는 도시된 바와 같이 하나로 제한되지는 않는다. 양 전극 간의 공간에는 전기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행된다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 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(100)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(100) 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(100)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(100) 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.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 상부 전극(330) 위에는 도파관(320)이 배치될 수 있다. 상기 도파관(320)은 RF 전원(310)으로부터 제공된 RF 신호를 상기 상부 전극(330)으로 전달한다. 상기 도파관(320)은 도파관 내부로 인입 가능한 전도체를 가질 수 있다.
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.
100 : 챔버
200 : 지지 유닛
320 : 가스 공급 유닛
400 : 전기장 발생 유닛
410 : 고주파 전원
440 : 안테나 부재
460 : 컨테이너
461 : 제어부
462 : 센서

Claims (13)

  1. 고주파 전력을 공급하는 고주파전원;
    전극을 포함하며, 상기 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시키는 안테나 부재;
    상기 안테나 부재에 배치되며, 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성된 하나 이상의 컨테이너; 및
    상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여 상기 전기장의 분포를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 컨테이너는 복수 개를 포함하고, 상기 복수 개의 컨테이너들은 개별적으로 유체의 조절이 가능한 전기장 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들에 각각 연결되고, 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 레벨을 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 컨테이너 내부의 유체의 레벨을 제어하는 전기장 발생 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들에 각각 연결되고, 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 온도를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 컨테이너 내부의 유체의 온도를 제어하는 전기장 발생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 컨테이너 내부의 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 제어하여 상기 컨테이너 내부 공간의 유전율을 제어하는 전기장 발생 장치.
  5. 고주파 전력을 공급하는 고주파전원;
    전극을 포함하며, 상기 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시키는 안테나 부재;
    상기 안테나 부재에 배치되며, 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성된 하나 이상의 컨테이너; 및
    상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여 상기 전기장의 분포를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 컨테이너는 복수 개를 포함하고, 상기 복수 개의 컨테이너는 상기 안테나 부재에 대하여 대칭적으로 배치된 전기장 발생 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 유체는 물을 포함하는 전기장 발생 장치.
  7. 기판상에 플라즈마 공정을 수행하는 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 챔버 내의 가스가 플라즈마 상태로 여기되도록 전기장을 인가하는 전기장 발생 유닛을 포함하며,
    상기 전기장 발생 유닛은:
    고주파 전력을 공급하는 고주파전원;
    전극을 포함하며, 상기 고주파 전력을 공급받아 전기장을 발생시키는 안테나 부재;
    상기 안테나 부재에 배치되며, 내부에 유체를 저장하는 공간이 형성된 하나 이상의 컨테이너; 및
    상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 특성을 조절하여 상기 전기장의 분포를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 컨테이너는 복수 개를 포함하고, 상기 복수 개의 컨테이너는 개별적으로 유체의 조절이 가능한 기판 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들에 각각 연결되고, 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 레벨을 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 컨테이너 내부의 유체의 레벨을 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들에 각각 연결되고, 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 온도를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 컨테이너 내부의 유체의 온도를 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들은 반경이 서로 다른 링 형상으로 마련되는 전기장 발생 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들은 상기 안테나 부재의 중심에 비대칭적으로 배치되는 전기장 발생 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 컨테이너들은 내측에 위치하는 컨테이너의 높이가 외측에 위치하는 컨테이너의 높이 보다 큰 것을 포함하는 전기장 발생 장치.
  13. 제7 항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 기판 처리 장치를 제어하는 방법으로,
    상기 제어부가 상기 전기장의 분포, 상기 챔버 내에 발생된 플라즈마 밀도, 및 상기 기판상에 수행된 공정 균일도 중 적어도 하나에 대한 정보를 입력받는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 정보를 기반으로 상기 컨테이너 내부에 저장된 유체의 레벨 및 온도 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하는 기판 처리 장치 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009032432A (ja) 2007-07-25 2009-02-12 Shibaura Mechatronics Corp セルフバイアス制御装置およびプラズマ処理装置
JP2009212129A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置用の電極、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体

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