KR101885564B1 - 플라즈마 소스, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법 - Google Patents

플라즈마 소스, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장비 크기 및 복잡도를 줄이면서 용이하게 플라즈마를 제어할 수 있는 플라즈마 소스 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며, 상기 플라즈마 발생 유닛은: 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 공급받아 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 플라즈마를 생성하거나, 생성된 플라즈마를 제어하는 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마 소스는: 하나 이상의 통공이 형성된 전극판을 포함하는 제1 플라즈마 소스; 및 상기 하나 이상의 통공에 삽입되는 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 포함하는 제2 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 가스가 통과할 수 있는 중공형 전극으로 제공될 수 있다.

Description

플라즈마 소스, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법{PLASMA SOURCE, APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE INCLUDING THE SAME, AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 소스, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중 식각 공정은 플라즈마를 이용하여 기판상의 박막을 제거할 수 있다.
이와 같은 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정은, 챔버 내에 생성되는 플라즈마에 포함되는 이온과 라디칼의 밀도 비에 따라 식각률이 크게 영향을 받는다. 즉, 정밀하고 균일한 공정 프로세스의 달성을 위해 기판으로의 이온 플럭스(flux), 라디칼 플럭스, 및 이들 두 플럭스들 간의 상대적인 비가 중요 인자로 작용한다. 따라서 플라즈마 내 이온과 라디칼을 용이하게 제어할 수 있는 기술이 개발되고 있으나, 각각의 개별적인 제어를 위해 장비의 부피가 커지는 등의 문제점이 존재하였다.
본 발명의 실시 예는 용량 결합성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP)를 이용하는 기판 처리 장치에서 플라즈마 공정을 용이하게 제어할 수 있는 플라즈마 소스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 장비 크기 및 복잡도를 줄이면서 용이하게 플라즈마를 제어할 수 있는 플라즈마 소스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛은: 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 공급받아 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 플라즈마를 생성하거나, 생성된 플라즈마를 제어하는 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마 소스는: 하나 이상의 통공이 형성된 전극판을 포함하는 제1 플라즈마 소스; 및 상기 하나 이상의 통공에 삽입되는 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 포함하는 제2 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 가스가 통과할 수 있는 중공형 전극으로 제공될 수 있다.
상기 제1 플라즈마 소스는 상기 전극판을 포함하는 상부 전극, 및 상기 상부 전극과 대향되는 하부 전극을 포함하며, 상기 플라즈마에 포함된 이온의 밀도를 제어하며, 상기 하나 이상의 돌출부 중 적어도 하나는 할로우 캐소드(hollow cathode) 또는 할로우 애노드(hollow anode)로 형성되며, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 플라즈마에 포함된 라디칼의 밀도를 제어할 수 있다.
상기 고주파 전원은, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 적어도 하나에 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원; 및 상기 돌출부에 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원을 포함할 수 있으며, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나에만 고주파 전력이 인가되는 경우 나머지 하나는 접지될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 고주파 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 플라즈마 소스 및 상기 제2 플라즈마 소스에 공급되는 고주파 전력이, 각각 상기 플라즈마에 포함된 이온 및 라디칼의 밀도에 따라 조절되도록 상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원을 독립적으로 제어할 수 있다.
상기 플레이트는 상기 전극판의 상부에 제공될 수 있다.
상기 플레이트의 하면은 상기 전극판의 상면에 접촉될 수 있다.
상기 돌출부의 저면은 상기 전극판의 저면과 동일 높이로 제공될 수 있다.
상기 전극판 및 상기 플레이트는 서로 이격되어 제공되거나, 상기 전극판 및 상기 플레이트 사이에 절연체가 제공될 수 있다.
상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부는 서로 이격되어 제공되거나, 상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부 사이에 절연체가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라 상기 기판 처리 장치를 제어하는 방법은, 상기 제1 플라즈마 소스로 상기 플라즈마에 포함되는 이온의 밀도를 제어하고, 상기 제2 플라즈마 소스로 상기 플라즈마에 포함되는 라디칼의 밀도를 제어할 수 있다.
상기 기판 처리 제어 방법은, 상기 제1 플라즈마 소스 및 상기 제2 플라즈마 소스에 인가되는 고주파 전력의 값을 상기 플라즈마에 포함되는 이온 및 라디칼의 밀도에 따라 독립적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 고주파 전력을 공급받아 처리 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 제공되는 플라즈마 소스로, 하나 이상의 통공이 형성된 전극판; 상기 하나 이상의 통공에 삽입되는 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 돌출부는 상기 처리 가스가 통과할 수 있는 중공형 전극으로 제공될 수 있다.
상기 하나 이상의 돌출부 중 적어도 하나는 할로우 캐소드 또는 할로우 애노드로 형성될 수 있다.
상기 플레이트는 상기 전극판의 상부에 제공될 수 있다.
상기 플레이트의 하면은 상기 전극판의 상면에 접촉될 수 있다.
상기 돌출부의 저면은 상기 전극판의 저면과 동일 높이로 제공될 수 있다.
상기 전극판 및 상기 플레이트는 서로 이격되어 제공되거나, 상기 전극판 및 상기 플레이트 사이에 절연체가 제공될 수 있다.
상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부는 서로 이격되어 제공되거나, 상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부 사이에 절연체가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 플라즈마 공정을 용이하게 제어할 수 있는 플라즈마 소스를 포함하는 용량 결합성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 장비 크기 및 복잡도를 줄이면서 용이하게 플라즈마를 제어할 수 있는 플라즈마 소스를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 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 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 플라즈마 소스를 나타낸 단면도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 제1 플라즈마 소스의 일부를 예시적으로 나타내는 상면도 및 사시도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 제2 플라즈마 소스의 일부를 예시적으로 나타내는 상면도 및 사시도이다.
도 6a 및 6b는 도 4 및 5에 도시된 제1 및 제2 플라즈마 소스가 결합된 플라즈마 소스를 나타내는 상면도 및 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법의 예시적인 흐름도이다.
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 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 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.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 플라즈마 소스를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 소스는, 하나 이상의 통공이 형성된 전극판으로 제공되는 제1 플라즈마 소스 및 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트로 제공되는 제2 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 상기 제2 플라즈마 소스의 돌출부는, 처리 가스가 통과할 수 있는 중공형 전극으로 제공될 수 있다.
상기 중공형 전극은, 할로우 캐소드(hollow cathode) 또는 할로우 애노드(hollow anode)로 제공될 수 있다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 제1 플라즈마 소스의 일부를 예시적으로 나타내는 상면도 및 사시도이다. 도시된 바와 같이, 제1 플라즈마 소스는 하나 이상의 통공이 형성된 전극판으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 금속판는 CCP 소스의 상부 전극으로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 플라즈마 소스는 금속 재질로 제공될 수 있다.
상기 제1 플라즈마 소스는 상기 전극판으로 제공되는 상부 전극, 및 상기 상부 전극과 대향되는 하부 전극을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 제1 플라즈마 소스로 플라즈마에 포함된 이온의 밀도를 제어할 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 제2 플라즈마 소스의 일부를 예시적으로 나타내는 상면도 및 사시도이다.
일 실시 예에 따라, 제2 플라즈마 소소는 제1 플라즈마 소스의 통공에 삽입되는 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트로 제공될 수 있다. 상기 돌출부 중 적어도 하나는 할로우 캐소드 또는 할로우 애노드로 형성될 수 있으며, 이에 따라 제2 플라즈마 소스로 플라즈마에 포함된 라디칼의 밀도를 제어할 수 있다.
도 6a 및 6b는 도 4 및 5에 도시된 제1 및 제2 플라즈마 소스가 결합된 플라즈마 소스를 나타내는 상면도 및 사시도이다.
도시된 바와 같이, 상기 플레이트는 상기 전극판의 상부에 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 플레이트의 하면은 상기 전극판의 상면에 접촉될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 전극판 및 상기 플레이트는 서로 이격되어 제공될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따라, 상기 전극판 및 상기 플레이트 사이에는 절연체(미도시)가 제공될 수 있으며, 절연체는 통상의 기술자에게 자명한 어느 물질로도 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부는 이격되어 제공될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따라, 상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부 사이에 절연체가 제공될 수 있다. 마찬가지로, 상기 절연체는 통상의 기술자에게 자명한 어느 물질로도 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 있어서, 고주파 전원은 제1 플라즈마 소스에 전력을 인가하는 제1 고주파 전원, 및 제2 플라즈마 소스에 전력을 인가하는 제2 고주파 전원을 포함할 수 있다.
상기 제1 고주파 전원은, 상기 제1 플라즈마 소스의 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나에만 고주파 전력이 인가되는 경우 나머지 하는 접지될 수 있다.
상기 제2 고주파 전원은 상기 돌출부에 고주파 전력을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 상기 고주파 전원을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 플라즈마 소스 및 상기 제2 플라즈마 소스에 공급되는 고주파 전력이, 각각 이온 및 라디칼의 밀도에 따라 조절되도록 상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원을 독립적으로 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 돌출부의 저면은 상기 전극판의 저면과 동일 높이로 제공될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(700)의 예시적인 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치 제어 방법(700)은 플라즈마 내 이온 및 라디칼의 밀도를 측정하는 단계(S710), 및 제1 플라즈마 소스로 이온의 밀도를 제어하고, 제2 플라즈마 소스로 라디칼의 밀도를 제어하는 단계(S720)를 포함할 수 있다.
상기 제1 플라즈마 소스로 이온의 밀도를 제어하고, 제2 플라즈마 소스로 라디칼의 밀도를 제어하는 단계(S720)는, 상기 제1 플라즈마 소스 및 상기 제2 플라즈마 소스에 인가되는 고주파 전력의 값을 독립적으로 제어하는 단계를 포함할 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
500 : 기판 처리 장치 제어 방법

Claims (18)

  1. 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 지지판을 포함하는 기판 지지 어셈블리;
    상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며,
    상기 플라즈마 발생 유닛은:
    고주파 전력을 제공하는 고주파 전원;
    상기 고주파 전력을 공급받아 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 플라즈마를 생성하거나, 생성된 플라즈마를 제어하는 플라즈마 소스; 및
    상기 고주파 전원을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 플라즈마 소스는:
    하나 이상의 통공이 형성된 전극판을 포함하고, 상기 플라즈마에 포함된 이온의 밀도를 제어하는 제1 플라즈마 소스; 및
    상기 하나 이상의 통공에 삽입되고 상기 가스가 통과할 수 있는 중공형 전극으로 제공되는 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 포함하고, 상기 플라즈마에 포함된 라디칼의 밀도를 제어하는 제2 플라즈마 소스를 포함하며,
    상기 고주파 전원은,
    상기 제1 플라즈마 소스에 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원; 및
    상기 제2 플라즈마 소스에 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원;을 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 고주파 전원을 제어하여 상기 플라즈마에 포함된 이온의 밀도를 조절하고, 상기 제2 고주파 전원을 제어하여 상기 플라즈마에 포함된 라디칼의 밀도를 조절하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 소스는 상기 전극판을 포함하는 상부 전극, 및 상기 상부 전극과 대향되는 하부 전극을 포함하며,
    상기 하나 이상의 돌출부 중 적어도 하나는 할로우 캐소드(hollow cathode) 또는 할로우 애노드(hollow anode)로 형성되는 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전원은, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 적어도 하나에 고주파 전력을 인가하고,
    상기 제2 고주파 전원은, 상기 돌출부에 고주파 전력을 인가하며,
    상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나에만 고주파 전력이 인가되는 경우 나머지 하나는 접지되는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 전극판의 상부에 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 하면은 상기 전극판의 상면에 접촉되는 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 돌출부의 저면은 상기 전극판의 저면과 동일 높이로 제공되는 기판 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전극판 및 상기 플레이트는 서로 이격되어 제공되거나, 상기 전극판 및 상기 플레이트 사이에 절연체가 제공되는 기판 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부는 서로 이격되어 제공되거나, 상기 전극판의 통공의 내벽 및 상기 돌출부 사이에 절연체가 제공되는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 따른 기판 처리 장치를 제어하는 방법으로,
    상기 제1 플라즈마 소스 및 상기 제2 플라즈마 소스에 인가되는 고주파 전력의 값을 상기 플라즈마에 포함되는 이온 및 라디칼의 밀도에 따라 독립적으로 제어하는 기판 처리 장치 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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