KR101951375B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 플라즈마 발생 유닛은, 제1 RF 신호를 공급하는 제1 RF 전원, 제1 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 소스, 제2 RF 신호를 공급하는 제2 RF 전원, 제2 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 소스, 제2 플라즈마 소스의 입력단에 구비되어 제2 RF 신호의 전압을 감지하는 감지부 및 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 처리 장치에 인가되는 다수의 RF 신호 간 위상 차를 용이하게 제어할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 공정에서 플라즈마를 이용하여 기판 위에 박막을 증착하거나 식각하는 공정이 널리 사용되고 있다. 특히, 다수의 RF 신호들을 이용하여 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 기법은 일부 RF 신호로 플라즈마를 발생시키면서 다른 RF 신호로 이온 플럭스 등 플라즈마의 특성을 제어함으로써 보다 효과적으로 플라즈마를 방전시키고 기판 처리 공정의 생산성을 향상시킨다.
이와 같이 다수의 RF 신호들을 이용하는 플라즈마 공정은 RF 신호들의 세기나 주파수도 중요하지만 이들 간의 위상 차도 챔버 내 플라즈마 방전 특성 및 공정률(증착 속도, 식각 속도 등)에 영향을 미칠 수 있다.
종래에는 오실로스코프를 이용하여 각 RF 신호의 위상을 측정하여 다수의 RF 신호들 간의 위상 차를 조절하였으므로, 공정 라인 내에서 즉시 측정할 수 없고, 측정하는 장비 또는 작업자마다 측정값이 상이하게 나타나는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 기판 처리 장치에 인가되는 다수의 RF 신호 간 위상 차를 용이하게 제어하여 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 제1 RF 신호를 공급하는 제1 RF 전원, 상기 제1 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 소스, 제2 RF 신호를 공급하는 제2 RF 전원, 상기 제2 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 소스, 상기 제2 플라즈마 소스의 입력단에 구비되어 상기 제2 RF 신호의 전압을 감지하는 감지부 및 상기 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 조절하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 변경하면서 상기 제2 RF 신호의 전압을 측정하여, 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 상기 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득하고, 상기 감지부에서 감지되는 전압이 상기 집합에서 타겟 위상 차에 대응되는 전압과 동일하도록 상기 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 타겟 위상 차는, 0°일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 이산 푸리에 변환을 이용하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 산출할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 상기 제1 RF 전원과 상기 제1 플라즈마 소스 사이에 구비되어 상기 제1 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제1 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 제1 임피던스 정합기 및 상기 제2 RF 전원과 상기 제2 플라즈마 소스 사이에 구비되어 상기 제2 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제2 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 제2 임피던스 정합기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 RF 신호의 주파수는, 상기 제2 RF 신호의 주파수보다 높거나 같을 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는, 상기 제1 플라즈마 소스는, 플라즈마 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 상부 전극을 포함하고, 상기 제2 플라즈마 소스는, 상기 평행 평판 전극들 중 하부 전극을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 기판 처리 장치에 공급되는 복수의 RF 신호 간의 위상 차를 제어하는 기판 처리 방법에 있어서, 제1 RF 신호를 제1 RF 전원으로부터 제1 플라즈마 소스로 공급하는 단계, 제2 RF 신호를 제2 RF 전원으로부터 제2 플라즈마 소스로 공급하는 단계, 상기 제2 플라즈마 소스로 공급되는 상기 제2 RF 신호의 전압을 감지하는 단계, 상기 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 조절하는 단계 및 상기 제1 및 제2 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 위상 차를 조절하는 단계는, 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 변경하면서 상기 제2 RF 신호의 전압을 측정하여, 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 상기 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득하는 단계 및 상기 제2 RF 신호의 전압이 상기 집합에서 타겟 위상 차에 대응되는 전압과 동일하도록 상기 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 타겟 위상 차는, 0°일 수 있다.
또한, 상기 위상 차를 조절하는 단계는, 이산 푸리에 변환을 이용하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 기판 처리 방법은, 상기 제1 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제1 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 단계 및 상기 제2 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제2 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 RF 신호의 주파수는, 상기 제2 RF 신호의 주파수보다 높거나 같을 수 있다.
또한, 상기 제1 플라즈마 소스는, 플라즈마 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 상부 전극을 포함하고, 상기 제2 플라즈마 소스는, 상기 평행 평판 전극들 중 하부 전극을 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 기판 처리 장치에 인가되는 다수의 RF 신호 간 위상 차를 간편하고 정확하게 제어할 수 있으므로, 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 및 제2 RF 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 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 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 및 플라즈마 발생 유닛을 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. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(100)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 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 기판 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 유닛(200)은 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면에서 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(W)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(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 히터(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)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 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 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. 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제2 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 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)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 제3 전원(235a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 전원(235a)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 제3 전원(235a)으로부터 고주파 전력을 인가받을 수 있다. 이로 인하여 몸체(230)는 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(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 유닛(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(W)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 유닛(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 유닛(200)을 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. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 제3 전원(235a)과 연결되는 제3 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.
샤워 헤드(300)는 챔버(100) 내부에서 기판 지지 유닛(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 유닛(200)와 대향하도록 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 유닛(200)과 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 제4 전원(351)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 전원(351)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 가스 분산판(310)은 전기적으로 접지될 수도 있다. 가스 분산판(310)은 제4 전원(351)과 전기적으로 연결되거나, 접지되어 전극으로서 기능할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(100)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
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 유닛(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.
플라즈마 발생 유닛은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 상기 플라즈마 발생 유닛은 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma) 타입의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극이 포함될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 챔버(100)의 내부에서 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파 전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드(300)로 제공되고, 하부 전극은 몸체(230)로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수도 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생될 수 있다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 유닛(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(100) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(100)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 제3 전원(235a)에서 생성된 고주파 전력은 하부 전극으로 제공되는 몸체(230)에 인가될 수 있다. 상부 전극으로 제공되는 샤워 헤드의 분사판(310)은 접지될 수 있다. 상부 전극과 하부 전극 사이에는 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 유닛(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 기판 처리 장치(10)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스(예컨대, 챔버 내에 설치된 전극)를 이용하여 챔버(100) 내에 전기장을 생성함으로써 플라즈마를 생성하였다. 하지만, 기판 처리 장치(10)는 이에 제한되지 않고 실시 예에 따라 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스(예컨대, 챔버의 외부 또는 내부에 설치되는 코일)를 이용하여 전자기장을 유도함으로써 플라즈마를 생성할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 발생 유닛(600)은 제1 RF 전원(611), 제2 RF 전원(612), 제1 플라즈마 소스(621), 제2 플라즈마 소스(622), 감지부(630) 및 제어부(640)를 포함한다.
제1 RF 전원(611)은 제1 RF 신호를 공급하며, 제1 플라즈마 소스(621)는 제1 RF 전원(611)으로부터 제1 RF 신호를 공급받아 전기장을 생성하여, 챔버 내에 공급된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 여기서, 제1 플라즈마 소스(621)는 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 상부 전극일 수 있다.
제2 RF 전원(612)은 제2 RF 신호를 공급하며, 제2 플라즈마 소스(622)는 제2 RF 전원(612)으로부터 제2 RF 신호를 공급받아 전기장을 생성하여, 챔버 내에 공급된 공저 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 여기서, 제2 플라즈마 소스(622)는 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 하부 전극일 수 있다. 다만, 제1 및 제2 플라즈마 소스(621, 622)가 평행 평판 전극들로 한정되는 것은 아니며, 플라즈마를 발생시키는 다양한 구성들로 구현될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 플라즈마 소스는 상부 전극 대신 챔버(100)의 상부나 측부에 배치된 안테나를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 제1 플라즈마 소스는 유도 결합형 플라즈마 소스를 구성한다.
또한, 상기 제1 및 제2 RF 신호들은 동일한 플라즈마 소스에 공급될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 플라즈마 소스(621, 622)는 동일한 부품이 될 수 있다. 예를 들어, 챔버에 설치된 상부 전극은 접지되고, 하부 전극에 제1 및 제2 RF 신호들이 함께 공급되어 챔버 내에 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
감지부(630)는 제2 플라즈마 소스(622)의 입력단에 구비되어 제2 RF 신호의 전압을 감지한다. 감지부(630)는 전압을 감지하는 센서 등으로 구현될 수 있다. 또한, 감지부(630)는 전압 외에 전류를 측정하거나 전압 및 전류를 측정하도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 감지부(630)는 전류를 감지하는 센서 또는 전압 및 전류를 감지하는 센서 등으로 구현될 수 있다.
제어부(640)는 감지부(630)에서 감지된 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 조절한다. 구체적으로, 제어부(640)는 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 변경하면서 제2 RF 신호의 전압을 측정하여, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득할 수 있다.
이후, 제어부(640)는 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합을 이용하여, 감지부(630)에서 감지되는 전압이 타겟 위상 차에 대응되는 전압과 동일하도록 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절할 수 있다. 또는, 제1 RF 전원의 위상 또는 제2 RF 전원의 위상만을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 타겟 위상 차가 0°이고, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합에서 0°에 대응되는 전압이 1V인 경우, 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절하여 제2 RF 신호의 전압을 1V가 되도록 하여, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차가 0°가 되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛(600)은 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득한 후, 제2 RF 신호의 전압만을 측정하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 제어할 수 있으므로, 간편하고 정확하게 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 제어할 수 있으며, 이에 따라 기판 처리 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
제어부(640)는 이산 푸리에 변환을 이용하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 산출할 수 있다. 구체적으로 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 산출하는 식은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112017042515368-pat00001
여기서, A는 제1 RF 신호의 전압, B는 제2 RF 신호의 전압, θ는 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차이다.
또한, 플라즈마 발생 유닛(600)은 도 3과 같이, 제1 임피던스 정합기(651) 및 제2 임피던스 정합기(652)를 포함할 수 있다. 제1 임피던스 정합기(651)는 제1 RF 전원(611) 및 제1 플라즈마 소스(621) 사이에 배치되어 제1 RF 전원(611)의 출력 임피던스와 제1 플라즈마 소스(621)의 입력 임피던스를 정합시킬 수 있다. 제2 임피던스 정합기(652)는 제2 RF 전원(612) 및 제2 플라즈마 소스(622) 사이에 배치되어 제2 RF 전원(612)의 출력 임피던스와 제2 플라즈마 소스(622)의 입력 임피던스를 정합시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 발생 유닛(600)은 제1 및 제2 임피던스 정합기(651, 652)에 의해 RF 전원(611, 612)의 RF 신호를 효율적으로 플라즈마 소스(621, 622)로 전달할 수 있다.
일 예로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛은 도 4와 같이, 주파수가 상이한 제1 RF 신호와 제2 RF 신호가 제공될 수 있으며, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차가 φ일 수 있다. 이 경우, 플라즈마 발생 유닛은 제어부에서 획득된 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합에서 타겟 위상 차에 대응되는 제2 RF 신호의 전압을 획득하고, 제1 RF 신호 및 제2 RF 신호의 위상을 조절하여 제2 RF 신호의 전압을 획득된 전압과 동일하도록 제어하여, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차 φ를 타겟 위상 차가 되도록 제어할 수 있다. 여기서, 제1 RF 신호의 주파수는 제2 RF 신호의 주파수보다 높거나 같을 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛은 제2 RF 신호의 전압만을 감지하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 간편하고 정확하게 제어할 수 있다.
이와 같은 제1 및 제2 RF 신호의 주파수, 크기 등은 기판 처리 장치에서 수행되는 공정에 부합하여 사전에 마련된 레시피에서 설정될 수 있으며, 제어부는 저장장치로부터 레시피를 로드하여 그에 따라 공정을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 우선, 제1 RF 신호를 제1 RF 전원으로부터 제1 플라즈마 소스로 공급한다(S10). 이어서, 제2 RF 신호를 제2 RF 전원으로부터 제2 플라즈마 소스로 공급한다(S20). 이어서, 제2 플라즈마 소스로 공급되는 제2 RF 신호의 전압을 감지한다(S30). 이어서, 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 조절한다(S40). 구체적으로, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 변경하면서 제2 RF 신호의 전압을 측정하여, 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득한다. 이후, 제2 RF 신호의 전압이 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 제2 RF 신호의 전압의 집합에서 타겟 위상 차에 대응되는 전압과 동일하도록 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절할 수 있다. 여기서, 타겟 위상 차는 0°일 수 있다.
또한, S440 단계는, 이산 푸리에 변환을 이용하여 제1 RF 신호와 제2 RF 신호의 위상 차를 산출할 수 있다.
또한, 제1 RF 신호의 주파수는, 제2 RF 신호의 주파수보다 높거나 같을 수 있으며, 제1 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 상부 전극을 포함하고 제2 플라즈마 소스는 평행 평판 전극들 중 하부 전극을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 플라즈마 소스는 챔버 내부의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있는 다양한 구성으로 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 기판 처리 장치에 인가되는 다수의 RF 신호 간 위상 차를 간편하고 정확하게 제어할 수 있으므로, 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 컴퓨터에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 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 결합되어 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.
10: 기판 처리 장치 100: 챔버
200: 기판 지지 유닛 300: 샤워 헤드
400: 가스 공급 유닛 500: 배플 유닛
600: 플라즈마 발생 유닛 611: 제1 RF 전원
612: 제2 RF 전원 621: 제2 플라즈마 소스
622: 제2 플라즈마 소스 630: 감지부
640: 제어부 651: 제1 임피던스 정합기
652: 제2 임피던스 정합기

Claims (14)

  1. 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    제1 RF 신호를 공급하는 제1 RF 전원;
    상기 제1 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 제1 플라즈마 소스;
    제2 RF 신호를 공급하는 제2 RF 전원;
    상기 제2 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 제2 플라즈마 소스;
    상기 제2 플라즈마 소스의 입력단에 구비되어 상기 제2 RF 신호의 전압을 감지하는 감지부; 및
    상기 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 조절하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제2 RF 신호의 전압이, 기저장된 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 상기 제2 RF 신호의 전압의 집합에서 타겟 위상 차에 대응되는 전압과 동일하도록, 상기 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 변경하면서 상기 제2 RF 신호의 전압을 측정하여, 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 상기 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타겟 위상 차는, 0°인 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    이산 푸리에 변환을 이용하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 산출하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    상기 제1 RF 전원과 상기 제1 플라즈마 소스 사이에 구비되어 상기 제1 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제1 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 제1 임피던스 정합기; 및
    상기 제2 RF 전원과 상기 제2 플라즈마 소스 사이에 구비되어 상기 제2 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제2 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 제2 임피던스 정합기;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 RF 신호의 주파수는, 상기 제2 RF 신호의 주파수보다 높거나 같은 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 소스는, 플라즈마 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 상부 전극을 포함하고,
    상기 제2 플라즈마 소스는, 상기 평행 평판 전극들 중 하부 전극을 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 기판 처리 장치에 공급되는 복수의 RF 신호 간의 위상 차를 제어하는 기판 처리 방법에 있어서,
    제1 RF 신호를 제1 RF 전원으로부터 제1 플라즈마 소스로 공급하는 단계;
    제2 RF 신호를 제2 RF 전원으로부터 제2 플라즈마 소스로 공급하는 단계;
    상기 제2 플라즈마 소스로 공급되는 상기 제2 RF 신호의 전압을 감지하는 단계;
    상기 제2 RF 신호의 전압에 기초하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 조절하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 단계;를 포함하되,
    상기 위상 차를 조절하는 단계는,
    상기 제2 RF 신호의 전압이, 기저장된 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 상기 제2 RF 신호의 전압의 집합에서 타겟 위상 차에 대응되는 전압과 동일하도록, 상기 제1 및 제2 RF 전원의 위상을 조절하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 위상 차를 조절하는 단계는,
    상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 변경하면서 상기 제2 RF 신호의 전압을 측정하여, 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차에 대한 상기 제2 RF 신호의 전압의 집합을 획득하는 단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 타겟 위상 차는, 0°인 기판 처리 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 위상 차를 조절하는 단계는,
    이산 푸리에 변환을 이용하여 상기 제1 RF 신호와 상기 제2 RF 신호의 위상 차를 산출하는 단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제1 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 단계; 및
    상기 제2 RF 전원의 출력 임피던스와 상기 제2 플라즈마 소스의 입력 임피던스를 정합시키는 단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 RF 신호의 주파수는, 상기 제2 RF 신호의 주파수보다 높거나 같은 기판 처리 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 소스는, 플라즈마 챔버에 배치되는 평행 평판 전극들 중 상부 전극을 포함하고,
    상기 제2 플라즈마 소스는, 상기 평행 평판 전극들 중 하부 전극을 포함하는 기판 처리 방법.

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