KR101979597B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버, 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 처리 공간 내에서 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 플라즈마 발생 유닛은, 고주파 전원, 고주파 전원으로부터 전류가 인가되는 고주파 안테나 및 고주파 안테나와 이격되게 제공되며, 고주파 안테나로부터 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나를 포함한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상의 모든 영역에 플라즈마를 균일하게 공급할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 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.
도 1을 참조하면, 종래 ICP 타입의 경우, 기판상에 공급되는 플라즈마의 밀도가 균일하도록 각 안테나에 공급되는 전류 또는 위상을 제어하였는데, 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마의 밀도는 조절하지 못하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공함에 있다.
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.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버, 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 상기 처리 공간 내에서 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 고주파 전원, 상기 고주파 전원으로부터 전류가 인가되는 고주파 안테나 및 상기 고주파 안테나와 이격되게 제공되며, 상기 고주파 안테나로부터 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나를 포함한다.
여기서, 상기 부가 안테나는, 상기 고주파 전원과 독립적으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 부가 안테나는, 폐쇄 회로로 제공될 수 있다.
또한, 상기 부가 안테나는, 상부에서 바라볼 때 상기 부가 안테나가 제공된 영역이 상기 처리 공간 내부 중 가장자리 영역과 중첩되도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 부가 안테나는, 복수 개의 부가 코일을 포함하고, 상기 복수 개의 부가 코일은 상기 고주파 안테나의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다.
여기서, 상기 부가 코일에는 부가 커패시터가 연결될 수 있다.
여기서, 상기 부가 코일에 연결된 부가 커패시터들 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 부가 커패시터는, 가변 커패시터일 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 부가 코일은 상기 고주파 안테나의 외측에 제공될 수 있다.
또한, 상기 고주파 안테나는 외부 안테나를 포함하되, 상기 외부 안테나는 복수 개의 외부 코일을 포함하고, 상기 부가 코일들 중 하나는 상기 외부 코일들 중 하나와 커플링되며, 상기 부가 코일들은 서로 다른 상기 외부 코일에 커플링될 수 있다.
여기서, 상기 고주파 안테나는 상기 외부 안테나의 내측에 배치되는 내부 안테나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 상기 부가 커패시터의 용량을 개별적으로 조절하여, 상기 복수 개의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지지 유닛은, 상기 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 검출하는 센서를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 센서에서 검출된 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도에 기초하여 상기 부가 커패시터의 용량을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 생성 장치는, 고주파 전원, 상기 고주파 전원으로부터 전류가 인가되는 고주파 안테나 및 상기 고주파 안테나와 이격되게 제공되며, 상기 고주파 안테나와 커플링되어 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나를 포함한다.
여기서, 상기 고주파 안테나는 외부 안테나를 포함하되, 상기 외부 안테나는, 일단이 상기 고주파 안테나에 연결되고 타단이 접지되는 외부 코일을 포함하고, 상기 부가 안테나는, 상기 고주파 전원과 독립적으로 제공되는 부가 코일을 포함하며, 상기 부가 코일은 상기 외부 코일과 커플링될 수 있다.
여기서, 상기 부가 코일에는 부가 커패시터가 연결될 수 있다.
여기서, 상기 부가 코일에 연결된 부가 커패시터들 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 부가 커패시터는, 가변 커패시터일 수 있다.
여기서, 플라즈마 생성 장치는, 상기 부가 커패시터의 용량을 개별적으로 조절하여, 상기 복수 개의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버, 상기 처리 공간 내에서 플라즈마를 발생시키는 고주파 안테나 및 상기 고주파 안테나로부터 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나를 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법에 있어서, 상기 부가 안테나를 제어하여 상기 처리 공간의 내부에서 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 부가 안테나는, 복수 개의 부가 코일 및 부가 코일에 연결되는 부가 커패시터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 부가 커패시터들 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 부가 커패시터는, 가변 커패시터이며, 상기 플라즈마 밀도를 제어하는 단계는, 상기 부가 커패시터의 용량을 개별적으로 조절하여, 상기 복수의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다.
여기서, 기판 처리 방법은, 상기 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 플라즈마 밀도를 제어하는 단계는, 상기 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도에 기초하여 상기 부가 커패시터의 용량을 조절할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나를 이용하여 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다.
도 1은 종래 기판 처리 장치에서 기판 상에 공급되는 플라즈마 밀도가 균일하게 제공되지 않음을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛에 의해 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도가 제어되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛에 의해 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도가 제어되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 예시적인 도면이다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시 예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시 예는 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.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 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 제1 공급 유로(221)가 형성된다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 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 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제1 하부 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(223)과 제1 하부 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 하부 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프에 의해 제1 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 제2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 히터(225)는 제2 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 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 및 제2 공급 유로(233)가 형성된다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1 순환 유로(231)는 지지판(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)는 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 동일한 높이에 형성된다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2 순환 유로(232)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)는 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 동일한 높이에 형성된다. 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, 지지판(230)의 상면으로 제공된다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결한다.
제1 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. 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 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 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 한다.
제2 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 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 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. 제1 하부 전원(223a)과 연결되는 제1 전원 라인(223c), 제2 하부 전원(225a)과 연결되는 제2 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.
플라즈마 발생 유닛(400)은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(400)은 ICP 타입으로 구성될 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(400)은 고주파 안테나(410), 고주파 전원(420) 및 부가 안테나(460)를 포함한다.
고주파 안테나(410)는 고주파 전원(420)으로부터 전류를 인가받아 전자장을 유도하여 플라즈마를 발생시킨다. 도 2에서 고주파 안테나(410)는 내부 안테나(411) 및 외부 안테나(413)로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 하나의 안테나로 제공되거나 3개 이상의 안테나로 제공될 수도 있다. 고주파 전원(420)은 고주파 신호를 공급한다. 일 예로, 고주파 전원(420)은 RF 전력을 공급하는 RF 전원일 수 있다.
부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)와 이격되어 제공되며, 고주파 안테나(410)로부터 커플링 전류를 인가받을 수 있다. 도 2에서 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)의 외측에 제공되는 것으로 도시되어 있으나, 이와 달리, 고주파 안테나(410)의 내측에 제공될 수도 있다. 부가 안테나(460)는 고주파 전원(420)에 연결되지 않으며, 고주파 전원(420)과 독립적으로 제공된다. 또한, 부가 안테나(460)는 폐쇄 회로로 제공될 수 있다.
또한, 부가 안테나(460)는 상부에서 바라볼 때 부가 안테나(460)가 제공된 영역이 공정 챔버(100)의 처리 공간 내부 중 가장자리 영역과 중첩되도록 제공될 수 있다. 즉, 부가 안테나(460)는 기판의 에지 영역에 대향되는 위치에 제공되어, 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마의 밀도를 제어할 수 있다. 부가 안테나(460)의 구체적인 구성은 이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술한다.
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.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 도면이다.
일 예로, 플라즈마 발생 유닛(400)은 내부 안테나(411), 외부 안테나(413) 및 부가 안테나(460)로 구성될 수 있다. 내부 안테나(411) 및 외부 안테나(413)는 외부의 고주파 전원으로부터 전류가 인가되며, 내부 안테나(411) 및 외부 안테나(413)에 공급되는 전류를 제어하여, 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 균일하게 제어한다. 내부 안테나(411) 및 외부 안테나(413)에서만 플라즈마가 생성되는 경우, 기판의 에지 영역에 플라즈마가 약하게 공급되어 기판 전체적으로 플라즈마가 균일하게 형성되지 않는 문제가 있으나, 본 발명의 플라즈마 발생 유닛(400)은 외부 안테나(413)의 외측에 부가 안테나(460)가 제공되므로, 부가 안테나(460)에서 생성되는 플라즈마에 의하여 기판의 에지 영역에도 플라즈마가 균일하게 공급될 수 있다. 이 경우, 부가 안테나(460)는 고주파 전원과 연결되지 않으며, 외부 안테나(413)로부터 커플링 전류를 인가받아 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 외부 안테나(413)는 커패시터를 포함하며, 커패시터에 의해 임피던스 값을 조절하여, 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마의 양을 제어할 수 있다. 이에 따라, 도 4와 같이, 기판의 모든 영역에 플라즈마가 균일하게 공급될 수 있다. 일 예로, 도 4에서와 같이, 부가 안테나(460)가 4개의 부가 코일로 제공되는 경우, 12시, 3시, 6시 및 9시 각각에 제공되는 부가 코일 및 부가 커패시터를 이용하여 기판의 12시, 3시, 6시 및 9시의 에지 영역에 공급되는 플라즈마를 조절할 수 있다.
또한, 도 3의 고주파 안테나(410)과 다르게, 한국 특허 등록번호 10-1125624 의 도 1 내지 4에 도시된 것과 같은 형태의 안테나에도 본 발명의 부가 안테나가 제공될 수 있다. 즉, 한국 특허 등록번호 10-1125624 에 나타나는 형태의 안테나의 외측에 본 발명에 따른 부가 안테나가 제공되어, 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 부가 안테나는 고주파 전원과 연결되는 다양한 형태의 고주파 안테나와 이격되어 제공될 수 있으며, 이에 따라 기판 상에 공급되는 플라즈마의 밀도를 균일하게 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛(400)은 고주파 전원(420), 내부 안테나(411), 외부 안테나(413), 부가 안테나(460), 임피던스 매칭기(470) 및 스플리터(480)를 포함한다.
외부 안테나(413)는 복수 개의 외부 코일(4131-1, 4131-2, 4131-3, 4131-4) 및 복수 개의 외부 커패시터(4132-1, 4132-2, 4132-3, 4132-4)를 포함할 수 있으며, 부가 안테나(460)는 복수 개의 부가 코일(461-1, 461-2, 461-3, 461-4) 및 복수 개의 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)를 포함할 수 있다. 복수 개의 부가 코일(461-1, 461-2, 461-3, 461-4)은 외부 안테나(413)의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 부가 코일들(461-1, 461-2, 461-3, 461-4) 중 하나는 복수 개의 외부 코일들(4131-1, 4131-2, 4131-3, 4131-4) 중 하나와 커플링될 수 있다. 즉, 제1 부가 코일(461-1)은 제1 외부 코일(4131-1)과 커플링되고, 제2 부가 코일(461-2)은 제2 외부 코일(4131-2)과 커플링되고, 제3 부가 코일(461-3)은 제3 외부 코일(4131-3)과 커플링되고, 제4 부가 코일(461-4)은 제4 외부 코일(4131-4)과 커플링될 수 있다. 이에 따라, 부가 안테나(460)는 고주파 전원(420)에 연결되지 않더라도 외부 안테나(413)에 의하여 커플링 전력을 공급받을 수 있다. 다만, 도 5에서 외부 안테나(413) 및 부가 안테나(460)가 각각 4개로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 6과 같이, 하나의 고주파 안테나(410)와 하나의 부가 안테나(460)로 구성될 수 있으며, 2개 또는 4개 이상의 고주파 안테나(410) 및 부가 안테나(460)로 구성될 수도 있다.
또한, 복수 개의 부가 코일(461-1, 461-2, 461-3, 461-4)은 각각 복수 개의 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)와 연결되며, 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)는 가변 커패시터일 수 있다. 이 경우, 제어기(미도시)는 복수 개의 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)의 용량을 개별적으로 조절하여, 복수 개의 부가 코일(461-1, 461-2, 461-3, 461-4)에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(미도시)는 지지 유닛(200)에 포함되는 센서에 의하여 검출된 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도에 기초하여 복수 개의 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)의 용량을 조절할 수 있다. 즉, 제어기(미도시)는 기판 상에서 플라즈마 밀도가 강한 영역에 대향되는 부가 코일(461)에 공급되는 전류가 커지도록 부가 커패시터(463)의 용량을 조절하거나, 기판 상에서 플라즈마 밀도가 약한 영역에 대향되는 부가 코일(461)에 공급되는 전류가 작아지도록 부가 커패시터(463)의 용량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 기판 상의 에지 영역의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있으므로, 기판 상의 모든 영역에서 플라즈마가 균일하게 공급되도록 할 수 있다. 다만, 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)는 가변 커패시터로 제공되는 것으로 한정되지 않고, 도 7과 같이, 부가 커패시터(463-1, 463-2, 463-3, 463-4)는 고정 커패시터로 구성될 수도 있다. 이 경우, 부가 커패시터들(463-1, 463-2, 463-3, 463-4) 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공되어, 복수 개의 부가 코일들(461-1, 461-2, 461-3, 461-4)에 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 다르게 조절할 수 있다. 임피던스 매칭기(470)는 고주파 전원(420)과 고주파 안테나(410) 사이에 위치하여, 임피던스 매칭을 수행할 수 있으며, 스플리터(480)는 고주파 전원(420)으로부터 공급되는 전류를 분배할 수 있다. 또한, 상기 실시 예에서 부가 안테나(460)가 고주파 안테나(410)의 외측에 배치되는 것으로 설명하였으나, 부가 안테나(460)는 도 8과 같이, 고주파 안테나(410)의 내측에 배치될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 우선, 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 검출한다(S610). 이 경우, 지지 유닛에 위치하는 센서에 의하여 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 검출할 수 있다.
이어서, 검출된 영역별 플라즈마 밀도에 기초하여 부가 커패시터의 용량을 조절한다(S620). 여기서, 부가 커패시터는 가변 커패시터로 제공된다.
이어서, 복수의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어한다(S630). 이에 따라, 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마 밀도를 조절할 수 있으므로, 기판 상의 모든 영역에 플라즈마가 균일하게 제공되도록 할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 예시적인 도면이다.
도 10을 참조하면, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)가 배치되는 방향의 수직방향으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 고주파 안테나(410)는 공정 챔버(100)의 중앙에서 외측 방향으로 배치되며, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)의 외측에서 공정 챔버(100)의 상하 방향으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)와 수평방향으로 배치되거나 일정한 각도만큼 기울어진 형태로 배치될 수도 있다. 즉, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)와 수직방향 또는 일정한 각도로 기울어져 배치되어 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다.
도 11을 참조하면, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)가 배치되는 평면보다 높은 평면에 배치될 수 있다. 즉, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)와 수평방향으로 배치되되, 고주파 안테나(410)보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 부가 안테나(460)는 고주파 안테나(410)보다 낮은 위치에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 기판의 에지 영역에 더 많은 플라즈마를 공급하기 위한 경우, 부가 안테나(460)를 고주파 안테나(410)보다 낮은 위치에 배치할 수 있으며, 기판의 에지 영역에 적은 플라즈마를 공급하는 경우, 부가 안테나(460)를 고주파 안테나(410)보다 높은 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나의 배치 형태 또는 배치 위치를 변경하여 기판의 에지 영역에 공급되는 플라즈마 밀도를 다양하게 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: 공정 챔버
200: 지지 유닛 300: 가스 공급 유닛
400: 플라즈마 발생 유닛 410: 고주파 안테나
420: 고주파 전원 460: 부가 안테나
200: 지지 유닛 300: 가스 공급 유닛
400: 플라즈마 발생 유닛 410: 고주파 안테나
420: 고주파 전원 460: 부가 안테나
Claims (24)
- 기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
상기 처리 공간 내에서 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되,
상기 플라즈마 발생 유닛은,
고주파 전원;
상기 고주파 전원으로부터 전류가 인가되는 고주파 안테나; 및
상기 고주파 안테나와 이격되게 제공되며, 상기 고주파 안테나로부터 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나;를 포함하되,
상기 부가 안테나는, 복수 개의 부가 코일을 포함하고,
상기 고주파 안테나는, 외부 안테나 및 상기 외부 안테나의 내측에 배치되는 내부 안테나를 포함하며,
상기 외부 안테나는, 복수 개의 외부 코일을 포함하고, 상기 복수 개의 외부 코일은 서로 다른 상기 부가 코일에 커플링되는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 부가 안테나는, 상기 고주파 전원과 독립적으로 제공되는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 부가 안테나는, 폐쇄 회로로 제공되는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 부가 안테나는, 상부에서 바라볼 때 상기 부가 안테나가 제공된 영역이 상기 처리 공간 내부 중 가장자리 영역과 중첩되도록 제공되는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 부가 코일은 상기 고주파 안테나의 길이 방향을 따라 배치되는 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 부가 코일에는 부가 커패시터가 연결되는 기판 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 부가 코일에 연결된 부가 커패시터들 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공되는 기판 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 부가 커패시터는, 가변 커패시터인 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 복수 개의 부가 코일은 상기 고주파 안테나의 외측에 제공되는 기판 처리 장치. - 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 플라즈마 발생 유닛은,
상기 부가 커패시터의 용량을 개별적으로 조절하여, 상기 복수 개의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 기판 처리 장치. - 제12항에 있어서,
상기 지지 유닛은, 상기 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 검출하는 센서;를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 센서에서 검출된 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도에 기초하여 상기 부가 커패시터의 용량을 조절하는 기판 처리 장치. - 고주파 전원;
상기 고주파 전원으로부터 전류가 인가되는 고주파 안테나; 및
상기 고주파 안테나와 이격되게 제공되며, 상기 고주파 안테나와 커플링되어 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나;를 포함하되,
상기 부가 안테나는, 복수 개의 부가 코일을 포함하고,
상기 고주파 안테나는, 외부 안테나 및 상기 외부 안테나의 내측에 배치되는 내부 안테나를 포함하며,
상기 외부 안테나는, 복수 개의 외부 코일을 포함하고, 상기 복수 개의 외부 코일은 각각 서로 다른 상기 부가 코일에 커플링되는 플라즈마 생성 장치. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 부가 코일에는 부가 커패시터가 연결되는 플라즈마 생성 장치. - 제16항에 있어서,
상기 부가 코일에 연결된 부가 커패시터들 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공되는 플라즈마 생성 장치. - 제16항에 있어서,
상기 부가 커패시터는, 가변 커패시터인 플라즈마 생성 장치. - 제18항에 있어서,
상기 부가 커패시터의 용량을 개별적으로 조절하여, 상기 복수 개의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 플라즈마 생성 장치. - 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버, 상기 처리 공간 내에서 플라즈마를 발생시키는 고주파 안테나 및 상기 고주파 안테나로부터 커플링 전류가 인가되는 부가 안테나를 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법에 있어서,
상기 부가 안테나를 제어하여 상기 처리 공간의 내부에서 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 단계;를 포함하되,
상기 부가 안테나는, 복수 개의 부가 코일을 포함하고,
상기 고주파 안테나는, 외부 안테나 및 상기 외부 안테나의 내측에 배치되는 내부 안테나를 포함하며,
상기 외부 안테나는, 복수 개의 외부 코일을 포함하고, 상기 복수 개의 외부 코일은 각각 서로 다른 상기 부가 코일에 커플링되는 기판 처리 방법. - 제20항에 있어서,
상기 부가 안테나는, 상기 부가 코일에 연결되는 부가 커패시터를 더 포함하는 기판 처리 방법. - 제21항에 있어서,
상기 부가 커패시터들 중 일부는 서로 다른 용량으로 제공되는 기판 처리 방법. - 제21항에 있어서,
상기 부가 커패시터는, 가변 커패시터이며,
상기 플라즈마 밀도를 제어하는 단계는,
상기 부가 커패시터의 용량을 개별적으로 조절하여, 상기 복수의 부가 코일에 각각 대향되는 영역의 플라즈마 밀도를 제어하는 기판 처리 방법. - 제23항에 있어서,
상기 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도를 검출하는 단계;를 더 포함하고,
상기 플라즈마 밀도를 제어하는 단계는,
상기 기판 상의 영역별 플라즈마 밀도에 기초하여 상기 부가 커패시터의 용량을 조절하는 기판 처리 방법.
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