KR101980203B1 - 지지 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버, 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하되, 지지 유닛은, 기판이 놓이는 지지판, 지지판의 둘레를 감싸며, 링 형상의 전극을 가지는 링 어셈블리 및 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 기판 상에 플라즈마의 입사각을 제어하는 전압 인가 유닛을 포함하되, 전압 인가 유닛은, 도전성 재질의 베이스 플레이트, 베이스 플레이트에 DC 전압을 인가하는 DC 전원, 베이스 플레이트와 링 형상의 전극을 연결하며, 도전성 재질로 제공되고 서로 이격되게 제공되는 복수의 연결체를 구비한다.

Description

지지 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{SUPPORT UNIT AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 플라즈마의 입사각을 조절하는 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 기판상의 박막을 제거할 수 있다.
플라즈마를 이용한 에칭 공정과 같은 기판 처리 공정에 있어서, 기판 가장자리까지 공정 균일도를 높이기 위해서는 기판의 가장자리 영역까지 플라즈마 영역을 확대하는 것이 필요하다. 이를 위해 전계 커플링(coupling) 효과를 낼 수 있는 링 어셈블리가 기판 지지대를 감싸도록 제공하며, 이를 장비의 하부 모듈과 전기적으로 분리하기 위해 링 형태의 절연체를 사용하고 있다.
다만, 링 부재는 Si, SiC, Quartz와 같은 물질로 구성되며, 플라즈마 공정 시간이 증가함에 따라 공정 중 생성되는 이온과의 충돌에 의하여 링 부재가 마모되거나 식각되어 플라즈마 시스(sheath)의 전위가 낮아질 수 있다. 이에 따라, 링 부재가 마모되거나 식각되기 전에는 도 7와 같은 기판 상에 플라즈마 이온의 각도를 가지다가, 링 부재가 마모되거나 식각되면서, 도 8과 같이, 기판의 최외곽(extreme edge) 영역으로 입사되는 이온의 각도가 점차 기판의 중심 방향으로 휘어지는 문제가 있었다. 이에 따라, 공정의 변화가 야기되고, 기판 패턴 프로파일이 휘어지는 결과가 나타날 수 있었다.
본 발명의 목적은 기판 상에 플라즈마의 입사각을 제어할 수 있는 지지 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공함에 있다.
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.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버, 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛 및 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 지지 유닛은, 상기 기판이 놓이는 지지판, 상기 지지판의 둘레를 감싸며, 링 형상의 전극을 가지는 링 어셈블리 및 상기 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판 상에 상기 플라즈마의 입사각을 제어하는 전압 인가 유닛을 포함하되, 상기 전압 인가 유닛은, 도전성 재질의 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트에 DC 전압을 인가하는 DC 전원, 상기 베이스 플레이트와 상기 링 형상의 전극을 연결하며, 도전성 재질로 제공되고 서로 이격되게 제공되는 복수의 연결체를 구비한다.
여기서, 상기 링 어셈블리는, 상기 지지판에 놓인 기판을 감싸는 포커스 링, 상기 지지판을 감싸며, 상기 포커스 링의 하측에 제공되는 절연성 재질의 하부 링을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 링 형상의 전극은, 상기 하부 링 내에 제공되고, 상기 복수의 연결체는, 동일한 간격으로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 베이스 플레이트는, 링 형태로 제공되며, 상기 복수의 연결체는, 바 형태로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 베이스 플레이트는, 일 측면에 제공되는 커넥터를 포함하고, 상기 DC 전원은, 상기 베이스 플레이트의 커넥터에 연결될 수 있다.
또한, 상기 링 어셈블리는, 상기 포커스 링과 하부 링 사이에 제공되는 금속 재질의 금속 링을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 링 어셈블리는, 상기 포커스 링과 하부 링 사이에 제공되는 쿼츠(Quartz) 재질의 쿼츠 링을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 연결체는, 도전성 재질의 3개의 바로 제공되고, 상기 베이스 플레이트 상에 120도 간격으로 이격될 수 있다.
또한, 상기 전압 인가 유닛은, 상기 DC 전원에서 공급되는 전압에서 특정 RF 주파수를 차단하는 DC 필터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 DC 필터는, 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지 유닛은, 플라즈마 공정 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 지지 유닛에 있어서, 상기 기판이 놓이는 지지판, 상기 지지판의 둘레를 감싸며, 링 형상의 전극을 가지는 링 어셈블리 및 상기 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판 상에 상기 플라즈마의 입사각을 제어하는 전압 인가 유닛을 포함하되, 상기 전압 인가 유닛은, 도전성 재질의 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트에 DC 전압을 인가하는 DC 전원, 상기 베이스 플레이트와 상기 링 형상의 전극을 연결하며, 도전성 재질로 제공되고 서로 이격되게 제공되는 복수의 연결체를 구비한다.
여기서, 상기 링 어셈블리는, 상기 지지판에 놓인 기판을 감싸는 포커스 링, 상기 지지판을 감싸며, 상기 포커스 링의 하측에 제공되는 절연성 재질의 하부 링을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 링 형상의 전극은, 상기 하부 링 내에 제공되고, 상기 복수의 연결체는, 동일한 간격으로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 베이스 플레이트는, 링 형태로 제공되며, 상기 복수의 연결체는, 바 형태로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 복수의 연결체는, 도전성 재질의 3개의 바로 제공되고, 상기 베이스 플레이트 상에 120도 간격으로 이격될 수 있다.
또한, 상기 전압 인가 유닛은, 상기 DC 전원에서 공급되는 전압에서 특정 RF 주파수를 차단하는 DC 필터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 방법은, 본 발명의 기판 처리 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 링 형상의 전극에 DC 전압을 인가하는 단계 및 상기 DC 전압을 조절하여 상기 기판 상에 상기 플라즈마의 입사각을 제어하는 단계를 포함한다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 기판 상에 플라즈마의 입사각을 용이하게 제어할 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 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지 유닛을 나타내는 예시적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이스 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 링 형상의 전극을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 DC 필터를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 종래 기판 처리 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 다른 기판 처리 장치를 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(620), 지지 유닛(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 및 플라즈마 발생 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(620)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(620)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 또한, 챔버(620)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 접지될 수 있다. 챔버(620)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(620)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(620) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측벽을 보호하여 챔버(620)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(620)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(620)의 내부에는 지지 유닛(200)이 위치할 수 있다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 지지판(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 지지판(210)을 포함하는 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 지지판(210), 링 어셈블리(240), 하부 커버(250) 및 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 지지 유닛(200)은 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
지지판(210)은 유전판(220), 몸체(230)를 포함할 수 있다. 지지판(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 지지판(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), 가열 유닛(225) 및 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 이격되어 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.
가열 유닛(225)은 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생한 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 가열 유닛(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 가열 유닛(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 위치할 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) 및 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. 일 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 지지판(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.
링 어셈블리(240)는 지지판(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 링 어셈블리40)는 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 링 어셈블리(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 링 어셈블리(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 링 어셈블리(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 링 어셈블리(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 링 어셈블리(240)는 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.
구체적으로, 링 어셈블리(240)는 지지판(210)에 놓인 기판을 감싸는 포커스 링(241) 및 지지판(210)을 감싸며, 포커스 링(241)의 하측에 제공되는 하부 링(242)을 포함할 수 있다. 여기서, 하부 링(242)은 절연성 재질로 제공될 수 있다. 또한, 하부 링(242)은 내부에 링 형상의 전극(261)을 포함할 수 있다. 링 형상의 전극(261)에 인가되는 전압을 조절하여 챔버(620) 내의 플라즈마 시스를 조절할 수 있으며, 이에 따라 기판 상에서 플라즈마의 입사각을 제어할 수 있다.
포커스 링(241)과 하부 링(242) 사이에는 제1 링(243)이 제공될 수 있다. 여기서, 제1 링(243)은 금속 재질의 금속 링일 수 있다. 일 예로, 금속 링은 알루미늄 재질로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 금속 재질로 제공될 수 있다. 다른 예로, 제1 링(243)은 쿼츠(Quartz) 재질의 쿼츠 링일 수 있다. 제1 링(243)이 쿼츠 링으로 제공되는 경우, 금속 링일 때보다 기판 상에서 플라즈마의 입사각도를 더 크게 변화시킬 수 있다. 또한, 포커스 링(241)의 외측에는 제2 링(244)이 제공될 수 있다. 여기서, 제2 링(244)은 절연체로 제공될 수 있다.
하부 커버(250)는 지지 유닛(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격하여 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 지지판(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격하여 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 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(620)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 지지 유닛(200)를 챔버(620) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(620)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), 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(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
지지판(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(620) 내부에서 지지 유닛(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 지지 유닛(200)과 대향하게 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(620)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(620)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 지지 유닛(200)와 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.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(620)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(620) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 및 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(620)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(620) 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(620)의 내측벽과 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(620) 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 유닛(600)은 챔버(620) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(600)은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(610), 고주파 전원에 전기적으로 연결되어 고주파 전력을 인가받는 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서 설명되는 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 설명되었으나, 이에 제한되지 않으며 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma) 타입으로 구성될 수도 있다.
CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(620)에 상부 전극 및 하부 전극, 즉 몸체가 포함될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 처리 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 하부 전극뿐만 아니라 상부 전극도 RF 전원에 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.
다시 도 1을 참조하면, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 코일(621)의 직경은 제2 코일(622)의 직경보다 작아 챔버(620) 상부의 안쪽에 위치하고, 제2 코일(622)은 챔버(620) 상부의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 고주파 전원(610)으로부터 고주파 전력을 인가받아 챔버에 시변 자기장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 챔버(620)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지 유닛을 나타내는 예시적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지 유닛(200)은 지지판(210), 링 어셈블리(240) 및 전압 인가 유닛(260)을 포함한다.
지지판(210)은 기판을 지지하며, 정전기력에 의해 기판을 흡착한다. 링 어셈블리(240)는 지지판(210)의 둘레를 감싸며, 링 형상의 전극(261)을 가진다. 링 어셈블리(240)는 포커스 링(241), 하부 링(242), 제1 링(243) 및 제2 링(244)을 포함할 수 있다. 포커스 링(241)은 지지판(210)에 놓인 기판을 감싸도록 제공되며, 하부 링(242)은 포커스 링(241)의 하측에 제공되어, 지지판(210)을 감싸도록 제공될 수 있다. 하부 링(242)은 절연성 재질로 제공될 수 있으며, 내부에 링 형상의 전극(261)을 포함할 수 있다. 제1 링(243)은 포커스 링(241)과 하부 링(242) 사이에 제공된다. 일 예로, 제1 링(243)은 금속 재질의 금속 링일 수 있다. 다른 예로, 제1 링(243)은 쿼츠 재질의 쿼츠 링일 수도 있다. 제1 링(243)이 쿼츠 링으로 제공되는 경우, 금속 링일 때보다 기판 상에서 플라즈마의 입사각도를 더 크게 변화시킬 수 있다. 또한, 포커스 링(241)의 외측에는 제2 링(244)이 제공될 수 있다. 여기서, 제2 링(244)은 절연체로 제공될 수 있다.
전압 인가 유닛(260)은 베이스 플레이트(262), DC 전원(263), 복수의 연결체(264)를 포함한다. 베이스 플레이트(262)는 도전성 재질로 제공되고, 링 형태일 수 있다. 베이스 플레이트(262)의 상면에는 복수의 연결체(264)가 제공될 수 있다. 복수의 연결체(264)는 베이스 플레이트(262)와 링 형상의 전극(261)은 연결하며, 서로 이격되어 제공될 수 있다. 복수의 연결체(264)는 도전성 재질로 제공되어, DC 전원(263)에서 공급되는 전압이 링 형상의 전극(261)에 인가될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 복수의 연결체(264)는 동일한 간격으로 이격되어 제공될 수 있다. 일 예로, 복수의 연결체(264)는 도 3과 같이, 링 형태의 베이스 플레이트(262)의 상에서 각각 120도 간격으로 이격 도전성 재질의 3개의 바로 제공될 수 있다. 이에 따라, 링 형태의 베이스 플레이트(262)의 상면에 복수의 연결체(264)가 동일한 간격으로 이격되어 제공되어, 도 4와 같은 링 형상의 전극(261)에서 동일한 간격으로 이격된 복수의 위치에 전압이 인가됨으로써, 링 형상의 전극(261)의 모든 영역에서 전압이 균일하게 인가될 수 있다. 결과적으로, 기판의 모든 에지 영역에서 플라즈마의 입사각을 균일하게 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 링 형상의 전극(261)의 저항에 따른 전압 불균형으로 인해 발생되는 비대칭 현상을 완화할 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(262)의 일 측면에는 커넥터(267)가 제공될 수 있으며, DC 전원(263)은 커넥터(267)에 연결되어, 베이스 플레이트(262) 및 복수의 연결체(264)를 통하여 링 형상의 전극(261)에 전압을 인가할 수 있다.
DC 전원(263)은 DC 전압을 공급한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 인가 유닛(260)은 링 형상의 전극(261)에 DC 전압을 공급함으로써, 고주파 전압을 공급하는 경우보다 챔버(620) 내 플라즈마 시스를 크게 변화시킬 수 있으며, 기판 상에서 플라즈마의 입사각을 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 전압 인가 유닛(260)은 DC 전원(263)에 연결되는 DC 필터(265)를 포함하여, DC 전원(263)에서 공급되는 전압에서 특정 RF 주파수를 차단할 수 있다. DC 필터(265)는 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다. 일 예로, DC 필터(265)는 도 5와 같이, 저항, 인덕터 및 가변 커패시터로 구성될 수 있으며, DC를 제외한 RF 주파수를 차단하여 링 형상의 전극(261)에 DC 전압만 인가될 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 제어 방법은, 링 형상의 전극에 DC 전압을 인가하는 단계(S810), DC 전압을 조절하여 기판 상에 플라즈마의 입사각을 제어하는 단계(S820)를 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 기판 상에 플라즈마의 입사각을 용이하게 제어할 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.
10: 기판 처리 장치
210: 지지판
241: 포커스 링
242: 하부 링
261: 링 형상의 전극
262: 베이스 플레이트
263: DC 전원
264: 복수의 연결체

Claims (17)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하되,
    상기 지지 유닛은,
    상기 기판이 놓이는 지지판;
    상기 지지판의 둘레를 감싸며, 링 형상의 전극을 가지는 링 어셈블리; 및
    상기 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판 상에 상기 플라즈마의 입사각을 제어하는 전압 인가 유닛;을 포함하되,
    상기 전압 인가 유닛은,
    링 형상을 가지는 도전성 재질의 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트에 DC 전압을 인가하는 DC 전원;
    성가 베이스 플레이트와 상기 전극 사이에 제공되어 상기 베이스 플레이트와 상기 전극을 연결하며, 도전성 재질로 제공되고 동일한 간격으로 이격되는 바 형상의 복수의 연결체;를 구비하며,
    상기 베이스 플레이트는, 상기 지지판의 하측에서 상기 지지판과 이격되어 위치하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링 어셈블리는,
    상기 지지판에 놓인 기판을 감싸는 포커스 링;
    상기 지지판을 감싸며, 상기 포커스 링의 하측에 제공되는 절연성 재질의 하부 링;을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 링 형상의 전극은, 상기 하부 링 내에 제공되는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는, 일 측면에 제공되는 커넥터를 포함하고,
    상기 DC 전원은, 상기 베이스 플레이트의 커넥터에 연결되는 기판 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 링 어셈블리는,
    상기 포커스 링과 하부 링 사이에 제공되는 금속 재질의 금속 링;을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 링 어셈블리는,
    상기 포커스 링과 하부 링 사이에 제공되는 쿼츠(Quartz) 재질의 쿼츠 링;을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연결체는, 도전성 재질의 3개의 바로 제공되고, 상기 베이스 플레이트 상에 120도 간격으로 이격되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전압 인가 유닛은,
    상기 DC 전원에서 공급되는 전압에서 특정 RF 주파수를 차단하는 DC 필터;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 DC 필터는, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 플라즈마 공정 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 지지 유닛에 있어서,
    상기 기판이 놓이는 지지판;
    상기 지지판의 둘레를 감싸며, 링 형상의 전극을 가지는 링 어셈블리; 및
    상기 링 형상의 전극에 전압을 인가하여 상기 기판 상에 상기 플라즈마의 입사각을 제어하는 전압 인가 유닛;을 포함하되,
    상기 전압 인가 유닛은,
    링 형상을 가지는 도전성 재질의 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트에 DC 전압을 인가하는 DC 전원;
    상기 베이스 플레이트와 상기 전극 사이에 제공되어 상기 베이스 플레이트와 상기 전극을 연결하며, 도전성 재질로 제공되고 동일한 간격으로 이격되는 바 형상의 복수의 연결체;를 구비하며,
    상기 베이스 플레이트는, 상기 지지판의 하측에서 상기 지지판과 이격되어 위치하는 지지 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 링 어셈블리는,
    상기 지지판에 놓인 기판을 감싸는 포커스 링;
    상기 지지판을 감싸며, 상기 포커스 링의 하측에 제공되는 절연성 재질의 하부 링;을 포함하는 지지 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 링 형상의 전극은, 상기 하부 링 내에 제공되는 지지 유닛.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 연결체는, 도전성 재질의 3개의 바로 제공되고, 상기 베이스 플레이트 상에 120도 간격으로 이격되는 지지 유닛.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전압 인가 유닛은,
    상기 DC 전원에서 공급되는 전압에서 특정 RF 주파수를 차단하는 DC 필터;를 더 포함하는 지지 유닛.
  17. 제1항에 따른 기판 처리 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 링 형상의 전극에 DC 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 DC 전압을 조절하여 상기 기판 상에 상기 플라즈마의 입사각을 제어하는 단계;를 포함하는 제어 방법.


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