KR102041316B1 - Apparatus and method for treating substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버, 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 처리 공간의 상부에 배치되어 처리 공간으로 공정 가스를 분사하는 전극 유닛을 포함하고, 전극 유닛은, 상부 샤워헤드 및 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드를 포함하고, 상부 샤워 헤드 및 하부 샤워헤드에 각각 DC전압이 인가된다.The present invention provides an apparatus for processing a substrate. In one embodiment, the substrate processing apparatus includes a process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed, a substrate support unit for supporting a substrate in the processing space, and an electrode disposed above the processing space to inject the process gas into the processing space. A unit, wherein the electrode unit includes an upper showerhead and a lower showerhead provided below the upper showerhead, and a DC voltage is applied to the upper showerhead and the lower showerhead, respectively.
Description
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for processing a substrate, and more particularly, to an apparatus for processing a substrate using plasma.
기판의 처리 공정에는 플라즈마가 이용될 수 있다. 예를 들어, 식각, 증착 또는 드라이 클리닝 공정에 플라즈마가 사용될 수 있다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마를 이용한 드라이 크리닝, 애싱, 또는 식각 공정은 플라즈마에 포함된 이온 또는 라디칼 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다. 이들 중 드라이 클리닝 공정은 기판 상에 형성된 자연산화막 등을 제거하기 위한 공정으로, 제거하고자 하는 박막의 두께가 식각 공정에 비해 매우 얇다. 따라서 라디칼, 이온, 그리고 전자를 모두 다량 포함한 플라즈마로 기판을 처리시 박막의 높은 식각율로 인해 기판 상에서 제거하고자 하는 자연산화막 뿐 아니라 그 하부막도 손상된다.Plasma may be used for the processing of the substrate. For example, plasma may be used for etching, deposition or dry cleaning processes. Plasma is generated by very high temperatures, strong electric fields or RF Electromagnetic Fields, and plasma is an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, and the like. Dry cleaning, ashing, or etching processes using plasma are performed by collision of ions or radicals contained in the plasma with the substrate. Among these, the dry cleaning process is a process for removing a natural oxide film or the like formed on the substrate, and the thickness of the thin film to be removed is very thin as compared with the etching process. Therefore, when the substrate is treated with a plasma containing a large amount of radicals, ions, and electrons, the high etch rate of the thin film damages not only the natural oxide film to be removed on the substrate but also the underlying film.
이를 방지하기 위해, 대한민국공개특허 제10-2011-0057510호에는 접지된 샤워헤드를 이용하여 전자와 이온을 제외한 라디칼만을 주로 포함하는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치가 개시된다. 여기에서 샤워헤드는 전자와 이온을 제외한 라디칼을 기판을 처리하는 공간으로 통과시키는 수동적인 역할만을 수행한다. 그리고 샤워헤드를 통과한 라디칼으로만 기판을 처리하므로 자연 산화막 중 일부만이 제거되고, 공정 진행 후에는 자연 산화막이 기판 상에 일부 잔존한다. In order to prevent this, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0057510 discloses an apparatus for treating a substrate using a plasma mainly containing radicals excluding electrons and ions using a grounded showerhead. Here, the showerhead only plays a passive role of passing radicals excluding electrons and ions into the processing space of the substrate. Since the substrate is treated only with the radicals passing through the shower head, only a part of the natural oxide film is removed, and after the process, some of the natural oxide film remains on the substrate.
본 발명은 플라즈마로 기판 처리시 처리 효율을 높일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and method that can increase the processing efficiency during substrate processing with plasma.
또한, 본 발명은 드라이 크리닝 공정 진행시 자연 산화막과 같은 얇은 박막을 모두 정밀하게 제거할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and method capable of precisely removing all thin films such as natural oxide film during the dry cleaning process.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버, 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 처리 공간의 상부에 배치되어 처리 공간으로 공정 가스를 분사하는 전극 유닛을 포함하고, 전극 유닛은, 상부 샤워헤드 및 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드를 포함하고, 상부 샤워 헤드 및 하부 샤워헤드에 각각 DC전압이 인가된다.The present invention provides an apparatus for processing a substrate. In one embodiment, the substrate processing apparatus includes a process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed, a substrate support unit for supporting a substrate in the processing space, and an electrode disposed above the processing space to inject the process gas into the processing space. A unit, wherein the electrode unit includes an upper showerhead and a lower showerhead provided below the upper showerhead, and a DC voltage is applied to the upper showerhead and the lower showerhead, respectively.
또한, 전극 유닛은, 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하고, 상부 전극에 고주파 전압이 인가될 수 있다.In addition, the electrode unit may further include an upper electrode provided above the lower shower head, and a high frequency voltage may be applied to the upper electrode.
또한, 상부 전극과 상부 샤워 헤드 사이에 제1 공간이 형성되고, 제1 공간에 플라즈마 생성을 위한 제1 공정 가스가 공급될 수 있다.In addition, a first space may be formed between the upper electrode and the upper shower head, and a first process gas for generating plasma may be supplied to the first space.
또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드 사이에 제2 공간이 형성되고, 제2 공간에 플라즈마 생성을 위한 제2 공정 가스가 공급될 수 있다.In addition, a second space may be formed between the upper showerhead and the lower showerhead, and a second process gas for generating plasma may be supplied to the second space.
또한, 기판 지지 유닛은, 하부 전극을 포함할 수 있다.In addition, the substrate support unit may include a lower electrode.
또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에는 동일한 극성의 전압이 인가된다.In addition, a voltage of the same polarity is applied to the upper showerhead and the lower showerhead.
또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기는 각각 상이하게 제공될 수 있다.In addition, the magnitudes of the voltages applied to the upper showerhead and the lower showerhead may be provided differently.
또한, 상부 샤워헤드 및 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 극성은 각각 상이하게 제공될 수 있다.In addition, the polarities of the voltages applied to the upper showerhead and the lower showerhead may be provided differently.
또한, 본 발명은 기판 처리 장치를 이용하는 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하고, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 전압을 인가하고, 상부 전극에 고주파 전압을 인가한다.Moreover, this invention provides the substrate processing method using a substrate processing apparatus. In an embodiment, the apparatus further includes an upper electrode provided above the lower showerhead, applies a voltage to the upper showerhead and the lower showerhead, and applies a high frequency voltage to the upper electrode.
또한, 전극 유닛은, 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하고, 상부 전극에 고주파 전압을 인가할 수 있다.In addition, the electrode unit may further include an upper electrode provided above the lower shower head, and may apply a high frequency voltage to the upper electrode.
또한, 상부 전극과 상부 샤워헤드 사이에 제1 공정 가스를 공급하고, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드 사이에 제2 공정 가스 공급하여, 제1 공정가스 및 제2 공정가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다.In addition, the first process gas may be supplied between the upper electrode and the upper showerhead, and the second process gas may be supplied between the upper showerhead and the lower showerhead to generate plasma from the first process gas and the second process gas. .
또한, 처리 공정은 드라이 클리닝일 수 있다.The treatment process may also be dry cleaning.
또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 동일한 극성의 전압을 인가하고, 인가된 전압의 크기를 각각 조절하여 이온 또는 전자의 투과량을 조절할 수 있다.In addition, a voltage having the same polarity may be applied to the upper showerhead and the lower showerhead, and the amount of applied voltage may be adjusted to control the amount of ion or electron transmission.
본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리시 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, substrate processing efficiency can be improved when processing a substrate using plasma.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 라디칼 이외에도 원하는 양의 이온 또는 전자를 이용하여 드라이 클리닝을 진행함으로써 클리닝 효율을 향상시킬 수 있다. Further, according to the embodiment of the present invention, the cleaning efficiency can be improved by performing dry cleaning using a desired amount of ions or electrons in addition to the radicals.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 공정 챔버에 제공되는 플라즈마의 에너지를 조절할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention it is possible to adjust the energy of the plasma provided to the process chamber.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도;
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 도시한 예시적인 도면;
도 3는 도 2의 기판 처리 장치의 플라즈마의 거동을 도시한 예시적인 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면; 및
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is an exemplary view briefly showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is an exemplary diagram illustrating the behavior of a plasma of the substrate processing apparatus of FIG. 2;
4 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention; And
5 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 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.The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and the like of the components in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description.
본 실시예에서는 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 기판에 대해 드라이 클리닝 공정을 수행하는 기판 처리 장치를 일 예로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 식각 또는 애싱 공정과 같은 다른 종류의 공정을 수행하는 장치에 제공될 수 있다.In the present embodiment, a substrate processing apparatus for performing a dry cleaning process on a substrate using plasma in a chamber will be described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be provided in an apparatus for performing other kinds of processes, such as an etching or ashing process for treating a substrate using plasma.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 도시한 예시적인 도면이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view briefly illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 3을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 전극 유닛(300), 제어기(600), 그리고 배기 배플(700)을 포함한다.1 and 3, the
공정 챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(102)을 제공한다. 공정 챔버(100)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 공정 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 공정 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)의 일측벽에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반출입 가능한 출입구(130)로 제공된다. 출입구(130)는 도어(140)에 의해 개폐 가능하다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기 포트(150)가 설치된다. 배기 포트(150)는 공정 챔버(100)의 중심축과 일치되게 위치된다. 배기 포트(150)는 처리 공간(102)에 발생된 부산물이 공정 챔버(100)의 외부로 배출되는 배출구(150)로 기능한다.The
기판 지지 유닛(200)은 처리 공간에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.The
정전척(200)은 유전판(210), 포커스링(252), 에지링(254), 그리고 하부 전극(230)를 포함한다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 척킹 전극(212)이 설치된다. 척킹 전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전압을 인가받는다. 척킹 전극(212)은 인가된 전압으로부터 기판(W)이 유전판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 척킹 전극(212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. The
하부 전극(230)은 유전판(210)을 지지한다. 하부 전극(230)은 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정 결합된다. 하부 전극(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 하부 전극(230)은 그 상면의 중앙 영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 하부 전극(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(232)는 하부 전극(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 하부 전극(230)에는 외부에 위치된 고주파 전원이 연결되거나, 접지될 수 있다. 고주파 전원은 하부 전극(230)에 전력을 인가하고, 기판에 입사하는 이온 에너지를 제어할 수 있다. 하부 전극(230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.The
포커스링(252)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(252)은 유전판(210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 포커스링(252)은 유전판(210)의 가장자리영역에 위치된다. 예컨대, 포커스링(250)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 포커스링(252)의 상면은 단차지게 제공될 수 있다. 포커스링(252)의 상면 내측부는 유전판(210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공되어, 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다.The
에지링(254)은 포커스링(252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 에지링(254)은 하부 전극(230)의 가장자리영역에서 포커스링(252)과 인접하게 위치된다. 에지링(254)의 상면은 포커스링(252)의 상면에 비해 그 높이가 높게 제공된다. 에지링(254)은 절연 물질로 제공될 수 있다.The
전극 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마 소스로 제공된다 전극 유닛은 상부 전극(330), 상부 샤워헤드(430), 그리고 하부 샤워헤드(530)를 포함한다. The
상부 전극(330)에는 고주파 전원(340)이 연결된다. 고주파 전원은 상부 전극에 고주파 전력을 인가한다.상부 전극(330)과 상부 샤워헤드(430) 사이에 발생된 전자기장은 공정 챔버(100) 내부로 제공되는 제1 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다. 제1 공정 가스는 라디칼, 이온 또는 전자를 포함한다.The high
상부 전극(330)과 상부 샤워헤드(430) 사이에는 제1 공간(302)이 형성된다. 제1 공간(302)은 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛(320)과 연결된다.The
제1 가스 공급 유닛(320)은 제1 가스 공급관(321), 압력 측정 부재(322) 유량 조절 부재(323)를 포함한다. 제1 가스 공급 유닛이 공급하는 제1 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나 이거나 두가지 성분 이상의 혼합 가스로 제공될 수 있다.The first
제1 공간(302)로 유입된 제1 공정 가스는 고주파 전원(340)에 의해 플라즈마 상태로 전이된다. 제1 공정 가스는 플라즈마 상태에서 이온, 전자, 라디칼로 분해된다. 본 명세서에서는 편의상 제1 공간(302)에서 생성된 플라즈마를 제1 플라즈마로 정의한다. 제1 플라즈마는 상부 샤워헤드(430)를 통과하여 제2 공간(402)로 이동한다.The first process gas introduced into the
상부 샤워헤드(430)는 도전성 물질로 제공된다. 상부 샤워헤드(430)은 판 형상으로 제공된다. 예컨대 상부 샤워헤드(430)은 원판 평상을 가질 수 있다. 상부 샤워헤드(430)에는 다수개의 관통홀(431, 도 2)들이 형성된다. 관통홀(431)들은 상부 샤워헤드(430)의 상하 방향으로 형성된다. 상부 샤워헤드(430)은 제1 공간(302)와 제2 공간(402)의 사이에 제공되고, 제1 공간(302)와 제2 공간(402)의 경계를 이룬다. 제1 플라즈마는 관통홀(431)을 통과하여 제2 공간(402)로 유입된다. The
상부 샤워헤드(430)은 상부 샤워헤드(430)에 전압을 인가하는 제1 전원(440)이 연결된다. 제1전원(440)은 DC전원으로 제공된다. 상부 샤워헤드(430)에 음전압이 인가되면, 전자는 제2공간으로 유입되지 않고, 주로 양이온들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 상부 샤워헤드(430)에 인가되는 전압에 의해 에너지가 큰 입자는 상부 샤워헤드(430)를 통과 가능하고, 상대적으로 에너지가 작은 입자는 상부 샤워헤드(430)를 통과하지 못한다. 그러므로 관통홀을 통과하는 양이온의 양은 상부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어될 수 있다.The
상부 샤워헤드(430)에 양전압이 인가되면, 양이온은 제2공간으로 유입되지 않고, 주로전자들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 상부 샤워헤드(430)에 공급되는 전력의 크기는 제어기(800)에 의해 제어된다.When a positive voltage is applied to the
제2 공간(402)은 제1 플라즈마와 제2 공정 가스로부터 제2 플라즈마가 형성되는 공간이다. 본 명세서에서 제2 공간에서 형성되는 플라즈마를 제2 플라즈마로 정의한다. 제2 공간(402)의 상부에는 상부 샤워헤드(430)가 배치되고, 하부에는 하부 샤워헤드(530)이 배치된다. 제1 플라즈마는 제1 공간(302)에서 상부 샤워헤드(430)을 관통하여 제2 공간(402)로 유입되고, 제2 공정 가스는 제2 공간(402)과 연결된 제2 가스 공급 유닛(320)으로부터 공급된다.The
제2 가스 공급 유닛(420)은 제2 가스 공급관(421), 압력 측정 부재(422), 유량 조절 부재(423)를 포함한다. 제2 가스 공급 유닛(320)의 제2 가스 공급관(421)은 상부 샤워헤드(430)을 관통하여 다수개의 가지관으로 분기되고, 제2 공간(402)의 상면에 균일하게 제공될 수 있다. 다른 예로, 제2 가스 공급 유닛(320)은 제2 공간(402)의 일벽에 구비될 수 있다. 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 동일한 성분의 가스이거나 다른 성분의 가스일 수 있다. 제2 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나, 둘 이상의 성분이 혼합된 혼합 가스 일 수 있다.The second
제어기(600)는 제1 공정 가스와 제2 공정 가스의 유량을 제어한다. 제어기(600)는 각각의 유량 조절 부재(323, 423)를 제어한다. 일 예에 의하면, 제1 공간(302)과 제2 공간(402)에 공급되는 공정 가스의 유량은 상이하게 제공될 수 있다.The
하부 샤워헤드(530)는 판 형상을 가진다. 예컨대, 하부 샤워헤드(530)는 원판 형상을 가질 수 있다. 하부 샤워헤드(530)는 그 저면이 처리 공간에 노출된다. 하부 샤워헤드(530)에는 복수의 토출홀(531)들이 형성된다. 각각의 토출홀(531)은 상하 방향을 향하도록 형성된다. 이온 또는 라디칼은 토출홀(531)들을 통해 처리 공간으로 공급된다. 예컨대, 하부 샤워헤드(530)는 도전성 재질로 제공된다. 일 예에 의하면, 하부 샤워헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.The
하부 샤워헤드(530)는 제2 플라즈마의 이온 또는 전자의 일부 또는 라디칼을 처리 공간으로 토출한다. 하부 샤워헤드(530)는 제2 공간(502)의 하부에 배치되고, 기판 지지 유닛(200)의 위에 위치된다. 하부 샤워헤드(530)는 유전판(210)과 마주보도록 위치된다. 하부 샤워헤드(530)를 통과한 플라즈마는 공정 챔버(100) 내 처리 공간(102)에 균일하게 공급된다.The
하부 샤워헤드(530)는 하부 샤워헤드(530)에 전압을 인가하는 제2 전원(540)이 연결된다. 제2전원(540)은 DC전원으로 제공된다. 하부 샤워헤드(530)에 음전압이 인가되면, 전자는 제2공간으로 유입되지 않고, 주로 양이온들 중 일부와 라디칼이 토출홀(531)을 통과한다. 하부 샤워헤드(530)에 인가되는 전압에 의해 에너지가 큰 입자는 하부 샤워헤드(530)를 통과 가능하고, 상대적으로 에너지가 작은 입자는 하부 샤워헤드(530)를 통과하지 못한다. 그러므로 관통홀을 통과하는 양이온의 양은 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어될 수 있다.The
하부 샤워헤드(530)에 양전압이 인가되면, 양이온은 제2공간으로 유입되지 않고, 주로전자들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 하부 샤워헤드(530)에 공급되는 전력의 크기는 제어기(800)에 의해 제어된다.When a positive voltage is applied to the
배기 배플(700)은 처리 공간에서 플라즈마를 영역 별로 균일하게 배기시킨다. 배기 배플(700)은 처리공간에서 공정 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배기 배플(700)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배기 배플(700)에는 복수의 관통홀들(702)이 형성된다. 관통홀들(702)은 상하방향을 향하도록 제공된다. 관통홀들(702)은 배기 배플(700)의 원주방향을 따라 배열된다. 관통홀들(702)은 슬릿 형상을 가지며, 배기 배플(700)의 반경방향을 향하는 길이 방향을 가진다.The
도 3는 도 2의 기판 처리 장치의 플라즈마의 거동을 도시한 예시적인 도면이다.FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating the behavior of plasma of the substrate processing apparatus of FIG. 2.
도 3를 참조하면, 제1 공간(302)에는 라디칼, 이온, 전자를 포함하는 제1 플라즈마와 제1 공정 가스가 존재한다. 제1 플라즈마 중 상부 샤워헤드(430)에 인가된 전압에 의한 에너지를 통과할 수 있는 에너지를 가진 입자는 대전된 상부 샤워헤드(430)을 관통홀(431)을 통해 통과한다. 통과된 입자는 제2 공간(402) 안에서 일부는 플라즈마로 존재하고, 일부는 재결합될 수 있다. 그리고 일부는 제2 공정 가스를 플라즈마로 전이시킨다. 대전된 상부 샤워헤드(430) 또는 하부 샤워헤드(530)은 극성에 따라 이온 또는 전자를 가속할 수 있다. 또한 음전하로 대전된 상부 샤워헤드(430)은 전자를 공급할 수 있다. 제2 공간(402)에서 생성된 제2 플라즈마의 입자는 하부 샤워헤드(530)의 토출홀(531)을 통해 처리 공간(102)으로 공급되어 기판(W)을 처리한다.Referring to FIG. 3, a first plasma including radicals, ions, and electrons and a first process gas exist in the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면이다. 도 4를 참조하면, 상부 샤워헤드(430)에 제1전원(432)으로 음전압이 공급되고, 하부 샤워헤드(530)에 제2전원(542)으로 음전압이 공급된다. 대전된 상부 샤워헤드(430)와 하부 샤워헤드(530)는 전자를 공급하거나, 입자를 가속시킨다4 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a negative voltage is supplied to the
제1 공간(302)에 존재하던 고 에너지를 가진 입자는 관통홀(431)을 통해 제2 공간(402)으로 이동하고, 이동된 입자는 또는 제2 공정 가스와 재결합거나 제2 공정 가스를 플라즈마로 전이시킨다. 따라서 제2 공간(402)에는 상부 샤워헤드(430)을 그라운드시켰을 때와 비교하여 밀도 높은 플라즈마를 생성될 수 있다. 토출홀(532)을 관통하는 라디칼에 대해서도 유사한 작용을 통해 처리 공간에 밀도 높은 플라즈마를 제공할 수 있다.The high energy particles that existed in the
제1 전원(432)과 제2 전원(532)이 인가하는 전압의 크기는 상이하게 제공될 수 있다. 전압의 크기를 각각 조절하여 입자의 가속도와 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다.도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면이다. 도 5를 참조하면, 상부 샤워헤드(430)에 제1전원(433)으로 양전압이 공급되고, 하부 샤워헤드(530)에 제2전원(543)으로 양전압이 공급된다. 대전된 상부 샤워헤드(430)와 하부 샤워헤드(530)는 입자를 가속하거나, 입자의 통과량을 제어할 수 있다.The magnitude of the voltage applied by the
제1 공간(302)에 존재하던 고 에너지를 가진 입자는 관통홀(431)을 통해 제2 공간(402)로 이동한다. 제2 공간(402)으로 유입된 고 에너지의 입자는 제2 공정 가스를 플라즈마로 여기할 수 있다. 따라서 제2 공간(402)에는 상부 샤워헤드(430)을 그라운드시켰을 때와 비교하여 밀도 높은 플라즈마를 생성될 수 있다. 토출홀(532)을 관통하는 이온에 대해서도 유사한 작용을 통해 처리 공간에 밀도 높은 플라즈마를 제공할 수 있다.The particles with high energy that existed in the
제1 전원(432)과 제2 전원(532)이 인가하는 전압의 크기는 상이하게 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 샤워헤드(440)에 인가되는 전압의 크기가 하부 샤워헤드(540)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 제공될 수 있다. 다른 예에 의하면, 하부 샤워헤드(540)에 인가되는 전압의 크기가 상부 샤워헤드(440)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 제공될 수 있다. 전압의 크기를 선택적으로 조절하여 기판 상으로 공급되는 이온의 종류, 및 이온의 양을 조절할 수 있다. The magnitude of the voltage applied by the
상술한 바와 같이 상부 샤워헤드(430)과 하부 샤워헤드(530)에 각각 전압을 인가하고, 전압의 크기를 조절함에 따라, 전압에 의해 통제된 이온 및 전자 에너지는 라디칼 및 이온의 양을 극대화하고 기판 처리 효율을 향상시킨다.As described above, as voltage is applied to the
한편, 다른 실시 예로서, 제1 플라즈마는 리모트 플라즈마로 제2 플라즈마 생성 유닛에 공급될 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the first plasma may be supplied to the second plasma generation unit as a remote plasma.
10: 기판 처리 장치, 100: 공정 챔버;
200: 기판 지지 유닛, 330: 상부 전극;
430: 상부 샤워헤드;
530: 하부 샤워헤드, 600, 800: 제어기;
700: 배기 배플10: substrate processing apparatus, 100: process chamber;
200: substrate support unit, 330: upper electrode;
430: upper showerhead;
530: lower showerhead, 600, 800: controller;
700: exhaust baffle
Claims (12)
기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
상기 처리 공간의 상부에 배치되어 상기 처리 공간으로 공정 가스를 분사하는 전극 유닛을 포함하고,
상기 전극 유닛은,
상부 샤워헤드와;
상기 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드와;
상기 상부 샤워헤드 및 하부 샤워헤드에 각각 DC전압을 인가하는 DC전원과;
상기 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극과;
상기 상부 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하고,
상기 상부 전극과 상기 상부 샤워헤드 사이에 제1 공간이 형성되며, 상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 제2 공간이 형성되고,
상기 제1 공간에 제1 플라즈마 생성을 위한 제1 공정 가스가 공급되며, 상기 제1공간 내에서 생성된 상기 제1 플라즈마의 이온 또는 전자의 일부 또는 라디칼은 상기 상부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 제2공간으로 제공되고,
상기 제2 공간에 제2 공정 가스가 공급되며, 상기 제2공간 내에서 제2 플라즈마가 생성되고, 상기 제2 플라즈마의 이온 또는 전자의 일부 또는 라디칼은 상기 하부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 처리 공간으로 유입되는 기판 처리 장치.In the apparatus for processing a substrate,
A process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed;
A substrate support unit for supporting a substrate in the processing space;
An electrode unit disposed above the processing space to inject a process gas into the processing space,
The electrode unit,
An upper shower head;
A lower shower head provided below the upper shower head;
A DC power supply for applying a DC voltage to the upper shower head and the lower shower head, respectively;
An upper electrode provided on the lower shower head;
A high frequency power source for applying high frequency power to the upper electrode;
A first space is formed between the upper electrode and the upper shower head, and a second space is formed between the upper shower head and the lower shower head,
A first process gas for generating a first plasma is supplied to the first space, and a portion or radicals of ions or electrons of the first plasma generated in the first space are passed through a through hole formed in the upper shower head. Provided to the second space,
A second process gas is supplied to the second space, and a second plasma is generated in the second space, and a portion or radicals of ions or electrons of the second plasma pass through the through hole formed in the lower shower head. Substrate processing apparatus flowing into the processing space.
상기 기판 지지 유닛은, 하부 전극을 포함하는 기판 처리 장치.According to claim 1,
The substrate support unit includes a lower electrode.
상기 DC전원은,
상기 상부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제1전원과;
상기 하부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제2전원을 포함하고,
상기 제1전원과 상기 제2전원은 동일한 극성의 전압을 인가하는 기판 처리 장치.The method according to any one of claims 1 to 5,
The DC power supply,
A first power source for applying a voltage to the upper shower head;
A second power source for applying a voltage to the lower shower head,
And the first power supply and the second power supply apply a voltage having the same polarity.
상기 제1전원과 상기 제2전원은 서로 상이한 크기의 전압을 인가하는 기판 처리 장치.The method of claim 6
And the first power supply and the second power supply apply voltages having different magnitudes.
상기 DC전원은,
상기 상부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제1전원과;
상기 하부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제2전원을 포함하고,
상기 제1전원과 상기 제2전원의 극성은 각각 상이하게 제공되는 기판 처리 장치.The method according to any one of claims 1 to 5,
The DC power supply,
A first power source for applying a voltage to the upper shower head;
A second power source for applying a voltage to the lower shower head;
And a polarity of the first power supply and the second power supply is different from each other.
상기 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 동일한 극성의 전압을 인가하는 기판 처리 방법.In the substrate processing method using the substrate processing apparatus of claim 1,
And applying a voltage having the same polarity to the upper showerhead and the lower showerhead.
상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기는 서로 상이한 기판 처리 방법.
The method of claim 11,
And a magnitude of voltage applied to the upper showerhead and the lower showerhead is different from each other.
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