KR102126979B1 - 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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plasma
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임주선
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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 지지 유닛과 대향되게 제공되는 샤워 헤드 유닛을 포함하되, 상기 샤워 헤드 유닛은, 상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 샤워 헤드와; 상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 배치되는 절연 링과; 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 기판의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 조절하는 구동 부재를 포함할 수 있다.

Description

샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{A showerhead unit, a substrate processing apparatus including the same, and a substrate processing method}
본 발명은 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 이온이나 라디칼, 그리고 전자 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 기판 상의 박막을 제거하는 식각 공정을 포함한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 및 라디칼 입자들이 기판 상의 막과 충돌 또는 반응함으로써 수행된다.
도 1은 일반적인 장치 구조에서 포커스 링이 식각되면서 기판의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스가 변화하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판을 처리하는 공정 챔버 내부에는 기판(W)이 놓이는 지지 유닛(2)이 제공된다. 일반적으로 지지 유닛(2)의 가장 자리 영역에는 포커스링(1) 등이 제공된다. 많은 수의 웨이퍼들에 대해 식각 공정이 수행됨에 따라, 공정이 진행 될수록 포커스링(1)의 상부면이 식각 되면서 높이가 낮아진다.
포커스 링(1)이 식각 되기 전 초기의 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)는 기판의 가장자리 및 포커스 링(1)이 제공된 상부 영역에서 두껍게 형성된다. 이에 따라 위 상부 영역에서 플라즈마의 이온 및 라디칼은 기판의 외측을 향하는 방향으로 비스듬하게 입사한다.
그러나 포커스 링의 상부면이 식각되면서 그 높이가 낮아지면, 기판의 가장자리 및 포커스 링이 제공된 상부 영역에서 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)의 두께는 감소한다. 이에 따라, 위 상부 영역에서 플라즈마의 이온 및 라디칼의 입사 방향은 기판의 내측을 향하는 방향으로 점진적으로 변한다. 이러한 플라즈마의 이온 및 라디칼의 입사 방향(틸팅 각도)의 변화는 기판의 가장자리 영역에서 기판들 간의 식각 균일도를 변화시키는 원인이 된다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 밀도를 제어하는 인자를 제공하는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)의 두께를 조절할 수 있는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판으로 입사되는 플라즈마의 입사각을 조절할 수 있는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 지지 유닛과 대향되게 제공되는 샤워 헤드 유닛을 포함하되, 상기 샤워 헤드 유닛은, 상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 샤워 헤드와; 상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 배치되는 절연 링과; 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 기판의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 조절하는 구동 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는, 상기 가스로부터 발생되는 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 장치는, 상기 구동 부재를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는, 기판의 처리 매수에 따라 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드의 상대 높이를 변화시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하도록 상기 구동 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 기판의 처리 매수가 증가함에 따라 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시키도록 상기 구동 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지 유닛은, 기판을 지지하는 지지 플레이트와; 상기 지지 플레이트의 가장 자리 영역에 위치하는 링 부재와; 상기 지지 플레이트의 아래에 제공되며, 하부 전원과 연결되는 전극 플레이트를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는 상부 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 절연 링은 상부에서 바라 볼 때, 상기 링 부재와 중첩되게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지 유닛은, 상기 링 부재의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)를 조절하는 조절 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 조절 부재는, 상기 링 부재의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하되, 상기 온도 조절 부재는 상기 링 부재를 가열하는 히터 및/또는 상기 링 부재를 냉각시키는 냉각 유로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 조절 부재는, 상기 링 부재를 승하강 시키는 이동 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지 유닛은 정전척으로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판을 처리하는 방법은, 하부 전원과 연결되고 기판을 지지하는 지지 유닛과 상기 지지 유닛과 대향되게 제공되고 상부 전원과 연결되는 샤워 헤드을 구비하는 기판 처리 장치에서 상기 지지 유닛과 상기 샤워 헤드 사이의 처리 공간으로 가스를 공급하고 상기 지지 유닛과 상기 샤워 헤드에 고주파 전력을 인가하여 상기 가스로부터 발생된 플라즈마로 기판을 처리하되, 상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 제공되는 절연 링의 승하강에 의해 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 절연 링을 승하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 기판의 처리 매수에 따라, 상기 절연 링을 승하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지 유닛은, 상기 기판을 지지하는 지지 플레이트와; 상기 지지 플레이트의 가장 자리 영역에 위치하는 링 부재를 포함하되, 상기 링 부재의 마모도에 따라, 상기 절연 링을 승하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 기판의 처리 매수가 증가함에 따라, 상기 절연 링을 하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 링 부재의 마모도가 증가함에 따라, 상기 절연 링을 하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 기판의 처리는 상기 기판 상의 막질을 식각하는 처리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가스로부터 발생하는 플라즈마는, 상기 샤워 헤드와 반응하여 화합물을 생성할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 화합물은 사불화규소일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는 실리콘을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 제공되는 샤워 헤드 유닛을 제공한다. 샤워 헤드 유닛은, 기판의 상부에 위치하는 샤워 헤드와; 상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 배치되는 절연 링과; 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 기판의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 조절하는 구동 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는, 상기 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 구동 부재를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는, 기판의 처리 매수에 따라 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드의 상대 높이를 변화시켜 기판이 처리되는 처리 공간에 노출되는 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하도록 상기 구동 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 기판의 처리 매수가 증가함에 따라 상기 처리 공간에 노출되는 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시키도록 상기 구동 부재를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 밀도를 제어하는 새로운 인자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)의 두께를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판으로 입사되는 플라즈마의 입사각을 조절할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 장치 구조에서 포커스 링이 식각되면서 기판의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스가 변화하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 3과 도 4은 링 부재의 마모도에 따라 온도를 조절하여 플라즈마의 입사 각도를 조절하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 샤워 헤드 유닛의 일부를 보여주는 도면이다.
도 6은 가스로부터 플라즈마가 발생되는 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 플라즈마와 샤워 헤드가 반응하여 화합물을 생성하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8과 도 9는 샤워 헤드의 노출도에 따른 플라즈마 쉬스의 두께의 변화를 보여주는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 링 부재의 마모도에 따라 샤워 헤드 유닛을 제어하여 플라즈마 쉬스의 두께를 조절하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 13과 도 14는 링 부재의 마모도에 따라 알에프 주파수를 조절하여 플라즈마의 입사 각도를 조절하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 챔버 내에 플라즈마를 공급하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 이하, 도 2을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 샤워 헤드 유닛(300), 가스 공급 유닛(400), 플라즈마 소스, 라이너 유닛(500), 배플 유닛(600), 그리고 제어기(700)를 포함한다.
챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공한다. 챔버(100)는 내부의 처리 공간을 가진다. 챔버(100)는 밀폐된 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 일 예로 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 배기 라인(151)은 펌프(미도시)와 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버(100)의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압된다.
챔버(100)의 벽에는 히터(미도시)가 제공된다. 히터는 챔버(100)의 벽을 가열한다. 히터는 가열 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터는 가열 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 히터에서 발생된 열은 내부 공간으로 전달된다. 히터에서 발생된 열에 의해서 처리공간은 소정 온도로 유지된다. 히터는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터는 챔버(100)의 벽에 하나 또는 복수 개 제공될 수 있다.
챔버(100)의 내부에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함한다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 지지 유닛(200)이 정전 척인 경우에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 지지 플레이트(210), 전극 플레이트(220), 히터(230), 하부 플레이트(240), 플레이트(250), 하부판(260), 링 부재(270), 그리고 조절 부재(280)를 포함한다.
지지 플레이트(210)에는 기판(W)이 놓인다. 지지 플레이트(210)는 원판 형상으로 제공된다. 지지 플레이트(210)는 유전 재질(dielectric material)로 제공될 수 있다.
지지 플레이트(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 기판(W)이 지지 플레이트(210)의 상에 놓일 때, 기판(W)의 가장자리 영역은 지지 플레이트(210)의 외측에 위치한다. 또한, 지지 플레이트(210)의 가장자리 영역은 단차진다. 단차진 지지 플레이트(210)의 가장자리 영역에는 절연체(214)가 배치된다. 절연체(214)는 상부에서 바라볼 때 링 형상을 가질 수 있다.
지지 플레이트(210)는 외부의 전원을 공급받아 기판(W)에 정전기력을 작용한다. 지지 플레이트(210)에는 정전 전극(211)이 제공된다. 정전 전극(211)은 모노폴라 타입이나 바이폴라 타입으로 제공될 수 있다. 정전 전극(211)은 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결된다. 흡착 전원(213)은 직류 전원을 포함한다. 정전 전극(211)과 흡착 전원(213) 사이에는 스위치(212)가 설치된다. 정전 전극(211)은 스위치(212)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(212)가 온(ON)되면, 정전 전극(211)에는 직류 전류가 인가된다. 정전 전극(211)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(211)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용한다. 기판(W)은 정전기력에 의해 지지 플레이트(210)에 흡착된다.
지지 플레이트(210)의 내부에는 히터(230)가 제공된다. 히터(230)는 가열 전원(233)과 전기적으로 연결된다. 히터(230)는 가열 전원(233)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 지지 플레이트(210)를 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(230)는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터(230)는 지지 플레이트(210)의 영역에 하나 또는 복수 개 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)는 지지 플레이트(210)의 아래에 제공된다. 전극 플레이트(220)의 상부면은 지지 플레이트(210)의 하부면과 접촉한다. 전극 플레이트(220)는 원판형상으로 제공된다. 전극 플레이트(220)는 도전성 재질로 제공된다. 일 예로 전극 플레이트(220)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)의 상부 중심 영역은 지지 플레이트(210)의 저면과 상응하는 면적을 가진다.
전극 플레이트(220)의 내부에는 상부 유로(221)가 제공된다. 상부 유로(221)는 주로 지지 플레이트(210)를 냉각한다. 상부 유로(221)에는 냉각 유체가 공급된다. 일 예로 냉각 유체는 냉각수 또는 냉각 가스로 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)는 금속판으로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)는 하부 전원(227)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 전원(227)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. RF전원은 하이 바이어스 파워 알에프(High Bias Power RF) 전원으로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)는 하부 전원(227)으로부터 고주파 전력을 인가받는다. 이와 달리 전극 플레이트(220)는 접지되어 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)의 하부에는 플레이트(250)가 제공된다. 플레이트(250)는 원형의 판형상으로 제공될 수 있다. 플레이트(250)는 전극 플레이트(220)와 상응하는 면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(250)는 절연판으로 제공될 수 있다. 일 예로 플레이트(250)는 유전체로 제공될 수 있다.
하부 플레이트(240)는 전극 플레이트(220)의 하부에 제공된다. 하부 플레이트(240)는 하부판(260)의 하부에 제공된다. 하부 플레이트(240)는 링형상으로 제공된다.
하부판(260)은 플레이트(250)의 하부에 위치한다. 하부판(260)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하부판(260)은 상부에서 바라 볼 때, 원형으로 제공된다. 하부판(260)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 지지 플레이트(210)로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
링 부재(270)는 지지 유닛(200)의 가장 자리 영역에 배치된다. 링 부재(270)는 링 형상을 가진다. 링 부재(270)는 지지 플레이트(210)의 상부를 감싸며 제공된다. 링 부재(270)는 지지 플레이트(210)의 가장 자리 영역에 배치된 절연체(214)의 상부에 제공될 수 있다. 링 부재(270)는 포커스링으로 제공될 수 있다. 링 부재(270)는 내측부(272)와 외측부(271)를 포함한다. 내측부(272)는 링 부재(270)의 안쪽에 위치한다. 내측부(272)는 외측부(271)보다 낮게 제공된다. 내측부(272)의 상면은 지지 플레이트(210)의 상면과 동일한 높이로 제공된다. 내측부(272)는 지지 플레이트(210)에 지지된 기판(W)의 가장 자리 영역을 지지한다. 외측부(271)는 내측부(272)의 외측에 위치한다. 외측부(271)는 기판(W)의 상면 높이보다 높게 제공된다. 외측부(271)는 기판(W)의 외측 둘레를 감싸도록 제공된다.
조절 부재(280)는 링 부재(270)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)를 조절할 수 있다. 조절 부재(280)는 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에서 이온 및 라디칼이 기판(W)에 도달하는 입사 각도를 조절할 수 있다. 조절 부재(280)는 SCD(Skew Critical Dimension)를 조절할 수 있다.
조절 부재(280)는 온도 조절 부재(281)를 포함한다. 온도 조절 부재(281)는 링 부재(280)를 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 온도 조절 부재(281)는 링 부재(270)의 내부 또는 하부에 위치할 수 있다. 본 실시 예에서는 링 부재(270)의 내부에 온도 조절 부재(281)가 설치되는 것을 예로 들어 설명한다.
온도 조절 부재(281)는 히터(283)를 포함한다. 히터(283)는 링 부재(270)를 가열할 수 있다. 히터(283)는 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터(283)는 코일 형상의 열선으로 제공된다.
제어기(700)는 조절 부재(270)를 제어하여 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 이온 및 라디칼이 기판(W)에 도달하는 입사 각도를 조절한다.
도 3과 도 4은 링 부재의 마모도에 따라 온도를 조절하여 플라즈마의 입사 각도를 조절하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3과 도 4를 참조하면, 제어기(700)는 링 부재(270)의 높이가 제1높이(h1)일 때, 링 부재(270)가 제1온도(T1)로 유지하도록 조절 부재(280)를 제어한다. 제어기(700)는 링 부재(270)의 높이가 제2높이(h2)일 때, 링 부재(270)가 제2온도(T2)로 유지하도록 조절 부재(270)를 제어한다. 제1높이(h1)는 제2높이(h2)와 상이한 높이이다. 일 예로 제1높이(h1)는 제2높이(h2)보다 높다. 제1온도(T1)는 제2온도(T2)와 상이한 온도이다. 일 예로 제1온도(T1)는 제2온도(T2)보다 낮은 온도이다.
링 부재(270)가 식각되지 않는 초기에는 링 부재(270)는 제1높이(h1)를 유지한다. 링 부재(270)의 상면이 식각되지 않는 초기에는 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에서 플라즈마가 포함하는 이온 및 라디칼의 입사 각도는 기판(W)의 중앙영역에서 가장자리 영역을 향한다. 기판(W)을 처리 시 제어기(700)는 링 부재(270)가 제1온도(T1)로 가열되도록 히터(273)를 제어한다. 이와는 달리 링 부재(270)는 히터(283)에 의해 가열되지 않을 수 있다.
기판(W)을 처리하는 공정을 반복적으로 수행 후 링 부재(270)는 식각되어 마모되며, 링 부재(270)는 제2높이(h2)로 변화한다. 이 경우 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에서 플라즈마가 포함하는 이온 및 라디칼의 입사 각도는 기판(W)의 가장자리에서 기판(W)의 중앙 영역을 향하는 방향으로 변경될 수 있다. 링 부재(270)가 제2높이(h2)로 변하면 제어기(700)는 링 부재(270)를 제2온도(T2)로 가열되도록 히터(273)를 제어한다. 여기서 제2온도(T2)는 제1온도(T1)보다 높은 온도일 수 있다. 링 부재(270)를 제2온도(T2)로 가열하여 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 이온 및 라디칼이 기판(W)을 향하는 입사 각도는 링 부재(270)의 상면이 제1높이(h1)인 경우의 입사각도와 유사한 각도를 유지할 수 있다. 또한, 제어기(700)는 링 부재(270)의 높이가 낮아짐에 따라 점진적으로 링 부재(270)의 가열 온도가 높아지도록 히터(283)를 제어할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 샤워 헤드 유닛(300)은 챔버(100) 내부에서 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드 유닛(300)은 지지 유닛(200)과 대향되게 위치한다.
샤워 헤드 유닛(300)은 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330), 상부 플레이트(340), 절연 링(350), 그리고 구동 부재(360)를 포함한다.
샤워 헤드(310)는 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치한다. 샤워 헤드(310)는 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드(310)와 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성된다. 샤워 헤드(310)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 단면은 지지 유닛(200)과 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)는 복수개의 분사홀(311)을 포함한다. 분사홀(311)은 샤워 헤드(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통한다.
샤워 헤드(310)는 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스로부터 발생되는 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다. 일 예로, 샤워 헤드(310)는 플라즈마가 포함하는 이온들 중 전기 음성도가 가장 큰 이온과 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(310)는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 또한, 샤워 헤드(310)와 플라즈마가 반응하여 생성되는 화합물은 사불화규소일 수 있다.
샤워 헤드(310)는 상부 전원(370)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상부 전원(370)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 샤워 헤드(310)는 전기적으로 접지될 수도 있다.
가스 분사판(320)은 샤워 헤드(310)의 상면에 위치한다. 가스 분사판(320)은 챔버(100)의 상면에서 일정거리 이격되어 위치한다. 가스 분사판(320)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분사판(320)의 가장자리 영역에는 히터(323)가 제공된다. 히터(323)는 가스 분사판(320)을 가열한다.
가스 분사판(320)에는 확산 영역(322)과 분사홀(321)이 제공된다. 확산 영역(322)은 상부에서 공급되는 가스를 분사홀(321)로 고루게 퍼지게 한다. 확산 영역(322)은 하부에 분사홀(321)과 연결된다. 인접하는 확산 영역(322)은 서로 연결된다. 분사홀(321)은 확산 영역(322)과 연결되여, 하면을 수직 방향으로 관통한다.
분사홀(321)은 샤워헤드(310)의 분사홀(311)과 대향되게 위치한다. 가스 분사판(320)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
커버 플레이트(330)는 가스 분사판(320)의 상부에 위치한다. 커버 플레이트(330)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 커버 플레이트(330)에는 확산 영역(332)과 분사홀(331)이 제공된다. 확산 영역(332)은 상부에서 공급되는 가스를 분사홀(331)로 고루게 퍼지게 한다. 확산 영역(332)은 하부에 분사홀(331)과 연결된다. 인접하는 확산 영역(332)은 서로 연결된다. 분사홀(331)은 확산 영역(332)과 연결되여, 하면을 수직 방향으로 관통한다.
상부 플레이트(340)는 커버 플레이트(330)의 상부에 위치한다. 상부 플레이트(340)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(340)는 커버 플레이트(330)와 동일한 크기로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(340)는 중앙에 공급홀(341)이 형성된다. 공급홀(341)은 가스가 통과하는 홀이다. 공급홀(341)은 통과한 가스는 커버 플레이트(330)의 확산 영역(332)에 공급된다. 상부 플레이트(340)의 내부에는 냉각 유로(343)가 형성된다. 냉각 유로(343)에는 냉각 유체가 공급될 수 있다. 일 예로 냉각 유체는 냉각수로 제공될 수 있다.
또한, 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330), 그리고 상부 플레이트(340)는 로드에 의해 지지될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330), 그리고 상부 플레이트(340)는 서로 결합되고, 상부 플레이트(340)의 상면에 고정되는 로드에 의해 지지될 수 있다. 또한, 로드는 챔버(100)의 내측에 결합될 수 있다.
절연 링(350)은 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330) 그리고 상부 플레이트(340)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 절연 링(350)은 원형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 절연 링(350)은 비금속 재질로 제공될 수 있다. 절연 링(350)은 상부에서 바라 볼 때, 링 부재(270)와 중첩되게 위치한다. 상부에서 바라 볼 때, 절연 링(350)과 샤워 헤드(310)가 접촉하는 면은 링 부재(270)의 상부 영역에 중첩되게 위치한다.
구동 부재(360)는 절연 링(350)과 샤워 헤드(310) 간의 상대 높이를 조절할 수 있다. 구동 부재(360)는 절연 링(350)과 샤워 헤드(310) 간의 상대 높이를 조절하여, 기판(W)의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다. 구동 부재(360)는 절연 링(350)과 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구동 부재(360)는 절연 링(350)을 상하 방향으로 승하강시킬 수 있다. 구동 부재(360)가 절연 링(350)을 승강시키면, 샤워 헤드(310)가 처리 공간에 노출되는 측면적이 증가할 수 있다. 또한, 구동 부재(360)가 절연 링(350)을 하강 시키면, 샤워 헤드(310)가 처리 공간에 노출되는 측면적이 감소할 수 있다.
구동 부재(360)는 절연 링(350)을 승하강 시킬 수 있는 다양한 기재로 제공될 수 있다. 예컨대, 구동 부재(360)는 유압, 공압 실린더를 이용하여 절연 링(350)을 승하강시킬 수 있다. 또한, 구동 부재(360)는 모터를 이용하여 절연 링(350)을 승하강시킬 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는, 플라즈마 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 또한, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00001
)일 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함한다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급한다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치된다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.
플라즈마 소스는 챔버(100) 내에 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 실시예에서는, 플라즈마 소스로 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용된다. 용량 결합형 플라즈마는 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 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(W) 처리 공정이 수행된다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드 유닛(300)로 제공되고, 하부 전극은 전극 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생된다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.
라이너 유닛(500)은 공정 중 챔버(100)의 내벽 및 지지 유닛(200)이 손상되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 공정 중에 발생한 불술물이 내측벽 및 지지 유닛(200)에 증착되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 내측 라이너(510)와 외측 라이너(530)를 포함한다.
외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내벽에 제공된다. 외측 라이너(530)는 상면 및 하면이 개방된 공간을 가진다. 외측 라이너(530)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내측면을 따라 제공된다.
외측 라이너(530)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 몸체(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 챔버(100)를 손상시킨다. 외측 라이너(530)는 몸체(110)의 내측면을 보호하여 몸체(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다.
내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)을 감싸며 제공된다. 내측 라이너(510)는 링 형상으로 제공된다. 내측 라이너(510)는 지지 플레이트(210), 전극 플레이트(220) 그리고 하부 플레이트(240) 전부를 감싸도록 제공된다. 내측 라이너(510)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)의 외측면을 보호한다.
배플 유닛(600)은 챔버(100)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플에는 복수의 관통홀들이 형성된다. 챔버(100) 내에 제공된 가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
제어기(700)는 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 제어기(700)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있도록 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 제어기(700)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)에 형성된 막을 식각할 수 있도록 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(700)는 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 수행할 수 있도록 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기(700)는 구동 부재(360)를 제어하여, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부 영역의 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다. 제어기(700)는 구동 부재(360)를 제어하여, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부 영역에서 SCD(Skew Critical Dimension)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(700)는 조절 부재(280)를 제어하여, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 조절할 수 있다. 또한, 제어기(700)는 조절 부재(280)를 제어하여, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 조절할 수 있다. 제어기(700)는 조절 부재(280)를 제어하여, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부 영역에서 SCD(Skew Critical Dimension)를 제어할 수 있다.
이하에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 처리하는 방법에 대하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명하는 기판 처리 방법은 상술한 기판 처리 장치(10)를 이용하여 기판을 처리하는 방법인 것을 예로 들어 설명한다. 또한, 이하에서는, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스가 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00002
)를 포함하는 것을 예로 들어 설명한다. 또한, 이하에서는 샤워 헤드(310)의 재질이 실리콘(Si)을 포함하는 것을 예로 들어 설명한다. 그러나, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스가 사불화탄소를 포함하는 것에 한정되는 것은 아니고 다양한 가스로 변형될 수 있다. 또한, 샤워 헤드(310)의 재질이 실리콘을 포함하는 것에 한정되는 것은 아니고, 샤워 헤드(310)의 재질은 다양한 재질로 변형될 수 있다.
도 6은 가스로부터 플라즈마가 발생되는 일 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 챔버(100)의 처리 공간으로 유입된 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00003
)는 플라즈마 소스가 형성하는 전자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된다. 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00004
)가 플라즈마로 여기되는 반응식은 아래와 같다.
Figure 112019027707782-pat00005
즉, 사불화탄소는 플라즈마 소스가 형성하는 전자기장 의해
Figure 112019027707782-pat00006
,
Figure 112019027707782-pat00007
, 그리고 전자(
Figure 112019027707782-pat00008
를 포함하는 플라즈마 상태로 여기 된다. 여기서, 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00009
)가 여기되어 발생하는 전자(
Figure 112019027707782-pat00010
는 챔버(100) 내로 공급되는 다른 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00011
)와 충돌하여, 다른 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00012
)를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 즉, 챔버(100)에 존재했던 전자(
Figure 112019027707782-pat00013
는 가속하여 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00014
)와 충돌하고, 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00015
)는 가지고 있던 전자(
Figure 112019027707782-pat00016
를 방출시킨다. 방출된 전자(
Figure 112019027707782-pat00017
는 또 다른 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00018
)와 충돌하고, 또 다른 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00019
)는 전자(
Figure 112019027707782-pat00020
를 방출시킨다. 이 과정이 반복되어 전자(
Figure 112019027707782-pat00021
의 수가 기하급수적으로 증가하는 이른바 전자 사태 현상(또는 avalanche 현상)이 발생한다. 챔버(100) 내 전자(
Figure 112019027707782-pat00022
의 수가 증가하게 되면, 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00023
)와 충돌하는 전자(
Figure 112019027707782-pat00024
의 수도 함께 증가하므로, 처리 공간에서 여기되는 플라즈마의 밀도는 증가하게 된다.
그러나, 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00025
)가 플라즈마 상태로 여기되는 과정에서 발생하는
Figure 112019027707782-pat00026
와
Figure 112019027707782-pat00027
은 전기음성도가 매우 크다. 이에, 챔버(100) 내의 전자(
Figure 112019027707782-pat00028
들을 끌어당겨 속박하게 된다.
Figure 112019027707782-pat00029
와
Figure 112019027707782-pat00030
가 전자(
Figure 112019027707782-pat00031
들을 속박하게 되면, 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00032
)와 충돌하는 전자(
Figure 112019027707782-pat00033
의 수가 상대적으로 감소하게 된다. 이에, 여기되는 플라즈마의 밀도의 증가세는 상대적으로 감소하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 샤워 헤드(310)는 가스로부터 발생하는 플라즈마와 반응하여 화합물을 형성하는 재질로 제공된다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(310)는 실리콘(Si)을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)가 실리콘(Si)을 포함하는 재질로 제공되는 경우, 사불화탄소(
Figure 112019027707782-pat00034
)가 여기하여 발생하는
Figure 112019027707782-pat00035
와
Figure 112019027707782-pat00036
는 샤워 헤드(310)와 충돌하여, 사불화규소(
Figure 112019027707782-pat00037
)를 발생시킨다. 발생된 사불화규소(
Figure 112019027707782-pat00038
)는 배기홀(102)을 통해 기판 처리 장치(10)의 외부로 배기된다. 즉,
Figure 112019027707782-pat00039
와
Figure 112019027707782-pat00040
가 샤워 헤드(310)와 충돌하여 사불화규소(
Figure 112019027707782-pat00041
)로 배기되면서,
Figure 112019027707782-pat00042
와
Figure 112019027707782-pat00043
에 의해 속박되지 않는 전자(
Figure 112019027707782-pat00044
의 수가 증가한다. 이에, 사불화탄소와 충돌하는 전자(
Figure 112019027707782-pat00045
의 수가 증가하고, 이에 플라즈마의 밀도는 증가한다.
도 8과 도 9는 샤워 헤드의 노출도에 따른 플라즈마 쉬스의 두께의 변화를 보여주는 도면이다. 도 8과 도 9를 참조하면, 샤워 헤드(310)의 노출도가 증가하게 되면
Figure 112019027707782-pat00046
와
Figure 112019027707782-pat00047
는 샤워 헤드(310)가 충돌하는 면적이 커진다. 이에,
Figure 112019027707782-pat00048
와
Figure 112019027707782-pat00049
는 샤워 헤드(310)와 충돌하여, 사불화규소(
Figure 112019027707782-pat00050
)를 생성하는 양이 증가한다. 즉, 샤워 헤드(310)의 노출도가 증가하게 되면,
Figure 112019027707782-pat00051
와
Figure 112019027707782-pat00052
는 샤워 헤드(310)가 충돌하는 면적이 커지고, 이에
Figure 112019027707782-pat00053
와
Figure 112019027707782-pat00054
에 의해 속박되지 않는 전자(
Figure 112019027707782-pat00055
의 수가 증가하고, 이는 플라즈마의 밀도를 증가시킨다. 플라즈마의 밀도가 증가하게 되면 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께는 감소한다.
반대로, 샤워 헤드(310)의 노출도가 감소하게 되면
Figure 112019027707782-pat00056
와
Figure 112019027707782-pat00057
는 샤워 헤드(310)가 충돌하는 면적이 작아지고, 이에
Figure 112019027707782-pat00058
와
Figure 112019027707782-pat00059
에 의해 속박되지 않는 전자(
Figure 112019027707782-pat00060
의 수가 감소하고, 이는 플라즈마의 밀도를 감소시킨다. 플라즈마의 밀도가 감소하게 되면 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께는 증가한다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상술한 원리를 이용하여 처리 공간에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 절연 링(350)과 샤워 헤드(310) 간의 상대 높이를 조절하여 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 예컨대, 구동 부재(360)는 절연 링(350)을 승하강 시켜, 샤워 헤드(310)가 처리 공간에 노출되는 면적을 조절할 수 있다. 절연 링(350)이 상승하면, 처리 공간에 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적이 증가한다. 반대로, 절연 링(350)이 하강 하면, 처리 공간에 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적이 감소한다. 샤워 헤드(310)가 노출되는 면적이 변화하면, 상술한 바와 같이 플라즈마 밀도가 변화되고, 이에 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 제어할 수 있다.
또한, 절연 링(350)은 상부에서 바라볼 때, 링 부재(270)와 중첩되게 위치된다. 따라서, 절연 링(350)이 승하강하여, 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적을 변화시키면, 기판(W)의 가장 자리 영역 및 링 부재(270)의 상부 영역의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 또한, 절연 링(350)이 승하강하여, 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적을 변화시켜, 기판(W)의 가장 자리 영역 및 링 부재(270)의 상부 영역의 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 두께를 제어할 수 있다. 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 제어하면, 기판(W)으로 입사하는 이온 및 라디칼의 입사 각도를 조절할 수 있고, 이에 SCD(Skew Critical Dimension)을 조절할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 링 부재의 마모도에 따라 샤워 헤드 유닛을 제어하여 플라즈마 쉬스의 두께를 조절하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 10 내지 도 12를 참조하면, 기판 처리 장치(10)에서 플라즈마를 이용한 기판 처리가 계속되면, 링 부재(270)는 식각되어 마모된다. 예컨대, 링 부재(270)가 식각되지 않는 초기에는 링 부재(270)는 제1높이(h1)를 유지한다. 링 부재(270)의 상면이 식각되지 않는 초기에는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께가, 링 부재(270)의 상부 영역에서 높게 형성된다. 이에, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에서 플라즈마가 포함하는 이온 및 라디칼의 입사 각도는 기판(W)의 중앙영역에서 가장자리 영역을 향한다.
기판(W)을 처리하는 공정을 반복적으로 수행 후 링 부재(270)는 식각되어 마모되며, 링 부재(270)는 제2높이(h2)로 변화한다. 링 부재(270)의 높이가 낮아짐에 따라, 링 부재(270)의 상부 영역에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께는 감소한다. 이에, 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에서 플라즈마가 포함하는 이온 및 라디칼의 입사 각도는 기판(W)의 가장자리에서 기판(W)의 중앙 영역을 향하는 방향으로 변경될 수 있다. 이러한, 이온 및 라디칼의 입사 각도의 변화는, 기판(W)을 원하는 공정 조건으로 처리하는데 어려움을 가져온다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 링 부재(270)의 높이가 낮아지는 경우 링 부재(270)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 링 부재(270)가 마모되어 그 높이가 낮아지면, 구동 부재(360)는 절연 링(350)을 하강 시킬 수 있다. 이에, 샤워 헤드(310)의 측면이 처리 공간에 노출되는 면적이 작아진다. 샤워 헤드(310)가 처리 공간에 노출되는 면적이 작아지면, 상술한 바와 같이 플라즈마의 밀도가 감소한다. 이에, 링 부재(270)의 상부 영역에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께는 증가한다. 즉, 본원 발명은 링 부재(270)가 마모되어, 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께가 변화하더라도, 샤워 헤드(310)가 처리 공간에 노출되는 면적을 조절하여 이러한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 두께 변화에 대응할 수 있다.
이러한 기판 처리 방법은 다양한 방식으로 적용될 수 있다. 예컨대, 기판(W)의 처리 매수에 따라 절연 링(350)과 샤워 헤드(310)의 상대 높이를 변화시켜 처리 공간에 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적을 조절할 수 있다. 일 예로, 기판(W)의 처리 매수가 증가하게 되면, 링 부재(270)의 마모도는 증가한다. 이 경우, 링 부재(270)의 상부 영역에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께는 감소한다. 링 부재(270)의 상부 영역에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께가 감소하면, 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적을 감소시키도록, 절연 링(350)을 하강시킬 수 있다.
또한, 이러한 처리 방법은, 기판(W)을 처리하는 도중 링 부재(270)의 마모도를 측정하고, 링 부재(270)의 마모도에 따라 마찬가지로 적용될 수 있다. 예컨대, 링 부재(270)의 마모도가 증가함에 따라, 절연 링(350)을 하강시켜 처리 공간에 샤워 헤드(310)의 측면이 노출되는 면적을 감소시킬 수 있다.
상술한 예에서는 조절 부재(280)가 온도 조절 부재를 포함하는 것을 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 조절 부재(280)는 전력 인가 부재(288)를 포함할 수 있다. 또한, 전력 인가 부재(288)는, 절연체(214)에 제공되는 전극판(215)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전력 인가 부재(288)는 링 부재(270)에 전력을 인가한다. 전력 인가 부재(288)는 전원을 포함 할 수 있다. 링 부재(270)는 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 전원은 고파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. 전원은 스위치에 의해 전력을 공급 또는 차단할 수 있다. 링 부재(270)는 전원으로부터 고주파 전력을 인가 받는다. 링 부재(270)는 도전체로 제공될 수 있다. 제어기(700)는 전력 인가 부재(288)를 제어하여 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 조절할 수 있다. 이에, 이온 및 라디칼이 기판(W)에 도달하는 입사 각도를 조절할 수 있다.
제어기(700)는 링부재(280)의 높이가 제1높이(h1)일 때, 링 부재(270)에 제1주파수(F1) 또는 제1전력으로 인가하도록 조절 부재(280)를 제어한다. 제어기(700)는 링 부재(270)의 높이가 제2높이(h2) 일 때 링 부재(270)에 제2주파수(F2) 또는 제2전력을 인가하도록 조절 부재(280)를 제어한다. 제1높이(h1)는 제2높이(h2)와 상이한 높이이다. 일 예로 제1높이(h1)는 제2높이(h2)보다 높다. 제2주파수(F2)는 제1주파수(F1)와 상이한 주파수이다. 일 예로 제2주파수(F2)는 제1주파수(F1)보다 높은 주파수 일 수 있다. 제1전력과 제2전력은 상이한 전력이다. 일 예로 제2전력은 제1전력보다 높은 전력 일 수 있다.
링 부재(270)가 식각되지 않는 초기에는 링 부재(270)는 제1높이(h1)를 유지한다. 링 부재(270)의 상면이 식각되지 않는 초기에는 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부의 입사 각도는 기판(W)의 중앙영역에서 가장자리 영역을 향한다. 기판(W)을 처리 시에는 제어기(700)는 링 부재(270)에 제1주파수(F1)가 인가되도록 전원을 제어한다. 이와는 달리 링 부재(270)에 전원에 의해 제1주파수(F1)가 인가되지 않을 수 있다.
기판을 처리하는 공정을 반복적으로 수행 후 링 부재(270)는 식각되며, 링 부재(270)는 제2높이(h2)로 변화한다. 이 경우 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 입사 각도는 기판(W)의 가장자리에서 기판(W)의 중앙 영역을 향하는 방향으로 변경 될 수 있다. 링 부재(270)가 제2높이(h2)로 변하면 제어기(700)는 링 부재(270)에 제2주파수(F2)가 인가되도록 전원을 제어한다. 여기서 제2주파수(F2)는 제1주파수(F1)보다 높은 주파수 일 수 있다. 링 부재(270)에 제2주파수(F2)를 인가하여 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상면에 이온 및 라디칼이 기판(W)을 향하는 입사 각도는 링 부재(270)의 상면이 제1높이(h1)인 경우 입사 각도와 유사한 각도를 유지할 수 있다. 또한, 링 부재(270)의 높이가 낮아짐에 따라 점진적으로 링 부재(270)에 인가되는 주파수가 높아지도록 제어기(700)는 전원을 제어할 수 있다.
상술한 예에서는, 샤워 헤드(310)에 상부 전원(370)이 전기적으로 연결되고 전극 플레이트(220)에 하부 전원(227)이 연결되며, 각각이 상부 전극과 하부 전극인 것을 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 달리, 상부 전극이 접지되고 하부 전극에 플라즈마 발생용 고주파 전력과 이온 인입용 고주파 전력이 모두 연결될 수 있다.
또한, 하부 전극에 플라즈마 발생용 고주파 전력과, 서로 상이한 주파수를 가지는 2개 또는 그 이상의 이온 인입용 고주파 전력이 모두 연결될 수 있다.
상술한 예에서는 전원에 주파수를 변경하는 것을 예로 들었으나 이와는 달리 전원에 파워를 조절하여 기판(W)의 가장자리 영역 및 링 부재(270)의 상부에 입사 각도를 조절할 수 있다.
상술한 예에서는 온도 조절 부재(281)가 히터(283)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 온도 조절 부재(281)는 냉각 유로를 포함할 수 있다. 냉각 유로는 링 부재(270)를 냉각할 수 있다. 냉각 유로는 링부재의 내부에 위치 할 수 있다. 냉각 유로에는 냉각 유체가 공급된다. 일 예로 공급되는 냉각 유체는 냉각수 일 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(281)는 링 부재(270)의 내부에 냉각 유로와 히터(283)가 같이 제공될 수 있다.
상술한 예에서는 온도 조절 부재(281)가 링 부재(270)의 내부에 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 온도 조절 부재(281)는 링 부재(270)의 하부에 별도의 온도판의 형태로 제공될 수 있다.
상술한 예에서는, 조절 부재(280)가 온도 조절 부재(281) 및 또는 전력 인가 부재(288)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 조절 부재(280)는 링 부재(270)를 승하강 시키는 이동 부재를 포함할 수 있다. 이동 부재는 링 부재(270)를 승강 또는 하강 시켜 링 부재(270)의 상부 영역에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 높이를 조절할 수 있다.
또한, 상술한 예에서 설명한 플라즈마 밀도 조절 방법 및/또는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 두께 조절 방법은 단독으로 사용되거나 서로 조합되어 사용될 수 있다. 일 예로, 샤워 헤드(310)의 노출도를 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 방법과 링 부재(270)의 온도를 조절하여 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 조절하는 방법은 서로 조합되어 사용될 수 있다. 일 예로, 샤워 헤드(310)의 노출도를 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 방법과 링 부재(270)에 인가되는 알에프 주파수를 조절하여 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 두께를 조절하는 방법은 서로 조합되어 사용될 수 있다.
상술한 예에서는 기판에 대하여, 식각 공정을 수행하는 장치를 예로 들어 설명하였다. 그러나 이와 달리 플라즈마를 이용하고, 기판과 대향하는 샤워 헤드를 가지는 다양한 공정의 장치에 적용될 있다. 예컨대, 상술한 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 플라즈마를 이용하여 증착 공정이나 애싱 공정을 수행하는 장치에 적용될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판 처리 장치
100: 챔버
200: 지지 유닛
300: 샤워 헤드 유닛
400: 가스 공급 유닛
500: 라이너 유닛
600: 배플 유닛
700: 제어기

Claims (28)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
    상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
    상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와;
    상기 지지 유닛과 대향되게 제공되는 샤워 헤드 유닛을 포함하되,
    상기 샤워 헤드 유닛은,
    상기 지지 유닛의 상부에 위치하는 샤워 헤드와;
    상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 배치되는 절연 링과;
    상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 기판의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 조절하는 구동 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는,
    상기 가스로부터 발생되는 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 구동 부재를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는,
    기판의 처리 매수에 따라 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드의 상대 높이를 변화시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하도록 상기 구동 부재를 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는,
    기판의 처리 매수가 증가함에 따라 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시키도록 상기 구동 부재를 제어하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    기판을 지지하는 지지 플레이트와;
    상기 지지 플레이트의 가장 자리 영역에 위치하는 링 부재와;
    상기 지지 플레이트의 아래에 제공되며, 하부 전원과 연결되는 전극 플레이트를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 상부 전원과 전기적으로 연결되고,
    상기 절연 링은 상부에서 바라 볼 때, 상기 링 부재와 중첩되게 위치하는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    상기 링 부재의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)를 조절하는 조절 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조절 부재는,
    상기 링 부재의 온도를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하되,
    상기 온도 조절 부재는 상기 링 부재를 가열하는 히터 및/또는 상기 링 부재를 냉각시키는 냉각 유로를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 조절 부재는,
    상기 링 부재를 승하강 시키는 이동 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 지지 유닛은 정전척으로 제공되는 기판 처리 장치.
  13. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    하부 전원과 연결되고 기판을 지지하는 지지 유닛과 상기 지지 유닛과 대향되게 제공되고 상부 전원과 연결되는 샤워 헤드을 구비하는 기판 처리 장치에서 상기 지지 유닛과 상기 샤워 헤드 사이의 처리 공간으로 가스를 공급하고 상기 지지 유닛과 상기 샤워 헤드에 고주파 전력을 인가하여 상기 가스로부터 발생된 플라즈마로 기판을 처리하되,
    상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 제공되는 절연 링의 승하강에 의해 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 플라즈마 밀도를 제어하는 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 절연 링을 승하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하는 기판 처리 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 기판의 처리 매수에 따라, 상기 절연 링을 승하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하는 기판 처리 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    상기 기판을 지지하는 지지 플레이트와;
    상기 지지 플레이트의 가장 자리 영역에 위치하는 링 부재를 포함하되,
    상기 링 부재의 마모도에 따라, 상기 절연 링을 승하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하는 기판 처리 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 기판의 처리 매수가 증가함에 따라, 상기 절연 링을 하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시키는 기판 처리 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 링 부재의 마모도가 증가함에 따라, 상기 절연 링을 하강시켜 상기 처리 공간에 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시키는 기판 처리 방법.
  19. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 기판의 처리는 상기 기판 상의 막질을 식각하는 처리를 포함하는 기판 처리 방법.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 가스로부터 발생하는 플라즈마는,
    상기 샤워 헤드와 반응하여 화합물을 생성하는 기판 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 화합물은 사불화규소인 기판 처리 방법.
  22. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함하는 기판 처리 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
  24. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 제공되는 샤워 헤드 유닛에 있어서,
    기판의 상부에 위치하는 샤워 헤드와;
    상기 샤워 헤드의 둘레를 감싸도록 배치되는 절연 링과;
    상기 절연 링과 상기 샤워 헤드 간의 상대 높이를 조절하여 기판의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도를 조절하는 구동 부재를 포함하는 샤워 헤드 유닛.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는,
    상기 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공되는 샤워 헤드 유닛.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공되는 샤워 헤드 유닛.
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 부재를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는,
    기판의 처리 매수에 따라 상기 절연 링과 상기 샤워 헤드의 상대 높이를 변화시켜 기판이 처리되는 처리 공간에 노출되는 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 조절하도록 상기 구동 부재를 제어하는 샤워 헤드 유닛.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제어기는,
    기판의 처리 매수가 증가함에 따라 상기 처리 공간에 노출되는 상기 샤워 헤드의 측면이 노출되는 면적을 감소시키도록 상기 구동 부재를 제어하는 샤워 헤드 유닛.
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