KR102129765B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102129765B1
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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛; 을 포함하고, 상기 플라즈마 발생 유닛은, RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및 상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함하고, 상기 제1안테나는 상기 제2안테나의 내측에 배치되고, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 각각은 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 상이한 복수의 권선을 가지며, 상기 제1안테나의 상기 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 높은 위치에 배치되고, 상기 제2안테나의 상기 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 낮은 위치에 배치될 수 있다. 상기 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제1안테나에서 가장 외측에 제공된 권선과 상기 제2안테나에서 가장 내측에 제공된 권선은 서로 동일 높이에 배치되고, 상기 제1안테나에서 가장 내측에 제공된 권선과 상기 제2안테나에서 가장 외측에 제공된 권선은 서로 동일 높이에 배치될 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 발명이다. 보다 구체적으로, 플라즈마를 이용하여 식각 처리를 하는 기판 처리 장치에 관한 발명이다.
반도체, 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 공정에는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 포함되어 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중에서 건식 식각에 사용되는 식각 장치 또는 애싱(ashing)에 사용되는 애싱 장치는 플라즈마를 생성하기 위한 챔버를 포함하며, 기판은 상기 플라즈마를 이용하여 식각 또는 애싱 처리될 수 있다.
플라즈마 장치는 RF전력의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 장치와 유도결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 장치로 구분된다. 용량결합형 장치는 서로 대향되는 평행판과 전극에 RF전력을 인가하여 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 유도결합형 장치는 안테나에 의하여 유도되는 유도전기장을 이용하여 소스물질을 플라즈마로 변환시키는 방식이다.
특허문헌 1에서는, 유도 결합 플라즈마 반응기 내에서 M자 형성의 식각률 프로파일을 제거하는 방법에 관한 플라즈마 처리장치를 개시하고 있다.
US 2008/0264904
본 발명에서는, 내부 안테나 및 외부 안테나의 형상을 조절함으로써 M자 형상의 식각률 프로파일을 제거하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고, 상기 플라즈마 발생 유닛은, RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및 상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함할 수 있다.
상기 제1안테나는 상기 제2안테나의 내측에 배치되고, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 각각은 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 상이한 복수의 권선을 가지며, 상기 제1안테나의 상기 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 높은 위치에 배치되고, 상기 제2안테나의 상기 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 낮은 위치에 배치될 수 있다.
상기 제1안테나에서 가장 외측에 제공된 권선과 상기 제2안테나에서 가장 내측에 제공된 권선은 서로 동일 높이에 배치되고, 상기 제1안테나에서 가장 내측에 제공된 권선과 상기 제2안테나에서 가장 외측에 제공된 권선은 서로 동일 높이에 배치될 수 있다.
상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1안테나의 권선들 수와 상기 제2 안테나의 권선들 수는 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 솔레노이드 코일 형상으로 제공될 수 있다.
상기 제1안테나에 인가되는 전력과 상기 제2 안테나에 인가되는 전력은 동일하게 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 처리 장치는 상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함하고, 상기 제2안테나는 상기 제1안테나를 감싸도록 배치되며, 상기 제1안테나의 외측부와, 상기 제2안테나의 내측부는 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나의 다른 부분에 비해 가장 높은 위치를 가지도록 배치될 수 있다.
상기 제1안테나의 내측부와, 상기 제2안테나의 외측부는 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나의 다른 부분에 비해 가장 낮은 위치를 가지도록 배치될 수 있다.
상기 제1안테나와 상기 제2안테나의 종단면에서 볼 때 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상기 가장 높은 위치로부터 계단형으로 위치가 감소하도록 형상지어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 바디; 상기 하우징의 상부에 배치되는 유전체 윈도우; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 유전체 윈도우의 상부에 배치되어, 상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고, 상기 플라즈마 발생 유닛은, RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및 상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함하고, 상기 제2안테나는 상기 제1안테나를 감싸도록 배치되고, 상기 제1안테나는 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 높아지는 형상을 가지고, 상기 제2안테나는 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 낮아지는 형상을 가질 수 있다.
제1안테나의 상단과 제2안테나의 상단은 서로 동일한 높이를 가지고, 제1안테나의 하단과 제2안테나의 하단은 서로 동일한 높이를 가질 수 있다.
본 발명에서는, 내부 안테나 및 외부 안테나의 형상을 조절함으로써 M자 형상의 식각률 프로파일을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명에서는, 내부 안테나 및 외부 안테나의 형상을 조절함으로써 식각률을 균일하게 조절할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기존의 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 상기 도 2에 따른 제1안테나와 제2안테나 및 제1 안테나와 제2 안테나를 함께 배치한 것을 나타내는 입체도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1안테나와 제2안테나 및 제1 안테나와 제2 안테나를 함께 배치한 것을 나타내는 입체도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 기존의 기판 처리 장치에 전력을 인가했을 때의 플라즈마 밀도 분포와, 본 발명의 기판 처리 장치에 전력을 인가했을 때의 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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.
도 1은 기존 발명에서의 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 바디(110), 유전체 윈도우(120), 가스 공급부(130), 플라스마 소스(140), 배플(150) 그리고 기판 지지 유닛(200)을 포함할 수 있다.
바디(110)는 상면이 개방되며, 내부에 공간이 형성된다. 바디(110)의 내부 공간은 기판 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 바디(110)의 바닥면에는 배기홀(111)들이 형성될 수 있다. 배기홀(111)들은 배기 라인(161)과 연결되
며, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물과 바디(110) 내부에 머무르는 가스가 외부로 배출되는 통로를 제공한다. 유전체 윈도우(120)는 바디(110)의 개방된 상면을 밀폐한다. 유전체 윈도우(120)는 바디(110) 둘레에 상응하는 반경을 가진다. 유전체 윈도우(120)는 유전체 재질로 제공될 수 있다. 유전체 윈도우(120)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 챔버는 바디(110)와 유전체 윈도우(120)를 포함하도록 구성될 수 있다.
가스 공급 유닛(130)은 기판 지지 유닛(200)에 지지된 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(130)은 가스 저장부(135), 가스 공급 라인(133), 그리고 가스 유입 포트(131)를 포함한다. 가스 공급 라인(133)은 가스 저장부(135) 및 가스 유입 포트(131)를 연결한다. 가스 저장부(135)에 저장된 공정 가스는 가스 공급 라인(133)을 통해 가스 유입 포트(131)로 공급한다. 가스 유입 포트(131)는 챔버의 상부벽에 설치된다. 가스 유입 포트(131)는 기판 지지 유닛(200)과 대향되게 위치된다. 일 예에 의하면, 가스 유입 포트(131)는 챔버 상부벽의 중심에 설치될 수 있다. 가스 공급 라인(133)에는 밸브가 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나, 그 내부 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 공정 가스는 식각 가스일 수 있다.
배플(150)은 챔버(110) 내에서 공정가스의 흐름을 제어한다. 배플(150)은 링 형상으로 제공되며, 챔버(110)와 기판 지지 유닛(200) 사이에 위치한다. 배플(150)에는 관통홀(151)들이 형성된다. 챔버(110) 내에 머무르는 공정가스는 관통홀(151)들을 통과하여 배기홀(111)에 유입된다. 관통홀(151)들의 형상 및 배열에 따라 배기홀(111)로 유입되는 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 공정 챔버(110) 내부에 위치하며, 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전 척(Electrode static chuck)이 제공될 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다. 이하, 정전 척을 예를 들어 설명한다.
정전 척(200)은 제1플레이트(210), 전극(220), 히터(230), 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 제1플레이트(210)는 원판 형상으로 제공되며, 상면에 기판(W)이 놓인다. 제1플레이트(210)의 상면은 가장 자리 영역보다 중앙 영역이 높게 위치하도록 단차질 수 있다. 제1플레이트(210)의 상면 중앙 영역은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에 기판(W)의 가장자리영역은 제1플레이트(210)의 상면 중앙영역 외측에 위치한다. 제1플레이트(210)는 유전체(dielectric substance) 재질의 유전 판으로 제공될 수 있다.
제1플레이트(210)의 내부에는 전극(220)이 제공된다. 전극(220)은 외부 전원(260)과 연결되며, 전원으로부터 전력이 인가된다. 전극(220)은 기판(W)과의 사이에 정전기력을 형성하여 기판(W)을 제1플레이트(210)의 상면에 흡착시킨다.
제1플레이트(210)의 내부에는 히터(230)가 제공된다. 히터(230)는 전극(220)의 하부에 제공될 수 있다. 히터(230)는 외부 전원(260)과 전기적으로 연결되며, 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 제1플레이트(210)를 거쳐 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 가열된다. 히터(230)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 히터(230)는 균일한 간격으로 제1플레이트(210)에 매설될 수 있다.
포커스 링(240)은 링 형상으로 제공되며, 제1플레이트(210)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 제1플레이트(210)에 인접한 내측부가 외측부보다 낮도록 단차져서 제공될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부는 제1플레이트(210)의 상면 중앙영역과 동일 높이에 위치할 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부는 제1플레이트(210)의 외측에 위치하는 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)은 플라스마가 형성되는 영역의 중심에 기판이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다.
플라스마 발생 유닛(140)은 챔버 내부로 공급된 공정 가스를 플라스마 상태로 여기시킨다. 플라스마 발생 유닛(140)은 안테나(141)와 RF 전원(142)을 포함한다. 안테나(141)는 유전체 윈도우(120)의 상부에 위치하며, 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. RF 전원(142)은 안테나(141)와 연결되며, 고주파 전력을 안테나(141)에 인가할 수 있다. 안테나(141)에 인가된 고주파 전력에 의해, 챔버 내부에는 유도 전기장이 형성된다. 공정 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라스마 상태로 여기된다. 플라스마 상태의 공정 가스는 기판(W)으로 제공되며, 기판(W)을 처리한다. 플라스마 상태의 공정 가스는 에칭 공정을 수행할 수 있다.
도 1에서 기판 처리 장치(100)가 포함하는 안테나(141)는 제1 안테나와 제2 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 기존의 기판 처리 장치(100)가 포함하는 안테나(141)는 평면으로 배치된다. 도 1의 ICP 공정 챔버에서 플라즈마는 유전체 윈도우(120)에 의해 챔버로부터 분리되는 유도 코일을 통해 방위각 전기장에 의해 형성된다. 이러한 ICP 챔버는 고압에서 작동할 때 웨이퍼 레벨에서 M-자형 식각률 프로파일을 생성하는 특징이 있다. 고압은 10mTorr보다 높은 압력일 수 있다. 즉 도 1에서 배치된 안테나의 특성에 따르면, 전력을 RF 전원(142)을 통해 안테나에 인가하는 경우 식각률이 균일하게 형성되지 아니하며, M자 형상으로 식각률이 형성되어 균일한 플라즈마 처리가 어려운 특징이 존재하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)에서의 플라즈마 안테나(141)의 구조를 나타내는 도면이다. 상기 도 1과 비교하여, 기판 처리 장치(100)에서 안테나(141)의 형상 부분이 차이가 존재한다. 이하에서는, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고 차이가 있는 안테나(141)의 형상을 위주로 하여 설명한다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)의 안테나(141)는, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)를 포함할 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 RF 신호를 공급받아 상기 챔버 내의 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 제1 안테나(1411)는 제2 안테나(1412)의 내측에 배치될 수 있다. 제1 안테나(1411)는 내부 안테나일 수 있다. 제2 안테나(1412)는 외부 안테나일 수 있다. 제1 안테나(1411)의 직경은 제2 안테나(1412)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는, 각 안테나의 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 상이하게 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는, 각 안테나의 직경이 넓어질수록 높이가 상이하게 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는, 각 안테나의 중심에서부터 바깥 방향으로 감겨질 때, 높이가 변형되면서 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 복수의 권선으로 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 단일한 권선으로 형성될 수도 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 자세한 형상은 후술할 도 3 내지 도 4에 도시되어 있다. 제1 안테나(1411)의 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 높은 위치에 배치되도록 형성될 수 있다. 제2 안테나(1412)의 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 낮은 위치에 배치되도록 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 배치는 서로 반전되는 방향으로 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)는 점점 높아지는 방향으로 권선이 감겨져서 형성될 수 있다. 제2 안테나(1412)는 점점 낮아지는 방향으로 권선이 감겨져서 형성될 수 있다.
본 발명의 기판 처리 장치(100)의 일 실시예에 따르면, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 복수의 권선을 포함하는 경우에는 각 안테나의 가장 외측에 배치되는 권선들 및 각 안테나의 가장 내측에 배치되는 권선들과의 관계성을 이하와 같이 설명할 수 있다. 제1 안테나(1411)에서 가장 외측에 제공되는 권선과 제2 안테나(1412)에서 가장 내측에 제공되는 권선은 서로 동일 높이에 배치될 수 있다. 제1 안테나(1411)에서 가장 내측에 제공되는 권선과 제2 안테나(1412)에서 가장 외측에 제공되는 권선은 서로 동일 높이에 배치될 수 있다.
제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 병렬로 연결되어, RF 전원(142)에 연결될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 서로 병렬로 연결되어 전력이 분배될 수 있다.
제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 각각 복수의 권선으로 이루어지는 경우, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 포함하는 권선의 개수는 서로 동일할 수 있다. 이 때, 제1 안테나(1411)를 이루는 권선과 제2 안테나(1412)를 이루는 권선은 서로 대응될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)를 이루는 동일한 개수의 권선들은, 대응하는 안테나의 권선과 동일한 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 각각 3개의 권선으로 이루어지도록 형성되는 경우에는, 제1 안테나(1411)의 가장 내측에 위치한 권선의 높이와, 제2 안테나(1412)의 가장 외측에 위치한 권선의 높이는 동일할 수 있다. 제1 안테나(1411)의 가장 외측에 위치한 권선의 높이와, 제2 안테나(1412)의 가장 내측에 위치한 권선의 높이 역시 동일할 수 있다. 마찬가지로, 제1 안테나(1411)의 중심에 위치한 권선의 높이와, 제2 안테나(1412)의 중심에 위치한 권선의 높이도 동일하게 형성될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 이루는 형상은 돔 형태의 형상을 이루도록 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 중심을 기준으로 하여 자른 단면도 상에 형성된 안테나(141)의 형상은, 돔 형태의 형상이 나란히 2개로 배치된 형상으로 형성될 수 있다.
제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 솔레노이드 코일의 형상으로 제공될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 코일을 원통형으로 길게 감아서 형성된 형상일 수 있다.
제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)에 인가되는 전력은 동일하게 인가될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)에 인가되는 전력이 동일하게 인가될 경우에, 기존의 기판 처리 장치에서는 제1 안테나와 제2 안테나가 접하는 부분에서 전기장이 강하게 작용하게 되어 M자 형상의 식각률 프로파일이 나타나는 문제점이 있었고, 이를 조절하기 위해 전력 분배기를 이용하여 전력의 크기를 다르게 하는 방식 등을 이용하여 밀도 분포를 조절하는 등의 방법을 사용하였다.
반면 본 발명에서는, 제1 안테나와 제2 안테나에 인가되는 전력이 동일하게 인가되는 경우에서도, 안테나의 형상의 높이를 조절함으로써 식각률 프로파일을 전체적으로 균일하게 수행할 수 있는 효과가 존재하며, 전력 분배기를 이용하여 플라즈마의 밀도 조절을 할 필요성이 없는 장점이 있다. 따라서 구성요소 측면에서도 유리한 효과가 있다고 판단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 안테나(141)의 구조는 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)를 포함하도록 구성되며, 제2 안테나(1412)는 제1 안테나(1411)를 감싸도록 배치될 수 있다. 제2 안테나(1412)는 외부 안테나일 수 있다. 제1 안테나(1411)는 내부 안테나일 수 있다. 제1 안테나(1411)의 외측부와, 제2 안테나(1412)의 내측부는 제1 안테나(1411) 및 제2 안테나(1412)의 다른 부분에 비해 가장 높은 위치를 가지도록 배치될 수 있다. 제1 안테나(1411)의 외측부는, 제1 안테나(1411)가 포함하는 코일에 있어서, 가장 외측 부분으로 형성된 원형의 코일부를 의미한다. 제2 안테나(1412)의 내측부는, 제2 안테나(1412)가 포함하는 코일에 있어서, 가장 내측 부분으로 형성된 원형의 코일부를 의미한다. 제1 안테나(1411)의 가장 외측부분, 즉 내부 안테나의 가장 외측 부분과, 제2 안테나(1412)의 가장 내측 부분, 즉 외부 안테나의 가장 내측 부분은 안테나의 다른 부분에 비해 가장 높은 위치를 가지도록 형성되어, 단면도로 보았을 때 안테나(141)의 형상은 최고 정점이 2번 형성되는 모양으로 코일이 배치될 수 있다. 제1 안테나(1411)의 내측부와, 제2 안테나(1412)의 외측부는 제1 안테나(1411) 및 제2 안테나(1412)의 다른 부분에 비해 가장 낮은 위치를 가지도록 배치될 수 있다. 제1 안테나(1411)의 가장 내측부분, 즉 내부 안테나의 가장 내측 부분과, 제2 안테나(1412)의 가장 외측 부분, 즉 외부 안테나의 가장 외측 부분은 안테나의 다른 부분에 비해 가장 낮은 위치를 가지도록 형성되어, 단면도로 보았을 때 안테나(141)의 형상은 최저점이 3번 형성되는 모양으로 코일이 배치될 수 있다. 따라서 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 형상은, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 종단면에서 바라볼 때, 가장 높은 위치, 최고 정점으로부터, 계단형으로 위치가 감소하도록 형상지어질 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 형상은, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 종단면에서 바라볼 때, 제1 안테나(1411)의 중심점을 기준으로 하여, 대칭되는 구조로 형성될 수 있다. 상기 대칭되는 구조는, 중간에 정점을 가지는 형태로 이루어져 계단식으로 높이가 감소하는 형태로 형성될 수 있다.
도 3은 상기 도 2에 따른 제 1안테나와 제2 안테나 및 제1 안테나와 제2 안테나를 함께 배치한 것을 나타내는 입체도이다. 도 3(a)는 제1 안테나(1411)를 나타내며, 도 3(b)는 제2 안테나(1412)를, 도 3(c)는 도 3(a) 및 도 3(b)의 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 함께 배치된 안테나(141)를 나타내는 입체도면이다.
도 3에 따르면, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는, 코일이 감겨지면서 높이가 달라지도록 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)는 코일이 감겨지면서 높이가 점차 낮아지도록 형성될 수 있다. 제2 안테나(1412)는 코일이 감겨지면서 높이가 점차 높아지도록 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 함께 배치될 경우, 도 3(c) 와 같은 형상으로 배치될 수 있다.
도 4는 도 3에 따른 안테나의 다른 일 실시예의 형상을 나타내는 도면이다. 도 4(a)는 제1 안테나(1411)를 나타내며, 도 4(b)는 제2 안테나(1412)를, 도 4(c)는 도 4(a) 및 도 4(b)의 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)가 함께 배치된 안테나(141)를 나타내는 입체도면을 나타낸다. 도 4는 도 3과 전체적인 형상은 동일하게 형성될 수 있다.
도 4에 따르면, 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 각각 복수개의 권선으로 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)는 각각의 권선이 각자의 높이를 가진 채로 배치될 수 있다. 각각의 권선이 가지는 높이는 점차적으로 낮아지거나 점차적으로 높아질 수 있다. 각각의 권선이 형성되는 간격은 동일한 간격으로 형성될 수 있다. 제1 안테나(1411)와 제2 안테나(1412)의 복수의 권선은 동일한 개수일 수 있다. 상기 복수의 권선으로 형성된 제1 안테나와 제2 안테나가 함께 배치될 경우, 도 4 (c)와 같은 형상으로 배치될 수 있다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 기판처리장치에 있어서, 안테나 형상의 배치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 6에 따르면, 각각의 안테나 형상은 제1 안테나(1411)의 가장 외측의 높이와 제2 안테나(1412)의 가장 내측의 높이가 동일하며, 제1 안테나(1411)의 가장 내측의 높이와 제2 안테나(1412)의 가장 외측의 높이가 동일함을 전제로 하여, 중간에 위치하는 안테나의 높이는 유동적으로 변경되어 안테나가 배치될 수 있다.
상기 도 2 내지 도 6에서 도시한 기판 처리 장치는 본 발명의 일 실시예들 중 하나에 불과한 것이며, 본 발명에 따른 플라즈마 안테나(141)의 배치 구조는 상기 조건을 만족하는 범위 하에서 다양하게 변경되어 배치될 수 있다. 또한, 도면 상에 도시된 바에 의하면 안테나의 코일의 권선수는 각각 3개인 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 아니하며 적절한 범위에서 권선수는 변경될 수 있다.
도 7은 기존의 기판 처리 장치에 전력을 인가했을 때의 플라즈마 밀도 분포와, 본 발명의 기판 처리 장치에 전력을 인가했을 때의 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 도면이다.
도 7(a)에 따르면, 기존의 기판처리장치의 경우 플라즈마 밀도가 내부 안테나와 외부 안테나가 접견하는 부분에서 높게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 상기 내부 안테나와 상기 외부 안테나가 접하는 부분의 전기장 세기 역시 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉 내부 안테나 및 외부 안테나 사이의 높은 전계 강도로 M자 형상의 플라즈마 밀도가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 반면 도 7(b)에 따르면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용할 경우에는, 내부 안테나와 외부 안테나가 접하는 부분의 전기장 세기가 기존의 기판처리장치에 비해 약하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 플라즈마 밀도 역시 내부 안테나와 외부 안테나가 접하는 부분의 밀도가 도 7(a)에 비해 작게 나타나, 기판의 전체적으로 균일한 플라즈마 밀도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
유전체 윈도우 아래의 방위각 전기장의 분포는, 플라즈마의 특성을 결정하는 요인이 될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조를 사용한 기판 처리 장치의 경우, 내부 안테나와 외부 안테나의 거리를 증가시킴으로써, 내부 안테나와 외부 안테나 사이의 중간 영역에서 전기장을 감소시키는 것이 가능하게 된다. 그로 인해 M자 형상의 식각률 프로파일을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다. 기존의 기판 처리 장치 및 선행기술의 경우, 챔버와의 거리를 변경하거나, 외부 안테나의 직경만을 조절하는 방법을 사용하였기 때문에, 챔버와의 거리를 늘리는 방안의 경우 전체적인 전기장 세기가 약화되어, 전체적인 플라즈마 밀도 자체가 감소하는 효과가 발생하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명은, 챔버와의 거리는 그대로 유지하여 플라즈마 밀도를 감소하지 않도록 유지함과 동시에, 전기장 세기가 강하게 되는 내부 안테나와 외부 안테나의 접견 부분에 대해서만 일정한 거리만큼 이격되도록 배치하는 구조를 통해, 국부적으로 M자 형상 문제를 해결할 수 있는 효과가 존재한다.
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.
100 : 기판 처리 장치
110 : 바디
120 : 유전체 윈도우
130 : 가스 공급 유닛
140 : 플라즈마 발생 유닛
142 : RF 전원
1411 : 제1 안테나
1412 : 제2 안테나

Claims (16)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및
    상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함하고,
    상기 제1안테나는 상기 제2안테나의 내측에 배치되고,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나 각각은 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 상이한 복수의 권선을 가지며,
    상기 제1안테나의 상기 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 높은 위치에 배치되고,
    상기 제2안테나의 상기 권선들은 상기 중심축으로부터 멀어질수록 더 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1안테나에서 가장 외측에 제공된 권선과 상기 제2안테나에서 가장 내측에 제공된 권선은 서로 동일 높이에 배치되고,
    상기 제1안테나에서 가장 내측에 제공된 권선과 상기 제2안테나에서 가장 외측에 제공된 권선은 서로 동일 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1안테나의 권선들 수와 상기 제2 안테나의 권선들 수는 서로 동일한 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 솔레노이드 코일 형상으로 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1안테나에 인가되는 전력과 상기 제2 안테나에 인가되는 전력은 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및
    상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함하고,
    상기 제2안테나는 상기 제1안테나를 감싸도록 배치되며,
    상기 제1안테나의 외측부와, 상기 제2안테나의 내측부는 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나의 다른 부분에 비해 가장 높은 위치를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1안테나의 내측부와, 상기 제2안테나의 외측부는 상기 제1안테나 및 상기 제2안테나의 다른 부분에 비해 가장 낮은 위치를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나의 종단면에서 볼 때 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상기 가장 높은 위치로부터 계단형으로 위치가 감소하도록 형상지어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1안테나의 권선들 수와 상기 제2 안테나의 권선들 수는 서로 동일한 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 솔레노이드 코일 형상으로 제공되는 기판 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1안테나에 인가되는 전력과 상기 제2 안테나에 인가되는 전력은 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 바디;
    상기 바디의 상부에 배치되는 유전체 윈도우;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 유전체 윈도우의 상부에 배치되어, 상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및
    상기 RF 신호를 공급받아 상기 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1안테나와 제2안테나를 포함하고,
    상기 제2안테나는 상기 제1안테나를 감싸도록 배치되고,
    상기 제1안테나는 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 높아지는 형상을 가지고,
    상기 제2안테나는 그 중심축으로부터 멀어질수록 높이가 낮아지는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제1안테나의 상단과 제2안테나의 상단은 서로 동일한 높이를 가지고,
    제1안테나의 하단과 제2안테나의 하단은 서로 동일한 높이를 가지는 기판 처리 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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