KR102404812B1 - 기판 지지 유닛을 구비하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

공정 챔버 내에서 하부 전극을 구성하는 센터 전극과 에지 전극의 임피던스 변화를 통해 기판의 센터 영역과 에지 영역의 구배를 제어하는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템을 제공한다. 상기 기판 처리 시스템은, 하우징; 하우징의 내부 상측에 설치되며, 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 하우징의 내부로 유입시키는 샤워 헤드 유닛; 및 하우징의 내부 하측에 설치되며, 기판이 안착되는 정전 척을 구비하는 지지 유닛을 포함하며, 정전 척은, 몸체를 구성하는 유전 판; 유전 판의 제1 영역을 발열시키는 제1 히터; 및 유전 판의 제2 영역을 발열시키는 제2 히터를 포함하고, 제1 히터와 제2 히터에 각각 인가되는 전압이나 임피던스를 조절하여 기판의 영역별 식각율을 제어한다.

Description

기판 지지 유닛을 구비하는 기판 처리 시스템 {Unit for supporting substrate and system for treating substrate with the unit}
본 발명은 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 하부 전극으로 이용되는 정전 척을 구비하는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자는 기판 상에 소정의 패턴을 형성함으로써 제조될 수 있다. 기판 상에 소정의 패턴을 형성할 때에는 증착 공정(depositing process), 사진 공정(lithography process), 식각 공정(etching process) 등 다수의 공정이 반도체 제조 공정에 사용되는 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있다.
한국공개특허 제10-2019-0050656호 (공개일: 2019.05.13.)
반도체 소자를 제조하는 데에 이용되는 플라즈마 공정(plasma process)은 공정 챔버(process chamber) 내에서 수행될 수 있다.
그런데 공정 챔버에서 RF 타임(RF time)이 증가함에 따라 기판(예를 들어, 웨이퍼(wafer))의 에지 영역(edge zone)에서 식각 속도(etch rate)가 증가할 수 있다. 이 경우, 관련 부분(예를 들어, 포커스 링(focus ring))을 주기적으로 교체해 주어야 하는 불편이 따를 수 있으며, 설비를 유지 보수하는 데에 소요되는 비용이 과다하게 발생할 수 있고, 설비를 사용하는 시간도 단축될 수 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 공정 챔버 내에서 하부 전극을 구성하는 센터 전극(center electrode)과 에지 전극(edge electrode)의 임피던스 변화를 통해 기판의 센터 영역(center zone)과 에지 영역의 구배를 제어하는 기판 지지 유닛을 제공하는 것이다.
또한 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 공정 챔버 내에서 하부 전극을 구성하는 센터 전극과 에지 전극의 임피던스 변화를 통해 기판의 센터 영역과 에지 영역 간 구배를 제어하는 기판 지지 유닛을 구비하는 기판 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 시스템의 일 면(aspect)은, 하우징; 상기 하우징의 내부 상측에 설치되며, 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 유입시키는 샤워 헤드 유닛; 및 상기 하우징의 내부 하측에 설치되며, 상기 기판이 안착되는 정전 척을 구비하는 지지 유닛을 포함하며, 상기 정전 척은, 몸체를 구성하는 유전 판; 상기 유전 판의 제1 영역을 발열시키는 제1 히터; 및 상기 유전 판의 제2 영역을 발열시키는 제2 히터를 포함하고, 상기 제1 히터와 상기 제2 히터에 각각 인가되는 전압이나 임피던스를 조절하여 상기 기판의 영역별 식각율(etch rate)을 제어한다.
상기 정전 척은, 상기 제1 히터에 연결되는 제1 커패시터; 및 상기 제2 히터에 연결되는 제2 커패시터를 포함하며, 상기 제1 커패시터의 커패시턴스와 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 상기 영역별 식각율을 제어할 수 있다.
상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터는 가변 커패시터일 수 있다.
상기 정전 척은, 교류 전원과 상기 제1 히터 사이에 설치되어, 상기 제1 히터로부터 상기 교류 전원으로 흐르는 노이즈 신호를 제거하는 제1 필터; 및 상기 교류 전원과 상기 제2 히터 사이에 설치되어, 상기 제2 히터로부터 상기 교류 전원으로 흐르는 노이즈 신호를 제거하는 제2 필터를 더 포함하며, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터는 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 통해 상기 제1 히터 및 상기 제2 히터에 각각 연결될 수 있다.
상기 기판의 제1 영역이 상기 기판의 제2 영역보다 식각율이 높은 경우, 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 증가시키거나, 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 감소시켜, 상기 영역별 식각율을 제어하며, 상기 기판의 제2 영역이 상기 기판의 제1 영역보다 식각율이 높은 경우, 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 감소시키거나, 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 증가시켜, 상기 영역별 식각율을 제어할 수 있다.
상기 정전 척은, 상기 영역별 식각율을 기초로 상기 제1 히터와 상기 제2 히터에 각각 인가되는 전압이나 임피던스를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 지지 유닛의 일 면은, 플라즈마를 이용하여 식각하려는 기판이 안착되는 정전 척; 상기 정전 척의 하부에 설치되며, 상기 정전 척을 지지하는 베이스; 및 상기 정전 척의 측면에 설치되며, 플라즈마가 상기 기판에 집중되도록 하는 링 어셈블리를 포함하며, 상기 정전 척은, 몸체를 구성하는 유전 판; 상기 유전 판의 제1 영역을 발열시키는 제1 히터; 및 상기 유전 판의 제2 영역을 발열시키는 제2 히터를 포함하고, 상기 제1 히터와 상기 제2 히터에 각각 인가되는 전압이나 임피던스를 조절하여 상기 기판의 영역별 식각율을 제어한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 지지 유닛을 구비하는 기판 처리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 기판 처리 시스템의 다른 실시예에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척을 구성하는 가열 부재의 개략적인 구조를 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 기판의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어하는 방법을 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 기판의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어하는 방법을 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 7은 기판 처리 시스템의 또다른 실시예에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
건식 식각 공정(dry etching chamber)이 수행되는 공정 챔버(process chamber)에서 RF 타임(RF time)이 증가함에 따라 기판(예를 들어, 웨이퍼(wafer))의 에지 영역(edge zone)에서 식각 속도(etch rate)가 증가할 수 있다. 따라서 기판의 센터 영역(center zone)과 에지 영역에 대해 구배 변화를 제어할 필요가 있다.
본 발명은 공정 챔버 내에서 하부 전극을 구성하는 센터 전극(center electrode)과 에지 전극(edge electrode)의 임피던스 변화를 통해 기판의 센터 영역과 에지 영역의 구배를 제어하는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 지지 유닛을 구비하는 기판 처리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 따르면, 기판 처리 시스템(100)은 하우징(110), 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너(liner; 170) 및 배플 유닛(baffle unit; 180)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 시스템(100)은 건식 식각 공정(dry etching process)을 이용하여 기판(W)을 처리하는 시스템이다. 기판 처리 시스템(100)은 예를 들어, 플라즈마 공정(plasma process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
하우징(110)은 플라즈마 공정이 수행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 하우징(110)은 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.
배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 이러한 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 과정에서 발생된 반응 부산물과 하우징(110)의 내부에 잔여하는 가스를 하우징(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.
하우징(110)은 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 하우징(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로서 기능할 수 있다. 이러한 개구부(114)는 도어 어셈블리(115)에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 하우징(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 이용하여 작동할 수 있다.
지지 유닛(120)은 하우징(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(mechanical clamping), 진공(vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스(121), 정전 척(Electro-Static Chuck; 122), 링 어셈블리(123), 가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)를 포함하여 구성될 수 있다.
정전 척(ESC; 122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 것이다. 이러한 정전 척(122)은 세라믹 재질로 제공될 수 있으며, 베이스(121) 상에 고정되도록 베이스(121)와 결합될 수 있다.
정전 척(122)은 하우징(110)의 내부에서 하부 전극을 구성하는 센터 전극과 에지 전극의 임피던스 변화를 통해 기판의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 이를 통해 설비 사용 시간을 연장하고, 유지 보수 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 정전 척(122)의 이와 같은 특징에 대해서는 도면 등을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 정전 척(122)은 구동 부재(미도시)를 이용하여 하우징(110)의 내부에서 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 정전 척(122)이 이와 같이 상하 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해질 수 있다.
링 어셈블리(123)는 정전 척(122)의 테두리를 감싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(123)는 링 형상으로 제공되어, 기판(W)의 테두리 영역을 지지하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(123)는 포커스 링(focus ring; 123a) 및 절연 링(123b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(123a)은 절연 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)을 감싸도록 제공된다. 이러한 포커스 링(123a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킬 수 있다.
절연 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)을 감싸도록 제공된다. 이러한 절연 링(123b)은 쿼츠(quartz) 재질로 제공될 수 있다.
한편, 링 어셈블리(123)는 포커스 링(123a)의 테두리에 밀착 형성되는 에지 링(edge ring)을 더 포함할 수 있다. 에지 링은 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 지지 유닛(120)의 내부에 설치될 수 있다. 일례로, 가열 부재(124)는 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다.
제1 가스 공급 유닛(150)은 링 어셈블리(123)의 상부나 정전 척(122)의 테두리 부분에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 가스를 공급하는 것이다. 이러한 제1 가스 공급 유닛(150)은 제1 가스 공급원(151) 및 제1 가스 공급 라인(152)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 가스 공급원(151)은 이물질을 제거하기 위한 가스로 질소 가스(N2 gas)를 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 가스 공급원(151)은 다른 가스나 세정제 등을 공급하는 것도 가능하다.
제1 가스 공급 라인(152)은 정전 척(122)과 링 어셈블리(123) 사이에 제공되는 것이다. 제1 가스 공급 라인(152)은 예를 들어, 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 가스 공급 라인(152)은 포커스 링(123a)의 내부에 제공되어, 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 절곡되도록 형성되는 것도 가능하다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 하우징(110)의 내부 공간 중에서 지지 유닛(120)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛은 하우징(110)의 상부에 설치되는 안테나(antenna; 135)를 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 하우징(110)의 내부에 설치되는 샤워 헤드(shower head; 140)를 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)이 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스를 이용하는 경우, 기판 처리 시스템(500)의 구조에 대해서는 도면 등을 참조하여 후술하기로 한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전극, 하부 전극, 상부 전원(131) 및 하부 전원(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
상부 전원(131)은 상부 전극에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 상부 전원(131)은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 하부 전원(133)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다..
상부 전원(131)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 상부 전원(131)이 복수 개 구비되는 경우, 기판 처리 시스템(100)은 복수 개의 상부 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 매칭 네트워크는 각각의 상부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 샤워 헤드 유닛(140)에 인가할 수 있다.
한편, 상부 전원(131)과 안테나(135)를 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 상부 전원(131)으로부터 안테나(135)로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 하부 전극에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 하부 전원(133)은 쉬스 전압(sheath voltage)을 형성시켜 이온이 기판(W)에 충돌하여 이방성 식각을 증진시키도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 상부 전원(131)과 마찬가지로 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 하부 전원(133)이 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 하부 전원과 전기적으로 연결되는 제2 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 매칭 네트워크는 각각의 하부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 정전 척(122)에 인가할 수 있다.
한편, 하부 전원(133)과 정전 척(122)을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제2 임피던스 정합 회로는 제1 임피던스 정합 회로와 마찬가지로 무손실 수동 회로로 작용하여 하부 전원(133)으로부터 정전 척(122)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
앞서 설명하였지만, 플라즈마 생성 유닛(130)이 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스를 이용하는 경우, 안테나(135)를 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다. 이때 상부 전원(131)은 안테나(135)로 전력을 인가할 수 있다.
안테나(135)는 상부 전극으로 기능하는 것으로서, 하우징(110)의 상부에 설치될 수 있다.
안테나(135)는 폐루프를 형성하도록 제공되는 코일이 장착된 것이다. 이러한 안테나(135)는 상부 전원(131)으로부터 공급되는 전력을 기초로 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 생성하여, 샤워 헤드 유닛(140)를 통해 하우징(110)의 내부로 유입된 가스를 플라즈마로 여기시키는 기능을 한다.
안테나(135)는 평판 스파이럴(planar spiral) 형태의 코일을 장착할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 코일의 구조나 크기 등은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 안테나(135)는 하우징(110)의 외측에 하우징(110)과 별개로 설치되는 것도 가능하다. 안테나(135)는 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 상부 위쪽에 설치될 수 있다. 도 2는 기판 처리 시스템의 다른 실시예에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
샤워 헤드 유닛(140)은 정전 척(122)과 하우징(110)의 내부에서 상하로 대향되도록 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(140)은 하우징(110)의 내부로 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 분사 홀(gas feeding hole; 141)을 구비할 수 있으며, 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 공정 가스를 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급 유닛(160)은 제2 가스 공급원(161) 및 제2 가스 공급 라인(162)을 포함할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 에칭 가스(etching gas)를 공정 가스로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원(161)은 에칭 가스로 불소(fluorine) 성분을 포함하는 가스(예를 들어, SF6, CF4 등의 가스)를 공급할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 단일 개 구비되어 에칭 가스를 샤워 헤드 유닛(140)로 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 가스 공급원(161)은 복수 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 것이다. 제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)을 통해 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하여, 에칭 가스가 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)이 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone), 에지 영역(edge zone) 등으로 분할되는 경우, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 공정 가스를 공급하기 위해 가스 분배기(미도시)와 가스 분배 라인(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가스 분배기는 제2 가스 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 분배하는 것이다. 이러한 가스 분배기는 제2 가스 공급 라인(161)을 통해 제2 가스 공급원(161)과 연결될 수 있다.
가스 분배 라인은 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역을 연결하는 것이다. 가스 분배 라인은 이를 통해 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 이송할 수 있다.
한편, 제2 가스 공급 유닛(160)은 증착 가스(deposition gas)를 공급하는 제2 가스 공급원(미도시)을 더 포함하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급원은 기판(W) 패턴의 측면을 보호하여 이방성 에칭이 가능해지도록 샤워 헤드 유닛(140)로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원은 C4F8, C2F4 등의 가스를 증착 가스로 공급할 수 있다.
라이너(170)(또는 월 라이너(wall-liner))는 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 라이너(170)는 하우징(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다.
라이너(170)는 하우징(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 라이너(170)는 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 라이너(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 하우징(110)의 상단에 놓여 라이너(170)를 지지할 수 있다.
배플 유닛(180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 하우징(110)의 내측벽과 지지 유닛(120) 사이에 설치될 수 있다.
배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀(181)을 구비할 수 있다. 배플 유닛(180)은 관통 홀(181)의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
다음으로, 하부 전극을 구성하는 센터 전극과 에지 전극의 임피던스 변화를 통해 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 3에 따르면, 정전 척(122)은 유전 판(210), 하부 전극(220), 교류 전원(230), 제1 히터(240), 제2 히터(250), 제1 필터(260) 및 제2 필터(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
유전 판(210)은 정전 척(122)의 몸체를 구성하는 것이다. 이러한 유전 판(210)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다.
유전 판(210)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전 판(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 기판(W)의 가장자리 영역은 유전 판(210)의 외측에 위치할 수 있다.
교류 전원(230)은 제1 히터(240) 및 제2 히터(250)에 교류 신호를 제공하는 것이다. 교류 전원(230)은 제1 히터(240) 및 제2 히터(250)를 발열시키기 위해 50Hz ~ 60Hz의 교류 신호를 제공할 수 있다.
제1 히터(240) 및 제2 히터(250)는 교류 전원(230)으로부터 제공되는 교류 신호를 이용하여 발열하는 것이다. 제1 히터(240) 및 제2 히터(250)는 기판(W)의 전면을 가열하기 위해 유전 판(210)의 전체 영역에 걸쳐 복수 개 배치될 수 있다.
제1 히터(240) 및 제2 히터(250)는 도 4에 도시된 바와 같이 유전 판(210)의 반경 방향을 따라 동심을 이루어 배치될 수 있다. 여기서는 유전 판(210)의 센터 영역(310)에 배치되는 히터를 제1 히터(240)로 정의하고, 유전 판(210)의 에지 영역(320)에 배치되는 히터를 제2 히터(250)로 정의한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척을 구성하는 가열 부재의 개략적인 구조를 보여주는 평면도이다.
한편, 상기에서는 기판(W)을 센터 영역과 에지 영역으로 구분하여, 가열 부재(124)도 이에 맞추어 제1 히터(240) 및 제2 히터(250)로 구성되는 것으로 설명하였다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 가열 부재(124)는 세 개 이상의 히터로 구성될 수 있으며, 이때 기판(W)의 영역도 히터의 개수에 대응하여 구분될 수 있다.
제1 필터(260)는 교류 전원(230)과 제1 히터(240) 사이에 연결되는 것이다. 이러한 제1 필터(260)는 교류 전원(230)과 제1 히터(240) 사이에 흐르는 교류 신호를 통과시키고, 제1 히터(240)로부터 교류 전원(230)으로 흐르는 노이즈 신호를 차단할 수 있다.
제2 필터(270)는 교류 전원(230)과 제2 히터(250) 사이에 연결되는 것이다. 이러한 제2 필터(270)는 교류 전원(230)과 제2 히터(250) 사이에 흐르는 교류 신호를 통과시키고, 제2 히터(250)로부터 교류 전원(230)으로 흐르는 노이즈 신호를 차단할 수 있다.
제1 필터(260) 및 제2 필터(270)는 각각 제1 커패시터(261) 및 제2 커패시터(271)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 커패시터(261) 및 제2 커패시터(271)를 이용하여 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어할 수 있다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 기판의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어하는 방법을 설명하기 위한 제1 예시도이다. 이하 설명은 도 5를 참조한다.
제1 커패시터(261)는 제1 히터(240)에 연결되는 것이다. 이러한 제1 커패시터(261)는 가변 커패시터(variable capacitor)로 구현될 수 있다.
제2 커패시터(271)는 제2 히터(250)에 연결되는 것이다. 이러한 제2 커패시터(271)도 제1 커패시터(261)와 마찬가지로 가변 커패시터로 구현될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 커패시터(261)의 커패시턴스와 제2 커패시터(271)의 커패시턴스를 조절함으로써, 하부 전극(220)의 센터 영역(이하, 이를 센터 전극으로 정의함)과 에지 영역(이하, 이를 에지 전극으로 정의함)의 임피던스를 조절할 수 있다.
예를 들어, 기판(W)의 에지 영역이 기판(W)의 센터 영역보다 식각율(etch rate)이 높은 경우, 제1 커패시터(261)의 커패시턴스를 증가시켜 제1 히터(240) 측의 임피던스를 감소시킴으로써, 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 식각율이 일정해지도록 제어할 수 있다.
이때 제2 커패시터(271)의 커패시턴스를 감소시켜 제2 히터(250) 측의 임피던스를 증가시킴으로써, 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 식각율이 일정해지도록 제어하는 것도 가능하다.
한편, 기판(W)의 센터 영역이 기판(W)의 에지 영역보다 식각율(etch rate)이 높은 경우, 제2 커패시터(271)의 커패시턴스를 증가시켜 제2 히터(250) 측의 임피던스를 감소시킴으로써, 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 식각율이 일정해지도록 제어할 수 있다.
이때 제1 커패시터(261)의 커패시턴스를 감소시켜 제1 히터(240) 측의 임피던스를 증가시킴으로써, 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 식각율이 일정해지도록 제어하는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서는 제1 히터(240) 측의 전압과 제2 히터(250) 측의 전압을 변화시켜 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 식각율이 일정해지도록 제어하는 것도 가능하다.
한편, 도 5에서 교류 전원(230)과 제1 히터(240), 교류 전원(230)과 제2 히터(250) 등을 각각 연결하는 다른 하나의 라인은 히터(heater) 라인을 의미한다.
한편, 본 실시예에서는 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 식각율을 측정한 후, 그 측정 결과를 토대로 제1 커패시터(261)의 커패시턴스와 제2 커패시터(271)의 커패시턴스를 조절하는 것도 가능하다. 본 실시예에서 기판 처리 시스템(100)은 도 6에 도시된 바와 같이 제어부(410)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 기판의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어하는 방법을 설명하기 위한 제2 예시도이다. 이하 설명은 도 6을 참조한다.
제어부(410)는 측정된 기판(W)의 영역별 식각율을 토대로 제1 커패시터(261)의 커패시턴스와 제2 커패시터(271)의 커패시턴스를 조절하는 것이다.
이상 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 정전 척(122)에 대하여 설명하였다. 본 실시예에서는 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대한 식각율을 측정한 후, 제어부(410)를 이용하여 제1 커패시터(261)의 커패시턴스와 제2 커패시터(271)의 커패시턴스를 조절함으로써, 하부 전극(220)을 구성하는 센터 전극과 에지 전극의 임피던스 변화를 통해 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역에 대해 구배를 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같은 구성을 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 하부 전극(220)의 임피던스 제어를 통해 기판(W)의 영역별 식각율(etch rate)을 제어할 수 있으며, 이에 따라 식각의 균일성(etch uniformity)을 개선할 수 있다.
둘째, 정전 척(122)의 히터 존(heater zone)을 이용하므로, 구현이 용이할 수 있다.
셋째, 기판 처리 시스템(100)에 대한 유지 보수 비용을 절감할 수 있으며, 설비 사용 시간을 연장할 수 있다. 즉, PM 주기를 연장할 수 있다.
넷째, 기판 처리 시스템(100)의 MTBC(Mean Time Between Cleaning)을 개선하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 플라즈마 생성 유닛(130)이 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스를 이용하는 경우, 기판 처리 시스템(100)의 구조에 대하여 설명한다.
도 7은 기판 처리 시스템의 또다른 실시예에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이하 설명은 도 7을 참조한다.
도 7에 따르면, 기판 처리 시스템(100)은 하우징(110), 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너(170) 및 배플 유닛(180)을 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(110), 지지 유닛(120), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너(170), 배플 유닛(180) 등은 도 1을 참조하여 이미 설명하였으므로, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.
또한 지지 유닛(120)의 경우, 도 3 내지 도 6을 참조하여 전술한 부분이 도 7의 기판 처리 시스템(100)에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서 도 7의 기판 처리 시스템(100)은 도 1의 기판 처리 시스템(100)과 비교하여, 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
플라즈마 생성 유닛(130)이 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스를 이용하는 경우, 샤워 헤드 유닛(140)이 상부 전극으로 기능하고, 정전 척(122)이 하부 전극으로 기능할 수 있다. 이때 상부 전원(131)은 샤워 헤드 유닛(140)으로 전력을 인가할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 처리 시스템 110: 하우징
120: 지지 유닛 121: 베이스
122: 정전 척 123: 링 어셈블리
124: 가열 부재 125: 냉각 부재
130: 플라즈마 생성 유닛 131: 상부 전원
133: 하부 전원 135: 안테나
140: 샤워 헤드 유닛 150: 제1 가스 공급 유닛
160: 제2 가스 공급 유닛 170: 라이너
180: 배플 유닛 210: 유전 판
220: 하부 전극 230: 교류 전원
240: 제1 히터 250: 제2 히터
260: 제1 필터 261: 제1 커패시터
270: 제2 필터 271: 제2 커패시터
310: 센터 영역 320: 에지 영역
410: 제어부

Claims (7)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부로 출입하며, 복수의 영역으로 구분되는 기판;
    상기 하우징의 내부 상측에 설치되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 유입시키고, 복수의 영역으로 분할되는 샤워 헤드 유닛;
    상기 하우징의 내부 하측에 설치되며, 상기 기판에 안착면을 제공하고 상기 기판의 각 영역에 대응하여 구성되는 복수의 히터를 포함하는 정전 척을 구비하는 지지 유닛; 및
    상기 복수의 히터에 교류 신호를 제공하는 교류 전원을 포함하며,
    상기 정전 척은, 몸체를 구성하는 유전 판, 상기 유전 판의 제1 영역을 발열시키는 제1 히터, 및 상기 유전 판의 제2 영역을 발열시키는 제2 히터, 상기 제1 히터에 연결되는 제1 커패시터 및 상기 제2 히터에 연결되는 제2 커패시터를 포함하고, 상기 제1 히터와 상기 제2 히터에 각각 인가되는 전압이나 임피던스를 조절하여 상기 기판의 영역별 식각율(etch rate)을 제어하고,
    상기 기판의 에지 영역이 상기 기판의 센터 영역보다 식각율이 높은 경우 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 증가시키고, 상기 기판의 센터 영역이 상기 기판의 에지 영역보다 식각율이 높은 경우 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 증가시켜, 상기 기판의 센터 영역 및 에지 영역에 대해 구배를 제어하고,
    상기 교류 전원은 제1 라인 및 제2 라인을 통해 상기 제1 히터 및 상기 제2 히터에 각각 연결되되, 코일은 상기 제1 라인 상에 설치되고, 상기 제1 라인의 일 지점과 GND를 연결하는 제3 라인에서 상기 제1 라인의 일 지점은 상기 코일과 상기 교류 전원 사이에 배치되며, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터는 상기 제3 라인 상에 설치되고,
    상기 제1 라인은 상기 기판의 식각율 제어용 라인으로, 상기 교류 전원과 상기 제1 히터 및 상기 교류 전원과 상기 제2 히터를 각각 간접적으로 연결시키고, 상기 교류 전원으로 노이즈 신호가 입력되는 것을 차단하고 상기 기판의 영역별 식각율을 제어하고,
    상기 제2 라인은 상기 기판의 히팅용 라인으로, 상기 교류 전원과 상기 제1 히터 및 상기 교류 전원과 상기 제2 히터를 각각 직접적으로 연결시키고, 상기 제1 히터 및 상기 제2 히터를 발열시키기 위한 교류 신호를 전송하는 기판 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터 중 적어도 하나의 커패시터는 가변 커패시터인 기판 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전 척은,
    교류 전원과 상기 제1 히터 사이에 설치되어, 상기 제1 히터로부터 상기 교류 전원으로 흐르는 노이즈 신호를 제거하는 제1 필터; 및
    상기 교류 전원과 상기 제2 히터 사이에 설치되어, 상기 제2 히터로부터 상기 교류 전원으로 흐르는 노이즈 신호를 제거하는 제2 필터를 더 포함하며,
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터는 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터를 통해 상기 제1 히터 및 상기 제2 히터에 각각 연결되는 기판 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전 척은,
    상기 영역별 식각율을 기초로 상기 제1 히터와 상기 제2 히터에 각각 인가되는 전압이나 임피던스를 조절하는 제어부를 더 포함하는 기판 처리 시스템.
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