KR102417422B1 - 플라즈마 전극부를 구비한 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기판 처리 장치는, 챔버 내에 설치되고, 적어도 하나의 기판이 안착되는 척 유니트; 상기 챔버의 내부 또는 외부에 설치되고, 고주파 전원이 인가되면 플라즈마를 발생하는 플라즈마 전극부; 상기 플라즈마 전극부에 상기 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원부; 를 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 전극부를 구비한 기판 처리 장치{A SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS INCLUDING A PLASMA PORTION}
본 발명은 플라즈마 전극부를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판에 박막을 증착하거나, 식각하거나 세정하는 장치를 기판 처리 장치로 부르기로 한다. 기판 처리 장치는 플라즈마를 발생하는 근원인 플라즈마 소오스로서 고주파 전원이 인가되는 플라즈마 전극부를 포함할 수 있다.
한편, PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)나 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 기판에 원자층 단위의 박막 형성이나 식각을 하는 기판 처리 장치에서, 박막 균일도 향상을 위한 플라즈마 전극부의 성능 향상이 더욱 요구될 수 있다.
본 발명은 일반적인 기판 처리 공정이나 원자층 단위로 기판 처리 공정에서 박막 균일도를 확보할 수 있는 플라즈마 전극부를 제안한다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 챔버 내에 설치되고, 적어도 하나의 기판이 안착되는 척 유니트; 상기 챔버의 내부 또는 외부에 설치되고, 고주파 전원이 인가되면 플라즈마를 발생하는 플라즈마 전극부; 상기 플라즈마 전극부에 상기 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원부; 를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플라즈마 전극부는 상기 척 유니트에 대한 갭(GAP) 또는 경사각이 조절될 수 있다.
본 발명에 따르면, 척 유니트의 기판 처리 조건을 정밀하게 제어할 수 있으며, 기판의 에지 및 센터의 플라즈마 밀도나 플라즈마 분포를 영역별로 제어할 수 있으므로 기판의 센터 및 에지 각각에 대한 박막 균일도를 확보할 수 있다.
플라즈마 상태를 기판의 센터 및 에지 별로 따로 관리할 수 있으므로 박막 특성이 기판 전체 면적에 걸쳐 균일하게 제어될 수 있다.
플라즈마 전극부에 의하여 챔버 내부의 가스 상태 또는 플라즈마 상태가 정밀 제어되면, 이에 영향을 받는 챔버 내의 열 관리를 간접적으로 달성할 수 있다.
경사각이 조절되는 플라즈마 전극부에 의하여 단일 기판의 처리 균일도가 개선되고, 디스크 회전부에 의해 복수 기판 간의 처리 균일도가 개선되므로, ALD 공정의 전체 수율이 획기적으로 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 디스크의 밑면을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 디스크의 밑면을 나타낸 다른 개략도이다.
도 4는 본 발명의 디스크의 윗면을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 시 분할 방식 기판 처리 장치의 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 시 분할 방식의 기판 처리 장치에 장착되는 플라즈마 전극부의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 공간 분할 방식 기판 처리 장치에 장착되는 플라즈마 전극부의 평면도이다.
도 8은 도 7의 플라즈마 전극부의 제1 전극부의 경사각 조절 상태를 도시한 측면도이다.
도 1에 도시된 기판 처리 장치는 로터(150) 및 복수의 로터(150)가 회전 가능하게 장착되는 디스크(130)를 포함할 수 있다. 디스크(130)는 원형이 될 수 있다. 복수의 로터(150)는 디스크(130)의 중심인 디스크 회전축(140)을 기준으로 등각도로 설치될 수 있다.
로터(150)를 자전시키는 로터 회전부가 마련될 수 있다. 디스크(130)를 자전시키는 디스크 회전부가 마련될 수 있다. 디스크 회전부는 디스크(130)의 중심인 디스크 회전축(140)을 기준으로 로터(150)를 공전시킬 수 있다.
본 발명의 기판 처리 장치에는 챔버(110), 챔버(110)의 내부에 설치되어 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 디스크(130)가 마련될 수 있다. 챔버(110)의 상부를 덮는 챔버 리드(Chamber Lid; 미도시)가 마련될 수 있다. 챔버 리드(미도시)에 설치되며, 소스 가스(Source Gas)(SG), 반응 가스(ReactantGas)(RG) 및 퍼지 가스(Purge Gas)(PG) 중 적어도 하나를 디스크(130) 상의 각기 다른 영역에 분사하는 가스 분사부(미도시)가 마련될 수 있다.
챔버(110)는 ALD(원자층 증착, Atomic Layer Deposition) 공정으로 기판을 처리하는 반응 공간을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 시 분할 방식으로 ALD 공정을 수행하는 기판 처리 장치가 있을 수 있다. 시 분할 방식의 경우, 기판(10)이 수용되는 챔버(110) 내부를 한 종류의 가스, 예를 들면 소스 가스만으로 채우고 소스 가스 공정을 수행한 다음, 소스 가스를 빼내고 챔버(110) 내부를 퍼지 가스로 채워 퍼지 가스 공정을 수행하며, 다시 퍼지 가스를 빼내고 챔버(110) 내부를 반응 가스로 채워 반응 가스 공정을 순차적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 공간 분할 방식으로 ALD 공정을 수행하는 기판 처리 장치가 있을 수 있다.
도 4를 참조하면, 공간 분할 방식의 챔버(110) 내부에서, 소스 가스는 소스 가스 영역(310)에 대면되는 기판(10)에 분사되고, 퍼지 가스는 퍼지 가스 영역(320)에 대면되는 기판(10)에 분사되며, 반응 가스는 반응 가스 영역(330)에 대면되는 기판(10)에 분사될 수 있다. 특정의 한 기판(10)은 디스크(130)의 회전에 따라, 소스 가스 영역(310), 퍼지 가스 영역(320), 반응 가스 영역(330)을 차례로 거치면서 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정에 의한 단층 또는 복층의 박막이 증착될 수 있다. 디스크(130)의 회전에 의하여 특정 기판(10)이 해당 영역에 대면되도록 한 상태에서 플라즈마를 가할 수 있다. 시분할 또는 공간 분할 방식으로, 여러 장의 기판(10)에 대하여 각기 다른 ALD 가스 공정이 수행되도록 할 수 있다.
한편, 가스 분포의 불균일로 인해 제1 기판의 박막 두께와 제2 기판의 박막 두께가 달라질 수 있다. 본 발명은 가스의 불균일 분포에 상관없이, 단일 기판(10)의 영역별 처리 상태를 균일하게 하고, 복수의 기판(10)끼리의 처리 상태를 서로 균일하게 하기 위한 것이다.
로터(150)는 디스크(130)에 복수로 설치되고 기판(10)이 안착되도록 형성될 수 있다. 기판(10)의 훼손을 방지하기 위해 기판(10)에 대면되는 로터(150)의 안착면은 기판(10)의 안착 부위와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 기판(10)이 판 형상인 경우 로터(150)의 안착면 역시 판 형상으로 형성될 수 있다.
기판(10)이 안착된 로터(150)의 회전 중심은 디스크(130)의 중심 또는 챔버(110)의 중심과 다를 수 있다. 따라서, 기판(10)의 일측은 디스크(130)의 중심에 인접하게 배치되고, 기판(10)의 타측은 디스크(130)의 가장자리에 인접하게 배치될 수 있다. 이는 한 기판(10)에 대하여 영역별 처리를 불균일하게 할 수 있다. 한 기판(10)에 대한 영역별 불균일 처리를 방지하기 위해 로터(150)를 자전시키는 로터 회전부가 마련될 수 있다.
로터(150)를 자전시키면, 로터(150)에 안착된 기판(10)의 일측 및 타측 영역이 고정되지 않고 시시각각 변하게 되므로, 한 기판(10)의 전 영역이 균일하게 처리될 수 있다. 로터(150)의 중심을 축으로 로터(150)가 360도 이상 자전할 수 있다.
한편, 챔버(110) 내부의 제1 위치의 가스 농도와 제2 위치의 가스 농도가 서로 다를 수 있다. 이에 따르면, 제1 위치의 제1 기판에 증착된 박막 두께와 제2 위치의 제2 기판에 증착된 박막 두께가 서로 달라질 수 있다. 디스크 회전부에 의해 제1 기판과 제2 기판이 제1 위치와 제2 위치를 교대로 지나가게 되면, 제1 기판과 제2 기판의 박막 두께가 균일화될 수 있다.
디스크(130)의 중심에 마련된 디스크 회전축(140)을 기준으로 로터(150)가 공전할 수 있다. 디스크 회전부는 로터(150)가 설치된 디스크(130)를 360도 미만 에서 정역 회전 또는 360도 이상으로 일방향 자전시키고, 이에 따라 로터(150)의 중심 위치를 변경시킬 수 있다.
로터 회전부와 디스크 회전부는 비구속적 또는 독립적으로 구동되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 로터 회전부가 로터(150)를 제1 속도 V1으로 회전시키고, 디스크 회전부가 디스크(130)를 제2 속도로 회전시킬 때, 특정 기판(10)의 영역별 박막 균일화 및 챔버(110) 내부의 각 영역별 박막 균일화를 동시에 달성하기 위해 로터(150)의 회전 속도 및 디스크(130)의 회전 속도는 각각 독립적으로 조절되는 것이 좋기 때문이다.
로터(150)의 회전 속도 및 디스크(130)의 회전 속도가 서로 구속되는 경우, 단일 기판(10)에 대한 영역별 처리 균일도는 만족되지만, 복수 기판(10) 간의 처리 균일도를 만족하지 못할 수 있다. 반대로, 각 기판(10) 간의 처리 균일도는 허용치를 만족할 수 있으나, 단일 기판(10)의 영역별 처리 균일도는 허용치를 만족하지 못할 수 있다.
본 발명에 따르면, 로터 회전부와 디스크 회전부가 서로 독립적으로 구동되므로, 단일 기판(10)의 처리 균일도 및 복수 기판(10) 간의 처리 균일도가 설계값을 모두 만족할 수 있다.
디스크 회전부에 의해 로터(150)의 공전 및 디스크(130)의 자전이 원활하게 이루어지도록, 로터 회전부는 디스크(130)와 함께 움직이면서 로터(150)를 자전시킬 수 있다. 디스크(130)가 승강하는 경우 로터 회전부 역시 디스크(130)와 함께 승강될 수 있다. 디스크(130)가 회전하는 경우 로터 회전부 역시 디스크(130)와 함께 회전할 수 있다.
로터 회전부는 로터(150)에 연결된 로터 기어(180), 로터 기어(180)에 링크된 메인 기어(170), 메인 기어(170)에 연결된 메인 기어 회전축(120), 메인 기어 회전축(120)을 회전시키는 로터 모터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 로터 모터가 회전하면, 로터 모터에 연결된 메인 기어 회전축(120)이 회전될 수 있다. 메인 기어 회전축(120)의 회전에 의해 메인 기어(170)가 회전하고, 메인 기어(170)에 링크된 로터 기어(180)가 회전할 수 있다. 로터 기어(180)가 회전하면 로터(150)는 자전할 수 있다.
디스크 회전부는 디스크(130)에 연결된 디스크 회전축(140), 디스크 회전축(140)을 회전시키는 디스크 모터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
서로 구분 또는 독립 제어되는 로터 모터와 디스크 모터에 의해 로터(150)와 디스크(130)는 다른 회전 속도로 회전할 수 있으며, 동일 방향 또는 서로 다른 방향으로 회전할 수 있다. 로터 모터와 디스크 모터는 챔버(110)의 외부에 설치될 수 있다. 로터 모터에 연결된 메인 기어 회전축(120)과 디스크 모터에 연결된 디스크 회전축(140)은 챔버(110)를 관통할 수 있다. 챔버(110)를 관통하는 요소가 많아질수록 밀폐에 불리하므로, 메인 기어 회전축(120)과 디스크 회전축(140)은 동축 상에 배치되는 것이 좋다.
일 예로, 메인 기어 회전축(120)은 중공 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 로터 회전부는 디스크 회전축(140)의 주변에 복수로 흩어져 있으므로, 서로 동축인 메인 기어 회전축(120)은 디스크 회전축(140)의 외주에 마련되는 것이 바람직하다. 디스크 회전축(140)은 메인 기어 회전축(120)의 중공에 회전 가능하게 삽입될 수 있다.
로터(150)의 중앙에는 기판(10)을 승강시키는 리프트부(151)가 마련될 수 있다. 리프트부(151)가 상승하면 기판(10)은 로터(150)의 안착면으로부터 이격되고, 리프트부(151)가 하강하면 기판(10)은 로터(150)의 안착면에 안착될 수 있다.
박막은 기판(10)은 물론 기판(10)이 안착된 로터(150)나 디스크(130)에도 증착될 수 있다. 이에 따르면, 기판(10)과 로터(150)는 박막에 의해 일부 접착된 상태가 될 수 있으며, 리프트에 의해 해당 접착이 떨어질 수 있다. 이때, 리프트의 압력에 의해 박막 연결면이 떨어지면서 기판(10)과 로터(150)의 경계에 위치한 박막이 훼손될 수 있다. 로터(150)로부터 기판(10)을 수평으로 들어올리거나, 리프트부(151)가 로터(150)의 안착면에 평행한 상태를 유지하면 이를 방지할 수 있다. 리프트부(151)의 측단면은 'T' 형상으로 형성될 수 있다.
챔버(110)에는 리프트부(151)를 위로 밀거나 아래로 잡아당기는 리프트 구동부(160)가 마련될 수 있다. 리프트 구동부(160)는 챔버(110)의 내부 및 외부를 관통할 수 있으며, 밀폐 구조로 될 수 있다. 리프트 구동부(160)는 회전하는 디스크(130) 또는 로터(150)로부터 도피되게 아래로 하강한 상태를 유지할 수 있다. 디스크(130) 및 로터(150)가 정지되면 리프트 구동부(160)는 상승해서 리프트부(151)를 밀거나 당길 수 있다.
도 2를 참조하면, 로터(150)는 디스크(130)의 통공에 대면하게 설치될 수 있다. 디스크(130)의 통공에는 로터 기어(180), 중간 기어(190), 메인 기어(170) 중 적어도 하나가 대면될 수 있다. 중간 기어(190)에 의해 메인 기어(170), 로터 기어(180), 로터(150)는 서로 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 베어링(131)은 로터(150) 또는 로터 기어(180)를 디스크(130)의 통공에 대하여 회전 가능하게 지지할 수 있다.
챔버(110) 내에 설치되는 히터(290)는, 기판(10) 및 가스의 반응성을 향상시키거나, 기판(10) 또는 가스를 균일하게 가열할 수 있다. 각 로터(150)가 히터(290)에 의해 고르게 가열될 수 있으므로, 단일 기판(10)에 대한 처리 균일도 및 복수 기판(10) 간의 처리 균일도가 개선될 수 있다.
도 3을 참조하면, 1개의 중간 기어(190)는 서로 인접한 2개의 로터 기어(180)와 메인 기어(170)에 맞물릴 수 있다. 본 실시예에 따르면, 짝수개의 로터(150)가 디스크(130)에 설치되는 것이 좋으며, 중간 기어(190)의 개수는 로터(150) 개수의 절반이면 충분하고, 중간 기어(190)의 개수를 최소화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 로터(150) 및 로터 회전부 역시 디스크(130)와 함께 승강할 수 있다. 디스크(130)와 함께 승강되므로, 로터 회전부는 디스크(130)의 승강 위치에 상관없이 로터(150)를 자전시킬 수 있다.
도 1 내지 도 8을 함께 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치는, 챔버(110), 척 유니트(300), 플라즈마 전극부(410), 고주파 전원부(400)를 포함할 수 있다. 플라즈마 전극부(410)는 CCP 방식 또는 ICP 방식이 될 수 있다.
본 발명의 플라즈마 전극부(410)는 용량 결합 플라즈마 (capacitive coupling Plasma, CCP)와 안테나 코일에 의해 유도되는 유도 결합 플라즈마(Inductive coupling Plasma, ICP)방식을 포함한 모든 플라즈마 소오스 역할을 할 수 있다.
CCP 방식은 일본의 TEL(Tokyo electron)사와 미국의 LRC(Lam Research)사 등에 의해서 발전되었고, ICP 방식은 미국의 AMT(Applied Materials)사와 LRC사에 의해 발전되었다.
본 발명은 글로벌 경쟁사들과 대항하여 반도체 장치의 핵심 부품인 플라즈마 소오스에 대한 국산화를 도모하려 한다. 특히 플라즈마 전극부(410)를 새롭게 제안하여 박막 균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 것이 핵심이다.
ICP 방식은, 낮은 압력에서 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장점과 플라즈마의 밀도가 우수하여 미세 회로 대응성이 좋을 수 있다. 반면에, 안테나의 구조적인 문제에서 비롯된 플라즈마의 균일성 저하가 단점일 수 있다. ICP 방식의 플라즈마 전극부(410)는 챔버(110) 외부에 설치될 수 있다.
CCP 방식은 균일한 플라즈마를 발생하는 장점이 있지만, 전기장이 가공물에 직접 영향을 미쳐 미세 패턴에 손상을 줄 수 있다. 또한, ICP 방식에 비하여 플라즈마 밀도가 낮아 미세 패턴 형성에 불리할 수 있다. 본 발명의 플라즈마 전극부(410)가 CCP 방식에 채용되는 경우, 플라즈마 전극부(410)가 챔버(110) 내부에 설치되며, 서로 대면되는 2개의 판 사이에 형성된 용량 결합(capacity coupling)에 의해 플라즈마를 형성할 수 있다. 여기서 2개의 판은 플라즈마 전극부(410) 및 척 유니트(300)가 될 수 있다.
예를 들어 본 발명은, CCP 방식에서 2개의 판에 해당하는 플라즈마 전극부(410)와 척 유니트(300)에 형성된 용량 결합이 기판(10)에 대해 고르게 분포하거나 기판 센터(10a) 및 기판 에지(10b)에 대한 분포를 각 영역별로 조절하고자 한다. 본 발명의 플라즈마 전극부(410)는 척 유니트(300)에 대한 경사각을 조절할 수 있다.
플라즈마 전극부(410)의 갭 조절 또는 경사각 조절에 의하면, 플라즈마 전극부(410)와 척 유니트(300) 사이에 형성된 전자기장 또는 전하량 역시 조절될 수 있다. 전자기장 또는 전하의 밀도 차이에 의해 기판 센터(10a) 및 기판 에지(10b)의 가스 상태가 조절될 수 있고, 플라즈마 상태가 조절될 수 있다. 가스 및 플라즈마의 특성이 영역별로 조절되면, 기판(10) 전체 면적에 걸쳐 균일한 플라즈마 처리(식각, 세척, 증착)가 이루어질 수 있다.
플라즈마 전극부(410)와 척 유니트(300) 사이에 플라즈마 밀도를 균일하게 한 경우, 반드시 박막 균일도가 달성되는 것은 아니다. 왜냐하면, 예를 들어 기판(10)의 면적이 센터 부분은 작고 에지 부분은 크기 때문에, 플라즈마 밀도를 챔버(110) 내부의 빈 공간의 임의의 좌표에서 균일하게 해본들, 기판(10)의 단위 면적 관점에서는 플라즈마 입사가 불균일할 수 있고 박막의 두께가 달라질 수 있다.
또한, 동일한 밀도 또는 동일한 양의 플라즈마가 가해진다 하더라도, 챔버(110) 벽과의 거리에 따라 박막 형성 특성이 달라질 수 있다. 예를 들어 챔버(110) 벽과 가까울수록 플라즈마/가스 특성이나 박막 형성 조건이 저하될 수 있고, 챔버(110) 중심을 향할수록 플라즈마/가스 특성이나 박막 형성 조건이 좋아질 수 있다.
단순히 플라즈마 밀도를 균일하게 한다고 박막이 균일해지는 것은 아니라는 말이다. 결과적으로 박막 균일도는 챔버(110)의 상태나 형상에 따라 개별 기판 처리 장치마다의 특성을 파악한 후, 해석이나 실험에 의하여 기판(10)의 센터 및 에지를 포함한 각 영역에 대하여 플라즈마/전자기장 밀도의 차별화를 얼마나 독립적으로 잘 제어할 수 있으며, 얼마나 높은 자유도로 섬세하게 조절할 수 있는가에 달려있다.
척 유니트(300)는 챔버(110) 내에 설치되고, 적어도 하나의 기판(10)이 안착될 수 있다. 플라즈마 전극부(410)는 CCP 방식의 경우 챔버(110) 내부에 설치되고 ICP 방식의 경우 챔버(110)의 외부에 설치될 수 있다. 플라즈마 전극부(410)는 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원부(400)에 인가될 수 있고, 고주파 전원에 대응하는 플라즈마를 발생할 수 있다. 척 유니트(300)는 접지부(401)에 연결될 수 있다. 본 발명에 따르면, 플라즈마 전극부(410)는 척 유니트(300)에 대한 갭(GAP) 또는 경사각이 조절될 수 있다.
고주파 전원에 의하여 RF 플라즈마가 형성될 수 있다. RF 플라즈마를 활용한 PEALD 박막 증착시 원자층 한 개의 두께에 대응될 정도로 얇은 박막을 생성할 수 있어야 한다. 균일한 원자층 단위의 박막을 얻기 위해서 척 유니트(300)와 플라즈마 전극부(410) 사이의 갭은 중요한 요인으로 작용할 수 있다.
갭 조절을 위한 실시예로서, 챔버(110) 내부에서 척 유니트(300)를 승강시키거나, 척 유니트(300)의 높이를 조절할 수 있다. 반면에 척 유니트(300)의 높이는 그대로 두고, 척 유니트(300)에 대한 플라즈마 전극부(410)의 높이를 조절할 수도 있다.
척 유니트(300)는 챔버(110) 내부에서 승강되고, 척 유니트(300)의 승강에 따라 플라즈마 전극부(410)와 척 유니트(300) 사이의 갭이 조절될 수 있다.
본 발명은 갭 조절에 한정되지 않고 척 유니트(300)와 플라즈마 전극부(410)가 이루는 각도까지 조절할 수 있다. 갭 뿐만 아니라 각도까지 조절하여 기판(10)의 영역별 RF 플라즈마 특성을 조절할 수 있고, 이에 좌우되는 기판(10) 전체 면적의 박막 균일도를 원하는 수준으로 달성할 수 있다.
시 분할 PEALD 방식의 챔버(110)인 경우, 도 5 및 도 6의 실시예가 적용될 수 있다. 플라즈마 전극부(410)에 기판(10)이 한장만 대면될 수 있다. 기판 센터(10a) 및 기판 에지(10b)에 대한 영역별 플라즈마 특성까지 조절할 수 있도록 갭 및 경사각 조절이 가능하다. 시 분할 PEALD 인 경우 플라즈마 전극부(410)가 여러 개로 분할되며, 갭이나 경사각 조절이 가능할 수 있다. 플라즈마 전극부(410)의 중심에는 기판 센터(10a)가 대면되고 플라즈마 전극부(410)의 가장 자리에는 기판 센터(10a)가 대면될 수 있다.
플라즈마 전극부(410)는 제1 전극부(411) 및 제2 전극부(412) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 전극부(411)는 기판 에지(10b)에 대면되며 기판(10)에 대한 경사각이 조절될 수 있다. 각각의 제1 전극부(411)에 서보 모터나 액츄에이터를 장착하면 경사각의 자동 제어가 가능할 수 있다.
여러 개의 제1 전극부(411)의 경사각을 기판(10)의 중심에 수렴하도록 축 대칭으로 조절하는 경우, 도 5와 같은 형상이 될 수 있다. 각각의 제1 전극부(411)의 경사각은 모두 다를 수 있지만, 각각의 제1 전극부(411)가 기울어진 방향은 기판 센터(10a)를 바라보는 방향으로 조절될 수 있다. 이때, 제1 전극부(411)의 전자기장은 기판 센터(10a)에 포커싱될 수 있다. 플라즈마 밀도는 기판 센터(10a)에 포커싱되거나, 기판 센터(10a)로 갈수록 점점 증가될 수 있다.
반면에 여러 개의 제1 전극부(411)의 경사각을 기판(10)의 외곽으로 수렴하도록 축 대칭으로 조절할 수 있다. 이에 대한 실시예는 도 5의 형상을 외곽으로 벌린 활짝 핀 꽃봉오리 형상일 수 있다. 도 5에 도시하지는 않았지만, 각각의 제1 전극부(411)의 경사각은 모두 다를 수 있고, 각각의 제1 전극부(411)가 기울어진 방향은 기판 에지(10b)를 바라보는 방향으로 조절될 수 있다. 이때, 제1 전극부(411)의 전자기장은 기판 에지(10b)를 향하는 방향으로 발산될 수 있다. 플라즈마 밀도는 기판 에지(10b) 또는 기판 에지(10b)의 외곽으로 발산하거나 기판(10) 외곽 방향으로 갈수록 점점 감소할 수 있다.
제2 전극부(412)는 기판 센터(10a)에 대면되며 기판(10)에 대한 상대 높이가 조절될 수 있다. 제2 전극부(412)의 경사각 조절은 무의미할 수 있다. 제2 전극부(412)의 경사각을 조절하면 기판 센터(10a)의 영역별 플라즈마 특성이 크게 달라질 수 있다. 기판(10)에 인가되는 가스 특성이나 플라즈마 특성이 기판(10)의 중심에 대하여 축대칭이 되지 않기 때문에 바람직하지 않기 때문이다. 제2 전극부(412)의 경우, 갭 조절만으로도 기판 센터(10a)에 대한 플라즈마 특성 조절이 충분히 가능하고 경사각 조절은 오히려 박막 균일도를 해칠 수 있다.
챔버(110)가 시 분할 방식으로 기판(10)을 처리하는 경우, 챔버(110)의 내부는 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 중 어느 하나의 가스만으로 채워지고 각 공정을 수행한 다음 다른 하나의 가스로 교체될 수 있다. 척 유니트(300)에 안착된 기판(10)은 시간 차이를 두고 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 모두에 노출될 수 있다. 척 유니트(300)에 대면되는 플라즈마 전극부(410)는 기판(10)의 에지에 대면되는 부분의 경사각이 조절될 수 있다.
즉, 제1 전극부(411)의 경사각이 기판(10)의 중심점에 수렴되는 축 대칭 형상으로 조절될 수 있다. 이때는 플라즈마 밀도를 기판 센터(10a)에 집중하려는 목적일 수 있다.
반면에, 제1 전극부(411)의 경사각이 기판(10)의 에지 또는 외곽으로 발산되는 축 대칭 형상으로 조절될 수 있다. 이때는 플라즈마 밀도를 기판 센터(10a)에 희박하게 하려거나, 기판 에지(10b)에 집중하려는 경우이거나, 기판(10) 외곽으로 갈수록 플라즈마 밀도를 줄이고자 하는 경우일 수 있다.
공간 분할 방식인 경우에도 갭이나 경사각 조절이 가능할 수 있다. 특별히 도 7 및 도 8은 공간 분할 방식에서 경사각 조절을 도시하고, 여기에 도시하지는 않았지만, 척 유니트(300)를 승강시키면 제1 전극부(411)와 기판(10) 사이의 갭 조절이 경사각 조절과 독립적으로 가능할 수 있다.
도 5 내지 도 8에 도시된 척 유니트(300)는 디스크(130) 및 로터(150)를 포함할 수 있다. 디스크(130)는 디스크 회전축(140)을 중심으로 회전할 수 있다. 로터(150)는 디스크(130)에 등각도로 복수개 마련되고, 디스크(130)에 회전 가능하게 설치되며, 기판(10)이 놓여지는 안착면을 구비할 수 있다.
챔버(110)가 공간 분할 방식으로 상기 기판(10)을 처리하도록, 특정의 한 기판(10)은 디스크(130)의 회전에 따라, 소스 가스 영역, 퍼지 가스 영역, 반응 가스 영역을 차례로 거칠 수 있다. 플라즈마 전극부(410)는 디스크(130)에 등각도로 복수개 마련되는 제1 전극부(411)를 포함할 수 있다. 제1 전극부(411)는 디스크(130)에 대한 경사각이 조절될 수 있다. 다수의 기판(10)이 등각도로 디스크(130)의 원주 방향을 따라 배열되기 때문에 디스크(130) 중심에 배치되는 제2 전극부(412)를 필요하지 않을 수 있다.
제1 전극부(411)는 척 유니트(300)에 대한 경사각 조절이 가능한 구조를 취할 수 있다. 제1 전극부(411)의 경사각이 조절되면 기판(10)에 가해지는 플라즈마 밀도의 방향성이 조절될 수 있다.
한편, 시분할 또는 공간 분할을 불문하고, 기판(10)의 영역별 가스 분포 또는 플라즈마 특성을 조절하기 위하여, 제1 전극부(411)는 기판(10)의 외주인 기판 에지(10b)에 대면되고, 제2 전극부(412)는 기판(10)의 내주인 기판 센터(10a)에 대면될 수 있다.
기판 에지(10b)에 대면되는 제1 전극부(411)의 경사각이 조절될 수 있다. 기판 센터(10a)에 대면되는 제2 전극부(412)와 척 유니트(300) 사이의 갭이 조절될 수 있다. 척 유니트(300)를 승강시키면 제1 전극부(411)와 기판(10) 사이의 갭 조절도 경사각 조절과 함께 충분히 가능할 수 있다.
플라즈마 전극부(410)가 기판(10)의 반지름 방향을 따라서 여러 개로 분할되는 경우는 제1 전극부(411)와 제2 전극부(412)가 기판 센터(10a) 및 기판 에지(10b)에 각각 대면되는 경우일 수 있다.
한편, 플라즈마 전극부(410)가 기판(10)의 원주 방향을 따라서 여러 개로 분할되는 경우는 제1 전극부(411)가 등각도로 여러 개 배열되는 경우일 수 있다.
플라즈마 전극부(410)가 반지름 방향으로 분할되든지, 원주 방향으로 분할되든지 상관하지 않고, 기구적인 측면 이외에 전기적인 측면 또는 제어적인 측면에서도 플라즈마 특성 조절이 가능할 수 있다. 설명하면, 고주파 전원부(400)는 제1 전극부(411)에 제1 고주파 전원을 인가하고, 제2 전극부(412)에 제2 고주파 전원을 인가할 수 있다. 제1 고주파 전원 및 제2 고주파 전원이 구별 인가되면 기판 에지(10b) 및 기판 센터(10a)의 플라즈마 밀도가 조절될 수 있다.
10...기판 110...챔버
120...메인 기어 회전축 130...디스크
131...베어링 140...디스크 회전축
150...로터 151...리프트부
160...리프트 구동부 170...메인 기어
180...로터 기어 190...중간 기어
290...히터 300...척 유니트
10a...기판 센터 10b...기판 에지
400...고주파 전원부 401...접지부
410...플라즈마 전극부 411...제1 전극부
412...제2 전극부

Claims (8)

  1. 챔버 내에 설치되고, 적어도 하나의 기판이 안착되는 척 유니트;
    상기 챔버의 내부 또는 외부에 설치되고, 고주파 전원이 인가되면 플라즈마가 발생하는 플라즈마 전극부;
    상기 플라즈마 전극부에 상기 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원부; 를 포함하고,
    상기 플라즈마 전극부는 상기 척 유니트에 대한 갭(GAP) 또는 경사각이 조절되며,
    상기 척 유니트는 디스크 및 로터를 포함하고,
    상기 디스크는 디스크 회전축을 중심으로 회전하며,
    상기 로터는 상기 디스크에 등각도로 복수개 마련되고, 상기 디스크에 회전 가능하게 설치되며, 상기 기판이 놓여지는 안착면을 구비하고,
    상기 챔버는 공간 분할 방식으로 상기 기판을 처리하도록, 특정의 한 기판은 상기 디스크의 회전에 따라, 소스 가스 영역, 퍼지 가스 영역, 반응 가스 영역을 차례로 거치며,
    상기 플라즈마 전극부는 상기 디스크의 센터에 대해 방사형으로 연장되고 상기 디스크의 센터에 대해 등각도로 복수개 마련되는 제1 전극부를 포함하고,
    상기 플라즈마 전극부는 상기 제1 전극부 외에 추가적인 플라즈마 발생이 필요한 경우 상기 디스크의 센터와 대면하는 제2 전극부를 추가로 포함하며,
    상기 제1 전극부는 상기 로터와 대면하며, 상기 제1 전극부는 상기 로터에 대한 경사각이 조절되는 기판 처리 장치.
  2. 챔버 내에 설치되고, 하나의 기판이 안착되는 척 유니트;
    상기 챔버의 내부 또는 외부에 설치되고, 고주파 전원이 인가되면 플라즈마가 발생하는 플라즈마 전극부;
    상기 플라즈마 전극부에 상기 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원부; 를 포함하고,
    상기 플라즈마 전극부는 상기 척 유니트에 대한 갭(GAP) 또는 경사각이 조절되며,
    상기 챔버는 시 분할 방식으로 상기 기판을 처리하도록, 상기 챔버의 내부는 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 중 어느 하나의 가스만으로 채워지고 각 공정을 수행한 다음 다른 하나의 가스로 교체되고,
    상기 척 유니트에 안착된 기판은 시간 차이를 두고 상기 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 모두에 노출되며,
    상기 플라즈마 전극부는 상기 기판의 센터와 대면하는 제2 전극부, 및 상기 제2 전극부에 단부가 대면하며 상기 기판의 센터에 대해 방사형으로 연장되고 상기 기판의 센터에 대해 등각도로 복수개 마련되는 제1 전극부를 포함하고,
    상기 제1 전극부는 상기 기판의 에지와 대면하며, 상기 제1 전극부는 상기 기판의 에지에 대한 경사각이 조절되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 척 유니트는 상기 챔버 내부에서 승강되고,
    상기 척 유니트의 승강에 따라 상기 플라즈마 전극부와 상기 척 유니트 사이의 갭이 조절되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극부는 상기 기판에 대한 상대 높이가 조절되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항 에 있어서,
    상기 제1 전극부의 경사각이 조절되면 상기 기판에 가해지는 플라즈마 특성이 조절되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전원부는 상기 제1 전극부에 제1 고주파 전원을 인가하고,
    상기 고주파 전원부는 상기 제2 전극부에 제2 고주파 전원을 인가하며,
    상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원이 구별 인가되면 복수의 기판의 플라즈마 밀도가 개별로 조절되는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 고주파 전원부는 상기 제1 전극부에 제1 고주파 전원을 인가하고,
    상기 고주파 전원부는 상기 제2 전극부에 제2 고주파 전원을 인가하며,
    상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원이 구별 인가되면 상기 기판의 에지 및 기판의 센터의 플라즈마 밀도가 조절되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극부는 원형이고, 상기 제1 전극부는 상기 제2 전극부에 의해 일부가 제거된 부채꼴 형상인 기판 처리 장치.
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