KR20090043863A - 플라즈마 기판 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20090043863A
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

고밀도 플라즈마를 형성하고, 플라즈마의 밀도와 균일도를 용이하게 조절할 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명은, 프로세스 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있도록 전기장을 발생시키는 고밀도 플라즈마 발생부를 포함한다. 즉, 기판이 수용되고 플라즈마 발생 공간을 제공하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부, 상기 프로세스 챔버 일측에 구비되어, 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 전극부, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하는 서셉터 및 상기 프로세스 챔버에서 상기 기판에 인접한 위치에 배치되어, 상기 프로세스 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 고밀도 플라즈마 발생부를 포함한다. 따라서, 고밀도 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마의 밀도와 균일도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 플라즈마에 의한 기판의 표면처리 효율과 품질을 향상시킬 수 있다.
고밀도 플라즈마, 표면처리, HDP, CVD

Description

플라즈마 기판 처리 장치{APPARTUS OF PLASMA PROCESSING FOR SUBSTRATE}
본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판의 표면처리를 하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 직류(DC)나 고주파 전자계에 의해 여기된 자유전자에 의해 발생되며, 여기된 자유전자는 가스분자와 충돌하여 이온(ion)이나 전자(electron), 라디칼(radical)와 같은 활성족(active species)을 발생시킨다. 그리고 상기 활성족은 전기장 혹은 자기장이 인가되면 플라즈마 내에서 혹은 플라즈마와 접하고 있는 물체의 표면상으로 상기 활성족 입자들이 가속되거나 확산됨에 따라, 상기 물체와 상기 활성족 입자 사이에 화학적 및 물리적 반응이 발생하여 물체 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성족(플라즈마)에 의해 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 '표면처리'라고 한다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서의 플라즈마 처리 방법이란 반응 물질을 플라즈마 상태로 만들어 기판 상에 박막을 형성하거나, 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 기판의 표면을 세정(cleaning), 애싱(ashing) 또는 식각(etching) 처리하 는 것을 말한다.
최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, sub-micron급의 미세 패턴에 있어서 균일한 두께의 박막을 형성하거나, 식각 또는 애싱과 같은 표면처리 품질의 향상이 중요하다. 한편, 이와 같은 미세 패턴에 대한 고정밀도 표면처리는 고밀도 플라즈마를 이용하여 만족시킬 수 있다.
기존 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위한 장치로서는, 로렌츠의 법칙에 따라 자기장 내로 입사한 전자가 원형 궤도 회전운동을 할 때, 공진 주파수의 마이크로파를 인가함으로써 공명현상을 이용하는 ECR(electron cyclotron resonance) 플라즈마, 헬리콘 또는 휘슬러 파를 이용하는 헬리콘 플라즈마 및 코일 주위로 형성되는 자계를 이용하여 전자의 충돌 확률을 증가시키는 유도 결합형 플라즈마가 있다.
그러나, 기존의 ECR 플라즈마는 저압 조건에서 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있으나, 플라즈마의 밀도를 균일하게 형성하기가 곤란한 단점이 있다.
또한, 기존 헬리콘 플라즈마는 전기장과 자기장의 에너지를 복합하여 여기시킴으로써, 소규모의 플라즈마에 대해서는 균일한 밀도를 갖는 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있으나, 넓은 면적에 대해서는 플라즈마 밀도가 균일하지 않은 단점이 있다.
또한, 기존의 유도 결합 플라즈마는 고밀도 플라즈마 발생부에 의해 증가된 플라즈마 입자들이 프로세스 챔버 벽에 충돌하여 소멸되므로 일정 이상의 고밀도를 갖는 플라즈마를 형성하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 유도 결합 플라즈마는 코일의 구조가 복잡하고, 발생된 플라즈마의 밀도를 균일하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판 주변에 인접한 위치에 추가로 전기장을 형성함으로써 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 플라즈마 밀도를 균일하게 발생시킬 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 소스가스의 소비량을 절감할 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 프로세스 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있도록 전기장을 발생시키는 고밀도 플라즈마 발생부를 포함한다. 상세하게는, 기판이 수용되고 플라즈마 발생 공간을 제공하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부, 상기 프로세스 챔버 일측에 구비되어, 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 전극부, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하는 서셉터 및 상기 프로세스 챔버에서 상기 기판에 인접한 위치에 배치되어, 상기 프로세스 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 고밀도 플라즈마 발생부를 포함한다. 여기서, 상기 플라즈마 기판 처리 장치는 상기 기판 상에 박막을 형성하는 플라즈마 화학기상증착(CVD) 장치일 수 있다.
실시예에서, 상기 고밀도 플라즈마 발생부는 상기 프로세스 챔버 외측에 복수회 권선되고, 고주파 전원이 인가됨에 따라 전기장을 발생시킨다. 특히, 상기 고밀도 플라즈마 발생부는 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판에 대해 수직 방향으로 전기장을 발생시키도록 권선된다. 그리고, 상기 고밀도 플라즈마 발생부에는 고주파 전원이 연결된다.
실시예에서, 상기 전극부는 상기 소스가스를 플라즈마로 여기시키고 상기발생된 플라즈마를 상기 프로세스 챔버 내부로 가속시키도록 형성된다. 상세하게는 상기 전극부는 상기 챔버 상부에 구비되고, 제1 전극과 제2 전극으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극은 상기 소스가스 공급부에 구비되어 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 역할을 한다. 그리고, 상기 제2 전극은 상기 프로세스 챔버 상부에 배치되어 상기 발생된 플라즈마를 상기 프로세스 챔버 내부로 가속시키는 역할을 한다.
실시예에서, 상기 서셉터는 상기 전극부에 대해 접지될 수 있다. 또는, 상기 서셉터는 고주파 전원이 인가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 첫째, 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서, 기판의 표면처리 효율 및 품질을 향상시키고, 처리 속도를 증가시킬 수 있다.
둘째, 고밀도 플라즈마 발생부에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써 상기 프로세스 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 증가시키고, 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다.
셋째, 고밀도 플라즈마 발생부의 권선수나 전체 길이를 변화시킴으로써 플라즈마의 밀도, 균일도를 최적화할 수 있다.
넷째, 소스가스를 프로세스 챔버 내의 플라즈마 발생영역으로 신속하고 큰 손실 없이 공급할 수 있고, 소스가스의 불필요한 소비를 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치에 대해 설명한다.
도면을 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 프로세스 챔버(110), 서셉터(120), 소스가스 공급부(140), 전극부(150) 및 고밀도 플라즈마 발생부(153)를 포함한다.
본 발명에서 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 플라즈마(P)를 이용하여 기 판(10)에 대한 표면처리를 수행하는 장치를 말한다. 여기서, 표면처리라 함은 상기 기판(10) 표면과 플라즈마(P)의 이온 또는 라디칼을 반응시킴으로써 상기 기판(10) 표면 특성을 변화시키는 것을 말한다. 예를 들어, 상기 표면처리 공정은 반도체 제조 공정 중에서 반도체 기판 표면에 박막을 형성하는 증착(deposition) 공정이나, 기판 표면에서 물질을 제거하는 세정(cleaning), 식각(etching), 및 애싱(ashing) 공정을 포함한다.
예를 들어, 상기 기판(10)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형태 또는 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 소스가스는 상기 기판(10)의 종류 또는 표면처리 공정의 종류에 따라 달라질 수 있다.
이하, 본 발명에서는, 반도체 기판에 대한 화학기상증착 공정을 수행하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착(high density plasma chemical vapor deposition, HDP CVD) 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명이 화학기상증착에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 기판 처리 장치는 건식 세정이나 식각 및 애싱과 같은 다른 형태의 플라즈마 처리 장치에 이용될 수도 있다.
상기 프로세스 챔버(110)는 상기 기판(10)이 수용되어, 상기 기판(10)에 대 한 표면처리 공정이 수행된다. 예를 들어, 상기 프로세스 챔버(110)는 상기 기판(10)에 대응되는 원기둥 형태를 갖는다.
상기 프로세스 챔버(110)는 상기 기판(10)의 표면처리를 위한 플라즈마(P)가 발생되는 소정의 공간을 제공한다.
여기서, 상기 플라즈마(P)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 형성될 수 있다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(110)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.
또한, 도시하지는 않았으나, 상기 프로세스 챔버(110)의 일측에는 상기 프로세스 챔버(110)에 진공을 제공하기 위한 진공펌프(미도시)가 구비되고, 상기 진공펌프를 통해 상기 표면처리 공정 중에 발생할 수 있는 플라즈마(P) 입자, 증착 반응물질, 식각 생성물 등의 이물질이 배출된다.
상기 전극부(150)는 고주파 전원이 인가된다. 그리고, 상기 전극부(150)는 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시키고, 상기 발생된 플라즈마(P)를 상기 프로세스 챔버(110) 내로 제공하는 역할을 한다.
상세하게는, 상기 전극부(150)는 고주파 전원이 인가되면 전기장을 형성하는 코일이다. 특히, 상기 전극부(150)는 상기 프로세스 챔버(110) 내로 상기 플라즈마(P) 입자를 가속시키는 전기장을 발생시키도록 형성된다. 상세하게는, 상기 전극부(150)는 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시키고, 발생된 플라즈마(P)의 입자들을 상기 프로세스 챔버(110) 내로 가속시키기 위한 제1 전극(151)과 제2 전극(152)의 2개 코일로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(151)은 상기 소스가스 공급부(140) 외측에 구비될 수 있다. 즉, 상기 소스가스는 상기 제1 전극(151)에 의해 형성된 전기장을 통과하는 동안 상기 전기장에 의해 전자가 가속되고, 상기 가속된 전자와 상기 소스가스 분자가 서로 가속되고 충돌됨에 따라, 상기 소스가스 분자가 이온과 라디칼로 분해된다. 즉, 상기 소스가스는 플라즈마(P) 상태가 된다. 그리고, 상기 플라즈마(P)는 상기 프로세스 챔버(110) 내로 유입되어 상기 제2 전극(152)에 상기 기판(10)으로 제공되어 상기 기판(10) 표면과 반응하게 된다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 전극(151)은 상기 소스가스 공급부(140)에 구비되고, 상기 소스가스 공급부(140) 외측에 복수회 나선형으로 권선된 코일 형태를 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극(151)은 상기 제1 전극(151)에 전원이 인가되면 상기 제1 전극(151) 내측을 상하 방향으로 관통하는 전기장이 발생한다.
그리고, 상기 제2 전극(152)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 프로세스 챔버(110) 상면에 배치되고, 평면형태의 나선형 코일일 수 있다.
한편, 도면상에서는 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)은 단선 코일일 수 있다. 또는, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)은 복수 개의 코일로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 도시한 바와 같이 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)은 동심원의 원형 폐루프를 형성하고, 나선형의 코일 형태를 갖는다. 그러나, 상기 각 전극(151, 152)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 각 전 극(151, 152)은 삼각형 또는 사각형 등 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)의 형태와 배치는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)의 코일의 크기와 권선수는 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시키고, 상기 프로세스 챔버(110) 내부에 형성할 수 있는 실질적으로 다양하게 형성될 수 있을 것이다.
상기 전극부(150)는 금속 재질로 형성된다. 그리고, 상기 전극부(150)와 상기 플라즈마(P) 사이에 아크 방전(arc discharge)이 발생하는 것을 방지하기 위한 유전체(미도시)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 유전체는 상기 프로세스 챔버(110) 내측에 구비될 수 있다. 또는, 상기 유전체는 상기 전극부(150)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또는 상기 유전체는 상기 프로세스 챔버(110) 벽을 형성하는 것도 가능할 것이다.
여기서, 상기 유전체는 세라믹이나 폴리머 계열 수지가 이용될 수 있다.
상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)은 고주파 전원에 연결된다. 여기서, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)은 서로 다른 고주파 전원에 연결될 수 있다. 또는, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)은 동일한 고주파 전원에 연결될 수도 있을 것이다.
상기 서셉터(susceptor)(120)는 상기 기판(10)을 지지한다. 예를 들어, 상기 서셉터(120)는 정전기력에 의해 상기 기판(10)을 고정시키는 정전척(electrostatic chuck)일 수 있다.
여기서, 상기 서셉터(120)는 접지되어 상기 전극부(150)에 대한 그라운드 전 극 역할을 한다. 또는, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)뿐만 아니라 상기 서셉터(120)에도 고주파 전원이 인가될 수 있다. 즉, 상기 서셉터(120)는 상기 표면처리 공정 동안 상기 기판(10)을 고정시킬 뿐만 아니라, 상기 플라즈마(P)의 이온과 라디칼과 같은 입자가 상기 기판(10)에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공하게 된다.
상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 일정 방향의 전기장(E)을 발생시켜 상기 프로세스 챔버(110) 내의 플라즈마(P) 밀도를 증가시키도록 구비된다. 특히, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 기판(10)에 대해 수직한 방향의 전기장(E)을 발생시키며, 상기 전기장(E) 내에서 상기 플라즈마(P)가 상기 기판(10) 쪽으로 가속된다.
도 4를 참조하면, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 프로세스 챔버(110) 외측에 복수회 권선된 코일이다.
예를 들어, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 기판(10)에 인접한 위치에 배치된다. 즉, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 기판(10) 상부에 대응되는 위치에 배치된다. 특히, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 기판(10) 쪽으로 수직 방향의 전기장(E)을 발생시키도록 상기 프로세스 챔버(110) 외측에서 상기 기판(10)에 수직한 축을 중심으로 복수회 권선된다.
여기서, 도시하지는 않았으나, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부(미도시)가 구비된다. 예를 들어, 상기 전원공급부(미도시)는 상기 전극부(150)에 인가되는 고주파 전원과 독립된 전원일 수 있다. 또 는, 상기 전극부(150)와 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153) 모두 유도 전기장을 발생시키는 코일이므로, 동일한 고주파 전원에 연결되는 것도 가능할 것이다.
상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)에 고주파 전원이 인가되면 상기 프로세스 챔버(110) 내측에서 상기 기판(10)에 수직한 상하 방향으로 전기장(E)이 형성된다. 상기 전기장(E)은 상기 플라즈마(P)의 입자를 상기 기판(10) 쪽으로 가속시키고, 더불어, 상기 플라즈마(P)의 이온과 라디칼이 서로 충돌할 확률을 증가시킴에 따라 상기 플라즈마(P)의 밀도가 증가되고, 상기 플라즈마(P) 밀도의 균일도가 향상된다.
여기서, 상기 표면처리 공정의 효율과 속도는 상기 플라즈마(P)의 밀도에 의존한다. 따라서, 상기 플라즈마(P)의 밀도 증가는 상기 소스가스의 분해를 촉진시키고, 상기 기판(10)의 표면처리 속도, 예를 들어, 박막의 증착 속도를 향상시키게 된다. 그리고, 상기 소스가스가 빠른 속도로 확산되지 못하는 경우, 상기 소스가스 공급부(140)에 가까운 부분과 먼 부분에서 상기 플라즈마(P) 밀도의 차이가 발생할 수 있다. 그러나, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 소스가스 및 상기 플라즈마(P)의 확산성을 향상시켜 상기 플라즈마(P)의 분포 밀도를 균일하게 한다.
더불어, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)는 상기 소스가스가 플라즈마(P) 상태로 여기되는 효율을 높이게 되므로, 상기 소스가스의 소비량을 절가할 수 있다. 또한, 여기된 플라즈마(P)가 상기 기판(10)에 높은 에너지로 충돌하게 되므로, 상기 표면처리 공정 동안 소비되는 소스가스의 소비량을 절감시킬 수 있다.
상기 플라즈마(P)의 밀도와 균일도는 상기 전기장(E)의 세기에 의해 조절 가 능하며, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)에 인가되는 고주파 전원의 세기를 조절함으로써 상기 전기장(E)의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)에 인가되는 고주파 전원의 세기를 증가시키면 상기 전기장(E) 내에서 전자의 에너지를 증가시킴에 따라 생성되는 라디칼의 수도 증가하게 된다. 따라서 상기 플라즈마(P) 밀도가 증가한다.
여기서, 상기 기판(10)에 대한 표면처리 공정을 최적화시키기 위해 상기 프로세스 챔버(110)의 길이 방향으로 따라 권선되는 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)의 권선수를 변화시키거나, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)의 전체 길이를 최적화할 수 있다. 또한, 상기 프로세스 챔버(110)의 종횡비(縱橫比)를 포함하는 기하학적 구조와 상기 고밀도 플라즈마 발생부(153)의 형상 및 전기적 특성을 조절함으로써 상기 플라즈마(P)의 밀도, 균일도 등을 최적화할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 처리하고자 하는 대상이 되는 기판(10)을 프로세스 챔버(110)에 투입한다. 그리고, 상기 기판(10)에 대해 수행하고자 하는 표면처리 공정의 종류에 따라 적당한 소스가스를 상기 프로세스 챔버(110) 내부로 공급한다. 여기서, 상기 소스가스는 상기 표면처리 공정에 따라 적당하게 선택된다. 또한, 상기 소스가스는 플라즈마(P) 상태로 여기시키는 제1 소스가스와 상기 기판(10)과의 반응물질을 포함하는 제2 소스가스를 포함할 수 있다.
상기 소스가스가 공급되면 전극부(150)에 고주파 전원이 인가되어 상기 소스 가스를 플라즈마(P)로 여기시킨다.
즉, 상기 제1 전극(151)과 상기 제2 전극(152)에 고주파 전원이 인가되면 상기 프로세스 챔버(110) 내부에는 상하 방향으로 유도 전기장이 형성된다. 그리고, 상기 전극부(150)에서 형성된 전기장 내부에서는 상기 소스가스의 분자가 가속되어 서로 충돌함에 따라 상기 소스가스 분자가 이온 및 라디칼로 분해되어 플라즈마(P) 상태가 된다. 그리고, 상기 전극부(150)는 상기 플라즈마(P)를 상기 프로세스 챔버(110) 내로 가속시킨다.
그리고, 고밀도 플라즈마 발생부(153)에 고주파 전원이 인가되면, 상기 프로세스 챔버(110) 내부에는 상기 기판(10)에 수직한 방향으로 전기장(E)이 형성된다. 상기 전기장(E)은 상기 플라즈마(P)를 상기 기판(10) 쪽으로 가속시켜 밀도를 증가시킨다. 따라서, 상기 기판(10)에 대한 표면처리 공정의 속도가 증가하고, 효율이 향상된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5의 플라즈마 기판 처리 장치는 상술한 실시예와 샤워헤드를 제외하고는 실질적으로 동일하고, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 명칭과 도면 부호를 부여하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(200)는 프로세스 챔버(210), 소스가스 공급부(240), 전극부(250), 서셉터(220), 샤워헤드(230) 및 고밀도 플라즈마 발생부(253)를 포함한다.
상기 프로세스 챔버(210)는 상기 기판(10)을 수용하고, 상기 소스가스 공급부(240)에서 공급된 소스가스가 플라즈마(P)로 여기되어 상기 기판(10)의 표면처리 공정이 수행되는 소정의 공간을 제공한다. 또한, 상기 프로세스 챔버(210) 내부는 진공 또는 저압이 제공될 수 있다.
상기 전극부(250)는 고주파 전원이 인가되어 전기장(E)을 형성하는 코일이다. 또한, 상기 전극부(250)는 상기 프로세스 챔버(210) 상부에 배치된다.
상기 샤워헤드(230)는 상기 기판(10) 상부에 배치된다. 그리고, 상기 샤워헤드(230) 상부에서 발생된 플라즈마(P)는 상기 샤워헤드(230)를 통해 상기 기판(10)으로 균일하게 제공된다.
상기 서셉터(220)는 상기 플라즈마(P) 입자가 상기 기판(10)에 충돌할 수 있도록 가속시키기 위한 전극역할을 한다. 예를 들어, 상기 서셉터(220)는 접지된다. 또는, 상기 서셉터(220)에는 고주파 전원이 인가될 수 있다.
상기 고밀도 플라즈마 발생부(253)는 고주파 전원이 인가되면 전기장(E)을 발생시키는 코일로서, 상기 프로세스 챔버(210) 내부에 일정한 방향의 전기장(E)을 발생시키도록 권선된다. 특히, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(253)는 상기 플라즈마(P) 밀도를 증가시킬 수 있도록 상기 기판(10)에 대해 수직한 방향의 전기장(E)을 발생시킨다.
예를 들어, 상기 고밀도 플라즈마 발생부(253)는 상기 프로세스 챔버(210) 외측에 복수회 권선되되, 상기 기판(10)에 인접한 위치에 배치될 수 있도록 상기 샤워헤드(230)와 상기 서셉터(220) 사이에 구비된다. 따라서, 상기 고밀도 플라즈 마 발생부(253)에 고주파 전원이 인가되면, 상기 프로세스 챔버(210) 내부에는 전기장(E)이 발생하고, 상기 전기장(E) 내에서 상기 플라즈마(P) 입자가 상기 기판(10) 쪽을 가속되어 상기 플라즈마(P)의 밀도가 증가되고, 균일도가 향상된다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 처리하고자 하는 대상이 되는 기판(10)을 프로세스 챔버(210)에 투입하고, 상기 기판(10)에 대해 수행하고자 하는 표면처리 공정의 종류에 따라 적당한 소스가스를 상기 프로세스 챔버(210) 내부로 공급한다. 여기서, 상기 소스가스는 상기 표면처리 공정에 따른 상기 기판(10) 표면과 반응하는 물질을 포함한다.
그리고, 상기 전극부(250)에 고주파 전원이 인가되어 상기 소스가스가 플라즈마(P) 상태로 여기되고, 발생된 플라즈마(P)는 상기 프로세스 챔버(210) 내로 유입된다.
여기서, 상기 플라즈마(P)는 상기 샤워헤드(230) 상부의 공간에서 발생되고, 상기 플라즈마(P)의 이온 또는 라디칼이 상기 샤워헤드(230)를 통해 상기 기판(10)으로 제공된다.
상기 고밀도 플라즈마 발생부(253)에 고주파 전원이 인가되면 상기 기판(10)에 수직한 방향의 전기장(E)이 발생한다. 상기 전기장(E)은 상기 샤워헤드(230)를 통과한 플라즈마(P)의 반응성 입자를 상기 기판(10) 쪽으로 가속시키게 된다. 따라서, 상기 기판(10) 상부에 고밀도 플라즈마(R)를 발생시키고, 상기 플라즈마(R)가 상기 기판(10)으로 충분한 에너지를 갖고 도달할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 고 밀도 플라즈마(R)에 의해 상기 기판(10)에 대한 표면처리 공정이 효율적으로 수행된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 단면도;
도 2는 도 1의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제1 전극을 도시한 사시도;
도 3은 도 1의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제2 전극을 도시한 사시도;
도 4는 도 1의 플라즈마 기판 처리 장치에서 고밀도 플라즈마 발생부를 도시한 사시도;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 100: 플라즈마 기판 처리 장치
110: 프로세스 챔버 120: 서셉터
140: 소스가스 공급부 150: 전극부
151: 제1 전극 152: 제2 전극
153: 고밀도 플라즈마 발생부
P: 플라즈마 E: 전기장

Claims (8)

  1. 기판이 수용되고, 플라즈마 발생 공간을 제공하는 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부;
    상기 프로세스 챔버 일측에 구비되어, 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 전극부;
    상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하는 서셉터; 및
    상기 프로세스 챔버에서 상기 기판에 인접한 위치에 배치되어, 상기 플라즈마 밀도를 증가시키기 위한 전기장을 발생시키는 고밀도 플라즈마 발생부;
    을 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 플라즈마 발생부는 상기 기판에 수직 방향으로 전기장을 발생시키도록 상기 프로세스 챔버 외측에 복수회 권선된 코일인 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 플라즈마 발생부는 상기 프로세스 챔버 내부 또는 외측에 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 플라즈마 발생부에 고주파 전원을 인가하는 전원공급부가 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 챔버 상부에 구비되어, 상기 소스가스를 플라즈마로 여기시키고, 상기 챔버 내로 가속시키도록 전기장을 발생시키는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 소스가스 공급부에 구비되고, 상기 제2 전극은 상기 프로세스 챔버 상부에 배치되어 상기 발생된 플라즈마를 상기 프로세스 챔버 내부로 가속시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 정전척인 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
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