KR20140131187A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20140131187A
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안종환
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 챔버 내부로 전력을 인가하는 전력 공급 유닛 및 상기 가스 공급 유닛 및 상기 전력 공급 유닛을 제어하는 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 전력 공급 유닛은 전원 및 하나 또는 복수개의 가변 소자를 포함하는 임피던스 매칭 장치를 포함하되, 상기 제어기는 상기 챔버 내부로 제공되는 상기 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기가 조절되도록 제어한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다.
이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다. 일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
최근에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정의 효율을 향상시키기 위하여, 공정 가스의 유량을 주기적으로 변화하여 공급하는 기술이 제공되고 있다. 이러한 경우에는 공정 가스의 유량 변동에 따라 임피던스 정합이 필요하고, 챔버로부터 배기되는 배기 유량도 조절해야 할 필요가 있다. 그러나, 이러한 임피던스 정합이나 배기 유량의 조절로 인한 시간 지연 등으로 인하여 기판 처리 공정이 효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정에서 공정 가스의 유량이 변화함에 따라 공정 챔버의 컨디션을 최적화시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 챔버 내부로 전력을 인가하는 전력 공급 유닛 및 상기 가스 공급 유닛 및 상기 전력 공급 유닛을 제어하는 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 전력 공급 유닛은 전원 및 하나 또는 복수개의 가변 소자를 포함하는 임피던스 매칭 장치를 포함하되, 상기 제어기는 상기 챔버 내부로 제공되는 상기 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기가 조절되도록 제어한다.
상기 가변 소자는 가변 커패시터(variable capacitor)를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스의 유량을 제1 유량 및 상기 제1 유량과 상이한 제2 유량이 순차적으로 반복되어 공급하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제2 크기로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 이와 동시에 상기 가변 소자의 크기도 변경될 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제2 크기로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 그 유량 변경 시점에서 일정 시간 이전에 상기 가변 소자의 크기가 변경될 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제2 크기로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 그 유량 변경 시점에서 일정 시간 이후에 상기 가변 소자의 크기도 변경될 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스 유량 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기를 동기화하여 제어할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 챔버와 연결되고, 상기 챔버를 배기시키는 배기 유닛을 더 포함하되, 상기 배기 유닛은 진공압을 발생시키는 진공압 발생기, 상기 진공압 발생기와 상기 챔버를 연결하는 진공 라인 및 상기 진공 라인 상에 제공되는 진공압 조절 밸브를 포함하고, 상기 제어기는 상기 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 상기 진공압 조절 밸브의 개폐량을 조절하여 상기 진공압을 조절할 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 진공압 조절 밸브가 제1 진공압을 제공하도록 개폐량을 제어하고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 진공압 조절 밸브가 제2 진공압을 제공하도록 개폐량을 제어하되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 이와 동시에 상기 진공압 조절 밸브도 개폐량을 변경하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스 유량 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기와 진공압 조절 밸브의 개폐량을 동시에 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 공정 가스 유량 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기와 상기 진공압 조절 밸브의 개폐량을 동기화하여 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서, 챔버 내부로 제공되는 공정 가스의 유량 변화를 기준으로, 상기 챔버의 공정 컨디션을 제어하되, 상기 공정 컨디션을 제어하는 방법은 상기 챔버로 전력을 공급하는 전력 공급 유닛에 제공되는 가변 소자의 크기를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 공정 가스의 유량은 제1 유량 및 상기 제1 유량과 상이한 제2 유량이 순차적으로 반복되어 공급될 수 있다.
상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제2 크기로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 이와 동시에 상기 가변 소자의 크기도 변경될 수 있다.
상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제2 크기로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 그 유량 변경 시점에서 일정 시간 이전에 상기 가변 소자의 크기가 변경될 수 있다.
상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 상기 가변 소자가 제2 크기로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 그 유량 변경 시점에서 일정 시간 이후에 상기 가변 소자의 크기가 변경될 수 있다.
상기 공정 가스 유량 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기를 동기화하여 제어할 수 있다.
상기 가변 소자는 가변 커패시터(variable capacitor)를 포함할 수 있다.
상기 공정 컨디션을 제어하는 방법은 상기 챔버의 배기량을 제어하는 것을 더 포함하되, 상기 챔버의 배기량은 상기 공정 가스의 유량이 상기 제1 유량으로 제공되면 제1 배기량으로 제공되고, 상기 공정 가스의 유량이 상기 제2 유량으로 제공되면 제2 배기량으로 제공되되, 상기 공정 가스의 유량이 변경되면, 이와 동시에 상기 챔버의 배기량이 변경될 수 있다.
상기 공정 가스 유량 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기와 상기 챔버의 배기량을 동기화하여 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정에서 공정 가스의 유량이 변화함에 따라 공정 챔버의 컨디션을 최적화시키고, 이로 인하여 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1의 임피던스 매칭 장치에 포함되는 매칭 회로의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치를 이용하여 공정 가스의 유량 변화에 따라 임피던스와 진공압의 변화의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부의 컨디션을 최적화하는 과정 보여주는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 플라즈마 소스, 배플 유닛(500), 배기 유닛(600), 전력 공급 유닛(700), 그리고 제어기(800)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공한다. 챔버(100)는 내부의 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 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 유닛(600)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 유닛(600)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압된다.
일 예에 의하면, 챔버(100) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가진다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측벽을 보호하여 챔버(100)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(100)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(100)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치한다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 유닛(200)은 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함한다. 기판 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함한다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지한다.
유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치한다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치한다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 히터(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함한다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON) 되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가된다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착된다.
히터(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치한다. 히터(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 히터(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함한다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치한다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 본딩 부재(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착된다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성된다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성된다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성된다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공된다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결한다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 한다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각한다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 몸체(230)는 전력 공급 유닛(700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 공급 유닛(700)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원을 포함할 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. 몸체(230)는 전력 공급 유닛(700)으로부터 고주파 전력을 인가 받을 수 있다. 이로 인하여 몸체(230)는 하부 전극(E2)으로서 기능할 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W) 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어한다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(250)는 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(100)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 기판 지지 유닛(200)를 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 챔버(100)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지(grounding)되도록 한다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 제3 전원(235a)과 연결되는 제3 전원라인(235c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c)등은 연결 부재(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장된다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치한다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮는다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공된다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)를 전기적으로 절연시킨다.
샤워 헤드(300)는 챔버(100) 내부에서 기판 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 유닛(200)과 대향하도록 위치한다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함한다. 가스 분산판(310)은 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치한다. 가스 분산판(310)과 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성된다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 유닛(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수개의 분사홀(311)을 포함한다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통한다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함한다. 가스 분산판(310)은 전력 공급 유닛(700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 공급 유닛(700)은 고주파 전원을 포함할 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 가스 분산판(310)은 전기적으로 접지될 수도 있다. 가스 분산판(310)은 전력 공급 유닛(700)과 전기적으로 연결되거나, 접지되어 상부 전극(E1)으로서 기능할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지한다. 지지부(330)는 상단은 챔버(100)의 상면과 연결되고, 하단은 가스 분산판(310)의 측부와 연결된다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 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.
일 예에 의하면, 가스 공급 유닛(400)은 복수개의 공정 가스를 제공할 수 있다. 복수개의 공정 가스는 혼합된 상태로 제공될 수도 있고, 각 공정 가스 별로 제공될 수도 있다. 제공되는 공정 가스의 종류에 따라, 가스 공급 라인(420)과 가스 저장부(431, 432, 433)가 복수개 제공될 수 있다. 복수개의 가스 공급 라인(420)에는 각각 밸브(421, 422, 423)가 제공될 수 있다. 밸브(421, 422, 423)는 각각의 가스 공급 라인(420)을 통과하는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다. 도 2에서는 가스 공급 라인(420)과 가스 저장부(430)가 각 3개씩 제공되는 것으로 도시되었으나, 2개 미만 또는 4개 이상의 가스 공급 라인(420)과 가스 저장부(430)가 제공될 수도 있다.
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(E1) 및 하부 전극(E2)을 포함할 수 있다. 상부 전극(E1) 및 하부 전극(E2)은 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 처리 공정이 수행된다. 일 예에 의하면, 상부 전극(E1)은 샤워 헤드(300)로 제공되고, 하부 전극(E2)은 몸체(230)로 제공될 수 있다. 하부 전극(E2)에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극(E1)은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극(E1)과 하부 전극(E2)에 모두 고주파 전력이 인가될 수 있다. 이로 인하여 상부 전극(E1)과 하부 전극(E2) 사이에 전자기장이 발생된다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.
배플 유닛(500)은 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성된다. 챔버(100) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
배기 유닛(600)은 진공압 발생기(610), 진공압 조절 밸브(620), 진공 라인(630)을 포함한다. 배기 유닛(600)은 챔버(100)와 연결된다. 일 예에 의하면, 배기 유닛(600)은 챔버(100)의 저면에 제공되는 배기홀(102)과 연결될 수 있다. 진공압 발생기(610)는 진공압을 발생시킨다. 진공 라인(630)은 진공압 발생기(610)와 챔버(100)를 연결한다. 진공 라인(630)은 진공압 발생기(610)와 챔버(100)의 배기홀(102)을 연결할 수 있다. 진공압 조절 밸브(620)는 진공 라인(630) 상에 제공될 수 있다. 진공압 조절 밸브(620)는 진공 라인(630) 상에서 진공압을 조절할 수 있다.
전력 공급 유닛(700)은 챔버(100) 내부의 상부 전극(E1)과 하부 전극(E2)으로 전력을 제공한다. 전력 공급 유닛(700)은 전원(730)과 임피던스 매칭 장치(710)를 포함할 수 있다. 전력 공급 유닛(700)은 상부 전극(E1)과 하부 전극(E2)으로 고주파 전력을 전달할 수 있다. 이때 고주파 전력은 RF 전력으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 전력 공급 유닛(700)은 상부 전극(E1)과 하부 전극(E2) 중 어느 하나의 전극에만 전력을 제공할 수 있다. 이러한 경우에는 전력을 제공받지 못한 전극은 접지될 수도 있다.
전원(730)은 전력을 발생시킨다. 일 예에 의하면, 전원(730)은 고주파 전력을 발생시킬 수 있다. 전원(730)은 RF 전력을 발생시킬 수도 있다. 전원(730)은 복수개가 제공될 수도 있다.
도 3은 도 1의 임피던스 매칭 장치에 포함되는 매칭 회로의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 임피던스 매칭 장치(710)는 임피던스를 매칭할 수 있다. 임피던스가 매치되면, 반사파가 발생하지 않고, 전력이 효율적으로 전송될 수 있다. 임피던스 매칭 장치(710)는 하나 또는 하나 또는 복수개의 가변 소자를 포함하는 매칭 회로(750)를 포함할 수 있다. 가변 소자는 가변 커패시터(variable capacitor), 커패시터 (capacitor), 리지스턴스(resistance), 인턱터를 포함할 수 있다. 가변 소자는 가변 커패시터(variable capacitor), 커패시터 (capacitor), 인턱터 중 하나 또는 복수개를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 매칭 회로(750)는 병렬로 연결되는 가변 커패시터(751), 직렬로 연결되는 커패시터(753) 및 인덕터(755)를 포함하는 엘타입(L type)의 회로로 구현될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어기(800)는 가스 공급 유닛(400), 배기 유닛(600), 그리고 전력 공급 유닛(700)을 제어할 수 있다. 제어기(800)는 챔버(100) 내부로 제공되는 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 가변 소자의 크기가 조절되도록 제어할 수 있다. 일 예에 의하면, 제어기(800)는 공정 가스의 유량을 제1 유량 및 제1 유량과 상이한 제2 유량이 순차적으로 반복되어 공급하도록 제어할 수 있다. 제어기(800)는 공정 가스의 유량이 제1 유량으로 제공되면 가변 소자가 제1 크기로 제공되고, 공정 가스의 유량이 제2 유량으로 제공되면 가변 소자가 제2 크기로 제공되며, 공정 가스의 유량이 변경되면, 이와 동시에 가변 소자의 크기도 변경되도록 제어할 수 있다. 제어기(800)는 공정 가스 유량 변화를 기준으로 가변 소자의 크기를 동기화하여 제어할 수도 있다.
또한, 제어기(800)는 공정 가스의 유량이 제1 유량으로 제공되면 진공압 조절 밸브가 제1 진공압을 제공하도록 개폐량을 제어하고, 공정 가스의 유량이 제2 유량으로 제공되면 진공압 조절 밸브가 제2 진공압을 제공하도록 개폐량을 제어하고, 공정 가스의 유량이 변경되면, 이와 동시에 진공압 조절 밸브도 개폐량을 변경하도록 제어할 수 있다. 제어기(800)는 공정 가스 유량 변화를 기준으로 진공압 조절 밸브도 개폐량을 동기화하여 제어할 수도 있다.
또한, 제어기(800)는 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 가변 소자의 크기와 진공압 조절 밸브의 개폐량을 동시에 제어할 수도 있다. 또한, 제어기(800)는 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 가변 소자의 크기와 진공압 조절 밸브의 개폐량을 동기화하여 제어할 수도 있다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치를 이용하여 공정 가스의 유량 변화에 따라 임피던스와 진공압의 변화의 일 실시예를 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4의 다른 실시예를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 4의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제어기(800)는 공정 가스의 유량 변화를 기준으로 임피던스와 진공압을 조절할 수 있다. 이때 공정 가스는 제1 유량 및 제1 유량과 상이한 제2 유량이 순차적으로 반복되어 공급될 수 있다. 공정 가스는 펄스 신호에 따라 펄스 모드로 제공될 수도 있다. 일 예에 의하면, 제1 유량은 제2 유량보다 많도록 제공될 수 있다. 이때 제2 유량은 공정 가스가 공급되지 않는 상태일 수 있다. 이와 달리 제2 유량은 제1 유량보다 작은 유량으로 제공될 수도 있다.
일 예에 의하면, 제어기(800)는 공정 가스가 제1 유량에서 제2 유량으로 변경되면, 임피던스를 제1 임피던스에서 제2 임피던스로 변경하고, 진공압을 제1 진공압에서 제2 진공압으로 변경할 수 있다. 제어기(800)는 공정 가스 유량 변화에 동기화하여, 공정 가스가 제1 유량에서 제2 유량으로 변경되면, 임피던스를 제1 임피던스에서 제2 임피던스로 변경하고, 진공압을 제1 진공압에서 제2 진공압으로 변경할 수 있다. 또한, 공정 가스가 제2 유량에서 제1 유량으로 변경되면, 임피던스를 제2 임피던스에서 제1 임피던스로 변경하고, 진공압을 제2 진공압에서 제1 진공압으로 변경할 수 있다. 공정에 따라, 제1 임피던스가 제2 임피던스보다 크게 제공되고, 제1 진공압이 제2 진공압보다 크게 제공될 수 있다. 이와 달리, 제1 임피던스가 제2 임피던스보다 작게 제공되고, 제1 진공압이 제2 진공압보다 작게 제공될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 제어기(800)는 공정 가스의 유량 변화를 기준으로 공정 가스의 유량 변화 시점에서 일정시간 이후에 임피던스와 진공압이 변화되도록 조절할 수 있다. 제어기(800)는 가스의 유량 변화 시점에서 일정시간 이후에 임피던스와 진공압이 변화되도록 동기화할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제어기(800)는 공정 가스의 유량 변화를 기준으로 공정 가스의 유량 변화 시점에서 일정시간 이전에 임피던스와 진공압이 변화되도록 조절할 수 있다. 제어기(800)는 가스의 유량 변화 시점에서 일정시간 이전에 임피던스와 진공압이 변화되도록 동기화할 수 있다.
이상에서는 공정 가스가 하나의 가스가 제공되는 것으로 설명하였으나, 기판 처리 공정에 따라서 공정 가스는 복수개 가스가 제공될 수 있다. 이러한 경우에 제어기(800)는 복수개 가스들 각각을 제어할 수 있다. 이와 달리 복수개 가스를 혼합하여 제어할 수도 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 유닛(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가된다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착된다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(100) 내부에 공정 가스가 공급된다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(100)의 내부 영역으로 균일하게 분사된다. 제3 전원(235a)에서 생성된 고주파 전력은 하부 전극으로 제공되는 몸체(230)에 인가된다. 상부 전극으로 제공되는 샤워 헤드의 분사판(310)은 접지된다. 상부 전극과 하부 전극 사이에는 전자기력이 발생한다. 전자기력은 기판 지지 유닛(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킨다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리한다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내부의 컨디션을 최적화하는 과정 보여주는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 공정 가스를 제1 유량 및 제2 유량으로 순차적으로 반복 공급하는 단계(S10), 챔버 내부의 컨디션을 최적화하는 단계(S20)를 포함한다. 챔버 내부의 컨디션을 최적화하는 단계(S20)는 공정 가스 유량 변화에 따라 가변 소자 크기를 변경하는 단계(S21)와 공정 가스 유량 변화에 따라 챔버 배기량을 변경하는 단계(S20)를 포함한다. 이하에서는 챔버 내부의 컨디션을 최적화하는 단계(S20)를 구체적으로 설명한다.
챔버 내부의 컨디션을 최적화하는 단계(S20)는 챔버 내부로 제공되는 공정 가스의 유량 변화를 기준으로, 챔버의 공정 컨디션을 제어하되, 공정 컨디션을 제어하는 방법은 챔버로 전력을 공급하는 전력 공급 유닛에 제공되는 가변 소자의 크기를 제어하고, 챔버의 배기량이 변경시키는 것을 포함한다. 이때, 공정 가스의 유량은 제1 유량 및 제1 유량과 상이한 제2 유량이 순차적으로 반복되어 공급될 수 있다. 또한, 공정 가스의 유량은 제1 유량 및 제1 유량과 상이한 제2 유량이 펄스 형식으로 제공될 수도 있다. 이때, 제1 유량은 제2 유량보다 크게 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버 내부로 제공되는 공정 가스의 유량 변화를 기준으로, 가변 소자의 크기를 제어하고, 챔버의 배기량을 동기화하여 제어할 수 있다. 일 예에 의하면, 챔버 내부로 제공되는 공정 가스의 유량 변화 시점과 동시에 가변 소자의 크기와 챔버의 배기량을 조절할 수 있다. 이와 달리, 챔버 내부로 제공되는 공정 가스의 유량 변화 시점에서 일정시간 이전 또는 이후에 가변 소자의 크기와 챔버의 배기량을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정에서 공정 가스의 유량이 변화함에 따라 공정 챔버의 컨디션을 최적화시키고, 이로 인하여 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 공정 가스의 유량이 변화에 의한 시간 지연을 감소시킬 수 있어 기판 처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)를 기준으로 설명하였으나, 이와 달리 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma)에서도 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: 기판 지지 유닛 300: 샤워 헤드
400: 가스 공급 유닛 500: 배플 유닛
600: 배기 유닛 700: 전력 공급 유닛
800: 제어기

Claims (2)

  1. 내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 챔버 내부로 전력을 인가하는 전력 공급 유닛; 및
    상기 가스 공급 유닛 및 상기 전력 공급 유닛을 제어하는 제어하는 제어기;를 포함하되,
    상기 전력 공급 유닛은
    전원; 및
    하나 또는 복수개의 가변 소자를 포함하는 임피던스 매칭 장치;를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 챔버 내부로 제공되는 상기 공정 가스의 유량의 변화를 기준으로 상기 가변 소자의 크기가 조절되도록 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 소자는 가변 커패시터(variable capacitor)를 포함하는 기판 처리 장치.
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