KR20140148052A - 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처리 공간을 형성하는 챔버, 상기 챔버의 내부에 배치되며 기판이 지지되는 기판 지지대, 및 상기 기판 지지대와 대향하여 배치되고 RF 전원이 인가되는 상부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극과 상기 기판 지지대 사이에 형성되는 플라즈마가 상기 기판 지지대의 가장자리 영역까지 균일하게 형성되도록, 상기 기판 지지대는 내부에 서로 이격되고 개별적으로 제어되는 복수의 접지 전극을 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기판과 기판 주변부에서 플라즈마 분포 혹은 밀도를 균일하게 제어할 수 있고, 기판의 중심 영역과 가장자리 영역에서 플라즈마 분포 혹은 밀도를 균일하게 제어할 수 있다.

Description

기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{Substrate support apparatus and substrate process apparatus having the same}
본 발명은 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 플라즈마 분포를 조절할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 메모리 등 각종 전자 소자는 다양한 박막이 적층되어 제조된다. 즉, 기판상에 각종 박막을 형성하며, 이처럼 형성된 박막을 사진-식각 공정을 사용하여 패터닝하여 소자 구조를 형성하게 된다.
박막은 재료에 따라 도전막, 유전체막, 절연막 등 있으며, 박막을 제조하는 방법 또한 매우 다양하다. 박막을 제조하는 방법으로는 크게 물리적 방법 및 화학적 방법 등이 있다. 최근에는 효율적인 박막 제조를 위하여 제조 공정 중에 플라즈마를 활용하고 있다. 플라즈마를 활용하여 기판에 박막을 제조하는 경우, 박막 제조 온도를 낮추고 박막 증착 속도를 증가시킬 수 있다.
그러나, 플라즈마를 활용하는 경우, 공정이 진행되는 챔버 내에서 플라즈마를 원하는 상태로 제어하기 어렵다는 문제가 야기된다.
예를 들면, 기판이 지지되는 기판 지지대와 이와 대향하는 상부 전극이 구비되는 공정 챔버 내부에서 박막을 제조하는 경우, 상부 전극에는 고주파 전원 예컨대, RF(radio frequency) 전원이 인가되고 기판 지지대에 구비된 접지 전극은 접지된다. 이에, 상부 전극과 기판 지지대 사이에 플라즈마가 형성되고, 이를 활용하여 기판에 박막을 형성하게 된다. 그러나, 이때 생성되는 플라즈마는 기판 혹은 기판 지지대의 중심 영역 및 가장자리 영역에서 그 분포 혹은 상태에 차이를 보이게 되는 문제가 있다. 또한, 이처럼 플라즈마 분포 혹은 상태가 영역에 따라 다르게 되면, 기판상에 박막을 균일한 두께로 제조하기 어렵게 된다.
이에, 기판상에 박막을 균일하게 제조하기 위하여 가스 분사기의 구조, 가스 분사 방식 등을 조절하는 기술들이 제안되고 있으나, 이들은 비용과 시간을 과다하게 소모하는 문제가 있다.
본 발명은 기판 및 기판 주변부에서 플라즈마 분포를 균일하게 제어할 수 있는 기판 지지 장치 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 기판상에 박막을 균일한 두께로 제조할 수 있는 기판 지지 장치 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 지지 장치는 기판이 지지되는 장치로서, 가장자리 영역에 돌출된 단턱부를 가지며, 상기 기판이 안착되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대 내부의 중심 영역에 설치되는 제1 접지 전극; 상기 제1 접지 전극과 이격되고, 상기 기판 지지대 내부의 가장자리 영역에 설치되는 제2 접지 전극; 및 상기 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극을 독립적으로 제어하는 제어부; 를 포함한다.
여기서, 기판 지지대는 절연체 재질을 포함할 수 있으며, 기판 지지대는 상기 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극 중 적어도 어느 하나의 하측에 발열체를 구비할 수 있다.
상기 제1 접지 전극의 크기는 상기 기판보다 작고, 상기 제2 접지 전극의 내경이 상기 기판보다 크게 형성될 수 있고, 상기 제1 접지 전극의 외주 면에는 제1 굴곡부가 형성되고, 상기 제2 접지 전극의 내주 면에는 상기 제1 굴곡부에 대응하는 제2 굴곡부가 형성될 수도 있다. 굴곡부가 형성되는 경우, 상기 제1 굴곡부의 적어도 일부는 상기 기판의 외측으로 돌출되고, 상기 제2 굴곡부의 적어도 일부는 상기 기판의 내측으로 돌출될 수 있다.
또한, 상기 제1 접지 전극 보다 상기 제2 접지 전극이 더 높은 위치에 배치될 수 있으며, 상기 제2 접지 전극은 상기 단턱부 영역 즉, 단턱부의 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 지지 장치는 처리 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며 기판이 지지되는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대와 대향하여 배치되고 RF 전원이 인가되는 상부 전극;을 포함하고, 상기 상부 전극과 상기 기판 지지대 사이에 형성되는 플라즈마가 상기 기판 지지대의 가장자리 영역까지 균일하게 형성되도록, 상기 기판 지지대는 내부에 서로 이격되고 개별적으로 제어되는 복수의 접지 전극을 구비한다.
여기서, 복수의 접지 전극은, 상기 기판에 대응하는 형상의 제1 접지 전극 및 상기 제1 접지 전극의 외측에 배치되는 제2 접지 전극을 포함할 수 있고, 상기 제1 접지 전극의 크기는 상기 기판보다 작고, 상기 제2 접지 전극은 상기 기판의 외측에 배치될 수 있다.
또한, 복수의 접지 전극은, 외주 면에 적어도 일부가 상기 기판의 외측으로 돌출되는 제1 굴곡부가 형성된 제1 접지 전극 및 상기 제1 접지 전극의 외측에 설치되고 상기 제1 굴곡부에 대응하는 제2 굴곡부가 형성된 내주 면을 가지는 제2 접지 전극을 포함할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 상기 복수의 접지 전극에 형성되는 임피던스를 각각 조절할 수 있는 제어부를 포함할 수 있고, 이때, 제어부는 가변 콘덴서, 가변 코일 및 가변 저항체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 복수의 접지 전극에 서로 다른 임피던스가 형성되도록 할 수 있다.
또한, 기판 지지대는 절연체를 포함하고, 상기 접지 전극은 상기 절연체 내부에 막 형태로 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기판과 기판 주변부에서 플라즈마 분포 혹은 밀도를 균일하게 제어할 수 있고, 기판의 중심 영역과 가장자리 영역에서 플라즈마 분포 혹은 밀도를 균일하게 제어할 수 있다. 또한, 기판의 중심 영역과 가장자리 영역의 상측에 형성되는 플라즈마 상태를 각 영역에서 동일하거나 유사하게 제어할 수 있다.
이처럼, 플라즈마 분포, 밀도 등을 제어하여, 기판에 형성되는 박막의 두께를 가장자리 영역까지 균일하게 제조할 수 있고, 가장자리 영역에 제조되는 박막과 중심 영역에 제조되는 박막의 특성도 동일하거나 유사하게 제어할 수 있다. 이로부터 기판에 형성되는 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 어려운 구조 변경이나 복잡한 공정 제어 없이 단순한 구조로 챔버 내에 형성되는 플라즈마 상태를 용이하게 제어할 수 있다.
이에, 박막 제조 공정을 단순한 과정으로 효율적으로 수행할 수 있고, 저비용으로 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 기판 지지 장치의 평면도.
도 5는 본 발명의 실시 예의 기판 처리 장치에서 플라즈마 생성을 표시하는 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 처리 공간을 형성하는 챔버(10), 챔버의 내부에 배치되며 기판(S)이 지지되는 기판 지지대(20), 및 기판 지지대(20)와 대향하여 배치되고 RF 전원이 인가되는 상부 전극(80)을 포함하고, 상부 전극(80)과 기판 지지대(20) 사이에 형성되는 플라즈마가 기판 지지대(20)의 가장자리 영역까지 균일하게 형성되도록, 기판 지지대(20)는 내부에 서로 이격되고 개별적으로 제어되는 복수의 접지 전극(31,32)을 구비한다. 또한, 기판 처리 장치는 기판지지대(20)를 받치고 이를 이동시키는 회전축 및 챔버 내의 진공 분위기를 형성하는 진공 형성부(70)를 포함한다. 또한, 상기의 상부 전극(80)은 챔버(10)에 가스를 공급하는 가스분사기의 역할도 수행할 수 있다.
이러한, 기판 처리 장치는 챔버(10) 내에 기판(S)을 로딩시킨 후, 기판(S)상에 각종 처리를 행하는 장치로 예컨대 챔버(10) 내에서 반도체 소자를 제조하기 위해서 웨이퍼를 로딩하고, 가스분사기로 공정 가스를 공급하여, 웨이퍼상에 박막을 제조할 수 있다.
챔버(10: 11, 12)는 상부가 개방된 본체(11)와, 본체(11)의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 탑리드(12)를 구비한다. 탑리드(12)가 본체(11)의 상부에 결합되어 본체(11) 내부를 폐쇄하면, 챔버(10)의 내부에는 예컨대 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 행해지는 공간이 형성된다. 공간은 일반적으로 진공 분위기로 형성되므로, 챔버(10)의 소정 위치 예컨대 챔버(10)의 바닥면이나 측면에는 공간에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기관이(71)이 연결되어 있고, 배기관(71)은 진공 펌프(72)에 연결된다. 또한, 본체(11)의 바닥면에는 후술할 기판지지대(30)의 회전축(50)이 삽입되는 관통공이 형성되어 있다. 본체(11)의 측벽에는 기판(S)을 챔버(10) 내부로 반입하거나, 외부로 반출하기 위한 게이트 밸브(미도시)가 형성되어 있다.
기판 지지대(20)는 기판(S)을 지지하기 위한 구성으로서 챔버(10) 내부의 하측에 설치된다. 또한 기판 지지대(20)의 가장자리 영역에는 상부 방향으로 돌출된 단턱부(21)가 형성될 수 있다. 기판 지지대(20)는 회전축(50) 상에 설치된다. 기판 지지대(20)는 소정 두께를 가지는 플레이트형으로, 기판(S)의 형상과 유사한 형상을 가지며, 예컨대 기판이 원형 웨이퍼라면, 원판 형상으로 제작될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경 가능하다. 기판 지지대(20)는 챔버(10) 내부에 수평방향으로 구비되고, 회전축(50)은 기판 지지대(20)의 저면에 수직으로 연결된다. 회전축(50)은 관통공을 통하여 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 기판 지지대(20)를 상승, 하강 및 회전시킨다. 이때, 회전축(40)과 관통공 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 기판을 처리하는 과정에서 챔버(10) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다.
기판 지지대(20)는 기판을 안착시켜 지지할 수 있는 형태라면 특별히 그 형태나 구조가 한정되지 않는다. 이때, 기판(S)이 안정적으로 정확한 위치에 안착될 수 있도록 기판 지지대(20)의 중심을 포함하는 영역을 오목하게 오목홈으로 형성할 수 있다. 즉, 도 2에 예시되었듯이, 기판 지지대(20)의 중심을 포함하고 기판(S)의 크기와 같거나 다소 큰 영역을 오목하게 형성하고, 그 외 영역 즉 가장자리 영역에 돌출된 단턱부(21)을 형성할 수 있다. 이때 단턱부(21)는 오목홈 방향으로 하향 경사진 경사면을 구비할 수 있다. 이로부터 챔버(10)로 인입되는 기판(S)는 단턱부(21)로 둘러싸인 오목홈 내측으로 유도되어 기판 지지대(20)의 중심에 맞추어 센터링되면서, 정확한 위치에 안착될 수 있다.
또한, 기판 지지대(20)는 절연체 재질을 포함할 수 있다. 즉, 기판 지지대(20) 전체가 절연체로 제작될 수도 있고 그 일부가 절연체로 제작될 수도 있으며, 절연체층이 기판 지지대(20)의 표면에 코팅되어 형성될 수도 있다. 이때, 절연체로는 여러 가지 세라믹 재료가 사용될 수 있고, 예를들면, 질화 알루미늄(AIN), 탄화 실리콘(SiC) 등이 사용될 수 있다.
또한, 기판 지지대(20)의 내부에는 이를 가열시키기 위한 발열체(40)가 구비될 수 있고, 발열체(40)는 도선(41)을 통하여 외부의 전원과 연결된다. 발열체(40)에 전원이 인가되면 기판 지지대(20)가 가열되며, 이로부터 기판 지지대(20) 상부에 안착되는 기판(S)을 가열할 수 있게 된다. 발열체(40)는 여러 가지 방식 및 구조로 설치될 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 발열체(40)로는 텅스텐(W), 몰리브덴 (Mo) 등이 사용될 수 있다. 또한, 발열체(40)는 후술하는 접지전극의 하부에 위치할 수 있다. 복수의 접지 전극들 중 적어도 어느 하나의 하측에 구비될 수 있다. 예를 들면, 제1 접지 전극(31) 및 제2 접지 전극(32) 중 적어도 어느 하나의 하측에 발열체를 설치할 수 있다. 물론, 제1 접지 전극(31) 전체와 제2 접지 전극(32)의 일부에 대응하는 영역에 발열체를 설치할 수도 있다.
또한, 기판 지지대(20)의 내부에는 내부에 서로 이격되고 개별적으로 제어되는 복수의 접지 전극이 구비된다. 이와 관련해서는 후술한다.
상부전극(80)은 챔버(10) 내부에서 기판 지지대(20)와 마주보고 이격하여 배치되며 외부의 전원(90)과 연결된다. 상부전극(80)에는 RF(Radio Frequency) 전력을 인가하고 기판 지지대는 접지시켜, 챔버(10) 내의 증착 공간인 반응 공간에 RF를 이용하여 플라즈마를 여기 시키게 된다. 이때, 기판 지지대는 후술하는 접지 전극을 통하여 접지된다. 또한 상부전극(80)은 챔버(10) 내부에 가스를 공급하는 가스 분사기의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상부전극(80)을 통하여 외부에 공급되는 각종 처리 가스를 기판 지지대(20) 측으로 분사할 수 있다. 예컨대, 박막 증착을 위한 공정가스를 분사할 수 있다. 상부전극(80)은 챔버(10)를 형성하는 탑리드(12)에 설치될 수 있고, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급원과 연결될 수 있다. 상부전극(80)은 기판 지지대(20)와 대향하고 이와 유사한 소정 면적을 가지고, 복수의 분사홀을 구비하는 샤워헤드 타입으로 제조될 수도 있다. 물론 챔버(10)에 가스를 공급하는 수단은 상부전극(80)과 별도로 챔버(10) 내에 삽입되는 노즐이나 인젝터 타입으로 제조될 수도 있다. 노즐이나 인젝터 타입의 경우 챔버(10) 측벽을 관통하여 설치될 수도 있다.
하기에서는 접지 전극 및 이를 구비하는 기판 지지 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 기판 지지 장치의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 지지 장치는 가장자리 영역에 돌출된 단턱부(21)를 가지며, 기판(S)이 안착되는 기판 지지대(20), 기판 지지대(20) 내부의 중심 영역에 설치되는 제1 접지 전극(31), 제1 접지 전극(31)과 이격되고 기판 지지대(20) 내부의 가장자리 영역에 설치되는 제2 접지 전극(32) 및 제1 접지 전극(31) 및 제2 접지 전극(32)을 독립적으로 제어하는 제어부(60)을 포함한다. 기판 지지 장치는 상술된 상부전극(80)과의 사이에 플라즈마를 형성하기 위하여, 특히, 상부전극(80)과 기판 지지대(20) 사이에 형성되는 플라즈마가 기판 지지대(20)의 가장자리 영역까지 균일하게 형성되도록, 기판 지지대(20) 내에 복수의 접지 전극을 구비한다.
여기서, 어떤 대상물(예를 들면 기판 혹은 기판 지지대)의 중심 영역은 그 대상물의 중심을 포함하고 외측 방향으로 확장되어 소정 면적을 가지는 영역이며, 가장자리 영역은 그 대상물의 가장자리(에지, edge)를 포함하고 내측 방향으로 확장되어 소정 면적을 가지는 영역이다. 또한, 중심 영역과 가장자리 영역은 경계면을 가지고 만날 수도 있고, 상호 이격되어 분리되는 영역일 수도 있다. 이때, 각 영역의 면적은 특별히 한정되지 않으나, 중심 영역의 면적이 가장자리 영역의 면적과 같거나 그보다 클 수 있다.
접지 전극(30: 31, 32)은 기판(S)에 대응하는 형상의 제1 접지 전극(31) 및 제1 접지 전극(31)의 외측에 배치되는 제2 접지 전극(32)을 포함한다. 또한, 접지 전극(30)은 얇은 플레이트, 얇은 시트 혹은 막(박막 혹은 후막)으로 제조될 수 있다. 또한, 여러 가지 방식으로 코팅되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 스크린 프린팅 방법으로 기판 지지대(20)의 내부 면에 형성될 수 있다. 접지 전극(30)은 소정 면적이 채워진 구조로 제조될 수도 있고, 복수의 개구가 형성된 메쉬 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 접지 전극(30)은 금속을 포함하는 전기 도전성 재질로 형성되며, 예를 들면 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 써스, 은, 금, 백금, 니켈, 등이 사용될 수 있다. 물론 접지 전극을 접지 전력이 원활하게 인가되면 충분하고, 그 형상이나 구조, 재질 등은 특별히 한정되지 않는다.
제1 접지 전극(31)은 수평 방향으로 소정 면적을 가지며, 기판 지지대(20) 내부에서 기판 지지대(20)의 중심을 포함하며 기판(S)이 차지하는 면적의 대부분을 커버하는 정도의 영역에 매설된다. 제1 접지 전극(31)은 기판(S)에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(S)이 원판형의 웨이퍼라면, 제1 접지 전극(31)도 원판형의 형상을 가질 수 있다. 물론 기본 구조를 원판형으로 하면서 변형된 형상일 수도 있다.
제2 접지 전극(32)은 제1 접지 전극(31)과 별로도 이와 접촉되지 않도록 이격되어 기판 지지대(20) 내부에 위치한다. 이때, 이격 간격이 특별히 한정되지는 않으며, 각 접지 전극의 전기적 특성이 개별적으로 제어될 수 있는 정도이면 된다. 제1 접지 전극(31)의 외측에 배치되고 제1 접지 전극(31)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 표시하였듯이, 제1 접지 전극(31)이 원판형인 경우, 제2 접지 전극(32)은 이를 둘러싸는 링 형상을 가질 수 있다.
제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)의 크기, 형상 혹은 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 도 3에 표시하였듯이, 제1 접지 전극(31)의 크기는 기판(S) 보다 작고, 제2 접지 전극(32)의 내경은 기판(S) 보다 클 수 있다. 이 경우, 기판(S)의 가장자리 영역은 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32) 사이의 경계 영역의 상부에 위치하게 된다. 또한, 도 4에 표시하였듯이, 제1 접지 전극(31)의 외주 면에는 제1 굴곡부가 형성되고, 제2 접지 전극(32)의 내주 면에는 제1 굴곡부에 대응하는 제2 굴곡부가 형성될 수 있다. 또한 제1 굴곡부의 적어도 일부는 기판(S)의 외측으로 돌출되고, 제2 굴곡부의 적어도 일부는 기판(S)의 내측으로 돌출될 수 있다. 즉, 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)의 경계영역에서 올록볼록한 굴곡부가 형성되고, 기판(S)의 일부 영역, 정확하게는 가장자리의 일부 영역은 제2 접지 전극(32)의 상부에 위치하고(A1), 기판(S)의 가장자리의 다른 일부 영역은 제1 접지 전극(31)의 상부에 위치하고(A2), 기판(S)의 가장자리의 또 다른 일부 영역은 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32) 사이의 경계 영역의 상부에 위치하게 된다(A3). 이처럼 접지 전극들에 굴곡부들을 형성하면, 접지 전극들 사이의 경계 영역에서 각 접지 전극들의 면적을 확장시킬 수 있고, 경계 영역에서의 급격한 변화를 완화시킬 수 있다.
도 2에서는 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)을 동일 높이에 설치하였으나, 이들의 높이는 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 제1 접지 전극(31) 보다 제2 접지 전극(32)이 더 높은 위치에 배치될 수 있고, 제2 접지 전극(32)은 단턱부(21)에 배치될 수 있다. 제1 접지 전극(31) 및 제2 접지 전극(32)의 높이를 제어하여, 이들의 상부에 형성되는 플라즈마 분포를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
한편, 제1, 2 접지 전극(31, 32)은 이들을 독립적으로 제어하는 제어부(60)와 연결된다. 제어부(60)는 하나의 제어기를 통하여 접지 전극들(31, 32) 개별적으로 제어할 수도 있고, 접지 전극별로 각각 제어기(61, 62)를 연결하고 각 접지 전극을 각기 제어할 수도 있다. 접지 전극들(31, 32)과 제어부(60) 사이는 도선(33, 34)에 의하여 연결되고, 제어부(60)는 그라운드와 연결된다. 이로부터 복수의 접지 전극 즉, 제1, 2 접지 전극(31, 32)에 형성되는 임피던스를 각각 조절할 수 있다. 즉, 제1 접지 전극(31)에 걸리는 임피던스와 제2 접지 전극(32)에 걸리는 임피던스가 서로 다른 값을 가지도록 제어할 수 있다. 이처럼 제1, 2 접지 전극(31, 32)의 임피던스를 다르게 조절하여 이들의 상부에 형성되는 플라즈마 분포 혹은 밀도를 제어할 수 있다. 이때, 제어부는 각종 가변소자를 포함할 수 있다. 즉, 가변 콘덴서, 가변 코일 및 가변 저항체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 접지 전극들(31, 32)들의 임피던스는 이들 중 적어도 어느 하나를 가변시켜 제어할 수 있다.
하기에서는 도면을 참조하여, 플라즈마 형성을 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시 예의 기판 처리 장치에서 플라즈마 생성을 표시하는 개념도이다.
일반적으로, 챔버 내에서 처리 가스가 플라즈마화 되면, 기판의 표면과 플라즈마와의 경계에는 양이온종에 비하여 전자의 이동 속도가 큰 것에 의하여 고밀도인 양이온종을 포함하는 이온 시스 영역(플라즈마 시스 영역)이 형성된다. 또한 기판 지지대의 표면과 플라즈마와의 경계에도 마찬가지로 이온 시스 영역이 형성되는데, 기판 지지대는 절연체로 형성되어 있기 때문에 기판측 보다 두께가 큰 이온 시스 영역이 형성된다. 이에 기판의 표면과 기판 주변부의 기판 지지대 표면에 형성되는 이온 시스 영역의 두께가 다르게 된다. 또한 기판의 가장자리 영역은 기판 상에 존재하는 이온 시스 영역과 기판 지지대의 표면에 존재하는 이온 시스 영역의 두께 차이로 인하여, 플라즈마 밀도가 급격하게 변화되는 구간이 된다. 이로부터 기판의 가장자리 영역에서의 플라즈마 분포가 불균일하게 됨에 의하여, 기판상에 수행되는 박막 증착 등의 공정이 균일하게 이루어지지 못한다. 이를 해결하기 위해, 박막 증착에 영향을 미치는 변수를 공정 과정(레시피) 조절에 의하여 관리하고 변경할 수 있지만, 기판 가장자리 영역에 존재하는 플라즈마의 급격한 밀도 변화는 관리할 수 없는 요인이었다.
반면, 본 발명의 실시 예에서는 기판 지지대(20) 내부에 복수의 접지 전극(31, 32)을 형성하여, 기판 지지대의 가장자리 영역의 임피던스를 독립적으로 조절할 수 있는 기능을 부여하였다. 이로부터 기판 표면 상부의 이온 시스 영역과 기판 지지대의 표면 상부의 이온 시스 영역의 두께 차이를 줄일 수 있고(S1 --> S2), 플라즈마의 분포영역을 확장할 수 있게 된다. 예를들면, 이는 가변소자를 자동 제어(Automatically Control)하여 챔버 내의 임피던스 성분에서 허수영역의 값인 유도성 리엑턴스 XL성분과 용량성 리엑턴스 Xc 성분을 그리고 필요에 따라 유효(Real) 영역의 값인 저항 R을 제어하는 방식으로 해당 영역의 임피던스 Z를 변화시켜 플라즈마의 분포 영역을 제어 하는 방식이다. 즉, 기판 내측 상부에서의 플라즈마 분포(밀도)와 기판 가장자리 영역 상부 및 기판 지지대 상부의 플라즈마 분포(밀도)를 유사하게 제어할 수 있게 된다. 기판과 기판 주변의 플라즈마 밀도를 거의 유사하게 조절함으로, 기판의 중심 영역과 기판의 가장자리 영역에서 진행되는 각종 공정을 균일하게 수행할 수 있게 된다. 예를 들면 기판상에 박막을 증착하는 경우, 기판의 가장자리 영역에 증착되는 박막의 특성을 기판 중심 영역에 증착되는 박막과 동일하거나 유사한 특성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
상기에서는 마주보는 상부전극과 기판 지지대 사이에 RF 전력에 의해 플라즈마를 형성하는 장치를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이외에도 다양한 플라즈마 방식 및 구조의 장치에도 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 챔버 20 : 기판 지지대
31 : 제1 접지 전극 32 : 제2 접지 전극

Claims (16)

  1. 기판이 지지되는 장치로서,
    가장자리 영역에 돌출된 단턱부를 가지며, 상기 기판이 안착되는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대 내부의 중심 영역에 설치되는 제1 접지 전극;
    상기 제1 접지 전극과 이격되고, 상기 기판 지지대 내부의 가장자리 영역에 설치되는 제2 접지 전극; 및
    상기 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극을 독립적으로 제어하는 제어부; 를 포함하는 기판 지지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 지지대는 절연체 재질을 포함하는 기판 지지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극 중 적어도 어느 하나의 하측에 발열체를 구비하는 기판 지지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 접지 전극의 크기는 상기 기판보다 작고, 상기 제2 접지 전극의 내경이 상기 기판보다 큰 기판 지지 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 접지 전극의 외주 면에는 제1 굴곡부가 형성되고, 상기 제2 접지 전극의 내주 면에는 상기 제1 굴곡부에 대응하는 제2 굴곡부가 형성되는 기판 지지 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 굴곡부의 적어도 일부는 상기 기판의 외측으로 돌출되고, 상기 제2 굴곡부의 적어도 일부는 상기 기판의 내측으로 돌출되는 기판 지지 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 접지 전극 보다 상기 제2 접지 전극이 더 높은 위치에 배치되는 기판 지지 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 접지 전극은 상기 단턱부 하부에 배치되는 기판 지지 장치.
  9. 처리 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되며 기판이 지지되는 기판 지지대; 및
    상기 기판 지지대와 대향하여 배치되고 RF 전원이 인가되는 상부 전극;을 포함하고,
    상기 상부 전극과 상기 기판 지지대 사이에 형성되는 플라즈마가 상기 기판 지지대의 가장자리 영역까지 균일하게 형성되도록, 상기 기판 지지대는 내부에 서로 이격되고 개별적으로 제어되는 복수의 접지 전극을 구비하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 접지 전극은, 상기 기판에 대응하는 형상의 제1 접지 전극 및 상기 제1 접지 전극의 외측에 배치되는 제2 접지 전극을 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 접지 전극의 크기는 상기 기판보다 작고, 상기 제2 접지 전극은 상기 기판의 외측에 배치되는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 접지 전극은, 외주 면에 적어도 일부가 상기 기판의 외측으로 돌출되는 제1 굴곡부가 형성된 제1 접지 전극 및 상기 제1 접지 전극의 외측에 설치되고 상기 제1 굴곡부에 대응하는 제2 굴곡부가 형성된 내주 면을 가지는 제2 접지 전극을 포함하는 기판 지지 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 접지 전극에 형성되는 임피던스를 각각 조절할 수 있는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어부는 가변 콘덴서, 가변 코일 및 가변 저항체 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 접지 전극에 서로 다른 임피던스가 형성되도록 하는 기판 처리 장치.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 지지대는 절연체를 포함하고,
    상기 접지 전극은 상기 절연체 내부에 막 형태로 형성되는 기판 처리 장치.
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