KR20180110687A - 플라즈마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 유닛 및 이을 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리공간을 갖는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 상기 공정 챔버 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 복수 개의 안테나 코일을 포함하는 안테나 유닛; 및 상기 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 자벽을 포함하는 자성체 구조를 포함하며, 상기 안테나 유닛은, 링 형상으로 제공되는 제1 안테나 코일; 및 상기 제1 안테나 코일의 외측에 배치되며 링 형상으로 제공되는 제2 안테나 코일을 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{PLASMA GENERATING DEVICE AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼등으로 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.
플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 유닛은 챔버 내의 상, 하부 전극을 이용하는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 발생 유닛과 챔버의 내부 또는 외부에 설치되는 코일을 이용는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 발생 유닛이 있다.
도 1은 ICP 타입의 플라즈마 발생 유닛을 포함하는 기판 처리 장치(1)를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 플라즈마 발생 유닛(3)은 전자기장을 유도하기 위한 복수 개의 코일(4)을 포함할 수 있다. 그러나, 이 경우 복수 개의 코일 간의 상호 결합(mutual coupling)에 의한 영향으로 인해 각 코일로의 전력 분배를 예측할 수 없고, 이에 따라 플라즈마의 밀도가 균일하게 형성되지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마 발생 유닛에 구비된 복수 개의 코일 간의 상호 결합에 의한 영향을 줄이고, 각각의 코일을 독립적으로 제어할 수 있는 플라즈마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리공간을 갖는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 상기 공정 챔버 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 복수 개의 안테나 코일을 포함하는 안테나 유닛; 및 상기 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 자벽을 포함하는 자성체 구조를 포함하며, 상기 안테나 유닛은, 링 형상으로 제공되는 제1 안테나 코일; 및 상기 제1 안테나 코일의 외측에 배치되며 링 형상으로 제공되는 제2 안테나 코일을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서,상기 자벽의 상단은 상기 안테나 코일의 상단보다 높게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는, 상기 제2 안테나 코일에 비해 상기 제1 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제1 자벽; 및 상기 제1 안테나 코일에 비해 상기 제2 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제2 자벽을 포함하고, 상기 제1 자벽 및 상기 제2 자벽은 상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 자벽의 상단은 상기 제1 안테나 코일의 상단보다 높게 제공될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 제2 자벽의 상단은 상기 제2 안테나 코일의 상단보다 높게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일은 동일 높이에 제공되고, 상기 제1 자벽과 상기 제2 자벽은 동일 높이로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자벽은 링 형상으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자벽과 상기 안테나 코일은 중심축이 서로 동일할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자벽의 높이는 상기 자벽의 두께의 20배 이상일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 자벽과 상기 제1 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제1 안테나 코일의 두께 이하이고, 상기 제2 자벽과 상기 제2 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제2 안테나 코일의 두께 이하일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는 투자율(magnetic permeability)이 10 이상인 강자성체 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는, 상기 제2 안테나 코일의 외측에 배치되는 제3 자벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제3 자벽은 상기 제2 안테나 코일에 인접하게 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는, 상기 제2 자벽과 상기 제3 자벽의 상부면을 연결하는 상부 자벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 자벽은 상부가 상기 제1 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공되고, 상기 제2 자벽은 상부가 상기 제2 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 복수 개의 안테나 코일을 포함하는 안테나 유닛; 및 상기 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 자벽을 포함하는 자성체 구조를 포함하고, 상기 안테나 유닛은, 링 형상으로 제공되는 제1 안테나 코일; 및 상기 제1 안테나 코일의 외측에 배치되며 링 형상으로 제공되는 제2 안테나 코일을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자벽의 상단은 상기 안테나 코일의 상단보다 높게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는, 상기 제2 안테나 코일에 비해 상기 제1 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제1 자벽; 및 상기 제1 안테나 코일에 비해 상기 제2 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제2 자벽을 포함하고, 상기 제1 자벽 및 상기 제2 자벽은 상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일은 동일 높이에 제공되고, 상기 제1 자벽과 상기 제2 자벽은 동일 높이로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자벽은 링 형상으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자벽과 상기 안테나 코일은 중심축이 서로 동일할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 자벽과 상기 제1 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제1 안테나 코일의 두께 이하이고, 상기 제2 자벽과 상기 제2 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제2 안테나 코일의 두께 이하일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는 투자율(magnetic permeability)이 10 이상인 강자성체 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는, 상기 제2 안테나 코일의 외측에 배치되는 제3 자벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제3 자벽은 상기 제2 안테나 코일에 인접하게 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 자성체 구조는, 상기 제2 자벽과 상기 제3 자벽의 상부면을 연결하는 상부 자벽을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 자벽은 상부가 상기 제1 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공되고, 상기 제2 자벽은 상부가 상기 제2 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛에 구비된 복수 개의 코일 간의 상호 결합에 의한 영향을 줄이고, 각각의 코일을 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 발생 유닛의 플라즈마 밀도를 균일하게 형성할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 안테나 코일과 자벽의 배치구조를 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 안테나 코일과 자벽의 배치구조를 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 안테나 코일과 자벽의 배치구조를 보여주는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자벽의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 볼 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 '구비한다', '갖는다' 등도 이와 동일하게 해석되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 나타낸 단면도이다.
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), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 발생 유닛(400) 및 배기 유닛(500)을 포함한다.
챔버(100)는 기판을 처리하는 처리 공간을 가진다. 챔버(100)는 하우징(110), 윈도우 유닛(120), 그리고 라이너(130)를 포함한다.
하우징(110)은 내부에 상면이 개방된 공간을 가진다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간으로 제공된다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정 압력으로 감압된다.
윈도우 유닛(120)은 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 윈도우 유닛(120)은 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부공간을 밀폐시킨다. 윈도우 유닛(120)은 유전체(dielectric substance) 창을 포함할 수 있다.
라이너(130)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 내부 공간을 가진다. 라이너(130)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(130)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(130)를 지지한다. 라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 반응 부산물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(130)로 교체할 수 있다.
지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부의 처리 공간 내에서 기판을 지지한다. 예를 들면, 지지 유닛(200)은 챔버 하우징(110)의 내부에 배치된다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력(electrostatic force)을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함할 수 있다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척을 포함하는 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 정전 척 및 하부 커버(270)를 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 챔버 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 제공될 수 있다.
정전 척은 바디 및 절연 플레이트(250)를 가진다. 바디는 내부 유전판(220), 전극(223), 히터(225), 지지판(230), 그리고 포커스 링(240)을 포함한다.
내부 유전판(220)은 정전 척의 상단부에 위치한다. 내부 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 내부 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 내부 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 내부 유전판(220)에는 기판(W)의 저면으로 열 전달 가스가 공급되는 통로로 이용되는 제1 공급 유로(221)가 형성된다. 내부 유전판(220) 내에는 전극(223)과 히터(225)가 매설된다.
전극(223)은 히터(225)의 상부에 위치한다. 전극(223)은 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 전극(223)에 인가된 전류에 의해 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 내부 유전판(220)에 흡착된다.
히터(225)는 제2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 히터(225)는 제2 하부 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 내부 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. 내부 유전판(220)의 하부에는 지지판(230)이 위치한다. 내부 유전판(220)의 저면과 지지판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다.
지지판(230)에는 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232), 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성된다. 제1 순환 유로(231)는 열 전달 가스가 순환하는 통로로 제공된다. 제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결한다. 제1 순환 유로(231)는 열 전달 가스가 순환하는 통로로 제공된다. 제1 순환 유로(231)는 지지판(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.
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 기판(W)과 정전 척(210) 간에 열 교환을 돕는 매개체 역할을 한다. 따라서 기판(W)은 전체적으로 온도가 균일하게 된다.
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 지지판(230)을 냉각한다. 지지판(230)은 냉각되면서 내부 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.
포커스 링(240)은 정전 척의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 내부 유전판(220)의 둘레를 따라 배치되어 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)은 상부 가장자리 영역이 링 형상으로 돌출되게 제공됨으로써, 플라즈마가 기판(W)상으로 집중되도록 유도한다. 포커스 링(240)의 표면은 유전체 재질로 제공된다. 예를 들면, 포커스 링(240)의 표면은 산화이트륨(Y2O3) 재질로 코팅되어 제공될 수 있다. 공정 시간이 증가 될수록 포커스 링(240)의 표면은 식각되어 표면의 유전체 재질로 제공된 층의 두께가 변화된다. 변화된 포커스 링(240)의 표면의 유전체 층의 두께는 공정에 영향을 미친다. 예를 들면, 기판 처리 장치(10)가 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 장치인 경우, 포커스 링(240)의 표면의 유전체 층의 두께가 얇아지면 애칭률이 감소될 수 있다. 따라서, 포커스 링(240)은 표면의 유전체 층의 두께가 일정 두께 이하가 되는 경우, 새로운 포커스 링(240)으로 교체된다.
지지판(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 지지판(230)과 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.
하부 커버(270)는 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 지지 유닛(200)을 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지(grounding)되도록 한다. 제1 하부 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 하부 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 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(270) 내부로 연장된다.
가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부의 처리 공간에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 저장부(330)를 포함한다. 가스 공급 노즐(310)은 커버(120)의 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(310)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 커버(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 공급 노즐(310)과 가스 저장부(330)를 연결한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(330)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(310)에 공급한다. 가스 공급 라인(320)에는 밸브(321)가 설치된다. 밸브(321)는 가스 공급 라인(320)을 개폐하며, 가스 공급 라인(320)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.
플라즈마 발생 유닛(400)은 처리 공간 내에 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(400)은 ICP( inductively coupled plasma) 타입으로 구성된다. 플라즈마 발생 유닛(400)은 안테나 실(410), 안테나 유닛(420), 자성체 구조(450), 그리고 플라즈마 전원(432, 434, 436)을 포함한다.
안테나 실(410)은 하부가 개방된 원통 형상으로 제공된다. 안테나 실(410)은 내부에 공간이 제공된다. 안테나 실(410)은 챔버(100)와 대응되는 직경을 가지도록 제공된다. 안테나 실(410)의 하단은 윈도우 유닛(120)에 탈착 가능하도록 제공된다. 안테나 유닛(420)은 안테나 실(410)의 내부에 배치된다.
안테나 유닛(420)은 링 형상으로 제공되는 복수 개의 안테나 코일을 포함한다. 일 실시예로서, 안테나 유닛은 두 개의 제1 안테나 코일(422) 및 제1 안테나 코일(422)의 외측에 배치되는 제2 안테나 코일(424)을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 안테나 유닛(420)은 제2 안테나 코일의 외측에 배치되는 제3 안테나 코일(426)을 더 포함할 수 있다. 그러나 안테나 유닛(420)은 3개의 안테나 코일을 포함하는 것으로 한정되지 않으며, 그 이상의 안테나 코일을 포함할 수 있다.
자성체 구조(450)는 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 자벽을 포함한다. 자성체 구조(450)는 투자율(magnetic permeability)이 높은 강자성체 물질로 이루어질 수 있다. 예로서, 자성체 구조(45)의 투자율은 10 이상일 수 있다. 자성체 구조(450)는 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424) 사이에 배치되는 제1 자벽(452)과 제2 자벽(454), 그리고 제2 안테나 코일의 외측에 배치되는 제3 자벽(456)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 자벽(452)은 제2 안테나 코일에 비해 제1 안테나 코일에 더 인접하게 배치되고, 제2 자벽은(454)은 제1 안테나 코일에 비해 제2 안테나 코일에 더 인접하게 배치된다. 또한, 제3 자벽(456)은 제2 안테나 코일에 인접하게 배치된다.
플라즈마 전원(432, 434, 436)은 RF 전원으로서, 안테나 유닛(420)의 각 안테나 코일로 RF 전력을 공급한다. 플라즈마 전원(432, 434, 436)은 각 안테나 코일(422, 424, 426)로 서로 상이한 RF 전력을 인가할 수 있다. 플라즈마 전원(432, 434, 436)은 챔버(100) 외부에 위치할 수 있다. 전력이 인가된 안테나 유닛(420)은 챔버(100)의 처리공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정가스는 전자기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.
배기 유닛(500)은 하우징(110)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배기 유닛(500)은 관통홀(511)이 형성된 배기판(510)을 포함한다. 배기판(510)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배기판(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배기판(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배기판(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛은 복수 개의 안테나 코일과 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 복수 개의 자벽을 포함할 수 있다. 복수 개의 안테나 코일은 링 형상으로 제공되며, 제1 안테나 코일(422)과 제1 안테나 코일(422)의 외측에 배치되는 제2 안테나 코일(424)을 포함한다. 제1 안테나 코일(422)은 제1 플라즈마 전원(432)으로부터 제1 RF 전력을 인가받고, 제2 안테나 코일(424)은 제2 플라즈마 전원(434)으로부터 제2 RF 전력을 인가받을 수 있다. 이 경우, 제1 RF 전력과 제2 RF 전력은 상이할 수 있다. 복수 개의 안테나 코일 사이에는 안테나 코일간의 상호 결합(mutual coupling)을 차폐하기 위한 복수 개의 자벽이 배치될 수 있다. 복수 개의 자벽은 링 형상으로 배치될 수 있다. 복수 개의 자벽은 제1 안테나 코일(422)에 인접하게 배치되는 제1 자벽(452)과 제2 안테나 코일에 인접하게 배치되는 제2 자벽(454)을 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 복수 개의 안테나 코일과 복수 개의 자벽은 중심축이 서로 동일할 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 안테나 유닛과 자성체 구조의 배치 구조 및 관계에 대해 상술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 안테나 코일과 자벽의 배치구조를 보여주는 평면도이다.
도 4는 안테나 유닛이 두 개의 안테나 코일을 포함하는 경우에 따른 자성체 구조의 배치 구조를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛이 두 개의 제1 안테나 코일(422) 및 제2 안테나 코일(424)을 포함하는 경우, 두 개의 제1 자벽(452) 및 제2 자벽(454)이 두 개의 제1 안테나 코일(422) 및 제2 안테나 코일(424) 사이에 배치된다. 이 경우, 제1 자벽(452)은 제2 안테나 코일(424)에 비해 제1 안테나 코일(422)에 인접하게 배치되고, 제2 자벽(452)은 제1 안테나 코일(422)에 비해 제2 안테나 코일(424)에 인접하게 배치된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 안테나 코일과 자벽의 배치구조를 보여주는 평면도이다.
도 5는 안테나 유닛이 세 개의 안테나 코일을 포함하는 경우에 따른 자성체 구조의 배치 구조를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛이 세 개의 제1 안테나 코일(422), 제2 안테나 코일(424), 및 제3 안테나 코일(426)을 포함하는 경우, 네 개의 제1 자벽(452), 제2 자벽(454), 제3 자벽(456) 및 제4 자벽(458)이 배치될 수 있다. 제1 자벽(452)과 제2 자벽(454)은 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424) 사이에 배치되고, 제3 자벽(456)과 제4 자벽(458)은 제3 안테나 코일(424)과 제3 안테나 코일(426) 사이에 배치된다. 이 경우, 제1 자벽(452)은 제2 안테나 코일(424)에 비해 제1 안테나 코일(422)에 인접하게 배치되고, 제2 자벽(452)은 제1 안테나 코일(422)에 비해 제2 안테나 코일(424)에 인접하게 배치된다. 또한, 제3 자벽(456)은 제3 안테나 코일(426)에 비해 제2 안테나 코일(424)에 인접하게 배치되고, 제4 자벽(458)은 제2 안테나 코일(424)에 비해 제3 안테나 코일(426)에 인접하게 배치된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 안테나 코일과 자벽의 배치구조를 보여주는 정면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛은 복수 개의 안테나 코일(422, 424, 426)과 복수 개의 자벽(452, 454, 456, 458)을 포함할 수 있다. 복수 개의 안테나 코일(422, 424, 426)과 복수 개의 자벽(452, 454, 456, 458)은 윈도우 유닛(120) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 자벽(452, 454, 456, 458)은 동일한 높이로 제공될 수 있고, 복수 개의 안테나 코일(422, 424, 426)도 동일한 높이로 제공될 수 있다. 자벽의 상단은 안테나 코일의 상단보다 높게 제공될 수 있다. 예로서, 제1 자벽(452)의 상단은 제1 안테나 코일(422)의 상단보다 높게 제공될 수 있고, 제2 자벽(424)의 상단은 제2 안테나 코일(424)의 상단보다 높게 제공될 수 있다. 일 실시예로서, 자벽의 높이(h)는 자벽의 두께(b1)의 20배 이상으로 제공될 수 있다. 또한, 제1 자벽(452)과 제1 안테나 코일(422) 사이의 거리(a2)는 제1 안테나 코일(422)의 두께(a1) 이하이고, 제2 자벽(454)과 제2 안테나 코일(424) 사이의 거리(a4)는 제2 안테나 코일(424)의 두께(a3) 이하일 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 복수 개의 자벽은 안테나 코일을 사이에 두고 인접한 두 개의 자벽의 상부면 연결하는 상부 자벽을 더 포함할 수 있다. 예로서, 복수 개의 자벽은 제2 안테나 코일(424)을 사이에 두고 인접한 제2 자벽(454)과 제3 자벽(456)의 상부면을 연결하는 상부 자벽을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 안테나 코일(424)에 의한 자기장을 완전히 차폐하여 다른 안테나 코일과의 상호 결합을 막을 수 있다.
플라즈마 발생 유닛의 안테나 유닛과 자성체 구조가 전술한 바와 같은 배치구조로 배치됨에 따라 각 안테나 코일간의 상호 결합에 의한 영향을 보다 효과적으로 차폐할 수 있고, 이에 따라 각 안테나 코일을 독립적으로 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424) 사이에 각 안테나 코일에 인접하게 제1 자벽(452)과 제2 자벽(454)이 배치된 경우, 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424)에 의한 자기장 분포를 보여주는 도면이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 제1 안테나 코일(422)에 의한 자기장과 제2 안테나 코일(424)에 의한 자기장은 제1 자벽(452) 및 제2 자벽(454)에 의해 차폐되어 서로 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자벽의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자벽은 그 상부가 인접한 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공될 수 있다. 일 실시예로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 자벽(452)의 상부가 제1 안테나 코일(422)을 향해 직각으로 기울어진 형태로 제공될 수 있다. 다른 실시예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 자벽(452)의 상부가 제1 안테나 코일(422)을 향해 약 45°로 기울어진 형태로 제공될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 자벽(452)의 상부가 제1 안테나 코일(422)을 향해 갈고리 형상으로 기울어진 형태로 제공될 수 있다.
도 11은 볼 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 자기장 분포를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424) 사이에 각 안테나 코일에 인접하게 배치되는 제1 자벽(452)과 제2 자벽(454)의 상부가 각각 인접한 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424)로 기울어진 형태를 갖는 경우, 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424)에 의한 자기장 분포를 보여주는 도면이다. 도 11에 나타난 바와 같이, 제1 안테나 코일(422)에 의한 자기장과 제2 안테나 코일(424)에 의한 자기장은 제1 자벽(452) 및 제2 자벽(454)에 의해 차폐되어 서로 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제1 자벽(452)과 제2 자벽(454)의 상부가 제1 안테나 코일(422)과 제2 안테나 코일(424)로 기울어진 형태로 제공됨에 따라, 각 자벽이 각 안테나 코일에 의한 자기장을 감싸는 형태로 구현되어 자벽이 직선으로 제공되는 경우보다 효과적으로 각 안테나 코일에 의한 자기장을 차폐할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
400: 플라즈마 발생 유닛
420: 안테나 유닛
422: 제1 안테나 코일
424: 제2 안테나 코일
450: 자성체 구조
452: 제1 자벽
454: 제2 자벽

Claims (23)

  1. 기판 처리 장치에 있어서,
    내부에 처리공간을 갖는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 상기 공정 챔버 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 유닛은,
    상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 복수 개의 안테나 코일을 포함하는 안테나 유닛; 및
    상기 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 자벽을 포함하는 자성체 구조를 포함하며,
    상기 안테나 유닛은,
    링 형상으로 제공되는 제1 안테나 코일; 및
    상기 제1 안테나 코일의 외측에 배치되며 링 형상으로 제공되는 제2 안테나 코일을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 자벽의 상단은 상기 안테나 코일의 상단보다 높게 제공되는 기판 처리 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는,
    상기 제2 안테나 코일에 비해 상기 제1 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제1 자벽; 및
    상기 제1 안테나 코일에 비해 상기 제2 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제2 자벽을 포함하고,
    상기 제1 자벽 및 상기 제2 자벽은 상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일 사이에 배치되는 기판 처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 자벽의 상단은 상기 제1 안테나 코일의 상단보다 높게 제공되는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 자벽의 상단은 상기 제2 안테나 코일의 상단보다 높게 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일은 동일 높이에 제공되고,
    상기 제1 자벽과 상기 제2 자벽은 동일 높이로 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 자벽은 링 형상으로 제공되는 기판 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 자벽과 상기 안테나 코일은 중심축이 서로 동일한 기판 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 자벽의 높이는 상기 자벽의 두께의 20배 이상인 기판 처리 장치.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 자벽과 상기 제1 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제1 안테나 코일의 두께 이하이고,
    상기 제2 자벽과 상기 제2 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제2 안테나 코일의 두께 이하인 기판 처리 장치.
  11. 제3 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는 투자율(magnetic permeability)이 10 이상인 강자성체 물질로 이루어진 기판 처리 장치.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는,
    상기 제2 안테나 코일의 외측에 배치되는 제3 자벽을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는,
    상기 제2 자벽과 상기 제3 자벽의 상부면을 연결하는 상부 자벽을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 자벽은 상부가 상기 제1 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공되고,
    상기 제2 자벽은 상부가 상기 제2 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공되는 기판 처리 장치.
  15. 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 복수 개의 안테나 코일을 포함하는 안테나 유닛; 및
    상기 복수 개의 안테나 코일 사이에 배치되는 자벽을 포함하는 자성체 구조를 포함하고,
    상기 안테나 유닛은,
    링 형상으로 제공되는 제1 안테나 코일; 및
    상기 제1 안테나 코일의 외측에 배치되며 링 형상으로 제공되는 제2 안테나 코일을 포함하는 플라즈마 발생 유닛.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 자벽의 상단은 상기 제1 안테나 코일 및 상기 제2 안테나 코일의 상단보다 높게 제공되는 플라즈마 발생 유닛.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는,
    상기 제2 안테나 코일에 비해 상기 제1 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제1 자벽; 및
    상기 제1 안테나 코일에 비해 상기 제2 안테나 코일에 더 인접하게 배치되는 제2 자벽을 포함하고,
    상기 제1 자벽 및 상기 제2 자벽은 상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일 사이에 배치되는 플라즈마 발생 유닛.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 코일과 상기 제2 안테나 코일은 동일 높이에 제공되고,
    상기 제1 자벽과 상기 제2 자벽은 동일 높이로 제공되는 플라즈마 발생 유닛.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 자벽은 링 형상으로 제공되는 플라즈마 발생 유닛.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 자벽과 상기 제1 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제1 안테나 코일의 두께 이하이고,
    상기 제2 자벽과 상기 제2 안테나 코일 사이의 거리는 상기 제2 안테나 코일의 두께 이하인 플라즈마 발생 유닛.
  21. 제17 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는,
    상기 제2 안테나 코일의 외측에 배치되는 제3 자벽을 더 포함하는 플라즈마 발생 유닛.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 자성체 구조는,
    상기 제2 자벽과 상기 제3 자벽의 상부면을 연결하는 상부 자벽을 더 포함하는 플라즈마 발생 유닛.
  23. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 자벽은 상부가 상기 제1 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공되고,
    상기 제2 자벽은 상부가 상기 제2 안테나 코일을 향해 기울어진 형태로 제공되는 플라즈마 발생 유닛.
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