KR20180120306A - 전력 공급 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 플라즈마 소스에 전력 공급시 전력비를 용이하게 제어하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나와 제2 안테나를 포함하는 플라즈마 소스; 및 상기 고주파 전원 및 상기 플라즈마 소스 사이에 연결되어 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력을 분배하는 전력 분배기를 포함하며, 상기 전력 분배기는: 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력 조절하기 위해 제공되는 제1 가변소자; 및 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력의 비선형성을 보상하기 위해 제공되는 제2 가변소자를 포함하는 전력 공급 장치.
Description
본 발명은 전력 공급 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 플라즈마 소스를 사용하는 기판 처리 장치에 있어서 각 플라즈마 소스에 공급되는 전력비를 효율적으로 제어하기 위한 것이다.
반도체 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중 에칭 또는 애싱 공정에 플라즈마를 생성하는 챔버가 사용될 수 있으며, 기판은 상기 플라즈마를 이용하여 에칭 또는 애싱 처리될 수 있다.
최근에는 이와 같이 플라즈마를 이용하여 처리되는 기판의 사이즈가 커짐에 따라, 대면적의 기판 처리를 위한 플라즈마 처리 장치들이 사용되고 있으나 이러한 플라즈마 처리 장치는 플라즈마의 균일성이 약화되었다. 이를 보완하기 위해서 다수의 플라즈마 소스를 활용하여 챔버 내 플라즈마의 밀도를 조절하는 방법이 개발되고 있으며, 다수의 플라즈마 소스에 공급되는 전력비를 제어하여 플라즈마 밀도를 조절한다.
전력비를 제어하기 위해, 가변 커패시터를 이용하는 방법이 사용되고 있다. 가변 커패시터 값에 따른 전력비가 비선형성을 나타내어 정밀한 전력비 제어 및 TTTM(Tool to Tool Matching)이 어려워지는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 다수의 플라즈마 소스에 전력 공급시 전력비를 용이하게 제어하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나와 제2 안테나를 포함하는 플라즈마 소스; 및 상기 고주파 전원 및 상기 플라즈마 소스 사이에 연결되어 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력을 분배하는 전력 분배기를 포함하며, 상기 전력 분배기는: 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력 조절하기 위해 제공되는 제1 가변소자; 및 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력의 비선형성을 보상하기 위해 제공되는 제2 가변소자를 포함할 수 있다.
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자는 가변 커패시터일 수 있다.
상기 고주파 전원 및 상기 전력 분배기 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 대칭적 구조로 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자 사이에 연결된 한 쌍의 리액턴스 소자를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 리액턴스 소자는 상기 임피던스 정합부를 중심으로 대칭적 구조로 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 비대칭적 구조로 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변 소자 사이에 연결된 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 챔버 내의 가스가 플라즈마 상태로 여기되도록 고주파 전력을 공급하는 전력 공급 유닛을 포함하며, 상기 전력 공급 유닛은:
고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나와 제2 안테나를 포함하는 플라즈마 소스; 및 상기 고주파 전원 및 상기 플라즈마 소스 사이에 연결되어 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력을 분배하는 전력 분배기를 포함하며, 상기 전력 분배기는: 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력 조절하기 위해 제공되는 제1 가변소자; 및 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력의 비선형성을 보상하기 위해 제공되는 제2 가변소자를 포함할 수 있다.
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자는 가변 커패시터일 수 있다.
상기 전력 공급 유닛은, 상기 고주파 전원 및 상기 전력 분배기 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 대칭적 구조로 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자 사이에 연결된 한 쌍의 리액턴스 소자를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 리액턴스 소자는 상기 임피던스 정합부를 중심으로 대칭적 구조로 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 비대칭적 구조로 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기는, 상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변 소자 사이에 연결된 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 다수의 플라즈마 소스에 전력을 공급할 때 전력비를 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 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 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 사용되는 전력 공급 유닛의 구성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 유닛에 있어서, 전력 분배기가 대칭적 구조로 제공되는 경우를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 유닛에 있어서, 전력 분배기가 비대칭적 구조로 제공되는 경우를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position)의 조절에 따라 나타나는 전력비의 비선형성이 보상됨을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position) 및 제2 가변소자(C4 position)의 조절로 전력비의 선형성이 확보됨을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position) 및 제2 가변소자(C4 position)의 조절에 따라 각 안테나에 흐르는 전류비(CR)를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 사용되는 전력 공급 유닛의 구성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 유닛에 있어서, 전력 분배기가 대칭적 구조로 제공되는 경우를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 유닛에 있어서, 전력 분배기가 비대칭적 구조로 제공되는 경우를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position)의 조절에 따라 나타나는 전력비의 비선형성이 보상됨을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position) 및 제2 가변소자(C4 position)의 조절로 전력비의 선형성이 확보됨을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position) 및 제2 가변소자(C4 position)의 조절에 따라 각 안테나에 흐르는 전류비(CR)를 나타내는 그래프이다.
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 의미를 가진다. 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. 본 명세서에서 '및/또는'이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
본 발명은 다수의 플라즈마 소스에 전력 공급시 전력비를 용이하게 제어할 수 있는 전력 공급 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다. 기존의 가변소자를 이용한 전력 분배기에 있어서 가변소자 값에 따라 각 안테나에 공급되는 전력이 비선형성을 나타내어 정밀한 제어가 어려웠던 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 장치는 비선형성을 보상하기 위한 가변소자를 더 구비한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 2개의 가변소자를 조절함으로써 각 안테나에 공급되는 전력의 선형성을 확보하여, 정밀한 공정 제어 및 TTTM(Tool to Tool Matching)을 용이하게 할 수 있다.
이하, 본 명세서에 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 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(620), 기판 지지 어셈블리(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500), 그리고 전력 공급 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(620)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(620)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 접지될 수 있다. 챔버(620)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(620)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(620) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측벽을 보호하여 챔버(620)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(620)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(620)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척, 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240a, 240b)을 포함할 수 있다. 정전 척은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 정전 척의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 히터(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격되어 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 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 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생한 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 위치할 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 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 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 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 형성될 수 있다. 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 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(233)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 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 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 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 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다.
포커스 링(240a, 240b)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240a, 240b)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240a, 240b)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 포커스 링(240a, 240b)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240a, 240b)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240a, 240b)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240a, 240b)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 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 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(620)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(620) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(620)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 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(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 챔버(620) 내부에서 기판 지지 어셈블리(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 어셈블리(200)와 대향하게 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(620)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(620)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 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 어셈블리(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(620)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(620) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(620)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(620) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(620)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(620) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
전력 공급 유닛(600)은 챔버(620) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있도록 고주파 전력을 공급할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전력 공급 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 공급 유닛(600)은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(610), 고주파 전원에 전기적으로 연결되어 고주파 전력을 인가받는 플라즈마 소스(621, 622)를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 소스는 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)를 포함할 수 있다.
제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)는 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)는 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 안테나(621)의 직경은 제2 안테나(622)의 직경보다 작아 챔버(620) 상부의 안쪽에 위치하고, 제2 안테나(622)는 챔버(620) 상부의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)는 고주파 전원(610)으로부터 고주파 전력을 인가받아 챔버에 시변 자기장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 챔버(620)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 어셈블리(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 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 흡착될 수 있다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(620) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(620)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 고주파 전원에서 생성된 고주파 전력은 플라즈마 소스에 인가될 수 있으며, 그로 인해 챔버(620) 내에 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 어셈블리(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 사용되는 전력 공급 유닛(600)의 구성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 전력 공급 유닛(600)은 고주파 전원(610), 복수 개의 플라즈마 소스(621, 622), 전력 분배기(630), 및 임피던스 정합부(640)를 포함할 수 있다.
상기 고주파 전원(610)은 고주파 전력을 생성하여 상기 챔버(620)에 구비된 플라즈마 소스(621, 622)에 제공할 수 있다. 상기 고주파 전원(610)은 RF 신호를 통해 고주파 전력을 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 고주파 전원(610)은 정현파 형태의 RF 신호를 생성하여 플라즈마 소스로 제공할 수 있으나, 상기 RF 신호는 이에 제한되지 않고 톱니파, 삼각파, 펄스파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.
상기 플라즈마 소스(621, 622)는 고주파 전력을 이용하여 챔버(620)에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 소스(621, 622)는 복수일 수 있으며, 병렬로 연결될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 복수 개의 플라즈마 소스는 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 플라즈마 소스(621, 622) 중 적어도 하나는 고주파 전력을 이용하여 자기장을 유도하는 코일일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 코일은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다.
상기 제1 안테나(621)의 직경은 상기 제2 안테나(622)의 직경보다 더 작을 수 있다. 그 결과, 상기 제1 안테나(621)은 상기 제2 안테나(622)의 안쪽에 배치될 수 있다. 이와 같은 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)의 직경 차이로 인해, 제1 안테나(621)의 인덕턴스 L1은 제2 안테나(622)의 인덕턴스 L2보다 작을 수 있다.
상기 전력 분배기(630)는 가변 소자를 포함할 수 있으며, 가변 소자 값에 따라 상기 복수 개의 플라즈마 소스에 공급되는 전력비를 조절할 수 있다.
상기 임피던스 정합부(640)는 고주파 전원(610)의 출력단에서 출력 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킬 수 있다. 상기 전력 분배기(630)는 상기 임피던스 정합부(640)와 복수 개의 플라즈마 소스(621, 622) 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 임피던스 정합부(640)는, L-타입, T-타입, 및 Π-타입 중 어느 것으로도 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 있어서, 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)은 플래너(planar) 타입, 솔레노이드(solenoid) 타입, 및 스택(stacked) 타입 중 어느 것으로도 제공될 수 있다.
상기 전력 분배기(630)는 상기 임피던스 정합부(640)와 플라즈마 소스(621, 622)사이에 연결되어, 각 안테나에 전력을 분배할 수 있다. 상기 전력 분배기는 전력비를 조절하기 위해 제공되는 가변소자와 별도로 공급되는 전력의 비선형성을 보상하기 위해 제공되는 가변소자를 더 포함할 수 있다.
이하, 도 3 내지 8을 참조하여 전력 분배기(630)의 실시 예들을 설명한다.
도 3 내지 8을 참조하면, 전력 분배기(630)는 복수 개의 가변 소자(631, 632)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 가변 소자(631, 632)는 가변 커패시터일 수 있다. 전력 분배기(630)는 대칭적 또는 비대칭적 회로로 제공될 수 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 유닛에 있어서, 전력 분배기가 대칭적 구조로 제공되는 경우를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
일 실시 예에 따라, 전력 분배기(630)는 도 3에 도시된 바와 같이 임피던스 정합부(640)와 플라즈마 소스(621, 622) 사이에서 대칭적 구조로 제공될 수 있다. 제1 가변소자(631)는 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622) 사이의 전력비를 제어하기 위해 조절되며, 이 때 제1 가변소자(631)의 조절에 따른 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)의 전력 변화의 비선형성을 보상하기 위해 제2 가변소자(632)가 적합한 값으로 조절될 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 전력 분배기(630)는 제1 가변소자(631) 및 제2 가변소자(632) 사이에 연결된 한 쌍의 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 리액턴스 소자 또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 대칭적 구조로 제공될 수 있다. 도 4 및 도 5의 도시를 참조하면, 상기 한 쌍의 리액턴스 소자는 커패시터 또는 인덕터일 수 있다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 공급 유닛에 있어서, 전력 분배기가 비대칭적 구조로 제공되는 경우를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
일 실시 예에 따라, 전력 분배기(630)는 도 6에 도시된 바와 같이 임피던스 정합부(640)와 플라즈마 소스(621, 622) 사이에서 비대칭적 구조로 제공될 수 있다. 제1 가변소자(631)는 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622) 사이의 전력비를 제어하기 위해 조절될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 전력 분배기(630)에서 제1 가변소자(631)를 조절하면, 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622) 사이의 상호 인덕턴스가 변화하여 전력비가 조절될 수 있다. 이 때 제1 가변소자(631)의 조절에 따른 제1 안테나(621) 및 제2 안테나(622)의 전력 변화의 비선형성을 보상하기 위해 제2 가변소자(632)가 적합한 값으로 조절될 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 전력 분배기(630)는 제1 가변소자(631) 및 제2 가변소자(632) 사이에 연결된 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다. 도 7 및 8의 도시를 참조하면, 상기 리액턴스 소자는 커패시터 또는 인덕터일 수 있다.
도 3 내지 8을 참조하여 전력 분배기(630)의 예시적인 회로 구조를 설명하였으나, 본 발명의 실시 예는 이에 제한되지 않으며 안테나들에 대한 전력 분배를 조절하는 제1 가변소자(621)와 제1 가변소자에 따른 안테나의 전력 변화의 비선형성을 보상할 수 있는 제2 가변소자(622)를 포함하는 어떠한 회로 구조로도 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position)의 조절에 따라 나타나는 전력비의 비선형성이 보상됨을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9의 그래프를 참조하면, 비선형성을 보상하는 제2 가변소자 없이 제1 가변소자(C3 position)를 조절하는 경우 각 안테나에 흐르는 전류(I1, I2)의 변화가 비선형성을 나타냄을 알 수 있다. 이와 같이 선형성이 확보되지 못하는 경우 복수 개의 안테나에 공급되는 전력의 제어가 어려워지는 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예는 제2 가변소자를 추가함으로써 선형성을 보상한다. 제2 가변소자를 추가하고 제2 가변소자를 조절함으로써, 도 9의 그래프에서 검은선으로 도시된바와 같이 각 안테나에 흐르는 전류가 제1 가변소자의 조절에 따라 선형성을 나타내도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1 가변소자(C3 position) 및 제2 가변소자(C4 position)의 조절로 전력비의 선형성이 확보됨을 설명하기 위한 그래프이다.
제1 가변소자를 C3 커패시터라고 하고, 제2 가변소자를 C4 커패시터라고 했을 때, 도 10에 도시된 바와 같이 제1 가변소자값(C3 position)의 변화와 제2 가변소자값(C4 position)의 변화에 따라 각 안테나에 흐르는 전류(I1, I2)의 변화가 선형성을 나타내도록 할 수 있다. C3 커패시터가 나타낼 수 있는 최대·최소값 및 C4 커패시터가 나타낼 수 있는 최대·최소값은 공정 시작 전 스캐닝(scanning)을 통해 결정될 수 있다.
도 11은 도 10에 나타난 바와 같은 제1 가변소자(C3 position) 및 제2 가변소자(C4 position)의 조절에 따라 각 안테나에 흐르는 전류비(current ratio, CR)를 나타내는 그래프이다. 각 안테나에 흐르는 전류(I1, I2)가 제1 및 제2 가변소자의 조절에 따라 선형성을 나타내므로, 전류비(CR)는 도 11에 도시된 바와 같이 나타날 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 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합 되어 실시될 수 있다. 따라서, 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.
10 : 기판 처리 장치
600 : 전력 공급 유닛
610 : 고주파 전원
621, 622 : 제1, 제2 안테나
630 : 전력 분배기
631, 632 : 제1, 제2 가변소자
640 : 임피던스 정합부
600 : 전력 공급 유닛
610 : 고주파 전원
621, 622 : 제1, 제2 안테나
630 : 전력 분배기
631, 632 : 제1, 제2 가변소자
640 : 임피던스 정합부
Claims (14)
- 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원;
상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나와 제2 안테나를 포함하는 플라즈마 소스; 및
상기 고주파 전원 및 상기 플라즈마 소스 사이에 연결되어 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력을 분배하는 전력 분배기를 포함하며,
상기 전력 분배기는:
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력 조절하기 위해 제공되는 제1 가변소자; 및
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력의 비선형성을 보상하기 위해 제공되는 제2 가변소자를 포함하는 전력 공급 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자는 가변 커패시터인 전력 공급 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 고주파 전원 및 상기 전력 분배기 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합부를 더 포함하는 전력 공급 장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 대칭적 구조로 제공되는 전력 공급 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자 사이에 연결된 한 쌍의 리액턴스 소자를 더 포함하며,
상기 한 쌍의 리액턴스 소자는 상기 임피던스 정합부를 중심으로 대칭적 구조로 제공되는 전력 공급 장치.
- 제3 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 비대칭적 구조로 제공되는 전력 공급 장치.
- 제6 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변 소자 사이에 연결된 리액턴스 소자를 더 포함하는 전력 공급 장치.
- 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버;
상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 어셈블리;
상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
상기 챔버 내의 가스가 플라즈마 상태로 여기되도록 고주파 전력을 공급하는 전력 공급 유닛을 포함하며, 상기 전력 공급 유닛은:
고주파 전력을 제공하는 고주파 전원;
상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나와 제2 안테나를 포함하는 플라즈마 소스; 및
상기 고주파 전원 및 상기 플라즈마 소스 사이에 연결되어 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력을 분배하는 전력 분배기를 포함하며,
상기 전력 분배기는:
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력 조절하기 위해 제공되는 제1 가변소자; 및
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 공급되는 전력의 비선형성을 보상하기 위해 제공되는 제2 가변소자를 포함하는 기판 처리 장치.
- 제8 항에 있어서,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자는 가변 커패시터인 기판 처리 장치.
- 제8 항에 있어서,
상기 전력 공급 유닛은,
상기 고주파 전원 및 상기 전력 분배기 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
- 제10 항에 잇어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 대칭적 구조로 제공되는 기판 처리 장치.
- 제11 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자 사이에 연결된 한 쌍의 리액턴스 소자를 더 포함하며,
상기 한 쌍의 리액턴스 소자는 상기 임피던스 정합부를 중심으로 대칭적 구조로 제공되는 기판 처리 장치.
- 제10 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변소자가 상기 임피던스 정합부 및 상기 플라즈마 소스 사이에서 비대칭적 구조로 제공되는 기판 처리 장치.
- 제13 항에 있어서,
상기 전력 분배기는,
상기 제1 가변소자 및 상기 제2 가변 소자 사이에 연결된 리액턴스 소자를 더 포함하는 기판 처리 장치.
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