KR20190051444A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 챔버; 처리 공간 내에 기판을 지지하는 지지 유닛; 처리 공간 내로 기판을 처리하는데 사용되는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 처리 공간 내에 공급된 공정 가스를 여기하여 플라스마를 생성하는 플라스마 소스;를 포함한다. 플라스마 소스는: RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및 RF 신호를 공급받아 챔버에 공급된 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 안테나;를 포함한다. 안테나는 고리 형태의 메인 안테나; 그리고 메인 안테나의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보조 안테나;를 포함한다. 복수의 보조 안테나 각각은 메인 안테나에 병렬로 연결된다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Substrate treating apparatus and substrate treating method}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 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 가열 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다. 이 중 건식식각을 위해 플라스마를 이용한 식각 장치가 사용된다. 일반적으로 플라스마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라스마 상태로 여기 시킨다. 플라스마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라스마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라스마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라스마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
본 발명은 기판 처리가 행해지는 챔버 내의 영역 별로 전계 분포를 제어할 수 있는 기판 처리 장치 및 이에 의해 수행되는 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간 내에 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 상기 기판을 처리하는데 사용되는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 처리 공간 내에 공급된 상기 공정 가스를 여기하여 플라스마를 생성하는 플라스마 소스;를 포함하며, 상기 플라스마 소스는: RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및 상기 RF 신호를 공급받아 상기 챔버에 공급된 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 안테나;를 포함하며, 상기 안테나는: 고리 형태의 메인 안테나; 그리고 상기 메인 안테나의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보조 안테나;를 포함하고, 상기 복수의 보조 안테나 각각은 상기 메인 안테나에 병렬로 연결되는 기판 처리 장치가 제공된다.
상기 안테나는: 상기 메인 안테나와 상기 복수의 보조 안테나 사이에 각각 구비되는 스위치;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 공정 상태에 따라 상기 복수의 보조 안테나 각각의 상기 스위치를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 안테나는, 고리 형태의 내부 안테나; 그리고 고리 형태의 외부 안테나;를 포함하고, 상기 복수의 보조 안테나는, 상기 내부 안테나의 둘레를 따라 형성되고, 상기 내부 안테나에 병렬로 연결되는 복수의 내부 보조 안테나; 그리고 상기 외부 안테나의 둘레를 따라 형성되고, 상기 외부 안테나에 병렬로 연결되는 복수의 외부 보조 안테나;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 외부 보조 안테나는 상기 메인 안테나의 중심을 기준으로 상기 복수의 내부 보조 안테나와 대응되는 방위각에 배치될 수 있다.
상기 복수의 외부 보조 안테나 중의 적어도 하나는 상기 내부 안테나를 향하는 방향으로 형성되고, 상기 복수의 내부 보조 안테나의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 상기 외부 안테나의 동일한 방위각 위치의 반경 방향 외측과 내측에 각각 외부 보조 안테나가 형성되고, 상기 외부 안테나의 내측에 형성되는 외부 보조 안테나는 상기 복수의 내부 보조 안테나의 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수의 외부 보조 안테나의 개수는 상기 복수의 내부 보조 안테나의 개수보다 많을 수 있다.
상기 복수의 보조 안테나 중 적어도 하나는 상기 메인 안테나와 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 복수의 보조 안테나 중 적어도 하나는 상기 메인 안테나에 상하 방향으로 꺾인 형태로 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 보조 안테나는 상기 메인 안테나에 대해 하방으로 90° 각도로 배치될 수 있다.
상기 복수의 보조 안테나는 각각 고리 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 챔버 내부의 처리 공간에 공정 가스를 공급하고, 상기 처리 공간에 공급된 상기 공정 가스를 안테나에 의해 여기하여 플라스마를 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 안테나는 고리 형태의 메인 안테나와, 상기 메인 안테나의 둘레를 따라 형성되고 상기 메인 안테나에 병렬로 연결되는 복수의 보조 안테나와, 상기 메인 안테나와 상기 복수의 보조 안테나 사이에 각각 구비되는 스위치를 포함하고, 상기 플라스마를 생성하는 단계는: 상기 챔버 내의 공정 상태에 따라 상기 복수의 보조 안테나 각각의 상기 스위치를 제어하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
상기 스위치를 제어하는 단계는, 공정 결과의 피드백(feedback)에 의해 상기 스위치를 제어하여 전류 경로를 제어함으로써 상기 챔버 내의 영역 별 전자장 분포 및 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
상기 스위치를 제어하는 단계는, 상기 챔버 내의 전자장 분포 및 플라스마 밀도 분포 중의 적어도 하나를 측정하는 단계; 및 상기 전자장 분포 또는 상기 플라스마 밀도 분포가 균일해지도록 상기 스위치를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판 처리가 행해지는 챔버 내의 영역 별로 전계 분포를 제어할 수 있는 기판 처리 장치 및 이에 의해 수행되는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 안테나의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 안테나의 평면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 안테나의 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
이하에서 유도결합형 플라스마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 방식으로 플라스마를 생성하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 용량결합형 플라스마(CCP: Conductively Coupled Plasma) 방식 또는 리모트 플라스마 방식 등 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다. 또한 본 발명의 실시예에서는 지지 유닛으로 정전척을 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 지지 유닛은 기계적 클램핑에 의해 기판을 지지하거나, 진공에 의해 기판을 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라스마를 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), 플라스마 소스(400) 및 배기 유닛(500)을 포함한다.
챔버(100)는 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가진다. 챔버(100)는 하우징(110), 커버(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 하우징(110)의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정 압력으로 감압된다.
커버(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 커버(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시킨다. 커버(120)는 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. 예를 들면, 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 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 정전척 방식으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전척 방식으로 제공된 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 지지판(220), 정전 전극(223), 유로 형성판(230), 포커스 링(240), 절연 플레이트(250) 및 하부 커버(270)를 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 제공될 수 있다.
지지판(220)은 지지 유닛(200)의 상단부에 위치한다. 지지판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 지지판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 지지판(220)에는 기판(W)의 저면으로 열 전달 가스가 공급되는 통로로 이용되는 제1 공급 유로(221)가 형성된다.
정전 전극(223)은 지지판(220) 내에 매설된다. 정전 전극(223)은 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 정전 전극(223)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 지지판(220)에 흡착된다.
유로 형성판(230)은 지지판(220)의 하부에 위치된다. 지지판(220)의 저면과 유로 형성판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 유로 형성판(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 유로 형성판(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. 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 공급된다. 헬륨 가스는 기판(W)과 지지판(220) 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 유로 형성판(230)을 냉각한다. 유로 형성판(230)은 냉각되면서 지지판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다. 상술한 바와 같은 이유로, 일반적으로, 포커스 링(240)의 하부는 상부에 비해 낮은 온도로 제공된다.
포커스 링(240)은 지지 유닛(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 지지판(220)을 둘러싸도록 제공된다. 예를 들면, 포커스 링(240)은 지지판(220)의 둘레를 따라 배치되어 기판(W)의 외측 영역을 지지한다.
절연 플레이트(250)는 유로 형성판(230)의 하부에 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 유로 형성판(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 이격 되어 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 전달받아 지지판으로 안착시키는 리프트 핀 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), 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 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)이 공급하는 가스는 기판의 처리에 사용되는 공정 가스를 포함한다. 또한, 가스 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내측을 세정하는데 사용되는 세정 가스를 공급할 수 있다.
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 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 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 가스의 유량을 조절한다.
플라스마 소스(400)는 챔버(100) 내부의 처리 공간 내에 공급된 가스로부터 플라스마를 생성한다. 플라스마 소스(400)는 챔버(100)의 처리 공간의 외부에 제공된다. 일 실시예에 따르면, 플라스마 소스(400)로는 유도결합형 플라스마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라스마 소스(400)는 안테나 실(410), 안테나(420), 그리고 RF(Radio Frequency, 고주파) 전원(430)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 커버(120)에 탈착 가능하도록 제공된다. 안테나(420)는 안테나 실(410)의 내부에 배치된다. 안테나(420)는 복수 회 감기는 나선 형상의 코일로 제공되고, RF 전원(430)과 연결된다. 안테나(420)는 RF 전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. RF 전원(430)은 챔버(100) 외부에 위치할 수 있다. 전력이 인가된 안테나(420)는 챔버(100)의 처리공간에 전자기장을 형성할 수 있다. 공정가스는 전자기장에 의해 플라스마 상태로 여기 된다.
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.
지지판(220) 내에는 히터(225)가 매설된다. 히터(225)는 정전 전극(223)의 하부에 위치한다. 히터(225)는 히터 케이블(225c)로부터 인가되는 발열 전원(전류)에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 지지판(220)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다.
히터 전원 공급부(225a)는 히터(225)에 발열 전원을 인가하기 위해 제공된다. 히터 전원 공급부(225a)와 히터(225) 사이에는 히터 전원 공급부(225a)로 고주파가 유입되는 것을 차단하기 위한 필터부(도시 생략)가 제공될 수 있다. 일 실시예로, 플라스마 소스(400)에 의해 13.56MHz 고주파 전원이 인가되어 플라스마가 생성되는 경우, 필터부는 예를 들어 60Hz 교류(AC) 전원인 발열 전원을 히터 케이블(225c)로 통과시키고, 히터 전원 공급부(225a)로 13.56MHz RF가 유입되는 것을 차단하도록 설계될 수 있다. 필터부는 커패시터, 인덕터 등의 소자들로 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 안테나의 평면도이다. 도 2를 참조하면, 안테나(420)는 고리 형태의 메인 안테나(422a, 422b)와, 메인 안테나(422a, 422b)의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보조 안테나(424a, 424b)와, 복수의 스위치(426) 및 제어부(428)를 포함한다. 메인 안테나(422a, 422b)는 급전점(421a, 421b)을 통해 RF 전원을 공급받아 전계장을 형성할 수 있다.
복수의 보조 안테나(424a, 424b) 각각은 메인 안테나(422a, 422b)에 병렬로 연결된다. 이에 따라, 메인 안테나(422a, 422b)에 흐르는 전류의 일부가 보조 안테나(424a, 424b)에 흐를 수 있다. 보조 안테나(424a, 424b)는 메인 안테나(422a, 422b)의 급전점(421a, 421b) 영역을 제외한 영역에 연결될 수 있다. 복수의 스위치(426)는 메인 안테나(422a, 422b)와, 복수의 보조 안테나(424a, 424b) 사이에 각각 구비된다. 일 실시예에서, 스위치(426)는 MOSFET 소자로 제공될 수 있다.
메인 안테나(422a, 422b)는 고리 형태의 내부 안테나(422a)와, 고리 형태로 내부 안테나(422a)를 감싸며 내부 안테나(422a)와 동축으로 배열되는 외부 안테나(422b)를 포함할 수 있다. 복수의 보조 안테나(424a, 424b)는 복수의 내부 보조 안테나(424a)와, 복수의 외부 보조 안테나(424b)를 포함할 수 있다. 복수의 내부 보조 안테나(424a) 및 복수의 외부 보조 안테나(424b)는 각각 고리 형태로 제공될 수 있다.
내부 보조 안테나(424a)는 내부 안테나(422a)의 반경 방향 외측에 연결되고, 외부 보조 안테나(424b)는 외부 안테나(422b)의 반경 방향 외측에 연결될 수 있다. 도시된 예에서, 내부 보조 안테나(424a)와 외부 보조 안테나(424b)는 메인 안테나(422a, 422b)의 둘레 방향으로 동일한 방위각을 갖도록 메인 안테나(422a, 422b)에 연결된다. 도시된 예에서, 메인 안테나(422a, 422b)에는 각각 3개의 보조 안테나(424a, 424b)가 연결되어 있으나, 보조 안테나의 개수는 메인 안테나(422a, 422b)의 반경 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 메인 안테나(422a, 422b)는 하나의 고리 형태의 안테나로 제공되거나, 3개 이상의 고리 형태의 안테나들로 제공될 수도 있다. 메인 안테나(422a, 422b)는 여러 개의 분할된 링들로 구성될 수도 있으며, 각각의 분할된 링들에 RF 전원을 공급하도록 제공될 수도 있다. 도시된 예에서 보조 안테나(424a, 424b)는 메인 안테나(422a, 422b)와 동일한 평면 상에 설치되어 있으나, 메인 안테나(422a, 422b)의 평면에 대해 소정 각도만큼 경사지도록 보조 안테나(424a, 424b)를 설치하는 것도 가능하다.
복수의 내부 보조 안테나(424a)는 내부 안테나(422a)의 둘레를 따라 형성되고, 내부 안테나(422a)에 병렬로 연결된다. 복수의 외부 보조 안테나(424b)는 외부 안테나(422b)의 둘레를 따라 형성되고, 외부 안테나(422b)에 병렬로 연결된다. 복수의 스위치(426)는 복수의 내부 보조 안테나(424a)에 흐르는 전류를 제어하기 위한 다수의 제1 스위치(426a)와, 복수의 외부 보조 안테나(424b)에 흐르는 전류를 제어하기 위한 다수의 제2 스위치(426b)를 포함할 수 있다.
제어부(428)는 공정 상태에 따라 복수의 보조 안테나(424a, 424b) 각각의 스위치(426)를 제어한다. 제어부(428)에 의해 보조 안테나(424a, 424b)는 선택적으로 구동되며, 공정 결과의 피드백(feedback)으로 안테나의 전류 경로를 제어함으로써 챔버 내의 영역 별 전자장 분포 및 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 공정 결과의 피드백(feedback)에 의해 스위치(426)를 제어하여 챔버 내의 영역 별로 전류 경로를 제어함으로써 전자장 분포 및 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있다. 일 실시예로, 공정 중에 챔버 내의 전자장 분포 및/또는 플라스마 밀도 분포를 측정하여, 전자장 분포 또는 플라스마 밀도 분포가 균일해지도록 스위치를 제어할 수 있다.
예를 들어, 전자장 세기 및/또는 플라스마 밀도가 기준값 미만인 영역에 대응되는 스위치를 개방하여 해당 영역의 전자장 세기 및 플라스마 밀도를 증가시킬 수 있다. 상기 기준값은 예를 들어, 미리 설정된 값이거나, 측정된 전자장 분포 및/또는 플라스마 밀도의 평균값 또는 상기 평균값을 기반으로 산출되는 값일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 안테나의 평면도이다. 도 3의 실시예, 그리고 이하에서 설명되는 다른 실시예들을 설명함에 있어서, 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용되며, 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 3의 실시예에 따른 안테나(420)는 메인 안테나(422a, 422b)가 코일 형태로 권선된 구조로 제공되는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 안테나의 평면도이다. 도 4의 실시예에 따른 안테나(420)는 외부 보조 안테나(424b)가 외부 안테나(422b)의 반경 방향 내측에 연결되고, 내부 안테나(422a)에는 보조 안테나가 연결되지 않는 점에서, 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
도 5의 실시예에 따른 안테나(420)는 내부 안테나(422a) 보다 반경이 큰 외부 안테나(422b)에 내부 보조 안테나(424a)보다 많은 개수의 외부 보조 안테나(424b)가 연결되는 점에서, 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 본 실시예에 의하면, 외부 안테나(422b) 주변의 전계장과 플라스마 밀도를 보다 세밀하게 제어할 수 있다.
도 6의 실시예에 따른 안테나(420)는 외부 안테나(422b)의 반경 방향 외측과 내측에 번갈아 외부 보조 안테나(424b)가 연결되는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 외부 안테나(422b)의 반경 방향 내측에 연결되는 외부 보조 안테나(424b)는 내부 안테나(422a)에 연결되는 내부 보조 안테나들(424a)과 간섭되지 않는 위치, 예를 들어 내부 보조 안테나들(424a)의 중간에 해당하는 방위각 위치에 형성될 수 있다.
도 7의 실시예에 따른 안테나(420)는 외부 안테나(422b)의 동일한 방위각 위치의 반경 방향 외측과 내측에 각각 외부 보조 안테나(424b)가 연결되는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 내부 보조 안테나들(424a)은 외부 안테나(422b)의 반경 방향 내측에 연결되는 외부 보조 안테나들(424b)과 간섭되지 않는 방위각 위치에 형성될 수 있다. 도 6 및 도 7의 실시예에 의하면, 내부 안테나(422a)와 외부 안테나(422b) 사이 공간의 전계장과 플라스마 밀도를 보다 세밀하게 제어할 수 있다.
도 8의 실시예에 따른 안테나(420)는 보조 안테나(424a, 424b)가 메인 안테나(422a, 422b)에 상하 방향으로 꺾인 형태로 배치되는 점에서 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다. 일 실시예에서, 보조 안테나(424a, 424b)는 메인 안테나(422a, 422b)에 대해 90° 각도로 배치될 수 있다. 도 8의 실시예에 의하면, 보조 안테나(424a, 424b)에 의한 전계장 분포를 메인 안테나(422a, 422b)와 상이한 방향으로 제어할 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.
100: 챔버 200: 지지 유닛
300: 가스 공급 유닛 400: 플라스마 소스
420: 안테나 422a: 내부 안테나
422b: 외부 안테나 424a: 내부 보조 안테나
424b: 외부 보조 안테나 426: 스위치
428: 제어부 430: RF 전원

Claims (15)

  1. 내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 상기 기판을 처리하는데 사용되는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 처리 공간 내에 공급된 상기 공정 가스를 여기하여 플라스마를 생성하는 플라스마 소스;를 포함하며,
    상기 플라스마 소스는:
    RF 신호를 공급하는 RF 전원; 및
    상기 RF 신호를 공급받아 상기 챔버에 공급된 공정 가스로부터 플라스마를 발생시키는 안테나;를 포함하며,
    상기 안테나는:
    고리 형태의 메인 안테나; 그리고
    상기 메인 안테나의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보조 안테나;를 포함하고,
    상기 복수의 보조 안테나 각각은 상기 메인 안테나에 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는:
    상기 메인 안테나와 상기 복수의 보조 안테나 사이에 각각 구비되는 스위치;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    공정 상태에 따라 상기 복수의 보조 안테나 각각의 상기 스위치를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 안테나는,
    고리 형태의 내부 안테나; 그리고
    고리 형태의 외부 안테나;를 포함하고,
    상기 복수의 보조 안테나는,
    상기 내부 안테나의 둘레를 따라 형성되고, 상기 내부 안테나에 병렬로 연결되는 복수의 내부 보조 안테나; 그리고
    상기 외부 안테나의 둘레를 따라 형성되고, 상기 외부 안테나에 병렬로 연결되는 복수의 외부 보조 안테나;를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 보조 안테나는 상기 메인 안테나의 중심을 기준으로 상기 복수의 내부 보조 안테나와 대응되는 방위각에 배치되는 기판 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 보조 안테나 중의 적어도 하나는 상기 내부 안테나를 향하는 방향으로 형성되고, 상기 복수의 내부 보조 안테나의 사이에 배치되는 기판 처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 안테나의 동일한 방위각 위치의 반경 방향 외측과 내측에 각각 외부 보조 안테나가 형성되고, 상기 외부 안테나의 내측에 형성되는 외부 보조 안테나는 상기 복수의 내부 보조 안테나의 사이에 배치되는 기판 처리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 보조 안테나의 개수는 상기 복수의 내부 보조 안테나의 개수보다 많은 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 보조 안테나 중 적어도 하나는 상기 메인 안테나와 동일 평면 상에 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 보조 안테나 중 적어도 하나는 상기 메인 안테나에 상하 방향으로 꺾인 형태로 배치되는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보조 안테나는 상기 메인 안테나에 대해 하방으로 90° 각도로 배치되는 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 보조 안테나는 각각 고리 형태로 제공되는 기판 처리 장치.
  13. 챔버 내부의 처리 공간에 공정 가스를 공급하고, 상기 처리 공간에 공급된 상기 공정 가스를 안테나에 의해 여기하여 플라스마를 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 안테나는 고리 형태의 메인 안테나와, 상기 메인 안테나의 둘레를 따라 형성되고 상기 메인 안테나에 병렬로 연결되는 복수의 보조 안테나와, 상기 메인 안테나와 상기 복수의 보조 안테나 사이에 각각 구비되는 스위치를 포함하고,
    상기 플라스마를 생성하는 단계는:
    상기 챔버 내의 공정 상태에 따라 상기 복수의 보조 안테나 각각의 상기 스위치를 제어하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위치를 제어하는 단계는,
    공정 결과의 피드백(feedback)에 의해 상기 스위치를 제어하여 전류 경로를 제어함으로써 상기 챔버 내의 영역 별 전자장 분포 및 플라스마 밀도 분포를 제어하는 기판 처리 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 스위치를 제어하는 단계는,
    상기 챔버 내의 전자장 분포 및 플라스마 밀도 분포 중의 적어도 하나를 측정하는 단계; 및
    상기 전자장 분포 또는 상기 플라스마 밀도 분포가 균일해지도록 상기 스위치를 제어하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
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