KR20190117247A - Apparatus and method for treating substrate - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a substrate treating apparatus. According to one embodiment of the present invention, the substrate treating apparatus comprises: a process chamber in which treatment space for treating a substrate is formed; a substrate support unit supporting the substrate in the treatment space; and an electrode unit disposed on top of the treatment space and spraying a process gas into the treatment space. The electrode unit includes an upper shower head and a lower shower head provided below the upper shower head. A DC voltage is applied to the upper shower head and lower shower head, respectively.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}Substrate processing apparatus and substrate processing method {APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}

본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for processing a substrate, and more particularly, to an apparatus for processing a substrate using plasma.

기판의 처리 공정에는 플라즈마가 이용될 수 있다. 예를 들어, 식각, 증착 또는 드라이 클리닝 공정에 플라즈마가 사용될 수 있다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마를 이용한 드라이 크리닝, 애싱, 또는 식각 공정은 플라즈마에 포함된 이온 또는 라디칼 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다. 이들 중 드라이 클리닝 공정은 기판 상에 형성된 자연산화막 등을 제거하기 위한 공정으로, 제거하고자 하는 박막의 두께가 식각 공정에 비해 매우 얇다. 따라서 라디칼, 이온, 그리고 전자를 모두 다량 포함한 플라즈마로 기판을 처리시 박막의 높은 식각율로 인해 기판 상에서 제거하고자 하는 자연산화막 뿐 아니라 그 하부막도 손상된다.Plasma may be used for the processing of the substrate. For example, plasma may be used for etching, deposition or dry cleaning processes. Plasma is generated by very high temperatures, strong electric fields, or RF Electromagnetic Fields, and plasma is an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, and the like. Dry cleaning, ashing, or etching processes using plasma are performed by collision of ions or radicals contained in the plasma with the substrate. Among these, the dry cleaning process is a process for removing a natural oxide film or the like formed on the substrate, and the thickness of the thin film to be removed is very thin as compared with the etching process. Therefore, when the substrate is treated with a plasma containing a large amount of radicals, ions, and electrons, the high etch rate of the thin film damages not only the natural oxide film to be removed on the substrate but also the underlying film.

이를 방지하기 위해, 대한민국공개특허 제10-2011-0057510호에는 접지된 샤워헤드를 이용하여 전자와 이온을 제외한 라디칼만을 주로 포함하는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치가 개시된다. 여기에서 샤워헤드는 전자와 이온을 제외한 라디칼을 기판을 처리하는 공간으로 통과시키는 수동적인 역할만을 수행한다. 그리고 샤워헤드를 통과한 라디칼으로만 기판을 처리하므로 자연 산화막 중 일부만이 제거되고, 공정 진행 후에는 자연 산화막이 기판 상에 일부 잔존한다. In order to prevent this, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0057510 discloses an apparatus for treating a substrate using a plasma mainly containing radicals excluding electrons and ions using a grounded showerhead. Here, the showerhead only plays a passive role of passing radicals excluding electrons and ions into the processing space of the substrate. Since the substrate is treated only with the radicals passing through the shower head, only a part of the natural oxide film is removed, and after the process, some of the natural oxide film remains on the substrate.

본 발명은 플라즈마로 기판 처리시 처리 효율을 높일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and method that can increase the processing efficiency during substrate processing with plasma.

또한, 본 발명은 드라이 크리닝 공정 진행시 자연 산화막과 같은 얇은 박막을 모두 정밀하게 제거할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and method capable of precisely removing all thin films such as natural oxide film during the dry cleaning process.

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버, 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 처리 공간의 상부에 배치되어 처리 공간으로 공정 가스를 분사하는 전극 유닛을 포함하고, 전극 유닛은, 상부 샤워헤드 및 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드를 포함하고, 상부 샤워 헤드 및 하부 샤워헤드에 각각 DC전압이 인가된다.The present invention provides an apparatus for processing a substrate. In one embodiment, a substrate processing apparatus includes a process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed, a substrate support unit for supporting a substrate in the processing space, and an electrode disposed above the processing space to inject the process gas into the processing space A unit, wherein the electrode unit includes an upper showerhead and a lower showerhead provided below the upper showerhead, and a DC voltage is applied to the upper showerhead and the lower showerhead, respectively.

또한, 전극 유닛은, 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하고, 상부 전극에 고주파 전압이 인가될 수 있다.In addition, the electrode unit may further include an upper electrode provided above the lower shower head, and a high frequency voltage may be applied to the upper electrode.

또한, 상부 전극과 상부 샤워 헤드 사이에 제1 공간이 형성되고, 제1 공간에 플라즈마 생성을 위한 제1 공정 가스가 공급될 수 있다.In addition, a first space may be formed between the upper electrode and the upper shower head, and a first process gas for generating plasma may be supplied to the first space.

또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드 사이에 제2 공간이 형성되고, 제2 공간에 플라즈마 생성을 위한 제2 공정 가스가 공급될 수 있다.In addition, a second space may be formed between the upper showerhead and the lower showerhead, and a second process gas for generating plasma may be supplied to the second space.

또한, 기판 지지 유닛은, 하부 전극을 포함할 수 있다.In addition, the substrate support unit may include a lower electrode.

또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에는 동일한 극성의 전압이 인가된다.In addition, a voltage of the same polarity is applied to the upper showerhead and the lower showerhead.

또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기는 각각 상이하게 제공될 수 있다.In addition, the magnitudes of the voltages applied to the upper showerhead and the lower showerhead may be provided differently.

또한, 상부 샤워헤드 및 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 극성은 각각 상이하게 제공될 수 있다.In addition, the polarities of the voltages applied to the upper showerhead and the lower showerhead may be provided differently.

또한, 본 발명은 기판 처리 장치를 이용하는 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하고, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 전압을 인가하고, 상부 전극에 고주파 전압을 인가한다.Moreover, this invention provides the substrate processing method using a substrate processing apparatus. In an embodiment, the apparatus further includes an upper electrode provided above the lower showerhead, applies a voltage to the upper showerhead and the lower showerhead, and applies a high frequency voltage to the upper electrode.

또한, 전극 유닛은, 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하고, 상부 전극에 고주파 전압을 인가할 수 있다.In addition, the electrode unit may further include an upper electrode provided above the lower shower head, and may apply a high frequency voltage to the upper electrode.

또한, 상부 전극과 상부 샤워헤드 사이에 제1 공정 가스를 공급하고, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드 사이에 제2 공정 가스 공급하여, 제1 공정가스 및 제2 공정가스로부터 플라즈마를 생성할 수 있다.In addition, the first process gas may be supplied between the upper electrode and the upper showerhead, and the second process gas may be supplied between the upper showerhead and the lower showerhead to generate plasma from the first process gas and the second process gas. .

또한, 처리 공정은 드라이 클리닝일 수 있다.The treatment process may also be dry cleaning.

또한, 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 동일한 극성의 전압을 인가하고, 인가된 전압의 크기를 각각 조절하여 이온 또는 전자의 투과량을 조절할 수 있다.In addition, a voltage having the same polarity may be applied to the upper showerhead and the lower showerhead, and the amount of applied voltage may be adjusted to control the amount of ion or electron transmission.

본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리시 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, substrate processing efficiency can be improved when processing a substrate using plasma.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 라디칼 이외에도 원하는 양의 이온 또는 전자를 이용하여 드라이 클리닝을 진행함으로써 클리닝 효율을 향상시킬 수 있다. Further, according to the embodiment of the present invention, the cleaning efficiency can be improved by performing dry cleaning using a desired amount of ions or electrons in addition to the radicals.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 공정 챔버에 제공되는 플라즈마의 에너지를 조절할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention it is possible to adjust the energy of the plasma provided to the process chamber.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도;
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 도시한 예시적인 도면;
도 3는 도 2의 기판 처리 장치의 플라즈마의 거동을 도시한 예시적인 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면; 및
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is an exemplary view briefly showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is an exemplary diagram illustrating the behavior of a plasma of the substrate processing apparatus of FIG. 2;
4 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention; And
5 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and the like of the components in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description.

본 실시예에서는 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 기판에 대해 드라이 클리닝 공정을 수행하는 기판 처리 장치를 일 예로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 식각 또는 애싱 공정과 같은 다른 종류의 공정을 수행하는 장치에 제공될 수 있다.In the present embodiment, a substrate processing apparatus for performing a dry cleaning process on a substrate using plasma in a chamber will be described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be provided in an apparatus for performing other kinds of processes, such as an etching or ashing process for treating a substrate using plasma.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 도시한 예시적인 도면이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view briefly illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 3을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 전극 유닛(300), 제어기(600), 그리고 배기 배플(700)을 포함한다.1 and 3, the substrate processing apparatus 10 includes a process chamber 100, a substrate support unit 200, an electrode unit 300, a controller 600, and an exhaust baffle 700.

공정 챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(102)을 제공한다. 공정 챔버(100)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 공정 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 공정 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)의 일측벽에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반출입 가능한 출입구(130)로 제공된다. 출입구(130)는 도어(140)에 의해 개폐 가능하다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기 포트(150)가 설치된다. 배기 포트(150)는 공정 챔버(100)의 중심축과 일치되게 위치된다. 배기 포트(150)는 처리 공간(102)에 발생된 부산물이 공정 챔버(100)의 외부로 배출되는 배출구(150)로 기능한다.The process chamber 100 provides a processing space 102 in which a substrate W is processed. The process chamber 100 is provided in a circular cylindrical shape. The process chamber 100 is provided of a metallic material. For example, the process chamber 100 may be provided of aluminum material. An opening 130 is formed in one side wall of the process chamber 100. The opening 130 is provided to the doorway 130 through which the substrate W can be taken in and out. The doorway 130 may be opened and closed by the door 140. The exhaust port 150 is installed on the bottom surface of the process chamber 100. The exhaust port 150 is located coincident with the central axis of the process chamber 100. The exhaust port 150 functions as an outlet 150 through which the by-product generated in the processing space 102 is discharged to the outside of the process chamber 100.

기판 지지 유닛(200)은 처리 공간에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.The substrate support unit 200 supports the substrate W in the processing space. The substrate support unit 200 may be provided to the electrostatic chuck 200 supporting the substrate W by using electrostatic force. Optionally, the substrate support unit 200 can support the substrate W in a variety of ways, such as mechanical clamping.

정전척(200)은 유전판(210), 포커스링(252), 에지링(254), 그리고 하부 전극(230)를 포함한다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 척킹 전극(212)이 설치된다. 척킹 전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전압을 인가받는다. 척킹 전극(212)은 인가된 전압으로부터 기판(W)이 유전판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 척킹 전극(212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. The electrostatic chuck 200 includes a dielectric plate 210, a focus ring 252, an edge ring 254, and a lower electrode 230. The substrate W is directly placed on the top surface of the dielectric plate 210. The dielectric plate 210 is provided in a disc shape. The dielectric plate 210 may have a radius smaller than that of the substrate (W). The chucking electrode 212 is installed inside the dielectric plate 210. A power supply (not shown) is connected to the chucking electrode 212, and a voltage is applied from the power supply (not shown). The chucking electrode 212 provides an electrostatic force so that the substrate W is absorbed by the dielectric plate 210 from the applied voltage. A heater 214 for heating the substrate W is installed in the dielectric plate 210. The heater 214 may be located below the chucking electrode 212. The heater 214 may be provided as a spiral coil. For example, the dielectric plate 210 may be provided of a ceramic material.

하부 전극(230)은 유전판(210)을 지지한다. 하부 전극(230)은 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정 결합된다. 하부 전극(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 하부 전극(230)은 그 상면의 중앙 영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 하부 전극(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(232)는 하부 전극(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 하부 전극(230)에는 외부에 위치된 고주파 전원이 연결되거나, 접지될 수 있다. 고주파 전원은 하부 전극(230)에 전력을 인가하고, 기판에 입사하는 이온 에너지를 제어할 수 있다. 하부 전극(230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.The lower electrode 230 supports the dielectric plate 210. The lower electrode 230 is positioned below the dielectric plate 210 and is fixedly coupled to the dielectric plate 210. The upper surface of the lower electrode 230 has a stepped shape such that its center region is higher than the edge region. The lower electrode 230 has an area in which the center region of the upper surface thereof corresponds to the bottom surface of the dielectric plate 210. The cooling passage 232 is formed inside the lower electrode 230. The cooling passage 232 is provided as a passage through which the cooling fluid circulates. The cooling passage 232 may be provided in a spiral shape inside the lower electrode 230. An external high frequency power source may be connected or grounded to the lower electrode 230. The high frequency power source may apply power to the lower electrode 230 and control ion energy incident on the substrate. The lower electrode 230 may be provided with a metal material.

포커스링(252)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(252)은 유전판(210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 포커스링(252)은 유전판(210)의 가장자리영역에 위치된다. 예컨대, 포커스링(250)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 포커스링(252)의 상면은 단차지게 제공될 수 있다. 포커스링(252)의 상면 내측부는 유전판(210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공되어, 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다.The focus ring 252 concentrates the plasma on the substrate W. The focus ring 252 is provided in an annular ring shape surrounding the dielectric plate 210. The focus ring 252 is positioned at an edge region of the dielectric plate 210. For example, the focus ring 250 may be provided with a conductive material. The top surface of the focus ring 252 may be provided stepwise. The inner surface of the upper surface of the focus ring 252 is provided to have the same height as the upper surface of the dielectric plate 210 to support the bottom edge region of the substrate (W).

에지링(254)은 포커스링(252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 에지링(254)은 하부 전극(230)의 가장자리영역에서 포커스링(252)과 인접하게 위치된다. 에지링(254)의 상면은 포커스링(252)의 상면에 비해 그 높이가 높게 제공된다. 에지링(254)은 절연 물질로 제공될 수 있다.The edge ring 254 is provided in an annular ring shape surrounding the focus ring 252. The edge ring 254 is positioned adjacent to the focus ring 252 in the edge region of the lower electrode 230. The top surface of the edge ring 254 is provided higher in height than the top surface of the focus ring 252. Edge ring 254 may be provided with an insulating material.

전극 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마 소스로 제공된다 전극 유닛은 상부 전극(330), 상부 샤워헤드(430), 그리고 하부 샤워헤드(530)를 포함한다. The electrode unit 300 is provided as a capacitively coupled plasma source. The electrode unit includes an upper electrode 330, an upper showerhead 430, and a lower showerhead 530.

상부 전극(330)에는 고주파 전원(340)이 연결된다. 고주파 전원은 상부 전극에 고주파 전력을 인가한다.상부 전극(330)과 상부 샤워헤드(430) 사이에 발생된 전자기장은 공정 챔버(100) 내부로 제공되는 제1 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다. 제1 공정 가스는 라디칼, 이온 또는 전자를 포함한다.The high frequency power source 340 is connected to the upper electrode 330. The high frequency power supplies high frequency power to the upper electrode. An electromagnetic field generated between the upper electrode 330 and the upper showerhead 430 excites the first process gas provided into the process chamber 100 into a plasma state. The first process gas contains radicals, ions or electrons.

상부 전극(330)과 상부 샤워헤드(430) 사이에는 제1 공간(302)이 형성된다. 제1 공간(302)은 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛(320)과 연결된다.The first space 302 is formed between the upper electrode 330 and the upper shower head 430. The first space 302 is connected to the first gas supply unit 320 that supplies the first process gas.

제1 가스 공급 유닛(320)은 제1 가스 공급관(321), 압력 측정 부재(322) 유량 조절 부재(323)를 포함한다. 제1 가스 공급 유닛이 공급하는 제1 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나 이거나 두가지 성분 이상의 혼합 가스로 제공될 수 있다.The first gas supply unit 320 includes a first gas supply pipe 321, a pressure measuring member 322, and a flow rate adjusting member 323. The first process gas supplied by the first gas supply unit may be a single component gas or may be provided as a mixed gas of two or more components.

제1 공간(302)로 유입된 제1 공정 가스는 고주파 전원(340)에 의해 플라즈마 상태로 전이된다. 제1 공정 가스는 플라즈마 상태에서 이온, 전자, 라디칼로 분해된다. 본 명세서에서는 편의상 제1 공간(302)에서 생성된 플라즈마를 제1 플라즈마로 정의한다. 제1 플라즈마는 상부 샤워헤드(430)를 통과하여 제2 공간(402)로 이동한다.The first process gas introduced into the first space 302 is transferred to the plasma state by the high frequency power source 340. The first process gas is decomposed into ions, electrons, and radicals in a plasma state. In the present specification, the plasma generated in the first space 302 is defined as a first plasma for convenience. The first plasma passes through the upper shower head 430 and moves to the second space 402.

상부 샤워헤드(430)는 도전성 물질로 제공된다. 상부 샤워헤드(430)은 판 형상으로 제공된다. 예컨대 상부 샤워헤드(430)은 원판 평상을 가질 수 있다. 상부 샤워헤드(430)에는 다수개의 관통홀(431, 도 2)들이 형성된다. 관통홀(431)들은 상부 샤워헤드(430)의 상하 방향으로 형성된다. 상부 샤워헤드(430)은 제1 공간(302)와 제2 공간(402)의 사이에 제공되고, 제1 공간(302)와 제2 공간(402)의 경계를 이룬다. 제1 플라즈마는 관통홀(431)을 통과하여 제2 공간(402)로 유입된다. The upper showerhead 430 is provided with a conductive material. The upper showerhead 430 is provided in a plate shape. For example, the upper showerhead 430 may have a disc plate flat. A plurality of through holes 431 (FIG. 2) are formed in the upper shower head 430. The through holes 431 are formed in the vertical direction of the upper shower head 430. The upper showerhead 430 is provided between the first space 302 and the second space 402 and forms a boundary between the first space 302 and the second space 402. The first plasma enters the second space 402 through the through hole 431.

상부 샤워헤드(430)은 상부 샤워헤드(430)에 전압을 인가하는 제1 전원(440)이 연결된다. 제1전원(440)은 DC전원으로 제공된다. 상부 샤워헤드(430)에 음전압이 인가되면, 전자는 제2공간으로 유입되지 않고, 주로 양이온들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 상부 샤워헤드(430)에 인가되는 전압에 의해 에너지가 큰 입자는 상부 샤워헤드(430)를 통과 가능하고, 상대적으로 에너지가 작은 입자는 상부 샤워헤드(430)를 통과하지 못한다. 그러므로 관통홀을 통과하는 양이온의 양은 상부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어될 수 있다.The upper showerhead 430 is connected to a first power source 440 that applies a voltage to the upper showerhead 430. The first power source 440 is provided as a DC power source. When a negative voltage is applied to the upper shower head 430, electrons do not flow into the second space, and some of the cations and radicals mainly pass through the through hole 431. Particles with high energy may pass through the upper showerhead 430 by the voltage applied to the upper showerhead 430, and particles with relatively low energy may not pass through the upper showerhead 430. Therefore, the amount of cations passing through the through hole can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the upper showerhead.

상부 샤워헤드(430)에 양전압이 인가되면, 양이온은 제2공간으로 유입되지 않고, 주로전자들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 상부 샤워헤드(430)에 공급되는 전력의 크기는 제어기(800)에 의해 제어된다.When a positive voltage is applied to the upper shower head 430, cations do not flow into the second space, and some of the electrons and radicals mainly pass through the through hole 431. The amount of power supplied to the upper showerhead 430 is controlled by the controller 800.

제2 공간(402)은 제1 플라즈마와 제2 공정 가스로부터 제2 플라즈마가 형성되는 공간이다. 본 명세서에서 제2 공간에서 형성되는 플라즈마를 제2 플라즈마로 정의한다. 제2 공간(402)의 상부에는 상부 샤워헤드(430)가 배치되고, 하부에는 하부 샤워헤드(530)이 배치된다. 제1 플라즈마는 제1 공간(302)에서 상부 샤워헤드(430)을 관통하여 제2 공간(402)로 유입되고, 제2 공정 가스는 제2 공간(402)과 연결된 제2 가스 공급 유닛(320)으로부터 공급된다.The second space 402 is a space in which a second plasma is formed from the first plasma and the second process gas. In the present specification, the plasma formed in the second space is defined as the second plasma. An upper shower head 430 is disposed above the second space 402, and a lower shower head 530 is disposed below. The first plasma is introduced into the second space 402 through the upper showerhead 430 in the first space 302, and the second process gas is connected to the second space 402. Is supplied from.

제2 가스 공급 유닛(420)은 제2 가스 공급관(421), 압력 측정 부재(422), 유량 조절 부재(423)를 포함한다. 제2 가스 공급 유닛(320)의 제2 가스 공급관(421)은 상부 샤워헤드(430)을 관통하여 다수개의 가지관으로 분기되고, 제2 공간(402)의 상면에 균일하게 제공될 수 있다. 다른 예로, 제2 가스 공급 유닛(320)은 제2 공간(402)의 일벽에 구비될 수 있다. 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 동일한 성분의 가스이거나 다른 성분의 가스일 수 있다. 제2 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나, 둘 이상의 성분이 혼합된 혼합 가스 일 수 있다.The second gas supply unit 420 includes a second gas supply pipe 421, a pressure measuring member 422, and a flow rate adjusting member 423. The second gas supply pipe 421 of the second gas supply unit 320 may branch into a plurality of branch pipes through the upper shower head 430, and may be uniformly provided on an upper surface of the second space 402. As another example, the second gas supply unit 320 may be provided on one wall of the second space 402. The second process gas may be a gas of the same component as the first process gas or a gas of another component. The second process gas may be a single component gas or a mixed gas in which two or more components are mixed.

제어기(600)는 제1 공정 가스와 제2 공정 가스의 유량을 제어한다. 제어기(600)는 각각의 유량 조절 부재(323, 423)를 제어한다. 일 예에 의하면, 제1 공간(302)과 제2 공간(402)에 공급되는 공정 가스의 유량은 상이하게 제공될 수 있다.The controller 600 controls the flow rates of the first process gas and the second process gas. The controller 600 controls each of the flow regulating members 323 and 423. According to one example, the flow rate of the process gas supplied to the first space 302 and the second space 402 may be provided differently.

하부 샤워헤드(530)는 판 형상을 가진다. 예컨대, 하부 샤워헤드(530)는 원판 형상을 가질 수 있다. 하부 샤워헤드(530)는 그 저면이 처리 공간에 노출된다. 하부 샤워헤드(530)에는 복수의 토출홀(531)들이 형성된다. 각각의 토출홀(531)은 상하 방향을 향하도록 형성된다. 이온 또는 라디칼은 토출홀(531)들을 통해 처리 공간으로 공급된다. 예컨대, 하부 샤워헤드(530)는 도전성 재질로 제공된다. 일 예에 의하면, 하부 샤워헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.The lower showerhead 530 has a plate shape. For example, the lower showerhead 530 may have a disc shape. The lower showerhead 530 has a bottom surface exposed to the processing space. A plurality of discharge holes 531 are formed in the lower shower head 530. Each discharge hole 531 is formed to face in the vertical direction. Ions or radicals are supplied to the processing space through the discharge holes 531. For example, the lower shower head 530 is provided of a conductive material. In an example, the lower showerhead may be provided with a material including silicon.

하부 샤워헤드(530)는 제2 플라즈마의 이온 또는 전자의 일부 또는 라디칼을 처리 공간으로 토출한다. 하부 샤워헤드(530)는 제2 공간(502)의 하부에 배치되고, 기판 지지 유닛(200)의 위에 위치된다. 하부 샤워헤드(530)는 유전판(210)과 마주보도록 위치된다. 하부 샤워헤드(530)를 통과한 플라즈마는 공정 챔버(100) 내 처리 공간(102)에 균일하게 공급된다.The lower showerhead 530 discharges a portion or radicals of ions or electrons of the second plasma into the processing space. The lower showerhead 530 is disposed under the second space 502 and is positioned above the substrate support unit 200. The lower showerhead 530 is positioned to face the dielectric plate 210. The plasma passing through the lower showerhead 530 is uniformly supplied to the processing space 102 in the process chamber 100.

하부 샤워헤드(530)는 하부 샤워헤드(530)에 전압을 인가하는 제2 전원(540)이 연결된다. 제2전원(540)은 DC전원으로 제공된다. 하부 샤워헤드(530)에 음전압이 인가되면, 전자는 제2공간으로 유입되지 않고, 주로 양이온들 중 일부와 라디칼이 토출홀(531)을 통과한다. 하부 샤워헤드(530)에 인가되는 전압에 의해 에너지가 큰 입자는 하부 샤워헤드(530)를 통과 가능하고, 상대적으로 에너지가 작은 입자는 하부 샤워헤드(530)를 통과하지 못한다. 그러므로 관통홀을 통과하는 양이온의 양은 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어될 수 있다.The lower showerhead 530 is connected to a second power source 540 that applies a voltage to the lower showerhead 530. The second power source 540 is provided as a DC power source. When a negative voltage is applied to the lower shower head 530, electrons do not flow into the second space, and some of the cations and radicals mainly pass through the discharge hole 531. Particles having high energy may pass through the lower showerhead 530 by a voltage applied to the lower showerhead 530, and particles having relatively low energy may not pass through the lower showerhead 530. Therefore, the amount of cations passing through the through hole can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the lower showerhead.

하부 샤워헤드(530)에 양전압이 인가되면, 양이온은 제2공간으로 유입되지 않고, 주로전자들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 하부 샤워헤드(530)에 공급되는 전력의 크기는 제어기(800)에 의해 제어된다.When a positive voltage is applied to the lower shower head 530, positive ions do not flow into the second space, and some of the electrons and radicals mainly pass through the through hole 431. The amount of power supplied to the lower showerhead 530 is controlled by the controller 800.

배기 배플(700)은 처리 공간에서 플라즈마를 영역 별로 균일하게 배기시킨다. 배기 배플(700)은 처리공간에서 공정 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배기 배플(700)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배기 배플(700)에는 복수의 관통홀들(702)이 형성된다. 관통홀들(702)은 상하방향을 향하도록 제공된다. 관통홀들(702)은 배기 배플(700)의 원주방향을 따라 배열된다. 관통홀들(702)은 슬릿 형상을 가지며, 배기 배플(700)의 반경방향을 향하는 길이 방향을 가진다.The exhaust baffle 700 uniformly exhausts the plasma in each region in the processing space. The exhaust baffle 700 is positioned between the inner wall of the process chamber 100 and the substrate support unit 200 in the processing space. The exhaust baffle 700 is provided in an annular ring shape. A plurality of through holes 702 are formed in the exhaust baffle 700. The through holes 702 are provided to face in the vertical direction. The through holes 702 are arranged along the circumferential direction of the exhaust baffle 700. The through holes 702 have a slit shape and have a longitudinal direction in the radial direction of the exhaust baffle 700.

도 3는 도 2의 기판 처리 장치의 플라즈마의 거동을 도시한 예시적인 도면이다.FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating the behavior of plasma of the substrate processing apparatus of FIG. 2.

도 3를 참조하면, 제1 공간(302)에는 라디칼, 이온, 전자를 포함하는 제1 플라즈마와 제1 공정 가스가 존재한다. 제1 플라즈마 중 상부 샤워헤드(430)에 인가된 전압에 의한 에너지를 통과할 수 있는 에너지를 가진 입자는 대전된 상부 샤워헤드(430)을 관통홀(431)을 통해 통과한다. 통과된 입자는 제2 공간(402) 안에서 일부는 플라즈마로 존재하고, 일부는 재결합될 수 있다. 그리고 일부는 제2 공정 가스를 플라즈마로 전이시킨다. 대전된 상부 샤워헤드(430) 또는 하부 샤워헤드(530)은 극성에 따라 이온 또는 전자를 가속할 수 있다. 또한 음전하로 대전된 상부 샤워헤드(430)은 전자를 공급할 수 있다. 제2 공간(402)에서 생성된 제2 플라즈마의 입자는 하부 샤워헤드(530)의 토출홀(531)을 통해 처리 공간(102)으로 공급되어 기판(W)을 처리한다.Referring to FIG. 3, a first plasma including radicals, ions, and electrons and a first process gas exist in the first space 302. Particles having energy capable of passing energy by the voltage applied to the upper showerhead 430 in the first plasma pass through the charged upper showerhead 430 through the through hole 431. Passed particles are present in the second space 402, partly in the plasma, and partly recombined. And some transfer the second process gas into the plasma. The charged upper showerhead 430 or lower showerhead 530 may accelerate ions or electrons depending on the polarity. In addition, the upper showerhead 430 charged with negative charge may supply electrons. Particles of the second plasma generated in the second space 402 are supplied to the processing space 102 through the discharge hole 531 of the lower shower head 530 to process the substrate W.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면이다. 도 4를 참조하면, 상부 샤워헤드(430)에 제1전원(432)으로 음전압이 공급되고, 하부 샤워헤드(530)에 제2전원(542)으로 음전압이 공급된다. 대전된 상부 샤워헤드(430)와 하부 샤워헤드(530)는 전자를 공급하거나, 입자를 가속시킨다4 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a negative voltage is supplied to the upper shower head 430 as the first power source 432, and a negative voltage is supplied to the lower shower head 530 as the second power source 542. Charged upper showerhead 430 and lower showerhead 530 supply electrons or accelerate particles

제1 공간(302)에 존재하던 고 에너지를 가진 입자는 관통홀(431)을 통해 제2 공간(402)으로 이동하고, 이동된 입자는 또는 제2 공정 가스와 재결합거나 제2 공정 가스를 플라즈마로 전이시킨다. 따라서 제2 공간(402)에는 상부 샤워헤드(430)을 그라운드시켰을 때와 비교하여 밀도 높은 플라즈마를 생성될 수 있다. 토출홀(532)을 관통하는 라디칼에 대해서도 유사한 작용을 통해 처리 공간에 밀도 높은 플라즈마를 제공할 수 있다.The high energy particles that existed in the first space 302 move to the second space 402 through the through hole 431, and the moved particles recombine with the second process gas or plasma the second process gas. Transition to. Therefore, the plasma having higher density may be generated in the second space 402 compared to when the upper showerhead 430 is grounded. A similar plasma can also be provided to the processing space through the radicals passing through the discharge hole 532.

제1 전원(432)과 제2 전원(532)이 인가하는 전압의 크기는 상이하게 제공될 수 있다. 전압의 크기를 각각 조절하여 입자의 가속도와 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다.도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에 전압을 인가한 도면이다. 도 5를 참조하면, 상부 샤워헤드(430)에 제1전원(433)으로 양전압이 공급되고, 하부 샤워헤드(530)에 제2전원(543)으로 양전압이 공급된다. 대전된 상부 샤워헤드(430)와 하부 샤워헤드(530)는 입자를 가속하거나, 입자의 통과량을 제어할 수 있다.The magnitude of the voltage applied by the first power source 432 and the second power source 532 may be provided differently. Acceleration and plasma density of particles may be controlled by adjusting the magnitudes of voltages. FIG. 5 is a diagram illustrating a voltage applied to a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the positive voltage is supplied to the upper shower head 430 as the first power supply 433, and the positive voltage is supplied to the lower shower head 530 as the second power source 543. The charged upper showerhead 430 and the lower showerhead 530 may accelerate the particles or control the passage amount of the particles.

제1 공간(302)에 존재하던 고 에너지를 가진 입자는 관통홀(431)을 통해 제2 공간(402)로 이동한다. 제2 공간(402)으로 유입된 고 에너지의 입자는 제2 공정 가스를 플라즈마로 여기할 수 있다. 따라서 제2 공간(402)에는 상부 샤워헤드(430)을 그라운드시켰을 때와 비교하여 밀도 높은 플라즈마를 생성될 수 있다. 토출홀(532)을 관통하는 이온에 대해서도 유사한 작용을 통해 처리 공간에 밀도 높은 플라즈마를 제공할 수 있다.The particles with high energy that existed in the first space 302 move to the second space 402 through the through hole 431. The high energy particles introduced into the second space 402 may excite the second process gas into the plasma. Therefore, the plasma having higher density may be generated in the second space 402 compared to when the upper showerhead 430 is grounded. A similar plasma can be provided to the processing space through a similar action with respect to the ions penetrating through the discharge hole 532.

제1 전원(432)과 제2 전원(532)이 인가하는 전압의 크기는 상이하게 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 샤워헤드(440)에 인가되는 전압의 크기가 하부 샤워헤드(540)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 제공될 수 있다. 다른 예에 의하면, 하부 샤워헤드(540)에 인가되는 전압의 크기가 상부 샤워헤드(440)에 인가되는 전압의 크기보다 크게 제공될 수 있다. 전압의 크기를 선택적으로 조절하여 기판 상으로 공급되는 이온의 종류, 및 이온의 양을 조절할 수 있다. The magnitude of the voltage applied by the first power source 432 and the second power source 532 may be provided differently. For example, the magnitude of the voltage applied to the upper showerhead 440 may be provided larger than the magnitude of the voltage applied to the lower showerhead 540. In another example, the magnitude of the voltage applied to the lower showerhead 540 may be provided larger than the magnitude of the voltage applied to the upper showerhead 440. By selectively adjusting the magnitude of the voltage, the type of ions supplied to the substrate and the amount of ions can be adjusted.

상술한 바와 같이 상부 샤워헤드(430)과 하부 샤워헤드(530)에 각각 전압을 인가하고, 전압의 크기를 조절함에 따라, 전압에 의해 통제된 이온 및 전자 에너지는 라디칼 및 이온의 양을 극대화하고 기판 처리 효율을 향상시킨다.As described above, as voltage is applied to the upper showerhead 430 and the lower showerhead 530, and the voltage is adjusted, the ion and electron energy controlled by the voltage maximizes the amount of radicals and ions. Improve substrate processing efficiency.

한편, 다른 실시 예로서, 제1 플라즈마는 리모트 플라즈마로 제2 플라즈마 생성 유닛에 공급될 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, the first plasma may be supplied to the second plasma generation unit as a remote plasma.

10: 기판 처리 장치, 100: 공정 챔버;
200: 기판 지지 유닛, 330: 상부 전극;
430: 상부 샤워헤드;
530: 하부 샤워헤드, 600, 800: 제어기;
700: 배기 배플10: substrate processing apparatus, 100: process chamber;
200: substrate support unit, 330: upper electrode;
430: upper showerhead;
530: lower showerhead, 600, 800: controller;
700: exhaust baffle

Claims (12)

기판을 처리하는 장치에 있어서,
기판을 처리하는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
상기 처리 공간의 상부에 배치되어 상기 처리 공간으로 공정 가스를 분사하는 전극 유닛을 포함하고,
상기 전극 유닛은,
상부 샤워헤드와;
상기 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드와;
상기 상부 샤워헤드 및 하부 샤워헤드에 각각 DC전압을 인하는 DC전원을 포함하는 기판 처리 장치.In the apparatus for processing a substrate,
A process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed;
A substrate support unit for supporting a substrate in the processing space;
An electrode unit disposed above the processing space to inject a process gas into the processing space,
The electrode unit,
An upper shower head;
A lower shower head provided below the upper shower head;
And a DC power supply for reducing the DC voltage to the upper shower head and the lower shower head, respectively. 제1 항에 있어서,
상기 전극 유닛은,
상기 하부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극과;
상기 상부 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하는 기판 처리 장치.According to claim 1,
The electrode unit,
An upper electrode provided on the lower shower head;
And a high frequency power supply for applying high frequency power to the upper electrode. 제2 항에 있어서,
상기 상부 전극과 상기 상부 샤워헤드 사이에 제1 공간이 형성되고,
상기 제1 공간에 플라즈마 생성을 위한 제1 공정 가스가 공급되는 기판 처리 장치.The method of claim 2,
A first space is formed between the upper electrode and the upper shower head,
And a first process gas for supplying plasma to the first space. 제3 항에 있어서,
상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 제2 공간이 형성되고,
상기 제1공간 내의 제1공정가스는 상기 상부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 제2공간으로 유입되고,
상기 제2 공간에 플라즈마 생성을 위한 제2 공정 가스가 공급되며,
상기 제2공간 내의 상기 제1공정가스 및 상기 제2공정가스는 상기 하부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 처리 공간으로 유입되는 기판 처리 장치.The method of claim 3, wherein
A second space is formed between the upper shower head and the lower shower head,
The first process gas in the first space is introduced into the second space through the through hole formed in the upper shower head,
A second process gas for generating plasma is supplied to the second space,
And the first process gas and the second process gas in the second space flow into the processing space through a through hole formed in the lower shower head. 제1항에 있어서,
상기 기판 지지 유닛은, 하부 전극을 포함하는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The substrate support unit includes a lower electrode. 제1 항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
상기 DC전원은,
상기 상부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제1전원과;
상기 하부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제2전원을 포함하고,
상기 제1전원과 상기 제2전원은 동일한 극성의 전압을 인가하는 기판 처리 장치.The method according to any one of claims 1 to 5,
The DC power supply,
A first power source for applying a voltage to the upper shower head;
A second power source for applying a voltage to the lower shower head,
And the first power supply and the second power supply apply a voltage having the same polarity. 제6 항에 있어서
상기 제1전원과 상기 제2전원은 서로 상이한 크기의 전압을 인가하는 기판 처리 장치.The method of claim 6
And the first power supply and the second power supply apply voltages having different magnitudes. 제1 항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
상기 DC전원은,
상기 상부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제1전원과;
상기 하부 샤워헤드에 전압을 인가하는 제2전원을 포함하고,
상기 제1전원과 상기 제2전원의 극성은 각각 상이하게 제공되는 기판 처리 장치.The method according to any one of claims 1 to 5,
The DC power supply,
A first power source for applying a voltage to the upper shower head;
A second power source for applying a voltage to the lower shower head,
And a polarity of the first power source and the second power source is different from each other. 제1 항의 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법에 있어서,
상기 상부 샤워헤드의 상부에 제공된 제1공간으로 제1 공정 가스를 공급하고, 상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 제공된 제2 공간으로 제2 공정 가스 공급하며, 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스로부터 플라즈마를 생성하되,
상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드에는 각각 DC 전압이 인가되는 기판 처리 방법.In the substrate processing method using the substrate processing apparatus of claim 1,
Supplying a first process gas to a first space provided above the upper shower head, and supplying a second process gas to a second space provided between the upper shower head and the lower shower head, wherein the first process gas and the Generate a plasma from the second process gas,
And a DC voltage is applied to the upper shower head and the lower shower head, respectively. 제9 항에 있어서,
상기 상부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극을 더 포함하며, 상기 상기 상부 전극과 상기 상부 샤워헤드 사이의 공간은 상기 제1공간으로 제공되고,
상기 상부 전극에 고주파 전압을 인가하는 기판 처리 방법.The method of claim 9,
An upper electrode provided on the upper shower head, wherein a space between the upper electrode and the upper shower head is provided as the first space,
A substrate processing method for applying a high frequency voltage to the upper electrode. 제9 항에 있어서,
상기 상부 샤워헤드와 하부 샤워헤드에 동일한 극성의 전압을 인가하는 기판 처리 방법.The method of claim 9,
And applying a voltage having the same polarity to the upper showerhead and the lower showerhead. 제11항에 있어서,
상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기는 서로 상이한 기판 처리 방법.

The method of claim 11,
And a magnitude of voltage applied to the upper showerhead and the lower showerhead is different from each other.

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