KR20200116020A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20200116020A
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exhaust duct
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고지 다나카
유키 다카하시
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판 처리 장치의 예들은 서셉터, 상기 서셉터를 지지하는 샤프트, 상기 서셉터에 대하여 갭을 제공하면서 상기 서셉터를 둘러싸는 유동 제어 링, 상기 유동 제어 링의 바로 위에 배열된 배기 덕트, 상기 서셉터의 바로 위에 배치된 플레이트, 상기 서셉터, 상기 유동 제어 링, 상기 배기 덕트, 및 상기 플레이트를 둘러싸는 챔버, 및 상기 샤프트를 상기 챔버에 결합시키는 결합부로서, 상기 결합부의 적어도 일부는 절연체인, 상기 결합부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}
기판 처리 장치에 관한 예들이 기술된다.
용량 결합 플라즈마(CCP)는 플라즈마 처리에 널리 사용된다. 그러나, 기생 캐패시티가 상기 장치에서 생성될 수 있고, 의도되지 않은 일부 부분들에 전압들이 인가될 수 있다. 이러한 의도하지 않은 전압 인가는 전력 손실을 야기한다. 예를 들어, 베벨(bevel)의 주변 이외의 부분들에서 강한 전계가 생성되면, 플라즈마의 균일성이 저하될 수 있고, 및/또는 에칭 속도가 감소될 수 있다.
본 명세서에 설명된 일부 예들은 전술한 문제들을 해결할 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 예들은 기판의 일부에 플라즈마 처리를 적용하는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
일부 예들에서, 기판 처리 장치는 서셉터, 상기 서셉터를 지지하는 샤프트, 상기 서셉터에 대하여 갭을 제공하면서 상기 서셉터를 둘러싸는 유동 제어 링, 상기 유동 제어 링의 바로 위에 배열된 배기 덕트, 상기 서셉터의 바로 위에 배치된 플레이트, 상기 서셉터, 상기 유동 제어 링, 상기 배기 덕트, 및 상기 플레이트를 둘러싸는 챔버, 및 상기 샤프트를 상기 챔버에 결합시키는 결합부로서, 상기 결합부의 적어도 일부는 절연체인, 상기 결합부를 포함한다.
도 1은 기판 처리 장치의 구성 예를 도시한다.
도 2는 봉입부의 확대도이다.
도 3a는 전기적 연결의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3b는 전기적 연결의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 전자기장에 대한 시뮬레이션의 결과를 도시한다.
도 5는 전자기장에 대한 시뮬레이션의 다른 결과를 도시한다.
도 6은 다른 예와 관련된 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 7은 또 다른 예와 관련된 기판 처리 장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기판 처리 장치에 대하여 설명한다. 동일 또는 유사한 요소들은 동일한 기호로 표시될 수 있으며, 설명의 반복은 생략될 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치(10)의 구성 예를 도시한다. 기판 처리 장치(10)는 기판의 베벨 처리 장치로서 제공될 수 있다. 베벨 처리는 베벨 에칭, 베벨 퇴적 및 베벨 막 개질을 포함한다. 기판 처리 장치(10)는 접지 전극으로서 기능하는 챔버(12)를 포함한다. 챔버(12)는 금속으로 만들어진다. 챔버(12)에서, 처리될 기판은 서셉터(14) 상에 배치된다. 서셉터(14)는 기판보다 더 작은 기하학적 구조를 가지므로, 베벨은 서셉터(14)로부터 돌출된다. 즉, 베벨의 전체가 노출된다. 서셉터(14)는, 예를 들어 Al 또는 Ti으로 만들어진다.
서 셉터(14)는 샤프트(16)에 의해 지지된다. 일 예에 따르면, 샤프트(16)와 연속적이고 그리고 샤프트(16)보다 더 넓은 와이드부(wide part)(18)가 제공된다. 상기 와이드부(18)는 챔버(12)의 외부에 배치될 수 있다. 샤프트(16)를 둘러싸는 챔버(12)의 일부를 봉입부(enclosing part)(12a)라고 지칭한다. 상기 봉입부(12a)와 와이드부(18) 사이에 벨로우즈(20)가 배치된다. 벨로우즈(20)는 외부로부터의 힘에 의해 신장 및 수축되고, 그리하여 서셉터(14)가 하강 및 상승된다.
도 2는 봉입부(12a) 및 그 부근의 확대도이다. 벨로우즈(20)는 챔버(12) 내부를 진공으로 유지시킨다.
상기 와이드부(18)와 벨로우즈(20)는 샤프트(16)를 챔버(12)에 결합시키는 결합부로서 기능한다. 예를 들어, 결합부의 적어도 일부는 절연체일 수 있다. 일 예에 따르면, 와이드부(18)는 절연체일 수 있다. 다른 예에 따르면, 벨로우즈(20)가 절연체일 수 있다. 이러한 절연체 재료는 유전율이 10 미만인 저 유전율 재료일 수 있다. 예를 들어, 절연체는 쿼츠, 알루미나 또는 불소 함유 수지이다. 와이드부(18)와 벨로우즈(20)의 조합은 결합부의 일 예이다. 다른 예들에서, 서셉터(14)를 하강 및 상승시킬 수 있고 그리고 샤프트(16)를 챔버(12)에 결합시키는 임의의 구성을 갖는 결합부가 제공될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 챔버(12)와 샤프트(16) 사이의 전기적 연결의 양태의 예를 도시하는 회로도들이다. 상기 봉입부(12a)와 샤프트(16)를 분리하면 커패시터 C1이 야기된다. 샤프트(16)와 챔버(12)의 결합은 접촉 저항 등에 기인한 제1 저항 R1을 야기한다. 도 3a는 커패시터 C1 및 제1 저항 R1을 포함하는 회로를 도시한다. 도 3b는 결합부의 적어도 일부가 절연체로 만들어질 때의 회로를 도시한다.
이러한 방식으로, 상기 봉입부(12a)와 샤프트(16)를 분리하고 그리고 상기 결합부의 적어도 일부로서 절연체를 선택하는 것은 서셉터(14)를 플로팅(floating) 조건에 있게 한다. 즉, 서셉터(14)와 챔버(12) 사이의 임피던스 값을 증가시키면 서셉터(14)를 챔버(12)로부터 전기적으로 분리시킨다.
도 1의 구성을 설명하는 곳으로 돌아간다. 유동 제어 링(flow control ring : FCR)(30)이 서셉터(14)에 인접하여 배치된다. FCR(30)은 서셉터(14)에 대해 갭을 제공하면서 서셉터(14)를 둘러싸고 있다. 상기 FCR(30은 예를 들어, Al 또는 Ti와 같은 금속 일 수 있다. 일 예에 따르면, FCR(30)의 하부 표면은 챔버(12)와 접촉하고, 그리하여 FCR(30)은 접지된다.
배기 덕트(32)는 FCR(30) 바로 위에 배치된다. 배기 덕트(32)는 FCR(30)과 같이 평면도에서 원형으로 형성될 수 있다. 배기 덕트(32)는 공정에 사용된 가스를 챔버(12)의 외부로 배출하기 위한 채널을 제공한다. 배기 덕트(32)는, 예를 들어 세라믹 또는 알루미나로 제조될 수 있다.
외부 플레이트(40)는 배기 덕트(32) 상에 배치된다. 내부 플레이트(42)는 외부 플레이트(40) 상에 배치된다. 일 예에 따르면, 외부 플레이트(40)는 내부 플레이트(42)를 둘러싸고, FCR(30) 바로 위에 배치된다. 일 예에 따르면, 내부 플레이트(42)는 서셉터(14) 바로 위에 배치된다. 내부 플레이트(42)의 중앙에 관통 홀이 배치될 수 있다. 외부 플레이트(40) 및 내부 플레이트(42)는 때때로 집합적으로 플레이트로 지칭된다.
외부 플레이트(40) 및 내부 플레이트(42)는 하나의 플레이트를 구성한다. 그것들은 분리 가능하고, 분리 불가능할 수 있다. 예를 들어, 내부 플레이트(42)는 절연체이고, 외부 플레이트(40)는 금속이다. 내부 플레이트(42)는 저 유전율 재료일 수 있다. 저 유전율 재료는, 예를 들어 쿼츠, 알루미나 또는 불소 함유 수지이다. 외부 플레이트(40)는 고주파를 인가하는 전극일 수 있다.
챔버(12)는 서셉터(14), FCR(30), 배기 덕트(32), 외부 플레이트(40) 및 내부 플레이트(42)를 둘러싼다. 가스 소스들(50, 52)이 챔버(12)의 외부에 제공된다. 일 예에 따르면, 가스 소스(50)는 내부 플레이트(42)의 관통 홀에 불활성 가스를 공급하며, 그리하여 내부 플레이트(42)와 서셉터(14) 사이에서 평면도에서 방사상 가스 흐름이 발생한다. 상기 가스 흐름은 내부 플레이트(42)와 서셉터(14) 사이에서 상당한 플라즈마가 생성되는 것을 방지한다. 그리고, 상기 가스 소스(52)는 하부 측으로부터 서셉터(14)와 FCR(30) 사이의 갭으로 반응성 가스를 공급한다. 이러한 가스 흐름은 기판의 베벨 부근이 에칭될 수 있게 한다.
이러한 가스 흐름이 일 예이다. 다른 예들에 따르면, 임의의 가스 소스들 및 가스 흐름들이 채택될 수 있으며, 이는 베벨 부근에서 플라즈마가 생성되도록 하는 가스를 공급할 수 있다. 따라서, 가스는 상부 측으로부터 공급될 수 있고, 하부 측으로부터 공급될 수 있다.
도 4는 서셉터가 플로팅 설정된 모델에서 전자기장에 대한 시뮬레이션의 결과를 보여준다. 적색 영역에서는 전계 강도가 높고, 청색 영역에서는 전계 강도가 낮다. 이 시뮬레이션은 기판이 기판 처리 장치에 배치되는 모델을 채택한다. 외부 플레이트(40)에 고주파 전력을 인가하면 외부 플레이트(40)와 FCR(30) 사이의 공간에서 전계 강도가 향상될 수 있다. 한편, 서셉터가 플로팅되어 있기 때문에, 서셉터(14)에 대한 RF 손실이 감소하고, 그리하여 서셉터(14)와 내부 플레이트(42) 사이에서 전계 강도가 감소된다. 내부 플레이트(42)로서 저 유전율 재료를 선택하는 것도 서셉터(14)와 내부 플레이트(42) 사이의 전계 강도를 감소시키는 데 기여한다. 합성 임피던스는 500 옴(ohm)보다 크며, 그 경로는 상기 플레이트로부터 서셉터(14), 샤프트 및 결합부를 통하여 상기 챔버(12)까지이며, 그리하여 비정상 방전의 감소에 기여한다.
도 5는 도 4의 모델에 기초하여, 내부 플레이트(42)가 금속이고 서셉터(14)가 접지된 금속일 때 전자기장에 대한 시뮬레이션의 결과를 도시한다. 이 경우, 내부 플레이트(42)와 서셉터(14) 사이에 강한 전계가 발생하기 때문에 비정상 방전이 가능할 수 있다.
따라서, 플라즈마 생성을 의도하지 않은 부분들에서 임피던스를 향상시키는 하드웨어 구성이 채택된다. 이에 의해, 전계 강도가 감소되고, 플라즈마가 발생하도록 의도된 영역에 RF가 효율적으로 공급된다. 전계 강도의 감소 방법은 저 유전율 재료들을 사용하는 것 그리고 관련 부품에서 플로팅 전위를 갖는 것을 포함한다. 도 1 내지 도 3의 구성은 예시이다. 도 1 내지 도 3과 다른 구성을 갖는 기판 처리 장치는 또한 비정상 방전을 감소시키고, 유사한 방식으로 안정적인 방전을 제공할 수 있다.
도 6은 다른 예와 관련된 기판 처리 장치의 단면도이다. 이 예에서, 상기 봉입부(12a)는 서셉터(14)가 플로팅되도록 절연체로 만들어진다. 봉입부 (12a)는, 예를 들어 쿼츠, 알루미나 또는 불소 함유 수지이다. 이 경우, 봉입부(12a)는 금속 챔버(12)와 구별된다. 봉입부(12a)를 위해 저 유전율 재료를 선택하면 금속 챔버(12)와 샤프트(16) 사이의 전기적 거리가 넓어지고, 금속 챔버(12)와 샤프트(16)는 전기적으로 분리될 수 있다. 따라서, 서셉터(14)를 통한 챔버(12)로의 상기 경로의 임피던스가 더욱 향상될 수 있다.
도 7은 또 다른 예와 관련된 기판 처리 장치의 단면도이다. FCR(30)은 챔버(12)와 접촉하는 금속부(30a) 및 배기 덕트(32) 바로 아래에 배치된 절연체부(30b)를 포함한다. 일 예에 따르면, 금속부(30a) 및 절연체부(30b)는 FCR(30)의 상부 표면에서 노출되며, FCR(30)의 하부 표면에는 단지 금속부(30a)만이 노출된다. FCR(30)의 상부 표면은 배기 덕트(32)로의 가스 흐름을 방해하지 않도록 평탄 표면일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연체부(30b)는 쿼츠, 알루미나 또는 불소 함유 수지이다.
배기 덕트(32)는 절연체이다. 배기 덕트(32)의 재료는, 예를 들어 쿼츠, 알루미나 또는 불소 함유 수지이다.
외부 플레이트(40)와 FCR(30)을 낮은 임피던스로 결합하면 이 경로에 고주파 에너지를 효율적으로 제공할 수 있다. 그러나, FCR(30)과 배기 덕트(32) 사이에 높은 전계가 발생하면 이 부분에서 고농도의 플라즈마를 야기한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 절연체부(30b)는 FCR(30)에 배치된다. 이에 의해, 외부 플레이트(40)와 FCR(30)이 낮은 임피던스로 결합되는 동안, 배기 덕트(32) 및 FCR(30)의 임피던스가 향상될 수 있다. 그리하여, 배기 덕트(32) 바로 아래의 위치에서 방전이 감소될 수 있다.
상기 플레이트가 서셉터(14) 및 FCR(30) 위에 배치될 때, 임피던스들은 다음에 의해 정의될 수 있다,
(1) 상기 플레이트 및 서셉터(14)를 통하여 달리는 경로의 임피던스인 제1 임피던스,
(2) 상기 플레이트 및 FCR(30)을 통하여 달리는 경로의 임피던스인 제2 임피던스, 및
(3) 배기 덕트(32)를 통하여 달리는 경로의 임피던스인 제 3 임피던스.
일 예에 따르면, 제1 내지 제3 임피던스들 중의 제2 임피던스는 최소화될 수 있다. 그리하여, 외부 플레이트(40)와 FCR(30) 사이에 국부적 플라즈마를 발생시키는 것은 기판의 베벨의 플라즈마 처리를 가능하게 한다.
예를 들어, 내부 플레이트(42)와 서셉터(14) 사이의 거리가 d1이고, 대향하는 내부 플레이트(42)와 서셉터(14)의 면적이 S1이고, 내부 플레이트(42)와 서셉터(14) 사이에 배치된 물질의 유전 상수가 ε1이고, 외부 플레이트(40)에 인가되는 플라즈마 여기 주파수가 f1인 경우, 제1 임피던스 d1/2πf1ε1S1은 50 옴보다 높게 설정될 수 있다. 이를 실현하기 위해, 예를 들어, 내부 플레이트(42)로서 쿼츠 등이 채용되거나, d1 및 S1이 조정될 수도 있다. f1이 13.56MHz이고 ε1이 공기의 유전 상수인 경우 d1/S1은 0.3777보다 높게 설정된다.
예를 들어, 배기 덕트(32)와 FCR(30) 사이의 거리가 d2이고, 대향하는 배기 덕트(32)와 FCR(30)의 면적이 S2이고, 배기 덕트(32)와 FCR(30) 사이에 배치된 물질의 유전 상수가 ε2이고, 외부 플레이트(40)에 인가되는 플라즈마 여기 주파수가 f2인 경우, 제3 임피던스 d2/2πf2ε2S2은 50 옴보다 높게 설정될 수 있다. 이를 실현하기 위해, 예를 들어, 배기 덕트(32)로서 쿼츠가 채용되거나, 도 7에서 절연체부(30b)로서 쿼츠가 채용될 수도 있다. f2이 13.56MHz이고 ε2가 공기의 유전 상수인 경우 d2/S2은 0.3777보다 높게 설정된다. 상기 배기 덕트(32)와 챔버(12)를 통해 달리는 경로의 임피던스인 다른 제3 임피던스는 50 옴보다 높게 설정될 수 있다.
다른 예에 따르면, d1/2πf1ε1S1은 500 옴보다 높게 설정될 수 있고, d2/2πf2ε2S2은 500 옴보다 높게 설정될 수 있으며, 다른 제3 임피던스는 500 옴보다 높게 설정될 수 있다. 다른 예들에서, 다른 값들이 선택될 수 있다.
따라서, 제1 임피던스 및 제3 임피던스는 높은 값들로 설정되는 반면, 제2 임피던스는 예를 들어 50 옴 미만으로 설정되어, 외부 플레이트(40)와 FCR(30) 사이에 충분한 플라즈마가 생성될 수 있다. 잠재적 비정상 방전을 갖는 부분은 장치의 구성에 따라 변한다. 따라서, 베벨이 배치되는 공간에서의 임피던스가 낮게 설정되고 다른 공간에서의 임피던스가 높게 설정되는 임의의 구성이 채택될 수 있다.

Claims (13)

  1. 서셉터;
    상기 서셉터를 지지하는 샤프트;
    상기 서셉터에 대하여 갭을 제공하면서 상기 서셉터를 둘러싸는 유동 제어 링;
    상기 유동 제어 링의 바로 위에 배열된 배기 덕트;
    상기 서셉터 위에 배치된 플레이트;
    상기 서셉터, 상기 유동 제어 링, 상기 배기 덕트, 및 상기 플레이트를 둘러싸는 챔버; 및
    상기 샤프트를 상기 챔버에 결합시키는 결합부로서, 상기 결합부의 적어도 일부는 절연체인, 상기 결합부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합부는 와이드부 및 벨로우즈를 포함하며, 상기 와이드부는 상기 샤프트와 연속적이며 상기 샤프트보다 더 넓으며 그리고 상기 챔버의 외부에 배열되며, 상기 벨로우즈는 봉입부와 상기 와이드부 사이에 배치되며, 상기 봉입부는 상기 챔버 내에서 상기 샤프트를 봉입하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 절연체는 쿼츠, 알루미나, 또는 불소 함유 수지인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 플레이트는 내부 플레이트 및 외부 플레이트를 포함하며, 상기 내부 플레이트는 상기 서셉터의 바로 위에 배치되며 절연체이고, 상기 외부 플레이트는 상기 내부 플레이트를 둘러싸며 상기 유동 제어 링의 바로 위에 배치되며 금속인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    경로의 합성 임피던스는 500 옴보다 크며, 상기 경로는 상기 플레이트로부터 상기 서셉터, 상기 샤프트, 및 상기 결합부를 통하여 상기 챔버에 이르는 것임을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체는 상기 샤프트를 봉입하며 상기 챔버 및 상기 샤프트 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 서셉터;
    상기 서셉터에 대하여 갭을 제공하면서 상기 서셉터를 둘러싸는 유동 제어 링;
    상기 유동 제어 링의 바로 위에 배열된 배기 덕트;
    상기 서셉터 위에 배치된 플레이트; 및
    상기 서셉터, 상기 유동 제어 링, 상기 배기 덕트, 및 상기 플레이트를 둘러싸는 챔버;를 포함하며,
    상기 유동 제어 링은 상기 챔버와 접촉하고 있는 금속부 및 상기 배기 덕트 바로 아래에 위치된 절연체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속부와 상기 절연체부는 상기 유동 제어 링의 상부 표면에서 노출되며, 그리고 단지 상기 금속부만이 상기 유동 제어 링의 하부 표면에서 노출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 배기 덕트는 절연체인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 절연체부는 쿼츠, 알루미나, 또는 불소 함유 수지인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 서셉터;
    상기 서셉터에 대하여 갭을 제공하면서 상기 서셉터를 둘러싸는 유동 제어 링;
    상기 유동 제어 링의 바로 위에 배열된 배기 덕트;
    상기 서셉터 및 상기 유동 제어 링 위에 배치된 플레이트; 및
    상기 서셉터, 상기 유동 제어 링, 상기 배기 덕트, 및 상기 플레이트를 둘러싸는 챔버;를 포함하며,
    제1 임피던스는 상기 플레이트 및 상기 서셉터를 통하여 달리는 경로의 임피던스이며, 제2 임피던스는 상기 플레이트 및 상기 유동 제어 링을 통하여 달리는 경로의 임피던스이며, 제3 임피던스는 상기 배기 덕트 및 상기 유동 제어 링을 통하여 달리는 경로의 임피던스이며, 상기 제1 내지 제3 임피던스들 중의 상기 제2 임피던스가 최소화된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 플레이트와 상기 서셉터 사이의 거리가 d1이고, 대향하는 상기 플레이트와 상기 서셉터의 면적이 S1이고, 상기 플레이트와 상기 서셉터 사이에 배치된 물질의 유전 상수가 ε1이고, 그리고 상기 플레이트에 인가되는 플라즈마 여기 주파수가 f1이며, 그리고 d1/2πf1ε1S1은 50 옴보다 높게 설정되며, 그리고
    상기 배기 덕트와 상기 유동 제어 링 사이의 거리가 d2이고, 대향하는 상기 배기 덕트와 상기 유동 제어 링의 면적이 S2이고, 상기 배기 덕트와 상기 유동 제어 링 사이에 배치된 물질의 유전 상수가 ε2이고, 상기 플레이트에 인가되는 플라즈마 여기 주파수가 f2이며, d2/2πf2ε2S2은 50 옴보다 높게 설정된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 d1/2πf1ε1S1은 500 옴보다 높게 설정되며, 상기 d2/2πf2ε2S2은 500 옴보다 높게 설정된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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