KR20210018645A - 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 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판을 처리하는 장치는, 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 샤워헤드 유닛을 포함하고, 상기 샤워헤드 유닛은, 복수개의 제1 관통홀이 형성된 베이스 플레이트와; 상기 제1 관통홀에 대응되는 제2 관통홀이 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 중심영역에 대응되는 영역에 제공되는 이너 플레이트와; 상기 제1 관통홀에 대응되는 제3 관통홀이 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 가장자링 영역에 대응되고, 이너 플레이트를 감싸도록 제공되는 아우터 플레이트를 포함하고, 상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상은 중심축을 중심으로 회전 가능하게 제공된다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
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.
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.
본 발명은 플라즈마로 기판 처리시 처리 효율을 높일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판을 처리하는 장치는, 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 샤워헤드 유닛을 포함하고, 상기 샤워헤드 유닛은, 복수개의 제1 관통홀이 형성된 베이스 플레이트와; 상기 제1 관통홀에 대응되는 제2 관통홀이 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 중심영역에 대응되는 영역에 제공되는 이너 플레이트와; 상기 제1 관통홀에 대응되는 제3 관통홀이 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 가장자링 영역에 대응되고, 이너 플레이트를 감싸도록 제공되는 아우터 플레이트를 포함하고, 상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상은 중심축을 중심으로 회전 가능하게 제공된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 이너 플레이트와 아우터 플레이트는 각각 회전가능하게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 이너 플레이트는 회전 중심에 상기 이너 플레이트를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터가 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 아우터 플레이트는 외주에 상기 아우터 플레이트를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터가 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 베이스 플레이트와, 상기 이너 플레이트와, 상기 아우터 플레이트는 상호간에 절연될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 이너 플레이트와 상기 아우터 플레이트에 각각 DC전압을 인하는 DC전원을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 DC전원은, 상기 이너 플레이트에 전압을 인가하는 제1 DC전원과; 상기 아우터 플레이트에 전압을 인가하는 제2 DC전원을 포함하고, 상기 제1전원과 상기 제2전원은 동일한 극성의 전압을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 DC전원과 상기 제2 DC전원은 서로 상이한 크기의 전압을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 DC전원은, 상기 이너 플레이트에 전압을 인가하는 제1 DC전원과; 상기 아우터 플레이트에 전압을 인가하는 제2 DC전원을 포함하고, 상기 제1전원과 상기 제2전원의 극성은 각각 상이하게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 샤워헤드 유닛은, 상부 샤워헤드와; 상기 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드를 포함하고, 상기 베이스 플레이트와, 상기 이너 플레이트와, 상기 아우터 플레이트는 상기 상부 샤워헤드에 제공될 ㅅ 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극과, 상기 상부 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 전극과 상기 상부 샤워헤드 사이에 제1 공간이 형성되고, 상기 제1 공간에 플라즈마 생성을 위한 제1 공정 가스가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 제2 공간이 형성되고, 상기 제1 공간 내의 제1 공정가스는 상기 상부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 제2공간으로 유입되고, 상기 제2 공간에 플라즈마 생성을 위한 제2 공정 가스가 공급되며, 상기 제2 공간 내의 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스는 상기 하부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 처리 공간으로 유입될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기판 지지 유닛은, 하부 전극을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 방법은, 상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상의 회전 각도를 조절하고, 상기 회전 각도에 따라 상기 기판의 중앙영역 또는 가장자리 영역 중 어느 하나의 영역으로 공급되는 공정 유체의 양을 조절한다.
일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 상기 이너 플레이트에 전압을 인가하는 제1 DC전원과; 상기 아우터 플레이트에 전압을 인가하는 제2 DC전원을 포함하고, 상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상의 회전 각도와 상기 제1 DC 전원과 상기 제2 DC전원 중 어느 하나 이상을 조절하여 기판의 중앙 영역과 가장자리 영역에 공급되는 라디칼 성분의 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리시 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 라디칼 이외에도 원하는 양의 이온 또는 전자를 이용하여 드라이 클리닝을 진행함으로써 클리닝 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면 공정 챔버에 제공되는 플라즈마의 에너지를 조절할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도다.
도 2는 상부 샤워헤드(510)의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 도시한 예시적인 도면이다.
도 4는 도 2의 상부 샤워헤드의 일 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 도 2의 상부 샤워헤드의 다른 일 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 6는 도 2의 상부 샤워헤드의 또 다른 일 동작 상태를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 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.
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.
이하, 도 1 내지 도 6를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 상부 전극(300), 샤워헤드 유닛(500), 가스 공급 유닛(600), 배기 배플(700), 그리고 제어기(800))을 포함한다.
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. 배기 포트(150)는 배기 라인(180)과 연결된다. 배기 라인(150)은 진공 펌프(160)에 연결될 수 있다.
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.
정전척(200)은 유전판(210), 하부 전극(230) 그리고 포커스링 유닛(250)을 포함한다.
유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. 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.
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.
포커스링 유닛(250)은 포커스링(252)과 에지링(254)을 포함한다. 포커스링(252)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스링(252)은 유전판(210)을 감싸는 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.
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.
상부 전극(300)은 용량 결합형 플라즈마 소스로 제공된다. 상부 샤워헤드(510)하부 샤워헤드(520)을상부 전극(300)에는 고주파 전원(340)이 연결된다. 고주파 전원은 상부 전극에 고주파 전력을 인가한다.
샤워헤드 유닛(500)은, 상부 샤워헤드(510), 그리고 하부 샤워헤드(520)를 포함한다.
상부 전극(330)과 상부 샤워헤드(510) 사이에는 제1 공간(501)이 형성된다. 제1 공간(302)은 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 유닛(610)과 연결된다. 상부 전극(330)과 상부 샤워헤드(510) 사이에 발생된 전자기장은 공정 챔버(100) 내부로 제공되는 제1 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.
제1 가스 공급 유닛(610)은 제1 가스 공급관(611), 압력 측정 부재(미도시) 유량 조절 부재(612)를 포함한다. 제1 가스 공급 유닛이 공급하는 제1 공정 가스는 단일 성분의 가스이거나 이거나 두가지 성분 이상의 혼합 가스로 제공될 수 있다.
제1 공간(501)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(501)에서 생성된 플라즈마를 제1 플라즈마로 정의한다. 제1 플라즈마는 상부 샤워헤드(510)을 통과하여 제2 공간(502)로 이동한다.
상부 샤워헤드(510)는 도전성 물질로 제공된다. 상부 샤워헤드(510)은 판 형상으로 제공된다. 예컨대 상부 샤워헤드(510)은 원판 평상을 가질 수 있다.
상부 샤워헤드(510)는 베이스 플레이트(511)와 이너 플레이트(512)와 아우터 플레이트(513)를 포함한다.
도 2는 상부 샤워헤드(510)의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 베이스 플레이트(511)에는 복수개의 제1 관통홀(511a)이 형성된다. 제1 관통홀(511a)들은 베이스 플레이트(511)의 상하 방향으로 형성된다.
이너 플레이트(512)는 베이스 플레이트(511)의 중심 영역에 대응되는 원판 형상으로 제공된다. 이너 플레이트(512)에는 제1 관통홀(511a)에 대응되는 제2 관통홀(512a)이 형성된다. 제2 관통홀(512a)들은 이너 플레이트(512)의 상하 방향으로 형성된다.
아우터 플레이트(513)는 베이스 플레이트(511)의 가장자리 영역에 대응되는 링 형상으로 제공되고, 이너 플레이트(512)를 감싸도록 제공된다. 아우터 플레이트(513)에는 제1 관통홀(511a)에 대응되는 제3 관통홀(513a)이 형성된다. 제3 관통홀(513a)들은 아우터 플레이트(513)의 상하 방향으로 형성된다.
베이스 플레이트(511)의 중앙에는 모터(516)가 제공된다. 모터(516)은 이너 플레이트를 모터 축을 중심으로 회전시킨다.
아우터 플레이트(513)는 외주에 모터(517)가 제공된다. 모터(517)는 아우터 플레이트(513)의 외주에 구동력을 제공해서 아우터 플레이트(513)를 중심축을 중심으로 회전시킨다. 일예에 의하면, 아우터 플레이트(513)의 외주에는 톱니가 형성될 수 있다. 톱니는 모터의 축에 연결된 톱니와 맞물려 모터의 회전에 따라 아우터 플레이트(513)가 회전될 수 있다.
베이스 플레이트(511)와 이너 플레이트(512)와 아우터 플레이트(513)는 상호간에 절연될 수 있다. 일예에 의하면, 이너 플레이트(512)와 아우터 플레이트(513)의 접촉면에는 절연 코팅이 제공된다. 일 예에 의하면, 이너 플레이트(512)와 베이스 플레이트(511)의 접촉면에는 절연 코팅이 제공된다. 일 예에 의하면, 아우터 플레이트(513)와 베이스 플레이트(511)의 접촉면에는 절연 코팅이 제공된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 간략하게 도시한 예시적인 도면이다. 도 3과 도 1을 참조하여 설명하면, 이너 플레이트(512)와 아우터 플레이트(513)의 A각에는 DC전압이 인가될 수 있다. 이너 플레이트(512)에는 제1 DC전원(440)이 연결되고, 아우터 플레이트(513)에는 제2 DC전원(450)이 연결된다. 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450)은 서로 상이한 크기의 전압을 인가할 수 있다. 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450)은 제어기(800)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(800)는 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450) 각각의 극성과 전압의 크기를 제어할 수 있다. 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450)의 극성은 각각 상이하게 제공될 수 있다.
이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513)에 음전압이 인가되면, 전자는 제2공간으로 유입되지 않고, 주로 양이온들 중 일부와 라디칼이 제1 관통홀(511a), 제2 관통홀(512a), 제3 관통홀(513a)을 통과한다. 상부 샤워헤드(510)의 이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513)에 인가되는 전압에 의해 에너지가 큰 입자는 상부 샤워헤드(510)을 통과 가능하고, 상대적으로 에너지가 작은 입자는 상부 샤워헤드(510)을 통과하지 못한다. 그러므로 관통홀을 통과하는 양이온의 양은 이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513)에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어될 수 있다.
이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513)에 양전압이 인가되면, 양이온은 제2 공간(502)으로 유입되지 않고, 주로 전자들 중 일부와 라디칼이 제1 관통홀(511a), 제2 관통홀(512a), 제3 관통홀(513a)을 통과한다. 이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513)에 공급되는 전력의 크기는 제어기(800)에 의해 제어된다.
이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513) 중 어느 하나 이상이 회전 축을 중심으로 회전하여, 이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513)의 회전 각도를 조절함으로써, 베이스 플레이트(511)의 제1 관통홀(511a)에 대하여 상대 이동됨에 따라, 상부 샤워헤드(510)의 홀 크기가 조정될 수 있다. 즉, 이너 플레이트(512) 또는 아우터 플레이트(513) 중 어느 하나 이상의 회전 각도에 따라 기판의 중앙영역 또는 가장자리 영역 중 어느 하나의 영역으로 공급되는 공정 가스의 양과 공정 가스의 통과 속도를 조절할 수 있다.
공정 가스의 통과 속도가 조절되고, 이너 플레이트(512)와 아우터 플레이트(513)에 DC전압이 인가됨에 따라, 상부 샤워헤드(510)를 통과하는 전자와, 이온과, 라디칼의 양을 보다 세밀하게 조절할 수 있다.
상부 샤워헤드(510)와 하부 샤워헤드(520)의 사이는 제2 공간(502)을 이룬다. 제2 공간(402)은 제1 플라즈마와 제2 공정 가스로부터 플라즈마가 형성되는 공간이다. 본 명세서에서 제2 공간에서 형성되는 플라즈마를 제2 플라즈마로 정의한다. 제2 공간(402)의 상부에는 상부 샤워헤드(510)이 배치되고, 하부에는 하부 샤워헤드(520)이 배치된다. 제1 플라즈마는 제1 공간(302)에서 상부 샤워헤드(510)을 관통하여 제2 공간(402)로 유입되고, 제2 공정 가스는 제2 공간(502)과 연결된 제2 가스 공급 유닛(320)으로부터 공급된다.
상부 샤워헤드(510)는 제1 공간(302)와 제2 공간(402)의 사이에 제공되고, 제1 공간(302)와 제2 공간(402)의 경계를 이룬다.
제2 가스 공급 유닛(620)은 제2 가스 공급관(621), 압력 측정 부재(미도시), 유량 조절 부재(622)를 포함한다. 제2 가스 공급 유닛(620)의 제2 가스 공급관(621)은 상부 샤워헤드(510)을 관통하여 다수개의 가지관으로 분기되고, 제2 공간(502)의 상면에 균일하게 제공될 수 있다. 다른 예로, 제2 가스 공급관(621)은 제2 공간(502)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.
제어기(800)는 제1 공정 가스와 제2 공정 가스의 유량을 제어한다. 제어기(800)는 각각의 유량 조절 부재(612, 622)를 제어한다. 일 예에 의하면, 제1 공간(501)과 제2 공간(502)에 공급되는 공정 가스의 유량은 상이하게 제공될 수 있다.
하부 샤워헤드(520)는 판 형상을 가진다. 예컨대, 하부 샤워헤드(520)는 원판 형상을 가질 수 있다. 하부 샤워헤드(520)는 그 저면이 처리 공간에 노출된다. 하부 샤워헤드(520)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(520)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 하부 샤워헤드는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
하부 샤워헤드(520)는 제2 플라즈마의 이온 또는 전자의 일부 또는 라디칼을 처리 공간으로 토출한다. 하부 샤워헤드(520)은 제2 공간(502)의 하부에 배치되고, 기판 지지 유닛(200)의 위에 위치된다. 하부 샤워헤드(520)은 유전판(210)과 마주보도록 위치된다. 하부 샤워헤드(520)을 통과한 플라즈마는 공정 챔버(100) 내 처리 공간(102)에 균일하게 공급된다.
도시하지 않았으나, 하부 샤워헤드(520)는 하부 샤워헤드(520)에 전압을 인가하는 DC전원(미도시)에 연결될 수 있다. 하부 샤워헤드(520)에 음전압이 인가되면, 전자는 제2공간으로 유입되지 않고, 주로 양이온들 중 일부와 라디칼이 토출홀(531)을 통과한다. 하부 샤워헤드(520)에 인가되는 전압에 의해 에너지가 큰 입자는 하부 샤워헤드(520)을 통과 가능하고, 상대적으로 에너지가 작은 입자는 하부 샤워헤드(520)을 통과하지 못한다. 그러므로 관통홀을 통과하는 양이온의 양은 하부 샤워헤드에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어될 수 있다.
하부 샤워헤드(520)에 양전압이 인가되면, 양이온은 제2공간으로 유입되지 않고, 주로전자들 중 일부와 라디칼이 관통홀(431)을 통과한다. 하부 샤워헤드(520)에 공급되는 전력의 크기는 제어기(800)에 의해 제어된다.
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 관통홀(702)이 형성된다. 복수개의 관통홀(702)은 상하방향을 향하도록 제공된다. 복수개의 관통홀(702)은 배기 배플(700)의 원주방향을 따라 배열된다. 복수개의 관통홀(702)은 슬릿 형상을 가지며, 배기 배플(700)의 반경방향을 향하는 길이 방향을 가진다.
도 4는 도 2의 상부 샤워헤드의 일 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 이너 플레이트(512)에는 제1 DC전원(440)이 연결되고, 이너 플레이트(512)와 베이스 플레이트(511)가 이루는 홀(HI)은 제1 관통홀(511a)과 제2 관통홀(512a)이 소정 간격 시프트되게 제공되어 제1 관통홀(511a) 및 제2 관통홀(512a) 보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 아우터 플레이트(513)에는 제2 DC전원(450)이 연결되고, 아우터 플레이트(513)와 베이스 플레이트(511)가 이루는 홀(HO)은 제1 관통홀(511a)과 제3 관통홀(513a)이 소정 간격 시프트되게 제공되어, 제1 관통홀(511a) 및 제3 관통홀(513a)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 이때, 홀(HI)과 홀(HO)을 통과하는 공정 가스의 양은 동일하되, 공정 가스의 성분은, 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450)의 극성 및 전압의 크기에 따라 상이하게 제공될 수 있다.
도 5는 도 2의 상부 샤워헤드의 다른 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 이너 플레이트(512)에는 제1 DC전원(440)이 연결되고, 이너 플레이트(512)와 베이스 플레이트(511)가 이루는 홀(HI)은 제1 관통홀(511a)과 제2 관통홀(512a)이 소정 간격 시프트되게 제공되어 제1 관통홀(511a) 및 제2 관통홀(512a) 보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 아우터 플레이트(513)에는 제2 DC전원(450)이 연결되고, 아우터 플레이트(513)와 베이스 플레이트(511)가 이루는 홀(HO)은 제1 관통홀(511a)과 제3 관통홀(513a)이 완전히 겹치게 제공되어, 제1 관통홀(511a) 및 제3 관통홀(513a) 중 작은 면적의 홀과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 이때, 홀(HI)과 홀(HO)을 통과하는 공정 가스의 양은 상이하다. 또한 공정 가스의 성분은, 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450)의 극성 및 전압의 크기에 따라 상이하게 제공될 수 있다.
도 6은 도 2의 상부 샤워헤드의 또 다른 동작 상태를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 이너 플레이트(512)에는 제1 DC전원(440)이 연결되고, 이너 플레이트(512)와 베이스 플레이트(511)가 이루는 홀(HI)은 제1 관통홀(511a)과 제2 관통홀(512a)이 완전히 겹치게 제공되어 제1 관통홀(511a) 및 제2 관통홀(512a) 중 작은 면적의 홀과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 아우터 플레이트(513)에는 제2 DC전원(450)이 연결되고, 아우터 플레이트(513)와 베이스 플레이트(511)가 이루는 홀(HO)은 제1 관통홀(511a)과 제3 관통홀(513a)이 소정 간격 시프트되게 제공되어, 제1 관통홀(511a) 및 제3 관통홀(513a)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 이때, 홀(HI)과 홀(HO)을 통과하는 공정 가스의 양은 상이하되, 공정 가스의 성분은, 제1 DC전원(440)과 제2 DC전원(450)의 극성 및 전압의 크기에 따라 상이하게 제공될 수 있다.
도시하지 않았으나, 베이스 플레이트(511)와 이너 플레이트(512)와 아우터 플레이트(513)의 구성은 하부 샤워헤드(520)에도 적용될 수 있다.
도시하지 않았으나, 샤워헤드 유닛(500)은 상부 샤워헤드(510) 또는 하부 샤워헤드(520) 중 어느 하나만 제공될 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.
200: 지지 유닛
300: 상부 전극
500: 샤워헤드 유닛
510: 상부 샤워헤드
511: 베이스 플레이트
512: 이너 플레이트
513: 아우터 플레이트
520: 하부 샤워헤드
800: 제어기

Claims (16)

  1. 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 샤워헤드 유닛을 포함하고,
    상기 샤워헤드 유닛은,
    복수개의 제1 관통홀이 형성된 베이스 플레이트와;
    상기 제1 관통홀에 대응되는 제2 관통홀이 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 중심영역에 대응되는 영역에 제공되는 이너 플레이트와;
    상기 제1 관통홀에 대응되는 제3 관통홀이 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 가장자링 영역에 대응되고, 이너 플레이트를 감싸도록 제공되는 아우터 플레이트를 포함하고,
    상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상은 중심축을 중심으로 회전 가능하게 제공되는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이너 플레이트와 아우터 플레이트는 각각 회전가능하게 제공되는 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 이너 플레이트는 회전 중심에 상기 이너 플레이트를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터가 제공되는 기판 처리 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 아우터 플레이트는 외주에 상기 아우터 플레이트를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터가 제공되는 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트와, 상기 이너 플레이트와, 상기 아우터 플레이트는 상호간에 절연되는 기판 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 이너 플레이트와 상기 아우터 플레이트에 각각 DC전압을 인하는 DC전원을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 DC전원은,
    상기 이너 플레이트에 전압을 인가하는 제1 DC전원과;
    상기 아우터 플레이트에 전압을 인가하는 제2 DC전원을 포함하고,
    상기 제1 DC전원과 상기 제2 DC전원은 동일한 극성의 전압을 인가하는 기판 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서
    상기 제1 DC전원과 상기 제2 DC전원은 서로 상이한 크기의 전압을 인가하는 기판 처리 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 DC전원은,
    상기 이너 플레이트에 전압을 인가하는 제1 DC전원과;
    상기 아우터 플레이트에 전압을 인가하는 제2 DC전원을 포함하고,
    상기 제1 DC전원과 상기 제2 DC전원의 극성은 각각 상이하게 제공되는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 유닛은,
    상부 샤워헤드와;
    상기 상부 샤워헤드의 하부에 제공되는 하부 샤워헤드를 포함하고,
    상기 베이스 플레이트와, 상기 이너 플레이트와, 상기 아우터 플레이트는 상기 상부 샤워헤드에 제공되는 기판 처리 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 상부 샤워헤드 상부에 제공되는 상부 전극과,
    상기 상부 전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제11 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.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 상부 샤워헤드와 상기 하부 샤워헤드 사이에 제2 공간이 형성되고,
    상기 제1 공간 내의 제1 공정 가스는 상기 상부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 제2 공간으로 유입되고,
    상기 제2 공간에 플라즈마 생성을 위한 제2 공정 가스가 공급되며,
    상기 제2 공간 내의 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스는 상기 하부 샤워헤드에 형성된 관통홀을 통해 상기 처리 공간으로 유입되는 기판 처리 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛은, 하부 전극을 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 제1 항의 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상의 회전 각도를 조절하고,
    상기 회전 각도에 따라 상기 기판의 중앙영역 또는 가장자리 영역 중 어느 하나의 영역으로 공급되는 공정 유체의 양을 조절하는 기판 처리 방법.
  16. 제15 항의 기판 처리 방법에 있어서,
    기판 처리 장치는,
    상기 이너 플레이트에 전압을 인가하는 제1 DC전원과;
    상기 아우터 플레이트에 전압을 인가하는 제2 DC전원을 포함하고,
    상기 이너 플레이트 또는 상기 아우터 플레이트 중 어느 하나 이상의 회전 각도와 상기 제1 DC 전원과 상기 제2 DC전원 중 어느 하나 이상을 조절하여 기판의 중앙 영역과 가장자리 영역에 공급되는 라디칼 성분의 양을 조절하는 기판 처리 방법.
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KR20130122893A (ko) * 2012-05-01 2013-11-11 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 반도체 박막 형성 장치 및 방법
KR20150046173A (ko) * 2012-08-23 2015-04-29 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Uv 챔버들을 세정하기 위한 방법 및 하드웨어
KR20180118235A (ko) * 2010-08-04 2018-10-30 램 리써치 코포레이션 중성입자/이온 플럭스 제어를 위한 듀얼 플라즈마 볼륨 프로세싱 장치

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