KR20210136678A - 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간을 구비하는 챔버; 상기 챔버의 상기 반응공간에 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부의 방향으로 돌출된 복수의 돌출부를 포함하는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부면에 배치되고 복수의 개구부들을 포함하고 상기 상부 전극의 돌출부가 상기 복수의 개구부들에 각각 삽입되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극을 둘러싸는 제2 전극을 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Substrate Processing Apparatus}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 전극이 평행한 이중 전극을 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체용 대면적 축전 결합 플라즈마를 형성하기 위하여, 상부 전극과 기판 지지부인 하부 전극이 서로 이격되어 배치된다. 상기 하부 전극 상에는 기판이 배치된다. 상부 전극에 인가되는 RF 전력은 주로 높은 플라즈마 밀도를 형성하고, 상기 하부 전극에 인가되는 RF 전력은 이온의 에너지 분포를 조절한다.

한국 공개 특허 10-2020-0015683의 플라즈마 증착 장치는 가스 분사 모듈을 구비한다. 상부 프레임은 복수의 돌출부를 구비하고, 하부 프레임은 복수의 개구부를 구비한다. 상부 프레임의 돌출부는 상기 하부 프레임의 개구부에 삽입되고, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임은 절연 프레이트를 통하여 절연된다. 이 경우, 상기 하부 프레임에 RF 전력이 인가되면, 상기 개구부와 상기 돌출부 사이에 플라즈마가 형성된다.

플라즈마의 공간 밀도 분포 제어를 통해 기판의 가장자리부에서 증착 두께를 높이고 낮추는 기술이 요구된다. 따라서, 전극의 가장 자리에서 플라즈마 밀도를 제어하는 구조와 방법이 요구된다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 내측 전극 및 외측 전극을 가지는 이중 전극을 사용하여 플라즈마 균일도를 제어하고 높은 플라즈마 밀도를 유지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 전극이 평행한 이중 전극을 사용하여 플라즈마 균일도를 제어하고, 플라즈마 방전 공간과 공정 가스 주입 공간 분리하여 높은 플라즈마 밀도를 유지하면서 공정 가스를 효율적으로 활용하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간을 구비하는 챔버; 상기 챔버의 상기 반응공간에 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 지지부의 방향으로 돌출된 복수의 돌출부를 포함하는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부면에서 이격되어 배치되고 복수의 개구부들을 포함하고 상기 상부 전극의 돌출부가 상기 복수의 개구부들에 각각 삽입되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극을 둘러싸는 제2 전극을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은 접지되고, 상기 상부 전극의 돌출부와 상기 제1 전극의 개구부 사이에 제1 플라즈마가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극과 상기 기판 지지부 사이에 제2 플라즈마가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 절열부재를 더 포함할 수 있다. 상기 절열부재는 링 형상의 홈을 구비하고, 상기 제2 전극은 상기 절연부재의 링 형상의 홈에 삽입되어 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극의 돌출되지 않는 영역과 상기 제1 전극 사이의 공간은 빈 공간이고, 상기 제1 플라즈마는 상기 상부 전극의 돌출되지 않는 영역과 상기 제1 전극 사이의 공간에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 돌출부들을 각각 관통하는 제1 가스 분사홀들을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 제1 가스 분사홀들에 연통되는 제1 가스 버퍼 공간을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극의 돌출되지 않는 영역과 상기 제1 전극 사이의 공간에 제1 가스를 분사하는 복수의 제2 가스 분사홀들을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 가스 분사홀들은 상기 제1 전극을 마주볼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극 내에서 상기 상부 전극의 배치 평면을 따라 서로 나란히 연장되거나 서로 교차하는 복수의 제2 가스 분배 홀들을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전력을 공급하는 제1 RF 전원; 및 상기 제1 RF 전원의 출력을 상기 제1 전극에 공급되는 제1 전력과 상기 제2 전극에 공급되는 제2 전력으로 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고, 상기 전력 분배부는 적어도 하나의 가변 리액티브 소자를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는 상기 제2 전극과 직렬 연결된 가변 축전기를 포함하고, 상기 제1 전극은 직렬 연결된 상기 제2 전극과 상기 가변 축전기에 대하여 병렬 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지부에 RF 전력을 공급하는 제2 RF 전원을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지부의 외경은 상기 제1 전극의 외경과 동일하거나 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 전극이 평행한 이중 전극 구조를 사용하여 반경 방향의 플라즈마 균일도를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 메인 방전 영역과 공정 가스 주입 영역을 공간적으로 분리하여 공정 특성을 개선할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 이온 에너지 조절과 플라즈마 밀도 조절을 독립적으로 수행하여 기판 처리 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 제1 전극과 제2 전극을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 상부 전극을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 기판 처리 장치의 제1 전극, 제2 전극, 상부 전극을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 1의 기판 처리 장치의 돌출부를 확대한 도면이다.

축전 결합 플라즈마는 RF 전력을 공급받는 파워 전극과 접지 전극 사이에서 파워 전극의 표면에 플라즈마 쉬스를 형성하여 플라즈마 방전을 수행한다. 따라서, 파워 전극과 접지 전극의 형상 및 구조는 플라즈마 특성에 영향을 미친다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 중심 부위에 배치된 제1 전극에 인가되는 RF 전력과 상기 제1 전극을 감싸는 링 형상의 제2 전극에 인가되는 RF 전력의 비를 조절하여 반경 방향의 플라즈마 밀도 분포를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극과 상부 전극은 서로 이격되어 배치되고, 상기 상부 전극은 접지되고 상기 제1 전극은 RF 전력을 공급받는다. 상기 제1 전극의 복수의 개구부들을 구비한다. 또한, 상기 상부 전극은 그 하부면에 복수의 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부들은 상기 제1 전극의 상기 개구부들에 각각 삽입되어 정렬된다. 상기 제1 전극에 RF 전력이 인가되면, 상기 상부 전극과 상기 제1 전극 사이에 강한 전기장이 형성되어 축전 결합 플라즈마가 형성된다. 상기 축전 결합 플라즈마는 상기 제1 전극의 개구부들을 통하여 상기 제1 전극의 하부로 확산될 수 있다. 이러한 전극 구조는 기판이 배치된 반응 공간에 원격 플라즈마 특성을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 전극은 위치에 따라 다른 가스를 분사할 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부를 관통하여 제1 가스를 기판에 분사하고, 제2 가스는 상기 상부 전극과 상기 제1 전극 사이에 분사한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 공정 가스인 제1 가스와 플라즈마 방전 용이 가스인 제2 가스를 공간적으로 분리하여 주입한다. 제2 가스는 상기 상부 전극과 상기 제1 전극 사이의 국부적 공간에서 높은 플라즈마 밀도의 제1 플라즈마를 생성한다. 제1 가스는 접지된 상부 전극의 돌출부를 통하여 분사되고, 제1 가스의 직접 방전은 억제된다. 상기 제1 가스의 이온화가 억제된 경우, 상기 제1 가스는 확산된 제1 플라즈마와 접촉하여 해리 과정을 통하여 해리된다. 즉, 상기 제1 가스가 직접 이온화되지 않고 주로 제1 플라즈마에 의하여 해리된 경우는 상기 제1 가스가 직접 이온화된 경우와 다른 공정 특성을 보인다. 즉, 본 발명의 기판 처리 장치는 공정 챔버의 외부에서 제2 가스를 방전하여 상기 공정 챔버에 주입하는 원격 플라즈마 특성을 보인다.

상기 제1 전극의 상부면과 상기 상부 전극의 하부면 사이에 빈 공간이 제공된다. 상기 제1 전극의 상부면과 상기 상부 전극의 하부면 사이를 채운 절연체를 제거한 경우, 상기 절연체가 있는 경우에 비하여, 제1 플라즈마 발생 영역이 증가될 수 있다. 즉, 제1 플라즈마가 접촉하는 제1 전극의 면적과 제1 플라즈마가 접촉하는 접지된 상부 전극의 면적의 비는 상기 제1 전극의 쉬스(sheath)에 인가되는 전압 강하에 의존한다. 따라서, 상기 제1 플라즈마와 접촉하는 상기 상부 전극의 면적을 증가시키며, 제1 플라즈마 발생 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 플라즈마는 방전이 용이한 제2 가스만으로 방전되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 가스는 상기 제1 플라즈마 방전에 영향을 거의 미치지 않는다. 다만, 상기 제1 플라즈마는 상기 제1 전극의 하부로 확산하여 상기 제1 가스와 접촉하여 상기 제1 가스를 해리시키어 기판의 표면 반응에 참여하는 활성종을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 가스는 제2 가스 분사홀들을 통하여 상기 제1 전극 상에 분사한다. 상기 제2 가스는 상기 제1 전극에 의하여 바로 기판 방향으로 분사되지 못하고 상기 제1 전극과 상부 전극의 사이의 공간에서 확산한다. 이에 따라, 기판은 상기 제2 가스의 분사 패턴을 보지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 제2 가스의 분사 패턴이 기판에 투명되는 효과를 억제하면서 돌출부와 개구부 사이의 갭 공간에서 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 제2 가스 및 제1 플라즈마는 상기 개구부들을 통하여 토출되어, 상기 제1 가스는 유체 흐름에 의하여 상기 개구부들로 유입되지 않을 수 있다. 상기 개구부들을 통하여 토출되는 제1 플라즈마는 신선한 제2 가스만으로 방전되어 기판과 상기 제1 전극 사이의 반응 공간에 존재하는 해리된 가스들의 농도 분포에 영향을 받지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극의 하부면으로 확산된 제1 플라즈마는 반경 방향으로 확산되어 손실될 수 있다. 따라서, 상기 기판의 중심 상에서 플라즈마 밀도는 높고, 상기 기판의 가장 자리에서 플라즈마 밀도는 감소할 수 있다. 상기 기판의 가장 자리에서 플라즈마 밀도 감소를 보상하기 위하여, 제2 전극에 RF 전력이 인가되어 제2 플라즈마를 형성할 수 있다.

제1 RF 전원은 전력 분배회로를 통하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 에 공급되는 RF 전력의 비를 조절하여, 플라즈마 공정 중 기판 지지부 상의 플라즈마 밀도 공간 분포를 자유로이 조절할 수 있다. 이에 따라 공정 균일성을 개선하여 불량률을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 접지된 상부 전극과 제1 전극 사이에 플라즈마를 형성하여 기생 캐페시터에 의한 전력 손실을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 지지부에 제2 RF 전원이 연결될 수 있다. 상기 제2 RF 전원의 전력은 기판 상에 축전 결합 플라즈마를 추가적으로 생성하나 주로 기판에 입사하는 에너지를 주로 조절할 수 있다. 상기 기판에 입사하는 이온의 에너지를 증가시키기 위하여, 13. 56 MHz 이하의 주파수가 사용될 수 있다.

식각 공정의 경우, 상기 기판에 입사하는 이온 에너지는 상기 제2 RF 전원의 전력에 의하여 조절되고, 기판에 입사하는 이온의 밀도는 상기 제1 RF 전원의 전력에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 상기 기판에 입사하는 식각 활성종(예를 들어, F)의 밀도는 상기 제1 플라즈마의 특성에 의하여 조절될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 실험 조건, 물질 종류 등에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되지는 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 단면도이다.

도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 제1 전극과 제2 전극을 나타내는 사시도이다.

도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 상부 전극을 나타내는 사시도이다.

도 4는 도 1의 기판 처리 장치의 제1 전극, 제2 전극, 상부 전극을 나타내는 평면도이다.

도 5는 도 1의 기판 처리 장치의 돌출부를 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는, 반응 공간(101)을 구비하는 챔버(102); 상기 챔버(102)의 상기 반응공간(101)에 배치되고 기판(142)을 지지하는 기판 지지부(140); 상기 기판 지지부(140)의 방향으로 돌출된 복수의 돌출부들(114)를 포함하는 상부 전극(114); 상기 상부 전극(114)의 하부면에 배치되고 복수의 개구부들(122)을 포함하고 상기 상부 전극의 상기 돌출부들(114)이 상기 개구부들(122)에 각각 삽입되는 제1 전극(120); 및 상기 제1 전극(120)을 둘러싸는 제2 전극(130)을 포함한다.

상기 챔버(102)는 금속 또는 금속 합금이고, 원통형이고 접지될 수 있다. 상기 반응 공간(101)은 원통형 공간일 수 있다.

상기 기판 지지부(140)는 상기 반응 공간에 배치될 수 있다. 기판 지지부(140)는 기판을 장착하고 소정의 온도로 가열할 수 있는 가열부를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지부(140)은 기판을 장착하는 정전척을 포함할 수 있다. 상기 기판 지지부(140)는 선택적으로 제2 RF 전력을 공급받아 플라즈마를 형성하고 DC 바이어스를 형성할 수 있다. 상기 기판 지지부(140)는 상기 상부 전극와 서로 마주볼 수 있다.

상기 상부 전극(110)은 상판(110a)과 하판(110b)을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극(110)은 상기 챔버(102)의 뚜껑일 수 있다. 상기 상판(110a)의 하부면은 함몰되어 제1 가스 버퍼 공간(114)을 형성할 수 있다. 상기 제1 가스 버퍼 공간(114)은 상기 제1 전극(120)이 배치되는 영역에 대응하도록 형성될 수 있다. 상기 제1 가스 버퍼 공간(114)은 상기 돌출부(114)를 관통하는 제1 가스 분사홀들(115)과 연통될 수 있다. 제1 가스는 제1 가스 공급관을 통하여 상기 제1 가스 버퍼 공간(114)으로 공급되어, 제1 가스 분사홀들(115)을 통하여 공간적으로 분배될 수 있다. 상기 제1 가스 분사홀들(115)은 상기 하판(110b) 및 상기 돌출부(114)를 관통할 수 있다.

상기 돌출부들(114)은 매트릭스 형태로 배열되거나, 공정 균일도 및 공정 특성을 확보하기 위하여 소정의 패턴으로 배열될 수 있다.

상기 하판(110b)은 제2 가스 분사홀들(113)을 포함할 수 있다. 상기 하판(110b)은 그 하부면에 돌출부가 형성된 영역과 돌출부가 형성되지 않은 영역을 포함할 수 있다. 상기 제2 가스 분사홀들(113)은 상기 돌출부(114)가 형성되지 않은 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 가스 분사홀들(113)은 상기 제1 전극(120)을 마주볼 수 있다. 상기 제2 가스 분사홀들(113)은 제2 가스를 상기 제1 전극(120)에 분사하여, 제2 가스는 상기 제1 전극과 상기 하판 사이에서 공간적으로 확산할 수 있다. 이에 따라, 제2 가스는 상기 제1 전극(120)의 개구부(122)과 상기 돌출부(114) 사이의 공간으로 균일하게 분사될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판은 상기 제2 가스의 분사 패턴을 투영하지 않을 수 있다.

복수의 제2 가스 분배 홀들(112)은 상기 상부 전극(110) 내에서 상기 상부 전극의 배치 평면을 따라 서로 나란히 연장되거나 서로 교차할 수 있다. 제2 가스 분배홀들(112)은 상기 하판(110b)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 제2 가스 분배홀들(112)은 상기 하판의 하부면에 제2 가스를 분사하는 복수의 제2 가스 분사홀들(113)에 연통될 수 있다. 상기 돌출부들(114)이 상기 상부 전극의 배치 평면( xy 평면)에서 x축 및 y축을 방향을 따라 매트릭스 형태로 배열된 경우, 상기 제2 가스 분사홀들(113)은 이웃한 돌출부 사이에 배치되고, x축 및 y축 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 제2 가스 분배홀들(112)은 x축 방향 또는 y축 방향으로 배열된 제2 가스 분사홀들(113)을 서로 연결할 수 있다. 상기 제2 가스 분배홀들(112)은 상기 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 라인(119)에 연결될 수 있다. 상기 제2 가스 공급 라인(119)은 상기 상부 전극(110)의 가장 자리에서 상기 상판(110a) 및 하판(110b)을 수직으로 관통하여 상기 제2 가스 분배홀들(112)에 연결될 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제2 가스 공급 라인(119)은 상기 제2 가스 분배홀들(112)의 연장 방향으로 연장되어 상기 하판의 외주면에서 연결될 수 있다.

상기 상부 전극(110)은 접지되고, 상기 상부 전극의 돌출부(114)와 상기 제1 전극(120)의 개구부(122) 사이의 공간에 제1 플라즈마(20)가 형성될 수 있다. 상기 제1 플라즈마(20)는 상기 상부 전극의 하부면(118)과 상기 제1 전극(120) 사이의 빈 공간에서도 형성될 수 있다.

상기 상부 전극(110)이 접지되고 상기 제1 전극(120)에 제1 RF 전원(150)의 전력이 인가되면, 상기 상부 전극(110)과 상기 제1 전극(120) 사이의 공간은 상기 돌출부와 상기 제1 전극의 개구부 측면이 마주보는 제1 갭 공간과 상기 하부 전극의 하부면과 상기 제1 전극의 상부면이 마주보는 제2 갭 공간을 포함한다. 상기 제1 갭 공간에서 전극 간격은 D1이고, 제2 갭 공간에서 전극 간격은 D2이다.

D1이 플라즈마 방전을 위한 충분한 거리를 확보하지 못한 경우, 즉, 상기 제1 갭 공간에서 전극 간격(D1)이 플라즈마 쉬스 두께보다 작은 경우, 제1 플라즈마 방전은 주로 제2 갭 공간에서 발생한다.

한편, D1 및 D2가 플라즈마 방전을 위한 충분한 거리를 확보한 경우, 제1 플라즈마(20)는 제1 갭 공간 및 제2 갭 공간에 모두 발생할 수 있다. 상기 제1 플라즈마(20)는 수 토르 이하의 압력에서 상기 제1 갭 공간에서 확산하여 상기 제1 전극(120)의 하부로 유출될 수 있다. D2 > D1 인 경우, 제1 플라즈마(20)는 제1 갭 공간에 집중될 수 있다. 상기 제1 갭 공간은 링 형태일 수 있다. 한편, D2 < D1 인 경우, 제1 플라즈마(20)는 제2 갭 공간에 집중될 수 있다. 상기 제1 플라즈마(20)는 상기 기판(142)과 이격되어 원격(remote) 플라즈마 특성을 가질 수 있다.

식각 공정의 경우, 상기 원격 플라즈마는 수 토르 이하의 압력에서 이온 소스로 동작할 수 있다. 증착 공정의 경우, 상기 원격 플라즈마는 수백 밀리토르 이상의 압력에서 활성종 소스로 동작할 수 있다.

상기 제1 전극(120)은 원판 형상이고, 복수의 개구부들을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극의 돌출부들은 상기 개구부들에 각각 삽입되어 정렬될 수 있다. 상기 제1 전극은 제1 RF 전원과 적어도 하나의 제1 전력 공급라인(155a)을 통하여 연결될 수 있다. 상기 제1 전력 공급 라인(155a)는 동축 케이블 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 전력 공급 라인(155a)은 상기 상부 전극(110)을 수직으로 관통할 수 있다. 상기 제1 전극(120)의 하부면은 상기 돌출부(114)의 하부면과 실질적으로 동일한 면일 수 있다. 상기 기판 지지부(140)의 외경은 상기 제1 전극(120)의 외경과 실질적으로 동일하거나 클 수 있다.

제2 전극(130)은 상기 제1 전극(120)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(120)은 복수의 개구부를 포함한 원판 형상일 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 상기 제1 전극(120)과 동축으로 배치된 원형 와셔 형상일 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 가스를 분사하는 가스 분사홀을 포함하지 않을 수 있다. 상기 제1 전극(120)의 하부면과 상기 제2 전극(130)의 하부면은 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(130)의 내경 및 외경은 상기 기판 지지부(140)의 외경보다 클 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 상기 기판 지지부(140)의 가장 자리 부위에서 플라즈마 밀도 공간 분포를 제어할 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 그 하부면에 제2 플라즈마(30)를 형성할 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 제1 RF 전원과 적어도 하나의 제2 전력 공급라인(155b)을 통하여 연결될 수 있다. 상기 제2 전력 공급 라인(155b)는 동축 케이블 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 전력 공급 라인(155b)은 절연 부재(124) 및 상기 상부 전극(110)을 수직으로 관통할 수 있다.

통상적으로, 반도체 플라즈마 장비에서, 공정 균일도를 확보하기 위하여 기판 지지부(140)의 주위에 포커스 링이 사용된다. 그러나, 상기 포커스 링은 기판의 가장 자리에 배치되어 플라즈마 특성을 변경한다. 그러나, 상기 포커스 링은 플라즈마 특성을 제어할 수 없다.

본 발명에서, 상기 제2 전극(130)은 기판(142)의 가장 자리 상에 배치되어 플라즈마 특성을 제어한다. 상기 제2 전극(130)에 인가되는 RF 전력은 공정 균일도 및 공정 특성을 조절할 수 있도록 변경될 수 있다. 상기 제2 전극(130)의 하부면은 상기 제1 전극(120)의 하부면과 실질적으로 동일한 면일 수 있다.

상기 절연 부재(124)는 상기 제1 전극(120)과 상기 제2 전극(130) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연 부재(124)는 원형 와셔 형상일 수 있다. 상기 절열부재(124)는 상기 하판(110b)에 결합하여 고정될 수 있다. 상기 절연 부재(124)는 상기 제1 전극(120)을 정렬하기 위한 링 형태의 턱을 포함할 수 있다.

상기 절연 부재(124)는 상기 제2 전극(130)의 하부면을 제외하고 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 절연 부재(124)는 그 하부면에 링 형상의 홈을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 상기 절연 부재(124)의 홈에 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 절연 부재(124)는 상기 제2 전극(130)의 내측면, 외측면, 및 상부면을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 절연 부재(124)의 외주면은 상기 챔버(102)의 측벽에 형성된 턱에 결합할 수 있다.

제1 RF 전원(150)은 제1 임피던스 매칭 네트 워크(152) 및 전력 분배부(154)를 통하여 상기 제1 전극(120)과 상기 제2 전극(130)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 제1 RF 전원의 주파수는 상기 기판 지지부(140)에 연결된 제2 RF 전원(160)의 주파수와 서로 다를 수 있다. 제1 전력 공급라인(155a)은 상기 상부 전극(110)을 관통하여 상기 제1 전극(120)의 가장 자리에 적어도 한 지점에 연결될 수 있다. 제 전력 공급라인(155b)은 상기 상부 전극(110)을 관통하여 상기 제2 전극(130)에 적어도 한 지점에 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전력 공급라인(155a, 155b)은 동축 케이블 구조일 수 있다.

전력 분배부(154)는 상기 제1 RF 전원(150)의 RF 출력을 상기 제1 전극(120)에 공급되는 제1 전력과 상기 제2 전극(130)에 공급되는 제2 전력으로 분배할 수 있다. 상기 전력 분배부(154)는 적어도 하나의 가변 리액티브 소자를 포함할 수 있다. 상기 가변 리액티브 소자의 리액턴스는 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(130)으로 분배되는 전력비를 조절할 수 있다. 상기 제1 RF 전원(150)의 주파수는 상기 제2 RF 전원(160)의 주파수와 서로 다를 수 있다.

상기 전력 분배부(154)는 상기 제2 전극(130)과 직렬 연결된 가변 축전기(154a)를 포함하고, 상기 제1 전극(130)은 서로 직렬 연결된 상기 제2 전극(130)과 상기 가변 축전기(154a)에 대하여 병렬 연결될 수 있다.

제2 RF 전원(160)은 제2 임피던스 매칭 네트워크(162) 및 블록킹 축전기(163)를 통하여 상기 기판 지지부(140)에 제2 RF 전력을 공급할 수 있다. 상기 제2 RF 전원(160)은 식각 공정을 진행하는 경우 사용되고, 증착 공정을 진행하는 경우에는 제거될 수 있다.

예를 들어, 상기 기판 처리 장치가 식각 공정을 진행하는 경우, 상기 제2 가스는 아르곤 가스, 헬륨 가스, 또는 질소 가스일 수 있다. 제2 가스는 플라즈마 방전에 용이한 가스를 포함할 수 있다. 상기 제1 가스는 불소 함유 가스 또는 염소 함유 가스, 또는 산소 함유 가스일 수 있다. 상기 제2 가스는 플라즈마 방전에 용이한 가스이며, 상기 제1 가스는 플라즈마 방전에 용이하지 않은 가스로 공정 가스일 수 있다. 즉, 제2 가스는 동일한 RF 전력으로 높은 플라즈마 밀도를 달성할 수 있다. 따라서, 제1 가스와 제2 가스를 상기 제2 가스 분사홀(113)에 동시에 제공한 경우보다, 제1 가스는 제1 가스 분사 홀(115)로 공급하고, 제2 가스는 제2 가스 분사홀(113)로 공급한 경우, 더 높은 플라즈마 밀도가 형성될 수 있다. 제1 플라즈마(20)는 상기 기판 지지부(140)에 인가되는 제2 RF 전력에 의하여 추가적으로 방전하며, 이온은 높은 이온 에너지를 가지고 기판에 입사할 수 있다.

따라서, 제2 가스 및 제1 RF 전력은 갭 공간에 높은 플라즈마 밀도를 형성할 수 있다. 상기 기판 지지부(140)에 인가되는 제2 RF 전력은 상기 기판(142)에 입사하는 이온 에너지를 조절할 수 있다. 상기 제1 플라즈마는 상기 제1 가스를 해리하여 식각 활성종을 형성할 수 있다. 불소 원자 또는 염소 원자와 같은 식각 활성종 형성은 제1 플라즈마에 의하여 주로 수행되고, 이온 에너지 조절은 제2 RF 전력에 수행될 수 있다. 즉, 플라즈마 밀도 및 활성종 제어는 이온 에너지 제어와 서로 분리되어 독립적으로 조절될 수 있다. 이에 따라, 식각률 및 식각 선택비가 제어될 수 있다. 또한, 제2 전극(130)에 의한 제2 플라즈마(30)는 기판 지지부(140)의 가장 자리에서 플라즈마 공간 분포를 제어할 수 있다. 따라서, 플라즈마 공간 균일도를 제어하면서, 동시에 식각률 및 식각 선택비가 독립적으로 제어될 수 있다.

예를 들어, 상기 기판 처리 장치가 증착 공정을 진행하는 경우, 상기 제2 가스는 산소 가스 또는 질소 가스 일 수 있다. 상기 제2 가스는 아르곤 가스, 헬륨가스와 같은 비활성 가스를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 가스는 플라즈마 방전에 용이한 가스를 포함할 수 있다. 상기 제1 가스는 실리콘 함유 가스 또는 증착 물질 함유 가스일 수 있다. 상기 제2 가스는 플라즈마 방전에 용이하며, 상기 제1 가스는 플라즈마 방전에 용이하지 않은 가스일 수 있다. 즉, 제2 가스는 동일한 RF 전력으로 높은 플라즈마 밀도를 달성할 수 있다. 따라서, 제1 가스와 제2 가스를 상기 제2 가스 분사홀(113)에 동시에 제공한 경우보다, 제1 가스는 제1 가스 분사 홀(115)로 공급하고, 제2 가스는 제2 가스 분사홀(113)로 공급한 경우, 더 높은 플라즈마가 형성될 수 있다. 증착 공정시 압력이 수백 밀리토르 이상으로 높아, 제1 플라즈마(20)는 확산이 억제되어 제1 및 제2 갭 공간에 한정될 수 있다. 이에 따라, 제1 플라즈마(20)는 기판에 입사되지 않을 수 있다. 제1 가스는 제1 및 제2 갭 공간에 유입되는 것을 억제하여 상기 제1 플라즈마와 접촉이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 갭 공간에 이상 박막의 증착이 억제될 수 있다. 또한, 기판에 플라즈마 입사가 억제되어 박막 손상이 억제될 수 있다. 상기 기판 지지부는 접지되거나 플로팅되어 높은 이온 에너지의 입사를 억제할 수 있다. 상기 제2 전극(130)은 기판의 가장 자리에서 제2 플라즈마(30)를 형성하고 공간 균일도를 제어할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

100: 기판 처리 장치
101: 반응 공간
102: 챔버
110: 상부 전극
120: 제1 전극
130: 제2 전극

Claims (13)

1. 반응 공간을 구비하는 챔버;
   상기 챔버의 상기 반응공간에 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지부;
   상기 기판 지지부의 방향으로 돌출된 복수의 돌출부를 포함하는 상부 전극;
   상기 상부 전극의 하부면에서 이격되어 배치되고 복수의 개구부들을 포함하고 상기 상부 전극의 돌출부가 상기 복수의 개구부들에 각각 삽입되는 제1 전극; 및
   상기 제1 전극을 둘러싸는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 상부 전극은 접지되고,
   상기 상부 전극의 돌출부와 상기 제1 전극의 개구부 사이에 제1 플라즈마가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 전극과 상기 기판 지지부 사이에 제2 플라즈마가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 절열부재를 더 포함하고,
   상기 절열부재는 링 형상의 홈을 구비하고,
   상기 제2 전극은 상기 절연부재의 링 형상의 홈에 삽입되어 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 상부 전극의 돌출되지 않는 영역과 상기 제1 전극 사이의 공간은 빈 공간이고,
   상기 제1 플라즈마는 상기 상부 전극의 돌출되지 않는 영역과 상기 제1 전극 사이의 공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 상부 전극은 상기 돌출부들을 각각 관통하는 제1 가스 분사홀들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 상부 전극은 상기 제1 가스 분사홀들에 연통되는 제1 가스 버퍼 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
8. 제2 항에 있어서,
   상기 상부 전극의 돌출되지 않는 영역과 상기 제1 전극 사이의 공간에 제1 가스를 분사하는 복수의 제2 가스 분사홀들을 더 포함하고,
   상기 제2 가스 분사홀들은 상기 제1 전극을 마주보는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 상부 전극 내에서 상기 상부 전극의 배치 평면을 따라 서로 나란히 연장되거나 서로 교차하는 복수의 제2 가스 분배 홀들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전력을 공급하는 제1 RF 전원; 및
    상기 제1 RF 전원의 출력을 상기 제1 전극에 공급되는 제1 전력과 상기 제2 전극에 공급되는 제2 전력으로 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고,
    상기 전력 분배부는 적어도 하나의 가변 리액티브 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 전력 분배부는 상기 제2 전극과 직렬 연결된 가변 축전기를 포함하고,
    상기 제1 전극은 직렬 연결된 상기 제2 전극과 상기 가변 축전기에 대하여 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부에 RF 전력을 공급하는 제2 RF 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부의 외경은 상기 제1 전극의 외경과 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
    

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