KR20220014384A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20220014384A
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손덕현
김병규
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 지지 유닛이 포함하는 링 부재의 하면으로 에어를 분사하여 상기 링 부재를 승강시키는 승강 유닛을 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 이온이나 라디칼, 그리고 전자 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 기판 상의 박막을 제거하는 식각 공정을 포함한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 및 라디칼 입자들이 기판 상의 막과 충돌 또는 반응함으로써 수행된다.
플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 기판 프로세싱 시스템의 기판 지지부는 에지 링(예컨대, 포커스 링)을 포함하고, 기판을 처리하는 과정에서 에칭 균일성을 제어하기 위해 에지 링 높이를 조정한다. 한국 공개특허 2018-0020876에는 상술한 에지 링의 높이를 조정하는 기판 프로세싱 시스템의 일 예가 개시된다. 위 특허에 의하면, 핀들은 에지 링을 밀어 올려 에지 링을 상승 및 하강시키되, 핀들은 기판 지지부의 외측 부분에 형성된 핀 홀들을 관통하여 이동된다. 그러나 위 특허와 같은 구조를 사용시 핀들을 구동시키는 구동부의 구성이 어려워 진다. 또한, 위 특허와 같은 구조를 사용시 에칭을 수행하면서 발생되는 플라즈마가 핀 홀로 유입되고, 핀 홀에 유입된 플라즈마는 아킹(Arcing)을 유발시킨다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 링 부재를 승강시키기 위해 사용되는 리프트 핀들이 삽입되는 핀 홀에 플라즈마가 유입되어 아킹(Arcing)이 유발되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 링 부재의 상승 높이 및/또는 플로팅(Floating)된 링 부재의 기울기를 제어할 수 있는 인자를 제공하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판으로 입사되는 플라즈마의 입사각을 조절할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재들로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 지지 유닛이 포함하는 링 부재의 하면으로 에어를 분사하여 상기 링 부재를 승강시키는 승강 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 승강 유닛은, 상기 링 부재의 아래에 배치되며, 상기 에어를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사 홀이 형성된 바디를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 바디는, 상부에서 바라볼 때 링 형상을 가지고, 상기 분사 홀은, 링 형상의 상기 바디의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 복수 개로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 승강 유닛은, 상기 분사 홀에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하는 유량 조절 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 유량 조절 부재는, 제1유량 조절 부재, 그리고 제2유량 조절 부재를 포함하고, 상기 제1유량 조절 부재는, 상기 분사 홀들 중 제1그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하고, 상기 제2유량 조절 부재는, 상기 분사 홀들 중 상기 제1그룹과 상이한 그룹인 제2그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 승강 유닛은, 상기 바디와 상기 링 부재의 간격을 측정하는 적어도 하나 이상의 간격 측정 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 장치는, 상기 승강 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하고, 상기 에어에 의해 플로팅 된 상기 링 부재의 수평 및/또는 기울기를 조절할 수 있도록 상기 간격 측정 부재가 측정하는 측정 값에 근거하여 상기 제1그룹에 속하는 분사 홀과 상기 제2그룹에 속하는 분사 홀에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 변경하도록 상기 유량 조절 부재를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판을 처리하는 방법은, 플라즈마를 상기 기판으로 전달하여 상기 기판을 처리하되, 상부에서 바라볼 때, 상기 기판을 둘러싸는 링 부재의 하면으로 에어를 분사하여 상기 링 부재의 높이를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 에어를 분사하며, 상기 링 부재의 아래에 배치된 바디에 형성된 분사 홀들은, 상기 분사 홀들 중 어느 일부를 포함하는 제1그룹, 그리고 상기 분사 홀 들 중 다른 일부를 포함하는 제2그룹으로 구분되고, 상기 제1그룹 및/또는 상기 제2그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 에어에 의해 상기 링 부재가 플로팅되면, 상기 링 부재가 상기 바디로부터 이격된 간격을 측정하고, 측정된 상기 간격을 근거로 상기 제1그룹 및/또는 상기 제2그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하여 상기 에어에 의해 플로팅 된 상기 링 부재의 수평 및/또는 기울기를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 간격의 측정은, 레이저 거리 측정기를 이용할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 에어는, 비활성 가스일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 링 부재를 승강시키기 위해 사용되는 리프트 핀들이 삽입되는 핀 홀에 플라즈마가 유입되어 아킹(Arcing)이 유발되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 링 부재의 상승 높이 및/또는 플로팅(Floating)된 링 부재의 기울기를 제어할 수 있는 인자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판으로 입사되는 플라즈마의 입사각을 조절할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면들으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 지지 유닛, 승강 유닛, 라이너 유닛, 그리고 제어기를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 바디를 상부에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2의 유량 조절 부재를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 승강 유닛이 링 부재를 승강시키는 모습을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 챔버 내에 플라즈마를 공급하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 이하, 도 2을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 샤워 헤드 유닛(300), 가스 공급 유닛(400), 플라즈마 소스, 라이너 유닛(500), 배플 유닛(600), 승강 유닛(700), 그리고 제어기(800)를 포함한다.
챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공한다. 챔버(100)는 내부의 처리 공간을 가진다. 챔버(100)는 밀폐된 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 일 예로 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 배기 라인(151)은 펌프(미도시)와 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버(100)의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압된다.
챔버(100)의 벽에는 히터(미도시)가 제공된다. 히터는 챔버(100)의 벽을 가열한다. 히터는 가열 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터는 가열 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 히터에서 발생된 열은 내부 공간으로 전달된다. 히터에서 발생된 열에 의해서 처리공간은 소정 온도로 유지된다. 히터는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터는 챔버(100)의 벽에 하나 또는 복수 개 제공될 수 있다.
챔버(100)의 내부에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함한다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 지지 유닛(200)이 정전 척인 경우에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 지지 플레이트(210), 전극 플레이트(220), 히터(230), 하부 플레이트(240), 플레이트(250), 하부판(260), 그리고 링 부재(270)를 포함한다.
지지 플레이트(210)에는 기판(W)이 놓인다. 지지 플레이트(210)는 원판 형상으로 제공된다. 지지 플레이트(210)는 유전 재질(dielectric material)로 제공될 수 있다.
지지 플레이트(210)의 상면은 기판(W)과 동일한 반경을 가질 수 있다. 또한, 지지 플레이트(210)의 상면은 기판(W)보다 큰 반경을 가질 수 있다. 기판(W)이 지지 플레이트(210)의 상에 놓일 때, 기판(W)의 가장자리 영역은 지지 플레이트(210)의 외측으로 돌출되지 않을 수 있다. 또한, 지지 플레이트(210)의 가장자리 영역은 단차진다. 단차진 지지 플레이트(210)의 가장자리 영역에는 절연체(214)가 배치된다. 절연체(214)는 상부에서 바라볼 때 링 형상을 가질 수 있다.
지지 플레이트(210)는 외부의 전원을 공급받아 기판(W)에 정전기력을 작용한다. 지지 플레이트(210)에는 정전 전극(211)이 제공된다. 정전 전극(211)은 모노폴라 타입이나 바이폴라 타입으로 제공될 수 있다. 정전 전극(211)은 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결된다. 흡착 전원(213)은 직류 전원을 포함한다. 정전 전극(211)과 흡착 전원(213) 사이에는 스위치(212)가 설치된다. 정전 전극(211)은 스위치(212)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(212)가 온(ON)되면, 정전 전극(211)에는 직류 전류가 인가된다. 정전 전극(211)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(211)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용한다. 기판(W)은 정전기력에 의해 지지 플레이트(210)에 흡착된다.
지지 플레이트(210)의 내부에는 히터(230)가 제공된다. 히터(230)는 가열 전원(233)과 전기적으로 연결된다. 히터(230)는 가열 전원(233)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 지지 플레이트(210)를 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(230)는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터(230)는 지지 플레이트(210)의 영역에 하나 또는 복수 개 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)는 지지 플레이트(210)의 아래에 제공된다. 전극 플레이트(220)의 상부면은 지지 플레이트(210)의 하부면과 접촉한다. 전극 플레이트(220)는 원판형상으로 제공된다. 전극 플레이트(220)는 도전성 재질로 제공된다. 일 예로 전극 플레이트(220)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)의 상부 중심 영역은 지지 플레이트(210)의 저면과 상응하는 면적을 가진다.
전극 플레이트(220)의 내부에는 상부 유로(221)가 제공된다. 상부 유로(221)는 주로 지지 플레이트(210)를 냉각한다. 상부 유로(221)에는 냉각 유체가 공급된다. 일 예로 냉각 유체는 냉각수 또는 냉각 가스로 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)는 금속판으로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)는 하부 전원(227)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 전원(227)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. RF전원은 하이 바이어스 파워 알에프(High Bias Power RF) 전원으로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)는 하부 전원(227)으로부터 고주파 전력을 인가받는다. 이와 달리 전극 플레이트(220)는 접지되어 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)의 하부에는 플레이트(250)가 제공된다. 플레이트(250)는 원형의 판형상으로 제공될 수 있다. 플레이트(250)는 전극 플레이트(220)와 상응하는 면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(250)는 절연판으로 제공될 수 있다. 일 예로 플레이트(250)는 유전체로 제공될 수 있다.
하부 플레이트(240)는 전극 플레이트(220)의 하부에 제공된다. 하부 플레이트(240)는 하부판(260)의 하부에 제공된다. 하부 플레이트(240)는 링 형상으로 제공된다.
하부판(260)은 플레이트(250)의 하부에 위치한다. 하부판(260)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하부판(260)은 상부에서 바라 볼 때, 원형으로 제공된다. 하부판(260)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 지지 플레이트(210)로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
링 부재(270)는 지지 유닛(200)의 가장 자리 영역에 배치된다. 링 부재(270)는 링 형상을 가진다. 링 부재(270)는 지지 플레이트(210)의 상부를 감싸며 제공된다. 링 부재(270)는 지지 플레이트(210)의 가장 자리 영역에 배치된 절연체(214)의 상부에 제공될 수 있다. 링 부재(270)는 포커스링으로 제공될 수 있다.
샤워 헤드 유닛(300)은 챔버(100) 내부에서 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드 유닛(300)은 지지 유닛(200)과 대향되게 위치한다. 샤워 헤드 유닛(300)은 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330), 상부 플레이트(340), 그리고 절연 링(350)을 포함한다.
샤워 헤드(310)는 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치한다. 샤워 헤드(310)는 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드(310)와 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성된다. 샤워 헤드(310)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 단면은 지지 유닛(200)과 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)는 복수개의 분사홀(311)을 포함한다. 분사홀(311)은 샤워 헤드(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통한다.
샤워 헤드(310)는 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스로부터 발생되는 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다. 일 예로, 샤워 헤드(310)는 플라즈마가 포함하는 이온들 중 전기 음성도가 가장 큰 이온과 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(310)는 실리콘을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 또한, 샤워 헤드(310)와 플라즈마가 반응하여 생성되는 화합물은 사불화규소일 수 있다.
샤워 헤드(310)는 상부 전원(370)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상부 전원(370)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 샤워 헤드(310)는 전기적으로 접지될 수도 있다.
가스 분사판(320)은 샤워 헤드(310)의 상면에 위치한다. 가스 분사판(320)은 챔버(100)의 상면에서 일정거리 이격되어 위치한다. 가스 분사판(320)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분사판(320)의 가장자리 영역에는 히터(323)가 제공된다. 히터(323)는 가스 분사판(320)을 가열한다.
가스 분사판(320)에는 확산 영역(322)과 분사홀(321)이 제공된다. 확산 영역(322)은 상부에서 공급되는 가스를 분사홀(321)로 고루게 퍼지게 한다. 확산 영역(322)은 하부에 분사홀(321)과 연결된다. 인접하는 확산 영역(322)은 서로 연결된다. 분사홀(321)은 확산 영역(322)과 연결되여, 하면을 수직 방향으로 관통한다.
분사홀(321)은 샤워헤드(310)의 분사홀(311)과 대향되게 위치한다. 가스 분사판(320)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
커버 플레이트(330)는 가스 분사판(320)의 상부에 위치한다. 커버 플레이트(330)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 커버 플레이트(330)에는 확산 영역(332)과 분사홀(331)이 제공된다. 확산 영역(332)은 상부에서 공급되는 가스를 분사홀(331)로 고루게 퍼지게 한다. 확산 영역(332)은 하부에 분사홀(331)과 연결된다. 인접하는 확산 영역(332)은 서로 연결된다. 분사홀(331)은 확산 영역(332)과 연결되여, 하면을 수직 방향으로 관통한다.
상부 플레이트(340)는 커버 플레이트(330)의 상부에 위치한다. 상부 플레이트(340)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(340)는 커버 플레이트(330)와 동일한 크기로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(340)는 중앙에 공급홀(341)이 형성된다. 공급홀(341)은 가스가 통과하는 홀이다. 공급홀(341)은 통과한 가스는 커버 플레이트(330)의 확산 영역(332)에 공급된다. 상부 플레이트(340)의 내부에는 냉각 유로(343)가 형성된다. 냉각 유로(343)에는 냉각 유체가 공급될 수 있다. 일 예로 냉각 유체는 냉각수로 제공될 수 있다.
또한, 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330), 그리고 상부 플레이트(340)는 로드에 의해 지지될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330), 그리고 상부 플레이트(340)는 서로 결합되고, 상부 플레이트(340)의 상면에 고정되는 로드에 의해 지지될 수 있다. 또한, 로드는 챔버(100)의 내측에 결합될 수 있다.
절연 링(350)은 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320), 커버 플레이트(330) 그리고 상부 플레이트(340)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 절연 링(350)은 원형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 절연 링(350)은 비금속 재질로 제공될 수 있다. 절연 링(350)은 상부에서 바라 볼 때, 링 부재(270)와 중첩되게 위치한다. 상부에서 바라 볼 때, 절연 링(350)과 샤워 헤드(310)가 접촉하는 면은 링 부재(270)의 상부 영역에 중첩되게 위치한다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는, 플라즈마 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 또한, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는 사불화탄소일 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함한다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급한다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치된다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.
플라즈마 소스는 챔버(100) 내에 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 실시예에서는, 플라즈마 소스로 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용된다. 용량 결합형 플라즈마는 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 챔버(100)의 내부에서 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파 전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판(W) 처리 공정이 수행된다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드 유닛(300)로 제공되고, 하부 전극은 전극 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생된다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.
라이너 유닛(500)은 공정 중 챔버(100)의 내벽 및 지지 유닛(200)이 손상되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 공정 중에 발생한 불술물이 내측벽 및 지지 유닛(200)에 증착되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 내측 라이너(510)와 외측 라이너(530)를 포함한다.
외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내벽에 제공된다. 외측 라이너(530)는 상면 및 하면이 개방된 공간을 가진다. 외측 라이너(530)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내측면을 따라 제공된다.
외측 라이너(530)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 몸체(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 챔버(100)를 손상시킨다. 외측 라이너(530)는 몸체(110)의 내측면을 보호하여 몸체(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다.
내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)을 감싸며 제공된다. 내측 라이너(510)는 링 형상으로 제공된다. 내측 라이너(510)는 지지 플레이트(210), 전극 플레이트(220) 그리고 하부 플레이트(240) 전부를 감싸도록 제공된다. 내측 라이너(510)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)의 외측면을 보호한다.
배플 유닛(600)은 챔버(100)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플에는 복수의 관통홀들이 형성된다. 챔버(100) 내에 제공된 가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
도 2는 도 1의 지지 유닛, 승강 유닛, 라이너 유닛, 그리고 제어기를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 승강 유닛(700)은 링 부재(270)를 승강시킬 수 있다. 승강 유닛(700)은 링 부재(270)의 하면으로 에어를 분사하여 링 부재(270)를 승강시킬 수 있다. 승강 유닛(700)은 바디(710), 에어 공급 채널(730), 유량 조절 부재(750), 에어 공급 부재(760), 그리고 간격 측정 부재(770)를 포함할 수 있다.
바디(710)는 링 부재(270)의 하부에 배치될 수 있다. 바디(710)는 절연 체(214)의 상부에 배치될 수 있다. 바디(710)는 링 부재(270), 그리고 절연 체(214) 사이에 배치될 수 있다. 바디(710)는 유전체로 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 바디(710)는 상부에서 바라볼 때 링 형상을 가질 수 있다. 바디(710)는 상부에서 바라볼 때 절연 체(214)와 동일하거나, 그보다 작은 직경을 가질 수 있다. 예컨대, 바디(710)의 내경 및 외경은 상부에서 바라볼 때 절연 체(214)의 내경, 그리고 외경과 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 바디(710)에는 링 부재(270)의 하면으로 공급되는 에어를 분사하는 분사 홀(712)이 형성될 수 있다. 분사 홀(712)은 적어도 하나 이상이 바디(710)에 형성될 수 있다. 예컨대, 분사 홀(712)은 복수 개가 바디(710)에 형성될 수 있다. 복수의 분사 홀(712)들은 서로 이격되어 바디(710)에 형성될 수 있다. 분사 홀(712)들은 링 형상의 바디(710)의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 바디(710)에 형성될 수 있다.
또한, 바디(710)에는 간격 측정 부재(770)가 제공될 수 있다. 간격 측정 부재(770)는 링 부재(270)가 링 부재(270)의 하면에 공급되는 에어에 의해 플로팅(Floating)시, 링 부재(270)와 바디(710) 사이의 간격을 측정하는 부재일 수 있다. 예컨대, 간격 측정 부재(770)는 레이저를 이용하여 간격을 측정하는 레이저 거리 측정기일 수 있다. 또한, 간격 측정 부재(770)는 적어도 하나 이상이 제공될 수 있다. 예컨대, 간격 측정 부재(770)는 복수로 제공될 수 있다. 복수로 제공되는 간격 측정 부재(770)들은 분사 홀(712)들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 복수로 제공되는 간격 측정 부재(770)들 각각이 측정하는 간격 값은 제어기(800)로 전달될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 에어 공급 부재(760)는 분사 홀(712)로 에어를 공급할 수 있다. 예컨대, 에어 공급 부재(760)는 에어 공급 채널(730)과 연결되고, 에어 공급 채널(730)은 분사 홀(712)에 연결될 수 있다. 에어 공급 부재(760)가 공급하는 에어는 비활성 가스일 수 있다. 예컨대, 에어 공급 부재(760)가 공급하는 에어는, 질소, 아르곤, 또는 질소와 아르곤이 혼합된 에어일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 에어 공급 부재(760)가 공급되는 에어는 공지된 비활성 가스로 다양하게 변형될 수 있다.
유량 조절 부재(750)는 분사 홀(712)에서 분사되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있다. 유량 조절 부재(750)는 에어 공급 채널(730)에 설치되어 분사 홀(712)에서 분사되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있다. 유량 조절 부재(750)는 레귤레이터(Regulator)일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 유량 조절 부재(750)는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있는 공지의 장치로 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 유량 조절 부재(750)는 유량 조절 밸브로 제공될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 유량 조절 부재(750)는 복수로 제공될 수 있다. 예컨대, 유량 조절 부재(750)는 제1유량 조절 부재(750-1), 제2유량 조절 부재(750-2), 그리고 제3유량 조절 부재(750-3)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 유량 조절 부재(750)의 숫자는 다양하게 가변될 수 있다.
또한, 에어 공급 채널(730)의 일 단은 에어 공급 부재(760)와 연결되고, 에어 공급 채널(730)의 타 단은 분기될 수 있다. 예컨대, 에어 공급 채널(730)의 타 단은 N개(N은 가변 가능함)로 분기될 수 있다. 분기된 에어 공급 채널(730) 각에는 제1유량 조절 부재(750-1), 제2유량 조절 부재(750-2), 제3유량 조절 부재(750-3),…..,제N유량 조절 부재(750-n)가 설치될 수 있다.
제1유량 조절 부재(750-1), 제2유량 조절 부재(750-2), 그리고 제3유량 조절 부재(750-3)는 각각 서로 독립적으로 에어의 단위 시간당 공급 유량을 변경할 수 있다. 예컨대, 제1유량 조절 부재(750-1), 제2유량 조절 부재(750-2), 그리고 제3유량 조절 부재(750-3)는 서로 상이한 그룹에 속하는 분사 홀(712)들의 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 제1유량 조절 부재(750-1)는 분사 홀(712)들 중 제1그룹에 속하는 분사 홀(712)들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있고, 제2유량 조절 부재(750-2)는 분사 홀(712)들 중 제2그룹에 속하는 분사 홀(712)들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있고, 제3유량 조절 부재(750-3)는 제3그룹에 속하는 분사 홀(712)들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있다.
예컨대, 도 3을 다시 참조하면, 분사 홀(712)들은 제1분사 홀(712-1), 제2분사 홀(712-2), 제3분사 홀(712-3), 제4분사 홀(712-4), 제5분사 홀(712-5), 제6분사 홀(712-6), 제7분사 홀(712-7), 제8분사 홀(712-8), 제9분사 홀(712-9)을 포함할 수 있다. 제1분사 홀(712-1), 제2분사 홀(712-2), 제3분사 홀(712-3)을 제1그룹으로 가정하고, 제4분사 홀(712-4), 제5분사 홀(712-5), 제6분사 홀(712-6)을 제2그룹으로 가정하고, 제7분사 홀(712-7), 제8분사 홀(712-8), 제9분사 홀(712-9)을 제3그룹으로 가정할 수 있다.
그리고, 제1그룹에 속하는 분사 홀(712)들에서 분사하는 에어의 단위 시간당 분사 유량은 제1유량 조절 부재(750-1)에 의해 조절될 수 있다. 이와 유사하게, 제2그룹, 제3그룹에 속하는 분사 홀(712)들에서 분사하는 에어의 단위 시간당 분사 유량은 각각 제2유량 조절 부재(750-2), 제3유량 조절 부재(750-3)에 의해 조절 될 수 있다. 다시 도 4를 참조하면, 제1그룹에 속하는 분사 홀(712)이 분사하는 에어가 링 부재(270)에 전달되는 제1영역(Zone 1), 제2그룹에 속하는 분사 홀(712)이 분사하는 에어가 링 부재(270)에 전달되는 영역을 제2영역(Zone 2), 제3그룹에 속하는 분사 홀(712)이 분사하는 에어가 링 부재(270)에 전달되는 영역을 제3영역(Zone 3)으로 가정할 수 있다. 다시 말해, 본원 발명은 링 부재(270)에 공급되는 에어의 단위 시간당 공급 유량(또는, 공급 압력)을 상부에서 바라본 링 부재(270)의 영역 별로 달리하여 플로팅 된 링 부재(270)의 높이, 기울기 등을 적절히 조절할 수 있게 한다. 또한, 플로팅 된 링 부재(270)의 높이, 기울기 등의 조절은 상술한 간격 측정 부재(770)가 측정한 측정 값에 근거하여 이루어질 수 있다.
제어기(800)는 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 제어기(800)는 기판 처리 장치(10)가 기판(W)에 대하여 플라즈마 처리 공정을 수행하도록 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(800)는 승강 유닛(700)을 제어할 수 있다. 제어기(800)는 승강 유닛(700)이 링 부재(270)의 높이를 조절하도록 승강 유닛(700)을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(800)는 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 기판 처리 장치(10)가 수행할 수 있도록, 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 도 2의 승강 유닛이 링 부재를 승강시키는 모습을 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 공정 가스로부터 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 발생된 플라즈마(P)는 기판(W)으로 전달되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 기판을 처리하는 과정에서 플라즈마(P)는 링 부재(270)에도 전달되어 링 부재(270)를 마모시킬 수 있다. 링 부재(270)가 마모되면, 링 부재(270)에 의해 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)는 변경될 수 있다. 이에, 기판(W)에 대한 처리 레이트(예컨대, 에칭 레이트)가 변경되거나, 기판(W) 처리에 대한 균일성이 떨어질 수 있다. 이에, 링 부재(270)가 마모(구체적으로, 링 부재(270)의 상면의 마모)가 되는 정도에 따라 링 부재(270)는 위 방향으로 이동될 수 있다. 이때, 링 부재(270)의 영역, 예컨대 상술한 제1영역(Zone1), 제2영역(Zone2), 그리고 제3영역(Zone3) 마다 공급되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절하여 링 부재(270)를 원하는 높이에 위치시키고, 수평을 적절히 유지할 수 있게 한다. 또한, 링 부재(270)의 높이 및/또는 기울기 등을 적절히 유지할 수 있게 하기 위해, 간격 측정 부재(770)가 측정하는 간격 값에 근거하여 링 부재(270)의 영역마다 공급되는 에어의 단위 시간당 공급 유량을 조절할 수 있다.
또한, 승강 유닛(700)은 링 부재(270)의 마모 정도에 따라 링 부재(270)의 높이를 변경할 수 있다. 예컨대, 승강 유닛(700)은 링 부재(270)의 마모 정도에 따라 링 부재(270)를 위 방향으로 이동시킬 수 있다. 이때, 승강 유닛(700)의 분사 홀(712)은 링 부재(270)의 하면으로 에어를 분사하고, 분사된 에어는 링 부재(270)를 위 방향으로 밀어 올릴 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 의하면 링 부재(270)가 에어 플로팅 방식으로 그 높이가 변경되기 때문에, 링 부재(270)를 승강시키기 위한 리프트 핀, 그리고 리프트 핀이 삽입되는 핀 홀의 구조를 가지지 않는다. 이에, 플라즈마(P)가 핀 홀로 유입되어 핀 홀 내에서 아킹을 발생시키는 문제점을 해소 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 링 부재(270)의 하면으로 공급되는 에어의 적어도 일부는 도 5에 도시한 바와 같이 링 부재(270)와 바디(710)의 사이 공간에서, 그 사이 공간을 벗어나는 방향으로 흐를 수 있다. 이러한 에어의 흐름은 플라즈마(P) 및/또는 불순물(C) 등이 링 부재(270)와 바디(710)의 사이 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 링 부재(270)와 바디(710)의 사이 공간에 불순물(C)이 부착되거나, 사이 공간에서 아킹 등이 발생될 수 있는 위험을 최소화 할 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.
10: 기판 처리 장치
100: 챔버
200: 지지 유닛
300: 샤워 헤드 유닛
400: 가스 공급 유닛
500: 라이너 유닛
600: 배플 유닛
700: 승강 유닛
800: 제어기

Claims (12)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
    상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
    상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와;
    상기 지지 유닛이 포함하는 링 부재의 하면으로 에어를 분사하여 상기 링 부재를 승강시키는 승강 유닛을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승강 유닛은,
    상기 링 부재의 아래에 배치되며, 상기 에어를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사 홀이 형성된 바디를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바디는,
    상부에서 바라볼 때 링 형상을 가지고,
    상기 분사 홀은,
    링 형상의 상기 바디의 원주 방향을 따라 서로 이격되어 복수 개로 형성되는 기판 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 승강 유닛은,
    상기 분사 홀에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하는 유량 조절 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유량 조절 부재는,
    제1유량 조절 부재, 그리고 제2유량 조절 부재를 포함하고,
    상기 제1유량 조절 부재는,
    상기 분사 홀들 중 제1그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하고,
    상기 제2유량 조절 부재는,
    상기 분사 홀들 중 상기 제1그룹과 상이한 그룹인 제2그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승강 유닛은,
    상기 바디와 상기 링 부재의 간격을 측정하는 적어도 하나 이상의 간격 측정 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 승강 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 에어에 의해 플로팅 된 상기 링 부재의 수평 및/또는 기울기를 조절할 수 있도록 상기 간격 측정 부재가 측정하는 측정 값에 근거하여 상기 제1그룹에 속하는 분사 홀과 상기 제2그룹에 속하는 분사 홀에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 변경하도록 상기 유량 조절 부재를 제어하는 기판 처리 장치.
  8. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    플라즈마를 상기 기판으로 전달하여 상기 기판을 처리하되,
    상부에서 바라볼 때, 상기 기판을 둘러싸는 링 부재의 하면으로 에어를 분사하여 상기 링 부재의 높이를 조절하는 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에어를 분사하며, 상기 링 부재의 아래에 배치된 바디에 형성된 분사 홀들은,
    상기 분사 홀들 중 어느 일부를 포함하는 제1그룹, 그리고 상기 분사 홀 들 중 다른 일부를 포함하는 제2그룹으로 구분되고,
    상기 제1그룹 및/또는 상기 제2그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에어에 의해 상기 링 부재가 플로팅되면, 상기 링 부재가 상기 바디로부터 이격된 간격을 측정하고,
    측정된 상기 간격을 근거로 상기 제1그룹 및/또는 상기 제2그룹에 속하는 분사 홀들에서 분사되는 상기 에어의 단위 시간당 분사 유량을 조절하여 상기 에어에 의해 플로팅 된 상기 링 부재의 수평 및/또는 기울기를 조절하는 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 간격의 측정은,
    레이저 거리 측정기를 이용하는 기판 처리 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에어는,
    비활성 가스인 기판 처리 방법.
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