KR20220021745A

KR20220021745A - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20220021745A
Application number: KR1020200102685A
Authority: KR
Inventors: 부광민
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2022-02-22

Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 상면이 개방된 내부 공간이 형성된 하우징과, 상기 하우징의 개방된 상면을 밀폐하는 유전체 재질의 윈도우를 포함하는 챔버; 상기 내부 공간에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 내부 공간에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 내부 공간으로 공급된 공정 가스를 플라즈마로 여기시키기 위한 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나; 상기 윈도우에 매설되며, 평면적 관점에서 상기 안테나가 투영되는 영역과 겹치지 않는 패턴을 갖는 금속성 재질의 히터 패턴; 상기 히터 패턴을 히터 및 보조 안테나 중 어느 하나로 선택적으로 동작시키는 제어기; 상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 제1 안테나로 제1 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원; 상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 제2 안테나로 제2 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원; 상기 히터 패턴이 상기 보조 안테나로서 동작하는 경우, 상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 히터 패턴으로 제 3 고주파 전력을 공급하는 제 3 고주파 전원; 및 상기 히터 패턴이 상기 히터로서 동작하는 경우, 상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 히터 패턴으로 히팅 전력을 공급하는 히팅 모듈을 포함한다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}

본 발명은 플라즈마로 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에는 박막증착을 위한 플라즈마 장치(Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition, PECVD), 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다.

기판 처리 공정에 플라즈마를 이용하기 위해, 공정 챔버에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생 유닛이 장착된다. 이 플라즈마 발생 유닛은 플라즈마 발생 방식에 따라 크게 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입과 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입으로 나뉜다. CCP 타입은 서로 대향되는 평행판과 전극에 RF전력을 인가하여 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이다. ICP 타입은 안테나에 의하여 유도되는 유도전기장을 이용하여 소스물질을 플라즈마로 변환시키는 방식이다.

ICP 타입 플라즈마 장치는 코일로 제공되는 안테나를 포함한다. 안테나는 처리 공간 내 플라즈마 밀도를 조절할 수 있는 변수가 제한적이다. 또한, 안테나의 하부에는 윈도우라는 유전체가 제공되는데, 윈도우의 온도 상승에 오랜 시간이 소요된다. 윈도우의 온도 상승에 오랜 시간이 걸리는 것은 항온성 유지의 한계로 작용한다. 또한, 챔버의 구조 상 기판의 센터 부분과 에지 부분에 대한 플라즈마의 비대칭이 발생한다. 구체적으로 안테나의 코일 구조로 인해 기판위 센터 부분에 RF 파워가 높게 걸리며 에지 부분에는 RF파워가 낮게 걸리는 플라즈마 이그니션(Plasma Ignition) 비대칭이 발생한다.

본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 공정 챔버의 내부와, 윈도우의 유니폼한 가열을 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 윈도우 전체의 온도 상승 시간이 단축됨으로써 히팅 효율이 증대할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 플라즈마 비대칭 감소시키며, 유니폼한 플라즈마 이그니션(Plasma Ignition)을 달성할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어기는 공정 온도에 기초하여, 상기 제 3 고주파 전원 및 상기 히팅 모듈 중 어느 하나가 동작되도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제 3 고주파 전력의 크기는 상기 제1 및 제2 고주파 전력들 중 어느 하나의 크기 대비 20% 내지 30%일 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어기는 상기 히팅 전력 및 상기 제 3 고주파 전력 중 어느 하나가 선택적으로 상기 히터 패턴으로 공급되도록 상기 제 3 고주파 전원과 상기 히팅 모듈을 제어할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 히팅 전력의 크기는 1.5kW 내지 2kW 범위일 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 고주파 전원과 상기 제1 안테나 사이에 연결된 제1 매처; 상기 제2 고주파 전원과 상기 제2 안테나 사이에 연결된 제2 매처; 상기 제 3 고주파 전원과 상기 히터 패턴 사이에 연결된 제 3 매처; 상기 제 3 매처와 상기 히터 패턴을 연결하기 위한 RF 피더 커넥터; 및 상기 히팅 모듈과 상기 히터 패턴을 연결하기 위한 히팅 전력 커넥터를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 안테나의 상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 동심원을 이루며 각각 직경이 상이한 링 형상으로 제공되고, 상기 히터 패턴은 평면적 관점에서 상기 안테나가 투영되는 영역의 사이 사이에 배치되며 동심원을 이루는 직경이 상이한 복수의 링 패턴으로 제공될 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 하나 이상의 코일을 포함하고, 상기 복수의 링 패턴을 이루는 링 패턴의 각각의 단면적은, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이루는 상기 코일 중 인접한 코일간의 간격에 따라 상이하게 제공될 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이루는 상기 코일 중 인접한 코일 사이의 간격이 멀 수록, 상기 인접한 코일 사이에 위치된 상기 링 패턴의 단면적이 크게 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면 공정 챔버의 내부와, 윈도우의 유니폼한 가열을 할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면 윈도우 전체의 온도 상승 시간이 단축됨으로써 히팅 효율이 증대할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면 플라즈마 비대칭 감소시키며, 유니폼한 플라즈마 이그니션(Plasma Ignition)을 달성할 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 장치(10)를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히터 패턴(400)이 매립된 윈도우(120)의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히터 패턴(400)이 매립된 윈도우(120)와 안테나(300)를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 4는 종래의 장치에 따른 안테나에 의하여 발생된 공정 챔버(100) 내부 공간의 자속(magnetic flux)과 전자 밀도(electron density)의 위치별 분포량를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나(300)와 히터 패턴(400)의 조합에 따른 공정 챔버(100) 내부 공간의 자속(magnetic flux)과 전자 밀도(electron density)의 위치별 분포량를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 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 실시예에서는 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 기판을 드라이 크리닝, 세정 또는 식각 처리하는 기판 처리 장치를 일 예로 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치라면 다양한 공정에 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 가스 공급부(600), 플라즈마 발생 유닛(500), 배플 유닛(700) 그리고 제어기(900)를 포함할 수 있다.

공정 챔버(100)는 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 하우징(110), 윈도우(120), 그리고 라이너(130)를 포함한다.

하우징(110)에는 내부에 상면이 개방된 내부 공간이 형성된다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간으로 제공된다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정의 압력으로 감압된다.

윈도우(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 윈도우(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시킨다. 윈도우(120)는 유전체(dielectric substance) 재질로 제공된다.

라이너(130)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 공간의 내부에 형성된다. 라이너(130)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(130)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(130)의 둘레를 따라 라이너(130)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(130)를 지지한다. 라이너(130)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 라이너(130)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(130)는 하우징(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(130)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(130)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(130)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(130)로 교체할 수 있다.

하우징(110)의 내부에는 기판 지지부(200)가 위치한다. 기판 지지부(200)는 기판(W)을 지지한다. 기판 지지부(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지부(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다.

일 실시 예에 있어서, 기판 지지부(200)는 정전 척을 포함하여 제공될 수 있다. 기판 지지부(200)는 유전판(220), 전극(223), 히터(225), 지지판(230), 포커스 링(240), 절연 플레이트(250) 및 하부 커버(270)를 포함한다. 기판 지지부(200)는 챔버(100) 내부에서 하우징(110)의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 위치될 수 있다.

유전판(220)은 기판 지지부(200)의 상단부에 위치한다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치한다. 유전판(220)에는 제1 공급 유로(221)가 형성된다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(220)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다.

유전판(220)의 내부에는 정전 전극(223)과 히터(225)가 매설된다. 정전 전극(223)은 히터(225)의 상부에 위치한다. 정전 전극(223)은 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제1 하부 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 정전 전극(223)과 제1 하부 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 정전 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프에 의해 제1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온 되면, 정전 전극(223)에는 직류 전류가 인가된다. 정전 전극(223)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착된다.

히터(225)는 제2 하부 전원(225a)과 전기적으로 연결된다. 히터(225)는 제2 하부 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함한다.

유전판(220)의 하부에는 지지판(230)이 위치한다. 유전판(220)의 저면과 지지판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(230)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착된다. 지지판(230)에는 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 및 제2 공급 유로(233)가 형성된다.

제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1 순환 유로(231)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)는 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 동일한 높이에 형성된다.

제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2 순환 유로(232)는 지지판(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)는 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 동일한 높이에 형성된다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.

제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 지지판(230)의 상면으로 제공된다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결한다.

제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척으로 전달되는 매개체 역할을 한다.

제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 지지판(230)을 냉각한다. 지지판(230)은 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.

포커스 링(240)은 정전 척의 가장자리 영역에 배치되는 것으로, 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(240)은 챔버(100) 내에서 플라즈마가 기판(W)과 마주하는 영역으로 집중되도록 한다.

지지판(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)에 상응하는 단면적으로 제공된다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)과 하부 커버(270) 사이에 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 지지판(230)과 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.

하부 커버(270)는 기판 지지부(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서, 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 기판 지지부(200)의 유전판(220) 상면인 지지면으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.

하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 기판 지지부(200)를 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지되도록 한다. 제1 하부 전원(223a)과 연결되는 제1 전원 라인(223c), 제2 하부 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b), 및 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(273)의 내부 공간을 통해 하부 커버(270) 내부로 연장된다.

가스 공급부(600)는 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(600)는 가스 공급 노즐(610), 가스 공급 라인(620) 및 가스 저장부(630)를 포함한다. 가스 공급 노즐(610)은 윈도우(120)의 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(610)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 윈도우(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100) 내부의 처리 공간으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(620)은 가스 공급 노즐(610)과 가스 저장부(630)를 연결한다. 가스 공급 라인(620)은 가스 저장부(630)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(610)에 공급한다. 가스 공급 라인(620)에는 밸브(621)가 설치된다. 밸브(621)는 가스 공급 라인(620)을 개폐하며, 가스 공급 라인(620)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.

플라즈마 발생 유닛(500)은 챔버(100) 내의 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(500)은 ICP 타입으로 구성될 수 있다.

플라즈마 발생 유닛(500)은 제1 고주파 전원(510), 제2 고주파 전원(520), 그리고 안테나(300)를 포함할 수 있다. 안테나(300)는 제1 안테나(310), 제2 안테나(320)를 포함할 수 있다.

제1 고주파 전원(510)은 고주파 전력을 제1 안테나(310)로 공급한다. 제2 고주파 전원(520)은 고주파 전력을 제2 안테나(320)에 공급한다. 일 예로, 제1 고주파 전원(510)과 제2 고주파 전원(520)은 RF 전원일 수 있다. 제1 고주파 전원(510)과 제2 고주파 전원(520)은 RF 전력을 공급한다. 이하, 제1 고주파 전원(510)과 제2 고주파 전원(520)이 RF 전원(420)으로 제공되는 경우를 설명한다. 제1 안테나(310)는 제1 고주파 전원(510)과 제1 라인을 통해 전기적으로 연결된다. 제1 라인에는 제1 매처(512)가 제공될 수 있다. 제2 안테나(320)는 제2 고주파 전원(520)과 제2 라인을 통해 전기적으로 연결된다. 제2 라인에는 제2 매처(522)가 제공될 수 있다. 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)는 각각 복수 회로 감긴 코일로 제공될 수 있다.

제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)는 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)는 공정 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 이 때, 제1 안테나(310)의 반경은 제2 안테나(320)의 반경보다 작게 제공되며, 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)는 동심원을 이룰 수 있다. 제1 안테나(310)는 공정 챔버(100)의 상부 안쪽에 위치하고, 제2 안테나(320)은 공정 챔버(100)의 상부 바깥쪽에 위치할 수 있다.

제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)는 제1 고주파 전원(510) 및 제2 고주파 전원(520)으로부터 RF 전력을 인가받아 챔버에 시변 전자장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 공정 챔버(100)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 제1 고주파 전원(510) 및 제2 고주파 전원(520)은, 하나의 고주파 전원과 전력 분배기로 제공될 수 있으며, 이를 권리범위에서 배제하지 않으며, 제1 고주파 전원(510) 및 제2 고주파 전원(520)이 각각 제1 안테나(310), 제2 안테나(320)에 고주파 전력을 공급하는 것은, 하나의 고주파 전원에 의해 발생된 고주파 전원이 전력 분배기에 의해 제1 안테나(310), 제2 안테나(320) 각각에 고주파 전력을 공급하는 것과 균등한 것으로 해석되어야 할 것이다.

히터 패턴(400)은 윈도우(120)에 매설되어 제공된다. 히터 패턴(400)은 평면적 관점에서 안테나(300)가 투영되는 영역과 겹치지 않는 패턴을 갖는다. 안테나(300)는 금속성 재질로 이루어진다.

도 2를 참조하여 히터 패턴(400)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히터 패턴(400)이 매립된 윈도우(120)의 사시도이다.

일 실시 예에 있어서, 히터 패턴(400)은 평면적 관점에서 안테나(300)가 투영되는 영역의 사이 사이에 배치된다. 히터 패턴(400)은 동심원을 이루는 직경이 상이한 복수의 링 패턴(410)을 포함한다. 일 실시 예에 있어서, 히터 패턴(400)은 제1 반경을 갖도록 제공되는 제1 링 패턴(411)과, 제1 반경보다 큰 반경을 가지고, 제1 링 패턴(411)과 동심원을 이루는 제2 링 패턴(412)과, 제2 반경보다 큰 반경을 가지고, 제2 링 패턴(412)과 동심원을 이루는 제3 링 패턴(413)과, 제3 반경보다 큰 반경을 가지고, 제3 링 패턴(413)과 동심원을 이루는 제4 링 패턴(414)을 포함한다.

제1 링 패턴(411), 제2 링 패턴(412), 제3 링 패턴(413) 그리고 제4 링 패턴(414)은 각각 안테나(300)의 링 형상 사이 사이에 배치된다. 구체적인 실시 예로서, 제1 링 패턴(411)은 제1 안테나(310)의 제1 코일(311)과 제2 코일(312)의 사이에 배치된다. 제2 링 패턴(412)은 제1 안테나(310)의 제2 코일(312)와 제2 안테나(320)의 제3 코일(321) 사이에 배치된다. 제3 링 패턴(413)은 제2 안테나(320)의 제3 코일(321)과 제4 코일(322)의 사이에 배치된다. 제4 링 패턴(414)은 제2 안테나(320)의 제4 코일(322)보다 외측에 위치된다.

링 패턴(410)은 안테나(300)를 이루는 코일들간의 거리에 따라 그 단면적이 상이하게 제공될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제1 안테나(310)의 제2 코일(312)과 제2 안테나(320)의 제3 코일(321) 사이의 거리는 제1 안테나(310)을 이루는 제1 코일(311)과 제2 코일(312) 간의 거리보다 길게 제공될 수 있다. 또한, 제1 안테나(310)의 제2 코일(312)과 제2 안테나(320)의 제3 코일(321) 사이의 거리는 제2 안테나(320)을 이루는 제3 코일(321)과 제4 코일(322) 간의 거리보다 길게 제공될 수 있다. 코일간의 거리가 멀수록 단면적이 크게 제공될 수 있다. 제2 코일(312)과 제3 코일(322)의 사이에 배치되는 제2 링 패턴(412)은 제1 코일(311)과 제2 코일(312) 사이에 배치되는 제1 링 패턴(411)의 단면적보다 크게 제공될 수 있다. 제2 코일(312)과 제3 코일(322)의 사이에 배치되는 제2 링 패턴(412)은 제3 코일(321)과 제4 코일(322) 사이에 배치되는 제3 링 패턴(413)의 단면적보다 크게 제공될 수 있다. 또한, 안테나(300)에 의한 영향을 적게 받을 수 있는 제4 코일(322)의 외측 영역에 배치되는 제4 링 패턴(414)은 제1 링 패턴(411) 및 제3 링 패턴(413)의 단면적보다 크게 제공될 수 있다.

제1 링 패턴(411), 제2 링 패턴(412), 제3 링 패턴(413) 그리고 제4 링 패턴(414)은 연결 패턴(420)에 의해 상호간에 전기적으로 또는 열전달 가능하게 연결될 수 있다. 제1 링 패턴(411)과 제2 링 패턴(412)은 제1 연결 패턴(421)에 의에 연결될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제1 연결 패턴(421)은 제1 링 패턴(411)과 제2 링 패턴(412)의 사이에 4개가 방사상으로 배치될 수 있다. 제2 링 패턴(412)과 제3 링 패턴(413)은 제2 연결 패턴(422)에 의에 연결될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제2 연결 패턴(422)은 제2 링 패턴(412)과 제3 링 패턴(413)의 사이에 4개가 방사상으로 배치될 수 있다. 제2 연결 패턴(422)은 제1 연결 패턴(421)의 연장선 상에 제공될 수 있다. 제3 링 패턴(413)과 제4 링 패턴(414)은 제3 연결 패턴(423)에 의에 연결될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제3 연결 패턴(423)은 제3 링 패턴(413)과 제4 링 패턴(414)의 사이에 4개가 방사상으로 배치될 수 있다. 제3 연결 패턴(422)은 제2 연결 패턴(422)의 연장선 상에서 쉬프트된 위치에 제공될 수 있다.

도 3을 참조하여 히터 패턴(400)과 안테나(300)의 관계에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히터 패턴(400)이 매립된 윈도우(120)와 안테나(300)를 상부에서 바라본 평면도이다. 도 3을 참조하면, 상부에서 바라볼 때, 평면적 관점에서 히터 패턴(400)은 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)가 투영되는 영역과 겹치지 않는다.

히터 패턴(400)의 제1 링 패턴(411), 제2 링 패턴(412), 제3 링 패턴(413) 그리고 제4 링 패턴(414)과, 안테나(300)의 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320)는 서로 동심원을 이루도록 배치된다. 제1 안테나(310)는 2개의 코일을 갖도록 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 나선형의 하나의 코일로 제공될 수도 있으며, 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 제2 안테나(320)는 2개의 코일을 갖도록 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 나선형의 하나의 코일로 제공될 수도 있으며, 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

다만, 일 실시 예에 있어서, 히터 패턴(400)의 연결 패턴(420)은 일부분이 안테나(300)가 투영되는 영역을 가로지를 수 있으나, 가열을 목적하는 주된 영역인 링 패턴(410)은 안테나(300)가 투영되는 영역과 겹치지 않는다.

다시 도 1을 참조하면, 히터 패턴(400)은 제 3 고주파 전원(530) 및 히팅 모듈(540)과 각각 연결된다. 제3 고주파 전원(530)은 히터 패턴(400)으로 제 3 고주파 전력을 공급한다. 히터 패턴(400)과 제 3 고주파 전원(530)은 제3 라인에 의해 연결되며, 제3 라인에는, 제3 매처(532)가 연결될 수 있다. 제3 매처(532)와 히터 패턴(400)의 사이에는 RF 피드 커넥터(534)가 제공될 수 있다. 히터 패턴(400)에 제 3 고주파 전력이 인가되면, 히터 패턴(400)은 보조 안테나로서 동작한다. 히팅 모듈(540)은 히터 패턴(400)으로 히팅 전력을 공급한다. 히팅 모듈(540)은 AC 히팅 모듈으로 제공되어, 히터 패턴(400)으로 AC 전류를 제공할 수 있다. 히터 패턴(400)과 히팅 모듈(540)의 사이에는 히팅 전력 커넥터(544)가 제공될 수 있다. 히터 패턴(400)에 히팅 전력이 인가되면, 히터 패턴(400)은 히터로서 동작한다.

제 3 고주파 전력의 크기는 제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력들 중 어느 하나의 크기 대비 20% 내지 30%이다. 일 실시 에에 있어서, 제1 안테나(310)에 공급되는 제1 고주파 전력 및 제2 안테나(320)에 공급되는 제2 고주파 전력은 각각 13.56MHz의 주파수를 가지며 3000W의 전력을 갖는 것이다. 이때, 제3 고주파 전력의 크기는 600W 내지 1800W의 전력을 갖는다.

히팅 전력은 1.5kW 내지 2kW 범위를 갖는다.

제어기(900)는 제1 고주파 전원(510), 제2 고주파 전원(520), 제3 고주파 전원(530) 및 히팅 모듈(540) 각각의 동작을 제어할 수 있다.

제어기(900)는 제3 고주파 전원(530)을 동작하게 하고, 히팅 모듈(540)이 동작하지 않도록 하여, 히터 패턴(400)에 제3 고주파 전력을 공급함으로써, 히터 패턴(400)이 보조 안테나로서 동작하도록 제어할 수 있다.

제어기(900)는 히팅 모듈(540)을 동작하게 하고, 제3 고주파 전원(530)이 동작하지 않도록 하여, 히터 패턴(400)에 히팅 전력을 공급함으로써, 히터 패턴(400)이 히터로서 동작하도록 제어할 수 있다.

배플 유닛(700)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지부(200) 사이에 위치된다. 배플 유닛(700)은 관통홀이 형성된 배플을 포함한다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.

도 4를 참조하면, 종래의 장치에 따른 안테나에 의하여 발생된 공정 챔버(100) 내부 공간의 자속(magnetic flux)과 전자 밀도(electron density)의 위치별 분포량를 도시한 것이다. 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320)의 사이 영역이 다른 영역보다 높은 자속과 전자 밀도가 분포되는 것을 확인할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나(300)와 히터 패턴(400)의 조합에 따른 공정 챔버(100) 내부 공간의 자속(magnetic flux)과 전자 밀도(electron density)의 위치별 분포량를 도시한 것이다. 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320)의 사이 영역에 히터 패턴(400)이 제공되고, 히터 패턴(400)은 제어기(900)에 의해 히터 또는 보조 안테나로 작용함에 따라, 도 4의 히터 패턴(400)이 제공되지 않은 상태와 비교하여, 전체적으로 자속과 전자 밀도가 고르게 분포되는 것을 확인할 수 있다. 히터 패턴(400)은 히팅 모듈(540)으로부터 AC전류를 인가받음으로써 안테나(3000)에 의해 발생하는 자기장 보강 간섭을 완화함으로써, 보강 간섭과 상쇄 간섭의 완화를 통해 자속을 균일하게 할 수 있다.히터 패턴(400)은 가열되어 히터로 동작함에 따라, 윈도우(120)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 히터 패턴(400)은 가열되어 히터로 동작함으써, 윈도우(120)의 승온 속도를 빠르게 할 수 있으며, 윈도우(120) 전체의 온도를 유니폼하게 제어하고 유지할 수 있다. 또한, 제어기(900)는 윈도우(120)가 충분히 히팅된 상태에서는, 히터 패턴(400)이 보조 안테나 기능을 하도록, 제3 고주파 전원(530)을 동작하게 제어하여, 플라즈마 이그니션(Plasma Ignition)의 비대칭을 줄이고 대칭적 플라즈마 형성에 도움을 줄 수 있다.

또한, 제어기(900)는 공정 온도에 기초하여 제 3 고주파 전원(530) 및 히팅 모듈(540) 중 어느 하나가 동작되도록 제어하여, 히터 패턴(400)이 보조 안테나 또는 히터로 동작하도록 함으로써, 공정 챔버(100)의 내부와, 윈도우(120)의 유니폼한 가열에 도움이 되며, 윈도우(120) 전체의 온도 상승 시간이 단축되어 히팅 효율이 증대되고, 히팅 모듈에 의한 히터 동작시에 AC 전류에 의해서, 또한, 안테나(300)의 보조로서 보조 안테나로 역할하여, 플라즈마 비대칭 감소시키며, 유니폼한 플라즈마 이그니션(Plasma Ignition)을 달성할 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.

Claims

상면이 개방된 내부 공간이 형성된 하우징과, 상기 하우징의 개방된 상면을 밀폐하는 유전체 재질의 윈도우를 포함하는 챔버;
상기 내부 공간에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 내부 공간에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부;
상기 내부 공간으로 공급된 공정 가스를 플라즈마로 여기시키기 위한 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나;
상기 윈도우에 매설되며, 평면적 관점에서 상기 안테나가 투영되는 영역과 겹치지 않는 패턴을 갖는 금속성 재질의 히터 패턴;
상기 히터 패턴을 히터 및 보조 안테나 중 어느 하나로 선택적으로 동작시키는 제어기;
상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 제1 안테나로 제1 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원;
상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 제2 안테나로 제2 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원;
상기 히터 패턴이 상기 보조 안테나로서 동작하는 경우, 상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 히터 패턴으로 제 3 고주파 전력을 공급하는 제 3 고주파 전원; 및
상기 히터 패턴이 상기 히터로서 동작하는 경우, 상기 제어기의 제어에 기초하여 상기 히터 패턴으로 히팅 전력을 공급하는 히팅 모듈을 포함하는 기판 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어기는 공정 온도에 기초하여, 상기 제 3 고주파 전원 및 상기 히팅 모듈 중 어느 하나가 동작되도록 제어하는 기판 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제 3 고주파 전력의 크기는 상기 제1 및 제2 고주파 전력들 중 어느 하나의 크기 대비 20% 내지 30%인 기판 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 히팅 전력 및 상기 제 3 고주파 전력 중 어느 하나가 선택적으로 상기 히터 패턴으로 공급되도록 상기 제 3 고주파 전원과 상기 히팅 모듈을 제어하는 기판 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 히팅 전력의 크기는 1.5kW 내지 2kW 범위인 기판 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 고주파 전원과 상기 제1 안테나 사이에 연결된 제1 매처;
상기 제2 고주파 전원과 상기 제2 안테나 사이에 연결된 제2 매처;
상기 제 3 고주파 전원과 상기 히터 패턴 사이에 연결된 제 3 매처;
상기 제 3 매처와 상기 히터 패턴을 연결하기 위한 RF 피더 커넥터; 및
상기 히팅 모듈과 상기 히터 패턴을 연결하기 위한 히팅 전력 커넥터를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제1 항에 있어서,
상기 안테나의 상기 제1 안테나 및 제2 안테나는 동심원을 이루며 각각 직경이 상이한 링 형상으로 제공되고,
상기 히터 패턴은 평면적 관점에서 상기 안테나가 투영되는 영역의 사이 사이에 배치되며 동심원을 이루는 직경이 상이한 복수의 링 패턴으로 제공되는 기판 처리 장치.
제7 항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 하나 이상의 코일을 포함하고,
상기 복수의 링 패턴을 이루는 링 패턴의 각각의 단면적은, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이루는 상기 코일 중 인접한 코일간의 간격에 따라 상이하게 제공되는 기판 처리 장치.
제8 항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이루는 상기 코일 중 인접한 코일 사이의 간격이 멀 수록, 상기 인접한 코일 사이에 위치된 상기 링 패턴의 단면적이 크게 제공되는 기판 처리 장치.