KR20220048589A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 상기 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;을 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 기판을 둘러싸는 에지 링; 상기 에지 링의 하부에 배치되며, 내부에 전극을 포함하는 커플링 링; 및 상기 전극에 연결되는 에지 임피던스 제어 회로;를 포함하고, 상기 에지 임피던스 제어 회로는, 상기 RF 전원으로 인해 발생하는 고조파를 제어하기 위한 고조파 제어 회로부; 상기 기판의 에지 영역의 이온 플럭스를 조절하기 위한 이온 플럭스 제어 회로부; 및 상기 RF 케이블의 길이에 의해 발생하는 임피던스를 조절하는 케이블 임피던스 제어 회로부;를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 기판 처리 과정에서 발생하는 고조파를 제어함과 동시에, 에지 영역의 이온 방향성 제어를 함께 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 발명이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 가열 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다. 이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다.
일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 공정 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 공정 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다. 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계 (RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
에칭 공정이 진행됨에 따라, 에지 링의 식각으로 인한 에지 영역 이온 플럭스의 방향이 변경되어, 공정의 균일도를 악화시키고, 수율이 저하되는 문제점이 존재한다. 또한, 플라즈마로 인해 발생하는 고조파(Harmonic)는 센터 영역의 플라즈마 밀도를 증가시켜 센터, 에지 영역간 식각량의 불균형을 초래한다.
기존의 공정에서는, 에지 링의 식각으로 인해 에지 영역 이온 플럭스의 방향이 변경되는 문제를 해결하기 위하여, 에지 영역의 RF 플라즈마를 에지 링과 에지 링의 하부에 배치된 커플링 링을 이용해 커플링 시켜, RF 필터 내에 포함된 가변소자를 이용해 에지 영역의 이온 플럭스 방향을 제어하였다. 이 때 플라즈마 시스의 비선형성으로 인해 센터 및 에지 식각량의 불균형을 발생시키는데, 기존의 설계 공정에서는 고조파 신호, 그 중에서도 3차 고조파 신호에 대한 고려가 되어 있지 않은 문제점이 있었다.
본 발명에서는 이온 방향성 제어와 고조파 제어를 함께 수행하여 식각 균일도의 개선 및 에지링의 사용 시간을 증가하고자 한다.
본 발명에서는 RF 케이블의 길이의 차이에 의해 발생하는 편차를 조정하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 개시된다.
상기 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;을 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 기판을 둘러싸는 에지 링; 상기 에지 링의 하부에 배치되며, 내부에 전극을 포함하는 커플링 링; 및 상기 전극에 연결되는 에지 임피던스 제어 회로;를 포함하고, 상기 전극과 상기 에지 임피던스 제어 회로는 RF 케이블로 연결되고, 상기 에지 임피던스 제어 회로는 상기 RF 전원으로 인해 발생하는 고조파를 제어하기 위한 고조파 제어 회로부; 상기 기판의 에지 영역의 이온 플럭스를 조절하기 위한 이온 플럭스 제어 회로부; 및 상기 RF 케이블의 길이에 의해 발생하는 임피던스를 조절하는 케이블 임피던스 제어 회로부;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 고조파 제어 회로부는 제1 가변 커패시터를 포함하고, 상기 이온 플럭스 제어 회로부는 제2 가변 커패시터를 포함하며, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 제3 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 이온 플럭스 제어 회로부는, 하나 이상의 밴드 스탑 필터를 더 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 밴드 스탑 필터는 상기 고조파 제어 회로부와 상기 제2 가변 커패시터의 사이에 배치될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 밴드 스탑 필터가 차단하는 주파수는 상기 RF 전원에서 발생하는 고조파 신호를 블록킹하는 범위로 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 고조파 제어 회로부와 상기 이온 플럭스 제어 회로부는 병렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 RF 케이블과 직렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 고조파 제어 회로부와 직렬로 연결되며, 상기 이온 플럭스 제어 회로부와는 병렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 고조파 제어 회로부는 상기 RF 전원에 의해 발생하는 3차 고조파를 제어하도록 상기 제1 가변 커패시터가 조절되며, 상기 이온 플럭스 제어 회로부는 상기 에지 링의 임피던스를 조정하여 이온 궤적을 균일하게 제어하도록 상기 제2 가변 커패시터를 조절하고, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 RF 케이블의 길이에 의해 발생하는 임피던스를 조정하여 편차를 조절하도록 상기 제3 가변 커패시터를 조절할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 고조파 제어 회로부는 상기 이온 플럭스 제어 회로부보다 상기 전극과 가까이 배치되고, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 고조파 제어 회로부보다 상기 전극과 가까이 배치될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 에지 링과 상기 커플링 링 사이에 배치되는 절연체;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 개시된다.
상기 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;을 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 기판을 둘러싸는 에지 링; 상기 에지 링의 하부에 배치되며, 내부에 전극을 포함하는 커플링 링; 제1 가변 커패시터를 포함하는 고조파 제어 회로부; 제2 가변 커패시터를 포함하는 이온 플럭스 제어 회로부; 및 제3 가변 커패시터를 포함하는 케이블 임피던스 제어 회로부;를 포함하고, 상기 이온 플럭스 제어 회로부는, 상기 고조파 제어 회로부와 상기 제2 가변 커패시터의 사이에 배치되는 하나 이상의 밴드 스탑 필터;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 고조파 제어 회로부의 끝단은 접지로 연결되며, 상기 고조파 제어 회로부는 상기 이온 플럭스 제어 회로부와 병렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 이온 플럭스 제어 회로부의 끝단은 접지로 연결되며, 상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터와 상기 제2 가변 커패시터는 직렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터는 상기 이온 플럭스 제어 회로부의 동작 시에 상기 RF 전원으로 인한 고조파의 영향을 받지 않는 범위로 주파수 범위가 설정될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터가 차단하는 주파수는, 상기 RF 전원의 3차 고조파 혹은 상기 RF 전원의 주파수일 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 고조파 제어 회로부, 상기 이온 플럭스 제어 회로부 및 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 기판 처리 장치를 이용하여, 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 방법이 개시된다.
상기 방법은, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부를 조절하여 케이블의 편차를 조정하는 단계; 상기 이온 플럭스 제어 회로부를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계; 및 상기 고조파 제어 회로부를 이용하여 상기 기판의 중앙부의 에칭 레이트를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 이온 플럭스 제어 회로부를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계에서는, 상기 밴드 스탑 필터를 이용하여 고조파를 차단할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 케이블 임피던스 제어 회로부를 조절하여 케이블의 편차를 조정하는 단계; 에서는, 상기 제3 가변 커패시터를 조절하여 케이블의 편차를 조정하며, 상기 이온 플럭스 제어 회로부를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계; 에서는, 상기 제2 가변 커패시터를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하며, 상기 고조파 제어 회로부를 이용하여 상기 기판의 중앙부의 에칭 레이트를 조절하는 단계; 에서는, 상기 제1 가변 커패시터를 조절하여 에칭 레이트를 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이온 방향성 제어와 고조파(third Harmonic) 제어를 함께 수행하여 식각 균일도를 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에지 링의 사용 시간을 증가 하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, RF 케이블의 길이의 차이에 의해 발생하는 편차를 조정하여 설비간의 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보다 확대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 에지 임피던스 제어 회로를 사용하여 나타나는 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로를 사용한 결과와 기존의 결과를 비교하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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 명세서 전체에서 사용되는 '~부' 및 '~모듈' 은 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부' 및 '~모듈'이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부' 및 '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부' 및 '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부' 및 '~모듈'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부' 및 '~모듈'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 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 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 발생 유닛(400), 가열 유닛(500)을 포함한다.
챔버(100)는 내부에 공간(101)이 형성된다. 내부 공간(101)은 기판(W)에 대한 플라즈마 공정 처리를 수행하는 공간으로 제공된다. 기판(W)에 대한 플라즈마 처리는 식각 공정을 포함한다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(121)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(121)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부 공간(101)은 소정 압력으로 감압된다.
챔버(100)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치한다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착 고정하는 정전 척을 포함한다. 기판 지지 유닛(200)은 유전판(210), 하부 전극(220), 히터(230), 지지판(240), 및 절연판(270)을 포함할 수 있다.
유전판(210)은 기판 지지 유닛(200)의 상단부에 위치한다. 유전판(210)은 원판 형상의 유전체로 제공된다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(210)의 외측에 위치한다. 유전판(210)에는 제1 공급 유로(211)가 형성된다. 제1 공급 유로(211)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 공급 유로(211)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다. 유전판(210)에는, 기판(W)을 유전판(210)에 흡착시키기 위한 별도의 전극이 매설될 수 있다. 상기 전극에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 인가된 전류에 의해 상기 전극과 기판 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(210)에 흡착될 수 있다.
하부 전극(220)은 하부 전력 공급부(221)와 연결된다. 하부 전력 공급부(221)는 하부 전극(220)에 전력을 인가한다. 하부 전력 공급부(221)는 하부 RF 전원(222, 223)과 하부 임피던스 정합부(225)를 포함한다. 하부 RF 전원(222, 223)은 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개 제공될 수 있으며, 또는 선택적으로 1개만 제공될 수 도 있다. 하부 RF 전원(222, 223)은 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다. 하부 RF 전원(222, 223)은 주로 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절한다. 다수의 하부 RF 전원(222, 223)들은 각각 2Mhz 내지 20MHz 사이의 주파수 전력을 발생시킬 수 있다. 하부 임피던스 정합부(225)는 하부 RF 전원(222, 223)과 전기적으로 연결되며, 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 하부 전극(220)에 인가한다.
히터(230)는 외부 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터(230)는 외부 전원으로부터 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(210)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(230)는 나선 형상의 코일을 포함한다. 히터(230)는 균일한 간격으로 유전판(210)에 매설될 수 있다.
유전판(210)의 하부에는 지지판(240)이 위치한다. 유전판(210)의 저면과 지지판(240)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(240)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(240)의 상면은 중심 영역이 가장자리영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(240)의 상면 중심 영역은 유전판(210)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(210)의 저면과 접착된다. 지지판(240)에는 제1순환 유로(241), 제2순환 유로(242), 그리고 제2공급 유로(243)가 형성된다.
제1순환 유로(241)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1순환 유로(241)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1순환 유로(241)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1순환 유로(241)들은 서로 연통될 수 있다. 제1순환 유로(241)들은 동일한 높이에 형성된다.
제2순환 유로(242)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2순환 유로(242)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2순환 유로(242)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2순환 유로(242)들은 서로 연통될 수 있다. 제2순환 유로(242)는 제1순환 유로(241)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2순환 유로(242)들은 동일한 높이에 형성된다. 제2순환 유로(242)는 제1순환 유로(241)의 하부에 위치될 수 있다.
제2공급 유로(243)는 제1순환 유로(241)로부터 상부로 연장되며, 지지판(240)의 상면으로 제공된다. 제2공급 유로(243)는 제1공급 유로(211)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1순환 유로(241)와 제1공급 유로(211)를 연결한다.
제1순환 유로(241)는 열전달 매체 공급라인(251)을 통해 열전달 매체 저장부(252)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(252)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(251)을 통해 제1순환 유로(241)에 공급되며, 제2공급 유로(243)와 제1공급 유로(211)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 기판 지지 유닛(200)으로 전달되는 매개체 역할을 한다. 플라즈마에 함유된 이온 입자들은 기판 지지 유닛(200)에 형성된 전기력에 끌려 기판 지지 유닛(200)로 이동하며, 이동하는 과정에서 기판(W)과 충돌하여 식각 공정을 수행한다. 이온 입자들이 기판(W)에 충돌하는 과정에서 기판(W)에는 열이 발생한다. 기판(W)에서 발생된 열은 기판(W) 저면과 유전판(210)의 상면 사이 공간에 공급된 헬륨 가스를 통해 기판 지지 유닛(200)으로 전달된다. 이에 의해, 기판(W)은 설정 온도로 유지될 수 있다.
제2순환 유로(242)는 냉각 유체 공급라인(261)을 통해 냉각 유체 저장부(262)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(262)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(262) 내에는 냉각기(263)가 제공될 수 있다. 냉각기(263)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(263)는 냉각 유체 공급 라인(261) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(261)을 통해 제2순환 유로(242)에 공급된 냉각 유체는 제2순환 유로(242)를 따라 순환하며 지지판(240)을 냉각한다. 지지판(240)의 냉각은 유전판(210)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.
지지판(240)의 하부에는 절연판(270)이 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)에 상응하는 크기로 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)과 챔버(100)의 바닥면 사이에 위치한다. 절연판(270)은 절연 재질로 제공되며, 지지판(240)과 챔버(100)를 전기적으로 절연시킨다.
에지 링(280)은 기판 지지 유닛(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 에지 링(280)은 링 형상을 가지며, 유전판(210)의 둘레를 따라 배치된다. 에지 링(280)의 상면은 외측부(280a)가 내측부(280b)보다 높도록 단차질 수 있다. 에지 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 에지 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리영역을 지지한다. 에지 링(280)의 외측부(280a)는 기판(W) 가장자리영역을 둘러싸도록 제공된다. 에지 링(280)은 플라즈마가 형성되는 영역의 중심에 기판(W)이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다. 에지 링(280)의 하부에는 커플링 링(미도시)가 배치될 수 있다. 커플링 링과 RF 케이블(700)을 통해 연결되는 에지 임피던스 제어 회로(600)를 통해 이온 플럭스의 방향 제어 및 RF 전원(441, 222, 223)으로부터 발생하는 고조파를 제어할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
가스 공급 유닛(300)은 챔버(100)에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 저장부(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 유입 포트(330)를 포함한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)와 가스 유입 포트(330)를 연결하며, 가스 저장부(310)에 저장된 공정 가스를 가스 유입 포트(330)에 공급한다. 가스 유입 포트(330)는 상부 전극(410)에 형성된 가스 공급홀(412)들과 연결된다.
플라즈마 발생 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시킨다. 플라즈마 발생 유닛(400)은 상부 전극(410), 분배판(420), 및 상부 전력 공급부(440)를 포함한다.
상부 전극(410)은 원판 형상으로 제공되며, 기판 지지 유닛(200) 상부에 위치한다. 상부 전극(410)은 상부판(410a)과 하부판(410b)를 포함한다. 상부판(410a)은 원판 형상으로 제공된다. 상부판(410a)은 상부 RF 전원(441)과 전기적으로 연결된다. 상부판(410a)은 상부 RF 전원(441)에서 발생된 제1 RF 전력을 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스에 인가하여 공정 가스를 여기시킨다. 공정 가스는 여기되어 플라즈마 상태로 변환된다. 상부판(410a)의 저면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치하도록 단차진다. 상부판(410a)의 중심 영역에는 가스 공급홀(412)들이 형성된다. 가스 공급홀(412)들은 가스 유입 포트(330)와 연결되며, 버퍼 공간(414)으로 공정 가스를 공급한다. 상부판(410a)의 내부에는 냉각 유로(411)가 형성될 수 있다. 냉각 유로(411)는 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 냉각 유로(411)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 냉각 유로(411)는 냉각 유체 공급 라인(431)을 통해 냉각 유체 저장부(432)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(432)는 냉각 유체를 저장한다. 냉각 유체 저장부(432)에 저장된 냉각 유체는 냉각 유체 공급 라인(431)을 통해 냉각 유로(411)에 공급된다. 냉각 유체는 냉각 유로(411)를 순환하며, 상부판(410a)을 냉각시킨다.
하부판(410b)은 상부판(410a)의 하부에 위치한다. 하부판(410b)은 상부판(410a)에 상응하는 크기로 제공되며, 상부판(410a)과 마주하여 위치한다. 하부판(410b)의 상면은 중심영역이 가장자리영역보다 낮게 위치하도록 단차진다. 하부판(410b)의 상면과 상부판(410a)의 저면은 서로 조합되어 버퍼공간(414)을 형성한다. 버퍼 공간(414)은 가스 공급홀(412)들을 통해 공급된 가스가 챔버(100) 내부로 공급되기 전에 일시적으로 머무르는 공간으로 제공된다. 하부판(410b)의 중심영역에는 가스 공급홀(413)들이 형성된다. 가스 공급홀(413)들은 일정 간격으로 이격되어 복수개 형성된다. 가스 공급홀(413)들은 버퍼 공간(414)과 연결된다.
분배판(420)은 하부판(410b)의 하부에 위치한다. 분배판(420)은 원판 형상으로 제공된다. 분배판(420)에는 분배홀(421)들이 형성된다. 분배홀(421)들은 분배판(420)의 상면으로부터 하면으로 제공된다. 분배홀(421)들은 가스 공급홀(413)에 대응하는 개수로 제공되며, 가스 공급홀(413)들이 위치된 지점에 대응하여 위치된다. 버퍼 공간(414)에 머무르는 공정 가스는 가스 공급홀(413)과 분배홀(421)들을 통해 챔버(100) 내부로 균일하게 공급된다.
상부 전력 공급부(440)는 상부판(410a)에 RF 전력을 인가한다. 상부 전력 공급부(440)는 상부 RF 전원(441) 및 매칭 회로(442)를 포함한다.
가열 유닛(500)은 하부판(410b)을 가열한다. 가열 유닛(500)은 히터(510), 제2상부 전원(520), 그리고 필터(530)를 포함한다. 히터(510)는 하부판(410b)의 내부에 설치된다. 히터(510)는 하부판(410b)의 가장자리영역에 제공될 수 있다. 히터(510)는 히팅 코일을 포함하며, 하부판(410b)의 중심영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 제2상부 전원(520)은 히터(510)와 전기적으로 연결된다. 제2상부 전원(520)은 직류 전력을 발생시킬 수 있다. 또는, 제2상부 전원(520)은 교류 전력을 발생시킬 수 있다. 제2상부 전원(520)에서 발생된 제2주파수 전력은 히터(510)에 인가되며, 히터(510)는 인가된 전류에 저항함으로써 발열한다. 히터(510)에서 발생된 열은 하부판(410b)을 가열하며, 가열된 하부판(410b)은 그 아래에 위치된 분배판(420)를 소정 온도로 가열한다. 하부판(420)은 60
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℃? 온도로 가열될 수 있다. 필터(530)는 제2상부 전원(520)과 히터(510) 사이 구간에서 제2상부 전원(520) 및 히터(510)와 전기적으로 연결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보다 확대한 구성도이다.
본 발명에 따른 지지 유닛(200)은 기판(W)을 둘러싸는 에지 링(280)과, 에지 링(280)의 하부에 배치되는 커플링 링(290)을 포함할 수 있다. 에지 링(280)과 커플링 링(290)의 사이에는 절연체(281, 290)가 포함될 수 있다. 절연체(281, 282)는 도 2의 실시예에 따르면 2개로 제공되나, 이는 조합되어 하나의 절연체로 제공될 수도 있다.
커플링 링(290)의 내부에는 전극(291)이 포함될 수 있다. 커플링 링(290)의 내부에 포함된 전극(291)에는 에지 임피던스 제어 회로(600)가 연결될 수 있다. 에지 임피던스 제어 회로(600)와 커플링 링(290)의 내부에 포함된 내부 전극(291)은 RF 케이블(700)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 에지 임피던스 제어 회로(600)는 기판(W)의 에지 영역 내의 수신되는 RF 신호에 접지로의 임피던스 경로를 제공할 수 있다. RF 신호는 에지 링(280)과 전극(291) 간의 커패시턴스를 통해 전극(291)으로 흐를 수 있다. 전극(291)은 RF 신호를 출력할 수 있다.
도 2에 따르면, 에지 임피던스 제어 회로(600) 내에 포함된 가변 소자들을 제어하는 것을 통해 RF 케이블의 길이 차이로 인해 발생하는 임피던스를 제어할 수 있고, 기판의 에지 영역의 이온 플럭스의 방향을 제어할 수 있고, 플라즈마 시스에서 생성되는 고조파를 제어하는 것이 가능하다. 에지 임피던스 제어 회로(600)에서 제어하는 고조파는 100MHz 이상의 고조파일 수 있다. 이는 100MHz 이상의 주파수에서 센터 영역에서의 플라즈마 밀도 집중에 영향이 크기 때문이다.
본 발명에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)를 사용하여, 에지 영역 이온 플럭스의 방향 및 플라즈마 시스에서 생성되는 고조파를 동시에 제어함으로써 식각 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한 기존의 경우와 달리 에지 영역의 이온 플럭스만 고려했을 경우 발생하는 고조파로 인한 식각 불균형을 해소할 수 있다. 또한 RF 케이블의 길이로 인해 발생하는 편차를 제어할 수도 있다.
기존의 경우, 커플링 링 내부 전극(291)과 연결되는 RF 케이블과, 그에 연결된 에지 임피던스 제어 회로로 인해 발생하는 편차의 영향으로 100MHz 이상 주파수의 고조파가 증감되어, 장비간 센터 및 에지의 식각량 차이가 발생하였으나, 이를 제어할 수 없는 문제가 있었다. 본 발명에서는 에지 임피던스 제어 회로(600)에 고조파를 제어할 수 있는 회로부(610) 및 이온 플럭스 제어 회로부(620)를 포함함으로써, 에지 영역의 이온 플럭스 방향과 고조파 제어를 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명의 에지 임피던스 제어 회로(600)는 케이블 임피던스 제어 회로부(630)를 포함함으로써, 케이블 길이의 편차에서 발생하는 임피던스 차이를 보정할 수 있다. 이로써 설비마다 케이블 길이가 달라짐으로 인해 발생하는 편차를 보정할 수 있다.
RF 케이블의 길이에 따라서도 성능이나 임피던스 등이 달라지기 때문에, 설비마다 해당 길이가 다르게 제공되는 경우 이러한 차이로 인해 임피던스 제어 결과에도 영향을 미칠 수 있다. 본 발명에는 케이블 임피던스 제어 회로부(630)의 임피던스 조절을 통해 설비 간 편차를 제거할 수 있다.
이하에서 도 3 내지 도 4에 도시된 에지 임피던스 제어 회로(600)의 일 예시를 통해, 에지 임피던스 제어 회로(600)의 일 예시를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)를 나타내는 도면이다.
도 3의 실시예에서, 도 2와 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 3에 따르면 에지 임피던스 제어 회로(600)는 고조파 제어 회로부(610)와 이온 플럭스 제어 회로부(620) 및 케이블 임피던스 제어 회로부(630)를 포함할 수 있다. 고조파 제어 회로부(610)는 제1 가변 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 이온 플럭스 제어 회로부(620)는 제2 가변 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 이온 플럭스 제어 회로부(620)는 하나 이상의 밴드 스탑 필터(621a, 621b)를 포함할 수 있다. 밴드 스탑 필터(621a, 621b)는 특정 주파수 범위를 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 밴드 스탑 필터(621a, 621b)가 차단하는 주파수 범위는 RF 전원의 고조파일 수 있다. 밴드 스탑 필터(621a, 621b)는 노치 필터일 수 있다. 도 3의 일 예시에 따르면 밴드 스탑 필터(621a, 621b)는 커패시터와 인덕터가 병렬로 연결된 구조로 제공될 수 있다. 그러나 이는 일 예시에 불과하고 밴드 스탑 필터(621a, 621b)를 구성하는 리액턴스 소자는 다양한 구성으로 조합되어 제공될 수 있다.
케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 제3 가변 커패시터(C3) 를 포함할 수 있다. 고조파 제어 회로부(610)와 이온 플럭스 제어 회로부(620)는 병렬로 연결될 수 있다. 고조파 제어 회로부(610)의 끝단은 접지로 연결되고, 고조파 제어 회로부(610)의 타단은 하나 이상의 밴드 스탑 필터(621a)와 병렬로 연결될 수 있다. 또한 고조파 제어 회로부(610)의 타단은 케이블 임피던스 제어 회로부(630)과 직렬로 연결될 수 있다. 이온 플럭스 제어 회로부(620)의 끝단은 접지로 연결되며, 이온 플럭스 제어 회로부(620)에 포함되는 제2 가변 커패시터(C2)를 포함하는 회로부(622)와, 상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터(621b)는 직렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면 케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 RF 케이블(700)과 직렬 연결될 수 있다. 일 예시에 따르면, 케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 고조파 제어 회로부(610)와 직렬로 연결되며, 이온 플럭스 제어 회로부(620)와는 병렬로 연결될 수 있다.
일 예시에 따르면, RF 전원에서의 주파수가 f1MHz 인 경우 그 고조파 성분들의 주파수는 f1MHz 의 정수배인 f2(=f1 X 2)MHz, f3 (f1 X 3)MHz, f4 (f1 X 4)MHz, ??, 를 가진다. 여기서, f1은 10MHz 이상일 수 있고 고조파 성분들의 주파수는 100MHz 이상일 수 있다.
도 3의 일 예시에 따르면 밴드 스탑 필터(621a, 621b)는 2개의 필터가 직렬로 연결되어 제공될 수 있다. 각각의 밴드 스탑 필터(621a, 621b)는 플라즈마 시스에서 발생하는 고조파를 차단할 수 있다. 일 예시에 따르면 RF 전원에서 발생하는 주파수가 fb KHz, f1MHz인 경우, 밴드 스탑 필터(621)는 f1MHHz 및 f3MHz(f1MHz의 3차 고조파)를 차단하는 범위로 커패시터 및 인덕터의 값이 설정될 수 있다. 여기서 fb KHz는 에지 이온 플럭스 방향성을 제어하는 바이어스 주파수로서, 이온 플럭스 제어 회로부(620)의 제2 가변 커패시터(C2)가 제어하는 주파수이다. 소스 주파수 f1MHz의 3차 고조파의 영향이 2차 고조파의 영향보다 영향력이 강하여, 2개의 밴드 스탑 필터(621a, 621b)를 포함하는 경우 소스 주파수와 3차 고조파를 차단하는 범위로 밴드 스탑 필터(621a, 621b)의 차단 범위가 설정될 수 있다. 일 예시에 따르면 밴드 스탑 필터(621a, 621b)가 차단하는 주파수의 범위는 1차적으로 RF 전원의 고조파일 수 있다. 이 때 고조파는 100MHz 이상의 고조파일 수 있다.
그러나 3개 이상의 밴드 스탑 필터가 포함되는 경우에는 2차 고조파를 차단하는 범위의 밴드 스탑 필터도 포함될 수 있으며, 4차 고조파를 차단하는 범위의 밴드 스탑 필터도 포함될 수 있을 것이다. 이는 도 4의 실시예에서 간단히 후술한다.
본 발명은 이온 플럭스 제어 회로부(620)에 고조파 제거용 밴드 스탑 필터(621)를 구현하여, 이온 플럭스 방향의 제어 시 챔버의 f3MHz 주파수 특성이 변하지 않도록 할 수 있다. 고조파 제거용 밴드 스탑 필터(621)의 구현을 통해 이온 플럭스 방향의 제어 시 소스 주파수(f1MHz)의 3차 고조파(f3MHz)의 특성 변화로 센터쪽의 에칭 레이트가 변화하는 부작용을 제거할 수 있다.
도 3의 일 실시예에 따르면 고조파 제어 회로부(610)는 제1 가변 커패시터(C1)와, 제1 가변 커패시터(C1)와 병렬로 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다. 도 3의 일 실시예에 따르면, 이온 플럭스 제어 회로부(620)는 제2 가변 커패시터(C2)와, 제2 가변 커패시터(C2)와 병렬로 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다. 도 3의 일 실시예에 따르면, 케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 제3 가변 커패시터(C3)를 포함할 수 있다. 그러나 이는 일 예시에 불과하고, 고조파 제어 회로부(610) 및 이온 플럭스 제어 회로부(620)의 구체적인 구성은 도 3의 실시예와 상이할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에지 임피던스 제어 회로(600)의 이온 플럭스 제어 회로부(620)에 포함된 제2 가변 커패시터(C2)를 조정하여, 에지 링(280)의 fb kHz 임피던스를 변화시켜 이온 플럭스의 방향을 제어할 수 있다. 일 예시에 따르면 fb kHz는 에지 링에서의 임피던스 값일 수 있다. 에지 링(280)의 식각 정도에 따라 제2 가변 커패시터(C2)의 값이 조정될 수 있다. 제2 가변 커패시터(C2)의 구체적인 값의 조정은 에지 링(280)의 사용 시간과 식각 정도의 관계성을 포함하는 데이터에 의해 경험칙으로 결정될 수 있다. 제2 가변 커패시터(C2)의 값을 조정하여 에지 링(280)에 수직으로 이온 플럭스가 입사될 수 있도록 제어할 수 있다. 고조파 제어 회로부(610)에 포함된 제1 가변 커패시터(C1)를 조정하여, 플라즈마에서 발생하는 f3MHz 성분을 조정하여, 센터 부근의 에칭 레이트를 조정할 수 있다. 제1 가변 커패시터(C1)의 구체적인 값의 조정은, 센터 부근의 에칭 레이트의 데이터와 커패시터 값의 관계 데이터에 의해 경험칙으로 결정될 수 있다. 또한 이온 플럭스 제어 회로부(620)에 포함된 하나 이상의 밴드 스탑 필터(621a, 621b)를 이용하여 제2 가변 커패시터(C2)의 조절 시, 챔버에서 발생하는 고조파 성분의 영향성을 제거하고 낮은 주파수에서의 임피던스 성분만 조정하는 것이 가능한 효과가 있다.
일 예시에 따르면 이온 플럭스 제어 회로부(620)에 하나 이상의 밴드 스탑 필터(621a, 621b)가 포함되는 경우, 각각의 밴드 스탑 필터(621a, 621b)가 차단하는 주파수의 범위 중 보다 영향력이 큰 주파수를 차단하는 밴드 스탑 필터(621a)가 전극(291) 방향에 더 가깝게 배치될 수 있다. 이온 플럭스 제어 회로부(620)에서 이온 플럭스 방향을 제어하는 것은 주파수가 낮아서 둔감하지만, 고조파 제어 회로부(610)는 고조파를 제어하기 때문에 주파수가 상대적으로 높아 예민하기 때문이다.
도 3의 에지 임피던스 제어 회로(600)에 따르면, 에지 영역의 플라즈마 RF 신호를 에지 링(280)과 커플링 링(290)을 이용해 커플링 시키고, 에지 임피던스 제어 회로(600)의 이온 플럭스 제어 회로부(620)에 포함된 제2 가변 커패시터(C2)의 조정을 통해 에지 영역의 이온 플럭스 방향을 제어할 수 있다. 도 3의 에지 임피던스 제어 회로(600)에 따르면, 고조파 제어 회로부(610)를 통해 고조파 플라즈마 밀도를 제어하여, 식각 균일도를 향상시킬 수 있다. 일 예시에 따르면 고조파 제어 회로부(610)를 통해 제어하는 고조파는 3차 고조파일 수 있다.
본 발명에 따른 케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 RF 케이블(700)의 길이 편차로 인해 발생하는 60M, 120M, 180M 임피던스를 설비간 균일하게 조정하여, 설비간 편차를 없앨 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 RF 케이블(700)의 길이 편차에 의해 발생하는 고주파수(60M 이상)의 임피던스를 조정함으로써, 전극에 가해지는 설비간의 전압을 일정하게 유지시킴으로써 설비간 공정 편차를 제거할 수 있다. 케이블 임피던스 제어 회로부(630)는 RF 케이블(700)과 직렬로 연결되어 직접적인 RF 케이블(700)의 임피던스 제어가 가능할 수 있다.
종래 에지 영역의 이온 플럭스의 방향을 조정하는 기술은 f1MHz의 고조파(third harmonic)에 대해 고려되지 않았기 때문에, 에지 영역의 이온 플럭스에 대해 가변 소자를 이용하여 조정함에 따라, 플라즈마에서 발생되는 고조파의 양이 변동되어 공정 에칭 레이트가 변화되는 부작용이 있었다. 본 발명은 고조파(f3MHz)의 양을 고조파 제어 회로부(610)에 포함된 가변소자를 이용하여 조정함으로써, 공정 에칭 레이트의 변화를 제어할 수 있는 효과가 있다. 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)를 나타내는 도면이다.
도 4의 일 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)에 따르면 도 3과 비교하여 하나의 밴드 스탑 필터(621c)를 더 포함할 수 있다.
도 4의 일 실시예에 따르면 총 세 개의 밴드 스탑 필터(621a, 621b, 621c)를 포함할 수 있다. 추가적인 밴드 스탑 필터(621c)를 이용하여 플라즈마에서 발생하는 고조파를 다양한 범위에서 추가적으로 차단할 수 있는 효과가 있다. 도 4의 일 예시에 따르면 3개의 밴드 스탑 필터(621a, 621b, 621c)는 각각 f1MHz의 RF 전원에서 발생하는 기본 주파수, 2차 고조파 및 3차 고조파를 차단 가능한 주파수의 범위로 제공될 수 있다. 이 때 밴드 스탑 필터(621a, 621b, 621c)가 배치되는 순서는 고조파의 영향이 큰 순서대로 전극(291)에 가깝게 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)를 사용하여 나타나는 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 따르면, 소스 전원의 3차 고조파(f3MHz) 효과로 인해 기판(W)의 센터 부분의 플라즈마 밀도가 상승한다. 또한 바이어스(fb KHz)의 이온 궤적의 변화로 인해 에지 부분의 식각의 휨이 발생한다.
본 발명의 에지 임피던스 제어 회로(600)를 통해 도 5에서와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 에지 임피던스 제어 회로(600)에 포함된 고조파 제어 회로부(610)를 통해 ①과 같이 발생하는 센터 피크 현상을 줄이도록 제어할 수 있으며, 에지 임피던스 제어 회로(600)에 이온 플럭스 제어 회로부(620)를 통해 이온의 방향성을 조절함으로써, ②와 같이 발생하는 에지 링(280)의 식각을 늦추도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)를 사용한 결과와 기존의 결과를 비교하는 그래프이다.
도 6에 따르면, 기존에 비해 센터 피크 현상이 현저하게 줄어들었음을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 에지 임피던스 제어 회로(600)를 이용하여, 에지 영역에서의 이온 방향성 제어 및 센터 영역에서의 플라즈마 밀도 제어를 함께 수행할 수 있다. 본 발명에서는 에지 영역에서의 이온 방향성 제어를 통해 기존에 비해 약 3배만큼의 사용 시간을 증대할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에서는 센터 영역에서의 플라즈마 밀도의 제어를 통해 RF 케이블의 교체율을 현저히 낮출 수 있는 효과도 존재한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(W) 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(W) 처리 방법은 케이블 임피던스 제어 회로부(630)를 조절하여 설비 간 편차를 제거하는 단계; 이온 플럭스 제어 회로부(620)를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계; 및 고조파 제어 회로부(610)를 이용하여 상기 기판(W)의 중앙부의 에칭 레이트를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다. 케이블 임피던스 제어 회로부(630)를 조절하여 설비 간 편차를 제거하는 단계에서는, 제3 가변 커패시터를 조절하여 케이블의 길이 차이로 인해 발생하는 편차를 제거할 수 있다. 이온 플럭스 제어 회로부(620)를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계에서는, 플라즈마 시스의 비선형성으로 인해 발생하는 고조파 성분의 영향을 받지 않도록 상기 밴드 스탑 필터(621)를 이용하여 고조파를 차단할 수 있다. 이 때 차단하는 고조파는 100MHz 이상의 고조파일 수 있다. 이온 플럭스 제어 회로부(620)를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계에서는, 제2 가변 커패시터(C2)를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하며, 고조파 제어 회로부(610)를 이용하여 기판(W)의 중앙부의 에칭 레이트를 조절하는 단계;에서는, 상기 제1 가변 커패시터(C1)를 조절하여 에칭 레이트를 조절할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명에서 제공되는 도면은 본 발명의 최적의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
600 : 에지 임피던스 제어 회로
280 : 에지 링
281, 282 : 절연체
290 : 커플링 링
291 : 전극
610 : 고조파 제어 회로부
620 : 이온 플럭스 제어 회로부
630 : 케이블 임피던스 제어 회로부
621a, 621b, 621c : 밴드 스탑 필터
700 : RF 케이블
C1 : 제1 가변 커패시터
C2 : 제2 가변 커패시터
C3 : 제3 가변 커패시터

Claims (23)

  1. 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
    상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과;
    상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;을 포함하고,
    상기 지지 유닛은
    상기 기판을 둘러싸는 에지 링;
    상기 에지 링의 하부에 배치되며, 내부에 전극을 포함하는 커플링 링; 및
    상기 전극에 연결되는 에지 임피던스 제어 회로;를 포함하고,
    상기 전극과 상기 에지 임피던스 제어 회로는 RF 케이블로 연결되고,
    상기 에지 임피던스 제어 회로는,
    상기 RF 전원으로 인해 발생하는 고조파를 제어하기 위한 고조파 제어 회로부;
    상기 기판의 에지 영역의 이온 플럭스를 조절하기 위한 이온 플럭스 제어 회로부; 및
    상기 RF 케이블의 길이에 의해 발생하는 임피던스를 조절하는 케이블 임피던스 제어 회로부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부는 제1 가변 커패시터를 포함하고,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부는 제2 가변 커패시터를 포함하며,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 제3 가변 커패시터를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부는, 하나 이상의 밴드 스탑 필터를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밴드 스탑 필터는 상기 고조파 제어 회로부와 상기 제2 가변 커패시터의 사이에 배치되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밴드 스탑 필터가 차단하는 주파수는 상기 RF 전원에서 발생하는 고조파 신호를 블록킹하는 범위로 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부와 상기 이온 플럭스 제어 회로부는 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 RF 케이블과 직렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 고조파 제어 회로부와 직렬로 연결되며, 상기 이온 플럭스 제어 회로부와는 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부는 상기 RF 전원에 의해 발생하는 3차 고조파를 제어하도록 상기 제1 가변 커패시터가 조절되며,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부는 상기 에지 링의 임피던스를 조정하여 이온 궤적을 균일하게 제어하도록 상기 제2 가변 커패시터를 조절하고,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 RF 케이블의 길이에 의해 발생하는 임피던스를 조정하여 편차를 조절하도록 상기 제3 가변 커패시터를 조절하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부는 상기 이온 플럭스 제어 회로부보다 상기 전극과 가까이 배치되고,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 고조파 제어 회로부보다 상기 전극과 가까이 배치되는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에지 링과 상기 커플링 링 사이에 배치되는 절연체;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
    상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과;
    상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;을 포함하고,
    상기 지지 유닛은
    상기 기판을 둘러싸는 에지 링;
    상기 에지 링의 하부에 배치되며, 내부에 전극을 포함하는 커플링 링;
    제1 가변 커패시터를 포함하는 고조파 제어 회로부;
    제2 가변 커패시터를 포함하는 이온 플럭스 제어 회로부; 및
    제3 가변 커패시터를 포함하는 케이블 임피던스 제어 회로부;를 포함하고,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부는, 상기 고조파 제어 회로부와 상기 제2 가변 커패시터의 사이에 배치되는 하나 이상의 밴드 스탑 필터;를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부의 끝단은 접지로 연결되며,
    상기 고조파 제어 회로부는 상기 이온 플럭스 제어 회로부와 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부의 끝단은 접지로 연결되며,
    상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터와 상기 제2 가변 커패시터는 직렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전극과 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 RF 케이블로 연결되고,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 RF 케이블과 직렬로 연결되며,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 고조파 제어 회로부와 직렬로 연결되며, 상기 이온 플럭스 제어 회로부와는 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터는 상기 이온 플럭스 제어 회로부의 동작 시에 상기 RF 전원으로 인한 고조파의 영향을 받지 않는 범위로 주파수 범위가 설정되는 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 밴드 스탑 필터가 차단하는 주파수는, 상기 RF 전원의 3차 고조파 혹은 상기 RF 전원의 주파수인 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부, 상기 이온 플럭스 제어 회로부 및 상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 상기 전극과 전기적으로 연결되는 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 고조파 제어 회로부는 상기 이온 플럭스 제어 회로부보다 상기 전극과 가까이 배치되고,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부는 고조파 제어 회로부보다 상기 전극과 가까이 배치되는 기판 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 에지 링과 상기 커플링 링 사이에 배치되는 절연체;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  21. 제12항에 따른 기판 처리 장치를 이용하여, 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부를 조절하여 케이블의 편차를 조정하는 단계;
    상기 이온 플럭스 제어 회로부를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계; 및
    상기 고조파 제어 회로부를 이용하여 상기 기판의 중앙부의 에칭 레이트를 조절하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계에서는, 상기 밴드 스탑 필터를 이용하여 고조파를 차단하는 기판 처리 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 케이블 임피던스 제어 회로부를 조절하여 케이블의 편차를 조정하는 단계; 에서는, 상기 제3 가변 커패시터를 조절하여 케이블의 편차를 조정하며,
    상기 이온 플럭스 제어 회로부를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하는 단계; 에서는, 상기 제2 가변 커패시터를 조절하여 이온 플럭스의 방향을 제어하며,
    상기 고조파 제어 회로부를 이용하여 상기 기판의 중앙부의 에칭 레이트를 조절하는 단계; 에서는, 상기 제1 가변 커패시터를 조절하여 에칭 레이트를 조절하는 기판 처리 방법.
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