KR20230025272A

KR20230025272A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Info

Publication number: KR20230025272A
Application number: KR1020210107603A
Authority: KR
Inventors: 김대현
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2023-02-21

Abstract

기판을 처리하는 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 고주파 전원;을 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 지지 유닛의 중앙부에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극에 연결되는 제1 바이어스 전원; 상기 제2 전극에 연결되는 제2 바이어스 전원; 그리고 상기 제1 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제1 가변 커패시터;를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND SUBSTRATE TREATING METHOD}

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 전극의 분리를 통해 이온 에너지의 제어를 용이하게 수행하기 위한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 발명이다.

대면적의 웨이퍼 생산에 있어, 센터 에지간의 플라즈마 균일도 불량은 빈번히 발생하는 문제이다. 기존의 경우, 에지 링과 연관된 플라즈마 파라미터들의 독립적인 제어를 위한 놉(knob)이 제공된다. 놉은 커플링 링 내에 전력 공급된 전극을 임베딩 하고, 전극에 RF 전력을 공급합으로써 또는 가변 임피던스 RF 필터를 통해 접지에 전극을 커플링 합으로써 제공된다. 기존의 경우에는, 기판을 둘러싸도록 제공되는 에지 링을 통해서 에지 영역의 이온 플럭스를 제어하기 때문에, 이온 에너지 제어 영역이 에지 끝쪽으로 한정되는 경향이 있었다. 따라서 에지링 식각에 따른 에지 영역 끝 쪽의 플라즈마 균일도 개선에는 효과적일 수 있으나, 센터 및 에지 간의 불균형 이슈를 해소하기에는 한계가 있는 문제점이 있었다.

본 발명에 따르면 전극 분리를 통해 이온 에너지를 제어할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하고자 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 예시에 따른 기판을 처리하는 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 고주파 전원;을 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 지지 유닛의 중앙부에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극에 연결되는 제1 바이어스 전원; 상기 제2 전극에 연결되는 제2 바이어스 전원; 그리고 상기 제1 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제1 가변 커패시터;를 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제2 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제2 가변 커패시터;를 더 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제2 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제2 가변 커패시터; 및 상기 제2 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제3 가변 커패시터;를 더 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제2 가변 커패시터와 상기 제3 가변 커패시터는 상기 제2 전극의 양 일단에 각각 연결될 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제1 가변 커패시터에 직렬로 연결되는 제1 인덕터;를 더 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제2 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 제2 인덕터;를 더 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제2 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 제2 인덕터; 및 상기 제3 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 제3 인덕터;를 더 포함할 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 이격되어 제공될 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 제1 바이어스 전원 및 상기 제2 바이어스 전원의 주파수는 동일하게 제공될 수 있다.

일 예시에 따르면, 상기 주파수는 13.65MHz일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리를 수행하는 방법이 개시된다.

상기 방법은, 상기 지지 유닛의 중앙부와 상기 지지 유닛의 에지 부분의 플라즈마 밀도를 측정하는 단계; 상기 제1 바이어스 전원의 주파수 또는 파워를 조절하는 단계; 상기 제2 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 지지 유닛의 중앙부와 상기 지지 유닛의 에지 부분의 플라즈마 밀도를 측정하는 단계; 상기 제2 바이어스 전원의 주파수 또는 파워를 조절하는 단계; 상기 제1 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 대면적 웨이퍼의 균일도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전극 분리를 통해 이온 에너지를 용이하게 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 센터 / 에지 간의 주파수, 파워, 펄스, 가변 소자 등의 제어를 통해 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 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 예시에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 및 바이어스 전원의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 및 바이어스 전원의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 및 바이어스 전원의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 예시에 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.

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 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.

본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 '~부'는 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'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.

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 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.

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), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 및 전력 공급 유닛을 포함할 수 있다.

챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(100)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.

일 예에 의하면, 챔버(100) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측벽을 보호하여 챔버(100)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(100)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.

챔버(100)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.

기판 지지 유닛(200)은 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.

정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다.

유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 따라서 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.

유전판(220)은 내부에 전극(223), 히터(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.

전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다.

스위치(223b)가 온(ON)되면, 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 전극(223)에 인가된 전류에 의해 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.

히터(225)는 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.

유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.

제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(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)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.

제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 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, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.

제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 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 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.

제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 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 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.

몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 몸체(230)는 제3 전원(235a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 전원(235a)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 제3 전원(235a)으로부터 고주파 전력을 인가받을 수 있다. 이는 제3 전원(235a)과 연결딘 스위치(235b)를 통해 조절될 수 있다. 이로 인하여 몸체(230)는 전극으로서 기능할 수 있다.

포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 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 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.

하부 커버(250)는 기판 지지 유닛(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 유닛(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.

하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(100)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 유닛(200)을 챔버(100) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(100)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 제3 전원(235a)과 연결되는 제3 전원라인(235c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.

정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.

샤워 헤드(300)는 챔버(100) 내부에서 기판 지지 유닛(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 유닛(200)와 대향하도록 위치할 수 있다.

샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 유닛(200)과 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 제4 전원(351)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 전원(351)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 가스 분산판(310)은 전기적으로 접지될 수도 있다. 가스 분산판(310)은 제4 전원(351)과 전기적으로 연결되거나, 접지되어 전극으로서 기능할 수 있다.

지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(100)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.

가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.

배플 유닛(500)은 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(100) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.

전력 공급 유닛은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 상기 전력 공급 유닛은 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma) 타입의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극이 포함될 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 접지되거나, 직류 전원에 전기적으로 연결되거나, 또는 플로팅(floating)될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드(300)로 제공되고, 하부 전극은 몸체(230)로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지되거나, 직류 전원에 전기적으로 연결되거나, 또는 플로팅 될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수도 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생될 수 있다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.

이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.

기판 지지 유닛(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.

기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(100) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(100)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 제3 전원(235a)에서 생성된 고주파 전력은 하부 전극으로 제공되는 몸체(230)에 인가될 수 있다. 상부 전극으로 제공되는 샤워 헤드의 분사판(310)은 접지될 수 있다. 상부 전극과 하부 전극 사이에는 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 유닛(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.

도 1에 도시된 기판 처리 장치(10)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스(예컨대, 챔버 내에 설치된 전극)를 이용하여 챔버(100) 내에 전기장을 생성함으로써 플라즈마를 생성하였다. 하지만, 기판 처리 장치(10)는 이에 제한되지 않고 실시 예에 따라 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스(예컨대, 챔버의 외부 또는 내부에 설치되는 코일)를 이용하여 전자기장을 유도함으로써 플라즈마를 생성할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 및 바이어스 전원의 연결 구조를 나타내는 도면이다.

도 2의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(223)은 지지 유닛 내에 포함된 제1 전극(2231)과 제2 전극(2232)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면 제1 전극(2231)과 제2 전극(2232)은 유전판(220) 내에 제공될 수 있다. 제1 전극(2231)과 제2 전극(2232)은 서로 이격되어 제공될 수 있다. 제1 전극(2231)은 지지 유닛의 중앙부에 위치할 수 있다. 제2 전극(2232)은 지지 유닛의 에지부에 위치할 수 있다. 일 예시에 따르면, 제2 전극(2232)은 제1 전극(2231)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 일 예시에 따르면, 제1 전극(2231)과 제2 전극(2232)은 서로 이격되어 제공될 수 있다. 본 발명에 따르면 센터 영역 및 에지 영역 각각에 대응되는 제1 전극(2231)과 제2 전극(2232)이 서로 분리되어 제공될 수 있다.

일 예시에 따르면 제1 바이어스 전원(2231a)은 제1 전극(2231)과 연결될 수 있다. 일 예시에 따르면 제2 바이어스 전원(2232a)은 제2 전극(2232)과 연결될 수 있다. 제1 바이어스 전원(2231a) 및 제2 바이어스 전원(2232a)은 각각의 전극들과 연결되어 전압을 인가할 수 있다. 이를 통해 각각의 전극 영역에 대응하는 부분의 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다. 일 예시에 따르면, 제1 바이어스 전원(2231a) 및 제2 바이어스 전원(2232a)의 주파수는 동일하게 제공될 수 있다. 이 때, 주파수는 13.65MHz일 수 있다.

도 2를 참조하면, 지지 유닛은 제1 바이어스 전원(2231a)과 병렬로 연결되는 제1 가변 커패시터(C1)를 더 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 지지 유닛은 제2 바이어스 전원(2232a)과 병렬로 연결되는 제2 가변 커패시터(C2)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극을 각각 센터와 에지로 분리하고, 각각의 전극에 대한 RF 바이어스 주파수와 파워를 조정하거나 그와 연결된 제1 가변 커패시터(C1), 그리고 제2 가변 커패시터(C2)의 값을 조정할 수 있다. 이를 통해 센터와 에지 간의 이온 에너지를 제어할 수 있고, 센터와 에지와의 산포 관련 이슈를 해결할 수 있다.

본 발명에 따르면, 에지 링이 아닌 전극 부분에서의 센터 및 에지 영역을 분리하여 주파수 및 파워를 조정하기 때문에, 센터 / 에지 플라즈마 밀도의 불균형을 효과적으로 제어할 수 있다. 특히, HPA Low Power 공정에서 발생하는 센터 에지 산포 불량 이슈를 해결할 수 있다.

본 발명에 따르면 제1 바이어스 전원(2231a), 제2 바이어스 전원(2232a) 중 어느 하나를 선택하여 조정할 수 있고, 제1 바이어스 전원(2231a) 및 제2 바이어스 전원(2232a) 중 선택된 어느 하나의 바이어스 전원을 통해 플라즈마 밀도를 집중시킬 때, 선택되지 않은 바이어스 전원과 연결된 가변 커패시터의 커패시터 값을 조정하는 것을 통해 해당 영역에서의 임피던스를 조절하여 이온 에너지를 조절할 수 있다.

일 예시에 따르면, 제1 바이어스 전원(2231a)을 통해 센터 영역의 플라즈마 밀도를 집중시킬 경우, 에지 영역은 제2 가변 커패시터(C2)의 커패시턴스 조절을 통해 임피던스 조절을 함으로써, 에지 영역의 이온 에너지를 조절할 수 있다.

일 예시에 따르면, 제2 바이어스 전원(2232a)을 통해 에지 영역의 플라즈마 밀도를 집중시킬 경우 센터 영역은 제1 가변 커패시터(C1)의 커패시턴스 조절을 통해 임피던스 조절을 함으로써, 센터 영역의 이온 에너지를 조절할 수 있다.

즉 본 발명의 경우 하나의 바이어스 전원과, 가변 커패시터의 조절을 통해 이온 에너지 조절 및 센터 에지간 플라즈마 시스, 플라즈마의 에칭 레이트 및 틸팅을 효과적으로 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 및 바이어스 전원의 연결 구조를 나타내는 도면이다. 도 3의 실시예에서, 도 2의 실시예와 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 3의 일 실시예에 따르면, 제2 바이어스 전원(2232a)과 병렬로 연결되는 제2 가변 커패시터(C2); 및 제2 바이어스 전원(2232a)과 병렬로 연결되는 제3 가변 커패시터(C3);를 더 포함하는 실시예가 개시된다. 이 때, 제2 가변 커패시터(C2)와 제3 가변 커패시터(C3)는 제2 전극(2232)의 양 일단에 각각 연결될 수 있다. 도 2의 실시예와 비교하였을 때, 제2 가변 커패시터(C2) 및 제3 가변 커패시터(C3)의 값을 각각 조절함으로써 보다 세밀한 이온 에너지의 조정이 가능한 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 및 바이어스 전원의 연결 구조를 나타내는 도면이다. 도 4의 실시예에서, 도 3의 실시예와 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 4를 참조하면, 제1 가변 커패시터(C1)에 직렬로 연결되는 제1 인덕터(L1), 제2 가변 커패시터(C2)와 직렬로 연결되는 제2 인덕터(L2), 제3 가변 커패시터(C3)와 직렬로 연결되는 제3 인덕터(L3);를 더 포함하는 실시 예가 개시된다.

도 4의 실시예에 따르면 가변 커패시터들에 직렬로 연결된 인덕터를 더 포함하는 일 예시가 개시된다. 가변 커패시터의 경우 임피던스 조절이 가능한 용량이 정해져 있는 바, 인덕터를 포함함으로써 보다 효율적인 조정이 가능할 수 있다.

도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 예시에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.

도 5를 참조하면, 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리를 수행하는 방법이 개시된다. 일 예시에 따르면 지지 유닛의 중앙부와 지지 유닛의 에지 부분의 플라즈마 밀도 및 이온 에너지를 측정할 수 있다. 그 후 제1 바이어스 전원(2231a)의 주파수 또는 파워를 조절하고, 그 후 제2 가변 커패시터(C2)의 커패시턴스를 조절하는 것을 통해 센터와 에지 간의 이온 에너지를 조절할 수 있다.

도 6을 참조하면, 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리를 수행하는 다른 방법이 개시된다. 일 예시에 따르면 지지 유닛의 중앙부와 지지 유닛의 에지 부분의 플라즈마 밀도 및 이온 에너지를 측정할 수 있다. 그 후 제2 바이어스 전원(2232a)의 주파수 또는 파워를 조절하고, 그 후 제1 가변 커패시터(C1)의 커패시턴스를 조절하는 것을 통해 센터와 에지 간의 이온 에너지를 조절할 수 있다.

즉 본 발명에 따르면 바이어스 전원의 경우 제1 바이어스 전원(2231a)과 제2 바이어스 전원(2232a) 중 어느 하나를 선택하여 전원을 인가할 수 있고, 바이어스 전원이 인가되지 않는 전극부에 대해서는 그와 연결된 가변 커패시터의 커패시턴스 조절을 통해 임피던스를 조절함으로써 이온 에너지를 각 영역에서 조절하는 것이 가능할 수 있다.

본 발명에서는, 낮은 파워(Low Power)의 마이크로웨이브 플라즈마 구현 시 센터/에지 영역 간의 플라즈마 밀도의 불균형이 발생하는 문제점을 해소하기 위해 바이어스 RF 전극을 센터 / 에지로 분리하여 각각에 대해 파워, 주파수 등을 이용하여 이온 에너지를 제어함으로써, 센터/에지 플라즈마 밀도의 불균형을 개선할 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 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.

2231: 제1 전극
2232: 제2 전극
2231a: 제1 바이어스 전원
2232a: 제2 바이어스 전원
C1: 제1 가변 커패시터
C2: 제2 가변 커패시터
C3: 제3 가변 커패시터

Claims

기판을 처리하는 장치에 있어서,
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 고주파 전원;을 포함하고,
상기 지지 유닛은
상기 지지 유닛의 중앙부에 위치하는 제1 전극;
상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치되는 제2 전극;
상기 제1 전극에 연결되는 제1 바이어스 전원;
상기 제2 전극에 연결되는 제2 바이어스 전원; 그리고
상기 제1 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제1 가변 커패시터;를 포함하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제2 가변 커패시터;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제2 가변 커패시터; 및
상기 제2 바이어스 전원과 병렬로 연결되는 제3 가변 커패시터;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 가변 커패시터와 상기 제3 가변 커패시터는 상기 제2 전극의 양 일단에 각각 연결되는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 가변 커패시터에 직렬로 연결되는 제1 인덕터;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 제2 인덕터;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 제2 인덕터; 및
상기 제3 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 제3 인덕터;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 이격되어 제공되는 기판 처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 바이어스 전원 및 상기 제2 바이어스 전원의 주파수는 동일하게 제공되는 기판 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 주파수는 13.65MHz인 기판 처리 장치.
제2항에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리를 수행하는 방법에 있어서,
상기 지지 유닛의 중앙부와 상기 지지 유닛의 에지 부분의 플라즈마 밀도를 측정하는 단계;
상기 제1 바이어스 전원의 주파수 또는 파워를 조절하는 단계;
상기 제2 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 단계;를 포함하는 기판 처리 장치.
제2항에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리를 수행하는 방법에 있어서,
상기 지지 유닛의 중앙부와 상기 지지 유닛의 에지 부분의 플라즈마 밀도를 측정하는 단계;
상기 제2 바이어스 전원의 주파수 또는 파워를 조절하는 단계;
상기 제1 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 단계;를 포함하는 기판 처리 장치.