KR20230071649A

KR20230071649A - 기판 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230071649A
Application number: KR1020210158067A
Authority: KR
Inventors: 박진철
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-05-23
Also published as: US20230154727A1; CN116137222A

Abstract

서로 다른 종류의 플라즈마를 동시에 사용하여 서로의 단점을 보완하고 장점을 극대화하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 하우징; 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 하우징의 내부에 배치되며, 기판 상에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 유닛; 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛; 및 하우징의 내부에 공정 가스를 토대로 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하며, 플라즈마 생성 유닛은 안테나 유닛 및 샤워 헤드 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 모두 발생시킨다.

Description

기판 처리 장치 및 방법 {Substrate treating apparatus and method thereof}

본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정은 반도체 소자 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 구분될 수 있다. 반도체 소자 제조 설비는 반도체 소자를 제조하기 위해 팹(FAB)으로 정의되는 공간 내에 설치될 수 있다.

전공정은 웨이퍼(Wafer) 상에 회로 패턴을 형성하여 칩(Chip)을 완성하는 공정을 말한다. 전공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 증착 공정(Deposition Process), 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 박막 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 전사하는 사진 공정(Photo Lithography Process), 웨이퍼 상에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해 화학 물질이나 반응성 가스를 이용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거하는 식각 공정(Etching Process), 식각 후에 남아있는 포토 레지스트를 제거하는 에싱 공정(Ashing Process), 회로 패턴과 연결되는 부분에 이온을 주입하여 전자 소자의 특성을 가지도록 하는 이온 주입 공정(Ion Implantation Process), 웨이퍼 상에서 오염원을 제거하는 세정 공정(Cleaning Process) 등을 포함할 수 있다.

후공정은 전공정을 통해 완성된 제품의 성능을 평가하는 공정을 말한다. 후공정은 웨이퍼 상의 각각의 칩에 대해 동작 여부를 검사하여 양품과 불량을 선별하는 1차 검사 공정, 다이싱(Dicing), 다이 본딩(Die Bonding), 와이어 본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding), 마킹(Marking) 등을 통해 각각의 칩을 절단 및 분리하여 제품의 형상을 갖추도록 하는 패키지 공정(Package Process), 전기적 특성 검사, 번인(Burn In) 검사 등을 통해 제품의 특성과 신뢰성을 최종적으로 검사하는 최종 검사 공정 등을 포함할 수 있다.

플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 경우, CCP(Capacitively Coupled Plasma)와 ICP(Inductively Coupled Plasma) 중 어느 한 종류의 플라즈마를 이용하여 기판을 처리할 수 있다.

그런데, CCP를 이용하는 경우에는 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어가 어려운 문제가 있다. 반면, ICP를 이용하는 경우에는 플라즈마의 균일도(Uniformity)가 낮아 대면적 기판에 적용하기 어려운 문제가 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 서로 다른 종류의 플라즈마를 동시에 사용하여 서로의 단점을 보완하고 장점을 극대화하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(Aspect)은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 유닛; 상기 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛; 및 상기 하우징의 내부에 상기 공정 가스를 토대로 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하며, 상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 안테나 유닛 및 상기 샤워 헤드 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 모두 발생시킨다.

상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 기판 상에서 상기 기판의 폭 방향으로 형성되는 전기장, 및 상기 기판 상에서 상기 기판의 높이 방향으로 형성되는 전기장을 기초로 플라즈마 밀도 및 플라즈마 균일도를 동시에 증가시킬 수 있다.

상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 동시에 발생시키거나, 또는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 순차적으로 발생시킬 수 있다.

상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되거나, 또는 상기 하우징의 상부면에 부착될 수 있다.

상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 안테나 유닛을 전극으로 이용하는 경우, 상기 안테나 유닛에 RF 전력을 인가하는 고주파 전원; 상기 고주파 전원의 제1 단자와 상기 안테나 유닛의 제1 지점을 연결하는 제1 선로, 및 상기 고주파 전원의 제2 단자와 상기 안테나 유닛의 제2 지점을 연결하는 제2 선로를 포함하는 전송 선로; 상기 전송 선로로부터 분기되며, GND와 연결되는 보조 선로; 및 상기 제1 선로 상에서의 RF 전력과 상기 제2 선로 상에서의 RF 전력을 매칭시키는 정합 모듈을 포함할 수 있다.

상기 보조 선로는 상기 제1 선로로부터 분기되며, 상기 정합 모듈은 상기 제2 선로 상에 설치될 수 있다.

상기 제1 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마(ICP)이고, 상기 제2 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마(CCP)일 수 있다.

상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 순차적으로 발생시키는 경우, 상기 제2 플라즈마를 먼저 발생시킬 수 있다.

상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 발생시킬 때에 상기 기판 지지 유닛을 전극으로 더 이용할 수 있다.

상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되는 경우, 원통형 구조를 가질 수 있다.

상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 상부면에 부착되는 경우, 평판형 구조를 가질 수 있다.

상기 고주파 전원은 복수 개이며, 복수 개의 고주파 전원은 상기 제1 선로 및 상기 제2 선로에 각각 병렬로 연결될 수 있다.

상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되는 경우, 상기 하우징의 높이와 동일한 크기를 가지거나, 또는 상기 하우징의 높이보다 작은 크기를 가질 수 있다.

상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 높이보다 작은 크기를 가지는 경우, 상기 플라즈마의 발생과 관련된 플라즈마 영역의 크기나 위치에 대응할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 유닛; 상기 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛; 및 상기 하우징의 내부에 상기 공정 가스를 토대로 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 안테나 유닛, 상기 샤워 헤드 유닛 및 상기 기판 지지 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 동시에 발생시키고, 상기 제1 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마(ICP)이고, 상기 제2 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마(CCP)이며, 상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되고, 상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 기판 상에서 상기 기판의 폭 방향으로 형성되는 전기장, 및 상기 기판 상에서 상기 기판의 높이 방향으로 형성되는 전기장을 기초로 플라즈마 밀도 및 플라즈마 균일도를 동시에 증가시킨다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법의 일 면은, 하우징의 내부에 배치되는 기판 지지 유닛 상에 기판을 배치시키는 단계; 상기 하우징의 내부에 배치되는 샤워 헤드 유닛을 이용하여 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 단계; 및 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 상기 하우징의 내부에서 상기 공정 가스를 토대로 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 발생시키는 단계는 상기 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛 및 상기 샤워 헤드 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 모두 발생시키며, 상기 기판 상에서 상기 기판의 폭 방향으로 형성되는 전기장, 및 상기 기판 상에서 상기 기판의 높이 방향으로 형성되는 전기장을 기초로 플라즈마 밀도 및 플라즈마 균일도를 동시에 증가시킨다.

상기 발생시키는 단계는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 동시에 발생시키거나, 또는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 순차적으로 발생시킬 수 있다.

상기 발생시키는 단계는 상기 안테나 유닛으로 상기 하우징의 외측벽에 부착되는 유닛, 또는 상기 하우징의 상부면에 부착되는 유닛을 이용할 수 있다.

상기 발생시키는 단계는 상기 기판 지지 유닛을 전극으로 더 이용하여 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 다른 작동예를 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 다른 작동예를 설명하기 위한 제2 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 서로 다른 종류의 플라즈마를 동시에 사용하여 서로의 단점을 보완하고 장점을 극대화하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들어, CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스와 ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스를 동시에 사용하여 서로의 단점을 보완하고 장점을 극대화하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

CCP 소스를 이용하여 기판을 처리하는 경우, 균일한 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있으며, 대면적의 기판을 처리하는 데에 적합하다. 그러나, 플라즈마 밀도(Plasma Density)가 낮으며, 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어가 어려운 문제가 있다.

반면, ICP 소스를 이용하여 기판을 처리하는 경우, CCP 소스를 이용하여 기판을 처리하는 경우와 달리 플라즈마 밀도가 높으며, 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어가 가능하다. 그러나, 플라즈마 균일도(Plasma Uniformity)가 낮으며, 대면적 기판을 처리하는 데에 어려움이 따른다.

본 발명에서는 서로 다른 종류의 플라즈마를 동시에 사용할 수 있도록 기판 처리 장치를 구성한다. 즉, 본 발명에서는 CCP 소스와 ICP 소스를 동시에 사용할 수 있도록 기판 처리 장치를 구성한다. 본 발명에서는 이를 통해 균일한 밀도의 플라즈마를 생성하여 대면적 기판을 처리하는 데에 적합해질 뿐만 아니라, 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어도 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.

도 1에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너 유닛(170), 배플 유닛(180) 및 안테나 유닛(190)을 포함하여 구성될 수 있다.

기판 처리 장치(100)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 장치이다. 이러한 기판 처리 장치(100)는 진공 환경에서 기판(W)을 식각 처리하거나 세정 처리할 수 있으며, 기판(W)을 증착 처리할 수도 있다. 기판 처리 장치(100)는 예를 들어, 에칭 공정 챔버(Etching Process Chamber) 또는 클리닝 공정 챔버(Cleaning Process Chamber)로 마련되거나, 증착 공정 챔버(Deposition Process Chamber)로 마련될 수 있다.

하우징(110)은 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 공정 즉, 플라즈마 공정(Plasma Process)이 실행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 하우징(110)은 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.

배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 중에 발생된 반응 부산물과 하우징(110)의 내부에 잔여하는 가스를 하우징(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.

하우징(110)은 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 하우징(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로써 기능할 수 있다. 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 개구부(114)는 도어 어셈블리에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.

도어 어셈블리는 외측 도어 및 도어 구동기를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어는 하우징(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어는 도어 구동기를 통해 기판 처리 장치(100)의 높이 방향 즉, 제3 방향(30)으로 이동될 수 있다. 도어 구동기는 모터, 유압 실린더 및 공압 실린더 중에서 선택되는 적어도 하나를 이용하여 작동할 수 있다.

기판 지지 유닛(120)은 하우징(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(Mechanical Clamping), 진공(Vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.

기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스(121) 및 정전 척(ESC; Electro Static Chuck, 122)을 포함하여 구성될 수 있다.

정전 척(122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재이다. 이러한 정전 척(122)은 세라믹 재질로 제공될 수 있으며, 베이스(121) 상에 고정되도록 베이스(121)와 결합될 수 있다.

도 1에는 도시되어 있지 않지만, 정전 척(122)은 구동 부재를 이용하여 하우징(110)의 내부에서 제3 방향(30)으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 정전 척(122)이 이와 같이 기판 처리 장치(100)의 높이 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

링 어셈블리(123)는 정전 척(122)의 테두리를 감싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(123)는 링 형상으로 제공되어, 기판(W)의 테두리 영역을 커버하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(123)는 포커스 링(Focus Ring; 123a) 및 에지 링(Edge Ring; 123b)을 포함하여 구성될 수 있다.

포커스 링(123a)은 절연체 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)을 직접적으로 감싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(123a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 진행되는 경우 이온을 기판(W) 상에 집중시키는 역할을 할 수 있다.

에지 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)을 감싸도록 제공될 수 있다. 에지 링(123b)은 절연체 링으로서 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.

가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 기판 처리 공정이 진행되는 경우, 기판(W)을 공정 온도로 유지시키기 위해 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 기판(W)의 온도를 상승시키기 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 기판 지지 유닛(120)의 내부, 예를 들어, 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있다. 냉각 부재(125)는 기판(W)의 온도를 하강시키기 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있으며, 기판 지지 유닛(120)의 내부, 예를 들어, 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다.

한편, 냉각 부재(125)는 냉각 장치(Chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 하우징(110)의 외부에 별도로 설치될 수 있다.

제1 가스 공급 유닛(150)은 정전 척(122)이나 링 어셈블리(123)에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 제1 가스를 제공하는 것이다. 제1 가스 공급 유닛(150)은 이를 위해 제1 가스 공급원(151) 및 제1 가스 공급 라인(152)을 포함할 수 있다.

제1 가스 공급원(151)은 질소 가스(N2 Gas)를 제1 가스로 제공할 수 있다. 제1 가스 공급원(151)은 정전 척(122)이나 링 어셈블리(123)에 잔류하는 이물질을 제거할 수 있다면 질소 가스 외에 다른 가스나 세정제를 제공하는 것도 가능하다.

제1 가스 공급 라인(152)은 제1 가스 공급원(151)에 의해 제공되는 제1 가스를 이송하는 것이다. 이러한 제1 가스 공급 라인(152)은 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이의 공간으로 연결될 수 있으며, 제1 가스는 상기 공간을 통해 이동하여 정전 척(122)의 테두리 부분이나 링 어셈블리(123)의 상부 등에 잔류하는 이물질을 제거할 수 있다.

플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 하우징(110)의 내부 공간 중에서 기판 지지 유닛(120)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다. 플라즈마 생성 유닛(130)에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.

샤워 헤드 유닛(Shower Head Unit; 140)은 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 분사하는 것이다. 샤워 헤드 유닛(140)은 이를 위해 복수 개의 가스 분사 홀(Gas Feeding Hole)을 포함할 수 있다.

샤워 헤드 유닛(140)은 하우징(110)의 내부에서 정전 척(122)과 상하로 대향하도록 설치될 수 있다. 샤워 헤드 유닛(140)은 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있으며, 정전 척(122)과 동일한 직경을 가지도록 제공될 수도 있다. 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.

샤워 헤드 유닛(140)은 복수 개의 모듈로 분할될 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(140)은 제1 모듈, 제2 모듈, 제3 모듈 등 세 개의 모듈로 분할될 수 있다. 이 경우, 제1 모듈은 기판(W)의 센터 영역(Center Zone)으로 공정 가스를 제공할 수 있으며, 제2 모듈은 제1 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되어 기판(W)의 미들 영역(Middle Zone)으로 공정 가스를 제공할 수 있다. 또한, 제3 모듈은 제2 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되어 기판(W)의 에지 영역(Edge Zone)으로 공정 가스를 제공할 수 있다.

제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스(제2 가스)를 공급하는 것이다. 제2 가스 공급 유닛(160)은 이를 위해 제2 가스 공급원(161) 및 제2 가스 공급 라인(162)을 포함할 수 있다.

제2 가스 공급원(161)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 가스를 공정 가스로 제공할 수 있다. 제2 가스 공급원(161)은 예를 들어, 식각 가스나 세정 가스를 공정 가스로 제공할 수 있으며, 증착 가스를 공정 가스로 제공할 수도 있다.

제2 가스 공급원(161)은 기판 처리 장치(100) 내에 적어도 하나 구비될 수 있다. 제2 가스 공급원(161)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 구비되는 경우, 많은 양의 가스를 짧은 시간 내에 제공하는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 제2 가스 공급원(161)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 제2 가스 공급원(161)은 서로 다른 가스를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 몇몇의 제2 가스 공급원(161)은 식각 가스를 제공하고, 다른 몇몇의 제2 가스 공급원(161)은 세정 가스를 제공하며, 또다른 몇몇의 제2 가스 공급원(161)은 증착 가스를 제공할 수 있다.

제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)에 의해 제공되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하는 것이다. 제2 가스 공급 라인(162)은 이를 위해 제2 가스 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결할 수 있으며, 이 경우 하우징(110)의 상부를 관통하여 샤워 헤드 유닛(140)과 연결될 수 있다.

한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)이 복수 개의 모듈로 분할되는 경우, 샤워 헤드 유닛(140)의 각각의 모듈로 공정 가스를 분배하기 위한 가스 분배기 및 가스 분배 라인을 더 포함할 수 있다. 가스 분배기는 제2 가스 공급 라인(162) 상에 설치되어 제2 가스 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각각의 모듈로 분배하는 것이며, 가스 분배 라인은 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각각의 모듈로 이송하는 것이다.

라이너 유닛(Liner Unit or Wall Liner; 170)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생하는 아크 방전이나, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내부를 보호하기 위한 것이다. 라이너 유닛(170)은 이를 위해 하우징(110)의 내측벽을 커버하도록 형성될 수 있다.

라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 포함할 수 있다. 지지 링(171)은 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 라이너 유닛(170)을 하우징(110)에 고정시키는 역할을 할 수 있다.

배플 유닛(Baffle Unit; 180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(120) 사이에 설치될 수 있다.

배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다. 배플 유닛(180)은 관통 홀의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.

안테나 유닛(Antenna Unit; 190)은 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 발생시켜 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 유입되는 공정 가스를 플라즈마로 여기시키는 역할을 한다. 안테나 유닛(190)은 이를 위해 코일을 이용하여 폐루프를 형성하도록 제공되는 안테나(191)를 포함할 수 있으며, 제3 고주파 전원(135)으로부터 공급되는 RF 전력을 이용할 수 있다.

안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 설치될 수 있다. 이 경우, 안테나(191)는 하우징(110)의 높이 방향(제3 방향(30))을 길이 방향으로 하여 설치될 수 있으며, 하우징(110)의 높이와 동일한 크기를 가지도록 제공될 수 있다. 안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 측벽에서 탈부착 가능하게 설치될 수 있다.

플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마 소스 및 유도 결합형 플라즈마 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 생성 유닛(130)은 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스 및 ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(140)을 제1 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 제2 전극으로 이용하며, 안테나 유닛(190)을 제3 전극으로 이용할 수 있다.

플라즈마 생성 유닛(130)은 제1 고주파 전원(131), 제1 전송 선로(132), 제1 전극, 제2 고주파 전원(133), 제2 전송 선로(134), 제2 전극, 제3 고주파 전원(135), 제3 전송 선로(136), 제4 전송 선로(137), 정합 모듈(138), 보조 선로(139) 및 제3 전극을 포함하여 구성될 수 있다.

제1 고주파 전원(131)은 제1 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(140)이 제1 전극으로 이용되는 경우, 제1 고주파 전원(131)은 샤워 헤드 유닛(140)에 RF 전력을 인가할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전극은 하우징(110)의 내부 또는 그 외부에 별도로 설치되는 것도 가능하다. 이 경우, 샤워 헤드 유닛(140)은 제1 전극으로 이용되지 않을 수 있다.

제1 전송 선로(132)는 제1 전극과 GND에 연결되는 것이다. 제1 고주파 전원(131)은 이러한 제1 전송 선로(132) 상에 설치될 수 있다.

제2 고주파 전원(133)은 제2 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 예를 들어, 정전 척(122)이 제2 전극으로 이용되는 경우, 제2 고주파 전원(133)은 정전 척(122)에 RF 전력을 인가할 수 있다.

제2 전송 선로(134)는 제2 전극과 GND에 연결되는 것이다. 제2 고주파 전원(133)은 이러한 제2 전송 선로(134) 상에 설치될 수 있다.

제2 고주파 전원(133)이 제2 전송 선로(134) 상에 설치되면, 플라즈마 생성 유닛(130)은 기판 처리 장치(100)에 다중 주파수(Multi Frequency)를 적용하는 것이 가능해지며, 이에 따라 기판 처리 장치(100)의 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 제2 고주파 전원(133)을 포함하지 않고 구성되는 것도 가능하다. 즉, 제2 고주파 전원(133)은 제2 전송 선로(134) 상에 설치되지 않을 수도 있다. 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.

다시 도 1을 참조하여 설명한다.

제3 고주파 전원(135)은 제3 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 예를 들어, 안테나 유닛(190)이 제3 전극으로 이용되는 경우, 제3 고주파 전원(135)은 안테나 유닛(190)에 RF 전력을 인가할 수 있다.

제3 전송 선로(136)는 제3 고주파 전원(135)과 안테나 유닛(190)의 제1 지점을 연결하는 것이고, 제4 전송 선로(137)는 제3 고주파 전원(135)과 안테나 유닛(190)의 제2 지점을 연결하는 것이다. 상기에서, 제3 고주파 전원(135)의 입력 단자는 제4 전송 선로(137)에 연결되고, 제3 고주파 전원(135)의 출력 단자는 제3 전송 선로(136)에 연결될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 고주파 전원(135)의 입력 단자는 제3 전송 선로(136)에 연결되고, 제3 고주파 전원(135)의 출력 단자는 제4 전송 선로(137)에 연결되는 것도 가능하다.

정합 모듈(138)은 제3 고주파 전원(135)의 입력 단자와 출력 단자 사이에서 RF 전력이 상이한 크기를 가지는 경우, 이를 매칭시켜 제3 전극에 인가되도록 하는 것이다. 즉, 정합 모듈(138)은 제3 전송 선로(136) 상에서의 RF 전력과 제4 전송 선로(137) 상에서의 RF 전력을 매칭시킬 수 있다. 정합 모듈(138)은 이를 위해 제3 전송 선로(136) 상에 설치될 수 있다.

보조 선로(139)는 제4 전송 선로(137) 상의 일 지점과 GND에 연결되는 것이다. 정합 모듈(138)이 제3 전송 선로(136) 상에 설치되는 경우, 보조 선로(139)는 제4 전송 선로(137) 상의 일 지점과 GND를 연결할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 정합 모듈(138)은 제4 전송 선로(137) 상에 설치될 수 있으며, 이 경우 보조 선로(139)는 제3 전송 선로(136)의 일 지점과 GND를 연결할 수 있다.

이상 도 1에서는 안테나 유닛(190)이 하우징(110)의 외측벽을 둘러싸도록 설치되고, 그러한 안테나 유닛(190)의 일측에 제3 고주파 전원(135), 제3 전송 선로(136), 제4 전송 선로(137), 정합 모듈(138) 및 보조 선로(139)이 연결되도록 설치됨을 설명하였다.

그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛(190)의 일측뿐만 아니라 안테나 유닛(190)의 타측에도 제3 고주파 전원(135a, 135b), 제3 전송 선로(136a, 136b), 제4 전송 선로(137a, 137b), 정합 모듈(138a, 138b) 및 보조 선로(139a, 139b)가 연결되도록 설치될 수 있다.

여기서, 안테나 유닛(190)의 일측에 설치되는 제3 고주파 전원(135a), 제3 전송 선로(136a), 제4 전송 선로(137a), 정합 모듈(138a) 및 보조 선로(139a)는 안테나 유닛(190)의 타측에 설치되는 제3 고주파 전원(135b), 제3 전송 선로(136b), 제4 전송 선로(137b), 정합 모듈(138b) 및 보조 선로(139b)와 상호 마주보도록 설치될 수 있다. 두 개의 제3 고주파 전원(135a, 135b)이 이와 같이 안테나 유닛(190)의 양측에 설치되면, 제1 고주파 전원(131) 및 제2 고주파 전원(133)의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.

한편, 안테나 유닛(190)은 두 개로 분할되어, 그 중 하나는 하우징(110)의 외측벽 중 일부분을 둘러싸도록 설치되고, 다른 하나는 나머지 부분을 둘러싸도록 설치되는 것도 가능하다. 이 경우, 제3 고주파 전원(135a, 135b), 제3 전송 선로(136a, 136b), 제4 전송 선로(137a, 137b), 정합 모듈(138a, 138b) 및 보조 선로(139a, 139b)는 분할된 각각의 안테나 유닛(190)에 연결되도록 설치될 수 있다.

이상 플라즈마 생성 유닛(130)을 구성하는 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극과, 이에 각각 연결되는 제1 고주파 전원(131), 제1 전송 선로(132), 제2 고주파 전원(133), 제2 전송 선로(134), 제3 고주파 전원(135), 제3 전송 선로(136), 제4 전송 선로(137), 정합 모듈(138) 및 보조 선로(139)에 대하여 설명하였다.

플라즈마 생성 유닛(130)은 앞서 설명한 바와 같이 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스 및 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스를 이용하여 하우징(110)의 내부 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 제1 전극 및 제2 전극을 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스로 이용할 수 있으며, 제3 전극 및 제2 전극을 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스로 이용할 수 있다.

제1 전극 및 제2 전극을 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스로 이용하고, 샤워 헤드 유닛(140) 및 정전 척(122)을 각각 제1 전극 및 제2 전극으로 이용하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)과 정전 척(122) 사이에 위치하는 플라즈마 영역(Plasma Region; 210)에 상하 방향(제3 방향(30))으로 제1 전기장(310)이 형성될 수 있다. 따라서 이 경우에는, 플라즈마 영역(210)에 균일한 밀도의 플라즈마를 생성하여 플라즈마 균일도(Plasma Uniformity)를 높일 수 있으며, 이에 따라 프로세스 영역(Process Region; 220)에서 대면적의 기판을 처리하는 것이 가능해진다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제1 예시도이다.

또한, 제3 전극 및 제2 전극을 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스로 이용하고, 안테나 유닛(190) 및 정전 척(122)을 각각 제3 전극 및 제2 전극으로 이용하는 경우, 안테나 유닛(190)에 의해 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 제2 전기장(320)이 형성되고, 하우징(110)의 상하 방향으로 자기장(330)이 형성되며, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 플라즈마 영역(210)에 좌우 방향(제1 방향(10) 또는 제2 방향(20))으로 유도 전기장(340)이 형성될 수 있다. 따라서 이 경우에는, 플라즈마 영역(210)에서 플라즈마 밀도(Plasma Density)를 높일 수 있으며, 이에 따라 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어가 가능해진다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제2 예시도이다.

따라서 본 발명에서는 플라즈마 생성 유닛(130)이 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 이용하여 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스 및 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스를 동시에 사용함으로써, 플라즈마 균일도와 플라즈마 밀도를 동시에 높여 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어, 및 대면적 기판 처리를 모두 성취하는 효과를 얻을 수 있다.

다시 도 1을 참조하여 설명한다.

제1 고주파 전원(131)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제1 고주파 전원(131)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제1 전송 선로(132) 상에 병렬로 배치될 수 있다.

또한, 제1 고주파 전원(131)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(130)은 복수 개의 제1 고주파 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 매칭 네트워크는 각각의 제1 고주파 전원으로부터 상이한 크기의 주파수 전력들이 입력되는 경우, 상기 주파수 전력들을 매칭시켜 제1 전극에 인가하는 역할을 할 수 있다.

한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제1 고주파 전원(131)과 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제1 고주파 전원(131)에서 제1 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.

마찬가지로, 제2 고주파 전원(133)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제2 고주파 전원(133)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제2 전송 선로(134) 상에 병렬로 배치될 수 있다.

또한, 제2 고주파 전원(133)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(130)은 복수 개의 제2 고주파 전원과 전기적으로 연결되는 제2 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 매칭 네트워크는 각각의 제2 고주파 전원으로부터 상이한 크기의 주파수 전력들이 입력되는 경우, 상기 주파수 전력들을 매칭시켜 제2 전극에 인가하는 역할을 할 수 있다.

한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제2 고주파 전원(133)과 제2 전극을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제2 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제2 고주파 전원(133)에서 제2 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.

한편, 제3 고주파 전원(135)도 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제3 고주파 전원(135)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 복수 개의 제3 고주파 전원은 제3 전송 선로(136) 및 제4 전송 선로(137)에 각각 병렬로 연결될 수 있다.

한편, 안테나 유닛(190)은 앞서 설명한 바와 같이 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 설치될 수 있으며, 하우징(110)의 높이와 동일한 크기를 가지도록 제공될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 유닛(190)은 도 6에 도시된 바와 같이 플라즈마 영역(210)의 크기를 고려하여 그에 적합한 크기를 가지도록 제공되는 것도 가능하다. 즉, 안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 외측벽 둘레를 따라 설치되되, 하우징(110)의 높이보다 작은 크기를 가지도록 제공되는 것도 가능하다. 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.

이상 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 기판 처리 장치(100)는 안테나 유닛(190)이 원통형 구조(Cylindrical Type)로 형성되는 경우의 예시이다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 유닛(190)은 평판형 구조(Planar Type)로 형성될 수 있으며, 기판 처리 장치(100)는 평판형 구조의 안테나 유닛(190)을 제3 전극으로 활용하는 것도 가능하다. 이하에서는 이에 대해 자세하게 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.

도 7의 기판 처리 장치(100)는 도 1의 기판 처리 장치(100)와 마찬가지로 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너 유닛(170), 배플 유닛(180) 및 안테나 유닛(190)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 7의 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각각의 유닛(110 ~ 190)은 도 1의 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각각의 유닛(110 ~ 190)과 동일한 역할을 하는 것이다. 따라서 도 7의 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각각의 유닛(110 ~ 190)에 대한 자세한 설명은 여기서는 생략하기로 하고, 도 7의 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각각의 유닛(110 ~ 190)이 도 1의 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각각의 유닛(110 ~ 190)에 대해 가지는 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1의 기판 처리 장치(100)에서, 안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 외측벽을 둘러싸도록 부착될 수 있다. 반면, 도 7의 기판 처리 장치(100)에서, 안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 상부면 상에 부착될 수 있다. 이 경우, 안테나(191)는 하우징(110)의 폭 방향(제1 방향(10))을 길이 방향으로 하여 설치될 수 있으며, 하우징(110)의 직경에 대응하는 크기를 가지도록 제공될 수 있다.

한편, 도 7에는 도시되어 있지 않지만, 하우징(110)의 상부면과 안테나 유닛(190) 사이에는 윈도우 모듈이 설치될 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 상부면은 개방되고, 윈도우 모듈이 하우징(110)의 상부면을 커버하도록 설치될 수 있다. 즉, 윈도우 모듈은 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시키는 하우징(110)의 상부 덮개 역할을 할 수 있다.

윈도우 모듈은 절연성 물질(예를 들어, 알루미나(Al₂O₃))을 소재로 하여 유전체 창(Dielectric Window)으로 형성될 수 있다. 윈도우 모듈은 플라즈마 공정이 하우징(110)의 내부에서 진행될 때 파티클(Particle)이 발생하는 것을 억제하기 위해 표면에 코팅막을 포함하여 형성될 수 있으며, 제2 가스 공급 라인(162)이 삽입되기 위한 통공이 형성될 수 있다.

한편, 도 7에는 도시되어 있지 않지만, 하우징(110)의 상부면은 개방되고, 안테나 유닛(190)이 하우징(110)의 상부 덮개 역할을 하도록 설치될 수도 있다.

앞서 설명하였지만, 플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마 소스(즉, CCP 소스) 및 유도 결합형 플라즈마 소스(즉, ICP 소스)를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 샤워 헤드 유닛(140)을 제1 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 제2 전극으로 이용하며, 안테나 유닛(190)을 제3 전극으로 이용할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 제1 전극 및 제2 전극을 용량 결합형 플라즈마 소스로 이용할 수 있으며, 제3 전극 및 제2 전극을 유도 결합형 플라즈마 소스로 이용할 수 있다.

제1 전극 및 제2 전극을 용량 결합형 플라즈마(CCP) 소스로 이용하고, 샤워 헤드 유닛(140) 및 정전 척(122)을 각각 제1 전극 및 제2 전극으로 이용하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)과 정전 척(122) 사이에 위치하는 플라즈마 영역(210)에 상하 방향(제3 방향(30))으로 제1 전기장(310)이 형성될 수 있다. 따라서 이 경우에는, 플라즈마 영역(210)에 균일한 밀도의 플라즈마를 생성하여 플라즈마 균일도(Plasma Uniformity)를 높일 수 있으며, 이에 따라 프로세스 영역(220)에서 대면적의 기판을 처리하는 것이 가능해진다. 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제1 예시도이다.

또한, 제3 전극 및 제2 전극을 유도 결합형 플라즈마(ICP) 소스로 이용하고, 안테나 유닛(190) 및 정전 척(122)을 각각 제3 전극 및 제2 전극으로 이용하는 경우, 안테나 유닛(190) 상에 제2 전기장(320)이 형성되고, 하우징(110)의 상하 방향으로 자기장(330)이 형성되며, 이에 따라 도 9에 도시된 바와 같이 플라즈마 영역(210)에 좌우 방향(제1 방향(10) 또는 제2 방향(20))으로 유도 전기장(340)이 형성될 수 있다. 따라서 이 경우에는, 플라즈마 영역(210)에서 플라즈마 밀도(Plasma Density)를 높일 수 있으며, 이에 따라 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어가 가능해진다. 도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 플라즈마 생성 유닛을 이용하여 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 제2 예시도이다.

이상 도 1 내지 도 9를 참조하여 용량 결합형 플라즈마 소스 및 유도 결합형 플라즈마 소스를 동시에 사용할 수 있는 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였다. 구체적으로, 도 1 내지 도 6을 참조하여 원통형 구조(Cylindrical Type)의 안테나 유닛(190)을 포함하는 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였으며, 이어서 도 7 내지 도 9를 참조하여 평판형 구조(Planar Type)의 안테나 유닛(190)을 포함하는 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였다.

본 발명에서 기판 처리 장치(100)는 기판(W)을 처리하는 경우, 용량 결합형 플라즈마 소스 및 유도 결합형 플라즈마 소스를 모두 작동시키는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 용량 결합형 플라즈마 소스와 유도 결합형 플라즈마 소스가 동시에 작동될 수 있으나, 본 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 용량 결합형 플라즈마 소스와 유도 결합형 플라즈마 소스가 순차적으로 작동되는 것도 가능하다.

용량 결합형 플라즈마 소스와 유도 결합형 플라즈마 소스가 순차적으로 작동되는 경우, 플라즈마 균일도와 플라즈마 밀도를 모두 높여 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어, 및 대면적 기판 처리를 모두 성취하기 위해, 용량 결합형 플라즈마 소스를 먼저 작동시키고, 그 다음에 유도 결합형 플라즈마 소스를 작동시킬 수 있다. 이 경우, 유도 결합형 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스에 의해 발생된 플라즈마의 활성화를 배가시키는 역할을 하게 된다.

한편, 본 발명에서는 용량 결합형 플라즈마 소스와 유도 결합형 플라즈마 소스를 모두 작동시키지 않고, 어느 하나의 플라즈마 소스만 작동시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 실리콘 화합물(예를 들어, 실리콘 옥사이드(Silicon Oxide))을 식각하는 경우에는, 도 10에 도시된 바와 같이 용량 결합형 플라즈마 소스만 작동시킬 수 있다. 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 다른 작동예를 설명하기 위한 제1 예시도이다.

한편, 예를 들어, 폴리 실리콘(Poly Silicon)을 식각하거나 기판(W) 상에 박막을 증착시키는 경우에는, 도 11에 도시된 바와 같이 유도 결합형 플라즈마 소스만 작동시키는 것도 가능하다. 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 다른 작동예를 설명하기 위한 제2 예시도이다.

반도체 제조 공정 중 Etch 공정에 사용되는 장비들은 CCP 혹은 ICP 중 어느 한 가지 종류의 플라즈마를 사용하여 Etch 공정을 진행하였다. CCP 타입 플라즈마의 경우, 균일한 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있어서 대면적 Wafer에 적용이 가능하다. 하지만, 상대적으로 저밀도의 플라즈마를 발생시키며, 이온 에너지와 전자 밀도의 독립적 제어가 어려운 문제가 있다.

반면, ICP 타입 플라즈마의 경우, 상대적으로 고밀도의 플라즈마를 발생시키며 Plasma Density와 이온 에너지의 독립적 제어가 가능하다. 이는 Plasma Density 증가에 따른 E/R(Etch Rate)의 증가 및 저압 공정 확보, MFP(Mean Free Path) 증가에 따른 이온의 직진성 확보로 차세대 HAR(High Aspect Ratio) 공정에 적합하다 할 수 있다. 하지만, Plasma Uniformity가 낮아 대면적 Wafer로의 적용이 어려운 문제가 있다.

본 발명에서는 두 종류의 플라즈마 즉, CCP Type의 플라즈마와 ICP Type의 플라즈마를 동시에 사용하여 서로의 단점을 보완하고 장점을 극대화할 수 있다. 본 발명에서는 더 나아가, 차세대 HAR 공정에 최적화된 유형의 기판 처리 장치(100를 제공할 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 기판 처리 장치 110: 하우징
120: 기판 지지 유닛 122: 정전 척
130: 플라즈마 생성 유닛 131: 제1 고주파 전원
132: 제1 전송 선로 133: 제2 고주파 전원
134: 제2 전송 선로 135: 제3 고주파 전원
136: 제3 전송 선로 137: 제4 전송 선로
138: 정합 모듈 139: 보조 선로
140: 샤워 헤드 유닛 150: 제1 가스 공급 유닛
160: 제2 가스 공급 유닛 170: 라이너 유닛
180: 배플 유닛 190: 안테나 유닛
191: 안테나 210: 플라즈마 영역
220: 프로세스 영역 310: 제1 전기장
320: 제2 전기장 330: 자기장
340: 유도 전기장

Claims

하우징;
상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 유닛;
상기 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛; 및
상기 하우징의 내부에 상기 공정 가스를 토대로 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하며,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 안테나 유닛 및 상기 샤워 헤드 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 모두 발생시키는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 기판 상에서 상기 기판의 폭 방향으로 형성되는 전기장, 및 상기 기판 상에서 상기 기판의 높이 방향으로 형성되는 전기장을 기초로 플라즈마 밀도 및 플라즈마 균일도를 동시에 증가시키는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 동시에 발생시키거나, 또는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 순차적으로 발생시키는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되거나, 또는 상기 하우징의 상부면에 부착되는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 안테나 유닛을 전극으로 이용하는 경우,
상기 안테나 유닛에 RF 전력을 인가하는 고주파 전원;
상기 고주파 전원의 제1 단자와 상기 안테나 유닛의 제1 지점을 연결하는 제1 선로, 및 상기 고주파 전원의 제2 단자와 상기 안테나 유닛의 제2 지점을 연결하는 제2 선로를 포함하는 전송 선로;
상기 전송 선로로부터 분기되며, GND와 연결되는 보조 선로; 및
상기 제1 선로 상에서의 RF 전력과 상기 제2 선로 상에서의 RF 전력을 매칭시키는 정합 모듈을 포함하는 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 보조 선로는 상기 제1 선로로부터 분기되며,
상기 정합 모듈은 상기 제2 선로 상에 설치되는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마(ICP)이고, 상기 제2 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마(CCP)인 기판 처리 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 순차적으로 발생시키는 경우, 상기 제2 플라즈마를 먼저 발생시키는 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 발생시킬 때에 상기 기판 지지 유닛을 전극으로 더 이용하는 기판 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되는 경우, 원통형 구조를 가지는 기판 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 상부면에 부착되는 경우, 평판형 구조를 가지는 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 고주파 전원은 복수 개이며,
복수 개의 고주파 전원은 상기 제1 선로 및 상기 제2 선로에 각각 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되는 경우, 상기 하우징의 높이와 동일한 크기를 가지거나, 또는 상기 하우징의 높이보다 작은 크기를 가지는 기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 높이보다 작은 크기를 가지는 경우, 상기 플라즈마의 발생과 관련된 플라즈마 영역의 크기나 위치에 대응하는 기판 처리 장치.
하우징;
상기 하우징의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 유닛;
상기 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛; 및
상기 하우징의 내부에 상기 공정 가스를 토대로 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 안테나 유닛, 상기 샤워 헤드 유닛 및 상기 기판 지지 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 동시에 발생시키고,
상기 제1 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마(ICP)이고, 상기 제2 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마(CCP)이며,
상기 안테나 유닛은 상기 하우징의 외측벽에 부착되고,
상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 기판 상에서 상기 기판의 폭 방향으로 형성되는 전기장, 및 상기 기판 상에서 상기 기판의 높이 방향으로 형성되는 전기장을 기초로 플라즈마 밀도 및 플라즈마 균일도를 동시에 증가시키는 기판 처리 장치.
하우징의 내부에 배치되는 기판 지지 유닛 상에 기판을 배치시키는 단계;
상기 하우징의 내부에 배치되는 샤워 헤드 유닛을 이용하여 상기 기판 상에 공정 가스를 공급하는 단계; 및
플라즈마 생성 유닛을 이용하여 상기 하우징의 내부에서 상기 공정 가스를 토대로 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하며,
상기 발생시키는 단계는 상기 하우징의 외부에 배치되는 안테나 유닛 및 상기 샤워 헤드 유닛을 각각 전극으로 이용하여 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마를 모두 발생시키며,
상기 기판 상에서 상기 기판의 폭 방향으로 형성되는 전기장, 및 상기 기판 상에서 상기 기판의 높이 방향으로 형성되는 전기장을 기초로 플라즈마 밀도 및 플라즈마 균일도를 동시에 증가시키는 기판 처리 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 발생시키는 단계는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 동시에 발생시키거나, 또는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 순차적으로 발생시키는 기판 처리 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 발생시키는 단계는 상기 안테나 유닛으로 상기 하우징의 외측벽에 부착되는 유닛, 또는 상기 하우징의 상부면에 부착되는 유닛을 이용하는 기판 처리 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 유도 결합형 플라즈마(ICP)이고, 상기 제2 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마(CCP)인 기판 처리 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 발생시키는 단계는 상기 기판 지지 유닛을 전극으로 더 이용하여 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마를 발생시키는 기판 처리 방법.