KR20230094104A - 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛 - Google Patents

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KR20230094104A
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plasma processing
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정소형
정철호
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Abstract

본 발명의 실시예는 기판의 중심부에서 엣지부까지 균일한 플라즈마 분포를 형성할 수 있는 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛을 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛은, 플라즈마 처리 챔버의 하부에 설치되는 척 바디와, 상기 척 바디의 상부에 구비되어 기판의 하부를 지지하며 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 하부 전극이 장착되는 제1 정전 척과, 상기 척 바디의 상부에서 상기 제1 정전 척의 외측에 제공되어 내부에 제2 하부 전극이 장착되는 제2 정전 척과, 상기 제2 정전 척의 상부에 구비되는 포커스 링을 포함한다.

Description

플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛{SUBSTRATE SUPPORT UNIT OF PLASMA PROCESSING CHAMBER}
본 발명은 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛에 관한 것으로, 보다 구체적으로 플라즈마 처리 챔버에서 균일한 플라즈마 분포를 형성하기 위한 기판 지지 유닛에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 기판(예: 웨이퍼) 상에 반도체 소자를 제조하기 위한 공정으로서, 예를 들어 노광, 증착, 식각, 이온 주입, 세정 등을 포함한다. 각각의 제조 공정을 수행하기 위하여, 반도체 제조 공장의 클린룸 내에 각 공정을 수행하는 반도체 제조 설비들이 구비되며, 반도체 제조 설비에 투입된 기판에 대한 공정 처리가 수행된다.
반도체 제조 과정에 있어서 플라즈마를 이용한 공정, 예를 들어 식각, 증착 등이 널리 사용되고 있다. 플라즈마 처리 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장비는 공정 가스, 온도, 압력, 플라즈마를 생성하기 위한 RF(Radio Frequency) 신호의 주파수, 전력 등 다양한 공정 조건을 변경하면서 공정을 수행할 수 있다.
한편, 플라즈마 처리 공정에 있어서 기판의 센터부에서 엣지부까지 일정하게 플라즈마가 분포되도록 하는 것이 중요하며, 균일한 플라즈마 분포를 형성하기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 기판의 중심부에서 엣지부까지 균일한 플라즈마 분포를 형성할 수 있는 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛은, 플라즈마 처리 챔버의 하부에 설치되는 척 바디와, 상기 척 바디의 상부에 구비되어 기판의 하부를 지지하며 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 하부 전극이 장착되는 제1 정전 척과, 상기 척 바디의 상부에서 상기 제1 정전 척의 외측에 제공되어 내부에 제2 하부 전극이 장착되는 제2 정전 척과, 상기 제2 정전 척의 상부에 구비되는 포커스 링을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 정전 척은 상기 제1 정전 척과 상이한 유전율을 갖는 세라믹 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 하부 전극 및 상기 제2 하부 전극에 연결된 하부 전원에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판의 센터부의 플라즈마 분포는 상기 제1 정전 척의 커패시턴스에 의해 결정되고, 상기 기판의 엣지부의 플라즈마 분포는 상기 제2 정전 척의 커패시턴스 및 상기 포커스 링의 커패시턴스에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 정전 척은 상기 제1 정전 척의 외측을 둘러싸는 링 형상으로 제조되어 상기 척 바디의 상부에 결합되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 정전 척은 상기 제1 정전 척의 외측에서 상기 척 바디에 일체로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 정전 척의 외측에 제공되는 제2 정전 척을 구성함으로써, 기판의 엣지부에서 정전 용량을 제어할 수 있게 되어 플라즈마 분포를 균일하게 조절할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 구조를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 지지 유닛의 구조를 도시한다.
도 3은 종래 기술에 따른 기판 지지 유닛의 등가 회로를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛의 구조를 도시한다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛의 등가 회로를 도시한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 지지 유닛의 구조를 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 결합)"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 플라즈마 처리 챔버(100)의 기판 지지 유닛(120)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 플라즈마 처리 챔버(100)에서 균일한 플라즈마 분포를 형성하기 위한 기판 지지 유닛(120)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마 처리 공정에 있어서 기판(W)의 센터부에서 엣지부까지 균일하게 플라즈마를 형성하기 위하여 제1 정전 척의 외측에 제2 정전 척을 구성하여 기판(W)의 엣지부에서 정전 용량을 제어함으로써 플라즈마 분포를 균일하게 조절할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 챔버(100)의 개략적인 구조를 도시한다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 챔버(100)는 하우징(housing; 110), 기판 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(shower head unit; 140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 월 라이너(wall liner; 170), 배플 유닛(baffle unit; 180) 및 상부 모듈(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
플라즈마 처리 챔버(100)는 진공 환경에서 식각 공정(예를 들어, 건식 식각 공정(dry etching process))을 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(wafer))을 처리한다. 플라즈마 처리 챔버(100)은 예를 들어, 플라즈마 공정(plasma process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
하우징(110)은 플라즈마 공정이 수행되는 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. 이러한 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 과정에서 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 통로로서 기능할 수 있다. 이러한 개구부(114)는 도어 어셈블리(115)에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 하우징(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 상하 방향(즉, 제 3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 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, 척 바디(chuck body; 121)와 정전 척(electrostatic chuck; 122)를 포함할 수 있다.
척 바디(121)는 정전 척(122)를 하부에서 지지한다. 척 바디(121)는 예를 들어, 알루미늄 성분을 소재로 하여 제작되어 알루미늄 베이스 플레이트(Al base plate)로 제공될 수 있다.
정전 척(122)는 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 것이다. 이러한 정전 척(122)는 세라믹 성분을 소재로 하여 제작되어 세라믹 플레이트(ceramic plate) 또는 세라믹 퍽(ceramic puck)으로 제공될 수 있으며, 척 바디(121) 상에 고정되도록 척 바디(121)와 결합될 수 있다.
척 바디(121)와 그 위에 형성되는 정전 척(122) 사이에는 접합층(bonding layer)이 형성될 수 있으며, 접합층을 보호하기 위해 그 외곽에는 보호층이 설치될 수 있다.
정전 척(122)은 구동 부재(미도시)를 이용하여 하우징(110)의 내부에서 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 정전 척(122)가 이와 같이 상하 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해질 수 있다. 정전 척(122)의 내부에는 하부 전극(127)이 구비되어 플라즈마 처리 챔버(100)의 처리 공간에 플라즈마를 형성할 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 지지하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(123)는 포커스 링(focus ring; 123a) 및 절연 링(123b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(123a)은 절연 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)를 감싸도록 제공된다. 이러한 포커스 링(123a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킬 수 있다.
절연 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)을 감싸도록 제공된다. 이러한 절연 링(123b)은 쿼츠(quartz) 재질로 제공될 수 있다.
한편, 링 어셈블리(123)는 포커스 링(123a)의 테두리에 밀착 형성되는 에지 링(edge ring)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 에지 링은 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다.
제1 가스 공급 유닛(150)은 링 어셈블리(123)의 상부나 정전 척(122)의 테두리 부분에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 제1 가스를 공급하는 것이다. 이러한 제1 가스 공급 유닛(150)은 제1 가스 공급원(151) 및 제1 가스 공급 라인(152)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 가스 공급원(151)은 제1 가스로 질소 가스(N2 gas)를 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 가스 공급원(151)은 다른 가스나 세정제 등을 공급하는 것도 가능하다.
제1 가스 공급 라인(152)은 정전 척(122)와 링 어셈블리(123) 사이에 제공되는 것이다. 제1 가스 공급 라인(152)은 예를 들어, 정전 척(122)와 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 가스 공급 라인(152)은 포커스 링(123a)의 내부에 제공되어, 정전 척(122)와 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 절곡되도록 형성되는 것도 가능하다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있다. 일례로, 가열 부재(124)는 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 척 바디(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 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 하우징(110)의 내부 공간 중에서 정전 척(122)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 모듈(190)에 설치되는 안테나 유닛(antenna unit; 193)과 정전 척(122)의 하부 전극(127)을 사용하여 플라즈마를 형성하기 위한 전압을 인가할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)과 정전 척(122)의 하부 전극(127)을 사용하여 플라즈마를 형성하기 위한 전압을 인가할 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전원(131) 및 하부 전원(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
상부 전원(131)은 상부 전극, 즉 안테나 유닛(193)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 상부 전원(131)은 플라즈마의 특성을 제어하도록 제공될 수 있다. 상부 전원(131)은 예를 들어, 이온 충격 에너지(ion bombardment energy)를 조절하도록 제공될 수 있다.
상부 전원(131)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 상부 전원(131)이 복수 개 구비되는 경우, 플라즈마 처리 챔버(100)은 복수 개의 상부 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 매칭 네트워크는 각각의 상부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 안테나 유닛(193)에 인가할 수 있다.
한편, 상부 전원(131)과 안테나 유닛(193)을 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 상부 전원(131)으로부터 안테나 유닛(193)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 하부 전극, 즉 정전 척(122)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 하부 전원(133)은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 상부 전원(131)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
하부 전원(133)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 상부 전원(131)과 마찬가지로 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 하부 전원(133)이 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 하부 전원과 전기적으로 연결되는 제 2 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 매칭 네트워크는 각각의 하부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 정전 척(122)에 인가할 수 있다.
한편, 하부 전원(133)과 정전 척(122)을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제2 임피던스 정합 회로는 제1 임피던스 정합 회로와 마찬가지로 무손실 수동 회로로 작용하여 하부 전원(133)으로부터 정전 척(122)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(140)은 정전 척(122)과 하우징(110)의 내부에서 상하로 대향되도록 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(140)은 하우징(110)의 내부로 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 분사 홀(gas feeding hole; 141)을 구비할 수 있으며, 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 성분을 소재로 하여 제작될 수 있으며, 금속 성분을 소재로 하여 제작되는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 공정 가스(제2 가스)를 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급 유닛(160)은 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 에칭 가스(etching gas)를 공정 가스로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원(161)은 에칭 가스로 불소(fluorine) 성분을 포함하는 가스(예를 들어, SF6, CF4 등의 가스)를 공급할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 단일 개 구비되어 에칭 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 가스 공급원(161)은 복수 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 것이다. 제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)을 통해 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하여, 에칭 가스가 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)이 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone), 에지 영역(edge zone) 등으로 분할되는 경우, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 공정 가스를 공급하기 위해 가스 분배기(미도시)와 가스 분배 라인(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가스 분배기는 제2 가스 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 분배하는 것이다. 이러한 가스 분배기는 제2 가스 공급 라인(162)을 통해 제2 가스 공급원(161)과 연결될 수 있다.
가스 분배 라인은 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역을 연결하는 것이다. 가스 분배 라인은 이를 통해 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 이송할 수 있다.
한편, 제2 가스 공급 유닛(160)은 증착 가스(deposition gas)를 공급하는 제3 가스 공급원(미도시)을 더 포함하는 것도 가능하다.
제3 가스 공급원은 기판(W) 패턴의 측면을 보호하여 이방성 에칭이 가능해지도록 샤워 헤드 유닛(140)으로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원은 C4F8, C2F4 등의 가스를 증착 가스로 공급할 수 있다.
월 라이너 유닛(170)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 월 라이너 유닛(170)은 하우징(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다.
월 라이너 유닛(170)은 하우징(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 월 라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 월 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 하우징(110)의 상단에 놓여 월 라이너 유닛(170)을 지지할 수 있다.
배플 유닛(180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 하우징(110)의 내측벽과 정전 척(122) 사이에 설치될 수 있다. 배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향([0083] 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.
상부 모듈(190)은 하우징(110)의 개방된 상부를 덮도록 설치되는 것이다. 이러한 상부 모듈(190)은 윈도우 부재(191), 안테나 부재(192) 및 안테나 유닛(193)을 포함할 수 있다.
윈도우 부재(191)는 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시키기 위해 하우징(110)의 상부를 덮도록 형성되는 것이다. 이러한 윈도우 부재(191)는 판(예를 들어, 원판) 형상으로 제공될 수 있으며, 절연 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 형성될 수 있다.
윈도우 부재(191)는 유전체 창(dielectric window)을 포함하여 형성될 수 있다 윈도우 부재(191)는 제2 가스 공급 라인(162)이 삽입되기 위한 통공이 형성될 수 있으며, 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 수행될 때 파티클(particle)의 발생을 억제하기 위해 그 표면에 코팅막이 형성될 수 있다.
안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)의 상부에 설치되는 것으로서, 안테나 유닛(193)이 그 내부에 배치될 수 있도록 소정 크기의 공간이 제공될 수 있다.
안테나 부재(192)는 하부가 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 하우징(110)과 대응되는 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)에 탈착 가능하도록 제공될 수 있다.
안테나 유닛(193)은 상부 전극으로 기능하는 것으로서, 폐루프를 형성하도록 제공되는 코일이 장착된 것이다. 이러한 안테나 유닛(193)은 상부 전원(131)으로부터 공급되는 전력을 기초로 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 생성하여, 샤워 헤드 유닛(140)를 통해 하우징(110)의 내부로 유입된 가스를 플라즈마로 여기시키는 기능을 한다.
안테나 유닛(193)은 평판 스파이럴(planar spiral) 형태의 코일을 장착할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 코일의 구조나 크기 등은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 기판 지지 유닛(120)의 구조를 도시한다. 도 2는 도 1의 (A) 영역을 확대 표시한 것이다. 도 2를 참고하면, 척 바디(121)의 상부에 정전 척(122)이 구비되며, 정전 척(122)의 내부에 하부 전극(127)이 설치된다. 정전 척(122)의 상부에 기판(W)이 안착되며, 상부 전극과 하부 전극(127)에 인가되는 전압에 의해 플라즈마가 형성된다. 한편, 정전 척(122)의 외측부에 플라즈마를 기판(W) 쪽으로 집중시키기 위한 포커스 링(123a)이 설치된다.
한편, 플라즈마의 분포를 해석하기 위한 등가 회로가 도 3과 같이 구성될 수 있다. 도 3을 참고하면, 기판(W) 주변의 플라즈마 분포는 정전 척(122)의 커패시턴스(CC1)와 포커스 링(123a)의 커패시턴스(CF)에 의해 결정됨을 알 수 있다. 실리콘(Si) 소재로 구성되는 포커스 링(123a)과 세라믹 소재로 구성되는 정전 척(122)의 유전율이 서로 다르기 때문에(
Figure pat00001
≠
Figure pat00002
), 정전 척(122)의 커패시턴스(CC1)와 포커스 링(123a)의 커패시턴스(CF)가 상이하므로 기판(W)의 센터부와 엣지부의 플라즈마 밀도 차이가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 정전 척(122)과 동일한 커패시턴스가 기판(W)의 엣지부에 구성된 것과 동일한 효과를 발생시키기 위하여 세라믹 소재의 정전 척을 포커스 링(123a)의 하부에 추가함으로써 플라즈마 밀도를 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 기판 지지 유닛(120)을 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛(120)의 구조를 도시한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 챔버(100)의 기판 지지 유닛(120)은, 플라즈마 처리 챔버(100)의 하부에 설치되는 척 바디(121)와, 척 바디(121)의 상부에 구비되어 기판(W)의 하부를 지지하며 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 하부 전극(127a)이 장착되는 정전 척(122)과, 척 바디(121)의 상부에서 정전 척(122)의 외측에 제공되어 내부에 제2 하부 전극(127b)이 장착되는 제2 정전 척(122b)과, 제2 정전 척(122b)의 상부에 구비되는 포커스 링(123a)을 포함한다.
도 4를 참고하면, 플라즈마 처리 챔버(100)의 하부에 설치도는 척 바디(121)의 상부에 제1 정전 척(122a)과 제2 정전 척(122b)이 설치되는데, 제1 정전 척(122a)는 기판(W)의 중심부 측에 위치하고, 제2 정전 척(122b)은 제1 정전 척(122a)의 외측을 따라 링 형태로 제공될 수 있다. 제1 정전 척(122a)의 내부에는 제1 하부 전극(127a)이 설치되고, 제2 정전 척(122b)의 내부에는 제2 하부 전극(127b)이 설치된다. 제1 정전 척(122a)의 상부에 기판(W)이 안착되도록 구성되며, 제2 정전 척(122b)의 상부에 기판(W)으로 플라즈마를 집중시키기 위한 포커스 링(123a)이 설치된다.
본 발명에 따르면, 척 바디(121)의 상부에서 제1 정전 척(122a)의 외측에 제공되는 제2 정전 척(122b)을 구성함으로써 기판(W)의 외측부 주변의 플라즈마 밀도를 정밀하게 제어할 수 있다. 도 5를 참고하면, 제2 정전 척(122b)에 대응하는 커패시턴스(CC2)가 포커스 링(123a)의 커패시턴스(CF)에 직렬로 부가되며, 여기서 제2 정전 척(122b)과 포커스 링(123a)에 의해 형성되는 제2 채널의 커패시턴스(CCeramic)은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00003
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 정전 척(122b)은 제1 정전 척(122a)과 상이한 유전율을 갖는 세라믹 소재로 구성될 수 있다. 제1 정전 척(122a)에 의해 형성되는 제1 채널의 커패시턴스와 제2 정전 척(122b)과 포커스 링(123a)에 의해 형성되는 제2 채널의 커패시턴스가 동일한 커패시턴스를 갖도록 제2 정전 척(122b)의 소재와 형상이 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 하부 전극(127a) 및 제2 하부 전극(127b)에 연결된 하부 전원(133)에 연결될 수 있다. 도 5를 참고하면, 하부 전원(133)에 제1 정전 척(122a)와 제2 정전 척(122b)이 연결되며, 제1 정전 척(122a)에 의해 형성되는 제1 채널 및 제2 정전 척(122b)와 포커스 링(123a)에 의해 형성되는 제2 채널을 따라 인가되는 전압에 의해 플라즈마가 형성된다. 제1 채널과 제2 채널의 커패시턴스를 제어함으로써 기판(W)의 센터부와 엣지부의 플라즈마 분포를 정밀하게 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판(W)의 센터부의 플라즈마 분포는 제1 정전 척(122a)의 커패시턴스(CC1)에 의해 결정되고, 기판(W)의 엣지부의 플라즈마 분포는 제2 정전 척(122b)의 커패시턴스(CC2) 및 포커스 링(123a)의 커패시턴스(CF)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 제2 정전 척(122b)은 척 바디(121)와 별도로 구성될 수도 있고 일체로 구성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 정전 척(122b)은 제1 정전 척(122a)의 외측을 둘러싸는 링 형상으로 제조되어 척 바디(121)의 상부에 결합되도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 것과 같이, 제2 정전 척(122b)은 척 바디(121)와 별도의 링 형상으로 제조되어 척 바디(121)의 상부에 결합될 수 있다. 제2 정전 척(122b)은 척 바디(121)의 상부에 접착 물질을 통해 부착될 수도 있고, 볼트와 같은 체결 기구에 의해 체결될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 정전 척(122b)은 제1 정전 척(122a)의 외측에서 척 바디(121)에 일체로 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 것과 같이, 제2 정전 척(122b)은 제1 정전 척(122a)의 외측부를 둘러싸는 영역에서 척 바디(121)에 일체로 구성될 수 있으며, 포커스 링(123a)이 제2 척 바디(122b)의 상부에 설치될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 것과 같이, 척 바디(121)의 외측부를 따라 링 형상을 갖는 별도의 링 바디(129)가 구성되고, 링 바디(129)의 상부에 세라믹 소재의 제2 정전 척(122b)이 설치될 수 있다. 제2 정전 척(122b)의 상부에 실리콘 소재의 포커스 링(123a)이 구성될 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 플라즈마 처리 챔버
120: 기판 지지 유닛
121: 척 바디
122a: 제1 정전 척
122b: 제2 정전 척
123a: 포커스 링
127a: 제1 하부 전극
127b: 제2 하부 전극
133: 하부 전원
W: 기판

Claims (6)

  1. 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛에 있어서,
    플라즈마 처리 챔버의 하부에 설치되는 척 바디;
    상기 척 바디의 상부에 구비되어 기판의 하부를 지지하며 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 하부 전극이 장착되는 제1 정전 척;
    상기 척 바디의 상부에서 상기 제1 정전 척의 외측에 제공되어 내부에 제2 하부 전극이 장착되는 제2 정전 척; 및
    상기 제2 정전 척의 상부에 구비되는 포커스 링을 포함하는, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 정전 척은 상기 제1 정전 척과 상이한 유전율을 갖는 세라믹 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하부 전극 및 상기 제2 하부 전극에 연결된 하부 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판의 센터부의 플라즈마 분포는 상기 제1 정전 척의 커패시턴스에 의해 결정되고,
    상기 기판의 엣지부의 플라즈마 분포는 상기 제2 정전 척의 커패시턴스 및 상기 포커스 링의 커패시턴스에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 정전 척은 상기 제1 정전 척의 외측을 둘러싸는 링 형상으로 제조되어 상기 척 바디의 상부에 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 정전 척은 상기 제1 정전 척의 외측에서 상기 척 바디에 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 챔버의 기판 지지 유닛.
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