KR20230142237A - 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230142237A
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이동목
전민성
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 기판을 지지하도록 구성된 정전 척; 상기 정전 척의 하부에 배치되며, 상기 정전 척을 절연시키도록 구성된 절연 아이솔레이션; 상기 정전 척을 지지하는 베이스를 포함하며, 상기 절연 아이솔레이션은 복수 개의 상이한 영역들로 구분되며, 상기 절연 아이솔레이션의 상기 영역들 중 적어도 두 영역의 구성 물질 또는 구성 물질의 조성비(composition ratio)는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛을 제공한다.

Description

기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{SUBSTRATE SUPPORTING UNIT AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 기술적 사상은 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영역별로 임피던스를 상이하게 조절할 수 있는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 기판 상에 소정의 패턴을 형성함으로써 제조될 수 있다. 기판 상에 소정의 패턴을 형성할 때에는 증착 공정(depositing process), 사진 공정(lithography process), 식각 공정(etching process) 등 다수의 공정이 반도체 제조 공정에 사용되는 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 공정 하우징 내에서 절연 아이솔레이션을 구성하는 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone) 및 에지 영역(edge zone)의 임피던스 변화를 통해 기판의 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역의 식각률을 제어 하는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 기판을 지지하도록 구성된 정전 척; 상기 정전 척의 하부에 배치되며, 상기 정전 척을 절연시키도록 구성된 절연 아이솔레이션; 및 상기 정전 척을 지지하는 베이스를 포함하며, 상기 절연 아이솔레이션은 복수 개의 상이한 영역들로 구분되며, 상기 절연 아이솔레이션의 상기 영역들 중 적어도 두 영역의 구성 물질 또는 구성 물질의 조성비(composition ratio)는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛을 제공한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연 아이솔레이션은 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone) 및 에지 영역(edge zone)으로 구분된다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역 각각의 구성 물질 또는 구성 물질의 조성비는 서로 상이하다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역의 임피던스는 서로 상이하다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 센터 영역의 임피던스는 상기 에지 영역의 임피던스보다 높다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연 아이솔레이션은 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 불산화 이트륨(YOF) 및 사파이어(Sappire) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연 아이솔레이션은, 상기 절연 아이솔레이션의 중심에 절연 아이솔레이션 관통 홀을 더 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 기술적 사상은 하우징; 상기 하우징의 내부 상측에 설치되며, 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 유입시키는 샤워 헤드; 및 상기 하우징에 내부 하측에 설치되며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 유닛;을 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은, 기판을 지지하도록 구성된 정전 척; 상기 정전 척의 하부에 배치되며, 상기 정전 척을 절연시키도록 구성된 절연 아이솔레이션; 및 상기 정전 척을 지지하는 베이스를 포함하며, 상기 절연 아이솔레이션은 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역으로 구분되고, 상기 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역의 임피던스는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 기판의 식각률을 영역별로 제어할 수 있어, 기판상에 효율적으로 반도체 공정을 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작되는 기판 지지 유닛을 포함하는 기판 처리 장치의 일 실시 형태에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제작되는 기판 지지 유닛을 포함하는 기판 처리 장치의 일 실시 형태에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 아이솔레이션을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 아이솔레이션을 나타내는 평면도이다.
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 것이 다. 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 기술 분야에서 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 정전 척의 절연 아이솔레이션의 복수의 영역들의 임피던스를 조절하여, 기판의 식각률을 조절하는 기판 지지 유닛 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작되는 기판 지지 유닛(120)을 포함하는 기판 처리 장치(100)의 일 실시 형태에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제작되는 기판 지지 유닛(120)을 포함하는 기판 처리 장치(100a)의 일 실시 형태에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 아이솔레이션(123)을 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2에 따르면, 기판 처리 장치(100)은 하우징(110), 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(shower head unit; 140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너(liner; 170), 배플 유닛(baffle unit; 180) 및 상부 모듈(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)은 건식 식각 공정을 이용하여 기판(W)을 처리하는 시스템이다. 기판 처리 장치(100)은 예를 들어, 플라즈마 공정(plasma process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
하우징(110)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 하우징(110)는 내부에 처리 공간을 가지며, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 하우징(110)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 하우징(110)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)는 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기 홀(111)이 형성될 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, 제3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 이용하여 작동할 수 있다.
지지 유닛(120)은 하우징(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(mechanical clamping), 진공(vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스(121), 정전 척(ESC; Electro-Static Chuck)(122) 및 절연 아이솔레이션(123)을 포함하여 구성될 수 있다.
정전 척(122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 것이다. 이러한 정전 척(122)은 세라믹 재질로 제공될 수 있으며, 베이스(121) 상에 고정되도록 베이스(121)와 결합될 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)이 이와 같이 상하 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해질 수 있다.
절연 아이솔레이션(123)은 정전 척(122)의 상단에 위치할 수 있다. 절연 아이솔레이션(123)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 절연 아이솔레이션(123)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 절연 아이솔레이션(123)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 기판(W) 가장자리 영역은 절연 아이솔레이션(123)의 외측에 위치할 수 있다.
절연 아이솔레이션(123)의 내부에 DC 전극(DC Electrode, 미도시)과 히터 전극(Heater Electrode, 미도시)이 배치될 수 있다. DC 전극은 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정을 발생시킬 수 있고, 상기 DC 전극은 하부 전원(133)과 연결될 수 있다. 히터 전극은 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 진행될 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공될 수 있다. 이러한 히터 전극(350)은 상기 가열 부재(125)와 동일한 개념일 수 있다.
절연 아이솔레이션(123)은 베이스(121) 상에 배치되며, 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone) 및 엣지 영역(edge zone)을 포함할 수 있다. 평면적 관점에서, 미들 영역(middle zone) 및 엣지 영역(edge zone)은 센터 영역(center zone)을 감쌀 수 있고, 엣지 영역(edge zone)은 센터 영역(center zone) 및 미들 영역(middle zone)을 감쌀 수 있다. 한편, 도 3에서 절연 아이솔레이션(123)을 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone) 및 엣지 영역(edge zone)으로 구분하여, 절연 아이솔레이션(123)이 세 개의 다른 영역을 포함하는 것을 예시적으로 도시하였으나, 절연 아이솔레이션(123)이 포함하는 영역들의 개수는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 절연 아이솔레이션(123)은 두 개 또는 네 개 이상의 서로 다른 영역들로 구성될 수 있다.
예를 들어, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone)이 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone)보다 식각률(etch rate)이 낮은 경우, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone)의 커패시턴스를 증가시켜, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone)의 측의 임피던스를 감소시킴으로써, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone) 및 센터 영역(center zone)에 대해 식각률이 일정해지도록 제어할 수 있다. 이때, 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone)의 커패시턴스를 감소시켜, 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone)의 측의 임피던스를 증가시킴으로써, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone) 및 센터 영역(center zone)에 대해 식각률이 일정해지도록 제어할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone)이 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone)보다 식각률이 높은 경우, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone)의 커패시턴스를 감소시켜, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone)의 측의 임피던스를 증가시킴으로써, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone) 및 센터 영역(center zone)에 대해 식각률이 일정해지도록 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone)의 커패시턴스를 증가시켜, 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone)의 측의 임피던스를 감소시킴으로써, 절연 아이솔레이션(123)의 엣지 영역(edge zone) 및 센터 영역(center zone)에 대해 식각률이 일정해지도록 제어할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 절연 아이솔레이션(123)의 영역 별 임피던스를 조절하여, 절연 아이솔레이션(123)의 영역별로 식각률을 상이하게 조절할 수 있다.
상기 절연 아이솔레이션(123)의 영역 별 임피던스를 조절하기 위해, 상기 절연 아이솔레이션(123)의 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone) 및 엣지 영역(edge zone) 각각의 구성 물질 또는 구성 물질의 조성비(composition ratio)를 다르게 할 수 있다. 상기 절연 아이솔레이션(123)은 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연 아이솔레이션(123)은 질화 알루미늄(AlN; Aluminium Nitride), 탄화 규소(SiC; Silicon Carbide), 산화 알루미늄(Al2O3; Aluminium Oxide), 산화 이트륨(Y2O3; Yttrium Oxide), 불산화 이트륨(YOF; Yttrium Oxyfluoride), 사파이어(Sapphire) 등의 물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
링 어셈블리(124)는 정전 척(122)의 테두리를 감싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(124)는 링 형상으로 제공되어, 기판(W)의 테두리 영역을 지지하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(124)는 포커스 링(focus ring; 124a) 및 절연 링(124b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(124a)은 절연 링(124b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)을 감싸도록 제공된다. 이러한 포커스 링(124a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킬 수 있다.
절연 링(124b)은 포커스 링(124a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(124a)을 감싸도록 제공된다. 이러한 절연 링(124b)은 쿼츠(quartz) 재질로 제공될 수 있다.
한편, 링 어셈블리(124)는 포커스 링(124a)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(124)의 상부나 정전 척(122)의 테두리 부분에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 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 이물질을 제거하기 위한 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)과 링 어셈블리(124) 사이에 제공되는 것이다. 제1 가스 공급 라인(152)은 예를 들어, 정전 척(122)과 포커스 링(124a) 사이로 연결되도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 가스 공급 라인(152)은 포커스 링(124a)의 내부에 제공되어, 정전 척(122)과 포커스 링(124a) 사이로 연결되도록 절곡되도록 형성되는 것도 가능하다.
가열 부재(125) 및 냉각 부재(126)는 하우징(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(125)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(126)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(125) 및 냉각 부재(126)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 지지 유닛(120)의 내부에 설치될 수 있다. 일례로, 가열 부재(125)는 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(126)는 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다.
한편, 냉각 부재(126)는 냉각 장치(chiller; 127)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(127)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 지지 유닛(120)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)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 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(140)를 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작되는 기판 지지 유닛을 포함하는 기판 처리 장치의 다른 실시 형태에 따른 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전극, 하부 전극, 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, 기판 처리 장치(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 제2 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 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 공정 가스를 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)로 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.
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(161)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 제2 가스 공급원(미도시)을 더 포함하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급원은 기판(W) 패턴의 측면을 보호하여 이방성 에칭이 가능해지도록 샤워 헤드 유닛(140)로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원은 C4F8, C2F4 등의 가스를 증착 가스로 공급할 수 있다.
라이너(170)는 월 라이너(wall-liner)라고도 하며, 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 라이너(170)는 하우징(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다.
라이너(170)는 하우징(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 라이너(170)는 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 라이너(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 하우징(110)의 상단에 놓여 라이너(170)를 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 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.
상부 모듈(190)은 하우징(110)의 개방된 상부를 덮도록 설치되는 것이다. 이러한 상부 모듈(190)은 윈도우 부재(191) 및 안테나 부재(192)를 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, 폐 루프를 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 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절연 아이솔레이션(123a)을 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 도 4의 절연 아이솔레이션(123a)은 센터 영역(center zone)의 적어도 일부에 절연 아이솔레이션 관통 홀(TH)를 포함할 수 있다. 상기 절연 아이솔레이션 관통 홀(TH)을 따라, 정전 척(122)의 인서트(미도시)가 하방으로 연장될 수 있다. 상기 인서트를 따라 척 승강 유닛(미도시)이 배치될 수 있다.
도 4에서 예시적으로 절연 아이솔레이션 관통 홀(TH)이 절연 아이솔레이션(123a)의 센터 영역(center zone)에 하나 배치되는 것을 도시하였으나, 절연 아이솔레이션 관통 홀(TH)은 다양하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연 아이솔레이션 관통 홀(TH)은 절연 아이솔레이션(123a) 상에 복수 개가 배치될 수 있고, 절연 아이솔레이션 관통 홀(TH)은 절연 아이솔레이션(123a)의 미들 영역(middle zone) 및/또는 엣지 영역(edge zone)에 배치될 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: 지지 유닛 121: 베이스
122: 정전 척 123: 절연 아이솔레이션
124: 링 어셈블리 130: 플라즈마 생성 유닛
center zone: 센터 영역 middle zone: 미들 영역
edge zone: 에지 영역

Claims (8)

  1. 기판을 지지하도록 구성된 정전 척;
    상기 정전 척의 하부에 배치되며, 상기 정전 척을 절연시키도록 구성된 절연 아이솔레이션; 및
    상기 정전 척을 지지하는 베이스를 포함하며,
    상기 절연 아이솔레이션은 복수 개의 상이한 영역들로 구분되며,
    상기 절연 아이솔레이션의 상기 영역들 중 적어도 두 영역의 구성 물질 또는 구성 물질의 조성비(composition ratio)는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 아이솔레이션은 센터 영역(center zone), 미들 영역(middle zone) 및 에지 영역(edge zone)으로 구분되는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역 각각의 구성 물질 또는 구성 물질의 조성비는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역의 임피던스는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 센터 영역의 임피던스는 상기 에지 영역의 임피던스보다 높은 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 아이솔레이션은 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 불산화 이트륨(YOF) 및 사파이어(Sappire) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 아이솔레이션은, 상기 절연 아이솔레이션의 중심에 절연 아이솔레이션 관통 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  8. 하우징;
    상기 하우징의 내부 상측에 설치되며, 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 상기 하우징의 내부로 유입시키는 샤워 헤드; 및
    상기 하우징에 내부 하측에 설치되며, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 유닛;을 포함하고,
    상기 기판 지지 유닛은,
    기판을 지지하도록 구성된 정전 척;
    상기 정전 척의 하부에 배치되며, 상기 정전 척을 절연시키도록 구성된 절연 아이솔레이션; 및
    상기 정전 척을 지지하는 베이스를 포함하며,
    상기 절연 아이솔레이션은 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역으로 구분되고,
    상기 센터 영역, 미들 영역 및 에지 영역의 임피던스는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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