KR20240034496A - Substrate treating apparatus - Google Patents
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Abstract
고조파의 영향력을 감소시키고 플라즈마 공정 균일도를 상승시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 공정 챔버의 내부에 배치되며, 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 제1 전극 및 제2 전극; 제1 전극에 고주파를 인가하는 제1 고주파 전원; 제1 고주파 전원과 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로; 및 제1 전송 선로 상에 설치되는 제1 매칭 네트워크를 포함하며, 제1 매칭 네트워크는 고주파와 관련된 고조파 또는 플라즈마와 관련된 고조파에 대하여 공진을 생성하는 공진 회로를 포함하고, 공진 회로는 지정된 주파수 대역의 고주파와 관련된 고조파에 대해 공진을 생성한다.Provided is a substrate processing device that can reduce the influence of harmonics and increase plasma process uniformity. The substrate processing apparatus includes a process chamber; A first electrode and a second electrode disposed inside the process chamber and generating plasma for processing the substrate; a first high-frequency power supply for applying high frequency to the first electrode; a first transmission line connecting the first high-frequency power source and the first electrode; and a first matching network installed on the first transmission line, wherein the first matching network includes a resonance circuit that generates resonance for harmonics related to high frequencies or harmonics related to plasma, and the resonance circuit has a specified frequency band. It creates resonance for harmonics associated with high frequencies.
Description
본 발명은 반도체를 제조하기 위해 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for processing substrates to manufacture semiconductors. More specifically, it relates to a device for processing a substrate using plasma.
반도체 제조 공정은 반도체 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 구분될 수 있다. 반도체 제조 설비는 반도체를 제조하기 위해 팹(Fab)으로 정의되는 반도체 제조 공장 내에 설치될 수 있다.The semiconductor manufacturing process can be performed continuously within a semiconductor manufacturing facility and can be divided into pre-process and post-process. Semiconductor manufacturing facilities may be installed within a semiconductor manufacturing plant, defined as a fab, to manufacture semiconductors.
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.The preprocess refers to the process of completing a chip by forming a circuit pattern on a wafer. The pre-process is a deposition process that forms a thin film on a wafer, a photo lithography process that transfers photo resist onto a thin film using a photo mask, and a desired circuit on the wafer. Etching Process, which selectively removes unnecessary parts using chemicals or reactive gases to form a pattern, Ashing Process, which removes photoresist remaining after etching, and parts connected to the circuit pattern. It may include an ion implantation process to obtain the characteristics of an electronic device by implanting ions into the wafer, and a cleaning process to remove contaminants from the wafer.
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.Post-process refers to the process of evaluating the performance of a product completed through the pre-process. The post-process is the primary inspection process that checks the operation of each chip on the wafer to select good and defective products, including dicing, die bonding, wire bonding, and molding. The final product characteristics and reliability are determined through the package process, which cuts and separates each chip through marking, etc. to form the product, electrical characteristics inspection, and burn-in inspection. It may include the final inspection process, etc.
반도체를 제조하기 위해 식각 공정을 이용하여 기판(예를 들어, 웨이퍼)을 처리하는 경우, CCP(Capacitively Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma) 등의 플라즈마 장비가 사용될 수 있다.When processing a substrate (eg, a wafer) using an etching process to manufacture a semiconductor, plasma equipment such as capacitively coupled plasma (CCP) or inductively coupled plasma (ICP) may be used.
플라즈마 장비는 공정 챔버 내에 유입된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 상부 전극 또는 하부 전극에 고주파 전원을 인가하며, 이를 통해 공정 챔버의 내부 공간에 전자기장을 형성할 수 있다.The plasma equipment applies high-frequency power to the upper or lower electrode to excite the process gas introduced into the process chamber into a plasma state, thereby forming an electromagnetic field in the internal space of the process chamber.
그런데 전극에 인가되는 전력이 증가함에 따라 고주파 전원을 인가할 때 발생하는 고조파(Harmonics) 성분의 진폭(Amplitude)이 상승할 수 있으며, 이로 인해 기판의 서로 다른 영역 간 식각량의 비균일성이 초래될 수 있다.However, as the power applied to the electrode increases, the amplitude of harmonic components generated when high-frequency power is applied may increase, resulting in non-uniformity in the amount of etching between different areas of the substrate. It can be.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고조파의 영향력을 감소시키고 플라즈마 공정 균일도를 상승시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a substrate processing device that can reduce the influence of harmonics and increase plasma process uniformity.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(Aspect)은, 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극에 고주파를 인가하는 제1 고주파 전원; 상기 제1 고주파 전원과 상기 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로; 및 상기 제1 전송 선로 상에 설치되는 제1 매칭 네트워크를 포함하며, 상기 제1 매칭 네트워크는 상기 고주파와 관련된 고조파 또는 상기 플라즈마와 관련된 고조파에 대하여 공진을 생성하는 공진 회로를 포함하고, 상기 공진 회로는 지정된 주파수 대역의 고주파와 관련된 고조파에 대해 공진을 생성한다.One aspect of the substrate processing apparatus of the present invention for achieving the above technical problem is a process chamber; a first electrode and a second electrode disposed inside the process chamber and generating plasma for processing a substrate; a first high frequency power supply for applying high frequency to the first electrode; a first transmission line connecting the first high-frequency power source and the first electrode; and a first matching network installed on the first transmission line, wherein the first matching network includes a resonance circuit that generates resonance for harmonics related to the high frequency or harmonics related to the plasma, and the resonance circuit creates resonance for harmonics associated with high frequencies in a specified frequency band.
상기 공진 회로는 가변 소자를 포함하며, 상기 가변 소자는 상기 제1 고주파 전원에 병렬로 연결될 수 있다.The resonance circuit includes a variable element, and the variable element may be connected in parallel to the first high-frequency power supply.
상기 가변 소자는 상기 공정 챔버에서의 전력 효율을 기초로 가변 제어될 수 있다.The variable element may be variably controlled based on power efficiency in the process chamber.
상기 가변 소자는 상기 공정 챔버의 내부로 유입되는 공정 가스의 종류나 양, 상기 제1 전극에 인가되는 전력량, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간 갭(Gap), 상기 공정 챔버의 부피 및 상기 기판을 둘러싸는 링 어셈블리의 상기 공정 챔버 내 설치 여부 중 적어도 하나의 요소를 기초로 가변 제어될 수 있다.The variable element includes the type or amount of process gas flowing into the process chamber, the amount of power applied to the first electrode, the gap between the first electrode and the second electrode, the volume of the process chamber, and the It may be variably controlled based on at least one factor of whether the ring assembly surrounding the substrate is installed in the process chamber.
상기 지정된 주파수 대역은 60MHz 주파수 대역일 수 있다.The designated frequency band may be a 60 MHz frequency band.
상기 제1 고주파 전원은 시간 경과에 따라 전력량을 변화시키지 않을 수 있다.The first high-frequency power source may not change its power amount over time.
상기 제1 전극은 상기 기판을 지지하는 정전 척일 수 있다.The first electrode may be an electrostatic chuck that supports the substrate.
상기 제1 고주파 전원은 복수이며, 복수의 제1 고주파 전원은 상기 제1 전극에 병렬로 연결되고 서로 다른 주파수 전력을 상기 제1 전극에 인가할 수 있다.There may be a plurality of first high-frequency power sources, and the plurality of first high-frequency power sources may be connected in parallel to the first electrode and apply different frequency powers to the first electrode.
상기 제1 매칭 네트워크는 지정된 범위의 주파수를 통과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.The first matching network may further include a filter that passes frequencies in a specified range.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 정전 척; 상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 유입시키는 샤워 헤드 유닛; 상기 정전 척에 고주파를 인가하는 제1 고주파 전원; 상기 제1 고주파 전원과 상기 정전 척을 연결하는 제1 전송 선로; 및 상기 제1 전송 선로 상에 설치되는 제1 매칭 네트워크를 포함하며, 상기 정전 척은 상기 고주파가 인가되면 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키기 위한 하부 전극으로 기능하고, 상기 샤워 헤드 유닛은 접지 전극(GND)과 연결되어 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극으로 기능하고, 상기 제1 매칭 네트워크는 상기 고주파와 관련된 고조파 또는 상기 플라즈마와 관련된 고조파에 대하여 공진을 생성하는 공진 회로를 포함하고, 상기 공진 회로는 지정된 주파수 대역의 고주파와 관련된 고조파에 대해 공진을 생성한다.In addition, another aspect of the substrate processing apparatus of the present invention for achieving the above technical problem is a process chamber; an electrostatic chuck disposed inside the process chamber and supporting a substrate; a shower head unit disposed inside the process chamber and introducing process gas for processing the substrate; a first high frequency power supply for applying high frequency to the electrostatic chuck; a first transmission line connecting the first high-frequency power source and the electrostatic chuck; and a first matching network installed on the first transmission line, wherein the electrostatic chuck functions as a lower electrode for generating plasma for processing the substrate when the high frequency is applied, and the shower head unit is grounded. It is connected to an electrode (GND) and functions as an upper electrode for generating the plasma, and the first matching network includes a resonance circuit that generates resonance for harmonics related to the high frequency or harmonics related to the plasma, and the resonance circuit The circuit creates resonance for harmonics associated with high frequencies in a specified frequency band.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 전극에 인가되는 전력과 고조파 주파수의 전류 밀도 간 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제1 매칭 네트워크를 포함하는 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 제1 예시도이다.
도 5는 공진 회로가 가변 소자를 포함하여 구성되는 경우의 예시도이다.
도 6은 주파수별 플라즈마 균일성 차이를 보여주는 그래프이다.
도 7은 제1 매칭 네트워크를 포함하는 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 제2 예시도이다.1 is a cross-sectional view exemplarily showing the internal structure of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view exemplarily showing the internal structure of a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram to explain the relationship between the power applied to the electrode and the current density of the harmonic frequency.
4 is a first example diagram schematically showing the internal structure of a substrate processing device including a first matching network.
Figure 5 is an example diagram of a resonance circuit including a variable element.
Figure 6 is a graph showing the difference in plasma uniformity by frequency.
FIG. 7 is a second exemplary diagram schematically showing the internal structure of a substrate processing device including a first matching network.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.
본 발명은 기판 처리를 위한 플라즈마 장비에서 고주파 전원을 인가하는 경우 발생되는 고조파(Harmonics)의 영향력을 감소시키고 플라즈마 밀도 및 플라즈마 공정 균일도를 높일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다.The present invention relates to a substrate processing device and method that can reduce the influence of harmonics generated when high-frequency power is applied to plasma equipment for substrate processing and increase plasma density and plasma process uniformity. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view exemplarily showing the internal structure of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 기판 지지 유닛(120), 세정 가스 공급 유닛(130), 공정 가스 공급 유닛(140), 샤워 헤드 유닛(150), 플라즈마 생성 유닛(160), 라이너 유닛(170) 및 배플 유닛(180)을 포함하여 구성될 수 있다.According to FIG. 1, the
기판 처리 장치(100)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 장치이다. 기판 처리 장치(100)는 진공(Vacuum) 환경에서 식각 공정(Etching Process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 처리 장치(100)는 진공 환경에서 증착 공정(Deposition Process)을 이용하여 기판(W)을 처리하는 것도 가능하다. 또는, 기판 처리 장치(100)는 건식 세정 공정(Dry Cleaning Process)을 이용하여 기판(W)을 처리하는 것도 가능하다.The
공정 챔버(Process Chamber; 110)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 공정 즉, 플라즈마 공정(Plasma Process)이 실행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 공정 챔버(110)는 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.The
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 공정 챔버(110)의 내부에 잔여하는 가스를 공정 챔버(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 공정 챔버(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.The
공정 챔버(110)는 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 공정 챔버(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로써 기능할 수 있다. 개구부(114)는 예를 들어, 도어 어셈블리(115)에 의해 자동으로 개폐되도록 구성될 수 있다.The
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 공정 챔버(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 기판 처리 장치(100)의 높이 방향 즉, 제3 방향(30)으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더 및 공압 실린더 중에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 작동할 수 있다.The
기판 지지 유닛(120)은 공정 챔버(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 방법을 이용하여 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.The
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.When supporting the substrate W using electrostatic force, the
정전 척(122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재이다. 이러한 정전 척(122)은 베이스(121) 상에 배치되며, 세라믹 재질로 제공될 수 있다.The
링 어셈블리(123)는 정전 척(122)의 외측 테두리 영역을 둘러싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(123)는 포커스 링(Focus Ring; 123a) 및 에지 링(Edge Ring; 123b)을 포함하여 구성될 수 있다.The
포커스 링(123a)은 에지 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)의 외측 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(123a)은 공정 챔버(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 진행되는 경우 이온을 기판(W) 상에 집중시키는 역할을 할 수 있으며, 실리콘 재질로 제공될 수 있다.The
에지 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)의 외측 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 에지 링(123b)은 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있으며, 절연체 물질, 예를 들어 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있다.The
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 공정 챔버(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, 예를 들어 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있다. 가열 부재(124)는 기판 지지 유닛(120) 내에 마련되지 않을 수도 있다.The
냉각 부재(125)는 기판(W)의 온도를 하강시키기 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있으며, 예를 들어 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다. 냉각 부재(125)는 냉각 장치(Chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 공정 챔버(110)의 외부에 별도로 설치될 수 있다.The cooling
세정 가스 공급 유닛(130)은 정전 척(122)이나 링 어셈블리(123)에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 세정 가스를 제공하는 것이다. 세정 가스 공급 유닛(130)은 예를 들어 질소 가스(N2 Gas)를 세정 가스로 제공할 수 있으며, 세정 가스 공급원(131) 및 세정 가스 공급 라인(132)을 포함할 수 있다.The cleaning
세정 가스 공급 라인(132)은 세정 가스 공급원(131)에 의해 공급되는 세정 가스를 이송하는 것이다. 이러한 세정 가스 공급 라인(132)은 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이의 공간으로 연결될 수 있으며, 세정 가스는 상기 공간을 통해 이동하여 정전 척(122)의 테두리 부분이나 링 어셈블리(123)의 상부 등에 잔류하는 이물질을 제거할 수 있다.The cleaning
공정 가스 공급 유닛(140)은 공정 챔버(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공하는 것이다. 이러한 공정 가스 공급 유닛(140)은 공정 챔버(110)의 상부 덮개를 관통하여 형성된 홀을 통해 공정 가스를 제공하거나, 공정 챔버(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 공정 가스를 제공할 수 있다. 공정 가스 공급 유닛(140)은 공정 가스 공급원(141) 및 공정 가스 공급 라인(142)을 포함할 수 있다.The process
공정 가스 공급원(141)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 가스를 공정 가스로 제공할 수 있으며, 기판 처리 장치(100) 내에 적어도 하나 마련될 수 있다. 공정 가스 공급원(141)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 복수 개의 공정 가스 공급원(141)은 동일한 종류의 공정 가스를 공급하여 많은 양의 가스를 짧은 시간 내에 제공하는 효과를 얻을 수 있으며, 서로 다른 종류의 공정 가스를 공급하는 것도 가능하다.At least one
공정 가스 공급 라인(142)은 공정 가스 공급원(141)에 의해 제공되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(150)으로 이송하는 것이다. 공정 가스 공급 라인(142)은 이를 위해 공정 가스 공급원(141)과 샤워 헤드 유닛(150)을 연결하도록 마련될 수 있다.The process
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 공정 가스 공급 유닛(140)은 샤워 헤드 유닛(150)이 복수 개의 모듈로 분할되는 경우, 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈로 공정 가스를 분배하기 위한 공정 가스 분배기 및 공정 가스 분배 라인을 더 포함할 수 있다. 공정 가스 분배기는 공정 가스 공급 라인(142) 상에 설치되며, 공정 가스 공급원(141)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈로 분배할 수 있다. 공정 가스 분배 라인은 공정 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈을 연결하도록 구성되며, 공정 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈로 이송할 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 1, the process
샤워 헤드 유닛(150)은 공정 챔버(110)의 내부 공간에 배치되며, 복수 개의 가스 분사 홀(Gas Feeding Hole)을 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 가스 분사 홀은 샤워 헤드 유닛(150)의 몸체 표면을 관통하여 형성되며, 상기 몸체 상에 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(150)은 공정 가스 공급 유닛(140)을 통해 공급되는 공정 가스를 공정 챔버(110) 내 기판(W) 상으로 균일하게 분사할 수 있다.The
샤워 헤드 유닛(150)은 공정 챔버(110) 내에서 정전 척(122)과 상하 방향(제3 방향(30))으로 대향하도록 설치될 수 있다. 이 경우, 샤워 헤드 유닛(150)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(150)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.The
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 샤워 헤드 유닛(150)은 복수 개의 모듈로 분할될 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(150)은 제1 모듈, 제2 모듈, 제3 모듈 등 세 개의 모듈로 분할될 수 있다. 제1 모듈은 기판(W)의 센터 영역(Center Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제2 모듈은 제1 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 기판(W)의 미들 영역(Middle Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제3 모듈은 제2 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 기판(W)의 에지 영역(Edge Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.Although not shown in FIG. 1, the
플라즈마 생성 유닛(160)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 공정 챔버(110)의 내부 공간 중에서 기판(W)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.The
플라즈마 생성 유닛(160)은 용량 결합형 플라즈마 소스 즉, CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 공정 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 예를 들어, 정전 척(122)을 제1 전극(하부 전극)으로 이용하고 샤워 헤드 유닛(150)을 제2 전극(상부 전극)으로 이용하여 공정 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 유도 결합형 플라즈마 소스 즉, ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 공정 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 예를 들어, 정전 척(122)을 제1 전극(하부 전극)으로 이용하고 안테나 유닛을 제2 전극(상부 전극)으로 이용하여 공정 챔버(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.However, this embodiment is not limited to this. The
한편, 도 1 및 후술하는 도 2에서는 제1 전극이 정전 척(122) 내에 마련되는 것으로 설명하고 있으나, 본 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 전극은 정전 척(122)의 하부에 배치되는 베이스(121) 내에 마련되는 것도 가능하다.Meanwhile, in FIG. 1 and FIG. 2 described later, it is explained that the first electrode is provided in the
플라즈마 생성 유닛(160)은 제1 고주파 전원(161), 제1 전송 선로(162) 및 제2 전송 선로(164)를 포함하여 구성될 수 있다.The
제1 고주파 전원(161)은 제1 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 제1 고주파 전원(161)은 기판 처리 장치(100) 내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 할 수 있다.The first high-
제1 고주파 전원(161)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제1 고주파 전원(161)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제1 전송 선로(162) 상에 병렬로 배치될 수 있다.A single first high-
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제1 고주파 전원(161)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 플라즈마 생성 유닛(160)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.Although not shown in FIG. 1, when a plurality of first high-
제1 전송 선로(162)는 제1 전극과 GND를 연결하는 것이다. 제1 고주파 전원(161)은 이러한 제1 전송 선로(162) 상에 설치될 수 있다.The
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제1 고주파 전원(161)과 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로(162) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제1 고주파 전원(161)에서 제1 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 1, a first impedance matching circuit may be provided on the
한편, 제2 전송 선로(164)는 제2 전극과 GND를 연결할 수 있다.Meanwhile, the
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(160)은 제2 고주파 전원을 더 포함하여 구성되는 것도 가능하다. 제2 고주파 전원은 제2 전송 선로(164) 상에 설치될 수 있으며, 보다 자세한 설명은 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.Although not shown in FIG. 1, the
라이너 유닛(Liner Unit or Wall Liner; 170)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생하는 아크 방전이나, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 공정 챔버(110)의 내부를 보호하기 위한 것이다. 라이너 유닛(170)은 이를 위해 공정 챔버(110)의 내측벽을 커버하도록 형성될 수 있다.The liner unit (Liner Unit or Wall Liner) 170 is used to protect the inside of the
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 공정 챔버(110)에 고정시키는 역할을 할 수 있다.The
배플 유닛(Baffle Unit; 180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 공정 챔버(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(120) 사이의 공간에 설치될 수 있으며, 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플 유닛(180)은 공정 가스의 흐름을 제어하기 위해 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다.The baffle unit (180) serves to exhaust plasma process by-products, unreacted gases, etc. This
앞서 설명하였지만, 플라즈마 생성 유닛(160)은 CCP 소스를 이용하여 공정 챔버(110) 내 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, ICP 소스를 이용하여 공정 챔버(110) 내 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수도 있다. 이하에서는 후자의 경우에 대하여 설명하기로 한다.As described above, the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다. 이하 설명은 도 2를 참조하며, 도 1과 중복되는 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.Figure 2 is a cross-sectional view exemplarily showing the internal structure of a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The following description refers to FIG. 2, and description of parts overlapping with FIG. 1 is omitted.
플라즈마 생성 유닛(160)은 제1 고주파 전원(161), 제1 전송 선로(162), 제2 고주파 전원(163) 및 제2 전송 선로(164)를 포함하여 구성될 수 있다.The
제2 고주파 전원(163)은 제2 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 제2 고주파 전원(163)은 기판 처리 장치(100) 내에서 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 제2 고주파 전원(163)은 기판 처리 장치(100) 내에서 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절하는 역할을 할 수 있다.The second high
제2 고주파 전원(163)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제2 고주파 전원(163)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제2 전송 선로(164) 상에 병렬로 배치될 수 있다.A single second high-
도 2에는 도시되어 있지 않지만, 제2 고주파 전원(163)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 플라즈마 생성 유닛(160)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.Although not shown in FIG. 2, when a plurality of second high-
한편, 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 제2 고주파 전원(163)과 제2 전극을 연결하는 제2 전송 선로(164) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제2 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제2 고주파 전원(163)에서 제2 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 2, a second impedance matching circuit may be provided on the
제2 고주파 전원(163)이 제2 전송 선로(164) 상에 설치되면, 플라즈마 생성 유닛(160)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.When the second high-
한편, 제2 고주파 전원(163)과 마찬가지로, 제1 고주파 전원(161)도 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수도 있다.Meanwhile, like the second high-
안테나 유닛(Antenna Unit; 190)은 공정 챔버(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 발생시켜 공정 가스를 플라즈마로 여기시키는 역할을 한다. 안테나 유닛(190)은 이를 위해 코일을 이용하여 폐루프를 형성하도록 제공되는 안테나(191)를 포함할 수 있으며, 제2 고주파 전원(163)으로부터 공급되는 RF 전력을 이용할 수 있다.The
안테나 유닛(190)은 공정 챔버(110)의 상부면에 설치될 수 있다. 이 경우, 안테나(191)는 공정 챔버(110)의 폭 방향(제1 방향(10))을 길이 방향으로 하여 설치될 수 있으며, 공정 챔버(110)의 직경에 대응하는 크기를 가지도록 제공될 수 있다.The
안테나 유닛(190)은 평판형 구조(Planar Type)를 가지도록 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 유닛(190)은 원통형 구조(Cylindrical Type)를 가지도록 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 안테나 유닛(190)은 공정 챔버(110)의 외측벽을 둘러싸도록 설치될 수 있다.The
한편, 안테나 유닛(190)은 윈도우 모듈(192)을 포함할 수 있다. 윈도우 모듈(192)은 공정 챔버(110)의 상부가 개방되면 이를 커버하여, 공정 챔버(110)의 내부 공간을 밀폐시키는 공정 챔버(110)의 상부 덮개 역할을 할 수 있다.Meanwhile, the
윈도우 모듈(192)은 절연성 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 유전체 창(Dielectric Window)으로 형성될 수 있다. 윈도우 모듈(192)은 플라즈마 공정이 공정 챔버(110)의 내부에서 진행될 때 파티클(Particle)이 발생하는 것을 억제하기 위해 표면에 코팅막을 포함하여 형성될 수도 있다.The
랑뮤어 프로브(LP; Langmuir Probe)를 사용하여 공정 챔버(110) 내 플라즈마를 측정하여 보면, 도 3에 도시된 바와 같이 하부 전극(제1 전극)에 입력되는 주파수 전력(Input Power)이 증가할수록 고조파(Harmonics) 주파수의 전류 밀도(Current Density)가 높아지는 것을 확인할 수 있다. 도 3에서 (a)는 60MHz 주파수의 경우를 나타낸 것이고, (b)는 120MHz 주파수의 경우를 나타낸 것이며, (c)는 180MHz 주파수의 경우를 나타낸 것이다. 도 3은 전극에 인가되는 전력과 고조파 주파수의 전류 밀도 간 관계를 설명하기 위한 도면이다.When measuring plasma in the
이와 같이 하부 전극(제1 전극)에 인가되는 주파수 전력이 증가함에 따라 고조파 성분의 진폭도 상승할 수 있으며, 이로 인해 기판(W)의 센터 영역과 에지 영역 간, 또는 서로 다른 에지 영역 간에 균일하지 않은 식각이 발생할 수 있다.As the frequency power applied to the lower electrode (first electrode) increases, the amplitude of the harmonic component may also increase, resulting in non-uniformity between the center area and the edge area of the substrate W or between different edge areas. Undesirable etching may occur.
본 실시예에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 매칭 네트워크(Matching Network)에 병렬 공진 회로를 추가하여, 고조파의 영향력을 감소시키고 플라즈마 밀도(Plasma Density) 및 플라즈마 공정 균일도를 상승시킬 수 있다. 이하에서는 이에 대해 자세하게 설명하기로 한다.In this embodiment, in order to solve the above problem, a parallel resonance circuit is added to the matching network, thereby reducing the influence of harmonics and increasing plasma density and plasma process uniformity. Below, this will be explained in detail.
도 4는 제1 매칭 네트워크를 포함하는 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 제1 예시도이다. 이하 설명은 도 4를 참조한다.4 is a first example diagram schematically showing the internal structure of a substrate processing device including a first matching network. The following description refers to FIG. 4.
앞서 설명하였지만, 제1 매칭 네트워크(210)는 제1 고주파 전원(161)과 하부 전극(220)을 연결하는 제1 전송 선로(162) 상에 설치될 수 있다. 공진 회로(Resonance Circuit; 230)는 이러한 제1 매칭 네트워크(210)에 포함되어 구성될 수 있다. 상기에서, 하부 전극(220)은 앞서 설명한 제1 전극으로, 본 실시예에서는 정전 척(122)일 수 있다.As described above, the
제1 고주파 전원(161)은 하부 전극(220)에 서로 다른 크기의 주파수 전력을 인가할 수 있도록 복수로 설치될 수 있다. 복수의 제1 고주파 전원(161)은 하부 전극(220)에 병렬로 연결될 수 있다. 이하에서는 세 개의 제1 고주파 전원(240a, 240b, 240c)을 예로 들어 설명할 것이나, 본 실시예에서 제1 고주파 전원(161)의 개수가 이에 한정되지 않음은 물론이다.A plurality of first high-
제a 고주파 전원(240a) 내지 제c 고주파 전원(240c)은 서로 다른 주파수 전력을 하부 전극(220)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 제a 고주파 전원(240a)은 제1 주파수 전력을 하부 전극(220)에 인가할 수 있고, 제b 고주파 전원(240b)은 제2 주파수 전력을 하부 전극(220)에 인가할 수 있고, 제c 고주파 전원(240c)은 제3 주파수 전력을 하부 전극(220)에 인가할 수 있다.The a-th high-
상기에서, 제1 주파수 전력은 제2 주파수 전력보다 큰 값을 가질 수 있고, 제2 주파수 전력은 제3 주파수 전력보다 큰 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 전력은 수 MHz 내지 수십 MHz 범위의 주파수를 갖는 RF 파워일 수 있고, 제2 주파수 전력은 수백 kHz 내지 수 MHz 범위의 주파수를 갖는 RF 파워일 수 있고, 제3 주파수 전력은 수십 kHz 내지 수백 kHz 범위의 주파수를 갖는 RF 파워일 수 있다.In the above, the first frequency power may have a value greater than the second frequency power, and the second frequency power may have a value greater than the third frequency power. For example, the first frequency power may be RF power with a frequency ranging from several MHz to several tens of MHz, the second frequency power may be RF power with a frequency ranging from hundreds of kHz to several MHz, and the third frequency power May be RF power with a frequency ranging from tens of kHz to hundreds of kHz.
공진 회로(230)는 고조파에 대한 공진(Resonance)을 생성하는 것이다. 공진 회로(230)는 플라즈마의 비선형 특성에 따라 발생되는 고조파에 대해 공진을 생성함으로써, 플라즈마를 제어할 수 있으며 쉬스(Sheath)에 대한 제어도 가능하다. 본 실시예에서는 이와 같은 공진 회로(230)의 역할에 따라 고조파의 영향력을 감소시킬 수 있으며, 플라즈마 밀도와 플라즈마 공정 균일도를 상승시키는 효과를 얻을 수 있다.The
앞서 설명하였지만, 공진 회로(230)는 제1 매칭 네트워크(210)에 포함될 수 있다. 공진 회로(230)는 제1 매칭 네트워크(210) 내에서 병렬 공진 회로의 형태로 마련될 수 있다. 공진 회로(230)는 예를 들어, LC 병렬 공진 회로 또는 RLC 병렬 공진 회로의 형태로 제1 매칭 네트워크(210) 내에 마련될 수 있다.As described above, the
공진 회로(230)는 가변 소자를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 공진 회로(230)는 가변 소자의 가변 특성을 통해 복수의 고조파 각각에 대한 공진을 생성할 수 있다. 공진 회로(230)는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 가변 커패시터(230a)를 포함하여 제1 매칭 네트워크(210) 내에 마련될 수 있다. 가변 커패시터(230a)는 하부 전극(220)에 대해 병렬로 연결될 수 있다. 도 5는 공진 회로가 가변 소자를 포함하여 구성되는 경우의 예시도이다.The
공진 회로(230)는 기판 처리 장치(100)의 전체적인 회로 특성에 따라 다양한 회로 구조를 가질 수 있다. 즉, 공진 회로(230)는 하부 전극(220)뿐만 아니라 제1 매칭 네트워크(210), 제1 전송 선로(162) 등의 임피던스 특성에 따라 복수의 고조파 각각에 대해 공진을 생성하는 회로 구조를 가질 수 있다. 공진 회로(230)는 해당 주파수에 대하여 임피던스가 최소값을 가지도록 해당 주파수에 대해 공진을 생성할 수 있다.The
한편, 본 실시예에서는 제1 매칭 네트워크(210)가 플라즈마와 쉬스를 제어하기 위해 공진 회로(230) 이외에 다른 회로 구조를 포함하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 공정 챔버(110) 내의 임피던스를 최소화하고 플라즈마 분포의 균일화를 효과적으로 제어할 수 있다면, 그 어떠한 형태의 회로 구조도 제1 매칭 네트워크(210) 내에 채용될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, in this embodiment, the
공진 회로(230)는 초단파의 고조파들에 대해 공진을 생성할 수 있다. 예를 들어, 공진 회로(230)는 60MHz의 초단파를 기본파로 하여 2차부터 5차까지의 고조파들에 대해 공진을 생성할 수 있다. 즉, 공진 회로(230)는 60MHz의 제1 고조파, 120MHz의 제2 고조파, 180MH의 제3 고조파, 240MHz의 제4 고조파, 300MHz의 제5 고조파 등에 대해 공진을 생성할 수 있다.The
도 6은 주파수별 플라즈마 균일성 차이를 보여주는 그래프이다. 도 6의 그래프는 하부 전극(220)으로 인가되는 복수의 주파수 전력 중에서 초단파의 고조파들이 공정 챔버(110) 내에서 플라즈마 분포에 어떠한 영향을 미치고 있는지를 나타내고 있다. 도 6에서 x축은 공정 챔버(110) 내에서 기판(W)의 반지름 방향으로의 거리를 나타내고, y축은 전기장의 세기를 나타낸다. 여기서, 전기장의 세기는 정규화된 값으로 표시될 수 있다.Figure 6 is a graph showing the difference in plasma uniformity by frequency. The graph of FIG. 6 shows how ultrashort harmonics among the plurality of frequency powers applied to the
도 6에서 (a)는 60MHz의 제1 고조파에 대한 기판(W) 위치별 전기장의 세기를 나타내고 있고, (b)는 120MHz의 제1 고조파에 대한 기판(W) 위치별 전기장의 세기를 나타내고 있고, (c)는 180MHz의 제1 고조파에 대한 기판(W) 위치별 전기장의 세기를 나타내고 있고, (d)는 240MHz의 제1 고조파에 대한 기판(W) 위치별 전기장의 세기를 나타내고 있고, (e)는 300MHz의 제1 고조파에 대한 기판(W) 위치별 전기장의 세기를 나타내고 있다.In Figure 6, (a) shows the electric field strength for each position of the substrate (W) for the first harmonic of 60 MHz, and (b) shows the electric field strength for each position of the substrate (W) for the first harmonic of 120 MHz, , (c) shows the intensity of the electric field for each position of the substrate (W) for the first harmonic of 180 MHz, (d) shows the strength of the electric field for each position of the substrate (W) for the first harmonic of 240 MHz, ( e) shows the intensity of the electric field for each position of the substrate (W) for the first harmonic of 300 MHz.
도 6에서 각각의 고조파에 대한 공정 챔버(110) 내 위치별 전기장의 세기를 참조하면, 센터 영역에서의 전기장의 세기와 에지 영역에서의 전기장의 세기 간 차이값으로부터 플라즈마 분포가 공정 챔버(110) 내에서 불균일하게 나타난다는 것을 알 수 있다. 따라서 고조파의 영향력을 감소시키면, 플라즈마 밀도 및 플라즈마 공정 균일도를 상승시키는 것이 가능해질 수 있다.Referring to the electric field intensity at each location in the
도 3을 참조하여 앞서 설명하였지만, 랑뮤어 프로브(LP)를 사용하여 공정 챔버(110) 내 플라즈마를 측정한 결과에 따르면, 하부 전극(220)에 입력되는 주파수 전력이 증가할수록 고조파의 전류 밀도가 상승할 수 있으며, 플라즈마 균일도(Plasma Uniformity)에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 복수의 제1 고주파 전원(161)으로부터 인가되는 파워를 높이지 않고, 공진 회로(230)를 이용하여 전력 효율만 높임으로써, 플라즈마 밀도 및 플라즈마 공정 균일도를 상승시킬 수 있다.As described above with reference to FIG. 3, according to the results of measuring plasma in the
공진 회로(230)는 특정 주파수 대역의 고조파에 대해 공진을 생성할 수 있다. 예를 들어, 공진 회로(230)는 60MHz의 제1 고조파에 대해 공진을 생성할 수 있다. 공진 회로(230)는 특정 주파수 대역의 전력 효율만 상승시킴으로써, 고조파 주파수의 영향 없이 임피던스를 독립적으로 제어하는 효과를 얻을 수 있다.The
공진 회로(230)는 가변 커패시터(230a) 등의 가변 소자를 이용하여 공진을 생성하는 경우, 특정 주파수 대역과 관련된 전력 효율만 증가할 수 있도록 상기 가변 소자를 제어할 수 있다. 즉, 가변 소자는 공정 챔버(110)에서의 전력 효율을 기초로 가변 제어될 수 있다.When resonance is generated using a variable element such as the
가변 소자는 공정 가스에 대한 조건, 복수의 고주파 전력에 대한 조건, 공정 챔버(110)에 대한 조건 등을 기초로 가변 제어될 수도 있다. 여기서, 공정 가스에 대한 조건은 플라즈마 생성을 위해 샤워 헤드 유닛(150)을 통해 공정 챔버(110)의 내부로 유입되는 공정 가스와 관련된 것으로서, 예를 들어 공정 가스의 종류나 양 등이 이에 해당될 수 있다. 또한, 복수의 고주파 전력에 대한 조건은 플라즈마 생성을 위해 복수의 제1 고주파 전원(161)으로부터 하부 전극(220)에 인가되는 고주파 전력과 관련된 것으로서, 예를 들어 전력량 등이 이에 해당될 수 있다. 또한, 공정 챔버(110)에 대한 조건은 예를 들어 상부 전극과 하부 전극(220) 사이의 갭(Gap), 공정 챔버(110)의 부피(Volume), 공정 챔버(110) 내 링 어셈블리(123)의 설치 여부 등이 이에 해당될 수 있다.The variable element may be variably controlled based on conditions for the process gas, conditions for a plurality of high frequency powers, conditions for the
본 실시예에서 기판 처리 장치(100)는 고조파의 영향력을 감소시키기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 제1 매칭 네트워크(210) 내에 필터(250)를 더 포함할 수 있다. 도 7은 제1 매칭 네트워크를 포함하는 기판 처리 장치의 내부 구조를 개략적으로 나타낸 제2 예시도이다.In this embodiment, the
필터(250)는 제1 매칭 네트워크(210)로부터 출력된 RF 파워의 주파수들 중 특정 범위의 주파수만 통과시키는 필터링 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 필터(250)는 로우 패스 필터(LPF; Low Pass Filter)와 하이 패스 필터(HPF; High Pass Filter) 중 적어도 하나의 유형의 필터를 포함하여 구성될 수 있다.The
필터(250)는 로우 패스 필터를 포함하는 경우, RF 파워의 주파수들 각각의 고조파 성분들을 차단할 수 있다. 로우 패스 필터는 제1 고주파 전원(161)에 대해 직렬로 연결될 수 있다.When the
필터(250)는 하이 패스 필터를 포함하는 경우, 공진 회로(230)가 공정 챔버(110) 내 플라즈마의 비선형성 특성에 의해 발생하는 고조파에 대해 공진을 생성하는 데에 기여할 수 있다. 하이 패스 필터는 공진 회로(230)와 함께 배치될 수 있으며, 제1 고주파 전원(161)에 대해 병렬로 연결될 수 있다.When the
이상 도 1 내지 도 7을 참조하여 제1 고주파 전원(161)과 하부 전극(220)을 연결하는 제1 전송 선로(162) 상에 설치되는 제1 매칭 네트워크(210)와 그에 포함되는 공진 회로(230) 및 기판 처리 장치(100)에 대하여 설명하였다.Referring to FIGS. 1 to 7, the
본 실시예에서는 매칭 네트워크에 병렬 공진 회로를 추가하여 특정 주파수 대역(예를 들어, 60MHz)의 전력 전달만을 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 이를 통해 HF 인가 주파수에 대한 효율 특성을 향상시킬 수 있으며, 부가적인 고조파 성분 생성을 억제하면서 동시에 플라즈마 밀도를 상승시킬 수 있다.In this embodiment, by adding a parallel resonance circuit to the matching network, only power delivery in a specific frequency band (for example, 60 MHz) can be controlled. In this embodiment, through this, the efficiency characteristics for the HF applied frequency can be improved, the generation of additional harmonic components can be suppressed, and the plasma density can be increased at the same time.
본 실시예에서는 플라즈마 밀도 상승을 위해 HF Power를 높이지 않고, 60MHz 전력 효율만 상승시켜, Harmonic 주파수의 영향성 없이 독립적으로 제어 가능할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 전력 효율 및 플라즈마 밀도를 높이기 위해 가변 소자(예를 들어, 가변 커패시터)가 하부 전극과 병렬로 삽입될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 HF 주파수의 공진 회로를 이용하여 특정 주파수의 플라즈마 저항 및 플라즈마 밀도를 상승시킬 수 있다. 상기 공진 회로가 가변 커패시터를 포함하는 경우, 가변 커패시터의 값을 변화시킴으로써 HF 주파수의 저항을 변화시킬 수 있다.In this embodiment, the HF Power is not increased to increase the plasma density, but only the 60 MHz power efficiency is increased, so that it can be controlled independently without the influence of the harmonic frequency. Additionally, in this embodiment, a variable element (eg, variable capacitor) may be inserted in parallel with the lower electrode to increase power efficiency and plasma density. Additionally, in this embodiment, the plasma resistance and plasma density of a specific frequency can be increased by using a resonance circuit of HF frequency. When the resonance circuit includes a variable capacitor, the resistance of the HF frequency can be changed by changing the value of the variable capacitor.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be manufactured in various different forms, and can be manufactured in various different forms by those skilled in the art. It will be understood by those who understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
100: 기판 처리 장치
110: 공정 챔버
120: 기판 지지 유닛
122: 정전 척
123: 링 어셈블리
130: 세정 가스 공급 유닛
140: 공정 가스 공급 유닛
150: 샤워 헤드 유닛
160: 플라즈마 생성 유닛
161: 제1 고주파 전원
162: 제1 전송 선로
170: 라이너 유닛
180: 배플 유닛
190: 안테나 유닛
210: 제1 매칭 네트워크
220: 하부 전극
230: 공진 회로
230a: 가변 커패시터
240a: 제a 고주파 전원
240b: 제b 고주파 전원
240c: 제c 고주파 전원
250: 필터100: substrate processing device 110: process chamber
120: substrate support unit 122: electrostatic chuck
123: Ring assembly 130: Cleaning gas supply unit
140: Process gas supply unit 150: Shower head unit
160: Plasma generation unit 161: First high frequency power source
162: first transmission line 170: liner unit
180: Baffle unit 190: Antenna unit
210: first matching network 220: lower electrode
230:
240a: A high
240c: C high frequency power 250: Filter
Claims (10)
상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극에 고주파를 인가하는 제1 고주파 전원;
상기 제1 고주파 전원과 상기 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로; 및
상기 제1 전송 선로 상에 설치되는 제1 매칭 네트워크를 포함하며,
상기 제1 매칭 네트워크는 상기 고주파와 관련된 고조파 또는 상기 플라즈마와 관련된 고조파에 대하여 공진을 생성하는 공진 회로를 포함하고,
상기 공진 회로는 지정된 주파수 대역의 고주파와 관련된 고조파에 대해 공진을 생성하는 기판 처리 장치.process chamber;
a first electrode and a second electrode disposed inside the process chamber and generating plasma for processing a substrate;
a first high frequency power supply for applying high frequency to the first electrode;
a first transmission line connecting the first high-frequency power source and the first electrode; and
It includes a first matching network installed on the first transmission line,
The first matching network includes a resonance circuit that generates resonance for harmonics associated with the high frequency or harmonics associated with the plasma,
A substrate processing device wherein the resonance circuit generates resonance for harmonics associated with high frequencies in a designated frequency band.
상기 공진 회로는 가변 소자를 포함하며,
상기 가변 소자는 상기 제1 고주파 전원에 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.According to claim 1,
The resonance circuit includes a variable element,
A substrate processing device wherein the variable element is connected in parallel to the first high-frequency power supply.
상기 가변 소자는 상기 공정 챔버에서의 전력 효율을 기초로 가변 제어되는 기판 처리 장치.According to claim 2,
A substrate processing device in which the variable element is variably controlled based on power efficiency in the process chamber.
상기 가변 소자는 상기 공정 챔버의 내부로 유입되는 공정 가스의 종류나 양, 상기 제1 전극에 인가되는 전력량, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간 갭(Gap), 상기 공정 챔버의 부피 및 상기 기판을 둘러싸는 링 어셈블리의 상기 공정 챔버 내 설치 여부 중 적어도 하나의 요소를 기초로 가변 제어되는 기판 처리 장치.According to claim 3,
The variable element includes the type or amount of process gas flowing into the process chamber, the amount of power applied to the first electrode, the gap between the first electrode and the second electrode, the volume of the process chamber, and the A substrate processing device that is variably controlled based on at least one factor of whether a ring assembly surrounding a substrate is installed in the process chamber.
상기 지정된 주파수 대역은 60MHz 주파수 대역인 기판 처리 장치.According to claim 1,
A substrate processing device in which the specified frequency band is a 60 MHz frequency band.
상기 제1 고주파 전원은 시간 경과에 따라 전력량을 변화시키지 않는 기판 처리 장치.According to claim 1,
A substrate processing device in which the first high-frequency power source does not change the amount of power over time.
상기 제1 전극은 상기 기판을 지지하는 정전 척인 기판 처리 장치.According to claim 1,
The first electrode is an electrostatic chuck that supports the substrate.
상기 제1 고주파 전원은 복수이며,
복수의 제1 고주파 전원은 상기 제1 전극에 병렬로 연결되고 서로 다른 주파수 전력을 상기 제1 전극에 인가하는 기판 처리 장치.According to claim 1,
The first high frequency power source is plural,
A substrate processing device wherein a plurality of first high-frequency power sources are connected in parallel to the first electrode and apply different frequency powers to the first electrode.
상기 제1 매칭 네트워크는 지정된 범위의 주파수를 통과시키는 필터를 더 포함하는 기판 처리 장치.According to claim 1,
The first matching network further includes a filter that passes frequencies in a specified range.
상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 기판을 지지하는 정전 척;
상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 유입시키는 샤워 헤드 유닛;
상기 정전 척에 고주파를 인가하는 제1 고주파 전원;
상기 제1 고주파 전원과 상기 정전 척을 연결하는 제1 전송 선로; 및
상기 제1 전송 선로 상에 설치되는 제1 매칭 네트워크를 포함하며,
상기 정전 척은 상기 고주파가 인가되면 상기 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키기 위한 하부 전극으로 기능하고,
상기 샤워 헤드 유닛은 접지 전극(GND)과 연결되어 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극으로 기능하고,
상기 제1 매칭 네트워크는 상기 고주파와 관련된 고조파 또는 상기 플라즈마와 관련된 고조파에 대하여 공진을 생성하는 공진 회로를 포함하고,
상기 공진 회로는 지정된 주파수 대역의 고주파와 관련된 고조파에 대해 공진을 생성하는 기판 처리 장치.process chamber;
an electrostatic chuck disposed inside the process chamber and supporting a substrate;
a shower head unit disposed inside the process chamber and introducing process gas for processing the substrate;
a first high frequency power supply for applying high frequency to the electrostatic chuck;
a first transmission line connecting the first high-frequency power source and the electrostatic chuck; and
It includes a first matching network installed on the first transmission line,
The electrostatic chuck functions as a lower electrode to generate plasma for processing the substrate when the high frequency is applied,
The shower head unit is connected to a ground electrode (GND) and functions as an upper electrode for generating the plasma,
The first matching network includes a resonance circuit that generates resonance for harmonics associated with the high frequency or harmonics associated with the plasma,
A substrate processing device wherein the resonance circuit generates resonance for harmonics associated with high frequencies in a designated frequency band.
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