KR101842127B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버; 공정 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 지지 유닛; 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛;을 포함하고, 플라즈마 생성 유닛은, 기판의 상부에 배치된 상부 전극; 기판의 하부에 상기 상부 전극과 상하 방향으로 대향되게 배치된 하부 전극; 및 하부 전극으로 고주파 전력을 인가하는 3개의 고주파 전원을 포함하고, 3개의 고주파 전원은, 10MHz 이하의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원, 그리고, 10MHz 이상의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원을 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중 식각 공정은 플라즈마를 이용하여 기판 상의 박막을 제거할 수 있다.
플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
이에 따라, 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 공정에 있어서, 플라즈마의 밀도와 이온 에너지를 보다 정밀하게 제어하여 기판 전 영역에 걸쳐 균일한 식각률을 얻을 수 있는 플라즈마 발생 장치가 요구된다.
본 발명의 목적은 플라즈마의 밀도와 이온 에너지를 보다 정밀하게 제어하여 기판을 균일하게 식각할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛;을 포함하고, 플라즈마 생성 유닛은, 상기 기판의 상부에 배치된 상부 전극; 상기 기판의 하부에 상기 상부 전극과 상하 방향으로 대향되게 배치된 하부 전극; 및 상기 하부 전극으로 고주파 전력을 인가하는 3개의 고주파 전원을 포함하고, 상기 3개의 고주파 전원은, 10MHz 이하의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원, 그리고, 10MHz 이상의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수 전원과 상기 제2 주파수 전원은 50KHz 내지 10MHz 범위의 주파수를 갖고, 상기 제3 주파수 전원은 10MHz 내지 100MHz 범위의 주파수를 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수 전원의 주파수는 400KHz 또는 2MHz이고, 상기 제2 주파수 전원의 주파수는 9.8MHz이며, 상기 제3 주파수 전원의 주파수는 60MHz일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수 전원 및 상기 제2 주파수 전원에 의해 인가되는 고주파 전력은 기판으로 입사되는 이온 에너지를 증가시키고, 상기 제3 주파수 전원에 의해 인가되는 고주파 전력은 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 전극은 직류 전원 또는 기준 전위에 접속될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 전극은 10MHz 내지 100MHz 범위의 주파수를 갖는 제4 주파수 전원에 연결될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 3개의 고주파 전원에 ON/OFF 펄스를 인가하는 펄스 공급기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 생성 유닛은 상기 3개의 고주파 전원에 독립적으로 펄스 주파수를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 상기 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서, 상기 하부 전극으로 적어도 3개의 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계를 포함하고, 상기 3개의 서로 다른 주파수는 2개의 10MHz 이하의 주파수와 1개의 10MHz 이상의 주파수일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 고주파 전력을 인가하는 단계는, 10MHz 이하의 제1 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계; 상기 제1 주파수보다 크고, 10MHz 이하인 제2 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계; 10MHz 이상의 제3 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수는 400KHz 또는 2MHz이고, 상기 제2 주파수는 9.8MHz이며, 상기 제3 주파수는 60MHz일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 전극에 직류 전원 또는 기준 전위를 접속시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 전극으로 10MHz 내지 100MHz 범위의 제4 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하부 전극으로 고주파 전력을 인가하는 단계는, 상기 고주파 전력에 ON/OFF 펄스를 인가하여 펄스화된 고주파 전력을 상기 하부 전극으로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 ON/OFF 펄스는 상기 3개의 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 전력 중 적어도 어느 하나에 독립적으로 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치는 플라즈마가 생성되는 공간을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 상부 전극 및 하부 전극; 및 상기 하부 전극으로 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 3개의 고주파 전원을 포함하고, 상기 3개의 고주파 전원은, 10MHz 이하의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원 및 제2 주파수 전원, 그리고, 10MHz 이상의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수 전원과 상기 제2 주파수 전원은 50KHz 내지 10MHz 범위의 주파수를 갖고, 상기 제3 주파수 전원은 10MHz 내지 100MHz 범위의 주파수를 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 주파수 전원의 주파수는 400KHz 또는 2MHz이고, 상기 제2 주파수 전원의 주파수는 9.8MHz이며, 상기 제3 주파수 전원의 주파수는 60MHz일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마의 밀도와 이온 에너지를 보다 정밀하게 제어하여 기판을 균일하게 식각할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치를 나타내는 예시적인 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수를 갖는 경우, 기판으로 입사되는 이온 각도에 따른 이온 에너지 분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한 '구비한다', '갖는다' 등도 이와 동일하게 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1은 용량 결합형 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 처리방식에 의한 기판 처리 장치를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 유도 결합형 플라즈마 처리방식(ICP : Inductively Coupled Plasma)에 의한 기판 처리 장치에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(S)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(S)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 지지 어셈블리(200), 플라즈마 발생 유닛(300), 가스 공급 유닛(400) 및 배플 유닛(500)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(100)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(100) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측벽을 보호하여 챔버(100)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(100)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
챔버(100)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(S)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(S)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(S)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(S)을 지지할 수 있다.
유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(S)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(S)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(S)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제 1 전극(223), 히터(225) 그리고 제 1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(S)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제 1 전극(223)은 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제 1 전극(223)과 제 1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제 1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제 1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제 1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제 1 전극(223)과 기판(S) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(S)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제 1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(S)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(S)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제 1 순환 유로(231), 제 2 순환 유로(232) 그리고 제 2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제 2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제 2 공급 유로(233)는 제 1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제 2 공급 유로(243)는 제 1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제 1 순환 유로(231)와 제 1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제 1 순환 유로(231)에 공급되며, 제 2 공급 유로(233)와 제 1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(S) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(S)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제 2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제 2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(S)을 함께 냉각시켜 기판(S)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 하부 전극으로서 기능할 수 있다. 이 경우, 몸체(230)는 하부 전력 공급부(233)와 연결된다. 하부 전력 공급부(233)는 몸체(230), 즉 하부 전극으로 전력을 인가한다. 하부 전력 공급부(233)는 3개의 하부 전원(236a, 237a, 238a), 매칭부(235), 펄스 공급기(280)를 포함한다. 일 실시 예로서, 3 개의 하부 전원 중 2개의 하부 전원은 10MHz 이하의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원(236a) 및 제2 주파수 전원(237a)이고, 나머지 1개의 하부 전원은 10MHz 이상의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원(238a)일 수 있다. 3개의 하부 전원(236a, 237a, 238a) 각각에는 스위치(236b, 237b, 238b)가 연결되어 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 따라 하부 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 주파수 전원(236a) 및 제2 주파수 전원(237a)은 이온 에너지를 조절하고, 제3 주파수 전원(238a)은 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다.
펄스 공급기(280)는 하부 전원(236a, 237a, 238a)으로 ON/OFF 펄스를 인가할 수 있다. 펄스 공급기(280)에 의해 인가되는 ON/OFF 펄스에 따라 하부 전원(236a, 237a, 238a)으로부터 몸체(230), 즉, 하부 전극으로 펄스화된 고주파 전력이 인가될 수 있다.
매칭부(225)는 제1 내지 제3 주파수 전원(236a, 237a, 238a)과 전기적으로 연결되며, 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 하부 전극으로 작용하는 몸체(230)로 인가한다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(S)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(S)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(S)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(S)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(S)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(S)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(100)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(100) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(100)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제 1 전원(223a)과 연결되는 제 1 전원라인(223c), 제 2 전원(225a)과 연결되는 제 2 전원라인(225c), 3개의 하부 전원(236a, 237a, 238a)와 연결되는 전원라인(236c, 237c, 238c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(300)은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 용량 결합형 플라즈마 타입의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(100)에 상부 전극(330) 및 하부 전극, 즉 몸체(230)가 포함될 수 있다. 상부 전극(330) 및 하부 전극(230)은 처리 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 하부 전극(230)뿐만 아니라 상부 전극(330)도 RF 전원(310)에 의해 RF 신호를 인가받아 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 공급받을 수 있으며, 각 전극에 인가되는 RF 신호의 수는 도시된 바와 같이 하나로 제한되지는 않는다. 양 전극 간의 공간에는 전기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행된다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(100) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치를 나타내는 예시적인 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치는 공정 챔버(100) 내의 플라즈마가 생성되는 공간을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 상부 전극(310) 및 하부 전극(230)을 포함하고, 상부 전극으로 전력을 인가하는 상부 전원(310) 및 하부 전극(230)으로 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 3개의 하부 전원(236a, 237a, 238a)을 포함할 수 있다. 또한, 하부 전원(236a, 237a, 238a)으로 ON/OFF 펄스를 인가하는 펄스 공급기(280)를 더 포함할 수 있다.
3개의 하부 전원(236a, 237a, 238a)은 하부 전극(230)으로 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원으로, 2개의 고주파 전원은 10MHz 이하의 주파수를 갖고, 나머지 1개의 고주파 전원은 10MHz 이하의 주파수를 가질 수 있다. 즉, 3개의 고주파 전원은 50KHz 내지 10MHz 범위의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원(236a) 및 제2 주파수 전원(237a), 그리고, 10MHz 내지 100MHz 범위의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원(238c)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 주파수 전원(236a)과 제2 주파수 전원(237a)은 기판에 입사되는 이온 에너지를 제어한다. 즉, 10MHz 이하의 주파수는 진공 챔버 내의 임피던스가 크고, 이온들만 존재하는 플라즈마 쉬스(plasma sheath)에 인가되고, 이에 따라 이온 에너지가 증가되어 기판으로 입사되는 이온들에 의한 식각률이 상승된다. 제3 주파수 전원(238c)은 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 10MHz 이상의 높은 주파수가 인가됨에 따라 플라즈마 쉬스 영역이 줄어들고, 이에 따라 이온 에너지도 작아진다. 따라서, 이온으로 손실되는 전력이 줄어들어 10MHz 이상의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원(238c)으로부터 인가되는 전력은 플라즈마 밀도를 향상시는 역할을 한다. 일 실시 예로서, 제1 주파수 전원(236a)의 주파수는 400KHz 또는 2MHz이고, 제2 주파수 전원(237a)의 주파수는 9.8MHz이며, 제3 주파수 전원(238c)의 주파수는 60MHz일 수 있다.
일 실시 예로서, 상부 전극(310)으로 전력을 인가하는 상부 전원(310)은 제4 주파수를 갖는 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원 일수 있다. 예로서, 제 4 주파수는 10MHz 내지 100MHz 범위일 수 있다. 이 경우, 상부 전원(310)은 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 다른 실시 예로서, 상부 전극(330)은 도 2에 도시된 바와 다르게 직류 전원에 전기적으로 연결되거나 기준 전위에 접속될 수 있다. 이 경우, 챔버 내에 안정적인 전위를 유지하여 기판의 전 영역에 걸쳐 균일한 식각률을 얻을 수 있다.
펄스 공급기(280)는 각각의 하부 전원에 연결되어 독립적으로 ON/OFF 펄스를 인가할 수 있다. 펄스 공급기에 의해 펄스화된 고주파 전력을 인가함에 따라, OFF 영역에서 전자 온도를 낮추고, 기판 상에 전하 축적을 저감할 수 있으며, 플라즈마 내부에 생성되는 라디칼의 비율도 제어할 수 있다. 일 실시 예로서, 펄스 공급기(280)는 3개의 하부 전원 중 일부의 전원으로만 ON/OFF 펄스를 인가하여 일부 전원에서는 펄스화된 고주파 전력을 제공할 수 있고, 나머지 전원에서는 정현파를 인가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수를 갖는 경우, 기판으로 입사되는 이온 각도에 따른 이온 에너지 분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 주파수 전원의 주파수인 9.8MHz의 주파수를 갖는 전력을 인가하는 경우, 27MHz의 주파수를 갖는 전력을 인가한 경우와 비교하여 훨씬 더 높은 이온 에너지를 가지고, 기판으로 입사되는 이온의 각도가 더 작은 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따라 3개의 주파수 전원 중 9.8MHz의 주파수를 갖는 고주파 전원을 사용하는 경우, 보다 정밀하게 이온을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 10MHz 이하의 제1 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계(S610), 제1 주파수보다 크고, 10MHz 이하인 제2 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계(S630), 10MHz 이상의 제3 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계(S630)를 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 주파수는 400KHz 또는 2MHz이고, 상기 제2 주파수는 9.8MHz이며, 상기 제3 주파수는 60MHz일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 상부 전극에 직류 전원 또는 기준 전위를 접속시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 실시 예로서, 상기 상부 전극으로 10MHz 내지 100MHz 범위의 제4 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

Claims (18)

  1. 내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되어 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛;을 포함하고,
    상기 플라즈마 생성 유닛은,
    상기 기판의 상부에 배치된 상부 전극;
    상기 기판의 하부에 상기 상부 전극과 상하 방향으로 대향되게 배치된 하부 전극;
    상기 하부 전극으로 고주파 전력을 인가하는 3개의 고주파 전원; 및
    상기 3개의 고주파 전원 중 일부에 ON/OFF 펄스를 선택적으로 인가하는 펄스 공급기;를 포함하고,
    상기 3개의 고주파 전원은,
    400KHz 또는 2MHz의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원, 9.8MHz의 주파수를 갖는 제2 주파수 전원 및 60MHz의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원을 포함하며,
    상기 3개의 고주파 전원 중 상기 ON/OFF 펄스가 인가된 고주파 전원은, 각각 독립적으로 펄스 주파수를 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 전원 및 상기 제2 주파수 전원에 의해 인가되는 고주파 전력은 기판으로 입사되는 이온 에너지를 증가시키고,
    상기 제3 주파수 전원에 의해 인가되는 고주파 전력은 플라즈마 밀도를 증가시키는 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 직류 전원 또는 기준 전위에 접속되는 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 10MHz 내지 100MHz 범위의 주파수를 갖는 제4 주파수 전원에 연결되는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1 항에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 하부 전극으로 적어도 3개의 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 3개의 서로 다른 주파수는 400KHz 또는 2MHz인 제1 주파수, 9.8MHz인 제2 주파수 및 60MHz인 제3 주파수를 포함하는 기판 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 상부 전극에 직류 전원 또는 기준 전위를 접속시키는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 상부 전극으로 10MHz 내지 100MHz 범위의 제4 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 플라즈마가 생성되는 공간을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 상부 전극 및 하부 전극;
    상기 하부 전극으로 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하는 3개의 고주파 전원; 및
    상기 3개의 고주파 전원 중 일부에 ON/OFF 펄스를 선택적으로 인가하는 펄스 공급기;를 포함하고,
    상기 3개의 고주파 전원은,
    400KHz 또는 2MHz의 주파수를 갖는 제1 주파수 전원, 9.8MHz의 주파수를 갖는 제2 주파수 전원 및 60MHz의 주파수를 갖는 제3 주파수 전원을 포함하며,
    상기 3개의 고주파 전원 중 상기 ON/OFF 펄스가 인가된 고주파 전원은, 각각 독립적으로 펄스 주파수를 제어하는 플라즈마 발생 장치.

  17. 삭제
  18. 삭제
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