KR102219568B1 - Apparatus for treating substrate and method for treating apparatus - Google Patents

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KR102219568B1
KR102219568B1 KR1020190112626A KR20190112626A KR102219568B1 KR 102219568 B1 KR102219568 B1 KR 102219568B1 KR 1020190112626 A KR1020190112626 A KR 1020190112626A KR 20190112626 A KR20190112626 A KR 20190112626A KR 102219568 B1 KR102219568 B1 KR 102219568B1
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substrate
power
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김영국
구자명
안종환
박군호
조태훈
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세메스 주식회사
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Abstract

Disclosed is a substrate treatment device. According to the present invention, the substrate treatment device comprises: a treatment chamber which has a treatment space therein; a support unit which supports a substrate in the treatment space; a gas supply unit which supplies treatment gas to the treatment space; an RF power source which supplies an RF signal so that the treatment gas is excited in a plasma state; a matching circuit which matches impedances between the RF power source and the treatment chamber; and an impedance control unit which is disposed between the support unit and the matching circuit and can remove harmonics generated from the RF power source. The impedance control unit comprises: a low-pass filter connected in series to an end of the matching circuit; and one or a plurality of variable capacitors connected in parallel with the low-pass filter. The substrate treatment device can remove harmonics that is generated when a high frequency is applied.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING APPARATUS}Substrate processing apparatus and substrate processing method {APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING APPARATUS}

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 처리 공정에서의 고조파 성분을 제어하는 것에 관한 발명이다. The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method. More specifically, the present invention relates to controlling harmonic components in a semiconductor processing process.

반도체 소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다. 이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다.In order to manufacture a semiconductor device, a desired pattern is formed on the substrate by performing various processes such as photolithography, etching, ashing, ion implantation, thin film deposition, and cleaning. Among them, the etching process is a process of removing a selected region of the film formed on the substrate, and wet etching and dry etching are used. Among them, an etching apparatus using plasma is used for dry etching.

일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 공정 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 공정 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다. 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계 (RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.In general, to form a plasma, an electromagnetic field is formed in an inner space of a process chamber, and the electromagnetic field excites a process gas provided in the process chamber into a plasma state. Plasma refers to an ionized gaseous state composed of ions, electrons, and radicals. Plasma is created by very high temperatures, strong electric fields, or RF electromagnetic fields.

고주파(RF)를 이용하는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기 내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 전형적으로는 하부 전극 상에 피처리 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 기판 등)을 재치하고, 상부 전극 혹은 하부 전극에 플라즈마 생성에 적합한 주파수(통상 13.56 MHz 이상)의 고주파를 인가한다. 이 고주파의 인가에 의해 서로 대향하는 2 개의 전극 간에 생성된 고주파 전계에 의해 전자가 가속되고, 전자와 처리 가스의 충돌 전리에 의해 플라즈마가 생성된다. 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온의 기상 반응 혹은 표면 반응에 의해, 기판 상에 박막이 퇴적되고, 혹은 기판 표면의 소재 또는 박막이 깎인다. 기판의 처리 품질을 높이기 위해서는 공정 챔버 내에 균일한 플라즈마를 형성할 필요가 있다. In a capacitively coupled plasma processing apparatus using radio frequency (RF), an upper electrode and a lower electrode are arranged in parallel in a processing container, and a substrate to be processed (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) is typically placed on the lower electrode. , A high frequency of a frequency suitable for plasma generation (usually 13.56 MHz or higher) is applied to the upper or lower electrode. By the application of this high frequency, electrons are accelerated by a high frequency electric field generated between two electrodes facing each other, and plasma is generated by collisional ionization between the electrons and the processing gas. A thin film is deposited on the substrate or a material or thin film on the surface of the substrate is chipped by a gas phase reaction or a surface reaction of radicals or ions contained in the plasma. In order to improve the processing quality of the substrate, it is necessary to form a uniform plasma in the process chamber.

기존의 기판 처리 장치에서는 고주파 전원을 인가함에 따라 발생하는 고조파에 의해 플라즈마의 밀도가 중심부로 과하게 몰리는 현상이 발생하여, 균일한 플라즈마 밀도를 얻는 데 있어 어려움이 존재하였다. In the conventional substrate processing apparatus, a phenomenon in which the density of plasma is excessively concentrated to the center due to harmonics generated by the application of a high-frequency power source, there is a difficulty in obtaining a uniform plasma density.

본 발명은 고주파를 인가할 때 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하고자 함이다. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and method capable of removing harmonics generated when a high frequency is applied.

또한, 본 발명은 플라즈마 처리 시 플라즈마의 밀도를 균일하게 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하고자 함이다. In addition, the present invention is to provide a substrate processing apparatus and method capable of uniformly processing the density of plasma during plasma processing.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-described problems, and the problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings. .

본 발명의 일 예시에 따르면, 기판 처리 장치가 개시된다. According to an example of the present invention, a substrate processing apparatus is disclosed.

상기 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원; 상기 RF 전원과 상기 공정 챔버 사이의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및 상기 지지 유닛과 상기 매칭 회로 사이에 배치되며, 상기 RF 전원로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 임피던스 제어부;를 포함할 수 있다. The substrate processing apparatus includes: a process chamber having a processing space therein; A support unit supporting a substrate in the processing space; A gas supply unit for supplying a process gas into the processing space; RF power supplying an RF signal to excite the process gas into a plasma state; A matching circuit for matching impedance between the RF power source and the process chamber; And an impedance controller disposed between the support unit and the matching circuit and capable of removing harmonics generated from the RF power source.

상기 임피던스 제어부는, 상기 매칭 회로 측의 단부에 직렬로 연결되는 로우 패스 필터; 및 상기 로우 패스 필터와 병렬로 연결되는 1개 또는 복수의 가변 커패시터;를 포함할 수 있다. The impedance control unit may include a low pass filter connected in series to an end of the matching circuit; And one or a plurality of variable capacitors connected in parallel with the low pass filter.

상기 가변 커패시터는 상기 지지 유닛 측의 단부에 연결될 수 있다. The variable capacitor may be connected to an end of the support unit.

상기 임피던스 제어부는 제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고, 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 각각 병렬로 연결될 수 있다. The impedance control unit includes a first variable capacitor; And a second variable capacitor, wherein each of the first variable capacitor and the second variable capacitor may be connected in parallel.

상기 임피던스 제어부는 제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 직렬로 연결될 수 있다. The impedance control unit includes a first variable capacitor; And a second variable capacitor, wherein the first variable capacitor and the second variable capacitor may be connected in series.

상기 제1 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제1 고조파를 제거하고, 상기 제2 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제2 고조파를 제거할 수 있다.The first variable capacitor may remove a first harmonic of the RF power, and the second variable capacitor may remove a second harmonic of the RF power.

상기 로우 패스 필터는 상기 RF 전원으로부터 발생하는 역기전력을 방지할 수 있다.The low pass filter may prevent back electromotive force generated from the RF power source.

상기 임피던스 제어부는 상기 제1 가변 커패시터 또는 상기 제2 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 고정 커패시터를 더 포함할 수 있다. The impedance control unit may further include a fixed capacitor connected in series with the first variable capacitor or the second variable capacitor.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 기판 처리 장치가 개시된다. According to another embodiment of the present invention, a substrate processing apparatus is disclosed.

상기 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원; 상기 RF 전원과 상기 공정 챔버 사이의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및 상기 지지 유닛과 상기 매칭 회로 사이에 배치되며, 상기 RF 전원로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 전기적 경로를 포함하는 임피던스 제어부;를 포함할 수 있다. The substrate processing apparatus includes: a process chamber having a processing space therein; A support unit supporting a substrate in the processing space; A gas supply unit for supplying a process gas into the processing space; RF power supplying an RF signal to excite the process gas into a plasma state; A matching circuit for matching impedance between the RF power source and the process chamber; And an impedance control unit disposed between the support unit and the matching circuit and including an electric path capable of removing harmonics generated from the RF power source.

상기 전기적 경로는 1개 또는 복수의 가변 커패시터와 그 끝단이 접지로 연결된 경로일 수 있다. The electrical path may be a path in which one or a plurality of variable capacitors are connected to a ground.

상기 임피던스 제어부는 로우 패스 필터;를 더 포함하고, 상기 전기적 경로에 포함되는 상기 1개 또는 복수의 가변 커패시터는 상기 로우 패스 필터와 병렬로 연결될 수 있다. The impedance controller further includes a low pass filter, and the one or more variable capacitors included in the electrical path may be connected in parallel with the low pass filter.

상기 전기적 경로는 제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고, 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 각각 병렬로 연결될 수 있다. The electrical path includes a first variable capacitor; And a second variable capacitor, wherein each of the first variable capacitor and the second variable capacitor may be connected in parallel.

상기 전기적 경로는 제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고 상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 직렬로 연결될 수 있다. The electrical path includes a first variable capacitor; And a second variable capacitor, wherein the first variable capacitor and the second variable capacitor may be connected in series.

상기 제1 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제1 고조파를 제거하고, 상기 제2 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제2 고조파를 제거할 수 있다. The first variable capacitor may remove a first harmonic of the RF power, and the second variable capacitor may remove a second harmonic of the RF power.

상기 로우 패스 필터는 상기 RF 전원으로부터 발생하는 역기전력을 방지할 수 있다. The low pass filter may prevent back electromotive force generated from the RF power source.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 RF 전원과 연결되어 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 처리하는 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 방법이 개시된다. According to another embodiment of the present invention, a method of processing a substrate in a substrate processing apparatus that processes a wafer by generating plasma in a process chamber by being connected to an RF power source is disclosed.

상기 방법은 상기 RF 전원과 상기 공정 챔버 사이의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로와, 상기 웨이퍼를 지지하는 지지 유닛 사이에 연결된 임피던스 제어부를 이용하여 상기 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있다. The method may remove harmonics generated from the RF power source by using a matching circuit for matching impedance between the RF power source and the process chamber and an impedance controller connected between a support unit supporting the wafer.

상기 임피던스 제어부는 상기 매칭 회로 측의 단부에 직렬로 연결되는 로우 패스 필터와 상기 로우 패스 필터와 병렬로 연결되는 1개 또는 복수의 가변 커패시터를 포함하여, 상기 가변 커패시터의 용량을 조절하여 상기 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있다. The impedance control unit includes a low pass filter connected in series to an end portion of the matching circuit and one or a plurality of variable capacitors connected in parallel with the low pass filter, and adjusts the capacity of the variable capacitor to control the RF power supply. The harmonics generated from can be removed.

상기 임피던스 제어부는 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 포함하고, 상기 기판 처리 방법은 상기 제1 가변 커패시터의 용량을 조절하여 상기 RF 전원의 제1 고조파를 제거하는 단계; 상기 제2 가변 커패시터의 용량을 조절하여 상기 RF 전원의 제2 고조파를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. The impedance control unit includes a first variable capacitor and a second variable capacitor, and the substrate processing method includes the steps of removing a first harmonic of the RF power by adjusting a capacity of the first variable capacitor; And removing the second harmonic of the RF power by adjusting the capacity of the second variable capacitor.

상기 기판 처리 방법은 상기 플라즈마의 균일도 여부를 확인하는 단계;를 더 포함할 수 있다. The substrate processing method may further include checking whether the plasma is uniform.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 고주파를 인가할 때 발생하는 고조파를 제거할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, harmonics generated when a high frequency is applied can be removed.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 고주파를 인가할 때 발생하는 고조파를 차수별로 독립적으로 제거할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, harmonics generated when a high frequency is applied may be independently removed for each order.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 처리 시 플라즈마의 밀도를 균일하게 처리할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, during plasma treatment, the density of plasma can be uniformly treated.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 고조파 성분을 제어하여 플라즈마의 균일도를 제어할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the uniformity of plasma may be controlled by controlling a harmonic component.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 고조파로 인해 발생하는 표면파 웨이브를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 기존의 기판 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구체적인 구성을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 간단하게 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 기판 처리 장치에서 고조파를 제거하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 임피던스 제어부의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 임피던스 제어부의 연결 구성을 블록도로 나타낸 도면이다.
도 10(a) 내지 도 10(b)는 기존의 기판 처리 장치를 통해 처리한 경우의 플라즈마 밀도를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 통해 처리한 경우의 플라즈마 밀도를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a diagram for describing a surface wave wave generated due to harmonics.
2 is a diagram illustrating an embodiment of a conventional substrate processing apparatus.
3 is an exemplary diagram showing a specific configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the removal of harmonics in the substrate processing apparatus of FIG. 4.
6 to 8 are diagrams showing an example of an impedance control unit according to the present invention.
9 is a block diagram showing a connection configuration of an impedance controller according to the present invention.
10(a) to 10(b) are diagrams showing plasma density when processed by a conventional substrate processing apparatus.
11 is a diagram showing the plasma density when processed by the substrate processing apparatus according to the present invention.
12 is a flow chart showing a substrate processing method according to the present invention.

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.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only this embodiment is intended to complete the disclosure of the present invention, and to provide ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims.

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 의미를 가진다. 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.Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by universal technology in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by general dictionaries may be construed as having the same meaning as the related description and/or the text of this application, and not conceptualized or excessively formalized, even if not clearly defined herein. Won't.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.

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. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification,'includes' and/or various conjugated forms of this verb, for example,'includes','includes','includes','includes', etc. refer to the mentioned composition, ingredient, component, Steps, operations and/or elements do not preclude the presence or addition of one or more other compositions, components, components, steps, operations and/or elements. In the present specification, the term'and/or' refers to each of the listed components or various combinations thereof.

본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.The'~ unit' used throughout this specification is a unit that processes at least one function or operation, and may mean, for example, a hardware component such as software, FPGA, or ASIC. However,'~ part' is not limited to software or hardware. The'~ unit' may be configured to be in an addressable storage medium, or may be configured to reproduce one or more processors.

일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.As an example,'~ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, and subs. Routines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The components and functions provided by the'~ unit' may be performed separately by a plurality of elements and the'~ units', or may be integrated with other additional elements.

3D 낸드플래시 등의 예시와 같이 반도체 적층의 높이는 해마다 증가하고 있다. 높은 적층 구조의 식각은 플라즈마 공정 시간을 증가시키고 있으며, 이는 자연적으로 플라즈마 밀도를 상승시키는 HF(High Frequency)의 RF 파워를 상승시켜 공정 시간을 단축시키게 된다. 이러한 고주파의 RF 파워의 상승은 고조파 성분의 세기도 증가시켜 부작용을 일으킬 우려가 있다. 이러한 고조파 성분의 발생은 챔버 구조, 외부 회로, 플라즈마 및 쉬스의 비선형 임피던스에 의한 것으로써, 발생 자체를 막는 것은 불가능하다.As in the example of 3D NAND flash, the height of semiconductor stacks is increasing year by year. The etching of the high stacked structure increases the plasma processing time, which increases the RF power of HF (High Frequency), which naturally increases the plasma density, thereby shortening the processing time. The increase in the RF power of such a high frequency increases the intensity of the harmonic component, which may cause side effects. The generation of such harmonic components is due to the nonlinear impedance of the chamber structure, external circuit, plasma and sheath, and it is impossible to prevent the generation itself.

도 1은 고조파로 인해 발생하는 표면파 웨이브를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for describing a surface wave wave generated due to harmonics.

고주파 RF 파워로 인해 발생한 고조파 성분은 웨이퍼의 표면을 타고 표면파의 형태로 웨이퍼의 가장자리에서 웨이퍼의 중심부로 전파된다. 이 때의 파장은 이하와 같이 나타난다.Harmonic components generated by high frequency RF power travel on the surface of the wafer and propagate from the edge of the wafer to the center of the wafer in the form of surface waves. The wavelength at this time appears as follows.

Figure 112019093512914-pat00001
Figure 112019093512914-pat00001

도 1 내지 상기 수식에서 λ는 표면파의 파장,

Figure 112019093512914-pat00002
는 진공에서의 파장, d는 플라즈마 두께, s는 플라즈마 쉬스의 두께, L은 전극 지름을 나타낸다.1 to the above formula, λ is the wavelength of the surface wave,
Figure 112019093512914-pat00002
Is the wavelength in vacuum, d is the plasma thickness, s is the thickness of the plasma sheath, and L is the electrode diameter.

일 예시에 따르면, λ ≤ L의 조건에서 카운터 프로파게이션(counter propagation)을 하는 고조파 성분이 중첩되어 스탠딩 웨이브(Standing Wave)가 발생할 수 있다. 높은 주파수를 가지는 고조파 성분의 경우 진공에서의 파장인

Figure 112019093512914-pat00003
가 줄어들어 스탠딩 웨이브의 발생조건을 만족시킬 수 있다. 이러한 스탠딩 웨이브의 세기가 강한 곳은 밀도가 상승하고 낮은 곳은 밀도가 감소하는 형태로 플라즈마 밀도로 전사되는 효과를 스탠딩 웨이브 효과(Standing Wave Effect, 이하 “SWE”) 라 칭한다.According to an example, a standing wave may be generated by overlapping harmonic components performing counter propagation under a condition of λ ≤ L. For harmonics with high frequency, the wavelength in vacuum
Figure 112019093512914-pat00003
Is reduced, and the standing wave generation condition can be satisfied. The effect of transferring to the plasma density in a form where the density of the standing wave is strong increases and the density decreases in the lower area is referred to as the standing wave effect (“SWE”).

이론 상에서 SWE는 베젤 함수(Bessel function)의 형태로 나타나며 주파수 증가에 따라 가장자리에서 중심부로 플라즈마 밀도가 낮아지는 지점이 이동하는 특징을 나타낸다. In theory, SWE appears in the form of a Bessel function, and as the frequency increases, the point at which the plasma density decreases from the edge to the center moves.

도 2는 기존의 기판 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 2 is a diagram illustrating an embodiment of a conventional substrate processing apparatus.

기존의 기판 처리 장치는 SWE를 억제하기 위해 외부 회로(600)를 정전 척(ESC)에 연결하여 고조파를 증폭시키는 챔버(100)의 공진 주파수 영역을 변경하도록 처리하였다. 이러한 경우 생성된 고조파 성분의 크기가 더 이상 증폭되지 않아 플라즈마 밀도로 전사되지 않는다. 이러한 발진 주파수는 챔버(100) 구조 및 플라즈마 임피던스에 의해 변화한다.In the conventional substrate processing apparatus, in order to suppress SWE, the external circuit 600 is connected to an electrostatic chuck (ESC) to change the resonant frequency range of the chamber 100 for amplifying harmonics. In this case, the size of the generated harmonic component is no longer amplified and thus is not transferred to plasma density. This oscillation frequency varies depending on the structure of the chamber 100 and plasma impedance.

그러나 기존의 기판 처리 장치는 플라즈마 공정에 따라 발진 주파수가 변하는 문제점이 있었다. 플라즈마는 저항 R과 인덕턴스 L 성분으로 구성되고 플라즈마 쉬스에서 큰 커패시턴스 C를 가진다. 공정 변화에 의해 이러한 임피던스 성분이 변하며 고조파가 증폭될 수 있는 공진 주파수 역시 변경된다. 플라즈마 공정은 수십 가지 단계로 진행되는데 각각의 플라즈마 조건이 모두 달라지며 따라서 각각의 발진 주파수에 맞는 회로 컨트롤이 필요하다. However, the conventional substrate processing apparatus has a problem in that the oscillation frequency changes according to the plasma process. Plasma is composed of resistance R and inductance L components and has a large capacitance C in the plasma sheath. These impedance components change due to process changes, and the resonant frequency at which harmonics can be amplified also changes. The plasma process proceeds in dozens of steps, and each plasma condition is all different, and therefore, circuit control suitable for each oscillation frequency is required.

또한 조건에 따라 다를 수 있으나, 단일 고조파 성분이 아닌 2개 이상의 고조파 성분이 플라즈마에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 하나의 발진 주파수를 제어하는 것 만으로는 충분하지 않으며 2개 이상의 고조파 성분의 제어가 필요하다. 도 2에 따른 외부 회로(600)를 이용하여 고조파 제어를 수행하는 경우에는 단일 고조파 성분을 제어하는 데에 그치는 단점이 있다.In addition, although it may vary depending on conditions, two or more harmonic components, not a single harmonic component, may affect the plasma. Therefore, it is not enough to control one oscillation frequency, and it is necessary to control two or more harmonic components. In the case of performing harmonic control using the external circuit 600 according to FIG. 2, there is a disadvantage of only controlling a single harmonic component.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 도면이다. 3 is an exemplary diagram illustrating a substrate processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 지지 어셈블리(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 발생 유닛(400), 가열 유닛(500)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the substrate processing apparatus 10 processes a substrate W using plasma. For example, the substrate processing apparatus 10 may perform an etching process on the substrate W. The substrate processing apparatus 10 includes a chamber 100, a substrate support assembly 200, a gas supply unit 300, a plasma generation unit 400, and a heating unit 500.

챔버(100)는 내부에 공간(101)이 형성된다. 내부 공간(101)은 기판(W)에 대한 플라즈마 공정 처리를 수행하는 공간으로 제공된다. 기판(W)에 대한 플라즈마 처리는 식각 공정을 포함한다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(121)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(121)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부 공간(101)은 소정 압력으로 감압된다.The chamber 100 has a space 101 formed therein. The inner space 101 is provided as a space for performing plasma processing on the substrate W. Plasma treatment on the substrate W includes an etching process. An exhaust hole 102 is formed on the bottom surface of the chamber 100. The exhaust hole 102 is connected to the exhaust line 121. The reaction by-products generated in the process and the gas remaining in the chamber 100 may be discharged to the outside through the exhaust line 121. The internal space 101 of the chamber 100 is depressurized to a predetermined pressure by the exhaust process.

챔버(100)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치한다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착 고정하는 정전 척을 포함한다. 기판 지지 어셈블리(200)는 유전판(210), 하부 전극(220), 히터(230), 지지판(240), 및 절연판(270)을 포함한다.A substrate support assembly 200 is positioned inside the chamber 100. The substrate support assembly 200 supports the substrate W. The substrate support assembly 200 includes an electrostatic chuck for adsorbing and fixing the substrate W using electrostatic force. The substrate support assembly 200 includes a dielectric plate 210, a lower electrode 220, a heater 230, a support plate 240, and an insulating plate 270.

유전판(210)은 기판 지지 어셈블리(200)의 상단부에 위치한다. 유전판(210)은 원판 형상의 유전체로 제공된다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(210)의 외측에 위치한다. 유전판(210)에는 제1 공급 유로(211)가 형성된다. 제1 공급 유로(211)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1 공급 유로(211)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다. 유전판(210)에는, 기판(W)을 유전판(210)에 흡착시키기 위한 별도의 전극이 매설될 수 있다. 상기 전극에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 인가된 전류에 의해 상기 전극과 기판 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(210)에 흡착될 수 있다.The dielectric plate 210 is located on the upper end of the substrate support assembly 200. The dielectric plate 210 is provided with a disk-shaped dielectric. A substrate W is placed on the upper surface of the dielectric plate 210. The upper surface of the dielectric plate 210 has a radius smaller than that of the substrate W. Therefore, the edge region of the substrate W is located outside the dielectric plate 210. A first supply passage 211 is formed in the dielectric plate 210. The first supply flow path 211 is provided from the top surface to the bottom surface of the dielectric plate 210. A plurality of first supply passages 211 are formed to be spaced apart from each other, and are provided as passages through which a heat transfer medium is supplied to the bottom surface of the substrate W. A separate electrode for adsorbing the substrate W to the dielectric plate 210 may be embedded in the dielectric plate 210. Direct current may be applied to the electrode. An electrostatic force acts between the electrode and the substrate by the applied current, and the substrate W may be adsorbed to the dielectric plate 210 by the electrostatic force.

하부 전극(220)은 하부 전력 공급부(221)와 연결된다. 하부 전력 공급부(221)는 하부 전극(220)에 전력을 인가한다. 하부 전력 공급부(221)는 하부 RF 전원(222a, 222b)과 매칭 회로(225)를 포함한다. 하부 RF 전원(222a, 222b)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개 제공될 수 있으며, 또는 선택적으로 1개만 제공될 수도 있다. 하부 RF 전원(222a, 222b)은 플라즈마 밀도를 조절할 수 있다. 하부 RF 전원(222a, 222b)은 주로 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절한다. 다수의 하부 RF 전원(222a, 222b)들은 각각 2Mhz 및 13.56Hz의 주파수 전력을 발생시킬 수 있다. 매칭 회로(225)는 하부 RF 전원(222a, 222b)과 전기적으로 연결되며, 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 하부 전극(220)에 인가한다.The lower electrode 220 is connected to the lower power supply unit 221. The lower power supply 221 applies power to the lower electrode 220. The lower power supply unit 221 includes lower RF power sources 222a and 222b and a matching circuit 225. As shown in FIG. 3, a plurality of lower RF power sources 222a and 222b may be provided, or only one may be optionally provided. The lower RF power sources 222a and 222b may control plasma density. The lower RF power sources 222a and 222b mainly control ion bombardment energy. The plurality of lower RF power sources 222a and 222b may generate frequency power of 2Mhz and 13.56Hz, respectively. The matching circuit 225 is electrically connected to the lower RF power sources 222a and 222b, matches frequency powers of different sizes, and applies them to the lower electrode 220.

히터(230)는 외부 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터(230)는 외부 전원으로부터 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(210)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(230)는 나선 형상의 코일을 포함한다. 히터(230)는 균일한 간격으로 유전판(210)에 매설될 수 있다.The heater 230 is electrically connected to an external power source (not shown). The heater 230 generates heat by resisting a current applied from an external power source. The generated heat is transferred to the substrate W through the dielectric plate 210. The substrate W is maintained at a predetermined temperature by the heat generated by the heater 230. The heater 230 includes a spiral-shaped coil. The heater 230 may be buried in the dielectric plate 210 at uniform intervals.

유전판(210)의 하부에는 지지판(240)이 위치한다. 유전판(210)의 저면과 지지판(240)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(240)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(240)의 상면은 중심 영역이 가장자리영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(240)의 상면 중심 영역은 유전판(210)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(210)의 저면과 접착된다. 지지판(240)에는 제1순환 유로(241), 제2순환 유로(242), 그리고 제2공급 유로(243)가 형성된다.A support plate 240 is positioned under the dielectric plate 210. The lower surface of the dielectric plate 210 and the upper surface of the support plate 240 may be bonded by an adhesive 236. The support plate 240 may be made of aluminum. The upper surface of the support plate 240 may be stepped so that the center region is positioned higher than the edge region. The center region of the upper surface of the support plate 240 has an area corresponding to the bottom surface of the dielectric plate 210 and is bonded to the bottom surface of the dielectric plate 210. A first circulation passage 241, a second circulation passage 242, and a second supply passage 243 are formed in the support plate 240.

제1순환 유로(241)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1순환 유로(241)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1순환 유로(241)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1순환 유로(241)들은 서로 연통될 수 있다. 제1순환 유로(241)들은 동일한 높이에 형성된다.The first circulation passage 241 is provided as a passage through which the heat transfer medium circulates. The first circulation flow path 241 may be formed in a spiral shape inside the support plate 240. Alternatively, the first circulation flow path 241 may be arranged such that ring-shaped flow paths having different radii have the same center. Each of the first circulation flow paths 241 may communicate with each other. The first circulation passages 241 are formed at the same height.

제2순환 유로(242)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2순환 유로(242)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2순환 유로(242)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2순환 유로(242)들은 서로 연통될 수 있다. 제2순환 유로(242)는 제1순환 유로(241)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2순환 유로(242)들은 동일한 높이에 형성된다. 제2순환 유로(242)는 제1순환 유로(241)의 하부에 위치될 수 있다.The second circulation passage 242 is provided as a passage through which the cooling fluid circulates. The second circulation passage 242 may be formed in a spiral shape inside the support plate 240. Alternatively, the second circulation passage 242 may be arranged such that ring-shaped passages having different radii from each other have the same center. Each of the second circulation passages 242 may communicate with each other. The second circulation passage 242 may have a larger cross-sectional area than the first circulation passage 241. The second circulation passages 242 are formed at the same height. The second circulation passage 242 may be located below the first circulation passage 241.

제2공급 유로(243)는 제1순환 유로(241)로부터 상부로 연장되며, 지지판(240)의 상면으로 제공된다. 제2공급 유로(243)는 제1공급 유로(211)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1순환 유로(241)와 제1공급 유로(211)를 연결한다.The second supply passage 243 extends upward from the first circulation passage 241 and is provided as an upper surface of the support plate 240. The second supply passage 243 is provided in a number corresponding to the first supply passage 211 and connects the first circulation passage 241 and the first supply passage 211.

제1순환 유로(241)는 열전달 매체 공급라인(251)을 통해 열전달 매체 저장부(252)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(252)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(251)을 통해 제1순환 유로(241)에 공급되며, 제2공급 유로(243)와 제1공급 유로(211)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 기판 지지 어셈블리(200)로 전달되는 매개체 역할을 한다. 플라즈마에 함유된 이온 입자들은 기판 지지 어셈블리(200)에 형성된 전기력에 끌려 기판 지지 어셈블리(200)로 이동하며, 이동하는 과정에서 기판(W)과 충돌하여 식각 공정을 수행한다. 이온 입자들이 기판(W)에 충돌하는 과정에서 기판(W)에는 열이 발생한다. 기판(W)에서 발생된 열은 기판(W) 저면과 유전판(210)의 상면 사이 공간에 공급된 헬륨 가스를 통해 기판 지지 어셈블리(200)로 전달된다. 이에 의해, 기판(W)은 설정 온도로 유지될 수 있다.The first circulation passage 241 is connected to the heat transfer medium storage unit 252 through a heat transfer medium supply line 251. The heat transfer medium storage unit 252 stores a heat transfer medium. The heat transfer medium contains an inert gas. According to an embodiment, the heat transfer medium includes helium (He) gas. The helium gas is supplied to the first circulation flow path 241 through the supply line 251, and is supplied to the bottom of the substrate W through the second supply flow path 243 and the first supply flow path 211 in sequence. The helium gas serves as a medium through which heat transferred from the plasma to the substrate W is transferred to the substrate support assembly 200. Ion particles contained in the plasma are attracted by the electric force formed in the substrate support assembly 200 and move to the substrate support assembly 200, and in the process of moving, they collide with the substrate W to perform an etching process. Heat is generated in the substrate W while the ion particles collide with the substrate W. Heat generated from the substrate W is transferred to the substrate support assembly 200 through helium gas supplied to the space between the bottom surface of the substrate W and the upper surface of the dielectric plate 210. Accordingly, the substrate W can be maintained at a set temperature.

제2순환 유로(242)는 냉각 유체 공급라인(261)을 통해 냉각 유체 저장부(262)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(262)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(262) 내에는 냉각기(263)가 제공될 수 있다. 냉각기(263)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(263)는 냉각 유체 공급 라인(261) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(261)을 통해 제2순환 유로(242)에 공급된 냉각 유체는 제2순환 유로(242)를 따라 순환하며 지지판(240)을 냉각한다. 지지판(240)의 냉각은 유전판(210)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다. The second circulation passage 242 is connected to the cooling fluid storage unit 262 through a cooling fluid supply line 261. The cooling fluid storage unit 262 stores the cooling fluid. A cooler 263 may be provided in the cooling fluid storage unit 262. The cooler 263 cools the cooling fluid to a predetermined temperature. Alternatively, the cooler 263 may be installed on the cooling fluid supply line 261. The cooling fluid supplied to the second circulation passage 242 through the cooling fluid supply line 261 circulates along the second circulation passage 242 to cool the support plate 240. Cooling of the support plate 240 cools the dielectric plate 210 and the substrate W together to maintain the substrate W at a predetermined temperature.

지지판(240)의 하부에는 절연판(270)이 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)에 상응하는 크기로 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)과 챔버(100)의 바닥면 사이에 위치한다. 절연판(270)은 절연 재질로 제공되며, 지지판(240)과 챔버(100)를 전기적으로 절연시킨다.An insulating plate 270 is provided under the support plate 240. The insulating plate 270 is provided in a size corresponding to the support plate 240. The insulating plate 270 is positioned between the support plate 240 and the bottom surface of the chamber 100. The insulating plate 270 is made of an insulating material, and electrically insulates the support plate 240 and the chamber 100.

포커스 링(280)은 기판 지지 어셈블리(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(200)은 링 형상을 가지며, 유전판(210)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(280)의 상면은 외측부(280a)가 내측부(280b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리영역을 지지한다. 포커스 링(280)의 외측부(280a)는 기판(W) 가장자리영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(280)은 플라즈마가 형성되는 영역의 중심에 기판(W)이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.The focus ring 280 is disposed in the edge region of the substrate support assembly 200. The focus ring 200 has a ring shape and is disposed along the circumference of the dielectric plate 210. The upper surface of the focus ring 280 may be stepped so that the outer portion 280a is higher than the inner portion 280b. The inner upper surface 280b of the focus ring 280 is positioned at the same height as the upper surface of the dielectric plate 210. The inner portion 280b of the upper surface of the focus ring 280 supports the edge region of the substrate W positioned outside the dielectric plate 210. The outer portion 280a of the focus ring 280 is provided to surround the edge region of the substrate W. The focus ring 280 expands the electric field formation region so that the substrate W is located at the center of the plasma region. Accordingly, plasma is uniformly formed over the entire area of the substrate W, so that each area of the substrate W can be uniformly etched.

가스 공급 유닛(300)은 챔버(100)에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 저장부(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 유입 포트(330)를 포함한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)와 가스 유입 포트(330)를 연결하며, 가스 저장부(310)에 저장된 공정 가스를 가스 유입 포트(330)에 공급한다. 가스 유입 포트(330)는 상부 전극(410)에 형성된 가스 공급홀(412)들과 연결된다.The gas supply unit 300 supplies process gas to the chamber 100. The gas supply unit 300 includes a gas storage unit 310, a gas supply line 320, and a gas inlet port 330. The gas supply line 320 connects the gas storage unit 310 and the gas inlet port 330, and supplies the process gas stored in the gas storage unit 310 to the gas inlet port 330. The gas inlet port 330 is connected to the gas supply holes 412 formed in the upper electrode 410.

플라즈마 발생 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시킨다. 플라즈마 발생 유닛(400)은 상부 전극(410), 분배판(420), 및 상부 전력 공급부(440)를 포함한다.The plasma generation unit 400 excites the process gas remaining in the chamber 100. The plasma generating unit 400 includes an upper electrode 410, a distribution plate 420, and an upper power supply unit 440.

상부 전극(410)은 원판 형상으로 제공되며, 기판 지지 어셈블리(200) 상부에 위치한다. 상부 전극(410)은 상부판(410a)과 하부판(410b)를 포함한다. 상부판(410a)은 원판 형상으로 제공된다. 상부판(410a)은 상부 RF 전원(441)과 전기적으로 연결된다. 상부판(410a)은 상부 RF 전원(441)에서 발생된 제1 RF 전력을 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스에 인가하여 공정 가스를 여기시킨다. 공정 가스는 여기되어 플라즈마 상태로 변환된다. 상부판(410a)의 저면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치하도록 단차진다. 상부판(410a)의 중심 영역에는 가스 공급홀(412)들이 형성된다. 가스 공급홀(412)들은 가스 유입 포트(330)와 연결되며, 버퍼 공간(414)으로 공정 가스를 공급한다. 상부판(410a)의 내부에는 냉각 유로(411)가 형성될 수 있다. 냉각 유로(411)는 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 냉각 유로(411)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 냉각 유로(411)는 냉각 유체 공급 라인(431)을 통해 냉각 유체 저장부(432)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(432)는 냉각 유체를 저장한다. 냉각 유체 저장부(432)에 저장된 냉각 유체는 냉각 유체 공급 라인(431)을 통해 냉각 유로(411)에 공급된다. 냉각 유체는 냉각 유로(411)를 순환하며, 상부판(410a)을 냉각시킨다.The upper electrode 410 is provided in a disk shape and is positioned above the substrate support assembly 200. The upper electrode 410 includes an upper plate 410a and a lower plate 410b. The upper plate 410a is provided in a disk shape. The upper plate 410a is electrically connected to the upper RF power source 441. The upper plate 410a excites the process gas by applying the first RF power generated from the upper RF power source 441 to the process gas remaining in the chamber 100. The process gas is excited and converted into a plasma state. The bottom surface of the upper plate 410a is stepped so that the center region is higher than the edge region. Gas supply holes 412 are formed in the center region of the upper plate 410a. The gas supply holes 412 are connected to the gas inlet port 330 and supply process gas to the buffer space 414. A cooling passage 411 may be formed inside the upper plate 410a. The cooling passage 411 may be formed in a spiral shape. Alternatively, the cooling passage 411 may be arranged so that ring-shaped passages having different radii from each other have the same center. The cooling flow path 411 is connected to the cooling fluid storage unit 432 through a cooling fluid supply line 431. The cooling fluid storage unit 432 stores cooling fluid. The cooling fluid stored in the cooling fluid storage unit 432 is supplied to the cooling flow path 411 through the cooling fluid supply line 431. The cooling fluid circulates through the cooling flow path 411 and cools the upper plate 410a.

하부판(410b)은 상부판(410a)의 하부에 위치한다. 하부판(410b)은 상부판(410a)에 상응하는 크기로 제공되며, 상부판(410a)과 마주하여 위치한다. 하부판(410b)의 상면은 중심영역이 가장자리영역보다 낮게 위치하도록 단차진다. 하부판(410b)의 상면과 상부판(410a)의 저면은 서로 조합되어 버퍼공간(414)을 형성한다. 버퍼 공간(414)은 가스 공급홀(412)들을 통해 공급된 가스가 챔버(100) 내부로 공급되기 전에 일시적으로 머무르는 공간으로 제공된다. 하부판(410b)의 중심영역에는 가스 공급홀(413)들이 형성된다. 가스 공급홀(413)들은 일정 간격으로 이격되어 복수개 형성된다. 가스 공급홀(413)들은 버퍼 공간(414)과 연결된다.The lower plate 410b is located under the upper plate 410a. The lower plate 410b is provided in a size corresponding to the upper plate 410a, and is positioned to face the upper plate 410a. The upper surface of the lower plate 410b is stepped so that the center region is positioned lower than the edge region. The upper surface of the lower plate 410b and the lower surface of the upper plate 410a are combined with each other to form a buffer space 414. The buffer space 414 is provided as a space where the gas supplied through the gas supply holes 412 temporarily stays before being supplied into the chamber 100. Gas supply holes 413 are formed in the central region of the lower plate 410b. A plurality of gas supply holes 413 are formed at a predetermined interval. The gas supply holes 413 are connected to the buffer space 414.

분배판(420)은 하부판(410b)의 하부에 위치한다. 분배판(420)은 원판 형상으로 제공된다. 분배판(420)에는 분배홀(421)들이 형성된다. 분배홀(421)들은 분배판(420)의 상면으로부터 하면으로 제공된다. 분배홀(421)들은 가스 공급홀(413)에 대응하는 개수로 제공되며, 가스 공급홀(413)들이 위치된 지점에 대응하여 위치된다. 버퍼 공간(414)에 머무르는 공정 가스는 가스 공급홀(413)과 분배홀(421)들을 통해 챔버(100) 내부로 균일하게 공급된다.The distribution plate 420 is located under the lower plate 410b. The distribution plate 420 is provided in a disk shape. Distribution holes 421 are formed in the distribution plate 420. The distribution holes 421 are provided from the top to the bottom of the distribution plate 420. The distribution holes 421 are provided in a number corresponding to the gas supply holes 413 and are located corresponding to the points where the gas supply holes 413 are located. The process gas remaining in the buffer space 414 is uniformly supplied into the chamber 100 through the gas supply holes 413 and the distribution holes 421.

상부 전력 공급부(440)는 상부판(410a)에 RF 전력을 인가한다. 상부 전력 공급부(440)는 상부 RF 전원(441) 및 매칭 회로(442)를 포함한다.The upper power supply unit 440 applies RF power to the upper plate 410a. The upper power supply unit 440 includes an upper RF power source 441 and a matching circuit 442.

가열 유닛(500)은 하부판(410b)을 가열한다. 가열 유닛(500)은 히터(510), 제2상부 전원(520), 그리고 필터(530)를 포함한다. 히터(510)는 하부판(410b)의 내부에 설치된다. 히터(510)는 하부판(410b)의 가장자리영역에 제공될 수 있다. 히터(510)는 히팅 코일을 포함하며, 하부판(410b)의 중심영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 제2상부 전원(520)은 히터(510)와 전기적으로 연결된다. 제2상부 전원(520)은 직류 전력을 발생시킬 수 있다. 또는, 제2상부 전원(520)은 교류 전력을 발생시킬 수 있다. 제2상부 전원(520)에서 발생된 제2주파수 전력은 히터(510)에 인가되며, 히터(510)는 인가된 전류에 저항함으로써 발열한다. 히터(510)에서 발생된 열은 하부판(410b)을 가열하며, 가열된 하부판(410b)은 그 아래에 위치된 분배판(420)를 소정 온도로 가열한다. 하부판(420)은 60℃~300℃ 온도로 가열될 수 있다. 필터(530)는 제2상부 전원(520)과 히터(510) 사이 구간에서 제2상부 전원(520) 및 히터(510)와 전기적으로 연결된다.The heating unit 500 heats the lower plate 410b. The heating unit 500 includes a heater 510, a second upper power source 520, and a filter 530. The heater 510 is installed inside the lower plate 410b. The heater 510 may be provided in an edge region of the lower plate 410b. The heater 510 may include a heating coil, and may be provided to surround the central region of the lower plate 410b. The second upper power source 520 is electrically connected to the heater 510. The second upper power source 520 may generate DC power. Alternatively, the second upper power source 520 may generate AC power. The second frequency power generated from the second upper power source 520 is applied to the heater 510, and the heater 510 generates heat by resisting the applied current. The heat generated by the heater 510 heats the lower plate 410b, and the heated lower plate 410b heats the distribution plate 420 positioned below it to a predetermined temperature. The lower plate 420 may be heated to a temperature of 60°C to 300°C. The filter 530 is electrically connected to the second upper power 520 and the heater 510 in a section between the second upper power 520 and the heater 510.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 간단하게 나타내는 도면이다. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 복수개의 RF 주파수를 사용하는 기판 처리 장치에 있어서, 고주파 전원에서의 고조파 성분에 대해, 정전 척(ESC)과 매칭 회로(225)의 사이에 위치한 가변 커패시터(226a, 226b)의 제어를 통해 낮은 임피던스의 경로를 제공하여 고조파를 제거할 수 있다.In the present invention, in the substrate processing apparatus using a plurality of RF frequencies, control of the variable capacitors 226a and 226b located between the electrostatic chuck (ESC) and the matching circuit 225 with respect to harmonic components in a high frequency power supply. By providing a path of low impedance, harmonics can be eliminated.

도 4의 기판 처리 장치는 챔버(100)와 임피던스 제어부(226), 매칭 회로(225) 및 복수의 RF 전원(222a-222c)을 포함할 수 있다. The substrate processing apparatus of FIG. 4 may include a chamber 100, an impedance control unit 226, a matching circuit 225, and a plurality of RF power sources 222a-222c.

도 4의 일 실시예에 따르면 하부 RF 전원 및 상부 RF 전원들이 모두 하부 전극에 연결되는 일 구성이 개시될 수 있다. 복수의 RF 전원들은 각각 저주파, 중간 주파수, 고주파를 인가할 수 있다. 복수의 RF 전원들 중 고주파는 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 저주파 또는 중간 주파수는 플라즈마의 밀도 또는 이온 충격 에너지를 조절할 수 있다. According to the exemplary embodiment of FIG. 4, a configuration in which both the lower RF power and the upper RF power are connected to the lower electrode may be disclosed. Each of the plurality of RF power sources may apply a low frequency, an intermediate frequency, and a high frequency. Among the plurality of RF power sources, a high frequency may generate plasma, and a low or intermediate frequency may adjust the density of plasma or ion bombardment energy.

매칭 회로(225)는 복수의 RF 전원(222a-222c)과 챔버(100) 사이에 연결되어, 각각 상이한 크기의 주파수 전력을 매칭할 수 있다. The matching circuit 225 is connected between the plurality of RF power sources 222a to 222c and the chamber 100 to match frequency powers of different sizes, respectively.

도 4에서의 기판 처리 장치는 임피던스 제어부(226)를 포함할 수 있다.The substrate processing apparatus of FIG. 4 may include an impedance control unit 226.

임피던스 제어부(226)는 매칭 회로(225)와 챔버(100) 사이에 연결될 수 있다. 임피던스 제어부(226)는 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 전기적 경로를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)는 챔버(100)에서 생성된 고조파 성분이 빠져나가기 쉬운 전기적 경로를 하나 이상 형성할 수 있다. 이러한 전기적 경로를 이용하여 고조파를 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)는 가변 커패시터(226a, 226b)와, 그 끝단에는 접지를 포함하도록 구성되는 전기적 경로를 포함할 수 있다. 임피던스 제어부(226)는 로우 패스 필터(226c)를 포함할 수 있다. The impedance control unit 226 may be connected between the matching circuit 225 and the chamber 100. The impedance control unit 226 may include an electrical path capable of removing harmonics generated from RF power. The impedance controller 226 according to the present invention may form one or more electrical paths through which harmonic components generated in the chamber 100 can easily escape. Harmonics can be removed using this electrical path. The impedance control unit 226 according to the present invention may include variable capacitors 226a and 226b, and an electrical path configured to include a ground at its ends. The impedance control unit 226 may include a low pass filter 226c.

매칭 회로(225)와 챔버(100) 사이에 연결되는 임피던스 제어부(226)는, 로우 패스 필터(226c)와, 전기적 경로를 포함할 수 있다. 로우 패스 필터(226c)는 매칭 회로(225) 측의 단부에 연결될 수 있다. 전기적 경로는 챔버(100) 측의 단부에 연결될 수 있다. The impedance control unit 226 connected between the matching circuit 225 and the chamber 100 may include a low pass filter 226c and an electrical path. The low pass filter 226c may be connected to an end of the matching circuit 225. The electrical path may be connected to the end of the chamber 100 side.

로우 패스 필터(226c)는 매칭 회로(225) 측의 단부에 연결되어 매칭 회로(225)로 인가되는 주파수를 조절할 수 있다. 로우 패스 필터(226c)는 매칭 회로(225)로 인가되는 주파수가 특정 주파수 이하인 신호만 통과하도록 제어할 수 있다. 또한 로우 패스 필터(226c)는 복수의 RF 전원(222a-222c)으로부터 발생하는 역기전력을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. The low pass filter 226c may be connected to an end of the matching circuit 225 to adjust a frequency applied to the matching circuit 225. The low pass filter 226c may control only a signal having a frequency applied to the matching circuit 225 below a specific frequency to pass. In addition, the low pass filter 226c may serve to prevent back electromotive force generated from the plurality of RF power sources 222a-222c.

전기적 경로는 가변 커패시터를 1개 이상 포함할 수 있다. 전기적 경로는 챔버(100) 측의 단부에 연결되어, 챔버(100) 내로 고조파의 영향이 미치지 않도록 고조파 성분을 빠져나가도록 하는 전기적 경로를 제공할 수 있다. The electrical path may include one or more variable capacitors. The electrical path may be connected to an end of the chamber 100 to provide an electrical path through which the harmonic component exits so as not to affect the harmonic into the chamber 100.

도 4의 일 예시에 따르면, 두 개의 가변 커패시터(226a, 226b)가 로우 패스 필터(226c)와 병렬로 연결되며, 각각의 가변 커패시터(226a, 226b)는 양 방향으로 연결되는 구성이 개시된다. 도 4의 일 예시에 따르면 전기적 경로는 2개로 나타난다. According to the example of FIG. 4, a configuration in which two variable capacitors 226a and 226b are connected in parallel with the low pass filter 226c and each of the variable capacitors 226a and 226b are connected in both directions is disclosed. According to the example of FIG. 4, there are two electrical paths.

각각의 전기적 경로는 로우 패스 필터(226c)와 병렬로 연결되어, 고주파 RF 전원으로 인해 발생하는 고조파를 제거할 수 있다. 일 예시에 따르면, 전기적 경로(226')는 HF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있다.Each electrical path is connected in parallel with the low-pass filter 226c, so that harmonics generated by the high-frequency RF power can be removed. According to an example, the electrical path 226 ′ may remove harmonics generated from the HF power source.

다른 일 예시에 따르면, 각각의 전기적 경로는 비선형 임피던스로부터 발생하는 고조파를 제거할 수도 있다. 각각의 전기적 경로는 플라즈마를 통해 발생하는 고조파를 제거할 수 있다. According to another example, each electrical path may remove harmonics generated from nonlinear impedance. Each electrical path can eliminate harmonics generated through plasma.

도 5는 도 4에 따른 기판 처리 장치에서 고조파를 제거하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining the removal of harmonics in the substrate processing apparatus of FIG. 4.

도 5에 따르면, 도 4에 따른 기판 처리 장치에서는, 고주파 전원이 챔버(100) 측으로 인가될 수 있다. 이러한 고주파를 통해 챔버(100) 내에서는 플라즈마가 발생될 수 있으며, 매칭 회로(225)는 챔버(100)와 고주파 전원의 임피던스를 매칭하는 역할을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the substrate processing apparatus of FIG. 4, a high frequency power may be applied to the chamber 100. Plasma may be generated in the chamber 100 through such high frequency, and the matching circuit 225 may play a role of matching the impedance of the chamber 100 and the high frequency power source.

도 5에 따르면, 고주파 전원이 인가되면서 발생하는 고주파 전원의 고조파를 임피던스 제어부에 포함된 각각의 전기적 경로로 방출되도록 제어할 수 있다. According to FIG. 5, it is possible to control the harmonics of the high-frequency power generated when the high-frequency power is applied to each electrical path included in the impedance control unit.

도 5에 따르면 전기적 경로는 2개로 제공될 수 있으며, 각각의 전기적 경로(226')는 HF 전원의 1차 고조파와 2차 고조파를 각각 제거할 수 있다. 각각의 가변 커패시터(226a, 226b)의 용량 조절은 독립적으로 처리될 수 있다. 전기적 경로(226')와 매칭 회로(225) 사이에 연결되는 로우 패스 필터(226c)를 통해 매칭 회로(225) 및 정전 척(ESC)에 고조파의 영향이 미치지 않도록 처리할 수 있다. According to FIG. 5, two electrical paths may be provided, and each electrical path 226 ′ may remove a first harmonic and a second harmonic of the HF power source, respectively. The capacity adjustment of each of the variable capacitors 226a and 226b may be independently processed. Through the low pass filter 226c connected between the electrical path 226 ′ and the matching circuit 225, the matching circuit 225 and the electrostatic chuck ESC may be processed so that harmonics are not affected.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)의 일 예시를 나타내는 도면이다. 도 6 내지 도 8에서는 임피던스 제어부(226)에 포함되는 전기적 경로가 다양하게 도시되어 있다. 6 to 8 are diagrams showing an example of the impedance control unit 226 according to the present invention. In FIGS. 6 to 8, various electrical paths included in the impedance controller 226 are shown.

도 6의 일 실시예에 따르면, 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)가 각각 병렬로 연결된 일 구성이 개시된다. 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)는 각각 병렬로 연결되어, 각각의 커패시터에서의 정전 용량 조절을 통해 고주파 전원으로 인해 발생하는 1차 고조파 및 2차 고조파를 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 또한 도 6의 일 실시예에 따르면, 각각의 전기적 경로는 고정 커패시터(226d)를 더 포함할 수 있다. 가변 커패시터의 값의 선택을 위해 각각의 전기적 경로에 고정 커패시터(226d) C를 더 포함할 수 있다. According to the exemplary embodiment of FIG. 6, a configuration in which the first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b are connected in parallel is disclosed. The first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b are each connected in parallel to independently control the first harmonic and the second harmonic generated due to the high frequency power by adjusting capacitance in each capacitor. It is possible. Further, according to the exemplary embodiment of FIG. 6, each electrical path may further include a fixed capacitor 226d. Fixed capacitors 226d and C may be further included in each electrical path to select a value of the variable capacitor.

도 6의 일 실시예에서, 가변 커패시터(226a, 226b)는 2개만 사용되었으나 원하는 고조파 성분의 제어 개수에 따라 늘어날 수 있다. 도시하지는 아니하였으나, 경우에 따라 단일 고조파 주파수 제어만 필요한 경우 가변 커패시터는 하나로 제공될 수도 있다. In the exemplary embodiment of FIG. 6, only two variable capacitors 226a and 226b are used, but may increase according to the control number of desired harmonic components. Although not shown, in some cases, when only a single harmonic frequency control is required, one variable capacitor may be provided.

도 7의 일 실시예에 따르면, 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)가 직렬로 연결된 일 구성이 개시된다. According to the exemplary embodiment of FIG. 7, a configuration in which a first variable capacitor 226a and a second variable capacitor 226b are connected in series is disclosed.

제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)는 직렬로 연결되고, 도 7에서의 전기적 경로는 하나로 제공될 수 있다. The first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b are connected in series, and one electrical path in FIG. 7 may be provided.

전기적 경로를 여러 개로 제공함으로써 이론적으로 각각 다른 차수의 고조파의 제거를 수행할 수 있으나, 실제 기판 처리의 설비에서는 완벽하게 독립적으로 각각의 고조파를 분리하여 제거하는 것이 불가능하다. Although it is theoretically possible to remove harmonics of different orders by providing several electrical paths, it is impossible to completely independently separate and remove each harmonic in an actual substrate processing facility.

따라서 도 7의 일 실시예와 같이 하나의 전기적 경로에 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)를 포함하도록 구성함으로써 하나의 전기적 경로(226')에서 1차 고조파 및 2차 고조파의 제거를 동시에 수행할 수 있다.Therefore, as in the exemplary embodiment of FIG. 7, by configuring the first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b in one electrical path, the first harmonic and the second harmonic in one electrical path 226' Can be carried out simultaneously.

도 8의 일 실시예에 따르면, 도 7에 따른 전기적 경로에 고정 커패시터(226d)가 직렬로 연결된 구성이 개시된다. 고정 커패시터(226d)를 더 포함함으로써, 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)의 기준값을 정하는 측면에서 더 용이할 수 있다. According to the exemplary embodiment of FIG. 8, a configuration in which the fixed capacitor 226d is connected in series to the electrical path according to FIG. 7 is disclosed. By further including the fixed capacitor 226d, it may be easier in terms of determining the reference values of the first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b.

본 발명에 따른 기판 처리 장치가 제어할 수 있는 고조파의 개수는 한 개로 한정되지 아니한다. 전기적 경로를 병렬로 구성함으로써 두 개 이상의 고조파를 동시에 제어할 수 있다. 전기적 경로(226')를 하나로 구성하더라도, 여러 개의 가변 커패시터를 포함하도록 구성함으로써 두 개 이상의 고조파를 동시에 제거할 수도 있다. The number of harmonics that can be controlled by the substrate processing apparatus according to the present invention is not limited to one. By configuring electrical paths in parallel, two or more harmonics can be controlled simultaneously. Even if the electrical path 226' is configured as one, it is possible to simultaneously remove two or more harmonics by configuring to include several variable capacitors.

도 6 내지 도 8의 일 실시예에 따르면, 전기적 경로들은 모두 로우 패스 필터(226c)와 병렬로 연결되는 일 구성을 가지나, 전기적 경로(226') 내에 포함된 가변 커패시터들의 조합은 다양하게 제공될 수 있다. According to the exemplary embodiment of FIGS. 6 to 8, all of the electrical paths have a configuration in which the low pass filter 226c is connected in parallel, but various combinations of variable capacitors included in the electrical path 226' may be provided. I can.

전기적 경로 내에 포함된 복수의 가변 커패시터가 병렬로 연결되는 경우에는 이를 이용하여 복수의 고조파들을 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 전기적 경로(226') 내에 포함된 복수의 가변 커패시터가 직렬로 연결되는 경우에는, 이를 이용하여 복수의 고조파들을 하나의 라인에서 융합하여 제어할 수 있다. When a plurality of variable capacitors included in the electrical path are connected in parallel, a plurality of harmonics may be independently controlled by using them. When a plurality of variable capacitors included in the electrical path 226 ′ are connected in series, a plurality of harmonics may be fused and controlled in one line using this.

도 6 내지 도 8의 일 실시예에는 도시하지 아니하였으나, 임피던스 제어부(226)는 추가적인 필터를 더 포함할 수 있다.Although not shown in the exemplary embodiments of FIGS. 6 to 8, the impedance control unit 226 may further include an additional filter.

본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하면, 임피던스 제어부(226)는 플라즈마 상태에 의존하지 않는다. 즉, 초기 조건을 확립함으로써 공정 단계마다 임피던스 제어부(226)의 회로를 변경할 필요가 없으므로, 기존의 기판 처리 방법에 비해 훨씬 용이하게 제어가 가능하다.When using the substrate processing apparatus according to the present invention, the impedance control unit 226 does not depend on the plasma state. That is, since it is not necessary to change the circuit of the impedance control unit 226 for each process step by establishing the initial conditions, control is much easier compared to the conventional substrate processing method.

또한 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하면, 임피던스 제어부(226) 내에 포함되는 전기적 경로에 있어서, 두 개 이상의 전기적 경로를 병렬로 형성하면 다수개의 차수의 고조파 성분의 독립적인 컨트롤이 가능한 효과도 있다. In addition, when the substrate processing apparatus according to the present invention is used, in the electrical path included in the impedance control unit 226, when two or more electrical paths are formed in parallel, it is possible to independently control a plurality of order harmonic components. .

본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)에서의 임피던스 제어를 통해 웨이퍼의 중심부 영역의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 일 예시에 따르면, 고조파 성분이 임피던스 제어부(226)의 낮은 임피던스 경로를 통해 제거되는 경우 균일한 플라즈마 밀도를 형성할 수 있다. 반면에 임피던스 제어부(226)가 높은 임피던스 경로를 가지는 경우 고조파 성분이 제거되지 아니하고, 중심부의 플라즈마 밀도가 높게 제공될 수 있다. Plasma density in the central region of the wafer may be controlled through impedance control in the impedance control unit 226 according to the present invention. According to an example, when a harmonic component is removed through a low impedance path of the impedance control unit 226, a uniform plasma density may be formed. On the other hand, when the impedance control unit 226 has a high impedance path, harmonic components are not removed, and plasma density at the center may be provided high.

본 발명에서는 가변 커패시터의 정전 용량을 조절함으로써 고주파의 각 고조파 차수 별로 대응하여 제거하는 것이 가능하다. In the present invention, by adjusting the capacitance of the variable capacitor, it is possible to correspondingly eliminate each harmonic order of high frequency.

도 9는 본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)의 연결 구성을 블록도로 나타낸 도면이다. 9 is a block diagram showing a connection configuration of the impedance control unit 226 according to the present invention.

도 9에 따르면, 본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)는 매칭 회로(225)와 챔버(100)의 사이에서 블록의 형태로 결합될 수 있다. Referring to FIG. 9, the impedance control unit 226 according to the present invention may be coupled in the form of a block between the matching circuit 225 and the chamber 100.

본 발명에 따른 임피던스 제어부(226)는 정전척에 별도의 포트(port)를 추가하지 않으면서 매칭 회로(225)와 챔버(100) 사이에 삽입될 수 있다. The impedance control unit 226 according to the present invention may be inserted between the matching circuit 225 and the chamber 100 without adding a separate port to the electrostatic chuck.

이와 같은 제작 상의 구조적 특징을 가짐으로써, 정전 척 및 챔버(100)의 설계 변경 없이 블록(block)의 형태로 즉시 적용이 가능한 효과가 있다. By having such a structural feature in manufacturing, there is an effect that it can be immediately applied in the form of a block without changing the design of the electrostatic chuck and the chamber 100.

만일 정전 척에 별도의 포트가 추가되는 경우, 정전 척에 비대칭 형태로 전기적 컨택이 발생할 가능성이 매우 높아진다. 이러한 비대칭의 전기적 컨택은 메인 RF 성분들의 비대칭을 유발하며 플라즈마 비대칭으로 전사될 우려가 있어 적절하지 아니하다. 그러나, 본 발명과 같이 기존의 RF 로드(rod)를 활용하는 경우 비대칭 원인을 제공하지 않는다. If a separate port is added to the electrostatic chuck, the possibility of generating an asymmetrical electrical contact to the electrostatic chuck is very high. Such asymmetric electrical contact causes asymmetry of the main RF components and is not appropriate because there is a concern that it may be transferred to plasma asymmetry. However, when using an existing RF rod (rod) as in the present invention does not provide a cause of asymmetry.

본 발명에서는 임피던스 제어 용도로 사용 가능한 블록을 제안하였으나, 이는 임피던스 제어 외에도 DC 제어, 온도 제어 등 다양한 분야의 블록이 부가되어 추가될 수 있다. In the present invention, a block that can be used for impedance control is proposed, but it may be added by adding blocks in various fields such as DC control and temperature control in addition to impedance control.

도 10(a) 내지 도 10(b)는 기존의 기판 처리 장치를 통해 처리한 경우의 플라즈마 밀도를 나타내는 도면이다. 10(a) to 10(b) are diagrams showing plasma density when processed by a conventional substrate processing apparatus.

도 10(a)는 SWE의 밀도를 나타내는 도면이다. 그래프의 가로축은 웨이퍼의 중심으로부터의 거리를 나타내며, 그래프의 세로축은 플라즈마의 밀도를 나타낸다. 도 10(b) 역시 X축은 웨이퍼의 중심으로부터의 거리를 나타내며, Y축은 주파수를 나타내며, Z축은 플라즈마의 밀도를 나타낸다. 도 10(b)는 Youg-Xin Liu et al., J. Vac. Sci. Technol. A 33(2) (2015)를 출처로 한다.Fig. 10(a) is a diagram showing the density of SWE. The horizontal axis of the graph represents the distance from the center of the wafer, and the vertical axis of the graph represents the density of plasma. In Fig. 10(b), the X-axis represents the distance from the center of the wafer, the Y-axis represents the frequency, and the Z-axis represents the density of plasma. Figure 10 (b) is Youg-Xin Liu et al., J. Vac. Sci. Technol. A 33(2) (2015) is the source.

도 10(a) 내지 도 10(b)를 참조하면, RF 주파수를 상승시키며 플라즈마 밀도를 측정한 경우에는, 낮은 주파수에서는 에지 부분이 밀도가 낮은 경향을 보이지만, 주파수가 높아짐에 따라 에지 부분이 아닌 점점 웨이퍼의 중심부의 플라즈마의 밀도가 낮은 형상을 나타낸다. 따라서 HF 성분의 고조파에 의해 웨이퍼의 중심부의 플라즈마 밀도가 낮게 형성될 것이라 예상할 수 있다.10(a) to 10(b), when plasma density is measured while increasing the RF frequency, the edge portion tends to have a low density at a low frequency, but as the frequency increases, the edge portion is not The shape of the plasma at the center of the wafer is gradually lower. Therefore, it can be expected that the plasma density at the center of the wafer will be low due to the harmonics of the HF component.

도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 통해 처리한 경우의 플라즈마 밀도를 나타내는 도면이다. 11 is a diagram showing the plasma density when processed by the substrate processing apparatus according to the present invention.

도 11은 균일하지 않은 SCD 분포를 보이는 공정 챔버(100)에 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 적용하여 균일한 SCD 분포를 나타내도록 개선되는 측정 결과를 나타낸다. 균일하지 않은 SCD 분포를 역산하면 가운데 부분이 낮은 밀도를 가지는 플라즈마 밀도가 나타나며, 이는 고조파 성분에 의한 SWE에 해당한다. 11 shows a measurement result improved to show a uniform SCD distribution by applying the substrate processing apparatus according to the present invention to a process chamber 100 showing a non-uniform SCD distribution. When the non-uniform SCD distribution is inverted, a plasma density with a low density in the center appears, which corresponds to SWE due to harmonic components.

본 발명에 따른 기판 처리 방법에 포함되는 임피던스 제어부(226)를 사용하여 고조파 성분을 제거하면, 실선과 같이 플라즈마 밀도 및 SCD의 분포가 균일하게 변하는 것을 확인할 수 있다. When the harmonic component is removed using the impedance control unit 226 included in the substrate processing method according to the present invention, it can be confirmed that the plasma density and the distribution of the SCD are uniformly changed as shown in the solid line.

도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 12 is a flow chart showing a substrate processing method according to the present invention.

본 발명에 따른 기판 처리 방법은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 처리될 수 있다. The substrate processing method according to the present invention can be processed using the substrate processing apparatus according to the present invention.

도 12에 따르면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 임피던스 제어부(226)에 포함된 제1 가변 커패시터(226a)를 통해 제1 고조파를 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 임피던스 제어부(226)에 포함된 제2 가변 커패시터(226b)를 통해 제2 고조파를 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 기판 처리 방법에서는 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)의 용량을 조절함으로써 고주파 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있다. 또는 제1 가변 커패시터(226a)와 제2 가변 커패시터(226b)의 용량을 조절함으로써 비선형 플라즈마로부터 생성되는 고조파를 제거할 수도 있다. 본 발명에 따른 기판 처리 방법에서는, 커패시터의 용량 조절을 통한 고조파의 제거 후, 플라즈마 밀도의 균일 여부를 확인함으로써 플라즈마의 밀도가 균일하게 처리되었는지 여부를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, in the substrate processing method according to the present invention, the first harmonic may be removed through the first variable capacitor 226a included in the impedance control unit 226. The substrate processing method according to the present invention may remove the second harmonic through the second variable capacitor 226b included in the impedance controller 226. In the substrate processing method according to the present invention, harmonics generated from the high frequency power source can be removed by adjusting the capacities of the first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b. Alternatively, harmonics generated from the nonlinear plasma may be removed by adjusting the capacities of the first variable capacitor 226a and the second variable capacitor 226b. In the substrate processing method according to the present invention, after the harmonics are removed by adjusting the capacity of the capacitor, it is possible to check whether the plasma density is uniformly processed by checking whether the plasma density is uniform.

본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 전기적 경로(226')에 포함되는 가변 커패시터의 용량 조절을 통해 고주파 전원으로 인해 발생하는 고조파 또는 비선형 임피던스로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 것을 일 특징으로 한다. 전기적 경로(226')는 복수 개로 제공될 수 있으며, 전기적 경로(226')에 포함될 수 있는 가변 커패시터는 복수 개일 수 있다. The substrate processing method according to the present invention is characterized in that it is possible to remove harmonics generated from a high frequency power source or harmonics generated from a nonlinear impedance through capacity adjustment of a variable capacitor included in the electrical path 226'. A plurality of electrical paths 226 ′ may be provided, and a plurality of variable capacitors may be included in the electrical path 226 ′.

본 발명의 일 실시예들에서 도시 및 설명한 임피던스 제어부(226)의 회로 구성은 이에 한정되지 아니하며, 3개 이상의 커패시터를 포함하도록 구성되는 것도 가능하며, 3개 이상의 커패시터가 모두 직렬로 연결되거나, 각각 병렬로 연결되는 구성도 개시될 수 있다. 이를 통해 1차 고조파 및 2차 고조파의 제거를 보다 섬세하게 수행할 수도 있고, 또는 3차 및 4차 이상의 고조파의 제거를 수행할 수도 있다. The circuit configuration of the impedance control unit 226 shown and described in the embodiments of the present invention is not limited thereto, and may be configured to include three or more capacitors, and all three or more capacitors are connected in series, or each A configuration connected in parallel may also be disclosed. Through this, the first harmonic and the second harmonic may be removed more delicately, or the third and fourth harmonics may be removed.

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 발명에서 제공되는 도면은 본 발명의 최적의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 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 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It should be understood that the above embodiments have been presented to aid understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments from this are also within the scope of the present invention. The drawings provided in the present invention are merely showing an optimal embodiment of the present invention. The technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literal description of the claims itself, but a scope that has substantially equal technical value. It should be understood that it extends to the invention of.

10 : 기판 처리 장치
100 : 챔버
222a - 222c : RF 전원
225 : 매칭 회로
226 : 임피던스 제어부
226' : 전기적 경로
226a : 제1 가변 커패시터
226b : 제2 가변 커패시터
226c : 로우 패스 필터
226d : 고정 커패시터 10: substrate processing apparatus
100: chamber
222a-222c: RF power
225: matching circuit
226: impedance control unit
226': electrical path
226a: first variable capacitor
226b: second variable capacitor
226c: low pass filter
226d: fixed capacitor

Claims (19)

기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과;
상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;
상기 RF 전원과 상기 공정 챔버 사이의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및
상기 지지 유닛과 상기 매칭 회로 사이에 배치되며, 상기 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 임피던스 제어부;를 포함하고,
상기 임피던스 제어부는,
상기 매칭 회로 측의 단부에 직렬로 연결되는 로우 패스 필터; 및
상기 로우 패스 필터와 병렬로 연결되는 1개 또는 복수의 가변 커패시터;를 포함하는 기판 처리 장치.
In the apparatus for processing a substrate,
A process chamber having a processing space therein;
A support unit supporting a substrate in the processing space;
A gas supply unit for supplying a process gas into the processing space;
RF power supplying an RF signal to excite the process gas into a plasma state;
A matching circuit for matching impedance between the RF power source and the process chamber; And
Includes; an impedance control unit disposed between the support unit and the matching circuit and capable of removing harmonics generated from the RF power source,
The impedance control unit,
A low pass filter connected in series to an end of the matching circuit side; And
And one or a plurality of variable capacitors connected in parallel with the low pass filter.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가변 커패시터는 상기 지지 유닛 측의 단부에 연결되는 기판 처리 장치.
The method of claim 1,
The variable capacitor is connected to an end portion of the support unit side.
 제3항에 있어서,
상기 임피던스 제어부는
제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고,
상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 각각 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
The method of claim 3,
The impedance control unit
A first variable capacitor; And a second variable capacitor; and
The first variable capacitor and the second variable capacitor are each connected in parallel.
 제3항에 있어서,
상기 임피던스 제어부는
제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고
상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 직렬로 연결되는 기판 처리 장치.
The method of claim 3,
The impedance control unit
A first variable capacitor; And a second variable capacitor; and
The first variable capacitor and the second variable capacitor are connected in series.
 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제1 고조파를 제거하고,
상기 제2 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제2 고조파를 제거하는 기판 처리 장치.
The method according to claim 4 or 5,
The first variable capacitor removes the first harmonic of the RF power,
The second variable capacitor is a substrate processing apparatus for removing a second harmonic of the RF power.
 제6항에 있어서,
상기 로우 패스 필터는 상기 RF 전원으로부터 발생하는 역기전력을 방지하는 기판 처리 장치.
The method of claim 6,
The low pass filter is a substrate processing apparatus for preventing back EMF generated from the RF power.
 제6항에 있어서,
상기 임피던스 제어부는
상기 제1 가변 커패시터 또는 상기 제2 가변 커패시터와 직렬로 연결되는 고정 커패시터를 더 포함하는 기판 처리 장치.
The method of claim 6,
The impedance control unit
The substrate processing apparatus further comprises a fixed capacitor connected in series with the first variable capacitor or the second variable capacitor.
 기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
상기 처리 공간 내로 공정 가스를 공급하는 가스공급유닛과;
상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키도록 RF 신호를 공급하는 RF 전원;
상기 RF 전원과 상기 공정 챔버 사이의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및
상기 지지 유닛과 상기 매칭 회로 사이에 배치되며, 상기 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 전기적 경로를 포함하는 임피던스 제어부;를 포함하고,
상기 전기적 경로는 1개 또는 복수의 가변 커패시터와 그 끝단이 접지로 연결된 경로이며,
상기 임피던스 제어부는 상기 매칭 회로 측의 단부에 직렬로 연결되는 로우 패스 필터;를 더 포함하고,
상기 전기적 경로에 포함되는 상기 1개 또는 복수의 가변 커패시터는 상기 로우 패스 필터와 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
In the apparatus for processing a substrate,
A process chamber having a processing space therein;
A support unit supporting a substrate in the processing space;
A gas supply unit for supplying a process gas into the processing space;
RF power supplying an RF signal to excite the process gas into a plasma state;
A matching circuit for matching impedance between the RF power source and the process chamber; And
Includes; an impedance control unit disposed between the support unit and the matching circuit and including an electrical path capable of removing harmonics generated from the RF power source,
The electrical path is a path connected to one or more variable capacitors and their ends to ground,
The impedance controller further includes a low pass filter connected in series to an end of the matching circuit side,
The one or more variable capacitors included in the electrical path are connected in parallel with the low pass filter.
 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 전기적 경로는
제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고,
상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 각각 병렬로 연결되는 기판 처리 장치.
The method of claim 9,
The electrical path is
A first variable capacitor; And a second variable capacitor; and
The first variable capacitor and the second variable capacitor are each connected in parallel.
 제9항에 있어서,
상기 전기적 경로는
제1 가변 커패시터; 및 제2 가변 커패시터;를 포함하고
상기 제1 가변 커패시터와 상기 제2 가변 커패시터는 직렬로 연결되는 기판 처리 장치.
The method of claim 9,
The electrical path is
A first variable capacitor; And a second variable capacitor; and
The first variable capacitor and the second variable capacitor are connected in series.
 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제1 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제1 고조파를 제거하고,
상기 제2 가변 커패시터는 상기 RF 전원의 제2 고조파를 제거하는 기판 처리 장치.
The method of claim 12 or 13,
The first variable capacitor removes the first harmonic of the RF power,
The second variable capacitor is a substrate processing apparatus for removing a second harmonic of the RF power.
 제14항에 있어서,
상기 로우 패스 필터는 상기 RF 전원으로부터 발생하는 역기전력을 방지하는 기판 처리 장치.
The method of claim 14,
The low pass filter is a substrate processing apparatus for preventing back EMF generated from the RF power.
 RF 전원과 연결되어 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 처리하는 기판 처리 장치에서 기판을 처리하는 방법에 있어서,
상기 RF 전원과 상기 공정 챔버 사이의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로와, 상기 웨이퍼를 지지하는 지지 유닛 사이에 연결된 임피던스 제어부를 이용하여 상기 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거하고,
상기 임피던스 제어부는 상기 매칭 회로 측의 단부에 직렬로 연결되는 하나의 로우 패스 필터와 상기 로우 패스 필터와 병렬로 연결되는 1개 또는 복수의 가변 커패시터를 포함하여, 상기 가변 커패시터의 용량을 조절하여 상기 RF 전원으로부터 발생하는 고조파를 제거하는 기판 처리 방법.
In a method of processing a substrate in a substrate processing apparatus that is connected to an RF power source and processes a wafer by generating plasma in a process chamber,
The harmonics generated from the RF power are removed using a matching circuit for matching impedance between the RF power and the process chamber and an impedance control unit connected between a support unit supporting the wafer,
The impedance control unit includes one low-pass filter connected in series to an end of the matching circuit and one or a plurality of variable capacitors connected in parallel with the low-pass filter, and adjusts the capacity of the variable capacitor. Substrate processing method for removing harmonics generated from RF power.
 삭제delete 제16항에 있어서,
상기 임피던스 제어부는
제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 포함하고,
상기 기판 처리 방법은
상기 제1 가변 커패시터의 용량을 조절하여 상기 RF 전원의 제1 고조파를 제거하는 단계;
상기 제2 가변 커패시터의 용량을 조절하여 상기 RF 전원의 제2 고조파를 제거하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
The method of claim 16,
The impedance control unit
Including a first variable capacitor and a second variable capacitor,
The substrate processing method
Removing a first harmonic of the RF power by adjusting a capacitance of the first variable capacitor;
And removing the second harmonic of the RF power by adjusting the capacity of the second variable capacitor.
 제18항에 있어서,
상기 기판 처리 방법은
상기 플라즈마의 균일도 여부를 확인하는 단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법.
The method of claim 18,
The substrate processing method
The method of processing a substrate further comprising: checking whether the plasma is uniform.
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