KR102279639B1 - Substrate treating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 챔버; 상기 챔버의 내측에 위치되어, 공정이 이루어질 기판을 지지하는 서셉터; 설정 면적을 가지고, 상기 챔버의 내부의 상부 영역에 위치되는 전극판; 플라즈마 여기를 위한 전력을 제공하고, 상기 서셉터에 연결되는 RF 전원; 상기 전극판을 접지 시키는 도선 상에 위치되는 플라즈마 제어 유닛; 및 제어기를 포함한다.The present invention relates to a substrate processing apparatus. A substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber; a susceptor positioned inside the chamber to support a substrate to be processed; an electrode plate having a set area and positioned in an upper region of the interior of the chamber; an RF power source providing power for plasma excitation and coupled to the susceptor; a plasma control unit positioned on a wire for grounding the electrode plate; and a controller.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 플라즈마의 상태를 효과적으로 제어하면서 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus capable of performing a process while effectively controlling a state of plasma.
일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.In general, plasma refers to an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, and the like, and the plasma is generated by a strong electric field or RF Electromagnetic Fields.
플라즈마 발생 장치로는 플라즈마 생성 에너지원에 따라 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma)발생 장치, 유도 결합형 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma, ICP) 발생 장치 및 마이크로웨이브 플라즈마 (Microwave Plasma) 발생 장치 등이 제안되어 있다.As a plasma generating device, depending on the plasma generating energy source, a capacitively coupled plasma generating device, an inductively coupled plasma (ICP) generating device, and a microwave plasma generating device have been proposed. have.
본 발명은 플라즈마의 상태를 효과적으로 제어하면서 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of performing a process while effectively controlling a state of plasma.
또한, 본 발명은 전극판 또는 챔버에 인가되는 전압 제어를 통해 플라즈마의 상태를 제어할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of controlling a state of plasma by controlling a voltage applied to an electrode plate or a chamber.
본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버; 상기 챔버의 내측에 위치되어, 공정이 이루어질 기판을 지지하는 서셉터; 설정 면적을 가지고, 상기 챔버의 내부의 상부 영역에 위치되는 전극판; 플라즈마 여기를 위한 전력을 제공하고, 상기 서셉터에 연결되는 RF 전원; 상기 전극판을 접지 시키는 도선 상에 위치되는 플라즈마 제어 유닛; 및 제어기를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a chamber; a susceptor positioned inside the chamber to support a substrate to be processed; an electrode plate having a set area and positioned in an upper region of the interior of the chamber; an RF power source providing power for plasma excitation and coupled to the susceptor; a plasma control unit positioned on a wire for grounding the electrode plate; and a controller may be provided.
또한, 상기 제어기는 공정 처리 과정에서 상기 플라즈마 제어 유닛이 공진 상태가 되도록 제어를 수행할 수 있다.Also, the controller may control the plasma control unit to be in a resonance state during a process process.
또한, 상기 제어기는 공정 처리 과정에서 상기 전극판에 형성된 쉬스와 상기 플라즈마 제어 유닛 사이에 공진 상태가 되도록 상기 플라즈마 제어 유닛의 제어를 수행할 수 있다.In addition, the controller may control the plasma control unit so that a resonance state is established between the sheath formed on the electrode plate and the plasma control unit during a process process.
또한, 상기 플라즈마 제어 유닛은 인덕터; 및 가변 커패시터를 포함할 수 있다.In addition, the plasma control unit includes an inductor; and a variable capacitor.
또한, 상기 플라즈마 제어 유닛은 가변 인덕터로 제공될 수 있다.In addition, the plasma control unit may be provided as a variable inductor.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 챔버; 상기 챔버의 내측에 위치되어, 공정이 이루어질 기판을 지지하는 서셉터; 설정 면적을 가지고, 상기 챔버의 내부의 상부 영역에 위치되는 전극판; 플라즈마 여기를 위한 전력을 제공하고, 상기 전극판에 연결되는 RF 전원; 상기 챔버를 접지 시키는 도선 상에 위치되는 플라즈마 제어 유닛; 및 제어기를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a chamber; a susceptor positioned inside the chamber to support a substrate to be processed; an electrode plate having a set area and positioned in an upper region of the interior of the chamber; an RF power source that provides power for plasma excitation and is connected to the electrode plate; a plasma control unit positioned on a wire for grounding the chamber; and a controller may be provided.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마의 상태를 효과적으로 제어하면서 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a substrate processing apparatus capable of performing a process while effectively controlling a state of plasma may be provided.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전극판 또는 챔버에 인가되는 전압 제어를 통해 플라즈마의 상태를 제어할 수 있는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a substrate processing apparatus capable of controlling a state of plasma by controlling a voltage applied to an electrode plate or a chamber may be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 플라즈마가 발생되어 공정이 수행될 때, 기판 처리 장치의 등가 회로도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 플라즈마 제어 유닛의 제어 상태에 따라 전극판에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 대응하여 챔버 내에서 여기 된 플라즈마의 밀도를 나타내는 도면이다.
도 6은 제2 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.
도 7은 제3 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of a substrate processing apparatus when plasma is generated and a process is performed.
3 is a diagram illustrating a plasma control unit according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram illustrating a voltage applied to an electrode plate according to a control state of a plasma control unit.
FIG. 5 is a diagram showing the density of plasma excited in a chamber corresponding to FIG. 4 .
6 is a diagram illustrating a plasma control unit according to a second embodiment.
7 is a diagram illustrating a plasma control unit according to a third embodiment.
8 is a diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another exemplary embodiment.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 통해 기판에 식각 공정, 증착 공정, 애싱 공정 등을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 1 , a
기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 서셉터(200), 전극판(300), RF 전원(410), 매칭 네트워크(420) 및 플라즈마 제어 유닛(430)을 포함한다.The
챔버(100)는 기판이 위치되어 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 알루미늄, 스테인리스 등과 같은 도전체 소재로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지된 상태로 제공될 수 있다. 챔버(100)에는 내부 공간으로 기판의 공정 처리에 사용될 가스를 공급하기 위한 홀이 형성될 수 있다. 또한, 챔버(100)에는 내부 공간의 가스, 반응 부산물 등을 배출하기 위한 배출홀이 형성될 수 있다.The
서셉터(200)는 챔버(100)의 내측에 형성된 공간에 위치되어, 공정이 이루어질 기판을 지지한다.The
전극판(300)은 챔버(100)의 내측에 형성된 공간에 위치되어, 챔버(100)의 내측 공간에 플라즈마 여기를 위한 전기장이 형성되게 한다. 전극판(300)은 설정 면적을 가지고, 챔버(100)의 내부의 상부 영역에 위치될 수 있다. 이에 따라, 전극판(300)은 서셉터(200)와 설정 거리 이격 되어, 서셉터(200)의 위쪽에 위치될 수 있다.The
RF 전원(410)은 플라즈마 여기를 위한 전기장 생성을 위한 전력을 제공한다. RF 전원(410)은 서셉터(200)에 연결된다. 일 예로, 서셉터(200)는 적어도 일부 영역이 전도성 소재로 제공되고, RF 전원(410)은 서셉터(200)에서 전도성 소재로 제공되는 영역에 연결될 수 있다. 이에 따라, RF 전원(410)이 서셉터(200)에 인가하는 전력에 의해 서셉터(200)와 전극판(300)사이에는 전기장이 형성되고, 전기장에 의해 챔버(100)의 내부로 공급된 가스는 플라즈마로 여기 될 수 있다.The
매칭 네트워크(420)는 RF 전원(410)이 서셉터(200)에 연결되는 도선 상에 위치된다. 매칭 네트워크(420)는 서셉터(200)와 RF 전원(410) 사이에서 임피던스 정합을 수행한다.The
플라즈마 제어 유닛(430)은 전극판(300)을 접지 시키는 도선 상에 위치된다. 플라즈마 제어 유닛(430)은 RF 전원(410)과는 독립적으로 전극판(300)에 인가되는 전압을 제어하여, 전극판(300)과 서셉터(200) 사이에 발생되는 전기장 및 전기장에 의해 여기되는 플라즈마의 상태(즉, 플라즈마의 밀도와 분포 등)을 변화시킨다. 플라즈마 제어 유닛(430)은 수동 소자만을 포함하도록 구성될 수 있다.The
제어기(미도시)는 기판 처리 장치(10)의 구성 요소를 제어한다.A controller (not shown) controls components of the
도 2는 플라즈마가 발생되어 공정이 수행될 때, 기판 처리 장치의 등가 회로도이다. 2 is an equivalent circuit diagram of a substrate processing apparatus when plasma is generated and a process is performed.
도 2를 참조하면, 전극판(300)과 서셉터(200) 사이에 플라즈마(P)가 여기될 때, 전극판(300)의 외면, 서셉터(200)의 외면에는 쉬스(Sh)가 형성된다. Referring to FIG. 2 , when the plasma P is excited between the
도 3은 일 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이고, 도 4는 플라즈마 제어 유닛의 제어 상태에 따라 전극판에 인가되는 전압을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 대응하여 챔버 내에서 여기 된 플라즈마의 밀도를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a plasma control unit according to an embodiment, FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage applied to an electrode plate according to a control state of the plasma control unit, and FIG. 5 is an excitation in the chamber corresponding to FIG. It is a diagram showing the density of the plasma.
도 5에서 플라즈마 밀도는 챔버(100)의 내측의 중앙 영역에서의 밀도를 나타낸다.In FIG. 5 , the plasma density represents the density in the central region inside the
도 3 내지 도 5를 참조하면, 플라즈마 제어 유닛(431)은 인덕터(4210) 및 가변 커패시터(4220)를 포함한다.3 to 5 , the
공정 처리 과정에서, 제어기는 인덕터(4210)와 가변 커패시터(4220)가 공진 조건(이하, 제1 공진)이 되도록 가변 커패시터(4220)의 크기를 제어할 수 있다. 이에 따라, 서셉터(200)는 접지 상태 또는 접지 상태에 근접한 전압(즉, 0V 또는 0V에 근접한 전압)이 인가되는 상태가 된다. 도 4 내지 도 5에는 가변 커패시터(4220)가 62pF일 때, 제1 공진 상태가 되는 경우가 도시되었다. 제1 공진 상태가 되어, 전극판(300)과 서셉터(200) 사이의 전기장이 변화되면, 챔버(100)의 내부에 여기 되는 플라즈마의 밀도가 증가됨이 확인되었다.During the process process, the controller may control the size of the
또한, 공정 처리 과정에서, 제어기는 전극판(300)에 형성된 쉬스와 플라즈마 제어 유닛(430) 사이에 공진(이하, 제2 공진)상태가 되도록 가변 커패시터(4220)의 크기를 제어할 수 있다. 구체적으로, 전극판(300)에 형성되는 쉬스의 길이 ds는 다음 수학식 1과 같다.In addition, during the process, the controller may control the size of the
λD: 디바이 길이, Te:전자 온도, Vsh:쉬스 전압λ D : Debye length, T e : electron temperature, V sh : sheath voltage
이 때, 전자 온도는 플라즈마의 전자가 갖는 에너지의 크기에 대응되는 값으로, 기판 처리 장치(10)의 가동 조건에 의해 설정 범위의 값으로 정해지고, 이에 대응하여, 디바이 길이, 쉬스 전압 역시 기판 처리 장치(10)의 가동 조건에 의해 설정 범위의 값으로 정해진다. 일 예로, 기판 처리 장치(10)는 내부에서 여기되는 전자 온도가 1~3 Te가 되도록 가동 조건이 설정될 수 있다.At this time, the electron temperature is a value corresponding to the amount of energy of the electrons in the plasma, and is set to a value within a set range according to the operating conditions of the
이에 따라, 전극판의 쉬스(Sh)의 커패시턴스 CS는 다음 수학식 2와 같다. Accordingly, the capacitance C S of the sheath (Sh) of the electrode plate is expressed by the following Equation (2).
ds: 쉬스의 길이, A: 전극판(300)의 면적, ε0: 유전율d s : length of sheath, A: area of
도 4 내지 도 5에는 가변 커패시터(4220)가 67pF일 때, 제2 공진 상태가 되는 경우가 도시되었다. 제2 공진 상태가 되면, 전극판(300)에 인가되는 전압은 급격히 증가된다. 제2 공진 상태가 되어, 전극판(300)과 서셉터(200) 사이의 전기장이 변화되면, 챔버(100)의 내부에 여기 되는 플라즈마의 밀도가 증가됨이 확인되었다.4 to 5 illustrate a case in which the
도 6은 제2 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a plasma control unit according to a second embodiment.
도 6을 참조하면, 플라즈마 제어 유닛(432)은 가변 인덕터(4100)로 제공될 수 있다. 가변 인덕터(4100)의 크기가 조절되어, 제1 공진 상태 (즉, 가변 인덕터(4100)의 인덕턴스가 0H), 또는 제2 공진 상태가 될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
도 7은 제3 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a plasma control unit according to a third embodiment.
도 7을 참조하면, 플라즈마 제어 유닛(433)은 가변 인덕터(4310) 및 가변 커패시터(4320)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
가변 인덕터(4310)의 크기, 가변 커패시터(4320)의 크기, 또는 가변 인덕터(4310)의 크기와 가변 커패시터(4320)의 크기가 조절되어 제1 공진 상태 또는 제2 공진 상태가 될 수 있다.The size of the
도 8은 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another exemplary embodiment.
도 8을 참조하면, 기판 처리 장치(10a)는 챔버(100a), 서셉터(200a), 전극판(300a), RF 전원(410a), 매칭 네트워크(420a) 및 플라즈마 제어 유닛(430a)을 포함한다.Referring to FIG. 8 , the
챔버(100a), 서셉터(200a) 및 전극판(300a)의 구성은 도 1의 기판 처리 장치(10)와 동일 또는 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.Since the configuration of the
RF 전원(410a)은 플라즈마 여기를 위한 전기장 생성을 위한 전력을 제공한다. RF 전원(410a)은 전극판(300a)에 연결된다. The
매칭 네트워크(420a)는 RF 전원(410a)이 전극판(300a)에 연결되는 도선 상에 위치된다. 매칭 네트워크(420a)는 전극판(300a)과 RF 전원(410a) 사이에서 임피던스 정합을 수행한다.The
플라즈마 제어 유닛(430a)은 챔버(100a)를 접지 시키는 도선 상에 위치된다. 플라즈마 제어 유닛(430a)은 RF 전원(410a)과는 독립적으로 챔버(100a)에 인가되는 전압을 제어하여, 전극판(300a)과 서셉터(200a) 사이에 발생되는 전기장 및 전기장에 의해 여기되는 플라즈마의 상태(즉, 플라즈마의 밀도와 분포 등)을 변화시킨다.The
플라즈마 제어 유닛(430a)의 구성 및 기능은 도 1 내지 도 7의 플라즈마 제어 유닛(430)과 동일 또는 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.Since the configuration and function of the
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the above description shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application field and use of the present invention are possible. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.
100: 챔버 200: 서셉터
300: 전극판 410: RF 전원
420: 매칭 네트워크 430: 플라즈마 제어 유닛100: chamber 200: susceptor
300: electrode plate 410: RF power
420: matching network 430: plasma control unit
Claims (6)
상기 챔버의 내측에 위치되어, 공정이 이루어질 기판을 지지하는 서셉터;
설정 면적을 가지고, 상기 챔버의 내부의 상부 영역에 위치되는 전극판;
플라즈마 여기를 위한 전력을 제공하고, 상기 서셉터에 연결되는 RF 전원;
상기 전극판을 접지 시키는 도선 상에 위치되는 플라즈마 제어 유닛; 및
제어기를 포함하되,
상기 플라즈마 제어 유닛은
인덕터; 및
가변 커패시터를 포함하고,
상기 제어기는 공정 처리 과정에서,
상기 인덕터와 상기 가변 커패시터가 공진조건이 되도록 상기 가변 커패시터의 크기를 제어하여 제1 공진 상태가 되도록 하고, 또한 상기 서셉터에 연결되는 상기 RF 전원과는 독립적으로, 상기 전극판의 전압이 증가되도록, 상기 서셉터와 상기 전극판 사이에 여기된 플라즈마에 의해 상기 전극판에 형성되고 커패시턴스 값을 갖는 쉬스와 상기 플라즈마 제어 유닛 사이에 공진 상태가 되는 제2 공진 상태가 되도록 하여 플라즈마의 밀도가 증가되도록 상기 플라즈마 제어 유닛의 제어를 수행하는 기판 처리 장치.
chamber;
a susceptor positioned inside the chamber to support a substrate to be processed;
an electrode plate having a set area and positioned in an upper region of the interior of the chamber;
an RF power source providing power for plasma excitation and coupled to the susceptor;
a plasma control unit positioned on a wire for grounding the electrode plate; and
a controller;
The plasma control unit
inductor; and
variable capacitor,
The controller in the process processing process,
The size of the variable capacitor is controlled so that the inductor and the variable capacitor become a resonance condition to be in a first resonance state, and the voltage of the electrode plate is increased independently of the RF power connected to the susceptor. , so that the plasma density is increased by making the second resonance state between the sheath formed in the electrode plate and having a capacitance value and the plasma control unit by the plasma excited between the susceptor and the electrode plate to be in a resonance state. A substrate processing apparatus for performing control of the plasma control unit.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Publication of correction |