KR102279639B1 - 기판 처리 장치 - 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.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 플라즈마의 상태를 효과적으로 제어하면서 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
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.
본 발명은 플라즈마의 상태를 효과적으로 제어하면서 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 전극판 또는 챔버에 인가되는 전압 제어를 통해 플라즈마의 상태를 제어할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
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.
또한, 상기 제어기는 공정 처리 과정에서 상기 플라즈마 제어 유닛이 공진 상태가 되도록 제어를 수행할 수 있다.
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.
또한, 상기 플라즈마 제어 유닛은 인덕터; 및 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 제어 유닛은 가변 인덕터로 제공될 수 있다.
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.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마의 상태를 효과적으로 제어하면서 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
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.
기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 서셉터(200), 전극판(300), RF 전원(410), 매칭 네트워크(420) 및 플라즈마 제어 유닛(430)을 포함한다.
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.
서셉터(200)는 챔버(100)의 내측에 형성된 공간에 위치되어, 공정이 이루어질 기판을 지지한다.
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.
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.
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.
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.
제어기(미도시)는 기판 처리 장치(10)의 구성 요소를 제어한다.
도 2는 플라즈마가 발생되어 공정이 수행될 때, 기판 처리 장치의 등가 회로도이다.
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.
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.
도 5에서 플라즈마 밀도는 챔버(100)의 내측의 중앙 영역에서의 밀도를 나타낸다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 플라즈마 제어 유닛(431)은 인덕터(4210) 및 가변 커패시터(4220)를 포함한다.
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.
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.
λD: 디바이 길이, Te:전자 온도, Vsh:쉬스 전압
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.
이에 따라, 전극판의 쉬스(Sh)의 커패시턴스 CS는 다음 수학식 2와 같다.
ds: 쉬스의 길이, A: 전극판(300)의 면적, ε0: 유전율
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.
도 6은 제2 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.
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.
도 7은 제3 실시 예에 따른 플라즈마 제어 유닛을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 제어 유닛(433)은 가변 인덕터(4310) 및 가변 커패시터(4320)를 포함할 수 있다.
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.
도 8은 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
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.
챔버(100a), 서셉터(200a) 및 전극판(300a)의 구성은 도 1의 기판 처리 장치(10)와 동일 또는 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.
RF 전원(410a)은 플라즈마 여기를 위한 전기장 생성을 위한 전력을 제공한다. RF 전원(410a)은 전극판(300a)에 연결된다.
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.
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.
플라즈마 제어 유닛(430a)의 구성 및 기능은 도 1 내지 도 7의 플라즈마 제어 유닛(430)과 동일 또는 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.
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.
100: 챔버 200: 서셉터
300: 전극판 410: RF 전원
420: 매칭 네트워크 430: 플라즈마 제어 유닛
300: 전극판 410: RF 전원
420: 매칭 네트워크 430: 플라즈마 제어 유닛
Claims (6)
- 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 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.
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