KR20120086135A - 플라스마 생성 유닛 및 이를 이용하는 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

플라스마 생성 유닛 및 이를 이용하는 기판 처리 장치 및 방법 Download PDF

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홍보한
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Abstract

본 발명은 플라스마 생성 유닛을 제공한다. 플라스마 생성 유닛은 공정 가스를 플라스마 점화시키는 플라스마 점화부와 플라스마 점화된 공정가스를 활성화시키는 플라스마 활성화부를 포함한다. 플라스마 점화부는 공급 가스가 공급되며 플라스마 점화가 일어나는 제1방전 공간을 가지며, 플라스마 활성화부는 제1방전 공간과 연결되며 제2방전 공간을 가진다. 제2 방전 공간에는 유도 기전력이 전달되어 플라스마 점화된 공정가스가 활성화된다.

Description

플라스마 생성 유닛 및 이를 이용하는 기판 처리 장치 및 방법{PLASMA GENERATING UNIT AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND METHOD USING THE UNIT}
본 발명은 플라스마를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스마를 생성하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
이러한 플라스마는 반도체 소자를 제조하기 위하여 포토레지스트(photoresist)를 사용하는 리소그래피(lithography) 공정에서 다양하게 활용된다. 일 예로, 기판상에 라인(line) 또는 스페이스(space) 패턴 등과 같은 각종의 미세회로패턴들을 형성하거나 이온 주입(ion implantation) 공정에서 마스크(mask)로 이용된 포토레지스트를 기판으로부터 제거하는 애싱(ashing) 공정에서 플라스마 활용도는 점점 높아지고 있다.
플라스마를 발생하는 장치로는 일반적으로, 환형의 마그네틱 코어를 이용한 플라스마 발생 장치와 용량 결합형 플라스마 발생 장치(Capacitively Coupled Plasma Generator)가 사용된다. 마그네틱 코어를 이용한 장치의 경우, 플라스마가 안정적으로 발생된 후에는 스퍼터링 발생이 감소되나, 초기 플라스마 점화(Plasma Ignition)가 어려워 플라스마 점화율이 낮은 문제가 있다. 그리고, 용량 결합형 플라스마 발생 장치의 경우, 플라스마 점화률이 낮아 안정적이고 지속적인 플라스마 발생이 어렵다. 플라스마 점화율을 높이기 위해 전극에 인가되는 전력을 높이는 경우, 고전압 인가에 따른 강한 전기장 형성으로 스퍼터링이 발생되어 공정 챔버의 내부 및 전극이 파손된다. 이러한 파손은 장치의 교체 주기를 단축시켜 설비 유지 및 보수 비용을 증가시키고, 스퍼터링으로 발생되는 파티클은 기판으로 공급되어 오염원으로 제공된다.
본 발명은 공정가스의 플라스마 점화율을 향상시킬 수 있는 플라스마 발생 유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 설비 유지 및 보수 비용을 줄일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 오염원 발생을 줄일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 플라스마 생성 유닛을 제공한다. 플라스마 생성 유닛은 공정 가스를 방전시켜 플라스마를 생성하는 유닛으로, 상기 공정 가스가 공급되는 제1방전 공간을 가지며, 상기 제1방전 공간에 공급된 상기 공정 가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시키는 플라스마 점화부; 및 상기 제1방전 공간과 연결되는 제2방전 공간을 가지며, 상기 제2방전 공간에 유도 기전력을 전달하여 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시키는 플라스마 활성화부를 포함한다.
상기 플라스마 점화부는 상기 제1방전 공간을 가지는 제1반응기; 및 상기 제1반응기의 둘레를 따라 제공되는 유도 코일을 포함하며, 상기 제2플라스마 방전부는 상기 제1방전 공간과 연결되는 제2방전 공간을 가지는 제2반응기; 상기 제2반응기의 둘레를 따라 제공되며, 상기 유도 기전력을 발생시키는 환형의 마그네틱 코어; 및 상기 마그네틱 코어에 감기는 권선을 포함하며, 상기 플라스마 생성 유닛은 상기 유도 코일 및 상기 권선에 각각 전력을 인가하는 전력 공급부를 더 포함한다.
일 실시예에 의하면, 상기 전력 공급부는 제1전원; 상기 제1전원과 전기적으로 단선된 제2전원; 상기 제1전원과 상기 유도 코일을 연결하는 제1전선; 및 상기 제2전원과 상기 권선을 연결하는 제2전선을 포함한다.
다른 실시예에 의하면, 상기 전력 공급부는 전원; 상기 전원과 상기 권선을 연결하는 제1전선; 일단이 상기 제1전선과 전기적으로 접점되며, 타단이 상기 유도 코일과 연결되는 제2전선; 및 상기 제2전선에 설치되는 스위치를 포함한다.
상기 제1반응기의 반경은 상기 제2반응기의 반경보다 작다.
또한, 본 발며은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 처리실; 상기 처리실의 내부에 위치하며, 기판이 놓이는 서셉터; 및 복수개의 방전 공간들을 가지며, 상기 방전공간들에서 생성된 플라스마를 상기 기판으로 공급하는 플라스마 생성 유닛을 포함하되, 상기 플라스마 생성 유닛은 제1방전 공간을 가지며, 상기 제1방전 공간에 공급된 공정 가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시키는 플라스마 점화부; 상기 제1방전 공간과 연결된 제2방전 공간을 가지며, 상기 제2방전 공간에 유도 기전력을 전달하여 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시키는 플라스마 활성화부를 포함한다. 상기 플라스마 점화부는 유도 결합형 플라스마 발생장치로 제공된다.
상기 플라스마 점화부는 상기 제1방전 공간을 가지는 제1반응기; 및 상기 제1반응기의 둘레를 따라 제공되는 유도 코일을 포함하며, 상기 플라스마 활성화부는 상기 제1방전 공간과 연결되는 제2방전 공간을 가지는 제2반응기; 상기 제2반응기의 둘레를 따라 제공되며, 상기 유도 기전력을 발생시키는 마그네틱 코어; 및 상기 마그네틱 코어에 감기는 권선을 포함하며, 상기 플라스마 생성 유닛은 상기 유도 코일 및 상기 권선에 각각 전력을 인가하는 전력 공급부를 더 포함한다.
일 실시예에 의하면, 상기 전력 공급부는 제1전원; 상기 제1전원과 전기적으로 단선된 제2전; 상기 제1전원과 상기 유도 코일을 연결하는 제1전선; 및 상기 제2전원과 상기 권선을 연결하는 제2전선을 포함한다.
다른 실시예에 의하며, 상기 전력 공급부는 전원; 상기 전원과 상기 권선을 연결하는 제1전선; 일단이 상기 제1전선과 전기적으로 접점되며, 타단이 상기 유도 코일과 연결되는 제2전선; 및 상기 제2전선에 설치되는 스위치를 포함한다.
상기 제1반응기는 상기 제2반응기와 연결되되, 상기 제2반응기와 분리가능하다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은 기판의 상부에 위치된 제1방전 공간으로 공정 가스를 공급하고, 상기 공정 가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시키는 플라스마 점화 단계; 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 상기 제1방전 공간과 연결된 제2방전 공간으로 공급하고, 상기 제2방전 공간에 유도 기전력를 전달하여 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시키는 플라스마 활성화 단계; 및 상기 활성화된 공정 가스를 상기 기판으로 공급하는 플라스마 공급 단계를 포함한다.
상기 플라스마 점화 단계는 상기 제1방전 공간에 유도 기전력을 전달하여 플라스마 점화시킨다.
상기 플라스마 점화 단계에서 전달되는 유도 기전력은 상기 제1방전 공간의 둘레를 따라 제공되는 유도 코일에서 발생되고,상기 플라스마 활성화 단계에서 전달되는 유도 기전력은 상기 제2방전 공간의 둘레를 따라 제공되는 마그테틱 코어에서 발생된다.
본 발명에 의하면, 공정가스를 플라스마 점화시키는 플라스마 점화부가 별도로 제공되므로, 공정가스의 플라스마 점화가 안정적으로 일어난다.
또한, 본 발명에 의하면, 공정가스의 플라스마 점화 시 스퍼터링 발생이 감소하므로, 반응기 파손이 예방된다.
또한, 본 발명에 의하면, 공정가스의 플라스마 점화 시 스퍼터링 발생이 감소하므로, 스퍼터링으로 인한 파티클 발생이 감소한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 4는 기판을 처리하는 공정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 기판을 처리하는 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 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 실시예에 따른 기판 처리 설비를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, EFEM, 10)과 공정 처리실(20)를 가진다.
설비 전방 단부 모듈(EFEM, 10)과 공정 처리실(20)은 일렬로 배치된다. 이하, 설비 전방 단부 모듈(EFEM, 10)과 공정 처리실(20)이 배열된 방향을 제1방향(1)이라 정의하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(1)에 수직인 방향을 제2방향(2)이라 정의한다.
설비 전방 단부 모듈(10)은 공정 처리실(20) 전방에 장착되며, 기판이 수납된 캐리어(16)와 공정 처리실(20) 간에 기판(W)을 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(10)은 로드 포트(12)와 프레임(14)을 가진다.
로드 포트(12)는 프레임(14) 전방에 배치되며, 복수개 제공된다. 로드 포트(12)들은 서로 이격하여 제2방향(2)을 따라 일렬로 배치된다. 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 캐리어(16)(예를 틀어, 카세트, FOUP등)는 로드 포트(12)들에 각각 안착된다.
프레임(14)은 로드 포트(12)와 로드락 챔버(22) 사이에 배치된다. 프레임(14) 내부에는 로드 포트(12)와 로드락 챔버(22)간에 기판(W)을 이송하는 이송로봇(18)이 배치된다. 이송로봇(18)은 제2방향(2)으로 구비된 이송 레일(19)을 따라 이동가능하다.
공정처리실(20)은 로드락 챔버(22), 트랜스퍼 챔버(24), 그리고 복수개의 기판 처리 장치(30)를 포함한다.
로드락 챔버(22)는 트랜스퍼 챔버(24)와 프레임(14) 사이에 배치되며, 공정에 제공될 기판(W)이 기판 처리 장치(30)로 이송되기 전, 또는 공정 처리가 완료된 기판(W)이 캐리어(16)로 이송되기 전 대기하는 공간을 제공한다. 로드락 챔버(22)는 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다. 실시예에 의하면, 로드락 챔버(22)는 두 개가 제공된다. 하나의 로드락 챔버(22)에는 공정 처리를 위해 기판 처리 장치(30)로 제공되는 기판(W)이 수납되고, 다른 하나의 로드락 챔버(22)에는 기판 처리 장치(30)에서 공정이 완료된 기판(W)이 수납될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(24)는 제1방향(1)을 따라 로드락 챔버(22)의 후방에 배치되며, 상부에서 바라볼 때 다각형의 몸체(25)를 갖는다. 몸체(25)의 외측에는 로드락 챔버(22)들과 복수개의 기판 처리 장치(30)들이 몸체(25)의 둘레를 따라 배치된다. 실시예에 의하면 트랜스퍼 챔버(24)는 상부에서 바라볼 때, 오각형의 몸체를 갖는다. 설비 전방 단부 모듈(10)과 인접한 두 측벽에는 로드락 챔버(22)가 각각 배치되고, 나머지 측벽에는 기판 처리 장치(30)들이 배치된다. 몸체(25)의 각 측벽에는 기판(W)이 출입하는 통로(미도시)가 형성된다. 통로는 트랜스퍼 챔버(24)와 로드락 챔버(22)간에, 또는 트랜스퍼 챔버(24)와 기판 처리 장치(30)간에 기판(W)이 출입하는 공간을 제공한다. 각 통로에는 통로를 개폐하는 도어(미도시)가 제공된다. 트랜스퍼 챔버(24)는 상기 형상뿐만 아니라, 요구되는 공정모듈에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(24)의 내부공간에는 반송로봇(26)이 배치된다. 반송로봇(26)은 로드락 챔버(22)에서 대기하는 미처리된 기판(W)을 기판 처리 장치(30)로 이송하거나, 기판 처리 장치(30)에서 공정처리가 완료된 기판(W)을 로드락 챔버(22)로 이송한다. 그리고, 반송 로봇(26)은 복수 개의 기판 처리 장치(30)들에 기판(W)을 순차적으로 제공하기 위하여 기판 처리 장치(30)들간에 기판(W)을 이송한다.
기판 처리 장치(30)는 플라스마 가스를 기판으로 공급하여 기판에 대한 공정 처리를 수행한다. 플라스마 가스를 이용한 기판 처리는 반도체 제작 공정에서 다양하게 적용될 수 있다. 본 발명에서는 플라스마 가스를 이용한 공정들 중 애싱(Ashing) 공정을 예를 들어 설명한다. 그러나, 본 발명의 기판 처리 장치는 애싱 공정뿐만 아니라, 플라스마 가스가 사용되는 다양한 공정에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(30)는 공정 처리 유닛(100)과 플라스마 생성 유닛(200)를 포함한다. 공정 처리 유닛(100)는 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공하고, 플라스마 생성 유닛(200)는 기판(W) 처리 공정에 사용되는 플라스마를 발생시키고, 플라스마를 다운 스크림(Down Stream) 방식으로 기판(W)으로 공급한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
공정 처리 유닛(100)은 처리실(110), 서셉터(140), 그리고 배플(150)을 가진다.
처리실(110)은 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 처리실(110)은 바디(120)와 확산 커버(130)를 가진다. 바디(120)는 상면이 개방된 내부공간(PS)을 가진다. 바디(120)의 일측벽 측벽에는 기판(W)이 출입하는 개구(미도시)가 형성되며, 개구는 슬릿 도어(slit door)(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐된다. 개폐 부재는 처리실(110) 내에서 기판(W) 처리 공정이 수행되는 동안 개구를 폐쇄하고, 기판(W)이 처리실(110) 내부로 반입될 때와 처리실(110) 외부로 반출할 때 개구를 개방한다. 바디(120)의 하부벽에는 배기홀(121)이 형성되며, 배기홀(121)은 배기 부재(170)와 연결된다. 배기 부재(170)는 공정 진행시 처리실(110) 내부를 감압하여 공정압력으로 유지시키고, 공정에서 발생된 반응 부산물을 처리실(110) 외부로 배출시킨다.
확산 커버(130)는 바디(120)의 상부벽과 결합하며, 바디(120)의 개방된 상면을 덮어 바디(120) 내부(PS)를 외부로부터 밀폐시킨다. 확산 커버(130)의 상단은 플라스마 생성 유닛(200)과 결합한다. 확산 커버(130)에는 플라스마 생성 유닛(200)으로부터 유입된 플라스마가 확산되는 확산 공간(DS1, DS2)이 형성된다. 확산 공간(DS1, DS2)은 제2방전 공간(235)의 하부에 각각 위치되며, 제2방전 공간(235)과 연결된다. 확산 공간(DS1, DS2)은 확산 커버(130)의 하단으로 갈수록 반경이 점점 커지는 역 깔때기(inverted funnel) 형상으로 형성될 수 있다. 상기 확산 공간(DS)의 형상에 의하여, 제2방전 공간(235)으로부터 유입된 플라스마 가스는 확산되어 배플(150)의 각 영역으로 균일하게 공급될 수 있다. 실시예에 의하면, 확산 커버(130)에는 두 개의 확산 공간(DS1, DS2)이 형성된다. 제1확산 공간(DS1)은 제1반응부(233a)의 제2방전 공간(235) 하부에 위치하며, 제1반응부(233a)에서 생성된 플라스마가 유입된다. 제2확산 공간(DS2)은 제2반응부(233b)의 제2방전 공간(235)의 하부에 위치하며 제2반응부(233b)에서 생성된 플라스마가 유입된다. 제1확산 공간(D1)과 제2확산 공간(D2)은 유입된 플라스마를 확산시켜 배플(150)의 각 영역으로 공급한다.
서셉터(140)는 처리실(110)의 내부에 위치되며, 그 상면에 기판(W)이 놓인다. 서셉터(140)의 상면은 기판(W)에 대응되는 형상으로 제공되며, 기판(W)보다 넓은 면적을 갖는다. 서셉터(140)는 정전력에 의해 기판(W)을 흡착하는 정전 척(Electro Static Chuck)으로 제공될 수 있다. 서셉터(140)는 상면의 높이가 변경되도록 승강될 수 있다. 서셉터(140)는 기판(W)의 로딩/언로딩시 승강한다. 서셉터(140)에는 리프트 홀(미도시)들이 서셉터(140)의 상면 및 하면을 관통하여 형성될 수 있다. 리프트 홀들에는 리프트 핀(미도시)들이 각각 제공되며, 리프트 핀들은 기판(W)이 서셉터(140)상에 로딩/언로딩되는 경우, 리프트 홀들을 따라 승강한다. 서셉터(140)의 내부에는 히터(141)가 제공된다. 히터(141)는 기판(W)을 가열하여 기판(W)의 온도를 공정온도로 유지시킨다.
배플(150)은 바디(120)의 내부공간(PS)과 확산 커버(130)의 확산 공간(DS) 사이에서 바디(120)와 결합하며, 서셉터(140)의 상면과 나란하게 배치된다. 배플(150)은 원판 형상으로 제공되며, 서셉터(140)와 대향하는 면이 평평하게 제공된다. 배플(150)은 기판(W)보다 넓은 면적으로 제공된다. 배플(150)에는 복수개의 분사홀(151)들이 형성된다. 분사홀(151)들은 확산 커버(130)의 확산공간(DS)으로 유입된 플라스마 가스를 기판(W)으로 공급한다.
플라스마 생성 유닛(200)은 공정가스를 방전시켜 플라스마를 생성한다. 플라스마 생성 유닛(200)은 공정 가스 공급부(210), 플라스마 점화부(220), 플라스마 활성화부(230), 그리고 전력 공급부(250)를 포함한다. 공정 가스 공급부(210)는 공정 가스를 플라스마 점화부(220)으로 공급하고, 플라스마 점화부(220)는 공정가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시킨다. 플라스마 활성화부(230)는 플라스마 점화된 공정가스에 유도 기전력을 전달하여 공정가스를 활성화시키며, 전력 공급부(250)는 플라스마 점화부(210) 및 플라스마 활성화부(230)에 전력을 공급한다. 실시예에 의하면, 플라스마 점화부(220)와 플라스마 활성화부(230)는 유도 결합형 플라스마 발생 장치(Inductively Coupled Plasma Generating Apparatus)가 사용된다. 이하, 각 구성에 대해 자세하게 살펴보도록 한다.
공정 가스 공급부(210)는 플라스마 점화부(220)에 공정 가스를 공급한다. 공정 가스 점화부(210)는 공정가스 저장부(211), 공정가스 공급라인(212), 그리고 밸브(213)를 포함한다. 공정가스 저장부(211)는 플라스마 점화부(220)에 제공될 공정 가스를 저장한다. 공정가스는 다양한 종류의 가스들이 혼합된 혼합가스가 사용될 수 있다. 공정가스 공급라인(212)은 공정가스 저장부(211)와 공정가스 점화부(220)를 연결한다. 공정 가스 공급라인(212)의 일단은 공정가스 저장부(211)와 연결되고, 타단은 제1반응기(221)의 상단과 연결되며, 공정가스 저장부(211)에 저장된 공정가스를 제1방전 공간(222)으로 공급한다. 공정가스 공급라인(212) 상에는 밸브(213)가 설치되며, 밸브(213)는 공정가스 공급라인(212)을 개폐하거나, 공급되는 공정가스의 유량을 조절한다.
플라스마 점화부(220)에는 공정가스를 플라스마 점화시킨다. 플라스 전화부(220)는 제1반응기(221) 및 유도 코일(225)을 포함한다. 제1반응기(221)는 제2반응기(231)의 상부에 위치하며, 그 하단이 제2반응기(231)의 상단과 연결된다. 제1반응기(221)의 내부에는 제1반응 공간(222)이 형성된다. 제1반응 공간(222)에서는 공정 가스의 플라스마 점화가 일어난다. 실시예에 의하면, 제1반응기(221)는 제2반응기(231)보다 작은 반경을 가지고, 제1반응 공간(222)은 제2반응 공간(235)보다 부피가 작게 제공된다. 이에 의해, 제1반응 공간(222)에는 제2반응 공간(235)에 비하여 공정 가스가 높은 밀도로 제공되어 플라스마 점화가 용이하게 일어날 수 있다. 유도 코일(225)은 제1반응기(221)의 외주면에 감긴다. 유도 코일(225)은 제1반응기(221)의 둘레를 따라 복수 회 감기며, 제1반응기(221)의 길이방향을 따라 인접 위치한 유도 코일(225)은 서로 이격된다. 유도 코일(225)의 일단은 전력 공급부(250)와 연결되며, 타단은 접지된다. 유도 코일(225)은 전력 공급부(250)로부터 전력을 인가받으며, 인가된 전력에 의해 유도 코일(225)에는 유도 기전력이 발생된다. 발생된 유도 기전력은 제1반응 공간(222)으로 전달되어 공정 가스를 플라스마 점화시킨다.
플라스마 활성화부(230)는 플라스마 점화부(220)의 하부에 위치하며, 플라스마 점화된 공정가스를 활성화시킨다. 플라스마 활성화부(230)는 제2반응기(231), 마그네틱 코어(241), 그리고 권선(245)을 포함한다.
제2반응기(231)는 확산 커버(130)와 제1반응기(211) 사이에 위치되며, 점화된 공정가스가 활성화되는 공간을 제공한다. 실시예에 의하면, 제2반응기(231)는 분기부(232)와 제1 및 제2반응부(233a, 233b)를 가진다. 분기부(232)는 제1반응기(221)의 하부에 위치하며, 그 상단이 제1반응기(221)의 하단과 결합한다. 분기부(232)는 내부에 제1방전 공간(235)과 연결되는 분기 통로(234)가 형성된다. 분기 통로(234)는 제1방전 공간(235)에서 공급된 공정가스가 두 갈래로 나뉘어 제1 및 제2반응부(233a, 233b)에 각각 공급될 수 있도록 형상되어진다. 분기부(232)의 하부에는 제1 및 제2 반응부(233a, 233b)가 위치한다. 제1 및 제2반응부(233a,233b)는 서로 이격하여 나란하게 배치되며, 그 상단이 분기부(232)와 연결되고, 하단이 확산 커버(130)와 연결된다.제1 및 제2반응부(233a, 233b)의 내부에는 제2방전 공간(235)이 각각 형성된다. 제1반응부(233a)에 형성된 제2방전공간(235)은 분기부(232)의 통로(234)와 제1확산 공간(DS1)을 연결하며, 제2반응부(233b)에 형성된 제2방전공간(DS2)은 분기부(232)의 통로(234)와 제2확산 공간(DS2)을 연결한다. 제2방전 공간(235)에는 분기통로(234)를 통해 플라스마 점화된 공정가스가 공급된다.
마그네틱 코어(241)는 제2반응기(231)의 둘레를 따라 제공된다. 마그네틱 코어(241)는 각각 환형으로 제공되며, 복수개가 적층된다. 실시예에 의하면, 마그네틱 코어(241)는 제1반응부(233a)의 둘레를 따라 제공되는 제1마그네틱 코어(242)와 제2반응부(233b)의 둘레를 따라 제공되는 제2마그네틱 코어(243)를 가진다. 제1마그네틱 코어(242)와 제2마그네틱 코어(243)는 각각 세 개의 마그네틱 코어가 적층되어 제공된다. 실시예에 의하면, 마그네틱 코어(241)는 페리이트(ferrite) 재질로 제공된다.
마그네틱 코어(241)에는 전선이 감겨 권선(winding wire, 245)된다. 권선(245)은 마그네틱 코어(241)에 복수 회 감기며, 복수 획 감긴 권선(245)은 마그네틱 코어(241)의 반경방향을 따라 제공된다. 권선(245)은 제1 및 제2 마그네틱 코어(242, 243)에 각각 제공된다. 권선(245)은 그 일단이 전력 공급부(250)와 전기적으로 연결되며, 타단이 접지된다. 권선(245)에는 전력 공급부(250)로부터 전력이 인가된다. 인가된 전력에 의해, 마그네틱 코어(241) 및 권선(245)에는 유도 기전력이 발생한다. 발생된 유도 기전력은 제2반응 공간(235)으로 전달되어 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시킨다. 활성화된 공정 가스는 대체로 환형의 플라스마 상태로 유도된다.
전력 공급부(250)는 유도 코일(225)과 권선(245)으로 각각 전력을 공급한다. 전력 공급부(250)는 제1전원(251), 제1전선(252), 제2전원(255), 그리고 제2전선(256)을 포함한다. 제1전원(251)은 제1전선(252)을 통하여 유도 코일(225)과 전기적으로 연결되며, 유도 코일(225)에 전력을 인가한다. 제2전원(255)은 제2전선(256)을 통하여 권선(245)과 전기적으로 연결되며, 권선(245)에 전력을 인가한다. 제2전원(255)은 제1전원(251)과 독립하여 제공되며, 제1전원(251)과 전기적으로 단선된다.
이하, 상술한 바와 같은 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명한다.
도 4는 기판을 처리하는 공정을 나타내는 순서도이다. 도 4를 참조하면, 기판 처리 방법은 플라스마 점화 단계(S10), 플라스마 활성화 단계(S20), 그리고 기판 처리 단계(S30)를 포함한다. 플라스마 점화 단계(S10)는 공정 가스를 플라스마 점화시키며, 플라스마 활성화 단계(S20)는 점화된 공정 가스에 유도 기전력을 전달하여 플라스마 발생을 활성화시킨다. 그리고, 기판 처리 단계(S30)는 생성된 플라스마를 기판으로 공급하여 기판을 처리한다. 이하, 도 5를 참조하여 상기 단계들이 수행되는 일련의 과정에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 기판을 처리하는 공정을 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 밸브(213)의 개방으로 공정가스 저장부(211)에 저장된 공정 가스가 공정가스 공급라인(212)을 통해 제1반응기(221)의 제1방전 공간(222)으로 공급된다. 그리고, 유도 코일(225)에는 제1전원(251)으로부터 전력이 인가되어 유도 기전력이 발생된다. 발생된 유도 기전력은 제1방전 공간(222)으로 전달되며, 제1방전 공간(222)에 머무르는 공정 가스를 플라스마 점화시킨다.
플라스마 점화된 공정가스는 제2반응기(231)의 분기 통로(234)를 통해 제1 및 제2반응부(233a, 233b)의 제2방전 공간(235)으로 각각 공급된다. 제2전원(255)에서 권선(245)으로 전력이 인가되어 권선(245) 및 마그네틱 코어(241)에는 유도 기전력이 발생한다. 발생된 유도 기전력은 제2방전 공간(235)으로 전달되어 플라스마 점화된 공정가스를 활성화시킨다. 이에 의해, 제2방전 공간(235)에는 공정 가스의 해리가 활발하게 진행되어 높은 밀도의 플라스마가 발생된다. 발생된 플라스마는 확산 공간(DS1, DS2)으로 각각 유입되며, 확산 공간(DS1, DS2)에서 확산되어 배플(150)의 각 영역으로 균일하게 공급된다. 플라스마는 배플(150)의 분사홀(151)들을 통과하여 기판(W)으로 공급되며, 기판 처리에 제공된다.
일반적으로, 환형의 마그네틱 코어(241)를 이용한 플라스마 발생장치는 플라스마가 안정적으로 발생된 후에는 반응기 내부의 스퍼터링(Sputtering) 효과가 현저하게 줄어드는 장점이 있다. 그러나, 마그네틱 코어 플라스마 발생 장치는 공정 가스의 초기 플라스마 점화가 어려워 점화 성공률이 낮은 문제가 있다.
본 발명은 상술한 마그네틱 코어 플라스마 발생 장치의 단점을 보완하기 위하여 공정가스를 플라스마 점화시키는 플라스마 점화부(220)를 별도로 제공한다. 플라스마 점화부(220)는 유도 결합형 플라스마 방전 장치가 사용된다. 유도 결합형 플라스마 방전장치에서 반응기(221)를 감긴 유도 코일(225)은 낮은 주파수 전력에서 공정 가스를 플라스마 점화시킬 수 있는 장점이 있다. 이에 의하여, 고주파수 전력의 인가로 인해 발생가능한 반응기(221) 내부의 스퍼터링이 예방된다. 또한, 유도 결합형 플라스마 방전장치는 유도 코일(225)이 감긴 횟수, 반응기의 재질, 그리고 유도 코일에 인가되는 주파수를 조절하므로써, 공정가스를 용이하게 플라스마 점화시킬 수 있다.
상술한 특징을 갖는 플라스마 점화부(220)에서 플라스마 점화된 공정 가스는 환형의 마그네틱 코어를 가지는 플라스마 활성화부(230)에 공급되어, 안정적이고 높은 밀도의 플라스마 상태로 활성화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 기판 처리 장치의 전력 공급부(250)는 전원(251), 제1전선(252), 제2전선(253) 그리고 스위치(254)를 포함한다. 전원(251)은 제1전선(252)을 통하여 권선(245)의 일단과 연결된다. 제2전선(253)은 일단이 제1전선(252)과 전기적으로 접점되고, 타단이 유도 코일(225)의 일단과 연결된다. 제2전선(253)에는 스위치(254)가 제공되며, 스위치(254)는 전원(251)과 유도 코일(225)과 전기적 연결을 개폐한다. 실시예에 의하면, 스위치(254)는 공정가스를 플라스마 점화시키는 공정에서 유도 코일(225)과 전원(251)을 전기적으로 연결시킨다. 권선(245)에는 기판 공정 처리가 수행되는 동안 지속적으로 전력이 공급되며, 권선(245)과 마그네틱 코어(241)에서 발생된 유도 기전력이 제2방전 공간(235)으로 전달되어 점화된 공정가스를 활성화시킨다. 스위치(254)는 공정가스의 플라스마 점화가 일어난 후, 유도 코일(225)과 전원(251)의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 이 때, 전원(251)은 권선(245)으로만 전력을 제공한다. 상술한 전력 공급부(250)에 의할 때, 하나의 전원(251)으로 유도 코일(225) 및 권선(245)에 전력을 제공할 수 있으므로, 설비 비용이 줄어든다. 그리고, 플라스마 점화가 일어난 후에는 유도 코일(225)에의 전력 공급을 차단하므로써, 전력이 안정적으로 권선(245)으로 공급될 수 있고, 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. 전력 공급부(250)를 제외한 다른 구성들은 도 3에서 설명한 구조와 동일하게 제공되므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 제1반응기(221)와 제2반응기(231)는 분리가능한 구조로 제공된다. 실시예에 의하면, 제1반응기(221)의 하단과 제2반응기(231)의 상단 사이에는 플랜지(flange, 271)가 제공된다. 제1반응기(221), 플랜지(271), 그리고, 제2반응기(231)는 볼트(272) 체결된다. 공정가스가 플라스마 점화되는 공정에서 발생되는 스퍼터링은 반응기(221) 내측면을 손상시킨다. 유도 코일(225)을 이용한 플라스마 점화 장치의 경우, 상대적으로 스퍼터링 발생이 적으나 반복사용으로 반응기(221) 내부가 손상될 수 있다. 본 발명은 제1반응기(221)의 내측면에 손상이 발생된 경우, 제1반응기(221)를 제2반응기(231)로부터 분리할 수 있으므로, 제1반응기(221)의 교환이 용이한다. 또한, 제1반응기(221)만 분리하여 교환하므로 플라스마 생성 유닛(200)의 유지 보수 비용을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 처리실(100)의 상단에는 복수개의 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)가 서로 이격하여 제공된다. 각 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)의 구조는 도 2 및 도 3에서 설명한 플라스마 활성화부(230)와 동일한 구조로 제공된다. 각각의 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)는 플라스마 점화된 공정가스를 활성화시켜 처리실(100)로 제공한다. 본 발명은 복수개의 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)가 활성화된 공정가스를 처리실(100)로 제공하므로, 처리실(100)의 각 영역에는 활성화된 공정가스가 균일하게 공급될 수 있다. 실시예에 의하면, 처리실(100)의 상단에는 세 개의 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)가 제공된다. 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)와 플라스마 점화부(220) 사이에는 분배관(280)이 제공된다. 분배관(280)은 플라스마 점화부(220)에서 플라스마 점화된 공정 가스를 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c) 각각으로 공급한다. 실시예에 의하면, 분배관(280)은 제1반응실(221)의 하단과 연결되며, 세 개의 분배관(281, 282, 283)으로 분기된다. 그리고, 각각의 분배관(281, 282, 283) 끝단은 플라스마 활성화부(230a, 230b, 230c)의 제2반응실(231) 상단과 연결된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태 내고 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 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 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.
110: 처리실 140: 서셉터
150: 배플 210: 공정 가스 공급부
220: 플라스마 점화부 221: 제1반응기
225: 유도 코일 230: 플라스마 활성화부
231: 제2반응기 241: 마그네틱 코어
245: 권선 250: 전력 공급부
251,255: 전원

Claims (14)

  1. 공정 가스를 방전시켜 플라스마를 생성하는 유닛에 있어서,
    상기 공정 가스가 공급되는 제1방전 공간을 가지며, 상기 제1방전 공간에 공급된 상기 공정 가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시키는 플라스마 점화부;
    상기 제1방전 공간과 연결되는 제2방전 공간을 가지며, 상기 제2방전 공간에 유도 기전력을 전달하여 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시키는 플라스마 활성화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 생성 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스마 점화부는
    상기 제1방전 공간을 가지는 제1반응기; 및
    상기 제1반응기의 둘레를 따라 제공되는 유도 코일을 포함하며,
    상기 플라스마 활성화부는
    상기 제1방전 공간과 연결되는 제2방전 공간을 가지는 제2반응기;
    상기 제2반응기의 둘레를 따라 제공되며, 상기 유도 기전력을 발생시키는 환형의 마그네틱 코어; 및
    상기 마그네틱 코어에 감기는 권선을 포함하며,
    상기 플라스마 생성 유닛은
    상기 유도 코일 및 상기 권선에 각각 전력을 인가하는 전력 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 생성 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는
    제1전원;
    상기 제1전원과 전기적으로 단선된 제2전원;
    상기 제1전원과 상기 유도 코일을 연결하는 제1전선; 및
    상기 제2전원과 상기 권선을 연결하는 제2전선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 생성 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는
    전원;
    상기 전원과 상기 권선을 연결하는 제1전선;
    일단이 상기 제1전선과 전기적으로 접점되며, 타단이 상기 유도 코일과 연결되는 제2전선; 및
    상기 제2전선에 설치되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 생성 유닛.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1반응기의 반경은 상기 제2반응기의 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 생성 유닛.
  6. 내부에 공간이 형성된 처리실;
    상기 처리실의 내부에 위치하며, 기판이 놓이는 서셉터; 및
    복수개의 방전 공간들을 가지며, 상기 방전공간들에서 생성된 플라스마를 상기 기판으로 공급하는 플라스마 생성 유닛을 포함하되,
    상기 플라스마 생성 유닛은
    제1방전 공간을 가지며, 상기 제1방전 공간에 공급된 공정 가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시키는 플라스마 점화부;
    상기 제1방전 공간과 연결된 제2방전 공간을 가지며, 상기 제2방전 공간에 유도 기전력을 전달하여 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시키는 플라스마 활성화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라스마 점화부는 유도 결합형 플라스마 발생장치로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라스마 점화부는
    상기 제1방전 공간을 가지는 제1반응기; 및
    상기 제1반응기의 둘레를 따라 제공되는 유도 코일을 포함하며,
    상기 플라스마 활성화부는
    상기 제1방전 공간과 연결되는 제2방전 공간을 가지는 제2반응기;
    상기 제2반응기의 둘레를 따라 제공되며, 상기 유도 기전력을 발생시키는 마그네틱 코어; 및
    상기 마그네틱 코어에 감기는 권선을 포함하며,
    상기 플라스마 생성 유닛은
    상기 유도 코일 및 상기 권선에 각각 전력을 인가하는 전력 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는
    제1전원;
    상기 제1전원과 전기적으로 단선된 제2전원;
    상기 제1전원과 상기 유도 코일을 연결하는 제1전선; 및
    상기 제2전원과 상기 권선을 연결하는 제2전선을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는
    전원;
    상기 전원과 상기 권선을 연결하는 제1전선;
    일단이 상기 제1전선과 전기적으로 접점되며, 타단이 상기 유도 코일과 연결되는 제2전선; 및
    상기 제2전선에 설치되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1반응기는 상기 제2반응기와 연결되되, 상기 제2반응기와 분리가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 기판의 상부에 위치된 제1방전 공간으로 공정 가스를 공급하고, 상기 공정 가스를 플라스마 점화(Plasma Ignition)시키는 플라스마 점화 단계;
    상기 플라스마 점화된 공정 가스를 상기 제1방전 공간과 연결된 제2방전 공간으로 공급하고, 상기 제2방전 공간에 유도 기전력를 전달하여 상기 플라스마 점화된 공정 가스를 활성화시키는 플라스마 활성화 단계; 및
    상기 활성화된 공정 가스를 상기 기판으로 공급하는 플라스마 공급 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라스마 점화 단계는 상기 제1방전 공간에 유도 기전력을 전달하여 플라스마 점화시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라스마 점화 단계에서 전달되는 유도 기전력은 상기 제1방전 공간의 둘레를 따라 제공되는 유도 코일에서 발생되고,
    상기 플라스마 활성화 단계에서 전달되는 유도 기전력은 상기 제2방전 공간의 둘레를 따라 제공되는 마그테틱 코어에서 발생되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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