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KR101914902B1 - 플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 Download PDF

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KR101914902B1
KR101914902B1 KR1020180018622A KR20180018622A KR101914902B1 KR 101914902 B1 KR101914902 B1 KR 101914902B1 KR 1020180018622 A KR1020180018622 A KR 1020180018622A KR 20180018622 A KR20180018622 A KR 20180018622A KR 101914902 B1 KR101914902 B1 KR 101914902B1
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KR
South Korea
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antenna
power supply
plasma
frequency power
power
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KR1020180018622A
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염근영
양경채
김수강
이호석
신예지
성다인
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에서, 플라즈마 발생 장치는 고주파 전력을 공급하는 제1 전력 공급부; 저주파 전력을 공급하는 제2 전력 공급부; 일단부가 그라운드 된 접지부이고 상기 접지부와 인접한 지점에 상기 제1 전력 공급부와 연결되어 고주파 전력이 인가되는 제1 안테나와, 상기 제1 안테나의 내부에 배치되고 상기 제1 안테나와 연결되는 일단부의 타단부가 상기 제2 전력 공급부와 연결되어 저주파 전력이 인가되는 제2 안테나를 포함하는, 적어도 2 이상의 서로 연결된 안테나들을 포함하는 단일 코일형 플라즈마 소스; 및 단일 코일형 플라즈마 소스에 의해서 플라즈마로 여기되는 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.

Description

플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{APPARATUS FOR GENERATING PLASMA AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE HAVING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유도결합형(Inductively Coupled-type) 플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체나 디스플레이 등과 같은 기술 분야에서, 플라즈마는 기판을 처리하거나 기판에 박막을 증착하기 위해서 건식 식각, 화학기상증착, 스퍼터링 등의 다양한 공정에 이용되고 있다. 플라즈마의 발생을 위해서 유도결합형, 축전결합형 등의 플라즈마 발생장치가 이용되고 있다.
유도결합형 플라즈마 발생장치의 경우, 생성된 플라즈마의 밀도는 높지만 균일하게 생성하기 어려운 단점이 있다. 플라즈마의 균일성을 개선하기 위해서는, 플라즈마 발생 장치에 새로운 구성 요소를 부가되거나 기존의 구성 요소를 변형, 개조 등이 수반되어야 하는데, 플라즈마 발생 장치의 구조를 복잡하게 하고, 새로운 장치에 안정적으로 적용될 수 있는 구동 방식을 최적화하는데 한계가 있다.
구조의 변경을 최소화하면서 플라즈마의 균일성을 개선하는 방법으로, 플라즈마 발생을 위한 코일의 한 부분에 서로 다른 두 주파수를 동시에 인가하는 방법이 제안된 바 있으나, 주파수의 차이에 의한 임피던스를 맞추기 위해서 긴 인덕턴스 값이 필요하지만 충분하게 인덕턴스를 확보할 수 없어 방전이 제대로 이루어지지 않는 문제가 지속적으로 발생한다.
본 발명의 일 목적은 단일 코일에 서로 다른 주파수를 인가하더라도 저주파수에 충분한 인덕턴스를 확보할 수 있도록 하여 광범위한 주파수 조절을 가능하게 함으로써 안정적으로 플라즈마를 생성하는 동시에, 균일한 전압(power) 배분을 통해 플라즈마의 균일성 또한 향상시킬 수 있는, 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 플라즈마 발생 장치에 의해 균일한 플라즈마를 공급받아 기판 처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는, 상기한 플라즈마 발생 장치를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 위한 플라즈마 발생장치는 고주파 전력을 공급하는 제1 전력 공급부; 저주파 전력을 공급하는 제2 전력 공급부; 일단부가 그라운드 된 접지부이고 상기 접지부와 인접한 지점에 상기 제1 전력 공급부와 연결되어 고주파 전력이 인가되는 제1 안테나와, 상기 제1 안테나의 내부에 배치되고 상기 제1 안테나와 연결되는 일단부의 타단부가 상기 제2 전력 공급부와 연결되어 저주파 전력이 인가되는 제2 안테나를 포함하는, 적어도 2 이상의 서로 연결된 안테나들을 포함하는 단일 코일형 플라즈마 소스; 및 단일 코일형 플라즈마 소스에 의해서 플라즈마로 여기되는 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 안테나들 각각은 개구를 갖는 링 형상의 동심원이고, 상기 제1 안테나의 개구와 상기 제2 안테나의 개구는 동일한 방향을 향하도록 배치되어 서로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 전력 공급부는 고주파수 매칭 회로부를 포함하고, 상기 제2 전력 공급부는 저주파수 매칭 회로부를 포함하며, 상기 고주파수 매칭 회로부와 상기 저주파수 매칭 회로부가 주파수 차이에 의한 임피던스를 매칭 시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단일 코일형 플라즈마 소스는 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 배치되고 개구를 갖는 링 형상의 동심원으로 서로 연결된 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함하고, 상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나가 연결되고, 상기 제4 안테나와 상기 제2 안테나가 연결될 수 있다. 이때, 상기 고주파 전력은 상기 제1 안테나의 접지부인 제1 단부와 마주하고 상기 제3 안테나의 일단부와 연결되는 상기 제1 안테나의 제2 단부에 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고주파 전력은 상기 제1 안테나의 접지부인 제1 단부와, 상기 제1 안테나의 제1 단부와 마주하고 제2 안테나와 연결되는 제1 안테나의 제2 단부 사이에 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고주파 전력이 상기 저주파 전력으로 인가되는 것을 방지하기 위한 제1 필터 및 제2 필터가 각각 상기 제1 전력 공급부 및 제1 안테나 사이와, 상기 제2 전력 공급부 및 제2 안테나 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생 장치는 상기 단일 코일형 플라즈마 소스와 상기 가스 공급부 사이에 배치된 유전성 윈도우를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 유전성 윈도우에서 상기 고주파 전력이 인가되는 제1 안테나와 대응하는 영역의 두께가, 상기 저주파 전력이 인가되는 제2 안테나와 대응하는 영역의 두께보다 두꺼울 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 단일형 플라즈마 소스와 연결되되, 상기 단일형 플라즈마 소스의 안테나들 중에서 상기 제1 및 제2 안테나와 다른 안테나에 상기 고주파 전력과 상기 저주파 전력에 대응하는 주파수와 다른 주파수를 인가하는 전력을 공급하는 적어도 1 이상의 전력 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 위한 기판 처리 장치는 전술한 플라즈마 발생 장치를 포함하고, 상기 플라즈마 발생 장치에서 제공받은 플라즈마를 이용하여 피처리 기판에 대해서 기판 처리 공정을 수행한다.
일 실시예에서, 상기 기판 처리 장치는 상기 피처리 기판이 놓인 챔버와 상기 플라즈마 발생 장치 사이에 배치되어, 플라즈마를 이온 빔 또는 중성 빔으로 변환하여 상기 피처리 기판으로 제공하는 플라즈마소스 변환 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 플라즈마 발생장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 따르면, 저주파 전력과 고주파 전력을 단일 코일형 플라즈마 소스에 인가하는 것만으로 종래의 하드웨어 구성을 크게 변형시키거나 개조하지 않더라도 기존 범위에서 안정적으로 플라즈마 방전을 가능하게 하는 장점이 있다. 다른 주파수가 하나의 코일에 인가되는 경우에는 주파수의 차이로 인해서 균일한 플라즈마 방전이 일어나지 않는 문제가 있지만, 본 발명에 따르면 단일 코일에 서로 다른 주파수를 인가하더라도 저주파수에 충분한 인덕턴스를 확보할 수 있도록 하여 광범위한 주파수 조절을 가능하게 함으로써 안정적으로 플라즈마를 생성하는 동시에, 균일한 전력(power) 배분을 통해 플라즈마의 균일성 또한 향상시킬 수 있다. 상기한 플라즈마 발생 장치에 의해 균일한 플라즈마를 공급받아 기판 처리 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생장치에 구비된 단일 코일형 플라즈마 소스의 구조 및 방전을 위한 주파수 인가를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2와 다른 형태의 단일 코일형 플라즈마 소스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1과 다른 형태의 유전성 윈도우 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 발생장치에 구비된 단일 코일형 플라즈마 소스의 구조 및 방전을 위한 주파수 인가를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(700)는 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 처리하는 장치로서, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생 장치(PGA)를 포함한다. 플라즈마 발생 장치(PGA)에서 생성된 플라즈마는 피처리 기판이 놓이는 스테이지(STG)로 제공될 수 있다.
플라즈마 발생 장치(PGA)는, 저주파 전력과 고주파 전력을 모두 인가받는 단일 코일형 플라즈마 소스(100), 가스 공급부(210) 및 유전성 윈도우(220)를 포함한다.
단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 단일 코일은 제1 단부가 그라운드 되어 접지부가 되고, 제2 단부에 저주파 전력이 인가되며, 접지부와 제2 단부 사이에서 접지부와 인접한 부분에 고주파 전력이 인가된다.
고주파 전력은 제1 전력 발생부(112) 및 고주파수 매칭 회로부(114)를 포함하는 제1 전력 공급부에서 단일 코일형 플라즈마 소스(100)로 제공된다. 고주파수 매칭 회로부(114)에 의해서 임피던스 매칭이 가능하다. 도면으로 도시하지 않았으나 상기 제1 전력 공급부는 제1 전력 발생부(112)나 고주파수 매칭 회로부(114)를 제어하여 임피던스 매칭이 가능하도록 하는 제1 조절부를 더 포함할 수 있다.
저주파 전력은 제2 전력 발생부(122) 및 저주파수 매칭 회로부(124)를 포함하는 제2 전력 공급부에서 단일 코일형 플라즈마 소스(100)로 제공된다. 저주파수 매칭 회로부(124)에 의해서 임피던스 매칭이 가능하고, 추가적으로 제2 조절부(미도시)가 더 구비되어 제2 전력 발생부(122)나 저주파수 매칭 회로부(124)를 제어하여 임피던스 매칭을 가능하게 할 수 있다.
단일 코일형 플라즈마 소스(100)와, 제1 전력 공급부 및 제2 전력 공급부 사이에는 필터들(116, 126)이 구비될 수 있다. 필터들(116, 126)은 고주파 전력이 저주파 전력으로 인가되는 것을 차단할 수 있다.
단일 코일형 플라즈마 소스(100)는 서로 연결되어 단일 코일을 형성하는 적어도 2 이상의 안테나들을 포함한다. 안테나들은 서로 연결되어 단일 코일형을 이룬다. 안테나들은 각각은 개구를 갖는 링 형상을 갖되, 단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 최외곽에 배치된 제1 안테나가 정의하는 원을 기준으로 동심원인 제2 안테나가 그 내부에 배치되고 제1 안테나와 연결된다. 이때, 제1 안테나의 개구와 제2 안테나의 개구는 동일한 방향을 향하도록 배치되어 제1 및 제2 안테나들이 연결된다.
개구를 갖고 있기 때문에 구비되는 제1 안테나의 2개의 단부들 중 어느 하나가 제2 안테나의 개구를 형성하는 2개의 단부들 중 어느 하나와 연결되어, 제1 및 제2 안테나들이 서로 연결된다. 이하, 하나의 안테나가 개구를 갖는 링 형상이기 때문에 구비되는 2개의 단부들 중, 어느 하나의 단부를 제1 단부라고 지칭하고, 상기 제1 단부와 마주하도록 안테나의 타단에 배치되는 타단부를 제2 단부라고 지칭하기로 한다.
일 실시예에서, 제1 안테나의 제1 단부가 접지부가 되고, 제1 안테나의 제2 단부가 제2 안테나의 제1 단부와 연결되어, 제2 안테나의 제2 단부에 저주파 전력이 인가된다. 이때, 제1 안테나에서 접지부와 제2 단부 사이의 일 지점에 고주파 전력이 인가된다.
일 실시예에서, 도 2에서와 같이 4개의 안테나들로 구성된 단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 경우, 최외곽의 제1 안테나와 그 내부에 배치된 제2 안테나 사이에, 제3 및 제4 안테나들이 동심원으로 개구들이 동일한 방향을 향하도록 배치되게 된다. 즉, 최외곽에서부터 내부를 향해, 제1, 제3, 제4 및 제1 안테나들이 순차적으로 동심원으로 배열될 수 있고, 이들은 서로 연결되어 1개의 단일 코일로서 단일 코일형 플라즈마 소스(100)를 구성한다. 이때, 제1 및 제2 안테나들이 제3 및 제4 안테나들을 매개로 하여 연결된다. 이때, 제1 안테나의 접지부와 마주하는 제1 안테나의 제2 단부는 제3 안테나의 제1 단부와 연결되고 제3 안테나의 제2 단부는 제4 안테나의 제1 단부와 연결된다. 또한, 제4 안테나의 제2 단부는 제2 안테나의 제1 단부와 연결되고, 제2 안테나의 제2 단부에 저주파 전력이 인가된다. 제1 안테나의 제2 단부에 고주파 전력이 인가된다.
안테나들 각각에서의 2개의 단부들은 인접한 안테나에서 동일한 측에 배치된 단부가 아닌, 반대측에 배치된 단부와 연결됨으로써, 도 2에서 보이는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)는 제1 안테나의 접지부로부터 제3, 제4 및 제2 안테나들로 내부를 향해 반시계 방향으로 나선형 구조로 단일 코일 형태로 배치된다.
이와 달리, 도면으로 도시하지 않았으나, 안테나들 각각에서의 2개의 단부들은 인접한 안테나에서 동일한 측에 배치된 단부와 연결됨으로써, 제1 안테나의 접지부로부터 반시계 방향으로 연장된 후, 동일한 측의 제3 안테나의 단부로부터 시계 방향을 따라 연장되고, 다시 제4 안테나에서는 반시계 방향을 따라 연장되면서 제2 안테나와 연결되며 제2 안테나는 시계 방향을 따라 연장되어 그 단부에 저주파 전력이 인가될 수 있다.
제2 안테나에 저주파 전력을 인가하고, 접지부와 인접한 제1 안테나에 고주파 전력을 인가함으로써, 상기와 같이 4개의 안테나들로 구성된 단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 내부에서 외부를 향해 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 단일 코일형 플라즈마 소스(100)에서 저주파수에 인덕턴스가 확보됨에 따라 저주파수와 고주파수 차이로 인한 임피던스 차이를 맞춰줄 수 있다. 이로 인해 안정적인 방전이 이루어져 저주파 전력과 고주파 전력이 모두 단일 코일형 플라즈마 소스(100)에 인가될 수 있게 된다. 따라서 전자 분배(electron distribution) 변화가 더 용이해지기 때문에 가스 공급부(210)가 공급하는 가스의 플라즈마화 조절에도 영향을 끼쳐 기판 처리 장치(500)에서 피처리 기판에 대한 식각, 증착 등의 반응을 보다 더 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2에서는 제1 및 제2 전력 공급부들을 이용하여 2개의 주파수를 이용한 방전에서 저주파 전력과 고주파 전력을 이용하는 것을 일례로 설명하였으나, 제3 전력 공급부 등의 추가 전력 공급부를 구비하여 단일 코일형 플라즈마 소스(100)에 삼중 주파수를 이용하여 플라즈마를 생성할 할 수도 있다.
한편, 단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 안테나들 사이에는 적어도 하나의 가별 소자(미도시)가 연결될 수 있다. 이때, 가변 소자는 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
피처리 기판이 놓이는 스테이지(STG)는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 연결된 주파수 매칭 회로부들(114, 124)과 별도의 독립적인 주파수 매칭 회로부와 연결될 수 있다.
가스 공급부(210)가 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 인접하게 배치되어, 가스 공급부(210)가 반응 챔버로 공급하는 가스는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 방전에 의해서 플라즈마 상태로 여기 된다. 가스 공급부(210)는 다수의 가스 분사 홀들을 갖는 링 형상의 가스 라인 형태로 단일 코일형 플라즈마 소스(100)의 하부에 구비될 수 있다.
유전성 윈도우(220)는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 가스 공급부(210) 사이에 개재되어 배치된다. 유전성 윈도우(220)는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 플라즈마 사이에서 발생하는 용량결합 플라즈마(CCP) 성분을 감소시킬 수 있다. 용량결합 플라즈마 성분의 감소는, 스퍼터가 발생하는 것을 줄일 수 있어 유전성 윈도우(220)의 수명이 감소하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 고주파 전력으로부터의 에너지가 유도결합에 의해서 플라즈마로 전달되는 것을 돕는다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 저주파 전력과 고주파 전력을 단일 코일형 플라즈마 소스(100)에 인가하는 것만으로 종래의 하드웨어 구성을 크게 변형시키거나 개조하지 않더라도 기존 범위에서 안정적으로 플라즈마 방전을 가능하게 하는 장점이 있다. 다른 주파수가 하나의 코일에 인가되는 경우에는 주파수의 차이로 인해서 균일한 플라즈마 방전이 일어나지 않는 문제가 있지만, 본 발명에 따르면 단일 코일형 플라즈마 소스(100)에 서로 다른 주파수를 인가하더라도 저주파수에 충분한 인덕턴스를 확보할 수 있도록 하여 광범위한 주파수 조절을 가능하게 함으로써 안정적으로 플라즈마를 생성하는 동시에, 균일한 전력(power) 배분을 통해 플라즈마의 균일성 또한 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 도 1 및 도 2에서 설명한 기판 처리 장치와 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대해서 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치에서 실질적으로 동일한 부분에 대한 동일한 설명은 생략하고, 차이점이 있는 특징부들을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 도 2와 다른 형태의 단일 코일형 플라즈마 소스를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 도 1 및 도 2의 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 다른 구조의 단일 코일형 플라즈마 소스(101)는 최외곽에 배치된 제1 안테나와, 이와 연결되고 제1 안테나의 내부에 배치되는 제2 안테나로 구성된다. 이때, 제1 안테나의 제1 단부가 그라운드 되어 접지부가 되고, 제1 안테나의 제2 단부가 제2 안테나의 제1 단부와 연결되며, 제2 안테나의 제2 단부에 저주파 전력이 인가된다.
제1 안테나의 접지부로부터 시계 방향으로 연장된 후, 동일한 측의 제2 안테나의 단부로부터 반시계 방향을 따라 연장되어 그 단부에 저주파 전력이 인가된다. 고주파 전력은 제1 안테나에서 접지부와 인접하면서도 저주파 전력이 인가되는 지점과는 이격된 제1 안테나의 일 지점에 인가될 수 있다.
도 4는 도 1과 다른 형태의 유전성 윈도우 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 도 1 및 도 2의 유전성 윈도우(220)와 다른 구조의 유전성 윈도우(222)는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)를 구성하는 안테나들과 대응하는 영역별로 다른 두께를 갖도록 구비될 수 있다.
고주파 전력이 인가되는 제1 안테나에 대응하는 영역의 유전성 윈도우(222)의 제1 두께는 두꺼운 반면, 저주파 전력이 인가되는 제2 안테나에 대응하는 영역의 유전성 윈도우(222)의 제2 두께는 얇게 형성된다. 제3 안테나와 대응하는 영역의 유전성 윈도우(222)의 제3 두께는 제1 두께보다는 얇고 제2 두께보다는 두껍게 형성될 수 있고, 제4 안테나와 대응하는 유전성 윈도우(222)의 제4 두께는 제3 두께보다는 얇고 제2 두께보다는 두껍게 형성될 수 있다.
도 4에서는 안테나들 사이의 두께가 제1 두께와 동일하게 구비된 것을 일례로 도시하였으나, 제1 안테나와 대응하는 영역에서부터 제2 안테나와 대응하는 영역까지 돔 형태로 점차적으로 유전성 윈도우(222)의 두께가 얇아지도록 형성될 수도 있다. 또한, 도 4에서는 단면 형상이 사각형인 경우를 일례로 도시하여 설명하였으나, 사다리꼴형으로 단면 형상이 구비될 수도 있다.
종래의 플라즈마 소스와 진공 챔버의 격리를 위해서 이용하는 유전성 윈도우의 경우에는 진공도에 의한 압력 차이에 따른 유전성 윈도우의 파손을 방지하기 위해서 상당히 두꺼운 두께의 판형으로 구비하는 것이 일반적이다. 하지만, 이러한 구조는 유전성 윈도우의 손상은 방지할 수 있지만 유도결합 플라즈마 외에 용량결합 플라즈마(CCP) 성분이 생성되어 플라즈마 생성 효율의 손실이 생기는 문제가 있으나, 이와 같이 인가되는 전력에 따라서 유전성 윈도우(222)의 두께를 변형시킴으로써 유전성 윈도우의 파손 가능성은 최소화하면서도 에너지의 손실 또한 최소화시킬 수 있는 최적의 구조를 제공할 수 있다. 즉, 이러한 두께가 변형된 유전성 윈도우(222)를 이용하는 경우에는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 플라즈마 사이에서 발생하는 용량결합 플라즈마(CCP) 성분을 보다 더 효과적으로 감소시키는 동시에 유전성 윈도우(222)의 파손 또한 방지할 수 있다.
도 2에서는 두께의 변형이 있는 유전성 윈도우(222)가 4개의 안테나들을 포함하는 단일 코일형 플라즈마 소스(100)와 함께 이용되는 경우를 일례로 설명하였으나, 도 3에서 설명한 단일 코일형 플라즈마 소스(101)를 이용하는 경우, 유전성 윈도의 두께가 2개의 안테나들에 맞추어 변경될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 기판 처리 장치(700)는 도 1 및 도 2에서 설명한 플라즈마 발생 장치(PGA)와 함께, 플라즈마소스 변환부(300)와 기판 처리부(400)를 더 포함하고, 피처리 기판이 놓이는 스테이지(STG)는 기판 처리부(400)에 구비된다.
플라즈마 소스 변환부(300)는 플라즈마 발생 장치(PGA)에서 생성된 플라즈마를 유도하여 이온빔으로 변환함으로써 기판 처리부(400)로는 플라즈마를 이온빔 형태로 공급하는 부분이다. 플라즈마 소스 변환부(300)는 유도 홀들을 포함하는 그리들이 적층된 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 플라즈마 소스 변환부(300)가 플라즈마의 중성화 유닛을 더 포함하는 경우, 플라즈마 소스 변환부(300)는 기판 처리부(400)로 중성 빔을 제공할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치(PGA)가 균일한 플라즈마를 공급할 수 있으므로, 이를 이용하여 이온 빔이나 중성 빔으로 변환하여 피처리 기판을 처리하는 경우에 박막의 증착이나 식각 등이 안정적으로 이루어지기 때문에 공정 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
500, 600, 700: 기판 처리 장치
PGA: 플라즈마 발생 장치
100: 단일 코일형 플라즈마 소스
112, 122: 제1, 제2 전력 발생부
114: 저주파수 매칭 회로부 112: 제1 필터
1124: 고주파수 매칭 회로부 122: 제2 필터
PW1, PW2: 제1, 제2 전력 공급부 210: 가스 공급부
220, 222: 유전성 윈도우 STG: 스테이지
300: 플라즈마소스 변환부 400: 기판 처리부

Claims (12)

  1. 고주파 전력을 공급하는 제1 전력 공급부;
    저주파 전력을 공급하는 제2 전력 공급부;
    적어도 2 이상의 서로 연결된 안테나들을 포함하고 상기 제1 전력 공급부 및 상기 제2 전력 공급부가 서로 다른 위치에 연결되는 단일 코일형 플라즈마 소스; 및
    상기 단일 코일형 플라즈마 소스에 의해서 플라즈마로 여기되는 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
    상기 단일 코일형 플라즈마 소스는 접지된 제1 단부 및 상기 제1 단부와 이격된 제2 단부를 구비하는 코일 형태의 제1 안테나 및 상기 제2 단부와 전기적으로 연결된 제3 단부 및 상기 제3 단부와 이격된 제4 단부를 구비하는 코일 형태의 제2 안테나를 포함하고,
    상기 제1 전력 공급부는 상기 제1 안테나 중 단일 지점에 연결되어 상기 제1 안테나에 고주파 전력을 인가하고,
    상기 제2 전력 공급부는 상기 제2 안테나의 상기 제4 단부에 연결되어 상기 제2 안테나에 저주파 전력을 인가하고,
    상기 단일 코일형 플라즈마 소스는 상기 제1 안테나의 상기 제1 단부에서만 접지되어 상기 제1 전력 공급부에 의해 공급된 고주파 전력 및 상기 제2 전력 공급부에 의해 공급된 저주파 전력은 모두 상기 제1 안테나의 상기 제1 단부를 통해 상기 단일 코일형 플라즈마 소스 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나들 각각은 개구를 갖는 링 형상의 동심원이고,
    상기 제1 안테나의 개구와 상기 제2 안테나의 개구는 동일한 방향을 향하도록 배치되어 서로 연결된 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 공급부는 고주파수 매칭 회로부를 포함하고, 상기 제2 전력 공급부는 저주파수 매칭 회로부를 포함하며,
    상기 고주파수 매칭 회로부와 상기 저주파수 매칭 회로부가 주파수 차이에 의한 임피던스를 매칭 시키는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단일 코일형 플라즈마 소스는
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 배치되고 개구를 갖는 링 형상의 동심원으로 서로 연결된 제3 안테나 및 제4 안테나를 더 포함하고,
    상기 제1 안테나의 제2 단부와 상기 제3 안테나의 일 단부가 연결되고, 상기 제4 안테나의 일 단부와 상기 제2 안테나의 제3 단부가 연결된 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고주파 전력은 상기 제1 안테나의 제2 단부에 인가되는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전력은 상기 제1 안테나의 제1 단부와 제2 단부 사이에 인가되는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전력이 상기 저주파 전력으로 인가되는 것을 방지하기 위한 제1 필터 및 제2 필터가 각각 상기 제1 전력 공급부 및 제1 안테나 사이와, 상기 제2 전력 공급부 및 제2 안테나 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단일 코일형 플라즈마 소스와 상기 가스 공급부 사이에 배치된 유전성 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유전성 윈도우에서 상기 고주파 전력이 인가되는 제1 안테나와 대응하는 영역의 두께가, 상기 저주파 전력이 인가되는 제2 안테나와 대응하는 영역의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단일 코일형 플라즈마 소스와 연결되되, 상기 단일 코일형 플라즈마 소스의 안테나들 중에서 상기 제1 및 제2 안테나와 다른 안테나에 상기 고주파 전력과 상기 저주파 전력에 대응하는 주파수와 다른 주파수를 인가하는 전력을 공급하는 적어도 1 이상의 전력 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도결합 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 발생 장치를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 장치에서 제공받은 플라즈마를 이용하여 피처리 기판에 대해서 기판 처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 피처리 기판이 놓인 챔버와 상기 플라즈마 발생 장치 사이에 배치되어, 플라즈마를 이온 빔 또는 중성 빔으로 변환하여 상기 피처리 기판으로 제공하는 플라즈마소스 변환 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
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