KR102201881B1

KR102201881B1 - Rf 신호 생성기 및 그를 포함하는 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR102201881B1
Application number: KR1020150114829A
Authority: KR
Inventors: 멜리키안; 미쉬라 아누라그
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2035-08-13
Also published as: KR20170020099A

Abstract

본 발명은 RF 신호 생성기 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기는, RF 신호를 발생시키는 다수의 발진기들; 상기 RF 신호의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절부; 및 상기 발진기들 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부에 연결하되, 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경하는 연결부;를 포함할 수 있다.

Description

RF 신호 생성기 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{RF SIGNAL GENERATOR AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 RF 신호 생성기 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 공정 중 기판 위에 박막을 증착하거나 기판 위 박막을 식각하는 공정에 플라즈마가 사용되고 있다. 기판이 배치된 공정 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위해, 챔버에 설치된 전극이나 코일에 RF 신호를 인가하여 챔버 내에 전자장을 생성하고 챔버 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 변환시킨다.

최근 들어 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 복수의 RF 전원들을 구비하여 서로 다른 주파수의 RF 신호들을 챔버에 공급함으로써 공정 효율의 향상을 꾀하고 있다. 그러나, 기판 처리 장치에 구비되는 RF 전원의 수가 늘어남에 따라 장치의 사이즈 및 가격도 동반하여 상승하게 되며 전원 제어도 복잡하게 된다.

본 발명의 실시예는 장비에 구비되는 RF 전원의 개수 증가에 따른 사이즈 및 가격 상승을 억제하고 전원의 단순한 제어를 달성하기 위한 RF 신호 생성기 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기는, RF 신호를 발생시키는 다수의 발진기들; 상기 RF 신호의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절부; 및 상기 발진기들 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부에 연결하되, 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경하는 연결부;를 포함할 수 있다.

상기 발진기들은: 서로 다른 주파수의 RF 신호를 발생시킬 수 있다.

상기 파라미터 조절부는: 상기 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부; 및 상기 RF 신호의 파워를 조절하는 파워 조절부; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 파라미터 조절부는: 상기 위상 조절부가 상기 RF 신호의 위상을 조절한 뒤, 상기 파워 조절부가 상기 위상이 조절된 RF 신호의 파워를 조절하도록 구성될 수 있다.

상기 파라미터 조절부는: 상기 위상 조절부 및 상기 파워 조절부가 종속 접속되도록 구성될 수 있다.

상기 파워 조절부는: 상기 RF 신호의 진폭을 증폭시키는 증폭기를 포함할 수 있다.

상기 연결부는: 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 상기 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경할 수 있다.

상기 연결부는: 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 상기 발진기들이 발생시키는 RF 신호들 중 주파수가 가장 높은 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경할 수 있다.

상기 연결부는: 일단이 상기 파라미터 조절부의 입력단에 연결되고, 타단이 상기 발진기들의 출력단들 사이에서 스위칭되는 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기는, 제 1 주파수의 RF 신호를 발생시키는 제 1 발진기; 상기 제 1 주파수보다 높은 제 2 주파수의 RF 신호를 발생시키는 제 2 발진기; 상기 제 1 또는 제 2 발진기로부터 출력된 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부; 상기 위상 조절부로부터 출력된 RF 신호를 증폭시키는 증폭기; 및 일단이 상기 위상 조절부의 입력단에 연결되고, 타단이 상기 제 1 발진기의 출력단과 상기 제 2 발진기의 출력단 사이에서 스위칭되는 스위치;를 포함할 수 있다.

상기 스위치는: 상기 타단이 상기 제 2 주파수의 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 시간 간격으로 스위칭될 수 있다.

상기 제 1 발진기는 2 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키고, 상기 제 2 발진기는 13.56 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키고, 상기 스위치는 상기 타단이 1 ns의 시간 간격으로 스위칭될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며, 상기 플라즈마 발생 유닛은: RF 신호를 생성하는 RF 전원; 및 상기 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 RF 전원은: RF 신호를 발생시키는 다수의 발진기들; 상기 RF 신호의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절부; 및 상기 발진기들 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부에 연결하되, 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경하는 연결부를 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 소스는: 상기 챔버에 구비된 전극 및 코일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 발진기들은: 2 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키는 제 1 발진기; 및 13.56 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키는 제 2 발진기를 포함하며, 상기 스위치는 상기 타단이 1 ns의 시간 간격으로 스위칭될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 장비에 구비되는 RF 전원의 수가 늘어남에 따라 장비의 사이즈 및 가격이 상승하는 것을 억제하고 복수의 RF 전원들을 단순하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기의 예시적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기의 예시적인 회로도이다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 예시적인 도면이다.

도 1을 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), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 및 플라즈마 발생 유닛을 포함할 수 있다.

챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(100)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.

일 예에 의하면, 챔버(100) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(100)의 내측벽을 보호하여 챔버(100)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(100)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.

챔버(100)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.

기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(100) 내부에서 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.

정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다.

유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.

유전판(220)은 내부에 제 1 전극(223), 히터(225) 그리고 제 1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제 1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.

제 1 전극(223)은 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제 1 전극(223)과 제 1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제 1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제 1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제 1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제 1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제 1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.

히터(225)는 제 1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제 2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.

유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제 1 순환 유로(231), 제 2 순환 유로(232) 그리고 제 2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.

제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제 1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.

제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제 2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제 2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제 2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제 2 순환 유로(232)는 제 1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.

제 2 공급 유로(233)는 제 1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제 2 공급 유로(243)는 제 1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제 1 순환 유로(231)와 제 1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.

제 1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제 1 순환 유로(231)에 공급되며, 제 2 공급 유로(233)와 제 1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.

제 2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제 2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제 2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.

몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 몸체(230)는 제 3 전원(235a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 3 전원(235a)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 제 3 전원(235a)으로부터 고주파 전력을 인가받을 수 있다. 이로 인하여 몸체(230)는 전극으로서 기능할 수 있다.

포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.

하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(100)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격되어 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.

하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(100)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(100) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(100)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제 1 전원(223a)과 연결되는 제 1 전원라인(223c), 제 2 전원(225a)과 연결되는 제 2 전원라인(225c), 제 3 전원(235a)과 연결되는 제 3 전원라인(235c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.

정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.

샤워 헤드(300)는 챔버(100) 내부에서 기판 지지 어셈블리(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 어셈블리(200)와 대향하도록 위치할 수 있다.

샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 어셈블리(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 제 4 전원(351)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 4 전원(351)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 가스 분산판(310)은 전기적으로 접지될 수도 있다. 가스 분산판(310)은 제 4 전원(351)과 전기적으로 연결되거나, 접지되어 전극으로서 기능할 수 있다.

지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(100)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.

가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.

배플 유닛(500)은 챔버(100)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(100) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.

플라즈마 발생 유닛은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 상기 플라즈마 발생 유닛은 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma) 타입의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극이 포함될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 챔버(100)의 내부에서 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파 전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드(300)로 제공되고, 하부 전극은 몸체(230)로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수도 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생될 수 있다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.

이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.

기판 지지 어셈블리(200)에 기판(W)이 놓이면, 제 1 전원(223a)으로부터 제 1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제 1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제 1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.

기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(100) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(100)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 제 3 전원(235a)에서 생성된 고주파 전력은 하부 전극으로 제공되는 몸체(230)에 인가될 수 있다. 상부 전극으로 제공되는 샤워 헤드의 분사판(310)은 접지될 수 있다. 상부 전극과 하부 전극 사이에는 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 어셈블리(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.

도 1에 도시된 기판 처리 장치(10)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스(예컨대, 챔버 내에 설치된 전극)를 이용하여 챔버(100) 내에 전기장을 생성함으로써 플라즈마를 생성하였다. 하지만, 기판 처리 장치(10)는 이에 제한되지 않고 실시예에 따라 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 소스(예컨대, 챔버의 외부 또는 내부에 설치되는 코일)를 이용하여 전자기장을 유도함으로써 플라즈마를 생성할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기(600)의 예시적인 블록도이다.

후술하는 본 발명의 실시예에 따른 RF 신호 생성기(600)는 기판 처리 장치(10)에서 챔버(100) 내에 플라즈마를 발생시키기 위해 전극과 같은 플라즈마 소스에 RF 신호를 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 RF 신호 생성기(600)는 기판 처리 장치(10)에서 하부 전극으로 기능하는 몸체(230)에 RF 신호를 공급하는 제 3 전원(235a)으로 사용될 수 있으며, 상부 전극으로 기능하는 가스 분산판(310)에 RF 신호를 공급하는 제 4 전원(351)으로 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 RF 신호 생성기(600)는 다수의 발진기들(610), 파라미터 조절부(620) 및 연결부(630)를 포함할 수 있다. 상기 발진기들(610)은 RF 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 파라미터 조절부(620)는 RF 신호의 파라미터를 조절할 수 있다. 상기 연결부(630)는 상기 발진기들(610) 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부(620)에 연결하되, 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 발진기들(610)은 제 1 주파수의 RF 신호를 발생시키는 제 1 발진기(611), 및 제 2 주파수의 RF 신호를 발생시키는 제 2 발진기(612)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 발진기들(610)은 서로 다른 주파수의 RF 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 발진기(611)는 2 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키고, 상기 제 2 발진기(612)는 13.56 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시킬 수 있으나, 각각의 발진기가 발생시키는 RF 신호의 주파수는 이에 제한되지 않는다. 실시예에 따라, 상기 발진기들(610)은 동일한 주파수의 RF 신호를 발생시킬 수도 있다.

상기 발진기(611, 612)는 소정의 주파수로 진동하는 교류 신호를 발생시키기 위해 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 사용할 수 있으나, 발진기의 종류는 이에 제한되지 않는다.

상기 파라미터 조절부(620)는 상기 발진기(611, 612)가 발생시킨 RF 신호를 입력받아 RF 신호의 파라미터를 조절할 수 있다. 상기 파라미터 조절부(620)에 의해 조절되는 RF 신호의 파라미터는 RF 신호가 갖는 각종 특성으로서, 예컨대 위상, 진폭, 파워 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터 조절부(620)는 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부, 및 RF 신호의 파워를 조절하는 파워 조절부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 파라미터 조절부(620)는 상기 발진기(611, 612)가 발생시킨 RF 신호의 파라미터를 조절하여 부하에 공급한다.

상기 연결부(630)는 상기 발진기들(610) 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부(620)에 연결시킨다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연결부(630)는 상기 발진기들(610) 중에서 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 신호 생성기(600)의 예시적인 회로도이다.

도 3에서 상기 발진기들(610)은 제 1 발진기(611) 및 제 2 발진기(612)를 포함하며, 상기 제 1 발진기(611)는 2 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키고, 상기 제 2 발진기(612)는 13.56 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발진기들(610)은 제 1 및 제 2 발진기(611, 612) 외에도 노치 필터(notch filter)(613)를 더 포함할 수 있다.

상기 노치 필터(613)는 상기 발진기들(610) 중 제 1 발진기(611)가 상기 연결부(630)에 의해 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되어 제 1 주파수의 RF 신호가 상기 파라미터 조절부(620)에 출력되는 경우 출력되는 RF 신호로부터 제 2 주파수에 해당하는 성분을 제거하고, 상기 발진기들(610) 중 제 2 발진기(612)가 상기 연결부(630)에 의해 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되어 제 2 주파수의 RF 신호가 상기 파라미터 조절부(620)에 출력되는 경우 출력되는 RF 신호로부터 제 1 주파수에 해당하는 성분을 제거할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 노치 필터(613)는 인덕터(L1, L2)와 커패시터(C1, C2)를 포함할 수 있으며, 트랜지스터(614)를 통해 상기 제 1 및 제 2 발진기(611, 612)에 연결될 수 있다.

또한, 상기 발진기들(610)은 대역 통과 필터들(BPF1, BPF2)을 포함할 수 있으며, 각각의 대역 통과 필터는 각각의 발진기가 발생시키는 RF 신호의 주파수 성분을 통과시키도록 구성된다.

예를 들어, 도 3에서 제 1 대역 통과 필터(BPF1)는 제 1 발진기(611)가 발생시키는 제 1 주파수(예컨대, 2 MHz)의 성분을 통과시키도록 구성되고, 제 2 대역 통과 필터(BPF2)는 제 2 발진기(612)가 발생시키는 제 2 주파수(예컨대, 13.56 MHz)의 성분을 통과시키도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 상기 발진기들(610)은 출력단(out1, out2)에 RF 신호의 전력을 조절하는 전력 조절기(615)를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 조절기(615)는 상기 발진기들(610)로부터 출력되는 제 1 주파수의 RF 신호와 제 2 주파수의 RF 신호 간 전력 비율을 조절할 수 있다.

이 실시예에 따르면, 상기 전력 조절기(615)는 가변 리액턴스 소자를 포함할 수 있으며, 상기 가변 리액턴스 소자는 상기 RF 신호 생성기(600)의 동작을 제어하는 제어기(미도시)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 리액턴스가 변경될 수 있다.

그 결과, 제 1 출력단(out1)으로 출력되는 제 1 주파수의 RF 신호가 갖는 전력과 제 2 출력단(out2)으로 출력되는 제 2 주파수의 RF 신호가 갖는 전력의 비율이 상기 제어 신호에 따라 조절될 수 있다.

상기 연결부(630)는 상기 발진기들(610) 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부(620)에 연결하며, 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결부(630)는 스위치를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 상기 연결부(630)는 일단이 상기 파라미터 조절부(620)의 입력단에 연결되고, 타단이 상기 발진기들(610)의 출력단들(out1, out2) 사이에서 스위칭되는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치의 타단이 상기 출력단들(out1, out2) 사이에서 주기적 또는 비주기적으로 반복하여 스위칭됨으로써, 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되는 발진기(611, 612)가 지속적으로 변경된다.

다시 말해, 상기 연결부(630)는 상기 발진기들(610)에서 발생되는 제 1 주파수의 RF 신호와 제 2 주파수의 RF 신호 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부(620)에 인가하되, 상기 파라미터 조절부(620)에 인가되는 RF 신호를 반복적으로 변경할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연결부(630)는 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되는 발진기(또는 상기 파라미터 조절부(620)에 인가되는 RF 신호)를 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경할 수 있다.

상기 발진기들(610)이 서로 다른 주파수의 RF 신호들을 발생시키는 경우, 상기 연결부(630)는 상기 파라미터 조절부(620)에 연결되는 발진기(또는 상기 파라미터 조절부(620)에 인가되는 RF 신호)를 상기 RF 신호들 중 주파수가 가장 높은 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경할 수 있다.

예를 들어, 도 3에서 상기 스위치는 상기 타단이 제 1 주파수의 RF 신호와 제 2 주파수의 RF 신호 중 주파수가 더 높은 제 2 주파수의 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 시간 간격으로 스위칭될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스위치는 나노초 단위로 스위칭되는 NEM(Nano Electro Mechanical) 스위치일 수 있으며, 일 예로 상기 스위치는 타단이 1 ns의 시간 간격으로 스위칭될 수 있으나, 스위칭 시간 간격은 이에 제한되지는 않는다.

상기 파라미터 조절부(620)는 상기 발진기들(610)로부터 출력된 RF 신호의 파라미터를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파라미터 조절부(620)는 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부(621), 및 RF 신호의 파워를 조절하는 파워 조절부(622) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

만약 상기 파라미터 조절부(620)가 상기 위상 조절부(621) 및 상기 파워 조절부(622)를 모두 포함하는 경우, 상기 위상 조절부(621)와 상기 파워 조절부(622)는 서로 종속 접속될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 파라미터 조절부(620)는 상기 위상 조절부(621)의 출력단에 상기 파워 조절부(622)의 입력단이 종속 접속되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 위상 조절부(621)가 RF 신호의 위상을 조절한 뒤, 상기 파워 조절부(622)가 상기 위상이 조절된 RF 신호의 파워를 조절할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 위상 조절부(621)는 RF 신호의 전압 위상과 전류 위상을 일치시키고, 상기 위상 조절부(621)로 입력되는 RF 신호의 위상과 상기 위상 조절부(621)로부터 출력되는 RF 신호의 위상을 일치시킬 수 있다.

이와 같이 RF 신호의 위상을 조절하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 위상 조절부(621)는 위상 검출기(6211), 루프 필터(6212), 위상 조절기(6213) 및 주파수 분할기(6214)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 파워 조절부(622)는 RF 신호의 진폭을 증폭시키는 증폭기를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 파워 조절부(622)는 연산 증폭기를 포함할 수 있으나, 증폭기의 종류 및 구성은 이에 제한되지 않는다.

전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연결부(630)가 상기 발진기들(610)에 의해 발생된 RF 신호들 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부(620)에 인가하되, 상기 RF 신호들 중에서 상기 파라미터 조절부(620)에 인가되는 RF 신호를 반복적으로 변경함으로써, 상기 RF 신호 생성기(600)는 복수의 발진기들(610)로부터 발생된 복수의 RF 신호들을 하나의 파라미터 조절부(620)를 통해 RF 신호의 파라미터를 조절하여 부하에 공급할 수 있다.

그 결과, 장비에 요구되는 RF 신호의 수가 늘어나도 그에 따라 RF 신호 생성기의 사이즈 및 가격이 상승하는 것을 억제하면서 RF 신호들을 보다 단순하게 제어할 수 있다.

이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.

10: 기판 처리 장치
100: 챔버
200: 기판 지지 어셈블리
300: 샤워 헤드
400: 가스 공급 유닛
500: 배플 유닛
600: RF 신호 생성기
610: 발진기들
611: 제 1 발진기
612: 제 2 발진기
620: 파라미터 조절부
621: 위상 조절부
622: 파워 조절부
630: 연결부

Claims

RF 신호를 발생시키는 다수의 발진기들;
상기 RF 신호의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절부; 및
상기 발진기들 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부에 연결하되, 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경하는 연결부;
를 포함하는 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 발진기들은:
서로 다른 주파수의 RF 신호를 발생시키는 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 파라미터 조절부는:
상기 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부; 및
상기 RF 신호의 파워를 조절하는 파워 조절부;
중 적어도 하나를 포함하는 RF 신호 생성기.
제 3 항에 있어서,
상기 파라미터 조절부는:
상기 위상 조절부가 상기 RF 신호의 위상을 조절한 뒤, 상기 파워 조절부가 상기 위상이 조절된 RF 신호의 파워를 조절하도록 구성된 RF 신호 생성기.
제 3 항에 있어서,
상기 파라미터 조절부는:
상기 위상 조절부 및 상기 파워 조절부가 종속 접속되도록 구성된 RF 신호 생성기.
제 3 항에 있어서,
상기 파워 조절부는:
상기 RF 신호의 진폭을 증폭시키는 증폭기를 포함하는 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부는:
상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 상기 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경하는 RF 신호 생성기.
제 2 항에 있어서,
상기 연결부는:
상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 상기 발진기들이 발생시키는 RF 신호들 중 주파수가 가장 높은 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경하는 RF 신호 생성기.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부는:
일단이 상기 파라미터 조절부의 입력단에 연결되고, 타단이 상기 발진기들의 출력단들 사이에서 스위칭되는 스위치를 포함하는 RF 신호 생성기.
제 1 주파수의 RF 신호를 발생시키는 제 1 발진기;
상기 제 1 주파수보다 높은 제 2 주파수의 RF 신호를 발생시키는 제 2 발진기;
상기 제 1 또는 제 2 발진기로부터 출력된 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부;
상기 위상 조절부로부터 출력된 RF 신호를 증폭시키는 증폭기; 및
일단이 상기 위상 조절부의 입력단에 연결되고, 타단이 상기 제 1 발진기의 출력단과 상기 제 2 발진기의 출력단 사이에서 스위칭되는 스위치;
를 포함하는 RF 신호 생성기.
제 10 항에 있어서,
상기 스위치는:
상기 타단이 상기 제 2 주파수의 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 시간 간격으로 스위칭되는 RF 신호 생성기.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 발진기는 2 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키고,
상기 제 2 발진기는 13.56 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키고,
상기 스위치는 상기 타단이 1 ns의 시간 간격으로 스위칭되는 RF 신호 생성기.
기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지 어셈블리;
상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며, 상기 플라즈마 발생 유닛은:
RF 신호를 생성하는 RF 전원; 및
상기 RF 신호를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하며,
상기 RF 전원은:
RF 신호를 발생시키는 다수의 발진기들;
상기 RF 신호의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절부; 및
상기 발진기들 중 어느 하나를 상기 파라미터 조절부에 연결하되, 상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 반복적으로 변경하는 연결부를 포함하는 기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는:
상기 챔버에 구비된 전극 및 코일 중 적어도 하나를 포함하는 기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 발진기들은:
서로 다른 주파수의 RF 신호를 발생시키는 기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 파라미터 조절부는:
상기 RF 신호의 위상을 조절하는 위상 조절부; 및
상기 RF 신호의 파워를 조절하는 파워 조절부;
중 적어도 하나를 포함하는 기판 처리 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 파라미터 조절부는:
상기 위상 조절부가 상기 RF 신호의 위상을 조절한 뒤, 상기 파워 조절부가 상기 위상이 조절된 RF 신호의 파워를 조절하도록 구성된 기판 처리 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 파라미터 조절부는:
상기 위상 조절부 및 상기 파워 조절부가 종속 접속되도록 구성된 기판 처리 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 파워 조절부는:
상기 RF 신호의 진폭을 증폭시키는 증폭기를 포함하는 기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 연결부는:
상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 상기 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경하는 기판 처리 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 연결부는:
상기 파라미터 조절부에 연결되는 발진기를 상기 발진기들이 발생시키는 RF 신호들 중 주파수가 가장 높은 RF 신호의 주기보다 짧거나 같은 주기로 변경하는 기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 연결부는:
일단이 상기 파라미터 조절부의 입력단에 연결되고, 타단이 상기 발진기들의 출력단들 사이에서 스위칭되는 스위치를 포함하는 기판 처리 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 발진기들은:
2 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키는 제 1 발진기; 및
13.56 MHz의 주파수를 갖는 RF 신호를 발생시키는 제 2 발진기를 포함하며,
상기 스위치는 상기 타단이 1 ns의 시간 간격으로 스위칭되는 기판 처리 장치.