KR100458328B1 - 플라즈마 감지장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 척(chuck)이 설치된 반응영역을 정의하고 플라즈마(plasma) 발생소스를 포함하는 챔버(chamber)에 있어서, 상기 척의 상면에 웨이퍼(wafer)를 대신하여 안착되는 플라즈마 감지장치로서, 상면에 다수의 플라즈마 탐침이 설치된 탐침판과; 상기 다수의 탐침으로 각각 전압을 인가하여 리턴(return)되는 전류를 감지하도록 외부와 전기적으로 연결되는 다수의 감지부가 실장된 상태로 상기 탐침판의 하단에 위치하는 감지판을 포함하는 플라즈마 감지장치를 제공한다.
Description
본 발명은 플라즈마 감지장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 플라즈마를 사용하여 웨이퍼(wafer)를 처리하는 플라즈마 처리 챔버에 있어서, 상기 챔버(chamber)의 내부에서 발생되는 플라즈마의 이상유무를 감지하는 플라즈마 감지장치에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발과 처리를 위한 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.
반도체 소자란, 기판인 웨이퍼(wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등을 통해 구현되는 고밀도 집적(LSI: Large Scale Integration)회로로서, 이들 박막의 증착 및 이의 패터닝 등 반도체 제조공정은 통상 내부에 웨이퍼가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(chamber)가 포함된 반도체 제조용 프로세스 모듈(process module)에서 이루어지는 것이 일반적이다.
한편 반도체 소자의 제조공정에 있어서, 전통적으로 웨이퍼의 면적을 확대함과 동시에 구성요소를 미세화하여 제조수율의 증가와 품질 개선을 꾀하려는 노력이 끊임없이 이어져 왔고, 이에 플라즈마를 사용하는 반도체 제조방법이 개발되어 초고집적(ULSI : Ultra Large Scale Integration) 된 소자의 개발을 가능하게 하고 있다.
이에 반도체 제조용 프로세스 모듈, 특히 직접적인 웨이퍼의 처리공정이 구현되는 챔버 내에는 플라즈마 발생소스가 부설됨으로써 상기 플라즈마 발생소스가 발생한 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하게 되는데, 이때 전술한 플라즈마 발생소스는 각각 플라즈마의 발생원리에 따라 몇 가지로 구분될 수 있다.
이중 특히 반도체 제조공정에 사용되는 플라즈마 발생방법으로는 특히 용량결합(Capacitively Coupled Plasma: CCP)형 플라즈마 발생방법이나 또는 유도결합(Inductive Coupled Plasma : ICP)형 플라즈마 발생방법이 주로 사용되고 있는데, 이 중 용량결합형 플라즈마 발생방법이란 일정한 간격으로 평행하게 이격된 두 전극판을 구비하여 이 중 하나를 접지한 상태에서 다른 하나에 고주파 전원을 인가하고, 이들 두 전극판 사이로 기체물질을 통과시킴으로써 플라즈마를 구현하는 원리를 가지고 있다.
또한 유도결합형 플라즈마 발생방법은 기체물질이 존재하는 영역으로 시간에 따라 변화하는 전자기장을 유도하여 플라즈마를 구현하는 방법인데, 어떠한 방법을 사용하더라도 이들은 모두 챔버 내로 플라즈마를 발생시켜 이를 통해 웨이퍼를 처리하는 것임은 공통적이다.
한편 이러한 플라즈마 소스가 실장된 챔버를 통해 반도체 제조공정을 진행함에 있어서, 보다 신뢰성 있는 공정의 진행을 위하여 챔버 내부의 압력 및 온도 등의 반응환경은 외부와 현저한 차이가 나도록 조절되고, 따라서 이는 외부와는 독립된 별개의 반응계를 이루고 있다.
이에 챔버는 통상 상대적으로 저렴한 비용으로 구축이 가능한 스테인레스-스틸 또는 알루미늄 등의 금속재질이 사용되므로, 내부에 유도되는 플라즈마의 이상유무를 외부에서 용이하게 식별하기 곤란한 문제점을 가지고 있는데, 특히 반도체를 제조하는 일련의 공정에는 불순물 등에 의한 소자 오염을 최소화하기 위해 높은 청정도가 요구되므로, 관리자나 사용자가 쉽게 출입할 수 없는 다수의 청정공간을 포함하고 있어 공정 중에 챔버 내로 유도된 플라즈마의 이상유무를 감지하기는 더욱 어려운 실정이다.
이에 챔버의 내부에서 발생된 플라즈마의 전기적 특성을 통해 이상유무를 감지하는 방법이 개발되기도 하였는데, 이는 플라즈마가 발생되어 있는 챔버의 내부로 금속재질의 탐침을 삽입한 후 이에 바이어스 전극을 가함으로써, 상기 탐침으로 충돌하는 플라즈마에 의해 피드백 되는 전류의 양을 통해 간접적으로 측정하는 방법이다.
따라서 챔버의 내부로 하나 또는 다수의 플라즈마 탐침을 설치하여, 이를 통해 플라즈마의 이상유무를 감지하거나 또는 챔버의 내부에 다수의 탐침이 부설된 봉 형상의 감지장치를 삽입하여 스캔 함으로써 플라즈마의 이상유무를 감지하는 방법이 일반적으로 사용되고 있는데, 이는 챔버의 전 면적에 비하여 극히 일부분의 영역에 존재하는 플라즈마의 상태 만을 감지할 수 있을 뿐이고, 특히 실제 공정이 진행됨에 있어서 가장 중요한 웨이퍼 부근의 플라즈마의 이상유무는 물론, 하나의 웨이퍼의 상면에서 각각 위치에 따른 플라즈마의 상태를 감지하기에는 불가능한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 챔버의 내부, 특히 실제 공정이 진행되는 웨이퍼와 근접한 플라즈마의 이상유무를 용이하게 감지할 수 있는, 보다 개선된 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치가 장착된 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈의 개략적인 단면도
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치의 분해사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 플라즈마 감지장치 210 : 탐침판
220 : 감지판 222 : 감지부
230 : 지지판 232 : 배선홀
224 : 전선
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 척(chuck)이 설치된 반응영역을 정의하고 플라즈마(plasma) 발생소스를 포함하는 챔버(chamber)에 있어서, 상기 척의 상면에 웨이퍼(wafer)를 대신하여 안착되는 플라즈마 감지장치로서, 상면에 다수의 플라즈마 탐침이 설치된 탐침판과; 상기 다수의 탐침으로 각각 전압을 인가하여 리턴(return)되는 전류를 감지하도록 외부와 전기적으로 연결되는 다수의 감지부가 실장된 상태로 상기 탐침판의 하단에 위치하는 감지판을 포함하는 플라즈마 감지장치를 제공한다.이때 상기 척과 상기 감지판의 사이에 개재되고, 상기 다수의 감지부가 외부와 연결될 수 있도록 하나의 관통된 홀(hole)이 형성된 지지판을 더욱 포함할 수 있다.또한 상기 탐침판은 척의 상면 또는 웨이퍼와 동일한 형상을 가지고, 상기 탐침은 각각 텅스텐 또는 백금 중 선택된 하나의 재질로 이루어지며, 상기 탐침은 각각 핀 또는 버튼 형상 중 선택된 하나인 것이 바람직하다.또한 상기 탐침은 각각 9, 25, 49 개 중 선택된 개수인 것이 바람직하고, 상기 탐침판은 플레이트 형상이고, 상기 다수의 탐침과 상기 다수의 감지부는 동수로 구비되는 것이 바람직하다.이하에서는 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 특히 챔버 내의 척 상면에 웨이퍼를 대신하여 실장됨으로서, 실제 반도체 제조공정 중에 발생되는 플라즈마의 이상유무를 실시간으로 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는데, 이러한 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치를 설명하기 위한 챔버형 프로세스 모듈의 일례로, 유도결합형 플라즈마 발생소스가 실장된 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈인 에쳐(etcher)를 선택하여 설명한다.
이때 이하에서 설명하는 유도결합형 플라즈마 발생소스가 실장된 플라즈마 처리 챔버형 프로세스 모듈의 일례는 본 발명은 설명하기 위한 하나의 실시예에 지나지 않는 바, 본 발명의 적용범위는 이에 한정되지 않으며 플라즈마를 사용하는 모든 반도체 제조공정에 적용이 가능함은 이하의 설명을 통해 자명해 질 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 감지장치가 실장되는 챔버형 프로세스 모듈은 도 1에 도시한 바와 같이 대상물 상면에 증착된 박막의 직접적인 가공, 처리 공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)(20)와, 이러한 챔버(20) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응물질 등의 필요물질을 저장하고, 이를 챔버(20) 내로 공급하는 저장장치(40)를 포함하고 있다.
이때 그 내부에 처리 대상물이 안착되어 이를 직접 가공 처리하는 챔버(20)는 전술한 저장장치(40)로부터 필요물질이 공급될 수 있도록 하는 유입관(22)과, 그 내부의 기체를 배출함으로써 압력을 제어할 수 있도록 하는 배출관(24)을 가지고 있으며, 이의 내부는 종단하는 절연판(26)에 의하여 제 1 영역(28a)과 제 2 영역(28b)으로 구분된다.
이러한 제 1 영역(28a)에는 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마발생소스(50)의 일부 또는 전부가 실장되고, 제 2 영역(28b)에는 척(30)이 설치되어 상면에 웨이퍼 대신 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치(200)가 안착되는 바, 전술한 저장장치(40) 내에 저장된 기체 상의 소스 및 반응물질이 챔버(20)의 내부로 인입되면 플라즈마 발생소스(50)가 변화하는 전자기장을 생성하여 제 2 영역(28b)에 플라즈마를 생성하게 되는데, 이때 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치를 통해 플라즈마의 이상유무를 관찰할 수 있는 것이다.
참고로 전술한 플라즈마 발생소스(50)는, 도시된 바와 같이 고 주파수 알에프 전력을 공급하는 제 1 알에프 전원(RF : Radio Frequency)(54)과, 상기 제 1 알에프 전원(54)을 통하여 인가된 전류의 임피던스를 적절하게 매칭하는 제 1 임피던스 정합장치(53)와, 이러한 정합된 전류를 통해 전자기장을 발생시키는 부하(52)로 안테나 또는 평판형 전극을 포함하고 있는 바, 이때 안테나라 함은 무선통신 등에 있어서 신호의 발신 및 수신의 기능을 담당하는 협의(俠義)의 의미가 아닌, 전력을 공간으로 방출할 수 있는 기능을 포함하는 광의(廣義)의 의미로 사용된 것임을 밝혀 둔다.
또한 챔버(20)의 제 2 영역(28b)에 위치하여 그 상면에 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치(200)가 안착되는 척(30)의 내부에도, 바람직하게는 플라즈마 발생소스(50)를 통해 발생된 플라즈마 이온의 임팩트(impact) 에너지를 조절하는 바이어스(bias) 소스(70)가 실장되는데, 이는 척(30)의 내부에 설치되는 바이어스 전극(72)과, 제 2 임피던스 정합장치(74)와, 제 2 알에프 전원(76)을 포함할 수 있다.
이때 전술한 척(30)의 상면에 안착되어 챔버(20)의 반응영역 내에서 발생되는 플라즈마의 이상유무를 실시간으로 감지하는 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치(200)는, 각각 상에서 하 방향으로 차례로 적층된 세 개의 판 상을 가지고 있는데, 이러한 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치(200)의 분해사시도를 도시한 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
즉, 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치는 각각 척(30)의 상면으로 차례로 안착되는 지지판(230)과 감지판(220)과 탐침판(210)을 포함하고 있는 것으로, 이들 각각의 형상은 다양한 변형이 가능하지만 바람직하게는 웨이퍼 또는 척의 상면과 동일한 형상일 수 있으며, 특히 최 상단에 위치하는 탐침판(210) 상에는 다수의 탐침(212)이 설치되어 있다. 이 탐침(212)은 일반적인 그것과 마찬가지로 텅스텐이나 백금 등의 금속재질로 이루어 질 수 있는 바, 그 형상에 있어서 핀 또는 도시한 바와 같이 작은 버튼(button)형상을 가질 수 있다.
또한 이들 탐침(212)의 수는 목적에 따라 자유로이 조절될 수 있는 것으로, 일례로 웨이퍼의 막질 균일도를 평가하는 9, 25, 49 포인트에 각각 해당하는 수를 가질 수 있으며, 이들은 후술하는 감지판(220)에 의하여 바이어스 전압이 인가됨으로써 플라즈마 이온을 끌어당겨 자신과 충돌시키고, 이에 발생되는 전류를 피드백 하는 역할을 하게 된다.
또한 이러한 탐침판(210)의 하단에는, 전술한 탐침판(210)에 포함된 다수의 탐침(212)과 각각 전기적으로 연결되는 다수의 감지부(222)를 포함하는 감지판(220)이 위치하는데, 이러한 감지판(220)에 포함되는 다수의 감지부(222)는각각 외부에서 인가되는 바이어스 전압을 탐침(212)으로 전달하는 인터페이스 역할과 동시에 탐침(212)이 피드백하는 전류의 양을 감지하는 센서 역할을 한다.
이에 이러한 감지판(220)의 저면에는 각각의 감지부(222)와 전기적으로 연결되는 다수의 전선(224)이 돌출되어 있는데, 편의를 위하여 도면에는 비록 그 수가 감지부(222)보다 적게 도시되어 있지만 실제 각각의 감지부(222)와 연결되도록 감지부 또는 탐침(212, 222)과 동수(同數)로 이루어지는 것이다.
또한 이러한 감지판(220)의 하단에는 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치를 지지하는 지지판(230)이 위치하고 있는데, 이는 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치의 기능 및 역할에 있어서 필수적인 요소는 아니지만 전술한 감지판(220) 및 탐침판(210)을 지지하기 위한 베이스의 역할을 하는 바, 그 재질에 있어서 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 그 중앙에 하나의 지지판 홀(232)이 형성됨으로서, 전술한 감지판(220)에서 분기한 다수의 전선(224)을 하나로 정리하여 챔버의 외부로 인출시키는 것이 유리하다.
이때 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치(200)에 포함되는 각각의 전선(224)을 통해서 챔버의 내부에 안착된 탐침판(210)이 감지한 플라즈마의 이상유무에 대한 전기적 정보가 전송되는데, 이의 말단에는 잘 알려진 주지의 장치인 디에이큐(DAQ : Data acquisition system) 등이 설치됨으로써 관찰자가 보다 용이하게 플라즈마의 이상유무를 파악할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 처리 챔버의 내부에 실장되는 플라즈마 감지장치로서, 목적에 따라 다양한 형상을 가지고 웨이퍼의 안착위치인 척의 상면에 안착되는 바, 실제 반도체 제조공정에 있어서 웨이퍼에 직접 영향을 미치는 플라즈마의 이상유무를 파악할 수 있는 장점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 비교적 간단한 구성을 가지고 있지만 그 효과는 매우 뛰어나다 할 수 있는데, 즉, 웨이퍼와 동일한 관점에서 플라즈마의 이상유무를 감지할 수 있고, 동일한 시간에 모든 탐침을 통하여 챔버 내부의 플라즈마 이상유무를 실시간으로 감지하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 플라즈마 감지장치의 측정 위치 및 그 수는 탐침판 상면에서 자유로이 변형이 가능한하므로, 실제 웨이퍼 전면에 걸친 정보의 획득이 가능하여 보다 개선된 반도체 소자의 개발을 가능하게 한다.
Claims (5)
- 내부에 척(chuck)이 설치된 반응영역을 정의하고 플라즈마(plasma) 발생소스를 포함하는 챔버(chamber)에 있어서, 상기 척의 상면에 웨이퍼(wafer)를 대신하여 안착되는 플라즈마 감지장치로서,상면에 다수의 플라즈마 탐침이 설치된 탐침판과;상기 다수의 탐침으로 각각 전압을 인가하여 리턴(return)되는 전류를 감지하도록 외부와 전기적으로 연결되는 다수의 감지부가 실장된 상태로 상기 탐침판의 하단에 위치하는 감지판을 포함하는 플라즈마 감지장치
- 청구항 1에 있어서,상기 척과 상기 감지판의 사이에 개재되고, 상기 다수의 감지부가 외부와 연결될 수 있도록 하나의 관통된 홀(hole)이 형성된 지지판을 더욱 포함하는 플라즈마 감지장치
- 청구항 1에 있어서,상기 탐침판은 척의 상면 또는 웨이퍼와 동일한 형상을 가지고, 상기 탐침은각각 텅스텐 또는 백금 중 선택된 하나의 재질로 이루어지며, 상기 탐침은 각각 핀 또는 버튼 형상 중 선택된 하나인 플라즈마 감지장치
- 청구항 1에 있어서,상기 탐침은 각각 9, 25, 49 개 중 선택된 개수인 플라즈마 감지장치
- 청구항 1에 있어서,상기 탐침판은 플레이트 형상이고, 상기 다수의 탐침과 상기 다수의 감지부는 동수로 구비되는 플라즈마 감지장치
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