KR100920423B1 - 플라즈마 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적 기판의 효율적인 식각을 위하여 식각 종료점을 검출할 수 있게 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명은, 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리장치의 내벽 중 적어도 2 개 이상의 지점에 각각 위치되며 각 지점마다 플라즈마에서 발생되는 광이 내부에 굴절되면서 수광되는 수광 수단; 상기 수광 수단의 끝단에 구비되며 이 수광 수단을 통해 수집된 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하는 검출수단; 상기 검출수단과 연결되며 상기 수광 수단들의 광량 출력값이 시각적으로 출력되는 디스플레이수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

플라즈마 처리장치, 플라즈마, 식각 종료점, 검출, 수광 수단, 검출수단, 디스플레이수단

Description

플라즈마 처리장치 및 처리방법{PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치에서 식각 종료점을 검출하는 상태를 도시한 측면도이다.

도 2는 도 1의 "A" 부분인 수광 수단 선단을 부분 확대 도시한 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치에서 식각 종료점을 검출하는 상태를 도시한 측면도이다.

도 4는 도 3의 "B" 부분인 수광 수단 선단을 부분 확대 도시한 확대도이다.

도 5는 본 발명의 플라즈마 처리방법에 따른 공정도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 챔버 112: 수광 수단

114: 검출수단 116: 디스플레이수단

본 발명은 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적 기판의 효율적인 식각을 위하여 식각 종료점을 검출할 수 있게 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

상술한 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 과정을 설명하면 우선, 기판 수납 장치(이하 "카세트"라 칭함)에 다수 적재된 반도체 웨이퍼 또는 액정기판(이하 "기판"이라 칭함)을 운송 로봇에 의해 반입 또는 반출시키되 진공과 대기압을 순환하는 로드락 챔버(Load Lock Chamber) 내로 반입시키고 상기 로드락 챔버의 내부가 진공상태가 되도록 펌핑(Pumping)을 실시하여 진공으로 만들고 난 다음, 이송수단을 작동시켜 기판을 반송 챔버(Transfer Chamber)로 이동시킨다.

여기서, 상술한 기판이 이송된 반송 챔버는 진공 상태를 유지하는 다수의 공정 챔버(Process Chamber)와 연통되어 있고, 상기 반송 챔버는 각각의 공정 챔버로 이송수단을 통해 반입, 반출을 실시하며, 여기서 각각의 공정 챔버로 반입된 기판은 하부 전극 상에 놓이게 되며, 상부 전극의 하부에 형성된 미세 구멍을 통해 공정 가스가 유입되고, 유입된 가스로 외부의 전원을 인가받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.

상술한 공정 챔버의 상, 하부 전극은 공정 챔버의 내부 상, 하측에 각각 설치되며, 플라즈마 공정처리의 수행 대상물인 기판이 적재되는 하부 전극의 양측에 절연체가 마련된다. 상술한 상, 하부 전극은 통상적으로 알루미늄이 사용되고, 반도체를 공정 처리하는데 비교적 저렴한 재료로 가장 폭넓게 사용되며 상, 하부전극 간에 가해지는 고전압에 따라 전극으로 유입된 가스의 방전으로 형성되는 플라즈마의 화학적인 반응과 고전압으로부터 각각의 전극을 보호한다.

또한, 플라즈마 공정은 알루미늄에 대해 부식을 초래할 수 있으므로 알루미늄재질인 전극의 표면을 보호하기 위한 산화 알루미늄(Al₂O₃)피막과 같은 비교적 불활성의 세라믹 재료가 사용된다.

이러한, 건식 식각장치 등 플라즈마를 이용하여 기판에 특정한 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에는 상부 및 하부전극이 챔버 내부에 설치된다. 이러한 플라즈마 처리장치는 상부전극에 고주파 전력을 인가하여 처리실 내의 처리 가스를 플라즈마화함으로써, 하부전극 상에 위치되어 있는 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 것이다.

더욱이, 기판 대형화에 따른 효과적인 건식 식각을 위하여 식각 종료점 검출기의 필요성이 요구되며 건식 식각 장치에서 플라즈마를 형성할 때 발생하는 물질의 고유 파장의 변화를 광학계를 통하여 수집하고 그 변화량을 계산하여 식각 종료점을 결정한다.

여기서, 플라즈마에 의한 건식 식각 반응에는 고유의 파장을 갖는 광이 방출되며 이 방출 광은 건식 식각 반응에 적용되는 물질인 플라즈마의 종류 및 물질막 또는 기판을 이루는 물질의 종류에 따라 각기 다른 파장을 갖는다.

그리고 고유 파장을 갖는 광은 건식 식각 반응의 종료점을 검출하는데 사용되어 식각하고자 하는 물질막의 하부막이 식각될 때 방출되는 광을 검출하여 식각 반응의 종료점을 알 수 있었다.

즉, 건식 식각 동안에 방출되는 광을 분광기(分光器) 등과 같이 실 시간으로 스펙트럼(Spectrum)화되고 상기 스펙트럼은 파장 대별로 건식 식각 시간에 따른 하나 이상의 고유 파장들로 변경되며, 하나 이상의 고유 파장들 중의 선택된 파장으로 나머지 파장들을 나누어서 규격화하고, 상기 규격화된 하나 이상의 고유 파장들을 건식 식각 시간에 따른 미분 연산을 한다.

그리고 규격화 이후 미분된 하나 이상의 고유 파장들을 통해서 건식 식각시간에 따른 변곡점을 카운팅(Counting)하고, 소정 식각 시간을 정해서 이 시간 이후의 변곡점의 개수를 셈하여 만족되는 변곡점을 구하며 이 변곡점이 소정 건식 식각 시간에서의 식각 종료점이 되는 것이다. 상기 식각 종료점은 변곡점을 카운팅한 후, 규격화하고 미분된 하나 이상의 특정파들에서 선택된 기울기 값보다 크거나 작은 지점이다.

이렇게, 종래에 식각 종료점의 검출을 하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 진공 상태의 내부에서 플라즈마를 발생시켜 공정 처리가 수행되는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 일측 내벽에 선단이 구비되며 플라즈마에서 발생되는 광이 내부에 굴절되면서 수광되는 수광 수단(12)과, 상기 수광 수단(12)의 끝단에 구비되며 이 수광 수단(12)을 통해 수집된 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하는 검출수단(도면에 미도시) 및 상기 수광 수단(12)과 연결되며 이 수광 수단(12)들의 광량 출력값이 시각적으로 출력되는 디스플레이수단(14)으로 크게 이루어진다.

상기 수광 수단(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 광 섬유(Optical Fiber)로 챔버(10) 내부에 위치되는 선단은 원기둥 형상으로 형성되고, 기판과 수평된 위치 인 챔버(10)의 대향되는 사방 측벽에는 이 챔버(10) 내부의 기판 상황을 육안으로 확인할 수 있도록 홀(도면에 미도시)이 다수개 형성되며, 상기 챔버(10)에 구비된 홀의 외측벽마다 감시창(도면에 미도시)이 각각 마련되는 뷰포트(View Port: 도면에 미도시)가 구비된다.

그리고 상기 검출수단은 디스플레이수단(14)에 포함되도록 구비하거나 별도로 구비한다.

한편, 상기 뷰포트에 수광 수단(12)의 선단이 위치되어 이 뷰포트를 통해 식각 반응시 방출되는 광을 수광할 수 있다.

그러나 공정 처리를 수행할 기판이 대형화되고 상기 챔버(10) 또한 내부 체적이 증가함에 따라 상기 챔버(10) 내부의 플라즈마 전 영역과 상응하는 영역에서의 광량을 수광 수단(12)에서 수집이 불가능하여 시각 종료점의 검출률이 저하되며 상기 챔버(10) 내부에 위치되는 수광 수단(12)의 선단이 원기둥 형상으로 형성되어 플라즈마 발생시 방출되는 광의 입사각이 큰 경우 입사되지 못하여 수광 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 기판 대면적화에 따른 챔버 체적이 상승함에 따라 챔버 내부에서 발생된 플라즈마의 전 영역에 대해 식각 종료점을 검출할 수 있고, 선택비 및 식각 공정의 균일성 확보와 평균적인 식각률을 예측할 수 있으며, 수광 효율을 상승시킬 수 있게 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리장치의 내벽 중 적어도 2 개 이상의 지점에 각각 위치되며 각 지점마다 플라즈마에서 발생되는 광이 내부에 굴절되면서 수광되는 수광 수단; 상기 수광 수단의 끝단에 구비되며 이 수광 수단을 통해 수집된 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하는 검출수단; 상기 검출수단과 연결되며 상기 수광 수단들의 광량 출력값이 시각적으로 출력되는 디스플레이수단; 을 포함하여 이루어짐으로써, 기판의 대형화에 따라 체적도 상승되는 챔버 내부에 여러 개의 수광 수단을 구비하여 플라즈마의 전 영역에 대해 식각 종료점을 검출할 수 있으므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 첨부도면을 참조하여 실시 예들을 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 도면에는 도시하지 않았지만 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 대면적 기판에 상응하는 체적을 갖는 처리장치에서 발생되는 플라즈마의 전 영역에 대한 광을 수광할 수 있도록 수광 수단(112)을 여러 개로 구비한 것이 상이하다.

여기서, 상기 플라즈마 처리장치는 공정 챔버(110)이며, 이 공정 챔버(110)에서 식각 종료점의 검출을 하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 수광 수단 (112)과, 검출수단(도면에 미도시) 및 디스플레이수단(114)으로 크게 이루어진다.

상기 수광 수단(112)은 상기 처리장치의 내벽 중 적어도 두 지점에 각각 위치되되 각각의 그것을 일정한 간격을 갖도록 이격 설치되는 것이 바람직하며, 각각 마련된 지점마다 플라즈마에서 발생되는 광이 선단 내부에 굴절되면서 후단을 향해 진행되면서 수광된다.

여기서, 상기 수광 수단(112)은 광 섬유(Optical Fiber)로 광신호가 굴절되고 고유 파장을 가지면서 광이 진행되는 코어(Core)와 상기 코어의 외주면을 감싸 광신호를 코어에 가두는 클래딩(Cladding)으로 이루어지며, 상세한 설명은 생략한다.

그리고 상기 수광 수단(112)의 선단은 반구 형상으로 형성되어 플라즈마를 발생시키는 과정에서 방출되는 광이 곡면에서 굴절되고 전반사를 반복하면서 지그재그 형상으로 진행하게 되며, 반구 형상으로 형성됨에 따라 입사각의 변화에 따른 영향을 최소화할 수 있다. (도 4 참조)

여기서, 상기 수광 수단(112)은 공정 챔버(110)를 관통하여 구비되거나 감시창(도면에 미도시)이 마련된 뷰포트(도면에 미도시)에 구비되어 발생 광이 상기 감시창을 투사한 후 수광할 수 있으며, 기판과 근접한 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 수광 수단(112)의 선단 형상이 원추형으로 구비될 수도 있으며 형상의 변경 실시가 가능하다.

그리고 본 실시 예에서의 수광 수단(112)은 직사각 기판의 단 변에 구비되되 일단에 중간 부위와 타단 상하측에 각각 구비되어 검출 영역이 상이하며 양단 소정 부분은 중첩되도록 한다.

상기 검출수단은 상기 수광 수단(112)의 끝단에 구비되며 이 수광 수단(112)을 통해 수집된 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하고 판단하는 기능을 한다.

여기서, 상기 검출수단은 후술할 디스플레이수단(114)과 일체형으로 구비될 수 있다.

상기 디스플레이수단(114)은 상기 검출수단과 전기적으로 연결되며 상기 수광 수단(112)들의 광량 출력값이 시각적으로 인지가 용이하도록 그래프로 각각 출력된다.

즉, 상기 수광 수단(112) 각각이 전용의 디스플레이수단(114)과 전기적으로 각각 연결되어 짝을 이루며 하나를 더 마련하여 이 수광 수단(112)들의 광량의 합에 대해 평균하여 값을 출력함으로써 이를 통하여 평균 식각률을 예측할 수 있다.

본 발명의 처리방법은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 기판 반입 단계(S200)와, 플라즈마 발생에 의한 식각 공정 수행 단계(S210)와, 수광 단계(S220)와, 식각 종료점 검출 단계(S230) 및 결과 디스플레이 단계(S240)로 이루어진다.

상기 기판 반입 단계(S200)는 진공 형성된 공정 챔버(110) 내부에 공정 처리할 기판을 반입시키는 단계이다.

상기 플라즈마 발생에 의한 식각 공정 수행 단계(S210)는 상기 공정 챔버 (110) 내부에 반입된 기판에 플라즈마를 발생시켜 고유 파장을 갖는 광이 방출되도록 하는 단계이다.

상기 수광 단계(S220)는 상기 공정 챔버(110) 내부에서 발생되는 플라즈마의 전 영역에 대해 광을 수광하는 단계로, 일정 간격을 갖도록 구비된 각각의 수광 수단(112)이 플라즈마 발생시 방출되는 광 중 일정 구역만큼 각각 수광하는 것이다.

즉, 상기 수광 단계(S220) 수행시 상기 수광 수단(112)의 선단에 광이 입사한 후 전반사를 반복하면서 지그재그 형태의 방향성을 갖으면서 후술할 검출수단으로 진행시키는 단계이다.

상기 식각 종료점 검출 단계(S230)는 각각의 수광 수단(112)에 의해 수광된 광량을 각각 수집하고 미리 설정된 광량을 비교한 후 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하고 판단하는 단계이다.

여기서, 건식 식각 공정의 균일도는 10% 정도 이내의 값을 만족하여야 하며 플라스마의 전 영역에 대해 발생 광을 검출할 경우 식각의 균일도를 예측할 수 있는 장점이 있다. 추가적으로 식각 대상 박막을 건식 식각하는 과정에서 박막 위에 존재하는 감광제(Photoresist)를 태우는 애싱(Ashing) 공정이 동시에 진행된다. 이때, 식각과 애싱의 비율을 PR 선택비(Selectivity)라고 하며, 이 PR 선택비를 얻기 위하여 공정의 진행 전후, 감광제 박리(Strip) 후까지 세 번의 단차 측정을 진행해야 한다. 그러나 플라즈마의 전 구역에서 발생되는 고유 파장의 광을 수광함으로써 식각 종료점을 검출할 경우 균일도를 고려한 선택비의 예측도 가능하다. 이러한 예측이 가능한 이유는 식각 물질의 파장과 애싱에서 발생하는 물질의 파장을 각각 검 출하여 그 변화를 함께 확인함에 따른 대형 식각 장치의 중앙과 가장자리의 선택비 차이를 예측할 수 있기 때문이다.

상기 디스플레이 단계(S240)는 식각 종료점이 검출된 결과값을 시각적으로 디스플레이하는 단계로 플라즈마가 발생되는 전 영역에서 플라즈마 발생시 방출하는 광을 검출하기 위해 여러 지점에 발생 광을 수광하고 수광된 광량에 따라 그래프로 각각 출력하고 평균값을 산출하여 평균 식각률을 예측하는 것이다.

즉, 상기 수광 수단(112)마다 개별적으로 디스플레이수단(114)을 구비하고 평균값을 출력하는 전용의 디스플레이수단(114)을 더 구비하여 평균적인 식각 종료점을 인지할 수 있다.

여기서, 상기 디스플레이 단계(240)에서 출력되는 그래프의 기울기가 급격히 감소하는 순간이 식각의 종료점으로 판단된다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치 및 처리방법은 대형 기판 채택에 따른 처리장치의 체적 상승에 따라 플라즈마 발생시 방출되는 광을 플라즈마 전 영역에서 수광할 수 있도록 여러 지점에 수광 수단을 구비하여 식각 종료점의 검출률을 상승시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 플라즈마 전 영역에 대해 습득한 광 자료의 해석을 통해 식각의 균일도 향상 및 대형 처리장치의 중앙 영역과 가장자리 영역에서 식각과 애싱의 비율인 선택비를 예측할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 플라즈마 전 영역에 대해 여러 지점에서 광을 수광하고 이 를 개별적으로 디스플레이하되 평균값에 대한 정보도 별도로 디스플레이하므로 평균적인 식각률을 예측할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 수광 수단의 구조를 변경하여 수광 효율을 상승시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 처리장치의 내벽 중 적어도 2 개 이상의 지점에 각각 위치되며 각 지점마다 플라즈마에서 발생되는 광이 내부에 굴절되면서 수광되되 선단이 반구형 또는 원추형으로 형성된 광 섬유(Optical Fiber)인 수광 수단;

   상기 수광 수단의 끝단에 구비되며 이 수광 수단을 통해 수집된 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하는 검출수단;

   상기 검출수단과 연결되며 상기 수광 수단들의 광량 출력값이 시각적으로 출력되는 디스플레이수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 광 섬유는,

   기판과 근접한 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 디스플레이수단은,

   광량에 따라 그래프로 출력하되 상기 광 섬유의 구비 개수만큼 구비되고 광량의 합에 대해 평균하여 값을 출력하는 하나가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 처리방법에 있어서,

   1) 반입된 기판에 플라즈마를 발생시켜 식각 공정을 진행하되 플라즈마에서 발생되는 광을 여러 지점에서 선단이 반구형 또는 원추형으로 형성된 광 섬유(Optical Fiber)인 수광 수단에 의해 수광하는 단계;

   2) 수광된 광량을 각각 수집하고 광량의 변화량을 각각 분석하여 식각 종료점을 검출하는 단계;

   3) 식각 종료점이 검출된 결과값을 시각적으로 디스플레이하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 2) 단계에서는,

   식각 공정의 균일도 및 식각과 애싱(Ashing)의 비율인 선택비의 예측이 가능한 것을 특징으로 하는 처리방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 3) 단계에서는,

   플라즈마가 발생되는 전 영역에 대해 여러 지점에서 검출하는 광량에 따라 그래프로 각각 출력하고 평균값을 산출하여 평균 식각률을 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 처리방법.

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