KR101960944B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛, 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하는 플라즈마 측정 유닛 및 챔버 내의 가스를 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 배기 유닛은, 플라즈마 측정 유닛에서 측정된 챔버 내의 플라즈마 밀도에 기초하여 챔버 내의 가스의 배기량을 조절한다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내의 가스 배기량을 조절하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판상에 형성된 막 중 선택된 영역을 제거하는 공정으로 습식 식각과 건식 식각이 사용된다.
건식 식각 공정에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다. 일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부 공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
다만, 챔버의 내부에 생성되는 플라즈마는 공정에 영향을 미칠 수 있으며, 플라즈마에 의하여 생성되는 가스 반응 생성물은 공정 효율을 저해하는 원인으로 작용할 수 있었다.
본 발명의 목적은 챔버 내의 플라즈마 밀도를 측정하고, 측정된 플라즈마 밀도에 따라 챔버 내의 가스의 배기량을 조절하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛, 상기 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하는 플라즈마 측정 유닛 및 상기 챔버 내의 가스를 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 배기 유닛은, 상기 플라즈마 측정 유닛에서 측정된 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도에 기초하여 상기 챔버 내의 가스의 배기량을 조절한다.
여기서, 상기 배기 유닛은, 상기 챔버 내의 가스가 배기되는 배기 라인, 상기 배기 라인에 배기 압력을 제공하는 압력 부재 및 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도에 따라 상기 배기 압력을 제어하는 압력 조절 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압력 조절 부재는, 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 큰 경우 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 높이고, 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 낮출 수 있다.
또한, 상기 압력 조절 부재는, 외부로부터 신호를 입력받는 입력부를 더 포함하고, 상기 입력부를 통해 입력된 신호에 따라 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 배기 라인은, 상기 챔버의 상이한 위치에 연결되는 제1 및 제2 배기 라인을 포함하고, 상기 압력 부재는, 상기 제1 배기 라인에 제1 배기 압력을 제공하는 제1 압력 부재 및 상기 제2 배기 라인에 제2 배기 압력을 제공하는 제2 압력 부재를 포함하며, 상기 압력 조절 부재는, 상기 제1 배기 압력 및 상기 제2 배기 압력이 서로 상이하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 측정 유닛은, 플라즈마의 밀도를 측정하는 진동식 밀도 센서(Vibrating Density Sensor)일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버 및 상기 챔버 내의 가스를 배기하는 배기 유닛을 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법에 있어서, 상기 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하는 단계, 측정된 상기 플라즈마의 밀도에 기초하여 상기 챔버 내의 가스의 배기량을 조절하는 단계 및 상기 가스의 배기량에 따라 상기 챔버 내의 가스를 배기하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 배기 유닛은, 상기 챔버 내의 가스가 배기되는 배기 라인을 포함하고, 상기 배기량을 조절하는 단계는, 상기 배기 라인에 배기 압력을 제공하는 단계 및 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도에 따라 상기 배기 압력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배기량을 조절하는 단계는, 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 큰 경우 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 높이고, 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 낮출 수 있다.
또한, 외부로부터 신호를 입력받는 단계를 더 포함하고, 상기 배기량을 조절하는 단계는, 상기 입력된 신호에 따라 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 배기 라인은, 상기 챔버의 상이한 위치에 연결되는 제1 및 제2 배기 라인을 포함하고, 상기 배기량을 조절하는 단계는, 상기 제1 배기 라인에 제1 배기 압력을 제공하는 단계 및 상기 제2 배기 라인에 상기 제1 배기 압력과 상이한 제2 배기 압력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 챔버 내의 가스의 배기량을 조절하여 챔버 내의 플라즈마 밀도를 쉽게 조절할 수 있으므로, 기판 처리 장치의 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 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 유닛(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(610)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(610)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 유닛(200)이 위치할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 유닛(200)은 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 유닛(200)은 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 제1 전극(223), 히터(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제2 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 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 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. 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 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.
제2 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 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 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 제3 전원(235a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 전원(235a)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원을 포함할 수 있다. 몸체(230)는 제3 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 유닛(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 유닛(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 유닛(200)을 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. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 제3 전원(235a)과 연결되는 제3 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 유닛(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 유닛(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 유닛(200)과 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 제4 전원(351)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 전원(351)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 가스 분산판(310)은 전기적으로 접지될 수도 있다. 가스 분산판(310)은 제4 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 유닛(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 유닛(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 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. 제3 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 유닛(200)과 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 실시 예에 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 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 포함되는 배기 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 배기 유닛(600)은 배기 라인(610), 압력 부재(620) 및 압력 조절 부재(630)을 포함한다.
배기 라인(610)은 챔버의 배기홀에 연결되어 챔버 내의 가스를 외부로 배기한다. 구체적으로, 압력 부재(620)에서 배기 라인(610)으로 배기 압력을 제공하여 챔버 내의 가스가 배기 라인(610)을 통하여 배출되도록 할 수 있으며, 압력 조절 부재(630)는 배기 라인(610)에 제공되는 배기 압력을 제어할 수 있다. 여기서, 압력 부재(620)는 펌프로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배기 압력을 제공할 수 있는 다양한 장치로 구현될 수 있다.
또한, 배기 라인(610)은 도 3과 같이, 복수의 배기 라인(611, 612)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 압력 부재(620)는 제1 배기 라인(611)에 제1 배기 압력을 제공하는 제1 압력 부재(621) 및 제2 배기 라인(612)에 제2 배기 압력을 제공하는 제2 압력 부재(622)로 구성될 수 있다. 압력 조절 부재(631, 632))는 제1 배기 라인(611)에 제공되는 제1 배기 압력과 제2 배기 라인(6120)에 제공되는 제2 배기 압력을 서로 상이하도록 제어할 수 있다. 도 3에서, 배기 라인(611, 612), 압력 부재(621, 622) 및 압력 조절 부재(631, 632)는 각각 2개인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배기 라인(611, 612), 압력 부재(621, 622) 및 압력 조절 부재(631, 632)는 각각 3개 이상으로 구성될 수도 있다.
압력 조절 부재(630)는 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하는 플라즈마 측정 유닛(700)으로부터 챔버 내의 플라즈마 밀도를 수신하고, 챔버 내의 플라즈마 밀도에 따라 배기 압력을 제어할 수 있다. 구체적으로, 압력 조절 부재(630)는 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 큰 경우 배기 라인(610)에 제공되는 배기 압력을 높이고, 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우 배기 라인(610)에 제공되는 배기 압력을 낮출 수 있다. 이에 따라, 챔버 내의 플라즈마 밀도를 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 압력 조절 부재(630)는 외부로부터 신호를 입력받는 입력부(미도시)를 포함할 수 있다. 압력 조절 부재(630)는 입력부를 통해 외부로부터 신호가 입력되면, 입력된 신호에 따라 배기 라인(610)에 제공되는 배기 압력을 조절할 수 있다. 즉, 압력 조절 부재(630)는 입력부를 통해 외부로부터 신호가 입력되는 경우, 챔버 내의 플라즈마 밀도에 무관하게 배기 라인(610)에 제공되는 배기 압력을 임의로 제어할 수 있다. 따라서, 사용자는 챔버 내의 플라즈마 밀도를 높이거나 낮추기 위하여 입력부를 통하여 압력 조절 부재(630)를 제어할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 배기 유닛(600)은 자동 압력 제어기(APC, Auto Pressure Controller)로 구현될 수 있으며, 챔버 내의 플라즈마 밀도를 측정하고, 측정된 플라즈마 밀도를 APC 제어부로 전송하여 APC 제어부는 플라즈마 밀도에 기초하여 APC 밸브를 제어할 수 있다. 여기서, 챔버 내의 플라즈마 밀도를 측정하는 플라즈마 측정 유닛은 진동식 밀도 센서(Vibrating Density Sensor)일 수 있다.
또한, 도 5는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기 유닛의 제어 과정을 나타낸다. 구체적으로, 플라즈마 측정 유닛에서 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하고, 측정된 챔버 내 플라즈마 밀도가 정상 범위를 벗어나는 경우, 측정된 챔버 내 플라즈마 밀도에 기초하여 배기 유닛을 조절할 수 있다. 구체적으로, 측정된 챔버 내 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우, 챔버 내 가스가 외부로 배기되는 양이 감소하도록 배기 유닛을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선, 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정한다(S610). 여기서, 챔버 내의 플라즈마 밀도 측정은 진동식 밀도 센서에 의하여 측정할 수 있다.
이어서, 챔버 내의 플라즈마 밀도에 기초하여 챔버 내의 가스의 배기량을 조절한다(S620). 구체적으로, 배기 유닛의 배기 라인에 배기 압력을 제공하며, 배기 라인에 제공되는 배기 압력은 챔버 내의 플라즈마 밀도에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 큰 경우 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 높이고, 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 낮출 수 있다.
이어서, 조절된 가스의 배기량에 따라 챔버 내의 가스를 배기한다(S630).
다른 예로, 외부로부터 신호를 입력받는 경우, 입력된 신호에 따라 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 조절할 수 있다.
또한, 챔버 내의 가스가 배기되는 배기 라인은 챔버의 상이한 위치에 연결되는 제1 배기 라인 및 제2 배기 라인을 포함할 수 있으며, S620 단계는, 제1 배기 라인에 제1 배기 압력을 제공하고, 제2 배기 라인에 제1 배기 압력과 상이한 제2 배기 압력을 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 챔버 내의 가스의 배기량을 조절하여 챔버 내의 플라즈마 밀도를 쉽게 조절할 수 있으므로, 기판 처리 장치의 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 컴퓨터에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 기판 처리 장치 100: 챔버
200: 기판 지지 유닛 300: 샤워 헤드
400: 가스 공급 유닛 500: 배플 유닛
600: 배기 유닛 610: 배기 라인
620: 압력 부재 630: 압력 조절 부재
700: 플라즈마 측정 유닛
200: 기판 지지 유닛 300: 샤워 헤드
400: 가스 공급 유닛 500: 배플 유닛
600: 배기 유닛 610: 배기 라인
620: 압력 부재 630: 압력 조절 부재
700: 플라즈마 측정 유닛
Claims (11)
- 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;
상기 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하는 플라즈마 측정 유닛; 및
상기 챔버 내의 가스를 배기하며, 상기 챔버의 상이한 위치에 연결되는 제1 배기 라인 및 제2 배기 라인을 포함하는 배기 유닛;을 포함하되,
상기 배기 유닛은,
상기 플라즈마 측정 유닛에서 측정된 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도에 기초하여 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인의 배기 압력을 상이하게 제어하여, 상기 챔버 내의 가스의 배기량을 조절하되, 상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 큰 경우 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인의 배기 압력을 높이는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 배기 유닛은,
상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인에 배기 압력을 제공하는 압력 부재; 및
상기 챔버 내의 플라즈마 밀도에 따라 상기 배기 압력을 제어하는 압력 조절 부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 압력 조절 부재는,
상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 낮추는 기판 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 압력 조절 부재는,
외부로부터 신호를 입력받는 입력부;를 더 포함하고,
상기 입력부를 통해 입력된 신호에 따라 상기 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 조절하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 측정 유닛은, 플라즈마의 밀도를 측정하는 진동식 밀도 센서(Vibrating Density Sensor)인 기판 처리 장치. - 기판이 처리되는 공간을 제공하는 챔버 및 상기 챔버 내의 가스를 배기하며, 상기 챔버의 상이한 위치에 연결되는 제1 배기 라인 및 제2 배기 라인을 포함하는 배기 유닛을 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법에 있어서,
상기 챔버 내의 플라즈마의 밀도를 측정하는 단계;
측정된 상기 플라즈마의 밀도에 기초하여 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인의 배기 압력을 상이하게 제어하여, 상기 챔버 내의 가스의 배기량을 조절하는 단계; 및
상기 가스의 배기량에 따라 상기 챔버 내의 가스를 배기하는 단계;를 포함하되,
상기 배기량을 조절하는 단계는,
상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 큰 경우 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 높이는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 배기량을 조절하는 단계는,
상기 챔버 내의 플라즈마 밀도가 기설정된 값보다 작은 경우 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 낮추는 단계;를 더 포함하는 기판 처리 방법. - 제7항에 있어서,
외부로부터 신호를 입력받는 단계;를 더 포함하고,
상기 배기량을 조절하는 단계는,
상기 입력된 신호에 따라 상기 제1 배기 라인 및 상기 제2 배기 라인에 제공되는 배기 압력을 조절하는 기판 처리 방법.
- 삭제
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