KR102135317B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 공정 챔버, 공간 하부에 구비되며 기판이 안착되는 서셉터, 챔버 상부를 덮는 리드, 공간 상부에 구비되며 공간으로 가스를 공급하기 위한 샤워헤드, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 샤워헤드와 서셉터 중 적어도 어느 하나에 연결되는 고주파 전원, 리드 또는 샤워헤드 중 어느 한 곳에 구비되는 적어도 하나의 윈도우, 윈도우를 통해 서셉터 상의 기판 상에 증착되는 박막 특성을 모니터링하기 위한 모니터링 장치를 포함하며, 모니터링 장치는, 기판 측으로 광원을 조사하기 위한 광학 센서부와, 기판으로부터 반사되는 반사광의 스펙트럼을 측정하고, 기 설정된 대역의 기준 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 기판 상에 증착되는 박막 특성의 결함 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for Processing of Substrate}
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 기판 상에 사진 공정, 식각 공정, 확산 공정, 이온주입 공정 및 박막 증착 공정 등의 과정을 통해 형성될 수 있다.
최근의 반도체 집적 회로는 초미세화 및 초소형화에 따라 더욱 작은 피치(Pitch)로 제조되고, 3차원 구조의 반도체 장치의 개발에 의해 종횡비(High Aspect Ration; HAR)는 계속해서 증가하고 있다.
반도체 장치를 제조할 때에는 제조 공정마다 증착되는 막의 두께, 노광 또는 식각에 의해 형성되는 패턴의 두께나 폭 등을 계측하고, 계측 결과를 분석함에 의해 패턴의 불량 여부를 검사할 수 있다.
일련의 단위 공정을 수행하는 동안 여러가지 형태의 공정 결함들이 발생할 수 있으며, 이러한 결함들은 반도체 장치의 수율을 저하시키는 요인으로 작용한다.
본 기술의 실시예는 박막 증착 공정을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 공정 챔버; 상기 공간 하부에 구비되며 기판이 안착되는 서셉터; 상기 챔버 상부를 덮는 리드; 상기 공간 상부에 구비되며 상기 공간으로 가스를 공급하기 위한 샤워헤드; 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 중 적어도 어느 하나에 연결되는 고주파 전원; 상기 리드 또는 상기 샤워헤드 중 어느 한 곳에 구비되는 적어도 하나의 윈도우; 상기 윈도우를 통해 상기 서셉터 상의 상기 기판 상에 증착되는 박막 특성을 모니터링하기 위한 모니터링 장치;를 포함하며, 상기 모니터링 장치는, 상기 기판 측으로 광원을 조사하기 위한 광학 센서부와, 상기 기판으로부터 반사되는 반사광의 스펙트럼을 측정하고, 기 설정된 대역의 기준 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 기판 상에 증착되는 박막 특성의 결함 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 모니터링 방법은 서셉터에 안착되는 기판에 대한 플라즈마 처리를 수행하며 상기 기판 대향면에 윈도우가 설치되는 챔버 및 광원으로부터 제공되는 광을 상기 윈도우를 통해 상기 기판 측으로 조사하고, 상기 기판으로부터 반사되는 반사광을 수집하는 모니터링 장치를 포함하는 박막 증착 장치의 모니터링 방법으로서, 상기 기판 상에 박막이 증착되는 도중 실시간 또는 시 설정된 시간 간격으로 상기 반사광으로부터 기 설정된 파장 대역의 측정 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 상기 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 비교하여 결함 여부를 판단하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면, 플라즈마 챔버 내에서 박막을 증착할 때 박막의 두께를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 따라서, 공정 진행 중 오류 상황을 실시간으로 감지할 수 있어 무의미한 후속 공정이 진행되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 기판 처리 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 모니터링 장치의 구성도이다.
도 3은 이 실시예에 의한 제어부의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 스펙트럼 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 의한 오류 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 의한 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 의한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 기판 처리 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(10)는 컨트롤러(1000), 챔버(100), 가스 제공부(200), 전원공급 및 정합부(300) 및 모니터링 장치(400)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(1000)는 박막 증착 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다.
챔버(100)는 상부가 개방된 본체(110) 및 본체(110) 상단을 폐쇄하도록 구성되는 가스 공급 장치(120)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 챔버(100)는 플라즈마 공정 챔버일 수 있으며, 예를 들어 플라즈마 증가 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 통해 박막을 증착할 수 있는 챔버일 수 있다. 일 실시예에서, 본체(110) 상단은 가스 공급 장치(120) 및 이를 둘러싸는 리드(미도시)에 의해 폐쇄될 수 있다.
챔버(100) 내부 공간은 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 이루어지는 공간일 수 있다. 본체(110) 측면의 지정된 위치에는 기판(W)이 반입 및 반출되는 게이트(G)가 마련될 수 있다. 본체(110)의 저면에는 기판(W)이 안착되는 서셉터(130)의 지지축(140)이 삽입되는 관통공이 형성될 수 있다.
서셉터(130)는 상면에 적어도 하나의 기판(W)이 안착되도록 전체적으로 평판 형상을 가지며, 가스 공급 장치(120)에 대향하여 수평 방향으로 설치될 수 있다. 지지축(140)은 서셉터(130) 후면에 수직 결합되며, 챔버(100) 저부의 관통공을 통해 외부의 구동부(미도시)와 연결되어, 서셉터(130)를 승강 및/또는 회전시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 서셉터(130)는 전극(제 2 전극)으로 작용할 수 있다.
서셉터(130)의 내부에는 히터(132)가 구비되어 상부에 안착된 기판(W)의 온도를 조절할 수 있다. 전원부(170)는 히터(132)로 전원을 공급하여 히터(132)가 발열하도록 구성될 수 있다.
챔버(100) 내부는 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 본체(110)의 지정된 위치, 예를 들어 저면에는 배기구(150)가 형성될 수 있다. 배기구(150)는 외부의 펌프(160)와 연결될 수 있다. 배기구(150)를 통해 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만들 수 있고, 공정 후 발생하는 가스를 배출할 수 있다.
도 1에는 배기구(150)가 챔버(200)의 저부에 형성된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 배기구(150)는 챔버(200)의 측면에 형성될 수도 있다.
가스 공급 장치(120)는 본체(110) 상부에 서셉터(130)와 대향하도록 설치될 수 있다. 가스 공급 장치(120)는 가스 제공부(200)로부터 공급되는 다양한 공정가스를 챔버(100) 내부로 분사할 수 있다. 가스 공급 장치(120)는 샤워헤드 타입, 인젝터 타입, 노즐 타입 등 다양한 방식의 가스 공급 장치 중에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 공급 장치(120)는 전극(제 1 전극)으로 작용할 수 있다.
가스 제공부(200)는 복수의 가스 공급원으로부터 제공되는 공정 가스를 가스 공급라인을 통해 가스 공급 장치(120)로 제공하도록 구성될 수 있다.
전원공급 및 정합부(300)는 기 설정된 주파수 대역을 갖는 고주파 전원을 플라즈마 전원 소스로 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 고주파 전원의 출력 임피던스와 챔버(100) 내의 부하 임피던스를 상호 매칭시켜 고주파 전원이 챔버(100)로부터 반사됨에 따른 반사 손실을 제거하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제 2 전극으로서의 서셉터(130)에 기판(W)을 안착시키고 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만든 후, 가스 공급 장치(120)를 통해 공정가스를 주입함과 동시에 전원공급 및 정합부(300)에 의해 제 1 전극으로서의 가스 공급 장치(120)에 고주파를 인가함으로써, 가스 공급 장치(120)와 서셉터(130) 사이에 플라즈마를 형성할 수 있다.
이에 따라, 공정가스가 플라즈마 상태로 변화되고, 서셉터(130) 상에 안착된 기판(W)이 히터(132)에 의해 기 설정된 온도를 갖게 되면, 기판(W) 표면과 증착하고자 하는 물질이 화학반응하여 목적하는 박막이 증착되게 된다. 화학반응에 의해 기판(W) 표면에 증착된 물질을 제외한 나머지 물질들은 외부로 배출된다.
모니터링 장치(400)는 챔버(100) 내에서 기판(W)에 대한 박막 증착 공정이 진행되는 동안 증착되고 있는 박막의 상태, 예를 들어 두께를 모니터링하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 공급 장치(120)는 적어도 하나의 윈도우(122)를 구비할 수 있으며, 모니터링 장치(400)는 윈도우(122)를 통해 광을 조사하기 위한 광학 센서부와, 기판(W) 상에 증착되고 있는 박막으로부터 반사되는 반사광에 대한 측정 스펙트럼을 기초로 박막의 상태를 모니터링하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.
본체(110) 상단이 리드 및 가스 공급 장치(120)에 의해 폐쇄되는 경우, 적어도 하나의 윈도우(122)는 리드에 설치될 수도 있다.
모니터링 장치(400)는 공정 조건에 따른 기준 스펙트럼들을 보유할 수 있다. 기준 스펙트럼은 예를 들어 증착되는 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 따라 기 설정된 파장 대역에 대하여 생성될 수 있다.
공정이 진행됨에 따라, 모니터링 장치(400)는 기판(W) 상의 박막으로 광을 조사하여 획득되는 반사광을 파장에 따라 검출하여 측정 스펙트럼을 생성할 수 있다. 측정 스펙트럼은 공정 경과 시간 별로 기 설정된 파장 대역에 대하여 생성될 수 있다.
그리고, 모니터링 장치(400)는 공정 경과 시간 별로 생성된 측정 스펙트럼과 이에 대응하는 기준 스펙트럼을 비교하여 공정 중의 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
박막 증착 공정 중, 모니터링 장치(400)에 의해 결함이 발생하였다고 판단되는 경우, 더 이상 무의미한 후속 공정을 진행하지 않을 수 있으므로, 공정 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 물론, 반도체 장치의 제조 비용 또한 절감시킬 수 있다.
한편, 모니터링 장치(400)는 증착되는 박막의 종류에 따라 측정 스펙트럼의 파장 대역을 설정할 수 있다.
챔버(100) 내에서 서로 다른 박막을 교대로 증착하는 경우, 증착되는 박막의 종류 및 플라즈마 전원 소스의 온/오프 여부에 따라 측정 스펙트럼의 파장 대역을 각기 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 박막으로 산화막을 증착하고, 제 2 박막으로 질화막을 증착하는 경우, 플라즈마 전원 소스가 인가되는 상태에서 산화막을 증착하는 공정 중의 측정 스펙트럼 파장 대역, 산화막 증착 후 플라즈마 전원 소스가 차단되는 퍼지 공정 동안의 측정 스펙트럼 파장 대역, 플라즈마 전원 소스가 인가되는 상태에서 질화막 증착 공정 중의 측정 스펙트럼 파장 대역을 각기 다르게 설정할 수 있다.
박막 증착 장치(10)에서 증착되는 박막은 단일막일 수 있다. 다른 실시예에서, 박막 증착 장치(10)를 통해 동일한 물질을 다층으로 반복 증착하여 벌크 형태의 박막을 증착할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 박막 증착 장치(10)를 통해 서로 다른 적어도 두 물질을 교대로 반복 증착하는 것도 가능하다.
도 2는 일 실시예에 의한 모니터링 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 의한 모니터링 장치(400)는 광원(410), 광 결합기(420), 집광부(430), 분광기(440) 및 제어부(450)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광 결합기(420), 집광부(430) 및 분광기(440)는 광학 센서부라 지칭할 수 있다.
광원(410)은 레이저, LED 등 다양한 광원이 이용될 수 있으며, 광원의 중심 파장은 증착되는 박막의 종류에 따라 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 광원(410)은 200~1200nm의 파장 대역을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
광 결합기(420)는 광원(410)으로부터 전달되는 광을 집광부(430)로 전달하고, 집광부(430)로부터 전달되는 반사광을 분광기(440)로 전달하도록 구성될 수 있다.
집광부(430)는 출광 또는 수광되는 광의 발산을 방지하도록 구성될 수 있다. 집광부(430)는 예를 들어, 집광렌즈 또는 시준렌즈를 포함할 수 있다. 집광부(430)는 광 결합기(420)로부터 전달되는 광을 기판(W) 상에 수직 입사시키고, 기판(W)에서 수직 반사되는 광을 광 결합기(420)로 전달하도록 구성될 수 있다.
기판(W)에서 반사되는 반사광은 기판(W) 상에 증착되는 박막의 상태에 따라 적어도 하나의 반사광을 포함할 수 있으며, 복수의 반사광을 포함하는 경우 반사광은 서로 간섭된 상태로 집광부(430)로 제공될 수 있음은 물론이다.
기판(W)에 대하여 광을 수직 입사시키고 반사시킴에 따라, 모니터링 장치(400)를 구성하는 데 필요한 공간을 최소화할 수 있다.
분광기(440)는 기판(W)으로부터 반사되는 반사광을 집광부(430) 및 광 결합기(420)를 통해 전달받고, 전달받은 반사광을 기 설정된 파장 대역에 따라 검출하여 측정 스펙트럼을 생성하도록 구성될 수 있다. 분광기(440)에서 생성된 반사광의 측정 스펙트럼을 통해 파장에 따른 출력의 세기 변화를 측정할 수 있고, 여기에는 측정 대상 박막의 두께에 관한 정보가 내포되어 있다.
제어부(450)는 분광기(440)로부터 측정 스펙트럼을 제공받고 이를 기준 스펙트럼과 비교하여 결함 발생 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
기준 스펙트럼은 증착되는 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 따라 기 설정된 파장 대역에 대하여 생성되어 기 저장되어 있을 수 있으며, 박막 증착 공정 중 공정 경과 시간별로 생성된 측정 스펙트럼을 이에 대응하는 기준 스펙트럼과 비교하여 공정 중의 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
즉, 파장에 따른 반사광 측정 스펙트럼의 파장에 대한 출력의 세기를 기준 스펙트럼과 비교하여 측정 대상 박막의 두께를 예측할 수 있다.
한편, 광원(410)과 광 결합기(420), 분광기(440)와 광 결합기(420) 간의 광 경로는 광 파이버(460)로 구성할 수 있다.
도 3은 이 실시예에 의한 제어부의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(450)는 저장부(451), 사용자 인터페이스(452), 데이터베이스(453), 기준 스펙트럼 관리부(454), 측정 스펙트럼 수신부(455), 비교부(456) 및 판단부(457)를 포함할 수 있다.
저장부(451)는 주기억장치 및 보조기억장치를 포함할 수 있으며, 제어부(450)가 동작하는 데 필요한 프로그램, 제어 데이터, 응용 프로그램 등이 저장될 수 있다.
사용자 인터페이스(452)는 입력장치 및 출력장치를 포함할 수 있다. 입력장치를 통해서는 사용자로부터의 명령이 입력될 수 있다. 출력장치는 제어부 (450)의 동작 상황, 명령 처리 상황, 동작 결과, 명령 처리 결과 등을 출력할 수 있다.
데이터베이스(453)에는 기준 스펙트럼이 저장되어 있을 수 있다. 기준 스펙트럼은 증착 대상 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 따라 기 설정된 파장 대역에 대하여 기 생성되어 저장될 수 있다.
기준 스펙트럼 관리부(454)는 데이터베이스(453)에 저장되는 기준 스펙트럼에 대한 추가, 갱신, 삭제를 수행할 수 있다. 아울러, 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 따라 데이터베이스(453)로부터 특정 기준 스펙트럼을 추출할 수 있다.
측정 스펙트럼 수신부(455)는 분광기(440)로부터 생성된 측정 스펙트럼을 제공받을 수 있다.
비교부(456)는 기준 스펙트럼 관리부(454)에서 추출한 기준 스펙트럼과 측정 스펙트럼 수신부(455)에서 수신한 측정 스펙트럼을 비교하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 비교부(456)는 증착 중인 박막의 특정 공정 경과 시간에 획득된 측정 스펙트럼의 강도를 이와 대응하는 기준 스펙트럼의 강도와 비교하도록 구성될 수 있다.
판단부(457)는 비교부(456)의 비교 결과, 기준 스펙트럼에 대한 측정 스펙트럼의 강도 차이가 오차 범위 내에 존재하는 경우 공정이 정상적으로 진행되고 있다고 판단하고, 그렇지 않을 경우 결함이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 공급 장치(120)에 복수의 윈도우(122)가 마련되고, 모니터링 장치(400)를 통해 각 윈도우(122)에서 박막 증착 상태를 모니터링할 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 윈도우(122)에서 관찰된 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼의 강도 차이가 기 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우 공정 중 결함이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 기준 스펙트럼을 생성할 수 있다(S101). 기준 스펙트럼은 증착되는 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 따라 기 설정된 파장 대역에 대하여 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 기준 스펙트럼은 이상적인 증착 환경에서 실험을 통해 측정되거나, 또는 이상적인 증착 환경을 전제로 컴퓨팅될 수 있다.
박막 증착 공정이 개시된 후, 기 설정된 주기 또는 실시간으로 생성된 측정 스펙트럼을 수신할 수 있다(S103). 이를 위해, 모니터링 장치(400)는 기 설정된 주기 또는 실시간으로 기판(W)에 광을 조사하여 반사되는 반사광으로부터 측정 스펙트럼을 생성할 수 있다.
측정 스펙트럼이 수신되면, 해당 측정 스펙트럼이 생성된 조건, 예를 들어 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 대응하는 기준 스펙트럼을 추출하여 측정 스펙트럼과 비교할 수 있다(S105).
기준 스펙트럼 및 측정 스펙트럼은 파장 및 강도에 대한 그래프일 수 있다. 따라서, 기준 스펙트럼에 대한 측정 스펙트럼의 강도 차이 즉, 오차가 기준값보다 작은지 확인할 수 있다(S107). 확인 결과, 강도 차이가 기준값보다 작은 경우 공정이 정상적으로 진행되고 있다고 판단하여 후속 공정을 진행하고(S109), 그렇지 않을 경우 결함이 발생한 것으로 판단하고 공정을 중단시킬 수 있다(S111).
도 5는 일 실시예에 의한 스펙트럼 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는이종의 두 박막을 교대로 복수회 증착하면서 획득한 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼과의 비교 결과를 나타낸다.
도 5의 (a)는 3회 적층 후, (b)는 5회 적층 후, (c)는 14회 적층 후, (d)는 29회 적층 후의 스펙트럼 비교 결과이다.
기준 스펙트럼(실선)과 측정 스펙트럼(점선) 간의 스펙트럼 피팅을 통해 강도 차이를 확인할 수 있고, 이로부터 결함 발생 여부를 판단할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 의한 오류 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이종의 두 박막을 교대로 증착하는 복수의 증착 사이클을 진행하면서 스펙트럼 피팅(Fitting) 즉, 비교가 수행될 수 있고, 피팅 결과에 따른 강도 차이를 도 6과 같이 그래프로 나타낼 수 있다.
스펙트럼 피팅 결과, 기준 스펙트럼의 강도에 대한 측정 스펙트럼의 강도 차이가 기준값(TH)을 벗어나는 경우(A, B), 해당 공정에 결함이 있는 것으로 판단할 수 있다.
도 7 및 도 8은 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 단일막 증착시의 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
가스 공급 장치(120)의 윈도우(122)를 통해 기판(500) 상에 증착된 박막(501)으로 광을 조사한다. 이 때, 입사광(In)은 수직으로 조사될 수 있다.
박막(501)이 증착된 기판(500)으로 입사광(In)이 조사됨에 따라, 기판(500) 표면 및 박막(501)에서 각각 반사광(R1, R2)이 생성되고, 반사광(R1, R2)은 서로 간섭되어 윈도우(122)를 통해 모니터링 장치(400)로 제공될 수 있다. 모니터링 장치(400)는 반사광(R1, R2)의 간섭 광으로부터 측정 스펙트럼을 생성하고 기준 스펙트럼과 비교하여 결함 여부를 판단할 수 있다.
단일층의 박막(501) 증착시 모니터링 과정은 적어도 1회 수행될 수 있다.
도 8은 동일한 종류의 박막을 복수회 증착하는 경우의 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
기판(510) 상에 동일한 종류의 박막(511-1~511-n)을 n회 반복 증착하면서, 각 레이어의 증착 공정마다 적어도 1회 측정 스펙트럼을 생성하고 이를 기준 스펙트럼과 비교하여 결함 여부를 판단할 수 있다.
각 레이어에 대해 측정 스펙트럼을 생성할 때, 각 레이어로 입사되는 광에 대한 반사광은 기판, 하부 레이어 및 현재 증착 중인 박막으로부터 생성되고 간섭되어 모니터링 장치(400)로 제공될 수 있다. 기준 스펙트럼은 각 레이어의 공정 경과 시간에 따라 기 생성되어 있을 수 있고, 각 레이어의 특정 공정 경과 시간에서 생성된 측정 스펙트럼을 이에 대응하는 기준 스펙트럼과 비교하여 결함 여부를 판단할 수 있다.
챔버(100) 내에서 인-시튜(In-situ)로 이종의 박막을 교대로 복수회 증착하는 경우 제 1 박막 증착, 퍼지, 제 2 박막 증착 및 퍼지의 과정이 지정된 횟수로 반복 수행될 수 있다.
이러한 경우의 모니터링 방법을 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9는 일 실시예에 의한 모니터링 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 10은 일 실시예에 의한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 반도체 기판(520) 상에 제 1 박막(521-1)을 증착하면서 모니터링 장치(400)를 통해 적어도 1회 결함 여부를 확인할 수 있다(S201). 이 경우, 플라즈마 전원이 인가되고 있는 상태이므로, 플라즈마 전원 소스와 모니터링 장치(400)에서 사용하는 광원 간의 간섭 영향을 배제하기 위해, 측정 스펙트럼은 기 설정된 제 1 파장 대역에 대하여 생성할 수 있다. 아울러, 제 1 박막(521-1)의 공정 경과 시간에 따라 제 1 파장 대역에 대해 미리 설정된 기준 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 결함 여부를 확인할 수 있다.
제 1 박막(521-1) 증착 후 퍼지 공정이 수행되며, 이 때에도 모니터링 장치(400)를 통해 적어도 1회 결함 여부를 확인할 수 있다(S203). 퍼지 공정 중에는 플라즈마 전원 소스가 인가되지 않은 상태이므로, 모니터링 장치(400)에서 사용하는 광원의 전 파장 대역, 또는 특정 제 2 파장 대역에 대해 측정 스펙트럼을 생성할 수 있다. 아울러, 퍼지 공정 경과 시간에 따라 전 파장 대역 또는 제 2 파장 대역에 대해 미리 설정된 기준 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 결함 여부를 확인할 수 있다.
이후, 제 2 박막(523-1)을 증착하면서 모니터링 장치(400)를 통해 적어도 1회 결함 여부를 확인할 수 있다(S205). 이 경우, 플라즈마 전원이 인가되고 있는 상태이므로, 플라즈마 전원 소스와 모니터링 장치(400)에서 사용하는 광원 간의 간섭 영향을 배제하기 위해, 측정 스펙트럼은 기 설정된 제 3 파장 대역에 대하여 생성할 수 있다. 아울러, 제 3 박막(523-1)의 공정 경과 시간에 따라 제 3 파장 대역에 대해 미리 설정된 기준 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 결함 여부를 확인할 수 있다.
제 2 박막(523-1) 증착 후 퍼지 공정이 수행되며, 이 때에도 모니터링 장치(400)를 통해 적어도 1회 결함 여부를 확인할 수 있다(S207). 이 경우, 모니터링 장치(400)에서 사용하는 광원의 전 파장 대역, 또는 특정 제 4 파장 대역에 대해 측정 스펙트럼을 생성할 수 있다. 아울러, 퍼지 공정 경과 시간에 따라 전 파장 대역 또는 제 4 파장 대역에 대해 미리 설정된 기준 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 결함 여부를 확인할 수 있다.
이러한 과정은 x회 반복 수행될 수 있으며, 따라서 x-레이어의 제 1 박막(521-1~521-x) 및 x-레이어의 제 2 박막(523-1~523-x)이 교대로 적층되면서, 각 레이어의 증착시 및 퍼지 공정시 결함 여부가 모니터링될 수 있다.
본 기술에서는 박막 측정 중 및/또는 퍼지 공정시 박막 측으로 입사되는 광원에 대한 반사 간섭광으로부터 측정 스펙트럼을 생성하고, 이를 기준 스펙트럼과 비교한다. 따라서, 측정 스펙트럼으로부터 박막의 두께를 계산하는 복잡한 과정을 수행하지 않고도, 박막의 두께가 목표하는 두께를 갖는지 실시간으로 예측할 수 있다. 박막의 두께가 목표하는 두께를 갖지 않는 경우 공정을 중단시켜 무의미한 후속 공정이 진행되는 것을 방지할 수 있으므로, 공정 효율이 증대되고 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 광을 수직 입사 및 반사시키도록 광학계를 구성함에 따라, 모니터링 장치를 구성하는 데 필요한 공간을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 기판 처리 장치
1000 : 컨트롤러
100 : 챔버
200 : 가스 제공부
300 : 전원공급 및 정합부
400 : 모니터링 장치

Claims (9)

  1. 내부에 공간이 형성된 공정 챔버;
    상기 공간 하부에 구비되며 기판이 안착되는 서셉터;
    상기 챔버 상부를 덮는 리드;
    상기 공간 상부에 구비되며 상기 공간으로 가스를 공급하기 위한 샤워헤드;
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 샤워헤드와 상기 서셉터 중 적어도 어느 하나에 연결되는 고주파 전원;
    상기 리드 또는 상기 샤워헤드 중 어느 한 곳에 구비되는 적어도 하나의 윈도우;
    상기 윈도우를 통해 상기 서셉터 상의 상기 기판 상에 증착되는 박막 특성을 모니터링하기 위한 모니터링 장치;를 포함하며,
    상기 모니터링 장치는, 상기 기판 측으로 광원으로부터 제공되는 광을 조사하기 위한 광학 센서부와, 상기 기판으로부터 반사되는 반사광의 스펙트럼을 측정하고, 상기 기판 상에 증착되는 박막의 종류 및 공정 경과 시간에 따라 기 설정된 파장 대역에 대하여 생성되는 기준 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 기판 상에 증착되는 박막 특성의 결함 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광은 상기 기판으로 수직 조사되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 플라즈마를 이용하여 제 1 박막을 증착하는 경우,
    상기 모니터링 장치는 상기 제 1 박막 증착이 진행되는 도중에 상기 제 1 박막의 제 1 파장 대역의 스펙트럼을 측정하고 상기 제 1 박막에 대한 기준 스펙트럼과 상기 측정된 제 1 파장 대역의 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 기판 상에 증착되는 제 1 박막 특성의 결함 여부를 판단하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 플라즈마를 이용하여 제 1 박막 및 제 2 박막을 교대로 증착하는 경우,
    상기 모니터링 장치는 상기 제 1 박막 증착 증착이 진행되는 도중에 상기 제 1 박막의 제 1 파장 대역의 스펙트럼을 측정하고 상기 제 1 박막에 대한 기준 스펙트럼과 상기 측정된 제 1 파장 대역의 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 기판 상에 증착되는 상기 제 1 박막 특성의 결함 여부를 판단하고,
    상기 제 2 박막 증착이 진행되는 도중에 상기 제 2 박막의 제 2 파장 대역의 스펙트럼을 측정하고 상기 제 2 박막에 대한 기준 스펙트럼과 상기 측정된 제 2 파장 대역의 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 기판 상에 증착되는 상기 제 2 박막 특성의 결함 여부를 판단하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모니터링 장치는 상기 제 1 박막 증착이 완료된 후에 상기 제 1 박막의 제 3 파장 대역의 스펙트럼을 측정하고, 상기 제 2 박막 증착이 완료된 후에 상기 제 2 박막의 제 4 파장 대역의 스펙트럼을 측정하여 상기 측정된 제 3 및 제 4 파장 대역의 측정 스펙트럼과 상기 기준 스펙트럼을 비교하여 결함 여부를 판단하는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 파장 대역 및 상기 제 4 파장 대역은 상기 광원의 파장 범위와 동일하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 장치는 광원;
    상기 광원으로부터 전달되는 광을 집광부로 전달하고, 상기 집광부로부터 전달되는 반사광을 분광기로 전달하도록 구성되는 광 결합기;
    상기 광 결합기로부터 전달되는 광을 플라즈마 챔버 내의 기판으로 입사시키고, 상기 기판에서 반사되는 광을 상기 광 결합기로 전달하도록 구성되는 상기 집광부;
    상기 광 결합기를 통해 전달되는 광을 기 설정된 파장 대역에 따라 검출하여 측정 스펙트럼을 생성하도록 구성되는 분광기; 및
    상기 측정 스펙트럼을 제공받아 기준 스펙트럼과 비교하여 결함 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 집광부는 상기 광 결합기로부터 전달되는 광을 상기 기판으로 수직 조사하도록 구성되는 기판 처리 장치.
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