KR102223759B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;를 포함하고, 상기 지지 유닛은 정전기력으로 기판을 흡착하는 정전 척;을 포함하며, 상기 기판 처리 장치는 상기 정전 척에 척킹 전압을 공급하는 전원부; 및 상기 전원부에 인가되는 전압을 공정 별로 피드백 제어하며 상기 기판과 상기 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스 플로우를 제어하는 관리부;를 포함할 수 있다. 상기 관리부는, 상기 기판의 물리적 특성 변화를 모니터링하는 제1모니터링부;를 포함할 수 있다. 또한 상기 관리부는, 상기 정전 척의 물리적 특성 변화를 모니터링하는 제2모니터링부;를 포함할 수 있다. 상기 관리부는, 상기 모니터링한 특성 변화를 바탕으로 미리 설정된 기준값에 대응되는 척킹 폴스(Chucking Force) 값 만큼 피드백 하여 척킹 전압을 보상하도록 제어하는 제1제어부;를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {SUBSTRATE TREATING METHOD AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, 디스플레이 기판 등의 표면을 처리하는 플라즈마 처리방식은, 용량 결합형 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 처리방식과 유도 결합형 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 처리방식이 이용되고 있다. 이와 같은 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 기판 처리 공정 진행 시 기판을 고정하기 위한 정전 척을 포함한다. 종래에는 기판의 척킹을 진행할 경우, 기판에 인가하는 파워 서플라이(Power Supply)의 전압값을 각 공정의 조건과 관계없이 동일한 값을 적용하여 사용하였다. 그러나 장기간 정전 척을 사용할 경우, 정전 척의 물성 변화 및 기판의 레이어(layer) 값의 물리적 특성에 변화가 생기게 된다. 특성 변화로 인해 기판의 척킹 힘(Chucking Force)에도 차이가 발생하게 되며, 그로 인한 식각률(Etch Rate) 역시 변화가 발생하는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 기판 처리 장치에 제공되어 정전 척에 제공되는 척킹 전압을 효율적으로 피드백 제어 하고자 함이다.
또한 본 발명은 챔버 내 장치들의 특성 변화에 따른 가스 플로우를 효율적으로 제어 하고자 함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;를 포함할 수 있다.
상기 지지 유닛은, 정전기력으로 기판을 흡착하는 정전 척;을 포함하고, 상기 기판 처리 장치는, 상기 정전 척에 척킹 전압을 공급하는 전원부; 및 상기 전원부에 인가되는 전압을 공정 별로 피드백 제어하며, 상기 기판과 상기 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스 플로우를 제어하는 관리부; 를 포함할 수 있다.
상기 관리부는, 상기 기판의 물리적 특성 변화를 모니터링 하는 제1모니터링부;를 포함할 수 있다.
상기 물리적 특성은 막질 정보에 관한 것일 수 있다.
상기 관리부는, 상기 정전 척의 물리적 특성 변화를 모니터링 하는 제2모니터링부;를 포함할 수 있다.
상기 물리적 특성은 유전율에 대한 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서의 제1모니터링부와 제2모니터링부는 각각 모니터링 하는 물리적 특성의 변화에 따른 척킹 폴스(Chucking Force) 값의 변화도 함께 모니터링 할 수 있다.
상기 관리부는, 상기 모니터링한 특성 변화를 바탕으로 미리 설정된 기준값에 대응되는 척킹 폴스(Chucking Force) 값 만큼 피드백 하여 척킹 전압을 보상하도록 제어하는 제1제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 관리부는, 상기 기판과 상기 정전 척의 물리적 특성 변화에 따라 발생하는 정전 척에 놓인 기판과 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스 리크 플로우의 변화를 모니터링 하는 제3모니터링부를 더 포함할 수 있다.
상기 관리부는, 상기 제3모니터링부에 의해 모니터링된 열전달 가스 리크 플로우의 변화를 바탕으로, 피드백한 척킹 전압에 대응하도록 가스 플로우를 제어하는 제2제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 관리부는 기판 처리 장치의 공정이 진행되는 동안 각 공정 스텝별로 물리적 특성의 변화를 모니터링하여 전압 및 가스 플로우를 피드백 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 챔버 내의 장치들의 특성을 수집하여 기판을 처리하는 방법으로써, 기판의 물리적 특성 변화를 모니터링하는 단계; 정전 척의 물리적 특성 변화를 모니터링하는 단계; 상기 모니터링한 결과 척킹 폴스값의 변화 여부를 감지하는 단계; 상기 척킹 폴스값에 변화가 감지된 경우 기준값에 대응되는 척킹 전압을 피드백하여 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판과 상기 정전 척의 상태 변화에 따른 정전 척에 놓인 기판과 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스의 리크 플로우의 변화를 모니터링 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 가스의 리크 플로우의 변화를 바탕으로 피드백된 척킹 전압에 대응하는 값으로 가스 플로우를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치에 제공되어 정전 척에 제공되는 척킹 전압을 효율적으로 피드백 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 챔버 내 장치들의 특성 변화에 따른 가스 리크 플로우 변화를 함께 제어할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 정전 척을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 관리부를 블록 형태로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 기판 처리 방법을 순서도로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치라면, 다양하게 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 정전 척(200), 가스 공급부(300), 그리고 플라스마 생성부(400) 및 관리부(500)를 포함한다. 공정 챔버(100)는 내부에 공간(101)이 형성된다. 내부공간(101)은 기판(W)에 대한 플라스마 처리를 수행하는 공간으로 제공된다. 기판(W)에 대한 플라스마 처리는 식각 공정을 포함한다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(121)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(121)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한, 배기 과정에 의해 공정 챔버(100)의 내부공간(101)은 소정 압력으로 감압된다.
공정 챔버(100)의 내부에는 정전 척(200)이 위치한다. 정전 척(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착 고정한다.
도 2는 도 1의 정전 척(200)을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 정전 척(200)은 유전판(210), 하부 전극(220), 지지판(240), 그리고 절연판(270)을 포함한다.
유전판(210)은 정전 척(200)의 상단부에 위치한다. 유전판(210)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(210)의 외측에 위치한다. 유전판(210)에는 제1공급 유로(211)가 형성된다. 제1공급 유로(211)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1공급 유로(211)는 서로 이격하여 복수개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다. 유전판(210)의 내부에는 하부 전극(220)이 매설된다. 하부 전극(220)은 전원부(221)와 전기적으로 접속된다. 전원부(221)는 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(220)과 전원부(221) 사이에는 스위치(222)가 설치된다. 하부 전극(220)은 스위치(222)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 전원부(221)와 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(222)가 온(ON) 되면, 하부 전극(220)에는 직류 전류가 인가된다. 하부 전극(220)에 인가된 전류에 의해 하부 전극(220)과 기판(W) 사이에는 전기력이 작용하며, 전기력에 의해 기판(W)은 유전판(210)에 흡착된다.
유전판(210)의 하부에는 지지판(240)이 위치한다. 유전판(210)의 저면과 지지판(240)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(240)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(240)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(240)의 상면 중심 영역은 유전판(210)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(210)의 저면과 접착된다. 지지판(240)에는 제1순환 유로(241), 제2순환 유로(242), 그리고 제2공급 유로(243)가 형성된다.
제1순환 유로(241)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1순환 유로(241)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1순환 유로(241)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1순환 유로(241)들은 서로 연통될 수 있다. 제1순환 유로(241)들은 동일한 높이에 형성된다. 이하, 제1순환 유로(241)들이 형성된 지지판(210) 영역을 제1영역(240a)이라 한다. 제1영역(240a)은 대체로 지지판(240)의 저면에 인접하여 위치한다. 제2순환 유로(242)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2순환 유로(242)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2순환 유로(242)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2순환 유로(242)들은 서로 연통될 수 있다. 제2순환 유로(242)들이 형성된 지지판(240) 영역을 제2영역(240b)이라 한다. 제2영역(240b)은 제1영역(240a)의 상부에 위치하며, 제1영역(240a)보다 유전판(210)에 인접하여 위치한다.
제2공급 유로(243)는 제1순환 유로(241)부터 상부로 연장되며, 지지판(240)의 상면으로 제공된다. 제2공급 유로(243)는 제1공급 유로(211)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1순환 유로(241)와 제1공급 유로(211)를 연결한다.
제2공급 유로(243)는 제2영역(240b)에서 인접한 제1순환 유로(242)들 사이 영역에 형성된다. 제1순환 유로(241)는 열전달 매체 공급라인(251)을 통해 열전달 매체 저장부(252)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(252)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(251)을 통해 제1순환 유로(241)에 공급되며, 제2 공급 유로(243)를 통해 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라스마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(200)으로 전달되는 매개체 역할을 한다. 플라스마에 함유된 이온 입자들은 정전 척(200)에 형성된 전기력에 끌려 정전 척(200)으로 이동하며, 이동하는 과정에서 기판(W)과 충돌하여 식각 공정을 수행한다. 이온 입자들이 기판(W)에 충돌하는 과정에서 기판(W)에는 열이 발생한다. 기판(W)에서 발생된 열은 기판(W) 저면과 유전판(210)의 상면 사이 공간에 공급된 헬륨 가스를 통해 정전 척(200)으로 전달된다. 이에 의해, 기판(W)은 설정온도로 유지될 수 있다.
제2순환 유로(242)는 냉각 유체 공급라인(261)을 통해 냉각 유체 저장부(262)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(262)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(262) 내에는 냉각기(263)가 제공될 수 있다. 냉각기(263)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(263)는 냉각 유체 공급 라인(261) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(261)을 통해 제2순환 유로(242)에 공급된 냉각 유체는 제2순환 유로(242)를 따라 순환하며 지지판(240)을 냉각한다. 지지판(240)의 냉각은 유전판(210)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.
지지판(240)의 하부에는 절연판(270)이 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)에 상응하는 크기로 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)과 챔버(100)의 바닥면 사이에 위치한다. 절연판(270)은 절연 재질로 제공되며, 지지판(240)과 챔버(100)를 전기적으로 절연시킨다.
포커스 링(280)은 정전 척(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(200)은 링 형상을 가지며, 유전판(210)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(280)의 상면은 외측부(280a)가 내측부(280b)보다 높게 위치하도록 단차질 수 있다. 포커스 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리영역을 지지한다. 포커스 링(280)의 외측부(280a)는 기판(W) 가장자리영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(280)은 플라스마가 형성되는 영역의 중심에 기판(W)이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라스마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
가스 공급부(300)는 공정 챔버(100) 내부로 공정가스를 공급한다. 가스 공급 부(300)는 가스 저장부(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 유입 포트(330)를 포함한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)와 가스 유입 포트(330)를 연결하며, 가스 저장부(310)에 저장된 공정 가스를 가스 유입 포트(330)에 공급한다. 가스 유입 포트(330)는 상부 전극(410)에 형성된 가스 공급홀(412)들과 연결되며, 가스 공급홀(412)들에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(300)은 공정 챔버(100) 내부로 공정가스를 공급한다. 가스 공급 부(300)는 가스 저장부(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 유입 포트(330)를 포함한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)와 가스 유입 포트(330)를 연결하며, 가스 저장부(310)에 저장된 공정 가스를 가스 유입 포트(330)에 공급한다. 가스 유입 포트(330)는 상부 전극(410)에 형성된 가스 공급홀(412)들과 연결되며, 가스 공급홀(412)들에 공정 가스를 공급한다. 상부 전극(410)의 하부에는 가스 분배판(420)이 위치한다. 가스 분배판(420)은 원판 형상으로 제공되며, 상부 전극(410)에 대응하는 크기를 가진다. 가스 분배판(420)의 상면은 중심영역이 가장자리영역보다 낮게 위치하도록 단차진다. 가스 분배판(420)의 상면과 상부 전극(410)의 저면은 서로 조합되어 버퍼 공간(415)을 형성한다. 버퍼 공간(415)은 가스 공급홀(412)들을 통해 공급된 가스가 공정 챔버(100) 내부 공간(101)으로 공급되기 전에 일시적으로 머무르는 공간으로 제공된다. 가스 분배판(420)의 중심영역에는 제1분배홀(421)이 형성된다. 제1분배홀(421)은 가스 분배판(420)의 상면으로부터 하면으로 제공된다. 제1분배홀(421)들은 일정 간격 이격되어 복수개 형성된다. 제1분배홀(421)들은 버퍼 공간(415)과 연결된다.
가스 분배판(420)의 하부에는 샤워 헤드(430)가 위치한다. 샤워 헤드(430)는 원판 형상으로 제공된다. 샤워 헤드(430)에는 제2분배홀(431)들이 형성된다. 제2분배홀(431)들은 샤워 헤드(430)의 상면으로부터 하면으로 제공된다. 제2분배홀(431)들은 일정 간격 이격되어 복수개 형성된다.
제2분배홀(431)들은 제1분배홀(421)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1분배홀(421)들에 대응하여 위치된다. 제2분배홀(431)들은 각각 제1분배홀(421)과 연결된다. 버퍼공간(415)에 머무르는 공정 가스는 제1분배홀(421)들과 제2분배홀(431)들을 통해 공정 챔버(100) 내부로 균일하게 공급된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 포함하는 관리부(500)의 예시적인 블록도를 나타낸 도면이다. 이하에서는, 본 발명의 기판 처리 장치의 관리부(500)의 구성 및 프로세스에 대해 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치의 관리부(500)는 제1모니터링부(501), 제2모니터링부(502), 제3모니터링부(503), 제1제어부(511), 제2제어부(512)를 포함할 수 있다. 관리부(500)는 상기 정전 척(200) 및 기판(W)의 특성 변화를 모니터링 할 수 있다. 관리부(500)는 상기 모니터링한 정전 척(200) 및 기판(W)의 특성 변화의 모니터링 결과를 바탕으로 하여, 시간에 따라 변화하는 척킹 폴스값(Chucking Force)을 측정할 수 있다. 시간에 따라 변화하는 척킹 폴스값을 측정하여, 측정된 척킹 폴스값이 기준점이 되는 척킹 폴스값과 차이 나는 만큼 척킹 전압을 조절함으로써 척킹 폴스값을 제어할 수 있다. 또한 상기 정전 척(200)과 기판(W)의 특성 변화가 일어날 경우 그에 따라 전술한 열전달 매체에 따른 가스 플로우 값도 변화된다. 기판의 공정 처리 과정에서는 기판(W)을 고정하는 척킹 폴스 힘이 일정하게 유지되어야 하며, 그에 따라 발생하는 가스 플로우 값 역시 일정해야 한다. 본 발명의 관리부(500)는, 변화하는 척킹 폴스 값에 대응하여 정전 척과 기판 사이의 가스 리크 플로우를 제어할 수 있다.
다음 수식을 참고하여 설명하면, 기판을 잡아주는 힘의 역할을 하는 척킹 폴스 값은 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.
Figure 112018055994072-pat00001
상기 수식에서 F는 척킹력,
Figure 112018055994072-pat00002
은 유전율, V는 인가되는 전압값을 의미한다. 따라서 척킹 폴스 값에 영향을 미치는 인자는 유전율이며, 유전율은 기판의 막질 정보와도 연관된다. 본 발명의 설명에는 기재하지 않았으나 통상의 기술자가 판단할 때 척킹 폴스 값에 영향을 미치는 인자라고 판단될 수 있는 경우 역시 본 발명의 관리부에서 모니터링 할 수 있다.
제1모니터링부(501)는, 기판(W)의 상태 변화에 따른 물리적 특성 변화를 모니터링 할 수 있다. 상기 물리적 특성은 기판의 막질 정보에 관한 것일 수 있다. 상기 물리적 특성은 기판의 식각 정도에 따른 정보일 수도 있다. 제1모니터링부(501)는, 기판의 막질 정보에 따라 달라지는 척킹 폴스의 값의 변화를 모니터링 할 수 있다. 척킹 폴스의 값이 달라지는지 여부를 판단하는 기준이 되는 척킹 폴스의 기준값은, 해당 공정 과정에서 목표하는 식각률에 도달할 수 있는 척킹 폴스의 값일 수 있다. 상기 막질 정보는 기판(W)의 고유 유전 상수 값으로서, 기판의 처리 공정 진행 전에 획득할 수 있는 정보일 수 있다. 기판(W)의 막질 종류에 따라 척킹력이 달라질 수 있으므로, 막질 정보에 따라 기판으로부터 감지된 척킹 정보를 이용하여 기판의 척킹력을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
제2모니터링부(502)는, 정전 척(200)의 상태 변화에 따른 물리적 특성 변화를 모니터링 할 수 있다. 상기 물리적 특성은 정전 척(200)이 포함하는 유전체의 유전율 정보에 관한 것일 수 있다. 상기 물리적 특성은 정전 척(200)의 표면 상태의 변화나 습도에 따른 정보일 수도 있다. 제2모니터링부(502)는, 정전 척의 유전율의 변화에 따라 달라지는 척킹 폴스의 값의 변화를 모니터링할 수 있다. 척킹 폴스의 값이 달라지는지 여부를 판단하는 기준이 되는 척킹 폴스의 값은, 해당 공정 과정에서 목표하는 식각률이 나올 수 있는 척킹 폴스의 값일 수 있다.
따라서 상기 제1모니터링부(501)와 상기 제2모니터링부(502)에서는 기판(W)의 특성 변화와 정전 척(200)의 특성 변화를 모니터링 할 수 있다. 제1모니터링부(501)와 제2모니터링부(502)는 특성 변화 여부의 모니터링을 진행하면서 해당 물리적 특성의 변화가 척킹 폴스 값에 어떠한 영향을 미치는지 여부를 함께 모니터링 한다.
도 3에 도시한 도면의 관리부(500)는 제1모니터링부(501)와 제2모니터링부(502), 제3모니터링부(503)를 모두 포함하며, 제1제어부(511)와 제2제어부(512)를 포함하는 구성으로 도시하였으나, 이는 최적의 실시예에 해당하는 것이다. 본 발명의 다른 실시예에서는 관리부(500)가 제1모니터링부(501)만 포함함으로써 기판(W)만의 변화를 모니터링하여 그에 기반한 피드백 제어만 할 수도 있으며, 또 다른 실시예에서는 제2모니터링부(502)만 포함함으로써 정전 척(200)만의 변화를 모니터링하여 그에 기반한 피드백 제어만 진행할 수도 있다.
상기 제1모니터링부(501)와 제2모니터링부(502)는 모니터링 한 결과를 제1제어부(511)로 전달한다.
제3모니터링부(503)에서는 정전 척(200)과 기판(W) 사이로 공급되는 열전달 가스 리크 플로우의 변화를 모니터링할 수 있다. 전술한 바와 같이, 시간이 지남에 따라, 그리고 공정 과정이 진행됨에 따라 정전 척(200)과 기판(W)의 특성이 변화하며, 그에 따라 척킹 폴스 값이 달라지고 열전달 가스 플로우의 값 역시 변화가 일어난다. 제3모니터링부는 가스 플로우의 변화를 모니터링하여 그 결과를 제2제어부(512)로 전달한다.
제1제어부(511)에서는, 상기 제1모니터링부(501) 혹은 상기 제2모니터링부(502)에서 모니터링한 기판(W) 및 정전 척(200)의 물리적 특성 변화에 따라 변화한 척킹 폴스 값을 기반으로, 기준점이 되는 척킹 폴스 값을 인가하도록 전원부(211)에 인가되는 전압을 조절할 수 있다. 예를 들면, 모니터링한 기판 혹은 정전 척의 물리적 특성이 변화하여, 측정된 척킹 폴스 값이 감소하였을 경우에는, 설정된 기준값 만큼 척킹 폴스 값을 인가하기 위하여 더 큰 척킹 전압을 인가하여 주어야 한다. 이 때 인가하는 척킹 전압의 값은, 상기 척킹 폴스 값의 수식에 의해 결정된다. 모니터링한 기판 혹은 정전 척의 물리적 특성이 변화하여, 측정된 척킹 폴스 값이 증가하였을 경우에는, 설정된 기준값 만큼 척킹 폴스 값을 인가하기 위하여, 더 작은 척킹 전압을 인가하여 주어야 한다. 이 때 인가하는 척킹 전압의 값은, 상기 척킹 폴스 값의 수식에 의해 결정된다.
제2제어부(512)에서는, 상기 제3모니터링부(503)에 의해 모니터링된 가스 리크 플로우의 변화를 바탕으로 피드백한 척킹 전압에 대응하도록 가스 플로우를 제어할 수 있다. 만일 기판과 정전 척의 변화에 따라 발생하는 척킹 전압의 값을 보상해 주더라도, 그에 따라 발생하는 열을 처리하기 위한 가스 플로우의 값이 보상되지 않을 경우에는 균형이 맞지 않게 되어 정확한 식각이 이루어질 수 없게 된다. 따라서 제2제어부는, 가스 리크 플로우의 변화를 모니터링한 결과를 바탕으로 하여, 적당한 전압이 피드백 제어될 경우, 그에 맞도록 가스 플로우 역시 제어할 수 있다.
또한 본 발명에서는 공정별로 모니터링을 진행할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기 전술한 바와 같이 시간의 변화에 따라 기판의 막질 정보나, 정전 척의 유전율은 변화할 수 있으나, 각 공정이 진행되는 과정에서도 공정별로 조건이 상이하기 때문에 그에 의해서도 기판 및 정전 척의 물리적 특성이 변화할 수 있다. 즉 본 발명에서는, 종래의 기술에서 모든 공정 스텝이 일정한 전압과 일정한 가스 플로우를 제공했던 것과는 달리 각 공정별로 처리가 가능하며, 또한 각각의 공정에서의 조건뿐만 아니라 각 조건에서 기판이나 정전 척의 물리적 특성이 변하는 경우까지 피드백 제어가 가능하여, 이전보다 효율적으로 기판을 처리할 수 있다.
이하에서는 본 발명에서의 기판 처리 방법에 대해 기재한다.
도 4와 도 5는 본 발명에서의 기판 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참고하면, 기판을 처리하는 방법은 기판의 물리적 특성 변화를 모니터링하는 단계를 포함한다. 상기 물리적 특성은 막질 정보일 수 있다. 그 후 정전 척의 물리적 특성 변화를 모니터링 한다. 상기 물리적 특성은 유전율일 수 있다. 본 발명의 제1제어부는, 상기 물리적 특성 변화를 모니터링하며, 척킹 폴스 값에 변화가 발생하는지 여부를 판단한다. 척킹 폴스 값에 변화가 감지될 경우, 차이값을 산출하여 피드백 제어하여야 하는 값을 계산한 뒤, 해당하는 척킹 전압으로 피드백 제어를 진행한다. 만일 척킹 폴스 값의 변화가 감지 되지 않을 경우에는, 기판 및 정전 척의 물리적 특성을 계속 모니터링하게 된다.
도 5를 참고하면, 상기 척킹 전압에 대한 피드백 제어를 완료한 후에는, 해당 기판 및 정전 척의 상태 변화에 따른 가스 리크 플로우의 변화를 모니터링한다. 상기 가스 리크 플로우의 변화를 모니터링하여 기존의 척킹 전압에 대응되는 값으로 피드백이 될 경우, 제2제어부는 해당 척킹 전압에 대응되는 값으로 가스 리크 플로우 값을 조절할 수 있다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명에서 제공되는 도면은 본 발명의 최적의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 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 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100 : 공정 챔버 200 : 정전 척
300 : 가스 공급부 400 : 플라즈마 생성부
500 : 관리부 501 : 제1모니터링부
502 : 제2모니터링부 503 : 제3모니터링부
511 : 제1제어부 512 : 제2제어부

Claims (13)

  1. 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;를 포함하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    정전기력으로 기판을 흡착하는 정전 척;을 포함하고,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 정전 척에 척킹 전압을 공급하는 전원부; 및
    상기 전원부에 인가되는 전압을 공정 별로 피드백 제어하며, 상기 기판과 상기 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스 플로우를 제어하는 관리부;를 포함하고,
    상기 관리부는,
    상기 기판의 물리적 특성 변화를 모니터링 하는 제1모니터링부;
    상기 정전 척의 물리적 특성 변화를 모니터링 하는 제2모니터링부; 및
    상기 기판과 상기 정전 척의 물리적 특성 변화에 따라 발생하는 정전 척에 놓인 기판과 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스 리크 플로우의 변화를 모니터링 하는 제3모니터링부;를 포함하고,
    상기 제1모니터링부와 상기 제2모니터링부는 각각 모니터링 하는 상기 물리적 특성의 변화에 따른 척킹 폴스(Chucking Force) 값의 변화도 함께 모니터링 하고,
    상기 관리부는,
    상기 제1모니터링부와 상기 제2모니터링부에서 각각 모니터링 한 상기 물리적 특성 변화를 바탕으로 미리 설정된 기준값에 대응되는 척킹 폴스(Chucking Force) 값 만큼 피드백 하여 척킹 전압을 보상하도록 제어하는 제1제어부; 및
    상기 제3모니터링부에 의해 모니터링된 열전달 가스 리크 플로우의 변화를 바탕으로, 상기 피드백한 척킹 전압에 대응하도록 가스 플로우를 제어하는 제2제어부;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모니터링부에 의해 모니터링되는 상기 기판의 물리적 특성은 막질 정보인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모니터링부에 의해 모니터링되는 상기 정전 척의 물리적 특성은 유전율인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관리부는,
    기판 처리 장치의 공정이 진행되는 동안 각 공정 스텝별로 물리적 특성 변화를 모니터링 하여 전압 및 가스 플로우를 피드백 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 챔버 내의 장치들의 특성을 수집하여 기판을 처리하는 방법으로써,
    기판의 물리적 특성 변화를 제1모니터링부를 통해 모니터링하는 단계;
    정전 척의 물리적 특성 변화를 제2모니터링부를 통해 모니터링하는 단계;
    상기 제1모니터링부 및 상기 제2모니터링부를 통해 모니터링한 결과 척킹 폴스값의 변화 여부를 감지하는 단계;
    상기 척킹 폴스값에 변화가 감지된 경우 기준값에 대응되는 척킹 전압을 피드백하여 보상하는 단계;
    상기 기판과 상기 정전 척의 상태 변화에 따른 정전 척에 놓인 기판과 정전 척 사이로 공급되는 열전달 가스의 리크 플로우의 변화를 제3 모니터링부를 통해 모니터링 하는 단계; 및
    상기 제3 모니터링부를 통해 모니터링한 가스의 리크 플로우의 변화를 바탕으로 상기 피드백된 척킹 전압에 대응하는 값으로 가스 플로우를 제어하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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