KR102323319B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와 상기 처리 공간 내 위치하며 기판을 지지하는 지지 유닛과 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과 상기 공정 가스로 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와 상기 처리 공간에 반응 부산물과 잔류 가스를 외부로 배출하는 배출관과 그리고 상기 배출관에 설치되어 상기 배출관 내를 흐르는 상기 잔류 가스를 분석하는 가스 분석 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus and method for treating a substrate}
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 기판을 처리하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
식각 공정은 공정 챔버 내부에서 수행된다. 공정 챔버 내부로 공정 가스가 공급되고, 공정 챔버 내부에 고주파 전력을 인가하여 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
한편, 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정은 밀페된 챔버에서 이루어진다. 기판 처리 공정에 밀폐된 챔버의 처리 공간에서 이루어져 공정의 진행이 잘 수행되는지 여부를 실시간으로 확인하는 것이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정을 모니터링하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 배출관을 통해 배출되는 잔류 가스를 분석하여 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정을 모니터링하기 위해 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와 상기 처리 공간 내에 위치하며 기판을 지지하는 지지 유닛과 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과 상기 처리 공간 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와 상기 처리 공간에 반응 부산물과 잔류 가스를 외부로 배출하는 배출관과 그리고 상기 배출관에 설치되어 상기 배출관 내를 흐르는 상기 잔류 가스를 분석하는 가스 분석 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 분석 유닛은 상기 배출관 내에 광을 조사하는 광원 부재와 상기 광원 부재의 광을 수신하는 광 수신 부재와 그리고 상기 광 수신 부재에서 수신된 상기 광을 분석하는 분석 부재를 포함하고 상기 배출관은 상기 광이 투과될 수 있는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광원 부재와 상기 광 수신 부재는 상기 배출관을 기준으로 서로 대향되게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공정 가스는 사불화탄소(CF4)를 포함하는 가스이며, 상기 분석 부재는 상기 잔류 가스에 상기 사불화탄소의 양을 분석할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광원 부재의 광원은 IR 램프로 제공될 수 있다.
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기판 처리 방법은 처리 공간에 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 공간에 놓인 기판을 처리하며, 상기 처리 공간에 상기 플라즈마 공정 이후에 남아 있는 잔류 가스를 배출관을 통해 배출하되 상기 배출관에 잔류 가스를 분석해 상기 플라즈마 공정을 모니터링할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 잔류 가스 분석은 상기 잔류 가스에 광을 조사해 상기 잔류 가스를 통과한 상기 광을 분석할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공정 가스는 사불화탄소(CF4)를 포함하는 가스이며, 상기 잔류 가스 분석은 상기 잔류 가스에 남아 있는 상기 사불화탄소의 양을 분석할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 공정은 식각 공정일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 공정에서 식각되는 막은 산화막 또는 폴리막일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광의 광원은 IR 램프에서 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배출관을 통한 잔류 가스 분석을 통해서 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정을 모니터링 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 공정 처리 후 남은 잔류 가스를 분석하여 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정을 실시간 모니터링 할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 가스 분석 유닛을 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 가스 분석 과정을 개략적을 보여주는 도면이다.
도 7은 배출관 내에서 잔류 가스에서 사불화탄소의 양을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
이하, 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 배출관, 지지 유닛(200), 샤워 헤드 유닛(300), 가스 공급 유닛(400), 플라즈마 소스, 라이너 유닛(500), 베플 유닛(600), 그리고 가스 분석 유닛(800)을 포함한다.
공정 챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간(101)을 제공한다. 공정 챔버(100)는 내부의 처리 공간(101)을 가진다. 공정 챔버(100)는 밀폐된 형상으로 제공된다. 공정 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 일 예로 공정 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)는 접지될 수 있다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배출관(151)과 연결된다.
배출관(151)은 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100)의 내부 공간에 머무르는 공정 가스는 배기 라인을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(151)은 광이 투과될 수 있는 재질로 제공된다. 배기 과정에 의해 공정 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압된다.
공정 챔버(100)의 벽에는 히터(150)가 제공된다. 히터(150)는 공정 챔버(100)의 벽을 가열한다. 히터(150)는 가열 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터(150)는 가열 전원(미도시)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 히터(150)에서 발생된 열은 내부 공간으로 전달된다. 히터(150)에서 발생된 열에 의해서 처리공간은 소정 온도로 유지된다. 히터(150)는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터(150)는 공정 챔버(100)의 벽에 복수개 제공된다.
공정 챔버(100)의 내부에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함한다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 지지 유닛(200)이 정전 척인 경우에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 상부 플레이트(210), 전극 플레이트(220), 히터(230), 하부 플레이트(240), 플레이트(250), 하부판(260), 그리고 포커스 링(280)을 포함한다.
상부 플레이트(210)에는 기판(W)이 놓인다. 상부 플레이트(210)는 원판형상으로 제공된다. 상부 플레이트(210)는 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 상부 플레이트(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 기판(W)이 상부 플레이트(210)의 상에 놓일 때, 기판(W)의 가장자리 영역은 상부 플레이트(210)의 외측에 위치한다.
상부 플레이트(210)는 외부의 전원을 공급받아 기판(W)에 정전기력을 작용한다. 상부 플레이트(210)에는 정전 전극(211)이 제공된다. 정전 전극(221)은 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결된다. 흡착 전원(213)은 직류 전원을 포함한다. 정전 전극(211)과 흡착 전원(213) 사이에는 스위치(212)가 설치된다. 정전 전극(211)은 스위치(212)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(212)가 온(ON) 되면, 정전 전극(211)에는 직류 전류가 인가된다. 정전 전극(211)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(211)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 상부 플레이트(210)에 흡착된다.
상부 플레이트(210)의 내부에는 히터(230)가 제공된다. 히터(230)는 가열 전원(233)과 전기적으로 연결된다. 히터(230)는 가열 전원(233)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 상부 플레이트(210)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(230)는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터(230)는 상부 플레이트(210)의 영역에 복수개 제공된다.
전극 플레이트(220)는 상부 플레이트(210)의 아래에 제공된다. 전극 플레이트(220)는 원판형상으로 제공된다. 전극 플레이트(220)는 도전성 재질로 제공된다. 일 예로 전극 플레이트(220)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)의 상부 중심 영역은 상부 플레이트(210)의 저면과 상응하는 면적을 가진다.
전극 플레이트(220)의 내부에는 상부 유로(221)가 제공된다. 상부 유로(221)는 주로 상부 플레이트(210)를 냉각한다. 상부 유로(221)에는 냉각 유체가 공급된다. 일 예로 냉각 유체는 냉각수 또는 냉각가스로 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 전극 플레이트는 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)는 하부 전원(227)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 전원(227)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. RF전원은 하이 바이어스 파워 알에프(High Bias Power RF) 전원으로 제공될 수 있다. 전극 플레이트(220)는 하부 전원(227)으로부터 고주파 전력을 인가받는다. 이로 인해 전극 플레이트(220)는 전극으로서 기능할 수 있다. 전극 플레이트(220)는 접지되어 제공될 수 있다.
전극 플레이트(220)의 하부에는 플레이트(250)가 제공된다. 플레이트(250)는 원형의 판형상으로 제공될 수 있다. 플레이트(250)는 전극 플레이트(220)와 상응하는 면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(250)는 절연판으로 제공될 수 있다. 일 예로 플레이트(250)는 유전체로 제공될 수 있다.
하부 플레이트(240)는 전극 플레이트(220)의 하부에 제공된다. 하부 플레이트(240)는 하부판(260)의 하부에 제공된다. 하부 플레이트(240)는 링형상으로 제공된다. 하부 플레이트(240)의 내부에는 냉각 유로(미도시)가 제공될 수 있다.
하부판(260)은 플레이트(250)의 하부에 위치한다. 하부판(260)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하부판(260)은 상부에서 바라 볼 때, 원형으로 제공된다. 하부판(260)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 상부 플레이트(210)로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
포커스 링(280)은 지지 유닛(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(280)은 링 형상을 가진다. 포커스 링(280)은 상부 플레이트(210)의 상부를 감싸며 제공된다. 포커스 링(280)은 내측부(282)과 외측부(281)을 포함한다. 내측부(282)는 포커스 링(280)의 안쪽에 위치한다. 내측부(282)는 외측부(281)보다 낮게 제공된다. 내측부(282)의 상면은 상부 플레이트(210)의 상면과 동일한 높이로 제공된다. 내측부(282)는 지지판(210)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리영역을 지지한다. 외측부(281)는 내측부(282)의 외측에 위치한다. 외측부(281)는 지지판(210)에 기판(W)이 놓일 시 기판(W)의 측부와 마주보며 위치한다. 외측부(281)는 기판(W) 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다.
샤워 헤드 유닛(300)은 공정 챔버(100) 내부에서 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드 유닛(300)은 지지 유닛(200)과 대향하도록 위치한다.
샤워 헤드 유닛(300)은 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320) 그리고 지지부(330)를 포함한다. 샤워 헤드(310)는 공정 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치한다. 가스 분사판(310)과 공정 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성된다. 샤워 헤드(310)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 단면은 지지 유닛(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)는 복수개의 분사홀(311)을 포함한다. 분사홀(311)은 샤워 헤드(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통한다. 샤워 헤드(310)는 금속 재질을 포함한다.
가스 분사판(320)은 샤워 헤드(310)의 상면에 위치한다. 가스 분사판(320)은 공정 챔버(100)의 상면에서 일정거리 이격되어 위치한다. 가스 분사판(320)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분사판(320)에는 분사홀(321)이 제공된다. 분사홀(321)은 가스 분사판(320)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통한다. 분사홀(321)은 샤워헤드(310)의 분사홀(311)과 대향되게 위치한다. 가스 분사판(320)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
샤워 헤드(310)는 상부전원(351)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상부전원(351)은 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 샤워 헤드(310)은 전기적으로 접지될 수도 있다. 샤워 헤드(310)은 상부전원(351)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와는 달리 샤워 헤드(310) 접지되어 전극으로서 기능할 수 있다.
지지부(330)는 샤워 헤드(310)와 가스 분사판(320)의 측부를 지지한다. 지지부(330)는 상단은 챔버(100)의 상면과 연결되고, 하단은 샤워 헤드(310)와 가스 분사판(320)의 측부와 연결된다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함한다. 가스 공급 노즐(410)은 공정 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급한다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치된다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다. 처리 공간(101)으로 공급되는 공정 가스에는 사불화탄소(CF4)가 포함되는 가스 일 수 있다.
플라즈마 소스는 공정 챔버(100) 내에 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 실시예에서는, 플라즈마 소스로 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용된다. 용량 결합형 플라즈마는 공정 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 공정 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 수행된다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드 유닛(300)로 제공되고, 하부 전극은 전극 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생된다. 발생된 전자기장은 공정 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.
라이너 유닛(500)은 공정 중 공정 챔버(100)의 내벽 및 지지 유닛(200)이 손상되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 공정 중에 발생한 불술물이 내측벽 및 지지 유닛(200)에 증착되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 내측 라이너(510)와 외측 라이너(530)을 포함한다.
외측 라이너(530)는 공정 챔버(100)의 내벽에 제공된다. 외측 라이너(530)는 상면 및 하면이 개방된 공간을 가진다. 외측 라이너(530)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 공정 챔버(100)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 외측 라이너(530)는 공정 챔버(100)의 내측면을 따라 제공된다.
외측 라이너(530)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 몸체(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 공정 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 공정 챔버(100)를 손상시킨다. 외측 라이너(530)는 몸체(110)의 내측면을 보호하여 몸체(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다.
내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)을 감싸며 제공된다. 내측 라이너(510)는 링 형상으로 제공된다. 내측 라이너(510)는 상부 플레이트(210), 전극 플레이트(220) 그리고 하부 플레이트(240) 전부를 감싸도록 제공된다. 이와는 달리 내측 라이너(510)는 상부 플레이트(210), 전극 플레이트(220) 그리고 하부 플레이트(240) 중 어느 하나 또는 일부를 감싸도록 제공 될 수 있다. 내측 라이너(510)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)의 외측면을 보호한다.
배플 유닛(600)은 공정 챔버(100)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플에는 복수의 관통홀들이 형성된다. 공정 챔버(100) 내에 제공된 공정가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
도 2는 도 1의 가스 분석 유닛을 보여주는 도면이다. 이하, 도 1과 도 2를 참고하면, 가스 분석 유닛(800)은 배출관(151)에 설치되며, 배출관(151) 내에 흐르는 잔류 가스를 분석한다. 가스 분석 유닛(800)은 광원 부재(810), 광 수신 부재(830) 그리고 분석 부재(850)를 포함한다.
광원 부재(810)는 배출관(151) 내에 광을 조사한다. 광원 부재(810)는 배출관(151)에 결합된다. 광원 부재(810)는 광원 삽입부(813), 광원(815) 그리고 커버부(811)를 포함한다.
광원 삽입부(813)는 광원(815)이 삽입된다. 광원 삽입부(813)는 배출관(151)과 접촉하여 위치한다. 광원 삽입부(813)는 상부에서 바라 볼 때, 원형의 형상으로 제공될 수 있다. 광원 삽입부(813)에는 홀(817)이 형성된다. 홀(817)에는 후술하는 광원(815)이 삽입된다. 광원 삽입부(813)는 원형의 플레이트로 제공될 수 있다.
광원(815)은 배출관(151)에 광을 조사한다. 광원(815)은 광원 삽입부(813)에 형성된 홀(817)에 삽입된다. 일 예로 광원 부재(810)의 광원(815)은 IR 램프로 제공될 수 있다. IR 램프에 빛은 배출관(151) 내에 흐르는 잔류 가스에 조사된다. 조사된 광은 후술하는 광 수신 부재(830)에 도달한다. 이와는 달리, 광원(815)은 할로겐 램프, LED 램프 등으로 제공될 수 있다.
커버부(811)는 광원 삽입부(813)의 상부에 위치한다. 커버부(811)는 광원(815)을 밀폐시켜 광이 외부로 빠져 나가는 것을 방지한다. 커버부(811)는 광원(815)을 보호한다. 커버부(811)는 상부에서 바라 볼 때, 원형의 형상으로 제공될 수 있다. 커버부(811)는 광원 삽입부(813)와 동일한 크기로 제공될 수 있다. 커버부(811)는 광원 삽입부(813)와 대향되게 위한다. 커버부(811)와 광원 삽입부(813)는 측면에 볼트 결합 등으로 결합될 수 있다.
광 수신 부재(830)는 광원 부재(810)에서 배출관(151)으로 조사된 광을 수신한다. 광 수신 부재(830)는 배출관(151)에 결합하여 제공된다. 광 수신 부재(830)는 광원 부재(810)와 배출관(151)을 기준으로 서로 대향되게 위치한다. 광 수신 부재(830)는 후술하는 분석 부재(850)와 연결된다. 광 수신 부재(830)에서 수신된 광의 정보는 분석 부재(850)에 의해서 분석된다.
분석 부재(850)는 광 수신 부재(830)에서 수신된 광을 분석한다. 광의 분석은 잔류 가스에 부딪힌 광을 스펙트럼을 통해서 분석한다. 분석 부재(850)는 광 수신 부재(830)와 6연결된다.
본 발명의 실시예에서는 용량 결합형 플라즈마 장치로 예를 들었으나, 이와는 달리 유도 결합형 플라즈마 장치 등 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 적용가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 가스 분석 과정을 개략적을 보여주는 도면이다. 이하, 도 3 내지 도 5를 참고하면, 기판(W)은 외부에서 공정 챔버(100) 내에 처리 공간(101)으로 이송된다. 처리 공간(101) 내에서 기판(W)은 지지 유닛(200) 상에 놓인다. 기판(W)이 지지 유닛(200) 상에 놓인 후에 처리 공간(101)으로 공정 가스가 공급된다. 처리 공간(101)으로 공급되는 공정 가스에는 사불화탄소가 포함된 가스이다.
플라즈마 소스는 처리 공간(101)에 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마는 도 3과 같이 기판(W) 처리 공정을 수행한다. 일 예로 플라즈마 공정은 식각 공정 일 수 있다. 식각 공정에서 식각되는 막은 산화막 또는 폴리막일 수 있다. 이하에서는 식각되는 막이 산화막인 경우를 예로 들어 설명한다.
공정 가스에 포함된 사불화탄소는 아래와 같은 반응식에 의해 산화막과 반응한다.
(수식 1) e- + CF4 → CF3 + F + e-
(수식 2) SiO2 + 4F → SiF4 + O2
기판(W)을 처리하는 공정이 진행되고 난 후에는 처리 공간(101)에 반응 부산물과 잔류 가스는 도 4와 같이 배출관(151)을 통해서 외부로 배출된다. 이 때, 배출관(151)에 가스 분석 유닛(800)은 배출관(151)에 잔류 가스를 분석하여 플라즈마을 이용한 기판(W) 처리 공정을 모니터링한다. 구체적으로 잔류 가스 분석은 배출관(151) 내를 흐르는 잔류 가스에 도 5와 같이 광을 조사한다. 광원 부재(810)에서 조사된 광은 배출관(151) 내에 흐르는 잔류 가스를 통과하여 광 수신 부재(830)에 수신된다. 광 수신 부재(830)에 수신된 광의 정보는 도 6과 같이 분석 부재(850)로 보내진다. 분석 부재(850)에서는 수신된 광 정보를 분석한다. 일 예로 분석은 잔류 가스에 남아 있는 사불화탄소의 양을 분석 할 수 있다.
분석 부재(850)에서 분석된 사불화탄소의 양을 통해서 처리 공간(101)에 플라즈마 처리 공정이 잘 수행되는 지 여부를 확인 할 수 있다.
도 7은 배출관(151) 내에서 잔류 가스에서 사불화탄소의 양을 보여주는 그래프이다. 이하, 도 7을 참고하면, 플라즈마를 처리하는 공정이 진행되지 않는 경우 공급된 공정 가스에 사불화탄소의 양은 변화가 없이 배출관(151)을 통해서 배출된다. 일 예로, 제1 잔류가스 분석 시점(T1)은 플라즈마를 이용한 처리 공정이 수행되지 않을 때이다. 이 경우, 사불화탄소의 양(P3)은 공급될 때 공급된 양과 동일하게 나타난다. 제2 잔류가스 분석 시점(T2)에서는 사불화탄소의 양(P2)이 기설정된 값(P1)보다 많이 포함되어 있다. 이 경우는 처리 공간(101)에 플라즈마를 이용한 처리 공정이 이상이 있음 나타내는 경우로 공정을 중단하여 기판 처리 장치를 점검할 수 있다.
그러나, 플라즈마를 이용한 기판(W) 처리 공정이 정상적으로 진행되는 경우 잔류 가스에 사불화탄소의 양은 기설정된 값(P1) 이하로 나타날 것이다. 일 예로, 제3잔류가스 분석 시점(T3)의 경우 사물화탄소의 양은 기설정된 값(P1)으로 나타난다.
이러한 경우는 플라즈마를 이용한 기판(W) 처리 공정이 처리 공간(101)에 잘 수행되는 경우로 이상이 없는 상태이다.
본 발명은 가스 분석 유닛(800)으로 잔류 가스를 분석하여 플라즈마를 이용한 기판(W) 처리 공정이 정상적으로 진행되는 지 여부를 확인할 수 있다. 배출관(151)에 잔류 가스 분석을 통해서 공정의 진행 상태를 체크해 기판(W) 처리 공정을 모니터링 할 수 있다.
즉, 본 발명은 배출관(151)에 잔류 가스 분석을 통해서 플라즈마를 이용한 기판(W) 처리 공정을 모니터링함으로써 기판(W) 처리 공정에 효율을 높일 수 있다. 또한, 가스 분석 유닛(800)은 광원 부재(810), 광 수신 부재(830) 그리고 분석 부재(850)의 간단한 구성을 통해서 잔류가스를 분석하여 플라즈마를 이용한 기판(W) 처리 공정을 모니터링할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판 처리 장치 100: 공정 챔버
200: 지지 유닛 300: 가스 공급 유닛
500: 라이너 유닛 600: 배플 유닛
800: 가스 분석 유닛 810: 광원 부재
830: 광 수신 부재 850: 분석 부재

Claims (11)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
    상기 처리 공간 내에 위치하며 기판을 지지하는 지지 유닛과;
    상기 처리 공간으로 사불화탄소(CF4)를 포함하는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
    상기 처리 공간 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와;
    상기 처리 공간에 반응 부산물과 잔류 가스를 외부로 배출하는 배출관과; 그리고
    상기 배출관에 설치되어 상기 배출관 내를 흐르는 상기 잔류 가스를 분석하는 가스 분석 유닛을 포함하되;
    상기 가스 분석 유닛은,
    상기 배출관 내에 광을 조사하는 광원 부재와;
    상기 광원 부재의 광을 수신하는 광 수신 부재와; 그리고
    상기 광 수신 부재에서 수신된 상기 광을 제공받아 상기 잔류 가스에 포함된 사불화탄소(CF4)의 양을 분석하는 분석 부재를 포함하고,
    상기 가스 분석 유닛은 분석된 사불화탄소의 양이 기설정값 이상인 경우 공정 이상으로 판단하여 알람을 발생시키고, 기설정값 이하인 경우 공정 정상으로 판단하여 처리 공정을 모니터링하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원 부재와 상기 광 수신 부재는 상기 배출관을 기준으로 서로 대향되게 위치하는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 광원 부재의 광원은 IR 램프로 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    처리 공간에 공급된 사불화탄소(CF4)를 포함하는 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 공간에 놓인 기판을 처리하며, 상기 처리 공간에 상기 플라즈마 공정 이후에 남아 있는 잔류 가스를 배출관을 통해 배출하되,
    상기 배출관을 통과하는 상기 잔류 가스에 광을 조사해 상기 잔류 가스를 통과한 상기 광을 분석하여 상기 잔류 가스에 포함된 사불화탄소(CF4)의 양을 검출하고, 검출된 사불화탄소의 양이 기설정값 이상인 경우 공정 이상으로 판단하여 알람을 발생시키고, 기설정값 이하인 경우 공정 정상으로 판단하여 기판 처리 공정을 모니터링하는 기판 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마 공정은 식각 공정인 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 식각 공정에서 식각되는 막은 산화막 또는 폴리막인 기판 처리 방법.
  11. 제6항, 제9항, 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광의 광원은 IR 램프에서 제공되는 기판 처리 방법.

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