KR20060061122A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치를 제공한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 상위 챔버 및 하위 챔버로 구성된 프로세스 챔버를 포함한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 하위 챔버 및 상위 챔버로 구성된 프로세스 챔버를 포함한다. 상기 하위 챔버는 웨이퍼가 로딩 및 언로딩 될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 상위 챔버는 상기 하위 챔버와 구멍을 갖는 공통벽에 의하여 연결되어, 플라즈마가 형성될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 하위 챔버 내에 이동이 가능한 웨이퍼 지지대가 위치한다. 상기 하위 챔버 외벽에 감지센서가 장착된다. 상기 감지센서와 전기적으로 연결된 콘트롤러 장치가 상기 프로세스 챔버 외부에 배치된다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing apparatus}
도 1은 종래의 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 공정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 플라즈마 장치에 관한 것으로, 특히 적어도 두 개의 구획으로 구분된 프로세스 챔버를 이용하여 플라즈마 공정을 진행하되, 반도체 웨이퍼의 품질 불량을 줄일 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체소자의 고집적화에 따라 디자인 룰이 계속해서 감소되고 있다. 이에 따라, 반도체소자의 회로 선폭은 더욱 미세해지고 있기에, 미세 패턴 가공기술은 더욱 정교해지고 있다. 상기 미세 패턴 가공 기술의 대표적인 예로 식각 기술을 들 수 있다. 상기 식각 기술은 웨이퍼 상에 형성된 막들의 소정 영역을 식각하 여 상기 막들을 원하는 패턴으로 형성하는 가공 기술이다. 이에 따라, 미세 패턴을 형성하기 위하여 플라즈마를 이용하는 건식 식각 기술이 사용되고 있다. 종래의 대표적인 건식 식각 장비의 일 예로서, 미합중국 캘리포니아, 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스 사(Applied Materials. Inc)의 건식 식각을 위한 디피에스(Decoupled Plasma Source; 이하 DPS) 장비가 널리 알려져 있다.
도 1은 종래의 건식 식각 장비를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 건식 식각 장비를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 건식 식각 장비는 DPS 챔버(1)를 포함한다. 상기 DPS 챔버(1)는 하위 챔버(lower chamber; B) 및 상위 챔버(upper chamber; A)로 구성된다. 상기 DPS 챔버(1)는 세라믹 돔(2), 표준 단극성 정전기척(ESC; 4) 및 포커스 링을 포함한다. 상기 돔(2)은 처리 중에 입자의 형성을 제어하기 위하여 등온에서 유지된다. 가스는 균일한 가스 분포를 위해 4개의 세라믹 분사 노즐(8)을 통하여 챔버 내로 유입된다. 챔버의 압력은 플론지 형의 스로틀 밸브(throttle valve; 12)를 갖는 밀폐 루프식 압력 제어 시스템(10)에 의해 제어된다. 상기 DPS 챔버(1)는 고밀도 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여 유도 플라즈마 공급원을 갖는다. 상기 DPS 챔버(1) 내에 로딩된 웨이퍼는 13.56MHz의 RF 전력 공급원으로 바이어스 된다. 상기 건식 식각 장비의 플라즈마 공급원의 분리된 특성은 이온 에너지와 이온 밀도의 독립적인 제어를 허용하여, 매우 균일한 플라즈마를 제공한다.
도 2를 참조하면, 건식 식각 장비는 상위 챔버(A) 및 하위 챔버(B)로 구성된 식각 챔버(1)를 포함한다. 상기 상위 챔버(A)는 상기 하위 챔버(B)와 구멍을 갖는 공통벽(115)에 의해 연결된다. 그리고, 상기 상위 챔버(A)는 플라즈마가 형성될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 하위 챔버(B) 내에 이동이 가능한 웨이퍼 지지대(120)가 위치한다. 상기 웨이퍼 지지대(120)는 상기 하위 챔버(B)의 하부에 위치한 구동장치(130)에 의하여 이동된다. 상기 구동장치(130)와 웨이퍼 지지대(120)는 리프트 장치(125)에 의하여 연결될 수 있다. 상기 하위 챔버(B)의 외벽에 투명한 뷰 포트(view port; 10)가 위치한다. 상기 상위 챔버(A)는 고밀도 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여 유도 플라즈마 공급원(40)을 갖는다. 상기 웨이퍼 지지대(20)는 RF 전력 공급원(45)과 연결되어 있다.
상기 건식 식각 장비를 이용하여 플라즈마 공정을 진행하는 방법은 다음과 같다. 우선, 상기 하위 챔버(B)의 내부 공간에 위치한 웨이퍼 지지대(20) 상에 웨이퍼(30)가 이송된다. 이어서, 웨이퍼 지지대(20)를 이동시킬 수 있는 구동장치(30)에 의하여 상기 웨이퍼 지지대(20)는 상기 공통벽(15)의 구멍을 밀폐시키도록 이동된다. 그 결과, 상기 상위 챔버(A)와 상기 하위 챔버(B)는 격리된다. 상기 웨이퍼 지지대(20) 상에 위치한 웨이퍼(30)는 상기 상위 챔버(A)의 내부 공간에 노출된다. 이어서, 상기 상위 챔버(A)의 내부 공간에 플라즈마가 형성될 수 있는 공정 분위기를 조성하여, 플라즈마(50)를 형성시킨다.
그러나, 상기 구동장치(30)의 고장으로 인하여 상기 웨이퍼 지지대(20)가 완전히 이동되지 않아서, 상기 상위 챔버(A)와 상기 하위 챔버(B)의 격리된 상태가 불완전하다면, 상기 상위 챔버(A)에 발생된 플라즈마(50)가 상기 하위 챔버(B) 내로 누설될 수 있다. 그 결과, 상기 상위 챔버(A) 내의 플라즈마는 불안정 또는 불 균일 한 상태가 된다. 이와 같은 결과는, 상기 웨이퍼(30)의 품질 불량을 초래한다. 즉, 비정상적인 플라즈마를 이용하여 공정이 진행된 웨이퍼를 갖고 후속 공정을 진행하여 최종적인 반도체칩을 생산하였을 경우, 상기 반도체칩은 제품으로써의 기능을 상실 할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하위 챔버의 외벽에 감지센서가 장착된 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 공정을 진행하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 태양은 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 하위 챔버 및 상위 챔버로 구성된 프로세스 챔버를 포함한다. 상기 하위 챔버는 웨이퍼가 로딩 및 언로딩 될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 상위 챔버는 상기 하위 챔버와 구멍을 갖는 공통벽에 의하여 연결되어, 플라즈마가 형성될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 하위 챔버 내에 이동이 가능한 웨이퍼 지지대가 위치한다. 상기 하위 챔버 외벽에 감지센서가 장착된다. 상기 감지센서와 전기적으로 연결된 콘트롤러 장치가 상기 프로세스 챔버 외부에 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 감지센서는 상기 하위 챔버의 투명한 외벽에 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 웨이퍼 지지대의 상부는 정전척을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 구멍을 갖는 공통벽에 의하여 구분되어진 상위 챔버 및 하위 챔버로 구성된 프로세스 챔버를 이용하여 플라즈마 공정을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 하위 챔버 내의 이동 가능한 웨이퍼 지지대 상에 위치하도록 웨이퍼를 이송한다. 상기 웨이퍼 지지대를 상기 공통벽의 구멍이 있는 방향으로 이동시키어, 상기 공통벽의 구멍을 밀폐시킴과 동시에 상기 웨이퍼가 상기 상위 챔버의 내부 공간에 노출되도록 한다. 상기 상위 챔버 내에 플라즈마가 형성될 수 있는 공정분위기를 조성한다. 상기 상위 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 플라즈마 공정을 진행한다. 이 경우에, 상기 하위 챔버의 투명한 외벽에 장착된 감지 센서가 상기 상위 챔버의 내부 공간에 형성된 플라즈마의 상기 하위 챔버로의 누설 여부를 센싱한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 상위 챔버 내에 형성된 플라즈마가 상기 하위 챔버 내로 누설 될 경우, 상기 감지센서가 상기 플라즈마를 감지하여 신호를 발생시키고, 상기 신호는 콘트롤러 장치로 보내지고, 상기 콘트롤러 장치는 운영 시스템 장치로 정보를 보내어, 상기 운영 시스템 장치가 상기 플라즈마 공정을 중지시키도록 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용하는 플라즈마 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 상위 챔버(upper chamber; A) 및 하위 챔버(lower chamber; B)로 분할된 구획을 갖는 프로세스 챔버(100)를 포함한다. 상기 상위 챔버(A)는 상기 하위 챔버(B)와 구멍을 갖는 공통벽(115)에 의해 연결된다. 상기 상위 챔버(A)는 플라즈마가 형성될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 하위 챔버(B) 내에 상하 운동이 가능한 웨이퍼 지지대(120)가 위치한다. 상기 웨이퍼 지지대(120)는 상기 하위 챔버(B)의 하부에 위치한 구동장치(130)에 의하여 이동될 수 있다. 상기 구동장치(130)와 웨이퍼 지지대(120)는 리프트 장치(125)에 의하여 연결될 수 있다. 상기 웨이퍼 지지대(120) 상에 정전척(121)이 위치될 수 있다. 상기 웨이퍼(130)는 정전척(121)에 의해 적절하게 유지된다.
상기 하위 챔버(B)의 외벽에는 플라즈마를 감지할 수 있는 감지 센서(155)가 장착된다. 상기 감지 센서(155)가 장착되는 하위 챔버(B)의 외벽은 투명한 뷰 포트(110)인 것이 바람직하다. 상기 감기 센서(155)는 수광다이오드를 포함할 수 있다. 상기 감지 센서(155)는 콘트롤러 장치(160)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 콘 트롤러 장치(160)는 설비 운영시스템 장치(165)에 연결되어 있다. 상기 설비 운영시스템 장치(165)는 플라즈마 장치의 운영 및 공정 진행을 콘트롤하는 역할을 한다. 상기 상위 챔버(A)는 고밀도 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여 유도 플라즈마 공급원(140)을 갖는다. 상기 웨이퍼가 이송된 웨이퍼 지지대(120)는 RF 전력 공급원(145)과 연결되어 있다.
도 4를 참조하여, 도 3에서 언급된 상기 플라즈마 처리 장치를 사용한 공정 흐름도를 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼(130)를 상기 하위 챔버 내의 이동 가능한 웨이퍼 지지대(120) 상에 위치하도록 이송한다.(S100) 상기 웨이퍼(130)는 상기 웨이퍼 지지대(120) 상의 상기 정전척(121)에 의하여 고정된다.
상기 웨이퍼 지지대(120)를 이동시키어, 상기 공통벽(115)의 구멍을 밀폐시킴과 동시에 상기 웨이퍼(130)가 상기 상위 챔버(A)의 내부 공간에 노출되도록 한다.(S200) 이 경우에, 상기 공통벽(115)과 상기 웨이퍼 지지대(120)의 밀착성을 개선시키기 위하여, 상기 공통벽(115)의 하부에 오링(O-ring)이 장착될 수 있다.
상기 상위 챔버(A) 내에 플라즈마가 형성될 수 있는 공정 분위기를 조성한다.(S300) 상기 공정분위기는 상기 상위 챔버(A) 내에 플라즈마 공급 가스가 유입되는 것을 의미한다. 예를 들어, 식각 공정을 수행할 경우에, 에칭 가스를 상기 상위 챔버(A) 내에 주입할 수 있다.
상기 상위 챔버(A) 내에 플라즈마(150)를 형성하는 플라즈마 공정을 진행한다.(S400) 상기 플라즈마(150)는 독립적으로 제어된 상기 유도 플라즈마 공급원 (140)으로부터 발생된 RF 전류에 의하여 플라즈마 공급 가스로부터 형성된다. 상기 웨이퍼 지지대(120)에 연결된 RF 전력 공급원(145)에 의하여 발생된 RF 전압을 캐서드 전극 역할을 하는 상기 웨이퍼 지지대에 가함으로써, 상기 상위 챔버(A) 내에 형성된 플라즈마(150) 이온들이 상기 웨이퍼(130)로 끌리게 된다.
상기 플라즈마 공정(S400)이 순조롭게 진행된 경우에, 상기 플라즈마 공정을 종료한다.(S500) 이어서, 상기 플라즈마 공정(S500)을 종료한 후에 웨이퍼 언로딩을 한다.(S600)
상기 플라즈마 공정(S400)을 진행함에 있어서, 상기 플라즈마(150)는 상기 상위 챔버(A) 내에서만 존재해야 한다. 그러나, 상기 구동장치(130)의 작동 불량에 의하여 상기 웨이퍼 지지대(120)가 상기 공통벽(115)의 구멍을 완전히 밀폐시키지 못하거나, 또는 상기 웨이퍼 지지대(120)와 상기 공통벽(115) 사이에 예상치 못한 틈이 발생된다면, 상기 플라즈마(150)는 상기 하위 챔버(B)로 누설 될 것이다. 이와 같이 상기 하위 챔버(B) 내로 누설된 플라즈마는 상기 감지 센서(155)에 의하여 감지된다. 상기 감지 센서(155)는 상기 누설된 플라즈마로부터 발생된 빛 또는 파장을 탐지하여 상기 콘트롤러 장치(160)로 신호를 보낸다.(S410) 즉, 상기 콘트롤러 장치(160)는 상기 감지 센서(155)로부터 발생된 신호를 전송받는다.
상기 콘트롤러 장치(160)는 상기 감지 센서(155)로부터 받은 신호를 플라즈마 처리 장치의 설비 운영 시스템 장치(165)로 전송한다.(S420)
상기 운영 시스템 장치(165)는 상기 콘트롤러 장치(160)로부터 전송받은 신호를 인터로크(interlock) 조건으로 받아들여 상기 플라즈마 공정을 중지시킨다 .(S430)
결론적으로, 상기 하위 챔버(B) 내로 상기 플라즈마가 누설되었을 경우, 상기 플라즈마 공정이 중지되어, 상기 플라즈마 처리 장치를 담당하는 설비 담당자가 신속히 설비의 비정상적인 상태를 파악할 수 있다. 이에 따라, 상기 하위 챔버(B) 내로 플라즈마가 누설되고 있는 상황에서, 상기 플라즈마 공정이 계속 진행되었을 경우 발생될 수 있는 웨이퍼의 품질 불량을 사전에 예방할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 하위 챔버 및 상위 챔버로 구성된 플라즈마 처리 장치에서 상기 하위 챔버의 투명한 외벽에 장착된 플라즈마 감지 센서를 이용하여 상기 하위 챔버 내부로 누설되는 플라즈마를 감지할 수 있다. 이와 같이, 상기 감지센서가 장착된 플라즈마 처리 장치는 비정상적인 플라즈마의 발생을 조기에 알려주어 웨이퍼의 품질 불량을 사전에 예방할 수 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼가 로딩 및 언로딩 될 수 있는 공간을 제공하는 하위 챔버;
    상기 하위 챔버와 구멍을 갖는 공통벽에 의하여 연결되어, 플라즈마가 형성될 수 있는 공간을 제공하는 상위 챔버;
    상기 하위 챔버 내에 배치된 이동이 가능한 웨이퍼 지지대;
    상기 하위 챔버 외벽에 장착된 감지센서; 및
    상기 감지센서와 전기적으로 연결된 콘트롤러 장치를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지센서는 상기 하위 챔버의 투명한 외벽에 장착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대의 상부는 정전척을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 구멍을 갖는 공통벽에 의하여 구분되어진 상위 챔버 및 하위 챔버로 구성된 프로세스 챔버를 이용하여 플라즈마 공정을 수행하는 방법으로써,
    상기 하위 챔버 내의 이동 가능한 웨이퍼 지지대 상에 위치하도록 웨이퍼를 이송하고,
    상기 웨이퍼 지지대를 상기 공통벽의 구멍이 있는 방향으로 이동시키어, 상기 공통벽의 구멍을 밀폐시킴과 동시에 상기 웨이퍼가 상기 상위 챔버의 내부 공간에 노출되도록 하고,
    상기 상위 챔버 내에 플라즈마가 형성될 수 있는 공정분위기를 조성하고,
    상기 상위 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 플라즈마 공정을 진행하고,
    상기 하위 챔버의 투명한 외벽에 장착된 감지 센서가 상기 상위 챔버의 내부 공간에 형성된 플라즈마의 상기 하위 챔버로의 누설 여부를 센싱하는 것을 포함하는 플라즈마 공정을 수행하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상위 챔버 내에 형성된 플라즈마가 상기 하위 챔버 내로 누설 될 경우, 상기 감지센서가 상기 플라즈마를 감지하여 신호를 발생시키고, 상기 신호는 콘트롤러 장치로 보내지고, 상기 콘트롤러 장치는 운영 시스템 장치로 정보를 보내어, 상기 운영 시스템 장치가 상기 플라즈마 공정을 중지시키도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정을 수행하는 방법.
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