KR20080074587A

KR20080074587A - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법

Info

Publication number: KR20080074587A
Application number: KR1020070013900A
Authority: KR
Inventors: 황태형; 장홍영
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-13
Also published as: TW200850078A; JP5465835B2; CN101267708B; CN101267708A; JP2008198601A; KR101297711B1; TWI452945B

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 균일한 플라즈마를 발생시켜 대면적 기판에 대하여 균일한 처리가 가능한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내부 하측에 배치되며, 다수개의 블럭으로 이루어진 하부 전극, 상기 진공 챔버 내부 상측에 배치되며, 접지되는 상부 전극, 상기 진공 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부, 상기 하부 전극과 연결되어 소스 파워(source power)를 인가하는 소스 파워 공급부, 상기 하부 전극의 각 블럭과 개별적으로 연결되어 각 블럭에 독립적으로 바이어스 파워(bias power)를 인가하는 바이어스 파워 공급부, 상기 하부 전극의 각 블럭에 인가될 바이어스 파워를 계산하고 상기 바이어스 파워 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 횡단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 전극의 구조를 도시하는 부분 사시도이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 단층 촬영부를 통하여 측정한 각 블럭별 플라즈마 밀도값을 도시한 그래프이다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 블럭별 보정값을 도시한 그래프이다.

도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 블럭별 바이어스 파워값을 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리방법이 각 공정을 설명하는 블록 다이어그램이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치

10 : 진공 챔버 20 : 상부 전극

30 : 하부 전극 40 : 공정 가스 공급부

50 : 소스 파워 공급부 60 : 바이어스 파워 공급부

70 : 플라즈마 단층 촬영부 80 : 제어부

90 : 정전척 S : 기판

반도체 장치, 액정표시 장치 등의 제조 프로세스에는, 플라즈마를 사용하여 기판의 표면을 처리하는 플라즈마 처리장치가 많이 사용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치로는, 기판에 에칭을 실시하는 플라즈마 에칭 장치나, 화학적 기상 성장(Chemical Vapor Deposition : CVD)을 실시하는 플라즈마 CVD 장치 등을 예로 들 수 있다.

이러한 플라즈마 처리장치는 상하에 서로 평행하게 대향하는 2개의 평판 전극을 구비한다. 이 전극 사이에 기판을 탑재한 상태에서 플라즈마를 발생시키서 기판에 대하여 일정한 처리를 실시한다.

그런데 플라즈마 처리장치에서 처리되는 기판의 크기가 확대됨에 따라 처리되는 기판의 모든 부분에 대하여 균일한 플라즈마를 얻기 어려워진다. 특히, 액정 표시 장치와 같이, 처리되는 기판의 크기가 2, 3m를 초과하는 경우에는 기판의 각 부분에 따라 불균일한 플라즈마 밀도에 의하여 처리 정도가 달라져서 공정 조건 확보가 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 각 구역별 플라즈마 밀도를 실시간으로 반영하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내부 하측에 배치되며, 다수개의 블럭으로 이루어진 하부 전극, 상기 진공 챔버 내부 상측에 배치되며, 접지되는 상부 전극, 상기 진공 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부, 상기 하부 전극과 연결되어 소스 파워(source power)를 인가하는 소스 파워 공급부, 상기 하부 전극의 각 블럭과 개별적으로 연결되어 각 블럭에 독립적으로 바이어스 파워(bias power)를 인가하는 바이어스 파워 공급부, 상기 하부 전극의 각 블럭에 인가될 바이어스 파워를 계산하고 상기 바이어스 파워 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.

그리고 상기 하부 전극의 각 블럭 사이에 배치되며, 상기 각 블럭을 절연하는 절연체를 더 포함하는 것이, 각 블럭 별로 소스 파워 또는 바이어스 파워를 상이하게 인가할 수 있어서 바람직하다.

상기 절연체는 이중 단차 구조를 가지고, 상기 절연체와 접촉하는 각 블럭은 단차 구조를 가지는 것이, 플라즈마의 침투를 방지할 수 있어서 바람직하다.

또한 상기 절연체는 세라믹 또는 알루미나(Al₂O₃)로 이루어지는 것이, 플라즈마에 대한 내성이 강하고, 파티클이 발생하지 않아서 바람직하다.

그리고 상기 블럭 상부에는 정전척이 더 구비되는 것이, 공정 중에 기판을 안정적으로 고정시켜 공정의 균일성을 확보할 수 있어서 바람직하다.

한편 상기 절연체에는 상기 정전척을 냉각하는 냉각가스 통과 유로가 더 구비될 수 있다.

또한 상기 상부 전극과 하부 전극 사이의 공간을 가상 분할한 구역별로 플라즈마 밀도를 단층 촬영하고, 촬영된 각 구역별 플라즈마 밀도에 대한 데이터를 상기 제어부에 제공하는 플라즈마 단층 촬영부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 단층 촬영부는 상기 상부 전극과 하부 전극 사이의 공간을 상기 하부 전극의 상면과 평행한 일 방향으로 촬영하는 다수개의 제1 촬영수단, 상기 제1 촬영수단과 다른 방향으로 촬영하는 다수개의 제2 촬영 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부는 PID feedback scheme, neutral network 또는 퍼지 제어 시스템 중 어느 하나를 구비하여 각 구열별 플라즈마 밀도를 반영한 바이어스 파워값을 실시간으로 계산할 수 있는 것이 바람직하다.

한편 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법은, 진공 챔버 내부로 기판을 반입하는 단계; 상기 진공 챔버 내부에 플라즈마를 형성하는 단계; 상기 진공 챔버 내부 각 구역별로 플라즈마 밀도를 촬영하는 단계; 촬영된 플라즈마 밀도를 고려하여 각 구역별 바이어스 파워를 계산하는 단계; 계산된 바이어스 파워를 각 구역별로 인가하는 단계; 기판을 상기 진공 챔버 외부로 반출하는 단계;를 포함한다.

상기 플라즈마 밀도를 촬영하는 단계는, 2개 이상의 서로 다른 방향에서 각각 한 구역의 플라즈마 밀도를 촬영하고, 이를 조합하여 각 구열별 플라즈마 밀도를 계산한다.

그리고 상기 바이어스 파워를 계산하는 단계는, PID feedback scheme을 사용하며, 상기 PID feedback scheme은 촬영된 각 구역별 플라즈마 밀도를 입력변수로 사용하고, 각 구역별 바이어스 파워를 출력변수로 하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 본 실시예에 의하여 본 발명의 과제 및 구성이 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 종단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 횡단면도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 전극의 구조를 도시하는 부분 사시도이다.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(1)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(10), 상부 전극(20), 하부 전극(30), 공정 가스 공급부(40), 소스 파워 공급부(50), 바이어스 파워 공급부(60), 플라즈마 단층 촬영부(70) 및 제어부(80)를 포함하여 구성된다.

먼저 진공 챔버(10)는 내부에 일정한 체적을 가지며, 내부 공간을 진공 상태로 만들 수 있도록 밀폐된 구조를 가진다. 여기에서 진공 상태라 함은 대기압 상태보다 낮은 기압 상태를 말하는 것으로, 완전한 진공(vacuum) 상태를 말하는 것은 아니다.

이러한 진공 챔버(10)는 일반적으로 처리되는 기판의 형상과 유사한 형상을 가지며, 액정 표시 기판과 같이 직사각형 형상의 기판을 처리하는 플라즈마 처리장치에서는 직육면체 형상의 진공 챔버를 사용한다.

한편 최근에는 처리되는 기판의 크기가 확대됨에 따라 진공 챔버의 크기도 비약적으로 확대되고 있다. 따라서 하나의 진공 챔버가 일체로 이루어지지 않고, 다양한 조각으로 분리되어 제조된 후, 하나로 조립되어 사용되기도 한다.

그리고 진공 챔버(10)에는 챔버 내부의 기체를 배출하여 챔버 내부의 압력을 낮추기 위한 배기 펌프(도면에 미도시)가 구비된다. 이 배기 펌프는 요구되는 챔버 내부의 압력이 낮거나 진공 챔버 내부의 체적이 커질수록 그 용량이 커진다. 이러한 배기 펌프로는 TMP 펌프나 크라이오 럼프 등이 사용될 수 있다. 또한 이러한 배기 펌프는 하나의 진공 챔버에 하나가 설치될 수 있으며, 다수개의 배기 펌프가 하나의 진공 챔버에 구비될 수도 있다.

또한 진공 챔버(10)에는 챔버 내부의 압력을 높이기 위하여 챔버 내부로 질소 가스나 불활성 가스를 주입하는 벤팅(venting) 펌프(도면에 미도시)가 더 구비되기도 한다. 진공 챔버(10)에는 기판을 반출입하는 과정이 반복되어 진행된다. 기판을 반출입하는 과정에서는 챔버 내부의 압력을 외부의 압력과 동일하게 하여야 하므로, 진공 상태의 챔버 내부 압력을 높이기 위한 밴팅 작업이 필요한 것이다.

그리고 이 진공 챔버(10)의 일 측벽에는 기판을 반출입을 위한 통로로 사용되는 기판 출입구(12)가 형성된다. 이 기판 출입구(12)는 진공 챔버(10) 내부의 압력 관리를 위하여 최대한 작게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 이 기판 출입구(12)는 진공 챔버(10) 내에서 처리되는 기판(S)이 통과할 수 있는 정도의 크기를 가지면 충분하다.

이 기판 출입구(12) 전방에는 이 기판 출입구를 열고 닫는 개폐수단(14)이 구비된다. 이 개폐수단(14)은 기판의 반출입 과정에서는 기판 출입구(12)를 개방하고, 기판에 대한 플라즈마 처리 과정에서는 기판 출입구(12)를 폐쇄한다. 진공 챔버(10) 내부의 용이한 진공 형성을 위해서는 개폐수단(14)이 챔버 외벽과 빈틈없이 밀착되어야 한다. 따라서 개폐수단(14)의 내벽에는 기판 출입구(12) 근방의 기밀 유지를 위한 밀봉 수단(도면에 미도시)이 더 구비되기도 한다.

다음으로 진공 챔버(10) 내부에는 플라즈마 형성을 위한 전계를 형성하기 위하여 상부 전극(20)과 하부 전극(30)의 2개의 전극이 구비된다. 먼저 상부 전극(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(10) 내부 상측에 배치된다. 본 실시예에서는 이 상부 전극(20)이 접지된다.

그리고 하부 전극(30)은 진공 챔버(10) 내부 하측에 배치된다. 이 하부 전극(30) 상면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(S)이 탑재되므로, 이 하부 전극(30)을 기판 탑재대라고 부르기도 한다.

이 하부 전극(30)에는 전계 형성을 위한 소스 파워(source power)가 인가된다. 이 소스 파워로는 고주파 전력(RF : RadioFrequency Power)이 사용될 수 있으며, 그 주파수는 13.56 MHz 정도가 바람직하다.

본 실시예에서 이 하부 전극(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 여러개의 블럭(32)이 조립된 구조를 가진다. 본 실시예에 따른 하부 전극(30)에는 전술한 소스 파워 뿐만 아니라, 바이어스 파워도 인가된다. 이때 본 실시예에 따른 하부 전극(32)에는 각 블럭 별로 상이한 값의 바이어스 파워가 인가될 수 있다. 따라서 하부 전극의 각 블럭(32)은 서로 절연된 상태로 조립되어 있다.

하부 전극(30)을 이루는 블럭(32)의 개수는 다양하게 구성될 수 있으며, 플라즈마 처리장치에 의하여 처리되는 기판(S)을 면취하여 얻어지는 액정 표시 기판의 개수와 일치하는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마 처리장치에 의하여 처리되는 기판에서 16개의 액정 표시 기판을 얻는 16면취 기판이라면, 하부 전극(30)을 도 2에 도시된 바와 같이, 16개의 블럭(32)으로 구성하는 것이 바람직하다.

하부 전극의 각 블럭(32) 사이에는 블럭 상호간을 절연하는 절연체(34)가 더 구비된다. 이 절연체(34)는 진공 챔버(10) 내부의 플라즈마 환경을 견뎌야 하므로, 내 플라즈마성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예에서는 이 절연체(34)를 세라믹 또는 알루미나로 구성할 수 있다. 한편 이 절연체는 내열성 플라스틱으로 이루어질 수도 있다.

그리고 하부 전극의 각 블럭(32)은 도 3에 도시된 바와 같이, 단차진 형상을 가지고 조립된다. 따라서 각 블럭(32) 사이에 배치되는 절연체(34)는 이중 단차 구조를 가진다. 이중 단차 구조라 함은 도 3에 도시된 바와 같이, 단차진 형상이 중복되는 구조를 말한다. 이렇게 하부 전극의 각 블럭(32)이 단차진 형상을 가지면, 블럭(32)의 이음새로 플라즈마가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 플라즈마가 블럭의 이음새로 침투하는 경우에는 블럭 내부가 식각되거나 손상되며, 파티클이 발생하는 등의 문제점이 있다. 그런데 플라즈마는 직진성을 가지므로, 전술한 바와 같이, 블럭(32)의 이음새에 단차진 구조를 도입하면, 플라즈마가 통과하는 경로가 단차진 경로로 변한다. 따라서 직진성을 가지는 플라즈마가 블럭(32)의 이음새로 용이하게 침투할 수 없는 것이다.

결국 이러한 단차 구조를 도입함으로써, 본 실시예에 따른 하부 전극(30)은 일체 구조가 아님에도 불구하고, 플라즈마가 내부로 침투하지 못하는 장점이 있다.

그리고 본 실시예에 따른 하부 전극(30)의 상부에는 정전척(90)이 더 구비될 수 있다. 정전척(90)은 정전력을 이용하여 기판(S)을 흡착하는 구성요소이다. 즉, 정전척(90)에 고전압의 직류 전압을 인가함으로써, 기판(S)과 정전척(90) 사이에 큰 쿨롱력(Coulomb)을 발생시켜 기판(S)을 정전척(90)에 고정하는 것이다. 이렇게 정전척(90)을 사용하면, 기판(S)을 플라즈마 처리 공정 중에 하부 전극에 밀착시킬 수 있는 장점이 있다.

플라즈마 처리 공정 중에 기판(S)을 하부 전극(30)에 밀착시키지 않는 경우에는 기판 중의 일 부분이 하부 전극과 이격될 수 있다. 이렇게 기판(S) 중의 일 부분이 하부 전극(30)으로부터 이격되는 경우에는 기판(S)과 상부 전극(20) 사이의 간격이 일정하게 유지되지 않아서 기판에 대한 균일한 처리가 불가능한 문제점이 있다.

한편 하부 전극(30) 상부에 정전척(90)이 배치되는 경우에는 정전척에 냉각 기체를 통과시켜서 냉각시켜야 한다. 그런데 하부 전극(30)을 이루는 각 블럭(32)은 알루미늄 등 금속 재질이므로 냉각 기체를 통과시키기 위한 유로 형성 작업이 어렵다. 그러나 절연체(34)는 금속 재질이 아니므로 냉각 기체를 통과시키기 위한 유로 형성 작업이 용이하다. 따라서 본 실시예에서는 상기 절연체(34)에 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각 기체 유로(36)를 형성한다.

또한 이러한 플라즈마 처리장치(1)에는 처리장치 내부로 기판을 반입하거나 반출하는 과정을 돕기 위하여 내부 승강핀(도면에 미도시)과 외부 승강바(도면에 미도시)가 마련될 수 있다. 이때 내부 승강핀은 하부 전극(30)의 가장자리부를 관통하여 형성되며, 하부 전극(30)에 형성된 관통공을 통과하며 상하로 구동된다.

그리고 외부 승강바는 하부 전극(30)의 외측에 별도로 마련된다. 즉, 하부 전극(30)의 측벽과 플라즈마 처리장치의 측벽 사이에 형성되는 공간에 마련되며 상하로 구동할 수 있는 구조로 마련된다. 물론 경우에 따라서는 외부 승강바를 사용하지 않고, 기판(S)을 반송할 수도 있다.

다음으로 공정 가스 공급부(40)는 진공 챔버(10) 내부로 플라즈마 형성을 위한 공정 가스를 공급하는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 공정 가스 공급부(40)를 샤워헤드(shower head)로 구성한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 전극(30)에 탑재된 기판(S) 전면에 대하여 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있도록 기판 전면 크기와 대응되는 크기의 샤워헤드(40)를 구성하는 것이다. 본 실시예에서 이 샤워헤드(40)는 상부 전극(20)에 구비되어 있으며, 다중 확산판(42, 44)과 확산공(46, 48) 등으로 구성된다. 공정 가스 공급관(41)에 의하여 진공 챔버(10) 내부의 일 지점으로 공급된 공정 가스가 이 확산판(42, 44)들과 확산공(46, 48)에 의하여 균일하게 확산된다. 따라서 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이에 균일한 밀도의 공정 가스가 공급되는 것이다. 이렇게 균일한 밀도를 가지고 공급되는 공정 가스는 균일한 플라즈마를 형성하는데 필수적이다.

다음으로 소스 파워 공급부(50)는 하부 전극(30)과 연결되어 소스 파워(source power)를 하부 전극(30)에 인가하는 구성요소이다. 소스 파워로는 전술 한 바와 같이 RF 파워(Radio Frequency Power)가 사용되므로, 이 소스 파워 공급부(50)는 특정한 주파수를 가지는 RF 파워를 하부 전극(30)에 공급한다. 이 소스 파워는 하부 전극을 이루는 각 블럭(32) 별로 상이하게 공급될 수도 있지만, 모든 블럭(32)에 동일한 값으로 공급될 수도 있다.

이 소스 파워 공급부(50)에 의하여 공급되는 소스 파워는 상부 전극(20)의 접지 전압과 커플링되어 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이에 전계를 형성한다. 이 전계에 의하여 샤워헤드(40)에서 공급되는 공정가스가 이온화되어 플라즈마가 형성되는 것이다.

다음으로 바이어스 퍼워 공급부(60)는 상기 하부 전극(30)의 각 블럭(32)과 개별적으로 연결되어 각 블럭(32)에 독립적으로 바이어스 파워(bias power)를 인가한다. 본 실시예에서는 각 블럭(32)별로 독립적으로 바이어스 파워를 인가한다. 즉, 각 블럭(32)별로 상이한 값의 바이어스 파워가 공급된다. 따라서 이 바이어스 파워 공급부(60)는 하부 전극을 이루는 각 블럭(32) 별로 분리하여 연결된다.

이 바이어스 파워 공급부(60)에 의하여 공급되는 바이어스 파워는 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이의 공간에 발생한 플라즈마에 방향성을 제시하여, 플라즈마 처리 효율을 증가시킨다. 즉, 플라즈마를 기판이 장착되어 있는 하부 전극(30) 방향으로 끌어당겨서 플라즈마에 의한 처리 속도를 증가시키는 것이다. 이 바이어스 파워가 클수록 플라즈마에 의한 처리속도가 커지고, 바이어스 파워가 작을수록 플라즈마에 의한 처리속도가 작아진다.

본 실시예에서는 이 바이어스 파워로 RF 파워를 사용한다. 다만, 이 바이어 스 파워의 주파수는 전술한 소스 파워의 주파수와는 상이하다.

다음으로 플라즈마 단층 촬영부(70)는 상기 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이의 공간을 가상 분할한 구역별로 플라즈마 밀도를 단층 촬영한다. 이 플라즈마 단층 촬영부(70)는 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이에 발생한 플라즈마의 특성을 각 구역별로 정확하게 측정하기 위한 것이다.

전술한 바와 같이, 플라즈마 처리장치(1)에 의하여 처리되는 기판(S)의 크기가 증가하면서 진공 챔버(10), 하부 전극(20) 및 상부 전극(30)이 확장되고 있다. 따라서 플라즈마가 발생하는 영역도 확장되고 있다. 좁은 영역에 발생하는 플라즈마는 전체적으로 균일한 밀도를 가진다고 볼 수 있지만, 넓은 영역에 발생하는 플라즈마는 공정 가스의 밀도차 또는 공정 가스의 이동 속도차, 전위차, 온도차 등 여러가지 요인에 의하여 각 영역별로 상이한 밀도를 가지게 된다.

이렇게 발생하는 플라즈마의 영역별 밀도차는 기판의 처리되는 정도를 상이하게 하여 균일한 공정 결과를 얻을 수 없는 원인으로 작용한다. 따라서 각 구역별로 정확한 플라즈마 밀도를 측정하고 이를 실시간으로 반영하여 균일한 플라즈마를 얻는 것이 공정의 균일성 확보에 매우 중요하다.

본 실시예에 따른 플라즈마 단층 촬영부(70)는 각 구역별로 정확한 플라즈마 밀도를 측정하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 촬영 수단(72)과 제2 촬영수단(74)을 구비한다. 제1 촬영수단(72)은 상기 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이의 공간을 상기 하부 전극(30)의 상면과 평행한 일 방향으로 촬영하며, 제2 촬영수단(74)은 상기 상부 전극과 하부 전극 사이의 공간을 상기 하부 전극의 상면과 평행한 방향으로 촬영하되, 상기 제1 촬영수단(72)의 촬영 방향과 다른 방향으로 촬영한다.

여기에서 제1 촬영수단(72)과 제2 촬영수단(74)은 각각 복수개가 구비된다. 이때 구비되는 제1 촬영수단(72)과 제2 촬영수단(74)의 개수는 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 전극의 각 블럭(32) 별로 최소한 1개 이상의 촬영라인이 형성될 수 있도록 충분한 개수로 구비되어야 한다.

이렇게 각각 상이한 방향으로 촬영한 데이타를 조합하여 각 구역별 플라즈마 밀도를 알 수 있는 것이다. 예를 들어 제1 촬영 수단(72)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 전극(30)의 장변에 수직한 방향으로 촬영하고, 제2 촬영 수단(74)은 하부 전극(30)의 단변에 수직한 방향으로 촬영한다. 제1 촬영 수단(72)의 촬영 라인(76)과 제2 촬영 수단(74)의 촬영 라인(78)이 교차하는 부분에 대해서는 2 방향에서 촬영한 데이터가 수집되므로, 이 2가지 데이터를 조합하여 촬영 라인의 교차 영역에서의 플라즈마 밀도를 알 수 있는 것이다.

다음으로 제어부(80)는 상기 플라즈마 단층 촬영부(70)에서 얻어진 구역별 플라즈마 밀도에 대한 데이터를 바탕으로 각 블럭(32)에 인가될 바이어스 파워를 계산하고 상기 바이어스 파워 공급부(60)를 제어한다. 즉, 제어부(80)는 구역별 플라즈마 밀도에 대한 데이터를 입력 값으로하여 각 구역별로 공급되어야 하는 바이어스 파워 값을 출력값으로 계산한다. 그리고 계산된 바이어스 파워 값을 각 블럭(32)별로 공급하도록 바이어스 파워 공급부(60)를 제어한다.

특히, 이 제어부(80)는 플라즈마 단층 촬영부(70)에서 얻어진 구역별 플라즈 마 밀도에 대한 데이터를 실시간으로 반영하여 바이어스 파워값을 계산하여야 한다. 따라서 본 실시예에서는 이 제어부(80)가 PID feedback scheme, neutral network 또는 퍼지 제어 시스템 중 어느 하나를 구비할 수 있다.

예를 들어 이 제어부(80)가 PID feedback scheme을 구비하는 경우에는 상기 플라즈마 단층 촬영부(70)에서 얻어지는 각 구역별 플라즈마 밀도에 대한 데이터를 입력변수로 하고, 각 구역별 바이어스 파워값을 출력변수로 하여 시스템을 운용한다.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리방법의 각 공정을 설명하는 블록 다이그램이다.

먼저 진공 챔버(10) 내부에 공정이 처리될 기판(S)을 반입한다(S 10). 이 기판은 매우 얇은 두께를 가지면서도 넓은 면적을 가지므로, 운반 과정에서 특정한 부분이 하측으로 처지는 현상이 많이 발생한다. 따라서 로봇 등을 이용하여 기판 중의 일부분이 하측으로 처지지 않도록 지지한 상태에서 진공 챔버(10) 내부로 진입시킨 후, 하부 전극(30) 상에 장착한다.

이때 정전척(90)을 이용하여 기판(S)을 하부 전극(30) 상에 밀착시킬 수도 있다. 이렇게 정전척(90)을 사용하는 경우에는 기판(S)이 정전척(90) 상부에 완전히 안착된 상태에서 정전척에 직류 전압을 인가하여 기판을 밀착시킨다.

다음으로 상기 진공 챔버(10) 내부에 플라즈마를 형성한다(S 20). 구체적으 로 진공 챔버(10) 내부로 샤워 헤드(40)를 이용하여 공정가스를 공급한 상태에서 하부 전극(30)에 소스 파워를 인가하여 공정가스를 이온화하고 플라즈마를 발생시킨다.

다음으로 상기 진공 챔버(10) 내부 각 구역별로 플라즈마 밀도를 촬영한다(S 30). 이때 플라즈마 밀도를 촬영하는 각 구역은 하부 전극(30)의 각 블럭(32)과 일치하는 것이 바람직하다. 그리고 이 플라즈마 밀도를 촬영하는 단계에서는, 2개 이상의 서로 다른 방향에서 각각 한 구역의 플라즈마 밀도를 촬영하여, 특정한 구역의 정확한 플라즈마 밀도를 얻어내는 것이 바람직하다.

예를 들어 이 단계에서 측정된 각 구역별 플라즈마 밀도값(D)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 도시될 수 있다. 즉, 각 구역별로 상이한 값을 가지게 된다.

다음으로 촬영된 플라즈마 밀도를 고려하여 각 구역별 바이어스 파워를 계산한다(S 40). 즉, 전단계에서 얻어진 각 구역별 플라즈마 밀도값(D)을 기초로 하여 각 블럭별로 인가될 바이어스 파워값(B)을 계산하는 것이다.

예를 들어 도 4b에 도시된 바와 같이, 각 구역별로 동일한 플라즈마 밀도를 가지기 위해서 일정한 크기의 보정값(C)이 필요한 것이다. 이 보정값(C)을 계산하고, 이 보정값을 각 구역별로 충당하기 위하여 그에 상응하는 바이어스 파워값(B)을 계산하는 것이다. 이렇게 계산된 각 구역별 바이어스 파워값(B)은 도 4c에 도시된 바와 같이, 각 구역별 플라즈마 밀도값과 반대되는 크기를 가지게 된다. 즉, 플라즈마 밀도값(D)가 큰 구역에서는 바이어스 파워값(B)가 작고, 플라즈마 밀도값(D)가 작은 구역에서는 바이어스 파워값(B)이 크다.

다음으로 계산된 바이어스 파워값(B)을 각 블럭(32)별로 공급하여 균일한 플라즈마를 형성한다(S 50).

그리고 이렇게 형성된 균일한 플라즈마를 사용하여 기판을 처리한다(S 60). 기판을 처리하는 과정에서도 각 구역별 플라즈마 밀도에 대한 촬영을 계속하여 이루어지며, 플라즈마 밀도에 차이가 발생하는 경우에는 바이어스 파워값을 변화시켜 플라즈마의 균일성을 실시간으로 확보한다.

다음으로 처리된 기판(S)을 반출한다(S 70). 정전척(90)을 사용하여 기판을 하부 전극에 밀착시킨 경우에는 정전척에 인가된 직류 전원을 먼저 차단하여 정전력을 제거한 후에 기판을 반출한다. 정전력이 완전히 제거되기 전에 기판을 반출하면, 기판이 파손될 위험이 있다.

본 발명에 따르면 단층 촬영 기법을 이용하여 각 구역별로 측정된 플라즈마 밀도값을 실시간으로 반영하여 하부 전극의 각 블럭 별로 상이한 바이어스 파워값을 인가하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있는 장점이 있다.

Claims

진공 챔버;

상기 진공 챔버 내부 하측에 배치되며, 다수개의 블럭으로 이루어진 하부 전극;

상기 진공 챔버 내부 상측에 배치되며, 접지되는 상부 전극;

상기 진공 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부;

상기 하부 전극과 연결되어 소스 파워(source power)를 인가하는 소스 파워 공급부;

상기 하부 전극의 각 블럭과 개별적으로 연결되어 각 블럭에 독립적으로 바이어스 파워(bias power)를 인가하는 바이어스 파워 공급부;

상기 하부 전극의 각 블럭에 인가될 바이어스 파워를 계산하고 상기 바이어스 파워 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 하부 전극의 각 블럭 사이에 배치되며, 상기 각 블럭을 절연하는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제2항에 있어서,

상기 절연체는 이중 단차 구조를 가지고, 상기 절연체와 접촉하는 각 블럭은 단차 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제3항에 있어서,

상기 절연체는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제3항에 있어서,

상기 절연체는 알루미나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제2항에 있어서,

상기 절연체는 내열성 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라지마 처리장치.
제2항에 있어서,

상기 블럭 상부에는 정전척이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제7항에 있어서,

상기 절연체에는 상기 정전척을 냉각하는 냉각가스 통과 유로가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 전극과 하부 전극 사이의 공간을 가상 분할한 구역별로 플라즈마 밀도를 단층 촬영하고, 찰영된 각 구역별 플라즈마 밀도에 대한 데이터를 상기 제어부에 제공하는 플라즈마 단층 촬영부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제9항에 있어서,

상기 단층 촬영부는,

상기 상부 전극과 하부 전극 사이의 공간을 상기 하부 전극의 상면과 평행한 일 방향으로 촬영하는 다수개의 제1 촬영수단;

상기 제1 촬영 수단과 다른 방향으로 촬영하는 다수개의 제2 촬영수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 PID feedback scheme, neutral network 시스템 또는 퍼지 제어 시스템 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
진공 챔버 내부로 기판을 반입하는 단계;

상기 진공 챔버 내부에 플라즈마를 형성하는 단계;

상기 진공 챔버 내부 각 구역별로 플라즈마 밀도를 촬영하는 단계;

촬영된 플라즈마 밀도를 고려하여 각 구역별 바이어스 파워를 계산하는 단계;

계산된 바이어스 파워를 각 구역별로 인가하는 단계;

기판을 상기 진공 챔버 외부로 반출하는 단계;를 포함하는 플라즈마 처리방법.
제12항에 있어서,

상기 플라즈마 밀도를 촬영하는 단계는,

2개 이상의 서로 다른 방향에서 각각 한 구역의 플라즈마 밀도를 촬영하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
제12항에 있어서,

상기 바이어스 파워를 계산하는 단계는,

PID feedback scheme을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
제14항에 있어서,

상기 PID feedback scheme은 촬영된 각 구역별 플라즈마 밀도를 입력변수로 사용하고, 각 구역별 바이어스 파워를 출력변수로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈 마 처리방법.
제12항에 있어서,

상기 기판을 반입하는 단계는,

기판을 하부 전극에 밀착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
제16항에 있어서,

상기 기판을 하부 전극에 밀착하는 단계에서는,

정전력을 사용하여 기판을 하부 전극에 밀착하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.