KR20130019538A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20130019538A
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김형준
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세메스 주식회사
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Abstract

플라즈마 처리 장치를 제공한다. 이 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 내에 기판을 안착시키는 지지부재, 지지부재에 안착되는 기판의 가장자리를 둘러싸는 포커스링, 및 공정 챔버의 가장자리 영역에서 플라즈마의 거동을 감지하는 센서를 포함한다. 이 센서는 포커스링의 하부면에 배치될 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 {Plasma Processing Apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플라즈마 를 감지하는 센서를 포함한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 반도체 기판의 처리 공정은 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 노출된 영역을 제거하기 위한 에칭 및 포토레지스트를 제거하기 위한 애싱 공정 등을 포함한다. 플라즈마 처리 공정은 공정이 진행되는 챔버의 밀폐된 내부 공간에 소정 간격 떨어져 설치된 상부 전극 및 하부 전극에 고주파 전력을 인가하여 전기장을 형성하고, 챔버 내부로 공급된 공정 가스를 전기장에 의해 활성화 시켜 플라즈마 상태로 만든 후, 플라즈마 상태의 이온이 하부 전극 상부에 위치한 웨이퍼를 식각을 포함한다. 일반적으로 기판을 흡착 고정하기 위한 정전척이 배치되며, 정전척의 가장자리에는 기판의 가장자리 영역을 지지하는 포커스링이 배치된다.
한편, 상기 플라즈마 처리 공정에서는 플라즈마 가스를 기판의 상부면에 노출시켜 공정을 진행하는데, 이 경우 기판의 중앙부분과 가장자리 부분 사이에 플라즈마 가스가 노출되는 양이 달라질 수 있다. 플라즈마 가스가 기판면에 불균일하게 노출되면, 그에 따른 에칭 및 에싱 공정이 균일하지 못하여, 기판의 수율 감소를 초래하는 문제점이 있으며, 이와 같은 문제는 결국 기판의 품질 불량으로 이어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 챔버 내 가장자리 영역의 플라즈마 거동을 실시간으로 모니터링하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 위치하며 기판을 안착시키는 지지부재, 상기 지지부재에 안착되는 상기 기판의 가장자리를 둘러싸는 포커스링, 및 상기 공정 챔버의 가장자리 영역에서, 플라즈마의 거동을 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 상기 포커스링의 아래에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버 내 가장자리 영역의 플라즈마 거동을 실시간으로 모니터링함으로써, 기판이 상기 플라즈마 가스에 불균일하게 노출되는 것을 사전에 감지할 수 있다.
이로써, 상기 플라즈마 처리 장치의 안테나 모듈의 전류비 또는 구조의 이상 유무를 확인할 수 있으며, 상기 기판의 수율 감소를 사전에 방지하여 결과적으로 플라즈마 처리 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 포커스링을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 센서를 설명하기 위한 회로도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 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 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 포커스링을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 외부와 밀폐된 반응영역을 정의하는 공정 챔버(102)를 구비한다. 상기 기판 처리 장치(100)는 기판에 대한 식각 공정, 증착공정, 또는 애싱 공정을 수행할 수 있다. 상기 공정 챔버(102)의 내부에는 기판(104)을 지지하는 지지판(110) 및 상기 지지판(110) 상에 상기 기판(104)을 안치하는 정전척(120)을 포함하는 지지부재(200)가 배치된다. 상기 공정 챔버(102)의 상부에는 상기 정전척(120)의 상부로 반응 가스를 분사하는 가스 분배판(106) 및 상기 가스 분배판(106)의 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관(108)이 배치될 수 있다. 상기 공정 챔버(102)의 하부면에는 진공펌프(미도시)가 결합된 배기관(109)이 연결될 수 있으며, 상기 배기관(109)은 하나 또는 복수개가 배치될 수 있다.
상기 지지판(110) 및 상기 정전척(120)은 원판의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 지지판(110)의 하부에는 구동부(미도시)와 연결된 지지축(114)이 결합될 수 있다. 상기 지지축(114)은 원통의 형상을 가지며, 상기 지지판(110)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 상기 구동부는 상기 지지축(114)을 상하로 움직이는 수직구동기 또는 상기 지지축(114)을 회전시키는 회전구동기를 포함할 수 있다. 상기 수직구동기는 모터(motor), 래크(rack), 그리고 피니언(pinion)으로 이루어진 조립체 또는 유공압 실린더를 포함할 수 있고, 상기 회전구동기는 모터를 포함할 수 있다.
상기 가스 분배판(106)은 상기 정전척(120)의 상부에, 상기 정전척(120)에 대향하도록 상기 공정챔버(102) 내부에 위치할 수 있다. 상기 가스 분배판(106)은 복수개의 분사공들을 가질 수 있다. 상기 분사공들을 통해 공정가스가 상기 공정챔버(102) 내부로 공급될 수 있다. 일례로, 상기 가스 분배판(106)은 활성화되지 않은 공정가스를 제공받을 수 있으며, 또는 리모트 플라즈마 소스에 의해 활성화된 가스를 제공받을 수 있다. 상기 활성화된 가스는 라디칼 또는 이온화된 가스일 수 있다. 상기 가스 분배판(106)으로 공정가스를 공급하기 위한 상기 가스 공급관(108)이 가스유입포트들(미도시) 각각에 연결될 수 있다.
상기 지지판(110)의 내부에는 냉각가스 또는 냉각유체가 흐르는 냉각라인들(112)이 형성될 수 있다. 상기 냉각라인들(112)은 나선형으로 형성될 수 있으며, 공정 진행중에 발생하는 열을 냉각가스를 이용하여 냉각시키는 기능을 할 수 있다. 상기 공정 중 증착공정, 특히 고밀도 플라스마 화학기상 증착공정에서 발생한 고온의 열로 인하여 상기 지지판(110)의 온도가 상승할 수 있으며, 따라서 상기 냉각라인들(112)을 이용하여 상기 지지판(110)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각라인들(112)은 냉각가스유로를 통해 칠러(chiller; 140)와 연결될 수 있다.
상기 정전척(120)은 절연판(126), 상기 절연판(126)의 내부에 이격되도록 배치된 히터(122), 및 직류 전극(124)을 가질 수 있다. 상기 히터(122) 및 직류 전극(124)은 절연판들(126) 사이에 내장된(embedded) 형태로 형성될 수 있다. 상기 절연판(126)은 세라믹 재질일 수 있다. 상기 정전척(120) 상에 상기 기판(104)이 로딩되면 상기 직류 전극(124)은 직류전원에 연결되어 정전기력을 발생시킬 수 있다. 상기 정전기력을 발생시킴으로써 상기 기판(104)을 고정시킬 수 있다. 상기 정전척(120)의 내부에는 상기 히터(122)가 설치된다. 상기 히터(122)는 기판(104) 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각할 때 기판(104)을 공정진행에 필요한 온도로 가열하는 기능을 할 수 있다.
상기 정전척(120)의 가장자리와 인접하게 포커스링(130)이 배치될 수 있다. 상기 포커스링(130)은 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 포커스링(130)은 상기 정전척(120) 상에 안착되는 상기 기판(104)을 둘러싸는 고리 형태로 배치될 수 있다. 상기 포커스링(130)은 상기 정전척(120)에 지지된 상기 기판(104)의 가장자리를 지지하는 기능을 할 수 있다. 상기 포커스링(130)은 식각 공정 중에 발생하는 고분자 화합물이 상기 정전척(120)에 침투하여 상기 기판(104)에 불순물 입자가 형성되는 것을 방지하도록 상기 정전척(120)의 가장자리를 덮어 보호하도록 기능할 수 있다. 또한, 상기 기판(104) 상에 고주파 전력이 인가되어 전기장이 형성되면, 상기 포커스 링(130)은 전기장의 형성 영역을 확장시켜 상기 기판(104)이 전체적으로 균일하게 식각되도록 기능할 수 있으며, 상기 플라즈마를 모아주는 기능을 할 수 있다.
상기 포커스링(130)의 상면은 단차를 가질 수 있으며, 고리 형태의 안쪽 영역(131)은 상대적으로 높이가 낮게 구성되어 상기 기판의 가장자리 부위가 지지되도록 구성될 수 있다. 한편, 도시하진 않았지만 상기 정전척(120) 및 상기 포커스링(130)의 가장자리에는 이들을 둘러싸는 에지링 및 절연링이 구비될 수 있으며, 상기 포커스링(130)을 고정하기 위한 링 고정부가 구비될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 정전척(120)의 가장자리 영역에 센서(135)가 배치된다. 상기 센서(135)는 열전소자(electronic module)로 구성되어 열과 전기의 상호작용을 통해 신호를 검출하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 장치(100)에서 발생된 플라즈마 가스는 상기 정전척(120)에 로딩된 상기 기판(104)에 투입될 수 있는데, 이 경우 상기 기판(104) 상의 모든 영역에 도달하는 상기 플라즈마 가스의 양이 다를 수 있다. 일례로, 상기 기판(104) 상에 도달하는 상기 플라즈마 가스의 양은 상기 기판(104)의 가운데 영역이 가장자리 영역보다 많을 수 있다. 이 경우, 상기 기판(104)의 영역에 따라 불균일한 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 처리 공정이 플라즈마 식각 공정인 경우, 상기 기판(104)에 도달하는 상기 플라즈마 가스의 양에 따라 식각 비율(etching rate)이 달라질 수 있다. 이에 따라 상기 기판(104)의 수율이 감소할 수 있다.
본 발명은 상기 플라즈마 가스의 양을 감지할 수 있는 상기 센서(135)를 구비함으로써, 상기 기판(104)의 수율 감소를 사전에 방지할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 센서(135)는 상기 플라즈마 가스에서 발생하는 RF 전류값을 측정할 수 있다. 상기 센서(135)는 상기 기판(104)의 가운데 영역의 RF 전류값에 대한 상대적인 상기 RF 전류값을 측정하여 RF 전압값을 모니터링 하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 센서(135)는 상기 포커스링(130)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 포커스링(130)의 하부면에 형성됨으로써, 상기 센서(135)가 상기 플라즈마 가스에 직접 노출되지 않도록 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 센서를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 상기 센서(135)는 커패시터(C1), 필터(136), 제 1 및 제 2 노드(N1, N2)로 구성될 수 있다. 상기 센서(135)는 상기 커패시터(C1)를 통해 상기 플라즈마 가스의 RF 전류를 측정하고, 상기 커패시터(C1)와 병렬연결된 상기 필터(136)를 거쳐 상기 제 1 및 제 2 노드(N1, N2)를 통해 RF 전압을 모니터링 할 수 있다. 상기 RF 전압을 실시간으로 모니터링 함으로써, 상기 플라즈마 처리 공정 중에 발생하는 상기 기판의 수율 감소를 사전에 감지할 수 있다. 이로써 상기 플라즈마 처리 장치의 안테나(도 1의 118) 모듈의 전류비 또는 구조의 이상 유무를 확인할 수 있으며, 상기 기판의 수율 감소를 사전에 방지하여 결과적으로 플라즈마 처리 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (2)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 위치하며 기판을 안착시키는 지지부재;
    상기 지지부재에 안착되는 상기 기판의 가장자리를 둘러싸는 포커스링; 및
    상기 공정 챔버의 가장자리 영역에서 플라즈마의 거동을 감지하는 센서;
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 포커스링의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102002625B1 (ko) * 2018-06-11 2019-07-22 한국표준과학연구원 확장된 검사 영역을 갖는 웨이퍼 센서, 및 이를 이용한 건식 공정 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102002625B1 (ko) * 2018-06-11 2019-07-22 한국표준과학연구원 확장된 검사 영역을 갖는 웨이퍼 센서, 및 이를 이용한 건식 공정 장치
WO2019240372A1 (ko) * 2018-06-11 2019-12-19 한국표준과학연구원 확장된 검사 영역을 갖는 웨이퍼 센서, 및 이를 이용한 건식 공정 장치

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