KR20140089053A

KR20140089053A - 플라즈마를 이용한 기판처리장치

Info

Publication number: KR20140089053A
Application number: KR1020130000319A
Authority: KR
Inventors: 양대현; 이승배
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2013-01-02
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2014-07-14
Also published as: KR102026831B1

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판처리장치는 내부에 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 처리공간에 제공되며, 기판을 지지하는 지지유닛, 상기 처리공간에 공정가스를 공급하는 가스공급유닛, 상기 처리공간에 제공된 공정가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마소스, 그리고 상기 처리공간을 관찰하는 관찰유닛을 포함하되, 상기 관찰유닛은 상기 챔버의 일측벽에 형성된 촬상홀을 차단하는 윈도우 및 상기 윈도우의 외측에서 상기 촬상홀을 통해 상기 처리공간을 촬영하는 카메라를 포함한다. 이로 인해 챔버의 내부를 보다 정밀하게 관찰할 수 있다.

Description

플라즈마를 이용한 기판처리장치{Apparatus for treating substrate using plasma}

본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 그리고 세정 공정에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다.

도1은 일반적인 플라즈마 장치를 보여주는 일 예이고, 도2는 도1의 기판처리장치에서 기판 처리 시 플라즈마의 흐름을 보여주는 도면이다. 도1 및 도2를 참조하면, 플라즈마 공정은 외부로부터 밀폐된 챔버(1) 내에서 진공 상태로 진행된다. 이로 인해 챔버(1) 내에는 별도의 광원이 제공되지 않는다. 사용자는 챔버(1)의 내부를 식별하기 위해 챔버(1)에 형성된 윈도우(3)를 통해 내부를 직접 관찰한다.

플라즈마가 제공되지 않는 기판(W)의 로딩단계 또는 언로딩단계에는 사용자가 손전등과 같은 램프로 윈도우(3)를 비춰 챔버(1)의 내부를 관찰한다. 그러나 사용자가 챔버(1)의 내부를 직접 관찰하기 위해선 일정 크기 이상의 윈도우(3)가 필요하며, 식별이 어려운 영역에서 기판(W)의 슬립 또는 브로킹을 관찰하는 것이 어렵다.

또한 공정이 진행되는 단계에는 챔버(1) 내에서 플라즈마에 의해 발생된 빛을 통해 챔버(1)의 내부를 관찰할 수 있다. 그러나 플라즈마에 의해 발생된 빛은 사용자의 시력을 저하시킬 수 있다. 또한 공정 진행 시 발생된 플라즈마는 윈도우(3)를 통해 외부로 유출될 수 있다. 이로 인해 기판(W)의 영역 중 윈도우(3)와 인접한 영역은 다른 영역에 비해 플라즈마가 불균일하게 공급된다. 또한 플라즈마는 윈도우(3)를 식각하거나 윈도우(3)에 박막을 증착하는 등 윈도우(3)의 유지보수가 어렵다.

한국 공개 특허번호: 2006-14222호

본 발명은 챔버의 내부를 보다 용이하게 관찰할 수 있는 플라즈마 장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 챔버의 일측벽에 형성된 윈도우를 통해 플라즈마가 유출되는 것을 최소화할 수 있는 플라즈마 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판처리장치는 내부에 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 처리공간에 제공되며, 기판을 지지하는 지지유닛, 상기 처리공간에 공정가스를 공급하는 가스공급유닛, 상기 처리공간에 제공된 공정가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마소스, 그리고 상기 처리공간을 관찰하는 관찰유닛을 포함하되, 상기 관찰유닛은 상기 챔버의 일측벽에 형성된 촬상홀을 차단하는 윈도우 및 상기 윈도우의 외측에서 상기 촬상홀을 통해 상기 처리공간을 촬영하는 카메라를 포함한다.

상기 관찰유닛은 상기 촬상홀 내에 광을 제공하는 램프를 더 포함할 수 있다. 상기 일측벽에는 상기 촬상홀로부터 외측방향으로 연장되는 장착홈이 형성되고, 상기 윈도우 및 상기 램프는 상기 장착홈 내에 위치될 수 있다. 상기 카메라는 상기 장착홈 내에 위치될 수 있다. 상기 램프는 복수 개의 엘이디(LED)들을 포함하고, 상기 엘이디는 상기 카메라를 감싸도록 배열될 수 있다. 상기 촬상홀은 상기 지지유닛에 지지된 기판과 대응되는 높이에 형성될 수 있다. 상기 카메라로부터 촬상된 촬상정보를 수신받고, 상기 촬상정보와 기준정보를 서로 비교하여 공정의 오류를 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 관찰유닛은 상기 램프에 전기적으로 연결되고, 상기 램프에 전력을 제공하는 전원을 더 포함하되, 상기 제어부는 기판 상에 플라즈마가 제공될 시 상기 램프에 제공되는 전력을 차단하도록 상기 전원을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 챔버의 외측에는 광원 및 카메라가 설치되므로, 챔버의 내부를 보다 정밀하게 관찰할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 촬상홀의 크기를 종래에 비해 작게 제공할 수 있으므로, 플라즈마가 윈도우를 통해 외부로 유출되는 것을 최소화할 수 있다.

도1은 일반적인 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도2는 도1의 기판처리장치에서 플라즈마가 외부로 유출되는 과정을 보여주는 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도4는 도2의 'A' 영역을 확대한 단면도이다.
도5 도3의 기판처리장치의 다른 실시예를 보여주는 단면도들이다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.

본 발명의 실시예에서는 공정가스를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 장치라면 다양하게 적용 가능하다.

이하, 도3 내지 도5를 참조하여 본 발명을 설명한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도3을 참조하면, 기판처리장치(10)는 챔버(100), 지지유닛(200), 가스공급유닛(300), 플라즈마소스(400), 배플(500), 라이너(600), 관찰유닛(700), 그리고 제어부(800)을 포함한다.

챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리공간을 제공한다. 챔버(100)는 원통 형상으로 제공된다. 챔버(100)의 일측벽의 내측면에는 촬상홀(110)이 형성된다. 촬상홀(110)은 수평방향을 향하도록 제공된다. 챔버(100)의 외측면에는 촬상홀(110)과 통하는 장착홈(120)이 형성된다. 장착홈(120)은 촬상홀(110)에 비해 큰 직경을 가지도록 제공된다. 장착홈(120)은 촬상홀(110)과 동일한 중심축을 가지도록 제공된다. 챔버(100)의 타측벽에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다. 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(150)이 형성된다. 배기홀(150)은 배기라인을 통해 감압부재(160)에 연결된다. 감압부재(160)는 배기라인을 통해 배기홀(150)로 진공압을 제공한다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 플라즈마는 진공압에 의해 챔버(100)의 외부로 배출된다.

지지유닛(200)은 처리공간에서 기판(W)을 지지한다. 지지유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 지지유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.

정전척(200)은 유전판(210), 포커스링(260), 그리고 베이스(230)를 포함한다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(210)의 내부에는 하부전극(212)이 설치된다. 하부전극(212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전력을 인가받는다. 하부전극(212)은 인가된 전력(미도시)으로부터 기판(W)이 유전판(210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 하부전극(212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다. 예컨대, 유전판(210)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다.

포커스링(260)은 플라즈마를 기판으로 집중시킨다. 포커스링(260)은 유전판(210)의 둘레를 감싸도록 제공된다. 포커스링(260)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 포커스링(260)은 그 외측부가 내측부에 비해 높게 단차진 형상으로 제공된다. 포커스링(260)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다. 포커스링(260)의 외측부는 기판(W)의 측부 영역을 감싸도록 제공된다.

베이스(230)는 유전판(210)을 지지한다. 베이스(230)는 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정결합된다. 베이스(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(232)는 베이스(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 베이스에는 외부에 위치된 고주파 전원(234)과 연결된다. 고주파 전원(234)은 베이스(230)에 전력을 인가한다. 베이스(230)에 인가된 전력은 챔버(100) 내에 발생된 플라즈마가 베이스(230)를 향해 이동되도록 안내한다. 베이스는 금속 재질로 제공될 수 있다.

가스공급유닛(200)은 지지유닛에 지지된 기판 상으로 공정가스를 공급한다. 가스공급유닛(200)은 가스저장부(250), 가스공급라인(230), 그리고 가스유입포트(210)를 포함한다. 가스공급라인(230)은 가스저장부(250)와 가스유입포트(210)를 연결한다. 가스저장부(250)에 저장된 공정가스는 가스공급라인(230)을 통해 가스유입포트(210)으로 공급한다. 가스공급라인(230)에는 밸브가 설치되어 그 통로를 개폐하거나, 그 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다.

플라즈마 소스(400)는 챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(400)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(400)는 안테나(410) 및 외부전원(430)을 포함한다. 안테나(410)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(410)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부전원(430)과 연결된다. 안테나(410)는 외부전원(430)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(410)는 챔버(100)의 처리공간에 방전공간을 형성한다. 방전공간 내에 머무르는 공정가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.

배플(500)은 챔버(100)의 외부로 배기되는 플라즈마의 유량을 제어한다. 배플(500)은 처리공간에서 챔버(100)의 내측벽과 지지유닛(400)의 사이에 위치된다. 배플(500)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(500)에는 복수의 관통홀들(502)이 형성된다. 관통홀들(502)은 상하방향으로 제공된다. 관통홀들(502)은 배플(500)의 원주방향을 따라 제공된다. 이와 동시에 관통홀들(502)은 배플(500)의 반경방향을 따라 제공된다.

라이너(600)는 챔버(100)의 내벽을 보호한다. 라이너(600)는 챔버(100)의 내측벽을 감싸도록 제공된다. 라이너(600)는 상부 및 하부가 개방된 원통 형상을 가지도록 제공된다. 라이너(600)의 외측면은 챔버(100)와 인접하게 위치된다. 라이너(600)는 배플(500)의 상부에 위치된다. 라이너(500)의 일측면에는 관통홀(602)이 형성된다. 관통홀(602)은 챔버(100)의 촬상홀(110)과 대향되도록 위치된다. 관통홀(602)은 촬상홀(110)과 동일하거나 조금 큰 직경을 가질 수 있다. 촬상홀(110) 및 관통홀(110)은 지지유닛(200)에 놓여진 기판(W)과 대응되는 높이에 위치될 수 있다.

관찰유닛(700)은 챔버(100) 내에 발생되는 공정 오류를 실시간으로 파악한다. 관찰유닛(700)은 챔버(100)의 외부에서 촬상홀(110) 및 관통홀(602)을 통해 처리공간을 관찰한다. 도4는 도2의 'A' 영역을 확대한 단면도이다. 도4를 참조하면, 관찰유닛(700)은 윈도우(710), 실링부재(730), 램프(750), 그리고 카메라(770)를 포함한다. 윈도우(710)는 챔버(100)의 외측벽에 형성된 장착홈(120)에 고정설치된다. 윈도우(710)는 챔버(100)의 외부에서 챔버(100)의 내부가 관찰 가능하도록 투명 재질로 제공된다. 윈도우(710)는 장착홈(120)과 대응되는 크기를 가지도록 제공된다. 예컨대 윈도우(710)는 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있다. 실링부재(730)는 윈도우(710)와 장착홈(120) 간에 틈을 실링한다. 실링부재(730)는 윈도우(710)와 장착홈(120)의 바닥면 사이에 위치된다. 예컨대, 실링부재(730)는 오링(O-Ring)일 수 있다. 선택적으로 실링부재(730)는 윈도우(710)의 측부를 감싸도록 제공될 수 있다. 램프(750)는 촬상홀(10)의 내부에 광을 제공한다. 일 예에 의하면, 램프(750)는 장착홈(120) 내에서 하나 또는 복수 개로 제공될 수 있다. 램프(750)는 윈도우(710)의 외측면에 고정설치된다. 촬상홀(110)을 정면으로 바라볼 때, 램프(750)는 촬상홀(110)과 중첩되지 않도록 위치된다. 램프(750)가 복수 개로 제공되는 경우, 램프들(750)은 링 형상을 가지도록 배열될 수 있다. 예컨대, 램프(750)는 외부의 전원(760)으로부터 전력을 제공받아 발광되는 엘이디 등(LED)일 수 있다. 카메라(770)는 장착홈(120) 내에서 처리공간을 촬영한다. 카메라(750)는 챔버(100)의 외측에서 윈도우(710)와 인접하게 위치된다. 카메라(750)는 촬상홀(110)과 대향되도록 위치된다.

제어부(800)는 관찰유닛(700)으로부터 촬영된 촬영정보를 수신받고, 이를 기준정보와 비교한다. 예컨대, 기준정보는 지지유닛에 기판(W)이 양호한 상태로 안착된 촬영정보일 수 있다. 제어부(800)는 촬영정보와 기준정보의 일치 여부에 따라 공정 진행 여부를 판단한다. 제어부(800)는 촬영정보와 기준정보가 불일치되면, 이를 공정불량이라 판단하고, 알람을 통해 사용자에게 공정불량을 알릴 수 있다. 또한 제어부(800)는 램프(750)와 연결된 전원(760)을 제어한다. 제어부(800)는 지지유닛(200)에 기판(W)을 로딩하거나 언로딩 시 램프(750)가 발광하도록 전원(760)을 제어한다. 제어부(800)는 기판(W)을 플라즈마 처리 시 램프(750)가 꺼지도록 전원(760)을 제어한다. 일 예에 의하면, 제어부(800)는 기판(W)을 로딩 시 기판(W)에 대한 촬영정보를 기준정보와 비교하여 기판(W)의 슬립 및 이로 인한 깨짐을 판별할 수 있다. 또한 제어부(800)는 기판(W)을 플라즈마 처리 시 기판(W)에 대한 촬영정보를 기준정보와 비교하여 고온으로 인해 기판(W)의 휘어짐을 판별할 수 있다.

일반적으로 촬상홀(110)의 직경이 작아질수록 플라즈마가 촬상홀(110)을 통해 챔버(100)의 외부로 유출되는 양이 줄어든다. 또한 촬상홀(110)의 길이가 길어질수록 플라즈마가 촬상홀(10)을 통해 챔버(100)의 외부로 유출되는 양이 줄어든다.

본 실시예에서는 관찰유닛(700)을 통해 처리공간을 촬영함으로써, 종래에 사용자가 육안으로 처리공간을 관찰하는에 비해 촬상홀(110)의 직경을 작게, 그리고 촬상홀(110)의 길이를 길게 형성할 수 있다.

또한 본 실시예에는 챔버(100)의 외부로 유출되는 플라즈마의 양이 줄어드므로, 다른 영역에 비해 촬상홀(110)과 인접한 기판(W)의 영역에서 플라즈마의 공급량이 감소하는 것을 최소화할 수 있다.

상술한 실시예에는 촬상홀(110)이 지지유닛(2000에 놓인 기판(W)과 대향되는 높이에서 수평방향을 향하도록 제공되는 것으로 설명하였다. 그러나 도5와 같이 촬상홀(110)은 기판(W)보다 높게 위치될 수 있다. 촬상홀(110)의 길이방향은 지지유닛(200)과 가까울수록 하향 경사지게 제공될 수 있다. 카메라(770)는 기판(W)보다 높은 위치에서 기판(W)을 촬영하므로, 기판의(W) 전체 영역을 촬영할 수 있다.

또한 플라즈마 소스(400)는 용량결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용될 수 있다. 용량결합형 플라즈마는 챔버(100)의 내부에 위치하는 제1전극 및 제2전극을 포함할 수 있다. 제1전극 및 제2전극은 챔버의 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되고, 각각의 전극은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

100: 챔버 110: 촬상홀
200: 지지유닛 300: 가스공급유닛
400: 플라즈마소스 700: 관찰유닛
710: 윈도우 770: 카메라

Claims

내부에 처리공간을 제공하는 챔버와;
상기 처리공간에 제공되며, 기판을 지지하는 지지유닛과;
상기 처리공간에 공정가스를 공급하는 가스공급유닛과
상기 처리공간에 제공된 공정가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마소스와;
상기 처리공간을 관찰하는 관찰유닛을 포함하되,
상기 관찰유닛은,
상기 챔버의 일측벽에 형성된 촬상홀을 차단하는 윈도우와;
상기 윈도우의 외측에서 상기 촬상홀을 통해 상기 처리공간을 촬영하는 카메라를 포함하는 기판처리장치,
제1항에 있어서,
상기 관찰유닛은,
상기 촬상홀 내에 광을 제공하는 램프를 더 포함하는 기판처리장치.