KR20140097795A - 플라즈마 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 측정장치는 다수의 센싱홀이 형성된 센싱 플레이트와, 센싱 플레이트의 각 센싱홀에 장착되는 다수의 센서와, 센싱 플레이트를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 측정장치{PLASMA MEASURING APPARATS}

본 발명은 플라즈마 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 처리 시 기판이 안착되는 위치에서 플라즈마의 전류 변화를 용이하면서도 효율적으로 측정할 수 있는 플라즈마 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마는 환경오염물의 처리에서부터 초박형 디스플레이(Flat Panel Display;FPD)의 표면처리나 플라즈마의 특성을 이용한 디스플레이 등 광범위한 분야에 이용되고 있다.

또한 반도체 소자를 제조하는데 사용되는 여러 가지 장비 중에서 진공 상태의 밀폐된 챔버 내에서 플라즈마를 형성하고 반응 가스를 주입하여 기판 상에 박막을 증착하거나 기판에 형성된 박막을 에칭하는 플라즈마 장치가 널리 사용되고 있다.

상기의 플라즈마 장치는 플라즈마를 이용하여 박막을 증착할 경우, 기판에 형성된 불순물 영역 내의 불순물들이 더 이상 확산되지 않는 저온에서 공정을 진행할 수 있다는 점과, 대구경의 기판에 형성되는 박막의 두께 균일도가 우수하다는 점과, 박막을 에칭할 경우 기판 전체에 걸쳐서 에칭 균일도(Etch uniformity)가 우수하다는 점 때문에 널리 적용되고 있다.

이러한 플라즈마 장치의 플라즈마 내의 각 변수를 측정하여 플라즈마의 특성과 이온 및 전자 분포를 진단하거나 분석할 필요가 있다.

대한민국 등록특허 10-0784824호에는 플라즈마 진단장치 및 진단방법이 개시되어 있다. 상기의 장치에는 플라즈마 센서가 부착된 탐침부가 챔버 내외부를 관통하여 직선거리를 이동함에 따라 플라즈마를 측정하는 내용이 개시되어 있다.

그러나 상기의 장치는 탐침부를 이동시키되 임의의 지정된 직선 경로를 따라 플라즈마 진단을 실시함에 따라 같은 시간에 한 부분만을 측정하게 된다.

그리고 상기의 장치는 탐침부와 기판 또는 탐침부와 척 히터의 충돌을 피해야 함에 따라 기판의 높이가 아닌 기판과 일정 간격으로 이격된 높이에서 플라즈마 진단을 실시해야 한다.

또, 상기의 장치는 탐침부를 진단위치에 이동시키기 위해 챔버에 탐침부를 이동시키기 위한 별도의 홀을 가공하거나 기존에 가공된 홀을 사용해야 함에 따라, 진단위치에 제한이 있다. 그리고 탐침부의 탐침봉이 챔버 내부에 위치함에 따라, 챔버 내부의 가스흐름을 방해하여 측정오차를 발생시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 챔버 내부에서 기판을 지지하는 장치의 개선을 통해 플라즈마를 용이하면서도 효율적으로 측정할 수 있는 플라즈마 측정장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 내에서 발생되는 플라즈마를 측정하는 플라즈마 측정장치는,

상기 챔버 내부에 설치된 가스분사장치와 대향되게 배치되며, 다수의 센싱홀이 형성된 센싱 플레이트와, 상기 다수의 센싱홀에 각각 장착되며 상기 챔버 내부에서 발생되는 플라즈마의 전류 변화를 측정하는 다수의 센서와, 상기 센싱 플레이트를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부는 상기 센싱 플레이트를 지지하는 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트로부터 하측으로 돌출되어 상기 챔버를 관통하는 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 센싱 플레이트는 상기 지지 플레이트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 센싱 플레이트는 상기 지지 플레이트와 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 플라즈마 측정장치는 상기 샤프트를 승강 가능하게 구동하는 승강 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부는 상기 다수의 센서와 외부장치를 상호 연결하기 위해 상기 샤프트에 설치되는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 센싱홀은 상기 센싱 플레이트에서 서로 다른 직경을 갖는 다수의 동심원 상에 다수 개가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 센싱홀은 상기 센싱 플레이트에서 하나의 행을 이루도록 다수 개가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 센싱 플레이트에 다수의 센서가 설치되는 플라즈마 측정장치가 기존의 히터 척의 위치에 교체 가능하게 마련됨에 따라, 동일 평면 상의 다수의 장소에서 플라즈마를 측정할 수 있다.

또, 상기의 구성을 포함하는 플라즈마 측정장치를 구비함에 따라, 기존 기판 처리 시 히터 척에 안착되는 기판의 높이와 동일한 높이에서 플라즈마의 전류 변화를 측정하므로 플라즈마 측정장치와 다른 장치의 충돌이 없으면서도 보다 정확하게 측정할 수 있다.

또, 상기의 구성을 포함하는 플라즈마 측정장치를 구비함에 따라, 기존 기판 처리 시 히터 척에 안착되는 기판의 높이와 동일한 높이에서 플라즈마의 전류 변화를 측정하므로 측정위치에 대한 제한이 없을뿐더러 플라즈마 측정장치에 의해 가스 흐름을 방해하여 측정오차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 측정장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 측정장치를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 측정장치의 플라즈마 측정장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 측정장치의 플라즈마 측정장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 측정장치의 다른 실시예의 플라즈마 측정장치의 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는' 또는 '결합되는'과 같은 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해서 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 측정장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 측정장치는 챔버(10) 내부에 설치된다.

챔버(10)는 플라즈마가 발생되는 밀폐되는 공간이다. 즉, 챔버(10)는 기판 상에 박막을 증착하거나 기판의 박막을 식각하기 위해 일반적으로 사용되는 처리 챔버이다.

이를 위해 챔버(10)에는 챔버(10) 내부에 가스를 분사하는 가스분사장치(20)가 설치된다. 또, 챔버(10)에는 도시되지는 않았지만 챔버(10) 내부를 밀폐된 공간으로 만들기 위해 압력유지 및 배기를 위한 진공모듈과 같은 다양한 부재, 모듈 등이 설치될 수 있다.

상기의 가스분사장치(20)는 플라즈마 측정장치(30) 상에 처리 가스를 분사하는 역할을 하는 것으로서, 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(23)를 포함할 수 있다. 참고로 처리 가스는 박막 증착 시 기판 상에 증착하고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 소스 가스와, 이 소스 가스를 반응시키는 반응 가스를 포함한다.

상부 플레이트(21)에는 처리 가스를 공급하는 가스공급원(미도시)과, 챔버(10) 내에 플라즈마를 발생하기 위한 고주파 전류를 인가하는 고주파 전원(미도시)이 연결된다. 하부 플레이트(23)에는 플라즈마 측정장치(30) 상에 균일한 처리 가스를 제공할 수 있도록 다수의 분사공(24)이 형성된다.

한편, 본 발명의 플라즈마 측정장치(30)는 챔버(10) 내부에서 발생된 플라즈마의 전류 변화를 측정한다. 이러한 플라즈마 측정장치(30)는 상술한 바와 같이 챔버(10) 내부의 플라즈마의 전류 변화를 측정하되, 챔버(10) 내부에 안착되는 기판의 높이에서 측정한다. 다시 말하면, 플라즈마 측정장치(30)는 테스트 모드 시 챔버(10) 내부의 플라즈마의 전류 변화를 측정하는 역할을 하되, 통상의 처리 챔버에 설치되어 기판이 안착되는 히터 척(미도시)의 위치에 히터 척을 대체하여 배치된다. 다시 부연하면 후술할 다수의 센서(33)의 상부면과 히터 척에 안착된 기판의 상부면이 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 실시예에서 기판 처리 시에는 챔버(10) 내부에 히터 척이 장착되고, 플라즈마의 전류 변화의 측정 시에는 히터 척을 장착 해제시키고 상기의 플라즈마 측정장치(30)를 장착한다.

상기의 플라즈마 측정장치(30)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 센싱 플레이트(31)와, 이 센싱 플레이트(31)에 장착되는 다수의 센서(33)와, 센싱 플레이트(31)를 지지하는 지지부(37)를 포함한다.

센싱 플레이트(31)는 도시된 바와 같이 기판과 동일한 형상으로 형성되는데, 이러한 센싱 플레이트(31)에는 다수의 센서(33)가 장착되는 다수의 센싱홀(32)이 형성되어 있다.

예를 들면, 센싱홀(32)은 다수의 동심원 상에 다수 개가 형성되어 센서(33)가 장착될 수도 있고(도 4 참조), 하나의 직경 상에 다수 개가 연이어서 형성되어 센서(33)가 장착될 수도 있다(도 5 참조). 즉, 사용자는 서로 다른 다수의 센싱홀(32)이 형성된 센싱 플레이트(31)를 교체함에 따라 사용자의 필요에 따라 측정위치를 변경할 수 있다.

다수의 센서(33)는 상술한 바와 같이 챔버(10) 내부에서 발생되는 플라즈마 형성된 공간의 전류를 측정하여 플라즈마의 특성과 이온 및 전자분포를 분석할 수 있게 한다.

상기의 센서(33)를 통해 전류를 측정하는 방식은 다음과 같다.

상기 센싱 플레이트(31)와 가스분사장치(20)에 교류전압이 인가되어 챔버 내부에 플라즈마가 발생된다. 이때, 가스분사장치(20)에는 RF 전원이 연결되고 센싱 플레이트(31) 상에는 GND가 연결된다. 그리고 발생된 플라즈마 공간 내에서 센싱 플레이트(31)에 장착된 센서(33)가 플라즈마에 노출될 경우 상기 플라즈마 공간 내에 존재하는 이온이 센서에 포집되어 변화된 전류값을 측정하게 된다.

예를 들면, 센서의 전위를 가변하여 음전위에서 양전위로, 대개 -200V 내지 200V 이내로 교류전압을 변경시켜 전류를 측정한다. 이때, 음전압이 센서에 걸리게 되면 플라즈마 공간 내의 양이온이 센서로 포집되어 이온에 의한 전류가 발생하게 된다. 또, 양전압이 센서에 걸리게 되면 플라즈마 내의 전자들이 센서로 포집되어 전자에 의한 전류가 발생하게 된다.

즉, 상기의 센서는 상술한 바와 같이 전류 변화를 측정함에 따라 플라즈마의 특성을 분석할 수 있게 한다.

지지부(37)는 상술한 바와 같이 센싱 플레이트(31)를 지지하는 지지 플레이트(37a)와, 이 지지 플레이트(37a)의 하면 중앙으로부터 하측으로 연장되는 샤프트(37b)를 포함한다.

지지 플레이트(37a)는 상술한 바와 같이 센싱 플레이트(31)와 분리될 수 있으며, 도면에 도시되지는 않았지만 센싱 플레이트(31)와 일체로 이루어 질 수도 있다.

이때, 샤프트(37b)에는 지지부를 승강 가능하게 하는 승강 구동부(예로 들면, 액츄에이터)가 연결된다. 챔버(10) 내부에서 공정에 따라 플라즈마 조건이 변경될 수 있는데, 이로 인해 가스분사장치(20)와 히터 척(미도시) 간의 간격이 조절될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기와 같은 경우에도 용이하게 플라즈마의 전류 변화를 측정하기 위해 지지부(37)의 승강을 통해 센싱 플레이트(31)의 높이를 조절하게 된다.

또, 지지부(37)는 다수의 센서(33)와 외부장치(예를 들면, 사용자에게 다수의 센서의 측정값이 출력되는 디스플레이장치)를 상호 연결하는 인터페이스부(35)를 더 포함한다. 이때의 인터페이스부(35)는 다수의 센서(33)와 외부장치를 연결하기 위한 커넥터일 수 있으며, 도시된 바와 같이 샤프트(37b) 상에 설치될 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에서는 기존의 히터 척을 대신하여 센싱 플레이트에 다수의 센서가 설치되는 플라즈마 측정장치를 포함함에 따라, 같은 시간에 한부분만을 측정하는 종래와 달리 동일 평면 상의 다수의 위치에서 플라즈마의 전류 변화를 측정할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는 상기의 구성을 포함하는 플라즈마 측정장치를 구비함에 따라, 기존 기판 처리 시 히터 척에 안착되는 기판의 높이와 동일한 높이에서 플라즈마의 전류 변화를 측정하므로 기판의 높이와 일정 간격 이격된 높이에서 플라즈마의 전류 변화를 측정하는 종래와 달리 플라즈마 측정장치와 다른 장치의 충돌이 없으면서도 보다 정확하게 측정할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는 상기의 구성을 포함하는 플라즈마 측정장치를 구비함에 따라, 플라즈마의 전류 변화를 측정하기 위해 챔버에 플라즈마 측정장치를 이동시키기 위한 별도의 홀을 가공하거나 기존에 가공된 홀을 사용해야 하는 종래와 달리 기존 기판 처리 시 히터 척에 안착되는 기판의 높이와 동일한 높이에서 플라즈마의 전류 변화를 측정하므로 측정위치에 대한 제한이 없을뿐더러 종래의 플라즈마 측정장치에 의해 가스 흐름을 방해하여 측정오차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는 플라즈마의 측정장치의 높이가 가변 가능하게 마련됨에 따라 챔버 내부의 각종 플라즈마 환경에 대응될 수 있다.

한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 챔버 20: 가스분사장치
30: 플라즈마 측정장치 31: 센싱 플레이트
32: 센싱홀 33: 센서
35: 인터페이스부 37: 지지부
37a: 지지 플레이트 37b: 샤프트

Claims (8)

1. 챔버 내에서 발생되는 플라즈마를 측정하는 플라즈마 측정장치에 있어서,
   상기 플라즈마 측정장치는,
   상기 챔버 내부에 설치된 가스분사장치와 대향되게 배치되며, 다수의 센싱홀이 형성된 센싱 플레이트와,
   상기 다수의 센싱홀에 각각 장착되며 상기 챔버 내부에서 발생되는 플라즈마 전류변화를 측정하는 다수의 센서와,
   상기 센싱 플레이트를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 센싱 플레이트를 지지하는 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트로부터 하측으로 돌출되어 상기 챔버를 관통하는 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 센싱 플레이트는 상기 지지 플레이트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 센싱 플레이트는 상기 지지 플레이트와 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 플라즈마 측정장치는 상기 샤프트를 승강 가능하게 구동하는 승강 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 지지부는 상기 다수의 센서와 외부장치를 상호 연결하기 위해 상기 샤프트에 설치되는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 센싱홀은 상기 센싱 플레이트에서 서로 다른 직경을 갖는 다수의 동심원 상에 다수 개가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 센싱홀은 상기 센싱 플레이트에서 하나의 행을 이루도록 다수 개가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 측정장치.

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