KR20150137228A - 기판 처리 장치 그리고 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 그리고 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20150137228A
KR20150137228A KR1020140064641A KR20140064641A KR20150137228A KR 20150137228 A KR20150137228 A KR 20150137228A KR 1020140064641 A KR1020140064641 A KR 1020140064641A KR 20140064641 A KR20140064641 A KR 20140064641A KR 20150137228 A KR20150137228 A KR 20150137228A
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이종석
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부 공간이 형성되고 기판에 대해 공정을 진행하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 공정 챔버 내부에 공급된 상기 공정 가스를 여기시키는 플라즈마 생성 유닛 그리고 상기 공정에 사용되는 공정 파라미터를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 공정의 진행 단계 내에서 진행 상황에 따라 상기 공정 파라미터의 공급량을 제어할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 그리고 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치, 그리고 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 가열 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다.
이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다. 일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다. 이 때, 식각 공정은 공정 레시피에 따라 스텝별로 진행되고, 각각의 스텝에서 설정값만큼의 공정 파라미터를 공급한다. 그러나, 식각량이 많은 설비군에서 공정 파라미터의 설정값을 장시간 지속 공급할 경우, 에칭 효율이 떨어지고 보잉 현상이 일어난다.
본 발명은 에칭 효율을 높일 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보잉 현상을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부 공간이 형성되고 기판에 대해 공정을 진행하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 지지 유닛, 상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛, 상기 공정 챔버 내부에 공급된 상기 공정 가스를 여기시키는 플라즈마 생성 유닛 그리고 상기 공정에 사용되는 공정 파라미터를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 공정의 진행 단계 내에서 진행 상황에 따라 상기 공정 파라미터의 공급량을 제어할 수 있다.
상기 공정은 에칭 공정일 수 있다.
상기 공정 파라미터는 RF 전력을 포함할 수 있다.
상기 공정 파라미터는 공정 가스를 포함할 수 있다.
상기 공정 파라미터는 압력을 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 시간에 비례하여 가변시킬 수 있다.
상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 일정 주기를 기준으로 반복하여 공급할 수 있다.
상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 같은 비율로 가변시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 에칭 효율을 높일 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 보잉 현상을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 공정 챔버를 보여주는 도면이다.
도 3은 종래의 에칭 공정을 수행할 때의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 공정 수행시의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭 공정 수행시의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에칭 공정 수행시의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다.
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 플라즈마를 이용하여 기판을 세정하는 기판 처리 장치 에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 상부에 놓여진 기판을 가열하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 공정 챔버(100)를 보여주는 도면이다. 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 세정하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 특징은 이에 한정되지 않으며 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 생성 유닛(400), 그리고 제어기(600)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 내부에 공정 수행을 위한 공간을 가진다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(103)이 형성된다. 배기홀(103)은 펌프(122)가 장착된 배기 라인(121)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(121)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한, 배기 과정에 의해 공정 챔버(100)의 내부공간은 소정 압력으로 감압된다. 배기홀(103)은 공정 챔버(100)에서 후술하는 플라즈마 경계 제한 유닛(500)의 외부 공간과 직접 통하는 위치에 제공된다. 일 예에 의하면, 배기홀(103)은 플라즈마 경계 제한 유닛(500)의 수직 아래 위치에 제공될 수 있다.
공정 챔버(100)의 측벽에는 개구(104)가 형성된다. 개구(104)는 공정 챔버(100) 내부로 기판이 출입하는 통로로 기능한다. 개구(104)는 도어 어셈블리(140)에 의해 개폐된다. 일 예에 의하면, 도어 어셈블리(140)는 외측 도어(142), 내측 도어(144), 그리고 연결판(146)을 가진다. 외측 도어(142)는 공정 챔버(100)의 외벽에 제공된다. 내측 도어(144)는 공정 챔버(100)의 내벽에 제공된다. 외측 도어(142)와 내측 도어(144)는 연결판(146)에 의해 서로 고정 결합된다. 연결판(146)은 개구(104)를 통해 공정 챔버(100)의 내측에서 외측까지 연장되게 제공된다. 도어 구동기(148)은 외측 도어(142)를 상하 방향으로 이동시킨다. 도어 구동기(148)는 유공압 실린더나 모터를 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)의 내부 중 아래 영역에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 정전기력에 의해 기판(W)을 지지한다. 이와 달리 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
지지 유닛(200)은 지지판(210), 링 어셈블리(260), 그리고 가스 공급 라인부(270)를 가진다. 지지판(210)에는 기판(W)이 놓인다. 지지판(210)은 베이스(220)와 정전 척(240)을 가진다. 정전 척(240)은 정전기력에 의해 기판(W)을 그 상면에 지지한다. 정전 척(240)은 베이스(220) 상에 고정결합된다. 이와 달리, 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑에 의해 기판을 지지하거나, 진공에 의해 기판을 지지할 수 있다. 정전 척(240)은 세라믹 재질로 제공되고, 포커스 링(262)은 실리콘 재질로 제공되고, 절연 링(264)은 쿼츠 재질로 제공될 수 있다. 정전 척(240) 또는 베이스(220) 내에는 공정 진행 중 기판(W)을 공정 온도로 유지하도록 하는 가열 부재(282) 및 냉각 부재(284)가 제공될 수 있다.
링 어셈블리(260)는 링 형상으로 제공된다. 링 어셈블리(260)는 지지판(210)의 둘레를 감싸도록 제공된다. 일 예로, 링 어셈블리(260)는 정전 척(240)의 둘레를 감싸도록 제공된다. 링 어셈블리(260)는 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 일 예에 의하면, 링 어셈블리(260)는 포커스 링(262)과 절연 링(264)을 가진다. 포커스 링(262)은 정전 척(240)을 감싸도록 제공되며 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 절연 링(264)는 포커스 링(262)을 감싸도록 제공된다. 선택적으로 링 어셈블리(260)는 플라즈마에 의해 정전 척(240)의 측면이 손상되는 것을 방지하도록 포커스 링(262)의 둘레에 밀착되게 제공되는 에지 링(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 달리 링 어셈블리(260)의 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
가스 공급 라인부(270)는 가스 공급원(272)과 가스 공급 라인(274)을 포함한다. 가스 공급 라인(274)은 링 어셈블리(260)와 지지판(210) 사이에 제공된다. 가스 공급 라인(274)은 링 어셈블리(260)의 상면 또는 지지판(210)의 가장자리 영역에 잔류하는 이물질을 제거하도록 가스를 공급한다. 일 예로, 가스는 질소 가스(N2)일 수 있다. 선택적으로, 다른 가스 또는 세정제를 공급할 수 있다.
가열 부재(282)는 열선으로 제공될 수 있다. 냉각 부재(284)는 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 가열 부재(282)는 정전 척(240)에 제공되고, 냉각 부재(284)는 베이스(220)에 제공될 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 공정 챔버(100) 내부로 공정가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 저장부(310), 가스 공급 라인(320), 그리고 가스 유입 포트(330)를 포함한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)와 가스 유입 포트(330)를 연결한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)에 저장된 공정 가스를 가스 유입 포트(330)에 공급한다. 가스 공급 라인(320)에는 그 통로를 개폐하거나, 그 통로를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 밸브(322)가 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(400)은 방전 공간(102)에 머무르는 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 방전 공간(102)은 공정 챔버(100) 내에서 지지 유닛(200)의 상부 영역에 해당된다. 플라즈마 생성 유닛(400)은 용량 결합형 플라즈마(capacitive coupled plasma) 소스를 가질 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(400)은 상부 전극(420), 하부 전극(440), 그리고 고주파 전원(460)을 가진다. 상부 전극(420)과 하부 전극(440)은 서로 상하 방향으로 대향되게 제공된다. 상부 전극(420)은 샤워 헤드(422) 및 링 어셈블리(424)를 가진다. 샤워 헤드(422)는 정전 척(240)과 대향되게 위치되고, 정전 척(240)보다 큰 직경으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(422)에는 가스를 분사하는 홀들(422a)이 형성된다. 링 어셈블리(424)는 샤워 헤드(422)를 감싸도록 제공된다. 링 어셈블리(424)는 샤워 헤드(422)와 전기적으로 연결되도록 샤워 헤드(422)에 접촉되게 제공될 수 있다. 링 어셈블리(424)는 샤워 헤드(422)에 밀착되게 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 샤워 헤드(422)는 실리콘으로 제공될 수 있다. 선택적으로 샤워 헤드(422)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 링 어셈블리(424)는 샤워 헤드(422)와 동일한 재질로 제공될 수 있다. 하부 전극(440)은 정전 척(240) 내에 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 전극(420)은 접지(429)되고, 하부 전극(440)에는 고주파 전원(460)이 연결될 수 있다. 선택적으로 상부 전극(420)에 고주파 전원(460)이 연결되고 하부 전극(440)이 접지될 수 있다. 또한, 선택적으로 상부 전극(420) 및 하부 전극(440) 모두에 고주파 전원(460)이 연결될 수 있다. 일 예에 의하면, 고주파 전원(460)은 상부 전극(420) 또는 하부 전극(440)에 연속적으로 전력을 인가하거나 펄스로 전력을 인가할 수 있다.
제어기(600)는 공정에 사용되는 공정 파라미터를 제어한다. 일 예로, 제어기(600)는 공정의 진행 단계 내에서 진행 상황에 따라 공정 파라미터의 공급량을 제어할 수 있다. 일 예로, 기판 처리 장치가 에칭 공정을 진행할 경우, 제어기(600)는 에칭 공정에 사용되는 공정 파라미터들의 공급량을 제어한다. 일 예로, 공정 파라미터는 RF 전력을 포함할 수 있다. 또한, 공정 파라미터는 공정 가스를 포함할 수 있다. 또한, 공정 파라미터는 압력을 포함할 수 있다. 선택적으로, 공정 파라미터는 온도 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제어기(600)는 동시에 복수 개의 공정 파라미터들을 제어할 수 있다. 일 예로, 제어기(600)는 RF 전력, 공정 가스, 압력을 동시에 제어할 수 있다.
도 3은 종래의 에칭 공정을 수행할 때의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 공정 수행시의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭 공정 수행시의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에칭 공정 수행시의 RF 전력량을 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 종래의 일반적인 기판 처리 장치는 공정 레시피에 따라 공정을 진행할 때, 공정의 종류에 따라 상이한 진행 단계(A, B, C)를 거친다. 이에 따라, 각 진행 단계(A, B, C) 내에서는 일정한 설정값의 RF 전력량을 공급한다. 그러나, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치는, 단일 진행 단계(A) 내에서의 공정 파라미터 공급량을 공정 진행 상황에 따라 제어할 수 있다. 또한, 이 때, 제어기(600)는 단일 진행 단계(A)를 복수 개의 스텝(A1, A2, A3)으로 나누어 제어할 수 있다. 일 예로, 제어기(600)는 진행 단계(A) 내에서, 시간에 비례하여 RF 전력의 공급량을 제어할 수 있다(도 4 참조). 이 때, 제어기(600)는 진행 단계(A)를 복수 개의 스텝(A1, A2, A3)으로 나누어 RF 전력의 공급량을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(600)는 진행 단계(A) 내에서, RF 전력의 공급량을 일정 주기를 기준으로 반복하여 공급할 수 있다(도 5 참조). 또한, 제어기(600)는 진행 단계(A) 내에서, RF 전력의 공급량을 일정 비율로 가변시켜 공급할 수 있다(도 6 및 도 7 참조). 이 때, 제어기(600)는 RF 전력의 공급량을 일정 주기를 기준으로 반복하여 가변시켜 공급할 수 있다. 제어기(600)가 공정 파라미터의 공급량을 증가시킴으로써, 에칭이 활발하게 이루어질 수 있다. 반면, 공정 파라미터의 공급량을 감소시킴으로써, 에칭 공정 내에서 증착 공정의 효과 또한 낼 수 있다. 즉, 제어기(600)는 공정 파라미터의 공급량을 제어하여, 웨이퍼의 패턴 깊이에 따른 에칭율을 제어할 수 있다. 일 예로, 패턴이 깊어질수록 에칭율이 저하되는 경우, 제어기(600)는 산소 가스의 공급량을 늘리거나 폴리머 가스를 줄이면서 에칭율을 제어할 수 있다.
이상에서는, 상기 실시예에서는 플라스마를 이용하여 에칭 공정을 수행하는 것으로 설명하였으나, 기판 처리 공정은 이에 한정되지 않으며, 플라스마를 이용하는 다양한 기판 처리 공정, 예컨대 증착 공정, 애싱 공정, 그리고 세정 공정 등에도 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 플라즈마 생성 유닛이, 용량 결합형 플라즈마(capacitive coupled plasma) 소스로 제공되는 구조로 설명하였다. 그러나, 이와 달리, 플라즈마 생성 유닛은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma)으로 제공될 수 있다. 유도 결합형 플라즈마는 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치는 추가적으로 플라즈마 경계 제한 유닛을 포함할 수 있다. 플라즈마 경계 제한 유닛은, 일 예로, 링 형상으로 제공될 수 있으며, 방전 공간(102)을 감싸도록 제공되어 플라즈마가 그 외측으로 빠져나가는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상술한 기판 처리 장치는 플라즈마를 이용한 공정을 진행하는 기판 처리 장치로 설명하였으나, 이와 달리, 기판 처리 장치는 플라즈마를 이용하지 않는 에칭 공정에도 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 공정 챔버
200 : 지지 유닛
300 : 가스 공급 유닛
400 : 플라즈마 발생 유닛
600 : 제어기

Claims (13)

  1. 내부 공간이 형성되고 기판에 대해 공정을 진행하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 공정 챔버 내부에 공급된 상기 공정 가스를 여기시키는 플라즈마 생성 유닛; 그리고
    상기 공정에 사용되는 공정 파라미터를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 공정의 진행 단계 내에서 진행 상황에 따라 상기 공정 파라미터의 공급량을 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정은 에칭 공정인 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 파라미터는 RF 전력을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공정 파라미터는 공정 가스를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공정 파라미터는 압력을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 시간에 비례하여 가변시키는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 일정 주기를 기준으로 반복하여 공급하는 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 같은 비율로 가변시키는 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항의 기판 처리 장치를 이용하여 상기 공정 파라미터의 데이터를 분석하는 기판 처리 방법에 있어서, 상기 공정의 진행 단계 내에서 진행 상황에 따라 상기 공정 파라미터의 공급량을 제어하는 기판 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공정은 에칭 공정인 기판 처리 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 시간에 비례하여 가변시키는 기판 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량을 일정 주기를 기준으로 반복하여 공급하는 기판 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 진행 단계 내에서 상기 공정 파라미터의 공급량이 상기 주기를 기준으로 같은 비율로 가변시키는 기판 처리 방법.
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