KR20170019228A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20170019228A
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plasma
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KR1020150113375A
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이형주
백계현
김진평
마사유키 토모야스
홍종서
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삼성전자주식회사
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Abstract

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마가 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 장착되며, 중심 영역에 배치된 제1 가스 분사구 및 주변 영역에 배치된 제2 가스 분사구가 형성된 상부 전극, 처리 공간을 사이에 두고 상기 상부 전극과 마주보도록 배치되는 하부 전극, 상기 제1 가스 분사구 및 상기 제2 가스 분사구를 통해 상기 처리 공간에 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급부, 상기 제2 가스 분사구를 통하여 상기 처리 공간에 제2 공정 가스를 공급하는 제2 가스 공급부, 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 상태를 감지하는 감지부, 및 상기 감지부의 출력 신호를 피드백하여, 상기 제2 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증착 공장 및 식각 공정에 적합한 환경을 제공하기 위한 시즈닝 공정 및 인시튜 건식 세정 공정에 제공되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 박막의 증착 공정 및 식각 공정을 포함하는 다수의 단위공정을 통해 제조되고 있다. 식각 공정은 주로 플라즈마 반응이 유도되는 반도체 제조설비 내에서 수행될 수 있다. 반도체 제조설비에서는 일정 누적 사용시간마다 사전예방정비(preventive maintenance)에 의해 플라즈마 반응으로부터 챔버의 내벽에 과도하게 발생되는 폴리머 성분의 오염물질이 습식으로 세정되고 있다. 따라서, 챔버는 습식 세정 직후 플라즈마 반응을 안정화하기 위한 시즈닝 공정이 요구되며, 또한 증착 공정 및 식각 공정 등의 생산 공정중 발생한 부산물을 제거하기 위한 인시튜 건식 세정 공정이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 챔버 내 중심부의 최적화 상태를 유지하면서, 상기 챔버 내 가장자리부의 최적화를 보강한 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마가 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 장착되며, 중심 영역에 배치된 제1 가스 분사구 및 주변 영역에 배치된 제2 가스 분사구가 형성된 상부 전극, 처리 공간을 사이에 두고 상기 상부 전극과 마주보도록 배치되는 하부 전극, 상기 제1 가스 분사구 및 상기 제2 가스 분사구를 통해 상기 처리 공간에 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급부, 상기 제2 가스 분사구를 통하여 상기 처리 공간에 제2 공정 가스를 공급하는 제2 가스 공급부, 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 상태를 감지하는 감지부, 및 상기 감지부의 출력 신호를 피드백하여, 상기 제2 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스 공급부에서 공급되는 제1 공정 가스를 상기 제1 가스 분사구와 상기 제2 가스 분사구로 분배시키도록 구성된 스플리터(splitter)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 감지부는, 상기 상부 전극의 측방향으로 이격되어 상기 챔버의 상부에 장착된 플라즈마 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 센서는 광학 센서 또는 전기 센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 하부 전극에 안착되는 기판의 외주의 적어도 일부를 둘러싸는 포커스 링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 감지부는 상기 포커스 링의 하부에 배치되는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 포커스 링을 가열하는 포커스 링 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은, 중심 영역에 배치된 제1 상부 전극 및 주변 영역에 배치되어 상기 제1 상부 전극과 절연된 제2 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극에 전원을 공급하는 RF 전원 공급부를 더 포함하며, 상기 RF 전원 공급부는 상기 RF 전원 공급부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 상부 전극과 상기 제2 상부 전극으로 분배하는 전원 분배기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극에 전원을 공급하는 RF 전원 공급부를 더 포함하며, 상기 RF 전원 공급부는 상기 제1 상부 전극으로 전원을 공급하는 제1 RF 전원 공급부 및 상기 제2 상부 전극으로 전원을 공급하는 제2 RF 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 공정 가스는 O2 가스 또는 CxFy 가스인 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 플라즈마가 처리되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 장착되며, 중심 영역에 배치된 제1 가스 분사구 및 주변 영역에 배치된 제2 가스 분사구가 형성된 상부 전극, 처리 공간을 사이에 두고 상기 상부 전극과 마주보도록 배치되는 하부 전극, 상기 상부 전극에 전원을 공급하는 RF 전원 공급부, 상기 하부 전극에 안착되는 기판의 외주의 적어도 일부를 둘러싸는 포커스 링, 상기 처리 공간에 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급부, 상기 처리 공간의 가장자리부에 제2 공정 가스를 공급하는 제2 가스 공급부, 상기 상부 전극의 측방향으로 이격되어 장착된 플라즈마 센서, 상기 포커스 링의 하부에 배치되는 온도 센서를 포함하며, 상기 제2 가스 공급부는 상기 플라즈마 센서 및 상기 온도 센서의 출력 신호에 따라 상기 처리 공간에 상기 제2 공정 가스를 공급하도록 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 센서 및 상기 온도 센서의 출력 신호에 따라 상기 포커스 링을 가열하는 포커스 링 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은, 중심 영역에 배치된 제1 상부 전극 및 주변 영역에 배치되어 상기 제1 상부 전극과 절연된 제2 상부 전극을 포함하며, 상기 RF 전원 공급부는, 상기 플라즈마 센서 및 상기 온도 센서의 출력 신호에 따라 상기 제1 상부 전극과 상기 제2 상부 전극으로 공급되는 전력을 분배시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 시즈닝 공정 또는 인시튜 건식 세정(In-Situ Dry-cleaning) 공정에 이용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 플라즈마 처리 장치는 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 상태를 감지하는 감지부 및 상기 감지부의 출력 신호를 이용하는 STG 컨트롤 노브, 파워 컨트롤 노브, 및 온도 컨트롤 노브를 활용하여 상기 처리 공간의 가장자리부의 최적화를 강화한다. 따라서 플라즈마 처리 장치는 처리 공간의 중심부의 최적화 상태를 유지하면서, 상기 처리 공간의 가장자리부의 최적화를 보강할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 STG 컨트롤 노브의 활용 여부에 따른 웨이퍼의 중심부와 가장자리부에서 측정된 CD 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 상부 전극에 인가되는 RF 전력을 제어하는 파워 컨트롤 노브를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 포커스 링을 가열하는 포커스 링 가열 수단을 제어하는 온도 컨트롤 노브를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 공정의 흐름도이다.
도 7은 도 6에 설명된 시즈닝 공정 및 ISD 공정의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 웨이퍼(웨이퍼(W)) 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 플라즈마 처리 장치는 다양한 구성을 가질 수 있고 여기서는 필요한 구성만을 예시적으로 제시하며, 본 발명 내용이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 STG 컨트롤 노브의 활용 여부에 따른 웨이퍼의 중심부와 가장자리부에서 측정된 CD 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(110), 상부 전극(120), 하부 전극(130), 상부 엣지 링(127), 포커스 링(170), 제1 가스 공급부(161), 제2 가스 공급부(162), 감지부(141, 142) 등을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 외부로부터 독립되는 내부 공간을 제공할 수 있으며, 상기 내부 공간은 플라즈마가 처리되는 처리 공간으로 제공될 수 있다. 챔버(110)는 플라즈마 반응으로 웨이퍼(W) 또는 상기 웨이퍼(W) 상의 박막이 식각되는 식각 챔버를 포함할 수 있다. 챔버(110) 내에서는 웨이퍼(W) 또는 웨이퍼(W) 상의 실리콘막, 산화막, 질화막, 금속막 적어도 하나의 박막이 패터닝되는 식각 공정이 진행될 수 있다. 챔버(110)는 진공 상태를 완충시키는 트랜스퍼 챔버 및 로드락 챔버와 연결되도록 구성될 수 있다.
챔버(110)의 일측에는 입출 게이트가 제공된다. 상기 입출 게이트를 통하여 웨이퍼(W)들의 출입이 이루어진다. 또한, 상기 챔버(110)는 반응 가스 또는 반응 부산물을 배기하기 위한 배기 덕트(111)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 배기 덕트(111)는 진공 펌프와 연결되고, 압력제어밸브, 유량제어밸브 등이 제공될 수 있다.
상부 전극(120)은 상기 챔버(110)의 내부 공간에 설치될 수 있다. 상기 상부 전극(120)은 가스 공급부(161, 162)를 통하여 공정 가스를 공급받으며, 하면에 형성된 가스 분사구(125, 126)를 통하여 공정 가스를 상기 처리 공간으로 공급할 수 있다. 상부 엣지 링(127)은 상기 상부 전극(120)의 외주의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가스 분사구(125, 126)는 상부 전극(120)에 중심 영역에 배치된 제1 가스 분사구(125) 및 상기 중심 영역을 둘러싸는 주변 영역에 배치된 제2 가스 분사구(126)를 포함할 수 있다. 즉, 제2 가스 분사구(126)는 상기 상부 전극(120)의 가장자리에 인접한 부분에 형성될 수 있다. 상기 중심 영역에 배치된 제1 가스 분사구(125)를 통하여 유입된 공정 가스는 주로 처리 공간의 중심부로 공급될 수 있으며, 상기 주변 영역에 배치된 상기 제2 가스 분사구(126)를 통하여 유입된 공정 가스는 상기 처리 공간의 가장자리부로 공급될 수 있다.
RF 전원 공급부(180)는 상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하기 위한 RF(radio frequency) 전력을 상기 상부 전극(120)으로 공급할 수 있다. 상기 전원 공급부(180)는 RF 전원(181) 및 정합기(182)를 포함할 수 있으며, 상기 정합기(182)는 플라즈마 임피던스와 상기 전원 공급부의 내부 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 상기 전원 공급부(180)는 예를 들어 약 60MHz의 고주파 전압을 상기 상부 전극(120)으로 공급할 수 있다.
하부 전극(130)은 상기 챔버(110)의 내부 공간에 설치되며, 상기 상부 전극(120)과 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 상부 전극(120)과 상기 하부 전극(130) 사이에는 상기 하부 전극(130)의 일면에 안착된 웨이퍼(W)가 처리되는 처리 공간이 제공될 수 있다. 상기 하부 전극(130)은 정전기를 이용하여 웨이퍼(W)을 고정시키는 정전 척(Electrostatic Chuck, ESC)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 하부 전극(130)은 지지 부재(131) 상에 배치될 수 있으며, RF 바이어스 전원을 공급받도록 구성될 수 있다.
상기 포커스 링(170)은 상기 하부 전극(130) 상에 안착되는 상기 웨이퍼(W)을 둘러싸는 고리 형태로 배치될 수 있다. 상기 포커스 링(170)은 상기 하부 전극(130)에 지지된 상기 웨이퍼(W)의 가장자리를 지지하는 기능을 할 수 있다. 상기 포커스 링(170)은 공정 중에 발생하는 고분자 화합물이 상기 하부 전극(130)에 침투하여 상기 웨이퍼(W)에 불순물 입자가 형성되는 것을 방지하도록 상기 하부 전극(130)의 가장자리를 덮을 수 있다. 또한, RF 전력이 인가되어 상기 처리 공간에 전기장이 형성되면, 상기 포커스 링(170)은 전기장의 형성 영역을 확장시켜 플라즈마를 확장시킬 수 있으며, 이로써 상기 웨이퍼(W)에 수행되는 공정의 전체적인 균일성을 향상시킬 수 있다.
상기 포커스 링(170)의 상면은 단차를 가질 수 있으며, 고리 형태의 안쪽 영역은 상대적으로 높이가 낮게 구성되어 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위가 지지되도록 구성될 수 있다. 상기 포커스 링(170)은 예를 들어 Si, SiC, C 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 포커스 링(170)의 하부에는 절연 부재(132)가 구비될 수 있으며, 상기 하부 전극(130) 및 상기 포커스 링(170)의 가장자리에는 이들을 둘러싸는 절연링(136)이 구비될 수 있다.
가스 공급부(161, 162)는 제1 가스 공급부(161) 및 제2 가스 공급부(162)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 가스 공급부(161)는 상기 상부 전극(120)에 형성된 상기 제1 가스 분사구(125) 및 상기 제2 가스 분사구(126)로 제1 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있으며, 제2 가스 공급부(162)는 상기 제2 가스 분사구(126)로 제2 공정 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
제1 가스 공급부(161)는 제1 가스 공급 라인(161L)을 통하여, 상기 제1 가스 분사구(125) 및 상기 제2 가스 분사구(126)로 제1 공정 가스를 공급하며, 제1 가스 공급 라인(161L)은 분기되어 상기 제1 가스 분사구(125) 및 상기 제2 가스 분사구(126)에 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 가스 공급부(161)는 제1 제어 밸브(161v)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 제어 밸브(161v)는 제어부(150)의 제어에 따라 작동하도록 구성될 수 있다.
제2 가스 공급부(162)는 제2 가스 공급 라인(162L)을 통하여 제2 공정 가스를 공급하며, 제 2 가스 공급 라인은 상기 상부 전극(120)의 주변 영역에 배치된 제2 가스 분사구(126)와 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제2 가스 공급부(162)는 제2 제어 밸브(162v)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 제어 밸브(162v)는 제어부(150)의 제어에 따라 작동하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 분사구(126)를 통해 분사된 제2 공정 가스는 상기 처리 공간의 가장자리부로 공급될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 가스 공급부(161)는 제1 가스 공급 라인(161L)이 분기되는 지점에 배치된 스플리터(Splitter, 165)를 포함할 수 있다. 상기 스플리터(165)는 상기 제1 가스 공급부(161)로부터 공급되는 제1 공정 가스를 상기 제1 가스 분사구(125) 및 상기 제2 가스 분사구(126)로 나누어 공급할 수 있다. 스플리터(165)는 설정된 조건 또는 후술할 제어부(150)의 신호에 따라서 설정된 비율로 상기 제1 공정 가스를 제1 가스 분사구(125) 및 제2 가스 분사구(126)로 분배할 수 있다. 스플리터(165)는 유량 제어 밸브를 포함할 수 있으며, 그에 따라 제1 가스 분사구(125) 및 제2 가스 분사구(126)로 공급되는 가스의 유량을 조정할 수 있다. 스플리터(165)를 이용하여 제1 가스 분사구(125)와 제2 가스 분사구(126)로 공급되는 제1 공정 가스의 유량을 제어하여, 챔버(110) 내 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
반도체 생산 공정의 누적시간마다 주기적으로 식각 공정의 부산물로서 발생되는 폴리머 성분을 제거하기 위하여, 습식 세정과 같은 사전예방정비(Preventive Maintenance)가 수행될 수 있다. 폴리머 성분은 반도체 생산 공정이 수행될 때마다 챔버(110)의 내벽 및 챔버(110) 내 구성부품들에 증착될 수 있다. 폴리머 성분은 일정 두께 이상으로 쌓일 경우, 챔버(110)의 내벽에서 덩어리로 웨이퍼(W) 상에 떨어져 표면을 오염시키는 파티클로 작용될 수 있으며, 상기 처리 공간 내에서 발생하는 플라즈마에 영향을 줄 수 있다. 챔버(110)의 사전예방정비는 약 100시간 정도의 누적사용시간마다 주기적으로 이루어질 수 있다.
챔버(110)의 사전예방정비 직후에는 웨이퍼(W) 또는 박막의 식각특성이 저하되기 때문에 베어 웨이퍼(bare wafer)를 이용한 챔버(110)의 시즈닝 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 챔버(110)의 습식 세정 이후 플라즈마 반응이 불안정하거나, 박막 식각율의 재현성이 떨어질 수 있다. 시즈닝 공정은 챔버(110) 내벽에 폴리머 성분을 코팅하는 예비 식각 공정을 포함할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 대한 식각 공정이 수행된 이후에는 인시튜 건식 세정(In-Situ Dry-cleaning, ISD) 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 ISD 공정은, 식각 공정 동안 발생한 부산물이 챔버(110) 내벽에 증착되어 공정 드리프트(drift)와 성능 저하를 일으키는 것을 방지할 수 있다. 다만, 상기의 챔버(110)를 최적화하기 위한 시즈닝 공정 및 ISD 공정에 있어서, 챔버 내 처리 공간에서 발생한 플라즈마의 중심 영역과 가장자리 영역의 밀도 차이로 인하여 상기 가장자리 영역에서 최적화가 부족해질 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 실시예들에서, 플라즈마 처리 장치(10)는 상기 가장자리 영역의 플라즈마의 상태를 센서 등을 통해 감지하고, 이를 모니터링하여 상기 가장자리 영역에서 시즈닝 공정 및 ISD 공정을 통한 최적화를 보강하기 위한 컨트롤 노브(control knob)를 활용할 수 있으며, 이하에서 이에 관하여 상세히 설명한다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 처리 장치(10)는 상기 처리 공간의 가장자리부의 최적화를 감지하기 위하여 감지부(141, 142)를 포함할 수 있다. 상기 감지부(141, 142)는 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 상태를 감지하도록 구성될 수 있다. 감지부(141, 142)는 상기 상부 전극(120)의 측방향으로 이격되어 장착되는 플라즈마 센서(141), 및 상기 포커스 링(170)의 하부에 배치되는 온도 센서(142)를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 센서(141)는 상기 상부 전극(120)의 측방향으로 이격되어 장착되는데, 예를 들어 상기 상부 전극(120)을 둘러싸는 상부 엣지 링(127)에 장착될 수 있다. 플라즈마 센서(141)는 광학 센서 내지 전기 센서를 포함할 수 있다.
상기 광학 센서는 플라즈마에서 방출되는 광을 분광하여 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 조성 상태 및 변화 등을 측정할 수 있으며, 예를 들어, 상기 광학 센서는 광학 방출 분광기(Optical Emission Spectroscopy, OES)를 포함할 수 있다. 상기 광학 센서는 상기 처리 공간과 마주하는 부분에 윈도우를 포함할 수 있으며, 이에 따라 플라즈마에 직접 노출되지 않도록 구성될 수 있다.
상기 전기 센서는 상기 처리 공간의 가장자리 부분의 플라즈마의 전기적 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기 센서는 상기 처리 공간으로 노출되는 탐침(probe)를 포함할 수 있다. 플라즈마는 저항으로 작용될 수 있으므로, 상기 탐침에 전압을 인가하여 플라즈마로 인하여 발생된 전류를 측정할 수 있고, 이로써 상기 처리 공간의 가장자리 부분의 플라즈마 밀도를 측정할 수 있다.
상기 플라즈마 센서(141)에서 검출된 상기 처리 공간의 가장자리에서 플라즈마의 상태 정보는, 제2 가스 공급부(162), RF 전원 공급부(180), 포커스 링 가열 수단(도 5의 175) 등을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있다.
또한, 상기 온도 센서(142)는 상기 포커스 링(170)의 하부에 배치될 수 있으며, 상기 포커스 링(170)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 상기 처리 공간의 가장자리부와 인접한 부분에 위치하는 포커스 링(170)은 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 온도를 대변할 수 있으므로, 상기 포커스 링(170)의 온도를 검출함으로써 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 온도 정보를 감지할 수 있다. 온도 센서(142)는 플라즈마에 직접 노출 되지 않고 포커스 링(170)의 하부에 배치되며, 예를 들어 절연 부재(132) 내에 배치될 수 있다. 상기 플라즈마 센서(141)와 마찬가지로, 상기 온도 센서(142)에서 검출된 포커스 링(170)의 온도 정보는 제2 가스 공급부(162), RF 전원 공급부(180), 포커스 링 가열 수단(175) 등을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있다.
상기 감지부(141, 142)에서 검출된 정보는 신호 전송 라인을 거쳐서 제어부(150)로 보내진다. 제어부(150)는 감지부(141, 142)의 출력 신호를 바탕으로, 상기 처리 공간의 가장자리부를 최적화하기 위하여 제2 가스 공급부(162)를 제어하여 상기 처리 공간의 가장자리부로 제2 공정 가스를 보충해주거나, RF 전원 공급부(180)로부터 공급되는 RF 전력을 증가시키거나, 또는 포커스 링 가열 수단(175)을 제어하여 포커스 링(170)을 가열할 수 있다. 상기 제어부(150)는 상기 감지부의 측정 정보를 수신하며, 이를 모니터링 할 수 있는 수단을 구비할 수 있으며, 또한 호스트 컴퓨터 등의 외부 장치와 연결되어 데이터 또는 제어 신호 등을 송수신하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는 CPU나 메모리 등을 포함하는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시즈닝 공정 및 ISD 공정을 수행할 때 상기 처리 공간의 가장자리부에 대한 최적화를 강화하기 위하여, 제어부(150)는 감지부(141, 142)의 출력 신호로 제2 가스 공급부(162)를 제어하여 제2 공정 가스가 상기 처리 공간의 가장자리부로 보충할 수 있다. 즉, 상기 처리 공간의 중심부에 영향을 주지 않으면서 상기 처리 공간의 가장자리부를 최적화하기 위하여, 처리 공간의 가장자리부에 추가로 공정 가스를 공급하는 STG(side tuning gas) 컨트롤 노브를 수행하여, 국소적 최적화(local optimization)를 수행할 수 있다.
상기 제1 가스 공급부(161)에 의하여 공급된 제1 공정 가스를 이용하여 챔버 내 전체적인 최적화 공정을 수행함과 더불어, 상기 STG 컨트롤 노브는 상기 처리 공간의 가장자리부에 제2 공정 가스를 공급하는 상기 제2 가스 공급부(162)를 제어하여 상기 처리 공간의 가장자리부에 대한 국소적 최적화를 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 동일할 수 있으며, 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 시즈닝 공정은 식각 공정과 실질적으로 동일한 단계를 거쳐서 수행될 수 있는데, 상기 제1 공정 가스는 상기 식각 공정에 쓰이는 공정 레시피와 동일할 수 있다. 국소적 최적화를 위하여 공급되는 상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 마찬가지로 상기 식각 공정에 쓰이는 공정 레시피와 동일할 수 있으며, 또는 상기 제1 공정 가스와는 다른 O2 가스 또는 CxFy 가스(예를 들어, CF4 또는 C4F6)가 쓰일 수 있다. 또한, ISD 공정 시, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 동일할 수 있으며, 또는 제1 공정 가스와 제2 공정 가스는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어 ISD 공정 시 제2 공정 가스는 O2 가스 또는 CxFy 가스가 쓰일 수 있다.
도 2를 참조하면, STG 컨트롤 노브를 활용하여 최적화 공정을 진행한 경우와 STG 컨트롤 노브를 활용하지 않고 최적화 공정을 수행한 경우를 비교하여, STG 컨트롤 노브를 활용한 경우에서 처리 공간의 가장자리에서 최적화가 보강되었음을 알 수 있다.
먼저, 시즈닝 공정에 있어서 STG 컨트롤 노브를 활용하지 않은 경우 측정된 CD를 살펴보면, 상기 처리 공간의 중심부와 인접한 영역에서의 CD는 타겟값에 근접하고 있으나, 상기 처리 공간의 가장자리부와 인접한 영역에서의 CD는 상대적으로 타겟값으로부터 벗어나며 CD의 산포가 증가하였다. 즉, 상기 처리 공간의 중심부와 가장자리부에서의 플라즈마 밀도 차이로 인하여 불균일한 시즈닝 공정이 수행됨을 확인할 수 있다. 이에 반해, STG 컨트롤 노브를 활용한 경우 측정된 CD는 상기 처리 공간의 중심부와 가장자리부 모두 타겟값에 근접하게 유지되고 있다.
또한, ISD 공정에 있어서, STG 컨트롤 노브를 활용한 경우에도 상기 시즈닝 공정에서 측정된 CD 평가 결과와 유사한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있다. STG 컨트롤 노브를 활용하지 않고 시행된 ISD 공정 이후의 식각 공정의 경우, 상기 처리 공간의 가장자리부에서 측정된 CD는 상기 처리 공간의 중심부보다 타겟값으로부터 벗어나고 있다. 이에 반해, STG 컨트롤 노브를 활용한 경우에는, 상기 처리 공간의 가장자리부에서 측정된 CD가 타겟값에 근접하게 유지됨을 확인할 수 있다.
상기의 CD 평가 결과를 참조할 때, STG 컨트롤 노브를 활용하여 시즈닝 공정 내지 ISD 공정을 수행하여 챔버(110) 내부를 최적화하는 경우, 상기 처리 공간의 중심부에 주는 영향을 최소화함과 동시에 상기 처리 공간의 가장자리부의 최적화를 보강할 수 있다. STG 컨트롤 노브를 활용함으로써, 웨이퍼(W)의 가장자리에서 수행되는 식각 공정의 편차를 줄이고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 가장자리에서의 수율 저하 문제가 개선되며 또한 전체적인 수율 향상이 이루어질 수 있다. 나아가, 챔버(110) 내의 최적화가 효과적으로 수행됨으로써, 사전예방정비 주기가 길어지면서 생산성 향상 및 비용 절감 효과가 생길 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 상부 전극에 인가되는 RF 전력을 제어하는 파워 컨트롤 노브를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 도 1과 함께 참조하면, 시즈닝 공정 및 ISD 공정을 수행할 때 상기 처리 공간의 가장자리부에 대한 최적화를 강화하기 위하여, 제어부(150)는 감지부(141, 142)의 출력 신호로 상기 상부 전극(120)에 인가되는 파워를 제어하여, 상기 처리 공간의 가장자리부에 형성되는 전기장의 세기를 증가시키는 파워 컨트롤 노브를 활용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 상부 전극(120)은 중심 영역에 배치된 제1 상부 전극(121) 및 주변 영역에 배치되어 상기 제1 상부 전극(121)과 절연된 제2 상부 전극(122)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 상부 전극(122)의 내측으로는 유전체(128)를 배치하고, 상기 제2 상부 전극(122)의 외측으로는 절연성 차폐 부재(129)를 배치할 수 있다. 따라서, 상기 제1 상부 전극(121)과 상기 제2 상부 전극(122)은 상기 처리 공간에 각각 전기장을 형성할 수 있으며, 상기 제1 상부 전극(121)과 상기 제2 상부 전극(122)에 인가되는 RF 전력을 조절하여 상기 처리 공간의 중심부와 가장자리부에 형성되는 전기장의 세기를 조절할 수 있다.
일부 실시예들에서, RF 전원 공급부(180)는 상기 상부 전극(120)에 RF 전력을 공급하되, RF 전력을 분배하는 상기 제1 상부 전극(121) 및 상기 제2 상부 전극(122)으로 분배하는 전원 분배기(185)를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 감지부(141, 142)에서 인가되는 출력 신호에 따라서 상기 RF 전원 공급부(180)를 제어하도록 구성될 수 있으며, 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 밀도가 상대적으로 작은 경우 제2 상부 전극(122)에 인가되는 RF 전력을 증가시키도록 구성될 수 있다. 이때, 제2 상부 전극(122)에 공급되는 RF 전력을 조절하여 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마를 컨트롤할 수 있으며, 이때 제2 상부 전극(122)은 제1 상부 전극(121)과 절연되기 때문에 상기 처리 공간의 중심부의 플라즈마에 대한 영향을 최소화할 수 있다.
전원 분배기(185)는 도전성 부재를 통하여 상기 제1 상부 전극(121)과 상기 제2 상부 전극(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전원 분배기(185)와 상기 제1 상부 전극(121)를 연결하는 도전성 부재는 가변 콘덴서를 포함할 수 있으며, 상기 가변 콘덴서의 캐패시턴스는 가변으로 제어될 수 있다. 상기 가변 콘덴서의 캐패시턴스를 조절함으로써, 상기 제1 상부 전극(121)과 상기 제2 상부 전극(122)에 공급되는 RF 전력을 조절할 수 있으며, 이에 따라 챔버(110) 내 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, RF 전원 공급부(180)는 상기 제1 상부 전극(121)에 RF 전력을 공급하는 제1 RF 전원 공급부(180a) 및 상기 제2 상부 전극(122)에 RF 전력을 공급하는 제2 RF 전원 공급부(180b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 RF 전원 공급부(180a) 및 상기 제2 RF 전원 공급부(180b)는 각각 정합기(182a, 182b)를 포함할 수 있다.
제어부(150)는 감지부(141, 142)로부터 인가되는 출력 신호에 따라서 상기 제1 RF 전원 공급부(180a) 및 상기 제2 RF 전원 공급부(180b)를 제어하도록 구성될 수 있으며, 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 밀도가 상대적으로 작은 경우 상기 제2 RF 전원 공급부(180b)를 제어하여 상기 제2 상부 전극(122)에 인가되는 RF 전력이 증가되도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 포커스 링을 가열하는 포커스 링 가열 수단을 제어하는 온도 컨트롤 노브를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 도 1과 함께 참조하면, 시즈닝 공정 및 ISD 공정을 수행할 때 상기 처리 공간의 가장자리부에 대한 최적화를 강화하기 위하여, 제어부(150)는 감지부(141, 142)의 출력 신호로 포커스 링 가열 수단(175)을 제어하여 포커스 링(170)을 가열하는 온도 컨트롤(thermal control) 노브가 활용될 수 있다.
포커스 링(170)은 포커스 링 가열 수단(175)에 의하여 가열될 수 있으며, 예를 들어 포커스 링 가열 수단(175)은 가열용 전원(176) 및 상기 포커스 링(170)의 하부에 구비된 가열용 전극(177)을 포함할 수 있다. 가열용 전극(177)은 상기 포커스 링(170)의 하부에 배치된 절연 부재(132) 내에 배치될 수 있으며, 상기 포커스 링(170)의 하면을 따라서 연장되도록 구성될 수 있다. 가열용 전극(177)은 코일 등을 포함할 수 있으며, 포커스 링(170)은 상기 코일에 전류를 흘려주어 발생하는 유도 자기장에 의하여 가열될 수 있다. 다만, 포커스 링 가열 수단(175)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 포커스 링(170)을 가열하기 위한 다양한 구성이 이용될 수 있다.
제어부(150)는 앞서 언급한 감지부(141, 142)로부터 인가되는 출력 신호를 이용하여 상기 포커스 링 가열 수단(175)을 제어하도록 구성될 수 있으며, 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 온도가 낮은 경우 상기 포커스 링(170)을 가열하여 상기 처리 공간의 가장자리부를 최적화할 수 있다.
포커스 링 가열 수단(175)은 시즈닝 공정 또는 ISD 공정 등의 챔버(110) 내벽 및 챔버(110) 내의 부품들을 최적화하기 위한 공정에 적극적으로 활용될 수 있다. 식각 공정과 같은 반도체 생산 공정 등에서 상기 처리 공간의 플라즈마의 온도를 높이기 위하여 포커스 링(170)이 가열될 수 있으나, 이때 포커스 링(170)과 인접한 처리 공간의 중심부에도 영향 줄 수 있어 식각 공정을 정밀하게 제어하기 어려운 점이 있었다. 이에 비해, 최적화 목적으로 진행되는 공정에서는, 상기 포커스 링(170)의 가열로 인하여 처리 공간의 중심부의 플라즈마 상태가 미세하게 변하더라도 식각 공정과 같이 고도의 정밀도가 요구되지 않으므로 큰 문제가 되지 않는다. 따라서, 시즈닝 공정 또는 ISD 공정과 같이 최적화 목적으로 진행되는 공정에서 포커스 링(170)을 가열하여 상기 처리 공간의 플라즈마의 온도를 조절하는 상기 온도 컨트롤 노브가 적극적으로 활용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 공정의 흐름도이다. 도 7은 도 6에 설명된 시즈닝 공정 및 ISD 공정의 흐름도이다.
도 6 및 도 7을 도 1 내지 도 5와 함께 참조하면, 식각 공정의 부산물로서 발생되는 폴리머 등을 제거하기 위하여 습식 세정 공정이 수행될 수 있다(S100). 챔버(110) 내벽 또는 챔버(110) 내의 구성요소에 쌓이는 폴리머는 이후 챔버(110) 내부를 오염시키는 파티클로 작용될 수 있으므로 습식 세정 공정을 통해 제거될 수 있다.
이어서, 시즈닝 공정이 수행될 수 있다(S200). 습식 세정 공정 과정에서 발생하여 챔버(110) 내 잔존하는 수분 등을 제거하고, 식각 공정을 수행하는데 적합한 환경을 제공하기 위하여 챔버(110) 내벽 및 구성부품들에 CO2 막 등을 형성시키는 시즈닝 공정을 수행하여 챔버(110) 내부를 최적화해주어야 한다. 시즈닝 공정은 하부 전극(130) 상에 베어 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 진행될 수 있으며, 상기 베어 웨이퍼(W)는 시즈닝 공정 동안 상기 하부 전극(130)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
시즈닝 공정을 통하여 챔버(110) 내부를 최적화한 후, 식각 공정이 수행될 웨이퍼를 챔버(110) 내로 투입하여 식각 공정을 수행할 수 있다(S300).
식각 공정 동안 발생한 부산물 등을 제거하기 위하여, ISD 공정을 수행할 수 있다(S400). ISD 공정은 하부 전극(130) 상에 베어 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 진행될 수 있다. ISD 공정은 챔버(110) 내벽 등에 증착된 부산물을 제거하여 공정 드리프트 등을 방지할 수 있다. ISD 공정 이후 다시 식각 공정을 수행할 있으며, 수회의 식각 공정 이후 다시 습식 세정 등의 사전예방정비를 실시할 수 있다.
다만, 상기 시즈닝 공정을 수행하는 단계(S200) 및 상기 ISD 공정을 수행하는 단계(S400)는, 챔버(110) 내 처리 공간의 가장자리부의 최적화를 보강하기 위하여 도 7에 도시된 공정에 따라서 수행될 수 있다.
먼저, 감지부(141, 142)로 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 상태를 감지하는 단계(S210, S410)가 수행될 수 있다. 상기 감지부(141, 142)는 상부 전극(120)의 측방향으로 이격되어 장착된 플라즈마 센서(141)를 통하여 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 상태를 감지할 수 있으며, 또한 포커스 링(170)의 온도를 측정하는 온도 센서(142)를 이용하여 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 온도를 측정할 수 있다.
상기 감지부(141, 142)에서 측정된 정보를 바탕으로, 상기 처리 공간의 가장자리에 대한 최적화를 보강하기 위하여 STG 컨트롤 노브, 파워 컨트롤 노브 및 온도 컨트롤 노브가 활용될 수 있다.
STG 컨트롤 노브는, 상기 감지부(141, 142)의 출력 신호를 피드백으로 제2 가스 공급부(162)를 제어하여 제2 공정 가스를 상기 처리 공간의 가장자리부로 보충함으로써 수행될 수 있다(S220, S420). 이때, 상기 제2 공정 가스의 종류, 유속 및 유량은 상기 감지부(141, 142)에서 측정된 정보를 모니터링하여 결정될 수 있다.
파워 컨트롤 노브는, 상기 감지부(141, 142)의 출력 신호를 피드백으로 RF 전원 공급부(180)를 제어하여 제2 상부 전극(122)에 인가되는 RF 전력을 증가시켜 상기 처리 공간의 가장자리에서 발생한 전기장의 세기를 증가시킴으로써 수행될 수 있다(S230, S430). 처리 공간의 가장자리부와 인접한 제2 상부 전극(122)은 제1 상부 전극(121)과는 절연되므로, 처리 공간의 중심부의 최적화를 유지하면서 처리 공간의 가장자리부의 최적화를 보강할 수 있다. 이때, 파워 컨트롤 노브는 전원 공급부(180)로부터 공급되는 RF 전력을 제1 상부 전극(121) 및 제2 상부 전극(122)으로 분배할 수 있는 전원 분배기(185)를 제어하거나, 또는 제2 상부 전극(122)에 RF 전력을 공급하는 제2 RF 전원 공급부(180b)를 제어하여 수행될 수 있다.
온도 컨트롤 노브는, 상기 감지부(141, 142)의 출력 신호를 피드백으로 포커스 링 가열 수단(175)을 제어하여 포커스 링(170)을 가열함으로써 상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마 온도를 증가시킴으로써 수행될 수 있다(S240, S440).
다만, 상기 STG 컨트롤 노브, 파워 컨트롤 노브, 및 온도 컨트롤 노브를 수행하는 단계는 동시에 또는 개별적으로 이루어질 수 있으며, 또한 선택적으로 일부만이 실시될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 시즈닝 공정 및 ISD 공정에 STG 컨트롤 노브를 활용하는 단계(S210, S410)는 후술하는 공정 레시피를 따라 이루어질 수 있다.
먼저, 시즈닝 공정 레시피는 생산 공정 레시피와 동일한 순서를 따를 수 있다. 예를 들어, 시즈닝 공정 레시피는 옥사이드 마스크 에칭에 이용되는 생산 공정 레시피의 순서를 따라 진행될 수 있다. 다만, 가장자리부의 최적화를 강화하기 위하여 STG 컨트롤 노브를 활용하여 시즈닝 공정을 진행할 수 있다. 예를 들어, 옥사이드 마스크 에칭 공정은, SOH(SOH 막 식각 단계), SOH2(과도 식각(over-etching) 단계), Oxide(옥사이드막 식각 단계), 및 BT(잔사 물질 제거 단계)의 4개의 단계와 함께 STG 컨트롤 노브를 활용할 수 있다.
압력(mTorr) 제1 가스 공급부(SCCM) 제2 가스 공급부(STG 컨트롤)(SCCM)
SOH 10 20 C4F8, 100 O2, 23 COS 10 O2
SOH2 10 100 O2, 30 COS 10 O2
Oxide 10 25 C4F8, 28 O2, 25 CH2F2 10 O2
BT 40 130 CF4, 8 O2 10 O2
SOH 시즈닝 공정 레시피는 C4F8이 20SCCM, O2가 100SCCM, 그리고 COS가 23SCCM 이며, 압력은 10mTorr이며, STG 컨트롤은 O2가 10SCCM이다. SOH 시즈닝 공정은 약 15초간 수행될 수 있으며, 약 650 내지 약 750W의 RF 전력이 공급될 수 있다.
SOH2 시즈닝 공정 레시피는 O2가 100SCCM, COS가 30SCCM이며, 압력은 10mTorr이며, STG 컨트롤은 O2가 10SCCM이다. SOH2 시즈닝 공정은 약 30초간 수행될 수 있으며, 약 650 내지 약 750W의 RF 전력이 공급될 수 있다.
Oxide 시즈닝 공정 레시피는 C4F8가 25SCCM, O2가 28SCCM, 그리고 CH2F2가 25SCCM 이며, 압력은 10mTorr이며, STG 컨트롤은 O2가 10SCCM이다. Oxide 시즈닝 공정은 약 60초간 수행될 수 있으며, 약 450 내지 약 550W의 RF 전력 및 약 1000W의 바이어스 전원이 공급될 수 있다.
BT 시즈닝 공정 레시피는 CF4가 130SCCM, O2가 8SCCM이며, 압력은 약 40mTorr이며, STG 컨트롤은 O2가 10SCCM이다. BT 시즈닝 공정은 약 20초간 수행될 수 있으며, 약 350 내지 약 450W의 RF 전력이 공급될 수 있다.
따라서, 반도체 생산공정에서 상기 4개 단계의 식각 공정이 순차적으로 수행되는 챔버(110)에 대하여, 습식 세정을 포함하는 사전예방정비 이후에, 4개 단계의 시즈닝 공정을 수행할 수 있다. 상기 시즈닝 공정은 일정한 시간 동안 반복적으로 수행된 후에 곧바로 반도체 생산공정으로 전환될 수 있다.
압력(mTorr) 제1 가스 공급부(SCCM) 제2 가스 공급부(STG 컨트롤)(SCCM)
ISD 500 2000 O2 10 O2
또한, ISD 공정 레시피는 O2가 2000SCCM, 압력이 500mTorr이고, STG 컨트롤은 O2가 10SCCM이다. 상기 ISD 공정은 약 7초간 수행될 수 있으며, 약 700 내지 약 800W의 RF 전력 및 약 50W의 바이어스 전원이 공급될 수 있다.
따라서, 식각 공정이 수행된 챔버(110)에 대하여 바로 ISD 공정이 수행될 수 있으며, 상기 ISD 공정을 일정한 시간 동안 반복적으로 수행한 후 곧바로 반도체 생산공정으로 전환될 수 있다.
상기의 시즈닝 공정 레시피 및 ISD 공정 레시피는 특정한 식각 공정에 따른 예로써, 상기의 레시피와 상이한 다양한 공정 레시피가 이용될 수 있다.
다만, 상기 플라즈마 처리 장치는 시즈닝 공정 및 ISD 공정 등의 최적화 목적으로 진행되는 공정뿐 아니라, 식각 공정 및 박막 공정과 같이 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 다양한 공정에 이용될 수 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 챔버 111: 배기 덕트
120: 상부 전극 125: 제1 가스 분사구
126: 제2 가스 분사구 127: 상부 엣지 링
130: 하부 전극 141, 142: 감지부
150: 제어부 161: 제1 가스 공급부
162: 제2 가스 공급부 170: 포커스 링
175: 포커스 링 가열 수단 180: 전원 공급부

Claims (10)

  1. 플라즈마가 처리되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 장착되며, 중심 영역에 배치된 제1 가스 분사구 및 주변 영역에 배치된 제2 가스 분사구가 형성된 상부 전극;
    처리 공간을 사이에 두고 상기 상부 전극과 마주보도록 배치되는 하부 전극;
    상기 제1 가스 분사구 및 상기 제2 가스 분사구를 통해 상기 처리 공간에 제1 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급부;
    상기 제2 가스 분사구를 통하여 상기 처리 공간에 제2 공정 가스를 공급하는 제2 가스 공급부;
    상기 처리 공간의 가장자리부의 플라즈마의 상태를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부의 출력 신호를 피드백하여, 상기 제2 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급부에서 공급되는 제1 공정 가스를 상기 제1 가스 분사구와 상기 제2 가스 분사구로 분배시키도록 구성된 스플리터(splitter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 상부 전극의 측방향으로 이격되어 상기 챔버의 상부에 장착된 플라즈마 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 센서는 광학 센서 또는 전기 센서인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 전극에 안착되는 기판의 외주의 적어도 일부를 둘러싸는 포커스 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 포커스 링의 하부에 배치되는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 포커스 링을 가열하는 포커스 링 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은, 중심 영역에 배치된 제1 상부 전극 및 주변 영역에 배치되어 상기 제1 상부 전극과 절연된 제2 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 전극에 전원을 공급하는 RF 전원 공급부를 더 포함하며,
    상기 RF 전원 공급부는 상기 RF 전원 공급부로부터 공급되는 전원을 상기 제1 상부 전극과 상기 제2 상부 전극으로 분배하는 전원 분배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 전극에 전원을 공급하는 RF 전원 공급부를 더 포함하며,
    상기 RF 전원 공급부는 상기 제1 상부 전극으로 전원을 공급하는 제1 RF 전원 공급부 및 상기 제2 상부 전극으로 전원을 공급하는 제2 RF 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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