KR20170025544A - 플라즈마 발생 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정 이상이 발생할 경우 이를 신속하게 감지할 수 있는 플라즈마 발생 장치, 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치는 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하는 챔버; 상기 고주파 전원 및 상기 챔버 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하며, 플라즈마 발생에 따라 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 조절되는 가변 부하를 포함하는 임피던스 정합부; 상기 임피던스 정합부에서 정합된 가변 부하 값을 감지하는 감지부; 및 상기 감지된 가변 부하 값을 기반으로 상기 챔버 내 공정 이상 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 플라즈마 발생 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 이상 발생 여부를 신속하게 판단하여 장치를 제어하기 위한 것이다.
반도체 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중 에칭 또는 애싱 공정에 플라즈마를 생성하는 챔버가 사용될 수 있으며, 기판은 상기 플라즈마를 이용하여 에칭 또는 애싱 처리될 수 있다.
최근에는 이와 같이 플라즈마를 이용하여 처리되는 기판의 사이즈가 커짐에 따라 다수의 플라즈마 소스를 활용하여 챔버 내 플라즈마의 밀도를 조절하는 방법이 개발되고 있다. 그러나 이러한 대면적의 기판 처리를 위한 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 챔버 내부의 플라즈마 발생 체적이 매우 크기 때문에 공정 이상이 발생할 경우 그를 감지하기가 어렵다. 또한 공정 이상이 발생한 때부터 감지될 때까지 시간이 길어 설비가 훼손될 확률이 높아지는 문제가 있다.
본 발명은 플라즈마 발생 장치 사용시 공정 조건에 이상이 발생할 경우 이를 신속하게 감지하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 플라즈마 발생 장치 사용시 플라즈마 발생 여부를 판단하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치는, 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하는 챔버; 상기 고주파 전원 및 상기 챔버 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하며, 플라즈마 발생에 따라 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 조절되는 가변 부하를 포함하는 임피던스 정합부; 상기 임피던스 정합부에서 정합된 가변 부하 값을 감지하는 감지부; 및 상기 감지된 가변 부하 값을 기반으로 상기 챔버 내 공정 이상 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버 내 공정 이상이 발생한 것으로 판단하여 상기 고주파 전원이 차단되도록 제어할 수 있다.
상기 기 설정된 값은, 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 플라즈마 발생 장치.
상기 제어부는, 상기 감지된 가변 부하 값 및 기 설정된 값을 기반으로 플라즈마 발생 여부를 판단하며, 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단하며, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하지 않는 경우, 플라즈마가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 기 설정된 값이 저장된 메모리를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우 알람을 발생하는 알람 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 어셈블리; 상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛은, 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원; 상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스; 상기 고주파 전원 및 상기 챔버 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하며, 플라즈마 발생에 따라 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 조절되는 가변 부하를 포함하는 임피던스 정합부; 상기 임피던스 정합부에서 정합된 가변 부하 값을 감지하는 감지부; 및 상기 감지된 가변 부하 값을 기반으로 상기 챔버 내 공정 이상 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버 내 공정 이상이 발생한 것으로 판단하여 상기 고주파 전원이 차단되도록 제어할 수 있다.
상기 기 설정된 값은, 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지된 가변 부하 값 및 기 설정된 값을 기반으로 플라즈마 발생 여부를 판단하며, 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단하며, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하지 않는 경우, 플랒마가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 기 설정된 값이 저장된 메모리를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우 알람을 발생하는 알람 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치 제어 방법은, 고주파 전력을 인가받아 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계; 플라즈마 발생에 따라 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 상기 임피던스 정합부의 가변 부하를 조절하는 단계; 상기 임피던스 정합부의 정합된 가변 부하 값을 감지하는 단계; 및 상기 감지된 가변 부하 값에 따라 공정 이상 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 공정 이상 발생 여부를 판단하는 단계는, 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는지 확인하는 단계; 및 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버에 인가되는 고주파 전력을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기 설정된 값은, 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 발생 장치 사용시 공정 조건에 이상이 발생할 경우 이를 신속하게 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 플라즈마 발생 장치 사용시 플라즈마 발생 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 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 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 사용되는 플라즈마 발생 유닛의 구성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치에 사용되는 임피던스 정합부가 방전개시 전압 이하에서 정합되었을 때를 나타낸 예시적인 등가회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치에 사용되는 임피던스 정합부가 방전개시 전압 이상에서 정합되었을 때를 나타낸 예시적인 등가회로이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 사용되는 플라즈마 발생 유닛의 구성을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치에 사용되는 임피던스 정합부가 방전개시 전압 이하에서 정합되었을 때를 나타낸 예시적인 등가회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치에 사용되는 임피던스 정합부가 방전개시 전압 이상에서 정합되었을 때를 나타낸 예시적인 등가회로이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(620), 기판 지지 어셈블리(200), 샤워 헤드(300), 가스 공급 유닛(400), 배플 유닛(500) 그리고 플라즈마 발생 유닛(600)을 포함할 수 있다.
챔버(620)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 챔버(620)는 내부에 처리 공간을 가지고, 밀폐된 형상으로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(620)는 접지될 수 있다. 챔버(620)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(620)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.
일 예에 의하면, 챔버(620) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 챔버(620)의 내측벽을 보호하여 챔버(620)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 챔버(620)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.
챔버(620)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)가 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.
기판 지지 어셈블리(200)는 정전 척(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 그리고 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 정전 척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 정전 척(210)의 상단에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.
유전판(220)은 내부에 제1 전극(223), 히터(225) 그리고 제1 공급 유로(221)를 포함할 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공될 수 있다. 제1 공급 유로(221)는 서로 이격되어 복수 개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.
제1 전극(223)은 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전원(223a)은 직류 전원을 포함할 수 있다. 제1 전극(223)과 제1 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치될 수 있다. 제1 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온(ON)되면, 제1 전극(223)에는 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착될 수 있다.
히터(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(225)는 제2 전원(225a)에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생한 열은 유전판(220)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다. 히터(225)는 나선 형상의 코일을 포함할 수 있다.
유전판(220)의 하부에는 몸체(230)가 위치할 수 있다. 유전판(220)의 저면과 몸체(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 몸체(230)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 몸체(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 위치할 수 있다. 몸체(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착될 수 있다. 몸체(230)는 내부에 제1 순환 유로(231), 제2 순환 유로(232) 그리고 제2 공급 유로(233)가 형성될 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제1 순환 유로(231)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 순환 유로(231)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1 순환 유로(231)들은 서로 연통될 수 있다. 제1 순환 유로(231)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 몸체(230) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2 순환 유로(232)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2 순환 유로(232)들은 서로 연통될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2 순환 유로(232)들은 동일한 높이에 형성될 수 있다. 제2 순환 유로(232)는 제1 순환 유로(231)의 하부에 위치될 수 있다.
제2 공급 유로(233)는 제1 순환 유로(231)부터 상부로 연장되며, 몸체(230)의 상면으로 제공될 수 있다. 제2 공급 유로(243)는 제1 공급 유로(221)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1 순환 유로(231)와 제1 공급 유로(221)를 연결할 수 있다.
제1 순환 유로(231)는 열전달 매체 공급라인(231b)을 통해 열전달 매체 저장부(231a)와 연결될 수 있다. 열전달 매체 저장부(231a)에는 열전달 매체가 저장될 수 있다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다. 헬륨 가스는 공급 라인(231b)을 통해 제1 순환 유로(231)에 공급되며, 제2 공급 유로(233)와 제1 공급 유로(221)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급될 수 있다. 헬륨 가스는 플라즈마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(210)으로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다.
제2 순환 유로(232)는 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 냉각 유체 저장부(232a)와 연결될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a)에는 냉각 유체가 저장될 수 있다. 냉각 유체 저장부(232a) 내에는 냉각기(232b)가 제공될 수 있다. 냉각기(232b)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킬 수 있다. 이와 달리, 냉각기(232b)는 냉각 유체 공급 라인(232c) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(232c)을 통해 제2 순환 유로(232)에 공급된 냉각 유체는 제2 순환 유로(232)를 따라 순환하며 몸체(230)를 냉각할 수 있다. 몸체(230)는 냉각되면서 유전판(220)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킬 수 있다.
몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(240)은 기판(W)의 전체 영역에서 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하도록 전자기장을 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.
하부 커버(250)는 기판 지지 어셈블리(200)의 하단부에 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)는 상면이 개방된 공간(255)이 내부에 형성될 수 있다. 하부 커버(250)의 외부 반경은 몸체(230)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다. 리프트 핀 모듈(미도시)은 하부 커버(250)로부터 일정 간격 이격하여 위치할 수 있다. 하부 커버(250)의 저면은 금속 재질로 제공될 수 있다. 하부 커버(250)의 내부 공간(255)은 공기가 제공될 수 있다. 공기는 절연체보다 유전율이 낮으므로 기판 지지 어셈블리(200) 내부의 전자기장을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
하부 커버(250)는 연결 부재(253)를 가질 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면과 챔버(620)의 내측벽을 연결할 수 있다. 연결 부재(253)는 하부 커버(250)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(253)는 기판 지지 어셈블리(200)를 챔버(620) 내부에서 지지할 수 있다. 또한, 연결 부재(253)는 챔버(620)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(250)가 전기적으로 접지되도록 할 수 있다. 제1 전원(223a)과 연결되는 제1 전원라인(223c), 제2 전원(225a)과 연결되는 제2 전원라인(225c), 열전달 매체 저장부(231a)와 연결된 열전달 매체 공급라인(231b) 그리고 냉각 유체 저장부(232a)와 연결된 냉각 유체 공급 라인(232c) 등은 연결 부재(253)의 내부 공간(255)을 통해 하부 커버(250) 내부로 연장될 수 있다.
정전 척(210)과 하부 커버(250)의 사이에는 플레이트(270)가 위치할 수 있다. 플레이트(270)는 하부 커버(250)의 상면을 덮을 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)에 상응하는 단면적으로 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 절연체를 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 플레이트(270)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 플레이트(270)는 몸체(230)와 하부 커버(250)의 전기적 거리를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 챔버(620) 내부에서 기판 지지 어셈블리(200)의 상부에 위치할 수 있다. 샤워 헤드(300)는 기판 지지 어셈블리(200)와 대향하게 위치할 수 있다.
샤워 헤드(300)는 가스 분산판(310)과 지지부(330)를 포함할 수 있다. 가스 분산판(310)은 챔버(620)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 가스 분산판(310)과 챔버(620)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성될 수 있다. 가스 분산판(310)은 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 가스 분산판(310)의 단면은 기판 지지 어셈블리(200)와 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 복수 개의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)은 가스 분산판(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 가스 분산판(310)은 금속 재질을 포함할 수 있다.
지지부(330)는 가스 분산판(310)의 측부를 지지할 수 있다. 지지부(330)는 상단이 챔버(620)의 상면과 연결되고, 하단이 가스 분산판(310)의 측부와 연결될 수 있다. 지지부(330)는 비금속 재질을 포함할 수 있다.
가스 공급 유닛(400)은 챔버(620) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함할 수 있다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(620)의 상면 중앙부에 설치될 수 있다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 챔버(620) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결할 수 있다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치될 수 있다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절할 수 있다.
배플 유닛(500)은 챔버(620)의 내측벽과 기판 지지 어셈블리(200)의 사이에 위치될 수 있다. 배플(510)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플(510)에는 복수의 관통홀(511)들이 형성될 수 있다. 챔버(620) 내에 제공된 공정 가스는 배플(510)의 관통홀(511)들을 통과하여 배기홀(102)로 배기될 수 있다. 배플(510)의 형상 및 관통홀(511)들의 형상에 따라 공정 가스의 흐름이 제어될 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(600)은 챔버(620) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(600)은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(610), 고주파 전원에 전기적으로 연결되어 고주파 전력을 인가받는 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)을 포함할 수 있다.
제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 코일(621)의 직경은 제2 코일(622)의 직경보다 작아 챔버(620) 상부의 안쪽에 위치하고, 제2 코일(622)은 챔버(620) 상부의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)은 고주파 전원(610)으로부터 고주파 전력을 인가받아 챔버에 시변 자기장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 챔버(620)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명하도록 한다.
기판 지지 어셈블리(200)에 기판(W)이 놓이면, 제1 전원(223a)으로부터 제1 전극(223)에 직류 전류가 인가될 수 있다. 제1 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 제1 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 정전 척(210)에 흡착될 수 있다.
기판(W)이 정전 척(210)에 흡착되면, 가스 공급 노즐(410)을 통하여 챔버(620) 내부에 공정 가스가 공급될 수 있다. 공정 가스는 샤워 헤드(300)의 분사홀(311)을 통하여 챔버(620)의 내부 영역으로 균일하게 분사될 수 있다. 고주파 전원에서 생성된 고주파 전력은 플라즈마 소스에 인가될 수 있으며, 그로 인해 챔버(620) 내에 전자기력이 발생할 수 있다. 전자기력은 기판 지지 어셈블리(200)와 샤워 헤드(300) 사이의 공정 가스를 플라즈마로 여기시킬 수 있다. 플라즈마는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 플라즈마는 식각 공정을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)에 사용되는 플라즈마 발생 유닛(600)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 유닛(600)은 고주파 전원(610), 챔버(620), 및 임피던스 정합부(630)를 포함한다.
상기 고주파 전원(610)은 고주파 전력을 생성하여 상기 챔버(620)에 구비된 플라즈마 소스(621, 622)에 제공할 수 있다. 상기 고주파 전원(610)은 RF 신호를 통해 고주파 전력을 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 고주파 전원(610)은 정현파 형태의 RF 신호를 생성하여 플라즈마 소스로 제공할 수 있으나, 상기 RF 신호는 이에 제한되지 않고 톱니파, 삼각파, 펄스파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.
상기 플라즈마 소스(621, 622)는 고주파 전력을 이용하여 챔버(620)에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 소스(621, 622)는 병렬로 연결될 수 있으며, 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 플라즈마 소스(621, 622) 중 적어도 하나는 고주파 전력을 이용하여 자기장을 유도하는 코일일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 코일은 챔버(620)의 상부에 설치될 수 있다.
상기 제1 코일(621)의 직경은 상기 제2 코일(622)의 직경보다 더 작을 수 있다. 그 결과, 상기 제1 코일(621)은 상기 제2 코일(622)의 안쪽에 배치될 수 있다. 이와 같은 제1 코일(621) 및 제2 코일(622)의 직경 차이로 인해, 제1 코일(621)의 인덕턴스 L1은 제2 코일(622)의 인덕턴스 L2보다 작을 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 플라즈마 소스는 ICP 타입이 아닌 CCP 타입으로 구성될 수도 있다.
상기 임피던스 정합부(630)는 고주파 전원(610)의 출력단에서 출력 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 임피던스 정합부(630)는 고주파 전원(610)의 출력단에서 전원 쪽을 바라본 출력 임피던스와 부하 쪽을 바라본 부하 임피던스를 정합시킴으로써 반사 손실을 최소화할 수 있다. 상기 부하 임피던스는 챔버 임피던스일 수 있다. 챔버 내부에 플라즈마가 발생함에 따라 변화하는 챔버의 임피던스를 보상하기 위해, 임피던스 정합부(630)는 가변 부하를 포함할 수 있다. 상기 가변 부하는 플라즈마 발생에 따라 변화하는 챔버 임피던스에 정합되도록 조절될 수 있다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 정합부(630)의 예시적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛(600)에 사용되는 임피던스 정합부(630)가 방전개시 전압 이하에서 정합되었을 때를 나타낸 예시적인 등가회로이다. 방전개시 전압 이하에서, 챔버 내부에는 플라즈마가 발생하지 않으므로 임피던스 정합부(630)가 챔버 임퍼던스에 정합되도록 가변 부하 값이 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치에 사용되는 임피던스 정합부가 방전개시 전압 이상에서 정합되었을 때를 나타낸 예시적인 등가회로이다. 방전개시 전압 이상에서, 챔버 내부에는 플라즈마가 발생하여 챔버 임피던스가 변할 수 있다. 이 때, 임피던스 정합부(630)가 변화된 챔버 임피던스에 정합되도록 가변 부하 값이 조절될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛(600)은 감지부(640) 및 제어부(650)를 더 포함한다.
상기 감지부(640)는 임피던스 정합부(630)에서 정합된 가변 부하 값을 감지할 수 있다. 상기 제어부(650)는 상기 감지부(640)에서 감지된 가변 부하 값을 기반으로 상기 챔버 내 공정 이상 발생 여부 및 플라즈마 발생 여부 중 적어도 하나를 판단할 수 있다.
상기 제어부(650)는, 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우 상기 플라즈마 발생 유닛(600)에서 진행중인 공정이 중단되도록 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(650)는 고주파 전원(610)에 차단되도록 제어할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제어부(650)는 도 2에 도시된 바와 같이 고주파 전원(610)에 연결된 스위치를 조절하여 전원을 차단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부(650)는 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 것을 인터로크(interlock) 조건으로 사용할 수 있다. 상기 제어부(650)는 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우 공정을 중단할 수 있다.
상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값일 수 있다. 도 3 및 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 플라즈마 발생 전 임피던스 정합부는 챔버 임피던스에 따라 정합되고, 플라즈마 발생 후에는 발생된 플라즈마에 따라 챔버 임피던스가 변하여 그에 따라 임피던스 정합부가 정합된다. 따라서 공정 수행 중, 임피던스 정합부의 가변 부하 값이 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 경우, 제어부(650)는 챔버 내에 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
가스 압력 등의 공정 조건에 이상이 생겨 플라즈마가 발생하지 않음에도 고주파 전력이 계속 공급되는 경우, 설비가 손상될 수 있다. 챔버에 흐르는 전류를 측정하여 공정 이상을 판단하는 기존의 방법은 이상 발생 후 감지까지 시간이 길어 설비 손상 확률이 높아지는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 정합부의 가변 부하 값을 감지하여 공정 이상을 판단하는 경우, 이상 발생 후 감지까지 시간이 단축되어 설비 손상 확률을 줄일 수 있다.
상기 제어부(650)는 상기 감지된 가변 부하 값 및 기 설정된 값을 기반으로 플라즈마 발생 여부를 판단할 수 있다. 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값일 수 있다. 상기 제어부(650)는, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 상기 제어부(650)는, 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하지 않는 경우, 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛(600)은 메모리(660) 및 알람 발생부(670)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리(660)는 상기 기 설정된 가변 부하 값을 저장할 수 있다. 메모리(660)는 룩업 테이블 형태로 기 설정된 값을 저장할 수 있으나, 메모리 형태는 이에 제한되지 않는다. 상기 알람 발생부(670)는 상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 공정 이상이 발생하였음을 사용자에게 알리기 위한 알람을 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치 제어 방법(700)을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치 제어 방법(700)은 고주파 전력을 인가받아 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계(S710), 플라즈마 발생에 따라 변화하는 상기 챔버의 임피던스와 정합되도록 상기 임피던스 정합부의 가변 부하를 조절하는 단계(S720), 및 상기 임피던스 정합부의 정합된 가변 부하 값을 감지하여 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는지 확인하는 단계(S730)를 포함할 수 있다. 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 것은 상기 플라즈마 발생 장치의 인터로크 조건으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 발생 장치 제어 방법(700)은 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버에 인가되는 고주파 전력을 차단하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 공정이 중단될 수 있다. 상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하지 않는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 공정 이상이 발생하지 않는 것으로 판단하고 공정을 계속 진행할 수 있다. 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값일 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합 되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10 : 기판 처리 장치
600 : 플라즈마 발생 유닛
610 : 고주파 전원
620 : 챔버
630 : 임피던스 정합부
640 : 감지부
650 : 제어부
660 : 메모리
670 : 알람 발생부
600 : 플라즈마 발생 유닛
610 : 고주파 전원
620 : 챔버
630 : 임피던스 정합부
640 : 감지부
650 : 제어부
660 : 메모리
670 : 알람 발생부
Claims (17)
- 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원;
상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스를 포함하는 챔버;
상기 고주파 전원 및 상기 챔버 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하며, 플라즈마 발생으로 인해 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 조절되는 가변 부하를 포함하는 임피던스 정합부;
상기 임피던스 정합부에서 정합된 가변 부하 값을 감지하는 감지부; 및
상기 감지된 가변 부하 값을 기반으로 상기 챔버 내 공정 이상 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버 내 공정 이상이 발생한 것으로 판단하여 상기 고주파 전원이 차단되도록 제어하는 플라즈마 발생 장치.
- 제2 항에 있어서,
상기 기 설정된 값은, 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 플라즈마 발생 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 가변 부하 값 및 기 설정된 값을 기반으로 플라즈마 발생 여부를 판단하며, 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 플라즈마 발생 장치.
- 제4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단하며,
상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하지 않는 경우, 플라즈마가 발생한 것으로 판단하는 플라즈마 발생 장치.
- 제2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기 설정된 값이 저장된 메모리를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우 알람을 발생하는 알람 발생부를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치.
- 내부에 기판을 처리하는 공간을 갖는 챔버;
상기 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 어셈블리;
상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
상기 챔버 내의 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛을 포함하며, 상기 플라즈마 발생 유닛은:
고주파 전력을 제공하는 고주파 전원;
상기 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;
상기 고주파 전원 및 상기 챔버 사이에 연결되어 임피던스 정합을 수행하며, 플라즈마 발생으로 인해 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 조절되는 가변 부하를 포함하는 임피던스 정합부;
상기 임피던스 정합부에서 정합된 가변 부하 값을 감지하는 감지부; 및
상기 감지된 가변 부하 값을 기반으로 상기 챔버 내 공정 이상 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
- 제8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버 내 공정 이상이 발생한 것으로 판단하여 상기 고주파 전원이 차단되도록 제어하는 기판 처리 장치.
- 제9 항에 있어서,
상기 기 설정된 값은, 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 기판 처리 장치.
- 제8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 가변 부하 값 및 기 설정된 값을 기반으로 플라즈마 발생 여부를 판단하며, 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 기판 처리 장치.
- 제11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 플라즈마가 발생하지 않은 것으로 판단하며,
상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하지 않는 경우, 플랒마가 발생한 것으로 판단하는 기판 처리 장치.
- 제8 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기 설정된 값이 저장된 메모리를 더 포함하는 기판 처리 장치.
- 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 감지된 가변 부하 값이 상기 기 설정된 값에 해당하는 경우 알람을 발생하는 알람 발생부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
- 임피던스 정합부를 포함하는 플라즈마 발생 장치를 제어하는 방법으로,
고주파 전력을 인가받아 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계;
플라즈마 발생으로 인해 변화하는 상기 챔버의 임피던스에 따라 상기 임피던스 정합부의 가변 부하를 조절하는 단계;
상기 임피던스 정합부의 정합된 가변 부하 값을 감지하는 단계; 및
상기 감지된 가변 부하 값에 따라 공정 이상 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 플라즈마 발생 장치 제어 방법.
- 제15 항에 있어서,
상기 공정 이상 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 감지된 가변 부하 값이 기 설정된 값에 해당하는지 확인하는 단계; 및
상기 기 설정된 값에 해당하는 경우, 상기 챔버에 인가되는 고주파 전력을 차단하는 단계를 포함하는 플라즈마 발생 장치 제어 방법.
- 제16 항에 있어서,
상기 기 설정된 값은, 상기 기 설정된 값은 플라즈마 발생 전 챔버 임피던스에 따라 조절된 가변 부하 값인 플라즈마 발생 장치 제어 방법.
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| KR1020150122101A KR102344524B1 (ko) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 플라즈마 발생 장치, 그를 포함하는 기판 처리 장치, 및 그 제어 방법 |
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2015
- 2015-08-28 KR KR1020150122101A patent/KR102344524B1/ko active IP Right Grant
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