KR20190048413A - 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비 - Google Patents

식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명의 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척은 기판을 지지하는 지지부, 상기 지지부에 구비되어, 정전척 전원 공급부로부터 전력을 공급받아 상기 기판을 척킹, 디척킹하고, 알에프(RF) 신호를 수신하는 정전 전극, 상기 정전 전극으로부터 알에프(RF) 신호를 수신하여 상기 알에프 신호에 포함된 전기적 파라미터를 측정하는 공정 모니터링 회로, 및 상기 공정 모니터링 회로로부터 전기적 파라미터를 수신하고, 상기 전기적 파라미터를 바탕으로 상기 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비{ELECTROSTATIC CHUCK HAVING ETCHING PROCESS MONITORING AND SELF MONITORING FUNCTION AND ETHING PROCESS WITH THE SAME APPARATUS}
본 발명은 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 실리콘 웨이퍼 상에 제조공정을 반복적으로 진행하여 완성되며, 반도체 제조공정은 그 소재가 되는 웨이퍼에 대하여 산화, 마스킹, 포토레지스트코팅, 식각, 확산 및 적층공정들과 이들 공정들의 전,후에서 보조적으로 세척, 건조 및 검사 등의 여러 공정들이 수행되어야 한다. 특히, 식각공정은 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 형성시키는 중요한 공정의 하나로서, 포토레지스트 코팅공정과 함께 사진식각공정을 이루는 것으로서, 감광성을 갖는 포토레지스트를 웨이퍼 상에 코팅하고, 패턴을 전사한 후, 그 패턴에 따라 식각을 수행하여 상기 패턴에 따라 적절한 소자의 물리적 특성을 부여하는 것이다.
식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 대별될 수 있으며, 습식식각은 제거되어야 하는 웨이퍼의 최상단층을 효과적으로 제거할 수 있는 화학물질을 담은 습식조에 웨이퍼를 담갔다가 꺼내는 방식이나, 또는 그 화학물질을 웨이퍼의 표면으로 분사하는 방식이나, 일정각도로 경사지게 고정시킨 웨이퍼 상으로 화학물질을 흘려보내는 방식 등이 개발되어 사용되고 있다.
또한, 건식식각은 기체상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각, 이온빔식각 및 반응성 이온식각 등을 예로 들 수 있다. 그 중, 반응성 이온식각은 식각가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 1μm 정도의 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.
반응성 이온식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들로는 식각할 층의 두께와 밀도, 식각가스의 에너지 및 온도, 포토레지스트의 접착성과 웨이퍼 표면의 상태 및 식각가스의 균일성 등을 들 수 있다. 특히, 식각가스를 이온화시키고, 이온화된 식각가스를 웨이퍼 표면으로 가속시켜 식각을 수행하는 원동력이 되는 고주파(RF ; Radio frequency)의 조절은 중요한 변수가 될 수 있으며, 또한 실제 식각과정에서 직접적으로 그리고 용이하게 조절할 수 있는 변수로 고려된다.
최근, 0.15㎛이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 반도체장치에서는 플라즈마 상태의 반응 가스를 사용하는 건식 식각 방법이 주로 사용되고 있다.
PECVD 장치와 건식 식각 장치는 플라즈마 상태의 가스를 사용한다는 점에서 공통점이 있으며, 장치의 내부 구성도 유사하다. 상기 가공 장치들은 반도체 기판을 가공하기 위한 챔버와, 챔버로 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 전극과, 반도체 기판을 지지하기 위한 척을 갖는다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정중 플라즈마(plasma)를 이용하는 건식 식각(dry etching)공정에서는 반도체 소자의 고집적화에 따라 기존의 클램프(clamp)를 이용에서 웨이퍼를 물리적으로 척킹(chucking)하던 기계적인 척(mechanical chuck) 대신에 웨이퍼의 정전기를 이용하여 웨이퍼를 효과적으로 척킹하는 정전기 척(electrostatic chuck)이 주로 사용된다.
즉, 기계적인 척(mechanical chuck)은 클램프(clamp)를 이용해서 웨이퍼를 위에서 눌러서 척킹하기 때문에 웨이퍼의 에지(edge)부위의 다이(die)가 손상되거나 웨이퍼가 휘어짐에 따라 수율이 떨어지는 현상이 발생하거나 혹은 포토레지스트(photo resist)가 떨어져 나가서 파티클이 발생하므로 물리적인 힘을 사용하지 않고 웨이퍼를 척킹하는 정전기 척이 사용된다.
플라즈마 에칭 장비에 구비되어 웨이퍼를 척킹하는 정전 척은 지지부재에 의해 지지되는 페데스탈(pedestal)과, 페데스탈 위에 위치하는 전극(electrode)을 포함한다. 페데스탈은 에칭 공정시 사용되는 플라즈마를 형성시키기 위한 고주파 전원이 걸리는 부재이고, 전극의 지지 역할을 하며, 그 중심에는 구리봉이 있어서 전극에 전압을 인가한다. 전극은 그 표면에 정전력을 발생시키기 위한 유전체(dielectric)가 형성되며, 건식 식각공정에서 많이 사용되는 유전체로는 폴리마이드(polymide)와 아노다이징 필름(anodizing film) 등의 전기적인 절연막이 사용된다. 전극은 페데스탈로부터 전원을 공급받아 정전력을 유도함으로써 웨이퍼(W)를 흡착하며, 전극 표면에 형성된 유전체는 정전역할을 하게 된다.
플라즈마 공정이 수행되어 웨이퍼가 처리되는 동안 식각되는 층의 식각정도(웨이퍼의 두께)를 판단하기 위해서는 플라즈마 공정이 끝난 후 웨이퍼를 언로딩하여 별도의 측정 장치로 이송하여 식각정도를 측정하였다. 그러므로 웨이퍼를 언로딩하기 위하여 플라즈마 공정 진행을 중지해야 하므로 전체적인 플라즈마 공정 시간이 늘어나는 단점이 존재 하였다. 또한 웨이퍼를 외부로 배출하는 과정에서 웨이퍼가 오염되어 불량품이 발생하는 경우가 많았다.
본 발명의 목적은 RF신호를 이용하여 공정챔버 내부 오염 또는 공정진행 중 식각되는 층의 식각 정도를 측정하고 모니터링함으로써 기판의 식각 정도 및 정전척의 상태를 확인할 수 있는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척은 기판을 지지하는 지지부, 상기 지지부에 구비되어, 정전척 전원 공급부로부터 전력을 공급받아 상기 기판을 척킹, 디척킹하고, 알에프(RF) 신호를 수신하는 정전 전극, 상기 정전 전극으로부터 알에프(RF) 신호를 수신하여 상기 알에프 신호에 포함된 전기적 파라미터를 측정하는 공정 모니터링 회로, 및 상기 공정 모니터링 회로로부터 전기적 파라미터를 수신하고, 상기 전기적 파라미터를 바탕으로 상기 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링하는 제어부를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전 척은, 상기 지지부로 전력을 공급하는 전원 공급부, 및 상기 전원 공급부와 상기 지지부 사이에 연결되는 임피던스 정합기를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전척 전원 공급부는 상기 지지부와 연결되어 상기 지지부에 의해상기 기판이 척킹, 디척킹될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전 전극과 상기 공정 모니터링 회로 사이에 구비되어 수신된 상기 알에프(RF) 신호를 측정하는 분압 회로를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전 전극으로 전력을 공급하는 전원 공급부, 및 상기 정전 전극이 상기 전원 공급부 또는 상기 공정 모니터링 회로와 선택적으로 연결되도록 스위칭되는 스위칭 회로를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전척 전원 공급부로 교류 전원이 유입되는 것을 방지하는 필터 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척은 기판을 지지하고 정전척 전원 공급부로부터 전력을 공급받아 상기 기판을 척킹, 디척킹하며, 알에프(RF) 신호를 수신하는 지지부, 상기 지지부으로부터 알에프(RF) 신호를 수신하여 상기 알에프 신호에 포함된 전기적 파라미터를 측정하는 공정 모니터링 회로, 및 상기 공정 모니터링 회로로부터 전기적 파라미터를 수신하고, 상기 전기적 파라미터를 기반으로 상기 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링하는 제어부를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전 척은, 상기 지지부로 전력을 공급하는 전원 공급부, 및 상기 전원 공급부와 상기 지지부 사이에 연결되는 임피던스 정합기를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전 전극과 상기 공정 모니터링 회로 사이에 구비되어 수신된 상기 알에프(RF) 신호를 측정하는 분압 회로를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 정전척 전원 공급부로 교류 전원이 유입되는 것을 방지하는 필터회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비는 정전 척, 상기 정전 척이 내부에 구비되는 공정챔버, 상기 공정챔버 내로 플라즈마를 방전하는 플라즈마 소스를 포함하고, 상기 플라즈마 소스를 구동하여 플라즈마 공정 시 상기 정전 척에 지지되는 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는, 상기 공정챔버 상부에 구비되는 상부 전극, 상기 상부 전극에 대향되도록 구비되는 하부 전극, 및 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 연결되어 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하여, 상기 공정챔버 내부로 용량 결합된 플라즈마를 방전할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는, 상기 공정챔버에 구비되는 유전체 윈도우, 및 상기 유전체 윈도우에 설치되어 상기 공정챔버 내로 전기장을 유도하는 안테나 코일을 포함하여, 상기 공정챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마가 방전될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 공정챔버 내로 상기 안테나 코일에서 유도된 자기장을 집속하는 페라이트 코어를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 플라즈마 소스는, 상기 공정챔버에 구비되는 유전체 윈도우, 상기 유전체 윈도우에 설치되어 상기 공정챔버 내로 전기장을 유도하는 안테나 코일, 및 상기 공정챔버에 구비되는 전극부을 포함하여, 상기 공정챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마와 용량 결합된 플라즈마가 방전될 수 있다.
본 발명에 따른 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 알에프(RF) 신호를 이용하여 공정챔버 내부 오염, 공정 진행 중 식각되는 층의 식각 정도를 측정하고 모니터링함으로써 기판 및 정전 척의 상태를 확인할 수 있다. 또한 공정 진행 중 식각되는 층의 식각 정도를 정확하게 측정할 수 있어 제품의 불량율을 낮출 수 있다. 또한 기판의 식각 정도를 확인하기 위하여 식각 공정 진행을 멈추지 않을 수 있어 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식각 공정 설비를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 3은 RF 측정 파라미터를 이용하여 정전 척의 이상 유무를 판단할 수 있는 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 식각 공정 설비를 이용하여 기판 식각 공정을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 9는 시간에 따라 Tx 및 Rx 신호를 도시한 도면이다.
도 10은 안테나 코일을 이용한 식각 공정 설비를 도시한 도면이다.
도 11은 안테나 코일을 이용한 식각 공정 설비의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 12는 안테나 코일 및 전극을 이용한 식각 공정 설비를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식각 공정 설비를 이용하여 기판 식각 공정을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식각 공정 설비를 이용하여 정전척 모니터링을 하는 과정을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 정전 전극의 다양한 실시 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식각 공정 설비를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 식각 공정 설비(100)는 공정챔버(110), 플라즈마 소스, 가스 공급부(120)를 포함할 수 있다.
공정챔버(110)는 내부에 플라즈마 방전이 이루어지는 공간이 구비되고, 플라즈마에 의해 처리되는 기판(112)을 지지하는 정전 척(140)이 구비될 수 있다. 플라즈마 방전은 가스를 여기시켜 이온, 자유 라디칼, 원자 및 분자를 함유하는 활성화된 가스를 생성하도록 사용될 수 있다. 활성화된 가스는 반도체 웨이퍼와 같은 고형 물질, 파우더, 및 기타 가스를 처리하는 것을 포함하는 다양한 산업 및 과학 분야에서 사용된다.
플라즈마 방전을 위한 플라즈마 소스로는 유도성 커플링 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP) 소스, 트랜스포머 커플링 플라즈마(transformer coupled plasma; TCP) 소스, 용량성 커플링 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 소스 및 하이브리드 플라즈마 소스(Hybrid plasma) 소스 중 하나를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스에 의해 공정챔버 내로 알에프(RF) 에너지를 공급할 수 있다. 알에프(RF) 에너지에 의해 공정챔버(110) 내에서는 플라즈마가 방전되고, 공정챔버(110) 내부로 공급된 공정가스는 플라즈마에 의해 여기(excite)될 수 있다. 따라서, 알에프(RF) 에너지는 기본 알에프(RF) 주파수(fundamental RF frequency)이고, 알에프(RF) 주파수의 고조파(harmonics)로 방사(radiate)될 수 있다. 고조파 주파수는 플라즈마(130)내에서 발생된다.
본 발명에서는 도 1 내지 도 8에서는 용량 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 방전 구조를 개시하였고, 도 10 ,도 11에서는 유도 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 방전 구조를 개시하였으며, 도 12에서는 하이브리드 플라즈마를 이용한 플라즈마 방전 구조를 개시하였다. 상세한 설명은 하기에서 설명한다.
공정챔버(110)는 상부에는 용량 결합 플라즈마를 위한 상부 전극(130)이 구비될 수 있다. 상부 전극(130)은 샤워헤드 형상으로 공정챔버(110)의 천장에 설치될 수 있다. 가스 공급부(120)는 상부 전극(130)에 구비된 가스 주입구(132)를 통해 공정가스를 공정챔버(110) 내로 공급할 수 있다. 가스 공급부(120)에서 공급되는 공정가스는 밸브(122)에 의해 공급량이 제어될 수 있다. 상부 전극(130)은 하나 이상의 전원 공급부(114, 115)로부터 무선 주파수를 공급받아 구동될 수 있다. 하나 이상의 전원 공급부(114, 115)는 동일한 무선 주파수를 공급할 수도 있고, 서로 다른 무선 주파수를 공급할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 전원 공급부(114)는 높은 주파수의 전력을 공급하고, 다른 하나의 전원 공급부(115)는 낮은 주파수의 전력을 공급할 수 있다. 하나 이상의 전원 공급부(114, 115)는 임피던스 정합기(117)를 통해 상부 전극(130)으로 전력을 공급할 수 있다. 상부 전극(130)과 대향되도록 정전 척(140)은 하부 전극으로 기능할 수 있다.
공정챔버(110) 내부에는 기판(112)을 지지하는 정전 척(140)이 구비될 수 있다. 정전 척(140)은 기판 지지대에 의해 지지되는 지지부(142), 지지부(142) 상부에 구비되는 정전 전극(146)을 포함할 수 있다. 지지부(142)는 식각 공정시 사용되는 플라즈마를 형성시키기 위한 고주파 전원이 걸리는 부재로 전극으로 기능할 수 있다. 지지부(142)의 상부에는 정전 전극(146)이 구비될 수 있다. 정전 전극(146)은 절연층(144)으로 감싸져 지지부(142) 상부에 구비될 수 있다. 정전 전극(146)의 상부에는 플라즈마 공정을 통해 처리되는 기판(112)이 안착될 수 있다. 정전 전극(146)은 정전척 전원 공급부(148)로부터 직류 전원을 공급받아 정전력이 유도되고, 이를 이용하여 정전 전극(146)의 상부에 안착된 기판(112)을 척킹함으로써 고정할 수 있다.
정전척 전원 공급부(148)와 정전 전극(146) 사이에는 필터 회로(147)가 구비될 수 있다. 필터 회로(147)는 플라즈마 공정시 상부 전극(130)으로 공급되는 교류 전원이 정전척 전원 공급부(148)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 필터 회로(147)는 알에프(RF) 신호에 의해 정전 전극(146)에 발생될 수 있는 전력신호들(노이즈 신호들)을 제거함에 따라 정전척 전원 공급부(148)로부터 정전 전극(146)에 안정적인 전원 공급이 가능하도록 하고, 알에프(RF) 신호가 정전척 전원 공급부(148)로 유입되어 발생될 수 있는 고장을 방지할 수 있다. 알에프 신호는 고주파일 수 있고, 저주파일 수도 있다. 공정챔버(110)에는 내부를 진공으로 형성하거나 미반응 가스 등을 배출하기 위한 배기펌프(116)가 배출구에 연결될 수 있다.
정전 전극(146)은 알에프 신호를 수신하기 위한 알에프 안테나로써 기능할 수 있다. 정전 전극(146)은 플라즈마 방전시 공정챔버(110) 내로 방사된 알에프(RF) 신호를 실시간으로 수신할 수 있다. 상부 전극(130)은 알에프(RF) 신호를 송신하는 송신부로 기능할 수 있다. 정전 전극(146)을 통해 알에프 신호가 유입되어 공정 모니터링 회로(152)로 수신될 수 있다. 공정 모니터링 회로(152)는 수신된 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 측정할 수 있다. 여기서, 전기적 파라미터란 공정챔버(110) 내부의 오염, 기판(112)의 식각 정도와 상관된 전기적 파라미터로써 전류, 전압, 전류 피크값, 전압 피크값 또는 공정챔버(110) 내의 임피던스 값 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 공정챔버(110) 내부의 오염이란, 기판(112)의 식각 공정을 진행하면서 공정챔버(110)가 내부가 식각된 물질에 의해 오염된 것을 일컫는다.
공정챔버(110) 내로 방사된 알에프(RF) 신호는 기판(112)을 통과하여 정전 전극(146)으로 수신될 수 있다. 여기서, 기판(112)은 적층된 박막(적층되어 식각된 박막)을 포함할 수 있다. 그러므로 기판(112)의 박막은 유전체로서 기능할 수 있다. 그러므로 정전 전극(146)으로 수신된 알에프(RF) 신호는 기판(112)의 두께(박막을 포함한 두께)와 상관 관계를 갖고 변화할 수 있다. 예를 들어, 기판(112)의 두께가 두꺼울수록 저항이 높아져 정전 전극(146)을 통해 알에프(RF) 신호가 약하게 수신될 수 있다. 기판(112)의 두께 별로 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 설정하여 측정된 알에프(RF) 신호와 비교함으로써 기판(112)의 두께 및 식각 공정을 모니터링할 수 있다. 이를 통해 식각 공정의 진행을 중단하기 위한 식각 공정의 종점도 확인할 수 있다. 식각 공정의 종점은 식각 공정에 따라 기판(112)에 대한 식각 공정을 중단해야하는 시기를 일컬을 수 있다. 또한 전기적 파라미터를 바탕으로 정전 척(140)의 이상 유무(자기 모니터링)를 모니터링할 수 있다.
제어부(154)는 공정 모니터링 회로(152)로부터 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 수신할 수 있다. 제어부(154)는 수신된 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 바탕으로 알에프(RF) 신호를 통해 공정챔버(110) 내에서 식각 공정이 진행될 때, 기판(112)의 박막이 식각된 정도를 모니터링할 수 있다. 그러므로 기판(112)을 식각하는 식각공정의 종점을 확인할 수 있다. 또한 전기적 파라미터를 바탕으로 정전 척(140)의 이상 유무를 모니터링 할 수 있다. 제어부(154)는 확인된 전기적 파라미터를 호스트 컴퓨터(156)로 전달할 수 있다. 제어부(154)는 전기적 파라미터를 바탕으로 전원 공급부(114, 115), 밸브(122) 및 정전척 전원 공급부(148)를 제어할 수 있다.
제어부(154)는 신호처리를 하는 모듈로 구성되며, 하드웨어 또는 소프트웨어 모두 가능하다. 제어부(154)는 공정 모니터링 회로(152)를 통과한 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터와 정상신호의 전기적 파라미터를 비교하여 정전 척(140)의 이상여부를 판단할 수 있다. 또한 제어부(154)는 정전 척(140)에 이상이 발생했을 경우, 이를 청각적 혹은 시각적인 수단에 의해 외부에 알릴 수 있는 알람 기능을 포함할 수 있다.
제어부(154)는 공정 모니터링 회로(152)를 통과한 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터와 정상신호의 전기적 파라미터를 비교하면서, 누적된 오차데이터와 설정된 오차 허용범위를 비교하여 오차 데이터를 처리할 수 있다.
제어부(154)에서 수신되는 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터는 공정 모니터링 회로(152)로부터 전송되어오는 원신호를 그대로 사용하거나 또는 별도의 신호처리를 통하여 분석이 용이한 형태로 변조된 신호를 사용할 수도 있다. 또한 공정 모니터링 회로(152)와 제어부(154)의 연결은 직접 연결 또는 정전 척 시스템 자체의 부하에 영향을 주지 않기 위한 커플링 방법 중 하나로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 정전 척(240)은 분압회로(249)를 통해 알에프(RF) 신호를 수신할 수 있다. 분압회로(249)는 정전 전극(246)으로부터 알에프(RF) 신호를 수신하기 위한 수단으로 사용될 수 있다. 분압회로(249)를 통해 공정 모니터링 회로(252)에서 측정된 전기적 파라미터는 제어부(254)로 전달될 수 있다. 제어부(254)는 전기적 파라미터를 바탕으로 기판(212)의 식각 정도 및 정전 척(240)의 이상 유무를 모니터링할 수 있다.
정전 척(240)은 인덕터를 이용한 필터 회로(247)를 포함할 수 있다. 필터 회로(247)는 플라즈마 공정시 상부 전극(130)으로 공급되는 교류 전원이 정전척 전원 공급부(248)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
정전 척(240)은 지지부(242)와 지지부(242) 상부에 구비되는 정전 전극(246) 및 정전 전극(246)을 감싸는 절연층(244)을 포함할 수 있다. 이는 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 RF 측정 파라미터를 이용하여 정전척의 이상 유무를 판단할 수 있는 그래프를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 오염두께(기판의 두께 또는 식각 공정의 진행 시간)에 따른 알에프(RF) 신호 측정 파라미터를 비교하여 도시하였다. 상기에서 설명한 바와 같이, 오염두께(기판의 두께 또는 식각공정의 진행 시간)와 수신되는 알에프 신호의 전기적 파라미터 값 사이에는 일정한 상관관계가 존재할 수 있다.
그래프에서 확인할 수 있듯이, 오염두께가 증가하면(식각공정이 소정 시간 진행되면) 정전 전극을 통해 수신되는 알에프(RF) 신호가 약하게 되므로 이에 따른 알에프 측정 파라미터의 측정값도 줄어들게 된다.
만약, 정전 척에 이상이 발생되면, 정전 전극을 통해 수신되는 알에프(RF) 신호는 일정한 상관관계의 전기적 파라미터 값이 아닌 값(정상적이지 않은 값)이 수신될 수 있다. 그러므로 정전 전극을 통해 수신되는 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 바탕으로 정전 척의 이상 유무(자기 모니터링 기능)를 모니터링할 수 있다.
도 4는 도 1의 식각 공정 설비를 이용하여 기판 식각 공정을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 식각 공정 설비의 공정챔버로 기판을 로딩할 수 있다. 기판을 로딩한 후, 공정챔버에서 기판에 대한 식각공정을 진행할 수 있다. 식각공정을 진행하기 전에 정전 척을 이용하여 알에프(RF) 신호를 수신함으로써 정전 척의 이상 유무를 모니터링할 수 있다. 정전 척이 정상이면, 공정챔버에서 기판에 대한 식각공정을 진행할 수 있다. 식각공정을 진행하며 알에프(RF) 신호를 이용하여 기판의 두께를 측정할 수 있다. 그러므로 식각공정을 언제 종료할지에 대한 종점을 검출할 수 있다.
식각공정은 한 번만 진행된 후 기판이 공정챔버 외부로 언로딩되고, 새로운 기판이 공정챔버로 로딩될 수도 있다. 또는 식각공정은 여러 번 반복적으로 진행된 후 기판이 공정챔버 외부로 언로딩될 수 있다.
식각공정을 두 번 이상 진행한 후 공정챔버 내부의 오염에 대하여 세정을 진행할 수 있다. 공정챔버 내부의 오염 정도는 다양한 방식으로 측정할 수 있으며, 정전 척을 이용하여 알에프(RF) 신호를 수신함으로써 확인할 수 있다. 공정챔버 내부의 오염을 측정하여 세정이 필요한 시점을 검출한다. 세정이 필요하다고 판단되면 식각공정을 계속 진행하지 않고 공정챔버에 대한 세정공정을 진행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 정전 척(540)은 지지부(542)에 바이어스 전원부(562)가 연결될 수 있다. 지지부(542)는 임피던스 정합기(564)와 캐패시터(566)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 지지부(542)는 공정챔버에 상부 전극이 구비되는 경우, 상부 전극과 대향되는 하부 전극으로 기능할 수 있다. 또는 공정챔버가 접지로 연결될 수도 있다. 이때, 절연층(544)에 의해 싸여진 정전 전극(546)은 필터 회로(547)를 통해 연결된 정전척 전원 공급부(548)로부터 전력을 공급받아 기판(512)을 척킹하기 위한 정전력이 유도될 수 있다.
또한 정전 전극(546)은 알에프(RF) 신호를 수신하기 위한 안테나로 기능하여 알에프(RF) 신호를 수신할 수 있다. 수신된 알에프(RF) 신호는 분압 회로(549)를 통해 공정 모니터링 회로(552)로 전달되고, 공정 모니터링 회로(552)에서는 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 제어부(554)로 전달할 수 있다. 제어부(554)는 측정된 알에프(RF) 신호의 전기적 파라미터를 바탕으로 기판(512)의 식각 종점 또는 정전 척(540)의 이상 유무를 모니터링할 수 있다.
다른 실시 예로, 정전 전극(546)은 정전척 전원 공급부(548)로부터 전력을 공급받아 정전력이 유도되어 기판(512)을 척킹하는데 이용될 수 있고, 바이어스 전원부(562)가 연결됨으로써 플라즈마를 방전하기 위한 하부 전극으로 이용될 수 있다. 정전 전극(546)은 임피던스 정합기(564)와 캐패시터(566)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 정전 전극(546)은 공정챔버에 상부 전극이 구비되는 경우, 상부전극과 대향되는 하부 전극으로 기능할 수 있다. 또는 공정챔버가 접지로 연결될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 정전 척(640)의 지지부(642)는 임피던스 정합기(664)와 캐패시터(666)를 통해 바이어스 전원부(562)와 연결되어 하부 전극으로 기능할 수 있다. 이때, 정전척 전원 공급부(648)는 지지부(642)와 정전 전극(646)에 연결되어 지지부(642) 및 정전 전극(646)에 정전력이 유도되도록 할 수 있다. 지지부(642)는 하부 전극으로 기능할 수도 있고, 정전력이 유도되어 기판(612)을 척킹할 수 있다. 지지부(642)와 정전척 전원 공급부(648) 사이, 정전 전극(646)과 정전척 전원 공급부(648) 사이에는 각각 인덕터를 이용한 필터 회로(647)가 구비될 수 있다. 정전 전극(646)은 절연층(644)으로 감싸진다.
지지부(642)는 제1 분압회로(649a)를 통해 공정 모니터링 회로(652)로 연결될 수 있다. 정전 전극(646)은 제2 분압회로(649b)를 통해 공정 모니터링 회로(652)로 연결될 수 있다. 공정 모니터링 회로(652)는 지지부(642)와 정전 전극(646)으로부터 전기적 파라미터 값을 측정할 수 있다. 공정 모니터링 회로(642)에서 측정된 전기적 파라미터는 제어부(654)로 전달되고, 제어부(654)는 이를 바탕으로 식각 종점 및 정전 척(640)의 이상 유무를 모니터링할 수 있다.
공정 모니터링 회로(652)는 입력신호 검출기와 출력신호 검출기를 통하여 알에프(RF) 신호의 평균값을 측정하고, 이를 박막 두께별로 설정된 데이터와 비교하여 기판의 두께를 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 정전 척(740)은 지지부(742)에 바이어스 전원부(762) 및 정전척 전원 공급부(748)가 연결됨으로써, 지지부(742)는 하부전극으로 기능되거나 정전력이 유도되어 정전 전극으로 기능될 수 있다. 지지부(742)는 임피던스 정합기(764)와 캐패시터(766)를 통해 바이어스 전원부(762)와 연결되어 바이어스 전력을 공급받을 수 있다. 또한 지지부(742)는 필터 회로(747)를 통해 정전척 전원 공급부(748)와 연결되어 정전력 유도를 위한 전력을 공급받을 수 있다. 지지부(742)는 알에프(RF) 신호를 수신하고, 분압회로(849)를 통해 공정 모니터링 회로(752)와 연결되어 수신된 알에프 신호의 전기적 파라미터가 공정 모니터링 회로(752)로 전달될 수 있다. 공정 모니터링 회로(752)에서 수신된 전기적 파라미터는 제어부(754)로 전달되고, 제어부(754)는 이를 바탕으로 식각 종점 및 정전 척(742)의 이상 유무를 모니터링할 수 있다. 지지부(742)의 상부에는 절연층(744)이 구비될 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 정전 척을 도시한 도면이고, 도 9는 시간에 따라 Tx 및 Rx 신호를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 절연층(844)으로 싸여진 정전 전극(846)은 알에프(RF) 신호를 송신하기 위한 송신 안테나(Tx)로 기능할 수도 있고, 알에프(RF) 신호를 수신하기 위한 수신 안테나(Rx)로 기능할 수도 있다. 정전 전극(846)은 필터 회로(847)를 통해 정전척 전원 공급부(848)과 연결될 수 있다.
정전 전극(846)은 전원 공급부(862)와 임피던스 정합기(864) 및 캐패시터(866)를 통해 연결될 수 있다. 전원 공급부(862)는 스위칭 회로(870)를 통해 정전 전극(846)과 연결될 수 있다. 전원 공급부(862)와 연결된 정전 전극(846)은 알에프(RF) 신호를 송신하기 위한 송신 안테나(Tx)로 기능할 수 있다. 정전 전극(846)은 분압회로(849)를 통해 공정 모니터링 회로(852)에 연결될 수 있다. 공정 모니터링 회로(852)와 연결된 정전 전극(846)은 알에프(RF) 신호를 수신하기 위한 수신 안테나(Rx)로 기능할 수 있다. 다시 말해, 스위칭 회로(870)의 하나의 탭은 전원 공급부(862)와 연결되고, 다른 탭은 분압회로(849)와 연결될 수 있다. 스위칭 회로(870)는 제어부(854)에 의해 제어될 수 있다.
도 8 및 도9를 참조하면, 제어부(854)는 스위칭 회로(870)를 제어하여 정전 전극(846)과 전원 공급부(862)가 연결될 수 있다. 정전 전극(846)은 구동되어 공정챔버 내부로 알에프(RF) 신호를 송신할 수 있다. 송신된 알에프(RF) 신호는 정전 척(840)에 안착된 기판(812)을 통과하여 정전 전극(846)을 통해 수신될 수 있다. 제어부(854)는 스위칭 회로(870)를 제어하여 정전 전극(846)과 분압회로(849)가 연결될 수 있다. 공정챔버 내부로 송신된 알에프(RF) 신호는 정전 전극(846)을 통해 수신되어 공정 모니터링 회로(852)로 전달된다. 공정 모니터링 회로(852)는 알에프 신호의 전기적 파라미터를 제어부(854)로 전달하면, 제어부(854)는 이러한 전기적 파라미터를 바탕으로 식각 종점 및 정전 척(742)의 이상 유무를 모니터링할 수 있다.
도 10은 안테나 코일을 이용한 식각 공정 설비를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마가 사용될 수 있다. 공정챔버(1100)의 천장은 유전체 윈도우(1030)로 구비되고, 유전체 윈도우(1030)의 상부에는 안테나 코일(1020)이 권선될 수 있다. 안테나 코일(1020)은 나선 형상으로 유전체 윈도우(1030) 상부에 권선될 수 있다. 안테나 코일(1020)은 전원 공급부(1040)와 임피던스 정합기(1042)를 통해 연결될 수 있다. 안테나 코일(1020)로 전력이 공급되면, 공정챔버(1100) 내부로 전기장이 유도되어 공정챔버(1100) 내로 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마 방전을 위한 가스 공급은 유전체(1030)를 통해 공정챔버(1100) 내로 공급될 수도 있고, 직접 공정챔버(1100)를 통해 공급될 수도 있다.
유전체 윈도우(1030)는 공정챔버(1100)의 천장 전체에 구성될 수도 있고, 안테나 코일(1020)이 구비되는 부분에만 구성될 수도 있다. 또한 유전체 윈도우(1030)은 평판 형상일 수 있고, 돔 형상일 수 있다.
안테나 코일(1020)은 일정한 간격으로 권선될 수도 있고, 일정하지 않은 간격으로 권선될 수도 있다. 또한 하나의 안테나 코일(1020)이 유전체 윈도우(1030) 전체에 권선될 수도 있고, 다수 개의 안테나 코일(1020)이 유전체 윈도우(1030) 전체에 권선될 수도 있다.
도 11은 안테나 코일을 이용한 식각 공정 설비의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마가 사용될 수 있다. 공정챔버(1110)의 천장은 유전체 윈도우(1130)로 구비되고, 유전체 윈도우(1130)의 상부에는 안테나 코일(1120)이 권선될 수 있다. 안테나 코일(1120)은 나선 형상으로 유전체 윈도우(1130) 상부에 권선될 수 있다. 안테나 코일(1120)은 전원 공급부(1140)와 임피던스 정합기(1142)를 통해 연결될 수 있다. 안테나 코일(1120)의 상부에는 말굽 형상의 페라이트 코어(1122)가 구비될 수 있다. 페라이트 코어(1122)는 자속 출입구가 유전체 윈도우(1130)를 향하도록 안테나 코일(1120)의 상부에 구비될 수 있다. 그러므로 안테나 코일(1120)에 의해 유도되는 자기장은 페라이트 코어(1122)에 의해 공정챔버(1110) 내부로 자기장이 집중될 수 있고, 이로 인해 공정챔버(1110) 내부로의 플라즈마 방전이 집중될 수 있다.
안테나 코일(1120)로 전력이 공급되면, 공정챔버(1110) 내부로 전기장이 유도되어 공정챔버(1110) 내로 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마 방전을 위한 가스 공급은 유전체(1130)를 통해 공정챔버(1110) 내로 공급될 수도 있고, 직접 공정챔버(1110)를 통해 공급될 수도 있다.
유전체 윈도우(1130)는 공정챔버(1110)의 천장 전체에 구성될 수도 있고, 안테나 코일(1120)이 구비되는 부분에만 구성될 수도 있다. 또한 유전체 윈도우(1130)는 평판 형상일 수 있고, 돔 형상일 수 있다.
안테나 코일(1120)은 일정한 간격으로 권선될 수도 있고, 일정하지 않은 간격으로 권선될 수도 있다. 또한 하나의 안테나 코일(1120)이 유전체 윈도우(1130) 전체에 권선될 수도 있고, 다수 개의 안테나 코일(1120)이 유전체 윈도우(1130) 전체에 권선될 수도 있다.
도 12는 안테나 코일 및 전극을 이용한 식각 공정 설비를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 플라즈마가 함께 사용된 하이브리드 플라즈마가 사용될 수 있다. 공정챔버(1210)의 천장은 중심 영역은 전극부(1235)가 구비되고, 전극부(1235)의 주변 영역으로 유전체 윈도우(1230)가 구비될 수 있다. 유전체 위도우(1230)의 상부에는 안테나 코일(1220)이 권선될 수 있다. 안테나 코일(1220)은 나선 형상으로 유전체 윈도우(1230) 상부에 권선될 수 있다. 안테나 코일(1220)은 전원 공급부(1240)와 임피던스 정합기(1242)를 통해 연결될 수 있다. 또한 전극부(1235)는 다른 전원 공급부(1244)와 임피던스 정합기(1246)를 통해 연결될 수 있다. 전극부(1235)와 대향되는 전극은 공정챔버(1210) 내부에 구비될 수 있다. 다른 실시 예로, 공정챔버(1210)의 천장은 중심 영역은 유전체 윈도우(1230)가 구비될 수 있고, 주변 영역으로 전극부(1235)가 구비될 수도 있다.
안테나 코일(1220)의 상부에는 말굽 형상의 페라이트 코어(1222)가 구비될 수 있다. 페라이트 코어(1222)는 자속 출입구가 유전체 윈도우(1230)를 향하도록 안테나 코일(1220)의 상부에 구비될 수 있다. 그러므로 안테나 코일(1220)에 의해 유도되는 자기장은 페라이트 코어(1222)에 의해 공정챔버(1210) 내부로 자기장이 집중될 수 있고, 이로 인해 공정챔버(1210) 내부로의 플라즈마 방전이 집중될 수 있다.
안테나 코일(1220) 및 전극부(1235)로 전력이 공급되면, 공정챔버(1210) 내부로 안테나 코일(1220)과 전극부(1235)에 의해 전기장이 유도되어 공정챔버(1210) 내로 하이브리드 플라즈마가 방전될 수 있다.
유전체 윈도우(1230)는 공정챔버(1210)의 천장 전체에 구성될 수도 있고, 안테나 코일(1220)이 구비되는 부분에만 구성될 수도 있다. 또한 유전체 윈도우(1230)은 평판 형상일 수 있고, 돔 형상일 수 있다.
안테나 코일(1220)은 일정한 간격으로 권선될 수도 있고, 일정하지 않은 간격으로 권선될 수도 있다. 또한 하나의 안테나 코일(1220)이 유전체 윈도우(1230) 전체에 권선될 수도 있고, 다수 개의 안테나 코일(1220)이 유전체 윈도우(1230) 전체에 권선될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식각 공정 설비를 이용하여 기판 식각 공정을 수행하는 과정을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 식각 공정 설비를 이용하여 기판의 식각 공정을 진행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공정챔버 내로 식각 종정을 진행하기 위한 기판을 로딩할 수 있다(S100). 정전 척에 기판이 로딩되면, 정전 척은 정전척 전원 공급부로부터 전력을 공급받아 정전기력이 유도되어 기판을 척킹할 수 있다(S110). 이때, 정전 척은 상기에서 설명한 바와 같이, 공정 모니터링 회로 및 제어부를 통해 정전 척의 이상 유무를 모니터링할 수 있다(S120).
정전 척을 모니터링하여 정전 척이 정상이면, 제어부는 질량 유량계(MFC: Mass flow Controller) 또는 가스 공급부를 제어하여 공정챔버로 공급되는 공정가스의 공급을 제어할 수 있다(S130). 제어부는 공정챔버에서 진행하고자 하는 식각 공정 레시피에 따라 공정가스를 공급할 수 있다. 공정가스를 공급한 후 제어부는 플라즈마 소스의 전원 공급부를 제어하여 무선(RF) 주파수를 플라즈마 소스로 공급할 수 있다(S140). 무선 주파수가 공급되는 플라즈마 소스가 구동되어 플라즈마가 방전(온)될 수 있다(S150). 플라즈마가 방전되면 공정챔버 내부에 로딩된 기판을 식각하는 식각공정이 진행될 수 있다(S160).
식각공정이 진행되는 동안 제어부는 공정 모니터링 회로를 구동하여 공정챔버의 내부 오염, 기판 식각과 상관된 전기적 파라미터를 측정할 수 있다(S170). 제어부는 측정된 전기적 파라미터를 바탕으로 기판의 식각상태를 측정하며 식각공정의 종점을 검출할 수 있다(S180). 식각공정의 종점이라고 판단되면, 식각공정의 진행을 종료해야하므로 제어부는 플라즈마 소스의 전원 공급부를 제어하여 무선 주파수가 플라즈마 소스로 공급되지 않도록 할 수 있다(S190). 또는 식각공정의 종점이라고 판단되지 않으면, 식각공정을 계속 진행할 수 있다. 플라즈마 소스로 무선 주파수가 공급되지 않으면, 플라즈마 방전이 오프될 수 있다(S200).
플라즈마 방전이 오프되면 제어부는 질량 유량계(MFC: Mass flow Controller) 또는 가스 공급부를 제어하여 공정가스가 공정챔버로 공급되는 것을 차단할 수 있다(S210). 공정가스 공급을 차단하여 식각공정 진행이 완료되면, 제어부는 정전척 전원 공급부를 제어하여 정전척으로 공급되는 전력을 차단하여 기판을 디척킹할 수 있다(S220). 디척킹된 기판은 공정챔버 외부로 언로딩될 수 있다(S230). 기판을 언로딩한 후 오염된 공정챔버 내부를 세정할지 여부를 판단할 수 있다(S240).
제어부는 공정챔버 세정이 필요하다고 판단되면 식각공정을 종료하고 세정공정을 진행할 수 있다. 제어부는 공정챔버 세정이 필요하지 않다고 판단되면, 이후 공정챔버에서 식각공정을 처리해야할 기판이 존재하는지를 확인할 수 있다. 식각공정을 처리해야할 기판이 존재하면 기판을 로딩한 후 상기에 설명한 식각공정을 진행하여 기판을 처리할 수 있다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식각 공정 설비를 이용하여 정전척 모니터링을 하는 과정을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 정전 척을 모니터링하기 위하여 공정 모니터링 회로를 통해 정전 척의 전기적 파라미터의 변화량을 측정할 수 있다(S121). 측정된 정전 척의 전기적 파라미터의 변화량을 제어부로 전달되고, 제어부는 전기적 파라미터의 변화량을 바탕으로 정전 척의 동작 상태를 판단할 수 있다(S122). 제어부는 정전 척을 전기적으로 제어가 필요한 경우, 측정된 전기적 파라미터의 변화량을 기반으로 정전 척을 구동하기 위한 구성요소(예를 들어, 정전 척으로 전력을 공급하기 위한 정전 척 전원 공급부)를 제어할 수 있다(S123). 정전척을 전기적으로 제어한 후 디스플레이부를 통해 정전 척의 상태를 표시할 수 있다(S124).
이후 제어부는 제어된 정전 척을 이용하여 식각공정을 계속 진행할지 여부를 판단할 수 있다(S125). S122단계에서 제어부는 정전 척에 대한 인터락 제어가 필요한 경우, 인터락 제어 신호를 정전 척을 구동하기 위한 구성요소로 전달할 수 있다(S126). S126단계에서 인터락 제어신호를 수신하면, 정전 척은 구동을 멈추게 되고, 제어부는 정전 척이 인터락된 상태를 사용자에게 알람 또는 디스플레이부를 통해 상태를 표시함으로써 알릴 수 있다.
도 15는 본 발명의 바람직한 정전 전극의 다양한 실시 예를 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 정전 척(1546)에 구비된 정전 전극은 둘 이상의 정전 전극편을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 정전 전극을 두 개의 분리된 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b)을 도시하여 설명할 수 있다.
먼저, 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b)은 동심원 구조로 정전 척(1540)에 구비될 수 있다. 제1 정전 전극(1546a)은 정전 척(1540)의 중심 영역에 위치되고, 제1 정전 전극(1546a)으로부터 소정 간격 이격된 상태로 제2 정전 전극(1546b)이 위치될 수 있다. 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b) 사이에는 절연층(1544)이 구비될 수 있다.
다른 실시 예에서, 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b)은 각각 반원 형상으로 형성될 수 있다. 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b)은 하나의 원 형상을 이룰 수 있도록 정전 척(1540)에 구비될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b)은 다수 개의 트위그 전극(1546c)이 구비될 수 있다. 제1 정전 전극(1546a)은 일방향으로 다수 개의 트위그 전극(1546c)구비될 수 있다. 제1 정전 전극(1546a)의 다수 개의 트위그 전극(1546c)은 소정의 길이로 형성되고, 각각의 트위그 전극(1546c)은 소정의 간격이 이격되어 형성될 수 있다. 제2 정전 전극(1546b)은 제1 정전 전극(1546a)과 마주하는 방향으로 다수 개의 트위그 전극(1546c)이 구비될 수 있다. 제1 정전 전극(1546a)과 제2 정전 전극(1546b)의 다수 개의 트위그 전극(1546c)은 마주하며 겹치지 않도록 교차로 배치될 수 있다.
정전 전극의 형상은 본 발명에서 도시된 실시 예에 국한되지 않으며, 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
도면에서는 도시하지 않았으나, 본 발명에서의 정전 척은 기판을 고정하는 방법으로써, 유니폴라(Unipolar) 방식 또는 바이폴라(Bipolar) 방식 중 하나로 형성될 수 있다. 유니폴라(Unipolar) 방식은 정전 전극이 + 또는 ?로 대전되어 기판을 고정하는 방식으로 간단한 전기적 연결로 동작할 수 있다. 바이폴라(Bipolar) 방식은 정전 전극이 + 와 ?로 대전되어 기판을 고정하는 방식으로 기판에 대한 전기적 연결이 불필요할 수 있다. 정전 척의 기판 고정 방식에 대한 상세한 설명은 이미 알려진 방식으로 상세한 설명은 생략한다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 기판을 지지하는 지지부;
    상기 지지부에 구비되어, 정전척 전원 공급부로부터 전력을 공급받아 상기 기판을 척킹, 디척킹하고, 알에프(RF) 신호를 수신하는 정전 전극;
    상기 정전 전극으로부터 알에프(RF) 신호를 수신하여 상기 알에프 신호에 포함된 전기적 파라미터를 측정하는 공정 모니터링 회로; 및
    상기 공정 모니터링 회로로부터 전기적 파라미터를 수신하고, 상기 전기적 파라미터를 바탕으로 상기 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링하는 제어부를 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전 척은,
    상기 지지부로 전력을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 전원 공급부와 상기 지지부 사이에 연결되는 임피던스 정합기를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정전척 전원 공급부는 상기 지지부와 연결되어 상기 지지부에 의해상기 기판이 척킹, 디척킹되는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  4. 제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 전극과 상기 공정 모니터링 회로 사이에 구비되어 수신된 상기 알에프(RF) 신호를 측정하는 분압 회로를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정전 전극으로 전력을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 정전 전극이 상기 전원 공급부 또는 상기 공정 모니터링 회로와 선택적으로 연결되도록 스위칭되는 스위칭 회로를 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정전척 전원 공급부로 교류 전원이 유입되는 것을 방지하는 필터 회로를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  7. 기판을 지지하고 정전척 전원 공급부로부터 전력을 공급받아 상기 기판을 척킹, 디척킹하며, 알에프(RF) 신호를 수신하는 지지부;
    상기 지지부으로부터 알에프(RF) 신호를 수신하여 상기 알에프 신호에 포함된 전기적 파라미터를 측정하는 공정 모니터링 회로; 및
    상기 공정 모니터링 회로로부터 전기적 파라미터를 수신하고, 상기 전기적 파라미터를 기반으로 상기 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링하는 제어부를 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정전 척은,
    상기 지지부로 전력을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 전원 공급부와 상기 지지부 사이에 연결되는 임피던스 정합기를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정전 전극과 상기 공정 모니터링 회로 사이에 구비되어 수신된 상기 알에프(RF) 신호를 측정하는 분압 회로를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 정전척 전원 공급부로 교류 전원이 유입되는 것을 방지하는 필터회로를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척.
  11. 제1항 내지 제 10 중 어느 한 항에 의한 정전 척;
    상기 정전 척이 내부에 구비되는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내로 플라즈마를 방전하는 플라즈마 소스를 포함하고,
    상기 플라즈마 소스를 구동하여 플라즈마 공정 시 상기 정전 척에 지지되는 기판의 식각 정도 또는 상기 지지부의 이상 여부를 모니터링하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는,
    상기 공정챔버 상부에 구비되는 상부 전극;
    상기 상부 전극에 대향되도록 구비되는 하부 전극; 및
    상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 연결되어 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하여,
    상기 공정챔버 내부로 용량 결합된 플라즈마를 방전하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는,
    상기 공정챔버에 구비되는 유전체 윈도우; 및
    상기 유전체 윈도우에 설치되어 상기 공정챔버 내로 전기장을 유도하는 안테나 코일을 포함하여,
    상기 공정챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마가 방전되어 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공정챔버 내로 상기 안테나 코일에서 유도된 자기장을 집속하는 페라이트 코어를 더 포함하는 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는,
    상기 공정챔버에 구비되는 유전체 윈도우;
    상기 유전체 윈도우에 설치되어 상기 공정챔버 내로 전기장을 유도하는 안테나 코일; 및
    상기 공정챔버에 구비되는 전극부을 포함하여,
    상기 공정챔버 내부로 유도 결합된 플라즈마와 용량 결합된 플라즈마가 방전되어 식각 공정 및 자기 모니터링 기능을 갖는 정전 척 그리고 이를 구비한 식각 공정 설비.
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KR20230007899A (ko) * 2021-07-06 2023-01-13 한국표준과학연구원 플라즈마 진단기능을 갖는 정전척

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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