KR20230089877A - 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230089877A
KR20230089877A KR1020210178621A KR20210178621A KR20230089877A KR 20230089877 A KR20230089877 A KR 20230089877A KR 1020210178621 A KR1020210178621 A KR 1020210178621A KR 20210178621 A KR20210178621 A KR 20210178621A KR 20230089877 A KR20230089877 A KR 20230089877A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
substrate
unit
thin film
plasma
Prior art date
Application number
KR1020210178621A
Other languages
English (en)
Inventor
정명섭
김성열
임성용
최재현
이경민
임승규
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020210178621A priority Critical patent/KR20230089877A/ko
Priority to US17/864,541 priority patent/US20230187189A1/en
Publication of KR20230089877A publication Critical patent/KR20230089877A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32541—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32926—Software, data control or modelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24564—Measurements of electric or magnetic variables, e.g. voltage, current, frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템은, 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 내부에 원형 전극 및 적어도 하나의 환형 전극이 구비된 기판 스테이지, 상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극, 상기 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부, 입력된 제1 제어 신호에 기초하여 상기 원형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제1 커패시턴스 가변부, 입력된 제2 제어 신호에 기초하여 상기 환형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제2 커패시턴스 가변부, 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들에 각각 연결되어 상기 원형 전극 및 상기 적어도 하나의 환형 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부, 및 상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템{PLASMA CONTROL APPARATUS AND PLASMA PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용한 반도체 공정 설비에서 플라즈마를 제어하기 위한 제어 장치 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
플라즈마를 활용하는 반도체 공정 설비(CVD, Etcher 등)에서 공정 산포를 조절하기 위해서는 플라즈마 특성을 제어할 필요성이 있다. 최근에는 다양한 부분에서 가스, 온도, 플라즈마 산포 등을 제어하고 있으나 극한의 공정 산포를 위해 보다 세밀한 제어가 요구되고 있다. 특히, 반도체 박막 공정에 있어서 박막의 균일성 확보를 위한 다중 막질의 단수 별 제어에 어려움이 있으며, 설비 환경의 변화에 따라 박막의 불균일이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 반도체 기판의 박막을 영역별로 능동 제어하기 위한 원형 전극 및 환형 전극을 갖는 기판 스테이지를 포함하는 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 플라즈마 처리 시스템을 이용하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템은, 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 내부에 원형 전극 및 적어도 하나의 환형 전극이 구비된 기판 스테이지, 상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극, 상기 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부, 입력된 제1 제어 신호에 기초하여 상기 원형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제1 커패시턴스 가변부, 입력된 제2 제어 신호에 기초하여 상기 환형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제2 커패시턴스 가변부, 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들에 각각 연결되어 상기 원형 전극 및 상기 적어도 하나의 환형 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부, 및 상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 제어부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템은, 제1 및 제2 영역을 갖는 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 각각 대응되도록 내부에 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극이 구비된 기판 스테이지, 상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극, 상기 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부, 상기 제1 전극 및 상기 적어도 하나의 제2 전극의 커패시터를 서로 독립적으로 가변시키기 위한 커패시턴스 가변부, 상기 제1 및 제2 영역의 증착률을 확인하기 위하여 상기 제1 전극 및 상기 적어도 하나의 제2 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부, 및 상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 커패시턴스 가변부를 통해 상기 제1 전극 및 상기 적어도 하나의 제2 전극의 커패시터들을 가변시키기 위한 제어부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시 예들에 따른 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템은, 기판 상에 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 내부에 원형 전극 및 적어도 하나의 환형 전극이 구비된 기판 스테이지, 상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부, 상기 원형 전극의 임피던스를 가변시키기 위한 제1 임피던스 가변부, 상기 적어도 하나의 환형 전극의 임피던스를 가변시키기 위한 제2 임피던스 가변부, 상기 제1 및 제2 임피던스 가변부들에 각각 연결되어 상기 원형 전극 및 상기 적어도 하나의 환형 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부, 및 상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 상기 전기 신호 데이터 및 상기 기판의 증착률 사이의 연관 관계를 갖는 빅 데이터(big data)를 이용하여 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 영역들에 동일한 두께의 박막이 형성될 수 있도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 출력한다.
예시적인 실시 예들에 따르면, 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템은, 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 내부에 원형 전극 및 적어도 하나의 환형 전극이 구비된 기판 스테이지, 상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극, 상기 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부, 입력된 제1 제어 신호에 기초하여 상기 원형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제1 커패시턴스 가변부, 입력된 제2 제어 신호에 기초하여 상기 환형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제2 커패시턴스 가변부, 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들에 각각 연결되어 상기 원형 전극 및 상기 적어도 하나의 환형 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부, 및 상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 제어부를 포함한다.
이에 따라, 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극이 상기 기판을 영역별로 구분하여 능동 제어할 수 있고, 상기 제어 장치가 상기 센서부에서 수집한 상기 전기 신호 데이터를 이용하여 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들을 실시간으로 제어할 수 있다. 따라서, 상기 제어 장치는 상기 챔버의 내부에 존재하는 상기 플라즈마의 특성을 보다 세밀하게 제어할 수 있고 환경 변화에 능동적으로 대응할 수 있기 때문에 상기 기판 상에 균일한 증착 공정 수행이 가능할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 기판 스테이지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 공정의 대상이 되는 반도체 장치의 영역을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 2의 B 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 도 5의 C 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 7은 예시적 실시예들에 따른 플라즈마 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1의 기판 스테이지를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 2의 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 공정의 대상이 되는 반도체 장치의 영역을 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 2의 B 부분을 나타내는 확대 단면도이다. 도 6은 도 5의 C 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(10)은 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버(20), 상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 갖는 기판 스테이지(100), 및 챔버(20) 내의 상기 기판 상에 플라즈마를 형성하고 제어하기 위한 플라즈마 제어 장치를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 제어 장치는 상부 전극(22), 소스 전원 회로부(30), 커패시턴스 가변부, 센서부(60) 및 제어부(70)를 포함할 수 있다. 상기 커패시턴스 가변부는 제1 커패시턴스 가변부(40) 및 제2 커패시턴스 가변부(50)를 포함할 수 있다.
플라즈마 처리 시스템(10)은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 프로세스를 위한 챔버(20) 내에 배치된 반도체 웨이퍼(wafer)와 같은 기판 상의 대상막을 증착하기 위한 시스템일 수 있다. 플라즈마 처리 시스템(10)은 반드시 증착 장치로 제한되지 않으며, 예를 들면, 식각 장치, 세정 장치 등으로 사용될 수 있다. 여기서, 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다.
플라즈마 처리 시스템(10)은 용량 결합형 플라즈마(CCP, capacitively coupled plasma) 처리 장치일 수 있다. 하지만, 상기 플라즈마 처리 장치에 의해 생성된 플라즈마는 용량 결합형 플라즈마에 제한되지는 않으며, 유도 결합형 플라즈마, 마이크로웨이브형 플라즈마를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 강화 화학 기상 증착 프로세스는 적어도 하나의 전구체 가스 또는 전구체 증기에 전자기 에너지가 인가되어 전구체를 반응성 플라즈마로 변환시키는 화학적 프로세스를 의미할 수 있다. 상기 플라즈마 강화 화학 기상 증착 프로세스는 상기 반도체 웨이퍼(W)와 같은 반도체 장치들 상에 블랭킷(blanket) 유전체 필름들과 같은 재료들을 증착시키는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마(P)는 챔버(20) 내부에서 인-시튜(in-situ)로 발생될 수 있다. 이와 다르게, 플라즈마(P)는 챔버(20)로부터 이격되어 설치된 원격 플라즈마 발생기에서 발생될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 챔버(20)는 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 챔버(20)는 원통형 진공 챔버일 수 있다. 챔버(20)는 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 챔버(20)는 강화된 프로세싱 레이트 및 플라즈마 프로파일 균일성을 위한 기판 스테이지(100) 내부에 튜닝 전극(tuning electrode)을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버를 의미할 수 있다.
챔버(20) 내부에는 상기 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지(100)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 스테이지(100)는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 서셉터로서의 역할을 수행할 수 있다. 상기 기판 스테이지(100)는 상부에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전척을 포함할 수 있다. 상기 정전척은 직류 전원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 직류 전압에 의해, 정전력으로 웨이퍼(W)를 흡착 및 유지할 수 있다.
상기 정전척의 상부면에는 웨이퍼(W)가 탑재되고, 웨이퍼(W) 둘레에 포커스 링(도시되지 않음)이 장착될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 기판 전극은 웨이퍼(W)의 하부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 기판 전극은 내부에 냉각을 위한 순환 채널(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 또한, 웨이퍼 온도의 정밀도를 위해, He 가스와 같은 냉각 가스가 상기 정전 척과 웨이퍼(W) 사이에 공급될 수 있다.
챔버(20)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 출입을 위한 게이트(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 상기 게이트를 통해 웨이퍼(W)가 상기 기판 스테이지 상으로 로딩 및 언로딩될 수 있다.
챔버(20)의 하부에는 배기 포트(24)가 설치되고, 배기 포트(24)에는 배기관을 통해 배기부(26)가 연결될 수 있다. 상기 배기부(26)는 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하여 챔버(20) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 챔버(20) 내에 발생된 공정 부산물들 및 잔여 공정 가스들을 배기 포트(24)를 통하여 배출될 수 있다.
챔버(20)는 챔버(20)의 상부를 덮는 커버(28)를 포함할 수 있다. 커버(28)는 챔버(20)의 상부를 밀폐시킬 수 있다.
상부 전극(22)은 상기 기판 전극과 대향하도록 챔버(20) 외측 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(22)은 커버(28) 상에 배치될 수 있다. 상부 전극(22)과 상기 기판 전극 사이의 챔버 공간은 플라즈마 발생 영역으로 사용될 수 있다. 상부 전극(22)은 기판 스테이지(100) 상의 웨이퍼(W)를 향하는 면을 가질 수 있다.
상부 전극(22)은 챔버(20) 상부에서 절연 차폐 부재(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 상부 전극(22)은 원형 형상의 전극 플레이트를 포함할 수 있다. 상부 전극(22)은 관통 형성되어 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 복수 개의 공급 홀들(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
소스 전원 회로부(30)는 상부 전극(22)에 플라즈마 소스 전원을 공급할 수 있다. 소스 전원 회로부(30)는 제1 신호선(140a)를 통해 상부 전극(22)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 소스 전원 회로부(30)는 플라즈마 소스 엘리먼트들로서, 고주파 발생기(32) 및 정합기(34)를 포함할 수 있다. 고주파 발생기(32)은 고주파(RF) 신호를 발생시킬 수 있다. 정합기(34)는 고주파 발생기(32)에서 발생된 RF 신호의 출력 임피던스를 매칭하여 상부 전극(22)을 이용하여 발생시킬 플라즈마(P)를 제어할 수 있다. 정합기(34)는 내부의 커패시터를 변화시켜 상기 출력 임피던스를 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기판 스테이지(100)는 상기 기판을 지지하기 위한 안착면(102)을 갖는 기판 지지부(130) 및 기판 지지부(130)에 구비된 기판 전극을 포함할 수 있다. 상기 기판 전극은 제1 전극(110) 및 적어도 하나의 제2 전극(120)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판 스테이지(100)는 내부 또는 표면에 고주파(RF) 전극, 클램핑 전극, 저항 발열체 등의 도전체를 형성할 수 있고 히터 또는 상기 정전척의 역할을 할 수 있다.
기판 지지부(130)는 금속성 또는 세라믹 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속성 또는 세라믹 재료들은 적어도 하나의 금속들, 금속 산화물들, 금속 질화물들, 금속 산질화물들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 기판 지지부(130)는 알루미늄, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산질화물 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
제1 전극(110)은 원판 형상을 갖는 원형 전극을 포함하고, 제2 전극(120)은 상기 원형 전극을 둘러싸는 원형 링 형상을 갖는 환형 전극을 포함할 수 있다. 원형 전극(110)은 제1 임피던스 값을 가질 수 있고 환형 전극(120)은 상기 제1 임피던스 값과 독립적인 제2 임피던스 값을 가질 수 있다. 원형 전극(110) 및 환형 전극(120)은 적어도 하나의 전기 전도성 금속들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 원형 전극(110) 및 환형 전극(120)은 알루미늄, 구리 또는 이들의 임의의 합금들을 포함할 수 있다.
원형 전극(110)은 환형 전극(120)보다 더 큰 표면적을 가질 수 있다. 환형 전극(120)은 원형 전극(110)보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 환형 전극(120)은 원형 전극(110)을 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 환형 전극(120)은 적어도 부분적으로 원형 전극(110)과 측방향으로 중첩될 수 있다. 환형 전극(120)은 상기 측방향으로 원형 전극(110) 근처에 있으며, 동일한 평면 또는 상이한 평면들 상에 있을 수 있다.
원형 전극(110)은 원판 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상기 원판 형상에 한정되지는 않는다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 전극(110)은 기판 지지부(130)의 내부에서 웨이퍼(W)의 제1 영역(P1)에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 상기 제1 영역(P1)은 웨이퍼(W)의 중심부를 의미할 수 있다.
원형 전극(110)은 기판 지지부(130) 내에 임베딩될 수 있다. 이와 다르게, 원형 전극(110)은 기판 지지부(130)의 표면에 노출되도록 구비될 수 있다. 원형 전극(110)은 플레이트, 천공된 플레이트, 와이어 스크린 또는 임의의 다른 분산형 어레인지먼트를 포함할 수 있다. 원형 전극(110)은 시트 타입(sheet type) 또는 메쉬 타입(mesh type)을 포함할 수 있다.
환형 전극(120)은 원형 전극(110)의 외측을 둘러싸며 이격할 수 있다. 환형 전극(120)은 원형 링 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상기 원형 링 형상에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 환형 전극(120)의 개수는 1개 내지 3개의 범위 이내에 있을 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 환형 전극(120)는 기판 지지부(130)의 내부에서 웨이퍼(W)의 제2 영역(P2)에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 상기 제2 영역(P2)은 웨이퍼(W)의 주변부를 의미할 수 있다.
환형 전극(120)은 기판 지지부(130) 내에 임베딩될 수 있다. 이와 다르게, 환형 전극(120)은 기판 지지부(130)의 표면에 노출되도록 구비될 수 있다. 환형 전극(120)은 플레이트, 천공된 플레이트, 와이어 스크린 또는 임의의 다른 분산형 어레인지먼트를 포함할 수 있다. 환형 전극(120)은 시트 타입(sheet type) 또는 메쉬 타입(mesh type)을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 원형 전극(110)은 기판 스테이지(100)의 안착면(102)으로부터 제1 거리(D1)를 가질 수 있고, 환형 전극(120)은 상기 안착면(102)으로부터 제2 거리(D2)를 가질 수 있다. 상기 안착면(102)는 기판 스테이지(100)의 상부면을 의미할 수 있다. 상기 제1 및 제2 거리의 차이(D3)는 0.1mm 내지 2.0mm의 범위 이내에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 원형 전극(110), 상부 전극(22), 소스 전원 회로부(30) 및 제1 커패시턴스 가변부(40)는 전기적으로 연결된 하나의 제1 회로 경로를 구성할 수 있다. 환형 전극(120), 상부 전극(22), 소스 전원 회로부(30) 및 제2 커패시턴스 가변부(50)는 전기적으로 연결된 하나의 제2 회로 경로를 구성할 수 있다.
상기 커패시터 가변부는 상기 제1 전극, 즉 원형 전극(110) 및 상기 제2 전극, 즉 환형 전극(120)의 커패시터들을 서로 독립적으로 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 원형 전극(110) 및 제1 커패시턴스 가변부(40)와 환형 전극(120) 및 제2 커패시턴스 가변부(50)는 상부 전극(22) 및 소스 전원 회로부(30)를 갖는 하나의 회로에서 서로 병렬로 구비될 수 있다. 상기 커패시터 가변부는 상기 커패시터들을 가변시킴으로써 상기 제1 및 제2 전극들의 임피던스값들을 가변시키는 임피던스 가변부로서의 역할을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제1 커패시터 가변부(40)는 입력된 제1 제어 신호(S1)에 기초하여 원형 전극(110)의 커패시터를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 커패시터 가변부(40)는 제2 신호선(140b)에 의해 원형 전극(110)과 연결될 수 있다. 상기 제1 제어 신호(S1)는 제1 커패시턴스 가변부(40)의 커패시턴스를 가변하여 웨이퍼(W)의 제1 영역(P1)의 증착률을 제어하기 위하여 제어부(70)로부터 수신할 수 있다.
제2 커패시터 가변부(50)는 입력된 제2 제어 신호(S2)에 기초하여 환형 전극(120)의 커패시터를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 제2 커패시터 가변부(50)는 제3 신호선(140c)에 의해 환형 전극(120)과 연결될 수 있다. 상기 제2 제어 신호(S2)는 제2 커패시턴스 가변부(50)의 커패시턴스를 가변하여 웨이퍼(W)의 제2 영역(P2)의 증착률을 제어하기 위하여 제어부(70)로부터 수신할 수 있다.
또한, 제1 커패시터 가변부(40)는 원형 전극(110)의 커패시터를 가변시켜 제2 영역(P2)의 증착률을 제어할 수 있고 제2 커패시터 가변부(50)는 환형 전극(120)의 커패시터를 가변시켜 제1 영역(P1)의 증착률을 제어할 수 있다. 제1 및 제2 커패시터 가변부들(40, 50)은 원형 전극(110) 및 환형 전극(120)의 상기 커패시터들을 각각 동시에 가변시켜 제1 영역(P1) 및 제2 영역(P2)을 동시에 가변시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 플라즈마 처리 시스템(10)은 챔버(20) 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급부는 가스 공급 엘리먼트들로서, 가스 공급관들(80), 유량 제어기(82), 및 가스 공급원(84)을 포함할 수 있다. 가스 공급관들(80)은 챔버(20)의 상부 및/또는 측면으로 다양한 가스들을 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 공급관들은 커버(28)를 관통하는 수직 가스 공급관 및 챔버(20)의 측면을 관통하는 수평 가스 공급관을 포함할 수 있다. 상기 수직 가스 공급관 및 상기 수평 가스 공급관은 챔버(20) 내의 플라즈마 공간(P)으로 다양한 가스들을 직접적으로 공급할 수 있다.
상기 가스 공급부는 서로 다른 가스들을 원하는 비율로 공급할 수 있다. 가스 공급원(84)은 복수 개의 가스들을 보관하고, 상기 가스들은 가스 공급관들(80)과 각각 연결된 복수 개의 가스 라인들을 통해 공급될 수 있다. 유량 제어기(82)는 가스 공급관들(80)을 통하여 챔버(20) 내부로 유입되는 가스들의 공급 유량을 제어할 수 있다. 유량 제어기(82)는 상기 수직 가스 공급관과 상기 수평 가스 공급관으로 각각 공급되는 가스들의 공급 유량들을 독립적으로 또는 공통적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 가스 공급원(84)은 복수 개의 가스 탱크들을 포함하고, 유량 제어기(82)는 상기 가스 탱크들에 각각 대응하는 복수 개의 질량 유량 제어기들(MFC, mass flow controller)을 포함할 수 있다. 상기 질량 유량 제어기들은 상기 가스들의 공급 유량들을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 복수 개의 센서들(60a, 60b, 60c, 60d)을 포함하는 센서부(60)는 상기 기판의 제1 영역(P1) 및 제2 영역(P2)의 증착률을 각각 확인하기 위하여 정합기(34), 원형 전극(110) 및 환형 전극(120) 각각의 전기 신호 데이터를 측정할 수 있다.
예를 들면, 상기 센서는 전압 전류 측정 센서(Voltage Current sensor, VI sensor)를 의미할 수 있다. 상기 전압 전류 측정 센서는 주 주파수 이외에도 고조파(harmonics)의 전압, 전류 및 위상차의 등을 검출할 수 있다. 상기 전압 전류 측정 센서는 상기 RF의 고조파를 분석할 수 있다.
상기 전압 전류 측정 센서는 신호선(140)에 설치되어 정합기(34), 원형 전극(110) 및 환형 전극(120)의 전기적 특성 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 신호 데이터는 전원(power), 전류(current), 전압(voltage), 위상(phase) 및 마이크로 아킹(micro arcing)을 포함할 수 있다.
상기 전압 전류 측정 센서는 정합기(34), 원형 전극(110) 및 환형 전극(120) 각각을 일종의 등가 회로로 판단할 수 있다. 상기 전압 전류 측정 센서는 상기 전기 신호 데이터를 측정하고 고속 푸리에 변환을 통해 고조파를 측정할 수 있다. 상기 전기 신호 데이터는 플라즈마 및 반응기의 상태에 매우 예민하게 반응할 수 있다. 따라서, 상기 전압 전류 측정 센서는 플라즈마 밀도, 전자 온도 및 플라즈마 내에 존재하는 물질의 조성 변화나 반응기 표면 상태의 작은 변화를 측정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(70)는 센서부(60)로부터 획득한 상기 전기 신호 데이터에 기초하여 원형 전극(110) 및 환형 전극(120)에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들(P1, P2)에서의 박막 프로파일을 결정할 수 있다. 제어부(70)는 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 제1 및 제2 제어 신호들(S1, S2)을 각각 출력할 수 있다.
제어부(70)는 소스 전원 회로부(30) 및 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50)에 연결되어 이들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(70)는 마이크로컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함할 수 있고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 프로그램 및 레시피 정보에 따라 플라즈마 제어 장치의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(70)는 플라즈마 전력 제어 신호 및 바이어스 전력 제어 신호를 각각 생성할 수 있다. 소스 전원 회로부(30)는 상기 플라즈마 전력 제어 신호에 따라 상부 전극(22)에 상기 플라즈마 소스 파워를 인가할 수 있다.
소스 전원 회로부(30)는 상기 플라즈마 전력 제어 신호에 따라 상부 전극(22)에 고주파 전력 신호를 인가할 수 있다. 예를 들면, 상기 고주파 전력은 약 27 MHz 내지 2.45 GHz의 주파수 범위와 약 100W 내지 1000W의 파워 범위를 갖는 RF 파워로 생성될 수 있다. 예를 들면, 상기 고주파 전력은 주로 약 40 MHz 내지 약 1.5 GHz의 주파수를 갖도록 생성될 수 있다.
소정의 주파수(예를 들면, 13.56 MHz)를 갖는 고주파 전력이 상부 전극(22)에 인가되면, 상부 전극(22)에 의해 유도된 전자기장이 챔버(20) 내로 분사된 소스 가스로 인가되어 플라즈마(P)가 생성될 수 있다.
제어부(70)는 센서부(60)로부터 상기 전기 신호 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 신호 데이터는 전원(power), 전류(current), 전압(voltage), 위상(phase) 및 마이크로 아킹(micro arcing)을 포함할 수 있다.
제어부(70)는 상기 전기 신호 데이터를 분석하여 웨이퍼(W)에 대하여 목표 형태로 증착 공정이 진행되고 있는지 판단할 수 있다. 제어부(70)는 상기 전기 신호 데이터 및 상기 증착률 사이의 연관 관계를 갖는 빅 데이터(big data)를 포함할 수 있고, 상기 빅 데이터를 이용하여 상기 기판에 대하여 상기 목표 형태로 상기 증착 공정이 진행되고 있는지 판단할 수 있다.
상기 빅 데이터는 상기 증착 공정 과정에서 발생하는 원형 전극(110), 환형 전극(120), 웨이퍼(W), 플라즈마(P) 및 상부 전극(22) 사이의 인과 관계에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 제어부(70)는 센서부(60)에서 수집하는 상기 전기 신호 데이터를 이용하여 상기 증착 공정의 전체적인 진행 정도를 판단하고 제어할 수 있다.
제어부(70)는 수집된 상기 전기 신호 데이터와 상기 빅 데이터를 비교하는 경우, 딥 러닝(Deep Leaning) 기술을 이용할 수 있다. 센서부(60)에서 수집되는 데이터의 양과 제어부(70)에 저장된 데이터의 양은 방대한 양을 갖기 때문에, 이를 각각 비교하는 데에 어려움이 있을 수 있다. 또한, 각 센서 상호간의 영향을 고려하는 경우, 더욱 데이터의 양이 방대해 질 수 있다. 따라서, 딥 러닝(Deep Leaning) 기술을 이용하는 경우, 다량의 데이터 속에서 핵심적인 내용을 요약할 수 있고, 효과적인 데이터 비교가 가능할 수 있다.
제어부(70)는 제1 커패시턴스 가변부(40)에 대하여 제1 제어 신호(S1)를 송신하여 상기 기판의 제1 영역(P1)에서의 상기 목적된 박막 프로파일을 획득하도록 할 수 있다. 제어부(70)는 제2 커패시턴스 가변부(50)에 대하여 제2 제어 신호(S2)를 송신하여 상기 기판의 제2 영역(P2)에서의 상기 목적된 박막 프로파일을 획득하도록 할 수 있다. 제어부(70)는 상기 목적된 증착 공정에 문제가 발생한 경우 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50)에 상기 제1 및 제2 제어 신호들(S1, S2)을 송신할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(70)는 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 박막 두께를 가질 수 있도록 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50)을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 기판의 제1 영역(P1)은 제1 박막 두께(T1)를 가질 수 있고 상기 기판의 제2 영역(P2)은 제2 박막 두께(T2)를 가질 수 있다. 제어부(70)는 상기 제1 및 제2 박막 두께(T1, T2)가 동일하도록 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50)을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 원형 전극(110) 및 환형 전극(120)이 상기 기판을 영역별로 구분하여 능동 제어할 수 있고, 제어부(70)가 센서부(60)에서 수집한 상기 전기 신호 데이터를 이용하여 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들을 실시간으로 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(70)는 챔버(20)의 내부에 존재하는 상기 플라즈마의 특성을 보다 세밀하게 제어할 수 있고 환경 변화에 능동적으로 대응할 수 있기 때문에 상기 기판 상에 균일한 증착 공정 수행이 가능할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 반도체 장치용 플라즈마 처리 시스템을 이용하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 7은 예시적 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(10)은 챔버(20), 소스 전원 회로부(30), 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50), 센서부(60), 제어부(70) 및 기판 스테이지(100)를 이용하여 기판 상에 균일한 증착막을 형성할 수 있다. 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판, 반도체 웨이퍼(W) 등을 포함할 수 있다.
우선, 제1 및 제2 커패시턴스 가변부의 가변 커패시턴스를 설정할 수 있다(S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(70)는 상기 기판의 균일한 상기 증착막을 형성할 수 있도록 제1 커패시턴스 가변부(40)의 가변 커패시턴스 및 제2 커패시턴스 가변부(50)의 가변 커패시턴스를 설정할 수 있다. 상기 제1 커패시턴스 가변부(40)는 기판 스테이지(100)의 원형 전극(110)과 연결될 수 있고 상기 제2 커패시턴스 가변부(50)는 기판 스테이지(100)의 환형 전극(120)과 연결될 수 있다. 플라즈마 처리 시스템(10)은 상기 설정된 가변 커패시턴스들에 따라 증착 공정을 수행할 수 있다.
이어서, 복수 개의 센서들을 포함하는 센서부에서 소스 전원 회로부, 제1 커패시턴스 가변부(40) 및 제2 커패시턴스 가변부(50)의 전기 신호 데이터를 획득할 수 있고(S120), 기판 박막의 증착 상태를 확인할 수 있다(S130).
예시적인 실시예들에 있어서, 센서부(60)는 상기 기판의 제1 영역(P1) 및 제2 영역(P2)의 증착률을 각각 확인하기 위하여 소스 전원 회로부(30), 제1 커패시턴스 가변부(40) 및 제2 커패시턴스 가변부(50)로부터 각각의 전기 신호 데이터를 측정할 수 있다.
센서부(60)는 신호선(140)에 설치되어 소스 전원 회로부(30)의 정합기(34), 제1 커패시턴스 가변부(40) 및 제2 커패시턴스 가변부(50)의 전기적 특성 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 신호 데이터는 전원(power), 전류(current), 전압(voltage), 위상(phase) 및 마이크로 아킹(micro arcing)을 포함할 수 있다.
이어서, 원하는 박막 프로파일로 증착 공정이 진행되고 있는지 판단할 수 있다(S140).
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(70)는 상기 전기 신호 데이터 및 상기 증착률 사이의 연관 관계를 갖는 빅 데이터(big data)를 포함할 수 있고, 상기 빅 데이터를 이용하여 상기 기판에 대하여 원하는 박막 프로파일로 증착 공정이 진행되고 있는지 판단할 수 있다.
이어서, 제1 커패시턴스 가변부 및 제2 커패시턴스 가변부를 제어할 수 있다(S150).
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(70)는 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50)을 제어하여 상기 박막 프로파일로 상기 증착 공정이 진행되도록 유도할 수 있다. 제어부(70)는 제1 커패시턴스 가변부(40)에 대하여 제1 제어 신호(S1)를 송신하여 상기 기판의 제1 영역(P1)의 상기 증착률을 제어할 수 있다. 제어부(70)는 제2 커패시턴스 가변부(50)에 대하여 제어 신호(S2)를 송신하여 상기 기판의 제2 영역(P2)의 상기 증착률을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판의 제1 영역(P1)은 제1 박막 두께(T1)를 가질 수 있고 상기 기판의 제2 영역(P2)은 제2 박막 두께(T2)를 가질 수 있다. 제어부(70)는 상기 제1 및 제2 박막 두께(T1, T2)가 동일하도록 상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들(40, 50)을 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 플라즈마 처리 시스템 20: 챔버
22: 상부 전극 24: 배기포트
26: 배기부 28: 커버
30: 소스 전원 회로부 32: 고주파 발생기
34: 정합기 40: 제1 커패시턴스 가변부
50: 제2 커패시턴스 가변부 60: 센서부
70: 제어부 80: 가스 공급관들
82: 유량 제어기 84: 가스 공급원
100: 기판 스테이지 102: 안착면
110: 원형 전극 120: 환형 전극
130: 기판 지지부 140: 신호선

Claims (10)

  1. 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 내부에 원형 전극 및 적어도 하나의 환형 전극이 구비된 기판 스테이지;
    상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극;
    상기 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부;
    입력된 제1 제어 신호에 기초하여 상기 원형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제1 커패시턴스 가변부;
    입력된 제2 제어 신호에 기초하여 상기 환형 전극의 커패시터를 가변시키기 위한 제2 커패시턴스 가변부;
    상기 제1 및 제2 커패시턴스 가변부들, 상기 원형 전극 및 상기 적어도 하나의 환형 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부; 및
    상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 제어부를 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 전극의 개수는 1개 내지 3개의 범위 이내에 있는 플라즈마 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 신호 데이터는 전원(power), 전류(current), 전압(voltage), 위상(phase) 및 마이크로 아킹(micro arcing)을 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는 전압 전류 측정 센서(Voltage Current sensor, VI sensor)를 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극은 시트 타입(sheet type) 또는 메쉬 타입(mesh type)인 플라즈마 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 전극은 상기 안착면으로부터 제1 거리만큼 이격되고,
    상기 환형 전극은 상기 안착면으로부터 제2 거리만큼 이격되고,
    상기 제1 거리 및 상기 제2 거리의 차이는 0.1mm 내지 2.0mm의 범위 이내에 있는 플라즈마 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는 상기 소스 전원 회로부에 연결되어 상기 전기 신호 데이터를 획득하는 플라즈마 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전기 신호 데이터 및 상기 박막 프로파일 사이의 연관 관계를 갖는 빅 데이터(big data)를 포함하고, 상기 빅 데이터를 이용하여 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 제1 박막 두께를 가지고,
    상기 제2 영역은 제2 박막 두께를 가지고,
    상기 제어부는 상기 제1 박막 두께 및 상기 제2 박막 두께의 차이가 기 설정된 범위 이내에 있도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 출력하는 플라즈마 제어 시스템.
  10. 기판 상에 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 기판을 지지하기 위한 안착면을 가지며, 내부에 원형 전극 및 적어도 하나의 환형 전극이 구비된 기판 스테이지;
    상기 기판 상부에 구비되는 상부 전극에 소스 전원을 공급하기 위한 소스 전원 회로부;
    상기 원형 전극의 임피던스를 가변시키기 위한 제1 임피던스 가변부;
    상기 적어도 하나의 환형 전극의 임피던스를 가변시키기 위한 제2 임피던스 가변부;
    상기 제1 및 제2 임피던스 가변부들에 각각 연결되어 상기 원형 전극 및 상기 적어도 하나의 환형 전극의 전기 신호 데이터를 획득하기 위한 센서부; 및
    상기 센서부로부터 획득한 전기 신호 데이터에 기초하여 상기 원형 전극 및 상기 환형 전극에 각각 대응하는 상기 기판의 제1 및 제2 영역들에서의 박막 프로파일을 결정하고, 상기 전기 신호 데이터 및 상기 기판의 증착률 사이의 연관 관계를 갖는 빅 데이터(big data)를 이용하여 원하는 박막 프로파일을 획득하도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 각각 출력하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 영역들에 동일한 두께의 박막이 형성될 수 있도록 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 출력하는 플라즈마 처리 시스템.
KR1020210178621A 2021-12-14 2021-12-14 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템 KR20230089877A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210178621A KR20230089877A (ko) 2021-12-14 2021-12-14 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템
US17/864,541 US20230187189A1 (en) 2021-12-14 2022-07-14 Plasma control apparatus and plasma processing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210178621A KR20230089877A (ko) 2021-12-14 2021-12-14 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230089877A true KR20230089877A (ko) 2023-06-21

Family

ID=86696357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210178621A KR20230089877A (ko) 2021-12-14 2021-12-14 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230187189A1 (ko)
KR (1) KR20230089877A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230187189A1 (en) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7199327B2 (en) Method and system for arc suppression in a plasma processing system
US11830747B2 (en) Plasma reactor having a function of tuning low frequency RF power distribution
KR102045484B1 (ko) 저주파 rf 전력의 분포 조절 기능을 갖는 플라즈마 반응기 및 이에 적용되는 방법
US8193097B2 (en) Plasma processing apparatus and impedance adjustment method
CN111430207A (zh) 等离子体处理方法和等离子体处理装置
US9754769B2 (en) Metrology methods to detect plasma in wafer cavity and use of the metrology for station-to-station and tool-to-tool matching
US11393663B2 (en) Methods and systems for focus ring thickness determinations and feedback control
KR19990087819A (ko) 플라즈마 처리장치
WO2005098091A2 (en) A method of plasma etch endpoint detection using a v-i probe diagnostics
KR20170089409A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 제어 방법
US20210090962A1 (en) Rf current measurement in semiconductor processing tool
US20230343568A2 (en) Capacitive sensing data integration for plasma chamber condition monitoring
CN112204695A (zh) 等离子体处理工具上基于图像的等离子体鞘轮廓检测
US11037767B2 (en) Substrate support, substrate processing apparatus, substrate processing system, and method of detecting erosion of adhesive in substrate support
CN111247619A (zh) 用于控制等离子体室中的等离子体辉光放电的方法和系统
US20210280399A1 (en) Capacitive sensors and capacitive sensing locations for plasma chamber condition monitoring
TWI816856B (zh) 基板處理系統與用於操作基板處理系統的方法
KR20230089877A (ko) 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템
US20230102487A1 (en) Minimizing reflected power in a tunable edge sheath system
JP7318114B2 (ja) プラズマ安定性を改善するための同調方法
CN112345814A (zh) 直流偏压检测方法、装置、治具以及下电极系统
WO2021006999A1 (en) Process control enabled vdc sensor for plasma process
KR20220159431A (ko) 빔 투과형 레이저 센서를 사용한 인-시츄 (in-situ) 웨이퍼 두께 및 갭 모니터링
US20210143037A1 (en) Determining and controlling substrate temperature during substrate processing
CN216389257U (zh) 等离子处理装置