KR20230092364A

KR20230092364A - 기판 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20230092364A
Application number: KR1020210181688A
Authority: KR
Inventors: 송승민; 이석로; 김다솔
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-26

Abstract

웨이퍼에 공정 유의차가 발생되는 것을 방지하기 위한 기판 처리 장치 및 방법이 개시된다. 기판 처리 장치는, 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에 구비되는 정전척의 가장자리의 전기장 및 플라즈마 밀도를 조정하는 임피던스 조정부; 상기 챔버와 상기 임피던스 조정부 사이에 연결된 동축 케이블; 상기 동축 케이블의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 임피던스 조정부에 의한 임피던스의 조정을 제어하는 콘트롤러를 포함한다. 이에 따라, 동축 케이블의 온도 변화에 따른 저항 변화값을 산출하여 임피던스의 오프셋을 인가하므로써, 동축 케이블의 온도 변화에 기인한 동축 케이블의 저항 변화로 인해 웨이퍼에 공정 유의차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING A SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼에 공정 유의차가 발생되는 것을 방지하기 위한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기판의 처리 공정에는 플라즈마가 이용될 수 있다. 예를 들어, 식각, 증착 또는 드라이 클리닝 공정에 플라즈마가 사용될 수 있다. 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다. 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 플라즈마를 이용한 드라이 크리닝이나, 애싱, 마모 공정은 플라즈마에 포함된 이온 또는 라디칼 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.

이러한 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치에서, 정전척 바디를 둘러싸고 있는 절연체의 내부에 전도성 재료를 내장하고 전기적으로 연결된 임피던스 조정부를 통해 정전척과 플라즈마에 노출된 포커스 링 간의 RF 파워 커플링을 조정하여 정전척 가장자리 전기장과 플라즈마 밀도 제어를 진행한다.

정전척 가장자리의 전기장 제어 효과를 이용해 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)를 통해 입사하는 이온의 방향을 제어한다.

절연체 주변부는 절연재질로 이루어져 있으며, 내부에 전도성 물질인 금속이나 유전물을 내장하여 임피던스 제어 회로와 연결을 통해 정전척 가장자리를 전기장 제어한다. 기존 임피던스 조정부는 컨트롤러 내 가변 커패시터 값을 넣어주는 방식으로 에지 임피던스 값을 변경하고 있다.

한편, 동축 케이블의 경우, 케이블 길이와 주파수에 따라 임피던스(Zin)가 변화한다. 일반적으로, 바이어스에 걸어주는 RF 주파수의 실수배인 2배, 3배 주파수의 영향을 많이 받으며(예를 들어, 바이어스 주파수 60MHz 기준, 120MHz, 180MHz), 특히 3배 주파수에 대한 동축 케이블의 임피던스의 경우 웨이퍼 전면의 CD(Critical Dimension)에 영향을 주고 있다.

기존에는 상온에서 3배 주파수의 임피던스를 측정하여 최적의 케이블 저항을 찾아 설비에 장착하였으나, 설비 사용에 따라 고전력 인가에 따른 케이블 온도가 변화에 기인한 임피던스 변화로 공정 웨이퍼 전면의 CD에 변화가 생긴다.

동축 케이블의 온도 변화에 따른 저항 변화를 자체적으로 보정하는 기능이 부족하여, 동축 케이블이 식은 상태에서 진행하는 웨이퍼의 첫 장과 동축 케이블이 충분히 가열된 상태에서 진행된 웨이퍼의 마지막 장에 대한 공정 유의차를 발생할 수도 있는 요인으로서 작용한다.

동축 케이블이 설비와 콘트롤러에 장착된 상태에서 별도의 케이블 분리없이 동축 케이블 만의 저항을 구하는 것은 어렵다.

한국등록특허 제10-1995760호(2019. 06. 27. 등록) 한국공개특허 제2017-0058268호(2017. 05. 29. 공개) 한국공개특허 제2007-0101654호(2007. 10. 17. 공개) 한국등록특허 제10-1676875호(2016. 11. 10. 등록)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 동축 케이블의 온도 변화에 기인한 동축 케이블의 저항 변화로 인해 웨이퍼에 공정 유의차가 발생되는 것을 방지하기 위한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에 구비되는 정전척의 가장자리의 전기장 및 플라즈마 밀도를 조정하는 임피던스 조정부; 상기 챔버와 상기 임피던스 조정부 사이에 연결된 동축 케이블; 상기 동축 케이블의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 임피던스 조정부에 의한 임피던스의 조정을 제어하는 콘트롤러를 포함한다.

일실시예에서, 상기 기판 처리 장치는, 상기 정전척에 놓인 기판의 둘레를 감싸고, 플라즈마 공정시 생성된 이온을 상기 기판 위에 집중시키는 제1 링; 상기 정전척의 둘레를 감싸고, 상기 제1 링을 상기 정전척의 하부에 있는 모듈들과 전기적으로 절연시키는 제2 링; 및 상기 제2 링의 내부에 전도성 재질로 삽입된 삽입체를 더 포함하고, 상기 임피던스 조정부는 상기 동축 케이블을 통해 상기 삽입체에 연결될 수 있다.

일실시예에서, 상기 온도 센서는, 상기 동축 케이블이 상기 챔버에 연결되는 커넥터부, 상기 동축 케이블이 상기 임피던스 조정부에 연결되는 커넥터부 및 상기 동축 케이블 위 중 어느 하나에 장착될 수 있다.

일실시예에서, 상기 콘트롤러는, 상기 동축 케이블의 온도 변화에 따른 바이어스 주파수의 3고조파에 해당하는 주파수에 대한 케이블 임피던스의 변화를 보정하여 온도에 의한 케이블 임피던스 변화에 따른 공정 변화를 최소화할 수 있다.

일실시예에서, 상기 콘트롤러는, 상기 동축 케이블의 온도 차에 따른 임피던스 변화를 산출하고 현재 동축 케이블의 온도에 따라 현재 동축 케이블의 저항값을 계산할 수 있다.

일실시예에서, 상기 콘트롤러는, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도 변화에 따른 저항 변화값을 산출하여 변한 만큼 임피던스의 오프셋이 인가되도록 상기 임피던스 조절부를 제어하여 상기 동축 케이블의 온도 변화에 기인한 상기 동축 케이블의 저항 변화에 인해 발생되는 공정 유의차의 발생을 방지할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면 기판을 처리하는 공정을 수행하기 위해 플라즈마를 생성하는 단계; 상기 플라즈마의 생성을 위한 임피던스를 동축 케이블을 통해 챔버에 제공하는 단계; 상기 동축 케이블의 온도를 측정하는 단계; 상기 동축 케이블의 온도가 기존의 온도와 동일한지의 여부를 체크하는 단계; 상기 동축 케이블의 온도가 기존의 온도와 동일한 것으로 체크되면 상기 임피던스를 유지하는 단계; 및 상기 동축 케이블의 온도가 기존의 온도와 동일하지 않은 것으로 체크되면 상기 임피던스를 변경하는 단계를 포함한다.

일실시예에서, 상기 임피던스를 변경하는 단계는, 상기 동축 케이블의 온도 차이만큼의 임피던스 변경값을 보정할 수 있다.

일실시예에서, 상기 동축 케이블의 온도는 상기 동축 케이블이 상기 챔버에 연결되는 커넥터부에서 측정될 수 있다.

일실시예에서, 상기 동축 케이블의 온도는 상기 동축 케이블이 상기 임피던스 조정부에 연결되는 커넥터부에서 측정될 수 있다.

일실시예에서, 상기 동축 케이블의 온도는 상기 동축 케이블의 표면에서 측정될 수 있다.

이러한 기판 처리 장치 및 방법에 의하면, 동축 케이블의 온도 변화에 따른 저항 변화값을 산출하여 임피던스의 오프셋을 인가하므로써, 동축 케이블의 온도 변화에 기인한 동축 케이블의 저항 변화로 인해 웨이퍼에 공정 유의차가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 임피던스 조정부와 챔버간의 구성을 예시적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a 및 3b는 도 2의 임피던스 조정부에 포함되는 예시적인 회로도들이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 조정부의 동작을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 예시적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 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), 플라즈마 발생 유닛(600), 임피던스 조정부(710), 동축 케이블(720), 온도 센서(730) 및 콘트롤러(740)를 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 정전척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 어셈블리(200)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전척(210)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(200)에 대하여 설명한다.

기판 지지 어셈블리(200)는 정전척(210), 하부 커버(250) 및 플레이트(270)를 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 챔버(620) 내부에서 챔버(620)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치할 수 있다.

정전척(210)은 유전판(220), 몸체(230) 및 링부재(240)를 포함할 수 있다. 정전척(210)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 유전판(220)은 정전척(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), 가열 유닛(225) 및 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.

가열 유닛(225)는 제1 전극(223)의 하부에 위치할 수 있다. 가열 유닛(225)는 제2 전원(225a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 가열 유닛(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. 가열 유닛(225)에서 발생한 열에 의해 기판(W)은 소정온도로 유지될 수 있다. 가열 유닛(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) 및 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 실시예에 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 정전척(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 소정온도로 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 소정온도로 유지시킬 수 있다.

몸체(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 일 예에 의하면, 몸체(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다.

링부재(240)는 정전척(210)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 링부재40)는 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 링부재(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 위치할 수 있다. 링부재(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치될 수 있다. 링부재(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지할 수 있다. 링부재(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 링부재(240)는 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 정전척(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) 및 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.

정전척(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) 및 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 실시예에 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.

본 명세서에 있어서 설명되는 플라즈마 발생 유닛(600)은 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 타입으로 설명되었으나, 이에 제한되지 않으며 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively coupled plasma) 타입으로 구성될 수도 있다.

CCP 타입의 플라즈마 소스가 사용되는 경우, 챔버(620)에 상부 전극 및 하부 전극, 즉 몸체가 포함될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 처리 공간을 사이에 두고 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 하부 전극뿐만 아니라 상부 전극도 RF 전원에 의해 RF 신호를 인가받아 플라즈마를 생성하기 위한 에너지를 공급받을 수 있으며, 각 전극에 인가되는 RF 신호의 수는 도시된 바와 같이 하나로 제한되지는 않는다. 양 전극 간의 공간에는 전기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판 처리 공정이 수행된다.

다시 도 1을 참조하면, 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.

임피던스 조정부(710)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버(620)에 구비되는 정전척(210)의 가장자리의 전기장 및 플라즈마 밀도를 조정한다.

동축 케이블(720)은 챔버(620)와 임피던스 조정부(710) 사이에 연결되어, 임피던스 조정부(710)에 의한 임피던스값을 챔버(620)에 전달한다.

온도 센서(730)는 동축 케이블(720)의 온도를 측정하고 측정된 온도 데이터를 콘트롤러(740)에 제공한다. 온도 센서(730)는 동축 케이블(720)이 챔버(620)에 연결되는 커넥터부에 장착되어 동축 케이블(720)의 온도를 측정할 수 있다. 한편, 온도 센서(730)는 동축 케이블(720)이 콘트롤러(740)에 연결되는 커넥터부에 장착되어 동축 케이블(720)의 온도를 측정할 수 있다. 또 다른 한편, 온도 센서(730)는 동축 케이블(720) 위에 장착되어, 동축 케이블(720)의 표면 온도를 측정할 수 있다.

콘트롤러(740)는 온도 센서(730)에 의해 측정된 온도에 따라 임피던스 조정부(710)에 의한 임피던스의 조정을 제어한다.

온도 변화에 따른 금속의 저항값의 변화식은 아래 수식 1과 같다.

[수식 1]

여기서, Rt는 온도 변화에 따른 저항값이고, R0는 초기 저항값이고, α0(t)는 저항 온도 계수로 각 물질의 고유값이다.

상기한 수식 1을 통해 이라는 식을 산출할 수 있다.

동축 케이블(720)을 장착하기 전 상온에서 동축 케이블(720)의 온도를 측정하고, 저항을 측정한다. 웨이퍼 공정을 5-10 매 진행하면 동축 케이블(720)의 온도는 가열된다. 이때, 동축 케이블(720)의 온도를 측정하고, 저항을 측정한다. 이에 따라, 온도 변화(△Temp)에 따른 저항 변화(△R)를 측정하여 동축 케이블(720)의 저항 온도 계수(α0(t))를 산출한다.

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 정전척(210)에 흡착될 수 있다.

기판(W)이 정전척(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 도 1에 도시된 임피던스 조정부와 챔버간의 구성을 예시적으로 설명하기 위한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 링(241)은 정전척(210)에 놓인 기판(W)의 둘레를 감싸도록 제공될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 링(241)은 포커스 링일 수 있다. 상기 포커스 링은 플라즈마 공정시 생성된 이온이 기판 위로 집중되도록 할 수 있다.

제2 링(242)는 정전척(210)의 둘레를 감쌀 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 링(242)는 절연 재질로 제공될 수 있다. 제2 링(242)는 정전척(210)과 챔버의 외벽을 분리하고, 제1 링(241)을 정전척(210)의 하부에 있는 모듈들과 전기적으로 절연시킬 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 링(241) 및 제2 링(242) 사이에는 금속 재질을 제3 링(245)이 제공될 수 있다. 일 예로, 제3 링(245)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따라, 제1 링(241) 및 제3 링(245)의 둘레를 감싸는 제4 링(246)이 더 제공될 수 있다. 제4 링(246)은 절연체로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 링(242)의 내부에 전도성 재질로 제공되는 삽입체(243)가 제공될 수 있다. 삽입체(243)는 동축 케이블(720)을 통해 임피던스 조정부(710)와 연결될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 삽입체(243)는 유전체 재질로 제공될 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 삽입체(243)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 이처럼 유전체 재질 또는 금속 재질과 같은 전도성 물질로 제2 링(242) 내부에 삽입체(243)를 제공함으로써, 제2 링(242) 주변으로 전계 커플링 효과를 유도할 수 있다.

임피던스 조정부(710)를 통해 정전척(210)과 제1 링(241) 사이의 RF 전력 커플링 정도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 정전척 가장자리의 전기장 및 플라즈마 밀도는 용이하게 제어될 수 있다. 특히, 임피던스 조정부(710)는 동축 케이블(720)의 온도에 변화가 있는 경우 동축 케이블의 온도 차이만큼의 임피던스 변경 값을 보정하여 동축 케이블(710)의 온도에 따른 공정 유의차를 최소화할 수 있다.

정전척 가장자리의 전기장을 제어함으로써, 제1 링(241)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스를 통해 입사하는 이온의 방향을 제어할 수 있다. 이로써, 제1 링(241)의 상부가 마모되는 정도를 감소시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따라 제2 링(242)은 제1 링(241)의 아래에 배치될 수 있다. 정전척(210)의 중앙 영역의 상단은 정전척(210)의 가장자리 영역의 상단보다 높게 제공될 수 있다. 제1 링(241)의 상단은 정전척(210)의 중앙 영역의 상단보다 높게 제공될 수 있다. 제1 링(241)의 하단은 상기 중앙 영역의 하단보다 낮게 제공될 수 있다. 제1 링(241)의 일부는 정전척(210)의 가장자리 영역의 상부에 위치될 수 있다. 제2 링(242)의 상단은 정전척(210)의 가장자리 영역의 상단과 동일하거나 더 낮은 높이로 위치될 수 있다.

도 3a 및 3b는 도 2의 임피던스 조정부(710)에 포함되는 예시적인 회로도들이다.

도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 임피던스 조정부(710)는 가변 커패시터 및 인덕터로 구성될 수 있다. 즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 가변 커패시터와 인덕터는 서로 직렬로 연결되어 삽입체(243)에 연결될 수 있다. 한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 가변 커패시터와 인덕터는 서로 병렬로 연결되어 삽입체(243)에 연결될 수 있다. 그러나 임피던스 조정부(710)가 구현될 수 있는 회로의 구성은 이에 제한되지 않으며, 삽입체(243)에 전기적으로 연결되어 정전척 주변부에 커플링되는 고주파 전력을 제어할 수 있는 어떠한 구성의 회로로도 제공될 수 있다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 조정부(710)의 동작을 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.

도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 임피던스 조정부(710)는 플라즈마 임피던스(Z)와 정전척에 제공된 전극으로 RF 전력을 제공하는 고주파 전원 사이의 커플링을 조절할 수 있다.

임피던스 조정부(710)를 통해 제2 링(242)의 임피던스를 변화시킴에 따라 정전척 가장자리에 형성되는 플라즈마 쉬스의 전위를 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 쉬스를 통해 입사되는 이온들의 제어가 가능해진다. 따라서, 기판 가장자리의 식각률 및 식각 프로파일의 제어 기능이 강화된다.

임피던스 조정부(710)는 제1 기판에 대한 공정 처리시 삽입체(243)의 임피던스와 제2 기판에 대한 공정 처리시 삽입체(243)의 임피던스를 서로 상이하게 제어할 수 있다, 그러나, 이에 제한되지 않으며, 공정과 포커스 링의 마모 정도에 따라 임피던스는 계속 동일하게 유지될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 기판을 처리하기 위해 플라즈마를 생성한다(단계 S110). 플라즈마는 플라즈마 발생 유닛(600)에 의해 생성될 수 있다. 생성된 플라즈마는 기판에 대한 식각 공정을 위해 챔버(620)에 제공될 수 있다.

이어, 임피던스 조정부(710)는 정전척(210)의 가장자리의 전기장을 제어하는 방식으로 임피던스를 제공하여 정전척(210)과 제1 링(241) 사이의 RF 전력 커플링 정도를 조절한다(단계 S120).

동축 케이블(720)의 온도를 측정한다(단계 S130). 동축 케이블(720)의 온도는 온도 센서(730)에 의해 측정될 수 있고, 측정된 온도 데이터는 콘트롤러(740)에 제공될 수 있다.

동축 케이블(720)의 온도가 기존의 온도와 동일한 지의 여부를 체크한다(단계 S140). 상기한 온도 비교는 콘트롤러(740)에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 기존의 온도는 이전에 측정된 동축 케이블(720)의 온도를 의미한다.

단계 S140에서 동축 케이블(720)의 온도가 기존의 온도와 동일한 것으로 체크되면 콘트롤러(740)는 현재의 임피던스를 유지하도록 임피던스 조정부(710)를 제어한다(단계 S150).

단계 S140에서 동축 케이블(720)의 온도가 기존의 온도와 동일하지 않은 것으로 체크되면 콘트롤러(740)는 현재의 임피던스를 변경하도록 임피던스 조정부(710)를 제어한다(단계 S160). 통상적으로, 저항은 온도에 비례한다. 따라서, 동축 케이블(720)의 온도가 기존의 온도가 클수록 임피던스 조정부(710)는 임피던스를 낮추는 동작을 수행한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 챔버 내부에 있는 절연체의 내부에 전도성 재료를 내장하고, 동축 케이블을 이용하여 임피던스 조정부와 전기적으로 연결된 중간에 온도 센서를 설치하여 동축 케이블의 온도를 모니터링한다.

동축 케이블 온도의 변화에 따른 바이어스 주파수의 3고조파에 해당하는 주파수에 대한 케이블 임피던스의 변화를 임피던스 조정부로 보정하여 온도에 의한 케이블 임피던스 변화에 따른 공정 변화를 최소화한다.

동축 케이블이 설비와 콘트롤러에 장착된 상태에서 별도의 케이블 분리 없이 케이블 만의 저항을 구하는 것은 어려우나, 온도 계수(α₀(t)) 및 초기 저항값(R₀)을 구할 경우 온도 값 만으로 동축 케이블의 현재 저항값을 산출할 수 있다.

온도 변화에 따른 저항 변화값을 산출하여 변한 만큼 임피던스 조정부를 이용하여 임피던스의 오프셋을 인가하므로써, 동축 케이블의 온도 변화에 기인한 동축 케이블의 저항 변화로 인해 발생되는 공정 유의차의 발생을 방지할 수 있다.

이상에서는 실시예를 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 : 기판 처리 장치 200 : 기판 지지 어셈블리
210 : 정전척 220 : 유전판
230 : 몸체 240 : 링부재
241 : 제1 링 242 : 제2 링
243 : 삽입체 244 : 임피던스 조정부
245 : 제3 링 246 : 제4 링
300 : 샤워 헤드 400 : 가스 공급 유닛
500 : 배플 유닛 600 : 플라즈마 발생 유닛
620 : 챔버 710 : 임피던스 조정부
720 : 동축 케이블 730 : 온도 센서
740 : 콘트롤러

Claims

내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버에 구비되는 정전척의 가장자리의 전기장 및 플라즈마 밀도를 조정하는 임피던스 조정부;
상기 챔버와 상기 임피던스 조정부 사이에 연결된 동축 케이블;
상기 동축 케이블의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 임피던스 조정부에 의한 임피던스의 조정을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 정전척에 놓인 기판의 둘레를 감싸고, 플라즈마 공정시 생성된 이온을 상기 기판 위에 집중시키는 제1 링;
상기 정전척의 둘레를 감싸고, 상기 제1 링을 상기 정전척의 하부에 있는 모듈들과 전기적으로 절연시키는 제2 링; 및
상기 제2 링의 내부에 전도성 재질로 삽입된 삽입체를 더 포함하고,
상기 임피던스 조정부는 상기 동축 케이블을 통해 상기 삽입체에 연결된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 센서는, 상기 동축 케이블이 상기 챔버에 연결되는 커넥터부, 상기 동축 케이블이 상기 임피던스 조정부에 연결되는 커넥터부 및 상기 동축 케이블 위 중 어느 하나에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러는, 상기 동축 케이블의 온도 변화에 따른 바이어스 주파수의 3고조파에 해당하는 주파수에 대한 케이블 임피던스의 변화를 보정하여 온도에 의한 케이블 임피던스 변화에 따른 공정 변화를 최소화하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러는, 상기 동축 케이블의 온도 차에 따른 임피던스 변화를 산출하고 현재 동축 케이블의 온도에 따라 현재 동축 케이블의 저항값을 계산하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제5항에 있어서, 상기 콘트롤러는, 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도 변화에 따른 저항 변화값을 산출하여 변한 만큼 임피던스의 오프셋이 인가되도록 상기 임피던스 조절부를 제어하여 상기 동축 케이블의 온도 변화에 기인한 상기 동축 케이블의 저항 변화에 인해 발생되는 공정 유의차의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
기판을 처리하는 공정을 수행하기 위해 플라즈마를 생성하는 단계;
상기 플라즈마의 생성을 위한 임피던스를 동축 케이블을 통해 챔버에 제공하는 단계;
상기 동축 케이블의 온도를 측정하는 단계;
상기 동축 케이블의 온도가 기존의 온도와 동일한지의 여부를 체크하는 단계;
상기 동축 케이블의 온도가 기존의 온도와 동일한 것으로 체크되면 상기 임피던스를 유지하는 단계; 및
상기 동축 케이블의 온도가 기존의 온도와 동일하지 않은 것으로 체크되면 상기 임피던스를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 임피던스를 변경하는 단계는, 상기 동축 케이블의 온도 차이만큼의 임피던스 변경값을 보정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 동축 케이블의 온도는 상기 동축 케이블이 상기 챔버에 연결되는 커넥터부에서 측정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 동축 케이블의 온도는 상기 동축 케이블이 상기 임피던스 조정부에 연결되는 커넥터부에서 측정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 동축 케이블의 온도는 상기 동축 케이블의 표면에서 측정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.