KR20230094932A - 임피던스 제어 장치를 포함하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

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KR20230094932A
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성효성
조태훈
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 링 어셈블리에 대한 마모 발생을 예측하여 자동으로 임피던스를 보상하여 주는 임피던스 제어부의 RF 경로에 이상을 감지할 수 있는 기판 처리 시스템을 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 기판 처리 시스템은, 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 부재와, 상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛과, 상기 기판의 둘레에 배치되는 링 어셈블리와, 상기 링 어셈블리의 주변의 임피던스를 제어하며, 상기 링 어셈블리의 마모 발생을 예측하여 상기 임피던스를 자동으로 보상하는 임피던스 제어부와, 상기 임피던스 제어부의 RF 경로의 전기적 신호에 기초하여 상기 임피던스 제어부의 이상을 감지하는 이상 감지부를 포함한다.

Description

임피던스 제어 장치를 포함하는 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM INCLUDING IMPEDENCE CONTROLLING APPARATUS}
본 발명은 임피던스 제어 장치를 포함하는 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 임피던스 제어부의 이상 여부를 감지할 수 있는 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정은 반도체 제조 설비 내에서 연속적으로 수행될 수 있으며, 전공정 및 후공정으로 나눌 수 있다. 반도체 제조 설비는 반도체 소자를 제조하기 위해 일반적으로 팹(FAB)으로 정의되는 공간에 설치될 수 있다.
전공정은 웨이퍼(Wafer) 상에 회로 패턴을 형성하여 칩(Chip)을 완성하는 공정을 말한다. 전공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 증착 공정(Deposition Process), 포토 마스크(Photo Mask)를 이용하여 박막 상에 포토 레지스트(Photo Resist)를 전사하는 노광 공정(Photo-Lithography Process), 웨이퍼 상에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해 화학 물질이나 반응성 가스를 이용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거하는 식각 공정(Etching Process), 식각 후에 남아있는 포토 레지스트를 제거하는 에싱 공정(Ashing Process), 회로 패턴과 연결되는 부분에 이온을 주입하여 전자 소자의 특성을 가지도록 하는 이온 주입 공정(Ion Implantation Process), 웨이퍼 상에서 오염원을 제거하는 세정 공정(Cleaning Process) 등을 포함할 수 있다.
후공정은 전공정을 통해 완성된 제품의 성능을 평가하는 공정을 말한다. 후공정은 웨이퍼 상의 각각의 칩에 대해 동작 여부를 검사하여 양품과 불량을 선별하는 웨이퍼 검사 공정, 다이싱(Dicing), 다이 본딩(Die Bonding), 와이어 본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding), 마킹(Marking) 등을 통해 각각의 칩을 절단 및 분리하여 제품의 형상을 갖추도록 하는 패키지 공정(Package Process), 전기적 특성 검사, 번인(Burn-In) 검사 등을 통해 제품의 특성과 신뢰성을 최종적으로 검사하는 최종 검사 공정 등을 포함할 수 있다.
반도체 제조 과정에 있어서 플라즈마를 이용한 공정, 예를 들어 식각, 증착 등이 널리 사용되고 있다. 플라즈마 처리 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장비는 공정 가스, 온도, 압력, 플라즈마를 생성하기 위한 RF(Radio Frequency) 신호의 주파수, 전력 등 다양한 공정 조건을 변경하면서 공정을 수행할 수 있다.
한편, 공정 균일도를 높이기 위해서는 기판의 가장자리 영역까지 플라즈마 영역을 확대하는 것이 필요하다. 이를 위해 전계 커플링 효과를 낼 수 있는 링 부재가 기판 지지대를 감싸도록 제공될 수 있으며, 이를 장비의 하부 모듈과 전기적으로 분리하기 위해 링 형태의 절연체가 추가될 수 있다.
그러나, 식각 장비의 작동 시간이 증가함에 따라 절연체 링이 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)를 통해 가속된 이온에 의해 마모될 수 있으며, 기판의 가장자리 영역에 대한 식각 프로파일에 영향을 끼칠 수 있다. 본 출원인은 링 어셈블리에 대한 마모 발생을 예측하여 자동으로 임피던스를 보상하여 주는 임피던스 제어 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템에 대한 특허를 출원한 바 있다(대한민국 특허 출원번호 제10-2020-0142816호).
다만, 임피던스 제어부의 RF 경로가 어떠한 이유로 정상적이지 못한 상태로 동작하는 경우 임피던스의 정상적인 제어가 불가능하므로 이를 보완할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예는 링 어셈블리에 대한 마모 발생을 예측하여 자동으로 임피던스를 보상하여 주는 임피던스 제어부의 RF 경로에 이상을 감지할 수 있는 기판 처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 시스템은, 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 부재와, 상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛과, 상기 기판의 둘레에 배치되는 링 어셈블리와, 상기 링 어셈블리의 주변의 임피던스를 제어하며, 상기 링 어셈블리의 마모 발생을 예측하여 상기 임피던스를 자동으로 보상하는 임피던스 제어부와, 상기 임피던스 제어부의 RF 경로의 전기적 신호에 기초하여 상기 임피던스 제어부의 이상을 감지하는 이상 감지부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이상 감지부는 상기 임피던스 제어부에 이상이 발생함을 감지하면 이상 발생 및 이상 정보에 대한 알람을 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 0으로 측정되면 상기 임피던스 제어부의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 0으로 측정되면 상기 RF 경로에 단락이 발생함을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 기준 범위 이상으로 변동하면 상기 임피던스 제어부의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 기준 범위 이상으로 변동하면 상기 RF 경로에서 접촉 불량이 발생함을 감지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 임피던스 제어부의 RF 경로의 전기적 신호에 기초하여 임피던스 제어부의 이상을 감지함으로써 부정확한 임피던스 제어를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 임피던스 제어부의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 임피던스 제어부를 구성하는 제1 관계식 생성 모듈의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 임피던스 제어부를 구성하는 제2 관계식 생성 모듈의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 임피던스 제어부를 구성하는 임피던스 제어 모듈의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 임피던스 제어부의 작동 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 임피던스 제어부의 작동 방법을 설명하는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이상 감지부가 적용된 기판 처리 시스템의 부분을 도시한다.
도 11 및 도 12는 비정상적인 전압을 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 기준 범위 이상의 변동이 발생하는 전압 신호를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 결합)"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
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 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 따르면, 기판 처리 시스템(100)은 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 플라즈마 생성 유닛(130), 샤워 헤드 유닛(140), 제1 가스 공급 유닛(150), 제2 가스 공급 유닛(160), 라이너 유닛(170), 배플 유닛(180) 및 상부 모듈(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 시스템(100)은 진공 환경에서 건식 식각 공정을 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 시스템이다. 기판 처리 시스템(100)은 예를 들어, 플라즈마 공정(Plasma Process)을 이용하여 기판(W)을 처리할 수 있다.
하우징(110)은 플라즈마 공정이 수행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 하우징(110)은 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.
배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 과정에서 발생된 반응 부산물과 하우징(110)의 내부에 잔여하는 가스를 하우징(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.
하우징(110)은 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 하우징(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로서 기능할 수 있다. 개구부(114)는 도어 어셈블리(115)에 의해 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 하우징(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등을 이용하여 작동할 수 있다.
기판 지지 유닛(120)은 하우징(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(Mechanical Clamping), 진공(Vacuum) 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스(121) 및 정전 척(ESC; Electro-Static Chuck)(122)을 포함하여 구성될 수 있다.
정전 척(122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재이다. 이러한 정전 척(122)은 세라믹 재질로 제공될 수 있으며, 베이스(121) 상에 고정되도록 베이스(121)와 결합될 수 있다.
정전 척(122)은 구동 부재(미도시)를 이용하여 하우징(110)의 내부에서 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 이동 가능하게 설치될 수도 있다. 정전 척(122)이 이와 같이 상하 방향으로 이동 가능하게 형성되는 경우, 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시키는 것이 가능해질 수 있다.
링 어셈블리(123)는 정전 척(122)의 테두리를 감싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(123)는 링 형상으로 제공되어, 기판(W)의 테두리 영역을 지지하도록 구성될 수 있다. 링 어셈블리(123)는 포커스 링(Focus Ring; 123a) 및 절연체 링(123b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(123a)은 절연체 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)을 감싸도록 제공된다. 이러한 포커스 링(123a)은 실리콘 재질로 제공될 수 있으며, 플라즈마 공정시 생성된 이온을 기판(W) 위로 집중시킬 수 있다.
절연체 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)을 감싸도록 제공된다. 이러한 절연체 링(123b)은 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있다.
한편, 링 어셈블리(123)는 포커스 링(123a)의 테두리에 밀착 형성되는 에지 링(Edge Ring)(미도시)을 더 포함할 수 있다. 에지 링은 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다.
제1 가스 공급 유닛(150)은 링 어셈블리(123)의 상부나 정전 척(122)의 테두리 부분에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 제1 가스를 공급하는 것이다. 이러한 제1 가스 공급 유닛(150)은 제1 가스 공급원(151) 및 제1 가스 공급 라인(152)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 가스 공급원(151)은 제1 가스로 질소 가스(N2 Gas)를 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 가스 공급원(151)은 다른 가스나 세정제 등을 공급하는 것도 가능하다.
제1 가스 공급 라인(152)은 정전 척(122)과 링 어셈블리(123) 사이에 제공되는 것이다. 제1 가스 공급 라인(152)은 예를 들어, 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 형성될 수 있다.
한편, 제1 가스 공급 라인(152)은 포커스 링(123a)의 내부에 제공되어, 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이로 연결되도록 절곡되도록 형성되는 것도 가능하다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 식각 공정이 진행되고 있을 때에 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 이를 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 이를 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 기판(W)이 공정 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 기판 지지 유닛(120)의 내부에 설치될 수 있다. 일례로, 가열 부재(124)는 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있으며, 냉각 부재(125)는 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다.
한편, 냉각 부재(125)는 냉각 장치(Chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 하우징(110)의 외부에 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 하우징(110)의 내부 공간 중에서 기판 지지 유닛(120)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 모듈(190)에 설치되는 안테나 유닛(Antenna Unit; 193)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(130)은 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 이 경우, 플라즈마 생성 유닛(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 유닛(140)을 상부 전극으로 이용하고, 정전 척(122)을 하부 전극으로 이용할 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
플라즈마 생성 유닛(130)은 상부 전극, 하부 전극, 상부 전원(131) 및 하부 전원(133)을 포함하여 구성될 수 있다.
상부 전원(131)은 상부 전극, 즉 안테나 유닛(193)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 상부 전원(131)은 플라즈마의 특성을 제어하도록 제공될 수 있다. 상부 전원(131)은 예를 들어, 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절하도록 제공될 수 있다.
상부 전원(131)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 상부 전원(131)이 복수 개 구비되는 경우, 기판 처리 시스템(100)은 복수 개의 상부 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1 매칭 네트워크는 각각의 상부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 안테나 유닛(193)에 인가할 수 있다.
한편, 상부 전원(131)과 안테나 유닛(193)을 연결하는 제1 전송 선로(132) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 상부 전원(131)으로부터 안테나 유닛(193)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
하부 전원(133)은 하부 전극, 즉 정전 척(122)에 전력을 인가하는 것이다. 이러한 하부 전원(133)은 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 상부 전원(131)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
하부 전원(133)은 도 1에 단일 개 도시되어 있지만, 상부 전원(131)과 마찬가지로 본 실시예에서 복수 개 구비되는 것도 가능하다. 하부 전원(133)이 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 하부 전원과 전기적으로 연결되는 제2 매칭 네트워크(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제2 매칭 네트워크는 각각의 하부 전원으로부터 입력되는 상이한 크기의 주파수 전력들을 매칭하여 정전 척(122)에 인가할 수 있다.
한편, 하부 전원(133)과 정전 척(122)을 연결하는 제2 전송 선로(134) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로(미도시)가 마련될 수 있다.
제2 임피던스 정합 회로는 제1 임피던스 정합 회로와 마찬가지로 무손실 수동 회로로 작용하여 하부 전원(133)으로부터 정전 척(122)으로 전기 에너지가 효과적으로(즉, 최대로) 전달되도록 할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(Shower Head Unit; 140)은 정전 척(122)과 하우징(110)의 내부에서 상하로 대향되도록 설치될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(140)은 하우징(110)의 내부로 가스를 분사하기 위해 복수 개의 가스 분사 홀(Gas Feeding Hole)을 구비할 수 있으며, 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 한편, 샤워 헤드 유닛(140)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.
제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 공정 가스(제2 가스)를 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급 유닛(160)은 제2 가스 공급원(161) 및 제2 가스 공급 라인(162)을 포함할 수 있다.
제2 가스 공급원(161)은 기판(W), 하우징(110)의 내부 등을 처리하는 데에 이용되는 세정 가스를 공정 가스로 공급하는 것이다. 이러한 제2 가스 공급원(161)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 에칭 가스(Etching Gas)를 공정 가스로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급원(161)은 단일 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)로 공급할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 가스 공급원(161)은 복수 개 구비되어 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)로 공급하는 것도 가능하다.
제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)과 샤워 헤드 유닛(140)을 연결하는 것이다. 제2 가스 공급 라인(162)은 제2 가스 공급원(161)을 통해 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)으로 이송하여, 공정 가스가 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
한편, 샤워 헤드 유닛(140)이 센터 영역(Center Zone), 미들 영역(Middle Zone), 에지 영역(Edge Zone) 등으로 분할되는 경우, 제2 가스 공급 유닛(160)은 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 공정 가스를 공급하기 위해 가스 분배기(미도시)와 가스 분배 라인(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가스 분배기는 제2 가스 공급원(161)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 분배하는 것이다. 이러한 가스 분배기는 제2 가스 공급 라인(162)을 통해 제2 가스 공급원(161)과 연결될 수 있다.
가스 분배 라인은 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역을 연결하는 것이다. 가스 분배 라인은 이를 통해 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(140)의 각 영역으로 이송할 수 있다.
라이너 유닛(Liner Unit; 170)은 월 라이너(Wall Liner)라고도 하며, 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생되는 아크 방전, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내측면을 보호하기 위한 것이다. 이러한 라이너 유닛(170)은 하우징(110)의 내부에 상부와 하부가 각각 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다.
라이너 유닛(170)은 하우징(110)의 내측벽에 인접하도록 제공될 수 있다. 이러한 라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 구비할 수 있다. 지지 링(171)은 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 하우징(110)의 상단에 놓여 라이너 유닛(170)을 지지할 수 있다.
배플 유닛(Baffle Unit; 180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(120) 사이에 설치될 수 있다.
배플 유닛(180)은 환형의 링 형상으로 제공될 수 있으며, 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다. 배플 유닛(180)은 관통 홀의 개수 및 형상에 따라 공정 가스의 흐름을 제어할 수 있다.
상부 모듈(190)은 하우징(110)의 개방된 상부를 덮도록 설치되는 것이다. 이러한 상부 모듈(190)은 윈도우 부재(191), 안테나 부재(192) 및 안테나 유닛(193)을 포함할 수 있다.
윈도우 부재(191)는 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시키기 위해 하우징(110)의 상부를 덮도록 형성되는 것이다. 이러한 윈도우 부재(191)는 판(예를 들어, 원판) 형상으로 제공될 수 있으며, 절연 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 형성될 수 있다.
윈도우 부재(191)는 유전체 창(Dielectric Window)을 포함하여 형성될 수 있다 윈도우 부재(191)는 제2 가스 공급 라인(162)이 삽입되기 위한 통공이 형성될 수 있으며, 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 수행될 때 파티클(Particle)의 발생을 억제하기 위해 그 표면에 코팅막이 형성될 수 있다.
안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)의 상부에 설치되는 것으로서, 안테나 유닛(193)이 그 내부에 배치될 수 있도록 소정 크기의 공간이 제공될 수 있다.
안테나 부재(192)는 하부가 개방된 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 하우징(110)과 대응되는 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 안테나 부재(192)는 윈도우 부재(191)에 탈착 가능하도록 제공될 수 있다.
안테나 유닛(193)은 상부 전극으로 기능하는 것으로서, 폐루프를 형성하도록 제공되는 코일이 장착된 것이다. 이러한 안테나 유닛(193)은 상부 전원(131)으로부터 공급되는 전력을 기초로 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 생성하여, 샤워 헤드 유닛(140)을 통해 하우징(110)의 내부로 유입된 가스를 플라즈마로 여기시키는 기능을 한다.
안테나 유닛(193)은 평판 스파이럴(Planar Spiral) 형태의 코일을 장착할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 코일의 구조나 크기 등은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 부분 확대도이다.
도 3에 따르면, 기판 처리 시스템(100)은 링 어셈블리(123a, 123b)의 하부에 제1 링 부재(210), 제2 링 부재(220), 삽입체(230) 및 임피던스 제어부(240)를 포함할 수 있다.
제1 링 부재(210)는 포커스 링(123a)의 하부에 설치되는 것이다. 제1 링 부재(210)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 제1 링 부재(210)는 예를 들어, 알루미늄 재질로 제공될 수 있다.
제2 링 부재(220)는 제1 링 부재(210) 및 절연체 링(123b)의 하부에 설치되는 것이다. 이러한 제2 링 부재(220)는 절연체 링(123b)과 마찬가지로 절연체로 제공될 수 있다.
제2 링 부재(220)는 정전 척(122)의 둘레를 커버하도록 제공될 수 있다. 제2 링 부재(220)는 이를 통해 정전 척(122)과 하우징(110)의 외벽을 분리하고, 포커스 링(123a)을 정전 척(122)의 하부에 배치되어 있는 모듈들과 전기적으로 절연시킬 수 있다.
삽입체(230)는 제2 링 부재(220)의 내부에 삽입되는 것이다. 이러한 삽입체(230)는 전도성 재질로 제공되어, 임피던스 제어부(240)와 연결될 수 있다. 삽입체(230)가 이와 같이 전도성 재질로 제공되는 경우, 제2 링 부재(220)의 주변으로 전계 커플링 효과를 유도할 수 있다.
삽입체(230)는 전도성 재질로 제공되는 경우, 예를 들어 유전체 재질로 제공될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 삽입체(230)는 금속 재질로 제공되는 것도 가능하다.
임피던스 제어부(240)는 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어하는 것이다. 구체적으로, 임피던스 제어부(240)는 플라즈마 임피던스(Z)와 하부 전원(133) 사이의 커플링을 조절함으로써, 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어할 수 있다. 여기서, 하부 전원(133)은 정전 척(122)에 제공된 전극으로 RF 전력을 공급하는 고주파 전원을 말한다.
임피던스 제어부(240)는 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어함으로써, 정전 척(122)의 가장자리에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath)의 전위를 변화시킬 수 있다. 또한, 임피던스 제어부(240)는 플라즈마 쉬스를 통해 입사되는 이온들도 제어할 수 있으며, 이에 따라 기판(W) 가장자리의 식각률(ER; Etch Rate) 및 식각 프로파일(Etching Profile)에 대한 제어도 강화시킬 수 있다.
임피던스 제어부(240)는 하우징(110)의 외부에 설치되어 삽입체(230)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 임피던스 제어부(240)는 예를 들어, 가변 커패시터(241) 및 인덕터(242)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 가변 커패시터(241) 및 인덕터(242)는 삽입체(230) 및 GND에 직렬로 연결될 수 있으나, 병렬로 연결되는 것도 가능하다. 본 실시예에서 임피던스 제어부(240)가 구현될 수 있는 회로의 구성은 이에 제한되지 않으며, 삽입체(243)에 전기적으로 연결되어 정전 척(122)의 주변에 커플링되는 고주파 전력을 제어할 수 있다면 어떠한 구성의 회로로도 제공될 수 있다.
임피던스 제어부(240)는 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이의 RF 전력 커플링 정도를 조절할 수 있다. 임피던스 제어부(240)는 이를 통해 정전 척(122) 가장자리의 전기장 및 플라즈마 밀도를 용이하게 제어할 수 있으며, 포커스 링(123a)의 상부에 형성되는 플라즈마 쉬스를 통해 입사되는 이온의 방향을 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같은 임피던스 제어부(240)를 통해 포커스 링(123a)의 마모를 감소시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 플라즈마를 이용한 식각 시간이 증가할수록 링 어셈블리(123)가 마모되어 이온의 입사 각도가 점진적으로 변화될 수 있다. 이 경우, 임피던스 제어부(240)는 이온의 입사 각도를 변경하여 줄 수 있다.
그런데, 이온의 입사 각도 결과(SCD)를 확인한 후, 임피던스 제어부(240)를 이용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어하게 되면, 양산 제품(Mass Product) 관점에서 효율성이 떨어질 수 있다.
이에, 본 실시예에서는 임피던스 제어부(240)가 링 어셈블리(123)의 마모 발생을 예측하여 자동으로 임피던스를 보상하여 주는 기능을 수행할 수 있다. 이하에서는 이에 대해 자세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 임피던스 제어부의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4에 따르면, 임피던스 제어부(240)는 제1 관계식 생성 모듈(310), 제2 관계식 생성 모듈(320) 및 임피던스 제어 모듈(330)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 관계식 생성 모듈(310)은 제1 관계식을 생성하는 것이다. 제1 관계식 생성 모듈(310)은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 따라 회로 소자(예를 들어, 가변 커패시터(241), 인덕터(242) 등)를 이용하여 측정된 전압(EBIC Vpp) 및 이온의 입사 각도(SCD) 간 상관관계를 기초로 제1 관계식을 생성할 수 있다.
회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 이온의 입사 각도 간 상관관계는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 도 5에 따르면, 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 이온의 입사 각도 간 상관관계는 일차 함수로 나타낼 수 있다. 여기서, 이온의 입사 각도는 회로 소자를 이용하여 측정된 전압에 비례할 수 있다. 도 5는 도 4에 도시된 임피던스 제어부를 구성하는 제1 관계식 생성 모듈의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
제1 관계식 생성 모듈(310)은 도 5의 예시와 같이 나타난 전압 및 이온 입사 각도 간 상관관계를 기초로 제1 관계식을 다음과 같이 정의할 수 있다.
y = ax + b
상기에서, y는 이온의 입사 각도를 의미하며, x는 회로 소자를 이용하여 측정된 전압을 의미한다. 또한, a는 제1 변수를 의미하며, b는 제2 변수를 의미한다. 제1 변수(a) 및 제2 변수(b)는 예를 들어, 도 5의 그래프를 통해 도출할 수 있다.
다시 도 4를 참조하여 설명한다.
제2 관계식 생성 모듈(320)은 제2 관계식을 생성하는 것이다. 제2 관계식 생성 모듈(320)은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 따라 회로 소자를 이용하여 측정된 전압(EBIC Vpp) 및 임피던스(Z) 간 상관관계를 기초로 제2 관계식을 생성할 수 있다.
회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 임피던스 간 상관관계는 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 도 6에 따르면, 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 임피던스 간 상관관계는 지수 함수로 나타낼 수 있다. 여기서, 임피던스는 회로 소자를 이용하여 측정된 전압에 반비례할 수 있다. 도 6은 도 4에 도시된 임피던스 제어부를 구성하는 제2 관계식 생성 모듈의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
제2 관계식 생성 모듈(320)은 도 6의 예시와 같이 나타난 전압 및 임피던스 간 상관관계를 기초로 제2 관계식을 다음과 같이 정의할 수 있다.
y = αx + β
상기에서, y는 임피던스를 의미하며, x는 회로 소자를 이용하여 측정된 전압을 의미한다. 또한, α는 제3 변수를 의미하며, β는 제4 변수를 의미한다. 제3 변수(α) 및 제4 변수(β)는 예를 들어, 도 6의 그래프를 통해 도출할 수 있다.
다시 도 4를 참조하여 설명한다.
임피던스 제어 모듈(330)은 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어하는 것이다. 임피던스 제어 모듈(330)은 제1 관계식 생성 모듈(310)에 의해 정립된 제1 관계식 및 제2 관계식 생성 모듈(320)에 의해 정립된 제2 관계식을 이용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어할 수 있다.
제1 관계식은 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 이온의 입사 각도 간 상관관계를 기초로 생성된 것이며, 제2 관계식은 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 임피던스 간 상관관계를 기초로 생성된 것이다. 따라서 임피던스 제어 모듈(330)은 제1 관계식 및 제2 관계식을 이용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어하는 경우, 이온의 입사 각도 및 임피던스 간 상관관계를 기초로 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어할 수 있다.
이온의 입사 각도 및 임피던스 간 상관관계는 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 도 7은 도 4에 도시된 임피던스 제어부를 구성하는 임피던스 제어 모듈의 기능을 설명하기 위한 예시도이다. 도 7에서, 도면부호 410은 임피던스 값의 변화에 따른 이온의 입사 각도의 변화를 나타낸 곡선이며, 도면부호 420은 이온의 입사 각도의 변화에 따른 임피던스 값의 변화를 나타낸 곡선이다.
제1 관계식 및 제2 관계식은 식각 장비에 대해 사전에 정립되어, 룩업 테이블(EBIC Lookup Table)의 형태로 저장될 수 있다. 이때, 룩업 테이블은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 대한 이온의 입사 각도 및 임피던스 값의 상관관계로 나타낼 수 있다. 임피던스 제어 모듈(330)은 이와 같은 룩업 테이블을 활용하여, 플라즈마를 이용한 식각 시간에 따라 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로 제어할 수 있다.
한편, 임피던스 제어 모듈(330)은 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 실시간으로 제어하는 것도 가능하다.
앞서 설명한 바와 같이, 임피던스 제어 모듈(330)은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 따른 이온의 입사 각도 및 임피던스 간 상관관계를 기초로 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어할 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 임피던스 제어 모듈(330)은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 따른 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 이온의 입사 각도 간 상관관계를 기초로 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어하는 것도 가능하다. 이 경우, 임피던스 제어 모듈(330)은 제1 관계식 생성 모듈(310)에 의해 정립된 제1 관계식만을 이용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어할 수 있다. 즉, 임피던스 제어 모듈(330)은 이온의 입사 각도를 자동으로 변경하는 기능을 할 수 있다.
한편, 임피던스 제어 모듈(330)은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 따른 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 임피던스 간 상관관계를 기초로 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어하는 것도 가능하다. 이 경우, 임피던스 제어 모듈(330)은 제2 관계식 생성 모듈(320)에 의해 정립된 제2 관계식만을 이용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 제어할 수 있다. 즉, 임피던스 제어 모듈(330)은 임피던스를 자동으로 변경하는 기능을 할 수 있다.
제1 관계식 생성 모듈(310), 제2 관계식 생성 모듈(320) 및 임피던스 제어 모듈(330)은 본 실시예에서 하드웨어 방식, 소프트웨어 방식, 양 방식의 조합 중 어느 것으로도 구현될 수 있으며, 소프트웨어 방식으로 구현되는 경우 제1 관계식 생성 모듈(310), 제2 관계식 생성 모듈(320) 및 임피던스 제어 모듈(330)을 포함하는 프로그램 코드가 저장된 메모리, 프로그램 코드를 실행하는 프로세서가 임피던스 제어부(240)에 포함될 수 있다.
임피던스 제어부(240)는 미리 정해진 시간이 경과할 때마다 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로 제어할 수 있다. 이하에서는 이에 대해 자세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 임피던스 제어부의 작동 방법을 설명하는 흐름도이다. 이하 설명은 도 8을 참조한다.
임피던스 제어부(240)는 식각 장비를 이용하여 기판을 처리하기 시작한 시간으로부터 소정의 시간이 경과했는지 여부를 판단한다(S510, S520).
소정의 시간이 경과한 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 이온의 입사 각도를 분석하여, 플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는지 여부를 판단한다(S530).
플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로/실시간으로 제어한다(S540).
이때, 룩업 테이블은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 대한 이온의 입사 각도 및 임피던스 값의 상관관계로 나타내는 것일 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 룩업 테이블은 플라즈마를 이용한 식각 시간에 대한 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 이온의 입사 각도 간 상관관계를 나타내는 것이거나, 플라즈마를 이용한 식각 시간에 대한 회로 소자를 이용하여 측정된 전압 및 임피던스 간 상관관계를 나타내는 것일 수도 있다.
한편, 임피던스 제어부(240)는 소정의 시간이 경과한 것으로 판단되면 이온의 입사 각도를 분석하지 않고, 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로/실시간으로 제어하는 것도 가능하다.
임피던스 제어부(240)는 식각 장비 내에 설치되어 있는 링 어셈블리(123)가 교체될 때까지 S520 단계 내지 S540 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. 임피던스 제어부(240)는 예를 들어, 제2 링 부재(220)의 임피던스가 N회 자동으로 제어될 때까지 S520 단계 내지 S540 단계를 반복적으로 수행할 수 있다(S550). 여기서, N은 1 이상의 자연수를 의미한다.
한편, 임피던스 제어부(240)는 제2 링 부재(220)의 임피던스가 N회 자동으로 제어되면, 관리자가 접속하는 단말로부터 식각 장비 내에 설치되는 링 어셈블리(123)의 교체를 요청할 수 있다(S560).
한편, 제2 링 부재(220)의 임피던스가 자동으로 제어될 때마다, 소정의 시간은 짧아질 수 있다. 이 경우, 임피던스 제어부(240)는 예를 들어, 도 9에 도시된 순서에 따라 작동할 수 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 구성하는 임피던스 제어부의 작동 방법을 설명하는 예시도이다. 이하 설명은 도 9를 참조한다.
식각 장비가 처음 사용된 이후(S605), 임피던스 제어부(240)는 제1 시간이 경과했는지 여부를 판단한다(S610). 제1 시간은 예를 들어, 200시간(200h)일 수 있다.
제1 시간이 경과한 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 이온의 입사 각도를 분석하여, 플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는지 여부를 판단한다(S615).
플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로/실시간으로 제어한다(S620).
제2 링 부재(220)의 임피던스가 1회 자동으로 제어된 이후, 임피던스 제어부(240)는 제2 시간이 경과했는지 여부를 판단한다(S625). 제2 시간은 제1 시간보다 작은 값을 가질 수 있다. 제2 시간은 예를 들어, 50시간(50h)일 수 있다.
제2 시간이 경과한 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 이온의 입사 각도를 분석하여, 플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는지 여부를 판단한다(S630).
플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로/실시간으로 제어한다(S635).
제2 링 부재(220)의 임피던스가 2회 자동으로 제어된 이후, 임피던스 제어부(240)는 제3 시간이 경과했는지 여부를 판단한다(S640). 제3 시간은 제2 시간보다 작은 값을 가질 수 있다. 제2 시간은 예를 들어, 40시간(40h)일 수 있다.
제3 시간이 경과한 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 이온의 입사 각도를 분석하여, 플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는지 여부를 판단한다(S645).
플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로/실시간으로 제어한다(S650).
제2 링 부재(220)의 임피던스가 3회 자동으로 제어된 이후, 임피던스 제어부(240)는 제4 시간이 경과했는지 여부를 판단한다(S655). 제4 시간은 제3 시간보다 작은 값을 가질 수 있다. 제4 시간은 예를 들어, 30시간(30h)일 수 있다.
제4 시간이 경과한 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 이온의 입사 각도를 분석하여, 플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는지 여부를 판단한다(S660).
플라즈마 쉬스에 따른 이온의 입사각 변화가 있는 것으로 판단되면, 임피던스 제어부(240)는 룩업 테이블을 활용하여 제2 링 부재(220)의 임피던스를 자동으로/실시간으로 제어한다(S665).
한편, 임피던스 제어부(240)의 RF 경로가 어떠한 이유로 정상적이지 못한 상태로 동작하는 경우 임피던스의 정상적인 제어가 불가능하므로 이를 보완할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 실시예는 링 어셈블리(123)에 대한 마모 발생을 예측하여 자동으로 임피던스를 보상하여 주는 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에 이상을 감지할 수 있는 기판 처리 시스템(100)을 제공하고자 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이상 감지부(250)가 적용된 기판 처리 시스템의 부분을 도시한다.
본 발명에 따른 기판 처리 시스템(100)은, 기판(W)을 처리하기 위한 공간을 제공하는 하우징(110)과, 하우징(110)의 내부에 설치되며, 상기 기판(W)을 지지하는 기판 지지 유닛(120)과, 하우징(110)의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛(130)과, 기판(W)의 둘레에 배치되는 링 어셈블리(123)와, 링 어셈블리(123) 주변의 임피던스를 제어하며, 링 어셈블리(123)의 마모 발생을 예측하여 임피던스를 자동으로 보상하는 임피던스 제어부(240)와, 임피던스 제어부(240)의 RF 경로의 전기적 신호에 기초하여 임피던스 제어부(240)의 이상을 감지하는 이상 감지부(250)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 임피던스 제어부(240)의 RF 경로의 전기적 신호에 기초하여 임피던스 제어부(240)의 이상을 감지함으로써 부정확한 임피던스 제어를 방지할 수 있다.
도 10에 도시된 것과 같이, 이상 감지부(250)는 임피던스 제어부(240)에 연결되어 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에서의 전기적 신호를 측정할 수 있다. 이를 위하여, 이상 감지부(250)는 전류계와 전압계, 그리고 전기적 신호를 계산 및 해석할 수 있는 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 이상 감지부(250)는 임피던스 제어부(240)의 RF 경로의 전압, 전류, 임피던스(저항, 리액턴스), 위상, 전력과 같은 전기적 신호를 측정할 수 있다. 이상 감지부는 측정된 전기적 신호에 따라 RF 경로에 이상이 발생하는지 여부를 감지하고, 이상 여부와 이상 정보를 사용자에게 출력할 수 있다.
임피던스 제어부(240)의 RF 경로가 비정상적인 경우는 크게 2가지가 있다. 첫번째는 연결이 끊어지는 경우(단락)이고, 두번째는 연결이 불량한 경우(접촉 불량)이다. 이상 감지부(250)는 RF 경로에서 측정된 전기적 신호에 기초하여 단락 또는 접촉 불량을 감지할 수 있다.
이상 감지부(250)는 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지하면 이상 발생 및 이상 정보에 대한 알람을 출력할 수 있다.
이상 감지부(250)는 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 0으로 측정되면 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지할 수 있다.
이상 감지부(250)는 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 0으로 측정되면 RF 경로에 단락이 발생함을 감지할 수 있다.
예를 들어, 3개의 처리 모듈(PM: Processing module)로 구성된 설비에서 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에서 인가되는 전압이 도 11과 같이 측정되었을 때, 도 12와 같이 이상 감지부(250)는 PM1에서 측정된 전압이 0V이므로 PM1의 임피던스 제어부(240)의 RF 경로가 비정상적인 상태(단락 상태)임을 감지할 수 있다. 도 11 및 도 12의 PM1, PM2, PM3은 각각 도 1 또는 도 2와 같은 기판 처리 시스템(100)에 대응하는 모듈이다.
이상 감지부(250)는 PM1에서 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에 이상이 있다는 알림과 함께 이상 사항으로 단락이 발생했음을 사용자에게 알리기 위한 신호를 출력할 수 있다.
이상 감지부(250)는 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 기준 범위 이상으로 변동하면 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지할 수 있다.
이상 감지부(250)는 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 기준 범위(예: 5%) 이상으로 변동하면 RF 경로에서 접촉 불량이 발생함을 감지할 수 있다.
예를 들어, 도 13에 도시된 것과 같이 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에서 기준 범위(예: 5%) 보다 큰 변동이 검출되면 이상 감지부(250)는 RF 경로에서 접촉 불량이 발생했음을 판단할 수 있다. 이상 감지부(250)는 임피던스 제어부(240)의 RF 경로에 이상이 있다는 알림과 함께 접촉 불량이 있음을 사용자에게 알리기 위한 신호를 출력할 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 기판 처리 시스템 110: 하우징
120: 기판 지지 유닛 121: 베이스
122: 정전 척 123: 링 어셈블리
123a: 포커스 링 123b: 절연체 링
130: 플라즈마 생성 유닛 131: 상부 전원
133: 하부 전원 140: 샤워 헤드 유닛
150: 제1 가스 공급 유닛 160: 제2 가스 공급 유닛
170: 라이너 유닛 180: 배플 유닛
190: 상부 모듈 210: 제1 링 부재
220: 제2 링 부재 230: 삽입체
240: 임피던스 제어부 241: 가변 커패시터
242: 인덕터 250: 이상 감지부
310: 제1 관계식 생성 모듈 320: 제2 관계식 생성 모듈
330: 임피던스 제어 모듈

Claims (6)

  1. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치되며, 상기 기판을 지지하는 기판 지지 부재;
    상기 하우징의 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛;
    상기 기판의 둘레에 배치되는 링 어셈블리; 및
    상기 링 어셈블리의 주변의 임피던스를 제어하며, 상기 링 어셈블리의 마모 발생을 예측하여 상기 임피던스를 자동으로 보상하는 임피던스 제어부; 및
    상기 임피던스 제어부의 RF 경로의 전기적 신호에 기초하여 상기 임피던스 제어부의 이상을 감지하는 이상 감지부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이상 감지부는 상기 임피던스 제어부에 이상이 발생함을 감지하면 이상 발생 및 이상 정보에 대한 알람을 출력하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 0으로 측정되면 상기 임피던스 제어부의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 0으로 측정되면 상기 RF 경로에 단락이 발생함을 감지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 기준 범위 이상으로 변동하면 상기 임피던스 제어부의 RF 경로에 이상이 발생함을 감지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이상 감지부는 상기 RF 경로의 전압, 전류, 저항, 리액턴스, 위상, 전력이 기준 범위 이상으로 변동하면 상기 RF 경로에서 접촉 불량이 발생함을 감지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
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