KR20230142173A - 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법 - Google Patents

자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에칭 장치에 관한 것으로, 특히 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치는 반응챔버; 상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치; 상기 반응챔버 내의 하부에 배치되어 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼를 지지하기 위한 기판지지대; 및 상기 반응챔버 상부에서 수직 방향으로 배치된 영구자석 및 전자석과, 상기 전자석에 연결되어 상기 전자석으로 전원을 입력하는 DC전원부를 포함하는 자기 모듈; 을 포함할 수 있다.

Description

자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA CONTROL METHOD USING MAGNETIC FIELD}
본 발명은 에칭 장치에 관한 것으로, 특히 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하기 위하여 반응챔버 내에 플라즈마를 발생할 때 웨이퍼의 전체 표면 처리를 균일하게 수행하기 위하여 플라즈마 밀도를 균일하게 제어할 필요가 있다.
그러나, 웨이퍼의 센터 영역은 플라즈마 밀도가 높고, 웨이퍼의 에지 영역에서는 플라즈마 밀도가 낮아 별도의 플라즈마 밀도 제어를 수행하지 않으면 웨이퍼가 경사지게 식각될 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 센터 영역과 에지 영역 사이의 플라즈마 밀도에서 발생하는 경사를 완화시키기 위해 그 사이의 미들 영역의 플라즈마 밀도 제어가 중요하며, 해당 영역에 밀집된 자기장을 제공하는 발명이 필요하게 되었다.
그러나, 종래에는 제1 자기장 발생 수단은 진공용기의 상부 벽에 제공되고, 제2 자기장 발생 수단은 진공용기의 측벽에 제공되어 자기장선들이 진공 챔버 전체적으로 형성될 수는 있으나 웨이퍼의 미들 영역을 중심으로 플라즈마 밀도 제어를 디테일하게 수행하기는 어려우며, 특히, 제1 자기장 발생 수단과 제2 자기장 발생 수단의 위치가 상이하여 그에 따라 발생하는 자기장의 방향도 전혀 달라지는 바, 웨이퍼의 미들 영역에 대한 자기장 제어가 섬세하지 못하다.
따라서, 원하는 영역의 밀도 제어를 수행하기 위해서 동일한 방향으로 자기장이 형성되는 자기장 수단이면서도 그 세기를 보강 또는 상쇄하여 디테일하게 조절할 수 있는 발명이 필요하였다.
(특허문헌 1) KR 10-2011-0099145 A
본 발명은 영구자석과 전자석에서 형성하는 자기장이 평행한 방향으로 반응챔버 내에 형성되도록 하여 웨이퍼의 미들 영역에 대응하는 플라즈마 밀도를 용이하게 제어하는 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치는 반응챔버; 상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치; 상기 반응챔버 내의 하부에 배치되어 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼를 지지하기 위한 기판지지대; 및 상기 반응챔버 상부에서 수직 방향으로 배치된 영구자석 및 전자석과, 상기 전자석에 연결되어 상기 전자석으로 전원을 입력하는 DC전원부를 포함하는 자기 모듈; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치는 반응챔버; 상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키도록 상기 반응챔버 상부에 평행하게 이격 설치된 관 형상의 복수의 선형 안테나와, 상기 안테나에 RF 전력을 공급하는 RF 전원을 포함하는 플라즈마 발생 장치; 상기 반응챔버 내의 하부에 배치되어 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼를 지지하는 정전척; 상기 웨이퍼의 센터 영역과 에지 영역 사이의 미들 영역에서 식각률을 조절하기 위해 상기 웨이퍼의 미들 영역과 적어도 일부가 겹쳐지게 상기 반응챔버 상부 플레이트에 배치되는 링 형태의 영구 자석과, 상기 영구자석과 수직 방향으로 배치된 전자석과, 상기 전자석에 연결되어 상기 전자석으로 전원을 입력하는 DC전원부를 포함하는 자기 모듈; 및 상기 웨이퍼의 목표 식각률을 고려하여 상기 영구자석과의 보자력 차이에 따라 상기 전자석에 입력되는 전류 또는 전압을 결정하는 신호결정부;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 제어 방법은 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계; 웨이퍼의 목표 식각률에 따라 상기 반응챔버에 공급될 자기장 세기 또는 방향을 결정하는 단계; 상기 반응챔버 상부에 수직 방향으로 위치한 영구자석 및 전자석 간의 보자력 차이를 고려하여 결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 대응되는 전원 파라미터를 결정하는 단계; 및 결정된 전원 파라미터를 상기 전자석에 연결된 DC전원부에 제공하고, 형성된 자기장 세기 또는 방향에 따라 상기 반응챔버 내 플라즈마 밀도를 제어하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기 모듈에 의하여 반응챔버 내의 플라즈마 밀도 제어를 통해 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있으며, 특히 웨이퍼의 미들 영역에서 발생하는 플라즈마 밀도 불균일에 의한 경사를 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치의 구조를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치에서 자기장을 형성하기 전의 플라즈마 밀도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치에서 자기장을 형성한 후의 플라즈마 밀도를 도시한 것이다.
도 4는 도 2 및 3에서 형성된 플라즈마 밀도에 따라 웨이퍼 영역에 따른 식각률을 비교한 비교도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치에서 영구자석의 형태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치에서 전자석의 형태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치에서 영구자석 및 전자석이 결합된 자기 모듈을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치의 구조를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석과 웨이퍼 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 제어 방법의 플로우 차트를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 또한, 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치(100)의 구조를 간략하게 나타낸 단면도이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치(100)에서 자기장을 형성하기 전과 후의 플라즈마 밀도를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치(100)는 반응챔버(110), 반응챔버(110)에 연결되어 상기 반응챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치(160, 195), 상기 반응챔버(110) 내의 하부에 배치되어 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼(S)를 지지하기 위한 기판지지대(150), 및 상기 반응챔버(110) 상부에서 수직 방향으로 배치된 영구자석(180) 및 전자석(190)과, 상기 전자석(190)에 연결되어 상기 전자석으로 전원을 입력하는 DC전원부(210)를 포함하는 자기 모듈을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치(100)는 반응챔버(110), 반응챔버(110)에 연결되어 상기 반응챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시키도록 상기 반응챔버(110) 상부에 평행하게 이격 설치된 관 형상의 복수의 선형 안테나(160)와, 상기 안테나(160)에 RF 전력을 공급하는 RF 전원(195)을 포함하는 플라즈마 발생 장치, 상기 반응챔버(110) 내의 하부에 배치되어 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼를 지지하는 정전척을 포함할 수 있다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(S)의 센터(Center) 영역과 에지(Edge) 영역 사이의 미들(Middle) 영역에서 식각률을 조절하기 위해 상기 웨이퍼(S)의 미들 영역에 대응하는 상기 반응챔버(110) 상부 플레이트(170)에 영구자석(180), 상기 영구자석(180)과 수직으로 배치된 전자석(190)과, 상기 전자석(190)에 연결되어 상기 전자석(190)으로 전원을 입력하는 DC전원부(210)를 더 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는 고주파 전원(195), 안테나(160), 반응챔버(110), 영구자석(180), 전자석(190), DC전원부(210)을 포함하고, 이때 고주파 전원(195), 안테나(160), 반응챔버(110)는 종래의 플라즈마 처리 장치에 설치되는 그것과 동일한 구조와 기능을 가지므로 여기에서 반복하여 설명하지는 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는 가스 주입구(120), 가스 배출구(140), 진공펌프(130), 상부 플레이트(170), 정전척 등이 더 마련되며, 다만 이들의 구조 및 기능은 종래의 플라즈마 처리장치의 그것과 동일하므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
다만, 정전척과 플라즈마 발생장치(160, 195)에서 언급한 구성은 예시적인 실시예에 불과하며 동일한 기능을 수행하는 다른 구성을 배제하지 않는다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)에는 영구자석(180)과 전자석(190)이 결합되어 설치되며, 영구자석(180)이 전자석(190)보다 상부 플레이트(170)에 더 가깝게 설치될 수 있다.
다시 말해, 상기 전자석(190)은 상기 영구자석(180)의 상부에 위치할 수 있다.
또한 일 실시예로서, 상기 영구자석(180) 및 상기 전자석(190)은 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(110)의 외부 벽면에 설치될 수 있다. 영구자석(180) 및 전자석(190)이 플라즈마에 의해 영향 받지 않게 하기 위함이다. 또한, 이렇게 외부에 설치하는 경우에는 반응챔버(110) 내부의 구조가 단순해져서 플라즈마의 균일성이 도움이 되고, 영구자석(180)과 전자석(190)의 운영 및 보수 작업이 용이하다.
그러나, 다른 실시예로서, 영구자석(180)과 전자석(190)을 모두 챔버(110) 내부에 설치할 수도 있으며, 영구자석(180)은 챔버(110)의 내부에 설치하고, 전자석(190)은 챔버(110)의 외부에 설치할 수도 있다.
일 실시예로서, 상기 영구자석(180)의 하나의 자극은 상기 반응챔버(110) 내부로 향하고 다른 자극은 상기 반응챔버(100) 외부로 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, N극이 하부자극(181, 도 5 도시)으로, S극이 상부자극(182, 도 5 도시)으로 배치될 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 상기 전자석(190)은 자심과 상기 자심에 권선된 코일을 구비하고, 상기 코일은 상기 영구자석(190)에 의해 형성된 자기장을 보강 또는 상쇄하도록 권선된 코일이 수평하게 배치되게 권선될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 코일이 수평 방향으로 권선되어 영구자석(180)이 형성하는 자기장 방향과 동일한 방향으로 자기장을 형성할 수 있다.
다시 말해, 영구자석(180)과 전자석(190)의 자기장이 평행하게 형성될 수 있다. 이를 통해, 영구자석(180)과 전자석(190)이 형성하는 자기장은 반응챔버(110) 내에 안착된 웨이퍼(S)를 향하여 형성되며, 웨이퍼(S)의 상부에 위치한 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다.
영구자석(180) 및 전자석(190)에 의해서 자기장을 형성하기 전에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마의 밀도(10)가 웨이퍼(S) 전체에 대해 균일하지 않고 불균일하게 굴곡을 형성한다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석(180) 및 전자석(190)에 의해 자기장을 형성하면서, 웨이퍼(S)의 미들 영역에 강한 자기장을 공급함으로써 미들 영역에서 경사지게 형성된 플라즈마의 밀도(10')가 평평해지며 웨이퍼(S) 전체적으로 균일하게 플라즈마 밀도(10')가 형성된다.
도 2 및 도 3에 나타낸 자기장 형성 전 플라즈마의 밀도(10)와 자기장 형성 후 플라즈마의 밀도(10')에 따라, 도 4에서 도시된 바와 같이 웨이퍼(S) 전체에 수행되는 식각률도 균일하게 된다. 웨이퍼의 반지름이 150mm라고 할 때, 자기장을 형성하기 전에는 웨이퍼(S)의 센터 영역에서는 식각률이 높고, 웨이퍼(S)의 미들 영역에서는 식각률이 경사지게 형성되어 전체적으로 식각률이 굴곡을 형성하는 반면, 자기장을 형성한 후에는 웨이퍼(S)의 미들 영역의 경사가 완화되면서 센터 영역과 에지 영역의 식각률 편차가 작아진다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치(100)에서 영구자석(180) 및 전자석(190)의 구체적인 형태를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(180)은 내부에 홀(183)을 구비한 링 형태의 자석이며, 상기 영구자석(180)의 홀(183)을 제외한 부분(184)과 상기 기판 지지대(150)에 안착된 웨이퍼(S)의 미들 영역이 대응되게 배치될 수 있다.
구체적으로, 영구자석(180)에서 강한 자기장을 형성하는 부분은 홀(183)을 제외한 부분(184)이며, 플라즈마 밀도에 경사가 형성되는 웨이퍼(S)의 미들 영역과 상기 홀(183)을 제외한 부분(184)를 대응되도록 위치시켜 미들 영역에 강력한 자기장의 영향이 미치도록 할 수 있다.
또한, 외부 직경(R)과 내부 직경(r)의 길이 차이(d)에 따른 면적에 따라 형성되는 자기장이 달라지는 바, 웨이퍼(S)의 목표 식각률에 따라 길이 차이(d)가 다르게 구비된 영구자석(180)을 사용할 수 있다.
다시 말해, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(S)의 센터(Center) 영역과 에지(Edge) 영역 사이의 미들(Middle) 영역에서 식각률을 조절하기 위해 상기 웨이퍼(S)의 미들 영역에 대응하는 상기 반응챔버(110) 상부 플레이트(170)에 홀(183)을 제외한 부분을 배치시키는 링 형태의 영구 자석(180)을 포함할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 영구자석(180)과 수직 방향으로 배치된 전자석(190)을 포함할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 영구자석(180)의 형태와 대응되게 원형 형태의 전자석(190)을 배치할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 영구자석(180)의 상부에는 단일 연속 도체를 권선하여 고리형 권선(191)으로 구성되는 링 형태의 전자석(190)이 배치될 수 있다. DC전원부(210)는 고리형 권선(191)를 구성하는 도체의 양단에 접속된다. 링 형태의 전자석(190)이 링의 회전 대칭축에 홀이 배치될 수 있으며, 상기 홀이 영구자석(180)의 홀(183)과 대응되게 배치될 수 있다.
상술한 실시예는 예시적인 실시예로서, 영구자석(180)과 대응되지 않은 형태의 전자석(190)을 사용할 수도 있으며, 본 발명의 다른 일 실시예로서 자심을 중심에 두고 코일을 권선한 전자석(190)을 사용할 수도 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자석(190)과 영구자석(180)을 가정하여 도 7을 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 하부전극(181)이 N극, 상부전극(182)이 S극인 영구자석(180)의 상부에 자심을 중심에 두고 코일을 수평 방향으로 권선한 전자석(190)을 결합한 자기 모듈을 형성할 경우, 반응챔버(110)의 내측을 향하는 자기장(20)을 형성할 수 있다.
상기 자기장(20)에 의해 웨이퍼(S)의 미들 영역을 중심으로 강하게 플라즈마 또는 이온분포를 제어함으로써 웨이퍼(S) 표면의 플라즈마 밀도가 균일하게 분포된다.
이때, 전자석(190)에 입력되는 전원을 조절하여 전자석(190)에 의해 형성되는 자기장을 조절할 수 있으며, 이로 인해 영구자석(180)으로 일정한 자기장을 지속적으로 형성하면서도 전자석(190)에 의해 형성되는 자기장이 영구자석(180)의 자기장을 상쇄하거나 보강할 수 있어 적은 전력으로도 플라즈마 제어를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석(190)에 입력되는 전원을 제어하기 위하여 전자석(190)에 전원을 공급하는 DC 전원부(210)에 결정된 전원 파라미터를 전달하는 신호결정부(220)를 더 포함할 수 있으며, 이를 도 8에서 후술하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 처리 장치(110)의 구조를 간략하게 나타낸 단면도이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석과 웨이퍼 간의 관계를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼(S)의 목표 식각률을 고려하여 상기 영구자석(180)과의 보자력 차이에 따라 상기 전자석(190)에 입력되는 전원 파라미터를 결정하는 신호결정부(220)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호결정부(220)는 상기 반응챔버(110) 내에 형성되는 자기장과 상기 영구자석(180)이 형성하는 자기장을 고려하여 상기 전자석(190)이 형성할 자기장 세기 또는 방향을 결정하며, 결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 따라 전류 또는 전압의 크기, 펄스 듀티비 및 전류 방향 중 적어도 하나의 전원 파라미터를 결정할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC전원부(210)는 적어도 하나 이상의 DC 전원을 포함하며, 상기 신호결정부(220)에서 결정된 전원 파라미터에 따른 펄스 전원을 상기 전자석(190)으로 입력할 수 있다.
영구자석(180)에서 발생한 자기장은 반응챔버(110)에 일정하게 유지되며, 식각률을 더 높이기 위해서는 전자석(190)에서 상기 영구자석(180)과 동일한 방향으로 자기장을 발생시켜 반응챔버(110) 내의 자기장 세기를 보강한다.
반면, 웨이퍼(S)의 목표식각률이 낮아 식각률을 낮출 필요가 있어도 영구자석(180)에서 발생한 자기장 세기를 줄일 수 없으므로, 전자석(190)에서 상기 영구자석(180)과 반대 방향으로 자기장을 발생시켜 자기장을 상쇄함으로써 반응챔버(110) 내의 자기장 세기를 줄일 수 있다.
자기장의 세기를 조절함으로써 플라즈마 이온의 입사속도를 제어하여 식각률을 조절할 수 있다.
즉, 자기장의 방향 및 세기를 조절하여 반응챔버(110) 내의 자기장 세기를 줄일 수 있으며, 이를 위하여 신호결정부(220)에서 전류의 방향이나 전류 또는 전압의 크기, 크기를 조절하기 위판 펄스 듀티비 등을 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호결정부(220)는 상기 반응챔버(110) 내에 형성되는 자기장과 상기 영구자석(180)이 형성하는 자기장을 고려하여 상기 전자석(190)이 형성할 자기장 세기 및 방향을 결정하며, 결정된 상기 자기장 세기 및 방향에 따라 전류 또는 전압의 크기, 펄스 듀티비 및 전류 방향 중 적어도 하나의 전원 파라미터를 결정할 수 있다.
구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(180)은 하부에 N극, 상부에 S극을 배치하고, 상기 전자석(190)은 상기 영구자석(180)의 자기장 방향과 평행되도록 자심에 수평방향으로 권선된 코일을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호결정부(220)는 상기 웨이퍼(S) 표면의 식각률을 높이기 위해서 상기 영구자석(180) 및 상기 전자석(190)이 형성하는 자기장의 방향이 동일하도록 전류 방향을 결정할 수 있다.
예를 들어, 영구자석(180)의 하부에 N극, 상부에 S극이 위치할 경우, 반응챔버(110)로 진입하는 방향의 자기장이 형성되며, 이때, 전자석(190)에 흐르는 전류 방향을 b방향으로 설정하면 오른손 법칙에 따라 반응챔버(110)로 진입하는 방향의 자기장이 형성된다. 즉, 자기장이 보강되며 자기장의 세기가 커지고, 플라즈마 이온 입사속도가 증가되어 식각률도 높아진다.
또는, 상기 신호결정부(220)는 상기 웨이퍼(S) 표면의 식각률을 낮추기 위해서 상기 영구자석(180) 및 상기 전자석(190)이 형성하는 자기장이 서로 상쇄되도록 전류 방향을 결정할 수도 있다.
예를 들어, 영구자석(180)의 하부에 N극, 상부에 S극이 위치할 경우, 반응챔버(110)로 진입하는 방향의 자기장이 형성되며, 이때, 전자석(190)에 흐르는 전류 방향을 a방향으로 설정하면 오른손 법칙에 따라 반응챔버(110)를 벗어나는 방향의 자기장이 형성된다. 즉, 자기장이 상쇄되며 자기장의 세기가 약해지고, 플라즈마 이온 입사속도가 감소되어 식각률도 낮아진다.
따라서, 웨이퍼(S)에서 원하는 목표식각률에 따라 DC전원부(210)가 공급하는 전원 크기나 전류 방향을 제어하여 플라즈마 밀도와 식각률을 제어할 수 있다.
더하여, 전자석(190)에 인가되는 전원의 세기를 조정할 수 있도록 하여 전자석(190)에 의하여 발생하는 자기장의 세기를 조정할 수도 있도록 한다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 신호결정부(220)에 연결된 저장부(230)를 더 포함할 수 있으며, 상기 저장부(230)는 수행해야 할 공정 타입, 공정 처리 받는 상기 웨이퍼의 현재 식각률 및 목표 식각률을 저장할 수 있다.
신호결정부(220)는 저장부(230)에 저장된 공정 처리 종류, 기설정된 세팅 값들을 확인하고 그에 따라 전자석(190)에 입력될 전원 파라미터를 결정할 수 있다.
더하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(S)의 센터(Center) 영역과 에지(Edge) 영역 사이의 미들(Middle) 영역에서 식각률을 조절하기 위해 링 형태의 영구자석(180)이 상기 웨이퍼(S)의 미들 영역과 홀(183)을 제외한 부분(184)이 대응되도록 배치시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영구자석(180)은 상기 웨이퍼(S)의 센터 영역과 에지 영역 사이의 미들 영역에서 식각률을 조절하기 위해 상기 웨이퍼의 미들 영역과 적어도 일부가 겹쳐지게 상기 반응챔버 상부 플레이트에 배치될 수 있다.
또는, 일 실시예로서, 영구자석(180)은 상기 웨이퍼(S)의 미들 영역 안에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 영구자석(180)의 홀(183)이 센터 영역과 대응되고, 홀(183)을 제외한 부분(184)이 미들 영역과 정확하게 대응되도록 배치되거나, 또는 웨이퍼(S)의 미들 영역 일부와 홀(183)을 제외한 부분(184)이 적어도 일부 겹치도록 배치될 수 있다.
플라즈마 밀도(10)의 경사가 형성되어 틸팅이 되고 식각률의 변화 범위가 큰 미들 영역을 중심으로 영구자석(180)을 배치하여 플라즈마 밀도(10')를 균일하게 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼(S)의 타입 및 수행되는 공정 타입에 따라 상기 정전척(150)의 온도를 제어하는 온도 조절부(151)를 더 포함할 수 있다.
주입되는 가스마다도 식각률이 달라 자기장 외의 요소를 더 제어하여 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 이때, 정전척(150)에 설치된 온도 조절부(151), 예를 들어 쿨링 라인을 형성하여 온도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 신호결정부(220)는 상기 웨이퍼(S)의 타입 및 수행되는 공정 타입에 따라 상기 RF 전원(195)의 주파수 또는 전력을 제어하는 RF 전원 제어부를 더 포함할 수 있다.
RF 전원(195)의 파워나 주파수를 제어하여 반응챔버(110) 내의 플라즈마 발생 자체를 제어하여 플라즈마 밀도 제어에 보조적인 영향을 미칠 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 이용한 플라즈마 제어 방법의 플로우 차트를 도시한 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 제어 방법은 반응챔버(110) 내에 플라즈마를 발생시키는 단계(S910), 웨이퍼(S)의 목표 식각률에 따라 상기 반응챔버(110)에 공급될 자기장 세기 또는 방향을 결정하는 단계(S920), 상기 반응챔버(110) 상부에 수직 방향으로 위치한 영구자석(180) 및 전자석(190) 간의 보자력 차이를 고려하여 결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 대응되는 전원 파라미터를 결정하는 단계(S930) 및 결정된 전원 파라미터를 상기 전자석(190)에 연결된 DC전원부(210)에 제공하고, 형성된 자기장 세기 또는 방향에 따라 상기 반응챔버(110) 내 플라즈마 밀도를 제어하는 단계(S940)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영구자석(180)과 상기 전자석(190)의 자기장은 평행하게 형성될 수 있다.
단계(S930)에서, 결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 따라 전류 또는 전압의 크기, 펄스 듀티비 및 전류 방향 중 적어도 하나의 전원 파라미터를 결정할 수 있다.
또한, 단계(S930)에서, 상기 웨이퍼(S) 표면의 식각률을 높이기 위해서 하부에 N극, 상부에 S극이 배치된 영구자석(180)과 상기 전자석(190)이 형성하는 자기장 방향이 동일하도록 전류 방향을 결정하거나, 또는 상기 웨이퍼(S) 표면의 식각률을 낮추기 위해서 상기 영구자석(180)과 상기 전자석(190)이 형성하는 자기장이 상쇄되도록 전류 방향을 결정할 수 있다.
상술한 내용과 중복되는 내용은 설명의 간략성을 위하여 생략하기로 한다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어, '~ 부' 또는 '~모듈'은 다양한 방식, 예를 들면 프로세서, 프로세서에 의해 수행되는 프로그램 명령들, 소프트웨어 모듈, 마이크로 코드, 컴퓨터 프로그램 생성물, 로직 회로, 애플리케이션 전용 집적 회로, 펌웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
본 출원의 실시예에 개시된 방법의 내용은 하드웨어 프로세서로 직접 구현될 수 있으며, 또는 프로세서 중 하드웨어 및 소프트웨어 모듈의 조합으로 구현되어 수행 완성될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리, 판독 전용 메모리, 프로그래머블 판독 전용 메모리 또는 전기적 소거 가능 프로그래머블 메모리, 레지스터 등과 같은 종래의 저장 매체에 저장될 수 있다. 상기 저장 매체는 메모리에 위치하며, 프로세서는 메모리에 저장된 정보를 판독하여, 그 하드웨어와 결합하여 상술한 방법의 내용을 완성한다. 중복되는 것을 방지하기 위해, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 플라즈마 처리장치
110: 챔버 120: 가스 주입구
130: 진공펌프 140: 가스 배출구
150: 기판지지대 151: 온도조절부
160: 안테나 170: 상부 플레이트
180: 영구자석 181: 하부전극
182: 상부전극 183: 내부 홀
190: 전자석 191: 고리형 권선
195: RF 전원 210: DC전원부
220: 신호결정부 230: 저장부
S: 기판 10, 10': 플라즈마 밀도
20: 자기장

Claims (20)

  1. 반응챔버;
    상기 반응챔버에 연결되어 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치;
    상기 반응챔버 내의 하부에 배치되어 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼를 지지하기 위한 기판지지대; 및
    상기 반응챔버 상부에서 수직 방향으로 배치된 영구자석 및 전자석과, 상기 전자석에 연결되어 상기 전자석으로 전원을 입력하는 DC전원부를 포함하는 자기 모듈; 을 포함하는,
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 목표 식각률을 고려하여 상기 영구자석과의 보자력 차이에 따라 상기 전자석에 입력되는 전원 파라미터를 결정하는 신호결정부;를 더 포함하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석의 하나의 자극은 상기 반응챔버 내부로 향하고 다른 자극은 상기 반응챔버 외부로 향하도록 배치되는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전자석은 자심과 상기 자심에 권선된 코일을 구비하고, 상기 코일은 상기 영구자석에 의해 형성된 자기장을 보강 또는 상쇄하도록 권선된 코일이 수평하게 배치되게 권선되는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 영구자석은 내부에 홀을 구비한 링 형태의 자석이며, 상기 영구자석의 홀을 제외한 부분과 상기 기판지지대에 안착된 웨이퍼의 미들 영역이 대응되게 배치되는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전자석은 상기 영구자석의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영구자석과 상기 전자석의 자기장이 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 신호결정부는 상기 반응챔버 내에 형성되는 자기장과 상기 영구자석이 형성하는 자기장을 고려하여 상기 전자석이 형성할 자기장 세기 또는 방향을 결정하며,
    결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 따라 전류 또는 전압의 크기, 펄스 듀티비 및 전류 방향 중 적어도 하나의 전원 파라미터를 결정하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 DC전원부는 적어도 하나 이상의 DC 전원을 포함하며, 상기 신호결정부에서 결정된 전원 파라미터에 따른 펄스 전원을 상기 전자석으로 입력하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 영구자석 및 상기 전자석은 상기 반응챔버의 외부 벽면에 설치되는 것을 특징으로 하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 반응챔버;
    상기 반응챔버에 연결되며 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키도록 상기 반응챔버 상부에 평행하게 이격 설치된 관 형상의 복수의 선형 안테나와, 상기 안테나에 RF 전력을 공급하는 RF 전원을 포함하는 플라즈마 발생 장치;
    상기 반응챔버 내의 하부에 배치되며 상기 플라즈마에 의해 식각되는 웨이퍼를 지지하는 정전척;
    상기 웨이퍼의 센터 영역과 에지 영역 사이의 미들 영역에서 식각률을 조절하기 위해 상기 웨이퍼의 미들 영역과 적어도 일부가 겹쳐지게 상기 반응챔버 상부 플레이트에 배치되는 링 형태의 영구자석과, 상기 영구자석과 수직 방향으로 배치된 전자석과, 상기 전자석에 연결되어 상기 전자석으로 전원을 입력하는 DC전원부를 포함하는 자기 모듈; 및
    상기 웨이퍼의 목표 식각률을 고려하여 상기 영구자석과의 보자력 차이에 따라 상기 전자석에 입력되는 전류 또는 전압을 결정하는 신호결정부;를 포함하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 영구자석은 하부에 N극 및 S극 중 적어도 하나, 상부에 N극 및 S극 중 다른 하나의 자극을 배치하고, 상기 전자석은 상기 영구자석의 자기장 방향과 평행되도록 자심에 수평방향으로 권선된 코일을 포함하며,
    상기 신호결정부는 상기 반응챔버 내에 형성되는 자기장과 상기 영구자석이 형성하는 자기장을 고려하여 상기 전자석이 형성할 자기장 세기 및 방향을 결정하며,
    결정된 상기 자기장 세기 및 방향에 따라 전류 또는 전압의 크기, 펄스 듀티비 및 전류 방향 중 적어도 하나의 전원 파라미터를 결정하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 영구자석은 하부에 N극, 상부에 S극을 배치하고,
    상기 신호결정부는 상기 웨이퍼 표면의 식각률을 높이기 위해서 상기 영구자석 및 상기 전자석이 형성하는 자기장의 방향이 동일하도록 전류 방향을 결정하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 신호결정부는 상기 웨이퍼 표면의 식각률을 낮추기 위해서 상기 영구자석 및 상기 전자석이 형성하는 자기장이 서로 상쇄되도록 전류 방향을 결정하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 웨이퍼의 미들 영역 안에 배치되는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 신호결정부는 상기 웨이퍼의 타입 및 수행되는 공정 타입에 따라 상기 RF 전원의 주파수 또는 전력을 제어하는
    자기장을 이용하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계;
    웨이퍼의 목표 식각률에 따라 상기 반응챔버에 공급될 자기장 세기 또는 방향을 결정하는 단계;
    상기 반응챔버 상부에 수직 방향으로 위치한 영구자석 및 전자석 간의 보자력 차이를 고려하여 결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 대응되는 전원 파라미터를 결정하는 단계; 및
    결정된 전원 파라미터를 상기 전자석에 연결된 DC전원부에 제공하고, 형성된 자기장 세기 또는 방향에 따라 상기 반응챔버 내 플라즈마 밀도를 제어하는 단계; 를 포함하는
    플라즈마 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 영구자석과 상기 전자석의 자기장은 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 제어 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전원 파라미터를 결정하는 단계는
    결정된 상기 자기장 세기 또는 방향에 따라 전류 또는 전압의 크기, 펄스 듀티비 및 전류 방향 중 적어도 하나의 전원 파라미터를 결정하는
    플라즈마 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전원 파라미터를 결정하는 단계는
    상기 웨이퍼 표면의 식각률을 높이기 위해서 하부에 N극, 상부에 S극이 배치된 영구자석과 상기 전자석이 형성하는 자기장 방향이 동일하도록 시계방향으로 전류 방향을 결정하거나, 또는
    상기 웨이퍼 표면의 식각률을 낮추기 위해서 상기 영구자석과 상기 전자석이 형성하는 자기장이 상쇄되도록 반시계방향으로 전류 방향을 결정하는
    플라즈마 제어 방법.
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