KR20240021595A

KR20240021595A - 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법 및 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20240021595A
Application number: KR1020220100116A
Authority: KR
Inventors: 장애선; 이정환; 배민근
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-02-19
Also published as: CN117594406A; US20240055229A1; JP2024025643A

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 공간이 제공되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되고 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 배치된 하부 전극을 포함하는 스테이지; 상기 반응 챔버 내에 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극; 상기 스테이지에 연결되며 상기 하부 전극에 두 개의 RF(Radio Frequency) 전원을 공급하는 고주파 전원; 상기 스테이지에 배치된 웨이퍼의 에지 영역에 둘러 배치되는 포커스링; 및 상기 포커스링에 연결되어 DC 전압을 공급하는 DC 전원을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 고주파 전원이 상기 하부 전극으로 정현파의 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 발생한 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하도록 상기 하부 전극에 상기 고주파 전원의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법 및 플라즈마 처리 장치{METHOD OF CONTROLLING PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 에칭 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

종래 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전력에 의해 가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 에칭 처리를 행하여, 웨이퍼에 미세한 홀 등을 형성한다. 고주파 전원을 처리 용기 내에 인가하여 플라즈마를 생성하면 웨이퍼의 표면에서 이온을 가속시킬 수 있는 쉬스 영역이 발생하게 되는데, 웨이퍼의 최외각 영역에서는 쉬스가 균일하지 않아 이온들의 입사각이 틀어지고, 그 결과 웨이퍼 표면에 수직인 홀을 형성할 수 없게 된다.

따라서, 특허문헌 1은 스테이지에 놓인 웨이퍼의 둘레부의 고리형 포커스링에 의해, 외주 측이 내주 측보다 높아지는 경사부를 형성하여 바이어스 전위의 불연속성을 완화하고 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하였다.

그러나 상기 플라즈마 처리 장치만으로는 플라즈마 전위에 의해 웨이퍼 상부의 쉬스 두께가 가변하는 문제를 해결하기 어려웠으며, 웨이퍼의 에지부와 포커스링 사이에 형성된 간격(C1)에 플라즈마가 들어가 시스에 왜곡이 생기는 문제점을 해결할 수 없었다.

구체적으로, 쉬스 두께가 가변하여 쉬스의 두께가 두꺼울 때는 간격(C1)과 플라즈마 간의 거리가 길어져 이온이 쉬스를 통과하면서 높은 운동 에너지를 획득하며 높은 운동 에너지를 갖는 에칭 담당 이온들이 비스듬히 입사하게 되고, 반면 쉬스의 두께가 얇아질 때는 이온이 충분히 가속할 수가 없어 간격(C1)에서 웨이퍼의 외주측의 이온이 웨이퍼의 에지부에서 웨이퍼의 내측을 향해 비스듬하게 입사되더라도 이온이 틸팅되는 효과가 크지 않다.

즉, 포커스링 식각에 따라 쉬스 길이가 일정하지 않고 반복적으로 그 두께가 달라지면서 포커스링과 웨이퍼 사이에 유입되는 이온 틸팅 각도 및 이온 틸티 효과도 계속 변화하는 문제가 발생하고 있으며 그 결과 웨이퍼 에지부에서의 홀이 타원 형상이 되는 문제점이 존재하였다.

(특허문헌 1) JP 2005-277369 A

종래 문제점을 해결하기 위하여, 스테이지에 포함된 전극의 전위가 음의 피크가 되는 타이밍일 때 DC 전원이 음의 직류 전압을 포커스링에 입력하도록 제어하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 공간이 제공되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되고 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 배치된 하부 전극을 포함하는 스테이지; 상기 반응 챔버 내에 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극; 상기 스테이지에 연결되며 상기 하부 전극에 두 개의 RF(Radio Frequency) 전원을 공급하는 고주파 전원; 상기 스테이지에 배치된 웨이퍼의 에지 영역에 둘러 배치되는 포커스링; 및 상기 포커스링에 연결되어 DC 전압을 공급하는 DC 전원을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 고주파 전원이 상기 하부 전극으로 정현파의 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 발생한 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하도록 상기 하부 전극에 상기 고주파 전원의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상술한 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법을 컴퓨터 상에서 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 기록 매체를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리 공간이 제공되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되고 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 배치된 하부 전극을 포함하는 스테이지; 상기 반응 챔버 내에 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극; 상기 스테이지에 연결되며 상기 하부 전극에 RF(Radio Frequency) 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 HF 전원 및 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하는 LF 전원을 포함하는 고주파 전원; 상기 웨이퍼의 에지 영역에 둘러 배치되는 포커스링; 상기 포커스링에 연결되어 DC 전압을 공급하는 DC 전원; 및 상기 DC 전원 및 상기 고주파 전원의 전압 또는 전류를 제어하는 제어부;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 하부 전극에 상기 LF 전원의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 웨이퍼 외각에서 진원의 홀을 생성함에 있어서 이온 틸팅을 줄이고 형성된 종횡비를 높이고 웨이퍼와 포커스링 경계에서의 쉬스 길이를 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 처리 장치에서 각 구성의 전위 및 이온 에너지 분포 함수(IEDF)를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 플라즈마 처리 장치에서 전극에 공급되는 전원의 위상에 따라 웨이퍼와 포커스링 사이의 전위 차를 도시한 것이다.
도 4는 종래의 플라즈마 처리 장치에서 전극에 공급되는 전원의 위상에 따라 웨이퍼와 포커스링 사이의 이온 틸팅 각도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법에 따라 인가된 음의 전압을 도시한 것이다.
도 6은 웨이퍼와 그 지지부재, 포커스링과 그 지지부재의 커패시턴스 차를 나타낸 것이다.
도 7은 도 5에 따른 음의 전압이 인가되지 않았을 때 실제 포커스링의 전위를 도시한 것이다.
도 8은 웨이퍼에 전위 크기가 다른 복수의 펄스형의 전위가 입력될 때 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법이 수행된 포커스링에 인가되는 전압 파형을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법의 플로우 차트를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 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 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(Capacitively Coupled Plasma, CCP)일 수 있다.

(230)(230)(230)(230)도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)을 건식 식각할 수 있다. 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(10), 기판 지지 어셈블리(200), 샤워 헤드 유닛(300), 가스 공급 유닛(500)을 포함할 수 있다.

반응 챔버(10)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간을 제공할 수 있다. 반응 챔버(10)의 내부는 밀폐된 형상일 수 있다. 반응 챔버(10)는 금속 재질일 수 있고, 예를 들어, 알루미늄 재질일 수 있다. 또한, 공정 안정성을 위해서, 반응 챔버(10)는 접지될 수 있다. 반응 챔버(10)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 반응 챔버(10)의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 반응 챔버(10)의 내부는 소정 압력으로 감압될 수 있다.

반응 챔버(10) 내부에는 라이너(130)가 제공될 수 있다. 라이너(130)는 상면 및 하면이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 라이너(130)는 반응 챔버(10)의 내측면과 접촉하도록 제공될 수 있다. 라이너(130)는 반응 챔버(10)의 내측벽을 보호하여 반응 챔버(10)의 내측벽이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 반응 챔버(10)의 내측벽에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 라이너(130)는 제공되지 않을 수도 있다.

반응 챔버(10)의 내부에는 기판 지지 어셈블리(200)이 위치할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 웨이퍼(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)을 흡착하는 지지 유닛(210)을 포함할 수 있다. 기판 지지 어셈블리(200)는 지지 유닛(210), 하부 커버(250) 그리고 플레이트(270)를 포함할 수 있다.

챔버(100) 내에는 웨이퍼(W)을 지지하는 지지 유닛(210)이 배치된다. 지지 유닛(210)은 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)을 흡착하는 정전척(electrostatic chuck)일 수 있다. 구체적으로, 지지 유닛(210) 내에는 직류 전극(223)이 형성되어 있다. 직류 전극(223)은 직류 전원(150)과 전기적으로 연결된다. 직류 전극(223)에 인가된 직류 전류에 의해 직류 전극(223)과 웨이퍼(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)은 지지 유닛(210)에 흡착될 수 있다.

즉, 스테이지(230)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 정전력으로 흡착 유지하는 정전척이 설치되어 웨이퍼(W)를 흡착하며, 웨이퍼(W)의 둘레부에는, 예컨대 실리콘을 포함하는 도전성의 포커스링(240)이 배치되어 있다.

구체적으로, 지지 유닛(210)은 유전판(220), 스테이지(230), 포커스 링(240)을 포함할 수 있다. 지지 유닛(210)은 웨이퍼(W)을 지지할 수 있다.

유전판(220)은 지지 유닛(210)의 상부에 위치할 수 있다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(220)의 상면에는 웨이퍼(W)이 놓일 수 있다. 유전판(220)의 상면은 웨이퍼(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 웨이퍼(W) 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치할 수 있다.

유전판(220)은 내부에 직류 전극(223), 히터(225) 그리고 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 이격하여 복수 개 형성될 수 있으며, 웨이퍼(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공될 수 있다.

직류 전극(223)은 직류 전원(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 직류 전극(223)과 직류 전원(150) 사이에는 스위치가 설치될 수 있다. 이때, 직류 전극(223)과 직류 전원(150) 사이에 RF 필터(160)를 설치할 수 있다. 고주파 전원(121, 122)에 의해 생성한 RF 전력 성분, 예컨대 LF, HF 및 그 하모닉(Harmonic) 성분이 직류 전원(150)에 영향을 끼치지 못하도록 차단하기 위함이다.

스테이지(230)는 금속판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(230) 전체가 금속판으로 제공될 수 있다. 스테이지(230)는 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원(121, 122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 고주파 전원(121, 122)은 RF 전원으로 제공될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, LF 전원(121) 및 HF 전원(122)일 수 있다. 스테이지(230)와 고주파 전원(121, 122) 사이에 스위치가 배치될 수 있다. 스위치가 온(ON)되는 동안, 스테이지(230)는 고주파 전원(121, 122)으로부터 고주파 전력을 인가받을 수 있고, 스테이지(230)는 전극(즉, 바이어스 전극)으로서 역할을 한다. 정합기(130)가 고주파 전원(121, 122)과 스테이지(230)(즉, 바이어스 전극) 사이에 배치될 수 있다.

샤워 헤드 유닛(300) 중 샤워 헤드(310)는 제4 전원(351a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 전원(351a)은 고주파 전원 소스일 수 있다. 샤워 헤드(310)는 제4 전원(351a)과 전기적으로 연결되거나 접지되어 전극(즉, 소스 전극)으로서 기능할 수 있다. 제2 정합기(351d)는 플라즈마 전력의 반사 손실을 제거하기 위한 임피더스 정합을 시키는 회로로서, 샤워 헤드(310)(즉, 소스 전극)과 제4 전원(351a) 사이에 위치한다.

즉, 스테이지(230) 상부에 스테이지(230)과 대향하도록 평행하게 상부 전극이 설치되고, 스테이지(230)에 설치된 하부 전극과 상기 샤워 헤드(310)의 상부 전극 사이의 공간은 플라즈마 처리 공간이 된다.

가스 공급 유닛(500)은 반응 챔버(10) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(500)은 가스 피더(510), 가스 공급 배관(520), 그리고 가스 저장부(530)를 포함한다. 가스 피더(510)은 반응 챔버(10)의 상면 중앙부에 설치된다. 가스 피더(510)로부터 반응 챔버(10) 내부로 공정 가스가 공급된다.

한편, 포커스링(240)에는, DC 전원(100)이 전기적으로 접속되고, DC 전원(100)으로부터 직류 전압이 인가된다. DC 전원(100)으로부터 공급되는 직류 전압 및 직류 전류의 극성 및 전류·전압과, 이들을 온·오프하는 전자 스위치의 제어는, 제어부(400)에 의해 행해진다. 또한, DC 전원(100) 및 상기 포커스링(240) 사이에 RF 필터(110)를 연결할 수 있으며, 포커스링(240)과 RF 필터(110) 사이에 센서부(111)를 연결할 수 있다. RF 필터(110)를 통해 고주파 전원(121, 122)에 의해 생성한 RF 전력 성분이, 예컨대 LF, HF 및 그 하모닉(Harmonic) 성분, DC 전원(100)에 영향을 끼치지 못하도록 차단하기 위함이며, 센서부(111)를 통해 상기 포커스링(240)에 흐르는 이온 전류를 측정하기 위함이다.

스테이지(230)에는, 하나의 정합기(130)를 통해 LF 전원(121)과 HF 전원(122)을 포함하는 고주파 전원(121, 122)이 접속되어 있다. 고주파 전원(121, 122)은, 스테이지(230)에 LF 전원(121)을 통해 LF(Low Frequency) 전력을 인가하여 스테이지(230) 위의 웨이퍼(W)에 이온이 인입된다. 이때 LF 전력이 일정하지 않고 흔들림이 발생하며 이온이 인입될 때 일정한 방향으로 버티컬하게 입사되지 못할 수 있다.

고주파 전원(121, 122)은, 스테이지(230)에 HF 전원(122)을 통해 HF(High Frequency) 전력을 인가한다. HF의 주파수는, 수십 MHz로, 13.56MHz 이상, 예컨대 100MHz이면 바람직하다. 또는 LF 전원(121)이 공급하는 LF의 주파수는 HF의 주파수보다 낮은 수백 KHz, 수 MHz이며, 예컨대 400 kHz이면 바람직하다. 단일의 정합기(130)는, 고주파 전원의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킨다. 스테이지(230)에는, 미리 정해진 고주파를 그라운드에 통과시키기 위한 필터가 접속될 수 있다. 또한, 고주파 전원 중 HF 전원(122)으로부터 공급되는 HF 전력을 상부 전극에 인가할 수도 있다.

이때, 스테이지(230)에 구비된 하부 전극과 연결되는 단일의 정합기(130)는 그 사이에 센서(140)를 배치할 수 있다. 센서(140)는 고주파 전원이 스테이지(230)에 구비된 하부 전극에 공급하는 전압, 전류의 파형을 측정할 수 있다.

반응 챔버(10) 내에 에칭 가스를 도입한 상태에서, HF 전원(122)으로부터 HF 전력을 스테이지(230)에 인가한다. 또한, LF 전원(121)으로부터 LF 전력을 스테이지(230)에 인가한다.

샤워 헤드(310)의 상부 전극의 가스 토출 구멍으로부터 토출된 처리 가스는, 주로 HF 전력에 의해 해리 및 전리되어 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 내의 라디칼이나 이온에 의해 웨이퍼(W)의 피처리면이 에칭된다. 또한, 스테이지(230)에 LF 전력을 인가함으로써, 플라즈마 내의 이온을 제어하고, 고어스펙트비의 홀의 에칭을 가능하게 하는 등, 플라즈마의 제어 마진을 넓힐 수 있다.

이러한 구성의 플라즈마 처리 장치에 있어서 에칭 처리를 행할 때에는, 우선, 에칭 대상인 웨이퍼(W)를 반응 챔버(10) 내로 반입하고, 스테이지(230) 위에 배치한다. 그리고, 가스 공급 유닛(500)이 샤워헤드(310)인 상부 전극을 통해 가스를 반응 챔버(10) 내로 공급한다. 또한, 배기 장치에 의해 반응 챔버(10) 내의 처리 가스를 배기할 수 있다. 여기서, 처리 가스로는, 종래 이용되고 있는 여러 가지의 것을 채용할 수 있다.

이와 같이 반응 챔버(10) 내에 처리 가스를 도입한 상태에서, 고주파 전원(121, 122)으로부터 HF 전력 및 LF 전력을 스테이지(230)에 인가한다. 또한, 직류 전원(150)으로부터 직류 전압을 직류 전극(223)에 인가하고, 웨이퍼(W)를 스테이지(230)에 유지한다. 또한, DC 전원(100)으로부터 음의 전압을 포커스링(240)에 인가한다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는, DC 전원(100)으로부터 출력되는 음의 전압을, 고주파 전원(121, 122)의 전력 공급 경로에 따라, 전압, 전류, 발생한 플라즈마의 발광 주기 또는 웨이퍼(W)(하부 전극) 위의 플라즈마의 쉬스 두께의 변화의 각 주기 내의 특정 위상 영역에 인가하고, 음의 전압의 온과 오프를 교대로 반복하여 제어할 수 있다.

고주파 전원(121, 122)의 전력 공급 경로는, LF 전원(121), 정합기(130), 센서(140), 스테이지(230), 반응 챔버(10) 내 처리공간, 상부 전극, 그라운드를 의미할 수 있다. 고주파 전원(121, 122)의 전력 공급 경로에 따라 측정되는 전압, 전류란, LF 전원(121)로부터 스테이지(230)에 이르기까지의 부분 경로와 상부 전극으로 측정되는 전압, 전류를 포함할 수 있다.

또한, 플라즈마의 발광 주기, 웨이퍼(W) 위의 플라즈마의 쉬스 두께의 변화의 주기를 지표로 하여도 좋다. 플라즈마의 발광 주기는, 포토다이오드, 포토마이크로 센서 등으로 검출할 수 있다. 쉬스 두께에 대해서는, ICCD 카메라 등을 이용하여 나노 sec의 간격으로 셔터를 누르고, 이것에 의해, 쉬스 두께의 변화를 측정할 수 있다.

또는, 별도의 저장부(600)에 웨이퍼(W)의 종류, 수행하는 에칭 공정 타입, 이온 틸팅 정도에 따라 대응되는 전위 등을 포함하는 웨이퍼(W)의 처리 파라미터를 저장할 수 있다. 저장부(600)에 기저장된 파라미터를 제어부(400)의 제어 수행에 이용할 수 있다. 상기 저장부(600)는 본 발명을 위해 별도로 구비한 데이터베이스일 수도 있으나, 공정을 진행하기 위한 공정 정보가 저장된 메인 데이터베이스일 수도 있다.

또한, 스테이지(230)는, 웨이퍼(W)를 배치하는 전극(하부 전극)의 일 실시예이다. 상부 전극은, 하부 전극과 대향하는 전극의 일 실시예이다. 고주파 전원(121, 122)은, 하부 전극에 바이어스 전력을 공급하는 바이어스 전원과, 하부 전극 또는 상부 전극에 바이어스 전력보다 높은 주파수의 소스 파워를 공급하는 소스 전원의 일 실시예이다. DC 전원(100)은, 포커스링(240)에 직류 전압을 공급하는 직류 전원의 일례이다. 소스 전원은, 반응 챔버(10) 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 생성원에 상당한다.

제어부(400)는, 바이어스 전원, 소스 전원 및 직류 전원을 제어하는 제어부의 일 실시예이다. 바이어스 파워를 인가하는 하부 전극(스테이지(230))의 전위를, 전극 전위라고도 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 상기 고주파 전원(121)의 전력이 공급되어 상기 하부 전극이 음의 피크 전압을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원(140)이 상기 포커스링(240)으로 음의 DC 전압을 입력하도록 제어할 수 있다. 즉, 매 주기의 특정 위상 영역마다 입력을 제어할 수 있다.

이때, 상기 특정 위상 영역은 상기 하부 전극 전위의 위상이 3π/2영역이며, 상기 3π/2 영역은 상기 하부 전극 전위의 위상 중 3π/2 위상을 기준으로 기설정된 폭을 가지는 영역을 의미할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리 공간이 제공되는 반응 챔버(10), 상기 반응 챔버(10) 내에 배치되고 상기 반응 챔버(10) 내에 플라즈마를 형성하도록 배치된 하부 전극을 포함하는 스테이지(230), 상기 반응 챔버(10) 내에 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극, 상기 스테이지(230)에 연결되며 상기 하부 전극에 RF(Radio Frequency) 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 HF 전원(122) 및 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하는 LF 전원(121)을 포함하는 고주파 전원(121, 122), 상기 웨이퍼(W)의 에지 영역에 둘러 배치되는 포커스링(240), 상기 포커스링(240)에 연결되어 DC 전압을 공급하는 DC 전원(100) 및 상기 DC 전원(100) 및 상기 고주파 전원(121, 122)의 전압 또는 전류를 제어하는 제어부(400)를 더 포함하며, 상기 제어부(400)는, 상기 하부 전극에 상기 LF 전원(121)의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원(100)이 상기 포커스링(240)으로 음의 DC 전압을 입력하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법을 수행하지 않을 때 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 관계를 도시한 것이며, 도 5는 이를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법에 따라 인가된 음의 전압을 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고주파 전원 중 HF 전원(122)이 하부 전극을 통해 웨이퍼(W)로 입력되면 플라즈마가 발생하여 도 2(a)에 도시된 바와 같이 플라즈마 전위가 형성되고, 고주파 전원 중 LF 전원(121)이 하부 전극을 통해 웨이퍼(W)로 입력되면 플라즈마 내 이온을 제어하여 에칭을 수행하고 웨이퍼(W) 전위와 포커스링(240) 전위의 차이가 발생한다. 플라즈마 전위는 웨이퍼 전위의 가장 높은 전위보다 조금 높은 전위를 가지며, 웨이퍼(W)의 전위는 HF 전원(122)보다 저주파수인 LF 전원(121)에 의해 결정된다.

도 2(b)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온들은 제1 이온에너지(41)와 제2 이온에너지(42)로 구분되어 이온 에너지 분포 함수(IEDF)에서 에너지 분포를 형성하며, 제1 이온에너지(41)는 웨이퍼 전위와 포커스링 전위가 양 전압으로 가장 클 때, 제2 이온에너지(42)는 웨이퍼 전위와 포커스링 전위가 음 전압으로 가장 클 때 형성된다. 절대적인 전위 값이 클 때는 웨이퍼 전위와 포커스링 전위가 음 전압으로 가장 클 때인 제2 이온에너지(42)를 가질 때다.

구체적으로, 제1 이온에너지(41)와 제2 이온 에너지(42)는 LF 전원(121)의 LF 전위가 일정하지 않고 파형을 형성함에 따라 발생하는 것이며, 제1 이온 에너지(41)를 갖는 영역에서 웨이퍼(W)로 입사하는 이온과 제2 이온 에너지(42)를 갖는 영역에서 웨이퍼(W)로 입사하는 이온 모두 에칭을 수행하는 에칭 담당 이온 에너지이지만, 제1 이온 에너지(41)를 갖는 영역의 이온들은 쉬스를 통과하며 에너지가 약해져 에칭을 진행하기는 부족한 반면, 제2 이온 에너지(42)를 갖는 영역의 이온들은 쉬스를 통과하고서도 충분히 높은 에너지를 가져 트렌치 홀을 버티컬하게 형성할 수 있다.

특히, 도 3에서 RF 한 주기 내에서 각 위상 별 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 전위차를 도시하고 있는데, LF 전원(121)에서 공급되는 전원의 위상이 π/2일 때와 π일 때 보다 3π/2일 때 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 간의 전위차가 더 급격하게 변화가 발생한다. LF 전원(121)에서 공급되는 전원의 위상이 π/2일 때와 π일 때는 같은 높이에서 전위가 양의 전위든 음의 전위든 간에 10V 내외의 차가 발생한다면, LF 전원(121)에서 공급되는 전원의 위상이 3π/2일 때는 같은 높이에서 30 내지 40 V 내외의 전위차가 발생한다. 도 3을 참조하면, 웨이퍼 전위는 -300V이고 포커스링(240) 전위는 -270V~-260V이다. 특히, 웨이퍼(W)와 포커스링(240)의 상부에서는 높이가 동일할 때 웨이퍼 전위와 포커스링(240)의 전위차가 전위차가 크지 않고 일정하게 변하지만, 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 간극에서는 급격하게 전위차가 발생한다.

문제는, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 간극에서 급격하게 전위차가 발생하면 쉬스의 두께가 불균일하게 변화한다는 점이다.

우선 LF 전원(121)에서 공급되는 전원의 전위와 웨이퍼(W)의 전위가 동일하다고 가정한다.

도 4(a)에서와 같이 웨이퍼(W)의 전위가 정현파 파장으로 공급될 때, 상기 전위의 위상이 π/2일 때와 0, π 일 때, 3π/2일 때로 나눌 수 있다. 0, π 일 때(도 4(b))의 플라즈마 쉬스 길이를 기준으로 하면, π/2일 때(도 4(c))는 쉬스 길이가 더 짧아지고, 3π/2 일 때(도 4(d))는 쉬스 길이가 더 길어진다. 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 쉬스 길이가 짧아지면 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 간극에 입사되는 이온의 각도가 휘게 되지만 이 위상에서의 쉬스 길이는 수십 마이크로 미터 정도로 매우 짧고 쉬스 전압도 또한 수십 볼트 정도로 매우 낮기 때문에 이온이 휘어서 웨이퍼(W)에 입사하더라도 상기 운동 에너지는 도 2(b) 중 제1 이온에너지(41) 정도로 낮게 된다. 따라서 에칭 과정을 수행함에 있어서 도 2(b) 중 제2 이온에너지(42)를 가진 이온에 비해 이온 틸팅 효과가 크지 않다고 볼 수 있다.

반면, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 쉬스 길이가 길어지면, 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 간극에 입사되는 이온의 각도가 많이 기울어 지고, 이때 쉬스 전압은 수백 볼트, 수 킬로 볼트가 될 수 있으며 그 길이 또한 수 밀리미터에 상당하게 된다. 이 위상에서 이온들은 쉬스를 통과하면서 상당히 높은 운동 에너지를 얻게 되며 상기 운동 에너지는 도 2(b) 중 제2 이온에너지(42)에 해당한다. 즉, 웨이퍼(W) 에지 영역에서 에칭을 담당하는 이온들은 제2 이온에너지(42)로 비스듬히 입사하기 때문에 홀의 진원도가 크게 유지되기 어려우며 깊고 버티컬(vertical)한 트렌치(trench)를 형성하기 어렵다.

즉, 각 위상(phase) 별로 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 사이의 전위차가 발생함에 따라 웨이퍼(W) 에지 영역에 입사되는 이온 입사각과 입사 에너지가 변화된다.

따라서, 쉬스 길이가 일정하게 유지됨과 동시에 이온의 웨이퍼(W) 에지 입사 각도가 수직으로 형성되도록 도 4(d)와 같이 웨이퍼(W)의 전위의 위상이 3π/2일 때, 웨이퍼(W) 및 포커스링(240) 간의 전위차가 작게 형성하도록 제어할 필요가 있다.

이를 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치 제어 방법은 발생한 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하도록 하부 전극에 상기 고주파 전원(121, 122)의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원(100)이 상기 포커스링(240)으로 음의 DC 전압(71 또는 72)을 입력하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 매 주기의 특정 위상 영역일 때 입력을 제어하는 것이다.

구체적인 일 실시예로서, 상기 특정 위상 영역은 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전위의 3π/2 영역이며, 3π/2 영역이란 웨이퍼(W) 전위의 위상이 3π/2인 지점을 기준으로 하는 영역을 의미한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 고주파 전원(121, 122)에서 공급한 전력에 의해 웨이퍼(W)의 전위가 발생하며, 선 a에 나타내는 LF 전압의 진폭과 선 b에 나타내는 HF 전압이 서로 중첩되어 진동한다. 이때, 위상이 π/2인 영역에서는 웨이퍼(W)의 전위가 양의 피크가 발생하며, 3π/2인 영역에서는 웨이퍼(W)의 전위가 음의 피크가 발생한다. 웨이퍼(W) 전위가 음의 피크가 발생할 때 쉬스 두께가 두꺼워져 제2 이온에너지(42, 도 2(b) 참조)를 가진 이온이 입사하는 틸팅 각도가 커지는 것을 방지하기 위하여 포커스링(240)에 DC 전압(71 또는 72)를 입력하여 웨이퍼(W)와 포커스링(240) 간의 전위 차를 줄일 수 있다.

구체적으로, 포커스링(240)에 공급되는 DC 전압(71)은 웨이퍼(W)의 전위의 크기와 동일할 수 있다.

다시 말해서, DC 전원(100)이 상기 포커스링(240)으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계에서 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압이 가지는 음의 전압 크기와 동일한 크기의 음의 DC 전압을 적어도 일정 구간 상기 포커스링(240)에 입력할 수 있고, 도 5에서 DC 전압 크기와 일정 구간을 나타내는 DC 전압(71)이 도시되어 있다.

일 실시예로서, DC 전압(71)은 웨이퍼(W)와 포커스링(240)의 전위차만큼 입력되어야 하나 포커스링(240)에 DC 전압(71)이 공급되면서 플라즈마 밀도에도 영향을 미쳐 실질적으로는 웨이퍼(W)의 전위와 동일한 크기의 전압인 DC 전압(71)을 입력하거나 그보다 작을 수 있다.

이때, 상기 DC 전압(71)이 제1 전압값을 공급하는 상기 제1 전압 상태와, 상기 제1 전압값보다 낮은 적어도 하나의 전압값을 가지는 제2 전압 상태를 주기적으로 반복하고, 상기 고주파 전원(121, 122)의 전력 공급에 따라 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전위가 음의 피크가 되는 구간에서 상기 제2 전압 상태를 유지하고, 그 외 구간에서 상기 제1 전압 상태를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 웨이퍼(W)의 처리 파라미터에 따라 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전위의 3π/2 영역에서 상기 DC 전압이 제2 상태를 유지하는 시간을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 포커스링(240)에 공급되는 DC 전압(71)은 웨이퍼(W)의 전위의 3π/2 영역에서 순간적으로 발생하는 것뿐만 아니라 일정한 시간 동안 유지되어 일정한 폭을 가질 수 있으며, 도 5에 도시된 DC 전압(71)과 같은 스퀘어 형태일 수 있다. DC 전압(71)이 제2 전압 상태이며, 그 외 웨이퍼(W) 전위가 0인 영역이 제1 전압 상태이다.

따라서, 웨이퍼(W) 전위의 주기가 반복될 때, DC 전압(71)도 제1 전압 상태 및 제2 전압 상태를 연속적으로 반복할 수 있다.

또한, 제2 전압 상태를 유지하는 시간은 웨이퍼(W)의 처리 파라미터에 따라 결정될 수 있으며, 예컨대 웨이퍼(W)의 종류 및 주입되는 가스 종류 등 에칭 공정의 파라미터에 따라 예상되는 웨이퍼(W) 에지 영역의 이온 틸팅 정도가 정해져 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 웨이퍼(W)의 전위의 3π/2 영역에서의 웨이퍼(W) 전압 크기와 예측되거나 저장부(600)에 저장된 이온 틸팅 정도에 대응되는 제2 상태를 유지하는 시간을 결정하여, 도 5와 같이 DC 전압(d1, 71)을 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 DC 전원(100)이 상기 포커스링(240)으로 음의 DC 전압(d2, 72)을 입력하는 단계에서, 상기 음의 DC 전압(72)은 상기 위상 영역 동안 상기 전압 기울기에 따라 절대값의 크기가 일정하게 커지며, 상기 위상 영역 외의 영역에서는 전압이 0일 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 실제 포커스링(240)에 공급될 DC 전압이 DC 전압(d1, 71)이 되기 위해서는 포커스링(240)에 공급되는 DC 전원(100)의 DC 전압은 DC 전압(d2, 72)여야 한다. 이에 대해 도 6 및 도 7에서 후술하기로 한다.

도 6은 웨이퍼(W)와 그 지지부재(211), 포커스링(240)과 그 지지부재(212)를 간략화 한 회로도이며, 도 7은 도 5에 따른 음의 전압(d2, 72)이 인가되지 않았을 때 실제 포커스링(240)의 전위를 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W) 및 포커스링(240)을 지지하는 지지 유닛(210)에서 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 지지부재(211), 포커스링(240)을 지지하는 포커스링 지지부재(212)가 포함되며, 웨이퍼(W)와 웨이퍼 지지부재(211)는 직렬 연결된 커패시터와 마찬가지이며, 포커스링(240)과 포커스링 지지부재(212)도 직렬 연결된 커패시터와 마찬가지이다. 웨이퍼(W)와 포커스링(240)이 지지 유닛(210)를 통해 서로 연결되나 그 사이에 복수의 구성요소가 배치되어 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 지지부재(211)와, 포커스링(240)과 포커스링 지지부재(212) 사이에 커플링 커패시터(C)가 존재할 수 있으며, 그 결과 상기 고주파 전원(121, 122)의 전력은 상기 커플링 커패시터를 통해 포커스링(240)에 인가될 수 있다는 것을 의미한다. 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 지지부재(211)와, 포커스링(240) 및 포커스링 지지부재(212)는 각각 그 면적, 두께 및 구성 재질 등이 상이할 수 있고, 포커스링(240) 및 포커스링 지지부재(212)의 커패시턴스는 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 지지부재(211)의 커패시턴스 보다 작게 된다.

다시 말해, 쉬스 길이가 긴 웨이퍼 전위의 위상이 3π/2 영역에서 쉬스 경계가 플라즈마 본체 쪽으로 이동하면서 보다 많은 이온들이 웨이퍼(W)와 포커스링(240)으로 입사하게 되고, 이때 포커스링(240)이 더 빠르게 차징되면서 웨이퍼(W)와 포커스링(240)간 전위 불균일이 초래된다.

예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 포커스링(240)에 연결된 DC 전원(100)에서 일정한 음의 DC 전압(92)을 공급할 경우, 실제 포커스링(240)의 전위는 도 7에 도시된 전위(91)를 가지게 되어 본래의 목적 달성 효율이 떨어 질 수 있게 된다. 다시 말해, DC 전원(100)이 일정한 DC 전압(92)을 공급하면 시간에 따라 이온(전류)들이 포커스링(240)을 차징시키면서 포커스링(240) 전위는 점차 상승하게 되고, 그 결과 포커스링(240)은 도 7과 같은 불균일한 형태의 전위(91)를 가지게 된다.

따라서, 웨이퍼(W) 전위와 포커스링(240) 전위의 불균일한 전위차를 줄이고 포커스링(240)에 일정한 DC 전압을 제공하기 위하여 도 5와 같이 전압 기울기를 가진 DC 전압(d2, 72)를 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전압 기울기를 가진 DC 전압(d2, 72)를 공급하기 위하여, 상기 포커스링(240)에 하부의 지지 유닛(210)을 통해 연결된 센서부(111)를 통해 상기 포커스링(240)에 흐르는 이온 전류를 측정하는 단계; 상기 포커스링(240)의 면적, 구조, 재질 중 적어도 하나를 포함한 포커스링 정보를 통해 계산된 상기 포커스링(240)의 커패시턴스를 획득하는 단계; 및 상기 이온 전류 및 상기 커패시턴스를 이용한 전압 기울기를 가지고, 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압이 가지는 음의 전압 크기보다 작거나 동일한 음의 DC 전압을 상기 포커스링(240)에 적어도 일정 구간 입력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 계산된 커패시턴스 값은 저장부(600)에 저장될 수 있으며, 상기 전압 기울기 계산을 위해 저장부(600)에서 제어부(400)로 커패시턴스를 전달할 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 상기 포커스링(240)에 흐르는 이온 전류를 측정하도록 상기 포커스링(240)에 하부의 지지 유닛(210)을 통해 연결된 센서부(111); 및 상기 포커스링(240)의 커패시턴스를 포함한 상기 웨이퍼(W)의 처리 파라미터를 저장한 저장부(600)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압이 음의 전압을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원(100)이 상기 포커스링(240)으로 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압 크기에 따라 상이한 음의 DC 전압을 입력할 수 있다.

도 8은 웨이퍼(W)에 전위 크기가 다른 복수의 펄스형의 전위가 입력될 때 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법이 수행된 포커스링(240)에 인가되는 전압 파형을 도시한 것이다.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 상기 고주파 전원(121, 122)이 듀티 사이클에 따라 상이한 전압 크기를 가지는 펄스형의 전력(Pulsed Radio Frequency)을 상기 하부 전극에 공급하는 경우, 상기 펄스형의 전력이 기설정된 크기 미만으로 공급되는 듀티 사이클 동안에 기설정된 최소 DC 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있으며, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 상기 DC 전원(100)이 일정 임계값 이하의 전원을 공급한 것과 대응되는 값이거나, 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 상기 DC 전원(100)이 전원 공급을 정지시켜 DC 전압이 0일 수 있다.

구체적으로, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W) 전위로 상기 고주파 전원(121, 122)이 펄스형의 전력(Pulsed Radio Frequency)을 공급할 때 high state와 low state를 가질 수 있으며, high state와 low sate로 단 두 가지로 나누어지는 것이 아니라 일정한 전력 범위 내에서 단계 별의 sate를 가질 수 있다. 예컨대, 전위가 가장 큰 1 단계, 중간 전위를 갖는 2단계, 전위가 가장 낮은 3단계를 반복할 수 있고 이는 예시적인 수치일 뿐 상기 수치로 청구범위가 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 포커스링(240)에 인가되는 DC 전압이 제1 전압값(Vb1)을 공급하는 상기 제1 전압 상태와, 상기 제1 전압값보다 낮은 적어도 하나의 전압값(Vb2)을 가지는 제2 전압 상태를 주기적으로 반복하고, 고주파 전원(121)의 전력 공급에 따라 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전위가 음의 피크가 되는 구간에서 상기 제2 전압 상태를 유지하고, 그 외 구간에서 상기 제1 전압 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 도 8(b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 전위의 3π/2 위상 영역일 때 음의 전압인 Vb2를 공급하고, 그 외 위상에서는 Vb1을 공급한다.

다만, 웨이퍼의 전위가 가장 낮은 3단계 영역은 에칭을 위한 전력 공급하는 단계가 아니라 플라즈마 유지를 위해 RF 전력을 공급하는 단계로 이온 에너지가 다른 단계에 비해 매우 작아지는 바 별도로 음의 DC 전압을 공급하여 이온 에너지를 따로 제어할 필요가 낮다.

따라서, 3단계와 같은 일정한 오프셋 웨이퍼 전위에서는 DC 전압으로 0을 인가하거나 아주 작은 기본 DC 전압만 제공할 수 있다. 상술한 내용과 중복되는 내용은 설명의 간략함을 위해 생략하기로 한다.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고주파 전원(121, 122)의 상기 LF 전원(121) 및 상기 HF 전원(122)에 통합 연결된 단일의 정합기(130) 및 상기 정합기(130)와 상기 하부 전극 사이에 연결되며, 상기 LF 전원(121)과 상기 HF 전원(122)에 의해 생성된 전압 또는 전류 파형을 측정하는 센서(140)를 포함하며, 상기 제어부(400)는 상기 센서(140)를 통해 상기 LF 전원(121)이 상기 하부 전극에 공급하는 펄스형의 전력의 크기를 획득하며, 획득한 전력의 크기가 기설정된 크기 미만으로 공급되는 구간에서 상기 DC 전원(100)이 기설정된 최소 DC 전압을 인가하도록 제어하며, 상기 최소 DC 전압은 상기 DC 전원(100)의 전원 공급을 정지시키거나 또는 상기 DC 전원(100)이 일정 임계값 이하의 전원을 공급한 것과 대응되는 값이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에칭 공정에 의해 상기 포커스링(240)이 식각될 때 상기 포커스링(240) 및 상기 웨이퍼(W)의 단차에 대응하는 전위를 추가 공급할 수 있다. 포커스링(240) 식각에 따른 DC 전압 보상은 공정 시간에 따른 테이블 값에 대응하는 값으로 결정할 수 있으며, 상기 공정 시간에 따른 테이블 값은 저장부(600)에 저장될 수 있다. 이때 포커스링(240)에 인가되는 전압의 기울기는 저장부(600)에 저장된 식각된 포커스링(240)에 대응되는 커패시턴스에 따라 변경될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 상기 LF 전원(121), 상기 HF 전원(122) 및 상기 DC 전원(100) 중 적어도 하나의 파형을 다른 하나의 파형에 동기화시키는 동기 신호를 발생하는 신호 발생 회로(미도시) 및 상기 파형을 확인하기 위한 오실로스코프(미도시)를 포함할 수 있다. LF 전원(121)의 전력 일부를 전달받아 파형을 획득하고 이에 따른 동기 신호 또는 파형의 특정 위상 영역과 대응되는 타이밍과 동일하게 DC 전압 제공하는 등의 제어를 수행할 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법의 플로우 차트를 도시한 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발생한 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하도록 상기 하부 전극에 상기 고주파 전원(121, 122)의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)의 전압이 음의 전압을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원(100)이 상기 포커스링(240)으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계(S1140)를 수행할 수 있다.

상기 고주파 전원은 플라즈마 밀도를 제어하는 HF(High Frequency) 전원(122) 및 상기 플라즈마에서 이온 에너지를 제어하는 LF(Low Frequency) 전원(121)를 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 고주파 전원 중 HF 전원(122)이 상기 하부 전극으로 정현파의 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 단계 후에 단계(S1140)을 수행할 수 있으며, 단계(S1140)에서 플라즈마 내의 이온을 제어하기 위하여 고주파 전원 중 LF 전원(121)이 전력을 공급하여 형성된 웨이퍼(W)의 전압의 위상이 3π/2영역일 때 상기 웨이퍼(W) 전압 크기와 대응하는 음의 DC 전원을 포커스링(240)으로 공급할 수 있다. 이는 초기 1회에 위상(Phase)을 보정하기 위한 과정이며, 위상 보정이 끝나면 LF 전원(121), HF 전원(122) 및 DC 전원(100)은 동시에 온/오프를 수행할 수 있다.

하부 전극의 전위에 따른 웨이퍼 전위와 포커스링(240)의 전위가 동기화되도록 하기 위하여 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 DC 전원(100)이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계 전에,

상기 HF 전원(122)의 위상을 기준으로 상기 LF 전원(121)을 동기화하는 단계(S1110), 상기 LF 전원(121)의 위상을 기준으로 상기 DC 전원(100)의 위상을 동기화하는 단계(S1120) 및 상기 고주파 전원(121, 122)에 연결된 센서(140)를 통하여 상기 LF 전원(121)에 의해 상기 하부 전극에 공급되는 전압 또는 전류 파형을 획득하는 단계(S1130)를 수행할 수 있다.

그리고 나서, 단계(S1140)에서 지정된 시간인 RF 위상 영역에서는 DC 전압이 음의 DC 전압인 제2 전압값을 가지는 제2 전압 상태를 유지하도록 DC 전원(100)을 구동하거나(S1141), 또는 지정된 사긴 이외 구간에서는 DC 전압이 제1 전압 상태를 유지하도록 DC 전원(100)을 구동할 수 있다(S1142).

이때, 단계(S1142)에서 고주파 전원의 전압이 일정한 전압 오프셋 이하의 값일 경우 DC 전원(100)을 정지시켜 DC 전압이 0이되도록 할 수 있다.

따라서, 쉬스 길이를 일정하게 유지하여 웨이퍼 외각에서 높은 종횡비의 홀을 뚫기 위하여, LF 전압 크기에 따라 쉬스 길이가 크게 변화는 위치에서 DC전압을 인가하고 상기 DC전압의 온오프 및 기울기를 조절하는 것이 필요하다.

더하여, 본 발명은 상술한 방법을 컴퓨터 상에서 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 기록 매체를 제공할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, '~ 부'는 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.

10: 반응 챔버
100: DC 전원 110, 160: RF 필터
111: 센서부 121, 122: 고주파 전원
130: 정합기 140: 센서
150: 직류 전원
200: 기판 지지 어셈블리 210: 지지 유닛
211: 웨이퍼 지지부재 212: 포커스링 지지부재
220: 유전판 223: 직류 전극
230: 스테이지 240: 포커스링
300: 샤워 헤드 유닛 310: 샤워 헤드
400: 제어부 500: 가스 공급 유닛
600: 저장부

Claims

플라즈마 처리 공간이 제공되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되고 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 배치된 하부 전극을 포함하는 스테이지; 상기 반응 챔버 내에 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극; 상기 스테이지에 연결되며 상기 하부 전극에 두 개의 RF(Radio Frequency) 전원을 공급하는 고주파 전원; 상기 스테이지에 배치된 웨이퍼의 에지 영역에 둘러 배치되는 포커스링; 및 상기 포커스링에 연결되어 DC 전압을 공급하는 DC 전원을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 고주파 전원이 상기 하부 전극으로 정현파의 전력을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
발생한 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하도록 상기 하부 전극에 상기 고주파 전원의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계를 포함하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압 크기에 따라 상이한 음의 DC 전압을 입력하는 것을 특징으로 하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 DC 전압이 제1 전압값을 공급하는 상기 제1 전압 상태와, 상기 제1 전압값보다 낮은 적어도 하나의 전압값을 가지는 제2 전압 상태를 주기적으로 반복하고,
상기 고주파 전원의 전력 공급에 따라 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전위가 음의 피크가 되는 구간에서 상기 제2 전압 상태를 유지하고, 그 외 구간에서 상기 제1 전압 상태를 유지하는 단계를 포함하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 위상 영역은 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전위가 3π/2 영역인 것을 특징으로 하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 웨이퍼의 처리 파라미터에 따라 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전위의 3π/2 영역에서 상기 DC 전압이 제2 상태를 유지하는 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 고주파 전원이 듀티 사이클에 따라 상이한 전압 크기를 가지는 펄스형의 전력(Pulsed Radio Frequency)을 상기 하부 전극에 공급하는 경우,
상기 펄스형의 전력이 기설정된 크기 미만으로 공급되는 듀티 사이클 동안에 기설정된 최소 DC 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 최소 DC 전압은 상기 DC 전원이 전원 공급을 정지시키거나 또는 상기 DC 전원이 일정 임계값 이하의 전원을 공급한 것과 대응되는 값인 것을 특징으로 하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계에서,
상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 가지는 음의 전압 크기와 동일하거나 작은 크기의 음의 DC 전압을 적어도 일정 구간 상기 포커스링에 입력하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 포커스링에 하부의 지지 유닛을 통해 연결된 센서부를 통해 상기 포커스링에 흐르는 이온 전류를 측정하는 단계;
상기 포커스링의 면적, 두께, 구조 및 재질 중 적어도 하나를 포함한 포커스링 정보를 통해 계산된 상기 포커스링의 커패시턴스를 획득하는 단계; 및
상기 이온 전류 및 상기 커패시턴스를 이용한 전압 기울기를 가지고, 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 가지는 음의 전압 크기보다 작거나 동일한 음의 DC 전압을 상기 포커스링에 적어도 일정 구간 입력하는 단계를 더 포함하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제9 항에 있어서,
상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계에서,
상기 음의 DC 전압은 상기 위상 영역 동안 상기 전압 기울기에 따라 절대값의 크기가 일정하게 커지며, 상기 위상 영역 외의 영역에서는 전압이 0인 것으로 하거나, 또는
에칭 공정에서 상기 포커스링이 식각되면서 변화한 상기 포커스링의 커패시턴스에 따라 상기 음의 DC 전압의 전압 기울기 값을 조절하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 고주파 전원은 플라즈마를 발생시키는 HF(High Frequency) 전원 및 상기 플라즈마의 이온 에너지를 제어하는 LF(Low Frequency) 전원을 포함하며, 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하는 단계 전에,
상기 HF 전원의 위상을 기준으로 상기 LF 전원을 동기화하는 단계;
상기 LF 전원의 위상을 기준으로 상기 DC 전원의 위상을 동기화하는 단계; 및
상기 고주파 전원에 연결된 센서를 통하여 상기 LF 전원에 의해 상기 하부 전극에 공급되는 전압 또는 전류 파형을 획득하는 단계를 더 포함하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제8항에 있어서,
에칭 공정에 의해 상기 포커스링이 식각될 때 상기 포커스링 및 상기 웨이퍼의 단차에 대응하는 전위를 추가 공급하는
플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법을 컴퓨터 상에서 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 기록 매체.
플라즈마 처리 공간이 제공되는 반응 챔버;
상기 반응 챔버 내에 배치되고 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하도록 배치된 하부 전극을 포함하는 스테이지;
상기 반응 챔버 내에 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극;
상기 스테이지에 연결되며 상기 하부 전극에 RF(Radio Frequency) 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 HF 전원 및 상기 플라즈마 내의 이온을 제어하는 LF 전원을 포함하는 고주파 전원;
웨이퍼의 에지 영역에 둘러 배치되는 포커스링;
상기 포커스링에 연결되어 DC 전압을 공급하는 DC 전원; 및
상기 DC 전원 및 상기 고주파 전원의 전압 또는 전류를 제어하는 제어부;를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 하부 전극에 상기 LF 전원의 전력이 공급되며 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 음의 피크값을 가지는 위상 영역일 때 상기 DC 전원이 상기 포커스링으로 음의 DC 전압을 입력하도록 구성된
플라즈마 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 위상 영역은 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전위가 3π/2 영역인 것을 특징으로 하는
플라즈마 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 고주파 전원의 상기 LF 전원 및 상기 HF 전원에 통합 연결된 단일의 정합기; 및
상기 정합기와 상기 하부 전극 사이에 연결되며, 상기 LF 전원과 상기 HF 전원에 의해 생성된 전압 또는 전류 파형을 측정하는 센서; 를 포함하며,
상기 제어부는 상기 센서를 통해 상기 LF 전원이 상기 하부 전극에 공급하는 펄스형의 전력의 크기를 획득하며, 획득한 전력의 크기가 기설정된 크기 미만으로 공급되는 구간에서 상기 DC 전원이 기설정된 최소 DC 전압을 인가하도록 제어하며,
상기 최소 DC 전압은 상기 DC 전원의 전원 공급을 정지시키거나 또는 상기 DC 전원이 일정 임계값 이하의 전원을 공급한 것과 대응되는 값인
플라즈마 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 포커스링에 흐르는 이온 전류를 측정하도록 상기 포커스링에 하부의 지지 유닛을 통해 연결된 센서부; 및
상기 포커스링의 면적, 두께, 구조 및 재질 중 적어도 하나를 포함한 상기 포커스링 정보를 저장한 저장부;를 더 포함하는
플라즈마 처리 장치.
제17항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이온 전류 및 상기 포커스링 정보를 이용한 전압 기울기를 가지고 상기 하부 전극에 배치된 웨이퍼의 전압이 가지는 음의 전압 크기보다 작거나 동일한 음의 DC 전압을 상기 포커스링에 적어도 일정 구간 입력하도록 구성된 플라즈마 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 제어부는 상기 LF 전원, 상기 HF 전원 및 상기 DC 전원 중 적어도 하나의 파형을 다른 하나의 파형에 동기화시키는 동기 신호를 발생하는 신호 발생 회로 및 상기 파형을 확인하기 위한 오실로스코프를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 DC 전원 및 상기 포커스링 사이에 연결된 RF 필터를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.