KR101217467B1

KR101217467B1 - 기판의 정상로딩 여부를 판별할 수 있는 플라즈마 발생장치및 그 판별방법

Info

Publication number: KR101217467B1
Application number: KR1020060007209A
Authority: KR
Inventors: 권기청
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: KR20070077585A; KR101217467B9

Abstract

본 발명은 내부에 반응공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판안치대; 상기 기판안치대의 상부에 설치되는 플라즈마 전극; 상기 플라즈마 전극에 연결되는 공정용 RF전원; 상기 플라즈마 전극에 연결되어 챔버 내부의 커패시턴스를 측정하는 커패시턴스 측정수단; 상기 커패시턴스 측정수단의 측정값을 이용하여 기판의 정상 로딩 여부를 판별하는 판단수단을 포함하는 플라즈마 발생장치와 이를 이용하여 기판의 정상 로딩 여부를 판별할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치에서 메인 RF전원을 인가하기 전에 기판안치대에 기판이 제대로 안치되었는지 여부를 자동으로 확인할 수 있다. 따라서 기판이 틀어졌을 때 발생하는 아킹현상이나 기판안치대 표면의 증착현상을 방지할 수 있으므로, 기판안치대의 수명단축을 방지할 수 있고 장치의 공정재현성을 확보할 수 있다.

플라즈마, 커패시턴스, 기판 로딩

Description

기판의 정상로딩 여부를 판별할 수 있는 플라즈마 발생장치 및 그 판별방법{Plasma generation apparatus which can estimate whether substrate is correctly loaded or not and estimating method thereof}

도 1은 일반적인 플라즈마 발생장치의 구성도

도 2는 플라즈마 발생장치의 등가회로도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도

도 4는 측정센서의 전단에 저역통과필터가 설치된 모습을 나타낸 도면

도 5a 및 도 5b는 기판이 있는 경우와 없는 경우에 챔버 내부에 형성되는 커패시턴스를 각각 나타낸 도면

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판의 정상로딩여부를 판단하는 과정을 나타낸 흐름도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 플라즈마 발생장치 11 : 챔버

12 : 기판안치대 13 : 가스분배판

14 : 플라즈마 전극 15 : 가스공급관

16 : RF전원 17 : 매처

18 : 배기구 20 : 스위치

30 : 측정센서 40 : 측정용 RF전원

50 : 저역통과필터

본 발명은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼나 글래스(이하 '기판'이라 함)에 대한 식각 및 증착공정을 수행하는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 플라즈마 발생장치의 기판안치대에 기판이 정상적으로 로딩되었는지 여부를 판별할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자 또는 액정표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 소정의 회로패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 박막을 증착하고 이를 패터닝하는 과정을 수회 내지 수십 회 거치게 된다.

이와 같은 과정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행되며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 플라즈마 발생장치가 많이 이용되고 있다.

플라즈마 발생장치는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터 (Sputter), 애싱(ashing) 장치 등 다양한 분야에서 적용되며, RF전력의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 장치와 유도결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 장치로 나뉜다.

CCP장치는 서로 대향하는 평행평판 전극에 RF전력을 인가하여 양 전극사이에 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 장치이고, ICP 장치는 챔버 외부에 설치된 안테나에 의하여 유도되는 유도전기장을 이용하여 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 장치이다.

도 1은 용량결합형 플라즈마 발생장치(10)의 일반적인 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 내부에 반응영역을 가지는 챔버(11)의 내부에 기판(s)을 안치하는 기판안치대(12)가 설치되고, 상기 기판안치대(12)의 상부에는 다수의 분사홀을 구비하고 통상 알루미늄 재질로 제조되는 가스분배판(13)이 설치되며, 챔버(11)의 하부에는 잔류가스 및 공정부산물을 배출하는 배기구(18)가 설치된다.

가스분배판(13)은 평판형상을 가지는 플라즈마 전극(14)의 하부에 결합되는데, 플라즈마 전극(14)도 주로 알루미늄 재질로 제조되기 때문에 가스분배판(13)과 플라즈마 전극(14)은 서로 전기적으로 연결된 상태가 된다.

가스분배판(13)과 플라즈마 전극(14)의 사이에는 공정가스를 일차 확산시키는 버퍼영역이 구비되며, 플라즈마 전극(14)의 중앙부에는 버퍼영역으로 공정가스를 공급하는 가스공급관(15)이 연결되는 한편, RF전력을 제공하는 RF전원(16)이 연결된다. RF전원(16)과 플라즈마 전극(14)의 사이에는 임피던스를 정합시키는 매처 (17)가 설치된다.

이러한 플라즈마 발생장치(10)에서 진행되는 공정순서는 다음과 같다.

먼저 미도시된 기판출입구를 통해 기판(s)을 반입하여 기판안치대(12)에 안치시킨 다음 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한다.

이어서 가스분배판(13)을 통해 공정가스를 챔버 내부로 분사시킴과 동시에 플라즈마 전극(14)에 RF전원(16)을 인가하면, 플라즈마 전극(14)과 접지된 챔버(11) 사이에 RF전기장이 형성된다. 보다 엄밀하게는 플라즈마 전극(14)과 전기적으로 연결된 가스분배판(13)과 접지된 기판안치대(12)와 챔버(11) 사이에 RF전기장이 형성된다.

도 2는 플라즈마 발생장치의 등가회로로서, 플라즈마전극(14)과 접지된 챔버(11)가 커패시턴스의 전극과 같은 역할을 하는 모습을 나타내고 있다. RF전력이 인가되면 이 사이에 형성된 RF전기장에 의해 전자가 가속되어 중성기체와 충돌함으로써 활성종, 이온, 전자의 혼합체인 플라즈마가 생성되며, 이렇게 생성된 활성종 또는 이온이 기판(s)으로 입사하여 증착 또는 식각공정을 수행한다.

기판안치대(12)는 접지 전극의 역할을 하기 때문에 SUS 또는 알루미늄 등의 금속재질로 제조되며, 아킹과 산화를 방지하기 위하여 상면 가장자리와 측면에는 아노다이징(anodizing) 처리 등을 통해 보호막을 형성한다.

따라서 기판안치대(12)에 기판(s)을 안치할 때는 보호막 처리가 되지 않은 부분이 플라즈마에 노출되지 않도록 정위치에 정확하게 안치시켜야 한다.

그런데 기판(s) 운송과정의 에러로 인해 기판(s)이 기판안치대(12)의 정위치에 안치되지 못하고 틀어지거나 운송도중에 파손되어 기판(s)이 전혀 안치되지 않았음에도 불구하고 공정이 진행되는 경우가 있다.

이럴 경우 기판안치대(12)의 표면과 플라즈마 사이에 아킹이 발생하여 제품수명이 단축될 뿐만 아니라 기판안치대(12)의 상면에 박막이 증착되어 공정재현성이 크게 저하되는 문제점이 발생한다.

특히, 투명한 글래스를 취급하는 액정표시장치용 플라즈마 발생장치에서는 광학적인 방법으로 글래스의 안치상태를 감지하는데 한계가 있기 때문에 기판의 안치상태를 정확히 판별할 수 있는 새로운 방법을 마련하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 발생장치에서 공정을 진행하기 전에 기판안치대에 기판이 제대로 안치되었는지 여부를 자동으로 확인할 수 있도록 하는데 목적이 있다,

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 내부에 반응공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판안치대; 상기 기판안치대의 상부에 설치되는 플라즈마 전극; 상기 플라즈마 전극에 연결되는 공정용 RF전원; 상기 플라즈마 전극 에 연결되어 챔버 내부의 커패시턴스를 측정하는 커패시턴스 측정수단; 상기 커패시턴스 측정수단의 측정값을 이용하여 기판의 정상 로딩 여부를 판별하는 판단수단을 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.

상기 커패시턴스 측정수단은, 상기 플라즈마 전극에 연결되는 측정용 RF전원; 상기 플라즈마 전극과 상기 측정용 RF전원의 사이에 설치되는 측정센서를 포함한다.

상기 측정용 RF전원은 100KHz이하의 주파수로 제공된다.

상기 공정용 RF전원과 상기 측정용 RF전원은 선택수단에 의하여 선택적으로 플라즈마 전극에 연결된다.

상기 선택수단은, 상기 플라즈마 전극에 연결되는 출력단; 상기 공정용 RF전원과 연결되는 제1 입력단; 상기 측정용 RF전원과 연결되는 제2 입력단; 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 상기 제1,2 입력단에 선택적으로 연결되는 스위칭부재를 포함한다.

상기 공정용 RF전원은 전원공급선에 의하여 상기 플라즈마 전극에 연결되고, 상기 측정용 RF전원은 상기 플라즈마 전극과 상기 공정용 RF전원 사이의 상기 전원공급선에 연결되며, 상기 측정용 RF전원의 전단에는 저역통과필터가 설치된다.

상기 판단수단은 상기 측정수단의 측정값을 기준값과 비교하여 미리 정해진 허용오차범위 이내이면 기판이 정상 로딩된 것으로 판단하고, 상기 허용오차를 벗어나면 불량으로 판단한다.

또한 본 발명은, 내부에 반응공간을 가지는 챔버, 상기 챔버의 내부에 설치 되는 기판안치대, 상기 기판안치대의 상부에 위치하는 플라즈마 전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에서 상기 기판안치대에 기판이 정상적으로 안치되었는지 여부를 판별하는 방법에 있어서, 상기 플라즈마 전극에 측정용 RF전원을 인가하는 단계; 상기 챔버 및 기판안치대와 상기 플라즈마 전극 사이의 커패시턴스를 측정하는 단계; 상기 측정된 커패시턴스를 기준 커패시턴스와 비교하여 기판의 정상 로딩 여부를 판단하는 단계를 포함하는 기판의 정상로딩여부 판별방법을 제공한다.

상기 측정용 RF전원을 인가하는 단계는, 상기 플라즈마 전극에 공정용 RF전원을 인가하기 전에 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 판단단계는, 측정된 커패시턴스와 기준 커패시턴스의 차이가 미리 정해진 허용오차 이내이면 정상으로 판단하고, 상기 허용오차를 벗어나면 불량으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 판단단계에서 정상으로 판별되면 상기 플라즈마 전극에 공정용 RF전원을 인가하여 공정을 진행하고, 불량으로 판별되면 알람을 발생하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 도시한 것으로서, 도 1과 같은 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 이에 대하여 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명은 플라즈마 전극(14)과 접지된 챔버(11) 및 기판안치대(12) 사이에 나타나는 커패시턴스를 측정할 수 있는 수단을 플라즈마 발생장치(10)에 설치한 점에 특징이 있다.

플라즈마 전극(14)과 접지된 챔버(11) 및 기판안치대(12) 사이의 커패시턴스는 플라즈마 전극(14)에 측정용 RF전력을 공급한후 측정센서를 이용하여 측정된다.

이를 위해 플라즈마 전극(14)에는 측정용 RF전원(40)이 연결되고, 플라즈마 전극(14)과 측정용 RF전원(40)의 사이에는 커패시턴스를 측정할 수 있는 측정센서(30)가 설치된다.

상기 측정센서(30)는 일반적인 커패시턴스 측정장치가 이용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다. 또한 이하에서는 측정용 RF전원(40)과 구분하기 위하여 상기 RF전원(16)을 공정용 RF전원(16)이라 칭한다.

일반적으로 공정용 RF전원(16)은 13.56MHz의 고주파 전력을 플라즈마 전극(14)에 인가하지만, 본 발명의 측정용 RF전원(40)은 100KHz 이하의 주파수를 제공하며, 챔버(11) 내부의 커패시턴스만을 순간적으로 측정하기 위한 것이므로 수백 W 이하의 RF전력을 짧은 시간동안 인가한다.

측정용 RF전원(40)과 공정용 RF전원(16)은 서로 독립적으로 플라즈마 전극(14)에 연결될 수도 있으나, 구성을 간단히 하기 위하여 플라즈마 전극(14)에는 하나의 전원공급선(19)을 연결하고, 상기 전원공급선(19)에 설치되는 스위치(20)를 이용하여 측정용 RF전원(40)과 공정용 RF전원(16)을 선택하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 스위치(20)는 전원공급선(19)에 연결되는 출력 단, 매처(17) 및 공정용 RF전원(16)에 연결되는 제1 입력단, 측정센서(30) 및 측정용 RF전원(40)에 연결되는 제2 입력단을 구비하며, 제1,2 입력단을 선택하는 기능을 한다.

이러한 스위치(20)를 생략하고 도 4에 도시된 바와 같이 측정용 RF전원(40)에 연결된 측정센서(30)의 전단에 저역통과필터(LPF)(50)를 설치할 수도 있다.

측정용 RF전원(40)은 공정용 RF전원(16)을 본격적으로 인가하기 전에 챔버내의 커패시턴스를 측정하기 위한 것이므로, 측정용 RF전원(40)의 전력이 공정용 RF전원(16)에 영향을 미치지는 않는다.

고주파의 공정용 RF전원(16)이 본격적으로 인가되면 저역통과필터(50)에서 고주파전원을 차단하기 때문에 측정용 RF전원(16)이 영향을 받지 않는다.

한편, 일반적으로 평행전극 사이의 커패시턴스(C)는 C=ε₀ε_r(A/d)로 주어지는데, 여기서 ε₀는 유전상수, ε_r은 전극사이에 개재되는 물질의 비유전율_, A는 전극의 면적, d는 전극의 간격이다.

따라서 도 5a와 같이 기판안치대(12)에 기판(s)이 안치된 경우의 커패시턴스 C₀와, 도 5b와 같이 기판(s)이 안치되지 않은 경우의 커패시턴스 C₁은 서로 다른 값을 가진다. 이는 A, d, ε₀는 불변인데 반하여 전자의 경우에는 기판(s)이 가지는 ε_r값이 반영되고 후자의 경우에는 그렇지 않기 때문이다.

도 5b와 같이 기판(s)이 전혀 안치되지 않은 경우뿐만 아니라 기판(s)이 틀어진 경우에도, 기판(s)이 정위치에 안치된 경우와는 전극사이에 개재되는 유전물질의 양이 달라지기 때문에 커패시턴스 값이 달라진다.

따라서 기판(s)이 정위치에 안치되었을 때의 커패시턴스를 미리 측정하여 이를 기준 커패시턴스(C₀)로 입력해 놓은 다음, 기판(s)을 반입할 때마다 커패시턴스를 측정하여 측정값과 C₀를 비교하여 그 차이가 허용오차 이내이면 정상으로 판별하고 허용오차를 벗어나면 불량으로 판별하는 방식으로 기판의 정상안치여부를 판별하여 기판(s)이 정위치에 안치되었는지 여부를 판단한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 기판안치대(12)에 기판(s)이 제대로 안치되었는지 여부를 판별하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저 로봇이 챔버(11) 내부로 진입하여 기판(s)을 안치하고 물러나면, 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한 다음, 공정용 RF전원(16)을 인가하기 전에 측정용 RF전원(40)을 인가한 후 측정센서(30)를 통해 플라즈마 전극(14)과 접지된 기판안치대(12)사이의 커패시턴스를 측정한다.(ST10, ST11)

측정된 커패시턴스와 기준 커패시턴스(C₀)를 비교하여 그 차이가 허용오차 범위 이내인지 여부를 판별한다. (ST30)

만일 허용오차 이내이면 기판(s)이 정상적으로 안치된 것으로 판단하여 공정용 RF전원(16)을 인가하여 공정을 진행한다.(ST40, ST50)

허용오차를 벗어나는 경우라면 기판(s)이 틀어졌거나 파손된 것으로 판단하여 작업자가 알 수 있도록 경광등, 경고음 등의 알람을 발생시키며(ST60), 이때 작업자는 틀어진 기판을 반출하거나 파손된 기판을 제거하여야 한다.(ST70)

한편, 본 발명의 플라즈마 발생장치에서 스위치(20)의 스위칭 동작과 측정용 RF전원(40)의 인가, 측정센서(30)에서 커패시턴스를 측정하는 일련의 과정은 자동으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 플라즈마 발생장치의 동작전반을 제어하는 장치제어부(미도시)에서 상기 스위치(20), 측정센서(30), 측정용 RF전원(40)의 동작을 제어하고, 측정센서(30)의 측정결과를 기준 커패시터와 비교하여 기판의 정상로딩여부를 판별하는 것이 바람직하다.

Claims

내부에 반응공간을 가지는 챔버;

상기 챔버의 내부에 설치되는 기판안치대;

상기 기판안치대의 상부에 설치되는 플라즈마 전극;

상기 플라즈마 전극에 연결되는 공정용 RF전원;

상기 플라즈마 전극에 연결되어 챔버 내부의 커패시턴스를 측정하는 커패시턴스 측정수단;

상기 커패시턴스 측정수단의 측정값을 이용하여 기판의 정상로딩여부를 판별하는 판단수단;

을 포함하며, 플라즈마 전극에는 측정용 RF전원이 연결되며, 상기 공정용 RF전원과 상기 측정용 RF 전원은 선택수단에 의해 선택적으로 상기 플라즈마 전극에 연결되는 플라즈마 발생장치
제1항에 있어서,

상기 커패시턴스 측정수단은,

상기 플라즈마 전극과 상기 측정용 RF전원의 사이에 설치되는 측정센서;

를 포함하는 플라즈마 발생장치
제1항에 있어서,

상기 측정용 RF전원은 100KHz이하의 주파수로 제공되는 플라즈마 발생장치
삭제
제1항에 있어서,

상기 선택수단은,

상기 플라즈마 전극에 연결되는 출력단;

상기 공정용 RF전원과 연결되는 제1 입력단;

상기 측정용 RF전원과 연결되는 제2 입력단;

일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 상기 제1,2 입력단에 선택적으로 연결되는 스위칭 부재;

를 포함하는 플라즈마 발생장치
삭제
제1항에 있어서,

상기 판단수단은 상기 측정수단의 측정값을 기준값과 비교하여 미리 정해진 허용오차범위 이내이면 기판이 정상 로딩된 것으로 판단하고, 상기 허용오차를 벗어나면 불량으로 판단하는 플라즈마 발생장치
내부에 반응공간을 가지는 챔버, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판안치대, 상기 기판안치대의 상부에 위치하는 플라즈마 전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에서 상기 기판안치대에 기판이 정상적으로 안치되었는지 여부를 판별하는 방법에 있어서,

상기 플라즈마 전극으로 공정용 RF 전원과 측정용 RF 전원 중 선택수단에 의해 선택된 상기 측정용 RF전원을 인가하는 단계;

상기 챔버 및 기판안치대와 상기 플라즈마 전극 사이의 커패시턴스를 측정하는 단계;

상기 측정된 커패시턴스를 기준 커패시턴스와 비교하여 기판의 정상로딩여부를 판단하는 단계;

를 포함하는 기판의 정상로딩여부 판별방법
제8항에 있어서,

상기 측정용 RF전원을 인가하는 단계는, 상기 플라즈마 전극에 공정용 RF전원을 인가하기 전에 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판의 정상로딩여부 판별방법
제8항에 있어서,

상기 판단단계는, 측정된 커패시턴스와 기준 커패시턴스의 차이가 미리 정해진 허용오차 이내이면 정상으로 판단하고, 상기 허용오차를 벗어나면 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기판의 정상로딩여부 판별방법
제8항에 있어서,

상기 판단단계에서 정상으로 판별되면 상기 플라즈마 전극에 공정용 RF전원을 인가하여 공정을 진행하고, 불량으로 판별되면 알람을 발생하는 것을 특징으로 하는 기판의 정상로딩여부 판별방법