KR102091539B1 - 기판 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 플라즈마가 발생되어 기판의 플라즈마 처리 공정이 이루어지는 공정 챔버로의 파워를 공급하여 상기 기판을 처리하는 장치로서, 상기 공정 챔버로 파워를 출력하는 고주파 발생기(RF Generator)와; 상기 고주파 발생기로 출력 파워 목표값을 입력하고, 상기 출력 파워의 영역대에 따라 상기 출력 파워의 조절단위인 분해능(resolution)을 다르게 적용하여 상기 출력 파워 목표값까지 도달하도록 제어하는 제어부를; 포함하여 구성되어, 고주파 발생기로부터 출력하고자 하는 출력파워 목표값에 따라 미리 제어부에 의하여 파워 조절을 위한 분해능을 조절함으로써, 공정 챔버에서 필요로 하는 출력파워 목표값과 실제로 공정 챔버에 인가되는 인가 파워값의 편차 및 편차 비율을 최소화함으로써, 하나의 기판 처리 장치에 의하여 다양한 처리 공정이 정확하고 신뢰성있게 행해지는 기판 처리 장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

기판 처리 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD OF TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 기판 처리 공정 중에 공정 챔버에 인가되는 파워값이 출력파워 목표값에 보다 정교하게 근접하게 조절하여 기판의 표면에 증착되는 증착막에 응력 변화를 최소화하는 기판 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
반도체나 평판 디스플레이를 제조하는 과정에서 플라즈마 처리 공정이 적용될 수 있다.
이를 위하여, 공정 챔버(20)에 기판이 안치된 상태로, 공정 챔버(20)에 공정 가스를 공급하면서, 도1에 도시된 바와 같이, 플라즈마가 발생되는 공정 챔버(30) 내에 고주파 발생기(10, RF Generator)로부터 RF전원(W, 이하, '파워'라고 함)을 공급하면, 공정 챔버(20) 내에 플라즈마가 발생되면서 기판에 소정의 처리 공정이 행해진다.
예를 들어, 기판(G)의 표면에 증착막이 증착되는 CVD, ALD 공정이 행해질 수도 있고, 기판(G)의 표면으로부터 이물질을 제거하는 건식 세정 공정이 행해질 수도 있으며, 기판(G)의 표면의 정해진 영역을 식각하는 식각 공정이 행해질 수도 있으며, 그 밖에 플라즈마를 이용한 다양한 공정이 행해질 수 있다.
그리고, 고주파 발생기(10)와 공정 챔버(20)의 사이에는, 고주파 발생기(10)의 출력 임피던스와 플라즈마 발생기(30)의 부하 임피던스를 서로 정합이 되도록 임피던스를 조절해주는 정합 회로망(60)이 배치되어, 고주파 발생기(10)의 출력인 파워(Po)가 플라즈마 발생기(30)에 전부 공급되지 못하고 일부가 반사되어 다시 고주파 발생기(10)로 되돌아 오는 현상에 의하여 파워의 손실과 반사된 파워에 의한 고주파 발생기(10)의 손상을 방지한다.
한편, 도1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 라인에 배치된 기판 처리 장치(1)는 단일 조건 하에서 단일 공정만 행해질 수도 있지만, 최근에는 보다 정교한 기판 처리 공정을 위하여 하나의 기판 처리 장치(1) 내에서 여러 공정 조건 하에서 다양한 처리 공정을 행하고자 하는 필요성이 절실히 요구되고 있다. 더욱이, 정교한 처리 공정을 위해서는, 기판 처리를 위한 생산 라인에 단일 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 배치 개수가 증가하는데, 생산 라인의 공간은 이미 정해져 있기 때문에 더더욱 그러하다.
기판 처리 장치(1)가 기판의 표면에 증착막을 형성하는 증착 장치인 경우에는, 하나의 기판 처리 장치(1)에서 공급되는 공정 가스와 파워값을 다르게 하여 다양한 형태의 증착막이 형성된다. 경우에 따라서는, 하나의 기판에 서로 다른 공정 가스와 서로 다른 파워값을 인가하여 이종막을 적층 증착하기도 한다. 그런데, 인가하고자 하는 RF전력값(파워값)이 정확하게 인가되지 않으면, 증착막의 표면에 응력 변화가 심해지면서 증착막의 품질과 내구수명이 낮아지는 심각한 문제가 초래된다.
이와 같은 현상은 13.56MHz 이상의 고주파 조건에서 높은 파워값이 인가되는 공정 조건에 비하여, 300kHz 내지 450kHz의 저주파 조건 하에서 낮은 파워값이 인가되는 공정 조건 하에서 실리콘 산화물층이나 실리콘 질화물층을 CVD, ALD 등의 방식으로 증착 형성하는 경우에, 증착막에 응력 변화율이 커지면서 증착막의 품질과 내구성이 저하되는 심각한 문제가 특히 두드러진다.
예를 들어, 300W까지 파워를 인가할 수 있는 주파수 발생기는 30W 까지 파워를 파워를 인가할 수 있는 주파수 발생기에 비하여 분해능이 클 수 밖에 없다. 도2를 참조하면, 주파수 발생기(10)에서 한단계의 파워값을 올리기 위해 필요한 한단계의 입력 신호값을 0.01V라고 가정하면, 0.01V의 입력값에 의하여 파워값이 Wo에서 W1으로 변동되는 값이 분해능(resolution)은 300W까지 파워를 인가할 수 있는 주파수 발생기에 대해서는 0.3W인데 반하여 30W까지 파워를 인가할 수 있는 주파수 발생기에 대해서는 0.03W로 10배의 차이를 갖게 된다.
이로부터, 하나의 기판 처리 장치(1)에서 300W까지 인가하는 고주파 발생기를 이용하여 13.0W의 낮은 파워값을 인가하는 경우에는 분해능이 0.3W이므로 12.7W 내지 13.3W의 파워값이 인가될 수 있는데 반하여, 300W까지 인가하는 고주파 발생기를 이용하여 130W의 파워값을 인가하는 경우에는 분해능이 동일한 0.3W이므로 129.7W 내지 130.3W의 파워값이 인가될 수 있다. 즉, 출력 목표값과 실제 인가되는 출력 인가값과의 편차는 최대 0.3W로 분해능값과 동일하지만, 인가하고자 하는 출력 목표값에 대한 편차의 비율은 10배 차이가 생기므로, 낮은 출력파워를 인가하여 막을 증착할수록 출력파워 목표값과의 편차 비율이 더욱 커져 응력 변화가 커지는 현상이 불가피하게 발생될 수 밖에 없다.
따라서, 하나의 기판 처리 장치(1)를 이용하여 다양한 처리 공정이 행해지더라도, 인가되는 파워값과 출력파워 목표값과의 편차 비율을 작게 유지하여, 처리 공정이 예정된 형태로 정확하게 행해지게 하는 필요성이 절실히 요구되고 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 배경 기술은 본 발명과 대비되는 기술을 기재한 것으로, 상기 기재된 사항이 이미 공지된 기술을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 하나의 기판 처리 장치를 이용하여 다양한 처리 공정이 행해지는 조건에서, 고주파 발생기로부터 공정 챔버에 인가되는 RF출력파워의 목표값과 인가값의 편차 비율을 최소화하여 예정된 처리 공정을 정확하고 신뢰성있게 행하는 기판 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
예를 들어, 본 발명은, 하나의 기판 처리 장치에서 서로 다른 파워값이 인가되는 공정 조건 하에서 기판에 성막하는 증착 공정이 행해지는 경우에도, 서로 다른 출력파워 목표값이 낮은 분해능을 유지하면서 낮은 편차만을 갖고 인가될 수 있도록 하여 증착막에 응력 변화가 생기는 것을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 기판에 증착되는 증착막의 응력 변화율을 낮게 제어할 수 있으며, 증착막의 내구성과 품질을 보다 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 하나의 기판에 서로 다른 공정 조건 하에서 서로 다른 이종막이 증착되는 공정도 하나의 기판 처리 장치에 의해 행해지게 하여, 정해진 공간 안에서 장비의 대수를 최소화하고 설비 투자를 최소화하여 경제성을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 플라즈마가 발생되어 기판의 플라즈마 처리 공정이 이루어지는 공정 챔버로의 파워를 공급하여 상기 기판을 처리하는 장치로서, 상기 공정 챔버로 파워를 출력하는 고주파 발생기(RF Generator)와; 상기 고주파 발생기로 출력 파워 목표값을 입력하고, 상기 출력 파워의 영역대에 따라 상기 출력 파워의 조절단위인 분해능(resolution)을 다르게 적용하여 상기 출력 파워 목표값까지 도달하도록 제어하는 제어부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
이는, 고주파 발생기로부터 출력하고자 하는 파워값에 따라 미리 제어부에 의하여 파워 조절을 위한 분해능을 조절함으로써, 공정 챔버에서 필요로 하는 출력파워 목표값과 실제로 공정 챔버에 인가되는 인가 파워값의 편차 및 편차 비율을 최소화할 수 있도록 하기 위함이다.
이를 통해, 고주파 발생기로부터 공정 챔버에 인가되는 RF 출력값(파워값)이 보다 정확하게 인가되므로, 하나의 기판 처리 장치에 의해서도 다양한 처리 공정들이 예정대로 정확하고 신뢰성있게 행해질 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 제어부는 제1파워영역과 제2파워영역을 포함하는 2개 이상의 파워 영역의 범위를 저장하는 메모리를 더 포함하고; 상기 제어부는 상기 출력 파워 목표값이 상기 메모리에 저장된 파워 영역들 중 어느 한 파워 영역에 해당하면, 미리 설정된 분해능을 적용하여 상기 출력파워 목표값까지 도달하도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 메모리에 저장된 상기 제1파워영역과 상기 제2파워영역의 경계값은 사용자의 입력이나 공정 조건에 따라 변경 가능하게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 파워영역대는 3W~30W 이며, 상기 제1파워영역대의 제1 분해능은 0.1W~0.5W으로 정해질 수도 있으며, 상기 제2 파워영역대는 10W~600W 이며, 상기 제2 파워영역대의 제2 분해능은 1W 이상으로 정해질 수도 있다.
상기 제1 파워영역의 파워값의 범위는 상기 제2 파워영역의 파워값의 범위보다 더 작고, 상기 분해능은 상기 제1 파워영역에서의 제1 분해능과 상기 제2 파워영역에서의 제2 분해능을 포함하며, 상기 제1 파워영역에서의 제1 분해능은 상기 제2 파워영역에서의 제2 분해능 보다 더 작은 단위로 정해지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1파워영역에서의 분해능은 상기 제2파워영역에서의 분해능에 비하여 1/5 이하로 정해지는 것이 파워영역을 구분하여 제어하는 경우의 효용을 보다 높일 수 있다.
상기와 같은 작용을 위하여, 상기 고주파 발생기는, 상기 제1 파워영역에서의 제1 분해능이 적용되도록 상기 출력 파워값을 조절하는 제1제어회로와, 상기 제2 파워영역에서의 제2 분해능이 적용되도록 상기 출력 파워값을 조절하는 제2제어회로를 포함하며, 상기 파워영역에 따라 상기 제1 제어회로와 상기 제2제어회로중 어느 하나를 스위칭하여 상기 출력 파워값이 조절되게 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1제어회로와 상기 제2제어회로는 가변저항이 포함되어, 각각의 파워 영역 내에서 인가되는 파워값을 가변 저항에 의해 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1파워영역과 상기 제2파워영역의 경계는 20W 내지 100W 의 범위에서 정해질 수 있다.
상기 기판처리장치는 증착막을 형성하는 장치일 수 있다. 이를 통해, 인가되는 파워값은 인가하고자 하는 파워값이 속하는 파워 영역에서 설정된 분해능으로 파워값이 조절되므로, 출력파워 목표값과 낮은 편차만을 갖는 파워가 인가되므로, 출력파워 목표값의 차이로 인해 증착막에 응력 변화가 생기는 것을 최소화하여 증착막의 내구성과 품질을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 기판처리장치는 상기 제1파워영역에서 파워를 인가하여 제1증착막을 증착 형성하고, 상기 제2파워영역에서 파워를 인가하여 제2증착막을 증착 형성할 수도 있다. 이와 같이, 하나의 기판 처리 장치에서 서로 다른 파워값이 인가되어 증착막을 형성하는 경우에는, 제1증착막과 제2증착막을 형성하는 데 필요한 각각의 파워값이 속하는 파워영역대에서의 미리 정해진 분해능에 따라 인가되는 파워값이 조절되므로, 어느 하나의 증착막의 형성에 분해능이 결정되지 않고 인가하고자 하는 파워값에 가변적으로 분해능이 맞춰지므로, 인가되는 파워값이 출력파워 목표값과 편차가 작아지면서 정확한 파워값을 인가할 수 있게 된다.
또한, 이와 같이, 하나의 기판에 서로 다른 이종막이 증착되는 공정도 하나의 기판 처리 장치에서 정확하게 행해질 수 있으므로, 정해진 공간 안에서 장비의 대수를 최소화하고 설비 투자를 최소화하여 경제성을 얻는 이점도 얻어진다.
한편, 본 발명은, 플라즈마가 발생되어 기판의 플라즈마 처리 공정이 이루어지는 공정 챔버로의 파워를 공급하여 상기 기판을 처리하는 방법으로서, 고주파 발생기로부터 출력하고자 입력된 출력 파워 목표값이 미리 저장되어 있는 제1파워영역과 제2파워영역을 포함하는 2개 이상의 파워 영역 중 어느 한 파워 영역에 해당하는 경우에, 상기 출력 파워 목표값이 해당하는 파워 영역에 기설정된 분해능을 상기 파워를 조절하는 분해능 산정단계와; 상기 분해능 산정단계에서 정해진 분해능으로, 상기 공정 챔버에 인가되는 상기 파워가 상기 출력 파워 목표값에 도달하도록 제어하는 파워 조절 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법을 제공한다.
여기서, 상기 분해능 산정단계는, 상기 제1파워영역에서의 상기 파워의 값을 조절하기 위한 제1제어회로와, 상기 제2파워영역에서의 상기 파워의 값을 조절하기 위한 제2제어회로를 포함하여, 상기 파워 영역에 따라 상기 제1제어회로와 상기 제2회로중 어느 하나를 스위칭하여 상기 출력 파워값이 상기 제1제어회로와 상기 제2제어회로에서 각각 예정되어 있던 분해능으로 정해질 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '편차'라는 용어는, 인가하고자 하는 목표 파워값과 실제로 인가되는 인가 파워값의 차이로 정의한다. 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '편차 비율'이라는 용어는, 인가하고자 하는 출력파워 목표값에 대한 실제로 인가되는 인가 파워값의 비율, 즉 '(인가 파워값 - 출력파워 목표값)/출력파워 목표값'으로 정의한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '고주파 발생기(RF Generator)'는 RF전원을 발생시키는 장치를 지칭하는 것으로, RF전원의 주파수가 반드시 고주파인 것에 한정되지 않는다. 즉, 고주파 발생기(RF Generator)는 RF전원을 출력하는 것을 통칭하며, RF전원은 300kHz 내지 600kHz의 저주파수의 RF전원을 출력할 수도 있고, 13.56MHz 이상의 고주파수의 RF전원을 출력할 수도 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '파워(power)'는 고주파 발생기로부터의 RF전원의 출력값(Power, 단위: Watt)을 지칭하는 것으로 정의한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 공정 챔버에서 필요로 하는 출력파워 목표값과 실제로 공정 챔버에 인가되는 인가 파워값의 편차 및 편차 비율을 최소화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말하면, 본 발명은, 고주파 발생기로부터 출력하고자 하는 출력파워 목표값에 따라 분해능이 서로 다른 모드에서 각각 조절됨에 따라, 하나의 기판 처리 장치에서 인가하고자 하는 2개 이상의 출력파워 목표값의 차이가 크더라도, 각각의 출력파워 목표값의 크기에 부합하는 분해능으로 파워값을 조절하면서 인가할 수 있게 되어, 출력파워 목표값에 근접한 값으로 출력 파워를 인가할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 하나의 기판 처리 장치에 의해서도 다양한 처리 공정들이 예정대로 정확하고 신뢰성있게 행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명은, 하나의 기판 처리 장치에서 서로 다른 RF전력값(파워값)을 인가하여 증착막을 형성하는 증착 공정에 대해서도 적용하여, 증착된 박막의 응력 변화율을 세부적으로 제어하여 박막의 내구성과 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 공정 챔버에 RF전원을 인가하는 구성을 도시한 개략도,
도2는 분해능(resolution)에 따라 인가되는 파워의 출력값(Wo, W1)을 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면,
도4는 도3의 제어부를 설명하기 위한 제어 회로 구성을 도시한 도면,
도5a는 메모리에 저장된 제1파워영역과 제2파워영역을 도시한 도면,
도5b는 3개의 파워영역으로 메모리에 저장된 구성을 도시한 도면,
도6는 도3의 기판 처리 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도2는 분해능(resolution)에 따라 인가되는 파워의 출력값(Wo, W1)을 도시한 도면이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이고, 도4는 도3의 제어부를 설명하기 위한 제어 회로 구성을 도시한 도면이고, 도5a는 메모리에 저장된 제1파워영역과 제2파워영역을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는, 플라즈마를 발생시키기 위한 RF전원(P)을 출력하는 고주파 발생기(110)와, 고주파 발생기(110)에서 발생된 RF전원이 인가되고 공정 가스(pg)가 공급되는 공정 챔버(120)와, 고주파 발생기(110)에서 인가하고자 하는 RF전원의 파워값과 주파수를 제어하는 데 필요한 데이터를 저장하는 메모리(130)와, 메모리(130)에 저장된 데이터에 기초하여 고주파 발생기(110)로부터 발생되는 RF전원의 파워를 제어하는 제어부(140)와, 필요에 따라 작업자나 설정된 조건에 의하여 메모리(130)에 저장된 데이터를 수정하기 위한 입력부(150)와, 고주파 발생기(110)에서 발생된 RF전원의 임피던스를 공정 챔버(120)의 부하 임피던스와 매칭시키도록 고주파 발생기(110)와 공정 챔버(120)의 사이에 설치된 정합 회로망(160)을 포함하여 구성된다.
상기 고주파 발생기(110)는 공정 챔버(120)에 인가하는 RF전원(P)을 생성하며, 생성된 RF전원을 공정 챔버(120)로 전송하여, 공정 챔버(120) 내에 플라즈마 발생에 필요한 전원을 공급하게 된다.
고주파 발생기(110)에서 생성되는 RF전원은 공정 챔버(120)에서 기판(G)에 대해 행해지는 처리 공정에 따라 예정된 파워값과 주파수로 출력되도록 제어부(140)에 의해 제어된다. 따라서, 고주파 발생기(110)에서 생성된 RF전원은 300kHz 내지 600kHz의 저주파수의 RF전원일 수도 있고, 13.56MHz 내지 27.12MHz의 고주파수의 RF전원일 수도 있다.
상기 공정 챔버(120)는 고주파 발생기(110)에서 발생된 RF전원(P)을 공급받고, 동시에 샤워 헤드(122)로부터 공정 가스(pg)를 공급받아, 챔버 내부 공간(120c)에서 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 공정 챔버(120)의 내부 공간(120c)에서 발생된 플라즈마를 이용하여 서셉터(124)에 거치된 기판(G)의 표면에 증착막을 입히거나, 건식 세정을 하거나, 식각 공정이 행해질 수 있다.
이하에서는, 공정 챔버(120) 내에서 기판(G)의 표면에 증착막(Cx)을 입히는 처리 공정이 행해지는 작용을 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 메모리(130)에는 공정 챔버(120)에서 행해지는 처리 공정에 따라 고주파 발생기(110)로부터 출력되는 RF전원(P)의 제어에 필요한 데이터가 저장된다. 예를 들어, 기판(G)에 증착되는 박막(Cx)의 종류에 따라 고주파 발생기(110)에서 출력해야 하는 RF전원(P)의 출력파워 목표값(W) 및 RF전원(P)의 주파수에 대한 정보와, 인가하고자 하는 파워값에 따라 어느 제어 회로(141, 142)와 연결하여 적정한 분해능(resolution)으로 제어할지 여부에 대한 파워 영역(I, Ⅱ)에 대한 정보가 저장된다.
특히, 메모리(130)에는 도5a에 도시된 바와 같이 고주파 발생기(110)로부터 출력되는 RF전원(P)의 파워값이 속하는 제1파워영역(I)과 제2파워영역(Ⅱ)을 포함하는 2개 이상의 파워 영역이 저장된다. 즉, 제1파워영역대(I)과 제2파워영역대(Ⅱ)의 경계(Wc)는 20W 내지 100W 에서 정해질 수 있으며, RF전원(P)의 파워값이 제1파워영역(I)에 속하는 경우에는 제1분해능(△1)으로 인가되는 파워값이 제어부(140)에 의해 조절되고, RF전원(P)의 파워값이 제2파워영역(Ⅱ)에 속하는 경우에는 제2분해능(△2)으로 인가되는 파워값이 제어부(140)에 의해 파워값이 조절될 수 있게 된다.
예를 들어, 제1파워영역(I)은 3W~30W로 정해지고, 제2파워영역은 10W~600W로 정해질 수 있다. 그리고, 출력파워 목표값이 제1파워영역(I)에 속하는 경우에 파워 제어에 사용되는 제1분해능(△1)은 0.1W~0.5W로 정해지고, 출력파워 목표값이 제2파워영역(Ⅱ)에 속하는 경우에 파워 제어에 사용되는 제2분해능(△2)은 1W이상으로 정해질 수 있다.
여기서, 제1파워영역(I)의 파워값의 범위가 제2파워영역(Ⅱ)의 파워값의 범위에 비하여 더 작은 경우에는, 제1파워영역(I)에 속하는 파워값에 대한 제1분해능(△1)은 제2파워영역(Ⅱ)에 속하는 파워값에 대한 제2분해능(△2)에 비하여 더 작게 정해진다. 이에 따라, 파워값이 더 작을수록 그 파워값을 조절하는 분해능(△W)은 더 작아져, 실제로 인가되는 파워값(W)이 출력파워 목표값(Ws)과의 편차율이 보다 더 작게 제어되는 것이 가능해진다.
이 때, 제1분해능(△1)은 제2분해능(△2)에 비하여 1/5이하로 정해지며, 예를 들어, 1/10로 정해질 수 있다. 예컨대, 메모리(130)에 저장되어 있는 제1파워영역(I)은 3W~30W로 정해지고, 제2파워영역은 30W~600W로 정해질 수 있다. 그리고, 출력파워 목표값이 제1파워영역(I)에 속하는 경우에 파워 제어에 사용되는 제1분해능(△1)은 0.1W로 정해지고, 출력파워 목표값이 제2파워영역(Ⅱ)에 속하는 경우에 파워 제어에 사용되는 제2분해능(△2)은 1W로 정해질 수 있다.
이를 통해, 고주파 발생기(110)의 출력파워 목표값(Ws)이 13W인 경우에는, 13W의 출력파워 목표값은 제1파워영역(I)에 속하고, 제1파워영역(I)에는 제1분해능(△1)이 0.1W이므로, 입력 신호의 최소값(예를 들어, △=0.01Volt)을 변동시킴에 따라 인가되는 RF전원(P)의 파워값(W)은 0.1W씩 증감하므로, 출력파워 목표값(Ws)에 도달하도록 입력 신호를 제어하면 실제 인가되는 파워값(W)은 12.9W~13.1W의 범위 내에서 제어된다. 이 경우에, 인가되는 파워값(W)의 출력파워 목표값(Ws)에 대한 편차 비율은 (13-12.9)*100/13 = 0.77%의 범위 내에 있게 되어, 출력파워 목표값(Ws)에 매우 근접한 상태로 제어될 수 있다.
이와 유사하게, 고주파 발생기(110)의 출력파워 목표값(Ws)이 300W인 경우에는, 300W의 출력파워 목표값은 제2파워영역(Ⅱ)에 속하고, 제2파워영역(Ⅱ)에는 제2분해능(△2)이 1.0W이므로, 입력 신호의 최소값(예를 들어, △=0.01Volt)을 변동시킴에 따라 인가되는 RF전원(P)의 파워값(W)은 1.0W씩 증감하므로, 출력파워 목표값(Ws)에 도달하도록 입력 신호를 제어하면 실제 인가되는 파워값(W)은 299W~301W의 범위 내에서 제어된다. 이 경우에, 인가되는 파워값(W)의 출력파워 목표값(Ws)에 대한 편차 비율은 (300-299)*100/300= 0.33%의 범위 내에 있게 되어, 출력파워 목표값(Ws)에 매우 근접한 상태로 제어될 수 있다.
이를 통해, 종래에 출력파워 목표값에 무관하게 일률적으로 분해능(△W)이 정해짐에 따라, 분해능(△W)을 작게 설정하면 고주파 발생기(100)에서 출력할 수 있는 파워 범위가 낮게 제한될 수 밖에 없고, 분해능(△W)을 크게 설정하면 고주파 발생기(110)에서 출력할 수 있는 파워 범위가 높지만 낮은 출력파워 목표값(Ws)의 대역에서는 실제 인가되는 파워값(W)과 출력파워 목표값(Ws)과의 편차 비율이 커져 정확한 파워로 RF전원(P)을 인가하지 못하여, 증착되는 박막(Cx)에 스트레스가 누적되어 피로에 의한 내구성 저하 등의 문제점들을 해결할 수 있게 된다.
여기서, 제1파워영역(I)과 제2파워영역(Ⅱ)에서의 분해능(△1, △2)은 도4에 도시된 제어부(140)의 제어 회로(141, 142)에 의하여 정해진다. 여기서, 조절하고자 하는 파워의 대역이 넓은 경우에는 분해능(△W)이 커질수 밖에 없으므로, 제1제어회로(141)는 인가하는 파워의 대역을 작게 설정하는 대신에 분해능(△1)이 작게 정해지도록 구성되고, 제2제어회로(142)는 인가되는 파워의 대역이 보다 더 크게 설정되지만 분해능(△)도 더 크게 정해지도록 구성된다.
이에 따라, 공정 챔버(120)에서 처리될 예정인 처리 공정을 위하여 고주파 발생기(RF Generator, 110)로부터 출력예정인 설정 출력값(Ws)이 제1파워영역(I)에 속하는 것으로 메모리(130)로부터 신호를 수신하면, 제어부(140)는 고주파 발생기(110)와 연결시키는 스위치(SW)를 제1제어회로(141)와 연결시키고, 설정 출력값(Ws)이 제2파워영역(Ⅱ)에 속하는 것으로 메모리(130)로부터 신호를 수신하면, 제어부(140)는 고주파 발생기(110)와 연결시키는 스위치(SW)를 제2제어회로(142)와 연결시킨다.
그러면, 각각의 제어 회로(141, 142)에 설정되어 있는 분해능(△1, △2)에 따라 고주파 발생기(110)로부터 출력되어 인가되는 RF전원의 파워값이 제어된다. 이 때, 각각의 제어 회로(141, 142)에는 가변 저항이 구비되어, 가변 저항값을 조절하는 것에 의해 고주파 발생기(110)로부터 출력되는 RF 전원의 파워값이 조절될 수 있다. 필요한 경우에는 전력 증폭기(145)가 구비될 수도 있다.
한편, 도5b에 도시된 바와 같이, 메모리(130)에 저장되어 있는 파워 영역(I, Ⅱ)은 3개 이상으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 제1파워영역(I)은 3W ~ 30W, 제2파워영역(Ⅱ)은 30W~100W, 제3파워영역(Ⅲ)은 100W ~ 600W로 보다 세분화하여 나뉠 수 있다. 이 경우에는, 도4에 도시된 제어 회로는 3개이상이 구비되어 스위치(SW)의 스위칭 동작에 의하여 3개 이상의 제어 회로(141, 142,...) 중 어느 하나와 연결되어, 연결된 제어 회로에서 정해진 분해능에 따라 RF전원의 파워값을 제어하게 된다.
한편, 공정 챔버(120)에 인가하는 RF전원의 파워값은 공정 중에 일정하게 유지될 수도 있지만, 메모리(130)에 미리 정해진 패턴에 따라 변동할 수도 있고, 공정 챔버(120) 내의 모니터링 수단(미도시)에 의해 모니터링되는 결과에 따라 변동될 수도 있다. RF전원의 파워값이 처리 공정 중에 변동하는 경우에는, 공정 중에 변동되는 출력파워 목표값이 어느 파워 영역에 속하는지에 따라 스위치(SW)가 적정한 제어 회로(141, 142,...)에 연결하여 그에 맞는 분해능으로 RF전원의 파워값이 제어된다.
상기 입력부(150)는 메모리(130)에 저장되어 있는 데이터를 수정하거나 조작하는 데 사용될 수 있다. 즉, 메모리(130)에 저장되어 있는 데이터(예를 들어, 파워 영역(I, Ⅱ, Ⅲ)의 경계값(Wc1, Wc2,...: Wc)은 축적된 노하우나 변경된 공정 상태에 따라 입력부(150)를 통해 추가되거나 변경될 수 있다.
공정 챔버(120)에서 행해지는 처리 공정에 따라 미리 정해진 공정 변수가 입력되어 자동으로 제어부(140)의 제어 동작이 행해질 수도 있지만, 입력부(150)에 의하여 작업자에 의해 행해질 수도 있다.
상기 정합 회로망(160)은 고주파 발생기(110)로부터의 RF전원의 임피던스를 공정 챔버(120)의 부하 임피던스와 켤레가 되도록 매칭시키는 역할을 한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용한 기판 처리 방법을 상술한다. 일예로, 공정 챔버(120)의 서셉터(124)에 거치된 기판(G)의 표면에 서로 다른 2개의 박막을 증착하고자 하는데, 첫번째 박막을 증착하기 위해서는 12W의 출력파워 목표값으로 인가하고, 두번째 박막을 증착하기 위해서는 200W의 출력파워 목표값으로 인가하는 경우의 처리 방법을 상술한다.
단계 1: 먼저, 공정 챔버(120)에서 행해지는 처리 공정에 따라 미리 정해진 공정 변수의 데이터를 저장하고 있는 메모리(130)로부터, 제어부(140)는 첫번째 박막을 증착하기 위하여 공정 챔버(120)에 인가하고자 하는 RF전원의 출력파워 목표값(Ws)을 입력받거나 호출한다.
단계 2: 그리고 나서, 출력파워 목표값(Ws)이 메모리(130)에 저장되어 있는 제1파워영역(I)과 제2파워영역(Ⅱ) 중 어느 영역에 속하는지를 제어부(140)에서 판단한다(S120).
첫번째 박막을 증착하기 위한 출력파워 목표값(Ws)이 12W이고, 제1파워영역(I)과 제2파워영역(Ⅱ)의 경계(Wc)가 30W이므로, 출력파워 목표값(Ws)은 30W 이하인 12W 이어서 제1파워영역(I)에 속하게 된다(S121). 따라서, 제어부(140)는 스위치(SW)를 제1제어회로(141)와 연결시키고, 제1제어회로(141)에서 정해진 0.1W의 분해능(△1)에 따라 인가되는 RF전원의 파워값을 제어하여(S122), 고주파 발생기(110)로부터 11.9W~12.1W의 범위 내의 파워값으로 공정 챔버(120)에 RF전원을 인가하여 첫번째 박막을 증착한다.
단계 3: 그리고 나서, 기판(G)은 서셉터(124)에 그대로 위치한 상태에서, 1차 증착 공정이 행해진 공정 챔버(120)의 내부를 퍼지 가스(미도시)를 공급하여 1차 공정가스를 배출시킨다.
단계 4: 그리고 나서, 공정 챔버(120)에서 행해지는 처리 공정에 따라 미리 정해진 공정 변수의 데이터를 저장하고 있는 메모리(130)로부터, 제어부(140)는 두번째 박막을 증착하기 위하여 공정 챔버(120)에 인가하고자 하는 RF전원의 출력파워 목표값(Ws)을 호출한다.
이 때의 출력파워 목표값(Ws)이 30W를 초과하는 200W이므로 메모리(130)에 저장된 파워 영역들 중에 제2파워영역(Ⅱ)에 속하게 된다(S123). 따라서, 제어부(140)의 스위치(SW)를 제2제어회로(142)와 연결시키고, 제2제어회로(142)에서 정해진 1.0W의 분해능(△2)에 따라 인가되는 RF전원의 파워값을 제어하여(S124), 고주파 발생기(110)로부터 199W~201W의 범위 내의 파워값으로 공정 챔버(120)에 RF전원을 인가하여 두번째 박막을 증착한다.
상기와 같이, 본 발명은, 고주파 발생기로부터 출력하고자 하는 파워값이 속하는 대역에 따라, 대역별로 서로 다른 모드에서 서로 다른 분해능으로 파워값이 제어되게 구성됨으로써, 하나의 기판 처리 장치에서의 2개 이상의 처리 공정을 행하고, 2개 이상의 처리 공정에서 필요로 하는 RF전원의 파워값의 차이가 크더라도, 각각의 출력파워 목표값의 크기에 부합하는 분해능으로 파워값을 조절할 수 있으므로, 출력파워 목표값에 보다 근접한 파워값을 도입하여 처리 공정의 정확성과 신뢰성을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 전술한 실시예에서와 같이, 하나의 기판에 서로 다른 이종막을 증착하는 경우에도, 하나의 처리 장치(100)에서 첫번째 박막과 두번째 박막이 적층되게 처리 공정을 행하더라도, 각각의 박막을 증착할 때에 필요로 하는 RF전원의 파워값의 차이에도 낮은 편차 비율을 유지하면서 보다 정확한 파워값을 인가할 수 있게 되므로, 증착막에 형성되는 응력 변화율을 최소화하여 내구 수명과 박막 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판 처리 장치 110: 고주파 발생기
120: 공정 챔버 122: 샤워 헤드
130: 메모리 140: 제어부
150: 입력부

Claims (16)

  1. 플라즈마가 발생되어 기판의 플라즈마 처리 공정이 이루어지는 공정 챔버로의 파워를 공급하여 상기 기판을 처리하는 장치로서,
    상기 공정 챔버로 파워를 출력하는 고주파 발생기(RF Generator)와;
    상기 고주파 발생기로부터 출력하고자 하는 출력 파워의 목표값에 따라 제1파워영역과 제2파워영역을 포함하는 2개 이상의 파워 영역대에서 상기 출력 파워의 조절단위인 분해능(resolution)을 다르게 적용하여 상기 출력 파워 목표값까지 도달하도록 제어하되, 상기 제1 파워영역에서 제1 분해능이 적용되도록 상기 출력 파워의 값을 조절하는 제1제어회로와, 상기 제2 파워영역에서 제2 분해능이 적용되도록 상기 출력 파워의 값을 조절하는 제2제어회로를 포함하여, 상기 파워영역에 따라 상기 제1 제어회로와 상기 제2제어회로중 어느 하나를 스위칭하여 상기 출력 파워의 값을 조절하는 제어부를;
    것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 출력 파워의 목표값에 따라 상기 제1파워영역과 상기 제2파워영역을 포함하는 2개 이상의 상기 파워 영역대를 저장하는 메모리를 더 포함하며;
    상기 출력 파워의 목표값이 상기 메모리에 저장된 파워 영역들 중 어느 파워 영역에 해당하는 경우, 미리 설정된 분해능을 적용하여 상기 출력 파워 목표값까지 도달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 메모리에 저장된 상기 제1파워영역과 상기 제2파워영역의 범위는 변경 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1파워영역의 파워값의 범위는 상기 제2파워영역의 파워값의 범위보다 더 작고, 상기 분해능은 상기 제1파워영역에서의 제1분해능과 상기 제2파워영역에서의 제2분해능을 포함하며, 상기 제1파워영역에서의 제1분해능은 상기 제2파워영역에서의 제2분해능보다 더 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1파워영역에서의 분해능은 상기 제2파워영역에서의 분해능에 비하여 1/5 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1제어회로와 상기 제2제어회로는 가변저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 파워영역대는 3W~30W 이며, 상기 제1 파워영역대의 제1 분해능은 0.1W~0.5W 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 파워영역대는 10W~300W 이며, 상기 제2 파워영역대의 제2 분해능은 1W 이상인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 2항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 제7항 내지 제9항 중 어느 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판처리장치는 상기 제1파워영역에서 파워를 인가하여 제1증착막을 증착 형성하고, 상기 제2파워영역에서 파워를 인가하여 제2증착막을 증착 형성하는 것을 포함하는 이종막 증착 장치인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 플라즈마가 발생되어 기판의 플라즈마 처리 공정이 이루어지는 공정 챔버로의 파워를 공급하여 상기 기판을 처리하는 방법으로서,
    고주파 발생기로부터 출력하고자 입력된 출력 파워 목표값이 미리 저장되어 있는 제1파워영역과 제2파워영역을 포함하는 2개 이상의 파워 영역 중 어느 한 파워 영역에 해당하는 경우에, 상기 출력 파워 목표값이 해당하는 파워 영역에 기설정된 분해능을 상기 파워를 조절하되, 상기 제1파워영역에서의 상기 파워의 값을 조절하기 위한 제1제어회로와, 상기 제2파워영역에서의 상기 파워의 값을 조절하기 위한 제2제어회로를 포함하여, 상기 파워 영역에 따라 상기 제1제어회로와 상기 제2제어회로중 어느 하나를 스위칭하여 상기 출력 파워값이 상기 제1제어회로와 상기 제2제어회로에서 각각 예정되어 있던 분해능으로 정해지도록 하는 분해능 산정단계와;
    상기 분해능 산정단계에서 정해진 분해능으로, 상기 공정 챔버에 인가되는 상기 파워가 상기 출력 파워 목표값에 도달하도록 제어하는 파워 조절 단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 파워영역대는 3W~30W 이며, 상기 제1파워영역대의 제1 분해능은 0.1W~0.5W 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 파워영역대는 10W~300W 이며, 상기 제2 파워영역대의 제2 분해능은 1W 이상인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 파워영역의 파워값의 범위는 상기 제2 파워영역의 파워값의 범위보다 더 작고,
    상기 분해능은 상기 제1 파워영역에서의 제1 분해능과 상기 제2 파워영역에서의 제2 분해능을 포함하며,
    상기 제1 파워영역에서의 제1 분해능은 상기 제2 파워영역에서의 제2 분해능 보다 더 작은 단위인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.

  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1파워영역에서의 분해능은 상기 제2파워영역에서의 분해능에 비하여 1/5 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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