JP2013098172A - プラズマ供給ユニット及びこれを包含する基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ密度の低下を防止できるプラズマ供給ユニットが提供される。
【解決手段】本発明によるプラズマ供給ユニット３００はソースガスが供給される放電空間ＩＳが形成されたプラズマチャンバー３１０と、放電空間ＩＳに高周波電力を印加してソースガスを放電させる電力印加部３３０と、放電空間ＩＳに連結され放電されたソースガスが流入する流入空間ＦＳを有する流入ダクト３４０と、を含み、放電空間ＩＳを形成するプラズマチャンバー３１０の内側壁３１１は第１材質で形成され、流入空間ＦＳを形成する流入ダクト３４０の内側壁３４１は第１材質と異なる第２材質で形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は基板処理装置に関し、より詳細にはプラズマを利用して基板を処理する装置に関する。

半導体素子、平板表示パネル、及びソーラセル等の製造にはフォトレジストを除去するアッシング工程が包含される。アッシング工程はプラズマを利用してフォトレジストを除去する。

特許文献１にはアッシング工程を遂行できる基板アッシング装置が開示されている。プラズマはプラズマソース部で生成されて処理チャンバーへ供給される。プラズマソース部の放電空間に処理ガスが供給され、放電空間へ印加されたマイクロ波によって処理ガスが放電されながら、プラズマが生成される。放電空間を形成するプラズマソース部の内側壁は一般的に二酸化珪素ＳｉＯ２材質で形成される。二酸化珪素は反応性が小さいので、プラズマに含まれたイオンが再結合することを防止する物質として使用される。しかし、二酸化珪素は特定のガス、例えばヘリウム、水素、ネオン等の浸透には弱い。したがって、上記のガスを処理ガスとして使用する場合、二酸化珪素は容易に劣化されてパーティクル供給源として作用し、イオン再結合防止機能が低下してしまう。

韓国登録特許第１０−７５０８２８号公報

本発明の実施形態はプラズマ密度の低下を防止できるプラズマ供給ユニットを提供する。

また、本発明の実施形態はパーティクルの発生を最小化できるプラズマ供給ユニットを提供する。

本発明の一実施形態によるプラズマ供給ユニットは、ソースガスが供給される放電空間が形成されたプラズマチャンバーと、前記放電空間へ高周波電力を印加して前記ソースガスを放電させる電力印加部と、前記放電空間に連結され、前記放電されたソースガスが流入する流入空間を有する流入ダクトと、を含み、前記放電空間を形成する前記プラズマチャンバーの内側壁は第１材質で形成され、前記流入空間を形成する前記流入ダクトの内側壁は前記第１材質と異なる第２材質で形成される。

また、前記第１材質は前記第２材質より強度が強いことがあり得る。

また、前記第１材質はアルミニウム系列であり、前記第２材質は珪素系列であり得る。

また、前記第１材質は三酸化アルミニウムであり、前記第２材質は二酸化珪素であり得る。

本発明の一実施形態による基板処理装置は基板処理を遂行する処理空間が形成された処理チャンバーと、前記処理チャンバー内部に位置し、前記基板を支持する基板支持部と、ソースガスを放電させてプラズマを生成し、前記プラズマを前記処理空間へ供給するプラズマ供給ユニットと、を含み、前記プラズマ供給ユニットは前記処理チャンバーの上部に位置し、前記ソースガスが供給される放電空間が形成され得る。

また、前記放電空間へ高周波電力を印加して前記ソースガスを放電させる電力印加部と、前記プラズマチャンバーと前記処理チャンバーとの間に位置し、前記プラズマが前記放電空間から前記処理空間へ流入する流入空間が形成された流入ダクトと、を含み、前記放電空間を形成する前記プラズマチャンバーの内側壁は第１材質で形成され、前記流入空間を形成する前記流入ダクトの内側壁は前記第１材質と異なる第２材質で形成され得る。

また、前記第１材質は前記第２材質より強度が強いことがあり得る。

また、前記第１材質は金属材質であり、前記第２材質は非金属材質であり得る。

また、前記流入空間は前記放電空間に連結され、前記放電空間から前記プラズマが流入する流入口と、及び前記流入口に連結され、前記流入口で供給された前記プラズマが拡散される逆漏斗形状の拡散空間と、を包含できる。

本発明の実施形態によれば、プラズマに含まれた陽イオンの再結合が最小化されるので、プラズマの密度の低下が防止される。

また、本発明の実施形態によれば、プラズマに含まれた陽イオンのチャンバー壁の浸透が最小化されるので、イオン浸透によるパーティクルの発生が最小化する。

本発明の一実施形態による基板処理装置を示す図面である。 図１のプラズマ供給ユニットを示す図面である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態によるプラズマ供給ユニット及び基板処理装置を詳細に説明する。本発明の説明において、関連する公知の構成又は機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断した場合にはその詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態による基板処理装置を示す図面である。

図１を参照すれば、基板処理装置１０００は、プラズマを利用して基板Ｗを処理する。基板処理装置１０００は、処理ユニット（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ、１００）、排気ユニット（ｅｘｈａｕｓｔｉｎｇ ｕｎｉｔ、２００）、及びプラズマ供給ユニット（ｐｌａｓｍａ ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ ｕｎｉｔ、３００）を含む。処理ユニット１００は、プラズマを利用する基板処理工程を遂行する。排気ユニット２００は、処理ユニット１００の内部に留まる処理ガス及び基板処理過程で発生した反応産物等を外部へ排出する。そして、プラズマ供給ユニット３００は、基板Ｗの処理工程で必要とするプラズマ（ｐｌａｓｍａ）を生成して処理ユニット１００へ供給する。

処理ユニット１００は、処理チャンバー１１０、基板支持部１２０、及びバッフル１３０を含む。

処理チャンバー１１０は、内部に基板処理工程を遂行する処理空間１１１が形成される。処理チャンバー１１０は、上部壁が開放され、側壁には開口が形成され得る。基板は、開口を通じて処理チャンバー１１０の内部に導入される。開口は、ドア（図示せず）のような開閉部材によって開閉され得る。処理チャンバー１１０の底面には、排気ホール１１２が形成される。排気ホール１１２は、排気ユニット２００に連結され、処理チャンバー１１０内部に留まるガスと反応産物とが外部へ排出される通路を提供する。

基板支持部１２０は、処理空間１１１に位置し、基板Ｗを支持する。基板支持部１２０は、サセプタ１２１と支持軸１２２とを含む。サセプタ１２１は、円板形状に形成され、上面に基板Ｗが置かれる。サセプタ１２１の内部には電極（図示せず）が提供され得る。電極は外部電源に連結され、印加された電力によって静電気を発生させる。発生された静電気は基板Ｗをサセプタ１２１に固定させる。サセプタ１２１の内部にはヒーティングコイル（図示せず）と冷却コイル（図示せず）とが提供され得る。ヒーティングコイルは、基板Ｗを予め設定された温度に加熱する。アッシング工程の場合、基板は約２００℃程度に加熱できる。サセプタ１２１は、基板Ｗへ温度が効果的に伝達されるようにアルミニウム又はセラミック材質で形成され得る。冷却コイルは、加熱された基板Ｗを強制冷却させる。処理が完了した基板Ｗは、常温状態又は次の処理進行に要求される温度に冷却される。支持軸１２２は、円筒形状に形成され、サセプタ１２１の下部でサセプタ１２１を支持する。

バッフル１３０は、サセプタ１２１の上部に位置する。バッフル１３０にはホール１３１が形成される。ホール１３１は、バッフル１３０の上面から下面に貫通するホールとして提供され、バッフル１３０の各領域に均一に形成される。バッフル１３０は、プラズマ供給ユニット３００から供給されたプラズマを濾過する。プラズマは、自由ラジカル（ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌｓ）とイオン（ｉｏｎｓ）とを含む。自由ラジカルは、不十分な結合（ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）を有し、電気的に中性を示す。自由ラジカルは、反応性が非常に大きく、基板Ｗの上の物質と主に化学作用を通じて工程を遂行する。反面、イオンは電荷を有するので、電位差にしたがって一定な方向に加速される。加速されたイオンは、基板Ｗの上の物質と物理的に衝突して基板処理工程を遂行する。そのため、イオンはフォトレジスト膜のみでなく、基板パターンに衝突し得る。イオンの衝突は基板パターンを損傷させ得る。また、イオンの衝突はパターンの電荷量を変動させ得る。パターンの電荷量変動は後続工程に影響を及ぼす。このように、イオンが基板Ｗへ直接供給される場合、イオンは処理に影響を及ぼす。バッフル１３０は、上述したイオンによる問題を解決するために接地され得る。バッフル１３０の接地はプラズマの中で自由ラジカルを基板Ｗへ移動させ、イオンの移動を遮断する。

図２は、図１のプラズマ供給ユニットを示す図面である。図１及び図２を参照すれば、プラズマ供給ユニット３００は、処理チャンバー１１０の上部に位置する。プラズマ供給ユニット３００は、ソースガスを放電させてプラズマを生成し、生成されたプラズマを処理空間１１１へ供給する。プラズマ供給ユニット３００は、プラズマチャンバー３１０、ソースガス供給部３２０、電力印加部３３０、及び流入ダクト３４０を含む。

プラズマチャンバー３１０は、処理チャンバー１１０の上部に位置する。プラズマチャンバー３１０には、上面及び下面が開放された放電空間ＩＳが内部に形成される。プラズマチャンバー３１０の上端は、ガス供給ポート３１５によって密閉される。ガス供給ポート３１５は、ソースガス供給部３２０に連結される。ソースガス供給部３２０から供給されたソースガスは、ガス供給ポート３１５を通じて放電空間ＩＳへ供給される。ソースガスは、ヘリウムＨｅ、水素Ｈ_２、及びネオンＮｅの中で少なくともいずれか１つの成分を含む混合ガスが使用され得る。放電空間ＩＳを形成するプラズマチャンバーの内側壁３１１は、第１材質で形成され得る。第１材質は金属材質を含む。また、第１材質はアルミニウム系列を含む。さらに、第１材質は三酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を含む。

電力印加部３３０は、放電空間ＩＳへ高周波電力を印加する。電力印加部３３０は、アンテナ３３１と電源３３２とを含む。

アンテナ３３１は、誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）アンテナとして、コイル形状に形成される。アンテナ３３１は、プラズマチャンバー３１０の外部でプラズマチャンバー３１０に複数回巻かれる。アンテナ３３１は、放電空間ＩＳに対応する領域でプラズマチャンバー３１０に巻かれる。アンテナ３３１の一端は電源３３２に連結され、他端は接地される。

電源３３２は、アンテナ３３１へ高周波電流を供給する。アンテナ３３１へ供給された高周波電力は、放電空間ＩＳへ印加される。高周波電流によって放電空間ＩＳには誘導電場が形成され、ソースガスは誘導電場からイオン化に必要であるエネルギーを得てプラズマ状態に変換される。放電空間ＩＳにおいてプラズマは上下方向に対称である鐘状の分布に形成され得る。

流入ダクト３４０は、プラズマチャンバー３１０と処理チャンバー１１０との間に位置する。流入ダクト３４０は、処理チャンバー１１０の開放された上面を密閉し、下端にバッフル１３０が結合する。流入ダクト３４０の内部には流入空間ＦＳが形成される。流入空間ＦＳは、放電空間ＩＳと処理空間１１１とを連結し、放電空間ＩＳで生成されたプラズマが処理空間１１１へ供給される通路として提供される。流入空間ＦＳを形成する流入ダクト３４０の内側壁３４１は、第２材質で形成される。第２材質は、プラズマチャンバー３１０を形成する第１材質より低い強度を有する。第２材質は非金属材質を含む。また、第２材質は珪素系列を含む。さらに、第２材質は二酸化珪素ＳｉＯ２を含む。

流入空間ＦＳは、流入口ＦＳ１と拡散空間ＦＳ２とを包含できる。流入口ＦＳ１は、放電空間ＩＳの下部に位置し、放電空間ＩＳに連結される。放電空間ＩＳで生成されたプラズマは、流入口ＦＳ１を通じて流入する。拡散空間ＦＳ２は、流入口ＦＳ１の下部に位置し、流入口ＦＳ１と処理空間１１１とを連結する。拡散空間ＦＳ２は、下に行くほど、断面積がだんだん広くなる。拡散空間ＦＳ２は、逆漏斗形状を有し得る。流入口ＦＳ１から供給されたプラズマは、拡散空間ＦＳ２を通過する間に拡散される。

上述した基板処理装置を利用してアッシング工程を遂行し得る。ソースガス供給部３２０を通じて供給されたソースガスは、ガス供給ポート３１５を経て放電空間ＩＳへ供給される。電力印加部３３０から放電空間ＩＳへ高周波電力が印加され、印加された高周波電力は、ソースガスを放電させてプラズマを生成する。ソースガスが放電される過程で発生された陽イオンは、プラズマチャンバーの内側壁３１１へ浸透され得る。陽イオンは浸透される過程で電子と再結合して中性粒子に変えられ、これによって、プラズマ密度が減少される。放電空間ＩＳを形成するプラズマチャンバーの内側壁３１１は、イオン浸透に強い材質で形成されるので、プラズマ密度の減少を防止することができる。アルミニウム系列の材質、特に三酸化アルミニウムは、ヘリウムガス、水素ガス、及びネオンガスの浸透に強く、ガスとの反応性が小さい特性を有する。そのため、上述したガスが混合されたソースガスが放電空間ＩＳの内で放電されても、プラズマチャンバーの内側壁３１１へイオンの浸透が容易に生じない。これによって、プラズマが発生した後、密度が減少する現象が極少化され、イオンのプラズマチャンバー内側壁３１１の浸透によるパーティクルの発生が最小化される。

放電空間ＩＳで発生されたプラズマは、流入空間ＦＳへ流れる。プラズマは、流入口ＦＳ１を通じて拡散空間ＦＳ２へ供給される。流入空間ＦＳを形成する流入ダクト３４０の内側面は、珪素材質で形成される。珪素材質、特に二酸化珪素は反応性が低いが、ヘリウムガス、水素ガス、及びネオンガス等の浸透には弱い特性がある。しかし、流入空間ＦＳは、放電空間ＩＳとは異なり、高周波電力が直接印加される空間ではないので、放電空間ＩＳよりもイオンの浸透の発生がより少ない。そのため、流入空間ＦＳにおいて、イオンと流入ダクトの内側壁３４１の反応程度が低くできる。また、二酸化珪素は反応性が低いので、プラズマに含まれた陽イオンと流入ダクト内側壁３４１との再結合を防止する役割を果たす。

プラズマは、拡散空間ＦＳ２を通過する間に拡散され、バッフル１３０へ移動する。プラズマ成分の中で、イオンは、接地されたバッフル１３０によって、処理空間１１１への移動が遮断され、自由ラジカルのみが処理空間１１１へ移動する。自由ラジカルは、基板Ｗへ供給されて基板Ｗの表面に塗布されたレジストを除去する。

上述した実施形態では、電力印加部３３０がコイル形状のアンテナ３３１を含むことを説明したが、放電空間に高周波電力を印加する構造は多様に変更できる。例えば、特許文献１に開示されたように、電力印加部は導波管とマグネトロンとの結合に構成され得る。

また、上述した実施形態では、プラズマを利用するアッシング処理を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、プラズマを利用する多様な処理、例えばエッチング工程や蒸着工程等にも適用され得る。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するものではなく、単なる説明のためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は下記の請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。

１００ 処理ユニット、
２００ 排気ユニット、
３００ プラズマ供給ユニット、
３１０ プラズマチャンバー、
３２０ ソースガス供給部、
３３０ 電力印加部、
３４０ 流入ダクト、
ＩＳ 放電空間、
ＦＳ 流入空間。

Claims (8)

1. ソースガスが供給される放電空間が形成されたプラズマチャンバーと、
   前記放電空間へ高周波電力を印加して前記ソースガスを放電させる電力印加部と、
   前記放電空間に連結され、前記放電されたソースガスが流入する流入空間を有する流入ダクトと、を含み、
   前記放電空間を形成する前記プラズマチャンバーの内側壁は第１材質で形成され、
   前記流入空間を形成する前記流入ダクトの内側壁は前記第１材質と異なる第２材質で形成されるプラズマ供給ユニット。
2. 前記第１材質は前記第２材質より強度が強い請求項１に記載のプラズマ供給ユニット。
3. 前記第１材質はアルミニウム系列であり、
   前記第２材質は珪素系列である請求項１又は請求項２に記載のプラズマ供給ユニット。
4. 前記第１材質は三酸化アルミニウムであり、
   前記第２材質は二酸化珪素である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ供給ユニット。
5. 基板処理を遂行する処理空間が形成された処理チャンバーと、
   前記処理チャンバー内部に位置し、前記基板を支持する基板支持部と、
   ソースガスを放電させてプラズマを生成し、前記プラズマを前記処理空間へ供給するプラズマ供給ユニットと、を含み、
   前記プラズマ供給ユニットは、
   前記処理チャンバーの上部に位置し、前記ソースガスが供給される放電空間が形成されたプラズマチャンバーと、
   前記放電空間へ高周波電力を印加して前記ソースガスを放電させる電力印加部と、
   前記プラズマチャンバーと前記処理チャンバーとの間に位置し、前記プラズマが前記放電空間から前記処理空間へ流入する流入空間が形成された流入ダクトと、を含み、
   前記放電空間を形成する前記プラズマチャンバーの内側壁は第１材質で形成され、
   前記流入空間を形成する前記流入ダクトの内側壁は前記第１材質と異なる第２材質で形成される基板処理装置。
6. 前記第１材質は前記第２材質より強度が強い請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記第１材質は金属材質であり、
   前記第２材質は非金属材質である請求項５又は請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記流入空間は、
   前記放電空間に連結され、前記放電空間から前記プラズマが流入する流入口と、
   前記流入口に連結され、前記流入口から供給された前記プラズマが拡散される逆漏斗形状の拡散空間と、を含む請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の基板処理装置。