KR100750828B1 - 기판 에싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식각 공정에서 발생된 폴리머 또는 이온 주입 공정에 의한 변형된 포토레지스트를 제거하는 에싱 장치에 관한 것이다. 본 발명의 에싱 장치는 기판 처리 공정이 수행된 프로세스 공간을 제공하는 그리고 일측면에 기판의 입출을 위한 게이트 슬릿과 상기 게이트 슬릿을 개폐하는 게이트 밸브를 갖는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에 설치되며 상기 게이트 슬릿을 통해 들어온 기판이 놓여지는 기판 지지부를 포함하되; 상기 공정챔버는 상기 기판 지지부에 놓여진 기판으로 제공되는 공정가스나 플라즈마의 흐름이 전방향으로 균일하게 형성되도록 내측면에 상기 게이트 슬릿과 동일한 형상의 더미 게이트 슬롯이 빙 둘러 형성된다. 본 발명에 의하면, 공정 챔버 내부 공간의 공간적인 불균형을 최소화할 수 있어, 플라즈마 처리 등을 수행하는 경우에 균일한 플라즈마 밀도를 제공하여 유니폼(Uniform)한 기판 처리가 가능하다.

Description

기판 에싱 장치{APPARATUS FOR ASHING SUBSTRATES}

도 1은 종래 에싱 장치를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 에싱 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 에싱 장치에서의 플라즈마 흐름을 보여주는 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 공정 챔버

112 : 게이트 슬롯

118 : 더미 게이트 슬롯

120 : 기판 지지부

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 기판이 공정챔버로 로딩/언로딩될 때 열리고 닫히는 게이트 밸브를 갖는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

통상적으로 반도체 웨이퍼 또는 액정기판을 처리하기 위한 장치에서, 반도체 웨이퍼 또는 액정기판은 공정 챔버에 구비되는 기판 이송 통로인 게이트 슬롯을 통하여 입출입되는데, 이러한 게이트 슬롯에는 이 통로를 개폐하는 게이트 밸브가 구비된다.

도 1에서와 같이, 게이트 밸브(20)는 공정 챔버(10)의 일측벽(13)에 설치되어 공정 챔버(10)의 기판 이송 통로인 게이트 슬롯(12)을 개폐한다. 상기와 같은 구조에서, 기판(w)은 공정챔버(10) 일측면에 형성된 게이트 슬롯(12)을 통하여 공정 챔버(10) 내로 반입 또는 반출된다.

이상과 같은 종래의 공정 챔버에서는 다음과 같은 문제점이 발생한다.

종래의 게이트 밸브(20)는 공정 챔버(10) 외부에 결합되어 선택적으로 공정 챔버(10)의 일측면에 형성된 게이트 슬롯(12)을 개폐하므로, 공정 챔버(10) 내부의 공간적인 비대칭이 발생하여 기판(w)에 대한 플라즈마 처리 등을 수행하는 경우 불균일이 발생한다. 즉, 공정 챔버(10) 일측면(13)에 형성된 게이트 슬롯(12)에 의하여 챔버 격벽의 두께 만큼의 공간적인 불균일이 발생하고, 이에 따라 공정 챔버(10) 내부에서 플라즈마 처리 등을 수행하는 경우에 유니폼(Uniform)한 처리가 어려워지는 문제점이 발생한다. 특히, 기판의 좌우 가장자리 부분(a 부분과 b 부분)에서 플라즈마 밀도 차이가 존재하고, 이로 인하여 기판 처리의 균일도가 떨어진다.

한편, 이러한 문제를 개선시키기 위하여 도어 안쪽에만 슬릿을 함께 작동하여 이러한 문제를 막는 방법도 사용하지만, 이를 사용하는 경우 공정 챔버 내부에 무빙 파트가 들어가게 되어 이것으로부터 기인된 문제인 파티클 발생과 에러 발생 등으로 인한 문제가 나온다.

본 발명의 목적은 공정 챔버 내부 공간의 공간적인 불균형을 최소화할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 공정 챔버 내부에서 플라즈마 처리 등을 수행하는 경우에 균일한 플라즈마 밀도를 제공하여 유니폼(Uniform)한 기판 처리가 가능한 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 기판 처리 장치는 기판 처리 공정이 수행된 프로세스 공간을 제공하는 그리고 일측면에 기판의 입출을 위한 게이트 슬릿과 상기 게이트 슬릿을 개폐하는 게이트 밸브를 갖는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에 설치되며 상기 게이트 슬릿을 통해 들어온 기판이 놓여지는 기판 지지부를 포함하되; 상기 공정챔버는 상기 기판 지지부에 놓여진 기판으로 제공되는 공정가스나 플라즈마의 흐름이 전방향으로 균일하게 형성되도록 내측면에 상기 게이트 슬릿과 동일한 형상의 더미 게이트 슬롯이 빙 둘러 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정챔버는 상측에 프로세스 영역으로 플라즈마 또는 공정가스를 공급하는 가스 분배 플레이트를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스 분배 플레이트의 상측에 플라즈마 생성을 위한 플라즈마 소스부를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정챔버는 바닥에 대칭되게 형성되는 배 기구를 더 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 에싱 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

본 실시 예에서는 플라즈마를 이용하여 사진 공정 후 기판상에 남아 있는 불필요한 감광제를 제거하는 플라즈마 애싱 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 다른 종류의 모든 장치에도 적용될 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는 플라즈마를 생성시키기 위한 에너지원으로 마이크로파를 예로 들어 설명하지만, 이외에도 고주파 전원 등 다양한 에너지원이 사용될 수 있다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 에싱 장치(100)는 플라즈마 소스부에서 생성되는 라디칼을 이용하여 반도체 소자 제조용 기판(이하 기판이라고 함)의 표면을 에싱하기 위한 반도체 제조 장치이다.

에싱 장치(100)는, 소정의 밀폐된 분위기를 제공하는 공정 챔버(process chamber, 110)가 있고, 이 공정 챔버(110) 내부에는 게이트 슬롯(112)의 개방에 따라 로봇에 의해 투입 위치되는 기판(w)이 놓여지는 기판 지지부(120)가 구비된다. 게이트 슬롯(112)은 게이트 밸브(114)에 의해 개폐된다.

기판 지지부(120)는 기판을 일정온도로 가열하기 위한 히터 및 상술한 로봇으로 하여금 기판의 이송이 용이하도록 기판을 지지하는 형태로 승하강 구동하는 리프트 어셈블리(미도시됨) 등이 구비된 통상의 구성을 갖는다. 기판 지지부(120)는 기판(w)상의 포토레지스터가 제거될 수 있는 적정온도(200-400??)로 유지된다. 도시하지 않았지만, 통상의 리프트 어셈블리는 게이트 슬롯(112)의 개방에 따라 로봇(미도시됨)에 의해 투입 위치되는 기판(w)의 저면을 받쳐 지지하는 리프트 핀들과, 리프트 핀들을 상승(업 위치)/하강(다운 위치)시키기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 기판(w)은 리프트 핀들에 의해 기판 지지부 상면으로부터 이격된 업 위치와, 기판 지지부 상면에 놓이는 다운 위치로 이동하게 된다.

공정 챔버(110)의 바닥에는 진공펌프에 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 116)가 대칭으로 형성된다. 진공 배기부(150)는 공정 챔버(110)의 내부를 진공 상태로 형성하고, 에싱 공정이 수행되는 동안 발생하는 반응 부산물 등을 배출시키기 위한 것으로, 펌프(152)와, 진공흡입포트(116)에 연결되는 진공라인(154)을 포함한다. 공정 챔버(110)와 펌프(152)를 연결하는 진공라인(154)에는 각종 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 진공라인(154)을 개폐하고 개폐 정도를 조절 함으로써 진공 정도를 조절한다.

공정 챔버(110)의 상부에는 가스 분배 플레이트(130)와 플라즈마 소스부(160) 그리고 가스 공급부(170)가 위치되며, 플라즈마 소스부(160)에서 생성된 라디칼 또는 가스 공급부(170)를 통해 제공받은 공정 가스는 기판(w)에 대향하여 설치되는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP;130)를 통해 공정 챔버(110)로 제공된다. 가스 분배 플레이트(130)는 균일한 가스 공급을 위해 동심원주에 일정 간격으로 형성되는 다수의 분사공(132)들을 갖는다.

플라즈마 소스부(160)에는 도파관(Wave Guide : 162)을 통해 마그네트론(Magnetron : 164)이 연결되며, 마그네트론(164)은 플라즈마 생성을 위한 마이크로파를 발생시킨다. 그리고 플라즈마 소스부(160)의 일측에는 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 유입구(166)가 설치된다. 가스 유입구(166)를 통해 공급되는 반응 가스와 마그네트론(160)에서 발생된 마이크로파를 이용하여 플라즈마 소스부(160)의 내부에 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 소스부(160)에서 생성된 플라즈마는 기판(W)상의 감광액을 제거하는 애싱 공정이 진행되는 공정 챔버(110)로 전달된다.

한편, 공정챔버(110)는 기판 지지부(120)에 놓여진 기판으로 제공되는 공정가스나 플라즈마의 흐름이 전방향으로 균일하게 형성되도록 내측면에 게이트 슬릿(112)과 동일한 형상의 더미 게이트 슬롯(118)이 빙 둘러 형성된다.

도 2에서 보여주는 바와 같이, 공정챔버(110)는 기판이 들어오고 나가는 게이트 슬릿(112)에 의해 일측면(111a)이 오목한 형태를 띄게 되며, 일측면(111a)으 로부터 연장된 타측면(111b)을 따라 게이트 슬릿(112)과 동일한 형상으로 더미 게이트 슬롯(118)을 빙 둘러 형성하여 오목한 형태를 갖게 되는 동일 측면 구조로 이루어진다. 이러한 동일 측면 구조의 공정챔버(110)에서는 기판으로 제공되는 공정가스나 플라즈마의 흐름이 전방향으로 균일하게 형성함으로써 기판(w)의 가장자리에 형성되는 플라즈마 밀도를 균일화함으로써 애싱 균일도를 향상시킨다.

도 2 및 도 3을 참조하면서 상술한 에싱 장치에서의 에싱 공정을 상세히 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 에싱 공정은 식각 공정 또는 이온주입공정에서 사용된 포토레지스트를 제거하는 공정으로, 폴리머 및 포토레지스트를 효과적으로 제거하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 에싱 공정은 제거되어야 할 포토레지스트(및 폴리머)가 형성되어 있는 기판(w)이 공정 챔버(110)의 내부(자세히 말하면 기판 지지부의 상부)로 로딩하는 단계를 포함한다. 상기 단계에서 기판의 이송은 공정 챔버(110) 밖에 설치된 로봇(또는 핸들러)에 의해 이루어진다. 참고로, 공정이 시작됨과 동시에 기판 지지부(120)는 200도-400도로 승온된 상태로 공정이 완료될 때까지 그 온도를 유지하거나 또는 각 단계(전처리 단계, 메인 에싱 단계)에 따라 온도가 조절될 수 있다. 기판(w)이 게이트 슬롯(112)을 통해 공정 챔버(110) 내부로 이송되면, 기판(w)이 리프트 핀들에 의해 지지된다. 리프트 핀들은 핀 구동장치가 작동하여 기판 지지부로부터 상승하면서 기판(w)을 지지하게 된다. 기판이 리프트 핀들에 의해 지지되면 로봇은 공정 챔버(110) 밖으로 원위치 된다.

공정 챔버(110)가 밀폐된 상태에서 진공펌프(152)를 가동시켜 공정 챔버(110)를 8-12토르(torr)(바람직하게는 10토르 정도)의 진공상태로 만든다. 공정 챔버(110)가 상압에서 진공상태로 전환되는 동안 기판(w)은 기판 지지부(120)로부터 이격된 상태에서 대기하게 된다.

공정 챔버(110)를 고진공 상태로 감압하고 기판이 승온되면, 메인 에싱 과정이 진행된다.

메인 에싱 단계는 포토레지스트(또는 폴리머)를 산소 플라즈마를 이용하여 제거하는 공정이다. 우선, 프로세스 가스(O2)가 플라즈마 소스부(160)로 공급되고, 플라즈마 소스부(160)에서 생성된 라디칼 등은 가스 분배 플레이트(130)를 통해 기판(w) 상부로 제공되어 기판의 포토레지스트(또는 식각 과정에서 발생된 폴리머 등)를 제거하게 된다. 이 과정에서, 기판으로 제공되는 플라즈마의 흐름이 전방향으로 균일하게 형성하여 기판의 가장자리 전체에 형성되는 플라즈마 밀도를 균일화함으로써 애싱 균일도를 향상시킨다.

이처럼, 본 발명은 공정 챔버 내부의 플라즈마 밀도가 균일한 상태에서 라디칼 등의 플라즈마 가스에 의해 에싱처리되기 때문에 애싱 균일도가 향상된다. 메인 에싱 단계에서 프로세스 가스에는 산소(O2) 이외에 첨가 가스로써 질소(N2), 수증기(H2O) 등이 함께 공급되어 질 수 있다. 또한 산소 가스에 사불화탄소(CF4) 가스가 첨가된 플라즈마를 사용하여 포토레지스트 표면과 폴리머를 제거하는 단계와, 산소 플라즈마를 사용한 벌크 포토레지스트 제거 단계로 나누어 진행될 수 도 있다.

기판의 포토레지스트(또는 폴리머) 제거가 완료되면 파워와 가스 공급을 중단하고, 공정 챔버(110)를 진공으로 펌핑시켜 챔버 내부를 정화시킨 다음, 다시 질소가스를 공급하여 공정 챔버(110) 내부를 대기압으로 형성시킨 후, 리프트 핀을 상승시키고 기판을 언로딩함으로써 에싱공정이 완료된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 공정 챔버 내부 공간의 공간적인 불균형을 최소화할 수 있다. 본 발명은 공정 챔버 내부에서 플라즈마 처리 등을 수행하는 경우에 균일한 플라즈마 밀도를 제공하여 유니폼(Uniform)한 기판 처리가 가능하다.

Claims (5)

1. 기판 처리 장치에 있어서:

   기판 처리 공정이 수행된 프로세스 공간을 제공하는 그리고 일측면에 기판의 입출을 위한 게이트 슬릿과 상기 게이트 슬릿을 개폐하는 게이트 밸브를 갖는 공정챔버;

   상기 공정챔버 내부에 설치되며 상기 게이트 슬릿을 통해 들어온 기판이 놓여지는 기판 지지부를 포함하되;

   상기 공정챔버는 상기 기판 지지부에 놓여진 기판으로 제공되는 공정가스나 플라즈마의 흐름이 전방향으로 균일하게 형성되도록 내측면에 상기 게이트 슬릿과 동일한 형상의 더미 게이트 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 더미 게이트 슬롯은 상기 게이트 슬릿의 양단과 연결되도록 상기 공정챔버의 내측면 둘레를 따라서 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공정챔버는 상측에 프로세스 영역으로 플라즈마 또는 공정가스를 공급하는 가스 분배 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 기판 처리 장치는

   상기 가스 분배 플레이트의 상측에 플라즈마 생성을 위한 플라즈마 소스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 공정챔버는 바닥에 대칭되게 형성되는 배기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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