KR100757853B1 - 플라즈마 생성 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 생성 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치를 개시한 것으로서, 리모트 타입 플라즈마 방전 전극의 상부 전극 상측에 처리 가스의 흐름을 균일하게 유도하기 위한 송풍기가 구비되는 것을 특징으로 가진다.

이러한 특징에 의하면, 플라즈마 방전 전극의 전면(全面)에 균일하게 처리 가스를 공급하여, 방전 전극들 사이에 생성되는 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지함으로써, 플라즈마 처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 생성 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.

플라즈마, 전극, 처리 가스, 송풍기

Description

플라즈마 생성 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치{PLASMA GENERATION APPARATUS AND SUBSTRATES TREATING APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 생성 장치의 개략적 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 과정을 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 동작 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 기판 지지 부재 140 : 구동부

200 : 플라즈마 처리부 220 : 플라즈마 생성 장치

221 : 처리 가스 유입구 222 : 하우징

223 : 상부 전극 225 : 하부 전극

230 : 전원 공급부 240 : 송풍기

300 : 세정 처리부 320 : 약액 공급 부재

340 : 건조 가스 공급 부재

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상압의 분위기에서 플라즈마를 생성시켜 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마는 제 4의 물질 상태로써, 외부에서 가해진 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields) 등에 의해 생성된 이온, 전자, 라디칼 및 중성 입자로 구성되어, 전기적으로 중성을 이루는 물질 상태이다.

플라즈마 처리 장치는 반응 물질을 플라즈마 상태로 만들어 반도체 기판상에 증착하거나, 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 기판을 세정, 애싱(Ashing) 또는 식각 처리하는 장치를 말한다.

이러한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 상태가 이루어지는 챔버 내의 기압이 어떠한 압력 상태에 있는가에 따라, 저압 플라즈마 처리 장치와 상압 플라즈마 처리 장치 등으로 분류될 수 있다.

저압 플라즈마 처리 장치는, 진공에 가까운 저압 하에서 플라즈마를 발생시켜, 기판상에 박막을 형성하거나, 기판상에 형성된 소정 물질을 식각 혹은 애싱하는 처리 장치이다. 그러나, 저압 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버, 진공 배기 장치 등의 고가 장비가 요구되며, 또한 장치 내의 구성이 복잡하기 때문에 장비 유지 관리 및 진공 펌핑 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

이로 인해, 진공 장비가 요구되지 않는 대기압 하에서 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 상압 플라즈마 처리 장치가 제안되어 왔다. 그러나, 상압 플라즈마 처리 장치는, 대기압 하에서 전극들 사이의 방전시 발생하는 글로우 디스차 지(Glow Discharge) 상태가 열역학적 평형 상태인 아크 디스차지(Arc Discharge) 상태로 전환되어, 안정적인 플라즈마 특성을 나타내지 못해 플라즈마 처리 공정을 진행하기에 적합하지 않았다.

이 경우, 플라즈마 처리를 하는 방전 전극들을 절연 특성이 좋은 유전체 물질로 절연한 후 고주파 전원을 인가하면, 대기압 상태에서도 방전 전극들 사이에 사일런트(Silent) 방전이 일어나고, 캐리어 가스(Carrier Gas)로 준안정 상태인 불활성 기체, 예를 들어, 헬륨(He), 아르곤(Ar)을 이용하면 대기압 하에서도 균일하고 안정된 상태의 플라즈마를 얻을 수 있다.

일반적인 상압 플라즈마 처리 장치는 상하 이격 배치된 구조의 방전 전극들을 가지며, 이중 상부 전극에 형성된 홀들을 통해 방전 전극들 사이로 처리 가스를 공급한다. 그런데, 상부 전극 상측의 가스 공급 공간부의 높이가 낮아지고 그 면적이 넓어짐에 따라, 상부 전극의 전면(全面)에 걸쳐 처리 가스가 균일하게 공급되지 못하는 문제점이 있었다.

그리고, 처리 가스의 공급이 불균일해짐에 따라 플라즈마 밀도가 불균일해져, 플라즈마를 이용한 애싱이나 에칭 등의 처리 공정 시 공정의 균일도가 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 일반적인 상압 플라즈마 처리 장치가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 방전 전극의 전면(全面)에 균일하게 처리 가스를 공급하여, 생성 플라즈마의 밀도를 안정적으로 균일하게 유지할 수 있는 플라즈마 생성 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치는, 플라즈마를 생성하여 기판상에 공급하는 장치에 있어서, 하부가 개방되고, 상부에 처리 가스 유입구가 형성된 하우징과; 상기 하우징 내에 마주보도록 배치되는 상부 및 하부 전극과; 상기 처리 가스 유입구로부터 공급되는 처리 가스가 상기 상부 전극의 전면(全面)에 균일하게 분산되도록 상기 처리 가스의 흐름을 유도하는 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치에 있어서, 상기 송풍기는 그 축 방향으로 유입되는 처리 가스의 흐름을 중심부로부터 바깥 둘레 방향으로 유도하는 원심형 송풍기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서, 기판이 놓이는 기판 지지 부재와; 상기 기판 지지 부재에 놓인 기판상에 플라즈마를 공급하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리부;를 포함하되, 상기 플라즈마 처리부는 하부가 개방되고, 상부에 처리 가스 유입구가 형성된 하우징과; 상기 하우징 내에 마주보도록 배치되는 상부 및 하부 전극과; 상기 처리 가스 유입구로부터 공급되는 처리 가스가 상기 상부 전극의 전면(全面)에 균일하게 분산되도록 상기 처리 가스의 흐름을 유도하는 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

아래의 실시 예에서는 기판 처리 장치로 사진 공정 후 기판상에 남아있는 불필요한 감광막 층을 제거하는 애싱 장치를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 플라즈마를 이용하여 기판상에 막질을 증착하거나 기판을 세정 또는 식각 처리하는 다른 종류의 장치에도 적용될 수 있다.

( 실시 예 )

도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 생성 장치의 개략적 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 과정을 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 동작 상태도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)는 기판 지지 부재(100), 플라즈마 처리부(200) 및 세정 처리부(300)를 포함한다.

기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용한 건식 처리 방법과 약액을 이용한 습식 처리 방법을 순차적으로 사용하여 기판상에 남아있는 불필요한 감광막 층을 제거하는 하이브리드 형(Hybrid Type)의 애싱 장치이다. 먼저, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마 처리부(200)를 이용하여 기판 지지 부재(100)에 놓인 기판(W)상의 감광막 층을 1차적으로 제거한다. 그리고, 세정 처리부(300)의 약액 공급 부재(320)를 이용해 기판(W)상에 약액을 공급하여 기판(W)상에 남아있는 감광막 층을 2차적으로 제거한다. 기판(W)상의 감광막 층을 제거한 후에는, 기판(W)상에 탈이온수를 공급하여 기판(W)을 린스 처리하고, 세정 처리부(300)의 건조 가스 공급 부재(340)를 이용해 기판(W)상에 건조 가스를 공급하여 기판(W)을 건조시킨다.

기판 지지 부재(100)는 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 후술할 구동부(140)에 의해 회전된다. 기판 지지 부재(100)는 원형의 상부 면을 갖는 지지판(110)을 가지며, 지지판(110)의 상부 면에는 기판(W)을 지지하는 핀 부재(120)가 설치된다. 핀 부재(120)는 지지 핀(122)들과 정렬 핀(124)들을 가진다. 지지 핀(122)들은 지지판(110)의 상부 면 가장자리부에 소정 간격 이격되어 일정 배열로 배치되며, 지지판(110)으로부터 상측으로 돌출되도록 구비된다. 지지 핀(122)들의 외측에는 정렬 핀(124)들이 각각 배치되며, 정렬 핀(124)들은 상측으로 돌출되도록 구비된다. 지지 핀(122)들은 기판(W)의 하면을 지지하며, 정렬 핀(124)들은 지지 핀(122)들에 의해 지지된 기판(W)이 지지판(110) 상의 정 위치에 놓이도록 기판(W)을 정렬한다.

지지판(110)의 하부에는 지지판(110)을 지지하는 지지축(130)이 연결되며, 지지축(130)은 그 하단에 연결된 구동부(140)에 의해 회전한다. 구동부(140)는 모터 등으로 마련될 수 있다. 지지축(130)이 회전함에 따라 지지판(110) 및 기판(W) 이 회전하고, 기판(W)의 회전으로 인하여 기판 처리 공정의 진행시 플라즈마, 약액 및 건조 가스 등을 기판(W)의 전면(全面)에 균일하게 공급할 수 있다.

플라즈마 처리부(200)는 기판 지지 부재(100)에 놓인 기판(W)상으로 플라즈마를 공급하여 기판(W)을 처리한다. 플라즈마 처리부(200)는 플라즈마 생성 장치(220)와, 플라즈마 생성 장치(220)를 이동시키는 제 1 이동 암(250) 및 제 2 이동 암(270)을 포함한다.

플라즈마 생성 장치(220)는 그 내부에 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간이 마련되며, 하부가 개방된 구조의 하우징(222)을 포함한다. 하우징(222)은 중심부에 처리 가스 유입구(221)가 형성된 상부벽(222a)과, 상부벽(222a)의 가장자리부로부터 하측으로 연장 형성된 측벽(222b)을 가진다.

하우징(222)의 내부에는 한 쌍의 평행 평판형 전극이 구비된다. 전극은 하우징(222)의 상측에 설치되는 상부 전극(223)과, 상부 전극(223)에 대향하도록 하우징(222)의 측벽(222b) 하단에 설치되는 하부 전극(225)을 포함한다. 상부 전극(223)의 하면과 하부 전극(225)의 상면에는 절연 특성이 좋은 유전체 막(224,226)이 각각 구비된다. 유전체 막(224,226)은 플라즈마의 생성시 발생되는 아크(Arc)로 인하여 상부 전극(223) 및 하부 전극(225)이 손상되는 것을 방지한다. 상부 전극(223) 및 그 하면에 설치된 유전체 막(224)의 전면(全面)에는 다수의 가스 공급 홀들(227)이 일정 배열로 형성된다. 가스 공급 홀들(227)은 하우징(222) 상부벽(222a)의 처리 가스 유입구(221)를 통해 제공되는 처리 가스를 상부 전극(223)과 하부 전극(225) 사이의 공간으로 공급한다. 그리고, 하부 전극(225) 및 그 상면에 설치된 유전체 막(226)의 전면(全面)에는 전극들 사이에 생성된 플라즈마를 기판(W)상에 공급하기 위한 다수의 플라즈마 공급 홀들(228)이 형성된다.

상부 전극(223) 및 하부 전극(225)에는 전원을 인가하는 전원 공급부(230)가 연결된다. 상부 전극(223)은 고주파(Radio Frequency, RF) 전원에 연결되고, 하부 전극(225)은 접지되어 있다. 전원 공급부(230)는 상부 전극(223)에 고주파 전원을 인가하여 상부 전극(223)으로부터 플라즈마 발생을 위한 전자가 방출되도록 한다.

그리고, 하우징(222) 상부벽(222a)의 처리 가스 유입구(221)와 상부 전극(223)의 사이에는 송풍기(240)가 설치될 수 있다. 송풍기(240)로는 원심형 송풍기 등이 사용될 수 있다. 송풍기(240)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 처리 가스 유입구(221)를 통해 그 회전축(미도시) 방향으로 유입되는 처리 가스가 중심부로부터 바깥 둘레 방향을 향하여 흐르도록 처리 가스의 흐름을 유도한다. 그러면, 송풍기(240)에 의해 흐름이 유도된 처리 가스가 상부 전극(223)의 전면(全面)에 균일하게 분산되고, 분산된 처리 가스는 상부 전극(223)의 가스 공급 홀들(227)을 통해 상부 전극(223)과 하부 전극(225) 사이의 공간으로 균일하게 공급된다. 이와 같이, 송풍기(240)를 이용하여 상부 전극(223)의 전면(全面)에 균일하게 처리 가스를 공급함으로써, 전극들(223,225) 사이에 생성되는 플라즈마의 밀도를 안정적으로 균일하게 유지할 수 있게 된다.

플라즈마 생성 장치(220)의 상부에는 제 1 이동 암(250)의 일단이 연결되고, 제 1 이동 암(250)의 타단은 제 1 이동부(252)에 연결된다. 제 1 이동부(252)는 기판(W)과 나란한 방향으로 제 1 이동 암(250)을 직선 왕복 운동시키며, 제 1 이동 암(250)이 이동하면 플라즈마 생성 장치(220)도 함께 기판(W) 상부에서 이동한다. 제 1 이동부(252)의 하부에는 제 2 이동 암(270)의 일단이 연결되며, 제 2 이동 암(270)의 타단은 제 2 이동부(272)에 연결된다. 제 2 이동부(272)는 제 2 이동 암(270)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있으며, 뿐만 아니라 제 2 이동 암(270)을 회전시킬 수도 있다.

제 2 이동부(272)의 하단에는 플라즈마 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급 라인(280)이 연결된다. 처리 가스 공급 라인(280) 상에는 처리 가스 공급원(282)과 처리 가스의 공급 유량을 조절하는 밸브(284)가 배치된다. 그리고, 처리 가스 공급 라인(280)은 제 1 이동 암(250), 제 1 이동부(252), 제 2 이동 암(270) 및 제 2 이동부(272)를 통하여 플라즈마 생성 장치(220)에 연결된다. 처리 가스 공급 라인(280)을 통해 플라즈마 생성 장치(220)에 플라즈마 처리 가스가 공급되면, 그 내부의 전극들에 의해 형성된 전계에 의하여 플라즈마가 생성된다.

세정 처리부(300)는 플라즈마 처리된 기판(W)상에 약액 및 건조 가스를 공급하여 기판을 세정 건조한다. 세정 처리부(300)는 기판(W)상에 약액을 공급하는 약액 공급 부재(320)와, 기판(W)상에 건조 가스를 공급하는 건조 가스 공급 부재(340)를 포함한다.

약액 공급 부재(320)는 기판 지지 부재(100)의 일측에 구비되며, 약액을 이용하여 기판(W)을 처리한다. 약액 공급 부재(320)는 약액 노즐(322)과 약액 노즐 이동 암(324)을 포함한다. 약액 노즐(322)은 후술하는 약액 노즐 이동 암(324)의 상단으로부터 지면과 나란하게 연장되며, 끝단부는 아래 방향으로 경사지게 연장된 다. 약액 노즐 이동 암(324)은 지면에 수직하며, 상단에는 약액 노즐(322)이 연결된다. 약액 노즐 이동 암(324)의 하단에는 약액 노즐 이동부(326)가 연결된다. 약액 노즐 이동부(326)는 약액 노즐 이동 암(324)을 승강시키거나 회전시킬 수 있다. 약액 노즐 이동부(326)의 하단에는 약액 라인(328)이 연결된다. 약액 라인(328) 상에는 약액 공급원(330)과 약액의 공급 유량을 조절하는 밸브(332)가 배치된다. 그리고, 약액 라인(328)은 약액 노즐 이동 암(324) 및 약액 노즐 이동부(326)의 내부를 통하여 약액 노즐(322)에 연결된다.

가스 공급 부재(340)는 약액 공급 부재(320)의 일측에 구비되며, 기판(W)상에 건조 가스를 공급하여 기판(W)상에 남아 있는 약액을 건조시킨다. 가스 공급 부재(340)는 건조 노즐(342)과 건조 노즐 이동 암(344)을 포함한다. 건조 노즐(342)은 후술하는 건조 노즐 이동 암(344)의 상단으로부터 지면과 나란하게 연장되며, 끝단부는 아래 방향으로 경사지게 연장된다. 건조 노즐 이동 암(344)은 지면에 수직하며, 상단에는 건조 노즐(342)이 연결된다. 건조 노즐 이동 암(344)의 하단에는 건조 노즐 이동부(346)가 연결된다. 건조 노즐 이동부(346)는 건조 노즐 이동 암(344)을 승강시키거나 회전시킬 수 있다. 건조 노즐 이동부(346)의 하단에는 건조 가스 라인(348)이 연결된다. 건조 가스 라인(348) 상에는 건조 가스 공급원(350)과 건조 가스의 공급 유량을 조절하는 밸브(352)가 배치된다. 그리고, 건조 가스 라인(348)은 건조 노즐 이동 암(344) 및 건조 노즐 이동부(346)의 내부를 통하여 건조 노즐(342)에 연결된다.

한편, 기판 지지 부재(100)의 둘레에는 공정 진행시 기판(W)의 회전에 의해 기판(W)상에 공급된 약액 등이 외부로 비산하는 것을 방지하기 위해 보호 용기(400)가 설치된다. 보호 용기(400)는 대체로 원통 형상을 가진다. 구체적으로 보호 용기(400)는 원형의 하부벽(410)과, 하부 벽(410) 상부로 연장되는 측벽(420)을 가지며, 측벽(420)의 상단은 경사지게 연장 형성된다. 이러한 구조에 의해 기판(W)으로부터 비산되는 약액 등은 측벽(420) 상단의 경사진 부분의 내벽을 통해 아래로 흘러 배출된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 플라즈마 방전 전극의 전면(全面)에 균일하게 처리 가스를 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 방전 전극들 사이에 생성되는 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지함으로써, 플라즈마 처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 플라즈마를 생성하여 기판상에 공급하는 장치에 있어서,

   하부가 개방되고, 상부에 처리 가스 유입구가 형성된 하우징과;

   상기 하우징 내에 마주보도록 배치되는 상부 및 하부 전극과;

   상기 처리 가스 유입구로부터 공급되는 처리 가스가 상기 상부 전극의 전면(全面)에 균일하게 분산되도록 상기 처리 가스의 흐름을 유도하는 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 송풍기는,

   그 축 방향으로 유입되는 처리 가스의 흐름을 중심부로부터 바깥 둘레 방향으로 유도하는 원심형 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.
3. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서,

   기판이 놓이는 기판 지지 부재와;

   상기 기판 지지 부재에 놓인 기판상에 플라즈마를 공급하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리부;를 포함하되,

   상기 플라즈마 처리부는,

   하부가 개방되고, 상부에 처리 가스 유입구가 형성된 하우징과;

   상기 하우징 내에 마주보도록 배치되는 상부 및 하부 전극과;

   상기 처리 가스 유입구로부터 공급되는 처리 가스가 상기 상부 전극의 전면(全面)에 균일하게 분산되도록 상기 처리 가스의 흐름을 유도하는 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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