KR100775595B1 - 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정챔버 내에서 활성 라디칼의 손실을 줄여 에싱공정의 효율을 향상시키고, 공정챔버의 클리닝시에 삽입체만을 탈부착하여 에싱 장치의 유지 및 보수를 간편하게 하며, 공정챔버 내부에서 가열수단을 구비하여 효과적인 온도 제어와 열 효율을 상승시키는 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부에 연결되며 주입구를 통해 플라즈마가 주입되는 공정챔버 및 공정 챔버의 내부면에 삽입되는 상하면이 개방된 삽입체를 포함한다.
삽입체, 에싱장치, 플라즈마, 가열수단, 열선, 밴드 히터

Description

삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치{PLASMA ASHER HAVING INSERT}
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에서 삽입체을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에서 열선을 부착한 삽입체를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에서 삽입체와 밴드 히터를 확대하여 도시한 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
101: 플라즈마 발생부 103: 공정챔버
104: 삽입체 305: 열선
405: 밴드 히터
본 발명은 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에 관한 것으로, 더욱 상세하 게는 공정챔버 내에서 활성 라디칼의 손실을 줄여 에싱공정의 효율을 향상시키고, 공정챔버의 클리닝시에 삽입체만을 탈부착하여 에싱 장치의 유지 및 보수를 간편하게 하며, 공정챔버 내부에서 가열수단을 구비하여 효과적인 온도 제어와 열 효율을 상승시키는 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로써, 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 반도체 기판의 소정영역을 식각하는 건식식각기술을 많이 이용되고 있다. 이들 플라즈마원 중에는 용량결합형 플라즈마원(Capacitive Coupled Plasma; CCP), 유도결합형 플라즈마원(Induced Coupled Plasma; ICP), 마이크로파 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마원 등이 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치를 이용하는 장치로서 플라즈마 소스에 의한 에싱장치가 있다
반도체 공정 중에는 기판의 표면 또는 액정표시장치 제조공정 중에서 유리기판 표면에 기능성 박막 패턴 형성을 위하여 포토레지스트가 도포된다. 플라즈마 에싱장치는 현상 공정에 의해 기판의 표면에 박막 패턴이 형성된 후에 기판에 잔류하는 포토레지스트(Photoresist; PR)를 제거하는 장치로서 플라즈마 소스를 사용하는 장치를 말한다.
종래에는 플라즈마 발생부에 의해 제공된 플라즈마가 공정챔버의 내벽과 반응하여 산화물을 형성하는 문제가 있었다. 이러한 산화물 형성으로 인하여 기판 위의 포토레지스트 제거에 사용되어야 할 라디칼이 챔버 내벽의 금속과 반응하여 잔유물을 남긴다. 따라서 에싱 효율이 감소하고 챔버 내벽에 산화물에 의한 오염물이 쌓이게 되는 문제가 있다.
이와 함께 공정챔버의 내부의 온도를 제어하기 위하여 공정챔버 벽에 가열수단을 구비하여 공정챔버 내부를 가열하였다. 따라서 직접 공정챔버 내부를 가열하는 방법과는 달리 벽면을 통하여 가열하여 열전달의 효율이 떨어지고 온도 제어에 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 챔버 내부에서 에싱 공정시 플라즈마 발생부에 의해 제공되는 라디칼의 손실을 줄이고, 공정챔버의 클리닝시에 삽입체만을 교체하여 에싱장치의 유지 및 보수에 간편하게 하며, 이와 함께 공정챔버의 벽이 아닌 공정 챔버 내부에서 가열 수단을 구비하여 효과적인 온도 제어와 열 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치는 플라즈마 발생부와, 플라즈마 발생부로부터 플라즈마를 공급받고 에싱공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버 및 공정챔버의 내부면에 삽입되는 상하면이 개방된 삽입체를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있 다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에서 삽입체를 확대하여 도시한 사시도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치는, 도 1에서 도시하는 바와 같이 플라즈마 발생부(101)와, 에싱공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버(103)와, 공정 챔버의 내부면에 삽입되는 상하면이 개방된 삽입체(104)를 포함한다.
플라즈마 발생부(101)는 공정챔버 내부로 주입되는 플라즈마를 발생시키는 부분이다. 이들 플라즈마원 중에는 용량결합형 플라즈마원(CCP), 유도결합형 플라즈마원(ICP), 마이크로파 ECR 플라즈마원 등이 있으나, 기타 공정챔버 내부에 플라즈마를 제공하는 역할을 수행하는 경우에는 플라즈마원의 방식에 무관하게 플라즈 마 발생부라 할 수 있다. 일반적으로 플라즈마 발생부(101)는 공정챔버(103)와 주입구(102)를 통해서 연결될 수 있다. 다만 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source)가 아닌 경우에는 공정챔버(103)의 상부에서 플라즈마를 발생시키는 구성이 부가될 수도 있다.
이러한 플라즈마 발생부의 소스로서 상기 CCP 타입은 공정챔버 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 전기장에 의하여 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. 그리고 상기 ICP 타입은 공정챔버 외측에 감겨진 코일과 상기 공정챔버 내측에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 자기장 및 전기장에 의해서 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. 이러한 타입들은 플라즈마에서 발생하는 전하가 기판에 축적되어 기판을 손상시키는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 원격 플라즈마 소스가 사용되기도 하는데, 플라즈마를 기판과 멀리 떨어진 곳에서 생성시켜 공정챔버(103) 내부로 공급하는 원격 플라즈마 소스 방식이 사용되기도 한다.
도 1을 참조하면, 공정챔버(103)는 플라즈마 발생부(101)에 의해 공급되는 플라즈마 상태인 이온 또는 라디칼을 제공받아 에싱공정이 수행되도록 공간을 제공한다. 공정챔버(103)는 기판의 크기보다 넓은 단면적을 지닌 원통이나 다각형 단면을 지닌 용기로 이루어진다. 플라즈마 발생부(101)에 의해 공급된 플라즈마는 판면에 수직으로 다수의 관통공을 가지는 가스분사판(Gas Diffuse Plate, 105)을 통과하며, 가스분사판을 통과한 플라즈마는 챔버하부에 장착된 기판(W)위의 포토레지스트와 반응한다. 공정챔버는 에싱공정 동안 기판을 고정시키는 기계적 또는 전자적 고정부를 기판 장착부(108)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 기판 장착부(108)는 유전분극현상으로 발생되는 정전기력을 제어하여 기판을 유전체 표면에 흡착 또는 이탈시키는 기능을 수행하는 정전 척(Electrostatic Chuck)으로 구성될 수 있다. 공정챔버(103)는 에싱공정 후에 기화되어 내부에서 잔류하는 플라즈마 중의 분자 또는 에싱 생성물 등을 외부로 배출시킬 수 있는 배기구(107)를 포함할 수 있다.
삽입체(104)는 공정챔버 내부면에 삽입되는 구조물로서 공정챔버(103) 내부면과 플라즈마 발생부(101)에 의해 제공된 플라즈마 즉, 이온 또는 라디칼과의 반응을 억제할 수 있다. 이와 함께 기판에서 제거된 포토레지스트의 잔유물이 공정챔버 내부면에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
삽입체(104)는 상하면이 관통된 몸체로서 공정챔버의 내부면과 동일한 형상을 가지면서 공정챔버의 내부면에 삽입 된다. 공정챔버 내부면이 원통형인 경우에 삽입체 또한 상하면이 개방된 원통형의 관 형상을 가질 수 있다. 즉 삽입체(104)가 기판 장착부(108)를 둘러싸면서 공정챔버 내면에 밀착되는 것이 바람직하다. 또한 삽입체(104)는 공정이 끝나 후에 삽입체의 클리닝 및 교체가 용이하도록 착탈이 가능하다.
삽입체(104)는 플라즈마 발생부(101)에 의해 제공된 플라즈마와의 반응성을 최소화 하기 위하여, 이온이나 라디칼과의 반응성이 낮은 석영(Quartz) 또는 세라믹 부재로 제작되는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 애너다이징(Anodizing) 처리된 금속부재도 사용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
플라즈마 발생부(101)에 의해 제공되는 이온이나 활성 라디칼이 공정챔버(103) 내부로 공급된다. 주입된 플라즈마는 기판 장착부(108)에 고정된 기판위에서 포토레지스트를 에싱시킨다. 에싱 공정시에는 플라즈마 발생부에서 생성된 활성 산소 라디칼 등이 유기물질인 포토레지스트를 산화시킴으로서 다양한 가스를 배출시킨다. 종래의 에싱공정시에는 활성 라디칼이 기판 위의 포토레지스트 뿐만 아니라 공정챔버(103) 내부벽과도 반응을 일으켜 활성 라디칼이 소실되고 전체적인 에싱 효율이 감소되는 문제가 있었다. 하지만 본 발명의 삽입체가 공정챔버(103) 내부면에 삽입됨으로써 활성 라디칼과 공정챔버 내부벽과의 반응을 차단할 수 있다. 이와 함께 삽입체의 재질을 석영이나 세라믹 부재로 하여 활성 라디칼과의 반응을 최소화 하고, 이를 통해 소실되지 아니한 라디칼이 에싱 공정을 수행함으로써 에싱 공정의 효율을 증대 시킬 수 있다.
에싱 공정시에는 포토레지스트의 산화와 에싱으로 인하여 다양한 가스가 배출되고 잔유물이 생성된다. 이는 도 1에서 도시하는 바와 같이 플라즈마의 유동이 기판에 부딪혀서 에싱 공정이 수행되고, 기판에 부딪힌 유동이 다시 반사되어 공정챔버(103)의 내부벽으로 퍼지게 된다. 이러한 플라즈마 유동에 의해 에싱 공정시에 생성되는 잔유물 등도 공정챔버의 내부벽에 쌓이게 되어 공정챔버의 내부벽을 오염시키는 문제가 있었다. 본 발명에서는 공정챔버의 내부벽에 삽입체(104)를 위치시킴으로 인하여 잔유물 등이 삽입체(104)의 내부벽에 쌓이게 된다. 따라서 삽입체의 내부벽이 에싱 공정 후에 오염되는 경우에는 삽입체를 교체하여 주거나 삽입체를 탈착하여 클리닝을 행한 후에 다시 삽입하여 에싱 공정을 계속 수행할 수 있다. 이와 같이, 에싱 공정에서의 공정 챔버의 유지 및 관리를 간편화 할 뿐만 아니라 공정챔버 내부벽이 오염되어 공정챔버의 내부벽을 청소하기 위하여 발생하는 공정지연을 예방할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에서 열선(Heating Coil)을 부착한 삽입체를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치에서 삽입체와 밴드 히터(Band Heater)를 확대하여 도시한 사시도이다.
본 발명의 제 2실시예에 의한 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치는, 도 1의 플라즈마 발생부(101)와 공정챔버(103)와 삽입체(104) 및 도 3 또는 도 4의 가열수단을 포함한다. 가열수단을 제외한 구성요소는 전술한 제 1실시예와 동일하므로 생략하고 가열수단에 대하여 설명한다.
가열수단은 삽입체(104)에 부착되어 공정챔버 내부를 직접 가열하여 공정챔버의 내부온도를 제어한다. 도 3에서 도시하는 바와 같이 가열수단으로는 삽입체(104)내에 열선(305)을 삽입하거나 삽입체의 외부면에 열선(305)을 부착한다. 따라서 열선(305)은 삽입체(104)를 둘러싸게 부착되며 열선(104)에 전력를 공급하는 전원부(미도시됨)를 포함한다. 삽입체(104)에 삽입되거나 부착되는 열선(305)은 나선형으로 삽입체를 감는 패턴을 가지거나 도 3에서 도시하는 바와 같이 삽입체의 외부면에 구형파(Square Wave) 형태의 패턴을 가질 수 있다. 열선의 분포 패턴은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변경할 수 있는 정현파(Sine Curve)나 지그재그 형태의 패턴 등도 가질 수 있다.
이와 함께 도 4에서 도시하는 바와 같이 가열수단으로 밴드 히터(405) 또는 카트리지 히터(Cartridge Heater)를 삽입체에 외부면에 삽입한다. 밴드 히터(405) 또는 카트리지 히터는 삽입체의 외부면과 공정챔버 내부면 사이에 하는 것이 바람직하다. 따라서 밴드 히터(405) 또는 카트리지 히터는 상하면은 개방되어 있으며, 삽입체의 외면의 형상과 동일한 타입의 형상을 가진다. 다만, 가열수단으로서 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변경할 수 있는 유도 코일에 의한 전자유도가열수단 등도 사용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
삽입체를 구비한 플라즈마 에싱장치는 공정챔버 내에서 기판의 에싱을 수행하며, 공정챔버 내에 삽입체(104)는 챔버 내면과 활성 라디칼과의 반응을 막아 에싱 공정시에 라디칼의 손실을 감소시키는 것은 전술한 제 1실시예와 동일하므로 생략한다.
다만, 삽입체에 가열수단으로서 삽입체에 열선(305)을 부착하거나 밴드 히터(405) 또는 카트리지 히터를 삽입체 외면에 위치시켜 공정챔버 내부를 가열한다. 따라서 공정챔버 외부벽에 가열수단을 구비하는 에싱장치보다 공정내부에 직접 가열수단을 부가함으로써 열 손실을 줄이고 온도제어에 효과적이다. 일반적으로 공정챔버의 벽면을 가열하여 공정챔버 내부를 가열하는 경우에는 벽면에 해당하는 고체 물질(주로 금속)의 비열이 공정챔버의 내부에 공급되는 가스 또는 플라즈마의 비열 보다 크기 때문에 벽면을 가열하는 종래의 방법으로는 상대적으로 많은 양의 에너지가 필요하다. 이에 반하여 공정챔버의 내부에 가열수단을 구비하는 경우에는 내부에 존재하는 가스 또는 플라즈마의 비열이 상대적으로 작기 때문에 보다 적은 양의 에너지원으로써 요구되는 온도까지 상승시킬 수 있다. 따라서 열 효율을 증가시킬 수 있고, 비열이 상대적으로 작기 때문에 보다 빠른 속도로 온도를 상승시킬 수 있어 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명에 따를 경우, 공정챔버 내에서 활성 라디칼의 손실을 줄여 에싱공정의 효율을 향상시킬 수 있고, 공정챔버의 클리닝시에 삽입체만을 탈부착하여 에싱 장치의 유지 및 보수를 간편하게 할 수 있다.
이와 함께 공정챔버의 내부에서 가열 수단을 구비하여 열 손실을 줄이고 내부 온도의 상승률을 증가시켜 에싱 공정의 소요 시간을 감축할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있 을 것이다.

Claims (5)

  1. 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 발생부로부터 플라즈마를 공급받고 에싱공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버;
    상기 공정 챔버의 내부면에 삽입되는 상하면이 개방된 석영 재질의 삽입체; 및
    상기 삽입체의 일측면에 부착되어 상기 공정챔버의 내부를 가열시키는 밴드 히터를 포함하는, 플라즈마 에싱장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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