KR100816741B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치를 개시한 것으로서, 플라즈마 챔버와 공정 챔버의 사이에 다층 구조의 판 부재로 마련된 플라즈마 공급 부재가 설치되는 구성을 가진다. 이러한 구성에 의하면, 플라즈마 챔버로부터 공정 챔버로 제공되는 플라즈마 내의 이온을 선택적으로 제거하고, 이와 동시에 라디칼 손실을 최소화하여, 애싱 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
플라즈마, 이온, 라디칼, 애싱

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시해 보인 개략적 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 공급 부재의 개략적 분해 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 공정 챔버 110 : 기판 지지 부재
200 : 플라즈마 챔버 220 : 안테나
230 : 알에프 전원 300 : 플라즈마 공급 부재
310 : 제 1 분사 플레이트 320 : 제 2 분사 플레이트
330 : 제 3 분사 플레이트
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 실리콘 기판상에 소정의 회로 패턴을 형성하도록 박막을 순차적으로 적층하는 과정을 반복함으로써 제조되며, 박막의 형성 및 적층 을 위해서는 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다.
이러한 다수의 단위 공정들 중 사진 공정은 기판상에 패턴을 형성하기 위한 공정으로서, 감광액 도포(Coating) 공정, 노광(Exposuring) 공정 및 현상(Developing) 공정 등으로 이루어진다. 그리고 현상 공정에 의해 기판상에 형성된 패턴을 이용하여 기판의 최상단층을 식각(Etching)한 후, 기판상에 남아 있는 감광막 층을 제거하는 애싱(Ashing) 공정을 진행함으로써 패턴에 따른 소자의 형성이 가능하게 된다.
이중 애싱 공정을 수행하는 장치로는 플라즈마 애싱 장치가 일반적으로 사용되고 있으며, 플라즈마 애싱 장치는 기판의 상부에 플라즈마를 형성시켜 기판상에 도포된 감광막 층을 제거하는 장치이다.
일반적인 플라즈마 애싱 장치는 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버 및 공정 챔버에 제공될 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버를 가지며, 공정 챔버와 플라즈마 챔버의 사이에는 플라즈마 챔버로부터 공정 챔버로 전달되는 플라즈마를 기판상에 분사하는 배플 플레이트가 설치된다.
이러한 구성을 가지는 플라즈마 애싱 장치는 공정 챔버로 제공되는 플라즈마 내의 이온이 기판상의 감광막 층을 경화시키는 문제점이 있어, 이를 해결하기 위해 금속 재질의 배플 플레이트를 이용하여 이온을 선택적으로 제거한 후 라디칼만을 사용하여 애싱 공정을 진행하고 있다.
그런데, 플라즈마 챔버로부터 공정 챔버로 제공되는 플라즈마 내의 라디칼이 금속 재질의 배플 플레이트와 반응하여 라디칼 또한 이온과 함께 손실되는 문제점이 있었다.
그리고, 플라즈마 처리되는 기판상의 잔류 감광 물질이 배플 플레이트에 증착되어 애싱 공정의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 플라즈마 애싱 장치가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 처리 공정의 효율을 증대시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버에 제공되는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버와; 상기 플라즈마 챔버와 상기 공정 챔버의 사이에 배치되며, 그리고 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 공정 챔버로 제공되는 플라즈마의 입자들을 선택적으로 투과시키도록 다층 구조의 판 부재들로 마련되는 플라즈마 공급 부재;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 플라즈마 공급 부재는 다수의 제 1 관통 홀들이 형성된 석영 재질의 제 1 분사 플레이트와; 상기 제 1 분사 플레이트의 하부에 배치되며, 다수의 제 2 관통 홀들이 형성된 금속 재질의 제 2 분사 플레이트;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 플라즈마 공급 부재는 플라즈마 처리되는 기판상의 잔류 불순물이 상기 플라즈마 공급 부재에 증착되는 것을 방지하도록 상기 제 2 분사 플레이트의 하부에 배치되는 석영 재질의 제 3 분사 플레이트;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제 1 관통 홀들 및 상기 제 2 관통 홀들은 상기 제 1 관통 홀들의 홀의 길이 방향 중심선과 상기 제 2 관통 홀들의 홀의 길이 방향 중심선이 서로 교차하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 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.
( 실시 예 )
본 실시 예의 플라즈마 처리 장치로는 플라즈마를 이용하여 사진 공정 후 기판상에 남아있는 불필요한 감광막 층을 제거하는 플라즈마 애싱 장치를 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시해 보인 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 공급 부재의 개략적 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 플라즈마 챔버(200) 및 플라즈마 공급 부재(300)를 포함한다.
공정 챔버(100)에서는 플라즈마를 이용한 기판의 처리 공정이 진행되고, 플라즈마 챔버(200)에서는 공정 챔버(100)에 제공되는 플라즈마가 생성된다. 그리고, 플라즈마 공급 부재(300)는 플라즈마 챔버(200)에서 생성된 플라즈마를 공정 챔버(100)로 전달한다.
공정 챔버(100)는 그 내부에 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간(S)이 마련되고, 플라즈마 처리 공간(S)에는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재(110)가 설치된다. 기판 지지 부재(110)로는 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)이 사용될 수 있다. 이와는 달리 기계적 클램핑 방식을 이용하여 기판을 기판 지지 부재()에 고정시킬 수 있으며, 또한 진공압에 의해 기판을 흡착 지지하는 방식의 진공 척(Vacuum Chuck)이 기판 지지 부재(110)로 사용될 수도 있다.
기판 지지 부재(110)는 구동 부재(미도시)에 의해 상하 방향으로 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 기판 지지 부재(110)를 상하 이동시킴으로써 기판 지지 부재(110)에 놓인 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시킬 수 있게 된다.
기판 지지 부재(110)의 하부에는 그 상면에 놓인 기판(W)을 공정 온도로 가열하도록 가열 부재(120)가 결합되며, 가열 부재(120)로는 코일과 같은 저항 발열체 등 다양한 가열 수단이 사용될 수 있다.
공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기구(130)가 형성되고, 배기구(130)에는 배기 라인(132)이 연결되며, 배기 라인(132) 상에는 공정 챔버(100)의 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌프 등의 배기 부재(134)가 배치된다.
플라즈마 챔버(200)는 공정 챔버(100)에 제공되는 플라즈마를 생성하기 위한 것으로, 그 상부벽(210)에는 플라즈마 처리 가스가 유입되는 가스 유입구(212)가 형성된다. 가스 유입구(212)에는 가스 공급 라인(214)이 연결되고, 가스 공급 라인(214) 상에는 플라즈마 처리 가스 공급원(216)이 연결된다. 그리고, 상부벽(210)의 상측에는 코일 구조의 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나(220)가 설치되고, ICP 안테나(220)에는 알에프(RF, Radio-Frequency) 파워를 공급하기 위한 알에프(RF) 전원(230)이 연결된다.
ICP 안테나(220)에 알에프 전원(230)이 인가되면 안테나(220)의 코일을 따라 흐르는 전류가 플라즈마 챔버(200) 내부 공간에 자기장을 형성한다. 이 자기장에 의해 유도 전기장이 형성되며, 가스 유입구(212)를 통해 플라즈마 챔버(200)에 공급된 반응 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻어 플라즈마를 생성한다.
상기와 같은 방법에 의해 생성된 플라즈마는 플라즈마 공급 부재(300)를 통해 공정 챔버(100)로 전달된다. 플라즈마 공급 부재(300)는 플라즈마 챔버(200)와 공정 챔버(100)의 사이에 배치되며, 플라즈마 챔버(200)로부터 공정 챔버(100)로 제공되는 플라즈마의 입자들을 선택적으로 투과시키도록 다층 구조의 판 부재들로 마련된다.
플라즈마 공급 부재(300)는 다수의 제 1 관통 홀(312)들이 형성된 제 1 분사 플레이트(310)와, 제 1 분사 플레이트(310)의 하부에 배치되며 다수의 제 2 관통 홀(322)들이 형성된 제 2 분사 플레이트(320)를 가진다.
제 1 관통 홀(312)들 및 제 2 관통 홀(322)들은 제 1 관통 홀(312)들의 홀의 길이 방향 중심선과 제 2 관통 홀(322)들의 홀의 길이 방향 중심선이 서로 교차하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 분사 플레이트(310)의 제 1 관통 홀(312)들은 외향 경사지게 형성될 수 있고, 제 2 분사 플레이트(320)의 제 2 관통 홀(322)들은 내향 경사지게 형성될 수 있다. 이 밖에도, 제 1 관통 홀(312) 및 제 2 관통 홀(322)들은 그 홀의 중심선이 서로 일치되지 않도록 다양한 형태의 조합으로 형성될 수 있다.
제 1 분사 플레이트(310)는 석영 재질로 마련될 수 있으며, 제 2 분사 플레이트(320)는 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 마련될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 석영 재질의 제 1 분사 플레이트(310)는 공정 챔버(100)로 전달되는 플라즈마 내의 라디칼 손실을 최소화시킬 수 있고, 금속 재질의 제 2 분사 플레이트(320)는 플라즈마 내의 이온과 같은 하전 입자를 구속한다. 이와 같은 제 1 분사 플레이트(310) 및 제 2 분사 플레이트(320)의 작용에 의해, 라디칼 등과 같은 전하를 띠지 않는 중성의 입자들만 플라즈마 공급 부재(300)를 통과하여 기판 지지 부재(110) 상의 기판(W)에 도달함으로써, 이온 조사에 의해 감광막 층이 경화되는 현상 없이 기판(W)상에 남아 있는 감광막 층을 제거한다.
한편, 감광막 층이 도포된 기판에 대해 이온 주입 공정과 같은 기판 처리 공 정을 진행할 경우, 기판상에 도포된 감광막 층의 상층부가 화학적으로 변하여 경화될 수 있다. 이후에 감광막 층을 제거하기 위한 애싱 공정이 진행될 수 있으며, 애싱 공정은 고온에서 이루어지기 때문에 경화된 감광막 층의 하부에서 기화 물질의 팽창으로 인하여 경화된 감광막 층이 파괴되는 팝핑(Popping) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 팝핑 현상으로 인하여 플라즈마 공급 부재(300)에 감광 물질이 증착되고, 증착된 감광 물질이 플라즈마 공급 부재(300)의 홀들을 막아 애싱 공정의 효율이 저하될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 제 2 분사 플레이트(320)의 하부에 석영 재질의 제 3 분사 플레이트(330)가 배치되며, 제 3 분사 플레이트(330)에는 플라즈마를 분사하도록 제 3 관통 홀(332)들이 형성된다. 제 3 관통 홀(332)들은, 이온의 통과를 최대한 억제하기 위해, 그 상측에 배치된 제 1 분사 플레이트(310) 및 제 2 분사 플레이트(320)의 홀들(312,322)의 중심선 방향과 일치되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
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 챔버로부터 공정 챔버로 제공되는 플라즈마 내의 이온을 선택적으로 제거하고, 이와 동시에 라디칼 손실을 최소화하여, 애싱 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 애싱 공정 후 잔류 감광 물질이 플라즈마 공급 부재에 증착되는 것을 억제할 수 있다.

Claims (5)

  1. 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버에 제공되는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버와;
    상기 플라즈마 챔버와 상기 공정 챔버의 사이에 배치되는 플라즈마 공급 부재;를 포함하되,
    상기 플라즈마 공급 부재는,
    다수의 제 1 관통 홀들이 형성된 석영 재질의 제 1 분사 플레이트와;
    상기 제 1 분사 플레이트의 하부에 배치되며, 다수의 제 2 관통 홀들이 형성된 금속 재질의 제 2 분사 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 공급 부재는,
    플라즈마 처리되는 기판상의 잔류 불순물이 상기 플라즈마 공급 부재에 증착되는 것을 방지하도록 상기 제 2 분사 플레이트의 하부에 배치되는 석영 재질의 제 3 분사 플레이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 관통 홀들 및 상기 제 2 관통 홀들은,
    상기 제 1 관통 홀들의 홀의 길이 방향 중심선과 상기 제 2 관통 홀들의 홀의 길이 방향 중심선이 서로 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 관통 홀들 및 상기 제 2 관통 홀들은 상기 제 1 관통 홀들의 홀의 길이 방향 중심선과 상기 제 2 관통 홀들의 홀의 길이 방향 중심선이 서로 교차하도록 형성되고,
    상기 제 3 분사 플레이트에는 상기 제 1 및 제 2 관통 홀들의 길이 방향 중심선과 어긋나는 길이 방향 중심선을 가지는 다수의 제 3 관통 홀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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Citations (3)

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JPS59169135A (ja) 1983-03-16 1984-09-25 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
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