KR100823881B1 - 플라스마를 이용한 기판 처리 장치 - Google Patents

플라스마를 이용한 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이어스 전압을 사용하는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 기판 처리에 사용되는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 소스; 기판에 대한 처리가 이루어지는 반응공간을 한정하는 측벽을 갖는 공정챔버; 상기 공정챔버와 상기 플라즈마 소스 사이를 연결하는 그리고 상부에는 상기 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마가 상기 공정챔버로 이동되도록 이동통로와 가스 분배 플레이트를 갖는 상부 챔버를 포함하되; 상기 공정챔버는 상기 측벽과 상기 상부 챔버와 상기 가스 분배 플레이트 사이의 간극을 모두 덮을 수 있도록(블로킹 할 수 있도록) 형상지어진 블로킹부재를 포함한다.

Description

플라스마를 이용한 기판 처리 장치{apparatus for treating the substrate using plasma}
도 1은 배플 부근에서 발생되는 방전 현상을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 표시된 a 부분의 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 블로킹부재를 보여주는 사시도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 공정 챔버
120 : 기판 지지부
130 : 상부 챔버
140 : 가스 분배 플레이트
150 : 진공 배기부
160 : 블로킹부재
170 : 리모트 플라즈마 소스부
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 바이어스 전압을 사용하는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체를 제조하기 위해서는 포토레지스트(photoresist)를 사용하는 리소그래피(lithography) 공정이 필수적으로 수반된다. 포토레지스트는 빛에 감응하는 유기 고분자 또는 감광제와 고분자의 혼합물로 이루어지며, 노광과 용해 과정을 거친 후 기판 상에 패턴을 형성한 포토레지스트는 기판이나 기판 상의 막들을 에칭하는 과정에서 기판으로 패턴을 전사시킨다. 이러한 고분자를 포토레지스트라 하며, 광원을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성시키는 공정을 리소그래피 공정이라고 한다.
이러한 반도체 제조공정에 있어서, 기판 상에 라인(line) 또는 스페이스(space) 패턴 등과 같은 각종의 미세회로패턴들을 형성하거나 이온 주입(ion implantation) 공정에서 마스크(mask)로 이용된 포토레지스트는 주로 애싱(ashing) 공정을 통하여 기판으로부터 제거된다.
일반적으로 사용되는 애싱 공정은 고온(200~300℃)으로 가열된 히터척 위에 기판을 올려놓은 상태로 산소 플라스마를 포토레지스트와 반응시켜 포토레지스트를 제거한다. 반응가스로는 주로 산소(O2) 가스를 사용하며, 애싱 효율을 증가시키기 위하여 다른 가스를 혼합하여 사용하기도 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 애싱 공정을 진행하는 처리 장치에서는 에노드로 작용하는 배플(baffle)(12)(일명 가스 분배 플레이트라고 함)과 그 주변에서 방전(arcing)이 많이 발생된다. 이러한 방전은 볼트 구멍이 형성되는 배플(12)의 가 장자리 부분(14)이 다른 부분에 비해 상대적으로 두껍게 형성된 단차진 부분, 배플(12)과 챔버(10) 측벽(11)과의 갭(gap)에서 주로 발생된다. 이러한 국부 방전으로 인해 주변 부품이 식각되거나 열화되어 파티클 소스로 작용하게 된다.
본 발명의 목적은 가스 분배 플레이트 주변에서 발생되는 방전 현상을 방지할 수 있는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 파티클 발생을 최소화할 수 있는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 기판 처리 장치는 기판 처리에 사용되는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 소스; 기판에 대한 처리가 이루어지는 반응공간을 한정하는 측벽을 갖는 공정챔버; 상기 공정챔버와 상기 플라즈마 소스 사이를 연결하는 그리고 상부에는 상기 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마가 상기 공정챔버로 이동되도록 이동통로와 가스 분배 플레이트를 갖는 상부 챔버를 포함하되; 상기 공정챔버는 상기 측벽과 상기 상부 챔버와 상기 가스 분배 플레이트 사이의 간극을 모두 덮을 수 있도록(블로킹 할 수 있도록) 형상지어진 블로킹부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 블로킹부재는 표면에 절연막으로 된 코팅막을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코팅막은 100㎛-200㎛ 두께의 산화알루미 늄막(Al2O3) 또는 산화이트륨막(Y2O3)이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 블로킹부재는 상기 공정챔버의 측벽을 감싸는 윌 블로킹부; 및 상기 윌 블로킹부의 상단으로부터 연장되며 상기 가스 분배 플레이트의 가장자리에 체결된 체결부재들을 커버하는 링 블로킹부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 블로킹부재의 링 블로킹부는 상기 가스 분배 플레이트로부터 돌출된 상기 체결부재들이 위치되는 홈을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스 분배 플레이트는 접지된다.
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 4를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치(100)는 리모트 플라즈마 소스부에서 생성되는 라디칼을 이용하여 반도체 소자 제조용 기판(이하 기판이라고 함)의 표면을 에싱하기 위한 반응성 이온 에칭(RIE: reactive ion etching) 방식의 바이어스 파워를 사용하는 반도체 제조 장치이다.
기판 처리 장치(100)는, 기판에 대한 처리가 이루어지는 반응공간을 제공하는 공정 챔버(process chamber, 110)를 갖는다. 공정 챔버(110)는 상부에 개구가 형성되며, 지면과 대체로 나란한 바닥벽(112a)과 바닥벽(112a)으로부터 대체로 수직하게 연장된 측벽(112b)을 포함하는 몸체를 포함한다. 이러한 공정 챔버(110)의 반응공간에는 게이트 슬롯(114)의 개방에 따라 로봇에 의해 투입 위치되는 기판(w)이 놓여지는 기판 지지부(120)가 구비된다. 게이트 슬롯(114)은 게이트 밸브(114a)에 의해 개폐된다.
도시하지는 않았지만, 기판 지지부(120)는 기판(w)을 고정하도록 구성되는 정전기척(122)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 기판 지지부(120)는 레지스트 박리 프로세스 도중 기판(w)을 적당한 온도(바람직하게는 200도 내지 300도)로 유지하도록 구성되는 가열 구성요소와 같은 가열기(124)를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 지지부(120)는 상술한 로봇으로 하여금 기판의 이송이 용이하도록 기 판을 지지하는 형태로 승하강 구동하는 리프트 어셈블리(미도시됨)를 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 리프트 어셈블리는 게이트 슬롯(114)의 개방에 따라 로봇에 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.
한편, 공정 챔버(110)의 바닥에는 기판 지지부(120)의 둘레를 따라 진공펌프(152)와 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 조절함으로써 진공 정도를 조절한다.
기판 처리 장치(100)는, 공정 챔버(110)의 상부에 리모트 플라즈마 소스부(170)와 연결되는 상부 챔버(130)를 갖는다. 이 상부 챔버(130)는 좁은 상단과 넓은 하단을 갖는 방사형으로, 상부에는 리모트 플라즈마 소스부(170)로부터 활성화된 반응가스(플라즈마)가 유입되는 유입포트(132)를 갖으며, 하단에는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP;140)가 설치된다.
가스 분배 플레이트(140)는 알루미늄 재질에 표면을 산화시켜 형성하며, 균 일한 라디칼 공급을 위해 동심원주에 일정 간격으로 형성되는 다수의 분사공(142)들을 갖는다. 가스 분배 플레이트(140)는 가장자리인 플랜지부(144)에 볼트와 같은 다수의 체결부재(146)들에 의해 상부 챔버(130)에 고정된다. 도면에서 도시한 바와 같이, 가스 분배 플레이트(140)의 플랜지부(144)는 평평한 형상으로 체결부재(146)들의 일부가 노출되지만, 노출되는 체결부재(146)들은 블로킹부재(160)에 의해 덮여지게 된다. 가스 분배 플레이트(140)는 접지된다. 플라즈마는 가스 분배 플레이트(140)에 형성된 분사공(142)들을 통과하여 기판 지지부(120) 상에 놓여진 기판(w)으로 향한다. 이 때 전자 또는 이온 등과 같은 하전 입자는 금속 재질로 마련된 가스 분배 플레이트(140)에 의해 갇히게 되고, 산소 라디칼 등과 같은 전하를 띠지 않는 중성의 입자들만 기판 지지부(120) 상의 기판(w)에 도달함으로써, 기판(w)상에 남아 있는 레지스트를 제거하게 된다.
리모트 플라즈마 소스부(170)에는 도파관(Wave Guide : 172)을 통해 마그네트론(Magnetron : 174)이 연결되며, 마그네트론(174)은 플라즈마 생성을 위한 마이크로파를 발생시킨다. 그리고 플라즈마 소스부(170)의 일측에는 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 유입구(176)가 설치된다. 가스 유입구(176)를 통해 공급되는 반응 가스와 마그네트론(174)에서 발생된 마이크로파를 이용하여 리모트 플라즈마 소스부(170)의 내부에 플라즈마가 생성된다. 리모트 플라즈마 소스부(170)에서 생성된 플라즈마는 기판(w)상의 레지스트를 제거하는 애싱 공정이 진행되는 공정 챔버(110)로 전달된다.
리모트 플라즈마 소스부(170)로부터 활성화된 반응가스는 상부 챔버(130)의 연결포트(132)를 통해 유입되고, 이 가스는 가스 분배 플레이트의 분사공(142)들을 통해 균일하게 공정 챔버(110)로 공급된다.
한편, 플라스마에 포함된 요소들 중 플라스마를 이용한 공정에 주로 관계하는 두 가지는 자유 라디칼들(free radicals)과 이온들(ions)이다. 자유 라디칼들은 불충분한 결합(incomplete bonding)을 가지고 전기적 중성이다. 따라서, 자유 라디칼들은 불충분한 결합으로 인하여 매우 반응성이 크며, 기판(w) 상의 물질과 주로 화학적인 작용을 통하여 공정을 수행한다. 그러나, 이온들은 전하를 띠므로 전위차에 따라 일정한 방향으로 가속되며, 기판(w) 상의 물질과 주로 물리적인 작용을 통하여 공정을 수행한다. 상부 챔버(130)로 이동한 플라스마에도 자유 라디칼들 및 이온들이 포함되어 있다. 자유 라디칼들은 기판(w)의 상부로 이동하여 기판(w) 상의 레지스트와 화학적인 반응을 일으키는 반면에, 일정한 전하를 띠는 이온들은 기판(w)를 향하여 가속되며 기판(w) 상의 레지스트와 충돌하는 물리적인 반응을 일으킨다. 이때, 기판(w)를 향하여 가속된 이온들이 레지스트 외의 패턴들과 충돌하는 경우 충격에 의하여 미세한 패턴들은 파손될 우려가 있다. 또한, 기판(w) 상의 패턴들은 다음 공정을 위하여 기설정된 전하를 띠고 있다. 그러나, 이온들이 기판(w) 상의 패턴들과 충돌하는 경우 패턴들의 기설정된 전하량이 변동될 우려가 있으며, 이는 다음 공정에 영향을 줄 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 가스 분배 플레이트(140)는 접지된다. 가스 분배 플레이트(140) 상부로 이동한 플라스마 중 자유 라디칼은 가스 분배 플레이트(140) 상의 분사공(142)을 통하여 기판(w) 상으로 이동하는 반면에, 이온들은 접지된 가 스 분배 플레이트(140)에 의하여 차단되므로 기판(w) 상으로 이동할 수 없다. 따라서, 기판(w) 상에는 플라스마 중 자유 라디칼만이 도달할 수 있으며, 이온들로 인하여 기판(w) 상의 패턴들이 파손되는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 기판 지지부(120)에는 레지스트의 제거율(ashing rate)을 일정 수준 이상으로 유지하기 위해 알에프 바이어스 파워부(180)로부터 바이어스 파워가 인가되며, 기판 지지부(120)는 바이어스 파워에 의한 쉬즈를 형성하고, 그 영역에서 고밀도의 플라즈마를 형성하여 공정 능력을 향상시키게 된다. 이에 따라, 바이어스 파워에 대해 에노드로 작용하는 가스 분배 플레이트(140)는 가장자리에서 많이 발생되는 방전현상을 방지하기 위해 평평한 구조로 형상 지며, 가스 분배 플레이트(140)의 가장자리는 블로킹부재(160)의 링 블로킹부에 의해 덮여진다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, 블로킹부재(160)는 공정 챔버(110)의 측벽(112b)과 상부 챔버(130)와 가스 분배 플레이트(140) 사이의 간극을 모두 덮을 수 있도록 형상 지어진다.
블로킹부재(160)는 공정 챔버(110)의 측벽(112b)을 감싸는 윌 블로킹부(162)와 윌블로킹부(162)의 상단으로부터 연장되며 가스 분배 플레이트(140)의 가장자리인 플랜지부(144)에 체결된 체결부재(146)들을 커버하여 국부적으로 발생되는 방전 현상을 방지하는 링 블로킹부(164)를 포함한다. 이렇게 링 블로킹부(164)에 의해 가스 분배 플레이트(140)의 가장자리 부분이 노출되지 않음으로써, 가스 분배 플레이트를 평평한 형상으로 디자인할 수 있어 가장자리에서 발생되는 국부 방전 현상을 방지할 수 있다.
특히, 링 블로킹부(164)에는 가스 분배 플레이트(140)의 플랜지부(144)로부터 돌출된 체결부재(146)의 볼트 머리들이 위치되는 홈(166)들이 형성된다. 이러한 구조의 블로킹부재(160)를 사용함으로써, 가스 분배 플레이트 가장자리를 평평하게 디자인 할 수 있을 뿐만 아니라, 체결부재를 덮는 세라믹 캡을 생략할 수 있으며, 가스 분배 플레이트와 챔버 측벽과의 갭을 커버할 수 있는 각별한 효과를 갖는다. 한편, 블로킹부재(160)는 표면에 절연막으로 된 코팅막(168)을 갖는다. 이 코팅막(168)은 100-200㎛ 두께의 산화알루미늄막 또는 산화이트륨막으로 이루어진다. 이러한 특별한 절연막은 블로킹부재(160)의 크리닝 주기를 연장시킬 수 있다.
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 가스 분배 플레이트 주변에서 발생되는 방전 현상을 방지할 수 있다. 본 발명은 가스 분배 플레이트의 열화 등을 방지하여 파티클 발생을 최소화할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    기판 처리에 사용되는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 소스;
    기판에 대한 처리가 이루어지는 반응공간을 한정하는 측벽을 갖는 공정챔버;
    상기 공정챔버와 상기 플라즈마 소스 사이를 연결하는 그리고 상기 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마가 상기 공정챔버로 이동되도록 이동통로와 가스 분배 플레이트를 갖는 상부 챔버를 포함하되;
    상기 공정챔버는 상기 측벽과 상기 상부 챔버와 상기 가스 분배 플레이트 가장자리를 덮을 수 있도록 형상지어진 블로킹부재를 포함하며,
    상기 블로킹부재는
    상기 공정챔버의 측벽을 감싸는 윌 블로킹부; 및
    상기 윌 블로킹부의 상단으로부터 연장되며 상기 가스 분배 플레이트의 가장자리에 체결된 체결부재들을 커버하여 국부방전을 방지하는 링 블로킹부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블로킹부재는 표면에 절연막으로 된 코팅막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅막은 100㎛-200㎛ 두께의 산화알루미늄막(Al2O3) 또는 산화이트륨막(Y2O3)인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블로킹부재의 링 블로킹부는 상기 가스 분배 플레이트로부터 돌출된 상기 체결부재들이 위치되는 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치.
  6. 기판 처리 장치에 있어서:
    기판 처리에 사용되는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 소스;
    기판에 대한 처리가 이루어지는 반응공간을 한정하는 측벽을 갖는 공정챔버;
    상기 공정챔버와 상기 플라즈마 소스 사이를 연결하는 그리고 상기 플라즈마 소스에서 생성된 플라즈마가 상기 공정챔버로 이동되도록 이동통로와 가스 분배 플레이트를 갖는 상부 챔버를 포함하되;
    상기 공정챔버는 상기 측벽과 상기 상부 챔버와 상기 가스 분배 플레이트 가장자리를 덮을 수 있도록 형상지어진 블로킹부재를 포함하며,
    상기 가스 분배 플레이트는 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치.
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