KR100837625B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼등의 피처리체(이하 기판이라고 함)에 막 에칭, 성막 등의 처리를 하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판 처리 장치는 공정 챔버, 공정 챔버에 구비되며 기판이 로딩되는 정전척을 갖는 하부전극부, 정전척에 놓여진 기판으로 백사이드 가스를 공급하기 위하여 하부전극부에 가스 공급로를 갖는 백사이드 가스 공급부 및 가스 공급로를 통한 가스 방전을 방지하기 위하여 가스 공급로에 설치되며 백사이드 가스가 흐르는 복수의 나선형 유로를 갖는 방전 방지 부재를 포함한다.
백사이드, 하부전극, 방전

Description

기판 처리 장치 및 방법{A METHOD AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATES}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 방전 방지 부재를 설명하기 위한 도면들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
110 : 진공 챔버
120 : 상부 전극부
130 : 하부 전극부
140 : 백사이드 가스 공급부
150 : 방전 방지 부재
152 : 몸체
154 : 외측블록
155 : 제1유로
158 : 내측블록
159 : 제2유로
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 웨이퍼등의 피처리체(이하 기판이라고 함)에 막 에칭, 성막 등의 처리를 하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 기판의 제조 프로세스에서 널리 사용되고 있다. 플라즈마 처리장치로서는 매엽식이나 배치식의 장치가 있고, 예를 들어 매엽식의 에칭장치에서는 진공챔버내에 상하로 전극을 대향 배치함과 동시에 하부전극의 상부에 위치되는 정전척상에 기판을 올려놓고 이들 전극간에 고주파 전력을 공급하도록 하고 있다.
이러한 플라즈마 처리장치는 공정의 재현성을 위해 기판이 일정한 온도로 유지될 필요가 있고, 이 때문에 하부전극에는 백사이드 가스의 공급관등이 설치된다. 즉, 공지의 플라즈마 처리장치에서는, 정전척에 의하여 하부전극상에 기판을 흡착하고, 가스 도입관으로부터 백사이드 가스(예를 들면, He 가스)를 기판의 배면쪽으로 분사하여 기판의 온도 분포의 균일화를 도모하고 있다.
상술한 플라즈마 처리 장치는 기판 상부에 플라즈마가 생성될 때 하부 전극과 부재와의 사이에도 고주파 전력에 의해 하부 전극과 플라즈마와의 사이에 생기는 전압과 동일한 전압이 생기게 된다. 이때 백사이드 가스 속의 전자가 가스도입관 내에서 가속되어 방전을 일으키게 된다.
이와 같은 방전이 일어나면, 소정의 전력 에너지를 확보할 수 없으므로 에칭 비율이 저하하고, 예를 들면, 방전을 알지 못하고 있으면, 에칭처리가 불충분한 것으로 되어 버린다. 또 플라즈마가 불안정하게 되어 버리는 등, 방전에 의하여 가스 도입관이나 도전부분 등의 각부품을 손상하여 버린다. 또 방전개시 전압을 하강하기 위하여 가스 도입관을 가늘게 한 경우에는 콘덕턴스가 적게되고, 백사이드 가승의 흡인에 시간이 걸리고 스루풋이 저하하여 버린다.
본 발명의 목적은 백사이드 가스를 공급하는 가스 도입관을 통해 가스 방전이 일어나지 않는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 백사이드 가스를 안정적으로 공급할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 구비되며 기판이 로딩되는 정전척을 갖는 하부전극부; 상기 정전척에 놓여진 기판으로 백사이드 가스를 공급하기 위하여 상기 하부전극부에 가스 공급로를 갖는 백사이드 가스 공급부; 및 상기 가스 공급로를 통한 가스 방전을 방지하기 위하여 상기 가스 공급로에 설치되며 백사이드 가스가 흐르는 복수의 나선형 유로를 갖는 방전 방지 부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방전 방지 부재는 내부공간을 갖으며 외주면에 나선형의 제1유로가 형성된 외측블록; 상기 외측 블록의 내부 공간에 설치되며 외주면에 나선형의 제2유로가 형성된 내측블록을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 방전 방지 부재는 내부공간과 연결되는 가스 유입구와 가스 유출구를 갖는 몸체; 상기 몸체의 내부공간에 설치되며, 외주면에 적어도 하나의 나선형의 제1유로가 형성된 중공형상의 외측블록; 상기 외측블록의 내부에 설치되며 외주면에 적어도 하나의 나선형의 제2유로가 형성된 내측블록을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 몸체는 상기 제1,2유로를 통과한 백사이드 가스가 상기 가스 유출구를 통해 빠져나가기 전에 머무르는 버퍼 공간을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 외측블록과 상기 내측블록의 재질은 세라믹이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 하부전극부는 상기 정전척 하부에 위치되는 하부전극; 상기 하부전극의 하부에 위치되는 절연블록; 상기 절연블록 하부에 위치되는 도전성 부재를 포함하며, 상기 방전 방지 부재는 상기 절연블록을 경유하는 상기 가스 공급로 상에 설치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 백사이드 가스는 기판의 온도를 조절하기 위한 온도 조절용 헬륨가스이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법은 기판이 정전척에 놓여지면 처리가스를 공급하고, 하부전극과 상부전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 처리가스를 플라즈마화하는 단계; 정전척에 놓여진 기판의 온도 조절을 위해 가스 공급로를 통해 기판으로 백사이드 가스를 공급하는 단계를 포함하되; 상기 백사 이드 가스 공급 단계에서 백사이드 가스는 상기 가스 공급로에 설치된 방전 방지 부재의 유로들을 경유하여 기판으로 공급된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 백사이드 가스 공급단계에서 백사이드 가스는 절연체로 이루어지는 블록들의 외주면에 형성된 나선형 유로들을 경유함으로써, 백사이드 가스중의 전자가 나선형 유로들의 측벽과 충돌을 통해 에너지가 저하되면서 방전이 방지된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 백사이드 가스 공급단계에서 상기 나선형 유로들을 통과한 백사이드 가스는 버퍼공간에서 합쳐진 후 상기 가스 공급로로 제공된다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 주요 구성을 보여주는 도면이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에서 방전 방지 부재를 설명하기 위한 도면들이다. 첨부도면 도 3에서 표시된 화살표들은 방전 방 지 부재에서의 백사이드 가스 이동 경로를 보여주는 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치는 플라즈마 식각 공정을 위한 장치이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 진공 챔버(110), 상부 전극부(120), 하부 전극부(130) 그리고 백사이드 가스 공급부(140)를 포함한다.
진공 챔버(110)는 외벽(111) 외측에 기판의 출입구(112)를 개폐하는 게이트밸브(114)가 설치되며 바닥부(115)에는 배기관(116)이 연결된다. 배기관(116)은 진공 펌프(117)와 접속된다.
진공 챔버(110)의 상부에는 처리가스 공급부를 겸하고 있는 상부 전극부(120)가 설치된다. 이 상부 전극부(120)는 다수의 분사공(124a)을 갖는 샤워 헤드(124)를 구비하고, 처리가스 공급관(126)으로부터 공급받은 처리가스를 진공 챔버(110)의 기판 상부 공간으로 균일하게 공급하도록 구성된다.
진공 챔버(110)의 하부에는 상부전극부(120)와 대향되도록 하부 전극부(130)가 설치된다. 하부 전극부(130)는 최상단에 기판(w)을 유지하기 위한 유지수단인 정전척(132)이 위치되며, 정전척(132) 아래에는 정합기(192)를 거쳐 고주파 전원(190)이 접속되어 있는 하부 전극(134)이 위치된다. 하부 전극(134)은 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다. 하부 전극(134)의 아래에는 절연 부재(136)가 위치되며, 절연 부재(136) 아래에는 진공 챔버(110)의 외벽에 상당(해당)하는 도전성 부재(138)가 위치된다.
백사이드 가스 공급부(140)는 공급원(142), 가스공급로(144) 그리고 방전 방 지 부재(150)를 포함한다. 가스공급로(144)는 하부 전극부(130)의 도전성 부재(138)와 절연부재(136) 그리고 하부전극(134)을 관통하여 정전척(132)에 형성된 가스 분사홀(132a)들과 연결된다.
방전 방지 부재(150)는 가스 공급로(144)를 통한 가스 방전을 방지하기 위한 것으로, 절연 부재(136)에 해당되는 가스 공급로(144) 상에 설치된다. 방전 방지 부재(150)는 몸체(152)와 외측블록(154) 그리고 내측블록(158)으로 이루어진다. 몸체(152)는 하단에 가스 유입구(152a)와 상단에 가스 유출구(152b)이 형성된 내부공간(153)을 갖는다. 몸체(152)의 내부공간(153)에는 외측블록(154)이 삽입되며, 이때 외측블록(154)의 외주면(154a)은 몸체(152) 내부공간(153)의 내주면(153a)과 면 접촉된다. 외측블록(154)은 외주면(154a)에 백사이드 가스의 통로에 해당되는 나선형의 제1유로(155)가 형성되어 있다. 한편, 외측블록(154)은 내부공간에 내측블록(158)이 삽입되어 결합되되, 내측블록(158)의 외주면(158a)은 외측블록(154)의 내부공간의 내주면(156a)과 면 접촉된다. 내측블록(158)은 외주면(158a)에 나선형의 제2유로(159)를 갖는다.
상술한 바와 같이, 방전 방지 부재(150)는 2개의 나선형 유로(155,159)를 제공한다. 예컨대, 방전 방지 부재(150)의 몸체(152), 외측블록(154) 그리고 내측블록(158)은 방전을 일으키지 않는 절연 소재(세라믹 계열이나 테프론 계열)로 만들어지는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 외측블록과 내측블록에 하나의 유로만 형성된 것으로 하였으나, 안정적인 가스 공급을 위해서는 필요에 따라 2개 이상의 나선형 유로가 제공 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(w)은 반송 아암(미도시됨)에 의해 게이트 밸브(114)에 의해 개방된 출입구(112)를 통하여 진공 챔버(110) 안으로 반입된 후, 미리 일정온도로 조절된 정전척(132)상에 로딩된다. 기판이 정전척(132)에 고정되면, 기판(w) 저면으로 온도 조절용 백사이드 가스가 공급된다. 한편, 진공 챔버(110)의 내부를 고진공으로 형성한 다음에는 상부 전극부(120)의 샤워헤드(124)를 통해 처리가스가 공급된다. 이처럼 플라즈마 형성을 위한 소정의 공정 조건이 완료되면, 하부전극(134)에 고주파 전원이 인가되고, 기판 상부로 공급된 처리가스가 플라즈마화되면서 기판 표면을 선택적으로 제거하는 에칭 공정이 진행된다. 이 과정에서 기판(w)은 일정한 온도로 유지되도록 기판 저면으로 백사이드 가스(헬륨가스)가 공급된다. 백사이드 가스는 가스 공급로(144)와 가스 공급로상에 설치된 방전 방지 부재(150)를 거쳐 정전척(132)의 가스 분사홀(132a)를 통해 기판(w) 저면으로 공급된다. 여기서, 백사이드 가스는 이중의 나선형 제1,2유로(155,159)로 분기되어 이동된 후 다시 버퍼 공간(152c)에서 하나로 합쳐져 다시 가스 공급로(144)로 흐르게 된다. 이렇게, 백사이드 가스의 전자는 나선형의 제1,2유로(155,159)를 통과하면서 내측블록(158)과 외측블록(154) 그리고 몸체(152)의 측벽 등에 충돌하면서 에너지가 저하되기 때문에 방전을 확실하게 방지할 수 있는 것이다. 특히, 나선형의 제1,2유로는 그 이동 경로가 상대적으로 길기 때문에 방전 방지 효과가 높다.
예컨대, 특수 플라스틱 소재인 울템(ULTEM)과 같은 재질을 이용하여 방전 방 지 부재를 구성할 수도 있는데, 이와 같은 경우엔 내전압성 및 내열성이 높아 다른 부재에서 방전이 발생하더라도 용이하게 용해에 버리는 일이 없다. 그리고, 본 발명의 기판 처리 장치는 폴리 에처, 옥사이드 에처 뿐만 아니라, 메탈 에처(metal etcher), 백사이드 가스를 사용하는 고주파(RF) 설비에 적용 가능하다.
한편, 본 발명은 상기의 구성으로 이루어진 기판 처리 장치는 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 백사이드 가스가 방전 방지 부재를 통과하는 백사이드 가스의 이동 경로가 길기 때문에 가스 공급로를 통한 가스 방전을 효과적으로 예방할 수 있다.
본 발명은 나선형의 유로들을 통해 백사이드 가스가 안정적으로 공급되기 때문에 기판의 온도를 균일하게 조절할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    공정 챔버와;
    상기 공정 챔버에 구비되며 기판이 로딩되는 정전척을 갖는 하부전극부;
    상기 정전척에 놓여진 기판으로 백사이드 가스를 공급하기 위하여 상기 하부전극부에 가스 공급로를 갖는 백사이드 가스 공급부; 및
    상기 가스 공급로를 통한 가스 방전을 방지하기 위하여 상기 가스 공급로에 설치되며 백사이드 가스가 흐르는 복수의 나선형 유로를 갖는 방전 방지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재는
    내부공간을 갖으며 외주면에 나선형의 제1유로가 형성된 외측블록;
    상기 외측 블록의 내부 공간에 설치되며 외주면에 나선형의 제2유로가 형성된 내측블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재는
    내부공간과 연결되는 가스 유입구와 가스 유출구를 갖는 몸체;
    상기 몸체의 내부공간에 설치되며, 외주면에 나선형의 제1유로가 형성된 중공형상의 외측블록;
    상기 외측블록의 내부에 설치되며 외주면에 나선형의 제2유로가 형성된 내측블록을 포함하여,
    상기 가스 유입구를 통해 유입된 백사이드 가스는 상기 제1,2유로로 분기되어 상기 외측블록과 상기 내측블록을 통과한 후 다시 가스 유출구에서 하나로 합쳐져 빠져나가는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 제1,2유로를 통과한 백사이드 가스가 상기 가스 유출구를 통해 빠져나가기 전에 머무르는 버퍼 공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 외측블록과 상기 내측블록의 재질은 세라믹인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하부전극부는
    상기 정전척 하부에 위치되는 하부전극;
    상기 하부전극의 하부에 위치되는 절연블록;
    상기 절연블록 하부에 위치되는 도전성 부재를 포함하며,
    상기 방전 방지 부재는 상기 절연블록을 경유하는 상기 가스 공급로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 백사이드 가스는 기판의 온도를 조절하기 위한 온도 조절용 헬륨가스인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 기판 처리 방법에 있어서:
    기판이 정전척에 놓여지면 처리가스를 공급하고, 하부전극과 상부전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 처리가스를 플라즈마화하는 단계;
    정전척에 놓여진 기판의 온도 조절을 위해 가스 공급로를 통해 기판으로 백사이드 가스를 공급하는 단계를 포함하되;
    상기 백사이드 가스 공급 단계에서 백사이드 가스는 상기 가스 공급로에 설치된 방전 방지 부재의 유로들을 경유하여 기판으로 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 백사이드 가스 공급단계에서 백사이드 가스는 절연체로 이루어지는 블 록들의 외주면에 형성된 나선형 유로들을 경유함으로써, 백사이드 가스중의 전자가 나선형 유로들의 측벽과 충돌을 통해 에너지가 저하되면서 방전이 방지되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 백사이드 가스 공급단계에서 상기 나선형 유로들을 통과한 백사이드 가스는 버퍼공간에서 합쳐진 후 상기 가스 공급로로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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