KR100900703B1 - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라즈마 처리장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 상부에 마련된 절연 부재와, 상기 절연 부재와 대향 배치되어 기판의 하부면 중심 영역을 지지하는 기판 지지부와, 상기 챔버 내벽에 마련되어 기판을 향해 반응 가스를 분사하는 가스 분사부와, 상기 가스 분사부에 연결되어 증착 가스를 공급하는 증착 가스 공급부와, 상기 가스 분사부에 연결되어 세정 가스를 공급하는 세정 가스 공급부와, 상기 챔버 내에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 발생부를 포함한다.
상기와 같은 발명은 증착 공정과 세정 공정을 동일 챔버 내에서 수행함으로써, 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 공정에 소요되는 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
챔버, 증착, 세정, 플라즈마, 고주파 발생부

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND THE PLASMA PROCESSING METHOD THEREOF}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원가 절감 및 공정 시간을 단축시키기 위한 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정에서 웨이퍼 표면에서 반응 기체를 반응시켜서 필요한 재질의 막을 형성하는 공정을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 한다) 공정이라 한다.
종래 증착 공정은 밀폐된 챔버 내에 상부 전극과 하부 전극을 대향하여 배치하고, 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 상부 전극과 하부 전극 사이에 마련한다. 이어서, 상부 전극과 하부 전극 사이에 플라즈마를 형성하여 기판의 상부면에 원하는 박막을 형성한다. 이때, 기판의 측부에는 기판의 상부면 가장자리 및 측부에 박막이 증착되는 것을 방지하기 위해 기판의 가장자리를 덮는 새도우링(Shadow ring)이 더 마련된다. 상기와 같이 마련된 새도우링은 기판의 가장자리를 정확하게 덮도록 정렬시키기가 매우 어렵기 때문에 새도우링을 반복적으로 제어하여 정렬하더라도 기판의 상부면 가장자리 및 기판의 측부가 정확히 보호되지 못하여, 이들 영역에 원하지 않은 박막 및 파티클 등의 이물질이 증착되게 된다. 또한, 기판이 안착되는 하부 전극은 챔버 내로 인입된 기판을 외부 로봇암으로부터 인계 받기 위해 기판의 하부면 중심 영역을 지지하기 때문에 증착 공정이 진행되는 동안 기판의 하부면 가장자리에 원하지 않는 박막 및 파티클 등의 이물질이 증착된다. 따라서, 이와 같은 불필요한 이물질을 제거하기 위해 증착 공정을 마친 기판은 기판의 상부면 가장자리, 기판의 측부 및 기판의 하부 가장자리를 세정하기 위해 건식 세정 장치로 인입되어 세정 공정을 수행하게 된다.
하지만, 상기와 같이 기판의 상부면에 반도체 소자를 제조하기 위해서는 박막 증착 및 세정 공정을 반복적으로 수행해야 하기 때문에 공정 시간이 길어지고, 이에 소용되는 원가가 상승하여 공정 효율을 떨어뜨리는 문제점을 야기시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 공정 시간의 단축 및 원가를 절감하기 위한 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 챔버와, 상기 챔버 내의 상부에 마련된 절연 부재와, 상기 절연 부재와 대향 배치되어 기판의 하부면 중심 영역을 지지하는 기판 지지부와, 상기 챔버 내벽에 마련되어 기판을 향해 반응 가스를 분사하는 가스 분사부와, 상기 가스 분사부에 연결되어 증착 가스를 공급하는 증착 가스 공급부와, 상기 가스 분사부에 연결되어 세정 가스를 공급하는 세정 가스 공급부와, 상기 챔버 내에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 발생부를 포함한다.
상기 가스 분사부는 제 1 가스 분사부와, 제 2 가스 분사부를 포함할 수 있다. 상기 제 2 가스 분사부는 제 1 가스 분사부의 하부에 장착될 수 있다. 상기 제 2 가스 분사부는 제 1 가스 분사부의 외주연에 이격 배치될 수 있다. 상기 제 2 가스 분사부는 챔버의 상부 내벽 또는 챔버의 내측벽에 장착될 수 있다.
상기 제 1 가스 분사부에는 세정 가스 공급부가 연결되고, 제 2 가스 분사부에는 증착 가스 공급부가 연결될 수 있다.
상기 가스 분사부는 링 형상으로 형성되고, 가스 분사부의 내주연에는 다수 의 분사홀이 형성될 수 있다. 상기 분사홀을 내측 하방을 향해 기울어져 형성될 수 있다.
상기 절연 부재의 하부면 중앙 영역에는 하부로 돌출 형성된 돌출부가 더 형성될 수 있다. 상기 돌출부의 직경은 기판의 직경 보다 작거나 기판의 직경과 동일할 수 있다.
상기 고주파 발생부는 절연 부재의 상부에 마련된 제 1 고주파 발생부와, 챔버의 하부 외측에 마련된 제 2 고주파 발생부를 포함할 수 있다.
상기 챔버 내에는 기판 지지부의 외주연과 이격되어 마련된 포커스링을 더 포함하고, 상기 포커스링의 내측에는 가열 부재가 더 마련되며, 포커스링의 내주연에는 돌출핀이 더 형성될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리방법은 기판을 챔버 내로 인입시키는 단계와, 기판을 기판 지지대에 안착시키는 단계와, 기판을 증착 위치로 배치시키는 단계와, 기판의 상부면에 플라즈마를 형성하여 기판에 박막을 증착시키는 단계와, 기판을 증착 위치보다 높은 위치인 세정 위치로 배치시키기 위하여 기판을 상승시켜 기판과 절연 부재의 하부면과의 거리를 1mm 이하로 유지하는 단계와, 기판의 상부면 가장자리, 기판의 측부 및 기판의 하부 가장자리 주위로 플라즈마를 형성하여 기판을 세정시키는 단계 및 기판을 인출시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 증착 공정과 세정 공정을 동일 챔버 내에서 수행함으로써, 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 공정에 소요되는 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기판의 상부면 가장자리를 덮는 새도우링을 제거함으로써, 장치를 단순화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 절연 부재의 하부면에 돌출부를 배치함으로써, 기판의 상부면에 플라즈마가 형성되거나 플라즈마가 인입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 돌출부의 직경을 기판의 직경보다 약간 작도록 형성함으로써, 기판의 상부면 중심 영역을 제외한 영역을 플라즈마에 노출시켜 기판의 가장자리를 세정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에 구비되는 가스 분사부의 변형예를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 변형예를 나타낸 단 면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법을 나타낸 순서도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 동작을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내에 상부에 마련된 절연 부재(200)와, 상기 절연 부재(200)와 대향 배치되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(300)와, 상기 챔버(100) 내벽에 마련되어 기판(S)을 향해 반응 가스를 분사하는 가스 분사부(400)와, 상기 가스 분사부(400)에 연결된 가스 공급부(700)와, 상기 챔버(100) 내에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 발생부(500, 600)를 포함한다.
챔버(100)는 상부의 중심 영역의 일부가 개방된 통상 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되고, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 상기에서는 챔버(100)를 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않으며 기판(S)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 챔버(100)의 일측벽에는 기판(S)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(Gate, 110)가 형성되며, 챔버(100)의 하부면에는 증착 및 세정 공정 시 발생되는 파티클 등의 반응 부산물을 챔버(100) 외부로 배기하기 위한 배기부(120)가 마련된다. 이때, 배기부(120)에는 챔버(100) 내의 불순물을 챔버(100) 외부로 배기하기 위한 배기 수단(130), 예를 들어 진공 펌프가 연결된다. 상기에서는 챔버(100)를 일체형으로 설명하였지만, 챔버(100)를 상부가 개방된 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다.
절연 부재(200)는 챔버(100) 내의 상부에 마련되며, 구체적으로는 챔버(100) 의 중심 영역의 일부가 개방된 영역에 삽입되어 챔버(100)와 결합된다. 상기와 같은 절연 부재(200)는 석영, 세라믹과 같은 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 기판(S)에 증착 공정을 수행할 경우, 절연 부재(200)는 절연 부재(200)의 상부에 마련된 고주파 발생부(500)로부터 고주파가 챔버(100) 내로 유도되도록 투과창 역할을 한다. 또한, 증착을 마친 기판(S)에 세정을 수행할 경우, 절연 부재(200)는 기판(S)의 상부면과 소정 간격으로 이격 배치됨으로써, 기판(S)의 상부면의 중심 영역에 플라즈마가 발생되지 않도록 차폐하는 역할을 한다. 이러한 절연 부재(200)는 플레이트(210)와, 상기 플레이트(210)의 하부에 형성된 돌출부(220)를 포함한다. 플레이트(210)는 기판(S)의 형상과 대응되도록 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 플레이트(210)의 상부면 중심부에는 내측으로 오목한 홈이 형성된다. 돌출부(220)는 플레이트(210)의 하방으로 연장 형성되며, 구체적으로 플레이트(210)의 하부면의 중심 영역에서 하부로 돌출되어 형성된다. 이러한 돌출부(220)는 기판(S)의 상부면에 이격되어 배치되며, 기판(S)의 상부면에 플라즈마가 형성되거나 플라즈마가 인입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 여기서, 돌출부(220)의 직경은 박막이 형성된 기판(S)의 상부면 중심 영역을 보호하도록 기판(S)의 직경보다 약간 작도록 형성되는 것이 바람직하며, 이에 의해 기판(S)의 상부면 중심 영역을 제외한 영역을 플라즈마에 노출시킬 수 있다.
상기에서는 플레이트(210)의 하부에 형성된 돌출부(220)를 기판(S)의 직경보다 약간 작도록 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 기판(S)의 직경과 거의 동일하도록 형성할 수 있으며, 이는 기판(S)의 상부면 가장자리를 제외한 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리만을 세정할 수 있는 효과가 있다.
기판 지지부(300)는 절연 부재(200)와 대향하여 마련되어 있으며, 기판(S)을 지지하는 지지대(310)와, 상기 지지대(310)의 하부에 연결된 승강 부재(320)를 포함한다. 지지대(310)는 통상 기판(S)의 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 지지대(310)의 직경은 기판(S)의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 지지대(310)는 챔버(100) 내로 인입된 기판(S)의 중심 영역을 지지하고, 이에 의해 기판(S)의 가장자리를 지지한 채 챔버(100) 내부로 기판(S)을 이송해온 외부 로봇암(미도시)과 간섭되지 않고 기판(S)을 지지대(310)의 상부면에 안정적으로 안착시킬 수 있다. 이로부터 기판(S) 로딩을 위한 별도의 리프트 핀(미도시)이 필요없어 장치 구조가 간단해지는 효과가 있다. 여기서, 지지대(310)의 내측에는 히터(미도시)가 마련될 수 있으며, 히터는 기판(S)의 상부면에 박막이 균일하게 증착되도록 기판(S)에 소정의 열을 제공하는 역할을 한다. 지지대(310)의 상부에는 지지대(310)의 상부에 안착된 기판(S)을 흡착 유지시키도록 정전척(330)이 더 마련된다. 정전척(330)은 원형의 플레이트 형상으로 기판(S)의 형상과 거의 동일한 형상으로 형성되고, 챔버(100) 내로 인입된 기판(S)을 보유하는 역할을 한다. 정전척(330)에는 고압 직류 전원(미도시)이 연결될 수 있으며, 이에 의해 정전척(330)에 고전압이 인가되어 기판(S)을 정전력에 의해 정전척(330)에 흡착 유지시킬 수 있다. 여기서, 기판(S)을 고정시키기 위해 정전척(330) 대신 진공척 또는 기계척이 사용될 수 있음은 물론이다. 승강 부재(320)는 지지대(310)의 하부에 연결되며, 기판(S)이 안착된 지지대(310)를 승하강시키는 역할을 한다. 승강 부재(320)는 기판(S)이 인입 또 는 인출될 때, 기판(S)을 지지대(310)에 탈착시키도록 지지대(310)를 승하강시키는 역할을 하고, 증착 공정을 마친 기판(S)에 세정 공정을 수행할 경우, 기판(S)이 세정 위치로 배치되도록 기판(S)이 안착된 지지대(310)를 이동시키는 역할을 한다. 여기서, 승강 부재(320)에는 승강 부재(320)에 구동력을 제공하도록 모터와 같은 구동부(미도시)가 더 연결될 수 있다.
지지대(310)의 외측에는 지지대(310)의 외측을 감싸는 포커스링(910)과, 상기 포커스링(910)의 상부에 마련된 에지링(920)을 더 포함할 수 있다. 포커스링(910)은 챔버(100) 하부 바닥면에 장착되며, 지지대(310)의 외주연과 이격되도록 링 형상으로 형성된다. 이러한 포커스링(910)은 기판(S)의 상부면에 증착이 이루어지는 동안 기판(S)의 상부에 형성된 플라즈마를 기판(S)의 상부면에 집중시키는 역할을 한다. 여기서, 포커스링(910)의 내측에는 히터와 같은 가열 부재(미도시)가 마련될 수 있으며, 이러한 가열 부재는 기판(S)을 지지하는 지지대(310)와의 온도를 동일하도록 포커스링(910)을 가열함으로써, 기판(S)의 상부면에 박막을 증착할 시 증착 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 포커스링(910)의 내주연에는 내측을 향해 경사진 돌출핀(미도시)을 더 형성할 수 있으며, 이러한 돌출핀은 기판(S)을 정렬시킬 때 기판(S)의 하부 가장자리를 지지할 수 있다. 여기서, 돌출핀은 포커스링(910)의 상부에 설치될 수도 있음은 물론이고, 돌출핀이 포커스링(910)의 상부면에 설치될 경우, 기판(S)의 하부면 가장자리를 지지할 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 돌출핀은 기판(S)의 가장자리를 안정적으로 지지할 수 있도록 다수개가 형성될 수 있음은 물론이다. 에지링(920)은 포커스링(910)의 상부에 마련되며, 원형의 링 형상으로 형성된다. 에지링(920)은 지지대(310)의 상부에 안착된 기판(S)의 측부와 이격되도록 배치되며, 이러한 에지링(920)은 기판(S)이 지지대(310)의 상부에 정확하게 안착되도록 기판(S)을 정렬시키는 역할을 한다.
지지대(310)가 기판(S)을 지지대(310)의 상부에 안착시켜 증착 위치로 이동하면, 기판(S)이 지지대(310)의 상부면에서 분리되도록 더욱 하강하고, 이에 포커스링(910)의 내주연에 형성된 돌출핀의 상부에 기판(S)의 하부면 가장자리가 안착된다. 이후, 에지링(920)에 의해 기판(S)은 좌우로 정렬되고, 지지대(310)가 상승하여 정렬을 마친 기판(S)을 지지대(910)의 상부에 안착시킬 수 있다. 물론, 증착을 마친 기판(S)이 세정 위치로 이동할 때 위와 같이 동작하여 기판(S)을 재정렬할 수 있음은 물론이다.
가스 분사부(400)는 챔버(100)의 상부 내벽에 장착되며, 기판(S)을 향해 증착 가스 또는 세정 가스를 분사하는 역할을 한다. 이러한 가스 분사부(400)는 내부에 소정 공간이 마련된 몸체(410)와, 상기 몸체(410)의 내주연을 따라 형성된 다수의 분사홀(420)을 포함한다. 몸체(410)는 원형의 링 형상으로 형성되고, 챔버(100)의 상부에 마련된 절연 부재(200)의 외주연과 이격되도록 마련된다. 몸체(410)의 내주연에 형성된 다수의 분사홀(420)은 몸체(410) 내에 형성된 소정 공간과 연통되도록 형성된다. 여기서, 분사홀(420)은 원형 또는 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 기판(S)을 향해 증착 가스 또는 세정 가스가 분사되도록 기판(S)을 향해 경사가 형성될 수 있다.
가스 공급부(700)는 가스 분사부(400)에 연결되며 챔버(100) 내에 증착 가스를 공급하기 위한 증착 가스 공급부(710)와, 가스 분사부(400)에 연결되어 챔버(100) 내에 세정 가스를 공급하기 위한 세정 가스 공급부(720)를 포함한다.
증착 가스 공급부(710) 및 세정 가스 공급부(720)는 가스 분사부(400)의 몸체(100) 상부에 연결되며 몸체(410) 내에 형성된 소정 공간과 연통되도록 형성된다. 증착 공정이 시작되면, 증착 가스는 증착 가스 공급부(710)로부터 몸체(100) 내의 소정 공간에 공급되고, 몸체(410) 내로 공급된 증착 가스는 몸체(410)의 내주연에 형성된 다수의 분사홀(420)을 거쳐 챔버(100)의 내부 즉, 기판(S)의 상부면을 향해 분사된다. 또한, 세정 공정이 시작되면, 세정 가스는 세정 가스 공급부(720)로부터 몸체(410)의 내주연에 형성된 다수의 분사홀(420)을 거쳐 챔버(100)의 내부 즉, 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리를 향해 분사된다.
상기에서는 하나의 가스 분사부(400)에 증착 가스 공급부(710) 및 세정 가스 공급부(720)를 연결하여 하나의 가스 분사부(400)에서 증착 가스 및 세정 가스가 분사되도록 구성하였지만, 이에 한정되지 않고 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(430)는 제 1 가스 분사부(430a)와, 상기 제 1 가스 분사부(430a)의 하부에 결합된 제 2 가스 분사부(430b)를 포함한다. 제 1 가스 분사부(430a)는 챔버(100)의 상부 내벽에 장착되며 제 1 가스 분사부(430a)에는 세정 가스 공급부(720)가 연결된다. 또한, 제 2 가스 분사부(430b)는 제 1 가스 분사부(430a)의 하부에 결합되며 제 2 가스 분사부(430b)에는 증착 가스 공급부(710)가 연결된다. 기판이 증착 위치에 배치되면, 증착 가스 공급부(710)로부터 증착 가스가 제 2 가스 분사부(430b)를 거쳐 챔버(100)의 내부로 공급되고, 공급된 증착 가스를 사용하여 기판에 원하는 박막을 증착한다. 또한, 기판이 세정 위치에 배치되면, 세정 가스 공급부(720)로부터 세정 가스가 제 1 가스 분사부(430a)를 거쳐 챔버(100) 내부로 공급되고, 공급된 세정 가스를 사용하여 기판의 상부면 가장자리, 기판의 측부 및 기판의 하부면 가장자리를 세정하게 된다. 상기와 같은 구성은 증착 가스 및 세정 가스를 분사하는 가스 분사부를 별도로 구성함으로써, 증착 공정을 마친 증착 가스가 가스 분사부에서 정체되어 이후 세정 공정에서 가스 분사부에 공급되는 세정 가스와 혼합되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 제 1 가스 분사부(430a)에 세정 가스 공급부(720)를 연결하고, 제 2 가스 분사부(430b)에 증착 가스 공급부(710)를 연결하였지만, 이에 한정되지 않고, 제 1 가스 분사부(430a)에 증착 가스 공급부(710)를 연결하고, 제 2 가스 분사부(430b)에 세정 가스 공급부(720)를 연결할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(440)는 제 1 가스 분사부(440a)와, 상기 제 1 가스 분사부(440a)의 외주연에 이격되어 마련된 제 2 가스 분사부(440b)를 포함한다. 제 1 가스 분사부(440a)는 링 형상으로 형성되고, 챔버(100)의 상부 내벽에 장착되어 절연 부재(200)의 외주연과 이격되도록 배치된다. 또한, 제 2 가스 분사부(440b)는 링 형상으로 형성되어 챔버(100)의 상부 내벽에 장착되며 제 1 가스 분사부(440a)의 외주연을 따라 이격되어 마련된다. 제 2 가스 분사부(440b)의 내주연에는 다수의 분사홀(442)이 형성되고, 이러한 분사홀(442)은 제 1 가스 분사부(440a)의 외주연에 의해 증착 가스가 기판을 향해 분사되는 것을 방해받지 않도록 제 1 가스 분사부(440a) 하부면의 수평면 보다 낮은 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 가스 분사부(440a)에는 세정 가스 공급부(720)가 연결되며, 제 2 가스 분사부(440b)에는 증착 가스 공급부(710)가 연결된다. 물론, 제 1 가스 분사부(440a)에 증착 가스 공급부(710)가 연결되고, 제 2 가스 분사부(440b)에 세정 가스 공급부(720)가 연결될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(450)는 제 1 가스 분사부(450a)와, 상기 제 1 가스 분사부(450a)의 외주연에 이격되어 마련된 제 2 가스 분사부(450b)를 포함한다. 여기서, 제 2 가스 분사부(450b)는 제 1 가스 분사부(450a)의 외주연에 이격되어 마련되며, 챔버(100)의 내측벽에 장착된다. 제 1 가스 분사부(450a)에는 세정 가스 공급부(720)가 연결되고, 제 2 가스 분사부(450b)에는 증착 가스 공급부(710)가 연결되며, 증착 가스 공급부(710)는 챔버(100)의 외부면으로부터 내부면으로 관통되도록 연결될 수 있다.
도 1로 돌아가서, 고주파 발생부(500, 600)는 기판(S)을 증착 또는 세정할 때, 챔버(100) 내에 플라즈마가 형성되도록 챔버(100) 내에 고주파 전력을 인가하는 역할을 하며, 절연 부재(200)의 상부에 마련된 제 1 고주파 발생부(500)와, 기판 지지부(300)에 연결되는 제 2 고주파 발생부(600)를 포함한다.
제 1 고주파 발생부(500)는 기판(S)의 상부면에 박막을 증착할 경우, 기판(S)의 상부에 분사된 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마를 형성시키는 역할을 하 며, 안테나(510)와, 상기 안테나(510)에 연결된 고주파 전원(530)을 포함한다. 여기서, 안테나(510)와 고주파 전원(530) 사이에는 정합기(520)가 더 마련될 수 있다. 안테나(510)는 다수의 회전수를 갖도록 형성되며, 절연 부재(200)에 형성된 홈 내에 수납되도록 마련된다. 여기서, 소정 홈에 수납된 안테나(510)의 상부에는 안테나(510)로부터 발생된 고주파 전계가 외부로 누출되지 않도록 실드 부재(540)가 더 마련되며, 실드 부재(540)는 절연 부재(200)의 상부면에 결합된다. 또한, 안테나(510)에 연결된 고주파 전원(530)은 안테나(510)에 전원을 인가하는 역할을 하며, 안테나(510)와 고주파 전원(530) 사이에 마련된 정합기(520)는 챔버(100) 내에 최대 전력을 갖도록 고주파를 공급하기 위해 안테나(510)와 고주파 전원(530) 양단에 임피던스 차이를 보정해 주는 역할을 한다.
기판(S)이 증착 위치에 배치되어 기판(S)의 상부에 반응 가스가 분사되면, 고주파 전원(530)으로부터 안테나(510)에 전원이 인가되고, 안테나(510)에 인가된 고주파에 의해 챔버(100) 내에 고주파 전계가 형성된다. 이후, 고주파 전계는 챔버(100) 내부에 분사된 반응 가스를 활성화시켜 반응 가스를 플라즈마로 변환시키고 상기와 같이 형성된 플라즈마에 의해 기판(S)의 상부에 박막이 증착된다.
제 2 고주파 발생부(600)는 기판(S)이 안착되는 지지대(310)에 연결되며, 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리를 세정할 경우, 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리에 분사된 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마를 형성시키는 역할을 한다. 여기서, 지지대(310)의 내부에는 제 2 고주파 발생부(600)로부터 전원이 인가되는 전극판 (미도시)이 마련될 수 있다. 여기서, 제 2 고주파 발생부(600)는 ICP(Inductively Coupled Plasma), TCP(Transformer Coupled Plasma), Helicon Plasma, Toroidal plasma 등으로 구성될 수 있음은 물론이다.
증착을 마친 기판(S)이 세정 위치에 배치되어 기판(S)의 측부를 향해 반응 가스가 분사되면, 제 2 고주파 발생부(600)에 의해 지지대(310)에 전원이 인가되고, 이에 의해 지지대(310)와 돌출부(220)가 형성되지 않은 플레이트(210)의 하부면 사이 즉, 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리에 플라즈마가 형성되고, 이에 의해 기판(S)을 세정하게 된다.
종래 새도우링을 사용하는 방식에서는 기판의 상부면 가장자리, 기판의 측부 및 기판의 가장자리의 후면을 세정하기 위해 별도의 세정 챔버로 증착을 마친 기판(S)을 인입하여 세정을 수행하였다. 이는 하나의 단위 공정을 수행하기 위한 공정 시간이 길어지는 문제점이 발생하여 공정 효율을 떨어뜨리고 원가를 상승시키는 문제점을 발생시켰다. 또한, 종래에는 기판의 상부면 가장자리 및 기판의 측부에 박막이 증착되는 것을 방지하기 위해 새도우링을 마련하였으나 이는 기판의 상부면 가장자리 및 기판의 측부를 정확하게 덮도록 정렬시키기가 매우 어려워 기판에 원하지 않은 박막이 증착되는 문제점을 발생시켰다.
이와 대조적으로, 본 발명은 동일 챔버 내에서 증착 및 세정이 수행하도록 장치를 구성함으로써, 공정 시간을 단축할 수 있으며, 공정에 수행되는 원가를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 박막이 형성된 기판의 상부면 가장자리, 기판의 측부 및 기판의 하부면 가장자리를 동시에 세정함으로써, 종래의 새도우링 을 생략할 수 있으며, 이에 의해 장비를 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 여기서, 고주파 발생부를 제외하고는 도 1의 구성과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고주파 발생부(800)는 챔버(100)의 외측벽과 이격되어 마련되며, 안테나(810)와, 상기 안테나(810)에 연결된 고주파 전원(830)을 포함하고, 안테나(810)와 고주파 전원(830) 사이에는 정합기(820)가 더 마련될 수 있다. 안테나(810)는 챔버(100)를 둘러싸도록 챔버(100)의 외주연에 이격되어 마련되고, 안테나(810)에 고주파를 인가하기 위한 고주파 전원(830)이 안테나(810)에 연결된다. 여기서, 안테나(810)의 외측에는 안테나(810)에서 발생된 고주파 전계가 외부로 누출되지 않도록 실드 부재(840)가 챔버(100) 외측벽과 결합되어 안테나(810)를 수납하도록 형성될 수 있다. 또한, 안테나(810)와 이격 배치된 챔버(100)는 석영 또는 세라믹으로 이루어진 유전체로 형성하여 투과창 역할을 할 수 있다.
상기와 같은 고주파 발생부(800)는 증착 공정 및 세정 공정 시 기판(S)의 상부 및 기판(S)의 측부에 플라즈마가 형성되도록 챔버(100) 내에 고주파를 인가할 수 있으며, 특히, 상기와 같은 구성은 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치에 구비된 고주파 발생부에 비해 그 구성이 간단하다는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법을 살펴본다. 여기서, 플라즈마 처리방법은 도 1, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리방법은 기판을 챔버 내로 인입시키는 단계(S10)와, 상기 기판을 기판 지지부에 안착시키는 단계(S20)와, 상기 기판을 증착 위치로 배치시키는 단계(S30)와, 상기 기판에 박막을 증착시키는 단계(S40)와, 상기 기판을 세정 위치로 배치시키는 단계(S50)와, 상기 기판을 세정시키는 단계(S60)와, 상기 기판을 인출하는 단계(S70)를 포함한다.
먼저, 챔버(100) 외부에 마련된 로봇암(미도시)은 기판(S)의 하부면 가장자리를 지지한 상태에서 수평 이동하여 기판 출입구(110)를 거쳐 기판(S)을 챔버(100) 내로 이동시켜 기판을 챔버 내로 인입시키는 단계(S10)를 수행한다.
이어서, 지지대(310)는 승강 부재(320)에 의해 상승하기 시작하고, 기판(S)의 가장자리를 지지한 로봇암으로부터 기판(S)을 지지대(310)의 상부면에 안착시켜 기판을 기판 지지부에 안착시키는 단계(S20)를 수행한다. 여기서, 기판(S)이 안착되는 지지대(310)는 기판(S)의 중앙 영역을 지지함으로써, 로봇암과 간섭되지 않으면서 기판(S)을 안정적으로 지지대(310)에 안착시킬 수 있다.
이어서, 기판(S)이 안착된 지지대(310)는 승강 부재(320)에 의해 하강하기 시작하여 기판을 증착 위치에 배치시키는 단계(S30)를 수행한다. 여기서, 증착 위치에 배치된 기판(S)은 에지링(920)에 의해 정렬이 수행되고, 정렬을 마친 기판(S)은 지지대(310)의 상부에 마련된 정전척(330)에 의해 기판 지지부(300)의 상부에 흡착 유지된다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 증착 가스 공급부(710)로부터 가스 분사부(400)에 공급된 증착 가스는 기판(S)의 상부로 분사되기 시작하고, 이와 동시에 절연 부재(200)의 상부에 마련된 제 1 고주파 발생부(500)로부터 챔버(100) 내에 고주파 전계를 발생시킨다. 이후, 기판(S) 상부에 분사된 증착 가스는 고주파 전계에 의해 활성화되어 플라즈마(P)를 형성한다. 상기와 같이 발생된 플라즈마(P)는 기판(S) 상부면을 향해 분사되어 기판에 박막을 증착시키는 단계(S40)를 수행한다.
이어서, 박막의 증착이 완료된 기판(S)은 도 8에 도시된 바와 같이, 지지대(310)의 하부에 연결된 승강 부재(320)에 의해 상승하게 되고, 플레이트(210)의 하부면에 형성된 돌출부(220)와 소정 간격 즉, 기판(S)의 상부면과 돌출부(220)의 하부면의 거리(A)가 1mm 이하가 되도록 배치되어 기판(S)을 세정 위치로 배치시키는 단계(S50)를 수행한다.
이어서, 세정 가스 공급부(720)로부터 세정 가스가 가스 분사부(400)로 공급되고, 공급된 세정 가스는 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리를 향해 분사되기 시작하고, 이와 동시에 지지대(310)에 연결된 제 2 고주파 발생부(600)로부터 챔버(100) 내에 고주파 전계를 발생시켜 플라즈마(P)를 형성한다. 이후, 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리에 분사된 세정 가스는 고주파 전계에 의해 활성화되어 플라즈마(P)가 형성된다. 상기와 같이 발생된 플라즈마(P)는 기판(S)의 상부면 가장자리, 기판(S)의 측부 및 기판(S)의 하부면 가장자리를 향해 분사되어 기판을 세정시키는 단계(S60)를 수행한다. 여기서, 기판(S)의 상부면 중심 영역에는 절연 부재(200)에 형성된 돌출부(220)에 의해 플라즈마(P)가 인입되지 않는다.
상기와 같이 증착과 세정을 마친 기판(S)은 챔버(100) 외부에 마련된 로봇암 에 의해 챔버(100) 외부로 인출되어 기판을 인출하는 단계(S70)를 마친다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에 구비되는 가스 분사부의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 동작을 나타낸 단면도이다.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 챔버 200: 절연 부재
300: 기판 지지부 400: 가스 분사부
420: 분사홀 500: 제 1 고주파 발생부
600: 제 2 고주파 발생부 700: 가스 공급부

Claims (13)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내의 상부에 마련된 절연 부재와,
    상기 절연 부재와 대향 배치되어 기판의 하부면 중심 영역을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 챔버 내벽에 마련되어 기판을 향해 반응 가스를 분사하는 가스 분사부와,
    상기 가스 분사부에 연결되어 증착 가스를 공급하는 증착 가스 공급부와,
    상기 가스 분사부에 연결되어 세정 가스를 공급하는 세정 가스 공급부와,
    상기 절연 부재의 상부에 마련된 제 1 고주파 발생부 및
    상기 세정 가스를 활성화시켜 기판의 측부 및 기판의 상하 가장자리에 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 발생부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가스 분사부는 제 1 가스 분사부와, 제 2 가스 분사부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 가스 분사부는 제 1 가스 분사부의 하부에 장착되는 플라즈마 처리장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 제 2 가스 분사부는 제 1 가스 분사부의 외주연에 이격 배치되는 플라즈마 처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제 2 가스 분사부는 챔버의 상부 내벽 또는 챔버의 내측벽에 장착되는 플라즈마 처리장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 가스 분사부에는 세정 가스 공급부가 연결되고, 제 2 가스 분사부에는 증착 가스 공급부가 연결되는 플라즈마 처리장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 가스 분사부는 링 형상으로 형성되고, 가스 분사부의 내주연에는 다수의 분사홀이 형성되는 플라즈마 처리장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 분사홀을 내측 하방을 향해 기울어져 형성되는 플라즈마 처리장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 절연 부재의 하부면 중앙 영역에는 하부로 돌출 형성된 돌출부가 더 형성되는 플라즈마 처리장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 돌출부의 직경은 기판의 직경 보다 작거나 기판의 직경과 동일한 플라즈마 처리장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 챔버 내에는 기판 지지부의 외주연과 이격되어 마련된 포커스링을 더 포함하고, 상기 포커스링의 내측에는 가열 부재가 더 마련되며, 포커스링의 내주연에는 돌출핀이 더 형성되는 플라즈마 처리장치.
  13. 기판을 챔버 내로 인입시키는 단계와,
    기판을 기판 지지대에 안착시키는 단계와,
    기판을 증착 위치로 배치시키는 단계와,
    기판의 상부면에 플라즈마를 형성하여 기판에 박막을 증착시키는 단계와,
    기판을 증착 위치보다 높은 위치인 세정 위치로 배치시키기 위하여 기판을 상승시켜 기판과 절연 부재의 하부면과의 거리를 1mm 이하로 유지하는 단계와,
    기판의 상부면 가장자리, 기판의 측부 및 기판의 하부 가장자리 주위로 플라즈마를 형성하여 기판을 세정시키는 단계와,
    기판을 인출시키는 단계
    를 포함하는 플라즈마 처리방법.
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