KR101102039B1 - 플라즈마 식각 장치용 전극 및 이를 구비하는 플라즈마식각 장치 - Google Patents

플라즈마 식각 장치용 전극 및 이를 구비하는 플라즈마식각 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 식각 장치용 전극 및 이를 구비하는 플라즈마 식각 장치가 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치용 전극은, 상면에 기판이 안착되며 엠보스(emboss) 패턴을 갖도록 형성된 용사(溶射)층 및 용사층의 하부에 위치되며 용사층의 엠보스 패턴에 대응되는 엠보스 패턴을 갖도록 형성된 모재(母材)층을 포함한다.
플라즈마 식각, 하부 전극, 용사, 모재, 엠보스 패턴

Description

플라즈마 식각 장치용 전극 및 이를 구비하는 플라즈마 식각 장치{Electrode using apparatus for plasma etching and plasma etching apparatus including the same}
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치에 의해 식각 공정이 수행된 박막 트랜지스터 기판의 부분 확대 사진이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치용 전극을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 전극이 구비된 플라즈마 식각 장치를 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210 : 모재층 220 : 용사층
230 : 버퍼층 310 : 공정 챔버
320 : 상부 전극 330 : 하부 전극
340 : 기판
본 발명은 플라즈마 식각 장치용 전극 및 이를 구비하는 플라즈마 식각 장치 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 얼룩 불량 등의 생성을 방지할 수 있도록 개량된 플라즈마 식각 장치용 하부 전극과 이를 구비하는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 및 액정표시장치 등은 다양한 금속, 비금속 물질들의 적층, 패터닝, 식각 및 세정 등의 공정의 반복에 의하여 이루어진다. 이 가운데 식각 공정은 식각 대상 물질을 원하는 형태로 형성해주는 공정으로써 가장 빈번하게 수행되는 공정 중 하나이다.
이러한 식각 공정은 다양한 장비와 방식에 의해 이루어지고 있는데, 이를 크게 구분하자면 등방성 식각과 비등방성 식각으로 나눌 수 있다.
먼저 등방성 식각은, 특정 방향을 따라 식각이 이루어지는 방식으로, 통상 습식 식각이나 배럴 플라즈마 식각 등의 화학적 식각이 이에 속한다.
그리고 비등방성 식각으로는 반응성 이온 식각(reactive ion etching)과 같은 대부분의 건식 식각을 들 수 있다. 반응성 이온 식각에서는 반응 가스가 공정챔버에서 이온화되고 전기적으로 가속됨으로써 주로 전계 방향을 따라 식각이 이루어지게 된다. 이러한 건식 식각에서는 대게 반응 가스에 활성을 주기 위해 플라즈마를 형성하게 되는데, 플라즈마를 형성하기 위한 방법으로는 주로 고주파 전계를 반응 가스에 인가하는 방식이 사용되고 있다.
통상의 플라즈마를 형성하는 방법은 다음과 같다.
플라즈마 챔버 내의 상하부 전극 사이에 전압을 걸어 전계를 형성하고, 상하부 전극 사이의 공간으로 저압의 반응 가스를 공급한다. 이때, 상하부 전극 사이에 인가되는 전압은 직류일 수도 있으나 대개는 고주파의 교류가 사용된다.
고주파 교류를 사용하게 되면 전극 단부를 반드시 전도성 물질로 구성할 필요가 없을 뿐만 아니라, 전계의 진동에 의해 상하부 전극 사이에 존재하는 전자들이 충분한 에너지를 얻을 수 있게 되므로 전자가 중성 원자와 충돌하여 보다 많은 하전 입자를 생성할 수 있게 된다.
상하부 전극 사이의 공간에서 생성된 전자는 중성 가스와 충돌하여 분해 및 발광을 일으키게 되어 더 많은 이온과 전자를 발생시키게 되며, 양이온은 전계에 의해 가속되어 전극과 충돌할 때도 전자를 추가로 발생시킨다.
이와 같은 플라즈마 식각 장치에 구비되는 하부 전극은 공정 챔버의 저면 중앙부에 위치되며, 그 상면에 식각 대상인 기판이 안착된다.
이러한 하부 전극은, 통상 기판과 접촉되는 용사(溶射)층과 용사층의 하부에 위치되는 모재(母材)층 등으로 구성되는데, 용사층에는 엠보스(emboss) 형태의 패턴이 형성되어 있어 돌출부가 기판과 접촉되고 함몰부는 기판과의 접촉이 이루어지지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치에 의해 식각 공정이 수행된 박막 트랜지스터 기판의 부분 확대 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엠보스 패턴 용사층이 형성된 하부 전극을 사용하여 플라즈마 식각 공정을 수행하는 경우, 공정이 완료된 기판에 엠보스 패턴 형태의 얼룩 불량이 자주 발생된다는 문제점이 있다.
그리고 이러한 얼룩 불량의 주된 원인으로는, 평판 형태의 모재층이 용사층 의 돌출부 및 함몰부와의 사이에 이루는 이격 거리가 각각 달라, 이로 인해 발생되는 용사층의 기판과의 접촉면, 비접촉면 사이의 온도의 차에 의한 것임이 실험적으로 입증되었다.
따라서, 용사층의 기판과의 접촉면, 비접촉면 사이의 온도의 차가 발생되지 않을 수 있도록 하기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 얼룩 불량 등의 생성을 방지할 수 있도록 개량된 플라즈마 식각 장치용 하부 전극과 이를 구비하는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치용 전극은, 상면에 기판이 안착되며 엠보스(emboss) 패턴을 갖도록 형성된 용사층 및 용사층의 하부에 위치되며 용사층의 엠보스 패턴에 대응되는 엠보스 패턴을 갖도록 형성된 모재층을 포함한다.
여기서, 용사층은 전면(全面)에 걸쳐 모재층의 표면을 기준으로 소정의 오차 범위 내에서 동일한 두께를 갖도록 형성되는 것이 좋으며, 또한, 용사층과 모재층의 사이에는 모재층의 엠보스 패턴과 대응되는 엠보스 패턴이 형성된 버퍼층이 추 가로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 전극을 구비하는 플라즈마 식각 장치는, 공정 챔버, 공정 챔버의 저면에 배치되어 상면에 기판이 안착되며 서로 대응되는 엠보스 패턴이 형성된 모재층과 용사층을 구비하는 하부 전극 및 공정 챔버의 상부에 배치되어 반응 가스와 고주파 전압에 의해 플라즈마를 형성하는 상부 전극을 포함한다.
이때, 하부 전극에 구비되는 용사층은 전면에 걸쳐 모재층의 표면을 기준으로 소정의 오차 범위 내에서 동일한 두께를 갖도록 형성되는 것이 좋으며, 또한, 용사층과 모재층의 사이에는 모재층의 엠보스 패턴과 대응되는 엠보스 패턴이 형성된 버퍼층이 추가로 구비될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
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 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치용 전극을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치용 하부 전극은, 모재층(210) 및 용사층(220) 등을 포함하여 구성된다.
용사층(220)은 그 상면에 플라즈마 식각 공정의 대상이 되는 기판을 안착시킨다. 이러한 기판으로는 반도체 제조용 웨이퍼나 액정표시장치에 적용되는 박막 트랜지스터 기판 등을 들 수 있을 것이다.
여기서, 용사층(220)은 Al2O3와 같은 알루미늄(Al) 화합물 등에 의해 구성될 수 있는데, 기판과의 접촉면 상에는 엠보스 패턴이 형성되어 있다. 이에 따라, 엠보스 패턴에 의한 돌출부(225)는 기판과 직접 접촉되고 함몰부는 기판과의 접촉이 이루어지지 않게 된다.
모재층(210)은 용사층(220)의 하부에 위치된다. 모재층(210)은 순수 알루미늄이나 알루미늄 화합물 등으로 구성될 수 있으며, 용사층(220)과의 접촉면에 역시 엠보스 패턴이 형성되어 있다. 이때, 모재층(210)에 형성된 엠보스 패턴은 용사층(220)에 형성된 엠보스 패턴과 대응되는 형태를 갖는데, 바람직하게는 완전히 동일한 형상을 갖는 것이 좋다.
이에 따라, 모재층(210)의 표면으로부터 용사층(220)의 표면에 이르는 거리가 어느 곳에서 측정하더라도 일정한 값을 갖게 됨으로써, 용사층(220)의 기판과의 접촉면, 비접촉면 사이에 온도의 차이가 발생되는 것을 방지할 수 있게 되었다. 모재층(210)의 돌출부(215)와 용사층(220)의 돌출부(225) 사이의 거리가, 모재층(210)의 함몰부와 용사층(220)의 함몰부 사이의 거리와 동일함을 도면에 도시하였다.
이때, 용사층(220)의 모재층(210)과의 접촉면, 다시 말해, 용사층(220)의 하면에는 모재층(210)의 돌출부(215)를 수용할 수 있는 함몰 패턴이 구비될 수 있음은 당연하다.
다음 도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치용 하부 전극은, 모재층(210)과 용사층(220)의 결합부에, 이들 사이의 보다 유기적인 접촉을 가능하게 하는 버퍼층(230)이 추가로 구비되었음을 알 수 있다. 단, 이때에도 모재층(210)의 표면과 용사층(220) 사이의 거리는 어느 곳에서 측정하더라도 동일하다.
버퍼층(230)은 니켈(Ni), 니켈 화합물, 알루미늄(Al), 알루미늄 화합물 및 이들의 결합 물질에 의해 구성될 수 있다.
여기서, 버퍼층(230)의 하부면에는 모재층(220) 상부의 엠보스 패턴과 대응되는 요철(凹凸) 패턴이 형성될 수 있다.
이때, 도 2b의 실시예에서는, 버퍼층(230)이 일정한 두께를 갖도록 형성됨으로써 용사층(220)과의 접촉면인 상부면 역시 요철 형태를 갖도록 형성되고, 용사층(220)의 하부면에는 이와 대응되는 요철 패턴이 형성된 형태만을 도시하였다. 그렇지만, 용사층(220)과의 접촉면인 버퍼층(230)의 상부면과 용사층(220)의 하부면이 모두 평면 형태로 구현될 수도 있음은 당업자에 있어 자명할 것이다.
도 3은 도 2의 전극이 구비된 플라즈마 식각 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 공정 챔버(310), 상부 전극(320) 및 하부 전극(330) 등을 포함하여 구성된다.
상부 전극(320)은 인입되는 반응 가스와 고주파 전계에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 이때 고주파 전계로는 13.56㎒의 RF 신호가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 전극(320)은 상면에 기판(340)이 안착되며, 상부 전극(310)과의 상호 작용에 의해 공정 챔버(310) 내부에 전계를 형성함으로써 반응 가스가 플라즈마로 용이하게 변환되도록 한다.
여기서, 하부 전극(320)은 엠보스 패턴이 형성되어 기판(340)과 직접 접촉되는 용사층 및 용사층의 하부에 위치되며 용사층의 엠보스 패턴에 대응되는 엠보스 패턴이 형성된 모재층 등을 포함하나, 이를 도시하지는 않았다.
하부 전극을 구성하는 용사층과 모재층의 사이에 버퍼층이 추가로 구비될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 식각 장치용 전극과 이를 구비하는 플라즈마 식각 장치에 따르면, 하부 전극을 구성하는 용사층과 모재층 사이의 거리가 전면에 걸쳐 일률적으로 동일하게 된다. 이에 따라, 용사층의 기판과의 접촉면, 비접촉면 사이의 온도 차가 해소됨으로써, 결국, 기판 상에 형성되던 얼룩 불량 등의 문제점을 해결할 수 있게 되었다는 등의 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 상면에 기판이 안착되며 엠보스(emboss) 패턴을 갖도록 형성된 용사(溶射)층;
    상기 용사층의 하부에 위치되며 상기 용사층의 엠보스 패턴에 대응되는 엠보스 패턴을 갖도록 형성된 모재(母材)층; 및
    상기 용사층과 상기 모재층의 사이에 위치되며, 하부면에 상기 모재층의 엠보스 패턴에 대응되는 엠보스 패턴을 갖도록 형성된 버퍼층을 포함하는 플라즈마 식각 장치용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용사층은 전면(全面)에 걸쳐 상기 모재층의 표면을 기준으로 소정의 오차 범위 내에서 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치용 전극.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 소정의 오차 범위 내에서 일정한 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치용 전극.
  5. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 저면에 배치되어 상면에 기판이 안착되며, 서로 대응되는 엠보스 패턴이 형성된 모재층과 용사층을 구비하는 하부 전극;
    상기 공정 챔버의 상부에 배치되어 반응 가스와 고주파 전압에 의해 플라즈마를 형성하는 상부 전극; 및
    상기 용사층과 상기 모재층의 사이에 위치되며, 상기 모재층의 엠보스 패턴에 대응되는 엠보스 패턴을 갖도록 형성된 버퍼층을 포함하는 플라즈마 식각 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 용사층은 전면(全面)에 걸쳐 상기 모재층의 표면을 기준으로 소정의 오차 범위 내에서 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  7. 삭제
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