KR101123003B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 기판의 플라즈마 발생영역과 스테이지 사이에 필터부를 두어 이온이 제거된 반응종만을 기판상에 인가하여 플라즈마를 이용한 에싱 공정을 수행할 수 있고, 에싱 공정에 의한 기판 상부 패턴의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 스테이지와 기판의 단부를 감싸는 전극 사이에 전위차를 주어 전극과 기판 사이에 국부적인 플라즈마를 발생하여 기판의 가장자리와 하부 영역의 파티클 및 박막을 제거할 수 있으며, 플라즈마를 이용하여 기판 상의 감광막을 제거하는 에싱 공정과 기판의 가장자리와 하부 영역의 파티클 및 박막을 제거할 수 있는 세정 공정을 동시에 실시할 수 있다.

플라즈마, 에싱, 필터, 반응종, 기판 가장자리 식각, 대기압

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma treating equipment}

도 1은 종래의 플라즈마를 이용한 에싱공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 필터부의 사시도.

도 5는 필터부의 평면도.

도 6은 본 발명의 변형예에 따른 필터부의 사시도.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 변형예에 따른 필터부의 평면도.

도 10은 도 9에 따른 필터부의 단면도.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 110 : 챔버 3, 130, 230 : 스테이지

150, 250 : 플라즈마 발생 수단

160, 260 : 필터부 290 : 전극

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 기판 패턴부 상의 감광막을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 기판 단부와 후면의 불필요한 박막 또는 파티클을 제거할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

종래에는 기판상에 형성된 감광막을 제거하는 방법으로 화공약품(H₂SO₄/H₂O₂ 또는 알칼리 용액)을 사용하는 습식 제거방법이 사용되었다. 하지만, 막대한 화공 약품 사용으로 인한 비용증가 문제, 폐수 처리의 문제등의 환경문제와, 이온주입을 받은 감광막은 습식방법으로 제거가 어려운 실정이었다.

이러한 단점들을 극복하기 위해 건식 제거 방법으로 플라즈마를 이용한 에싱방법이 연구되어 현재 소자의 감광막 제거를 위한 에싱 공정에 플라즈마 처리가 적용되고 있다.

여기서, 플라즈마란 이온이나 전자, 반응종(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 의미하는 것으로 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계에 의해 생성된다.

이러한 플라즈마를 이용한 에싱 공정을 통해 습식 방법의 문제를 해결할 수 있지만, 플라즈마 에싱 공정은 여러가지 단점들을 갖고 있다. 이중 가장 큰 문제는 전하 축적 손상이다. 즉, 플라즈마를 이용한 에싱 공정 중 일부의 전하가 얇아진 감광막을 뚫고, 기판 상에 형성된 패턴에 전달되면서 쌓이게 되면 그 하부에 있는 패턴이 파괴될 수 있다. 예를 들어 게이트 패터닝 후 플라즈마 에싱 공정을 통해 게이트 패터닝시 사용한 감광막을 제거할 경우 고 에너지의 전하가 얇아진 감광막을 뚫고 게이트 산화막에 쌓이게 되면 게이트 산화막이 파괴되는 문제가 발생한다.

더욱이 감광막 없이 기판이 플라즈마에 노출되면 에싱 공정시 더 심각한 손상을 받을 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 원거리에서 플라즈마를 발생시키고 반응종 만이 감광막과 반응을 일으키도록 한 원거리 플라즈마를 이용한 방법이 제안되었다. 이는 반응기 외부에서 플라즈마를 생성한 다음, 이를 반응기로 유도하여 플라즈마 중 이온/전자를 제거한 후, 반응종 만을 반응기로 유도하는 기술이다.

도 1은 종래의 플라즈마를 이용한 에싱공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 플라즈마 처리 장치는 제 1 챔버(1)와, 기판(4)을 지지하기 위해 제 1 챔버(1) 하부에 배치된 스테이지(3)와, 제 1 챔버(1)와 공간적으로 연통된 제 2 챔버(2)와, 제 2 챔버(2)의 외측에 설치되어 고주파 전원(8)으로부터 임피던스 매칭 박스(7)를 통해 고주파 전력을 공급받아 제 2 챔버(2) 내부에 플라즈마를 발생시키는 안테나(6)를 포함한다. 그리고, 제 2 챔버(2)에 가스를 공급하는 가스 공급관(5)과, 제 1 챔버(1) 내부의 부산물을 배기하는 배기수단(미도 시)을 포함한다.

상술한 바와 같이 종래의 플라즈마 처리 장치는 안테나(6)를 통해 인가된 고주파 전력과 가스 공급관(5)을 통해 공급된 O₂가스에 의해 제 2 챔버(2) 영역에서 플라즈마가 발생된다. 이렇게 발생된 플라즈마는 제 2 챔버(2; 플라즈마 생성 수단)에서 제 1 챔버(1; 반응기)로 유도되어 제 1 챔버(1)의 기판(4) 상에 형성된 감광막을 제거한다.

이러한 종래의 원거리 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 발생을 위한 별도의 수단이 반응기 외부에 설치되어 장치가 복잡해 진다. 또한, 반응기와 플라즈마 발생 수단 사이의 거리가 멀 경우, 반응종의 라이프 타임이 길지 않아 공정 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생한다. 그리고, 플라즈마 발생 수단이 기판과 원거리에 있다고 하더라도 에너지가 큰 이온/전자가 완벽하게 제거되지 않고, 반응기 내부로 유입되는 문제가 있고, 플라즈마에서 나오는 자외선 등으로 인한 기판 상의 패턴 손상을 완벽하게 차단하지 못하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 분리판을 이용하여 챔버 내부의 영역을 분리하여 플라즈마의 이온/전자 또는 자외선 등을 분리판을 이용하여 차단하고 반응종만을 공정 영역으로 유입하여 에싱공정을 수행할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

또한, 플라즈마를 이용하여 기판의 가장자리와 하부 영역의 파티클 및 박막을 제거할 수 있는 수단을 통해 기판 가장자리 세정과 에싱공정을 동시에 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 챔버와, 상기 챔버 내에 기판을 안착시키는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부 상부의 플라즈마 발생 공간 및 상기 기판 지지부와 상기 플라즈마 발생 공간 사이에 설치되며, 최소한 1회 이상이 굴절부를 가진 다수의 관통공을 가진 필터부;를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

여기서, 상기 필터부는 다수의 관통공을 가지고 상층과 하층으로 구성되며, 상기 상층의 관통공이 상기 하층의 관통공과 중첩되지 않는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기판의 단부와 대응되는 위치에 전극과, 상기 전극 상의 유전막과, 상기 전극과 상기 기판 사이에 전위차를 발생시키기 위한 전원수단을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 챔버의 측벽을 통하여 플라즈마 발생공간에 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 유로 및 상기 챔버의 측벽과 상기 전극을 통하여 상기 전극과 상기 기판 사이에 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 유로를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제 1 가스 유로는 상기 필터부 상측, 상기 제 2 가스 유로는 상기 필터부의 하측에 위치하는 것이 효과적이다.

그리고, 상기 전극의 측면에 장벽이 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기의 전극은, 상기 기판 단부의 상부에 제 1 전극 및 상기 기판 단부의 하 부에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 기판 단부의 상부 및 하부와 각각 대응되는 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 폭은 동일할 수 있다. 그리고, 상기 기판과 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과의 거리는 0.1 내지 5mm인 것이 바람직하다.

상술한 상기 플라즈마 발생공간은 중공을 둘러싸는 측벽과 상기 측벽 상부에 설치외는 상부 벽으로 구성되는 것이 효과적이다.

또한, 본 발명에 따른 기판을 챔버 내부의 기판 지지부에 적재하는 단계와, 상기 기판 지지부 상부의 플라즈마 발생공간에 가스를 공급하고, 플라즈마 전원을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계와, 상기 기판 지지부와 상기 챔버의 상부벽 사이에 구비된 필터부에 의해 상기 플라즈마를 필터링하여, 상기 플라즈마의 반응종을 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 에싱하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.

여기서, 상기 기판을 에싱한 후에, 상기 챔버의 압력을 대기압으로 유지하는 단계와, 상기 기판과 상기 기판 단부와 대응되는 전극에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판 단부를 식각하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 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 제 공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도이다.

도 2를 참조하면, 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 기판(20)이 안착되는 스테이지(30)와, 챔버(10) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생 수단(40)과, 기판(20)에 플라즈마 중 반응종만을 공급하기 위한 필터부(50)를 포함한다. 또한 가스를 챔버(10) 내부로 공급하기 위한 가스 공급 수단(미도시)과, 챔버(10) 내부의 가스를 배기하는 배기수단(미도시)과, 챔버(10) 내부의 압력을 조절하는 압력조절수단(미도시)을 더 포함할 수도 있다.

본 발명은 플라즈마가 발생되는 영역과 기판(20) 사이에 필터부(50)를 두어 플라즈마가 필터부(50)를 통과하는 중에 이온, 전자 및 빛이 차단되고 반응종만이 기판(20)으로 유도되도록 할 수 있다.

이를 위해, 챔버(20)의 하부에 스테이지(30)를 배치시켜 챔버(10) 내로 로딩되는 기판(20)을 지지한다. 챔버(20)의 상부에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생 수단(40)을 배치시킨다. 이때 플라즈마 발생 수단(40)으로는 고주파 전력을 사용하는 유도결합형 플라즈마 발생장치(ICP; Inductively coupled plasma), 용량성 결합에 의한 플라즈마 발생장치(CCP; Capacitively coupled plasma), 이 두가지 타입을 조합한 하이브리드 타입의 플라즈마 발생장치 등이 있으며, 마이크로 파를 이용한 장치로 ECR(Electron cyclotorn resonance)플라즈마 발생장치, SWP(Surface wave plasma)발생장치 등을 사용할 수 있다. 이러한 플라즈마 발생장 치를 이용하여 챔버 상부 영역에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

상기 스테이지(30)와 플라즈마 발생 수단(40) 사이에 필터부(50)를 배치시키고, 필터부(50)를 통해 플라즈마의 이온, 전자 및 빛이 필터링 된다. 즉, 필터부(50)를 통해 챔버(20)를 플라즈마 발생 영역과 반응 영역으로 분리하고, 플라즈마 발생 영역에서 생성된 플라즈마가 필터부(50)를 거쳐 반응 영역으로 인가될 때, 이온, 전자 및 빛이 차단되어 반응종만이 반응영역으로 유도되어 기판(20)과 반응 되도록 한다. 이러한 필터부(50)는 도면에서 점선과 같이 플라즈마가 적어도 한번은 필터부(50)에 부딪힌 다음 기판(20)에 인가되도록 한다. 이를 통해 플라즈마가 접지 전위의 필터부(50)에 부딪힐 경우, 에너지가 큰 이온/전자가 흡수될 수 있다. 또한 플라즈마의 빛 또한, 필터부(50)에 부딪히게 되어 투과하지 못하게 된다.

이를 위해 다양한 구성이 가능하다. 즉, 도면에서와 같이 다수의 관통공이 형성된 판을 다층으로 배치시키고 각 판의 관통공이 서로 어긋나게 형성하거나, 다수의 관통공이 소정의 굴절된 경로를 갖는 판 형상으로 형성할 수도 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 후술한다.

또한, 본 발명은 이에 한정되지 않고 챔버 외부에서 별도의 플라즈마를 생성하고, 플라즈마가 필터부를 통해 기판으로 인가되도록 할 수도 있다. 이 경우, 필터부는 배플을 갖는 샤워헤드 형상으로 제작하여 플라즈마가 배플에 충돌한 후 샤워헤드의 분사구를 통해 기판에 인가되도록 할 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 앞서 설명한 기술적 개념을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 관해 설명한다. 하기 실시예에서는 플라즈마 발 생 수단으로 ICP를 사용함을 중심으로 설명하지만 이에 한정되지 않고, 마이크로 파를 사용하는 플라즈마 발생수단도 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 필터부의 사시도이고, 도 5는 필터부의 평면도이다. 도 6은 본 발명의 변형예에 따른 필터부의 사시도이고, 도 7 내지 도 9는 변형예에 따른 필터부의 평면도이다. 도 10은 도 9에 따른 필터부의 단면도이다.

도 3 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(110)와, 기판(120)이 안착되는 스테이지(130)와, 스테이지(130)의 상부에 위치하며 세라믹과 같은 절연체 물질로 구성되는 상부벽(142)과 스테이지(130)의 양측의 챔버(110)의 내측면과 인접하여 설치되는 측벽(141)과, 스테이지(130)와 상부벽(142)사이에 설치되며 플라즈마의 이온, 전자 및 빛을 차단하는 필터부(160)와, 필터부(160), 상부벽(142), 측벽(141) 사이의 내부 공간(165)에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단(150)과, 내부 공간(165)에 가스를 공급하기 위해 측벽(141)의 내부에 형성되어 있는 가스 유로(171, 172)와, 가스 유로(171, 172)에 소정의 가스를 공급하는 가스 공급 수단(미도시)과, 챔버(110) 내부의 가스 및 반응 부산물을 외부로 배기하는 배기수단(180)과, 챔버(110) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부(미도시)를 포함한다.

상기의 챔버(110)의 일측에는 기판(110)의 출입이 가능한 출입구(미도시)가 형성되어 있다. 그리고 스테이지(130)는 소정의 구동축(131)에 접속되어 상하 운동 을 할 수 있다. 이를 통해 챔버(110)의 출입구를 통해 로딩되는 기판(120)을 지지할 수 있고, 기판(120)의 공정 높이를 조절할 수 있다.

본 실시예에서의 하부가 개방된 중공의 원통 형상으로 소정 두께를 가지는 측벽(141)과, 측벽(141) 내측 상부 영역에 원판 형태의 상부벽(142)를 포함한다. 상기 상부벽(142) 상에는 고주파 전원(153)으로부터 임피던스 매칭부(152)를 통해 고주파 전력을 공급받는 안테나(151)가 배치된다. 이를 통해 상부벽(142) 하부 영역 즉, 내부공간(165) 영역에 플라즈마가 발생되고, 이렇게 발생된 플라즈마는 내부 공간 (165)의 하부로 유도된다. 또한, 측벽(141)에는 내부 공간(165)으로 가스를 분사하는 가스 분사 유로(172)와 분사 노즐을 포함하고, 상기 가스 분사 유로(172)에 가스를 주입하는 가스 유입관(171)을 포함한다.

본 실시예에서는 측벽(141)의 하부 영역 즉, 내부공간(165)의 개방된 하부에 필터부(160)가 배치된다. 필터부(160)는 다수개의 판으로 구성되고, 각각의 판에는 소정의 관통공이 형성되어 있으며, 상하에 위치한 각 판의 관통공들을 서로 중첩되지 않게 배치하는 것이 바람직하다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 필터부(160)는 다수의 관통공이 형성된 제 1 필터판(161)과, 제 1 필터판(161)의 관통공과 중첩되지 않는 다수의 관통공이 형성된 제 2 필터판(162)을 포함한다. 즉, 제 1 필터판(161)의 관통공과 제 2 필터판(162)의 관통공이 서로 어긋나게 한다. 이를 통해 필터부(160) 상부 즉, 상부벽(152) 바로 아래 영역에서 생성된 플라즈마는 제 1 필터판(161)에 의해 1차로 필터링 된다. 즉, 플라즈마의 일부는 제 1 필터판(161)의 관통공을 통해 제 2 필터판(162)에 인가되고, 나머지 플라즈마는 제 1 필 터판(161)에 충돌하여 높은 에너지의 이온이 제거되고 반응종은 충돌 후 관통공을 통해 제 2 필터판(162)에 인가된다. 이후, 제 1 필터판(161)을 통과한 플라즈마는 제 2 필터판(162)에 의해 2차로 필터링되어 반응종만이 필터부(160)를 통과한다. 즉, 제 1 필터판(161)의 관통공을 통과한 플라즈마는 제 2 필터판(162)에 충돌하여 이온이 제거되어 그 반응종만이 제 2 필터판(162)의 관통공을 통해 그 하부로 인가된다. 이는 제 1 필터판(161)의 관통공과 제 2 필터판(162)의 관통공이 서로 어긋나 있기 때문이다. 한편, 제 1 필터판(161)의 관통공을 통해 인가된 반응종은 제 2 필터판(162)의 관통공을 통해 그 하부로 인가된다.

또한, 제 1 필터판(161)과 제 2 필터판(162)이 서로 어긋나 있기 때문에 플라즈마의 빛이 제 1 및 제 2 필터판(161, 162)을 투과하지 못하게 된다. 여기서, 제 1 필터판(161)과 제 2 필터판(162) 사이의 간격은 약 0.1 내지 100mm 정도를 유지하는 것이 바람직하다. 이보다 작을 경우에는 플라즈마의 반응종이 필터판(160)을 잘 투과하지 못하게 되어 공정 효율이 저하되고, 이보다 넓을 경우에는 필터링이 잘되지 않는 문제가 있다. 또한, 상술한 제 1 및 제 2 필터판(161, 162)에 소정의 전계를 인가하거나 제 1 및 제 2 필터판(161, 162) 사이에 자계를 인가하여 필터링 효과를 더 높일 수 있다.

상술한 설명의 도면에서는 제 1 및 제 2 필터판(161, 162)이 원형 형태의 판 형상으로 도시되어 있지만 제 1 및 제 2 필터판(161, 162)의 형상은 이에 한정되지 않고, 플라즈마 발생 영역의 형태에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 내부공간(165)의 형상에 따라 제 1 및 제 2 필터판(161, 162)의 형상이 변화될 수도 있 다.

또한, 상술한 설명에서의 필터부(160)는 관통공이 서로 엇갈리게 뚫린 다수의 판이 상하로 중첩된 형태를 설명하였지만 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 변형이 가능하다. 즉, 필터부(160)는 도 6의 변형예에서와 같이 그 내부가 비어 있는 원형 기둥 형태로 제작이 가능하다. 물론 원형뿐만 아니라 타원 및 다각형 기둥 형태가 가능하다. 이는 플라즈마 생성 영역에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 여기서, 원형 기둥의 상부면과 하부면에 다수의 관통공이 형성되고, 상부면과 하부면의 관통공은 서로 어긋나게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 관통공 내부에 소정의 전기장 및 자기장을 인가하여 이온들이 원형 기둥의 내측면으로 유도되도록 하여 이들을 제거할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따른 필터부(160)의 관통공의 형상은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 원형 형태일 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 사각형 형태일 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 직선 형태일 수도 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 타원 형태일 수도 있고, 삼각형 및 오각형을 포함하는 다각형일 수도 있다.

그리고, 본 실시예의 변형예로 필터부(160)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 적어도 한번의 굴절된 관통로를 갖는 소정 두께를 갖는 하나의 판으로 제작할 수도 있다. 도 10의 (a)에서와 같이 사선으로 굴절될 수도 있고, (b)에서와 같이 직각으로 굴절될 수도 있다. 이와 달리, 도 10의 (a)와 같이 서로 다른 기울기를 갖는 사선의 필터부(160)를 형성하기 위해 각기 다른 기울기를 갖는 다수의 판을 결합하여 제작할 수도 있다. 이를 통해 상기 관통로에 유입된 플라즈마는 굴절된 관통로 내부에서 이온이 제거되어 반응종 만이 관통로를 통과하게 되어 필터링 할 수 있게 된다. 즉, 굴절된 관통로를 플라즈마가 통과하면서 관통로의 내측벽에 충돌하여 이온이 흡수된다.

상술한 설명에서는 측벽(141)의 내측 하부 영역에 필터부(160)가 배치되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 측벽(141)의 하단에 필터부(160)가 배치될 수도 있다.

한편, 필터부(160)의 하부에는 스테이지(130)가 위치하여 내부공간(165)에서 유도된 플라즈마 중 반응종만이 스테이지(130) 상의 기판(120)에 인가되어 소정의 공정이 수행될 수 있다. 본 실시예에서는 스테이지(130)가 상기 내부 공간(165) 하부의 개방된 영역의 크기보다 작게 형성되어 스테이지(130)의 상부가 측벽(141)에 의해 둘러싸일 수도 있다. 이를 통해 필터부(160)를 통해 필터링된 플라즈마를 스테이지(130) 상의 기판(120)으로 집중시킬 수 있어 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

이를 위해 측벽(141)이 상하로 움직일 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이뿐 아니라 측벽(141)가 고정된 상태에서 스테이지(130)가 상승할 수도 있다. 가이드부(140)가 고정되어 있을 경우, 측벽(141)과 챔버(110)를 일체화하여 제작할 수도 있다.

하기에서는 본 실시예의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판상의 감광막을 제거하는 에싱 공정에 관해 간략히 설명한다.

상부에 감광막 패턴이 형성된 기판(120)을 스테이지(130) 상에 로딩한다. 이 후, 챔버(110) 내부의 압력과 온도를 조절한다. 이는 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 사용되는 플라즈마 발생 수단(150)에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 본 실시예에서는 챔버(110) 내부가 진공에 가까운 분위기가 되도록 한다. 이후, 측벽(141)의 가스 유로(171, 172)를 통해 O₂가스를 내부 공간(165)의 하부 영역으로 분사한다. 플라즈마 발생 수단(150)을 통해 소정의 RF전원 또는 마이크로파를 상부벽(142)에 인가하면 백색의 방전(글로우(Glow) 방전)이 일어나면서 플라즈마가 생성된다.

즉, O₂ 가스에 e이 충돌하여 O* + O* + e 가 생성된다. 여기서 *는 반응종(라디칼; Radical)을 나타낸 것으로 O*은 산소 반응종을 나타낸다. 상술한 방전에 의해 비 화학적으로 활성화된 산소 원자가 생성된다.

이후, 상술한 바와 같은 산소 반응종(O*)과 e이 함께 공존해 있는 플라즈마는 필터부(160)를 통해 e가 제거되게 되고, 또한, 백색의 빛 또한 필터부(160)에 의해 차단되어 산소 반응종 만이 기판(120)으로 인가된다.

통상적으로 산소는 감광막과 반응하지 않으나 비 정상적으로 활성화된 산소 반응종은 저온에서 감광막과 반응하여 기화, 배기된다. 즉, 감광막은 C와 H의 중합체로 되어 있고, 이러한 감광막이 산소 반응종과 만나 반응하여 CO₂ + H₂O의 형태로 기화 배기된다. 이를 통해 기판(120)상의 감광막을 완전히 제거한 다음, 기판(120)을 챔버(110) 외부로 언로딩하여 공정을 완료한다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 상술한 에싱 공정과 기판의 가장 자리의 불필요한 박막 및 파티클을 제거할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 관해 설명한다. 하기 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개념 단면도이다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(210)와, 기판(220)이 안착되는 스테이지(230)와, 스테이지(230)의 상부에 위치하며 세라믹과 같은 절연체 물질로 구성되는 상부벽(242)과 스테이지(230)의 양측의 챔버(210)의 내측면과 인접하여 설치되는 측벽(241)과, 스테이지(230)와 상부벽(242)사이에 설치되며 에싱용 플라즈마의 이온, 전자 및 빛을 흡수하는 필터부(260)와, 상기 기판(220)의 상측 및 하측 단부(266)에 인접하여 배치되는 전극(290)과, 필터부(260), 상부벽(242), 측벽(241) 사이의 내부공간(265)에 플라즈마를 발생시키거나, 상기 전극(290)과 스테이지(230) 간의 전위차를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 수단(250; 250a, 250b)과, 내부공간(265)에 가스를 공급하기 위한 측벽의 내부에 형성되어 있는 제 1 가스 유로(271)와, 전극(290)과 스테이지(230) 사이에 가스를 공급하기 위해 측벽(241)의 내부에 형성되어 있는 제 2 가스 유로(172)와, 제 1 가스 유로(271) 및 제 2 가스 유로(273)에 소정의 가스를 공급하는 가스 공급 수단(미도시)과, 챔버(210) 내부의 가스 및 반응 부산물을 외부로 배기하는 배기수단(280)과, 챔버(210) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부(미도시)를 포함한다.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 에싱 공정과 식각공정을 진행할 수 있다. 따라서, 플라즈마 발생 수단(250)은 단일 장치를 사용할 수도 있고, 각 공정에 맞는 별도의 장치를 사용할 수도 있다. 본 실시에에서는 에싱용 플라즈마를 발생시키기 위한 제 1 플라즈마 발생 수단(250a)과, 식각용 플라즈마를 발생시키기 위한 제 2 플라즈마 발생 수단(250b)을 포함한다. 제 1 플라즈마 발생 수단(250a)은 플라즈마 발생용 전원(253)으로부터 임피던스 매칭부(252)를 통해 플라즈마 전력을 공급받는 안테나(251)를 포함한다. 상기의 안테나(251)는 상부벽(242) 상에 배치되어 상부벽(242) 하부 영역에 에싱용 플라즈마를 생성한다. 또한, 제 2 플라즈마 발생 수단(250)은 플라즈마 발생용 전원(253)과 임피던스 매칭부(252)를 포함하고, 임피던스 매칭부(252)를 통해 플라즈마 전력을 스테이지(230)에 공급하여 기판(220)과 전극(290) 사이 영역에 식각용 플라즈마를 생성한다.

여기서, 상기 전극(290)은 일체형으로 형성되어 기판(220)의 상부 및 하부 단부(266)을 감싸는 형상으로 형성될 수 있고, 기판(220)의 로딩과 언로딩을 용이하게 하기 위해 기판(220)의 단부(266)의 상부 영역과 하부 영역을 분리하여 단부(266)의 상부 영역에 인접한 제 1 전극(291)과, 단부(266)의 하부 영역에 인접한 제 2 전극(292)으로 분리되어 형성될 수도 있다. 또한, 단부(266)의 상부와 대응되는 제 1 전극(291)의 폭과 단부(266)의 하부와 대응되는 제 2 전극(292)의 폭은 동일한 것이 바람직하다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(291)은 측벽(241) 하부에 접속되고, 제 2 전극(292)은 기판(220) 하부에서 스테이지(230) 방향으로 연장된 판형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해 기판(220)이 스테이지(230)에 로딩될 경우에는 측벽(241)이 상승하여 로딩을 용이하게 할 수 있고, 로딩 후, 측벽(241)이 하강하여 기판(220)과 전극(290) 간의 간격을 용이하게 조절할 수 있고, 제 1 전극(291)과 제 2 전극(292)이 접속되어 등전위를 유지할 수 있다. 본 실시예에서는 접지 전위를 인가하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 1 전극(291)과 제 2 전극(292)의 표면 즉, 기판(220)과 인접한 면에는 유전체막(294)이 형성되어 있어, 전극(290)과 기판(230)에 의해 중첩되는 영역에서 식각용 플라즈마가 발생한다. 이는 유전체 장벽 방전(DBD; Dielectric Barrier Discharge)을 이용하여 대기압 근처에서 서로 다른 전위차를 갖는 표면의 거리가 일정거리 이하에서 플라즈마가 발생되는 원리를 이용한 것으로 기판의 국부적인 영역의 박막 또는 파티클을 제거할 수 있다.

이러한 제 1 및 제 2 전극에 관해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제 1 전극(291)은 기판(220)의 형상과 동일한 형상으로 제작하되, 본 실시예에서는 중심이 비어있는 원형 띠 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 제 1 전극(291)과 기판(220)이 중첩되는 영역의 폭은 기판(220) 상부에 소자 형성을 위한 패턴이 형성되지 않는 영역의 폭과 동일한 것이 효과적이다. 또한, 정렬키가 형성되는 영역의 폭과 동일한 폭으로 중첩되는 것이 바람직하다. 제 1 전극(291) 내에는 가스 유로(293)와 가스 분사 노즐이 형성되어 있다. 이를 통해 외부에서 주입된 반응 가스를 전극(290)과 식각될 기판(220) 사이 영역으로 분사시킬 수 있다. 이때, 반응 가스로는 Ar, CF₄등을 사용할 수 있다. 여기서, 중첩되는 영역에서의 상기 제 1 전극(291) 및 제 2 전극(292)과 기판(220)의 단부(266) 간의 거리는 0.1 내지 5mm인 것이 바람직하고, 1 내지 1.5mm인 것이 더욱 바람직하다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 본 실시예의 플라즈마 처리 장치는 대기압 근처에서 공정이 진행되기 때문에 전위차를 갖는 기판(220)과 제 1 전극(291) 사이의 거리가 상기의 범위를 벗어나게 될 경우 플라즈마가 발생하지 않게 된다.

제 2 전극(292)은 챔버(210)의 내벽에서 연장되어 중심이 비어 있는 판 형상으로 제작하는 것이 바람직하다. 이 비어 있는 중심 영역에 기판(220) 안착을 위한 스테이지(230)가 위치한다. 도면에서와 같이 제 2 전극(292)과 스테이지(230)는 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 이격 영역을 통해 공정 부산물 및 가스들이 배기부(280)로 빠져나갈 수 있다.

본 실시예의 변형예로, 상기 전극(290)의 측면에 배리어막(미도시)이 형성될 수도 있다. 전극(290)의 측면에 배리어막을 형성하여 전극(290)의 측면과 기판(220) 사이의 전위차에 의해 발생할 수 있는 플라즈마를 차단할 수 있다. 배리어막으로 세라믹 등의 절연성 물질을 사용하게 되면 전극(290) 측면과 기판(220) 사이의 전위차가 크게 떨어지게 된다. 예를 들어, 전극(290)의 측면과 기판(220) 사이의 전위차가 10V 이상이 될 경우, 절연성의 배리어막을 전극(290)의 측면에 형성할 경우 둘 사이의 전위차가 1V 이하로 떨어지게 되어 플라즈마 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 배리어막을 전극(290) 측면에서 기판(220) 방향으로 연장하여 물리적 으로 플라즈마 생성 영역에서 생성된 플라즈마가 기판(220)의 중심 영역으로 확산되는 것을 방지한다. 이에, 상기 배리어막을 제 1 전극(291)의 측면에 형성하는 것이 효과적이고, 배리어막과 기판(220) 간의 간격은 약 0.1 내지 5mm이내가 되도록 하는 것이 효과적이다. 배리어막과 기판(220) 간의 간격을 0.3 내지 0.5mm이내가 되도록 하여 플라즈마의 확산을 물리적으로 차단할 수 있어 더욱 효과적이다. 그리고, 배리어막의 두께는 0.3 내지 10mm인 것이 바람직하다.

본 실시예는 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일한 구조 즉, 원통 형상의 측벽(241)와 상부벽(242)로 되어 있다. 여기서, 측벽(241)는 도전성의 물질로 제작하여 측벽(241)와 제 1 및 제 2 전극(291, 292) 간을 동일 전위로 하는 것이 바람직하고, 상부벽(242)는 절연성 물질로 제작하여 안테나(251)에 의한 플라즈마 전력을 통해 상부벽(242) 하부에서 플라즈마 방전이 발생하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 측벽(241) 내부에는 필터부(260)가 판 형태로 형성되어 있다. 이때, 상기 필터부(260)와 기판(220)과의 사이 영역은 5mm이상의 간격을 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해 식각 공정시 필터부(260)와 기판(220) 사이에서의 플라즈마 발생을 방지할 수 있다. 즉, 대기압 근처에서 플라즈마를 발생시키기 위해서는 소정의 전위차를 갖는 두 전극 사이의 거리가 일정거리 이하가 되어야 하기 때문에 필터부(260)와 기판(220) 사이의 거리를 5mm이상으로 유지하여 플라즈마 발생을 방지한다.

또한, 측벽(241) 내부에는 상부벽(242) 하부에 에싱용 가스를 공급하기 위한 제 1 가스 유로(271)가 형성되고 있고, 제 1 전극(291)에 가스를 공급하기 위한 제 2 가스 유로(273)가 형성되어 있다.

상기 제 1 가스 유로(271)는 에싱 공정을 수행할 경우에는 O₂가스가 분사되고, 식각 공정을 실시할 경우에는 커튼 가스가 분사되어 기판(230) 가장 자리 영역에서 발생된 플라즈마가 기판(230)의 중심 영역으로 확산되는 현상을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 식각 공정시 필터부(260)는 샤워헤드와 유사한 역할을 하여 커튼 가스를 기판(230) 상부에 균일하게 분사시킬 수 있다.

이하 상술한 구조의 본 실시예의 플라즈마 처리 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 본 실시예의 플라즈마 처리 장치는 에싱공정과 기판 단부 식각 공정을 단일 챔버 내에서 순차적으로 수행할 수 있다. 하기에서는 에싱 공정을 실시한 후, 기판 단부 식각 공정을 수행함에 관해 설명한다.

먼저 기판(220)을 챔버(210) 내부의 스테이지(230) 상에 로딩한다. 이후, 챔버(210) 내부의 압력을 낮추고, 제 1 가스 유로(271)에 O₂가스를 인가한 후 제 1 플라즈마 발생 수단(250a)을 통해 내부공간(240)에 에싱용 플라즈마를 발생시킨다. 이후, 에싱용 플라즈마 중 반응종만이 필터부(260)를 통과하여 기판(220) 상의 감광막을 제거하게 된다. 이때, 반응종은 필터부(260)에 의해 기판(220) 중심에 고르게 분사되고, 기판(220) 가장자리 즉, 제 1 전극(291)과 제 2 전극(292)을 따라 기판(220) 가장자리와 기판(220) 하부 영역을 통해 챔버(210)의 하단으로 배기된다. 따라서, 기판(220)의 중심은 물론 기판(220) 상부 가장자리 영역 그리고, 하부 영역의 감광막 까지 제거할 수 있다.

감광막 제거후, 배기부(280)를 통해 챔버(210) 내부의 반응 부산물을 제거하고, 챔버(210) 내부의 압력을 대기압 근처의 압력으로 조절한다. 제 2 가스 유로(273)에 Ar, CF₄등을 공급한 후, 제 2 플라즈마 발생 수단(250b)을 통해 스테이지(230)에 플라즈마 전원을 인가하게 되면 전위차를 갖는 전극(290)과 기판(220) 사이 영역에서 플라즈마가 발생하여 기판(220)을 식각하게 된다. 이를 통해 기판(220)의 가장자리 영역과 기판(220) 하부 영역의 박막의 제거 및 파티클을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 플라즈마 발생영역과 기판이 안착되는 스테이지 사이에 필터부를 두어 이온이 제거된 반응종만이 기판 상에 인가되어 에싱 공정을 수행할 수 있다.

또한, 스테이지와 기판의 단부를 감싸는 전극 사이에 전위차를 주어 전극과 기판 사이에 국부적인 플라즈마를 발생하여 기판의 가장자리와 하부 영역의 파티클 및 박막을 제거할 수 있다.

또한, 플라즈마를 이용하여 기판 상의 감광막을 제거하는 에싱 공정과 기판의 가장자리와 하부 영역의 파티클 및 박막을 제거할 수 있는 세정 공정을 동시에 실시할 수 있다.

Claims (12)

1. 챔버;

   상기 챔버 내에 기판을 안착시키는 기판 지지부;

   상기 기판 지지부 상부의 플라즈마 발생 공간; 및

   상기 기판 지지부와 상기 플라즈마 발생 공간 사이에 설치되고, 다수의 관통공을 가지며, 상기 플라즈마 발생 공간에서 상기 기판 지지부로 반응종을 유입시키는 필터부;

   상기 기판의 단부와 대응되는 위치에 구비되는 전극;

   상기 전극과 상기 기판 사이에 전위차를 발생시키는 전원수단;

   상기 필터부 상부에서 상기 플라즈마 발생 공간에 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 유로; 및

   상기 필터부 하부에서 상기 기판 단부와 상기 전극 사이에 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 유로를 포함하는 플라즈마 처리 장치
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 필터부는 상기 다수의 관통공을 구비한 상층과 하층으로 이루어지며, 상기 상층의 관통공이 상기 하층의 관통공과 중첩되지 않는 플라즈마 처리 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서, 상기 전극은,

   상기 기판 단부의 상부에 위치하는 제 1 전극; 및

   상기 기판 단부의 하부에 위치하는 제 2 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
8. 삭제
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 기판과 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과의 거리는 0.1 내지 5mm인 플라즈마 처리 장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 플라즈마 발생공간은 중공을 둘러싸는 측벽과 상기 측벽 상부에 설치되는 상부 벽으로 구성되는 플라즈마 처리 장치.
11. 기판을 챔버 내부의 기판 지지부에 적재하는 단계;

    상기 기판 지지부 상부의 플라즈마 발생 공간에 상기 챔버 측벽의 제 1 가스 유로를 통하여 제 1 가스를 공급하고, 플라즈마 전원을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계;

    상기 기판 지지부와 상기 챔버의 상부벽 사이에 구비된 필터부에 의해 상기 플라즈마를 필터링하여 상기 플라즈마의 반응종을 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 에싱하는 단계;

    상기 챔버의 압력을 대기압으로 유지하는 단계; 및

    상기 챔버 측벽의 제 2 가스 유로를 통하여 기판 단부에 제 2 가스를 공급하고, 상기 기판과 상기 기판 단부에 대응되는 전극에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판 단부를 식각하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
12. 삭제

Images