KR101269861B1 - 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법은 공정 진행 상태에 따라 정전척에 인가되는 척킹 전압을 적절히 조절하여, 실 공정 중에 바이어스 전압이 인가될 때 발생할 수 있는 상호 교란을 방지하기 때문에 보다 안정적인 공정 진행이 가능해지고, 챔버 등 내부 구조물이 손상되는 문제를 해결하여, 기판 처리 공정 및 이를 수행하는 장비의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

정전척이 구비된 장비의 기판처리방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD OF DEVICE HAVING ESC}
본 발명은 반도체 기판, 평판디스플레이 기판을 고정해주는 정전척이 구비된 기판처리장비의 기판처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼, 평판디스플레이 기판 등의 표면을 처리하는 플라즈마 처리방식은, 크게 용량 결합형 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 처리방식과 유도 결합형 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 처리방식이 이용되고 있다.
용량 결합형 플라즈마 처리방식은 두 개의 평행 평판형 전극 사이에 고주파 전원을 인가한 상태에서 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리를 하는 방식이고, 유도 결합형 플라즈마 처리방식은 반응기 외부에 위치된 코일형 안테나에 고주파 전원을 인가하여, 무전극형(Electrodeless type)으로 반응기 내부에 플라즈마를 발생시키는 방식이다.
이와 같은 플라즈마를 이용한 기판처리장비는, 기판이 탑재되어 위치되는 하부전극(또는 기판 탑재대)이 구비되고, 이 하부전극에는 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 파워 또는 기판에 이온을 가속시키도록 하는 바이어스 전압이 인가될 수 있도록 구성된다.
또한, 플라즈마를 이용한 기판처리장비에는 하부전극에 기판을 고정하는 정전척이 구비된다.
정전척(ESC; Electro Static Chuck)은 정전기의 힘을 사용해 기판을 하부전극에 고정해주는 장치로서, 하부전극에서 정전기를 발생시켜 기판과 하부전극의 간격을 일정하게 유지시킨 상태로 기판을 수평상태로 고정시킬 수 있도록 구성된다.
그러나 종래 플라즈마를 이용한 기판처리장비는, 정전척에 척킹 전압을 인가하여 기판을 하부전극에 고정한 상태에서 하부전극에 바이어스 전압을 인가하면서 기판처리공정을 진행하는데, 기판처리공정 중에 정전척에 제공되는 척킹 전압과 하부전극에 인가되는 바이어스 전압의 상호 교란으로 공정의 안정화가 저하되고, 챔버 등 내부 시스템이 손상되는 문제가 발생되고 있다. 즉, 기판처리공정 중에 척킹 전압과 바이어스 전압이 동시에 가해질 경우에 하부 전극 주변에 전압 발생이 배가되면서 챔버의 벽면을 비롯하여 내부 구조물의 손상이 발생되는 문제점이 있다.
이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정 진행 상태에 따라 정전척에 인가되는 척킹 전압을 적절히 조절하여, 실 공정 중에 바이어스 전압이 인가될 때 발생할 수 있는 상호 교란을 방지함으로써 보다 안정적인 공정 진행이 가능해지고, 챔버 등 내부 구조물이 손상되는 문제를 해결할 수 있는 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법은, 하부 전극에 RF파워를 인가하면서 기판 처리를 위한 공정을 준비하는 공정준비 단계와, 상기 공정준비 단계가 끝나면 하부 전극에 바이어스 전압을 인가하여 기판 처리 공정을 진행하는 실공정 단계와, 상기 실공정 단계가 끝나면 하부 전극에 인가된 바이어스 전압 및 RF 파워를 차단하면서 기판 처리 공정을 완료하는 공정마무리 단계를 포함하고, 상기 공정준비 단계, 실공정 단계에서, 기판을 고정하는 정전척에 척킹 전압을 인가하되, 공정 준비 단계에서 인가하는 척킹 전압이 실공정 단계에서 인가하는 척킹 전압보다 더 크게 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법은, 하부 전극에 RF파워를 인가하면서 기판 처리를 위한 공정을 준비하는 공정준비 단계와, 상기 공정준비 단계가 끝나면 하부 전극에 바이어스 전압을 인가하여 기판 처리 공정을 진행하는 실공정 단계와, 상기 실공정 단계가 끝나면 하부 전극에 인가된 바이어스 전압 및 RF 파워를 차단하면서 기판 처리 공정을 완료하는 공정마무리 단계를 포함하고, 상기 공정준비 단계에서만 기판을 고정하는 정전척에 척킹 전압을 인가하고, 실공정 단계에서는 정전척에 인가되는 척킹 전압을 OFF시키는 것을 특징으로 한다.
상기 공정준비 단계에서 정전척에 인가되는 척킹 전압의 크기는 상기 실공정 단계에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있을 정도의 크기로 인가하는 것이 바람직하다.
이와는 달리, 상기 공정준비 단계에서 정전척에 인가되는 척킹 전압의 인가시간은 상기 실공정 단계에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있을 정도의 시간 동안 인가하는 것도 가능하다.
상기 공정 마무리 단계에서는 정전척에서 기판을 분리할 수 있도록 디척킹 전압이 일정 시간 동안 인가하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법은, 공정 진행 상태에 따라 정전척에 인가되는 척킹 전압을 적절히 조절하여, 실 공정 중에 바이어스 전압이 인가될 때 발생할 수 있는 상호 교란을 방지하기 때문에 보다 안정적인 공정 진행이 가능해지고, 챔버 등 내부 구조물이 손상되는 문제를 해결하여, 기판 처리 공정 및 이를 수행하는 장비의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정전척이 구비된 기판처리장비의 일 실시예가 도시된 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법의 일 실시예가 도시된 공정제어 그래프로서, 종래와 본 발명의 척킹 전압 제어 방법을 비교하여 도시한 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여, 정전척이 구비된 기판처리장비에 대하여 설명하고, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법의 일 실시예에 대하여 설명한다.
정전척이 구비된 기판처리장비는 도 1에 예시된 바와 같이, 플라즈마를 발생시켜 기판처리공정을 수행하는 챔버(10)가 구비된다.
챔버(10)는 반도체 웨이퍼, 평판디스플레이 기판이 반입 및 반출될 수 있도록 게이트(미도시)가 구비되며, 진공 상태에서 기판처리공정을 수행할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
챔버(10)의 내부에는 기판 표면 처리를 위해 플라즈마를 생성하기 위한 상부전극(12) 및 하부 전극(17)이 구비된다. 이때 두 전극 중 일부 전극은 접지 전극으로 구성할 수 있고, 전극 대신에 안테나가 구비될 수도 있다.
하부 전극(17)은 기판 탑재대(15)에 구비되며, 상부에는 정전기를 발생시켜 기판을 고정하는 정전척(16)이 구비된다. 하부 전극(17) 및 정전척(16)은 반도체 웨이퍼, 평판디스플레이 기판 처리를 위한 기술분야에서 널리 공지되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 정전척(16)은 공지의 모노폴 타입(Monopole type)과 바이폴 타입(Bipole type) 중 어느 하나를 적용하여 이용가능하다.
상기 하부 전극(17)에는 상부 전극(12)과의 사이에서 플라즈마를 생성시키기 위해 RF 파워인가장치(21)로부터 RF파워가 인가될 수 있도록 구성될 수 있다.
특히, 상기 하부 전극(17)에는 기판처리공정을 진행할 때 기판에 이온을 가속시키기 위해 바이어스 전압인가장치(23)로부터 바이어스 전압이 인가될 수 있도록 구성된다.
그리고 상기 정전척(16)에는 척킹 전압을 인가하는 척킹전압 인가장치(25)가 연결되어 구성된다.
RF 파워인가장치(21), 바이어스 전압인가장치(23), 척킹전압 인가장치(25)도 상부 전극(12) 또는 정전척(16)에 각각의 파워 또는 전압을 인가할 수 있는 장치이면, 공지의 인가장치를 이용하여 구성할 수 있으므로, 각각에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, RF 파워인가장치(21), 바이어스 전압인가장치(23), 척킹전압 인가장치(25)는 장비 콘트롤러(30)의 제어에 따라 작동하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 정전척(16)이 구비된 기판처리장비를 이용한 본 발명의 기판처리방법에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판처리공정은 하부 전극(17)에 RF파워를 인가하면서 기판 처리를 위한 공정을 준비하는 공정준비 단계(S1)와, 공정준비 단계(S1)가 끝나면 하부 전극(17)에 바이어스 전압을 인가하여 기판 처리 공정을 진행하는 실공정 단계(S2)와, 실공정 단계(S2)가 끝나면 하부 전극(17)에 인가된 바이어스 전압 및 RF 파워를 차단하면서 기판 처리 공정을 완료하는 공정마무리 단계(S3) 순으로 이루어진다.
상기 공정준비 단계(S1)에서는, 기판을 고정하기 위해 정전척(16)에 척킹 전압이 인가('g'항목 참조)되기 시작하고, 하부 전극(17)에 구비된 냉각 플레이트에 He 가스가 도입('b'항목 참조)되며, 챔버(10) 내부에 공정 가스가 주입('c'항목 참조)됨과 동시에 진공 펌프가 가동되어 진공압이 형성('e'항목 참조)된다.
이후, 상부 전극과 하부 전극(17) 중 적어도 어느 한쪽에 RF파워가 인가('d'항목 참조)된다.
상기 실공정 단계(S2)에서는, 하부 전극(17)에 기판으로 이온을 가속화시키기 위한 바이어스 전압이 인가('f'항목 참조)되기 시작하고, 공정준비 단계(S1)에서 시작된 He 가스, 공정 가스의 도입이 계속됨과 아울러 진공압 분위기 유지 및 RF파워 인가도 계속해서 이루어진다.
하지만, 정전척(16)에 인가되는 척킹 전압('g'항목 참조)은 차단되거나, 공정준비 단계(S1)에서 인가되는 척킹 전압보다 낮게 인가된다. 이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.
상기 공정마무리 단계(S3)에서는, 공정가스 도입 중단, 바이어스 전압 및 RF 파워의 인가도 중단되는 동시에 진공압 형성도 해제된다. 이후 He 가스 공급도 중단된다.
그리고, 공정 마무리 단계에서는 정전척에서 기판을 분리할 수 있도록 디척킹 전압이 일정 시간 동안 인가된다.
이제, 정전척(16)에 제공되는 척킹 전압 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에서는, 상기 공정준비 단계(S1)에서만 기판을 고정하는 정전척(16)에 척킹 전압을 인가하고, 실공정 단계(S2)에서는 정전척(16)에 인가되는 척킹 전압을 OFF시킨다('g'항목 참조).
도 2의 표 '종래'항목 부분을 참조하면, 종래에는 공정준비 단계(S1)에서 인가한 척킹 전압을 실공정 단계(S2)까지 계속해서 인가함으로써 실공정 단계(S2)에서 인가되는 바이어스 전압과 상호 교란이 발생하였다.
하지만, 본 발명에서는 실공정 단계(S2)에서 바이어스 전압과 척킹 전압 사이의 상호 교란을 방지하기 위해, 도 2의 표 'g'항목 부분에 예시된 바와 같이, 공정준비 단계(S1)에서만 척킹 전압을 인가하고, 실공정 단계(S2)에서는 척킹 전압을 인가하지 않도록 구성되는 것이다.
이때, 본 발명에서는 실공정 단계(S2)에서 척킹력이 계속해서 유지될 수 있도록 공정준비 단계(S1)에서 종래에 비하여 상대적으로 높은 척킹 전압을 인가한다. 예를 들면 종래에는 -0.5kV를 인가하였다면, 본 발명에서는 -1 ~ -2kV를 인가하여 실공정 단계(S2)에서 척킹력이 계속해서 유지될 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 상기 공정준비 단계(S1)에서 정전척(16)에 인가되는 척킹 전압의 크기는 상기 실공정 단계(S2)에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있을 정도의 크기로 인가하는 것이 바람직하다.
또한, 실공정 단계(S2)에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있도록 하기 위해 척킹 전압의 크기를 조절하는 방법과 달리, 공정준비 단계(S1)에서 정전척(16)에 인가되는 척킹 전압의 인가시간을 조절하여 상기 실공정 단계(S2)에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있도록 제어하는 것도 가능하다. 즉, 실공정 단계(S2)에서 척킹 전압을 인가하는 시간을 기존 인가 시간에 비하여 길게 함으로써 실공정 단계(S2)에서 척킹력이 계속 유지될 수 있도록 하는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는 공정준비 단계(S1)에서 정전척(16)에 인가되는 척킹 전압의 크기 또는 인가 시간 등을 제어하여 실공정 단계에서 척킹 전압을 인가하지 않고도 기판을 고정하는 척킹력을 유지할 수 있게 된다.
한편, 상기에서는 실공정 단계(S2)에서 척킹 전압을 OFF시키는 방법에 대하여 설명하였으나, 공정준비 단계(S1)에서 인가하는 척킹 전압의 크기가 실공정 단계(S2)에서 인가하는 척킹 전압의 크기보다 더 큰 전압을 인가하도록 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이 공정준비 단계(S1)에서의 척킹 전압의 크기보다 실공정 단계(S2)에서의 척킹 전압의 크기가 낮게 인가됨으로써 실공정 단계(S2)에서 인가되는 바이어스 전압과의 상호 교란을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기한 본 발명의 실시예에서는 기판 식각 장비를 중심으로 설명하였으나, 동일 또는 유사한 구조를 갖는 반도체 장비의 하나인 이온 도핑 장비 등에도 동일하게 적용 가능함은 물론이다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 하부 전극에 RF파워를 인가하면서 기판 처리를 위한 공정을 준비하는 공정준비 단계와, 상기 공정준비 단계가 끝나면 기판으로의 이온의 가속화를 위하여 하부 전극에 바이어스 전압을 인가하여 기판 처리 공정을 진행하는 실공정 단계와, 상기 실공정 단계가 끝나면 하부 전극에 인가된 바이어스 전압 및 RF 파워를 차단하면서 기판 처리 공정을 완료하는 공정마무리 단계를 포함하고,
    상기 공정준비 단계에서만 기판을 고정하는 정전척에 척킹 전압을 인가하고, 실공정 단계에서는 정전척에 인가되는 척킹 전압을 OFF시키는 것을 특징으로 하는 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법.
  2. 챔버의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 하부 전극에 RF파워를 인가하면서 기판 처리를 위한 공정을 준비하는 공정준비 단계와, 상기 공정준비 단계가 끝나면 기판으로의 이온의 가속화를 위하여 하부 전극에 바이어스 전압을 인가하여 기판 처리 공정을 진행하는 실공정 단계와, 상기 실공정 단계가 끝나면 하부 전극에 인가된 바이어스 전압 및 RF 파워를 차단하면서 기판 처리 공정을 완료하는 공정마무리 단계를 포함하고,
    상기 공정준비 단계와 실공정 단계에서, 기판을 고정하는 정전척에 척킹 전압을 인가하되, 공정 준비 단계에서 인가하는 척킹 전압의 크기가 실공정 단계에서 인가하는 척킹 전압의 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법.
  3. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 공정준비 단계에서 정전척에 인가되는 척킹 전압의 크기는 상기 실공정 단계에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있을 정도의 크기로 인가하는 것을 특징으로 하는 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법.
  4. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 공정준비 단계에서 정전척에 인가되는 척킹 전압의 인가시간은 상기 실공정 단계에서 기판을 고정하는 척킹력이 계속 유지될 수 있을 정도의 시간 동안 인가하는 것을 특징으로 하는 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법.
  5. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 공정 마무리 단계에서는 정전척에서 기판을 분리할 수 있도록 디척킹 전압이 일정 시간 동안 인가하는 것을 특징으로 하는 정전척이 구비된 장비의 기판처리방법.
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KR20020047449A (ko) * 2000-12-13 2002-06-22 한신혁 반도체 소자의 에칭 공정 제어 방법
JP2002294453A (ja) 2001-03-29 2002-10-09 Anelva Corp 基板処理装置
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KR20090013552A (ko) * 2007-08-02 2009-02-05 삼성전자주식회사 직류 및 교류 전압들을 교대로 사용하는 웨이퍼의 디척킹방법 및 이를 채택하는 반도체 소자의 제조 장치

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