KR101277503B1 - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 차폐 부재와, 상기 차폐 부재와 대향 배치되어 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 제 1 고주파 발생부와, 상기 챔버의 측벽 외주연에 이격 마련된 안테나와, 상기 안테나에 연결된 고주파 전원을 포함하는 제 2 고주파 발생부와, 상기 차폐 부재와 제 1 고주파 발생부 사이에서 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함하고, 상기 제 1 고주파 발생부에서 제 1 고주파 신호가 인가된 이후에 제 2 고주파 발생부에서 발생된 제 2 고주파 신호가 인가된다.

상기와 같은 발명은 기판 후면에 머무르는 반응 가스 및 플라즈마가 새는 것을 방지함으로써, 기판 후면의 식각률 및 식각 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.

플라즈마, 제 1 고주파 발생부, 제 2 고주파 발생부, 챔버, 차폐 부재

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 후면의 식각률 및 식각 균일도를 높이기 위한 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치 및 평판 표시 장치는 기판의 전면에 다수의 박막을 증착하고 식각하여 소정 패턴의 소자들을 형성하여 제작한다. 즉, 소정의 증착 장비를 이용하여 기판의 전면에 박막을 증착하고, 식각 장비를 이용하여 박막의 일부를 식각하여 박막이 소정의 패턴을 갖도록 제작하였다.

특히, 증착 공정 및 식각 공정은 기판의 전면에 동일하게 수행된다는 특성으로 인하여 기판의 후면에는 증착 공정 또는 식각 공정 시 발생되는 파티클이 제거되지 않은 채 잔류하게 되고, 이러한 파티클은 후속 공정에서 기판이 휘어지거나 기판의 정렬이 어려워지는 등의 많은 문제점을 야기시킨다. 따라서, 이러한 파티클을 제거하기 위해 주로 건식 세정을 통해 파티클을 반복적으로 제거한 후 후속 공정을 진행함으로써, 반도체 소자 수율을 높이고 있다.

기판의 후면을 세정하기 위한 건식 세정 공정은 밀폐된 챔버 내에 상부 전극 및 하부 전극을 대향하도록 이격 배치하고, 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 상부 전극 및 하부 전극 사이에 마련한다. 이후, 챔버 내부를 고진공 상태로 형성한 후, 반응에 필요한 가스를 챔버 내에 투입하게 된다. 이와 같이 투입된 가스는 상부 전극 및 하부 전극 사이에 고주파 파워가 인가됨에 따라 플라즈마 상태로 변하고, 이러한 플라즈마에 의해 기판의 후면의 불필요한 이물질 즉, 파티클을 제거하게 된다.

종래에는 기판의 상부면에 플라즈마가 발생되지 않도록 기판을 상부 전극과 수 mm의 간격을 유지해야 하기 때문에 이와 같이 배치된 기판은 상부 전극과 하부 전극 사이에 발생되는 고밀도 플라즈마가 발생되는 중앙 영역의 가장자리인 쉬스(sheath) 영역에 위치하게 된다. 쉬스 영역은 양전극 사이에서 형성되는 플라즈마 세기가 급격하게 감소하는 영역이며, 플라즈마 밀도가 불균일하다. 이와 같이, 쉬스 영역에 발생된 플라즈마에 의해 기판의 후면을 식각할 경우, 기판 후면의 식각률은 저하되고, 식각 균일도도 떨어뜨린다. 따라서, 기판을 고밀도 플라즈마가 발생되는 상부 전극 및 하부 전극의 중앙 영역에 배치하기 위해 공정이 반복될 때마다 상부 전극과 하부 간격을 적절히 조절하면서 공정을 진행해야 하는 문제점을 야기시킨다.

또한, 상부 전극과 소정 간격을 유지하도록 배치된 기판은 챔버 내에 발생된 전계에 의해 기판이 상부 전극에 척킹될 수 있으며, 이에 의해 기판이 공정 위치에서 벗어나게 되어 기판 후면의 식각 균일도를 떨어뜨리는 문제점이 발생된다.

또한, 종래 상부 전극과 하부 전극 사이에 발생되는 고밀도의 플라즈마는 높은 전극 전압, 자기 바이어스 및 플라즈마 임피던스를 가지는 특성에 의해 플라즈마의 이온이 가속되는 방향에 위치하는 하부 전극은 이러한 플라즈마 이온에 의해 손상되는 문제점을 야기시킨다.

또한, 종래에는 챔버 내로 인입된 기판은 챔버 내에 마련된 기판 지지대에 의해 지지되어 상부 전극과 하부 전극 사이의 공정 위치에 배치하여 공정을 진행한다. 하지만, 기판 지지대는 챔버 내로 인입되는 기판과 간섭되지 않도록 일측이 개방되어 있기 때문에 기판을 지지한 상태에서 기판의 후면에 반응 가스를 분사할 경우, 기판을 지지하는 지지대의 개방된 면을 통해 반응 가스가 새어나가 교란되거나 손실되는 문제점을 발생시킨다. 또한, 기판 후면에 플라즈마가 발생될 경우, 기판 후면에 형성된 플라즈마는 지지대의 개방된 면을 통해 플라즈마가 새어나가거나 분리되는 현상을 발생시킨다. 이는 기판 후면의 식각 균일도를 떨어드리는 문제점을 야기시킨다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 고밀도의 플라즈마를 이용하여 기판 후면에 형성된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 플라즈마에 의한 하부 전극의 손상을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판의 후면에 발생된 플라즈마가 새는 것을 방지하여 기판 후면에 발생된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판을 공정 위치에 정확히 배치시킬 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 차폐 부재와, 상기 차폐 부재와 대향 배치되어 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 제 1 고주파 발생부와, 상기 챔버의 측벽 외주연에 이격 마련된 안테나와, 상기 안테나에 연결된 고주파 전원을 포함하는 제 2 고주파 발생부와, 상기 차폐 부재와 제 1 고주파 발생부 사이에서 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함하고, 상기 제 1 고주파 발생부에서 제 1 고주파 신호가 인가된 이후에 제 2 고주파 발생부에서 발생된 제 2 고주파 신호가 인가된다.

상기 안테나는 챔버의 측벽과 평행하게 형성될 수 있다. 또한, 안테나는 챔버의 측벽과 소정 경사를 가지도록 배치될 수 있다. 이때, 안테나는 챔버를 향해 상향 경사가 형성되거나, 하향 경사가 형성되도록 형성될 수 있다.

상기 기판 지지부는 리프트 핀과, 리프트의 외측으로 이격 형성되어 승하강이 가능한 기판 홀더를 포함할 수 있다. 기판 홀더는 상부면에 기판이 안착되는 안착부와, 안착부를 승하강시키는 지지대를 포함할 수 있다.

상기 안착부는 링 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 안착부는 분할하여 형성될 수 있다. 상기 분할 형성된 안착부에는 각각 지지대가 연결될 수 있다.

상기 안착부의 내주연에는 돌출부가 더 형성되고, 돌출부의 상부에 기판이 안착될 수 있다. 이때, 돌출부는 안착부의 내주연을 따라 분할하여 형성될 수 있다.

상기 리프트 핀은 챔버 내의 하부에 고정될 수 있다.

상기 차폐 부재의 하부면에는 차폐 부재의 하부로 돌출 형성된 하드 스토퍼가 더 형성될 수 있다. 차폐 부재의 하부면에는 내측으로 오목한 홈이 더 형성되고, 홈이 형성된 차폐 부재의 하부면에 하드 스토퍼가 형성될 수 있다. 이러한 하드 스토퍼는 폐곡선을 이루는 링 형상 또는 분할된 링 형상 또는 원형 또는 다각 형상일 수 있다. 또한, 차폐 부재의 하부면에는 센서가 더 마련될 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 차폐 부재와, 상기 차폐 부재와 대향 배치되어 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 고주파 발생부와, 상기 차폐 부재와 고주파 발생부 사이 에서 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함하고, 상기 차폐 부재의 하부에는 하드 스토퍼가 더 형성된다.

상기 하드 스토퍼는 차폐 부재의 하부로 돌출 형성되고, 폐곡선을 이루는 링 형상일 수 있으며, 상기 하드 스토퍼는 차폐 부재의 하부로 돌출 형성되고, 분할된 링 형상일 수 있다. 또한, 상기 하드 스토퍼는 차폐 부재의 하부로 돌출 형성되고, 원형 또는 다각 형상의 돌출부일 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리방법은 기판이 챔버 내로 로딩하는 단계와, 로딩된 기판이 기판 지지부에 안착되는 단계와, 기판을 공정 위치에 이동시키는 단계와, 기판의 후면에 초기 플라즈마를 생성시키는 단계와, 기판의 후면에 상기 초기 플라즈마보다 강한 고밀도 플라즈마를 형성시키는 단계와, 고밀도 플라즈마로 기판을 처리하는 단계와, 기판을 언로딩하는 단계를 포함한다.

상기 초기 플라즈마를 형성시키는 단계는 CCP 타입으로 형성될 수 있다. 고밀도 플라즈마는 ICP 타입으로 형성될 수 있다.

상기 기판을 로딩하는 단계는 인입된 기판을 리프트 핀의 상부에 안착시켜 수행될 수 있다.

상기 기판을 공정 위치에 이동시키는 단계는 리프트 핀에 안착된 기판을 기판 홀더가 상승하여 기판을 이동시켜 수행될 수 있다.

본 발명은 기판 후면에 머무르는 반응 가스 및 플라즈마가 새는 것을 방지함 으로써, 기판 후면의 식각률 및 식각 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 ICP 타입으로 챔버 내에 고밀도 플라즈마를 발생시킴으로써, 플라즈마에 의해 하부 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차폐 부재의 하부에 하드 스토퍼를 마련함으로써, 기판이 정확하게 공정 위치에 배치시킬 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 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에 구비된 차폐 부재를 나타낸 배면도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 제 2 고주파 발생부를 변형예를 나타낸 단면도이고, 도 6는 본 발명에 따른 기판 지지부의 기판 홀더를 나타낸 사시도이고, 도 7 내지 도 9은 본 발명에 따른 기판 홀더의 변형예를 나타낸 사시도이고, 도 10 내지 도 12은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 동작을 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내의 상부에 마련된 차폐 부재(200)와, 상기 차폐 부재(200)와 대향 배 치된 제 1 고주파 발생부(300)와, 상기 챔버(100)의 외주연을 따라 이격 마련된 제 2 고주파 발생부(500)와, 상기 차폐 부재(200)와 제 1 고주파 발생부(300) 사이에서 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(400)를 포함한다.

챔버(100)는 통상 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되고, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 여기서, 챔버(100)의 측벽 상부와 챔버(100)의 상부면 사이에는 챔버(100)의 내측으로 절곡된 "ㄴ" 자 형상의 고주파 투과창(110)이 마련되고, 고주파 투과창(110)은 챔버(100)의 측벽과 상부면을 연결한다. 이에 의해 챔버(100)의 상부면의 직경은 챔버(100)의 하부면의 직경보다 작도록 형성된다. 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, 120)가 형성되며, 챔버(100)의 하부면에는 식각 공정 시 발생되는 파티클 등의 반응 부산물을 챔버 외부로 배기하기 위한 배기부(130)가 마련된다. 이때, 배기부(130)에는 챔버(100) 내의 불순물을 챔버(100) 외부로 배기하기 위한 배기 수단(미도시) 예를 들어 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.

차폐 부재(200)는 챔버(100)의 상부 내측면에 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 차폐 부재(200)의 하부면에는 내측으로 오목한 홈이 형성될 수 있다. 홈은 기판(S)의 상부면 및 기판의 측부가 이격되어 배치되도록 기판(S)과 대응되는 형상 으로 형성되고, 기판(S)과 소정 간격 이격되도록 기판(S)의 크기보다 약간 더 크게 형성된다. 홈이 형성된 차폐 부재(200)의 하부면에는 절연 재질인 하드 스토퍼(hard stopper, 210)가 폐곡선을 이루도록 돌출되어 형성되며, 기판(S)이 차폐 부재(200)의 하부면 사이에 일정한 간극을 유지시켜 주는 동시에 챔버(100) 내에 발생된 전계에 의해 기판(S)이 차폐 부재(200)의 하부면에 척킹되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이러한 하드 스토퍼(210)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 차폐 부재(200)의 하부면에 폐곡선을 이루는 링 형상으로 형성될 수 있으며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 분할된 링 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 하드 스토퍼(210)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 차폐 부재(200)의 하부면을 향해 돌출 형성된 점 형상 즉, 원형 또는 다각 형상으로 형성된 돌출부일 수도 있다. 따라서, 상기와 같은 형상을 가지는 하드 스토퍼(210)는 기판(S)의 상부면과 부분 접촉 또는 점 접촉할 수 있다.

도 1로 돌아가서, 차폐 부재(200)의 하부면에는 하드 스토퍼(210) 대신에 다수의 센서(미도시)를 부착할 수 있다. 차폐 부재(200)의 하부면에 부착된 센서는 차폐 부재(200)와 이격된 기판(S)이 상승하게 되어 센서와 접촉될 경우, 기판(S)을 상승시키는 기판 지지부(400)의 구동력을 차단시키는 역할을 한다. 따라서, 기판(S)은 항상 일정한 위치에 배치시킬 수 있다.

차폐 부재(200)에는 접지 전위가 인가되며, 차폐 부재(200)의 내측에는 차폐 부재(200)의 온도를 조절하기 위한 냉각 부재(미도시)가 마련될 수 있다. 냉각 부재는 차폐 부재(200)가 소정 온도 이상으로 올라가는 것을 방지함으로써, 챔 버(100) 내에 형성된 플라즈마로부터 차폐 부재(200)를 보호할 수 있다. 또한, 차폐 부재(200)에는 기판(S)의 상부면에 비반응 가스를 분사하기 위한 가스 공급부(미도시)가 연결될 수 있다. 이때, 가스 공급부가 차폐 부재(200)에 연결될 경우, 차폐 부재(200)의 하부면에는 가스 공급부에서 공급된 비반응 가스를 기판(S) 상부로 분사할 수 있도록 다수의 분사홀(미도시)을 형성할 수 있다.

제 1 고주파 발생부(300)는 차폐 부재(200)와 대향하여 마련되며, 하부 전극(310)과, 상기 하부 전극(310)을 승하강시키는 승강 부재(320)와, 상기 하부 전극(310)에 고주파를 인가하기 위한 제 1 고주파 전원(340)과, 상기 하부 전극(310)에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(330)를 포함한다.

하부 전극(310)은 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 통상 기판(S)과 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 하부 전극(310)의 상부면에는 기판(S)의 하부면에 반응 가스를 분사하기 위한 다수의 분사홀(312)이 형성되고, 하부 전극(310)의 하부에는 하부 전극(310)을 승하강시키기 위한 승강 부재(320)가 연결된다. 여기서, 하부 전극(310)의 상부면에 형성된 분사홀(312)은 원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 하부 전극(310)의 하부에는 하부 전극(310)에 고주파를 공급하기 위한 제 1 고주파 전원(340)과, 하부 전극(310)의 상부면에 형성된 분사홀(312)과 연통되도록 가스 공급부(330)가 연결된다. 즉, 제 1 고주파 발생부(300)는 하부 전극(310)에서 분사된 반응 가스에 고주파 신호를 가하고, 이에 의해 반응 가스를 활성화시켜 챔버(100) 내에 초기 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다.

제 2 고주파 발생부(500)는 챔버(100)의 외주연을 따라 이격되어 마련되며, 챔버(100) 내에 고주파를 발생시키기 위한 안테나(510)와, 상기 안테나(510)에 고주파를 인가하는 제 2 고주파 전원(530)과, 상기 안테나(510)의 외측에 마련되어 안테나로부터 발생된 고주파를 차폐하기 위한 실드 부재(520)를 포함한다.

안테나(510)는 챔버(100)의 상부 외측 즉, 챔버(100)의 측벽과 상부를 연결하는 고주파 투과창(110)과 이격되어 고주파 투과창(110)의 외주연을 둘러싸도록 형성된다. 여기서, 안테나(510)는 1회전하며 수직으로 다수개가 배열된다. 안테나(510)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있으며, 그 표면은 은으로 코팅되는 것이 바람직하다. 물론, 안테나(510)의 회전수는 한정되지 않으며 다수의 회전수를 갖도록 형성될 수 있으며, 다수개로 배열된 안테나(520)도 개수도 한정되지 않는다. 안테나(510)의 일측에는 안테나(510)에 고주파 신호를 인가하기 위한 제 2 고주파 전원(530)이 연결되며, 안테나(510)에서 발생되는 고주파 신호가 누설되지 않도록 안테나(510)의 외측에는 안테나(510)를 감싸는 실드 부재(520)가 더 마련된다. 이러한 실드 부재(520)는 고주파를 차폐하기 위해 알루미늄 등의 차폐재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 안테나(510)와 이격 배치된 고주파 투과창(110)은 안테나(510)로부터 발생된 고주파를 챔버(100) 내로 유도하도록 세라믹, 석영 등의 유전체로 형성될 수 있다. 제 2 고주파 발생부(500)는 챔버(100) 내에 고주파를 가함으로써, 제 1 고주파 발생부(300)에 의해 챔버(100) 내에 형성된 초기 플라즈마를 고밀도 플라즈마로 형성할 수 있다.

종래 CCP(capacitively coupled plasma) 타입의 제 1 고주파 발생부에 의해 챔버 내에 형성된 플라즈마는 전극 전압, 자기 바이어스 및 플라즈마 임피던스를 가지는 특성에 의해 플라즈마의 이온이 가속되는 방향에 위치하는 하부 전극을 손상시키는 문제점을 가지고 있다.

이와는 대조적으로 본 발명은 하부 전극(310)이 손상되지 않도록 제 1 고주파 발생부(300)에 의해 챔버(100) 내에 초기 플라즈마를 균일하게 발생시키고, ICP(Inductively coupled plasma) 타입의 제 2 고주파 발생부(500)에 의해 챔버(100) 내에 발생된 초기 플라즈마를 낮은 이온 에너지 분포를 가지면서 고밀도를 가지는 플라즈마로 형성시켜 기판(S)의 후면을 처리하는 동안 하부 전극(310)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기와 같이 발생된 고밀도의 플라즈마에 의해 기판(S) 후면의 식각률 및 식각 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 다수개의 안테나(510)를 수직 방향으로 배열하여 형성하였지만, 이에 한정되지 않고 다음과 같이 다양하게 배열될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 고주파 발생부(500)는 챔버(100)의 외측에 수평으로 배열된 다수의 안테나(510)와, 상기 안테나(510)에 연결되어 안테나(510)에 고주파 전원을 인가하는 제 2 고주파 전원(530)과, 상기 안테나(510)의 외측에서 안테나(510)를 수납되도록 마련된 실드 부재(520)를 포함한다.

안테나(510)는 챔버(100)의 측벽과 상부를 연결하는 고주파 투과창(100)의 외측에 마련되어 있으며, 다수개의 안테나(510)는 수평으로 배열되어 있다. 수평으로 배열된 안테나(510)의 일측에는 안테나(510)에 고주파를 인가하기 위한 제 2 고주파 전원(530)이 연결되고, 수평으로 배열된 안테나(510)를 수납하는 실드 부 재(520)가 고주파 챔버(100)의 외측과 결합된다. 여기서, 수평으로 배열된 안테나(510)는 고주파 투과창(110)의 외측의 중앙 영역과 이격되도록 마련되어 있으며, 고주파 투과창의 외측의 상부 영역과 하부 영역에 배치될 수 있다. 상기와 같은 구성은 챔버(100) 내에 플라즈마 형성 공간에 고밀도 플라즈마가 형성되도록 안테나(510)를 고주파 투과창(110)의 외측 중앙 영역과 상부 영역 및 하부 영역에 변경하여 배치할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 고주파 발생부(500)의 안테나(510)는 챔버(100)의 외측 상부에 소정 경사를 가지도록 다수개가 배열될 수 있다. 안테나(510)는 챔버(100)의 측벽과 상부를 연결하는 고주파 투과창(110)의 외측에 마련되어 있으며, 다수개의 안테나(510)는 내측을 향해 상향 경사가 형성되도록 배열된다. 다수의 안테나(510)의 일측에는 제 2 고주파 전원(530)이 연결되며, 소정 경사를 갖도록 배열된 안테나(510)를 수납하는 실드 부재(520)가 안테나(510)의 외측에서 챔버(100)와 결합되도록 마련된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 안테나(510)는 고주파 투과창(110)의 외측에 소정 경사를 가지도록 다수개가 배열될 수 있다. 즉, 다수개의 안테나(510)는 내측을 향해 하향 경사가 형성되도록 배열하고, 다수의 안테나(510)의 일측에는 제 2 고주파 전원(530)이 연결된다. 또한, 안테나(510)의 외측에는 다수의 안테나(510)를 수납하는 실드 부재(520)가 챔버(100)의 외측과 결합된다.

도 4 및 도 5에 도시된 구성은 안테나(5100)의 상부의 지름과 하부의 지름이 다르도록 안테나(510)를 소정 경사를 갖도록 배열함으로써, 플라즈마 영역의 중심 부 밀도를 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 플라즈마의 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1로 돌아가서, 기판 지지부(400)는 챔버(100) 내의 하부에 마련되며, 챔버(100) 내로 인입된 기판(S)을 지지하는 리프트 핀(410)과, 상기 리프트 핀(410)에 안착된 기판(S)을 공정 위치로 배치시키기 위한 기판 홀더(420)와, 상기 기판 홀더(420)를 승하강시키는 구동부(430)를 포함한다.

리프트 핀(410)은 챔버(100)의 하부 내측에 설치되며, 기판(S)의 수평면과 수직 방향으로 형성된다. 이때, 리프트 핀(410)은 챔버(100) 하부 내측에 고정될 수 있다. 또한, 리프트 핀(410)은 하부 전극(310)의 내측을 관통하여 하부 전극(310)의 상부로 돌출되도록 연장 형성된다. 여기서, 리프트 핀(410)은 챔버(100) 내로 인입된 기판(S)을 안착시키는 역할을 하며, 안정적으로 기판(S)의 후면을 지지하도록 다수개 바람직하게는 3개 이상으로 형성될 수 있다. 외부 로봇암(미도시)으로부터 기판(S)이 챔버(100) 내로 인입되면, 로봇암은 리프트 핀(410)의 상부면에 기판(S)이 이격 배치되도록 수평 이동하고, 기판(S)이 리프트 핀(410)의 상부에 이격 배치되면, 로봇암을 하강시켜 고정된 리프트 핀(410)의 상부에 기판(S)을 안착시킨다.

기판 홀더(420)는 리프트 핀(410)의 상부에 안착된 기판(S)의 가장자리를 지지하여 이동시켜 기판(S)을 공정 위치로 배치시키는 역할을 한다. 이러한 기판 홀더(420)는 챔버(100)의 하부 외측으로부터 내측을 관통하도록 기판(S)의 수평면과 수직 방향으로 연장 형성되고, 챔버(100) 내로 연장 형성된 기판 홀더(420)는 하부 전극(310) 내측을 관통하여 기판(S)의 하부의 가장자리 거의 전체를 지지하게 된다. 기판 홀더(420)는 리프트 핀(410)에 안착된 기판(S)을 공정 위치로 배치시키기 위해 승하강이 가능하도록 형성되며, 기판 홀더(420)를 승하강시키기 위해 기판 홀더(420)에 구동력을 제공하는 구동부(430)가 기판 홀더(420)의 하부에 연결된다. 여기서, 하부 전극(310)의 내측을 관통하여 승하강하는 기판 홀더(420)는 리프트 핀(410)과 간섭되지 않도록 리프트 핀(410)의 외측에 이격 마련될 수 있다.

상기에서는 기판 홀더(420)를 하부 전극(310)의 내측을 거쳐 상하로 이동하도록 구성하였지만, 기판 홀더를 하부 전극(310)의 외측에 배치하도록 구성할 수 있다. 또한, 기판 홀더는 챔버(100) 내의 상부에 마련되어 기판(S)을 이동시킬 수 있음은 물론이다. 이하에서는 기판 홀더의 형상에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(420)는 기판(S)의 하부면 가장자리가 안착되는 안착부(422)와, 상기 안착부(422)를 지지하기 위한 지지부(424)를 포함한다. 안착부(422)는 상하부가 개방된 링 형상으로 형성되고, 안착부(422)의 상부면에는 기판(S)의 하부면 가장자리의 소정 영역이 안착된다. 여기서, 안착부(422)는 링 형상으로 형성되기 때문에 기판(S)의 후면 가장자리 영역의 거의 전체에 부착된다. 안착부(422)의 하부에는 지지부(424)가 연결되며, 이러한 지지부(424)는 기판(S)이 안착된 안착부(422)를 승하강시키는 역할을 한다. 여기서, 지지부(424)는 안착부(422)의 하부에 2개가 연결된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고, 하나 또는 3개 이상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 즉, 기판 홀더(420)는 리프트 핀의 상부면에 안착된 기판(S)의 후면 가장자리 전체를 지지하여 공정 위치에 배치시키므로, 공정이 진행되는 동안 기판(S)의 후면에 발생되는 플라즈마가 균일하게 유지되도록 도와준다.

종래 기판 홀더는 외부 로봇암으로부터 챔버 내로 인입되는 기판을 안착시키기 위해 로봇암과 간섭되지 않도록 링 형상의 안착부의 소정 부분을 개방하였으며, 이에 의해 기판의 하부면을 지지하는 안착부는 기판의 후면 가장자리의 전면이 아닌 소정 부분을 제외한 영역만을 지지하였다. 이는 기판의 하부면에 반응 가스가 분사될 경우, 안착부의 개방된 부분을 통해 반응 가스가 새는 경우가 발생되었고, 기판 후면에 플라즈마가 발생될 경우 안착부의 개방된 부분을 통해 플라즈마가 새어나가거나 방전이 분리되는 현상이 발생되었다. 이는 기판의 후면을 처리할 경우, 기판 후면에 발생된 불균일한 플라즈마에 의해 기판 후면의 식각률 및 식각 균일도가 상당히 나빠졌다.

이와 대조적으로, 본 발명의 기판 홀더(420)는 로봇암으로 챔버 내로 인입되는 기판(S)을 안착시키는 역할을 리프트 핀에 의해 대신하게 하였으며, 기판 홀더(420)의 안착부(422)를 링 형상으로 형성함으로써, 기판(S)의 후면 가장자리를 따라 전면 부착되었다. 링 형상의 안착부(422)는 기판(S) 후면에 분사된 반응 가스가 새지 않도록 기판(S) 후면의 중앙 영역에 반응 가스를 머무르게 하였으며, 이후, 기판(S) 후면에 발생된 플라즈마가 기판(S)의 후면 중앙 영역에서 벗어나거나 방전되는 현상을 방지할 수 있었다. 따라서, 기판(S) 후면에 발생된 플라즈마는 균일하게 형성되었고, 균일한 플라즈마에 의해 기판(S) 후면의 식각률 및 식각 균일 도를 향상시킬 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(420)는 기판(S)의 하부면 가장자리가 안착되는 다수의 안착부(422)와, 상기 안착부(422)를 지지하기 위한 지지부(424)를 포함한다. 안착부(422)는 상하부가 개방된 링 형상으로 형성되고, 링의 원주 방향에 따라 분할되어 형성된다. 분할된 안착부(422a, 422b, 422c)에는 각각의 지지대(424)가 연결되어 있으며, 각각의 지지대(424)는 분할된 안착부(422a, 422b, 422c)를 승하강시키는 역할을 한다. 여기서, 분할된 안착부(422a, 422b, 422c)는 각각 승하강하여 안착부(422)의 상부면에 안착된 기판(S)을 공정 위치로 배치시킬 수 있으며, 분할된 안착부(422a, 422b, 422c)를 조립하여 하나의 안착부(422)로 형성하고, 안착부(422)에 하나의 지지대(424)를 연결하여 안착부(422)를 승하강시킬 수도 있다. 또한, 상기에서는 안착부(422)를 3개로 분할하여 형성하였지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 다수개로 형성될 수 있음은 물론이다. 상기와 같은 구성은 안착부(422)를 분할하여 형성함으로써, 기판 홀더(420)의 가공성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(420)는 상하부가 개방된 링 형상의 안착부(422)와, 상기 안착부(422)의 내주연에 형성된 돌출부(426)와, 상기 안착부(422)를 지지하기 위한 지지부(424)를 포함한다. 돌출부(426)는 안착부(422)의 내주연에 돌출되어 형성되고, 구체적으로 안착부(422)의 내주연을 따라 폐곡선을 이루도록 연장 형성된다. 기판(S)은 안착부(422)의 내주연에 형성된 돌출부(426)의 상부면에 안착되고, 기판(S)의 후면 가장자리의 전면이 돌출부(426)의 상부면에 안 착된다. 또한, 기판(S)의 측면은 안착부(422)의 내주연과 이격 배치된다. 여기서, 돌출부(426)의 형상은 한정되지 않으나, 기판(S)이 돌출부(426)의 상부면에 안정적으로 안착될 수 있도록 기판(S)의 수평면과 동일한 수평면을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(420)는 상하부가 개방된 링 형상의 안착부(422)와, 상기 안착부(422)의 내주연에 형성된 돌출부(426)와, 상기 안착부(422)를 지지하기 위한 지지부(424)를 포함한다. 돌출부(426)는 안착부(422)의 내주연에 돌출되어 형성되고, 구체적으로, 안착부(422)의 내주연의 원주 방향으로 분할되어 형성된다. 기판(S)은 안착부(422)의 내주연에 분할 형성된 돌출부(426)의 상부면에 안착되고, 이에 의해 기판(S)의 후면은 돌출부(426)에 부분접촉 또는 점접촉을 할 수 있다. 여기서, 안착부(422)의 내주연에 분할 형성된 돌출부(426)의 형상은 한정되지 않으나, 기판(S)의 하부면이 안정적으로 안착될 수 있도록 돌출부(426)의 상부면은 기판(S)의 수평면과 동일한 수평면을 가지는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 10 내지 도 12을 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 동작을 살펴본다.

도 10에 도시된 바와 같이, 외부 로봇암(600)은 챔버(100) 외부에 마련되어 전처리를 마친 기판(S)을 챔버(100) 내로 수평 이동하여 기판(S)을 챔버(100) 내로 이송한다. 챔버(100) 내로 이송된 기판(S)은 챔버(100) 하부에 설치된 리프트 핀(410)과 이격되도록 배치되고, 로봇암(600)은 하부로 이동하여 기판(S)을 리프트 핀(410)의 상부면에 안착시킨다. 이때, 기판 홀더(420)의 상부면은 리프트 핀(410) 의 상부면 보다 아래쪽에 배치되도록 위치하여 대기한다.

리프트 핀(410)에 기판(S)이 안착되면, 기판 홀더(420)의 하부에 연결된 구동부(430)에 의해 기판 홀더(420)는 상승하게 되고, 도 11에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(420)는 기판(S)의 후면 가장자리의 전면을 지지한 상태에서 차폐 부재(200)의 하부면과 소정 간격을 이루도록 상승한다. 여기서, 차폐 부재(200)의 하부면과 기판(S)의 거리는 0.5mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.

이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 하부 전극(310)은 하부 전극(310)의 하부에 연결된 승강 부재에 의해 상승하고, 이에 의해 하부 전극(310)과 차폐 부재(200)는 고밀도의 플라즈마가 발생되도록 적절한 간극이 유지된다. 이후, 가스 공급부(330)로부터 반응 가스가 하부 전극(310)에 공급되고, 하부 전극(310)의 상부면에 형성된 분사홀(312)을 통해 반응 가스가 기판(S)의 후면에 분사된다. 이때, 기판(S)의 후면에 분사된 반응 가스는 기판(S)의 후면 가장자리의 전면을 둘러싸고 있는 링 형상의 기판 홀더(420)에 의해 기판(S)의 후면 중앙 영역에 머무르게 된다.

이어서, 하부 전극(310)에 연결된 제 1 고주파 전원(340)으로부터 하부 전극(310)에 전원이 인가되고 차폐 부재(200)는 접지됨에 따라 하부 전극(310)과 차폐 부재(200) 사이에는 초기 플라즈마가 생성되고, 이러한 플라즈마는 기판(S)의 후면에 발생된다. 이후, 제 2 고주파 전원(530)으로부터 안테나(510)에 전원이 인가되고, 안테나(510)로부터 발생된 자기장에 의해 기판(S) 후면에 발생된 초기 플라즈마는 고밀도 플라즈마로 변하게 된다. 이후, 기판(S)의 후면에 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 기판(S) 후면에 형성된 파티클의 식각이 진행된다. 여기서, 기판(S)이 처리하는 동안 제 1 고주파 전원(340)은 오프(off)되고, 제 2 고주파 발생부(500)로부터 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 식각을 진행한다. 즉, 제 2 고주파 발생부(500)로부터 발생된 고밀도 플라즈마는 낮은 이온 에너지 분포를 가지면서 고밀도로 형성되므로, 하부 전극(310)이 플라즈마에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 이와 동시에 기판(S)의 식각률 및 식각 균일도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 기판(S)의 하부면에 형성된 고밀도 플라즈마는 기판(S)의 후면을 지지하는 기판 홀더(420)가 기판(S)의 후면 가장자리의 거의 전면을 지지하고 있기 때문에 플라즈마가 기판(S)의 후면 중심 영역에서 머무르게 되어 플라즈마가 새어가는 것을 방지하고, 이에 의해 플라즈마를 균일하게 유지할 수 있게 된다.

상기와 같이 기판(S) 후면의 식각 공정을 마치면, 제 1 고주파 발생부(300)의 하부 전극(310)은 원래 위치(home position)로 복귀하도록 하강된다. 여기서, 하부 전극(310)이 원래 위치에 배치되면, 리프트 핀(410)은 하부 전극(310)의 상부면으로 돌출된다. 이후, 기판(S)의 후면을 지지하는 기판 홀더(420)는 원래 위치로 복귀하기 위해 하강하기 시작하고, 기판 홀더(420)가 하강하는 동안 기판 홀더(420)의 상부면에 안착된 기판(S)은 리프트 핀(410)의 상부면에 올려지게 된다. 이후, 챔버(100) 외부에 마련된 로봇암(600)에 의해 기판(S)은 챔버(100) 외부로 언로딩되어 플라즈마 처리를 마치게 된다.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어 나지 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 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에 구비된 차폐 부재를 나타낸 배면도이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 제 2 고주파 발생부를 변형예를 나타낸 단면도이다.

도 6는 본 발명에 따른 기판 지지부의 기판 홀더를 나타낸 사시도이다.

도 7 내지 도 9은 본 발명에 따른 기판 홀더의 변형예를 나타낸 사시도이다.

도 10 내지 도 12은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 동작을 나타내는 단면도이다.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 챔버 200: 차폐 부재

300: 제 1 고주파 발생부 400: 기판 지지부

422: 안착부 424: 지지대

500: 제 2 고주파 발생부 510: 안테나

520: 실드 부재 530: 제 2 고주파 전원

Claims (27)

1. 챔버와,

   상기 챔버 내에 마련된 차폐 부재와,

   상기 차폐 부재와 대향 배치되어 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 제 1 고주파 발생부와,

   리프트 핀과, 리프트 핀의 외측으로 이격 형성되어 승하강이 가능한 기판 홀더를 구비하여 상기 차폐 부재와 제 1 고주파 발생부 사이에서 기판을 지지하며, 상기 기판 홀더는 상부면에 기판이 안착되는 안착부와, 상기 안착부를 승하강시키는 지지대를 포함하는 기판 지지부와,

   상기 제 1 고주파 발생부에서 제 1 고주파가 인가된 이후에 제 2 고주파 신호가 인가되도록 챔버의 측벽 외주연에 이격되어 마련된 안테나와, 상기 안테나에 고주파 신호를 인가하는 고주파 전원을 포함하는 제 2 고주파 발생부

   를 포함하는 플라즈마 처리장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나는 챔버의 측벽과 평행하게 형성되는 플라즈마 처리장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나는 챔버의 측벽과 소정 경사를 가지도록 배치되는 플라즈마 처리장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 안테나는 챔버를 향해 상향 경사가 형성되거나, 하 향 경사진 플라즈마 처리장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서, 상기 안착부는 링 형상으로 형성되는 플라즈마 처리장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 안착부는 분할 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 분할 형성된 안착부에는 각각 지지대가 연결되는 플라즈마 처리장치.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 안착부의 내주연에는 돌출부가 더 형성되고, 돌출부의 상부에 기판이 안착되는 플라즈마 처리장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 돌출부는 안착부의 내주연을 따라 분할 형성되는 플라즈마 처리장치.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 리프트 핀은 챔버 내의 하부에 고정되는 플라즈마 처리장치.
13. 청구항 1에 있어서, 상기 차폐 부재의 하부면에는 차폐 부재의 하부로 돌출 형성된 하드 스토퍼가 더 형성되는 플라즈마 처리장치.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 차폐 부재의 하부면에는 내측으로 오목한 홈이 더 형성되고, 홈이 형성된 차폐 부재의 하부면에 하드 스토퍼가 형성되는 플라즈마 처리장치.
15. 청구항 13에 있어서, 상기 하드 스토퍼는 폐곡선을 이루는 링 형상인 플라즈마 처리장치.
16. 청구항 13에 있어서, 상기 하드 스토퍼는 분할된 링 형상인 플라즈마 처리장치.
17. 청구항 13에 있어서, 상기 하드 스토퍼는 원형 또는 다각 형상인 플라즈마 처리장치.
18. 청구항 1에 있어서, 상기 차폐 부재의 하부면에는 센서가 더 마련되는 플라즈마 처리장치.
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 기판이 챔버 내로 로딩하는 단계와,

    로딩된 기판이 기판 지지부에 안착되는 단계와,

    기판을 공정 위치에 이동시키는 단계와,

    기판의 후면에 초기 플라즈마를 CCP 타입으로 생성시키는 단계와,

    기판의 후면에 상기 초기 플라즈마보다 강한 고밀도 플라즈마를 ICP 타입으로 형성시키는 단계와,

    고밀도 플라즈마로 기판을 처리하는 단계와,

    기판을 언로딩하는 단계

    를 포함하는 플라즈마 처리방법.
24. 삭제
25. 삭제
26. 청구항 23에 있어서, 기판을 로딩하는 단계는 인입된 기판을 리프트 핀의 상부에 안착시키는 플라즈마 처리방법.
27. 청구항 23에 있어서, 기판을 공정 위치에 이동시키는 단계는 리프트 핀에 안착된 기판을 기판 홀더가 상승하여 기판을 이동시키는 플라즈마 처리방법.

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