KR101402233B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 반응 공간을 갖는 챔버와, 상기 반응 공간에 위치하여 기판의 에지 영역을 노출시키는 기판 지지부와 차폐부 및 상기 기판 에지 영역 상하측에 각기 위치하여 그 사이 영역에 플라즈마를 발생시키는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하고, 상기 상부 전극부에 대향하는 상기 하부 전극부의 면의 적어도 일부가 하향 구배를 갖는 플라즈마 식각 장치를 제공한다. 이와 같이 상부 전극부의 바닥면에 대향하는 하부 전극부의 일면을 바닥면에 평행한 상부면과 바닥면에 대하여 하향 경사진 경사면으로 제작하여 하부 전극 상측 영역의 가스 흐름 저항을 감소시켜 하부 전극 상측 영역의 가스가 경사면을 통해 미끄러지듯이 빠르게 외부로 배기할 수 있고, 와류 현상을 감소시킬 수 있다.

플라즈마, 기판 에지, 식각, 하부 전극, 경사면, 가스, 와류

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma etching equipment}

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판 에지 영역에 퇴적되는 박막 또는 파티클을 제거할 수 있는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 기판의 에지 영역은 기판의 이송을 위해 별도의 소자 또는 회로 패턴을 제작하지 않는 영역이다. 반도체 기판상에 반도체 소자와 회로 패턴의 제작을 위해 공정 중 상기의 반도체 기판의 에지 영역에 원치 않는 막이 증착되거나 파티클들이 퇴적되는 현상이 발생하였다. 이때, 기판 에지 영역의 막과 파티클들을 제거하지 않은 상태에서 반도체 소자와 회로 패턴의 제작을 위한 공정을 계속적으로 진행하게 되는 경우 기판이 휘어지거나, 후속으로 진행되는 공정상의 결함으로 작용하여 수율을 감소시키거나, 기판 정렬이 어려워지는 등의 많은 문제점이 발생한다.

이에 후처리 공정을 통해 기판의 에지 영역에 형성된 막 및 파티클들을 제거 해주어야 한다. 이를 위해 종래에는 케미컬을 이용한 습식 식각을 통해 기판 에지 영역의 막 또는 파티클을 제거하였다. 그러나, 최근에는 기판의 에지 영역에만 국부적으로 플라즈마를 발생시켜 에지 영역의 막 또는 파티클을 제거하였다.

이러한 종래의 플라즈마를 이용한 반도체 에지 식각 장치는 기판의 비식각부 즉, 기판 중심부와 상응되는 형상으로 그 상부에 배치된 절연판의 주변으로 반응 가스를 공급하였다. 그리고, 반도체 기판의 식각 영역 즉, 기판 에지부 상하 영역에 용량성 결합에 의한 플라즈마 발생 방식(CCP; Capacitively coupled plasma)을 통해 플라즈마를 발생시켜 상기 반응 가스를 플라즈마화시켜 기판 에지 영역의 막 또는 파티클을 제거하였다.

이와 같은 CCP 타입의 에지 식각 장치는 플라즈마 발생을 위해 기판 에지부 상측에 상부 전극이 위치하고, 기판 에지부 하측에 하부 전극이 위치한다. 이때, 상기 반응 가스는 상부 전극 영역에서 하부 전극 영역으로 분사된다. 종래의 하부 전극의 상부면이 평평한 판 형상으로 제작되어 있기 때문에 하부 전극 상측 영역에서 반응 가스의 와류 현상이 발생하고, 반응 가스가 하부 전극 상측 영역에서 머무르는 시간이 길어지게 된다. 이로인해 파티클과 같은 반응 부산물이 상기 하부 전극 상측에 쉽게 증착되는 문제가 발생한다. 따라서, 하부 전극 클리닝을 자주 실시하여야 하기 때문에 장비의 유지 보수 주기가 짧아지게 되어 장비의 가동율 및 생산성을 저하시키는 문제가 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 하부 전극의 상부면의 형상 변화를 통해 하부 전극 상측 영역의 가스 흐름 저항을 감소시켜 하부 전극 상측면의 가스를 빠르게 외부로 배기시키고, 가스들의 와류 현상을 줄일 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 반응 공간을 갖는 챔버와, 상기 반응 공간에 위치하여 기판의 에지 영역을 노출시키는 기판 지지부와 차폐부 및 상기 기판 에지 영역 상하측에 각기 위치하여 그 사이 영역에 플라즈마를 발생시키는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하고, 상기 상부 전극부에 대향하는 상기 하부 전극부의 면의 적어도 일부가 하향 구배를 갖는 플라즈마 식각 장치를 제공한다.

상기 상부 전극부에 대향하는 상기 하부 전극부의 면은 상기 상부 전극부의 대향면에 대하여 평행하게 연장된 상부면과, 상기 상부면에서 상기 하향 경사진 기울기로 연장된 경사면을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 기울기는 20 내지 70도인 것이 효과적이다.

상기 경사면의 수직 단면은 상기 상부면의 수직 단면에 대하여 경사진 사선 또는 곡선인 것이 가능하다.

상기 상부면의 폭은 기판 에지 영역의 폭보다 1 내지 5배 큰 것이 효과적이 다.

상기 기판 에지 영역의 폭은 상기 기판 단부에서 0.1 내지 5mm 범위 내인 것이 바람직하다.

상부 전극부의 바닥면이 상기 상부면과 상기 경사면에 대향되고, 상기 상부 전극부의 상기 바닥면은 상기 기판과 평행하게 연장되며, 상기 상부면과 상기 경사면의 전체 폭은 상기 상부 전극부의 상기 바닥면의 폭과 오차 범위 내에서 동일한 것이 효과적이다.

상기 하부 전극부는 상기 상부면과 상기 경사면을 구비하는 링 형태의 전극 몸체를 구비하고, 상기 전극 몸체는 상기 상부면에서 하향 연장되어 상기 기판 지지부에 밀착된 내측벽면과, 상기 내측벽면의 하측 영역에서 외측으로 연장된 바닥면과, 상기 바닥면과 상기 경사면을 연결하는 외측벽면을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전극 몸체부의 바닥면에서 연장되어 상기 챔버의 바닥면에 고정된 고정 몸체를 포함하는 것이 가능하다.

상기 기판 지지부는 상기 기판의 중심 영역을 지지하고, 상기 차폐부는 상기 기판 지지부 상측에 위치하여 상기 기판의 중심 영역을 차폐하며, 상기 상부 전극부는 상기 차폐부의 측벽면에 인접 배치되고, 상기 하부 전극부는 상기 기판 지지부에 밀착되는 것이 효과적이다.

상기 기판 지지부와 상기 차폐부의 인접 거리는 0.1 내지 10mm 범위 내인 것이 바람직하다.

상기 차폐부와 상기 상부 전극부 사이 공간을 통해 상기 기판 에지 영역 상에 반응 가스를 분사하는 것이 효과적이다.

상기 차폐부는 상기 반응 가스가 이동하는 반응 가스 유로가 구비되고, 상기 반응 가스 유로에 연통되어 반응 가스를 제공하는 반응 가스 공급부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 더 구비하고, 상기 상부 전극부는 상기 차폐부의 측벽면에 밀착 배치되고, 상기 상부 전극부와 상기 차폐부의 내측에는 상기 반응 가스 공급부와 연통되는 반응 가스 유로가 마련되어 상기 상부 전부를 통해 상기 기판 에지 영역 상에 상기 반응 가스를 분사하는 것이 바람직하다.

상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 플라즈마 전원을 제공하는 플라즈마 공급부와, 상기 차폐부를 통해 상기 기판의 중심 영역에 비활성 가스를 제공하는 비활성 가스 공급부와, 상기 챔버의 바닥면에 위치하여 상기 챔버 내의 가스를 배기하는 배기부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부의 측면 영역에 위치한 안테나부를 더 구비하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 상부 전극부의 바닥면에 대향하는 하부 전극부의 일면을 바닥면에 평행한 상부면과 바닥면에 대하여 하향 경사진 경사면으로 제작하여 하부 전극 상측 영역의 가스 흐름 저항을 감소시켜 하부 전극 상측 영역의 가스가 경사면을 통해 미끄러지듯이 빠르게 외부로 배기할 수 있고, 와류 현상을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 가스 흐름의 변화를 통해 하부 전극부 상측에 불순물이 퇴적되는 것을 억제할 수 있고, 이를 통해 하부 전극부의 클리닝 주기를 늘려 줌으로써, 장비의 가동률과 생산성을 증진시킬 수 있다.

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 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 단면도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 하부 전극 형상을 설명하기 위한 도 1의 A 영역의 확대도이다. 도 3은 일 실시예의 변형예에 따른 하부 전극 형상을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 일 실시예에 따른 하부 전극 상측 영역의 유속 변화를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과 그림이다. 도 5 및 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 식각 장치의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 챔 버(100)와, 기판(10)의 비 식각 영역에 인접 배치되는 차폐부(300)와, 기판(10)의 에지 영역을 노출시키고 기판(10)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 차폐부(300)의 측면 영역에 마련되고, 기판(10)의 에지 영역 상부에 위치하는 상부 전극부(400)와, 기판 지지부(200)의 측면 영역에 마련되고, 기판(10)의 에지 영역 하측에 위치하는 하부 전극부(500)와, 상기 상부 전극부(400)와 상기 차폐부(300) 사이 공간을 통해 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(600)와, 차폐부(300)와 기판(10) 사이 공간으로 비 활성 가스를 공급하는 비활성 가스 공급부(700)와, 상기 상부 전극부(400) 및 하부 전극부(500)에 플라즈마 전원을 제공하여 상부 및 하부 전극부(400, 500) 사이 공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 전원 공급부(800)를 포함한다.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(100) 하측에 위치하여 챔버(100) 내의 가스를 배기하는 배기부(900)를 더 구비한다.

상술한 챔버(100)는 하부 챔버 몸체(110)와, 하부 챔버 몸체(110)를 덮는 챔버 리드(120)를 포함한다.

먼저, 하부 챔버부(110)는 내부가 비어 있는 대략 육면체 형태로 제작된다. 상기 하부 챔버부(110)의 내부 빈 공간 내에 기판 지지부(200)가 위치한다. 여기서, 상기 내부 빈 공간의 형상을 기판 지지부(200) 상에 위치하는 기판(100)의 형상에 따라 변화된다. 본 실시예에서는 원 형상의 실리콘 웨이퍼를 기판(100)으로 사용하기 때문에 상기 내부 빈 공간은 원통 형상을 갖는 것이 효과적이다.

또한, 도시되지 않았지만, 하부 챔버부(110)의 일측에는 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 게이트 밸브가 마련된다. 이때, 게이트 밸브를 통해 하부 챔버부(110)가 다른 공정을 수행하는 챔버(미도시)에 연결될 수도 있다.

또한, 하부 챔버부(110)의 바닥면 영역에는 벤트라인을 포함하는 배기부(900)가 마련된다. 이를 통해 챔버(100)의 하측 영역에서 챔버(100) 내부의 불순물을 외부로 배기한다.

이어서, 챔버 리드(120)는 하부 챔버부(110)의 상측 영역을 덮어 챔버(100) 내부에 밀봉된 반응 공간을 형성한다. 따라서, 챔버 리드(120)는 하부 챔버부(110)와 유사한 대략 육면체 형태의 몸체로 제작된다. 상기 챔버 리드(120)에는 차폐부(300)가 위치한다.

상술한 챔버(100)는 도시되지 않았지만, 챔버 리드(120)와 하부 챔버부(110)간의 개폐를 위한 개폐수단을 더 구비한다. 이와 같이 챔버(100)를 상부 영역과 하부 영역으로 분리하고, 이들을 결합하여 챔버(100)를 제작함으로 인해 챔버(100)의 유지 보수를 용이하게 할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 챔버(100)를 단일 몸체로 제작할 수도 있다. 즉, 챔버(100)로 내부가 비어 있는 다면체 또는 원통 형상으로 제작할 수 있다.

다음으로 기판 지지부(200)는 챔버(100)의 반응 공간(하부 챔버부(110)) 내에 위치하여 기판(10)이 그 상측에 로딩되고, 로딩된 기판(10)이 차폐부(300)에 인접하도록 승강한다.

기판 지지부(200)는 기판(10)을 지지하는 기판 지지척(210)과, 기판 지지척(210)의 상측 가장자리 영역에 마련된 에지링(220)과, 상기 기판 지지척(210)을 승강시키는 구동부(230)를 구비한다. 그리고, 기판 지지부(200)는 도시되지 않았지만, 리프트 핀을 더 구비하고, 상기 기판 지지척(210)에는 리프트 핀이 승강하는 소정의 관통홀이 마련된다.

여기서, 기판 지지척(210)은 기판(10)과 유사한 형상을 갖고, 기판(10)의 사이즈보다 더 작은 사이즈를 갖는 판 형상으로 제작된다. 기판 지지척(210)은 정전기력을 이용하여 기판(10)의 중심 영역을 지지하는 것이 효과적이다. 이때, 기판 지지척(210)의 상측 표면에는 복수의 홈부가 마련되어 기판(10)의 로딩시 기판(10)이 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 물론 도시되지 않았지만, 상기 기판 지지척(210) 내에는 기판 지지척(210)을 가열하기 위한 가열 수단이 마련될 수 있다.

기판 지지척(210)은 도 1에 도시된 바와 같이 구동부(230)에 결합된 원판 형상의 하측 몸체와, 하측 몸체에서 돌출된 원판 형상의 상측 몸체를 구비한다. 이때, 하측 몸체와 상측 몸체는 단일몸체로 제작되는 것이 효과적이다. 이때, 상기 하측 몸체의 직경이 상측 몸체의 직경보다 큰 것이 효과적이다.

에지링(220)은 기판 지지척(210)의 상측 가장자리 둘레에 배치된다. 이때, 에지링(220)은 도 1에 도시된 바와 같이 상측 몸체의 둘레를 따라 배치되어 기판(10) 에지 영역의 하측 공간을 노출시킨다. 에지링(220)의 내경은 기판 지지척(210)의 상측 몸체의 직경과 유사한 것이 효과적이다. 여기서, 에지링(220)은 기판과 유사한 실리콘 재질로 제작하는 것이 효과적이다. 이와 같은 에지링(220)을 통해 기판(10)의 가장자리 영역을 지지하고, 플라즈마가 기판(10)의 에지 영역에 집중되도록 할 수 있다. 여기서, 에지링(220)이 기판 지지척(210)에 장착된 기판 지지부(200)에 의해 노출되는 기판 에지 영역은 기판(10) 끝단을 기준으로 0.1 내지 6mm 인 것이 바람직하다.

구동부(230)는 챔버(100) 내측으로 연장되어 기판 지지척(210)을 승강시키는 구동축부(231)와, 상기 구동축부(231)를 이동시키는 구동부재(232)를 포함한다.

다음으로, 차폐부(300)는 기판 지지부(200) 상에 위치한 기판(10)의 비 식각 영역 즉, 기판(10)의 중심 영역에서의 플라즈마 발생을 차폐하여 비 식각 영역에서의 기판(10)의 식각을 방지한다. 이를 위해 플라즈마 식각 공정시 상기 차폐부(300)와 기판 지지부(200)는 0.1 내지 10mm 범위 내에서 인접 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 기판 지지부(200)가 승강하여 상기 범위 내로 인접 배치된다. 물론 이에 한정되지 않고, 차폐부(300)가 승강할 수도 있다.

차폐부(300)는 기판(10)의 에지 영역을 제외한 영역을 차폐한다. 따라서, 차폐부(300)는 기판(10)의 형상과 유사한 형상으로 제작된다. 본 실시예에서는 원형 판 형상으로 제작된다. 이때, 차폐부(300)는 기판(10)의 사이즈보다 작은 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 이를 통해 차폐부(300)에 의해 기판(10)의 에지 영역을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 차폐부(300)에 의해 노출되는 기판 에지 영역은 기판(10) 끝단을 기준으로 0.1 내지 5mm 인 것이 바람직하다. 이를 통해 막 또는 반도체 패턴이 형성되지 않는 기판의 에지 영역을 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 범위보다 작을 경우에는 기판 에지 영역의 노출되는 면적이 줄어들게 되고, 상기 범위보다 클 경우에는 기판 중심 영역(즉, 비 식각 영역)의 막 또는 패턴이 노출되는 문제가 발생할 가능성이 있다.

차폐부(300)는 중심 몸체(310)와, 중심 몸체(310)의 하측 중심 영역에 마련된 비활성 가스 분사판(320)을 구비한다. 상기 중심 몸체(310)와 가스 분사판(320) 사이의 이격 공간을 통해 비활성 가스가 차폐부(300)의 하측 영역 즉, 기판의 중심 영역에 분사된다. 도 1에 도시된 바와 같이 중심 몸체(310)의 하측 바닥면 중심 영역에 오목홈이 마련되고, 그 오목홈 내측에 가스 분사판(320)이 배치된다. 이때, 가스 분사판(320)은 원형 판 형상으로 제작되고, 소정의 결합부재(예를 들어, 나사 또는 볼트)를 통해 중심 몸체(310)에 결합된다. 그리고, 상기 중심 몸체(310) 또한 결합 부재에 의해 챔버 리드(120)에 결합된다. 중심 몸체(310)의 오목홈의 중심 영역에는 비활성 가스가 분사되는 분사노즐이 마련된다. 이를 통해 분사 노즐을 통해 제공된 비활성 가스는 원형의 가스 분사판(320)을 따라 기판(10) 상측 영역에 분사된다. 이와 같이 차폐부(300)와 기판(10) 사이 공간으로 비 활성 가스를 분사시켜 플라즈마화된 반응 가스가 차폐부(300)와 기판(10) 사이 공간으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예의 비활성 가스 공급부(700)는 챔버(100) 외측에 마련된 비활성 가스 저장부(710)와 비활성 가스를 챔버(100) 내측에 공급하는 비활성 가스 공급관(720)을 구비한다. 이때, 비활성 가스 공급관은 차폐부(300)의 중심 몸체(310) 내에 마련된 비활성 가스 유로와 연통된다. 이를 통해 비활성 가스는 차폐부(300)의 중심 몸체(310)를 관통하여, 차폐부(300) 하측에 위치하는 기판(10) 상에 제공될 수 있다.

차폐부(300)의 중심 몸체(310)의 측면 영역에는 상부 전극부(400)가 위치한 다. 즉, 상부 전극부(400)는 차폐부(300)에 의해 돌출된 기판(10) 에지 영역의 상측에 위치한다. 이때, 상부 전극부(400)의 폭은 돌출된 기판 에지 영역 폭의 2 내지 10배 넓은 것이 효과적이다. 이는 상부 전극부(400)의 하측 영역에서 플라즈마가 발생되기 때문에 상기 폭 보다 작을 경우에는 기판 에지 영역에 균일한 플라즈마를 발생시키기 어렵고, 상기 폭보다 클 경우에는 플라즈마 발생 영역이 과도하게 증가하고, 전체 장치의 사이즈가 증대되는 단점이 있다.

또한, 상부 전극부(400)는 기판 에지 영역 상측에 위치하고, 차폐부(300)의 측면 영역에 위치하기 때문에 원형 링 형상으로 제작되는 것이 효과적이다. 상부 전극부(400)의 바닥면은 도 1에 도시된 바와 같이 기판의 상측 면에 대하여 평행한 것이 효과적이다.

본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 상부 전극부(400)와 차폐부(300)의 측면 사이에 소정의 이격 공간이 마련되고, 상기 이격 공간을 통해 공정 가스인 반응 가스가 공급되는 것이 효과적이다.

이를 통해 기판 에지 영역 상부에서 반응 가스가 제공되도록 하여 에지 영역의 식각 효율을 더욱 상승시킬 수 있다. 즉, 상부 전극부(400)과 차폐부(300)의 측면 사이 영역으로 반응 가스를 공급할 경우, 반응 가스는 차폐부(300)의 측면을 따라 기판 에지 영역으로 공급될 수 있게 된다. 이때, 상기 상부 전극부(400) 아래에 위치한 차폐부(300)의 중심 몸체(310)가 돌출되어 있는 것이 효과적이다. 이를 통해 상부 전극부(400)과 차폐부(300)의 측면 사이 영역으로 수직하게 하강하던 반응 가스가 상부 전극부(400) 아래에서 돌출된 차폐부(300)에 한번 부딪히게 되어 기판 에지 영역에 균일하게 반응 가스를 제공할 수 있게 된다.

이를 위해 차폐부(300)에는 반응 가스가 이동하는 반응 가스 유로가 마련되고, 상기 반응 가스 유로는 상부 전극부(400)가 위치하는 차폐부(300)의 측면 영역으로 반응 가스를 이송한다. 여기서, 반응 가스 공급부(600)는 반응 가스를 상기 반응 가스 유로에 제공한다. 이때, 반응 가스 공급부(600)는 반응 가스가 저장된 반응 가스 저장부(610)와, 반응 가스를 챔버(100) 내측 즉, 차폐부(300)에 공급하는 반응 가스 공급관(620)을 구비한다. 반응 가스 공급관(620)은 반응 가스 유로에 연통된다. 이에 반응 가스 공급부(600)의 반응 가스는 차폐부(300)의 중심 몸체(310)의 내측의 반응 가스 유로를 따라 차폐부(300)의 측면 영역으로 이동하고, 측면 영역에서 차폐부(300)와 상부 전극부(400) 사이 공간을 통해 기판의 에지 영역에 제공된다.

이어서, 기판의 에지 영역(즉, 상부 전극부(400) 하측 영역)으로 분사된 반응 가스는 그 하측에 형성된 플라즈마에 의해 플라즈마화된다. 이때, 상부 전극(400)와 하부 전극부(500)는 용량성 결합에 의해 플라즈마를 발생시킨다.

본 실시예의 상부 전극부(400)는 소정의 배선을 통해 플라즈마 전원 공급부(800)로부터 플라즈마 전원을 제공받는다. 플라즈마 전원 공급부(800)에 의해 상부 전극부(400)에 제공되는 플라즈마 전원으로 RF 전원을 사용하는 것이 효과적이다. 상기 RF 전원의 주파수로 2 내지 20MHz 범위 내의 주파수를 사용하는 것이 효과적이다. 본 실시예에서는 13.56MHZ의 주파수를 사용한다.

이때, 플라즈마 발생을 위해 상기 상부 전극부(400)에 대향하는 하부 전극 부(500)가 기판 에지 영역의 아래에 마련된다. 이때, 상기 하부 전극(500)에는 접지 전원을 인가하여 상기 상부 전극부(400)와 하부 전극부(500) 사이 공간에 플라즈마를 발생시킨다.

본 실시예의 하부 전극부(500)는 상측 전극 몸체(510)와, 전극 몸체(510)에서 연장되어 챔버(100)의 바닥면에 고정된 고정 몸체(520)를 구비한다. 상측 전극 몸체(510)는 상부 전극부(400)에 대향하여 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 고정 몸체(520)는 상측 전극 몸체(510)를 챔버(100) 내에서 고정시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이 상부 전극부(400)는 차폐부(300)에 고정된다. 하지만, 하부 전극부(500)는 기판 지지부(200)가 승강하기 때문에 기판 지지부(200)에 고정되지 않고, 별도의 고정 몸체(520)를 통해 고정되는 것이 효과적이다.

하부 전극부(500)의 상측 전극 몸체(510)는 기판(10)의 하측 표면에 대하여 평행하게 연장된 상부면(511)과, 상부면(511)에서 하향 경사진 기울기를 갖는 경사면(512)을 갖는 것이 효과적이다.

하부 전극부(500)는 원형 링 형상으로 제작된다. 이때, 원형링의 단면은 도 2에 도시된 바와 같이 상부면(511)에서 하향 경사진 경사면(512)을 갖는 다각형 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 즉, 하부 전극부(500)는 기판 지지부(200)에 인접 또는 밀착된 링의 내측벽면(513)과, 상기 내측벽면(513) 상측 영역에서 상기 상부 전극부(400)의 바닥면에 대하여 수평하게 연장된 상부면(511)과, 상기 상부면(511)에서 하향 경사진 기울기를 갖고 연장된 경사면(512)와, 내측벽면(513)의 하측 영역에서 수직하게 연장된 바닥면(514)과, 상기 바닥면(514)과 경사면(512)을 연결하는 외측 벽면(515)을 구비한다. 이때, 상기 바닥면(514)에 고정 몸체(520)가 연장된다.

이와 같이 본 실시예에서는 상부면(511)에서 경사진 경사면(512)을 구비함으로 인해 하부 전극부(500) 상측 영역에서의 가스들의 와류 발생을 줄일 수 있고, 하부 전극(500) 상측 영역의 가스를 빠르게 배기시킬 수 있어 하부 전극(500) 상측면에 부산물이 쌓이는 현상을 줄일 수 있다.

즉, 도 4의 (a)는 본 실시예에서와 같이 기판에 평행한 상부면(511)과, 상부면에 대하여 약 45도 기울어진 경사면(512)을 갖는 경우의 하부 전극부(500) 상측 영역의 가스(반응 가스 및 비활성 가스) 흐름을 나타낸 그림이다. 또한, 도 4의 (b)는 기판에 평행한 상부면 만을 갖는 경우의 하부 전극부(500) 상측 영역의 가스 흐름을 나타낸 그림이다. 먼저, 도 4의 (b) 도면에서와 같이 평행한 상부면을 갖는 경우 상부면 내측에서 강한 와류가 형성됨을 알 수 있고, 상부면 상측 영역에서 가스의 흐름이 상부면에 대하여 평행함을 알 수 있다(도 4의 (b)의 K2 영역 참조). 이를 통해 와류에 의한 가스가 하부 전극부(500) 외측벽면 영역으로 빠르게 이동할 수 없게 된다. 하지만, 도 4의 (a) 그림의 경우 상부면(511)과 경사면(512)을 갖는 경우, 상부면(511)과 경사면(512) 경계에 약한 와류가 발생하지만, 와류 하단의 가스가 경사면(512)에 의해 빠르게 하부 전극부(500)의 외측벽면(515) 방향으로 이동하게 됨을 알 수 있다(도 4의 (a)의 K1 영역 참조). 이와 같이 하부 전극부(500) 상측의 와류가 발생되더라도 와류 하측의 가스들이 경사면(512)을 따라 미끄러지듯 빠져나가게 된다. 이로인해 상기 가스들에 의한 파티클과 같은 부산물이 퇴적되는 현상을 줄일 수 있게 된다.

이를 위해 본 실시예에서는 상부면(511)의 폭(T1, 또는 연장 길이)과 상기 경사면(512)의 경사 각도(θ1)를 일정 범위 이내에서 조절하는 것이 효과적이다.

상기 상부면(511)의 폭(T2), 즉, 내측벽면(513)의 끝단에서 경사면(512)의 끝단 사이의 거리는 기판 에지 영역의 폭(T1)보다 약 1 내지 5배 정도 큰 것이 효과적이다. 물론 상기 폭(T1)이 1.1 내지 2배 정도 큰 것이 더욱 효과적이다. 이는 상부 전극부(400)와 하부 전극부(500)의 상기 상부면(511)이 평행하게 배치된 영역에서 플라즈마가 강하게 발생되기 때문이다. 따라서, 상부면(511)의 폭이 기판 에지 영역 보다 작을 경우에는 플라즈마를 기판 에지 영역에 집중시키기 어려운 문제가 발생한다. 또한, 상기 범위보다 상부면(511)의 폭을 크게 할 경우, 앞선 종래 기술과 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 가스의 와류를 약하시키기 어렵고, 하부 전극부(500) 상측의 부산물의 퇴적 현상을 줄이기 어려운 문제가 발생한다.

그리고, 상부면(511)에 대한 경사면(512)의 경사 각도(θ1)는 20 내지 70도 인 것이 효과적이다. 바람직하게는 25 내지 50도인 것이 효과적이다. 상술한 상기 각도 범위보다 작을 경우에는 가스의 미끄러짐이 원활하지 않아 반응 부산물의 퇴적이 심해지는 문제가 있다. 또한, 상기 각도 범위보다 클 경우에는 플라즈마화된 반응 가스가 기판 에지 영역의 하부를 식각하지 못하고 바로 배기되어 식각율을 저하시키는 문제가 발생한다.

또한, 상기 상부면(511)과 경사면(512) 전체의 폭(T3)은 상부 전극부(400)의 폭과 유사한(즉, 오차 범위(±10%) 내에서 동일) 것이 효과적이다. 이는 상부 면(511)과 경사면(512)이 상부 전극부(400)의 바닥면에 대향 배치되기 때문이다. 그리고, 상부 전극부(400)와 하부 전극부(500) 사이 영역(즉, 대향하는 면들 사이 영역)에서 플라즈마가 발생되기 때문이다.

이와 같이 본 실시예에서는 기판 에지 영역 하측에 하부 전극부(500)를 배치하되, 기판(또는 상부 전극부)과 평행한 상부면(511)과, 상부면(511)에서 하향 기울기로 경사진 경사면(512)을 갖는 하부 전극부(500)를 배치하여 기판 에지 영역의 플라즈마를 집중시킬 수 있고, 하부 전극부(500) 상측에 퇴적되는 부산물의 양을 줄일 수 있게 된다. 또한, 이를 통해 하부 전극부(500)의 클리닝 주기를 길게 유지할 수 있어 장비의 가동율과 생산성을 향상시킬 수 있다.

몰론 본 실시예의 하부 전극부(500)의 경사면(512)은 그 단면이 사선 형상으로 제작되었다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 도 3의 변형예에서와 같이 그 단면이 곡선 형상으로 제작될 수 있다.

또한, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치는 상술한 설명에 한정되지 않고, 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 차폐부(300)의 바닥면(즉, 기판(10)에 인접한 면에 비활성 가스 유로와 연통된 복수의 분사 노즐(301)이 마련되고, 상기 분사 노즐(301)을 통해 비활성 가스를 기판(10)의 중심 영역에 분사시킬 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 전극부(400)가 차폐부(300)의 측벽면에 밀착 고정되고, 상부 전극부(400)를 통해 반응 가스를 분사할 수도 있다. 이때, 상부 전극부(400)에는 차폐부(300)의 반응 가스 유로와 연통된 가스 분사 유로(401)가 마련된다. 가스 분사 유로(401)의 끝단이 상기 상부 전극부(400)의 바닥 면에 위치한다. 따라서, 반응 가스 공급부(600)를 통해 제공된 반응 가스는 차폐부(300)의 반응 가스 유로를 거쳐 상부 전극부(400)의 가스 분사 유로(401)에 제공되어 기판 에지 영역 상측으로 분사된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 경사면(512)을 갖는 하부 전극부(500)가 기판 지지부(200)의 측벽면에 밀착 고정될 수도 있다. 이를 통해 기판 지지부(200) 상에 위치하는 기판(10)의 에지 영역과 하부 전극부(500)간의 간격을 항상 일정하게 유지할 수 있다.

그리고, 도 6의 변형예에서와 같이 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방식과 CCP 방식을 혼합하여 사용하는 플라즈마 식각 장치에도 적용될 수 있다. 이에 도 6의 변형예에서는 유도 결합 플라즈마 발생부(1000)를 더 구비한다. 이때, 유도 결합 플라즈마 발생부(1000)는 상부 전극부(400)와 경사면을 갖는 하부 전극부(500)의 측면 영역(즉, 기판 에지 영역)을 따라 마련된 실드부(1100)와, 상기 실드부(1100)의 외측에 마련되어 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 안테나(1200)와, 상기 챔버(100)의 외측에 마련되어 상기 안테나(1200)에 유도 결합 플라즈마 전원을 제공하는 유도 결합 플라즈마 전원부(1300)를 포함한다. 이때, 상기 실드부(1100)에 의해 안테나(1200)가 위치하는 공간과 챔버(100)의 반응 공간이 분리될 수 있다. 이와 같이 유도 결합 플라즈마 발생부(1000)를 더 구비하여 기판 에지 영역의 플라즈마 밀도를 더욱 증대시킬 수 있다. 이를 통해 에지 영역의 식각 율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 상부 전극부(400)에 대향하는 면에 대하여 하향 기울기를 경사면 을 갖는 하부 전극부(500)를 구비하는 플라즈마 식각 장치의 구조는 이에 한정되지 않고, 다양하게 변화될 수 있다. 즉, 하부 전극부(500)의 상측 영역에서 반응 가스가 분사되는 형태의 플라즈마 식각 장치에 적용되어 하부 전극부(500) 상측의 가스들이 경사면에 의해 미끄러지듯이 배기되도록 하여, 하부 전극부(500) 상측에 퇴적되는 반응 부산물의 양을 줄일 수 있다. 물론 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 상기 하부 전극부(500)는 상부면(511)이 없고, 경사면(512)만을 구비할 수도 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 단면도.

도 2는 일 실시예에 따른 하부 전극 형상을 설명하기 위한 도 1의 A 영역의 확대도.

도 3은 일 실시예의 변형예에 따른 하부 전극 형상을 설명하기 위한 도면.

도 4는 일 실시예에 따른 하부 전극 상측 영역의 유속 변화를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과 그림.

도 5 및 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 식각 장치의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 챔버 200 : 기판 지지부

300 : 차폐부 400 : 상부 전극부

500 : 하부 전극부 510 : 전극 몸체

511 : 상부면 512 : 경사면

600 : 반응 가스 공급부 700 : 비활성 가스 공급부

800 : 플라즈마 전원 공급부

Claims (16)

1. 반응 공간을 갖는 챔버;

   상기 반응 공간에 위치하여 기판의 에지 영역을 노출시키는 기판 지지부와 차폐부; 및

   상기 기판 에지 영역 상하측에 각기 위치하여 그 사이 영역에 플라즈마를 발생시키는 상부 전극부 및 하부 전극부를 포함하고,

   상기 하부 전극부는 상기 기판 지지부에 인접 또는 밀착된 내측벽면과, 상기 내측벽면 상측 영역에서 상기 상부 전극부의 바닥면에 대하여 수평하게 연장된 상부면과, 상기 상부면에서 하향 경사진 기울기를 갖고 연장된 경사면과, 상기 내측벽면의 하측 영역에서 수직하게 연장된 바닥면과, 상기 바닥면과 경사면을 연결하는 외측 벽면을 포함하는 플라즈마 식각 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 경사면의 기울기는 20 내지 70도인 플라즈마 식각 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 경사면의 수직 단면은 상기 상부면의 수직 단면에 대하여 경사진 사선 또는 곡선인 플라즈마 식각 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 상부면의 폭은 기판 에지 영역의 폭보다 1 내지 5배 큰 플라즈마 식각 장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 기판 에지 영역의 폭은 상기 기판 단부에서 0.1 내지 5mm 범위 내인 플라즈마 식각 장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 상부 전극부의 바닥면이 상기 상부면과 상기 경사면에 대향되고,

   상기 상부 전극부의 상기 바닥면은 상기 기판과 평행하게 연장되며,

   상기 상부면과 상기 경사면의 전체 폭은 상기 상부 전극부의 상기 바닥면의 폭과 오차 범위 내에서 동일한 플라즈마 식각 장치.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 바닥면에서 연장되어 상기 챔버의 바닥면에 고정된 고정 몸체를 포함하는 플라즈마 식각 장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 기판 지지부는 상기 기판의 중심 영역을 지지하고, 상기 차폐부는 상기 기판 지지부 상측에 위치하여 상기 기판의 중심 영역을 차폐하며,

    상기 상부 전극부는 상기 차폐부의 측벽면에 인접 배치되고, 상기 하부 전극부는 상기 기판 지지부에 밀착된 플라즈마 식각 장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 기판 지지부와 상기 차폐부의 인접 거리는 0.1 내지 10mm 범위 내인 플라즈마 식각 장치.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 차폐부와 상기 상부 전극부 사이 공간을 통해 상기 기판 에지 영역 상에 반응 가스를 분사하는 플라즈마 식각 장치.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 차폐부는 상기 반응 가스가 이동하는 반응 가스 유로가 구비되고,

    상기 반응 가스 유로에 연통되어 반응 가스를 제공하는 반응 가스 공급부를 더 구비하는 플라즈마 식각 장치.
14. 청구항 1에 있어서,

    반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 더 구비하고,

    상기 상부 전극부는 상기 차폐부의 측벽면에 밀착 배치되고, 상기 상부 전극부와 상기 차폐부의 내측에는 상기 반응 가스 공급부와 연통되는 반응 가스 유로가 마련되어 상기 상부 전부를 통해 상기 기판 에지 영역 상에 상기 반응 가스를 분사하는 플라즈마 식각 장치.
15. 청구항 1, 청구항 10 및 청구항 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 플라즈마 전원을 제공하는 플라즈마 공급부와,

    상기 차폐부를 통해 상기 기판의 중심 영역에 비활성 가스를 제공하는 비활성 가스 공급부와,

    상기 챔버의 바닥면에 위치하여 상기 챔버 내의 가스를 배기하는 배기부를 더 구비하는 플라즈마 식각 장치.
16. 청구항 1, 청구항 10 및 청구항 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부의 측면 영역에 위치한 안테나부를 더 구비하는 플라즈마 식각 장치.

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