KR101402234B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

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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 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 2.5 내지 6.5mm인 플라즈마 식각 장치를 제공한다. 이와 같이 본 발명은 상부 전극부와 기판 사이의 거리를 상술한 범위 내에 배치시켜 기판 에지 영역의 식각율을 증대시킬 수 있다.
플라즈마, 기판 에지, 식각, 상부 전극부, 이격 거리

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 기판 상에 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.
따라서, 기판 중심 영역에 반도체 박막을 증착하거나 식각한 다음 후처리 공 정을 통해 기판의 에지 영역에 형성된 막 및 파티클들을 제거해주어야 한다. 이에 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 공급한다. 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. CCP 타입의 에지 식각 장치는 챔버 내부를 진공으로 유지한 다음, 기판의 에지 영역 상측과 하측에 각기 위치한 상부 전극과 하부 전극에 플라즈마 전원을 인가하여 기판 에지 영역에 플라즈마를 발생시켰다. 그러나 기존에는 상부 전극과 하부 전극 사이에 플라즈마 발생을 위해 기판과 상부 전극 및 하부 전극 사이의 간격을 7mm 이상 유지하였다. 하지만, 이러한 CCP 타입의 에지 식각 장치의 경우 플라즈마 밀도가 높지 않아 식각율이 낮은 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 플라즈마 밀도를 증가시켜 식각율을 증대시킬 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 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 2.5 내지 6.5mm인 플라즈마 식각 장치를 제공한다.
상기 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 3.0 내지 5.0mm인 것이 가능하다.
상기 하부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 상기 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리와 같거나 더 긴 것이 효과적이다.
상기 상부 전극부의 가장자리 영역에 마련된 전극 링을 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 기판 지지부는 상기 기판의 중심 영역을 지지하고, 상기 차폐부는 상기 기판 지지부 상측에 위치하여 상기 기판의 중심 영역을 차폐하며, 상기 차폐부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 상기 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리보다 더 짧은 것이 바람직하다.
상기 기판 지지부는 기판을 지지하는 기판 지지척과, 상기 기판 지지척의 가장자리 영역에 마련된 에지링과, 상기 기판 지지척을 승강시키는 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판 지지척은 척 몸체부와, 상기 척 몸체부에서 돌출되어 상기 기판을 지지하는 복수의 돌기부를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 척 몸체부의 전체 면적 중 상기 돌기부를 통해 상기 기판과 접촉되는 면적이 10 내지 40%인 것이 바람직하다.
상기 기판 에지 영역의 폭은 상기 기판 단부에서 0.1 내지 5mm 범위 내인 것이 효과적이다.
상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 플라즈마 전원을 제공하는 플라즈마 공급부와, 상기 기판 에지 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 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.
상술한 바와 같이 본 발명은 상부 전극부와 기판 사이의 거리를 상술한 범위 내에 배치시켜 기판 에지 영역의 식각율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 지지부에 엠보싱 형태의 돌기를 배치시켜 기판의 미끄러짐을 방지할 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 기판 지지척의 사시도 개념도이고, 도 3은 기판 지지척의 단면 개념도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 상부 전극과 기판 사이의 간격을 설명하기 위한 도 1의 A 영역의 확대도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 기판의 평면도이고, 도 6 및 도 7은 상부 전극과 기판 사이의 이격 거리에 따른 기판 에지 영역의 박막 식각율을 측정한 실험 결과 그래프이다. 도 8은 일 실시예의 변형예에 따른 플라즈마 식각 장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 챔버(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.
기판 지지척(210)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 척 몸체부(211)와, 척 몸체부(211) 상측으로 돌출된 복수의 돌기부(212a, 212b; 212)를 구비한다. 그리고, 척 몸체부(211)에는 기판(10)의 로딩시 기판(10)이 미끄러지는 것을 방지하기 위한 복수의 홈부(213)가 마련된다. 상기 돌기부(212)는 척 몸체부(211)의 가장자리에 링 형상으로 돌출된 링 돌기(212a)와 척 몸체부(211)의 중심에서 섬 형태로 돌출된 복수의 섬 돌기(212b)를 포함한다. 본 실시예에서는 상기 돌기부(212)에 의해 기판(10)이 지지된다. 즉, 기판(10)의 바닥면이 돌기부(212)에 접속된다. 따라서, 상기 기판(10)과 척 몸체부(211) 사이에는 소정의 이격 공간이 마련된다. 이를 통해 기판(10)이 미끄러지거나 뒤틀리는 현상을 방지할 수 있다. 이는 돌기부(212)에 의해 기판(10)과 기판 지지척(210) 간의 접촉 면적을 조절할 수 있다. 본 실시예에서는 기판(10)과 기판 지지척(210) 간의 접촉 면적이 기판 지지척(210) 상면의 전체 면적, 즉, 척 몸체부(211)의 전체 면적의 10 내지 40%인 것이 바람직하다. 상기 범위보다 작을 경우에는 기판(10)의 지지가 어렵고, 상기 범위보다 넓을 경우에는 기판(10)이 쉽게 미끄러지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 위해 상기 링 돌기(212a)의 폭을 10 내지 100mm로 하고, 섬 돌기(212b)의 폭을 6 내지 15mm로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 섬 돌기(212b)의 개수도 2개 내지 20개 로 하는 것 이 바람직하다. 그리고, 돌기부(212)의 돌출 높이는 상기 척 몸체부(211)의 상면에서 약 0.01 내지 0.5mm의 높이로 돌출되는 것이 바람직하다.
또한, 도시되지 않았지만, 상기 기판 지지척(210) 내에는 기판 지지척(210)을 가열하기 위한 가열 수단이 마련될 수 있다.
에지링(220)은 기판 지지척(210)의 상측 가장자리 둘레에 배치된다. 이때, 에지링(220)은 도 1에 도시된 바와 같이 척 몸체부(211)의 둘레를 따라 배치된다. 에지링(220)의 내경은 기판 지지척(210)의 척 몸체부(211)의 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. 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 식각 공정시 상기 차폐부(300)와 기판 지지부(200) 사이의 이격 거리는 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 승강 할 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 위치한다. 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.
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 영역 으로 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.
상부 전극부(400)는 차폐부(300)에 의해 돌출된 기판(10) 에지 영역의 상측에 위치한다. 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. 이를 통해 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 전극부(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 실시예에에서 기판 에지 영역 상측에 위치하는 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, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 상부 전극부(400)와 기판(10) 표면 사이의 이격 거리(T1)를 2.5 내지 6.5mm로 유지한다. 상부 전극부(400)와 기판(10) 간의 이격 거리(T1)를 3.0 내지 5.0mm로 유지하는 것이 바람직하다. 물론 상부 전극부(400)와 기판(10) 간의 이격 거리(T1)를 3.0 내지 4mm로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 거리(T1)를 상기 범위로 유지시켜 기판 에지 영역의 식각율을 증대시킬 수 있다.
이를 위해 본 실시예에서는 기판(10) 상에 산화막을 형성하고, 본 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 에지 식각 장치를 이용하여 상기 산화막을 제거하였다. 이후, 도 5에 도시된 바와 같이 B-B 선을 따라 기판의 일부를 절단한 다음 식각된 산화막의 두께를 측정하였다. 그 측정결과를 도 6 및 도 7의 표로 정리하였다. 이때, 산화막의 식각을 위해 O2 가스, CF4 가스 및 SF6 가스를 사용하였고, 기판 중심부에 제공되는 비활성 가스로는 He 가스가 사용되었다. 그리고, 플라즈마 발생을 위한 전력으로 약 600W를 공급하였다. 또한, 에지 식각 장치의 기판(10)과 차폐판(300) 사이의 이격 거리(T2)를 약 1mm로 유지하였다. 그리고, 에지 식각 장치 내부의 압력을 약 1.5torr로 유지하였다.
따라서, 실험 결과인 도 6 및 도 7을 살펴보면 다음과 같다.
여기서, 도 6 및 도 7의 J 선은 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 거리(T1)을 약 6.35mm로 유지시킨 다음 플라즈마를 이용하여 기판 에지 영역의 산화막을 식각한 실험 결과를 나타낸 선이고, 도 6의 K 선은 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 거리(T1)을 약 3.35mm로 유지시킨 다음 플라즈마를 이용하여 기판 에지 영역의 산화막을 식각한 실험 결과를 나타낸 선이다. 그리고, 도 7의 L 선은 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 거리(T1)을 약 3.00mm로 유지시킨 다음 플라즈마를 이용하여 기판 에지 영역의 산화막을 식각한 실험 결과를 나타낸 선이다. 도 6 및 도 7의 J 선을 살펴보면 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 거리(T1)을 약 6.35mm로 한 경우에는 기판 에지 영역에서 최대로 식각되는 산화막의 두께가 약 23000Å이 됨을 알 수 있다. 그리고, 도 6의 K 선을 살펴보면 기판 에지 영역에서 최대로 식각되는 산화막의 두께가 39000Å이 됨을 알 수 있다. 또한, 도 7의 L 선을 살펴보면 기판 에지 영역에서 최대로 식각되는 산화막의 두께가 약 42000Å이 됨을 알 수 있다. 이는 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간 격(T1)을 6.5mm 이하로 유지할때 기판 에지 영역의 식각 율이 증가됨을 알 수 있다. 더욱이 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)을 3.0mm 내지 3.35mm 범위로 유지할 경우가 6.35mm에 비하여 그 식각 율이 약 1.6에서 2배 정도 높음을 알 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)을 6.5mm 보다작게 하여 높은 식각율을 얻을 수 있다. 이는 상부 전극부(400)과 하부 전극부(500) 사이의 간격이 줄어들게 되어, 이들 사이에 발생되는 플라즈마 밀도가 증대되기 때문이다. 즉, 플라즈마 밀도의 증대로 인해 플라즈마화되는 반응 가스의 량이 증대되어 식각율이 증가될 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 다수의 실험을 통해 상기 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)을 무한정(예를 들어 0mm) 줄일 수 없음을 알게 되었다. 즉, 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)을 2.5mm 이하로 줄일 경우 상부 전극부(400)와 하부 전극부(500) 사이의 거리가 짧아져 기판 에지 영역에서 플라즈마가 거의 발생되지 않는 문제가 발생한다.
이와 같이 본 실시예에서는 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)을 조절하여 기판 에지 영역에 발생되는 플라즈마 밀도를 증가시켜 기판 에지 영역의 식각율을 증대시킬 수 있다. 물론 이때, 기판(10)과 차폐판(300) 사이의 이격 간격(T2)을 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1) 보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이를 통해 기판(10)과 차폐판(300) 사이 영역에서의 플라즈마 발생을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 상부 전극부(400)에 대향하여 기판 에지 영역의 하측에 하부 전극부(500)가 위치한다. 여기서, 하부 전극부(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 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. 즉, 앞서 설명한 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)도 상부 전극부(400)와 유사한 원형 링 형상으로 제작된다.
물론 본 실시예에서는 상기 하부 전극부(500)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T3)을 상기 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)과 동일하게 유지하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 하부 전극부(500)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T3)이 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)보다 더 클 수 있다. 예를 들어 상부 전극부(400)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T1)을 3.35mm로 유지하고, 하부 전극부(500)와 기판(10) 사이의 이격 간격(T3)을 6.35mm로 유지할 수도 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치는 상술한 설명에 한정되지 않고, 다양한 변형예가 가능하다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이 상부 전극부(400)의 가장자리 영역에 별도의 전극 링(401)을 장착할 수 있다. 이때, 하부 전극부(500)와 대향하는 상부 전극부(400)의 바닥면의 가장자리 영역에 오목홈을 형성하고, 오목홈 내측으로 전극 링(401)을 장착할 수 있다. 여기서, 상기 전극 링(401)은 실리콘 재질의 물질로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 도시되지않았지만, 상기 차폐부(300)의 바닥면에 비활성 가스 유로와 연통되는 복수의 분사 노즐이 마련될 수 있다. 또한, 상부 전극부(400)를 통해 반응 가스를 기판 에지 영역에 분사할 수도 있다. 이를 위해 상부 전극부(400)가 차폐부(300)에 밀착되고, 상부 전극부(400) 내에 반응 가스 유로가 마련될 수도 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치로 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방식과 CCP 방식을 혼합하여 사용할 수도 있다. 즉, 기판 에지 영역의 외측에 안테나가 위치하고, 안테나에 유도 결합 플라즈마 전원을 제공하여 유도 결한 플라즈마를 발생시킬 수도 있다. 이를 통해 에지 영역의 식각 율을 향상시킬 수 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 기판 지지척의 사시도 개념도.
도 3은 기판 지지척의 단면 개념도.
도 4는 일 실시예에 따른 상부 전극과 기판 사이의 간격을 설명하기 위한 도 1의 A 영역의 확대도.
도 5는 일 실시예에 따른 기판의 평면도.
도 6 및 도 7은 상부 전극과 기판 사이의 이격 거리에 따른 기판 에지 영역의 박막 식각율을 측정한 실험 결과 그래프.
도 8은 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 600 : 반응 가스 공급부
700 : 비활성 가스 공급부 800 : 플라즈마 전원 공급부

Claims (10)

  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 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 2.5 내지 6.5mm이고,
    상기 기판 지지부는 상기 기판의 중심 영역을 지지하고, 상기 차폐부는 상기 기판 지지부 상측에 위치하여 상기 기판의 중심 영역을 차폐하며,
    상기 차폐부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 상기 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리보다 더 짧은 플라즈마 식각 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 3.0 내지 5.0mm인 플라즈마 식각 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리가 상기 상부 전극부와 상기 기판 사이의 이격 거리와 같거나 더 긴 플라즈마 식각 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 전극부의 가장자리 영역에 마련된 전극 링을 더 포함하는 플라즈 마 식각 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 지지부는 기판을 지지하는 기판 지지척과, 상기 기판 지지척의 가장자리 영역에 마련된 에지링과, 상기 기판 지지척을 승강시키는 구동부를 포함하는 플라즈마 식각 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기판 지지척은 척 몸체부와, 상기 척 몸체부에서 돌출되어 상기 기판을 지지하는 복수의 돌기부를 포함하는 플라즈마 식각 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 척 몸체부의 전체 면적 중 상기 돌기부를 통해 상기 기판과 접촉되는 면적이 10 내지 40%인 플라즈마 식각 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 에지 영역의 폭은 상기 기판 단부에서 0.1 내지 5mm 범위 내인 플라즈마 식각 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부에 플라즈마 전원을 제공하는 플라즈마 공급부와,
    상기 기판 에지 영역에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 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.
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