KR101418368B1 - 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치 - Google Patents

기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치에 관한 것으로, 기판이 안착되는 몸체부와, 상기 몸체부 내측 중심 영역에 마련된 제 1 전극과, 상기 몸체부 내측 가장자리 영역에 마련된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극에 상기 기판 고정을 위한 전원을 공급하는 고정 전원 공급부 및 상기 제 2 전극에 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부를 포함하는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치를 제공한다.
플라즈마, 기판 지지부, 전극, 직류 전원, 고주파

Description

기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치{APPARATUS FOR SUPPORTING A SUBSTRATE AND EQUIPMENT FOR ETCHING SUBSTRATE EDGE HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 개념 단면도.
도 2는 일 실시예에 따른 전극 패턴을 설명하기 위한 기판 지지부의 평면도.
도 3은 일 실시예의 변형예에 따른 기판 지지부의 평면도.
도 4 내지 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 기판 지지부의 전압 인가 방법을 설명하기 위한 개념도들.
도 7은 일 실시예에 따른 승강부를 설명하기 위한 기판 지지부의 개략 단면 개념도.
도 8은 일 실시예에 따른 승강부의 배면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 110 : 하부 챔버부
120 : 상부 챔버부 112, 122 : 가열 수단
200 : 실드부 300 : 차폐부
310, 510 : 전극부 400 : 플라즈마 생성부
410 : 안테나부 500 : 기판 지지부
510 : 몸체부 520, 530 : 전극
540 : 고정 전원 공급부 550 : 바이어스 전원 공급부
560 : 승강부 570 : 스테이지부
600 : 패러데이 실드 700 : 가스 공급부
본 발명은 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 지지 장치 중심부에 기판 지지를 위한 전극과 기판 지지 장치 가장자리에 RF 전원이 제공되는 전극을 배치시켜 중심부와 가장자리의 전원을 별도로 제공할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 반도체 기판상에 소정의 막을 증착하거나 식각하는 공정을 통해 제작된다. 이러한 공정은 각기 고유한 작업 환경을 가지는 밀폐형 용기인 챔버 내에서 수행된다. 챔버의 내부에는 통상적으로 반도체 기판을 고정하기 위한 수단인 척이 설치되어 있어 챔버 내부로 로딩된 기판을 지지한다.
이러한 척은 기판을 고정하는 방법에 따라 기계식 척, 진공척 및 정전척 등으로 구분한다. 이중 정전척은 기판과 척 내부의 전극간의 전압차(정전기)를 이용하여 기판을 고정 지지한다. 이러한 정전척은 균일한 파지력을 유지할 수 있기 때문에 다양한 챔버에서 사용되고 있다.
이러한 정전척은 기판 에지 영역의 막 또는 파티클을 제거하기 위한 에지 식각 장치에서도 기판의 고정을 위해 사용되고 있다. 그러나, 기판 에지 식각 장치는 기판 에지 영역을 노출하고, 노출된 영역 내에 플라즈마를 집중시켜야 한다. 기존의 정전척은 세라믹 내에 단일의 전극을 형성하고, 상기 전극에 직류(DC) 전원 또는 고주파(RF)전원을 공급하였다. 이로인해 정전척 몸체 상부의 코팅막의 수명이 단축되는 문제가 발생하였다. 특히 이러한 정전척을 기판 에지 식각을 위한 장치에 사용하는 경우 기판 에지 영역에서의 플라즈마 밀도가 저하되어 기판 에지 영역의 원활한 식각이 이루어지지 않는 문제가 발생하였고, 비 식각 영역인 기판 중심 영역이 플라즈마에 의해 손상을 입는 문제가 발생하였다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 정전척 내에 기판 지지를 위한 전극 패턴과 고주파 인가를 위한 전극 패턴을 별도로 마련하고, 이들 각각에 별도의 기판 지지를 위한 전원과 고주파 전원을 인가하여 기판 에지 영역의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있고, 기판 중심 영역의 플라즈마 손상을 방지할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 구비하는 기판 에지 식각 장치를 제공하는 것을 그 목 적으로 한다.
본 발명에 따른 기판이 안착되는 몸체부와, 상기 몸체부 내측 중심 영역에 마련된 제 1 전극과, 상기 몸체부 내측 가장자리 영역에 마련된 제 2 전극과, 상기 제 1 전극에 상기 기판 고정을 위한 전원을 공급하는 고정 전원 공급부 및 상기 제 2 전극에 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부를 포함하는 기판 지지 장치를 제공한다.
상기 몸체부는 상기 기판의 중심 영역을 지지하고, 상기 기판의 에지 영역을 노출하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 전극은 원형 판 형상으로 제작되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 둘레를 따라 마련된 링 형상으로 제작되는 것이 효과적이다.
상기 제 1 및 제 2 전극은 복수의 블록으로 분리되는 것이 가능하다.
상기 고정 전원 공급부는 상기 제 1 전극에 직류 전원을 인가하고, 상기 바이어스 전원 공급부는 상기 제 2 전극에 고주파 전원을 인가하는 것이 바람직하다.
상기 바이어스 전원 공급부는 상기 몸체부에 고주파 전원을 인가하는 것이 가능하다.
상기 몸체부를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부에 구동력을 인가하는 스테이지부를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 몸체부의 중심 영역에 고주파 라인용 파이프, 직류 전원 라인용 파이 프, 냉매 파이프, 리프트 핀용 파이프가 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반응 공간을 갖는 챔버와, 상기 반응 공간에 마련된 차폐부와, 기판을 파지하기 위한 제 1 전극과, 플라즈마 유도를 위한 제 2 전극을 구비하고, 상기 차폐부 하측에 마련된 기판 지지부를 포함하는 기판 에지 식각 장치를 제공한다.
상기 기판 지지부는, 상기 기판이 안착되는 몸체부와, 상기 몸체부 내측 중심 영역에 마련된 상기 제 1 전극과, 상기 몸체부 내측 가장자리 영역에 마련된 상기 제 2 전극과, 상기 제 1 전극에 상기 기판 고정을 위한 전원을 공급하는 고정 전원 공급부와, 상기 제 2 전극에 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 전극은 원형 판 형상으로 제작되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 둘레를 따라 마련된 링 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 전극은 복수의 블록으로 분리되는 것이 가능하다.
상기 고정 전원 공급부는 상기 제 1 전극에 직류 전원을 인가하고, 상기 바이어스 전원 공급부는 상기 제 2 전극에 고주파 전원을 인가하는 것이 바람직하다.
상기 바이어스 전원 공급부는 상기 몸체부에 고주파 전원을 인가하는 것이 가능하다.
상기 몸체부의 중심 영역에 고주파 라인용 파이프, 직류 전원 라인용 파이프, 냉매 파이프, 리프트 핀용 파이프가 위치하는 것이 효과적이다.
상기 기판 지지부는 상기 기판 후면의 중심 영역을 파지하고, 상기 기판의 에지 영역을 노출하고, 상기 차폐부는 상기 기판 전면의 상기 중심 영역을 차폐한다.
상기 챔버는 착탈 가능하게 결합된 상측 챔버부와 하측 챔버부를 구비하고, 상기 하측 챔버부의 상부벽에는 관통홀이 마련되고, 상기 상측 챔버부는 상기 관통홀에 대응하는 오목홈부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 기판 지지부를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부에 구동력을 인가하는 스테이지부를 더 포함하는 것이 효과적이다.
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 개념 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전극 패턴을 설명하기 위한 기판 지지부의 평면도이다. 도 3은 일 실시예의 변형예에 따른 기판 지지부의 평면도이다. 도 4 내지 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 기판 지지부의 전압 인가 방법을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 7은 일 실시예에 따른 승강부를 설명하기 위한 기판 지지부의 개략 단면 개념도이다. 도 8은 일 실시예에 따른 승강부의 배면도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 챔버(100)와, 챔버(100) 내부를 반응 공간(A)과 분리 공간(D)으로 분할하는 실드부(200)와, 상기 실드부(200) 내측의 상기 반응 공간(A)에 마련된 차폐부(300)와, 상기 실드부(200) 외측의 상기 분리 공간(D)에 마련된 플라즈마 생성부(400)와, 상기 차폐부(300) 하측에 마련된 기판 지지부(500)를 포함한다. 차폐부(300)와 플라즈마 생성부(400) 사이에 마련된 패러데이 실드(600)를 더 포함한다. 상기의 차폐부(300)와 기판 지지부(500)에 의해 기판(10)의 중심 영역은 차폐되고 에지 영역은 노출된다.
상술한 챔버(100)는 가열 수단(112, 122)을 구비하는 하부 및 상부 챔버부(110, 120)를 포함한다.
먼저, 하부 챔버부(110)는 내부가 비어 있는 대략 육면체 형태의 하측 몸체(111)와, 적어도 하측 몸체(111)의 측벽에 마련된 하측 가열 수단(112) 그리고, 하측 몸체(111)의 상측벽에 마련된 원형상의 관통홀(113)을 구비한다.
하측 몸체(111)의 내부 빈 공간을 통해 기판(10)을 지지하는 기판 지지부(500)가 승강한다. 하측 몸체(111)의 일측에는 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 게이트 밸브(130)와, 챔버(100) 내부의 불순물을 배기하기 위한 배기부(140)가 마련된다.
하측 몸체(111)의 적어도 측벽의 일부 영역에는 챔버(100)를 가열하기 위한 하측 가열 수단(112)이 마련된다. 이를 통해 하측 몸체(111)를 가열하고, 온도를 제어하여 외부 영향에 의해 하측 몸체(111) 내측의 온도가 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있다. 하측 가열 수단(112)은 하측 몸체(111) 내부 또는 측부에 마련된 복수의 열선(112a)과 상기 열선(112a)에 전원을 공급하여 발열시키는 전원 공급부(112b)를 구비한다.
하측 몸체(111)의 상측벽에 마련된 관통홀(113)의 직경은 기판(10)의 직경 보다 큰 것이 바람직하다. 이를 통해 기판 지지부(500)가 관통홀(130)을 통해 하측 몸체(111) 외측으로 승강할 수 있다.
이어서, 상부 챔버부(120)는 대략 육면체 형태의 상측 몸체(121)와, 상측 몸체(121)에 마련된 상측 가열 수단(122)과, 상측 몸체(121)에 마련된 오목홈부(123)를 구비한다. 상측 몸체(121)는 하측 몸체(111)의 관통홀 영역을 덮을 수 있는 형상으로 제작되는 것이 효과적이다. 즉, 상측 몸체(121)의 하부면이 하측 몸체(111)의 상부면에 밀착된다.
상기 상측 몸체(121)에 마련된 오목홈부(123)는 하측 몸체(111)의 관통홀(130)과 연통된다. 이를 위해 오목홈부(123)는 도 1에 도시된 바와 같이 상측 몸체(121)의 하측벽에 개구가 마련되고, 상측벽 방향으로 리세스된 형상으로 제작된다. 이때, 오목홈부(123)의 직경이 상기 관통홀(113)의 직경보다 큰 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 기판 지지부(500)의 승강을 통해 기판(10)이 상부 챔버부(120)의 오목홈부(123) 내측에 위치하게 된다. 이때, 오목홈부(123) 내측 영역에서 플라즈마를 집중 발생시켜 기판 에지 영역의 막 및 파티클을 제거할 수 있게 된다.
상측 몸체(121)의 오목홈부(123)의 주변 영역의 일부에 상측 가열 수단(122)이 마련된다. 하측 및 상측 가열 수단(112, 122)의 가열 온도는 대략 80도 부근에서 수행되는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 50 내지 150도 온도 범위 내에서 가열이 수행되는 것이 효과적이다.
상술한 챔버(100)는 도시되지 않았지만, 상부 챔버부(120)의 상측 몸체(121)와 하부 챔버부(110)의 하측 몸체(111)간의 개폐를 위한 개폐수단(미도시)을 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.
상술한 실드부(200)는 하부 챔버부(110)의 상측벽에서 상부 챔버부(120)의 오목홈부(123) 내측을 거쳐 상부 챔버부(120)의 상측벽으로 연장된 링 형상(또는 프레임 형상)으로 제작된다. 실드부(200)는 하부 챔버부(110)의 관통홀(112)의 가장 자리 둘레 영역에 배치되어 상부 챔버부(120)와 하부 챔버부(110)를 포함하는 챔버(100)를 분리 공간(D)과 반응 공간(A)으로 분리한다. 상기 반응 공간(A)은 기판(10)이 위치하고, 공간 내에 플라즈마가 발생되어 기판 에지 영역을 식각하는 공정이 수행되는 공간이고, 분리 공간(D)은 플라즈마 발생을 위한 플라즈마 생성부(400)의 일부가 위치하는 공간이다. 상기 분리 공간(D)과 반응 공간(A)은 실드부(200)에 의해 서로 고립되는 것이 바람직하다. 예를 들어 분리 공간(D)은 대기압 상태를 유지하고, 반응 공간(A)은 진공을 유지할 수 있다.
상기 반응 공간(A)은 상부 챔버부(120)의 상측벽과 실드부(200)에 의해 둘러 싸인 실드부(200) 내측 영역과, 하부 챔버부(110)의 내부 공간을 포함한다. 분리 공간(D)은 상부 챔버부(120)의 상측벽 및 측벽, 하부 챔버부(110)의 상측벽 그리고, 실드부(200)에 의해 둘러싸인 실드부(200) 외측 영역을 포함한다. 실드부(200)는 고주파 에너지를 투과시켜 그 내측에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 물질로 제작하는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연체 즉, 알루미나(Al2O3)로 제조할 수 있다.
실드부(200)는 내부가 비어 있는 링 형상의 링 몸체부(210)와, 상기 링 몸체부(210)의 상하측에 각기 마련된 상측 및 하측 연장부(220, 230)를 구비한다.
그리고, 실드부(200)는 하측 연장부(230) 또는 상측 연장부(220)를 통해 하부 챔버부(110) 또는 상부 챔버부(120)에 고정될 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 실드부(200)와 접하는 하부 챔버부(110) 및 상부 챔버부(120)에는 반응 공간의 밀봉을 위한 오링과 같은 밀봉 부재가 더 마련될 수도 있다.
또한, 상기 설명에서는 상기 실드부(200)가 상부 및 하부 챔버부(110, 120)와 분리 제작됨을 설명하였다. 그러나 실드부(200)는 상부 또는 하부 챔버부(110, 120)와 일체로 제작될 수도 있다.
상술한 차폐부(300)는 기판 지지부(500) 상에 위치한 기판(10)의 비 식각 영역 즉, 기판(10)의 중심영역에서의 플라즈마 발생을 차폐하여 비 식각 영역에서의 기판(10)의 식각을 방지한다. 차폐부(300)는 기판(10)의 에지 영역을 제외한 영역을 차폐한다. 차폐부(300)는 기판(10)의 형상과 유사한 형상으로 제작된다. 본 실 시예에서는 원형 판 형상으로 제작된다. 차폐부(300)는 기판(10)의 사이즈보다 작은 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 이를 통해 차폐부(300)에 의해 기판(10)의 에지 영역을 선택적으로 노출할 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 노출할 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. 그리고, 차폐부(300)의 내부 영역에서 비 활성 가스가 분사되어 플라즈마화된 식각 가스가 차폐부(300) 내의 기판 중심 영역으로 침투하는 것을 방지할 수도 있다. 즉, 도시되지 않았지만, 차폐부(300)의 바닥면(즉, 기판에 대응되는 면)에 비활성 가스를 분사하는 분사부가 마련되고, 차폐부(300) 내에는 비활성 가스가 이동하는 가스 유로가 마련될 수 있다.
차폐부(300)는 실드부(200) 내측의 반응 공간에 위치한다. 차폐부(300)는 도면에서와 같이 상부 챔버부(120)의 오목홈부(123)의 바닥면(즉, 상부 챔버부(120)의 상측벽의 하부면)에 마련된다. 차폐부(300)는 별도의 부재를 통해 제작된 다음 결합부재를 통해 오목홈부(123)의 바닥면에 부착되는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 차폐부(300)는 상부 챔버부(120)와 일체로 제작될 수 있다.
차폐부(300)의 단부에는 도면에 도시된 바와 같이 상측 전극부(310)가 마련될 수 있다. 이때, 상측 전극부(310)에는 접지 전원이 인가된다. 물론 이에 한정되지 않고, 차폐부(300) 내측에 상측 전극부가 마련될 수 있다. 그리고, 차폐부(300) 의 일부를 상측 전극부로 사용할 수도 있다. 이때, 차폐부(300)의 일측에는 절연층이 마련된다. 이러한 상측 전극부(310)는 기판 지지부(500)에 인가되는 바이어스 전원의 커플링을 유도하여 플라즈마 밀도를 증가시키고, 이로인하여 기판 가장자리 둘레의 식각율을 향상시킨다.
상술한 플라즈마 생성부(400)는 안테나부(410) 및 전원 공급부(420)를 포함한다. 상기 안테나부(410)는 실드부(200)와, 상부 챔버부(120) 및 하부 챔버부(110)에 의해 둘러싸인 분리 공간(D) 내에 마련된다. 안테나부(410)는 적어도 하나의 코일을 구비하고, 코일이 실드부(200)를 N번 감싸는 형상으로 마련된다. 그리고, 기판(10)과 기판에 가장 근접한 안테나(코일) 간의 거리는 2 내지 10cm일 때, 기판의 가장자리부에 효과적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그러나 2cm 미만일 경우, 플라즈마가 웨이퍼 중심부까지 생성되어 불필요한 식각을 발생시킬 수 있고, 10cm를 초과하는 경우에는 기판 가장자리 부근에 밀도있는 플라즈마 형성이 어렵다.
전원 공급부(420)는 RF 전원을 공급하는 수단으로 안테나부(410)에 고주파를 공급한다. 이때, 전원 공급부(420)는 챔버(100)의 외측 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 플라즈마 생성부(400) 중 안테나부(410) 만이 상기 챔버(100) 내측의 분리 공간에 위치하고 나머지 요소들은 챔버(100) 외측에 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 안테나부(410)를 챔버(100) 내측에서 챔버(100)와 일체로 형성하여 장비를 단순화 및 소형화시킬 수 있다. 전원 공급부(420)를 통해 100W 내지 3.0KW의 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 전원의 주파수는 2 내지 13.56MHz인 것이 바람직하다.
안테나부(410)에 상기의 플라즈마용 전원(고주파 전원)이 인가되면 실드부(200) 내측의 반응 공간에서 플라즈마가 발생하게 된다. 이러한 안테나부(410)에 의해 실드부(200) 내측 영역에 고밀도의 플라즈마가 발생하게 된다. 실드부(200)의 내측 영역에는 차폐부(300)가 마련되어 있기 때문에 차폐부(300)와 실드부(200) 사이 영역, 실드부(200)와 상승한 기판 지지수단(500)의 사이 영역에 플라즈마가 집중 발생하게 된다.
플라즈마 생성부(400)는 이에 한정되지 않고, 용량성 결합에 의한 플라즈마 발생장치(CCP; Capacitively coupled plasma), 하이브리드 타입의 플라즈마 발생장치, ECR(Electron cyclotorn resonance)플라즈마 발생장치, SWP(Surface wave plasma)발생장치 등을 사용할 수 있다. 상기 전원 공급부(420)와 안테나부(410) 사이에 임피던스 매칭을 위한 매칭 수단(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
상술한 패러데이 실드(600)는 실드부(200) 외측면에 위치하여 실드부(200) 내측에 형성되는 플라즈마를 기판 에지 영역에 집중시킨다. 패러데이 실드(600)는 실드부(200)와 안테나부(410) 사이 공간에 마련되는 것이 바람직하다. 이때, 패러데이 실드(600)는 패러데이 효과를 이용하여 안테나부에 위치한 코일 위치로 플라즈마의 형성이 집중되는 것을 방지하여 챔버 내부에 균일한 플라즈마가 형성되도록 돕는 역할을 하고, 실드부(200)의 내측벽면에 코일이 위치하는 부분에만 식각 부산물과 폴리머(polymer)들이 쌓이지 못하도록 스퍼터링(sputting)되는 현상을 방지하여 공정 챔버 내측 전면에 골고루 최소량의 식각 부산물과 폴리머들이 쌓이도록 작 용하여, 장비사용시간을 늘리고 공정진행 중 챔버 내측에 퇴적된 불순물들이 불규칙하게 떨어져 나와 파티클을 생성하는 문제가 발생하는 것을 막아 줄 수 있다.
도시되지 않았지만, 패러데이 실드(600)와 안테나부(410) 사이에는 절연을 위한 절연부재가 마련될 수도 있다. 상기의 패러데시 실드(600)는 실드부(600)의 외측면에 접촉되어 플라즈마 형성을 위한 안테나 코일과 일정한 간격을 유지하게 하는 것이 바람직하다.
상술한 플라즈마 발생 영역(즉, 실드부(200)와 차폐부(300) 및 기판 지지부(500) 사이 공간)에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(700)를 더 포함한다.
가스 공급부(700)는 챔버(100) 내의 반응 공간으로 공정 가스를 분사하는 분사부(710)와, 분사부(710)에 공정 가스를 공급하는 가스 파이프(720) 및 상기 가스 파이프(720)에 공정 가스를 제공하는 가스 저장부(730)를 포함한다. 상기 분사부(710)는 복수의 노즐 형태로 제작되어 차폐부(300) 둘레를 따라 상부 챔버부(120)에 마련된다. 이를 통해 차폐부(300) 둘레에 균일한 공정 가스를 제공할 수 있다.
물론 이에 한정되지 않고, 상기 가스 공급부(700)는 상기 상측 챔버부(120)와 차폐부(300)의 사이 공간을 통해 공정 가스를 이송할 수 있다. 또한, 가스 공급부(700)는 차폐부(300)와 상측 전극부(310) 사이 공간을 통해 공정 가스를 플라즈마 발생 영역에 공정 가스를 공급할 수도 있다. 그리고, 가스 공급부(700)의 일부가 차폐부(300)를 관통하여 마련될 수도 있다.
본 실시예에 따른 상술한 기판 지지부(500)는 기판(10)을 지지하는 몸체 부(510)와, 상기 몸체부(510)의 중심 영역에 마련된 제 1 전극(520)과, 상기 제 1 전극(520)과 이격되어 몸체부(510)의 가장자리 영역에 마련된 제 2 전극(530)과, 제 1 전극(520)에 기판(10)을 고정하기 위한 기판 고정 전압을 공급하는 고정 전원 공급부(540)와, 제 2 전극(530)에 바이어스 전원을 공급하기 위한 바이어스 전원 공급부(550)를 포함한다.
몸체부(510)는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(10)의 배면과 접속되고, 기판(10)의 에지 영역을 노출하는 척부(511)와, 척부(511)를 고정하는 고정 몸체(512)를 포함한다.
도면에 도시된 바와 같이 상기 척부(511)의 직경은 상기 기판(10)의 직경 보다 작은 것이 바람직하다. 그리고, 고정 몸체부(512)의 직경은 상기 척부(511)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 물론 고정 몸체부(512)의 직경이 기판(10)의 직경보다 클 수도 있다. 이를 통해 척부(511) 상에 위치한 기판(10)의 에지 하측 영역에 공간이 형성되고, 이 공간으로 플라즈마의 유입이 자유롭게 될 수 있어 기판(10) 에지 하측 영역의 식각이 원활히 수행될 수 있다.
척부(511)는 세라믹으로 제작하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 절연성을 갖는 다양함 물질로 제작할 수 있다. 고정 몸체(512)는 척부(511)와 동일 물질막으로 제작된다. 물론 고정 몸체(512)는 척부(511)와 다른 물질로 제작될 수도 있다. 예를 들어 고정 몸체(512)는 도전성 물질막으로 제작될 수도 있다. 고정 몸체(512)와 척부(511)를 각기 별로의 공정을 통해 제작한 다음 이들을 결합하여 제작한다. 즉, 고정 몸체(512)와 척부(511)가 분리 제작된다. 그러나 이에 한 정되지 않고, 고정 몸체(512)와 척부(511)가 일체화되어 제작될 수 있다. 척부(511)의 형상은 기판(10)의 형상과 동일한 형상을 갖는 것이 효과적이다.
상기 척부(511)의 상측 표면(즉, 기판(10)의 배면과 접속된 면)에는 상기 제 1 전극(520)이 마련된다. 이를 통해 상기 제 1 전극(520)은 전자기력을 이용하여 기판(10)을 고정할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 전극(520)은 척부(511)의 중심부에 원형 판 형상으로 마련된다. 물론 이에 한정되지 않고, 제 1 전극(520)은 복수의 블록으로 분리 제작될 수 있다. 도 3의 변형예에서와 같이 제 1 전극(520)은 척부(511)의 중심에 원형 판 형상으로 마련된 제 1 전극 블록(520a)과, 제 1 전극 블록(520) 둘레에 일정 폭을 갖는 링 형상의 제 2 전극 블록(520b)을 포함할 수도 있다. 물론 도시되지 않았지만, 제 1 전극(520)은 부채꼴 형상의 복수의 블록이 원형 판 형상으로 배치되어 제작될 수도 있다. 이때, 각 블록은 도 3의 변형예에서와 같이 각기 분리 제작된다. 이를 통해 대면적의 제 1 전극(520)을 제작할 수 있다. 이 경우 분리된 블록 각각이 고정 전원 공급부에 접속될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 각 블록들이 전기적으로 연결될 수도 있다. 또한, 도시되지 않았지만 각 블록에는 소정의 절개부가 마련될 수도 있다. 이를 통해 냉각 유로 또는 리프트 핀과 같은 별도의 부재들이 이동할 수 있다.
제 2 전극(530)은 척부(511)의 가장자리 둘레를 따라 링 형상으로 마련된다. 즉, 제 2 전극(530)은 제 1 전극(520)과 전기적으로 분리되고, 제 1 전극(520)과 척부(511)의 끝단 사이 영역에 마련된다.
이와 같이 척부(511)의 중심에 제 1 전극(520)을 배치하여 기판 지지부(500)의 기판(10) 파지력을 일정하게 유지할 수 있고, 척부(511)의 가장자리에 제 2 전극(530)을 배치하여 기판 에지 영역의 플라즈마 밀도를 증대시킬 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 복수의 블록으로 나뉜 제 1 전극(520) 중 일부의 블록이 제 2 전극(530)으로 사용될 수 있다. 예를 들어 도 2에서 제 2 전극 블록이 제 2 전극(530)으로 사용되고, 제 1 전극 블록만이 제 1 전극(520)으로 사용될 수도 있다.
본 실시예에서는 제 1 전극(520)과 제 2 전극(530)을 전기적으로 분리되도록 척부(511) 내에 제작한다. 이를 통해 제 1 전극(520)과 제 2 전극(530)에 각기 서로 다른 전원을 공급할 수 있다.
이를 통해 본 실시예에서는 몸체부(510) 중심 영역과 가장자리 영역으로 인가되는 전원의 별도 관리가 가능하다. 즉, 고정 전원 공급부(540)은 기판 고정 전원을 제 1 전극(520)에 공급한다. 고정 전원 공급부(540)의 기판 고정 전원으로 직류 전압(DC)을 사용한다. 직류 전원을 공급받은 제 1 전극(520)에 의해 몸체부(510) 중심 영역에서 기판(10)을 파지할 수 있게 된다. 직류 전원으로 400 내지 2000V의 전압을 사용하는 것이 바람직하다.
바이어스 전원 공급부(550)는 바이어스 전원을 제 2 전극(530)에 공급한다. 바이어스 전원 공급부(550)의 바이어스 전원을 고주파 전원(RF)을 사용한다. 바이어스 전원 공급부(550)는 10 내지 1000W의 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 그리고, 바이어스 전원의 주파수는 2 내지 13.56MHz인 것이 바람직하다. 고주파 전원을 공급받은 제 2 전극(530)은 몸체부(510)의 가장자리 영역에서의 플라즈마 집중도를 향상시킬 수 있다. 즉, 가장자리쪽의 고주파 전원 손실에 의한 플라즈마 밀도 저하를 방지하고, 이를 통해 기판 에지 영역의 식각율이 감소하는 현상을 방지할 수 있다.
도 4의 변형예에서와 같이 상기 바이어스 전원 공급부(550)는 제 2 전극(530) 뿐만 아니라 고정 몸체(512)에도 바이어스 전원을 공급할 수 있다. 또한, 도 5의 변형예에서와 같이 상기 바이어스 전원 공급부(550)의 출력단에 고주파 전원을 분할하는 별도의 스플리터(splitter; 551)를 더 구비할 수 있다. 이를 통해 제 2 전극(530)과 고정 몸체(512)에 공급되는 전원의 레벨을 달리할 수 있다. 또한, 도 6의 변형예에서와 같이 바이어스 전원 공급부(550)과 제 2 전극(530) 사이에 제 1 커패시터(C1)가 마련된다. 바이어스 전원 공급부(550)과 고정 몸체(512) 사이에 제 2 커패시터(C2)가 마련된다. 즉, 제 2 전극(530)의 일단과 고정 몸체(512) 사이에 제 2 커패시터(C2)가 위치하는 것이 바람직하다. 그리고, 고정 전원 공급부(540)와 고정 몸체(512) 사이에는 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2)와 제 1 저항(R1)이 직렬 접속된다. 그리고, 제 1 및 제 2 인덕터(L1, L2) 사이와 접지 사이에 제 3 커패시터(C3)이 마련된다. 상기 제 2 커패시터(C2)와 제 1 저항(R1) 사이에 별도의 전원 배선이 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 전원 인가 방식을 통해 제 1 및 제 2 전극(520, 530)에 직류 전원과 고주파 전원을 각기 공급할 수 있다.
이와 같이 몸체부(510)의 중심과 가장자리 영역으로 인가되는 전원을 분리하여 기판 중심 영역의 플라즈마 손상을 방지할 수 있어, 기판 중심 영역에 마련된 회로 패턴의 손상을 최소화할 수 있다.
그리고, 본 실시예에 따른 기판 지지부(500)는 몸체부(510)를 승강시키기 위한 승강부(560)와, 승강부(560)에 구동력을 인가하는 스테이지부(570)를 더 포함한다. 그리고, 챔버(100)의 밀봉을 위해 몸체부(510)와 하측 챔버부(110)의 바닥면 사이에 마련되어 승강축(560)을 감싸는 벨로우즈부(580)를 더 포함한다.
승강부(560)는 도 7에 도시된 바와 같이 스테이지부(570)의 운동력을 전달하는 승강 축(561)과, 몸체부(510)를 고정하는 승강 지지부(563)와, 승강 지지부(563)와 승강 축(561) 사이에 마련된 그라운드부(562)를 포함한다. 승강 지지부(563)는 몸체부(510)와 동일한 사이즈로 제작된다. 그리고, 승강 지지부(563)는 소정의 결합 부재를 통해 몸체부(510)와 결합된다. 승강 지지부(563)는 상기 몸체부(510)의 고정 몸체(512)와 그 열전도율이 유사한 물질을 사용한다. 이를 통해 몸체부(510)의 급격한 열적 변화를 방지하는 것이 바람직하다. 그리고, 그라운드부(562)는 도 7에 도시된 바와 같이 승강 지지부(563)를 감싸는 형상으로 제작된다. 그라운드부(562)는 그라운드(즉, 접지)에 접속되어 승강 축(561) 내부가 플라즈마에 의한 손상을 방지한다. 그리고, 그라운드부(562)는 승강 지지부(563)보다 열 전도율이 낮은 물질로 제작한다. 이를 통해 승강 지지부(563)의 열이 승강 축(561)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 승강 축(561)의 내측은 속이 비어 있는 통 형상으로 그 내부 공간에는 복수의 파이프들이 마련된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 고주파 전원(바이어스 전원) 라인이 위치하는 고주파 라인용 파이프(564a)와, 직류 전원(고정 전 원) 라인이 위치하는 직류 라인용 파이프(565a)를 구비한다. 도시되지 않았지만, 냉매가 이동하는 냉매 파이프와, 리프트 핀이 관통하는 리프트 핀용 파이프가 마련된다.
이러한 파이프들은 상기 그라운드부(562) 및 승강 지지부(563) 내측으로 연장된다. 이에 상기 그라운드부(562)와 승강 지지부(563)을 관통하는 복수의 관통홀들이 마련된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 고주파 라인용 파이프(564a)가 관통하는 고주파 관통홀(564b)과, 직류 라인용 파이프(565a)가 관통하는 직류 관통홀(565b)과, 냉매 파이프가 관통하는 냉매 관통홀(566)과, 리프트 핀용 파이프가 관통하는 리프트 관통홀(568)을 포함한다. 그리고, 몸체부(510)의 히팅을 위한 부재가 그 내측으로 연장되는 히팅 관통홀(567)이 더 구비된다.
본 실시예에서는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 홀들을 기판(10)의 중심 영역에 해당하는 승강부(560)의 중심 영역 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에 따른 기판 에지 식각 장치는 기판의 에지 영역만을 식각 타겟으로 하기 때문에 에지 영역에서의 공정 조건의 변화량에 매우 민감하다. 따라서, 공정 조전에 변화를 줄 수 있는 요인들을 즉, 고주파 라인, 직류 라인, 냉매 및 히팅 부재를 승강부(560) 중심 영역에 배치시켜 에지 영역의 공정 조건의 변화를 최소화할 수 있다.
그리고, 승강부(560)의 중심 영역을 통해 냉매를 몸체부(510)에 제공하여 기판의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 상기 몸체부(510)에는 냉매가 이동하는 냉매 유로가 마련된다. 또한, 히팅 부재를 몸체부(510)에 제공하여 기판을 일정 온도로 가열할 수 있다. 몸체부(510)는 히팅 부재와 접속되어 가열되는 히팅 수단이 마련된다. 상기 몸체부의 가열 온도는 150도 내지 550도인 것이 바람직하다. 그리고, 몸체부(510)에도 리프트 핀이 관통하는 별도의 관통 홀이 마련될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 본 실시예의 플라즈마 식각 장치의 식각 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
챔버(100)의 측벽에 마련된 게이트 밸브(130)가 개방되고, 상기 게이트 밸브를 통해 챔버(100) 내측 즉, 반응 공간(A)으로 기판(10)이 인입된다. 인입된 기판(10)은 기판 지지부(500) 상에 위치한다.
기판(10)을 기판 지지부(500)의 몸체부(510) 상에 위치시킨 후 게이트 밸브(130)가 닫히고, 챔버(100) 내부의 반응 공간(A)의 압력을 목표로 하는 압력으로 조절한다. 이때, 몸체부(510) 내의 제 1 전극(520)에 고정 전원인 직류 전압을 인가하여 기판(10)을 파지한다. 그리고, 반응 공간(A)의 압력은 1×10-3torr이하가 되도록 한다.
계속하여, 몸체부(510)를 상승시켜 상부 챔버부(120)의 오목홈부(123) 내측으로 이동시킨다. 이때, 기판 지지부(500)의 몸체부(510)를 오목홈부(123) 내에 마련된 차폐부(300)에 근접 위치시킨다.
본 실시예에서는 기판(10), 몸체부(510) 및 차폐부(300)는 원형상으로 제작되고, 이들의 중심이 일치된다. 이를 통해 근접 배치된 몸체부(510)와 차폐부(300)에 의해 기판(10)의 에지 영역이 이들 외측으로 노출된다.
차폐부(300)와 기판(10) 사이의 거리가 가까울 경우, 차폐부(300) 하측의 기판 영역에는 플라즈마가 발생하지 않는다. 즉, 몸체부(510)와 차폐부(300) 사이의 거리가 0.1 내지 10mm를 유지하도록 한다. 상기 범위를 유지하여 몸체부(510)와 차폐부(300)가 근접 위치하는 영역에서의 플라즈마 발생을 방지할 수 있다.
이어서, 가스 공급부(700)를 통해 반응 공간(A)에 공정 가스를 공급하고, 플라즈마 발생부(400)를 통해 공정 가스가 공급되는 반응 공간(A)에 플라즈마를 발생시킨다. 이를 통해 플라즈마화된 공정 가스를 생성한다. 이때, 공정 압력은 5 내지 500mTorr인 것이 바람직하다.
실드부 외측 공간(즉, 분리 영역(D))에 마련된 안테나부(410)에 고주파 전원을 인가하고, 차폐부(300) 측면의 상측 전극부(310)와, 기판 지지부(500) 측면의 하측 전극부(510)에 접지 전원을 인가하면 이들 사이 공간 즉, 실드부(200) 내측 공간에 플라즈마가 발생한다. 즉, 예를 들어 안테나부(410)에 2MHz의 주파수를 갖고 1.5KW의 전력을 갖는 고주파 전원을 공급하여 기판 에지 영역에 플라즈마를 발생시킨다.
이때, 차폐부(300) 둘레를 따라 공정 가스가 균일하게 분사되게 되고, 상기 공정 가스는 플라즈마에 의해 활성화된다. 그리고, 실드부(200) 내측 표면에 마련된 패러데이 실드(600)에 의해 플라즈마화된 공정 가스가 기판(10)의 에지 영역에 집중 된다. 이때, 차폐부(300) 둘레에 마련된 상부 전극부(310)와 몸체부(510) 내의 제 2 전극(530)에 바이어스 전원을 인가하여 기판 에지 영역의 막 및 파티클을 제거한다. 예를 들어 13.56MHz의 주파수를 갖고, 500W의 전력을 갖는 바이어스 전 원을 몸체부(510)의 제 2 전극(530)에 제공하면 바이어스 전원에 의해 플라즈마가 노출된 기판 에지 영역이 식각된다. 본 실시예에서는 기판 에지 영역에 금속막이 형성된 경우에도 챔버(100) 내측 또는 측면 및 몸체부(510) 내측에 마련된 가열 수단에 의해 기판에 층착된 금속막을 가열시킨 다음 활성화된 플라즈마로 기판 에지 영역을 식각하여 금속막을 제거할 수 있다.
상기 기판 에지 영역의 식각을 완료한 다음 플라즈마 발생과 공정 가스 주입을 정지하고, 챔버(100) 내부의 잔류 가스를 배기한다. 그리고, 기판이 파지된 몸체부(510)는 하부 챔버부(110)의 하측벽 영역으로 하강한다. 이때 필요에 따라 필요한 가스를 주입하고 안테나와 바이어스 고주파 전력을 천천히 줄여서, 잔류 가스가 배기될때 까지 또는 몸체부(510)가 하강할 때까지 공정 플라즈마를 유지하여 천천히 꺼지도록 유도하는 것이 파티클 문제와 결함(defect)을 줄여주는데 바람직할 수 있다. 이후, 게이트 밸브(130)가 개방되고, 공정이 완료된 기판(10)을 챔버(100) 외부로 인출시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기판 지지부의 몸체의 중심에 기판 지지를 위한 전극을 마련하고, 몸체의 가장자리에 고주파 인가를 위한 전극을 마련하여, 기판 지지부의 기판 파지력을 유지하면서, 기판 에지 영역에서의 플라즈마를 이용한 식각 능력을 향상시킬 수 있고, 기판 중심 영역의 플라즈마 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 고주파, 직류 전원은 물론 냉매와 히팅을 위한 부재를 기판 지지부 몸체의 중심 영역으로 제공하여 몸체 에지 영역의 공정 조건 변화를 최소화할 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.

Claims (18)

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  8. 삭제
  9. 착탈 가능하게 결합된 상부 챔버부와 하부 챔버부를 구비하며, 반응 공간을 갖는 챔버;
    상기 반응 공간에 마련되며, 기판의 사이즈보다 작은 사이즈이고, 상기 기판 전면의 중심영역에서의 플라즈마 발생을 차폐하며, 상기 기판의 에지 영역을 노출시키는 차폐부;
    상기 기판이 안착되는 몸체부와, 상기 몸체부 내측 중심 영역에 마련되어, 상기 기판을 파지하기 위한 제 1 전극과, 상기 몸체부 내측 가장자리 영역에 마련되며, 플라즈마 유도를 위한 제 2 전극과, 상기 제 1 전극에 상기 기판 고정을 위한 전원을 공급하는 고정 전원 공급부와, 상기 제 2 전극에 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급부를 포함하고, 상기 차폐부 하측에 마련된 기판 지지부;
    링 형상으로, 상기 하부 챔버부의 상측벽에서 상기 상부 챔버부의 상측벽으로 연장 형성되어, 상기 챔버 내부를 반응 공간과 분리 공간으로 분할하는 실드부;
    상기 분리 공간 내에 설치되며, 플라즈마 발생을 위한 안테나;
    상기 차폐부의 측면에 설치되어, 플라즈마 밀도를 증가시키는 상측 전극부;
    를 포함하는 기판 에지 식각 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 전극은 원형 판 형상으로 제작되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 둘레를 따라 마련된 링 형상으로 제작된 기판 에지 식각 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극은 복수의 블록으로 분리된 기판 에지 식각 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 고정 전원 공급부는 상기 제 1 전극에 직류 전원을 인가하고,
    상기 바이어스 전원 공급부는 상기 제 2 전극에 고주파 전원을 인가하는 기판 에지 식각 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 바이어스 전원 공급부는 상기 몸체부에 고주파 전원을 인가하는 기판 에지 식각 장치.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 몸체부의 중심 영역에 고주파 라인용 파이프, 직류 전원 라인용 파이프, 냉매 파이프, 리프트 핀용 파이프가 위치하는 기판 에지 식각 장치.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 기판 후면의 중심 영역을 파지하고, 상기 기판의 에지 영역을 노출하는 기판 에지 식각 장치.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 하부 챔버부의 상부벽에는 관통홀이 마련되고,
    상기 상부 챔버부는 상기 관통홀에 대응하는 오목홈부를 구비하는 기판 에지 식각 장치.
  18. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 지지부를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부에 구동력을 인가하는 스테이지부를 더 포함하는 기판 에지 식각 장치.
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