KR101432562B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되는 스테이지와, 상기 스테이지에 대향하여 상기 챔버 내부에 설치되는 플라즈마 차폐부와, 상기 스테이지와 상기 플라즈마 차폐부 사이에 기판을 거치하는 거치대와, 상기 스테이지에 마련되어 상기 기판의 일면에 반응 가스 또는 비반응 가스를 공급하는 제 1 공급구와, 상기 플라즈마 차폐부에 마련되어 상기 기판의 타면에 반응 가스를 공급하는 제 2 공급구 및 비반응 가스를 공급하는 제 3 공급구를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명은 단일 챔버 내에서 기판의 에지 영역 및 배면 영역에 대한 플라즈마 처리를 개별적으로 수행할 수 있다. 따라서, 장비의 설치 공간이 줄어들어 생산 라인의 공간 활용성을 높일 수 있다. 그리고, 챔버 이동에 따른 대기 노출이 없으므로 기판 오염이 적으며, 챔버 이동에 따른 대기 시간이 없으므로 전체적인 공정 시간을 단축할 수 있다.
기판, 플라즈마, 에지 식각, 반응 가스, 비반응 가스, 단일 챔버

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판의 에지 영역 및 배면 영역에 대한 플라즈마 처리를 단일 챔버 내에서 개별적으로 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 박막 증착과 식각 공정을 실시하여 제작된다. 즉, 증착 공정을 실시하여 기판의 소정 영역에 박막을 형성하고, 식각 마스크를 이용한 식각 공정을 실시하여 불필요한 박막의 일부를 제거하여 기판 상에 원하는 소정의 회로 패턴(pattern) 또는 회로 소자를 형성함으로써 제작된다. 이러한 증착 공정 및 식각 공정은 원하는 회로 패턴을 얻을 때까지 수차례 반복되는 것이 일반적이다.
한편, 박막 증착시에는 원하는 기판의 중앙 영역 뿐만 아니라 원치 않는 기판의 에지 영역 및 배면 영역에도 박막이 증착될 수 있다. 또한, 박막 식각시에도 식각 장치에 잔류하는 각종 부산물 즉, 파티클(Particle)이 기판의 에지 영역 및 배면 영역에 흡착될 수 있다. 이와 더불어, 통상적으로 기판이 안착되는 스테이지(Stage) 상에는 기판을 고정하기 위한 정전척 등이 사용되기도 하는데, 기판과 정전척 사이의 계면에는 기판과 정전척 사이에 존재하는 가스 등이 빠져나갈 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 또한, 스테이지의 표면 형상이 올록 볼록하게 엠보싱 처리될 수도 있다. 이때, 상기 홈이나 상기 엠보싱 사이의 틈을 통해 기판의 배면 전체에도 박막 및 파티클이 퇴적될 수 있다. 만일, 기판에 퇴적된 박막 및 파티클을 제거하지 않은 상태에서 계속적인 후속 공정이 진행될 경우 기판이 휘어지거나 기판의 정렬이 어려워지는 등의 많은 문제점이 발생될 수 있다. 따라서, 별도의 에지 식각 장치 및 배면 식각 장치를 이용하여 증착 및 식각이 완료된 기판의 에지 영역 또는 배면 영역을 식각하여 불필요한 박막 및 파티클을 제거해주어야 한다.
그러나, 종래에는 이러한 에지 식각 장치와 배면 식각 장치가 별도의 독립적인 장치로 존재하기 때문에 넓은 설치 공간이 필요하였다. 또한, 여러 챔버 사이에서 기판을 옮겨가면서 공정을 진행하였다. 이로 인해, 공정 중의 기판이 대기중에 노출되어 오염될 가능성이 높았고, 챔버 이동에 따른 대기 시간이 증가하여 전체적인 공정 시간이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 공정 중에 기판의 이동없이 단일 챔버 내에서 기판의 에지 영역 및 배면 영역에 대한 플라즈마 처리를 개별적으로 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판 처리 장치는, 반응 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되는 스테이지와, 상기 스테이지에 대향하여 상기 챔버 내부에 설치되는 플라즈마 차폐부와, 상기 스테이지와 상기 플라즈마 차폐부 사이에 기판을 거치하는 거치대와, 상기 스테이지에 마련되어 상기 기판의 일면에 반응 가스 또는 비반응 가스를 공급하는 제 1 공급구와, 상기 플라즈마 차폐부에 마련되어 상기 기판의 타면에 반응 가스를 공급하는 제 2 공급구 및 비반응 가스를 공급하는 제 3 공급구를 포함한다.
상기의 본 발명은, 상기 스테이지 및 상기 플라즈마 차폐부 중 적어도 하나를 승강시키기 위한 구동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스테이지 및 상기 플라즈마 차폐부 중 적어도 하나는 상기 기판 방향으로 돌출된 돌출부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 돌출부의 평면 면적은 상기 기판의 평면 면적보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 돌출부의 평면 직경은 상기 거치대의 내측 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 거치대는 상기 챔버 내부에서 신축되는 아암부 및 상기 아암부의 끝단에서 내측으로 절곡되어 상면에 기판의 에지 영역이 거치되는 거치부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아암부는 챔버의 상측 또는 하측에 장착될 수 있다.
상기 거치부는 절곡되는 부분이 평편하거나, 또는 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 거치부는 단일의 링 형상 또는 단일의 링이 복수개로 분할된 분할편 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 공급구는 상기 기판의 에지 영역에 반응 가스를 공급하고, 상기 제 3 공급구는 상기 기판의 중앙 영역에 비반응 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 기판 처리 방법은, 스테이지와 플라즈마 차폐부 사이에 기판을 배치하는 단계와, 상기 스테이지 상에 기판을 안착시킨 상태에서 상기 기판과 상기 플라즈마 차폐부 사이를 제 1 간격으로 조절하는 단계와, 상기 플라즈마 차폐부를 통해 상기 기판의 에지 영역으로 반응 가스를 공급하여 상기 기판에 대한 제 1 플라즈마 처리를 수행하는 단계와, 상기 스테이지와 상기 기판을 이격시킨 상태에서 상기 기판과 상기 플라즈마 차폐부 사이를 제 2 간격으로 조절하는 단계 및 상기 스테이지를 통해 상기 기판의 배면 영역으로 반응 가스를 공급하여 상기 기판에 대한 제 2 플라즈마 처리를 수행하 는 단계를 포함한다.
상기 제 1, 제 2 간격은 상기 기판의 중앙 영역과 상기 플라즈마 차폐부의 사이에 플라즈마가 활성화되지 않는 거리 예를 들어, 0.1 내지 0.7 ㎜ 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 반응 가스는 CF4, CHF4, SF6, C2F6, C4F8 및 NF3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 불소 라디칼 또는 BCl3, Cl2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 염소 라디칼을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 플라즈마 처리를 수행하는 단계는, 상기 플라즈마 차폐부를 통해 상기 기판의 중앙 영역으로 비반응 가스를 공급하면서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 비반응 가스는 수소, 질소 및 불활성 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판을 거치대 상에 거치시켜 스테이지와 플라즈마 차폐부 사이에 배치하는 것이 바람직하다.
상기 거치대, 상기 스테이지 및 상기 플라즈마 차폐부 중 적어도 어느 하나를 승강시켜 상기 제 1, 제 2 간격을 조절하는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 기판 처리 방법은, 스테이지와 플라즈마 차폐부 사이의 거치대에 기판을 거치하는 단계와, 상기 스테이지를 통해 기판을 상승시켜 상기 기판과 상기 플라즈마 차폐부 사이를 제 1 간격으로 조절하는 단계와, 상기 플라즈마 차폐부를 통해 상기 기판의 에지 영역으 로 반응 가스를 공급하여 상기 기판에 대한 제 1 플라즈마 처리를 수행하는 단계와, 상기 거치대를 통해 상기 기판을 상승시켜 상기 기판과 상기 플라즈마 차폐부 사이를 상기 제 2 간격으로 조절하는 단계 및 상기 스테이지를 통해 상기 기판의 배면 영역으로 반응 가스를 공급하여 상기 기판에 대한 제 2 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 제 1, 제 2 간격은 0.1 내지 0.7 ㎜ 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명은 기판 전면의 중앙 영역 및 기판 배면의 중앙 영역을 보호하면서 노출된 기판의 에지 영역을 플라즈마 처리하고, 기판의 전면을 보호하면서 기판의 배면 영역을 플라즈마 처리하는 방식으로 단일 챔버 내에서 기판의 에지 영역 및 배면 영역에 대한 플라즈마 처리를 개별적으로 수행할 수 있다. 따라서, 장비의 설치 공간이 줄어들어 생산 라인의 공간 활용성을 높일 수 있다. 그리고, 챔버 이동에 따른 대기 노출이 없으므로 기판 오염이 적으며, 챔버 이동에 따른 대기 시간이 없으므로 전체적인 공정 시간을 단축할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
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 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 모식도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 거치대의 거치부를 나타낸 저면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 제공하는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내부의 하부에 설치되는 스테이지(200)와, 상기 스테이지(200)에 대향하여 상기 챔버(100) 내부의 상부에 설치되는 플라즈마 차폐부(300)와, 상기 스테이지(200)와 상기 플라즈마 차폐부(300) 사이에 기판(10)을 거치하는 거치대(410) 및 상기 스테이지(200)와 상기 스테이지(200)과 상기 플라즈마 차폐부(300) 사이에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 발생 수단(510,520,530)을 포함한다. 여기서, 기판(10)은 플라즈마 처리 예를 들어, 식각, 증착, 세정 등이 요구되는 판상의 피처리체 예를 들어, 웨이퍼, 유리 패널 등을 통칭하는 의미로 사용된다.
챔버(100)는 내부에 소정 공간을 구비하는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)를 덮는 챔버 리드(lid)(120)를 구비한다. 이때, 상기 챔버 리드(120)는 상기 챔버 몸체(110)의 상부와 기밀하게 접속하여 챔버(100) 내부에 밀폐된 반응 공간을 형성한다. 물론, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)는 일체로 형성될 수 있다. 이러한 챔버(100)에는 기판(10)의 인입 및 인출을 위한 개폐 수단과, 잔류 가스의 배기를 위한 배기 수단이 마련된다. 예를 들어, 본 실시예는 챔버(100)의 측벽에 게이트(130)를 형성하여 상기 개폐 수단을 구성하고, 챔버(100)의 하벽에 배기구(141) 및 상기 배기구(141)에 배기 펌프(140)를 연결하여 상기 배기 수단을 구성 한다. 한편, 상기의 챔버(100)는 접지 전원에 연결되어 챔버(100)를 통하여 전류가 흐르지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
스테이지(200)는 몸체부의 상부 중앙에 돌출부가 마련된다. 상기 돌출부는 기판(10)의 에지 식각시 기판(10) 배면의 중앙부가 안착되는 안착 영역을 제공한다. 또한, 상기 스테이지(200)는 기판(10)의 배면으로 반응 가스 또는 비반응 가스를 공급하는 제 1 공급구(210)를 구비하는데, 상기 제 1 공급구(210)의 일측은 챔버(100) 외측으로 연장되어 제 1 가스 공급부(220)와 연통된다. 이때, 챔버(100) 외측에서 공급된 반응 가스 또는 비반응 가스가 기판(10) 배면으로 분사되기 전에 복수의 경로로 분기되도록 제 1 공급구(210)의 타단 즉, 기판 분사 방향의 입구는 복수로 구성될 수 있다. 이를 통해, 기판(10)의 배면 영역에 균일한 가스 공급이 가능하다. 또한, 상기 스테이지(200)는 구동 수단에 의해 승강 운동 및 회전 운동이 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 본 실시예는 스테이지(200)의 몸체부 하측이 구동축(231)의 일단에 결합되고, 상기 구동축(331)의 타단은 챔버(100)의 하벽을 관통하여 상기 구동축(231)에 승강력 및 회전력을 인가하는 제 1 구동부(230)에 결합된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 스테이지(200)의 돌출부에는 기판(10)을 고정하기 위한 척 수단 예를 들어, 기계력, 정전력, 진공 흡입력 등을 이용하는 척 부재가 마련될 수 있고, 상기 스테이지(200)의 몸체부에는 챔버(100) 내부의 공정 온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각 수단 예를 들어, 냉각관 및 상기 냉각관을 순환하는 냉매재가 마련될 수 있고, 또는 가열 수단 예를 들어, 전기 발열 히터, 램프 히터 등이 마련될 수 있다.
플라즈마 차폐부(300)는 몸체의 하부 중앙에 돌출부가 마련된다. 상기 돌출부는 기판(10)의 배면 식각시 기판(10) 전면의 중앙 영역에 인접하게 위치되어 기판(10) 전면의 중앙 영역으로 플라즈마가 유입되는 것을 방지하는 역할뿐 아니라 국부적인 플라즈마 발생을 유도할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 차폐부(300)는 기판(10) 전면의 에지 영역으로 반응 가스를 공급하는 제 2 공급구(311) 및 기판(10) 전면의 중앙 영역으로 비반응 가스를 공급하는 제 3 공급구(312)를 구비한다. 상기 제 2 공급구(311)의 일측은 챔버(100) 외측으로 연장되어 제 2 가스 공급부(321)와 연통되고, 상기 제 3 공급부(312)의 일측은 챔버(100) 외측으로 연장되어 제 3 가스 공급부(322)와 연통된다. 이때, 챔버(100) 외측에서 공급된 가스가 기판 방향으로 분사되기 전에 복수의 경로로 분기되도록 제 2, 제 3 공급구(311,312)의 타단 즉, 기판 분사 방향의 입구는 복수로 구성될 수 있다. 이를 통해, 기판(10) 전면의 에지 영역 또는 중앙 영역에 균일한 가스 공급이 가능하다.
한편, 상기 스테이지(200)와 상기 플라즈마 차폐부(300)의 돌출부는 기판(10)과 동일 형상으로 제작되는 것이 바람직하고, 기판(10)의 크기보다 약간 작게 제작되는 것이 바람직하지만, 그 크기는 공정에 따라 변경 가능하다. 이로 인해, 상기 스테이지(200)의 돌출부 상에 기판(10)의 배면이 안착되거나 상기 플라즈마 차폐부(300)의 돌출부가 기판(10)의 전면에 근접 위치되더라도 기판(10)의 에지 영역이 노출되어, 노출된 기판(10)의 에지 영역으로 플라즈마가 자유롭게 유입될 수 있으므로, 기판(10)의 에지 식각이 용이하게 실시될 수 있다. 이때, 노출되는 기판(10)의 에지 영역은 기판(10)의 끝단에서 대략 0.1 내지 5㎜인 것이 바람직하다. 또한, 상기 스테이지(200)의 돌출부는 그 상부의 적어도 일부가 거치대(410)의 내측 공간으로 삽입될 수 있도록 그 평면 직경(d2)이 거치대(410)의 내측 직경(d1)보다 작게 제작되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제 1 구동부(230)를 가동시켜 스테이지(200)를 상승시키면, 거치대(410)에 거치된 기판(10)이 스테이지(200)의 돌출부 상에 안착되어 함께 상승됨으로써 기판(10)이 플라즈마 차폐부(300)에 근접하게 위치될 수 있다.
거치대(410)는 스테이지(200)와 플라즈마 차폐부(300) 사이의 공간에 기판(10)을 거치하고, 상기 기판(10)을 상하로 이동시켜 기판(10)과 스테이지(200) 사이의 간격 및 기판(10)과 플라즈마 차폐부(300) 사이의 간격을 조절한다. 이러한 거치대(410)는 챔버(100)의 상부에 설치되어 상측에서 하측으로 신축되는 아암부(413) 및 상기 아암부(413)의 끝단에서 내측으로 절곡되어 상면에 기판(10)의 에지 영역이 거치되는 거치부(411)를 포함한다.
상기 아암부(413)는 내측에 기판(10)이 위치될 수 있고, 기판(10)의 하중을 안정적으로 지지할 수 있는 구조 예를 들어, 한 쌍의 길다란 봉 형상 또는 속이 빈 통 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 이러한 아암부(413)의 일단은 챔버(100) 외측에 마련된 제 2 구동부(420)와 연결되어 상하로 신축 가능하게 구성되고, 상기 제 2 구동부(420)에 의해 상기 아암부(413)의 타단이 스테이지(200)와 플라즈마 차폐부(300) 사이에서 상하로 이동 가능하게 구성된다. 상기 거치부(411)는 기판(10)과 동일 형상으로 제작되어 그 상면이 기판(10)의 에지 영역을 안정적으로 지지할 수 있는 구조 예를 들어, 기판(10)이 원형인 경우라면 도 2와 같은 단일의 링 형상, 또는 도 3과 같은 단일의 링이 복수개로 분할된 분할편 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 링 형상의 내주 직경(d1)은 기판(10)의 크기보다 약간 작게 제작되는 것이 바람직하다. 따라서, 기판(10) 배면은 에지 영역을 제외한 대부분의 중앙 영역이 노출될 수 있다. 또한, 상기 거치부(411)와 상기 아암부(413) 사이에 형성되는 절곡부(412)는 내측으로 평편한 형상이나, 또는 외측에서 내측으로 하향 경사진 형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 기판(10)이 평편한 면에 안정적으로 안착되거나, 또는 경사면을 따라 안내되면서 거치부(411) 상에 자동 정렬되는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 상기의 거치대(410)은 기판 처리 장치의 여타 구성물에 대해서 전기적으로 간섭되지 않도록 부유(floating) 상태로 구성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 Al2O3와 같은 절연 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
플라즈마 발생 수단은 기판(100)의 플라즈마 처리를 위해 스테이지(200)과 플라즈마 차폐부(300) 사이에 플라즈마를 형성하는 역할을 한다. 본 실시예는 스테이지(200)가 하부 전극으로 기능하고, 플라즈마 차폐부(300)가 상부 전극으로 기능하도록 구성된다. 이때, 플라즈마 차폐부(300)는 접지 전원에 접속되고, 스테이지(200)는 전원 공급부(530)와 접속되어 플라즈마 전원을 인가받는다. 본 실시예의 전원 공급부(530)는 스테이지(200)에 고주파(Radio Frequency) 전원을 공급하며, 임피던스 정합부(531)를 통해 고주파 전원의 최대 파워(power)와 스테이지(200)의 부하(load) 사이의 임피던스(impedance)를 정합(matching)하여 공급한다. 물론, 상기 플라즈마 발생 수단은 이에 한정되지 않으며, 스테이지(200)과 플라즈마 차폐부(300) 사이에 플라즈마를 형성할 수만 있다면 어떠한 수단으로도 변경 가능하다. 예를 들어, 플라즈마 발생을 위한 전극은 안테나의 형태로 챔버(100) 외측에 설치될 수 있고, 고주파(RF) 전원 대신 직류(DC) 전원이 사용될 수도 있다. 또한, 스테이지(200)에 접지 전원에 인가되고 플라즈마 차폐부(300)에 고주파 전원이 인가될 수도 있다.
한편, 이와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판의 에지 영역뿐만 아니라 배면 영역에 대한 플라즈마 처리를 단일 챔버 내에서 개별적으로 수행할 수 있는데, 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 동작을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 플라즈마 처리 동작을 설명하기 위한 챔버 모식도이며, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 플라즈마 처리 동작을 설명하기 위한 챔버 모식도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 플라즈마 처리 동작에서는 기판(10)의 에지 영역에 대한 플라즈마 처리를 실시한다. 먼저, 소정의 박막이 형성된 기판(10)을 챔버(100) 내부로 반입시켜 거치대(410)에 거치한다. 이어, 스테이지(200)를 상승시켜 스테이지(200)의 돌출부 상에 기판(10)의 배면을 안착시킨 후 스테이지(200)를 더욱 상승시켜 기판(10) 전면의 중앙 영역과 플라즈마 차폐부(300) 사이를 플라즈마가 비활성화되는 제 1 간격 즉, 0.1 내지 0.7mm 범위로 조절한다(S110). 이어, 플라즈마 차폐부(300)의 제 2 공급구(311)를 통해 기판(100) 전면의 에지 영역에 반응 가스를 공급하고, 제 3 공급구(312)를 통해 기판(100) 전면의 중앙 영역에 비반응 가스를 공급한다(S120). 이후, 스테이지(300)에 플라즈마 전원을 인가하면 플라즈마가 형성되어 기판(10) 표면에 대한 플라즈마 처리가 실시된다(S130). 이때, 기판(10) 배면의 중앙 영역은 스테이지(200)의 돌출부 상에 안착되어 밀폐되고, 기판(10) 전면의 중앙 영역에는 제 3 공급구(311)를 통해 공급되는 비반응 가스에 의해 일종의 차단막이 형성된다. 따라서, 상기의 제 1 플라즈마 처리 동작에서는 기판(10) 전면의 중앙 영역 및 기판 배면의 중앙 영역이 보호되면서, 노출된 기판의 에지 영역만 플라즈마 처리된다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 제 2 플라즈마 처리 동작에서는 기판(10)의 배면 영역에 대한 플라즈마 처리를 실시한다. 상기의 제 1 플라즈마 처리 동작이 끝나면, 스테이지(200)를 하강시켜 기판(10)과 플라즈마 차폐부(300) 사이를 이격시킨다. 이에 따라, 기판(10)은 거치대(410) 상에 거치된다. 이어, 거치대(410)를 상승시켜 기판(10) 전면의 중앙 영역과 플라즈마 차폐부(300) 사이를 플라즈마가 비활성화되는 제 2 간격 즉, 0.1 내지 0.7mm 범위로 조절한다(S140). 이어, 스테이지(200)의 제 1 공급구(210)를 통해 기판(10) 배면에 반응 가스를 공급하고(S150), 스테이지(200)에 플라즈마 전원을 인가하면 플라즈마가 형성되어 기판(10) 배면에 대한 플라즈마 처리가 실시된다(S160). 이때, 기판(10)의 전면 영역은 플라즈마 차폐부(300)에 근접하게 위치되어 플라즈마 노출이 방지된다. 따라서, 상기의 제 2 플라즈마 처리 동작에서는 기판(10)의 전면이 보호되면서 기판(10)의 배면 영역만 플라즈마 처리된다.
한편, 상기 제 1, 제 2 플라즈마 처리 과정에서 반응 가스는 CF4, CHF4, SF6, C2F6, C4F8 및 NF3와 같은 불소 라디칼을 포함하거나, 또는 BCl3, Cl2와 같은 염소 라디칼 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이외에 기판(10)에 퇴적된 박막이나 파티클 등을 화학적으로 식각시킬 수 있는 다양한 식각 가스를 포함할 수 있다. 또한, 비반응 가스는 산소, 수소, 질소 및 불활성 가스를 포함할 수 있고, 이외에 기판(10)에 형성된 박막을 보호할 수 있는 다양한 보호 가스를 포함할 수 있다. 물론, 공정에 따라 상기 반응, 비반응 가스를 혼합하여 사용할 수도 있을 것이다.
<제 2 실시예>
한편, 전술한 기판 처리 장치는 전술한 구성에 한정되지 않고, 다양한 실시예가 가능하다. 하기에서는, 이러한 가능성의 일예로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치에 관해 설명한다. 이때, 전술한 실시예와 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 모식도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 제공하는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내부의 하부에 설치되는 스테이지(200)와, 상기 스테이지(200)에 대향하여 상기 챔버(100) 내부의 상부에 설치되는 플라즈마 차폐 부(600)와, 상기 스테이지(200)와 상기 플라즈마 차폐부(600) 사이에 기판(10)을 거치하는 거치대(710) 및 상기 스테이지(200)와 상기 플라즈마 차폐부(600) 사이에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 발생 수단(810,820)을 포함한다.
전술한 제 1 실시예와는 달리, 상기 거치대(710)는 챔버(100)의 하부에 설치되고, 상기 플라즈마 차폐부(600)는 구동 수단에 의해 승강 운동 및 회전 운동이 가능하게 설치된다. 즉, 거치대(710)는 챔버(100)의 하부에 설치되어 하측에서 상측으로 신축되는 아암부(713) 및 상기 아암부(713)의 끝단에서 내측으로 절곡되어 상면에 기판(10)의 에지 영역이 거치되는 거치부(711)를 구비하며, 거치부(711)와 아암부(713) 사이의 절곡부(713)에는 기판 안착을 위한 평편한 면이나 기판 정렬을 위한 경사면이 형성된다. 이러한 아암부(713)의 일단은 챔버(100) 외측에 마련된 제 2 구동부(420)와 연결되어 상하로 신축 가능하게 구성되고, 상기 제 2 구동부(720)에 의해 상기 아암부(713)의 타단이 스테이지(200)와 플라즈마 차폐부(600) 사이에서 상하로 이동 가능하게 구성된다. 또한, 플라즈마 차폐부(600)의 몸체부 상측은 구동축(611)의 일단에 결합되고, 상기 구동축(611)의 타단은 챔버(100)의 상벽을 관통하여 상기 구동축(611)에 승강력 및 회전력을 인가하는 제 3 구동부(610)에 결합된다. 이로 인해, 스테이지(200)와 기판(10), 또는 기판(10)과 플라즈마 차폐부(600) 사이의 간격은 거치대(710)의 승강뿐만 아니라 스테이지(200) 또는 플라즈마 차폐부(600)의 승강에 의해서도 자유롭게 조절될 수 있으므로, 공정 조건을 보다 용이하게 조절할 수 있다.
플라즈마 발생 수단(810,820)은 거치대(710)의 외측 영역에 마련되는 플라즈 마 전극(810) 및 상기 플라즈마 전극에 플라즈마 전원을 공급하는 전원 공급부(820)을 포함한다. 본 실시예의 전원 공급부(820)는 플라즈마 전극(810)에 고주파 전원을 공급하며, 임피던스 정합부(821)를 통해 고주파 전원의 최대 파워와 플라즈마 전극(810)의 부하 사이의 임피던스를 정합하여 공급한다. 한편, 상기 플라즈마 전극(810)은 기판(10) 형상에 대응하는 평판 형성 및 링 형상으로 제작되어, 기판(10)의 에지 영역에 보다 밀한 분포를 갖는 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 기판(10)의 에지 영역에 대한 플라즈마 처리를 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
한편, 전술한 제 1, 제 2 실시예에서는 박막 식각을 위해 플라즈마를 이용하는 기판 처리 장치에 관하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 플라즈마를 이용하는 다양한 공정 예를 들어, 박막 증착, 박막 세정 등에도 사용될 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 모식도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 거치대의 거치부를 나타낸 저면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 동작을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 플라즈마 처리 동작을 설명하기 위한 챔버 모식도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 플라즈마 처리 동작을 설명하기 위한 챔버 모식도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 챔버 200: 스테이지
210: 제 1 공급구 220: 제 1 가스 공급부
230: 제 1 구동부 300: 플라즈마 차폐부
311: 제 2 공급구 312: 제 3 공급부
321: 제 2 가스 공급부 322: 제 3 가스 공급부
410: 거치대 420: 제 2 구동부
610: 제 3 구동부

Claims (21)

  1. 반응 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되는 스테이지;
    상기 스테이지에 대향하여 상기 챔버 내부에 설치되는 플라즈마 차폐부;
    상기 스테이지와 상기 플라즈마 차폐부 사이에 기판을 거치하고, 상기 기판과 스테이지 사이의 간격 및 상기 기판과 플라즈마 차폐부 사이의 간격을 조절하는 거치대;
    상기 스테이지에 마련되어 상기 기판의 일면에 반응 가스 또는 비반응 가스를 공급하는 제 1 공급구; 및
    상기 플라즈마 차폐부에 마련되어 상기 기판의 타면에 반응 가스를 공급하는 제 2 공급구 및 비반응 가스를 공급하는 제 3 공급구; 를 포함하고,
    상기 거치대는 다른 구성물에 대하여 전기적으로 간섭되지 않도록 구성되며,
    상기 거치대는,
    상기 챔버 내부에서 신축되는 아암부; 및
    상기 아암부의 끝단에서 내측으로 절곡되어 상면에 기판의 에지 영역이 거치되는 거치부; 를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지 및 상기 플라즈마 차폐부 중 적어도 하나를 승강시키기 위한 구동부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지 및 상기 플라즈마 차폐부 중 적어도 하나는 상기 기판 방향으로 돌출된 돌출부를 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부의 평면 면적은 상기 기판의 평면 면적보다 작게 형성되는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부의 평면 직경은 상기 거치대의 내측 직경보다 작게 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 아암부는 챔버의 상측 또는 하측에 장착되는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 거치부는 절곡되는 부분이 평편하거나, 또는 경사지게 형성되는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 거치부는 단일의 링 형상 또는 단일의 링이 복수개로 분할된 분할편 형상으로 형성되는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 공급구는 상기 기판의 에지 영역에 반응 가스를 공급하고, 상기 제 3 공급구는 상기 기판의 중앙 영역에 비반응 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  11. 스테이지와 플라즈마 차폐부 사이의 거치대에 에지 영역이 지지되도록 기판을 거치하는 단계;
    상기 스테이지를 상승시켜 상기 스테이지 상의 중앙 영역에 기판을 안착시키는 단계;
    상기 스테이지를 상승시켜 상기 기판과 상기 플라즈마 차폐부 사이를 제 1 간격으로 조절하는 단계;
    상기 플라즈마 차폐부를 통해 상기 기판의 에지 영역으로 반응 가스를 공급하여 상기 기판의 에지 영역에 대한 제 1 플라즈마 처리를 수행하는 단계;
    상기 스테이지를 하강시켜 상기 거치대에 에지 영역이 지지되도록 상기 기판을 거치하는 단계;
    상기 거치대를 상승시켜 상기 기판과 상기 플라즈마 차폐부 사이를 제 2 간격으로 조절하는 단계; 및
    상기 스테이지를 통해 상기 기판의 배면 영역으로 반응 가스를 공급하여 상기 기판의 배면 영역에 대한 제 2 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 를 포함하고,
    상기의 과정들은 단일 챔버 내에서 수행되는 기판 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 간격은 상기 기판의 중앙 영역과 상기 플라즈마 차폐부의 사이에 플라즈마가 활성화되지 않는 거리로 조절되는 기판 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 플라즈마가 활성화되지 않는 거리는 0.1 내지 0.7 ㎜ 범위로 설정되는 기판 처리 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 반응 가스는 불소 라디칼 또는 염소 라디칼을 포함하는 기판 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 불소 라디칼은 CF4, CHF4, SF6, C2F6, C4F8 및 NF3 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 염소 라디칼은 BCl3, Cl2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 처리를 수행하는 단계는,
    상기 플라즈마 차폐부를 통해 상기 기판의 중앙 영역으로 비반응 가스를 공급하면서 실시하는 기판 처리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 비반응 가스는 수소, 질소 및 불활성 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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