KR20050106205A

KR20050106205A - 상압 플라즈마 발생기 및 이를 사용한 기판 가장자리 식각장치

Info

Publication number: KR20050106205A
Application number: KR1020040031368A
Authority: KR
Inventors: 김인준; 조중근; 최장섭
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2005-11-09
Also published as: CN100452314C; CN1697141A; KR100625309B1

Abstract

본 발명은 상압에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 플라즈마 발생기는 내부에 가스가 유입되는 공간이 형성된 몸체를 가진다. 공간의 내에는 텅스텐으로 이루어진 제 1전극이 배치되고, 몸체의 외측벽에는 금속으로 이루어진 제 2전극이 배치된다. 제 2전극의 아래에는 플라즈마가 방향성을 띠고 가속된 상태에서 기판으로 공급될 수 있도록 자기장을 형성하는 자석이 몸체의 외측벽을 감싸도록 배치된다.

Description

상압 플라즈마 발생기 및 이를 사용한 기판 가장자리 식각 장치{ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA GENERATOR AND APPARATUS FOR ETCHING AN EDGE OF A SUBSTRATE WITH THE GENERATOR}

본 발명은 집적회로를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 상압 상태에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생기 및 이를 이용하여 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조공정에서 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼(wafer) 상에는 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 복수의 막질이 증착된다. 상기한 막질 위에는 포토레지스트막이 코팅되고, 노광 공정에 의해 포토마스크에 그려진 패턴은 상기 포토레지스트막으로 전사된다. 이후, 식각공정에 의해서 웨이퍼 상에는 원하는 패턴이 형성된다. 상술한 공정들이 수행된 웨이퍼의 상부면 가장자리 또는 하부면에는 각종 막질이나 포토레지스트 등과 같은 불필요한 이물질들이 잔류하게 된다. 이 상태에서 웨이퍼의 가장자리가 파지된 채로 이송되면, 이물질이 웨이퍼로부터 이탈되어 비산하게 된다. 이들 이물질들은 장치를 오염시키고 후속공정에서 파티클로 작용한다. 따라서 웨이퍼의 가장자리를 식각하는 공정이 필요하다.

웨이퍼를 식각하는 방법으로는 크게 건식 식각 방법과 습식 식각 방법이 있다. 종래에는 웨이퍼 가장자리를 식각하기 위해서 패턴이 형성된 웨이퍼의 상부면중 식각하고자 하는 웨이퍼 가장자리를 제외한 부분(식각을 요하지 않는 부분, 이하 비식각부)을 보호용 액 또는 마스크로 보호한다. 이후에, 웨이퍼를 식각액이 채워진 배쓰에 담가 식각하는 습식 식각 방법이 주로 사용되었다. 그러나 상술한 습식 식각 방법 사용시 식각 속도는 우수하나, 등방성 식각(isotropic etching)으로 인해 웨이퍼의 비식각부와 가장자리 간 경계면에서 막질이 경사지도록 식각되고, 이로 인해 수율이 저하된다. 또한, 상술한 방법은 보호용 액 또는 마스크로 패턴부가 형성된 부분을 보호하는 과정과, 식각 후에 이들을 다시 제거하는 과정을 가지므로 작업시간이 오래 걸린다.

또한, 플라즈마를 이용하여 건식 식각 방법으로 웨이퍼를 식각하는 장치는 상압 상태에서 글로우 방전을 만드는 것이 어렵기 때문에 고진공 상태에서 공정을 진행한다. 따라서 고진공 유지를 위해 많은 비용이 소요되고, 장비 또한 고가이다. 최근에 상압 상태에서 플라즈마를 발생하는 장치가 연구중이다. 그러나 상압 상태에서 플라즈마 발생시 진공 상태에서 플라즈마 발생시보다 시스 영역과 입자들의 평균 자유 행정(mean free path)이 짧다. 따라서 플라즈마가 충분히 가속되지 않아 기판이 영역에 따라 불균일하게 처리되고, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 막을 식각할 때 등방성 식각(isotropic etching)의 경향이 나타난다.

본 발명은 상압 상태에서 플라즈마를 발생시키고, 이들 플라즈마를 충분히 가속하여 시편 상으로 제공할 수 있는 플라즈마 발생기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 웨이퍼와 같은 기판의 가장자리 부분을 효과적으로 식각할 수 있는 상압 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 상압 플라즈마 발생기는 내부에 가스가 유입되는 공간이 형성된 몸체를 가진다. 상기 몸체에는 상기 몸체 내로 유입되는 가스를 플라즈마 상태로 전환하는 에너지를 공급하는 전극부가 제공된다. 상기 전극부는 상기 몸체의 공간 내로 삽입되는 제 1전극과 상기 몸체의 외측벽의 적어도 일부를 감싸도록 배치되는 제 2전극을 포함한다. 상기 공간은 상기 몸체 내에서 일직선으로 형성되고, 상기 제 1전극은 상기 공간을 따라 상기 공간의 중앙에 일직선으로 배치되는 로드 형상을 가진다. 상기 몸체 내에서 발생된 플라즈마에 가속력을 제공하기 위해 상기 플라즈마의 이동경로에 자기장을 형성하는 자석이 더 제공된다. 일 예에 의하면, 상기 자석은 상기 제 2전극 아래에서 상기 몸체의 외측벽을 감싸도록 배치된다. 선택적으로 상기 자석은 상기 자석은 상기 지지부에 설치될 수 있다.

상기 자석은 영구자석인 것이 바람직하며, 선택적으로 전자석이 사용될 수 있다. 또한, 상기 장치는 웨이퍼의 가장자리를 식각하는 장치이고, 상기 가스는 웨이퍼의 식각 또는 세정을 위한 가스일 수 있다.

또한, 본 발명인 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치는 기판을 지지하는 기판 지지부와 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 가장자리로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생기를 가진다. 공정 진행 중 상기 기판의 상부면 중 식각을 요하지 않는 부분인 비식각부로 식각에 사용되는 유체가 유입되는 것을 방지하는 보호부를 제공된다. 상기 플라즈마 발생기는 내부에 가스가 유입되는 공간이 형성된 몸체와 상기 몸체 내로 유입되는 가스를 플라즈마 상태로 전환하는 에너지를 공급하는 전극부를 가진다. 상기 몸체 내에서 발생된 플라즈마에 가속력을 제공하기 위해 상기 플라즈마의 이동경로에 자기장을 형성하는 자석이 제공된다.

상기 보호부는 상기 기판의 비식각부 및 가장자리의 경계와 대응되도록 형성된 돌출부를 가지며 상기 돌출부 내에 질소가스 또는 불활성 가스를 분사하는 공급구가 형성된 하부면을 포함하는 보호 커버와 상기 보호 커버를 수직 또는 수평으로 이동시키는 커버 이동부를 포함한다. 상기 플라즈마 발생기의 몸체는 상기 보호 커버에 결합될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 15를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

본 발명의 플라즈마 발생기는 상압에서 플라즈마를 발생하여 시편으로 이를 공급함으로써 공정을 수행하는 모든 장치에 사용될 수 있으며, 시편은 상술한 플라즈마를 사용하여 공정이 수행되는 대상물로, 예컨대, 집적회로 제조에 사용되는 실리콘 기판이나 유리기판 등일 수 있다. 특히, 본 발명의 플라즈마 발생기는 웨이퍼 상에 형성된 예컨대, 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막과 같은 박막의 식각(특히, 웨이퍼의 가장자리 식각), 웨이퍼 표면의 세정, 또는 웨이퍼 상의 포토레지스트를 제거하는 공정에 사용될 수 있다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 발생기(600)의 사시도와 단면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 플라즈마 발생기(plasma generator)(600)는 몸체(body)(620), 전극부(electrode)(640), 그리고 자석부(670)를 가진다. 몸체(620)는 긴 길이를 가지는 원통의 형상을 가진다. 몸체(620) 내에는 길이방향으로 길게 형성된 제 1공간(622)이 제공되며, 몸체(620) 내로 유입된 가스는 제 1공간(622)에서 플라즈마로 상태로 전환된다. 제 1공간(622)은 아래방향으로 개방되며, 위방향으로는 상부판(630)에 의해 막혀진다. 제 1공간(622)은 길이방향으로 동일한 지름을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 몸체(620)는 상압에서 플라즈마가 안정적으로 발생될 수 있도록 절연물질로 이루어진다. 예건대, 몸체(620)는 석영(quartz)을 재질로 하여 이루어질 수 있다. 상부판(630)은 내부에 가스가 일시적으로 머무르는 제 2공간(638)이 형성되고, 서로 대향되는 상부면(632)과 하부면(634), 그리고 원통형의 측면(636)을 가진다. 상부면(632)과 하부면(634)의 중앙에는 각각 관통홀(632a, 634a)이 형성되고, 측면(636)에는 가스공급관(542a)이 연결되는 포트가 형성된다. 또한, 하부면(634)에는 관통홀(634a) 주위에 복수의 유입홀(634b)이 형성된다. 즉 가스공급관(542a)을 통해 가스는 제 2공간(638)으로 유입된 후, 유입홀(634b)을 통해 제 1공간(622)으로 유입된다. 가스는 제 1공간(622)에서 플라즈마 상태로 전환된 후, 아래로 공급된다.

전극부(640)는 몸체(620) 내부로 유입된 가스를 플라즈마 상태로 전환시키는 에너지를 공급한다. 전극부(640)는 제 1전극(642), 제 2전극(644), 그리고 에너지원(646)을 포함한다. 제 1전극(642)은 로드 형상을 가지며, 상부판(630)에 형성된 관통홀들(632a, 634a)을 통해 삽입되어 제 1공간(622) 내의 하부까지 배치되도록 긴 길이를 가진다. 제 1전극(642)의 폭(또는, 직경)은 제 1공간(622)의 폭(또는 직경)에 비해 좁게 형성된다. 제 1전극(642)은 금속(metal)을 재질로 하여 이루어지며, 바람직하게는 텅스텐(tungsten)을 재질로 하여 이루어진다. 제 2전극(644)은 몸체(620)의 외측벽을 감싸도록 배치된다. 제 2전극(644)은 몸체(620)의 외측벽 중 아랫부분을 감싸도록 배치되며, 선택적으로 제 2전극(644)은 몸체(620)의 외측벽 전체를 감싸도록 배치될 수 있다. 또한, 제 2전극(644)은 도 2에 도시된 바와 같이 코일 형상으로 형성될 수 있으며, 선택적으로 제 2전극(644′)은 중앙에 몸체(620)가 삽입되는 통공이 형성된 원통형상의 판으로 형성되거나, 일정한 곡률 반경을 가지는 복수의 판 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 공정 진행시 웨이퍼로 제공되는 유체나 공정으로 인해 발생되는 부산물로부터 전극을 격리하기 위해 제 2전극(644)은 테프론 재질의 덮개(690)에 의해 감싸질 수 있다. 제 1전극(642)과 제 2전극(644)은 서로 다른 극성을 가지며, 제 1전극(642)에는 고전압이 인가되고 제 2전극(644)에는 저전압이 인가될 수 있다. 선택적으로 제 1전극(642)에는 고전압이 공급되고, 제 2전극(644)은 접지될 수 있다. 제 1전극(642)과 제 2전극(644)에는 에너지원(646)이 결합되며, 에너지원(646)으로는 마이크로파(microwave)나 고주파(high frequency) 전원이 사용되는 것이 바람직하다.

제 1전극(642)에 고전압이 가해지는 경우, 제 1전극(642)으로부터 금속 파티클(metal particle)이 이탈되어 제 1공간(622) 내에 부유하게 되고, 이들 금속 파티클들은 후에 플라즈마와 함께 아래로 공급되어 시편(70)을 오염시킬 수 있다. 또한, 제 1전극(642)으로부터의 강한 전자 방출에 의해 전계가 집중되어 제 1전극(642)과 인접하는 영역에서 아크가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해 제 1전극(642)은 유전체(660)에 의해 감싸진다. 유전체(660)는 석영(quartz)과 같은 절연물질을 재질로 하여 이루어질 수 있다. 유전체(660′)는 제 1공간(622) 내에 위치되는 제 1전극(642) 전체를 감싸도록 배치되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1전극(642)의 끝단부로부터 일정길이를 감싸도록 배치될 수 있다. 유전체(660)는 별도로 제작되어 제 1전극(642)에 씌워질 수 있으며, 선택적으로 유전체(660)는 고순도의 절연물질을 제 1전극(642)에 코팅함으로써 형성될 수 있다.

공정이 진행될 때, 제 1전극(642)은 제 1공간(622)의 정중앙에 위치되어 있어야 한다. 제 1전극(642)이 제 1공간(622) 내에서 한쪽으로 치우치거나 움직이면, 제 1공간(622) 내로 유입된 가스의 흐름이 원활하지 못하고, 플라즈마가 영역에 다라 불균일하게 발생된다. 제 1전극(642)의 위치를 고정하기 위해 전극 홀더(680)가 제공될 수 있다. 전극홀더(680)는 몸체(620)의 내측면에 고정되는 링 형상의 외측면과 제 1전극(642)이 삽입되는 통공이 형성된 링 형상의 내측면을 가지고, 외측면과 내측면은 복수의 로드에 의해 연결될 수 있다. 전극홀더(680)는 제 1공간(622) 내에 하나 또는 복수개가 설치될 수 있다.

상압에서 플라즈마를 발생할 때는 진공 상태에서 플라즈마를 발생할 때보다 시스(sheath) 영역과 입자들의 평균 자유 행정(mean free path)이 짧다. 따라서 진공상태에서 공정이 진행될 때에 비해 플라즈마가 가속되지 않으며, 이로 인해 플라즈마는 일정한 방향성이 없이 아래에 놓여진 시편(70)으로 공급된다. 이는 공정 진행에 바람직하지 않으며, 특히 시편(70) 상의 막을 식각하기 위해 플라즈마를 사용하는 경우, 등방성 식각의 경향이 나타난다. 이를 방지하기 위해 플라즈마 발생기(600)에 자석(670)이 제공된다. 자석(670)은 플라즈마의 이동경로에 자기장을 형성하여 이를 지나는 이온들을 가속할 뿐 만 아니라 이온들이 방향성을 가지고 이동하게 한다. 일 예에 의하면, 자석(670)은 제 2전극(644)의 아래에서 몸체(620)의 외측벽을 감싸도록 배치된다. 자석(670)으로는 영구자석이 사용되는 것이 바람직하나, 선택적으로 전자석이 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 플라즈마 발생기(600) 내에서 자기력선의 방향과 이를 지나는 이온들이 가속되는 것을 개략적으로 보여준다. 도 3에서 실선으로 된 화살표는 이온의 이동방향으로 화살표의 길이는 이온의 이동속도에 비례이고, 점선으로 된 화살표는 자기력선의 방향이다. 도 3에 도시된 바와 같이 이온들은 자기장이 형성된 영역을 지날 때 그 속도가 크게 가속된다. 도 4a는 자석이 설치되지 않을 때 플라즈마 발생기로부터 분사되는 플라즈마('영역 P_a')를 보여주는 사진이고, 도 4b는 자석(670)이 설치된 본 발명의 플라즈마 발생기로부터 분사되는 플라즈마(영역 P_b)를 보여주는 사진이다. 도 4a와 도 4b에서 보는 바와 같이 플라즈마의 이동경로에 자기장이 형성되는 경우, 플라즈마는 더욱 가속되어 일정한 방향성을 가지고 아래로 공급되었다. 또한, 이를 웨이퍼 상의 막을 식각하는 데 사용시 자기장이 제공되지 않은 경우 약 37.5 Å/sec의 속도로 식각되었으나, 동일 조건에서 자기장이 제공되는 경우 약 75 Å/sec의 우수한 속도로 식각되었다.

도 5는 본 발명의 플라즈마 발생기(600′)의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 자석(670′)은 몸체(620)의 외측벽 대신 시편(70)이 놓여지는 지지부(700) 에 제공된다. 바람직하게는 자석(670′)은 시편(70)과 인접하여 시편(70)의 바로 아래 배치된다. 이로 인해 도 6에 도시된 바와 같이 자기장은 시편(70) 상부까지 형성되며, 몸체(620) 내에서 발생되어 아래로 제공되는 플라즈마는 시편(70)의 상부에 형성된 자기장 내에서 가속된다. 선택적으로 자석(670′)은 지지부(700)와 몸체(620) 사이에 배치될 수 있다.

다음은 본 발명의 플라즈마 발생기(600)를 사용하여 소정의 공정을 수행하는 장치(1)의 일 예를 설명한다. 여기에서는 웨이퍼의 상부면 가장자리 및 하부면을 식각하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 이는 일예에 불과하며, 플라즈마 발생기(600)는 상술한 바와 같이 플라즈마를 공급하여 공정을 수행하는 모든 장치에 사용될 수 있다.

본 예에서 사용되는 용어 중 웨이퍼의 상부면(도 13의 24)은 웨이퍼(도 13의 20)의 양면중 패턴이 형성된 면을 칭하고, 웨이퍼의 하부면(도 13의 22)은 그 반대면을 칭한다. 또한, 웨이퍼의 상부면(24)에서 식각을 요하지 않는 웨이퍼의 중심영역을 비식각부(도 13의 24b)라 칭한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 기판 가장자리 식각 장치(1)의 사시도이다. 식각 장치(1)는 웨이퍼(20)와 같은 반도체 기판의 상부면 가장자리(22b) 및 하부면(24)을 식각한다. 도 7을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 기판 지지부(200), 보호부(300), 습식 식각부(400), 그리고 건식 식각부(500)를 포함한다. 기판 지지부(200)는 공정 진행 중 웨이퍼(20)를 지지하고, 보호부(300)는 웨이퍼의 비식각부(24b)로 식각에 사용되는 유체가 유입되는 것을 방지한다. 습식 식각부(400)는 식각액을 공급하여 웨이퍼의 상부면 가장자리(24a) 및 하부면(22)을 식각하고, 건식 식각부(500)는 웨이퍼의 가장자리(24a)와 비식각부(24b) 사이의 경계로 플라즈마를 공급하여 이를 식각한다.

기판 지지부(200)는 원통형의 기저부(10) 상에 위치되며 대략 웨이퍼(20)와 유사한 직경을 가지는 원형의 상부면을 가지는 지지판(220)을 가진다. 지지판(220)의 상부면에는 복수의 지지핀들(222)이 위로 돌출 되도록 설치된다. 웨이퍼(20)는 지지핀들(222) 상에 놓여져, 공정 진행 중 웨이퍼(20)는 지지판(220) 상부면으로부터 이격된다. 상술한 구조에 의해 웨이퍼의 하부면(22)과 지지판(220) 사이에 식각에 사용되는 유체가 유입될 수 있는 공간(도 10의 30)이 형성되며, 이들 유체에 의해 웨이퍼의 하부면(22)이 식각된다. 지지판(220)의 가장자리에는 복수의 정렬핀(224)들이 배치된다. 정렬핀(224)은 지지핀(222)들 상에 놓여진 웨이퍼(20)를 정위치로 정렬시키고, 공정 진행 중 지지판(220)으로부터 웨이퍼(20)가 벗어나는 것을 방지한다. 지지판(220)의 하부면에는 이를 지지하는 지지로드(도 10의 240)가 결합되고, 공정진행 중 웨이퍼(20)가 회전되도록 지지로드(240)에는 모터(260)와 같은 구동부가 결합된다. 기저부(10) 상에는 기판 지지부(200)를 감싸도록 배치되며, 상부가 개방된 원통형상을 가지는 바울(100)이 설치된다. 바울(100)은 공정에 사용되는 약액이 바깥쪽으로 튀는 것을 방지한다.

보호부(300)는 보호 커버(320)와 커버 이동부(340)를 가진다. 보호 커버(320)는 공정 진행 중 웨이퍼의 상부면(24)으로부터 소정거리 이격된 상태로 웨이퍼(20)와 마주보도록 위치되어 웨이퍼의 비식각부(24b)를 보호하고, 커버 이동부(340)는 보호 커버(320)를 수직 또는 수평방향으로 이동시킨다.

도 8은 보호 커버(320)를 아래방향에서 바라본 사시도이다. 도 8을 참조하면, 보호 커버(320)는 상부판(322), 하부판(324), 그리고 원통형의 측벽(326)을 가진다. 하부판(324)은 중앙에 평평하게 형성된 수평부(324a)와 이로부터 연장되어 일정각도 하향 경사지도록 형성된 경사부(324b)를 가진다. 경사부(324b)의 끝단에는 아래방향으로 돌출된 링 형상의 경계부(324c)가 형성된다. 경계부(324c)는 웨이퍼의 비식각부(24b) 및 가장자리(24a)의 경계와 대응되는 형상을 가진다. 경계부(324c)의 바깥쪽에는 경계부(324c)에 비해 높게 위치되는 안내부(324d)가 형성된다. 상술한 구조에 의해 식각 공정 진행 중 웨이퍼의 비식각부(24b) 및 보호 커버(320)의 수평부(324a), 경사부(324b), 그리고 경계부(324c)로 둘러싸여진 소정의 공간(30)이 제공된다. 수평부(324a)의 중심에는 아래로 질소가스를 분사하는 분사구(328)가 형성된다. 질소가스 대신 화학적으로 반응을 일으키지 않는 불활성 가스 등이 공급될 수 있다. 질소가스는 공정진행 중 식각을 위해 웨이퍼 가장자리(24a)로 공급된 유체가 웨이퍼(20)와 경계부(324c) 사이의 틈을 통해 상술한 공간(30)으로 유입되는 것을 방지한다. 경사부(324b)는 공간(30) 내로 분사된 질소가스가 경계부(324c) 근처에서 와류를 발생하지 않고 경계부(324c)의 바깥쪽으로 원활하게 이동되도록 한다. 또한, 경계부(324c)의 바깥쪽에 위치된 안내부(324d)는 웨이퍼 가장자리(24a)로 공급된 유체가 상부로 튀는 것을 방지한다.

공정이 진행되기 전, 보호 커버(320)는 기판 지지부(200)의 상부로부터 벗어난 상태로 위치된다. 웨이퍼(20)가 기판 지지부(200)에 놓여지면 보호 커버(320)는 웨이퍼(20)와 기설정된 거리만큼 이격되어 웨이퍼(20) 상부에 배치되도록 커버 이동부(340)에 의해 이동된다. 도 9는 보호 커버(320)와 커버 이동부(340)의 정면도이다. 도 9를 참조하면, 커버 이동부(340)는 지지대(342), 이송봉(344), 이송봉 가이드(346), 그리고 구동부(348)를 가진다. 지지대(342)의 일단은 보호 커버(320)의 상부판(322)과 결합되어 보호 커버(320)를 지지한다. 지지대(342)의 타단에는 수직으로 배치되며 구동부(348)에 의해 상하로 이동되거나 회전 가능한 이송봉(344)이 연결된다. 이송봉(344)은 이송봉 가이드(346) 내에 형성된 통공 내에 삽입되어 이를 따라 상하로 이동되며, 이송봉 가이드(346)는 기저부(10) 상에 고정 설치될 수 있다.

습식 식각부(400)는 웨이퍼(20)로 식각액을 공급하여 웨이퍼의 상부면 가장자리(24)와 하부면(22)을 식각한다. 도 10은 습식 식각부(400)를 보여주는 도면으로, 도 7의 기판 지지부(200)의 단면 및 습식 식각부(400)의 구성이 개략적으로 도시되었다. 습식 식각부(400)는 약액 이동로(420), 약액 공급관(440), 그리고 약액 공급부(460)를 가진다. 약액 공급부(460)에는 공정에 사용되는 식각액이 저장되며, 식각액은 약액 공급관(440)을 통해 약액 이동로(420)로 공급된다. 약액 공급관(440)에는 그 통로를 개폐하는 밸브(442) 또는 식각액을 강제로 송출하기 위한 펌프(도시되지 않음) 등이 연결될 수 있다. 약액 이동로(420)는 기판 지지부(200) 내에 형성되며, 약액 이동로(420)로 공급된 식각액은 이를 통해 지지핀(222) 상에 놓여진 웨이퍼(20)와 지지판(220) 사이의 공간(30)으로 공급된다. 지지판(220)과 지지로드(240)의 중앙에는 약액 이동로(420)로 기능하는 홀이 형성된다. 상술한 공간으로 공급된 식각액은 공급 압력에 의해 지지판(220)의 중심에서 가장자리로 퍼지면서 웨이퍼의 하부면(24)을 식각하고, 웨이퍼의 상부면 가장자리(22)로 흐른다. 지지판(220)의 측부에는 진공펌프가 연결된 흡입부(도시되지 않음)가 설치되어 식각액이 기판의 상부면 가장자리(24a)까지 공급되도록 조절하거나 식각액의 유동방향을 조절할 수 있다. 식각액으로는 불산(hydrofluoric acid)이 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 습식 식각부(400)에 의해서만 식각이 이루어지는 경우, 등방성 식각(isotropic etching)으로 인해, 막(도 13의 28)의 측면은 일정각도 경사진 상태로 식각된다. 건식 식각부(500)는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼의 상부면 가장자리(22a)(특히, 식각부와 가장자리의 경계)를 식각하는 부분으로, 막(28)의 측면이 수직으로 식각되도록 한다. 건식 식각부(500)는 플라즈마 발생기(600), 발생기 이동부(540), 그리고 가스 공급부(540)를 가진다. 플라즈마 발생기(600) 상압에서 그 내부로 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생하고, 이를 웨이퍼의 가장자리(24a)로 공급한다. 플라즈마 발생기(600)는 도 1내지 도 6을 참조하여 상술한 실시예에서 설명되었으므로 상세한 설명은 생략한다. 처음에 플라즈마 발생기(600)는 웨이퍼의 상부로부터 벗어나도록 배치된다. 이후, 웨이퍼가 기판 지지부(200)에 놓여지면 플라즈마 발생기(600)는 웨이퍼의 가장자리(24a) 상부로 이송된다. 일 예에 의하면, 도 7에 도시된 바와 같이 플라즈마 발생기(600)는 보호 커버(320)에 결합되어, 플라즈마 발생기(600)는 보호 커버(320)와 함께 커버 이동부(340)에 의해 수직 또는 수평방향으로 이동될 수 있다. 발생기 이동부(540)는 플라즈마 발생기(520)를 직선 이동시킨다. 플라즈마 발생기(600)는 하나 또는 복수개가 보호 커버(320)와 결합될 수 있으며, 복수개가 결합되는 경우 이들은 균일한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

도 11은 발생기 이동부(540)를 보여주기 위한 것으로, 보호 커버(320)의 상부면이 개방된 상태에서 보호 커버(320)의 평면도이다. 도 11을 참조하면, 발생기 이동부(540)는 구동풀리(542a), 피동풀리(542b), 벨트(544), 브라켓(546), 지지대(548), 그리고 가이드 레일(549)을 가진다. 보호 커버(320)의 측벽에는 관통구(도 2의 326a)가 형성되고, 지지대(548)가 이를 통해 삽입된다. 지지대(548)의 일단은 보호 커버(320)의 외부에 위치되며 상술한 플라즈마 발생기(600)가 결합되고, 지지대(548)의 타단은 보호 커버(320)의 내부에 위치되며, 이를 이동시키는 구동부가 결합된다. 일예에 의하면 구동부는 풀리와 벨트 등의 조합으로 이루어질 수 있다. 구동풀리(542a)는 보호 커버(320) 내 일측에 위치되고, 피동풀리(542b)는 구동풀리(542a)와 마주보도록 보호 커버(320) 내 타측에 위치된다. 구동풀리(542a)와 피동풀리(542b)는 벨트(544)에 의해 연결되며, 일측 또는 양측 벨트(544)에는 지지대(548)가 결합된 브라켓(546)이 연결된다. 구동풀리(542a)가 모터(도시되지 않음)에 의해 회전되면, 벨트(544), 브라켓(546), 및 지지대(548)가 일직선으로 이동된다.

도 12는 상술한 장치를 사용하여 식각 공정이 수행되는 상태를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 습식 식각부(400)로부터 공급되는 식각액은 웨이퍼의 하부면(22) 및 상부면 가장자리(24a)를 식각하고, 건식 식각부(500)로부터 공급되는 플라즈마는 웨이퍼의 비식각부(24b)와 가장자리(24a)의 경계와 인접하는 부분을 식각한다.

도 13은 습식 식각만으로 식각공정을 수행할 때와 본 발명의 장치(1)를 사용하여 습식 식각과 건식 식각을 동시에 수행할 때 막(28)의 식각 상태를 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, 습식 식각만으로 공정을 수행하는 경우, 등방성 식각이 이루어져 도면에서 'a'로 표시된 바와 같이 등방성 식각으로 인해 막의 측면은 경사진다. 그러나 본 발명과 같이 습식식각과 건식 식각을 동시에 수행하는 경우 이방성 식각이 이루어져 도면에서 'b'로 표시된 바와 같이 막의 측면은 수직으로 이루어진다. 선택적으로 플라즈마 발생기로부터 공급되는 플라즈마의 방향을 조절하여 막의 측면의 경사도를 조절 할 수 있다.

본 실시예에서는 웨이퍼의 하부면(22)의 식각은 식각액에 의해 이루어지고, 상부면 가장자리(24a)의 식각은 식각액과 플라즈마에 의해 이루어지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 웨이퍼의 하부면의 식각은 식각액에 의해 이루어지고, 상부면 가장자리(24a)의 식각은 플라즈마에 의해서만 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예에서 습식 식각부(400)와 건식 식각부(500)에 의한 식각은 동시에 이루어지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 습식 식각부(400)에 의해 먼저 식각이 이루어지고, 이후에 건식 식각부(500)에 의해 식각이 이루어질 수 있다.

도 14는 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 기판 지지부(200), 세정액 공급부(600), 습식 식각부(400), 그리고 플라즈마 발생기(520)의 형상 및 기능은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 도 14를 참조하면, 웨이퍼의 비식각부(24b)를 보호하기 위한 보호부로서 상술한 실시예의 보호 커버(320) 대신 웨이퍼에 직접 부착되는 보호용 액 또는 보호마스크(300′)가 사용된다. 기저부(10)의 일측에는 플라즈마 발생기(520)를 수직 또는 수평으로 이동시키는 이동부(560)가 배치된다. 이동부(560)는 플라즈마 발생기(520)에 결합되어 이를 지지하는 지지대(562)를 가지며, 지지대(562)의 끝단에는 실린더 또는 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되는 이동로드(564)가 결합된다. 이동로드(564)는 기저부(10) 상에 고정 설치된 가이드(566)의 통공에 삽입 설치되고, 이를 따라 상하로 이동될 수 있다.

본 실시예에서는 웨이퍼의 상부면 가장자리 외에 기판의 하부면도 동시에 식각이 이루어지는 구조를 설명하였다. 그러나 이와 달리 도 15에 도시된 장치(1′)바와 같이 기판 지지부(200′)는 지지핀을 가지지 않고, 웨이퍼(20)는 기판 지지부(200′)의 지지판(220′)에 직접 놓여질 수 있다. 이 경우 웨이퍼의 상부면 가장자리만이 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법으로 식각된다. 기판 지지부(200′)는 정전기력으로 기판을 지지하는 정전척이거나 진공에 의해 기판을 지지하는 진공척일 수 있다.

또한, 본 식각 장치는 플라즈마 발생기는 도 7에 도시된 바와 같이 몸체의 외측벽에 영구자석이 설치된 플라즈마 발생기를 사용하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 식각 장치는 몸체 대신 기판 지지부 중 웨이퍼의 가장자리를 따라 설치된 영구자석을 가지는 플라즈마 발생기를 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 발생기로부터 발생된 플라즈마는 일정방향으로 가속된 상태에서 웨이퍼로 공급할 수 있다. 이로 인해 웨이퍼의 영역에 따라 균일한 처리가 가능하며, 식각 공정 수행시 이방성 식각의 경향으로 식각이 이루어진다.

또한, 본 발명의 식각장치는 기판의 비식각부가 상하로 이동 가능한 보호 커버에 의해 보호되므로, 기판의 비식각부에 보호액이나 마스크를 부착하는 작업이 요구되지 않으며, 따라서 간단하고 신속하게 식각 공정을 수행할 수 있다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 사시도와 단면도;

도 3은 도 2의 플라즈마 발생기에서 자기력선의 방향과 이온들의 이동속도를 개략적으로 보여주는 도면;

도 4a와 도 4b는 각각 자기장이 형성되지 않을 때와 자기장이 형성될 때 플라즈마 발생기에로부터 공급되는 플라즈마를 보여주는 도면들;

도 5는 플라즈마 발생기의 다른 예를 보여주는 도면;

도 6은 도 5의 플라즈마 발생기에서 자기력선의 방향과 이온들의 이동속도를 개략적으로 보여주는 도면;

도 7은 도 1의 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 가장자리 식각 장치의 바람직한 일 예를 보여주는 도면;

도 8은 보호 커버를 아래방향에서 바라본 사시도;

도 9는 보호 커버와 커버 이동부의 정면도;

도 10은 습식 식각부를 보여주는 도면;

도 11은 발생기 이동부를 보여주기 위한 보호 커버의 상부면이 개방된 상태에서 보호 커버의 평면도;

도 12는 도 7의 장치를 사용하여 식각 공정이 수행되는 상태를 개략적으로 보여주는 도면;

도 13은 습식 식각만으로 식각공정을 수행할 때와 본 발명의 장치를 사용하여 습식 식각과 건식식각을 동시에 수행할 때 막의 식각 상태를 보여주는 도면;

도 14는 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 예를 개략적으로 보여주는 도면; 그리고

도 15는 기판 가장자리 식각 장치의 다른 예를 보여주는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

200 : 기판 지지부 320 : 보호 커버

340 : 커버 이동부 400 : 습식 식각부

420 : 약액 이동로 500 : 건식 식각부

540 : 발생기 이동부 600 : 플라즈마 발생기

620 : 몸체 622 : 제 1공간

642 : 제 1전극 644 : 제 2전극

670 : 자석

Claims

지지부 상에 놓여진 시편 상으로 플라즈마를 공급하는 상압 플라즈마 발생기에 있어서,

내부에 가스가 유입되는 공간이 형성된 몸체와;

상기 몸체 내로 유입되는 가스를 플라즈마 상태로 전환하는 에너지를 공급하는 전극부와;

상기 몸체 내에서 발생된 플라즈마에 가속력을 제공하기 위해 상기 플라즈마의 이동경로에 자기장을 형성하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
제 1항에 있어서,

상기 전극부는,

상기 몸체의 공간 내로 삽입되는 제 1전극과;

상기 몸체의 외측벽의 적어도 일부를 감싸도록 배치되는 제 2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
제 2항에 있어서,

상기 공간은 상기 몸체 내에서 일직선으로 형성되고,

상기 제 1전극은 상기 공간을 따라 상기 공간의 중앙에 일직선으로 배치되는 로드 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
제 2항에 있어서,

상기 자석은 상기 제 2전극 아래에서 상기 몸체의 외측벽을 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
제 1항에 있어서,

상기 자석은 상기 지지부에 설치되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
제 1항, 제 2항, 그리고 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자석은 영구자석인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
제 1항, 제 2항, 그리고 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는 웨이퍼의 가장자리를 식각하는 장치이고, 상기 가스는 웨이퍼의 식각 또는 세정을 위한 가스인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생기.
플라즈마를 이용하여 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치에 있어서,

기판을 지지하는 기판 지지부와;

상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 가장자리로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생기와;

상기 기판의 상부면 중 식각을 요하지 않는 부분인 비식각부로 식각에 사용되는 유체가 유입되는 것을 방지하는 보호부를 포함하되,

상기 플라즈마 발생기는,

내부에 가스가 유입되는 공간이 형성된 몸체와;

상기 몸체 내로 유입되는 가스를 플라즈마 상태로 전환하는 에너지를 공급하는 전극부와; 그리고

상기 몸체 내에서 발생된 플라즈마에 가속력을 제공하기 위해 상기 플라즈마의 이동경로에 자기장을 형성하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각 장치.
제 8항에 있어서,

상기 전극부는,

상기 몸체의 공간 내로 삽입되는 제 1전극과;

상기 몸체의 외측벽의 적어도 일부를 감싸도록 배치되는 제 2전극을 포함하고,

상기 자석은 상기 몸체의 외측벽 중 상기 제 2전극의 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각 장치.
제 8항에 있어서,

상기 자석은 상기 기판 지지부에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각 장치.
제 8항에 있어서,

상기 자석은 영구자석인 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각 장치.
제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보호부는,

상기 기판의 비식각부 및 가장자리의 경계와 대응되도록 형성된 돌출부를 가지는, 그리고 상기 돌출부 내에 질소가스 또는 불활성 가스를 분사하는 공급구가 형성된 하부면을 포함하는 보호 커버와;

상기 보호 커버를 수직 또는 수평으로 이동시키는 커버 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각 장치.
제 12항에 있어서,

상기 플라즈마 발생기의 몸체는 상기 보호 커버에 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각 장치.