KR20060031468A

KR20060031468A - 기판 식각에 사용되는 상압 플라즈마 장치

Info

Publication number: KR20060031468A
Application number: KR1020040080514A
Authority: KR
Inventors: 김인준; 조중근
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-12
Also published as: KR100667675B1

Abstract

본 발명은 상압에서 웨이퍼의 가장자리를 식각하는 장치에 관한 것으로, 장치는 하부전극을 가지며 웨이퍼를 지지하는 기판지지부 및 웨이퍼의 가장자리부와 대향되도록 배치되는 상부전극을 가진다. 상압에서 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되도록 상부전극은 웨이퍼와 인접하도록 배치되며, 상부전극의 중앙부에는 웨이퍼의 중심부가 플라즈마에 의해 식각되는 것을 방지하도록 절연부재가 배치된다.

상압, 플라즈마, 기판 가장자리 식각

Description

기판 식각에 사용되는 상압 플라즈마 장치{ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA APPARATUS USED IN ETCHING OF AN SUBSTRATE}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 상압 플라즈마 장치를 개략적으로 보여주는 단면도;

도 2a와 도 2b는 각각 웨이퍼의 평면도와 상부전극의 저면도의 일 예를 보여주는 도면;

도 3a와 도 3b는 각각 웨이퍼의 평면도와 상부전극의 저면도의 다른 예를 보여주는 도면; 그리고

도 4는 본 발명의 상압 플라즈마 장치의 다른 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 웨이퍼 100 : 기판 지지부

140 : 하부전극 200 : 상부전극

300 : 절연부재

본 발명은 반도체 기판을 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 상압에서 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 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. 웨이퍼의 가장자리가 파지된 채로 이송시 이물질이 웨이퍼로부터 이탈되어 비산하게 된다. 이들 이물질들은 설비를 오염시키고 후속공정에서 파티클이 작용한다. 따라서 웨이퍼의 가장자리를 식각하는 공정이 필요하다.

종래에는 웨이퍼 가장자리를 식각하기 위해 습식 식각 방법과 플라즈마 식각 방법이 주로 사용되었다. 습식식각 방법은 패턴이 형성된 웨이퍼의 상부면중 식각하고자 하는 웨이퍼 가장자리를 제외한 부분을 보호용 액 또는 마스크로 보호한 후 웨이퍼 전체에 식각액을 분사하거나, 웨이퍼를 식각액이 채워진 배쓰에 담가 공정을 수행한다. 그러나 이러한 방법은 보호용 액 또는 마스크로 패턴부가 형성된 부분을 보호하는 과정과 식각 후에 이들을 다시 제거하는 과정을 가지므로 작업시간이 오래 걸리고, 식각액이 다량 소모되는 문제가 있다.

플라즈마 식각방법은 진공상태에서 반응가스를 플라즈마 상태로 변환함으로써 공정을 수행한다. 그러나 이는 진공 유지를 위해 설비가 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 또한, 식각을 요하는 웨이퍼의 가장자리 형상에 관계없이 바닥면이 환형의 링 형상을 가지는 전극을 사용하므로, 플랫존을 가지는 웨이퍼의 경우 영역에 따라 식각균일도가 상이하다.

본 발명은 간단한 장치 구성으로 신속하고 효과적으로 기판의 가장자리를 식각할 수 있는 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 식각을 요하는 기판의 가장자리 전체 영역에서 식각균일도를 향상시킬 수 있는 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 상압 플라즈마 장치는 기판이 놓여지며 하부전극을 가지는 기판 지지부, 공정 진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 가장자리부와 대향되어 배치되며 상기 기판의 가장자리부 상으로 유입된 반응가스를 플라즈마 상태로 변환하는 에너지가 인가되는 상부전극, 그리고 공정 진행시 상기 기판의 중심부가 플라즈마에 의해 영향을 받는 것을 방지하기 위해 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 중심부와 대향되어 배치되는 절연부재를 가진다. 공정진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 상기 상부전극은 인접하게 배치되어 상압에서 반응가스가 플라즈마 상태로 변환된다. 상기 상부전극과 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 간격은 2mm 이하이며, 바람직하게는 1mm 이하이다.

상기 상부전극에서 기판과 대향되는 면은 상기 기판의 가장자리부와 상응되는 형상을 가진다. 일 예에 의하면, 상기 기판은 플랫존을 가지고, 상기 상부전극 에서 상기 기판과 대향되는 면은 상기 기판에서 상기 플라즈마에 의해 공정이 수행되는 가장자리부와 상응되는 형상을 가진다.

상기 상부전극 또는 상기 기판간의 상대위치를 조절하기 위해 상기 상부전극 또는 상기 기판을 이동시키는 구동기가 제공될 수 있다. 또한, 반응부산물 또는 플라즈마가 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 절연부재 사이로 유입되는 것을 차단하기 위해 질소가스 또는 비활성가스를 공급하는 가스 공급라인이 상기 절연 부재에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 상압 플라즈마 장치는 기판이 놓여지며 하부전극을 가지는 기판 지지부와 공정 진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 대향되어 배치되며 상기 기판 상으로 유입된 반응가스를 플라즈마 상태로 변환하는 에너지가 인가되는 상부전극을 포함한다. 공정진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 상기 상부전극은 인접하게 배치되어 상압에서 반응가스가 플라즈마 상태로 변환된다. 상기 상부전극과 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 간격은 2mm 이하이며, 바람직하게는 1mm이하이다.

상기 상부전극에서 기판과 대향되는 면은 상기 기판의 가장자리부와 상응되는 형상을 가진다. 일 예에 의하면, 상기 기판은 플랫존을 가지고, 상기 상부전극에서 상기 기판과 대향되는 면은 상기 기판에서 상기 플라즈마에 의해 공정이 수행되는 가장자리부와 상응되는 형상을 가진다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발 명의 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 실시예에서 사용되는 용어 중 웨이퍼(W)의 중심부는 식각을 요하는 웨이퍼(W) 가장자리 부분을 제외한 부분으로 반응가스로부터 보호되는 부분을 칭한다. 또한, 본 실시예에서 기판으로 실리콘 웨이퍼를 예로 들어 설명한다. 그러나 이는 일예에 불과하며, 기판으로 유리기판 등 다른 종류의 기판이 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 장치(1)를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 장치(1)는 기판 지지부(100), 하부전극(140), 상부전극(200), 그리고 절연부재(300)를 가진다. 기판 지지부(100)는 웨이퍼(10)를 지지하며, 상부전극(200)과 하부전극(140)은 웨이퍼의 가장자리부(12) 상부에서 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시키고, 절연부재(300)는 웨이퍼의 중심부(14)가 식각되는 것을 방지한다.

기판 지지부(100)는 원통형의 지지판(120)을 가진다. 지지판(120)의 상부면에는 웨이퍼(10)와 접촉되어 웨이퍼(10)를 지지하는 지지핀들(164)이 설치된다. 지지판(120)의 상부면 가장자리에는 웨이퍼(10)가 기판 지지부(100) 상의 정위치에 놓여지도록 웨이퍼(10)를 정렬하는 정렬핀들(162)이 설치된다. 정렬핀들(162)은 대략 3 내지 6개가 일정간격으로 자신의 중심축을 기준으로 회전 가능하게 배치된다. 공정진행시 정렬핀들(162)은 웨이퍼(10)의 측부와 접촉되어 웨이퍼(10)가 정위치로 부터 이탈되는 것을 방지한다. 지지판(120)의 저면에는 지지축(122)이 결합되며, 지지축(122)은 구동기(124)에 의해 상하로 이동된다. 또한, 공정진행 중 지지축(122)은 구동기(124)에 의해 회전될 수 있다. 지지축(122)을 회전 또는 승하강시키는 구조는 당업계에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 지지판(120)의 중앙에는 하부전극(140)이 삽입된다. 공정진행시 하부전극(140)은 웨이퍼(10)의 하부면과 접촉된다. 하부전극(140)은 접지되거나 선택적으로 하부전극(140)에 RF전력과 같은 에너지가 인가될 수 있다.

상부전극(200)과 절연부재(300)는 기판 지지부(100)의 상부에 배치된다. 상부전극(200)은 기판 지지부(100)에 놓여진 웨이퍼의 가장자리부(12)와 대향되도록 배치되고, 절연부재(300)는 기판 지지부(100)에 놓여진 웨이퍼의 중심부(14)와 대향되도록 배치된다. 일 예에 의하면, 상부전극(200)은 하부가 개방된 삽입홈을 가지는 통형상으로 형상되고, 절연부재(300)는 상부전극(200)의 삽입홈 내에 장착될 수 있다. 삽입홈을 제공하는 상부전극(200)의 측벽은 대체로 웨이퍼의 가장자리부(12)와 대응되는 링 형상을 가진다. 상부전극(200)에는 전력 공급부(420)에 의해 전력이 인가된다. 전력 공급부(420)는 상부전극(200)에 RF 전력을 인가할 수 있으며 전력 공급부(420)와 상부전극(200) 사이에는 정합기(440)가 배치될 수 있다. 예컨대, 전력 공급부(420)는 13.56MHz, 50W 이상의 고주파 전력을 상부전극(200)에 공급할 수 있다.

절연부재(300)와 상부전극(200) 사이에 반응가스 유입라인(262)이 형성되도록 절연부재(300)는 상부전극(200)의 삽입홈보다 작은 크기를 가지고, 상부전극 (200)의 상부벽에는 외부의 반응가스 공급관(520)으로부터 반응가스를 유입하는 유입홀들(222)이 형성된다. 반응가스 유입라인(262)으로 유입된 반응가스는 아래로 흘러 웨이퍼의 가장자리부(12)와 상부전극(200) 사이로 제공된다. 상술한 반응가스의 이동경로는 일 예에 불과하며, 웨이퍼(10)와 상부전극(200) 사이로 반응가스가 분사하는 별도의 노즐이 제공될 수도 있다. 반응가스로는 불화탄소(CF₄)나 산소(O₂)등의 가스가 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 공정 진행시 웨이퍼의 가장자리부(12) 및 이와 대향되는 상부전극(200)의 바닥면은 서로 인접하게 배치된다. 웨이퍼와 상부전극(200) 사이의 좁은 간격은 반응가스가 상압(atmosphere pressure)에서 플라즈마 상태로 변화되도록 한다. 웨이퍼(10)와 상부전극(200) 사이의 간격은 2mm이하로 유지된다. 웨이퍼(10)와 상부전극(200) 사이의 간격이 2mm를 초과하면, 플라즈마의 생성률이 낮아 식각률이 낮아진다. 바람직하게는 공정에 적합한 플라즈마의 밀도를 고려할 때 웨이퍼(10)와 상부전극(200) 사이의 간격은 1mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상부전극(200)의 둘레에는 냉각수가 공급되어 상부전극(200)을 냉각하는 냉각부재(280)가 제공될 수 있다.

절연부재(300)는 세라믹을 재질로 한다. 예컨대, 절연부재(300)는 석영(quartz)이나 알루미나(alumina)를 재질로 할 수 있다. 절연부재(300)는 대체로 웨이퍼(W)의 비식각부와 동일한 크기의 하부면을 가진다. 공정 진행 중 절연부재(300)는 기판 지지부(100)에 놓여진 웨이퍼(10)와 인접하도록 위치된다. 절연부재 (300)와 웨이퍼(10) 간의 좁은 간격은 절연부재(300)의 외측에서 발생된 플라즈마가 웨이퍼의 중심부 상으로 유입되는 것을 최소화하고, 공간으로 유입된 반응가스가 공간 내에서 플라즈마로 변환되는 것을 방지한다. 공정위치에서의 웨이퍼(10)와 절연부재(300) 사이의 거리는 5mm이하인 것이 바람직하다. 거리가 5mm를 초과하면 웨이퍼(10)와 절연부재(300) 사이에서 플라즈마가 발생될 수 있다. 또한, 절연부재(300)의 중심에는 질소가스 또는 비활성 가스가 공급되는 가스 분사라인(320)이 형성된다. 가스 분사라인(320)은 외부의 가스 공급관(540)과 연결되며, 가스 분사라인(320)의 끝단에는 중심으로부터 멀어지는 방향으로 경사지도록 분기된다. 질소가스 또는 비활성 가스는 절연부재(300)와 웨이퍼의 중심부(14) 사이의 공간으로 분사된 후, 공간의 외측방향으로 흐른다. 이는 반응부산물 또는 플라즈마 등이 절연부재(300)와 웨이퍼의 중심부(14) 사이의 공간으로 유입되어 웨이퍼의 중심부(14)에 패턴을 손상시키는 것을 방지하고, 중심부(14)와 가장자리부(12) 경계면에서 막질이 경사지도록 식각되는 것을 방지한다.

또한, 본 실시예에서 상부전극(200)의 하부면은 식각이 이루어지는 웨이퍼의 가장자리부(12)에 대응되는 형상을 가진다. 이는 영역에 따라 식각균일도가 상이해지는 것을 방지한다. 예컨대, 도 2a는 노치를 가지는 웨이퍼(10)의 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 웨이퍼(10) 가장자리 식각시 사용되는 상부전극(200)의 저면도이다. 300mm 웨이퍼(10)는 대체로 원형의 형상을 가지며, 식각을 요하는 가장자리부(12)는 환형의 링 형상의 빗금친 부분에 해당된다. 상부전극(200)의 바닥면은 웨이퍼의 가장자리부(12)와 동일한 환형의 링 형상을 가진다. 도 3a는 플랫존을 가지는 웨이 퍼(10′)의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 웨이퍼 가장자리(12′) 식각시 사용되는 상부전극(200)의 저면도다. 200mm 웨이퍼(10′)는 플랫존을 가지며, 식각을 요하는 가장자리부(12′)는 일부분이 평평한 링 형상의 빗금친 부분에 해당된다. 상부전극(200)의 바닥면은 웨이퍼의 가장자리부(12′)와 동일하게 일부분이 평평한 링 형상을 가진다. 또한, 절연부재(300)는 웨이퍼 중심부(14) 영역과 대응되는 형상을 가진다.

본 실시예에서 상부전극(200)이 내부에 삽입홈을 가지는 통형의 형상을 가지는 것으로 설명하였다. 그러나 이는 일 예에 불과하며, 상부전극(200)은 중앙에 통공이 형성되고, 통공에는 절연부재(300)가 삽입될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 구동기(124)는 지지판(120)을 상하로 이동하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 구동기(124)는 상부전극(200)과 결합되어 상부전극(200)을 상하로 이동할 수 있다.

도 4는 본 발명의 기판 처리 장치(2)의 다른 예를 보여준다. 도 4의 장치(2)는 웨이퍼의 상부면 전체를 식각하며, 기판 지지부(600)와 상부전극(200) 및 하부전극(140)을 가진다. 본 예에서는 도 1의 장치와 비교시 상이한 부분에 대해서만 설명한다. 장치(2)는 통형상의 상부전극(200)을 가지며, 도 1의 절연부재(300)는 제공되지 않는다. 상부전극(200)의 하부면은 웨이퍼(10)의 상부면과 대응되는 형상을 가진다. 상부전극(200)은 기판지지부(100)에 놓여진 웨이퍼(10)와 인접하게 배치되어 상압에서 공정이 수행된다. 상부전극(200)과 기판지지부(100)는 약 2mm 이하의 간격을 가지도록 배치되며, 바람직하게는 약 1mm이하의 간격을 가지도록 배치 된다. 상부전극(200)의 중앙에는 반응가스 유입라인(620)이 형성될 수 있다. 외부의 공급관으로부터 반응가스는 반응가스 유입라인(540)을 통해 상부전극(200)과 웨이퍼(10) 사이로 공급된다.

본 발명의 장치 사용시 상압에서 보호액 등으로 웨이퍼의 중앙부를 보호하는 과정없이 곧바로 공정을 수행할 수 있으므로 장치의 구성이 간단하고 식각 공정을 신속하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상부전극의 바닥면이 식각을 요하는 웨이퍼의 영역과 대응되는 형상을 가지므로 식각균일도가 우수하다.

Claims

상압에서 플라즈마를 이용하여 기판의 가장자리를 처리하는 장치에 있어서,

기판이 놓여지며 하부전극을 가지는 기판 지지부와;

공정 진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 가장자리부와 대향되어 배치되며, 상기 기판의 가장자리부 상으로 유입된 반응가스를 플라즈마 상태로 변환하는 에너지가 인가되는 상부전극과; 그리고

공정 진행시 상기 기판의 중심부가 플라즈마에 의해 영향을 받는 것을 방지하기 위해 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 중심부와 대향되어 배치되는 절연부재를 포함하되,

공정진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 상기 상부전극은 인접하게 배치되어 상압에서 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 1항에 있어서,

상기 상부전극과 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 간격은 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 1항에 있어서,

상기 상부전극과 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 간격은 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부전극에서 기판과 대향되는 면은 상기 기판의 가장자리부와 상응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판은 플랫존을 가지고,

상기 상부전극에서 상기 기판과 대향되는 면은 상기 기판에서 상기 플라즈마에 의해 공정이 수행되는 가장자리부와 상응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는 상기 상부전극 또는 상기 기판간의 상대위치를 조절하기 위해 상기 상부전극 또는 상기 기판을 이동시키는 구동기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장치는 반응부산물 또는 플라즈마가 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 절연부재 사이로 유입되는 것을 차단하기 위해 상기 절연부재 내에 형성되어 상기 절연부재 아래로 질소가스 또는 비활성가스를 공급하는 가스 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
상압에서 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서,

기판이 놓여지며 하부전극을 가지는 기판 지지부와;

공정 진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 대향되어 배치되며, 상기 기판 상으로 유입된 반응가스를 플라즈마 상태로 변환하는 에너지가 인가되는 상부전극을 포함하되,

공정진행시 상기 기판 지지부에 놓여진 기판과 상기 상부전극은 인접하게 배치되어 상압에서 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 8항에서,

상기 상부전극과 상기 기판 지지부에 놓여진 기판의 간격은 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,

상기 기판은 플랫존을 가지고,

상기 상부전극에서 상기 기판과 대향되는 면은 상기 기판과 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 장치.