KR20060097342A - 반사체, 이를 채택하는 기판 처리 장치 및 이를 사용하는기판 처리 방법 - Google Patents

반사체, 이를 채택하는 기판 처리 장치 및 이를 사용하는기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

반사체, 이를 채택하는 기판 처리 장치 및 이를 사용하는 기판 처리 방법을 제공한다. 상기 기판 처리 장치는 프로세스 챔버를 포함한다. 상기 프로세스 챔버의 상부영역에 플라즈마 발생부가 제공된다. 상기 플라즈마 발생부의 하부에 상기 플라즈마 발생부에 형성되는 플라즈마로부터 이온들을 추출하여 상기 이온들을 일정한 방향성을 갖도록 가속시키는 역할을 하는 그리드 시스템이 제공된다. 상기 그리드 시스템의 하부에 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어진 서로 평행한 반사판들로 구성되어 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 이온들을 중성빔으로 중성화시키는 반사체가 제공된다. 상기 중성빔이 입사되는 피처리 기판을 고정시키는 기판 지지대가 상기 프로세스 챔버의 하부 영역에 제공된다.

Description

반사체, 이를 채택하는 기판 처리 장치 및 이를 사용하는 기판 처리 방법{Reflector, substrate processing apparatus employing the same, and substrate processing methods using the same}
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 반사체를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이온들이 중성빔으로 중성화되는 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반사체를 통과하는 이온들의 경로 및 상기 반사체 내의 반사판들을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 반사체를 채택하는 기판 처리 장치를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
본 발명은 반도체 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 특히 이온들을 중성빔으로 중성화시키는 기판 처리 장치들 및 이를 이용하는 기판 처리 방법들에 관한 것이다.
반도체소자를 제조함에 있어서, 플라즈마를 이용하는 공정은 널리 이용되고 있다. 예를 들면, 상기 플라즈마는 반도체소자를 제조하기 위하여 수행되는 증착 공정, 식각 공정 및 어닐 공정등에 이용될 수 있다. 반도체 웨이퍼 상에 수많은 박막들을 증착 및 패터닝하기도 하고, 수많은 열처리 공정이 실시되기도 한다. 반도체 소자를 제조하기 위하여 반도체 웨이퍼 상에 플라즈마 공정이 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 공정이 수행되기 위하여 플라즈마 처리 장치를 사용한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 플라즈마 공정의 목적에 맞는 다양한 장비가 널리 알려져 있다. 상기 플라즈마 공정은 널리 알려진 기술이다. 예를 들어, 화학기상증착법, 플라즈마 어닐법 또는 건식 식각법 등이 플라즈마를 이용하여 공정을 진행한다.
최근, 반도체소자의 고집적화에 따라 디자인 룰이 감소하고 있다. 이에 따라, 반도체 처리 장치의 공정 조건은 더욱 엄격해지고 있다. 이러한 요구에 따라 플라즈마 처리 장치의 경우도 지속적으로 성능 개선이 이루어지고 있는데, 이는 주로 플라즈마의 밀도를 높이거나 플라즈마의 분포를 균일하게 하는 기술이 주류를 이루고 있다.
그러나, 플라즈마는 성능을 개선한다고 하더라도 기본적인 특성에 있어서 한계를 가지고 있다. 즉, 플라즈마는 대전된 입자라는 점에서 플라즈마를 이용하여 반도체 공정을 수행하는데 한계가 있다. 구체적으로, 플라즈마는 대전된 입자라는 점에서 이러한 플라즈마를 이용하는 반도체 공정, 예를 들어 건식 식각 공정 또는 증착 공정을 진행 하는 경우에 다음과 같은 문제가 발생될 수 있다. 예를 들어, 기판 또는 기판의 특정 물질막의 표면이 비정질막으로 변환되거나, 기판 표면층의 화학적 조성을 변화시킬 수 있다. 또한, 기판 표면층에 댕글링 결합(dangling bond)을 유발시킬 수 있다. 더 나아가, 게이트 절연막의 차지업(charge up) 손상을 유발시키거나, 포토레지스트의 차징(charging)에 기인하는 폴리실리콘막의 노칭(notching)등에 의한 전기적 손상을 야기시킬 수 있다.
플라즈마를 이용하는 공정의 문제점들을 해결하기 위하여 플라즈마 내의 이온들을 중성빔으로 전환시키어 반도체공정을 진행할 수 있는 방법들이 있다. 이온들을 중성화시키기 위한 방법으로 이온과 중성자를 충돌시키거나, 이온과 전자을 충돌시키거나 또는 이온을 금속판에 충돌시키는 방법들이 있다.
여기서, 이온들을 중성화시키기 위하여 금속판을 사용하는 방법이 미국 특허 제 4,662,977 호에 "중성입자에 의한 표면 처리(NEUTRAL PARTICLE SURFACE ALTERATION)"이라는 제목으로 모트레이 등(Motley et al.)에 의하여 개시된바 있다. 미국 특허 제 4,662,977 호에 따르면, 플라즈마 대신 중성입자를 사용하는 시스템을 제안하고 있다. 상기 시스템은 플라즈마 건에 의해 플라즈마를 발생하고, 이를 경사진 중성화 판(neutralizer plate)에 의해 반사시키어 중성 입자를 생성한다. 여기서, 상기 중성화 판은 각도 조절 가능하게 설치된다. 상기 중성화 판을 이용하여 이온들을 주사방향에 대하여 소정 각도로 편향시켜 피처리 기판으로 향하도 록 하고 있다. 이에 따라, 상기 피처리 기판은 이온들이 상기 중성화 판으로 입사하는 방향에 대하여 소정 각도로 기울어진 방향에 설치될 수 있다. 그 결과, 상기 시스템을 이용하여 반도체 공정을 진행할 경우에 공정 균일성을 확보하는데 어려움이 발생될 수 있다. 예를 들어 식각 공정을 진행할 경우에 식각 균일성을 확보하기가 어려울 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 평행한 반사판들로 구성된 반사체를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 반사체를 채택하는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 중성빔을 이용하여 기판을 처리하는 방법들을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 태양은 서로 평행한 반사판들로 구성된 반사체를 제공한다. 상기 반사체는 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어진 반사판들을 포함한다. 이 경우에, 상기 반사판들은 입사하는 이온들에 대하여 상기 절연막이 노출되도록 서로 평행하게 배치된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 금속판은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판을 이루는 물질의 산화막으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 반사판들은 상기 입사하는 이온들에 대하여 1° 내지 45°각도로 기울어질 수 있다. 이 경우에, 상기 반사판들은 상기 입사하는 이온들에 대하여 3° 내지 15°각도로 기울어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 입사하는 이온들은 상기 반사판들의 절연막들 상으로 최초 입사하여 쿨롱 반발력에 의하여 실질적인 충돌없이 반사되고, 상기 반사판들의 절연막들과 마주하는 금속판들과의 충돌에 의하여 중성빔으로 중성화될 수 있다. 여기서, 상기 중성빔은 상기 반사판들의 절연막들 상으로 입사하는 이온들과 실질적으로 같은 방향성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 반사체를 채택하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는 프로세스 챔버를 포함한다. 상기 프로세스 챔버의 상부영역에 플라즈마 발생부가 제공된다. 상기 플라즈마 발생부의 하부에 상기 플라즈마 발생부에 형성되는 플라즈마로부터 이온들을 추출하여 상기 이온들을 일정한 방향성을 갖도록 가속시키는 역할을 하는 그리드 시스템이 제공된다. 상기 그리드 시스템의 하부에 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어진 서로 평행한 반사판들로 구성되어 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 이온들을 중성빔으로 중성화시키는 반사체가 제공된다. 상기 중성빔이 입사되는 피처리 기판을 고정시키는 기판 지지대가 상기 프로세스 챔버의 하부 영역에 제공된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 반사판들은 상기 반사판들의 절연막들이 상기 그리드 시스템을 향하도록 기울어질 수 있다. 이 경우에, 상기 반사판들은 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 이온들에 대하여 1° 내지 45° 각도로 기울어질 수 있다. 여기서, 상기 반사판들은 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 이온들에 대하여 3° 내지 15° 각도로 기울어질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 금속판은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판을 이루는 물질의 산화막으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 피처리 기판과 상기 반사체 사이에 셔터 시스템이 설치되는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 중성빔을 이용하여 기판을 처리하는 방법들을 제공한다. 이 방법은 프로세스 챔버의 기판 지지대 상에 위치하도록 피처리 기판을 이송하는 것을 포함한다. 상기 프로세스 챔버 내에 제1 플라즈마를 형성한다. 플라즈마로부터 이온들을 추출 및 가속시키는 그리드 시스템을 이용하여 상기 제1 플라즈마로부터 예비 이온들을 추출 및 일정한 방향성을 갖도록 가속시킨다. 상기 예비 이온들은 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어지고 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 예비 이온들에 대하여 상기 절연막이 노출되도록 1° 내지 45°로 기울어진 서로 평행한 반사판들로 구성되는 반사체 내로 입사한다. 상기 예비 이온들은 상기 반사판들과 최초 충돌하여 상기 반사판들의 절연막들을 상 기 예비 이온들과 같은 극성으로 차지 충전(charge build-up) 시킨다. 상기 프로세스 챔버 내에 제2 플라즈마를 형성한다. 상기 그리드 시스템을 이용하여 상기 제2 플라즈마로부터 공정 이온들을 추출 및 가속시키어 상기 반사체 내로 발진시킨다. 상기 반사체 내의 반사판들로 입사하는 상기 공정 이온들은 상기 반사판들의 절연막들 상에서 실질적인 충돌없이 반사된다. 상기 반사판들의 절연막들 상에서 반사된 공정 이온들은 상기 반사판들의 절연막들과 마주하는 금속판들과 충돌하여 중성빔으로 중성화됨과 동시에 상기 그리드 시스템으로부터 발진한 공정 이온들과 실질적으로 동일한 방향성을 갖도록 반사된다. 상기 중성빔이 상기 피처리 기판 상으로 입사되어 상기 피처리 기판을 처리한다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 반사판들은 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 예비 이온들에 대하여 상기 반사판들의 절연막들이 노출되도록 3° 내지 15° 각도로 기울어질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 금속판은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판을 이루는 물질의 산화막으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 예비 이온들에 의하여 상기 금속판들의 절연막들이 차지 충전되는 동안에, 상기 피처리 기판은 상기 피처리 기판과 상기 반사체 사이에 설치되는 셔터 시스템에 의하여 상기 예비 이온들로부터 보호되는 것을 더 포 함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 이온 소스(114)로부터 발진한 일정한 방향성을 갖는 이온들(130)이 반사체(140) 내로 입사한다. 상기 이온 소스(114)는 플라즈마일 수 있다. 상기 이온들(130)은 상기 반사체(140)에 의하여 중성빔(150)으로 중성화된다. 이 경우에, 상기 중성빔(150)은 상기 반사체(140) 내로 입사하는 이온들(130)과 실질적으로 같은 방향성을 갖는다. 그 결과, 상기 중성빔(150)은 상기 반사체(140) 내로 입사하는 이온들(130)과 실질적으로 같은 방향성을 갖으면서 피처리 기판(170)에 입사한다. 구체적인 설명은 이하의 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 반사체를 나타낸 평면도이고, 도 3은 상기 반사체에서 이온들이 중성빔으로 중성화되는 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3에서, 이온들(130)의 이동 경로는 실선으로 표시되고, 중성빔(150)의 이동 경로는 점선으로 표 시된다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 반사체(140)는 일정한 틀 내에 복수개의 평행한 반사판들(141)이 경사지게 배치된 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 반사체(140)는 원통 형상의 관으로 이루어진 틀 내에 일정한 간격으로 경사지게 배치된 복수개의 평행한 반사판들(141)로 구성될 수 있다. 상기 반사체(140)의 평면 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 그릴 형상일 수 있다. 여기서, 상기 반사판들(141)의 각각은 금속판(50) 및 상기 금속판(50) 상에 적층된 절연막(60)으로 이루어진다. 상기 금속판(50)은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 절연막(60)은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판(60)을 이루는 물질의 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 반사판들(141)은 상기 반사체(140) 내로 입사하는 일정한 방향성을 갖는 이온들(130)에 대하여 상기 반사판들(141)의 절연막들(60)이 노출되도록 경사지게 배치된다.
상기 반사체(140)를 통과하는 상기 이온들(130)의 이동 경로는 도 3에 도시된 바와 같이 두 개의 반사판들(141a, 141b) 사이에서 나타날 수 있다. 여기서, 상기 이온들(130)이 상기 반사체(140) 내에 입사하여 최초로 접하는 반사판을 제1 반사판(141a)이라고 정의하고, 상기 제1 반사판(141a)에 의하여 반사된 이온들이 두 번째로 접하는 반사판을 제2 반사판(141b)이라고 정의할 수 있다.
상기 반사체(140) 내로 입사하는 일정한 방향성을 갖는 이온들(130)은 상기 제1 반사판(141a)의 절연막(60) 상에서 충돌없이 반사되어 상기 제2 반사판(141b) 의 금속판(50)과 충돌하여 중성빔(150)으로 중성화될 수 있다. 여기서, 상기 이온들(130)이 상기 반사체(140) 내로 입사시키기 전에, 상기 절연막(60)을 차지 충전(charge build-up)시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 이온들(130)을 상기 반사체(140) 내로 입사시키기 전에, 상기 이온들(130)과 같은 극성을 갖는 예비 이온들을 상기 반사체(140) 내로 입사시키어 상기 절연막(60)을 차지 중전 시킬 수 있다. 상기 절연막(60) 상으로 예비 이온들을 시키면, 상기 절연막(60)은 상기 예비 이온들과 같은 극성을 갖는 전하들로 중전될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 반사판(141a) 상으로 입사하는 이온들(130)은 쿨롱의 법칙(coulomb' law)에 의하여 반사될 수 있다. 즉, 상기 절연막(60)의 전하들과 같은 극성을 갖는 상기 이온들(130)은 쿨롱 반발력(coulomb repulsion)에 의하여 반사될 수 있다. 그 결과, 상기 이온들(130)은 상기 제1 반사판(141a)과의 직접적인 충돌없이 반사될 수 있다. 이 경우에, 상기 이온들(130)은 상기 제1 반사판(141a)에 입사하는 각도(
Figure 112005012106964-PAT00001
)로 반사될 수 있다. 상기 제1 반사판(141a)으로부터 반사된 이온들(130)은 상기 제2 반사판(141b)의 금속판(50)과 충돌하여 중성빔(150)으로 중성화된다. 이 경우에, 상기 중성빔(150)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 반사체(140) 내로 입사하는 이온들(130)과 실질적으로 같은 방향성을 갖는다.
이어서, 도 4를 참조하여 상기 반사판들(141) 사이를 통과하면서 중성빔으로 중성화되는 이온들의 경로 및 상기 반사판들(141)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 4에서는 상기 반사판들(141) 중에서 서로 인접한 두 개의 반사판들(141a, 141b)을 예로 들어 설명하기로 한다. 여기서, 상기 두 개의 반사판들(141a, 141b) 은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 각각 제1 반사판(141a) 및 제2 반사판(141b)으로 정의될 수 있다. 즉, 서로 평행하고 인접한 반사판들(141) 중에서 선택된 하나의 이온이 최초로 접하는 반사판을 제1 반사판(141a)으로 정의하고, 상기 제1 반사판(141a)의 절연막과 마주하는 반사판을 제2 반사판(141b)으로 정의할 수 있다.
도 4를 참조하면, 서로 평행한 반사판들(141a, 141b)은 일정한 방향성을 갖는 상기 이온들(130)에 대하여 일정한 각도로 경사지게 배치된다. 상기 제1 반사판(141a)의 표면에 입사하는 이온들(130)의 입사각을 "
Figure 112005012106964-PAT00002
" 로 하고, 상기 제1 반사판(141a)의 절연막의 노출된 표면과 상기 제2 반사판(141b)의 금속판의 노출된 표면 사이의 수평적 거리를 "
Figure 112005012106964-PAT00003
"로 하였을 때, 다음과 같은 수학식1에 의하여 상기 반사판들(141a, 141b) 각각의 길이(
Figure 112005012106964-PAT00004
)를 결정할 수 있다.
Figure 112005012106964-PAT00005
여기서,
Figure 112005012106964-PAT00006
은 상기 이온들(130)이 상기 제1 반사판(141a)에서 반사되는 지점(P1)에서부터 상기 제2 반사판(141b)에서 충돌하는 지점(P2) 까지의 거리를 나타낸다. 상기
Figure 112005012106964-PAT00007
은 다음과 같은 수학식 2에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112005012106964-PAT00008
여기서, 상기 제1 반사판(141a)의 표면에 입사하는 이온들(130)의 입사각(
Figure 112005012106964-PAT00009
) 은 1°내지 45°일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 입사각(
Figure 112005012106964-PAT00010
)은 3°내지 15°일 수 있다. 다시 말하면, 상기 이온들(130)이 수직으로 입사하는 경우에, 상기 반사판들(141)은 상기 입사각(
Figure 112005012106964-PAT00011
)과 같은 각도로 도 4에 도시된 바와 같이 경사지게 배치될 수 있다는 것을 의미한다. 여기서, 도 4에 도시된 "A"는 상기 이온들(130)이 상기 제2 반사판(141b)에서 충돌 및 반사되는 어느 한 지점(P2)에서의 상기 제2 반사판(141b)에 수직인 법선들 중의 하나로 정의될 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 법선(A)은 상기 제1 반사판(141a)의 가장 위쪽에서 반사되는 선택된 하나의 이온이 상기 제2 반사판(141b)과 충돌 및 반사되는 지점(P2)에서의 상기 제2 반사판(141b)과 수직인 직선을 나타낸 것이다. 여기서, 상기 법선(A)은 상기 제1 반사판(141a)을 실질적으로 이등분 할 수 있다. 이에 따라, 상기 수학식 1을 도출할 수 있다.
이와 같은 반사판들(141a, 141b)로 구성된 반사체를 통과하는 상기 이온들(130)은 2회의 반사 및 1회의 충돌에 의하여 중성빔(150)으로 중성화될 수 있다. 다시 말하면, 상기 이온들(130)은 상기 제1 반사판(141a)의 절연막 상에서 도 3를 참조하여 설명한 바와 같이 쿨롱 반발력에 의하여 충돌없이 반사되고, 상기 제2 반사판(141b)의 금속판과 충돌하여 중성빔으로 중성화됨과 동시에 반사된다.
이에 따라, 상기 제1 반사판(141a)의 절연막 상에서 이온들이 쿨롱 반발력에 의하여 충돌없이 반사되므로, 상기 제1 반사판(141a)의 절연막 상에서 반사되는 이온들의 에너지 손실을 최소화함과 동시에 상기 이온들의 분포 확장을 줄일 수 있다. 또한, 상기 제1 반사판(141a)과 상기 이온들은 실질적으로 충돌이 없으므로, 상기 제1 반사판(141a)에서의 열 발생을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 반사판(141a)의 열에 의한 변형 및 손상을 방지할 수 있다. 상기 제2 반사판(141b)의 금속판으로 조사되는 이온들은 상기 제1 반사판(141a)의 절연막 상으로 처음 입사되는 이온들과 실질적으로 같은 분포를 가질 수 있다. 그 결과, 상기 이온들(130)이 상기 반사판들(141a, 141b) 사이를 통과하면서 중성빔으로 중성화되는 과정에서 발생될 수 있는 에너지의 손실을 최소화함과 동시에 균일한 중성빔을 얻을 수 있다. 상기 중성빔(150)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 반사체(140) 내로 입사하는 이온들(130)과 실질적으로 같은 방향성을 갖는다.
한편, 상기 반사판들(141a, 141b)의 길이(
Figure 112005012106964-PAT00012
)를 n배로 한다면, 상기 이온들(130)은 상기 반사체(140) 내에서 2n회 반사가 이루어질 수 있다. 여기서, "n"은 양의 정수일 수 있다.
도 5는 상기 반사체(140)를 채택하는 기판 처리 장치를 나타낸 구성도이다.
도 5를 참조하면, 기판 처리 장치는 프로세스 챔버(100)를 구비한다. 상기 프로세스 챔버(100)의 상부 영역(110)에는 플라즈마(115)를 형성할 수 있는 공간 및 장치들이 제공될 수 있다. 상기 플라즈마(115)는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitive Coupled Plasma), 전자 사이클로트론 플라즈마(ECR plasma; Electron Cyclotron Plasma), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 또는 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductivity Coupled Plasma)로 형성될 수 있으며, 더 나아가 각각의 공정에 맞게 이들의 수많은 변형된 형태의 플라즈마로 형성될 수 있다.
상기 프로세스 챔버(100)의 하부 영역(105)에는 피처리 기판(170)을 고정할 수 있는 기판 지지대(160)가 제공될 수 있다. 상기 프로세스 챔버(100)의 상부 영역(110)과 하부 영역(105) 사이에는 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마(115)로부터 이온들을 추출 및 가속시킬 수 있는 그리드 시스템(120)이 제공될 수 있다. 상기 그리드 시스템(120)은 각각에 서로 연통하는 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 각각 형성된 제1 그리드 유닛(121) 및 제2 그리드 유닛(122)을 구비할 수 있다. 상기 제1 그리드 유닛(121) 과 상기 제2 그리드 유닛(122)에는 서로 다른 극성의 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 그리드 유닛(121) 및 상기 제2 그리드 유닛(122)의 전위 차에 의하여 상기 제1 플라즈마(115a) 내의 이온들을 추출함과 동시에 가속시킬 수 있다. 더 나아가, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 제2 그리드 유닛(122)의 하부에 제3 그리드 유닛이 추가로 제공될 수 있다. 상기 제3 그리드 유닛은 추출된 예비 이온들의 방향성을 양호하게 유지시키는 역할을 할 수 있다. 상기 제3 그리드 유닛은 접지될 수 있다.
상기 그리드 시스템(120)의 하부에는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 반사체(140)가 제공된다. 상기 반사체(140)는 일정한 틀 내에 복수개의 평행한 반사판들(141)이 경사지게 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사체(140)는 원통 형상의 관으로 이루어진 틀 내에 일정한 간격으로 경사지게 배치된 복수개의 평행한 반사판들(141)로 구성될 수 있다. 상기 반사판들(141)의 각각은 금속판(50) 및 상기 금속판(50) 상에 적층된 절연막(60)으로 이루어질 수 있다. 상기 금속판(50)은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 절연막(60)은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판(60)을 이루는 물질의 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 반사체(140) 내로 입사하는 이온들(130)과 상기 반사체(140)를 통하여 전환되는 중성빔(150)은 실질적으로 동일한 방향성을 갖는다는 것은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마(115)가 형성될 수 있는 공간, 상기 플라즈마(115)로부터 이온들을 추출 및 가속시키는 그리드 시스템(120), 상기 반사체(140) 및 상기 기판 지지대(160)를 실질적으로 수직 배치 할 수 있다. 즉, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 반사체(140)를 채택하는 기판 처리 장치의 수직 배치 및 제작이 가능하도록 하여 기판 처리 장치의 제조 및 관리가 용이하게 할 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하여 설명한 기판 처리 장치를 이용하여 기판 처리하는 방법을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 6은 도 5의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 7은 기판 처리 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 프로세스 챔버(100) 내의 기판 지지대(160) 상에 기판(170)을 로딩한다.(S500)
상기 프로세스 챔버(100)의 상부 영역(100)에 제1 플라즈마(115a)를 형성할 수 있다.(S510) 상기 제1 플라즈마(115a)는 공지된 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 플라즈마(115a)는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitive Coupled Plasma), 전자 사이클로트론 플라즈마(ECR plasma; Electron Cyclotron Plasma), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 또는 유도 결합 플라즈마 (ICP; Inductivity Coupled Plasma)일 수 있으며, 더 나아가 각각의 공정에 맞게 이들의 수많은 변형된 형태의 플라즈마들일 수 있다. 상기 제1 플라즈마(115a)는 상기 반사판(141)의 절연막(60)을 차지 충전시키기 위하여 형성할 수 있다.
상기 그리드 시스템(120)을 이용하여 상기 제1 플라즈마(115a)로부터 예비 이온들을 추출함과 동시에 가속시킬 수 있다.(S520) 상기 그리드 시스템(120)은 각각에 서로 연통하는 제1 관통홀 및 제2 관통홀이 각각 형성된 제1 그리드 유닛(121) 및 제2 그리드 유닛(122)을 구비할 수 있다. 상기 제1 그리드 유닛(121) 과 상기 제2 그리드 유닛(122)에는 서로 다른 극성의 전압이 인가되어 상기 제1 그리드 유닛(121) 및 상기 제2 그리드 유닛(122)의 전위 차에 의하여 상기 제1 플라즈마(115a) 내의 이온들을 추출함과 동시에 가속시킬 수 있다. 이와 같이 상기 그리드 시스템(120)에 의하여 추출 및 가속된 예비 이온들은 일 방향성을 가질 수 있다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 제2 그리드 유닛(122)의 하부에 제3 그리드 유닛이 제공될 수 있다. 상기 제3 그리드 유닛은 추출된 예비 이온들의 방향성을 양호하게 유지시키는 역할을 할 수 있다. 상기 제3 그리드 유닛은 접지될 수 있다.
상기 그리드 시스템(120)에 의하여 추출되고 가속된 예비 이온들은 일정한 에너지를 갖으며 상기 반사체(140)로 발진한다. 여기서, 상기 예비 이온들은 1 내지 50 eV의 에너지로 상기 반사체(140)로 발진할 수 있다.
상기 반사체(140)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 일정한 틀 내에 서로 평행한 반사판들(141)이 경사지게 배치된 형상일 수 있다. 상기 반사 판들(141)의 각각은 금속판(50) 및 상기 금속판(50) 상에 적층된 절연막(60)으로 이루어질 수 있다. 상기 금속판(50)은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 절연막(60)은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판(60)을 이루는 물질의 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 반사판들(141)은 상기 반사체(140) 내로 입사하는 일정한 방향성을 갖는예비 이온들에 대하여 상기 절연막(60)이 노출되도록 경사지게 배치된다. 이 경우에, 상기 반사판들(141)은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 상기 예비 이온들에 대하여 1° 내지 45°각도로 경사지게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반사판들(141)은 상기 예비 이온들에 대하여 3° 내지 15° 각도로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 반사체(140) 내로 입사한 상기 예비 이온들은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 반사판들(141)의 절연막들(60)을 차지 충전(charge build-up) 시킬 수 있다.(S530) 상기 반사체(140)를 통과한 예비 이온들은 충성빔으로 중성화되어 상기 기판(170) 상으로 입사되기 때문에, 상기 중성빔에 의한 상기 피처리 기판(170)의 변형 또는 손상을 방지하기 위하여 약한 에너지, 예를 들면 1 내지 50 eV 의 에너지를 갖는 예비 이온들을 사용할 수 있다.
한편, 상기 중성빔에 의한 상기 기판(170)의 변형 또는 손상을 방지하기 위하여 상기 반사체(140)와 상기 기판(170) 사이에 제공되는 셔터 시스템(150)을 사용하여 상기 피처리 기판(170) 상으로 상기 중성빔이 입사되는 것을 차단시킬 수 있다. 즉, 상기 셔터 시스템(150)에 의하여 상기 피처리 기판(170)은 상기 예비 이온들에 의한 중성빔으로부터 보호될 수 있다.
이어서, 상기 프로세스 챔버(100)의 상부 영역(110)에 제2 플라즈마(115b)를 형성할 수 있다.(S540) 상기 제2 플라즈마(115b)는 상기 피처리 기판(170)을 처리하기 위한 공정 이온들(130)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 상기 제1 플라즈마(115a)와 상기 제2 플라즈마(115b)는 서로 동일한 플라즈마 소스 가스로부터 형성된 플라즈마일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 플라즈마(115b)는 상기 제1 플라즈마(115a)로부터 연속된 플라즈마일 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1 플라즈마(115a)를 상기 절연막(60)의 차지 충전을 시키기 위하여만 형성할 수도 있는데, 이 경우에 상기 제1 플라즈마(115a)는 불활성 이온들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 불활성 이온들로 아르곤 이온들(Ar+)을 형성할 수 있다. 상기 제2 플라즈마(115b)는 상기 제1 플라즈마(115a)와 실질적으로 동일한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이어서, 상기 그리드 시스템(120)을 이용하여 상기 제2 플라즈마(115b)로부터 공정 이온들(130)을 추출함과 동시에 가속시킬 수 있다.(S550) 상기 그리드 시스템(120)에 의하여 추출되고 가속된 상기 공정 이온들(130)은 상기 반사체(140)로 발진한다. 상기 반사체(140) 내로 입사하는 상기 공정 이온들(130)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 실질적으로 한 번의 충돌에 의하여 중성빔(150)으로 중성화됨과 동시에 상기 그리드 시스템(120)으로부터 가속된 이온들(130)과 같은 방향성을 갖는다. 구체적으로, 상기 반사체(140) 내로 입사한 상기 공정 이온들 (130)은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 반사판들(141)의 절연막들(60) 상에서 쿨롱 반발력에 의하여 상기 반사판들(141)과의 충돌없이 반사될 수 있다.(S560)
이어서, 상기 반사판들(141)의 절연막들(60) 상에서 반사된 이온들(130)은 상기 반사판들(141)의 절연막들과 마주하는 금속판들(50)과 충돌 및 반사되어 중성빔(150)으로 중성화될 수 있다.(S570)
여기서, 상기 제1 플라즈마(115a) 및 상기 제2 플라즈마(115b)로부터 추출 및 가속된 예비 이온들 및 공정 이온들(130)에 대하여 일정한 기울기를 갖는 상기 반사판들(141)은 1° 내지 45° 각도로 경사지게 배치될 수 있다는 것은 설명한 바 있다. 이 경우에, 상기 반사체(140)가 상기 프로세스 챔버(100) 내에서 차지하는 공간을 최소화하기 위하여 상기 반사체(140) 내의 반사판들(141)의 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 반사판들(141)을 3°이상의 기울기를 갖도록 배치할 수 있다. 상기 공정 이온들(130)이 상기 금속판(50)과의 충돌에 의하여 중성빔(150)으로 중성화되는 과정에서 발생될 수 있는 상기 금속판(50)의 스퍼터링 및 열 발생을 최소화함과 동시에 상기 공정 이온들(130)이 상기 금속판(50)과 충돌함에 따라 발생할 수 있는 상기 공정 이온들(130)의 에너지 손실을 최소화하기 위하여 상기 반사판들(141)을 15°이하의 기울기를 갖도록 배치할 수 있다. 이와 같이, 상기 반사판들(141)을 3°내지 15°의 기울기로 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 중성빔(150)을 이용하여 상기 피처리 기판(170)을 처리할 수 있다.(S580) 상기 이온들(130)이 상기 반사체(140)를 통과하면서 균일한 중성빔(150)으 로 전환된다는 것은 도 4를 참조하여 설명한 바 있다. 상기 중성빔(150)은 실질적으로 상기 피처리 기판(170)과 수직일 수 있다. 이에 따라, 상기 중성빔(150)을 이용하는 피처리 기판(170) 처리시의 처리 균일도가 보다 향상될 수 있다. 상기 중성빔(150)의 종류에 따라 상기 피처리 기판(170)은 다양하게 처리될 수 있다. 상기 제2 플라즈마(115b)는 다양한 플라즈마 소스 가스로부터 형성될 수 있다. 이에 따라, 원하는 공정에 적합한 제2 플라즈마(115b)를 형성하고, 이어서 상기 제2 플라즈마(115b)로부터 추출 및 가속된 공정 이온들(130)을 상기 반사체(140)를 통하여 중성빔으로 전환시킬 수 있다. 그 결과, 다양한 종류의 중성빔(150)을 형성할 수 있다. 상기 중성빔(150)을 이용하여 식각, 증착, 애싱, 이온 주입 등의 반도체 공정을 진행할 수 있다. 이어서, 상기 중성빔(150)에 의하여 처리된 기판(170)을 언로딩할 수 있다.(S590)
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 플라즈마로부터 추출 및 가속된 이온들은 반사판들로 구성되는 반사체 내에서 실질적으로 한번의 충돌에 의하여 중성빔으로 중성화될 수 있다. 이에 따라, 상기 이온들이 중성빔으로 중성화되는 과정에서 발생될 수 있는 에너지의 손실을 최소화함과 동시에 균일한 중성빔을 얻을 수 있다. 또한, 상기 반사판들의 열 발생을 최소화시킬 수 있다. 더 나아가, 상기 반사체 내로 입사하는 이온들과 상기 반사체를 통하여 형성되는 중성빔은 실질적으로 동일한 방향성을 가지므로 상기 반사체를 이용하는 기판 처리 장치의 수직 배치 및 제작이 가능토록 하여 기판 처리 장치의 제조 및 관리가 용이할 수 있다. 이와 같 은 기판 처리 장치를 이용한 피처리 기판 처리시의 처리 균일도가 보다 향상될 수 있다.

Claims (19)

  1. 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어지되, 입사하는 이온들에 대하여 상기 절연막이 노출되도록 서로 평행하게 배치된 반사판들을 포함하는 반사체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속판은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판을 이루는 물질의 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사판들은 상기 입사하는 이온들에 대하여 1° 내지 45°각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 반사체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사판들은 상기 입사하는 이온들에 대하여 3° 내지 15°각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 반사체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사하는 이온들은 상기 반사판들의 절연막들 상으로 최초 입사하여 쿨롱 반발력에 의하여 실질적인 충돌없이 반사되고, 상기 반사판들의 절연막들과 마주하는 금속판들과의 충돌에 의하여 중성빔으로 중성화되는 것을 특징으로 하는 반사체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중성빔은 상기 반사판들의 절연막들 상으로 입사하는 이온들과 실질적으로 같은 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 반사체.
  8. 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버의 상부영역에 제공된 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 발생부의 하부에 제공되어 상기 플라즈마 발생부에 형성되는 플라즈마로부터 이온들을 추출하여 상기 이온들을 일정한 방향성을 갖도록 가속시키는 역할을 하는 그리드 시스템;
    상기 그리드 시스템의 하부에 제공되어 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어진 서로 평행한 반사판들로 구성되어 상기 그리드 시스템으 로부터 가속된 이온들을 중성빔으로 중성화시키는 반사체; 및
    상기 프로세스 챔버의 하부 영역에 상기 중성빔이 입사되는 피처리 기판을 고정시키는 기판 지지대가 제공되는 것을 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사판들은 상기 반사판들의 절연막들이 상기 그리드 시스템을 향하도록 기울어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사판들은 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 이온들에 대하여 1° 내지 45° 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사판들은 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 이온들에 대하여 3° 내지 15° 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속판은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스, 또는 이들의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판을 이루는 물질의 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 피처리 기판과 상기 반사체 사이에 셔터 시스템이 설치되는 것을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 프로세스 챔버의 기판 지지대 상에 위치하도록 피처리 기판을 이송하고,
    상기 프로세스 챔버 내에 제1 플라즈마를 형성하고,
    플라즈마로부터 이온들을 추출 및 가속시키는 그리드 시스템을 이용하여 상기 제1 플라즈마로부터 예비 이온들을 추출 및 일정한 방향성을 갖도록 가속시키고,
    상기 예비 이온들은 금속판 및 상기 금속판 상에 적층된 절연막으로 각각 이루어지고 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 예비 이온들에 대하여 상기 절연막이 노출되도록 1° 내지 45°로 기울어진 서로 평행한 반사판들로 구성되는 반사체 내로 입사하고,
    상기 예비 이온들은 상기 반사판들과 최초 충돌하여 상기 반사판들의 절연막들을 상기 예비 이온들과 같은 극성으로 차지 충전(charge build-up) 시키고,
    상기 프로세스 챔버 내에 제2 플라즈마를 형성하고,
    상기 그리드 시스템을 이용하여 상기 제2 플라즈마로부터 공정 이온들을 추출 및 가속시키어 상기 반사체 내로 발진시키고,
    상기 반사체 내의 반사판들로 입사하는 상기 공정 이온들은 상기 반사판들의 절연막들 상에서 실질적인 충돌없이 반사되고,
    상기 반사판들의 절연막들 상에서 반사된 공정 이온들은 상기 반사판들의 절연막들과 마주하는 금속판들과 충돌하여 중성빔으로 중성화됨과 동시에 상기 그리드 시스템으로부터 발진한 공정 이온들과 실질적으로 동일한 방향성을 갖도록 반사되고,
    상기 중성빔이 상기 피처리 기판 상으로 입사되어 상기 피처리 기판을 처리하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사판들은 상기 그리드 시스템으로부터 가속된 예비 이온들에 대하여 상기 반사판들의 절연막들이 노출되도록 3° 내지 15° 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속판은 철(Fe), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 실리콘(Si), 스테인레스 또는 이들의 합금으로 이루 어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 상기 금속판을 이루는 물질의 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 예비 이온들에 의하여 상기 금속판들의 절연막들이 차지 충전되는 동안에,
    상기 피처리 기판은 상기 피처리 기판과 상기 반사체 사이에 설치되는 셔터 시스템에 의하여 상기 예비 이온들로부터 보호되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
KR1020050018874A 2005-03-07 2005-03-07 반사체, 이를 채택하는 기판 처리 장치 및 이를 사용하는기판 처리 방법 KR100702010B1 (ko)

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