KR20070023952A - Apparatus and method for treating a substrate by plasma - Google Patents

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Abstract

An apparatus for processing a substrate by plasma is provided to prevent a substrate from being damaged by plasma by installing an acceleration preventing member having a plurality of injection holes between the substrate and an electrode part. A substrate is placed on a stage positioned in a process chamber(110). A gas supply unit supplies reaction gas to the upper part of the stage. A plasma generating unit generates plasma from the reaction gas. An acceleration preventing member(144) prevents the plasma from being accelerated toward the substrate. The plasma generating unit includes a first electrode part positioned in the upper part of the process chamber and a second electrode part positioned under the substrate. The first electrode part is composed of a metal electrode(130) to which RF power is applied and a dielectric(132) which surrounds the metal electrode to prevent the metal electrode from being exposed to the reaction gas.

Description

플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법{apparatus and method for treating a substrate by plasma}Apparatus and method for treating a substrate by plasma}

도 1은 종래의 기판 처리장치를 개략적으로 나타낸 정면도;1 is a front view schematically showing a conventional substrate processing apparatus;

도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 정면도;2 is a front view schematically showing a substrate processing apparatus according to the present invention;

도 3a는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 작동 전의 모습을 나타낸 정면도;Figure 3a is a front view showing a state before operation in the substrate processing apparatus according to the present invention;

도 3b는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 작동시의 모습을 나타낸 정면도;3B is a front view showing a state of operation in the substrate processing apparatus according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도;4 is a flowchart showing a substrate processing method according to the present invention;

도 5는 전극과 기판 사이의 간극(d)에 따른 식각율(etching rate)을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an etching rate according to a gap d between an electrode and a substrate.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1, 100 : 기판 처리 장치 10, 110 : 공정 챔버1, 100: substrate processing apparatus 10, 110: process chamber

20, 126 : 지지부재 30, 130 : 금속 전극20, 126: support member 30, 130: metal electrode

120 : 스테이지 132 : 유전체120: stage 132: dielectric

140 : 격벽 142 : 내부 공급홀140: partition 142: internal supply hole

144 : 가속 방지 부재 146 : 분사홀144: acceleration prevention member 146: injection hole

50, 150 : 가스 공급 유닛 60, 160 : 가스 배기 유닛50, 150: gas supply unit 60, 160: gas exhaust unit

본 발명은 반도체를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to an apparatus for processing a semiconductor substrate using a plasma.

플라즈마(plasma)란 이온(ion)이나 전자(electron), 라디칼(radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 의미하는데, 이러한 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF electromagnetic fields)에 의해 생성된다.Plasma refers to an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, etc., which is caused by very high temperatures, strong electric fields or high frequency electromagnetic fields. Is generated.

특히, 글로우 방전(glow discharge)에 의한 플라즈마 생성은 직류(DC)나 고주파 전자계에 의해 여기된 자유전자에 의해 이루어지는데, 여기된 자유전자는 가스분자와 충돌하여 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성족(active species)을 생성한다. 그리고 이와 같은 활성족은 물리 혹은 화학적으로 물질의 표면에 작용하여 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성족(플라즈마)에 의해 의도적으로 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 '표면 처리'라고 한다.Particularly, plasma generation by glow discharge is performed by free electrons excited by direct current (DC) or high frequency electromagnetic fields. The excited free electrons collide with gas molecules to activate active groups such as ions, radicals, and electrons. (active species) are produced. And such active groups physically or chemically act on the surface of the material to change the surface properties. In this way, intentionally changing the surface properties of the material by the active group (plasma) is called 'surface treatment'.

한편, 일반적으로 플라즈마 처리 방법이란 반응 물질을 플라즈마 상태로 만들어 기판 상에 증착하거나, 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용, 세정(cleaning), 애싱(ashing) 또는 에칭(etching)하는 데 이용하는 것을 말한다.On the other hand, in general, the plasma treatment method refers to depositing a reactant in a plasma state on a substrate, or using the reactant in a plasma state for cleaning, ashing, or etching.

도 1은 종래의 기판 처리장치(1)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.1 is a front view schematically showing a conventional substrate processing apparatus 1.

도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는 기판(W)을 식각(etching)하 는 공정 챔버(10)와, 공정 챔버(10) 내에 설치되고 기판(W)을 상면에 유지하는 지지부재(20)와, 지지부재(20)에 대향하여 지지부재(30)에 유지된 기판(W)과의 사이에서 방전하는 방전면을 갖는 금속전극(30)을 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 1 includes a process chamber 10 for etching the substrate W, and a process chamber 10 installed in the process chamber 10 to hold the substrate W on an upper surface thereof. A metal electrode 30 having a discharge surface for discharging between the support member 20 and the substrate W held by the support member 30 opposite the support member 20 is provided.

금속전극(30)에는 13.56㎒의 고주파 전원이 접속되어 있으며, 지지부재(20)는 접지된다. 또한, 공정 챔버(10)의 일측에는 공정 챔버(10) 내에 반응 가스를 공급하기 위한 공급홀(12)이 형성되며, 공정 챔버(10)의 타측에는 공정 챔버(10) 내에서 반응이 완료된 가스를 배출하기 위한 배기홀(14)이 형성된다.A high frequency power source of 13.56 MHz is connected to the metal electrode 30, and the supporting member 20 is grounded. In addition, a supply hole 12 for supplying a reaction gas into the process chamber 10 is formed at one side of the process chamber 10, and at the other side of the process chamber 10, the gas in which the reaction is completed in the process chamber 10 is completed. An exhaust hole 14 for discharging the gas is formed.

공급홀(12)은 가스 공급유닛(50)과 연결되며, 배기홀(14)은 가스 배기유닛(60)과 연결된다.The supply hole 12 is connected to the gas supply unit 50, and the exhaust hole 14 is connected to the gas exhaust unit 60.

가스 공급유닛(50)은 가스 공급라인(52) 및 가스 공급라인(52) 상에 설치되는 공급밸브(54)와 가스탱크(56)를 포함하며, 가스 배기유닛(60)은 가스 배기라인(62) 및 가스 배기라인(62) 상에 설치되는 배기밸브(64) 및 진공펌프(66)를 포함한다.The gas supply unit 50 includes a gas supply line 52 and a supply valve 54 and a gas tank 56 installed on the gas supply line 52, and the gas exhaust unit 60 includes a gas exhaust line ( 62 and an exhaust valve 64 and a vacuum pump 66 installed on the gas exhaust line 62.

이하, 종래의 기판 처리 장치(1)에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the conventional substrate processing apparatus 1 will be described.

먼저, 식각하려는 기판(W)을 공정 챔버(10) 내로 로딩한다. 웨이퍼(20)는 공정 챔버(10) 내의 지지부재(20) 상에 안착된다.First, the substrate W to be etched is loaded into the process chamber 10. Wafer 20 is seated on support member 20 in process chamber 10.

기판(W)이 안착되면, 기판(W)의 하부에 위치한 가열판(도시안됨)에 의하여 식각하고자 하는 기판(W)을 가열한다. 가열이 끝나면, 공정 챔버(10) 내를 진공 분위기로 만들기 위해서 배기밸브(64)를 개방한 후 진공펌프(66)를 작동한다. When the substrate W is seated, the substrate W to be etched is heated by a heating plate (not shown) positioned below the substrate W. After the heating is completed, the vacuum pump 66 is operated after opening the exhaust valve 64 to make the inside of the process chamber 10 into a vacuum atmosphere.

진공펌프(66)가 작동하면, 공정 챔버(10) 내에 존재하는 에어는 가스 배기라 인(62)을 통하여 공정 챔버(10)의 외부로 배기된다.When the vacuum pump 66 is operated, air present in the process chamber 10 is exhausted to the outside of the process chamber 10 through the gas exhaust line 62.

다음으로, 배기밸브(64)를 폐쇄하고 공급밸브(54)를 개방하여 반응 가스를 가스 공급라인(52)을 통해 공정 챔버(10) 내로 공급한다. 공정 챔버(10) 내로 반응 가스를 공급함과 동시에, 금속전극(30)을 통하여 고주파 전원(radio frequency:RF)을 인가하면 지지부재(20) 상에 안착된 기판(W)과 금속전극(30) 사이에 플라즈마가 형성되며, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행한다.Next, the exhaust valve 64 is closed and the supply valve 54 is opened to supply the reaction gas into the process chamber 10 through the gas supply line 52. When the reaction gas is supplied into the process chamber 10 and a radio frequency (RF) is applied through the metal electrode 30, the substrate W and the metal electrode 30 seated on the support member 20 are applied. Plasma is formed between, and the process is performed using the plasma.

식각 공정이 완료되면, 가스 배기유닛(60)을 통하여 반응이 완료된 반응 가스 및 부산물 등을 공정 챔버(10)의 외부로 배출한다. 배기밸브(64)를 개방하고 진공펌프(66)를 작동하면 공정 챔버(10) 내부의 가스는 가스 배기라인(62)을 통하여 외부로 배출되며, 공정은 종료된다.When the etching process is completed, the reaction gas and by-products, etc., in which the reaction is completed, are discharged through the gas exhaust unit 60 to the outside of the process chamber 10. When the exhaust valve 64 is opened and the vacuum pump 66 is operated, the gas in the process chamber 10 is discharged to the outside through the gas exhaust line 62, and the process ends.

상기한 바와 같이 종래의 기판 처리 장치(1)에 따르면, 금속전극(30)에 가해지면 금속전극(30)과 접지된 지지부재(20) 사이에 전계가 형성되며, 여기에 반응 가스를 공급함으로써 플라즈마가 형성된다. 형성된 플라즈마는 지지부재(20)의 상부에 안착한 기판(W)의 표면과 반응하며, 이 때 플라즈마를 이루는 일부 이온이나 일부 전자는 금속전극(30)과 지지부재(20)에 의하여 형성된 전계를 따라 이동하며, 기판(W)을 향하여 가속된다. 따라서, 기판(W)의 표면에는 가속된 이온 또는 전자에 의하여 손상될 수 있다.As described above, according to the conventional substrate processing apparatus 1, when applied to the metal electrode 30, an electric field is formed between the metal electrode 30 and the grounded supporting member 20, and by supplying the reaction gas thereto, Plasma is formed. The formed plasma reacts with the surface of the substrate W seated on the upper portion of the support member 20. At this time, some ions or some electrons forming the plasma are along the electric field formed by the metal electrode 30 and the support member 20. Move and accelerate toward the substrate (W). Therefore, the surface of the substrate W may be damaged by accelerated ions or electrons.

또한, 기판(W)을 처리하기 이전에 플라즈마를 형성하기 위해서 기판(W)을 가열하는 단계와 공정 챔버(10) 내에 진공 분위기를 형성하는 단계가 포함되는 바, 가열판이나 진공펌프 등의 고가 장비가 요구되며, 또한 장치 내의 구성이 복잡하기 때문에 대형장비의 유지관리 및 공정시간이 길어지는 문제점이 있다.In addition, the step of heating the substrate (W) and forming a vacuum atmosphere in the process chamber 10 to form a plasma before processing the substrate (W), expensive equipment such as a heating plate or a vacuum pump In addition, since the configuration in the apparatus is complicated, there is a problem that the maintenance and processing time of large equipment is long.

본 발명의 목적은 전계 상에서 가속되는 이온이나 전자로 인하여 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that can prevent the substrate from being damaged by ions or electrons accelerated on the electric field.

본 발명의 다른 목적은 상압(atmospheric pressure) 상태에서 플라즈마를 생성할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of generating plasma in an atmospheric pressure state.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Still other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 위치하며 상기 기판이 안착하는 스테이지와, 상기 스테이지의 상부로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛과, 상기 반응 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛과, 상기 플라즈마가 상기 기판을 향하여 가속되는 것을 방지할 수 있는 가속 방지 부재를 포함하되, 상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 공정 챔버의 상부에 위치하는 제1전극부와, 상기 기판의 하부에 위치하는 제2전극부를 포함한다.According to the present invention, an apparatus for processing a substrate by using a plasma includes a process chamber, a stage located in the process chamber, on which the substrate rests, a gas supply unit for supplying a reaction gas to an upper portion of the stage, And a plasma generation unit for generating a plasma from a reaction gas, and an acceleration prevention member for preventing the plasma from being accelerated toward the substrate, wherein the plasma generation unit includes a first electrode part positioned above the process chamber. And a second electrode part positioned below the substrate.

상기 제1전극부는 고주파 전압이 인가되는 금속 전극과, 상기 금속 전극이 반응 가스에 노출되지 않도록 상기 금속 전극을 감싸는 유전체를 포함할 수 있다.The first electrode part may include a metal electrode to which a high frequency voltage is applied, and a dielectric material surrounding the metal electrode so that the metal electrode is not exposed to the reaction gas.

상기 가속 방지 부재는 상기 제1전극부와 상기 기판 사이에 위치하며, 복수의 분사홀을 구비할 수 있다.The acceleration preventing member may be positioned between the first electrode part and the substrate and may include a plurality of injection holes.

상기 제2전극부와 상기 가속 방지 부재는 동일한 전위를 가질 수 있다.The second electrode portion and the acceleration prevention member may have the same potential.

상기 제2전극부는 상기 스테이지에 의해 제공될 수 있다.The second electrode unit may be provided by the stage.

상기 장치는 상기 스테이지를 상하로 구동할 수 있는 구동부를 더 구비할 수 있다.The apparatus may further include a driving unit capable of driving the stage up and down.

상기 장치는 상기 스테이지의 상부에서 발생한 플라즈마가 상기 스테이지 상부를 이탈하지 않도록 상기 스테이지 상부를 감싸는 격벽을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a partition wall surrounding the top of the stage such that the plasma generated at the top of the stage does not leave the top of the stage.

상기 격벽의 상부는 상기 제1전극부와 체결하며, 상기 격벽의 하부는 상기 스테이지에 의하여 폐쇄할 수 있다.An upper portion of the barrier rib may be coupled to the first electrode, and a lower portion of the barrier rib may be closed by the stage.

상기 격벽의 상부면에는 반응 가스를 공급하기 위한 내부 공급홀이 형성될 수 있다.An inner supply hole for supplying a reaction gas may be formed on an upper surface of the partition wall.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 5. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.

도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)를 개략적으로 나타낸 정면도이다.2 is a front view schematically showing a substrate processing apparatus 100 according to the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 공정 챔버(110) 내에는 기판(W)을 안착하기 위한 스테이지(120)가 설치되며, 스테이지(120)의 상부면에는 지지부재(126)가 위치한 다.As shown in FIG. 2, a stage 120 for mounting the substrate W is installed in the process chamber 110, and a support member 126 is positioned on an upper surface of the stage 120.

지지부재(126)의 하부에는 실린더(128)가 장착되며, 실린더(128)가 상하로 작동함에 따라 지지부재(126)는 상하로 이동한다. 실린더(128)는 이송 로봇(도시안됨)을 통하여 이송된 기판(W)을 지지부재(126)에 의하여 수령하기 위한 것이다.The cylinder 128 is mounted below the support member 126, and the support member 126 moves up and down as the cylinder 128 operates up and down. The cylinder 128 is for receiving the substrate W transferred through the transfer robot (not shown) by the support member 126.

스테이지(120)의 하부에는 스테이지(120)를 상하로 구동할 수 있는 구동부(122)가 위치한다. 구동부(122)는 공정 단계에 따라 기판(W)과 전극부와의 거리를 조절하기 위한 것으로, 이에 대해서는 후술하기로 한다.Under the stage 120, a driving unit 122 capable of driving the stage 120 up and down is positioned. The driver 122 adjusts the distance between the substrate W and the electrode according to the process step, which will be described later.

스테이지(120) 상에는 기판(W)의 주위로 배기로(124)가 형성된다. 배기로(124)는 공정이 완료된 이후에 반응 부산물 등을 외부로 배출하기 위한 것으로, 배기속도를 빠르게 하기 위해서는 기판(W)의 주위로 복수 개 형성하는 것이 바람직하다.An exhaust path 124 is formed around the substrate W on the stage 120. The exhaust passage 124 is for discharging the reaction by-products and the like after the process is completed, it is preferable to form a plurality around the substrate (W) in order to increase the exhaust speed.

배기로(124)의 일단은 스테이지(120)의 상부를 향하여 열려 있으며, 배기로(124)의 타단은 스테이지(120)의 하부를 통하여 가스 배기 유닛(160)과 연결된다. 가스 배기 유닛(160)은 가스 배기 라인(162), 배기 밸브(164), 진공펌프(166)로 이루어진다.One end of the exhaust passage 124 is open toward the top of the stage 120, and the other end of the exhaust passage 124 is connected to the gas exhaust unit 160 through the lower portion of the stage 120. The gas exhaust unit 160 includes a gas exhaust line 162, an exhaust valve 164, and a vacuum pump 166.

이밖에, 배기로(124)는 후술할 금속 전극(130)과 함께 플라즈마를 형성하기 위하여 접지된다. 그러나, 본 실시예와 달리 지지부재(126)가 전극 역할을 수행할 수 있으므로, 지지부재(126)가 접지되는 경우를 고려할 수 있다.In addition, the exhaust path 124 is grounded together with the metal electrode 130 to be described later to form a plasma. However, unlike the present embodiment, since the support member 126 may serve as an electrode, a case in which the support member 126 is grounded may be considered.

기판(W)의 상단에는 금속 전극(130)이 위치하며, 고주파 전압(radio frequency:RF)이 인가된다. 따라서, 금속 전극(130)과 배기로(124) 양단 간에는 전 계가 형성된다.The metal electrode 130 is positioned on the top of the substrate W, and a radio frequency (RF) is applied. Thus, an electric field is formed between the metal electrode 130 and the exhaust passage 124.

금속 전극(130)은 유전체(132)로 둘러 싸인다. 플라즈마를 형성하는 방법은 챔버 내의 기압에 따라 저압(low pressure) 플라즈마와 상압(atmospheric pressure) 플라즈마로 나뉜다. 종래에는 저압(Low Pressure)하에서 플라즈마를 발생시켰으나, 이러한 방법은 진공 챔버, 진공 배기 장치 등의 고가 장비가 요구되며, 장치 내의 구성이 복잡하기 때문에 장비 유지 관리 및 진공 펌핑 시간이 길어지는 문제점이 있다. 이로 인해, 진공 조건의 장비가 요구되지 않는 상압 하에서 플라즈마를 발생시키는 방법이 제안되어 왔다. 이 경우, 플라즈마 처리를 하는 챔버 내의 두 전극 중 일측 전극을 절연 특성이 좋은 유전체 물질로 절연한 후, 타측에 고주파 전압(radio frequency:RF)을 인가하면 상압 하에서도 균일하고 안정된 상태의 플라즈마를 얻을 수 있다.The metal electrode 130 is surrounded by the dielectric 132. The method of forming the plasma is divided into a low pressure plasma and an atmospheric pressure plasma according to the air pressure in the chamber. Conventionally, plasma has been generated under low pressure, but such a method requires expensive equipment such as a vacuum chamber and a vacuum exhaust device, and has a problem in that equipment maintenance and vacuum pumping time are lengthened due to a complicated configuration in the apparatus. . For this reason, the method of generating a plasma under normal pressure which does not require the equipment of a vacuum condition has been proposed. In this case, if one of the two electrodes in the plasma processing chamber is insulated with a dielectric material having good insulating properties, and then a radio frequency (RF) is applied to the other side, a uniform and stable plasma can be obtained even under normal pressure. Can be.

유전체(132)와 기판(W) 사이에는 가속 방지 부재(144)가 설치된다. 기판(W)과의 사이에 전계가 형성되지 않도록 가속 방지 부재(144)는 접지된다. 가속 방지 부재(144)가 접지된 경우, 상기한 바와 같이 배기로(124) 역시 접지되므로 양단 간에는 전위차가 발생하지 않으며, 양단 사이에서 이온이나 전자 등은 가속되지 않는다. 따라서, 이온이나 전자 등에 의하여 기판(W)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.An acceleration preventing member 144 is provided between the dielectric 132 and the substrate W. The acceleration prevention member 144 is grounded so that no electric field is formed between the substrate W. As shown in FIG. When the acceleration preventing member 144 is grounded, the exhaust path 124 is also grounded as described above, so that a potential difference does not occur between both ends, and ions, electrons, and the like are not accelerated between the two ends. Therefore, it is possible to prevent the substrate W from being damaged by ions, electrons, or the like.

가속 방지 부재(144)와 유전체(132) 사이에서 형성된 플라즈마를 기판(W)을 향하여 분사하기 위하여 가속 방지 부재(144)에는 복수의 분사홀(146)이 형성된다.In order to spray the plasma formed between the acceleration preventing member 144 and the dielectric 132 toward the substrate W, a plurality of injection holes 146 are formed in the acceleration preventing member 144.

공정 챔버(110)의 상부면에는 공정에 필요한 반응 가스를 공급하기 위한 공급홀(112)이 형성된다. 공급홀(112)은 본 실시예와 달리, 측면에 형성될 수도 있 다.The upper surface of the process chamber 110 is formed with a supply hole 112 for supplying a reaction gas required for the process. Supply hole 112 may be formed on the side, unlike the present embodiment.

공급홀(112)은 가스 공급 유닛(150)과 연결된다. 가스 공급 유닛(150)은 가스 공급 라인(152), 공급 밸브(154), 가스 탱크(156)를 구비하며, 가스 공급 유닛(150)에 의하여 공급홀(112)에 반응 가스를 공급한다.The supply hole 112 is connected to the gas supply unit 150. The gas supply unit 150 includes a gas supply line 152, a supply valve 154, and a gas tank 156, and supplies a reaction gas to the supply hole 112 by the gas supply unit 150.

이밖에, 플라즈마를 이용하여 기판(W)의 표면을 처리하기 위한 공정에서, 공정을 원활하게 수행하기 위해서는 많은 양의 플라즈마가 기판(W)의 표면과 접촉할 수 있어야 한다. 본 실시예에서는, 유전체(132)와 기판(W) 사이에서 형성된 플라즈마를 통하여 기판(W)을 처리하는 바, 플라즈마가 기판(W)의 표면 처리를 위하여 집중되기 위해서는 플라즈마가 공정 챔버(110) 전체로 확산되는 것을 방지할 필요가 있다.In addition, in a process for treating the surface of the substrate W using plasma, a large amount of plasma should be in contact with the surface of the substrate W in order to smoothly perform the process. In the present embodiment, the substrate W is processed through a plasma formed between the dielectric 132 and the substrate W. In order to concentrate the plasma for surface treatment of the substrate W, the plasma is processed in the process chamber 110. It is necessary to prevent the spread to the whole.

따라서, 스테이지(120) 상부의 주위에는 격벽(140)이 설치된다. 격벽(140)은 양단 간에서 발생한 플라즈마가 스테이지(120) 상부를 이탈하지 않도록 함으로써, 플라즈마가 기판(W)과 더욱 많이 접촉할 수 있는 기회를 제공한다.Therefore, the partition wall 140 is installed around the top of the stage 120. The partition wall 140 prevents the plasma generated between both ends from escaping the upper part of the stage 120, thereby providing an opportunity for the plasma to contact the substrate W more.

격벽(140)의 상부는 유전체(132)와 체결하고, 격벽(140)의 하부는 개방되어 있으며, 스테이지(120)의 상하 이동에 의하여 폐쇄가 가능하다. 따라서, 스테이지(120)가 상승한 경우에는 격벽(140)의 내부는 외부로부터 기밀이 유지될 수 있다.The upper part of the partition wall 140 is fastened to the dielectric 132, the lower part of the partition wall 140 is open, and can be closed by vertical movement of the stage 120. Therefore, when the stage 120 is raised, the inside of the partition wall 140 may be kept airtight from the outside.

격벽(140)의 상부면에는 내부 공급홀(142)이 형성된다. 내부 공급홀(142)은 공급홀(112)과 마찬가지로, 격벽(140)의 내부에 반응 가스를 공급하기 위한 것이므로, 가스 공급 라인(152)은 내부 공급홀(142)까지 연장되며, 내부 공급홀(142)은 가스 공급 라인(152)과 연결된다. 공급홀(112)의 경우와 마찬가지로, 내부 공급홀 (142)도 격벽(140)의 측면에 형성될 수 있다.An inner supply hole 142 is formed on the upper surface of the partition wall 140. Since the internal supply hole 142 is for supplying the reaction gas into the partition wall 140, similarly to the supply hole 112, the gas supply line 152 extends to the internal supply hole 142 and the internal supply hole. 142 is connected with the gas supply line 152. As in the case of the supply hole 112, the internal supply hole 142 may also be formed on the side surface of the partition wall 140.

도 3a는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 작동 전의 모습을 나타낸 정면도이며, 도 3b는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 작동시의 모습을 나타낸 정면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 3a is a front view showing a state before operation in the substrate processing apparatus according to the present invention, Figure 3b is a front view showing a state during operation in the substrate processing apparatus according to the present invention. 4 is a flowchart showing a substrate processing method according to the present invention.

이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명인 기판 처리 장치(100)의 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the substrate processing apparatus 100 of the present invention having the above-described configuration will be described in detail.

먼저, 이송 로봇(도시안됨)은 공정 챔버(110) 내의 스테이지(120)에 기판(W)을 로딩한다(S10). 실린더(128)에 의하여 지지부재(126)를 상승시킨 상태에서, 기판(W)을 파지한 이송 로봇은 기판(W)을 지지부재(126)에 올려 놓은 후 공정 챔버(110)로부터 후퇴한다. 기판(W)이 지지부재(126) 상에 안착되면, 실린더(128)에 의하여 지지부재(126)를 하강시키며, 기판(W)은 스테이지(120) 상에 안착된다.First, the transfer robot (not shown) loads the substrate W on the stage 120 in the process chamber 110 (S10). In the state in which the support member 126 is raised by the cylinder 128, the transfer robot holding the substrate W retreats from the process chamber 110 after placing the substrate W on the support member 126. When the substrate W is seated on the support member 126, the support member 126 is lowered by the cylinder 128, and the substrate W is seated on the stage 120.

다음으로, 스테이지(120)는 구동부(122)에 의하여 상승한다(S20). 스테이지(120)가 상승하면, 격벽(140)의 개방된 하부는 폐쇄되며, 격벽(140)의 내부는 기밀이 유지될 수 있다.Next, the stage 120 is raised by the driver 122 (S20). When the stage 120 rises, the open lower portion of the partition wall 140 is closed, and the inside of the partition wall 140 may be kept airtight.

구동부(122)는 스테이지(120)를 상승시킴으로써 격벽(140)의 하부를 폐쇄하는 역할과 동시에 상승된 상태에서 기판(W)과 유전체(132) 사이의 간격(d)을 조절하는 역할을 한다. 플라즈마에 의하여 기판(W)을 처리하는 과정에서, 기판(W)과 전극부 사이의 거리는 매우 중요한 역할을 한다.The driving unit 122 serves to close the lower portion of the partition wall 140 by raising the stage 120 and to adjust the distance d between the substrate W and the dielectric 132 in the raised state. In the process of processing the substrate W by the plasma, the distance between the substrate W and the electrode portion plays a very important role.

예를 들어, 플라즈마에 의하여 기판(W)을 식각하기 위해서 기판(W)의 표면 에는 여러가지 현상 중 스퍼터링 현상이 발생하여야 한다. 스퍼터링 현상이 발생하 기 위하여는 기판(W)과 전극부 사이에는 일정한 간격(d)으로 유지되어야 한다.For example, in order to etch the substrate W by plasma, a sputtering phenomenon among various phenomena should occur on the surface of the substrate W. In order to generate a sputtering phenomenon, it must be maintained at a predetermined interval d between the substrate W and the electrode portion.

도 5는 기판(W)과 전극부 사이의 간격(d)에 따른 식각율(etching rate)을 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(W)과 전극부 사이의 간격(d)이 약 0.75㎜인 경우 가장 높은 식각율을 나타낸다. 또한, 약 0.75㎜를 기준으로, 양자 간의 간격(d)이 좁아진 경우 식각율은 낮아지며, 양자 간의 간격(d)이 넓어진 경우에도 식각율은 낮아진다. 따라서, 양자 간의 간격(d)은 약 0.75㎜인 것이 가장 바람직하다.FIG. 5 is a graph showing an etching rate according to the distance d between the substrate W and the electrode unit. As shown in FIG. 5, when the distance d between the substrate W and the electrode portion is about 0.75 mm, the highest etching rate is obtained. In addition, based on about 0.75 mm, the etching rate is lowered when the distance d between both is narrowed, and the etching rate is lowered even when the distance d between them is widened. Therefore, it is most preferable that the distance d between them is about 0.75 mm.

다음으로, 격벽(140) 내에 공정 분위기를 형성하기 위한 제1가스를 공급한다(S30). 제1가스는 격벽(140) 내부에 존재하는 외부의 공기를 제거함으로써 방전 분위기를 형성하기 위한 것이다. 따라서, 제1가스는 기판(W) 등과 반응이 잘 일어나지 않는 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하며, 제1가스로는 He이나 N2를 사용할 수 있다.Next, the first gas for forming a process atmosphere is supplied into the partition 140 (S30). The first gas is for forming a discharge atmosphere by removing external air existing in the partition wall 140. Therefore, it is preferable to use an inert gas which hardly reacts with the substrate W or the like, and He or N 2 may be used as the first gas.

다음으로, 격벽(140) 내에서 플라즈마를 형성하기 위한 제2가스를 공급한다(S40). 제2가스는 플라즈마의 형태로 기판(W)의 표면과 반응시키기 위한 반응 가스를 말한다. 반응 가스로는 O2가 사용될 수 있다.Next, a second gas for forming a plasma is supplied in the partition wall 140 (S40). The second gas refers to a reaction gas for reacting with the surface of the substrate W in the form of a plasma. O 2 may be used as the reaction gas.

다음으로, 금속전극에 고주파 전압을 인가한다(S50). 고주파 전압으로는 약 13.54㎒ 내지 약 30㎒의 전압을 사용한다. 고주파 전압이 인가되면, 반응 가스가 공급된 격벽(140) 내에는 전계가 형성되며, 형성된 전계에 의하여 플라즈마가 발생한다. 발생된 플라즈마는 도 3b에 도시한 바와 같이, 가속 방지 부재(144)에 형성 된 분사홀(146)을 통하여 기판(W)을 향하여 분사된다.Next, a high frequency voltage is applied to the metal electrode (S50). As the high frequency voltage, a voltage of about 13.54 MHz to about 30 MHz is used. When a high frequency voltage is applied, an electric field is formed in the partition wall 140 to which the reaction gas is supplied, and plasma is generated by the formed electric field. The generated plasma is injected toward the substrate W through the injection hole 146 formed in the acceleration preventing member 144, as shown in FIG. 3B.

이 때, 상기한 바와 같이 가속 방지 부재(144)와 스테이지(120)는 모두 접지된 상태이므로, 양단 간에는 전계가 형성되지 않으며, 따라서 플라즈마 내부의 이온이나 전자 등은 가속됨이 없이 기판(W)과 반응한다. 따라서, 공정의 진행 과정에서 기판(W)의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.At this time, since the acceleration preventing member 144 and the stage 120 are both grounded as described above, an electric field is not formed between both ends, so that ions or electrons in the plasma are not accelerated and the substrate W is not accelerated. React with Therefore, it is possible to prevent the surface of the substrate W from being damaged in the course of the process.

다음으로, 플라즈마와 기판(W)과의 반응 과정에서 발생한 반응 부산물을 배출한다(S60). 반응 부산물을 배출하기 위해서는 배기 밸브(164)를 개방한 상태에서 진공 펌프(166)를 작동한다. 반응 부산물은 가스 배기 라인(162)을 통하여 외부로 배출된다.Next, the reaction by-product generated during the reaction between the plasma and the substrate (W) is discharged (S60). In order to discharge the reaction by-products, the vacuum pump 166 is operated with the exhaust valve 164 open. The reaction byproduct is discharged to the outside through the gas exhaust line 162.

다음으로, 스테이지(120)는 하강한다(S70). 구동부(122)는 최초와 같은 방법으로 스테이지(120)를 하강시킨다.Next, the stage 120 descends (S70). The driver 122 lowers the stage 120 in the same manner as the first time.

스테이지(120)의 이동이 완료된 이후에는 기판(W)이 스테이지 상에 안착된 것과 마찬가지 방법에 의하여 기판(W)은 스테이지(120)로부터 언로딩된다(S80). 실린더(128)에 의하여 지지부재(126)가 상승하면 이송 로봇(도시안됨)은 지지부재(126) 상의 기판(W)을 외부로 이송한다.After the movement of the stage 120 is completed, the substrate W is unloaded from the stage 120 by the same method as the substrate W seated on the stage (S80). When the support member 126 is raised by the cylinder 128, the transfer robot (not shown) transfers the substrate W on the support member 126 to the outside.

이로써 플라즈마를 이용한 기판(W) 처리 공정은 완료된다.Thereby, the process of processing the substrate W using plasma is completed.

본 발명에 의하면 전계 상에서 가속되는 이온이나 전자로 인하여 기판의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent the surface of the substrate from being damaged by ions or electrons accelerated on the electric field.

본 발명에 의하면 진공장비 없이 상압(atmospheric pressure) 상태에서 플라 즈마를 생성할 수 있다.According to the present invention, plasma can be generated at an atmospheric pressure without vacuum equipment.

본 발명에 의하면 기판과 전극부 사이의 간격을 조절함으로써 식각율을 높일 수 있다.According to the present invention, the etching rate can be increased by adjusting the gap between the substrate and the electrode.

본 발명에 의하면 격벽에 의하여 플라즈마와 기판과의 접촉이 용이하도록 함으로써 공정의 완성도를 더욱 높일 수 있다.According to the present invention, the completion of the process can be further improved by facilitating contact between the plasma and the substrate by the partition wall.

Claims (9)

플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서,In the apparatus for processing a substrate using a plasma, 공정 챔버와;A process chamber; 상기 공정 챔버 내에 위치하며, 상기 기판이 안착하는 스테이지와;A stage located in the process chamber and on which the substrate is seated; 상기 스테이지의 상부로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛과;A gas supply unit for supplying a reaction gas to the top of the stage; 상기 반응 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 유닛과;A plasma generating unit for generating a plasma from the reaction gas; 상기 플라즈마가 상기 기판을 향하여 가속되는 것을 방지할 수 있는 가속 방지 부재를 포함하되,It includes an acceleration preventing member that can prevent the plasma is accelerated toward the substrate, 상기 플라즈마 발생 유닛은,The plasma generating unit, 상기 공정 챔버의 상부에 위치하는 제1전극부와;A first electrode part positioned above the process chamber; 상기 기판의 하부에 위치하는 제2전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.And a second electrode part positioned below the substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1전극부는 고주파 전압이 인가되는 금속 전극과;The first electrode part comprises a metal electrode to which a high frequency voltage is applied; 상기 금속 전극이 반응 가스에 노출되지 않도록 상기 금속 전극을 감싸는 유전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.And a dielectric surrounding the metal electrode such that the metal electrode is not exposed to the reaction gas. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가속 방지 부재는 상기 제1전극부와 상기 기판 사이에 위치하며, 복수의 분사홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The acceleration preventing member is positioned between the first electrode portion and the substrate, and has a plurality of injection holes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2전극부와 상기 가속 방지 부재는 동일한 전위를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.And the second electrode portion and the acceleration preventing member have the same potential. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2전극부는 상기 스테이지에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.And the second electrode portion is provided by the stage. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 장치는 상기 스테이지를 상하로 구동할 수 있는 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The apparatus further comprises a drive unit capable of driving the stage up and down. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 장치는,The device, 상기 스테이지의 상부에서 발생한 플라즈마가 상기 스테이지 상부를 이탈하지 않도록 상기 스테이지 상부를 감싸는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.And a partition wall surrounding the upper part of the stage such that the plasma generated at the upper part of the stage does not leave the upper part of the stage. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 격벽의 상부는 상기 제1전극부와 체결하며,An upper portion of the partition wall is fastened to the first electrode portion, 상기 격벽의 하부는 상기 스테이지에 의하여 폐쇄가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.And a lower portion of the barrier rib is closed by the stage. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 격벽의 상부면에는 반응 가스를 공급하기 위한 내부 공급홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.The upper surface of the partition wall substrate processing apparatus, characterized in that the internal supply hole for supplying the reaction gas is formed.
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