KR20070111710A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 개시한 것으로서, 플라즈마 챔버로부터 공정 챔버로 전달된 플라즈마를 기판상에 분사하는 배플 플레이트의 두께를 영역별로 달리하여, 기판상에 분사되는 플라즈마의 분사량을 조절할 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
플라즈마, 애싱, 배플 플레이트

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SEMICONDUCTOR SUBSTRATES}
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 애싱 장치의 개략적 구성도,
도 2a 및 도 2b는 각각 기판상의 애싱율을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 도시해 보인 구성도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 배플 플레이트의 개략적 단면도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 동작 상태를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 동작도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 플라즈마 챔버 110 : 마그네트론
112 : 도파관 120 : 가스 유입구
200 : 공정 챔버 210 : 기판 지지 부재
212 : 회전축 220 : 배플 플레이트
222 : 분사 홀 230 : 구동부
232 : 구동원 234 : 구동 풀리
236 : 벨트 부재 240 : 펌핑 포트
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 실리콘 기판상에 소정의 회로 패턴을 형성하도록 박막을 순차적으로 적층하는 과정을 반복함으로써 제조되며, 박막의 형성 및 적층을 위해서는 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다.
이러한 다수의 단위 공정들 중 사진 공정은 기판상에 패턴을 형성하기 위한 공정으로서, 감광액 도포(Coating) 공정, 노광(Exposuring) 공정 및 현상(Developing) 공정 등으로 이루어진다. 그리고 현상 공정에 의해 기판상에 형성된 패턴을 이용하여 기판의 최상단층을 식각(Etching)한 후, 기판상에 남아 있는 감광막 층을 제거하는 애싱(Ashing) 공정을 진행함으로써 패턴에 따른 소자의 형성이 가능하게 된다.
애싱 공정을 수행하는 장치로는 플라즈마 애싱 장치가 일반적으로 사용되고 있으며, 이는 공정 가스를 챔버 내에 공급하고 마이크로 웨이브 또는 고주파 전원 등을 인가하여 기판의 상부에 플라즈마를 형성시켜 기판에 도포된 감광막 층을 제거하는 장치이다.
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 애싱 장치의 개략적 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 각각 기판상의 애싱율(Ashing Rate)을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 플라즈마 애싱 장치(1)는 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 챔버(10)와, 플라즈마 챔버(10)로부터 플라즈마를 전달받아 기판(W)을 처리하는 공정이 진행되는 공정 챔버(20)를 가진다. 공정 챔버(20)의 내측에는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재(30)가 설치되며, 기판 지지 부재(30)의 상측에는 플라즈마 챔버(10)로부터 공정 챔버(20)로 전달된 플라즈마를 기판(W)상에 분사하는 배플 플레이트(40)가 설치된다. 배플 플레이트(40)는 일정한 두께를 가지는 판 부재로 마련되며, 판 부재 상에는 플라즈마를 분사하기 위한 다수의 홀(42)들이 일정 배열로 형성되어 있다.
그런데, 일정한 두께의 판 부재에 동일 직경의 분사 홀들이 동일 간격을 유지하며 규칙적으로 배열된 배플 플레이트(40)를 이용하여 애싱 공정을 수행할 경우, 도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판의 에지부와 비교하여 중심부에서 상대적으로 큰 애싱율을 보이거나, 이와 반대로 기판의 중심부와 비교하여 에지부에서 상대적으로 큰 애싱율을 보인다. 이와 같이 애싱 공정이 기판의 영역별로 불균일하게 수행되면, 이어지는 후속 공정에서 애싱율의 불균일 산포에 따른 여러 가지 공정 불량이 야기되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 플라즈마 애싱 장치가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판에 분사되는 플라즈마 분사량을 조절하여 기판을 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 챔버와; 상기 플라즈마 챔버로부터 플라즈마를 전달받아 기판을 처리하는 공정이 진행되는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버의 내측에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지 부재와; 상기 기판과 마주보도록 설치되며, 그리고 그 중심부와 주변부가 상이한 두께를 가지도록 마련되어 상기 기판상에 분사되는 플라즈마의 분사량을 조절하는 배플 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 배플 플레이트는 그 상부면 및 하부면이 볼록한 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 배플 플레이트는 그 상부면 및 하부면이 오목한 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시예 )
본 실시 예에서는 플라즈마를 이용하여 사진 공정 후 기판상에 남아 있는 불필요한 감광제를 제거하는 플라즈마 애싱 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 다른 종류의 모든 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 본 실시 예에서는 플라즈마를 생성시키기 위한 에너지원으로 마이크로파를 예로 들어 설명하지만, 이외에도 고주파 전원 등 다양한 에너지원이 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 도시해 보인 구성도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 배플 플레이트의 개략적 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 애싱(Ashing) 공정이 진행되는 공정 챔버(200)의 상측에는 플라즈마 생성을 위한 플라즈마 챔버(100)가 설치된다. 플라즈마 챔버(100)에는 도판관(Wave Guide : 112)을 통해 마그네트론(Magnetron : 110)이 연결되며, 마그네트론(110)은 플라즈마 생성을 위한 마이크로파를 발생시킨다. 그리고 플라즈마 챔버(100)의 일측에는 플라즈마 반응 가스를 공급하는 가스 유입구(120)가 설치된다. 가스 유입구(120)를 통해 공급되는 반응 가스와 마그네트론(110)에서 발생된 마이크로파를 이용하여 플라즈마 챔버(100)의 내부에 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 챔버(100)에서 생성된 플라즈마는 기판(W)상의 감광액을 제거하는 애싱 공정이 진행되는 공정 챔버(200)로 전달된다.
공정 챔버(200)의 내측에는 기판(W)이 놓여지는 기판 지지 부재(210)가 설치된다. 기판 지지 부재(210)의 상측에는 기판 지지 부재(210) 상에 놓여진 기판(W)과 마주보도록 배플 플레이트(220)가 설치된다. 배플 플레이트(220)는 다수의 분사 홀(222)들을 가지는 금속 재질의 판 부재로 마련될 수 있다. 플라즈마 챔버(100)로 부터 공정 챔버(200)로 전달된 플라즈마는 배플 플레이트(220)에 형성된 분사 홀(222)들을 통과하여 기판 지지 부재(210) 상에 놓여진 기판(W)으로 향한다. 이 때 전자 또는 이온 등과 같은 하전 입자는 금속 재질로 마련된 배플 플레이트(220)에 의해 갇히게 되고, 산소 라디칼 등과 같은 전하를 띠지 않는 중성의 입자들만 기판 지지 부재(210) 상의 기판(W)에 도달함으로써, 기판(W)상에 남아 있는 감광막 층을 제거하게 된다.
배플 플레이트(220)는 기판(W)상에 분사되는 플라즈마의 분사량을 영역별로 조절하기 위해 그 중심부와 주변부가 상이한 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판의 에지부와 비교하여 중심부에서 상대적으로 큰 애싱율을 보이는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 배플 플레이트(220)는 상부면(224) 및 하부면(226)이 볼록한 형상으로 마련될 수 있다. 배플 플레이트(220)가 볼록한 형상을 가지기 때문에 중심부의 두께가 주변부의 두께보다 상대적으로 두꺼워져 중심부에서의 플라즈마 투과율이 감소하게 된다. 이와 반대로 기판의 중심부와 비교하여 에지부에서 상대적으로 큰 애싱율을 보이는 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 배플 플레이트(220')는 상부면(224') 및 하부면(226')이 오목한 형상으로 마련될 수 있다. 배플 플레이트(220)가 오목한 형상을 가지기 때문에 주변부의 두께가 중심부의 두께보다 상대적으로 두꺼워져 주변부에서의 플라즈마 투과율이 감소하게 된다. 이와 같이 배플 플레이트의 중심부와 주변부의 단면 두께를 달리하여 배플 플레이트(220)를 통과하는 플라즈마 투과율을 영역별로 조절함으로써, 기판의 전면이 균일하게 애싱 처리될 수 있게 된다.
그리고, 기판(W)이 놓여지는 기판 지지 부재(210)의 하단에는 회전축(212)이 결합되고, 회전축(212)에는 기판 지지 부재(210)를 회전시키기 위한 구동부(230)가 연결된다. 구동부(230)는 구동원(232)과, 구동원(232)의 출력단에 설치된 구동 풀리(234)와, 회전축(212)과 구동 풀리(234)를 연결하여 구동원(232)의 회전력을 전달하는 벨트 부재(236)를 가진다. 이러한 구성에 의해 구동부(220)는, 기판(W) 상부에 전달된 플라즈마를 이용하여 기판(W)상에 남아 있는 감광액을 제거할 때, 기판(W)을 회전시킴으로써 감광액 제거의 균일도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 도 3의 미설명 참조 번호(240)는 공정 진행 중 생성되는 반응 부산물을 공정 챔버(200)의 외부로 배출시키는 펌핑 포트(240)이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 애싱 처리하는 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 동작 상태를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 동작도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 기판 지지 부재(210) 상에 감광액을 제거할 기판(W)이 장착 고정된다. 이와 함께 기판 지지 부재(210)의 하단에 설치된 회전축(212)이 벨트 부재(236)에 의해 전달되는 구동원(232)의 회전력에 의해 회전 구동되어 기판(W)은 회전하게 된다. 이때 기판(W)은 정방향 또는 역방향으로 회전될 수 있으며, 또한 정방향과 역방향으로 연속 교번 회전될 수도 있다. 그리고 가스 유입구(120)를 통해 플라즈마 챔버(100)로 플라즈마 반응 가스가 공급되고, 이와 동시에 마그네트론(110)에서 발생된 마이크로파가 도파관(112)을 통해 플라즈마 챔 버(100)로 인가됨으로써 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 챔버(100)에서 생성된 플라즈마는 애싱 공정이 진행되는 공정 챔버(200)로 전달된다. 공정 챔버(200)로 전달된 플라즈마는 배플 플레이트(220)에 형성된 홀(222)들을 통해 기판(W)상에 분사된다. 이 때 볼록한 형상의 배플 플레이트(220)가 설치된 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판의 주변부와 비교하여 중심부에서 플라즈마 투과율이 상대적으로 저하된다. 이와 달리 오목한 형상의 배플 플레이트(220')가 설치된 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판의 중심부와 비교하여 주변부에서 플라즈마 투과율이 상대적으로 저하된다. 이와 같이 배플 플레이트(220)를 통해 분사된 플라즈마는 기판상에 남아 있는 감광액과 화학적 반응을 일으켜 감광액을 제거하며, 애싱 공정 결과 공정 챔버(200) 내부에 생성되는 반응 부산물은 펌핑 포트(240)를 통해 공정 챔버(200)의 외부로 배출된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배플 플레이트의 중심부와 주변부의 두께를 달리하여, 기판상에 분사되는 플라즈마의 분사량을 조절함으로써, 기판의 전면에서 균일한 애싱율(Ashing Rate)을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 챔버와;
    상기 플라즈마 챔버로부터 플라즈마를 전달받아 기판을 처리하는 공정이 진행되는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버의 내측에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지 부재와;
    상기 기판과 마주보도록 설치되며, 그리고 그 중심부와 주변부가 상이한 두께를 가지도록 마련되어 상기 기판상에 분사되는 플라즈마의 분사량을 조절하는 배플 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배플 플레이트는 그 상부면 및 하부면이 볼록한 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배플 플레이트는 그 상부면 및 하부면이 오목한 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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US20190252237A1 (en) * 2016-05-31 2019-08-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and Method for Performing Spin Dry Etching
KR20210012769A (ko) * 2019-07-26 2021-02-03 주식회사 엠디케이 회전 서셉터를 갖는 마이크로 웨이브 챔버

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