KR20080096880A - 기판처리장치와 기판처리방법 - Google Patents

기판처리장치와 기판처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판처리장치와 기판처리방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판이 안착되며 기판과 이격공간을 형성하는 안착부와, 이격공간과 연결되어 있는 유입부와, 이격공간과 연결되어 있는 유출부와, 유입부와 연결되어 이격공간에 가스를 공급하는 가스공급부와, 이격공간에 공급되는 가스를 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 기판처리공정에서 기판이 안착되는 안착부의 재료에 상관없이 기판의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 기판처리장치와 기판처리방법이 제공된다.

Description

기판처리장치와 기판처리방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND TREATING METHOD OF SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건식식각장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 건식식각장치의 제어블록도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 건식식각장치를 이용한 건식식각방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 건식식각장치의 개략도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
10 : 진공챔버 20 : RF전원
30 : 상부전극 40 : 안착부
41 : 하부전극 42 : 유전층
43 : 절연부 44 : 가스통과공
45 : 제1온도센서 47 : 제2온도센서
50 : 냉각부 60 : 유입부
70 : 가스공급부 80 : 가열부
90 : 유출부 100 : 제어부
본 발명은 기판처리장치와 기판처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판의 온도를 상승시키는 기판처리장치와 기판처리방법에 관한 것이다.
최근 종래의 CRT를 대신해서 평면표시장치가 널리 사용된다.
평면표시장치는 하나 이상의 기판처리공정이 이루어진 기판을 포함한다. 기판처리공정은 박막형성, 세정 및 식각 등의 처리공정을 포함한다.
기판처리공정 시, 기판 상에 형성된 기판 처리 대상 박막의 분자 이동도(mobility) 향상을 통해 기판처리공정을 효과적으로 수행하기 위해서 기판의 온도를 상승시킨다. 박막은 금속박막, 유기박막 또는 무기박막일 수 있다.
이 때, 기판 상에 형성된 박막이 상(phase) 변형을 할 수 있도록 기판의 온도를 상승시키는 것이 바람직하다.
한편, 기판처리공정 시 기판을 기판처리장치의 안착부에 안착시켜 기판을 처리한다.
기판을 가열하면 안착부도 같이 가열되는데, 안착부에 포함된 재료의 열적 한계로 인해 기판을 원하는 온도로 상승시킬 수 없는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 기판처리공정에서 기판이 안착되는 안착부의 재료에 상관없이 기판의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 기판처리장치와 기판처리방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 기판이 안착되며 기판과 이격공간을 형성하는 안착부와, 이격공간과 연결되어 있는 유입부와, 이격공간과 연결되어 있는 유출부와, 유입부와 연결되어 이격공간에 가스를 공급하는 가스공급부와, 이격공간에 공급되는 가스를 가열하는 가열부를 포함하는 기판처리장치에 의하여 달성될 수 있다.
안착부는 전극을 포함할 수 있다.
안착부를 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
안착부는 이격공간과 연결되어 있는 가스통과공을 포함하며, 유출부 및 유입부는 가스통과공과 연결되어 있을 수 있다.
안착부와 대향 배치되어 있는 방전전극과, 방전전극과 안착부를 수용하며 플라즈마 형성 공간을 형성하는 진공챔버를 더 포함할 수 있다.
유출부는 가스공급부와 직접 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 목적은 기판처리장치의 안착부 상에 이격공간을 두고 기판을 안착시키는 단계와, 가열된 가스를 이격공간에 유입 및 유출시키면서 기판을 처리하는 단계를 포함하는 기판처리방법에 의하여 달성될 수 있다.
기판 처리 시 안착부를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
기판 처리 시 가열된 가스는 기판 전체에 대응하여 이격공간에 유입될 수 있다.
기판의 처리는 플라즈마를 이용할 수 있다.
기판 처리 시 기판 상에 형성된 알루미늄을 포함한 금속을 식각하며, 기판 의 온도가 섭씨 70도 내지 섭씨90도가 되도록 가열된 가스를 이격공간에 유입 및 유출시킬 수 있다.
유출된 가스는 이격공간으로 다시 유입될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
이하에서는 기판처리장치와 기판처리방법으로써, 건식식각장치와 건식각공정을 예로 들어서 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 기판의 온도를 상승시킬 수 있는 기판처리장치와 이를 이용한 기판처리방법에 적용될 수 있다.
또한, 처리대상인 기판은 유리기판, 플라스틱 기판, 쿼츠 기판 및 실리콘 웨이퍼를 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 살펴본다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치(1)는 진공챔버(10), RF전원(20), 상부전극(방전전극, 30), 안착부(40), 제1온도센서(45), 제2온도센서(47), 냉각부(50), 유입부(60), 가스공급부(70), 가열부(80), 유출부(90), 제어부(100)를 포함하며, 안착부(40) 상에는 식각대상인 박막(210)이 형성되어 있는 기판(200)이 안착되어 있다. 박막(210)은 금속층, 반도체층 또는 절연층을 포함한하며, 경우에 따라 박막(210) 상에 패터닝된 감광층이 위치할 수 있다.
진공챔버(10)는 진공펌프(도시하지 않음)에 연결되어 있으며, 플라즈마를 형성하기 위한 질소 혹은 아르곤 등의 불활성 기체가 출입한다.
진공챔버(10) 외부에는 RF전원(20)이 위치하고 있다.
RF전원(20)은 진공챔버(10) 내의 상부전극(30) 및 하부전극(41)과 연결되어 있으며, 상부전극(30)과 하부전극(41)에 전원을 공급하는 역할을 한다.
진공챔버(10) 내에는 상부전극(30)과 안착부(40)가 플라즈마 형성 공간(A)을 사이에 두고 상호 이격되어 위치하고 있다.
상부전극(30)은 안착부(40)와 대향 배치되어 있으며, 안착부(40)에 포함되어 있는 하부전극(41)과 함께 진공챔버(10) 내에 플라즈마 형성 공간(A)에 플라즈마를 생성한다.
상부전극(30)과 대향하여 안착부(40)가 위치하고 있다.
안착부(40)는 안착부(40)에 안착되는 기판(200)과 이격공간(B)을 형성하며, 하부전극(전극, 41)과, 유전층(42)과, 지지부(43)와, 가스통과공(44)을 포함한다.
하부전극(41)은 알루미늄을 포함하며, 상부전극(30)과 대향하여 진공챔버(10) 내에 플라즈마를 형성하는 역할을 한다. 하부전극(41)은 상부전극(30)과 함께 RF전원(20)에 연결되어 있다.
하부전극(41) 표면에는 유전층(42)이 감싸고 있다.
유전층(42)은 알루미나를 포함하며, 건식식각공정 시 플라즈마로 인한 하부전극(41)의 식각을 보호하는 역할을 한다.
유전층(42)은 하부전극(41)을 애노다이징(anodizing)하여 형성할 수 있으며, 이 경우 유전층(42)은 알루미나로 이루어진다.
유전층(42)의 둘레에는 절연물질로 이루어져 있는 지지부(43)가 위치하고 있다. 지지부(43)는 기판(200)을 지지하는 역할을 하며, 안착부(40)와 기판(200)이 이격공간(B)을 형성할 수 있게 한다.
안착부(40)에는 안착부(40)와 기판(200)이 형성하는 이격공간(B)과 연결되어 있는 가스통과공(44)이 형성되어 있다.
가스통과공(44)은 복수개로 형성되어 있으며, 안착부(40)에 안착되어 있는 기판(200) 전체에 걸쳐 안착부(40)에 형성되어 있다.
가스통과공(44)은 후술할 유입부(60)로부터 가스를 공급받아 이격공간(B)에 공급하는 역할과 함께, 이격공간(B)에 공급된 가스를 후술할 유출부(90)로 이동시키는 역할을 한다.
가스통과공(44)은 후술할 유입부(60) 및 유출부(90)와 연결되어 있다.
제1온도센서(45)는 안착부(40)의 온도를 검출하여 후술할 제어부(100)에 신호를 전달하는 역할을 한다.
제2온도센서(47)는 안착부(40) 상에 안착된 기판(200)의 온도를 검출하여 제어부(100)에 전달하는 역할을 한다.
냉각부(50)는 기판처리장치(1) 건식식각공정 시 안착부(40)의 온도가 적정온도 이상 상승할 경우, 안착부(40)의 온도가 적정온도 이상 상승하지 않도록 안착부(40)의 온도를 낮추어 주는 역할을 한다. 냉각부(50)는 안착부(40)를 감싸도록 형성될 수 있으며, 냉각부(50)의 냉매유로가 안착부(40) 내에 형성되는 것도 가능하다.
유입부(60)는 안착부(40)의 가스통과공(44)과 연결되어 가스를 가스통과 공(44)에 공급하는 역할을 한다.
유입부(60)는 가스공급부(70)와 연결되어 있다. 가스공급부(70)는 열전달 계수가 높은 헬륨(He) 등의 가스를 유입부(60)로 공급하는 역할을 한다. 가스공급부(70)는 가스의 흐름을 조절하는 유량조절부와 가스공급부(70)에 가스를 공급하는 봄베 등을 포함할 수 있다.
가스공급부(70)와 유입부(60) 사이에는 가열부(80)가 위치하고 있다.
가열부(80)는 가스공급부(70)로부터 유입부(60)로 공급된 가스를 복사열 등을 이용하여 가열한다. 다른 실시예에서 가열부(80)는 위치에 한정되지 않고 이격공간(B)에 공급되는 가스를 가열하는 역할을 한다.
다른 실시예에서 가열부(80)의 위치는 가스공급부(70)와 유입부(60) 사이로 한정되지 않으며, 이격공간(B)에 공급된 가스의 온도가 상승할 수 있는 곳에 위치할 수 있다.
유출부(90)는 안착부(40)의 가스통과공(44)과 연결되어 이격공간(B)을 거쳐 가스통과공(44)에 있는 가스를 유출부(90)를 통해 진공챔버(10) 외부로 유출시키는 역할을 한다.
이하 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치의 제어를 살펴본다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 안착부(40)의 온도를 검출하는 제1온도센서(45)와, 안착부(40)에 안착되어 있는 기판(200)의 온도를 검출하는 제2온도센서(47)로부터 각각 안착부(40)의 온도 신호와 기판(200)의 온도 신호를 전달받 는다.
제어부(100)는 제1온도센서(45)와 제2온도센서(47)로부터 전달받은 안착부(40)와 기판(200)의 온도 신호를 기초하여 냉각부(50)와, 가스공급부(70) 및 가열부(80)를 제어하여 기판(200)과 안착부(40)의 온도를 사용자가 목적하는 온도로 유지시킨다.
다른 실시예에서 제2온도센서(47)은 기판(200) 대신, 가스의 온도,특히 이격공간(B) 내의 가스 온도를 측정할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치(1)를 이용한 기판처리방법을 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 우선, 기판처리장치(1)의 안착부(40) 상에 이격공간(B)을 두고 식각 대상인 박막(210)이 형성된 기판(200)을 안착시킨다.
다음, 기판(200)의 온도를 상승시키면서, 기판(200)을 식각처리한다.
이하, 기판(200)의 온도 상승 및 기판(200)의 식각처리를 설명한다.
우선 기판(200)의 온도 상승을 설명한다.
진공챔버(10) 외부에 위치하는 가스공급부(70)로부터 제1가스(x₁)를 유입부(60)에 공급한다.
유입부(60)에 공급된 제1가스(x₁)는 가열부(80)로 인해 기판(200)에 형성된 박막(210)의 분자 이동도(mobility)가 상승할 수 있도록 기판(200)을 적정온도로 상승시킨다. 박막(210)의 분자 이동도가 높을수록 박막(210)의 식각처리를 효율적으로 수행할 수 있다.
보통, 기판(200)에 형성된 박막(210)이 알루미늄을 포함한 금속재료일 경우 기판(200)의 온도가 섭씨 70도 내지 90도가 되도록 제1가스(x₁)의 온도를 상승시킨다.
유입부(60)로 공급된 제1가스(x₁)는 안착부(40)에 형성된 복수의 가스통과공(44)을 통해 기판(200)의 전체에 걸쳐서 이격공간(B)에 공급된다.
가스통과공(44)은 기판(200) 전체에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 가열된 가스는 기판(200) 전체에 균일하게 공급된다. 따라서 기판(200)은 전체에 걸쳐 균일한 온도를 유지할 수 있어, 균일한 식각을 얻을 수 있다.
이격공간(B)에 공급된 제1가스(x₁)는 이격공간(B)을 순환하며 기판(200)의 온도를 상승시킨다.
이격공간(B)에서 제1가스(x₁)는 열역학 제2법칙으로 인해 기판(200)에 열을 전달하여 기판(200)의 온도를 상승시키고 제1가스(x₁)보다 온도가 낮은 제2가스(x₂)로 변환된다.
제2가스(x₂)는 가스공급부(70)로부터 유입부(60)를 거쳐 가스통과공(44)을 통해 이격공간(B)에 공급되는 제1가스(x₁)보다 온도가 낮으므로 온도가 높은 제1가스(x₁)가 제2가스(x₂)보다 높은 위치로 올라가는 대류현상으로 인하여 가스통과공(44)을 거쳐 유출부(90)를 통해 진공챔버(10) 외부로 유출된다.
이 때, 제1가스(x₁) 및 제2가스(x₂)로 인해 안착부(40)의 온도가 섭씨60도 내지 섭씨80도로 상승하면 안착부(40)에 포함된 하부전극(41)과 유전층(42)의 열팽창계수의 차이로 인해 유전층(42)에 크랙이 발생할 수 있다. 이런 문제를 최소 화하기 위해 안착부(40)에 연결되어 있는 냉각부(50)를 이용하여 안착부(40)를 냉각시킨다.
기판 처리과정에서 안착부(40)는 50℃이하, 더 자세하게는 20℃ 내지 50℃로 유지되는 것이 바람직하다.
다음, 기판(200)의 식각처리를 설명한다.
진공챔버(10)내에 상부전극(30)의 상부로 반응 가스가 유입되고, RF전원(20)으로부터 전원이 공급되면 상부전극(30)과 안착부(40) 사이의 플라즈마 형성 공간(A)에 플라즈마가 형성되고 플라즈마를 이용하여 박막(210)을 식각처리한다.
박막(210)은 가열된 가스에 의해 온도가 상승하여 분자 이동도가 높은 상태이므로, 식각이 효율적으로 진행된다. 플라즈마 형성을 위한 반응 가스로는 통상 아르곤(Ar)이 사용된다.
식각공정이 중 진공챔버(10) 내의 반응 가스는 진공장치에 의하여 진공챔버(10) 외부로 배출되고, 식각처리를 마친 기판(200)을 다음 공정으로 이송한다.
이하, 이상 설명한 기판처리장치(1)와 기판처리방법에 의하여 박막(210)이 형성된 기판(200)의 온도 상승에 따른 효과를 설명한다.
기존에는, 기판이 안착되는 안착부의 재료에 따라서, 기판의 온도를 정해진 온도 이상으로 상승시킬 수 없는 문제가 있다.
그러나, 이상 설명한 바와 같이, 박막(210)이 형성된 기판(200)의 온도를 상승시키는 매개체로 가열된 가스를 이용함으로써, 안착부(40)의 재질에 상관없이 기판의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있다.
이에 의하여 기판처리공정에서 기판(200)이 안착되는 안착부(40)의 재료에 상관없이 기판(200)의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 기판처리장치(1)와 기판처리방법이 제공된다.
이하에서는, 본 발명의 제 2실시예를 따른 기판처리장치를 도 4를 참조하여 설명한다.
이하에서는, 제1실시예와 구별되는 특징적인 부분만 발췌하여 설명하며, 설명이 생략된 부분은 제1실시예 및 공지의 기술에 따른다. 그리고, 본 발명의 제2실시예에서는 설명의 편의를 위하여 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 기판처리장치(2)는 안착부(40) 외부에서 유출부(90)와 유입부(60)가 서로 연결되어 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치(2)의 기판처리방법은 유출부(90)를 통해 나온 제2가스(x₂)가 다시 유입부(60)를 거쳐 가열부(80)를 통해 제1가스(x₁)로 변환되며, 가스통과공(44)을 통해 이격공간(B)으로 공급된다.
이에 의해, 한 번 사용한 가스를 다시 재사용할 수 있어 가스 사용량과 가열비용이 절감되는 기판처리장치(2)와 기판처리방법이 제공된다.
비록 본 발명의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기판처리공정에서 기판이 안착되는 안착부의 재료에 상관없이 기판의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 기판처리장치와 기판처리방법이 제공된다.

Claims (12)

  1. 기판처리장치에 있어서,
    기판이 안착되며, 상기 기판과 이격공간을 형성하는 안착부와;
    상기 이격공간과 연결되어 있는 유입부와;
    상기 이격공간과 연결되어 있는 유출부와;
    상기 유입부와 연결되어 상기 이격공간에 가스를 공급하는 가스공급부와;
    상기 이격공간에 공급되는 상기 가스를 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안착부는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안착부를 냉각하는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안착부는 상기 이격공간과 연결되어 있는 가스통과공을 포함하며,
    상기 유출부 및 상기 유입부는 상기 가스통과공과 연결되어 있는 것을 특징 으로 하는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안착부와 대향 배치되어 있는 방전전극과;
    상기 방전전극과 상기 안착부를 수용하며, 플라즈마 형성 공간을 형성하는 진공챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유출부는 상기 가스공급부와 직접 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 기판처리방법에 있어서,
    기판처리장치의 안착부 상에, 이격공간을 두고 기판을 안착시키는 단계와;
    가열된 가스를 상기 이격공간에 유입 및 유출시키면서, 상기 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 처리 시 상기 안착부를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 처리 시 상기 가열된 가스는 상기 기판 전체에 대응하여 상기 이격공간에 유입되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판의 처리는 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판 처리 시 상기 기판 상에 형성된 알루미늄을 포함한 금속을 식각하며, 상기 기판의 온도가 섭씨 70도 내지 섭씨90도가 되도록 상기 가열된 가스를 상기 이격공간에 유입 및 유출시키는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유출된 가스는 상기 이격공간으로 다시 유입되는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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