KR20090088750A - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 플라즈마를 이용하여 소정의 처리를 수행하는 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 플라즈마 처리공정에 영향을 미치는 인자들에 대한 최적의 설계를 제시함으로써, 기판의 플라즈마 처리상태를 향상시키고, 기판 또는 각 부품들의 변형 및 파손 등을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공한다.

플라즈마 처리, 정전척

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 {APPARATUS AND METHOD FOR PLASMA TREATMENT}

본 발명은 피처리 기판에 플라즈마를 이용하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체의 웨이퍼, 평판디스플레이에 사용되는 박막트랜지스터(thin film transistor; TFT) 또는 유리기판 등(이하, 기판)의 제작공정에는, 공정챔버의 내부로 이송된 기판을 처리위치에 정렬되게 고정시키고 고정된 기판에 진공분위기에서 플라즈마를 이용하여 소정의 처리를 수행하는 플라즈마 처리장치가 사용된다.

최근, 반도체 분야에서는 회로의 집적화 및 경량화가 진행되며, 평판디스플레이장치의 제조분야에서는 대면적화가 진행된다. 이에 따라, 기판을 처리위치에 정확하게 고정시키는 기술의 중요성이 부각되고 있다.

기판을 공정챔버내의 처리위치에 고정시키는 기술로는 클램프(clamp)를 사용하는 방식, 진공압을 이용하는 방식 또는 정전척(electrostatic chuck; ESC)을 사용하여 정전척과 기판의 표면에 발생되는 정전기력으로 기판을 척킹하는 방식이 있 으며, 이러한 고정기술 중 공정의 단일성이 우수한 정전척을 사용하는 방식의 적용이 증대되고 있다. 정전척을 사용하는 기판의 고정방식은 정전기력을 이용하여 기판을 흡착하기 때문에 기판의 손상을 방지하고 제품의 불량률을 줄인다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 정전척은, 그 최하부에 위치되는 베이스부재(1)와, 베이스부재(1)의 상측에 위치되고 그 표면이 절연체인 세라믹으로 각각 코팅되는 상부절연층(2) 및 하부절연층(3)과, 상부절연층(2)과 하부절연층(3)의 사이에 구비되어 소정의 전원이 인가되는 전극패턴(4)을 포함하여 구성되며, 베이스부재(1), 상부절연층(2) 및 하부절연층(3)은 접착성의 물질에 의하여 서로 견고하게 부착된다.

상부절연층(2)의 상면에는 소정한 간격으로 배열되는 복수의 돌기(5)가 구비되며, 돌기(5)의 상측에는 기판(S)이 안착된다. 상부절연층(2)과 기판(S)과의 사이의 공간에는 기판(S)의 플라즈마 처리공정 중 기판(S)의 냉각을 위한 냉각가스가 공급된다.

전극패턴(4)에는 대략 -1000V 내지 +1000V의 직류전원이 인가되며, 이에 따라, 기판(S) 및 상부절연층(2)의 표면에서 분극현상(polarization)에 의한 정전기력이 발생되고, 이와 같은 정전기력에 의하여 기판(S)이 정전척에 척킹된다.

정전척을 이용한 플라즈마 처리장치에서 기판(S)이 처리되는 정도는 여러 가지의 인자에 의하여 영향을 받게 된다. 이러한 인자로는 공정챔버의 내부의 압력, 기판(S)이 정전척에 흡착되는 힘인 척킹력, 처리공정 중의 플라즈마의 형성상태, 처리공정 중의 기판(S)의 온도 및 기판(S)의 처리 후의 분리공정 등을 들 수 있다.

먼저, 기판(S)의 척킹력과 관련하여, 정전척은 전극패턴(4)으로 인가된 전압에 의하여 발생되는 정전기력에 의하여 기판(S)을 고정하게 되므로, 기판(S)의 척킹력은 전극패턴(4)으로 인가되는 전압의 크기 및 기판(S)과 상부절연체(2)와의 사이의 공간의 높이에 영향을 받는다.

그리고, 기판(S)의 온도와 관련하여, 플라즈마는 저압이나 높은 온도를 가지고 있고, 기판(S)은 플라즈마에 노출되어 있으므로 기판(S)의 온도가 높아질 수 있고, 기판(S)의 온도가 큰 경우에는 기판(S)의 변형 내지 파손의 위험이 있다. 따라서, 기판(S)과 상부절연체(2)와의 사이의 공간에 냉각가스를 공급하여 기판(S)의 온도가 지나치게 커지는 것을 방지한다.

냉각가스의 공급을 위하여, 공정챔버의 외부에 냉각가스의 공급원으로 냉각가스공급장치가 구비되고, 기판(S)과 상부절연체(2)와의 사이의 공간과 냉각가스공급장치의 사이를 연통하는 공급통로가 구비되며, 공급통로상에 냉각가스의 공급량을 조절하는 밸브 등이 구비된다.

이러한 냉각가스의 공급은 기판(S)의 척킹력과 밀접한 관련이 있는데, 기판(S)의 척킹력이 약한 상태에서 냉각가스의 공급량이 큰 경우에는, 공급되는 냉각가스의 힘에 의하여 기판(S)이 진동하는 문제가 발생할 수 있고, 냉각가스가 정전척과 기판(S)의 사이의 공간으로부터 누출되어 결과적으로 기판(S)의 냉각효율이 저하되는 문제를 유발할 수 있다.

플라즈마의 형성상태와 관련하여, 공정챔버내의 플라즈마는 공정챔버의 내부로 반응가스가 공급되는 것과 동시에 공정챔버의 내부에 배치된 한 쌍의 전극에 고 주파의 전압이 인가되어 고주파 전계가 형성되는 것에 의하여 발생하게 되는데, 전극에 인가되는 전압을 조정하여 플라즈마의 형성상태를 제어할 수 있고, 전압감지기에 의하여 감지된 전압값 내지 그 파형으로부터 플라즈마의 형성상태를 판단할 수 있다.

그러나, 종래의 정전척은, 플라즈마의 처리공정 중에, 정전척이 절연상태임에도 정전척을 통하여 전류가 누설되는 현상이 발생되고, 이에 의하여, 직류전원의 인가되는 정도에 비하여 전극패턴(4)에 인가되는 전압이 크기가 작아지게 되어 기판(S)이 정전척상에 적절히 척킹되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 기판(S)의 척킹이 제대로 이루어지지 않는 경우에는 냉각가스가 누출되므로 냉각작용이 원활하게 수행되지 않아 기판(S)의 온도가 상승하며, 이에 따라 기판(S)의 플라즈마 처리상태가 불량해질 뿐만 아니라 기판(S)이 파손되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 직류전원의 인가되는 정도를 증가시켜 기판(S)의 척킹력을 크게 하는 방안이 고려될 수 있으나, 그러한 경우에는, 기판(S)의 척킹력이 커지기 때문에 기판(S)이 변형되거나 파손되는 현상이 발생되고, 과도한 전압에 의하여 정전척으로부터 누설되는 전류량이 증가하기 때문에 정전척이 파손되는 현상이 발생된다.

정전척이 파손되는 경우에는 기판(S)과 정전척의 사이에 아킹현상이 발생되며, 아킹현상에 의하여 기판(S)에 구멍이 생기게 되고, 또한, 기판(S)에 구멍이 생기는 경우에 그 구멍부위에 플라즈마가 집중되는 현상이 발생되며, 이에 따라 전극 을 포함한 여러 부품이 파손되는 문제점이 있다.

한편, 정전척을 이용한 플라즈마 처리과정에서 전극패턴(4)으로 인가되는 전원을 차단하여도 전극패턴(4) 상의 전하들이 제거되지 아니하고 남아 있게 되는데, 이에 따라 정전척의 효율을 저하시키고 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

또한, 정전기력은 기판(S)의 재질과 기판(S)의 두께에 따라 설정되는 데, 다수개의 절연체의 사이에서 균일한 정전기력이 유지되지 못하는 경우에는 정전기력의 오차가 발생되며, 정전척에서 기판(S)을 분리할 때에 정전척으로부터 기판(S)이 제대로 분리되지 않고 튕기는 스티킹(sticking) 현상이 유발되거나, 기판(S)의 변형 및 균열이 유발되어, 제조효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 처리장치에서 정전척의 전극패턴으로 인가되는 전압의 인가방법, 냉각가스의 공급방법을 최적화함으로써, 기판 또는 처리장치의 부품의 파손을 방지하고, 기판의 플라즈마 처리상태를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 누설전류량, 냉각가스의 공급량 및 전압감지기에서 감지된 플라즈마의 형성상태를 감지하고, 감지된 상태를 조건으로 하여 플라즈마 처리공정을 수행함으로써, 기판 또는 처리장치의 부품의 변형 및 파손을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 기판의 플라즈마 처리 후, 기판과 정전척과의 사이의 정전기력을 효과적으로 제거함으로써, 기판의 디척킹과정을 원활하게 수행할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법은 기판이 안착된 정전척에 전원을 인가하는 제1단계와, 기판과 정전척의 사이에 냉각가스를 공급하는 제2단계와, 공정챔버의 내부에 플라즈마를 형성하는 제3단계를 포함하고, 제2단계는 냉각가스가 요구량까지 점진적으로 증가하도록 공급하는 과정으로 이루어진다.

한편, 기판 또는 처리장치의 부품의 변형 내지 파손 등의 문제를 방지할 수 있도록, 제1단계, 제2단계 또는 제3단계에서, 정전척을 통하여 누설되는 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 것이 바람직하다.

또한, 제2단계 또는 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 것이 바람직하다.

또한, 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 것이 바람직하다.

또한, 제2단계 또는 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 급격히 변동되는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 플라즈마 처리공정이 중단되는 경우에는 이를 사용자에게 표시하여 사용자가 신속하게 대응할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 기판에 대한 플라즈마 처리의 종료 후, 기판과 정전척과의 사이의 정전기력을 효과적으로 해제시킴으로써, 기판의 디척킹과정을 원활하게 수행할 수 있도록, 정전척으로 인가되는 직류전원을 차단함과 동시에 정전척을 접지하는 것이 바람직하다.

기판의 디척킹과정은, 기판과 정전척과의 사이의 정전기력을 효과적으로 해제시킬 수 있도록, 정전척으로 인가되는 직류전원을 저감시키는 것과 동시에 정전척에 펄스파를 갖는 전원을 인가하는 것으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법은 플라즈마 처리공정에 영향을 미치는 인자들에 대한 최적의 설계를 제시함으로써, 기판의 플라즈마 처리상태를 향상시키고, 기판 또는 각 부품들의 변형 및 파손 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치 및 처리방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 그 내부에 일정한 압력이 유지되도록 밀폐된 공간이 제공되는 공정챔버(10)와, 공정챔버(10)의 내부에 반응가스를 공급하는 반응가스공급장치(미도시)와, 공정챔버(10)의 내측의 상부에 설치되어 소정의 전력이 인가되는 상부전극(20)과, 공정챔버(10)의 내측의 하부의 베이스부재(21)의 상측에 설치되어 소정의 전력이 인가되고 공정챔버(10)내의 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되도록 상부전극(20)과의 상호작용으로 공정챔버(10)내에서 소정의 전기장을 형성하는 하부전극(30)과, 공정챔버(10)의 내부를 진공의 분위기로 형성시키거나 반응가스를 배출시키기 위한 배기장치(40)와, 공정챔버의 내부에서 형성되는 플라즈마의 형성상태를 감지할 수 있도록 상부전극(20) 또는 하부전극(30)으로 인가되는 전력을 전달하는 연결라인(51)상에 설치되어 인가되는 고주파 전압의 크기를 감지하는 전압감지기(50)와, 공정챔버(10)의 내부에서 하부전극(30)의 상측에 설치되어 기판(S)이 척킹되는 정전척(60)과, 정전 척(60)에 직류전원을 인가하는 직류전원공급장치(70)와, 공정챔버(10)의 일측벽에 구비되어 기판(S)의 플라즈마 처리의 종료점을 검출하기 위한 EPD(End Point Detector)시스템(80)과, 기판(S)에 대한 플라즈마 처리의 종료 후 기판(S)을 정전척(60)으로부터 분리시키기 위한 디척킹유닛을 포함하여 구성된다.

공정챔버(10)의 일측벽에는 기판(S)의 공정챔버(10)의 내부로의 반입 및 외부로의 반출을 위한 이동통로(12)와, 이동통로(12)의 개폐를 위한 개폐장치(13)가 구비된다.

반응가스공급장치는 플라즈마의 형성에 사용되는 반응가스를 공정챔버(10)의 내부로 공급하는 것으로, 공정챔버(10)의 상측에 구비되어 반응가스를 공정챔버의 내부로 균일하게 공급하기 위한 확산부재(11)를 포함하여 구성된다.

전압감지기(50)는 상부전극(20) 또는 하부전극(30)에 인가되는 전압값 내지 그 파형을 감지하여 그로부터 공정챔버(10)내의 플라즈마의 형성상태를 판단할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 정전척(60)은, 베이스부재(21)의 상측에 위치되는 하부전극(30)의 상측에 위치되고 그 표면이 절연체인 세라믹으로 각각 코팅되는 상부절연층(61) 및 하부절연층(62)과, 상부절연층(61)과 하부절연층(62)의 사이에 구비되어 직류전원공급장치(70)로부터 소정의 전원이 인가되는 전극패턴(63)을 포함하여 구성되며, 베이스부재(21), 하부전극(30), 상부절연층(61) 및 하부절연층(62)은 접착성의 물질에 의하여 서로 견고하게 부착된다.

전극패턴(63)은 직류전원이 인가됨에 따라 정전기력을 발생시키는 역할을 하 는 것으로, 피처리 기판(S)의 형상에 따라 다양한 형상으로 형성된다. 전극패턴(63)은 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 텅스텐(W) 등의 금속으로 이루어진다.

상부절연층(61)의 상면에는 소정의 간격으로 배열되는 복수의 돌기(64)가 구비되며, 돌기(64)는 절연체인 세라믹으로 코팅된다. 기판(S)은 돌기(64)의 상측에 안착되며, 돌기(64)들의 사이의 공간(A), 즉, 기판(S)과 상부절연층(61)과의 사이의 공간(A)에는 헬륨(He)가스와 같은 냉각가스가 공급되며, 냉각가스는 기판(S)의 적정한 온도를 유지하는 기능을 한다.

여기에서, 돌기(64)는 기판(S)의 접촉 및 분리가 용이하게 이루어질 수 있도록 기판(S)을 향하여 그 폭이 줄어드는 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 반구형의 돌기(64)를 제시한다.

냉각가스의 공급을 위하여, 공정챔버(10)의 외부에 냉각가스의 공급원으로 냉각가스공급장치(101)가 구비되고, 기판(S)과 상부절연층(61)과의 사이의 공간(A)과 냉각가스공급장치(101)를 연결하는 공급통로(102)가 구비되며, 공급통로(102)상에는 냉각가스의 공급량을 조절하는 단위압력조절기(103, UPC) 및 복수의 밸브(104) 등이 구비된다.

또한, 기판(S)과 상부절연층(61)의 사이의 공간(A)의 기밀을 유지하도록 상부절연층(61)로부터 돌출되고 상부절연층(61)의 주위를 따라 연장되는 벽(65)이 형성되며, 기판(S)은 벽(65)의 상측에 접촉되도록 안착된다. 벽(65)은 기판(S)과 상부절연층(61)의 사이의 공간(A)으로 공급된 냉각가스가 누출되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

EPD시스템(80)은 공정챔버의 일측벽을 관통하여 구비되는 뷰 포트(81)와, 뷰 포트(81)에 구비되는 투명창(82)과, 투명창(82)과 광케이블(83)을 통하여 연결되는 광분석기(84)를 포함하여 구성된다.

EPD시스템(80)은, 뷰 포트(81)의 투명창(82)으로 수광된 빛이 광케이블(83)을 통하여 광분석기(84)로 전달되면, 광분석기(84)가 전달된 빛의 특정 파장을 검출하는 과정을 통하여 플라즈마 처리의 종료점을 판단하는 역할을 수행한다.

디척킹유닛은 정전척(60)의 전극패턴(63)과 직류전원공급장치(70)와의 사이에 구비되어 전극패턴(63)을 직류전원공급장치(70) 또는 그라운드로 선택적으로 연결시키는 적어도 하나의 포트(90)를 포함하여 구성된다.

포트(90)에는 접지상태의 해제 및 유지를 선택적으로 수행할 수 있는 릴레이 등의 스위치가 구비되며, 포트(90)는 기판(S)을 정전척 상에 척킹시키는 과정에서는 직류전원공급장치(70)를 전극패턴(63)과 연결시키는 역할을 수행하며, 기판(S)을 정전척으로부터 디척킹시키는 과정에서는 전극패턴(63)을 그라운드와 연결시키는 역할을 수행한다.

포트(90)는 전극패턴(63)의 여러 지점과 연결되도록 다수로 구비되는 것이 직류전원공급장치(70)로부터 전극패턴(63)으로의 전원의 인가를 원활하게 하는 데에 바람직하며, 또한, 디척킹과정에서 전하를 그라운드 쪽으로 원활하게 이동시켜 전극패턴(63)상의 전하를 효과적으로 제거하는 데에 바람직하다.

한편, 전극패턴(63)의 대전상태를 실시간으로 감지하여 접지가 정확하게 수행되었는지를 감지하는 감지수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예로서, 디척킹유닛은, 기판(S)의 플라즈마 처리 후 전극패턴(63) 상의 전하를 제거하여 기판(S)과 정전척(60) 사이의 정전기력을 해제시킬 수 있도록, 전극패턴(63)과 연결되어 전극패턴(63)에 교류전원을 인가하는 교류전원공급장치(91)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

교류전원공급장치(91)는, 공정챔버(10)의 내에서 기판(S)에 대한 플라즈마 처리가 종료된 후, 기판(S)을 정전척(60)으로부터 디척킹시키기 위하여 직류전원공급장치(70)로부터 전극패턴(63)으로 인가되는 전압을 줄이면서, 또는, 포트(90)의 동작에 의하여 전극패턴(63)을 그라운드와 연결시키면서, 전극패턴(63)에 교류전원을 인가하는 역할을 수행한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전극패턴(63)으로 인가되는 교류전원은 펄스파로 이루어지므로, 기판(S)을 정전척(60)으로부터 디척킹시키기 위하여 전극패턴(63)으로 인가되는 전원을 일시에 차단하는 것에 비하여 전극패턴(63) 상의 전하를 효과적으로 제거할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예와 같이 전극패턴(63)에 교류전원이 인가되는 구성을 갖는 경우에는 전극패턴(63)을 직류전원공급장치(70) 또는 그라운드로 선택적으로 연결시키는 포트(90)가 구비되지 않을 수 있다. 이와 같은 경우, 기판(S)의 디척킹과정은 직류전원공급장치(70)에서 인가되는 전압의 크기를 줄이면서 교류전원공급장치(91)의 교류전원을 정전척(60)의 전극패턴(63)에 인가시키는 과정으로 이루어진다.

또한, 전극패턴(63)상의 전하가 제거되었는지를 판단할 수 있도록 전극패턴(63)의 대전상태를 실시간으로 감지하는 감지수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 디척킹유닛은 직류전원공급장치(70)와 별도로 제공되는 전원공급장치(92)와, 전원공급장치(92) 및 전극패턴(63)과 각각 연결되는 신호변환장치(93)를 포함하여 구성된다.

전원공급장치(92)는 직류전원 또는 교류전원을 공급하는 장치이며, 신호변환장치(93)는, 기판(S)에 대한 플라즈마 처리 후 전극패턴(63) 상의 전하를 제거하여 기판(S)과 정전척(60) 사이의 정전기력을 해제시킬 수 있도록, 전원공급장치(92)로부터 공급되는 전원을 펄스파 신호로 변환하여 정전척(60)의 전극패턴(63)으로 인가시키는 역할을 수행한다.

여기에서, 신호변환장치(93)가 별도의 전원공급장치(92)와 연결되는 구성을 제시하고 있지만, 이에 한정되지 아니하고, 신호변환장치(93)가 직류전원공급장치(70)와 연결되어 공급된 전원을 펄스파 신호로 변환하여 전극패턴(63)으로 인가하는 구성으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판(S)의 디척킹과정은 직류전원공급장치(70)로부터 전극패턴(63)으로 인가되는 전압을 줄이면서, 또는, 포트(90)의 동작에 의하여 전극패턴(63)을 그라운드와 연결시키면서, 전원공급장치(92)로부터 공급되는 전원을 신호변환장치(93)를 통하여 펄스파 신호로 변환하여 전극패턴(63)으로 인가하는 과정으로 이루어진다. 따라서, 기판(S)을 정전척(60)으로부터 디척킹 시키기 위하여 전극패턴(63)으로 인가되는 전원을 일시에 차단하는 것에 비하여 전극패턴(63) 상의 전하를 효과적으로 제거할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예와 같이 전극패턴(63)에 펄스파 신호로 변환된 전원이 인가되는 구성을 갖는 경우에는 전극패턴(63)을 직류전원공급장치(70) 또는 그라운드로 선택적으로 연결시키는 포트(90)가 구비되지 않을 수 있다. 이와 같은 경우, 기판(S)의 디척킹과정은 직류전원공급장치(70)에서 인가되는 전압의 크기를 줄이면서 펄스파를 갖는 전원을 정전척(60)의 전극패턴(63)에 인가시키는 과정으로 이루어진다.

또한, 전극패턴(63)상의 전하가 제거되었는지를 판단할 수 있도록 전극패턴(63)의 대전상태를 실시간으로 감지하는 감지수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 플라즈마 처리공정에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전척(60)을 이용하는 플라즈마 처리장치의 공정은 (1)공정챔버(10)의 내부로 기판(S)을 이송하고, 기판(S)을 정전척(60)에 안착시키고, 공정챔버(10)의 내부에 진공을 형성하는 단계(S10)와, (2)정전척(60)에 직류전원을 인가하는 단계(S20)와, (3)기판(S)과 정전척(60)과의 사이의 공간(A)에 냉각가스를 공급하는 단계(S30)와, (4)상부전극(20)과 하부전극(30)에 바이어스 전압을 인가하여 공정챔버(10)의 내부에 플라즈마를 형성시키는 단계(S40)와, (5)EPD시스템(80)에 의하여 플라즈마 처리를 종료하는 단계(S50)와, (6)공정챔버(10)의 내부에서 플라즈마의 형성을 종료하는 단계(S60)와, (7)냉각가스의 공급을 종료하는 단계(S70)와, (8)정전척(60)의 전극패턴(63)에 인가되는 직류전원을 차단하고, 기판(S)을 정전척(60)으로부터 디척킹시키는 단계(S80)와, (9)공정챔버(10)의 내부의 반응가스를 배기시키는 단계(S90)로 크게 9개의 단계로 구성된다.

먼저, 첫 번째 단계(S10)는, 이동통로(12)를 통하여 공정챔버(10)의 내부로 기판(S)을 이송하고, 기판(S)을 정전척(60)에 안착시키고, 배기장치(40)를 이용하여 공정챔버(10)의 내부를 진공분위기로 형성하는 과정으로 이루어진다.

정전척(60)에 직류전원을 인가하는 단계(S20)는, 정전척(60)의 전극패턴(63)에 직류전원을 인가하면 기판(S) 및 상부절연층(61)의 표면에서 분극현상에 의한 정전기력이 발생되는데, 이와 같은 정전기력에 의하여 기판(S)이 정전척(60)에 척킹되는 과정으로 이루어진다.

여기에서, 기판(S)이 정전척(60)에 흡착되는 힘인 척킹력은 전극패턴(63)으로 인가되는 전압의 크기에 큰 영향을 받게 되는데, 인가전압의 크기가 작은 경우에는 척킹력이 약하여 플라즈마 처리공정 중 기판(S)에 진동 등이 발생될 우려가 있으며, 인가전압의 크기가 큰 경우에는 기판(S)이 큰 척킹력에 의하여 파손되는 문제가 발생될 뿐만 아니라 정전척(60)을 통하여 누설되는 전류량이 커지는 문제가 발생된다. 따라서, 인가전압의 크기의 범위 및 전압인가의 방법에 대한 최적의 설계가 요구된다.

또한, 정전척(60)의 전극패턴(63)으로 인가되는 전압의 크기의 조절은 정전 척을 통하여 누설되는 전류량의 크기로부터 판단될 수 있다. 즉, 척킹력이 최적인 상태에서의 누설전류량의 값을 설정하고, 설정된 값의 크기의 증감을 판단하여 전압의 크기를 조절하게 된다.

기판(S)과 정전척(60)의 사이에 냉각가스를 공급하는 단계(S30)는, 냉각가스공급장치(101)와 기판(S)과 정전척(60)과의 사이의 공간(A)을 연결하는 공급통로(102)를 통하여 기판(S)과 정전척(60)과의 사이의 공간(A)에 헬륨(He)가스 등의 냉각가스를 주입하는 과정으로 이루어진다.

즉, 처리공정 중 기판(S)은 플라즈마에 노출되어 있어 그 온도가 높아질 위험이 있고, 기판(S)의 온도가 지나치게 높은 경우에는 기판(S)이 변형되거나 플라즈마에 의한 식각 등의 처리상태가 불량해지는 문제가 있는데, 이를 냉각가스를 통하여 적절히 보완한다.

여기에서, 냉각가스는 공급통로(102)상에 구비된 압력조절기(103)를 통하여 그 공급량이 제어되며, 냉각가스의 냉각효율은 기판(S)의 척킹력과 밀접한 관계가 있다. 즉, 기판(S)의 척킹력이 최적인 상태에서는 냉각가스가 기판(S)과 정전척(60)의 사이의 공간(A)에 유입되어 냉각작용을 수행하나, 기판(S)의 척킹력이 약한 경우에는 공급되는 냉각가스의 압력에 의하여 기판(S)이 진동하는 문제가 발생되며, 냉각가스가 기판(S)과 정전척(60)의 사이의 공간(A)으로부터 누출되어 냉각효율이 저하되는 문제가 발생된다. 따라서, 냉각가스의 공급량 및 공급방법에 대한 최적의 설계가 요구된다.

공정챔버(10)의 내부에 플라즈마를 형성시키는 단계(S40)는, 반응가스공급장 치에 의하여 진공분위기의 공정챔버(10)의 내부로 반응가스가 공급됨과 동시에 상부전극(20)과 하부전극(30)에 소정의 전력이 인가되면, 상부전극(20)과 하부전극(30)과의 사이에서 소정의 전기장이 형성되고, 이와 같은 전기장에 의하여 반응가스가 활성화되면서 플라즈마를 형성하는 과정으로 이루어진다.

EPD시스템(80)에 의하여 플라즈마 처리를 종료하는 단계(S50)는, EPD시스템(80)의 뷰 포트(81)의 투명창(82)으로 수광된 빛이 광케이블(83)을 통하여 광분석기(84)로 전달되면, 광분석기(84)는 전달된 빛을 증폭하여 특정의 파장대를 검출하여 플라즈마 처리의 종료점을 판단하며, 이에 따라, 플라즈마 처리를 종료하는 과정으로 이루어진다.

공정챔버(10)의 내부에서 플라즈마의 형성을 종료하는 단계(S60)는, 반응가스공급장치를 제어하여 공정챔버(10)의 내부로의 반응가스의 공급을 차단하고, 상부전극(20)과 하부전극(30)으로 인가되는 고주파 전압을 차단하는 과정으로 이루어진다.

냉각가스의 공급을 종료하는 단계(S70)는, 압력조절기(103) 또는 밸브(104)를 제어하여 기판(S)과 정전척(60)과의 사이의 공간(A)으로의 냉각가스의 공급을 차단하는 과정으로 이루어진다.

정전척(60)의 전극패턴(63)에 인가되는 직류전원을 차단하고, 기판(S)을 정전척(60)으로부터 디척킹시키는 단계(S80)는, 정전척(60)의 전극패턴(63)으로 인가되는 전원을 일시적으로 차단하는 경우에 전극패턴(63)상에 전하들이 잔류함에 따라 발생되는 스티킹 현상에 의한 기판(S)의 변형 및 파손 등의 문제점이 방지될 수 있도록, 전극패턴(63)을 그라운드와 연결시키는 과정으로 이루어진다.

즉, 포트(90)가 그 스위치의 동작에 의하여 전극패턴(63)으로 인가되는 전원을 차단시키는 것과 동시에 전극패턴(63)을 그라운드로 연결시키게 되며, 이에 따라, 전극패턴(63) 상의 전하들이 그라운드로 이동되어 제거된다. 그리고, 감지수단에 의하여 전극패턴(63)의 대전상태를 감지하여 접지가 정확하게 완료된 경우, 기판(S)을 정전척으로부터 디척킹시키게 된다.

또한, 기판(S)을 정전척으로부터 디척킹시키는 과정(S80)은, 플라즈마 처리의 종료 후 전원공급장치(70)로부터 전극패턴(63)에 인가되는 전압의 크기를 줄이면서 전극패턴(63)에 교류전원을 인가하거나 펄스파를 갖는 전원을 인가하는 과정을 통하여 이루어질 수 있다.

공정챔버(10)의 내부의 반응가스를 배기시키는 과정(S90)은, 배기장치(40)를 제어하여 공정챔버(10)의 내부의 반응가스를 제거하는 과정으로 이루어진다.

이하, 본 발명에서는 기판(S) 및 처리장치의 부품의 파손을 방지할 수 있고, 플라즈마 처리공정을 원활하게 수행할 수 있는 최적의 설계를 제시한다.

먼저, 플라즈마 처리공정의 계속 조건을 다음과 같이 설정한다.

(1)정전척(60)에 직류전원을 인가하는 단계(S20)에서 누설전류량이 미리 설정된 값(1mA)의 이하일 것, (2)냉각가스를 주입하는 단계(S30)에서 누설전류량이 미리 설정된 값(1mA)의 이하이고, 압력조절기(103)에 의하여 제어되는 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 량(10sccm)으로 공급될 것, (3)플라즈마를 형성시키는 단계(S40)에서 누설전류량이 미리 설정된 값(1mA)의 이하이고, 압력조절기(103)에 의 하여 제어되는 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 량(10sccm)으로 공급되며, 전압감지기(50)에 의하여 감지된 전압값 내지 그 파형으로부터 판단된 플라즈마의 형성상태가 양호할 것이라는 세가지 조건을 설정하고, 플라즈마 처리공정 중 이와 같은 조건에 만족하지 않는 경우에는 플라즈마의 처리공정을 각 단계에서 중단하여 유발될 수 있는 문제를 사전에 방지한다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 정전척(10)에 직류전원을 인가하는 단계(S20)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값(1mA)의 이하, 바람직하게는, 미리 설정된 값의 약 70%의 수준에서는 처리공정을 그대로 수행하되, 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우, 바람직하게는, 미리 설정된 값의 약 70%의 수준을 초과하는 경우에는 처리공정을 중단하여 기판(S) 또는 처리장치의 부품의 변형 내지 파손 등의 문제를 방지한다(S21).

여기에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 정전척(10)에 전원을 인가하는 방법과 관련하여, 인가되는 직류전원의 시간에 대한 전압의 크기의 파형이 계단의 형상을 이루도록 직류전원을 단계적으로 인가한 경우(a), 파형이 슬로프를 이루도록 전압의 크기를 점진적으로 증가시킨 경우(b), 파형이 수직의 직선형상이 되도록 요구전압을 일시에 인가한 경우(c)를 비교하면, 요구전압을 일시에 인가시킨 경우(c)에 비하여 직류전원을 단계적으로 인가한 경우(a)와 직류전원을 전압의 크기를 점진적으로 증가되도록 인가한 경우(b)에 기판(S) 또는 플라즈마 처리장치의 파손을 막고, 에칭 공정을 원활하게 수행할 수 있는 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.

이때, 직류전원을 단계적으로 인가한 경우(a)가 최적이었으며, 최초의 전압 에서 요구전압까지의 인가되는 시간은 0.5초 내지 1.0초인 경우가 가장 바람직하였다.

한편, 정전척(10)에 직류전원을 인가하는 단계(S20)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하여 플라즈마 처리공정이 중단되는 경우에는, 사용자에게 이를 표시하는 단계(S22)가 더 포함되는 것이 바람직하다. 따라서, 누설전류량 초과에 의하여 플라즈마가 처리공정이 중단되는 경우에 사용자가 신속하게 이를 인지하고 적절히 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 냉각가스를 공급하는 단계(S30)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값(1mA)의 이하, 바람직하게는, 미리 설정된 값의 약 70%의 수준에서는 처리공정을 그대로 수행하되, 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우, 바람직하게는, 미리 설정된 값의 약 70%의 수준을 초과하는 경우에는 처리공정을 중단하여 기판(S) 또는 처리장치의 부품의 변형 내지 파손 등의 문제를 방지한다(S31).

또한, 냉각가스를 공급하는 단계(S30)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값의 이하인 경우에도, 압력조절기(103)에 의하여 제어되는 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 량(10sccm)의 오차범위를 이탈하는 경우에도 처리공정을 중단한다(S32).

또한, 냉각가스를 공급하는 단계(S30)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값의 이하인 경우에, 압력조절기(103)에서 감지한 냉각가스의 공급량이 이루는 파형이 급격히 변동되는 경우는 냉각가스의 누설을 의미하는 것이므로, 이 경우에도 플라즈마 처리공정을 중단하여 플라즈마 처리장치의 파손 등의 문제를 방지한다(S32).

여기에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 압력조절기(103)에 의하여 제어되어 공급되는 냉각가스의 공급요구량을 일시적으로 공급하는 경우(e)에는 기판(S)의 척킹력이 약한 상태에서 기판(S)이 진동하는 문제점을 유발하므로, 냉각가스의 공급량이 요구량까지 점진적으로 증가하도록 압력조절기(103)를 제어하는 것(d)이 바람직하다.

한편, 냉각가스를 공급하는 단계(S30)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하거나, 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하거나, 냉각가스의 공급량이 급격히 변동되어 플라즈마 처리공정이 중단되는 경우에는, 사용자에게 이를 표시하는 단계(S33)가 더 포함되는 것이 바람직하다. 따라서, 플라즈마 처리공정이 중단되는 경우에 사용자가 신속하게 이를 인지하고 적절히 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 플라즈마의 형성단계(S40)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값(1mA)의 이하, 바람직하게는, 미리 설정된 값의 약 70%의 수준에서는 처리공정을 그대로 수행하되, 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우, 바람직하게는, 미리 설정된 값의 약 70%의 수준을 초과하는 경우에는 처리공정을 중단하여 기판(S) 또는 처리장치의 부품의 변형 내지 파손 등의 문제를 방지한다(S41).

또한, 플라즈마 형성단계(S40)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값의 이하인 경우에도, 압력조절기(103)에 의하여 제어되는 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 량(10sccm)의 오차범위를 이탈하는 경우에는 처리공정을 중단하여 플라즈마 처리장치의 파손 등의 문제를 방지한다(S42).

또한, 플라즈마의 형성단계(S40)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값의 이하인 경우에, 압력조절기(103)에서 감지한 냉각가스의 공급량이 이루는 파형이 급격히 변동되는 경우는 냉각가스의 누설을 의미하는 것이므로, 이 경우에도 플라즈마 처리공정을 중단하여 플라즈마 처리장치의 파손 등의 문제를 방지한다(S42).

또한, 플라즈마 형성단계(S40)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값의 이하인 경우에도, 전압감지기(50)에서 감지된 직류전원의 전압값(VDC)값으로부터 판단된 플라즈마의 형성된 상태가 양호하지 아니한 경우, 즉, 전압감지기(50)에서 감지된 전압값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하여 플라즈마 처리장치의 파손 등의 문제를 방지한다(S43).

한편, 플라즈마 형성단계(S40)에서, 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하거나, 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하거나, 냉각가스의 공급량이 급격히 변동되거나, 플라즈마 형성상태가 양호하지 아니하여 플라즈마 처리공정이 중단되는 경우, 사용자에게 이를 표시하는 단계(S44)가 더 포함되는 것이 바람직하다. 따라서, 플라즈마 처리공정이 중단되는 경우에 사용자가 신속하게 이를 인지하고 적절히 대응할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 설명한 플라즈마 처리공정을 수행하기 위한 각 조건은 플라즈마 처리공정에 서로 개별적으로 적용되거나 그 일부가 조합되어 적용될 수 있으며, 모든 조건이 함께 적용될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치 및 처리방법은 정전척(60)으로 인가되는 전압의 인가방법, 냉각가스의 공급방법에 대한 최적의 설계를 제시함으로써, 기판(S)의 처리상태를 향상시키고 기판(S) 또는 처리장치의 부품의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치 및 처리방법은 플라즈마 처리공정 중 정전척(60)으로부터 누설되는 전류량, 냉각가스의 공급량 및 플라즈마의 형성상태에 따라 플라즈마 처리공정을 진행시킴으로써, 기판(S) 또는 부품의 파손을 방지하고 플라즈마 처리공정을 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 기판(S)의 플라즈마 처리 후, 디척킹유닛을 통하여 전극패턴 상의 전하를 제거하여 기판(S)과 정전척(60) 사이의 정전기력을 완전히 해제시킬 수 있으므로, 정전척(60)의 정전기력의 오차, 스티킹(sticking) 현상 및 기판(S)의 변형 내지 파손을 방지하면서, 기판(S)의 디척킹과정을 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 정전척이 도시된 부분 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치가 도시된 종단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 정전척이 확대되어 도시된 부분 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 정전척 및 디척킹유닛의 다른 실시예가 도시된 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 정전척 및 디척킹유닛의 또 다른 실시예가 도시된 개략도이다.

도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 플라즈마 처리공정이 도시된 순서도이다.

도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 정전척에 직류전원을 인가하는 단계에서 누설전류량에 대응하는 처리공정이 도시된 순서도이다.

도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에서 정전척에 직류전원을 인가하는 방법이 비교되어 도시된 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 냉각가스를 공급하는 단계에서 누설전류량 및 냉각가스의 공급량에 대응하는 처리공정이 도시된 순서도이다.

도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에서 냉각가스를 공급하는 방법이 비교되어 도시된 그래프이다.

도 11은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 플라즈마를 형성하는 단계에서 누설전류량, 냉각가스의 공급량 및 플라즈마 형성상태에 대응하는 처리공정이 도시된 순서도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

S: 기판 10: 공정챔버

11: 확산부재 12: 이동통로

13: 개폐장치 20: 상부전극

21: 베이스부재 30: 하부전극

40: 배기장치 50: 전압감지기

51: 연결라인 60: 정전척

61: 상부절연체 62: 하부절연체

63: 전극패턴 64: 돌기

65: 벽 70: 직류전원공급장치

80: EPD시스템 81: 뷰 포트

82: 투명창 83: 광케이블

84: 광분석기 90: 포트

91: 교류전원공급장치 92: 전원공급장치

93: 신호변환장치 101: 냉각가스공급장치

102: 공급통로 103: 압력조절기

104: 밸브

Claims (14)

1. 기판이 안착된 정전척에 전원을 인가하는 제1단계;

   상기 기판과 상기 정전척과의 사이에 냉각가스를 공급하는 제2단계; 및

   공정챔버의 내부에 플라즈마를 형성하는 제3단계를 포함하고,

   상기 제2단계는 냉각가스가 요구량까지 점진적으로 증가하도록 공급하는 과정으로 이루어지는 플라즈마 처리방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1단계, 상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 상기 정전척을 통하여 누설되는 누설전류량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압 감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 급격히 변동되는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
7. 제2항에 있어서,

   상기 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 미리 설정된 값을 초과하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 급격히 변동되는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
12. 제1항에 있어서,

    상기 제3단계에서, 플라즈마를 형성하기 위한 전원공급라인상에 구비된 전압감지기에서 감지된 값이 미리 설정된 값의 오차범위를 이탈하는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2단계 또는 상기 제3단계에서, 냉각가스의 공급량이 급격히 변동되는 경우에는 플라즈마 처리공정을 중단하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    기판에 대한 플라즈마 처리의 종료 후, 상기 정전척으로 인가되는 직류전원을 저감시키는 것과 동시에 상기 정전척에 펄스파를 갖는 전원을 인가하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 처리방법.

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