KR20090106729A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명은 기판의 가장자리를 지지하는 기판 홀더와 기판 홀더를 이동시킬 수 있는 이동 부재를 구비하고, 챔버 하부의 하부 전극이 기판 후면을 지지하도록 구성하며, 하부 전극의 상부면 및 측면에 기판 후면 식각 및 기판 베벨 식각을 위한 반응 가스를 분사하는 제 1 및 제 2 반응 가스 분사구를 각각 형성한다. 그리고, 기판 홀더가 기판 후면의 가장자리를 지지하도록 하여 기판 후면 식각 공정을 실시하고, 기판 홀더를 이동 부재를 이용하여 하방을 이동시키고 하부 전극이 기판 후면을 지지하도록 하여 기판 베벨 식각 공정을 실시한다.
본 발명에 의하면, 동일한 플라즈마 처리 장치에서 기판 후면 식각 공정 및 기판 베벨 식각 공정을 연속적으로 실시할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 플라즈마 처리 장치의 수를 줄일 수 있고, 이에 따라 생산 시간 및 생산 비용을 줄일 수 있다.
플라즈마, 후면 식각, 베벨 식각, 기판 홀더, 이동 부재, 하부 전극, 반응 가스

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{Apparatus for plasma processing and method for plasma processing}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 특히 챔버 하부에 마련된 하부 전극으로부터 기판 후면 식각 및 베벨 식각을 위한 반응 가스를 공급하여 기판의 후면 식각과 베벨 식각을 하나의 장치에서 연속적으로 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 및 평판 표시 장치는 기판의 전면에 다수의 박막을 증착하고 식각하여 소정 패턴의 소자들을 형성하여 제작한다. 즉, 소정의 증착 장비를 이용하여 기판의 전면에 박막을 증착하고, 식각 장비를 이용하여 박막의 일부를 식각하여 박막이 소정의 패턴을 갖도록 제작하였다.
그런데, 박막 증착 공정에서 기판의 후면에도 박막이 증착되거나 식각 공정 후에도 기판의 후면에 파티클 등의 이물질이 잔류하게 된다. 또한, 이러한 박막 또는 파티클 등의 이물질은 기판의 이송을 위해 별도의 소자 또는 회로 패턴을 제작 하지 않는 기판의 가장자리 영역, 즉 베벨(bevel) 영역에도 잔류하게 된다. 이렇게 기판의 후면 및 베벨 영역에 증착된 이물질은 후속 공정에서 기판이 휘어지거나 기판의 정렬이 어려워지는 등의 많은 문제점을 야기시킨다. 또한, 기판 후면 및 베벨 영역에 잔류하는 박막 또는 파티클은 이후 공정에서 공정상의 결함으로 작용하여 수율을 감소시키게 된다. 따라서, 기판의 후면 및 베벨 영역에 잔류하는 박막 및 파티클을 제거하기 위해 주로 건식 식각을 통해 기판의 후면 및 베벨에 증착된 박막과 파티클 등의 이물질을 반복적으로 제거한 후 후속 공정을 진행하게 된다.
그런데, 종래에는 별도의 기판 후면 식각 장치와 베벨 식각 장치를 이용하여 기판 후면 식각 및 베벨 식각 공정을 각각 진행하였다. 예를들어 후면 식각 장치와 베벨 식각 장치를 증착 장치 또는 식각 장치와 함께 하나의 클러스터에 구성하고 증착 공정 또는 식각 공정이 완료된 기판의 후면 및 베벨 식각 공정을 따로 실시하게 된다. 따라서, 기판의 후면 및 베벨 식각을 위해 적어도 두 장치가 필요하게 되고, 이러한 식각 장치의 증가로 인해 생산 설비의 수가 증가하고, 생산 비용이 증가하게 된다. 또한, 두 장치를 이용하여 기판의 후면 및 베벨을 식각하기 때문에 전체적인 공정 시간이 증가하게 된다.
본 발명은 기판 후면 식각 공정 및 베벨 식각 공정을 한 장치에서 연속적으로 실시할 수 있어 생산 비용을 줄이고 생산 시간을 줄일 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 후면에서 가장자리를 지지하는 기판 홀더와 기판 홀더를 이동시키는 이동 부재를 구비하여 기판 후면 식각 공정 및 베벨 식각 공정을 연속적으로 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 챔버 하부에 마련된 하부 전극으로부터 기판 후면 식각 및 기판 베벨 식각을 위한 각각의 반응 가스를 분사하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버; 상기 챔버내의 상부에 마련되고, 비반응 가스를 분사하는 상부 전극; 상기 챔버내의 하부에 상기 상부 전극과 대향 배치되어 상기 기판의 베벨 식각 공정에서 상기 기판 베벨이 노출되도록 지지하고, 반응 가스를 분사하는 하부 전극; 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 마련되어 상기 기판 후면 식각 공정에서 상기 기판 후면의 중앙 영역을 노출하도록 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 후면 식각 공정에서 상기 기판 지지부를 이동시켜 상기 기판을 상기 기판 지지부로부터 분리시키는 이동 부재; 및 상기 하부 전극의 상부면 및 측면에 각각 형성된 제 1 및 제 2 반응 가스 분사구를 포함한다.
상기 상부 전극 및 하부 전극은 접지 단자 또는 고주파 전원과 각각 연결된다.
상기 기판 지지부는 상기 기판을 지지하는 기판 홀더; 및 상기 기판 홀더를 상기 하부 전극의 하부 측면에 연결시키는 완충 부재를 포함한다.
상기 기판 홀더는 상기 하부 전극의 상부 표면보다 높은 위치에 마련된다.
상기 완충 부재는 상부가 개방되도록 내부 공간이 마련된 몸체; 상기 몸체의 내부 공간에 마련된 탄성 부재; 및 상기 탄성 부재의 상부에 마련되어 몸체의 상부로 돌출되도록 연장 형성된 홀더 지지대를 포함한다.
상기 상부 전극과 이격되어 상기 챔버의 상부에 마련된 하드 스토퍼를 더 포함한다.
상기 이동 부재는 상기 챔버 상부로부터 상기 챔버 내부로 일부 관통하도록 형성된다.
상기 이동 부재는 상하 이동 가능하고, 하방으로 이동하여 상기 기판 홀더를 하방으로 밀어 이동시킨다.
상기 이동 부재는 상기 챔버 하부로부터 상기 챔버 내부를 일부 관통하도록 형성되며, 상기 기판 홀더와 연결 형성된다.
상기 이동 부재는 상기 기판 홀더를 하방으로 당겨 이동시킨다.
본 발명의 다른 양태에 따른 플라즈마 처리 방법은 기판을 챔버 내로 인입시 킨 후 상기 챔버 상부에 마련된 상부 전극의 하부면으로부터 비반응 가스를 분사하고 상기 챔버 하부에 마련된 하부 전극의 상부면 및 측면으로부터 반응 가스를 분사하여 상기 챔버 내에서 상기 기판의 후면 및 베벨을 연속적으로 식각한다.
상기 기판을 챔버 내로 인입시키는 단계; 및 상기 기판을 기판 홀더에 안착시켜 기판 후면을 식각하고 상기 기판을 하부 전극의 상부면에 안착시켜 기판 베벨을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 기판 후면을 식각하는 단계는, 상기 기판이 안착된 기판 홀더 및 상기 하부 전극을 동시에 상승시키는 단계; 및 상기 기판 상부에 비반응 가스를 분사하고 상기 기판 후면에 상기 하부 전극 상부면으로부터 반응 가스를 분사하여 상기 기판 후면을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 기판 홀더는 하드 스토퍼에 접촉되어 정지된다.
상기 기판 베벨을 식각하는 단계는, 상기 기판 홀더를 하부로 이동시키고 상기 하부 전극을 상승시켜 상기 기판을 상기 하부 전극 상부에 안착시키는 단계; 및 상기 기판 상부에 비반응 가스를 분사하고 상기 기판 베벨에 상기 하부 전극 측면으로부터 반응 가스를 분사하여 상기 기판 베벨을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 기판 홀더는 홀더 이동 부재에 의해 하부로 이동된다.
본 발명은 기판의 가장자리를 지지하는 기판 홀더와 기판 홀더를 이동시킬 수 있는 이동 부재를 구비하고, 챔버 하부의 하부 전극이 기판 후면을 지지하도록 구성한다. 따라서, 기판 홀더가 기판 후면의 가장자리를 지지하도록 하여 기판 후면 식각 공정을 실시하고, 기판 홀더를 이동 부재를 이용하여 하방으로 이동시키고 하부 전극이 기판 후면을 지지하도록 하여 기판 베벨 식각 공정을 실시한다. 또한, 하부 전극의 상부면에 기판 후면 식각을 위한 반응 가스를 분사하는 제 1 반응 가스 분사구를 형성하고, 하부 전극의 측면에 기판 베벨 식각을 위한 반응 가스를 분사하는 제 2 반응 가스 분사구를 형성한다.
본 발명에 의하면, 동일한 플라즈마 처리 장치에서 기판 후면 식각 공정 및 기판 베벨 식각 공정을 연속적으로 실시할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 플라즈마 처리 장치의 수를 줄일 수 있고, 이에 따라 생산 시간 및 생산 비용을 줄일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도로서, 기판 후면 식각 공정 및 베벨 식각 공정을 연속적으로 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(100)와, 챔버(100) 내의 상부에 마련되어 접지 단자와 연결되는 상부 전극(200)과, 챔버(100) 내의 하부에 마련되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(300)와, 챔버(100) 내의 상부에 마련되고 기판 지지부(300)와 접촉되어 상부 전극(200)과 기판(S)의 간격을 유지하는 하드 스토퍼(400)와, 기판 지지부(300)의 일부가 일측에 고정되고 전원(510)이 인가되는 하부 전극(500)과, 기판 지지부(300)와 하부 전극(500)을 승하강시키는 승강 부재(600)를 포함한다. 또한, 기판 지지부(300)를 이동시키는 이동 부재(700)을 더 포함한다. 그리고, 하부 전극(500)의 하부면에는 기판(S) 상면에 비반응 가스를 공급하기 위한 비반응 가스 공급구(230)가 형성되고, 하부 전극(500)의 상부면에는 기판(S)의 후면 식각을 위한 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급구(530)가 형성되며, 하부 전극(500)의 측면에는 기판(S)의 베벨 식각을 위한 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급구(560)가 형성된다.
챔버(100)는 통상 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성되고, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 본 실시 예에서는 챔버(100)를 원통형 또는 사각 박스 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 챔버(100)의 일측벽에는 기판(S)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(110)가 형성되며, 챔버(100)의 하부면에는 식각 공정시 발생되는 파티클 등의 반응 부산물을 챔버(100) 외부로 배기하기 위한 배기부(120)가 마련된다. 이때, 배기부(120)에는 챔버(100) 내의 불순물을 챔버(100) 외부로 배기하기 위한 배기 수단(130), 예를 들어 진공 펌프가 연결된다. 본 실시 예에서 는 챔버(100)를 일체형으로 설명하였지만, 챔버(100)를 상부가 개방된 하부 챔버와, 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드로 분리하여 구성할 수도 있다.
상부 전극(200)은 챔버(200)의 상부 내측면에 돌출 형성되고, 예를들어 원형의 플레이트 형상으로 형성된다. 상부 전극(200)은 접지 단자와 연결되어 고주파 전원(540)이 인가되는 하부 전극(500)과의 전위차에 의해 플라즈마가 발생되도록 한다. 상부 전극(200)은 기판(S)의 직경보다 큰 직경으로 형성될 수 있고, 베벨 영역을 제외한 영역, 즉 기판(S) 중심 영역의 직경과 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 상부 전극(200)에는 복수의 비반응 가스 분사구(230)가 형성된다. 비반응 가스 분사구(230)는 기판(S)의 후면 및 베벨 식각 공정시 기판(S)의 상면이 플라즈마에 의해 손상되지 않도록 기판(S) 상면에 비반응 가스를 분사한다. 이를 위해 비반응 가스 분사구(230)는 상부 전극(200)의 하부면에 전체적으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 기판(S)의 상면과 대응되는 영역의 상부 전극(200)의 하부면에 형성될 수도 있다. 비반응 가스 분사구(230)는 원형, 타원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 비반응 가스 분사구(230)는 비반응 가스 공급부(210)와 연통된다. 비반응 가스 공급부(210)를 통해 공급되는 비반응 가스는 수소, 질소 또는 불활성 가스일 수 있으며, 이외의 비반응성 가스, 즉 기판(S)의 상면과 반응하지 않는 가스일 수 있다. 또한, 기판(S)은 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼 또는 표시 장치를 제조하기 위한 유리 기판 등일 수 있으며, 기판(S)의 상면은 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 면일 수 있고, 그 이외에 기판(S)의 식각이 요구되지 않는 면일 수도 있다. 한편, 상부 전극(200)의 내부에는 챔버(100) 외부에 구성 된 냉각수 순환 수단(미도시)과 연결된 냉각 유로(미도시)가 구비될 수 있다.
기판 지지부(300)는 외부로부터 인입되는 기판(S)이 안착되는 리프트 핀(310)과, 기판(S)의 후면 가장자리 부분을 지지하는 기판 홀더(320)와, 기판 홀더(320)와 하부 전극(500) 사이에 연결된 완충 부재(330)를 포함한다.
리프트 핀(310)은 하부 전극(500)을 관통하여 상하부로 돌출되도록 형성되고, 하부 전극(500)과 함께 상승 및 하강 운동할 수 있다. 리프트 핀(310)에는 기판 출입구(110)를 통해 외부로부터 챔버(100) 내부로 인입된 기판(S)이 안착된다. 리프트 핀(310)은 기판(S)의 후면을 안정적으로 지지하도록 하기 위해 복수개, 바람직하게는 3개 이상으로 형성될 수 있다.
기판 홀더(320)는 리프트 핀(310)의 상부에 안착된 기판(S)의 후면 가장자리를 지지하여 하부 전극(500)과 동시에 상승 및 하강 운동하여 기판(S)을 공정 위치로 배치시킨다. 기판 홀더(320)는 기판(S)이 안착되는 안착부(321)와, 안착부(321)의 하부를 지지하는 측벽부(323)를 포함한다. 안착부(321)는 소정 폭을 갖는 원형의 링 형상으로 형성될 수 있는데, 이 경우 안착부(321)의 상부면에는 기판(S)의 후면 가장자리의 거의 전체가 안착된다. 또한, 안착부(321)상에는 내측으로 오목하게 형성된 복수의 홈(322)이 형성될 수 있다. 홈(322)은 기판(S)을 공정 위치에 배치시키기 위해 기판 홀더(320)를 상승시킬 경우 챔버(100)내의 상부에 마련된 하드 스토퍼(400)와 접촉될 수 있다. 따라서, 기판 홀더(320)의 홈(322)과 하드 스토퍼(400)가 접촉됨에 의해 하부 전극(100)과 기판(S)이 소정 간격, 예를들어 0.5㎜ 정도의 간격을 유지하게 된다. 이때, 안착부(321)의 상부에 형성된 다수의 홈(322) 은 생략될 수도 있다. 또한, 안착부(321)는 원형의 링 형상으로 형성되었지만, 기판(S)의 형상에 따라 변경될 수 있다. 측벽부(323)는 중심부가 상하 관통 형성된 원통형으로 형성되고, 측벽부(323)의 상부면은 안착부(321)의 하부면과 결합된다. 여기서, 측벽부(323)는 별도의 결합 부재에 의해 안착부(321)와 결합될 수 있고, 접착 부재에 의해 접착될 수도 있다. 또한, 측벽부(323)에는 좌우로 관통 형성된 배기 구멍(324)이 복수개 형성되고, 배기 구멍(324)은 상부 전극(200)으로부터 분사되는 반응 가스를 배기시키는 역할을 한다. 여기서, 배기 구멍(324)은 원형 또는 다각 형상으로 형성될 수 있으며, 원형 및 다각 형상의 배기 구멍(324)이 조합되어 사용될 수도 있다. 또한, 측벽부(323)의 하부면에는 측벽부(323)의 외측으로 돌출되도록 지지부(325)가 더 형성될 수 있으며, 이러한 지지부(325)는 기판 홀더(320)와 하부 전극(500) 사이에 연결되는 완충 부재(330)의 상부와 연결된다.
완충 부재(330)는 하부 전극(500)과 기판 홀더(320) 사이에 마련되어 기판 홀더(320)를 하부 전극(500)에 연결시킨다. 또한, 완충 부재(330)는 수축 및 이완 작용하며, 이동 부재(700)에 의해 하방으로 이동하는 기판 홀더(320)의 일부를 수축에 의해 수납하고, 이완되어 기판 홀더(320)를 복귀시킨다. 이러한 완충 부재(330)는 몸체(331)와, 몸체(331) 내에 마련된 탄성 부재(332)와, 탄성 부재(332)의 상부에 마련된 홀더 지지대(333)를 포함한다. 몸체(331)는 원통형 또는 다각 형상으로 형성되고, 몸체(331)의 내부에는 상부가 개방된 소정 공간이 마련된다. 몸체(331) 내부의 공간에는 탄성 부재(332)가 마련되며, 탄성 부재(332)는 소정 공간이 형성된 몸체(331)의 내측 바닥면에 고정되어 수축 및 이완 운동한다. 탄성 부 재(332)로는 스프링 등이 이용될 수 있다. 탄성 부재(332)의 상부에는 홀더 지지대(333)가 마련되고, 홀더 지지대(333)는 소정 공간이 형성된 몸체(331)의 내측에 일부가 삽입되어 몸체(331)의 상부로 돌출되도록 연장 형성된다. 여기서, 완충 부재(330)는 하부 전극(500)의 외주연에 고정되도록 몸체(331)의 외주연이 절연 플레이트(510)의 외주연에 결합되고, 홀더 지지대(333)의 상부는 기판 홀더(320)의 하부와 결합된다. 또한, 완충 부재(330)는 하부 전극(500)의 외주면에 이격되도록 복수개가 마련될 수 있으며, 복수개의 완충 부재(333)는 절연 플레이트(510)의 외주면을 따라 결합될 수 있다.
하드 스토퍼(400)은 상부 전극(200)과 수평 방향으로 이격되어 챔버(100)의 상부 내측면에 형성되며, 하부의 기판 홀더(320)를 향해 돌출 형성된다. 또한, 하드 스토퍼(400)는 기판(S)의 후면 및 베벨 세정시 상부 전극(200)과 기판(S)의 상면이 소정 간격, 예를들어 0.5㎜ 이하의 간격으로 유지되도록 한다. 즉, 하드 스토퍼(210)는 상승하는 기판 홀더(320)의 상부, 특히 홈(322)과 접촉하게 되며, 이에 의해 기판 홀더(320)에 지지된 기판(S)은 상부 전극(200)의 하부면과 미리 정해 놓은 간격으로 정확하게 유지할 수 있다. 이때, 하드 스토퍼(400)는 상부 전극(200)의 하부면에 대하여 그 외곽에 폐곡선을 이루는 원형의 링 형상으로 형성될 수 있으며, 분할된 링 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 하드 스토퍼(400)의 돌출 길이는 상부 전극(200)의 폭과 기판(S)의 두께, 그리고 홈(322)의 깊이와 상부 전극(200)과 기판(S)의 간격 등에 따라 결정될 수 있다.
하부 전극(500)은 원형의 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며, 기판(S)의 형상에 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 하부 전극(500)은 기판(S)이 웨이퍼 등의 원형일 경우 원형으로 형성되고, 유리 기판등의 직사각형일 경우 직사각형으로 형성된다. 또한, 하부 전극(500)의 상부면에는 기판(S) 후면 식각을 위해 기판(S)의 후면에 반응 가스를 공급하기 위한 복수의 제 1 반응 가스 분사구(530)가 형성되고, 하부 전극(500)의 측면에는 기판(S)의 베벨 식각을 위해 기판(S)의 베벨 영역에 반응 가스를 공급하기 위한 제 2 반응 가스 분사구(560)가 형성된다. 제 1 반응 가스 분사구(530)는 제 1 반응 가스 공급부(520)와 연통되고, 제 2 반응 가스 분사구(560)는 제 2 반응 가스 공급부(550)와 연통된다. 제 1 반응 가스 분사구(530) 및 제 2 반응 가스 분사구(560)는 각각 분리되어 있으며, 제 1 반응 가스 분사부(520) 및 제 2 반응 가스 분사부(550) 또한 분리되어 있다. 여기서, 하부 전극(500)의 상부면 및 측면에 각각에 형성된 제 1 반응 가스 공급구(530) 및 제 2 반응 가스 공급구(560)은 각각 원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 하부 전극(500)의 하부에는 하부 전극(500)에 고주파 신호를 인가하기 위한 고주파 전원(540)이 마련되고, 고주파 전원(540)에서 인가된 고주파 신호는 제 1 및 제 2 반응 가스 분사구(530 및 560)에서 분사된 반응 가스를 활성화시켜 기판(S)의 하부 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 여기서, 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부(520 및 550)를 통해 공급되는 반응 가스는 CF4, CHF4, SF6, NF3, C2F6, C4F8, F2, F2N2 등의 불소계 가스와 BCl3, Cl2 등의 염소계 가스중 적어도 어느 하나일 수 있다. 한편, 하부 전극(500)의 하부에는 절연 플레이트(510)가 마련될 수 있으며, 절연 플레이트(510)는 하부 전극(500)을 지지하는 역할을 한다.
승강 부재(600)는 하부 전극(500)의 하부에 연결되며, 하부 전극(500)과 하부 전극(500)에 연결된 기판 홀더(320)를 동시에 상승시키는 역할을 한다. 승강 부재(600)는 하부 전극(500)의 하부, 구체적으로는 절연 플레이트(510)의 하부에 연결되며, 승강 부재(600)를 승강 및 하강시키기 위해 승강 부재(600)에 구동력을 제공하도록 승강 부재(600)에는 모터와 같은 구동부(미도시)가 더 연결될 수 있다.
이동 부재(700)는 챔버(100) 외부의 상부에 형성되며, 일부가 챔버(100)의 상부벽을 관통하도록 마련된다. 또한, 이동 부재(700)는 탄성을 갖고, 챔버(100)내의 하부를 향해 하강 운동하고 기판 홀더(320)와 접촉되어 기판 홀더(320)를 하부로 이동시키는 역할을 한다. 즉, 이동 부재(700)가 하방으로 이동하여 기판 홀더(320)를 하방으로 밀면, 기판 홀더(320)와 연결된 완충 부재(330)의 홀더 지지대(333)가 탄성 부재(332)의 수축에 의해 하방으로 이동하고, 그에 따라 기판 홀더(320)의 안착부(321)가 초기 위치보다 아래로 내려가게 된다. 이러한 이동 부재(700)는 수평부(710)와, 수평부(710)로부터 하방으로 수직 연장된 수직부(720)와, 수직부(720)의 일부를 감싸도록 형성된 탄성 부재(730)를 포함한다. 수평부(710)는 챔버(100) 상부벽과 수평하도록 형성된다. 수직부(720)는 수평부(710)의 예를들어 하부면 중앙부로부터 하방으로 연장되어 챔버(100)의 상부벽을 관통하여 챔버(100) 내부의 하방으로 돌출되어 기판 홀더(320)와 접촉된다. 탄성 부재(730)는 수평부(710)의 하부면으로부터 챔버(100)의 상부 외벽까지 수직부(720)를 감싸도록 형성되고, 외기로부터 챔버(100)를 밀폐시킨다. 탄성 부재(730)는 벨로우즈 등을 이용할 수 있으며, 탄성 부재(730)에 의해 이동 부재(700)는 탄성을 갖게 된다. 또한, 이동 부재(700)는 원형의 링 형상으로 형성될 수도 있는데, 이 경우 기판 홀더(320) 또한 원형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 이동 부재(700)는 원형의 링 형상 뿐만 아니라 복수개로 분리 형성될 수도 있는데, 이 경우 서로 대칭적으로 분리된 3개 이상의 부재로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이동 부재(700)를 상승 및 하강시키기 위해 이동 부재(700)의 구동력을 제공하도록 이동 부재(700)에는 모터 또는 에어 실린더 등의 구동부(미도시)가 더 연결될 수 있다.
한편, 이동 부재(700)는 다양한 형상으로 형성되고, 다양한 위치에 마련될 수 있는데, 예를들어 이동 부재(700)가 챔버(100)의 하부에 형성될 수 있다. 이 경우 이동 부재(700)는 기판 홀더(320)와 연결되도록 형성되고, 완충 부재(330)의 몸체(331) 내의 탄성 부재(332)는 설치하지 않을 수 있다. 즉, 이동 부재(700)는 완충 부재(330)의 몸체(331) 내에서 홀더 지지대(333)와 연결되도록 설치된다. 그리고, 하부 전극(500)의 상승 운동 시 기판 홀더(320)와 이동 부재(700)가 함께 상승하여 기판 홀더(320)가 기판(S)을 지지하도록 하여 기판 후면 식각 공정을 실시한다. 또한, 하부 전극(500)이 더욱 상승하여 기판(S) 후면을 지지하는 경우 이동 부재(700)가 기판 홀더(320)를 하부로 당겨 기판 홀더(320)가 하부로 이동되도록 하여 기판 베벨 식각 공정을 실시한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 기판(S)을 지지하는 기판 홀더(320)가 상승하여 하드 스토퍼(400)에 결합되어 기판(S)이 상부 전극(200)과 소정 간격을 이루도록 한 후 기판(S)의 후면 식각 공정을 실시하고, 기판(S)이 하부 전극(500)의 상부면에 지지되도록 하부 전극(500)을 상승 이동하고 이동 부재(700)에 의해 기판 홀더(320)를 하방으로 이동시켜 기판(S)의 베벨 식각 공정이 실시된다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 도 2 내지 도 4를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법의 공정 흐름도이고, 도 3 및 도 4는 플라즈마 처리 방법에 따른 기판 후면 세정 및 기판 베벨 세정의 각 단계에서 플라즈마 처리 장치의 단면도를 각각 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법은 기판(S)을 챔버(100) 내로 인입하는 단계(S100)와, 기판(S)을 기판 홀더(320)에 로딩하는 단계(S200)와, 기판 홀더(320)와 하부 전극(500)을 동시에 상승시키는 단계(S300)와, 기판(S)의 후면을 식각하는 단계(S400)와, 기판 홀더(320)를 하방으로 이동시켜 하부 전극(500) 상부면에 기판(S)이 지지되도록 하는 단계(S500)와, 기판(S)의 베벨을 식각하는 단계(S600)와, 기판(S)을 인출하는 단계(S700)를 포함한다.
S100 : 챔버(100) 외부에 마련되어 전처리를 마친 기판(S), 예를들어 상부에 소정의 막이 증착된 기판(S)이 외부 로봇암(미도시)에 의해 챔버(100) 내로 수평 이송한다. 챔버(100) 내로 이송된 기판(S)은 챔버(100) 내의 하부에 설치된 리프트 핀(310)과 이격되도록 배치되고, 로봇암은 하부로 이동하여 도 1에 도시된 바와 같 이 기판(S)을 리프트 핀(350)의 상부면에 안착시킨다. 이때, 기판 홀더(320)의 상부면은 리프트 핀(310)의 상부면 보다 아래쪽에 배치되도록 대기한다.
S200 : 이어서, 하부 전극(500)의 하부에 연결된 승강 부재(600)에 의해 하부 전극(500) 및 이와 연결된 기판 홀더(320)는 상부 전극(200)를 향해 상승하게 된다. 이때, 하부 전극(500) 및 기판 홀더(400)가 상승하는 동안 리프트 핀(310)의 상부에 안착된 기판(S)은 기판 홀더(320)의 상부면에 안착된다.
S300 : 이어서, 기판(S)이 가장자리에 안착된 기판 홀더(320)는 하부 전극(500)과 더욱 상승하게 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 하드 스토퍼(400)가 기판 홀더(320)의 안착부(321)의 상부면에 형성된 홈(322)에 결합되면 하부 전극(500)과 기판 홀더(320)의 상승이 정지된다. 여기서, 기판 홀더(320)의 상부에 안착된 기판(S)의 상부면은 상부 전극(200)의 하부면과 약 0.5㎜ 이하의 간격을 유지한다. 이때, 기판(S) 후면은 하부 전극(500)과 플라즈마가 발생될 수 있을 정도의 간격을 유지하게 된다.
S400 : 그리고, 상부 전극(200)의 하부면에 형성된 비반응 가스 분사구(230)로부터 비반응 가스가 분사되고 하부 전극(500)의 상부면에 형성된 제 1 반응 가스 분사구(530)를 통해 반응 가스가 분사되고, 하부 전극(500)에 고주파 전원(540)이 인가된다. 이때, 반응 가스가 기판(S)의 후면에 분사되는 동안 기판 홀더(320)의 측벽부(323)에 형성된 배기 구멍(324)은 제 1 반응 가스 분사구(530)로부터 분사되는 반응 가스를 거의 모든 방향으로 균일하게 배기시켜 기판(S) 후면에 반응 가스가 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 상부 전극(200)과 하부 전극(500) 사이에 플라즈마가 발생되고, 기판(S) 후면에 형성된 박막 또는 파티클을 플라즈마화된 반응 가스를 이용하여 제거한다.
S500 : 이이서, 도 4에 도시된 바와 같이 이동 부재(700)가 하방으로 이동되어 기판 홀더(320)를 하방으로 밀어내고, 승강 부재(600)의 상승 운동에 의해 상부 전극(500)을 더욱 상승시켜 기판(S) 후면이 하부 전극(500)의 상부면에 안착되도록 한다. 즉, 이동 부재(700)가 하방으로 이동하여 기판 홀더(320)를 하방으로 밀어내게 되면, 기판 홀더(320)와 연결된 완충 부재(330)의 홀더 지지대(333)가 탄성 부재(332)의 수축에 의해 하방으로 이동하고, 그에 따라 기판 홀더(320)의 안착부(321)가 초기 위치보다 아래로 내려가게 된다. 이때, 상부 전극(500)은 더욱 상승하여 기판(S) 후면이 하부 전극(500)의 상부면에 안착된다. 따라서, 기판(S)의 베벨 영역이 하부 전극(500)의 외측으로 노출된다. 그런데, 이 경우에도 하부 전극(200)과 기판(S)은 약 0.5㎜의 간격을 유지하게 된다.
S600 : 그리고, 상부 전극(200)에 형성된 비반응 가스 분사구(230)를 통해 비반응 가스를 분사하고 하부 전극(500)의 측면에 형성된 제 2 반응 가스 분사구(560)를 통해 반응 가스를 분사하고, 하부 전극(500)에 고주파 전원(540)을 인가한다. 따라서, 기판(S)의 중앙부, 즉 패턴이 형성된 영역을 제외한 베벨 영역에서 플라즈마가 형성되고, 기판(S) 베벨 영역에 형성된 박막 또는 파티클은 플라즈마화된 반응 가스에 의해 제거된다.
S700 : 이어서, 하부 전극(500)의 하부에 연결된 승강 부재(600)에 의해 하부 전극(500) 및 기판 홀더(320)는 하강한다. 따라서, 기판 홀더(320)는 완충 부 재(330)의 몸체(331) 내에 마련된 탄성 부재(332)가 수축된 상태에서 이완된 상태로 바뀌게 된다. 이때, 이동 부재(700)는 상부로 이동될 수 있다. 이후, 기판 홀더(320)가 하강하는 동안 기판 홀더(320)의 상부면에 안착된 기판(S)은 리프트 핀(310)의 상부에 안착되고, 하부 전극(500) 및 기판 홀더(320)는 더욱 하강하게 되어 기판 홀더(320)의 상부면이 리프트 핀(310)의 상부면보다 낮은 위치에 배치되도록 초기 위치로 복귀한다(도 1). 그리고, 리프트 핀(310)의 상부에 안착된 기판(S)은 외부 로봇암에 의해 챔버(100)의 외부로 인출된다.
한편, 상기 플라즈마 처리 방법의 실시 예에서는 기판 후면 식각 공정을 실시한 후 기판 베벨 식각 공정을 실시하였으나, 기판 베벨 식각 공정을 먼저 실시한 후 기판 후면 식각 공정을 실시할 수도 있다. 즉, 하부 전극(500)을 상방으로 이동시켜 기판(S)을 하부 전극(500)의 상부면에 안착시키는 동시에 이동 부재(700)를 이용하여 기판 홀더(320)를 하방으로 이동시켜 기판(S)의 베벨 영역을 식각한 후 하부 전극(500)을 하방으로 이동시키는 동시에 이동 부재(700)를 상방 이동하여 기판 홀더(320)를 상방으로 이동시켜 기판 홀더(320)의 안착부(321)에 기판(S)의 후면 가장자리를 안착시켜 기판(S)의 후면을 식각할 수도 있다.
또한, 상기 실시 예에서는 하드 스토퍼(400)에 의해 기판 홀더(320)의 상승이 정지하게 되고, 이동 부재(700)를 이용하여 기판 홀더(320)를 하방으로 이동시켰다. 그러나, 하드 스토퍼를 형성하지 않고 이동 부재(700)가 하드 스토퍼의 기능을 동시에 수행할 수도 있다. 즉, 이동 부재(700)가 초기 상태에서 하방으로 일부 돌출되도록 마련되고, 기판 홀더(320)가 상승하면 이동 부재(700)의 돌출된 부분에서 기판 홀더(320)의 이동이 정지되도록 한다. 이후 기판(S) 후면 식각 공정을 실시한다. 이때, 이동 부재(700)는 초기 상태에서 기판(S)과 상부 전극(200)이 소정 간격 이격될 수 있는 높이로 돌출된다. 그리고, 이동 부재(700)가 하방으로 이동하여 기판 홀더(320)을 하방으로 이동시키고 하부 기판(500)이 기판(S)의 하부면을 지지하도록 한 후 기판의 베벨 식각 공정을 실시한다.
상기에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법의 공정 흐름도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법의 각 단계에서의 플라즈마 처리 장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 200 : 상부 전극
300 : 기판 지지부 400 : 하드 스토퍼
500 : 하부 전극 600 : 승강 부재
700 : 이동 부재

Claims (16)

  1. 챔버;
    상기 챔버내의 상부에 마련되고, 비반응 가스를 분사하는 상부 전극;
    상기 챔버내의 하부에 상기 상부 전극과 대향 배치되어 상기 기판의 베벨 식각 공정에서 상기 기판 베벨이 노출되도록 지지하고, 반응 가스를 분사하는 하부 전극;
    상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 마련되어 상기 기판 후면 식각 공정에서 상기 기판 후면의 중앙 영역을 노출하도록 지지하는 기판 지지부;
    상기 기판 후면 식각 공정에서 상기 기판 지지부를 이동시켜 상기 기판을 상기 기판 지지부로부터 분리시키는 이동 부재; 및
    상기 하부 전극의 상부면 및 측면에 각각 형성된 제 1 및 제 2 반응 가스 분사구를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 전극 및 하부 전극은 접지 단자 또는 고주파 전원과 각각 연결되는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 지지부는 상기 기판을 지지하는 기판 홀더; 및
    상기 기판 홀더를 상기 하부 전극의 하부 측면에 연결시키는 완충 부재를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기판 홀더는 상기 하부 전극의 상부 표면보다 높은 위치에 마련된 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 완충 부재는 상부가 개방되도록 내부 공간이 마련된 몸체;
    상기 몸체의 내부 공간에 마련된 탄성 부재; 및
    상기 탄성 부재의 상부에 마련되어 몸체의 상부로 돌출되도록 연장 형성된 홀더 지지대를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 전극과 이격되어 상기 챔버의 상부에 마련된 하드 스토퍼를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 부재는 상기 챔버 상부로부터 상기 챔버 내부 로 일부 관통하도록 형성된 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이동 부재는 상하 이동 가능하고, 하방으로 이동하여 상기 기판 홀더를 하방으로 밀어 이동시키는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 이동 부재는 상기 챔버 하부로부터 상기 챔버 내부를 일부 관통하도록 형성되며, 상기 기판 홀더와 연결 형성된 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 이동 부재는 상기 기판 홀더를 하방으로 당겨 이동시키는 플라즈마 처리 장치.
  11. 기판을 챔버 내로 인입시킨 후 상기 챔버 상부에 마련된 상부 전극의 하부면으로부터 비반응 가스를 분사하고 상기 챔버 하부에 마련된 하부 전극의 상부면 및 측면으로부터 반응 가스를 분사하여 상기 챔버 내에서 상기 기판의 후면 및 베벨을 연속적으로 식각하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 기판을 챔버 내로 인입시키는 단계; 및
    상기 기판을 기판 홀더에 안착시켜 기판 후면을 식각하고 상기 기판을 하부 전극의 상부면에 안착시켜 기판 베벨을 식각하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기판 후면을 식각하는 단계는,
    상기 기판이 안착된 기판 홀더 및 상기 하부 전극을 동시에 상승시키는 단계; 및
    상기 기판 상부에 비반응 가스를 분사하고 상기 기판 후면에 상기 하부 전극 상부면으로부터 반응 가스를 분사하여 상기 기판 후면을 식각하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 기판 홀더는 하드 스토퍼에 접촉되어 정지되는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 기판 베벨을 식각하는 단계는,
    상기 기판 홀더를 하부로 이동시키고 상기 하부 전극을 상승시켜 상기 기판을 상기 하부 전극 상부에 안착시키는 단계; 및
    상기 기판 상부에 비반응 가스를 분사하고 상기 기판 베벨에 상기 하부 전극 측면으로부터 반응 가스를 분사하여 상기 기판 베벨을 식각하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 기판 홀더는 홀더 이동 부재에 의해 하부로 이동되는 플라즈마 처리 방법.
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