KR20110001303A - 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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최윤석
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

플라즈마 기판 처리 장치는 챔버 내에 대향하도록 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 RF 전력을 공급하는 제 1 전원 및 제 2 전원, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 상하 위치를 각각 조절하는 제 1 전극 위치 조절부 및 제 2 전극 위치 조절부, 상기 제 1 전극 위치 조절부 및 제 2 전극 위치 조절부를 제어하여 상기 제 1 전극 및 제 2 전극간의 거리를 제어하는 전극 거리 제어부 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 반입되는 기판의 하측에 위치하여 상기 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하되, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리에 따라 상기 기판에 대하여 식각 공정 또는 증착 공정을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020090058785
플라즈마, 전극, RF 전력, 코팅막

Description

플라즈마 기판 처리 장치 및 방법{APPRATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE USING PLASMA}
본 발명은 플라즈마 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 실리콘 산화물 박막이 금속과 폴리머를 보호하는데 탁월한 특성이 있다는 것이 알려지면서, 마이크로 전자 분야, 광학분야에서 널리 사용되고 있다. 실리콘 산화물 박막을 이용한 코팅막은 투명하고, 화학적으로 비활성이며, 충분한 경도를 가지고 있다. 이러한 특성에 따라, 자동차나 휴대폰의 보호막, 폴리카보네이트(PC)나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)와 같은 투명 폴리머들의 보호막으로 사용될 수 있다. 이러한 실리콘 산화물 박막을 형성하기 위하여 주로 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치를 사용한다.
이러한, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에는 박막 증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 패터닝하 기 위해 에칭하는 식각장치(Etcher), 스퍼터(Sputter), 애싱(ashing) 장치 등이 있다. 특히, PECVD 장치는 산업적으로 중요한 여러 코팅막들을 형성하는데 사용된다. 예를 들면, 방수 코팅막, 저마찰 코팅막, 부식 방지 코팅막, 기타 특수한 광학 특성 및 전자 특성을 요구하는 각종 코팅막을 형성하는데 사용된다.
한편, 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 플라즈마를 발생시키는 방식에 따라 그 구성이 달라질 수 있다. 대표적으로 용량결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 발생 방식과 유도결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 발생 방식이 사용되고 있다. 전자의 방식은 서로 대향하는 전극에 RF전력을 인가하여 양 전극사이에 수직으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 후자의 방식은 코일형 안테나에 의하여 유도되는 유도전기장을 이용하여 원료물질을 플라즈마로 변화시키는 방식이다.
다만, 종래의 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 PET, PC, PI와 같은 폴리머 기판을 처리하기에는 공정 온도가 너무 높다는 문제점이 있다. 또한, 기판에 증착되는 코팅막의 두께가 균일하지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명의 일부 실시예는 저온 공정에서 기판에 증착되는 코팅막의 여러 특성을 개선시킬 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 챔버 내에 대향하도록 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 RF 전력을 공급하는 제 1 전원 및 제 2 전원, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 상하 위치를 각각 조절하는 제 1 전극 위치 조절부 및 제 2 전극 위치 조절부, 상기 제 1 전극 위치 조절부 및 제 2 전극 위치 조절부를 제어하여 상기 제 1 전극 및 제 2 전극간의 거리를 제어하는 전극 거리 제어부 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 반입되는 기판의 하측에 위치하여 상기 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하되, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리에 따라 상기 기판에 대하여 식각 공정 또는 증착 공정을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은 챔버 내에 기판이 반입되는 단계, 상기 챔버 내에 대향하도록 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 공급할 제 1 전원 및 제 2 전원의 공급 전력을 설정하는 단계, 상기 제 1 전극과 제 2 전극간의 거리를 설정하는 단계, 상기 반입된 기판이 처리 공정 동안 유지되어야할 온도를 설정하는 단 계, 상기 챔버내에 플라즈마 생성을 위한 가스를 주입하는 단계, 상기 제 1 전원 및 제 2 전원의 전력을 공급하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및 상기 설정된 거리에 따라 식각 공정 또는 증착 공정이 수행되는 단계를 포함하는 플라즈마 기판 처리 방법을 제공한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 플라즈마 기판 처리 장치에 구비되는 제 1 전극과 제 2 전극 모두에 대하여 RF 전력을 공급하여, 기판에서 형성되는 코팅막의 증착 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 각 전극에 RF 전력을 공급함과 아울러, 기판을 냉각시킴에 따라 기판의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 최적의 RF 전력을 인가시켜, 코팅막의 균일성을 향상시킬 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
플라즈마 기판 처리 장치(100)는 제 1 전극(110), 제 2 전극(120), 제 1 전원(112), 제 2 전원(122), 제 1 전극 위치 조절부(114), 제 2 전극 위치 조절부(124), 챔버(130), 가스 공급부(140), 온도 조절부(150) 및 전극 거리 제어부(170)를 포함한다.
상기 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)은 서로 대향하도록 구성되며, RF 전력의 인가에 따라 양 전극사이에 RF 전기장이 형성된다.
제 1 전원(112)은 제 1 전극(110)에 RF 전력을 공급하며, 제 2 전원(122)은 제 2 전극(120)에 RF 전력을 공급한다. 이때, 전극의 크기에 따라 인가되는 RF 전력은 달라질 수 있다. 예를 들어, 전극의 직경이 200mm 인 경우 RF 전력은 50~150 W 정도이다. 또한, RF 전력의 주파수는 30KHZ ~ 13.56MHz 정도의 주파수를 갖는다. 다만, 상기 주파수의 범위는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 최근 들어 소자패턴이 갈수록 미세해짐에 따라 고밀도 플라즈마에 대한 요구가 증가하고 있어, 이를 위해 20MHz ~ 300MHz 정도의 초단파 영역의 RF전력을 공급할 수 있다.
제 1 전극 위치 조절부(114)는 제 1 전극(110)의 상하 위치를 조절하며, 제 2 전극 위치 조절부(124)는 제 2 전극(120)의 상하 위치를 조절한다. 또한, 각 전극 위치 조절부(114, 124)는 전극 거리 제어부(170)에 따라 조절되는 위치가 결정된다. 이에 따라, 제 1 전극과 제 2 전극간의 거리가 조절될 수 있다.
챔버(130)는 기판 처리 공정이 진행되는 공간으로서, 제 1 전극(110), 제 2 전극(120)을 포함한다. 또한, 기판이 반입 또는 반출되는 출입구(미도시 됨)를 포함할 수 있다.
가스 공급부(140)는 챔버(130)내에 플라즈마 생성을 위한 가스를 공급한다.
예를 들면, 상기 가스 공급부(140)는 질소, 산소, 아르곤 또는 헬륨 가스등을 공급한다. 또한, 전구체로서 사이클로메티콘 Cyclomethicone (D4 = C8H24SI4O4), Hexamethyldisiloxane (HMDSO) 또는 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)을 공급한다.
온도 조절부(150)는 기판(160)의 온도를 조절한다. 본 발명에서와 같이 상부 전극과 하부 전극을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 기판의 온도가 증가하는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 저온 공정에 따라 처리해야 하는 기판에 대해서는 적합하지 않은 점이 있다. 이러한 경우, 본 발명에서는 온도 조절부(150)를 통해 기판(160)의 온도를 냉각시키고자 한다. 온도 조절부(150)는 기판(160)의 아래 쪽에 위치하여, 직접 접촉되는 것으로 도시되어 있지만, 온도 조절부(150)와 기판(160)의 사이에 다른 구성을 포함시킨 상태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 기판(160)을 지지하는 지지체(미도시 됨) 아래에 온도 조절부(150)를 포함시키거나, 제 2 전극(120) 아래에 온도 조절부(150)를 포함시킬 수 있다.
온도 제어부(152)는 온도 조절부(150)와 접속되어, 온도 조절부(150)의 온도를 체크하여, 사용자에 의하여 설정된 온도가 유지되도록 한다. 또는, 각 기판의 내열 온도가 유지되도록 한다. 예를 들어, 기판이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)인 경우 내열 온도인 80°C 이상에서 기판에 변형이 생기므로, 그 이하의 온도를 유지하도록 설정한다. 또한, 기판이 폴리이미드(polyimide, PI)인 경우, 내열 온도인 120°C 이상에서 기판에 변형이 생기므로, 그 이하의 온도를 유지하도록 설정한다.
기판(160)은 본 발명에 따라 식각 공정이나 증착 공정을 필요로 하는 것으로, 특히 본 발명에서는 기판(160)의 특성에 따라 저온 공정을 수행하고자 한다. 예를 들면, 상기 기판(160)은 유리 기판이거나, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르 술폰(polyether sulfone, PES), 폴리아릴라이트(polyarylite) 및 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC) 중에서 하나 이상으로 이루어진 폴리머 기판일 수 있다.
전극 거리 제어부(170)는 제 1 전극 위치 조절부(114)와 제 2 전극 위치 조절부(124)를 조절하여 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)간의 거리를 조절한다. 또한, 전극간의 거리에 따라 식각 공정과 증착 공정이 선택적으로 수행되도록 한다. 예를 들면, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)간의 거리가 20 ~ 30 mm 인 경우, 식각 공정을 수행한다. 또한, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)간의 거리가 40 ~ 70 mm 인 경우, 증착 공정을 수행한다.
이제, 본 발명의 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 기판 처리 장치(100)내에 처리 공정을 수행할 기판을 준비시킨다(S210). 예를 들면, 유리 기판이나, PMMA, PET, PEN, PEEK, PC, PI, PES, 또는 COC와 같은 저온 공정을 필요로 하는 기판이 준비된다.
다음으로, 기판 처리 장치(100)내의 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120)에 공급할 공급 전력을 설정한다(S220). 예를 들면, 각 전극에 공급되는 RF 전력은 50~150 W 정도이며, 13.56Mhz 정도의 주파수를 갖는다. 또한, 추후 실험 데이터를 참조하여 설명하겠지만, 제 1 전극에 120W의 전력을 공급하고, 제 2 전극에 80W의 전력을 공급한 경우, 코팅막의 성능이 최적으로 개선되었다.
다음으로, 기판 처리 장치(100)내의 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)간의 거리를 설정한다(S230). 예를 들면, 상기 기판에 식각 공정을 수행하고자 하는 경우, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)간의 거리는 20 ~ 30 mm로 설정한다. 또한, 상기 기판에 증착 공정을 수행하고자 하는 경우, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)간의 거리는 40 ~ 70 mm로 설정한다.
다음으로, 기판의 온도를 설정한다(S240). 처리할 기판의 내열 온도에 따라 온도 조절부(150)가 유지해야할 온도를 설정한다.
다음으로, 가스 공급부(140)를 통해 챔버(130)에 가스를 공급한다(S250). 예를 들면, 상기 가스 공급부(140)는 질소, 산소, 아르곤 또는 헬륨 가스등을 공급한다. 또한, 전구체로서 사이클로메티콘 Cyclomethicone (D4 = C8H24SI4O4), Hexamethyldisiloxane (HMDSO) 또는 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)을 공급한다.
다음으로, 상기 설정된 전력을 공급하여 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120) 사이에 플라즈마를 생성시킨다(S260).
다음으로, 상기 생성된 플라즈마에 의하여 기판에 증착 공정 또는 식각 공정을 수행한다(S270). 앞선 단계(S230)에서 설정된 거리에 따라 증착 공정 또는 식각 공정이 선택될 수 있다.
이제, 본 발명의 구성에 기초한 실험 결과를 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 중성자와 이온의 상대적 밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
챔버 내의 기본 압력은 3pa 미만, 동작 압력은 13.3pa으로 설정되었고, 온도는 실온이며, 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)과 산소가 각각 전구체와 희석 가스로 사용되었다. 폴리카보네이트 기판에 실리콘 산화막 코팅을 증착하는 경우에 대한 것이며, 제 1 전극과 제 2 전극에 인가되는 전압이 다양하게 변경되고 있 다. 빛 방출 분석 방법(optical emission spectroscopy, OES)에 따라 중성자와 이온의 상대적 밀도 변화가 측정되었다.
도시된 그래프에 따르면, RF 전력의 증가에 따라 기판에 도달하는 규소, 산소 및 수소 중성자의 밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 각 그래프의 좌측에는 제 2 전극에 대한 전력 공급 없이, 제 1 전극에 공급되는 전력만 80~120W로 상승시킨 경우의 실험결과를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 또한, 각 그래프의 우측에는 제 1 전극에 120W의 전력을 공급시킨 상태에서 제 2 전극에 공급되는 전력을 50~80W로 상승시킨 경우의 실험 결과를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 전극에 전력을 공급하는 경우의 밀도가 현저히 증가함을 알 수 있다. 특히, 제 1 전극에 120W, 제 2 전극에 80W의 전력을 공급한 경우는, 제 1 전극에만 120W의 전력을 공급한 경우에 비하여, 이온화된 규소 원자의 밀도가 2배 이상 증가함(600cps->1400cps)을 확인할 수 있다. 또한, 제 1 전극에 120W, 제 2 전극에 80W의 전력을 공급한 경우는, 제 1 전극에만 120W의 전력을 공급한 경우에 비하여, 이온화된 O 원자의 밀도가 3배 이상 증가함(1800cps->5400cps)을 확인할 수 있다. 이와 같이, 제 2 전극에 전력을 공급함에 따라 플라즈마의 밀도가 2배 이상 증가함을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 이온 전류 밀도와 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 4a는 구리 기판에 산화막을 증착하는 동안 오실로스코프를 이용하여 이온 전류 밀도 변화를 도시한 그래프이다. 도시된 바에 따르면, 제 2 전극에 전력을 공급하지 않은 경우에는 제 1 전극에 인가되는 전력을 증가시켜도, 이온 전류 밀도가 거의 증가하지 않음을 알 수 있다. 그러나, 제 2 전극에 전력을 인가함에 따라, 이온 전류 밀도가 최대 4배까지 증가함을 알 수 있다.
도 4b는 제 2 전극에 공급하는 전력의 변화에 따른 챔버 내의 온도 변화를 도시한 그래프이다. 도시된 바에 따르면, 이온 전류 밀도의 증가에 따라 기판의 온도가 증가함을 확인할 수 있다. 이온 전류 밀도의 증가에 따라 기판에 전달되는 운동 에너지가 증가하고, 이온 충격에 의하여 기판 표면의 온도가 증가하게 되는 것이다. 즉, 전자, 이온, 중성자 등에 의하여 전달되는 에너지와 플라즈마에서 방사열이 기판을 가열시킨다. 이러한 기판 열은 기본적인 기판 표면 처리에 영향을 주게 된다. 따라서 본 발명에서는 기판을 냉각시키는 온도 조절부를 포함시켜, 열에 의한 영향을 최소화시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 그래프를 도시한 도면이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 제 2 전극에 전력을 공급한 경우 Si-O 네트워크 구조(network structure)가 더 많이 형성됨을 볼 수 있다. 이는 SiO2 박막에서 Si-O-Si-O 의 구조로 치밀하게 박막이 합성됨을 의미한다. 이에 반하여, 제 1 전극에만 전력을 공급한 경우는, Si-O 케이지형 구조(cage like structure)가 더 많이 형성됨을 볼 수 있다. 이는 Si-O 결합에 결함이 되는 원소들이 합성되어 있음을 나타낸 다. 예를 들어서 Si-O-C-Si 와 같은 형식으로 박막이 형성된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 제 1 전극 및 제 2 전극에 전력을 공급함에 따라, Si-O 케이지형 구조가 없어지면서(peak intensity가 감소), Si-O 네트워크 구조가 많이 형성되는 것을 확인할 수 있다 (peak intensity가 커짐).
다음으로, 도 5b를 참조하면, 제 1 전극 및 제 2 전극에 전력을 공급함에 따라 Si-O 네트워크 구조의 피크가 오른쪽으로 이동함을 확인할 수 있다. 이는 Si-O-Si 결합 각도가 점점 작아지는 것을 의미하며, 결합 각도가 작아질수록 링 플레인(ring plane)의 모양이 작아지고, 이것은 박막 결합의 밀도가 상당히 높다는 것을 의미한다.
이와 같이, 도 5에 따르면, 제 1 전극 및 제 2 전극에 전력을 공급함에 따라 박막 합성시 박막의 결함이 줄어들고, 밀도가 높은 박막이 합성되는 것을 확인할 수 있다. 이로 인해, 박막의 경도가 높아지게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 실리콘 산화막의 경도를 나타내는 그래프이다.
실리콘 산화막의 경도는 모든 실리콘 산화막 및 비코팅된 폴리카보네이트 기판에 대해서 측정되었다.
그래프의 좌측에는 제 2 전극에 대한 전력 공급 없이, 제 1 전극에 공급되는 전력만 80~120W로 상승시킨 경우의 실험 결과가 도시되어 있다. 또한, 각 그래프의 우측에는 제 1 전극에 120W의 전력을 공급시킨 상태에서 제 2 전극에 공급되는 전력을 50~80W로 상승시킨 경우의 실험 결과가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 전극에 전력을 공급하는 경우의 경도가 현저히 증가함을 알 수 있다. 특히, 제 1 전극에 120W, 제 2 전극에 80W의 전력을 공급한 경우는, 제 1 전극에만 120W의 전력을 공급한 경우에 비하여, 경도가 3배 이상 증가함(2 GPa-> 6 GPa)을 확인할 수 있다.
이는 실리콘 산화막의 Si-O 결합이 이온 전류 밀도를 통한 경도에 영향을 준다는 것을 보여준다. 고 에너지의 이온 전류 밀도는 이동도를 증가시키고, Si-O결합을 형성시킨다. 특히, 이온 전류 밀도가 1.8에서 8.0 mA/cm2로 증가할 때, 경도는 1.0 GPa에서 6.0 GPa로 증가한다. 제 1 전극에 120W를 공급하고 제 2 전극에 80W를 공급할 때 최대 경도가 나옴을 확인할 수 있다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 실리콘 산화막의 균일도를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 좌측 그래프는 기판의 직선 방향(straight line)의 균일도를 나타내는 그래프이고, 우측 그래프는 기판의 대각 방향(diagonal line)의 균일도를 나타내는 그래프이다.
증착률 측면에서 보면, 제 1 전극에 120W를 인가하고, 제 2 전극에 50W를 인가하는 경우가 120nm/min 정도로 최고의 증착률을 보이고 있다. 이는 제 1 전극에 120W를 인가하는 경우에 비하여 2 배 이상의 증착률에 해당한다. 그러나, 기판의 중심점에서 멀어질수록 예를 들면, 중심점에 25mm 정도 떨어진 바깥 쪽 부분의 증착률이 상대적으로 높아 균일성이 나빠지는 특성이 있다. 실험 데이터에 따르면, 최고의 증착률과 균일도를 나타내는 조건은 제 1 전극에 120W를 인가하고, 제 2 전극에 80W를 인가하는 구성이다. 이러한 조건은 기판의 대각 방향에 대한 실험 결과에서도 동일하게 나타난다.
도 8은 기판의 에지(edge) 부분의 특성을 확대하여 보여주는 것으로, 제 2 전극의 공급 전력의 상승 구간(10->50W)에 따라, 증착률은 상승하지만, 균일성이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제 2 전극의 공급 전력의 상승 구간(50W->80W)에 따라, 증착률은 감소하지만, 균일성이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 3 내지 도 8에 따른 실험 결과에 따르면, 제 1 전극에 120W를 인가하고, 제 2 전극에 80W를 인가하는 구성이, 전류 밀도, 증착막의 경도, 증착률 및 균일성에 있어서 최적의 조건임을 확인할 수 있다. 다만, 기판의 온도가 상승하는 단점이 있어, 이를 보완하기 위해 기판의 온도를 조절할 필요가 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 중성자와 이온의 상대적 밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 이온 전류 밀도와 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 실리콘 산화막의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 수행한 경우, 각 전극에 공급되는 전력에 따른 실리콘 산화막의 균일도를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100: 기판 처리 장치 110: 제 1 전극
112: 제 1 전원 114: 제 1 전극 위치 조절부
120: 제 2 전극 122: 제 2 전원
124: 제 2 전극 위치 조절부 130: 챔버
140: 가스 공급부 150: 온도 조절부
152: 온도 제어부 160: 기판
170: 전극 거리 제어부

Claims (9)

  1. 플라즈마 기판 처리 장치에 있어서,
    챔버 내에 대향하도록 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 RF 전력을 공급하는 제 1 전원 및 제 2 전원,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 상하 위치를 각각 조절하는 제 1 전극 위치 조절부 및 제 2 전극 위치 조절부,
    상기 제 1 전극 위치 조절부 및 제 2 전극 위치 조절부를 제어하여 상기 제 1 전극 및 제 2 전극간의 거리를 제어하는 전극 거리 제어부 및
    상기 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 반입되는 기판의 하측에 위치하여 상기 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하되,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리에 따라 상기 기판에 대하여 식각 공정 또는 증착 공정을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리가 20 ~ 30 mm 인 경우 식각 공정을 수행하고,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리가 40 ~ 70 mm 인 경우 증착 공정을 수행하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는 상기 반입되는 기판이 유리, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르 술폰(polyether sulfone, PES), 폴리아릴라이트(polyarylite) 및 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC) 중 어느 하나인 경우 상기 기판의 온도를 각 기판의 내열 온도 이하로 유지시키는 플라즈마 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전원은 상기 제 1 전극에 115W 내지125W를 공급하고, 제 2 전원은 상기 제 2 전극에 75W 내지 85W를 공급하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전원은 상기 제 1 전극에 120W를 공급하고, 제 2 전원은 상기 제 2 전극에 80W를 공급하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  6. 플라즈마 기판 처리 방법에 있어서,
    챔버 내에 기판이 반입되는 단계,
    상기 챔버 내에 대향하도록 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 공급할 제 1 전원 및 제 2 전원의 공급 전력을 설정하는 단계,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극간의 거리를 설정하는 단계,
    상기 반입된 기판이 처리 공정 동안 유지되어야할 온도를 설정하는 단계,
    상기 챔버내에 플라즈마 생성을 위한 가스를 주입하는 단계,
    상기 제 1 전원 및 제 2 전원의 전력을 공급하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및
    상기 설정된 거리에 따라 식각 공정 또는 증착 공정이 수행되는 단계
    를 포함하는 플라즈마 기판 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 설정된 거리에 따라 식각 공정 또는 증착 공정이 수행되는 단계는
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리가 20 ~ 30 mm 인 경우 식각 공정을 수행하고,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 거리가 40 ~ 70 mm 인 경우 증착 공정을 수행하는
    플라즈마 기판 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도를 설정하는 단계는
    상기 반입되는 기판이 유리, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에테르 술폰(polyether sulfone, PES), 폴리아릴라이트(polyarylite) 및 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer, COC) 중 어느 하나인 경우 상기 유지되어야 할 온도를 각 기판의 내열 온도 이하로 설정하는
    플라즈마 기판 처리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 공급 전력을 설정하는 단계는
    상기 제 1 전원은 상기 제 1 전극에 120W를 공급하고, 제 2 전원은 상기 제 2 전극에 80W를 공급하는 플라즈마 기판 처리 방법.
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