KR20130125528A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20130125528A
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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 기판처리장치는 내부에 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버, 상기 공정챔버 내에서 기판을 지지하는 기판지지부재, 상기 기판지지부재에 놓인 기판으로 공정가스를 공급하는 가스공급부재, 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소스, 그리고 상기 기판지지부재를 감싸도록 배치되는 링 어셈블리를 포함하되, 상기 링 어셈블리는 링 부재 및 상기 링 부재의 영역별 상대 높이를 조절하는 조절부재를 포함한다.

Description

기판처리장치{Apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
플라스마는 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온, 전자, 라디칼등으로 이루어진 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라스마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라스마 상태로 여기된 입자들이 기판에 증착된 박막들과 충돌함으로써 수행된다.
식각공정에서는 기판 상의 패턴을 균일하게 식각하는 것이 요구된다. 이를 위해서는 플라즈마가 기판 상에 균일하게 분포되어야 한다. 그러나 실제공정 시 여러 요인으로 인해 플라즈마의 밀도는 영역에 따라 편차가 발생한다.
한국 공개 특허: 10-2010-0138687호
본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 균일하게 식각 처리할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 기판의 영역별 식각률을 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 기판처리장치는 내부에 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버, 상기 공정챔버 내에서 기판을 지지하는 기판지지부재, 상기 기판지지부재에 놓인 기판으로 공정가스를 공급하는 가스공급부재, 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소스, 그리고 상기 기판지지부재를 감싸도록 배치되는 링 어셈블리를 포함하되; 상기 링 어셈블리는 링 부재 및 상기 링 부재의 영역별 상대 높이를 조절하는 조절부재를 포함한다.
상기 링 부재는 일체로 제공되고, 상기 조절부재는 상기 링 부재의 서로 상이한 영역들에 각각 연결되는 결합로드들 및 상기 결합로드들을 서로 독립적으로 상하이동시키도록 제공되는 구동기를 포함할 수 있다. 상기 조절부재는 상기 링 부재를 지면에 대해 틸팅시켜 상기 링 부재의 영역별 상대높이를 조절할 수 있다. 상부에서 바라볼 때 상기 링 부재는 복수 개로 분할된 호 형상의 몸체들로 제공되고, 상기 조절부재는 상기 몸체들 각각에 연결되는 결합로드들 및 상기 결합로드들을 서로 독립적으로 상하이동시키도록 제공되는 구동기를 포함할 수 있다. 상기 상하이동은 상기 몸체의 영역이 기판으로부터 멀어지는 방향을 따라 높게 위치되도록 상기 몸체를 틸팅시킬 수 있다. 상기 링 부재는 상기 기판지지부재를 감싸도록 제공되는 제1링 및 상기 제1링은 감싸도록 제공되는 제2링을 포함하되, 상기 조절부재는 상기 제2링의 영역별 상대높이를 조절할 수 있다. 상기 제1링은 포커스링이고, 상기 제2링은 절연링일 수 있다.
기판처리방법은 플라즈마 상태로 여기된 공정가스를 이용하여 기판을 처리하는 방법으로, 기판지지부재에 지지된 기판으로 상기 공정가스를 공급하고, 상기 기판지지부재를 감싸도록 제공되는 링 부재의 영역별로 높이를 서로 상이하게 제공하여 상기 기판의 가장자리 영역의 식각률을 조절한다.
상기 링 부재는 일체로 제공되고, 지면에 대해 틸팅되어 상기 링 부재의 영역별 상대높이를 조절할 수 있다. 상기 링 부재는 분할된 몸체들로 제공되고, 상기 조절부재는 각각의 몸체를독립적으로 이동시켜 상기 링 부재의 영역별 상대높이를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판을 균일하게 식각 처리할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 공정챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 영역 별로 조절할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도2는 도1의 링 어셈블리를 보여주는 평면도이다.
도3은 도2의 링 어셈블리를 a-a' 선으로 절단한 단면도이다.
도4는 본 발명의 링 어셈블리의 제2실시예를 보여주는 평면도이다.
도5는 도4의 링 어셈블리를 b-b' 선으로 절단한 단면도이다.
도6은 본 발명의 링 어셈블리의 제3실시예를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치 및 방법에 적용 가능하다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도1을 참조하면, 기판처리장치(10)는 공정챔버(100), 가스공급부재(200), 플라즈마소스(300), 기판지지부재(400), 그리고 링어셈블리(500)를 포함한다.
공정챔버(100)는 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 공정챔버(100)는 원통 형상으로 제공된다. 공정챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 공정챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(111)이 형성된다. 배기홀(111)은 펌프(113)가 장착된 배기라인(115)과 연결된다. 배기라인(115)을 통해 제공되는 진공압은 공정챔버(100)의 내부를 감압시킨다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 공정챔버(100) 내에 머무르는 가스는 배기라인(115)을 통해 외부로 배출된다. 공정챔버(100)의 일측면에는 개구가 형성된다. 개구는 기판(W)이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다.
공정챔버(100) 내에는 라이너(150)가 제공된다. 라이너(150)는 상부 및 하부가 개방된 원통형상으로 제공된다. 라이너(150)는 공정챔버(100)의 내측면과 상응하는 반경을 가진다. 라이너(150)는 공정챔버(100)의 내측면을 감싸도록 위치된다. 라이너(150)는 공정챔버(100)의 내측면이 손상되거나 내측면에 반응 부산물이 증착되는 것을 방지한다.
공정챔버(100)의 내부에는 배플(170)이 제공된다. 배플(170)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플(170)은 라이너(150)와 기판지지부재(400)의 사이에 위치된다. 배플(170)에는 복수의 홀들(171)이 형성된다. 배플(170)은 공정챔버(100)의 내부 전체 영역에서 공정가스의 흐름을 조절한다. 예컨대, 배플(170)은 공정가스가 공정챔버(100)의 내부에서 균일하게 흐르도록 할 수 있다.
가스공급부재(200)는 공정챔버(100)의 내부에 공정가스를 공급한다. 가스공급부재(200)는 가스저장부(250), 가스공급라인(230), 그리고 가스유입포트(210)를 포함한다. 가스공급라인(230)은 가스저장부(250)와 가스유입포트(210)를 연결한다. 가스저장부(250)에 저장된 공정가스는 가스공급라인(230)을 통해 가스유입포트(210)로 공급된다. 가스공급라인(230)에는 밸브가 설치되어 그 통로를 개폐하거나, 그 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다.
플라즈마소스(300)는 공정챔버(100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마소스(300)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마소스(300)는 안테나(310) 및 외부전원(330)을 포함한다. 안테나(310)는 공정챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(310)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부전원(330)과 연결된다. 안테나(310)는 외부전원(330)으로부터 전력을 인가받는다.
기판지지부재(400)는 공정챔버(100)의 내부에서 기판(W)을 지지한다. 기판지지부재(400)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(400)으로 제공된다. 선택적으로 기판지지부재(400)는 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(400)은 유전판(410), 베이스(430), 그리고 절연판(450)을 포함한다. 유전판(410), 베이스(430), 그리고 절연판(450)은 위에서 아래방향을 따라 순차적으로 배치된다.
유전판(410)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(410)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(410)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(410)의 내부에는 하부전극(414)이 설치된다. 하부전극(414)에는 하부전원(414)이 연결되고, 하부전원(414)으로부터 전력을 인가받는다. 전력을 인가받은 하부전극(414)은 기판(W)이 유전판(410)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(410)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(416)가 설치된다. 히터(416)는 하부전극(414)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(416)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.
베이스(430)는 유전판(410)을 지지한다. 베이스(430)는 유전판(410)의 아래에 위치되며, 유전판(410)과 고정결합된다. 베이스(430)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(430)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(410)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(430)의 내부에는 냉각유로(432)가 형성된다. 냉각유로(432)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유로(432)는 베이스(430)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다.
절연판(450)은 베이스(430)의 아래에 위치된다. 절연판(450)은 베이스(430)에 대응되는 크기로 제공된다. 절연판(450)은 공정챔버(100)의 바닥면과 베이스(430) 사이에 위치된다. 절연판(450)은 절연재질로 제공되며, 베이스(430)와 공정챔버(100)를 전기적으로 절연시킨다.
도2는 도1의 링어셈블리를 보여주는 평면도이고, 도3은 도2의 링 어셈블리를 a-a' 선으로 절단한 단면도이다. 도2 및 도3을 참조하면, 링어셈블리(500)는 링부재(540) 및 조절부재(550)를 포함한다. 링부재(540)는 제1링(510) 및 제2링(530)을 포함한다. 제1링(510)은 유전판(410)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 제1링(510)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시키는 포커스 링일 수 있다. 제1링(510)은 환형의 링 형상으로 제공된다. 제1링(510)의 상면은 그 외측부가 내측부에 비해 높게 단차진 형상으로 제공된다. 제1링(510)의 상면 내측부는 유전판(410)과 동일한 높이를 가지도록 제공된다. 제1링(510)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다. 제1링(510)의 외측부는 기판(W)의 측부 영역을 감싸도록 제공된다.
제2링(530)은 제1링(510)을 감싸도록 배치된다. 제2링(530)은 일체로 제공되는 링 형상을 가진다. 제2링(530)은 절연링일 수 있다. 제2링(530)은 반경방향을 따라 제1링(510)과 소정 간격 이격되게 배치된다. 제2링(530)은 플라즈마의 밀도를 영역별로 조절한다. 특히 제2링(530)은 이와 인접한 기판(W)의 가장자리영역에서 플라즈마의 밀도를 영역별로 조절한다. 이에 따라 제2링(530)은 기판(W)의 가장자리 영역의 영역별 식각률을 조절할 수 있다. 제2링(530)은 그 영역별로 상대 높이가 상이하게 조절 가능하도록 제공된다. 일 예에 의하면, 제2링(530)은 지면에 대해 틸팅 가능하도록 제공될 수 있다. 상대 높이가 높은 제2링(530)의 영역의 내측에는 플라즈마의 잔류 시간이 상대적으로 길어진다.
예컨대, 기판(W)의 제1가장자리영역(A)은 기판(W)의 전체영역에 비해 상대적으로 낮은 식각률을 보일 수 있다. 이 경우, 도3과 같이 기판(W)의 제1가장자리영역(A)와 인접한 제2링(530)의 제1영역(A')의 상대높이를 높힐 수 있다. 이로 인해 기판(W)의 제1가장자리영역(A)에는 플라즈마의 밀도가 상대적으로 많이 집중되고, 기판(W)의 전체영역을 균일하게 식각할 수 있다.
조절부재(550)는 제2링(530)의 영역별 상대높이를 조절한다. 조절부재(550)는 결합로드(552), 구동기(554), 그리고 제어기(556)를 포함한다. 결합로드(552)는 복수 개로 제공된다. 각각의 결합로드(552)는 제2링(530)의 서로 상이한 영역에 결합된다. 결합로드(552)는 그 길이방향이 상하로 제공된다.
구동기(554)는 복수 개의 결합로드(552)들을 서로 독립적으로 이동시킨다. 구동기(554)는 결합로드(552)들을 상하방향으로 이동시킨다.
제어기(556)는 구동기(554)를 제어한다. 제어기(556)는 기판(W)의 영역별 식각률에 따라 기판(W)의 전체 영역이 균일하게 식각되도록 구동기(554)를 제어한다. 일 예에 의하면, 기판(W)의 제1가장자리영역(A)이 그 전체영역에 비해 덜 식각되면, 제2링(530)의 제1영역(A')이 다른 영역에 비해 높게 위치되도록 구동기(554)를 제어한다.
다음은 본 발명의 링어셈블리(500)의 제2실시예에 대해 설명한다.
도4는 본 발명의 링어셈블리의 제2실시예를 보여주는 평면도이고, 도5는 도4의 링 어셈블리를 b-b' 선으로 절단한 단면도이다. 도4 및 도5를 참조하면, 제2링(530)은 분할된 복수 개의 몸체들(530a,530b,530c,530d)로 제공될 수 있다. 각각의 몸체(530a,530b,530c,530d)는 호 형상으로 제공되며, 이들은 조합되어 링 형상을 가질 수 있다. 몸체들(530) 각각에는 결합로드(552)가 결합된다. 각각의 몸체(530a,530b,530c,530d)는 결합로드(552)의 이동에 따라 서로 독립적으로 틸팅된다. 각각의 몸체(530a,530b,530c,530d)는 그 상면이 기판(W)으로부터 멀어질수록 상향 경사지게 틸팅될 수 있다. 틸팅된 몸체(530a)는 이와 인접한 기판(W)의 제1가장자리영역(A)에 더 많은 플라즈마를 잔류되도록 할 수 있다. 따라서 틸팅된 몸체(530a)는 다른 몸체들(530b,530c,530d)에 비해 상대적으로 높게 위치된다. 이로 인해 기판(W)의 제1가장자리영역(A)의 식각률은 향상된다. 각각의 몸체들(530)은 내측면이 고정로드(553)에 힌지결합되고, 결합로드(552)가 상하이동됨에 따라 틸팅된다. 예컨대, 몸체들(530a,530b,530c,530d) 각각에는 고정로드(553)와 결합로드(552)가 반경방향을 따라 순차적으로 결합될 수 있다. 고정로드(553)는 몸체(530)와 힌지결합될 수 있다. 이로 인해 결합로드(552)를 상하방향으로 이동하여 몸체(530)를 틸팅할 수 있다.
도6은 본 발명의 링어셈블리의 제3실시예를 보여주는 단면도이다. 도6을 참조하면, 조절부재(550)는 복수 개의 제1결합로드(552)들과 제2결합로드(558)들을 포함할 수 있다. 제1결합로드(552)들은 제1링(510)에 결합되고, 제2결합로드(558)들은 제2링(530)에 각각 결합될 수 있다. 구동기(554)는 제1결합로드(552)들과 제2결합로드(558)들을 각각 독립적으로 상하이동할 수 있다.
또한 상술한 실시예와 달리, 플라즈마소스(300)는 용량결합형플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용될 수 있다. 용량결합형플라즈마는 공정챔버(100)의 내부에 위치하는 제1전극 및 제2전극을 포함할 수 있다. 제1전극 및 제2전극은 공정챔버(100)의 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되고, 각각의 전극은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정가스는 여기되어 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
상술한 예에서는 2 개의 링 중 제2링(530)이 틸팅 또는 그 영역별로 상하이동되는 것으로 설명하였다. 그러나 제1링(510)이 틸팅 또는 영역별 상하이동되도록 제공될 수 있다.
또한 링부재(540)는 제1링과 제2링 중 하나의 링으로만 제공될 수 있고, 조절부재(550)는 그 하나의 링을 영역별로 상하이동시킬 수 있다.
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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.
100: 공정챔버 200: 가스공급부재
300: 플라즈마소스 400: 기판지지부재
500: 링어셈블리 510: 제1링
530: 제2링 540: 링부재
550: 조절부재

Claims (2)

  1. 내부에 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정챔버와;
    상기 공정챔버 내에서 기판을 지지하는 기판지지부재와;
    상기 기판지지부재에 놓인 기판으로 공정가스를 공급하는 가스공급부재와;
    상기 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소스와;
    상기 기판지지부재를 감싸도록 배치되는 링 어셈블리를 포함하되;
    상기 링 어셈블리는,
    링 부재와;
    상기 링 부재의 영역별 상대 높이를 조절하는 조절부재를 포함하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링 부재는 일체로 제공되고,
    상기 조절부재는,
    상기 링 부재의 서로 상이한 영역들에 각각 연결되는 결합로드들과;
    상기 결합로드들을 서로 독립적으로 상하이동시키도록 제공되는 구동기를 포함하는 기판처리장치.
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