KR20230092627A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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최민정
유반석
장우석
탁기덕
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세메스 주식회사
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Abstract

기판에 대해 식각 공정을 수행하는 경우 패턴 러프니스를 개선할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 상기 기판 처리 방법은, 기판 처리 장치 내로 기판을 반입하는 단계; 제1 공정 가스를 기판 처리 장치 내로 투입하며, 제1 공정 가스를 이용하여 기판을 제1 플라즈마 처리하는 단계; 및 제2 공정 가스를 기판 처리 장치 내로 투입하며, 제2 공정 가스를 이용하여 기판을 제2 플라즈마 처리하는 단계를 포함하며, 제2 공정 가스는 적어도 일부의 성분이 제1 공정 가스와 다르다.

Description

기판 처리 장치 및 방법 {Substrate treating apparatus and method thereof}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 소자를 제조하는 데에 적용될 수 있는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(Image Sensor)는 광학 정보를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자 중 하나이다. 이러한 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있는데, CCD 이미지 센서는 화질이 우수하고 노이즈나 잔상 처리 효과가 뛰어난 잇점이 있으며, CMOS 이미지 센서는 전력 소모가 적고 CCD 이미지 센서보다 비교적 가격이 저렴한 잇점이 있다.
CMOS 이미지 센서를 제조하는 경우, 이미지 센서에 적용되는 렌즈(Lens)에 대해 에치 백(Etch Back) 공정(또는 블랭크 에치(Blank Etch) 공정)이 수행될 수 있다.
그런데 에치 백 공정에서 패턴 러프니스(Pattern Roughness)는 픽셀 빛 간섭 감소, 이미지 센서 미세화 등에 영향을 미치므로, 패턴 러프니스의 개선은 CMOS 이미지 센서를 제조하는 공정에 있어서 매우 중요한 과제이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기판에 대해 식각 공정을 수행하는 경우 패턴 러프니스를 개선할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법의 일 면(Aspect)은, 기판 처리 장치 내로 기판을 반입하는 단계; 제1 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 투입하며, 상기 제1 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제1 플라즈마 처리하는 단계; 및 제2 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 투입하며, 상기 제2 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제2 플라즈마 처리하는 단계를 포함하며, 상기 제2 공정 가스는 적어도 일부의 성분이 상기 제1 공정 가스와 다르다.
상기 제2 플라즈마 처리하는 단계는 상기 제1 공정 가스도 함께 이용할 수 있다.
상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 공통적으로 포함하는 제1 성분, 및 상기 제1 공정 가스에 포함되지 않은 제2 성분을 포함할 수 있다.
상기 제1 성분은 불소 성분이고, 상기 제2 성분은 수소 성분일 수 있다.
상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스보다 더 많은 양이 투입될 수 있다.
상기 제2 공정 가스의 투입량은 상기 제1 공정 가스의 투입량의 1.5배 내지 2배일 수 있다.
상기 제1 공정 가스는 식각 가스이고 상기 제2 공정 가스는 증착 가스이거나, 또는 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스는 식각 가스일 수 있다.
상기 제1 공정 가스는 CF4 가스이고, 상기 제2 공정 가스는 CHF3 가스일 수 있다.
상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 혼합된 후 상기 기판 처리 장치 내로 투입될 수 있다.
상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 별개로 상기 기판 처리 장치 내로 투입될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급원; 및 상기 공정 가스 공급원과 상기 기판 처리 장치를 연결하는 공정 가스 공급 라인을 포함하며, 상기 제2 공정 가스는 상기 공정 가스 공급원 내에서 상기 제1 공정 가스와 혼합될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 제1 공정 가스를 제공하는 제1 공정 가스 공급원; 상기 제2 공정 가스를 제공하는 제2 공정 가스 공급원; 및 일단이 상기 기판 처리 장치와 연결되고, 타단이 분기되어 상기 제1 공정 가스 공급원 및 상기 제2 공정 가스 공급원에 각각 연결되는 공정 가스 공급 라인을 포함하며, 상기 제2 공정 가스는 상기 공정 가스 공급 라인을 통해 이동할 때 상기 제1 공정 가스와 혼합될 수 있다.
상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스는 상기 기판 처리 장치의 상부 덮개를 관통하여 형성된 제1 홀을 통해 제공되고, 다른 하나의 가스는 상기 기판 처리 장치의 측벽을 관통하여 형성된 제2 홀을 통해 제공되거나, 또는 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스는 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀 중 어느 하나의 홀을 통해 제공될 수 있다.
상기 기판 처리 방법은 에치 백 공정(Etch Back Process)을 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 방법은 CMOS 이미지 센서의 렌즈 모듈을 제조할 때에 적용될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 방법의 다른 면은, 기판 처리 장치 내로 기판을 반입하는 단계; 제1 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 투입하며, 상기 제1 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제1 플라즈마 처리하는 단계; 및 상기 제1 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 계속 투입하고, 제2 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 추가 투입하며, 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제2 플라즈마 처리하는 단계를 포함하며, 상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 공통적으로 포함하는 제1 성분, 및 상기 제1 공정 가스에 포함되지 않은 제2 성분을 포함하고, 상기 제1 성분은 불소 성분이고, 상기 제2 성분은 수소 성분이며, 상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스보다 더 많은 양이 투입될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면은, 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 하우징의 상부에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되며 상기 기판 지지 유닛에 포함되는 제2 전극, 상기 제1 전극에 RF 전력을 제공하는 제1 고주파 전원, 및 상기 제2 전극에 RF 전력을 제공하는 제2 고주파 전원을 포함하는 플라즈마 생성 유닛; 및 상기 하우징의 상부 덮개나 측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 하우징과 연결되며, 상기 하우징의 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛을 포함하며, 상기 공정 가스는 제1 공정 가스, 및 적어도 일부의 성분이 상기 제1 공정 가스와 다른 제2 공정 가스를 포함한다.
상기 공정 가스 공급 유닛은 먼저 상기 제1 공정 가스를 제공하고, 이후 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스를 함께 제공할 수 있다.
상기 공정 가스 공급 유닛은 제1 공정 가스보다 더 많은 양의 상기 제2 공정 가스를 제공할 수 있다.
상기 공정 가스 공급 유닛은 상기 제1 공정 가스로 CF4 가스를 제공하고, 상기 제2 공정 가스로 CHF3 가스를 제공할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 가스 공급 유닛의 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 가스 공급 유닛의 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 가스 공급 유닛의 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 제3 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 기판 처리 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 종래의 기판 처리 공정에 따라 처리된 기판의 표면을 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 기판 처리 공정에 따라 처리된 기판의 표면을 확대한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 기판 처리 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 식각 공정(Etching Process)을 통해 기판을 처리하는 경우, 패턴 거칠기(Pattern Roughness)를 개선할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서(Image Sensor)를 제조하는 데에 이용되는 기판을 처리하는 경우, 패턴 거칠기를 개선할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하에서는 도면 등을 참조하여 본 발명을 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 따르면, 기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지 유닛(120), 세정 가스 공급 유닛(130), 공정 가스 공급 유닛(140), 샤워 헤드 유닛(150), 플라즈마 생성 유닛(160), 라이너 유닛(170), 배플 유닛(180) 및 안테나 유닛(190)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼(Wafer))을 처리하는 장치이다. 이러한 기판 처리 장치(100)는 증착 공정 챔버(Deposition Process Chamber) 또는 식각 공정 챔버(Etching Process Chamber)로 마련되어 진공(Vacuum) 환경에서 기판(W)을 증착 처리하거나 식각 처리할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 처리 장치(100)는 세정 공정 챔버(Cleaning Process Chamber)로 마련되어 기판(W)을 건식으로 세정(Dry Cleaning) 처리하는 것도 가능하다.
하우징(110)은 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 공정 즉, 플라즈마 공정(Plasma Process)이 실행되는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 하우징(110)은 그 하부에 배기 홀(111)을 구비할 수 있다.
배기 홀(111)은 펌프(112)가 장착된 배기 라인(113)과 연결될 수 있다. 배기 홀(111)은 배기 라인(113)을 통해 플라즈마 공정 중에 발생된 반응 부산물과 하우징(110)의 내부에 잔여하는 가스를 하우징(110)의 외부로 배출할 수 있다. 이 경우, 하우징(110)의 내부 공간은 소정의 압력으로 감압될 수 있다.
하우징(110)은 그 측벽에 개구부(114)가 형성될 수 있다. 개구부(114)는 하우징(110)의 내부로 기판(W)이 출입하는 통로로써 기능할 수 있다. 개구부(114)는 예를 들어, 도어 어셈블리(115)에 의해 자동으로 개폐되도록 구성될 수 있다.
도어 어셈블리(115)는 외측 도어(115a) 및 도어 구동기(115b)를 포함하여 구성될 수 있다. 외측 도어(115a)는 하우징(110)의 외벽에 제공되는 것이다. 이러한 외측 도어(115a)는 도어 구동기(115b)를 통해 기판 처리 장치(100)의 높이 방향 즉, 제3 방향(30)으로 이동될 수 있다. 도어 구동기(115b)는 모터, 유압 실린더 및 공압 실린더 중에서 선택되는 어느 하나를 이용하여 작동할 수 있다.
기판 지지 유닛(120)은 하우징(110)의 내부 하측 영역에 설치되는 것이다. 이러한 기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 지지 유닛(120)은 기계적 클램핑(Mechanical Clamping), 진공(Vacuum) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 기판(W)을 지지하는 것도 가능하다.
기판 지지 유닛(120)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 경우, 베이스(121) 및 정전 척(ESC; Electro Static Chuck, 122)을 포함하여 구성될 수 있다.
정전 척(122)은 정전기력을 이용하여 그 상부에 안착되는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 부재이다. 이러한 정전 척(122)은 베이스(121) 상에 배치되며, 세라믹 재질로 제공될 수 있다.
링 어셈블리(123)는 정전 척(122)의 외측 테두리 영역을 둘러싸도록 제공되는 것이다. 이러한 링 어셈블리(123)는 포커스 링(Focus Ring; 123a) 및 에지 링(Edge Ring; 123b)을 포함하여 구성될 수 있다.
포커스 링(123a)은 에지 링(123b)의 내측에 형성되며, 정전 척(122)의 외측 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 포커스 링(123a)은 하우징(110)의 내부에서 플라즈마 공정이 진행되는 경우 이온을 기판(W) 상에 집중시키는 역할을 할 수 있으며, 실리콘 재질로 제공될 수 있다.
에지 링(123b)은 포커스 링(123a)의 외측에 형성되며, 포커스 링(123a)의 외측 영역을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 에지 링(123b)은 플라즈마에 의해 정전 척(122)의 측면이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있으며, 절연체 물질, 예를 들어 쿼츠(Quartz) 재질로 제공될 수 있다.
가열 부재(124) 및 냉각 부재(125)는 하우징(110)의 내부에서 기판 처리 공정이 진행되는 경우, 기판(W)을 공정 온도로 유지시키기 위해 제공되는 것이다. 가열 부재(124)는 기판(W)의 온도를 상승시키기 위해 열선으로 제공될 수 있으며, 예를 들어 정전 척(122)의 내부에 설치될 수 있다. 냉각 부재(125)는 기판(W)의 온도를 하강시키기 위해 냉매가 흐르는 냉각 라인으로 제공될 수 있으며, 예를 들어 베이스(121)의 내부에 설치될 수 있다.
한편, 냉각 부재(125)는 냉각 장치(Chiller; 126)를 이용하여 냉매를 공급받을 수 있다. 냉각 장치(126)는 하우징(110)의 외부에 별도로 설치될 수 있다.
세정 가스 공급 유닛(130)은 정전 척(122)이나 링 어셈블리(123)에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 세정 가스를 제공하는 것이다. 세정 가스 공급 유닛(130)은 예를 들어 질소 가스(N2 Gas)를 세정 가스로 제공할 수 있으며, 세정 가스 공급원(131) 및 세정 가스 공급 라인(132)을 포함할 수 있다.
세정 가스 공급 라인(132)은 세정 가스 공급원(131)에 의해 공급되는 세정 가스를 이송하는 것이다. 이러한 세정 가스 공급 라인(132)은 정전 척(122)과 포커스 링(123a) 사이의 공간으로 연결될 수 있으며, 세정 가스는 상기 공간을 통해 이동하여 정전 척(122)의 테두리 부분이나 링 어셈블리(123)의 상부 등에 잔류하는 이물질을 제거할 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(140)은 하우징(110)의 내부 공간으로 공정 가스를 제공하는 것이다. 이러한 공정 가스 공급 유닛(140)은 하우징(110)의 상부 덮개를 관통하여 형성된 홀을 통해 공정 가스를 제공하거나, 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 공정 가스를 제공할 수 있다. 공정 가스 공급 유닛(140)은 공정 가스 공급원(141) 및 공정 가스 공급 라인(142)을 포함할 수 있다.
공정 가스 공급원(141)은 기판(W)을 처리하는 데에 이용되는 가스를 공정 가스로 제공할 수 있으며, 기판 처리 장치(100) 내에 적어도 하나 마련될 수 있다. 공정 가스 공급원(141)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 복수 개의 공정 가스 공급원(141)은 동일한 종류의 공정 가스를 공급하여 많은 양의 가스를 짧은 시간 내에 제공하는 효과를 얻을 수 있으며, 서로 다른 종류의 공정 가스를 공급하는 것도 가능하다.
공정 가스 공급 라인(142)은 공정 가스 공급원(141)에 의해 제공되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(150)으로 이송하는 것이다. 공정 가스 공급 라인(142)은 이를 위해 공정 가스 공급원(141)과 샤워 헤드 유닛(150)을 연결하도록 마련될 수 있다.
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 공정 가스 공급 유닛(140)은 샤워 헤드 유닛(150)이 복수 개의 모듈로 분할되는 경우, 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈로 공정 가스를 분배하기 위한 공정 가스 분배기 및 공정 가스 분배 라인을 더 포함할 수 있다. 공정 가스 분배기는 공정 가스 공급 라인(142) 상에 설치되며, 공정 가스 공급원(141)으로부터 공급되는 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈로 분배할 수 있다. 공정 가스 분배 라인은 공정 가스 분배기와 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈을 연결하도록 구성되며, 공정 가스 분배기에 의해 분배된 공정 가스를 샤워 헤드 유닛(150)의 각각의 모듈로 이송할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(150)은 하우징(110)의 내부 공간에 배치되며, 복수 개의 가스 분사 홀(Gas Feeding Hole)을 포함할 수 있다. 여기서, 복수 개의 가스 분사 홀은 샤워 헤드 유닛(150)의 몸체 표면을 관통하여 형성되며, 상기 몸체 상에 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 이러한 샤워 헤드 유닛(150)은 공정 가스 공급 유닛(140)을 통해 공급되는 공정 가스를 하우징(110) 내 기판(W) 상으로 균일하게 분사할 수 있다.
샤워 헤드 유닛(150)은 하우징(110) 내에서 정전 척(122)과 상하 방향(제3 방향(30))으로 대향하도록 설치될 수 있다. 이 경우, 샤워 헤드 유닛(150)은 정전 척(122)보다 더 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있으며, 정전 척(122)과 동일한 직경을 가지도록 제공될 수도 있다. 샤워 헤드 유닛(150)은 실리콘 재질로 제공되거나, 금속 재질로 제공될 수 있다.
도 1에는 도시되어 있지 않지만, 샤워 헤드 유닛(150)은 복수 개의 모듈로 분할될 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(150)은 제1 모듈, 제2 모듈, 제3 모듈 등 세 개의 모듈로 분할될 수 있다. 제1 모듈은 기판(W)의 센터 영역(Center Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제2 모듈은 제1 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 기판(W)의 미들 영역(Middle Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제3 모듈은 제2 모듈의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 기판(W)의 에지 영역(Edge Zone)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(160)은 방전 공간에 잔류하는 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것이다. 여기서, 방전 공간은 하우징(110)의 내부 공간 중에서 기판(W)의 상부에 위치하는 공간을 의미한다.
플라즈마 생성 유닛(160)은 유도 결합형 플라즈마 소스 즉, ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 예를 들어, 안테나 유닛(190)을 제1 전극으로 이용하고 정전 척(122)을 제2 전극으로 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 용량 결합형 플라즈마 소스 즉, CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스를 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시키는 것도 가능하다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 예를 들어, 샤워 헤드 유닛(150)을 제1 전극으로 이용하고 정전 척(122)을 제2 전극으로 이용하여 하우징(110) 내부의 방전 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 내부 구조를 예시적으로 도시한 단면도이다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
플라즈마 생성 유닛(160)은 제1 고주파 전원(161), 제1 전송 선로(162), 제2 고주파 전원(163) 및 제2 전송 선로(164)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 고주파 전원(161)은 제1 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 이러한 제1 고주파 전원(161)은 기판 처리 장치(100) 내에서 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 제1 고주파 전원(161)은 기판 처리 장치(100) 내에서 이온 충격 에너지(Ion Bombardment Energy)를 조절하는 역할을 할 수 있다.
제1 고주파 전원(161)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제1 고주파 전원(161)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제1 전송 선로(162) 상에 병렬로 배치될 수 있다.
제1 고주파 전원(161)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(160)은 복수 개의 제1 고주파 전원과 전기적으로 연결되는 제1 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 매칭 네트워크는 각각의 제1 고주파 전원으로부터 상이한 크기의 주파수 전력들이 입력되는 경우, 상기 주파수 전력들을 매칭시켜 제1 전극에 인가하는 역할을 할 수 있다.
제1 전송 선로(162)는 제1 전극과 GND를 연결하는 것이다. 제1 고주파 전원(161)은 이러한 제1 전송 선로(162) 상에 설치될 수 있다.
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제1 고주파 전원(161)과 제1 전극을 연결하는 제1 전송 선로(162) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제1 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제1 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제1 고주파 전원(161)에서 제1 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.
제2 고주파 전원(163)은 제2 전극에 RF 전력을 인가하는 것이다. 이러한 제2 고주파 전원(163)은 기판 처리 장치(100) 내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 역할을 하거나, 제1 고주파 전원(161)과 더불어 플라즈마의 특성을 제어하는 역할을 할 수 있다.
제2 고주파 전원(163)은 기판 처리 장치(100) 내에 단수 개 마련될 수 있지만, 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 제2 고주파 전원(163)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 제2 전송 선로(164) 상에 병렬로 배치될 수 있다.
제2 고주파 전원(163)이 기판 처리 장치(100) 내에 복수 개 마련되는 경우, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 플라즈마 생성 유닛(160)은 복수 개의 제2 고주파 전원과 전기적으로 연결되는 제2 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 매칭 네트워크는 각각의 제2 고주파 전원으로부터 상이한 크기의 주파수 전력들이 입력되는 경우, 상기 주파수 전력들을 매칭시켜 제2 전극에 인가하는 역할을 할 수 있다.
제2 전송 선로(164)는 제2 전극과 GND를 연결하는 것이다. 제2 고주파 전원(163)은 이러한 제2 전송 선로(164) 상에 설치될 수 있다.
한편, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 제2 고주파 전원(163)과 제2 전극을 연결하는 제2 전송 선로(164) 상에는 임피던스 정합을 목적으로 제2 임피던스 정합 회로가 마련될 수 있다. 제2 임피던스 정합 회로는 무손실 수동 회로로 작용하여 제2 고주파 전원(163)에서 제2 전극으로 전기 에너지가 최대로 전달되도록 할 수 있다.
제2 고주파 전원(163)이 제2 전송 선로(164) 상에 설치되면, 플라즈마 생성 유닛(160)은 기판 처리 장치(100)에 다중 주파수(Multi Frequency)를 적용하는 것이 가능해지며, 이에 따라 기판 처리 장치(100)의 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 유닛(160)은 제2 고주파 전원(163)을 포함하지 않고 구성되는 것도 가능하다. 즉, 제2 고주파 전원(163)은 제2 전송 선로(164) 상에 설치되지 않을 수도 있다.
라이너 유닛(Liner Unit or Wall Liner; 170)은 공정 가스가 여기되는 과정에서 발생하는 아크 방전이나, 기판 처리 공정 중에 발생되는 불순물 등으로부터 하우징(110)의 내부를 보호하기 위한 것이다. 라이너 유닛(170)은 이를 위해 하우징(110)의 내측벽을 커버하도록 형성될 수 있다.
라이너 유닛(170)은 그 상부에 지지 링(171)을 포함할 수 있다. 지지 링(171)은 라이너 유닛(170)의 상부에서 외측 방향(즉, 제1 방향(10))으로 돌출 형성되며, 라이너 유닛(170)을 하우징(110)에 고정시키는 역할을 할 수 있다.
배플 유닛(Baffle Unit; 180)은 플라즈마의 공정 부산물, 미반응 가스 등을 배기하는 역할을 한다. 이러한 배플 유닛(180)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(120) 사이의 공간에 설치될 수 있으며, 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 배플 유닛(180)은 공정 가스의 흐름을 제어하기 위해 상하 방향(즉, 제3 방향(30))으로 관통되는 복수 개의 관통 홀을 구비할 수 있다.
안테나 유닛(Antenna Unit; 190)은 하우징(110)의 내부에 자기장 및 전기장을 발생시켜 공정 가스를 플라즈마로 여기시키는 역할을 한다. 안테나 유닛(190)은 이를 위해 코일을 이용하여 폐루프를 형성하도록 제공되는 안테나(181)를 포함할 수 있으며, 제1 고주파 전원(131)으로부터 공급되는 RF 전력을 이용할 수 있다.
안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 상부면에 설치될 수 있다. 이 경우, 안테나(181)는 하우징(110)의 폭 방향(제1 방향(10))을 길이 방향으로 하여 설치될 수 있으며, 하우징(110)의 직경에 대응하는 크기를 가지도록 제공될 수 있다.
안테나 유닛(190)은 평판형 구조(Planar Type)를 가지도록 형성될 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 유닛(190)은 원통형 구조(Cylindrical Type)를 가지도록 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 안테나 유닛(190)은 하우징(110)의 외측벽을 둘러싸도록 설치될 수 있다.
한편, 안테나 유닛(190)은 윈도우 모듈(192)을 포함할 수 있다. 윈도우 모듈(192)은 하우징(110)의 상부가 개방되면 이를 커버하여, 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시키는 하우징(110)의 상부 덮개 역할을 할 수 있다.
윈도우 모듈(192)은 절연성 물질(예를 들어, 알루미나(Al2O3))을 소재로 하여 유전체 창(Dielectric Window)으로 형성될 수 있다. 윈도우 모듈(192)은 플라즈마 공정이 하우징(110)의 내부에서 진행될 때 파티클(Particle)이 발생하는 것을 억제하기 위해 표면에 코팅막을 포함하여 형성될 수도 있다.
에치 백 공정(Etch Back Process)은 CMOS 이미지 센서를 제조하기 위해 기판(W)을 처리하는 경우에 적용될 수 있다. 에치 백 공정은 예를 들어, CIS(CMOS Image Sensor) 렌즈 모듈(Lens Module)을 제조하는 경우에 적용될 수 있다.
그런데, CIS 렌즈 모듈의 경우, 기판 처리시 발생되는 패턴 거칠기(Pattern Roughness)가 광 간섭, 이미지 센서의 미세화 등에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 패턴 거칠기를 개선할 수 있는 기판 처리 공정은 CMOS 이미지 센서를 제조하는 데 있어서 매우 중요한 과제라 할 수 있다.
본 실시예에서는 기판 처리 장치(100)가 에치 백 공정을 이용하여 기판(W)을 처리하는 경우, 공정 가스 공급 유닛(140)이 패턴 거칠기를 개선하기 위해 종류가 다른 복수의 공정 가스를 하우징(110)의 내부로 유입시킬 수 있다. 공정 가스 공급 유닛(140)은 예를 들어, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스를 하우징(110)의 내부로 유입시킬 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(140)은 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스를 하우징(110)의 내부로 유입시키기 위해, 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 공정 가스 공급 유닛(140)은 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 것도 가능하다. 한편, 공정 가스 공급 유닛(140)은 한 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 것도 가능하다.
공정 가스 공급 유닛(140)은 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 제1 공정 가스 공급원(310), 제2 공정 가스 공급원(320), 제1 공정 가스 공급 라인(330) 및 제2 공정 가스 공급 라인(340)을 포함할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 가스 공급 유닛의 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 제1 예시도이다.
제1 공정 가스 공급 라인(330)은 제1 공정 가스를 공급하는 제1 공정 가스 공급원(310)과, 하우징(110)의 상부 덮개를 관통하여 형성된 제1 홀(410)을 연결할 수 있다. 이 경우, 제1 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 수직 방향으로 하향 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 공정 가스 공급 라인(330)은 제1 공정 가스 공급원(310)과, 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀을 연결하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 하향 경사진 방향으로 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
제2 공정 가스 공급 라인(340)은 제2 공정 가스를 공급하는 제2 공정 가스 공급원(320)과, 제1 홀(410)을 연결할 수 있다. 이 경우, 제2 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 수직 방향으로 하향 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 공정 가스 공급 라인(340)은 제2 공정 가스 공급원(320)과, 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 홀을 연결하는 것도 가능하다. 이 경우, 제2 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 하향 경사진 방향으로 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
전자의 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스가 동일한 방향으로 이동하여 기판(W) 상에 제공되는 경우의 예시이다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 후자의 경우와 같이 서로 다른 방향으로 이동하여 기판(W) 상에 제공되는 것도 가능하다.
예를 들어, 공정 가스 공급 유닛(140)이 제1 공정 가스 공급원(310), 제2 공정 가스 공급원(320), 제1 공정 가스 공급 라인(330) 및 제2 공정 가스 공급 라인(340)을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 공급 라인(330)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 공정 가스 공급원(310)과 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 제2 홀(420)을 연결하고, 이 경우의 제1 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 하향 경사진 방향으로 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
반면, 제2 공정 가스 공급 라인(340)은 도 3의 예시와 동일하게 제2 공정 가스 공급원(320)과 제1 홀(410)을 연결하며, 이 경우의 제2 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 수직 방향으로 하향 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 가스 공급 유닛의 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 제2 예시도이다.
또는, 제1 공정 가스 공급 라인(330)은 제1 공정 가스 공급원(310)과 제1 홀(410)을 연결하고, 제2 공정 가스 공급 라인(340)은 제2 공정 가스 공급원(320)과 제2 홀(420)을 연결하도록 제공되는 것도 가능하다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 공정 가스 공급 유닛(140)은 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우의 예시이다. 앞서 설명하였지만, 공정 가스 공급 유닛(140)은 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 것도 가능하다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
공정 가스 공급 유닛(140)은 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 제1 공정 가스 공급원(310), 제2 공정 가스 공급원(320) 및 제3 공정 가스 공급 라인(350)을 포함할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 공정 가스 공급 유닛의 다양한 실시 형태를 설명하기 위한 제3 예시도이다.
제3 공정 가스 공급 라인(350)은 제1 공정 가스 공급원(310)과, 하우징(110)의 상부 덮개를 관통하여 형성된 제1 홀(410)을 연결할 수 있다. 또한, 제3 공정 가스 공급 라인(350)은 제2 공정 가스 공급원(320)과 상기 제1 홀(410)도 연결할 수 있다. 이 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 수직 방향으로 하향 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 공정 가스 공급 라인(330)은 제1 공정 가스 공급원(310)과, 하우징(110)의 측벽을 관통하여 형성된 제2 홀(420)을 연결하고, 또한 제2 공정 가스 공급원(320)과 상기 제2 홀(420)도 연결할 수 있다. 이 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후 하향 경사진 방향으로 이동하여 기판(W) 상에 제공될 수 있다.
한편, 공정 가스 공급 유닛(140)이 한 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 공정 가스 공급원(151) 및 공정 가스 공급 라인(152)을 포함할 수 있다.
앞서 설명하였지만, 공정 가스 공급 라인(150)은 종류가 다른 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스를 하우징(110) 내 기판(W) 상에 제공할 수 있다. 여기서, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스는 기판 식각 용도의 가스이고, 다른 하나의 가스는 기판 상 증착 용도의 가스일 수 있다. 또는, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스 모두 기판 식각 용도의 가스일 수도 있다.
제1 공정 가스와 제2 공정 가스는 적어도 하나의 성분을 공통적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스는 불소(Fluorine) 성분을 모두 포함할 수 있다. 또한, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스는 적어도 하나의 특정 성분을 포함하고, 다른 하나의 가스는 상기 특정 성분을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스는 수소(Hydrogen) 성분을 포함하고, 다른 하나의 가스는 수소 성분을 포함하지 않을 수 있다.
한편, 제1 공정 가스와 제2 공정 가스는 적어도 하나의 성분을 차별적으로 포함하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 공정 가스는 제2 공정 가스가 포함하고 있지 않은 성분(예를 들어, 수소 성분)을 포함하고, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스가 포함하고 있지 않은 성분을 포함할 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(140)이 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스를 제공하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스가 먼저 제공되고, 소정의 시간이 경과한 후, 다른 하나의 가스가 상기 어느 하나의 가스와 함께 제공될 수 있다. 즉, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스는 먼저 제공되기 시작하여 계속적으로 제공되고, 다른 하나의 가스는 어느 하나의 가스가 제공되기 시작한 후부터 소정의 시간이 경과한 후에 비로소 제공되기 시작할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스가 먼저 제공되고, 이후 다른 하나의 가스가 상기 어느 하나의 가스와 함께 제공될 수 있다. 또는, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스가 먼저 제공되고, 이후 다른 하나의 가스가 상기 어느 하나의 가스와 함께 제공될 수 있다.
그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 동시에 제공되는 것도 가능하다. 예를 들어, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 동시에 제공될 수 있다. 또는, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 동시에 제공될 수 있다. 또는, 공정 가스 공급 유닛(140)이 한 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 동시에 제공될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스가 제공되고, 소정의 시간이 경과한 후, 상기 어느 하나의 가스 제공이 중단되고 다른 하나의 가스가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 또는 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우에, 상기와 같은 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스의 제공이 이루어질 수 있다.
공정 가스 공급 유닛(140)이 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스를 제공하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 혼합되지 않고 하우징(110)의 내부로 제공될 수 있으며, 혼합된 후에 하우징(110)의 내부로 제공될 수도 있다.
전자의 경우, 예를 들어, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 두 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 혼합되지 않고 하우징의 내부(110)의 내부로 제공될 수 있다. 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스가 혼합되지 않고 하우징(110)의 내부로 제공되는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 하우징(110)의 내부로 유입된 후에 비로소 혼합될 수 있다. 또는, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 플라즈마 생성 유닛(160), 제1 전극 및 제2 전극에 의해 플라즈마가 발생되기 전까지도 혼합되지 않을 수도 있다.
후자의 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 공정 가스 공급원에서 혼합된 후에 하우징(110)의 내부로 제공될 수 있으며, 공정 가스 공급 라인에서 혼합된 후에 하우징(110)의 내부로 제공될 수도 있다.
예를 들어, 공정 가스 공급 유닛(140)이 두 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 공정 가스 공급 라인을 따라 하우징(110)의 내부로 이동하는 도중에 혼합될 수 있다. 즉, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 공정 가스 공급 라인에서 혼합된 후에 하우징(110)의 내부로 제공될 수 있다.
한편, 공정 가스 공급 유닛(140)이 한 개의 공정 가스 공급원과 한 개의 공정 가스 공급 라인을 포함하는 경우, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스는 공정 가스 공급원 내에서 혼합될 수 있다. 이 경우에는, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스가 공정 가스 공급원에서 혼합된 후에 하우징(110)의 내부로 제공될 수 있다.
이상 도 3 내지 도 5를 참조하여 기판 처리 장치(100)를 구성하는 공정 가스 공급 유닛(140)의 작동에 대하여 설명하였다. 이하에서는 기판 처리 장치(100)의 기판 처리 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 기판 처리 공정을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하 설명은 도 6을 참조한다.
먼저, 개구부(114)를 개방시키고, 기판(W)을 하우징(110)의 내부로 반입시킨다(S510).
이후, 공정 가스 공급 유닛(140)을 이용하여 하우징(110)의 내부로 제1 공정 가스를 유입시킨다(S520). 여기서, 제1 공정 가스는 제2 공정 가스와 공통적으로 포함되는 불소 성분을 포함할 수 있다. 제1 공정 가스는 예를 들어, CF4 가스일 수 있다.
이후, 플라즈마 생성 유닛(160), 제1 전극 및 제2 전극을 이용하여 기판(W)을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킨다(S530). 상기 플라즈마는 기판(W)을 식각 처리할 수 있다(Etch).
이후, 공정 가스 공급 유닛(140)을 이용하여 제1 공정 가스에 이어 제2 공정 가스도 하우징(110)의 내부로 유입시킨다(S540). 이 경우, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 혼합된 상태로 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있으며, 제1 공정 가스와 별개로 즉, 제1 공정 가스와 혼합되지 않은 상태로 하우징(110)의 내부로 유입될 수도 있다.
상기에서, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 공통적으로 포함되는 불소 성분을 포함할 수 있다. 또한, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스에 포함되어 있지 않은 수소 성분도 포함할 수 있다. 제2 공정 가스는 예를 들어, CHF3 가스일 수 있다.
제2 공정 가스는 제1 공정 가스보다 더 많은 비율로 하우징(110)의 내부로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스보다 1.5배 ~ 2배 더 많은 비율로 하우징(110)의 내부로 제공될 수 있다. 상기에서, 제1 공정 가스가 CF4 가스이고 제2 공정 가스가 CHF3 가스인 경우, CF4 가스 : CHF3 가스 = 100 : 180의 비율을 적용하여 제1 공정 가스와 제2 공정 가스를 하우징(110)의 내부로 제공할 수 있다. 그러나 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 동일한 비율로 하우징(110)의 내부로 제공되는 것도 가능하다.
이후, 플라즈마 생성 유닛(160), 제1 전극 및 제2 전극을 이용하여 기판(W)을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킨다(S550). 상기 플라즈마는 기판(W)을 증착 처리할 수 있다(Deposition). 기판(W)은 플라즈마에 의해 식각 처리 및 증착 처리 완료되면, 이후에 반출될 수 있다(S560).
한편, 본 실시예에서는 S530 단계를 계속적으로 진행하면서 제2 공정 가스를 추가로 투입하여 기판(W)에 대한 식각 처리와 증착 처리가 동시에 일어나도록 하는 것도 가능하다. 또는, S520 단계와 S530 단계를 동시에 진행하고, 이어서 S540 단계와 S550 단계를 동시에 진행하는 것도 가능하다.
제1 공정 가스만을 이용하여 CIS 렌즈 모듈을 제조하는 데에 사용되는 기판(W)을 처리하는 경우, 상기 기판의 표면은 매우 거친 질감을 가진다. 도 7은 종래의 기판 처리 공정에 따라 처리된 기판의 표면을 확대한 도면이다. 주사 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)을 이용하여 종래의 기판 처리 공정에 따라 처리된 CIS 렌즈 모듈의 단패턴 이미지를 확인하여 보면, 도 7에 도시된 바와 같이 패턴(430)의 상면이 울퉁불퉁하여 매우 거칠게 형성되어 있음을 알 수 있다.
반면, 도 6에서 설명한 바와 같이 제1 공정 가스뿐만 아니라 제2 공정 가스도 이용하여 기판(W)을 처리하면, 상기 기판의 표면은 매우 부드러운 질감을 가질 수 있다. 도 8은 본 발명의 기판 처리 공정에 따라 처리된 기판의 표면을 확대한 도면이다. 도 7의 경우와 마찬가지로 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 본 발명의 기판 처리 공정에 따라 처리된 CIS 렌즈 모듈의 단패턴 이미지를 확인하여 보면, 도 8에 도시된 바와 같이 패턴(440)의 상면이 매끄럽게 형성되어, 패턴 러프니스가 종래의 경우에 비해 상당히 개선되었음을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명한 기판 처리 공정은 제1 공정 가스가 먼저 제공되고, 소정의 시간이 경과한 후에 제2 공정 가스가 제1 공정 가스와 함께 제공되는 경우의 예시이다. 앞서 설명하였지만, 본 실시예에서는 제1 공정 가스가 먼저 제공되고, 소정의 시간이 경과한 후에 제1 공정 가스 대신 제2 공정 가스가 제공되는 것도 가능하다. 이하에서는 이에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 기판 처리 공정을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하 설명은 도 9를 참조한다.
먼저, 개구부(114)를 개방시키고, 기판(W)을 하우징(110)의 내부로 반입시킨다(S610).
이후, 공정 가스 공급 유닛(140)을 이용하여 하우징(110)의 내부로 제1 공정 가스를 유입시킨다(S620). 여기서, 제1 공정 가스는 제2 공정 가스와 공통적으로 포함되는 불소 성분을 포함할 수 있다. 제1 공정 가스는 예를 들어, CF4 가스일 수 있다.
이후, 플라즈마 생성 유닛(160), 제1 전극 및 제2 전극을 이용하여 기판(W)을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킨다(S630). 상기 플라즈마는 기판(W)을 식각 처리할 수 있다(Etch).
이후, 공정 가스 공급 유닛(140)을 이용하여 제2 공정 가스를 하우징(110)의 내부로 유입시킨다(S640). 여기서, 제2 공정 가스는 제1 공정 가스와 공통적으로 포함되는 불소 성분을 포함할 수 있으며, 제1 공정 가스에 포함되어 있지 않은 수소 성분을 포함할 수 있다. 제2 공정 가스는 예를 들어, CHF3 가스일 수 있다.
이후, 플라즈마 생성 유닛(160), 제1 전극 및 제2 전극을 이용하여 기판(W)을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킨다(S650). 상기 플라즈마는 기판(W)을 증착 처리할 수 있다(Deposition). 기판(W)은 플라즈마에 의해 식각 처리 및 증착 처리 완료되면, 이후에 반출될 수 있다(S660).
본 발명은 CIS 렌즈 모듈을 제조하기 위한 에치 백 공정에 관한 것으로서, 특히 패턴 러프니스를 개선하기 위한 기판 처리 방법에 관한 것이다. CF4 가스만을 이용하여 단일 스텝(1 Step)인 메인 에치 스텝(Main Etch Step)을 진행할 경우, 패턴 러프니스를 개선시키는 것이 어렵다.
본 발명에서는 CF4 가스와 CHF3 가스를 이용하여 투 스텝(2 Step)으로, 즉 메인 에치 스텝 및 트리트먼트 스텝(Main Etch Step + Treatment Step)으로, 식각 설비이지만 폴리머 증착(Polymer Deposition)이 이루어지는 조건(2 Step Recipe)을 개발하여 패턴 러프니스를 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 식각 가스(Etch Gas)와 증착 가스(Deposition Gas)로 각각 CF4 가스와 CHF3 가스를 이용할 수 있으며, 식각 이후 식각 및 증착(Etch + Deposition)으로 기판의 표면 러프니스를 개선할 수 있다. 구체적으로 CF4 가스로 식각 처리를 한 후, CF4 가스와 CHF3 가스로 증착 처리를 할 수 있다.
본 발명에서는 CHF3 가스를 추가하여 증착 스텝(Depostion Step)을 추가할 수 있다. 본 발명에서는 이에 따라 투 스텝으로 진행할 수 있다. 식각 및 증착 과정이 발생하면, 패턴 상에 카본(Carbon) 계열 폴리머가 증착될 수 있다. 본 발명에 따르면, 기판(W)의 센터 영역뿐만 아니라 에지 영역에도 증착 현상이 발생할 수 있으므로, 기판(W) 전체면에 걸쳐 코팅 효과를 얻을 수 있으며, 패턴 러프니스도 기판(W) 전체면에 걸쳐 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 처리 장치 110: 하우징
120: 기판 지지 유닛 130: 세정 가스 공급 유닛
140: 공정 가스 공급 유닛 150: 샤워 헤드 유닛
160: 플라즈마 생성 유닛 170: 라이너 유닛
180: 배플 유닛 190: 안테나 유닛
310: 제1 공정 가스 공급원 320: 제2 공정 가스 공급원
330: 제1 공정 가스 공급 라인 340: 제2 공정 가스 공급 라인
350: 제3 공정 가스 공급 라인 410: 제1 홀
420: 제2 홀

Claims (20)

  1. 기판 처리 장치 내로 기판을 반입하는 단계;
    제1 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 투입하며, 상기 제1 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제1 플라즈마 처리하는 단계; 및
    제2 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 투입하며, 상기 제2 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제2 플라즈마 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 공정 가스는 적어도 일부의 성분이 상기 제1 공정 가스와 다른 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 플라즈마 처리하는 단계는 상기 제1 공정 가스도 함께 이용하는 기판 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 공통적으로 포함하는 제1 성분, 및 상기 제1 공정 가스에 포함되지 않은 제2 성분을 포함하는 기판 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 성분은 불소 성분이고, 상기 제2 성분은 수소 성분인 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스보다 더 많은 양이 투입되는 기판 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 공정 가스의 투입량은 상기 제1 공정 가스의 투입량의 1.5배 내지 2배인 기판 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정 가스는 식각 가스이고 상기 제2 공정 가스는 증착 가스이거나, 또는
    상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스는 식각 가스인 기판 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정 가스는 CF4 가스이고, 상기 제2 공정 가스는 CHF3 가스인 기판 처리 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 혼합된 후 상기 기판 처리 장치 내로 투입되는 기판 처리 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 별개로 상기 기판 처리 장치 내로 투입되는 기판 처리 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급원; 및
    상기 공정 가스 공급원과 상기 기판 처리 장치를 연결하는 공정 가스 공급 라인을 포함하며,
    상기 제2 공정 가스는 상기 공정 가스 공급원 내에서 상기 제1 공정 가스와 혼합되는 기판 처리 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 제1 공정 가스를 제공하는 제1 공정 가스 공급원;
    상기 제2 공정 가스를 제공하는 제2 공정 가스 공급원; 및
    일단이 상기 기판 처리 장치와 연결되고, 타단이 분기되어 상기 제1 공정 가스 공급원 및 상기 제2 공정 가스 공급원에 각각 연결되는 공정 가스 공급 라인을 포함하며,
    상기 제2 공정 가스는 상기 공정 가스 공급 라인을 통해 이동할 때 상기 제1 공정 가스와 혼합되는 기판 처리 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스 중 어느 하나의 가스는 상기 기판 처리 장치의 상부 덮개를 관통하여 형성된 제1 홀을 통해 제공되고, 다른 하나의 가스는 상기 기판 처리 장치의 측벽을 관통하여 형성된 제2 홀을 통해 제공되거나, 또는
    상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스는 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀 중 어느 하나의 홀을 통해 제공되는 기판 처리 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 처리 방법은 에치 백 공정(Etch Back Process)을 포함하는 기판 처리 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 처리 방법은 CMOS 이미지 센서의 렌즈 모듈을 제조할 때에 적용되는 기판 처리 방법.
  16. 기판 처리 장치 내로 기판을 반입하는 단계;
    제1 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 투입하며, 상기 제1 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제1 플라즈마 처리하는 단계; 및
    상기 제1 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 계속 투입하고, 제2 공정 가스를 상기 기판 처리 장치 내로 추가 투입하며, 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스를 이용하여 상기 기판을 제2 플라즈마 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 공통적으로 포함하는 제1 성분, 및 상기 제1 공정 가스에 포함되지 않은 제2 성분을 포함하고,
    상기 제1 성분은 불소 성분이고, 상기 제2 성분은 수소 성분이며,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스보다 더 많은 양이 투입되는 기판 처리 방법.
  17. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 하우징의 상부에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되며 상기 기판 지지 유닛에 포함되는 제2 전극, 상기 제1 전극에 RF 전력을 제공하는 제1 고주파 전원, 및 상기 제2 전극에 RF 전력을 제공하는 제2 고주파 전원을 포함하는 플라즈마 생성 유닛; 및
    상기 하우징의 상부 덮개나 측벽을 관통하여 형성된 홀을 통해 상기 하우징과 연결되며, 상기 하우징의 내부로 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스를 제공하는 공정 가스 공급 유닛을 포함하며,
    상기 공정 가스는 제1 공정 가스, 및 적어도 일부의 성분이 상기 제1 공정 가스와 다른 제2 공정 가스를 포함하는 기판 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공정 가스 공급 유닛은 먼저 상기 제1 공정 가스를 제공하고, 이후 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스를 함께 제공하는 기판 처리 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 공정 가스는 상기 제1 공정 가스와 공통적으로 포함하는 제1 성분, 및 상기 제1 공정 가스에 포함되지 않은 제2 성분을 포함하는 기판 처리 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 공정 가스 공급 유닛은 제1 공정 가스보다 더 많은 양의 상기 제2 공정 가스를 제공하는 기판 처리 장치.
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