WO2013048013A1 - 비접촉식 플라즈마 에싱 장치 - Google Patents

비접촉식 플라즈마 에싱 장치 Download PDF

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WO2013048013A1
WO2013048013A1 PCT/KR2012/006681 KR2012006681W WO2013048013A1 WO 2013048013 A1 WO2013048013 A1 WO 2013048013A1 KR 2012006681 W KR2012006681 W KR 2012006681W WO 2013048013 A1 WO2013048013 A1 WO 2013048013A1
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WO
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mask
gas
stage
substrate
support frame
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/006681
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French (fr)
Inventor
노태협
최용섭
석동찬
Original Assignee
한국기초과학지원연구원
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Publication date
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3342—Resist stripping

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact plasma ashing apparatus, and more particularly, the gas is supplied to the space between the mask and the substrate and is discharged through the edge of the mask, so that the external ashing process gas passes through the gap between the mask and the substrate to the masking region.
  • the present invention relates to a non-contact plasma ashing device which does not flow in and prevents sagging of the mask, thereby allowing the gap between the substrate and the mask to be closer to each other without contact, thereby further enhancing the masking ability.
  • a semiconductor device is manufactured by repeatedly performing unit processes such as deposition, photography, etching, ion implantation, polishing, and cleaning on a wafer used as a base substrate.
  • the etching process is divided into wet etching and dry etching, and etching for forming a fine pattern requiring a design rule of 0.15 ⁇ m or less is mainly performed by dry etching.
  • the etching and ion implantation processes require a mask to selectively etch the processed film formed on the wafer or selectively implant ions on the wafer.
  • the mask is formed on the wafer through a process of forming a photoresist film by applying a photoresist on the wafer, and an exposure process and a developing process for forming the photoresist film in a specific pattern.
  • an ashing process of removing the photoresist film used as a mask is performed.
  • the ashing process can be classified into a multi type and a single type according to the type of placing the wafer, and are formed on the wafer substrate.
  • the ashing process is a process in which the oxygen radicals in the plasma state are supplied to the process chamber part so that the photoresist film and the oxygen radicals on the wafer mounted inside the process chamber react with each other to remove the photoresist film, also known as a PR strip process. .
  • the semiconductor ashing facility for the ashing process includes a lamp control unit for controlling the power of the lamp in addition to the ashing process device in which the ashing process is directly performed, a gas control unit for controlling the plasma generation gas injection amount to control the ashing speed, and And a process controller that controls the ashing time and the ashing temperature.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a semiconductor ashing facility 101 including a process control device according to the prior art.
  • the semiconductor ashing apparatus 101 includes a process chamber 117, a vacuum exhaust 110, a gas supply 111, a wafer chuck 106, a lamp 04, and plasma generation. Means 105, and a process control device 113.
  • the process chamber 117 is divided into an upper chamber 102 having an arcuate upper surface and a cover shape as a whole, and a lower chamber 103 having a substantial ashing process with respect to the plasma at the upper portion thereof and no plasma generation at the lower portion thereof.
  • the vacuum exhaust unit 110 includes a vacuum pump to vacuum the inside of the process chamber 117.
  • the pressure in the process chamber 117 is adjusted to be optimal for performing the ashing process.
  • the plasma source and the reaction products present in the process chamber 117 are discharged out of the process chamber 117 through an exhaust port (not shown).
  • the gas supply unit 111 is connected to an injection hole formed in the process chamber 117 to supply the process gas and the plasma source into the process chamber 117.
  • the process gas may be any one selected from the group consisting of carbon dioxide gas, nitrogen gas, oxygen gas, and combinations thereof, which are used for ashing treatment of the photoresist film.
  • the wafer chuck 106 is a means for mounting a wafer (not shown) mounted in the lower chamber 103 and coated with a photoresist film.
  • the wafer (not shown) is placed on the lift pin 107 provided at the center of the upper surface of the wafer chuck 106, and the lift pin 107 lifts and lifts the wafer (not shown) through the driving unit. Is controlled by the drive unit.
  • the lamp 104 is mounted inside the upper chamber 102 and heats a dome located under the lamp 104 to increase the temperature inside the process chamber 117. This later improves the plasma ashing process rate and shortens the ashing process time.
  • the lamp 104 may be a mercury discharge lamp, a tungsten lamp, a halogen lamp, or the like.
  • the plasma generating means 105 is a plasma source injected from the gas supply during the ashing process due to the electrical action by the RF coil 105 located in the upper chamber 102 and the cathode plate 112 located below the wafer chuck 106.
  • the process gas is excited in a plasma state. This reacts with the photoresist film on the excited wafer (not shown) to burn the photoresist film to remove the photoresist film on the wafer.
  • the process control device 113 is connected to a gas supply 111 and a pressure sensor (not shown) mounted inside the process chamber 117 to adjust the pressure and the ashing speed in the process chamber 117 during the ashing process.
  • a gas controller (not shown) for regulating the amount of plasma source, and a lamp 104 for forming a protective film on the wafer (not shown) so as not to damage the wafer (not shown) by the process gas and the plasma source.
  • the ashing process according to the semiconductor ashing facility 101 according to the prior art having such a configuration is a cathode connected to the lower portion of the wafer chuck 106 after mounting a wafer (not shown) coated with a photoresist on the wafer chuck 106.
  • the plate 112 is lifted up by the drive device 116.
  • the process chamber 117 is spatially divided into an upper part and a lower part of the cathode plate 106, and at this time, a plasma is formed at the upper part of the cathode plate 112 to perform an ashing process, and at the bottom, the plasma is not formed.
  • a technique for forming a safe space has been proposed.
  • Korean Patent No. 10-776595 using a method of heating and processing plasma gas in an enclosed space is disclosed, and ashing of a substrate is required for partial ashing.
  • Disclosed has been a method of masking and processing a portion other than a portion.
  • the above technologies have difficulty in preventing substrate damage due to contact between the mask and the substrate because the mask proceeds in close contact with the substrate even when the entire substrate or the partial ashing is performed.
  • An object of the present invention is proposed to improve the conventional characteristics as described above, the external ashing process through the gap between the mask and the substrate because the gas is supplied to the space between the mask and the substrate is discharged through the edge of the mask
  • the present invention provides a non-contact plasma ashing device that does not flow into the masking area and prevents the mask from sagging, thereby allowing the gap between the substrate and the mask to be closer to each other without contact, thereby further enhancing the masking ability.
  • the present invention has the following configuration to achieve the above object.
  • a non-contact plasma ashing apparatus of the present invention comprises: a stage on which a substrate is fixed; A mask disposed above the stage to be movable at a predetermined distance from the stage; A gas supply unit supplying a gas between the stage and the mask; And a driving unit for moving the mask with respect to the stage, wherein the mask includes a mask body forming a masking area and a sidewall extending from the periphery of the mask body toward the stage.
  • the gas supply unit supplies a gas through the side wall.
  • the mask may further include a support frame supporting the mask.
  • the gas supply unit further includes a guide bar that guides in a direction perpendicular to the mask, and the support frame is formed with a guide hole into which the guide bar is inserted.
  • the guide rod is formed with a pipeline through which the gas moves.
  • the side wall may be provided in whole or in part around the lower surface of the mask.
  • an induction surface is formed on the side wall to induce the flow of the supplied gas.
  • the stage is provided with alignment means for aligning the position between the substrate and the mask.
  • the alignment means includes a distance sensor and a camera.
  • the mask is provided with a space and a nozzle for diffusing the supplied gas.
  • the driving unit is divided into a mask driving unit and a supporting frame driving unit, and the mask driving unit is formed of a driving mechanism and an interaction mechanism for moving the mask by an electromagnetic force between the supporting frame, and the supporting frame driving unit It consists of a motor and a rail to move the support frame horizontally.
  • the gas since the gas is supplied to the space between the mask and the substrate and is discharged through the edge of the mask, the external ashing process gas does not flow into the masking area through the gap between the mask and the substrate and the sagging of the mask is prevented, so that the substrate The distance between the mask and the mask can be brought closer together without contact, thereby further enhancing the masking ability.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional general ashing equipment.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a non-contact plasma ashing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of another embodiment showing the contactless plasma ashing apparatus shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the mask shown in FIG. 2 or FIG. 3.
  • FIG. 5 is a bottom view of the mask shown in FIG. 4; FIG.
  • FIG. 6 is a bottom view of another embodiment of the mask shown in FIG. 2; FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing yet another embodiment of a mask according to the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view showing yet another embodiment of a mask according to the invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another.
  • the non-contact plasma ashing apparatus of the present invention includes a stage 110, a mask 120, a gas supply unit 130, and a driver 140.
  • the stage 110 is installed in a process chamber (not shown) and is configured in a structure such as an electrostatic chuck to fix the substrate S thereon.
  • stage 110 is arranged with a table (not shown) that can move in the x, y, z direction to move the substrate S to the left and right, up and down, rotational movement.
  • the mask 120 is composed of a mask body 121 and sidewalls 122, and the mask body 121 is the remaining portion of the mask body 121 except the portion to be ashed from the entire substrate S fixed to the stage 110. It is configured in the form of a plate to cover the, and the side wall 122 is disposed on the lower peripheral surface of the mask body 121 of the plate form.
  • the gas supply unit 130 is disposed vertically from an upper portion of the mask 120 to form a conduit 131 communicating with an inner space 123 formed under the mask body 121 to the inner space 123.
  • the gas is supplied so that the inner space and the outside of the partition wall are partially separated by the supplied gas.
  • the driving unit 140 is provided on the mask 120 to move the mask 120 in a horizontal or vertical direction.
  • the stage 110 may be chucked to a right position through an operation such as up, down, left, right, and rotation, and then the driving unit may be mounted on the fixed substrate.
  • the mask 120 is moved by using the 140 to be aligned with the upper surface of the substrate S.
  • alignment between the mask and the substrate may be performed by preset coordinate values
  • alignment means for aligning the mask 120 and the substrate S may be provided at the stage 110 as illustrated in FIG. 3. It is also possible to achieve by.
  • the alignment means includes a camera 112 for checking the alignment of the laser / cap sensor 111 and the mask 130 for measuring a distance.
  • the supplied gas is supplied at a constant pressure. Will erupt into.
  • the gas for ashing the substrate can only ash the portion except for the surface of the substrate located in the internal space 123 in which ashing is unnecessary.
  • Figure 2 is another embodiment according to the present invention, the configuration of the stage 110, the mask 120, the gas supply unit and the driving unit 140 is the same, the support frame (top) on the mask 120 150 is further provided.
  • the support frame 150 allows the mask 120 to vertically move with respect to the support frame 150 while the mask 120 is fixed, and supports the support frame 150 to drive the support frame 150.
  • 142 is configured separately.
  • the support frame driver 142 uses a structure consisting of a motor and a rail that can move in the x and y horizontal directions, but may include anything provided that the support frame can move in the horizontal direction.
  • the driving mechanism 141a provided on the bottom surface of the support frame 150 and the position corresponding to the driving mechanism 141a ( 120, the interaction mechanism 141b is provided on the upper surface.
  • the mask driver 141 is composed of a drive mechanism 141a and an interaction mechanism 141b, and the mask driver 141 is an electromagnet that interacts with each other by an electrical signal.
  • the mask 120 is provided with a guide rod 132 in which the conduit 131 of the gas supply unit 130 is formed, and the guide rod 132 is a guide hole 134 formed in the support frame 150. It is coupled by a bearing 133 to be guided to.
  • the mask driver 141 when the mask driver 141 is operated with respect to the support frame 150, the guide rod 132 is moved up and down in a vertical direction while being guided by a bearing to adjust the distance from the substrate S. do.
  • the mask driver adjusts the distance between the support frame and the mask by the strength of the electromagnetic force, and aligns the distance and the position by using the alignment means installed in the stage 110 to align the upper portion of the substrate.
  • the present embodiment configured as described above is subjected to ashing on the substrate in a state where the masked portion and the other portions are separated from each other by the gas supplied through the gas supply portion.
  • the gas supply unit 130 has been described as supplying gas to the internal space 123 of the mask 120, but as shown in FIG. 4, the partition wall 122 provided on the circumferential surface of the mask body 121.
  • a nozzle hole 131a is formed in the nozzle hole, and the pipe 131 formed in the gas supply unit 130 and the nozzle hole 141a are connected to each other so that gas is supplied through the nozzle hole to form a curtain between the partition wall and the substrate. It is also possible to isolate it.
  • the nozzle hole 131a is preferably formed to be inclined outward. This is because the nozzle hole is inclined to the outside so that the direction of the gas can be directed to the outside instead of the inside of the mask to maximize the curtain effect.
  • the nozzle hole 131a is uniformly formed over the entire circumferential surface of the partition wall 122 as shown in (a) of FIG. 5 or supplied only from a portion of the partition wall 122 of the circumferential surface as shown in (b). It is also possible.
  • argon (Ar) which is an inert gas of process gas may be used.
  • the gas supplied through the conduit 131 connected to the internal space 123 is formed along the entire circumferential surface of the lower portion of the mask body 121 or as shown in (b). It is also possible to configure partly open and partly blocked.
  • the partition wall configured as described above may be selectively ashed to a part or the entirety of the substrate.
  • the sidewall 122 may have an induction surface 122b for inducing the flow of the supplied gas. This is to allow the gas supplied to the internal space 123 to be naturally induced to the side of the gap G between the partition wall and the substrate S so that the gas can be uniformly discharged from the internal space.
  • the mask 120 may have a space 131b and a nozzle hole 131a for diffusing the supplied gas.
  • the gas filled in the space is opened through the plurality of nozzle holes 131a opened toward the internal space 123 of the mask 120.
  • the substrate S is fixed to the upper surface of the stage 110 in the process chamber (not shown).
  • a photosensitive film P or the like made of an organic material or the like is formed on the substrate S.
  • the mask body 121 is aligned on the substrate S for the ashing process.
  • the alignment position is made by the movement of the alignment camera 112 and the stage 110 or the support frame 150 provided in the stage 110.
  • the mask body 121 is positioned such that the side wall 122 is spaced apart from the substrate S.
  • FIG. The mask body 121 has a distance from the stage 110 controlled by the driving mechanism 141a, and the distance between the substrate S and the sidewall 122 is measured by the laser / cap sensor 111.
  • a pressure gas such as argon is introduced into the mask internal space 123 through a conduit 131 provided in the guide rod 132 of the mask 120, and a gap G formed between the side wall 122 and the substrate S is provided. Strongly discharged through.
  • Reactive gases such as O 2 and NF 3 , which are supplied into the process chamber (not shown) for plasma generation by the gas discharged strongly through the gap formed between the side wall 12 and the substrate S, are masked regions (substrates). It does not enter the hot surface) and prevents the mask 120 from sagging.
  • the distance between the substrate S and the mask 120 can be closer to each other without contact, thereby further enhancing the masking ability.
  • the distance between the substrate and the mask can be finely adjusted by controlling the flow rate of the pressure gas.

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Abstract

본 발명은 비접촉식 플라즈마 에싱 장치에 관한 것으로 그 구성은 기판이 고정되는 스테이지; 상기 스테이지와 일정한 간격을 유지한 상태로 이동 가능하게 상기 스테이지 상부에 배치되는 마스크; 상기 스테이지와 상기 마스크 사이에 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 마스크를 상기 스테이지에 대해 이동시키는 구동부;를 포함하며, 상기 마스크는 마스킹 영역을 형성하는 마스크 몸체와, 상기 마스크 몸체의 하부면 둘레로부터 상기 스테이지를 향해 연장된 측벽을 구비된다.

Description

비접촉식 플라즈마 에싱 장치
본 발명은 비접촉식 플라즈마 에싱 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마스크와 기판 사이의 공간으로 가스가 공급되어 마스크의 가장자리부를 통해 배출되므로 마스크와 기판 사이의 간극을 통해 외부의 에싱 공정 가스가 마스킹 영역으로 유입되지 않으며 마스크의 처짐이 방지되므로 기판과 마스크의 간격을 접촉 없이 더욱 가깝게 할 수 있고 그에 따라 마스킹 능력을 더욱 증진시킬 수 있는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 베이스 기판으로 사용하는 웨이퍼 상에 증착, 사진, 식각, 이온 주입, 연마, 세정 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로써 제작된다. 여기서 식각 공정은 습식 식각 및 건식 식각으로 구분되며, 최근 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(Design Rule)을 요구하는 미세 패턴을 형성하기 위한 식각은 주로 건식 식각에 의해 수행되고 있다.
또한, 식각 및 이온 주입 공정은 웨이퍼 상에 형성된 피가공막을 선택적으로 식각하거나 웨이퍼 상에 선택적으로 이온을 주입하기 위해서 마스크(Mask)를 필요로 한다. 이 마스크는 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 공정과, 포토레지스트 막을 특정 패턴으로 형성하기 위한 노광 공정 및 현상 공정을 통해 웨이퍼 상에 형성된다.
이러한 식각 및 이온 주입 공정이 완료된 후에는 마스크로 사용된 포토레지스트 막을 제거하는 에싱(Ashing) 공정이 수행된다. 에싱 공정은 웨이퍼를 배치하는 형식에 따라 멀티형과 싱글형으로 분류할 수 있고, 웨이퍼 기판 상에 형성되는 다
층막들의 가공과 더불어 수차례 반복되어 실시되며, 최근에는 에싱 공정을 수행하는 장치들이 처리 능력, 공정의 안정성 및 생산성의 견지에서 낱장 단위로 공정을 진행하는 싱글형 장치들이 주류를 이루고 있다.
에싱 공정은 플라즈마 상태의 산소 레디칼이 공정 챔버부로 공급됨으로써, 공정 챔버 내부에 탑재된 웨이퍼 상의 포토레지스트 막과 산소 레디칼이 서로 반응하여 포토레지스트 막이 제거되는 공정으로 일명 피알 스트립(PR Strip)공정이라고도 한다.
여기서, 에싱 공정에 대한 반도체 에싱 설비는 에싱 공정이 직접적으로 이루어지는 에싱 공정 장치 외에도 램프의 파워(Power)를 제어하는 램프 제어부와, 에싱 속도를 제어하기 위해 플라즈마 생성 가스 주입량을 제어하는 가스 제어부, 및 에싱 시간 및 에싱 온도 등을 제어하는 공정 제어 장치(Process Controller)를 포함한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 공정 제어 장치를 포함한 싱글형의 플라즈마 반도체 에싱 설비에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 공정 제어 장치를 포함한 반도체 에싱 설비(101)의 일부 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 반도체 에싱 설비(101)는 공정 챔버부(117), 진공 배기부(110), 가스 공급부(111), 웨이퍼 척(106), 램프(04), 플라즈마 발생 수단(105), 및 공정 제어 장치(113)를 포함한다.
공정 챔버부(117)는 상면이 아치형이며 전체적으로 덮개 형상을 이루고 있는 상부 챔버(102)와 상부에서는 플라즈마에 대한 실질적인 에싱 공정이 이루어지고 하부에서는 플라즈마 발생이 이루어 지지 않는 하부 챔버(103)로 나뉜다.
진공 배기부(110)는 진공 펌프를 구비하여 상기 공정 챔버부(117) 내를 진공으로 만든다. 이로써, 공정 챔버부(117) 내의 압력을 조절하여 에싱 공정을 수행하기에 최적이 되도록 한다. 또한, 에싱 공정이 완료된 후에는 공정 챔버부(117) 내에 존재하는 플라즈마 소스 및 반응 산물들이 배기구(도시 되지 않음)를 통해 공정 챔버부(117) 외부로 배출시킨다.
가스 공급부(111)는 공정 챔버부(117)에 형성된 주입구에 연결되어서, 공정 챔버부(117) 내로 공정 가스와 플라즈마 소스를 공급한다. 여기서 공정 가스는 이산화탄소 가스, 질소 가스, 산소 가스, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 이들은 포토레지스트 막의 에싱 처리에 이용된다.
웨이퍼 척(106)은 하부 챔버(103) 내에 장착되어지며 포토레지스트 막이 도포된 웨이퍼(도시 되지 않음)를 탑재하는 수단이다. 여기서 웨이퍼(도시 되지 않음)는 웨이퍼 척(106)의 상면 중앙부에 설치되어 있는 리프트 핀(107)에 놓이게 되며, 리프트 핀(107)은 구동부를 통해 웨이퍼(도시 되지 않음)를 승강시키고, 승강 속도는 구동부에 의해 제어된다.
램프(104)는 상부 챔버(102) 내부에 장착되며 램프(104) 하부에 위치한 돔(Dome)을 가열하여 공정 챔버부(117) 내부의 온도를 높인다. 이는 후에 플라즈마 에싱 공정율을 향상시키고, 에싱 공정 시간을 단축시킨다. 여기서 램프(104)로는 수은 방전 램프(Mercury Discharge lamp) 또는 텅스텐 램프 (Tungsten Lamp), 할로겐 램프(Halogen Lamp) 등이 사용될 수 있다.
플라즈마 발생 수단(105)은 에싱 공정 시 가스 공급부로부터 주입된 플라즈마 소스를 상부 챔버(102)에 위치한 RF 코일(105)과 웨이퍼 척(106) 하부에 위치한 캐소드 플레이트(112)에 의한 전기적 작용으로 인하여 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 이는 여기된 웨이퍼(도시 되지 않음) 상의 포토레지스트 막과 반응함으로써 포토레지스트 막을 태워서 포토레지스트 막을 웨이퍼 상에서 제거시킨다.
공정 제어 장치(113)는 가스 공급부(111) 및 공정 챔버부(117) 내부에 장착된 압력 센서(도시 되지 않음)와 연결되어 에싱 공정 시 공정 챔버부(117) 내의 압력 및 에싱 속도를 조절하기 위해 플라즈마 소스의 양을 조절하는 가스 제어기(도시되지 않음)와, 공정 가스와 플라즈마 소스에 의해 웨이퍼(도시 되지 않음)가 손상되지 않도록 웨이퍼(도시 되지 않음) 상에 보호막을 형성시키는 램프(104)의 파워를 조절하는 램프(104) 제어기, 및 에싱 공정 시간/온도, 에싱 공정 순서, 공정 챔버부(117) 내의 압력 등을 기 설정한 프로그램을 내제하여 에싱 공정 전반을 제어하는 프로세스 제어부(도시 되지 않음)를 포함한다.
이러한 구성을 가진 종래 기술에 따른 반도체 에싱 설비(101)에 따른 에싱 공정은 웨이퍼 척(106) 상에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(도시 되지 않음)를 탑재한 후 웨이퍼 척(106) 하부에 연결된 캐소드 플레이트(112)가 구동 장치(116)에 의해 위로 올라온다. 이로 인해 공정 챔버부(117)는 공간적으로 캐소드 플레이트(106) 상부와 하부로 나뉘어 밀봉되며, 이때, 캐소드 플레이트(112) 상부에서는 플라즈마가 형성되어 에싱 공정이 이루어지고, 하부에서는 플라즈마가 형성되지 않는 안전한 공간이 형성되도록 하는 기술이 제안되어 있으며, 이 외에도 플라즈마 가스를 밀폐된 공간에서 히팅하여 처리하게 하는 방식을 이용한 한국등록특허 제10-776595호가 개시되어 있고, 부분 에싱을 위하여 기판 중 에싱이 필요한 부분을 제외한 나머지 부분을 마스킹하여 처리하는 방식이 개시되었다.
그러나 상기의 기술들은 기판 전체를 에싱하기 위한 기술이거나 부분적인 에싱을 하더라도 마스크가 기판과 밀착된 상태로 진행되기 때문에 마스크와 기판의 접촉으로 인한 기판 손상이 발생하는 것을 방지하기 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 마스크와 기판 사이의 공간으로 가스가 공급되어 마스크의 가장자리부를 통해 배출되므로 마스크와 기판 사이의 간극을 통해 외부의 에싱 공정 가스가 마스킹 영역으로 유입되지 않으며 마스크의 처짐이 방지되므로 기판과 마스크의 간격을 접촉 없이 더욱 가깝게 할 수 있고 그에 따라 마스킹 능력을 더욱 증진시킬 수 있는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.
본 발명의 비접촉식 플라즈마 에싱 장치는, 기판이 고정되는 스테이지; 상기 스테이지와 일정한 간격을 유지한 상태로 이동 가능하게 상기 스테이지 상부에 배치되는 마스크; 상기 스테이지와 상기 마스크 사이에 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 마스크를 상기 스테이지에 대해 이동시키는 구동부;를 포함하며, 상기 마스크는 마스킹 영역을 형성하는 마스크 몸체와, 상기 마스크 몸체의 하부면 둘레로부터 상기 스테이지를 향해 연장된 측벽을 구비된다.
그리고 상기 가스 공급부는 상기 측벽을 통해 가스를 공급한다.
또한 상기 마스크 상부에는 마스크를 지지하는 지지 프레임;을 더 포함하여 구성된다.
그리고 상기 가스 공급부는 상기 마스크에 대해 수직 방향으로 안내하는 가이드 막대를 더 구비하며, 상기 지지 프레임에는 상기 가이드 막대가 삽입되는 안내공이 형성된다.
또한 상기 가이드 막대에는 가스가 이동하는 관로가 형성된다.
그리고 상기 관로는 공급되는 가스량을 조절한다.
또한 상기 측벽은 상기 마스크의 하부면 둘레 전체 또는 일부에 구비된다.
그리고 상기 측벽에는 공급되는 가스의 흐름을 유도하는 유도면이 형성된다.
또한 상기 스테이지에는 상기 기판과 마스크 사이의 위치를 정렬하기 위한 얼라인수단;이 구비된다.
그리고 상기 얼라인수단은 거리 측정센서와 카메라로 구성된다.
또한 상기 마스크에는 공급되는 가스를 확산시키는 공간과 노즐이 형성된다.
그리고 상기 구동부는 마스크 구동부와 지지 프레임 구동부로 구분되어 배치되며, 상기 마스크 구동부는 상기 지지 프레임과의 사이에서 전자기력에 의해 상기 마스크를 이동시키는 구동기구와 상호 작용기구로 이루어지고, 상기 지지 프레임 구동부는 모터와 레일로 구성되어 상기 지지 프레임을 수평 이동시킨다.
본 발명에 따른, 마스크와 기판 사이의 공간으로 가스가 공급되어 마스크의 가장자리부를 통해 배출되므로 마스크와 기판 사이의 간극을 통해 외부의 에싱 공정 가스가 마스킹 영역으로 유입되지 않으며 마스크의 처짐이 방지되므로 기판과 마스크의 간격을 접촉 없이 더욱 가깝게 할 수 있고 그에 따라 마스킹 능력을 더욱 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 에싱장비를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 비접촉식 플라즈마 에싱 장치를 나타내는 개략도.
도 3은 도 2에 도시된 비접촉식 플라즈마 에싱 장치를 나타내는 다른 실시예의 개략도.
도 4는 도 2 또는 도 3에 도시된 마스크의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 마스크를 나타내는 저면도.
도 6은 도 2에 도시된 마스크의 다른 실시예를 나타내는 저면도.
도 7은 본 발명에 따른 마스크의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 마스크의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 비접촉식 플라즈마 에싱 장치는, 스테이지(110), 마스크(120), 가스공급부(130) 및 구동부(140)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 스테이지(110)는 공정챔버(미도시) 내부에 설치되어 상부에 기판(S)을 고정시키도록 정전 척과 같은 구조로 구성된다.
또한 상기 스테이지(110)는 기판(S)을 좌우 이동, 상하 이동, 회전 이동이 가능하도록 x, y, z 방향으로 이동 가능한 테이블(미도시)이 배치되어 있다.
상기 마스크(120)는 마스크 몸체(121)와, 측벽(122)으로 구성되어 있으며, 상기 마스크 몸체(121)는 상기 스테이지(110)에 고정되는 기판(S) 전체에서 에싱될 부분을 뺀 나머지 부분을 덥도록 판체 형태로 구성되고, 상기 측벽(122)은 상기 판체 형태의 마스크 몸체(121) 하부 둘레면에 배치되어 있다.
상기 가스 공급부(130)는 상기 마스크(120)의 상부로부터 수직하게 배치되어 마스크 몸체(121) 하부에 형성되는 내부 공간(123)과 연통되는 관로(131)를 형성하여 상기 내부 공간(123)으로 가스를 공급하도록 하게 하여 격벽을 기준으로 내부 공간과 외부를 공급되는 가스에 의해 일정 부분 격리되게 한다.
상기 구동부(140)는 상기 마스크(120) 상부에 구비되어 상기 마스크(120)를 수평 방향 또는 수직 방향 이동시킬 수 있게 하는 구성이다.
예컨대 상기 공정챔버 내부에 기판(S)이 진입하면 스테이지(110)가 상하, 좌우, 회전 등의 동작을 통해 기판(S)이 정 위치에 척킹될 수 있게 한 후 고정된 기판 상부에 상기 구동부(140)를 이용해 마스크(120)를 위치이동시켜 기판(S) 상면에 얼라인되게 한다.
상기 마스크와 기판의 얼라인은 미리 설정된 좌표값이 의해 이루어지는 것도 가능하나 도 3에 도시된 바와 같이 상기 스테이지(110)에 구비되어 마스크(120)와 기판(S) 사이를 얼라인하는 얼라인수단에 의해 이루어지는 것도 가능하다.
여기서상기 얼라인수단은 거리를 측정하는 레이저/캡 센서(111)와 마스크(130)의 정렬 상태를 확인하기 위한 카메라(112)가 구성되어 있다.
이 후 정렬된 마스크(120)와 연결된 가스공급부(130)를 통해 마스크(120)의 내부 공간(123)에 가스를 공급하면 공급된 가스는 일정한 압력을 갖고 공급되기 때문에 내부 공간(123)에서 외부로 분출하게 된다.
이와 같이 분출되는 가스에 의해 기판 상면과 격벽 측에는 일정한 경계 형성되기 때문에 기판을 에싱하는 가스가 에싱이 불필요한 내부 공간(123)에 위치된 기판 표면을 제외한 부분만을 에싱할 수 있게 된다.
또한 내부 공간으로의 가스 공급에 의해 내부 공간에 일정한 압력이 생성되기 때문에 이러한 압력을 이용해 기판 표면을 가압하여 기판이 스테이지로부터 들뜨는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마스크가 기판 측으로 처지는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편 도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예로서 이를 보면, 상기 스테이지(110), 마스크(120), 가스공급부 및 구동부(140)에 대한 구성은 동일하며, 상기 마스크(120) 상부에 지지 프레임(150)이 더 구비된다.
상기 지지 프레임(150)은 상기 마스크(120)를 고정한 상태로 상기 마스크(120)가 지지 프레임(150)에 대해 수직 운동만이 가능하게 하며, 상기 지지 프레임(150)을 구동하는 지지 프레임 구동부(142)가 별도로 구성된다.
여기서 상기 지지 프레임 구동부(142)는 x,y 수평 방향 이동할 수 있게 하는 모터와 레일로 구성된 구조를 이용하나, 지지 프레임을 수평 방향 이동할 수 있는 것이면 어떠한 것도 포함할 수 있다.
상기와 같은 경우에는 상기 마스크(120)를 상하 방향 수직 운동시키기 위한 구동부로써 상기 지지 프레임(150)의 저면에 구비되는 구동기구(141a)와 상기 구동기구(141a)와 대응되는 위치인 상기 마스크(120) 상면에 상호 작용기구(141b)가 구비된다.
즉, 상기 마스크 구동부(141)는 구동기구(141a)와 상호 작용기구(141b)로 이루어지며, 상기 마스크 구동부(141)는 전기적 신호에 의해 상호 동작하는 전자석이다.
또한 상기 마스크(120)에는 상기 가스 공급부(130)의 관로(131)가 형성되는 가이드 막대(132)가 구비되며, 상기 가이드 막대(132)는 지지 프레임(150) 내부에 형성된 안내공(134)에 안내되도록 베어링(133)에 의해 결합되어 있다.
즉, 상기 지지 프레임(150)에 대해 상기 마스크 구동부(141)가 동작하면 상기 가이드 막대(132)가 베어링의 안내를 받은 상태로 수직 방향으로 승강 동작하며 상기 기판(S)과의 거리를 조절하게 된다. 이때 상기 마스크 구동부는 전자기력의 세기에 의해 지지 프레임과 마스크의 사이 간격을 조절하게 되며, 상기 스테이지(110)에 설치된 얼라인수단을 이용해 거리와 위치를 정렬하여 기판 상부에 얼라인하게 된다.
이와 같이 구성된 본 실시예는 앞선 설명과 같이 가스 공급부를 통해 공급되는 가스에 의해 마스크된 부분과 그 외 부분이 서로 격리된 상태에서 기판에 에싱을 실시하게 된다.
상기 실시예에서는 가스공급부(130)가 마스크(120) 내부 공간(123)에 가스를 공급하는 것으로 설명하였지만, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 마스크 몸체(121)의 둘레면에 구비된 격벽(122)에 노즐공(131a)을 형성하고, 상기 가스 공급부(130)에 형성된 관로(131)와 상기 노즐공(141a)을 연결시켜 노즐공을 통해 가스가 공급되게 함으로써 격벽과 기판 사이에 커튼을 형성시켜 격리하는 것도 가능하다.
또한 상기 노즐공(131a)은 외측 방향으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 노즐공이 외측으로 경사지게 함으로써 가스의 진행 방향이 마스크 내부가 아닌 외부를 향할 수 있어 커튼 효과를 극대화시킬 수 있게 때문이다.
여기서 상기 노즐공(131a)은 도 5에 도시된 (a)와 같이 상기 격벽(122)의 전체 둘레면에 걸쳐 균일하게 형성되거나 (b)와 같이 둘레면의 격벽(122) 중 일부분에서만 공급되게 하는 것도 가능하다.
이를 통해 상기 마스크에 의해 격리되는 기판 표면과 에싱되는 부분을 정확히 격리하거나 부분적으로 개방하는 것이 가능하므로 에싱되는 기판의 원하는 부분의 선택적인 에싱이 가능해진다.
여기서 상기 마스크로 공급되는 가스로는 공정 가스 중 불활성 가스인 아르곤(Ar)이 사용될 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에서는 도시하고 있지는 않지만 가스 공급부의 관로 상에 밸브 등을 설치하여 공급되는 가스량을 조절하는 것도 가능하다.
또한, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 내부 공간(123)과 연결되는 관로(131)를 통해 공급되는 가스를 상기 마스크 몸체(121) 하부 전체 둘레면을 따라 형성하거나 (b)와 같이 일부분 개방되고 일부는 차단되게 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성되는 격벽을 앞선 설명에서와 같이 기판의 부분 또는 전체에 대해 선택적인 에싱이 실시할 수 있게 된다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 측벽(122)에는 공급되는 가스의 흐름을 유도하는 유도면(122b)이 형성되는 것도 가능하다. 이는 내부 공간(123)에 공급된 가스가 격벽과 기판(S) 사이의 틈(G) 측으로 자연스럽게 유도될 수 있게 하여 가스가 균일하게 내부 공간으로부터 배출될 수 있게 하기 위함이다.
또한,도 8에 도시된 바와 같이 상기 마스크(120)에는 공급되는 가스를 확산시키는 공간(131b)과 노즐공(131a)이 형성될 수도 있다.
즉, 마스크(120) 내부의 공간(131b) 내에 1차적으로 가스를 충진시킨 후 상기 공간에 충진된 가스가 상기 마스크(120) 내부 공간(123) 측으로 개구된 다수개의 노즐공(131a)을 통해 가스를 공급함으로써 가스 공급 효율성과 균일성을 극대화시키는 것이 가능해진다.
다시 말하자면, 공정 챔버(미도시) 내에서 기판(S)이 스테이지(110)의 상부 면에 고정되어 있다. 기판(S) 위에는 유기물질 등에 의한 감광막(P) 등이 형성되어 있다. 기판(S)의 상부에 에싱 공정을 위해 마스크 몸체(121)가 정렬된다. 정렬 위치는 스테이지(110)에 구비된 정렬 카메라(112)와 스테이지(110) 또는 지지 프레임(150)의 이동에 의해 이루어진다.
상기 마스크 몸체(121)는 측벽(122)이 기판(S)과 이격된 상태를 유지하도록 위치한다. 마스크 몸체(121)는 구동기구(141a)에 의해 스테이지(110)와의 거리가 조절되며, 기판(S)과 측벽(122) 사이의 거리는 레이저/캡 센서(111)에 의해 측정된다. 아르곤과 같은 압력 가스가 마스크(120)의 가이드 막대(132)에 마련된 관로(131)를 통해 마스크 내부 공간(123)으로 유입되고, 측벽(122)과 기판(S) 사이에 형성된 틈(G)을 통해 강하게 배출된다.
상기 측벽(12)과 기판(S) 사이에 형성된 틈을 통해 강하게 배출되는 가스에 의해 플라즈마 생성을 위해 공정챔버(미도시) 내부로 공급되는 O2, NF3 등의 반응 가스가 마스킹 영역(기판 표면을 덥고 있는 부분) 내로 들어가지 않으며, 마스크(120)가 처지는 것을 방지하게 된다.
그에 따라 상기 기판(S)과 마스크(120)의 간격을 접촉 없이 더욱 가깝게 할 수 있게 되어서, 마스킹 능력을 더욱 증진시킨다. 상기 기판과 마스크 사이의 거리는 압력 가스의 유량을 제어함으로써 미세하게 조절될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.
즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

Claims (12)

  1. 기판이 고정되는 스테이지;
    상기 스테이지와 일정한 간격을 유지한 상태로 이동 가능하게 상기 스테이지 상부에 배치되는 마스크;
    상기 스테이지와 상기 마스크 사이에 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    상기 마스크를 상기 스테이지에 대해 이동시키는 구동부;를 포함하며,
    상기 마스크는 마스킹 영역을 형성하는 마스크 몸체와, 상기 마스크 몸체의 하부면 둘레로부터 상기 스테이지를 향해 연장된 측벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 측벽을 통해 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 상부에는 마스크를 지지하는 지지 프레임;을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 마스크에 대해 수직 방향으로 안내하는 가이드 막대를 더 구비하며, 상기 지지 프레임에는 상기 가이드 막대가 삽입되는 안내공이 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 막대에는 가스가 이동하는 관로가 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관로는 공급되는 가스량을 조절하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 마스크의 하부면 둘레 전체 또는 일부에 구비된 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측벽에는 공급되는 가스의 흐름을 유도하는 유도면이 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 플라즈마 에싱 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지에는 상기 기판과 마스크 사이의 위치를 정렬하기 위한 얼라인수단;이 구비된 것을 특징으로 하는 비접촉 플라즈마 에싱 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 얼라인수단은 거리 측정센서와 카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 에싱 장치.
  11. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 마스크에는 공급되는 가스를 확산시키는 공간과 노즐이 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉 플라즈마 에싱 장치.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 구동부는 마스크 구동부와 지지 프레임 구동부로 구분되어 배치되며,
    상기 마스크 구동부는 상기 지지 프레임과의 사이에서 전자기력에 의해 상기 마스크를 이동시키는 구동기구와 상호 작용기구로 이루어지고, 상기 지지 프레임 구동부는 모터와 레일로 구성되어 상기 지지 프레임을 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 에싱 장치.
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