JP4611097B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体素子製造に使用される基板を処理する装置および方法に係わり、さらに詳細には基板の上部面のエッジおよび基板の下部面をエッチングする装置および方法に関する。

一般的に、半導体素子の製造工程において、半導体基板として使用されるウェハ上には多結晶膜、酸化膜、窒化膜および金属膜などのような複数の膜が蒸着する。上記した膜上にはフォトレジスト膜がコーティングされ、露光工程によってフォトマスクに描いたパターンが前記フォトレジスト膜に転写される。以後、エッチング工程によってウェハ上には所望するパターンが形成される。上述の工程が実行されたウェハの上部面のエッジまたは下部面には各種の膜やフォトレジストなどのような不要な異物が残留するようになる。この状態でウェハのエッジが把持されたまま移送されれば、異物がウェハから逸脱されて飛散するようになる。これら異物は設備を汚染させ、後続工程でパーティクルとして振舞う。したがって、ウェハのエッジをエッチングする工程が必要である。

従来ではウェハのエッジをエッチングするためにパターンが形成されたウェハの上部面のうち、エッチングしようとするウェハのエッジを除いた部分（エッチングを要しない部分、以下、非エッチング部）を保護用液またはマスクによって保護した後、ウェハをエッチング液が満たされたバスに浸す方法が主に使用された。しかし、上述の湿式エッチング方法の使用時、エッチング速度は優れているが、等方性エッチング（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ）によってウェハの非エッチング部とエッジ部との間の境界面で膜が傾き、これによって収率が低下する。また、上述の方法は保護用液またはマスクとしてパターン部が形成された部分を保護する過程と、エッチングの後にこれらを再び除去する過程を有するので、作業時間が長く、エッチング液が多量消耗される。

本発明は半導体基板の上部面のエッジおよび下部面のエッチングを迅速に実行し、湿式エッチング方法の使用時、等方性エッチングによる収率の低下を防止することができる基板処理装置および方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の基板処理装置は、基板が置かれる基板支持部を有する。前記基板支持部は回転可能な支持板と前記支持板の上部面から突出されて半導体基板を前記支持台の上部面から離隔されるように支持する支持ピンとを有する。湿式エッチング部と乾式エッチング部が提供され、前記湿式エッチング部は前記支持ピンに置かれた基板と前記支持板との間に提供された空間にエッチング液を供給してエッチングを実行し、前記乾式エッチング部は前記支持基板に置かれた基板の上部面のエッジにプラズマを供給してエッチングを実行する。

前記乾式エッチング部はガス供給部から供給されたガスをプラズマ状態に励起し、発生されたプラズマを前記基板のエッジに噴射するプラズマトーチを有する。前記プラズマトーチはトーチ移動部によって垂直または水平方向に移動されることができる。前記ガス供給部はエッチング工程進行時、前記プラズマトーチにエッチングガスを供給する第１供給管と、エッチング工程が完了した後、前記基板上に酸素ガスを供給する第２供給管とを含む。

前記湿式エッチング部は前記空間に供給されるエッチング液の移動通路が前記支持板の内部に形成された薬液移動路と、薬液供給部および前記薬液移動路と連結されて前記薬液移動路にエッチング液を供給する薬液供給管を有する。

また、前記基板の上部面のうちのエッチングを要しない部分である非エッチング部にエッチングに使用される流体が流入されることを防止するために保護部が提供されることができる。前記保護部は保護カバーを有し、前記保護カバーはカバー移動部によって垂直または水平に移動される。前記プラズマトーチは前記保護カバーに結合することができる。前記保護カバーは前記基板の非エッチング部およびエッジ部の境界に対応するように形成された突出部を有し、前記突出部内に窒素ガスまたは不活性ガスを噴射する供給穴が形成された下部面を有する。

前記乾式エッチング部によるエッチングと前記湿式エッチング部によるエッチングは同時に行われることができる。選択的に前記湿式エッチング部によるエッチングが先行され、次に前記乾式エッチングによるエッチングが行われることができる。また、前記基板のエッジ部と非エッチング部との境界でエッチングされる膜の傾斜度は前記乾式エッチング部により調整されることができる。また、前記基板の上部面のエッジおよび下部面は前記湿式エッチング部によってエッチングされ、前記基板のエッジ部と非エッチング部の境界と隣接する部分は前記乾式エッチング部によってエッチングされることができる。

前記プラズマトーチは内部に空間が形成されたボディーと前記空間に流入されたガスをプラズマ状態に転換する電極部を有する。前記電極部は前記ボディーの空間内に挿入される第１電極と前記ボディーの外側壁の少なくとも一部を囲むように配置される第２電極とを有し、前記第１電極と前記第２電極にはエネルギー源によってエネルギーが印加される。エネルギー源としてマイクロ波または高周波電源を使用することができる。前記第１電極はタングステンからなり、前記第２電極は銅からなることができる。前記第２電極はコイル形状で形成されるか、板形状で形成されることができる。

前記ボディーは絶縁物質からなり、前記第１電極の少なくとも一部分は絶縁物質からなった誘電体によって囲まれる。前記誘電体は前記第１電極と別途に製造されて前記第１電極を覆うように配置されるか、前記第１電極に絶縁物質をコーティングすることによって形成されることができる。前記誘電体は前記第１電極の全体を囲むように配置されるか、前記第１電極のエッジ部の一部を囲むように配置されることができる。

一例によると、前記空間は前記ボディー内に一直線に形成され、前記第１電極は前記空間に沿って前記空間の中央に一直線に配置されるロッド形状を有する。前記第２電極が外部に露出されることを防止するために前記第２電極を囲むように配置されるカバーが提供されることができ、前記カバーはテフロン（登録商標）（ｔｅｆｌｏｎ）を材質としてすることができる。前記ボディー内の空間に位置して前記第１電極を固定させる少なくとも一つの電極ホルダをさらに提供することができる。

また、前記装置は、前記ボディー内で発生されたプラズマに加速力を提供するために前記プラズマの移動経路に磁場を形成する磁石を含む。一例によると、前記磁石は前記第２電極の下で前記ボディーの外側壁を囲むように配置される。他の例によると、前記磁石は前記支持部に設けられる。前記磁石は永久磁石であり得る。

また、本発明の基板処理方法は、支持板から一定間隔離隔されるように支持ピン上に置かれる段階と、前記支持板と前記基板の下部面との間にエッチング液を供給し、前記基板の上部面のエッジにエッチングのためのプラズマを供給する段階とを含み、前記基板の下部面は前記エッチング液によってエッチングが行われ、前記基板の上部面のエッジは前記プラズマによって、または前記プラズマと前記エッチング液によってエッチングが行われる。

また、前記方法は、前記支持板と前記基板の下部面との間にエッチング液を供給し、前記基板の上部面のエッジにエッチングのためのプラズマを供給する段階以後に、洗浄液を使用して前記基板を洗浄する段階と、前記支持板を回転させて前記基板を乾燥し、これとともに前記基板に酸素プラズマを供給する段階とをさらに含むことができる。これによって、前記酸素プラズマによって前記基板が乾燥される間前記基板上に残留する異物が二次的に除去され、前記基板上にパシベーション膜が形成される。

また、前記方法は前記支持板から一定間隔離隔されるように支持ピン上に基板が置かれる段階以後に、前記基板の上部面のうちの非エッチングを要する非エッチング面を保護する段階をさらに含むことができる。前記非エッチング面を保護する段階は前記基板の非エッチング部とエッジ部の境界に対応する形状の突出部が形成された下部面を有する保護カバーを、前記基板の上部に移動する段階と、前記保護カバーの下部面に形成された噴射口から窒素ガスまたは不活性ガスを噴射する段階とを含むことができる。

本発明によると、湿式エッチングと乾式エッチングが同時に行われるので、エッチング工程を迅速に実行することができ、湿式エッチング時に発生する、ウェハの非エッチング部とエッジ部との境界面で膜が傾く問題点を解決することができる。また、本発明によると、ウェハが乾燥される間ウェハにプラズマ状態の酸素が供給されるので、エッチング工程進行時のエッチング工程以後、ウェハの上部面のエッジに残留する異物を二次的に除去することができ、ウェハの移送中に自然酸化膜が形成されることを防止することができる。

本発明のプラズマトーチはプラズマ発生時電極の周辺でアークが発生されることを防止することができ、また、電極から逸脱された金属パーティクルが工程進行時汚染源として提供されることを防止することができる。また、本発明のプラズマトーチはボディーの内部の中央に電極が固定して設けられるので、ボディーの内部にガスが円滑に流れ、プラズマが全体領域で均一に発生される。また、本発明のプラズマトーチはボディーの外部に配置される電極がカバーによって保護されるので、工程進行中、ガスやポリマーなどが電極の周辺で反応してスパークが発生することを防止することができ、これによってエネルギーが損失することを防止することができる。

また、本発明によると、プラズマトーチから発生されたプラズマは一定方向に加速された状態でウェハに供給することができる。これによって、ウェハの領域に従って均一な処理が可能であり、エッチング工程実行時、異方性エッチングの傾向でエッチングが行われる。

以下、本発明の実施形態を添付の図１乃至図１９を参照してより詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が説明の実施形態によって限定されると解釈してはいけない。本実施形態は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図における要素の形状はより明確な説明のために誇張されたものである。

本実施形態で使用される用語のうちのウェハの上部面（図８の２４）はウェハ（図８の２０）の両面のうちのパターンが形成された面をいい、ウェハの下部面（図８の２２）はその反対面を言う。また、ウェハの上部面２４でエッチングを要する部分はエッジ部（図８の２４ａ）といい、エッチングを要しないウェハの中心領域を非エッチング部（図８の２４ｂ）と言う。

図１は本発明の望ましい実施形態による基板処理装置１の斜視図である。基板処理装置１はウェハ２０のような半導体基板のエッジ部２４ａおよび下部面２２をエッチングし、これを洗浄する。図１を参照すれば、基板処理装置１は基板支持部２００、保護部３００、湿式エッチング４００部、乾式エッチング部５００、および洗浄液供給部７００を含む。基板支持部２００は工程進行中ウェハ２０を支持し、保護部３００は、エッチングに使用される流体がウェハ２０の非エッチング部２４ｂに流入することを防止する。湿式エッチング部４００はエッチング液を供給してウェハのエッジ部２４ａおよび下部面２２をエッチングし、乾式エッチング部５００はウェハのエッジ部２４ａと非エッチング部２４ｂとの間の境界にプラズマを供給してこれをエッチングする。洗浄液供給部７００はエッチングが完了した後、ウェハ２０に洗浄液を供給してこれを洗浄する。

基板支持部２００は基底部１０上に配置され、大略ウェハ２０と類似の直径を有する円形の上部面を有する支持板２２０を含む。支持板２２０の上部面には複数の支持ピン２２２が上に突出されるように設けられる。ウェハ２０は支持ピン２２２上に置かれ、工程進行中ウェハ２０は支持板２２０の上部面から離隔される。上述の構造によって、ウェハの下部面２２と支持板２２０との間にエッチングに使用される流体が流入することができる空間（図４の３０）が形成され、これら流体によってウェハの下部面２２がエッチングされる。支持板２２０のエッジには複数の整列ピン２２４が配置される。整列ピン２２４は支持ピン２２２上に置かれたウェハ２０を正位置に整列させ、工程進行中支持板２２０からウェハが外れることを防止する。支持板２２０の下部面にはこれを支持する支持ロッド（図４の２４０）が結合し、工程進行中ウェハ２０が回転されるように支持ロッド２４０にはモータ２６０のような駆動部が結合する。基底部１０上には、基板支持部２０を囲むように配置され、上部が開放された円筒形状を有するボウル１００が設けられる。ボウル１００は工程に使用される薬液が外側にはねることを防止する。

保護部３００は保護カバー３２０とカバー移動部３４０とを有する。保護カバー３２０は工程進行中ウェハの上部面２４から所定距離離隔された状態にウェハ２０と向き合うように位置し、ウェハの非エッチング部２４ｂを保護し、カバー移動部３４０は保護カバー３２０を垂直または水平方向に移動させる。

図２は保護カバー３２０を下方向から見た斜視図である。図２を参照すれば、保護カバー３２０は上部板３２２、下部板３２４、および円筒形の側壁３２６を有する。下部板３２４は中央に平らに形成された水平部３２４ａと、これから延長されて一定角度下向きに傾くように形成された傾斜部３２４ｂとを有する。傾斜部３２４ｂのエッジには下方向に突出されたリング形状の境界部３２４ｃが形成される。境界部３２４ｃはウェハの非エッチング部２４ｂおよびエッジ部２４ａの境界に対応する形状を有する。境界部３２４ｃの外側には境界部３２４ｃに比べて高く位置する案内部３２４ｄが形成される。上述の構造によってエッチング工程進行中ウェハの非エッチング部２４ｂおよび保護カバー３２０の水平部３２４ａ、傾斜部３２４ｂ、および境界部３２４ｃによって囲まれた所定の空間（図４の３０）が提供される。水平部３２４ａの中心には下に窒素ガスを噴射する噴射口３２８が形成される。窒素ガスに代えて化学的に反応が起こらない不活性ガスなどを供給することができる。窒素ガスは工程進行中エッチングのためにウェハのエッジ部２４ａに供給された流体が、ウェハ２０と境界部３２４ｃとの間の隙間を通じて上述の空間３０に流入されることを防止する。傾斜部３２４ｂは空間３０内に噴射された窒素ガスが境界部３２４ｃの近くで過流を発生せず、境界部３２４ｃの外側に円滑に移動されるようにする。また、境界部３２４ｃの外側に位置した案内部３２４ｄはウェハのエッジ部２４ａに供給された流体が上部にはねることを防止する。

工程が進行される前、保護カバー３２０は基板支持部２００の上部から外れた状態に位置する。ウェハ２０が基板支持部２００に置かれれば、保護カバー３２０はウェハ２０と既に設定された距離だけ離隔されてウェハの上部に配置されるようにカバー移動部３４０によって移動される。図３は保護カバー３２０とカバー移動部３４０の正面図である。図３を参照すれば、カバー移動部３４０は支持台３４２、移送棒３４４、移送棒ガイド３４６、および駆動部３４８を有する。支持台３４２の一端は保護カバー３２０の上部板３２２と結合して保護カバー３２０を支持する。支持台３４２の他端には垂直に配置され、駆動部３４８によって上下に移動されるか、回転可能な移送棒３４４が連結される。移送棒３４４は移送棒ガイド３４６内に形成された通孔内に挿入され、これに従って上下に移動し、移送棒ガイド３４６は基底部１０上に固定して設けられることができる。

湿式エッチング部４００はウェハ２０にエッチング液を供給してウェハの上部面のエッジ部２４ａと下部面２２とをエッチングする。図４は湿式エッチング部４００を示す図として、図１の基板支持部２００の断面および湿式エッチング部４００の構成が概略的に図示されている。湿式エッチング部４００は薬液移動路４２０、薬液供給管４４０、および薬液供給部４６０を有する。薬液供給部４６０には工程に使用されるエッチング液が貯蔵され、エッチング液は薬液供給管４４０を通じて薬液移動路４２０に供給される。薬液供給管４４０にはその通路を開閉するバルブ４４２またはエッチング液を強制に送出するためのポンプ（不図示）などが連結されることができる。薬液移動路４２０は基板支持部２００内に形成され、薬液移動路４２０に供給されたエッチング液はこれを通じて支持ピン２２２上に置かれたウェハ２０と支持板２２０との間の空間３０に供給される。支持板２２０と支持ロッド２４０の中央に薬液移動路４２０として機能するホールが形成される。上述の空間に供給されたエッチング液は供給圧力によって支持板２２０の中心からエッジに広がり、ウェハの下部面２４をエッチングし、ウェハの上部面のエッジ２２に流れる。支持板２２０の側部には真空ポンプが連結された吸入部（不図示）が設けられてエッチング液が基板の上部面のエッジ部２４ａまで供給されるように調節するか、エッチング液の流動方向を調節することができる。エッチング液としてＨＦ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）を使用することができる。

上述のように湿式エッチング部４００によってのみエッチングが行われる場合、等方性エッチングによって、膜（図８の２８）の側面は一定角度傾いた状態でエッチングされる。乾式エッチング部５００は、プラズマを利用してウェハの上部面のエッジ部２２ａ（特に、エッチング部とエッジ部との境界）をエッチングして、膜２８の側面が垂直にエッチングされるようにする。

図５は乾式エッチング部５００を概略的に示す図である。乾式エッチング部５００はプラズマトーチ５２０、トーチ移動部５４０、およびガス供給部５５０を有する。プラズマトーチ５２０は常圧でその内部に供給されたガスからプラズマを発生し、これをウェハのエッジ部２４ａに供給する。プラズマトーチ５２０は誘電物質からなり、下部が開放された中孔円筒形のボディー５２２を有する。ボディー５２２内には、金属からなり、ロッド形状として長く形成された第１電極５２４が挿入され、ボディー５２２の外側には、金属からなり、コイル形状としてボディー５２２を囲む第２電極５２６が挿入される。第１電極５２４と第２電極５２６はタングステンからなることができる。第１電極５２４と第２電極５２６にはプラズマ発生のためにエネルギーを印加する電源部５２８が結合する。エネルギーとしては高周波やマイクロ波を使用することができる。また、ボディー５２２にはガス供給部５５０からガスが供給される。

ガス供給部５５０はガス貯蔵部５５４ａからボディーの内部にエッチングガスを供給し、ボディー５２２と連結された第１供給管５５２ａを有する。ガスとしてはフッ化炭素ＣＦ_４やヘリウムガスＨｅを使用することができる。また、第１供給管５５２ａから第２供給管５５２ｂが分岐され、第２供給管５５２ｂは乾燥工程の進行時ガス貯蔵部５５４ｂからプラズマトーチ５２０のボディー５２２の内部に酸素ガスを供給する。プラズマトーチ５２０はボディー５２２の内部に流入されたガスをプラズマ状態に転換し、これをウェハのエッジ部２４ａ（特に、非エッチング部２４ｂと隣接する部分）に供給する。エッチングの後、ウェハ２０に供給されるプラズマ状態の酸素はウェハのエッジ部２４ａに残留する異物を除去し、ウェハ２０上にパシベーション膜を形成した後にウェハ２０上に自然酸化膜が形成されることを防止する。トーチ移動部５４０はプラズマトーチ５２０を垂直または水平方向に移動する。始めに、プラズマトーチ５２０はウェハの上部から外れるように配置される。以後、ウェハが基板支持部２００に置かれれば、プラズマトーチ５２０はウェハのエッジ部２４ａの上部に移動する。一例によると、図１に示したように、トーチ移動部５４０は上述の保護カバー３２０と結合することができる。この場合、プラズマトーチ５２０は保護カバー３２０とともに移動部３４０によって垂直または水平方向に移動することができる。この際、保護カバー３２０とは別途に、トーチ移動部５４０はプラズマトーチ５２０のみを直線移動させることができる。

図６はトーチ移動部５４０を示すためのものであって、保護カバー３２０の上部面が開放された状態での平面図である。図６を参照すれば、トーチ移動部５４０は駆動プーリ５４２ａ、受動プーリ５４２ｂ、ベルト５４４、ブラッケト５４６、トーチ支持台５４８、およびガイドレール５４９を有する。保護カバー３２０の側壁には貫通穴(図２の３２６ａ)が形成され、トーチ支持台５４８がこれを介して挿入される。トーチ支持台５４８の一端は保護カバー３２０の外部に位置し、上述のプラズマトーチ５２０が結合し、トーチ支持台５４８の他端は保護カバー３２０の内部に位置し、これを移動させる支持台駆動部が結合する。一例によると、トーチ駆動部はプーリとベルトなどの組み合わせからなることができる。駆動プーリ５４２ａは保護カバー３２０内の一側に位置し、受動プーリ５４２ｂは駆動プーリ５４２ａと向き合うように保護カバー３２０内の他側に位置する。駆動プーリ５４２ａと受動プーリ５４２ｂはベルト５４４によって連結され、一側ベルト５４４にはトーチ支持台５４８が結合したブラケット５４６が連結される。駆動プーリ５４２ａがモータ（不図示）によって回転すれば、ベルト５４４、ブラケット５４６、およびトーチ支持台５４８が直線的に移動される。選択的に二つのプラズマトーチ５２０が保護カバー３２０と結合し、両側ベルト５４４の各々に、トーチ支持台５４８が結合したブラケット５４６を連結することができる。

図７は上述の装置を使用してエッチング工程が実行される状態を概略的に示す図である。図７に示したように、湿式エッチング部４００から供給されるエッチング液はウェハの下部面２２および上部面のエッジ部２４ａをエッチングし、乾式エッチング部５００から供給されるプラズマはウェハの非エッチング部２４ｂとエッジ部２４ａの境界に隣接する部分をエッチングする。

図８は湿式エッチングのみでエッチング工程を実行するときと、本発明の装置１を使用して湿式エッチングと乾式エッチングとを同時に実行するときの膜２８のエッチング状態を示す図である。図８を参照すれば、湿式エッチングのみで工程を実行する場合、等方性エッチングが行われて、図で‘ａ’として表示したように等方性エッチングによって膜の側面は傾く。しかし、本発明のように、湿式エッチングと乾式エッチングとを同時に実行する場合、異方性エッチングが行われて、図で‘ｂ’として表示したように、膜の側面は垂直になる。選択的にプラズマトーチから供給されるプラズマの方向を調節して膜の側面の傾斜度を調節することができる。

エッチング工程が完了すれば、洗浄液供給部７００によってウェーは２０が洗浄される。洗浄液としては脱イオン水を使用することができる。図１を参照すれば、洗浄液供給部７００は洗浄液を供給するノズル７２０とこれを垂直または水平に移動させるノズル移動部７４０を有する。ノズル移動部７４０はノズル７２０に結合してこれを支持するノズル支持台７４２を有し、ノズル支持台７４２のエッジにはシリンダまたはモータなどの駆動部（不図示）によって駆動される移動ロッド７４４が結合する。移動ロッド７４４はガイド７４６の通孔に挿入して設けられる。移動ロッド７４４はガイドに沿って上下に移動されることができ、移動ロッド７４４はスリット６４８に沿って直線移動することができる。ウェハ洗浄時、ノズル７２０はウェハ２０の中心の上部に配置されてウェハ２０の中心に脱イオン水を供給することができる。選択的に、ノズル７２０は保護カバー３２０に結合して、ウェハのエッジ部２４ａに脱イオン水を供給することによって洗浄工程を実行することができる。

本実施形態では、ウェハの下部面２２のエッチングはエッチング液によって行われ、上部面のエッジ部２４ａのエッチングはエッチング液とプラズマによって行われると説明した。しかし、これと異なり、ウェハの下部面のエッチングはエッチング液によって行い、上部面のエッジ部２４ａのエッチングはプラズマによってのみ行うことができる。

図９は本発明の基板処理装置の他の例を概略的に示す図面である。基板支持部２００、洗浄液供給部７００、湿式エッチング部４００、およびプラズマトーチ５２０の形状および機能は同一であるので、詳細な説明は省略する。図９を参照すれば、ウェハの非エッチング部２４ｂを保護するための保護部として上述の実施形態の保護カバー３２０に代えてウェハに直接付着する保護用液または保護マスク３００'が使用される。基底部１０の一側にはプラズマトーチ５２０を垂直または水平に移動させるトーチ移動部５６０が配置される。トーチ移動部５６０プラズマトーチ５２０に結合してこれを支持するトーチ支持台５６２を有し、支持台５６２のエッジにはシリンダまたはモータ（不図示）によって駆動される移動ロッド５６４が結合する。移動ロッド５６４は基底部１０上に固定して設けられたガイド５６６の通孔に挿入して設けられ、これに従って、上下に移動することができる。また、移動ロッド５６４の水平直線移動を案内するために基底部１０にはスリット５６８を形成することができる。

図１０と図１１は各々図５のプラズマトーチ５２０の他の例を示す斜視図と断面図である。図１０と図１１を参照すれば、プラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ)６００はボディー６２０、電極部６４０、誘電体６６０、電極ホルダ６８０、およびカバー６９０を有する。ボディー６２０は長い長さを有する円筒の形状を有する。ボディー６２０内には長手方向に長く形成された第１空間６２２が提供され、ボディー６２０内に流入されたガスは第１空間６２２でプラズマ状態に転換する。第１空間６２２は下方向に開放され、上方向には上部板６３０によって塞がる。第１空間６２２は長手方向に同一の直径を有するように形成することが望ましい。ボディー６２０は常圧でプラズマを安定的に発生させることができるように絶縁物質からなる。例えば、ボディー６２０は石英（ｑｕａｒｔｚ）を材質として構成されることができる。上部板６３０は内部にガスが一時的にとどまる第２空間６３８が形成され、互いに向き合う上部面６３２と下部面６３４、および円筒形の側面６３６を有する。上部面６３２と下部面６３４の中央には各々貫通ホール６３２ａ、６３４ａが形成され、側面６３６にはガス供給管５４２ａが連結されるポートが形成される。また、下部面６３４には貫通ホール６３４ａの周囲に複数の流入ホール６３４ｂが形成される。すなわち、ガス供給管５４２ａを通じてガスは第２空間６３８に流入した後、流入ホール６３４ｂを通じて第１空間６２２に流入する。ガスは第１空間６２２でプラズマ状態に転換された後、下に供給される。

電極部６４０はボディー６２０の内部に流入したガスをプラズマ状態に転換させるエネルギーを供給する。電極部６４０は第１電極６４２、第２電極６４４、およびエネルギー源６４６を有する。第１電極６４２はロッド形状を有し、上部板６３０に形成された貫通ホール６３２ａ、６３４ａを介して挿入されて第１空間６２２内の下部まで配置されるように長い長さを有する。第１電極６４２の幅（または直径）は第１空間６２２の幅（または直径）に比べて狭く形成される。第１電極６４２は金属を材質として構成され、望ましくは、タングステンを材質として構成される。第２電極６４４はボディー６２０の外側壁を囲むように配置される。第２電極６４４はボディー６２０の外側壁のうちの下部分を囲むように配置され、第２電極６４４はボディー６２０の外側壁の全体を選択的に囲むように配置されることができる。また、第２電極６４４は図１１に示したように、コイル形状で形成されることができ、選択的に、図１２に示したように、第２電極６４４'は中央にボディー６２０が挿入される通孔が形成された円筒形状の板で形成されるか、一定の曲率の半径を有する複数の板形状で形成されることができる。第１電極６４２と第２電極６４４は互いに異なる極性を有し、第１電極６４２には高電圧が印加され、第２電極６４４には低電圧が印加されることができる。選択的に、第１電極６４２には高電圧が印加され、第２電極６４４は接地されることができる。第１電極６４２と第２電極６４４にはエネルギー源６４６が結合し、エネルギー源６４６としてはマイクロ波や高周波電源が使用されることが望ましい。

第１電極６４２に高電圧が与えられるとき、第１電極６４２から金属パティークルが逸脱されて第１空間６２２内に浮遊するようになり、これら金属パティークルは後にプラズマとともに下に供給されてウェハを汚染させる。また、第１電極６４２からの強い電子の放出によって電界が集中して第１電極６４２と隣接する領域でアークが発生され、これは特に第１電極のエッジ部６４２ａで主に起こる。誘電体６６０はこれらを防止するためのものであり、第１電極６４２の少なくとも一部を囲む。誘電体６６０は絶縁物質を材質として構成され、望ましくは石英を材質として構成される。この外にシリコンカーバイトＳｉＣやアルミナ(Ａｌｕｍｉｎａ)などのセラミック材質を使用することができる。誘電体６６０は図１１に示したように、第１電極のエッジ部６４２ａから一定の長さを囲むように配置されるか、図１３に示したように、誘電体６６０'は第１空間６２２内に位置する第１電極６４２の全体を囲むように配置することができる。誘電体６６０は別途に製作されて第１電極６４２を覆うことができ、誘電体６６０は高純度の絶縁物質を第１電極６４２に選択的にコーティングすることによって形成することができる

工程が進行されるとき、第１電極６４２は第１空間６２２の正確に中央に位置しなければならない。第１電極６４２が第１空間６２２内で一側に偏るか、動ければ、第１空間６２２内に流入されたガスの流れが円滑とならず、プラズマが領域に従って不均一に発生される。電極ホルダ６８０は第１電極６４２をボディーの第１空間６２２内の正確に中央に固定させる。図１４は電極ホルダ６８０の一例を示す平面図である。電極ホルダ６８０はボディーの内側面に固定されるリング形状の外側面６８２と内側面６８４内に位置し、第１電極６４２が挿入される通孔６８９が形成されたリング形状の内側面６８４を有する。外側面６８２と内側面６８４との間にガスが移動させることができる通路６８８が形成され、外側面６８２と内側面６８４は一つまたは複数の連結ロッド６８６によって結合する。電極ホルダ６８０は第１空間６２２内に一つまたは複数個設けることができる。図１５は電極ホルダ６８０'の他の例を示す平面図である。図１５を参照すれば、電極ホルダ６８０'は中央に第１電極６４２が挿入される通孔６８９が形成され、ガスが流れるように網形状の板からなることができる。

上述のプラズマトーチ６００を使用してエッチングなどの工程が実行されるとき、外部から供給されるガスや工程進行中発生される副産物が第２電極６４４の方に浮遊する。ガスなどは第２電極６４４の近所で第２電極６４４に印加されるエネルギーによって反応し、第２電極６４４の近所でスパークを発生させる。上述のスパークは工程に悪影響を及ぼし、第２電極に印加されるエネルギーの損失を誘発する。これを防止するために第２電極６４４を外部に露出しないように第２電極６４４を囲むカバー６９０が提供される。カバー６９０はテフロン（登録商標）を材質として構成され、第２電極６４４の周りを完全に囲むように設けられることが望ましい。

常圧でプラズマを発生させるとき、シース（ｓｈｅａｔｈ)領域と粒子の平均自由行程(ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ)は、真空状態でプラズマを発生するときより短い。したがって、真空状態で工程が進行されるときに比べてプラズマが加速されず、これによって、プラズマは一定の方向性を有することなく、下に置かれたウェハＷに供給される可能性がある。これを防止するためにプラズマトーチ６００に磁石６７０を提供することができる。図１６と図１７は各々磁石６７０が具備されたプラズマトーチ６００の斜視図と断面図である。磁石６７０はプラズマの移動経路に磁場を形成して、これを通るイオンを加速するだけではなく、イオンが方向性を有して移動するようにする。磁石６７０は第２電極６４４の下でボディー６２０の外側壁を囲むように配置される。磁石６７０では永久磁石が使用されることが望ましいが、選択的に電磁石を使用することができる。実験によると、ウェハ上の膜をエッチングするために使用する時、磁場が提供されない場合、ウェハ上の膜は３７．５Å／ｓｅｃの速度でエッチングされたが、同一の条件で磁場が提供される場合、ウェハ上の膜は７５Å／ｓｅｃの優れた速度でエッチングされた。

図１８はプラズマの加速のために提供される磁石６７０'の位置の他の例を示す図である。図１８を参照すると、磁石６７０'はボディー６２０の外側壁に代えてウェハＷが置かれる支持板２２０内に提供される。望ましくは、磁石６７０'はウェハＷと隣接してウェハＷのすぐ下に配置される。磁石６７０'は支持板２２０の上部に置かれたウェハＷのエッジと対向するように配置される。磁石６７０'はリング形状に配置することができる。

次に、本発明の基板処理装置１を使用してウェハ２０を処理する方法を説明する。図１９は本発明の望ましい一実施形態に従って基板処理方法を順次に示すフローチャートである。図１９を参照すると、はじめに、ウェハ２０が基板支持部２００の支持ピン２２２上に置かれ、ウェハ２０は整列ピン２２４によって正位置に整列される（段階Ｓ１０）。以後、保護カバー３２０が移動されてウェハ２０が既に設定された間隔だけ離隔された状態で保護カバー３２０の境界部３２４ｃが非エッチング部２４ｂとエッジ部２４ａとの境界の上部に位置する（段階Ｓ２０）。以後、ウェハの下部面２２に向かってエッチング液が供給され、ウェハの上部面のエッジ部２４ｂにエッチングのためのプラズマが噴射される。これと同時に、保護カバー３２０の水平部３２４ａに形成された噴射口３２８から窒素ガスが供給される（段階Ｓ３０）。エッチングが完了すると、保護カバー３２０がウェハ２０の上部から外れるように移送される（段階Ｓ４０）。以後、洗浄液を供給するノズル７２０がウェハ２０の中心の上部に移送され、ノズル７２０からウェハ上に脱イオン水が供給されてウェハ２０を洗浄する（段階Ｓ５０）。洗浄が完了すると、ノズル７２０がウェハ２０の上部から外れるように移送され、保護カバー３２０がウェハ２０の上部の上述の位置に再移送される（段階Ｓ６０）。ノズル７２０が保護カバー３２０に結合すると、保護カバー３２０の移動なしに、すぐ洗浄工程が実行される。以後、基板支持部２００が高速で回転しながらウェハの乾燥が行われ、これと同時にプラズマトーチ５２０からウェハのエッジ部２４ｂにプラズマ状態の酸素が供給されて、ウェハのエッジ部２４ｂに残留する異物を除去し、ウェハのエッジ２４ｂにパシベーション膜を形成する（段階Ｓ７０）。

本発明の望ましい実施形態による基板処理装置の斜視図である。 図１の保護カバーを下方向から見た斜視図である。 保護カバーとカバー移動部の正面図である。 プラズマトーチを有する湿式エッチング部を概略的に示す図である。 乾式エッチング部を概略的に示す図である。 保護カバーの上部面が開放された状態での保護カバーの平面図である。 乾式エッチングと湿式エッチングが同時に実行される状態を示す図である。 湿式エッチングのみでエッチング工程を実行するときと、本発明の装置を使用して湿式エッチング及び乾式エッチングを同時に実行するときの、膜のエッチング状態を示す図である。 本発明の基板処理装置の変形された例を示す斜視図である。 プラズマトーチの他の例を示す斜視図である。 プラズマトーチの他の例を示す断面図である。 第２電極の変形された例を示すプラズマトーチの断面図である。 誘電体の変形された例を示すプラズマトーチの断面図である。 図１１の電極ホルダの平面図である。 図１４の電極ホルダの他の例を示す平面図である。 磁石が具備されたプラズマトーチの斜視図である。 磁石が具備されたプラズマトーチの断面図である。 支持板に磁石が設けられた例を示す図である。 本発明の望ましい実施形態による基板処理方法を順次に示すフローチャートである。

符号の説明

２００ 基板支持部
３２０ 保護カバー
３４０ カバー移動部
４００ 湿式エッチング部
４２０ 薬液移動路
５００ 乾式エッチング部
５２０ プラズマトーチ
５４２ａ 第１供給管
５４２ｂ 第２供給管
５４０ トーチ移動部
６００ プラズマ発生器
６２０ ボディー
６２２ 第１空間
６４２ 第１電極
６４４ 第２電極
６７０ 磁石
７００ 洗浄液供給部
６７０ 磁石
７４０ ノズル移動部

Claims (21)

1. 基板をエッチングする基板処理装置において、
   支持板の上部面から突出されて半導体基板を該支持板の上部面から離隔されるように支持する支持ピンを有する基板支持部と、
   前記支持ピンに置かれた基板と前記支持板との間に提供された空間にエッチング液を供給してエッチングを実行する湿式エッチング部と、
   前記支持板に置かれた基板の上部面のエッジにプラズマを供給してエッチングを実行する乾式エッチング部とを含み、
   前記乾式エッチング部によるエッチングと前記湿式エッチング部によるエッチングとは同時に実行することができること特徴とする基板処理装置。
2. 前記乾式エッチング部は、
   内部に供給されたガスをプラズマ状態に励起し、発生されたプラズマを前記基板のエッジに噴射するプラズマトーチと、
   前記プラズマトーチを垂直または水平方向に移動させるトーチ移動部と、
   前記プラズマトーチの内部にガスを供給するガス供給部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記ガス供給部は、
   エッチング工程進行時、前記プラズマトーチにエッチングガスを供給する第１供給管と、
   エッチング工程が完了した後、前記基板上に酸素ガスを供給する第２供給管とを含むことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記装置は前記基板の上部面のうちのエッチングを要しない部分である非エッチング部にエッチングに使用される流体が流入されることを防止する保護部をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
5. 前記保護部は、
   前記基板の非エッチング部およびエッジ部の境界に対応するように形成された突出部を有し、前記突出部内に窒素ガスまたは不活性ガスを噴射する供給穴が形成された下部面を含む保護カバーと、
   前記保護カバーを垂直または水平に移動させるカバー移動部とをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記プラズマトーチを前記保護カバーに結合したことを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記湿式エッチング部は、
   前記空間に供給されるエッチング液の移動通路として前記支持基板の内部に形成された薬液移動路と、
   薬液供給部および前記薬液移動路と連結されて前記薬液移動路にエッチング液を供給する薬液供給管とを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
8. 前記基板の上部面のエッジおよび下部面は前記湿式エッチング部によってエッチングされ、
   前記基板のエッジ部と非エッチング部の境界と隣接する部分は前記乾式エッチング部によってエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
9. 前記プラズマトーチは、
   絶縁物質からなり、内部にガスが流入される空間が形成されたボディーと、
   前記ボディーの空間内に挿入される第１電極と、
   前記ボディーの外側壁の少なくとも一部を囲むように配置される第２電極と、
   絶縁物質からなり、前記第１電極の少なくとも一部を囲む誘電体とを含むことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
10. 前記空間は前記ボディー内で一直線に形成され、
    前記第１電極は前記空間に沿って前記空間の中央に一直線に配置されるロッド形状を有することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記誘電体は前記第１電極のエッジ部を囲むように配置されることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
12. 前記誘電体は前記第１電極にコーティングされることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
13. 前記第２電極はコイル形状で形成されるか、または板形状で形成されたことを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
14. 前記プラズマトーチは前記第２電極を囲むように配置されて、前記第２電極が外部に露出されることを防止するカバーをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
15. 前記プラズマトーチは前記ボディー内の空間に位置し、前記第１電極を固定させる少なくとも一つの電極ホルダをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
16. 前記装置は前記ボディー内で発生されたプラズマに加速力を提供するため前記プラズマの移動経路に磁場を形成する磁石を含むことを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
17. 前記磁石は前記第２電極の下で前記ボディーの外側壁を囲むように配置されることを特徴とする請求項１６に記載の基板処理装置。
18. 前記磁石は前記支持部に設けられることを特徴とする請求項１６に記載の基板処理装置。
19. 支持板と一定の間隔離隔されるように支持ピン上に基板が置かれる段階と、
    前記支持基板と前記基板の下部面との間にエッチング液を供給し、前記基板の上部面のエッジにエッチングのためのプラズマを供給する段階とを含み、
    前記基板の下部面は前記エッチング液によってエッチングが行われ、前記基板の上部面のエッジは前記プラズマによって、または前記プラズマと前記エッチング液によってエッチングが行われ、
    前記エッチング液によるエッチングと前記プラズマによるエッチングは前記基板が前記支持ピンに置かれた状態で行われ、
    前記エッチング液によるエッチングとプラズマによるエッチングとは同時に実行することができることを特徴とすることを特徴とする基板処理方法。
20. 前記方法は、
    前記基板のエッチングが行われる段階以後に、
    洗浄液を使用して前記基板を洗浄する段階と、
    前記支持板を回転させて前記基板を乾燥し、これとともに前記基板に酸素プラズマを供給する段階とをさらに含み、
    前記酸素プラズマによって前記基板が乾燥される間、前記基板上に残留する異物が二次的に除去され、前記基板上にパシベーション膜が形成されることを特徴とする請求項１９に記載の基板処理方法。
21. 前記方法は、
    前記基板が置かれる段階以後に前記基板の上部面のうちの非エッチング面を保護する段階をさらに含み、
    前記基板の上部面のうちの非エッチング面を保護する段階は、
    前記基板の非エッチング部とエッジ部との境界に対応する形状の突出部が形成された下部面を有する保護カバーを前記基板の上部に移動する段階と、
    前記保護カバーの下部面に形成された噴射口から窒素ガスまたは不活性ガスを噴射する段階とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の基板処理方法。

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