KR101362815B1 - Method for plasma-treatment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 웨이퍼와 같은 기판의 배면에 형성된 각종 이물질을 제거하기 위한 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로서, 플라즈마 처리 장치 내의 제1전극 및 제2전극 사이의 기판 지지대 상에 기판을 안착시키는 단계; 상기 기판과 상기 제1전극과의 사이 간극을 조정하는 단계; 상기 기판과 상기 제2전극과의 사이 간격을 조정하는 단계; 상기 기판의 제1면 상에 제1가스를 분사시키고, 상기 기판의 제2면 상에 제2가스를 분사시키면서 상기 제2전극의 외연부에서 중심방향으로 경사를 이루어 제3가스를 분사시키는 단계; 및 상기 제2전극에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시켜 상기 기판의 제2면을 플라즈마 처리하는 단계;를 포함하여, 기판 상의 식각이 요구되지 않는 면을 효율적으로 보호하도록 하여 최종 제품의 수율을 상승시키고 불량 발생을 방지할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method for removing various foreign matters formed on a back surface of a substrate such as a wafer on which a device having a predetermined thin film pattern is formed, and on a substrate support between a first electrode and a second electrode in a plasma processing apparatus. Mounting a substrate; Adjusting a gap between the substrate and the first electrode; Adjusting a distance between the substrate and the second electrode; Injecting a first gas onto a first surface of the substrate, and injecting a second gas onto a second surface of the substrate while inclining in the center direction at an outer edge of the second electrode to inject a third gas; ; And forming a plasma by applying power to the second electrode to plasma process the second surface of the substrate, thereby efficiently protecting the surface on which the etching is not required on the substrate, thereby increasing the yield of the final product. To prevent the occurrence of defects.
식각, 기판 배면, 웨이퍼, 플라즈마 처리 Etching, Substrate Back, Wafer, Plasma Treatment
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타낸 도면,2a to 2d are views showing a plasma processing method according to an embodiment of the present invention,
도 3은 각 공정 단계별 구성요소의 구동을 나타내는 도면,3 is a view showing the operation of the components of each process step,
도 4는 간격(D) 변화에 따른 식각률 및 균일도와의 상관관계를 나타낸 그래프,4 is a graph showing the correlation between the etching rate and the uniformity according to the change of the interval (D),
도 5는 공정 압력 변화에 따른 식각률 및 균일도와의 상관관계를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the correlation between the etching rate and the uniformity according to the process pressure change.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1... 플라즈마 처리 장치, 10... 챔버,1 ... plasma processing unit, 10 ... chamber,
20..기판 지지대, 21...암,20..Board support, 21 ... arm,
30... 제1전극, 31... 공급공,30 ... first electrode, 31 ... supply hole,
40... 제2전극, 42... 분사공,40 ... second electrode, 42 ... injection hole,
43... 절연링, 46... 분사구,43 ... insulation ring, 46 ... nozzle,
50... 기판, 51... 기판 전면,50 ... substrate, 51 ... substrate front,
52... 기판 배면.52 ... Back of substrate.
본 발명은 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 웨이퍼와 같은 기판의 배면에 형성된 각종 이물질을 제거하기 위한 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing method, and more particularly, to a plasma processing method for removing various foreign matters formed on the back surface of a substrate such as a wafer on which a device having a predetermined thin film pattern is formed.
반도체 소자 및 평판 표시 장치는 기판 상에 다수의 박막 증착과 식각을 통해 형성된다. 즉, 기판의 소정 영역 주로 중심부에 박막을 증착하고, 식각 마스크를 이용한 식각 공정을 통해 기판 중심부의 박막의 일부를 제거하여 소정의 박막 패턴을 갖는 소자를 제조하게 된다.Semiconductor devices and flat panel displays are formed on a substrate through a plurality of thin film deposition and etching processes. That is, a thin film is deposited at a central portion of a predetermined region of a substrate, and a part of the thin film at the center of the substrate is removed through an etching process using an etch mask to produce a device having a predetermined thin film pattern.
하지만, 박막의 증착 시에는 기판의 전면에 박막을 형성하고, 식각시에는 기판 중심부의 박막을 식각 타겟으로 하기 때문에 기판 가장자리에는 박막이 제거되지 않은 상태로 잔류하게 되고, 식각 공정 진행 시 기판 가장자리에 파티클이 퇴적되는 현상이 발생한다. 이와 더불어, 통상적으로 기판을 지지하는 기판 지지대에는 정전력 또는 진공력에 의해 기판을 안착시키기 때문에 상기 기판과 기판 지지대 사이의 계면은 소정 거리 이격되어 틈이 발생되고, 이에 의해 기판의 배면 전체에도 파티클 및 박막이 퇴적된다.However, when the thin film is deposited, a thin film is formed on the entire surface of the substrate, and during etching, the thin film at the center of the substrate is used as an etching target, and thus the thin film is not removed at the edge of the substrate. Particles are deposited. In addition, since the substrate is normally placed on the substrate support supporting the substrate by the electrostatic force or the vacuum force, the interface between the substrate and the substrate support is spaced by a predetermined distance to generate a gap, And a thin film are deposited.
따라서, 상기 기판에 존재하는 파티클 및 퇴적된 박막을 제거하지 않은 상태에서 계속적인 공정이 진행될 경우 기판이 휘어지거나 기판의 정렬이 어려워지는 등의 많은 문제점이 발생된다.Therefore, when the continuous process is performed without removing the particles and the deposited thin film present in the substrate, many problems, such as the substrate is bent or the alignment of the substrate becomes difficult.
통상적으로, 상기와 같은 파티클 및 퇴적된 박막을 제거하기 위한 방법으로는 용제나 린스에 침적하여 표면의 파티클을 제거하는 습식 식각과, 플라즈마로 표면을 식각하여 제거하는 건식 세정이 알려져 있다.Conventionally, as a method for removing the particles and the deposited thin film as described above, wet etching for removing particles on the surface by dipping in a solvent or rinse, and dry cleaning for removing the surface by plasma are known.
습식 식각은 기판의 표면에 도포되는 파티클을 제거하는데 효과적으로 활용되고 있으나 공정 관리가 어려워 기판 배면만을 국부적으로 제거하기에는 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라, 막대한 화공 약품 사용으로 인한 비용 증가 문제, 폐수 처리 문제 등의 환경 문제를 유발시키는 원인이 되고 장시간의 처리를 요하며 장비 크기가 대형화되어야 한다는 문제점이 있다. 반면, 건식 식각은 플라즈마를 이용하여 기판 및 배면의 박막 또는 파티클을 제거하는 방식으로 상술한 습식 식각의 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.Wet etching is effectively used to remove particles applied to the surface of a substrate, but it is difficult to remove the substrate only locally due to difficulty in process control. In addition, there are problems such as a problem of cost increase due to use of a large chemical agent, Which causes environmental problems, requires long processing time, and requires a large-sized equipment. On the other hand, the dry etching has an advantage of solving the above-mentioned problems of wet etching by removing thin films or particles on the substrate and the back surface by using plasma.
따라서, 최근에는 이러한 기판 배면을 식각하기 위한 건식 식각 장치의 개발이 활발히 수행중이다.Therefore, in recent years, development of a dry etching apparatus for etching the back surface of the substrate has been actively carried out.
즉, 상기와 같은 플라즈마를 이용하여 기판의 배면을 식각하는 종래의 플라즈마 식각 장비에 관해서는 미합중국특허공보 제5213650호에 개시되어 있다.That is, a conventional plasma etching apparatus for etching the back surface of a substrate using the plasma as described above is disclosed in US Patent No. 5213650.
상기의 미합중국특허공보 제5213650호에서는 플레이트와 웨이퍼 전방 표면과의 공간을 형성하여 이 공간으로 반응 가스를 분사시키고, 웨이퍼 후방 표면 상에 플라즈마를 생성시켜 식각을 수행하도록 하는 진공챔버를 포함하는 장치가 개시되어 있다.In US Patent No. 5213650, an apparatus including a vacuum chamber for forming a space between a plate and a front surface of a wafer to inject a reaction gas into the space, and generating a plasma on the back surface of the wafer to perform etching. Is disclosed.
상기와 같은 구성에 있어서, 웨이퍼와 플레이트 사이에 형성된 공간으로 반 응성 가스가 분사되고 웨이퍼의 후방 표면에 형성된 플라즈마로 식각이 수행되는 것과 동시에, 박막 패턴 등이 형성된 웨이퍼의 전방 표면 상으로 웨이퍼 후방 표면 상에 형성된 플라즈마가 유입되거나 또는 그 공간 내에서 가스 방전으로 플라즈마가 형성되어 식각이 이루어질 우려가 있다.In the above configuration, the reactive gas is injected into the space formed between the wafer and the plate and etching is performed by the plasma formed on the rear surface of the wafer, and at the same time, the wafer rear surface on the front surface of the wafer on which the thin film pattern or the like is formed. Plasma formed thereon may be introduced or plasma may be formed by gas discharge in the space, thereby causing etching.
따라서, 웨이퍼의 전방 표면의 식각으로 인하여 최종 제품의 수율이 저하되고 불량률이 상승하거나, 이를 미연에 방지하기 위하여 웨이퍼의 전방 표면을 식각으로부터 보호하는 별도의 수단이 요구된다는 단점이 있다.Therefore, there is a disadvantage in that a separate means for protecting the front surface of the wafer from etching is required in order to reduce the yield of the final product due to the etching of the front surface of the wafer, increase the defective rate, or prevent it from occurring.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 습식 식각에 비하여 소형의 장치를 사용하여 신속하게 식각을 수행하고 제조비용을 절감하면서 환경 유해성 폐기물이 발생되지 않도록 하는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a plasma processing method that does not generate an environmentally hazardous waste while performing rapid etching using a small device compared to wet etching and reducing the manufacturing cost For the purpose of
또한, 본 발명은 종래의 건식 식각에 비하여 기판 상의 식각이 요구되지 않는 면을 효율적으로 보호하도록 하여 최종 제품의 수율을 상승시키고 불량 발생을 방지하도록 하는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a plasma processing method for increasing the yield of the final product to prevent the occurrence of defects by efficiently protecting the surface that does not require etching on the substrate compared to the conventional dry etching.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치 내의 제1전극 및 제2전극 사이의 기판 지지대 상에 기판을 안착시키는 단계; 상기 기판과 상기 제1전극과의 사이 간극을 조정하는 단계; 상기 기판과 상기 제2전극과의 사이 간격을 조정하는 단계; 상기 기판의 제1면 상에 제1가스를 분사시키고, 상기 기판의 제2면 상에 제2가스를 분사시키면서 상기 제2전극의 외연부에서 중심방향으로 경사를 이루어 제3가스를 분사시키는 단계; 및 상기 제2전극에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시켜 상기 기판의 제2면을 플라즈마 처리하는 단계;를 포함한다.Plasma processing method according to the present invention comprises the steps of mounting a substrate on a substrate support between the first electrode and the second electrode in the plasma processing apparatus; Adjusting a gap between the substrate and the first electrode; Adjusting a distance between the substrate and the second electrode; Injecting a first gas onto a first surface of the substrate, and injecting a second gas onto a second surface of the substrate while inclining in the center direction at an outer edge of the second electrode to inject a third gas; ; And forming a plasma by applying power to the second electrode to plasma-process the second surface of the substrate.
여기서, 상기 간극은 0.1 내지 0.7 ㎜인 것이 바람직하며, 상기 간격은 5 내지 40 ㎜인 것이 바람직하다.Here, the gap is preferably 0.1 to 0.7 mm, the interval is preferably 5 to 40 mm.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치내 공정 압력은 0.1 내지 3 Torr인 것이 바람직하다.In addition, the process pressure in the plasma processing apparatus is preferably 0.1 to 3 Torr.
이때, 상기 제2가스는 CF4, CHF4, SF6, C2F6, NF3, F2, F2N2 및 C4F8 등의 불소계, BCl3 및 Cl2 등의 염소계 및 산소계로 구성되는 일 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상의 가스일 수 있고, 상기 제1가스는 18족 원소 및 질소로 구성되는 일 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상일 수 있다.At this time, the second gas is fluorine-based, such as CF 4 , CHF 4 , SF 6 , C 2 F 6 , NF 3 , F 2 , F 2 N 2 and C 4 F 8 , chlorine-based and oxygen-based such as BCl 3 and Cl 2 At least one gas selected from the group consisting of, and the first gas may be at least one selected from the group consisting of Group 18 elements and nitrogen.
또한, 상기 제2전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상기 제1전극은 접지연결되며, 상기 고주파 전력은 13.56n ㎒(여기서, n은 자연수)의 주파수를 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, high frequency power is applied to the second electrode, the first electrode is connected to the ground, and the high frequency power is characterized in that the frequency of 13.56n MHz (where n is a natural number).
여기서, 상기 제3가스는 반응성 가스 또는 비반응성 가스인 것을 특징으로 한다.Here, the third gas is characterized in that the reactive gas or non-reactive gas.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치 내에 상호 이격된 제1전극 및 제2전극 간에 기판을 제공하며, 상기 제1전극과 상기 기판 간의 간극이 비방전 영역이 되고, 상기 제2전극과 상기 기판 간의 간격이 방전 영역이 되 도록 적어도 하나 이상의 가스 종을 공급하는 단계;를 포함한다.In the plasma processing method according to the present invention, a substrate is provided between a first electrode and a second electrode spaced apart from each other in a plasma processing apparatus, and a gap between the first electrode and the substrate becomes a non-discharge region, and the second electrode and the And supplying at least one gas species such that the gap between the substrates is a discharge region.
여기서, 상기 간극은 0.1 내지 0.7 ㎜이고, 상기 간격은 5 내지 40 ㎜이며, 상기 플라즈마 처리 장치내 공정 압력은 0.1 내지 3 Torr인 것이 바람직하다.Here, the gap is 0.1 to 0.7 mm, the interval is 5 to 40 mm, the process pressure in the plasma processing apparatus is preferably 0.1 to 3 Torr.
또한, 상기 간극에는 18족 원소 및 질소로 구성되는 일 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상인 비반응성의 제1가스를 분사하고, 상기 간격에는 CF4, CHF4, SF6, C2F6, NF3, F2, F2N2 및 C4F8로 구성되는 일 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상의 불소계, BCl3 및 Cl2로 구성되는 일 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상의 염소계 및 산소계로 구성되는 일 군에서 선택되어지는 적어도 하나 이상인 반응성의 제2가스를 분사하는 것을 특징으로 하며, 상기 간격에 상기 제2가스를 구속하도록 하는 반응성 또는 비반응성의 제3가스를 더 분사시킬 수도 있다.In addition, the gap is injected with at least one non-reactive first gas selected from the group consisting of group 18 elements and nitrogen, the interval is CF 4 , CHF 4 , SF 6 , C 2 F 6 , NF At least one fluorine based selected from the group consisting of 3 , F 2 , F 2 N 2 and C 4 F 8 , at least one chlorine based and oxygen based selected from the group consisting of BCl 3 and Cl 2 Characterized in that the injection of at least one or more reactive second gas is selected from the group, and may further inject a reactive or non-reactive third gas to restrain the second gas in the interval.
그리고, 상기 제2전극에는 13.56n ㎒(여기서, n은 자연수)의 주파수를 가지는 고주파 전력이 인가되고, 상기 제1전극은 접지연결되는 것을 특징으로 한다.The high frequency power having a frequency of 13.56n MHz (where n is a natural number) is applied to the second electrode, and the first electrode is grounded.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, a plasma processing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 사용되는 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus used in a plasma processing method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 사용되는 플라즈마 처리 장치(1)는 제1가스가 분사되는 제1전극(30)과, 제1전극(30)으로부터 이격 조정가능하며, 기판(50)의 외연부를 지지하는 기판 지지대(20) 및 기판 지지대(20)와 이격 배치되며, 전원(70)이 인가되고 제2가스가 분사되어 기판 지지대(20)에 의해 지지된 기판(50)과의 사이에 플라즈마를 형성시키는 제2전극(40)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the
본 발명의 실시예에서 플라즈마 처리 장치(1)는 반응성 플라즈마를 발생시켜 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 웨이퍼와 같은 기판(50)의 배면 상에 퇴적된 박막 및 파티클을 식각하는 식각 장치이다.In the embodiment of the present invention, the
플라즈마 처리 장치(1)는 개폐가능하도록 형성된 챔버(10)와 이 챔버(10)와 연통된 통상의 진공 배기계(60)를 포함한다.The
챔버(10)의 상부에는 제1전극(30)이 배치되며 이 제1전극(30)은 접지 구성된다. 또한, 제1전극(30)에는 비반응성 가스가 분사되는 분사공(33)이 형성되어 있으며, 분사공(33)은 챔버(10) 외부로부터 비반응성 가스가 공급되도록 공급공(31)과 연통구성된다. The
바람직하게는, 제1전극(30)에는 하나의 공급공(31)을 통하여 챔버(10) 외부로부터 공급된 비반응성 가스가 가능한한 제1전극(30)의 비반응성 가스가 분사되는 면의 전면적에 걸쳐 균일하게 분사되도록 다수의 분사공(33)이, 소위 샤워헤드형으로 형성되며, 다수의 분사공(33)은 제1전극(30)의 내부에서 그와 연통된 공급공(31)으로부터 다수 개가 분기된다.Preferably, the entire surface of the surface on which the non-reactive gas of the
더 바람직하게는, 제1전극(30)에서 공급공(31)이 형성된 부분에 대하여 원거리에 형성된 분사공(33)의 지름은 근거리에 형성된 분사공(33)의 지름보다 크게 형성되어, 비반응성 가스 분사시 가스 이동 경로 증가에 따른 압력강하를 보상할 수 있도록 한다.More preferably, the diameter of the
도 1에서, 제1전극(30)의 내부에 형성되어 제1전극(30)을 냉각시키는 냉각 유로의 구성은 생략되었다.In FIG. 1, a configuration of a cooling channel formed inside the
제1전극(30)의 공급공(31)을 통하여 공급되는 가스는 수소 또는 불활성 가스일 수 있으며, 이외의 비반응성 가스, 즉 기판 전면(51)과 반응하지 아니하는 가스일 수도 있다.The gas supplied through the
여기서, 기판 전면(51)은 웨이퍼와 같은 기판(50) 상의 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 면일 수 있고, 이외의 기판(50)의 식각이 요구되지 아니하는 면일 수도 있다.Here, the
기판(50)은 제1전극(30)의 분사공(33)이 형성된 면으로부터 소정 간격 이격되어 그 전면(51)을 분사공(33)과 대향하도록 배치되며, 기판 지지대(20)에 의하여 지지된다. The
기판 지지대(20)는 챔버(10) 상부로부터 연장된 암(21)이 기판(50)을 지지하도록 구성되며, 암(21)은 챔버(10) 외부의 기판 지지대(20)에 구성된 구동수단(미도시)에 의하여 신축가능하도록 구성된다.The
구동수단에 의해 신축가능한 기판 지지대(20)의 구성으로 인한 진공 기밀을 유지하도록 하기 위하여, 챔버(1) 외부에 노출된 기판 지지대(20)가 구동수단과 연 결되는 부위는 신축가능한 벨로우즈로 구성되는 것이 바람직하다.In order to maintain the vacuum tightness due to the configuration of the
기판 지지대(20)의 암(21)은 기판(50)의 외연부만을 지지하도록, 더 상세하게는 기판 배면(52)의 외연부만을 하부에서 지지하도록 형성되며, 구동수단과 연결되어 승하강 운동, 즉 제1전극(30)에 대하여 근접 또는 원접 이동가능하여, 이에 지지된 기판(50) 또한 제1전극(30)에 대하여 근접 또는 원접 배치되도록 한다.The
종래의 리프트 핀 방식에서 리프트 핀과 전극과의 접촉 위험이 존재하였던 것과는 달리, 전극과 기판 지지수단과의 접촉 위험이 없는 기판 지지대(20)를 사용함으로써 전호방전 발생 가능성을 저감시킬 수 있다.Unlike in the conventional lift pin method, there is a risk of contact between the lift pin and the electrode, by using the
여기서, 기판 배면(52)은 웨이퍼와 같은 기판(50) 상의 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 면에 대한 타면일 수 있고, 이외의 기판(50)의 식각이 요구되는 면일 수도 있다.Here, the substrate back
암(21)의 승하강 운동에 의하여 기판(50)의 전면(51)은 제1전극(30)의 비반응성 가스가 분사되는 면에 대하여 가변가능한 소정의 간극(d)을 유지하게 된다.By the lifting and lowering motion of the
또한, 기판 지지대(20)는 플라즈마 처리 장치(1)에서 전기적으로 부유(floating)되어 여타의 구성물에 대해서 전기적으로 비간섭되도록 구성되는 것이 바람직하며, 암(21)을 포함하는 기판 지지대(20)는 Al2O3와 같은 절연 물질로 구성되어 외부 전격(electric shock)에 의한 기판 지지대(20)의 손상을 방지한다.In addition, the
기판 지지대(20)의 하부에는 기판 지지대(20)와 소정 간격 이격되어 제2전극(40)이 배치된다.The
이 제2전극(40)은 전원(70)이 인가되도록 구성되며, 이를 통하여 반응성 가스가 분사되도록 분사공(42) 및 분사구(46)를 가진다.The
분사공(42)은, 제1전극(30)에서의 그것과 유사하게, 챔버(1) 외부의 공급수단(44)으로부터 그와 연통된 공급공(41)을 통하여 반응성 가스가 공급되어 챔버(1) 내부로 반응성 가스를 분사하도록, 소위 샤워헤드형으로 구성되며, 기판 지지대(20)에 지지된 기판(50)의 배면(52) 전면적에 걸쳐 균일한 반응성 가스가 분사되도록 기판 배면(52) 방향을 향하여 다수 개가 형성된다.Similar to that in the
제2전극(40)에서 분사공(42)에서도 공급공(41)이 형성된 부분에 대하여 원거리에 형성된 분사공(42)의 지름이 근거리에 형성된 분사공(42)의 지름보다 크게 형성되어, 반응성 가스 분사시 가스 이동 경로 증가에 따른 압력강하를 보상할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In the
이와 같은 구성 이외에도, 제1전극(30) 또는 제2전극(40)에서의 가스 분사 구조는 필요에 의하여 다양하게 가변가능하다.In addition to such a configuration, the gas injection structure in the
한편, 제2전극(40)의 외주에는 제2전극(40) 상에 생성되는 플라즈마를 집중시키기 위한 절연링(43)이 구비된다. 이 절연링(43)은 Al2O3와 같은 절연 물질로 구성될 수 있다.On the other hand, the outer ring of the
분사구(46)는 별도의 공급수단(45)으로부터 공급된 반응성 가스가 제2전극(40)의 외연에서 제2전극(40)의 중심축 또는 기판(50)의 중심방향으로 분사되도록, 소위 노즐형으로 형성된다.The
분사공(42)에서 분사되는 반응성 가스가 제2전극(40)의 평면 외연을 초과하여 확산되지 않도록, 즉 반응성 가스가 제2전극(40)의 평면적 상에서만 방전을 일으켜 플라즈마 발생 효율을 향상시킬 수 있도록, 분사구(46)에서의 가스압은 분사공(42)에서의 가스압과 같거나 더 큰 것이 바람직하다.The reactive gas injected from the
제2전극(40)의 분사공(42) 및 분사구(46)를 통하여 분사되는 반응성 가스는 CF4, CHF4, SF6, C2F6, NF3, F2, F2N2 및 C4F8와 같은 불소계 또는 BCl3 및 Cl2와 같은 염소계 또는 산소계 가스를 포함할 수 있으며, 이외의 기판 배면(52)에 퇴적된 박막이나 파티클 등을 화학적으로 식각시킬 수 있는 이외의 원소를 포함하는 가스일 수도 있다.Reactive gases injected through the
또한, 분사구(46)에서는 18족 원소 또는 질소와 같은 불활성 기체와 같은 비반응성 가스가 분사될 수도 있다.In addition, the
분사구(46)에서 반응성 가스가 분사될 시에는 노출된 기판 배면(52)에서의 플라즈마 생성 효율이 더욱 향상될 수 있으며, 비반응성 가스가 분사될 시에는 분사공(42)에서 분사되는 반응성 가스의 구속 효율을 향상시킬 수 있다.When the reactive gas is injected at the
반응성 가스의 분사압이 과다할 시에 기판 배면(52)에서 기판(50)의 요동을 야기할 수 있으므로, 분사공(42) 및 분사구(46)를 통하여 분사되는 반응성 가스는 반응성 가스의 기판(50) 인근에서의 압력이 제1전극(30)의 분사공(33)을 통하여 분사되는 비반응성 가스의 기판(50) 인근에서의 압력보다 작거나 같도록 분사되는 것이 바람직하다.When the injection pressure of the reactive gas is excessive, it may cause fluctuation of the
또한, 제2전극(40)은 챔버(1) 외부에 별도로 구성된 구동수단(49)에 의하여, 기판 지지대(20)의 그것과 유사하게, 승하강 운동 가능하도록 구성되어 기판 지지대(20)에 지지된 기판(50)의 배면(52)으로부터 제2전극(40)까지의 간격(D)이 가변가능하도록 한다.In addition, similar to that of the
구동수단(49)에 의해 승하강 운동 가능한 제2전극(40)의 구성으로 인한 진공 기밀을 유지하도록 하기 위하여, 챔버(1) 외부에 노출된 제2전극(40)이 구동수단(49)과 연결되는 부위는 신축가능한 벨로우즈로 구성되는 것이 바람직하다.In order to maintain the vacuum tightness due to the configuration of the
도 1에서, 제2전극(40)의 내부에 형성되어 제2전극(40)을 냉각시키는 냉각 유로의 구성은 생략되었다.In FIG. 1, a configuration of a cooling channel formed inside the
제2전극(40)에 연결된 전원(70)은 13.56 ㎒의 정수배의 주파수를 가지는 고주파 전력일 수 있으며, 목적하는 공정 또는 장치 등에 따라 여타의 전원이 사용될 수도 있다. 이때, 제2전극(40)과 연결된 고주파 전원(70)의 구성은 정합기를 포함한다.The
접지된 제1전극(30)과 고주파 전원(70)이 연결된 제2전극(40)의 구성으로 인하여, 제1전극(30)은 애노드의 역할을 제2전극(40)은 캐소드의 역할을 하게 되며 애노드 및 캐소드 사이의 가스에 13.56 ㎒ 또는 13.56 ㎒의 정수배의 교번진동을 부여하여 플라즈마 발생 효율을 향상시킨다.Due to the configuration of the
이하, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a plasma processing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 순차적 으로 도시한 도면이며, 특히 도 2d에서는 기판 처리 시의 가스 유동 경로를 화살표로 도시하였다.2A to 2D are diagrams sequentially illustrating a plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention. In particular, FIG. 2D illustrates a gas flow path during substrate processing with arrows.
본 발명의 실시예에서 플라즈마 처리 방법은 플라즈마를 발생시켜 소정의 박막 패턴을 갖는 소자가 형성된 웨이퍼와 같은 기판(50)의 배면 상에 퇴적된 박막 및 파티클을 식각하는 식각 방법이다.In the embodiment of the present invention, the plasma processing method is an etching method of etching a thin film and particles deposited on a back surface of a
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치(1) 내의 제1전극(30) 및 제2전극(40) 사이의 기판 지지대(20) 상에 기판을 안착시키는 단계; 상기 인입된 기판(50)과 상기 제1전극(30)과의 사이 간극(d)을 조정하는 단계; 상기 고정된 기판(50)과 상기 제2전극(40)과의 사이 간격(D)을 조정하는 단계; 상기 고정된 기판(50)의 제1면(51) 상에 제1가스를 분사시키는 단계; 상기 제2전극(40)의 외연부에서 중심방향으로 경사를 이루어 제3가스를 분사시키는 단계; 상기 고정된 기판(50)의 제2면(52) 상에 제2가스를 분사시키는 단계; 및 상기 제2전극(40)에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성시켜 상기 기판(50)의 제2면(52)을 플라즈마 처리하는 단계;를 포함한다.Plasma processing method according to an embodiment of the present invention, the step of mounting a substrate on the
도 2a에서와 같이, 기판(50)은 챔버(1)에 별도로 구비된 인입구를 통하여 인입되며, 기판 지지대(20) 상에 안착된다. 기판 지지대(20) 상에 지지된 기판(50)은 그 전면(51)이 제1전극(30)의 분사공(33)을 향하고, 배면(52)이 제2전극의 분사공(42)을 향하도록 배치된다.As shown in FIG. 2A, the
도 1 내지 도 2에서는, 상부에서부터 연장되어 기판(50)을 지지하는 기판 지지대(20)의 구성을 채택하였으나, 상부 이외의 부분에서 기판(50)을 지지하는 구성 또한 가능할 수 있다.In FIGS. 1 and 2, the configuration of the
기판 지지대(20)는 제1전극(30)에 대하여 간극(d')을 이루어 후퇴된 위치에 있으며, 제2전극(40) 또한 제1전극(30)에 대하여 간격(D")를 이루어 후퇴된 위치에 있다. The
도 2b에서와 같이, 개폐수단(11)을 통하여 챔버(1)가 밀폐되고 진공이 형성되면 기판 지지대(20)는 구동수단(미도시)에 의하여 상승이동하여 기판 전면(51)과 제1전극(30)이 간극(d)을 이루도록 한다(d<d'). 기판 지지대(20)가 상승하여 제1전극(30)과 기판 전면(51)과의 간극(d)이 감소됨에 따라 제2전극(40)과 기판 배면(52)과의 간격(D") 또한 간격(D')으로 넓어지게 된다.As shown in FIG. 2B, when the
이후, 도 2c에서와 같이, 제2전극(40)도 구동수단(49)에 의하여 상승이동되어 기판 배면(52)과 제2전극(40)이 간격(D)을 이루도록 한다(D<D').Thereafter, as shown in FIG. 2C, the
제1전극(30)과 기판(50)과의 간극(d) 또는 기판(50)과 제2전극(40)과의 간격(D)은 본 발명의 실시예에서 설명된 바와 같이 기판 지지대(20) 및 제2전극(40)의 승하강 운동만으로 달성되지 아니하고, 제1전극(30), 기판 지지대(20) 및 제2전극(40) 중 적어도 2 개의 부재의 구동을 통하여 달성시킬 수도 있으며, 이를 위하여 각 부재에 별도의 구동수단이 구비될 수 있다.The gap d between the
또한, 제2전극(40)과 기판 배면(52)과의 간격(D)은 반드시 가변될 필요는 없고 간격(D) 내에서 플라즈마를 생성시킬 수 있을 정도이면 어느 간격(D, D', D")이나 가능할 수 있으며, 이에 따라 제2전극(40)을 이동하지 않고 기판 지지대(20)만 이동한 뒤 공정을 진행하는 것도 가능하다. In addition, the distance D between the
물론, 도면 상에 도시된 간격(D, D', D") 이외의 간격 또한 가능하며, 기판 지지대(20)와 제2전극(40) 간의 간격은 요구되는 공정, 챔버 또는 기판 크기에 따라 가변가능할 수 있고, 공정 수행 중에도 가변가능할 수 있다.Of course, gaps other than the gaps D, D ', and D "shown in the drawings are also possible, and the gap between the
이후, 도 2d에서와 같이, 제1전극(30)을 통하여 비반응성 가스가 먼저 유입된 뒤, 제2전극(40)을 통하여 반응성 가스가 유입되고 고주파 전원(70)을 통하여 전력이 인가되어 반응성 가스 플라즈마가 생성된다.Thereafter, as shown in FIG. 2D, a non-reactive gas is first introduced through the
이때, 반응성 가스는 제2전극(40)의 분사공(42)을 통하여 먼저 분사되며, 이전에 비반응성 가스가 분사구(46)를 통하여 분사될 수 있다. In this case, the reactive gas may be first injected through the
만약, 분사공(42) 및 분사구(46) 공히 반응성 가스가 분사될 경우, 분사공(42) 또는 분사구(46) 중 어느 곳에서나 가스 분사가 이루어져도 무방할 것이다.If the reactive gas is injected in both the
즉, 어느 경우에나 제2전극(40)에서는 중심에서 가장 먼 외연에서의 분사가 먼저 이루어질 수 있다.That is, in any case, the
반응성 가스의 플라즈마는 플라즈마 생성영역에 형성되며 플라즈마 내의 라디칼은 기판 배면(52)에 퇴적된 박막 또는 파티클 등과 반응하여 이들을 기판 배면(52)으로부터 탈리시킴으로써 식각 공정이 수행된다. The plasma of the reactive gas is formed in the plasma generation region, and the radicals in the plasma react with the thin film or particles deposited on the substrate back 52 to detach them from the substrate back 52 to perform an etching process.
이때, 플라즈마는 기판 배면(52)과 제2전극(40)간의 간격(D)에 형성되며, 제1전극(30)과 기판 전면(51)과의 간극(d)에서는 비반응성 가스의 유입으로 인하여 비플라즈마 상태의 가스 유동만이 존재하게 된다.At this time, the plasma is formed in the gap D between the substrate back
간극(d)의 변화에 따라 공정 중에 발생되는 현상을 하기 표 1에 나타내었다.The phenomenon occurring during the process according to the change in the gap (d) is shown in Table 1 below.
간극(d)이 0.1 ㎜ 미만일 시에는 제1전극(30)과의 접촉가능성이 존재하고 기구적인 제어가 난이하며 기판 전면(51)과 제1전극(30)과의 간섭이 이루어지지 않는 보다 안정된 공정을 수행하기 위하여 0.1 ㎜ 이상의 간극(d)을 유지할 필요가 있다. 0.7 ㎜를 초과하는 간극(d)에서는 상대적으로 비반응성 가스의 압력이 저하되어 간격(D)에서 형성된 라디칼이 간극(d)으로 유입되어 기판 전면(51)을 식각시킬 수가 있으므로, 간극(d)은 0.7 ㎜ 이하가 바람직하다. 또한, 0.7 ㎜를 초과하는 간극에서는 비반응성 가스의 플라즈마화가 진행되며, 이로 인하여 기판 전면(51)이 식각될 수도 있으나, 0.7 ㎜ 이하의 간극(d)에서는 통상의 식각 공정에서의 공정 압력 및 공정 전압에 의하여 플라즈마가 생성되지 않는 영역을 유지할 수 있다.When the gap d is less than 0.1 mm, there is a possibility of contact with the
따라서, 간극(d)은 0.1 내지 0.7 ㎜인 것이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the clearance gap d is 0.1-0.7 mm.
간격(D) 상에 형성된 플라즈마가 간격(d) 내로 유입되지 않도록 하기 위하여 제1전극(30)에서 분사되는 비반응성 가스의 압력은 제2전극(40)에서 분사되는 반응성 가스의 압력과 같거나 더 큰 것이 바람직하다.The pressure of the non-reactive gas injected from the
또한, 제1전극(30)으로부터 분사되는 비반응성 가스는 제2전극(40)에서 분사되는 반응성 가스보다 절연파괴전압이 더 크며, 제2전극(40)에 인가되는 전력에 의하여 플라즈마가 생성되지 않는 것이 바람직하다.In addition, the non-reactive gas injected from the
제2전극(40)에서 분사되는 반응성 가스는 CF4, CHF4, SF6, C2F6, NF3, F2, F2N2 및 C4F8과 같은 불소계 또는 BCl3 및 Cl2와 같은 염소계를 포함하는 반응성이 강한 7족 원소계열이나 산소가 포함된 가스를 사용할 수 있으며, 사용되는 기판 배면(52) 상에 퇴적된 박막이나 파티클 등의 종류에 따라서 이를 식각할 수 있는 여타의 원소종이 포함된 기체일 수 있다.Reactive gas injected from the
이와 같은 반응성 가스로 플라즈마를 형성하면 상기 원소들의 라디칼이 생성되어 높은 활성을 가지고 기판 배면(52) 상의 식각 대상 원소와 반응하여 식각을 수행할 수 있다.When the plasma is formed of the reactive gas, radicals of the elements are generated to react with the etching target element on the
제2전극(40)의 분사공(42)에서 분사되는 가스압(P2)은 제2전극(40)의 분사구(46)에서 분사되는 가스압(P1) 보다 크지 아니하여 분사공(42)에서 분사된 반응성 가스 플라즈마가 제2전극(40) 상에 집약될 수 있다. 또한, 제1전극(30)에서 분사되는 비반응성 가스의 가스압(P3)은 분사공(42)에서 분사되는 가스압(P2) 및 제2전극(40)의 분사구(46)에서 분사되는 가스압(P1) 보다 작지 아니하여 반응성 가스의 간극(d) 유입을 방지하고 반응성 가스 플라즈마의 집약을 더욱 확보시킬 수 있다.The gas pressure P 2 injected from the
이와 같은 각 공정 단계별 구성요소의 구동을 도 3에 나타내었다.The driving of the components of each process step is shown in FIG. 3.
먼저, 플라즈마 처리 장치(1)는 대기 상태에서, 기판 지지대(20)가 제1전극(30) 방향의 상부에 위치되어 있다(S1). 이후, 퍼지 밸브를 통하여 챔버(10) 내에 공기를 주입하면서 기판 지지대(20)가 하강하고(S2) 대기압 분위기가 형성된 뒤 개폐 수단(11)을 통하여 기판(50)이 인입된다(S3). First, in the
개폐 수단(11)이 폐쇄되면 기판 지지대(20)를 상승시키고(S4), 진공 분위기가 형성되면 불활성 가스가 인입되며(S5), 간극(d)의 조정이 수행되고(S6) 간극(d)이 유지된다(S7).When the opening and closing means 11 is closed, the
이후, 공정 가스가 유입되어(S8) 요구되는 공정 분위기가 조성된 뒤(S9), 고주파 전력을 인가하여 공정을 수행한다(S10).Thereafter, the process gas is introduced (S8) to form the required process atmosphere (S9), and the process is performed by applying the RF power (S10).
공정이 종료되면 공정 가스와 불활성 가스의 유입이 차단되고(S11), 유지된 간극(d)이 재조정을 통하여 이격된다(S12). When the process is completed, the inflow of the process gas and the inert gas is blocked (S11), and the maintained gap d is spaced apart through readjustment (S12).
간극(d)의 이격이 종료되면(S13) 퍼지 밸브가 열려(S14) 챔버(10)는 대기압 분위기로 되고 개폐 수단(11)을 통하여 기판(50)을 인출시킨 뒤(S15), 챔버(10)의 진공을 형성하고(S16) 기판 지지대(20)를 대기 위치로 상승시킨다.When the separation of the gap d is completed (S13), the purge valve is opened (S14), and the
도 4에는 간격(D)의 변화에 따른 식각률 및 균일도의 변화가 도시되어 있다.4 illustrates the change of the etching rate and the uniformity according to the change of the interval D.
도 4에 도시된 바와 같이 간격(D)이 10 ㎜ 일때 식각률이 가장 높으며, 균일도 또한 5% 정도로 보장됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, when the distance D is 10 mm, the etching rate is the highest, and the uniformity is also guaranteed to about 5%.
그러나, 간격(D)이 10 ㎜ 보다 커지거나 작아지면 식각률 및 균일도가 저하되는 것을 알 수 있다. However, it can be seen that the etching rate and uniformity decrease when the gap D becomes larger or smaller than 10 mm.
본 발명에서는 용인될 수 있는 식각률을 400 Å 이상, 균일도는 20% 이하로 규정하였다.In the present invention, an acceptable etch rate is 400 kPa or more and a uniformity of 20% or less.
따라서, 도 4의 결과에 의하여, 간격(D)의 하한치는 5 ㎜로, 상한치는 40 ㎜로 규정하는 것이 바람직할 것이다. 간격(D)이 5 ㎜ 미만이면 식각률이 400 Å 미만으로 저하되며, 간격(D)이 40 ㎜를 초과하면 식각률의 저하는 물론 균일도가 급격히 저하되기 때문이다.Therefore, according to the result of FIG. 4, it will be desirable to define the lower limit of the space | interval D in 5 mm, and an upper limit in 40 mm. This is because if the gap D is less than 5 mm, the etching rate is lowered to less than 400 mm 3.
플라즈마를 생성하여 식각을 수행할 시, 플라즈마 처리 장치(1) 내의 공정 압력과 식각률 및 균일도와의 상관관계가 도 5에 도시되어 있다.When the plasma is generated and etched, the correlation between the process pressure in the
도 5를 참조하면, 공정 압력이 높아짐에 따라 식각률은 증가하지만 균일도는 1 Torr 이하에서 가장 좋은 결과를 나타내며 2 Torr 이상에서도 점차 개선되는 경향을 나타냄을 알 수 있다. 이때, 간극(d) 및 간격(D)은 상술된 본 발명의 한정치로 규제하였다.Referring to FIG. 5, as the process pressure increases, the etch rate increases, but the uniformity shows the best result at 1 Torr or less and gradually improves at 2 Torr or more. At this time, the gap d and the gap D were regulated by the above-described limitations of the present invention.
2 Torr에서의 균일도는 약 13%로서 2 Torr를 전후로 균일도가 개선되는 양호한 결과를 나타낸다. 따라서, 본 발명에서의 공정 압력은 0.1에서 3 Torr가 적절할 것이다.The uniformity at 2 Torr is about 13%, which shows a good result of improving the uniformity around 2 Torr. Therefore, the process pressure in the present invention will be appropriate from 0.1 to 3 Torr.
이와 같은 전체적인 공정 압력을 제어하기 위하여 별도의 압력 조절 수단이 더 구비될 수도 있다.In order to control such an overall process pressure, a separate pressure adjusting means may be further provided.
플라즈마 영역의 한정을 위하여 별도의 구속 자계를 더 형성할 수 있으며, 이 구속 자계는 영구 자석, 전자석 또는 유도자계 등으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서, 자력으로 플라즈마 내 이온들의 진동을 야기시켜 플라즈마 발생 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다. 이 경우 형성되는 자계는 챔버(10), 기판(50), 제1전극(30) 또는 제2전극(40) 등의 형상에 따라서 다르게 형성될 수 있다.A separate restraining magnetic field may be further formed for confining the plasma region, and the restraining magnetic field may be formed by a permanent magnet, an electromagnet, an induction magnetic field, or the like. In some cases, the plasma generation efficiency may be improved by causing the ions in the plasma to oscillate with magnetic force. In this case, the magnetic field may be formed differently depending on the shape of the
또한, 제2전극(40)에 전력을 인가하는 전원(70)은 고주파 전원 이외에 직류, 교류 등이 사용될 수 있으며, 단극 또는 양극 펄스 전원이 사용될 수도 있다. 이 경우 사용되는 전원에 따라서 제1전극(30) 또는 제2전극(40)의 전기적 연결이 달라질 수 있으며, 전력인가를 위한 별도의 부재가 더 구비될 수도 있다.In addition, a
식각이 종료되면 전력 공급을 중단하고 반응성 가스 및 비반응성 가스의 공급을 차단하며, 진공 배기를 통하여 식각 부산물을 챔버(10) 내에서 제거한다. 이때의 식각 부산물은 플라즈마의 라디칼과 반응한 기체형태이므로 진공 배기만으로 충분히 제거가능하다.When the etching is finished, the power supply is stopped, the supply of reactive gas and non-reactive gas is cut off, and the etching by-products are removed in the
식각 부산물의 제거가 이루어지면 구동수단(49)을 통하여 제2전극(40)이 하강되고, 기판 지지대(20)의 구동수단을 통하여 기판(50)이 제1전극(30)으로부터 퇴거된다.When the etching by-products are removed, the
이후 진공을 파기하고 개폐수단(11)을 개봉하여 기판(50)을 인출함으로써 식각 공정이 완료된다.After that, the etching process is completed by breaking the vacuum and opening and closing the opening and closing means 11 to take out the
본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been specifically described in accordance with the above preferred embodiments, it is to be noted that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
상기와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하여, 습식 식각에 비하여 소형의 장치를 사용하여 신속하게 식각을 수행하고 제조비용을 절감하면서 환경 유해성 폐기물이 발생되지 않도록 할 수 있다.By the plasma processing method according to the present invention as described above, it is possible to quickly perform the etching using a small device compared to the wet etching and to reduce the production cost while preventing the environmentally hazardous waste.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하여 종래의 건식 식각에 비하여 기판 상의 식각이 요구되지 않는 면을 효율적으로 보호하도록 하여 최종 제품의 수율을 상승시키고 불량 발생을 방지할 수 있다.In addition, by the plasma processing method according to the present invention, it is possible to efficiently protect the surface that does not require etching on the substrate as compared to the conventional dry etching to increase the yield of the final product and prevent the occurrence of defects.
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