KR101974420B1 - 기판처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서, 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 유전판을 가지는 지지유닛, 상기 공정을 수행하기 위한 공정가스를 기판으로 공급하는 가스공급유닛, 상기 공정가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스, 그리고 상기 지지유닛의 둘레를 감싸도록 배치되는 링 어셈블리를 포함하되, 상기 링 어셈블리는 제1링 및 상기 제1링을 제1상면식각위치 및 제1베벨식각위치 간에 상하 이동시키는 제1링 구동기를 포함하되, 상기 제1상면식각위치는 상기 제1링의 상단이 상기 기판보다 위에 위치되는 높이이고, 상기 제1베벨높이는 상기 제1링의 상단이 상기 기판보다 아래에 위치되는 높이이다. 이로 인해 하나의 장치 내에서 기판의 상면식각 및 베벨식각을 모두 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

기판처리장치 및 방법{Apparatus and Method for treating substrate}
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조 공정에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정들이 다양하게 수행된다. 플라즈마는 강한 전계 및 고주파 전자계에 의해 생성되며, 이온, 전자. 라디칼 등으로 이루어진 가스를 말한다. 플라즈마를 이용하는 공정들로는 식각, 증착, 그리고 세정공정 등이 있다.
이 중 식각공정에서 플라즈마를 이용하는 일반적인 기판처리장치는 기판을 지지하는 지지유닛(21)과 지지된 기판을 감싸는 링 어셈블리(61,63)가 제공된다. 링 어셈블리(61,63)는 지지유닛(21)에 놓인 기판에 플라즈마를 집중시키도록 제공되고, 그 위치가 고정된다. 이와 같은 구조에서 기판의 상면부에 대한 식각처리를 수행할 수 있다. 그러나 기판의 둘레를 감싸는 구조로 인해 기판의 베벨부에는 플라즈마가 제공되지 않는다. 이로 인해 기판의 베벨 식각은 다른 장치에서 수행되어야한다.
한국 공개 특허: 10-2010-0138687호
본 발명은 하나의 장치 내에서 기판의 상면식각 및 베벨식각을 모두 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서, 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에서 기판을 지지하는 유전판을 가지는 지지유닛, 상기 공정을 수행하기 위한 공정가스를 기판으로 공급하는 가스공급유닛, 상기 공정가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스, 그리고 상기 지지유닛의 둘레를 감싸도록 배치되는 링 어셈블리를 포함하되, 상기 링 어셈블리는 제1링 및 상기 제1링을 제1상면식각위치 및 제1베벨식각위치 간에 상하 이동시키는 제1링 구동기를 포함하되, 상기 제1상면식각위치는 상기 제1링의 상단이 상기 기판보다 위에 위치되는 높이이고, 상기 제1베벨높이는 상기 제1링의 상단이 상기 기판보다 아래에 위치되는 높이이다.
상기 링 어셈블리는 상기 제1링을 감싸도록 배치되는 제2링 및 상기 제2링을 제2상면식각위치 및 제2베벨식각위치으로 상하 이동시키는 제2링 구동기를 더 포함할 수 있다. 상기 제2상면식각위치는 상기 제2링의 상단이 상기 기판보다 위에 위치되는 높이이고, 상기 제2베벨식각위치는 상기 제2링의 상단이 상기 기판과 대응되거나 이보다 아래에 위치되는 높이일 수 있다. 상기 제1링은 포커스링이고, 상기 제2링은 절연링일 수 있다.
플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서, 상기 기판을 챔버 내에 위치되는 지지유닛에 로딩하는 로딩단계, 상기 공정가스로부터 상기 플라즈마를 발생시켜 상기 기판의 상면부를 식각처리하는 상면식각단계, 상기 플라즈마로 상기 기판의 베벨부를 식각처리하는 베벨식각단계, 그리고 상기 기판을 상기 지지유닛으로부터 언로딩하는 언로딩단계를 포함하되, 상기 상면식각단계에는 상기 지지유닛을 감싸는 제1링이 상기 기판보다 높게 위치되는 제1상면식각위치로 이동되고, 상기 베벨식각단계에는 상기 제1링이 상기 기판보다 낮게 위치되는 제1베벨식각위치로 이동된다.
상기 로딩단계에는 상기 제1링이 제1표준위치로 이동되되, 상기 제1표준위치는 상기 제1상면식각위치보다 낮고, 상기 제1베벨식각위치보다 높은 위치로 제공될 수 있다. 상기 상면식각단계에는 상기 제1링을 감싸는 제2링이 상기 기판보다 높게 위치되는 제2상면식각위치로 이동되고, 상기 베벨식각단계에는 상기 제2링이 상기 기판과 대응되거나, 이보다 낮게 위치되는 제2베벨식각위치로 이동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 하나의 장치 내에서 기판의 상면식각 및 베벨식각을 모두 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도1은 일반적으로 사용되는 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도3은 링 어셈블리는 보여주는 평면도이다.
도4는 도2의 기판처리장치를 이용하여 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다.
도5 내지 도7은 도2의 기판처리장치를 이용하여 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마 상태의 공정가스를 이용하여 기판을 식각하는 기판처리장치 및 방법에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 공정을 수행하는 장치 및 방법이라면 다양하게 적용 가능하다.
다음은 도2 내지 도7을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다. 도2를 참조하면, 기판처리장치(10)는 챔버(100), 지지유닛(200), 배플(300), 가스공급유닛(400), 플라즈마소스(500), 링 어셈블리(600), 그리고 제어유닛(700)을 포함한다.
챔버(100)는 내부에 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 원통 형상의 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 펌프(104)가 장착된 배기라인과 연결된다. 펌프(104)는 배기라인을 통해 챔버(100)의 내부에 진공압을 제공한다. 공정 진행 중에 발생되는 부산물 및 챔버(100) 내에 머무르는 공정가스는 배기홀(102)을 통해 챔버(100)의 외부로 배출된다. 또한 챔버(100)의 내부는 배기홀(102)을 통해 소정 압력으로 감압된다. 챔버(100)의 일측벽에는 개구(106)가 형성된다. 개구(106)는 기판이 반입 또는 반출되는 통로로서 기능한다. 개구(106)는 챔버(100)의 외측벽에 제공되는 도어(108)에 의해 개폐된다.
지지유닛(200)은 챔버(100)의 내부에서 기판을 지지한다. 지지유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판을 흡착하는 정전척으로 제공될 수 있다. 선택적으로 지지유닛(200)은 기계적 클램핑 등과 같은 다양한 방식으로 기판을 지지할 수 있다.
지지유닛(200)은 유전판(210) 및 베이스(230)를 포함한다.
유전판(210)에는 기판이 직접 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)의 내부에는 하부전극(212)이 설치된다. 하부전극(212)은 챔버(100) 외부에 위치되는 하부전원(213)과 전기적으로 연결된다. 하부전원(213)은 하부전극(212)에 전류를 인가한다. 하부전극(212)에 전류가 인가되면, 기판과 하부전극(212) 사이에는 전기력이 발생되고, 기판은 유전판(210)에 흡착된다. 유전판(210)의 내부에는 기판을 가열하는 히터(214)가 설치된다. 히터(214)는 공정 진행 중에 기판을 공정 온도로 유지시킨다. 히터(214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.
베이스(230)는 유전판(210)을 지지한다. 베이스(230)는 유전판(210)의 아래에 위치되며, 유전판(210)과 고정결합된다. 베이스(230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(210)의 저면에 대응하는 크기를 가진다. 베이스(230)의 내부에는 냉각유로(232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각유체는 냉각유로(232)가 흐르는 동안 기판을 공정 온도로 유지시킬 수 있다. 냉각유로(232)는 베이스(230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 선택적으로 냉각유로(232)는 유전판(210)에 제공될 수 있다.
배플(300)은 챔버(100)의 외부로 배기되는 공정가스의 유량을 최소화한다. 배플(300)은 지지유닛(200)과 챔버(100) 사이에 제공된다. 배플(300)은 환형의 링 형상을 가진다. 배플(300)에는 상하방향으로 관통되는 관통홀(302)들이 복수 개로 형성된다. 챔버(100) 내에 공정 부산물은 관통홀(302)들을 통해 배기홀(102)로 배기된다.
가스공급유닛(400)은 챔버(100)의 내부에 공정가스를 공급한다. 가스공급유닛(400)은 가스저장부(450), 가스공급라인(410), 그리고 가스유입포트(430)를 포함한다. 가스유입포트(430)는 챔버(100)의 상부벽에 설치된다. 가스공급라인(410)은 가스저장부(450)와 가스유입포트(430)를 연결한다. 가스저장부(450)에 저장된 공정가스는 가스공급라인(410)을 통해 가스유입포트(430)으로 공급한다. 가스공급라인(410)에는 밸브가 설치되어 그 통로를 개폐하거나, 그 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다.
플라즈마소스(500)는 가스유입포트(430)로 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마소스(500)로는 유도결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마소스(500)는 안테나(510) 및 전원을 포함한다. 안테나(510)는 챔버(100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(510)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공된다. 안테나(510)는 전원(530)과 연결되고, 전원(530)으로부터 고주파 전력을 인가받는다. 안테나(510)에 고주파 전력이 인가되면, 챔버(100)의 내부에는 전계를 형성하는 방전공간이 제공된다. 전계는 방전공간에 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
도3은 링 어셈블리을 보여주는 평면도이다. 도3을 참조하면, 링어셈블리(600)는 링부재(620) 및 조절부재(660)를 포함한다. 링부재(620)는 플라즈마를 기판으로 집중시킨다. 링부재(620)는 베이스(230)의 상면 가장자리 영역에 위치된다. 링부재(620)는 베이스(230)로부터 돌출되도록 제공된다. 링부재(620)는 제1링(610) 및 제2링(630)을 포함한다. 제1링(610)은 포커스링일 수 있다. 제1링(610)은 유전판(210) 및 이에 놓인 기판을 감싸도록 제공된다. 제1링(610)은 일체로 제공되는 환형의 링 형상을 가진다. 제1링(610)은 상하 이동이 가능하도록 제공된다. 제1링(610)은 제1표준위치, 제1상면식각위치, 그리고 제1베벨식각위치 간에 이동 가능하도록 제공된다. 제1표준위치는 공정이 진행되기 전 또는 후에 제1링(610)이 위치되는 높이이다. 제1표준위치는 기판의 반송에 대해 간섭하지 않는 위치일 수 있다. 제1표준위치는 반송부재(도5의 90)와 지지유닛(200)에 설치된 리프트핀(미도시) 간에 기판을 인수인계 시 제1링(610)의 높이일 수 있다. 예컨대, 제1링(610)이 제1표준위치에 위치되면, 반송부재(90)와 지지유닛(200)으로부터 돌출된 리프트핀 간에는 기판의 인수인계가 진행될 수 있다. 제1표준위치는 제1링(610)의 상단이 유전판(210)의 상면과 대응되는 높이일 수 있다. 제1상면식각위치는 기판의 상면부를 식각처리 시 제1링(610)이 위치되는 높이이다. 예컨대, 제1상면식각위치는 제1링(610)의 상단이 유전판(210)에 놓인 기판과 대응되거나 이보다 높게 제공되는 위치일 수 있다. 제1베벨식각위치는 기판의 베벨부의 식각 시 제1링(610)이 위치되는 높이이다. 예컨대, 제1베벨식각위치는 제1링(610)의 상단이 유전판(210)의 상면보다 낮게 위치되는 높이이다. 제1베벨식각위치에 위치된 제1링(610)은 기판의 베벨부를 플라즈마에 노출시킨다. 이로 인해 제1링(610)이 제1베벨식각위치로 이동되면, 기판의 베벨부를 식각처리할 수 있다.
제2링(630)은 제1링(610)을 감싸도록 제공된다. 제2링(630)은 절연링일 수 있다. 제2링(630)은 일체로 제공되는 링 형상을 가진다. 제2링(630)은 반경방향을 따라 제1링(610)과 소정 간격 이격되게 배치된다. 제2링(630)은 제2표준위치, 제2상면식각위치, 제2베벨식각위치 간에 이동 가능하도록 제공된다. 제2표준위치는 공정이 진행되기 전 또는 후에 제2링(630)이 위치되는 높이이다. 제2표준위치는 기판의 반송에 대해 간섭하지 않는 위치일 수 있다. 제2표준위치는 반송부재(90)와 지지유닛(200)에 설치된 리프트핀(미도시) 간에 기판을 인수인계 시 제2링(630)의 높이일 수 있다. 예컨대, 제2링(630)이 제2표준위치에 위치되면, 반송부재(90)와 지지유닛(200)으로부터 돌출된 리프트핀 간에는 기판의 인수인계가 진행될 수 있다. 제2표준위치는 제2링(630)의 상단이 유전판(210)과 대응되는 높이일 수 있다. 제2상면식각위치는 기판의 상면부를 식각처리 시 제2링(630)의 높이이다. 예컨대, 제2상면식각위치는 제2링(630)의 상단이 유전판(210)에 놓인 기판과 대응되거나 이보다 높게 제공되는 위치일 수 있다. 제2베벨식각위치는 기판의 베벨부를 식각 시 제2링(630)의 높이일 수 있다. 예컨대, 제2베벨식각위치는 제2표준위치보다 낮은 위치일 수 있다.
조절부재(660)는 제1링 구동기(670)와 제2링 구동기(650)를 포함한다. 제1링구동기(670)는 제1링(610)을 상하방향으로 이동시킨다. 제1링 구동기(670)는 제1링(610)을 제1표준위치, 제1상면식각위치, 그리고 제1베벨식각위치 간에 이동시킬 수 있다. 제2링 구동기(650)는 제2링(630)을 제2표준위치와 제2상면식각위치 간에 이동시킬 수 있다.
제어유닛(700)은 제1링 구동기(670)와 제2링 구동기(630)를 제어한다. 제어유닛(700)은 기판의 공정에 따라 제1링(610) 및 제2링(630)이 상하이동되도록 제1링 구동기(610)와 제2링 구동기(630)를 제어한다.
도4는 도2의 기판처리장치를 이용하여 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이고, 도5 내지 도7은 도2의 기판처리장치를 이용하여 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다. 도2의 기판처리장치(10)를 이용하여 기판을 처리하는 방법의 일 예는 다음과 같다. 기판의 로딩단계(S10)에서는 도어(108)는 개구(106)를 개방한다. 기판은 개구(106)를 통해 챔버(100) 내에 반입되고, 유전판(210)에 놓인다. 제1링(610)과 제2링(630)은 제1표준위치와 제2표준위치에 위치된다. 기판이 유전판(210)에 놓이면, 도어(108)는 개구(106)를 차단한다. 기판이 정상적으로 로딩되면, 기판의 상면식각 단계(S20)가 진행된다. 상면식각 단계(S10)에서는 제1링(610)과 제2링(630) 각각이 제1상면식각위치와 제2상면식각위치로 이동된다. 안테나(510)에 고주파 전력이 인가되면, 방전공간에는 전계가 형성된다. 공정가스는 방전공간으로 공급되어 플라즈마 상태로 여기된다. 플라즈마는 제1링(610)과 제2링(630)에 의해 기판으로 집중되고, 기판의 상면부를 식각처리한다. 상면식각단계(S10)가 완료되면, 베벨식각단계(S30)가 진행된다. 제1링(610)은 제1베벨식각위치로 이동되고, 제2링(630)은 제2베벨식각위치로 이동된다. 기판의 베벨부에는 플라즈마가 제공되고, 기판의 베벨부는 식각처리된다. 베벨식각단계(S10)가 완료되면 플라즈마의 공급이 중단되고, 기판을 언로딩하는 언로딩 단계(S40)가 진행된다. 언로딩단계(S40)에는 도어(108)가 아래로 이동하여 개구(106)를 개방한다. 기판은 개방된 개구(106)를 통해 챔버(100)의 외부로 반출된다.
상술한 실시예에서는 기판의 상면식각단계(S20)에서 제1링(610)과 제2링(630) 각각이 제1상면식각위치와 제2상면식각위치로 이동되는 것을 설명하였다. 그러나 상면식각단계(S30)에서 제1링(610)은 표준위치에 위치되고, 제2링(630)은 제2상면식각위치로 이동될 수 있다.
또한 제2링(630)의 제2베벨식각위치는 제2표준위치와 동일하게 제공될 수 있다. 이로 인해 베벨식각단계(S40)에서 제2링(630)은 제2표준위치로 이동되고, 제1링(610)은 제1베벨식각위치로 이동될 수 있다.
또한 제2링(630)의 위치는 제2표준위치로 고정되도록 제공될 수 있다. 이로 인해 상면식각단계(S20) 및 베벨식각단계(S30)에는 제1링(610)만이 이동되고, 제2링(630)은 고정될 수 있다.
또한 기판처리장치(10)에서 플라즈마소스(500)는 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용될 수 있다. 용량 결합형 플라즈마는 챔버(100)(100)의 내부에 위치하는 상부전극 및 하부전극(212)을 포함할 수 있다. 상부전극 및 하부전극(212)은 챔버(100)의 내부에서 상부와 하부에 각각 배치되고, 각각의 전극은 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전계가 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정가스는 여기되어 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 챔버 200: 지지유닛
210: 유전판 400: 가스공급유닛
500: 플라즈마 소스 600: 링 어셈블리
610: 제1링 630: 제2링
650: 제2링 구동기 670: 제1링 구동기

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 챔버 내에 위치되는 지지유닛에 로딩하는 로딩단계와;
    공정가스로부터 상기 플라즈마를 발생시켜 상기 기판의 상면부를 식각처리하는 상면식각단계와;
    상기 플라즈마로 상기 기판의 베벨부를 식각처리하는 베벨식각단계와;
    상기 기판을 상기 지지유닛으로부터 언로딩하는 언로딩단계를 포함하되;
    상기 상면식각단계에서 상기 지지유닛을 감싸는 제1링은 상기 기판보다 높게 위치되는 제1상면식각위치로 이동되고, 상기 제1링을 감싸는 제2링은 상기 기판보다 높게 위치되는 제2상면식각위치로 이동되며,
    상기 베벨식각단계에서 상기 제1링은 상기 기판보다 낮게 위치되는 제1베벨식각위치로 이동되고, 상기 제2링은 상기 기판과 대응되거나, 이보다 낮게 위치되는 제2베벨식각위치로 이동되며,
    상기 로딩 단계에는 상기 제1링이 제1표준위치로 이동되되,
    상기 제1표준위치는 상기 제1상면식각위치보다 낮고, 상기 제1베벨식각위치보다 높은 위치로 제공되는 기판처리방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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