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KR20110097533A - 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치 - Google Patents

다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치 Download PDF

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KR20110097533A
KR20110097533A KR1020100017416A KR20100017416A KR20110097533A KR 20110097533 A KR20110097533 A KR 20110097533A KR 1020100017416 A KR1020100017416 A KR 1020100017416A KR 20100017416 A KR20100017416 A KR 20100017416A KR 20110097533 A KR20110097533 A KR 20110097533A
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KR
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capacitively coupled
electrode assembly
processing apparatus
plasma processing
gas
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허노현
김규동
남창우
박성민
최대규
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(주)젠
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Abstract

본 발명은 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 다중 용량 결합 전극 어셈블리는 플라즈마 반응기 내부로 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 처리하기 위한 피처리 기판의 형태에 따라 형성된다. 본 발명의 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 의하면 복수 개의 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 전극 어셈블리를 이용하여 기판의 전영역을 균일하게 처리할 수 있는 플라즈마를 유도할 수 있다. 또한 처리하고자하는 피처리 기판의 형태에 따라 용량 결합 전극 어셈블리를 형성하여 피처리 기판의 처리 효율을 높일 수 있다. 또한 복수 개의 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 전극 어셈블리를 이용하여 효율적으로 기판의 특정부를 깊게 에칭할 수도 있다.

Description

다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치{MULTI CAPACITIVELY COUPLED ELECTRODE ASSEMBLY AND PROCESSING APPARTUS THE SAME}
본 발명은 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 구체적으로는 용량 결합 전극 어셈블리로 유도된 플라즈마를 이용하여 대면적의 플라즈마를 유도하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점이 존재한다.
피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다.
본 발명의 목적은 대면적의 플라즈마를 유도하여 피처리 기판의 효율을 향상시킬 수 있는 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 피처리 기판의 형태에 따라 용량 결합 전극 어셈블리의 형성하여 피처리 기판의 처리 효율을 향상시키는 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 다중 용량 결합 전극 어셈블리는 플라즈마 반응기 내부로 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 처리하기 위한 피처리 기판의 형태에 따라 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 상기 피처리 기판이 원형인 경우 서로 다른 길이를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수 개의 용량 결합 전극이 장착되고, 장착된 상기 복수 개의 용량 결합 전극 사이에 복수 개의 가스 분사홀이 구비된 전극 장착판을 포함한다.
본 발명의 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치는 피처리 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 내부에 포함하는 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체의 내부에 플라즈마 방전을 유도하고 상기 피처리 기판의 형태에 따라 길이가 같거나 서로 다른 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 피처리 기판의 특정부를 에칭하고, 에칭된 특정부에 패시베이션층을 증착하는 단계를 반복적으로 처리하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수 개의 용량 결합 전극이 장착되고, 장착된 상기 복수 개의 용량 결합 전극 사이에 복수 개의 가스 분사홀이 구비된 전극 장착판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 메인 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 무선 주파수 전원을 받아 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 분배하는 전류 분배 회로를 포함하고, 상기 전류 분배 회로는 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 전류 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 가스 분사홀을 통해 상기 반응기 몸체 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 다단으로 가스를 분배하여 상기 가스 분사홀을 통해 상기 반응기 몸체 내부로 공정가스를 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 반응기 몸체의 중심영역으로 공정가스를 공급하기 위한 중심 가스공급부; 및 상기 반응기 몸체의 주변영역으로 공정가스를 공급하기 위한 주변 가스공급부;를 포함하여 상기 중심 가스공급부와 상기 주변 가스공급부를 통해 동일한 공정가스 또는 서로 다른 공정가스를 상기 반응기 몸체 내부로 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 무선 주파수 전원을 제공하는 복수 개의 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 전원 공급원은 동일한 무선 주파수 또는 서로 다른 무선 주파수를 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원은 1~100㎒의 무선 주파수를 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원에 연결되고, 상기 바이어스 전원 공급원은 1~50㎒의 바이어스 전원을 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 전원 공급원이 연결된 용량 결합 전극과 하나의 주파수를 통과시키는 필터가 연결된 용량 결합 전극이 교대적으로 설치된다.
본 발명의 다중 용량 결합 전극 어셈블리 및 이를 구비한 플라즈마 처리장치에 의하면 복수 개의 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 전극 어셈블리를 이용하여 기판의 전영역을 균일하게 처리할 수 있는 플라즈마를 유도할 수 있다.
또한 처리하고자하는 피처리 기판의 형태에 따라 용량 결합 전극 어셈블리를 형성하여 피처리 기판의 처리 효율을 높일 수 있다.
또한 복수 개의 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 전극 어셈블리를 이용하여 효율적으로 기판의 특정부를 깊게 에칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 중심영역과 주변영역이 구분된 제2 가스 공급부인 배플판을 도시한 평면도이다.
도 4는 원형 피처리 기판을 처리하기 위해 원형으로 형성된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 5는 사각 피처리 기판을 처리하기 위해 사각형으로 형성된 용량 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 6은 용량 결합 전극 어셈블리 및 기판 지지대에 복수 개의 전원 공급원이 연결된 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 7은 필터를 이용하여 용량 결합 전극 어셈블리에 공급되는 전류의 경로를 설정할 수 있는 플라즈마 처리장치의 단면도를 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 플라즈마 처리장치(10)는 반응기 몸체(11), 가스 공급부(20) 및 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 구성된다. 반응기 몸체(11)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)가 구비되고, 하부에 진공펌프(미도시)가 연결된다. 반응기 몸체(11)의 상부에는 용량 결합 전극 어셈블리(30)가 구성된다. 가스 공급부(20)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 상부에 구성되어 가스 공급원(미도시)로부터 제공된 가스를 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 가스 분사홀(32)을 통하여 반응기 몸체(11)의 내부로 공급한다. 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)와 분배회로(50)을 통하여 용량 결합 전극 어셈블리(30)에 구비된 복수 개의 용량 결합 전극(31)으로 공급되어 플라즈마 처리장치(10)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 처리장치(10)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.
플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11)와 그 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(11)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 재작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(11)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(11)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 재작될 수 있다. 반응기 몸체(11)의 구조는 피처리 기판(13)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다.
피처리 기판(13)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 플라즈마 반응기(10)는 진공 펌프(8)에 연결된다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(20)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 상부에 설치된다. 가스 공급부(20)는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입구(21)와 복수 개의 가스 주입구(23)를 구비한다. 이때 가스 입구(21)는 반응기 몸체(11)의 중심영역과 주변영역으로 가스를 분리하여 공급할 수 있도록 가스 공급원(20)의 중심영역과 주변영역에 각각 구비된다. 중심영역과 주변영역으로 공급되는 가스는 동일한 가스일 수도 있고, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 다른 가스일 수도 있다. 본 발명에서의 가스공급부(20)는 제1, 2, 3 가스 공급부(26, 27, 28)가 구비되어 가스 공급부(20) 내에서 가스를 다단으로 분배 한 후 반응기 몸체(11)로 공급한다. 즉, 제1 가스 공급부(26)의 중심 영역(a)과 주변영역(b)에 구비된 가스입구(21)를 통해 가스가 공급되면 제1 가스 공급부(26)의 배플(22)을 통해 1차로 균일하게 분배된다. 다시 가스는 제2 가스 공급부(27)를 통해 2차로 분배되고, 제3 가스 공급부(28)를 통해 3차로 분배되어 복수 개의 가스 주입구(23)로 균일하게 분배된다. 여기서, 각 가스 공급부는 중심영역(a)과 주변영역(b)이 구분된다. 여러 단계의 가스 분배구조를 지나면서 가스는 균일하게 분배되어 균일한 플라즈마를 형성한다. 복수개의 가스 주입구(23)는 전극 장착판(34)의 복수개의 가스 분사홀(32)에 대응되어 연결된다. 가스 입구(21)를 통하여 입력된 가스는 복수개의 가스 주입구(23)와 그에 대응된 복수개의 가스 분사홀(32)을 통하여 반응기 몸체(11)의 내부로 고르게 분사된다. 여기서, 가스 공급부(20)에는 가스 공급부(20)의 온도를 조절하기 위해 냉각수가 공급되는 냉각채널(20a)이 구비된다.
도 3은 중심영역과 주변영역이 구분된 제2 가스 공급부인 배플판을 도시한 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 가스 공급부(27)는 하나의 배플판으로 형성될 수도 있다. 여기서도, 제2 가스공급부(27)도 반응기 몸체(11) 내부의 중심영역과 주변영역으로 가스가 각각 공급될 수 있도록 구획되어진다.
다시 1 및 도 2를 참조하면, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 반응기 몸체(11) 내부에 용량 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극(31)을 구비한다. 복수 개의 용량 결합 전극(31)은 전극 장착판(34)에 병렬로 배열되어 장착된다. 복수 개의 용량 결합 전극(31)은 전극 장착판(34)의 하부로 돌출된 선형의 장벽구조를 갖는다. 전극 장착판(34)은 절연체로써 가스 공급부(20)와 용량 결합 전극(31) 사이를 전기적으로 절연시킨다. 전극 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 천정을 덮도록 설치될 수 있다. 또한 용량 결합 전극(31)과 반응기 몸체(11) 사이에는 전기적 절연을 위한 절연체(11a)가 구비된다.
전극 장착판(34)은 복수개의 가스 분사홀(32)을 구비한다. 복수 개의 가스 분사홀(32)은 복수 개의 용량 결합 전극(31) 사이에 일정 간격을 두고 구성된다. 전극 장착판(34)은 금속이나 비금속 또는 이들의 혼합된 물질로도 구성이 가능하다. 물론, 전극 장착판(34)이 금속 물질로 구성되는 경우에는 복수 개의 용량 결합 전극(31)과의 사이에 전기적 절연 구조를 갖는다. 전극 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 천정을 구성하도록 설치되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽을 따라서 설치될 수도 있다. 또는 천정과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 구체적인 도시는 생략되었으나, 전극 장착판(34)은 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다.
용량 결합 전극(31)은 좁은 폭을 갖는 판형 구조로 형성될 수 있고, 본 발명과 같이 단면이 상부는 역삼각형상이고 하부는 직사각형상의 구조를 가질 수 있다. 즉, 전체적으로 단면이 'Y'형 구조를 갖는다. 이때 단면이 'Y'형 구조인 용량 결합 전극(31)은 상부부분이 전극 장착판(34)에 설치된다. 여기서, 용량 결합 전극(31)의 상부 내부에는 냉각수를 공급하여 온도를 조절하기 위한 냉각채널(31a)이 구비된다. 구체적인 도시는 생략되었으나, 용량 결합 전극(31)은 그 단면 구조가 원형, 타원형, 다각형 구조와 같이 다양한 구조로 형성될 수 있다.
반응기 몸체(11)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 기판 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(45)에 연결되어 바이어스된다. 기판 지지대(12)와 바이어스 전원 공급원(45) 사이에는 임피던스 정합기(49)가 연결된다. 기판 지지대(12)는 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(12)는 히터를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 바이어스 전원 공급원(45)에서 1~50㎒의 바이어스 전원을 공급하고, 13.56㎒의 바이어스 전원을 기판 지지대에 공급하는 것이 바람직하다.
복수 개의 용량 결합 전극(31)은 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 임피던스 정합기(41)와 전류 분배 회로(50)를 통하여 공급받아 구동되어 반응기 몸체(11)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 메인 전원 공급원(40)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 본 발명에서의 메인 전원 공급원(40)은 무선 저주파를 공급하는 바, 메인 전원 공급원(40)은 1~100㎒의 주파수를 공급한다. 바람직하게는 메인 전원 공급원(40)에서는 60㎒의 주파수를 공급한다. 전류 분배 회로(50)는 전류 균형 회로로 구성되어 복수 개의 용량 결합 전극(31)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 된다. 본 발명의 용량 결합 플라즈마 처리장치는 복수 개의 용량 결합 전극(31)에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한, 복수 개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.
플라즈마 처리장치(10)는 메인 전원 공급원(40)과 바이어스 전원 공급원(45) 및 중심영역과 주변영역으로 가스를 공급하는 제1, 2가스밸브(29a, 29b)에 연결되어 각 장치의 동작을 제어하는 제어부(60)를 구비한다. 플라즈마 처리장치(10) 내부의 공정 조건(예를 들어, 내부 압력, 플라즈마 주파수, 플라즈마 밀도, 반응 빛 등)은 센서를 통해 감지되고, 감지된 데이터는 제어부(60)에 제공된다. 제어부(60)는 수신된 데이터를 이용하여 피처리 기판(13)을 효율적으로 처리하기 위해 메인 전원 공급원(40)이나 바이어스 전원 공급원(45)을 제어할 수 있고, 제1, 2가스밸브(29a, 29b)를 제어하여 가스의 유입량을 제어할 수도 있다.
이하에서는 플라즈마 처리장치(10)를 이용한 피처리 기판(13)의 특정부를 깊게 에칭하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명은 상기에 설명된 플라즈마 처리장치(10)를 이용하여 피처리 기판(13)의 특정부를 에칭하고, 에칭된 특정부에 패시베이션층을 증착하는 단계를 반복적으로 수행하면서 특정부의 깊이를 증가시킨다. 즉, 피처리 기판(13)의 특정부를 에칭하고, 에칭된 특정부를 보호하기 위한 패시베이션층을 증착한다. 다시 에칭된 특정부에서 깊게 에칭하기 위한 부분의 패시베이션층을 제거한 후 피처리 기판(13)을 에칭함으로써 깊게 에칭된다.
본 발명은 산화물의 이방성 에칭에 적용될 수 있다. 넓은 의미에서 산화물은 실리콘, 석영, 유리, 내열 유리, CVD에 의해 증착된 SiO2, Si 표면이 산화되는 곳에서 열, 플라즈마 또는 다른 수단에 의해 증착된 SiO2 의 산화물을 언급한다. 이 산화물은 도핑 처리될 수 있고 그렇지 않을 수도 있다. 에칭은 플라즈마에서 생성된 라디칼에 의해 이루어진다. 특히 산화물을 깊게 이칭할 때, 이방성으로 기판을 신뢰있게 에칭하는 방법을 필요로한다. 패시베이션층 증착 단계에서 패시베이션층은 폴리머로 에칭된 특정부 및 피처리 기판의 모든 표면에 증착된다.
특정부의 에칭 또는 패시베이션층의 증착을 반복적으로 수행하여 피처리 기판(13)의 특정부를 깊게 에칭하는 방법은 상기 단계 중 어느 하나가 용량 결합 전극 어셈블리(30)가 구비된 플라즈마 처리장치(10)에서 수행된다. 여기서, 상기 두 단계 모두 플라즈마 처리장치(10)에서 플라즈마에 의해 실행될 수 있다. 또한 반복적 수행을 위해 패시베이션층을 제거하고 다시 에칭할 때도 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(10)에서 형성된 플라즈마로 수행할 수 있다. 이때 플라즈마는 패시베이션층을 자발적으로 에칭하지 않는다. 플라즈마는 전구체 가스 또는 전구체 혼합물을 포함한다. 적합한 플라즈마는 예를 들어 고분자를 물리적으로 제거하는 아르곤과 같은 불활성 기체 또는 할로-또는 히드로-탄소와 같은 화학적으로 증대된 베이스층을 물리적으로 제거하는 기체를 포함한다. 본 발명은 C4F8, SF6O2, C2H4와 같은 가스 중 하나를 이용하여 상기에 설명된 에칭 및 증착 단계를 수행한다.
상기에 설명된 에칭 및 패시베이션층 증착 단계는 본 발명에 따른 용량 플라즈마 처리장치(10)에 의해 처리된다. 이때 각 단계는 하나의 처리장치에서 반복적으로 수행될 수도 있고 분리된 플라즈마 처리장치를 거치면서 각 단계가 반복적으로 수행될 수도 있다. 여기서, 각 단계를 수행할 때는 수행하려는 단계에 적합한 공정 조건을 플라즈마 처리장치에 설정한다. 또한 복수의 처리장치를 에칭 및 증착에 적합하도록 조건을 설정하여 각 처리장치를 인라인 또는 클러스트 타입으로 배치하여 피처리 기판을 이동하면서 처리할 수도 있다.
본 발명의 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 처리하고자하는 피처리 기판(13)의 형태와 동일한 형태로 구성될 수도 있다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)와 피처리 기판(30)의 형태를 동일하게 형성함으로써 피처리 기판(13)의 처리 효율을 향상시킬 수 있다
도 4는 원형 피처리 기판을 처리하기 위해 원형으로 형성된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 전극 장착판(34)이 원형으로 형성되고, 여기에 복수 개의 용량 결합 전극(31)을 설치하여 원형의 피처리 기판(13)에 적합한 형태로 구성된다. 복수 개의 용량 결합 전극(31)은 원형의 전극 장착판(34)에 설치될 수 있도록 길이가 서로 다르게 형성된다. 원형으로 형성된 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 원형의 웨이퍼 처리시에 효율적으로 활용될 수 있다.
도 5는 사각 피처리 기판을 처리하기 위해 사각형으로 형성된 용량 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 전극 장착판(34)이 사각형으로 형성되고, 여기에 복수 개의 용량 결합 전극(31)을 설치하여 사각형의 피처리 기판(13)에 적합한 형태로 구성된다. 복수 개의 용량 결합 전극(31)은 사각형의 전극 장착판(34)에 설치될 수 있도록 길이가 균일하게 형성된다. 사각형으로 형성된 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 사각형의 글래스 처리시에 효율적으로 활용될 수 있다.
도 6은 용량 결합 전극 어셈블리 및 기판 지지대에 복수 개의 전원 공급원이 연결된 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 복수 개의 용량 결합 전극(31)은 복수 개의 전원 공급원(40a, 40b)에 연결되어 무선 주파수 전원을 공급받을 수도 있다. 이때 각각의 전원 공급원(40a, 40b)은 동일한 무선 주파수를 복수 개의 용량 결합 전극(31)에 공급할 수도 있고, 서로 다른 무선 주파수를 복수 개의 용량 결합 전극(31)에 공급할 수도 있다. 또한 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)는 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(42, 43)이 임피던스 정합기(49)를 통하여 전기적으로 연결되어 바이어스 된다. 기판 지지대(12)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 반응기(10')의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 지지대(12)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다.
도 7은 필터를 이용하여 용량 결합 전극 어셈블리에 공급되는 전류의 경로를 설정할 수 있는 플라즈마 처리장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리장치(10'')는 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)에 두 개의 전원 공급원(61a, 62b)과 두 개의 필터(62, 64)를 포함한다. 각 전원 공급원(61a, 61b)은 모두 임피던스 정합기(41)와 전류 분배회로(50)와 연결된다. 여기서, 제1 전원 공급원(61a)과 제1필터(62)는 연결되는 용량 결합 전극(31)과 제2 전원 공급원(61b)과 제2 필터(64)가 연결되는 용량 결합 전극(33)이 교대적으로 전극 장착판(34)에 설치된다. 교대로 설치된 용량 결합 전극(31, 33) 사이에 방전이 일어나 플라즈마가 형성된다. 제1 필터(62)는 제2 전원 공급원(61b)에서 제공되는 주파수만을 통과시킨다. 또한 제2 필터(64)는 제1 전원 공급원(61a)에서 제공되는 주파수만을 통과시킨다. 예를 들어, 제1 전원 공급원(61a)에서 제공되는 제1 무선 주파수는 용량 결합 전극(31)에 공급되어 용량 결합 전극(31, 33) 사이에 방전이 일어나면서 제2 필터(64)로 이동된다. 제1 무선 주파수는 제1 전원 공급원(61a)에서 제2 필터(64) 방향으로 이동된다. 마찬가지로, 제2 전원 공급원(61b)에서 제공되는 제2 무선 주파수는 용량 결합 전극(33)에 공급되어 용량 결합 전극(31, 33) 사이에 방전이 일어나면서 제1 필터(62)로 이동된다. 제2 무선 주파수의 경로는 제2전원 공급원(61b)에서 제1 필터(62) 방향으로 이동된다. 여기서, 제1, 2 전원 공급원(61a, 61b)는 동일한 주파수를 공급할 수도 있고, 서로 다른 주파수를 공급할 수도 있다.
10, 10', 10'': 플라즈마 처리장치 11: 반응기 몸체
12: 기판 지지대 13: 피처리 기판
20: 가스 공급부 21: 가스 입구
22: 배플 23: 가스 주입구
26: 제1 가스 공급부 27: 제2 가스 공급부
28: 제3 가스 공급부 29a, 29b: 제, 2 가스 밸브
30: 용량 결합 전극 어셈블리 31, 33: 용량 결합 전극
32: 가스 분사홀 34: 전극 장착판
40: 메인 전원 공급원 40a, 40b: 전원 공급원
41, 49: 임피던스 정합기 42, 43, 45: 바이어스 전원 공급원
44: 임피던스 정합기 50: 전류 분배 회로
61a, 61b: 제, 2 전원 공급원 62: 제1 필터
64: 제2 필터 31a, 20a: 냉각채널

Claims (16)

  1. 플라즈마 반응기 내부로 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리에 있어서,
    상기 용량 결합 전극 어셈블리는 처리하기 위한 피처리 기판의 형태에 따라 형성된 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용량 결합 전극은 상기 피처리 기판이 원형인 경우 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수 개의 용량 결합 전극이 장착되고, 장착된 상기 복수 개의 용량 결합 전극 사이에 복수 개의 가스 분사홀이 구비된 전극 장착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리.
  4. 피처리 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 내부에 포함하는 반응기 몸체;
    상기 반응기 몸체의 내부에 플라즈마 방전을 유도하고 상기 피처리 기판의 형태에 따라 길이가 같거나 서로 다른 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리;
    상기 용량 결합 전극 어셈블리에 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리장치는 상기 피처리 기판의 특정부를 에칭하고, 에칭된 특정부에 패시베이션층을 증착하는 단계를 반복적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수 개의 용량 결합 전극이 장착되고, 장착된 상기 복수 개의 용량 결합 전극 사이에 복수 개의 가스 분사홀이 구비된 전극 장착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리장치는 상기 메인 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 무선 주파수 전원을 받아 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 분배하는 전류 분배 회로를 포함하고, 상기 전류 분배 회로는 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 메인 전원 공급원과 상기 전류 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리장치는 상기 가스 분사홀을 통해 상기 반응기 몸체 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 다단으로 가스를 분배하여 상기 가스 분사홀을 통해 상기 반응기 몸체 내부로 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가스 공급부는
    상기 반응기 몸체의 중심영역으로 공정가스를 공급하기 위한 중심 가스공급부; 및
    상기 반응기 몸체의 주변영역으로 공정가스를 공급하기 위한 주변 가스공급부;를 포함하여 상기 중심 가스공급부와 상기 주변 가스공급부를 통해 동일한 공정가스 또는 서로 다른 공정가스를 상기 반응기 몸체 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리장치는 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 무선 주파수 전원을 제공하는 복수 개의 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 전원 공급원은 동일한 무선 주파수 또는 서로 다른 무선 주파수를 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 메인 전원 공급원은 1~100㎒의 무선 주파수를 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라 즈마 처리장치.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원에 연결되고, 상기 바이어스 전원 공급원은 1~50㎒의 바이어스 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리장치는 상기 전원 공급원이 연결된 용량 결합 전극과 하나의 주파수를 통과시키는 필터가 연결된 용량 결합 전극이 교대적으로 설치된 것을 특징으로 하는 다중 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 처리장치.
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