KR101093601B1 - Multi capacitively coupled plasma processing appartus and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다중 용량 플라즈마 처리방법은 피처리 기판의 특정부 깊이를 증가시키기 위한 에칭 방법에 있어서, 상기 피처리 기판의 특정부를 에칭하는 단계; 및 상기 에칭된 특정부의 표면에 패시베이션층을 증착하는 단계;를 반복적으로 진행하되, 상기 에칭 단계 또는 상기 증착 단계 중 어느 하나는 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리에 의해 형성된 플라즈마 존재하에서 실행된다. 본 발명의 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법에 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 수 있다.The present invention relates to a multi-capacitance plasma processing apparatus and method. A multi-capacitance plasma processing method of the present invention includes an etching method for increasing the depth of a specific portion of a substrate, comprising: etching the specific portion of the substrate; And depositing a passivation layer on a surface of the etched specific portion; in which the etching step or the deposition step is performed in the presence of a plasma formed by a capacitively coupled electrode assembly comprising a plurality of capacitively coupled electrodes. Is executed. According to the multi-capacitance plasma processing apparatus and method of the present invention, a plasma capable of uniformly treating the entire area of the substrate can be induced by using the capacitively coupled electrode assembly provided with a plurality of capacitively coupled electrodes. In addition, the capacitively coupled electrode assembly may be formed according to the shape of the substrate to be processed to increase the processing efficiency of the substrate. In addition, the capacitively coupled electrode assembly having a plurality of capacitively coupled electrodes may be used to efficiently etch a specific portion of the substrate.
Description
본 발명은 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 다중 용량 결합된 플라즈마를 이용하여 피처리 기판의 특정부를 깊게 에칭하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-capacitance plasma processing apparatus and method, and more particularly, to a method of deeply etching a specific portion of a substrate to be processed using a multi-capacitance coupled plasma.
실리콘의 이방성 에칭 방법은 피처리 기판의 특정부를 에칭하고 에칭된 특정부에 패시베이션 층을 증착하는 과정을 반복적으로 수행한다. 에칭 및 증착 과정을 반복적으로 수행하면서 원하는 깊이 만큼 피처리 기판의 특정부를 에칭한다. 이러한 에칭 및 증착 과정은 플라즈마에 의해 이루어지게 된다. The anisotropic etching method of silicon repeatedly performs a process of etching a specific portion of a substrate to be processed and depositing a passivation layer on the etched specific portion. The specific portions of the substrate to be processed are etched to a desired depth while repeatedly performing the etching and deposition processes. This etching and deposition process is performed by the plasma.
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.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. Active gases are widely used in various fields and are used in various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as integrated circuit devices, liquid crystal displays, solar cells, etc., for example, etching, deposition, cleaning, and ashing. It is variously used for ashing.
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.There are a number of plasma sources for generating plasma, and the representative examples are capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using radio frequency. Capacitively coupled plasma sources have the advantage of high process productivity compared to other plasma sources due to their high capacity for precise capacitive coupling and ion control. However, when the capacitively coupled electrode is enlarged in order to process an enlarged substrate, the electrode may be deformed or damaged by deterioration of the electrode. In this case, the electric field strength may be uneven, which may result in uneven plasma density and contaminate the inside of the reactor. In the case of an inductively coupled plasma source, it is also difficult to obtain a uniform plasma density when the area of the induction coil antenna is increased.
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.In recent years, the semiconductor manufacturing industry has been further improved due to various factors such as ultra miniaturization of semiconductor devices, the enlargement of silicon wafer substrates or substrates to be processed such as glass or plastic substrates for manufacturing semiconductor circuits, and the development of new materials to be processed. Plasma treatment technology is required. In particular, there is a need for improved plasma sources and plasma processing techniques that have good processing capabilities for large area substrates. Furthermore, various semiconductor manufacturing apparatuses using lasers have been provided. Semiconductor manufacturing processes using lasers have been widely applied to various processes such as deposition, etching, annealing, cleaning, and the like on a substrate to be processed. In the case of a semiconductor manufacturing process using such a laser, the above-described problems exist.
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.The enlargement of the substrate to be processed causes the enlargement of the entire production equipment. Larger production facilities increase the overall plant area, resulting in increased production costs. Therefore, there is a need for a plasma reactor and a plasma processing system capable of minimizing the installation area. In particular, in the semiconductor manufacturing process, productivity per unit area is one of the important factors affecting the price of the final product.
본 발명의 목적은 피처리 기판의 특정부를 깊게 에칭할 때 용량 결합된 플라즈마를 이용하여 처리 효율을 향상시킬 수 있는 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multi-capacitance plasma processing apparatus and method capable of improving processing efficiency by using capacitively coupled plasma when deeply etching a specific portion of a substrate to be processed.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다중 용량 플라즈마 처리방법은 피처리 기판의 특정부 깊이를 증가시키기 위한 에칭 방법에 있어서, 상기 피처리 기판의 특정부를 에칭하는 단계; 및 상기 에칭된 특정부의 표면에 패시베이션층을 증착하는 단계;를 반복적으로 진행하되, 상기 에칭 단계 또는 상기 증착 단계 중 어느 하나는 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리에 의해 형성된 플라즈마 존재하에서 실행된다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a multi-capacity plasma processing apparatus and method. A multi-capacitance plasma processing method of the present invention includes an etching method for increasing the depth of a specific portion of a substrate, comprising: etching the specific portion of the substrate; And depositing a passivation layer on a surface of the etched specific portion; in which the etching step or the deposition step is performed in the presence of a plasma formed by a capacitively coupled electrode assembly comprising a plurality of capacitively coupled electrodes. Is executed.
일 실시예에 있어서, 상기 에칭 단계 및 상기 증착 단계는 모두 상기 용량 결합 어셈블리에 의해 형성된 플라즈마 존재하에서 실행된다.In one embodiment, both the etching step and the deposition step are performed in the presence of a plasma formed by the capacitive coupling assembly.
본 발명의 다중 용량 플라즈마 처리장치는 피처리 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 내부에 포함하는 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체의 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하여 상기 피처리 기판의 특정부에 대한 에칭 및 패시베이션 층 증착을 반복적으로 수행한다.The multi-capacitance plasma processing apparatus of the present invention includes a reactor body including a substrate support therein for supporting a substrate to be processed; A capacitively coupled electrode assembly including a plurality of capacitively coupled electrodes to induce plasma discharge in the reactor body; Etching and passivation layer deposition on a specific portion of the substrate to be processed is repeatedly performed, including a main power source for supplying radio frequency power to the capacitively coupled electrode assembly.
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 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plasma processing apparatus includes a current distribution circuit for receiving the radio frequency power provided from the main power supply and distributing the same to the plurality of capacitively coupled electrodes.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 분배 회로는 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 공급되는 전류의 균형을 조절한다.In one embodiment, the current distribution circuit adjusts the balance of the current supplied to the plurality of capacitively coupled electrodes.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 전류 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.In one embodiment, an impedance matcher is configured between the main power supply and the current distribution circuit to perform impedance matching.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수 개의 용량 결합 전극이 장착되고, 상기 복수 개의 용량 결합 전극 사이에 복수 개의 가스 분사홀이 구비된 전극 장착판을 포함한다.The capacitively coupled electrode assembly may include an electrode mounting plate on which the plurality of capacitively coupled electrodes are mounted, and a plurality of gas injection holes are provided between the plurality of capacitively coupled electrodes.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 단면이 Y자 형태이다.In one embodiment, the capacitively coupled electrode has a Y-shaped cross section.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 상기 용량 결합 전극의 적절한 온도 조절을 위한 냉각 채널을 구비한다.In one embodiment, the capacitive coupling electrode has a cooling channel for proper temperature control of the capacitive coupling electrode.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 가스 분사홀을 통해 상기 반응기 몸체 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.In one embodiment, the plasma processing apparatus includes a gas supply unit for supplying gas into the reactor body through the gas injection hole.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 상기 피처리 기판의 형태에 따라 길이가 동일하거나 서로 다르게 형성된다.In example embodiments, the capacitively coupled electrodes may have the same length or different lengths depending on the shape of the substrate.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 적어도 하나의 개구부가 형성되어 상기 복수 개의 용량 결합 전극 간에 가스 또는 플라즈마의 이동이 가능하다.In one embodiment, the capacitively coupled electrode is formed with at least one opening to enable the movement of gas or plasma between the plurality of capacitively coupled electrodes.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 무선 주파수 전원을 제공하는 복수 개의 전원 공급원을 포함한다.In one embodiment, the plasma processing apparatus includes a plurality of power sources for providing radio frequency power to the capacitively coupled electrode assembly.
일 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 전원 공급원은 동일한 무선 주파수 또는 서로 다른 무선 주파수를 공급한다.In one embodiment, the plurality of power sources supply the same radio frequency or different radio frequencies.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원은 1~100㎒의 무선 주파수를 공급한다.In one embodiment, the main power supply supplies a radio frequency of 1-100 MHz.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원에 연결된다.In one embodiment, the substrate support is connected to a bias power source for supplying bias power.
일 실시예에 있어서, 상기 바이어스 전원 공급원은 1~50㎒의 바이어스 전원을 공급한다.In one embodiment, the bias power supply supplies a bias power of 1-50 MHz.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는 상기 전원 공급원이 연결된 용량 결합 전극과 하나의 주파수를 통과시키는 필터가 연결된 용량 결합 전극이 교대적으로 설치된다. In one embodiment, the plasma processing apparatus is alternately provided with a capacitive coupling electrode connected to the power supply source and a capacitive coupling electrode connected to a filter for passing one frequency.
본 발명의 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법에 의하면 복수 개의 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 전극 어셈블리를 이용하여 기판의 전영역을 균일하게 처리할 수 있는 플라즈마를 유도할 수 있다.According to the multi-capacitance plasma processing apparatus and method of the present invention, a plasma capable of uniformly treating the entire area of the substrate can be induced by using the capacitively coupled electrode assembly provided with a plurality of capacitively coupled electrodes.
또한 처리하고자하는 피처리 기판의 형태에 따라 용량 결합 전극 어셈블리를 형성하여 피처리 기판의 처리 효율을 높일 수 있다. In addition, the capacitively coupled electrode assembly may be formed according to the shape of the substrate to be processed to increase the processing efficiency of the substrate.
또한 복수 개의 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 전극 어셈블리를 이용하여 효율적으로 기판의 특정부를 깊게 에칭할 수 있다.In addition, the capacitively coupled electrode assembly having a plurality of capacitively coupled electrodes may be used to efficiently etch a specific portion of the substrate.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 원형 피처리 기판을 처리하기 위해 원형으로 형성된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 3은 사각 피처리 기판을 처리하기 위해 사각형으로 형성된 용량 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.
도 4는 용량 결합 전극 어셈블리 및 기판 지지대에 복수 개의 전원 공급원이 연결된 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 필터를 이용하여 용량 결합 전극 어셈블리에 공급되는 전류의 경로를 설정할 수 있는 플라즈마 처리장치의 단면도를 도시한 도면이다. 1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a capacitively coupled electrode assembly formed in a circle to process a circular substrate.
FIG. 3 is a plan view illustrating a capacitive electrode assembly formed in a quadrangle to process a square target substrate. FIG.
4 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus in which a plurality of power sources are connected to a capacitively coupled electrode assembly and a substrate support.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus capable of routing a current supplied to a capacitively coupled electrode assembly using a filter.
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.
In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
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.As shown in FIG. 1, the preferred
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.The
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. The
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 가스 분배판(22) 및 복수 개의 가스 주입구(23)를 구비한다. 복수개의 가스 주입구(23)는 전극 장착판(34)의 복수개의 가스 분사홀(32)에 대응되어 연결된다. 가스 입구(21)를 통하여 입력된 가스는 하나 이상의 가스 분배판(22)에 의해서 고르게 분배되어 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.The
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. The capacitively coupled
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.The
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.
The
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.The
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.
The plurality of capacitively coupled
이하에서는 플라즈마 처리장치(10)를 이용한 피처리 기판(13)의 특정부를 깊게 에칭하는 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of deeply etching a specific portion of the
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. The present invention increases the depth of the specified portion while repeatedly performing the step of etching the specified portion of the
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. The present invention can be applied to anisotropic etching of oxides. In a broad sense refers to oxides of silicon, quartz, glass, heat-resistant glass, a CVD SiO 2, oxides of the SiO 2 deposited by heat, plasma or other means where the Si surface is oxidized by the vapor deposition. This oxide may or may not be doped. Etching is done by radicals generated in the plasma. In particular, when deeply oxidizing oxides, there is a need for a method of reliably etching a substrate with anisotropy. In the passivation layer deposition step, the passivation layer is deposited on all surfaces of the substrate and the specific portions etched with the polymer.
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.The method for deeply etching a specific portion of the
상기에 설명된 에칭 및 패시베이션층 증착 단계는 본 발명에 따른 용량 결합된 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.
The etching and passivation layer deposition steps described above are processed by the capacitively coupled
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. The capacitively coupled
도 2는 원형 피처리 기판을 처리하기 위해 원형으로 형성된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.FIG. 2 is a plan view showing a capacitively coupled electrode assembly formed in a circle to process a circular substrate.
도 2에 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. As shown in FIG. 2, the capacitively coupled
도 3은 사각 피처리 기판을 처리하기 위해 사각형으로 형성된 용량 전극 어셈블리를 도시한 평면도이다.FIG. 3 is a plan view illustrating a capacitive electrode assembly formed in a quadrangle to process a square target substrate. FIG.
도 3에 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. As shown in FIG. 3, the capacitively coupled
도 4는 용량 결합 전극 어셈블리 및 기판 지지대에 복수 개의 전원 공급원이 연결된 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 도면이다.4 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus in which a plurality of power sources are connected to a capacitively coupled electrode assembly and a substrate support.
도 4에 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 향상 시킬 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.As shown in FIG. 4, the plurality of
도 5는 필터를 이용하여 용량 결합 전극 어셈블리에 공급되는 전류의 경로를 설정할 수 있는 플라즈마 처리장치의 단면도를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus capable of routing a current supplied to a capacitively coupled electrode assembly using a filter.
도 5에 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.
As shown in FIG. 5, the
이상에서 설명된 본 발명의 다중 용량 플라즈마 처리장치 및 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments of the multi-capacitance plasma processing apparatus and method of the present invention described above are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art to which the present invention pertains. You can see the point well. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10, 10', 10'': 플라즈마 처리장치 11: 반응기 몸체
12: 기판 지지대 13: 피처리 기판
20: 가스 공급부 21: 가스 입구
22: 가스 분배판 23: 가스 주입구
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 필터10, 10 ', 10'': plasma processor 11: reactor body
12: substrate support 13: substrate to be processed
20: gas supply 21: gas inlet
22: gas distribution plate 23: gas inlet
30: capacitively coupled
32: gas injection hole 34: electrode mounting plate
40:
41, 49:
44: impedance matcher 50: current distribution circuit
61a, 61b: 1st, 2nd power supply 62: 1st filter
64: second filter
Claims (18)
상기 피처리 기판의 특정부를 에칭하는 단계; 및
상기 에칭된 특정부의 표면에 패시베이션층을 증착하는 단계;를 반복적으로 진행하되, 상기 에칭 단계 또는 상기 증착 단계 중 어느 하나는 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리에 의해 형성된 플라즈마 존재하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리방법.An etching method for increasing the depth of a specific portion of a substrate to be processed,
Etching a specific portion of the substrate to be processed; And
Depositing a passivation layer on the surface of the etched specific portion; repeating the step, wherein either the etching step or the deposition step is performed in the presence of a plasma formed by a capacitively coupled electrode assembly comprising a plurality of capacitively coupled electrodes Multi-capacity plasma processing method characterized in that.
상기 에칭 단계 및 상기 증착 단계는 모두 상기 용량 결합 어셈블리에 의해 형성된 플라즈마 존재하에서 실행되는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리방법.The method of claim 1,
And wherein said etching step and said deposition step are both performed in the presence of a plasma formed by said capacitively coupled assembly.
상기 반응기 몸체의 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리;
상기 용량 결합 전극 어셈블리에 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하여 상기 피처리 기판의 특정부에 대한 에칭 및 패시베이션 층 증착을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.A reactor body including a substrate support therein for supporting a substrate to be processed;
A capacitively coupled electrode assembly including a plurality of capacitively coupled electrodes to induce plasma discharge in the reactor body;
And a main power supply for supplying radio frequency power to said capacitively coupled electrode assembly, repeatedly performing etching and passivation layer deposition on a particular portion of said substrate.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 메인 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 무선 주파수 전원을 받아 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 분배하는 전류 분배 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
And the plasma processing apparatus includes a current distribution circuit for receiving the radio frequency power provided from the main power supply and distributing the same to the plurality of capacitively coupled electrodes.
상기 전류 분배 회로는 상기 복수 개의 용량 결합 전극으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 4, wherein
And the current distribution circuit adjusts a balance of current supplied to the plurality of capacitively coupled electrodes.
상기 메인 전원 공급원과 상기 전류 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 4, wherein
And an impedance matcher configured between the main power supply and the current distribution circuit to perform impedance matching.
상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 복수 개의 용량 결합 전극이 장착되고, 상기 복수 개의 용량 결합 전극 사이에 복수 개의 가스 분사홀이 구비된 전극 장착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
The capacitively coupled electrode assembly includes an electrode mounting plate on which the plurality of capacitively coupled electrodes are mounted, and a plurality of gas injection holes are provided between the plurality of capacitively coupled electrodes.
상기 용량 결합 전극은 단면이 Y자 형태인 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치,The method of claim 7, wherein
The capacitively coupled electrode is a multi-capacitance plasma processing apparatus, characterized in that the cross-section Y-shaped,
상기 용량 결합 전극은 상기 용량 결합 전극의 온도 조절을 위한 냉각 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 8,
The capacitively coupled electrode includes a cooling channel for controlling the temperature of the capacitively coupled electrode.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 복수 개의 가스 분사홀을 통해 상기 반응기 몸체 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치. The method of claim 7, wherein
The plasma processing apparatus includes a gas supply unit for supplying gas into the reactor body through the plurality of gas injection holes.
상기 용량 결합 전극은 상기 피처리 기판의 형태에 따라 길이가 동일하거나 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
The capacitive coupling electrode is a multi-capacitance plasma processing apparatus, characterized in that the length is formed the same or different depending on the shape of the substrate to be processed.
상기 용량 결합 전극은 적어도 하나의 개구부가 형성되어 상기 복수 개의 용량 결합 전극 간에 가스 또는 플라즈마의 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
The capacitively coupled electrode has at least one opening, the multi-capacitance plasma processing apparatus, characterized in that the movement of gas or plasma between the plurality of capacitively coupled electrodes.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 무선 주파수 전원을 제공하는 복수 개의 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
And said plasma processing apparatus comprises a plurality of power sources for providing radio frequency power to said capacitively coupled electrode assembly.
상기 복수 개의 전원 공급원은 동일한 무선 주파수 또는 서로 다른 무선 주파수를 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치. The method of claim 13,
And the plurality of power sources supply the same radio frequency or different radio frequencies.
상기 메인 전원 공급원은 1~100㎒의 무선 주파수를 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
The main power supply is a multi-capacity plasma processing apparatus, characterized in that for supplying a radio frequency of 1 ~ 100MHz.
상기 기판 지지대는 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원에 연결된 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 3,
And the substrate support is connected to a bias power source for supplying bias power.
상기 바이어스 전원 공급원은 1~50㎒의 바이어스 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 용량 플라즈마 처리장치.The method of claim 16,
The bias power supply is a multi-capacity plasma processing apparatus, characterized in that for supplying a bias power of 1 ~ 50MHz.
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 플라즈마 처리장치. The method of claim 14,
The plasma processing apparatus is a multi-capacitance plasma processing apparatus, characterized in that the capacitive coupling electrode connected to the power supply source and the capacitive coupling electrode connected to the filter passing one frequency are alternately installed.
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