KR102599026B1 - Apparatus for removing dust particle within plasma chamber, plasma treatment apparatus including the same, and method thereof - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배(gradient)에 의한 열영동력(thermophoretic force)을 받아, 일 방향으로 이동하는 구성이 제공된다. 일 실시예에 따르면, 더스트 입자의 영향을 거의 받지 않는 플라즈마 공정이 달성될 수 있으며, 발생한 더스트 입자가 효과적으로 제거될 수 있으며, 이에 따라, 생산 효율이 증대될 수 있다.In a plasma processing device, dust particles negatively charged by electrons formed inside the plasma chamber receive thermophoretic force due to a temperature gradient formed inside the plasma chamber and move in one direction. This is provided. According to one embodiment, a plasma process that is hardly affected by dust particles can be achieved, generated dust particles can be effectively removed, and thus production efficiency can be increased.
Description
플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치, 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치, 그리고 그 방법이 제공된다.A dust particle removal device within a plasma chamber, a plasma processing device including the same, and a method therefor are provided.
일반적으로, 에칭, 증착 등의 반도체 플라즈마 공정에서, 플라즈마 및 기판 표면의 상호 작용이나 기체 상 핵화(gas phase nucleation)에 의해, 수 나노미터에서 수십 마이크로미터 크기의 더스트 입자들이 발생한다. 예를 들어, 기판 표면에 재증착(re-deposition)된 물질이 이온이나 전자 등에 맞아 더스트 형태로 떨어져 나갈 수 있다. 여기서 더스트 입자는 미립자, 오염 입자 등으로 불릴 수 있다.Generally, in semiconductor plasma processes such as etching and deposition, dust particles ranging in size from several nanometers to tens of micrometers are generated due to interaction between plasma and the substrate surface or gas phase nucleation. For example, material re-deposited on the substrate surface may fall off in the form of dust when hit by ions or electrons. Here, dust particles may be called fine particles, contamination particles, etc.
이러한 더스트 입자들은 공정 중이나, 또는 공정이 끝난 뒤 실리콘 등의 반도체 웨이퍼 위에 떨어지므로, 생산품의 품질이 저하될 수 있으며, 기판의 생산수율도 저하될 수 있다.Since these dust particles fall on semiconductor wafers such as silicon during the process or after the process is completed, the quality of the product may deteriorate and the production yield of the substrate may also decrease.
이에 따라, 더스트 입자들을 반도체 플라즈마 공정 중 실시간으로 제어하는 기술이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for technology to control dust particles in real time during the semiconductor plasma process.
이와 관련하여, 한국등록특허 10-1601676은 다중 주파수 플라즈마 장치에서 기상 미립자 발생 및 제어를 위한 반도체 공정 제어 방법을 개시한다. 예를 들어, 플라즈마 공정 챔버에 여러 주파수를 갖는 RF 전원들을 선택적으로 인가함으로써 더스트 입자들에 작용하는 힘을 조절할 수 있으며, 이에 따라 더스트 입자들이 트랩되는 영역을 플라즈마 공정 영역에서 최대한 멀리 위치시키는 방법이 개시된다. 그러나 이러한 방법은 복잡하고, 여러 대의 RF 전원이 필요하며, 그리고 더스트 입자들을 충분히 제거할 수 없으므로, 효율성이 낮다.In this regard, Korean Patent No. 10-1601676 discloses a semiconductor process control method for generating and controlling vapor phase particulates in a multi-frequency plasma device. For example, the force acting on dust particles can be adjusted by selectively applying RF power sources with various frequencies to the plasma processing chamber, and accordingly, the area where dust particles are trapped can be located as far away from the plasma processing area as possible. It begins. However, this method is complex, requires multiple RF power sources, and cannot sufficiently remove dust particles, so its efficiency is low.
또한, 한국등록특허 10-0466969는 반도체 플라스마 식각 챔버의 공정 부산물 제거 방법을 개시한다. 예를 들어, 플라즈마 공정 과정 중 발생한 부산물들을 제거하기 위한 세정 공정이 도입된다. 산화성 기체를 공급하여 플라즈마를 방전하고, 이를 통해 폴리머 계열 부산물들을 제거하는 기술이 개시된다. 그러나, 이 기술은 금속 및 세라믹 입자들을 제거하는데 부적합하며 추가적인 공정이 필요하다.Additionally, Korean Patent No. 10-0466969 discloses a method for removing process by-products in a semiconductor plasma etching chamber. For example, a cleaning process is introduced to remove by-products generated during the plasma process. A technology for discharging plasma by supplying an oxidizing gas and removing polymer-based by-products through this is disclosed. However, this technique is unsuitable for removing metal and ceramic particles and requires additional processing.
일 실시예는 플라즈마 공정 중 발생한 더스트 입자들이 기판을 손상시키고 플라즈마를 변화시키는 것을 방지하기 위한 것이다.One embodiment is to prevent dust particles generated during a plasma process from damaging the substrate and changing the plasma.
일 실시예는 더스트 입자를 제거하기 위한 방법이 플라즈마에 섭동을 주는 것을 방지하기 위한 것이다.One embodiment is to prevent a method for removing dust particles from perturbing the plasma.
일 실시예는 실시간으로 플라즈마 공정 중 더스트 입자들을 제어하기 위한 것이다.One embodiment is for controlling dust particles during a plasma process in real time.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, embodiments according to the present invention can be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 대상 기판에 반도체를 형성하는 플라즈마 챔버, 그리고 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극을 포함하고, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배(gradient)에 의한 열영동력(thermophoretic force)을 받아, 일 방향으로 이동한다.A plasma processing apparatus according to an embodiment includes a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate, and an electrode located inside the plasma chamber, and dust particles negatively charged by electrons formed inside the plasma chamber are generated as plasma. It moves in one direction by receiving thermophoretic force caused by a temperature gradient formed inside the chamber.
플라즈마 챔버 내부에서, 상부 영역의 온도를 하부 영역의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다.Inside the plasma chamber, a temperature gradient may occur by controlling the temperature of the upper region to be lower than the temperature of the lower region.
플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버의 내부에서 하부에 위치하는 하부 전극과 플라즈마 챔버의 내부에서 상부에 위치하는 상부 전극을 포함할 수 있다. The plasma chamber may include a lower electrode located at the bottom of the plasma chamber and an upper electrode located at the top of the plasma chamber.
플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버의 내부에서 하부에 위치하는 하부 전극을 포함할 수 있다. The plasma chamber may include a lower electrode located below the inside of the plasma chamber.
플라즈마 챔버는 측벽을 포함하고, 측벽에 차가운 블랭킷(cold blanket)이 설치되고, 차가운 블랭킷의 온도를 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. The plasma chamber includes a side wall, a cold blanket is installed on the side wall, and a temperature gradient may be generated by controlling the temperature of the cold blanket to be lower than the temperature of the target substrate.
플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 챔버의 내부에 위치하고, 대상 기판의 상부에 위치하는 차가운 링(cold ring)을 포함하고, 차가운 링의 온도를 상기 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. The plasma processing apparatus is located inside a plasma chamber and includes a cold ring located on top of a target substrate. A temperature gradient may be generated by controlling the temperature of the cold ring to be lower than the temperature of the target substrate.
전극은 플라즈마 챔버 내부의 하부에 위치하는 하부 전극을 포함하고, 플라즈마 챔버는 하부 전극을 둘러싸고 있는 보호 구조물을 포함하고, 보호 구조물의 온도를 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. The electrode includes a lower electrode located at the bottom inside the plasma chamber, and the plasma chamber includes a protective structure surrounding the lower electrode. A temperature gradient may be generated by controlling the temperature of the protective structure to be lower than the temperature of the target substrate.
플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 챔버의 측벽을 관통하는 차가운 막대기를 포함하고, 차가운 막대기의 온도를 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다.The plasma processing apparatus includes a cold bar penetrating the side wall of the plasma chamber, and a temperature gradient may be generated by controlling the temperature of the cold bar to be lower than the temperature of the target substrate.
일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치는, 대상 기판에 반도체를 형성하는 플라즈마 챔버, 그리고 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치 용이고, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배(gradient)에 의한 열영동력(thermophoretic force)을 받아, 일 방향으로 이동한다.A dust particle removal device in a plasma chamber according to an embodiment is for a plasma processing device including a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate, and an electrode located inside the plasma chamber, and is used by electrons formed inside the plasma chamber. Negatively charged dust particles move in one direction by receiving thermophoretic force due to a temperature gradient formed inside the plasma chamber.
열영동력은 하기 수학식 1,The thermodynamic power is expressed by Equation 1 below,
[수학식 1][Equation 1]
(수학식 1에서, rd는 더스트 반지름, Tn은 중성 기체 온도, vth,n은 중성기체의 열속력, κn은 중성기체의 열전달계수,α는 수용계수)을 만족할 수 있다.(In Equation 1, r d is the dust radius, T n is the neutral gas temperature, v th,n is the heat speed of the neutral gas, κ n is the heat transfer coefficient of the neutral gas, and α is the acceptance coefficient).
온도 구배에서 온도 차이는 10 ℃ 내지 15 ℃일 수 있다.The temperature difference in the temperature gradient may be 10°C to 15°C.
플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 방법은, 대상 기판에 반도체를 형성하는 플라즈마 챔버, 그리고 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 챔버의 내부에 전자를 형성하는 단계, 전자에 의해 더스트 입자들을 음전하로 대전하는 단계, 플라즈마 챔버의 내부에 온도 구배(gradient)를 형성하는 단계, 그리고 온도 구배에 의해 발생한 열영동력(thermophoretic force)에 의해, 더스트 입자들을 일 방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.A method of removing dust particles in a plasma chamber includes the steps of forming electrons inside the plasma chamber in a plasma processing device including a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate and an electrode located inside the plasma chamber, It includes the steps of charging the particles with a negative charge, forming a temperature gradient inside the plasma chamber, and moving the dust particles in one direction by thermophoretic force generated by the temperature gradient. .
온도 구배를 형성하는 단계는 상기 플라즈마 챔버의 일 측을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. Forming a temperature gradient may include cooling one side of the plasma chamber.
일 실시예에 따르면, 더스트 입자의 영향을 거의 받지 않는 플라즈마 공정이 달성될 수 있으며, 발생한 더스트 입자가 효과적으로 제거될 수 있으며, 이에 따라, 생산 효율이 증대될 수 있다.According to one embodiment, a plasma process that is hardly affected by dust particles can be achieved, generated dust particles can be effectively removed, and thus production efficiency can be increased.
도 1은 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 플라즈마가 꺼진 후 더스트 구름의 이동을 촬영한 사진이다.
도 3은 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
Figure 2 is a photograph of the movement of a dust cloud after the plasma is turned off.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. With reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for identical or similar components throughout the specification. Additionally, in the case of well-known and well-known technologies, detailed descriptions thereof are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
그러면, 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 대하여 상세하게 설명한다. Next, a plasma processing device including a dust particle removal device in a plasma chamber according to an embodiment will be described in detail.
도 1은 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically showing a dust particle removal device within a plasma chamber and a plasma processing device including the same according to an embodiment.
도 1을 참고하면, 플라즈마 처리 장치는, 대상 기판에 반도체를 형성하는 플라즈마 챔버, 그리고 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극을 포함한다. 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배(gradient)에 의한 열영동력(thermophoretic force)을 받아, 일 방향으로 이동한다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 내부에서, 상부 영역의 온도는 하부 영역의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. 플라즈마 챔버는 원통 형상, 다각형통 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 여기서 플라즈마 처리 장치는 하부 전극만 포함할 수 있고, 이는 유도결합 플라즈마 처리 장치와 유사한 형태일 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치는 상부 전극과 하부 전극을 포함할 수도 있으며, 이는 축전결합 플라즈마 처리 장치와 유사한 형태일 수 있다.Referring to FIG. 1, a plasma processing apparatus includes a plasma chamber that forms a semiconductor on a target substrate, and an electrode located inside the plasma chamber. Dust particles negatively charged by electrons formed inside the plasma chamber receive thermophoretic force caused by a temperature gradient formed inside the plasma chamber and move in one direction. For example, inside a plasma chamber, the temperature of the upper region may be controlled to be lower than the temperature of the lower region, thereby creating a temperature gradient. The plasma chamber may have various shapes, such as a cylindrical shape or a polygonal cylinder shape. Here, the plasma processing device may include only a lower electrode, and may be similar to an inductively coupled plasma processing device. Additionally, the plasma processing device may include an upper electrode and a lower electrode, which may be similar to a capacitive-coupled plasma processing device.
플라즈마 챔버에서 더스트 입자들이 생성되면, 더스트 입자는 플라즈마의 구성 성분인 전자 및 이온과 끊임없이 충돌한다. 이때, 질량이 작은 전자의 이동성이 이온의 이동성보다 좋으므로, 더스트 입자들은 대부분 전자들과 더 활발히 충돌하며, 전자들을 더 많이 포집하여 음전하로 대전된다. 이에 따라, 음전하를 나타내는 더스트 입자는 플라즈마 자체에 생성된 전기장에 의해 벌크 플라즈마 방향, 예를 들어 챔버 벽이나 전극에서 벌크 플라즈마 방향으로 정전기적 힘(electrostatic force)을 받는다.When dust particles are generated in a plasma chamber, the dust particles constantly collide with electrons and ions, which are components of plasma. At this time, since the mobility of electrons with a small mass is better than that of ions, most dust particles collide with electrons more actively, collect more electrons, and become negatively charged. Accordingly, dust particles exhibiting a negative charge are subjected to an electrostatic force in the direction of the bulk plasma, for example, from the chamber wall or electrode, by the electric field generated in the plasma itself.
플라즈마에서는 전기장 외에도 벌크 플라즈마에서 챔버 벽이나 전극 방향으로 빠져나가는 이온의 흐름(flow)이 있다. 음전하를 나타내는 더스트 입자들은 이러한 이온들과 직접적인 충돌 혹은 쿨롱(Coulomb) 상호 작용(인력)에 의해 이온 끌이 힘(ion drag force)을 받는다.In plasma, in addition to the electric field, there is a flow of ions flowing out of the bulk plasma toward the chamber wall or electrode. Dust particles exhibiting negative charge are subjected to ion drag force by direct collision with these ions or by Coulomb interaction (attraction).
또한, 더스트 입자들은 자체의 무게에 의해 중력(gravitational force)을 받는다.Additionally, dust particles are subject to gravitational force due to their own weight.
또한, 플라즈마 방전을 위해 중성 기체를 넣어주는데, 이러한 중성 기체의 흐름이 있다면 그 흐름 방향으로 중성기체 끌이 힘(neutral drag force)을 받게 된다. 만약 중성 기체의 흐름이 작은 경우, 중성기체 끌이 힘은 더스트 입자들이 운동하는 방향의 반대 방향으로 저항(마찰력)처럼 작용한다. 여기서 중성 기체는 공정 기체일 수 있다.Additionally, neutral gas is added for plasma discharge, and if there is a flow of neutral gas, a neutral drag force is applied in the direction of the flow. If the flow of neutral gas is small, the neutral gas drag force acts like resistance (friction) in the direction opposite to the direction in which the dust particles move. Here, the neutral gas may be a process gas.
여기에, 추가로 전극들 사이에 온도 차이를 주거나, 전극과 벽 사이에 온도 차이를 주거나, 또는 벽들 사이에 온도 차이를 주는 경우, 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열영동력(thermophoretic force)이 더스트 입자들에 작용한다.In addition, when a temperature difference is provided between electrodes, a temperature difference is provided between electrodes and a wall, or a temperature difference is provided between walls, a thermophoretic force moves from a high temperature area to a low temperature area. It acts on particles.
플라즈마 방전 중에 생성된 더스트 입자들은 힘의 평형을 이루는 곳에 둥둥 떠다닌다. 더스트 입자들은 보통 하부 전극 주변에 형성되는 플라즈마-쉬스 영역 근처에 트랩되어 있다.Dust particles generated during plasma discharge float in a place where forces are balanced. Dust particles are usually trapped near the plasma-sheath region that forms around the lower electrode.
정전기적 힘과 이온끌이 힘은 플라즈마가 꺼지면 전기장이 사라져 더 이상 작용하지 않는다. 이에 따라, 열영동력이 없는 경우, 더스트 입자들은 중성기체 흐름을 따라가거나, 중력에 의해 기판 위에 떨어진다. 하지만 이때 전극 사이 혹은 아래 전극과 양 옆의 벽 사이에 온도 차이를 만들어 주는 경우(예를 들어 아래 전극의 온도보다 낮게), 열영동력이 작용하여 중력을 이겨내고 차가운 곳으로 더스트 입자들이 이동하여 달라붙는다. Electrostatic force and ionic attraction force no longer work as the electric field disappears when the plasma is turned off. Accordingly, in the absence of thermophoresis, dust particles follow the flow of neutral gas or fall on the substrate by gravity. However, if a temperature difference is created between the electrodes or between the lower electrode and the walls on either side (for example, lower than the temperature of the lower electrode), thermophoretic force acts to overcome gravity and the dust particles move to the cold area and stick to it. .
도 2를 참고하면, 플라즈마를 끈 후, 더스트 구름의 이동 모습이 레이저와 카메라를 이용하여 측정된다. (1)에서 (6)로 시간이 흐름에 따라, 열영동력 방향으로 더스트 구름이 위쪽 전극 방향으로 이동하는 것이 나타난다. 여기서, 두 전극의 온도 차이는 약 10 ℃ 내지 약 15 ℃일 수 있다. 이외에도, 온도 구배를 일으키기 위한 온도 차이는, 더스트 입자의 크기나 뜨거운 표면과 차가운 표면 사이 거리 등에 의존하여 결정될 수 있다. 더스트 입자는 수십 내지 수백 마이크로미터 크기이다.Referring to Figure 2, after turning off the plasma, the movement of the dust cloud is measured using a laser and a camera. As time passes from (1) to (6), the dust cloud appears to move toward the upper electrode in the direction of the thermophoretic force. Here, the temperature difference between the two electrodes may be about 10°C to about 15°C. In addition, the temperature difference to create a temperature gradient may be determined depending on the size of the dust particle or the distance between the hot surface and the cold surface. Dust particles are tens to hundreds of micrometers in size.
열영동력의 크기는 아래 수학식 1과 같이 표현된다. 열영동력의 크기는 온도 그래디언트 방향의 반대 방향으로 작용하며 그래디언트 크기에 비례한다.The magnitude of thermodynamic power is expressed as Equation 1 below. The size of the thermophoretic force acts in the opposite direction of the temperature gradient and is proportional to the size of the gradient.
[수학식 1][Equation 1]
여기서 rd는 더스트 반지름, Tn은 중성 기체 온도, vth,n은 중성기체의 열속력, κn은 중성기체의 열전달계수,α는 수용계수(accommodation coefficient) 이다.Here, r d is the dust radius, T n is the neutral gas temperature, v th,n is the heat speed of the neutral gas, κ n is the heat transfer coefficient of the neutral gas, and α is the accommodation coefficient.
차가운 표면을 만들기 위한 방법은 여러 가지가 있다. 예를 들어, 냉각하고자 하는 표면을 금속 물질을 이용하여 챔버 밖으로 연결하고 그 끝을 액체 질소와 같이 차가운 물질을 이용해 냉각하는 방법이다. 다른 방법으로는 반도체를 활용하여 열전냉각(Thermoelectric cooling)을 하는 방법이 있다. 그 외에도 일반적인 냉각 방법인 열교환기와 냉매를 이용한 방법도 적용 가능하다.There are several ways to create a cold surface. For example, a method involves connecting the surface to be cooled to the outside of the chamber using a metal material and cooling the end using a cold material such as liquid nitrogen. Another method is thermoelectric cooling using semiconductors. In addition, general cooling methods using heat exchangers and refrigerants can also be applied.
예를 들어, 도 3을 참고하면, 플라즈마 챔버 외부의 상부에 안테나가 설치되어 있으며, 안테나는 RF 전원 정합 회로에 연결되어 있다. 플라즈마 챔버의 내부로 질량유량계(Mass Flow Controller, MFC)를 통해 가스가 공급된다. 또한 플라즈마 챔버에 펌핑 유닛(pumping unit)이 설치되어 있다. 플라즈마 챔버의 하부에 전극이 위치하며, 전극은 RF 전원 정합회로에 연결되어 있으며, 보호 구조물에 의해 지지된다. 전극의 위에 기판이 위치하며, 기판 지지대에 의해 기판이 지지된다. 플라즈마 챔버의 측벽의 내부나 외부에 측벽을 둘러싸는 형태로 차가운 블랭킷(cold blanket) 구조를 추가하여, 벽면만 차갑게 만들 수 있다. 플라즈마 챔버가 원통인 경우, 원통의 내측면, 외측면, 또는 내외측면 모두를 덮는 차가운 블랭킷이 구비될 수 있다. 예를 들어, 차가운 블랭킷은 진공피드쓰루(vacuum feed through)를 통하여 쿨링 유닛(cooling unit)에 연결되어 있다. 차가운 블랭킷의 온도를 대상 기판 주변의 온도보다 낮게 제어하여 상기 온도 구배가 발생할 수 있다. 이 경우, 차가운 영역에서 따뜻한 영역의 방향으로 온도 구배(gradient)가 발생하고, 그 반대 방향으로 열영동력을 받아 더스트들이 이동한다. For example, referring to FIG. 3, an antenna is installed on top of the outside of the plasma chamber, and the antenna is connected to an RF power matching circuit. Gas is supplied into the plasma chamber through a mass flow controller (MFC). Additionally, a pumping unit is installed in the plasma chamber. An electrode is located at the bottom of the plasma chamber, is connected to an RF power matching circuit, and is supported by a protective structure. A substrate is placed on the electrode, and the substrate is supported by a substrate supporter. By adding a cold blanket structure to the inside or outside of the side wall of the plasma chamber to surround the side wall, only the wall can be cooled. If the plasma chamber is cylindrical, a cold blanket may be provided covering the inner, outer, or both inner and outer sides of the cylinder. For example, the cold blanket is connected to the cooling unit via a vacuum feed through. The temperature gradient may be generated by controlling the temperature of the cold blanket to be lower than the temperature around the target substrate. In this case, a temperature gradient occurs from the cold area to the warm area, and the dust moves in the opposite direction under thermophoretic force.
도 4를 참고하면, 벽면이 플라즈마에 영향을 줄 수 있으므로, 플라즈마 챔버의 내부에 위치하면서 대상 기판의 상부에 위치하는 링을 만들어, 링만 차갑게 냉각을 하여, 온도 구배와 열영동력을 줄 수 있다. 도 4에서는 원형의 링의 단면만 표시되었으나, 실제 원형의 링이 위치하는 가상의 평면은 대상 기판의 상부에 대상 기판과 평행하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 차가운 링의 온도를 대상 기판 주변의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. 이 경우, 큰 섭동을 주지 않을 수 있고, 공정이 끝나기 직전에 삽입하여 플라즈마 공정에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또는, 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극을 둘러싸고 있는 보호 구조물을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 보호 구조물의 온도를 대상 기판 주변의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 챔버에 새로운 구조물이 추가되지 않고, 원래 설치되어 있는 보호 구조물이 이용되므로, 플라즈마 공정에 미치는 영향을 더욱 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 4, since the wall can affect the plasma, a ring can be created inside the plasma chamber and positioned on top of the target substrate, and only the ring can be cooled to provide a temperature gradient and thermophoretic force. Although only the cross section of the circular ring is shown in FIG. 4, the virtual plane where the actual circular ring is located may be located on top of the target substrate and parallel to the target substrate. For example, a temperature gradient may occur by controlling the temperature of the cold ring to be lower than the temperature around the target substrate. In this case, a large perturbation may not be applied, and the influence on the plasma process can be minimized by inserting it just before the end of the process. Alternatively, the protective structure surrounding the lower electrode inside the plasma chamber can be cooled. For example, a temperature gradient may occur by controlling the temperature of the protective structure to be lower than the temperature around the target substrate. In this case, no new structure is added to the plasma chamber, and the originally installed protective structure is used, so the impact on the plasma process can be further minimized.
도 5를 참고하면, 플라즈마 챔버의 측벽을 관통하는 차가운 막대기(cold finger)를 챔버 내부에 넣어 온도 구배와 열영동력을 만들 수 있다. 예를 들어, 차가운 막대기의 온도를 대상 기판 주변의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. 필요시에만 챔버 내부로 넣어서 플라즈마 공정에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. Referring to FIG. 5, a temperature gradient and thermophoretic force can be created by inserting a cold finger that penetrates the side wall of the plasma chamber into the chamber. For example, a temperature gradient may be generated by controlling the temperature of the cold stick to be lower than the temperature around the target substrate. The impact on the plasma process can be minimized by inserting it into the chamber only when necessary.
도 6을 참고하면, 플라즈마 챔버 내부의 하부 전극을 둘러싸고 있는 보호 구조물을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 보호 구조물을 진공피드쓰루를 통하여 쿨링 유닛에 연결하여, 보호 구조물을 냉각시킬 수 있다. 보호 구조물의 온도를 대상 기판 주변의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 챔버에 새로운 구조물이 추가되지 않고, 원래 설치되어 있는 보호 구조물이 이용되므로, 플라즈마 공정에 미치는 영향을 더욱 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 6, the protective structure surrounding the lower electrode inside the plasma chamber can be cooled. For example, the protective structure can be cooled by connecting it to a cooling unit through a vacuum feedthrough. A temperature gradient may occur by controlling the temperature of the protective structure to be lower than the temperature around the target substrate. In this case, no new structure is added to the plasma chamber, and the originally installed protective structure is used, so the impact on the plasma process can be further minimized.
도 7을 참고하면, 플라즈마 챔버의 상부에 위치하는 상부 전극을 쿨링 유닛에 연결하여, 상부 전극을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 상부 전극의 온도를 대상 기판 주변의 온도보다 낮게 제어하여 온도 구배가 발생할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 챔버 내부에 새로운 구조물이 추가되지 않으므로, 플라즈마 공정에 미치는 영향을 더욱 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 7, the upper electrode located at the top of the plasma chamber can be connected to a cooling unit to cool the upper electrode. For example, a temperature gradient may occur by controlling the temperature of the upper electrode to be lower than the temperature around the target substrate. In this case, since no new structures are added inside the plasma chamber, the impact on the plasma process can be further minimized.
그러면, 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치에 대하여 상세하게 설명한다. Next, an apparatus for removing dust particles in a plasma chamber according to an embodiment will be described in detail.
플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치는, 대상 기판에 반도체를 형성하는 플라즈마 챔버, 그리고 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치 용이고, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배에 의한 열영동력을 받아, 일 방향으로 이동하는 장치이다.The dust particle removal device in the plasma chamber is for a plasma processing device including a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate, and an electrode located inside the plasma chamber, and dust negatively charged by electrons formed inside the plasma chamber. It is a device in which particles move in one direction by receiving thermophoretic force caused by a temperature gradient formed inside a plasma chamber.
전술한 도 1 내지 도 7의 설명은 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치에 동일하게 적용될 수 있다.The description of FIGS. 1 to 7 described above can be equally applied to the dust particle removal device in the plasma chamber.
그러면, 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 방법에 대하여 상세하게 설명한다. Next, a method for removing dust particles in a plasma chamber according to an embodiment will be described in detail.
플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 방법은, 대상 기판에 반도체를 형성하는 플라즈마 챔버, 그리고 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극을 포함하는 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마 챔버의 내부에 전자를 형성하는 단계, 전자에 의해 더스트 입자들을 음전하로 대전하는 단계, 플라즈마 챔버의 내부에 온도 구배를 형성하는 단계, 그리고 온도 구배에 의해 발생한 열영동력에 의해, 상기 더스트 입자들을 일 방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.A method of removing dust particles in a plasma chamber includes the steps of forming electrons inside the plasma chamber in a plasma processing device including a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate and an electrode located inside the plasma chamber, It includes charging the particles with a negative charge, forming a temperature gradient inside the plasma chamber, and moving the dust particles in one direction by a thermophoretic force generated by the temperature gradient.
온도 구배를 형성하는 단계는 플라즈마 챔버의 일 측을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.Forming the temperature gradient may include cooling one side of the plasma chamber.
전술한 도 1 내지 도 7의 설명은 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 방법에 동일하게 적용될 수 있다.The description of FIGS. 1 to 7 described above can be equally applied to the method of removing dust particles in a plasma chamber.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. falls within the scope of rights.
Claims (13)
상기 플라즈마 챔버 내부에 위치하는 전극
을 포함하고,
상기 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 플라즈마의 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 상기 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배(gradient)에 의한 열영동력(thermophoretic force)을 받아, 일 방향으로 이동하고,
플라즈마 공정 중에 생성된 더스트 입자들이, 정전기적 힘(electrostatic force), 이온 끌이 힘(ion drag force), 중력(gravitational force), 중성기체 끌이 힘(neutral drag force), 그리고 열영동력(thermophoretic force)의 평형을 이루는 곳에 부유하여, 기판에 부착되지 않고,
플라즈마가 꺼져도, 더스트 입자들이 열영동력에 의해 차가운 곳으로 이동하여, 기판에 부착되지 않고, 그리고
플라즈마 공정 중 발생하는 더스트 입자들이 현장에서 실시간으로 제어되는, 플라즈마 처리 장치.
A plasma chamber that forms a semiconductor on the target substrate, and
Electrodes located inside the plasma chamber
Including,
Dust particles negatively charged by electrons of the plasma formed inside the plasma chamber receive thermophoretic force due to a temperature gradient formed inside the plasma chamber and move in one direction,
Dust particles generated during the plasma process are subject to electrostatic force, ion drag force, gravitational force, neutral drag force, and thermophoretic force. ) floats in an equilibrium position and does not adhere to the substrate,
Even when the plasma is turned off, the dust particles move to a cold place by thermophoresis and do not attach to the substrate, and
A plasma processing device in which dust particles generated during the plasma process are controlled in real time on site.
상기 플라즈마 챔버 내부에서, 상부 영역의 온도를 하부 영역의 온도보다 낮게 제어하여 상기 온도 구배가 발생하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 1:
Inside the plasma chamber, the temperature gradient is generated by controlling the temperature of the upper region to be lower than the temperature of the lower region.
상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버의 내부에서 하부에 위치하는 하부 전극과 상기 플라즈마 챔버의 내부에서 상부에 위치하는 상부 전극을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 2,
The plasma processing device includes a lower electrode located at a lower portion of the plasma chamber and an upper electrode located at an upper portion of the plasma chamber.
상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버의 내부에서 하부에 위치하는 하부 전극을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 2,
The plasma processing device includes a lower electrode located below the inside of the plasma chamber.
상기 플라즈마 챔버는 측벽을 포함하고, 상기 측벽에 차가운 블랭킷(cold blanket)이 설치되고, 상기 차가운 블랭킷의 온도를 상기 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 상기 온도 구배가 발생하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 1:
The plasma processing apparatus includes a side wall, a cold blanket is installed on the side wall, and the temperature gradient is generated by controlling the temperature of the cold blanket to be lower than the temperature of the target substrate.
상기 플라즈마 챔버의 내부에 위치하고, 상기 대상 기판의 상부에 위치하는 차가운 링(cold ring)을 포함하고, 상기 차가운 링의 온도를 상기 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 상기 온도 구배가 발생하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 1:
Plasma processing, which is located inside the plasma chamber and includes a cold ring located on top of the target substrate, wherein the temperature gradient is generated by controlling the temperature of the cold ring to be lower than the temperature of the target substrate. Device.
상기 전극은 상기 플라즈마 챔버 내부의 하부에 위치하는 하부 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 챔버는 상기 하부 전극을 둘러싸고 있는 보호 구조물을 포함하고, 상기 보호 구조물의 온도를 상기 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 상기 온도 구배가 발생하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 1:
The electrode includes a lower electrode located at a lower portion of the plasma chamber, the plasma chamber includes a protective structure surrounding the lower electrode, and the temperature of the protective structure is controlled to be lower than the temperature of the target substrate. A plasma processing device in which a temperature gradient occurs.
상기 플라즈마 챔버의 측벽을 관통하는 차가운 막대기를 포함하고, 상기 차가운 막대기의 온도를 상기 대상 기판의 온도보다 낮게 제어하여 상기 온도 구배가 발생하는, 플라즈마 처리 장치.
In paragraph 1:
A plasma processing device comprising a cold bar penetrating a side wall of the plasma chamber, wherein the temperature gradient is generated by controlling the temperature of the cold bar to be lower than the temperature of the target substrate.
상기 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 플라즈마의 전자에 의해 음전하로 대전된 더스트 입자들이, 상기 플라즈마 챔버의 내부에 형성된 온도 구배(gradient)에 의한 열영동력(thermophoretic force)을 받아, 일 방향으로 이동하고,
플라즈마 공정 중에 생성된 더스트 입자들이, 정전기적 힘(electrostatic force), 이온 끌이 힘(ion drag force), 중력(gravitational force), 중성기체 끌이 힘(neutral drag force), 그리고 열영동력(thermophoretic force)의 평형을 이루는 곳에 부유하여, 기판에 부착되지 않고,
플라즈마가 꺼져도, 더스트 입자들이 열영동력에 의해 차가운 곳으로 이동하여, 기판에 부착되지 않고, 그리고
플라즈마 공정 중 발생하는 더스트 입자들이 현장에서 실시간으로 제어되는, 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치.
For a plasma processing device including a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate, and an electrode located inside the plasma chamber,
Dust particles negatively charged by electrons of the plasma formed inside the plasma chamber receive thermophoretic force due to a temperature gradient formed inside the plasma chamber and move in one direction,
Dust particles generated during the plasma process are subject to electrostatic force, ion drag force, gravitational force, neutral drag force, and thermophoretic force. ) floats in an equilibrium position and does not adhere to the substrate,
Even when the plasma is turned off, the dust particles move to a cold place by thermophoresis and do not attach to the substrate, and
A dust particle removal device within a plasma chamber in which dust particles generated during the plasma process are controlled in real time on site.
상기 열영동력은 하기 수학식 1,
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, rd는 더스트 반지름, Tn은 중성 기체 온도, vth,n은 중성기체의 열속력, κn은 중성기체의 열전달계수,α는 수용계수)을 만족하는, 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치.
In paragraph 9:
The thermophoretic power is expressed by the following equation 1,
[Equation 1]
(In Equation 1 above, r d is the dust radius, T n is the neutral gas temperature, v th,n is the heat speed of the neutral gas, κ n is the heat transfer coefficient of the neutral gas, and α is the acceptance coefficient). Dust particle removal device within the chamber.
상기 온도 구배에서 온도 차이는 10 ℃ 내지 15 ℃인, 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 장치.
In paragraph 9:
A dust particle removal device in a plasma chamber, wherein the temperature difference in the temperature gradient is 10 ℃ to 15 ℃.
상기 플라즈마의 전자에 의해 더스트 입자들을 음전하로 대전하는 단계,
상기 플라즈마 챔버의 내부에 온도 구배(gradient)를 형성하는 단계, 그리고
상기 온도 구배에 의해 발생한 열영동력(thermophoretic force)에 의해, 상기 더스트 입자들을 일 방향으로 이동시키는 단계
를 포함하고,
플라즈마 공정 중에 생성된 더스트 입자들이, 정전기적 힘(electrostatic force), 이온 끌이 힘(ion drag force), 중력(gravitational force), 중성기체 끌이 힘(neutral drag force), 그리고 열영동력(thermophoretic force)의 평형을 이루는 곳에 부유하여, 기판에 부착되지 않고,
플라즈마가 꺼져도, 더스트 입자들이 열영동력에 의해 차가운 곳으로 이동하여, 기판에 부착되지 않고, 그리고
플라즈마 공정 중 발생하는 더스트 입자들이 실시간으로 제어되는, 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 방법.
In a plasma processing device including a plasma chamber for forming a semiconductor on a target substrate, and an electrode located inside the plasma chamber, forming plasma inside the plasma chamber,
Charging the dust particles with a negative charge by the electrons of the plasma,
forming a temperature gradient inside the plasma chamber, and
Moving the dust particles in one direction by thermophoretic force generated by the temperature gradient.
Including,
Dust particles generated during the plasma process are subject to electrostatic force, ion drag force, gravitational force, neutral drag force, and thermophoretic force. ) floats in an equilibrium position and does not adhere to the substrate,
Even when the plasma is turned off, the dust particles move to a cold place by thermophoresis and do not attach to the substrate, and
A method of removing dust particles in a plasma chamber in which dust particles generated during the plasma process are controlled in real time.
상기 온도 구배를 형성하는 단계는 상기 플라즈마 챔버의 일 측을 냉각시키는 단계를 포함하는, 플라즈마 챔버 내 더스트 입자 제거 방법.In paragraph 12:
Wherein forming the temperature gradient includes cooling one side of the plasma chamber.
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| KR20230024689A (en) | 2023-02-21 |
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