KR20070010503A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 반응 챔버의 내부에서 정전 척에 안착시킨 웨이퍼의 상부로 플라즈마를 발생시켜 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 반응 챔버(100)에는 상기 웨이퍼(W)의 상부면 중심부로부터 외주연부로 공정 가스를 분사하는 상부 가스 분사 수단(40)과 함께 상기 정전 척(10)의 외측으로부터 상향 분사되도록 하여 상기 웨이퍼(W)의 에지부로 공정 가스를 분사하는 하부 가스 분사 수단(50)을 구비하어 공정 수행 시 상기 상부 가스 분사 수단(40)과 하부 가스 분사 수단(50)으로부터 동시에 공정 가스가 분사되도록 하는 구성인 바 이로서 플라즈마를 생성하는 요소 중 공정 가스를 반응 챔버(100)의 상부와 하부로부터 동시에 공급되게 함으로써 웨이퍼(W)의 상부에서 웨이퍼(W) 중심부로부터 에지부에 이르기까지 공정 가스가 골고루 분포되면서 이때 인가되는 RF 전원에 의해 발생되는 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)를 전면에 걸쳐 균일하게 가공할 수 있게 함으로써 제품 수율 및 신뢰성을 높이도록 하는 동시에 공정 수행 속도를 증대시켜 생산성 또한 향상되도록 하는데 있다.

플라즈마, 반응 챔버, 공정 가스, 균일

Description

플라즈마 처리 장치{Apparatus for processing plazma}

도 1 및 도 2는 종래의 플라즈마 처리 장치를 도시한 챔버의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구조도,

도 4는 본 발명에 따른 상부 가스 분사 수단을 통해 반응 챔버의 내부로 가스가 분사되는 상태를 도시한 구조도,

도 5는 본 발명에 따른 하부 가스 분사 수단을 통해 반응 챔버의 내부로 가스가 유동하는 상태를 도시한 구조도,

도 6은 본 발명에 따른 가스의 유동 상태를 도시한 구조도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 정전 척

20 : 상부 전극

30 : 하부 전극

40 : 상부 가스 분사 수단

50 : 하부 가스 분사 수단

100 : 반응 챔버

W : 웨이퍼

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 챔버의 내부에서 공정 가스의 공급을 반응 챔버의 내부에 안치되어 있는 웨이퍼를 기준으로 상부와 하부에서 동시에 공정 가스가 공급되게 함으로써 비록 반응 챔버 또는 웨이퍼 사이즈가 커지게 되더라도 웨이퍼에서의 공정 수행이 전 표면에 걸쳐 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 제조하는 설비는 그 종류가 대단히 많으나 플라즈마를 이용하는 대표적인 설비는 화학기상증착 설비와 에칭 설비이다.

플라즈마를 이용하는 설비에서 실제적으로 공정이 수행되는 부위를 플라즈마 챔버 또는 반응 챔버라 하고, 이 반응 챔버는 공정 수행에 적절한 공정 분위기가 형성되도록 하고 있다.

즉 반응 챔버에서의 공정 수행을 위해서는 우선 적절한 압력, 주로 상압 또는 진공압을 이용하며, 웨이퍼가 얹혀지는 정전 척을 기준으로 정전 척으로부터 소정의 높이에는 상부 전극을 구비하고, 그와 대응되는 정전 척의 저면에는 하부 전극이 구비되도록 하여 플라즈마 생성에 필요한 RF 전원이 인가되도록 하고 있다.

또한 공정 수행에 있어 압력 및 전원과 함께 가장 중요한 작용 요소 중 하나가 공정 가스이다.

다시 말해 반응 챔버의 내부를 상압 또는 진공압 상태가 되게 한 상태에서 공정 가스를 웨이퍼의 상부에 주입하는 동시에 이렇게 주입된 공정 가스의 상부와 하부에서 상부 전극과 하부 전극으로 RF 전원이 인가되도록 하여 이때 발생되는 플라즈마에 의해 웨이퍼에 필요로 하는 막질이 증착되거나 증착된 막질을 필요로 하는 패턴으로 선택적인 식각을 한다.

한편 최근의 반도체 기술은 웨이퍼의 대구경화로 인해 반응 챔버의 사이즈 자체가 커지고 있는 반면 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하는 구성은 도 1 및 도 2에서와 같이 여전히 반응 챔버의 상부 또는 하부에 각각 위치되도록 하고 있다.

하지만 종전과 같이 공정 가스를 웨이퍼(W)의 상부 또는 하부로부터 공급하게 되면 RF 전원이 인가되면서 웨이퍼(W)의 상부에서 발생하게 되는 플라즈마의 분포가 불균일한 문제가 있다.

즉 공정 가스가 집중되는 부위에서 플라즈마 또한 집중적으로 분포되므로 공정 가스를 상부로부터 공급할 때와 하부로부터 공급할 때의 웨이퍼(W)에서의 플라즈마 분포도에 차이가 있어 공정 불량 및 제품에 대한 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응 챔버의 상부로부터는 웨이퍼의 센터를 향해서 공정 가스가 분사되도록 하고, 하부로부터 웨이퍼의 외주연부로부터 공정 가스가 동 시에 분사되게 함으로써 반응 챔버 및 웨이퍼 사이즈가 확대되더라도 웨이퍼에서 전면에 걸쳐 균일한 가스 공급이 이루어지도록 하여 공정 수율 및 제품 생산성과 신뢰성이 더욱 향상되도록 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반응 챔버의 내부에서 정전 척에 안착시킨 웨이퍼의 상부로 플라즈마를 발생시켜 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 반응 챔버에는 상기 웨이퍼의 상부면 중심부로부터 외주연부로 공정 가스를 분사하는 상부 가스 분사 수단과 함께 상기 정전 척의 외측으로부터 상향 분사되도록 하여 상기 웨이퍼의 에지부로 공정 가스를 분사하는 하부 가스 분사 수단을 구비하어 공정 수행 시 상기 상부 가스 분사 수단과 하부 가스 분사 수단으로부터 동시에 공정 가스가 분사되도록 하는 구성이 특징이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

플라즈마 처리 장치 중 특히 플라즈마를 생성하여 공정을 수행하는 설비에서 플라즈마의 생성을 위해 반드시 필요한 요소가 공정 가스와 RF 전원이다.

공정 가스와 RF 전원에 의한 플라즈마 생성을 위해서는 또한 상압 또는 진공압의 특별한 압력 분위기가 필요로 된다.

진공압 형성은 대개 배기계측으로 구비되는 터보 펌프 등에 의해 강제 흡입하는 흡입압에 의해서 이루어지게 되며, 이때의 진공압 크기는 수행 공정 양태에 따라서 각각 다르게 적용된다.

공정 가스와 RF 전원 또한 수행하고자 하는 공정의 양태에 따라서 가스의 종류 및 전원의 크기가 각각 다르게 적용된다.

이때 RF 전원은 통상 웨이퍼가 안착되도록 하는 정전 척 또는 정전 척의 하부에 구비되는 하부 전극과 정전 척의 상부에 구비되는 상부 전극간으로 인가되면서 정전 척에 안치되어 있는 웨이퍼와 상부 전극의 사이에서의 플라즈마를 여기시켜 공정을 수행하게 된다.

이와 같은 구성은 전술한 종전의 구성과도 대동소이하다.

다만 본 발명은 플라즈마를 생성시키게 될 웨이퍼의 상부로 공급되는 공정 가스를 웨이퍼의 상부와 함께 하부의 외측으로부터도 동시에 공급될 수 있도록 하는데 가장 두드러진 특징이 있다.

즉 본 발명은 도 3에서와 같이 반응 챔버(100)에서 웨이퍼(W)가 안치되는 정전 척(10)을 기준으로 정전 척(10)으로부터 소정의 높이에는 상부 전극(20)이 구비되고, 정전 척(10)의 저면에는 하부 전극(30)이 결합되도록 하고 있다.

이때 상부 전극(20)의 하부에는 정전 척(10)에 안치되어 있는 웨이퍼(W)의 중심부를 향해 공정 가스를 분사하도록 하는 상부 가스 분사 수단(40)을 구비한다.

상부 가스 분사 수단(40)은 상부 전극(20)을 통해 유도되는 공정 가스를 웨이퍼(W)의 전면에 걸쳐 분포할 수 있도록 판면에 수직으로 다수의 관통 구멍(41)을 형성한 구성으로 이루어진다.

상부 가스 분사 수단(40)에서 관통 구멍(41)은 정전 척(10)에 안치된 웨이퍼 (W)의 전면에 걸쳐 가스가 분사될 수 있도록 하며, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 외주연부로 분산되도록 하는 형상으로 형성되게 할 수도 있다.

또한 본 발명에는 상부 가스 분사 수단(40)과 함께 정전 척(10)의 하부에 구비되는 하부 전극(30)의 외측으로 형성한 하부 가스 분사 수단(50)에 의해서도 공정 가스가 분사되도록 한다.

하부 가스 분사 수단(50)은 정전 척(10)의 하부에서 하부 전극(30)의 외측으로 구비되어 내부에는 반응 챔버(100)의 하부로부터 유도되는 반응 가스가 순환하면서 상향 분사되는 분사구(51)를 복수개로서 형성되도록 한 구성이다.

다시 말해 반응 챔버(100)의 상부와 함께 하부로부터도 반응 가스가 유도되도록 하여 하부 가스 분사 수단(50)에 유입시키면 링 형상의 하부 가스 분사 수단(50)에서 상향 개방되도록 일정한 간격으로 형성한 분사구(51)를 통해서 반응 챔버(100)의 정전 척(10) 외측을 통해 하부로부터 상부로 공정 가스가 분사되도록 하는 것이다.

이렇게 하부 가스 분사 수단(50)을 통해서 분사되는 공정 가스는 웨이퍼(W)의 상부에서 상부 전극(20)과 웨이퍼(W) 사이에 분포하게 되고, 이때 공정 가스는 웨이퍼(W)의 에지부측으로 보다 더 집중적으로 분포되게 함으로써 이 부위에서의 플라즈마 활성화를 높이도록 한다.

이렇게 본 발명은 상부 가스 분사 수단(40)을 통해서는 웨이퍼(W)의 상부에서 중심부로부터 외주연측으로 점차 가스가 골고루 분포될 수 있도록 하는 동시에 하부 가스 분사 수단(50)을 통해서는 웨이퍼(W)의 외주연 단부측 즉 에지부로부터 내주연부측으로 가스가 집중적으로 분포될 수 있도록 함으로써 웨이퍼(W) 전면에 걸쳐 가스의 분포가 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 것입니다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 작용에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

반응 챔버(100)에서의 공정 수행은 우선 특정한 공정 분위기 즉 내부 압력을 조성하고, 이 분위기에서 공정 가스를 주입하는 동시에 상부 전극(20)과 하부 전극(30)에 RF 전원이 인가되게 함으로써 이때 생성되는 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 특정한 막질을 증착하거나 증착된 막질에 식각으로 일정한 패턴을 형성하게 된다.

내부 압력은 상압의 경우에는 단순히 반응 챔버(100) 내부를 퍼지시키기만 하면 되나 진공압의 경우에는 터보 펌프에 의해서 반응 챔버(100)의 내부를 강제 흡입하여 소정의 진공압을 형성하게 된다.

반응 챔버(100)를 적정한 압력 분위기로서 조성하고 나서 반응 챔버(100)의 내부로는 실제 공정에 사용할 공정 가스와 함께 RF 전원이 인가되도록 한다.

이때 본 발명은 도 4에서와 같이 공정 가스를 정전 척(10)에 안치된 웨이퍼(W)의 상부 즉 상부 전극(20)의 저부에 구비되는 상부 가스 분사 수단(40)을 통해 웨이퍼(W)를 향해 웨이퍼(W) 중심으로부터 일정 반경에 대해서 집중적으로 공정 가스가 분사되도록 한다.

이와 동시에 정전 척(10)의 외측으로부터는 링 형상의 하부 가스 분사 수단(50)을 통해 도 5에서와 같이 공정 가스가 상향 분사되게 함으로써 특히 웨이퍼(W) 상부에서 에지부측으로부터 내주연부측으로 공정 가스가 분산될 수 있도록 한다.

웨이퍼(W)의 중앙으로부터 소정의 반경과 에지부로 상부 가스 분사 수단(40)과 하부 가스 분사 수단(50)을 통해 공정 가스를 웨이퍼(W) 상부에 분사되도록 하면 도 6에서와 같이 상부 전극(20)과 하부 전극(30)에 인가되는 RF 전원에 의해 이들 웨이퍼(W) 상부로 유도되는 공정 가스들이 여기되면서 플라즈마를 생성하게 되어 결국 웨이퍼(W)의 전 표면에 걸쳐 균일하게 웨이퍼 가공이 이루어지도록 한다.

특히 정전 척(10)의 외측에서 하부 가스 분사 수단(50)으로부터 상향 분사되는 공정 가스는 웨이퍼(W)의 상부측으로 다시 유동하면서 웨이퍼(W) 상부에서의 플라즈마 분포가 웨이퍼(W) 전 표면에 걸쳐 균일하게 형성되도록 하는 것이다.

플라즈마가 웨이퍼(W)에 균등하게 분포되면 이 플라즈마에 의한 웨이퍼(W)에의 막질 증착과 식각이 매우 양호하게 이루어진다.

즉 웨이퍼(W)의 상부와 하부에서 동시에 공급되는 공급 가스가 웨이퍼(W)의 상부에서 폭넓게 분포되면서 RF 전원의 인가에 의해 발생하게 되는 플라즈마 또한 웨이퍼(W)의 에지부를 포함한 전 표면에 대해 균일하게 작용하게 되므로 공정 수율을 더욱 높일 수가 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 반응 챔버(100)의 내부로 공정 가스를 공급하는 공급 라인을 반응 챔버(100)의 상부와 하부에 동시에 구비되도록 하고, 웨이퍼(W)의 상부에서 폭넓게 분포되는 공정 가스에 RF 전원이 인가되면서 이때 생성되는 플라즈마에 의해 웨이퍼의 가공 효율을 향상시키도록 하는 동시에 보다 신속한 공정 수행이 이루어질 수가 있도록 한다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발 명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 반응 챔버(100)에서 플라즈마를 생성하는 요소 중 공정 가스를 반응 챔버(100)의 상부와 하부로부터 동시에 공급되게 함으로써 웨이퍼(W)의 상부에서 웨이퍼(W) 중심부로부터 에지부에 이르기까지 공정 가스가 골고루 분포되면서 이때 인가되는 RF 전원에 의해 발생되는 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)를 전면에 걸쳐 균일하게 가공할 수 있게 함으로써 제품 수율 및 신뢰성을 높이도록 하는 동시에 공정 수행 속도를 증대시켜 생산성 또한 향상시킬 수 있도록 하는 매우 유용한 효과를 제공한다.

또한 본 발명은 최근 생산성 향상 및 제조 단가의 경제성을 위해 웨이퍼(W) 또는 반응 챔버(100)를 대구경화하는 추세가 주도적이므로 이에 적극적으로 대응해서 보다 향상된 제품의 품질을 제공할 수가 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반응 챔버의 내부에서 정전 척에 안착시킨 웨이퍼의 상부로 플라즈마를 발생시켜 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,

   상기 반응 챔버에는 상기 웨이퍼의 상부면 중심부로부터 외주연부로 공정 가스를 분사하는 상부 가스 분사 수단과 함께 상기 정전 척의 외측으로부터 상향 분사되도록 하여 상기 웨이퍼의 외측으로부터 에지부를 통하여 내측으로 공정 가스를 분사하는 하부 가스 분사 수단을 구비하어 공정 수행 시 상기 상부 가스 분사 수단과 상기 하부 가스 분사 수단으로부터 동시에 공정 가스가 분사되도록 하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 가스 분사 수단에는 상기 웨이퍼의 중앙으로부터 외주연부측으로 공정 가스를 분사하도록 판면에 다수의 관통 구멍이 형성되도록 한 플라즈마 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 가스 분사 수단에는 상기 웨이퍼의 외측에서 에지부를 통해 내주연부측으로 공정 가스를 분사하도록 상기 정전 척의 외측을 감싸는 링형상으로 구비되고, 판면에는 상향 개방되도록 다수의 분사구를 형성한 플 라즈마 처리 장치.

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