KR100481311B1 - 플라즈마 프로세스 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 프로세스 챔버는 가스 소오스로부터 제공되는 공정 가스를 플라즈마 반응기로 받아들이고 RF 파워에서 제공되는 RF 신호에 의해 유도되는 자계 및 이에 의한 2차 전계에 의해 플라즈마 반응을 발생시켜 플라즈마 가스를 얻어 공정을 진행한다. 프로세스 챔버는 내측 상부에 구성되어 플라즈마 반응기를 구성하는 전체적으로 도우넛 형상의 원형관으로 구성되되 하부 영역에 전체적으로 균일하게 분포하는 다수의 홀들을 구비하며 상부에 적어도 하나 이상의 가스 공급관이 연결되는 반응기 튜브와 반응기 튜브에 결합되는 적어도 하나 이상의 코어들 및 다수의 코어들을 통하여 원형으로 권선되어 RF 파워에 전기적으로 연결되는 인덕터 코일을 포함한다. 이와 같은 본 발명의 플라즈마 프로세스 챔버는 플라즈마 반응기는 발생된 플라즈마 가스가 프로세스 챔버의 내부 전역에 고르게 분포하면서 웨이퍼로 입사하게 하는 구조적 특징을 갖는다. 프로세스 챔버는 플라즈마 가스가 챔버 내부에 고르게 분포하여 웨이퍼로 입사될때 보다 향상된 균일성을 확보할 수 있다. 특히, 사이즈가 큰 웨이퍼의 공정 진행시에도 웨이퍼 전면에 고르게 분포되는 플라즈마를 얻을 수 있다.

Description

플라즈마 프로세스 챔버{PLASMA PROCESS CHAMBER}

본 발명은 플라즈마 프로세스 챔버(plasma process chamber)에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마를 이용한 공정 진행시 플라즈마 프로세스 챔버 내의 플라즈마 균일도를 향상 시킬 수 있는 구조를 갖는 플라즈마 프로세스 챔버에 관한 것이다.

플라즈마 소오스(source)는 반도체 장치를 제조하기 위한 여러 공정들, 예를 들어, 식각(etching), 박리(stripping), 세정(cleaning) 등에서 널리 사용되고 있다. 플라즈마 프로세스 챔버는 반도체 제조 공정에서 플라즈마 가스를 이용하여 식각, 박리 등의 공정을 진행하면서 반도체 장치를 제조한다.

한편, 플라즈마 발생 장치 분야에서, 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것과 높은 이온화율을 갖도록 하는 것은 이 분야의 기술자들에게는 지속적인 연구과제가 되고 있다. 더불어, 플라즈마 균일도를 높이기 위한 기술적 연구가 지속적으로 전개되고 있다.

플라즈마 프로세스 챔버 내에서 플라즈마가 균일하게 분포해야만 웨이퍼에 진행되는 해당 공정이 효과적으로 진행될 수 있다. 즉, 플라즈마 가스가 웨이퍼 전체에 걸쳐 고르게 뿌려져야만 전체적으로 균일한 반응을 얻을 수 있기 때문이다.

최근 반도체 생산 효율을 높이기 위해 웨이퍼 사이즈를 증가시키고 있는데, 이와 더불어 반도체 제조 공정상에서는 여러 가지 기술적 해결 과제를 발생시키고 있으며 그 중 하나로서 균일한 플라즈마를 얻을 수 있는 플라즈마 프로세스 챔버가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 플라즈마 고른 균일도를 얻을 수 있는 플라즈마 프로세스 챔버를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 가스 소오스로부터 제공되는 공정 가스를 플라즈마 반응기로 받아들이고 RF 파워에서 제공되는 RF 신호에 의해 유도되는 자계 및 이에 의한 2차 전계에 의해 플라즈마 반응을 발생시켜 플라즈마 가스를 얻어 공정을 진행하는 플라즈마 프로세스 챔버는: 프로세스 챔버의 내측 상부에 구성되어 플라즈마 반응기를 구성하는 전체적으로 도우넛 형상의 원형관으로 구성되되 하부 영역에 전체적으로 균일하게 분포하는 다수의 홀들을 구비하며 상부에 적어도 하나 이상의 가스 공급관이 연결되는 반응기 튜브; 반응기 튜브에 결합되는 적어도 하나 이상의 코어들 및; 다수의 코어들을 통하여 원형으로 권선되어 RF 파워에 전기적으로 연결되는 인덕터 코일을 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 반응기 튜브는 중심부를 가로지르는 십자형관이 더 결합되고, 십자형관의 하부 영역에도 다수의 홀이 형성된다.

이 실시예에 있어서, 상기 반응기 튜브는 내측으로 작은 도우넛 형상의 원형관이 구비되고 이들을 연결하는 다수의 직선관이 고르게 상호 결합되며, 내측 원형관과 다수의 직선관의 하부 영역에도 다수의 홀이 형성된다.

이 실시예에 있어서, 내측 원형관에 결합되는 다수의 또 다른 코어들과 이 코어들을 따라 다른 하나의 인덕터 코일이 원형으로 권선된다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버 시스템의 전체 구조를 보여주는 블록도이고 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 그리고 도 3a 및 도 3b는 도 2의 플라즈마 프로세스 챔버의 플라즈마 반응기의 상부 및 하부 구조를 보여주는 평면도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버(10)는 플라즈마 반응기(30)를 통해 플라즈마를 발생하여 해당 공정을 진행한다. 플라즈마 반응기(30)는 가스 소오스(5)로부터 제공되는 플라즈마 발생을 위한 공정 가스를 제공받고, RF 파워(40)로부터 플라즈마 반응을 위한 RF 신호를 제공받는다. 플라즈마 프로세스 챔버(10)의 내부는 진공 펌프(20)에 의해 일정 수순으로 진공 상태를 유지하게 되며, 진공 진행에 따라 프로세스 챔버(10) 내부의 플라즈마 가스는 외부로 배출되어 진다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 좀더 구체적으로 프로세스 챔버(10)의 내부에는 플라즈마 반응기(30)가 상부에 위치하도록 구성되며, 하부에는 공정 진행을 위한 웨이퍼(14)가 놓여질 서브스트레이트(12)가 구성된다.

플라즈마 반응기(30)는 크게 도우넛 형상을 갖는 반응기 튜브(31)를 갖는다. 반응기 튜브(31)는 절반 이하의 하부면에 고르게 다수개의 홀들(33)이 분포되어 형성되어 있다. 상부에는 적어도 하나 이상의 가스 입력관(34)이 균일하게 분포되어 연결되는데 가스 입력관(34)은 프로세스 챔버(10)의 상부를 관통하여 가스 소오스(5)와 연결된다.

반응기 튜브(31)에는 적어도 하나 이상의 코어(32)가 균일하게 분포되어 장착되며 각 코어(32)의 내측을 통과하면서 권선되어 전체적으로 원형을 형성하는 인덕터 코일(35)이 구성된다. 인덕터 코일(35)은 RF 파워(40)에 전기적으로 연결된다.

이와 같이 구성된 플라즈마 반응기(30)의 플라즈마 발생 과정은 다음과 같다. 가스 소오스(5)로부터 입력된 공정 가스는 가스 입력관(34)을 통해 반응기 튜브(31)로 유입된다. 이때, RF 파워(40)로부터 인덕터 코일(35)로 RF 신호가 입력되어 유도 자계가 발생되며 다수의 코어들(32)에 의해 강화된 자계에 의해 반응기 튜브(31)에 충진된 공정가스에 2차 전계가 반응기 튜브(31)를 따라 원형으로 유도되어진다. 이에 따라 공정 가스는 플라즈마 반응을 일으켜 플라즈마 가스가 발생된다. 반응기 튜브(31) 내부에서 발생된 플라즈마 가스는 다수의 홀들(33)을 통해 프로세스 챔버(10) 하부 서브스트레이트(12)로 고르게 확산되면서 하강한다.

도 4a 내지 도 5b는 플라즈마 반응기의 변형예들을 보여주는 도면이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하여, 이 변형에서는 반응기 튜브(31a)가 변형된 형상을 갖는다. 즉, 반응기 튜브(31a)가 도우넛 형상을 갖되 중심부를 가로지르는 십자형관(36)이 결합되어 있다. 그리고 십자형관(36)의 하부 영역에도 다수의 홀이 형성되어 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여, 또 다른 변형에서는 반응기 튜브(31b)가 또 다른 변형된 형상을 갖는다. 즉, 반응기 튜브(31b)는 도우넛 형상의 원형관 내측으로 작은 도우넛 형상의 원형관(38)이 구비되고 이들을 연결하는 다수의 직선관(37)이 고르게 상호 결합된다. 내측 원형관(38)과 다수의 직선관(37)의 하부 영역에도 다수의 홀이 형성되어 있다. 그리고 내측 원형관(38)에도 다수의 코어(39)들이 연결되어 있으며, 코어들(39)을 따라 또 다른 인덕터 코일이 권선되어 있으며 이 인덕터 코일은 또 다른 RF 파워(42)에 전기적으로 연결되어 있다.

이 또 다른 변형예에서, 각기 두 개의 인덕터 코일과 두 개의 RF 파워를 사용하는 것으로 실시예를 구성 하였으나 인덕터 코일을 직렬 또는 병렬로 연결하고 하나의 RF 파워를 사용할 수 도 있음을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 프로세스 챔버(10)는 플라즈마 반응기(30)는 발생된 플라즈마 가스가 프로세스 챔버(10)의 내부 전역에 고르게 분포하면서 웨이퍼(14)로 입사하게 하는 구조적 특징을 갖는다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 프로세스 챔버는 플라즈마 가스가 챔버 내부에 고르게 분포하여 웨이퍼로 입사될때 보다 향상된 균일성을 확보할 수 있다. 특히, 사이즈가 큰 웨이퍼의 공정 진행시에도 웨이퍼 전면에 고르게 분포되는 플라즈마를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버 시스템의 전체 구조를 보여주는 블록도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 구조를 개략적으로 보여주는 도면;

도 3a 및 도 3b는 도 2의 플라즈마 프로세스 챔버의 플라즈마 반응기의 상부 및 하부 구조를 보여주는 평면도; 그리고

도 4a 내지 도 5b는 플라즈마 반응기의 변형예들을 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

5: 가스 소오스 10: 플라즈마 프로세스 챔버

12: 서브스트레이트 14: 웨이퍼

20: 진공펌프 30: 플라즈마 반응기

31: 반응기 튜브 32: 코어

35: 인덕터 코일 36: RF 파워

Claims (4)

1. 가스 소오스로부터 제공되는 공정 가스를 플라즈마 반응기로 받아들이고 RF 파워에서 제공되는 RF 신호에 의해 유도되는 자계 및 이에 의한 2차 전계에 의해 플라즈마 반응을 발생시켜 플라즈마 가스를 얻어 공정을 진행하는 플라즈마 프로세스 챔버에 있어서:

   프로세스 챔버의 내측 상부에 구성되어 플라즈마 반응기를 구성하는 전체적으로 도우넛 형상의 원형관으로 구성되되 하부 영역에 전체적으로 균일하게 분포하는 다수의 홀들을 구비하며 상부에 적어도 하나 이상의 가스 공급관이 연결되는 반응기 튜브;

   반응기 튜브에 결합되는 적어도 하나 이상의 코어들 및;

   다수의 코어들을 통하여 원형으로 권선되어 RF 파워에 전기적으로 연결되는 인덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 프로세스 챔버.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 반응기 튜브는 중심부를 가로지르는 십자형관이 더 결합되고, 십자형관의 하부 영역에도 다수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 챔버.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 반응기 튜브는 내측으로 작은 도우넛 형상의 원형관이 구비되고 이들을 연결하는 다수의 직선관이 고르게 상호 결합되며, 내측 원형관과 다수의 직선관의 하부 영역에도 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 챔버.
4. 제3 항에 있어서,

   내측 원형관에 결합되는 다수의 또 다른 코어들과 이 코어들을 따라 다른 하나의 인덕터 코일이 원형으로 권선되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 프로세스 챔버.