KR100481312B1 - Plasma process chamber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 프로세스 챔버에 관한 것으로, 플라즈마 프로세스 챔버는 가스 소오스와 연결되는 가스 입구를 구비하고, 내측에 가스 분사기가 설치된 상부 하우징, 진공 펌프와 연결되는 가스 출구를 구비하고, 내측 저면에 웨이퍼가 놓여지는 서브스트레이드가 설치된 하부 하우징을 구비한다. 그리고 상부 하우징과 하부 하우징 사이에 설치되는 주 몸체, 주 몸체의 외주에는 적어도 하나 이상의 말굽 형상의 반응기 튜브가 장착되며, 반응기 튜브에는 폐쇄된 자기 코어가 결합되고, 자기 코어에는 AC 파워와 전기적으로 연결되는 1차 권선을 포함하는 플라즈마 반응기를 포함한다. 플라즈마 프로세스 챔버는 플라즈마 반응기가 프로세스 챔버의 중간 영역에 위치하고, 외주를 따라 다수의 반응기 튜브가 설치됨으로서 플라즈마 반응이 프로세스 챔버의 내부에 고르게 분포되어 일어나며 뿐만 아니라 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다.The present invention relates to a plasma process chamber, wherein the plasma process chamber includes a gas inlet connected to a gas source, an upper housing provided with a gas injector therein, a gas outlet connected to a vacuum pump, and a wafer disposed on an inner bottom surface thereof. It has a lower housing on which the subslade is placed. And the main body is installed between the upper housing and the lower housing, at least one horseshoe-shaped reactor tube is mounted on the outer periphery of the main body, a closed magnetic core is coupled to the reactor tube, the magnetic core is electrically connected to AC power And a plasma reactor comprising a primary winding. In the plasma process chamber, the plasma reactor is located in the middle region of the process chamber, and a plurality of reactor tubes are installed along the outer circumference, so that the plasma reaction is evenly distributed inside the process chamber, as well as high density plasma can be obtained.
Description
본 발명은 플라즈마 프로세스 챔버(plasma process chamber)에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마를 이용한 공정 진행시 플라즈마 프로세스 챔버 내의 플라즈마 균일도 및 플라즈마 발생 밀도를 향상 시킬 수 있는 구조를 갖는 플라즈마 프로세스 챔버에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma process chamber, and more particularly, to a plasma process chamber having a structure capable of improving plasma uniformity and plasma generation density in a plasma process chamber during plasma processing.
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.Plasma sources are widely used in various processes for manufacturing semiconductor devices, such as etching, stripping, cleaning, and the like. The plasma process chamber manufactures a semiconductor device while performing processes such as etching and peeling using plasma gas in a semiconductor manufacturing process.
플라즈마 기술 분야에 있어서, 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것과 높은 이온화율을 갖도록 하는 것은 이 분야의 기술자들에게는 지속적인 연구과제가 되고 있다. 더불어, 플라즈마 균일도를 높이기 위한 기술적 연구가 지속적으로 전계되고 있다. 플라즈마를 이용한 공정에서 플라즈마 프로세스 챔버 내에 플라즈마 가스가 균일하게 분포해야만 웨이퍼에 진행되는 해당 공정이 효과적으로 진행될 수 있다. 즉, 플라즈마 가스가 웨이퍼 전체에 걸쳐 고르게 분포해야 전체적으로 균일한 반응을 얻을 수 있기 때문이다.In the field of plasma technology, generating plasma stably and having high ionization rates continue to be a challenge for those skilled in the art. In addition, technical researches for increasing plasma uniformity have been continuously conducted. In the process using plasma, the plasma gas is uniformly distributed in the plasma process chamber so that the process proceeding to the wafer can be effectively performed. That is, the plasma gas must be evenly distributed throughout the wafer to obtain a uniform reaction as a whole.
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.Recently, in order to increase semiconductor production efficiency, wafer size is increased, and in addition, various technical problems are generated in the semiconductor manufacturing process, and as one of them, a plasma process chamber capable of obtaining a uniform plasma is required.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 플라즈마 균일도와 밀도를 높게 얻을 수 있는 플라즈마 프로세스 챔버를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma process chamber capable of obtaining high plasma uniformity and density as proposed to solve the above-mentioned problems.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 플라즈마 프로세스 챔버는: 가스 소오스와 연결되는 가스 입구를 구비하고, 내측에 가스 분사기가 설치된 상부 하우징; 진공 펌프와 연결되는 가스 출구를 구비하고, 내측 저면에 웨이퍼가 놓여지는 서브스트레이트가 설치된 하부 하우징 및; 상기 상부 하우징과 하부 하우징 사이에 설치되는 것으로, 주 몸체와, 그 주 몸체의 외주에 형성되는 적어도 하나 이상의 말굽 형상의 반응기 튜브와, 그 반응기 튜브에 결합되는 폐쇄된 자기 코어와, 그 자기 코어에 권취되며 AC 파워와 전기적으로 연결되는 권선을 구비하는 플라즈마 반응기를 포함하여 구성되되, 상기 플라즈마 반응기의 주 몸체 내측으로 상기 반응기 튜브의 개구부를 막거나 개방하기 위한 셔터가 마련된다.According to a feature of the present invention for achieving the object of the present invention as described above, the plasma process chamber comprises: an upper housing having a gas inlet connected to the gas source, the gas injector is installed inside; A lower housing having a gas outlet connected to the vacuum pump, the lower housing having a substrate on which the wafer is placed; It is installed between the upper housing and the lower housing, the main body, at least one horseshoe-shaped reactor tube formed on the outer periphery of the main body, a closed magnetic core coupled to the reactor tube, and the magnetic core And a plasma reactor having a winding wound and electrically connected to AC power, wherein a shutter is provided to block or open the opening of the reactor tube inside the main body of the plasma reactor.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기 튜브는 금속재로 구성되며, 반응기 튜브와 주 몸체는 절연체로 절연된다.In a preferred embodiment of the present invention, the reactor tube is made of metal, and the reactor tube and the main body are insulated with an insulator.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기의 주 몸체는 상부 하우징과 하부 하우징 사이에 각기 오링이 삽입되어 결합 구성된다.In a preferred embodiment of the present invention, the main body of the plasma reactor is configured by coupling the O-ring between the upper housing and the lower housing, respectively.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기의 주 몸체는 상부 하우징 또는/그리고 하부 하우징에 일체로 구성된다.In a preferred embodiment of the invention, the main body of the plasma reactor is integrally formed in the upper housing and / or the lower housing.
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본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나 이상의 자기 코어에 권선된 각 권선들은 AC 파워에 전기적으로 연결되되, 각 권선들은 AC 파워와 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된다.In a preferred embodiment of the present invention, each of the windings wound on at least one magnetic core is electrically connected to AC power, with each winding electrically connected in series or in parallel with the AC power.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나 이상의 자기 코어에 권선된 각 권선들은 각기 독립된 AC 파워에 전기적으로 연결된다.In a preferred embodiment of the present invention, each of the windings wound on at least one magnetic core is electrically connected to an independent AC power.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 반응기 튜브의 일 측에는 점화 플러그가 각각 구비된다.In a preferred embodiment of the present invention, one side of the reactor tube is provided with spark plugs, respectively.
(실시예)(Example)
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버 시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a plasma process chamber system according to a preferred embodiment of the present invention.
도면을 참조하여, 플라즈마 프로세스 시스템은 크게 가스 소오스(10), 플라즈마 프로세스 챔버(20), AC 파워(30), 진공 펌프(40) 그리고 플라즈마 반응기(50)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the plasma process system includes a gas source 10, a plasma process chamber 20, an AC power 30, a vacuum pump 40, and a plasma reactor 50.
플라즈마 반응기(50)는 플라즈마 프로세스 챔버(20)에 탑재되어 일체형으로 구성된다. 가스 소오스(10)로부터 프로세스 챔버(20)로 공정 가스가 제공되며, AC 파워(30)로부터 플라즈마 반응기(50)로 동작 전원이 제공되어 플라즈마 프로세스 챔버(20) 내에서 플라즈마 반응이 이루어진다. 플라즈마 프로세스 챔버(20)의 내부는 진공 펌프(40)에 의해 일정 수순으로 진공 상태가 유지되며, 공정 진행에 따라 플라즈마 프로세스 챔버(20) 내부의 플라즈마 가스는 외부로 배출된다.The plasma reactor 50 is mounted in the plasma process chamber 20 and is integrally formed. Process gas is provided from the gas source 10 to the process chamber 20, and operating power is provided from the AC power 30 to the plasma reactor 50 to effect plasma reaction within the plasma process chamber 20. The interior of the plasma process chamber 20 is maintained in a vacuum in a predetermined procedure by the vacuum pump 40, and the plasma gas inside the plasma process chamber 20 is discharged to the outside as the process proceeds.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 플라즈마 프로세스 챔버의 내부 구조를 보여주기 위한 단면도이다. 그리고 도 4는 도 본 발명의 플라즈마 반응기의 평면도이다.2 is a perspective view showing the appearance of a plasma process chamber according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the plasma process chamber of FIG. 4 is a plan view of the plasma reactor of the present invention.
도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버(20)는 플라즈마 반응기(50)를 탑재하여 일체로 구성된다. 플라즈마 프로세스 챔버(20)는 크게 상부 하우징(21)과 하부 하우징(22)으로 구성되며, 상부 하우징(21)과 하부 하우징(22) 사이에 플라즈마 반응기(50)가 탑재되는데 진공 밀폐를 위한 오링(56)(57)이 삽입된다.Referring to the drawings, the plasma process chamber 20 according to the preferred embodiment of the present invention is integrally mounted with the plasma reactor 50 mounted thereon. The plasma process chamber 20 is composed of an upper housing 21 and a lower housing 22, and a plasma reactor 50 is mounted between the upper housing 21 and the lower housing 22. 56) 57 is inserted.
상부 하우징(21)에는 가스 소오스(10)와 연결되는 가스 입구(23)가 구비되며 이는 가스 분사기(25)와 연결된다. 하부 하우징(22)의 하단부에는 진공 펌프(40)와 연결되는 가스 출구(24)가 구비되며, 저면에는 웨이퍼(26)가 놓여지는 서브스트레이트(25)가 구비된다. 본 발명의 실시시예에서는 플라즈마 반응기(50)가 플라즈마 프로세스 챔버(20)로부터 분리 가능한 형태로 예시하였으나 일체로 형성되도록 제작될 수도 있다. 그리고 도면에서는 구체적으로 도시하지 않았으나 플라즈마 프로세스 챔버(20)의 도어(미도시)를 상부 하우징(21)에 설치 할 수 있다.The upper housing 21 is provided with a gas inlet 23 connected with the gas source 10, which is connected with the gas injector 25. The lower end of the lower housing 22 is provided with a gas outlet 24 which is connected to the vacuum pump 40, the bottom is provided with a substrate 25 on which the wafer 26 is placed. In the exemplary embodiment of the present invention, the plasma reactor 50 is illustrated as detachable from the plasma process chamber 20, but may be manufactured to be integrally formed. Although not illustrated in detail, a door (not shown) of the plasma process chamber 20 may be installed in the upper housing 21.
플라즈마 반응기(50)는 원통 형상을 갖는 주 몸체(50a)와 주 몸체(50a)의 외주에 균일한 간격으로 설치된 적어도 하나 이상의 말굽 형상의 반응기 튜브(51)를 구비한다. 반응기 튜브(51)는 금속재로 구성되며 주 몸체(50a)에 절연체(52)를 사이에 두고 접속된다.The plasma reactor 50 includes a main body 50a having a cylindrical shape and at least one horseshoe-shaped reactor tube 51 installed at equal intervals on the outer circumference of the main body 50a. The reactor tube 51 is made of a metal material and is connected to the main body 50a with an insulator 52 interposed therebetween.
다수개의 반응기 튜브(51)에는 각기 폐쇄된 자기 코어(54)가 결합된다. 각각의 자기 코어(54)에는 AC 파워(30)에 전기적으로 연결된 권선(55)이 권선되며, 각 권선들(55)은 AC 파워(30)와 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된다. 또는 각기 별도의 AC 파워를 각각의 권선(55)에 전기적으로 연결할 수도 있다. 반응기 튜브(51)의 일 측에는 점화 플러그(53)가 각각 구비되며, 각 점화 플러그(53)는 점화 전원(미도시)에 전기적으로 연결된다.The plurality of reactor tubes 51 are each coupled with a closed magnetic core 54. Each magnetic core 54 is wound with a winding 55 that is electrically connected to the AC power 30, and each of the windings 55 is electrically connected in series or in parallel with the AC power 30. Alternatively, separate AC power may be electrically connected to the respective windings 55. One side of the reactor tube 51 is provided with spark plugs 53, and each spark plug 53 is electrically connected to an ignition power source (not shown).
플라즈마 반응기(50)의 내측으로는 반응기 튜브(51)의 개구부(58)를 막거나 개방하기 위한 셔터(59)가 구비된다. 플라즈마 반응기(50)가 미동작시에는 셔터(59)가 반응기 튜브(51)의 개구부(58)를 막고, 동작시에는 개구부(58)를 개방시킨다.Inside the plasma reactor 50, a shutter 59 is provided to block or open the opening 58 of the reactor tube 51. The shutter 59 blocks the opening 58 of the reactor tube 51 when the plasma reactor 50 is not in operation, and opens the opening 58 in operation.
플라즈마 프로세스 챔버(20)는 플라즈마 반응을 얻기 위한 동작에서 가스 소오스(10)로부터 제공되는 공정 가스를 받아들인다. 이때, 플라즈마 반응기(50)의 반응기 튜브(51)의 개구부(58)를 막고 있던 셔터(59)는 개방되어진다. AC 파워(30)에서 제공되는 AC 파워가 각 권선(55)으로 전달되면 자기 코어(54)에 자기유도가 이루어지고 이에 의해 반응기 튜브(51)의 형상을 따라 프로세스 챔버(20)의 내부에 이르기까지 폐쇄된 루프를 형성하는 2차 전계가 발생된다. 그리고 점화 플러그(53)에 점화 전원이 인가되어 플라즈마 반응이 일어난다.The plasma process chamber 20 accepts a process gas provided from the gas source 10 in an operation for obtaining a plasma reaction. At this time, the shutter 59 which was blocking the opening 58 of the reactor tube 51 of the plasma reactor 50 is opened. When AC power provided from AC power 30 is delivered to each winding 55, magnetic induction occurs in the magnetic core 54, thereby reaching the interior of the process chamber 20 along the shape of the reactor tube 51. A secondary electric field is generated that forms a closed loop. And the ignition power is applied to the spark plug 53, the plasma reaction occurs.
플라즈마 프로세스 챔버(20)는 플라즈마 반응기(50)가 프로세스 챔버(20)의 중간 영역에 위치하고, 외주를 따라 다수의 반응기 튜브(51)가 설치됨으로서 플라즈마 반응이 프로세스 챔버(20)의 내부에 고르게 분포되어 일어나며 뿐만 아니라 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다.In the plasma process chamber 20, the plasma reactor 50 is located in the middle region of the process chamber 20, and a plurality of reactor tubes 51 are installed along the outer circumference thereof so that the plasma reaction is evenly distributed in the process chamber 20. And high density plasma.
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.As described above, the configuration and operation of the plasma process chamber according to a preferred embodiment of the present invention have been shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described, for example, without departing from the spirit of the present invention. It will be appreciated by those skilled in the art that various changes and modifications are possible.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 플라즈마 프로세스 챔버는 플라즈마 반응이 프로세스 챔버의 내부에 고르게 분포되어 일어남으로서 플라즈마 균일성을 확보할 수 있으며, 다수의 반응기 튜브에 의해 플라즈마 반응이 일어남으로서 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, the plasma process chamber can ensure the plasma uniformity by the plasma reaction is evenly distributed inside the process chamber, and the plasma reaction occurs by a plurality of reactor tubes to generate a plasma of high density. You can get it.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버 시스템의 전체 구성을 보여주는 블록도;1 is a block diagram showing the overall configuration of a plasma process chamber system according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 프로세스 챔버의 외관을 보여주는 사시도;2 is a perspective view showing the appearance of a plasma process chamber according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 플라즈마 프로세스 챔버의 내부 구조를 보여주기 위한 단면도; 그리고3 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of the plasma process chamber of FIG. 2; And
도 4는 도 본 발명의 플라즈마 반응기의 평면도이다.4 is a plan view of the plasma reactor of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 가스 소오스 20: 플라즈마 반응기10 gas source 20 plasma reactor
30: AC 파워 40: 진공펌프30: AC power 40: vacuum pump
50: 플라즈마 반응기50: plasma reactor
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Family Applications (1)
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