KR100520979B1 - Vacuum process chamber remote plasma generator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버에 관한 것으로, 원격 플라즈마 발생기로부터 발생된 플라즈마 가스를 제공받아 공정을 수행하는 진공 프로세스 챔버는 프로세스 챔버를 이루는 하우징, 하우징의 상부는 고깔 형상을 갖고, 하우징의 상부 중심에 원격 플라즈마 발생기의 출구와 연결되는 가스 입구, 하우징 상부면을 따라 나선형으로 권선되는 H-필드 발생용 코일, H-필드 발생용 코일과 전기적으로 연결되어 전원을 공급하는 H-필드 발생 전원, 프로세스 챔버의 내부 저면에 설치되어 웨이퍼가 위치하는 서브스트레이트, 진공 펌프와 연결되는 가스 출구를 포함하여 구성되어 H-필드 발생용 코일에 의해 하우징 내측에 유도되는 H-필드에 의해 가스 입구를 통해 유입되는 플라즈마 가스가 플라즈마 챔버 내부에 고르게 확산된다.The present invention relates to a vacuum process chamber using a remote plasma generator, the vacuum process chamber receiving the plasma gas generated from the remote plasma generator to perform the process is a housing constituting the process chamber, the upper portion of the housing has a solid shape, the housing Gas inlet connected to the outlet of the remote plasma generator at the upper center of the H-field generating coil spirally wound along the upper surface of the housing, H-field generating electrically connected to the H-field generating coil to supply power A gas inlet by an H-field guided inside the housing by a coil for H-field generation, comprising a power source, a substrate on the inner bottom of the process chamber, a substrate on which the wafer is located, and a gas outlet connected to a vacuum pump. Plasma gas flowing in is evenly diffused inside the plasma chamber .

Description

원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버{VACUUM PROCESS CHAMBER REMOTE PLASMA GENERATOR} Vacuum process chamber using a remote plasma generator {VACUUM PROCESS CHAMBER REMOTE PLASMA GENERATOR}

본 발명은 진공 프로세스 챔버(semiconductor process chamber)에 관한 것으로, 구체적으로는 원격 플라즈마 발생기(remote plasma generator)를 이용한 진공 프로세스 챔버로서 대면적화 되어가는 웨이퍼(wafer)의 가공에 있어서 균일성(uniformity)을 확보할 수 있는 새로운 진공 프로세스 챔버에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum process chamber, and more particularly, to uniformity in the processing of a wafer that is becoming a large area as a vacuum process chamber using a remote plasma generator. A new vacuum process chamber can be secured.

플라즈마는 다양한 반도체 제조 공정에 사용된다. 예를 들어, 애싱(ashing), 세정(cleaning), 식각(etching), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등에 이용되고 있다. 플라즈마를 발생하는 방식은 크게 두 가지로 프로세스 챔버의 내부에 상부 전극과 하부 전극을 구성하여 플라즈마를 발생시키는 방식과 프로세스 챔버의 외부에서 플라즈마를 발생하여 프로세스 챔버로 공급하는 원격 플라즈마 발생 방식이 있다.Plasma is used in various semiconductor manufacturing processes. For example, it is used for ashing, cleaning, etching, chemical vapor deposition (CVD), and the like. There are two methods of generating plasma, a method of generating a plasma by configuring an upper electrode and a lower electrode inside the process chamber, and a remote plasma generation method of generating a plasma from the outside of the process chamber and supplying the plasma to the process chamber.

일반적인 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 가스 소오스(1), 원격 플라즈마 발생기(3), 프로세스 챔버(5) 및, 진공 펌프(7)를 포함하여 구성된다. 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정에 있어서 특히 중요한 공정 요인은 프로세스 챔버 내부에서 플라즈마의 균일성을 확보하는 것이다.A vacuum process chamber system using a general remote plasma generator, as shown in FIG. 1, generally includes a gas source 1, a remote plasma generator 3, a process chamber 5, and a vacuum pump 7. do. A particularly important process factor in the semiconductor manufacturing process using plasma is to ensure uniformity of plasma in the process chamber.

한 장의 웨이퍼에서 얻을 수 있는 칩(chip)수를 증가시키기 위해서는 칩 사이즈를 줄이거나, 웨이퍼 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 현재 4", 5", 6", 8", 12"를 사용하고 있으며 점차적으로 웨이퍼 사이즈는 커지게 될 것이다. 이와 같이 웨이퍼 사이즈가 증가하고 있는 상황에서 종래의 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버의 경우에 그 구조적 특징에 의해 대면적화 되어가는 웨이퍼를 가공하기에 불리하다.In order to increase the number of chips that can be obtained from one wafer, it is necessary to reduce the chip size or increase the wafer size. Currently, 4 ", 5", 6 ", 8", and 12 "are used, and the wafer size will gradually increase. As the wafer size increases, the vacuum process chamber of the conventional remote plasma generator is used. In this case, it is disadvantageous for processing a wafer which is enlarged by its structural features.

원격 플라즈마 발생기를 이용하는 진공 프로세스 챔버의 경우 제한된 가스 입구를 통해서 챔버 내부로 공급되는 플라즈마 가스가 챔버의 전체 영역으로 고르게 확산되어 분포하기가 어렵다. 그럼으로 대면적화 되어가는 웨이퍼에 대응할 수 있는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버가 요구되고 있다.In the case of a vacuum process chamber using a remote plasma generator, the plasma gas supplied into the chamber through the limited gas inlet is difficult to distribute evenly to the entire area of the chamber. Therefore, there is a need for a vacuum process chamber using a remote plasma generator that can cope with a larger wafer.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 대면적화 되어가는 웨이퍼에 대응할 수 있는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a vacuum process chamber using a remote plasma generator that can cope with a wafer that is becoming large in area.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 원격 플라즈마 발생기로부터 발생된 플라즈마 가스를 제공받아 공정을 수행하는 진공 프로세스 챔버는: 프로세스 챔버를 이루는 하우징, 하우징의 상부는 고깔 형상을 갖고, 하우징의 상부 중심에 원격 플라즈마 발생기의 출구와 연결되는 가스 입구, 하우징 상부면을 따라 나선형으로 권선되는 H-필드 발생용 코일, H-필드 발생용 코일과 전기적으로 연결되어 전원을 공급하는 H-필드 발생 전원, 프로세스 챔버의 내부 저면에 설치되어 웨이퍼가 위치하는 서브스트레이트, 진공 펌프와 연결되는 가스 출구를 포함한다.In order to achieve the above object, a vacuum process chamber receiving a plasma gas generated from a remote plasma generator of the present invention and performing a process includes: a housing constituting the process chamber, an upper portion of the housing having a solid shape, and an upper center of the housing; Gas inlet connected to the outlet of the remote plasma generator, an H-field generating coil spirally wound along the upper surface of the housing, an H-field generating power source electrically connected to and supplying power to the H-field generating coil, and a process It is installed on the inner bottom of the chamber and includes a substrate on which the wafer is located and a gas outlet connected to a vacuum pump.

이와 같은 본 발명의 진공 프로세스 챔버에 의하면, H-필드 발생용 코일에 의해 하우징 내측에 유도되는 H-필드에 의해 가스 입구를 통해 유입되는 플라즈마 가스가 플라즈마 챔버 내부에 고르게 확산된다.According to the vacuum process chamber of the present invention, the plasma gas introduced through the gas inlet is evenly diffused into the plasma chamber by the H-field guided inside the housing by the H-field generating coil.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 프로세스 챔버의 하우징 내부는 폴리머 방지를 위한 폴리머 방지벽이 설치되고, 폴리머 방지벽은 석영 재질로 구성된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the inside of the housing of the process chamber is provided with a polymer barrier for preventing polymer, and the polymer barrier is made of quartz material.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, H-필드 발생 전원은 소정의 전압을 갖는 직류 또는 소정의 전압 및 주기를 갖는 펄스 파형 중 어느 하나를 발생하여 H-필드 발생용 코일로 공급한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the H-field generating power supply generates either a direct current having a predetermined voltage or a pulse waveform having a predetermined voltage and period to supply the coil to the H-field generating coil.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, H-필드 발생 전원은 5V 내지 50V 전압을 갖고, 10A 내지 300A 전류를 공급한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the H-field generating power source has a voltage of 5V to 50V and supplies 10A to 300A current.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 프로세스 챔버의 내부 압력은 30m Torr 내지 15 Torr를 갖는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the internal pressure of the process chamber has 30m Torr to 15 Torr.

(실시예)(Example)

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosed contents thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

본 발명의 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버는 고깔 형상을 갖는 챔버 하우징과 그 상부에 H-필드 발생용 코일을 구비하여 원격 플라즈마 발생기로부터 유입되는 플라즈마 가스가 프로세스 챔버의 내부에 고르게 확산되도록 한다.The vacuum process chamber using the remote plasma generator of the present invention includes a chamber housing having a solid shape and an H-field generating coil thereon so that the plasma gas flowing from the remote plasma generator can be evenly diffused into the process chamber.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버의 구성을 보여주는 단도면이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a vacuum process chamber using a remote plasma generator according to a preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하여, 본 발명의 프로세스 챔버(20)는 하우징 상부(22)가 고깔 형상을 갖고, 하우징의 상부(22)의 중심에 원격 플라즈마 발생기(10)의 출구(12)와 연결되는 가스 입구(21)가 구성된다. 프로세스 챔버(20)의 하부 일 측에는 진공 펌프(미도시)와 연결되는 가스 출구가 구성된다.Referring to the drawings, the process chamber 20 of the present invention has a gas inlet in which the upper portion of the housing 22 has a solid shape and is connected to the outlet 12 of the remote plasma generator 10 at the center of the upper portion 22 of the housing. 21 is configured. The lower side of the process chamber 20 is configured with a gas outlet connected to a vacuum pump (not shown).

하우징 상부면(22)을 따라 나선형으로 H-필드 발생용 코일(26)이 수회 권선된다. H-필드 발생용 코일(26)은 전기적으로 H-필드 발생 전원(27)에 연결된다. 프로세스 챔버(20)의 내부 저면에는 웨이퍼(29)가 위치하는 서브스트레이트(25)가 마련되어 있으며, 바이어스 전원(28)이 서브스트레이트(25)에 전기적으로 연결된다. 프로세스 챔버(20)의 하우징 내부는 폴리머 방지를 위한 폴리머 방지벽(24)이 설치된다. 폴리머 방지벽(24)은 바람직하게는 석영 재질로 구성된다.The H-field generating coil 26 is wound several times spirally along the housing upper surface 22. The H-field generating coil 26 is electrically connected to the H-field generating power source 27. The substrate 25, on which the wafer 29 is located, is provided on the inner bottom of the process chamber 20, and the bias power supply 28 is electrically connected to the substrate 25. The inside of the housing of the process chamber 20 is provided with a polymer barrier wall 24 for polymer prevention. The polymer barrier 24 is preferably made of quartz.

H-필드 발생 전원(27)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 소정의 전압(Va)을 갖는 직류 또는 소정의 전압(Vb) 및 주기를 갖는 펄스 파형 중 어느 하나를 발생하여 H-필드 발생용 코일(26)로 공급한다. H-필드 발생 코일(26)에 전원이 공급되면, 도 4에 도시된 바와 같이, H-필드 발생용 코일(26)에는 H-필드가 형성된다.As shown in FIGS. 3A and 3B, the H-field generating power supply 27 generates either a direct current having a predetermined voltage Va or a pulse waveform having a predetermined voltage Vb and a period to generate H. Supply to the field generating coil 26. When power is supplied to the H-field generating coil 26, an H-field is formed in the H-field generating coil 26 as shown in FIG.

본 발명의 바람직한 실시예에서, H-필드 발생 전원(27)은 예컨대, 5V 내지 50V 전압을 갖고, 10A 내지 300A 전류를 공급한다. 프로세스 챔버의 내부 압력은 예컨대, 30mTorr 내지 15Torr를 갖는다.In a preferred embodiment of the present invention, the H-field generating power supply 27 has a voltage of 5V to 50V, for example, and supplies 10A to 300A current. The internal pressure of the process chamber has, for example, 30 mTorr to 15 Torr.

원격 플라즈마 발생기(10)는 입구(11)와 출구(12)를 갖고 루프를 형성하는 플라즈마 발생관과 이에 쇄교 되도록 결합되는 다수개의 자기코어들(13)과 이에 수회 권선되는 코일(14) 그리고 코일로 RF 전원을 제공하는 RF 전원(15)을 포함하는 구성을 갖는다.The remote plasma generator 10 has an inlet 11 and an outlet 12 and a plurality of magnetic cores 13 and a coil 14 wound around the coil and a plurality of magnetic cores 13 connected to be connected to the plasma generator tube forming a loop. It has a configuration that includes an RF power supply 15 to provide an RF power supply.

원격 플라즈마 발생기(10)로부터 발생된 플라즈마 가스는 좁은 가스 입구(21)를 통해 중심부에 집중되어 유입되는 플라즈마 가스 이온 입자들은, 도 5에 도시된 바와 같이, H-필드에 영향을 받아 중심부로부터 하우징(20) 측벽면으로 확산되어져 전체적으로는 플라즈마 챔버(20)의 내부에 고르게 확산되어 진다.Plasma gas ions generated from the remote plasma generator 10 are concentrated and introduced into the central portion through the narrow gas inlet 21, and as shown in FIG. (20) It is diffused to the side wall surface and is spread evenly in the inside of the plasma chamber 20 as a whole.

이와 같은 본 발명의 원격 플라즈마 발생기를 이용한 프로세스 챔버는 플라즈마를 이용한 다양한 반도체 제조 공정 예를 들어, 애싱, 세정, 식각, CVD 등에 효과적으로 사용될 수 있다.Such a process chamber using the remote plasma generator of the present invention can be effectively used in various semiconductor manufacturing processes using plasma, for example, ashing, cleaning, etching, CVD, and the like.

이상에서 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였으나, 이는 일 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.Although the configuration and operation of the vacuum process chamber using the remote plasma generator according to the present invention has been described above according to the above description and drawings, this is only an example and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course, change and change are possible.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 프로세스 챔버의 하우징을 고깔 형상으로 하고 그 상부면에 H-필드 발생을 위한 코일을 권선함으로서 원격 플라즈마 발생기로부터 유입되는 플라즈마 가스 이온 입자들을 프로세스 챔버에 고르게 확산시킬 수 있다.As described above in detail, the housing of the process chamber is solid, and by winding a coil for generating H-field on the upper surface thereof, plasma gas ion particles introduced from the remote plasma generator can be uniformly diffused into the process chamber. .

도 1은 일반적인 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 블록도;1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vacuum process chamber system using a typical remote plasma generator;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버의 구성을 보여주는 단도면;2 is a cross-sectional view showing the configuration of a vacuum process chamber using a remote plasma generator according to a preferred embodiment of the present invention;

도 3a 및 도 3b는 도 2의 H-필드 발생용 전원의 전원 공급 파형의 일 예를 보여주는 도면;3A and 3B illustrate an example of a power supply waveform of the H-field generation power supply of FIG. 2;

도 4는 도 2의 H-필드 발생 코일에 의해 발생되는 H-필드를 가시적으로 보여주는 도면; 그리고4 is a view showing visually an H-field generated by the H-field generating coil of FIG. 2; And

도 5는 원격플라즈마 발생기로부터 입력되는 플라즈마 가스가 확산되는 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for explaining the diffusion of plasma gas input from a remote plasma generator.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1: 가스 소오스 3, 10: 원격 플라즈마 발생기1: gas source 3, 10: remote plasma generator

5, 20: 프로세스 챔버 7: 진공펌프5, 20: process chamber 7: vacuum pump

15: RF 전원 27: H-필드 발생 전원15: RF power source 27: H-field generating power source

22: 챔버 하우징 상부 24: 폴리머 방지벽22: chamber housing upper 24: polymer barrier

25: 서브스트레이트 28: 바이어스 전원25: Substrate 28: Bias Supply

Claims (6)

원격 플라즈마 발생기로부터 발생된 플라즈마 가스를 제공받아 공정을 수행하는 진공 프로세스 챔버에 있어서,A vacuum process chamber receiving a plasma gas generated from a remote plasma generator and performing a process, 프로세스 챔버를 이루는 하우징, 하우징의 상부는 고깔 형상을 갖고;A housing constituting the process chamber, the upper portion of the housing having a solid shape; 하우징의 상부 중심에 원격 플라즈마 발생기의 출구와 연결되는 가스 입구;A gas inlet connected to an outlet of the remote plasma generator at an upper center of the housing; 하우징 상부면을 따라 나선형으로 권선되는 H-필드 발생용 코일;An H-field generating coil spirally wound along the upper surface of the housing; H-필드 발생용 코일과 전기적으로 연결되어 전원을 공급하는 H-필드 발생 전원;An H-field generating power supply electrically connected to the H-field generating coil to supply power; 프로세스 챔버의 내부 저면에 설치되어 웨이퍼가 위치하는 서브스트레이트;A substrate installed on an inner bottom surface of the process chamber to position the wafer; 진공 펌프와 연결되는 가스 출구를 포함하여,Including a gas outlet connected with a vacuum pump, H-필드 발생 전원은 소정의 전압을 갖는 직류 또는 소정의 전압 및 주기를 갖는 펄스 파형 중 어느 하나를 발생하여 H-필드 발생용 코일로 공급함으로서,The H-field generating power supply generates either a direct current having a predetermined voltage or a pulse waveform having a predetermined voltage and period and supplies the same to the coil for generating the H-field. H-필드 발생용 코일에 의해 하우징 내측에 유도되는 H-필드에 의해 가스 입구를 통해 유입되는 플라즈마 가스가 플라즈마 챔버 내부에 고르게 확산되어 지는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버.A vacuum process chamber using a remote plasma generator, characterized in that the plasma gas introduced through the gas inlet by the H-field guided inside the housing by the H-field generating coil is uniformly diffused in the plasma chamber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 프로세스 챔버의 하우징 내부는 폴리머 방지를 위한 폴리머 방지벽이 설치되는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버.The inside of the housing of the process chamber is a vacuum process chamber using a remote plasma generator, characterized in that the polymer barrier for preventing the polymer is installed. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 폴리머 방지벽은 석영 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버.And the polymer barrier wall is made of a quartz material. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, H-필드 발생 전원은 5V 내지 50V 전압을 갖고, 10A 내지 300A 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버.The H-field generating power source has a voltage of 5V to 50V and a vacuum process chamber using a remote plasma generator, characterized in that it supplies 10A to 300A current. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 프로세스 챔버의 내부 압력은 30mTorr 내지 15Torr를 갖는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기를 이용한 진공 프로세스 챔버.A vacuum process chamber using a remote plasma generator, characterized in that the internal pressure of the process chamber has a 30mTorr to 15Torr.
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