KR100790393B1 - 플라즈마 공정장비 - Google Patents

플라즈마 공정장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 공정장비의 뷰포트 구조에 관한 것으로, 챔버 벽면에서 접지의 연속성을 확보하여 공정의 균일성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 공정장비의 뷰포트(200)에는 챔버 벽면(100)에 전기적으로 접속되어 있는 그라운드 커버(230)가 구비되고, 이 그라운드 커버(230)는 챔버 벽면(100)과 접촉하는 면이 베어면(231a,231b)으로 구성되어 있다. 따라서 뷰포트(200) 근방에서 접지의 연속성이 유지되고, 챔버(100) 내부의 전기장 및 플라즈마 분포가 균일하게 된다.
플라즈마 공정장비, 뷰포트, 접지

Description

플라즈마 공정장비{Plasma processing equipment}
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 공정장비를 도시한 개략도.
도2는 도1의 플라즈마 공정장비의 A부를 도시한 확대도.
도3은 도1의 플라즈마 공정장비의 뷰포트를 도시한 분해사시도.
도4는 종래기술에 따른 플라즈마 공정장비와 본 발명에 따른 플라즈마 공정장비를 이용하여 에칭 공정을 수행한 결과 웨이퍼 상에 나타나는 식각률 분포를 나타낸 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 챔버 101: 가스공급부
102: RF파워공급장치 103: 기판지지대
104: 배기구 105: 진공펌프
200: 뷰포트 210: 투명창
220: 프레임 230: 그라운드 커버
240: 외부커버 251,252,253: 오링
261,262: 고정볼트 271: 차폐망
272: UV필터
본 발명은 플라즈마 공정장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내부의 플라즈마 상태를 관찰하기 위한 뷰포트(View port)에 관한 것이다.
반도체 공정에 있어서, 플라즈마는 식각, PVD와 CVD증착, 아싱(ashing), 챔버 클리닝(chamber cleaning) 등 다양한 목적으로 폭넓게 사용되고 있다. 이들 플라즈마 공정에 사용되는 장비는 공정 챔버와, 기판 지지대, 반응 가스 공급장치, RF파워 공급장치, 배기펌프 등으로 이루어진다.
플라즈마 공정에서는 플라즈마의 발광 스펙트럼 변화를 측정하여 공정의 완료여부를 검출하게 된다. 이를 위하여 플라즈마 챔버에는 플라즈마의 발광 상태를 관측하기 위한 뷰포트(view port)가 구비된다.
종래의 뷰포트 구조는 대한민국 공개특허공보 제2001-0072886호에 개시된 바와 같다. 상기 공개특허에 개시된 플라즈마 처리장치는 웨이퍼를 수납하는 동시에 플라즈마 생성 공간을 포위하는 처리실, 하부전극을 구성하는 서셉터, 상부전극을 구성하는 샤워헤드 등을 구비한다. 처리실의 바닥은 배기관에 접속되어 처리실 내부를 소정의 진공분위기로 유지시킨다. 서셉터에는 RF전원이 접속되어 서셉터와 샤워헤드 사이에 고주파 전계를 형성하고, 그 결과 처리실 내의 반응가스로부터 플라즈마를 발생시킨다.
한편, 처리실의 측벽에는 처리실보다 소직경의 실드부재가 설치되고, 처리실의 측벽과 실드부재에는 플라즈마의 상태를 검출하기 위한 창 디바이스(혹은 뷰포트)가 배치된다. 이 창 디바이스는 처리실 측벽에 삽입되는 석영 재질의 창플레이트, 실드 부재에 삽입되고 표면이 양극산화(anodizing)처리된 알루미늄재질의 광안내부, 광안내부에 부착되는 사파이어 재질의 커버플레이트로 이루어진다.
처리실 벽면은 접지 상태를 유지하게 되는데, 처리실 벽에 삽입되는 창플레이트는 절연체이기 때문에 이 부근에서 접지 상태의 연속성이 깨지게 된다. 이는 처리실 내부에 형성되는 전기장의 분포를 불균일하게 하고, 처리실 내부에 형성되는 플라즈마의 상태를 불균일하게 하여, 웨이퍼 상의 공정 불균일로 이어지는 문제점을 유발한다.
상기 공개특허에 개시된 플라즈마 처리장치의 실시예에 따라서는 창플레이트, 광안내부, 커버플레이트를 모두 처리실 측벽에 삽입한 형태의 플라즈마 처리장비도 개시되어 있다. 그러나 이러한 유형의 플라즈마 처리장비에서도 창플레이트와 커버플레이트는 절연체 재질이며, 알루미늄 재질의 광안내부의 표면은 양극산화 처리되어 절연막이 형성되어 있기 때문에 처리실 벽과의 접지 연속성을 확보하지 못하는 문제를 여전히 안고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 벽면의 접지 연속성을 확보하여, 공정의 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 공정장비를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 공정장비는 접지된 챔버; 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 가스공급부 및 RF파워공급장치; 상기 챔버 내부를 관찰할 수 있도록 상기 챔버 벽에 구비되는 뷰포트; 플라즈마에서 발생되는 광을 투과시킬 수 있도록 상기 뷰포트에 구비되는 투명창; 및 상기 투명창 부근에서 접지가 유지되도록 상기 뷰포트에 구비되는 접지된 그라운드 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그라운드 커버는 상기 챔버 벽과 접촉되고, 이들의 접촉면은 베어면인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그라운트 커버에는 상기 플라즈마에서 발산되는 광을 통과시키기 위한 다수의 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그라운드 커버는 상기 챔버의 내부를 향하고 있는 상기 투명창의 전방을 덮도록 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 뷰포트에는 상기 투명창을 고정하기 위한 프레임이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 뷰포트에는 기밀유지를 위한 오링이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 뷰포트에는 상기 챔버 내부에서 발생되는 RF전계의 누설을 방지하기 위한 차폐망과, 플라즈마에서 발산되는 자외선을 차단하기 위한 UV필터가 구비된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 공정장비를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 공정장비는 공정 중에 소정의 진공도를 유지하며 내부에 플라즈마를 형성시키는 챔버(100, 이하 '챔버 벽면'이라고도 한다)와, 상기 챔버(100)에 반응가스를 공급하는 가스공급부(101)와, 반응가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 챔버(100) 내부에 RF파워를 공급하는 RF파워공급장치(102)와, 챔버(100) 내부에서 기판(W)을 지지하는 기판지지대(103)를 구비한다.
챔버(100)의 일측에는 배기구(104)가 형성되고, 이 배기구(104)는 공정 중에 챔버(100) 내부의 반응가스를 배기하여 소정의 진공도를 유지시켜 주는 진공펌프(105)에 연통된다.
가스공급부(101)는 일반적인 샤워헤드로 구성되며, 이 샤워헤드는 RF파워공급장치(102)에 연결되어 상부전극을 이루게 된다. 그리고 기판지지대(103) 측에는 미도시된 하부전극이 구비되어, 상부 전극과의 사이에 고주파 전계(RF field)를 형성하게 된다.
한편, 챔버(100) 일반적으로 알루미늄과 같은 전도체로 제조되며, 접지 상태를 유지하게 된다. 챔버(100)의 일 측면에는 챔버(100) 내부에 발생되는 플라즈마의 상태를 관측하기 위한 뷰포트(200, view port)가 구비된다. 공정 중에 플라즈마에서 발생되는 광은 이 뷰포트(200)를 통하여 외부로 방출되며, 사용자는 이 광을 육안으로 관찰하거나 혹은 계측기 등으로 검출하여 공정의 이상유무 및 진행정도를 판단하게 된다.
이상에서 챔버(100), 가스공급부(101), RF파워공급장치(102), 기판지지대(103) 등의 구체적인 구조는 공정 유형에 따라 변동될 수 있으며, 본 실시예에서는 단지 하나의 예를 제시하고 있을 뿐이다. 본 발명의 주요한 특징은 상기 뷰포트(200)의 구조에 있는 바, 이하에서는 뷰포트(200)의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도2 및 도3을 참조하면, 챔버(100)의 측벽에는 챔버(100) 내부로 갈수록 직경이 작아지는 단차를 갖는 관통홀(100a)이 형성되어 있다. 이 관통홀(100a) 상에는 플라즈마에서 발산되는 광을 투과시키는 투명창(210)과, 투명창(210)을 지지하는 프레임(220)과, 챔버(100) 내부를 향하고 있는 투명창(210)의 전면을 감싸는 그라운드 커버(230)와, 챔버(100) 외부로 노출된 외부커버(240)가 구비된다.
투명창(210)은 챔버(100) 외부를 향하고 있는 원판형의 베이스부(211)와, 이 베이스부(211)에서 챔버(100) 내부를 향하여 연장되며 베이스부(211)에 비하여 두께가 두껍고 직경은 작은 돌출부(212)로 이루어진다. 투명창(210)의 재질은 석영(Quartz)으로 제조되는 것이 바람직하다. 다만 석영에만 한정되는 것은 아니며 사파이어 및 기타 광투과 물질로 대신할 수 도 있다.
투명창(210)의 베이스부(211) 둘레를 감싸고 있는 프레임(220)은 챔버(100) 내부에 가깝게 위치되는 내측 프레임(221)과 챔버(100) 외부에 가깝게 위치되는 외측 프레임(222)으로 이루어진다. 외측프레임(220)에는 투명창(210)의 베이스부(211)를 수용하는 수용홈(222a)이 형성되어 있다. 따라서 베이스부(211)의 측면과 후면 둘레는 외측프레임(220)에 의해 둘러싸여 있으며 베이스부(211)의 전면 둘레는 내측프레임(220)에 둘러싸이게 된다. 내측 프레임(221)과 챔버 벽면(100) 사이에는 기밀유지를 위한 제1오링(251)이 구비된다. 이는 공정 중에 외기가 챔버(100) 내부로 유입되지 않도록 하여 챔버(100) 내부가 소정의 진공도를 유지하도록 함과 동시에 챔버(100) 내부가 외기로 오염되지 않도록 하기 위한 것이다. 그리고 내측 프레임(221)과 베이스부(211) 사이, 외측 프레임(222)과 베이스부(211) 사이에도 제2오링(252) 및 제3오링(253)이 구비된다. 제2오링(252) 및 제3오링(253)은 기밀유지 뿐만 아니라, 석영 재질의 투명창(210)이 프레임(220)과 접촉할 때 과도한 충격이 직접 전달되어 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다. 내측 프레임(221)과 외측 프레임(222)에는 이들 오링(251,252,253)을 설치하기 위함 오링홈(221a,221b,222b)이 형성되어 있다. 프레임(220)은 그 둘레부가 제1고정볼트(261)에 의해 챔버 벽면(100)에 고정된다. 이를 위하여 프레임(220)의 둘레에는 다수의 나사홀(221c, 222c)이 형성되어 있다.
그라운드 커버(230)는 투명창(210) 주변에서 접지의 연속성을 유지하기 위한 것이다. 그라운드 커버(230)는 도시된 바와 같이 투명창(210) 돌출부(212)의 전방 일부를 감싸고 있다. 그라운드 커버(230)의 전면에는 플라즈마에서 발산되는 광을 통과시키기 위한 다수의 홀(230a)이 형성되어 있다. 그라운드 커버(230) 후단부 둘레는 반경방향으로 돌출된 스커트부(231)가 형성되어 있고, 이 스커트부(231)는 내측 프레임(221)과 챔버 벽면(100)에 의해 지지된다.
그라운드 커버(230)는 전기 전도성 재질인 알루미늄으로 제조된다. 알루미늄 재질의 부품은 내마모성, 내열성 등을 향상시킬 목적으로 표면에 양극산화(anodizing)처리 된 피막을 형성하는 경우가 있다. 상기 종래기술에서 언급한 광안내부 역시 표면을 양극산화 처리한 것인데, 양극산화피막은 전기적인 절연물질로 작용하게 된다. 본 실시예의 그라운드 커버(230)는 챔버 벽면(100)과의 접지 연속성을 유지하기 위하여 스커트부(231)의 양면을 양극산화피막을 제거한 베어(bare)면(231a, 231b)으로 구성하고, 이 베어면(231a,231b)이 챔버 벽면(100) 및 내측 프레임(221)에 전기적으로 접촉되도록 하였다. 따라서 챔버 벽면(100)과 함께 그라운드 커버(230)도 접지상태에 있게 된다. 이때 그라운드 커버(230)의 베어면(231a,231b)과 접하고 있는 챔버 벽면(100) 및 내측 프레임(221)도 베어면으로 구성되어야 한다. 본 실시예에서는 스커트부(231)의 양 면만을 베어면(231a,231b)으로 구성하고 다른 부분에는 양극산화피막(232)이 형성되도록 하였으나, 필요에 따라서는 챔버 벽면(100)과 접하고 있는 전체면을 베어면(231a,231b)으로 구성할 수 도 있다.
한편, 외부커버(240)는 외측 프레임(222)의 바깥쪽에 설치된다. 외부커버(240)와 외측프레임(220) 사이에는 챔버(100) 내부에 형성된 RF 전계가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위한 스테인리스스틸(STS, Stainless Steel) 재질의 차폐망(271)과, 플라즈마에서 방사되는 광의 자외선을 차단하기 위한 UV필터(272)가 설치된다. 이들 차폐망(271)과 UV필터(272)는 챔버(100) 내부를 관측하는 사용자의 안전을 위한 것이다. 외부커버(240)의 둘레에는 외부커버를 외측프레임(220)에 고정하는 제2고정볼트(262)를 체결하기 위한 수개의 나사홀(240a)이 형성된다.
본 실시예에 따른 플라즈마 공정장비는 뷰포트(200)에 설치되는 투명창(210)이 챔버 벽면(100)과 전기적으로 접촉되는 그라운드 커버(230)에 의해 감싸져 있다. 따라서 투명창(210) 주위에서 접지의 연속성이 유지되고, 챔버(100) 내부에서는 전기장 및 플라즈마의 균일성이 확보된다.
도4는 종래기술에 따른 플라즈마 공정장비와 본 발명에 따른 플라즈마 공정장비를 이용하여 에칭 공정을 수행한 결과 웨이퍼 상에 나타나는 식각률 분포를 나타낸 그래프이다. 종래기술에 따른 플라즈마 공정장비를 이용한 에칭공정의 경우 (a)에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상의 식각률 분포가 비대칭적으로 나타나나, 본 발명에 따른 플라즈마 공정장비를 이용한 에칭 공정의 경우 (b)에 도시된 바와 같이 웨이퍼 전체에 걸쳐 식각률 분포가 대칭적으로 나타남을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 공정장비는 뷰포트 부근에서 접지의 연속성을 확보할 수 있는 그라운드 커버가 구비되어 있어, 챔버 내부의 전기장 및 플라즈마의 분포가 균일하다. 따라서 공정의 균일도가 높아지고 기판의 수율이 증대되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 접지된 챔버;
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 가스공급부 및 RF파워공급장치;
    상기 챔버 내부를 관찰할 수 있도록 상기 챔버 벽에 구비되는 뷰포트;
    플라즈마에서 발생되는 광을 투과시킬 수 있도록 상기 뷰포트에 구비되는 투명창; 및
    상기 투명창 부근에서 접지가 유지되도록 상기 뷰포트에 구비되는 접지된 그라운드 커버를 포함하는 플라즈마 공정장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그라운드 커버는 상기 챔버 벽과 접촉되고, 이들의 접촉면은 베어면인 플라즈마 공정장비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그라운트 커버에는 상기 플라즈마에서 발산되는 광을 통과시키기 위한 다수의 홀이 형성된 플라즈마 공정장비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그라운드 커버는 상기 챔버의 내부를 향하고 있는 상기 투명창의 전방 을 덮도록 마련된 플라즈마 공정장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 뷰포트에는 상기 투명창을 고정하기 위한 프레임이 구비된 플라즈마 공정장비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 뷰포트에는 기밀유지를 위한 오링이 구비된 플라즈마 공정장비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 뷰포트에는 상기 챔버 내부에서 발생되는 RF전계의 누설을 방지하기 위한 차폐망과, 플라즈마에서 발산되는 자외선을 차단하기 위한 UV필터가 구비된 플라즈마 공정장비.
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