KR100855323B1 - 공정 챔버 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
공정 챔버와 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 공정 챔버는 내부 공간을 한정하는 측벽 및 상기 내측벽과 인접하게 배치되고, 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 갖는 라이너(liner)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치는 언급한 공정 챔버와 더불어 공정 챔버의 일측에서 전계를 제공하여 공정 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키기 위한 플라즈마 생성부를 더 포함한다. 따라서, 라이너에 코팅된 실리콘과 식각 가스로 사용되는 불화탄소류 계열의 가스들이 반응함으로써, 불화탄소류 계열의 가스들의 농도가 낮아진다. 이에, 플라즈마 처리 장치는 불화탄류 계열의 가스들에 의하여 식각 공정의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 공정 챔버의 측벽 및 라이너를 나타낸 부분 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 플라즈마 처리 장치 200 : 공정 챔버
210 : 측벽 220 : 라이너
222 : 엠보싱 240 : 기판지지 부재
240 : 기판 가열 부재 300 : 플라즈마 생성부
310 : 코일 320 : 고주파 전원 인가부
330 : 정합 회로부 400 : 가스 공급부
본 발명은 공정 챔버 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 공정을 진행하는 공정 챔버 및 플라즈마 처리 장치에 관 한 것이다.
최근의 반도체 소자로 제조하기 위한 반도체 웨이퍼의 대구경화, 평면 디스플레이 소자로 제조하기 위한 유리 기판의 대면적화 등에 따라 식각 처리나 성막 처리를 하는 처리 장치의 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 상기 식각 처리나 성막 처리를 플라즈마를 이용하여 진행하는 플라즈마 식각 장치, 플라즈마 증착 장치, 플라즈마 애싱(ashing) 장치 등의 플라즈마 처리 장치에 대한 수요도 증가하고 있는 추세이다. 특히, 플라즈마를 이용한 플라즈마 식각 장치는 기판으로부터 산화물, 알루미늄, 폴리실리콘 및 실리사이드를 포함하는 물질들을 제거하는데 사용되고 있다.
한편, 고주파 ICP 소스를 구비한 플라즈마 식각 장치는 고주파 전원을 이용하여 수 mTorr의 저압하에서 비교적 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 피처리물에 대해 평면적으로 코일을 배치함으로써 면적이 큰 플라즈마를 용이하게 발생시킬 수 있다. 또한, 공정 챔버 내부가 간단하므로 처리 중에 피처리물 상에 발생되는 이물질을 줄일 수 있다는 장점이 있어서 최근에 널리 사용되고 있다.
이러한 ICP 방식의 플라즈마 식각 장치에서 진행되는 식각 공정에 사용되는 식각 가스는 사불화탄소(CF4)를 포함한 다양항 불화탄소류(예를 들어, CHF3, C2F6, C4F8 등) 등을 포함한다. 상기 플라즈마 식각 장치가 상기 불화탄소 계열의 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 플라즈마의 과도한 해리(disoosiation)로 인해 F(불소원자) 라디칼들이 과도하게 생성된다. 이에, 생성된 F 라디칼들은 다른 입자와 결합, 반응하려는 성질이 강하기 때문에 공정의 효율성이 저하되는 문제점 이 발생한다.
특히, 식각 가스로 사용되는 불화탄소류 계열의 가스들의 과도한 해리로 인하여 다량의 F 라디칼들이 발생하는 경우, F 라디칼과 기판에 포함된 SiO2가 반응하여 생성된 옥시겐(oxygen) 성분이 포토레지스터와 반응하여 포토레지스터가 제거되는 문제점이 발생한다. 또한, F 라디칼들과 SiO2의 하부막에 포함된 Si가 반응하여 SiF4가 생성됨으로써 Si의 선택비가 낮아지는 문제점이 발생한다.
본 발명의 일 목적은 식각 가스로 사용되는 불화탄소류 계열 가스들의 농도를 감소시키기 위한 공정 챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 공정 챔버를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버는 내부 공간을 한정하는 측벽 및 상기 내측벽과 인접하게 배치되고, 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 갖는 라이너(liner)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라이너는 알루미늄 재질로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅면은 엠보싱 형상을 가진다. 또한, 상기 엠보싱은 반구형 또는 반타원체형의 단위 형상이 인접하여 반복적으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라이너는 상기 측벽으로부터 분리 가능 하도록 형성된다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 내부에 기판을 수용하고, 내부 공간을 한정하는 측벽 및 상기 내측벽과 인접하게 배치되고, 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 갖는 라이너를 포함하는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버의 일측에서 전계를 제공하여 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키기 위한 플라즈마 생성부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅면은 엠보싱 형상을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라이너는 상기 측벽으로부터 분리 가능하도록 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 공정 챔버 내부에 불화탄소 계열의 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 생성부는 상기 공정 챔버의 측면을 감싸도록 배치되는 코일 및 상기 코일에 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원 인가부를 포함한다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 고주파 전원 인가부와 상기 코일의 사이에 배치된 정합 회로부를 더 포함한다.
이러한 공정 챔버 및 플라즈마 처리 장치에 따르면, 식각 가스로 사용되는 불화탄소와 라이너의 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면이 반응하여 불화탄소의 농도가 감소한다. 따라서, 플라즈마 처리 장치는 불화탄소로 인하여 식각 공정의 효율이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 공정 챔버, 라이너 및 엠보싱 등은 그 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 이하세서 설명하는 플라즈마 처리 장치는 박막 적층 장치, 패터닝을 위한 식각 장치 등에 적용할 수 있다. 그리고, 언급한 적용예 이외에도 플라즈마를 사용하는 처리 장치 모두에 적용할 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 간략하게 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 공정 챔버의 측벽 및 라이너를 나타낸 부분 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는 공정 챔버(200), 플라즈마 생성부(300) 및 가스 공급부(400)를 포함한다.
공정 챔버(200)는 기판을 수용하기 위하여 그 내부에 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 공간을 마련한다. 공정 챔버(200) 내부는 공정을 진행하기 위해 진공 상태를 유지하여야 한다. 따라서, 공정 챔버(200)는 외부로부터 밀폐되는 구조를 갖고, 그 일측에 진공 펌프(도시되지 않음) 등과 같은 부재가 연결된다.
공정 챔버(200)는 챔버(210), 라이너(220), 기판 지지 부재(230) 및 고주파 인가부(240)를 포함한다.
측벽(210)은 공정 챔버(200)의 바닥면으로부터 상부 방향으로 연장되도록 형성되어 내부 공간을 한정한다. 측벽(210)은 유전 물질로 이루어지며, 예를 들어 세라믹 등을 포함한다. 측벽(210)은 공정 챔버(200) 내에서 발생하는 플라즈마가 외부에 미치는 전기적 효과를 감소시킨다.
라이너(220)는 측벽(210)의 내측면, 즉 내측벽과 인접하게 배치된다. 예를 들어, 라이너(220)는 측벽(210)의 내부면에 의해 둘러싸진 형상으로 얇은 막의 형상을 가진다. 라이너(220)는 공정 챔버(200)의 측벽(210)과 동일한 형상을 가지며, 예를 들어 라이너(220)는 상부면 및 하부면이 없는 원기둥의 형상을 가진다. 이와 달리, 라이너(220)는 공정의 종류에 따라 공정 챔버(200) 및 측벽(210)의 형상이 변경되는 경우, 이에 대응하여 형상이 변경된다. 라이너(220)는 공정 챔버(200)의 측벽(210)으로부터 분리 가능하도록 형성된다.
라이너(220)는 예를 들어, 알루미늄 재질로 이루어진다. 이에 라이너(220)는 고주파 전원이 인가되는 코일(310)과 공정 챔버(200) 내의 반응 가스 사이에 발생하는 용량성 커플링 플라즈마 효과를 감소시킨다. 즉, 코일에서 발생하는 축방향으로 발생한 전기장을 전기적으로 차단하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 라이너(220)는 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된다. 즉, 라이너(220)는 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 가진다. 예를 들어, 상기 코팅면은 엠보싱(222)의 형상을 갖는다. 예를 들어, 엠보싱(222)은 반구형 또는 반타원체형의 단위 형상이 인접하여 반복적으로 형성된다. 이와 달리, 엠보싱(222)은 접촉 면적을 넓히기 위하여 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 엠보싱(222)은 피라미드형, 반삼각뿔형 등의 단위 형상이 인접하여 반복적으로 형성될 수 있다.
라이너(220)에 코팅된 코팅면의 역할에 대한 상세한 설명은 가스 공급부(400)를 언급한 후, 상세하게 설명하기로 한다.
기판 지지 부재(230)는 예를 들어, 정전력에 의해 기판(W)를 흡착 지지하는 정전척(electro static chuck : ESC)을 포함한다. 이와 달리, 기계적 클램핑 방식에 의하여 기판(W)을 기판 지지 부재(230)에 고정될 수 있다. 또한, 기판지지 부재(230)는 진공 압에 의해 기판(W)을 흡착 지지하는 방식의 진공척(vacuum chuck)을 포함할 수 있다. 기판(W)은 예를 들어, 포토레티클(회로원판)용 기판, 액정 디스플레이 패널용 기판 또는 플라즈마 디스플레이 패널욜 기판 등의 표시 패널 기판, 하드 디스크용 기판, 반도체 장치 등의 전자 디바이스용 기판 등을 포함한다.
고주파 인가부(240)는 기판 지지 부재(230)에 고주파 전원을 인가한다. 이에 고주파 인가부(240)로부터 인가받은 고주파 전원에 의해 기판 지지 부재(230)가 가열되며, 가열된 기판 지지 부재(230)의 열이 기판에 전달되어 기판(W)이 가열된다. 이에 기판(W)이 고주파 인가부(240)의 고주파 전원에 의해 효과적으로 바이어스 되므로, 공정 챔버(200) 내의 전하 입자들이 기판(W) 방향으로 이동하게 된다.
공정 챔버(200)는 배기구(250), 배기 라인(260) 및 배기 부재(270)를 더 포함한다. 예를 들어, 배기구(250)는 공정 챔버(200)의 바닥면에 배치된다. 배기 라 인(260)은 배기구(250)와 연결되며, 배기 부재(270)는 배기 라인(260)과 연결된다. 배기 부재(270)는 예를 들어, 공정 챔버(200)의 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌프 등과 같은 배기 장치를 포함한다.
플라즈마 생성부(300)는 공정 챔버(200)의 일측에서 전계를 제공하여 공정 챔버(200) 내부에 플라즈마를 생성시킨다. 플라즈마 생성부(300)는 공정 챔버(200)의 측벽(210)을 감싸도록 배치되는 코일(310) 및 코일(310)에 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원 인가부(320)를 포함한다.
코일(310)은 공정 챔버(200)의 외부에 배치된다. 예를 들어, 코일(310)은 공정 챔버(200)의 외측면을 따라 나선형으로 둘러싸며, 공정 챔버(200)의 외측면을 적어도 1회 이상 감겨진다. 이와 달리 코일(310)은 공정 챔버(200)의 내부에 자기장을 형성할 수 있다면, 공정 챔버(200)의 외측면에 다양한 형태로 배치될 수 있다.
코일(310)은 고주파 전원 인가부(320)로부터 고주파 전원이 인가되며, 코일(310)의 코일을 따라 흐르는 전류가 공정 챔버(200)의 공정 공간에 자기장을 형성한다. 이 자기장에 의해 유도 전기장이 형성되며, 공정 챔버(200)에 공급된 반응 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻어 플라즈마를 생성한다.
고주파 전원 인가부(320)는 코일(310)에 고주파 전원을 인가한다. 구체적으로, 고주파 전원 인가부(320)는 코일(310)의 사이에 배치된 정합 회로부(330)를 통하여 코일(310)에 고주파 전원을 인가한다.
가스 공급부(400)는 공정 챔버(200)의 외부에 배치된다. 가스 공급부(400)는 가스 라인(410) 내의 가스 밸브(420)를 거쳐, 공정 챔버(200)의 내부에 반응 가스를 선택적으로 공급한다. 가스 공급부(400)로부터 제공되는 반응 가스는 예를 들어, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등과 같이 화학적 활성이 없는 불활성 기체, 사불화탄소(CF4)를 비롯한 여러 가지 불화탄소 계열의 가소들을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 불화탄소 계열의 가스가 식각 공정에 이용되는 식각 가스로서 사용된다.
이에 언급한 바와 같이, 공정 챔버(200)의 내부에 불화탄소 계열의 가스들을 사용하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 플라즈마의 해리로 인하여 F 라디칼들이 발생하게 된다. 생성된 F 라디칼들은 다른 입자와 결합 및 반응하려는 성질이 강하기 때문에 공정 과정에서 다른 부작용이 발생할 수 있다. 이는 불화탄소 계열의 가스 예를 들어, CF4는 안정적인 입자로써 화학 반응을 거의 하지 않는데 반하여, F는 불소원자의 최외각에 결합하지 못한 전자 1개가 남아 있어 다른 입자와 결합 및 반응하려는 성질이 매우 강하기 때문이다. 특히, 다량의 F 라디칼들이 발생하는 경우, F 라디칼과 기판에 포함된 SiO2 및/또는 Si와 반응하여 선택비가 낮아진다.
이에 코팅면에 포함되는 실리콘을 포함하는 물질이 식각 공정에서 불화탄소 계열의 가스들이 해리되어 생성된 F 라디칼들과 반응한다. 따라서, 생성된 F 라디칼들은 라이터(220)에 코팅된 실리콘을 포함하는 물질과 반응하여 농도가 감소한다. 따라서, F 라디칼들에 의해 발생하는 부작용이 감소하게 된다.
또한, 실리콘을 포함하는 물질과 F 라디칼들과의 반응성을 높이기 위해, 코 팅면은 엠보싱(222) 형상을 가진다. 즉, 엠보싱(222)은 평탄한 형상에 비하여 접촉 면적이 넓으므로, F 라디칼들과 더 쉽게 반응할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 엠보싱(222)은 예를 들어, 반구형 또는 반타원체형의 단위 형상이 인접하여 반복적으로 형성된다. 이와 달리, 엠보싱(222)은 접촉 면적이 넓은 다양한 형상을 가질 수 있다.
라이너(220)는 공정 챔버(200)의 측벽(210)으로부터 분리 가능하도록 형성된다. 따라서, 라이너(220)에 코팅된 실리콘을 포함하는 물질이 F 라디칼들과 반응하여 소모되는 경우, 측벽(210)으로부터 분리하여 실리콘을 포함하는 물질로 재코팅하거나 다른 라이너로 교체하여 사용할 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(100)는 비용을 감소시키며 전체적인 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 공정 챔버(200)는 측벽(210)의 내부면에 인접하게 배치된 라이너(220)를 포함하고, 라이너(220)는 실리콘을 포함하는 물질로 두껍게 코팅된다. 바람직하게는, 라이너(220)는 엠보싱(222)의 형상을 가지는 코팅면을 갖는다. 따라서, 공정 챔버(200)내에서 식각 공정이 진행되는 경우, 식각 가스로 사용되는 불화탄소 계열의 가스들이 해리되어 생성된 F 라디칼들과 라이너(220)에 코팅된 실리콘을 포함하는 물질이 반응함으로써, F 라디칼들의 농도가 감소된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는 F 라디칼들의 농도를 감소시켜, 제품의 신뢰도를 향상시켜 전체적인 수율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 공정 챔버 및 플라즈마 처리 장치에 따르면, 플라즈마 처리 장치 는 공정 챔버의 내부에 배치되며, 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 갖는 라이너를 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치는 엠보싱 형상을 가지는 코팅면을 갖는 라이너를 포함한다. 따라서, 식각 공정 과정에서 F 라디칼들이 발생하는 경우, 라이터의 실리콘을 포함하는 물질이 F 라디칼들과 반응하여 F 라디칼들의 농도를 감소시킨다. 따라서, 플라즈마 처리 장치는 F 라디칼들에 의한 부작용을 감소시켜, 제품의 신뢰도가 향상될 뿐만 아니라 제품의 수율이 전체적으로 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (11)
- 내부 공간을 한정하는 측벽; 및상기 내측벽과 인접하게 배치되고, 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 가지며, 상기 측벽으로부터 분리 가능하도록 형성되는 라이너(liner)를 포함하는 공정 챔버.
- 제1 항에 있어서, 상기 라이너는 알루미늄을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 공정 챔버.
- 제1 항에 있어서, 상기 코팅면은 엠보싱 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공정 챔버.
- 제3 항에 있어서, 상기 엠보싱은 반구형 또는 반타원체형의 단위 형상이 인접하여 반복적으로 형성된 것을 특징으로 하는 공정 챔버.
- 삭제
- 내부에 기판을 수용하고, 내부 공간을 한정하는 측벽 및 상기 내측벽과 인접하게 배치되고, 실리콘을 포함하는 물질로 코팅된 코팅면을 가지며, 상기 측벽으로부터 분리 가능하도록 형성되는 라이너를 포함하는 공정 챔버; 및상기 공정 챔버의 일측에서 전계를 제공하여 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키기 위한 플라즈마 생성부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
- 제6 항에 있어서, 상기 코팅면은 엠보싱 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 제6 항에 있어서, 상기 공정 챔버 내부에 불화탄소 계열의 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제6 항에 있어서, 상기 플라즈마 생성부는상기 공정 챔버의 측면을 감싸도록 배치되는 코일; 및상기 코일에 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제10 항에 있어서, 상기 고주파 전원 인가부와 상기 코일의 사이에 배치된 정합 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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| KR20010042268A (ko) * | 1998-03-31 | 2001-05-25 | 리차드 에이치. 로브그렌 | 오염 제어 방법 및 플라즈마 공정 챔버 |
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