KR100919487B1 - Plasma treatment equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus capable of improving plasma density and uniformity.
반도체, LCD 기술의 발달에 따른 기판의 대형화, 소자의 초소형화 및 고집적화에 따라 소자의 제조 공정에 이용되는 고밀도 플라즈마를 형성하기 위해 다양한 방식의 플라즈마 처리 장치가 개발되고 있다.Various types of plasma processing apparatuses have been developed to form high-density plasma used in the manufacturing process of the device according to the increase in the size of the substrate, the miniaturization and the high integration of the semiconductor and LCD technology.
플라즈마 처리 장치는 전극 형태에 따라 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP) 방식과 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP)방식으로 구분된다. CCP 방식은 일반적으로 평행 평판형 전극에 고주파를 인가함으로써 전극 사이의 공간에 형성되는 전기장에 의해 플라즈마를 발생시키며, 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위해서는 고전력의 전원이 필요하다. 이에 반해, ICP 방식은 일반적으로 챔버 외부에 형성된 나선형의 안테나에 고주파를 인가하고 안테나에 인가되는 고주파 전류에 의한 자기장의 변화에 따라 챔버 내부에 유도되는 전기장으로 챔버 내부의 전자를 가속시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이러한 ICP 방식은 간단한 구조와 저압에서 고밀도 및 대면적의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.The plasma processing apparatus is classified into a capacitively coupled plasma (CCP) method and an inductively coupled plasma (ICP) method according to the electrode type. In general, the CCP method generates a plasma by an electric field formed in a space between electrodes by applying a high frequency to a parallel plate type electrode, and a high power power source is required to generate a high density plasma. In contrast, the ICP method generally generates a plasma by applying a high frequency to a spiral antenna formed outside the chamber and accelerating electrons in the chamber with an electric field induced inside the chamber according to a change in the magnetic field caused by a high frequency current applied to the antenna. Let's do it. This ICP method has the advantage of generating a high density and large area plasma at a simple structure and low pressure.
ICP 방식의 플라즈마 처리 장치는 나선형 안테나가 공정 챔버의 상부 또는 측부에 설치된다. 챔버 상부에 안테나가 설치되면, 안테나의 중간 부분의 고주파 전류의 밀도가 가장자리 부분에 비해 높기 때문에 챔버의 중간 부분에서 플라즈마 밀도가 증가하게 된다. 따라서, 기판의 중간 부분의 식각 속도가 가장자리 부분보다 빨라져 전체적인 식각 균일도가 저하되게 된다. 그리고, 챔버 상부에 안테나가 설치되는 경우, 안테나의 원주 방향으로 전기장이 발생하는데, 챔버 내부에 플라즈마가 발생되지 않았을 경우에는 챔버 내부에 유도되는 전자기장이 넓게 형성되지만, 플라즈마가 발생되면 전자기장은 챔버 상부에서 기판을 향해 넓게 형성되지 못하고 안테나의 주변에만 형성되어 그 영역이 매우 좁아진다. 따라서, 챔버의 상부를 통해 챔버의 축방향으로 유입되는 공정 가스는 좁은 전자기장 영역에 의해 이온화율이 저하되어 공정에 완전히 기여하지 못하고 챔버 하부로부터의 고속 배기에 의해 배기될 확률이 높아진다.In the ICP-type plasma processing apparatus, a spiral antenna is installed at the top or side of the process chamber. When the antenna is installed in the upper part of the chamber, the density of the high frequency current of the middle part of the antenna is higher than that of the edge part, thereby increasing the plasma density in the middle part of the chamber. Therefore, the etching speed of the middle portion of the substrate is faster than the edge portion, thereby reducing the overall etching uniformity. In addition, when the antenna is installed in the upper part of the chamber, an electric field is generated in the circumferential direction of the antenna. When the plasma is not generated inside the chamber, an electromagnetic field induced in the chamber is widened. However, when the plasma is generated, the electromagnetic field is formed in the upper part of the chamber. Is not formed broadly toward the substrate, but is formed only around the antenna, making the area very narrow. Therefore, the process gas flowing in the axial direction of the chamber through the upper portion of the chamber is deteriorated by the narrow electromagnetic field region, which does not completely contribute to the process, and is more likely to be exhausted by the high-speed exhaust from the lower portion of the chamber.
또한, 챔버의 측면에 안테나가 설치되면, 안테나 주변의 전자기장의 세기가 강하기 때문에 안테나와 거리가 먼 챔버의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도가 저하된다. 따라서, 기판의 중앙 부분의 식각 속도가 가장자리 부분에 비해 떨어지게 된다.In addition, when the antenna is installed on the side of the chamber, the intensity of the electromagnetic field around the antenna is high, so that the plasma density decreases in the central portion of the chamber far from the antenna. Therefore, the etching rate of the center portion of the substrate is lower than the edge portion.
상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 챔버의 상부와 측면에 동시에 안테나를 설치하는 이중 안테나 구조를 이용하고 있다. 이중 안테나 구조는 상부 안테나에 의해 형성되는 전자기장이 미치지 못하는 공간에 측면 안테나에 의해 추가적인 전자기장을 형성하여 플라즈마의 밀도와 균일도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 챔버 상부 및 측부에 안테나를 설치하는 경우 플라즈마의 밀도는 증가하지만, 두 안테나에 의해 유도되는 전자기장이 중복되는 영역이 발생되고, 전자기장 중복 영역에서 전자기장의 간섭 현상이 발생되어 전자기장이 불균일하게 된다. 이러한 간섭 현상에 의해 플라즈마의 일그러짐이 발생되고, 플라즈마 균일도가 저하되게 된다. 일그러짐은 두 안테나가 인접한 부분이 가장 심하게 발생된다.In order to compensate for the above problems, a dual antenna structure is used which simultaneously installs antennas on the top and side of the chamber. The dual antenna structure can improve the density and uniformity of the plasma by forming an additional electromagnetic field by the side antenna in a space that the electromagnetic field formed by the upper antenna does not reach. However, when the antennas are installed in the upper and the side of the chamber, the density of the plasma increases, but an area where the electromagnetic fields induced by the two antennas overlap is generated, and an interference of the electromagnetic fields occurs in the overlapping electromagnetic fields, resulting in an uneven electromagnetic field. . Such interference phenomenon causes distortion of the plasma, and decreases the plasma uniformity. The distortion occurs most severely in the area where the two antennas are adjacent.
본 발명은 공정 가스의 이온화율을 향상시키고 플라즈마의 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus capable of improving the ionization rate of the process gas and improving the density and uniformity of the plasma.
본 발명은 공정 챔버의 내부에 전자기장의 차폐 및 공정 가스의 이온화율을 높일 수 있는 제한 부재가 설치된 플라즈마 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus provided with a limiting member that is capable of increasing shielding of an electromagnetic field and an ionization rate of a process gas inside a process chamber.
본 발명의 일 양태에 따른 플라즈마 처리 장치는 내부에 반응 공간을 형성하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 외측에 설치된 안테나; 및 상기 반응 챔버의 내에 설치되며 상기 반응 공간을 제한하는 제한 부재를 포함한다.A plasma processing apparatus according to an aspect of the present invention includes a reaction chamber for forming a reaction space therein; An antenna installed outside the reaction chamber; And a limiting member installed in the reaction chamber and limiting the reaction space.
상기 안테나는 상기 반응 챔버의 상부에 설치된 상부 안테나; 및 상기 반응 챔버의 측면에 설치된 측면 안테나를 포함한다.The antenna includes an upper antenna installed on the reaction chamber; And a side antenna installed at a side of the reaction chamber.
상기 제한 부재는 상부 및 하부의 적어도 일부가 개방된 중앙 관통형 형상으로 제작된다.The limiting member is manufactured in a central through shape in which at least a portion of the upper and lower portions are open.
상기 제한 부재는 상부에서 하부로 내경이 작아지게 측면이 경사지고, 상기 측면의 경사는 다중 경사를 포함한다.The limiting member is inclined to the side such that the inner diameter becomes smaller from the top to the bottom, and the inclination of the side includes multiple inclinations.
상기 제한 부재의 상부 내경은 상기 상부 안테나의 외경보다 크고, 적어도 일부에 개구부가 형성된다. 또한, 상기 제한 부재는 하부 내경이 웨이퍼의 지름보다 작다.An upper inner diameter of the limiting member is larger than an outer diameter of the upper antenna, and an opening is formed in at least a part thereof. Further, the limiting member has a lower inner diameter smaller than the diameter of the wafer.
상기 제한 부재는 알루미늄, 세라믹 또는 이와 동등 이상의 경도와 내식성을 가진 물질 중 어느 하나로 제작된다.The limiting member is made of any one of aluminum, ceramic, or a material having hardness and corrosion resistance equal to or greater than that.
상기 측면 안테나는 상기 제한 부재보다 낮은 위치에 설치된다.The side antenna is installed at a position lower than the limiting member.
상기 공정 챔버의 측면에 설치된 패러데이 쉴드를 더 포함한다.It further comprises a Faraday shield installed on the side of the process chamber.
본 발명은 반응 챔버 내의 반응 공간의 일부, 예를들어 샤워헤드와 하부 전극부 사이에 제한 부재를 설치한다. 제한 부재는 상부 및 하부의 적어도 일부가 개방되는 중앙 관통형 형상으로 제작되며, 상부에서 하부로 내경이 줄어들도록 제작된다. 또한, 제한 부재의 상부 내경이 반응 챔버 상부에 설치된 상부 안테나의 외경 및 샤워헤드보다 크게 제작된다. 그리고, 반응 챔버의 상부 및 측면에 상부 안테나 및 측면 안테나를 각각 설치한다.The present invention installs a limiting member between a portion of the reaction space in the reaction chamber, for example between the showerhead and the lower electrode portion. The limiting member is manufactured in a central through shape in which at least a portion of the upper and lower portions are opened, and the inner diameter is reduced from the upper part to the lower part. In addition, the upper inner diameter of the limiting member is made larger than the outer diameter of the upper antenna and the showerhead provided above the reaction chamber. Then, an upper antenna and a side antenna are respectively installed on the top and side surfaces of the reaction chamber.
본 발명에 의하면, 상부 안테나에 의해 유도된 전자기장이 반응 챔버로 확산되지 못하고 제한 부재 내에 국한되기 때문에 제한 부재 내에서의 이온화율을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 제한 부재가 기울어지게 제작되기 때문에 샤워헤드를 통해 유입되는 공정 가스가 일정 각도를 가지고 유입되고, 공정 가스의 제한 부재 내에서의 체류 시간이 길어지게 되어 공정 가스의 이온화율이 높아진다. 따라서, 1차적으로 제한 부재 내에서 안정적으로 플라즈마가 형성되며, 2차적으로 측면 안테나에 의해 플라즈마의 고밀도화가 가능해진다.According to the present invention, since the electromagnetic field induced by the upper antenna is not diffused into the reaction chamber and is localized in the limiting member, the ionization rate in the limiting member can be maximized. In addition, since the restricting member is manufactured to be inclined, the process gas introduced through the shower head is introduced at a predetermined angle, and the residence time of the process gas in the restricting member becomes long, thereby increasing the ionization rate of the process gas. Therefore, the plasma is stably formed in the limiting member firstly, and the density of the plasma can be increased secondly by the side antenna.
그리고, 제한 부재는 상부 안테나에 의한 전자기장과 측부 안테나에 의한 전자기장이 서로 간섭하지 않도록 하는 차폐막의 역할을 한다. The limiting member serves as a shielding film to prevent the electromagnetic field of the upper antenna and the electromagnetic field of the side antenna from interfering with each other.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한 부재의 사시도 및 단면도.2 is a perspective view and a cross-sectional view of a limiting member according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 제한 부재의 사시도.3 to 8 is a perspective view of a limiting member according to a modification of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 상부 안테나 및 하부 안테나 각각에 전원이 인가되는 경우의 회로도.9 is a circuit diagram when power is applied to each of the upper and lower antennas of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 상부 안테나 및 하부 안테나에 하나의 전원이 직렬 및 병렬 인가되는 경우의 회로도.10 is a circuit diagram when one power source is applied in series and in parallel to an upper antenna and a lower antenna of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반응 챔버 110 : 안테나100: reaction chamber 110: antenna
110a : 상부 안테나 110b : 측면 안테나110a: upper antenna 110b: side antenna
130 : 샤워헤드 150 : 제한 부재130: shower head 150: restriction member
160 : 하부 전극부160: lower electrode portion
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한 부재의 사시도 및 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view and a cross-sectional view of a limiting member according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100)의 상부 및 측부에 설치된 안테나(110a 및 110b; 110)와, 반응 챔버(100) 내부에 설치된 제한 부재(150)을 포함한다. 또한, 반응 챔버(100) 내의 서로 대향 위치하는 샤워헤드(130) 및 하부 전극부(160)를 더 포함한다.Referring to FIG. 1, a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reaction chamber 100, antennas 110a and 110b installed at upper and side portions of the reaction chamber 100, and a reaction chamber 100. Restriction member 150 installed inside). In addition, the reaction chamber 100 further includes a shower head 130 and a lower electrode portion 160 that are opposite to each other.
반응 챔버(100)는 기판 처리 영역을 기밀하게 유지시키고 이와 동시에 보안 접지(safety grounded)되어 있다. 반응 챔버(100)는 대략 원형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 공간을 가지는 반응부(100a)와 대략 원형으로 반응부(100a) 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개(100b)를 포함한다. 또한, 반응부(100a) 및 덮개(100b)는 전자기장이 반응 챔버(100) 내부로 효과적으로 전달될 수 있도록 유전 물질로 이루어질 수 있는데, 예를들어 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 물론, 반응부(100a) 및 덮개(100b)는 원형 이외에 다양한 형상으로 제작될 수 있는데, 예를들어 기판 형상에 대응하는 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 덮개(100b)는 제한 부재(150) 내부의 원활한 가스 흐름을 위해 중앙부가 볼록하게 구성될 수 있다. The reaction chamber 100 keeps the substrate processing area airtight and at the same time secure grounded. The reaction chamber 100 is located on the reaction part 100a having a predetermined space with a reaction part 100a having a predetermined space, including a substantially circular planar part and a sidewall part extending upwardly from the planar part. It includes a cover (100b) to keep the airtight. In addition, the reaction part 100a and the cover 100b may be made of a dielectric material so that an electromagnetic field may be effectively transmitted into the reaction chamber 100. For example, the reaction part 100a and the cover 100b may be made of a ceramic material. Of course, the reaction part 100a and the cover 100b may be manufactured in various shapes in addition to the circular shape, for example, may be manufactured in a shape corresponding to the shape of the substrate. In addition, the cover 100b may be configured to be convex in the center portion for smooth gas flow inside the limiting member 150.
안테나(110)는 반응 챔버(100)의 상부 및 측부의 어느 하나에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 반응 챔버(100)의 상부 및 측부에 동시에 형성될 수 있다. 즉, 안테나(100)는 반응 챔버(100)의 상부, 즉 덮개(100b)의 상부에 설치된 상부 안테나(110a)와, 반응 챔버(100)의 측부, 즉 반응부(100a)의 외측부를 감싸도록 설치된 측부 안테나(110b)를 포함하는 것이 바람직하다. 안테나(110)가 반응 챔버(100)의 상부 및 측부에 동시에 설치되는 경우 이들 안테나(110)는 병렬 연결될 수 있다. 또한, 상부 안테나(110a)는 샤워헤드(130)로부터 분사되는 공정 가스를 완전하게 이온화하기 위해 외경이 샤워헤드(130)보다 크게 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 안테나(100)의 일측에는 제 1 정합기(121)를 통해 제 1 고주파 전원(122)이 연결된다. 제 1 고주파 전원(122)으로부터 예를들어 13.56㎒의 고주파를 출력하며, 안테나(110)로부터 발생된 고주파 자계는 반응 챔버(100) 내의 플라즈마 영역에 인가된다. 제 1 정합기(121)는 반응 챔버(100)의 임피던스를 검출하여 임피던스의 허수 성분과 반대 위상의 임피던스 허수 성분을 생성함으로써 임피던스가 실수 성분인 순수 저항과 동일하도록 반응 챔버(100) 내에 최대 전력을 공급하고, 그에 따라 최적의 플라즈마를 발생시키도록 한다.The antenna 110 may be installed at any one of the upper side and the side of the reaction chamber 100, and preferably, the antenna 110 may be simultaneously formed at the upper side and the side of the reaction chamber 100. That is, the antenna 100 surrounds the upper antenna 110a installed in the upper portion of the reaction chamber 100, that is, the cover 100b, and the side of the reaction chamber 100, that is, the outer portion of the reaction portion 100a. It is preferable to include the side antenna 110b installed. When the antenna 110 is installed at the top and side of the reaction chamber 100 at the same time these antennas 110 may be connected in parallel. In addition, the upper antenna 110a is preferably provided with an outer diameter larger than that of the showerhead 130 to completely ionize the process gas injected from the showerhead 130. Meanwhile, the first high frequency power source 122 is connected to one side of the antenna 100 through the first matcher 121. A high frequency of 13.56 MHz is output from the first high frequency power source 122, and the high frequency magnetic field generated from the antenna 110 is applied to the plasma region in the reaction chamber 100. The first matcher 121 detects the impedance of the reaction chamber 100 and generates an impedance imaginary component of a phase opposite to the imaginary component of the impedance so that the maximum power in the reaction chamber 100 is equal to the pure resistance of the real component. And to generate an optimal plasma accordingly.
샤워헤드(130)는 반응 챔버(100) 내의 상부에 위치하며, 공정 가스를 반응 챔버(100)의 하측으로 분사한다. 샤워 헤드(130)는 복수의 토출 구멍(132)이 형성된 상부 전극판(131)과, 상부 전극판(131)을 지지하고 도전성 재료로 이루어지는 전극 지지체(133)로 구성된다. 샤워 헤드(130)의 전극 지지체(133) 및 상부 전극판(131)은 반응 챔버(100) 내에 설치되었으나, 전극 지지체(133)는 반응 챔버(100) 외부에 설치될 수도 있다. 즉, 반응 챔버(100)의 덮개(100b)의 적어도 일부를 상부 전극판(131)으로 구성하고, 그 상부에 전극 지지체(133)를 설치하여 이용할 수 있다. 또한, 샤워헤드(130)는 제한 부재(150)의 상부 내경보다 작고 상부 안테나(110a)의 외경보다 크게 제작된다.The showerhead 130 is positioned above the reaction chamber 100 and injects process gas into the lower side of the reaction chamber 100. The shower head 130 includes an upper electrode plate 131 having a plurality of discharge holes 132 formed therein, and an electrode support 133 supporting the upper electrode plate 131 and made of a conductive material. The electrode support 133 and the upper electrode plate 131 of the shower head 130 are installed in the reaction chamber 100, but the electrode support 133 may be installed outside the reaction chamber 100. That is, at least a part of the lid 100b of the reaction chamber 100 may be configured by the upper electrode plate 131, and an electrode support 133 may be provided on the upper portion thereof. In addition, the shower head 130 is made smaller than the upper inner diameter of the limiting member 150 and larger than the outer diameter of the upper antenna (110a).
가스 도입구(140)는 전극 지지체(133)의 상부 중앙에 설치되고, 가스 도입구(140)에는 복수의 라인으로 분기되어 가스 공급원(141)이 연결된다. 각각의 라인에는 밸브(142) 및 질량 흐름 제어기(143)가 설치되고, 이는 가스 공급원(141)과 연결된다. 따라서, 가스 공급원(141)으로부터 플라즈마 처리를 위한 공정 가스가 샤워 헤드(130)로 공급된다. 공정 가스로는 예를들어 플로로카본 가스나 하이드로플로로카본 가스와 같은 할로겐 원소를 함유하는 가스가 적절히 사용될 수 있다. 그 밖에도 Ar, He, C4F8, N2 가스가 제공될 수 있다.The gas inlet 140 is installed at the upper center of the electrode support 133, and the gas inlet 140 is branched into a plurality of lines to connect the gas supply source 141. Each line is equipped with a valve 142 and a mass flow controller 143, which are connected to a gas source 141. Therefore, a process gas for plasma processing is supplied from the gas supply source 141 to the shower head 130. As the process gas, for example, a gas containing a halogen element such as a fluorocarbon gas or a hydrofluorocarbon gas may be appropriately used. Ar, He, C 4 F 8 , N 2 gas may also be provided.
제한 부재(150)는 상부 및 하부의 적어도 일부가 개방되며, 상부에서 하부로 내경이 좁아지는 대략 중앙 관통형의 형상으로 제작된다. 즉, 제한링(150)은 상부 및 하부의 적어도 일부가 개방되고 상부에서 하부로 경사지게 제작된 몸체(151)와, 몸체(151)의 상단부에 외측으로 소정 폭으로 수평 돌출된 상부 돌출부(152)와, 몸체(151)의 하단부에 내측으로 소정 폭으로 수평 돌출된 하부 돌출부(153)를 포함한다. 제한 부재(150)의 몸체(151)의 경사 각도, 즉 상부에서 하부를 향하여 경사진 각도는 공정 챔버(100)와 공정의 특성에 따라 조절될 수 있는데, 예를들어 30°∼160°를 유지할 수 있고, 몸체(151)는 다중 경사를 갖도록 제작될 수 있다. 또한, 제한 부재(150)는 예를들어 상부 돌출부(152)가 챔버 덮개(100b)에 결합되어 반응 챔버(100)에 고정될 수 있다. 상부 돌출부(152)는 나사와 같은 직접 체결 수단에 의해 챔버 덮개(100b)에 결합될 수 있으며, 이 경우 상부 돌출부(152)에는 나사 홈이 형성된다. 또한, 상부 돌출부(152)는 예를들어 챔버 덮개(100b)의 일부로부터 돌출 마련된 단턱부에 안착되도록 하여 체결할 수도 있다. 이 밖에도 제한 부재(150)의 체결 방식은 다양하게 변형될 수 있다. 한편, 제한 부재(150)는 상부가 개방되어 있기 때문에 샤워헤드(130)로부터 제한 부재(150) 내로 공정 가스가 유입되고, 제한 부재(150) 내에 소정의 공간이 마련되기 때문에 제한 부재(150) 내에서 상부 안테나(110a)에 의해 유도된 전자기장에 의해 공정 가스가 이온화되며, 하부가 개방되어 있기 때문에 이온화된 공정 가스가 하측으로 배출될 수 있다. 또한, 제한 부재(150)는 상부면의 내경이 상부 안테나(110a)의 외경보다 크게 제작되는데, 이는 상부 안테나(110a)에 의해 유도된 전자기장을 효율적으로 감금하여 제한 부재(150) 내에서의 이온화율을 최대화하기 위함이다. 그리고, 제한 부재(150)의 하부면의 내경은 웨이퍼(10)의 지름보다 작게 제작되는데, 이는 제한 부재(150)의 하부면의 내경이 웨이퍼(10)의 지름보다 클 경우 이온화된 가스가 공정에 기여하지 못하고 배기될 확률이 높아지기 때문이다. 제한 부재(150)의 기울어진 몸체(151)에 의해 샤워헤드(130)를 통해 유입되는 공정 가스가 일정 각도를 가지고 유입되고, 이에 따라 수직으로 유입되던 기존에 비해 공정 가스의 제한 부재(150) 내에서의 체류 시간이 길어지게 되어 공정 가스의 이온화율이 높아진다. 한편, 제한 부재(150)는 상부 안테나(110a)와 측부 안테나(110b)에 고주파 전원이 인가될 때 반응 챔버(100) 내부에 형성되는 전자기장이 서로 간섭할 수 없도록 하는 차폐막으로서의 역할을 하는데, 이를 위해 제한 부재(150)는 금속, 바람직하게는 알루미늄으로 제작된다. 물론, 제한 부재(150)은 알루미늄 뿐만 아니라 세라믹 또는 동등 이상의 경도와 내식성을 가지는 재료로 제작될 수 있다. At least a portion of the upper and lower portions of the limiting member 150 may be opened, and the restricting member 150 may be manufactured in a shape of a substantially central through-type having an inner diameter narrowing from the upper portion to the lower portion. That is, the limit ring 150 is a body 151 is formed at least a portion of the top and bottom open and inclined from the top to the bottom, and the upper protrusion 152 horizontally protruded to the outside at the upper end of the body 151 And, the lower end of the body 151 includes a lower protrusion 153 protrudes horizontally in a predetermined width inward. The inclination angle of the body 151 of the limiting member 150, that is, the inclination from the top to the bottom may be adjusted according to the process chamber 100 and the characteristics of the process, for example, to maintain 30 ° to 160 °. The body 151 may be manufactured to have multiple inclinations. In addition, the limiting member 150 may be fixed to the reaction chamber 100 by, for example, the upper protrusion 152 coupled to the chamber cover 100b. The upper protrusion 152 may be coupled to the chamber cover 100b by a direct fastening means such as a screw, in which case the upper protrusion 152 is formed with a screw groove. In addition, the upper protrusion 152 may be fastened by being seated on the stepped portion protruding from a portion of the chamber cover 100b, for example. In addition, the fastening method of the limiting member 150 may be variously modified. On the other hand, since the upper portion of the limiting member 150 is open, process gas flows into the limiting member 150 from the shower head 130, and a predetermined space is provided in the limiting member 150. The process gas is ionized by the electromagnetic field induced by the upper antenna 110a in the inside, and the ionized process gas may be discharged downward because the lower part is open. In addition, the limiting member 150 has an inner diameter greater than that of the upper antenna 110a of the upper surface, which effectively confines the electromagnetic field induced by the upper antenna 110a and ionizes the limiting member 150. To maximize the rate. And, the inner diameter of the lower surface of the limiting member 150 is made smaller than the diameter of the wafer 10, which is an ionized gas process if the inner diameter of the lower surface of the limiting member 150 is larger than the diameter of the wafer 10 This is because the probability of exhausting without being contributed to increases. Process gas flowing through the shower head 130 by the inclined body 151 of the limiting member 150 is introduced at a predetermined angle, thereby limiting the process member 150 of the process gas compared to the conventional vertical flow The residence time in the inside becomes long, and the ionization rate of the process gas is high. Meanwhile, the limiting member 150 serves as a shielding film to prevent electromagnetic fields formed inside the reaction chamber 100 from interfering with each other when high frequency power is applied to the upper antenna 110a and the side antenna 110b. The limiting member 150 is made of metal, preferably aluminum. Of course, the limiting member 150 may be made of not only aluminum but also ceramic or a material having hardness and corrosion resistance equal to or greater than that of aluminum.
이러한 제한 부재(150)에 의해 상부 안테나(110a)에 의해 유도되는 전자기장은 반응 챔버(100)로 넓게 확산되지 못하고 제한 부재(150) 내에서 국한되기 때문에 전자기장의 제한 부재(150) 내에 밀집하게 된다. 따라서, 제한 부재(150) 내의 이온화율이 매우 높아져 풍부한 하전 입자들이 형성된다. 이러한 하전 입자들이 제한 부재(150)의 하부를 통해 배출되면 측면 안테나(110b)에 의해 유도되는 전자기장의 에너지를 한번 더 얻음으로써 플라즈마 밀도는 더욱 향상된다. 이를 위해 측면 안테나(110b)는 제한 부재(150)의 하측에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 제한 부재(150)가 차폐막의 역할을 하기 때문에 상부 안테나(110a)에 의해 유도되는 전자기장과 측면 안테나(110b)에 의해 유도되는 전자기장이 서로 영향을 받지 않음으로써 측면 안테나(110b)에 의한 플라즈마는 균일하게 형성될 수 있다. 그리고, 제한 부재(150)에 의해 형성된 하전 입자들이 반응 챔버(100)의 중앙부로 집중되므로 반응 챔버(100) 중앙부의 플라즈마 균일도가 매우 향상된다. 결과적으로, 제한 부재(150)의 내부에서 일차적으로 안정적인 플라즈마가 형성되며, 제한 부재(150) 내에서 형성된 플라즈마에 의한 하전 입자들이 반응 챔버(100) 내부로 유입되어 이차적으로 측면 안테나(110b)에 의해 안정적인 플라즈마의 고밀도화가 가능하다.The electromagnetic field induced by the upper antenna 110a by the limiting member 150 is not diffused widely to the reaction chamber 100 but is confined within the limiting member 150 so as to be concentrated in the limiting member 150 of the electromagnetic field. . Therefore, the ionization rate in the limiting member 150 becomes very high, and rich charged particles are formed. When the charged particles are discharged through the lower portion of the limiting member 150, the plasma density is further improved by obtaining the energy of the electromagnetic field induced by the side antenna 110b once more. To this end, the side antenna 110b is preferably installed below the limiting member 150. In addition, since the limiting member 150 acts as a shielding film, the electromagnetic field induced by the upper antenna 110a and the electromagnetic field induced by the side antenna 110b are not influenced by each other. Can be formed uniformly. In addition, since the charged particles formed by the limiting member 150 are concentrated in the center of the reaction chamber 100, the plasma uniformity of the center of the reaction chamber 100 is greatly improved. As a result, the first stable plasma is formed inside the limiting member 150, and charged particles by the plasma formed in the limiting member 150 are introduced into the reaction chamber 100 and secondly to the side antenna 110b. As a result, stable plasma can be densified.
하부 전극부(160)는 반응 챔버(100)의 하부에 샤워 헤드(130)와 대항하는 위치에 설치된다. 하부 전극부(160)는 반응 챔버(100) 바닥부에 위치하는 기판 승강기(161)와, 기판 승강기(161)의 상부에 위치하는 하부 전극(162)과, 기판(10)을 정전 흡착하기 위한 정전척(163)을 포함한다. 기판 승강기(161)는 처리될 기판(10)이 하부 전극부(160)에 안착하면 하부 전극부(160)를 샤워 헤드(130)와 근접하도록 이동시키는 역할을 한다. 또한, 하부 전극(162)에는 칠러(164)가 연결되어 있고, 하부 전극(162)과 칠러(164) 사이에는 냉매 순환부(165)가 연결되어 있다. 칠러(164)로부터 냉매를 냉매 순환부(165)로 도입하여 순환함으로써, 그 냉열이 하부 전극(162)을 통해 기판(10)에 전달되는 역할을 한다. 즉, 기판(10)의 처리면의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다.The lower electrode unit 160 is installed at a lower portion of the reaction chamber 100 to face the shower head 130. The lower electrode unit 160 is configured to electrostatically adsorb the substrate elevator 161 positioned on the bottom of the reaction chamber 100, the lower electrode 162 positioned above the substrate elevator 161, and the substrate 10. An electrostatic chuck 163. When the substrate 10 to be processed is seated on the lower electrode unit 160, the substrate elevator 161 moves the lower electrode unit 160 to approach the shower head 130. In addition, the chiller 164 is connected to the lower electrode 162, and the refrigerant circulation unit 165 is connected between the lower electrode 162 and the chiller 164. By introducing and circulating the refrigerant from the chiller 164 into the refrigerant circulation unit 165, the cooling heat is transferred to the substrate 10 through the lower electrode 162. That is, the temperature of the process surface of the board | substrate 10 can be controlled to desired temperature.
또한, 하부 전극(162)에는 제 2 정합기(161) 및 제 2 고주파 전원(162)이 연결되고, 이는 반응 챔버(100) 내에 전력을 공급하는 역할을 한다.In addition, the second matching unit 161 and the second high frequency power source 162 are connected to the lower electrode 162, which serves to supply power into the reaction chamber 100.
하부 전극(162)의 상부에는 기판(10)과 대략 동일한 형상의 정전척(163)이 설치된다. 정전척(163)은 절연재 사이에 마련된 하부 전극판(미도시)을 가지며, 하부 전극판에 연결된 고압 직류 전원(173)으로부터 직류 전원이 인가된다. 따라서, 기판(10)은 정전력에 의해 정전척(163)에 흡착 유지된다. 이때, 정전력 외에 기계적 힘에 의해 기판(10)을 유지할 수도 있다.An electrostatic chuck 163 having substantially the same shape as the substrate 10 is provided on the lower electrode 162. The electrostatic chuck 163 has a lower electrode plate (not shown) provided between the insulating materials, and DC power is applied from the high voltage DC power supply 173 connected to the lower electrode plate. Therefore, the substrate 10 is held by the electrostatic chuck 163 by the electrostatic force. In this case, the substrate 10 may be held by a mechanical force in addition to the electrostatic force.
하부 전극(162) 및 정전척(163)의 외주면을 둘러싸도록 고리 형상의 포커스링(174)이 설치된다. 포커스링(174)은 절연성 재료로 이루어져 있고, 플라즈마가 기판(10)을 향하도록 유도하는 역할을 한다.An annular focus ring 174 is installed to surround the outer circumferential surfaces of the lower electrode 162 and the electrostatic chuck 163. The focus ring 174 is made of an insulating material and serves to direct the plasma to the substrate 10.
또한, 반응 챔버(100)의 측면 하부에는 배기관(181)이 연결되고, 배기관(181)에는 배기 장치(182)가 연결된다. 이때, 배기 장치(181)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 사용될 수 있으며, 이에 따라 반응 챔버(100) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성된다. 배기관(181)은 측면 뿐만 아니라, 반응 챔버(100) 하부에 설치될 수 있다. 또한, 배기되는 시간을 줄이기 위해 다수개의 배기관(181) 및 그에 따른 진공 펌프(182)가 더 설치될 수도 있다. 또한, 반응 챔버(100) 측벽에는 게이트 밸브(183)가 설치되고, 이 게이트 밸브(183)를 오픈한 상태에서 기판(10)이 인접하는 로드록실(미도시)과의 사이에서 반송된다. 게이트 밸브(183)는 반응 챔버(100)의 일측에 설치되었지만, 일측과 대향하는 타측에 더 형성할 수 있다. 이는 일측을 통해 인입된 기판(10)을 타측을 통해 반출할 수 있다.In addition, an exhaust pipe 181 is connected to the lower side of the reaction chamber 100, and an exhaust device 182 is connected to the exhaust pipe 181. In this case, a vacuum pump such as a turbo molecular pump may be used as the exhaust device 181. Accordingly, the exhaust device 181 may vacuum suction the inside of the reaction chamber 100 to a predetermined pressure, for example, to a predetermined pressure of 0.1 mTorr or less. It is composed. The exhaust pipe 181 may be installed at the lower side of the reaction chamber 100 as well as the side surface. In addition, a plurality of exhaust pipes 181 and corresponding vacuum pumps 182 may be further installed to reduce the time for evacuation. Further, a gate valve 183 is provided on the side wall of the reaction chamber 100, and the substrate 10 is conveyed between adjacent load lock chambers (not shown) in the state in which the gate valve 183 is opened. The gate valve 183 is installed on one side of the reaction chamber 100, but may be further formed on the other side facing the one side. This may carry out the substrate 10 introduced through one side through the other side.
또한, 유도 결합 플라즈마의 특성상 발생할 수 있는 정전 결합에 의한 이온의 스퍼터링 현상을 제거하기 위해 반응 챔버(100)의 외측면, 즉 반응 챔버(100)와 측면 안테나(110b)의 사이에 패러데이 쉴드(미도시)를 설치할 수 있다. 페러데이 쉴드로 인하여 측면 안테나(110b)에 걸리는 고주차 전압으로 인하여 반응 챔버(100) 내부로 전기장이 침투하여 기판(10)이나 세라믹 등으로의 이온 충돌에 의한 데미지를 방지할 수 있다.In addition, a Faraday shield (not shown) between the outer surface of the reaction chamber 100, that is, between the reaction chamber 100 and the side antenna 110b, in order to remove sputtering ions due to electrostatic coupling that may occur due to the characteristics of the inductively coupled plasma. Can be installed). Due to the Faraday shield, due to the high parking voltage applied to the side antenna 110b, an electric field may penetrate into the reaction chamber 100 to prevent damage due to ion collision with the substrate 10 or the ceramic.
한편, 본 발명에 따른 제한 부재는 상부에서 하부로 내경이 기울어지고 상부 및 하부의 적어도 일부가 개방된 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 도 3 내지 도 8에는 본 발명에 이용되는 제한 부재의 다양한 변형 예를 도시하였다.Meanwhile, the limiting member according to the present invention may be manufactured in various shapes in which the inner diameter is inclined from the top to the bottom and at least a portion of the top and the bottom is open. 3 to 8 show various modifications of the limiting member used in the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 몸체(151)에 수직 방향으로 형성된 복수의 슬릿(154)이 형성될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(151)에 복수의 홀(155)이 형성될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(151)에 복수의 슬릿(154)이 형성되는 경우 슬릿(154)의 폭이 클 경우 전자기장이 침투하여 차폐 효과가 감소하기 때문에 슬릿(154)의 폭은 20㎜ 이하로 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(151)에 복수의 홀(155)이 형성되는 경우에도 상기의 이유와 마찬가지로 홀(155)이 20㎜ 이하의 직경으로 형성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, a plurality of slits 154 formed in the vertical direction may be formed in the body 151, and a plurality of holes 155 may be formed in the body 151 as shown in FIG. 4. have. As shown in FIG. 3, when the plurality of slits 154 are formed in the body 151, when the width of the slits 154 is large, the electromagnetic field penetrates and the shielding effect is reduced, so the width of the slits 154 is 20 mm. It is preferable to form below. Of course, in the case where a plurality of holes 155 are formed in the body 151 as shown in FIG. 4, it is preferable that the holes 155 have a diameter of 20 mm or less as in the above reason.
또한, 제한 부재(150)의 하부를 완전히 개방시키지 않고 도 5에 도시된 바와 같이 제한 부재(150)의 몸체(151) 및 하부면(156)에 복수의 슬릿(154)를 형성할 수도 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 제한 부재(150)의 몸체(151) 및 하부면(156)에 복수의 홀(155)을 형성할 수도 있다. 물론, 도 7에 도시된 바와 같이 하부면(156)의 중앙 부분만 개방하고 하부면(156)의 나머지 부분에 슬릿(154) 또는 홀(155)을 형성할 수도 있다.In addition, a plurality of slits 154 may be formed on the body 151 and the lower surface 156 of the limiting member 150 without completely opening the lower portion of the limiting member 150. In addition, as illustrated in FIG. 6, a plurality of holes 155 may be formed in the body 151 and the lower surface 156 of the limiting member 150. Of course, as shown in FIG. 7, only the center portion of the lower surface 156 may be opened, and the slit 154 or the hole 155 may be formed in the remaining portion of the lower surface 156.
상기 제한 부재(150)의 다양한 변형 예 이외에도 슬릿(154) 및 홀(155)을 동시에 몸체(151) 또는 하부면(156)에 형성하는 경우를 포함하여 다양한 형상으로 제작될 수 있다.In addition to various modifications of the limiting member 150, the slits 154 and the holes 155 may be formed in various shapes, including a case in which the slits 154 and the holes 155 are simultaneously formed in the body 151 or the lower surface 156.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 제한 부재(150)의 하부에 하부 돌출부를 형성하지 않고 하부가 완전히 개방되도록 할 수도 있다. 이 경우에도 제한 부재(150)의 몸체(151)에는 슬릿 및 홀이 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8, the lower part may be completely opened without forming the lower protrusion part under the limiting member 150. In this case, slits and holes may be formed in the body 151 of the limiting member 150.
한편, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)의 상부 및 측면에 각각 마련된 상부 안테나(110a) 및 측면 안테나(110b)에 각각의 전원을 연결하거나, 하나의 전원을 직렬 및 병렬 연결할 수도 있다.On the other hand, the plasma processing apparatus according to the present invention may be connected to each of the power supply to the upper antenna (110a) and the side antenna (110b) provided on the upper and side surfaces of the reaction chamber 100, respectively, or one of the power supply may be connected in series and in parallel have.
도 9는 상부 안테나 및 측면 안테나에 각각의 전원을 연결하는 경우의 회로도이다. 여기서, 상부 안테나 및 측면 안테나를 L1 및 L2로 표시하였다. 상부 안테나와 측면 안테나에 각각의 전원을 연결하는 경우 전원 조절기(200)에 의해 각각의 안테나에 공정의 특성에 따른 전원 공급을 변경할 수 있다.9 is a circuit diagram in the case of connecting respective power sources to the upper antenna and the side antenna. Here, the upper antenna and the side antenna are denoted by L 1 and L 2 . In the case of connecting the respective power sources to the upper antenna and the side antenna, the power regulator 200 may change the power supply according to the characteristics of the process to each antenna.
또한, 상부 안테나와 측면 안테나에 하나의 전원을 연결하는 경우 상부 및 측면 안테나는 직렬 또는 병렬 연결할 수 있는데, 도 10에 직렬 및 병렬 연결하는 경우의 회로도를 도시하였다. 도 10(a)에 도시된 바와 같이 L1 및 L2로 표기된 상부 안테나 및 측면 안테나가 직렬 연결되어 하나의 전원으로부터 전원이 인가된다. 그리고, 도 10(a)에 도시된 바와 같이 하나의 전원을 이용하여 상부 안테나와 측면 안테나가 병렬 연결되는 경우 상부 및 측면 안테나와 전원의 중간에 가변 콘덴서(C1 및 C2)를 설치할 수 있다. 가변 콘덴서(C1 및 C2)의 용량을 조절하여 병렬 연결된 상부 안테나와 측면 안테나에 유입되는 전류량을 조절할 수 있다. 즉, 상부 안테나와 측면 안테나에 유입되는 전류를 각각 I1 및 I2라고 하면, 전류는 I = I1 + I2로 나타낼 수 있고, 각 안테나에 유입되는 전류는 [수학식 1] 및 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.In addition, when one power source is connected to the upper antenna and the side antenna, the upper and side antennas may be connected in series or in parallel. FIG. 10 illustrates a circuit diagram of the series and parallel connections. As shown in FIG. 10 (a), the upper and side antennas indicated by L1 and L2 are connected in series to supply power from one power source. As shown in FIG. 10A, when the upper antenna and the side antenna are connected in parallel using one power source, the variable capacitors C 1 and C 2 may be installed in the middle of the upper and side antennas and the power source. . By adjusting the capacity of the variable capacitor (C 1 and C 2 ) it is possible to adjust the amount of current flowing into the parallel antenna and the parallel antenna. That is, if the currents flowing into the upper antenna and the side antenna are I 1 and I 2 , respectively, the current may be represented by I = I 1 + I 2 , and the current flowing into each antenna is represented by Equation 1 and Math. Equation 2].
상기 수학식에서 L1 및 L2값은 상부 안테나와 측면 안테나의 특성에 따라 정해진 값이므로, 가변 콘덴서 C1과 C2의 용량을 조절하여 상부 안테나와 측면 안테나에 유입되는 I1 및 I2 전류값을 조절할 수 있다.In the above equation, since the L 1 and L 2 values are determined according to the characteristics of the upper antenna and the side antenna, the I 1 and I 2 current values flowing into the upper antenna and the side antenna by adjusting the capacitances of the variable capacitors C 1 and C 2 . Can be adjusted.
또한, 상부 안테나 및 측면 안테나를 병렬로 연결하는 경우의 합성 인덕턴스 LP는 하기 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.In addition, the composite inductance L P when the upper antenna and the side antenna are connected in parallel may be represented by Equation 3 below.
즉, 인덕턴스가 낮아지게 되므로 플라즈마 방사 효율이 높아지는 장점도 있다.That is, since the inductance is lowered, the plasma radiation efficiency is also increased.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not for the purpose of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090005380A KR100919487B1 (en) | 2009-01-22 | 2009-01-22 | Plasma treatment equipment |
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ID=41356214
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970052753A (en) * | 1995-12-04 | 1997-07-29 | 제임스 조셉 드롱 | RF plasma reactor with cleaning electrodes for cleaning during processing of semiconductor wafers |
| KR20020068898A (en) * | 2001-02-23 | 2002-08-28 | 삼성전자 주식회사 | Method of forming metal interconnection using ionized metal plasma apparatus and therof |
| KR20050005346A (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | 어댑티브프라즈마테크놀로지 주식회사 | Plasma source having 3-dimension structure and Plasma chamber using the same |
-
2009
- 2009-01-22 KR KR1020090005380A patent/KR100919487B1/en active IP Right Grant
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