KR101041359B1

KR101041359B1 - 플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기

Info

Publication number: KR101041359B1
Application number: KR1020100067231A
Authority: KR
Inventors: 우제호
Original assignee: (주)이큐베스텍
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2011-06-15
Also published as: KR20100108309A

Abstract

본 발명은 플라즈마와 세정 가스를 혼합하여 챔버로 공급하는 세정 시스템에 관한 것이다. 플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기는 플라즈마 소스원과 연결되며, 공급 통로가 형성된 플렌지 및 상기 플렌지의 공급 통로로 연결된 노즐을 포함한다. 여기서, 상기 플라즈마 소스원으로부터 상기 공급 통로를 통하여 세정을 위한 플라즈마가 공급되고, 세정 가스는 상기 노즐을 통하여 상기 공급 통로로 공급되어 상기 플라즈마와 혼합되며, 상기 세정 가스는 상기 공급 통로에서 상기 플라즈마의 열에 의해 분해되어 세정을 위한 플라즈마로 변화된다.

Description

플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기{DISTRIBUTOR EMPLOYED IN A PLASMA CLEAN SYSTEM}

본 발명은 플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 소스원으로부터 공급되는 플라즈마와 가스 소스원으로부터 공급되는 세정 가스를 혼합하여 챔버로 공급하는 분사기에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정은 챔버 내에서 웨이퍼 상에 박막을 증착하고 상기 박막 위에 특정 패턴을 형성하여 반도체 칩을 제조하는 전 공정(Fabrication process)과 상기 전 공정에서 제조된 반도체 칩을 분리 및 리그 프레임과 결합시켜 완제품으로 조립하는 후 공정(Assembly process)으로 분리된다.

세정 시스템은 상기 전 공정에서 사용되는 시스템으로, 증착 공정, 특히 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 방법과 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 중 CVD 방법에 의한 증착 공정이 완료된 후에 수행된다.

최근에는, 화학적 반응을 이용하여 상기 웨이퍼 상에 박막을 증착시키는 CVD 방법이 주로 사용되며, 상기 CVD 방법을 위한 CVD 장치는 아래의 도 1과 같다.

도 1은 종래의 CVD 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 CVD 장치는 챔버(100) 및 플라즈마 소스원(102)을 포함한다.

챔버(100) 내에는 웨이퍼(114)를 고정하기 위한 서셉터(112)가 위치하고, 증착 가스를 분사하는 샤워헤드(116)가 챔버(100) 내부의 상측면에 형성된다. 여기서, 샤워헤드(116)와 서셉터(112)는 상부 전극 및 하부 전극으로 동작한다.

이러한 CVD 장치는 샤워 헤드(116)로부터 분사된 증착 가스를 화학 반응을 이용하여 웨이퍼(114) 상에 증착시키고 패턴을 형성한다. 다만, 이러한 증착 공정 및 패턴 형성 공정은 주지된 기술이므로, 이하 자세한 설명은 생략한다.

위와 같은 증착 공정이 챔버(100) 내에서 반복적으로 수행되면, 챔버(100)의 곳곳에 오염물질이 쌓이게 되어 후속 공정에 영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다. 상세하게는, 상기 세정 공정은 플라즈마 소스원(102)으로부터 공급된 플라즈마가 챔버(100) 내로 분사됨에 의해 수행되며, 결과적으로 오염 물질이 상기 플라즈마에 의해 제거된다.

그러나, 플라즈마 소스원(102)의 용량 한계로 인하여 챔버(100)로 공급될 수 있는 세정 가스의 양이 제한되기 때문에, 세정 시간이 오래 소요되는 단점이 있었다. 결과적으로, 반도체 제조 공정 시간도 증가될 수 있었다.

또한, 최근 대형 웨이퍼의 제조가 요구되고 있어서 대용량의 세정 가스가 챔버(100)로 공급될 필요가 있으나, 플라즈마 소스원(102)의 용량 한계로 인하여 종래의 세정 시스템은 이를 충족시킬 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 챔버의 세정 시간을 단축시키고 세정 효율을 향상시키는 세정 시스쳄에 사용되는 분사기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기는 플라즈마 소스원과 연결되며, 공급 통로가 형성된 플렌지; 및 상기 플렌지의 공급 통로로 연결된 노즐을 포함한다. 여기서, 상기 플라즈마 소스원으로부터 상기 공급 통로를 통하여 세정을 위한 플라즈마가 공급되고, 세정 가스는 상기 노즐을 통하여 상기 공급 통로로 공급되어 상기 플라즈마와 혼합되며, 상기 세정 가스는 상기 공급 통로에서 상기 플라즈마의 열에 의해 분해되어 세정을 위한 플라즈마로 변화된다.

본 발명에 따른 세정 시스템에 사용되는 분사기가 플라즈마 소스원으로부터 공급되는 플라즈마와 별도의 가스 소스원으로부터 공급되는 세정 가스를 상기 분사기 내에서 혼합하여 챔버로 공급하므로, 상기 챔버로 공급되는 플라즈마의 양이 증가되어 세정 시간이 단축되는 장점이 있다. 결과적으로, 반도체 제조 공정 시간이 단축되어 반도체 칩의 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 챔버로 공급되는 플라즈마의 양(래디컬)이 증가하므로, 세정 가스량이 많이 요구되는 대형 웨이퍼 생산에 적합한 장점이 있다.

도 1은 종래의 CVD 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 세정 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사기를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분사기를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 분사기(결합된 상태)를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분사기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 분사기를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정 시스템을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 세정 시스템은 반도체 제조 공정 중 예를 들어 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법을 통한 증착 공정에 의해 챔버(200)에 생성된 오염 물질을 제거하기 위한 시스템으로서, 플라즈마 소스원(202), 가스 소스원(204) 및 분사기(206)를 포함한다.

플라즈마 소스원(202)은 특정 플라즈마, 즉 분해된 가스를 분사기(206)로 공급한다.

가스 소스원(204)은 세정 가스를 분사기(206)로 공급한다. 여기서, 상기 세정 가스로는 염소, 불소 또는 그 화합물이 사용되며, 예를 들어 삼불화질소(NF3), 사불화탄소(CF4), 6불화황(SF6), 육불화에탄(C2F6), 사염화탄소(CCl4), 육염화에탄(C2Cl6) 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마로 변화되기 전의 가스는 상기 세정 가스와 동일한 가스이다.

분사기(206)는 종래의 세정 시스템에 존재하지 않았던 부분으로서, 플라즈마 소스원(202)으로부터 공급된 플라즈마와 가스 소스원(204)으로부터 공급된 세정 가스를 혼합시킨다. 이 경우, 상기 세정 가스는 분사기(206) 내에서 상기 플라즈마의 에너지(온도, 광, 이온 등)에 의해 분해되어 플라즈마로 변화된다. 즉, 상기 세정 가스가 상기 플라즈마의 에너지에 의해 1차 분해된다.

상기 세정 가스가 위와 같이 1차 분해된 경우, 상기 세정 가스가 플라즈마로 모두 변화될 수도 있지만, 상기 세정 가스의 일부는 플라즈마로 변화되고 일부는 가스 상태로 존재할 수도 있다. 따라서, 본 실시예의 분사기(206)는 후술하는 바와 같이 자기장을 이용하여 가스 상태로 존재하는 세정 가스를 한번 더 분해하며, 즉 상기 1차 분해된 세정 가스를 2차 분해한다.

이어서, 분사기(206)는 상기 분해된 가스와 상기 플라즈마의 혼합 가스를 챔버(200)로 공급하며, 결과적으로 챔버(200)에 쌓인 오염 물질이 상기 공급된 혼합 가스에 의해 제거된다.

요컨대, 플라즈마 소스원으로부터 공급된 플라즈마만을 이용하여 챔버를 세정하는 종래의 세정 시스템과 달리, 본 실시예의 세정 시스템은 분사기(206)를 통하여 챔버(200)로 공급될 플라즈마의 양을 증가시키며, 즉 상기 플라즈마의 밀도를 증가시킨다. 따라서, 챔버(200)를 세정하기 위한 시간이 단축되고 세정 효율이 향상될 수 있다. 결과적으로, 반도체 제조 공정 시간이 단축되어 반도체의 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 플라즈마 양이 제한되었던 종래의 세정 시스템과 달리, 본 실시예의 세정 시스템에서는 세정을 위한 플라즈마의 양이 자유롭게 조절될 수 있으므로, 대용량의 플라즈마가 요구되는 대형 웨이퍼의 제조에 적합할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사기를 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 분사기(206)는 제 1 분해부(300), 제 2 분해부(302) 및 모니터링부(304)를 포함한다.

제 1 분해부(300)는 가스 소스원(204)으로부터 공급된 세정 가스를 플라즈마 소스원(202)으로부터 공급된 플라즈마의 에너지를 이용하여 1차 분해시킨다.

제 2 분해부(302)는 1차 분해된 세정 가스를 자기장을 이용하여 2차 분해시킨다. 상세하게는, 상기 세정 가스와 플라즈마의 혼합 가스는 상기 자기장에 의해 서로 충돌하며, 결과적으로 상기 세정 가스가 플라즈마 상태로 변화된다.

모니터링부(304)는 제 1 분해부(300)에 연결되어 상기 혼합 가스의 상태를 모니터링(monitoring)한다. 물론, 모니터링부(304)는 제 1 분해부(300)가 아닌 제 2 분해부(302)에 연결되어 상기 혼합 가스의 상태를 모니터링할 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 모니터링부(304)는 플라즈마 소스원(202)으로부터 공급된 세정 가스만을 모니터링하거나 가스 소스원(204)으로부터 공급된 세정 가스만을 모니터링할 수도 있다. 즉, 모니터링부(304)는 도 3의 구조로 제한되지 않고, 설계자의 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

이하, 이러한 분사기(206)의 다양한 구조를 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분사기를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 분사기(결합된 상태)를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 분사기(206)는 제 1 분해부(300)에 대응하는 제 1 플렌지(400), 제 2 분해부(302)에 대응하는 제 2 플렌지(402) 및 제 1 플렌지(400)와 제 2 플렌지(402)를 연결하는 연결 플렌지(404)를 포함한다.

이러한 플렌지들(400, 402 및 404)은 도 5에 도시된 바와 같이 결합된다.

*이하, 도 5를 참조하며 분사기(206)의 상세 구조를 설명하겠다.

도 5를 참조하면, 제 1 플렌지(400)는 플라즈마 소스원(202)과 결합된다. 상세하게는, 플라즈마 소스원(202)의 제 1 공급 통로(520)와 제 1 플렌지(400)의 제 2 공급 통로(522)가 상호 연결될 수 있도록 제 1 플렌지(400)와 플라즈마 소스원(202)이 연결된다.

노즐(504)의 일부는 가스 공급구(502)를 통하여 제 1 플렌지(400) 내부로 삽입되고, 노즐(504)의 타 부분은 도 5에 도시된 바와 같이 막대 형태를 가지고 제 1 플렌지(400)에 수직한 방향으로 하여 플라즈마 소스원(202), 구체적으로는 제 1 공급 통로(520)로 삽입된다. 즉, 노즐(504)은 제 1 플렌지(400)로부터 연장되어 플라즈마 소스원(202)으로 삽입된다. 물론, 가스 공급구(502)로 삽입되는 노즐과 플라즈마 소스원(202)으로 삽입되는 노즐이 별개로 존재하고, 상기 노즐들이 결합되어 하나의 노즐을 형성할 수도 있다.

이러한 노즐(504)에는 도 5에 도시된 바와 같이 하나 이상의 홀(506)이 형성되어 있다. 따라서, 세정 가스(560)가 도 5에 도시된 바와 같이 가스 소스원(204)으로부터 노즐(504)로 공급된 후 홀(506)을 통하여 제 1 공급 통로(520)로 분사된다. 결과적으로, 제 1 공급 통로(520)에서는 세정 가스(560)와 플라즈마(550)가 혼합되어 존재하며, 이렇게 혼합된 가스는 제 2 공급 통로(522)로 흐른다. 이 경우, 세정 가스(560)는 공급 통로(520 및 522)에서 플라즈마(550)의 에너지에 의해 1차 분해된다.

도 5에서는 노즐(506)의 위치가 제 1 공급 통로(520)의 하단부에 위치하는 것으로 도시하였으나, 노즐(506)의 위치에 따라 챔버(200)로 공급되는 플라즈마의 양이 변화될 수 있으므로 노즐(506)의 위치는 사용자의 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

제 1 플렌지(400)를 더 자세히 살펴보면, 제 1 플렌지(400)의 일측면에는 모니터링부(304)가 연결되어 있다. 상세하게는, 모니터링부(304)는 제 2 공급 통로(522)에 연결되어 제 2 공급 통로(522)로 흐르는 혼합 가스의 상태를 모니터링하며, 윈도우 글라스(530), 가스켓(532) 및 플라즈마 디텍터(534)로 이루어질 수 있다.

도 5에서는 모니터링부(304)가 제 1 플렌지(400)의 제 2 공급 통로(522)에 연결되는 것으로 도시하였지만, 모니터링부(304)가 제 2 플렌지(402)의 제 3 연결 통로(524)에 연결될 수도 있다. 다만, 제 2 플렌지(402)의 내부에 후술하는 바와 같이 영구 자석이 설치되므로, 모니터링부(304)는 제 1 플렌지(400)에 연결되는 것이 바람직하다.

연결 플렌지(404)는 제 1 플렌지(400)와 제 2 플렌지(402)를 연결시킨다. 예를 들어, 도 5의 A에 도시된 바와 같이 연결 플렌지(404)로부터 돌출된 제 1 돌출 부재가 제 1 플렌지(400)로 삽입되고 제 2 돌출 부재가 제 2 플렌지(402)로 삽입됨에 의해 제 1 플렌지(400)와 제 2 플렌지(402)가 연결될 수 있다. 물론, 이러한 연결 구조는 제 1 플렌지(400)와 제 2 플렌지(402)가 연결되는 한 다양하게 변형될 수 있다.

제 2 플렌지(402)의 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이 제 3 관통 통로(524)가 형성되어 있다. 따라서, 제 2 관통 통로(522)로 공급된 혼합 가스가 제 3 관통 통로(524)를 통하여 챔버(200)로 흐른다.

또한, 제 2 플렌지(402) 내부에는 영구 자석(508) 및 냉각부(512)가 더 형성될 수 있다.

영구 자석(508)은 자기장을 발생시켜 제 3 관통 통로(524) 내에 존재하는 혼합 가스를 상호 충돌시켜 세정 가스(560)를 2차 분해시킨다. 다만, 이러한 가스들의 충돌로 인하여 제 2 플렌지(402)의 온도가 상당히 상승하여 제 2 플렌지(402)에 부정적인 영향을 줄 수 있으므로, 분사기(206)는 냉각부(512)를 이용하여 제 2 플렌지(402)의 온도를 다운시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부(512)는 물을 이용하여 제 2 플렌지(402)의 온도를 다운시키며, 즉 수냉 방식을 사용한다.

영구 자석(508)은 고정 장치(510)에 의해 제 2 플렌지(402)에 고정된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 자기장을 발생시키는 장치로 영구 자석(508)이 아닌 전자석이 사용될 수도 있다.

위에서 상술한 바와 같이, 노즐(504)로부터 분사된 세정 가스(560)는 공급 통로들(520, 522 및 524)을 통과하면서 플라즈마로 변화된다. 따라서, 플라즈마 소스원(202)으로부터 공급된 플라즈마(550)보다 많은 양의 플라즈마가 챔버(200)로 공급되어 세정 효율이 향상된다.

제 3 플렌지(514)는 제 2 플렌지(402)와 챔버(200)를 연결시킨다.

가스 소스원(204)은 MFC(540) 및 개폐 밸브(542)를 통하여 가스 공급구(502)에 연결된다.

요컨대, 본 실시예의 분사기(206)는 플라즈마 소스원(202)의 제 1 공급 통로(520)로 삽입되는 노즐(504)을 통하여 세정 가스(560)를 분사시켜 플라즈마의 양을 증가시키는 방법을 사용한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분사기를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 분사기(206)는 플렌지(600) 및 노즐(602)을 포함한다.

노즐(602) 중 일부(602A)는 도 6에 도시된 바와 같이 플렌지(600)의 측면에 삽입되고, 다른 일부(602B)는 플렌지(600)의 내벽에서 원통형 형상을 가지고 형성된다.

이러한 노즐(602B)에는 적어도 하나의 홀이 형성되어 있으며, 따라서 노즐(602A)을 통하여 공급되는 세정 가스(612)가 노즐(602B)에 형성된 홀을 통하여 공급 통로(604)로 분사된다. 결과적으로, 공급 통로(604)에서 플라즈마 소스원으로부터 공급된 플라즈마(610)와 세정 가스(612)가 혼합되고, 그런 후 세정 가스(612)가 플라즈마(610)의 에너지에 의해 분해된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 노즐(602)은 알루미늄으로 이루어진다.

위에서는, 노즐(602)이 1개이었으나, 602A와 602B가 별도의 노즐로서 존재하고 상호 결합될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 분사기를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 분사기(206)는 플렌지(700)와 노즐(702)로 이루어진다.

노즐(702)은 도 7에 도시된 바와 같이 플렌지(700) 내부에 형성된 공급 통로(704)에 직접적으로 연결되며, 따라서 가스 소스원으로부터 공급된 세정 가스(712)가 노즐(702)을 통하여 공급 통로(704)로 직접 공급된다. 결과적으로, 공급 통로(704)에서 플라즈마 소스원으로부터 공급된 플라즈마(710)와 세정 가스(712)가 혼합되고, 그런 후 세정 가스(712)가 플라즈마(710)의 에너지에 의해 분해된다.

요컨대, 제 1 내지 3 실시예들을 고려할 때, 본 발명의 분사기(206)의 구조는 플라즈마 소스원으로부터 공급되는 플라즈마와 가스 소스원으로부터 공급되는 세정 가스가 혼합될 수 있는 한 다양하게 변형될 수 있다. 특히, 노즐의 위치 및 형태에는 제한이 없다.

제 2 및 3 실시예들에서, 자기장을 이용한 세정 가스의 2차 분해는 설명하지 않았지만, 분사기(206)는 자기장을 이용하여 세정 가스를 2차 분해할 수 있는 구조를 더 포함할 수도 있다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기에 있어서,
플라즈마 소스원과 연결되며, 공급 통로가 형성된 플렌지; 및
상기 플렌지의 공급 통로로 연결된 노즐을 포함하되,
상기 플라즈마 소스원으로부터 상기 공급 통로를 통하여 세정을 위한 플라즈마가 공급되고, 세정 가스는 상기 노즐을 통하여 상기 공급 통로로 공급되어 상기 플라즈마와 혼합되며, 상기 세정 가스는 상기 공급 통로에서 상기 플라즈마의 열에 의해 분해되어 세정을 위한 플라즈마로 변화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 세정 시스템에 사용되는 분사기.
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