KR101044010B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 돔 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 세라믹 돔은 가스 공급원과 연결되어 챔버 내부로 가스를 분배하는 가스 분배 시스템(gas distribution system)을 제공한다. 즉, 세라믹 돔은 내부에 가스 공급을 위한 가스 유로가 제공되고, 가스 유로와 연결되어 세라믹 돔 하부로 가스를 분사하는 복수 개의 토출구들을 포함한다. 본 발명에 의하면, 세라믹 돔의 가스 분배 시스템을 이용하여 챔버 내부로 가스를 균일하게 공급함으로써, 플라즈마 처리 장치에 복수 개의 사이드 노즐들을 제거할 수 있다. 따라서 기존의 플라즈마 처리 장치에서 이동되는 복수 개의 사이드 노즐들을 체결하기 위한 체결 포인트들을 제거하여 유지 보수가 용이하다.
플라즈마 처리 장치, 세라믹 돔, 가스 공급, 체결 포인트, 재연성

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 커버 기능과 함께 가스 공급 기능을 갖는 세라믹 돔 및 이를 이용하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 공정을 처리하는 플라즈마 처리 장치는 챔버 내부에 형성된 플라즈마에 의해 기판의 불필요한 부분을 제거하는 식각 공정, 기판 표면에 원하는 막을 증착하는 증착 공정 등을 처리한다. 플라즈마는 일반적으로 챔버 내부에 공급된 공정 가스에 전자기장을 형성하여 생성된다. 예를 들어, 챔버의 상부 및 하부에 전극을 제공하고, 상부 및 하부 전극에 고주파 전원을 인가하여 내부의 공급된 공정 가스를 이온화하여 반도체 기판이 처리되는 면의 상부에 플라즈마 분위기를 형성한다. 이러한 플라즈마 처리 장치는 챔버 상부를 덮는 커버 예컨대, 세라믹 돔(ceramic dome)을 갖는다. 세라믹 돔은 단순히 챔버 상부를 덮어서 챔버 내부를 진공 상태로 유지하는 커버 역할을 한다. 또 플라즈마 장치는 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 공정 가스를 공급, 분사하는 탑 노즐(top nozzle)과 복수 개의 사이드 노즐(side nozzle)들을 구비한다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 공정 처리를 위해 내부 공간을 제공하는 챔버(2)와, 챔버(2) 상부를 덮는 세라믹 돔(4)과, 챔버(2) 내부에 전자기장을 형성하는 안테나 코일(18)과, 안테나 코일(18)을 고정 설치하는 고정부재(20) 및, 챔버(2) 내부에 구비되어 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(8)을 포함한다. 플라즈마 처리 장치(10)는 세라믹 돔(4) 중앙에 관통되어 챔버(2) 상부로 공정 가스를 공급하는 탑 노즐(12)과, 세라믹 돔(4)과 챔버(2) 사이에 구비되어, 챔버(2) 내부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 사이드 노즐(14)들이 설치되는 가스 링(6)을 포함한다. 가스 링(6)에는 가스 유로(16)가 설치되어 가스 공급원(미도시됨)으로부터 공정 가스를 공급받아서 복수 개의 사이드 노즐(14)로 공정 가스를 공급한다.
플라즈마 처리 장치(10)는 고주파 전원을 안테나 코일(14)로 인가한다. 안테나 코일(18)은 세라믹 돔(4) 상부에 고정, 설치되도록 복수 개의 홈(22)이 형성된 고정부재(20)에 장착된다. 고주파 전원은 안테나 코일(14)을 통하여 동조하여 챔버(2) 내에서 전자기장을 유도한다. 이와 동시에, 플라즈마 처리 장치(10)는 공정 가스가 탑 노즐(12) 및 복수 개의 사이드 노즐(14)들을 통해 챔버(2) 내부로 유입되며, 유도된 전자기장은 공정 가스를 이온화시켜 챔버(2) 내에서 플라즈마를 형성한다. 이렇게 형성된 플라즈마는 정전척(20)에 안착된 웨이퍼(W) 표면과 반응하여 식각 또는 증착 공정을 처리한다. 또 플라즈마 처리 장치(10)는 이온 충돌을 위한 음의 직류 바이어스 전압을 제공하기 위해 안테나 코일(14)에 인가된 것과는 다른 고주파가 일반적으로 정전척(20)에 구비되는 하부 전극(미도시됨)에 인가된다.
이러한 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마를 발생하기 위해, 세라믹 돔(4)을 이용하여 챔버(2) 내부를 진공 상태로 유지하도록 단순히 커버(cover) 역할만 한다. 또 챔버(2) 내부로 균일한 가스 흐름을 위해 챔버(2) 상부의 탑 노즐(12)과, 측면의 복수 개의 사이드 노즐(14)들을 이용하여 챔버(2) 내부로 공정 가스를 공급하므로, 가스 공급을 위한 별도의 유로(gas flow path)를 구성해야만 하고, 그 구성이 복잡하다.
특히 플라즈마 처리 장치(10)가 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 타입인 경우, 챔버(2) 상부의 대면적으로 가스를 분사하는 구조가 적용되기 어렵다.
본 발명의 목적은 멀티 기능의 세라믹 돔 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스 공급을 위한 유로의 구성을 단순화하기 위한 세라믹 돔 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스 공급을 위한 세라믹 돔 및 이를 구비하여 유지 보수가 용이한 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 세라믹 돔은 챔버 상부를 덮는 기능과 함께 내부에 가스 공급 기능을 제공하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 세라믹 돔은 대면적의 챔버 상부로부터 균일하게 공정 가스를 공급, 분사할 수 있다.
이 특징에 따른 본 발명의 세라믹 돔은, 하부가 개방된 돔 형상의 몸체와; 상기 몸체 내부에 형성되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 연결되는 가스 유로 및; 상기 가스 유로와 연결되고, 상기 몸체 하부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 토출구들을 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 돔은; 상기 몸체 내부에 상기 가스 유로와 상기 토출구들 사이에 배치되어, 상기 토출구들과 연결되고, 상기 가스 유로로부터 공급되는 공정 가스를 임시로 저장하는 버퍼를 더 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 몸체는; 상부가 평평하고, 상기 상부의 가장자 리가 하부 방향으로 연장되어 측벽을 제공하고, 상기 하부가 개방되는 돔 형상의 제 1 몸체와; 상면이 상기 제 1 몸체의 상부 내측과 결합되고, 상기 토출구들이 관통되는 플레이트 형상의 제 2 몸체를 포함한다. 여기서 상기 가스 유로는 상기 제 1 몸체의 상기 측벽에 형성된다. 그리고 상기 버퍼는 상기 제 1 및 상기 제 2 몸체 사이에 형성된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 측벽은 하단에 상기 가스 유로와 상기 가스 공급원이 연결되는 연결 유로가 제공된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 토출구들은 상기 제 2 몸체의 중심으로부터 방사형으로 균일하게 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 멀티 기능의 세라믹 돔을 갖는 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리 장치는
될 수 있다.
이 특징의 플라즈마 처리 장치는, 상부가 개방되고, 내부에 기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버와; 상기 챔버 내부의 하단에 배치되어 기판이 안착되는 정전척과; 고주파 전원을 공급받아서 상기 챔버 내부에 전자기장을 유도하는 안테나 코일 및; 상기 챔버의 상부를 덮고, 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기가 형성되도록 상기 정전척 상부로 공정 가스를 공급하는 세라믹 돔을 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는; 상기 세라믹 돔 중앙에 관통되어 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 샤워 노즐을 더 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 세라믹 돔은; 하부가 개방되고 상기 챔버의 상 부와 결합되는 몸체와; 상기 몸체 내부에 형성되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 연결되는 가스 유로 및; 상기 가스 유로와 연결되고, 상기 몸체 하부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 토출구들을 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 세라믹 돔은; 상기 몸체 내부에 상기 가스 유로와 상기 토출구들 사이에 배치되어 상기 토출구들과 연결되고, 상기 가스 유로로부터 공급되는 공정 가스를 임시로 저장하는 버퍼를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 몸체는; 상부가 평평하고, 상기 상부의 가장자리가 하부 방향으로 연장되어 측벽을 제공하고, 그리고 상기 하부가 개방되는 제 1 몸체와; 상면이 상기 제 1 몸체의 상기 상부 내측과 결합되고, 상기 토출구들이 관통되는 제 2 몸체를 포함한다. 여기서 상기 가스 유로는 상기 제 1 몸체의 상기 측벽에 형성된다. 그리고, 상기 버퍼는 상기 제 1 및 상기 제 2 몸체 사이에 형성된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 측벽은 하단에 상기 가스 유로와 상기 가스 공급원이 연결되는 연결 유로가 제공된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 유도 결합 플라즈마 타입이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 세라믹 돔은 챔버를 덮는 기능과 가스 공급 기능을 함께 제공함으로써, 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 경로를 단순화할 수 있으며, 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 복수 개의 노즐들이 불필요하다.
또 노즐들과 체결되는 복수 개의 체결 포인트가 제거되어, 작업자들에 의한 서로 다른 조립 작업으로 발생되는 변수가 제거되며, 공정 재연성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 멀티 기능의 세라믹 돔을 이용하여, 대면적의 챔버 내부로 균일하게 공정 가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 상부가 개방된 원통형의 챔버(102, 104) 및, 챔버(102, 104) 상부를 덮는 세라믹 돔(110)을 포함한다. 플라즈마 처리 장치(100)는 고주파 전원을 공급받는 안테나 코일(124)과, 안테나 코일(124)을 고정 설치하는 고정부재(120)를 포함한다. 또 플라즈마 처리 장치(100)는 세라믹 돔(110) 중앙에 관통되어, 챔버(102, 104) 내부로 공정 가스를 공급하는 샤워 노즐(108)을 더 포함한다.
챔버(102, 104)는 상부 챔버(104)와 하부 챔버(102)가 결합되어 내부에 기판(W)을 처리하는 공간을 제공한다. 챔버(102, 104)는 내부 하단에 기판(W)을 지지하는 정전척(106)이 설치된다.
정전척(106)은 안테나 코일(124)에 인가되는 고주파 전원과는 상이한 고주파 전원을 공급받는 하부 전극(미도시됨)이 제공된다. 정전척(106)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정한다. 정전척(106)은 기계적인 구조를 통하여 클램핑이 가능한 기계척 또는 진공으로 기판(W)을 흡착하는 진공척 등으로 구비될 수 있다. 또 정전척(106)는 복수 개의 지지핀(미도시됨)들이 상부로 이동하여 기판(W)의 하면을 지지하고, 지지핀들을 하부로 이동하여 기판(W)을 상부 표면에 안착시킨다. 또 정전척(106)은 하부에 구동축(미도시됨)과 구동기(미도시됨)에 연결된다. 구동기는 회전력을 발생하여 구동축과 정전척(106)을 회전시켜서 정전척(106)에 안착된 기판(W)을 회전시킨다.
세라믹 돔(110)은 상부 챔버(104)와 결합되어 챔버(102, 104)의 내부 공간을 밀폐한다. 세라믹 돔(110)은 챔버(102, 104)를 덮는 기능과 함께 가스 공급 기능을 갖는다. 즉, 세라믹 돔(110)은 상부가 평평하고 하부가 개방된 돔 형상의 몸체(110a, 116) 내부에 가스 유로(112)를 제공한다. 세라믹 돔(110)은 가스 유로(112)와 연결되어 하부로 공정 가스를 토출하는 복수 개의 토출구(118)들을 제공한다. 가스 유로(112)는 공정 가스를 공급하는 가스 공급원(미도시됨)과 연결된다. 가스 유로(112)와 토출구(118)들 사이에는 공급된 공정 가스를 임시로 저장하는 버퍼(gas filling space)(114)가 배치된다. 이러한 세라믹 돔(110)은 챔버(102, 104) 내부 전체로 공정 가스를 균등하게 공급, 분사한다. 또 세라믹 돔(110)은 상부 외측에 안테나 코일(124)들이 설치된다.
그리고 안테나 코일(124)은 고정부재(120)의 복수 개의 홈(122)들에 장착되어 고정된다. 안테나 코일(124)은 고주파 전원을 공급받아서 챔버(102, 104) 내부에 전자기장을 형성한다.
플라즈마 처리 장치(100)는 공정 가스가 세라믹 돔의 토출구(118)들을 통해 챔버(102, 104) 내부로 공급된다. 이 때, 안테나 코일(124)에 의해 유도된 전자기장은 공정 가스를 이온화시켜 챔버(102, 104) 내부에 플라즈마 분위기를 형성한다. 이렇게 형성된 플라즈마는 정전척(106)에 안착된 기판(W) 표면과 반응하여 식각 또는 증착 공정을 처리한다.
구체적으로 도 3 내지 도 5를 참조하면, 세라믹 돔(110)은 하부가 개방된 돔 형상의 몸체(110a, 116)와, 몸체(110a, 116) 내부에 형성되어 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 연결되는 가스 유로(112)와, 가스 유로(112)와 연결되고, 몸체(110a, 116)의 내측 하부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 토출구(118)들 및, 몸체(110a, 116) 내부에 가스 유로(112)와 토출구(118)들 사이에 배치되어, 가스 유로(112)로부터 공급되는 공정 가스를 저장하는 버퍼(114)를 포함한다.
몸체(110a, 116)는 돔(dome) 형상의 제 1 몸체(110a)와, 플레이트(plate) 형상의 제 2 몸체(116)를 포함한다. 제 1 몸체(110a)는 챔버(102, 104) 상부를 덮는 커버 기능을 갖는다. 제 2 몸체(116)는 제 1 몸체(110a)와 결합되어 공정 가스를 챔버(102, 104) 내부로 공급하는 가스 공급 기능을 제공한다.
즉, 제 1 몸체(110a)는 하부가 개방되는 돔 형상으로 상부가 평평하고, 상부의 가장자리가 하부 방향으로 연장되어 측벽(110b)을 제공한다. 측벽(110b)의 내부에는 가스 유로(112)가 형성된다. 측벽(110b)의 하단에는 가스 유로(112)와 가스 공급원이 연결되는 연결 유로(112a)가 제공된다. 연결 유로(112)는 측벽(110b)의 하단을 따라 원형으로 형성된다. 제 2 몸체(116)는 상면이 제 1 몸체(110a)의 상부 내측에 결합된다. 이 때, 제 1 몸체(110a)의 상부 내측과 제 2 몸체(116)의 상면 사이에는 공간(114)이 제공된다. 이 공간(114)은 가스 유로(112)와 연결되어, 가스 공급원으로부터 가스 유로(112)를 통해 공급되는 공정 가스를 임시로 저장하는 버퍼(114)이다.
제 2 몸체(116)는 복수 개의 토출구(118)들이 관통된다. 토출구(118)들은 제 2 몸체(116)에 관통되어 버퍼(114)와 연결된다. 토출구(118)들은 제 2 몸체(116)의 중심으로부터 방사형으로 균일하게 배치된다.
본 발명의 세라믹 돔(110)은 토출구(118)들을 조밀하고 균등하게 배치하여 기존의 노즐 방식 보다 더 균등하게 공정 가스를 공급한다.
기존의 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 타입의 플라즈마 처리 장치는 샤워 노즐과 사이드 노즐들을 이용하여 공정 가스를 챔버 내부로 공급한다. 이러한 ICP 타입의 플라즈마 처리 장치는 대면적으로 가스를 공급, 분사하는 구조가 구현되기 어렵다.
그러나 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 챔버(102, 104) 상부를 덮는 커버 기능과 함께, 챔버(102, 104) 내부로 가스를 균등하게 공급하는 가스 공급 기 능을 갖는 세라믹 돔(110)을 구비한다. 세라믹 돔(110)은 내부에 가스 유로(112)와 복수 개의 토출구(118)들을 제공하여 챔버(102, 104) 내부로 균등하게 공정 가스를 공급할 수 있다. 또 토출구(118)들을 세밀하고 균등하게 배치하여 균일한 가스 공급이 가능하다. 이 때 세라믹 돔(110)은 상부가 대면적을 갖도록 구현하고, 대면적의 세라믹 돔(110) 내부에 가스 유로(112) 및 토출구(118)들을 포함하는 가스 공급 시스템을 제공하여 가스 공급 경로(gas flow path)를 단순화할 수 있다.
따라서 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 기존 플라즈마 처리 장치의 사이드 노즐(도 1의 14)들이 불필요하다. 그러므로 사이드 노즐들과 가스 링(도 1의 6) 사이의 복수 개의 체결 포인트가 제거된다. 도 1의 플라즈마 처리 장치(10)의 경우, 체결 포인트가 약 35 개 정도로 이루어지지만, 본 발명의 경우에는 체결 포인트는 '0' 이 된다. 그 결과, 작업자들에 의한 서로 다른 조립 작업으로 발생되는 변수가 제거되어, 공정 재연성을 확보할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 세라믹 돔 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면;
도 3은 도 2에 도시된 세라믹 돔의 구성을 나타내는 사시도;
도 4는 도 3에 도시된 세라믹 돔의 내부 구조를 나타내는 단면도; 그리고
도 5는 도 3에 도시된 세라믹 돔의 하면을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 플라즈마 처리 장치 102 ~ 104 : 챔버
106 : 정전척 108 : 샤워 노즐
110 : 세라믹 돔 112 : 가스 유로
114 : 버퍼 110a, 116 : 몸체
118 : 토출구

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 플라즈마 처리 장치에 있어서:
    상부가 개방되고, 내부에 기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버와;
    상기 챔버 내부의 하단에 배치되어 기판이 안착되는 정전척 및;
    고주파 전원을 공급받아서 상기 챔버 내부에 전자기장을 유도하는 안테나 코일 및;
    상기 챔버의 상부를 덮고, 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기가 형성되도록 상기 정전척 상부에서 상기 정전척과 대향되게 공정 가스를 공급하는 세라믹 돔과;
    상기 정전척에 대향되도록 상기 세라믹 돔의 중앙에 관통되어 상기 챔버의 내부로 공정가스를 공급하는 샤워노즐을 포함하되;
    상기 세라믹 돔은,
    중앙에 상기 샤워노즐이 삽입되도록 상하방향으로 관통된 홀이 형성된 링 형상의 몸체를 포함하고,
    상기 몸체의 저면에는 상기 샤워노즐과 독립적으로 공정가스를 분사하도록 상기 몸체의 내부에 형성된 버퍼와 통하는 복수의 토출구들이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 타입인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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