KR101150697B1 - 원격 플라즈마를 이용한 챔버 세정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 챔버; 상기 챔버의 외부에 위치하는 다수의 플라즈마 발생기; 상기 각 플라즈마 발생기에서 공급되는 가스를 가스유입관을 통해 모으는 한편 챔버연결관을 통해 상기 챔버로 공급하는 집하실; 상기 집하실의 내부에 설치되어 상기 각 플라즈마 발생기로부터 공급되는 가스의 유동방향을 전환시키는 유도수단을 포함하는 챔버 세정 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 다수의 원격 플라즈마 발생기에서 활성화된 세정가스가 집하실에서 모이는 과정에서 각 세정가스의 충돌이 방지되고 유동방향도 평행하게 전환되기 때문에 충돌로 인한 재결합 가능성이 최소화되어 세정효율을 크게 높일 수 있다. 또한 이를 통해 세정가스의 사용량을 줄여 원가절감에도 기여할 수 있다.

세정, 원격 플라즈마,

Description

원격 플라즈마를 이용한 챔버 세정시스템{Chamber cleaning system using remote plasma}

도 1은 종래의 챔버 세정시스템을 나타낸 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 챔버 세정시스템을 나타낸 도면

도 3은 곡면을 가지는 유도수단을 나타낸 도면

도 4는 플라즈마 발생기가 3개인 경우에 이용되는 유도수단을 예시한 도면

도 5는 냉매유로가 설치된 집하실을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 챔버 20 : 챔버연결관

30 : 제1 원격 플라즈마 발생기 32 : 제1 가스유입관

40 : 제2 원격 플라즈마 발생기 42 : 제2 가스유입관

50 : 집하실 52 : 냉매유로

100 : 유도수단 110,120,130 : 제1,2,3 판상부재

본 발명은 반도체 소자 또는 평면표시장치를 제조하기 위해 웨이퍼 또는 글래스(이하 '기판'이라 함)를 처리하는 챔버의 내부를 원격 플라즈마를 이용하여 세정하는 챔버 세정 시스템에 관한 것으로서, 특히 2 이상의 원격 플라즈마 발생기를 이용하는 챔버 세정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자 또는 평면표시장치를 제조하기 위해서는, 기판에 유전체 물질 등을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 공정챔버에서 진행된다.

그런데 이와 같은 박막증착 또는 식각공정을 반복하여 수행하다 보면, 공정챔버의 내벽이나 기판안치대의 주변부 등 원하지 않는 장소에 폴리머 등 부산물의 증착이 발생하게 된다.

이와 같이 증착된 화합물은 소정 이상의 두께에서 박리되어 챔버 내부의 오염원으로 작용할 뿐만 아니라, 챔버 내부의 임피던스 등 전기적 성질을 변화시키므로, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에서는 플라즈마 밀도 및 박막균일도에도 악영향을 미치게 된다.

이러한 현상을 피하기 위해서는 공정챔버 내부를 주기적으로 세정하여 증착된 오염원을 제거하여야 한다.

통상 사용되는 세정방법으로는 플라즈마를 이용하는 건식세정과 세정액을 이용하는 습식세정으로 나눌 수 있는데, 건식세정은 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 다음 이를 챔버 내부에 증착된 화합물과 반응시키는 방법이다.

이와 같은 건식세정으로도 챔버 내부를 완벽히 세정하는 데는 한계가 있으므로, 장치를 분해하여 사람이 직접 HF계열의 세정액을 이용하여 세정하는 방법이 습식세정이다.

습식세정은 세정효과가 뛰어나긴 하지만, 세정 후 장치를 재가동하기 위해서는 불순물 제거를 위해 장시간의 펌핑과정을 거쳐야 하고, 공정 정상화를 위해 수회의 더미(dummy) 공정을 거쳐야 하므로, 장비의 스루풋(throughput)이 크게 저하될 수밖에 없다.

따라서 통상적으로는 건식세정만을 수행하고, 건식세정을 수회 내지 수십 회 실시한 이후에 습식세정을 실시하고 있다.

플라즈마를 이용하는 건식세정은 인시튜(in-situ) 세정과, 원격 플라즈마 세정으로 나눌 수 있는데, 전자는 박막증착 또는 식각공정을 수행하는 챔버 내부에서 세정용 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 후자의 원격 플라즈마 세정은 챔버 외부에 별도로 설치된 원격 플라즈마 발생기에서 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 다음 활성화된 세정가스를 공정챔버로 유입시켜 세정하는 방식이다.

인시튜 세정이 추가설비가 필요 없어 간편하기는 하지만, 세정가스를 여기시키기 위해 인가되는 고주파전력에 의해 플라즈마 전극에 이온충격이 야기되어 전극표면이 열화되거나 박리되는 문제점이 있다.

또한 잦은 플라즈마 방전으로 인해 챔버의 내부 부재가 손상되어 유지보수 사이클이 단축될 수밖에 없는 문제점이 있다.

따라서 별도의 플라즈마 발생기와 별도의 RF전원이 필요하다는 단점에도 불구하고 원격 플라즈마 세정방식이 꾸준히 이용되고 있다.

이 경우 원격 플라즈마 발생기는 하나만 설치될 수도 있으나, 기판의 크기가 커지는 추세에 따라 챔버의 용적도 함께 커지고 있기 때문에 최근에는 2개 이상의 원격플라즈마 발생기를 이용하는 경우가 늘어나고 있다.

도 1은 2개의 원격 플라즈마 발생기를 포함하는 챔버 세정 시스템을 나타낸 것으로서, 기판을 처리하는 챔버(10), 상기 챔버(10)의 외부에 위치하며 각각 별도로 플라즈마를 발생시켜 세정가스를 활성화시키는 제1,2 원격 플라즈마 발생기(30,40), 제1,2원격 플라즈마 발생기(30,40)를 거치면서 활성화된 세정가스를 챔버(10)로 공급하기 전에 모으는 집하실(50)을 포함한다.

제1,2 원격 플라즈마 발생기(30,40)는 RF전극 또는 유도안테나를 이용하여 NF₃, SF₆ 등의 세정가스를 반응성이 높은 활성종 또는 이온으로 활성화시키는 역할을 한다.

각 원격 플라즈마 발생기(30,40)는 동일 또는 별도의 세정가스 저장부(미도시)에 연결되며, 제1 원격 플라즈마 발생기(30)와 집하실(50)은 제1 가스유입관(32)에 의해 연결되며 제2 원격 플라즈마 발생기(40)와 집하실(50)은 제2 가스유입 관(42)에 의해 연결된다.

또한 집하실(50)에 모인 세정가스는 챔버연결관(20)을 통해 챔버 내부로 유입되며, 챔버 내부부재에 증착된 폴리머 등과 반응하여 휘발성 물질로 변환된 후 배출구(미도시)를 통해 배출된다.

그런데 이러한 종래 방식의 챔버 세정 시스템에서는 각 플라즈마 발생기(30,40)를 통과하면서 활성화된 세정가스가 집하실(50)을 통과하는 과정에서 재결합(recombination) 또는 충돌로 인해 반응성이 약한 중성기체로 복귀하는 비율이 높아 세정효율이 크게 저하된다는 문제점이 있다.

이는 제1,2 가스유입관(32,42)을 통과한 세정가스가 집하실(50)에 모이는 과정에서 서로 반대방향으로 유동하기 때문에 가스 간의 충돌확률이 높아지기 때문이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원격 플라즈마 발생기에서 활성화된 세정가스가 챔버로 유입되기 전에 충돌로 인한 재결합 가능성을 최대한 낮춤으로써 세정효율을 높일 수 있는 방안을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해서, 챔버; 상기 챔버의 외부에 위치 하는 다수의 플라즈마 발생기; 상기 각 플라즈마 발생기에서 공급되는 가스를 가스유입관을 통해 모으는 한편 챔버연결관을 통해 상기 챔버로 공급하는 집하실; 상기 집하실의 내부에 설치되어 상기 각 플라즈마 발생기로부터 공급되는 가스의 유동방향을 전환시키는 유도수단을 포함하는 챔버 세정 시스템을 제공한다.

상기 집하실의 외측에는 냉매 유로가 설치될 수 있다.

상기 유도수단은, 측면이 상기 가스유입관을 향하고 일 단부가 상기 챔버연결관 쪽을 향하도록 배치되는 판상(板狀)부재일 수 있으며, 이때 상기 판상부재의 상단부 또는 측단부는 상기 집하실의 내면에 접할 수 있다.

상기 유도수단은, 상기 집하실의 중심축에 대하여 다수의 판상부재가 대칭적으로 배치되어 서로 결합된 것일 수 있다.

상기 유도수단은 가스의 원활한 방향전환을 위해 측면에 곡면을 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 챔버 세정 시스템의 구성도로서, 기판을 처리하는 챔버(10), 상기 챔버(10)의 외부에 위치하며 각각 별도로 플라즈마를 발생시켜 세정가스를 활성화시키는 제1,2 원격 플라즈마 발생기(30,40), 제1,2 원격 플라즈마 발생기(30,40)를 거치면서 활성화된 세정가스를 챔버(10)로 공급하기 전에 모으는 집하실(50)을 포함하는 점은 종래와 동일하다.

또한 각 원격 플라즈마 발생기(30,40)는 동일 또는 별도의 세정가스 저장부(미도시)에 연결되고, 제1 원격 플라즈마 발생기(30)와 집하실(50)은 제1 가스유입관(32)에 의해 연결되며 제2 원격 플라즈마 발생기(40)와 집하실(50)은 제2 가스유입관(42)에 의해 연결된다. 또한 집하실(50)에 모인 세정가스는 챔버연결관(20)을 통해 챔버 내부로 유입된다.

본 발명에 따른 챔버 세정 시스템은 제1,2 원격 플라즈마 발생기(30,40)에서 공급되는 세정가스가 서로 충돌하는 것을 방지하는 한편, 가스의 유동방향을 챔버연결관(20) 쪽으로 전환시키는 유도수단(100)을 집하실(50)의 내부에 설치한 점에 특징이 있다.

상기 유도수단(100)은 여러 가지 형태로 제공될 수 있으나, 가장 간단하게는 도 2에 도시된 바와 같이 집하실(50)의 내부에 설치되어 제1,2 가스유입관(32,42)의 출구를 서로 마주보지 않도록 가릴 수 있는 판상(板狀)의 부재인 것이 바람직하다.

이때 가스가 상기 유도수단(100)을 넘어 반대쪽으로 유동하는 것을 방지하는 것이 바람직하므로, 유도수단(100)의 상단부 및 측단부가 집하실(50)의 내면에 접하도록 설치되는 것이 바람직하다.

유도수단(100)의 하단부가 제1,2 가스유입관(32,42)의 연결부보다는 아래쪽에 위치하여야 가스의 충돌을 방지할 수 있다. 또한 방향이 전환되어 평행하게 유동하는 양쪽의 가스는 집하실(50)의 하부에 결합된 챔버연결관(20)으로 유입되어야 하므로 유도수단(100)의 하단부는 집하실(50)의 저면과는 접하지 않는 것이 바람직하다.

한편 제1,2 가스유입관(32,42)을 통해 유입된 가스가 유도수단(100)에 충돌한 후 방향전환을 하는 과정에서 요동(turbulence)이 심하게 발생하면 활성화된 세정가스의 재결합 비율이 높아져 세정효율이 저하될 우려가 있다.

이를 방지하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 유도수단(100)의 측면부에 곡면을 형성하는 것이 바람직하다. 측면부가 곡면으로 형성되면 가스의 요동이 줄어들고 방향전환이 원활하게 이루어질 수 있기 때문이다.

전술한 유도수단(100)은 2개의 플라즈마 발생기(30,40)가 집하실(50)에 연결된 경우에 사용될 수 있는 것이며, 3개 이상의 플라즈마 발생기를 이용하는 경우에는 이와 다른 형태의 유도수단을 이용하여야 한다.

도 4는 3 방향에서 유입되는 세정가스의 충돌을 방지하기 위한 유도수단을 예시한 것으로서, 제1,2,3 판상부재(110,120,130)가 중심축에 대하여 대칭적으로 결합된 형태를 가지며 상단부는 집하실(50)의 내부에 고정되는 것이 바람직하다.

세정가스는 각 판상부재(110,120,130)의 사이 공간으로 유입된 후 하부 또는 챔버연결관 방향으로 방향이 전환되어 서로 평행하게 유동하게 된다. 이때에도 가스의 요동을 방지하기 위하여 각 판상부재(110,120,130)의 경계면 또는 측면은 곡면을 포함하는 것이 바람직하다. 4방향 이상에서 세정가스가 유입되는 경우에는 상기 판상부재의 개수를 그에 대응하여 증가시킴으로써 같은 효과를 얻을 수 있다.

한편, 제1,2 원격 플라즈마 발생기(30,40)에서 활성화된 세정가스는 고온 상태이므로 그대로 챔버 내부로 유입되면 열충격으로 인해 챔버 내부 부재가 손상될 위험이 있으므로 이를 적절히 냉각시킬 필요가 있다. 이를 위해 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 집하실(50)의 외부에 냉매가 유동할 수 있는 냉매유로(52)를 형성한다.

상기 냉매유로(52)는 집하실(50)의 외부에 설치할 수도 있고 집하실(50)의 측벽에 내장된 형태로 설치할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 원격 플라즈마 발생기에서 활성화된 세정가스가 집하실에서 모이는 과정에서 각 세정가스의 충돌이 방지되고 유동방향도 평행하게 전환되기 때문에 충돌로 인한 재결합 가능성이 최소화되어 세정효율을 크게 높일 수 있다. 또한 이를 통해 세정가스의 사용량을 줄여 원가절감에도 기여할 수 있다.

Claims (6)

1. 챔버;

   상기 챔버의 외부에 위치하는 다수의 플라즈마 발생기;

   상기 각 플라즈마 발생기에서 공급되는 가스를 가스유입관을 통해 모으는 한편 챔버연결관을 통해 상기 챔버로 공급하는 집하실;

   상기 집하실의 내부에 설치되어 상기 각 플라즈마 발생기로부터 공급되는 가스의 유동방향을 전환시키는 유도수단

   을 포함하는 챔버 세정 시스템에 있어서,

   상기 유도수단은 측면이 상기 가스유입관을 향하고 일 단부가 상기 챔버연결관 쪽을 향하도록 배치되는 판상(板狀)부재인 것을 특징으로 하는 챔버 세정 시스템
2. 제1항에 있어서,

   상기 집하실의 외측에는 냉매 유로가 설치되는 것을 특징으로 하는 챔버 세정 시스템
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 판상부재의 상단부 또는 측단부는 상기 집하실의 내면에 접하는 것을 특징으로 하는 챔버 세정 시스템
5. 챔버;

   상기 챔버의 외부에 위치하는 다수의 플라즈마 발생기;

   상기 각 플라즈마 발생기에서 공급되는 가스를 가스유입관을 통해 모으는 한편 챔버연결관을 통해 상기 챔버로 공급하는 집하실;

   상기 집하실의 내부에 설치되어 상기 각 플라즈마 발생기로부터 공급되는 가스의 유동방향을 전환시키는 유도수단

   을 포함하는 챔버 세정 시스템에 있어서,

   상기 유도수단은, 상기 집하실의 중심축에 대하여 다수의 판상부재가 대칭적으로 배치되어 서로 결합된 것을 특징으로 하는 챔버 세정 시스템
6. 챔버;

   상기 챔버의 외부에 위치하는 다수의 플라즈마 발생기;

   상기 각 플라즈마 발생기에서 공급되는 가스를 가스유입관을 통해 모으는 한편 챔버연결관을 통해 상기 챔버로 공급하는 집하실;

   상기 집하실의 내부에 설치되어 상기 각 플라즈마 발생기로부터 공급되는 가스의 유동방향을 전환시키는 유도수단

   을 포함하는 챔버 세정 시스템에 있어서,

   상기 유도수단은 가스의 원활한 방향전환을 위해 측면에 곡면을 포함하는 챔버 세정 시스템

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