KR101519024B1 - 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치 - Google Patents

플라즈마 식각 장치의 가스공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 관한 것으로서, 특히 기판이 처리되는 챔버에 공급되는 공정가스의 특성에 따라 별도의 분배기를 사용함으로써 효과적인 식각 균일도 조절이 가능한 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 관한 것이다.

Description

플라즈마 식각 장치의 가스공급장치{Gas Supply System For Plasma Etching Apparatus}
본 발명은 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분배비율이 서로 다르게 적용된 복수의 분배기를 사용하여 효과적인 식각 균일도 조절이 가능한 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 식각 장치는 기판이 처리되는 챔버, RF 전력이 공급되거나 접지되는 상부전극, 기판이 놓여지는 동시에 RF 전력이 공급되는 하부전극, 챔버에 공급된 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 RF 전력공급시스템, 가스를 플라즈마 상태로 바꿔 기판을 처리하기 위한 가스공급장치로 구성된다.
상부전극은 RF 전력공급과 공급되는 가스의 분배역할을 동시에 수행하며 식각량 균일도를 조절하기 위해 중앙부와 주변부로 영역이 분리되어 있으며, 분류량 조정수단를 통해 중앙부와 주변부에 공급되는 가스량을 조절하도록 구성되어 있다.
하지만, 이러한 구성은 서로 상반되는 특성을 가진 가스를 혼합 후 동일한 비율로 분배하므로 원하는 식각량 균일도 혹은 식각 특성을 얻는데 한계가 있으며, 또한 특정가스의 공급비율을 별도로 조절하기 위해서는 별도의 부가가스공급단을 구성하여야 하는 한계가 있다.
본 발명의 일측면은 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 있어서, 복수의 분배기를 사용하여 효과적인 식각 균일도 조절이 가능한 구성을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치는 기판이 처리되는 챔버에 공정가스를 공급하는 가스유입부를 가지는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 있어서, 가스공급원으로부터 상기 공정가스가 흘러가는 공급유로와, 상기 공급유로로부터 상기 공정가스를 공급받아 상기 공정가스의 공급을 분배하는 복수의 분배기와, 상기 복수의 분배기에서 상기 가스유입부로 상기 공정가스를 유입하는 유입유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 가스유입부는 제1가스유입부와 제2가스유입부를 포함하고, 상기 유입유로는 상기 복수의 분배기마다 각각 형성되며, 상기 제1가스유입부와 연결된 제1유입유로와 상기 제2가스유입부와 연결된 제2유입유로로 분기되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 복수의 분배기는 상기 제1유입유로와 상기 제2유입유로에 설치되는 압력센서 및 밸브를 포함하고, 상기 압력센서 및 밸브는 각각의 분배비율이 입력된 제어장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 공급유로 상에는 상기 공정가스가 흘러가는 양을 제어하는 MFC(Mass Flow Control)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 공급유로는 상기 MFC의 후단에서 상기 공급유로가 분기되어 이루어진 제1공급라인과 제2공급라인을 포함하고, 상기 복수의 분 배기는 상기 제1공급라인과 연결된 제1분배기와 상기 제2공급라인과 연결된 제2분배기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인에는 각각 공압밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 가스공급원은 복수개가 마련되고, 상기 공급유로는 상기 복수개의 가스공급원마다 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 제1가스유입부는 상기 기판의 중심부를 향해 가스가 공급되도록 배치되고, 상기 제2가스유입부는 상기 기판의 주변부를 향해 가스가 공급되도록 상기 제1가스유입부를 둘러싼 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치는 효과적으로 원하는 영역의 균일도를 개선할 수 있고, 별도의 부가가스공급단 없이 모든 공정가스에 대해 원하는 공정가스를 서로 다른 비율로 원하는 영역에 공급할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 식각 장치(1)는 원통형의 챔버(2)를 갖추고 있 다.
챔버(2)는 기판(W)의 가공공정을 수행하기 위한 것으로서, 챔버(2)의 내부에는 바닥면 중앙에 마련된 절연판(3)의 상부에 배치된 서셉터지지부(4)에 의해 지지되는 서셉터(5)가 마련된다. 서셉터지지부(4)는 서셉터(5)를 지지할 뿐만 아니라, 냉매가 흐르도록 서셉터지지부(4)의 내부에 형성된 냉매실(6)과 냉매배관(7)을 통해 기판(W)의 온도를 제어한다.
서셉터(5)의 상면에는 기판(W)을 지지하는 정전척(8)과 정전척(8)의 주위를 둘러싸는 환형링(9)이 설치된다. 정전척(8)의 내부에는 전극(10)이 마련되고, 전극(10)은 직류전원(11)과 전기적으로 연결되며, 직류전원(11)으로부터 전극(10)에 전압이 인가되어 발생하는 쿨롱힘에 의해 정전척(8)의 상면에 기판(W)을 흡착할 수 있게 된다. 서셉터지지부(4), 서셉터(5), 정전척(8) 및 환형링(9)의 외주면은 원통형상의 벽체(12)에 의해 지지되어 하부전극(13)을 구성한다.
하부전극(13)의 상방에는 상부전극(14)이 마련된다. 상부전극(14)은 원형의 내측 상부전극(15)과 내측 상부전극(15)의 외주면을 둘러싸는 링형상의 외측 상부전극(16)으로 구성된다. 특히, 내측 상부전극(15)은 복수의 가스분사공(17)을 가진 전극판(18)과, 전극판(18)과 동일한 형태로 형성되어 전극판(18)의 상면과 결합되는 전극지지부(19)로 이루어진다. 즉, 내측 상부전극(15)은 공정가스가 유입되는 공간인 가스유입부(22)와 공정가스를 분사하는 샤워헤드를 구성한다. 그리고, 가스유입부(22)는 전극지지부(19)의 내부에 마련된 원형의 격벽부재(23)에 의해 기판(W)의 중앙부를 향해 가스를 분사하는 제1가스유입부(20)와, 기판(W)의 주변부를 향해 가스를 분사하도록 제1가스유입부(20)를 둘러싸고 있는 제2가스유입부(21)로 나뉘어진다. 또한, 내측 상부전극(15)과 외측 상부전극(16) 사이에는 링형상의 유전체(24)가 설치되고, 외측 상부전극(16)과 챔버(2)의 내주면 사이에는 링형상의 차폐부재(25)가 설치된다.
상부전극(14)에는 챔버(2) 내부로 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 만들 수 있도록 RF(Radio Frequency) 전원(26)이 인가되고, 하부전극(13)의 서셉터(5)에는 플라즈마 상태의 공정가스를 기판(W)으로 유도할 수 있도록 바이어스 전원(27)이 인가된다.
챔버(2)의 하부 일측에는 배출되는 공정가스가 이동하며 배출구(28)와 연통하는 가스배출유로가 마련된다. 가스배출유로는 챔버(2)의 공정가스가 진공펌프(29) 및 압력제어장치(30) 쪽으로 배출되어 챔버(2)가 진공으로 유지될 수 있도록 공정가스가 배출되는 배출구(28)와 챔버(2)를 연통하도록 형성된다.
위와 같은 플라즈마 식각 장치(1)는 챔버(2) 내부로 공급되는 공정가스 및 공정변수들을 조절하는 것에 의해 기판(W)의 표면에 막을 형성시키는 증착공정을 수행하거나 기판(W) 표면의 막을 식각하는 식각공정을 수행하는데 이용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(1)의 가스공급장치(31)는 상부전극(14)에 마련된 가스유입부(22)와, 공정가스를 공급하는 가스공급원(32)과, 가스공급원(32)으로부터 공정가스가 흘러가는 공급유로(33)와, 공급유로(33)로부터 공정가스를 공급받아 공정가스의 공급을 분배하는 제1분배기(34) 및 제2분배기(35)와, 제1,2분배기(34,35)에서 가스유입부(22)로 공정가스를 유입하는 유입유로(36)를 포함하여 구성된다.
공급유로(33)는 가스공급원(32)에서 공급되는 공정가스가 제1,2분배기(34,35) 중에서 해당하는 분배기로 흘러갈 수 있도록 두 갈래로 분기되어 형성된 제1공급라인(33a)과 제2공급라인(33b)으로 이루어진다.
유입유로(36)는 제1,2공급라인(33a,33b)로부터 공정가스를 공급받는 제1,2분배기(34,35)에서 각각 두 갈래로 분기되어 제1가스유입부(20)와 연결되는 제1유입유로(36a)와, 제2가스유입부(21)로 연결되는 제2유입유로(36b)로 이루어진다.
위와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(1)의 가스공급장치(31)는 제1,2공급라인(33a,33b)에 설치된 공압밸브(38:도 2참조)에 의해 공정가스들이 제1,2분배기(34,35) 중 어느 한 곳으로 공급되도록 조절되며, 제1,2분배기(34,35)의 분배비율은 서로 다르게 조절할 수 있으므로, 원하는 공정가스를 원하는 비율로 제1,2가스유입부(20,21)에 공급할 수 있다. 이러한 구성에 관해서는 후술할 내용에서 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치의 구조의 개념을 사용한 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공정가스를 공급하는 가스공급원(32)은 복수개가 마련되고, 공급유로(33)는 복수개의 가스공급원(32)마다 각각 형성된다. 각 공급유로(33) 상에는 공정가스가 흘러가는 양을 제어하는 MFC(37:Mass Flow Control)가 설치되어 있고, 각 공급유로(33)는 MFC(37)의 후단에서 분기되어 제1분배기(34)와 연결되는 제1공급라인(33a)과 제2분배기(35)와 연결되는 제2공급라인(33b)을 형성 하며, 제1공급라인(33a)과 제2공급라인(33b)에는 각각 공압밸브(38)가 설치된다. 따라서, MFC(37)에 의해 유량이 조절된 각각의 공정가스는 공압밸브(38)를 통해 조절되어 제1공급라인(33a) 또는 제2공급라인(33b)을 통해 그 분배비율에 맞도록 제1,2분배기(34,35) 중 해당되는 분배기로 흘러가게 된다. 그리고, 각각의 제1공급라인(33a)과 제2공급라인(33b)은 같은 라인끼리 서로 하나의 지점에서 연결되어 연결된 지점에서부터 분배기까지는 하나의 라인을 형성하는 것이 바람직하다.
제1,2분배기(34,35)로 흘러간 공정가스는 유입유로(36)를 통해 제1,2가스유입부(20,21)로 공급되는데, 공정가스를 정해진 비율로 분배하여 제1,2가스유입부(20,21)에 공급하기 위해서 유입유로(36)는 제1가스유입부(20)와 연결되는 제1유입유로(36a)와 제2가스유입부(21)와 연결되는 제2유입유로(36b)로 분기되고, 제1,2유입유로(36a,36b)에는 각각 압력센서(39)와 밸브(40)가 설치된다. 그리고, 제2분배기(35)에서 나오는 제1,2유입유로(36a,36b)는 각각 제1분배기(34)의 제1,2유입유로(36a,36b) 상에 연결되어 하나의 라인으로 제1,2가스유입부(20,21)와 연결된다. 제1,2분배기(34,35) 내부에는 압력컨트롤러(41)가 설치되고, 압력컨트롤러(41)는 제어부(미도시)에서 입력되는 분배비율에 따라 압력센서(39) 및 밸브(40)를 제어한다.
즉, 제1,2분배기(34,35)에 차등하게 입력된 2가지의 분배비율을 각각의 공정가스에 적용하기 위하여 공급유로(33)를 MFC(37)의 후단에서 분배기의 개수만큼 두 갈래로 분기시키고, 각 공정가스의 분배비율에 따라 해당 분배기로 공정가스가 공급되도록 해당 공압밸브(38)만 개방하여 공정가스의 흐름을 조절한다.
일반적으로, O2 가스는 식각속도를 빠르게 해주고, CH2F2 가스는 식각속도는 감소시키지만 표면에 폴리머를 생성시켜 Oxide-to-Mask 선택비를 증가시키는 특성이 있다.
예를 들어 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(1)의 가스공급장치(31)는 제2가스유입부(21)의 선택비 개선이 필요한 경우 제1분배기(34)에서 O2의 제2유입유로(36b)의 비율을 줄이고, 제2분배기(35)에서 CH2F2의 제2유입유로(36b)의 비율을 늘리게 되므로, 종래와 같이 전체 가스의 비율을 동일하게 조절해 줄 때 보다 효과적으로 원하는 영역의 선택비를 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(1)의 가스공급장치(31)는 공급되는 공정가스의 특성에 따라 제1,2분배기(34,35)를 사용함으로써 효과적인 식각 균일도 조절이 가능한 효과를 발휘한다. 그리고, 별도의 부가가스공급단 없이 모든 공정가스에 대해 원하는 공정가스를 서로 다른 비율로 원하는 영역에 공급할 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(1)의 가스공급장치(31)는 아래와 같은 순서로 동작이 진행된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 공정가스에 따른 공급유량 및 제1,2분배기(34,35)의 분배비율을 결정한다.(S100) MFC(37)에서 각 공정가스에 따른 공급유량을 조절한다.(S200) MFC(37)에서 나온 공정가스를 제1,2분배기(34,35) 중 어느 분배기로 보내야 하는 지에 따라 공압밸브(38) 중 하나를 개방하여 해당 분배기로 공정가스를 공급한다.(S300) 각 분배기에서 정해진 분배비율에 따라 공정가스를 제 1유입유로(36a)와 제2유입유로(36b)로 분배한다.(S400) 각 분배기에서 분배된 공정가스는 다시 제1유입유로(36a)와 제2유입유로(36b)끼리 혼합된다.(S500) 혼합된 공정가스는 상부전극(14)의 제1,2가스유입부로 각각 공급된다.(S600) 각 공정가스는 정해진 비율로 정해진 위치의 기판(W) 표면 위에 공급되어 공정이 진행된다.(S700)
본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치는 분배기를 2개 사용하는 구성에 관해 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 분배기를 3개 이상 사용하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치의 구조의 개념을 사용한 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 플라즈마 식각 장치, 14: 상부전극,
20: 제1가스유입부, 21: 제2가스유입부
31: 가스공급장치, 32: 가스공급원,
33: 공급유로, 34: 제1분배기,
35: 제2분배기, 36: 유입유로

Claims (8)

  1. 기판이 처리되는 챔버에 공정가스를 공급하는 가스유입부를 가지는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치에 있어서,
    가스공급원으로부터 상기 공정가스가 흘러가는 공급유로와,
    상기 공급유로로부터 상기 공정가스를 공급받아 상기 공정가스의 공급을 분배하는 복수의 분배기와,
    상기 복수의 분배기에서 상기 가스유입부로 상기 공정가스를 유입하는 유입유로를 포함하되,
    상기 복수의 분배기는 각각 압력센서 및 밸브를 포함하고,
    상기 압력센서 및 밸브는 각각의 분배비율이 입력된 제어장치에 의해 제어되고,
    상기 공급유로 상에는 상기 공정가스가 흘러가는 양을 제어하는 MFC(Mass Flow Control)가 설치되고,
    상기 공급유로는 상기 MFC의 후단에서 상기 공급유로가 분기되어 이루어진 제1공급라인과 제2공급라인을 포함하고,
    상기 복수의 분배기는 상기 제1공급라인과 연결된 제1분배기와 상기 제2공급라인과 연결된 제2분배기로 구성되고,
    상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인에는 각각 공압밸브가 설치되고,
    상기 제1공급라인에 설치된 공압밸브는 상기 MFC와 상기 제1분배기 사이에 위치하고, 상기 제2공급라인에 설치된 공압밸브는 상기 MFC와 상기 제2분배기 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스유입부는 제1가스유입부와 제2가스유입부를 포함하고,
    상기 유입유로는 상기 복수의 분배기마다 각각 형성되며, 상기 제1가스유입부와 연결된 제1유입유로와 상기 제2가스유입부와 연결된 제2유입유로로 분기되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압력센서 및 밸브는 상기 제1유입유로와 상기 제2유입유로에 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가스공급원은 복수개가 마련되고,
    상기 공급유로는 상기 복수개의 가스공급원마다 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제1가스유입부는 상기 기판의 중심부를 향해 가스가 공급되도록 배치되고,
    상기 제2가스유입부는 상기 기판의 주변부를 향해 가스가 공급되도록 상기 제1가스유입부를 둘러싼 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치의 가스공급장치.
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