KR102443036B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 하부에 배치되는 서셉터, 서셉터 상부에 위치하며 상면에 웨이퍼가 탑재되는 척, 가스 홀을 구비하는 복수 개의 제1 영역 및 제1 영역에 각각 연통되어 공정 가스를 독립적으로 공급하는 복수 개의 가스 공급관을 포함하며 웨이퍼의 상부에 공정 가스를 분사하는 샤워 헤드, 가스 공급관들에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부 및, 가스 공급관들에 공급되는 공정 가스의 공급량을 독립적으로 제어하는 제어 유닛을 구비한다. 제1 영역의 각 가스 홀은 복수의 서브 가스 홀들을 포함하고, 가스 홀들은 제어 유닛에 의해 공정 가스의 공급량이 독립적으로 제어된다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 독립적으로 제어되는 다중 영역을 갖는 샤워 헤드 또는 가스 공급 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 상에 일정한 패턴으로 특정 재료를 적층 하거나 특정 영역을 식각할 필요가 있다. 식각(etching) 공정에는 건식 식각 공정과 습식 식각 공정이 있는데, 플라즈마 식각은 건식 식각의 한 종류이다. 플라즈마 식각 공정은, 샤워 헤드로부터 공정 가스를 웨이퍼 상에 분사하여 만들어진 플라즈마 이온 또는 라디칼을 이용해 식각 대상막을 식각한다. 그러나, 반도체의 집적화로 인한 미세 공정의 필요 및 웨이퍼 대형화의 추세에 따라, 웨이퍼(특히, 가장자리 영역)에 대한 수율 확보가 문제된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 웨이퍼 가장자리 영역뿐만 아니라, 웨이퍼 상의 국부 영역에 대해 공정 가스 유량을 구역별로 제어하는 기술이 필요하다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는, 샤워 헤드를 다중 영역으로 구획하여, 영역별로 독립적으로 가스 유량이 제어 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는, ESC 측면에 가스 공급 장치를 구비하여 웨이퍼 가장자리 영역의 산포를 개선하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는, 샤워 헤드 및 가스 공급 장치의 가스 홀의 기울기 및 크기를 선택적으로 제어하여 국부 영역에 있어서 가스 유량의 미세 제어가 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 하부에 배치되는 서셉터, 서셉터 상부에 위치하며 상면에 웨이퍼가 탑재되는 척, 가스 홀을 구비하는 복수 개의 제1 영역 및 제1 영역에 각각 연통되어 공정 가스를 독립적으로 공급하는 복수 개의 가스 공급관을 포함하며 웨이퍼의 상부에 공정 가스를 분사하는 샤워 헤드, 가스 공급관들에 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부 및, 가스 공급관들에 공급되는 공정 가스의 공급량을 독립적으로 제어하는 제어 유닛을 구비한다. 제1 영역의 각 가스 홀은 복수의 서브 가스 홀들을 포함하고, 가스 홀들은 제어 유닛에 의해 공정 가스의 공급량이 독립적으로 제어된다.
본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 하부에 배치되는 서셉터, 서셉터 상부에 위치하며 상면에 웨이퍼가 탑재되는 척, 웨이퍼의 상부에 공정 가스를 분사하는 샤워 헤드, 척의 측면에 형성되며 가스 홀을 구비하는 복수의 가스 공급 장치, 샤워 헤드에 공정 가스를 공급하는 제1 공정 가스 공급부, 가스 공급 장치에 공정 가스를 공급하는 제2 공정 가스 공급부 및, 가스 공급 장치에 공급되는 공정 가스의 공급량을 독립적으로 제어하는 제어 유닛을 구비한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드는 가스 홀을 구비하는 복수 개의 제1 영역 및 제1 영역에 각각 연통되어 공정 가스를 독립적으로 공급하는 복수 개의 가스 공급관을 포함하며 웨이퍼의 상부에 공정 가스를 분사한다. 샤워 헤드의 제1 영역의 각 가스 홀은 복수의 서브 가스 홀들을 포함하며, 가스 홀들은 공정 가스의 공급량이 독립적으로 제어된다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 샤워 헤드를 다중 영역으로 구획함으로써 영역별로 독립적으로 가스 유량의 제어가 가능하다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 가스 공급 장치는 척의 측면에 형성되어 웨이퍼 가장자리 영역에 직접적인 가스 공급이 가능하므로, 웨이퍼 가장자리 영역의 산포 개선이 가능하다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 샤워 헤드 및 가스 공급 장치의 가스 홀의 직경 및 기울기를 선택하여, 웨이퍼의 국부적인 영역에 가스 공급량을 제어할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드를 하방에서 바라본 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 가스 홀의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다.
도 2c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 가스 홀의 절단선 I-I'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드를 하방에서 바라본 평면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드를 하방에서 바라본 평면도이다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드를 하방에서 바라본 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 제2 영역의 절단선 II-II'에 따른 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 제2 영역의 부분 확대도이다.
도 6c는 도 6b에 도시된 가스 홀의 절단선 III-III'에 따른 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 가스 공급 장치를 상방에서 바라본 평면도이다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 가스 공급 장치를 상방에서 바라본 평면도이다.
도 9은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 1은 본 개시에 따른 실시예로서, 플라즈마 처리 장치(100)의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 플라즈마 처리 장치(100)는 용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 식각 장치일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리 장치(100)는 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마 식각 장치일 수 있다. 플라즈마 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 샤워 헤드(120), 서셉터(130), 제1 공정 가스 공급부(140), 척(150), 가스 공급 장치(160), 제2 공정 가스 공급부(170)를 포함할 수 있다. 플라즈마 식각 장치(100)는 제1 공정 가스 공급부(140) 및 제2 공정 가스 공급부(170)에서 공정 챔버(110) 내로 들어오는 공정 가스로부터 플라즈마(P)를 형성할 수 있다.
공정 챔버(110)는 내부에 웨이퍼(W)에 대한 식각 공정이 진행될 수 있도록 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 공정 챔버(110)는 원통 형상 또는 사각통 형상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 공정 챔버(110)는 금속으로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스강으로 구성될 수 있다. 공정 챔버(110)는 접지 상태일 수 있다.
공정 챔버(110)는 샤워 헤드(120), 서셉터(130)를 포함할 수 있다. 샤워 헤드(120)는 공정 챔버(110)의 상부에 위치할 수 있으며, 서셉터(130)는 공정 챔버(110)의 하부에 위치할 수 있다. 또한, 공정 챔버(110)는 지지대(112), 에지 링(114), 게이트 밸브(116), 배기구(118)를 더 포함할 수 있다. 지지대(112)는 공정 챔버(110) 하부에 위치하여 서셉터(130)를 지지하도록 형성될 수 있다.
에지 링(114)은 척(150) 상에 형성되며, 에지 링(114)은 웨이퍼(W)의 직경보다 더 큰 직경을 가지며 웨이퍼(W)의 외측 가장자리 부근에 위치할 수 있다. 에지 링(114)의 일부는 웨이퍼(W)의 가장자리 하면을 지지할 수 있다.
에지 링(114)은 웨이퍼(W)의 대상 식각막의 종류에 따라 여러 종류의 재질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 에지 링(114)은 폴리 에치(Poly etch) 공정에서는 쿼츠(Quartz)가 사용될 수 있으며, 옥사이드 에치(Oxide etch) 공정에서는 실리콘(Si)이 사용되며, 또한 세라믹 계열의 알루미나 등이 사용될 수 있다. 또는 에지 링(114)은 테프론(teflon)으로 형성될 수 있다.
에지 링(114)은 공정 챔버(110)내에서 플라즈마(P)의 확산을 방지하고, 플라즈마(P)가 식각 처리가 이루어지는 웨이퍼(W)에 집중되게 할 수 있다. 또한, 에지 링(114)은 척(150) 상에 놓여지는 웨이퍼(W)의 위치를 고정시킬 수 있다. 세라믹 또는 테프론 재질의 에지 링(114)을 사용하면 건식 식각 공정 시 웨이퍼(W)로부터 발생하는 부산물인 폴리머(polymer)의 발생을 억제하면서 폴리머가 웨이퍼(W)의 가장자리에 누적되는 현상을 억제시킬 수 있다.
게이트 밸브(116)는 공정 챔버(110)의 측벽에 형성될 수 있다. 웨이퍼(W)는 게이트 밸브(116)를 통하여 공정 챔버(110)로 출입이 이루어진다. 또한, 공정 챔버(110)는 공정 가스 또는 반응 부산물을 배기하기 위한 배기구(118)를 더 포함할 수 있다. 배기구(118)는 공정 챔버(110)의 하부에 형성될 수 있다. 배기구(118)는 진공 펌프(미도시)와 연결될 수 있으며, 상기 배기구(118)에는 압력제어밸브, 유량제어밸브 등이 설치될 수 있다. 진공 펌프는 공정 챔버(110)를 감압하여, 공정 챔버(110) 내부의 공정 가스 또는 식각 반응물 등을 공정 챔버(110) 외부로 배출할 수 있다.
샤워 헤드(120)는 샤워 플레이트(121), 하우징(125), 가스 공급관(126)을 포함할 수 있다. 샤워 헤드(120)는 공정 챔버(110)의 상부에 형성되어 상부 전극의 역할을 할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(120)는 제1 공정 가스 공급부(140)로부터 공정 가스를 공급받아 공정 챔버(110) 내부로 공정 가스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 샤워 헤드(120)는 웨이퍼(W)의 상부에 공정 가스를 분사할 수 있다. 샤워 플레이트(121)는 상기 샤워 헤드(120)의 하면에 형성될 수 있다. 하우징(125)의 일측은 샤워 플레이트(121) 상부에 접하고, 하우징(125)의 타측은 가스 공급관(126)의 토출구(126a, 126b)와 접하도록 형성될 수 있다. 하우징(125)은 내부에 가스 유로를 제공할 수 있다. 가스 공급관(126)은 제1 공정 가스 공급부(140)로부터 공정 챔버(110)내로 들어오는 공정 가스를 안내할 수 있다.
서셉터(130)는 공정 챔버(110)의 하부에 위치하며, 척(150)의 아래 및 지지대(112) 상에 배치될 수 있다. 서셉터(130)는 하부 전극의 역할을 할 수 있다. 서셉터(130)는 웨이퍼(W)를 공정에 필요한 온도로 가열시키기 위한 가열 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 서셉터(130)의 내부에는, 플라즈마 처리의 실행 중의 웨이퍼(W)의 온도를 제어하기 위해, 냉매가 흐르는 냉매 유로(미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 서셉터(130)의 온도를 웨이퍼(W)에 전달하기 위해, 웨이퍼(W)의 하면과 척(150)의 상면 사이에 백사이드 가스가 흐르는 가스 유로(미도시)가 형성될 수 있다.
제1 공정 가스 공급부(140)는 공정 가스를 공정 챔버(110) 내부로 공급할 수 있다. 예를 들면, 공정 가스는 제1 공정 가스 공급부(140)로부터 유량 제어기(142) 및 밸브를 통해 가스 공급관(126)에 공급될 수 있다. 유량 제어기(142)는 공정 가스의 공급 유량을 조절할 수 있다. 밸브는 on/off 방식으로 가스의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들면, 밸브는 유량 제어기(142) 및 가스 공급관(126) 사이에 형성되어 가스 공급관(126)으로 흐르는 공정 가스의 공급 유무를 제어할 수 있다.
공정 가스의 일 예로서, 염소 또는 불소를 포함할 수 있다. 또한, 공정 가스는 NF3, C2F6, CF4, COS, SF6, Cl2, BCl3, C2HF5 등을 포함할 수 있다. 또한, 공정 가스는 그 이외에 N2, Ar 및 He등의 불활성가스, H2 및 O2 중 전부 또는 일부를 더 포함할 수 있다.
척(150)은 서셉터(130) 상에 형성될 수 있으며, 서셉터(130)와 일체로 형성될 수도 있다. 척(150)은 원판 형상을 가질 수 있다. 척(150)의 상면에는 식각 대상막을 갖는 웨이퍼(W)가 탑재될 수 있다. 식각 대상막은 에피택셜층, 도핑된 폴리실리콘, 금속 실리사이드, 금속, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 실리콘 게르마늄일 수 있다. 식각 대상막은 플라즈마 이온 또는 라디칼(Radical)에 의해 식각될 수 있다.
척(150)은 정전기 원리를 이용하여 웨이퍼(W)를 고정하는 정전척(ESC:Electro Static Chuck)일 수 있다. 예를 들면, 정전 척은 내부에 전극(미도시)을 포함하는 유전체로 이루어질 수 있다. 전극에는 고압의 직류 전원이 인가됨으로써, 웨이퍼(W)가 정전력에 의해 흡착되어 고정될 수 있다. 도 1의 척(150)은 정전 척을 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 기계적 클램핑 방식으로 웨이퍼(W)를 고정하는 척, 진공압에 의해 웨이퍼(W)를 흡착 지지하는 진공 척(Vacuum Chuck) 등 기타 모든 고정 척을 포함할 수 있다.
가스 공급 장치(160)는 척(150)의 측면에 형성될 수 있다. 가스 공급 장치(160)는 척(150)의 외주를 따라 복수 형성될 수 있다. 가스 공급 장치(160)는 공정 가스를 샤워 헤드(120) 및 웨이퍼(W) 사이의 공간에 제공할 수 있다. 가스 공급 장치(160)는 공정 가스를 연직 상방으로 분사할 수 있다. 가스 공급 장치(160)는 웨이퍼(W)의 가장자리에 대응 부분에 플라즈마(P) 생성을 조절하여, 웨이퍼(W) 가장자리 영역의 식각을 제어할 수 있다. 가스 공급 장치(160)는 샤워 헤드(120)와 동시에 또는 샤워 헤드(120)와는 별도로 공정 가스를 공급할 수 있다.
가스 공급 장치(160)는 아래에 승강 조절 장치(165)를 포함할 수 있다. 승강 조절 장치(165)는 가스 공급 장치(160)를 상하로 이동시킬 수 있다. 승강 조절 장치(165)는 모터, 압전소자 또는 공합실린더를 이용해 가스 공급 장치(160)를 이동시킬 수 있다.
제2 공정 가스 공급부(170)는 유량 제어기(172)를 통해 가스 공급 장치(160)에 공정 가스를 공급할 수 있다. 제2 공정 가스 공급부(170)가 공급하는 공정 가스는 제1 공정 가스 공급부(140)가 제공하는 공정 가스와 동일한 것일 수 있다. 유량 제어기(172)는 공정 가스의 공급 유량을 조절할 수 있다. 밸브는 on/off 방식으로 가스의 유량을 제어할 수 있다.
제1 정합기(180)는 제1 고주파 전원(182) 측 임피던스와 공정 챔버(110) 측 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 제1 고주파 전원(182)은 제1 정합기(180)를 통하여 샤워 헤드(120)와 전기적으로 접속될 수 있다. 제1 고주파 전원(182)은 공정 챔버(110) 내의 공정 가스를 방전시켜 플라즈마(P)를 생성하는데 적합한 주파수(예를들어, 60MHz)의 고주파를 출력할 수 있다. 제1 고주파 전원(182)은 제1 정합기(180)에 의해 전력을 플라즈마(P)에 효율적으로 전달할 수 있다.
제2 정합기(184)는 제2 고주파 전원(186) 측 임피던스와 공정 챔버(110) 측 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 제2 고주파 전원(186)은 제2 정합기(184)를 통하여 서셉터(130)와 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 고주파 전원(186)은 바이어스용 전원을 출력할 수 있으며, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온 에너지를 제어하기에 적합한 주파수의 고주파를 출력할 수 있다. 제2 고주파 전원(186)은 제2 정합기(184)에 의해 전력을 플라즈마(P)에 효율적으로 전달할 수 있다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드(120)를 하방에서 바라본 평면도이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 가스 홀의 I-I'에 따른 단면도이다. 도 2c는 본 개시의 다른 실시예에 따른 가스 홀의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 샤워 플레이트(121)는 샤워 헤드(120)의 하면에 형성될 수 있다. 여기에서, 샤워 헤드(120)의 하면은 웨이퍼(W) 쪽의 방향을 의미할 수 있다. 샤워 플레이트(121)는 제1 영역들(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f) 및 가스 홀(122)을 포함할 수 있다. 샤워 플레이트(121)는 원판 형상일 수 있다. 가스 홀(122)의 크기는 5mm 이하일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.
샤워 플레이트(121)에 형성된 가스 홀(122)들은 샤워 플레이트(121)의 중심을 기준으로 동심원을 그리도록 배치될 수 있다. 웨이퍼(W) 전체에 있어서 식각 대상막이 균일하게 식각되기 위해, 샤워 플레이트(121)는 공정 가스를 균일하게 분사할 수 있다. 또한, 샤워 플레이트(121)는 산포에 취약한 웨이퍼(W)의 가장자리에 공정 가스 공급량을 제어할 수 있다.
샤워 플레이트(121)는, 샤워 플레이트(121)의 중심을 기준으로 부채꼴 모양을 갖는 제1 영역들(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f)로 구획될 수 있다. 상기 각 제1 영역들(121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f)은 각각 다른 가스 공급관(126)과 연통될 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(121a)은 가스 공급관(126)의 토출구(126a)와 연통할 수 있다. 제1 영역(121b)은 가스 공급관(126)의 토출구(126b)와 연통할 수 있다. 그 외에 제1 영역들(121c, 121d, 121e, 121f)은 각각 토출구들(126c, 126d, 126e, 126f)와 연통할 수 있다. 본 개시의 실시예에서는 샤워 플레이트(121)는 6개의 제1 영역들에 의해 구획되는 것이 개시되어 있으나, 더 많거나 적은 수의 제1 영역들에 의해 구획될 수도 있다.
제어 유닛은 유량 제어기(142) 및 밸브를 포함할 수 있다. 각 제1 영역들에 공급되는 공정 가스는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 유량 제어기(142)는 각 제1 영역별로 독립적으로 공급되는 가스의 유량을 제어할 수 있다. 밸브는 on/off 방식으로 작동할 수 있으며, 각 제1 영역별로 독립적으로 가스 공급 유무를 제어할 수 있다. 밸브는 피에조 밸브(piezo valve)일 수 있다. 제어 유닛에 의해 복수의 가스 공급관(126) 중 적어도 어느 하나는 공정 가스의 공급량이 다르게 제어될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 가스 홀(122)은 연직 방향을 따라 형성될 수 있다. 여기에서, 연직 방향은 웨이퍼(W) 면에 수직한 방향을 의미할 수 있다. 공정 가스가 균일하게 분사되도록 연직 방향을 따라 형성된 가스 홀(122)이 샤워 플레이트(121)의 전면에 배치될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 가스 홀(122a)은 연직 방향에 대해 샤워 헤드(120)의 중심을 기준으로 외측으로 기울어지도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 가스 홀(122a)은 연직 방향에 대해 90도 이상인 θ의 각도를 갖도록 형성될 수 있다. 연직 방향에 대해 샤워 헤드(120)의 중심을 기준으로 외측으로 기울어진 가스 홀(122a)에서는 가스가 웨이퍼(W)의 가장자리 영역 방향으로 분사될 수 있다. 본 실시예에서는 θ는 90도 이상이나, 이에 제한되지 않는다. 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에 공급되는 공정 가스가 부족하거나 많은 경우, 연직 방향에 대해 기울어진 가스 홀(122a)을 사용함으로써, 식각 공정에서 웨이퍼(W) 가장자리의 산포를 개선할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드(120)를 하방에서 바라본 평면도이다.
도 3을 참조하면, 샤워 플레이트(221)는, 샤워 플레이트(221)의 중심을 기준으로 소정의 거리 범위를 갖는 제1 영역들(221a, 221b, 221c, 221d, 221e)로 구획될 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(221a)은 샤워 플레이트(221)의 중심을 기준으로 원 형상의 영역일 수 있다. 제1 영역(221b)은 제1 영역(221a)의 외주에 위치하며, 링 형상의 영역일 수 있다. 제1 영역(221c)은 제1 영역(221d)의 외주에 위치하며, 링 형상의 영역일 수 있다. 제1 영역(221d)은 제1 영역(221c)의 외주에 위치하며, 링 형상의 영역일 수 있다. 제1 영역(221e)은 제1 영역(221d)의 외주에 위치하며, 링 형상의 영역일 수 있다.
상기 각 제1 영역들(221a, 221b, 221c, 221d, 221e)은 각각 다른 가스 공급관(126)과 연통될 수 있다. 각 제1 영역들(221a, 221b, 221c, 221d, 221e)은 유량 제어기(142) 및 밸브를 포함하는 제어 유닛에 의해 가스 공급이 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 유량 제어기(142)는 각 제1 영역별로 독립적으로 유량을 제어할 수 있다. 최외곽의 제1 영역(221e)에 대한 가스 유량만을 독립적으로 제어하여, 웨이퍼(W) 가장자리 영역에 대해 웨이퍼(W) 중심 부근보다 공정 가스를 더 많이 분사하거나 더 적게 분사할 수 있다. 상기 제어 방법에 의해, 웨이퍼(W) 가장자리 영역의 산포를 개선할 수 있다. 또한, 밸브는 각 제1 영역들의 가스 공급 유무를 제어할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드(120)를 하방에서 바라본 평면도이다.
도 4을 참조하면, 샤워 플레이트(321)의 오른쪽 반원은 제1 영역들(321a, 321b, 321c, 321d, 321e, 321f, 321g, 321h)로 구획될 수 있다. 제1 영역(321a)은 샤워 플레이트(321)의 오른쪽 반원에서 왼쪽으로 첫 번째 가스 홀(122)들을 포함하는 세로로 연장되는 영역일 수 있다. 제1 영역(321b)은 제1 영역(321a)의 바로 우측에 형성되어 세로로 연장되는 영역일 수 있다. 제1 영역(321e)은 오른쪽 반원의 남은 부분에서 부채꼴 모양의 영역일 수 있으며, 제1 영역(321f, 321g, 321h)은 제1 영역(321e)의 외곽에 위치하여 가스 홀(122) 하나를 포함하는 영역일 수 있다. 제1 영역(321c, 321d)은 그 외의 영역일 수 있다. 샤워 플레이트(321)의 나머지 왼쪽 반원은 오른쪽 반원과 같은 방식으로 구획될 수 있다.
제1 영역들(321a, 321b, 321c, 321d, 321e, 321f, 321g, 321h)은 유량 제어기(142) 및 밸브에 의해 공정 가스의 공급이 독립적으로 제어될 수 있다. 제1 영역(321a, 321b)은 세로로 연장되는 막대기 형상으로 형성되어, 대응하는 웨이퍼(W)의 띠부분에 공급되는 공정 가스를 제어할 수 있다. 다른 실시예에서는 가로로 연장되는 막대기 형상의 영역도 가능하다. 제1 영역(321f, 321g, 321h)은 하나의 가스 홀(122)을 포함하여, 가스 홀(122) 단위로 가스 유량 및 공급 유무가 제어될 수 있다.
도 5a는 본 개시의 일 실시예에 따른 샤워 헤드(120)를 하방에서 바라본 평면도이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 가스 홀(123)의 절단선 II-II'에 따른 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 샤워 플레이트(421)는 가스 홀(123)들을 포함할 수 있다. 가스 홀(123)은 서브 가스 홀(124)을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에서는 가스 홀(123)에 서브 가스 홀(124)이 3개 형성되어 있으나, 이에 제한 되지 않는다. 가스 홀(123)에서 공급하는 공정 가스가 균일하게 분사되기 위해, 서브 가스 홀들(124)은 일정한 직경을 갖고 가스 홀(123)의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 가스 홀(123)의 서브 가스 홀(124)이 3개인 경우 가스 홀(123)의 중심을 기준으로 정삼각형을 이루도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 홀(123)의 서브 가스 홀(124)이 4개인 경우 가스 홀(123)의 중심을 기준으로 정사각형을 이루도록 배치될 수 있다.
각 가스 홀(123)들은 서로 다른 유량 제어기(142)에 의해 독립적으로 유량이 제어될 수 있다. 또한, 각 가스 홀(123)들은 서로 다른 밸브에 의해 가스 공급 유무가 제어될 수 있다.
다시 도 5b를 참조하면, 가스 홀(123)은 샤워 플레이트(421) 상에 홈을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 홀(123)은 서브 가스 홀(124)을 포함하는 영역의 의미를 가질 뿐, 홈이 형성되지 않을 수도 있다. 가스 홀(123)은 연직 방향을 따라 형성된 서브 가스 홀(124)을 포함할 수 있다. 각 서브 가스 홀(124)은 서로 다른 밸브에 의해 가스 공급 유무가 제어될 수 있다. 상기 밸브는 피에조 밸브일 수 있다. 상기 서브 가스 홀(124)의 직경은 5mm 이하일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 가스 홀(123a, 123b)의 부분 확대도이다.
도 6c는 도 6b에 도시된 서브 가스 홀(124b)의 절단선 III-III'에 따른 단면도이다.
도 6a를 참조하면, 가스 홀(123a)에는 서로 크기가 다른 서브 가스 홀(124, 124a)들이 형성될 수 있다. 예를 들면, 서브 가스 홀(124a)은 서브 가스 홀(124)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 공급 가스가 균일하게 분출되기 위해 서브 가스 홀들(124, 124a)은 가스 홀(123a)의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 홀(123a)에는 서브 가스 홀들(124, 124a)이 4개 이상 형성될 수 있으며 크기가 다른 서브 가스 홀을 더 포함할 수 도 있다.
도 6b 및 도 6c를 참조하면, 가스 홀(123b)은 서브 가스 홀(124b)을 포함할 수 있다. 서브 가스 홀(124b)은 연직 방향에 대해 샤워 헤드(120)의 중심을 기준으로 외측으로 기울어지도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 서브 가스 홀(124b)은 연직 방향에 대해서 θ의 각도를 갖도록 기울어지게 형성될 수 있다. 여기에서, 연직 방향은 웨이퍼(W) 면에 수직인 방향을 의미할 수 있다. 가스 홀(123b)의 일부 가스 홀(124b)은 연직 방향을 따라 형성될 수도 있다. θ가 90도 보다 작은 경우, 공정 가스는 가스 홀(123b)의 중심과 반대 방향으로 분사될 수 있다. 가스 홀(123b)의 밖으로 분사되는 공정 가스는 웨이퍼(W) 가장자리 영역에 공정 가스를 고르게 공급하여 산포를 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 홀은 θ가 90도 보다 크게 형성될 수도 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 가스 공급 장치(160)를 상방에서 바라본 평면도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 가스 공급 장치(160)는 척(150)의 측면에 형성될 수 있다. 또한, 상방에서 보았을 때 가스 공급 장치(160)는 에지 링(114)의 외주 가장자리에 형성될 수 있다. 가스 공급 장치(160)는 척(150)의 외주를 따라 복수 형성될 수 있으며, 웨이퍼(W)의 중심점을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
가스 공급 장치(160)는 제2 공정 가스 공급부(170)로부터 공정 가스를 공급 받아 공정 챔버(110) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 장치(160)에 공급되는 공정 가스의 유량은 유량 제어기(172) 및 밸브를 포함하는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 제어 유닛에 의해 복수의 가스 공급 장치(160) 중 적어도 어느 하나는 공정 가스의 공급량이 다르게 제어될 수 있다.
가스 공급 장치(160)들은 제1 영역들(161a, 161b, 161c, 161d)로 구획될 수 있다. 제1 영역들(161a, 161b, 161c, 161d)은 인접한 4개의 가스 공급 장치(160)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 공급 장치(160)는 더 많은 영역들에 의해 구획될 수 있다. 각 제1 영역들(161a, 161b, 161c, 161d)에 공급되는 가스 유량은 서로 다른 유량 제어기(172)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 제1 영역들(161a, 161b, 161c, 161d)에 공급되는 가스 공급 유무는 밸브에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 각 가스 공급 장치(160) 독립적으로 제어될 수도 있다.
가스 공급 장치(160)에는 승강 조절 장치(165)가 형성될 수도 있다. 승강 조절 장치(165)는 가스 공급 장치(160)를 연직 상하방으로 이동시킬 수 있다. 상기 승강 조절 장치(165)는 가스 공급 장치(160)마다 독립적으로 제어될 수 있다.
가스 공급 장치(160)에 형성된 가스 홀(162)은 연직 방향을 따라 형성될 수 있으며, 연직 방향에 대해 기울어지도록 형성될 수도 있다.
도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 가스 공급 장치(160)를 상방에서 바라본 평면도이다.
도 8을 참조하면, 가스 공급 장치(160)는 가스 홀(163)을 포함할 수 있으며, 가스 홀들(163)은 복수의 서브 가스 홀(164)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 가스 공급 장치(160)에는 복수의 가스 홀(163)이 포함될 수 있다. 가스 홀(163)들에 형성된 서브 가스 홀(164)은 가스 홀(163)의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 가스 홀(163)의 서브 가스 홀(164)은 일정한 직경을 가질 수 있으며, 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 각 서브 가스 홀(164)들은 밸브에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 서브 가스 홀의 직경은 5mm 이하일 수 있다. 밸브는 피에조 밸브일 수 있다.
도 9은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(200)의 구조를 나타낸 개념도이다. 도 1에서 설명된 부분과 동일한 부분은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하면, 증착 가스 공급부(190)는 공정 챔버(110) 내에 증착 가스를 제공할 수 있다. 증착 가스 공급부(190)는 유량 제어기(142) 및 밸브를 통해 가스 공급관(126)에 증착 가스를 공급할 수 있다. 증착 가스는 공정 가스와 교대로 공정 챔버(110) 내부에 공급될 수 있다. 유량 제어기(142)는 증착 가스의 공급 유량을 조절할 수 있다. 밸브는 on/off 방식으로 가스의 유량을 제어할 수 있다. 증착 가스는 C4F8, C4F6, CHF3, CH2F2 또는 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
증착 가스와 공정 가스가 공급되는 식각 공정은 보쉬 공정(Bosch process)일 수 있다. 예를 들면, 보쉬 공정은 소정의 시간동안 공정 가스를 공급하여 식각 대상막을 식각하고, 이어서 증착 가스를 공급하여 식각된 벽에 보호층을 형성할 수 있다. 다시 공정 가스를 공급하면, 수직 하방의 방향성을 갖는 이온에 의해 보호층의 바닥이 식각되므로, 웨이퍼(W) 상의 식각 대상막이 노출되어 다시 식각 공정이 진행된다. 보호층의 측벽에는 이온 충격이 가해지지 않으므로, 측면 에칭을 억제할 수 있다. 상기 공정을 반복함으로써, 높은 종횡비(Aspect Ratio)를 갖는 트렌치 또는 홀을 형성할 수 있다.
가스 공급 장치(160)는 아래에 가열 수단(166)을 더 포함할 수 있다. 가열 수단(166)은 증착 가스가 공정 챔버(110) 내부로 공급되는 시간동안 가스 공급 장치(160)를 가열할 수 있다. 가열 수단(166)은 증착 가스에 의해 가스 공급 장치(160)의 가스 홀(162, 163)이 막히는 것을 방지할 수 있다. 상기 가열 수단(166)은 승강 조절 장치를 포함할 수 있다.
퍼지 가스 공급부(192)는 유량 제어기(194) 및 밸브를 통해 퍼지 가스를 가스 공급 장치(160)에 공급할 수 있다. 퍼지 가스는 N2 등의 비활성 가스를 포함할 수 있다. 퍼지 가스 공급부(192)는 증착 가스가 공정 챔버(110)내로 공급되는 시간 동안 가스 공급 장치(160)에 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 퍼지 가스는 증착 가스에 의해 가스 공급 장치(160)의 가스 홀(162, 163)이 막히는 것을 방지할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
100, 200 : 플라즈마 처리 장치 110 : 공정 챔버
112 : 지지대 114 : 에지 링
116 : 게이트 밸브 118 : 배기구
120 : 샤워 헤드 121, 221, 321, 421 : 샤워 플레이트
121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f : 제1 영역
122, 123, 162, 163 : 가스 홀 124, 164 : 서브 가스 홀
125 : 하우징 126 : 가스 공급관
126a, 126b, 126c, 126d, 126e, 126f : 토출구
130 : 서셉터 140 : 제1 공정 가스 공급부
142, 172, 194 : 유량 제어기 150 : 척
160 : 가스 공급 장치 161 : 제1 영역
165 : 승강 조절 장치 166 : 가열 수단
170 : 제2 공정 가스 공급부 180 : 제1 정합기
182 : 제1 고주파 전원기 184 : 제2 정합기
186 : 제2 고주파 전원기 190 : 증착 가스 공급부
192 : 퍼지 가스 공급부 W : 웨이퍼
P : 플라즈마

Claims (10)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 하부에 배치되는 서셉터;
    상기 서셉터 상부에 위치하며 상면에 웨이퍼가 탑재되는 척;
    가스 홀을 구비하는 복수 개의 제1 영역 및 상기 제1 영역에 각각 연통되어 공정 가스를 독립적으로 공급하는 복수 개의 가스 공급관을 포함하며 상기 웨이퍼의 상부에 공정 가스를 분사하는 샤워 헤드;
    상기 가스 공급관들에 상기 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부 및;
    상기 가스 공급관들에 공급되는 상기 공정 가스의 공급량을 독립적으로 제어하는 제어 유닛을 구비하며,
    상기 제1 영역의 상기 각 가스 홀은 복수의 서브 가스 홀들을 포함하고, 상기 가스 홀들은 상기 제어 유닛에 의해 상기 공정 가스의 공급량이 독립적으로 제어되며,
    상기 복수의 서브 가스 홀들은 각각 대응하는 가스 홀의 중심의 수직 축을 향해 기울어진 측벽을 포함하며, 상기 측벽으로부터 상기 수직 축까지의 거리는 상기 가스 홀의 상면으로부터 하면으로 갈수록 증가하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급관의 적어도 어느 하나는 상기 공정 가스의 공급량이 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은 연직 방향에 대해 상기 샤워 헤드의 중심을 기준으로 외측으로 기울어진 가스 홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각 가스 홀의 상기 서브 가스 홀들은 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 가스 홀을 구비하는 복수 개의 제1 영역 및 상기 제1 영역에 각각 연통되어 공정 가스를 독립적으로 공급하는 복수 개의 가스 공급관을 포함하며 웨이퍼의 상부에 공정 가스를 분사하는 샤워헤드에 있어서, 상기 제1 영역의 상기 각 가스 홀은 복수의 서브 가스 홀들을 포함하며, 상기 가스 홀들은 상기 공정 가스의 공급량이 독립적으로 제어되며, 상기 복수의 서브 가스 홀들은 각각 대응하는 가스 홀의 중심의 수직 축을 향해 기울어진 측벽을 포함하며, 상기 측벽으로부터 상기 수직 축까지의 거리는 상기 가스 홀의 상면으로부터 하면으로 갈수록 증가하는 샤워 헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 영역은 연직 방향에 대해 상기 샤워 헤드의 중심을 기준으로 외측으로 기울어진 가스 홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워 헤드.
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