KR20060083793A - 용량결합형 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판 샤워헤드를 이용하는 용량결합형 플라즈마(CCP) 처리 장치에 관한 것이다.
이 같은 본 발명은, 대면적의 전극 즉, 샤워헤드를 사용할 경우 그 샤워헤드를 소정갯수로 분할 구성한 후 그 분할된 각각의 샤워헤드에 13.56㎒ 이상의 상용주파수를 가지는 고주파 전력을 인가한 것으로, 이를 통해 반응챔버내의 플라즈마 형성공간에서 생성되는 플라즈마의 균일도를 일정하게 조절하여 기판의 식각 공정 효율을 향상시키는 용량결합형 플라즈마 처리장치를 제공한다.
용량결합플라즈마, 고주파 전력, 제너레이터, 정합기, 샤워헤드, 전극

Description

용량결합형 플라즈마 처리 장치{Capacitively Coupled Plasma Processing Apparatus}
도 1은 본 발명의 일실시예로 용량결합형 플라즈마 처리장치의 구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예로 샤워헤드로 고주파 전력이 인가되는 상태의 개략적인 구조도.
도 3은 본 발명의 일실시예로 분할 구성된 샤워헤드에 가변콘덴서가 연결된 구조도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10; 반응챔버 11; 기판 홀더
12; 절연체 플레이트 15a,15b,15c,15d; 샤워헤드
20; 고주파 전력원 30; 전력분배부
41a,41b,41c,41d; 가변 콘덴서
본 발명은 평판 샤워헤드(showerhead)를 이용하는 용량결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대면적의 전극을 조각으로 나누어 별도로 고주파 전력(RF power)를 인가하여 플라즈마 균일도를 조절할 수 있도록 하는 용량결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 용량결합형 플라즈마 처리장치는, 플라즈마 형성공간이 마련되는 반응챔버가 구비되고, 상기 반응챔버는 원통형이나 다각형(예; 사각)의 측벽을 가지면서 상부플레이트, 하부플레이트로 구성되며, 상기 상부플레이트에는 상부전극을 이루는 샤워헤드 및 기판홀더가 구성되고, 상기 하부플레이트에는 기판홀더 및 바이어스 관련 장치가 포함되도록 구성된다.
상기 샤워헤드는 반응챔버의 상측에서 절연체에 의해 단층이나 다층으로 설치되고, 상기 기판홀더는 평판형 절연체에 의해 지지되면서 저부플레이트상에 설치된다.
또한, 상기 절연체 플레이트는 상부플레이트와 샤워헤드 사이에 설치된다.
상기 샤워헤드는 고주파 전력이 인가되도록 금속으로 제작되며, 가령 알루미늄이 사용된다.
상기 샤워헤드의 하부에는 가스도입 플레이트가 존재하며, 상기 샤워헤드와 가스도입 플레이트 사이에는 가스리시버라 일컫는 좁은 공간이 존재하고, 상기 가스리시버는 가스도입 플레이트의 전면에 걸쳐 균일한 가스분포를 부여한다.
상기 가스도입 플레이트의 재질은 플라즈마가 응용되는 타입에 의존하고, 가령, 드라이에칭의 응용에 있어서는 카본 또는 Si가 통상 사용되지만, 공정가스 및 식각물질에 따라 그 재질은 가변적이다.
상기 가스도입 플레이트에는 가스리시버에서 플라즈마로 프로세스가스를 도입하기 위한 다수의 가스도입공이 존재한다.
상기 기판홀더상에는 처리되어야 할 기판이 존재하며, 상기 기판은 가스도입 플레이트에 평행으로 대향하고 있다.
상기 고주파 전력원은 정합회로를 통하여 상부전극인 샤워헤드에 접속되며, 상기 고주파 전력원은 통상 10MHz∼100MHz 범위에 있어서의 주파수로 동작한다.
이때, 상기 고주파 전력이 샤워헤드에 부여될 때, 용량결합형 메카니즘에 의해 가스도입 플레이트와 기판홀더간에 플라즈마가 생성되는 것이다.
그러나, 에쳐(Etcher)나 화학증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)의 플라즈마 발생원으로 사용되는 고주파 주파수의 파장은 반응챔버의 크기에 비하여 무한대로 취부되어도 될 만큼 무시된 관계로, 전극을 이루는 샤워헤드가 대면적화되면서 정상파(standing wave)의 문제로 인해 대면적 전극을 사용할 때 플라즈마 균일도를 조절하지 못했으며, 상용주파수인 13.56㎒ 이상을 사용할 경우 플라즈마의 균일도 조절이 더욱 어려웠다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 대면적의 전극인 샤워헤드를 여러조각으로 분할 구성한 후 그 분할된 각 샤워헤드마다 제너레이터(generator) 또는 정합기(matcher)를 이용하여 고주파 전력(RF power)을 인가함으로써, 용량결합형 플라즈마 처리장치의 사용주파수를 13.56㎒ 이 상의 상용주파수를 사용할 때 플라즈마의 균일도를 효과적으로 조절할 수 있도록 하는 용량결합형 플라즈마 처리장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 용량결합형 플라즈마 처리장치는,
플라즈마 생성공간이 마련되는 반응챔버;
상기 반응챔버내의 하부에 설치되는 기판홀더;
상기 반응챔버내의 상부에 설치되는 절연체 플레이트;
상기 절연체 플레이트와 소정간격을 두고 설치되는 가스도입 플레이트;
상기 절연체 플레이트와 가스도입 플레이트의 사이에 설치되어 좁은공간을 형성하도록 소정 갯수로 분할된 샤워헤드;
상기 소정갯수로 분할된 샤워헤드에 각각 접속되어 고주파 전력원의 고주파 전력을 개별 공급하는 전력분배부; 로 구성함을 특징으로 한다.
다른 일면에 따라, 상기 샤워헤드는, 4등 분할 이상의 분할 구조로 구성함을 특징으로 한다.
또 다른 일면에 따라, 상기 전력분배부는,
소정갯수로 분할 구성되는 각각의 샤워헤드에 각각 접속되는 다수 개의 제너레이터로 구성함을 특징으로 한다.
또 다른 일면에 따라, 상기 전력분배부는,
소정갯수로 분할 구성되는 각각의 샤워헤드에 각각 접속되는 다수 개의 정합기로 구성함을 특징으로 한다.
또 다른 일면에 따라, 복수 개의 샤워헤드에는,
병렬 접속되는 하나의 정합기를 통해 고주파 전력이 인가되도록 구성함을 특징으로 한다.
또 다른 일면에 따라, 상기 샤워헤드는, 유전체로 분리 구성함을 특징으로 한다.
또 다른 일면에 따라, 상기 샤워헤드에는, 가변 콘덴서를 접속 구성함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예로 용량결합형 플라즈마 처리장치의 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예로 샤워헤드로 고주파 전력이 인가되는 상태의 개략적인 구조도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예로 분할 구성된 샤워헤드에 가변콘덴서가 연결된 구조도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와같이, 용량결합형 플라즈마 처리장치는 반응챔버(10), 기판홀더(11), 절연체 플레이트(12), 가스도입 플레이트(13), 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d), 고주파 전력원(20), 전력분배부(30)를 포함한다.
상기 반응챔버(10)는 플라즈마 생성공간이 마련되며, 상기 반응챔버(10)내의 상하부에는 각각 절연체 플레이트(12)와 기판홀더(11)가 설치된다.
상기 기판홀더(11)에는 처리되어야 할 기판이 존재하며, 상기의 기판은 가스도입 플레이트(13)에 평행으로 대향된다.
상기 가스도입 플레이트(13)는 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)의 하부에 존재하며, 이럴 경우 상기 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)와 가스도입 플레이트(13)의 사이에는 가스리시버로서 가스도입 플레이트(13)의 전면에 걸쳐 균일한 가스분포를 부여하기 위한 좁은 공간(14)이 존재하게 된다.
이때, 상기 가스도입 플레이트(13)의 재질은 플라즈마가 응용되는 타입에 의존하고, 가령, 드라이에칭의 응용에 있어서는 카본 또는 Si가 통상 사용된다.
그리고, 상기 가스도입 플레이트(13)에는 가스리시버인 좁은공간(14)에서 플라즈마로 프로세스가스를 도입하기 위한 다수의 가스도입공(13a)이 존재한다.
한편, 도 2에서와 같이 상기 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)는 전력분배부(30)에 의해 분배되는 고주파 전력이 인가되도록 다중구조 즉, 4등 분할 이상의 구조로 분할 구성한 금속으로 제작되며, 바람직하게는 알루미늄이 사용된다.
이때, 상기 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)는 용량결합형 플라즈마 처리장치에서 플라즈마의 균일도 조절을 위해 유전체로서 분리하여 사용할 수 있는 한편, 도 3에서와 같이 가변 콘덴서(41a)(41b)(41c)(41d)를 개별적으로 연결하여 플라즈마 균일도를 조절할 수 있도록 하였다.
상기 전력분배부(20)는 4등분으로 분할 구성되는 샤워헤드(15a)(15b) (15c)(15d)에 각각 접속되어 고주파 전력원(16)의 고주파 전력을 개별 공급하는 것으로, 이는 4등분으로 분할된 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)와 대응하는 갯수로 구성된 제너레이터로 구성하거나, 또는 정합기로 구성하였다.
이때, 상기 정합기는 복수 개의 샤워헤드(15a,15b 또는 15c,15d)와 병렬 접 속하여 고주파 전력을 인가함으로써, 플라즈마 균일도를 조절할 수 있도록 하였다.
이와같이 본 발명의 일실시예는 도 2에서와 같이, 대면적의 전극을 이루는 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)를 4등분으로 분할 구성한 후, 상기의 분할된 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)에 개별적으로 제너레이터 또는 정합기가 1:1로 매칭된 전력분배부(30)를 연결한다.
이때, 상기와 같이 대면적의 전극을 이루는 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)가 적용된 용량결합형 플라즈마 처리장치에는 상기의 대면적 전극에 해당하는 사용주파수 즉, 13.56㎒ 이상의 상용주파수를 사용하게 되는 바,
상기 13.56㎒ 이상의 상용주파수를 가지는 고주파 전력이 고주파 전력원(20)에서 전력분배부(30)로 흐를 경우, 제너레이터 또는 정합기로 구성되는 전력분배부(30)는 4등분된 각각의 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)로 상기의 고주파 전력을 개별적으로 인가하게 된다.
그러면, 상기와 같이 4등분된 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)에 각각 인가되는 고주파 전력으로 인해, 상기 반응챔버(10)내의 플라즈마 형성공간에서 생성되는 플라즈마의 균일도는 일정하게 조절될 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기의 4등분된 샤워헤드(15a)(15b)(15c)(15d)에 각각 도 3에서와 같이 가변콘덴서(41a)(41b)(41c)(41d)를 연결할 경우, 상기 가변 콘덴서(41a)(41b) (41c)(41d)의 적절한 용량변화로부터 반응챔버(10)내의 플라즈마 형성공간에서 생성되는 플라즈마의 균일도가 일정하게 조절될 수 있게 되는 것이다.
이하, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 이하의 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 이내에서 실시예의 변형이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 대면적의 전극 즉, 샤워헤드를 사용할 경우 그 샤워헤드를 소정갯수로 분할 구성한 후 그 분할된 각각의 샤워헤드에 13.56㎒ 이상의 상용주파수를 가지는 고주파 전력을 인가한 것으로, 이를 통해 반응챔버내의 플라즈마 형성공간에서 생성되는 플라즈마의 균일도를 일정하게 조절하여 기판의 식각 공정 효율을 향상시킨 것이다.

Claims (7)

  1. 플라즈마 생성공간이 마련되는 반응챔버;
    상기 반응챔버내의 하부에 설치되는 기판홀더;
    상기 반응챔버내의 상부에 설치되는 절연체 플레이트;
    상기 절연체 플레이트와 소정간격을 두고 설치되는 가스도입 플레이트;
    상기 절연체 플레이트와 가스도입 플레이트의 사이에 설치되어 좁은공간을 형성하도록 소정 갯수로 분할된 샤워헤드;
    상기 소정갯수로 분할된 샤워헤드에 각각 접속되어 고주파 전력원의 고주파 전력을 개별 공급하는 전력분배부; 로 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 샤워헤드는, 4등 분할 이상의 분할 구조로 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전력분배부는,
    소정갯수로 분할 구성되는 각각의 샤워헤드에 각각 접속되는 다수 개의 제너레이터로 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전력분배부는,
    소정갯수로 분할 구성되는 각각의 샤워헤드에 각각 접속되는 다수 개의 정합기로 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수 개의 샤워헤드에는,
    병렬 접속되는 하나의 정합기를 통해 고주파 전력이 인가되도록 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 샤워헤드는, 유전체로 분리 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 샤워헤드에는, 가변 콘덴서를 접속 구성함을 특징으로 하는 용량결합형 플라즈마 처리 장치.
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