KR20070082746A - 원거리 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

챔버와 관련되어 설치되는 RF 안테나; 상기 챔버 내 상부에 형성되며 다수의 플라즈마 발생가스 도입관이 균일하게 연통된 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 발생부 하부에 설치되는 DC 바이어스 발생유닛; 상기 DC 바이어스 발생유닛의 하부에 설치되며, 다수의 제 1 플라즈마 안내공이 형성된 제 1 샤워헤드; 상기 제 1 샤워헤드 하부에 설치되며, 소스/퍼지가스 안내공과 각각 상기 제 1 플라즈마 안내공과 직접 연결되는 다수의 제 2 플라즈마 안내공이 형성된 제 2 샤워헤드를 포함하며, 상기 제 1 샤워헤드와 제 2 샤워헤드 사이에는 소스/퍼지가스 도입부가 형성되고, 상기 소스/퍼지가스 도입부에는 다수의 소스/퍼지가스 도입관이 연통되는 원거리 플라즈마 발생장치가 개시된다.
박막 품질, 균일, 직류 바이어스, 이온 트랩, 도입관, 아노다이징, 그리드

Description

원거리 플라즈마 발생장치{Apparatus for generating remote plasma}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생장치를 위에서 본 평면도이다.
도 3은 제 1 및 제 2 샤워헤드를 나타낸 평면도이다.
도 4는 플라즈마 안내관의 변형된 형태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 DC 바이어스 발생유닛을 보여준다.
도 6은 RF 안테나의 일 예를 보여준다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 보여주는 단면도이다.
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히 박막의 균일성을 향상시키고 박막의 품질을 향상시키는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
최근, 반도체소자의 미세화에 대응해서, 드라이 에칭에 있어서는, 고아스펙 트비의 가공 등을 실현하기 위하여, 또 플라즈마 CVD 및 ALD에 있어서는 고 어스펙트비의 매립 등을 실현하기 위하여, 더욱 고진공으로 플라즈마 처리를 행하는 일이 요구되고 있다.
종래의 일반적인 평행 평판형의 플라즈마 발생장치는 진공챔버 내에 기판을 얹어놓는 기판전극과 대향전극을 배설하고, 이들 전극 사이에 전극용 고주파전원에 의해서 고주파전압을 인가함으로써 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키도록 구성되어 있다.
그러나, 이러한 구성에 있어서는 발생한 플라즈마와 장착된 기판이 균일하게 반응하지 못하였고, 플라즈마에 생성된 플라즈마 이온이 웨이퍼 기판에 직접 충격을 가하여 기판이 손상된다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내특허공개공보 제1999-10957호에서는 챔버 내에 구비된 플라즈마 발생수단; 상기 플라즈마 발생수단 하부에 장착되어 제 1 버퍼부를 형성하며, 다수의 플라즈마 분사홀이 형성된 제1 샤워헤드; 상기 제 1 샤워헤드 하부에 장착되어 제 2 버퍼부를 형성하며 원료가스 분사홀이 형성된 제 2 샤워헤드; 및 상기 제 1 샤워헤드의 홀과 제 2 샤워헤드의 홀을 연결하며, 플라즈마와 원료가스가 혼합되지 않도록 유도하는 수단을 포함하는 샤워헤드장치를 개시하고 있다.
이 기술에 의하면, 플라즈마 발생부와 원료가스 분사부가 일체화된 2단계 구조의 샤워헤드를 구성함으로써 종래의 플라즈마 발생을 이용한 증착방법에서 문제점으로 작용하고 있던 이온 및 전자 충돌, 주입 등을 방지할 수 있다는 이점이 있 다.
그러나, 이 기술에 따르면 몇 가지의 문제점을 내포하고 있다.
먼저, 플라즈마 발생가스 도입관이 1개로 제 1 버퍼부 상부 중앙에 연결되어 있어 증착 공정시 주로 기판의 중앙부에만 막이 증착된다는 단점이 있다.
또한, 플라즈마 발생부에서 생성된 이온, 특히 양이온이 제어되지 않고 공급되므로 기판이나 박막에 손상을 일으킨다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마 발생가스를 기판에 균일하게 공급함으로써 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마 발생시 생성되는 양이온을 적절하게 제어하여 박막을 품질을 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 서술되는 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 챔버와 관련되어 설치되는 RF 안테나; 상기 챔버 내 상부에 형성되며 다수의 플라즈마 발생가스 도입관이 균일하게 연통된 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 발생부 하부에 설치되는 DC 바이어스 발생유닛; 상기 DC 바이어스 발생유닛의 하부에 설치되며, 다수의 제 1 플라즈마 안내공이 형성된 제 1 샤워헤드; 상기 제 1 샤워헤드 하부에 설치되며, 소스/퍼지가스 안내공과 각각 상기 제 1 플라즈마 안내공과 직접 연결되는 다수의 제 2 플라즈마 안내공이 형성된 제 2 샤워헤드를 포함하며, 상기 제 1 샤워헤드와 제 2 샤워헤드 사이에는 소스/퍼지가스 도입부가 형성되고, 상기 소스/퍼지가스 도입부에는 다수의 소스/퍼지가스 도입관이 연통되는 원거리 플라즈마 발생장치가 개시된다.
바람직하게, 상기 DC 바이어스 발생유닛은 그리드(grid) 형상을 가지며, 금속재질로 그 표면이 아노다이징(anodizing) 처리된다.
또한, 바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 플라즈마 안내공과 소스/퍼지가스 안내공의 입구측과 출구측 그리고 상기 플라즈마 발생가스 도입관과 소스/퍼지가스 도입관의 출구측은 각각 단부 쪽으로 직경이 커지도록 테이퍼 처리된다.
또한, 상기 제 1 플라즈마 안내공과 상기 제 2 플라즈마 안내공 및 소스/퍼지가스 안내공은 각각 상기 제 1 샤워헤드와 상기 제 2 샤워헤드에서 방사상으로 형성되며, 상기 제 2 샤워헤드에서 상기 제 2 플라즈마 안내공 및 소스/퍼지가스 안내공은 방사상으로 교대로 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 다수의 플라즈마 발생가스 도입관은 상기 플라즈마 발생부의 상부 또는 측부로부터 연통될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구조에 대한 설명이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생장치는 RF 안테나(107), 플라즈마 발생부(110), DC 바이어스 발생유닛(120), 제 1 샤워헤드(shower head; 130), 소스/퍼지가스 도입부(140), 제 2 샤워헤드(150)로 이루어진다.
RF 안테나(107)는 챔버의 절연부재(108)의 상부에 위치하여 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다. 본 발명의 RF 안테나(107)는 균일한 플라즈마 발생이 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 6을 참조하면, 전원공급단 P가 형성되고 타단에 접지단 G가 형성되는 적어도 2개의 루프형 안테나 요소(10, 20)가 수평면상에 일정한 간격으로 이격 중첩되어 전기적으로 병렬 결합되고, 각 안테나의 전원공급단 P와 접지단 G는 안테나 요소(10, 20)의 중심에 대하여 대칭되는 위치에 배치되며, 각 하나의 안테나 요소(10, 20)의 수평 절곡부분(10a, 20a)은 다른 하나의 안테나 요소(10, 20)의 전원공급단 P와 접지단 G 사이에 위치한다.
이와 같이 구성함으로써, 각 안테나(10, 20)는 전기적으로 병렬로 연결되어 있으므로 안테나의 전체적인 임피던스는 낮아지게 되어 낮은 전압의 인가가 가능하며, 전원공급단 P와 접지단 G 사이의 끊어지는 부분을 절곡부분(10a, 20a)이 보완해주는 역할을 함으로써 안테나 전류가 끊어지지 않고 지속하도록 한다. 또한, 각 안테나의 중간부분에서 수평방향으로 절곡이 이루어지므로 전기장의 차이가 발생하지 않음으로써 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있다.
플라즈마 발생부(110)은 챔버 내 상부에 형성되며, 석영 등의 절연부재(108)에 의해 외부와 차단된다.
본 발명에 따르면, 다수의 플라즈마 발생가스 도입관(102)이 플라즈마 발생부(110)에 균일하게 연통된다.
이 실시예에서는 다수의 플라즈마 발생가스 도입관(102)이 상부로부터 플라즈마 발생부(110)에 연통되지만, 도 7의 다른 실시예에 따르면, 다수의 플라즈마 발생가스 도입관(102)은 측부로부터 플라즈마 발생부(110)에 연통된다.
일 실시예의 경우, 다수의 플라즈마 발생가스 도입관(102)은 도 2a에 도시된 바와 같이 전면에 균일하게 배열되며, 다른 실시예의 경우 도 2b에 도시된 바와 같이 측부에 일정한 회전각으로 이격되어 설치된다.
도 2a와 도 2b에는 다수의 플라즈마 발생가스 도입관(102)이 각각 5개와 4개인 것을 예로 들었으나, 다수의 플라즈마 발생가스 도입관(102)의 개수는 이에 한정되지 않는다.
DC 바이어스 발생유닛(120)은 플라즈마 발생부(110) 하부에 설치된다. 도 5를 참조하면, 바람직하게, DC 바이어스 발생유닛(120)은 플라즈마가 통과할 수 있도록 그리드(grid; 122) 형상을 가지며 금속재질로 그 표면이 아노다이징(anodizing) 처리된다.
이러한 구성에 의하면, 플라즈마 생성시 발생하는 이온, 특히 양이온이 트랩되어 기판이나 박막에 손상을 가하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 표면을 아노다이징 처리함으로써 플라즈마 발생시 금속 불순물에 의한 오염을 방지할 수 있게 된다.
DC 바이어스 발생유닛(120)의 하부에는 다수의 제 1 플라즈마 안내공(132)이 형성된 제 1 샤워헤드(130)가 설치된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 플라즈마 안내공(132)은 방사상으로 형성될 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 제 1 플라즈마 안내공(132)에는 제 2 플라즈마 안내공(152)까지 연결되는 플라즈마 안내관(156)이 끼워질 수 있다.
제 1 샤워헤드(130)와 제 2 샤워헤드(150) 사이에는 소스/퍼지가스 도입부(140)가 형성되고, 소스/퍼지가스 도입부(140)에는 측부로부터 다수의 소스/퍼지가스 도입관(104)이 연통된다.
도 3b를 참조하면, 제 2 플라즈마 안내공(154)과 소스/퍼지가스 안내공(152)은 각각 제 2 샤워헤드(150)에서 방사상으로 배치하되 서로 교대로 배치된다.
또한, 도 2b를 참조하면, 다수의 소스/퍼지가스 도입관(104)이 일정한 회전각으로 이격되어 설치된다.
소스/퍼지가스 안내공(152)에는 소스/퍼지가스 안내관(157)이 끼워질 수 있으며, 상기한 바와 같이 플라즈마 안내관(156)이 제 1 샤워헤드(130)로부터 소스/퍼지가스 도입부(140)를 통하여 제 2 샤워헤드(150)까지 연장된다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 안내관(156)과 소스/퍼지가스 안내관(157)의 입구측과 출구측은 각각 단부 쪽으로 직경이 커지는 테이퍼 형상(156a, 157a)으로 이루어질 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 더 넓은 면적으로 균일한 가스 분사가 가능하다는 이점이 있다.
이러한 구성은 플라즈마 발생가스 도입관(102)이나 소스/퍼지가스 도입관 (104)의 출구 쪽에도 동일하게 적용할 수 있다.
이상과 같은 구성에 의하면, 다수의 플라즈마 발생가스 도입관으로부터 공급되는 플라즈마 발생가스에 의해 균일한 플라즈마가 생성되어 다수의 플라즈마 안내공을 통하여 기판에 제공됨과 동시에, 다수의 소스/퍼지가스 도입관으로 공급되는 소스/퍼지가스가 다수의 소스/퍼지가스 도입공을 통하여 기판에 제공됨으로써 박막을 균일하게 형성할 수 있게 된다.
또한, DC 바이어스 발생장치에 의해 플라즈마 생성시 발생하는 양이온을 확실하게 트랩함으로써 기판이나 박막의 손상을 방지하여 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 안내관과 소스/퍼지가스 안내관의 유입부와 유출부를 각각 단부 쪽으로 직경이 커지는 테이퍼 형상으로 형성함으로써, 더 넓은 면적으로 균일한 가스 분사가 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 되며, 이하에 기재된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 플라즈마 발생가스를 기판에 균일하게 공급함으로써 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 발생시 생성되는 양이온을 적절하게 제어하여 박막을 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 플라즈마 발생장치로서,
    챔버와 관련되어 설치되는 RF 안테나;
    상기 챔버 내 상부에 형성되며 다수의 플라즈마 발생가스 도입관이 균일하게 연통된 플라즈마 발생부;
    상기 플라즈마 발생부 하부에 설치되는 DC 바이어스 발생유닛;
    상기 DC 바이어스 발생유닛의 하부에 설치되며, 다수의 제 1 플라즈마 안내공이 형성된 제 1 샤워헤드;
    상기 제 1 샤워헤드 하부에 설치되며, 소스/퍼지가스 안내공과 각각 상기 제 1 플라즈마 안내공과 직접 연결되는 다수의 제 2 플라즈마 안내공이 형성된 제 2 샤워헤드를 포함하며,
    상기 제 1 샤워헤드와 제 2 샤워헤드 사이에는 소스/퍼지가스 도입부가 형성되고, 상기 소스/퍼지가스 도입부에는 다수의 소스/퍼지가스 도입관이 연통되는 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 DC 바이어스 발생유닛은 그리드(grid) 형상을 가지며, 금속재질로 그 표면이 아노다이징(anodizing) 처리된 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 플라즈마 안내공과 소스/퍼지가스 안내공의 입구측과 출구측 그리고 상기 플라즈마 발생가스 도입관과 소스/퍼지가스 도입관의 출구측은 각각 단부 쪽으로 직경이 커지도록 테이퍼 처리된 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 플라즈마 안내공과 상기 제 2 플라즈마 안내공 및 소스/퍼지가스 안내공은 각각 상기 제 1 샤워헤드와 상기 제 2 샤워헤드에서 방사상으로 형성되며, 상기 제 2 샤워헤드에서 상기 제 2 플라즈마 안내공 및 소스/퍼지가스 안내공은 방사상으로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 플라즈마 발생가스 도입관은 상기 플라즈마 발생부의 상부 또는 측부로부터 연통되는 것을 특징으로 하는 원거리 플라즈마 발생장치.
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