KR20070099832A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR20070099832A
KR20070099832A KR1020060031113A KR20060031113A KR20070099832A KR 20070099832 A KR20070099832 A KR 20070099832A KR 1020060031113 A KR1020060031113 A KR 1020060031113A KR 20060031113 A KR20060031113 A KR 20060031113A KR 20070099832 A KR20070099832 A KR 20070099832A
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manifold
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plasma processing
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김보성
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관해 개시한다. 개시된 본 발명의 장치는 상부가 개방된 챔버 몸체와, 챔버 몸체의 상단부에 밀착된 링 형상의 매니폴드와, 매니폴드 상에 배치되어, 상기 챔버 몸체의 개방된 부위를 덮는 커버와, 챔버 몸체에 밀착된 상기 매니폴드의 내측부위에 형성된 단턱과, 단턱을 덮으면서 상기 챔버 몸체와 상기 매니폴드 사이의 틈새를 차단시키는 가드링이 구비된다.
상기한 구성에 의하면, 본 발명은 상기 가드링을 통해 플라즈마 상태의 세정가스가 챔버 몸체와 매니폴드의 결합부위의 틈새로 침투되는 것이 차단됨으로써, 세정가스로 인한 오링들의 손상 및 파손을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 오링들의 수명을 연장하여 실링 효과를 보다 높일 수 있을 뿐만 아니라, 비용 절감과 설비 분해 조립에 따른 작업시간의 소비와 번거로움을 줄일 뿐만 아니라 설비의 가동율과 생산성이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR TREATING PLASMA}
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 플라즈마 처리장치의 개략도.
도 3은 도 1의 A부분확대도로서, 종래기술에 대한 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도.
도 5는 도 4의 B부분확대도.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 가드링을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 도 6의 가드링이 결합된 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 개략도.
도 8은 도 7의 C부분 확대도.
** 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 **
50. 플라즈마 처리장치 51. 챔버 몸체
53. 척 55.웨이퍼
57. 매니폴드 57c. 단턱
59. 인젝터 61. 커버
63,63a63b,63c. 오링 67,68,69. 반응가스라인
71.가드링 71h. 인젝터홈
본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 플라즈마 공정(plasma process)이 이루어지는 챔버(chamber) 내부를 실링(sealing)토록 장착되는 오링(o-ring)이 플라즈마의 영향으로부터 손상되는 것을 방지하여 상기 오링의 수명 연장 및 실링 효율을 높일 수 있는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 증착 공정, 포토공정, 식각공정, 확산공정을 통하여 제조될 수 있으며, 이러한 공정들이 수차례에서 수십차례 반복되어야 적어도 하나의 반도체 장치가 형성될 수 있다. 이중에서, 상기 증착공정은 주로 화학기상증착(chemical vapor deposition)방법에 의하여 웨이퍼 상에 가공막을 형성하는 것이다. 상기 화학기상증착방법은 다른 증착방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 증착 특성과, 가공막의 균일성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다. 이와 같은 화학기상증착방법에는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LTCVD(Low Temperature Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등으로 나눌 수 있다. 여기에서, 상기 PECVD는 플라즈마를 강화하는 방식으로 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 공정이다. 상기 PECVD공정은 다수의 웨이퍼를 플라즈마 처리장치인 챔버 내부에 투입한 후, 일괄적으로 PECVD공정을 수행하는 방법으로 다수의 반도체 기판 상에 특정 박막을 형성하였으나, 최근에 반도체장치가 고집적화되고 반도체 기판이 대구경화됨에 따라 플라즈마 처리장치 내부에 한 장의 웨이퍼를 투입한 후 PECVD 공정을 진행하고, 상기 한 장의 웨이퍼에 대한 PECVD공정이 수행된 이후에는 상기 플라즈마 처리장치 내부에 존재하는 잔류가스 및 반응생성물을 제거하는 세정 및 퍼지공정을 수행하고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이다. 또한, 도 2는 종래기술에 따른 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
종래의 플라즈마 처리장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 몸체(11), 매니폴드(manifold)(17), 인젝터들(injectors)(19), 커버(cover)(21)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버 몸체(11)는 통상 상부가 개방된 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 챔버 몸체(11) 내부에는 투입되는 웨이퍼(wafer)(15)의 저면을 받쳐 지지하며 이를 고정하는 척(chuck)(13)이 구비되어 있다.
상기 매니폴드(17)는 링(ring) 형상으로서, 상기 챔버 몸체(11)의 상단부에 밀착되도록 배치된다. 상기 매니폴드(17)는 알루미늄 재질이 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 매니폴드(17) 상에는 상기 챔버 몸체(11)와 상기 매니폴드(17)를 실링하는 오링들(23)이 배치될 수 있다. 상기 오링들(23) 사이에는, 반 응가스라인들(26)이 각각 더 배치될 수 있다. 만약, 반응가스가 2종류가 필요하다면, 상기 오링들(23)은 이너(inner)오링(23a), 미들(middle)오링(23b), 및 아우터(outter)오링(23c) 등 3개로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 각 반응가스라인들(26)은 상기 이너오링(23a)과 미들오링(23b) 사이에 배치된 제 1반응가스라인(25), 그리고 미들오링(23b)과 아우터오링(23c) 사이에 배치된 제 2반응가스라인(27)으로 구분된다. 예를들면, 반응가스로서 SiH4가스 및 O2가스를 이용할 경우, 상기 제 1반응가스라인(25)에는 SiH4반응가스가 공급되고, 상기 제 2반응가스라인(27)에는 O2반응가스가 각각 공급될 수 있다.
상기 인젝터들(19)은 상기 반응가스라인들(26)과 각각 연결되어 각 반응가스들을 상기 챔버 몸체(11) 내부로 공급하기 위한 것으로서, 상기 매니폴드(17)로부터 연장 돌출된 형태로 배치된다. 상기 챔버 몸체(11) 내부의 웨이퍼 (15)상에는 상기 인젝터들(19)을 통한 각 반응가스들의 공급으로 인해 플라즈마 공간(P1)이 형성된다. 그러나, 상기 플라즈마 상태의 반응가스가 분포되어 있는 상기 플라즈마 공간(P1)은 인젝터들(19) 및 척(13) 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 상기 플라즈마 상태의 반응가스는 척(13) 상부의 상기 플라즈마 공간(P1)에 국한되지 않고 상기 챔버 몸체(11) 내부의 각 방향 각 부위로 무분별하게 이동될 수 있다.
상기 커버(21)는 상기 매니폴드(17) 상에 밀착되어 상기 챔버 몸체(11)의 개방된 부위를 덮도록 배치된다.
한편, 상기 챔버 몸체(11) 및 상기 매니폴드(17), 그리고 상기 매니폴드(17) 및 상기 커버(21)는 스크류(screw) 등의 체결수단(미도시)에 의해 체결된다.
이와 같은 종래기술에 따른 플라즈마 처리장치에서는 인젝터들(19)을 통해 각 반응가스들을 챔버 몸체(11) 내로 공급하여 플라즈마 상태로 만들고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스들에 의해 웨이퍼(15) 상에는 소정의 박막이 형성된다. 이후, 상기 웨이퍼(15) 상에 박막 형성 공정이 완료되면, 세정가스를 공급하여 챔버 몸체(11) 내부를 세정한다. 이때, 세정가스로는 불소(F)가스를 이용할 수 있다.
도 3은 도 1의 A부분 확대도로서, 종래기술에 대한 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 3을 참조로 하여 종래기술에 대한 문제점을 설명하면 다음과 같다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 세정 공정을 진행하는 동안, 상기 챔버 몸체(11)와 커버(21)의 결합이 이루어지는 부위, 즉 상호 밀착되는 부위는 소정의 틈새를 이루고, 무분별하게 유동하는 세정가스는 상기 챔버 몸체(11)와 매니폴드(17) 사이의 미세 틈새(약 1mm 가량)를 통해 이들 사이를 기밀 유지토록 하는 오링들(23)이 장착되어 있는 부위까지 침투하게 된다. 그 결과, 상기 세정가스는 오링들(23)을 손상 및 파손시키게 된다. 따라서, 상기 오링들의 수명이 단축되며, 상기 오링들의 교체 및 상기 교체로 인한 유지 보수 시간이 소요되는 문제점도 있다. 한편, 여기서, 상기 세정가스 외에도, 상기 반응가스의 종류에 따라 상기 플라즈마 공정이 진행되는 동안에도 어느 정도의 오링 손상을 가져올 수도 있다.
그러므로, 상기 챔버 몸체 내부를 세정 공정을 진행하는 동안, 상기 세정가스로 인한 오링들의 손상 및 파손을 막을 수 있는 플라즈마 처리장치에 대한 연구가 시급한 실정이다.
상기 문제점을 해결하고자, 본 발명의 과제는 상기 매니폴드와 상기 몸체 몸체 사이의 미세한 틈새를 차단시켜, 세정가스로 인한 오링들의 손상 및 파손을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하려는 것이다.
상기 과제를 달성하고자, 본 발명은 플라즈마 처리장치를 제공한다. 상기 장치는 상부가 개방된 챔버 몸체와, 챔버 몸체의 상단부에 밀착된 링 형상의 매니폴드와, 매니폴드 상에 배치되어, 상기 챔버 몸체의 개방된 부위를 덮는 커버와, 챔버 몸체에 밀착된 상기 매니폴드의 내측부위에 형성된 단턱과, 단턱을 덮으면서 상기 챔버 몸체와 상기 매니폴드 사이의 틈새를 차단시키는 가드링이 구비된다.
상기 가드링은 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.
상기 매니폴드는 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.
상기 챔버 몸체와 상기 매니폴드 사이에 배치된 오링과, 상기 매니폴드로부터 연장 돌출되어, 반응가스들을 공급하기 위한 각각의 인젝터가 더 구비된다.
상기 가드링은 상기 단턱을 덮는 제 1면과, 상기 제 1면과 연결되어 상기 매니폴드와 상기 챔버 몸체를 일부 덮는 제 2면을 가진 것이 바람직하다.
상기 가드링의 제 2면은 상기 챔버 몸체의 상부를 1∼3cm 덮도록 배치된다.
상기 가드링의 제 2면에는 상기 인젝터들을 노출시키는 각각의 인젝터 홈이 구비된 것이 바람직하다.
상기 오링은 상기 매니폴드 상에 일정 간격을 유지하면서 적어도 3개 이상 배치된 것이 바람직하다.
상기 오링들 사이에는 각각의 반응가스라인이 배치된 것이 바람직하다.
상기 반응가스라인들은 상기 인젝터들과 연결 설치된 것이 바람직하다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이고, 도 5는 도 4의 B부분확대도이다. 또한, 도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 가드링의 개략도이다. 그리고, 도 7은 도 6의 가드링이 결합된 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 개략도이고, 도 8은 도 7의 C부분 확대도이다.
도 4 밀 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(50)는 챔버 몸체(51), 매니폴드(57), 단턱(57c), 인젝터들(59), 가드링(71) 및 커버(61)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버 몸체(51)는 상부가 개방된 용기 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 챔버 몸체(51) 내부에는 투입되는 웨이퍼(55)의 저면을 받쳐 지지하며 이를 고정하는 척(53)이 구비되어 있다. 상기 척(53)은 경우에 따라 고주파 파워가 인가되는 하부전극을 이룰 수도 있다. 상기 챔버 몸체(51) 내부의 웨이퍼 (55)상에 는 상기 인젝터들(59)을 통한 반응가스 공급으로 인해 플라즈마 공간(P5)이 형성된다. 상기 플라즈마 상태의 반응가스가 분포되어 있는 상기 플라즈마 공간(P2)은 대부분 인젝터들(59) 및 척(53) 사이에 배치된다. 그러나, 상기 플라즈마 상태의 공정가스는 상기 플라즈마 공간(P2)에만 국한되지 않고 상기 챔버 몸체(51) 내부의 각 방향 각 부위로 무분별하게 분포될 수도 있다.
상기 매니폴드(57)는 링 형태로 제작된 것으로서, 상기 챔버 몸체(51)의 상단부에 밀착되도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 매니폴드(57)의 재질로는 알루미늄이 이용될 수 있다. 이에 더하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 매니폴드(57)는 상기 챔버 몸체(51)에 밀착된 내측부위에 단턱(57c)이 형성된 구성을 이룬다. 상기 단턱(57c)은 링 형태를 이루는 매니폴드(57)의 내측부위 전체에 형성된다.
상기 가드링(71)은 상기 단턱(57c)을 덮으면서 상기 챔버 몸체(51)와 상기 매니폴드(57) 사이의 틈새를 차단시키도록 배치된다. 상기 가드링(71)은 세정가스 등으로부터 손상을 방지하도록 알루미늄 재질이 이용될 수 있다. 상기 가드링(71)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 단턱(57c)을 덮는 제 1면(71a)과 상기 제 1면(71a)과 연결되어 상기 매니폴드(57)과 챔버 몸체(51)를 일부 덮는 제 2면(71b)으로 나뉠 수 있다. 이때, 상기 가드링(71)의 제 2면(71b)은 상기 챔버 몸체(51)의 상부를 1∼3cm, 바람직하게는 2cm 가량 덮도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 가드링(71)의 제 1면(71a)과 제 2면(71b)은 수직하게 배치될 수도 있다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 가드링(71)의 제 2면(71b)에는 상기 인젝터들(59)을 노출시키는 인젝터 홈들(71h)이 배치된다. 상기 인젝터 홈 들(71h)은 상기 인젝터들(59)의 위치 및 갯수와 대응되도록 배치된다.
상기 챔버 몸체(51)와 상기 매니폴드(57) 사이의 밀착되는 부위에는 상기 챔버 몸체(51)와 상기 매니폴드(57)을 실링하는 오링들(63)이 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 상기 오링들(63)은 이너오링(63a), 미들오링(63b) 및 아우터오링(63c) 등 적어도 3개 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 이너오링(63a), 미들오링(63b) 및 아우터오링(63c)들은 서로 일정 간격을 유지하도록 배치된다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 오링들(63) 사이에는 반응가스라인들(68)이 더 배치될 수 있으며, 상기 오링들(63)은 이들 반응가스라인들(68)을 격리 및 실링할 수 있다. 상기 반응가스라인들(68)은 상기 오링들(63) 사이에서 홈 형태로 배치될 수 있다. 상기 반응가스라인들(68)은 상기 이너오링(63a)과 미들오링(63b) 사이 및 미들오링(63b) 및 아우터오링(63c) 사이에 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 예를들면, 반응가스로서 SiH4가스 및 O2가스를 이용할 경우, 상기 반응가스라인들(68)은 SiH4가스를 공급하기 위한 제 1반응가스라인(67)과, O2가스를 공급하기 위한 제 2반응가스라인(69)으로 구분될 수 있다. 이런 경우, 상기 제 1반응가스라인(67)은 이너오링(63a)과 미들오링(63b) 사이에 배치될 수 있고, 제 2반응가스라인(69)은 미들오링(63b)과 아우터오링(63c) 사이에 배치될 수 있다.
상기 인젝터들(59)은 상기 반응가스라인들(68)과 각각 연결되어 각 반응가스들을 상기 챔버 몸체(51) 내부로 공급하기 위한 것으로서, 상기 매니폴드(57)로부터 연장 돌출된 형태로 배치된다.
상기 커버(61)는 상기 매니폴드(57) 상에 형성되어, 상기 챔버 몸체(51)의 개방된 부위에 밀착되어 이를 덮는 형상으로 그 내부를 구획토록 결합된다. 한편, 상기 챔버 몸체(51)와 상기 매니폴드(57) 및 상기 매니폴드(57) 및 상기 커버(61)는 스크류 등의 체결수단(미도시)에 의해 체결된다.
이에 더하여, 상술한 챔버 몸체(51) 상에는 커버(61)의 결합으로 구획된 내부에 소정의 진공압 분위기를 형성하기 위하여 진공압 제공부(미도시)와 선택적으로 연통하는 배관(미도시)이 설치되는 것이 일반적이다. 따라서, 챔버 몸체(51) 내부는 외부와 밀폐되고 진공 분위기를 유지한다.
이러한 구성에 의하면, 진공 분위기를 이루는 챔버 몸체(51) 내부에 공급된 플라즈마 상태의 공정가스는 척(53) 상에 놓이는 웨이퍼(55)를 대상체로 하여 박막 증착 공정을 수행한다. 이어, 상기 웨이퍼(55) 상에 박막 증착 공정이 완료되면, 세정가스를 공급하여 챔버 몸체(51) 내부를 세정한다. 이때, 상기 세정가스로는 불소가스가 주로 사용된다.
본 발명에서는, 상기 챔버 몸체(51) 내부를 세정하는 동안, 위와같은 형태를 갖는 가드링(71)에 의해 상기 세정가스의 침투 경로가 차단된다. 즉, 상기 세정가스가 상기 챔버 몸체(51) 및 상기 매니폴드(57) 사이의 틈새에 침투되지 못하게 되므로, 오링들(63)의 손상 및 파손을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 인젝터들(59) 대신, 상기 커버(63)의 저면, 즉 상기 챔버 몸체(51)와의 결합에 의해 척(53)과 대향되는 부위에는, 경우에 따라, 공정에 필요한 공정가스를 공급하며 고주파 전원을 인가하는 상부전극, 플라즈마 상태의 공증가스의 공급이 이루어지는 샤워헤드, 고주파 파워가 인가되는 상부전극으로서 플라즈마 상태의 공정가스에 대한 소스물질을 이루는 타깃 등의 기능을 수행하는 플라즈마 처리장치에서도 적용가능하다.
본 발명에 따르면, 챔버 몸체와 결합되는 매니폴드의 내측 부위에 단턱이 형성되고, 상기 단턱을 덮되 연장된 일부위가 상기 챔버 몸체의 일부를 덮는 가드링이 구비된다. 따라서, 상기 가드링을 통해 세정가스가 챔버 몸체와 매니폴드의 결합부위의 틈새로 침투되는 것이 차단됨으로써, 세정가스로 인한 오링들의 손상 및 파손을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 오링들의 수명을 연장하여 실링 효과를 보다 높일 수 있을 뿐만 아니라, 비용 절감과 설비 분해 조립에 따른 작업시간의 소비와 번거로움을 줄일 뿐만 아니라 설비의 가동율과 생산성이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 상부가 개방된 챔버 몸체와,
    상기 챔버 몸체의 상단부에 밀착된 링 형상의 매니폴드와,
    상기 매니폴드 상에 배치되어, 상기 챔버 몸체의 개방된 부위를 덮는 커버와,
    상기 챔버 몸체에 밀착된 상기 매니폴드의 내측부위에 형성된 단턱과,
    상기 단턱을 덮으면서 상기 챔버 몸체와 상기 매니폴드 사이의 틈새를 차단시키는 가드링이 구비된 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가드링은 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 매니폴드는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 몸체와 상기 매니폴드 사이에 배치된 오링과,
    상기 매니폴드로부터 연장 돌출되어, 반응가스들을 공급하기 위한 각각의 인젝터가 더 구비된 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 가드링은 상기 단턱을 덮는 제 1면과, 상기 제 1면과 연결되어 상기 매니폴드와 상기 챔버 몸체를 일부 덮는 제 2면을 가진 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 가드링의 제 2면은 상기 챔버 몸체의 상부를 1∼3cm 덮도록 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 가드링의 제 2면에는 상기 인젝터들을 노출시키는 각각의 인젝터 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 오링은 상기 매니폴드 상에 일정 간격을 유지하면서 적어도 3개 이상 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 오링들 사이에는 각각의 반응가스라인이 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 각 반응가스라인은 상기 인젝터들과 연결 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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