KR20070101977A - Apparatus for processing substrate with plasma - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 도시한 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.
도 2는 상기 플라즈마 처리장치의 상부 전극에 구비되는 샤워 헤드의 일측을 도시한 부분 확대도이다.2 is a partially enlarged view illustrating one side of a shower head provided in an upper electrode of the plasma processing apparatus.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 상부 전극에 구비되는 샤워 헤드의 저면도이다.3 is a bottom view of the shower head provided in the upper electrode of the plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 종단면도이다.4 is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 3.
도 5는 본 발명이 다른 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 상부 전극에 구비되는 샤워 헤드의 일측을 도시한 부분 확대도이다.5 is a partially enlarged view illustrating one side of a shower head provided in an upper electrode of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
112: 샤워 헤드 112a: 삽입홈112:
114: 가스 분출 구멍 130: 확산부재114: gas blowing hole 130: diffusion member
132: 입구 134: 출구132: entrance 134: exit
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤워 헤드의 중앙부와 모서리부에서 반응 가스를 균일하게 분사시켜 기판이 균일하게 공정 처리되는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus in which a substrate is uniformly processed by spraying a reaction gas uniformly at the center and corners of a shower head.
반도체 장치, 액정표시 장치 등의 제조 프로세스에는, 플라즈마를 사용하여 기판의 표면을 처리하는 플라즈마 처리장치가 많이 사용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치로는, 기판에 에칭을 실시하는 플라즈마 에칭 장치나, 화학적 기상 성장(Chemical Vapor Deposition : CVD)을 실시하는 플라즈마 CVD 장치 등을 예로 들 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Many plasma processing apparatuses for treating a surface of a substrate using plasma have been used in manufacturing processes such as semiconductor devices and liquid crystal display devices. Examples of such a plasma processing apparatus include a plasma etching apparatus for etching a substrate, a plasma CVD apparatus for performing chemical vapor deposition (CVD), and the like.
이러한 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 상태와 대기압 상태가 반복적으로 수행되는 챔버(1)와 상기 챔버(1)내 상하측에 서로 평행하게 대향하는 2개의 평판 전극(10, 20)을 구비한다. 2개의 전극 중 하부 전극(20) 상에는 기판(S)이 탑재된다. 따라서 이 하부 전극(20)을 기판 탑재대라고도 한다. As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus includes a
그리고 상기 챔버(1)에는 그 내부에 가스를 배기시키기 위한 통로인 배기홀(2)이 상기 챔버(1)의 하부 가장자리에 다수개 형성되고 각각의 배기홀(2)과 연결되되 상기 챔버(1) 외부에 마련되는 펌프(P)에 의하여 상기 챔버(1) 내부의 기체를 흡입하여 제거하고, 상기 챔버(1) 내부를 진공 상태로 유지한다. In the
다음으로, 상기 상부 전극(10)은 상기 하부 전극(20)과 대향하는 위치에 마련된다. 상기 상부 전극(10)은 전극으로서의 역할뿐만 아니라, 양 상, 하부 전극(10, 20) 사이에 반응 가스를 공급하는 반응가스 공급부의 역할도 수행한다. Next, the
따라서, 상기 상부 전극(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 하부가 개방된 샤워 헤드 몸체부(10a)가 구비되고 상기 샤워 헤드 몸체부(10a)의 하부에 샤워 헤드 (Shower head: 12)가 고정되어 마련된다. 여기에서 상기 샤워 헤드(12)에는 미세한 직경을 가지는 다수개의 가스 분출 구멍(14)이 형성된다. 따라서, 상기 샤워 헤드(12)를 통해서 반응 가스가 양 전극(10, 20) 사이의 공간으로 균일하게 공급된다. 상기 상, 하부전극(10, 20) 사이에 공급된 반응 가스는 상기 상, 하부전극(10, 20)으로의 고주파 전력 인가에 의해 플라즈마화 되고, 이 플라즈마에 의해 기판(S)의 표면이 처리된다. Accordingly, the
그리고 상기 상부 전극(10)에 반응 가스를 공급하는 공급라인에는 유량조절계(MFC)를 더 포함하여 이루어진다.The supply line for supplying the reaction gas to the
그리고 상기 챔버(1)의 내벽과 하부 전극(20)의 이격 공간에 구비되어 공정수행 중 또는 공정 수행 후 챔버(1) 내의 미반응 가스 및 공정 중에 발생한 폴리머(Polymer) 등을 챔버(1) 외부로 배기시키도록 상기 챔버(1)의 바닥에 형성된 배기홀(2)의 상측에 배플(Baffle : 20a)이 마련된다. In addition, the inner wall of the
상기 배플(20a)은 펌프(P)와의 통로 역할을 하고 반응 가스의 흐름을 지연시키며, 상기 챔버(1) 하부면 모서리에 각각 형성된 배기홀(2)을 통해 반응 가스가 배출되기 전 1차적으로 블럭킹(blocking)시키는 기능을 한다.The
여기서, 상기 배플(20a)은 적정 간격으로 배열되는 슬릿(Slit: 도면에 미도시)이 다수개 형성된다.Here, the
즉, 상기 챔버(1)의 저면 중 하부 전극(20)과의 이격 공간에 형성되는 배기홀(2)을 통해 미반응 가스 등이 곧바로 펌프(P)를 향해 이동하는 것이 아니라, 상기 배플(20a)에 의하여 그 흐름이 일단 멈추었다가 슬릿을 통하여 조금씩 배기되는 것이다. That is, the unreacted gas does not move directly toward the pump P through the
결국, 상기 배플(20a)을 설치함에 따라 모서리 부분 이외의 부분에서 반응 가스가 통과하는 길을 좁혀 줌으로써 반응 가스 배출속도를 늦추어 줄 수 있다. 따라서 하부 전극(20)의 모서리와 가장자리 부분의 가스 흐름 속도를 일정하게 맞추어 줄 수 있다.As a result, as the
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 샤워 헤드(12)의 가스 분출 구멍(14)은 기판과 반응 가스의 접촉 면적을 확대시키기 위해 입구와 출구의 면적을 다르게 하므로 오리피스(orifice)처럼 출구가 상단 입구에 비해 직경이 확장되어 반응 가스가 상기 가스 분출 구멍(14)의 입구를 거친 후 출구를 향해 고압으로 분출된다.Here, as shown in FIG. 2, the
그러나 원형인 웨이퍼와는 달리 직사각 형상인 기판(S)의 공정 수행시 상기 기판(S)의 모서리에서 에칭률이 현저하게 낮으므로 공정 균일성이 저하되는 문제점이 있었다.However, unlike the circular wafer, when the process of the rectangular substrate S is performed, the etching uniformity is significantly low at the corners of the substrate S, thereby decreasing the process uniformity.
그리고 도면에는 도시하지 않았지만 종래의 다른 실시 예에서는 샤워 헤드에 가스 분출 구멍을 가공할 때 작업이 난해하고 공정 수행시 직진성을 갖는 플라즈마가 상기 가스 분출 구멍으로 역류하여 방전됨을 방지하기 위해 가스 분출 구멍들과 연결된 구멍이 각각 형성되는 별도의 연결구를 상기 가스 분출 구멍마다 구비하여 가공 편의성을 추구하려 했으나 이 경우에도 공정 균일성을 확보하지 못하는 문제점이 있었다.Although not shown in the drawings, in another conventional embodiment, gas ejection holes are used to prevent a plasma which has difficulty in processing gas ejection holes in a shower head and has a straightness when the process is performed to discharge back into the gas ejection holes. In order to pursue the convenience of processing by providing a separate connector for each of the gas ejection hole is formed in each of the holes connected to and there was also a problem that does not secure the process uniformity.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적 은 샤워 헤드 중앙부에서의 가스 분사 면적에 대비하여 모서리부에서의 가스 분사 면적을 다르게 하여 균일한 에칭률을 확보할 수 있게 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of which is to ensure a uniform etching rate by different gas injection area at the corner compared to the gas injection area in the shower head center portion In providing a processing apparatus.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가스 분출 구멍이 다수 형성된 샤워 헤드가 구비되는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 샤워 헤드의 모서리마다 가스 분출 구멍과 연결되도록 결합되며 이 샤워 헤드 중앙부에서의 가스 분사 면적에 대비하여 모서리부에서의 반응 가스 분사 면적을 다르게 하는 확산부재가 구비됨으로써, 상기 확산부재에 의해 상기 샤워 헤드의 중앙 부분의 반응 가스 분사 면적을 모서리 부분과의 반응 가스 분사 면적보다 더 상승시켜 상대적으로 식각률이 저하되는 기판의 모서리 부분과 중앙 부분에서 균일하게 에칭할 수 있으므로 바람직하다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma processing apparatus including a shower head having a plurality of gas ejection holes, each of the corners of the shower head is coupled to be connected to the gas ejection hole and the gas injection in the shower head central portion By providing a diffusion member for varying the reaction gas injection area at the corners in comparison with the area, the diffusion member raises the reaction gas injection area of the central portion of the shower head more than the reaction gas injection area with the edges. It is preferable to be able to etch uniformly in the corner portion and the center portion of the substrate where the etching rate is relatively low.
이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 실시 예들을 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 도면에 도시하지 않았지만 크게 내부에서 기판에 공정이 수행되는 챔버(도면에 미도시)와, 상기 챔버 내 상측과 하측에 각각 구비되는 상부 전극(도면에 미도시) 및 하부 전극(도면에 미도시)으로 이루어진다.Although not shown in the drawings, a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a chamber (not shown) in which a process is performed on a substrate therein, and an upper electrode provided at upper and lower sides of the chamber, respectively. And a lower electrode (not shown).
여기서, 상기 챔버와 상, 하부 전극은 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략하며, 상기 상부 전극에 구비되는 샤워 헤드(112)가 종래의 그것과 상이하다.Here, since the chamber, the upper electrode and the lower electrode has the same structure and function as the conventional one, a detailed description thereof will be omitted, and the
상기 샤워 헤드(112)의 모서리 부분에 형성된 가스 분출 구멍(114)에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가스 분출 구멍(114)과 연결되도록 결합시켜 이 샤워 헤드(112) 중앙부에서의 반응 가스 분사 면적과 모서리부에서의 반응 가스 분사 면적을 다르게 하는 확산부재(130)가 구비된다.The gas blowing
즉, 상기 확산부재(130)는 상기 샤워 헤드(112)의 저면 네 모서리 각각에서 가장 외곽에 형성된 가스 분출 구멍(114)의 일렬마다 중심 방향을 향해 적어도 하나가 순차적으로 결합되되 상기 가스 분출 구멍(114)과 연결되도록 이 가스 분출 구멍(114)들과 동심선상에 각각 구비된다.That is, the
그리고 상기 샤워 헤드(112)에 일정 간격으로 배열 형성된 가스 분출 구멍(114) 중 상기 확산부재(130)의 입구(132)와 동심선상에 구비되는 가스 분출 구멍(114)의 상단은 구배진 상태에서 원통 형상으로 형성되고 하단에 삽입홀(112a)이 형성되지만 나머지 가스 분출 구멍(114)은 종래의 그것과 동일한 구조로 형성된다.In addition, the upper end of the
더욱이, 상기 확산부재(130)는 본 실시 예에서 모서리마다 3개씩 구비되는 것으로 예시하였으나 개수의 가감이 가능하며, 상기 가스 분출 구멍(114)과 동심선상에 위치된 샤워 헤드(112)의 저면에 결합시키거나 상기 샤워 헤드(112)의 모서리 저면에 이 샤워 헤드(112)의 상단이 삽입될 수 있도록 상응한 삽입홈(112a)이 형성되어 상기 삽입홈(112a)에 확산부재(130)의 상단을 삽입 고정한다.In addition, although the
이때, 상기 샤워 헤드(112)의 삽입홈(112a)에 확산부재(130)의 상단을 삽입시킨 상태로 고정할 경우 상기 확산부재(130)의 형상은 절곡된 하단의 면적이 삽입되는 상단보다 더 확장되도록 단차진 블럭으로 형성되며 단차진 부위가 샤워 헤드(112)의 저면에 접촉된 상태이다.At this time, when the upper end of the
여기서, 상기 샤워 헤드(112)에 확산부재(130)를 고정시킬 경우 그 접촉 면에 쉴드 링(Shield ring)을 개재하여 플라즈마로부터 보호한다.In this case, when the
한편, 상기 확산부재(130)는 그 단면 형상이 "L"자 형상을 갖는 블럭 형상으로 형성되되 횡 방향과 종 방향을 별도로 구비한 다음 상호 결합시켜 형성시키거나 일체형으로 형성시키며 상기 가스 분출 구멍(114)과 상응한 간격으로 상면에 형성되는 입구(132)들과, 상기 입구(132)와 적어도 일렬로 연결되어 통하도록 출구(134)가 저면에 형성된다.On the other hand, the
여기서, 상기 출구(134)는 본 실시 예에서 3개로 예시하였으나 연결만 된다면 개수의 가감이 가능하다.Here, the
그러므로 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어 기판(도면에 미도시)에 플라즈마에 의해 공정을 수행하는 과정에서 이 기판의 중심 부위와 모서리 부위에서 균일한 식각률을 얻을 수 있도록 확산부재(130)를 구비한다.Therefore, in the plasma processing apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, a uniform etching rate is obtained at the center and corner portions of the substrate during the process of performing plasma processing on the substrate (not shown). It is provided with a
즉, 상기 샤워 헤드(112)의 중심 부분과 모서리 부분에서 기판과의 반응 가스에 대한 접촉 면적을 다르게 하는 확산부재(130)를 결합하되 기판 전체 영역 가 운데 모서리 부분에서 식각률이 저하되는 종래의 문제점을 감안하여 기판의 전 영역 중 중심 부위에서의 반응 가스 접촉 면적보다 모서리 부분에서의 반응 가스 접촉 면적을 더 증가시켜 전체적으로 균일한 식각률을 얻게 되는 것이다.That is, while combining the
이때, 상기 확산부재(130)는 상기 샤워 헤드(112)의 모서리부에 형성된 가스 분출 구멍(114)과 연결되도록 상면에 입구(132)가 형성되고 상기 입구(132)와 연결되되 다수개로 분할 형성된 출구(134)가 저면에 형성되어 반응 가스가 상기 가스 분출 구멍(114)을 통해 입구(132)로 유입되면 출구(134)를 통해 기판에 배출될 때 다수개의 출구(134)로 반응 가스가 분사되므로 샤워 헤드(112)의 모서리에서 기판에 반응 가스의 접촉 면적을 넓힐 수 있다.At this time, the
결국, 상기 샤워 헤드(112)의 중앙부에 반응 가스의 접촉 면적과 상응하도록 이 샤워 헤드(112)의 모서리에 다수개의 확산부재(130)를 결합시켜 플라즈마의 밀도를 증가시키지 않으면서 기판에 균일한 식각률을 획득할 수 있다.As a result, a plurality of
또한, 본 발명의 다른 실시 예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 확산부재(130')를 상기 샤워 헤드(112')의 가장 외곽에 형성된 이웃한 복수열의 가스 분출 구멍(114')마다 내곽을 향해 고정하며 이 확산부재(130')도 복수열의 가스 분출 구멍(114')과 상응하도록 상면에 복수열의 입구(132')가 배열 형성되고 상기 입구(132')와 통하면서 출구(134')가 저면에 복수열로 다수개씩 형성된다.In addition, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. A plurality of rows of inlets 132 'are formed on the upper surface of the diffusion member 130' so as to correspond to the plurality of rows of gas ejection holes 114 'and communicate with the inlets 132'. Is formed in a plurality of rows at the bottom.
여기서, 상기 확산부재(130')도 앞선 실시 예의 그것과 같이 상, 하면 면적이 동일한 절곡 기둥 형상으로 형성될 수도 있고 단차진 절곡 기둥 형상으로 형성 될 수 있다.Here, the
이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는 샤워 헤드의 중앙부에 대한 반응 가스의 분사 면적과 모서리부에 대한 반응 가스의 분사 면적이 상이하되 모서리부에서 반응 가스의 분사 면적이 더 크도록 하는 확산부재를 샤워 헤드 모서리마다 다수개 구비하여 기판의 중앙부와 모서리부에서 균일한 식각률을 획득할 수 있는 효과가 있다.Such a plasma processing apparatus of the present invention showers the diffusion member such that the injection area of the reactive gas to the center portion of the shower head and the injection area of the reactive gas to the edge portion are different but the injection area of the reactive gas is larger at the edge portion. A plurality of head edges may be provided to obtain a uniform etching rate at the center and corners of the substrate.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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FPAY | Annual fee payment |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |