KR20100030049A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정 가스의 역류에 의한 방전 발생을 방지하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 플라즈마 처리 장치는 가스 공급 라인 내부에 설치되어 챔버로 공급된 공정 가스가 가스 공급 라인으로 역류되어 가스 공급 라인 내부에서 방전이 발생되는 것을 방지하는 방전 방지 부재를 포함한다. 방전 방지 부재는 가스 공급 경로가 연장되도록 나선형, 복수 개의 유로 또는 다공성 재질의 몸체를 갖는다. 본 발명에 의하면, 가스 공급 라인에 방전 방지 부재를 설치함으로써, 가스 공급 라인 내부에서 공정 가스의 역류 및 방전 발생을 방지하여 가스 공급을 제어하는 장치의 손상을 방지하고, 안정적인 가스 공급이 이루어진다.
플라즈마 처리 장치, 가스 공급 장치, 방전 방지 부재, 가스 공급 라인

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA TREATING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 공정 가스의 역류에 의해 발생되는 방전을 방지하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마를 이용하여 반도체 기판의 제조 공정 예를 들어, 증착, 식각, 애싱 공정 등을 처리하는 플라즈마 처리 장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버 내부에 상부 및 하부 전극을 대향 배치하고, 하부 전극이 제공되는 정전척에 기판을 로딩하고, 챔버 내부로 공정 가스를 공급한 상태에서 상부 및 하부 전극간에 고주파 전원을 공급하여 챔버 내부의 공간에 플라즈마 분위기를 형성한다.
이러한 플라즈마 처리 장치는 다양한 공정 가스들을 공급하는 가스 공급 장치들이 구비된다. 가스 공급 장치는 예를 들어, 챔버 상부에 배치되어 공정 가스를 분사하는 복수 개의 분사홀들을 갖는 샤워 헤드와, 챔버 측벽 상단에 배치되어 챔버 내부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 사이드 노즐들을 포함한다. 샤워 헤드와 사이드 노즐들은 가스 공급 라인들을 통해 가스 공급원과 연결된다.
그러나 플라즈마 처리 장치는 챔버 내부로 공급된 공정 가스가 기판 상부에 플라즈마가 생성될 때, 가스 공급 라인으로 역류하는 현상이 빈번히 발생된다. 이러한 공정 가스의 역류 현상은 상부 및 하부 전극 사이의 고주파 전원에 의해 가스 공급 라인의 내부 공간 또는 샤워 헤드의 내부 공간에서 플라즈마 분위기를 형성하게 된다. 이 때, 역류되는 공정 가스의 전자가 가스 공급 라인 및 샤워 헤드의 내부 공간에서 가속화되어 방전을 일으키게 된다.
이와 같은 방전이 일어나면, 플라즈마 처리 장치는 원하는 고주파 에너지를 확보할 수 없으므로, 플라즈마 생성이 불안정하게 되어 공정 효율이 저하되고, 또 방전에 의하여 가스 공급을 제어하는 장치들 예를 들어, 고주파 전원 장치, 매칭 장치 및 제어 장치 등의 주변 장치들이 손상될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 플라즈마를 이용하여 공정을 처리하는 기판 처리 장치 즉, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 분위기에서 공정을 처리하는 공간이 제공되는 챔버(12)와, 챔버(12) 내부에 배치되어 기판(W)을 지지하는 지지부재(14)와, 챔버(12) 내부로 공정 가스를 분사하는 가스 공급 부재(20, 24)를 포함한다. 또 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급을 제어하는 제어기(16)와 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 공급부(18)를 포함한다. 제어기(16)는 예를 들어, 컨트롤러 등으로 구비되어, 가스 공급 라인(22)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량 및 압력 등을 제어한다.
지지부재(14)는 기판(W)이 상부에 안착되도록 상부면이 평평하게 제공되는 정전척으로 구비되며, 내부에 하부 전극이 제공된다.
가스 공급 부재(20, 24)는 예를 들어, 예를 들어, 샤워 헤드(20)와, 복수 개의 사이드 노즐(24)들을 포함한다. 샤워 헤드(20)는 내부가 공정 가스가 공급되도록 가스 공급 라인(22)과 연결되고, 고주파 전원 공급부(18)와 연결되어 고주파 전원을 공급받는 상부 전극이 설치된다. 샤워 헤드(20)는 내부에 가스 공급 라인(22)과 연결되고 공정 가스가 임시로 머무르는 버퍼 공간이 제공된다. 또 샤워 헤드(20)는 버퍼 공간을 통해 챔버(12) 내부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 분사홀들이 구비되어 기판(W) 상부로 균일하게 공정 가스를 분사한다. 사이드 노즐(24)은 가스 공급 라인(미도시됨)과 연결되어 샤워 헤드(20)와 동일하거나 상이한 다양한 공정 가스를 공급받아서 챔버(12) 내부의 기판(W) 상부로 분사한다. 사이드 노즐(24)은 사워 헤드(20)로 가스를 공급하는 가스 공급 라인(22)과 동일하거나 서로 다른 가스 공급 라인(미도시됨)들에 연결된다. 이러한 샤워 헤드(20)와 사이드 노즐(24)은 가스 공급 라인(22)의 내부와 챔버(12) 내부가 연결되어 공정 가스가 공급되는 경로를 제공한다.
따라서 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(W) 내부로 공정 가스를 공급하고, 고주파 전원을 인가하여 플라즈마 분위기를 형성한다. 이 때, 가스 공급 라인의 내부는 비어 있으므로, 챔버(W) 내부의 공정 가스를 매개로 하여 가스 공급 라인(22)으로 역류하게 되는데, 역류된 공정 가스가 샤워 헤드(20)의 버퍼 공간 및 가스 공급 라인(22)의 내부에서 아크 점화(ignition)가 발생되어 가스 헌팅(gas hunting) 및 방전이 일어난다.
이러한 아크 점화는 가스 공급 라인(22)을 따라 공정 가스의 유량 및 압력을 조절하는 제어기(16), 유량 측정 장치(미도시됨) 등에게 영향을 끼치게 되어, 제어기(16)의 오동작 및 고장을 유발시키고, 유량 측정 장치의 영점이 변동된다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)의 방전으로 인하여 플라즈마 형성을 위한 에너지가 저하되므로, 공정 효율이 저하되는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 공정 가스의 역류를 방지하기 위한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공정 가스의 역류에 의한 가스 공급 라인에서의 방전을 방지하기 위한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 가스를 안정적으로 공급하기 위한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 플라즈마 처리 장치의 공정 가스를 공급하는 가스 공급 라인에 방전 방지 부재를 구비하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같이 플라즈마 처리 장치는 방전 발생을 방지하여 공정 가스를 공급하는 장치의 손상을 방지하고, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 고주파 전원을 공급받아서 기판 상부에 플라즈마 분위기를 형성하는 챔버와; 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 연결되는 적어도 하나의 가스 공급 라인과; 상기 가스 공급 라인으로부터 공정 가스를 받아 서 상기 챔버로 공급하는 가스 공급 부재 및; 상기 가스 공급 라인 내부에 설치되어, 공정 가스가 공급되는 가스 공급 경로를 형성하고, 공정 가스가 상기 챔버로부터 상기 가스 공급 라인으로 역류하는 것을 억제하여 플라즈마 생성 시, 상기 가스 공급 라인 내부에서 방전되는 것을 방지하는 방전 방지 부재를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 방전 방지 부재는; 상기 가스 공급 라인 내부에 설치되는 몸체를 구비하되, 상기 몸체는 외주면에 나선형의 상기 가스 공급 경로가 형성된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 방전 방지 부재는; 상기 가스 공급 라인 내부에 설치되는 몸체를 포함하되, 상기 몸체는 내부에 상기 가스 공급 경로가 제공되도록 복수 개의 유로가 형성된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 가스 공급 라인 내부에 설치되는 몸체를 포함하되, 상기 몸체는 내부에 상기 가스 공급 경로가 제공되도록 다공성 재질로 구비된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 방전 방지 부재는 절연 재질로 구비된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 가스 공급 부재는; 상기 챔버의 상부 중앙으로부터 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재와; 상기 챔버의 측벽 상부로부터 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 부재를 포함하되; 상기 방전 방지 부재는 상기 제 1 및 상기 제 2 가스 공급 부재와 연결되는 상기 가스 공급 라인들에 각각 설치된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 가스 공급 부재는 상기 가스 공급 라인 에 연결되는 샤워 헤드로 구비된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 제 2 가스 공급 부재는 상기 가스 공급 라인에 연결되는 복수 개의 사이드 노즐로 구비된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 라인에 방전 방지 부재를 구비함으로써, 공정 가스가 챔버 내부에서 가스 공급 라인으로 역류하는 것을 억제할 수 있다.
또 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 방전 방지 부재에 의해 공정 가스의 역류를 억제함으로써, 공정 가스의 공급을 조절하는 장치들의 오동작 및 고장 유발을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 방전을 방지함으로써, 플라즈마 형성을 위한 에너지가 안정적으로 유지되므로, 공정 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한 다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 반도체 기판(W)의 제조 공정 예를 들어, 증착, 식각, 애싱 공정 등을 처리하는 공간을 제공하는 챔버(102)와, 챔버(102) 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 부재(130, 150)와, 동일 또는 상이한 공정 가스를 공급하는 복수 개의 가스 공급원(미도시됨)과 연결되어 가스 공급 부재(130, 150)로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인(110, 120) 및, 가스 공급 라인(110, 120) 내부(112, 122)에 각각 설치되는 방전 방지 부재(140, 142)를 포함한다. 또 플라즈마 처리 장치(100)는 상부 및 하부 전극(미도시됨)으로 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원 공급부(108)와, 공정 가스를 공급하도록 제어하는 제어기(106)를 포함한다.
구체적으로, 챔버(102)는 기판(W)이 안착되는 지지부재(104)와, 챔버(102) 상부 및 하부에 상호 대향하게 배치되는 상부 및 하부 전극(미도시됨)을 구비한다.
가스 공급 부재(130, 150)는 챔버(102) 상단에 구비되어 지지부재(104)에 안착된 기판(W)의 상부로 공정 가스를 균일하게 분사하는 샤워 헤드(130)와, 챔버(102) 측벽 상단에 구비되어 챔버(102) 내부로 공정 가스를 분사하는 복수 개의 사이드 노즐(150)들을 포함한다. 여기서 샤워 헤드(130)와 사이드 노즐(150)은 예를 들어, 증착, 식각 또는 애싱 공정에 대응하여 동일하거나 상이한 공정 가스를 챔버(102)로 공급할 수 있다.
예컨대, 상부 전극은 샤워 헤드(130)에 설치되고, 하부 전극은 지지부재(104)에 설치된다. 상부 및 하부 전극은 고주파 전원 공급부(108)와 전기적으로 연결되어 정전기력을 발생한다.
가스 공급 라인(110, 120)은 절연 윈도우(dielectric window) 또는 상부 전극의 상단에 연결되어 챔버(102) 내부로 공정 가스를 공급하고, 예를 들어, 피크(peek), 세라믹 등과 같은 유전율을 가지는 재질로 구비된다. 가스 공급 라인(110, 120)은 내부(112, 122)에 공정 가스를 챔버(102)로 공급하는 경로가 제공되며, 챔버(102) 내부의 가스 공급 위치에 따라 샤워 헤드(130) 및 사이드 노즐(150)들에 각각 연결된다. 또 가스 공급 라인(110, 120)은 내부(112, 122)에 방전 방지 부재(140, 142)를 삽입, 설치할 수 있도록 분해 가능한 구조를 갖는다.
그리고 방전 방지 부재(140, 142)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 공급 라인(110, 120)의 내부(112, 122)에 삽입, 설치되는 원통형의 몸체(144)를 갖는다. 몸체(144)는 절연 재질로 구비된다. 몸체(144)에는 공정 가스가 공급되는 가스 공급 경로(146)를 형성하고, 공정 가스가 챔버(102) 내부로부터 샤워 헤드(130) 및 사이드 노즐(150)을 통해 가스 공급 라인(110, 120)으로 역류하는 것을 최소화하여 가스 공급 라인(110, 120) 내부에서 방전되는 것을 방지한다. 가스 공급 경로(146)는 몸체(144)의 외주면을 따라 일정 간격으로 반복되게 즉, 나선형으로 형성되어 공정 가스의 역류를 억제한다. 즉, 나선형의 가스 공급 경로(144)는 가스 공급 경로의 길이를 연장함으로써, 챔버(102) 내부에서 발생된 에너지가 가스 공급 라인(110, 120)으로 유입되더라도 가스 공급 경로의 측벽에 번갈아가며 충돌하여 에너지가 저하되도록 유도한다. 따라서 방전 방지 부재(140, 142)는 가스 공급 라 인(110, 120)에서 역류되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 방전 방지 부재(140, 142)에 의해 가스 공급 라인(110, 120)에서 방전 발생을 방지하여, 제어기(106), 유량 측정 장치(미도시됨) 등과 같은 2 차적인 가스 공급을 제어하는 장치의 손상을 방지한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 다른 실시예의 방전 방지 부재(140a, 1402a)는 가스 공급 라인(110, 120)의 내부(112, 122)에 설치되는 원통형의 몸체(144a)를 갖는다. 몸체(144a)는 내부에 가스 공급 라인(110, 120)의 가스 공급 경로보다 작은 직경을 갖는 복수 개의 유로(146a)가 가스 공급 라인(110, 120)과 나란한 방향으로 배치된다. 복수 개의 유로(146a)는 몸체(144a) 내부에 균일 또는 불규칙하게 배치된다.
또 다른 실시예의 방전 방지 부재(140b, 142b)는 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형의 몸체(144b)가 다공성의 세라믹 재질로 구비된다. 복수 개의 구멍(148)들은 몸체(144b) 내부에 불규칙하게 배치되고 상호 연결되어 챔버(102)로 공정 가스를 공급하는 경로로 작용한다. 동시에 몸체(144b)는 공정 가스가 챔버(102)로부터 가스 공급 라인(110, 120)으로 역류되는 것을 억제한다.
이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 도면;
도 3은 도 2에 도시된 방전 방지 부재의 제 1 실시예에 따른 구성을 도시한 사시도;
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 방전 방지 부재의 제 2 실시예에 따른 구성을 도시한 도면들;
도 5는 도 2에 도시된 방전 방지 부재의 제 3 실시예에 따른 구성을 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 플라즈마 처리 장치 102 : 챔버
104 : 지지부재 106 : 제어기
108 : RF 전원 공급부 110, 120 : 가스 공급 라인
112, 122 : 가스 공급 경로 130 : 샤워 헤드
140 ~ 140b, 142 ~ 142b : 방전 방지 부재 144, 144a, 144b : 몸체
146 : 나선형 유로 146a : 미세 유로
148 : 구멍 150 : 사이드 노즐

Claims (8)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서:
    고주파 전원을 공급받아서 기판 상부에 플라즈마 분위기를 형성하는 챔버와;
    공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 연결되는 적어도 하나의 가스 공급 라인과;
    상기 가스 공급 라인으로부터 공정 가스를 받아서 상기 챔버로 공급하는 가스 공급 부재 및;
    상기 가스 공급 라인 내부에 설치되어, 공정 가스가 공급되는 가스 공급 경로를 형성하고, 공정 가스가 상기 챔버로부터 상기 가스 공급 라인으로 역류하는 것을 억제하여 플라즈마 생성 시, 상기 가스 공급 라인 내부에서 방전되는 것을 방지하는 방전 방지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재는;
    상기 가스 공급 라인 내부에 설치되는 몸체를 구비하되,
    상기 몸체는 외주면에 나선형의 상기 가스 공급 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재는;
    상기 가스 공급 라인 내부에 설치되는 몸체를 포함하되,
    상기 몸체는 내부에 상기 가스 공급 경로가 제공되도록 복수 개의 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인 내부에 설치되는 몸체를 포함하되,
    상기 몸체는 내부에 상기 가스 공급 경로가 제공되도록 다공성 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전 방지 부재는 절연 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 공급 부재는;
    상기 챔버의 상부 중앙으로부터 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재와;
    상기 챔버의 측벽 상부로부터 상기 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 부재를 포함하되;
    상기 방전 방지 부재는 상기 제 1 및 상기 제 2 가스 공급 부재와 연결되는 상기 가스 공급 라인들에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 공급 부재는 상기 가스 공급 라인에 연결되는 샤워 헤드로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 공급 부재는 상기 가스 공급 라인에 연결되는 복수 개의 사이드 노즐로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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