KR20100070787A - 셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는리모트 플라즈마 장치 - Google Patents

셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는리모트 플라즈마 장치 Download PDF

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Abstract

셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는 리모트 플라즈마 장치가 개시되어 있다. 그러한 리모트 플라즈마 장치는, 커패시턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 인입 가스의 일부를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 제1 챔버와; 상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 믹싱하는 제2 챔버와; 출구에 괄약부가 형성된 인덕턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를 받아 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해하여 리모트 플라즈마 소스를 압축적으로 생성하는 제3 챔버를 구비한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 주입되는 가스로써 셀프 이그니션을 수행하므로 아르곤 등과 같은 이그니션용 가스를 별도로 사용하지 않아도 되며, 하이브리드 타입 플라즈마 발생부의 채용에 의해 주입된 가스가 플라즈마 방전에 의해 해리되어지는 분해 효율이 상대적으로 높아 주입 가스의 양이 절감됨은 물론 고주파 전원의 파워 세이빙이 이루어져, 리모트 플라즈마 소스를 생성하는 리모트 플라즈마 장치의 성능이 개선된다.
플라즈마 처리, 화학기상증착, 리모트 플라즈마 장치, 하이브리드 챔버

Description

셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는 리모트 플라즈마 장치{remote plasma system having hybrid type plasma generator and self ignition}
본 발명은 화학기상증착(CVD)장비 등과 같은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리장치와 결합되는 리모트 플라즈마 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 집적회로들과 같은 반도체 생산품들의 제조는 실리콘 웨이퍼나 액정표시장치 등과 같은 기판 상에 막질의 형성을 흔히 포함한다. 그러한 막질의 형성은 처리 대상물이 되는 기판에 플라즈마를 이용하여 막질형성 이온을 증착하는 화학기상증착(CVD)장비 등과 같은 플라즈마 처리 장치에 의해 흔히 이루어질 수 있다.
다양한 플라즈마 처리 장치들 중에서 클리닝 가스를 생성하는 리모트 플라즈마 장치가 공정챔버에 결합된 형태를 갖는 플라즈마 처리 장치가 널리 알려져 있다.
통상적인 기술로서, 리모트 플라즈마 장치가 채용된 화학기상증착 장비등과 같은 플라즈마 처리 장치는 도 1과 같이 구성될 수 있다.
도 1은 일반적인 리모트 플라즈마 장치를 채용하는 화학기상증착 장치의 구성 블록도이다.
도면을 참조하면, 공정챔버(210)와, 상기 공정챔버(210)의 상부 벽의 상부에 장착된 리모트 플라즈마 장치(110)와, 고주파 발생기(310)를 포함하는 장치 구성이 보여진다.
도 1의 장치는 웨이퍼나 액정표시장치 등과 같은 기판에 막질을 형성하기 위한 성막공정과, 공정챔버(210)내에 코팅된 막이나 파티클을 제거하는 챔버 클리닝 공정을 순차로 수행할 수 있다.
먼저, 성막공정에서는 진공밸브(218)가 열리고 라인(220)에 연결된 진공펌프(도시되지 않음)에 의해 펌핑이 진행됨에 따라, 공정챔버(210)의 내부 압력은 진공상태로 가게 된다. 공정챔버(210)의 진공압력이 설정된 적정 값에 도달하면 성막을 위한 공정 소스 가스가 샤워헤드(212)를 통해 공정챔버(210)의 내부로 공급된다.
이 때, 상기 고주파 발생기(310)에 의해 발생된 고주파 전원이 매칭부(320)를 통해 하부전극으로서 기능하는 캐소드(214)에 인가된다. 상기 캐소드(214)에 고주파 전원이 약 10KW의 전력으로 약 13.56MHz 주파수로서 인가되면, 애노드가 되는 챔버 상부벽과 상기 캐소드(214)간에 형성되는 고주파 전계에 의해 플라즈마 방전이 일어나서 상기 공정 소스 가스가 해리된다. 상기 해리된 공정 소스 가스 중에서 막질 형성용 이온은 상기 캐소드(214)의 상부에 정전 흡착되거나 재치되어 있는 상기 기판 상에 화학기상 증착법으로 도포되어 원하는 막질을 형성하게 된다.
시간이 경과되어 상기 기판 상에 일정 두께의 막질이 형성되면, 상기 고주파 발생기(310)의 구동이 중지되고 성막공정은 완료된다.
상기 성막공정이 완료된 후에는 챔버 클리닝 공정(세정 공정)이 시작된다. 상기 챔버 클리닝 공정에서 상기 리모트 플라즈마 장치(110)가 구동된다. 리모트 플라즈마 장치(110)내의 고주파 발생기(112)는 약 400KHz 주파수를 갖는 약 5KW 내지 8KW의 전력을 고주파 전원으로서 생성한다. 상기 고주파 전원이 매칭부(114)를 통해 클리닝 플라즈마 생성부(116)에 인가되고, 아르곤 등과 같은 이그니션용 가스가 별도로 주입되는 상태에서, 가스 주입구(118)를 통해 가스가 주입되면, 상기 주입되는 가스는 고주파 전계에 의한 플라즈마 방전 현상으로 인해 이온, 전자, 및 라디칼 상태로 분해된다. 상기 분해된 클리닝 가스는 상기 클리닝 플라즈마 생성부(116)의 출구(120)를 통해 공정챔버(210)의 내부로 리모트 플라즈마 소스로서 공급되어 클리닝을 수행한 후 배기 방향(AR1)을 따라 배기된다.
챔버 클리닝이 설정된 시간동안 진행되고 나면, 상기 고주파 발생기(112)는 파워 오프되고 챔버 클리닝 공정은 완료된다.
그러나, 도 1의 플라즈마 처리 장치에서는 플라즈마 이그니션을 위해 아르곤 등과 같은 이그니션용 가스를 주입 가스와는 별도로 공급해 주어야 하기 때문에, 이그니션용 가스 사용에 따른 운전비용의 부담과, 이그니션용 가스의 공급을 위한 구조물 설치비용의 부담이 있다.
주입된 가스가 플라즈마 방전에 의해 해리되어지는 분해 효율이 상대적으로 낮아 주입 가스의 양이 증대됨은 물론 고주파 전원의 파워 낭비가 심해 결국, 리모트 플라즈마 소스를 생성하는 리모트 플라즈마 장치의 성능이 저조한 문제점이 있다.
또한, 클리닝 종료의 제어 방식으로서 타임 제어를 주로 수행하였기 때문에 클리닝 공정의 정확성 및 신뢰성이 저하될 수 있다.
더욱이, 도 1을 통하여 설명된 바와 같은 플라즈마 처리 장치는 상기 리모트 플라즈마 장치(110)에만 독립적으로 사용되는 고주파 발생기(112)를, 성막공정에서 공정챔버(210)에 고주파 전원을 인가하는 고주파 발생기(310)와는 별도로 구비하여야 하는 것을 알 수 있다. 즉, 클리닝 공정을 위하여 약 400KHz 주파수 대역의 고주파 전원을 생성하는 전원장치인 고주파 발생기(112)가 리모트 플라즈마 장치(110)의 내부 또는 외부에 별도로 필요하게 되는 것이다.
여기서, 상기 고주파 발생기(112)를 상기 리모트 플라즈마 장치(110)에 독립적으로 두게 되는 이유로서는, 주입된 가스가 플라즈마 방전에 의해 해리되어지는 분해 효율이 상대적으로 낮아서 고주파 발생기(310)에서 발생되는 고주파 전원의 주파수를 동일하게 쓰기가 힘들었기 때문이다.
따라서, 이와 같이 각기 독립적으로 고주파 발생기를 운영하는 경우에는 리모트 플라즈마 장치(110)나 플라즈마 처리 장치의 전체 사이즈가 커지고 장치구현 코스트도 증가된다.
따라서, 본 발명의 목적은 아르곤 등과 같은 이그니션용 가스를 별도로 사용함이 없이도 클리닝용 플라즈마 소스를 생성할 수 하는 리모트 플라즈마 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 주입된 가스의 분해 효율을 높여 주입 가스의 사용량을 절감할 수 있는 셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는 리모트 플라즈마 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고주파 전원의 파워 세이빙을 구현할 수 있는 리모트 플라즈마 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 리모트 플라즈마 소스를 생성하는 리모트 플라즈마 장치의 성능을 개선할 수 있는 리모트 플라즈마 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 타임 제어와 종말점 검출 제어를 독립적 혹은 병용함에 의해 클리닝 공정의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있는 리모트 플라즈마 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 방전을 위해 부하에 고주파 파워 전달을 보다 확실하게 할 수 있는 리모트 플라즈마 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정챔버에 사용되는 고주파 발생기를 공유적으로 사용할 수 있는 리모트 플라즈마 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 실시예적인 일 양상(aspect)에 따라, 리모트 플라즈마 장치는:
커패시턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 인입 가스의 일부를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 제1 챔버와;
상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 믹싱하는 제2 챔버와;
출구에 괄약부가 형성된 인덕턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를 받아 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해하여 리모트 플라즈마 소스를 압축적으로 생성하는 제3 챔버를 구비한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 인입가스는 비 균등 분배형 인렛 매니폴드를 통해 일정 비율로 분할될 수 있으며, 상기 제2 챔버에서 총 인입가스의 5% 정도가 플라즈마 방전에 의해 미리 해리될 수 있다.
바람직하기로, 상기 제3 챔버는 질화알루미나 재질의 세라믹 튜브로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 챔버의 상기 출구를 통해 나오는 리모트 플라즈마 소스를 모아서 공정챔버로 제공하는 아웃렛 매니폴드를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 기술적 양상에 따라, 리모트 플라즈마 장치는,
커패시턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 인입 가스의 일부를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 제1 챔버와;
상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 믹싱하는 제2 챔버와;
출구에 괄약부가 각기 형성된 인덕턴스 반응로를 복수로 가지며, 상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를 받아 각기 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해하여 리모트 플라즈마 소스를 각기 압축적으로 생성하는 복수의 제3 챔버들을 구비한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 챔버들의 상기 출구를 통해 각기 나오는 리모트 플라즈마 소스를 모아서 냉각 후 공정챔버로 제공하는 아웃렛 매니폴드를 더 구비할 수 있으며, 상기 인입가스를 47.5:5:47.5의 비율로 분배하기 위한 인렛 매니폴드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 리모트 플라즈마 소스의 생성시 시간적 제어 및 종점 검출 제어를 선택 또는 혼용하기 위하여 클리닝 종점 검출 센서의 감지출력을 상기 리모트 플라즈마 장치의 제어부가 수신토록 할 수 있으며, 파워 전달의 확실성을 위하여 상기 제1 챔버 근방과 상기 제3 챔버들 근방에는 동일한 전원 공급기로부터 전원을 받아 각기 독립적으로 전력증폭하고 매칭하는 파워 유니트가 독립적으로 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 양상에 따라, 공정 챔버로 출력 가스를 제공하기 위한 리모트 플라즈마 장치에서의 출력 가스 생성방법은,
인입되는 클리닝용 가스 중에서 일정량만을 커패시턴스 반응로 타입의 제1 챔버 내로 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 단계와;
상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 제2 챔버 내에서 믹싱하는 단계와;
상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를, 출구에 괄약부가 각기 형성된 인덕턴스 반응로 타입의 제3 챔버들 내로 각기 수용하고, 각기 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해되도록 하여, 리모트 플라즈마 소스로서의 상기 출력 가스를 각기 압축적으로 생성하는 단계를 구비한다.
본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 주입되는 가스로써 셀프 이그니션을 수행하므로 아르곤 등과 같은 이그니션용 가스를 별도로 사용하지 않아도 되는 효과가 있다. 또한, 하이브리드 타입 플라즈마 발생부의 채용에 의해 주입된 가스가 플라즈마 방전에 의해 해리되어지는 분해 효율이 상대적으로 높아 주입 가스의 양이 절감됨은 물론 고주파 전원의 파워 세이빙이 이루어져, 리모트 플라즈마 소스를 생성하는 리모트 플라즈마 장치의 성능이 개선되는 효과가 있다.
한편, 클리닝 종점 검출 센서의 입력을 받아 타임 제어와 독립적 혹은 병용제어를 행함에 의해 클리닝 공정의 정확성 및 신뢰성을 높이는 이점이 있으며, 전원공급기로부터 동일한 전원을 받아 각기 독립적으로 전력증폭하고 매칭하는 파워 유니트가 각 챔버들에 독립적으로 설치될 수 있어 파워 전달의 확실성이 보장되는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, 셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는 리모트 플라즈마 장치에 대한 구성 및 작용이 첨부한 도면들을 참조로 상세히 설명될 것이다. 한편, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 CVD 장치 및 회로블록의 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명이 생략될 것이다.
본 발명의 실시예에서, 셀프 이그니션 및 하이브리드 타입 플라즈마 발생부를 갖는 리모트 플라즈마 장치를 구현하기 위한 챔버 구조는 도 2와 같이 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리모트 플라즈마 장치의 개략적 챔버 구성도이다.
또한, 도 3은 도 2에 따른 챔버 구성의 예를 보다 구체적으로 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 3중 셀프 이그니션 마이크로 격실의 확대 상세도이며, 도 5는 도 3의 챔버에 고주파 전원이 독립적으로 인가되는 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2의 리모트 플라즈마 장치를 제어하기 위한 전기적 회로구성도이고, 도 7은 도 2에 따른 장치에서 리모트 플라즈마 소스의 생성을 제어하는 동작 제어흐름도이며, 도 8은 도 3의 챔버 구성을 실질적으로 제조한 결과물의 외관 형상을 보여준다.
먼저, 도 2를 참조하면, 제1 챔버(20), 제2 챔버(30), 제3 챔버들(40,45), 인렛 매니폴드(10), 및 아웃렛 매니폴드(50)로 이루어진 챔버 구성이 보여진다.
상기 제1 챔버(20)는, 커패시턴스 반응로(capacitance reactor) 타입으로 이루어지며, 3불화 질소등과 같은 인입 가스의 일부를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성한다. 따라서, 아르곤 등과 같은 별도의 이그니션 가스를 공급할 필요가 없으므로 가스 사용에 의한 비용부담이 제거되고 아르곤 가스의 공급을 위한 설치 구조물이 생략된다.
상기 제2 챔버(30)는 상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 믹싱한다. 프리(pre) 플라즈마 반응에 의해 분해된 불소 이온이 미리 여기된 상태에서 불소가스와 섞여지므로 메인 플라즈마 반응을 위한 여기상태가 더욱 활성화된 상태로 준비된다. 상기 제2 챔버(30)는 상기 제3 챔버들(40,45)에 대한 인렛 매니폴더로서의 역할을 한다.
상기 제3 챔버들(40,45)은, 출구에 괄약부(44,48)가 각기 형성된 인덕턴스 반응로로 이루어지며, 상기 제2 챔버(30)에서 믹싱된 가스를 받아 각기 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해하여 리모트 플라즈마 소스를 각기 압축적으로 생성한다.
상기 인렛 매니폴드(10)는, 상기 인입가스를 47.5:5:47.5의 비율로 분배하기 위한 쓰리 웨이 분배관 구조를 가진다.
상기 아웃렛 매니폴드(50)는, 상기 제3 챔버들(40,45)의 상기 출구를 통해 각기 나오는 리모트 플라즈마 소스를 모아서 냉각 후 도 1과 같은 CVD 장비의 공정 챔버(210)로 제공한다. 상기 아웃렛 매니폴드(50)는 제3 챔버 다음에 위치된 제4 챔버로서 기능하게 된다.
도 2와 같은 챔버 구성에 의해, 리모트 플라즈마 소스로서의 출력 가스(주로 클리닝 가스 혹은 세정가스)는 도 7과 같은 순서를 거쳐 생성될 수 있다.
도 7의 S71단계는 NF3 가스를 입력하는 단계이다. 결국 클리닝 공정이 시작되면 이 단계에서, NF3 가스가 도 2의 주입구(11)를 통해 인렛 매니폴드(10)로 들어온다. 상기 인렛 매니폴드(10)의 비균등 3방향 공급관 구조에 의해, 상기 인입가스는 47.5:5:47.5의 비율로 분배되어, 분배 출력관(12,14,13)을 통해 각기 공급된다. 결국, 중앙의 분배 출력관(14)을 통해서는 인입가스의 5% 정도가 공급되어 상기 제1 챔버(20)의 입구(21)로 들어가게 되며, 좌우의 분해 출력관들(12,13)을 통해서는 47.5%씩 각기 공급되어 상기 제2 챔버(30)의 입구들(31,33)로 들어가게 된다.
도 7의 S72단계에서 프리 분해(pre dissociation) 및 이그니션이 상기 제1 챔버(20)에서 실행된다. 결국, 커패시턴스 반응로(capacitance reactor) 타입으로 이루어진 상기 제1 챔버(20)는, 상기 인입 가스의 일부(여기서는 5%)를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 것이다. 도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 상기 제1 챔버(20)내의 가스 분배부(24)를 통해 방전실(23)에 균일하게 분사되어지는 인입 가스는 도 4의 전극 갭부(27)의 외곽에 형성된 셀프 이그니션 마이크로 격실(26)에 일정 압력을 가진 상태로 모여진다. 상기 셀프 이그니션 마이크로 격실(26)에 상기 인입 가스가 들어갈 수 있게 통로를 제공하는 상기 전극 갭부(27)는 약 0.2mm의 간극을 유지하게 된다. 도 6에서와 같은 공급구조로 제1 센서(174)를 통해 프리 챔버(101)로 기능하는 상기 제1 챔버(20)에 도 5와 같은 공급 계통으로 고주파 전원이 인가되면 상기 셀프 이그니션 마이크로 격실(26)을 지나는 인입 가스가 약 13.56MHz 및 약 3KW의 고주파 전원에 의해 플라즈마 반응을 자체적으로 일으킨다. 여기서, 참조부호(23a)는 상부전극에 대향되는 하부전극으로서 기능하며 접지되거나 인가되는 고주파 전원에 대향하는 반대 전원을 받을 수 있다.
상기한 바와 같은 원리로, 인입되는 클리닝용 가스 중에서 일정량만을 제1 챔버(20)내로 수용하여, 아르곤 등과 같은 별도의 이그니션 가스 없이 주입 가스 자체만으로, 플라즈마를 이그니션 함에 의해 출구(24)를 통해 초기 이온화 가스를 출력한다.
도 7의 S73단계는 믹싱 및 메인 분해를 실행하는 단계이다. 상기 믹싱은 상기 제2 챔버(30)를 통해 구현되고, 인입 가스의 메인 분해는 제3 챔버들(40,45)을 통해 구현된다.
먼저, 도 2,3,5에서 보여지는 상기 제2 챔버(30)에서 상기 인입 가스의 나머지(95%)와 상기 초기 이온화 가스가 믹싱된다. 라디컬화된 가스인 상기 초기 이온화 가스와 고유량의 NF3 가스가 믹싱되는 경우에 메인 플라즈마 반응이 더욱 활성화된 상태로 준비된다. 즉, 프리(pre) 플라즈마 반응에 의해 분해된 불소 이온이 미리 여기된 상태에서 불소가스와 섞여지므로 더욱 충만해지는 여기상태를 만드는 것 이다.
도 2,3,5에서 보여지는 상기 제3 챔버들(40,45)내로 상기 제2 챔버(30)에서 믹싱된 가스가 도입되면 인입 가스의 메인 분해가 실현된다.
결국, 상기 제2 챔버(30)에서 믹싱된 가스를, 출구에 괄약부(44,48)가 각기 형성된 인덕턴스 반응로 타입의 제3 챔버들(40,45) 내로 각기 수용하고, 각기 인덕티브 코일을 통해 인가되는 약 13.56MHz 및 약 3KW의 고주파 전원에 의해 플라즈마 상태로 분해되도록 하여, 리모트 플라즈마 소스로서의 상기 출력 가스를 각기 압축적으로 생성하는 것이다.
도 2 또는 도 3에서와 같이, 괄약부(44,48)를 갖는 인덕턴스 반응로를 통하여 플라즈마 소스를 고밀도로 생성하는 선행기술의 예는 미국특허번호 USP NO. 6,112,696, USP NO. 6,263,831, 및 USP NO. 7,015,415호에 개시되어 있다. 상기한 선행기술들에서 인덕티브 결합형 반응로인 방전챔버에서 고효율의 플라즈마 반응을 유도하여 고밀도의 플라즈마 소스를 생성하는 기술이 제시되어 있으며, 이를 활용하여 본 발명의 실시예에서의 상기 제3 챔버들(40,45)이 제조될 수 있다.
결국, 상기 제3 챔버들(40,45)은 인덕티브 코일(43,47)이 외주면에 감겨지고 출구 근방에 괄약부(44,48)가 형성된 플라즈마 반응로이므로, 괄약부(44,48)에서 분해된 가스들이 자체적으로 충돌하는 현상이 수반되어 리모트 플라즈마 소스를 고밀도로 효율성 있게 생성하게 된다. 13.56MHz 및 3KW의 고주파 전원을 사용하고 미리 이그니션되고 믹싱된 NF3 가스를 공급하는 본 실시예의 경우에 가스 분해율은 98% 이상을 갖는 것이 관찰되어졌다. 따라서, 클리닝 공정에서도 도 1의 고주파 발생기(310)로부터 인가되는 제1 주파수(13.56MHz)의 고주파 전원을 이용할 수 있어, 내부적으로 별도의 고주파 발생기를 채용할 필요가 없게 된다.
상기 제3 챔버들(40,45)은 NF3 가스가 사용되는 경우에 질화알루미나 재질의 세라믹 튜브 형태로 만들어 질 수 있으며, 상기 괄약부(44,48)의 내부 다이아미터는 고밀도 플라즈마의 다운스트림을 위해 수 내지 수십 밀리미터를 가질 수 있다.
상기 아웃렛 매니폴드(50)는, 상기 제3 챔버들(40,45)의 출구들(51,52)를 통해 각기 나오는 리모트 플라즈마 소스를 모아서 외부 수냉 장치를 통해 냉각한 다음, 도 1과 같은 CVD 장비의 공정챔버(210)의 내부로 제공한다.
도 7에서, S73단계는 시간 제어 및 종점 검출(End Point Detection)제어를 선택적으로 또는 병행하는 단계이다. 상기 단계는 상기 리모트 플라즈마 소스의 생성시 시간적 제어 및 종점 검출 제어를 선택 또는 혼용하기 위해서이다. 이 경우에 도 1의 공정챔버(210)의 배기근방에 설치되는 클리닝 종점 검출 센서의 감지출력을 상기 리모트 플라즈마 장치의 제어부(150)가 수신하게 된다. 여기서, 상기 클리닝 종점 검출 센서는 예를 들면 미국의 포트라이트 사의 제품을 채용될 수 있으며, 시간적 제어 및 종점 검출 제어를 선택 또는 혼용하는 본 발명의 실시예에 따르면 고가의 RGA 장치를 별도로 설치하여 클리닝 종점을 주기적으로 측정하는 작업이 생략될 수 있다.
이와 같이, 클리닝 종점을 정확히 검출해내면 오버 에치가 방지될 뿐만 아니 라 클리닝 가스의 사용량도 절감된다.
도 7의 S75단계는 리모트 플라즈마 소소의 생성을 완료하는 단계로서, 이 때 도 6의 파워 앰프들(172,175,178)에서의 출력이 중단된다.
도 5에서는 파워 전달의 확실성을 위하여 상기 제1 챔버 근방과 상기 제3 챔버들 근방에는 동일한 전원 공급기로부터 전원을 받아 각기 독립적으로 전력증폭하고 매칭하는 파워 유니트가 독립적으로 설치된 것이 보여진다.
도 3의 챔버에 고주파 전원이 독립적으로 인가되는 예를 보여주는 도 5를 다시 참조하면, 상기 제1 챔버(20)의 전극부에는 제1 파워 앰프 PA1의 출력이 매칭부(173)를 통해 임피던스 매칭된 후 방향성 결합기로서 구현될 수 있는 센서(174)를 거쳐 인가되는 것이 보여진다. 상기 제3 챔버(40)의 인덕티브 코일(43)의 일단에는 제2 파워 앰프 PA2의 출력이 매칭부(176)를 통해 임피던스 매칭된 후 방향성 결합기로서 구현될 수 있는 센서(177)를 거쳐 인가된다. 또한, 상기 제3 챔버(47)의 인덕티브 코일(47)의 일단에는 제3 파워 앰프 PA3의 출력이 매칭부(179)를 통해 임피던스 매칭된 후 방향성 결합기로서 구현될 수 있는 센서(180)를 거쳐 인가된다.
이와 같이, 전력증폭을 행하고 매칭하는 도 5와 같은 파워 유니트가 각기 대응되는 챔버의 근방에 독립적으로 설치되므로, 전력전달의 누설이 최소화된다. 결국, 파워 전달의 확실성에 기인하여 파워 세이빙도 달성된다.
한편, 도 8은 도 3의 챔버 구성을 실질적으로 제조한 결과물을 디지털 카메라를 통해 촬영한 것으로서, 이를 참조 시 도 3의 챔버 구성에 대한 외관 형상이 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 2에 따른 장치에서 리모트 플라즈마 소스의 생성을 제어하는 동작 제어흐름도를 도시한 도 7은 이미 설명된 것으로서, 도시된 각 단계들은 산업용 프로그램 랭귀지로써 프로그램되어 도 6의 제어부(150)의 오퍼레이션에 의해 실행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 2의 리모트 플라즈마 장치를 제어하기 위한 전기적 회로의 구성이 보여진다.
조건 설정 데이터(156)를 입력하기 위한 데이터 입력부(160), 제어 결과 데이터(157)를 출력하기 위한 데이터 출력부(161), 입출력 데이터(158)를 인터페이싱하기 위한 데이터 입출력 인터페이스부(162), 제어상태를 외부로 디스플레이하는 디스플레이부(151), 사용자 키입력을 수신하는 키 조작부(152), 원격 조작 데이터를 인터페이싱하는 리모트 인터페이스부(153), 및 통신부(154)는 메인 콘트롤 유닛으로서 기능하는 제어부(150)에 모두 연결되어 있다.
도 6에서, 참조부호 100은 리모트 플라즈마 장치를 가리키고, 프리챔버(101)는 도 2의 제1,2 챔버들(20,30)을 포함한다. 메인 챔버(102)는 도 2의 제3 챔버들(40,45)과 아웃렛 매니폴더(50)를 포함하는 부분이다. 미설명된 참조부호 190은 과전류 보호소자이다.
3상(R,S,T)의 상용전원이 전원 분배기(170)를 거쳐 파워 서플라이(170)에 인가되면, 파워 서플라이(171)는 스위칭 모드 파워 서플라이 기능을 수행한다. 제1 파워 앰프(172)는 상기 파워 서플라이(171)에서 제공된 전원을 전력 증폭하여 제1 매칭부(173)로 인가한다. 제2 파워 앰프(175)는 상기 파워 서플라이(171)에서 제공된 전원을 전력 증폭하여 제2 매칭부(176)로 인가한다. 제3 파워 앰프(178)는 상기 파워 서플라이(171)에서 제공된 전원을 전력 증폭하여 제3 매칭부(179)로 인가한다.
상기 제1,2,3 매칭부들(173,176,179)은 각기 최대 전력이 부하에 전달되도록 하기 위해 임피던스 정합을 수행한다. 예를 들어, 상기 매칭부(173)는 전송라인을 통해 상기 제1 파워 앰프(172)를 바라볼 때의 전원측 임피던스 Zo(통상, 50Ω)와 매칭부(173)의 입력으로부터 부하인 제1 챔버(20)측을 바라볼 때의 부하측 임피던스 ZL를 서로 일치시키는 역할을 한다. 상기 파워 앰프(172)와 부하(20)간의 임피던스가 서로 매칭되는 경우에 최대 전력이 부하에 전달되어 반사에 의한 전력손실이 방지된다.
상기 제1,2,3 매칭부들(173,176,179)은 인덕터와 상기 인덕터의 일단과 접지간에 연결되는 가변 커패시터를 등가회로로서 각기 가질 수 있다. 도 6의 제어부(150)는 제1,2,3 센서들(174,177,180)로부터 감지된 센싱출력을 각기 받아 임피던스 매칭을 위한 비교동작을 행하고, 매칭 제어신호를 출력한다. 임피던스 매칭 동작에서, 상기 제어부(150)의 출력은 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화시키게 되어, 전원측의 임피던스와 부하측의 임피던스가 서로 매칭되어진다. 이와 같이, 임피던스가 서로 매칭되는 경우에 최대 전력이 부하에 전달되어 반사에 의한 전력손실이 방지된다.
도 6의 리모트 플라즈마 장치(100)에 사용되는 주파수는 400KHz, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.68 MHz중 하나가 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 13.56MHz가 사용될 수 있다. 그러므로, 성막공정에서 사용되는 고주파 발생기의 전원 분배기 및 파워 서플라이를 그대로 이용할 수 있게 된다.
이와 같이, 셀프 이그니션 되고 소전력 고효율로 생성된 상기 리모트 플라즈마 소스는 도 1과 같은 공정 챔버(210)의 내부를 거쳐 배기 방향(AR1)을 따라 배기되는데, 상기 F 이온은 성막 공정에서 발생된 파티클 및 내부 클리닝 대상과 쉽게 결합하여 배기관(220)으로 배출되므로 에칭 또는 클리닝을 수행하게 된다. 챔버 클리닝 공정이 설정된 시간동안 또는 클리닝 종점 검출제어로써 진행되거나, 시간제어 및 클리닝 종점 검출제어와 혼용하여 진행되고 나면, 상기 고주파 발생기(310)는 파워 오프되고 챔버 클리닝 공정이 완료된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주입되는 가스로써 셀프 이그니션을 수행하므로 아르곤 등과 같은 이그니션용 가스를 별도로 사용하지 않아도 되며, 하이브리드 타입 플라즈마 발생부의 채용에 의해 분해 효율이 상대적으로 높아 주입 가스의 양이 절감됨은 물론 고주파 전원의 파워 세이빙이 이루어져, 리모트 플라즈마 소스를 생성하는 리모트 플라즈마 장치의 성능이 개선된다.
더구나, 클리닝 종점 검출 센서의 입력을 받아 타임 제어와 독립적 혹은 병용제어를 행함에 의해 클리닝 공정의 정확성 및 신뢰성이 높아지며, 성막공정에서 사용되는 전원공급기를 그대로 이용할 수 있다. 또한, 전원공급기로부터 동일한 전원을 받아 각기 독립적으로 전력증폭하고 매칭하는 파워 유니트가 각 챔버들에 독립적으로 설치될 수 있어 파워 전달의 확실성도 보장된다.
상기한 설명에서는 본 발명의 실시 예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 리모트 플라즈마 장치의 세부적 내부 구조나 사용 주파수를 다양하게 변경 또는 변화시킬 수 있을 것이다. 또한, 셀프 이그니션을 수행하는 챔버 구조나 하이브리드 타입 플라즈마 발생부의 구조, 그리고 고주파 전원의 생성 및 제어 방식도 구체적 사안에 따라 여러 가지 방식으로 변경시킬 수 있음은 물론이다.
도 1은 일반적인 리모트 플라즈마 장치를 채용하는 화학기상증착 장비의 구성 블록도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리모트 플라즈마 장치의 개략적 챔버 구성도
도 3은 도 2에 따른 챔버 구성의 예를 보다 구체적으로 보여주는 단면도
도 4는 도 3중 셀프 이그니션 마이크로 격실의 확대 상세도
도 5는 도 3의 챔버에 고주파 전원이 독립적으로 인가되는 예를 보여주는 도면
도 6은 도 2의 리모트 플라즈마 장치를 제어하기 위한 전기적 회로구성도
도 7은 도 2에 따른 장치에서 리모트 플라즈마 소스의 생성을 제어하는 동작 제어흐름도
도 8은 도 3의 챔버 구성을 실질적으로 제조한 결과물의 외관 형상을 보여주는 도면

Claims (11)

  1. 커패시턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 인입 가스의 일부를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 제1 챔버와;
    상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 믹싱하는 제2 챔버와;
    출구에 괄약부가 형성된 인덕턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를 받아 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해하여 리모트 플라즈마 소스를 압축적으로 생성하는 제3 챔버를 구비함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인입가스는 비 균등 분배형 인렛 매니폴드를 통해 일정 비율로 분할됨을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 챔버에서 총 인입가스의 5% 정도가 플라즈마 방전에 의해 미리 해리됨을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3 챔버는 질화알루미나 재질의 세라믹 튜브로 구성됨을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제3 챔버의 상기 출구를 통해 나오는 리모트 플라즈마 소스를 모아서 공정챔버로 제공하는 아웃렛 매니폴드를 더 구비함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  6. 커패시턴스 반응로 타입으로 이루어지며, 인입 가스의 일부를 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 제1 챔버와;
    상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 믹싱하는 제2 챔버와;
    출구에 괄약부가 각기 형성된 인덕턴스 반응로를 복수로 가지며, 상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를 받아 각기 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해하여 리모트 플라즈마 소스를 각기 압축적으로 생성하는 복수의 제3 챔버들을 구비함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 챔버들의 상기 출구를 통해 각기 나오는 리모트 플라즈마 소스를 모아서 냉각 후 공정챔버로 제공하는 아웃렛 매니폴드를 더 구비함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인입가스를 47.5:5:47.5의 비율로 분배하기 위한 인렛 매니폴드를 더 포함함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 소스의 생성시 시간적 제어 및 종점 검출 제어를 선택 또는 혼용하기 위하여 클리닝 종점 검출 센서의 감지출력을 상기 리모트 플라즈마 장치의 제어부가 수신함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 챔버 근방과 상기 제3 챔버들 근방에는 동일한 전원 공급기로부터 전원을 받아 각기 독립적으로 전력증폭하고 매칭하는 파워 유니트가 독립적으로 설치됨을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치.
  11. 공정 챔버로 출력 가스를 제공하기 위한 리모트 플라즈마 장치에서의 출력 가스 생성방법에 있어서:
    인입되는 클리닝용 가스 중에서 일정량만을 커패시턴스 반응로 타입의 제1 챔버 내로 수용하여 별도의 이그니션 가스 없이 자체적으로 플라즈마를 이그니션 함에 의해 초기 이온화 가스를 생성하는 단계와;
    상기 인입 가스의 나머지와 상기 초기 이온화 가스를 제2 챔버 내에서 믹싱하는 단계와;
    상기 제2 챔버에서 믹싱된 가스를, 출구에 괄약부가 각기 형성된 인덕턴스 반응로 타입의 제3 챔버들 내로 각기 수용하고, 각기 인덕티브 코일을 통해 인가되는 고주파 전원에 의해 분해되도록 하여, 리모트 플라즈마 소스로서의 상기 출력 가스를 각기 압축적으로 생성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 리모트 플라즈마 장치에서의 출력 가스 생성방법.
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WO2014116520A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-31 Veeco Ald Inc. Cascaded plasma reactor

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