KR20110055838A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면은 가스분배부의 edge영역과 extreme edge영역을 가변적으로 구획하여 웨이퍼 전면의 공정 균일도를 향상시키도록 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 진공상태에서 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 가스분배부와, 가스분배부를 웨이퍼에 대응하여 center영역과 edge영역과 extreme edge영역으로 구획하는 복수의 배리어를 포함하는 가스분배유닛과, center영역과 edge영역으로 가스를 공급하는 제1가스공급부와, extreme edge영역으로 가스를 공급하는 제2가스공급부를 포함하며, edge영역과 extreme edge영역을 구획하는 배리어는 가변적으로 조절되는 가변 배리어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하기는 가스분배부를 3영역으로 구획하여 웨이퍼에 대하여 균일한 공정 처리를 수행할 수 있는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

이러한 플라즈마 처리장치에 있어서, 에칭 레이트나 에칭 선택비 등의 에칭 특성은 웨이퍼 상에 공급되는 가스 농도에 영향을 받기 때문에, 에칭 특성을 웨이퍼 면내에 있어서 균일하게 하는 관점으로부터, 웨이퍼 면내에 있어서 가스 분포를 조정하는 방법이 각종 제안되고 있다.

특히, 플라즈마 처리장치의 상부에 형성된 가스분배유닛은 웨이퍼와 대응되는 위치에서 Center영역, Edge영역, Extreme Edge영역의 3개 영역으로 나누어져 가스를 공급하는 가스분배부를 포함할 수 있다.

가스분배부의 Center영역과 Edge영역은 가스분배장치를 통해 그 비율을 조절하여 웨이퍼로 가스를 공급할 수 있다. 가스분배부의 Extreme Edge영역의 경우 추가적인 가스공급장치를 설치하여 가스분배부의 Extreme edge영역으로 가스를 공급할 수 있다.

이때, 가스분배부의 edge영역과 extreme edge영역을 구분을 명확히 하는 것이 중요한데, 이는 가스분배부의 Extreme edge영역에 추가적으로 공급되는 가스가 가스분배부의 edge영역 또는 center영역으로 흐르게 되어 웨이퍼의 center영역과 edge영역의 공정결과를 변화시킬 위험이 있기 때문이다. 따라서, 테스트를 통하여 가스분배부의 Extreme edge영역을 결정하여 고정하게 된다.

하지만, 플라즈마 처리장치에서 진행되는 공정에 따라서 웨이퍼의 Extreme edge영역의 차이가 발생할 수 있는데, 가스분배부의 Extreme Edge영역이 고정되어 있으면 이를 해결하기 위해 가스분배유닛을 새로 제작하여야 한다는 문제가 있다.

본 발명의 일 측면은 가스분배부의 edge영역과 extreme edge영역을 가변적으로 구획하여 플라즈마 처리장치가 수행하는 모든 공정에서 웨이퍼 전면의 공정 균일도를 향상시키도록 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 진공상태에서 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 가스분배부와, 가스분배부를 웨이퍼에 대응하여 center영역과 edge영역과 extreme edge영역으로 구획하는 복수의 배리어를 포함하는 가스분배유닛과, center영역과 edge영역으로 가스를 공급하는 제1가스공급부와, extreme edge영역으로 가스를 공급하는 제2가스공급부를 포함하며, edge영역과 extreme edge영역을 구획하는 배리어는 가변적으로 조절되는 가변 배리어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가변 배리어는 가스분배부의 중심에서 반경 R1을 가지도록 배치되는 제1배리어와, 가스분배부의 중심에서 반경 R1보다 큰 반경 R2를 가지도록 배치되는 적어도 하나의 제2배리어와, 제1 및 제2배리어 사이에서 이동 가능하게 마련되는 디바이더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 디바이더를 일정한 스트로크로 전진 또는 후진시키는 구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1 및 제2배리어는 각각 복수의 제1 및 제2배리어 블럭들이 일정간격 의 공간부를 사이에 두고 서로 이격 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 구동유닛은 디바이더에 결합되는 샤프트와, 압축 공기를 이용하여 샤프트를 전진 또는 후진 운동시키는 복동 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 구동유닛은 디바이더에 결합되는 볼 스크류 조립체와, 볼 스크류 조립체를 구동하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가스분배부는 복수의 배리어에 의해 동심형상으로 구획되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치을 통하여 [샤워헤드] 가스분배부(Distribution plate)의 Edge영역과 Extreme edge영역을 능동적으로 구분하여 공정 변화에 효율적으로 대응할 수 있게 된다.

즉, Extreme edge영역의 공정 조건이 중요한 공정에서는 Extreme edge영역의 부위를 넓히고, 그렇지 않은 경우에는 좁힐 수 있는 것이다. 그리고, 플라즈마 처리장치에서 플라즈마의 밀도 및 특성에 따라 edge영역이나 extreme edge영역의 공정 결과가 변화할 수 있는데, 가스영역을 능동적으로 조절함으로서 플라즈마 특성과는 무관하게 웨이퍼 전면에서 균일한 공정 결과를 얻을 수 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 가스분배부를 나타낸 도면이며, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 가스분배부의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 가스에 의해 피처리기판인 웨이퍼(W)가 외부와 격리된 상태에서 에칭이 이루어지는 공정챔버(1)를 구비한다.

그리고, 공정챔버(1) 내에는 웨이퍼(W)를 지지하며, 하부전극으로서 기능하는 지지테이블(2)이 마련된다. 지지테이블(2)은 공정챔버(1)의 바닥에서 돌출된 지지부(3)상에 절연부재(4)를 거쳐서 지지된다.

또한, 지지테이블(2)의 위쪽의 바깥 가장자리에는 도전성 재료 또는 절연성 재료로 형성된 포커스 링(5)이 마련된다. 포커스 링(5)의 외측에는 배플판(14)이 마련된다.

지지테이블(2)의 표면상에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(6)이 마련된다. 이러한 정전 척(6)은 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)이 개재되고, 전극(6a)에는 직류전원(13)이 접속된다. 그리고, 전극(6a)에 전원(13)으로부터 전압이 인가되어 웨이퍼(W)가 흡착된다.

지지테이블(2) 내에는 냉매유로(8a)가 마련되고, 이러한 냉매유로(8a)에는 냉매배관(8b)이 접속되며, 냉매제어장치(8)에 의해 적절한 냉매가 냉매배관(8b)을 거쳐서 냉매유로(8a)에 공급되고 순환되어, 지지테이블(2)이 적절한 온도로 제어된다.

또한, 정전 척(6)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 열 전달용의 전열 가 스를 공급하기 위한 전열가스배관(9a)이 마련되고, 전열가스 공급장치(9)로부터 전열가스배관(9a)을 거쳐서 웨이퍼(W) 이면에 전열 가스가 공급된다.

지지테이블(2)의 중앙에는 고주파 전력을 공급하기 위한 급전선(12)이 접속되고, 급전선(12)에는 정합기(11) 및 고주파 전원(10)이 접속된다. 고주파 전원(10)으로부터는 고주파 전력이 지지테이블(2)에 공급된다.

한편, 하부전극으로서 기능하는 지지테이블(2)에 대향하여 그 위쪽에는 가스분배유닛(16)이 마련되고, 가스분배유닛(16)은 공정챔버(1)를 거쳐서 접지된다. 따라서, 가스분배유닛(16)은 상부전극으로서 기능하여, 지지테이블(2)과 함께 한 쌍의 평행 평판전극을 구성한다.

가스분배유닛(16)은 공정챔버(1)의 천정벽 부분에 끼워 넣어진다. 이러한 가스분배유닛(16) 하우징(17)과, 하우징(17)의 하면에 교환 가능하게 마련된 전극판(18)과, 하우징(17)과 전극판(18)의 사이에 마련된 분배판(17a)을 포함하여 구성된다.

분배판(17a) 및 전극판(18)에는 다수의 가스 분사홀(19)이 관통 형성되고, 하우징(17)과 분배판(17a)의 사이에는 가스분배부(40)가 마련된다.

가스분배부(40)는 웨이퍼 center영역(D1)으로 가스를 도입하도록 그 center영역에 형성되는 제1가스영역(40a)과, 웨이퍼 edge영역(D2)으로 가스를 도입하도록 그 edge영역에 형성되는 제2가스영역(40b)과, 웨이퍼 edge영역(D2)보다도 외측영역(D3)으로 가스를 도입하도록 그 extreme edge영역(D3)에 형성되는 제3가스영역(40c)을 포함하여 구성된다. 여기서, 제1가스영역(40a), 제2가스영역(40b), 제3 가스영역(40c)은 서로 동심 형상으로 배치되어 가스공급부(66,75)로부터 가스를 공급받을 수 있다.

제1 및 제2가스영역(40a, 40b)에는 에칭을 위한 처리가스가 공급되고 웨이퍼(W)를 향해 에칭 가스를 토출 가능하게 되어 있다. 제3가스영역(40c)에는 부가가스가 공급된다. 제3가스영역(40c)에 대응하는 가스 분사홀(19)은 지지테이블(2)에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)의 바깥 가장자리보다도 외측의 영역에 대응하고, 웨이퍼(W)의 바깥 가장자리보다도 외측의 영역에 부가가스를 토출하게 되어 있다. 이러한 부가가스는 웨이퍼의 에칭 특성에 특이한 부분이 존재하는 바와 같은 경우에, 그 부분의 환경을 조정하여 에칭의 면내 균일성을 높이기 위한 가스이다.

제1 및 제2가스영역(40a,40b)에는 제1가스공급부(66)로부터 처리가스가 원하는 유량비로 공급된다. 즉, 제1가스공급부(66)에서 가스 공급관(64)이 2개의 분기관(64a, 64b)으로 분기되고, 하우징(17)에 형성된 가스도입구(62a, 62b)에 접속되고, 가스도입구(62a,62b)로부터의 처리가스가 제1 및 제2가스영역(40a, 40b)에 이른다. 분기관(64a, 64b)의 분류량은 이들 도중에 마련된 분류량 조정 기구(71)에 의해 조정될 수 있다.

제3가스영역(40c)에는 제2가스공급부(75)로부터 처리가스에 의한 에칭 특성을 조정하는 부가가스가 공급된다. 부가가스는 에칭 시에 에칭 처리를 균일하게 하는 작용을 한다. 제2가스공급부(75)로부터 가스공급관(76)은 하우징(17)에 형성된 가스도입구(62c)에 접속되고, 부가가스는 가스도입구(62c)를 거쳐서 제3가스영역(40c)에 이른다.

여기서, 제1가스영역(40a)과 제2가스영역(40b)은 원형의 고정 배리어(80)에 의해 구획되는데, 고정 배리어(80)는 분배판(17a) 중심에서 일정반경(R)을 가지는 위치에 배치되는 오링(O-RING)을 포함할 수 있다.

또한, 제2가스영역(40b)와 제3가스영역(40c)은 가변 배리어(90)에 의해 구획된다. 가변 배리어(90)는 분배판(17a) 중심에서 반경(R1)을 가지도록 배치되는 제1배리어(91)와, 분배판(17a) 중심에서 반경(R1)보다 큰 반경(R2)를 가지도록 배치되는 제2배리어(92)와, 제1배리어(91) 및 제2배리어(92) 중 어느 하나와 결합되어 제2가스영역(40b)과 제3가스영역(40c)을 구획하는 디바이더(93)와, 제1배리어(91)와 제2배리어(92) 사이에서 디바이더(93)를 구동시키는 구동유닛(94)을 포함한다.

제1배리어(91)는 분배판(17a) 중심에서 반경(R1)을 가지는 위치에 배치되는 복수의 제1배리어 블럭들(91a)이 일정간격의 제1공간부(91b)를 사이에 두고 서로 이격 형성된다.

또한, 제2배리어(92)는 분배판(17a) 중심을 기준으로 반경(R1)보다 큰 반경(R2)을 가지는 위치에 배치되는 복수의 제2배리어 블럭들(92a)이 일정간격의 제2공간부(92b)를 사이에 두고 서로 이격 형성된다.

디바이더(93)는 제1배리어(91)의 제1공간부(91b)와 제2배리어(92)의 제2공간부(92b) 중 어느 하나에 결합되어 제2가스영역(40b)와 제3가스영역(40c)를 구획하여, 가스분배부(40)의 edge영역과 extreme edge영역을 가변적으로 조절한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 디바이더(93)가 제2배리어(92)의 제2공간부(92b)에 배치되면 제2배리어(92)의 제2배리어 블럭들(92a)과 디바이더(93)가 결 합하여 제2가스영역(40b)과 제3가스영역(40c)은 제2배리어(92)에 의해 구획된다. 따라서, 제2가스영역(40b)은 상대적으로 큰 영역을 가지게 되며, 제3가스영역(40c)은 상대적으로 작은 영역을 가지게 되어, 공정 변화에 효율적으로 대응할 수 있게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 디바이더(93)가 제1배리어(91)의 제1공간부(91b)에 배치되면 제1배리어(91)의 제1배리어 블럭들(91a)과 디바이더(93)가 결합하여 제2가스영역(40b)과 제3가스영역(40c)이 제1배리어(91)에 의해 구획된다. 따라서, 제2가스영역(40b)은 상대적으로 작은 영역을 가지게 되며, 제3가스영역(40c)은 상대적으로 큰 영역을 가지게 되어, 공정 변화에 효율적으로 대응할 수 있게 된다.

즉, 가스분배부(40)의 Extreme edge영역의 공정조건이 중요한 공정에서는 도 3에 도시된 바와 같이 제3가스영역(40c)의 영역을 넓히고, 가스분배부(40)의 Extreme edge영역의 공정조건이 중요하지 않은 공정에서는 도 4에 도시된 바와 같이 제3가스영역(40c)의 영역을 좁힐 수 있는 것이다.

구동유닛(94)은 디바이더(93)를 일정한 스트로크로 전진 또는 후진시켜 제1배리어(91)의 제1공간부(91b)와 제2배리어(92)의 제2공간부(92b) 중 어느 하나의 위치로 이동시킨다. 구동유닛(94)은 디바이더(93)를 일정한 스트로크로 전진 또는 후진시킬 수 있는 것이면 충분하다.

예를 들면, 구동유닛(94)은 디바이더(93)에 결합되는 샤프트(미도시)와, 압축 공기를 이용하여 샤프트(미도시)를 전진 또는 후진 운동시키는 복동 실린더(미 도시)를 포함할 수 있다. 또한, 구동유닛(94)은 디바이더(93)에 결합되는 볼 스크류 조립체(미도시)와, 볼 스크류 조립체(미도시)를 구동하는 모터(미도시)를 포함할 수 있다.

한편, 도면에서는 가변 배리어(90)가 제1 및 제2배리어(91,92)로 한정된 것을 도시하고 있으나, 이러한 가변 배리어(90)는 제1 및 제2배리어(91,92) 이외에 다른 배리어(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있음은 물론이다.

다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리장치의 처리 동작에 대해 설명한다.

먼저, 게이트밸브(24)를 개방하여 웨이퍼(W)를 공정챔버(1) 내로 반입하여 지지테이블(2) 상에 안착한 후, 배기장치(20)의 진공펌프에 의해 배기관(19)을 거쳐서 공정챔버(1) 내를 소정의 진공도로 한다.

그리고, 제1가스공급부(66)로부터 에칭을 위한 처리가스를 소정의 유량 및 비율로 제1 및 제2가스영역(40a,40b)으로 공급하고, 제3가스영역(40c)에는 제2가스공급부(75)로부터 소정의 부가가스를 공급한다.

그리고, 이들 가스를 가스 분사홀(19)을 거쳐서 공정챔버(1) 내에 공급하면서, 배기장치(20)의 진공펌프에 의해 공정챔버(1) 내를 배기하고, 그 중의 압력을 일정범위 내의 설정값으로 한다.

공정챔버(1) 내에 처리가스 및 부가가스를 도입한 상태에서, 고주파 전원(10)으로부터 지지테이블(2)에 고주파 전력을 공급한다. 이때, 직류전원(13)으로부터 정전 척(6)의 전극(6a)에 소정의 전압이 인가되고, 웨이퍼(W)는 쿨롱력에 의 해 흡착된다.

이와 같이 하여 하부전극인 지지테이블(2)에 고주파 전력을 인가하여, 상부전극인 샤워헤드(16)와 하부전극인 지지테이블(2)의 사이의 공간에는 고주파 전계가 형성되고, 처리가스가 플라즈마화되어 웨이퍼(W)의 피에칭막이 에칭된다.

여기서, 제3가스영역(53)에서 부가가스를 웨이퍼(W) 바깥가장자리보다도 외측에 대응하는 위치에 도입하여, 웨이퍼(W)의 extreme edge영역에 있어서의 에칭 특성을 유효하게 보정하여 최적화할 수 있고, 에칭특성을 더욱 균일하게 할 수 있다.

즉, 웨이퍼(W)의 extreme edge영역에 유효하게 작용하여 그 부분의 에칭 특성을 보정할 수 있다.

이때, 플라즈마 처리장치에서 진행되는 공정에 따라서 웨이퍼(W)의 Extreme edge영역의 차이가 발생할 수 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 웨이퍼(W)의 Extreme edge영역에 대응하는 가스분배부(40)의 Extreme Edge영역을 진행 공정에 따라서 가변적으로 조절할 수 있게 된다.

동시에, 플라즈마 처리장치에서 플라즈마의 밀도 및 특성에 따라 웨이퍼(W)의 edge영역이나 extreme edge영역의 공정 결과가 변화할 수 있는데, 가스분배부(40)의 edge영역 및 extreme edge영역을 능동적으로 조절함으로서 플라즈마 특성과는 무관하게 웨이퍼(W) 전면에서 균일한 공정 결과를 얻을 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 가스분배부에 형성된 edge영역과 extreme edge영역을 가변적으로 구획하여 웨이퍼 전면의 공정 균일도를 향상시키는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 가스분배부를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 가스분배부의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1...공정챔버 2...지지테이블

16...가스분배유닛 17...하우징

40...가스분배부 40a...제1가스영역

40b...제2가스영역 40c...제3가스영역

66... 제1가스공급부 75...제2가스공급부

80...고정 배리어 90...가변 배리어

91...제1배리어 92...제2배리어

93...디바이더 94...구동유닛

Claims (7)

1. 진공상태에서 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   가스분배부와, 상기 가스분배부를 상기 웨이퍼에 대응하여 center영역과 edge영역과 extreme edge영역으로 구획하는 복수의 배리어를 포함하는 가스분배유닛과,

   상기 center영역과 edge영역으로 가스를 공급하는 제1가스공급부와,

   상기 extreme edge영역으로 가스를 공급하는 제2가스공급부를 포함하며,

   상기 edge영역과 extreme edge영역을 구획하는 배리어는 가변적으로 조절되는 가변 배리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가변 배리어는 상기 가스분배부의 중심에서 반경 R1을 가지도록 배치되는 제1배리어와, 상기 가스분배부의 중심에서 반경 R1보다 큰 반경 R2를 가지도록 배치되는 적어도 하나의 제2배리어와, 상기 제1 및 제2배리어 사이에서 이동 가능하게 마련되는 디바이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 디바이더를 일정한 스트로크로 전진 또는 후진시키는 구동유닛을 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2배리어는 각각 복수의 제1 및 제2배리어 블럭들이 일정간격의 공간부를 사이에 두고 서로 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 구동유닛은 상기 디바이더에 결합되는 샤프트와, 압축 공기를 이용하여 상기 샤프트를 전진 또는 후진 운동시키는 복동 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 구동유닛은 상기 디바이더에 결합되는 볼 스크류 조립체와, 상기 볼 스크류 조립체를 구동하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 가스분배부는 상기 복수의 배리어에 의해 동심형상으로 구획되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.

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