KR20170024819A - 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링은 복수개의 배기 포트를 갖는 환형의 플라즈마 클리닝링 전극, 복수개의 배기 포트를 가지며, 플라즈마 클리닝링 전극의 일면에 접하여 둘러싸도록 형성되는 제1 절연부재, 복수개의 배기 포트를 가지며, 플라즈마 클리닝링 전극의 타면에 접하여 둘러싸도록 형성되는 제2 절연부재를 포함한다. 본 발명의 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링은 공정 시 플라즈마를 공정 챔버 내의 유효영역에 가둬 증착 균일도를 확보할 수 있다. 또한, 세정 시에는 예를 들어 RF전원을 인가받아 세정용 가스의 재분해를 도와 결과적으로 세정용 가스의 공급량을 줄일 수 있다.

Description

인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링{Plasma cleaning ring for in-situ cleaning}
본 발명은 플라즈마 클리닝링에 관한 것으로, 공정 시 증착 균일도를 확보하고, 세정 시 공급가스양을 줄일 수 있는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링에 관한 것이다.
CVD는 산화막을 증착하는 방식으로, 일반적으로 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 있다. LPCVD 공정은 저압 분위기 상에서 SiH4/N2O 등의 가스를 혼합하여 산화막을 증착시키며 이 막을 LTO(Low Temperature Oxide)라 한다. 이름에서 말하듯 이 공정은 상대적으로 저온에서 이루어지며 증착율은 크지 않다. 반도체 공정이나 유사 반도체 공정에서 낮은 온도에서 산화막 형성이 필요한 경우 주로 사용하는 공정이며, 좋은 수율을 얻기 어려운 단점이 있다. 따라서 낮은 공정 온도에서 막을 적층하면서도 좋은 수율을 얻기 위한 여러 방법들이 강구되었으며, 그 중의 하나가 PECVD 방법이다.
PECVD 방법은 반응 가스를 플라즈마에 의해 이온과 라디칼로 분해하여 분해된 라디칼이 기판 표면에서 흡착된 후 가장 안정된 자리를 찾아 이동하고 새로운 결합을 통해 막을 형성하게 되는 방법으로, 이와 같이 플라즈마를 통해 반응 가스의 화학 활성을 증진시킴으로써 낮은 온도에서 화학 반응을 통해 막을 형성하는 방법이다. PECVD 공정에서 증착되는 산화막은 저기압상 플라즈마를 이용하므로 훨씬 낮은 온도에서 증착이 가능하며 증착율도 매우 높이 수 um 두께의 산화막의 형성도 가능하다.
이러한 플라즈마 증착 방식은 증착 균일도를 향상시키기 위하여 챔버 내부에서 포커스링을 사용하고 있다. 그러나, 이와 같은 포커스링은 플라즈마에 의한 증착 및 식각 등에 있어서, 플라즈마가 웨이퍼나 포토마스크에 집중될 수 있도록 하는 동시에 웨이퍼 또는 포토마스크를 보호하는 역할을 한다.
그러나 이러한 포커스링은 고정되어 장착되고, 근본적으로 챔버 내의 플라즈마의 양을 조절할 수 없어 증착 균일도를 향상시키는데 한계가 있어왔다. 또한 이러한 반도체소자 제조공정은 일반적으로 특정의 조건이 형성된 공정챔버 내에서 수행되며, 특히 플라즈마 식각, 플라즈마 CVD(PECVD) 공정에서는 많은 반응부산물이 생성되며, 이들은 사용되는 가스나 포토레지스트 등과 반응하여 고분자물질(Polymer)를 생성하게 된다. 플라즈마 공정에서 발생된 이러한 반응부산물들은 웨이퍼 표면이나 공정챔버의 내벽에도 부착되기 때문에 공정 파라미터의 변동 및 파티클 발생을 초래하게 된다. 이들은 반도체 제조공정 수행 중 웨이퍼의 디펙트요인이 되어 수율저하를 초래하게 된다.
또한, 세정을 위해 공급되는 가스의 공급양은 일정한 양으로 공정 챔버 내 세정이 완료되는 시점까지 지속적으로 주입되어야 하므로 이러한 가스의 공급량을 줄이기 위한 노력이 요구된다.
본 발명의 목적은 공정 시 증착 균일도를 향상시켜 보다 향상된 플라즈마 처리 시스템을 제공할 수 있는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 세정 시 공급되는 세정용 가스양을 줄일 수 있는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링에 관한 것이다. 본 발명의 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링은 복수개의 배기 포트를 갖는 환형의 플라즈마 클리닝링 전극; 복수개의 배기 포트를 가지며, 상기 플라즈마 클리닝링 전극의 일면에 접하여 둘러싸도록 형성되는 제1 절연부재; 복수개의 배기 포트를 가지며, 상기 플라즈마 클리닝링 전극의 타면에 접하여 둘러싸도록 형성되는 제2 절연부재를 포함한다.
그리고 상기 제1 절연부재는 외주면을 따라 소정의 너비를 갖는 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 플라즈마 클리닝링 전극 및 제2 절연부재는 상기 제1 절연부재의 홈에 끼워지는 구조인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 플라즈마 클리닝링 전극, 제1 절연부재 및 제2 절연부재를 회전시켜 복수개의 배기 포트를 엇갈리게 하여 상기 복수개의 배기 포트의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링은 공정 시 플라즈마를 공정 챔버 내의 유효영역에 가둬 증착 균일도를 확보할 수 있다.
또한, 세정 시에는 예를 들어 RF전원을 인가받아 세정용 가스의 재분해를 도와 결과적으로 세정용 가스의 공급량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 플라즈마 클리닝링의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 클리닝링의 배기 포트의 다양한 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링이 플라즈마 처리 시스템에 적용되었을 경우의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 플라즈마 클리닝링(10)은 제1 절연부재(12), 플라즈마 클리닝링 전극(14), 제2 절연부재(16)를 포함한다. 제1 절연부재(12)는 예를 들어 복수개의 수평방향으로 넓은 타원형의 배기 포트(11)가 형성된다. 배기 포트(11)의 형상은 이에 국한 되는 것이 아닌 다양한 형태로 변형될 수 있다. 제1 절연부재(12)는 소정의 너비를 갖는 홈이 형성되며, 이 홈에 플라즈마 클리닝링 전극(14) 및 제2 절연부재(16)가 끼워질 수 있도록 형성된다.
플라즈마 클리닝링 전극(14)은 예를 들어 제1 절연부재(12)의 배기 포트(11)와 동일한 크기를 갖는 복수개의 수평방향으로 넓은 타원형의 배기 포트(15)를 포함한다. 제2 절연부재(16)는 역시 제1 절연부재(12) 및 플라즈마 클리닝링 전극(14)의 배기 포트(11, 15)들과 동일한 크기 및 모양을 갖도록 복수개의 배기 포트(17)가 형성된다. 따라서 플라즈마 클리닝 전극(14)은 제1 및 제2 절연부재(12, 16)에 둘러싸여 밀폐되도록 형성되어 플라즈마 클리닝 전극(14)을 전기적으로 절연시키고, 플라즈마에 노출되지 않도록 한다.
플리즈마 클리닝링 전극(14)은 예를 들어 플랫한 메탈소재의 전극이거나, 유연한 구조의 쵸퍼 호일을 제1 절연부재(12)에 감아 밴드형 구조로 형성될 수 있다. 플라즈마 클리닝 전극(14)은 플라즈마 처리 시스템에 적용되어 공정 시에는 플라즈마를 공정 챔버의 유효영역에 가둬 증착 균일도를 확보할 수 있고, 세정 시에는 예를 들어 RF전원을 인가받아 세정용 가스의 재분해를 도와 결과적으로 세정용 가스의 공급량을 줄일 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 도 6을 참조하여 아래에서 하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 플라즈마 클리닝링의 단면을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 다양한 변형예에 따른 플라즈마 클리닝링은 (a)와 같이 제1 절연부재(12), 플라즈마 클리닝링 전극(14) 및 제2 절연부재(16)가 동일한 배기 포트(11)의 크기를 갖도록 형성된다. (b)를 참조하여, 다른 변형예에 따른 플라즈마 클리닝링은 제1 절연부재(12a)가 플라즈마 클리닝링 전극(14a)의 배기 포트(15a)와 접한 면을 제외한 3면을 둘러싸도록 형성되며, 플라즈마 클리닝링 전극(14a)의 배기 포트(15a)가 제1 절연부재(12a)의 배기 포트(11a) 보다 크도록 형성된다. 따라서 플라즈마가 배기 포트(11a, 15a)를 통해 배기 될 때 플라즈마 클리닝링 전극(14a)이 플라즈마에 보다 적게 노출될 수 있도록 한다.
(c)를 참조하여, 또 다른 변형예에 따른 플라즈마 클리닝링은 단면 형상이 "ㄱ" 및 "ㄴ" 형상을 갖도록 형성되는 제1 및 제2 절연부재(12b, 16b)의 체결에 의해 플라즈마 클리닝링 전극(14b)이 완전히 밀폐되는 구조를 갖는다. 따라서 플라즈마가 배기포트(11b)를 통해 배기될 때 플라즈마 클리닝링 전극(14b)이 플라즈마에 노출되는 것을 방지한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링은 ICP 타입의 플라즈마 소스가 적용되는 구조이다. 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링은 CCP 타입의 플라즈마 소스가 적용되어 전극으로써 기능하고, 제2 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링은 플라즈마 클리닝링 전극이 배치되는 자리에 코일(18)을 삽입하여 ICP 타입의 안테나로써 기능할 수 있도록 한다. 여기서, 코일(18)은 관통형 구조를 갖도록 형성되어 내부로 냉각수를 주입하여 냉각을 동시에 진행할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 클리닝링의 배기 포트의 다양한 변형예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 플라즈마 클리닝링의 배기 포트는 (a)에 도시된 바와 같이 예를 들어 제1 및 제2 절연부재 또는 플라즈마 클리닝링 전극을 회전시켜 그 엇갈림의 정도로 배기되는 홀의 크기를 조절한다. 예를 들어 타원형의 제1 절연부재의 배기 포트(11-1)와 플라즈마 클리닝링 전극의 배기 포트(15-1)를 엇갈리도록 하여 그 엇갈림의 정도로 홀의 크기를 조절하여 가스의 유출량을 조절할 수 있다. 여기서 제1 및 제2 절연부재 또는 플라즈마 클리닝링 전극의 회전은 수동으로 조정되거나, 모터에 의해 자동으로 회전될 수 있다.
(b)를 참조하여, 제1 절연 부재의 배기 포트(11-2) 및 플라즈마 클리닝링 전극의 배기 포트(15-2)는 직각삼각형의 형상을 갖는다. 이러한 형상으로 제1 절연 부재의 배기 포트(11-2)가 플라즈마 클리닝링의 배기 포트(15-2)를 가리며 형성되는 홀의 위치가 위를 향해 이동하게 되며 이를 통해 배기 포트를 상하로 조절할 수 있어 가스의 흐름방향을 변경할 수 있으며, 증착 균일도 또한 확보할 수 있다.
(c)를 참조하여, 제1 절연부재의 배기 포트(11-3) 및 플라즈마 클리닝링 전극의 배기 포트(15-3)는 직사각형의 형상을 가지며, 이 역시 제1 절연부재 또는 플라즈마 클리닝링 전극의 회전을 통해 배기 포트들의 엇갈림의 정도로 홀의 크기를 조절하여 가스의 유출량을 조절할 수 있다. 그러나 배기 포트의 형상은 이에 국한되는 것은 아니며, 여러 가지 형상으로 변형 가능하다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링이 플라즈마 처리 시스템에 적용되었을 경우의 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 클리닝링이 적용된 플라즈마 처리 시스템(100)은 전원 공급 모듈(20), 제1 스위칭 회로(26), 원격 플라즈마 발생기(30), 세정용 가스 공급원(40), 공정용 가스 공급원(50), 시스템 제어부(60), 플라즈마 클리닝링(10), 및 공정 챔버(70)로 구성된다. 전원 공급 모듈(20)은 제1 전원공급원(22) 및 매칭 네트워크(24)를 포함하며, 제1 전원공급원(22)으로부터 발생된 예를 들어 RF전원을 매칭 네트워크(24)를 거쳐 임피던스 정합을 진행하여 공정 챔버(70)의 상부 전극 즉, 샤워 헤드(74)로 공급한다. 제1 스위칭 회로(26)는 공정 시에는 전원을 공정 챔버(70)의 상부 전극 즉, 샤워 헤드(74)에 인가하고, 세정 시에는 플라즈마 클리닝링(10)에 전원을 인가하도록 스위칭한다. 여기서 플라즈마 클리닝링(10)은 원격 플라즈마 발생기(30)로부터 전원을 인가 받을 수도 있다. 원격 플라즈마 발생기(30)는 세정 시 세정용 가스 공급원(40)으로부터 세정용 가스를 공급받아 플라즈마를 발생시켜 공정 챔버(70)로 주입한다. 시스템 제어부(60)는 전원 공급 모듈(20), 제1 스위칭 회로(26), 원격 플라즈마 발생기(30), 세정용 가스 공급원(40) 및 공정용 가스 공급원(50)의 동작을 제어한다.
공정 챔버(70)는 플라즈마 클리닝링(10), 샤워 헤드(74), 서셉터(78), 배기 채널(77), 리프트 핀(73)을 포함한다. 플라즈마 클리닝링(10)은 플라즈마 클리닝링 전극(14)으로부터 인출선(88)이 인출되어 커넥터(86)가 연결되고, 커넥터에 제1 스위칭 회로(26)가 연결되어 세정 시에 전원을 인가받는다.
플라즈마 클리닝링(10)은 공정 시에는 플라즈마를 공정 챔버의 유효영역에 가둬 증착 균일도를 확보할 수 있고, 세정 시에는 예를 들어 RF전원을 인가받아 원격 플라즈마 발생기(30)로부터 제공되는 플라즈마 소스를 이용해 샤워 헤드(74) 내부를 세정하고 그 후에 나오는 합성 이온을 재분해하여 챔버 내부를 세정할 수 있는 플라즈마 소스로 제공함으로써 결과적으로 세정용 가스의 공급량을 줄일 수 있다. 또한 플라즈마 클리닝링(10)의 양 측으로는 배기 채널(77)이 형성되어 세정 후의 가스를 배기 포트(11) 및 배기 펌프(84)를 통해 배출할 수 있다.
샤워 헤드(74)는 전원을 인가받아 상부 전극으로써 기능한다. 서셉터(78)는 이동바(71)를 통해 상하로 이동이 가능하여 기판(76)을 샤워 헤드(74)에 보다 가깝게 위치 시킬 수 있어 증착 균일도를 향상시킬 수 있다. 리프트 핀(73)은 트팬스포머(미도시)로부터 기판을 제공받아 서셉터(78)에 내려놓는다.
따라서 본 발명의 플라즈마 처리 시스템(100)은 공정 및 세정을 모두 처리할 수 있으면서, 공정 시에는 증착 균일도를 확보하고, 세정 시에는 세정용 가스의 공급량을 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 플라즈마 클리닝링 11, 15, 17 : 배기 포트
12, 12a, 12b : 제1 절연부재 14, 14a, 14b : 플라즈마 클리닝링 전극
16, 16b : 제2 절연부재 18 : 코일
20 : 전원 공급 모듈 22 : 제1 전원공급원
24 : 매칭 네트워크 26 : 제1 스위칭 회로
30 : 원격 플라즈마 발생기 32 : 제3 절연부재
40 : 세정용 가스 공급원 50 : 공정용 가스 공급원
52 : 가스 밸브 60 : 시스템 제어부
70 : 공정 챔버 71 : 이동바
72 : 제4 절연부재 73 : 리프트 핀
74 : 샤워 헤드 75 : 리프트핀 이동바
76 : 기판 77 : 배기 채널
78 : 서셉터 80, 82 : 구동 시스템
84 : 배기 펌프 86 : 커넥터
88 : 인출선 100 : 플라즈마 처리 시스템

Claims (4)

  1. 복수개의 배기 포트를 갖는 환형의 플라즈마 클리닝링 전극;
    복수개의 배기 포트를 가지며, 상기 플라즈마 클리닝링 전극의 일면에 접하여 둘러싸도록 형성되는 제1 절연부재;
    복수개의 배기 포트를 가지며, 상기 플라즈마 클리닝링 전극의 타면에 접하여 둘러싸도록 형성되는 제2 절연부재를 포함하는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 절연부재는 외주면을 따라 소정의 너비를 갖는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 클리닝링 전극 및 제2 절연부재는 상기 제1 절연부재의 홈에 끼워지는 구조인 것을 특징으로 하는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 클리닝링 전극, 제1 절연부재 및 제2 절연부재를 회전시켜 복수개의 배기 포트를 엇갈리게 하여 상기 복수개의 배기 포트의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 인시츄 클리닝이 가능한 플라즈마 클리닝링.
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