KR20190064496A - 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템 - Google Patents

플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템 Download PDF

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KR20190064496A KR1020180150450A KR20180150450A KR20190064496A KR 20190064496 A KR20190064496 A KR 20190064496A KR 1020180150450 A KR1020180150450 A KR 1020180150450A KR 20180150450 A KR20180150450 A KR 20180150450A KR 20190064496 A KR20190064496 A KR 20190064496A
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이승호
김문주
이세진
김태언
한영일
김진수
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(주)아이씨디
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
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Abstract

가스분사 제어를 통해 식각 균일도를 개선할 수 있는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템이 개시된다. 이는 종래의 챔버 내부에 가스를 구역별로 분사하는 메인가스 제어부와 함께 개별가스 제어부를 추가 설치함으로써 개별가스를 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 PR loss 및 Target 식각량을 조절하여 정밀한 식각 프로파일을 제어할 수 있다.

Description

플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템{Controlling Gas Distributor of Plasma Generating System}
본 발명은 플라즈마 발생 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스분사 제어를 통해 식각 균일도를 개선할 수 있는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템에 관한 것이다.
플라즈마 발생 장치는 플라즈마화 하는 방법에 따라 통상적으로 용량성 플라즈마(CCP: capacitive coupled plasma) 타입과, 유도성 플라즈마(inductive coupled plasma) 타입으로 나눌 수 있다.
용량성 플라즈마 장치는 예컨데, 챔버, 적어도 일부가 챔버 내에 배치되며 접지되는 상부 전극, 챔버 내에서 상부 전극의 하측에 배치되어 원료 가스를 분사하는 가스 분사부, 가스 분사부의 하측에 대향 배치되어 처리대상물을 지지하는 정전척, 상부 전극에 전원을 인가하는 상부 전원 공급부, 하부 전극에 전원을 인가하는 하부 전원 공급부를 포함한다. 이러한 용량성 플라즈마 장치에서 상부 전극 및 하부 전극에 전원을 인가하면, 하부 전극과 상부 전극 사이에 전기장 및 플라즈마가 형성된다. 용량성 플라즈마 장치에서 생성된 플라즈마는 전기장에 의해 이온 에너지가 높은 장점이 있으나, 상기 고 에너지의 이온에 의해 처리대상물 또는 처리대상물 상에 형성된 박막이 손상되는 문제가 발생된다. 그리고 패턴이 미세화 됨에 따라 고 에너지의 이온에 의한 손상의 정도가 크다.
유도성 플라즈마 장치는 예컨데, 챔버, 챔버 내에 배치되어 원료 가스를 분사하는 가스 분사부, 챔버 내에서 가스 분사부와 대향 배치되어 처리대상물을 지지하는 정전척, 챔버 외측에 배치되어 소스 전원이 인가되는 안테나, 안테나에 소스 전원을 인가하는 안테나 소스 전원 공급부 및 정전척에 고주파 바이어스 전원을 인가하는 바이어스전원 공급부를 포함한다. 이러한 유도성 플라즈마 장치에서 정전척에 바이어스 전원을 인가하고, 안테나에 소스 전원이 인가되면, 챔버 내에 플라즈마가 형성된다. 생성된 플라즈마 중 양이온은 처리대상물의 표면에 입사 또는 충돌함으로써, 처리대상물 상에 박막을 형성하거나, 상기 처리대상물 또는 처리대상물 상에 형성된 박막을 식각한다. 유도성 플라즈마 장치에서 형성된 플라즈마는 높은 밀도를 가지고, 낮은 이온 에너지 분포를 형성하여, 처리대상물 또는 박막에 대한 손상이 적은 장점이 있다.
하지만, 챔버 내에 형성되는 플라즈마의 이온 밀도가 챔버의 중앙 영역에서는 일정하나, 가장 자리 영역으로 갈수록 이온 밀도의 균일도가 떨어지는 단점이 있다. 이와 같은 이온 밀도의 차이는 처리대상물 및 챔버가 대형화 됨에 따라 더욱 두드러지게 나타나고 있다.
또한, 처리대상물의 상부로 원료물질을 분사하는 과정에서는 원료물질의 분포균일도가 공정에 큰 영향을 미치게 된다. 특히 최근 집적도 및 수율 향상을 위해 처리대상물에 형성되는 패턴이 갈수록 미세해지고 반대로 처리대상물이 대형화됨에 따라 반응 가스의 균일도 향상에 대한 요구도 갈수록 높아지고 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 가스제어를 위한 플라즈마 발생 시스템은 챔버(10), 챔버(10) 내로 유입되는 가스를 채널별로 제어하는 메인가스 제어부(20) 및 가스가 저장된 가스박스(30)를 포함한다.
메인가스 제어부(20)는 가스박스(30)와 연결된 메인 밸브(21), 채널별로 구분하여 배치된 유량 제어기(22) 및 각각의 유량 제어기(22)와 연결된 제어밸브(23)를 포함할 수 있다. 일예로, 도 1에서와 같이, 유량 제어기(22)는 4개의 채널로 구분하여 가스박스와 연결될 수 있으며, 구분된 채널은 챔버(10) 내에 구역별로 구분된 각각의 구역에 가스를 분사할 수 있다. 즉, 제1 유량 제어기(FRC1)는 챔버(10) 내에 미들영역(11)에 연결될 수 있으며, 제2 유량 제어기(FRC2)는 외곽의 코너 영역(12)에 연결될 수 있다. 또한, 제3 유량 제어기(FRC3)는 외곽의 변 영역(13)에 연결될 수 있으며, 제4 유량 제어기(FRC4)는 챔버(10) 내의 내부 영역(14)과 연결될 수 있다.
따라서, 가스입자들의 속도 제어 또는 채널의 수량에 따라 각각의 비율을 유량 제어기(22)를 통해 챔버(10)의 구역별로 가스 분배를 제어할 수 있다.
하지만, 플라즈마를 발생시키기 위한 식각 장비에서는 식각 공정을 위해 일반적으로 F, Cl계 및 O2와 같은 에천트 가스(Etchant gas)와 Ar, He, N2등의 앰비언트 가스(Ambient gas)를 동시에 주입하게 되기 때문에 아무리 구역별로 구분하여 가스를 유입시킨다 하더라도 가스박스(30)로부터 주입된 가스들이 혼합된 상태로 챔버(10) 내로 유입되게 된다. 따라서, 원하는 부분에 특정 가스만을 유입시킬 수 없어 식각 프로파일 제어에 어려움이 따른다.
한국등록특허 10-1255719
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정용 가스가 유입된 상태에서 특정가스만을 구역별로 구분하여 유입시킬 수 있는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 가스박스, 상기 가스박스에 구비된 2개 이상의 공정용 가스를 혼합한 혼합가스를 구역별로 구분된 챔버 내부로 유입시키는 메인가스 제어부 및 상기 가스박스에 구비된 하나의 개별가스를 구역별로 구분된 상기 챔버 내부로 유입시키는 개별가스 제어부를 포함한다.
상기 챔버 내부는 구역별로 구분되되, 각각의 구역은 공정 가스가 구역별로 유입되도록 각각의 구역과 대응되는 채널이 형성될 수 있다.
상기 메인가스 제어부는, 상기 가스박스와 연결되고, 상기 메인가스 제어부를 통해 유입되는 혼합가스의 전체 유량을 제어하는 제1 메인 밸브, 상기 제1 메인 밸브와 분기되어 연결되고, 상기 채널별로 유입되는 혼합가스 유량을 각각 제어하는 유량제어기 및 상기 유량 제어기와 연결된 메인가스 제어 밸브를 포함할 수 있다.
상기 개별가스 제어부는, 상기 가스박스와 연결되고, 상기 개별가스 제어부를 통해 유입되는 개별가스의 전체 유량을 제어하는 제2 메인 밸브 및 상기 제2 메인 밸브와 분기되어 연결되고, 상기 채널별로 유입되는 개별가스 유량을 각각 제어하는 개별가스 제어 밸브를 포함할 수 있다.
상기 혼합가스를 상기 챔버 내부로 유입시키기 위해 상기 메인가스 제어부와 상기 채널별로 연결된 메인가스 분기 유로 및 상기 개별가스를 상기 챔버 내부로 유입시키기 위해 상기 개별가스 제어부와 상기 채널별로 연결된 개별가스 분기 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 개별가스 분기 유로에서 분기된 채널은 상기 메인가스 분기 유로에서 분기된 채널과 각각 대응되도록 형성될 수 있다.
상기 개별가스 분기 유로는 상기 메인가스 분기 유로와 연결될 수 있다.
상기 채널은 상기 챔버 평면에 대해 내부영역, 미들영역, 외곽의 변 영역 및 외곽의 모서리 영역으로 구분하여 형성될 수 있다.
상기 메인가스 제어부는 각각의 채널별로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 개별가스 제어부는 각각의 채널별로 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생 시스템 내에 가스분배 제어를 더욱 효과적으로 하여 식각 프로파일을 제어할 수 있다. 플라즈마 균일도를 향상시키는 방법은 유도성 플라즈마 장치에 구비된 안테나의 전류량 조절, 그리고 가스분배의 균일도를 가장 크게 볼 수 있다. 종래에 사용됐던 FRC를 이용한 유량 제어도 가스분배의 균일도를 위해 제안된 방법이긴 하나 이는 가스박스로부터 이미 주입된 가스들이 혼합되어 정밀한 식각 프로파일 제어가 힘들다. 최근 고해상도 디스플레이용 TFT 제작에 있어 CD(Critical Dimension) 편차의 균일도와 더불어 식각 균일도 또한 높은 수준을 요구하고 있다. 이러한 상황에서 메인가스 제어부에 개별가스 제어부를 추가 설치함으로서 PR loss 및 Target 식각량을 조절하여 정밀한 식각 프로파일을 제어할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스분사 제어시스템을 적용한 플라즈마 발생 시스템의 전체 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스분사 제어시스템을 적용한 플라즈마 발생 시스템의 전체 단면도이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 발생 시스템은 유도 결합형일 수 있으며, 이는 가스 공급원(101), 챔버(100), 지지대부(200), 안테나(300), 유전체창(400), 프레임(500), 가스분사 제어시스템(600), 노즐(700), 상부챔버(800) 및 상부덮개(900)를 포함한다.
챔버(100)는, 피처리 기판(102)에 대해 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 환경을 조성하고 플라즈마가 발생되는 공간을 제공한다. 이때, 챔버(100)는 사각의 판면 형상을 갖는 피처리 기판(102)에 적합하도록 전체적으로 사각 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서 챔버(100)의 형상은 플라즈마 처리 대상이 되는 피처리 기판(102)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.
지지대부(200)은 챔버(100)의 내부 아래쪽에 마련되어 피처리 기판(102)을 지지하고, 챔버(100) 내에 생성된 플라즈마가 피처리 기판(102)의 표면에 충돌할 수 있도록 바이어스 고주파전력을 제공한다. 지지대부(200)는, 피처리 기판(102)을 고정시키기 위하여 진공척 또는 정전척을 포함할 수 있다. 지지대부(200)는, 고주파전극과, 접지된 영역을 제공하는 접지전극과, 고주파전극과 접지전극 사이에 구비되는 절연체를 구비할 수 있다. 이때, 절연체는 세라믹 및/또는 테프론 재질로 이루어질 수 있다.
안테나(300)는 고주파전원(미도시)으로부터 고주파전력을 인가받아 챔버(100)의 내부에 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 수단으로, 전체적으로 코일 형태의 구조를 갖는다. 본 발명에서 안테나(300)의 형상, 개수 및 배치는 적절하게 선택될 수 있다. 한편, 고주파전원(미도시)으로부터 공급되는 고주파전력은 상부덮개(900)의 상부에 마련된 정합기(301)를 거쳐 상부덮개(900) 내에 배치된 전력인입선(302)을 통해 안테나(300)에 인가된다. 이때, 정합기(301)는 고주파전원(미도시)의 내부임피던스와 고주파전력이 공급되는 경로의 임피던스를 매칭(matching)시킬 수 있다.
한편, 안테나(300)에 고주파전력이 인가되면, 챔버(100)의 내부에 플라즈마를 생성시키기 위한 유도전기장이 형성될 뿐만 아니라, 안테나(300) 표면에 고주파 주파수로 양전하와 음전하가 교대로 대전됨에 따라 축전전기장이 형성될 수 있다. 이때, 축전전기장은 플라즈마 초기 방전에 기여하기도 하지만, 스퍼터링(sputtering) 현상에 의해 플라즈마와 안테나(300) 사이에 존재하는 유전체창(400)을 손상시키고, 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리는 등의 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
유전체창(400)은 위와 같은 축전전기장으로 인한 부정적인 영향을 방지하는 수단으로, 챔버(100)와 안테나(300) 사이에 배치되어 축전전기장을 감소시키고 유도전기장을 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 유전체창(400)은 안테나(300)와 플라즈마 사이의 용량성(축전성) 결합 성분을 감소시키기 때문에 고주파전력에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 할 수 있다.
본 실시예에서, 유전체창(400)은 챔버(100)의 상부에서 실질적으로 동일한 수평면 상에 구비되며, 원, 타원, 삼각, 사각 중 어느 하나의 형상일 수 있다. 바람직하게는 본 실시예의 유전체창(400)은 사각 형상으로 배치될 수 있다. 또한 유전체창(400)은 하나 이상의 개수로 분할된 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 유전체창(400)은 4분할, 5분할, 6분할, 8분할, 9분할 및 그 이상으로 분할된 것 중 어느 하나인 형태일 수 있다.
프레임(500)은 챔버(100)의 측벽 상단에 배치되어 다수개로 분할된 유전체창(400)을 지지한다. 프레임(500)은 두 개 이상의 유전체창(400)이 대응 배치되는 두 개 이상의 개구부가 형성될 수 있다. 예를 들면, 유전체창(400)이 4분할인 경우, 프레임(500)도 4개의 개구부가 형성되어 개구부에 유전체창(400)을 결합시켜 지지하는 형태일 수 있다.
또한 프레임(500)의 강도를 보강하도록 적어도 하나의 보강리브(미도시)가 마련될 수 있다. 프레임(500)과 보강리브(미도시) 사이의 결합은 볼트체결 방식 등을 포함하여 다양한 체결 방식이 선택될 수 있다.
가스분사 제어시스템(600)은 가스 공급원(101)으로부터 공급받은 가스를 노즐(700)로 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 가스 공급원(101)으로부터 가스분사 제어시스템(600)로 가스를 공급하는 과정은 하나 이상의 가스채널을 통한 유전체창(400)의 구역별 가스 유량 제어 방식을 적용할 수 있다.
또한 프레임(500)은 가스분사 제어시스템(600)으로부터 가스를 공급받기 위해 하나 이상의 구멍을 가질 수 있다. 따라서, 구멍이 형성된 프레임(500) 상부에 하나 이상의 가스채널이 형성된 가스분사 제어시스템(600)이 연결되어 가스가 공급된다.
이때, 프레임(500)에 연통되는 노즐(700)에 가스를 공급하므로 챔버(100) 내에 별도의 가스 분배판 및 가스 분배 장치가 필요하지 않아, 공정 비용의 절감 효과가 있고, 균일한 플라즈마 생성이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가스분사 제어시스템(600)은 메인가스 제어부(610), 개별가스 제어부(620) 및 가스박스(630)를 포함한다.
메인가스 제어부(610)는 가스박스(630)에 구비된 2개 이상의 공정용 가스를 혼합한 혼합가스를 프레임(500)에 구비된 노즐(700)을 통해 챔버(100) 내부로 유입시키는 기능을 수행한다. 또한, 메인가스 제어부(610)는 전체 공정 가스의 유량을 제어하는 제1 메인 밸브(611), 제1 메인 밸브(611)와 분기되어 연결된 유량 제어기(612) 및 메인가스 제어밸브(613)를 포함할 수 있다.
즉, 제1 메인 밸브(611)에서 분기된 가스라인들은 각각 유량 제어기(612) 및 메인가스 제어밸브(613)와 연결될 수 있다.
이때, 챔버(100) 내부는 구역별로 구분되되, 각각의 구역은 공정 가스가 구역별로 유입되도록 각각의 구역과 대응되는 채널을 형성할 수 있다. 따라서, 메인가스 제어부(610)에서 채널별로 분기된 혼합가스는 메인가스 제어부(610)와 챔버(100)를 연결하는 메인가스 분기 유로(614)를 통해 챔버(100) 내부로 유입될 수 있다.
일예로써, 도 3에 도시한 바와 같이, 챔버(100)에 형성된 노즐(700)은 챔버(100) 내부에 구역별로 구분하여 가스를 분사하기 위해 채널을 챔버(100) 평면에 대해 내부영역(140), 미들영역(110), 외곽의 변 영역(130) 및 외곽의 모서리 영역(120)으로 구분하여 메인가스 제어부(610)와 연결될 수 있다. 즉, 노즐(700)은 총 4개의 영역으로 구분하여 배치될 수 있으며, 4개의 영역은 메인가스 제어부(610)의 4개의 채널과 연결된 메인가스 분기 유로(614)와 각각 연결될 수 있다.
실시예로, 제1 유량 제어기(FRC1)와 제1 메인가스 제어밸브(MV1)는 챔버(100)의 미들영역(110)과 연결된 제1 메인가스 분기 유로(MP1)를 통해 제1 채널을 형성할 수 있으며, 제2 유량 제어기(FRC2)와 제2 메인가스 제어밸브(MV2)는 챔버(100) 외곽의 모서리 영역(120)과 연결된 제2 메인가스 분기 유로(MP2)를 통해 제2 채널을 형성할 수 있다. 또한, 제3 유량 제어기(FRC3)와 제3 메인가스 제어밸브(MV3)는 챔버(100) 외곽의 변 영역(130)과 연결된 제3 메인가스 분기 유로(MP3)를 통해 제3 채널을 형성할 수 있으며, 제4 유량 제어기(FRC4)와 제4 메인가스 제어밸브(MV4)는 챔버(100)의 내부영역(140)과 연결된 제4 메인가스 분기 유로(MP4)를 통해 제4 채널을 형성할 수 있다.
따라서, 사용자는 메인가스 제어부(610)에 형성된 각각의 채널을 독립적으로 제어함으로써 챔버(100) 내부로 분사되는 가스를 구역별로 제어할 수 있다.
다만, 유전체창(400)이 많이 분할될수록 제어 가능한 채널의 개수도 변경될 수 있으나 분할되는 유전체창(400)이 증가한다고 해서 채널의 개수도 반드시 그에 상응하여 증가되는 것은 아니다. 예컨대, 채널의 개수가 많을수록 독립 제어할 수 있는 채널 수가 증가하므로 챔버(100) 내에 반응 가스 균일성이 향상되는 효과가 있으나, 챔버(100) 내에서 고르게 분사하기 위해 많은 채널을 제어해야 하는 어려움도 수반되기 때문이다.
따라서, 챔버(100) 크기와 유전체창(400)의 크기에 대응하여 적절하게 채널을 구역별로 구분하여 제어하는 것이 중요하다.
또한, 플라즈마를 발생시키기 위한 식각 장비에서는 식각 공정을 위해 일반적으로 F, Cl계 및 O2와 같은 에천트 가스(Etchant gas)와 Ar, He, N2등의 앰비언트 가스(Ambient gas)를 동시에 혼합하여 주입하기 때문에 아무리 구역별로 구분하여 가스를 유입시킨다 하더라도 가스박스(630)로부터 주입된 가스들이 혼합된 상태로 챔버(100) 내로 유입되게 된다. 따라서, 원하는 부분에 개별가스만을 유입시킬 수 없어 식각 프로파일 제어에 어려움이 따른다.
일반적으로, 플라즈마를 이용한 식각 장비에서 식각 균일도, CD(Critical Dimension) 바이어스 편차 및 이를 제어하는 방법은 향후 고해상도용 Display의 TFT-array 제작에 있어 필수적인 요소이다. CD 편차에 가장 큰 영향을 주는 요소 중 하나는 식각하면서 패턴 마스크로 사용되는 감광성 물질(PR : Photo resist)의 식각 정도이다. PR은 주로 C(Carbon), He(Helium)등으로 이뤄져 있으며 플라즈마 상태에서 산소(O2 : Oxygen) 라디칼과의 화학 반응으로 식각이 된다.
또한, 식각 장비 내에서 가스박스(630)로부터 주입된 가스들이 전기장 가속에 의해 플라즈마 상태가 되며 이때 발생되는 라디칼, 양이온, 전자들의 반응에 의해 피처리 기판 표면에 PR 마스크로 패터닝 되지 않은 부분을 식각하게 된다. 이때 마스크로 사용된 PR은 플라즈마 반응이 일어나지 않는 것이 아니라 실제 Target과 같이 활발하게 반응한다.
이러한 PR 식각량은 피처리 기판 전면에 균일하게 나타나는 것이 아니라 플라즈마, 가스 등의 균일도와 주변 온도에 의해 결정된다. 즉, PR 식각 정도에 따라 CD 편차가 영향을 받는데 이러한 PR 식각 정도를 제어하기 위해 원하는 부위에 O2 가스를 제어해야만 한다. 하지만 상술한 메인가스 제어부(610)만을 구비한 가스분사 제어시스템에서는 혼합된 가스를 구역별로 제어하는 기능만을 수행하기 때문에 CD 편차를 제어할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 가스분사 제어 시스템(600)은 혼합된 가스가 아닌 개별적으로 가스를 제어하기 위한 개별가스 제어부(620)를 포함할 수 있다.
개별가스 제어부(620)는 가스를 공급하는 가스박스(630)와 연결되되, 하나의 개별가스와 연결되어 개별가스를 챔버(100) 내부로 독립적으로 유입시킬 수 있다.
또한, 개별가스 제어부(620)는 일단이 가스박스(630)의 개별가스와 연결되고, 타단이 분기된 가스라인들과 연결된 제2 메인 밸브(621)와 분기된 가스라인에 각각 연결된 개별가스 제어 밸브(622)를 포함한다.
제2 메인 밸브(621)는 개별 제어하기 위한 개별가스에 연결될 수 있으며, 제1 메인 밸브(611)와는 별도로 분리되어 연결될 수 있다.
개별가스 제어 밸브(622)는 다수개의 채널로 구분될 수 있으며, 각 채널은 메인가스 제어부(610)의 채널수와 동일하게 형성되거나, 특정 채널에만 연결되도록 형성될 수 있다. 만일, 각 채널이 메인가스 제어부(610)의 채널수와 동일하게 형성되면, 개별가스 제어 밸브(622)는 메인가스 제어부(610)의 각 채널과 일대일 대응되도록 각각 연결될 수 있다. 즉, 개별가스 제어 밸브(622)를 통해 유입된 가스는 메인가스 제어부(610)와 동일하게 챔버(100)의 각 구역별로 구분하여 가스를 유입시킬 수 있다.
이때, 개별가스 제어부(620)에서 채널별로 분기된 개별가스는 개별가스 제어부(620)를 통해 챔버(100) 내부로 유입되되, 개별가스 제어부(620)와 챔버(100)에 연결된 개별가스 분기 유로(623)를 통해 챔버(100) 내부로 유입될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 개별가스 분기 유로(623)는 메인가스 분기 유로(614)를 통해 형성된 채널과 각각 대응되도록 형성될 수 있으며, 개별가스 분기 유로(623)는 메인가스 분기 유로(614)와 채널별로 각각 연결되어 개별가스 분기 유로(623)를 통해 유입되는 개별가스는 메인가스 분기 유로(614)를 통해 챔버(100) 내부로 유입될 수 있다.
실시예로써, 도 3에서 도시한 바와 같이, 제1 개별가스 제어 밸브(DV1)는 제1 개별가스 분기 유로(DP1)를 통해 제1 메인가스 분기 유로(MP1)와 연결되어 제1 채널을 형성할 수 있으며, 제2 개별가스 제어 밸브(DV2)는 제2 개별가스 분기 유로(DP2)를 통해 제2 메인가스 분기 유로(MP2)와 연결되어 제2 채널을 형성할 수 있다.
또한, 제3 개별가스 제어 밸브(DV3)는 제3 개별가스 분기 유로(DP3)를 통해 제3 메인가스 분기 유로(MP3)와 연결되어 제3 채널을 형성할 수 있으며, 제4 개별가스 제어 밸브(DV4)는 제4 개별가스 분기 유로(DP4)를 통해 제4 메인가스 분기 유로(MP4)와 연결되어 제4 채널을 형성할 수 있다.
즉, 제1 개별가스 제어 밸브(DV1)를 통해 유입된 개별가스는 챔버(100)의 미들영역(110)으로 유입되고, 제2 개별가스 제어 밸브(DV2)를 통해 유입된 개별가스는 챔버(100) 외곽의 모서리 영역(120)으로 유입될 수 있다. 또한, 제3 개별가스 제어 밸브(DV3)를 통해 유입된 개별가스는 챔버(100) 외곽의 변 영역(130)으로 유입되고, 제4 개별가스 제어 밸브(DV4)를 통해 유입된 개별가스는 챔버(100)의 내부영역(140)으로 유입될 수 있다.
따라서, 사용자는 개별가스 제어부(620)를 통해 메인가스 제어부(610)와 같이 혼합된 가스가 아닌 개별가스를 챔버(100) 내부로 유입시킬 수 있다. 즉, 사용자는 메인가스 제어부(610)를 통해 유입된 혼합가스와 함께 개별적으로 개별가스를 추가로 유입시킴으로써 식각 공정을 위한 가스제어를 수행할 수 있다.
여기서, 개별가스 제어부(620)를 통해 유입되는 개별가스는 일예로, O2를 사용하면 CD 편차를 제어할 수 있고, Target에 따라 F, Cl계 가스를 사용하면 식각량을 조절하여 전체 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 채널별로 유입되는 개별가스는 개별가스 제어부(620)를 통해 독립적으로 제어 가능하기 때문에 개별가스를 유입하고자 하는 채널만 선택하여 개별가스를 유입시킴으로써 챔버 내부의 구역별로 원하는 개별가스를 독립적으로 공급할 수 있다.
이러한 개별가스 제어부(620)를 추가로 구비함으로써 CD 편차뿐만 아니라 기판의 Target 물질과 반응할 수 있는 가스들의 증가로 인해 낮았던 식각량을 증가시킬 수 있기 때문에 Target이 메탈공정 또는 메탈이 아닌 공정과 관계없이 식각량을 조절하여 식각 균일도를 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 개별가스 제어부(620)를 CD 편차 개선 위한 O2 가스만 사용되는 것이 아니라 기판 Target 물질에 따라 개별가스를 추가적으로 설치함으로써 다양한 식각 공정에서의 식각 균일도를 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템은 종래의 챔버 내부에 가스를 구역별로 분사하는 메인가스 제어부와 함께 개별가스 제어부를 추가 설치함으로써 개별가스를 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 PR loss 및 Target 식각량을 조절하여 정밀한 식각 프로파일을 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
610 : 메인가스 제어부 611 : 제1 메인 밸브
612 : 유량제어기 613 : 메인가스 제어 밸브
614 : 메인가스 분기 유로 620 : 개별가스 제어부
621 : 제2 메인 밸브 622 : 개별가스 제어 밸브
623 : 개별가스 분기 유로

Claims (10)

  1. 가스박스;
    상기 가스박스에 구비된 2개 이상의 공정용 가스를 혼합한 혼합가스를 구역별로 구분된 챔버 내부로 유입시키는 메인가스 제어부; 및
    상기 가스박스에 구비된 하나의 개별가스를 구역별로 구분된 상기 챔버 내부로 유입시키는 개별가스 제어부를 포함하는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내부는 구역별로 구분되되, 각각의 구역은 공정 가스가 구역별로 유입되도록 각각의 구역과 대응되는 채널을 형성하는 것인 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 메인가스 제어부는,
    상기 가스박스와 연결되고, 상기 메인가스 제어부를 통해 유입되는 혼합가스의 전체 유량을 제어하는 제1 메인 밸브;
    상기 제1 메인 밸브와 분기되어 연결되고, 상기 채널별로 유입되는 혼합가스 유량을 각각 제어하는 유량제어기; 및
    상기 유량 제어기와 연결된 메인가스 제어 밸브를 포함하는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 개별가스 제어부는,
    상기 가스박스와 연결되고, 상기 개별가스 제어부를 통해 유입되는 개별가스의 전체 유량을 제어하는 제2 메인 밸브; 및
    상기 제2 메인 밸브와 분기되어 연결되고, 상기 채널별로 유입되는 개별가스 유량을 각각 제어하는 개별가스 제어 밸브를 포함하는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 혼합가스를 상기 챔버 내부로 유입시키기 위해 상기 메인가스 제어부와 상기 채널별로 연결된 메인가스 분기 유로; 및
    상기 개별가스를 상기 챔버 내부로 유입시키기 위해 상기 개별가스 제어부와 상기 채널별로 연결된 개별가스 분기 유로를 더 포함하는 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개별가스 분기 유로에서 분기된 채널은 상기 메인가스 분기 유로에서 분기된 채널과 각각 대응되도록 형성되는 것인 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 개별가스 분기 유로는 상기 메인가스 분기 유로와 연결되는 것인 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 채널은 상기 챔버 평면에 대해 내부영역, 미들영역, 외곽의 변 영역 및 외곽의 모서리 영역으로 구분하여 형성되는 것인 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 메인가스 제어부는 각각의 채널별로 독립적으로 제어되는 것인 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 개별가스 제어부는 각각의 채널별로 독립적으로 제어되는 것인 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템.
KR1020180150450A 2017-11-30 2018-11-29 플라즈마 발생 시스템의 가스분사 제어시스템 KR20190064496A (ko)

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