KR20200017252A - 압력 조절링 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

압력 조절링은 몸체부 및 배기부를 포함할 수 있다. 상기 몸체부는 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 상기 몸체부는 제 1 방향을 따라 연장된 패턴들을 갖는 기판을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 상기 몸체부는 상기 몸체부에 부분적으로 형성되어, 상기 플라즈마 챔버 내의 기류의 흐름을 상기 제 1 방향으로 유도할 수 있다. 따라서, 패턴의 연장 방향과 직교하는 제 2 방향으로 기류의 흐름이 차단될 수 있다.

Description

압력 조절링 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치{PRESSURE CONTROL RING AND PLASMA PROCESSING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 압력 조절링 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 플라즈마 챔버 내의 기류 흐름을 제어하는 압력 조절링 및 이러한 압력 조절링을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리 장치는 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma : CCP)를 이용하는 방식, 및 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP)를 이용하는 방식으로 구분될 수 있다.
CCP 방식의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 챔버, 플라즈마 챔버 내의 상부 공간에 배치되어 공정 가스를 플라즈마 챔버 내로 도입하는 샤워 헤드, 플라즈마 챔버 내의 하부 공간에 배치되어 기판을 지지하는 정전척, 정전척을 둘러싸는 압력 조절링, 및 압력 조절링을 통해서 플라즈마 챔버 내로 진공을 제공하는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 압력 조절링은 공정 중에 발생된 반응 부산물들을 배기하기 위한 복수개의 슬릿들을 가질 수 있다. 슬릿들은 압력 조절링 전체에 방사 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 공정 가스와 반응 부산물들을 포함하는 플라즈마 챔버 내의 기류는 방사형 슬릿들을 통해 제공된 진공에 의해서 방사형으로 이동될 수 있다.
한편, 정전척에 지지된 기판 상에 형성된 패턴들은 한 방향을 따라 연장될 수 있다. 방사형 기류 중에서 패턴들의 연장 방향과 평행한 방향으로 이동되는 기류는 패턴들 사이의 갭을 통해서 원활하게 이동될 수 있다. 반면에, 방사형 기류 중에서 패턴들의 연장 방향과 직교하는 방향으로 이동되는 기류는 패턴에 부딪힐 수 있다. 이로 인하여, 패턴에 부딪힌 반응 부산물들은 압력 조절링을 통해서 플라즈마 챔버의 외부로 배기되지 않고 패턴의 표면에 계속적으로 축적되어, 패턴 불량을 야기시킬 수 있다.
본 발명은 플라즈마 챔버 내의 기류의 흐름을 원활하게 할 수 있는 압력 조절링을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기된 압력 조절링을 포함하는 플라즈마 처리 장치도 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 압력 조절링은 몸체부 및 배기부를 포함할 수 있다. 상기 몸체부는 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 상기 몸체부는 제 1 방향을 따라 연장된 패턴들을 갖는 기판을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 상기 몸체부는 상기 몸체부에 부분적으로 형성되어, 상기 플라즈마 챔버 내의 기류의 흐름을 상기 제 1 방향으로 유도할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 압력 조절링은 배기부 및 차단부를 포함할 수 있다. 상기 배기부는 플라즈마 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 상기 배기부는 상기 플라즈마 챔버 내의 기류의 흐름을 기판 상에 형성된 패턴의 연장 방향인 제 1 방향으로 유도할 수 있다. 상기 차단부는 상기 배기부와 연결되어, 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따른 상기 기류의 흐름을 차단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 챔버, 샤워 헤드, 정전척 및 압력 조절링을 포함할 수 있다. 상기 샤워 헤드는 상기 플라즈마 챔버 내의 상부 공간에 배치되어, 공정 가스를 상기 플라즈마 챔버 내부로 도입시킬 수 있다. 상기 정전척은 상기 플라즈마 챔버 내의 하부 공간에 배치되어, 제 1 방향을 따라 연장된 패턴들을 갖는 기판을 지지할 수 있다. 상기 압력 조절링은 상기 정전척을 둘러싸는 몸체부, 및 상기 몸체부에 부분적으로 형성되어 상기 플라즈마 챔버 내에서 상기 공정 가스 및 반응 부산물들의 흐름을 상기 제 1 방향으로 유도하는 배기부를 포함할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 배기부가 패턴의 연장 방향인 제 1 방향에만 배치됨으로써, 패턴의 연장 방향과 직교하는 제 2 방향으로 기류의 흐름이 차단될 수 있다. 따라서, 기류가 패턴과 부딪히는 것이 억제되어, 기류의 흐름이 원활해질 수 있다. 특히, 반응 부산물들이 패턴의 표면에 축적되는 것이 억제될 수 있다. 결과적으로, 반응 부산물들이 압력 조절링의 배기부를 통해서 효과적으로 배기될 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절링을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압력 조절링을 확대해서 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 압력 조절링의 슬릿을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 압력 조절링에 의한 기류의 흐름을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 조절링을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 조절링을 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절링을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 챔버(110), 샤워 헤드(120), 가스 라인(130), 정전척(140), 진공 펌프(150) 및 압력 조절링(200)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 플라즈마 처리 장치는 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma : CCP) 방식일 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 이용해서 기판(S) 상에 막을 형성하기 위한 증착 장치 또는 기판(S) 상에 형성된 막을 플라즈마를 이용해서 식각하여 패턴(P)들을 형성하는 식각 장치일 수 있다.
플라즈마 챔버(110)는 기판(S)을 수용하는 내부 공간을 가질 수 있다. 고집적 반도체 장치의 막 또는 패턴의 균일도 향상을 위해서, 플라즈마 챔버(110)는 방사형 구조를 가질 수 있다. 한편, 기판(S) 상에 형성된 패턴(P)들은 제 1 방향을 따라 연장될 수 있다. 따라서, 패턴(P)들 사이에는 제 1 방향과 실질적으로 직교하는 제 2 방향을 따라 갭이 형성될 수 있다.
샤워 헤드(120)는 플라즈마 챔버(110) 내의 상부 공간에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(120)는 공정 가스를 플라즈마 챔버(110)의 내부로 분사하는 복수개의 분사공들을 가질 수 있다. 샤워 헤드(120)에는 고주파 전원이 연결되어, 샤워 헤드(120)는 상부 전극으로 기능할 수 있다.
가스 라인(130)이 샤워 헤드(120)에 연결될 수 있다. 공정 가스가 가스 라인(130)을 통해서 샤워 헤드(120)로 공급될 수 있다. 플라즈마 처리 장치가 증착 장치일 경우, 공정 가스는 증착 가스를 포함할 수 있다. 플라즈마 처리 장치가 식각 장치일 경우, 공정 가스는 식각 가스를 포함할 수 있다.
정전척(140)은 플라즈마 챔버(110) 내의 하부 공간에 배치될 수 있다. 기판(S)은 정전척(140)의 상부면에 고정될 수 있다. 정전척(140)에는 고주파 전원이 연결되어, 정전척(140)은 하부 전극으로 기능할 수 있다.
샤워 헤드(120)를 통해서 플라즈마 챔버(110) 내로 도입된 공정 가스에 샤워 헤드(120)와 정전척(140)으로부터 고주파 파워가 인가되어, 플라즈마가 플라즈마 챔버(110)의 내부에서 발생될 수 있다. 플라즈마가 기판(S)에 인가되어, 기판(S) 상에 막이 증착되거나 기판(S) 상의 막을 식각하여 패턴(P)들을 형성할 수 있다. 이러한 증착 공정 또는 식각 공정 중에 반응 부산물들이 발생될 수 있다.
진공 펌프(150)는 플라즈마 챔버(110) 내로 진공을 제공할 수 있다.진공 펌프(150)는 플라즈마 챔버(110)의 하부면에 연결된 배기 라인(152)을 통해서 플라즈마 챔버(110)에 연결될 수 있다. 반응 부산물들은 진공 펌프(150)로부터 제공된 진공에 의해서 플라즈마 챔버(110)로부터 배기 라인(152)을 통해서 배출될 수 있다.
압력 조절링(200)은 정전척(140)을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 압력 조절링(200)은 정전척(140)의 외주면에 밀착된 내주면, 및 플라즈마 챔버(110)의 내벽에 밀착된 외주면을 가질 수 있다. 진공 펌프(150)로부터 발생된 진공은 압력 조절링(200)을 통해서 플라즈마 챔버(110)의 내부로 제공될 수 있다. 따라서, 압력 조절링(200)을 통과하는 진공의 양을 조절하는 것에 의해서, 플라즈마 챔버(110)의 내부 압력을 제어할 수 있다. 또한, 압력 조절링(200)을 통한 진공의 유입 방향에 의해서 플라즈마 챔버(110) 내의 기류 흐름, 즉 공정 가스와 반응 부산물들의 흐름이 제어될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 압력 조절링을 확대해서 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 압력 조절링의 슬릿을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 압력 조절링(200)은 링 형상의 몸체부(210)를 포함할 수 있다. 몸체부(210)는 배기부(220) 및 차단부(230)로 구분될 수 있다.
배기부(220)는 진공이 도입될 수 있으면서 반응 부산물들이 통과할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 배기부(220)는 패턴(P)들의 연장 방향인 제 1 방향에 위치할 수 있다. 따라서, 배기부(220)는 제 1 방향에 위치한 2개로 이루어질 수 있다.
반면에, 차단부(230)는 진공이 도입되지 않으면서 반응 부산물들이 통과할 수 없는 구조를 가질 수 있다. 차단부(230)는 패턴(P)들의 연장 방향과 직교하는 제 2 방향에 위치할 수 있다. 따라서, 차단부(230)는 제 2 방향에 위치한 2개로 이루어질 수 있다. 차단부(230)는 몸체부(210)에서 배기부(220)를 제외한 나머지 부분에 해당될 수 있다.
본 실시예에서, 배기부(220)는 복수개의 슬릿(222)들을 포함할 수 있다. 즉, 슬릿(222)들을 제 1 방향에 위치한 몸체부(210) 부분들에 가공하는 것에 의해서 배기부(220)가 형성될 수 있다. 반면에, 차단부(230)에는 슬릿(222)이 형성되지 않을 수 있다. 그러므로, 진공은 슬릿(222)들을 통해서 플라즈마 챔버(110) 내로 제공되어, 반응 부산물들이 슬릿(220)을 통해서 플라즈마 챔버(110)의 외부로 배기될 수 있다. 반면에, 진공은 차단부(230)를 통해서 플라즈마 챔버(110) 내로 제공될 수는 없다. 이에 따라, 반응 부산물도 차단부(230)를 통해서 배출될 수는 없다. 결과적으로, 플라즈마 챔버(110) 내의 기류는 주로 제 1 방향을 따라 흐르게 되고, 제 2 방향을 따른 기류의 흐름은 거의 없어질 수 있다.
본 실시예에서, 슬릿(222)들은 몸체부(210)의 중심으로부터 방사형으로 연장될 수 있다. 즉, 슬릿(222)들은 몸체부(210)의 반지름 방향을 따라 연장될 수 있다. 슬릿(222)들은 실질적으로 동일한 간격을 두고 배열될 수 있다. 그러나, 슬릿(222)들 사이의 간격은 동일하지 않을 수도 있다.
슬릿(222)들 중에서 최외곽에 배치된 슬릿(222)은 몸체부(210)의 지름선들 중에서 제 1 방향에 위치한 지름선과 예각(θ)을 이룰 수 있다. 본 실시예에서, 상기 예각(θ)은 45° 내지 60°일 수 있다. 상기 예각(θ)이 45°미만이면, 몸체부(210)의 전체 면적에 대한 슬릿(222)들의 면적 비율, 즉 압력 조절링(200)의 개구율이 너무 낮을 수 있다. 압력 조절링(200)의 개구율이 너무 낮으면, 반응 부산물의 배기 효과가 저하될 수 있다. 반면에, 상기 예각(θ)이 60°를 초과하면, 압력 조절링(200)의 개구율이 너무 높을 수 있다. 이러한 경우, 슬릿(222)이 제 2 방향에 인접하게 위치할 수가 있게 되어, 차단부(230)의 기능이 저하될 수 있다. 즉, 플라즈마 챔버(110) 내의 기류가 제 2 방향을 따라 부분적으로 흐를 수도 있다. 그러므로, 최외곽 슬릿(222)이 몸체부(210)의 지름선들 중에서 제 1 방향에 위치한 지름선과 이루는 각도는 45° 내지 60°인 것이 바람직하다.
도 4는 도 2에 도시된 압력 조절링에 의한 기류의 흐름을 나타낸 평면도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 슬릿(222)들은 제 1 방향에 위치한 몸체부(210) 부분들, 즉 배기부(220)에만 형성되어 있고 제 2 방향에 위치한 몸체부(210) 부분들, 즉 차단부(230)에는 형성되어 있지 않으므로, 기류는 제 2 방향을 따라 흐르지 않고 주로 제 1 방향을 따라 흐를 수 있다.
그러므로, 반응 부산물들도 주로 제 1 방향을 따라 흐르게 되어, 반응 부산물들은 제 1 방향을 따라 연장된 패턴(P)들 사이의 갭을 통해서 플라즈마 챔버(110)의 외부로 효과적으로 배출될 수 있다. 반면에, 반응 부산물들은 제 2 방향을 따라 거의 흐르지 않게 되어, 패턴(P)들에 축적되는 반응 부산물의 양이 크게 감소될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 조절링을 나타낸 평면도이다.
본 실시예에 따른 압력 조절링(200a)은 배기부를 제외하고는 도 2에 도시된 압력 조절링(200)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배기부(220a)는 복수개의 슬릿(224)들을 포함할 수 있다. 슬릿(224)들은 패턴(P)의 연장 방향인 제 1 방향과 평행한 방향을 따라 연장될 수 있다. 따라서, 이러한슬릿(224)들을 통해서 공급된 진공에 의해서 반응 부산물들의 흐름 방향을 제 1 방향으로 효과적으로 유도할 수가 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 조절링을 나타낸 평면도이다.
본 실시예에 따른 압력 조절링(200b)은 배기부를 제외하고는 도 2에 도시된 압력 조절링(200)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 배기부(220b)는 하나의 배기공(226)을 포함할 수 있다. 배기공(226)은 도 2에 도시된 슬릿(222)들이 배치된 몸체부(210) 부분에 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 압력 조절링의 구조는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 방식의 플라즈마 처리 장치의 대칭형 라이너의 배기구에도 적용될 수 있을 것이다.
상기된 본 실시예들에 따르면, 배기부가 패턴의 연장 방향인 제 1 방향에만 배치됨으로써, 패턴의 연장 방향과 직교하는 제 2 방향으로 기류의 흐름이 차단될 수 있다. 따라서, 기류가 패턴과 부딪히는 것이 억제되어, 기류의 흐름이 원활해질 수 있다. 특히, 반응 부산물들이 패턴의 표면에 축적되는 것이 억제될 수 있다. 결과적으로, 반응 부산물들이 압력 조절링의 배기부를 통해서 효과적으로 배기될 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 챔버로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 ; 플라즈마 챔버 120 ; 샤워 헤드
130 ; 가스 라인 140 ; 정전척
150 ; 진공 펌프 152 ; 배기 라인
200 ; 압력 조절링 210 ; 몸체부
220 ; 배기부 222, 224 ; 슬릿
226 ; 배기공 230 ; 차단부

Claims (10)

  1. 플라즈마 챔버의 내부에 배치되고, 제 1 방향을 따라 연장된 패턴들을 갖는 기판을 둘러싸는 몸체부 및
    상기 몸체부에 부분적으로 형성되어, 상기 플라즈마 챔버 내의 기류의 흐름을 상기 제 1 방향으로 유도하는 배기부를 포함하는 압력 조절링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기부는 복수개의 슬릿들을 포함하는 압력 조절링.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 슬릿들은 상기 몸체부의 중심으로부터 방사형으로 연장된 압력 조절링.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 슬릿들 중에서 최외곽 슬릿은 상기 제 1 방향에 위치한 상기 몸체부의 지름선과 예각을 이루는 압력 조절링.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 예각은 45°내지 60°인 압력 조절링.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 슬릿들은 상기 제 1 방향과 평행한 방향을 따라 연장된 압력 조절링.
  7. 플라즈마 챔버
    상기 플라즈마 챔버 내의 상부 공간에 배치되어, 공정 가스를 상기 플라즈마 챔버 내부로 도입시키는 샤워 헤드
    상기 플라즈마 챔버 내의 하부 공간에 배치되어, 제 1 방향을 따라 연장된 패턴들을 갖는 기판을 지지하는 정전척 및
    상기 정전척을 둘러싸는 몸체부, 및 상기 몸체부에 부분적으로 형성되어 상기 플라즈마 챔버 내에서 상기 공정 가스 및 반응 부산물들의 흐름을 상기 제 1 방향으로 유도하는 배기부를 포함하는 압력 조절링을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 몸체부는 상기 정전척에 밀착된 내주면, 및 상기 플라즈마 챔버의 내벽에 밀착된 외주면을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 하부에 연결되어 반응 부산물들을 배기하기 위한 배기 라인 및
    상기 배기 라인과 상기 배기부를 통해서 상기 플라즈마 챔버 내로 진공을 제공하는 진공 펌프를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 배기부는 상기 몸체부의 중심으로부터 방사형으로 연장된 복수개의 슬릿들을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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