KR20200050041A - 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 반응성 가스를 공급하되, 상기 반응성 가스의 공급량을 제어하여 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스를 설정된 비율로 제어하는 가스 비율 제어부; 상기 불활성 가스 공급부로부터 연장되는 불활성 가스 공급라인; 상기 가스 비율 제어부로부터 연장되는 반응성 가스 공급라인; 및 상기 불활성 가스 공급라인과 상기 반응성 가스 공급라인을 연결하여 챔버에 설치된 혼합 가스 주입부로 혼합 가스를 각각 제공하는 혼합 가스 공급라인을 포함한다.
Description
본 발명은 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 플라즈마 챔버 내의 기판 표면에 도달하는 가스의 압력, 유량, 온도, 방향 등을 복합적으로 제어할 수 있는 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
반도체 공정이 고도화되면서 기판 처리 장치의 가스 산포 조절 능력이 중요하게 부각되고 있다. 현재까지 ICP(inductively coupled plasma) 타입의 챔버에서는 산포되는 가스의 다양한 요소들을 직접적으로 제어할 수 있는 시스템이 마련되어 있지 않다.
또한, ICP 타입의 챔버에서는 기판과 직접적으로 접촉하는 ESC(electrostatic chuck)의 온도를 주요 공정 조절 파라미터로 사용해 왔으나, 온도 조절 시스템은 점차적으로 차세대 제품이 요구하는 가스 산포 조절 능력에 한계를 보이고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 반도체 공정에 있어서 플라즈마 챔버에 주입되는 가스의 압력, 유량, 온도, 방향 등을 복합적으로 제어할 수 있는 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 챔버를 제공함에 있다.
예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 기판에 대한 공정이 이루어지는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 기판을 지지하는 지지부재; 및 반응성 가스에 불활성 가스를 부가함으로써 압력을 증가시킨 혼합 가스를 상기 지지부재를 향하여 상이한 방향으로 주입하는 가스 공급부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는, 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 반응성 가스를 공급하되, 상기 반응성 가스의 공급량을 제어하여 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스를 설정된 비율로 제어하는 가스 비율 제어부; 상기 불활성 가스 공급부로부터 연장되는 불활성 가스 공급라인; 상기 가스 비율 제어부로부터 연장되는 반응성 가스 공급라인; 및 상기 불활성 가스 공급라인과 상기 반응성 가스 공급라인을 연결하여 챔버에 설치된 혼합 가스 주입부로 혼합 가스를 각각 제공하는 혼합 가스 공급라인을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 기판에 대한 공정이 이루어지는 공간을 제공하되, 서로 완전히 격리되지 않은 제1 공간과 제2 공간을 포함하는 챔버; 반응성 가스에 불활성 가스를 부가함으로써 압력을 증가시킨 혼합 가스를 상기 제1 공간 내에서 상이한 방향으로 주입하는 제1 가스 공급부; 및 저반응성 가스 또는 불활성 가스를 상기 제2 공간으로 주입하는 제2 가스 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명인 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 챔버에 따르면, 챔버에 주입되는 가스의 압력, 유량, 온도, 방향 등을 복합적으로 제어할 수 있다.
도 1은 반도체 공정에서 사용하는 ICP 타입의 챔버를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교예시를 위해 ICP 타입 챔버 내부의 가스 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 챔버 내부에 가스를 주입하는 모습을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 함께 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 함께 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교예시를 위해 ICP 타입 챔버 내부의 가스 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 챔버 내부에 가스를 주입하는 모습을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 함께 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 함께 나타내는 개략도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 반도체 공정에서 사용하는 ICP 타입의 챔버를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교예시를 위해 ICP 타입 챔버 내부의 가스 흐름을 나타내는 개략도이다.
반도체 공정에 사용되는 플라즈마 챔버의 유형으로서, CCP(capacitor coupled plasma) 타입의 챔버와 ICP(inductively coupled plasma) 타입의 챔버가 존재한다. 이 중, 전극 방전을 일으키기 위해 커패시터를 사용하는 방식을 작용하는 CCP 타입의 챔버는 기판(wafer)과 전극 사이의 거리가 짧을수록 플라즈마의 생성에 유리하다. 따라서, 기판과 전극 사이의 거리가 짧은 구조를 취하는 CCP 타입의 챔버에서는 가스 산포 조절이 비교적 용이한 편이다.
반면에, ICP 타입의 챔버는 코일을 사용하여 유도 자기장을 만들고 이로부터 플라즈마를 생성하는 방식이다. ICP 타입의 챔버는 유도 자기장을 충분히 만들어 플라즈마를 생성해야 하며, 플라즈마를 생성하기 위한 갭(gap)이 구조적으로 필요하다. 이에 따라 도 1에서 도시하는 바와 같이 기판(1) 표면으로부터 챔버(10) 상단까지 약 150mm 이상의 높이(h)를 갖는 갭이 존재한다. ICP 타입의 챔버는 이러한 이유로 하이 갭 플라즈마 에치 챔버(high gap plasma etch chamber)라고 칭하기도 한다.
이러한 ICP 타입의 챔버에서는 반응성 가스를 노즐로 분사하더라도 챔버(10) 내부의 공정 압력이 낮다는 요인 및 기판(1) 표면으로부터 챔버(10) 상단까지 높이(h)를 갖는 갭이 존재한다는 구조적인 요인이 결합하여 가스 흐름에 의한 산포 조절이 쉽지 않다. 플라즈마 챔버 내에서는 약 1~100mT 정도의 압력에서 공정이 이루어지는 경우가 대부분이며, 이 때 ICP 타입 챔버 내부의 가스 흐름은 크누센 흐름(Knusen flow)을 보인다.
크누센 흐름에서는 라미너 흐름(laminar flow)과 분자 흐름(molecular flow)이 혼재되어 있기 때문에, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 하이 갭(high gap) 구조를 갖는 ICP 챔버(10) 등에서는 주입된 가스가 기판의 표면까지 도달하는 과정에서 상당수가 분산되어 흩어진다. 다시 말해, 챔버(10) 내에서 가스가 분산되어 흩어지지 않게 할 의도로 노즐에서 라미너 흐름을 갖도록 가스를 강하게 분사한다 하더라도, 압력이 매우 낮은 환경에서 진행되는 반도체 공정상의 특징 및 갭이 높은 ICP 챔버의 구조적 특징으로 인해 가스가 분산되어 흩어지는 분자 흐름의 형태로 쉽게 바뀌게 되는 문제가 발생한다. 이로 인해, 플라즈마 챔버의 가스 공급 방식에 따르면 가스 산포 제어가 용이하지 않았다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 챔버 내부에 가스를 주입하는 모습을 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 함께 나타내는 개략도이며, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 처리 장치를 함께 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 기본적으로 챔버(10), 지지부재(20) 및 가스 공급부(100)를 포함한다.
챔버(10)는 기판(1)에 대한 공정이 이루어지는 공간을 제공한다. 챔버는 주로 ICP 챔버일 수 있으나 이에 한정되지 않으며 반도체 공정이 이루어지는 챔버로서 챔버의 구조적 원인 및 낮은 압력의 환경을 요하는 공정상의 원인에 기인하여 효율적인 가스 산포 제어가 요구되는 모든 타입의 플라즈마 챔버일 수 있다.
지지부재(20)는 챔버(10) 내부에 설치되어 기판(1)을 지지한다.
가스 공급부(100)는 반응성 가스에 불활성 가스를 부가함으로써 압력을 증가시킨 혼합 가스를 지지부재를 향하여 도 3에서 도시하는 바와 같이 상이한 방향으로 주입한다. 가스 공급부(100)는 이하 도 4 및 도 5를 통해 설명하는 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치에 대응된다. 따라서, 가스 공급부(100)에 대한 구체적인 설명은 이하에서 별도로 구체적으로 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(10), 제1 가스 공급부 및 제2 가스 공급부를 포함할 수 있다.
챔버(10)는 기판(1)에 대한 공정이 이루어지는 공간을 제공하되, 서로 완전히 격리되지 않은 제1 공간과 제2 공간을 포함한다. 여기에서 제1 공간은 기판에 대한 공정이 이루어지는 공간으로서, 이를 위해 반응성 가스에 불활성 가스가 부가되어 압력이 증가된 혼합 가스가 주입되는 공간이다. 또한, 제2 공간은 저반응성 가스 또는 불활성 가스가 공급되는 공간으로서, 전술한 제1 공간과는 공간적으로는 분리되었으나, 제1 공간에 주입된 가스가 제2 공간으로 흘러 들어올 수 있도록 서로 완전히 격리되지는 않은 공간이다.
제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부는 이하 도 4 및 도 5를 통해 설명하는 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치의 적어도 일부 구성요소에 대응된다. 따라서, 제1 가스 공급부와 제2 가스 공급부에 대한 구체적인 설명은 이하에서 별도로 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 불활성 가스 공급부(110), 가스 비율 제어부(130), 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185), 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195) 및 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215)를 포함할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에서는 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185), 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195) 및 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215)의 개수를 각각 3개씩 갖는 실시예로 설명하고 있으나 이는 일 실시예에 불과하며, 이들 각각의 가스 공급라인들의 개수는 필요에 따라 변경 가능한 것이다. 이들 불활성 가스 공급라인, 반응성 가스 공급라인, 혼합 가스 공급라인뿐만 아니라 혼합 가스 공급라인에서 챔버 내부로 가스를 전달하는 혼합 가스 주입부의 개수는 필요에 따라 각각 1개일 수도 있으며, 2 이상의 복수개일 수도 있다. 다만, 도 4 및 도 5에서 설명하는 실시예들에서는 챔버 내부로 혼합 가스를 상이한 3가지 방향으로 주입하는 실시예를 설명하기 위해 이들 각각의 가스 공급 라인의 개수를 3개로 가정하여 설명한다.
불활성 가스 공급부(110)는 불활성 가스를 저장하고, 반도체 공정 과정에서 저장된 불활성 가스를 공급한다. 불활성 가스가 공급되는 압력은 이하에서 설명하는 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125)에 의해 제어된다.
가스 비율 제어부(130)는 반응성 가스를 저장하고, 반도체 공정 과정에서 저장된 반응성 가스를 공급한다. 이 때 반응성 가스의 공급량을 제어하여 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스를 설정된 비율로 제어한다.
불활성 가스 공급라인은 불활성 가스 공급부(110)로부터 연장되며, 반응성 가스 공급라인과 연결된다. 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195)은 가스 비율 제어부(130)로부터 연장되며, 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185)과 각각 연결된다. 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185)과 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195)이 각각 복수개인 경우라면 이들 복수의 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185)과 복수의 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195)이 각각 연결될 수 있다.
혼합 가스 공급라인은 불활성 가스 공급라인과 반응성 가스 공급라인이 연결된 지점으로부터 챔버에 설치된 혼합 가스 주입부를 연결한다. 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185)과 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195)이 각각 복수개인 경우라면 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215) 역시 복수의 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185) 중 어느 하나와 복수의 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195) 중 어느 하나를 각각 연결하여 챔버에 설치된 복수의 혼합 가스 주입부(9, 153)로 혼합 가스를 각각 제공할 수 있다.
여기에서 반응성 가스는 예를 들어 사불화탄소(CF4) 등과 같이 에칭이나 반도체 패턴을 만드는 공정에서 사용되는 가스를 의미하고, 불활성 가스는 Ar, He 등과 같이 반응성이 없는 가스를 의미하거나, 또는 불활성 가스를 포함하여 일반 대기 중에 존재하는 산소(O2), 질소(N2)와 같은 하우스 가스(house gas)를 더 포함하는 개념으로 이해할 수도 있다.
반응성 가스는 반도체 공정에 앞서서 가스의 분자량 등을 고려하여 사전 설정된 압력으로 챔버 내에 주입된다. 즉, 공급 압력이 정해져 있는데, 반응성 가스가 챔버 내로 주입되는 압력 수치는 통상적으로 낮은 값을 갖는다. 따라서, 낮은 압력의 반응성 가스만을 챔버 내로 주입하면 가스가 목표 지점에 도달하지 못하고 도 2에서 도시하는 바와 같이 챔버 내에서 분산되는 현상이 발생한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치에서는 불활성 가스 공급부(110)에 저장된 불활성 가스를 반도체 공정 과정에서 적절한 압력으로 부가한다. 즉, 챔버 내로 공급되어야 하는 반응성 가스에 적절한 압력으로 제어된 불활성 가스를 혼합한 혼합 가스를 챔버 내에 주입한다. 부가되는 불활성 가스는 공급 압력의 조절이 자유롭기 때문에 불활성 가스와 반응성 가스가 혼합된 혼합 가스를 결국 높은 압력으로 분사하도록 제어할 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치에 따르면 반응성 가스만 챔버 내로 공급되는 경우의 압력에 비하여 높은 압력으로 기체를 분사할 수 있으며, 반응성 가스만을 챔버 내로 주입하는 경우 발생하는 크누센 흐름 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 이를 위해 불활성 가스 압력 제어부를 더 포함할 수 있다. 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125)는 불활성 가스 공급라인에 설치되어 불활성 가스의 공급 압력을 제어한다. 도 4 및 도 5에서 예시하는 바와 같이 혼합 가스의 공급 방향이 복수개의 방향(3 방향)으로 설정된 경우에는 각각의 불활성 가스 공급라인(181, 183, 185) 상에 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125)가 설치될 수 있다. 이에 따라 챔버 내로 가스가 주입되는 방향에 따라 각각 혼합 가스의 주입 압력을 별개로 조절할 수 있다.
혼합 가스 주입부는 혼합 가스 공급라인으로부터 공급된 각각의 혼합 가스를 서로 상이한 방향으로 상기 챔버 내에 주입한다. 도 4 및 도 5에서는 챔버(10)의 상측에 설치된 혼합 가스 주입부(9)와 챔버(10)의 측면에 설치된 혼합 가스 주입부(153)을 도시하고 있으나, 본 발명은 이와 같은 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 챔버(10)의 상측에 설치된 혼합 가스 주입부(9)만 존재할 수도 있다.
또한 하나의 혼합 가스 주입부(9)는 복수의 혼합 가스 공급라인으로부터 공급된 각각의 혼합 가스를 서로 상이한 방향으로 상기 챔버 내에 주입할 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 챔버(10)의 상측에 설치된 혼합 가스 주입부(9)는 혼합 가스 공급라인(211)과 혼합 가스 공급라인(213)에서 공급되는 혼합 가스를 각각 A 방향과 B 방향으로 주입하고 있다.
즉, 혼합 가스 주입부는 챔버의 상이한 위치에 복수 개 설치되어 서로 상이한 방향으로 혼합 가스를 챔버 내로 주입할 수도 있고, 하나의 혼합 가스 주입부로부터 서로 상이한 방향으로 챔버 내로 혼합 가스를 주입할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 역류 방지부를 더 포함할 수 있다. 역류 방지부는 불활성 가스가 가스 비율 제어부(130)로 역류하지 않도록 방지한다. 불활성 가스 공급부(110)로부터 공급되는 불활성 가스의 압력이 가스 비율 제어부(130)로부터 공급되는 반응성 가스에 비해 높기 때문에 발생할 수 있는 가스의 역류 현상을 방지하기 위함이다. 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195)이 복수 개인 경우 역류 방지부(141, 143, 145) 역시 반응성 가스 공급라인(191, 193, 195) 중 적어도 하나 이상 또는 모두에 각각 설치될 수 있다. 역류 방지부(141, 143, 145)는 예를 들어 벨브일 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 온도 제어부를 더 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215)이 복수개인 경우 온도 제어부(161, 163, 165) 역시 각각의 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215) 중 적어도 하나 이상 또는 모두에 각각 설치될 수 있다.
온도 제어부(161, 163, 165)는 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215)을 통해 공급되는 혼합 가스의 온도를 반도체 공정에 적합한 수준으로 제어한다. 반도체 공정에 있어서 온도 조건이 변화하면 재현성에 문제가 생길 수 있기 때문에, 공정 온도를 적절히 유지하는 것은 반도체 공정의 신뢰성을 보장하는데 필요하다. 온도 제어부(161, 163, 165)는 예를 들어 히터일 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 유속 제어부를 더 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215)이 복수개인 경우 유속 제어부(171, 173, 165) 역시 각각의 혼합 가스 공급라인(211, 213, 215) 중 적어도 하나 이상 또는 모두에 각각 설치될 수 있다.
유속 제어부(171, 173, 165)는 혼합 가스 주입부의 주입구 홀 크기를 변형시켜 혼합 가스의 유속을 제어한다. 즉, 혼합 가스가 챔버 내로 주입되는 속도를 높이고자 하면 혼합 가스 주입부의 홀 크기를 좁히고, 반대로 주입 속도를 낮추고자 하면 혼합 가스 주입부의 홀 크기를 넓힌다.
본 발명은 이처럼 유속 제어부(171, 173, 165)를 통해 혼합 가스의 흐름 속도를 제어함으로써, 불활성 가스의 공급 압력을 제어하여 최종적으로 혼합 가스의 압력을 제어하는 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125)의 작용과 함께 챔버 내의 크누센 흐름의 발생을 방지하는데 기여한다.
도 4 또는 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치를 통해 공급되는 혼합 기체는 챔버 내로 주입된 이후 A, B 및 C 와 같은 흐름을 보인다. 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125) 또는 유속 제어부(171, 173, 165) 중 적어도 하나 이상의 작용에 의해 챔버 내의 크누센 흐름의 발생을 방지한다.
도 2에서 도시하는 가스의 흐름과 비교하면, 도 2에서는 크누센 흐름 효과에 따라 분사된 가스가 기판까지 적절한 압력으로 도달하지 못한 채 배출되지만, 도 4 및 도 5에서 도시하는 가스의 흐름은 압력, 유속 등이 제어됨에 따라 도 2에서 도시하는 가스의 흐름에 비해 사용자에 의해 적절한 값으로 제어된 압력 및/또는 유속을 가지고 기판에 분사될 수 있다. 다시 말해 가스 공급 압력을 높이거나 또는 주입 속도를 높임으로써, 낮은 압력으로 공급될 수밖에 없는 반응성 기체만 주입되는 경우에 비하여 반도체 공정 시 가스 산포 조절이 보다 용이해진다.
도 4 및 도 5에 도시되는 본 발명의 실시예들에 따르면, 가스의 주입 방향이 세 방향으로 설정되어 있다. 이는 기판의 중심부, 중간부 및 가장자리부를 향해 각각 가스를 주입하기 위한 것이다. 이를 챔버의 상부와 흑부에 각각 혼합 가스 주입부(9)와 혼합 가스 주입부(153)가 배치되도록 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 혼합 가스 주입부(9, 153)가 배치되는 지점은 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 4 또는 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치는 가스 흐름 제어부(160)를 더 포함할 수 있다. 가스 흐름 제어부(160)는 혼합 가스 주입부(9, 153)가 설치된 위치와 상이한 위치에서 상기 챔버 내부로 저반응성 가스 또는 불활성 가스를 공급한다. 여기에서 혼합 가스 주입부(9, 153)가 설치된 위치라 함은 혼합 가스가 주입되어 기판에 대한 공정이 이루어지는 공간(제1 공간)을 둘러싸는 챔버 일부의 위치를 의미하고, 혼합 가스 주입부(9, 153)가 설치된 위치와 상이한 위치라 함은 전술한 제1 공간과는 공간적으로는 분리되었으나, 제1 공간에 주입된 가스가 흘러 들어올 수 있도록 서로 완전히 격리되지는 않은 공간(제2 공간)을 둘러싸는 챔버의 다른 일부의 위치를 의미한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 공간은 지지부재(20)를 기준으로 상측에 형성되는 공간이고, 제2 공간은 챔버의 하부에 형성되어 반도체 공정을 위해 주입된 가스들이 흘러나와 배출(X)되기 전 수렴하는 공간일 수 있다. 가스 흐름 제어부(160)는 이 제2 공간에 저반응성 가스 또는 불활성 가스를 공급(D)함으로써 제1 공간에서 반응성 기체들이 머무는 시간을 제어한다. 이에 따라 전체적인 공정 반응의 기간을 제어할 수 있으며, 챔버 내 컨덕턴스(conductance)를 조절한다. 이는 가스 배출부(7)가 빨아들여 배출할 수 있는 유량에 한계가 있음을 활용한 것이다. 제2 공간에 공급되는 저반응성 가스 또는 불활성 가스는 예를 들어 Ar, He, N2 등일 수 있다.
가스 흐름 제어부(160)가 공급하는 저반응성 가스 또는 불활성 가스의 공급량은 필요에 따라 조절할 수 있다. 즉, 전체적인 공정 반응의 기간을 늘리거나 또는 줄이고자 할 때 각각 저반응성 가스 또는 불활성 가스의 공급량을 늘리거나 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 전술한 플라즈마 처리 장치에서 가스 공급부(100)는 예를 들어 도 3에서 가스 A, B, C 및 D를 공급하기 위해 적어도 불활성 가스 공급부(110), 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125), 가스 비율 제어부(130) 및 가스 흐름 제어부(160)를 포함할 수 있다. 또한, 혼합 가스가 상기 챔버 내부에 주입되는 제1 주입부(9), 혼합 가스가 상기 챔버 내부에 주입되고 제1 주입부와 상이한 위치에 배치되는 제2 주입부(153)를 더 포함할 수 있다. 더 나아가, 역류 방지부(141, 143, 145), 온도 제어부(161, 163, 165), 유속 제어부(171, 173, 175) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예로서 전술한 플라즈마 처리 장치에서 제1 가스 공급부는 예를 들어 도 3에서 가스 A, B, C를 공급하기 위해 적어도 불활성 가스 공급부(110), 불활성 가스 압력 제어부(121, 123, 125) 및 가스 비율 제어부(130)를 포함할 수 있고, 더 나아가 역류 방지부(141, 143, 145), 온도 제어부(161, 163, 165), 유속 제어부(171, 173, 175) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예로서 전술한 플라즈마 처리 장치에서 제2 가스 공급부는 예를 들어 도 3에서 가스 D를 공급하기 위해 가스 흐름 제어부(160)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 챔버의 가스 공급 장치 및 이를 적용한 플라즈마 챔버에 따르면, 챔버에 주입되는 가스의 압력, 유량, 속도, 온도, 방향 등을 복합적으로 제어할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 기판
7: 가스 배출부
10: 챔버
20: 지지부재
100: 가스 공급부
110: 불활성 가스 공급부
121, 123, 125: 불활성 가스 압력 제어부
130: 가스 비율 제어부
141, 143, 145: 역류 방지부
9, 153: 혼합가스 주입부
160: 가스 흐름 제어부
161, 163, 165: 온도 제어부
171, 173, 175: 유속 제어부
181, 183, 185: 불활성 가스 공급라인
191, 193, 195: 반응성 가스 공급라인
211, 213, 215: 혼합 가스 공급라인
7: 가스 배출부
10: 챔버
20: 지지부재
100: 가스 공급부
110: 불활성 가스 공급부
121, 123, 125: 불활성 가스 압력 제어부
130: 가스 비율 제어부
141, 143, 145: 역류 방지부
9, 153: 혼합가스 주입부
160: 가스 흐름 제어부
161, 163, 165: 온도 제어부
171, 173, 175: 유속 제어부
181, 183, 185: 불활성 가스 공급라인
191, 193, 195: 반응성 가스 공급라인
211, 213, 215: 혼합 가스 공급라인
Claims (10)
- 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부;
반응성 가스를 공급하되, 상기 반응성 가스의 공급량을 제어하여 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스를 설정된 비율로 제어하는 가스 비율 제어부;
상기 불활성 가스 공급부로부터 연장되는 불활성 가스 공급라인;
상기 가스 비율 제어부로부터 연장되는 반응성 가스 공급라인; 및
상기 불활성 가스 공급라인과 상기 반응성 가스 공급라인을 연결하여 챔버에 설치된 혼합 가스 주입부로 혼합 가스를 각각 제공하는 혼합 가스 공급라인을 포함하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 불활성 가스 공급라인, 상기 반응성 가스 공급라인, 상기 혼합 가스 주입부 및 상기 혼합 가스 공급라인은 복수개이고,
상기 복수의 혼합 가스 주입부는 상기 복수의 혼합 가스 공급라인으로부터 공급된 각각의 혼합 가스를 서로 상이한 방향으로 상기 챔버 내에 주입하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 불활성 가스 공급라인 중 적어도 하나 이상에 설치되어 상기 불활성 가스의 공급 압력을 각각 제어하는 불활성 가스 압력 제어부를 더 포함하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 반응성 가스 공급라인 중 적어도 하나 이상에 설치되어 상기 불활성 가스가 상기 가스 비율 제어부로 흐르지 않도록 방지하는 역류 방지부를 더 포함하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 혼합 가스 공급라인 중 적어도 하나 이상에 설치되어 혼합 가스의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 포함하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 혼합 가스 주입부 중 적어도 하나 이상의 주입구 홀 크기를 제어하는 유속 제어부를 더 포함하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 혼합 가스 주입부가 설치된 위치와 상이한 위치에서 상기 챔버 내부로 저반응성 가스 또는 불활성 가스를 공급하는 가스 흐름 제어부를 더 포함하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 혼합 가스 주입부 중 적어도 하나는 상기 챔버의 상부에 배치되고,
상기 복수의 혼합 가스 주입부 중 적어도 하나는 상기 챔버의 측부에 배치되는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 제8항에 있어서,
챔버의 상부에 배치되는 상기 혼합 가스 주입부는 상기 복수의 혼합 가스 공급라인 중 둘 이상으로부터 각각 공급되는 혼합 가스를 둘 이상의 상이한 방향으로 주입하는,
플라즈마 챔버의 가스 공급 장치.
- 기판에 대한 공정이 이루어지는 공간을 제공하되, 서로 완전히 격리되지 않은 제1 공간과 제2 공간을 포함하는 챔버;
반응성 가스에 불활성 가스를 부가함으로써 압력을 증가시킨 혼합 가스를 상기 제1 공간 내에서 상이한 방향으로 주입하는 제1 가스 공급부; 및
저반응성 가스 또는 불활성 가스를 상기 제2 공간으로 주입하는 제2 가스 공급부를 포함하는,
플라즈마 처리 장치.
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030070620A1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-04-17 | Cooperberg David J. | Tunable multi-zone gas injection system |
| US20030079686A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-01 | Ling Chen | Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition |
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Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304248A (en) * | 1990-12-05 | 1994-04-19 | Applied Materials, Inc. | Passive shield for CVD wafer processing which provides frontside edge exclusion and prevents backside depositions |
| JP3115472B2 (ja) | 1994-03-17 | 2000-12-04 | 富士電機株式会社 | 誘導プラズマの発生方法および装置 |
| JP4620537B2 (ja) | 2005-07-21 | 2011-01-26 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法 |
| KR100839190B1 (ko) | 2007-03-06 | 2008-06-17 | 세메스 주식회사 | 기판을 처리하는 장치 및 방법 |
| US7867921B2 (en) | 2007-09-07 | 2011-01-11 | Applied Materials, Inc. | Reduction of etch-rate drift in HDP processes |
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| US10435790B2 (en) * | 2016-11-01 | 2019-10-08 | Asm Ip Holding B.V. | Method of subatmospheric plasma-enhanced ALD using capacitively coupled electrodes with narrow gap |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030070620A1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-04-17 | Cooperberg David J. | Tunable multi-zone gas injection system |
| US20030079686A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-01 | Ling Chen | Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition |
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