KR20220021206A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20220021206A
KR20220021206A KR1020200101757A KR20200101757A KR20220021206A KR 20220021206 A KR20220021206 A KR 20220021206A KR 1020200101757 A KR1020200101757 A KR 1020200101757A KR 20200101757 A KR20200101757 A KR 20200101757A KR 20220021206 A KR20220021206 A KR 20220021206A
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fastening hole
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김학영
방경태
성덕용
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 상기 챔버 내부에 배치되는 지지 부재, 상기 챔버의 상부에 배치되고, 상기 지지 부재와 마주보는 윈도우 플레이트, 상기 윈도우 플레이트는 윈도우 플레이트 몸체 및 상기 윈도우 플레이트 몸체를 관통하는 체결 홀을 포함하고, 상기 체결 홀은 제1 폭을 갖는 하부 체결 홀 및 상기 제1 폭 보다 큰 제2 폭을 갖는 상부 체결 홀을 포함하고, 공정 가스를 분배하는 복수의 분배 노즐을 갖는 제1 몸체 및 상기 제1 몸체가 체결되는 수용 홈 및 상기 복수의 분배 노즐에 의해 분배되는 상기 공정 가스를 상기 챔버의 내부 공간으로 분사하는 복수의 분사 노즐을 갖는 제2 몸체를 포함하는 가스 인젝터를 포함하며, 상기 제2 몸체는 상기 상부 체결 홀 내부에 배치되는 제1 부분, 상기 하부 체결 홀 내부에 배치되는 제2 부분 및 상기 윈도우 플레이트 하부에 배치되는 제3 부분을 포함하고, 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분은 상기 수용 홈으로부터 연장되어, 상기 수용 홈과 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분의 외측면 사이를 연결하는 가스 홀을 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 반도체, LED, LCD 등을 제조하는데 사용된다. 이 중에서 ICP 타입의 식각 장치는 RF 파워(RF Power) 전달 경로인 윈도우 플레이트 중앙에 홀을 구비하고 노즐을 장착하여 공정 가스를 챔버 내부로 분사한다. 공정 가스는 챔버 내부에서 플라즈마 상태로 여기되어 반도체 공정이 수행될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는 챔버 내에서 공정 가스의 균일 산포를 구현할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 상기 챔버 내부에 배치되는 지지 부재, 상기 챔버의 상부에 배치되고, 상기 지지 부재와 마주보는 윈도우 플레이트, 상기 윈도우 플레이트는 윈도우 플레이트 몸체 및 상기 윈도우 플레이트 몸체를 관통하는 체결 홀을 포함하고, 상기 체결 홀은 제1 폭을 갖는 하부 체결 홀 및 상기 제1 폭 보다 큰 제2 폭을 갖는 상부 체결 홀을 포함하고, 공정 가스를 분배하는 복수의 분배 노즐을 갖는 제1 몸체 및 상기 제1 몸체가 체결되는 수용 홈 및 상기 복수의 분배 노즐에 의해 분배되는 공정 가스를 상기 챔버의 내부 공간으로 분사하는 복수의 분사 노즐을 갖는 제2 몸체를 포함하는 가스 인젝터를 포함하며, 상기 제2 몸체는 상기 상부 체결 홀 내부에 배치되는 제1 부분, 상기 하부 체결 홀 내부에 배치되는 제2 부분 및 상기 윈도우 플레이트 하부에 배치되는 제3 부분을 포함하고, 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분은 상기 수용 홈으로부터 연장되어, 상기 수용 홈과 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분의 외측면 사이를 연결하는 가스 홀을 포함한다.
예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 상기 챔버 내부에 배치되는 지지 부재, 상기 챔버의 상부에 배치되고, 상기 지지 부재와 마주보는 윈도우 플레이트, 상기 윈도우 플레이트는 윈도우 플레이트 몸체 및 상기 윈도우 플레이트 몸체를 관통하는 체결 홀을 포함하고, 공정 가스를 분배하는 복수의 분배 노즐을 갖는 제1 몸체 및 상기 제1 몸체와 체결되는 제1 수용 홈, 상기 제1 수용 홈의 둘레에 배치되는 제2 수용 홈, 및 상기 복수의 분배 노즐로부터 분배된 상기 공정 가스를 상기 챔버의 내부 공간으로 분사하는 복수의 분사 노즐을 갖는 제2 몸체를 포함하는 가스 인젝터 및 상기 가스 인젝터와 상기 윈도우 플레이트 사이의 갭을 포함하되, 상기 제2 몸체는 상기 윈도우 플레이트 사이에 배치되는 제1 부분 및 상기 윈도우 플레이트 하부에 배치되는 제2 부분을 포함하고, 상기 갭은 상기 제2 몸체의 상기 제1 부분의 외측면과 상기 윈도우 플레이트의 내측면 사이에 배치되고, 상기 제2 몸체의 상기 제1 부분은, 상기 제2 수용 홈으로부터 연장되어, 상기 제2 수용 홈과 상기 제2 몸체의 상기 제1 부분의 상기 외측면으로 연장되어 상기 제2 수용 홈과 상기 갭 사이를 연결하는 가스 홀을 포함한다.
예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 상기 챔버 내부에 배치되는 지지 부재, 상기 챔버의 상부에 배치되고, 상기 지지 부재와 마주보며, 체결 홀을 포함하는 윈도우 플레이트, 상기 체결 홀과 체결되며, 제1 몸체 및 상기 제1 몸체와 체결되는 수용 홈을 갖는 제2 몸체를 포함하는 가스 인젝터, 및 상기 가스 인젝터와 상기 윈도우 플레이트 사이의 갭을 포함하며, 상기 가스 인젝터는 상기 윈도우 플레이트 내부에 배치되는 제1 부분 및 상기 윈도우 플레이트 하부에 배치되는 제2 부분을 포함하고, 상기 수용 홈으로부터 상기 제2 몸체의 상기 제1 부분의 외측면으로 연장되어 상기 수용 홈 및 상기 갭 사이를 연결하는 가스 홀을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 챔버 내에 분사되는 공정 가스의 균일 산포를 구현할 수 있는 윈도우 플레이트 및 가스 인젝터를 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공될 수 있다. 윈도우 플레이트 및 가스 인젝터 사이에서 공정 파티클의 발생을 방지하는 플라즈마 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1의 플라즈마 처리 장치에서 가스 인젝터를 개략적으로 나타내는 측면도 및 사시도이다.
도 3c는 가스 인젝터의 제2 몸체를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4a는 플라즈마 처리 장치에서 가스 인젝터를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4b는 플라즈마 처리 장치에서 가스 인젝터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마를 이용한 반도체 공정 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 부분 확대도이다. 도 2a는 가스 인젝터(300)가 윈도우 플레이트(200)에 체결되기 전 'A' 영역의 구성요소들을 분해하여 도시한 확대도이다. 도 2b는 가스 인젝터(300)가 윈도우 플레이트(200)에 체결된 후 'A' 영역의 확대도이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(100), 챔버(100) 내부에 배치되는 지지 부재(120), 윈도우 플레이트(200), 가스 인젝터(300), 및 ICP 안테나(130)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 플라즈마 처리 장치(10)는 윈도우 플레이트(200), 및 가스 인젝터(300) 사이의 갭(GP)을 더 포함할 수 있다.
챔버(100)는 지지 부재(120)에 의해 지지되는 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리 공정이 수행되는 내부 공간(110)을 제공할 수 있다. 챔버(100)의 내부 공간(110)에서 반도체 공정을 위한 플라즈마가 형성될 수 있으며, 챔버(100)의 내부 공간(110)은 "플라즈마 공정 영역" 또는 "플라즈마 영역"으로 지칭될 수 있다.
지지 부재(120)는 챔버(100)의 내부에 배치될 수 있다. 지지 부재(120) 상에는 반도체 소자의 제조를 위한 웨이퍼(W)가 배치될 수 있다. 지지 부재(120)는, 예를 들어, 정전척(ESC)을 포함할 수 있다.
윈도우 플레이트(200)는 윈도우 플레이트 몸체(210), 보호층(220), 및 체결 홀(205)을 가질 수 있다. 윈도우 플레이트(200)는 챔버(100)의 상부에 배치되며, 지지 부재(120)와 마주볼 수 있다. 윈도우 플레이트(200)는 챔버(100)의 상부에 배치되어, 챔버(100)의 내부 공간(110)을 밀폐시킬 수 있다.
윈도우 플레이트 몸체(210)는 유전체(dielectric)로 이루어질 수 있다. 윈도우 플레이트 몸체(210)는, 예를 들어, Al2O3 등의 비전도성 세라믹, 쿼츠(quartz) 등을 재질로 하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 윈도우 플레이트 몸체(210)는 체결 홀(205)이 관통하는 중심 영역에서 단차를 가질 수 있다.
체결 홀(205)은 윈도우 플레이트 몸체(210)의 대략 중앙에 위치하며, 윈도우 플레이트 몸체(210)를 관통할 수 있다. 가스 인젝터(300)는 체결 홀(205)에 삽입되어, 윈도우 플레이트(200)와 체결될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 체결 홀(205)의 상하부의 폭은 서로 다를 수 있다. 체결 홀(205)의 하부 체결 홀(205a)은 제1 폭(a1)을 가질 수 있으며, 체결 홀(205)의 상부 체결 홀(205b)은 제1 폭(a1)보다 큰 제2 폭(a2)을 가질 수 있다. 체결 홀(205) 내에는 가스 인젝터(300)가 배치될 수 있다.
보호층(220)은 챔버(100)의 내부 공간(110)으로 노출되는 윈도우 플레이트 몸체(210)의 하면에 배치될 수 있다. 보호층(220)은 내식각성이 우수한 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 산화이트륨(Y2O3)으로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 보호층(220)은 가스 인젝터(300)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 보호층(220)은, 예를 들어, 상기 윈도우 플레이트 몸체(210)의 저면을 수십 내지 수백 ㎛의 두께로 코팅하는 방식으로 형성될 수 있다.
가스 인젝터(300)는 제1 몸체(310) 및 제2 몸체(320)를 포함할 수 있다. 제1 몸체(310)는 제2 몸체(320)와 체결될 수 있다. 가스 인젝터(300)는 윈도우 플레이트(200)의 체결 홀(205)에 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 가스 인젝터(300)는 체결 홀(205)에 체결된 상태에서 윈도우 플레이트(200)의 하면으로부터 돌출될 수 있다. 가스 인젝터(300)는 공정 가스(G)를 저장하는 탱크(500), 및 탱크(500)와 가스 인젝터(300)를 연결하는 공급관(510)을 통해서 연결될 수 있다. 가스 인젝터(300)는 공정 가스(G)를 챔버(100)의 내부 공간(110)으로 분사할 수 있다. 가스 인젝터(300)는 내식각성이 우수한 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 산화이트륨(Y2O3), SiO2, 쿼츠(quartz), 세라믹 등의 소재로 이루어질 수 있다.
제1 몸체(310)는 공정 가스(G)를 분배하는 복수의 분배 노즐(311)을 포함할 수 있다. 복수의 분배 노즐(311)은 제1 분배 노즐(311a) 및 제2 분배 노즐(311b)을 포함할 수 있다. 제1 분배 노즐(311a)은 제1 몸체(310)의 중앙에서 원기둥 형태의 관통 홀을 포함 수 있다. 제1 분배 노즐(311a)의 상기 관통 홀은 제1 분배 노즐(311a)의 상부에서 넓은 면적의 제1 관통 홀(H1a)과 제1 분배 노즐(311a)의 하부에서 제1 관통 홀(H1a)보다 좁은 면적의 제2 관통 홀(H1b)을 포함할 수 있다. 제2 분배 노즐(311b)은 제1 분배 노즐(311a)의 둘레에서 제1 몸체(310)를 관통하는 제3 관통 홀(H2)을 포함할 수 있다. 제1 분배 노즐(311a)은 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a) 내부에 배치될 수 있으며, 제2 분배 노즐(311b)은 제1 몸체(310)의 제2 부분(310b) 내부에 배치될 수 있다.
제1 몸체(310)는 제1 분배 노즐(311a)을 포함하는 제1 부분(310a) 및, 제2 분배 노즐(311b)을 포함하는 제2 부분(310b)을 포함할 수 있다. 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)의 하면은 제1 몸체(310)의 제2 부분(310b)의 하면으로부터 돌출될 수 있다. 즉, 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)의 하면은 제1 몸체(310)의 제2 부분(310b)의 하면보다 낮은 레벨에 배치될 수 있다.
제2 몸체(320)는 상부 체결 홀(205b) 내부에 배치되는 제1 부분(320a), 하부 체결 홀(205a) 내부에 배치되는 제2 부분(320b), 및 윈도우 플레이트(200) 하부에 배치되는 제3 부분(320c)을 포함할 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)은 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b) 상에 배치되고, 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)은 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c) 상에 배치될 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 내지 3 부분(320a, 320b, 320c)은 서로 연결될 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 및 2 부분(320a, 320b)은 체결 홀(205)의 내부에 배치될 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)은 걸림턱으로, 제2 몸체(320)가 윈도우 플레이트(200)의 체결 홀(205)에 삽입된 상태에서 단차를 가지는 윈도우 플레이트(200)의 상면에 안착되어 아래쪽으로 빠지는 것을 방지할 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)은 상부 체결 홀(205b) 내부에 배치되며, 하부 체결 홀(205a)이 관통하는 윈도우 플레이트 몸체(210) 상에 배치될 수 있다. 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)은 적어도 하나 이상의 가스 홀(340)을 포함할 수 있다. 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)은 제3 부분(320c)의 바깥면에 연결되는 분사 노즐들(322)을 포함할 수 있다.
제2 몸체(320)는 제1 몸체(310)가 체결되는 수용 홈(330), 공정 가스(G)를 분사하는 복수의 분사 노즐(322), 및 적어도 하나 이상의 가스 홀(340)을 포함할 수 있다.
수용 홈(330)은 제1 몸체(310)와 대응되는 형상을 가지며, 제1 몸체(310)는 제2 몸체(320)의 수용 홈(330)에 삽입되어 체결될 수 있다. 수용 홈(330)은 제2 몸체(320)의 중앙에 배치되는 제1 수용 홈(331) 및 제1 수용 홈(331)의 둘레에 배치되는 제2 수용 홈(332)을 포함할 수 있다.
제1 수용 홈(331)의 바닥면은 제2 수용 홈(332)의 바닥면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 제1 수용 홈(331)은 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)과 체결될 수 있으며, 제2 수용 홈(332)은 제1 몸체(310)의 제2 부분(310b)과 체결될 수 있다. 제2 수용 홈(332)의 바닥면은 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c) 내에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 수용 홈(332)의 바닥면은 윈도우 플레이트(200)의 하면보다 하부에 배치될 수 있다. 제2 수용 홈(332)에 체결되는 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)의 하면은 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c) 내에 배치될 수 있다. 제2 수용 홈(332)에 체결되는 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)의 하면은 윈도우 플레이트(200)의 하면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.
제1 수용 홈(331)은 제1 수용 홈(331)에 체결된 제1 몸체(310)의 하부에 공정 가스(G)를 수용하는 제1 공간(331a)을 포함할 수 있으며, 제2 수용 홈(332)은 제2 수용 홈(332)에 체결된 제1 몸체(310)의 하부에 공정 가스(G)를 수용하는 제2 공간(332a)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 분배 노즐(311a, 311b)이 연결되는 제1 몸체(310)의 하단면은 제1 및 제2 수용 홈(331,332)의 바닥면과 접하지 않고 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 공간(331a) 및 제2 공간(332a)은 일종의 리저버(reservoir)에 해당될 수 있다. 제1 공간(331a) 및 제2 공간(332a)은 공정 가스(G)가 균일하게 분배되어 챔버(100) 내부로 균일하게 분사되도록 한다.
복수의 분사 노즐(322)은 제1 분사 노즐(322a)과 제2 분사 노즐(322b)을 포함할 수 있다. 복수의 분사 노즐(322)은 복수의 분배 노즐(311)에 의해 분배되는 공정 가스(G)를 챔버(100)의 내부 공간(110)으로 분사할 수 있다.
제1 분사 노즐(322a)은 제1 수용 홈(331)에서 방사상으로 연장되어 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)의 외측면과 연결될 수 있다. 제1 분사 노즐(322a)은 제1 수용 홈(331)과 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)의 외측면 사이를 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 제1 분사 노즐(322a)에 의하여, 공정 가스(G)는 가스 인젝터(300)의 측면 방향으로 분사될 수 있다.
제2 분사 노즐(322b)은 제2 수용 홈(332)에서 하부 방향으로 연장되어 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)의 하단면과 연결될 수 있다. 제2 분사 노즐(322b)은 제2 수용 홈(332)과 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)의 하면 사이를 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 제2 분사 노즐(322b)에 의하여, 공정 가스(G)는 가스 인젝터(300)의 하부 방향으로 분사될 수 있다.
공정 가스(G)는 제1 분사 노즐(322a)과 제2 분사 노즐(322b)을 통해서 서로 다른 방향으로 분사됨으로써 챔버(100)의 내부 공간(110) 에서의 혼합이 높아질 수 있다. 이는 챔버(100)의 내부 공간(110) 내에서의 공정 가스(G)가 분포하는 산포를 개선하는 효과를 가져오며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
갭(GP)은 윈도우 플레이트(200)의 내측면과 가스 인젝터(300)의 외측면 사이의 공간일 수 있다. 갭(GP)은 윈도우 플레이트(200)의 내측면과 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 외측면 사이의 공간일 수 있다. 갭(GP)의 폭은 약 0.1mm 내지 약 1.0mm의 범위일 수 있다. 윈도우 플레이트(200)의 내측면과 가스 인젝터(300)의 외측면 사이의 거리는 약 0.1mm 내지 약 1.0mm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 윈도우 플레이트(200)의 내측면과 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 외측면 사이의 거리는 약 0.1mm 내지 약 1.0mm의 범위일 수 있다.
가스 홀(340)은 수용 홈(330)으로부터 연장되어, 수용 홈(330)과 윈도우 플레이트(200)와 마주보는 제2 몸체(320)의 외측면 사이를 연결할 수 있다. 가스 홀(340)은 제2 수용 홈(332)으로부터 연장되어, 제2 수용 홈(332)과 윈도우 플레이트(200)와 마주보는 제2 몸체(320)의 외측면 사이를 연결할 수 있다. 가스 홀(340)은 제2 수용 홈(332)으로부터 연장되어, 제2 수용 홈(332)과 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 외측면 사이를 연결할 수 있다. 가스 홀(340)은 제2 수용 홈(332)과 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 외측면 사이를 관통할 수 있다. 가스 홀(340)은 제2 공간(332a)으로부터 연장되어, 제2 공간(332a)과 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 외측면 사이를 연결할 수 있다. 가스 홀(340)은 제2 수용 홈(332)으로부터 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 외측면으로 연장되어 제2 수용 홈(332)과 갭(GP) 사이를 연결할 수 있다.
분배 노즐(311) 중 제2 분배 노즐(311b)에 의해 분배된 공정 가스(420)의 일부는 가스 홀(340)을 통해서 윈도우 플레이트(200)의 내측면 방향으로 분사될 수 있다. 가스 홀(340)을 통해 윈도우 플레이트(200)의 내측면 방향으로 분사된 공정 가스(421)는 윈도우 플레이트(200)의 내측면을 따라 흐를 수 있다. 가스 홀(340)을 통해 분사된 공정 가스(421)로 인해 갭(GP) 내부의 분압이 상승하므로, 챔버(100)의 내부 공간(110)에서 형성되는 플라즈마가 갭(GP) 내부로 유입되는 것을 방지하여, 공정 파티클 발생을 억제할 수 있다. 가스 홀(340)을 통해 윈도우 플레이트(200)의 내측면 방향으로 분사된 공정 가스(421)는 윈도우 플레이트(200)의 내측면을 따라 하부 방향으로 흘러 플라즈마에 의해 발생할 수 있는 공정 파티클이 갭(GP) 내부에 증착되는 것을 방지할 수 있다.
가스 인젝터(300)는 공정 가스(G)를 균일하게 분배하는 제1 몸체(310)와 분배된 공정 가스(410, 420)를 균일하게 분사하는 제2 몸체(320)가 분리된 투피스(two-piece) 구조를 가지므로, 챔버(100)의 내부 공간(110)에서 형성되는 플라즈마에 노출되는 제2 몸체(320)만을 교체함으로써 유지보수에 대한 비용을 절감할 수 있다.
가스 인젝터(300)에 입사되는 공정 가스(400)는 제1 분배 노즐(311a)로 흐르는 공정 가스(410)와 제2 분배 노즐(311b)로 흐르는 공정 가스(420)로 나뉠 수 있다.
제1 분배 노즐(311a)로 흐르는 공정 가스(410)는 제1 수용 홈(331)의 제1 공간(331a)에서 제1 분사 노즐(322a)로 분배되어 제2 몸체(320)의 외측면에서 분사될 수 있다. 제1 분배 노즐(311a)로 흐르는 공정 가스(410)는 제2 몸체(320)의 제3 부분(330c)의 외측면에서 분사될 수 있다. 즉, 제1 분사 노즐(322a)을 통해 분사되는 공정 가스(411)는 제2 몸체(320)의 윈도우 플레이트(200) 하부 방향으로 돌출된 제3 부분(320c)의 외측면에서 분사될 수 있다. 제1 분사 노즐(322a)을 통해 분사되는 공정 가스(411)는 가스 인젝터(300)의 측면 방향으로 분사될 수 있다.
제2 분배 노즐(311b)로 흐르는 공정 가스(420)는 제2 수용 홈(332)의 제2 공간(332a)으로부터 가스 홀(340)을 통해 분사되는 공정 가스(421) 및 제2 분사 노즐(322b)을 통해 분사되는 공정 가스(422)로 나뉠 수 있다. 가스 홀(340)을 통해 분사되는 공정 가스(421)는 갭(GP) 내부를 채울 수 있다. 예시적인 실시예에서, 가스 홀(340)을 통해 분사되는 공정 가스(421)는 윈도우 플레이트(200)의 내측면을 따라 챔버(100)의 하부 방향으로 흐를 수 있다. 가스 홀(340)을 통해 분사되는 공정 가스(421)의 가스유량은 제2 분사 노즐(322b)을 통해 분사되는 공정 가스(422)의 가스유량보다 작을 수 있다.
ICP 안테나(130)는 윈도우 플레이트(200)의 상부에 배치될 수 있다. ICP 안테나(130)는 플라즈마 전원(140)과 연결되어 챔버(100)의 내부 공간(110)에 전자기장을 형성할 수 있다.
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도 3a 내지 도 3c를 참조하여 가스 인젝터(300)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1의 플라즈마 처리 장치에서 가스 인젝터를 개략적으로 나타내는 측면도 및 사시도이다.
도 3c는 가스 인젝터의 제2 몸체를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 가스 인젝터(300)는 상호 체결될 수 있는 제1 몸체(310) 및 제2 몸체(320)를 포함할 수 있다.
제1 몸체(310)의 중앙에 배치되는 제1 부분(310a) 및 제1 부분(310a)의 하면의 레벨보다 높은 레벨에 배치되는 제2 부분(310b)을 포함할 수 있다. 제1 분배 노즐(311a)은 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)을 관통하며, 제2 분배 노즐(311b)은 제1 몸체(310)의 제2 부분(310b)을 관통할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에서 도시된 바와 같이, 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a) 및 제2 부분(310b)은 연결된 구조일 수 있다. 제1 몸체(310)의 제1 부분(310a)은 최하부에 제1 하부면(310aL) 및 최상부에 제1 상부면(310aH)을 포함할 수 있다. 제1 하부면(310aL) 및 제1 상부면(310aH)은 제1 분배 노즐(311a) 이 관통하는 홀을 포함하므로, 링 형태를 가질 수 있다. 제1 하부면(310aL)은 제1 상부면(310aH)보다 작은 폭을 가질 수 있다. 제1 몸체(310)의 제2 부분(310b)의 최상면인 제2 상부면(310bH)은 제1 상부면(310aH)의 둘레에 배치될 수 있다. 제1 부분(310a)의 제1 하부면(310aL)은 제2 부분(310b)의 제2 상부면(310bH)의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.
제2 몸체(320)는 각각 폭이 서로 다른 제1 부분(320a), 제2 부분(320b), 제3 부분(320c)을 포함할 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 내지 3 부분(320a, 320b, 320c) 각각은 원형의 외곽선을 가질 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)은 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b) 상에 배치될 수 있으며, 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)은 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c) 상에 배치될 수 있다. 도 2a 및 도 2b에서 도시된 바와 같이, 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a), 제2 부분(320b), 및 제3 부분(320c)은 연결된 구조일 수 있다.
제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)은 제2 몸체(320)의 최상부에 배치되며, 제2 몸체(320)에서 가장 넓은 폭의 외측면을 가질 수 있다. 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)은 제2 부분(320b)의 외측면으로 연결되는 가스 홀(340)을 포함할 수 있다. 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)은 외측면으로 연결되는 제1 분사 노즐(322a) 및 하단면으로 연결되는 제2 분사 노즐(322b)을 포함할 수 있다.
제2 몸체(320)는 제2 몸체(320)의 중앙에 배치되는 제1 수용 홈(331) 및 제1 수용 홈(331)의 둘레에 배치되는 제2 수용 홈(332)을 포함할 수 있다. 제1 수용 홈(331)은 대략 원통 형상의 구조를 가질 수 있다. 제2 수용 홈(332)은 제1 수용 홈(331)을 둘러싸는 링 형상의 구조를 가질 수 있다.
도 2b와 같이 제1 몸체(310)와 제2 몸체(320)가 체결된 경우, 제1 분배 노즐(311a)은 제1 수용 홈(331) 내부에 위치할 수 있으며, 제2 분배 노즐(311b)은 제2 수용 홈(332) 내부에 위치할 수 있다.
가스 홀(340)의 개수는 분배 노즐(311), 제1 분사 노즐(322a), 및 제2 몸체(320)의 하단면에 연결된 제2 분사 노즐 각각의 개수보다 작을 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a), 제2 부분(320b), 및 제3 부분(320c)은 상기 제1 부분, 상기 제2 부분, 및 상기 제3 부분 각각은 원형의 외곽선을 가지질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a), 제2 부분(320b), 및 제3 부분(320c)은 서로 다른 지름을 가질 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)은 제1 지름(D1)을 가지고, 제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)은 제1 지름(D1)보다 작은 제2 지름(D2)을 가지며, 제2 몸체(320)의 제3 부분(320c)은 제2 지름(D2)보다 작은 제3 지름(D3)을 가질 수 있다.
제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)의 제1 지름(D1)은 도 2a에서의 상부 체결 홀(205b)의 제2 폭(a2)과 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)의 제1 지름(D1)은 도 2a에서의 하부 체결 홀(205a)의 제1 폭(a1)보다 클 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 몸체(320)의 제1 부분(320a)의 제1 지름(D1)은 도 2a에서의 상부 체결 홀(205b)의 제2 폭(a2)보다 작을 수 있으나, 이 경우에도 하부 체결 홀(205a)의 제1 폭(a1)보다 클 수 있다.
제2 몸체(320)의 제2 부분(320b)의 제2 지름(D2)은 하부 체결 홀(205a)의 제1 폭(a1)보다 작을 수 있다. 하부 체결 홀(205a)의 제1 폭(a1)과 제2 몸체(320)의 제2 부분(320c)의 제2 지름(D2)의 차이는 약 0.1mm 내지 1.0mm의 범위일 수 있다.
도 4a는 플라즈마 처리 장치에서 가스 인젝터를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4a를 참조하면, 제1 분사 노즐(322a)들은 각각 제1 수용 홈(331)의 중심축(Z)에서 법선 방향으로 연장되는 가상의 직선(L1)과 제1 수용 홈(331)의 내측면이 만나는 점을 기준으로 가상의 직선(L1)과 예각(θ1)을 이루며 회전된 구조를 가질 수 있다. 여기서 제1 분사 노즐(322a)들의 회전 방향은 모두 동일할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 분사 노즐(322a)들이 반시계 방향으로 회전된 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 시계 방향으로 회전된 구조를 가질 수도 있다. 가스 인젝터(300)의 측 방향으로 방사상 분사되는 공정 가스(411)의 경우 제1 분사 노즐(322a)이 법선 방향에 대해 소정 각도로 회전된 구조를 가짐으로써 분사되는 공정 가스(411)는 가스 인젝터(300)의 둘레를 따라서 회전하며 방사상으로 확산되는 유동장을 형성할 수 있다.
가스 홀(340)들은 제1 수용 홈(331)의 중심축(Z)으로부터 제1 분사 노즐(322a)보다 바깥쪽 영역에 형성될 수 있다. 가스 홀(340)의 개수는 제1 분사 노즐(322a)의 개수보다 작을 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
도 4b는 플라즈마 처리 장치에서 가스 인젝터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 제2 분사 노즐(322b)들은 각각 제1 수용 홈(331)의 중심축(Z)과 평행한 임의의 수직선(L2)과 예각(θ2)을 이루며 제2 수용 홈(332)에서 제2 몸체(320)의 하단면을 향해 원주 방향을 따라 동일한 방향으로 경사지게 연장된 구조를 가질 수 있다. 가스 인젝터(300)의 하부 방향으로 분사되는 공정 가스(422)의 경우 제2 분사 노즐(322b)이 가스 인젝터(300)의 원주 방향을 따라 하부로 경사지게 연장된 구조를 가짐으로써 분사되는 공정 가스(422)는 나선형으로 회전하는 와류(vortex)를 이루며 확산되는 유동장을 형성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 가스 인젝터(300)의 측 방향과 하부 방향으로 각각 분사되는 공정 가스(G)가 소정의 분사 각도(θ1, θ2)를 가지며 분사되도록 함으로써 공정 가스(G)는 챔버(100) 내에서 단순 확산되는 것이 아닌 와류를 이루는 유동장을 구현하며 확산되며, 따라서 챔버(100) 내에서 공정 가스(G)의 혼합이 증가하여 산포가 개선되는 효과를 가져올 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치에서, 플라즈마를 이용한 반도체 공정 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용한 반도체 공정에 이용될 수 있다.
웨이퍼(W)를 로딩할 수 있다(S1). 예를 들어, 웨이퍼(W)는 챔버(100)의 내부의 지지 부재(120)에 척킹(chucking)될 수 있다.
공정 가스(G)를 공급할 수 있다(S2). 탱크(500)에 저장된 공정 가스(G)를 공급관(510)을 통해 챔버(100)의 내부로 공급할 수 있다. 공급 가스(G)는 반도체 공정에 따라 종류를 달리할 수 있다. 공급관(510)은 탱크(500)와 가스 인젝터(300)를 연결할 수 있다. 탱크(500)로부터 가스 인젝터(300)로 공급된 공정 가스(G)는 챔버(100)의 내부 공간(110)으로 분사될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 공정 가스(G)는 복수의 분배 노즐 및 복수의 분사 노즐을 통하여 측 방향 및 수직 하부 방향의 서로 상이한 방향으로 분사됨으로써 챔버(100) 내에서의 공정 가스(G)의 혼합이 증가할 수 있다.
플라즈마를 형성할 수 있다(S3). 챔버(100)의 내부 공간(110) 내에 공정 가스(G)가 공급되는 상태에서 ICP 안테나(130)에 플라즈마 전원(140)을 통한 전압을 인가하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 도 2b에 도시된 것과 같이, 가스 인젝터(300)의 가스 홀(340)에 의하여 분사된 가스가 갭(GP) 내부를 채우므로, 챔버(100)의 내부 공간(110)에 형성된 플라즈마가 윈도우 플레이트 내측면으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
플라즈마를 이용한 반도체 공정을 진행할 수 있다 (S4). 상기 반도체 공정은, 예를 들어, 식각 공정 또는 증착 공정 등일 수 있다.
반도체 공정이 수행된 후, 공정 가스(G)의 공급과 플라즈마 전원(140)에 가해지는 전압 인가를 중단할 수 있다. 이어서, 웨이퍼(W)를 언로딩할 수 있다 (S5).
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 플라즈마 처리 장치
100: 챔버
200: 윈도우 플레이트
300: 가스 인젝터
310: 제1 몸체
320: 제2 몸체
311: 분배 노즐
322: 분사 노즐
340: 가스 홀

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되는 지지 부재;
    상기 챔버의 상부에 배치되고, 상기 지지 부재와 마주보는 윈도우 플레이트, 상기 윈도우 플레이트는 윈도우 플레이트 몸체 및 상기 윈도우 플레이트 몸체를 관통하는 체결 홀을 포함하고, 상기 체결 홀은 제1 폭을 갖는 하부 체결 홀 및 상기 제1 폭 보다 큰 제2 폭을 갖는 상부 체결 홀을 포함하고; 및
    공정 가스를 분배하는 복수의 분배 노즐을 갖는 제1 몸체 및 상기 제1 몸체가 체결되는 수용 홈 및 상기 복수의 분배 노즐에 의해 분배되는 상기 공정 가스를 상기 챔버의 내부 공간으로 분사하는 복수의 분사 노즐을 갖는 제2 몸체를 포함하는 가스 인젝터를 포함하며,
    상기 제2 몸체는 상기 상부 체결 홀 내부에 배치되는 제1 부분, 상기 하부 체결 홀 내부에 배치되는 제2 부분 및 상기 윈도우 플레이트 하부에 배치되는 제3 부분을 포함하고,
    상기 제2 몸체의 상기 제2 부분은 상기 수용 홈으로부터 연장되어, 상기 수용 홈과 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분의 외측면 사이를 연결하는 가스 홀을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수용 홈은 상기 제2 몸체의 중앙에 배치되는 제1 수용 홈과 상기 제1 수용 홈의 둘레에 배치되는 제2 수용 홈을 포함하고,
    상기 제1 수용 홈의 바닥면은 상기 제2 수용 홈의 바닥면보다 낮은 레벨에 위치하고,
    상기 가스 홀은 상기 제2 수용 홈으로부터 연장되어, 상기 제2 수용 홈과 상기 제2 부분의 상기 외측면 사이를 연결하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 수용 홈은 상기 제1 수용 홈에 체결된 제1 몸체의 하부에 상기 공정 가스를 수용하는 제1 공간을 포함하고,
    상기 제2 수용 홈은 상기 제2 수용 홈에 체결된 제1 몸체의 하부에 상기 공정 가스를 수용하는 제2 공간을 포함하고,
    상기 가스 홀은 상기 제2 공간으로부터 연장되어, 상기 제2 공간과 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분의 상기 외측면 사이를 연결하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 몸체의 상기 제2 부분의 상기 외측면과 상기 윈도우 플레이트의 내측면 사이의 갭을 더 포함하고,
    상기 가스 홀은 상기 수용 홈으로부터 상기 제2 몸체의 상기 제2 부분의 상기 외측면으로 연장되어, 상기 수용 홈과 상기 갭 사이를 연결하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 분사 노즐은 상기 제1 수용 홈에서 방사상으로 연장되어 상기 제2 몸체의 상기 제3 부분의 외측면과 연결되는 제1 분사 노즐들과, 상기 제2 수용 홈에서 하부 방향으로 연장되어 상기 제2 몸체의 상기 제3 부분의 하단면과 연결되는 제2 분사 노즐들을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 분사 노즐들은 각각 상기 제1 수용 홈의 중심축에서 법선 방향으로 연장되는 가상의 직선과 상기 제1 수용 홈의 내측면이 만나는 점을 기준으로 상기 가상의 직선과 예각을 이루는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 분사 노즐들은 각각 상기 제1 수용 홈의 중심축과 평행한 가상의 수직선과 예각을 이루며 상기 제2 수용 홈으로부터 상기 하단면을 향해 경사지게 연장된 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 윈도우 플레이트는 상기 윈도우 플레이트 몸체의 하면을 덮는 보호층을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되는 지지 부재;
    상기 챔버의 상부에 배치되고, 상기 지지 부재와 마주보는 윈도우 플레이트, 상기 윈도우 플레이트는 윈도우 플레이트 몸체 및 상기 윈도우 플레이트 몸체를 관통하는 체결 홀을 포함하고;
    공정 가스를 분배하는 복수의 분배 노즐을 갖는 제1 몸체 및 상기 제1 몸체와 체결되는 제1 수용 홈, 상기 제1 수용 홈의 둘레에 배치되는 제2 수용 홈, 및 상기 복수의 분배 노즐로부터 분배된 상기 공정 가스를 상기 챔버의 내부 공간으로 분사하는 복수의 분사 노즐을 갖는 제2 몸체를 포함하는 가스 인젝터; 및
    상기 가스 인젝터와 상기 윈도우 플레이트 사이의 갭을 포함하되,
    상기 제2 몸체는 상기 윈도우 플레이트 사이에 배치되는 제1 부분 및 상기 윈도우 플레이트 하부에 배치되는 제2 부분을 포함하고,
    상기 갭은 상기 제2 몸체의 상기 제1 부분의 외측면과 상기 윈도우 플레이트의 내측면 사이에 배치되고,
    상기 제2 몸체의 상기 제1 부분은, 상기 제2 수용 홈으로부터 연장되어, 상기 제2 수용 홈과 상기 제2 몸체의 상기 제1 부분의 상기 외측면으로 연장되어 상기 제2 수용 홈과 상기 갭 사이를 연결하는 가스 홀을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 갭은 0.1mm 내지 1.0mm 범위인 플라즈마 처리 장치.
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