KR20230140997A - 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버 - Google Patents

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KR20230140997A
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Abstract

본 발명은 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 상기 웨이퍼가 안착되는 안착부가 구비된 하우징; 상기 하우징의 측면에 구비되며, 상기 하우징의 내부로 가스를 분사하는 사이드 가스 피드;를 포함하며, 상기 하우징에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드가 구비되며, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 중심선을 기준으로 대칭을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버 {Plasma chamber with side gas feed}
본 발명은 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버의 측면에 구비된 사이드 가스 피드의 디자인을 조절하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서는 균일성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 반도체의 제조 공정 중 식각(etching) 공정에서 반도체의 균일성이 확보되거나 조절될 수 있다.
반도체의 식각 공정은 플라즈마 챔버 내부에서 진행될 수 있다. 플라즈마 챔버는 내부의 반응 공간 내에 플라즈마를 형성시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 반도체의 식각 공정을 수행하게 된다.
플라즈마 챔버의 상부에는 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 소스가 구비되어 있으며, 플라즈마 소스의 대표적인 예로는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스 및 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스 등이 있다.
식각 공정에 있어서, 플라즈마 챔버 내부의 가스 분포는 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지하기 위한 중요한 요소일 수 있다. 일반적으로 균일한 식각 속도를 유지하기 위해, 용량성 결합 플라즈마 소스를 사용하는 챔버에서는 샤워 헤드 디자인(shower head design)을 사용하며, 유도성 결합 플라즈마를 사용하는 챔버에서는 보톰 가스 피드(BGF, bottom gas feed), 센터 가스 피드(CGF, center gas feed), 사이드 가스 피드(SGF, side gas feed)를 사용하고 있다.
그러나 플라즈마 챔버 내부로 분사되는 가스가 무거운 분자로 이루어진 경우, 센터 가스 피드를 통해서는 균일한 식각 속도를 유지하기 어려운 문제점이 있다. 구체적으로, 센터 가스 피드를 사용하는 경우, 무거운 분자로 인해 z 방향(챔버의 하부 방향) 속도가 증가함에 따라 식각 속도 균일도가 나빠지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버의 측면에 구비된 사이드 가스 피드의 디자인을 조절하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 웨이퍼를 식각하기 위해 플라즈마가 형성되는 플라즈마 챔버로서, 상기 웨이퍼가 안착되는 안착부가 구비된 하우징; 상기 하우징의 측면에 구비되며, 상기 하우징의 내부로 가스를 분사하는 사이드 가스 피드;를 포함하며, 상기 하우징에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드가 구비되며, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 중심선을 기준으로 대칭을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 상기 하우징의 상부에 구비되며, 상기 하우징의 내부로 가스를 분사하는 센터 가스 피드를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼와 접촉하는 면적과, 상기 센터 가스 피드에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼와 접촉하는 면적은 서로 겹쳐질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 상기 안착부와, 상기 하우징의 상부에 구비되는 상기 센터 가스 피드 사이에 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드는 노즐을 포함하며, 상기 노즐에는, 상기 가스가 분사되는 복수 개의 노즐홀이 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 노즐에 구비되는 복수 개의 노즐홀은, 상기 하우징의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 노즐홀은 0.5 내지 1mm의 직경을 가지는 원 형상으로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비되는 상기 사이드 가스 피드는 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드를 포함하며, 상기 제2사이드 가스 피드는 상기 제1사이드 가스 피드보다 하부에 구비되며, 상기 제2사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스는 상기 제1사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비되는 상기 사이드 가스 피드는 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드를 포함하며, 상기 제2사이드 가스 피드의 노즐 길이는, 상기 제1사이드 가스 피드의 노즐 길이보다 길게 형성되며, 상기 제2사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스는 상기 제1사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향은, 상기 웨이퍼가 안착되는 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상의 방향일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도(vo)는, 상기 하우징에 상기 사이드 가스 피드가 구비되는 위치를 기준으로, 원기둥 좌표계 (r, θ, Z)에 대하여 vo = (0, vθ, 0)로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드는 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 노즐은 상기 하우징의 측면을 따라서 연장될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징은 원기둥 형상으로 이루어지고, 상기 노즐은 곡률을 형성하면서 연장되며, 상기 노즐이 연장되면서 형성된 곡률은, 상기 하우징의 측면이 형성하는 곡률과 동일할 수 있다.
본 발명은 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 챔버의 측면에 구비된 사이드 가스 피드의 디자인을 조절하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드를 동시에 사용하면서, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 웨이퍼와 접촉하는 면적과, 센터 가스 피드에서 분사되는 가스가 웨이퍼와 접촉하는 면적을 서로 겹쳐지게 함에 따라 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명은 챔버에서 대칭을 유지하면서 사이드 가스 피드를 설치하고, 사이드 가스 피드의 노즐홀의 크기, 개수, 위치를 조절하며, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향을 조절함에 따라 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드에서 가스가 분사되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 웨이퍼와 접촉하는 면적과, 센터 가스 피드에서 분사되는 가스가 웨이퍼와 접촉하는 면적이 서로 겹쳐지는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 노즐에 구비되는 복수 개의 노즐홀이 하우징의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 작아지는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 노즐에 구비되는 복수 개의 노즐홀이 하우징의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커지는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 하우징에 사이드 가스 피드가 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도(벡터)가 방향이 원기둥 좌표계 (r, θ, Z)에 대하여 vo = (0, vθ, 0)로 이루어지는 것을 나타내는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 사이드 가스 피드가 하우징의 중심선을 기준으로 대칭으로 설치된 것을 나타내는 도면이고, 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따라 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드가 하우징의 중심선을 기준으로 대칭으로 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 노즐의 길이가 서로 다른 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드가 하우징의 중심선을 기준으로 대칭으로 설치된 것을 나타내는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 챔버의 측면에 구비된 사이드 가스 피드의 디자인을 조절하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, BCl3를 사용하는 메탈 에칭(metal etch)이나, C4F8을 사용하는 옥사이드 에칭(oxide etch)과 같이 무거운 분자를 사용하는 챔버에서 식각 속도의 균일성을 향상시킬 수 있는 것이다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 다양한 분자를 사용하는 챔버에 적용될 수 있음은 물론이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 하우징(110), 사이드 가스 피드(120)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 상기 하우징(110)은 플라즈마를 통해 웨이퍼(10)를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비되는 것이다. 상기 하우징(110)은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버의 챔버 외벽일 수 있으며, 내부에 공간이 구비된 것이다.
상기 하우징(110)에는 상기 웨이퍼(10)가 안착되는 안착부(111)가 구비될 수 있으며, 상기 안착부(111)에 상기 웨이퍼(10)가 로딩될 수 있다. 상기 하우징(110) 내부로 상기 웨이퍼(10)가 로딩되면, 상기 하우징(110) 내부에 형성된 플라즈마에 의해 상기 웨이퍼(10)가 식각될 수 있다.
상기 안착부(111)는 상기 하우징(110) 내부에 구비되면서 상기 웨이퍼(10)가 안착되는 플레이트일 수 있으며, 상기 안착부(111)는 상기 웨이퍼(10)를 안착시키면서 상기 웨이퍼(10)를 지지하는 웨이퍼 척(chuck)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상부에는 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스(113)가 구비될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 플라즈마 소스(113)는 코일(114)과 알에프 파워 제네레이터(RF power generator)(115)를 포함할 수 있으며, 상기 코일(114)과 상기 알에프 파워 제네레이터(RF power generator)(115)를 통해 상기 하우징(110) 내부에 플라즈마를 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 상기 안착부(111)에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스(Bias RF Source)(116)를 더 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 바이어스 알에프 소스(116)는 상기 안착부(111)에 바이어스(Bias)를 인가하여, 식각 공정 중에 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있는 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 측면에 구비되며, 상기 하우징(110)의 내부로 가스를 분사하는 것이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비될 수 있으며, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭을 형성하기 위해, 상기 사이드 가스 피드(120)는 2개, 4개, 6개, 8개, 12개 등이 구비될 수 있다. 이때, 상기 사이드 가스 피드(120)에 구비된 노즐홀(122)의 개수도 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 센터 가스 피드(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 센터 가스 피드(130)는 상기 하우징(110)의 상부에 구비되면서, 상기 하우징(110)의 내부로 가스를 분사할 수 있는 것이다.
플라즈마 챔버 내부로 분사되는 가스가 무거운 분자로 이루어진 경우, 센터 가스 피드만을 사용하면 무거운 분자로 인해 z 방향(하우징의 하부 방향) 속도가 증가함에 따라 식각 속도 균일도가 나빠지게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 상기 센터 가스 피드(130)와 함께 상기 사이드 가스 피드(120)를 사용하면서, 상기 사이드 가스 피드(120)의 디자인을 조절함에 따라 식각 속도 균일도가 나빠지는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 센터 가스 피드(130)와 상기 사이드 가스 피드(120)를 동시에 사용할 경우, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 상기 안착부(111)와, 상기 하우징(110)의 상부에 구비되는 상기 센터 가스 피드(130) 사이에 구비되는 것이 바람직하다.
후술하겠지만, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에 간섭이 발생하면서 가스의 z 방향(상기 하우징(110)의 하부 방향) 속도를 낮출 수 있게 되며, 이를 통해 식각 속도 균일도가 나빠지는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에 간섭을 발생시키기 위해, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 상기 안착부(111)와, 상기 하우징(110)의 상부에 구비되는 상기 센터 가스 피드(130) 사이에 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 면적과, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 면적이 서로 겹쳐지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 2와 같이 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 면적과, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 면적이 서로 겹쳐지지 않을 수도 있다. 즉, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에 간섭이 발생하지 않을 수 있다.
다만, 사용하고자 하는 가스가 Ar 보다 무겁고 cyclic 구조를 가지고 있는 경우, 알에프 파워(Rf power)에 의해 가스의 해리가 잘 되지 않기 때문에 도 2와 같이 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에 간섭이 발생하지 않으면 식각 속도 균일도가 악화될 수 있다.
조금 더 구체적으로, 무거운 가스이거나 해리가 잘 되지 않는 cyclic 구조의 가스의 경우 입사된 방향으로만 식각 속도를 증가시키기 때문에 식각 속도의 균일도가 악화될 수 있다. 즉, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사된 가스가 상기 웨이퍼(10)의 중앙으로만 식각 속도를 증가시키면서 상기 웨이퍼(10)의 중앙에서 식각 속도의 균일도가 악화될 수 있다.
따라서 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 면적과, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 면적이 서로 겹쳐지면서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에 간섭이 발생하는 것이 바람직하다.
도 3과 같이 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에 간섭이 발생하면, 무거운 입자 사이에서 충돌이 발생하면서 상기 웨이퍼(10)의 중앙 부분의 스퍼터링(sputtering)을 감소시켜 식각 속도의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 얼마나 간섭이 발생하는지는, 분사되는 가스를 x 성분과 z성분의 속도와 거리 식으로 나타내면 계산할 수 있게 된다.
조금 더 구체적으로, 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)의 단면적, 각도, 개수를 통해 상기 사이드 가스 피드(120)에 분사되는 가스가 상기 웨이퍼(10) 내에 도착하는 지점을 예측할 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 충돌이 발생하면, 상기 웨이퍼(10)의 중앙 부분의 스퍼터링(sputtering)이 감소될 수 있게 된다.
상기 사이드 가스 피드(120)는 노즐(121)을 포함하며, 상기 노즐(121)에는 상기 가스가 분사되는 복수 개의 노즐홀(122)이 구비될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은, 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커지는 것이 바람직하다.
상기 노즐홀(122)의 크기가 커질수록 상기 노즐홀(122)의 단면적이 증가하게 되면서 상기 가스의 분사속도가 작아질 수 있으며, 반대로 상기 노즐홀(122)의 크기가 작아질수록 상기 노즐홀(122)의 단면적이 감소하게 되면서 상기 가스의 분사속도가 증가할 수 있다.
상기 가스의 분사속도가 증가하면 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스가 멀리 분사될 수 있으며, 상기 가스의 분사속도가 감소하면 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가까운 지점에 가스가 분사될 수 있다.
도 4와 같이 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)이 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 작아질 수도 있으나, 이와 같은 경우에는 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 충돌이 적게 발생할 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 충돌이 적게 발생하면, 상기 웨이퍼(10)의 중앙 부분에서 스퍼터링(sputtering)을 효율적으로 감소시킬 수 없게 되면서 식각 속도 균일도에 악영향을 줄 수 있다.
따라서 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 많은 충돌이 발생하도록 도 5와 같이 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커지는 것이 바람직하다.
도 5와 같이 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커지면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 많은 충돌이 발생하게 되면서 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 입자들의 운동 에너지를 감소시켜 식각 속도 균일성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 상기 하우징(110)의 벽면이 하부에서 상부로 연장되는 방향과 나란한 방향으로 연장되면서, 복수 개의 상기 노즐홀(122)의 크기가 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 노즐홀(122)은 0.5 내지 1mm의 직경을 가지는 원 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 노즐홀(122)이 1mm 직경보다 큰 경우 아킹(arcking) 현상이 발생할 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위해 상기 노즐홀(122)은 1mm 직경 보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 노즐홀(122)을 통해 가스를 효율적으로 분사하기 위해, 상기 노즐홀(122)은 0.5mm 직경 보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향은, 상기 웨이퍼(10)가 안착되는 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상의 방향일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향은 z 방향 성분이 0일 수 있으며, 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면내에서 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향이 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 상기 하우징(110)에서 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치에서, 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면을 x-y 평면이라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향은 z 방향 성분이 0이면서, x-y 평면상에서 방향이 형성될 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향에서 z 방향 성분이 0으로 하면, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스의 z 방향 속도를 효율적으로 낮추면서 상기 웨이퍼(10)의 중앙 부분의 스퍼터링(sputtering)을 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도(vo)(속도 벡터)는, 상기 하우징(110)에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치를 기준으로, 원기둥 좌표계 (r, θ, Z)에 대하여 vo = (0, vθ, 0)로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 상기 하우징(110)에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치에서 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면을 형성하고, 상기 평면과 상기 하우징(110)의 중심선이 만나는 지점을 원점으로 하면서 원기둥 좌표계 (r, θ, Z)를 정의하면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도(vo)(속도 벡터)는 vo = (0, vθ, 0)로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터는, r 방향 성분과 z 방향 성분이 없으면서(0 이면서), θ 방향만 존재할 수 있다. 이와 같은 방법으로 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스를 분사하면, 초기 가스 분사 속도(vo)는 vo = (0, vθ, 0)이 되고, 시간이 결과할 수록 중력에 의해 가스 속도(v)는 v = (0, vθ, gt)가 될 수 있다.
이때, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스와 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 사이에서 충돌이 발생하면, 가스 속도(v)는 v = (vr, vθ, gt)가 될 수 있다. (여기서, r < R(상기 하우징(110)의 반경) 일 수 있다.)
이와 같은 방법으로 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스를 분사하면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사된 가스는 충돌에 의해 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 반경이 감소하면서 나선형(helical) 모양으로 하강하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭성을 유지하면서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 반경이 감소하면서 나선형(helical) 모양으로 하강하게 되면, 가스 입자가 상기 웨이퍼(10) 표면에 도달해서도 관성으로 인해 나선형 모양의 입자 운동이 가능함에 따라 식각 속도 균일성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 노즐(121)을 포함하며, 상기 노즐(121)은 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장될 수 있다.
상기 노즐(121)이 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장됨에 따라 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향이 상기 웨이퍼(10)가 안착되는 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상의 방향으로 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 노즐(121)이 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장될 때, 상기 노즐(121)은 상기 하우징(110)의 측면을 따라서 연장될 수 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 하우징(110)이 원기둥 형상으로 이루어질 때, 상기 노즐(121)은 곡률을 형성하면서 연장될 수 있으며, 상기 노즐(121)이 연장되면서 형성된 곡률은 상기 하우징(110)의 측면에서 형성되는 곡률과 동일할 수 있다.
즉, 상기 노즐(121)은 상기 하우징(110)의 측면이 형성하는 곡률과 동일한 곡률을 가지는 곡선으로 이루어지면서, 상기 하우징(110)의 측면을 따라서 연장될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 6 및 도 7과 같이 상기 노즐(121)이 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장되는 경우에도, 상기 노즐(121)에는 복수 개의 상기 노즐홀(122)이 구비될 수 있다.
상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 도 4와 같이 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 작이질 수 있으며, 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 도 5와 같이 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커질 수도 있다.
이와 같이 상기 노즐(121)이 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장되는 경우에도 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 상기 하우징(110)의 벽면이 하부에서 상부로 연장되는 방향과 나란한 방향으로 연장되면서, 복수 개의 상기 노즐홀(122)의 크기가 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 변경될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비될 수 있으며, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭을 형성할 수 있다.
상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭으로 형성될 수 있다면, 다양한 위치에 배치될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 상기 하우징(110)에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)는 제1사이드 가스 피드(123)와 제2사이드 가스 피드(124)를 포함할 수 있다.
상기 제2사이드 가스 피드(124)는 상기 제1사이드 가스 피드(123) 보다 하부에 구비될 수 있는 것으로, 상기 제2사이드 가스 피드(124)의 노즐에서 분사되는 가스는 상기 제1사이드 가스 피드(123)의 노즐에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가질 수 있다.
상기 제1사이드 가스 피드(123) 보다 하부에 배치되는 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 무거운 분자량의 가스를 분사하면, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스의 z 방향 속도를 효율적으로 낮추면서 상기 웨이퍼(10)의 중앙 부분의 스퍼터링(sputtering)을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다. 다만, 이 경우에도 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 9를 참조하면, 상기 제2사이드 가스 피드(124)의 노즐 길이는 상기 제1사이드 가스 피드(123)의 노즐 길이보다 길게 형성될 수 있으며, 상기 제2사이드 가스 피드(124)의 노즐에서 분사되는 가스는 상기 제1사이드 가스 피드(123)의 노즐에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가질 수 있다.
상기 제2사이드 가스 피드(124)의 노즐 길이는 상기 제1사이드 가스 피드(123)의 노즐 길이보다 길게 형성하면서 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 무거운 분자량의 가스를 분사하면, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스의 z 방향 속도를 보다 효율적으로 낮추면서 상기 웨이퍼(10)의 중앙 부분의 스퍼터링(sputtering)을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 8a, 도 8b, 도 9와 같이 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭으로 형성되는 경우에도, 상기 사이드 가스 피드(120)의 각 노즐(121)에는 복수 개의 상기 노즐홀(122)이 구비될 수 있다.
상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 도 4와 같이 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 작이질 수 있으며, 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 도 5와 같이 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커질 수도 있다.
이와 같이 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 중심선(112)을 기준으로 대칭으로 형성되는 경우에도 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 상기 하우징(110)의 벽면이 하부에서 상부로 연장되는 방향과 나란한 방향으로 연장되면서, 복수 개의 상기 노즐홀(122)의 크기가 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버에 분사되는 가스는 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 반경이 감소하면서 나선형(helical) 모양으로 하강하게 되는 것으로, C4F8 일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예에 따른 챔버에 분사되는 가스는 BCl3, C4F6일 수 있으며, cyclic 구조를 가지거나 질량이 크고 확산이 잘 되지 않은 가스일 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 챔버의 측면에 구비된 사이드 가스 피드의 디자인을 조절하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드를 동시에 사용하면서, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 웨이퍼와 접촉하는 면적과, 센터 가스 피드에서 분사되는 가스가 웨이퍼와 접촉하는 면적을 서로 겹쳐지게 함에 따라 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 챔버에서 대칭을 유지하면서 사이드 가스 피드를 설치하고, 사이드 가스 피드의 노즐홀의 크기, 개수, 위치를 조절하며, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향을 조절함에 따라 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10...웨이퍼 110...하우징
111...안착부 112...중심선
113...플라즈마 소스 114...코일
115...알에프 파워 제네레이터 116...바이어스 알에프 소슬
120...사이드 가스 피드 121...노즐
122...노즐홀 123...제1사이드 가스 피드
124...제2사이드 가스 피드 130...센터 가스 피드

Claims (14)

  1. 웨이퍼를 식각하기 위해 플라즈마가 형성되는 플라즈마 챔버에 있어서,
    상기 웨이퍼가 안착되는 안착부가 구비된 하우징;
    상기 하우징의 측면에 구비되며, 상기 하우징의 내부로 가스를 분사하는 사이드 가스 피드;를 포함하며,
    상기 하우징에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드가 구비되며,
    복수 개의 상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 중심선을 기준으로 대칭을 형성하는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상부에 구비되며, 상기 하우징의 내부로 가스를 분사하는 센터 가스 피드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼와 접촉하는 면적과,
    상기 센터 가스 피드에서 분사되는 가스가 상기 웨이퍼와 접촉하는 면적은 서로 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드는,
    상기 하우징의 상기 안착부와, 상기 하우징의 상부에 구비되는 상기 센터 가스 피드 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드는 노즐을 포함하며,
    상기 노즐에는, 상기 가스가 분사되는 복수 개의 노즐홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노즐에 구비되는 복수 개의 노즐홀은,
    상기 하우징의 벽면을 따라 하부에서 상부로 갈수록 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 노즐홀은 0.5 내지 1mm의 직경을 가지는 원 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되는 상기 사이드 가스 피드는 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드를 포함하며,
    상기 제2사이드 가스 피드는 상기 제1사이드 가스 피드보다 하부에 구비되며,
    상기 제2사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스는 상기 제1사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스인 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되는 상기 사이드 가스 피드는 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드를 포함하며,
    상기 제2사이드 가스 피드의 노즐 길이는, 상기 제1사이드 가스 피드의 노즐 길이보다 길게 형성되며,
    상기 제2사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스는 상기 제1사이드 가스 피드의 노즐에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스인 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향은,
    상기 웨이퍼가 안착되는 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상의 방향인 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도(vo)는,
    상기 하우징에 상기 사이드 가스 피드가 구비되는 위치를 기준으로, 원기둥 좌표계 (r, θ, Z)에 대하여 vo = (0, vθ, 0)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드는 노즐을 포함하며,
    상기 노즐은 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 연장되는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 하우징의 측면을 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하우징은 원기둥 형상으로 이루어지고, 상기 노즐은 곡률을 형성하면서 연장되며,
    상기 노즐이 연장되면서 형성된 곡률은, 상기 하우징의 측면이 형성하는 곡률과 동일한 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
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