KR20230153831A - 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버 - Google Patents

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KR20230153831A
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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, 상기 사이드 가스 피드는 가스가 분사되는 노즐홀이 구비되는 노즐을 포함하며, 상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 벽면을 따라 가스를 분사하는 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, 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성함에 따라 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.
유도성 결합 플라즈마(ICP)는 용량성 결합 플라즈마(CCP) 보다 식각 속도(etch rate)를 증가시킬 수 있으나, 유동성 결합 플라즈마(ICP)의 경우 선택비(selectivity)가 낮고 공정 재현성(process repeatability)이 좋지 못하는 문제점이 있다.
또한, 유도성 결합 플라즈마(ICP)에서 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, 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성함에 따라 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, 상기 사이드 가스 피드는 가스가 분사되는 노즐홀이 구비되는 노즐을 포함하며, 상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 벽면을 따라 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
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 위치에서 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면을 형성하고, 상기 평면과 상기 하우징의 중심선이 만나는 지점을 원점으로 하는 원기둥 좌표계 (r, θ, z)에 대하여 vo = (0, vθ, z)로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스는, 상기 하우징 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하면서 상기 웨이퍼로 분사될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 하나의 사이드 가스 피드와, 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드 사이의 거리를 L 이라 하고, 상기 웨이퍼에서 하나의 사이드 가스 피드의 노즐홀까지의 수직 높이를 h라 할 때, 하나의 사이드 가스 피드의 노즐홀에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * L * √(g/2h) 의 값 보다 클 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 내벽에서 상기 웨이퍼 사이의 거리를 X0라 하고, 상기 웨이퍼에서 상기 노즐홀까지의 수직 높이를 h라 할 때, 상기 사이드 가스 피드의 상기 노즐홀에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * X0 * √(g/2h) 의 값 보다 클 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 내벽의 최대 폭을 d라 하고, 상기 웨이퍼에서 상기 노즐홀까지의 수직 높이를 h라 할 때, 상기 사이드 가스 피드의 상기 노즐홀에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * d * √(g/2h) 의 값 보다 작을 수 있다.
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 가스는, 상기 센터 가스 피드에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 내부 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각될 수 있다.
본 발명은 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 챔버의 측면에 구비된 사이드 가스 피드의 디자인을 조절하여, 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성함에 따라 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 챔버에 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 향상시키면서, 식각 속도(etch rate)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명은 챔버에 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드를 동시에 사용하면서, 무거운 분자의 가스를 사이드 가스 피드를 통해 분사함에 따라 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시키면서, 식각 속도(etch rate)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드에서 가스가 분사되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 하우징에 복수 개의 사이드 가스 피드가 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도(벡터) 방향이 원기둥 좌표계 (r, θ, z)에 대하여 vo = (0, vθ, z)로 이루어지는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제1사이드 가스 피드와 제2사이드 가스 피드가 하우징의 구비된 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, 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성함에 따라 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 메탈 에칭(metal etch)이나, 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.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 종래의 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 사용하는 방법의 문제점을 해결하면서 이를 개선한 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 공명 현상(resonance)과 시너지 효과(synergy effect)를 이용하는 SRICP(Synergistic resonance ICP)일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징(110) 내부 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각될 수 있다.
플라즈마는 크게 전자, 이온(21), 라디칼(radical)(22)로 구성된다. 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하는 종래의 방법을 살펴보면, 플라즈마 식각 과정에서 지배종이 이온 또는 라디칼 중 어느 하나로 형성된다. 구체적으로, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하는 종래의 방법에서 Metal etch는 주로 라디칼을 이용하게 되며, Oxide etch는 주로 이온을 이용하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 플라즈마 식각 과정에서 지배종이 이온 또는 라디칼 중 어느 하나로 형성되는 것이 아닌, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 식각 과정에서 이온 지배적인 반응이나 라디칼 지배적인 반응을 하기 보다, 이온(21)과 라디칼(22)이 함께 작용하여 시너지 효과(synergy effect)가 나타내는 공정 영역을 사용하는 것이다.
조금 더 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)과 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 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. 상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비될 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)는 가스가 분사되는 노즐홀(122)이 구비되는 노즐(121)을 포함하며, 상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 노즐(121)이 구비될 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 3개 이상이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 사이드 가스 피드(120)가 2개인 경우, 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하기 어렵기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)는 3개 이상이 구비되는 것이 바람직하다.
상기 사이드 가스 피드(120)는 n개 이상(n ≥3)이 구비될 수 있으며, 도 3과 같이 상기 노즐(121)에는 복수 개의 상기 노즐홀(122)이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 가스를 분사할 수 있다. 구체적으로, 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐(121)이 상기 하우징(110)의 측면을 따라서 연장되면서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 분사된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 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, z)로 이루어질 수 있다.
조금 더 구체적으로, 도 5를 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 중심선(112)이 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, z)로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터는, r 방향 성분이 없으면서(0 이면서), θ 방향으로 분사될 수 있다. 이와 같은 방법으로 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스를 분사하면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 벽면을 따라 가스를 분사할 수 있게 된다.
상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, z)에서 z는 0보다 크거나 작을 수 있으며, z는 0일 수도 있다. 즉, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치에서 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면에 대하여 상향 또는 하향으로 가스를 분사할 수 있으며(z > 0 또는 z < 0), 상기 하우징(110)에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치에서 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면으로 가스를 분사를 할 수도 있다(z=0).
이와 같은 방법으로 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스를 분사하면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사된 가스는 상기 하우징(110) 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하면서 상기 웨이퍼(10)로 분사될 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따라 상기 사이드 가스 피드(120)를 통해 상기 하우징(110)에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치에서 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면으로 가스를 분사하면, 식각 속도(etch rate)의 균일성을 향상시킬 수는 있으나, 식각 속도(etch rate)를 효과적으로 향상시키기 어려울 수 있다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따라 상기 사이드 가스 피드(120)를 통해 상기 하우징(110)에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 위치에서 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면에 대하여 하향으로 가스를 분사하면, 하부 방향으로 각도(Downward angle)가 형성되면서 식각 속도(etch rate)를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.
상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비될 수 있다. 도 4를 참조하면, 하나의 사이드 가스 피드(120)와, 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120) 사이의 거리를 L 이라 하고, 상기 웨이퍼(10)에서 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)까지의 수직 높이를 h라 할 때, 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀(122)의 단면적(A)* L * √(g/2h) 의 값 보다 큰 것이 바람직하다.(g는 중력 가속도)
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐홀(122)에서 분사되는 가스는 가급적 상기 하우징(110)의 내부 벽면에 닿지 않은 상태에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스는, 상기 하우징(110)의 내부 벽면에 닿기 전에, 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스에서 힘을 받아서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하는 것이 바람직하다.
하나의 사이드 가스 피드(120)와 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120) 사이의 거리를 L 이라 할 때, 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 x 방향 속도 ux = Q(하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(노즐홀(122)의 단면적)일 수 있다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, z)에서 z 값은 작은 값일 수 있기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, 0)으로 가정하도록 한다.
상기 웨이퍼(10)에서 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)까지의 수직 높이를 h라 할 때, 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 상기 하우징(110)의 내부 벽면에 도달하기 전까지 x 방향으로 나아가는 거리 Lx = ux * t = {Q(하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(노즐홀(122)의 단면적)} * √(2h/g)일 수 있다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, 0)에서 z = 0 이기 때문에, 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 y 방향 속도 uy = g*t(g는 중력 가속도)가 되며, h = 0.5 uy * t = 0.5 g * t2 가 된다. 따라서 t = √(2h/g) 일 수 있다.
하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 상기 하우징(110)의 내부 벽면에 도달하기 전까지 x 방향으로 나아가는 거리 Lx가, 하나의 사이드 가스 피드(120)와 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120) 사이의 거리 L보다 커야, 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 상기 하우징(110)의 내부 벽면에 닿기 전에 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스에서 힘을 받아서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있게 된다. (Lx > L)
따라서, {Q(하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(노즐홀(122)의 단면적)} * √(2h/g) > L일 수 있다. 상기의 식을 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)으로 정리하면, 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀(122)의 단면적(A)* L * √(g/2h) 의 값 보다 커야지만 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 상기 하우징(110)의 내부 벽면에 닿기 전에 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스에서 힘을 받아서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 내벽에서 상기 웨이퍼(10) 사이의 거리를 X0라 하고, 상기 웨이퍼(10)에서 상기 노즐홀(122)까지의 수직 높이를 h라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * X0 * √(g/2h) 의 값 보다 클 수 있다. (g는 중력 가속도)
도 3을 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가, 상기 하우징(110)과 상기 웨이퍼(10) 사이로 빠져나가게 되면, 식각 속도(etch rate)가 저하될 수 있다.
따라서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110)과 상기 웨이퍼(10) 사이로 빠져나가지 않는 것이 바람직하다. 도 3을 참조하면, 상기 하우징(110)의 내벽에서 상기 웨이퍼(10) 사이의 거리를 X0라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 x 방향 속도 ux = Q(상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(상기 노즐홀(122)의 단면적)일 수 있다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, z)에서 z 값은 작은 값일 수 있기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, 0)으로 가정하도록 한다.
상기 웨이퍼(10)에서 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)까지의 수직 높이를 h라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 x 방향으로 나아가는 거리 Lx = ux * t = {Q(상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(상기 노즐홀(122)의 단면적)} * √(2h/g)일 수 있다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, 0)에서 z = 0 이기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 y 방향 속도 uy = g*t(g는 중력 가속도)가 되며, h = 0.5 uy * t = 0.5 g * t2 가 된다. 따라서 t = √(2h/g) 일 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 x 방향으로 나아가는 거리 Lx 가, 상기 하우징(110)의 내벽에서 상기 웨이퍼(10) 사이의 거리를 X0 보다 커야 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110)과 상기 웨이퍼(10) 사이로 빠져나가지 않게 될 수 있다. (Lx > L)
따라서, {Q(상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(상기 노즐홀(122)의 단면적)} * √(2h/g) > X0일 수 있다. 상기의 식을 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)으로 정리하면, 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀(122)의 단면적(A)* X0 * √(g/2h)의 값 보다 커야지만 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110)과 상기 웨이퍼(10) 사이로 빠져나가지 않을 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * X0 * √(g/2h) 의 값 보다 크면서, 상기 노즐홀(122)의 단면적(A)* L * √(g/2h) 의 값 보다 커야지만, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110)과 상기 웨이퍼(10) 사이로 빠져나가지 않으면서, 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있게 된다. (g는 중력 가속도)
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 내벽의 최대 폭을 d라 하고, 상기 웨이퍼(10)에서 상기 노즐홀(122)까지의 수직 높이를 h라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * d * √(g/2h) 의 값 보다 작을 수 있다. (g는 중력 가속도)
상술한 바와 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110)의 내벽에 닿지 않는 것이 바람직하다. 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 하향 스월 모션(downward swirl motion)으로 움직일 때, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 x방향 이동 거리가 상기 하우징(110)의 내벽의 최대 폭인 d 보다 큰 경우, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110)의 내벽에 닿을 위험성이 있다.
상기 하우징(110)의 내벽의 최대 폭을 d라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 x 방향 속도 ux = Q(상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(상기 노즐홀(122)의 단면적)일 수 있다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, z)에서 z 값은 작은 값일 수 있기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, 0)으로 가정하도록 한다.
상기 웨이퍼(10)에서 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)까지의 수직 높이를 h라 할 때, 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 x 방향으로 나아가는 거리 Lx = ux * t = {Q(상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(상기 노즐홀(122)의 단면적)} * √(2h/g)일 수 있다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 벡터 vo = (0, vθ, 0)에서 z = 0 이기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스의 y 방향 속도 uy = g*t(g는 중력 가속도)가 되며, h = 0.5 uy * t = 0.5 g * t2 가 된다. 따라서 t = √(2h/g) 일 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)의 노즐홀(122)에서 분사되는 가스가 x 방향으로 나아가는 거리 Lx 가, 상기 하우징(110)의 내벽에서 상기 웨이퍼(10) 사이의 거리를 d 보다 작아야 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 하는 동안 상기 하우징(110)의 내벽에 닿지 않을 수 있게 된다. ((Lx < d)
따라서, {Q(상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량) / A(상기 노즐홀(122)의 단면적)} * √(2h/g) < d일 수 있다. 상기의 식을 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)으로 정리하면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀(122)의 단면적(A)* d * √(g/2h)의 값 보다 작아야한다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * d * √(g/2h) 의 값 보다 작아야만, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 하는 동안 상기 하우징(110)의 내벽에 닿지 않을 수 있게 된다. (g는 중력 가속도)
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 상기 하우징(110) 상부에 구비되며, 상기 하우징(110)의 내부로 가스를 분사하는 센터 가스 피드(130)를 더 포함할 수 있다.
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.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온(21)과 라디칼(22)을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온(21)과 상기 라디칼(22)의 시너지 효과에 의해 식각될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다. 종래의 식각 공정은 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경보다 항상 큰 Nonlocal electron kinetics의 공정 영역에서 진행되었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경(상기 하우징(110)의 직경) 보다 작은 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 할 수 있으며, 식각 속도도 상기 하우징(110)의 가장자리가 상기 하우징(110)의 중앙보다 높을 수 있다.
종래의 식각 공정에서는 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)가 발생할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 상기의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 종래의 식각 공정에서는 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)를 해결하기 위해 독립적인 알에프 파워(RF power)를 인가하거나, 히터(heater), 에지 링의 부식 방지를 위한 리프트 장치 등을 사용하였다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도를 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 별도의 장치를 사용하지 않을 수 있으며, 이를 통해 제작 비용이 절감시키면서 수율 향상을 기대할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행되면서, 상기 하우징(110) 내부의 플라즈마 밀도가 상기 하우징(110) 내측에서 상기 하우징(110)의 외측으로 갈수록 높아질 수 있다.
이를 통해 상기 하우징(110) 내측에서 식각 속도(etch rate)가 낮으면서, 상기 하우징(110)의 외측으로 갈수록 식각 속도(etch rate)가 높아지는 concave etch rate profile을 얻을 수 있게 된다. concave etch rate profile을 통해 상기 하우징(110)의 가장 자리에서 식각 속도가 저하되는 low edge yeild 문제를 해결할 수 있게 된다.
그러나 CF4, C4F6, C4F8, C3F8, SF6, C3F6, C3F6O 등의 무거운 분자(heavy molecule)의 가스가 상기 센터 가스 피드(130)를 통해서만 분사되면, concave etch rate profile을 얻을 수 없게 된다. 즉, 무거운 분자(heavy molecule)의 가스가 존재하는 경우에 상기 센터 가스 피드(130)에서 무거운 분자(heavy molecule)의 가스가 분사되면, Local Electron Kinetics의 공정 영역이 유효하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 무거운 분자(heavy molecule)의 가스를 분사할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가질 수 있다. 상기 센터 가스 피드(130)에서 무거운 분자(heavy molecule)의 가스를 분사하면 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 없기 때문에, 무거운 분자(heavy molecule)의 가스는 상기 사이드 가스 피드(120)를 통해 분사하는 것이 바람직하다.
구체적으로, CF4, C4F6, C4F8, C3F8, SF6, C3F6, C3F6O 등의 무거운 분자(heavy molecule)의 가스를 사용하는 경우, CF4, C4F6, C4F8, C3F8, SF6, C3F6, C3F6O 등의 무거운 분자(heavy molecule)의 가스는 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되면서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있으며, 이를 통해 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가질 수 있으나, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스 중 일부는 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스 보다 무겁지 않거나, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스와 동일한 가스일 수 있다.
즉, 무거운 분자(heavy molecule)의 가스는 상기 사이드 가스 피드(120)를 통해서만 분사되며, 무거운 분자의 가스가 아닌 일반 가스는, 상기 사이드 가스 피드(120)와 상기 센터 가스 피드(130) 모두에서 분사될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 가스가 분사되는 노즐홀(122)이 구비되는 노즐(121)을 포함하며,상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비될 수 있다.
복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 상부, 중부, 하부에 구비될 수 있으며, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 상부, 중부, 하부 중 어느 한 곳 이상에 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 하부에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비된 경우 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시킬 수 있으나, 상기 하우징(110)의 하부에 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비된 경우 식각 속도(etch rate)가 효과적으로 향상되지 않을 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 상부, 중부, 하부의 적절한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 상기 하우징(110)에는 복수 개의 상기 노즐(121)이 구비될 수 있다. 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. 본 발명의 실시 에에 따르면, 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.
도 3을 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)의 각 노즐(121)에는 복수 개의 상기 노즐홀(122)이 구비될 수 있으며, 상기 노즐(121)에 구비되는 복수 개의 상기 노즐홀(122)은 크기가 동일할 수도 있고, 크기가 다를 수도 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.
상술한 바와 같이 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도(vo)를 vo = (0, vθ, z)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도(vo)를 vo = (0, vθ, z)로 형성하기 위해, 상기 노즐홀(122)의 방향은 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향이거나, 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 평면에 대하여 상향 또는 하향 방향일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 상기 하우징(110) 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하면서 상기 웨이퍼(10)로 분사될 수 있다.
이때, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 돌면서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있다. 또한, 하나의 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 시계 방향으로 분사되면서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있으며, 다른 하나의 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되느 가스는 반시계 반향으로 분사되면서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma)에서 상기 사이드 가스 피드(120)를 사용하는 것으로, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성할 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하는 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 메탈 에칭(metal etch), 옥사이드 에칭(oxide etch), 폴리 에칭(poly etch)에 적용되면서 식각 속도(etch rate)를 향상시킬 수 있다.
또한, 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하도록 가스를 분사하는 상기 사이드 가스 피드(120)는 플라즈마 공정인 플라즈마 증착, PR stripping, 플라즈마 도핑(dopping) 등에도 적용될 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 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성함에 따라 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 챔버에 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 향상시키면서, 식각 속도(etch rate)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 챔버에 사이드 가스 피드와 센터 가스 피드를 동시에 사용하면서, 무거운 분자의 가스를 사이드 가스 피드를 통해 분사함에 따라 식각 속도(etch rate)의 균일도를 향상시키면서, 식각 속도(etch rate)를 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 (9)

  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,
    상기 사이드 가스 피드는 가스가 분사되는 노즐홀이 구비되는 노즐을 포함하며,
    상기 사이드 가스 피드는, 상기 하우징의 벽면을 따라 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도(vo)는,
    상기 하우징에 상기 사이드 가스 피드가 구비되는 위치에서 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면을 형성하고,
    상기 평면과 상기 하우징의 중심선이 만나는 지점을 원점으로 하는 원기둥 좌표계 (r, θ, z)에 대하여 vo = (0, vθ, z)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스는,
    상기 하우징 내에서 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하면서 상기 웨이퍼로 분사되는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    하나의 사이드 가스 피드와, 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드 사이의 거리를 L 이라 하고, 상기 웨이퍼에서 하나의 사이드 가스 피드의 노즐홀까지의 수직 높이를 h라 할 때,
    하나의 사이드 가스 피드의 노즐홀에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * L * √(g/2h) 의 값 보다 큰 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.(g는 중력 가속도)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내벽에서 상기 웨이퍼 사이의 거리를 X0라 하고, 상기 웨이퍼에서 상기 노즐홀까지의 수직 높이를 h라 할 때,
    상기 사이드 가스 피드의 상기 노즐홀에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * X0 * √(g/2h) 의 값 보다 큰 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.(g는 중력 가속도)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내벽의 최대 폭을 d라 하고, 상기 웨이퍼에서 상기 노즐홀까지의 수직 높이를 h라 할 때,
    상기 사이드 가스 피드의 상기 노즐홀에서 분사되는 가스의 유량(Q)은, 상기 노즐홀의 단면적(A) * d * √(g/2h) 의 값 보다 작은 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.(g는 중력 가속도)
  7. 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.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스는,
    상기 센터 가스 피드에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스 인 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내부 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며,
    상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
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