WO2011139128A2

WO2011139128A2 - 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치

Info

Publication number: WO2011139128A2
Application number: PCT/KR2011/003415
Authority: WO
Inventors: 유정호
Original assignee: 나노세미콘(주)
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2011-11-10
Also published as: WO2011139128A3

Abstract

웨이퍼의 처리 효율 및 품질을 향상하고, 플라즈마 가스가 효율적으로 반응하여 웨이퍼에 증착되도록 한 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치가 제시된다. 제시된 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치는, 웨이퍼 처리 장치의 외부 실린더의 외주면을 따라 권취되어 웨이퍼 처리 장치의 내부 실린더 내부로 주입되는 증착용 가스를 가열하는 외부 코일; 및 외부 실린더 및 내부 실린더 사이에 형성되어 증착용 가스에 플라즈마를 발생시키는 내부 코일을 포함한다.

Description

웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치

본 발명을 웨이퍼에 박막 증착 및 회로 패턴 식각에 있어서 사용되는 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 플라즈마를 다중 주파수로 발생시켜 웨이퍼 처리 효율 및 품질을 높이는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치(DEVICE OF GENERATING MULTI PLASMA FOR PROCESSING)에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마(Plasma)는 고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 물질로서, 기체의 일부가 전리된 가스를 의미한다. 플라즈마는 전기적으로 중성을 띄고 있으나, 양성 또는 음성으로 하전된 입자에 의해 전도도를 띄게 되고, 이에 따라서 전자장에 매우 민감한 반응을 보인다.

따라서, 플라즈마는 플라즈마에 인가되는 전자장을 조절하여 인위적인 제어가 가능하다. 이에 따라서, 반도체 소자, 디스플레이 장치, 및 기타 회로 제조 공정에 널리 사용될 수 있다.

이 중 반도체 웨이퍼의 박막 증착과 회로 패턴 식각 공정에 있어서 플라즈마를 사용하는 기술에 대한 연구가 널리 이루어지고 있다. 예를 들어 RF 등의 고주파 전원을 반응로의 양 전극에 인가하고, 반응 가스를 내부로 주입하여 글로우 방전을 시켜, 웨이퍼 등의 표면을 식각 또는 박막 증착을 할 수 있는 것이다.

반도체 웨이퍼의 박막 증착 및 식각 등의 처리에 있어서의 플라즈마 발생을 위한 장치에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 대표적으로 솔레노이드 방식, 돔 방식, 평면 방식 등이 있으며, 효율적으로 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 발생 장치에 대한 필요성이 증가하고 있다.

본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼의 박막 증착 및 식각 등의 처리에 있어서 사용되는 플라즈마 발생 장치를 웨이퍼 처리 장치에 설치하는 데 있어서, 웨이퍼의 처리 효율 및 품질을 향상하고, 플라즈마 가스가 효율적으로 반응하여 웨이퍼에 증착되도록 한 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 실린더형 웨이퍼 처리 장치에 있어서 처리실 내부의 플라즈마 가스의 반응을 촉진하여 증착 과정의 효율을 높이도록 한 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치는, 웨이퍼 처리 장치의 외부 실린더의 외주면을 따라 권취되어 웨이퍼 처리 장치의 내부 실린더 내부로 주입되는 증착용 가스를 가열하는 외부 코일; 및 외부 실린더 및 내부 실린더 사이에 형성되어 증착용 가스에 플라즈마를 발생시키는 내부 코일을 포함한다.

내부 코일은 웨이퍼 처리 장치의 내부 실린더 또는 프레임의 외부에 형성된다.

외부 코일은 증착용 가스를 설정 범위 내의 온도로 가열한다.

내부 코일은 외부 실린더의 내부에 배치되는 내부 실린더의 외주면을 따라 권취되어 형성된다.

내부 코일은 복수의 권선을 갖는 코일 형태로 형성된다.

내부 실린더의 내부에 척에 의해 지지되는 웨이퍼에 증착용 가스를 분사하는 적어도 하나의 샤워 헤드를 더 포함한다.

샤워 헤드는 웨이퍼를 지지하는 척에 웨이퍼를 향해 형성된 다공층으로 구성된다.

척은, 웨이퍼와 이격되어 형성되는 제1 척; 및 웨이퍼의 반대 방향으로 제1척에 적층되는 제2 척을 포함하고, 샤워 헤드는 제1 척에 형성된다.

외부 코일을 가열하는 온도 발생 장치를 더 포함한다.

외부 코일은 상호 이격되는 복수의 코일로 형성되며, 온도 발생 장치는 복수의 코일을 다른 온도로 가열한다.

내부 코일에 소정 주파수의 RF 신호를 인가하는 RF 전원을 더 포함한다.

내부 코일은 상호 이격되는 복수의 코일로 형성되며, RF 전원은 복수의 코일에 다른 주파수의 RF 신호를 인가한다.

본 발명에 의하면, 내부에 플라즈마 발생용 코일이 존재하고 외부에 증착용 가스 가열용 코일이 따로 존재하여 증착용 가스의 플라즈마 발생을 원활하게 할 수 있고, 작업 능률의 향상 및 품질의 향상을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치의 웨이퍼 처리 장치를 설명하기 위한 도면.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치의 외부 코일을 설명하기 위한 도면.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치의 내부 코일을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치의 웨이퍼 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치의 외부 코일을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치의 내부 코일을 설명하기 위한 도면이다.

웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치는 웨이퍼 처리 장치와, 외부 코일 및 내부 코일을 포함하여 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 처리 장치(100)는 실린더(120), 샤워 헤드(140), 척(160), 프레임(180) 등을 포함하여 구성된다. 플라즈마를 발생하여 증착용 가스가 웨이퍼에 증착되도록 하기 위해서는 웨이퍼 주변 또는 표면에 가스가 존재해야한다. 따라서, 웨이퍼에 가스를 분사하기 위한 샤워 헤드(140)가 설치된다. 이때, 샤워 헤드(140)는 척(160)에 의해 지지되는 웨이퍼의 상부면을 향해 증착용 가스를 분사하기 위해 웨이퍼를 지지하는 척(160)의 상부에 설치된다. 이외에도, 증착용 가스를 웨이퍼로 분사할 수 있는 구성이라면 어느 것이나 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 외부 코일(200)은 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치에는 웨이퍼 처리 장치(100)의 외주면을 따라 코일 형태로 형성되어, 실린더(120) 내부에 주입되는 증착용 가스가 소정 범위의 온도 범위로 가열되도록 열을 공급한다. 외부 코일(200)은 웨이퍼 처리 장치(100)인 실린더(120)형 장치의 가장 외벽, 즉 조립된 상태에서 볼 수 있는 외부 표면에 감겨 있다. 외부 코일(200)은 각 척(160) 내부에 존재하는 증착용 가스의 온도를 소정 범위의 온도 범위로 가열될 수 있는 구성이라면 코일 형태가 아니더라도 어느 것이나 가능하다.

외부 코일(200)은 증착 가스에 열을 공급하기 위해서 열을 공급하는 외부 장치와 연결될 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 코일(200)은 외부의 온도 발생 장치(300)와 연결될 수도 있다. 이때, 온도 발생 장치(300)는 외부 코일(200)에 열을 공급하고, 외부 코일(200)은 전달된 열을 코일을 통해 웨이퍼 처리 장치(100)의 내부로 주입한다. 그에 따라, 외부 코일(200)은 증착용 가스가 주입구로부터 내부의 실린더(120)를 통해 샤워 헤드(140)로 분사되고 웨이퍼 주변 또는 표면에서 증착용 가스가 웨이퍼에 증착될 때까지의 일련의 처리 과정에 있어서 가스를 소정 온도 범위로 가열하는 기능을 수행한다. 여기서, 소정 온도 범위는 가스의 플라즈마 발생 및 웨이퍼로의 적층이 가장 활발할 때를 의미한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 외부 코일(200)은 복수 개의 코일로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 각 웨이퍼가 적층되는 척(160)의 범위마다 코일이 분리되어 감겨 있을 수 있다. 이에 따라서 온도 발생 장치(300) 역시 각 외부 코일(200)마다 따로 존재하거나, 온도 발생 장치(300)는 하나이나 각 외부 코일(200)마다 다른 온도로 각 외부 코일(200)을 가열할 수 있는 구성을 취할 수 있다. 이에 따라서, 각 웨이퍼에 분사되는 가스를 다르게 하여, 웨이퍼로의 가스 증착 종류 및 증착 정도에 따라서 유연한 대응이 가능하게 할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 내부 코일(400)은 외부 실린더(122)와 내부 실린더(124) 사이에 설치되며, 실린더(120) 내부에서 웨이퍼를 향해 분사되는 증착용 가스에 소정 주파수의 신호를 인가한다. 그에 따라, 내부 코일(400)은 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼에 증착용 가스를 증착시킨다. 여기서, 내부 코일(400)은 본 발명의 실시 예에서 이중 실린더(120)로 구성된 웨이퍼 처리 장치(100)의 외부 실린더(122)와 내부 실린더(124) 사이에 감겨있는 구성을 취할 수 있다. 내부 코일(400)은 증착용 가스를 웨이퍼에 증착하도록 RF 신호를 인가하여 플라즈마를 발생시킬 수 있는 구성이라면 어느 것이나 가능할 것이다.

내부 코일(400)에서는 전자장이 발생하는 동시에 소정 주파수의 RF신호를 발생하게 된다. 이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 내부 코일(400)은 RF 전원을 공급하는 전원공급부(500)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, RF 신호의 주파수는 증착용 가스와 함께 플라즈마를 발생하여 웨이퍼에 증착용 가스가 증착되도록 하기 위한 소정의 주파수로서, 증착용 가스의 종류에 따라서 그 주파수 역시 달라질 수 있음은 당연할 것이다.

내부 코일(400)은 복수 개 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 웨이퍼를 지지하는 척(160)의 범위마다 코일이 분리되어 감겨 있을 수 있다. 이에 따라서 내부 코일(400)에 소정 주파수의 RF 신호를 인가하기 위하여 RF 신호를 발생시키는 전원공급부(500) 역시 복수 개로 구성되거나, 하나의 전원공급부(500)로 각 내부 코일(400)마다 다른 주파수의 RF신호를 인가할 수 있는 구성을 취할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치는 내부에 플라즈마 발생용 코일이 존재하고 외부에 증착용 가스 가열용 코일이 따로 존재하여 증착용 가스의 플라즈마 발생을 원활하게 할 수 있고, 작업 능률의 향상 및 품질의 향상을 기대할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims

웨이퍼 처리 장치의 외부 실린더의 외주면을 따라 권취되어 상기 웨이퍼 처리 장치의 내부 실린더 내부로 주입되는 증착용 가스를 가열하는 외부 코일; 및

상기 외부 실린더의 내주면에 형성되어 상기 증착용 가스에 플라즈마를 발생시키는 내부 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 내부 코일은 상기 웨이퍼 처리 장치의 내부 실린더 또는 프레임의 외부에 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 외부 코일은 상기 증착용 가스를 설정 범위 내의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 내부 코일은 상기 외부 실린더의 내부에 배치되는 내부 실린더의 외주면을 따라 권취되어 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 내부 코일은 복수의 권선을 갖는 코일 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 내부 실린더의 내부에 척에 의해 지지되는 웨이퍼에 증착용 가스를 분사하는 적어도 하나의 샤워 헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 외부 코일을 가열하는 온도 발생 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 7에 있어서,

상기 외부 코일은 상호 이격되는 복수의 코일로 형성되며,

상기 온도 발생 장치는 상기 복수의 코일을 다른 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 내부 코일에 소정 주파수의 RF 신호를 인가하는 RF 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.
청구항 9에 있어서,

상기 내부 코일은 상호 이격되는 복수의 코일로 형성되며,

상기 RF 전원은 상기 복수의 코일에 다른 주파수의 RF 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 다중 플라즈마 발생 장치.