WO2023239081A1 - 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버 - Google Patents

스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버 Download PDF

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WO2023239081A1
WO2023239081A1 PCT/KR2023/006886 KR2023006886W WO2023239081A1 WO 2023239081 A1 WO2023239081 A1 WO 2023239081A1 KR 2023006886 W KR2023006886 W KR 2023006886W WO 2023239081 A1 WO2023239081 A1 WO 2023239081A1
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WO
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side gas
gas feed
housing
feed
plasma chamber
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Application number
PCT/KR2023/006886
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English (en)
French (fr)
Inventor
김남헌
조우일
Original Assignee
주식회사 나이스플라즈마
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Publication date
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • the present invention relates to a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion. More specifically, the gas sprayed from the nozzle is adjusted to adjust the spray direction of the gas sprayed from the side gas feed toward the wall of the housing. It relates to a plasma chamber provided with a side gas feed that forms a swirl motion within the chamber to maintain a uniform etch rate within the chamber.
  • the semiconductor etching process may be performed inside a plasma chamber.
  • the plasma chamber forms plasma in an internal reaction space, and uses the plasma to perform an etching process for a semiconductor.
  • plasma sources include a capacitively coupled plasma (CCP) source and an inductively coupled plasma (ICP) source. There is.
  • gas distribution inside the plasma chamber may be an important factor in maintaining a uniform etch rate.
  • a shower head design is used in chambers using capacitively coupled plasma sources, and a bottom gas feed (BGF) is used in chambers using inductively coupled plasma sources. feed), center gas feed (CGF, center gas feed), and side gas feed (SGF, side gas feed) are used.
  • ICP Inductively coupled plasma
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • the conventional inductively coupled plasma injects main gas from a center gas feed and injects a small amount of gas through a side gas feed to compensate for the low etch rate of the wafer edge.
  • the etching speed of the wafer edge could be adjusted, thereby improving line width uniformity.
  • the gas from the side gas feed escapes into the space between the chamber and the wafer, causing a problem in that the effect of improving line width is not obtained.
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and more specifically, by adjusting the direction of gas sprayed from the side gas feed to face the wall of the housing, the gas sprayed from the nozzle moves in a swirl motion within the chamber.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion of the present invention to solve the above-mentioned problems is a plasma chamber in which plasma is formed to etch a wafer, and includes a housing provided with a seating portion on which the wafer is seated; A side gas feed is provided on a side of the housing and injects gas into the interior of the housing, and the housing is provided with a plurality of side gas feeds, and the side gas feeds have a nozzle hole through which gas is sprayed. It includes a nozzle provided, and the side gas feed is characterized in that it sprays gas toward the wall of the housing.
  • the plurality of side gas feeds provided in the housing of the plasma chamber equipped with side gas feeds that form the swirl motion of the present invention may be provided at the same height in the seating portion.
  • the direction of the gas injected from the side gas feed of the plasma chamber equipped with the side gas feed that forms the swirl motion of the present invention to solve the above-mentioned problem is a direction parallel to the plane formed by the seating portion on which the wafer is seated. It may be a direction on a plane extending to .
  • first side gas feed One of a plurality of side gas feeds provided in the housing of a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion of the present invention to solve the above-described problem is referred to as a first side gas feed, and the first side gas feed is referred to as a first side gas feed.
  • first side gas feed may inject gas in the direction of the second side gas feed.
  • first side gas feed One of a plurality of side gas feeds provided in the housing of a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion of the present invention to solve the above-described problem is referred to as a first side gas feed, and the first side gas feed is referred to as a first side gas feed.
  • the side gas feed adjacent to the side gas feed is called a second side gas feed, and the side gas feed adjacent to the second side gas feed in the opposite direction to the adjacent direction of the first side gas feed is called a third side gas feed.
  • the first side gas feed may inject gas in a direction between the second side gas feed and the third side gas feed.
  • the housing of the plasma chamber equipped with side gas feeds that form the swirl motion of the present invention may be provided with n number of side gas feeds. (N ⁇ 3 natural number, n is the number of side gas feeds)
  • the plurality of side gas feeds provided in the housing of the plasma chamber equipped with side gas feeds that form the swirl motion of the present invention may be provided in the housing in the form of a regular polygon.
  • n is the number of side gas feeds provided at the same height in the seating portion of the plasma chamber equipped with the side gas feed that forms the swirl motion of the present invention to solve the above-described problem
  • one side gas The angle formed by the feed and two adjacent side gas feeds on both sides of the side gas feed may be 180 ⁇ (n-2)/n degrees.
  • the plasma chamber provided with a side gas feed that forms a swirl motion of the present invention to solve the above-described problem may further include a center gas feed that is provided on the upper part of the housing and sprays gas into the interior of the housing. there is.
  • the gas injected from the side gas feed of the plasma chamber equipped with the side gas feed that forms the swirl motion of the present invention to solve the above-described problem may be a gas having a heavier molecular weight than the gas injected from the center gas feed. there is.
  • the plasma formed in the inner space of the housing of the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms the swirl motion of the present invention to solve the above-described problem includes ions and radicals, and the wafer contains the ions and radicals. It can be etched by the synergy effect.
  • the nozzle hole of the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms the swirl motion of the present invention to solve the above-described problem may be formed in a circular shape with a diameter of 0.1 to 1 mm.
  • the side gas feed provided in the housing of the plasma chamber equipped with the side gas feed forming the swirl motion of the present invention to solve the above-described problem includes a device for controlling the flow rate or speed of the gas injected from the side gas feed.
  • a controller may be provided.
  • the present invention relates to a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion.
  • a side gas feed that forms a swirl motion.
  • the present invention adjusts the direction of the gas sprayed from one side gas feed provided in the housing to the direction of the other side gas feed adjacent to one side gas feed, thereby preventing the gas sprayed from the nozzle from swirling within the chamber. It is possible to form a swirl motion, which has the advantage of maintaining a uniform etch rate inside the chamber.
  • the present invention adjusts the injection direction of the gas injected from the side gas feed to face the wall of the housing, while adjusting the speed or flow rate of the gas injected from one side gas feed to the other adjacent side gas feed.
  • the present invention sets the speed or flow rate of the gas injected from one side gas feed to reach the other adjacent side gas feed, so that the gas injected from one side gas feed flows to the other side gas feed. It has the advantage of being able to form a swirl motion by receiving force from.
  • the present invention simultaneously uses a side gas feed and a center gas feed in the chamber and sprays heavy molecular gas through the side gas feed, thereby improving the uniformity of the etch rate and increasing the etch rate. ) has the advantage of improving.
  • FIG. 1 is a diagram showing a plasma chamber according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing a plasma chamber equipped with a side gas feed and a center gas feed according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing a plurality of side gas feeds installed in a housing according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing that the direction of gas injected from the first side gas feed is the second side gas feed direction according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing that the direction of gas injected from the first side gas feed is between the second side gas feed and the third side gas feed according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram showing the angle between side gas feeds when six side gas feeds are provided in a housing according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram showing the angle between side gas feeds when four side gas feeds are provided in a housing according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing the angle between side gas feeds when eight side gas feeds are provided in a housing according to an embodiment of the present invention.
  • a component When a component is referred to as being "connected or coupled” to another component, the component may be directly connected or coupled to the other component, but there is no connection between the component and the other component. It should be understood that other new components may exist. On the other hand, when a component is said to be “directly connected” or “directly coupled” to another component, it will be understood that no new components exist between the component and the other component. You should be able to.
  • the present invention relates to a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion. By adjusting the spray direction of the gas sprayed from the side gas feed to face the wall of the housing, the gas sprayed from the nozzle swirls within the chamber. It relates to a plasma chamber provided with a side gas feed that forms a swirl motion that can maintain a uniform etch rate inside the chamber.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion provides uniformity of etch rate in a chamber using heavy molecules such as metal etching or oxide etching. can be improved.
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion can be applied to chambers that use various molecules.
  • preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion includes a housing 110 and a side gas feed 120.
  • the housing 110 is provided with a reaction space inside to etch the wafer 10 through plasma.
  • the housing 110 may be an outer wall of a plasma chamber according to an embodiment of the present invention, and has a space therein.
  • the housing 110 may be provided with a seating portion 111 on which the wafer 10 is seated, and the wafer 10 may be loaded into the seating portion 111.
  • the wafer 10 may be etched by plasma formed inside the housing 110.
  • the seating portion 111 may be a plate provided inside the housing 110 and on which the wafer 10 is seated.
  • the seating portion 111 seats the wafer 10 while holding the wafer 10. It may be a supporting wafer chuck.
  • a plasma source 113 that forms plasma may be provided on the upper part of the housing 110.
  • the plasma source 113 may include a coil 114 and an RF power generator 115, and the coil 114 and the RF power generator 115 may include the coil 114 and the RF power generator 115.
  • Plasma can be formed inside the housing 110 through 115.
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed may further include a bias RF source 116 capable of applying a bias to the seating portion 111.
  • the bias RF source 116 can apply a bias to the seating portion 111 and apply a bias to the plasma during the etching process.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion may be an improvement while solving the problems of a method of using a conventional inductively coupled plasma (ICP) source. .
  • ICP inductively coupled plasma
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed may be a synergistic resonance ICP (SRICP) that uses resonance and synergy effects.
  • SRICP synergistic resonance ICP
  • the plasma formed in the inner space of the housing 110 of the plasma chamber equipped with a side gas feed according to an embodiment of the present invention includes ions and radicals, and the wafer 10 contains the ions and radicals. It can be etched by the synergy effect.
  • Plasma is largely composed of electrons, ions, and radicals.
  • the dominant species is formed as either ions or radicals during the plasma etching process.
  • metal etching mainly uses radicals
  • oxide etching mainly uses ions.
  • the dominant species is not formed by either ions or radicals during the plasma etching process, but can use ions and radicals simultaneously.
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed is a process in which ions and radicals act together to exhibit a synergy effect rather than performing an ion-dominated reaction or a radical-dominated reaction during the etching process. It uses an area.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed uses ions and radicals simultaneously and achieves a high etching rate through resonance and synergy effect between ions and radicals. Selectivity can be improved while maintaining the etch rate.
  • the side gas feed 120 is provided on the side of the housing 110 and injects gas into the interior of the housing 110.
  • the housing 110 may be provided with a plurality of side gas feeds 120.
  • the side gas feed 120 includes a nozzle 121 having a nozzle hole 122 through which gas is sprayed, and a plurality of the nozzles 121 may be provided in the housing 110.
  • the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 may be provided at the same height in the seating portion 111.
  • the direction of the gas sprayed from the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 extends in a direction parallel to the plane formed by the seating portion 111 on which the wafer 10 is seated. It may be a direction on a plane.
  • the plurality of side gas feeds 120 are capable of spraying gas within one plane.
  • the plurality of side gas feeds 120 are provided at the same height in the seating portion 111 and are positioned on one plane. can be placed.
  • the plurality of side gas feeds 120 are disposed on a plane extending in a direction parallel to the plane formed by the seating portion 111 while falling by a specified height (h) from the seating portion 111. You can.
  • the plurality of side gas feeds 120 are spaced apart from the seating portion 111 by a specified height (h) and form the housing 110 on a plane extending in a direction parallel to the plane formed by the seating portion 111. ) can spray gas toward the wall.
  • the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 may be provided in the housing 110 in the form of a regular polygon. Specifically, the plurality of side gas feeds 120 may be provided in the housing 110 while forming a regular polygon on a plane extending in a direction parallel to the plane formed by the seating portion 111.
  • the side gas feed 120 may spray gas toward the wall of the housing 110 .
  • the nozzle hole 122 of the side gas feed 120 faces the wall of the housing 110, and the plurality of side gas feeds 120 form a certain angle with respect to the wall of the housing 110. Gas can be sprayed.
  • the cross section of the housing 110 may have a circular shape.
  • the angle formed between the tangent line and the direction in which gas is sprayed from the side gas feed 120 is at a constant angle. can be formed.
  • the direction of the gas injected from one side gas feed 120 provided in the housing 110 is one side gas feed adjacent to the other side gas feed 120 ( 120) It can be a direction.
  • one of the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 is called a first side gas feed 123, and a gas feed adjacent to the first side gas feed 123 is referred to as a first side gas feed 123.
  • the side gas feed 120 is referred to as the second side gas feed 124
  • the first side gas feed 123 may inject gas in the direction of the second side gas feed 124.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 may be injected to reach the second side gas feed 124.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 is injected in the direction of the second side gas feed 124, the gas injected from the first side gas feed 123 is directed to the housing 110. It is possible to receive force from the second side gas feed 124 before hitting the wall.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 receives force from the second side gas feed 124, the gas injected from the first side gas feed 123 flows into the housing 110. Instead of hitting the wall, it can rotate due to the second side gas feed 124.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 may be affected by gravity, and as the gas injected from the first side gas feed 123 rotates and moves down in the direction of gravity, there is a downward swirl motion. motion) is formed.
  • the etch rate uniformity can be improved as the gas reacts with nearby particles.
  • the side gas feed 120 adjacent to the second side gas feed 124 is connected to the third side gas feed 125 in a direction opposite to the direction in which the first side gas feed 123 is adjacent.
  • the second side gas feed 124 may inject gas in the direction of the third side gas feed 125.
  • the third side gas feed 125 may inject gas into a fourth side gas feed provided in a direction opposite to the direction in which the second side gas feed 124 is adjacent.
  • the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 can spray gas in the direction of the adjacent side gas feed 120, and through this, the side gas feed 120 The injected gas forms a downward swirl motion.
  • the side gas feed 120 provided in the housing 110 may be equipped with a controller that adjusts the speed or flow rate of the gas injected from the side gas feed 120.
  • the gas injected from one side gas feed 120 provided in the housing 110 must be moved to the other adjacent side gas feed 120. It receives force from and forms a downward swirl motion.
  • the gas injected from one side gas feed 120 must be injected at a flow rate or speed that can be moved to the other adjacent side gas feed 120.
  • the controller is capable of controlling the speed or flow rate of the gas injected from the side gas feed 120, and the gas injected from one side gas feed 120 is transmitted through the controller to another adjacent side gas feed ( 120) The flow rate or speed of the gas can be adjusted so that it can be moved.
  • the gas injected from one side gas feed 120 is injected from one side gas feed 120 so that it can be moved to the other adjacent side gas feed 120.
  • the cross-sectional area (A) of the nozzle hole 122 formed in one side gas feed 120 can be adjusted.
  • the first side gas feed 123 may inject gas in a direction between the second side gas feed 124 and the third side gas feed 125.
  • first side gas feed 123 One of the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 is called a first side gas feed 123, and a side gas feed 120 adjacent to the first side gas feed 123 is called a first side gas feed 123.
  • second side gas feed 124 the side gas feed 120 adjacent to the second side gas feed 124 in the opposite direction to the direction in which the first side gas feed 123 is adjacent is called the third side gas feed 120.
  • the first side gas feed 123 injects gas in the direction between the second side gas feed 124 and the third side gas feed 125. You may.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 can receive force from the second side gas feed 124 even if it is injected in a direction slightly deviating from the direction of the second side gas feed 124.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 deviates significantly from the direction of the second side gas feed 124, the gas injected from the first side gas feed 123 is diverted from the direction of the second side gas feed 124. Power cannot be received from the gas feed 124.
  • the gas injected from the first side gas feed 123 is preferably injected in a direction between the second side gas feed 124 and the third side gas feed 125. Additionally, the gas injected from the second side gas feed 124 may be injected in a direction between the third side gas feed 125 and the fourth side gas feed.
  • the plurality of side gas feeds 120 provided in the housing 110 can inject gas in the direction of the adjacent side gas feed 120, and through this, the side gas feed 120 ), the gas injected forms a downward swirl motion.
  • the side gas feed 120 is used so that the gas injected from the first side gas feed 123 reaches between the second side gas feed 124 and the third side gas feed 125.
  • the speed or flow rate of the gas injected from can be adjusted, and the cross-sectional area of the nozzle hole 122 can also be adjusted.
  • the housing 110 may be provided with n number of side gas feeds 120.
  • n ⁇ 3 is a natural number, and n may be the number of side gas feeds.
  • the housing 110 may be provided with three or more side gas feeds 120, and the three side gas feeds 120 may be arranged on one plane.
  • the housing 110 is provided with 3 to 8 side gas feeds 120.
  • the number of side gas feeds 120 provided in the housing 110 is not limited to 8, and the number of side gas feeds 120 provided in the housing 110 may be more than 8. there is.
  • the plurality of side gas feeds 120 may be provided in the housing 110 in the form of a regular polygon.
  • the number of side gas feeds 120 provided at the same height in the seating portion 111 is n
  • the angle formed by the two side gas feeds may be 180 ⁇ (n-2)/n degrees. (Here, since the number of side gas feeds 120 provided in the housing 110 is three or more, n in the equation of 180 ⁇ (n-2)/n may be greater than 3.)
  • the number of side gas feeds 120 provided at the same height in the seating portion 111 is six, one side gas feed and two adjacent sides on both sides of the side gas feed
  • the angle formed by the gas feed may be 120 degrees.
  • the number of side gas feeds 120 provided at the same height in the seating portion 111 is four, one side gas feed and two adjacent sides on both sides of the side gas feed
  • the angle formed by the gas feed may be 90 degrees.
  • a line connecting the second side gas feed 124 to the first side gas feed 123, and the second side gas feed may be 120 degrees.
  • a line connecting the second side gas feed 124 to the first side gas feed 123, and the second side gas feed ( In 124), the angle formed by the line connecting the third side gas feed 125 may be 90 degrees.
  • the direction in which gas is injected from the tangent line and the side gas feed 120 may be 20 to 60 degrees.
  • the housing 110 is provided with 3 to 8 side gas feeds 120.
  • a line connecting the second side gas feed 124 to the first side gas feed 123, The angle formed by the line connecting the second side gas feed 124 to the third side gas feed 125 may be 135 degrees.
  • the second side gas feed 124 may spray gas in the direction of the third side gas feed 125.
  • the direction in which gas is injected from the tangent line and the second side gas feed 124 is formed.
  • the angle may be 22.5 degrees.
  • the tangent line and the direction in which the gas is injected from the second side gas feed 124 are formed. It is desirable that the angle is greater than 22.5 degrees.
  • a tangent line is formed at the point where the circular housing 110 and the side gas feed 120 contact each other.
  • the tangent line and the direction in which gas is sprayed from the side gas feed 120 are greater than 22.5 degrees, and preferably greater than 20 degrees.
  • a line connecting the second side gas feed 124 to the first side gas feed 123 and the second side gas feed 120 are provided in the housing 110.
  • the angle formed by the line connecting the gas feed 124 to the third side gas feed 125 may be 60 degrees.
  • the angle may be 60 degrees.
  • a tangent line is formed at the point where the circular housing 110 and the side gas feed 120 contact each other.
  • the angle formed between the tangent line and the direction in which gas is sprayed from the side gas feed 120 is preferably less than 60 degrees.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion according to an embodiment of the present invention is provided on the upper part of the housing 110 and includes a center gas feed 130 that injects gas into the interior of the housing 110. may further include.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed uses the side gas feed 120 together with the center gas feed 130 and etches by adjusting the design of the side gas feed 120. It is possible to prevent speed uniformity from deteriorating.
  • the side gas feed 120 is connected to the seating portion 111 of the housing 110 and the upper part of the housing 110. It is preferably provided between the center gas feeds 130.
  • the plasma formed in the reaction space of the housing 110 includes ions and radicals, and the wafer 10 can be etched by the synergy effect of the ions and radicals. .
  • the plasma formed in the reaction space of the housing 110 includes electrons, and the electron energy relaxation length (EERL) of the electrons is smaller than the diameter of the housing. You can.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion according to an embodiment of the present invention can be performed in the process area of Local Electron Kinetics.
  • the conventional etching process was carried out in the process region of nonlocal electron kinetics, where the electron energy relaxation length (EERL) is always larger than the diameter of the process chamber.
  • EERL electron energy relaxation length
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion has an electron energy relaxation length (EERL) smaller than the diameter of the process chamber (the diameter of the housing 110). It can be carried out in the process area of Local Electron Kinetics.
  • ERL electron energy relaxation length
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion can increase the plasma density at the edge of the housing 110 to be higher than the center of the housing 110 and increase the etch rate. Also, the edge of the housing 110 may be higher than the center of the housing 110.
  • a problem may occur in which etching is weakly performed at the edge of the wafer (low edge yield problem), but the plasma chamber equipped with a side gas feed according to an embodiment of the present invention has a low edge yield problem that occurs at the edge of the housing 110. As the etch rate at is higher than the center of the housing 110, the above problem can be prevented from occurring.
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion makes the etch rate at the edge of the housing 110 higher than the center of the housing 110, thereby requiring a separate device. It may not be used, and this has the advantage of reducing production costs and improving yield.
  • the plasma density inside the housing 110 increases from the inside of the housing 110 to the housing 110. It can become higher towards the outside of (110).
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion can spray heavy molecule gas from the side gas feed 120. .
  • the gas injected from the side gas feed 120 may have a heavier molecular weight than the gas injected from the center gas feed 130. Since the uniformity of the etch rate cannot be improved when heavy molecule gas is sprayed from the center gas feed 130, the heavy molecule gas is used in the side gas feed 120. It is desirable to spray through.
  • heavy molecule gas may form a downward swirl motion while being sprayed from the side gas feed 120, thereby improving the uniformity of the etch rate. There will be.
  • the gas injected from the side gas feed 120 may have a heavier molecular weight than the gas injected from the center gas feed 130, but some of the gas injected from the side gas feed 120 may be part of the center gas feed 120. It may be less heavy than the gas sprayed from the gas feed 130 or may be the same gas as the gas sprayed from the center gas feed 130.
  • heavy molecule gas is injected only through the side gas feed 120, and general gas, not heavy molecule gas, is injected from both the side gas feed 120 and the center gas feed 130. Can be sprayed.
  • the side gas feed 120 includes a nozzle 121 provided with a nozzle hole 122 through which gas is injected, and the housing 110 includes a plurality of the side gas feeds 120. ) may be provided.
  • the radius of the swirl motion formed by the gas sprayed from the side gas feed 120 in consideration of the gas sprayed from the center gas feed 130 it may affect the plasma density distribution.
  • the plasma density distribution of the concave etch rate profile may be adjusted by adjusting the radius of the swirl motion formed by the gas injected from the side gas feed 120.
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion has a low etch rate inside the housing 110 and radiates to the outside of the housing 110.
  • a concave etch rate profile with increasingly higher etch rates can be obtained.
  • the concave etch rate profile can be obtained by controlling the pressure inside the housing 110. According to an embodiment of the present invention, in addition to the pressure-related factors, by adjusting the radius of the swirl motion formed by the gas injected from the side gas feed 120, the plasma density at the concave etch rate profile You can also adjust the degree of division.
  • the side gas feed 120 includes a nozzle 121 provided with a nozzle hole 122 through which gas is injected, and the housing 110 has a plurality of side gas feeds 120. ) may be provided.
  • the plurality of side gas feeds 120 may be provided in the upper, middle, and lower portions of the housing 110, and the plurality of side gas feeds 120 may be provided in any of the upper, middle, and lower portions of the housing 110. It may be provided in more than one location.
  • the uniformity of the etch rate can be improved.
  • the etch rate may not be effectively improved. Therefore, it is preferable that the plurality of side gas feeds 120 according to an embodiment of the present invention are disposed at appropriate positions in the upper, middle, and lower parts of the housing 110.
  • each nozzle 121 of the side gas feed 120 may be provided with a plurality of nozzle holes 122.
  • the plurality of nozzle holes 122 provided in the nozzle 121 may have the same size or different sizes.
  • the nozzle hole 122 is preferably formed in a circular shape with a diameter of 0.1 to 1 mm. Since arcing may occur when the nozzle hole 122 is larger than 1 mm in diameter, it is preferable that the nozzle hole 122 is smaller than 1 mm in diameter to prevent this. Additionally, in order to efficiently inject gas through the nozzle hole 122, the nozzle hole 122 preferably has a diameter larger than 0.1 mm.
  • the gas injected from the side gas feed 120 may be injected into the wafer 10 while forming a downward swirl motion within the housing 110. At this time, the gas sprayed from the side gas feed 120 may rotate clockwise or counterclockwise to form a downward swirl motion.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed uses the side gas feed 120 in an inductively coupled plasma (ICP), and is sprayed from the side gas feed 120.
  • the gas may form a downward swirl motion.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed according to an embodiment of the present invention in which the gas sprayed from the side gas feed 120 forms a downward swirl motion is capable of performing metal etching and oxide etching ( When applied to oxide etch and poly etch, the etch rate can be improved.
  • side gas feed 120 which sprays gas to form a downward swirl motion, may also be applied to plasma processes such as plasma deposition, PR stripping, and plasma doping.
  • the plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion according to the above-described embodiment of the present invention has the following effects.
  • the gas sprayed from the nozzle is adjusted to adjust the spray direction of the gas sprayed from the side gas feed toward the wall of the housing.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion directs the direction of the gas injected from one side gas feed provided in the housing to another gas feed adjacent to one side gas feed.
  • the gas sprayed from the nozzle can form a swirl motion within the chamber, which has the advantage of maintaining a uniform etch rate inside the chamber. .
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion adjusts the spray direction of the gas sprayed from the side gas feed to face the wall of the housing, while spraying gas from one side gas feed.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion is formed so that the speed or flow rate of the gas injected from one side gas feed can be extended to the other adjacent side gas feed. Accordingly, there is an advantage that the gas sprayed from one side gas feed can form a swirl motion by receiving force from the other side gas feed.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion simultaneously uses a side gas feed and a center gas feed in the chamber and sprays heavy molecular gas through the side gas feed. Accordingly, there is an advantage in that the etch rate can be improved while improving the uniformity of the etch rate.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion according to an embodiment of the present invention may achieve a similar effect as using a confinement ring or an electromagnet by forming a swirl motion.
  • the process using a confinement ring can be expected to improve plasma density and edge etch rate by directly controlling the space where the process occurs.
  • the process of using electromagnets involves arranging electromagnets around a chamber. By arranging electromagnets around the chamber, the escape of electrons to the walls of the housing can be controlled.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion has the advantage of being able to obtain an effect similar to using a confinement ring or an electromagnet by forming a swirl motion.
  • a plasma chamber equipped with a side gas feed that forms a swirl motion can effectively improve etch rate uniformity when performing metal etching or oxide etching.
  • Increasing the number of side gas feeds has the advantage of contributing to the density of radicals and ions.

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Abstract

본 발명은 스월 모션을 형성하는 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 향하여 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버
본 발명은 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 스월 모션을 형성하는 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, 유도성 결합 플라즈마(ICP)의 경우 선택비(selectivity)가 낮고 공정 재현성(process repeatability)이 좋지 못한 문제점이 있다.
또한, 종래의 유도성 결합 플라즈마(ICP)는 센터 가스 피드에서 주 가스를 주입하고, 웨이퍼 에지의 낮은 식각 속도를 보상하기 위해 사이드 가스 피드를 통해 소량의 가스를 주입하였다. 이와 같은 방법을 통해 웨이퍼 에지의 식각속도를 조절할 수 있음에 따라 선폭 균일도의 향상을 기대할 수 있었다.
그러나 종래의 유도성 결합 플라즈마(ICP)의 사이드 가스 피드는 노즐의 방향이 웨이퍼를 바라보고 있기 때문에 분자량이 큰 가스들의 경우에는 이로 인해 식각 속도가 불균일해지는 문제점이 있다.
구체적으로 센터 가스 피드에서 주 가스를 주입하고 사이드 가스 피드에서 소량의 가스를 주입하면, 챔버와 웨이퍼 사이의 공간으로 사이드 가스 피드의 가스가 빠져나가게 되면서 선폭 개선의 효과를 얻지 못하는 문제점이 있다.
이와 반대로 사이드 가스 피드에서 주입되는 가스의 양을 증가시키면, 웨이퍼 전체의 선폭 균일도가 영향을 받게 되면서 목표로 하는 결과와 다른 결과를 얻게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 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 향하여 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드는, 상기 안착부에서 동일한 높이에 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드 중 어느 하나를 제1사이드 가스 피드라 하고, 상기 제1사이드 가스 피드에 인접하는 사이드 가스 피드를 제2사이드 가스 피드라 할 때, 상기 제1사이드 가스 피드는, 상기 제2사이드 가스 피드 방향으로 가스를 분사할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드 중 어느 하나를 제1사이드 가스 피드라 하고, 상기 제1사이드 가스 피드에 인접하는 상기 사이드 가스 피드를 제2사이드 가스 피드라 하며, 상기 제1사이드 가스 피드가 인접하는 방향의 반대 방향에서 상기 제2사이드 가스 피드에 인접하는 사이드 가스 피드를 제3사이드 가스 피드라 할 때, 상기 제1사이드 가스 피드는, 상기 제2사이드 가스 피드와 상기 제3사이드 가스 피드 사이의 방향으로 가스를 분사할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에는 n 개의 상기 사이드 가스 피드가 구비될 수 있다. (n≥3 이상의 자연수, n은 사이드 가스 피드의 개수)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드는, 정다각형의 형태로 상기 하우징에 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 안착부에서 동일한 높이에 구비되는 상기 사이드 가스 피드의 개수를 n이라 할 때, 하나의 상기 사이드 가스 피드와, 상기 사이드 가스 피드의 양측에서 인접하는 2개의 사이드 가스 피드가 형성하는 각도는 180 × (n-2)/n 도 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스는, 상기 센터 가스 피드에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 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.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 노즐홀은 0.1 내지 1mm의 직경을 가지는 원 형상으로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버의 상기 하우징에 구비된 상기 사이드 가스 피드에는, 상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 유량 또는 속도를 조절하는 컨트롤러가 구비될 수 있다.
본 발명은 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하우징에 구비되는 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향을 하나의 사이드 가스 피드에 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드 방향으로 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성할 수 있으며, 이를 통해 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절하면서, 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드까지 갈 수 있도록 형성함에 따라 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 하우징의 벽면에 부딪히는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드까지 갈 수 있도록 형성함에 따라 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 다른 하나의 사이드 가스 피드로부터 힘을 받아 스월 모션(swirl motion)을 형성할 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 하우징에 복수 개의 사이드 가스 피드가 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 제1사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향이 제2사이드 가스 피드 방향인 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제1사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향이 제2사이드 가스 피드와 제3사이드 가스 피드 사이의 방향인 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 하우징에 6개의 사이드 가스 피드가 구비될 때, 사이드 가스 피드 사이의 각도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 하우징에 4개의 사이드 가스 피드가 구비될 때, 사이드 가스 피드 사이의 각도를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 하우징에 8개의 사이드 가스 피드가 구비될 때, 사이드 가스 피드 사이의 각도를 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 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 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 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 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, 라디칼(radical)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, 이온과 라디칼을 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, 이온과 라디칼이 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 2를 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.
도 3을 참조하면, 상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 안착부(111)에서 동일한 높이에 구비될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 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.
복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 하나의 평면 내에서 가스를 분사할 수 있는 것으로, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 안착부(111)에서 동일한 높이에 구비되면서 하나의 평면상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 안착부(111)에서 지정된 높이(h) 만큼 떨어지면서, 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에 배치될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 안착부(111)에서 지정된 높이(h) 만큼 떨어지면서, 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 상기 하우징(110)의 벽면을 향하여 가스를 분사할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 정다각형의 형태로 상기 하우징(110)에 구비될 수 있다. 구체적으로, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 안착부(111)가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상에서 정다각형을 형성하면서 상기 하우징(110)에 구비될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 벽면을 향하여 가스를 분사할 수 있다. 상기 사이드 가스 피드(120)의 상기 노즐홀(122)은 상기 하우징(110)의 벽면을 향해 있으며, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 상기 하우징(110)의 벽면에 대해서 일정한 각도를 형성하면서 가스를 분사할 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 하우징(110)의 단면은 원 형상으로 이루어질 수 있다. 원 형상으로 이루어진 상기 하우징(110)과 상기 사이드 가스 피드(120)가 접하는 지점에서 접선을 형성하면, 상기 접선과 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 각도가 일정한 각도로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)에 구비되는 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 방향은, 하나의 사이드 가스 피드(120)에 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120) 방향일 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120) 중 어느 하나를 제1사이드 가스 피드(123)라 하고, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에 인접하는 사이드 가스 피드(120)를 제2사이드 가스 피드(124)라 할 때, 상기 제1사이드 가스 피드(123)는, 상기 제2사이드 가스 피드(124) 방향으로 가스를 분사할 수 있다.
즉, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스는 상기 제2사이드 가스 피드(124) 까지 도달하도록 분사될 수 있다. 이와 같이 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스를 상기 제2사이드 가스 피드(124) 방향으로 분사하면, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사된 가스가 상기 하우징(110)의 벽면에 부딪히기 전에 상기 제2사이드 가스 피드(124)로부터 힘을 받을 수 있게 된다.
상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사된 가스가 상기 제2사이드 가스 피드(124)로부터 힘을 받음에 따라, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사된 가스가 상기 하우징(110)의 벽면에 부딪히는 대신에 상기 제2사이드 가스 피드(124)에 의해 회전을 할 수 있게 된다.
상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스는 중력의 영향을 받을 수 있으며, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스가 회전하면서 중력 방향으로 내려감에 따라 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하게 된다.
상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스가 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하면서 상기 웨이퍼(10)에 접촉되면, 가스가 상기 웨이퍼(10)에 접촉되어도 원심력(centrifugal force)에 의해 추가적으로 이동하게 되면서 확산(diffusion) 효과가 발생하게 된다.
이와 같은 확산(diffusion) 효과에 의해 가스가 근처의 입자들과 서로 반응하게 됨에 따라 식각 속도 균일도가 향상될 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 제1사이드 가스 피드(123)가 인접하는 방향의 반대 방향에서 상기 제2사이드 가스 피드(124)에 인접하는 사이드 가스 피드(120)를 제3사이드 가스 피드(125)하면, 상기 제2사이드 가스 피드(124)는 상기 제3사이드 가스 피드(125) 방향으로 가스를 분사할 수 있다. 또한, 상기 제3사이드 가스 피드(125)는 상기 제2사이드 가스 피드(124)가 인접하는 방향의 반대 방향에 구비된 제4사이드 가스 피드로 가스를 분사 할 수 있다.
이와 같은 방법으로 상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 인접하는 사이드 가스 피드(120) 방향으로 가스를 분사할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 하우징(110)에 구비된 상기 사이드 가스 피드(120)에는, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 조절하는 컨트롤러가 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 하우징(110)에 구비된 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는, 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)로 이동되어야만 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)로부터 힘을 받을아 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하게 된다.
하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)로 도달하지 못하면 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하기 어렵게 된다.
따라서, 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는, 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)로 이동될 수 있는 유량 또는 속도로 분사되어야 한다. 상기 컨트롤러는 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 조절할 수 있는 것으로, 상기 컨트롤러를 통해 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)로 이동될 수 있도록 가스의 유량 또는 속도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드(120)로 이동될 수 있도록, 하나의 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량과 함께, 하나의 사이드 가스 피드(120)에 형성된 노즐홀(122)의 단면적(A)을 조절할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1사이드 가스 피드(123)는, 상기 제2사이드 가스 피드(124)와 상기 제3사이드 가스 피드(125) 사이의 방향으로 가스를 분사할 수도 있다.
상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120) 중 어느 하나를 제1사이드 가스 피드(123)라 하고, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에 인접하는 사이드 가스 피드(120)를 제2사이드 가스 피드(124)라 하며, 상기 제1사이드 가스 피드(123)가 인접하는 방향의 반대 방향에서 상기 제2사이드 가스 피드(124)에 인접하는 사이드 가스 피드(120)를 제3사이드 가스 피드(125) 할 때, 도 5와 같이 상기 제1사이드 가스 피드(123)는, 상기 제2사이드 가스 피드(124)와 상기 제3사이드 가스 피드(125) 사이의 방향으로 가스를 분사할 수도 있다.
상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스는, 상기 제2사이드 가스 피드(124)의 방향에서 조금 어긋난 방향으로 분사되어도 상기 제2사이드 가스 피드(124)로부터 힘을 받을 수 있게 된다.
다만, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스가 상기 제2사이드 가스 피드(124)의 방향에서 많이 어긋나게 되면, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스가 상기 제2사이드 가스 피드(124)로부터 힘을 받을 수 없게 된다.
따라서, 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스는, 상기 제2사이드 가스 피드(124)와 상기 제3사이드 가스 피드(125) 사이의 방향으로 분사되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 분사되는 가스는 상기 제3사이드 가스 피드(125)와 상기 제4사이드 가스 피드 사이의 방향으로 분사될 수 있다.
이와 같은 방법으로 상기 하우징(110)에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 인접하는 사이드 가스 피드(120) 방향의 근처로 가스를 분사할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스는 하향 스월 모션(downward swirl motion)을 형성하게 된다.
물론, 이 경우에도 상기 제1사이드 가스 피드(123)에서 분사되는 가스가, 상기 제2사이드 가스 피드(124)와 상기 제3사이드 가스 피드(125) 사이에 도달하도록 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 조절할 수 있으며, 상기 노즐홀(122)의 단면적도 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)에는 n 개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비될 수 있다. 여기서, n≥3 이상의 자연수, n은 사이드 가스 피드의 개수일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 사이드 가스 피드(120)는 3개 이상이 구비되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 하우징(110)에는 상기 사이드 가스 피드(120)가 3개 이상 구비될 수 있으며, 3개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 하나의 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 사이드 가스 피드(120)가 2개인 경우, 스월 모션(swirl motion)을 형성하기 어렵기 때문에, 상기 사이드 가스 피드(120)는 3개 이상이 구비되는 것이 바람직하다.
조금 더 구체적으로, 상기 사이드 가스 피드(120)를 통해 스월 모션(swirl motion)을 형성하기 위해, 상기 하우징(110)에는 3 내지 8개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 하우징(110)에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수는 8개로 한정되지는 않으며, 상기 하우징(110)에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수는 8개 보다 많을 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 사이드 가스 피드(120)는 정다각형의 형태로 상기 하우징(110)에 구비될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 상기 안착부(111)에서 동일한 높이에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수를 n이라 할 때, 하나의 상기 사이드 가스 피드와, 상기 사이드 가스 피드의 양측에서 인접하는 2개의 사이드 가스 피드가 형성하는 각도는 180 × (n-2)/n 도 일 수 있다. (여기서, 상기 하우징(110)에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수는 3개 이상이기 때문에, 180 × (n-2)/n의 식에서 상기 n은 3보다 클 수 있다.)
도 6과 같이 상기 안착부(111)에서 동일한 높이에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수가 6개인 경우, 하나의 상기 사이드 가스 피드와, 상기 사이드 가스 피드의 양측에서 인접하는 2개의 사이드 가스 피드가 형성하는 각도는 120도 일 수 있다.
도 7과 같이 상기 안착부(111)에서 동일한 높이에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수가 4개인 경우, 하나의 상기 사이드 가스 피드와, 상기 사이드 가스 피드의 양측에서 인접하는 2개의 사이드 가스 피드가 형성하는 각도는 90도 일 수 있다.
구체적으로, 도 6과 같이 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수가 6개인 경우 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제1사이드 가스 피드(123)를 연결하는 선과, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제3사이드 가스 피드(125)를 연결하는 선이 형성하는 각도는 120도일 수 있다.
또한, 도 7과 같이 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수가 4개인 경우 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제1사이드 가스 피드(123)를 연결하는 선과, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제3사이드 가스 피드(125)를 연결하는 선이 형성하는 각도는 90도일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원 형상으로 이루어진 상기 하우징(110)과 상기 사이드 가스 피드(120)가 접하는 지점에서 접선을 형성하면, 상기 접선과 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 각도는 20도 내지 60도 일 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 하우징(110)에는 3 내지 8개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 것이 바람직하다. 도 8을 참조하면, 상기 하우징(110)에 8개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 경우, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제1사이드 가스 피드(123)를 연결하는 선과, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제3사이드 가스 피드(125)를 연결하는 선이 형성하는 각도는 135도일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2사이드 가스 피드(124)는 상기 제3사이드 가스 피드(125) 방향으로 가스를 분사할 수 있다. 이때, 원 형상으로 이루어진 상기 하우징(110)과 상기 제2사이드 가스 피드(124)가 접하는 지점에서 접선을 형성하면, 상기 접선과 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 각도는 22.5도 일 수 있다.
상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 분사되는 가스가 상기 제3사이드 가스 피드(125)로부터 힘을 받기 위해서는, 상기 접선과 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 각도는 22.5도 큰 것이 바람직하다.
상기 하우징(110)에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수는 8개 이하인 것이 바람직하기 때문에, 원 형상으로 이루어진 상기 하우징(110)과 상기 사이드 가스 피드(120)가 접하는 지점에서 접선을 형성할 때, 상기 접선과 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 22.5도 큰 것이 바람직하며, 20도 보다는 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 하우징(110)에 3개의 상기 사이드 가스 피드(120)가 구비되는 경우, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제1사이드 가스 피드(123)를 연결하는 선과, 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 상기 제3사이드 가스 피드(125)를 연결하는 선이 형성하는 각도는 60도일 수 있다.
이때, 원 형상으로 이루어진 상기 하우징(110)과 상기 제2사이드 가스 피드(124)가 접하는 지점에서 접선을 형성하면, 상기 접선과 상기 제2사이드 가스 피드(124)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 각도는 60도 일 수 있다.
상기 하우징(110)에 구비되는 상기 사이드 가스 피드(120)의 개수는 3개 이상인 것이 바람직하기 때문에, 원 형상으로 이루어진 상기 하우징(110)과 상기 사이드 가스 피드(120)가 접하는 지점에서 접선을 형성할 때, 상기 접선과 상기 사이드 가스 피드(120)에서 가스가 분사되는 방향이 형성하는 각도는 60도 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 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 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온과 상기 라디칼의 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 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 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 플라즈마로 인한 마모(erosion) 방지를 위한 리프트 장치 등을 사용하였다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 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 스월 모션을 형성하는 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 yield 문제를 해결할 수 있게 된다.
그러나 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 스월 모션을 형성하는 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, 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.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 센터 가스 피드(130)에서 분사되는 가스를 감안하여 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 형성하는 스월 모션(Swirl motion)의 반경(radius)을 조절하면, 플라즈마 밀도 분도(Plasma density distribution)에 영향을 줄 수도 있다.
구체적으로, 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 형성하는 스월 모션(Swirl motion)의 반경(radius)을 조절함에 따라 concave etch rate profile의 플라즈마 밀도 분포를 조절할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 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 있다.
concave etch rate profile은 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하면서 얻을 수 있게 된다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 압력과 관련된 인자 이외에 상기 사이드 가스 피드(120)에서 분사되는 가스가 형성하는 스월 모션(Swirl motion)의 반경(radius)을 조절하면, concave etch rate profile에서 플라즈마 밀도 분도를 조절할 수도 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 3을 참조하면, 상기 사이드 가스 피드(120)의 각 노즐(121)에는 복수 개의 상기 노즐홀(122)이 구비될 수도 있다. 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 0.1 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 0.1mm 직경 보다 큰 것이 바람직하다.
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.
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 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 다음과 같은 효과가 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성하여 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는, 하우징에 구비되는 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향을 하나의 사이드 가스 피드에 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드 방향으로 조절함에 따라 노즐에서 분사되는 가스가 챔버 내에서 스월 모션(swirl motion)을 형성할 수 있으며, 이를 통해 챔버 내부에서 균일한 식각 속도(etch rate)를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 분사 방향을 하우징의 벽면을 향하도록 조절하면서, 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드까지 갈 수 있도록 형성함에 따라 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 하우징의 벽면에 부딪히는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 속도 또는 유량을 인접하는 다른 하나의 사이드 가스 피드까지 갈 수 있도록 형성함에 따라 하나의 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스가 다른 하나의 사이드 가스 피드로부터 힘을 받아 스월 모션(swirl motion)을 형성할 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 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.
본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 스월 모션(swirl motion) 형성함에 따라 Confinement Ring이나 전자석을 사용하는 것과 유사한 효과를 얻을 수도 있다. Confinement Ring을 사용하는 공정은 공정이 일어나는 공간을 직접 제어하는 역할을 함으로써 Plasma density 및 Edge etch rate enhancement도 기대할 수 있는 것이다.
전자석을 사용하는 공정은 챔버 주위의 전자석을 배치하는 것으로, 챔버 주위에 전자석을 배치함에 따라 하우징 벽면으로 전자가 빠져나가는 것을 제어할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 스월 모션(swirl motion) 형성함에 따라 Confinement Ring이나 전자석을 사용하는 것과 유사한 효과를 얻을 수도 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버는 메탈 에칭(metal etch)이나 옥사이드 에칭(oxide etch)을 수행할 때 식각 속도 균일도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 사이드 가스 피드의 수를 증가시킴에 따라 라디칼과 이온의 밀도에도 기여할 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.

Claims (13)

  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 향하여 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드는,
    상기 안착부에서 동일한 높이에 구비되는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 방향은,
    상기 웨이퍼가 안착되는 상기 안착부가 형성하는 평면과 나란한 방향으로 연장되는 평면상의 방향인 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드 중 어느 하나를 제1사이드 가스 피드라 하고, 상기 제1사이드 가스 피드에 인접하는 사이드 가스 피드를 제2사이드 가스 피드라 할 때,
    상기 제1사이드 가스 피드는, 상기 제2사이드 가스 피드 방향으로 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드 중 어느 하나를 제1사이드 가스 피드라 하고, 상기 제1사이드 가스 피드에 인접하는 상기 사이드 가스 피드를 제2사이드 가스 피드라 하며, 상기 제1사이드 가스 피드가 인접하는 방향의 반대 방향에서 상기 제2사이드 가스 피드에 인접하는 사이드 가스 피드를 제3사이드 가스 피드라 할 때,
    상기 제1사이드 가스 피드는, 상기 제2사이드 가스 피드와 상기 제3사이드 가스 피드 사이의 방향으로 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에는 n개의 상기 사이드 가스 피드가 구비되는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.(n≥3 이상의 자연수, n은 사이드 가스 피드의 개수)
  7. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에 구비되는 복수 개의 상기 사이드 가스 피드는, 정다각형의 형태로 상기 하우징에 구비되는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 안착부에서 동일한 높이에 구비되는 상기 사이드 가스 피드의 개수를 n이라 할 때,
    하나의 상기 사이드 가스 피드와, 상기 사이드 가스 피드의 양측에서 인접하는 2개의 사이드 가스 피드가 형성하는 각도는 180 × (n-2)/n 도 인 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.(n≥3)
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상부에 구비되며, 상기 하우징의 내부로 가스를 분사하는 센터 가스 피드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스는,
    상기 센터 가스 피드에서 분사되는 가스 보다 무거운 분자량을 가지는 가스 인 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  11. 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 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 노즐홀은 0.1 내지 1mm의 직경을 가지는 원 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 구비된 상기 사이드 가스 피드에는,
    상기 사이드 가스 피드에서 분사되는 가스의 유량 또는 속도를 조절하는 컨트롤러가 구비되는 것을 특징으로 하는 스월 모션을 형성하는 사이드 가스 피드가 구비된 플라즈마 챔버.
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