KR100785163B1 - 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

다중 원격 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 기판 처리 시스템은 다수 개의 가스 입구를 구비한 기판 처리 챔버와 다수 개의 가스 입구에 독립적으로 연결되는 다수 개의 원격 플라즈마 발생기 및 다수 개의 원격 플라즈마 발생기로 공정 가스를 공급하기 위한 다수 개의 가스 공급 채널을 구비한 가스 공급 유닛으로 구성된다. 본 발명의 기판 처리 시스템에 의하면 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 방사형 배치 구조와 이들로 공정 가스를 공급하기 위한 방사형 구조를 갖는 가스 공급 유닛이 제공됨으로서 기판 처리 챔버의 큰 볼륨에 적합하게 원격 플라즈마를 발생하여 기판 처리 챔버로 공급할 수 있게 된다.

원격 플라즈마, 챔버 클리닝, 배치 챔버

Description

다중 원격 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM HAVING MULTI REMOTE PLASMA GENERATOR}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비한 배치 처리 챔버의 사시도이다.

도 2는 도 1의 배치 처리 챔버의 상부에 형성된 다수 개의 가스 입구의 구조를 보여주기 위한 평면도이다.

도 3은 도 1의 배치 처리 챔버의 평면도이다.

도 4는 배치 처리 챔버의 내부에 설치된 기판 지지부를 보여주는 평면도이다.

도 5는 도 1의 원격 플라즈마 발생기와 배치 처리 챔버의 연결 구조를 보여주는 부분 단면도이다.

도 6은 다중 원격 플라즈마 발생기의 전기적 연결 구조를 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비한 배치 처리 챔버의 사시도이다.

도 8은 도 7의 배치 처리 챔버의 평면도이다.

도 9는 도 7의 원격 플라즈마 발생기와 배치 처리 챔버의 연결 구조를 보여주는 부분 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 배치 처리 챔버11: 기판 지지대

12: 가스 샤워 헤드30: 원격 플라즈마 발생기

31: 플라즈마 반응관32: 링형 페라이트 코어

33: 유도 코일40: 가스 분배 유닛

43: 가스 분배 채널

본 발명은 반도체 기판을 플라즈마 처리하는 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비한 기판 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 기판을 처리하기 위한 설비는 단일 웨이퍼 처리 방식과 배치식(batch) 웨이퍼 처리 방식의 두 가지 방식을 갖는다. 단일 웨이퍼 처리 방식은 처리를 위한 하나의 단일 웨이퍼가 챔버 내에 위치되어 있는 챔버 구성을 지칭한다. 배치식 웨이퍼 처리 방식은 다수의 웨이퍼가 회전 가능한 기판 지지대 상에 위치되고, 기판 지지대가 회전함에 따라 챔버내의 다양한 위치에서 처리되는 챔 버 구성을 지칭한다. 이와 같은 배치 처리 챔버는 단일 챔버 내에서 일반적으로 4개에서 7개까지의 여러 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있다.

한편, 반도체 제조 공정에서는 다양한 형태로 플라즈마 처리 공정이 적용되고 있으며, 챔버 세정이나 아싱 공정에서는 주로 원격 플라즈마가 사용되고 있다. 배치 처리 챔버에도 원격 플라즈마 발생기가 탑재되어 있다. 그런데, 기판 사이즈가 증가하면서 배치 처리 챔버의 볼륨도 증가함으로 그만큼 처리 용량을 갖는 원격 플라즈마 발생기가 요구된다.

따라서 본 발명은 넓은 볼륨을 갖는 기판 처리 챔버에서 요구되는 원격 플라즈마를 제공할 수 있는 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비한 기판 처리 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 배치 처리 챔버를 위한 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 기판 처리 시스템은: 다수 개의 가스 입구를 구비한 기판 처리 챔버; 다수 개의 가스 입구에 독립적으로 연결되는 다수 개의 원격 플라즈마 발생기; 및 다수 개의 원격 플라즈마 발생기로 공정 가스를 공급하기 위한 다수 개의 가스 공급 채널을 구비한 가스 공급 유닛을 포함한다.

바람직하게, 상기 기판 처리 챔버는 하나 이상의 기판을 배치 처리하는 배치 처리 챔버이다.

바람직하게, 상기 배치 처리 챔버는 챔버 내부에 다수 개의 기판이 방사형으로 배치되어 놓이며 제1 임피던스 정합기를 통하여 제1 전원 공급원에 전기적으로 연결된 기판 지지부; 및 기판의 상부에 정렬되도록 챔버의 내부 천정에 각기 설치되며 제2 임피던스 정합기를 통하여 제2 전원 공급원에 전기적으로 연결된 다수 개의 가스 샤워 헤드를 포함한다.

바람직하게, 상기 원격 플라즈마 발생기는: 토로이달형의 플라즈마 방전관; 다수 개의 가스 공급 채널 중 어느 하나와 플라즈마 방전관에 연결되어 공정 가스를 받아들이는 가스 입구; 기판 처리 챔버의 다수 개의 가스 입구들 중 어느 하나에 연결되어 기판 처리 챔버의 내부로 플라즈마 가스를 배출하는 가스 출구; 플라즈마 방전관에 장착되는 하나 이상의 링형 페라이트 코어; 및 링형 페라이트 코어에 감기고 제3 임피던스 정합기를 통하여 제3 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 유도 코일을 포함한다.

바람직하게, 상기 원격 플라즈마 발생기는: 토로이달형의 플라즈마 방전관; 다수 개의 가스 공급 채널 중 어느 하나와 플라즈마 방전관을 연결되어 공정 가스를 받아들이는 가스 입구; 기판 처리 챔버의 다수 개의 가스 입구들 중 어느 하나에 연결되어 기판 처리 챔버의 내부로 플라즈마 가스가 유입되도록 하는 가스 출구; 서로 이웃하는 두 개의 플라즈마 방전관에 공통으로 장착되는 적어도 하나의 링형 페라이트 코어; 및 링형 페라이트 코어에 감기고 제3 임피던스 정합기를 통하여 제3 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 유도 코일을 포함한다.

바람직하게, 상기 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 유도 코일들은 제3 전 원 공급원에 직렬, 병렬, 직렬과 병렬의 혼합 방식 중 어느 하나의 방식으로 연결된다.

바람직하게, 상기 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 유도 코일들은 각기 독립적으로 다수 개의 전원 공급원에 각기 연결된다.

바람직하게, 상기 토로이달형의 플라즈마 방전관은 냉각수 공급 라인을 포함한다.

바람직하게, 상기 토로이달형의 플라즈마 방전관은 전도성 금속과 방전관내에 전기적 불연속성을 형성하는 하나 이상의 유전체 영역을 포함한다.

바람직하게, 상기 유전체 영역은 플라즈마 방전관을 둘 이상의 영역으로 분리한다.

바람직하게, 상기 기판 처리 챔버의 다수 개의 가스 입구와 다수 개의 원격 플라즈마 발생기는 상기 기판 처리 챔버의 천정 외측에 방사형으로 배치되고, 상기 가스 공급 유닛은: 가스 공급원에 연결되는 가스 입력관; 및 일단이 가스 입력관에 공통으로 연결되고 타단이 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 가스 입구에 각기 연결되어 방사형 배치 구조를 갖는 다수 개의 가스 공급 채널을 포함한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성 에 대한 상세한 기술은 생략된다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 배치 처리 챔버를 위한 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 처리 시스템을 상세히 설명한다. 본 실시예의 설명에서 기판 처리 챔버는 다수 개(예를 들어 여섯 개)의 기판을 배치 처리하는 배치 처리 챔버를 예로 하여 설명한다. 그러나 단일 챔버에서 하나의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 챔버도 적용이 가능함은 자명하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비한 배치 처리 챔버의 사시도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 시스템은 배치 처리 챔버(10)를 위한 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)를 구비한다. 배치 처리 챔버(10)의 내부에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수 개(예를 들어 여섯 개)의 기판(W)이 방사형으로 배치되어 놓이는 기판 지지부(11)가 구비되고, 기판 지지부(11)가 회전하며 다양한 위치에서 다수 개의 기판(W)이 배치 처리된다. 배치 처리 챔버(10)의 천정 외측에는 다수 개(예를 들어, 여섯 개)의 원격 플라즈마 발생기(30) 예를 들어, 여섯 개가 방사형으로 배치되어 장착된다. 그리고 가스 공급 유닛(40)이 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)로 공정 가스를 공급하도록 연결된다.

도 2는 도 1의 배치 처리 챔버의 상부에 형성된 다수 개의 가스 입구의 구조 를 보여주기 위한 평면도이고, 도 3은 도 1의 배치 처리 챔버의 평면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배치 처리 챔버(10)의 천정에는 다수 개(예를 들어 여섯 개)의 가스 입구(13)가 방사형으로 형성되어 있다. 다수 개의 가스 입구(13)에는 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)의 각각의 가스 출구(36)가 연결된다. 그럼으로 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30) 또한 방사형 배치 구조를 갖는다.

가스 공급 유닛(40)은 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입력관(42)과 다수 개(예를 들어, 여섯 개)의 가스 공급 채널(43)로 구성된다. 가스 공급 채널(43)은 선형 튜브 구조를 갖도록 할 수 있으며, 일단은 가스 입력관(42)에 공통으로 연결되고 타단은 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)의 가스 입구(34)에 각기 연결되어 전체적으로 방사형 배치 구조를 갖는다. 가스 입력관(42)은 다수 개의 가스 공급 채널(43)이 공통으로 연결하기 용이하도록 하부가 좀 더 넓은 구조(41)를 갖도록 할 수 있다.

도 5는 도 1의 원격 플라즈마 발생기와 배치 처리 챔버의 연결 구조를 보여주는 부분 단면도이다.

도 5를 참조하여, 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)는 토로이달형의 플라즈마 방전관(31)을 구비한다. 플라즈마 방전관(31)은 가스 입구(34)와 가스 출구(35)를 구비한다. 가스 입구(34)는 다수 개의 가스 공급 채널 중 어느 하나와 연결되어 공정 가스를 받아들이며, 가스 출구(36)는 배치 처리 챔버(10)의 다수 개의 가스 입구(13)들 중 어느 하나에 연결되어 배치 처리 챔버(10)의 내부로 플라즈마 가스를 배출한다. 플라즈마 방전관(31)에는 유도 코일(33)이 감긴 하나 이상의 링형 페라이트 코어(32)가 장착된다.

배치 처리 챔버(10)의 내부에는 다수 개의 기판(W)들에 대응되는 상부 영역에 각기 가스 샤워 헤드(12)가 구비되며, 가스 샤워 헤드(12)는 가스 입구(13)를 통해서 가스를 유입 받는다.

기판 지지대(11)는 제1 임피던스 정합기(55)를 통하여 제1 전원 공급원(54)에 전기적으로 연결된다. 다수개의 가스 샤워 헤드(12)는 제2 임피던스 정합기(53)를 통하여 제2 전원 공급원(52)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 전원 공급원(54)(52)은 무선 주파수를 발생하며, 제1 전원 공급원(54)은 제2 전원 공급원(52) 보다 상대적으로 낮은 주파수의 전원을 발생한다.

도 6은 다중 원격 플라즈마 발생기의 전기적 연결 구조를 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하여, 다수개의 원격 플라즈마 발생기(30)의 링형 페라이트 코어(32)에 감겨진 유도 코일(33)은 직렬, 병렬, 직렬과 병렬의 혼합 방식 중 어느 하나의 방식으로 연결되며, 제3 임피던스 정합기(51)를 통하여 제3 전원 공급원(50)에 전기적으로 연결된다. 제3 전원 공급원(50)은 무선 주파수 예를 들어 400khz의 중간 주파수를 발생한다. 또는, 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)의 유도 코일(33)들은 각기 독립적으로 다수 개의 전원 공급원(미도시)에 각기 연결되도록 할 수도 있다.

도면에는 구체적으로 미도시 되었으나, 플라즈마 방전관(31)은 냉각수 공급 라인(미도시)을 포함하며, 외부로부터 냉각수를 공급받아 플라즈마 방전관(31)이 과열되는 것을 방지한다. 플라즈마 방전관(31)은 전도성 금속과 방전관내에 전기적 불연속성을 형성하는 하나 이상의 유전체 영역을 포함한다. 상기 유전체 영역은 플라즈마 방전관을 둘 이상의 영역으로 분리한다. 즉, 플라즈마 방전관(31)을 두 개 이상의 전도성 금속 조립체로 구성하고, 조립체 사이에 유전체 예를 들어, 세라믹 재질의 접합 부재를 사용할 수 있을 것이다. 그리고 진공 결합을 위하여 오링이 삽입된다.

다시 도 1 및 도 5를 참조하여, 가스 공급원(미도시)으로부터 공정 가스 예를 들어, NF₃, C₂F₆, C₃F₈과 같은 CxFx 계열의 가스, SF₆과 같은 SFx 계열의 가스, CF₄, CHF₃, O₂등이 가스 공급 유닛(40)으로 입력된다. 그리고 점화 가스 예를 들어 Ar 등이 사용된다.

가스 공급 유닛(40)은 가스 공급원으로부터 입력되는 가스를 가스 공급 채널(43)을 통해서 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(30)로 분리 공급한다. 각각의 원격 플라즈마 발생기(30)가 동작하여 플라즈마를 발생시키며, 발생된 플라즈마 가스는 배치 처리 챔버(10)의 가스 샤워 헤드(12)를 통해서 내부로 분사되어 진다.

이상과 같은 본 발명의 기판 처리 시스템은 반도체 제조 공정에서 배치 처리 챔버의 클리닝 공정에 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명의 독특한 구조인 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(40)의 방사형 배치 구조와 이들로 공정 가스를 공급하기 위한 방사형 구조를 갖는 가스 공급 유닛(40)이 제공됨으로서 배치 처리 챔버 (10)의 큰 볼륨에 적합하게 원격 플라즈마를 발생하여 공급할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예예서 배치 처리 챔버(10)가 원통형 구조를 갖고, 기판 지지대(11)가 원반형 구조를 갖으며 그 위에 방사형으로 다수 개의 기판(W)이 놓이는 구조로 예시하였다. 그러나 이는 본 발명에서 한정적인 구조는 아니며 다양한 구조로 변형이 가능하다. 그리고 이에 따라 가스 공급 유닛(40)의 구조도 적절히 변형할 수 있다. 후술되는 본 발명의 제2 실시예의 경우도 동일하다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비한 배치 처리 챔버의 사시도이고, 도 8은 도 7의 배치 처리 챔버의 평면도이다. 그리고 도 9는 도 7의 원격 플라즈마 발생기와 배치 처리 챔버의 연결 구조를 보여주는 부분 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 설명에 있어서 상술한 제1 실시예와 동일한 모두 동일한 구성을 갖는다. 그럼으로 반복된 설명은 생략한다. 그러나 제2 실시예에서 다수개의 원격 플라즈마 발생기(30)는 링형 페라이트 코어(32)가 서로 이웃하는 플라즈마 방전관(31)에 공통으로 장착되는 매우 독특한 구조를 취하고 있다. 이와 같이 링형 페라이트 코어(32)가 공통으로 장착됨으로서 에너지 손실이 보다 낮아짐으로 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 배치 처리 챔버를 위한 다중 원격 플라즈마 발생기를 구비하는 기판 처리 시스템에 의하면 다수 개의 원격 플라즈마 발생기(40)의 방사형 배치 구조와 이들로 공정 가스를 공급하기 위한 방사형 구조를 갖는 가스 공급 유닛(40)이 제공됨으로서 배치 처리 챔버(10)의 큰 볼륨에 적합하게 원격 플라즈마를 발생하여 배치 처리 챔버(10)로 공급할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 다수 개의 가스 입구를 구비한 기판 처리 챔버;

   기판 처리 챔버의 내부에 설치되며, 다수 개의 가스 입구에 각기 연결되는 다수 개의 가스 샤워 헤드;

   다수 개의 가스 입구에 독립적으로 연결되는 다수 개의 원격 플라즈마 발생기; 및

   다수 개의 원격 플라즈마 발생기로 공정 가스를 공급하기 위한 다수 개의 가스 공급 채널을 구비한 가스 공급 유닛을 포함하는 기판 처리 시스템.
2. 제1 항에 있어서, 상기 기판 처리 챔버는 하나 이상의 기판을 배치 처리하는 배치 처리 챔버인 기판 처리 시스템.
3. 제2 항에 있어서, 상기 배치 처리 챔버는 챔버 내부에 다수 개의 기판이 방사형으로 배치되어 놓이며 제1 임피던스 정합기를 통하여 제1 전원 공급원에 전기적으로 연결된 기판 지지부를 포함하고,

   상기 다수 개의 가스 샤워 헤드는 기판의 상부에 정렬되도록 챔버의 내부 천정에 각기 설치되며 제2 임피던스 정합기를 통하여 제2 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 기판 처리 시스템.
4. 제1 항에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생기는:

   토로이달형의 플라즈마 방전관;

   다수 개의 가스 공급 채널 중 어느 하나와 플라즈마 방전관에 연결되어 공정 가스를 받아들이는 가스 입구;

   기판 처리 챔버의 다수 개의 가스 입구들 중 어느 하나에 연결되어 기판 처리 챔버의 내부로 플라즈마 가스를 배출하는 가스 출구;

   플라즈마 방전관에 장착되는 하나 이상의 링형 페라이트 코어; 및

   링형 페라이트 코어에 감기고 제3 임피던스 정합기를 통하여 제3 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 유도 코일을 포함하는 기판 처리 시스템.
5. 제1 항에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생기는:

   토로이달형의 플라즈마 방전관;

   다수 개의 가스 공급 채널 중 어느 하나와 플라즈마 방전관을 연결되어 공정 가스를 받아들이는 가스 입구;

   기판 처리 챔버의 다수 개의 가스 입구들 중 어느 하나에 연결되어 기판 처리 챔버의 내부로 플라즈마 가스가 유입되도록 하는 가스 출구;

   서로 이웃하는 두 개의 플라즈마 방전관에 공통으로 장착되는 적어도 하나의 링형 페라이트 코어; 및

   링형 페라이트 코어에 감기고 제3 임피던스 정합기를 통하여 제3 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 유도 코일을 포함하는 기판 처리 시스템.
6. 제4 항 또는 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 유도 코일들은 제3 전원 공급원에 직렬, 병렬, 직렬과 병렬의 혼합 방식 중 어느 하나의 방식으로 연결되는 기판 처리 시스템.
7. 제4 항 또는 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 유도 코일들은 각기 독립적으로 다수 개의 전원 공급원에 각기 연결되는 기판 처리 시스템.
8. 제4 항 또는 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토로이달형의 플라즈마 방전관은 냉각수 공급 라인을 포함하는 기판 처리 시스템.
9. 제4 항 또는 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토로이달형의 플라즈마 방전관은 전도성 금속과 방전관내에 전기적 불연속성을 형성하는 하나 이상의 유전체 영역을 포함하는 기판 처리 시스템.
10. 제9 항에 있어서, 상기 유전체 영역은 플라즈마 방전관을 둘 이상의 영역으로 분리하는 기판 처리 시스템.
11. 제1 항에 있어서, 상기 기판 처리 챔버의 다수 개의 가스 입구와 다수 개의 원격 플라즈마 발생기는 상기 기판 처리 챔버의 천정 외측에 방사형으로 배치되고,

    상기 가스 공급 유닛은: 가스 공급원에 연결되는 가스 입력관; 및 일단이 가스 입력관에 공통으로 연결되고 타단이 다수 개의 원격 플라즈마 발생기의 가스 입구에 각기 연결되어 방사형 배치 구조를 갖는 다수 개의 가스 공급 채널을 포함하는 기판 처리 시스템.

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