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KR101295723B1 - 기판 공정 챔버내에서 이용하기 위한 가스 유동 이퀄라이저 판 - Google Patents

기판 공정 챔버내에서 이용하기 위한 가스 유동 이퀄라이저 판 Download PDF

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KR101295723B1
KR101295723B1 KR1020107021616A KR20107021616A KR101295723B1 KR 101295723 B1 KR101295723 B1 KR 101295723B1 KR 1020107021616 A KR1020107021616 A KR 1020107021616A KR 20107021616 A KR20107021616 A KR 20107021616A KR 101295723 B1 KR101295723 B1 KR 101295723B1
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KR
South Korea
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slots
process chamber
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radial width
flow
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KR1020107021616A
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아지트 바라크리쉬나
샤히드 라우프
앤드류 엔구옌
마이클 디. 윌워쓰
발렌틴 엔. 토도로우
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

유동 이퀄라이저 판이 기판 공정 챔버에 이용하기 위해 제공된다. 유동 이퀄라이저 판은 유동을 차단하는 내부 구역 및 공정 가스의 통과를 허용하지만 활성 래디컬 또는 이온과 같은 공정 가스 내의 특정 요소를 보유하는 천공된 외부 구역을 구비한 고리형상을 가진다. 내부 및 외부 구역은 기판의 표면에 걸쳐 공정 가스의 유동을 밸런싱하도록 가변 방사상 폭을 가진다. 소정의 실시예에서, 유동 이퀄라이저 판은 공정 용적과 배기 포트 사이의 기판 지지부의 중앙선에 대해 배기 포트의 측방향 오프셋에 의해 챔버 유동 비대칭을 정정하기 위해 이용될 수 있다.

Description

기판 공정 챔버내에서 이용하기 위한 가스 유동 이퀄라이저 판{GAS FLOW EQUALIZER PLATE SUITABLE FOR USE IN A SUBSTRATE PROCESS CHAMBER}
본 발명의 실시예들은 반도체 기판 공정 시스템의 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 기판 공정 챔버에서 이용하기 적합한 가스 유동 이퀄라이저 판(gas flow equalizer plate)에 관한 것이다.
반도체 소자는 점차 감소되는 크기를 가지므로, 상부에 반도체 소자가 형성되는 기판에 걸친 공정 균일도가, 높은 수율(yield)을 유지하는 데 있어, 가장 중요하다. 실제로, 반도체 소자의 제조에서 적용되는 종래의 플라즈마 식각 공정과 관련된 하나의 문제점은 공정되는 기판에 걸친 식각율의 비-균일도이며, 이러한 식각율의 비-균일도는 부분적으로 반응 종(species)과 식각되는 기판 사이의 측방향 오프셋(offset)에 기인할 수 있다. 기판의 중앙으로부터 오프셋될 반응 종의 경향에 기여하는 하나의 인자는 챔버 배기 포트의 방사상 위치이다. 배기 포트에 더 가까운 챔버의 영역으로부터, 가스가 더 용이하게 펌핑되기 때문에, 반응 종은 배기 포트를 향하여 당겨지고, 그로 인해 기판의 중앙에 대해 오프셋된다. 이러한 오프셋은 기판의 표면에 걸친 식각 균일도(etch uniformity)의 손실에 기여한다.
전술된 문제를 더 설명하기 위하여, 도 1은 종래의 기판 공정 챔버(100)를 도시하는 개략적인 횡단면도이다. 공정 챔버(100)는 가스 패널(102) 및 진공 펌프(104)에 결합된다. 공정 챔버(100)는 리드(116)에 의해 상부가 폐쇄되는 공정 용적(114)을 부분적으로 정의하는 측벽(110) 및 바닥(112)을 포함한다. 기판 지지부(120)는 공정 동안 기판(122)을 지지하도록 대략적으로 공정 용적(114)의 중앙 구역에 제공된다. 가스 분배 판 조립체(130)는 가스 패널(104)로부터 공급되는 공정 가스를 유동시켜 분배하도록 리드(116)의 내측부 상에 제공된다. 공정 가스는 가스 분배 판 조립체(130)로부터 기판 지지부(120)를 향하여 유동하고, 진공 펌프(104)에 결합되는 배기 포트(132)를 경유하여 배출된다. 배기 포트(132)의 근처에 배치되는 트로틀 밸브(134)는 공정 용적(114) 내의 압력을 제어하도록 진공 펌프(104)와 연관되어 이용된다. 공정 가스로부터 형성된 플라즈마가 공정 용적(114) 내에 제한되는 것을 보장하도록, 플라즈마 스크린 판(140)이 기판 지지부(120) 둘레에 제공된다. 플라즈마 스크린 판(140)은 배기 포트(132)로의 가스의 통과를 허용하는 동안 플라즈마가 기판 지지부 아래의 챔버의 구역으로 들어오는 것을 차단하기 위한 치수를 가지는 복수의 슬롯(142)을 포함한다.
작동 동안, 공정 가스가 가스 분배 판 조립체(130)로부터 기판 지지부(120) 상에 배치된 기판(122)을 향하여 제공되는 동안, 진공 펌프(104)는 플라즈마 스크린 판(140)을 통하여 배기 포트(132)로 유동하는 공정 가스를 배출하기 위해 작동된다. 그러나, 배기 포트(132)가 기판 지지부(120)의 측부에 대해 오프셋되어 위치되기 때문에, 공정 가스의 유동은 배기 포트(132)에 대응하는 기판 지지부(120)의 측부에서 더 강한 경향이 있다. 결과적으로, 가스 분배 판 조립체(130)와 기판 지지부(120) 사이의 공정 가스의 유동은 대칭적이지 않다. 이에, 기판의 표면에 걸친 공정 균일도에 불리한 영향이 미친다.
그러므로, 공정 동안 기판의 표면에 대한 공정 가스의 유동의 균일도를 강화할 수 있는 장치에 대한 요구가 있다.
본 발명의 실시예들은 기판 공정 챔버내에서 이용하기에 적합한 가스 유동 이퀄라이저를 제공한다. 일 실시예에서, 가스 유동 이퀄라이저 판은, 중앙 개구를 가지고, 중앙 개구를 근처에서 둘러싸는 내부 구역, 및 내부 구역을 둘러싸는 천공된(perforated) 외부 구역을 포함하는, 판 본체를 포함한다. 내부 구역은 내부 구역으로 유입되는 공정 가스의 유동을 차단하기 위해 판 본체의 원주를 따라 변화되는 제 1 방사상 폭을 가지며, 천공된 외부 구역은 가스의 유동의 통과가 허용되는 판 본체의 원주를 따라 변화되는 제 2 방사상 폭을 가진다.
또 다른 실시예에서, 개선된 가스 유동 균일도를 가지는 기판 공정 챔버가 제공된다. 공정 챔버는 공정 챔버의 천장과 기판 지지부 사이에 위치되는 공정 용적, 기판 지지부의 측방향 측부(lateral side)에 위치되는 배기 포트에 결합되는 진공 펌프, 및 기판 지지부 둘레에 장착되는 가스 유동 이퀄라이저 판을 포함한다. 가스 유동 이퀄라이저 판은 기판 지지부를 근처에서 둘러싸는 내부 구역, 및 내부 구역을 둘러싸는 천공된 외부 구역을 가지는 판 본체를 포함한다. 내부 구역은 내부 구역으로 유입되는 가스의 유동을 차단하기 위해 판 본체의 원주를 따라 변화하는 제 1 방사상 폭을 가지며, 천공된 외부 구역은 가스의 유동의 통과가 허용되는 판 본체의 원주를 따라 변화하는 제 2 방사상 폭을 가진다.
본 발명의 상술된 특징이 상세하게 이해될 수 있는 방식이 되도록, 위에서 간단히 요약된, 본 발명의 더욱 상세한 설명은 첨부된 도면에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여 얻어질 수 있다. 그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 통상적인 실시예를 도시한 것이며 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않으며, 본 발명은 다른 균등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있음에 주의한다.
도 1은 종래의 기판 공정 챔버의 단순화된 횡단면도이며,
도 2a는 유동 이퀄라이저 판의 일 실시예의 등각도이며,
도 2b는 도 2a의 유동 이퀄라이저 판의 평면도이며,
도 2c는 유동 이퀄라이저 판에 제공된 슬롯들 중 하나의 일 실시예의 개략적인 횡단면도이며,
도 3a는 유동 이퀄라이저 판을 이용하는 기판 공정 챔버의 일 실시예를 도시하는 횡단면도이며,
도 3b는 유동 이퀄라이저 판이 기판 지지부 둘레에서 어떻게 배향되는 지를 도시하는 도 3a의 공정 챔버의 상면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면에서 공통적인 동일한 요소를 지시하도록, 가능하다면 동일한 도면 부호가 이용되었다. 일 실시예의 요소 및 특징은 추가의 인용 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있는 것이 고려된다.
그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하는 것이고, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않으며, 본 발명은 다른 균등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있음에 주의한다.
본 명세서에서 설명되는 실시예는 기판 공정 챔버내에서 이용하기에 적합한 유동 이퀄라이저 판을 제공한다. 기판 공정 챔버는 기판 지지부, 가스 분배기, 기판 지지부와 공정 챔버의 천장 사이로 정의되는 공정 용적, 및 기판 지지부의 측방향 측부에 위치되는 배기 포트에 결합되는 진공 펌프를 포함한다. 유동 이퀄라이저 판은 배기 포트 위 및 가스 분배기 아래의 기판 지지부의 둘레에 배치된다. 유동 이퀄라이저 판은 유동 차단 내부 구역, 및 공정 가스의 통과를 허용하지만 이를 통한 플라즈마의 통과를 방지하는 천공된 외부 구역을 가지는 고리형상을 가진다. 외부 구역의 개방 영역은 공정 용적으로부터 배기 포트로 유동하는 동안 기판의 에지를 따라 통과하는 공정 가스의 유동을 이퀄라이징하도록 유동 이퀄라이저 판의 상이한 섹션에서 변화한다. 이에 따라, 기판의 표면에 걸친 공정 균일도가 개선될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 유동 이퀄라이저 판(202)의 일 실시예를 도시하는 개략도이다. 유동 이퀄라이저 판(202)은 기판 지지 조립체의 배치에 대응하는 중앙 개구(204)가 제공되는 고리 형상을 가진다. 일 실시예에서, 유동 이퀄라이저 판(202)은 실리콘 카바이드(SiC)로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 유동 이퀄라이저 판(202)은 이트륨 산화물(Y2O3)과 같은 이트륨-함유 재료로 제조될 수 있다. 유동 이퀄라이저 판(202)은 일반적으로 유동 이퀄라이저 판을 통과한 유동이 기판에 걸친 유동 비대칭을 정정하기 위해 조정될 수 있도록 유동 이퀄라이저 판 둘레에 비대칭으로 분포된 개방 영역을 가진다.
일 실시예에서, 유동 이퀄라이저 판(202)은 중앙 개구(204)의 림(rim)에 가까운 비 유동 투과성 내부 구역(206), 및 내부 구역(206)을 둘러싸는 천공된 외부 구역(208)으로 분리된다. 내부 구역(206)은 가스 유동을 차단하기 위해 유동 이퀄라이저 판(202)의 원주를 따라 가장 작은 폭(V최소)과 가장 큰 폭(V최대) 사이에서 변화하는 방사상 폭(V)을 가지는 중실형(solid) 재료로 형성된다. 홀(210)은 공정 챔버내에서 유동 이퀄라이저 판(202)의 부착을 위해 중앙 개구(204) 둘레의 내부 구역(206)내에 배치될 수 있다. 외부 구역(208)이 중실형일 수 있는 반면, 내부 구역(206)이 천공되는 것 또한 고려해 볼 수 있다.
외부 구역(208)은 기판의 표면에 걸친 유동을 밸런싱하기 위해 판(202)의 일 측부를 통한 더 많은 유동을 허용하도록 배열된 복수의 통공을 포함한다. 통공은 플라즈마의 통과를 제한하는 동안 통공을 통한 가스의 유동을 제어하기에 적합한 다양한 형상 또는 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 통공은 주로 내부 구역(206) 둘레에 배치되는 복수의 인접한 슬롯(212)으로 구성된다. 일 실시예에서, 각각의 슬롯(212)의 폭은 플라즈마 시스(plasma sheath)의 두께 또는 폭 보다 작을 수 있어, 플라즈마 내의 중성자(neutral)가 슬롯(212)을 통과할 수 있는 반면, 이온 및 래디컬은 차단된다.
슬롯(212)은 도 2b에 도시된 방사상 배향이 아닌 배향을 가질 수 있다. 도 2c는 하나의 슬롯(212)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 일 실시예에서, 각각의 슬롯(212)의 폭(L)은 약 3 mm 내지 약 4 mm의 범위일 수 있으며, 각각의 슬롯(212)의 높이(H)는 약 12 mm 내지 약 15 mm의 범위일 수 있다.
도 2b를 다시 참조하면, 외부 구역(208)은 유동 이퀄라이저 판(202)의 원주를 따라 가장 작은 폭(W최소)과 가장 큰 폭(W최대) 사이에서 변화하는 방사상 폭(W)을 가진다. 일 실시예에서, 내부 구역(206)의 가장 작은 폭 부분(V최소)은 외부 구역(208)의 가장 작은 폭 부분(W최소) 보다 작으며, 내부 구역(206)의 가장 큰 폭 부분(V최대)은 외부 구역(208)의 가장 큰 폭 부분(W최대) 보다 작다. 일 실시예에서, 내부 구역(206)의 방사상 폭(V) 및 외부 구역(208)의 방사상 폭(W)은 기판 지지부의 중앙으로부터 오프셋되어 배치된 펌핑 포트를 가지는 공정 챔버 내에서 이용될 때 유동 이퀄라이저 판을 통과하는 공정 가스의 유동을 이퀄라이징하도록 유동 이퀄라이저 판(202)의 원주를 따라 상보적으로 변화될 수 있다.
외부 구역(208) 둘레의 슬롯들(또는 다른 기하학적인 형태의 다른 통공)의 폭의 차이는 판(202)의 일 측부가 판의 다른 측부에 대해 더욱 개방된 영역이 되도록 한다. 이는 가장 작은 개방 영역을 가지는 판(202)의 측부가 공정 챔버의 펌핑 포트 근처 및/또는 위에 위치하는 것을 허용하면서, 가장 큰 개방 영역의 구역이 배기 포트의 오프셋 위치에 의한 펌핑 비대칭을 상쇄시키도록, 배기 포트로부터 180도에 위치된다. 공정 챔버의 전도성(conductance)이 원하는 효과를 발생하도록 선택되도록, 판(202)에 걸친 유동의 제한을 요구하는 경우, 가장 크고 그리고 가장 작은 개방 영역의 구역은 판(202) 상에서 180도 떨어지지 않을 수 있거나 상술된 바와 같이 배기 포트에 대해 위치되지 않을 수 있는 것이 또한 고려된다.
도 3a는 유동 이퀄라이저 판(202)을 이용하는 공정 챔버(300)의 일 실시예를 도시하는 개략적인 횡단면도이다. 공정 챔버(300)는 가스 패널(302) 및 진공 펌프(304)에 결합된다. 공정 챔버(300)는 리드(312)에 의해 상부가 폐쇄되는 공정 용적(310)을 부분적으로 정의하는 측벽(306) 및 바닥(308)을 포함하는 챔버 본체를 가진다. 기판 지지부(314)는 공정 동안 기판(316)을 지지하도록 대략 공정 용적(310)의 중앙 구역 근처에 제공된다. 하나 또는 그 이상의 가스 분배기는 공정 용적(310) 내로 공정 및 다른 가스를 제공하도록 기판 지지부(314) 위의 챔버 내에 배치된다. 가스 분배기는 챔버 리드내에 형성된 하나 또는 그 이상의 노즐 또는 포트일 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 가스 분배기는 가스 패널(302)로부터 공급된 공정 가스를 유동하여 분배하도록 리드(312)의 내측부상에 제공되는 가스 분배 판 조립체(320)이다. 공정 가스는 가스 분배 판 조립체(320)로부터 기판 지지부(314)를 향하여 유동되고, 진공 펌프(304)를 경유하여 기판 지지부(314)의 측부에 대해 오프셋되어 위치되는 배기 포트(322)를 통하여 배출된다. 배기 포트(322)의 근처에 배치된 트로틀 밸브(324)는 공정 용적(310) 내의 압력을 제어하도록 진공 펌프(304)와 연관되어 이용된다. 유동 이퀄라이저 판(202)은 기판 지지부(314) 둘레에 설치되고, 예를 들어, 기판 지지부의 외경 상에 형성된 렛지(ledge) 또는 스텝(328)에 고정된다.
도 3b는 유동 이퀄라이저 판(202)이 기판 지지부(314) 둘레에 어떻게 배향되는 지를 도시하는 상면도이다. 일 실시예에서, 유동 이퀄라이저 판(202)은 내부 구역(206)의 가장 큰 폭 부분(V최대) 및 외부 구역(208)의 가장 작은 폭 부분(W최소)이 배기 포트(322)의 측부 상에, 예를 들어, 배기 포트(322)의 바로 위에 위치되도록, 그리고 내부 구역(206)의 가장 작은 폭 부분(V최소) 및 외부 구역(208)의 가장 큰 폭 부분(W최대)이 배기 포트(322)의 측부와 방사상으로 마주하는 측부 상에 위치되도록 배치될 수 있다. 공정 가스가 가스 분배 판 조립체(320)로부터 공급되고 진공 펌프(304)가 배기 포트(322)를 경유하여 공정 가스를 배출하도록 작동되면, 이로써, 최대 유동 제한이 배기 포트(322)의 측부상에 제공된다. 결과적으로, 기판 지지부(314) 상에 배치된 기판의 표면에 걸친 공정 가스의 대칭적인 유동이 얻어질 수 있다.
또한 배기 포트의 위치 및/또는 판(202)의 기울기에 대한 수평면에서의 회전 오프셋은 배기 포트 위치에 의한 것을 넘어서는 유동 비대칭을 정정하도록 선택될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 원하는 경우 기판에 걸친 비대칭 유동을 도입하기 위해 판(202)을 이용하는 것이 바람직할 수 있다는 것이 고려된다.
전술된 것은 본 발명의 실시예에 관한 것이지만, 이에 따라 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본적 범주로부터 벗어나지 않고 발명될 수 있으며, 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 공정 용적을 갖는 챔버 몸체로서, 상기 공정 용적은 상기 챔버 본체 내에 배치된 기판 지지부 및 상기 챔버 본체의 천장 사이에 배치되는 챔버 본체;
    상기 기판 지지부의 일 측방향 측부(lateral side)에 위치하는 배기 포트에 결합되는 진공 펌프; 및
    상기 기판 지지부를 둘러싸는 실질적으로 평평한 가스 유동 이퀄라이저 판으로서, 내부 구역 및 외부 구역을 갖는 판 본체를 포함하되,
    상기 내부 구역 및 외부 구역 각각은 상기 판 본체의 원주를 따라 일정한 방사상 폭을 갖고, 상기 외부 구역은 상기 내부 구역과 동심이고, 상기 외부 구역은 상기 판 본체의 원주를 따라 제 1 방사상 폭을 갖고, 상기 외부 구역은 상기 내부 구역을 둘러싸는 복수의 제 1 슬롯을 갖고, 상기 복수의 제 1 슬롯은 실질적으로 상기 제1 방사상 폭과 교차하도록 방사상으로 연장되고, 상기 복수의 제 1 슬롯은 상기 복수의 제 1 슬롯을 통한 플라즈마의 통과를 방지하도록 구성되고, 상기 내부 구역은 상기 기판 지지부를 근처에서 둘러싸는 슬롯이 형성되지 않은 부분 및 슬롯이 형성된 부분을 포함하고, 상기 슬롯이 형성된 부분은 상기 슬롯이 형성되지 않은 부분의 적어도 일 부분을 둘러싸는 복수의 제 2 슬롯을 갖고,
    상기 슬롯이 형성된 부분은 상기 슬롯이 형성되지 않은 부분과 동심이고,
    상기 슬롯이 형성되지 않은 부분은, 상기 내부 구역으로 유입되는 가스 유동을 차단하도록, 상기 슬롯이 형성된 부분 내에서 상기 판 본체의 원주를 따라 점차 폭이 감소하는 제 2 방사상 폭을 갖고,
    상기 슬롯이 형성된 부분은, 상기 판 본체를 통과하는 가스의 유동을 가능하게 하는 상기 판 본체의 원주를 따라 상기 제 2 방사상 폭에 대해 폭이 반대로 변하는 제 3 방사상 폭을 갖고,
    상기 복수의 제 2 슬롯은 실질적으로 상기 제 2 방사상 폭과 교차하도록 방사상으로 연장되고, 상기 복수의 제 2 슬롯은 상기 복수의 제 2 슬롯을 통한 플라즈마의 통과를 방지하도록 구성되는,
    가스 유동 이퀄라이저 판;을 포함하는,
    공정 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판 본체의 상기 내부 구역은 상기 기판 지지부 주위에 배향되고, 상기 판 본체는 상기 기판 지지부의 외경에 고정되는,
    공정 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 구역 및 상기 외부 구역은 서로 인접하는,
    공정 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 유동 이퀄라이저 판은 이트륨 산화물을 포함하는,
    공정 챔버.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 슬롯 및 상기 복수의 제 2 슬롯의 각각의 폭은 3mm 내지 4mm인,
    공정 챔버.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 슬롯 및 상기 복수의 제 2 슬롯의 각각의 높이는 12mm 내지 15mm인,
    공정 챔버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 판 본체는 상기 제 2 방사상 폭의 최대 폭 및 상기 제 3 방사상 폭의 최소 폭이 상기 배기 포트의 측방향 측부(lateral side) 상에 놓이도록 배향되는,
    공정 챔버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 방사상 폭의 최소 폭은 상기 배기 포트의 바로 위에 있는,
    공정 챔버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯이 형성된 부분은 상기 배기 포트의 바로 위에 있는 더욱 개방된 영역을 갖는,
    공정 챔버.
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