KR100465905B1 - 반도체 식각장비 - Google Patents

Abstract

반도체 식각장비가 제공된다. 제공된 식각장비는 반응챔버와, 상기 반응챔버내에 설치된 하부전극과, 상기 하부전극의 상부면에 장착된 정전척과, 상기 하부전극에 마련되며 절연부재가 내설된 노즐부를 포함하되, 상기 노즐부는 그 상, 하부에 제 1, 제 2플랜지가 구비되는 원통형 파이프로 구성되고, 상기 절연부재는 상기 제 1, 제 2플랜지에 그 일단과 타단이 각, 각 연결되는 절연파이프로 구성된다.

Description

반도체 식각장비{SEMICONDUCTOR ETCH APPARATUS}

본 발명은 반도체 식각장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하는 반도체 식각장비에서 하부전극에 설치되는 노즐부에 관한 것이다.

근래에 들어, 반도체 소자의 반도체 박막 회로 집적도 및 처리 능력이 증가하면서 반도체 공정의 정밀도 및 반도체 공정을 진행하는 반도체 제조장비의 공정 정밀도 또한 함께 증가하고 있다. 반도체 박막 회로의 미세 선폭을 구현하기 위해서는 정밀한 사진 공정 및 웨이퍼상에 형성된 패턴 개구를 정밀하게 식각하거나 패턴 개구에 소정 박막 물질을 증착하는 공정을 필요로 한다.

반도체 식각장비는 상기와 같이 웨이퍼상에 형성된 소정 회로 패턴을 식각하기 위한 장비로써, 식각성이 매우 뛰어난 플라즈마 가스를 형성하여 웨이퍼의 소정 부분을 식각하는 플라즈마 식각장비가 대표적이다. 이와 같은 플라즈마 식각장비는 반응챔버의 내부에 2개의 전극, 예컨대 상부전극과 하부전극을 평행하게 이격설치한 후, 이러한 전극의 사이에 반응가스를 주입함과 아울러 이 반응가스가 이온화되기 충분한 전계를 형성하므로써 웨이퍼의 소정 부분을 플라즈마를 이용하여 식각하는 공정을 수행한다.

이때, 식각공정에서의 플라즈마는 높은 온도를 나타내므로, 이러한 플라즈마에 노출되는 웨이퍼는 과도하게 온도가 높아질 위험이 있다. 따라서, 대개의 식각장비에서는 하부전극에 노즐부를 마련하여 웨이퍼가 안착되는 정전척에 헬륨가스를 분사하므로써 웨이퍼를 냉각하고 있다.

도 1a는 종래 플라즈마 식장장비의 하부전극을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1a를 참조하면, 반응챔버(100)내에 설치된 하부전극(110)은 판상체로 구성되며, 그 상부면에는 웨이퍼(170)가 안착되는 정전척(120)이 장착된다. 이와 같은 하부전극(110)은 그 중앙부에 노즐부(140)가 설치되는데, 이러한 노즐부(140)는 그 일단이 헬륨가스공급원(160)과 연결되어 헬륨가스를 공급받고, 그 타단은 상기 정전척(120)의 하부에 관통 형성된 분사구(130)와 연결된다. 이에 따라서, 상기 노즐부(140)는 상기 분사구(130)를 통해 정전척(120)에 안착된 웨이퍼(170)의 배면에 헬륨가스를 공급하므로써 웨이퍼(170)를 냉각하게 된다.

이때, 상기 정전척(120)은 고주파가 인가되는 상태이므로, 이러한 정전척(120)에 헬륨가스를 공급할 경우에는 상기 반응챔버(100)내에 존재하는 플라즈마에 의해 아크가 발생하여 정전척(120)이 손상될 수 있다. 이로 인해, 상기 노즐부(140)에는 아크발생을 방지하기 위한 절연부재가 내설된다.

도 1b는 플라즈마 식각장비에 적용되는 종래 노즐부를 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1b를 참조하면, 노즐부(140a)는 원통형태로 구성되며, 절연부재(150a)는 상기 노즐부(140a)의 내경에 적어도 5개 이상의 원판(150a')을 적층하여 구성된다. 이와 같이 절연부재(150a)를 구성하는 다수의 원판(150a')에는 여러개의 작은 관통공(h)이 상, 하 관통 형성되는데, 이러한 관통공(h)은 2가지 배열구조를 갖는다. 이에 따라서, 상기 관통공(h)이 서로 엇갈리도록 상기 원판(150a')을 적층하면 헬륨가스는 1개의 원판(150a')을 통과할 때마다 흐르는 방향이 직각으로 꺾이면서 흐르게 되고, 플라즈마는 헬륨가스의 흐름과 반대되는 방향으로 내려오다가 상쇄되므로 아크발생을 방지한다.

하지만, 도 1b에 도시된 노즐부(140a)는 절연부재(150a)가 적어도 5개 이상의 원판(150a')으로 구성됨에 따라 그 구성요소의 종류가 많고, 원판(150a')에 형성되는 관통공(h)의 직경이 매우 작아서 이물질에 의해 막힐 수 있기 때문에 원활하게 헬륨가스를 공급할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 플라즈마는 원판(150a')의 관통공(h)을 통과하여 하부로 이동하는 흐름구조를 가짐에 따라 플라즈마에 의해 원판(150a')이 손상되는 문제점이 있다.

도 1c는 플라즈마 식각장비에 적용되는 종래 노즐부의 또 다른 형태를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1c를 참조하면, 또 다른 형태의 노즐부(140b)는 소정길이를 갖는 원통형체로 구성되며, 절연부재(150b)는 상기 노즐부(140b)의 내경에 삽입되는 봉상체로 구성된다. 이와 같은 절연부재(150b)는 그 외주연에 헬리컬 형태의 이중나사홈(h')이 형성되며, 상기 노즐부(140b)의 내경에 억지끼움식으로 삽입설치된다. 이와 같은 구성에 의하면, 상기 절연부재(150b)는 그 외경면이 상기 노즐부(140b)의 내경면에 밀착되어 노즐부(140b)를 밀폐함과 아울러 상기 이중나사홈(h')을 통해 헬륨가스 및 플라즈마의 흐름통로를 마련하게 된다. 이에 따라서, 또 다른 형태의 노즐부(140b)는 헬륨가스가 상기 이중나사홈(h')을 통해 회전하면서 흐르고, 플라즈마또한 상기 이중나사홈(h')을 통해 회전하면서 상쇄되도록 하여 아크생성을 방지하게 된다.

하지만, 도 1c에 도시된 노즐부(140b)는 그 내경면에 절연부재(150b)의 외경면을 완전히 밀착시켜야 하기 때문에 제조상의 어려움이 있고, 상기 절연부재(150b)가 노즐부(140b)에 억지끼움됨에 따라 절연부재(150b)에 구비된 이중나사홈(h')이 막히거나 파손될 경우 이를 확인할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 기존의 반도체 식각장비, 예컨대 플라즈마 식각장비의 하부전극에 설치된 노즐부가 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 노즐부의 구조를 단순화하여 그 제조를 용이토록 하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 절연파이프를 이용하여 헬륨가스 및 플라즈마의 흐름을 유도하므로써 플라즈마에 의해 절연부재가 손상되는 것을 방지하는데 있다.

도 1a는 종래 플라즈마 식장장비의 하부전극을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1b는 플라즈마 식각장비에 적용되는 종래 노즐부를 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 1c는 플라즈마 식각장비에 적용되는 종래 노즐부의 또 다른 형태를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 식각장비를 설명하기 위한 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부를 발췌 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부의 작용상태를 설명하기 위한 하부전극의 부분 단면도이다.

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

1 : 반도체 식각장비 2 : 반응챔버

3 : 하부전극 4 : 정전척

5,5' : 노즐부 6 : 절연부재

7 : 헬륨가스공급원 8 : 웨이퍼

41 : 분사구 51,51' : 제 1플랜지

52,52' : 제 2플랜지 61,61' : 절연파이프

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

반응챔버;

상기 반응챔버내에 설치되며, 고주파전원이 접속된 하부전극;

상기 하부전극의 상부면에 장착된 정전척; 및

상기 정전척에 헬륨가스를 공급하기 위해 상기 하부전극에 설치되며, 절연부재가 내설된 노즐부; 를 포함하되,

상기 노즐부는 그 상, 하부에 제 1, 제 2플랜지가 구비되는 원통형 파이프로 구성되며, 상기 절연부재는 상기 제 1, 제 2플랜지에 그 일단과 타단이 각, 각 연결되는 절연파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비를 구비한다.

바람직한 실시예로써, 상기 절연파이프는 나선형태로 절곡구성된다.

보다 바람직하게, 상기 절연파이프는 그 절곡직경이 적어도 상기 노즐부의 내경보다 작게 구성된다.

바람직한 실시예로써, 상기 절연파이프는 상기 노즐부의 내경에 복수조로써 설치된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 식각장비를 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부를 발췌 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 식각장비(1), 예컨대 플라즈마 식각장비의 반응챔버(2)내에 설치되는 하부전극(3)은 고주파전원이 접속된다. 이와 같은 하부전극(3)은 판상체로 구성되며, 그 상부면에 정전척(4)이 장착된다. 이러한 정전척(4)은 공정을 진행할 웨이퍼(8)가 안착되는 부위로써 그 중앙에는 분사구(41)가 관통 형성된다. 그리고, 상기 분사구(41)와 대응하는 상기 하부전극(3)의 중앙부에는 헬륨가스공급원(7)과 연결되어 헬륨가스를 공급하기 위한 노즐부가 마련된다.

도 3을 참조하면, 상기 노즐부(5)는 그 상, 하부에 제 1, 제 2플랜지(51,52)가 설치된 원통형 파이프로 구성된다. 그리고, 상기 노즐부(5)의 내경에 설치되는 절연부재(6)는 상기 제 1, 제 2플랜지(51,52)에 그 일단과 타단이 연결되는 절연파이프(61)로 구성된다.

여기서, 상기 절연파이프(61)는 플라즈마 및 헬륨가스를 회전하는 형태로 유도하기 위해 직경이 작은 파이프를 나선형태로 절곡하여 구성된다. 이와 같은 절연파이프(61)는 테프론과 같은 절연물질로 제조되는데, 상기 노즐부(5)의 내경면과 접하지 않도록 그 절곡직경이 적어도 상기 노즐부(5)의 내경보다 작게 구성된다.

도 4를 참조하면, 상기 절연파이프(61)는 보다 많은 양의 헬륨가스를 공급하기 위해 복수조로써 상기 노즐부(5') 내경에 설치될 수 있다. 이를 위해 상기 노즐부(5')의 내경은 복수조의 절연파이프(61,61')를 수용할 수 있도록 설계되고, 상기한 제 1, 제 2플랜지(51',52')에는 각 절연파이프(61,61')의 일단과 타단이 연결된다.

도 2를 다시 참조하면, 상기 노즐부(5)의 각 플랜지(51,52)는 상기한 절연파이프(61)의 양단을 상기 노즐부(5) 내경에 고정하는 역할과 함께 상기 노즐부(5)를상기 하부전극(3)에 설치할 경우 상, 하 구성품과의 연결매개체 역할을 수행한다. 다시 말하면, 상기 제 1플랜지(51)는 상기한 분사부(41)와 연결되고, 상기 제 2플랜지(52)는 상기 헬륨가스공급원(7)과 연결되어 헬륨가스의 공급로를 형성하게 된다. 아울러 상기 노즐부(5)의 구성재질로는 전술한 절연파이프(61)와 같이 테프론과 같은 절연물질로 제조함이 바람직하며, 이러한 노즐부(5) 내경의 압력은 대기압으로 설정된다.

이에, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부의 작용상태에 대하여 살펴보기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 식각장비에 있어, 노즐부의 작용상태를 설명하기 위한 하부전극의 부분 단면도이다.

도 5를 참조하면, 헬륨가스공급원(도면에 미도시됨.)에서 공급된 헬륨가스는 제 2플랜지(52)를 경유하여 절연파이프(61)의 하부에서 상부로 이동하고, 반응챔버(도면에 미도시됨.)내부에 존재하는 플라즈마는 정전척(4)의 분사구(41)와 제 1플랜지(51)를 경유하여 절연파이프(61)의 상부에서 하부로 이동한다. 이때, 나선형태로 절곡된 절연파이프(61)는 플라즈마의 흐름을 회전하는 형태로 유도함에 따라 플라즈마는 회전하면서 하부로 내려오다가 힘을 잃고 상쇄되므로 아크발생을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 반도체 식각장비는 나선형태로 절곡된 절연파이프를 절연부재로 적용함과 아울러 제 1, 제 2플랜지에 의해 절연파이프를 고정하므로써 노즐부의 구조를 단순화할 수 있음은 물론 그 제조 또한 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다. 아울러 나선형태로 된 절연파이프를 이용하여 헬륨가스 및 플라즈마의 흐름을 회전형태로 유도하므로써 플라즈마를 원활히 상쇄시킬 수 있어 플라즈마에 의한 절연부재의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 반응챔버;

   상기 반응챔버내에 설치되며, 고주파전원이 접속된 하부전극;

   상기 하부전극의 상부면에 장착된 정전척; 및

   상기 하부전극에 마련되며, 절연부재가 내설된 노즐부; 를 포함하되,

   상기 노즐부는 그 상, 하부에 제 1, 제 2플랜지가 구비되는 원통형 파이프로 구성되며, 상기 절연부재는 상기 제 1, 제 2플랜지에 그 일단과 타단이 각, 각 연결되는 절연파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 절연파이프는 나선형태로 절곡구성된 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 절연파이프는 그 절곡직경이 적어도 상기 노즐부의 내경보다 작게 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 절연파이프는 상기 노즐부의 내경에 복수조로써 설치된 것을 특징으로하는 반도체 식각장비.