KR100513400B1 - 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버 내의 공정을 진행하는 과정에서 생성된 폴리머의 증착으로부터 웨이퍼의 손상 및 오염에 따른 공정불량을 방지토록 하고, 이로부터 제조되는 반도체소자의 품질 향상과 제조수율을 보다 높이도록 하는 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비에 관한 것으로서, 이에 대한 특징적 구성은, 밀폐 분위기를 형성하는 챔버와; 상기 챔버의 상부에 위치하며 고주파 파워의 인가가 이루어지는 상부전극부; 및 적어도 두 개 이상이 상호의 간격을 유지하고, 이들 각각이 상기 상부전극부에 대한 하측의 상기 챔버 내부를 분리 구획하는 격벽으로 이루어진다. 이러한 구성에 의하면, 상부전극부의 발열에 대응하여 제 1 격벽과 제 2 격벽이 이루는 간격과 그 사이의 진공압에 의해 웨이퍼에 대향하는 제 2 격벽으로의 열 전달을 효율적으로 차단하여 제 2 격벽의 열팽창과 수축 정도가 감소하고, 이로부터 제 2 격벽 상에 증착하여 있는 폴리머가 안정적인 증착 상태를 유지함에 따라 그 하부의 웨이퍼에 대한 파티클로서의 작용 가능성을 현저히 줄임으로써 웨이퍼의 오염 및 손상의 방지와 그에 따른 반도체소자 품질 특성의 향상과 제조수율이 높아지는 효과가 있다.

Description

고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비{semiconductor device fabricating equipment using radio frequency energy}

본 발명은 챔버 내의 공정을 진행하는 과정에서 생성된 폴리머의 증착으로부터 웨이퍼의 손상 및 오염에 따른 공정불량을 방지토록 하고, 이로부터 제조되는 반도체소자의 품질 향상과 제조수율을 보다 높이도록 하는 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입 및 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하여 소망하는 회로패턴을 형성하는 것으로 이루어진다.

이들 각 공정 중 식각, 확산, 화학기상증착, 금속증착 등의 공정을 수행하는 반도체소자 제조설비에는 고주파 파워를 이용하여 공급된 공정가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 웨이퍼 상의 상면 전체 영역 또는 패턴 마스크로부터 노출되는 부위에 대하여 반응하도록 하는 것이 있다.

이러한 반도체소자 제조설비로부터 공정을 수행하는 과정에서 공정가스의 반응시 반응에 의한 부산물 즉, 폴리머의 생성이 있고, 이들 폴리머는 공정이 이루어지는 챔버 내벽에 대하여 무분별하게 증착된다. 그리고, 이들 폴리머는 공정 진행에 지장을 줄 뿐 아니라 증착된 표면으로부터 떨어져 웨이퍼 상면으로 이동할 경우 그 부위의 결함을 유발하는 파티클로서 작용한다.

이러한 폴리머의 증착 관계 및 그 영향에 대하여 설명하기에 앞서 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 종래 기술 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

종래의 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비(10)의 구성은, 도 1에 도시한 바와 같이, 진공압 상태를 포함한 밀폐 분위기를 구획하는 챔버(12)가 있고, 이 챔버(12) 내부의 진공압 분위기는 측부 소정 위치로부터 연통하여 연결한 배기라인(14)으로부터 선택적인 진공압의 제공에 의해 이루어진다.

또한, 챔버(12) 내부의 하측 부위에는 챔버(12) 내부로 투입한 웨이퍼(W)의 저면을 받쳐 지지하는 척 조립체(16)를 구비하고, 이 척 조립체(16)는 챔버(12) 외부의 고주파 발진기(18)와 연결되어 이로부터 선택적인 고주파 파워의 인가가 이루어지는 하부전극부를 이룬다.

그리고, 척 조립체(16)에 대향하는 챔버(12) 내부의 천장 부위에는 고주파 발진기(18)와 통상의 방법으로 연결하여 상술한 척 조립체(16)에 대향하는 고주파 파워의 인가를 받는 상부전극부(20)가 인슐레이터(22)의 지지를 받아 위치하고, 이 상부전극부(20) 하측의 챔버(12) 내부에는 상부전극부(20)와 근접하여 공정가스가 반응하는 부위로부터 상부전극부(20)의 오염 및 손상을 방지토록 격리시키는 절연 재질의 격벽(24)을 구비하고 있다.

이상의 구성으로부터 공정의 진행 과정을 살펴보면, 먼저 진공압 분위기를 이루는 챔버(12) 내부로 투입되는 웨이퍼(W)는 척 조립체(16)의 상면 통상의 방법으로 밀착되어 놓이고, 이어 챔버(12) 내부에 대하여 공정가스의 공급이 이루어진다.

이러한 상태에서 상부전극부(20)와 하부전극부를 이루는 척 조립체(16) 상에 고주파 발진기(18)로부터의 고주파 파워가 인가되면 그 사이에 위치되는 공정가스는 플라즈마 상태로 변환되어 웨이퍼(W) 상면 전체 또는 형성된 포토레지스트 패턴 마스크로부터 노출되는 부위에 대하여 반응이 이루어진다.

상술한 공정의 진행 과정에서 생성한 각종 형태의 폴리머는 챔버(12) 내부의 노출된 전체 영역에 대하여 무분별한 증착이 이루어지고, 계속적인 공정 수행에 의해 폴리머의 증착 정도가 심화되면 그 표면으로부터 떼어지기 쉬운 상태를 이룬다.

이때 상부전극부(20)는 고주파 파워가 인가됨에 의해 발열하는 관계에 있으며, 상부전극부(20)에 근접 위치함과 동시에 웨이퍼(W)에 대향하는 격벽(24)은 공정이 진행되는 과정과 대기 상태에서 상부전극부(20)의 발열에 따라 열 팽창 또는 수축이 반복적으로 진행한다.

이에 따라 공정의 전·후 과정에서 격벽(24) 상에 증착된 폴리머는 격벽(24)의 팽창 또는 수축 작용으로부터 쉽게 떨어지고, 이렇게 떨어진 폴리머가 웨이퍼(W) 상에 떨어질 경우 그 부위에 대한 오염 또는 손상시키는 파티클로서 작용하여 공정 결함을 유발할 뿐 아니라 척 조립체(16) 상면에 떨어질 경우 이후의 공정불량을 초래하는 등의 문제를 야기한다.

본 발명의 목적은, 공정의 진행 또는 대기 과정에서 상부전극부를 격리시키며 폴리머의 증착이 이루어지는 격벽에 대하여 상부전극부의 발열로부터 열 팽창 또는 수축 작용을 방지토록 하여 그 표면에 있는 폴리머가 안정적인 증착 상태로 장구히 연장되게 함으로써 폴리머의 떨어짐에 의한 웨이퍼와 척 조립체에 대한 오염 및 손상을 방지토록 하고, 이로부터 제조되는 반도체소자의 품질과 제조수율을 보다 향상시키도록 하는 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적 구성은, 밀폐 분위기를 형성하는 챔버와; 상기 챔버의 상부에 위치하며 고주파 파워의 인가가 이루어지는 상부전극부; 및 적어도 두 개 이상이 상호의 간격을 유지하고, 이들 각각이 상기 상부전극부에 대한 하측의 상기 챔버 내부를 분리 구획하는 격벽으로 이루어진다.

또한, 상기 격벽들 사이의 분리 구획된 부위는 소정의 진공압 분위기를 갖도록 하고, 이러한 진공압 분위기는 상기 격벽들 사이에 대응하는 상기 챔버의 측벽을 통하여 진공압을 제공토록 하는 배관을 구비한 구성으로 이루어질 수 있고, 또는 상기 격벽들 사이의 가장자리 부위에 실링부재를 구비한 구성으로 이루어질 수도 있는 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비(30, 40)의 구성은, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 진공압 상태를 포함한 밀폐 분위기를 구획하는 챔버(32, 42)가 있고, 이 챔버(32, 42)는 내부의 하측 부위에 챔버(32, 42) 내부로 투입시킨 웨이퍼(W)의 저면을 받쳐 지지하는 척 조립체(16)를 구비한다.

또한, 챔버(32, 42) 내부의 천장 부위에는 척 조립체(16)의 상면에 대향하며 척 조립체(16)와 함께 고주파 발진기(18)의 영향을 받는 상부전극부(20)가 인슐레이터(22)의 지지를 받아 위치하고, 이 상부전극부(20)에 근접한 하측 부위에는 챔버(32, 42) 내부의 공정 분위기로부터 상부전극부(20)를 격리시키도록 하는 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)을 구비하고 있다.

여기서, 상술한 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)의 재질은 고주파 파워의 인가에 따른 상부전극부(20)의 전자기장이 격벽(34a, 34b, 44a, 44b) 하부에 공급되는 공정가스에 영향을 미치도록 하기 위하여 세라믹 또는 석영 등의 절연 재질로 이루어진다.

이에 더하여 상술한 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)은, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 고주파 파워의 인가에 따른 상부전극부(20)와 근접함에 대응하여 상부전극부(20)의 발열이 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)의 하부로 전달되지 않도록 하기 위하여 적어도 두 개 이상이 상호간의 간격을 유지하며 이들 각각이 상술한 챔버(32, 42)를 상·하측으로 각각 분리 구획하는 것으로 이루어진다.

이러한 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)의 구성에 있어서, 상술한 상부전극부(20)에 근접하여 챔버(32, 42) 내부를 상·하측 방향으로 분리 구획하는 판 형상의 것을 편의상 제 1 격벽(34a, 44a)으로 명명하고, 이 제 1 격벽(34a, 44a)과 간격을 이루며 웨이퍼(W)에 대향함과 동시에 제 1 격벽(34a, 44a)과의 사이공간과 그 하측 부위에 대한 챔버(32, 42) 내부를 분리 구획하는 제 2 격벽(34b, 44b)으로 명명하기로 하겠으나 이에 한정되지 않으며, 이들 제 1 격벽(34a, 44a)과 제 2 격벽(34b, 44b) 사이에 적어도 하나 이상의 다른 격벽(도시 안됨)이 추가로 더 구비하여 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 이들 제 1, 2 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)들이 이루는 사이의 공간은 내부에 잔존하는 각종 기체들이 열 이동에 관계하는 대류 현상을 방지하는 수준으로 형성할 수 있으며, 보다 효과적으로는 이들 사이의 공간을 소정의 진공압으로 형성함이 바람직하다고 할 것이다.

이렇게 제 1, 2 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)들 사이의 진공압 분위기는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 격벽(44a, 44b)들 사이 구간에 대응하는 챔버(42)의 측벽에 관통하는 배관(48)을 더 구비하여 이 배관(48)을 통해 선택적으로 진공압을 제공토록 하는 것으로 이루어질 수 있다.

그리고, 제 1, 2 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)들 사이에 대한 다른 한 방편에 따른 진공압 분위기의 형성은, 도 2에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 격벽(34a, 34b)들 사이의 가장자리 부위에 실링재(36)를 더 구비토록 하고, 또 이들 사이의 간격을 유지토록 지지하는 간격지지대(38)를 더 구비토록 하여 이들 내부에 대한 진공압을 제공한 상태로 밀봉한 것을 사용하는 것으로 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 도 3에 도시한 구성 중 제 1, 2 격벽(44a, 44b)은 챔버(42)의 내벽에 대하여 별도의 실링재(46a, 46b)에 의해 상·하측 부위에 대한 실링 효율과 지지를 받는 구성으로 이루어질 수 있다.

이상의 구성으로부터 공정의 진행 과정을 살펴보면, 먼저 진공압 분위기를 이루는 챔버(32, 42) 내부로 투입되는 웨이퍼(W)는 척 조립체(16)의 상에 통상의 방법으로 놓이고, 이어 챔버(32, 42) 내부에 대하여 공정가스의 공급이 이루어진다.

상술한 격벽(34a, 34b, 44a, 44b)의 구성에서 보는 바와 같이, 공정의 진행되는 상태 또는 공정 진행에 대기하는 상태에서 고주파 파워의 영향으로 상부전극부(20)의 반복적인 발열에 대응하여 근접 위치한 제 1 격벽(34a, 44a)이 일차적으로 열 전달을 차단하고, 이와 더불어 제 1, 2 격벽(34a, 34b, 44a, 44b) 사이의 공간에 의해 제 2 격벽(34b, 44b)으로의 열 전달이 차단됨으로써 공정이 진행 중이거나 대기하는 상태인 경우에 대하여 제 2 격벽(34b, 44b)의 열 팽창 및 수축 작용이 방지됨으로써 제 2 격벽(34b, 44b)의 표면에 있는 폴리머는 안정적인 증착 상태가 장시간 유지됨으로써 그에 따른 공정불량의 발생 가능성을 현저히 저감할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 상부전극부의 발열에 대응하여 제 1 격벽과 제 2 격벽이 이루는 간격과 그 사이의 진공압 분위기에 의해 열 전달율이 효율적으로 차단되어 제 2 격벽의 열팽창과 수축 정도가 감소하고, 이로부터 제 2 격벽 상에 있는 폴리머가 안정적인 증착 상태를 유지하여 그 하부의 웨이퍼에 대한 파티클로서의 작용 가능성을 현저히 줄임으로써 웨이퍼의 오염 및 손상의 방지와 그에 따른 반도체소자 품질 특성의 향상과 제조수율이 높아지는 효과가 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 제 2 격벽에 대한 폴리머의 증착 상태가 장시간 지속될 수 있음에 따라 챔버 내부에 대한 세정 주기가 연장되고, 이에 따른 제조설비의 가동률이 향상되어 생산성이 높아지는 이점이 있다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 30, 40: 제조설비 12, 32, 42: 챔버

14: 배기라인 16: 척 조립체

18: 고주파 발진기 20: 상부전극부

22: 인슐레이터 24, 34a, 34b, 44a, 44b: 격벽

36, 46a, 46b: 실링재 38: 간격지지대

48: 배관

Claims (4)

1. 밀폐 분위기를 형성하는 챔버와;

   상기 챔버의 상부에 위치하며 고주파 파워의 인가가 이루어지는 상부전극부; 및

   적어도 두 개 이상이 상호의 간격을 유지하고 그 간격의 사이는 진공압 분위기를 가지며 각각은 상기 상부전극부 하측의 상기 챔버 내부를 분리 구획하는 격벽을 구비함을 특징으로 하는 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비.
2. (삭제)
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 간격 사이의 진공압 분위기는 상기 간격 사이에 대응하는 상기 챔버의 측벽을 통하여 진공압을 제공하도록 하는 배관을 더 구비하고, 상기 배관을 통하여 선택적인 진공압의 제공으로부터 이루어짐을 특징으로 하는 상기 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 격벽들 사이의 가장자리 부위를 포함한 내측에 실링재와 간격지지대를 더 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 고주파 파워를 이용하는 반도체소자 제조설비.