KR100665839B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼의 에칭을 완료한 후 설비내부를 플라즈마에 의해 세정할 시 플라즈마 형성영역을 가변시키는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
세정공정 시 플라즈마 형성영역을 가변시켜 플라즈마 챔버 내부의 폴리머를 완전하게 제거하기 위한 플라즈마처리장치는, 공정가스가 유입되어 압력을 조절하는 공정챔버와, 상기 공정챔버 내부에 설치되어 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 정전척의 하부에 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 제1 고주파 전원이 인가되는 케소드와, 상기 공정챔버의 외부에 설치되어 제2 고주파 전원이 인가될 시 상기 케소드와 사이에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 코일과, 상기 코일을 고정시키는 다수의 코일고정대와, 상기 다수의 코일고정대에 연결되는 콘넥터와, 상기 콘넥터에 연결되는 승강로드와, 상기 승강로드의 중앙에 설치되는 볼스크류와, 상기 볼스크류에 삽입되어 상기 코일고정대를 승하강시키는 LM가이드와, 상기 LM가이드를 이송시키는 모터를 포함한다.
플라즈마, 폴리머제거, 플라즈마 형성가변
Description
도 1은 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치의 구성도
도 2는 일반적인 식각 공정 시 형성된 플라즈마 영역을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 형성영역을 가변하기 위한 플라즈마 처리장치의 구조도
도 4는 도 3의 코일(11)이 코일고정대(14)에 고정설치된 상태의 사시도
도 5는 도 4의 코일고정대(14)의 구조도
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 크린공정 시 형성된 플라즈마 영역을 나타낸 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 공정챔버 11: 코일
12: 케소드 13: 정전척
14: 코일고정대 15: 콘넥터
16: 승강로드 17: 볼스크류
18: LM가이드 19: 모터
20: 절곡면 21: 요홈
22: 장공
본 발명은 반도체 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용한 에칭설비에서 웨이퍼의 에칭을 완료한 후 설비내부를 플라즈마에 의해 세정할 시 플라즈마 형성영역을 가변시키는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
통상적으로 반도체장치를 제조하기 위한 웨이퍼는 세정, 확산, 포토레지스트 코팅, 노광, 현상, 식각 및 이온주입 등과 같은 공정을 반복하여 거치게 되며, 이들 과정별로 해당 공정을 수행하기 위한 설비가 사용된다.
이러한 공정중 식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 나눌 수 있으며, 습식식각은 소자의 최소선폭이 수백 내지 수십 마이크로대의 LSI 시대에 범용으로 적용되었으나 VLSI, ULSI소자에는 등방성 식각이 보이는 집적도의 한계 때문에 거의 사용되지 않고 있다. 따라서 현재 일반적으로 건식식각을 사용하고 있으며, 건식식각 설비중 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 초미세 가공하는 공정설비는 공정챔버에서 가스와 고주파 파워 등 각종요소를 이용하여 공정을 진행할 때 외부와 완전히 차단된 초고진공을 요구하고 있다.
플라즈마 가스는 전기적인 파괴에 의해 생성되어 가스의 종류에 따라 강한 화학반응을 일으킬 수 있다. 즉, 플라즈마 건식식각은 반도체 제조 시 실리콘층, 실리콘 질화막, 다결정 실리콘막, 그리고 실리콘 산화막을 식각할 수 있다.
도 1은 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치의 구성도이다.
종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 공정가스가 유입되며 압력조절이 가능한 공정챔버(10)를 포함하고, 공정챔버(10) 내부에는 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척(13)을 구비한다.
또한, 챔버 내부에는 플라즈마 영역을 형성하기 위한 캐소드(12)(cathode)가 위치되며, 캐소드(12)에는 13.56㎒의 제 1 고주파 전압이 인가된다.
그리고, 챔버 외부에는 캐소드(12)와의 사이에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 코일(11)이 고정 설치되며, 코일(11)에는 12.56㎒의 제 2 고주파 전압이 인가된다.
이러한 구조를 갖는 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에서 웨이퍼의 식각은, 먼저, 웨이퍼(미도시)가 정전척(13) 상에 위치되면 챔버(10) 내부로 공정가스를 유입시키고 압력을 조절하게 된다.
그리고, 캐소드(12)에 13.56 ㎒의 제 1 고주파 전원을 인가시키고, 동시에 12.56㎒의 제 2 고주파 전원을 코일(11)에 인가하면, 공정가스의 전자들이 여기되면서 충돌하여 이온의 밀도를 증가시켜 캐소드(12)와 코일(11) 사이에 일정한 플라즈마 영역을 형성하게 된다.
이렇게 플라즈마 영역이 형성되면 플라즈마 측정장치로 플라즈마의 밀도를 측정하여 공정가스의 유량 및 챔버 내부의 압력을 조절하여 일정한 플라즈마 밀도 가 형성되게 한다.
그 후 플라즈마 영역 내의 이온들은 캐소드(12)에 인가되는 제 1 고주파 전원에 의해 정전척(13) 상의 웨이퍼 표면으로 유도되어 막을 식각한다.
그러나, 플라즈마에 의한 웨이퍼의 식각은 공정상의 여러 가지 변수에 의해 식각률 및 식각의 균일성이 변화된다.
즉, 플라즈마 형성영역은 챔버 내부의 압력, 공정가스 유량, 인가 전압 등의 공정조건에 민감하게 변화되므로, 공정조건을 적절하게 제어하지 못하면 플라즈마 형성영역이 변화되어 웨이퍼의 식각률 및 식각균일성이 저하된다.
이와 같은 종래의 플라즈마 식각장치는 식각이 완료된 후 플라즈마를 형성하여 플라즈마 챔버 내부를 세정하도록 하도록 하고 있는데, 제2 고주파 전원을 공급받아 플라즈마를 형성하기 위한 코일(11)이 고정되어 있어 세정공정 시 도 2와 같은 형태의 플라즈마가 형성되어 챔버 내부에 형성된 폴리머가 완전히 제거되지 않는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 세정공정 시 플라즈마 형성영역을 가변시켜 플라즈마 챔버 내부의 폴리머를 완전하게 제거하는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마처리장치는, 공정가스가 유입되어 압력을 조절하는 공정챔버와, 상기 공정챔버 내부에 설치되어 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 정전척의 하부에 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 제1 고주파 전원이 인가되는 케소드와, 상기 공정챔버의 외부에 설치되어 제2 고주파 전원이 인가될 시 상기 케소드와 사이에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 코일과, 상기 코일을 고정시키는 다수의 코일고정대와, 상기 다수의 코일고정대에 연결되는 콘넥터와, 상기 콘넥터에 연결되는 승강로드와, 상기 승강로드의 중앙에 설치되는 볼스크류와, 상기 볼스크류에 삽입되어 상기 코일고정대를 승하강시키는 LM가이드와, 상기 LM가이드를 이송시키는 모터를 포함함을 특징으로 한다.
상기 코일고정대는 ㄱ자형태로 절곡되어 다수개가 형성되어 있으며, 그 절곡면에 일정간격으로 코일을 삽입하기 위한 요홈이 형성됨을 특징으로 한다.
상기 코일고정대의 끝단부에는 장공이 형성되어 콘넥터와 연결 시 상기 코일고정대가 승강 또는 하강할 시 일정한 범위내에서 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 형성영역을 가변하기 위한 플라 즈마 처리장치의 구조도이다.
공정가스가 유입되어 압력을 조절하는 공정챔버(10)와, 상기 공정챔버(10) 내부에 설치되어 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 안착되는 정전척(13)과, 상기 정전척(13)의 하부에 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 제1 고주파 전원이 인가되는 케소드(12)와, 상기 공정챔버(10)의 외부에 설치되어 제2 고주파 전원이 인가될 시 상기 케소드(12)와 사이에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 코일(11)과, 상기 코일(11)을 고정시키는 다수의 코일고정대(14)와, 상기 다수의 코일고정대(14)에 연결되는 콘넥터(15)와, 상기 콘넥터(15)에 연결되는 승강로드(16)와, 상기 승강로드(16)의 중앙에 설치되는 볼스크류(17)와, 상기 볼스크류(17)에 삽입되어 상기 코일고정대(14)를 승하강시키는 LM가이드(Linear Movement Guide)(18)와, 상기 LM가이드(18)를 이송시키는 모터(19)로 구성되어 있다.
도 4는 도 3의 코일(11)이 코일고정대(14)에 고정설치된 상태의 사시도이고,
도 5는 도 4의 코일고정대(14)의 구조도이다.
코일고정대(14)는 ㄱ자형태로 절곡되어 다수개가 형성되어 있으며, 그 절곡면(20)에 일정간격으로 코일(11)을 삽입하기 위한 요홈(21)이 형성되어 있다. 코일고정대(14)의 끝단부에는 장공(22)이 형성되어 콘넥터(15)와 연결 시 상기 코일고정대(14)가 승강 또는 하강할 시 일정한 범위내에서 움직일 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 크린공정 시 형성된 플라즈마 영역을 나타낸 도면이다.
상술한 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상 세히 설명한다.
먼저, 웨이퍼(미도시)가 정전척(13) 상에 위치되면 챔버(10) 내부로 공정가스를 유입시키고 압력을 조절하게 된다.
그리고, 다수의 코일고정대(14)가 20°정도에 고정되고, 캐소드(12)에 1.8MHz~2.17MHz의 제 1 고주파 전원을 인가시키고, 동시에 13.56MHz의 제 2 고주파 전원을 코일(11)에 인가하면, 공정가스의 전자들이 여기되면서 충돌하여 이온의 밀도를 증가시켜 캐소드(12)와 코일(11) 사이에 도 2와 같이 일정한 플라즈마 영역을 형성하게 된다.
이렇게 플라즈마 영역이 형성되면 플라즈마 측정장치로 플라즈마의 밀도를 측정하여 공정가스의 유량 및 챔버 내부의 압력을 조절하여 일정한 플라즈마 밀도가 형성되게 한다.
그 후 플라즈마 영역 내의 이온들은 캐소드(12)에 인가되는 제 1 고주파 전원에 의해 정전척(13) 상의 웨이퍼 표면으로 유도되어 막을 식각한다.
이와 같은 플라즈마 식각공정을 완료한 후 플라즈마 세정공정을 실시하게 되는데, 이때 세정공정을 진행할 경우 모터(19)가 구동되며, 상기 모터(19)가 구동되면 LM 가이드(18)를 통해 볼스크류(17)가 상승된다. 상기 볼스크류(17)가 상승되면 다수의 코일고정대(14)가 상승되어 코일고정대(14)가 30°정도로 기울어진다. 코일고정대(14)가 30°정도로 기울어지면 코일(11)이 상승되어 캐패시턴스값이 변화된다. 이때 코일(11)은 도시하지 않은 병렬로 연결된 캐패시터 뱅크를 통해 그라운드 되어 LC회로를 구성한다. LC회로는 특정한 주파수를 공진하게 되고, 튜닝포인 트는 이 LC회로에서 공진하는 특정주파수 부근에 위치한다. 도시하지 않는 제2 고주파 전원발생기는 RF탭의 위치가 고정되면 제2 고주파 전원이 1.8MHz~2.17MHz범위를 움직여 가며 플라즈마의 공진위치를 찾게 된다.
이렇게 하여 다수의 코일고정대(14)가 30°정도에 고정되고, 캐소드(12)에 1.8MHz~2.17MHz의 제 1 고주파 전원을 인가시키고, 동시에 13.56MHz의 제 2 고주파 전원을 코일(11)에 인가하면, 공정가스의 전자들이 여기되면서 충돌하여 이온의 밀도를 증가시켜 캐소드(12)와 코일(11) 사이에 도 6와 같이 확장된 플라즈마 영역을 형성하게 된다.
이렇게 플라즈마 영역이 형성되면 플라즈마 측정장치로 플라즈마의 밀도를 측정하여 공정가스의 유량 및 챔버 내부의 압력을 조절하여 일정한 플라즈마 밀도가 형성되고, 이렇게 형성된 플라즈마에 의해 공정챔버(10) 내부에 잔류하는 폴리머를 제거한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 플라즈마를 이용한 세정공정 시 플라즈마를 형성하기 위한 코일의 위치를 가변시켜 플라즈마 형성영역을 변경시켜 공정챔버 내부의 폴리머 제거효과를 높일 수 있고, 또한 챔버 세정 주기를 연장시킬 수 있으며, 폴리머를 제거하여 파티클의 발생을 방지하여 생산성 및 공정불량을 방지할 수 있는 이점이 있다.
Claims (3)
- 플라즈마처리장치에 있어서,공정가스가 유입되어 압력을 조절하는 공정챔버와,상기 공정챔버 내부에 설치되어 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 안착되는 정전척과,상기 정전척의 하부에 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 제1 고주파 전원이 인가되는 케소드와,상기 공정챔버의 외부에 설치되어 제2 고주파 전원이 인가될 시 상기 케소드와 사이에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 코일과,상기 코일을 고정시키는 다수의 코일고정대와,상기 다수의 코일고정대에 연결되는 콘넥터와,상기 콘넥터에 연결되는 승강로드와,상기 승강로드의 중앙에 설치되는 볼스크류와,상기 볼스크류에 삽입되어 상기 코일고정대를 승하강시키는 LM가이드와,상기 LM가이드를 이송시키는 모터를 구비하여상기 코일이 소정각도로 상승될 시 상기 플라즈마 영역이 확장되어 공정챔버 내부의 폴리머를 제거함을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제1항에 있어서,상기 코일고정대는 ㄱ자형태로 절곡되어 다수개가 형성되어 있으며, 그 절곡면에 일정간격으로 코일을 삽입하기 위한 요홈이 형성됨을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
- 제2항에 있어서,상기 코일고정대의 끝단부에는 장공이 형성되어 콘넥터와 연결 시 상기 코일고정대가 승강 또는 하강할 시 일정한 범위내에서 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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