KR100724209B1 - 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치에 관한 것으로서, 반응 공정이 이루어지는 공정챔버(100)와, 공정챔버(100)의 내부에서 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척(110)과, 공정챔버(100)의 상측 개방부에 설치되는 돔(120)과, 돔(120)의 상부 외측면에 안착되어 유도전원을 인가 받아 전기장을 발생시키는 코일(130)과, 코일(130)로 하여 온도가 상승된 돔(120)의 주변부 온도를 낮추기 위하여 공정챔버(100)의 내벽에 설치되는 냉각수단을 포함한다. 따라서 코일 등의 설치로 온도가 높은 돔의 주변 온도를 공정챔버에 설치된 냉각수단을 통하여 떨어뜨림으로써, 돔에 균일하게 증착되는 부산물은 공정 진행 중 쉽게 부유되는 것이 방지되어 웨이퍼의 수율이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체 제조용 플라즈마 에칭장치{PLASMA ETCHING DEVICE FOR A SEMICONDUCTOR}

도 1은 종래의 플라즈마 에칭장치를 도시한 것이고,

도 2는 도 1에서 나타나는 문제점을 보여주는 사진이고,

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭장치를 도시한 것이고,

도 4는 도 3의 평면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 냉각라인의 사시도이고,

도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭장치의 효과를 나타내는 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 공정챔버 110 : 정전척

120 : 돔 130 : 코일

140 : 냉각라인 141 : 브라켓

142 : 에어홀

본 발명은 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하 게는 반도체 제조 공정 중 플라즈마 에칭장치에 구비된 돔의 온도를 일정하게 유지시켜 보다 안정적인 에칭 공정이 이루어질 수 있도록 한 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 회로의 배선 패턴을 형성하여 식각하는 것을 에칭(etching)이라고 한다.

에칭은, 대규모 집적회로(LSI) 등 반도체 디바이스를 제조하는 공정에서 반도체 단결정 웨이퍼에 박막 형성, 포토리소그래피(photolithorgraphy), 에칭, 이온주입 등의 요소 기술이 가해지는 프로세스 중의 한 공정으로서, 종전에는 화학 약품을 사용하는 웨트 에칭(wet etching)이 시행되었으나 점차 드라이 에칭(dry etching)으로 진척되었다.

웨트 에칭은 강산(强酸)에 의한 화학적 작용으로 등방성(等方性) 에칭이 진행되기 때문에 마스크(mask)의 아래 부분도 식각되는 단점이 있으나, 드라이 에칭은 할로겐화물 등의 화학적 활성 가스를 플라즈마 상태로 하여 플라즈마 중의 이온의 작용에 의해 에칭하는 반응성 이온 에칭법으로서, 기판면의 수직 방향으로만 식각이 진행되는 이방성(異方性) 에칭이 실현되기 때문에 초대규모 집적 회로(VLSI) 등 고정밀도의 미세 가공에 적합하다.

드라이 에칭을 수행하는 종래의 플라즈마 에칭장치를 도 1에 도시하였다.

공정가스가 유입되며 압력 조절이 가능한 원통형의 공정챔버(10)가 있고, 공정챔버(10)의 내부에는 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척(20)이 있다.

그리고 공정챔버(10)의 상단을 덮고 있는 둥근 형상으로 윗면과 밑면이 공정에 따라 여러 형상이 있으며, 소정의 유전율을 갖는 단일층의 세라믹 재질의 돔(30)이 설치되고, 돔(30)의 상부면에 안착되어 유도전원을 인가 받아 전기장을 발생시키는 나선형의 코일(40)이 설치된다.

따라서 코일(40)에 의해 발생된 전기장은 소정의 유전율을 갖는 돔(30)을 통과하여 공정챔버(10)의 내부로 유기된다. 이와 같이 유기된 전기장은 공정챔버(10)의 내부의 가스 속에 방전을 일으켜 가스를 플라즈마화하고 이로부터 발생된 중성의 라디칼(radical) 입자들과 전하를 띤 이온간의 화학반응에 의해 웨이퍼 표면에 마스킹되어 있지 않은 부분이 깎이게 된다.

이때, 에칭 공정이 진행됨에 따라 발생되는 부산물(by-product) 즉, 폴리머(polymer)등이 배기라인(미도시)을 통해 외부로 배출되지만 일부는 일정한 온도를 유지하지 못하는 공정챔버(10)의 내벽이나 돔(30)에 증착된다.

더욱이 코일(40)의 주변에는 플라즈마가 집중되고, 특히 돔(30)의 상부에 램프나 전기히터(미도시)가 장착된 경우에는 코일(40) 주변의 온도가 다른 부위 보다 상당히 높기 때문에 부산물이 도 2의 사진에서와 같이 비정상적으로 편중되게 증착되며, 이는 전반적인 증착력이 약하여 공정 진행 중 부산물이 쉽게 부유하여 웨이퍼 상부로 떨어져 안정된 에칭 공정을 수행하지 못하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 코일 등의 설치로 온도가 높은 돔의 주변 온도를 공정챔버에 설치된 냉각수단을 통하 여 떨어뜨림으로써, 돔에 균일하게 증착되는 부산물은 공정 진행 중 쉽게 부유되는 것이 방지된 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응 공정이 이루어지는 공정챔버와, 공정챔버의 내부에서 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척과, 공정챔버의 상측 개방부에 설치되는 돔과, 돔의 상부 외측면에 안착되어 유도전원을 인가 받아 전기장을 발생시키는 코일과, 코일로 하여 온도가 상승된 돔의 주변부 온도를 낮추기 위하여 공정챔버의 내벽에 설치되는 냉각수단을 포함하되, 냉각수단은, 일단으로부터 에어가 공급되는 냉각라인이 공정챔버의 내벽에 브라켓을 매개로 원주 방향을 따라 설치되고, 냉각라인 상에는 에어의 배출을 위한 복수개의 에어홀이 높이를 달리하여 지그재그로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치를 포함하는 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치를 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭장치를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉각라인의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭장치의 효과를 나타내는 사진이다.

도 3 및 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 에칭장치는, 공정가스가 유입되며 압력 조절이 가능한 원통형의 공정챔버(100)와, 공정챔버(100)의 내부에는 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척(110)과, 공정챔버(100)의 상단을 덮고 있는 둥근 형상으로 윗면과 밑면이 공정에 따라 여러 형상이 있으며, 소정의 유전율을 갖는 단일층의 세라믹 재질의 돔(120)으로 크게 구성된다.

그리고 돔(120)의 상부면에 안착되어 유도전원을 인가 받아 전기장을 발생시키는 나선형의 코일(130)이 설치된다.

여기서 본 발명의 특징에 따라서 돔(120)의 주변부에 안착된 코일(130)에 의하여 국부적으로 상승된 온도를 낮출 수 있는 냉각수단이 공정챔버(100)의 내벽에 설치된다.

위의 냉각수단은, 공정챔버(100)의 내벽에 원주 방향을 따라 소정 간격마다에 브라켓(141)이 설치되며, 이 브라켓(141)을 따라 냉각라인(140)이 설치된다.

냉각라인(140)은 도 5에서와 같이, 합성수지재의 호스로 제작되는 것이 바람직하며, 외부와 연통되는 일단은 미도시된 외부 콤푸레셔에서 에어의 공급이 이루어진다.

에어는 반도체 공정에서 주로 사용되는 CDA(cream dry air)가 사용되어 진다.

그리고 냉각라인(140)상에는 에어의 배출을 위한 복수개의 에어홀(142)이 형성되며, 이 복수개의 에어홀(142)은 높이를 달리하여 지그재그로 형성되는 것이 바람직하다.

이는 냉각라인(140)의 설치시 효과적인 분사가 이루어질 수 있는 적당한 높이로의 장착이 용이하지 않기 때문에 여러 번의 시행 착오를 거쳐야만 가장 최적의 위치에 냉각라인(140)을 설치할 수 있다. 이러한 시행 착오를 최소화시키기 위하여 냉각라인(140) 상의 에어홀(142)의 높이를 달리하고 지그재그로 배치시켜 에어의 분사 영역을 넓게 구성하였다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼가 정전척(110)에 위치되면, 공정챔버(100)의 내부로 공정가스를 유입시키고 압력이 조절된다.

그리고 코일(130)에 전원이 인가되면, 이에 발생된 전기장은 소정의 유전율을 갖는 돔(120)을 통과하여 공정챔버(100)의 내부로 유기된다. 이와 같이 유기된 전기장은 공정챔버(100)의 내부의 가스 속에 방전을 일으켜 가스를 플라즈마화하고 이로부터 발생된 중성의 라디칼(radical) 입자들과 전하를 띤 이온간의 화학반응에 의해 웨이퍼 표면에 마스킹되어 있지 않은 부분이 깎이게 된다.

한편, 에칭 공정이 진행됨에 따라 발생되는 부산물(by-product) 즉, 폴리머(polymer)등이 배기라인(미도시)을 통해 외부로 배출되지만 일부는 일정한 온도를 유지하지 못하는 공정챔버(100)의 내벽이나 돔(120)에 증착된다.

이때, 코일(130)의 주변에는 플라즈마가 집중되고, 이로 인하여 온도가 상승된 코일(130)의 주변에 특히 부산물이 많이 쌓일 수 있으나, 냉각라인(140)의 에어홀(142)을 통하여 분사되는 에어(CDA)로 코일(130) 주변을 냉각시켜서 전반적인 돔(120)의 평균 온도값에 근접할 수 있다.

참고로 도 6에서와 같이, 전반적인 표면 온도가 동일하게 유지되는 돔(120)에 부산물이 균일하게 증착된다. 따라서 균일하게 증착된 부산물은 쉬게 떨어져나 가 부유되고, 부유된 부산물이 웨이퍼 상부로 떨어져 안정된 에칭 공정을 수행하지 못하게 되는 등의 문제점을 해소할 수 있게 되었다.

이처럼 플라즈마 에칭장치에서 냉각수단의 설치는, 부유하는 부산물로부터 웨이퍼(W)를 보호하여 웨이퍼(W)의 수율을 향상시키게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치는, 코일 등의 설치로 온도가 높은 돔의 주변 온도를 공정챔버에 설치된 냉각수단을 통하여 떨어뜨림으로써, 돔에 균일하게 증착되는 부산물은 공정 진행 중 쉽게 부유되는 것이 방지되어 웨이퍼의 수율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반응 공정이 이루어지는 공정챔버와,

   상기 공정챔버의 내부에서 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척과,

   상기 공정챔버의 상측 개방부에 설치되는 돔과,

   상기 돔의 상부 외측면에 안착되어 유도전원을 인가 받아 전기장을 발생시키는 코일과,

   상기 코일로 하여 온도가 상승된 상기 돔의 주변부 온도를 낮추기 위하여 상기 공정챔버의 내벽에 설치되는 냉각수단을 포함하되,

   상기 냉각수단은,

   일단으로부터 에어가 공급되는 냉각라인이 상기 공정챔버의 내벽에 브라켓을 매개로 원주 방향을 따라 설치되고,

   상기 냉각라인 상에는 에어의 배출을 위한 복수개의 에어홀이 높이를 달리하여 지그재그로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 플라즈마 에칭장치.
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