KR100778871B1 - 건식 에칭 장비의 펌핑 라인 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 펌핑 라인 장치는, 에칭 반응 후 발생되는 대전된 이온 또는 부산물을 배출하는 플라즈마를 이용한 건식 에칭 장비의 펌핑 라인 장치로서, 펌핑 라인의 외벽을 둘러싸도록 배치되고 상기 펌핑 라인의 내부에 플라즈마를 형성하는 고주파 인가 코일과, 상기 고주파 인가 코일에 연결된 고주파 발생기와, 상기 펌핑 라인의 일단에 플라즈마 반응 가스를 주입하는 가스 주입구를 포함한다.
건식 에칭, 펌핑 라인

Description

건식 에칭 장비의 펌핑 라인 장치{PUMPING LINE APPARATUS OF DRY ETCHING EQUIPMENT}
도 1은 종래의 건식 에칭 장비의 펌핑 라인에 누적막이 형성된 상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 펌핑 라인 장치의 개요도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 펌핑 라인 장치의 개요도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조 장비에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 플라즈마를 이용한 건식 에칭 장비의 펌핑 라인에 관한 것이다.
반도체 집적회로 소자의 제조 공정에는 웨이퍼 또는 웨이퍼 위에 증착된 박막의 일부분만을 선택적으로 제거함으로써 원하는 형태의 미세한 구조물을 형성하는 에칭(Etching) 기술이 사용되며, 박막 형성 및 에칭 공정을 반복함으로써 복잡한 구조의 반도체 소자를 제조하게 된다. 에칭(Etching) 공정은 웨이퍼 표면에서 원하는 물질을 제거하는 공정으로서, 포토리소그래피(Photolithography) 공정에 의해 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 포토레지스트로 덮여 있지 않은 부 분을 선택적으로 제거하는 기술을 말한다. 에칭 공정에는 습식 에칭과 건식 에칭이 있으나, 습식 에칭은 등방성 에칭이기 때문에 집적 회로가 미세화됨에 따라 한계를 맞게 되었고, 1970년대 후반부터는 플라즈마(Plasma)를 이용한 건식 에칭이 일반화되었다.
건식 에칭은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch) 방식 등 여러가지 방식으로 수행될 수 있으나, 대부분의 방식은 플라즈마를 이용하게 된다. 그러나, 플라즈마를 이용한 에칭 공정에서는 여러가지 원인에 의하여 발생되는 파티클(Particle)로 인한 결함이 제품의 수율 저하의 가장 주요한 원인이 되고 있다. 에칭 중에 발생하는 파티클의 소스는 다양한 형태를 가지며, 특히 장치의 이송 계통이나 쳄버 내의 증착 이상으로 인해 플레이크(Flake), 로드락 쳄버(Loadlock Chamber) 현상 등의 오염 문제를 야기한다. 이러한 쳄버 오염 문제는 정기적인 사전예방정비(Preventive Maintenance)에 의해 비교적 짧은 시간 내에 해결이 가능하다. 그러나, 쳄버의 진공 상태를 유지하기 위한 펌핑 라인(Pumping Line)에 장기간 누적된 여러가지 성분의 부산물은 펌핑 라인의 펌핑 능력을 떨어뜨리고, 나아가 쳄버 내에 역류되어 파티클 소스로 되기도 한다. 펌핑 라인은 건식 식각 장비의 메카니즘 특성상 사전예방정비를 통해 세척하기가 어렵고 또한 세척에 소요되는 시간이 길기 때문에 장비의 가동율 및 소자의 수율이 저하된다.
일반적으로, 건식 식각 장비의 공정 쳄버의 압력을 유지하기 위하여, 펌핑 라인은 저압을 유지하기 위한 드라이 펌프와 고압 상태를 유지하기 위한 터보 펌프를 포함한다. 에칭시 플라즈마에 의한 에칭 반응 후 발생되는 대전된 이온 또는 폴리머 계열의 부산물 등은 이러한 펌핑 라인을 통해 배출되는데, 이 과정에서 펌핑 라인의 내측벽에 점차적으로 누적된다. 도 1에는, 펌핑 라인(200)의 내측벽에 누적막(B)이 형성된 상태를 도시하였다. 도 1에서 보듯이, 펌핑 라인(200)의 내측벽에 누적막(B)이 두껍게 형성되어 있으며(영역 A 참조), 이렇게 장기간에 걸쳐 누적된 누적막(B)은 펌핑 라인에 히팅 장치(Heating Means)를 부착하여 누적을 최소화하려고 시도하고 있으나, 근본적인 해결책은 되지 못하고 있다.
본 발명은 플라즈마를 이용한 건식 에칭 장비의 펌핑 라인의 누적막 형성을 최소화할 수 있는 펌핑 라인 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 펌핑 라인 장치는, 에칭 반응 후 발생되는 대전된 이온 또는 부산물을 배출하는 플라즈마를 이용한 건식 에칭 장비의 펌핑 라인 장치로서, 펌핑 라인의 외벽을 둘러싸도록 배치되고 상기 펌핑 라인의 내부에 플라즈마를 형성하는 고주파 인가 코일과, 상기 고주파 인가 코일에 연결된 고주파 발생기와, 상기 펌핑 라인의 일단에 플라즈마 반응 가스를 주입하는 가스 주입구를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 펌핑 라인 장치의 바람직한 실시예를 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 플라즈마를 이용한 건식 에칭 장비의 에칭 쳄버(100) 내에는 웨이퍼(W)가 배치되어 건식 에칭이 수행된다. 여기서, 에칭 쳄버(100)는 통상의 에칭 쳄버와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 본 발명에 따 른 펌핑 장치는, 에칭 반응 후 발생되는 대전된 이온 또는 부산물을 배출하는 장치로서, 종래의 펌핑 라인과 마찬가지로 그 일단은 에칭 쳄버(100)에 설치된 터보 펌프(120)에 연결된다. 터보 펌프(120)는 에칭 쳄버(100)의 고압 상태를 유지하기 위한 것으로서, 터보 펌프(120)을 통해 에칭 쳄버(100) 내에서 에칭 반응 후 발생하는 대전된 이온 또는 부산물이 펌핑 라인(200)으로 배출된다. 이렇게 배출된 대전된 이온 또는 폴리머 계열의 부산물은 펌핑 라인(200)을 따라 펌핑 라인(200)의 타단에 연결된 드라이 펌프(140)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 본 발명에 따른 펌핑 라인 장치의 펌핑 라인(200)의 외측벽에는 고주파 발생기(340) 및 고주파 인가 코일(320)이 설치된다. 고주파 인가 코일(320)은 펌핑 라인(200)의 외측벽을 둘러싸도록 배치되며, 고주파 발생기(340)에서 발생된 고주파가 고주파 인가 코일(320)을 통해 펌핑 라인(200) 내부에 인가되어, 펌핑 라인(200)의 내부에 플라즈마를 형성한다. 플라즈마 반응 가스는 터보 펌프(120)에 연결되는 펌핑 라인(200)의 일단에 형성된 가스 주입구(220)를 통해 주입된다. 통상, 반도체 소자의 에칭 공정에서 주로 사용되는 가스들 및 폴리머 계열의 부산물들을 고려할 때, 플라즈마 반응 가스는 O2, CF4, NF3 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마 반응 가스의 유입량은 드라이 펌프(140)의 용량에 따라 결정될 수 있다.
상술한 구조의 펌핑 라인 장치에서, 고주파 발생기(340)에 의해 펌핑 라인(200)에 고주파가 인가되고, 또한 에칭 쳄버(100)로부터 배출된 가스 또는 가스 주입구(220)를 통해 주입된 가스가 펌핑 라인(200)에 유입되면, 펌핑 라인(200)의 내부에 플라즈마가 형성된다. 이렇게 형성된 플라즈마에 의하여 펌핑 라인(200)의 내측벽에 누적된 누적막이 반응성 가스와 반응하여 에칭 쳄버(100)의 반대편에 배치된 드라이 펌프(140) 쪽으로 배출된다.
특히, 본 발명에 따른 펌핑 라인 장치는, 에칭 공정을 수행하는 중에도 가동될 수 있는데, 이 경우 대전된 이온 또는 부산물 등이 펌핑 라인으로 유입된 후 펌핑 라인(200) 내에 형성된 플라즈마에 의하여 환원 반응이 억제되므로 펌핑 라인(200)의 내측벽에 누적되지 않고 그대로 드라이 펌프(140)에 의해 배출될 수 있다. 이 경우 펌핑 라인(200)에 인가되는 고주파 전력은 10 ~ 100W의 낮은 고주파 전력을 이용하여도 무방하다. 또한, 에칭 공정을 수행하지 않는 상태에서는 본 발명에 따른 펌핑 라인 장치를 가동하여 사전예방정비를 수행할 수 있으며, 이 경우 이미 누적된 누적막을 제거하기 위하여 높은 고주파 전력(예컨대, 100W 이상)을 일정 시간동안 인가하여 누적막을 제거할 수 있다.
한편, 펌핑 라인(200)에 누적된 누적막을 보다 효율적으로 제거하기 위하여, 도 3에서 보듯이, 펌핑 라인(200)의 측벽에 히팅 코일(322)을 설치할 수 있다. 이 경우, 히팅 코일(322)은 내화층(362) 내부에 설치될 수 있다. 또한, 펌핑 라인(200)이 금속재 파이프로 형성된 경우, 고주파 인가 코일과의 간섭을 방지하기 위하여 고주파 인가 코일(320)과 펌핑 라인(200) 사이에 소정의 절연막(예컨대, 실리콘막)을 더 형성할 수 있다. 나아가, 펌핑 라인(200) 내부에서의 플라즈마 형성을 용이하게 하기 위하여, 펌핑 라인(200)의 외측에 자계 발생 코일(324)을 더 형 성할 수 있다. 자계 발생 코일(324)은 펌핑 라인(200)의 외측벽을 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 이를 통해 자기장과 고주파를 결합시켜 저압 및 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 펌핑 라인의 누적막으로 인해 발생하는 파티클 소스를 근본적으로 제거할 수 있고, 나아가 누적막으로 인해 펌핑 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 펌핑 라인 장치를 이용하는 경우, 탈착이 어려운 펌핑 라인을 해체하지 않고도 용이하게 누적막을 제거할 수 있다. 따라서, 장비의 구동율 및 소자의 제조 수율이 더욱 향상될 수 있다.

Claims (7)

  1. 에칭 반응 후 발생되는 대전된 이온 또는 부산물을 배출하는 플라즈마를 이용한 건식 에칭 장비의 펌핑 라인 장치로서,
    펌핑 라인의 외벽을 둘러싸도록 배치되고 상기 펌핑 라인의 내부에 플라즈마를 형성하는 고주파 인가 코일과,
    상기 고주파 인가 코일에 연결된 고주파 발생기와,
    상기 펌핑 라인의 두 종단 사이 일측에 플라즈마 반응 가스를 주입하는 가스 주입구를 포함하는 펌핑 라인 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 펌핑 라인의 일단은 상기 건식 에칭 장비의 에칭 쳄버와의 사이에 배치된 터보 펌프에 연결되고, 상기 펌핑 라인의 타단은 드라이 펌프에 연결된 것을 특징으로 하는 펌핑 라인 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 고주파 인가 코일과 상기 펌핑 라인의 외벽 사이에 배치된 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌핑 라인 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 가스 주입구는 상기 터보 펌프에 연결되는 상기 펌핑 라인의 일단 근처에 형성된 것을 특징으로 하는 펌핑 라인 장치.
  5. 제1항에서, 상기 펌핑 라인의 측벽에 형성되어 상기 펌핑 라인을 가열하기 위한 히팅 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌핑 라인 장치.
  6. 제1항에서, 상기 펌핑 라인의 외측과 소정 거리를 두고 둘러싸도록 배치되며, 상기 펌핑 라인 내부에 자기장을 형성하는 자계 발생 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌핑 라인 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 플라즈마 반응 가스는 O2, CF4, NF3 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 펌핑 라인 장치.
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