KR100785994B1 - 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법이 개시된다. 그러한 플라즈마 챔버의 제조 방법은, 상기 플라즈마 챔버를 알루미늄으로 가공하는 단계, 상기 플라즈마 챔버의 내벽을 마스킹한 후 상기 플라즈마 챔버를 양극 산화하는 단계, 상기 플라즈마 챔버의 내벽의 마스킹을 제거하는 단계, 상기 플라즈마 챔버의 내벽을 제외한 부분을 마스킹한 후 상기 챔버 내벽을 산화알루미늄으로 코팅하는 단계 및 상기 플라즈마 챔버의 내벽을 제외한 부분의 마스킹을 제거하는 단계를 구비한다. 그리하여, 본 발명은 웨이퍼가 복수 개의 챔버 간을 이동하는 경우 하나의 챔버와 이동하고자 하는 챔버 간의 압력 차이가 발생되는 문제를 개선하고, 챔버 간의 압력 차이에 기인한 역류 현상으로 챔버 내에 체류하고 있는 파티클이 이동하여 웨이퍼에 부착되어 공정 불량을 유발하는 문제점을 개선한다.

챔버, 플라즈마, 거칠기, 산화 알루미늄, 코팅

Description

반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법{Method for fabrication of plasma chamber for use in fabricating semiconductor device}

도 1은 그러한 건식 식각을 수행하기 위한 식각 챔버 중 상부 챔버(upper chamber)를 제조하는 종래의 방법의 일례를 보인 흐름도.

도 2는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 플라즈마 식각 장치의 일례의 개략 사시도.

도 3은 상기 상부 챔버를 보다 상세히 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 소자 제조를 위한 플라즈마 챔버를 제조하는 방법을 보인 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 상부 챔버 20 : 하부 챔버

21 : 캐소드

본 발명은 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 챔버 내벽의 코팅 막의 밀착도를 개선하기 위한 플라즈마 챔버의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 확산 설비, 증착 설비, 이온주입 설비 및 식각 설비 등의 다양한 공정 설비를 거쳐 제조된다. 이들 다양한 설비들 중 특히 식각 설비는 공정 챔버의 내부로 주입되는 특정 소스 가스에 고주파(radio frequency; RF) 파워를 인가할 때 발생되는 플라즈마(plasma)에 의해 웨이퍼에 증착된 특정한 막(예를 들면, 메탈 배선을 위한 금속막)을 원하는 패턴으로 식각한다. 이와 같이 특정한 소스 가스를 이용하여 웨이퍼를 패터닝하는 식각은 통상적으로 플라즈마 식각이라 불린다.

도 1은 그러한 플라즈마 식각을 수행하기 위한 플라즈마 식각 챔버 중 상부 챔버(upper chamber)를 제조하는 종래의 방법의 일례를 보인 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 식각 챔버 중 상부 챔버 제조 방법은 알루미늄 가공 단계(S1), 양극 산화(anodizing) 단계(S2), 베어(bare) 부분의 가공 단계(S3), 마스킹(masking) 단계(S4), 산화 알루미늄 플라즈마 코팅(Al2O3 plasma coating) 단계(S5) 및 마스킹 제거 단계(S6)를 구비한다.

상기 알루미늄 가공 단계(S1)는 플라즈마 챔버를 알루미늄(Al)으로 가공함으로써 플라즈마 챔버의 원형을 만드는 단계이다.

상기 양극 산화 단계(S2)는 플라즈마 챔버의 전극 중 양극을 형성하기 위해 산화시키는 과정이다.

상기 베어 부분의 가공 단계(S3)는 상기 양극 산화 단계(S2)에서 산화되지 않은 부분을 가공하는 단계이다.

상기 마스킹 단계(S4)는 상기 상부 챔버의 내벽 즉 산화 알루미늄(또는 알루미나, Al2O3) 플라즈마 코딩될 부분을 제외한 상기 상부 챔버의 나머지 부분을 마스킹(masking) 처리하는 단계이다.

상기 산화 알루미늄 플라즈마 코딩 단계(S5)는 상기 상부 챔버의 내벽에 산화 알루미늄 플라즈마를 코팅하는 단계이다. 상기 상부 챔버의 내벽은 플라즈마 공정 진행시 플라즈마가 접촉되는 부분이다.

상기 산화 알루미늄 플라즈마 코딩 단계(S5)이후에 마스킹을 제거하면(S6) 상부 챔버가 완성된다.

상기 과정들에서 양극 산화된 표면 위에 비드(bead) 또는 샌딩(sanding) 작업 후 산화 알루미늄 코팅을 실시하기 때문에, 거칠기를 충분히 확보하지 못하게 된다. 왜냐하면, 양극 산화된 표면은 강화되어져 있으므로, 비드 작업을 하더라도 알루미늄 코팅 막의 밀착도에 지장이 없을 정도의 충분한 거칠기를 확보하지 못하는 어려움이 있다. 그로 인해, 상부 챔버의 코팅 수명이 단축되어 플라즈마 챔버의 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있다. 이는 상기 상부 챔버 뿐만이 아니라 반도체 소자 제조를 위한 공정 챔버의 내부에서 플라즈마 공정 진행시 플라즈마가 접촉되는 챔버인 경우에는 공통적인 문제점이다.

그러므로, 상기 플라즈마 챔버 내벽의 코팅 수명을 연장하기 위한 방안이 절 실히 요구된다.

따라서, 상기의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 종래의 플라즈마 챔버에서 전극 형성을 위한 산화 후 그 표면 위에 비드 또는 샌딩 작업을 실시하고, 그 상태에서 산화 알루미늄 코팅을 실시함으로써, 거칠기가 충분히 확보되지 못하는 어려움을 개선하기 위한 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 플라즈마 챔버의 알루미늄 코팅 막의 밀착도를 개선하기 위한 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 챔버의 수명을 연장할 수 있는 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법은, 상기 플라즈마 챔버를 알루미늄으로 형성하여 가공하는 단계, 상기 플라즈마 챔버의 내벽을 마스킹한 후 전극을 형성하기 위해 상기 플라즈마 챔버를 산화하는 단계, 상기 플라즈마 챔버의 내벽의 마스킹을 제거하는 단계, 상기 플라즈마 챔버의 내벽을 제외한 부분을 마스킹한 후 상기 챔버 내벽을 산화알루미늄으로 코팅하는 단계 및 상기 플라즈마 챔버의 내벽을 제외한 부분 의 마스킹을 제거하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플라즈마 챔버는 플라즈마 식각 챔버의 상부 챔버일 수 있고, 상기 플라즈마 챔버를 산화하는 단계는 양극 형성을 위한 양극 산화 단계일 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 챔버의 내벽은 웨이퍼를 가공하기 위한 공정 진행시 플라즈마가 접촉되는 부분일 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 첨부된 도면 및 이하의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 의도로 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하다. 그러므로, 이하의 설명들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니 될 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 플라즈마 식각 장치의 일례 즉 DPS(Decoupling Plasma Source) 식각 챔버의 개략 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 식각 챔버는 통상적으로 외부적으로는 돔(dome) 구조를 가지며, 상부 챔버(10) 및 하부 챔버(20)로 나눠 볼 수 있다.

상기 하부 챔버(20)에는 웨이퍼(wafer)를 안착시키기 위한 정전척(ESC;Eloctro Static Chuck)을 고정하는 캐소드(21)가 구비되어 있다. 따라서, 플라즈마 공정 진행시, 소스 가스는 상부 챔버(10)의 내부로 주입되고, 주입되는 상기 소스 가스에 고주파 파워가 인가되면 정전 척에 척킹된 웨이퍼의 상부에서 플라즈마가 형성되며, 플라즈마에 의해 웨이퍼에 도포된 특정 막질을 원하는 패턴으 로 식각에 의해 패터닝하게 된다.

웨이퍼가 안착되는 정전 척(미도시)은 하부 챔버(20)에 구비되는데 비해 플라즈마는 상부 챔버(10) 내에서 형성되며, 이러한 플라즈마 형성에 요구되는 고주파 파워는 상부 챔버(10) 측과 함께 하부 챔버(20) 측의 캐소드(21)에 전달되면서 상부 챔버(10)와 하부 챔버(20)의 사이에서 웨이퍼 식각에 필요한 플라즈마를 형성하게 되는 것이다.

도 3은 상기 상부 챔버(10)를 보다 상세히 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 참조부호 12는 터보 펌프가 연결되는 부분이고, 참조부호 14는 플라즈마 공정 진행시 플라즈마가 접촉되는 부분인 상부 챔버의 내벽, 즉 산화 알루미늄 플라즈마 코팅 실시 부분이다.

상기 상부 챔버의 내벽(14)은 플라즈마 공정 진행시 플라즈마에 노출되기 때문에 침식되어 파티클 소스를 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 상부 챔버의 내벽(14)을 내화학성을 지닌 산화 알루미늄으로 코팅막을 형성하여 파티클이 발생하는 것을 방지하게 된다. 그러나, 전술한 바와 같이 전극 형성을 위한 산화, 예를 들어, 상부 챔버의 양극을 형성하기 위한 양극 산화(anodizing) 후에 내부식성 및 거칠기 확보를 위해 상기 챔버 내벽에 산화 알루미늄을 코팅하는 경우에는 코팅 막의 밀착도가 현저하게 불량하다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 상기 상부 챔버(10)를 제조하는 방법은, 상기 플라즈마 챔버를 알루미늄으로 가공하는 단계(S11), 상기 상부 챔버의 내벽(14)을 마스킹한 후(S12) 상기 플라즈마 챔버를 양극 산화하는 단 계(S13), 상기 상부 챔버의 내벽(14)의 마스킹을 제거하는 단계(S14), 상기 상부 챔버의 내벽(14)을 제외한 부분을 마스킹한 후(S15) 상기 챔버 내벽을 산화알루미늄으로 코팅하는 단계(S16) 및 상기 상부 챔버의 내벽(14)을 제외한 부분의 마스킹을 제거하는 단계(S17)를 구비한다.

위와 같이, 본 발명은 상부 챔버의 내벽(14) 즉, 산화 알루미늄으로 코팅되는 부분을 양극 산화 처리시 사전에 마스킹하여 베어(bare) 상태로 유지하고, 그 상태에서 산화 알루미늄 플라즈마 코팅을 실시함으로서 코팅의 밀착도를 향상시킬 수 있게 된다.

그리하여, 종래 양극 산화된 상태에서 코팅을 실시하는 경우에는 수 개월마다 코팅 막의 박리 현상으로 인해 재 코팅을 실시해야 하지만, 본 발명에 따른 상부 챔버 제조 방법에 의해 제조된 상부 챔버는 물리적인 충격이 가해지지 않는 한 코팅 막의 박리 현상이 없이 반 영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

상기 실시예에서는 플라즈마 식각 챔버의 상부 챔버를 예로 들어 설명하였지만, 반도체 소자 제조를 위해 플라즈마가 사용되는 챔버에서는 상부 챔버에 국한되지 않고 다양한 부분에 적용될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 개선된 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법을 제공함으로써, 종래의 플라즈마 챔버에서 전극 형성을 위한 산화 후 그 표면 위에 비드 또는 샌딩 작업을 실시하고 그 상태에서 산화 알루미늄 코팅을 실시함으로써, 거칠기가 충분히 확보되지 못하는 어려움을 해결하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 플라즈마 챔버의 알루미늄 코팅 막의 밀착도를 개선함으로써, 플라즈마 챔버의 수명을 연장하는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법에 있어서:

   상기 플라즈마 챔버를 알루미늄 재질로 가공하여 원형을 제작하는 단계;

   상기 플라즈마 챔버의 내벽에 마스크를 형성하고 상기 플라즈마 챔버를 양극 산화하는 단계;

   상기 플라즈마 챔버의 내벽의 마스크를 제거하는 단계;

   상기 플라즈마 챔버의 내벽을 제외한 부분에 마스크를 형성한 후 상기 챔버 내벽을 산화알루미늄으로 플라즈마 코팅하는 단계; 및

   상기 플라즈마 챔버의 내벽을 제외한 부분의 마스크를 제거하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 챔버는 플라즈마 식각 챔버의 상부 챔버임을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 챔버를 산화하는 단계는 양극을 형성하기 위한 양극 산화 단 계임을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 챔버의 내벽은 웨이퍼를 가공하기 위한 공정 진행시 플라즈마가 접촉되는 부분임을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 챔버의 제조 방법.

Images