KR100807252B1 - 플라즈마 식각장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명에 의한 플라즈마 식각장치는, 플라즈마 가스에 의해 기판(s)의 식각이 이루어지는 챔버(21)와 기판(s)의 출입을 위해 챔버(21)와 연결되는 출입구(22)를 갖는 챔버하우징(20)과, 챔버(21) 내부의 기판(s)을 식각할 수 있는 플라즈마 가스를 발생시키는 플라즈마 발생장치(30)와, 챔버(21) 내부의 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 출입구(22) 부근에 에어커튼이 형성되도록 공기를 분사하는 에어커튼장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 에어커튼장치(60)가 출입구(22) 부근에 에어커튼을 형성함으로써 기판(s)의 출입시 챔버(21) 내부의 가스가 에어커튼에 막혀 외부로 유출되지 못한다.

플라즈마, 식각, 챔버, 기판, 에어커튼, 공정가스, 유출

Description

플라즈마 식각장치{Plasma etching apparatus}

도 1은 종래 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치의 요부 구성을 발췌하여 나타낸 측단면도이다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치의 작용을 설명하기 위한 평면도들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

20...챔버하우징 21...챔버

22...출입구 30...플라즈마 발생장치

41...챔버도어 42...챔버도어밸브

50...배기장치 60...에어커튼장치

61,62...상부/하부노즐 61a,62a...분사공

본 발명은 플라즈마 식각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조에 사용되어 미세 패턴을 형성하는 플라즈마 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자 제조장치는 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 박막 형성장치, 미세 패턴을 형성하기 위하여 박막 상에 마스크 패턴을 형성할 수 있는 사진장치, 박막을 식각하여 미세 패턴을 형성할 수 있는 식각장치, 반도체 기판에 불순물 이온을 주입할 수 있는 이온 주입장치 등이 있다.

최근에는 반도체 소자가 고집적화 되면서 미세 패턴의 선폭이 점점 작아지고 있고, 이로 인해 미세 패턴을 형성하는데 이용되는 식각장치의 역할이 더욱 중요해지고 있다. 통상, 식각장치는 플라즈마 식각장치와 습식식각장치로 구분될 수 있는데, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 이방성을 나타내는 플라즈마 식각장치가 주류를 이루고 있다.

도 1은 종래 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래 플라즈마 식각장치는 내부에 챔버가 구비되는 챔버하우징(11)과, 챔버하우징(11)의 일측에 설치되고 플라즈마 가스를 발생시켜 챔버 내부로 유입된 기판(s)을 식각하는 플라즈마 발생장치(12)와, 식각 공정 후 챔버 내부로 공급된 공정가스와 파티클을 배출시키는 배기장치(13)와, 기판(s)이 임시로 머무르는 로드락(14)을 포함한다.

로드락(14)은 기판(s)이 챔버로 들어가지 전, 그리고 식각이 완료된 기판(s)이 외부로 배출되기 전 기판(s)을 임시 수용하고, 챔버와 대기의 중간 압력을 유지 하여 챔버 내의 공정가스가 외부로 유출되는 것을 막아준다. 로드락(14)의 일측에는 기판(s)이 출입할 수 있는 로드락 도어(15)가 설치되고, 로드락(14)과 챔버하우징(11)의 사이에도 기판(s)이 출입할 수 있는 챔버도어(16)가 설치된다.

이러한 종래 플라즈마 식각장치의 식각 공정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 챔버도어(16)가 닫힌 상태에서 로드락도어(15)가 개방되어 기판(s)이 로드락(14) 내부로 유입된다. 이후, 로드락도어(15)가 닫혀 기판(s)이 유입된 로드락(14)의 내부 공간이 외부와 차단되고, 챔버도어(16)가 개방되어 기판(s)이 챔버 내부로 이동된다.

그리고, 기판(s)이 챔버 내부로 이동되고 나면 챔버도어(16)가 닫히고 챔버 내부에 구비되는 기판이송장치(미도시)가 작동하여 기판(s)을 챔버 내부에서 왕복 이송시킨다. 기판(s)이 챔버 내부에서 이송되는 동안 플라즈마 발생장치(30)에 고전압이 인가됨과 동시에 공정가스가 공급되면서 플라즈마 가스가 발생되어 기판(s)이 식각된다. 기판(s)의 식각이 완료되면 배기장치(13)가 챔버 내부의 공정가스를 배기시킨 후, 챔버도어(16)와 로드락도어(15)가 차례로 개폐되면서 기판(s)이 외부로 배출된다.

그런데, 이러한 종래 플라즈마 식각장치는 기판(s)이 공정가스의 외부 유출을 방지하기 위한 로드락(14)을 통해 챔버로 유출입되기 때문에 기판(s)의 출입 시간이 길어져 전체적인 식각 공정시간이 증가한다. 또한, 로드락(14)이 챔버하우징(11)에 결합되기 때문에 장치의 크기가 커지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로드락없이 챔버 내부의 공정가스 유출을 방지하여 식각 공정시간을 단축하고, 장치의 크기를 줄일 수 있는 플라즈마 식각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마 식각장치는, 플라즈마 가스에 의한 기판의 식각이 이루어지는 챔버와 상기 기판의 출입을 위해 상기 챔버와 연결되는 출입구를 갖는 챔버하우징과, 상기 챔버 내부의 기판을 식각할 수 있는 플라즈마 가스를 발생시키는 플라즈마 발생장치와, 상기 챔버 내부의 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 출입구 부근에 에어커튼이 형성되도록 공기를 분사하는 에어커튼장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 에어커튼장치는 상기 출입구를 사이에 두고 서로 마주보도록 구비되는 한 쌍의 노즐을 포함하고, 상기 각 노즐에는 공기분사를 위한 복수의 분사공이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 각 노즐은 상기 출입구의 외부에 설치되고, 상기 각 노즐의 분사공은 상기 출입구를 향해 비스듬하게 공기를 분사하도록 상기 출입구를 향해 비스듬하게 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 플라즈마 식각장치는 상기 출입구를 개폐시키는 챔버도어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 에어커튼장치는 상기 출입구와 상기 개폐도어의 사이에 설치될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치의 요부 구성을 발췌하여 나타낸 측단면도이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치의 작용을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치는 출입구(22)를 갖는 챔버하우징(20)과, 플라즈마 가스를 발생시키는 플라즈마 발생장치(30)와, 출입구(22)를 개폐시키는 챔버도어(41)와, 챔버하우징(20) 내부의 공정가스를 배기시키기 위한 배기장치(50)와, 공정가스가 출입구(22)를 통해 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 에어커튼장치(60)를 포함한다.

챔버하우징(20)은 사각 박스 형태로 이루어지고, 그 내부에는 기판(s)이 이송 가능하게 수용되고 플라즈마 발생장치(30)에 의해 발생되는 플라즈마 가스에 의해 기판(s)의 식각이 이루어지는 챔버(21)가 구비된다. 출입구(22)는 챔버하우징(20)의 외부 일측에 챔버(21)와 연결되도록 구비되고, 이 출입구(22)를 통해 식각용 기판(s)이 챔버(21) 내부로 유입되거나 식각이 완료된 기판(s)이 챔버(21)로부터 외부로 배출된다. 도시되지는 않았으나, 챔버하우징(20)의 내부에는 기판(s)을 왕복 이송시키기 위한 기판이송장치가 설치된다.

플라즈마 발생장치(30)는 고전압을 인가받아 전자장을 형성하는 한 쌍의 전극(미도시)을 구비하고, 외부로부터 공급되는 공정가스로부터 플라즈마 가스를 발 생시킨다. 플라즈마 발생장치(30)는 챔버(21) 내부로 플라즈마 가스가 공급되도록 챔버하우징(20)의 상부 일측에 설치된다.

챔버도어(41)는 출입구(22)의 개폐를 위해 출입구(22)의 외부에 설치된다. 챔버도어(41)는 챔버도어밸브(42)의 작동에 의해 상하로 이동하면서 출입구(22)를 개폐시킨다. 챔버도어(41)는 기판(s)의 출입시에만 출입구(22)를 개방시키고 식각공정시나 그 이외에는 출입구(22)를 밀폐시켜 챔버(21) 내부의 공정가스가 외부로 유출되지 못하도록 한다.

배기장치(50)는 챔버(21)의 내부와 연결되도록 챔버하우징(20)의 외부에 설치되는 배기관(51)을 구비하며, 식각 공정 후 배기관(51)을 통해 챔버(21) 내부의 공정가스와 파티클을 챔버(21) 외부로 배출시킨다. 배기관(51)에는 흡입력을 발생시키는 펌프장치(미도시)가 연결된다.

에어커튼장치(60)는 출입구(22)의 외부에 에어커튼이 형성되도록 하여 챔버(21) 내부의 공정가스가 챔버(21) 외부로 유출되지 못하도록 한다. 에어커튼장치(60)는 출입구(22)의 외부에 출입구(22)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 노즐(61)(62)을 포함한다. 각 노즐(61)(62)은 고압의 공기를 공급하는 공기공급장치(미도시)와 연결되고 공기공급장치에서 공급되는 고압의 공기를 분사한다. 도 3에 도시된 것과 같이, 상부노즐(61)은 출입구(22)의 상부에 설치되어 상부에서 하부방향으로 공기를 분사하고, 하부노즐(62)은 출입구(22)의 하부에 설치되어 하부에서 상부방향으로 공기를 분사한다.

각 노즐(61)(62)에는 공기를 분사시키기 위한 분사공(61a)(62a)이 출입 구(22)의 길이 방향으로 복수가 구비된다. 상부노즐(61)의 분사공(61a)은 상부방향에서 하부방향으로 공기를 비스듬하게 분사하도록 출입구(22)를 향해 비스듬하게 배치되고, 하부노즐(62)의 분사공(62a)은 하부방향에서 상부방향으로 공기를 비스듬하게 분사하도록 출입구(22)를 향해 비스듬하게 배치된다. 상부노즐(61) 및 하부노즐(62)에서 분사되는 공기는 출입구(22)의 전방에 에어커튼을 형성하고, 이 에어커튼은 챔버(21) 내부의 공정가스가 외부로 유출되지 못하도록 막는다.

이하, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 플라즈마 식각장치의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 도 4a에 도시된 것과 같이, 챔버도어(41)가 하강하여 챔버하우징(20)의 출입구(22)가 개방되면 식각용 기판(s)이 출입구(22)를 통해 챔버(21) 내부로 유입된다. 식각용 기판(s)이 챔버(21) 내부로 유입되면 챔버도어(41)가 챔버도어밸브(42)에 의해 상승하여 출입구(22)를 폐쇄시킨다. 출입구(22)가 폐쇄된 후, 도 4b에 도시된 것과 같이 기판(s)은 기판이송장치(미도시)에 의해 챔버(21)의 내부에서 왕복 이송되고, 플라즈마 발생장치(30)에 고전압이 인가됨과 동시에 공정가스가 공급되어 챔버(21)의 내부에는 플라즈마 가스가 발생되면서 기판(s)이 식각된다.

기판(s)의 식각이 완료되면 기판(s)은 출입구(22)의 후방에 위치하게 되고, 배기장치(50)가 작동되어 챔버(21) 내부의 공정가스와 파티클을 외부로 배출시킨다. 공정가스의 배기가 이루어지는 동안, 상부노즐(61) 및 하부노즐(62)에서 고압의 공기가 분사되어(도 3참조) 출입구(22)의 전방에는 에어커튼이 형성된다. 이렇게 출입구(22)의 전방에 에어커튼이 형성된 후 도 4d에 도시된 것과 같이, 챔버도 어(41)가 하강하여 출입구(22)가 개방되고 기판(s)이 출입구(22)를 통해 챔버(21)의 외부로 배출된다.

기판(s)이 출입구(22)를 통해 챔버(21) 외부로 배출되는 동안 출입구(22)의 전방에 형성되는 에어커튼 때문에 챔버(21) 내부의 공정가스 및 파티클은 외부로 유출되지 못하고, 배기장치(50)에 의해서 배출된다.

이러한 본 발명에 있어서, 공기를 분사하여 에어커튼을 형성하는 노즐은 출입구(22)의 상부 또는 하부 중 어느 한 쪽에만 설치될 수도 있고, 노즐 분사용으로 사용되는 가스는 공기 이외의 식각 공정에 영향을 주지 않는 다른 가스가 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 기판이 출입되는 출입구 부근에 설치되는 에어커튼장치가 출입구 부근에 에어커튼을 형성함으로써 기판의 출입시 챔버 내부의 공정가스가 에어커튼에 막혀 외부로 유출되지 못한다. 따라서, 종래와 같이 공정가스의 외부 유출을 막기 위해 챔버하우징에 결합되는 로드락 없이도 공정가스의 유출을 막을 수 있고, 로드락을 배제시킴으로써 장치의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 기판의 출입시 로드락도어가 개폐되는 종래에 비해 기판의 출입 시간을 단축시킬 수 있어서 전체 공정 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 도면화되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 기재된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 플라즈마 가스에 의한 기판의 식각이 이루어지는 챔버와 상기 기판의 출입을 위해 상기 챔버와 연결되는 출입구를 갖는 챔버하우징과,

   상기 챔버 내부의 기판을 식각할 수 있는 플라즈마 가스를 발생시키는 플라즈마 발생장치와,

   상기 챔버 내부의 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 출입구 부근에 에어커튼이 형성되도록 공기를 분사하는 에어커튼장치를 포함하고,

   상기 에어커튼장치는 상기 출입구를 사이에 두고 서로 마주보도록 구비되는 한 쌍의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 각 노즐에는 공기분사를 위한 복수의 분사공이 상기 출입구를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 각 노즐은 상기 출입구의 외부에 설치되고, 상기 각 노즐의 분사공은 상기 출입구를 향해 비스듬하게 공기를 분사하도록 상기 출입구를 향해 비스듬하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 출입구를 개폐시키는 챔버도어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 에어커튼장치는 상기 출입구와 상기 개폐도어의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.

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