KR100857541B1 - 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치 - Google Patents

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Abstract

리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 장치는 반응기와, 배치형 기판 지지대들과, 리모트 라디칼 발생장치와, 리모트 라디칼 발생장치와 반응기를 연결하는 라디칼 공급로와, 라디칼 공급로의 외면에 설치되는 방열판과, 상부 배기관 및 하부 배기관이 구비되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 라디칼의 과도한 온도 저하 방지, 배기율의 향상, 반응기 내에서의 라디칼의 손실 방지 및 라디칼의 공급확대를 통하여 식각율이 향상되고, 반응기 내부 부품의 마모 및 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
리모트, 라디칼, 애싱장치, 배치형, 방열판, 식각율

Description

리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치{Batch type ashing apparatus using remote radical generator}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치를 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명은 배치형 애싱장치(Batch type ashing apparatus)에 관한 것으로서, 리모트 라디칼 발생장치를 이용하는 배치형 애싱장치에 관한 것이다.
반도체소자의 제조는 패턴을 형성하기 위해서 통상적으로 포토리소그래피 공정을 거친다. 포토리소그래피 공정에서는 감광막을 마스크층으로 사용하는데, 이러한 감광막은 기능을 다 한 후에는 제거되어야 한다.
감광막 제거의 한 방법으로서 애싱방법이 있는데, 이는 라디칼을 이용하여 감광막을 산화시키는 방법이다. 감광막은 탄소(C)와 수소(H)의 중합체로 되어 있으 므로 이를 CO2 및 H2O형태로 기화시키기 위하여 통상 산소라디칼이 사용된다.
종래의 애싱장치는, 반응기에 라디칼 전극을 부착하고 여기에 대략 13.56㎒의 주파수를 갖는 RF 파워를 인가한다. 즉, 반응기 내에서 직접 산소 라디칼을 형성하여 기판상의 감광막을 제거한다. 그러나, 이렇게 반응기 내에서 직접 라디칼을 발생시킬 경우, 비교적 강한 라디칼로 인해 기판 및 반응기 내부에 이온충돌로 인한 손상(damage)이 발생하게 된다. 또한, 이러한 방법은 라디칼 생성률이 낮아서 공정효율이 떨어지고, 결국 그로 인한 공정시간이 증가하게 되어 생산성이 저하되는 문제가 생긴다.
반도체소자 제조공정에는 동일한 공정이 수차례 반복되는데, 포토리소그래피 공정 또한 마찬가지이다. 따라서, 애싱공정도 여러번 반복해야 한다. 반도체소자 제조시간을 단축시키기 위해서는 애싱공정에 드는 시간을 단축할 필요가 있다.
애싱속도를 증가시키는 방법으로 라디칼 발생을 위하여 인가되는 고주파 전력을 높이는 방법이 있으나, 이 경우 전력증가에 따라 반응기 내의 라디칼 중에 고에너지의 하전입자가 증가하여 반응기 내부부품의 마모 및 피처리기판의 표면손상이 야기될 수 있다. 또한, 애싱속도를 증가시키는 방법으로서, 피처리기판의 온도를 높게 하는 방법이 있으나, 산소분위기중에서 기판온도를 높게 하면 기판 표면이 산화되어 소자의 전기적 특성이 변하는 문제가 생긴다.
한편, 대한민국등록특허공보 제427524호에는 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치가 개시되고 있지만, 보다 식각율을 향상시킬 수 있는 많은 개량이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 라디칼의 과도한 온도 저하 방지, 배기율의 향상, 반응기 내에서의 라디칼의 손실 방지 및 라디칼의 공급확대를 통하여 식각율을 향상시킬 수 있는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치는: 애싱공정이 진행되는 반응기와; 수평하게 놓여진 기판이 수직방향으로 서로 소정간격 이격되어 복수개 적층되도록 상기 반응기 내에 설치되는 배치형 기판 지지대들과; 리모트 라디칼 발생장치와; 상기 기판들에 라디칼이 공급되도록 상기 리모트 라디칼 발생장치와 상기 반응기를 연결하는 라디칼 공급로와; 상기 라디칼 공급로의 외면에 설치되는 방열판과; 상기 반응기 내의 가스가 배기되도록 상기 반응기와 각각 연결되는 상부 배기관 및 하부 배기관이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 배치형 기판 지지대 상측에 위치되며 상기 반응기의 내면과 밀착되도록 라디칼 손실 억제용 링이 상기 반응기 내에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부 배기관 또는 상기 하부 배기관은 적어도 두 개 인 것을 특 징으로 한다.
나아가, 상기 리모트 라디칼 발생장치는 적어도 두 개인 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 리모트 라디칼 발생장치에 공급되는 상기 라디칼의 소스가스는 O2 가스 또는 O2와 N2 의 혼합 가스인 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치에는 내부에서 애싱공정이 진행되는 반응기(100)와, 배치형 기판 지지대(200)들과, 리모트 라디칼 발생장치(300)와, 라디칼 공급로(400)와, 방열판(500)과, 배기관들(610, 620) 및 라디칼 손실 억제용 링(700)이 구비됨으로써, 라디칼의 과도한 온도 저하 방지, 배기율의 향상, 반응기 내에서의 라디칼의 손실 방지 및 라디칼의 공급확대를 통하여 식각율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
리모트 라디칼 발생장치(300)에는 높은 주파수의 고주파 전력을 인가할 필요는 없으며 200KHz 내지 2MHz의 RF전력을 인가하여 라디칼을 형성하여도 충분하다.
배치형 기판 지지대(200)들은 수평하게 놓여진 기판(10)이 수직방향으로 서 로 소정간격 이격되어 복수 개 적층되도록 반응기(100) 내에 설치되는 데, 라디칼이 손실없이 각각의 기판(10)에 공급되도록 배치형 기판 지지대(200)들의 층간 간격은 10 ~ 30mm인 것이 바람직하다. 특히, 배치형 기판 지지대(200)들의 층간 간격을 10.0mm에서 20mm까지로 적절하게 사용할 수 있다.
라디칼 공급로(400)는 기판(10)들에 라디칼이 공급되도록 리모트 라디칼 발생장치(300)와 반응기(100)를 연결한다. 이 때, 라디칼 공급로(400)의 외면을 20℃ 내외의 반도체 공정용 냉각수를 사용하여 수냉식으로 냉각시키면 하는 라디칼 공급로(400)를 통과하는 라디칼의 온도 저하로 인하여 애싱 공정을 통한 식각율이 저하되므로 본 발명의 실시예에서는 수냉식이 아닌 방열판(500)을 설치하여 식각율 향상시켰다. 방열판(500)을 라디칼 공급로(400)에 별도로 설치하거나 라디칼 공급로(400)와 방열판(500)을 일체형으로 할 수 있음은 자명하다.
본 발명의 실시예에서는 배기율의 향상을 통한 식각율을 향상시키기 위하여 반응기(100)의 상부 및 하부에 각각 배기관(610, 620))을 설치하였다. 이 때, 반응기(100)의 상부 및 하부에는 배기관이 두 개 이상씩 설치될 수 있으며 배기구는 40mm 이상이 바람직하다.
라디칼 손실 억제용 링(700)은 배치형 기판 지지대(200) 상측에 위치되며 반응기(100)의 내면과 밀착되도록 반응기(100) 내에 설치된다. 일반적으로 배치형으로 기판(10)을 안착시킨 경우 하측에 위치된 기판보다 상측에 위치된 기판의 식각율이 낮게 나타난다. 이것은 반응기(100) 측벽을 타고서 라디칼이 흐름으로써 라디칼이 손실되기 때문이다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 라디칼 손실 억제용 링(700)을 반응기(100) 내에 설치함으로써 상측에 위치된 기판의 식각율을 향상시켰다.
이 때, 링(700)은 라디칼 손실을 억제하는 것이 목적이므로 통상의 실링(sealing)용 링과 같은 형상으로 하면 족하며, 단지 반응기(100)의 상부측 내면과 밀착될 수 있으면 된다. 그리고 링(700)의 재질로는 일반적으로 반도체 공정 또는 반도체 공정용 장비에 주로 사용되는 재료인 알루미늄, 파인 세라믹, 베스펠, 실리콘, 아크릴, 테프론 등을 사용할 수 있으며, 링의 두께는 3mm ~ 20mm가 적당하다. 또한 재료 중 알루미늄의 표면처리는 애싱 공정의 종류에 맞게 산화 피막 처리를 한 알루미늄을 사용할 수도 있고, 산화 피막 처리를 하지 않은 재질을 사용 할 수 있다. 링(700)의 내경은 배치형 기판 지지대(200)의 외경과 일치되도록 형성한다.
한편, 도 1에는 리모트 라디칼 발생장치(300)가 하나만 설치되어 있지만 이를 두 개 이상 설치함으로써 라디칼의 공급확대를 통하여 식각율을 향상시킬 수 있다. 또한, 아래의 표 1과 같이 본 발명에서는 라디칼의 소스가스로써 O2만을 사용하던 종래와는 달리 O2와 N2의 혼합가스를 사용함으로써 식각율을 더욱 향상시켰다.
아래의 표 1은 반응기 내에서 플라즈마를 직접 발생시킨 경우(A)와 대한민국등록특허공보 제427524호에 의한 경우(B)와 본 발명의 실시예에 의한 경우(C, D)의 감광막 식각율을 비교한 것이다. 감광막은 SiO2 층 상에 15000Å 두께로 증착된 것을 사용하였다.
비교대상 압력 소스가스 RF 전원 식각율 (Å/min)
GAS(O2) GAS(N2)
A(내부 RF 공급장치) 1.0 Torr 2000sccm 0 13.56MHZ(2KW) 400
B(대한민국등록특허 제427524호) 1.0 Torr 2000sccm 0 400KHZ(4KW) 600
C(본 발명 1) 1.0 Torr 2000sccm 0 400KHZ(4KW) 1000
D(본 발명 2) 1.0 Torr 2000sccm 200sccm 400KHZ(4KW) 2000
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 의한 경우에 우수한 식각율을 나타내고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 라디칼의 과도한 온도 저하 방지, 배기 율의 향상, 반응기 내에서의 라디칼의 손실 방지 및 라디칼의 공급확대를 통하여 내부에 RF 공급장치가 설치된 경우뿐만 아니라 대한민국등록특허 제427524호 보다 식각율을 향상되어 전체적인 생산성이 향상되었다.
뿐만 아니라, 리모트 라디칼 발생장치를 이용함으로써 반응기 내부 부품의 마모 및 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (7)

  1. 애싱공정이 진행되는 반응기와;
    수평하게 놓여진 기판이 수직방향으로 서로 소정간격 이격되어 복수개 적층되도록 상기 반응기 내에 설치되는 배치형 기판 지지대들과;
    리모트 라디칼 발생장치와;
    상기 기판들에 라디칼이 공급되도록 상기 리모트 라디칼 발생장치와 상기 반응기를 연결하는 라디칼 공급로와;
    상기 라디칼 공급로의 외면에 설치되는 방열판과;
    상기 반응기 내의 가스가 배기되도록 상기 반응기와 각각 연결되는 상부 배기관 및 하부 배기관이 구비되는 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배치형 기판 지지대 상측에 위치되며 상기 반응기의 내면과 밀착되도록 라디칼 손실 억제용 링이 상기 반응기 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상부 배기관 또는 상기 하부 배기관은 적어도 두 개 인 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 배치형 기판 지지대들의 층간 간격은 10~30mm인 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 라디칼 공급로와 상기 방열판은 일체형인 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 리모트 라디칼 발생장치는 적어도 두 개인 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 리모트 라디칼 발생장치에 공급되는 상기 라디칼의 소스가스는 O2 가스 또는 O2와 N2 의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 리모트 라디칼 발생장치를 이용한 배치형 애싱장치.
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