KR101007534B1 - 반도체 제조장치 및 이를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법 - Google Patents

반도체 제조장치 및 이를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치와 이를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 기판에 대하여 일정한 공정이 행해지도록 내부에 공간부가 형성되는 챔버, 제1위치와 제1위치보다 같거나 낮은 제2위치 사이에서 챔버의 공간부에 승강가능하게 배치되어 기판을 지지하며, 기판을 제1온도범위로 가열하는 서셉터, 서셉터의 상부에 설치되어 기판을 향하여 공정용 가스를 분사하는 가스공급장치 및 서셉터가 제2위치에 있을 때 기판을 제1온도범위보다 높은 제2온도범위로 가열하도록 서셉터의 상부에 설치되는 히터를 구비하는데 특징이 있다.
본 발명에 따른 실리콘 산화막 건식 식각방법은 하나의 챔버 내에서 기판에 대한 식각공정과 후열처리 공정을 동시에 진행하는 데 특징이 있다.

Description

반도체 제조장치 및 이를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법{Apparatus for fabricating semiconductor device and method for dry etching of silicon oxide using the same}
본 발명은 챔버 내에서 가스를 이용한 제조 공정이 이루어지는 반도체 제조장치 및 이를 이용한 반도제 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온공정과 고온공정을 동일한 공간에서 진행할 수 있는 반도체 제조장치 및 이를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 기판 상에 서로 성질을 달리하는 도전막, 반도체막 및 절연막 등의 박막을 그 적층의 순서 및 패턴의 형상을 조합하여 일정한 기능을 수행하는 전자회로를 실현하는 과정이라고 말할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자 제조 공정에서는 여러 가지 박막의 증착과 식각 단위 공정이 반복적으로 행해지며, 이러한 단위 공정을 실시하기 위해 기판은 해당 공정의 진행에 최적의 조건을 제공하는 챔버에 반입되어 처리된다.
도 1에는 기판에 대한 식각공정을 행하기 위한 종래의 식각장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 식각장치(9)는 내부에 반응공간이 형성되는 챔 버(1)를 구비한다. 챔버(1)의 일측에는 기판(s)이 반입 및 반출되기 위한 게이트벨브(2)가 설치된다. 챔버(1)의 내부에는 기판(s)을 지지 및 가열하기 위한 기판지지블럭(3)이 설치된다. 이 기판지지블럭(3)의 내부에는 기판(s)을 소정의 온도로 유지하기 위하여 기판을 가열하기 위한 유체가 순환되는 유로부(4)가 형성된다.
예컨대, HF가스를 이용한 식각공정에서는 기판(s)이 대략 30℃ ~ 60℃의 온도범위를 유지하여야 하므로, 상기한 정도의 온도로 가열된 유체를 기판지지블럭(3)의 유로부(4)를 통해 순환시키게 된다. 챔버(1)의 상부에는 샤워헤드(5)가 부착되어 식각가스를 기판(s)으로 분사하면, 기판(s)의 상부에는 식각부산물이 형성된다. 위 식각부산물은 30℃ ~ 60℃의 온도 범위에서는 파우더의 형태로 있으며, 대략 90℃ 이상의 온도에서는 분해된다. 이에, 식각부산물을 형성한 후에는 이 식각부산물을 분해하여 휘발시키기 위하여 기판(s)을 고온으로 가열할 필요가 있다.
즉, 위와 같은 식각공정을 포함하여 특정한 공정들에서는 저온환경과 고온환경이 순차적으로 요구된다. 이에, 종래의 식각공정에서는 챔버를 2개 마련하여 하나의 챔버에서는 저온공정을 진행한 후, 기판을 다른 챔버로 이송하여 고온공정을 진행하였는 바, 생산효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에, 챔버 내부의 온도를 임의로 저온과 고온으로 변경시켜 하나의 챔버에서 위 공정들을 진행하는 것이 기술적으로 불가능한 것은 아니지만, 저온공정에서 발생한 식각부산물이 챔버나 기판지지불럭 등에 부착됨으로써 기판의 오염원으로 작용하는 바, 저온공정과 고온공정을 하나의 챔버에서 진행하면서 저온공정 동안 부산물의 발생을 효과적으로 억제 할 수 있는 반도체 제조장치 및 식각방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저온공정과 고온공정을 하나의 챔버에서 진행할 수 있으며, 부산물의 발생을 효과적으로 억제할 수 있도록 구조가 개선된 반도체 제조장치와, 이 반도체 제조장치를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 기판에 대하여 일정한 공정이 행해지도록 내부에 공간부가 형성되는 챔버, 제1위치와 상기 제1위치와 같거나 낮은 제2위치 사이에서 상기 챔버의 공간부에 승강가능하게 배치되어 상기 기판을 지지하며, 상기 기판을 제1온도범위로 가열하는 서셉터, 상기 서셉터의 상부에 설치되어 상기 기판을 향하여 공정용 가스를 분사하는 가스공급장치 및 상기 서셉터가 제2위치에 있을 때 상기 기판을 상기 제1온도범위보다 높은 제2온도범위로 가열하도록 상기 서셉터의 상부에 설치되는 히터를 구비하는데 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 히터는 상기 기판의 상방에 상기 기판의 둘레방향을 따라 서로 이격되게 배치되며, 상기 기판을 향하여 복사에너지를 방출하는 복수의 램프인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판은 상기 서셉터로부터 상부로 이격된 상태로 지지되어, 상기 기판의 하면과 상기 서셉터의 상면 사이에는 가스가 유동될 수 있는 가스유로가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 서셉터는 수평하게 배치되어 상기 기판을 지지하는 지지플레이트와, 상기 지지플레이트의 하부에 결합되어 상기 지지플레이트를 승강시키는 승강축을 구비하며, 상기 지지플레이트의 하면과 상기 승강축을 가열하기 위한 주변부 가열수단을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상기 주변부 가열수단은 상기 지지플레이트와 승강축의 내측에 형성되어 가열된 유체가 유동되는 가열유로부인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 산화막 건식 식각방법은 챔버내에 설치되어 기판을 지지하는 서셉터를 가열하여 상기 서셉터를 제1온도범위로 유지하는 예열단계, 실리콘 산화막이 형성되어 있는 기판을 상기 챔버내로 반입하여 상기 서셉터의 상면에 안착시키는 반입단계, 상기 서셉터를 제1위치에 배치시키고 상기 기판을 향해 식각가스를 분사하여 상기 실리콘 산화막을 식각하며 상기 기판 상에 식각 부산물을 생성하는 제1공정단계, 상기 서셉터를 상기 제1위치와 동일한 위치 또는 제1위치보다 낮은 제2위치에 배치시키고, 상기 챔버의 상부에 배치된 발열원은 상기 기판을 상기 제1온도보다 높은 제2온도범위로 가열하여 상기 기판 상의 식각 부산물을 제거하는 제2공정단계 및 상기 기판을 상기 챔버로부터 반출하는 반출단계를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 식각가스는 HF 가스와 NH3 가스 및 이소프로필알콜(IPA)의 혼합 가스이며, 상기 제1온도범위는 20℃ ~ 85℃이고 상기 제2온도범위 는 100℃ 내지 200℃로 형성되고, 상기 제1공정단계 및 제2공정단계 중 적어도 하나의 공정단계에서 불활성가스를 상기 기판과 서셉터 사이로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치와 이를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각방법에서는 저온공정과 고온공정을 하나의 챔버 내에서 진행할 수 있어 공정효율이 증대된다는 장점이 있다.
특히, 저온공정과 고온공정을 함께 진행하면서 식각부산물이 문제될 수 있는 식각공정에서도 식각부산물이 파우더 형태로 챔버에 응축되는 것을 효과적으로 방지하여 기판의 제조품질을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장치를 상세히 설명한 후, 위 장치를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장치의 개략적 구성도이며, 도 3a는 도 2의 Ⅲa-Ⅲa선 개략적 단면도이며, 도 3b는 도 2의 Ⅲb-Ⅲb선 개략적 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 반도체 제조장치의 사용예에서 제1공정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)는 챔버(10), 서셉터(20), 가스공급장치(30) 및 히터(60)를 구비한다.
챔버(10)는 기판(s)에 대한 반도체 제조공정이 행해지는 곳으로서, 내부에 공간부(11)가 마련된다. 이 공간부(11)는 챔버(10) 외부의 펌프(미도시)와 연결되어 공정 중에 진공분위기로 형성된다. 챔버(10)의 일측벽에는 기판(s)이 반입 및 반출될 수 있는 게이트밸브(12)가 설치된다. 챔버(10)의 내벽에는 텅스텐이 코팅된다. 후술하겠지만 본 챔버(10)에서는 HF가스 등의 식각가스를 이용한 공정이 이루어지기 때문에, 식각가스로 인하여 챔버(10)의 내벽이 부식되는 등의 문제가 발생할 수 있는 바, 내식성이 우수한 텅스텐을 챔버(10)의 내벽에 코팅함으로써 내구성을 증진시킨다. 텅스텐은 특히 염소계 및 불소계 가스에 대한 내식성이 우수한데, 양극코팅(anodizing coating)과 비교시 내식성에서 대략 140배 이상 우수한 것으로 알려져 있다. 또한, 텅스텐 코팅층의 윤활특성에 기인하여 파우더가 챔버(10) 내벽에 부착되어 챔버(10)가 오염되는 것도 효과적으로 방지할 수 있다.
서셉터(20)는 기판(s)을 지지하기 위한 것으로서 지지플레이트(21)와 승강축(22)을 구비한다. 지지플레이트(21)는 평평한 판 형상으로 챔버(10)의 공간부에 수평하게 배치되며, 제1플레이트(211)와, 제1플레이트(211)의 하부에 결합되는 제2플레이트(222)를 구비한다. 제1플레이트(211)의 상면에는 복수의 돌기부(23)가 형성된다. 이 돌기부(23)는 제1플레이트(211)의 상면에 대하여 돌출되게 형성되며, 돌기부(23) 위에 기판(s)이 안착된다. 돌기부(23)에 안착되는 기판(s)은 제1플레이트(211)의 상면으로부터 상방으로 이격된 상태이므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(s)의 하면과 서셉터(20)의 상면 사이에는 약간의 틈이 발생하며 이 틈은 후술할 불활성가스가 진행하는 가스유로(p)를 형성하게 된다.
승강축(22)은 중공 형상으로 제2플레이트(222)로부터 수직하게 연장형성되어 제1플레이트(211)의 하부에 배치되며, 챔버(10)의 하부를 통해 외부로 연장된다. 챔버(10)의 공간부(11)는 공정 중에 진공을 유지하여야 하므로, 챔버(10)의 외부로 연장되어 있는 승강축(22)에는 신장 및 수축가능한 벨로우즈(80)가 결합되어 승강축(22)과 챔버(10) 사이의 틈새를 통해 공간부(11)의 진공이 해제되는 것을 방지한다. 또한, 승강축(22)은 모터(미도시) 등의 구동수단과 연결되어 지지플레이트(21)를 공간부(11) 내에서 상승 및 하강시킨다. 즉, 지지플레이트(21)가 게이트밸브(12)의 하부에 위치되는 기본위치와, 이 기본위치로부터 상승하여 후술할 저온공정이 진행될 제1위치 및 제1위치와 같거나 제1위치보다 하강하여 후술할 고온공정이 진행될 제2위치 사이에서 승강가능하다. 여기서, 지지플레이트(21)의 상면과 후술할 가스공급장치(30)의 하면이 180mm ~ 250mm 범위에서 이격된 위치가 제1위치이며, 180mm ~ 280mm 범위에서 이격된 위치가 제2위치이다.
한편, 서셉터(20)에는 3개의 유로, 즉 기판(s)의 하면에 있는 파우더를 퍼지하기 위한 불활성가스를 유동시키기 위한 유로와, 공정 중에 기판(s)을 제1온도범위로 가열하기 위한 제1가열유로(24) 및 주변부 가열수단으로서 서셉터(20)의 측면과 하면을 가열하기 위한 제2가열유로(42)가 형성된다.
우선, 불활성가스를 유동시키기 위한 유로에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 기판(s)과 지지플레이트(21) 사이는 이격되어 가스유로(p)가 형성되며, N2 가스와 같은 불활성가스를 가스유로(p)로 공급하기 위한 가스공급로(27)가 승강축(22)을 따라 길게 형성된다. 가스공급로(27)는 가스라인(28,29)을 통해 챔 버(10) 외부의 불활성가스 가스공급원(미도시)과 연결된다. 본 실시예에서 가스라인(28,29)은 2개 마련되어, 제1가스라인(28)을 통해서 상대적으로 저온인 제1온도범위로 가열된 불활성가스 또는 상온의 불활성가스가 공급되고 제2가스라인(29)을 통해서는 상대적으로 고온인 제2온도범위로 가열된 불활성가스가 공급된다. 밸브(v)의 개폐를 통해 제1가스라인(28)과 제2가스라인(29)을 선택적으로 운용할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 가스라인이 복수 개 배치되지 않고 하나만 배치하고 넓은 온도범위에서 가스를 가열할 수 있는 가열장치(미도시)를 가스라인에 설치하여 가스공급로(27)를 통해 공급되는 불활성가스의 온도를 제어할 수도 있다.
그리고 서셉터(20)의 제1플레이트(211)와 제2플레이트(222) 사이에는 가스공급로(27)와 연결되는 가스충전공간(223)이 형성된다. 이 가스충전공간(223)은 기판(s)이 놓여지는 제1플레이트(211)의 평면 방향과 평행한 방향으로 형성되며, 고리형으로 이루어진다. 또한 기판(s)이 안착되는 제1지지플레이트(2211)에는 가스충전공간(223)과 연결되는 다수의 퍼지공(224)이 형성된다.
불활성가스는 가스공급로(27)를 통해 유입되어 가스충전공간(223)에서 고르게 확산된 후 다수의 퍼지공(224)을 통해 기판(s)의 하면을 향해 분사됨으로써 기판(s)과 지지플레이트(21) 사이에 놓여진 식각부산물 등의 파우더의 발생을 억제할 수 있다.
상기한 바와 같이, 가스유로(p)를 통해 불활성가스가 공급함으로써 기판(s) 하면의 파우더의 발생을 위해서는 가스의 공급압력이 높은 것이 바람직한데, 불활성가스의 공급압력이 챔버(10) 내부의 공정압력보다 큰 경우 돌기부(23)에 지지되 어 있는 기판(s)이 3mm ~5mm 정도 부상하여 슬라이딩 되는 등 지정된 위치로부터 이탈할 수 있는 위험이 있다. 이를 방지하고자, 본 실시예에서는 서셉터(20)의 상면에 다수의 가이드핀(g)이 설치된다. 이 가이드핀(g)은 돌기부(23)보다 높게 형성되어 서셉터(20)의 둘레 방향을 따라 일정 각도 간격 상호 이격되어 배치됨으로써 기판(s)이 돌기부(23)로부터 약간 부상된다고 하여도 서셉터(20)로부터 이탈되거나 슬라이딩 되는 등의 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 적용되지 않았지만, 지지플레이트(21)에 DC전원을 인가하는 전원공급부(미도시)를 구비한다. 전원공급부(미도시)를 통해 전원이 공급되면, 기판(s)과 복수의 돌기부(23) 사이에 정전기력이 발생하여 기판(s)이 돌기부(23)에 안정적으로 안착될 수 있다. 다만, 공정이 완료된 후 DC전원의 인가를 해제한 경우에도 기판(s)과 돌기부(23) 사이의 잔류전하로 인하여, 처리완료된 기판(s)이 서셉터(20)로부터 잘 분리되지 않을 수 있다. 이에, 지지플레이트(21)를 접지시켜 전원공급이 해제되면 잔류전하를 제거할 수 있도록 하였다.
한편, 상기한 바와 같이, 서셉터(20)에는 공정이 진행되는 동안 기판(s)을 가열하기 위한 제1가열유로(24)가 형성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1플레이트(211)의 중앙부에는 각각 유입라인(25)과 유출라인(26)이 형성되며, 이 유입라인(25)과 유출라인(26)은 제1가열유로(24)와 연결된다. 제1가열유로(24)는 제1플레이트(211)의 내측 상부에 형성되는데, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1플레이트(211)의 전 영역을 통과할 수 있도록 나선형과 유사한 형태로 배치된다. 유입라인(25)을 통해 공급된 유체는 제1가열유로(24)를 따라 제1플레이트(211)의 전체 영 역을 순환한 후 유출라인(26)으로 배출되며, 이 과정에서 유체는 제1플레이트(211)의 상면 및 돌기부(23)에 안착된 기판(s)을 기설정된 제1온도범위(ex:20~85℃)로 가열한다. 유입라인(25)과 유출라인(26)은 상호 연결되어 있으며, 이들 사이에는 펌프와 같은 가압수단 및 히터(미도시) 등의 가열수단이 마련되어 열전달로 인하여 냉각된 유체를 다시 가열하여 순환시키게 된다.
가스공급장치(30)는 식각가스 등과 같은 공정용 가스를 기판(s)에 분사하기 위한 것으로서 서셉터(20)의 상부에 배치되며, 본 실시예에서는 챔버(10)의 탑리드(13)에 결합된다. 본 실시예에서, 가스공급장치(30)는 이른바 샤워헤드 형태로 이루어져, 상부에는 가스가 주입되는 주입라인(31)이 연결되며, 내부에는 주입된 가스가 확산되는 가스확산공간(32)이 마련되고, 하면에는 가스확산공간(32)에서 확산된 가스를 기판(s)으로 분사하기 위한 다수의 분사공(31)이 형성된다.
한편, 히터(60)는 기판(s)이 제2위치에 있을 때 기판(s)을 제1온도범위보다 높은 제2온도범위(ex:85℃ 이상)로 가열하기 위한 것으로서 서셉터(20)의 상측에 설치된다. 본 실시에에서 히터(60)는 복사에너지를 방출하는 램프가 채용되며, 탑리드(13)에 설치된다. 히터(60)는 서셉터(20)를 제2위치로 하강시킨 상태에서 기판(s)을 제2온도범위로 가열하게 된다.
또한 본 실시예에서 램프(60)는 가스공급장치(30)의 둘레 방향을 따라 12개 설치된다. 본 실시예에 채용된 램프(60)에서 방출하는 복사에너지를 고려할 때, 기판(s)을 제2온도범위로 가열하기 위해서는 6개의 램프만 있으면 충분하다. 그러나, 6개의 램프만을 부착하는 경우 잦은 램프의 교체로 인하여 챔버(10)의 진공 상 태를 해제해야 하는 등 유지보수의 측면에서 불리하므로, 12개의 램프를 부착시키고 6개 단위로 램프를 교번하여 사용함으로써, 램프의 교체주기를 장기화시킬 수 있다.
이상에서 히터로서 램프를 사용하는 것으로 설명하였지만, 다른 실시예에서는 가스공급장치(30)에 히터를 매설하여 가스공급장치(30)를 열전달원으로 사용할 수도 있다. 즉, 가스공급장치(30)에는 봉 형상의 복수의 히터가 서로 이격되어 나란하게 매설되며, 히터에서 발생된 열은 가스공급장치(30)를 통해 기판(s)으로 전달되어, 기판(s)이 제1온도보다 높은 제2온도로 가열되게 하는 기능을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 장치를 이용하여 진행되는 식각공정에서 발생된 식각부산물은 서셉터(20)의 상면은 물론 하면 및 승강축(22)에도 부착되어 챔버(10)의 오염원으로 작용할 수 있다. 서셉터(20)의 상면에 부착되는 파우더를 제거하도록 기판(s)과 서셉터(20)의 상면 사이에 불활성가스를 공급하는 것은 앞에서 설명한 바와 같으며. 본 실시예에서는 서셉터(20)의 하면 및 승강축(22)에 부착되는 파우더를 억제할 수 있도록, 이 부분들을 제1온도보다 높은 대략 90℃의 온도로 가열하는 주변부 가열수단이 마련된다.
본 실시예에서 주변부 가열수단은 제2가열유로(42)로서, 승강축(22)을 따라 길게 형성된 유체주입라인(44)과 유체주입라인(44)과 연결되며 제2플레이트(222)의 내부 하측에 수평방향을 따라 고리형으로 형성된 공간인 유체충전부(43)와, 승강축(22)을 따라 길게 형성되며 유체충전부(43)와 연결되는 유체배출라인(45)으로 이 루어진다.
유체주입라인(44)을 통해 주입된 가열유체는 고리형의 유체충전부(43)에 충전된 후 유체배출라인(45)으로 배출된다. 가열유체는 유체주입라인(44)과 유체배출라인(45)을 통과하면서 승강축(22)을 제2온도범위로 가열하며, 유체충전부(43)를 지나면서 지지플레이트(21)의 하면을 제2온도범위로 가열함으로써, 지지플레이트(21)의 하면과 승강축(22)에 식각 부산물이 응축되는 것을 방지한다.
이하, 상기한 구성으로 이루어진 반도체 제조장치(100)를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법의 개략적 흐름도이며, 도 6은 도 2에 도시된 반도체 제조장치의 사용예에서 제2공정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장치(100)를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각방법(M100)은 예열단계(M10)로 시작한다. 예열단계(M10)에서는 서셉터(20)에 마련된 제1가열유로(24)를 통해 가열된 유체를 순환시키며, 유체의 온도는 서셉터(20)의 열전달율 등을 고려하여 기판(s)이 대략 20℃ 내지 85℃의 제1온도범위로 가열될 수 있는 정도가 되도록 조절한다. 위 제1온도는 HF 가스를 이용한 공지의 식각공정을 진행하기 위하여 요구되는 온도범위로서 당업계에서는 주지의 온도범위인 바 자세한 설명은 생략하기로 한다. 유체는 다양한 종류가 사용될 수 있으나 본 실시예에서는 물을 사용한다.
서셉터(20)가 상기의 제1온도범위로 충분히 예열된 경우, 반입단계(M20)를 수행한다. 반입단계(M20)에서는 지지플레이트(21)가 기본위치, 즉 게이트밸브(12)와 거의 동일한 높이에 배치된 상태에서 챔버(10)의 게이트밸브(12)를 개방하여, 로봇암 등에 의하여 이송된 기판(s)을 지지플레이트(20)의 돌기부(23)에 안착시킨다. 챔버(10)의 내측은 진공분위기로 형성되어 있으며, 반입된 기판(s)에는 실리콘 산화막이 형성된 상태이다.
제1공정단계(M30)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 지지플레이트(20)를 제1위치, 즉 가스공급장치(30)의 하면과 지지플레이트(20)의 상면이 대략 180mm ~ 250mm 이격되도록 배치한다. 이격거리가 180mm 보다 작으면 히터(60)와 기판(s)이 너무 근거리에 배치되어 기판 자체의 각 영역에서 온도가 불균형하게 형성되어 기판이 휘는 문제가 발생할 수 있는 바 바람직하지 못하고, 250mm를 초과하면 식각가스가 분사되는 가스공급장치(30)와 너무 멀어 공정이 지연되므로 바람직하지 못하다.
가스공급장치(30)를 통하여 HF 가스와 NH3 가스 및 이소프로필알콜(IPA)의 혼합 가스를 포함하는 식각가스를 분사하여, 기판(s) 상의 실리콘 산화막을 식각하며 그 위에 식각 부산물을 생성한다. 상기의 식각가스와 기판(s) 상의 실리콘 산화막이 반응하면 (NH4)2SiF6 형태의 식각 부산물이 생성되며, 기판(s)이 제1온도범위로 유지되는 동안은 이 식각부산물이 기판(s) 상에 부착되어 있다. 그러나 식각부산물 중 일부는 지지플레이트(21)와 기판(s) 사이, 지지플레이트(20)의 하면 및 승강축(22)에 부착될 수도 있다.
지지플레이트(21)와 기판(s) 사이의 식각부산물을 제거하기 위하여 제1공정 단계(M30)에서는 가스공급로(27)를 통해 제1온도범위 또는 상온의 불활성가스를 기판(s)과 지지플레이트(21) 사이에 공급한다. 식각부산물은 불활성가스의 가스공급압력에 의하여 퍼지된다.
또한, 제2가열유로부(42)를 통해 90℃ 정도의 온도를 지닌 유체를 순환시키면서 승강축(22)과 지지플레이트(21)의 하면에 파우더의 발생을 억제할 수 있다.
제1공정단계(M30) 동안 기판(s)의 상면에는 식각부산물이 응축되어 있지만, 기판(s)의 하면과 지지플레이트(21)의 상면 사이, 지지플레이트(21)의 하면 및 승강축(22) 부근의 식각부산물들은 불활성가스 및 제2가열유로에 의하여 휘발되어 제거되는 바, 챔버(10)의 오염을 억지할 수 있다.
저온공정인 제1공정단계(M30)가 완료되면 고온공정인 제2공정단계(M40)를 수행한다. 제2공정단계(M40)에서는 도 6에 도시된 바와 같이 지지플레이트(21)를 제2위치, 즉 가스공급장치(30)와의 간격이 180mm ~ 280mm로 유지되게 한다. 램프(60)로부터 식각부산물이 부착되어 있는 기판(s)으로 열이 전달되어, 기판(s)은 대략 100℃ 내지 200℃ 사이의 제2온도범위로 가열된다. 기판(s)이 상기한 온도범위로 가열되면 기판(s)의 상면에 응축되어 있던 식각부산물은 휘발되어 챔버(10)의 외부로 펌핑된다. 제2공정단계(M40)에서 지지플레이트(21)의 상면은 램프(60)에 의하여 제2온도범위로 유지되고 있으며, 지지플레이트(21)의 하면은 불활성가스에 의하여 계속적으로 퍼지되고 있고, 승강축(22)은 제2가열유로(42)에 의하여 제2온도범위로 가열되고 있는 바, 식각부산물이 서셉터(20)에 파우더로 응축되지 않는다.
제2공정단계(M40)에 의하여 기판(s)에 대한 처리가 완료되면, 기판(s)을 기본위치로 하강시키고 게이트밸브(12)를 개방하여 기판(s)을 반출시킨다. 바람직하게는 기판(s)을 반출하기 전에 미도시된 냉각라인을 통해 기판(s)과 서셉터(20)를 냉각시키는 냉각공정이 추가될 수 있음을 첨언한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 반도체 제조용 식각장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장치의 개략적 구성도이다.
도 3a는 도 2의 Ⅲa-Ⅲa선 개략적 단면도이다.
도 3b는 도 2의 Ⅲb-Ⅲb선 개략적 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 반도체 제조장치를 이용한 실리콘 산화막 건식 식각 방법의 개략적 흐름도이다.
도 5는 도 2에 도시된 반도체 제조장치의 사용예에서 제1공정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 반도체 제조장치의 사용예에서 제2공정단계를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 ... 반도체 제조장치 10 ... 챔버
20 ... 서셉터 21 ... 지지플레이트
22 ... 승강축 23 ... 돌기부
24 ... 제1가열유로 p ... 가스유로
27 ... 가스공급로 30 ... 가스공급장치
42 ... 제2가열유로 60 ... 히터
80 ... 벨로우즈

Claims (14)

  1. 기판에 대하여 일정한 공정이 행해지도록 내부에 공간부가 형성되는 챔버;
    상기 챔버의 공간부에 승강가능하게 배치되어 상기 기판을 지지하며, 상기 기판을 가열하는 서셉터;
    상기 서셉터의 상부에 설치되어 상기 기판을 향하여 공정용 가스를 분사하는 가스공급장치; 및
    상기 서셉터의 상방에 설치되며, 상기 기판을 가열하는 히터;를 포함하며,
    상기 서셉터는 수평하게 배치되어 상기 기판을 지지하는 지지플레이트와, 상기 지지플레이트의 하부에 결합되어 상기 지지플레이트를 승강시키는 승강축을 구비하며,
    상기 지지플레이트의 하면과 상기 승강축을 가열하기 위한 주변부 가열수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 기판의 상방에 상기 기판의 둘레방향을 따라 서로 이격되게 배치되며, 상기 기판을 향하여 복사에너지를 방출하는 복수의 램프인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 서셉터로부터 상부로 이격된 상태로 지지되어, 상기 기판의 하면과 상기 서셉터의 상면 사이에는 가스가 유동될 수 있는 가스유로가 형성되 는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서셉터의 내부에는 상기 서셉터의 평면방향을 따라 가스가 충전될 수 있는 가스충전공간이 형성되며,
    상기 서셉터의 상면에는 상기 서셉터의 상측과 상기 가스충전공간을 상호 연통시켜 상기 가스가 상기 기판의 하면을 향해 분사될 수 있게 하는 다수의 퍼지공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가스유로에 불활성가스를 공급하기 위한 가스공급원을 상호 연결하는 가스공급로가 형성되며,
    상기 가스공급로에는 제1가스라인과, 상기 제1가스라인을 통과하는 불활성가스보다 높은 온도로 가열된 불활성가스를 공급하기 위한 제2가스라인이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주변부 가열수단은,
    상기 지지플레이트와 승강축의 내측에 형성되어 유체가 유동되는 가열유로부인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열유로부는 상기 승강축을 따라 형성되어 유체가 주입되는 유체주입라인과, 상기 유체주입라인과 연결되며 상기 지지플레이트에 형성되어 있는 유체충전부와, 상기 승강축을 따라 형성되어 상기 유체충전부와 연결되는 유체배출라인으로 이루어지며,
    상기 유체충전부는 상기 지지플레이트의 평면방향을 따라 유체가 충전될 수 있는 유체충전공간인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판이 상기 서셉터에 대하여 슬라이딩되는 것을 방지하도록, 상기 서셉터의 상면에 대하여 돌출된 가이드핀이 상기 서셉터의 둘레 방향을 따라 서로 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 내벽은 텅스텐으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 가스공급장치에 매설되는 복수의 발열체인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  12. 챔버내에 설치되어 기판을 지지하는 서셉터를 가열하여 상기 서셉터를 제1온도범위로 유지하는 예열단계;
    실리콘 산화막이 형성되어 있는 기판을 상기 챔버내로 반입하여 상기 서셉터의 상면에 안착시키는 반입단계;
    상기 서셉터를 제1위치에 배치시키고 상기 기판을 향해 식각가스를 분사하여 상기 실리콘 산화막을 식각하며 상기 기판 상에 식각 부산물을 생성하는 제1공정단계;
    상기 서셉터를 상기 제1위치와 같거나 낮은 제2위치에 배치시키고, 상기 챔버의 상부에 배치된 발열원은 상기 기판을 상기 제1온도보다 높은 제2온도범위로 가열하여 상기 기판 상의 식각 부산물을 제거하는 제2공정단계; 및
    상기 기판을 상기 챔버로부터 반출하는 반출단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 건식 식각 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1온도범위는 20℃ ~ 85℃이고 상기 제2온도범위는 100℃ 내지 200℃로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 건식 식각 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1공정단계 및 제2공정단계 중 적어도 하나의 공정단계에서 불활성가스를 상기 기판과 서셉터 사이로 공급하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 건식 식각 방법.
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