KR101147908B1

KR101147908B1 - 월라이너를 포함하는 기판제조장치

Info

Publication number: KR101147908B1
Application number: KR1020050079297A
Authority: KR
Inventors: 권기청
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20070026986A

Abstract

본 발명은, 내부에 반응공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하는 기판안치수단; 상기 기판안치수단의 상부에서 원료물질을 공급하는 가스분사수단; 상기 챔버의 내주면에 이격되어 설치되고, 다수의 관통부를 가지며 상하가 개구된 실린더 형상의 월라이너; 상기 월라이너와 상기 챔버 내주면 사이의 공간으로 퍼지가스를 분사하는 제1 퍼지가스 분사수단을 포함하는 기판제조장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 챔버 내측벽에 불필요한 박막이 증착되는 것을 방지함으로써 공정재현성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 박리되는 파티클로 인해 챔버 내부가 오염되는 현상을 방지할 수도 있다.

월라이너, 폴리머

Description

월라이너를 포함하는 기판제조장치{Substrate manufacturing apparatus comprising wall liner}

도 1은 종래 반응성 이온식각장치의 구성도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응성 이온식각장치의 구성도

도 3은 월라이너의 사시도

도 4는 퍼지가스 인젝터의 연결상태도

도 5는 퍼지가스 인젝터의 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : RIE 장치 110 : 챔버

111 : 챔버측벽 112 : 챔버리드

120 : 서셉터 130 : 가스분배판

140 : 가스유입관 150 : 월라이너

152 : 관통부 154 : 슬릿

160 : 배기구 170 : 배기플레이트

181,182 : 제1,2 퍼지가스 공급관 183 : 퍼지가스인젝터

190 : RF전원 192 : 매처

본 발명은 웨이퍼나 글래스(이하 '기판'이라 함)에 대한 식각 또는 증착 공정을 수행하는 기판제조장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 챔버 내측벽에 폴리머가 부착되는 것을 방지하기 위해 월라이너(wall liner)가 설치되는 기판제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각(etching)공정 등을 거치게 되며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 챔버 내부에서 진행된다.

최근에는 원료물질에 RF전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 이때 생성되는 이온 및 활성종을 이용하여 기판을 식각하거나 박막증착을 수행하는 플라즈마 발생장치가 널리 사용되고 있다.

이러한 플라즈마 발생장치에는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 패터닝하기 위해 식각해내는 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(ashing) 장치 등이 있다.

도 1은 이 중에서 기판이 안치되는 서셉터에 RF전력이 인가되는 반응성 이온 식각장치(Reactive Ion Etching, RIE) 의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

이를 살펴보면, 상기 RIE장치(10)는 챔버측벽(11a)과 챔버측벽(11a)의 상단에 결합하는 챔버리드(11b)로 둘러싸인 내부공간을 가지는 챔버(11), 상기 챔버(11)의 내부에 위치하며 상면에 기판(s)을 안치하는 서셉터(12), 상기 서셉터(12)의 상부로 원료물질을 분사하는 가스분배판(13), 상기 가스분배판(13)의 내부로 원료물질을 공급하는 가스유입관(14), 상기 서셉터(12)에 RF전력을 인가하는 RF전원(15), RF전원(15)과 서셉터(12)의 사이에서 소스임피던스와 부하임피던스를 정합시키는 매처(16), 챔버(11)의 하부에 형성되어 잔류가스를 배기하는 배기구(17)를 포함한다.

서셉터(12)는 통상 알루미늄 재질로 제조되며 RF전원(15)이 인가되므로 접지된 챔버(11)와 절연시키기 위하여 절연부재(18)를 이용한다.

서셉터(12)의 내부에는 정전기력을 발생시키는 DC전극 및 기판(s)을 가열하는 히터가 내장되기도 한다.

배기구(17)의 상부에는 배기구 근처로 배기압력이 집중되어 공정균일도가 저하되는 것을 방지하기 위해 서셉터(12) 주위로 배기플레이트(19)가 설치된다.

이러한 구성을 가지는 RIE장치(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 기판(s)이 서셉터(12)의 상면에 안치되면, 진공펌핑을 통해 공정분위 기를 조성한 후에 가스분배판(13)을 통해 기판(s)의 상부로 원료물질을 분사함과 동시에 RF전원(15)을 통해 서셉터(12)에 RF전력을 인가한다.

서셉터(12)에 인가된 RF전력은 서셉터(12)와 챔버(11) 사이에서 RF전기장을 발생시키고, RF 전기장에서 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 발생시키며, 이렇게 생성된 이온 및 활성종이 기판(s)으로 입사하여 기판(s)의 표면을 식각한다.

그런데 이러한 RIE장치(10)에서 발생한 이온 및 활성종은 모두 기판(s)으로 입사하여 반응에 관여하는 것은 아니고, 일부는 챔버측벽(11a)에 증착되기도 한다. 뿐만 아니라 플라즈마 주위의 쉬쓰(sheath)에서 가속된 이온이 챔버측벽(11a)에 증착된 박막을 식각하기도 하며, 기판(s)에서 식각 공정 중에 발생한 폴리머 등의 부산물이 미처 배기구(17)를 통해 배출되지 못하고 챔버 측벽(11a)에 증착되기도 한다.

그런데 챔버측벽(11a)에 이와 같이 증착된 박막이 항상 일정하게 유지된다면 공정에 큰 영향을 미치지 않지만, 일정 두께 이상으로 증착되면 결국 박리되면서 챔버 내부의 플라즈마 파라미터를 크게 변화시켜 공정재현성에 큰 영향을 미치게 되는 문제점이 있다. 또한 박리된 파티클이 기판(s)에 대한 직접적인 오염원이 될 수도 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 챔버의 측벽에 공정기체로 인한 박막이 증착되지 않도록 하는 방안을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 내부에 반응공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하는 기판안치수단; 상기 기판안치수단의 상부에서 원료물질을 공급하는 가스분사수단; 상기 챔버의 내주면에 이격되어 설치되고, 다수의 관통부를 가지며 상하가 개구된 실린더 형상의 월라이너; 상기 월라이너와 상기 챔버 내주면 사이의 공간으로 퍼지가스를 분사하는 제1 퍼지가스 분사수단을 포함하는 기판제조장치를 제공한다.

상기 제1 퍼지가스 분사수단은, 챔버를 관통하는 퍼지가스유입관; 상기 퍼지가스유입관에 연결되고, 상기 퍼지가스유입관과 연통되는 중공부를 가지며 저면에 다수의 분사구를 가지는 링 형태의 퍼지가스인젝터를 포함한다.

상기 제1 퍼지가스 분사수단을 통해서 분사되는 퍼지가스의 유량은 10sccm 내지 1000sccm인 것이 바람직하며, 상기 퍼지가스는 질소 또는 불활성기체(8족원소) 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한 상기 기판제조장치는 상기 월라이너의 내측면에서 하부로 퍼지가스를 분사하는 제2 퍼지가스 분사수단을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 제1 퍼지가스 분사수단을 통해서 분사되는 퍼지가스의 유속이 제2 퍼지가스 분사수단을 통해서 분사되는 퍼지가스보다 더 빠를 수 있으며, 상기 제1,2 퍼지가스 분사수단을 통해서 각 분사되는 퍼지가스는 서로 다른 온도를 가질 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RIE장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸 것으로서, 챔버측벽(111)과 챔버측벽(111)의 상단에 결합하는 챔버리드(112)로 둘러싸이는 내부공간을 가지는 챔버(110), 상기 챔버(110)의 내부에 위치하며 기판(s)을 안치하는 서셉터(120), 상기 서셉터(120)의 상부로 원료물질을 분사하는 가스분배판(130), 상기 가스분배판(130)의 내부로 원료물질을 공급하는 가스유입관(140), 상기 서셉터(120)에 RF전력을 인가하는 RF전원(190), RF전원(190)과 서셉터(120)의 사이에서 소스임피던스와 부하임피던스를 정합시키는 매처(192), 챔버(110)의 하부에 형성되어 잔류가스를 배기하는 배기구(160), 배기구(160)의 상부에서 배기압력을 분산시키는 배기플레이트(170)를 포함하는 점에서는 종래와 공통된다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 RIE장치(100)는 챔버측벽(111)에 박막이 증착되는 것을 방지하기 위해 월라이너(150)를 설치하는 점에 차이가 있다.

상기 월라이너(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 상하가 관통되는 실린더 형상으로서 챔버측벽(111)으로 부터 소정간격 이격되어 설치되며, 측면에 다수의 관통부(152)와 기판이 출입할 수 있는 슬릿(154)이 형성된다.

한편 월라이너(150)의 형태는 설치되는 챔버의 형태에 따라 달라질 수 있는 것이므로, 도시된 것처럼 원형실린더에 국한되지는 않으며 다각형 실린더 형태로 제조될 수도 있다.

월라이너(150)는 세라믹 또는 절연재로 표면처리된 금속재질로 제조되는데, 상기 절연재는 알루미늄 아노다이징(Anodizing) 처리나 Y₂O₃코팅처리 등으로 금속재질에 표면처리 된다.

이러한 월라이너(150)는 공정기체에서 발생한 활성종이나 공정 부산물(byproduct)이 챔버측벽(111)에 증착되는 것을 방지하기 위한 것이며, 이를 위해 월라이너(150)와 챔버측벽(111)의 사이에서 상부에서 하부로 퍼지가스를 분사시켜 월라이너(150)에 박막이 증착되지 않도록 한다. 퍼지가스로는 He, Ar, Xe 등의 불활성 8족원소나 질소를 이용한다.

이와 같이 월라이너(150)의 외측벽을 따라 퍼지가스를 하방으로 분사시키면 압력차로 인해 월라이너(150)의 내측벽 근방에서 유동하는 폴리머나 활성종이 관통부(152)를 통해 월라이너(150)와 챔버측벽(111)의 사이공간으로 유입되어 하부의 배기구(160)로 배출된다.

이러한 퍼지가스는 제1 퍼지가스 공급관(181)을 통해 공급되는데, 제1퍼지가스 공급관(181)은 도시된 바와 같이 챔버리드(112)를 관통하여 설치될 수도 있고, 챔버 측벽(111)을 관통하여 설치될 수도 있다.

퍼지가스는 챔버의 중심에 대하여 대칭적으로 분사되어야 하고, 월 라이너(150)의 측면 전체를 균일하게 커버할 수 있어야 하므로 제1 퍼지가스 공급관(181) 의 말단에는 도 4에 도시된 바와 같이 링 형태의 퍼지가스 인젝터(183)를 연결하는 것이 바람직하다.

상기 퍼지가스 인젝터(183)는 월라이너(150)와 챔버측벽(111)의 사이공간의 상부에 설치되며, 단면을 도시한 도 5에 나타낸 바와 같이 내부에 상기 제1 퍼지가스 공급관(181)과 연통되는 중공부(183a)를 가지고 저면에 다수의 분사구(183b)를 가지는 것이 바람직하다.

이때 퍼지가스 인젝터(183)에는 제1 퍼지가스 공급관(181)을 하나만 연결할 수도 있으나, 퍼지가스를 보다 균일하게 분사시키기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 2개를 연결하거나 그 이상 연결할 수 있다. 따라서 제1 퍼지가스 공급관(181)을 통해 유입되는 퍼지가스는 퍼지가스 인젝터(183)의 중공부(183a)에서 충분히 확산된 후에 분사구(183b)를 통해 분사된다.

퍼지가스를 월라이너(150)와 챔버측벽(111)의 사이에만 분사시켜서는 월라이너(150)의 내측벽에 박막이 증착되는 것을 완전히 방지하지 못할 수도 있으므로, 월라이너(150)의 내측벽을 따라 하방으로 퍼지가스를 분사시킬 수도 있다.

이를 위해 제2 퍼지가스 공급관(182)을 설치하고, 상기 제2 퍼지가스 공급관(182)에 연통되는 환형의 퍼지가스 인젝터를 추가로 설치할 수 있다. 이때 퍼지가스 인젝터의 형태는 월라이너(150)의 내측면 상부에 위치하게 되며 그 형상은 전술한 바와 같다.

이와 같이 월라이너(150)의 내외측에서 각각 퍼지가스를 분사하는 경우에는 월라이너(150)와 챔버측벽(111) 사이에서 분사되는 퍼지가스의 유속이 월라이너 (150)의 내측면을 따라 분사되는 퍼지가스의 유속보다 더 빠르게 함으로써 폴리머 등 박막증착물질을 보다 효과적으로 배출시킬 수 있다.

또한 월라이너(150) 내외측에서 분사되는 퍼지가스의 온도를 각각 다르게 할 수도 있는데, 예를 들어 월라이너(150)의 내측에는 폴리머의 증착을 방지하기 위하여 -20℃ 내지 30℃ 정도의 저온 퍼지가스를 분사하고 외측에는 100℃ 정도의 고온 퍼지가스를 분사하는 것이 그것이다.

그러나 이러한 온도차는 폴리머의 증착을 보다 효과적으로 방지하기 위한 것이므로 월라이너(150)의 내외측을 따라 분사되는 퍼지가스의 온도차를 이와 반대로 하거나, 내외측에서 모두 고온 퍼지가스를 분사할 수도 있고, 모두 저온 퍼지가스를 분사할 수도 있다.

한편 각 퍼지가스 공급관(181,182)을 통해 공급되는 퍼지가스의 유량은 챔버의 용적에 따라 달라질 수 있으나, 10sccm 내지 1000sccm 정도의 범위로 공급하는 것이 바람직하다.

이상에서는 RIE장치의 챔버내벽에 불필요한 박막이나 폴리머가 증착하는 것을 방지하기 위해 월라이너(150)를 설치된 경우를 설명하였으나, 본 발명의 월라이너는 플라즈마를 소스로 이용하는 반도체 또는 평면표시장치의 제조장비에는 모두 사용될 수 있고, 나아가 일반적인 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 장비나 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 장비에도 적용될 수 있다.

Claims

내부에 반응공간을 가지는 챔버;

상기 챔버의 내부에 위치하는 기판안치수단;

상기 기판안치수단의 상부에서 원료물질을 공급하는 가스분사수단;

상기 챔버의 내주면에 이격되어 설치되고, 다수의 관통부를 가지며 상하가 개구된 실린더 형상의 월라이너; 및

상기 월라이너와 상기 챔버 내주면 사이의 공간에 퍼지가스를 상부에서 하부방향으로 분사하는 제1 퍼지가스 분사수단

을 포함하는 기판제조장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 퍼지가스 분사수단은,

상기 챔버를 관통하는 퍼지가스유입관;

상기 퍼지가스유입관에 연결되고, 상기 퍼지가스유입관과 연통되는 중공부를 가지며 저면에 다수의 분사구를 가지는 링 형태의 퍼지가스인젝터

를 포함하는 기판제조장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 퍼지가스 분사수단을 통해서 분사되는 상기 퍼지가스의 유량은 10sccm 내지 1000sccm인 기판제조장치.
제1항에 있어서,

상기 퍼지가스는 질소 및 불활성기체(8족원소) 중에서 선택되는 기판제조장치.
제1항에 있어서,

상기 월라이너의 내측면에서 상기 퍼지가스를 상부에서 하부로 분사하는 제2 퍼지가스 분사수단을 더 포함하는 기판제조장치.
제5항에 있어서,

상기 제1 퍼지가스 분사수단을 통해서 분사되는 상기 퍼지가스의 유속이 상기 제2 퍼지가스 분사수단을 통해서 분사되는 상기 퍼지가스보다 더 빠른 것을 특징으로 하는 기판제조장치.
제5항에 있어서,

상기 제1 및 제2 퍼지가스 분사수단 각각을 통해서 분사되는 상기 퍼지가스는 서로 다른 온도를 가지는 기판제조장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 퍼지가스 분사수단에 의해 분사되는 상기 퍼지가스에 의해서, 상기 월라이너의 내측벽에 의해 형성되는 내부공간과 상기 월라이너의 외측벽 및 상기 챔버의 내주면에 의해서 형성되는 외부공간 사이에 압력차이를 발생하는 기판제조장치.