KR19990031610A - 반도체장치 제조용 건식식각장치 - Google Patents

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Abstract

식각을 수행하는 공정챔버 내부에 식각가스가 균일하게 공급되어서 식각 균일도를 향상시키는 반도체장치 제조용 건식식각장치에 관한 것이다.
본 발명은, 공정챔버, 말단 노즐부에 상기 공정챔버의 주변부 외에도 중앙부에 식각가스를 공급할 수 있는 홀이 더 형성되어 있는 식각가스 공급라인, 상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드, 상기 콘헤드의 막힘을 방지하고, 상기 식각가스가 동일량으로 분사되도록 상기 콘헤드의 상면에 놓이는 원형평판 형상의 디퓨져, 식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척 및 상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인을 구비하여 이루어진다.
따라서, 본 발명에 의하면 복수 개의 홀을 구비함으로써 식각가스가 균일하게 분포되어 언에치(Unetch)가 방지되어 식각균일도가 향상되고, 콘헤드와 홀 사이에 디퓨져를 추가로 설치하여 식각균일도 향상 및 콘헤드의 막힘을 방지하여 설비가동율이 향상되어 결국 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체장치 제조용 건식식각장치
본 발명은 반도체장치 제조용 건식식각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식각을 수행하는 공정챔버 내부에 식각가스가 균일하게 공급되어서 식각 균일도를 향상시키는 반도체장치 제조용 건식식각장치에 관한 것이다.
일반적으로 식각공정이 갖추어야 하는 조건으로는 높은 선택성, 높은 식각율, 식각의 균일성, 공정의 안정성 등이 요구된다. 특히 건식식각은 습식식각에 비해 더 빨리, 더 정확하게 식각할 수 있는 장점이 있다.
건식식각의 대표적인 시스템으로는 플라즈마 식각, RIE(Reactive Ion Etch), 이온 밀링(Ion Milling) 등이 있다.
종래의 가스에 의한 식각설비는 RIE방식의 설비로서 도1을 참조하면, 진공형성을 위한 진공라인(10)에 식각가스가 공급되는 식각가스 공급라인(12)이 삽입되어서 공정챔버(14) 내부에 설치되어 있다. 식각가스 공급라인(12)의 단부에는 가스가 공정챔버(14)에 공급되도록 두 개의 홀(16)이 형성되어 있다.
또한 콘헤드(Conehead)(18)가 설치되어서 식각가스가 균일하게 웨이퍼(20)상에 공급되도록 한다. 콘헤드(18)는 원형평판 형상으로 서로 간격이 일정하게 미세한 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 공정챔버(14) 상부와 탈착되도록 설치되어 있다.
공정챔버(14)의 하부는 고주파전력이 공급되는 전극(도시하지 않음)이 척(Chuck)(22)에 설치되어 있고, 전극을 포함한 척(22)은 공정챔버(14) 상부와 접촉되어 밀폐되는 면에 기밀도를 향상시키기 위한 오링(O-ring)(24)이 구비되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 식각설비는 전극을 포함하는 척(22)이 웨이퍼(20)를 진공흡착한 상태로 상승하면 공정챔버(14) 상부와 밀착되어서 공정챔버(14) 내부는 기밀이 유지된다. 그러면 도시하지는 않았지만 진공라인(10)에 연결되어 있는 진공펌프가 작동됨에 따라 공정챔버(14) 내부는 진공이 설정되면서 내부압력은 2500 mTorr ∼ 2700 mTorr의 진공상태를 유지한다. 진공이 설정되고 이와 같이 진공상태가 지속되면 식각가스 공급라인(12)을 통해 식각가스가 공정챔버(14) 내부로 공급된다.
식각가스 공급라인(12)의 단부에 형성되어 있는 두 개의 홀(16)을 통해 식각가스가 공정챔버(14) 내부에 공급된다. 식각가스가 웨이퍼(20)상에 균일하게 공급되도록 콘헤드(18)를 통과하면 고주파전력에 의해 이온화되면서 웨이퍼(20)상에 형성되어 있는 다결정 실리콘, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 식각하게 된다.
공정챔버(14) 내부에 공급된 잔류 식각가스는 진공상태를 유지하기 위해 지속적으로 작동되고 있는 진공펌프에 의해 공정챔버(14) 외부로 배출된다.
그런데 식각가스 공급라인(12)의 두 개의 홀(16)을 통해 공급되는 식각가스는 웨이퍼(20) 표면막질과 반응하여 식각이 이루어진다. 식각이 이루어지는 중에 식각가스는 진공펌프가 지속적으로 작동되면서 진공라인(10)으로 배출된다. 웨이퍼(20)의 변부에서는 식각가스의 공급량이 많아서 식각이 활발하게 이루어지는 반면, 웨이퍼(20)의 중심부는 식각가스량이 상기 변부보다 상대적으로 적어서 식각이 원활히 이루어지지 않았다. 그래서 식각이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
또한 식각가스가 콘헤드(18)의 변부로 분출되는 양이 중심부로 분출되는 양보다 월등히 많아서 콘헤드(18)에 형성되어 있는 구멍 중 변부의 구멍에 폴리머(Polymer)가 형성된다. 그러면 구멍이 막혀서 식각공정이 원활히 이루어지지 않아서 식각불량 발생의 원인이 되므로 콘헤드(18)를 교체해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에는 전술한 바와 같이 식각가스 공급라인(12)의 단부에 형성된 홀(16)에서 식각가스가 웨이퍼(20)의 전면에 균일하게 공급되지 않아서 식각의 균일도(Uniformity)가 감소하였고, 폴리머가 형성된 콘헤드(18)를 수시로 교체함으로써 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 식각가스 공급라인의 단부에 형성되어 있는 홀을 더 형성하여서 식각의 균일도를 향상시키고, 콘헤드의 구멍막힘이 억제되어서 교체주기가 연장되어 생산원가가 감소하는 반도체장치 제조용 건식식각장치를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 반도체장치 제조용 건식식각장치를 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 건식식각장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 실시예의 디퓨져를 나타내는 평면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 32 : 진공라인 12, 34 : 식각가스 공급라인
14, 30 : 공정챔버 16, 36 : 홀
18, 38 : 콘헤드 20, 46 : 웨이퍼
22, 42 : 척 24, 44 : 오링
40 : 디퓨져
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 건식식각장치는, 공정챔버, 말단 노즐부에 상기 공정챔버의 주변부 외에도 중앙부에 식각가스를 공급할 수 있는 홀이 더 형성되어 있는 식각가스 공급라인, 상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드, 식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척 및 상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인을 구비하여 이루어진다.
그리고, 상기 공정챔버는 웨이퍼를 낱장 단위로 식각공정을 수행하는 개별방식으로 이루어진다.
그리고, 상기 식각가스 공급라인은 원통형상이고, 상기 공정챔버 내부의 상부에 설치되어서 상기 식각가스가 공급된다.
그리고, 상기 콘헤드는 원형평판 형상이고, 상기 공정챔버로부터 착탈이 자유롭게 이루어져 있으며, 식각가스가 웨이퍼상에 고루 공급되도록 미세한 홀이 서로 일정간격으로 상기 콘헤드의 전면에 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 척에는 상면에 전극이 설치되어서 고주파전력이 인가되어 상기 공정챔버 내부를 플라즈마 상태로 형성함이 바람직하다.
또한, 상기 진공라인은 상기 공정챔버 내부를 2000mTorr 내지 3000mTorr의 진공으로 형성함이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 건식식각장치는, 공정챔버, 상기 공정챔버에 식각가스를 공급하는 식각가스 공급라인, 상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드, 상기 콘헤드의 막힘을 방지하고, 상기 식각가스가 동일량으로 분사되도록 상기 콘헤드의 상면에 놓이는 원형평판 형상의 디퓨져, 식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척 및 상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인을 구비하여 이루어진다.
그리고, 상기 공정챔버는 웨이퍼를 낱장 단위로 식각공정을 수행하는 개별방식으로 이루어진다.
그리고, 상기 식각가스 공급라인은 원통형상이고, 상기 공정챔버 내부의 상부에 설치되어서 상기 식각가스가 공급됨이 바람직하다.
그리고, 상기 콘헤드는 원형평판 형상이고, 상기 공정챔버로부터 착탈이 자유롭게 이루어져 있으며, 식각가스가 웨이퍼상에 고루 공급되도록 미세한 홀이 서로 일정간격으로 상기 콘헤드의 전면에 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 콘헤드는 원형평판 형상이고, 상기 공정챔버로부터 착탈이 자유로우며, 식각가스가 웨이퍼상에 고루 공급되도록 미세한 홀이 서로 일정간격으로 상기 콘헤드의 전면에 형성되어 있음이 바람직하다.
그리고, 상기 디퓨져는 직경이 상기 공정챔버의 내부직경과 동일하게 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 상기 디퓨져는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 식각가스 공급라인과 상기 콘헤드의 사이에 설치된다.
그리고, 상기 디퓨져는 상기 식각가스가 통과되도록 불규칙경로의 미세한 홀이 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 척에는 상부에 전극이 설치되어서 고주파전력이 인가되어 상기 공정챔버 내부를 플라즈마 상태로 형성함이 바람직하다.
또한, 상기 진공라인은 상기 공정챔버 내부를 2000mTorr 내지 3000mTorr의 진공으로 형성함이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 건식식각장치는, 공정챔버, 말단 노즐부에 상기 공정챔버의 주변부 외에도 중앙부에 식각가스를 공급할 수 있는 홀이 더 형성되어 있는 식각가스 공급라인, 상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드, 상기 콘헤드의 막힘을 방지하고, 상기 식각가스가 동일량으로 분사되도록 상기 콘헤드의 상면에 놓이는 원형평판 형상의 디퓨져, 식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척 및 상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인을 구비하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2에 의하면, 본 발명에 따른 실시예는 공정챔버(30) 내부의 진공형성을 위한 진공라인(32)에 식각가스가 공급되는 식각가스 공급라인(34)이 삽입되고, 식각가스 공급라인(34)은 공정챔버(30) 내부에 식각가스가 공급되도록 공정챔버(30) 내부에 설치되어 있다. 진공라인(32)은 공정챔버(30)와 연결되어 공정챔버(30) 내부를 진공설정하고, 진공펌프(도시하지 않음)에 연결되어 있다.
원통형상의 식각가스 공급라인(34)에는 식각가스가 공정챔버(30)의 변부와 중심부에 균일하게 공급되도록 세 개의 홀(36)이 형성되어 있다.
공정챔버(30)에는 구멍이 형성되어 있는 원형평판 형상을 갖는 콘헤드(38)가 홀(36)로부터 소정거리 이격되어 공정챔버(30)에 착탈이 용이하게 설치되어 있고, 콘헤드(38)의 원형상부는 서로 간격이 일정하게 미세한 구멍이 형성되어 있다. 또한 콘헤드(38)와 홀(36) 사이에는 식각가스가 더욱 균일하게 공급될 수 있도록 디퓨져(40)가 설치되어 있다. 디퓨져(40)의 형상은 5㎜ 정도 두께의 원형평판으로 불규칙한 경로의 미세한 구멍이 형성되어 있다.
공정챔버(30)의 하부는 고주파전력이 공급되는 전극(도시하지 않음)이 척(42)에 포함되어서 설치되어 있고, 공정챔버(30) 상부와 접촉되어 밀폐되는 면에 기밀도를 높이기 위한 오링(44)이 구비되어 있다. 또한 척(42) 위에는 웨이퍼(46)가 진공흡착되어 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예는 세 개의 홀(36)에서 식각가스가 분사되면 디퓨져(40)와 콘헤드(38)를 통해 식각가스가 균일하게 공급되어서 웨이퍼(46)상에 형성되어 있는 다결정 실리콘, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 식각한다.
구체적으로 척(42)위에 웨이퍼(46)가 로딩되고, 척(42)이 상승하여 공정챔버(30)와 밀착되면 진공펌프가 작동하여 공정챔버(30) 내부는 진공이 설정된다. 공정챔버(30) 내부는 2500 mTorr ∼ 2700 mTorr의 진공상태가 된다. 이때 식각가스 공급라인(34)을 통해 식각을 위한 식각가스가 공급되는데 식각공정에 따라 C2F6, He, CHF3, O2등의 가스가 적정 비율로 혼합되어서 공정챔버(30) 내부에 공급된다. 식각가스가 공급되는 홀(36)은 공정챔버(30)의 변부 및 중심부에 균일하게 분사되어 웨이퍼(46)상에 균일하게 공급되도록 세 개의 홀(36)이 형성되어 있다.
세 개의 홀(36)에서 식각가스는 보다 균일하게 웨이퍼에 공급되도록 원형평판 형상의 미세한 홀이 전면(全面)에 형성되어 있는 디퓨져(40)를 통과한다. 또한 콘헤드(38)를 통해 공정챔버(30) 내부에 균일하게 공급된다.
이때 공정챔버(30) 내부가 전극에 인가된 고주파전력에 의해서 식각가스가 이온화되면 웨이퍼(46)상의 막질과 반응이 이루어진다. 그리고 반응이 이루어지지 않는 잔류가스는 진공펌프의 지속적인 작동으로 공정챔버(30) 외부로 배출된다.
식각에 필요한 소정 설정시간이 경과하여 식각이 완료되면 식각가스 공급이 이루어지지 않고, 진공펌프가 작동되지 않는다. 그리고 공정챔버(30) 내부의 진공상태가 해제되면서 공정챔버(30) 내부는 상압상태가 된다. 식각이 완료된 낱장의 웨이퍼(46)는 척(42)이 하강하면서 언로딩되고, 다음 웨이퍼가 로딩되어 전술한 바와 같은 식각공정이 수행된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 홀(36)을 통해 식각가스가 균일하게 공급되고, 콘헤드(38)의 상부에 디퓨져(40)를 추가로 설치함으로써 식각가스가 웨이퍼(46)에 고루 분사되어 식각의 균일도가 향상되는 이점이 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 복수 개의 홀을 구비함으로써 식각가스가 균일하게 분포되어 언에치(Unetch)가 방지되어 식각균일도가 향상되고, 콘헤드와 홀 사이에 디퓨져를 추가로 설치하여 식각균일도 향상 및 콘헤드의 막힘을 방지하여 설비가동율을 향상하여 결국 생산성이 향상되는 효과가 있다.이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (23)

  1. 공정챔버;
    말단 노즐부에 상기 공정챔버의 주변부 외에도 중앙부에 식각가스를 공급할 수 있는 홀이 더 형성되어 있는 식각가스 공급라인;
    상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드;
    식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척; 및
    상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인;
    을 구비함을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공정챔버는,
    웨이퍼를 낱장 단위로 식각공정을 수행하는 개별방식임을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 식각가스 공급라인은,
    원통형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 식각가스 공급라인은,
    상기 공정챔버 내부의 상부에 설치되어서 상기 식각가스가 공급됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 콘헤드는,
    원형평판 형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 콘헤드는,
    상기 공정챔버로부터 착탈이 자유롭게 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 콘헤드는,
    식각가스가 웨이퍼상에 고루 공급되도록 미세한 홀이 서로 일정간격으로 상기 콘헤드의 전면에 형성되어 있음을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 척에는,
    상면에 전극이 설치되어서 고주파전력이 인가되어 상기 공정챔버 내부를 플라즈마 상태로 형성함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 진공라인은,
    상기 공정챔버 내부를 2000mTorr 내지 3000mTorr의 진공으로 형성함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식 식각장치.
  10. 공정챔버;
    상기 공정챔버에 식각가스를 공급하는 식각가스 공급라인;
    상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드;
    상기 콘헤드의 막힘을 방지하고, 상기 식각가스가 동일량으로 분사되도록 상기 콘헤드의 상면에 놓이는 원형평판 형상의 디퓨져;
    식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척; 및
    상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인;
    을 구비함을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 공정챔버는,
    웨이퍼를 낱장 단위로 식각공정을 수행하는 개별방식임을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 식각가스 공급라인은,
    원통형상으로 복수 개의 홀이 형성됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 식각가스 공급라인은,
    상기 공정챔버 내부의 상부에 설치되어서 상기 식각가스가 공급됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 콘헤드는,
    원형평판 형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 콘헤드는,
    상기 공정챔버로부터 착탈이 자유롭게 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 콘헤드는,
    식각가스가 웨이퍼상에 고루 공급되도록 미세한 홀이 서로 일정간격으로 상기 콘헤드의 전면에 형성되어 있음을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 디퓨져는,
    직경이 상기 공정챔버의 내부직경과 동일함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 디퓨져는,
    알루미늄 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 디퓨져는,
    상기 식각가스 공급라인과 상기 콘헤드의 사이에 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 디퓨져는,
    상기 식각가스가 통과되도록 불규칙경로의 미세한 홀이 형성됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  21. 제 10 항에 있어서, 상기 척에는,
    상부에 전극이 설치되어서 고주파전력이 인가되어 상기 공정챔버 내부를 플라즈마 상태로 형성함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  22. 제 10 항에 있어서, 상기 진공라인은,
    상기 공정챔버 내부를 2000mTorr 내지 3000mTorr의 진공으로 형성함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 제조용 건식식각장치.
  23. 공정챔버;
    말단 노즐부에 상기 공정챔버의 주변부 외에도 중앙부에 식각가스를 공급할 수 있는 홀이 더 형성되어 있는 식각가스 공급라인;
    상기 식각가스 공급라인과 소정거리 이격되어서 상기 공정챔버내에 부착되어 식각가스가 상기 공정챔버의 내부에 고루 퍼지도록 하는 콘헤드;
    상기 콘헤드의 막힘을 방지하고, 상기 식각가스가 동일량으로 분사되도록 상기 콘헤드의 상면에 놓이는 원형평판 형상의 디퓨져;
    식각공정이 수행될 반도체 웨이퍼가 상부에 놓이는 척; 및
    상기 공정챔버의 주변부에 설치되어서 상기 공정챔버 내부에 진공을 형성하는 진공라인;
    을 구비함을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 건식식각장치.
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