KR20000001227A - 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비에 관한 것이다.
본 발명은, 반도체장치 제조공정이 진행될 웨이퍼가 위치되며, 다수의 캐소드전극으로 이루어지는 캐소드전극군, 상기 캐소드전극군과 소정간격 이격되어 상기 캐소드전극군과 대향하게 설치된 애노드전극 및 상기 캐소드전극군과 애노드전극 사이에 전기장이 형성될 수 있도록 상기 캐소드전극군의 캐소드전극과 각각 접속된 다수의 고주파전원을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 캐소드전극을 영역별로 독립적으로 제어하므로서 공정진행중인 웨이퍼의 식각율, 선폭 및 균일도 등을 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비
본 발명은 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마형성을 위한 애노드전극 및 캐소드전극이 구비되는 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비에 관한 것이다.
통상, 반도체 제조공정의 스퍼터링(Sputtering)공정에서는 큰 운동에너지를 가진 플라즈마(Plasma) 상태의 아르곤이온(Ar+)이 알루미늄(Al) 재질의 타겟(Target)표면의 원자와 충돌함으로서, 상기 타겟표면을 이루는 알루미늄 원자를 튕겨내어 상기 알루미늄 원자가 반도체 기판 상에 증착되도록 하고 있다. 또한, 플라즈마 화학기상증착(PECVD : Plasmma Enhanced Chemical Vapor Deposition)공정 및 플라즈마 식각공정에서는 플라즈마 상태의 반응가스와 반도체 기판이 화학반응함으로서 반도체 기판 상에 특정막을 형성하거나 반도체 기판의 소정영역을 식각하고 있다. 전술한 바와 같은 스퍼터링공정, 플라즈마 화학기상증착공정 및 플라즈마 식각공정 등이 진행되는 반도체 제조설비 내부에는 반응가스를 플라즈마 상태로 변형하기 위한 애노드(Anode)전극 및 캐소드(Cathode)전극이 구비되어 있다.
도1은 종래의 플라즈마를 이용한 건식식각설비의 개략적인 구성도이고, 도2는 도1의 캐소드전극의 사시도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 플라즈마를 이용한 건식식각공정이 진행되는 공정챔버(10)가 구비되어 있다. 상기 공정챔버(10) 상부 소정영역에는 밸브(24)가 설치된 반응가스 공급라인(22)이 연결되어 있고, 상기 공정챔버(10) 하부 소정영역에는 진공펌프(18)와 연결되어 있고, 밸브(20)가 설치된 진공라인(16)이 연결되어 있다.
또한, 상기 공정챔버(10) 내부의 상부 소정영역에는 접지된 애노드전극(14)이 구비되어 있고, 상기 공정챔버(10) 내부의 하부 소정영역에는 도2에 도시된 바와 같이, 식각될 웨이퍼(26)가 위치될 수 있는 소정영역이 형성된 원기둥형상의 캐소드전극(12)이 구비되어 있다. 상기 캐소드전극(12)과 고주파전원(30)이 연결되어 있고, 상기 캐소드전극(12) 내부로 냉각수를 공급하는 칠러(Chiller : 28)가 캐소드전극(12)과 연결되어 있다.
따라서, 먼저 진공라인(16) 상에 설치된 밸브(20)를 개방한 후, 진공펌프(18)를 가동시킴에 따라 공정챔버(10) 내부의 압력상태는 고진공상태로 전환된다.
다음으로, 반응가스 공급라인(22) 상에 설치된 밸브(24)를 개방함에 따라 반응가스 공급원(21) 내부의 반응가스는 공정챔버(10) 내부로 공급된다.
이어서, 고주파전원(30)에서 캐소드전극(12)에 특정전압을 인가함에 따라 캐소드전극(12)과 애노드전극(14) 사이에는 전기장이 형성되고, 상기 캐소드전극(12)에서는 자유전자를 방출하게 된다. 이에 따라 상기 자유전자는 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 반응가스를 통과하며 상기 반응가스의 가스분자와 충돌하여 반응가스에 에너지를 전달하게 된다. 상기 에너지를 전달받은 반응가스는 이온화되어 이온들을 형성하며, 상기 이온들도 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 반응가스를 통과하며 반응가스에 에너지를 전달하게 된다. 전술한 바와 같은 과정이 반복됨에 따라 공정챔버(10) 내부는 양이온, 음이온, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태가 형성된다.
그리고, 상기 플라즈마 상태의 양이온은 캐소드전극(12) 상부의 웨이퍼(26)와 충돌하여 웨이퍼(26)의 소정영역을 식각한다. 상기 식각공정이 진행되는 동안 캐소드전극(12)의 온도는 칠러(28)에 의해서 조절되고, 이에 따라 웨이퍼(26)의 공정온도는 조절된다.
그런데, 종래의 플라즈마를 이용하는 건식식각설비의 캐소드전극(12)은 하나의 고주파전원(30) 및 칠러(28)에 의해서 제어되도록 되어 있어 하나의 고주파전원(30) 및 칠러(28)가 캐소드전극(12) 전체영역을 용이하게 제어하지 못하였다. 이에 따라, 캐소드전극(12) 상에 형성되는 전기장의 세기가 캐소드전극(12) 부위별로 서로 상이하고, 캐소드전극(12)에서 방출되는 자유전자의 양이 캐소드전극(12) 부위별로 서로 상이하였다.
따라서, 웨이퍼(26) 상에 형성된 막질의 중앙부와 가장자리 사이에 식각율(Etch rate), 균일도(Uniformity), 선폭(Critical Dimension) 등이 서로 상이한 문제점이 있었다. 상기 문제점은 최근에 웨이퍼가 12인치(Inch) 등으로 대구경화됨에 따라 더욱 심하게 발생되리라 추측된다.
본 발명의 목적은, 각 영역별로 분할된 캐소드전극을 각각 개별적으로 제어하여 균일한 전기장을 형성함으로서 웨이퍼의 각 부위의 식각율, 균일도, 선폭 등이 서로 상이한 것을 방지할 수 있는 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 플라즈마를 이용하는 건식식각설비의 개략적인 구성도이다.
도2는 종래의 캐소드전극의 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드전극군의 사시도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐소드전극군의 사시도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 40 : 공정챔버 12 : 캐소드전극
14, 48 : 애노드전극 16, 50 : 진공라인
18, 52 : 진공펌프 20, 24, 54, 58 : 밸브
21, 55 : 반응가스 공급원 22, 56 : 반응가스 공급라인
26, 60 : 웨이퍼 28 : 칠러
30 : 고주파전원 42, 82 : 제 1 캐소드전극
44, 84 : 제 2 캐소드전극 46, 88 : 캐소드전극군
62 : 제 1 칠러 64 : 제 1 고주파전원
66 : 제 2 칠러 68 : 제 2 고주파전원
70, 80 : 절연수단 86 : 제 3 캐소드전극
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비는, 반도체장치 제조공정이 진행될 웨이퍼가 위치되며, 다수의 캐소드전극으로 이루어지는 캐소드전극군; 상기 캐소드전극군과 소정간격 이격되어 상기 캐소드전극군과 대향하게 설치된 애노드전극; 및 상기 캐소드전극군과 애노드전극 사이에 전기장이 형성될 수 있도록 상기 캐소드전극군의 캐소드전극과 각각 접속된 다수의 고주파전원;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 캐소드전극군은 동심원형상으로 다수의 캐소드전극이 서로 긴밀하게 인접되어 형성될 수 있다.
그리고, 상기 캐소드전극군은 중앙의 원기둥형상의 제 1 캐소드전극과 상기 제 1 캐소드전극을 수용하는 원통형상의 제 2 캐소드전극으로 이루어질 수 있다. 상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극의 반경과 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극의 벽체의 두께는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 캐소드전극군은 중앙의 원기둥형상의 제 1 캐소드전극과 상기 제 1 캐소드전극을 수용하는 원통형상의 제 2 캐소드전극과 상기 제 2 캐소드전극을 수용하는 원통형상의 제 3 캐소드전극으로 이루어질 수 있다. 상기 상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극의 반경, 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극의 벽체의 두께 및 상기 원통형상의 제 3 캐소드전극의 벽체의 두께는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
그리고, 상기 각 캐소드전극 사이에 절연수단이 더 구비될 수 있고, 상기 각 캐소드전극 사이는 빈 공간으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 각 캐소드전극의 온도를 서로 상이하게 조절할 수 있는 별도의 칠러가 각각 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 반도체장치 제조설비는 식각설비, 스퍼터설비 및 화학기상증착설비 가운데 어느 하나일 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 플라즈마를 이용하는 건식식각설비에는 도3에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 이용한 건식식각공정이 진행되는 공정챔버(40)가 구비되어 있다.
그리고, 상기 공정챔버(40) 상부 일측에는 반응가스 공급라인(56)이 연결되어 있다. 상기 반응가스 공급라인(56) 상에는 밸브(58)가 설치되어 있으며, 상기 반응가스 공급라인(56)은 반응가스 공급원(55)과 연결되어 있다.
또한, 상기 공정챔버(10) 하부 일측에는 진공라인(50)이 연결되어 있다. 상기 진공라인(50) 상에는 밸브(54)가 설치되어 있으며, 상기 진공라인(50)은 진공펌프(52)와 연결되어 있다.
그리고, 상기 공정챔버(40)의 내부 하부 소정영역에는 도4에 도시된 바와 같이 반도체장치 제조공정이 진행될 웨이퍼(60)가 위치될 수 있는 소정영역이 상부에 구비되며, 동심원형상으로 제 1 캐소드전극(42) 및 제 2 캐소드전극(44)이 서로 긴밀하게 인접되어 캐소드전극군(46)을 형성하고 있다. 즉, 상기 캐소드전극군(46)은 중앙의 원기둥형상의 제 1 캐소드전극(42)과 상기 제 1 캐소드전극(42)을 수용하는 원통형상의 제 2 캐소드전극(44)으로 이루어져 있다. 상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극(42)의 반경과 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극(44)의 벽체의 두께는 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 캐소드전극(42)과 제 2 캐소드전극(44) 사이에 절연판 등으로 이루어지는 절연수단(70)이 설치되어 있다. 상기 제 1 캐소드전극(42)과 제 2 캐소드전극(44) 사이는 빈공간으로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 제 1 캐소드전극(42)과 제 1 고주파전원(64)이 연결되어 있고, 제 2 캐소드전극(44)과 제 2 고주파전원(68)이 연결되어 있다. 또한, 상기 제 1 캐소드전극(42) 내부로 냉각수를 공급함으로서 제 1 캐소드전극(42)의 온도를 제어할 수 있는 제 1 칠러(62)가 제 1 캐소드전극(42)과 연결되어 있고, 상기 제 2 캐소드전극(44) 내부로 냉각수를 공급함으로서 제 2 캐소드전극(44)의 온도를 제어할 수 있는 제 2 칠러(66)가 제 2 캐소드전극(44)과 연결되어 있다. 상기 제 1 고주파전원(64) 및 제 2 고주파전원(68)은 각각 서로 상이한 고주파를 제 1 캐소드전극(42) 및 제 2 캐소드전극(44)에 인가함으로서 제 1 캐소드전극(42) 및 제 2 캐소드전극(44) 상에 형성되는 전기장의 세기가 서로 상이하게 형성되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 칠러(62) 및 제 2 칠러(66)는 제 1 캐소드전극(42) 및 제 2 캐소드전극(44)의 온도를 서로 상이하게 조절할 수 있다.
따라서, 진공라인(50) 상에 설치된 밸브(54)를 개방한 후, 진공펌프(52)를 가동시킴에 따라 진공챔버(40) 내부의 압력상태는 특정진공상태로 변형된다. 이어서, 반응가스 공급라인(56) 상에 설치된 밸브(58)를 개방함에 따라 반응가스 공급원(55)의 반응가스는 반응가스 공급라인(56) 상에 설치된 밸브(58)를 통과하여 공정챔버(40) 내부로 공급된다.
다음으로, 캐소드전극군(46) 상에 균일한 전기장이 형성될 수 있도록 제 1 고주파전원(64)이 제 1 캐소드전극(42)에 특정전압을 인가하고, 제 2 고주파전원(68)이 제 2 캐소드전극(44)에 특정전압을 인가한다. 또한, 제 1 칠러(62)가 제 1 캐소드전극(42)의 온도를 특정온도로 조절하고, 제 2 칠러(66)가 제 2 캐소드전극(44)의 온도를 특정온도로 조절한다.
이에 따라, 캐소드전극군(46)의 제 1 캐소드전극(42)과 애노드전극(48) 및 캐소드전극군(46)의 제 2 캐소드전극(44)과 애노드전극(48) 상에는 전체적으로 균일한 전기장이 형성된다. 또한, 상기 제 1 캐소드전극(42) 및 제 2 캐소드전극(44)은 동일한 양의 자유전자를 방출하게 된다. 이에 따라 상기 자유전자는 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 반응가스를 통과하며 가스분자와 충돌하여 반응가스에 에너지를 전달하게 된다. 그리고, 상기 에너지를 전달받은 반응가스는 이온화되어 이온들을 형성하며, 상기 이온들도 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 반응가스를 통과하며 가스분자와 충돌하여 에너지를 반응가스에 전달하게 된다. 전술한 바와 같은 과정이 반복됨에 따라 공정챔버(40) 내부는 플라즈마 상태가 형성된다.
그리고, 상기 플라즈마 상태의 양이온은 캐소드전극군(46) 상부의 웨이퍼(60)와 충돌함에 따라 웨이퍼(46)의 소정영역은 식각된다.
그리고, 다른 실시예로서 상기 캐소드전극군(88)은 도5에 도시된 바와 같이 동심원형상으로 제 1 캐소드전극(82), 제 2 캐소드전극(84) 및 제 3 캐소드전극(86)이 서로 긴밀하게 인접되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 캐소드전극군(88)은 중앙의 원기둥형상의 제 1 캐소드전극(82)과 상기 제 1 캐소드전극(82)을 수용하는 원통형상의 제 2 캐소드전극(84)과 상기 제 2 캐소드전극(84)을 수용하는 원통형상의 제 3 캐소드전극(86)으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 캐소전극(82), 제 2 캐소드전극(84) 및 제 3 캐소드전극(86)은 서로 상이한 고주파전원(도시되지 않음) 및 칠러(도시되지 않음)와 각각 연결된다. 그리고 상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극(82)의 반경과 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극(84)의 벽체의 두께 및 상기 원통형상의 제 3 캐소드전극(86)의 벽체의 두께는 동일하게 형성되거나 또는 서로 상이하게 형성될 수 있다. 그리고, 제 1 캐소드전극(82), 제 2 캐소드전극(84) 및 제 3 캐소드전극(86) 사이에는 절연판(80) 등의 절연수단이 구비되거나 빈공간이 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 플라즈마를 이용하는 식각설비에 한정하여 설명하였으나, 플라즈마를 이용하는 스퍼터링설비 및 화학기상증착설비 등의 반도체 제조설비에 응용하여 사용할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 캐소드전극군이 다수의 캐소드전극으로 분할형성되며, 상기 각 캐소드전극은 개별적으로 구비되는 고주파전원 및 칠러에 의해서 제어됨으로서 캐소드전극군 상에 균일한 전기장을 형성함으로서 공정진행중인 웨이퍼의 식각율, 균일도, 선폭 등을 효율적으로 제어할 수 있는 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 (12)

  1. 반도체장치 제조공정이 진행될 웨이퍼가 위치되며, 다수의 캐소드전극으로 이루어지는 캐소드전극군;
    상기 캐소드전극군과 소정간격 이격되어 상기 캐소드전극군과 대향하게 설치된 애노드전극; 및
    상기 캐소드전극군과 애노드전극 사이에 전기장이 형성될 수 있도록 상기 캐소드전극군의 캐소드전극과 각각 접속된 다수의 고주파전원;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드전극군은 동심원형상으로 다수의 캐소드전극이 서로 긴밀하게 인접되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소드전극군은 중앙의 원기둥형상의 제 1 캐소드전극과 상기 제 1 캐소드전극을 수용하는 원통형상의 제 2 캐소드전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극의 반경과 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극의 벽체의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극의 반경과 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극의 벽체의 두께는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소드전극군은 중앙의 원기둥형상의 제 1 캐소드전극과 상기 제 1 캐소드전극을 수용하는 원통형상의 제 2 캐소드전극과 상기 제 2 캐소드전극을 수용하는 원통형상의 제 3 캐소드전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극의 반경, 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극의 벽체의 두께 및 상기 원통형상의 제 3 캐소드전극의 벽체의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 원기둥형상의 제 1 캐소드전극의 반경, 상기 원통형상의 제 2 캐소드전극의 벽체의 두께 및 상기 원통형상의 제 3 캐소드전극의 벽체의 두께는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 캐소드전극 사이에 절연수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 캐소드전극 사이는 빈 공간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 캐소드전극의 온도를 서로 상이하게 조절할 수 있는 별도의 칠러가 각각 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체장치 제조설비는 식각설비, 스퍼터설비 및 화학기상증착설비 가운데 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용하는 반도체장치 제조설비.
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