KR20010036006A - 반도체 소자 제조용 건식 플라즈마 식각 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치 제조용 플라즈마 건식 식각 장비에 관한 것으로, 공정 챔버 상부에 플라즈마 형성을 위한 플라즈마 튜브, 도파관을 구비하여 이루어지는 플라즈마 건식 식각 장비에서, 가스 공급 라인과 플라즈마 튜브를 연결하는 플라즈마 튜브 덮개가 부도체로 이루어져 아크 발생이 억제되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 플라즈마 덮개 부위에서 발생되는 가스 리이크 및 아크 발생에 의한 파티클 형성을 억제함으로써 장비 세정을 위한 장비 가동 중지 시간을 줄일 수 있고 파티클에 의한 웨이퍼 손상을 방지할 수 있게 된다.

Description

반도체 소자 제조용 건식 플라즈마 식각 장비{An Plasma Dry Etcher for Fabricating Semiconductor Devices}

본 발명은 반도체 소자 제조용 건식 플라즈마 식각 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 튜브 상단에 반응 가스의 리이크(leak)를 방지하기 위한 플라즈마 튜브 덮개를 장착하여 구성되는 반도체 소자 제조용 플라즈마 건식 식각 장비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정이란 확산공정, 증착공정, 사진공정 등의 복잡다단한 다수의 부속 공정이 연속되어 진행되면서 실리콘 기판상에 반도체 소자를 형성하는 공정이다. 반도체 부속공정중 사진공정은 반도체 동작에 필요한 회로가 설계되어 있는 포토 마스크를 이용하여 기판상에 감광액을 도포, 노광 및 현상하는 공정이다. 사진 공정을 마친 웨이퍼는 식각 방법에 의해 하부막이 가공되어 회로가 형성된다. 식각 방법은 크게 건식과 습식으로 나뉘어지는데, 반도체 소자가 고집적화되고 엄격해지는 디자인 룰에 의해 선폭과 패턴의 크기가 미세화되어 감에 따라 반응성 가스를 에천트로 사용하는 건식 식각이 반도체 공정에 많이 사용되고 있는 형편이다.

한편 반도체 공정은 고가의 장비들에 의해서 진행되어 반도체 소자를 형성되며, 기본 부속 공정 진행을 위한 장비에 제품의 성능 및 품질을 향상시키기 위한 부가적인 장치들이 추가 장착되어 공정이 진행되는 경우가 많다. 이중 대표적인 예가 플라즈마를 공정에 이용하는 것인데, 반응성 분자, 이온, 라디칼 등에 고전력을 인가하여 고에너지의 가진 플라즈마 상태를 형성하고 이를 반도체 제조 공정에 이용하는 것이다. 이와 같은 플라즈마는 특히 건식 공정에 이용되어 이방성 식각을 가능하게 하고 미세회로의 패턴 구현을 용이하게 하는 등 반도체 소자의 품질 향상에 이바지하고 있다. 그런데 플라즈마의 형성을 위해서는 형성에 적합한 저압의 상태를 유지하고 공정에 맞는 반응 가스의 선택 및 아킹(arcing) 현상의 방지 등을 고려에 두어야 하는 등 공정환경을 엄격히 통제해야 한다.

도 1은 플라즈마를 이용한 반도체 건식 식각 장비의 일 예를 설명하기 위한 측단면도이다.

챔버(111)내 하부에는 하부전극(112)이 장착되며, 상기 하부전극(112)상에는 웨이퍼(114)의 안착과 고정을 위한 웨이퍼 척(113)이 형성된다. 상기 웨이퍼 척(113)의 중앙에는 웨이퍼의 냉각을 위한 백사이드 헬륨 공급 라인(115)이 형성되며 상기 백사이드 헬륨 공급 라인(115)을 통하여 외부로부터 헬륨이 공급된다. 챔버(111) 상부에는 플라즈마 형성을 위한 고주파가 인가되는 도파관(116)이 형성되며, 상기 도파관(116)은 금속 재질로 이루어지고 챔버 외부의 고주파 전원(117)과 연결된다. 상기 도파관(116)의 내부에는 유리 재질로 이루어지고 내부에서 플라즈마가 형성되는 플라즈마 튜브(118)가 장착되며, 상기 플라즈마 튜브(118)의 하측단은 챔버(111) 내부와 연결되고 상측단은 가스 공급 라인(119)과 연결된다. 상기 가스 공급 라인(119)과 플라즈마 튜브(118)의 연결은 플라즈마 튜브 덮개(120)에 의해 이루어지는데, 상기 플라즈마 튜브 덮개(120)는 금속 재질로 이루어지며 원기둥 형태의 링으로 이루어진다. 이때 상기 플라즈마 튜브 덮개(120)는 상측단이 플라즈마 튜브 내의 삽입 및 고정을 위해 걸림턱의 형태로 형성된다. 상기 가스 공급 라인(119)으로부터 챔버(111)내로 유입되는 반응 가스는 챔버 하부에 설치되는 가스 배기 라인(121)을 통해 외부로 배기된다.

이와 같이 구성되는 플라즈마 건식 식각 장비에서 반응 가스가 가스 공급 라인(119)을 통하여 장비로 유입되면 고주파 전원(117)으로부터 전력을 받아 발생된 고주파가 플라즈마 튜브(118) 외부를 감싸고 있는 도파관(116)에 인가된다. 이와 같이 도파관(116)에 인가된 고주파는 플라즈마 튜브(118) 내에서 글로우 방전을 일으켜 플라즈마를 형성하게 된다. 이와 같이 발생된 플라즈마는 챔버(111) 내부로 확산되어 웨이퍼(114)의 식각에 이용되며, 미반응 공정 가스 및 반응물 가스는 가스 배기 라인(121)을 통해 외부로 배기된다.

그런데 상기 식각 장비를 구성하는 플라즈마 튜브는 유리 재질로 이루어져서 외부 충격에 약하며 연결 부위에서의 리이크 발생 가능성이 높다. 특히 가스 공급 라인과 접촉되는 플라즈마 튜브의 상측단은 가스 공급 라인과의 마찰, 플라즈마 형성에 따른 열의 발생 등의 원인으로 다른 부위에 비해 리이크가 발생되기 쉽다. 또한 리이크 발생시 공정을 진행하면서 플라즈마가 형성되면 플라즈마 튜브와 튜브 덮개 사이의 접촉 부위에서 파티클이 발생하는데, 이와 같은 아킹현상에 의하여 발생되는 파티클들은 설비 동작 중지, 공정 불량 유발 등의 문제를 야기시키는 근원이 된다. 따라서 이와 같은 문제점의 해결을 위하여 금속 재질의 플라즈마 튜브 덮개도 경한 재질의 금속으로 이루어져서 반응 가스의 리이크와 아킹 현상을 방지하기 어렵다.

따라서 본 발명은 플라즈마 건식 식각 장비의 가스 공급 라인과 플라즈마 튜브를 연결하는 플라즈마 튜브 덮개 부위에서 발생되는 상기 문제점들을 해소할 수 있는 새로운 재질의 플라즈마 튜브 덮개가 구비된 플라즈마 건식 식각 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일 예로서의 플라즈마 건식 식각 장비를 설명하기 위한 측단면도.

도 2는 도 1에 도시된 도파관, 플라즈마 튜브 및 플라즈마 튜브 덮개를 설명하기 위한 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명〉

111 : 챔버 112 : 하부 전극

113 : 웨이퍼 척 114 : 웨이퍼

115 : 백사이드 헬륨 공급 라인 116, 226 : 도파관

117 : 고주파 전원 118, 218 : 플라즈마 튜브

119 : 가스 공급 라인 120, 220 : 플라즈마 튜브 덮개

121 : 가스 배기 라인

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 건식 식각 장비는 공정이 이루어지는 공간을 형성하는 챔버, 가스 공급 라인과 연결되어 상기 챔버 상부에 장착되며 상기 가스 공급 라인과의 연결부위에 덮개가 장착되는 플라즈마 튜브, 상기 플라즈마 튜브를 감싸며 고주파 전원 발생기와 연결되어 플라즈마 형성을 위한 고주파 전원이 인가되는 도파관, 챔버 내부에서 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼 척의 하부에 장착되는 하부전극, 상기 웨이퍼 척과 하부전극의 중앙에 형성된 홀을 통해 웨이퍼 배면에 연결되는 헬륨 공급 라인 및 가스 배기 라인을 구비하여 이루어지는 플라즈마 건식 식각 장비에 있어서 상기 덮개가 부도체로 이루어져 아크 발생이 억제되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 플라즈마 튜브 덮개는 세라믹과 같은 부도체 또는 부도체이면서 가스 리이크를 방지할 수 있는 연한 재질로 이루어질 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특징적인 부분을 상세히 설명하기로 한다. 전체적인 플라즈마 건식 식각 장비의 구조는 도 1과 크게 다르지 않으므로 생략한다.

도 2는 도 1에 도시된 도파관, 플라즈마 튜브 및 플라즈마 튜브 덮개를 설명하기 위한 사시도이다.

챔버(111)의 상부에서 가스 공급 라인(119)과 연결되어 유리 재질의 플라즈마 튜브(218)가 장착되는데, 상기 가스 공급 라인(119)과 플라즈마 튜브(218)의 연결부위에는 세라믹 재질의 부도체 또는 부도체이면서 연한 재질의 플라즈마 튜브 덮개(220)가 장착될 수 있다. 상기 플라즈마 튜브 덮개로 사용될 수 있는 재질로는 합성수지, 내열성 합성 고무, 테프론 등의 사용될 수 있다. 그리고 챔버(111) 상부에서 플라즈마 튜브(218)를 감싸도록 도파관(216)이 형성되며, 상기 도파관(216)은 고주파 전원 발생기(117)와 연결되어 플라즈마 형성을 위한 고주파 전원이 인가된다.

이와 같이 구성되는 플라즈마 건식 식각 장비에서 가스 공급 라인(119)을 통해 반응 가스가 장비 내부로 유입되면 고주파 전원 발생기(117)로부터 고주파 전원이 발생되고 이때 발생된 전원이 도파관(216)에 인가된다. 상기 도파관(216)에 인가된 고주파 전원은 플라즈마 튜브(218) 내부에서 반응성 가스들을 여기시켜 글로우 방전이 일어나며 이때 플라즈마가 형성되어 식각 공정이 진행된다. 이때 본 발명에 의해 구성되는 플라즈마 튜브 덮개(220)는 종래에 문제가 되던 상기 가스 공급 라인(119)과 플라즈마 튜브(216) 사이에서의 가스 리이크 발생을 방지할 수 있고, 그에 따라 가스 리이크 발생에 의하여 아크가 발생되는 것을 막아 파티클의 형성을 억제할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면 플라즈마 건식 식각 장비의 플라즈마 덮개 부위에서 발생되는 가스 리이크와 아크 발생을 함께 방지할 수 있어서 가스 리이크 및 아크 발생에 의한 파티클 형성을 억제하는 효과를 얻게 된다. 또한 장비 세정을 위한 장비 가동 중지 시간을 줄일 수 있고 파티클에 의한 웨이퍼 손상을 방지할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 공정이 이루어지는 공간을 형성하는 챔버, 가스 공급 라인과 연결되어 상기 챔버 상부에 장착되며 상기 가스 공급 라인과의 연결부위에 덮개가 장착되는 플라즈마 튜브, 상기 플라즈마 튜브를 감싸며 고주파 전원 발생기와 연결되어 플라즈마 형성을 위한 고주파 전원이 인가되는 도파관, 챔버 내부에서 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼 척의 하부에 장착되는 하부전극, 상기 웨이퍼 척과 하부전극의 중앙에 형성된 홀을 통해 웨이퍼 배면에 연결되는 헬륨 공급 라인 및 가스 배기 라인을 구비하여 이루어지는 플라즈마 건식 식각 장비에 있어서,

   상기 덮개가 부도체로 이루어져 아크 발생이 억제되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 건식 식각 장비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플라즈마 튜브 덮개는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 건식 식각 장비.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 플라즈마 튜브 덮개는 부도체이면서 가스 리이크를 방지할 수 있는 연한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 건식 식각 장비.