KR20010037042A - 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비는, 플라즈마를 이용한 반도체 식각공정이 진행되는 식각챔버, 상기 공정챔버의 내측 상부에 설치되어 식각공정이 진행될 웨이퍼를 고정시킬 수 있는 웨이퍼 고정수단이 구비된 상부전극, 상기 상부전극과 소정간격 이격되어 상기 공정챔버의 내측 하부에 설치된 하부전극, 상기 공정챔버 내부에 식각가스를 공급하는 식각가스 공급라인, 상기 공정챔버의 내부압력을 조절하는 진공라인 및 상기 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 식각대상 웨이퍼가 폴리머 등의 공정 부산물에 의해서 오염되는 것을 방지하여 반도체소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비{Dry etching apparatus utilizing the plasma for manufacturing semiconductor device}
본 발명은 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 웨이퍼가 식각챔버 천장에 축적된 공정 부산물에 의해서 오염되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비에 관한 것이다.
통상, 반도체소자는 확산공정, 이온주입공정, 사진식각공정 및 금속공정 등의 일련의 반도체 제조공정의 수행에 의해서 완성되며, 상기 반도체 제조공정은 외부환경과 차단된 진공상태의 공정챔버 내부에서 진행된다.
특히, 플라즈마 상태의 식각가스와 포토레지스트 패턴(Photoresist pattern)이 형성된 웨이퍼 상에 형성된 특정막이 화학반응하도록 유도함으로써 웨이퍼의 소정부를 식각하는 건식식각공정은 도1에 도시된 바와 같은 건식식각설비 내부에서 진행된다.
종래의 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비에는 플라즈마를 이용한 건식식각공정이 진행되는 식각챔버(2)가 구비된다. 여기서 상기 식각챔버(2) 상부 소정부에는 식각가스가 공급되는 식각가스 공급라인(14)이 연결되어 있고, 상기 식각챔버(2) 하부 소정부에는 식각챔버(2)의 내부압력을 조절하기 위한 진공라인(16)이 연결되어 있고, 상기 진공라인(16)에는 펌핑동작을 수행하는 진공펌프(도시되지 않음)가 연결되어 있다.
또한, 상기 식각챔버(2)의 내측 상부에는 상부전극(10)이 구비되어 있고, 상기 식각챔버(2)의 내측 하부에는 식각대상 웨이퍼(18)가 위치하는 하부전극(12)이 구비되어 있다. 여기서 상기 하부전극(2)에는 상승 및 하강운동을 수행하는 복수의 핀(Pin : 도시되지 않음)이 구비되어 로봇아암(Robot arm)에 의해서 식각챔버(2) 내부로 투입된 웨이퍼(18)를 상승하여 받은 후 하강하여 웨이퍼(18)의 앞면이 상부전극(10)을 향하게 하부전극(12) 상에 위치시키도록 되어 있다.
따라서, 먼저 진공라인(16)을 통해서 진공펌프가 펌핑동작을 수행하여 식각챔버(2)의 내부압력을 고진공상태로 전환하고, 상기 식각가스 공급라인(14)을 통해서 식각챔버(2) 내부로 식각가스를 공급한다.
이어서, 상기 고주파전원에서 하부전극(12)과 상부전극(10)에 특정 고주파전력을 인가하여 상부전극(10)과 하부전극(12) 사이의 식각챔버(2) 내부에 전기장을 형성한다. 이에 따라 하부전극(12)에서 방출된 자유전자는 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 식각가스를 통과하며 상기 식각가스 분자와 충돌하여 식각가스에 에너지를 전달하게 된다. 여기서 상기 에너지를 전달받은 식각가스는 이온화되어 이온들을 형성하며, 상기 이온들도 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후 상기 식각가스를 통과하며 식각가스에 에너지를 전달하게 된다. 전술한 바와 같은 과정이 반복됨에 따라 식각챔버(2) 내부에는 양이온, 음이온, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태가 형성된다.
그리고, 상기 플라즈마 상태의 양이온은 하부전극(12) 상부의 웨이퍼(18)의 앞면과 충돌하여 웨이퍼(18)의 소정영역을 식각한다. 여기서 상기 식각공정을 소정시간동안 진행하면, 식각가스와 웨이퍼(18) 상에 도포된 포토레지스트의 탄소(C) 성분이 화학반응하여 형성된 폴리머(Ploymer) 등의 공정 부산물이 식각챔버(2) 내부에 축적된다.
그러나, 하부전극(12) 상부에 식각대상 웨이퍼(18)의 앞면이 상부전극(10)과 서로 대응하며 위치함으로써 식각챔버(2)의 천장에 축적된 폴리머 등의 공정 부산물이 식각대상 웨이퍼(18)의 앞면에 떨어져 식각대상 웨이퍼(18)를 오염시키는 문제점이 있었다.
또한, 식각공정 전후에 식각챔버(2) 내부로 기구가 이동하면서, 식각챔버(2)의 천장에 축적된 폴리머 등의 공정 부산물에 영향을 주어 상기 공정 부산물이 식각대상 웨이퍼(18)에 떨어져 식각대상 웨이퍼(18)를 오염시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 하부전극 상에 위치한 식각대상 웨이퍼에 공정 부산물이 떨어져 식각대상 웨이퍼를 오염시키는 것을 방지하는 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 반도체소자 제조설비의 개략적인 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체소자 제조설비의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 4 : 식각챔버 10, 20 : 상부전극
12, 22 : 하부전극 14, 24 : 식각가스 공급라인
16, 26 : 진공라인 18, 28 : 웨이퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비는, 플라즈마를 이용한 반도체 식각공정이 진행되는 식각챔버, 상기 공정챔버의 내측 상부에 설치되어 식각공정이 진행될 웨이퍼를 고정시킬 수 있는 웨이퍼 고정수단이 구비된 상부전극, 상기 상부전극과 소정간격 이격되어 상기 공정챔버의 내측 하부에 설치된 하부전극, 상기 공정챔버 내부에 식각가스를 공급하는 식각가스 공급라인, 상기 공정챔버의 내부압력을 조절하는 진공라인 및 상기 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이퍼 고정수단은 정전기척일 수 있고, 상기 식각가스 공급라인은 상기 공정챔버의 하측에 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
본 발명에 따른 반도체소자 제조설비는 도2에 도시된 바와 같이 플라즈마를 이용한 건식식각공정이 진행되는 식각챔버(4)의 내측 상부에 정전기적으로 웨이퍼(28)의 뒷면을 흡착 고정할 수 있는 정전기척(Electro static chuck : 도시되지 않음)이 구비된 상부전극(20)이 구비되고, 상기 상부전극(20)과 대응하는 식각챔버(4)의 내측 하부에 하부전극(22)이 구비된다. 본 실시예에서 식각대상 웨이퍼(28)는 식각챔버(4) 외부에서 웨이퍼(28)의 플랫존(Flat zone)을 기준으로 정렬(Align)되어 종래와는 상이하게 웨이퍼(28)가 반전되어 식각챔버(4) 내부로 투입되고, 상기 정전기척은 로봇아암에 의해서 식각챔버(4) 내부로 투입된 웨이퍼(28)의 뒷면을 흡착 고정하여 웨이퍼(28)의 앞면이 하부전극(22)과 대응하도록 고정하여 웨이퍼(28)의 앞면이 식각챔버(4) 천장에 축적된 공정 부산물에 의해서 영향받는 것을 방지하도록 되어 있다.
또한, 상기 식각챔버(4)의 하부전극(22)을 통해서 식각챔버(4) 내부로 식각가스를 공급할 수 있는 식각가스 공급라인(24)이 식각챔버(4) 하측에 연결되어 있다. 본 실시예에서 상기 식각가스 공급라인(24)이 식각챔버(4) 하측에 구비되어 플라즈마 상태의 식각가스가 정전기척에 의해 상부전극(20)에 흡착 고정된 웨이퍼(28)와 보다 효율적으로 접촉하게 되며, 상기 식각가스 공급라인(24)을 통해서 식각챔버(4) 내부로 공급된 식각가스는 식각챔버(4) 내부에 전체적으로 원할히 확산될 수 있도록 분산판 등을 통하여 식각챔버(4) 내부로 공급할 수도 있다.
그리고, 식각챔버(4)의 하측에 식각챔버(4)의 내부압력을 조절하기 위한 진공라인(26)이 연결되어 있고, 상기 진공라인(26)과 진공펌프(도시되지 않음)가 연결되어 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 식각가스 공급라인(24)을 통해서 식각챔버(4) 내부로 투입된 식각가스를 플라즈마 상태로 전환할 수 있는 플라즈마 발생수단이 구비된다. 상기 플라즈마 발생수단은 상부전극(20) 및 하부전극(22)에 고주파전력을 인가하여 전기장을 형성하기 위한 고주파전원, 식각챔버(4)의 내부온도를 조절하는 온도조절기 등을 포함한다.
따라서, 진공펌프를 가동시켜 식각챔버(4) 하측에 연결된 진공라인(26)을 통해서 식각챔버(4) 내부의 기체를 외부로 펌핑함으로써 식각챔버(4)의 내부압력을 조절하고, 식각챔버(4) 하측과 연결된 식각가스 공급라인(24)을 통해서 식각챔버(4) 내부로 식각가스를 공급한다.
다음으로, 상부전극(20)과 하부전극(22) 사이의 식각챔버(4) 내부에 전기장이 형성될 수 있도록 고주파전원이 상부전극(20)과 하부전극(22)에 고주파전력을 인가한다. 이때, 상부전극(20) 및 하부전극(22)은 고주파전원의 고주파전력의 인가에 의해서 가열되므로 칠러(Chiller) 등의 냉가수단을 이용하여 냉각함이 바람직할 것이다.
이에 따라, 상부전극(20)과 하부전극(22) 사이의 식각챔버(4) 내부에는 전기장이 형성되고, 상기 하부전극(22)은 자유전자를 방출하게 된다. 여기서 상기 자유전자는 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 식각가스를 통과하며 식각가스 분자와 충돌하여 식각가스에 에너지를 전달하게 되며, 상기 에너지를 전달받은 식각가스는 이온화되어 이온들을 형성하며, 상기 이온들도 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후 상기 식각가스를 통과하며 식각가스와 충돌하여 식각가스에 에너지를 전달하게 된다. 전술한 바와 같은 공정이 반복됨에 따라 식각챔버(4) 내부에는 플라즈마가 형성된다.
그리고, 플라즈마 상태의 양이온은 상부전극(20)의 정전기척에 의해서 흡착 고정된 웨이퍼(28)의 소정영역과 접촉하여 웨이퍼(28)의 소정영역을 식각한다. 여기서 상기 웨이퍼(28)의 앞면은 하부전극(22)과 서로 대응하며 상부전극(20)에 고정됨으로써 공정과정에 발생되어 식각챔버(4)의 천장에 축적된 폴리머 등의 공정 부산물이 웨이퍼(28) 앞면에 떨어져 식각대상 웨이퍼(28)를 오염시키는 것이 방지된다.
따라서, 본 발명에 의하면 식각대상 웨이퍼가 폴리머 등의 공정 부산물에 의해서 오염되는 것을 방지하여 반도체 제조공정의 공정불량을 방지하여 생산성을 향상시킬 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 (3)

  1. 플라즈마를 이용한 반도체 식각공정이 진행되는 식각챔버;
    상기 공정챔버의 내측 상부에 설치되어 식각공정이 진행될 웨이퍼를 고정시킬 수 있는 웨이퍼 고정수단이 구비된 상부전극;
    상기 상부전극과 소정간격 이격되어 상기 공정챔버의 내측 하부에 설치된 하부전극;
    상기 공정챔버 내부에 식각가스를 공급하는 식각가스 공급라인;
    상기 공정챔버의 내부압력을 조절하는 진공라인; 및
    상기 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생수단;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 고정수단은 정전기척인 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각가스 공급라인은 상기 공정챔버의 하측에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 플라즈마를 이용한 반도체 건식식각설비.
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