KR20010060128A - 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 반도체의 건식각 공정을 위해 챔버(51) 측으로 가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 가스공급수단으로부터 가스를 제공받아 상기 챔버(51)의 내부로 가스를 공급하는 배플플레이트(67)를 포함하고; 상기 가스공급수단은 배플플레이트(67)의 중심부로 가스를 공급하는 제 1 가스공급관(53)과, 상기 배플플레이트(67)의 가장자리부로 가스를 공급하는 제 2 가스공급관(55)으로 구성되며; 상기 배플플레이트(67)의 하면에는 배플플레이트(67) 내부의 가스를 챔버(51)로 분사시키기 위한 다수의 배플구멍(67a)이 형성됨으로써 챔버(51) 내부의 가스 분포 상태가 균일해지도록 가스를 공급할 수 있게 되므로 챔버(51) 내에 형성되는 플라즈마 밀도가 균일해져 웨이퍼(W')의 식각 상태가 전면에 걸쳐 고르게 되고, 이에 따라 식각 불균일로 인한 웨이퍼(W') 가장자리의 미식각 현상이 제거되어 반도체의 수율 및 신뢰성이 향상되도록 한 것이다.

Description

반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치{APPARATUS FOR SUPPLY OF GAS IN DRY ETCHING PROCESS OF SEMICONDUCTOR}
본 발명은 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 챔버 내부의 가스 분포 상태가 균일해지도록 배플플레이트의 중심부와 가장자리부에 동시에 가스를 공급하는 구조를 구비한 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치가 도시된 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 배플플레이트의 구조가 도시된 저면도이고, 도 3은 종래의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 중심 부분 식각 상태가 도시된 단면도이고, 도 4는 종래의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 가장자리 부분 식각 상태가 도시된 단면도이다.
상기한 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치는, 챔버(1) 측으로 가스를 공급하는 가스공급관(3)과, 상기 가스공급관(3)에 설치되어 챔버(1)로 공급되는 가스의 흐름을 제어하는 각종 밸브와, 상기 가스공급관(3)에 설치되어 챔버(1)로 공급되는 가스의 유량을 제어하는 유량제어기(MFC: Mass Flow Controller)(5)와, 상기 가스공급관(3)으로부터 가스를 제공받아 상기 챔버(1)의 내부로 가스를 공급하는 배플플레이트(7)로 구성된다.
여기서, 상기 배플플레이트(7)의 하면에는 배플플레이트(7) 내부의 가스를 챔버(1)로 분사시키기 위한 다수의 배플구멍(7a)이 형성되어 있다.
또한, 상기 배플플레이트(7)의 하측에는 배플플레이트(7)를 통해 분사되는 가스를 냉각시키기 위한 냉각플레이트(9)가 설치되고, 상기 냉각플레이트(9)에는 배플플레이트(7)의 배플구멍(7a)과 연통되도록 상기 배플구멍(7a)과 동일한 위치에 냉각구멍(9a)이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치에서는, 챔버(1) 내에 진공이 형성되면 가스공급관(3)을 통해 상기 챔버(1) 측으로 가스가 공급된다. 이후, 상기 가스공급관(3)을 통해 이동된 가스는 챔버(1) 내부에 설치된 배플플레이트(7)로 공급되고, 상기 배플플레이트(7)로 이동된 가스는 각각의 배플구멍(7a)을 통해 챔버(1) 내부로 분사된다.
상기와 같은 방식으로 챔버(1)의 내부에 적정량의 가스가 공급되면 챔버(1)에 파워가 공급되어 상기 챔버(1) 내부에 플라즈마가 형성된다. 이렇게 형성된 플라즈마에 의하여 반도체의 건식각 공정이 이루어진다.
그런데, 상기와 같은 종래의 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치에서는, 하나의 가스공급관(3)과 유량제어기(5)에 의해 배플플레이트(7)로 가스가 공급되기 때문에 상기 배플플레이트(7)의 중심부를 통해 챔버로 공급되는 가스의 유량과 상기 배플플레이트(7)의 가장자리를 통해 공급되는 가스의 유량이 다르게 된다.
즉, 상기 가스공급관(3)이 결합된 배플플레이트(7)의 중심부를 통해 공급되는 가스의 유량이 상기 배플플레이트(7)의 가장자리를 통해 공급되는 가스의 유량보다 더 크게 된다.
이로 인해 상기 챔버(1) 내부에 분포된 가스의 밀도가 불균일해지게 되어 챔버(1)의 중심부와 가장자리부 사이의 플라즈마 밀도가 달라지게 되고, 결과적으로는 웨이퍼(W)의 중심부에 위치된 홀(H1)의 식각 상태와 웨이퍼(W)의 가장자리부에 위치된 홀(H2)의 식각 상태가 다르게 된다.
즉, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심부에 위치된 홀(H1)은 정상적으로 식각되는데 반하여 상기 웨이퍼(W)의 가장자리에 위치된 홀(H2)은 플라즈마의 부족으로 인해 미식각되게 된다.
따라서, 상기한 종래 기술에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치는, 챔버(1)로 공급되는 가스의 불균일한 분포 상태로 인하여 웨이퍼(W)의 가장자리부가 정상적으로 식각되지 않게 되고, 이러한 웨이퍼(W) 가장자리부의 미식각 현상으로 인해 상기 웨이퍼(W)의 가장자리부에 위치된 홀(H2)들이 오픈되게 되어 반도체의 수율 및 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기에서, 미설명된 참조번호 11은 웨이퍼(W)를 지지하여 고정하는 정전형 척(ESC: Electrostatic Chuck)을 나타내고, 참조번호 13은 상기 정전형 척(11)을 지지하여 이동시키는 스테이지를 나타낸다.
상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 챔버 내부의 가스 분포 상태가 균일해지도록 가스를 공급함으로써 챔버 내에 형성되는 플라즈마 밀도가 균일해져 웨이퍼의 식각 상태가 전면에 걸쳐 고르게 되고, 이에 따라 식각 불균일로 인한 웨이퍼 가장자리의 미식각 현상이 제거되어 반도체의 수율 및 신뢰성이 향상되도록 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치가 도시된 구성도,
도 2는 종래 기술에 의한 배플플레이트의 구조가 도시된 저면도,
도 3은 종래의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 중심 부분 식각 상태가 도시된 단면도,
도 4는 종래의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 가장자리 부분 식각 상태가 도시된 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치가 도시된 구성도,
도 6은 본 발명에 의한 배플플레이트의 구조가 도시된 저면도,
도 7은 본 발명의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 중심 부분 식각 상태가 도시된 단면도,
도 8은 본 발명의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 가장자리 부분 식각 상태가 도시된 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
51 : 챔버 53 : 제 1 가스공급관
55 : 제 2 가스공급관 57 : 샤워플레이트
59, 61 : 필터 63, 65 : 유량제어기
67 : 배플플레이트 67a : 배플구멍
69 : 냉각플레이트 69a : 냉각구멍
71 : 정전형 척 73 : 스테이지
W' : 웨이퍼
H1' : 웨이퍼의 중심부에 위치된 홀
H2' : 웨이퍼의 가장자리부에 위치된 홀
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 반도체의 건식각 공정을 위해 챔버 측으로 가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 가스공급수단으로부터 가스를 제공받아 상기 챔버의 내부로 가스를 공급하는 배플플레이트를 포함하고; 상기 가스공급수단은 배플플레이트의 중심부로 가스를 공급하는 제 1 가스공급관과, 상기 배플플레이트의 가장자리부로 가스를 공급하는 제 2 가스공급관으로 구성되며; 상기 배플플레이트의 하면에는 배플플레이트 내부의 가스를 챔버로 분사시키기 위한 다수의 배플구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치가 도시된 구성도이고, 도 6은 본 발명에 의한 배플플레이트의 구조가 도시된 저면도이고, 도 7은 본 발명의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 중심 부분 식각 상태가 도시된 단면도이고, 도 8은 본 발명의 가스 공급 장치를 이용하여 건식각 공정을 한 경우 웨이퍼의 가장자리 부분 식각 상태가 도시된 단면도이다.
상기한 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치는, 반도체의 건식각 공정을 위해 챔버(51) 측으로 가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 가스공급수단으로부터 가스를 제공받아 상기 챔버(51)의 내부로 가스를 공급하는 배플플레이트(67)를 포함하고; 상기 가스공급수단은 배플플레이트(67)의 중심부로 가스를 공급하는 제 1 가스공급관(53)과, 상기 배플플레이트(67)의 가장자리부로 가스를 공급하는 제 2 가스공급관(55)으로 구성된다.
또한, 상기 제 2 가스공급관(55)과 배플플레이트(67) 사이에는 상기 배플플레이트(67)의 전면(全面)에 걸쳐 가스가 균일하게 분사되도록 상기 제 2 가스공급관(55)으로부터 제공받은 가스를 1차 저장한 후 상기 배플플레이트(67)의 상면과 측면으로 동시에 공급하는 샤워플레이트(57)가 설치된다.
또한, 상기 제 2 가스공급관(55)은 메인관(55a)과, 상기 메인관(55a)에서 분기된 제 1 분기관(55b)과, 상기 제 1 분기관(55b)에 연결되어 양끝단이 각각 상기 샤워플레이트(57)의 가장자리에 결합된 제 2 분기관(55c)으로 구성된다.
또한, 상기 제 1 분기관(55b)과 제 2 분기관(55c)의 연결 부위에는 제 2 가스공급관(55)을 통해 공급되는 가스의 순수도를 조절할 수 있도록 가스 속에 포함된 이물질을 제거하여 상기한 가스를 정화시키는 필터(59)(61)가 각각 설치된다.
또한, 상기 제 1 가스공급관(53)과 제 2 가스공급관(55)에는 각각 제 1 가스공급관(53)과 제 2 가스공급관(55)을 통해 공급되는 가스의 유량을 제어하기 위한 유량제어기(63)(65)가 설치된다.
또한, 상기 제 1 가스공급관(53)과 제 2 가스공급관(55)에는 챔버(51) 측으로 공급되는 가스의 흐름을 조절하기 위한 각종 밸브가 장착된다.
또한, 상기 배플플레이트(67)의 하면에는 배플플레이트(67) 내부의 가스를 챔버(51)로 분사시키기 위한 다수의 배플구멍(67a)이 형성되고, 상기 배플구멍(67a)은 방사형으로 분포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배플구멍(67a)은 배플플레이트의 중심부보다 가장자리부에 더 집중되어 분포된다.
또한, 상기 배플플레이트(67)의 하측에는 배플플레이트(67)를 통해 분사되는 가스를 냉각시키기 위한 냉각플레이트(69)가 설치되고, 상기 냉각플레이트(69)에는 배플플레이트(67)의 배플구멍(67a)과 연통되도록 상기 배플구멍(67a)과 동일한 위치에 냉각구멍(69a)이 형성된다.
또한, 상기 배플플레이트(67)와 냉각플레이트(69) 사이에는 가스가 배플구멍(67a)과 냉각구멍(69a)을 통과하는 동안 서로 섞이는 것이 방지되도록 상기 배플구멍(67a)과 냉각구멍(69a) 의해 이루어지는 각각의 유로를 밀폐하는 실링수단이 설치되고, 상기 실링수단은 배플플레이트(67)와 냉각플레이트(69) 사이에 설치된 다수의 오링(O-Ring)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치는 다음과 같이 작동된다.
먼저, 챔버(51) 내에 진공이 형성되면 제 1 가스공급관(53)과 제 2 가스공급관(55)을 통해 상기 챔버(51) 측으로 가스가 공급된다. 이때, 상기 제 1 가스공급관(53)과 제 2 가스공급관(55)을 통해 공급되는 가스의 유량은 각각의 유량제어기(63)(65)에 의해 별도로 제어되며, 상기 제 2 가스공급관(55)을 통해 배플플레이트(67)의 가장자리부로 공급되는 가스의 유량이 상기 제 1 가스공급관(53)을 통해 배플플레이트(67)의 중심부로 공급되는 가스의 유량보다 1.5 내지 2.0배 정도 크게 되도록 되어 있다.
이후, 상기 제 1 가스공급관(53)과 제 2 가스공급관(55)을 통해 챔버(51) 측으로 이동된 가스는 샤워플레이트(57)로 유입되고, 상기 샤워플레이트(57)는 가스를 1차적으로 저장한 상태에서 배플플레이트(67)의 상면과 측면으로 가스를 동시 공급한다.
이와 같이 상기 샤워플레이트(57)를 통해 배플플레이트(67)의 측면에서도 가스를 공급하면 이렇게 측면으로 공급된 가스의 압력에 의해 상기 배플플레이트(67)의 배플구멍(67a)으로 분사되는 가스가 배플플레이트(67)의 전 영역에 걸쳐 균일한 양으로 분사되게 된다.
이후, 상기 배플플레이트(67)의 배플구멍(67a)으로 분사된 가스는 냉각플레이트(69)의 냉각구멍(69a)을 지나면서 냉각된 다음 챔버(51) 내부로 공급된다.
이때, 상기 배플구멍(67a)과 냉각구멍(69a)으로 이루어진 유로는 오링에 의해서 각각 실링되어 있으므로 배플플레이트(67)의 중심부에서 분사된 가스와 상기 배플플레이트(67)의 가장자리에서 분사된 가스가 상기 냉각플레이트(69)를 통과하는 동안 서로 혼합되는 것이 방지된다.
또한, 상기 배플구멍(67a)은 배플플레이트(67)의 중심부 보다 가장자리부에 더 많이 형성되어 있으므로 상기 배플플레이트(67)를 통해 분사된 가스가 챔버(51)의 가장자리에까지 충분히 퍼지게 되어 상기 챔버(51) 내의 플라즈마 밀도가 균일해지게 된다.
따라서, 상기 챔버(51)의 중심부와 가장자리부 사이의 플라즈마 밀도 차이가 없어져 웨이퍼(W')의 중심 부분과 가장자리 부분 사이의 식각률 차이가 최소화되고, 이로써 균일하게 식각된 웨이퍼(W')를 얻을 수 있게 된다.
즉, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W')의 중심부에 위치된 홀(H1')과 웨이퍼(W')의 가장자리부에 위치된 홀(H2')이 동일한 양만큼 균일하게 식각되게 된다.
상기에서, 미설명된 참조번호 71은 웨이퍼(W')를 지지하여 고정하는 정전형 척을 나타내고, 참조번호 73은 상기 정전형 척(71)을 지지하여 이동시키는 스테이지를 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치는, 챔버(51) 내부의 가스 분포 상태가 균일해지도록 가스를 공급할 수 있으므로 챔버(51) 내에 형성되는 플라즈마 밀도가 균일해져 웨이퍼(W')의 식각 상태가 전면에 걸쳐 고르게 되고, 이에 따라 식각 불균일로 인한 웨이퍼(W') 가장자리의 미식각 현상이 제거되어 반도체의 수율 및 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 반도체의 건식각 공정을 위해 챔버 측으로 가스를 공급하는 가스공급수단과, 상기 가스공급수단으로부터 가스를 제공받아 상기 챔버의 내부로 가스를 공급하는 배플플레이트를 포함하고;
    상기 가스공급수단은 배플플레이트의 중심부로 가스를 공급하는 제 1 가스공급관과, 상기 배플플레이트의 가장자리부로 가스를 공급하는 제 2 가스공급관으로 구성되며;
    상기 배플플레이트의 하면에는 배플플레이트 내부의 가스를 챔버로 분사시키기 위한 다수의 배플구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 가스공급관과 배플플레이트 사이에는 상기 배플플레이트의 전면(全面)에 걸쳐 가스가 균일하게 분사되도록 상기 제 2 가스공급관으로부터 제공받은 가스를 1차 저장한 후 상기 배플플레이트의 상면과 측면으로 동시에 공급하는 샤워플레이트가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 가스공급관에는 제 2 가스공급관을 통해 공급되는 가스를 정화시키기 위한 필터가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 가스공급관과 제 2 가스공급관에는 각각 제 1 가스공급관과 제 2 가스공급관을 통해 공급되는 가스의 유량을 제어하기 위한 유량제어기가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 배플구멍은 배플플레이트의 중심부보다 가장자리부에 더 집중되어 분포된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 배플구멍은 방사형으로 분포된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 배플플레이트의 하측에는 배플플레이트를 통해 분사되는 가스를 냉각시키기 위한 냉각플레이트가 설치되고, 상기 냉각플레이트에는 배플플레이트의 배플구멍과 연통되도록 상기 배플구멍과 동일한 위치에 냉각구멍이 형성되며, 상기 배플플레이트와 냉각플레이트 사이에는 가스가 배플구멍과 냉각구멍을 통과하는 동안 서로 섞이는 것이 방지되도록 상기 배플구멍과 냉각구멍 의해 이루어지는 각각의 유로를 밀폐하는 실링수단이 설치된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 실링수단은 배플플레이트와 냉각플레이트 사이에 설치된 다수의 오링(O-Ring)으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체의 건식각 공정용 가스 공급 장치.
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