KR20010094891A - 반도체 제조용 식각 장치 - Google Patents

Abstract

상부 전극의 온도를 일정하게 유지하기 위한 반도체 제조용 식각 장치가 개시되어 있다. 하부 전극은 반응 챔버의 저부에 설치되고, 상부 전극은 반응 챔버의 상측에 설치된다. 상기 상부 전극내에 1차 온도 유지부 및 2차 온도 유지부가 설치된다. 상기 상부 전극에 폴리머가 흡착되는 것을 최소화할 수 있다.

Description

반도체 제조용 식각 장치{ETCHING APPARATUS IN A SEMICONDUCTOR PROCESSING}

본 발명은 반도체 제조용 식각 장치에 관한 것으로서, 식각 공정을 수행할 때 상부 전극의 온도를 일정하게 유지하기 위한 반도체 제조용 식각 장치에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이에 따라 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 식각 기술과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.

상기 식각 기술은 반도체 기판상에 형성시킨 막들의 소정 부위를 제거하여 상기 막들을 원하는 패턴으로 가공하는 기술로써, 0.15㎛ 이하의 디자인룰(design rule)을 요구하는 최근의 반도체 장치의 제조에서는 플라즈마를 이용하는 식각 장치를 주로 사용한다.

상기 식각 장치는 식각 공정을 진행하는 반응 챔버, 상기 반응 챔버를 진공을 형성하는 진공 챔버 및 상기 반응 챔버에 식각을 위한 기판을 로딩(loading) 및 언로링(unloading)하는 로드락 챔버(load lock chamber) 등을 포함한다. 그리고 상기 반응 챔버는 상기 기판이 놓여지는 척(chuck)을 포함하는 하부 전극, 상기 반응 챔버에 가스를 반응 챔버내에 고르게 제공하기 위한 배플(baffle)을 포함하는 상부 전극 및 상기 상부 전극의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터로 구성되는 온도유지부 등을 포함한다.

상기 식각 장치의 예가 토모야수(Tomoyasu)에게 허여된 미합중국 특허 제5,904,780호에 개시되어 있다.

상기 반응 챔버를 포함하는 식각 장치를 사용하여 식각 공정을 수행할 때 상기 반응 챔버내에는 폴리머(polymer) 등을 포함하는 반응 부산물이 발생한다. 이러한 폴리머는 C, O, F, Al, Si등의 원소들이 주성분을 이루고 있으며, 식각되는 막의 성분과 하부막의 증착에 따른 온도 차이에 의해 발생한다. 상기 폴리머는 상기 반응 챔버 내벽 뿐만 아니라 상기 상부 전극 표면에 흡착한다. 상기 흡착된 폴리머는 상기 식각 공정에서 파티클(particle)로 작용한다. 때문에 상기 온도 유지부를 사용하여 상기 상부 전극의 온도를 일정하게 유지하는 것이다. 이는 상기 상부 전극의 온도가 상승하여 가열될 경우 상기 폴리머의 흡착이 용이하게 이루어지기 때문이다.

그러나 상기 식각 장치를 사용하여 식각 공정을 수행할 때 상기 상부 전극의 온도는 계속적으로 상승한다.

도 1 및 도 2는 종래의 반도체 제조용 식각 장치에 포함되는 상부 전극의 온도 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 식각 공정이 진행되어 감에 따라 상기 상부 전극의 온도가 상승하는 것을 볼 수 있다. 즉, 상기 식각 공정을 12회 또는 24회 수행할 경우 상기 상부 전극의 온도가 아이들링시의 온도에 비하여 약 20℃ 정도 상승하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명자의 관찰에 의하면, 1로트인 25매의 웨이퍼를 에칭하는 경우에 25 내지 30℃정도의 온도가 상승하였다.

이는 상기 반응 챔버내를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 상부 전극에 인가되는 상부 전원에 기인한다. 상기 상부 전극의 온도가 상승함에 따라 상기 폴리머는 용이하게 상기 상부 전극에 흡착된다. 그리고 상기 흡착된 폴리머는 상기 하부 전극에 놓여지는 기판상으로 떨어져 파티클로 작용한다.

따라서 상기 반응 챔버를 포함하는 식각 장치를 사용한 식각 공정의 수행에서는 상부 전극의 온도를 일정하게 유지하지 못함에 따라 폴리머로 인한 파티클의 발생으로 반도체 장치의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 상부 전극의 온도를 일정하게 유지하여 상부 전극에 폴리머가 흡착되는 것을 최소화하기 위한 반도체 제조용 식각 장치를 제공하는 데 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 반도체 제조용 식각 장치에 포함되는 상부 전극의 온도 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조용 식각 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 4는 도 3의 2차 온도 유지부를 설명하기 위한 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 반응 챔버 32 : 하부 전극

34 : 상부 전극 36 : 배플

38 : 1차 온도 유지부

40 : 2차 온도 유지부

40a : 가스 제공관 40b : 가스 수용체

40c : 배기관 40d : 오-링

W : 기판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조용 식각 장치는, 기판상에 형성하는 막들의 소정 부위를 제거하여 패턴을 형성하기 위한 반응 챔버와, 상기 반응 챔버의 저부에 설치되고, 상기 패턴을 형성하기 위한 기판이 놓여지는 척을 포함하고, 상기 반응 챔버내를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 하부 전원을 인가하기 위한 하부 전극과, 상기 반응 챔버의 상측에 설치되고, 상기 반응 챔버에 가스를 고르게 공급하기 위한 다수의 홀들이 형성된 배플을 포함하고, 상기 반응 챔버내를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 상부 전원을 인가하기 위한 상부 전극과, 상기 상부 전극내에 설치되고, 상기 상부 전극을 일정한 온도로 유지하기 위한 1차 온도 유지부와, 상기 상부 전극내에 설치되고, 상기 1차 온도 유지부에 의하여 유지되는 온도를 가스를 사용하여 2차로 일정하게 유지하기 위한 2차 온도 유지부를 포함한다.

상기 2차 온도 유지부는 가스를 수용하기 위한 그루브 형상을 갖는 가스 수용체 및 상기 가스 수용체를 구획하는 관 형상을 갖고, 상기 관을 통하여 가스를 제공하는 가스 제공관을 포함하고, 상기 1차온도 유지부의 근방에 설치한다.

이에 따라 상기 상부 전극의 온도를 상기 1차 온도 유지부 및 상기 2차 온도 유지부를 사용하여 일정하게 유지할 수 있다. 때문에 상기 상부 전극에 폴리머가 흡착되는 것을 최소화한다. 따라서 상기 폴리머로 인한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조용 식각 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 식각 장치에 포함되는 반응 챔버(30)가 구비되어 있다. 상기 반응 챔버(30)는 기판(W)상에 형성하는 막들의 소정 부위를 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정을 수행하는 챔버이다. 그리고 상기 식각 장치는 상기 반응 챔버(30) 및 진공 챔버(도시되지 않음) 그리고 로드락 챔버(도시되지 않음) 등을 포함한다.

상기 반응 챔버(30) 저부에 하부 전극(32)이 설치되어 있다. 상기 하부 전극(32)은 상기 기판(W)이 놓여지는 척을 포함한다. 그리고 상기 식각 공정을 수행할 때 상기 하부 전극(32)에는 전원 즉, 하부 전원을 인가한다. 상기 반응 챔버(30) 상측에 상부 전극(34)이 설치되어 있다. 상기 상부 전극(34)은 상기 반응 챔버(30)에 제공되는 가스를 상기 반응 챔버(30)내에 고르게 제공하기 위하여 다수의 홀이 형성된 배플(36)을 포함한다. 그리고 상기 식각 공정을 수행할 때 상기 상부 전극(34)에는 전원 즉, 상부 전원을 인가한다. 이에 따라 상기 하부 전원 및 상부 전원의 인가에 의하여 상기 반응 챔버(30)에 공급되는 가스들이 해리하여 플라즈마 상태로 형성된다.

상기 상부 전극(34)에는 1차 온도 유지부(38) 및 2차 온도 유지부(40)가 설치되어 있다. 상기 1차 온도 유지부(38)는 히터로 구성되어 상기 상부 전극(34)의 온도를 일정하게 유지한다. 상기 2차 온도 유지부(40)는 가스를 사용하여 상기 1차 온도 유지부(38)에 의하여 유지되는 상부 전극의 온도를 2차로 일정하기 유지한다. 상기 2차 온도 유지부(40)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 도 3의 2차 온도 유지부를 설명하기 위한 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 2차 온도 유지부(40)는 상기 온도를 2차로 일정하게 유지하기 위한 가스를 제공하기 위하여 외부의 가스 제공원(도시되지 않음)과 연결되어 있는 미세한 관을 갖는 가스 제공관(40a) 및 상기 가스 제공관(40a)을 통하여 제공되는 가스를 수용하는 가스 수용체(40b)를 포함한다. 상기 가스 수용체(40b)는 상기 가스 제공관(40a)의 양측에 나란히 설치된 칸막이에 의해 한정되는 그루브 형상을 갖는다. 이에 따라 상기 가스 제공관(40a)을 통하여 제공되는 가스를 상기 가스 수용체(40b)에 수용하여 상기 상부 전극(34)의 온도를 일정하게 유지한다.

그리고 외측에 있는 상기 가스 수용체(40b)의 측벽에는 상기 가스 수용체(40b)에 수용되는 가스를 외부로 배기하기 위한 배기관(40c)이 구비되어 있다. 이에 따라 상기 가스 제공관(40a)을 통하여 제공되는 가스는 상기 가스 수용체(40b)에 수용되면서 상기 배기관(40c)를 통하여 배기되기 때문에 계속적으로 상기 상부 전극(34)의 온도를 2차로 일정하게 유지한다. 그리고 상기 2차 온도 유지부(40)는 상기 1차 온도 유지부(38)의 근방에 설치하는데, 바람직하게는 상기 1차 온도 유지부(38)상에 위치한다. 또한 상기 2차 온도 유지부(40)의 단부에 오-링(O-ring)(40d)이 설치된다. 이는 상기 2차 온도 유지부(40)의 기밀을 유지하기 위함이다. 그리고 상기 2차 온도 유지부(40)에 N₂가스 또는 정화된 공기가 제공하여 상기 상부 전극(34)의 온도를 일정하게 유지한다. 상기 2차 온도 유지부(40)는 니들 밸브(niddle valve)(도시되지 않음)를 사용하여 상기 2차 온도 유지부(40)에 공급되는 가스의 압력을 조절하고, 상기 가스 제공관(40a)과 연결되는 피팅(pitting)(도시되지 않음)을 통하여 상기 가스를 제공한다.

이에 따라 상기 상부 전극(34)의 온도를 상기 1차 온도 유지부(38)를 사용하여 일정하게 유지하면서, 상기 2차 온도 유지부(40)를 사용하여 상부 전극(34)에 인가되는 상부 전원에 의한 온도의 상승을 최소화한다. 때문에 상기 상부 전극(34)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 상기 온도의 상승으로 인한 폴리머의흡착을 최소화한다.

상기 식각 장치를 사용한 식각 공정을 살펴보면 다음과 같다. 기판(W)상에는 알루미늄으로 구성되는 금속막이 형성되어 있고, 상기 식각 공정을 통하여 금속막 패턴을 형성한다. 먼저, 상기 기판(W)을 로드락 챔버를 통하여 상기 반응 챔버(30)에 로딩시킨다. 상기 반응 챔버(30)는 식각 공정을 위한 공정 분위기로 조성된다. 즉, 온도, 압력 등을 조절하고, 반응 가스를 유입받아 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 해리시킨다. 상기 금속막의 식각에서는 Cl_x를 포함하는 가스를 염소 라디칼을 포함하는 플라즈마 상태로 형성한 다음 상기 염소 라디컬을 사용하여 상기 금속막을 식각시킨다. 상기 금속막을 식각할 때 폴리머 등을 포함하는 반응 부산물이 생성된다. 상기 폴리머는 상기 반응 챔버(30) 내벽 뿐만 아리나 상기 상부 전극(34)을 구성하는 배플(36)의 표면 등에 흡착된다. 이에 따라 상기 폴리머의 흡착을 저지하기 위하여 상기 상부 전극(34)의 1차 온도 유지부(38)를 사용하여 상기 상부 전극(34)의 온도를 일정하게 유지시킨다. 그러나 상기 상부 전극(34)에 인가되는 상부 전원으로 인하여 상기 상부 전극(34)에 열이 가열되기 때문에 상기 상부 전극(34)의 온도는 일정하게 유지되지 않는다. 이에 따라 상기 2차 온도 유지부(40)를 사용하여 상기 상부 전극(34)의 온도를 일정하게 유지시키면서 상기 식각 공정을 수행한다.

이와 같이 상기 1차 온도 유지부 및 상기 2차 온도 유지부를 사용하여 상기상부 전극의 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 때문에 상기 상부 전극에 흡착되는 폴리머를 최소화할 수 있다.

이에 따라 상기 폴리머에 기인한 파티클의 발생을 최소화할 수 있다. 때문에 파티클로 인한 불량의 발생을 최소화함으로써, 반도체 장치의 신뢰도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 기판상에 형성하는 막들의 소정 부위를 제거하여 패턴을 형성하기 위한 반응 챔버;

   상기 반응 챔버의 저부에 설치되고, 상기 패턴을 형성하기 위한 기판이 놓여지는 척을 포함하고, 상기 반응 챔버내를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 하부 전원을 인가하기 위한 하부 전극;

   상기 반응 챔버의 상측에 설치되고, 상기 반응 챔버에 가스를 고르게 공급하기 위한 다수의 홀들이 형성된 배플을 포함하고, 상기 반응 챔버내를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 상부 전원을 인가하기 위한 상부 전극;

   상기 상부 전극내에 설치되고, 상기 상부 전극을 일정한 온도로 유지하기 위한 1차 온도 유지부; 및

   상기 상부 전극내에 설치되고, 상기 1차 온도 유지부에 의하여 유지되는 온도를 가스를 사용하여 2차로 일정하게 유지하기 위한 2차 온도 유지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 식각 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 온도 유지부는 가스를 수용하기 위한 그루브 형상을 갖는 가스 수용체 및 상기 가스 수용체를 구획하는 관 형상을 갖고, 상기 관을 통하여 가스를 제공하는 가스 제공관을 포함하고, 상기 1차온도 유지부의 근방에 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 식각 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 수용체의 외측벽에는 상기 가스 수용체에 수용되는 가스를 외부로 배기하기 위한 배기관이 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 식각 장치.