KR20020009187A - 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
플라즈마를 생성할 때 임피던스 성분을 조절하기 위한 유도 기전력을 제공하는 정합부를 포함하는 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치가 개시되어 있다. 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극 및 상부 전극이 설치되는 공정 챔버가 구비된다. 상기 공정 챔버의 일측에는 서로 다른 권선수를 갖는 두 개의 코일을 갖고, 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 코일들에 의하여 생성되는 유도 기전력의 전압 및 전류로 임피던스 성분을 조절하기 위한 정합부가 구비되고, 상기 정합부의 일측에는 상기 코일에 가해지는 열에 의한 상기 정합부의 온도 상승을 임의로 조절하기 위한 온도 조절부가 설치된다. 이에 따라 상기 코일의 발열로 인하여 상승하는 정합부의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있다.
Description
본 발명은 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 생성할 때 임피던스(impedance) 성분을 조절하기 위한 유도 기전력을 제공하는 정합부(matching unit)를 포함하는 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 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. 따라서 최근의 반도체 장치는 0.15㎛ 이하 디자인룰(design rule)의 고집적화를 요구한다. 때문에 상기 반도체 장치의 제조 기술은 플라즈마를 사용하는 제조 기술 등과 같은 미세 가공 기술로 발전되고 있다.
상기 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 기술은 주로 미세 패턴을 형성하기 위한 식각 기술에 주로 적용한다. 상기 제조 기술을 구현하기 위한 제조 장치는 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 알아이이(RIE : reactive ion etch), 티씨피(TCP : transformer coupled plasma) 등으로 나눌 수 있다.
하지만 상기 제조 장치의 구조는 그 대부분이 유사한 것으로서, 크게 기판의 로딩/언로딩(loading/unloading)을 담당하는 로드락 챔버(load lock chamber)와, 기판상에 형성한 막들의 식각을 담당하는 공정 챔버와, 상기 로드락 챔버 및 공정 챔버를 진공으로 형성하기 위한 진공 챔버 등을 포함한다. 또한 상기 플라즈마를 생성할 때 코일들을 사용하여 생성되는 유도 기전력의 전압 및 전류로 임피던스 성분을 조절하는 정합부를 포함한다.
상기 구성을 갖는 제조 장치에 대한 일 예는 이마푸쿠(Imafuku et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제6,074,518호에 개시되어 있다.
상기 제조 장치를 계속적으로 사용할 경우 상기 정합부의 온도는 상승한다. 이는 상기 정합부를 구성하는 코일이 저항체로서, 상기 코일에 전원을 제공할 경우 발열하기 때문이다. 이러한 코일의 발열은 상기 정합부의 기능을 저하시키는데, 특히 코일의 위치로 인한 정합 오류이다. 상기 정합 오류는 임피던스 성분을 변화시키기 때문에 플라즈마를 생성할 때 생성 효율 등을 저하시킨다. 또한 상기 코일의 빈번한 위치 변화는 상기 코일의 위치를 임의로 가변하는 모터로 구성되는 가변 부재의 위치를 변화시킨다. 이러한 가변 부재의 위치 변화는 상기 가변 부재의 잦은 고장의 원인으로 작용한다.
따라서 상기 정합부의 코일의 발열로 인하여 플라즈마를 사용하는 제조 장치의 운용 효율이 저하되고, 이러한 운용 효율의 저하는 반도체 장치의 제조에 따른 생산성을 저하시키는 문제점의 원인이 된다. 상기 정합부를 구성하는 부재들의 잦은 고장 또한 상기 제조 장치의 운용 효율을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명의 목적은, 플라즈마를 생성할 때 코일의 발열로 인하여 상승하는 정합부의 온도를 일정 수준으로 유지하기 위한 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치의 일 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치에 포함되는 온도 조절부를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치의 정합 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 공정 챔버 12 : 하부 전극
14 : 상부 전극 16 : 정합부
160a, 160b : 코일 162a, 162b : 온도 조절부
W : 기판
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치는, 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극 및 상부 전극이 설치되고, 상기 플라즈마를 사용한 공정이 이루어지는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버의 일측에 설치되고, 서로 다른 권선수를 갖는 두 개의 코일을 갖고, 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 코일들에 의하여 생성되는 유도 기전력의 전압 및 전류로 임피던스 성분을 조절하기 위한 정합 수단과, 상기 정합 수단의 일측에 설치되고, 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 코일에 가해지는 열에 의한 상기 정합 수단의 온도 상승을 임의로 조절하기 위한 온도 조절 수단을 포함한다.
상기 온도 조절 수단은 상기 정합부가 전기를 사용하기 때문에 공냉 방식의 부재가 적합하다. 때문에 상기 온도 조절 수단은 팬으로 구성할 수 있다. 이러한 온도 조절 수단은 적어도 둘 이상의 팬을 구성하고, 상기 팬들 각각의 회전 방향은 서로 다르게 구성한다.
따라서 상기 팬을 사용한 공기의 순환을 통하여 상기 정합부를 구성하는 코일을 식힐 수 있고, 이에 따라 상기 정합부의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있다. 때문에 상기 코일의 위치 변화를 최소화하고, 상기 위치 변화의 최소화를 통하여 상기 정합부를 효율적으로 운용할 수 있다. 따라서 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있을 뿐만 아니라 상기 정합부를 구성하는 부재들의 잦은 고장을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치의 일 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 제조 장치 중에서 플라즈마를 사용하여 기판상에 형성한 막들을 패턴으로 형성하기 위한 식각 장치로서, 알아이이(RIE) 방식에 의하여 플라즈마를 생성하는 식각 장치를 나타낸다. 먼저, 기판(W)상에 막들을 식각하여 패턴을 형성하는 공정이 이루어지는 공정 챔버(10)가 구비되어 있다. 상기 공정 챔버(10)에는 상기 플라즈마를 생성할 때 전원을 제공하는 상부 전극(14) 및 하부 전극(12)이 구비된다. 상기 하부 전극(12)은 기판(W)이 놓여지는 구성을 갖고, 상기 상부 전극(14)은 가스를 공정 챔버(10)내에 제공하는 배플(baffle)을 포함하는 구성을 갖는다.
상기 공정 챔버(10)의 상측에는 정합부(16)가 구비되어 있다. 상기 정합부(16)에는 서로 다른 권선을 갖는 두 개의 코일들 및 상기 코일들을 임의로 가변하기 위한 모터 등과 같은 가변 부재가 설치된다.
이에 따라 상기 상부 전극(14) 및 하부 전극(12)을 통하여 전원을 제공하고, 상기 배플을 통하여 가스를 상기 공정 챔버(10)내에 제공하여 플라즈마를 생성한 다음 상기 플라즈마를 사용하여 상기 기판(W)상에 형성되어 있는 막들을 식각하여 패턴으로 형성한다. 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 정합부(16)는 상기 상부 전극(14) 및 하부 전극(12)에 제공되는 전원의 임피던스 성분을 정합시킨다. 상기 정합은 먼저, 상기 가변 부재를 사용하여 상기 코일들의 위치를 가변시킨다. 이러한 코일의 위치 가변을 통하여 코일들의 자기장의 세기를 변화시켜 자기 유도를 형성하고, 상기 자기 유도에 의한 유도 기전력을 생성한다. 따라서 상기 유도 기전력에 의한 전압 및 전류의 세기를 임의로 증감시켜 임피던스 성분을 조절하여 상기상부 전극(14) 및 하부 전극(12)에 제공되는 전원의 임피던스 성분을 정합시킨다. 이때 상기 정합부(16)의 코일에는 열이 발생한다. 이는 상기 코일이 저항체로서 발열하기 때문이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치에 포함되는 온도 조절부를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 유도 기전력을 생성하는 코일(160a, 160b)이 구비되어 있고, 상기 코일(160a, 160b)에 가해지는 열에 의한 상기 정합부(16)의 온도 상승을 임의로 조절하는 온도 조절부(162a, 162b)가 구비되어 있다. 상기 온도 조절부(162a, 162b)는 공냉 방식으로 상기 정합부(16)의 온도를 조절할 수 있도록 팬(fan)으로 구성되고, 상기 정합부(16)의 일측에 설치된다. 특히, 상기 온도 조절부(162a, 162b)는 두 개의 팬을 설치하고, 회전 방향을 서로 다르게 구성한다. 즉, 하나의 온도 조절부(162a)는 외부의 공기를 상기 정합부(16)로 제공할 수 있는 회전 방향을 갖도록 구성하고, 다른 온도 조절부(162b)는 상기 정합부(16)의 공기를 외부로 배기할 수 있는 회전 방향을 갖도록 구성한다.
이에 따라 상기 온도 조절부(162a, 162b)에 의한 공기의 순환을 통하여 상기 정합부(16)의 온도를 일정 수준으로 유지한다. 때문에 상기 정합부(16)의 온도를 일정 수준으로 유지함으로서 상기 코일(160a, 160b)에 가해지는 열을 식힐 수 있다. 따라서 상기 정합부(16)의 온도 상승으로 인하여 나타나는 코일(160a, 160b)의 위치 변화를 최소화할 수 있다.
이와 같이 상기 코일(160a, 160b)의 위치 변화를 최소화하여 정합 오류를 최소화함으로서, 상기 플라즈마를 생성할 때 임피던스 성분을 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라 상기 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있다. 이러한 플라즈마의 안정적인 생성은 공정 수행의 안정화를 꾀할 수 있음은 물론이고, 상기 플라즈마의 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 코일(160a, 160b)의 위치 변화의 최소화는 상기 코일(160a, 160b)과 연계되어 설치되는 부재들에 끼치는 영향을 최소화할 수 있다. 때문에 상기 부재들의 잦은 고장의 원인이 제거된다. 이에 따라 상기 제조 장치의 운용 측면의 효율성을 보장할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치의 정합 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 종래의 제조 장치와 상기 온도 조절부를 설치한 제조 장치를 사용하여 정합 오류를 비교한 그래프로서, 본 실시예의 제조 장치의 경우에는 계속적인 사용에도 불구하고, 종래와는 달리 상기 정합 오류가 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 상기 온도 조절부(162a, 162b)를 사용하여 상기 코일(160a, 160b)에 의한 발열로 인한 정합부(16)의 온도 상승을 일정 수준으로 유지함으로서 상기 온도 상승으로 인하여 나타내는 코일(160a, 160b)의 위치 변화를 최소화할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 상기 정합부의 온도를 일정 수준으로 유지함으로서, 상기 제조 장치의 운용 효율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 이러한 운용효율의 향상은 반도체 제조에 따른 생산성의 향상에 기여한다. 그리고 상기 정합부를 구성하는 부재들을 안정적으로 운용할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한 상기 플라즈마의 안정적인 생성을 통하여 제조 공정의 안정화를 꾀할 수 있는 효과가 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)
- 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극 및 상부 전극이 설치되고, 상기 플라즈마를 사용한 공정이 이루어지는 공정 챔버;상기 공정 챔버의 일측에 설치되고, 서로 다른 권선수를 갖는 두 개의 코일을 갖고, 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 코일들에 의하여 생성되는 유도 기전력의 전압 및 전류로 임피던스 성분을 조절하기 위한 정합 수단; 및상기 정합 수단의 일측에 설치되고, 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 코일에 가해지는 열에 의한 상기 정합 수단의 온도 상승을 임의로 조절하기 위한 온도 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치.
- 제1 항에 있어서, 상기 온도 조절 수단은 팬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치.
- 제2 항에 있어서, 상기 팬은 적어도 둘 이상으로 구성되고, 상기 적어도 둘 이상의 팬들 각각의 회전 방향은 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치.
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