KR20030030056A - 반도체 장치 제조 설비의 에칭 챔버 - Google Patents

Abstract

공정 이력에 관계없이 웨이퍼에 작용하는 공정 가스 압력을 조절할 수 있는 에칭 챔버가 개시된다. 본 에칭 챔버는 제한 링이 챔버 상부와 관련하여 고정된 위치를 가지도록 설치되고, 진공 배기 라인에 내부 압력 조절이 가능한 밸브 장치가 설치됨을 특징으로 한다. 본 발명에서 밸브 장치는 밸브 격막의 각도를 조절하여 챔버 내부 압력 조절을 실시할 수 있다.

Description

반도체 장치 제조 설비의 에칭 챔버{Etching chamber for semiconductor device fabrication}

본 발명은 반도체 장치 제조 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내에서 저압 환경을 조성하고 화학반응을 유도하는 저압 플라즈마형 에칭 챔버에 관한 것이다.

반도체 장치 제조는 고도로 집적화된 소자 및 배선으로 회로를 구성하여 이루어진다. 고도로 집적된 소자 및 배선을 형성하기 위해 정밀성을 가진 패터닝이 필요하다. 정밀한 패터닝이 가능한 것은 반도체 장치 제조 공정에서 기계적인 방법이 아닌 노광 공정과 식각 공정이라는 화학적인 방법을 사용할 수 있기 때문이다.

그런데, 이들 반도체 장치 제조 공정에서 화학적인 방법을 사용하므로 그 결과는 화학반응이 이루어지는 공정 조건에 크게 의존하게 된다. 공정 조건 가운데 중요한 것으로 가공되는 기판 주위에 공급되는 화학 물질의 농도, 공정 챔버의 온도, 압력 등이 있다.

도1은 종래의 에칭 챔버에 대한 개략적 구성을 나타내는 단면도이다. 도1과 같은 에칭 챔버에서 외부에서 소오스 가스가 투입되면 상부 캐소드 전극(18)에 고주파 전계가 인가되어 플라즈마를 형성하고 정전 척(16)에 놓인 웨이퍼(20)에 소오스 가스의 플라즈마를 작용시켜 식각 공정이 이루어진다. 식각 부산물 및 잔여 가스는 에칭 챔버 하단의 일부에 연결된 진공 배기 라인(14)을 통해 배출된다.

식각 과정은 온도, 압력 및 소오스 가스 혹은 플라즈마의 밀도에 의존하게 된다. 특히, 에칭 챔버 내에는 플라즈마 환경 하에서 압력과 소오스 가스 플라즈마의 물질 밀도가 전체 공간을 통해 일정하지 않고, 상호 영향을 주게 된다. 이런 환경에서, 기존의 에칭 챔버에서는 식각 속도에 영향을 미치는 가스 플라즈마 압력을 조절하기 위해 상부 챔버의 제한 링(confinement ring:26)을 상하로 미세하게 이동시키는 방법을 사용한다. 이때, 제한 링(26)은 상부 실링 플레이트와 상부 석영 링을 관통하는 로드(24)의 일 단부에 부착되어 있고, 로드(24)의 다른 한 단부는 캠 링(Cam ring:22)이 움직임에 따라 상하로 움직이므로, 제한 링(26)도 로드(26)에 의해 상하로 움직이게 된다. 이 제한 링(26)의 이동은 가스 플라즈마의 분포에 영향을 미쳐 실질적으로 에칭 챔버의 부피 및 압력을 조절하는 역할을 한다.

그런데, 도1과 같은 종래의 에칭 챔버는 여러 부품들이 조합되어 이루어지며, 운전 환경에 따라 가령, 열 팽창 등의 요인으로 제한 링(26)의 이동 조절이 균일하게 이루어질 수 없다는 문제가 있다. 즉, 에칭 챔버를 상당시간 가동하지 않은 상태에서 처음 공정을 진행할 때와 오랜 시간 연속으로 가동을 한 상태에서 조절의 기준이 달라질 수 있다. 이런 변이는 상당한 기간의 예비 가동(warming up)에 의해 경감될 수 있으나 예비 가동이 길어지면 장비 운용의 효율이 저하된다. 또한, 가동 초기의 에칭 챔버에서 정상 압력으로 조절하기 위해 제한 링을 최대까지 움직여도 공정상 정상적인 압력을 얻지 못하여 공정이 불안해지고 공정 설비 이상과 공정 웨이퍼 불량을 모두 야기시키는 문제도 있었다.

본 발명은 상술한 종래 에칭 챔버의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부의 압력을 장비 가동 이력과 관계없이 식각 공정이 가능한 안정된 상태로 운용할 수 있는 에칭 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 에칭 챔버에 대한 개략적 구성을 나타내는 단면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 챔버의 단면을 나타내는 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 챔버는 제한 링이 챔버 상부와 관련하여 고정된 위치를 가지도록 설치되고, 진공 배기 라인에 내부 압력 조절이 가능한 밸브 장치가 설치됨을 특징으로 한다.

본 발명에서 밸브 장치는 밸브 격막의 각도를 조절하여 챔버 내부 압력 조절을 실시할 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭 챔버의 단면을 나타내는 도면이다.

도2에 따르면, 에칭 챔버의 대부분의 구성은 종래의 에칭 챔버 구성과 동일하다. 챔버 상부(12)와 챔버 하부(11)로 따로 조성되는 챔버 벽체로 둘러싸인 공간의 챔버 하부(11)에는 웨이퍼(20)가 놓이는 정전척(20)이 있고, 챔버 상부(12)에는고주파 전계를 인가하여 플라즈마를 형성하기 위한 캐소드 전극(18)이 위치한다. 캐소드 전극(18) 주변에는 석영 링이 있고, 석영 링을 관통하는 고정 로드(34)에 의해 제한 링(36)이 고정 설치되어 본 발명의 일 특징을 이루고 있다. 본 발명의 에칭 챔버에서 제한 링(36)의 고정에 따른 영향은 아래 언급되는 바와 같이 챔버와 배기 라인(14)을 연결하는 배기구에 설치된 밸브(38)의 조절을 통해 보완될 수 있다.

도시되지 않으나, 챔버 상부(12) 일부에는 식각을 위한 에천트 가스가 입력되도록 가스 투입구가 설치되어 있고, 챔버 상부(12)인 해드부에는 통상 냉각 배관이 설치된다. 챔버 하부(11)의 정전척(16)에는 웨이퍼 온도 조절을 위해 히터나 백사이드 헬륨 공급 장치가 설치될 수 있다.

정전척(16)이 설치된 측방 하부에는 공정에서 발생한 부산물 가스, 파티클, 잔여 식각 가스가 배출될 수 있도록 배기구가 형성되어 있고, 배기구 혹은 배기구와 연결된 배기 라인(14)에는 트로틀 밸브(throttle valve) 기타 밸브(38) 장치가 형성된다.

본 발명에서 사용될 수 있는 밸브(38)는 대기압에 비해 매우 낮은 에칭 챔버 내에 작용될 배기압을 배기구의 열림 면적 혹은 격막이 배기 라인(14) 방향과 이루는 각도 등을 조절함으로써 조절할 수 있는 정밀한 밸브로 이루어져야 한다. 바람직하게는 배기구의 구경을 크게 하여 밸브 격막의 위치에 의한 조절이 보다 용이하게 할 수 있다. 배기구는 통상 드라이 펌프 등의 진공 펌프와 연결되어 있으므로 배기구에서는 1/1000 기압 정도가 얻어질 수 있고, 경우에 따라서는 배기구는 드라이 펌프와 함께 터보 펌프 등을 이용하여 더 높은 정도의 고진공 상태로도 조성될 수 있다. 압력 센서를 에칭 챔버에 설치하고 압력 센서의 감지값을 설비 콘트롤러로 보내고 미리 콘트롤러에 설정된 비교값과 비교하여 그 차이값을 밸브 장치에 되먹임하는 자동 조절 방식의 밸브를 통한 압력 조절도 가능하다.

본 실시예에서는 에칭 챔버에 대해서만 언급하고 있으나 에칭 챔버와 유사한 구성을 가지는 저압 플라즈마 인가형 CVD 장비에서도 배기구측 밸브 장치를 통한 압력 조절이 가능할 것이다.

본 발명에 따르면, 에칭 챔버 내의 화학반응에 영향을 끼치고 식각 속도를 좌우하는 챔버 내 압력을 배기구측 밸브 장치를 통해 조절할 수 있으므로 제한 링의 상하 이동을 통한 챔버 내 압력 조절에 비해 조절 가능성과 조절 안정성을 높일 수 있다. 따라서, 장비 가동 이력과 관계없이 불량 없는 공정 조건 조성이 용이해진다.

Claims (2)

1. 일정 공간을 형성하는 벽체,

   웨이퍼가 놓이는 척,

   고주파 전계를 인가할 수 있도록 상기 척 위쪽에 형성된 캐소드,

   상기 캐소드 아래쪽 주변부에 형성된 제한 링(confinement ring),

   상기 벽체 일부에 형성되는 배기구 및 상기 배기구에 연결되며 밸브 장치를 가지는 진공 배관을 구비하는 에칭 챔버에 있어서,

   상기 제한 링이 상기 벽체와 관련하여 고정 설치되며, 상기 밸브 장치는 상기 벽체로 싸인 내부 공간의 압력을 조절 할 수 있도록 설치됨을 특징으로 하는 에칭 챔버.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브 장치는 상기 배관을 차단할 수 있는 격막을 가지고, 상기 배관의 설치 방향과 상기 격막이 이루는 각도를 통해 상기 압력 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.