KR20030030291A - 백사이드 가스 라인에 설치되는 오리피스 세트 - Google Patents

Abstract

백사이드 가스 라인에 설치되는 오리피스 세트를 개시한다. 본 발명에 따른 오리피스 세트는 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 예방하기 위한 오리피스 세트로서, 몸체의 가장자리 부분에만 홀이 형성된 하나 이상의 제1 오리피스와, 몸체의 중심 부분에만 홀이 형성된 하나 이상의 제2 오리피스를 포함한다. 본 발명에 의하면, 백사이드 가스가 오리피스 세트를 통과하는 거리가 종래보다 증가되므로 방전개시전압이 증가된다. 따라서, 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 효과적으로 예방할 수 있어, 웨이퍼의 백사이드에 헬륨과 같은 쿨링 가스를 안정적으로 공급할 수 있다.

Description

백사이드 가스 라인에 설치되는 오리피스 세트{Orifice set for backside gas line}

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 웨이퍼 식각 장비에 관한 것으로, 특히웨이퍼를 냉각시키기 위하여 웨이퍼의 백사이드에 헬륨과 같은 쿨링 가스를 공급하는 백사이드 가스 라인에 설치되는 오리피스를 개선하여 냉각효과를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속배선 등의 공정이 반복 수행됨에 따라 반도체 소자로 제조된다. 이들 공정중 빈번히 이루어지는 하나로서 플라즈마(plasma) 식각 공정이 있다. 플라즈마 식각 공정에서는 밀폐된 챔버 내부의 상하부 전극판 사이에 공정을 수행하기 위한 웨이퍼를 안착시키고 챔버 내부를 고진공 상태로 형성한 후, 반응에 필요한 가스를 투입시킨다. 그리고, 투입된 가스를 양측 전극판 사이에 인가되는 고주파 전원에 의해 플라즈마 상태로 여기시킨다. 상기 플라즈마에 의해 웨이퍼의 표면이 선택적으로 제거됨으로써 일정한 형태의 패턴이 형성된다.

도 1에 이러한 플라즈마 식각 공정에 이용되는 식각 장비의 구조가 도시되어 있다. 이를 살펴 보면, 식각 장비의 챔버(C) 내 상부에 상부전극(10)이 설치되어 있고, 그 하부에는 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(20, 하부전극)이 설치되어 있다. 상기 챔버(C) 내에 반응 가스를 주입시키고 상기 상부전극(10)과 하부전극(20)에 고주파 전원을 공급하면 상기 챔버(C) 내에서는 플라즈마가 형성된다. 참조부호 22, 23 및 24는 각각 고주파 전원이 인가되는 전원인가부(HOT), 절연체 및 접지부이다.

일반적으로 공정의 재현성을 위해서는 상기 웨이퍼(W)가 항상 일정한 온도로 유지되어야 한다. 특히, 공정중에 플라즈마 형성에 의한 고온 발생시에도 정해진온도로 유지되어야만 웨이퍼의 버닝(그을음) 현상 등을 줄일 수 있게 된다. 따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 웨이퍼(W)의 백사이드로 헬륨과 같은 쿨링 가스를 공급하는 백사이드 가스 라인(30)을 설치한다.

이와 같은 백사이드 가스 라인(30)의 구조를, 도 2를 참조하여 좀 더 자세히 살펴본다. 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타내 보인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 백사이드 가스 라인(30)은 상기 접지부(24), 절연체(23), 전원인가부(22) 및 정전척(20)을 관통하도록 설치된다. 이에 따라, 상기 백사이드 가스 라인(30)의 윗부분은 상기 전원인가부(22)에 인가되는 고주파 전원의 영향을 받는다. 그리고, 상기 백사이드 가스 라인(30)의 아랫부분은 서스 재질로 되어 상기 접지부(24)와 같이 그라운드 역할을 한다. 그런데, 고압의 백사이드 가스가 유입될 때 상기 절연체(23)가 얇아서 상기 백사이드 가스 라인(30) 내부에서 글로우 방전이 일어날 수 있다. 이는 원하지 않는 방전이므로 이상 방전이라고 할 수 있다. 이에, 상기 백사이드 가스 라인(30) 상에 다수개의 a형 및 b형 오리피스(50, 60)로 이루어진 오리피스 세트(80)를 포함하는 절연관(70)을 설치하여 이상 방전을 예방하고 있다. 상기 a형 및 b형 오리피스(50, 60)의 재질은 테플론이며, 상기 오리피스 세트(80)는 홀의 수와 배치가 서로 다른 a형 오리피스(50)와 b형 오리피스(60)가 번갈아 적층된 상태이다.

도 3 및 도 4에 상기 a형 및 b형 오리피스(50, 60)의 상면을 자세하게 나타내었다. 먼저 상기 a형 오리피스(50)는 몸체(52)의 외주측에 일정 높이로 벽체(54)가 형성되어 있다. 상기 몸체(52)에는 0.8 mm의 직경을 갖는 홀(56)이 24개 형성되어 있다. 그리고, b형 오리피스(60)도 외주측에 일정 높이로 벽체(64)가 형성되어 있는 몸체(62)를 갖고, 상기 몸체(62)에는 0.8 mm의 직경을 갖는 홀(66)이 25개 형성되어 있다. 상기 홀(56, 66)은 도 2에서와 같이 a형 오리피스(50)와 b형 오리피스(60)를 번갈아 적층한 것을 위에서 보았을 때 서로 겹치지 않도록 배치되어 있다.

이러한 오리피스 세트를 설치하여 이상 방전을 예방할 수 있는 원리는 방전개시전압(Vs)을 계산하는 파센(Paschen)의 식에 따라 설명될 수 있다. 파센의 식에 따르면, 방전개시전압(Vs)은 가스압력(P)과 전극간거리(d)의 곱에 비례하는데, 도 2와 같은 경우 상기 절연관(70)의 높이가 전극간거리(d)에 해당한다.

그런데, 백사이드 가스 라인에 오리피스 세트를 설치하면, 백사이드 가스가 상기 a형 및 b형 오리피스(50, 60)를 통과할 때에 지그재그로 휘어진 경로를 따르게 되므로 백사이드 가스의 이동 경로가 증가된다. 따라서, 오리피스 세트를 설치하면 실제의 d를 증가시키는 효과를 거둘 수 있고, 상기 파센의 식에 따라 방전이 개시되는 전압이 증가한다. 방전개시전압이 증가되면 그만큼 방전되기가 어려운 것을 의미하므로, 이상 방전을 예방할 수 있게 된다.

그러나, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같은 오리피스들을 이용하여도 이상 방전이 발생되는 문제가 완전히 해결되지는 않는다. 이는 오리피스 세트 자체뿐만 아니라 여러 공정상 원인으로 인해 상기 파센의 식으로부터 예측할 수 있는 방전개시전압보다 훨씬 낮은 전압에서도 방전이 발생되기 때문이다. 이상 방전이 발생하면, 테플론 재질로 된 상기 오리피스들이 변형되어서 백사이드 가스를 제대로 공급할수 없게 된다. 특히, 콘택홀을 식각하는 공정에서는 식각이 되지 않는 공정 불량이 유발된다. 이에 따라, 웨이퍼의 수율이 감소되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 백사이드 가스 공급라인에서의 이상 방전을 효과적으로 예방하여 웨이퍼의 백사이드에 헬륨과 같은 쿨링 가스를 안정적으로 공급할 수 있는 오리피스 세트를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 웨이퍼 식각 장비를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 종래의 오리피스 세트를 설명하기 위한 단면도로서, 도 1의 A 부분을 확대하여 나타내 보인 도면이다.

도 3 및 도 4는 종래의 오리피스 세트를 구성하는 오리피스들의 상면도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트를 구성하는 오리피스들의 상면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

150, 160 : 제1 및 제2 오리피스,152, 162 : 몸체,

154, 164 : 벽체,156, 166 : 홀,

180 : 오리피스 세트

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 오리피스 세트는 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 예방하기 위한 오리피스 세트로서, 몸체의 가장자리 부분에만 홀이 형성된 하나 이상의 제1 오리피스와, 몸체의 중심 부분에만 홀이 형성된 하나 이상의 제2 오리피스를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스가 번갈아 적층된 상태인 것이 바람직하다. 상기 제1 오리피스에는 등간격으로 4개의 홀이 형성되고, 상기 제2 오리피스에는 1개의 홀이 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 오리피스의 재질은 쿼츠(quartz) 또는 세라믹일 수 있다.

본 발명에 따르면, 쿨링 가스가 오리피스 세트를 통과하는 거리가 종래보다 증가되므로 파센의 식에 따라 방전개시전압이 증가된다. 따라서, 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 효과적으로 예방할 수 있어, 웨이퍼의 백사이드에 쿨링 가스를 안정적으로 공급할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트(180)를 설명하기 위한 도면들이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트(180)를 구성하는 오리피스들의 상면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트(180)의 단면도이다.

먼저 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트(180)는 번갈아 적층된 하나 이상의 제1 오리피스(150)와 제2 오리피스(160)를 포함한다. 도면에는 상기 제1 오리피스(150)가 3개, 상기 제2 오리피스(160)가 2개인 것으로 도시하였으나, 각 오리피스의 높이와 오리피스 세트가 설치될 부분의 치수를 고려하여 오리피스 세트를 구성하는 각 오리피스의 개수를 변경할 수 있다. 이러한 오리피스 세트(180)는 도 1과 같은 플라즈마 식각 장비의 백사이드 가스 라인에 설치되어 이상 방전을 예방하는 데에 사용될 수 있다.

다음에 도 5를 참조하면, 상기 제1 오리피스(150)는 몸체(152)의 외주측에 일정 높이로 벽체(154)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 몸체(152)의 가장자리 부분에만 4개의 홀(156)이 등간격으로 형성되어 있다.

도 6을 참조하면, 상기 제2 오리피스(160)도 상기 제1 오리피스(150)와 마찬가지로 몸체(162)의 외주측에 일정 높이로 벽체(164)가 형성되어 있다. 그런데, 상기 몸체(162)의 몸체의 중심 부분에만 1개의 홀(166)이 형성되어 있다.

따라서, 도 7에서와 같이 상기 제1 및 제2 오리피스(150, 160)가 번갈아 적층된 오리피스 세트(180)를 위에서 보았을 때 홀(156, 166)이 서로 겹치지 않는다.

상기 제1 및 제2 오리피스(150, 160)는 종래에 비하여 홀(156, 166)의 수가 작다. 그리고, 홀이 오리피스 몸체에 고르게 배치되기 보다는 가장자리와 중심 부분에 형성된다. 따라서, 종래에 비하여 오리피스 세트(180)에서의 상하부 홀 간의 거리가 크다.

이러한 실시예에 따르면, 쿨링 가스가 오리피스 세트를 통과해야 하는 거리가 증가되므로, 파센의 식에 따라 방전개시전압이 증가된다. 따라서, 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 효과적으로 예방할 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 오리피스(150, 160)의 재질은 방전을 일으키지 않도록 절연물이어야 한다. 따라서, 종래와 마찬가지로 테플론 재질을 채용할 수 있으며, 바람직하게는 쿼츠 또는 세라믹을 채용할 수 있다. 쿼츠 또는 세라믹은 테플론에 비하여 기계적 강도가 우수하므로 여러 공정상 원인으로 인해 이상 방전이 발생하더라도 오리피스가 변형되는 현상이 덜 하다. 따라서, 웨이퍼의 백사이드에 쿨링 가스를 안정적으로 공급할 수 있게 되어 웨이퍼의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 그러므로, 공정이 안정화되고 공정 수율을 향상시킬 수 있는 한편, 고품질의 반도체 소자 제조가 가능하게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 예로써, 본 발명의 실시예에 따른 오리피스 세트는 플라즈마 식각 장비의 백사이드 가스 라인에 설치되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 웨이퍼의 백사이드에 쿨링 가스를 공급해야 하는 모든 반도체 제조 장비, 예를 들어 플라즈마를 이용하는 화학적 기상 증착 장비에도 본 발명에 따른 오리피스 세트를 적용할 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 오리피스에 형성되는 홀의 수와 배치를 달리함으로써 백사이드 가스가 오리피스 세트를 통과하는 거리를 종래보다 증가시킨다. 파센의 식에 따라 방전개시전압이 증가되므로 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 효과적으로 예방할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 백사이드에 쿨링 가스를 안정적으로 공급할 수 있게되어 웨이퍼의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 그러므로, 공정이 안정화되고 공정 수율을 향상시킬 수 있는 한편, 고품질의 반도체 소자 제조가 가능하게 된다.

Claims (4)

1. 백사이드 가스 라인에서의 이상 방전을 예방하기 위한 오리피스 세트로서,

   몸체의 가장자리 부분에만 홀이 형성된 하나 이상의 제1 오리피스와, 몸체의중심 부분에만 홀이 형성된 하나 이상의 제2 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 오리피스 세트.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 오리피스와 제2 오리피스가 번갈아 적층된 상태인 것을 특징으로 하는 오리피스 세트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 오리피스에는 등간격으로 4개의 홀이 형성되고, 상기 제2 오리피스에는 1개의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 오리피스 세트.
4. 1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 오리피스의 재질은 쿼츠(quartz) 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 오리피스 세트.