KR20030063039A - Ｉｃｐ 에쳐용 가스 확산판 - Google Patents

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Abstract

특히 ICP 에쳐(Inductively Coupled Plasma etcher)의 공정챔버 내에 균일하게 가스를 공급하기 위한 가스 확산판에 관해 개시한다. 본 발명의 ICP 에쳐용 가스 확산판은: 소정 직경의 세라믹 볼들 또는 베스펠(vespel) 볼들이 전체적으로 원형의 판재모양을 갖도록 압축 및 소성하여 만들어진 다공질 판체와; 상기 판체의 일면에 형성된 가스 유로용 그루브(groove); 상기 판체의 타면을 덮는 동시에 균일 밀도로 분포된 복수의 관통공을 가진 가스 분배판을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 에칭공정의 균일도가 향상되므로 우수한 품질의 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Description

ＩＣＰ 에쳐용 가스 확산판 {Gas diffusion plate for use in ICP etcher}
본 발명은 반도체 소자 제조용 장비에 관한 것으로, 특히 ICP 에쳐(Inductively Coupled Plasma etcher)의 공정챔버 내에 균일하게 가스를 공급하기 위한 가스 확산판에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 에칭가공을 위해 고밀도 플라즈마(HDP, High Density Plasma)를 이용하는 장비, 예컨대 ICP 에쳐가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 장비에서 공정가스를 챔버 내에 공급하는 방식은 크게 둘로 나뉘어져 있다. 첫째는 에지 인젝션(edge injection) 방식이며, 둘째는 샤워헤드(shower head) 방식이다.
도 1은 에지 인젝션 방식의 ICP 에쳐의 개략적 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 세라믹 판으로 이루어진 상부 챔버덮개(100) 위에 ICP 안테나(120)가 위치한다. 상부 챔버덮개(100)는 세라믹 판 대신에 돔 구조체를 사용하여도 무방하다. 챔버 내부에서는, 캐소우드 역할을 하며 RF 전력 공급원(150)에 의해 전력을 공급받는 지지대(160) 위에 정전척(Electrostatic chuck, ESC; 140)이 위치하며, 공정 중에는 반도체 기판(미도시)이 정전척(140)에 의해 고정된다. 한편, 공정가스들은 하부 챔버벽(110) 내부에 마련된 가스공급유로(미도시)와 연결된 에지 인젝터(130)를 통해 챔버 내로 도입된다. 이와 같은 구조를 가진 에지 인젝션 방식의 ICP 에쳐에서는, 상부 챔버덮개(100)와 정전척(140) 사이의 갭이 충분히 넓고, 10mT 이하의 저압상태일 경우, 에칭공정의 균일도를 확보할 수 있다. 그러나, 최근의 반도체 공정, 예컨대 산화막 에칭의 경우, 에칭가스의 해리 메커니즘을 쉽게 제어하기 위하여 상부 챔버덮개(100)와 정전척(140) 사이에 좁은 갭이 요구되고 있다. 그러나, 도 1에 도시한 에지 인젝션 방식의 ICP 에쳐에서 상부 챔버덮개(100)와 정전척(140) 사이의 갭이 좁아진다면, 공정 가스가 반도체 기판의 중앙까지 도달하기 어렵고 대부분 펌핑설비에 연결된 배기관을 통해 외부로 배출되어 버리므로 공정 균일도가 나빠진다는 문제점이 발생한다.
이러한 단점을 극복하기 위해 샤워헤드 방식의 ICP 에쳐도 널리 사용되고 있다. 도 2는 샤워헤드 방식의 ICP 에쳐의 개략적 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1과 도 2에서 동일한 참조번호는 동일 구성요소를 나타내며 중복적인 설명은 생략한다. 도 2를 참조하면, 도 1의 구조와 기본적으로 동일하나 공정가스의 공급이 에지 인젝터가 아닌 샤워헤드(132)에 의해 이루어진다는 점이 다르다. 샤워헤드(132)는반도체 기판의 중앙 상부에 위치하며, 자신의 내부에 다수의 가스 분산유로를 갖고 있다. 그러나, 이와 같은 샤워헤드(132)를 이용하여도, 반도체 기판이 300㎜ 정도로 대구경화되고, 상부 챔버덮개(100)와 정전척(140) 사이의 갭이 점점 좁아지는 공정추세에서는 에칭공정의 균일도를 확보하기 어렵다는 문제점이 있다. 그 이유는 샤워헤드(132)의 가스 공급유로마다 작용하는 가스압이 달라서 공급 유로의 위치에 따라 분사되는 가스량 및 가스 분출속도가 서로 다르기 때문이다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 상부 챔버덮개와 정전척 사이의 갭이 줄어들고 반도체 기판이 대구경화하여도 우수한 공정 균일도를 확보할 수 있게 해주는 ICP 에쳐용 가스 확산판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 가스 공급유로에 작용하는 가스압을 비교적 동일하게 유지시켜 우수한 공정 균일도를 확보할 수 있게 해주는 ICP 에쳐용 가스 확산판을 제공하는 것이다.
도 1은 에지 인젝션(edge injection) 방식의 ICP 에쳐의 개략적 구성을 나타내는 단면도;
도 2는 샤워헤드(shower head) 방식의 ICP 에쳐의 개략적 구성을 나타내는 단면도;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 ICP 에쳐용 가스 확산판을 제조하는 방법을 나타낸 도면들; 및
도 4는 본 발명에 따른 가스 확산판을 설치한 ICP 에쳐의 개략적 구성을 나타내는 단면도이다.
* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 상부 챔버덮개
110 : 하부 챔버벽
120 : ICP 안테나
130 : 에지 인젝터
132 : 샤워헤드
140 : 정전척
150 : RF 전력 공급원
160 : 지지대
300 : 세라믹 볼
310 : 다공질의 판체
320 : 가스 유로용 그루브
330 : 가스 분배판
350 : ICP 에쳐용 가스 확산판
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 ICP 에쳐용 가스 확산판은:
소정 직경의 세라믹 볼들 또는 베스펠(vespel) 볼들이 전체적으로 원형의 판재모양을 갖도록 압축 및 소성하여 만들어진 다공질 판체와;
상기 판체의 일면에 형성된 가스 유로용 그루브(groove);
상기 판체의 타면을 덮는 동시에 균일 밀도로 분포된 복수의 관통공을 가진 가스 분배판;
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 세라믹 볼들 또는 베스펠 볼들의 각각의 직경은 0.5∼5㎜ 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 세라믹 볼들 또는 베스펠 볼들의 외면에 접착액을 발라서 다공질 판체로 만들 수도 있다.
한편, 상기 가스 유로용 그루브는 방사 대칭형인 것이 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 ICP 에쳐용 가스 확산판을 제조하는 방법을 나타낸 도면들이다.
우선 도 3a에 도시한 바와 같이, 직경 1㎜의 세라믹 볼(300)들을 마련한다.
본 실시예에서는 직경 1㎜의 세라믹 볼들을 사용하였으나, 그 외에도 베스펠(vespel) 볼들을 사용할 수 있으며, 대체로 0.5∼5㎜ 범위 내의 직경을 가진 것을 사용하는 것이 바람직하다. 가스 확산판으로 사용되는 재질은 가스를 확산시켰을 때 오염미립자를 형성시키지 않아야 하며, 약 200∼300℃ 정도의 열에 견뎌야 할 뿐 아니라 플라즈마에 강한 특성을 가져야 한다. 그 반면에 금속재질의 볼들은 사용할 수 없는데, 그 이유는 가스 확산판으로 금속재질의 것을 사용할 경우 ICP 생성을 위한 자기장을 금속재질의 가스 확산판이 차폐하기 때문이다.
이어서, 도 3b에 도시한 것과 같이, 세라믹 볼(300)들을 판재모양으로 만든 다음 압축, 소성하여 다공질의 판체(310)을 만든다. 이 때, 세라믹 볼(300)들의 외면에 접착제를 발라서 판재의 형성을 용이하게 할 수도 있다.
그 다음, 도 3c와 같이, 다공질 판체(310)의 일면에 방사 대칭형의 가스 유로용 그루브(320)를 만든다. 본 실시예에서는 방사 대칭형으로 가스 유로용 그루브를 만들었으나, 그 구조는 반드시 제한적인 것은 아니며 공정특성에 따라 다양한 방법으로 그루브를 디자인할 수 있다.
이와 같이 만들어진 다공질 판체는 별도의 공정을 거치지 않아도 샤워헤드와 비교할 수 없을 정도로 많은 수의 가스 공급유로를 자체적으로 가지게 되며, 공급되는 가스들은 세라믹 볼들과 충돌해가면서 그 압력이 고르게 분산되게 된다.
마지막으로, 도 3d와 같이, 균일 밀도로 분포된 복수의 관통공(H)을 자신의 일측에 가진 가스 분배판(330)으로 판체(310)의 타면을 덮어서, ICP 에쳐용 가스 확산판(350)을 완성한다. 가스 분배판(330)의 타측면(332)에는 판체(310)의 가스 유로용 그루브(320)와 연결되는 유로(미도시)가 형성되어 있다. 가스 분배판(330)은 플라즈마에 취약한 판체(310)의 구조적 약점을 보강하는 동시에 균일한 압력으로 공급된 가스들을 반도체 기판 상에 균일하게 뿌려주는 역할을 한다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 확산판(350)을 설치한 ICP 에쳐의 개략적 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 공정 가스는 챔버벽(110) 내부에 마련된 가스공급유로(미도시)와, 가스 분배판의 타측면에 마련된 유로와, 다공질 판체의 가스유로용 그루브와, 판체 내의 세라믹 볼들 사이의 간극과, 가스 분배판의 일측에 마련된 다수의 관통공을 차례로 거쳐 반도체 기판 상에 뿌려지게 된다. 이와 같이 공정가스가 거치는 과정 중에서 판체 내의 세라믹 볼들 사이의 간극을 지나면서 공정가스의 압력이 위치에 관계없이 균일하게 변하게 된다. 따라서, 에칭공정의 균일도를 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에칭공정의 균일도가 향상되므로 우수한 품질의 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. ICP 에쳐의 공정챔버 내에 공정가스를 도입하기 위한 가스확산판에 있어서,
    소정 직경의 세라믹 볼들 또는 베스펠 볼들이 전체적으로 원형의 판재모양을 갖도록 압축 및 소성하여 만들어진 다공질 판체와;
    상기 판체의 일면에 형성된 가스 유로용 그루브;
    상기 판체의 타면을 덮는 동시에 균일 밀도로 분포된 복수의 관통공과, 상기 판체의 가스 유로용 그루브와 연결되는 유로를 가진 가스 분배판;
    을 구비하는, ICP 에쳐용 가스 확산판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 볼들 또는 베스펠 볼들의 각각의 직경이 0.5∼5㎜ 범위에 있는 것을 특징으로 하는, ICP 에쳐용 가스 확산판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 볼들 또는 베스펠 볼들의 외면에 접착액이 발라진 것을 특징으로하는, ICP 에쳐용 가스 확산판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 유로용 그루브가 방사 대칭형인 것을 특징으로 하는, ICP 에쳐용 가스 확산판.
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