KR20030077286A - 플라즈마를 이용하는 반도체 제조 장비 - Google Patents

Abstract

플라즈마를 이용하는 반도체 제조장비를 제공한다. 이 장비는 공정이 진행되는 공간을 제공하는 원통형 공정챔버와 공정챔버에 대향하여 상기 공정챔버 내에 전장을 유기하는 플라즈마원을 포함한다. 플라즈마원은 지지대에 체결되고, 지지대는 구동장치에 의해 상기 공정챔버의 중심축을 회전중심으로 일정한 속도로 회전한다.

Description

플라즈마를 이용하는 반도체 제조 장비{SEMICONDUCTOR FABRICATING EQUIPMENT USING PLASMA}

본 발명은 플라즈마 식각 장치와 같은 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 반도체, 평판화면(flat paneldisplay), 인쇄회로기판 및 다른 박막 가공 공정에 사용되는 플라즈마 식각과 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 포토레지스트 스트리핑(photo-resist stripping) 및 기타 공정 분야에 적용되는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.

플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 플라즈마 식각, 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 포토레지스트 스트리핑 및 기타 표면 처리를 통한 다양한 박막 제조를 위하여 넓은 영역에 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 원(plasma source)을 필요로 한다. 따라서 실리콘과 복합 화합물 반도체의 제조, 액티브 매트릭스(active matrix) 액정 화면, 플라즈마 화면, 필드 에미션(field emission) 화면 등을 포함하는 평판 화면의 제조 등이 플라즈마 원을 필요한 분야의 예이다.

플라즈마를 사용한 반도체 장비는 플라즈마 원을 구비하고 있는데, 전형적인 플라즈마 원의 형태는 평면형 코일 또는 원주형 코일의 두가지 형태를 갖는다. 일반적으로 반도체 장비는 플라즈마 원인 라디오 주파수 영역의 안테나와 유전체로 된 유전판(quartz)과 밀폐된 용기 안의 기체 등으로 구성되어 있다. 임피던스가 매칭이 된 전력원으로 부터 안테나에 전력이 부가되면 유전판을 통하여 전장이 기체에 유기된다. 플라즈마 식각에서 사용되는 플라즈마는 시간에 따라 변하는 전자기파에 의하여 유도되는 전장(inductive electric field)과 정전장이 기체에 부가되어 자유전자에 에너지를 전달하고 다시 이 자유전자가 중성기체와 충돌하며 형성이 된다. 그리고 시간에 따라 변하는 전자기파에 의하여 유도되는 전장(inductive electric field)이 정전장보다 밀도가 더 높은 플라즈마를 형성하는 것으로 알려져있다.

도 1은 플라즈마를 이용하는 종래의 반도체 제조장비를 설명하기 위하여 간략하게 도시된 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 반도체 제조 장비는 반도체 제조공정이 진행되는 영역을 지정하는 공정챔버(14)와, 상기 공정챔버(14)의 상부를 덮는 세라믹 재질의 투명한 유전판(18)과, 평판코일(22)이 설치된 상부캡(12)을 포함한다. 상기 공정챔버(18)의 저부에는 웨이퍼가 놓여지는 플래이트(16)가 설치되어 있다. 상기 상부 캡(12)은 상기 공정챔버(14)의 상부를 덮어 상기 공정챔버(14) 내부를 외부환경과 완전히 밀폐시킨다. 상기 평판코일(22)은 지지대(20)에 설치되어 상기 상부 캡(12)에 고정되어 있다.

도 2는 공정이 진행 중인 반도체 제조장비를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(W)이 플래이트(16)에 놓여지고, 상부 캡(12)에 의해 공정챔버(14)와 외부환경이 격리되면 매치(26)를 통하여 평판 코일(22)에 전력이 인가되면 상기 공정챔버(14)내에 전장이 유기되어 플라즈마가 발생된다. 도 1에 도시된 것과 같이 플라즈마를 이용하는 종래의 반도체 제조 장비는 상기 평판 코일(22)이 지지대(20)에 의해 상기 상부 캡(12)에 고정되어 있다. 따라서 도 3에 도시된 것과 같이, 플라즈마가 유기되는 공정이 장시간 진행됨에 따라 상기 공정챔버(14)의 내부를 향하는 상기 유전판(18)의 표면의 상기 평판코일(22)에 대응하는 위치에 폴리머(24)가 침적되거나, 상기 유전판(18)이 식각되어진다. 이로 인하여 상기 유전판(18)의 표면에 침적된 폴리머(24)가 반도체 기판의 표면으로 떨어져 불량을 유발할 수 있고, 상기 유전판의 수명도 단축되어 유전판을 자주 교체해주어야 한다. 또한, 상기 유전판(18)이 식각되는 것으로 미루어 볼 때 상기 공정챔버(14)내에 유기되는 전장이 불균일하는 것을 알 수 있다. 공정챔버내에 유기되는 전장이 불균일해지면 균일한 플라즈마를 형성할 수 없고, 결과적으로 공정의 균일도를 떨어뜨리는 문제를 유발할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 공정챔버의 내부를 향하는 부품에 고르게 전장이 유기될 수 있는 반도체 제조장비를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 공정이 진행되는 동안 공정챔버 내에 균일한 플라즈마를 형성할 수 있는 반도체 제조장비를 제공하는데 있다.

도 1은 플라즈마를 이용하는 종래의 반도체 제조장비를 설명하기 위하여 간략하게 도시된 사시도이다.

도 2는 공정이 진행 중인 반도체 제조장비를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 종래의 반도체 제조장비의 문제점을 설명하기 위하여 공정챔버 상부에 덮여지는 투명 유전판을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장비를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조 장비의 평판 코일형 플라즈마 원 및 지지대를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 전장을 유기하는 코일의 위치가 가변적인 반도체 제조장비를 제공한다. 이 장비는, 공정이 진행되는 공간을 제공하는 원통형 공정챔버와 상기 공정챔버에 대향하여 상기 공정챔버 내에 전장을 유기하는 플라즈마원을 포함한다. 상기 플라즈마원은 지지대에 체결되고, 상기 지지대는 구동장치에 의해 상기 공정챔버의 중심축을 회전중심으로 일정한 속도로 회전한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시에에 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장비를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 제조장비는 평판 코일 형태의 플라즈마 원(62)을 포함한다. 이 장비는 공정이 진행되는 공간을 제공하는 공정챔버(54), 상기 공정 챔버(54) 상부를 덮고, 상기 공정챔버(54)를 외부환경으로부터 격리시키는 상부 캡(52)을 갖는다. 상기 공정챔버(54)의 저부에는 웨이퍼(W)가 놓여지는 플래이트(56)가 설치되어 있다. 상기 상부 캡(52)에 플라즈마 원(62)이 설치된다. 상기 상부 캡(52)의 중심에 구동장치(도시 안함)에 연결된 구동축(50)이 설치되고, 상기 구동축 하단에 상기 구동축(50)과 수직으로 연장되어 상기 플라즈마 원(62)을 지지하는 지지대(60)가 체결되어 있다. 상기 지지대(60)는 상기 구동축(50)이 회전함에 따라 상기 공정챔버(54)의 중심축을 회전중심으로 일정한 속도로 회전한다. 상기 공정챔버(54)의 상부에는 세라믹 제질의 투명한 유전판(58)이 설치되어 있다. 바람직하게 상기 지지대(60)의 끝단은 상기 상부 캡(52)의 측벽에 형성된 가이드 홈(68)에 의해 회전하는 동안 발생하는 상하 요동을 막을 수 있다. 상기 가이드 홈(68)은 상기 지지대의 회전 경로를 제공한다. 상기 구동축(50)에는 상기 플라즈마 원(62)에 적정 인피던스를 갖는 전력을 공급하기 위한 매치장치(match unit; 66)가 설치되어 상기 구동축(50)이 회전하는 동안 함께 회전하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 매치장치(66)와 상기 구동축(50)이 동기되어 회전하지 않는다면, 상기 플라즈마 원(62)과 상기 매치장치(66) 사이에 불연속 결합접점이 필요하게되고, 결과적으로 저항의 증가로 인한 장비에러 및 효율저하를 가져올 수도 있다. 따라서, 상기 매치장치(66)는 상기 구동축(50)에 체결함으로써 이러한 문제를 배제할 수 있다. 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 지지대(60)는 십자형 또는 방사형 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 지지대(60)의 십자형 또는 방사형 구조는 종래의 반도체 장비에 설치된 지지대와 그 구조를 동일하게 할 수 있다. 상기 지지대(60)에 체결된 평판 코일의 구조 또한 종래의 구조와 동일하게 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동축(50)은 1 내지 3 RPM(revolutions per minute)의 저속으로 회전하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 반도체 장비를 운영함에 있어서, 상기 구동축(50)은 공정이 진행되는 동안 저속으로 회전하고, 공정이 완료되면 최초 위치에 회귀하여 다음 공정을 준비하는 것이 바람직하다.

상술한 것과 같이, 본 발명의 반도체 제조장비는 플라즈마 공급원이 일정한 속도로 회전하기 때문에 부품들, 특히 플라즈마 원(62) 아래에 설치된 투명 유전판(58)에 고르게 전장이 인가된다. 따라서, 플라즈마 원이 고정된 종래의 장비에서 코일 하부에 국부적으로 폴리머가 침적되거나 유전판이 식각되는 문제를 해결할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 제조장비의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명은 플라즈마 생성부(A) 및 작업실(B)로 구성된 공정챔버와, 상기 플라즈마 생성부(A)의 측벽을 둘러싸는 솔레노이드형 플라즈마 원(92)을 갖는 반도체 제조장비에 적용될 수 있다. 상기 솔레노이드형 플라즈마 원(92)은 상기 플라즈마 생성부(A)의 측벽을 둘러싸며 설치되어 상기 플라즈마 생성부(A)내에 전장이 유기되도록 하고 플라즈마를 형성한다. 상기 플라즈마 생성부(A)는 알루미늄 재질로 이루어져 있고, 상기 플라즈마 생성부(A)의 측벽들은 세라믹 재질의 유전판(88)으로 둘러싸여져 있다. 이 때, 상기 플라즈마 원(92)이 고정이 되면 상기 플라즈마 원(92)을 이루는 코일의 형태에 따라 상기 유전판(88)에 인가되는 전장의 세기가 불균일하여 상기 유전판(88)이 부분적으로 과도하게 식각되거나 폴리머가 침적될 수 있다. 따라서, 본 발명의 반도체 제조장비에서 상기 플라즈마 원(92)은 상기 플라즈마 생성부(A)의 중심축을 중심으로 상기 플라즈마 생성부(A)의 주위를 일정한 속도로 회전한다. 이 때 상기 플라즈마 원(92)은 약 1 RPM 내지 3 RPM의 속도로 회전하는 것이 바람직하다. 상기 플라즈마 원(92)은 상기 플라즈마 생성부(A)의 측벽을 일정한 간격으로 배치되어 둘러싸는 지지대(90)에 체결되고, 상기 지지대(90)는 구동장치(도시 안함)에 연결된 구동축(96)으로 부터 방사상으로 연장되어 상기 플라즈마 생성부(A)의 측벽을 둘러싸게 설치할 수 있다. 또한, 상기 구동축(96)에 매치장치(match unit)을 고정시킴으로써 매치장치와 플라즈마 원을 함께 회전시키는 것이 바람직하다.

상술한 것과 같이 본 발명에 따르면, 반도체 제조공정이 진행되는 공정장비에서 플라즈마 원에 인접한 부품의 일부에 과도한 전장이 장시간 인가됨에 따라 발생하는 폴리머의 이상 침적 및 부품의 마모를 방지할 수 있다. 또한, 플라즈마 원에 인접한 부품에 고르게 폴리머가 침적되고 전장에 대한 손상을 분산시킴으로써 부품의 교체주기를 연장할 수 있고, 장비의 점검주기 또한 연장할 수 있다.

이와 아울러, 공정이 진행되는 공정챔버내의 평균 플라즈마 농도를 균일하게 유지할 수 있기 때문에 제품의 웨이퍼의 위치별 공정편차를 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 공정이 진행되는 공간을 제공하는 원통형 공정챔버;

   상기 공정챔버에 대향하여 상기 공정챔버 내에 전장을 유기하는 플라즈마원;

   상기 플라즈마원을 지지하는 지지대;및

   상기 지지대에 구동력을 제공하는 구동장치를 포함하되, 상기 지지대는 상기 공정챔버의 중심축을 회전중심으로 일정한 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 플라즈마원에 전력을 공급하는 매치장치(match unit)를 더 포함하되,

   상기 플라즈마원 및 상기 매치장치는 상기 지지대에 체결되어 일정한 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 지지대는 상기 공정챔버 내에 전장이 유기되는 동안 1 내지 2 RPM의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 지지대는,

   상기 공정챔버의 중심축과 평행한 구동축;및

   상기 구동축의 하단에 체결되어 상기 구동축과 수직으로 연장된 코일 결합부를 포함하고,

   상기 플라즈마원은 평판 코일 구조를 가지되 상기 평판 코일은 상기 지지대의 코일 결합부에 체결된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 플라즈마원은 상기 공정챔버의 측벽을 감싸는 솔레노이드 구조를 가지고,

   상기 지지대는 상기 공정챔버의 둘레에 일정간격으로 배치되어 상기 솔레노이드 구조의 플라즈마원에 체결되어 상기 플라즈마원을 지지하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비.