KR20040033831A - 반도체 소자 제조 장치 - Google Patents

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KR20040033831A
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최민웅
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Abstract

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치로, 상기 장치는 내부에서 공정이 진행되는 처리실, 상기 처리실 내의 위치되며, 기판이 놓여지는 서셉터, 상기 처리실 내에서 상기 서셉터와 상하로 대향배치되는 가스분사부, 그리고 상기 처리실의 하부면에 위치되는, 그리고 상기 공정 가스 또는 상기 부산물의 방출통로인 복수의 배기홀들이 형성된 배기플레이트를 구비하며, 상기 배기플레이트는 링타입으로 형성되며, 상기 처리실의 측벽과 예각을 이루도록 내측부에서 외측부로 갈수록 높이가 낮아지는 형상을 가진다.
따라서 공정 진행중에 발생되는 폴리머가 배기링의 표면과 처리실의 측벽을 따라서 역류되는 높이나 배기링과 처리실의 측벽에 부딪혀 튀기는 높이를 낮추어 폴리머가 웨이퍼에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.

Description

반도체 소자 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING SIMICONDUCTOR DEVICES}
본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치로서, 더 상세하게는 공정 진행 중 발생되는 부산물을 효과적으로 배기할 수 있는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
통상, 반도체 소자의 제조공정에서 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼 (wafer)상에는 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 복수의 막질이 형성된다. 상기한 막질 위에는 포토레지스트가 코팅되고, 노광 공정에 의해 포토마스크에 그려진 패턴은 포토레지스트로 전사된다. 포토레지스트를 선택적으로 제거하여 포토레지스트 상에 패턴을 형성하는 현상공정을 거친 이후 포토레지스트를 마스크로 하여 웨이퍼 상에 상기 포토레지스트에 형성된 패턴과 동일한 패턴을 형성하는 식각 공정을 거친다.
식각 공정을 수행하는 데 있어서, 최근에는 반응가스에 고주파전력을 가하여 발생된 플라즈마를 이용한 식각방식이 주로 사용된다. 그러나 플라즈마를 이용하여 식각할 때 발생되는 폴리머와 같은 공정 부산물들이 웨이퍼에 증착되지 않도록 이들을 배기라인을 통해 챔버 외부로 배기하는 것은 매우 중요하다. 그러나 일반적인 배기링들은 챔버의 측벽과 수직을 이루도록 형성되어 있어 공정 부산물인 폴리머들이 배기링과 챔버의 측벽을 따라서 역류하여 웨이퍼에 증착되기 쉽다. 이로 인해 웨이퍼 상에 원하는 패턴이 형성되지 않고, 콘택이 오프닝되지 않는 문제가 발생한다. 이것은 결과적으로 웨이퍼의 수율이 저하되는 원인이 된다.
본 발명은 챔버내의 공정진행 중에 발생된 폴리머와 같은 부산물들이 웨이퍼나 챔버벽에 증착되는 것을 최소하기 위해, 이들 부산물들을 챔버 외부로 효과적으로 배기할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 식각 장치의 개략 단면도;
도 2는 바람직한 일실시예에 따른 배기링의 사시도;
도 3은 도 2의 배기링의 평면도;
도 4a는 일 실시예에 따라 도 3의 선Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단한 배기링의 단면도;
도 4b는 다른 실시예에 따라 도 3의 선Ⅰ-Ⅰ을 따라 절단한 배기링의 단면도;
도 5a와 도 5b는 배기링에 형성된 배기홀들의 방향을 보여주는 도면;
도 6a와 도 6b는 각각 배기링의 배기부와 처리실의 측벽이 직각을 이루는 일반적인 경우와 예각을 이루는 본 발명의 경우 배기링과 처리실의 측벽을 따라 흐르는 폴리머들의 이동방향을 보여주는 도면;그리고
도 7a와 도 7b는 각각 배기링의 배기부와 처리실의 측벽이 직각을 이루는 일반적인 경우와 예각을 이루는 본 발명의 경우 배기링에 부딪혀 튀기는 폴리머들의 이동방향을 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 공정 챔버 120 : 처리실
140 : 배기실 162, 164, 166 : 실드링
220 : 가스분사부 240 : 정전척
300 : 배기링 320 : 내측부
340 : 외측부 360 : 배기부
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 반도체 제조 장치는 내부에서 공정이 진행되는 처리실, 상기 처리실 내의 위치되며, 기판이 놓여지는 서셉터, 상기 처리실 내에서 상기 서셉터와 상하로 대향배치되는 가스분사부, 상기 처리실 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급관, 그리고 상기 처리실의 하부면에 위치되는, 그리고 상기 공정 가스 또는 상기 부산물의 방출통로인 복수의 배기홀들이 형성된 배기플레이트를 구비하며, 상기 배기플레이트는 상기 처리실의 측벽과 예각을 이루도록 가장자리로 갈수록 높이가 낮아지는 형상을 가진다.
바람직하게는 상기 배기 플레이트는 링 타입(Ring type)으로 형성되며, 내측부에서 외측부로 갈수록 높이가 낮아지도록 경사지거나 소정의 곡률을 가지도록 형성된다.
또한, 상기 반도체 제조 장치는 상기 배기 플레이트에 의해 상기 처리실과 분리되며 상기 처리실 아래에 위치되는, 그리고 바닥면에 배기 포트가 형성되는 배기실을 구비하며, 상기 배기 플레이트에 형성된 상기 복수의 배기홀들은 상기 배기포트가 형성된 상기 배기실의 바닥면과 수직을 이룬다.
바람직하게는 상기 배기 플레이트는 이트리아(Y2O3)로 코팅된 알루미늄, 세라믹(ceramic), 그리고 베스펠(vespel) 중 어느 하나를 재질로 한다.
또한, 본 발명인 반도체 제조 장치는 내부에서 공정이 진행되는 처리실, 상기 처리실 내의 하부에 위치되고 하부전극으로 작용하는 서셉터, 상기 서셉터에 놓여지는 웨이퍼상에 반응가스를 분사하며 상부전극으로 작용하는 가스분사부, 상기 처리실의 아래에 위치되며 바닥면의 중앙에 배기라인과 연결되는 배기포트가 형성된 배기실, 그리고 상기 처리실과 상기 배기실을 분리하며, 상기 처리실내의 공정 가스나 부산물의 배출통로인 복수의 배기홀들이 형성된 배기링을 구비한다.
상기 배기링은 상기 서셉터와 결합되는 내측부, 상기 처리실과 결합되는 외측부, 그리고 상기 내측부와 상기 외측부 사이를 연결하는 배기부를 구비하며, 상기 배기부는 상기 내측부에서 상기 외측부로 갈수록 높이가 낮아지도록 경사진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
다음의 실시예에서는 반도체 제조 공정 중 식각공정을 수행하는 식각 장치를 예로 들어 설명되나, 상기 장치는 반응가스나 공정 진행 중 발생되는 부산물들을 외부로 배출하기 위해 배기링을 구비하는 모든 반도체 제조 장치에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각 장치의 단면을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 식각 장치는 공정 챔버(Process Chamber)(100), 정전척(Electrostatic chuck)(240), 가스분사부(Gas Spraying Portion)(220), 가스 공급관(Gas Supply Pipe)(180), 배기링(Exhaust Ring, 청구범위에서 배기 플레이트로 표기됨)(300), 그리고 배기 펌프(Exhaust Pump)(400)를 구비한다.
상기 공정 챔버(100)는 식각 공정이 수행되는 공간을 제공하는 원통형의 처리실(Process Room)(120)과 상기 처리실(120) 내의 반응가스 및 부산물들의 배기를 위한 공간을 제공하는 원통형의 배기실(Exhaust Room)(140)을 구비한다. 상기 처리실 내의 측벽에는 실드링들(162, 166)이 설치된다. 상기 실드링들(162, 166)은 공정 진행 중에 발생되는 폴리머들이 공정 챔버(100)의 내벽에 부착되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 처리실(120) 내의 하부에는 하부전극으로 작용하며 웨이퍼(W)가 놓여지는 정전척(240)이 위치된다.
상기 정전척(240)은 중공원통형의 실드링(164)에 의해서 지지된다. 즉, 상기 처리실의 하부에는 실드링(164)이 위치되며, 상기 배기링은 상기 처리실의 측벽에 배치되는 상기 실드링(166) 및 상기 정전척(240)을 지지하는 상기 실드링(164)과 결합된다.
상기 처리실(120) 내의 상부에는 상부전극으로 작용하며 상기 정전척과 상하로 대향 배치된 상기 가스 분사부(220)가 위치되며, 상기 가스분사부(220)의 둘레에는 절연링(Insulating Ring)(260)이 위치된다. 상기 가스 분사부(220)는 상기 처리실(120)의 상부면과 소정거리 이격되어 결합되며, 상기 가스 분사부(220)와 상기 처리실(120)의 사이에는 가스 도입부(160)가 제공된다. 상기 가스 도입부(160)는 외부의 가스 공급원(500)으로부터 반응가스가 가스 공급관(180)을 통해 상기 처리실(120)로 최초 유입되는 공간이다. 상기 가스 분사부(220)에는 고주파 전원(600)이 접속되어 있으며, 이 전원(600)으로부터 상부전극으로 작용하는 상기 가스 분사부(220)와 하부전극으로 작용하는 상기 정전척(240) 사이로 고주파 전력이 인가되어 그 사이에 플라즈마가 형성된다. 상기 가스 분사부(220)에는 복수의 분사공들(222)이 형성되어 있어, 상기 가스 도입부(160) 내로 유입된 반응가스는 상기 분사공들(222)을 통해 상기 정전척(240)상에 놓여진 웨이퍼로 공급된다.
상기 처리실(120)의 아래에는 상기 배기실(140)이 형성된다. 상기 배기실(140)의 바닥면에는 배기관(146)과 연통되는 펌프포트(142)가 형성되며, 상기 배기관(146)에는 반응가스나 폴리머들을 강제 흡입하기 위한 배기펌프(400)가 연결된다. 따라서 상기 처리실(120) 내의 반응가스와 폴리머들은 상기 배기링(300)의 배기공들(362)을 통해 상기 배기실(140)로 이동된 후, 상기 배기관(146)을 통해 외부로 배기된다. 상기 펌프포트는 상기 배기링의 배기홀들에 균일한 흡입력을 제공하기 위해 상기 바닥면의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 처리실(120)과 상기 배기실(140)의 사이에는 상기 배기링(300)이 위치된다. 상기 배기링(300)은 플라즈마가 웨이퍼에 집중적으로 그리고 균일하게 가해지도록 하여 웨이퍼 상에 플라즈마 덴시티를 향상시키고 식각 공정 진행시 발생되는 폴리머들을 원활하게 배기하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기링의 사시도이고, 도 3은 도 2의 배기링의 평면도이다. 도 4a는 도 2의 배기링의 단면의 일예를 보여주는 도면이고, 도 4b는 상기 배기링의 단면의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 배기링은 내측부(Inner Portion)(320), 외측부(Outer Portion)(340), 그리고 배기부(Exhaust Portin)(360)를 포함한다.
상기 내측부(320)는 상기 정전척(240)을 지지하는 실드링(164)과 결합되는 부분이며, 상기 외측부(340)는 상기 처리실(120) 내벽에 부착된 상기 실드링(166)과 결합되는 부분이다.
상기 배기부(360)는 상기 처리실의 공정가스나 폴리머들을 상기 배기실로 배기하는 부분이며, 상기 배기부(360)에는 원형으로 된 복수의 배기홀들(362)이 형성된다.
본 발명의 주요 특징은 상기 배기링(300)의 배기부(360)와 상기 처리실(120)의 측벽이 예각을 이루는 데 있다. 따라서 상기 배기부(360)은 상기 내측부에서 상기 외측부로 갈수록 높이가 낮아지는 형상을 가진다. 도 4a에서 보는 바와 같이 상기 배기부(360)는 경사지거나 도 4b에서 보는 바와 같이 상기 배기부(360)가 소정의 곡률을 가지도록 형성된다. 이는 식각 공정 진행중에 발생되는 폴리머들이 상기 배기링(300)및 상기 처리실(120)의 측벽을 타고 역류하는 것을 최소화하기 위한 것이다.
상기 내측부(320)와 상기 외측부(340)는 수평을 이루도록 형성되며 상기 배기링(300)의 복수의 홀들(362)은 상기 배기링(300)의 상기 배기홀들을 통해 폴리머가 잘 배기되도록 도 5a에서 보는 바와 같이 상기 배기실(140)의 바닥면에 수직하게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 도 5b에서 보는 바와 같이 상기 복수의 홀들(362)이 상기 배기부(360)가 경사진 방향과 동일한 방향으로 기울어지도록 형성되는 경우 배기 펌프(400)에 의한 흡입이 제대로 이루어지지 않을 수 있기 때문이다. 도 5에서 화살표는 상기 배기링에 작용하는 펌프에 의한 힘이다.
상기 배기링(300)은 세라믹(ceramic), 베스펠(vespel), 또는 이트리아(Y2O3)로 코팅된 알루미늄 중 어느 하나를 재질로 하는 것이 바람직하다. 이것은 공정에 사용된 플라즈마에 의해 상기 배기링(300)이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 6과 도 7은 식각 공정 진행 중에 발생되는 폴리머들의 이동경로를 도시한 것으로, 도 6a와 도 7a는 배기링의 배기부와 처리실의 측벽이 직각을 이루는 경우폴리머들의 이동경로를 보여주는 도면이고, 도 6b와 도 7b는 본 발명처럼 배기링의 배기부와 처리실의 측벽이 예각을 이루는 경우 폴리머들의 이동 통로를 보여주는 도면이다.
상기 배기링(300')의 배기부(360')와 상기 처리실(120)의 측벽이 직각을 이루는 경우, 도 6a에서 보는 바와 같이 폴리머들의 일부는 실드링(164)을 따라서 내려와 배기부(360')에 형성된 홀들(362')을 통해 배기실로 배기되나, 다른 일부는 배기링(300')의 표면을 따라 흐른 후, 상기 웨이퍼에 증착가능한 높이까지 실드링(164)의 벽을 타고 다시 역류된다. 그러나 도 6b에서 보는 바와 같이 본 발명처럼 상기 배기링(300')의 배기부(360')와 상기 처리실(120)의 측벽이 예각을 이루는 경우, 폴리머들이 역류되는 높이가 낮아 폴리머가 웨이퍼 상에 증착되는 것을 줄일 수 있다.
또한, 도 7a와 도 7b에서 보는 바와 같이 폴리머들의 일부는 상기 배기링(300)과 상기 처리실(120)의 측벽에 순차적으로 부딪혀 위로 튀기게 된다. 그러나 본 발명처럼 상기 배기링(300)의 배기부(360)가 상기 처리실(120)의 측벽과 예각을 이루는 경우에는 직각을 이루는 경우에 비해 상기 배기부(360)에서 튀기는 각도(a)가 커서 상기 처리실의 측벽의 저면에 부딪히게 되고, 상기 처리실의 측벽에 부딪혀 튀기는 각(b)이 직각을 이루는 경우보다 적을 각을 이루게 된다. 따라서 전체적으로 폴리머가 튀겨지는 높이가 낮아져 폴리머들이 웨이퍼에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명인 식각 장치는 배기링과 처리실의 측벽이 이루는 각이 예각이므로, 공정 진행중에 발생되는 폴리머가 배기링의 표면과 처리실의 측벽을 따라서 역류되는 높이나 배기링과 처리실의 측벽에 부딪혀 튀기는 높이를 낮추어 폴리머가 웨이퍼에 증착되는 것을 최소화할 수 있어, 웨이퍼 상에 폴리머의 증착으로 인해 웨이퍼상에 원하는 패턴이 형성되지 않거나 콘택이 오픈되지 않는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 반도체 소자를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    내부에서 공정이 진행되는 처리실과;
    상기 처리실 내의 위치되며, 기판이 놓여지는 서셉터와;
    상기 처리실 내에서 상기 서셉터와 상하로 대향배치되는 가스분사부와;
    상기 처리실 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급관과;
    상기 처리실의 하부면에 위치되는, 그리고 상기 공정 가스 또는 공정진행 중에 발생한 부산물의 방출통로인 복수의 배기홀들이 형성된 배기 플레이트를 구비하되,
    상기 배기 플레이트는 상기 처리실의 측벽과 예각을 이루도록 중앙에서 바깥쪽으로 갈수록 높이가 낮아지는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기 플레이트는 링타입(Ring type)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배기 플레이트는 내측에서 외측으로 갈수록 높이가 낮아지도록 경사진것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 배기플레이트는 소정의 곡률을 가지며 내측에서 외측으로 갈수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배기 플레이트의 상기 복수의 배기홀들은 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 제조 장치는 상기 배기 플레이트에 의해 상기 처리실과 분리되며 상기 처리실 아래에 위치되는, 그리고 바닥면에 배기 포트가 형성되는 배기실을 더 구비하되,
    상기 배기 플레이트에 형성된 상기 복수의 배기홀들은 상기 배기포트가 형성된 상기 배기실의 바닥면과 수직한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배기 플레이트는 이트리아(Y2O3)로 코팅된 알루미늄, 세라믹(ceramic),그리고 베스펠(vespel) 중 어느 하나를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 처리실에서 진행되는 공정은 식각공정인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  9. 반도체 소자를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    내부에서 공정이 진행되는 처리실과;
    상기 처리실 내의 하부에 위치되고 하부전극으로 작용하는 서셉터와;
    상기 서셉터에 놓여지는 웨이퍼상에 반응가스를 분사하는, 그리고 상부전극으로 작용하는 가스분사부와;
    상기 처리실의 아래에 위치되는, 그리고 바닥면의 중앙에 배기라인과 연결되는 배기포트가 형성된 배기실과;그리고
    상기 처리실과 상기 배기실을 분리하며, 상기 처리실내의 공정 가스나 부산물의 배출통로인 복수의 배기홀들이 형성된 배기링을 구비하되,
    상기 배기링은,
    상기 서셉터와 결합되는 내측부와;
    상기 처리실과 결합되는 외측부와;
    상기 내측부와 상기 외측부 사이를 연결하는 배기부를 구비하되,
    상기 배기부는 상기 내측부에서 상기 외측부로 갈수록 높이가 낮아지도록 경사진 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배기링에 형성된 복수의 홀들은 상기 배기실의 바닥면과 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 배기링은 이트리아(Y2O3)로 코팅된 알루미늄, 세라믹(ceramic), 그리고 베스펠(vespel) 중 어느 하나를 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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