KR20040082642A

KR20040082642A - 반도체 소자 제조를 위한 플라즈마 식각 장치

Info

Publication number: KR20040082642A
Application number: KR1020030017244A
Authority: KR
Inventors: 윤종철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-09-30

Abstract

본 발명인 반도체 소자 제조에 사용되는 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 공정챔버, 반도체 기판이 놓여지며 고주파 전력이 인가되는 하부전극이 배치되고, 고주파 전력이 인가되는 유도코일, 상기 공정챔버와 상기 유도코일 사이에 위치되며 상기 공정챔버를 외부로부터 차단하는 절연창, 그리고 공정이 진행되지 않는 대기시간동안 상기 절연창을 일정온도로 가열하는 열전구들이 배치된다.

본 발명에 의하면 식각공정이 진행되지 않는 동안에도 절연창이 일정온도를 유지하므로, 절연창에 흡착된 폴리머들이 아래로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

Description

반도체 소자 제조를 위한 플라즈마 식각 장치{PLASMA ETCHING APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼의 소정영역을 식각하는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치의 제조에서는 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체웨이퍼 상에 피가공막을 형성한 후, 피가공막을 반도체 장치의 특성에 따른 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정이 수회에 걸쳐 수행된다. 식각 공정은 습식 식각 및 건식 식각에 의해 수행할 수 있는데, 최근의 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(desine rule)을 요구하는 미세 패턴을 형성하기 위한 식각은 주로 건식 식각에 의해 수행되고 있다.

이러한 건식 식각 또한 최근에는 플라즈마의 효율을 향상시키기 위하여 플라즈마를 형성시킬 수 있는 플라즈마 소스로써 자기장 및 마이크로파를 이용하여 전자 에너지를 극대화시킨 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 또는 유도코일 등을 이용하는 ICP(Inductivity Coupled Plasma)와 TCP(Transformer Coupled Plasma)등이 이용되고 있다.

TCP를 이용한 일반적인 식각장치의 개략단면도인 도 1을 참조하면 공정챔버(10) 상부에는 유도코일(30)이 위치되고, 유도코일(30)과 공정챔버(10) 사이에는 유도코일(30)이 공정챔버(10) 내에서 형성된 플라즈마에 노출되는 것을 방지하기 위해 절연창(20)이 설치된다.

유도코일(30)에 RF 전력(radio frequency power)이 인가됨에 따라 공정챔버(10) 내로 유입된 식각 가스는 플라즈마 상태가 되며, 플라즈마는 화학반응에 의해 웨이퍼의 특정영역을 식각한다. 식각 공정이 진행됨에 따라 발생되는 폴리머는 배기라인을 통해 외부로 배기되지만 일부는 공정챔버(10)의 벽이나 절연창(20)에 흡착된다. 절연창(20)은 공정이 진행되는 동안에는 유도코일(30)로부터 전달된 열에 의해 고온을 유지한다. 따라서 공정 진행중에는 폴리머들이 절연창에 계속 흡착되어 있으나, 공정이 진행되지 않는 동안에는 절연창(20)의 표면온도가 낮아져 폴리머들이 아래로 떨어진다. 이로 인해 공정챔버(10)의 세정주기가 짧아지며, 세정에 소요되는 설비의 비가동시간으로 인한 공정지연은 생산 수율(yield)을 떨어뜨린다.

본 발명은 공정진행 중 절연창에 흡착된 폴리머들이 공정 진행 후 아래로 떨어지는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 플라즈마 식각장치를 개략적으로 보여주는 도면;

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 단면도;그리고

도 3은 도 2의 열전구, 유도코일, 및 절연창의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 공정챔버 200 : 석영창

300 : 유도코일 320, 520 : 고주파 전력 공급원

400 : 열전구 500 : 하부전극

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 플라즈마 식각 장치는 공정챔버를 가진다. 상기 공정챔버의 내부에는 반도체 기판이 놓여지며 고주파 전력이 인가되는 하부전극이 배치되고, 상기 공정챔버의 상부에는 고주파 전력이 인가되는 유도코일이 배치된다. 상기 공정챔버와 상기 유도코일 사이에 위치되며 상기 공정챔버를 외부로부터 차단하는 절연창이 배치된다. 절연창의 상부에는 공정이 진행되지 않는 대기시간동안 상기 절연창을 일정온도로 가열하는 열전구들이 배치된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 및 도 3을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 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.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 식각장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 식각 장치(1)는 공정챔버(process chamber)(100), 절연창(dielectric window)(200), 유도코일(inductive coil)(300), 하부전극(lower electrode)(500), 그리고 가열부(heating part)(400)를 가진다.

공정챔버(100) 내의 하부에는 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판이 안착되는 하부전극(500)이 배치된다. 웨이퍼(W)의 안착은 기계적 수단에 의해 이루어질 수 있으나 정전기적 수단에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 하부전극(500)에는 임피던스 정합회로(도시되지 않음)를 통하여 RF 전력을 인가하는 RF 전력 공급기(radio frequency power supplier)(120가 연결된다. 정합회로는 당업자에게 널리 알려진 사항이며 본 발명과 요지에서 벗어나므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 하부전극(500)의 둘레에는 플라즈마를 웨이퍼(W)의 상부에 가둬 두기 위한 포커스 링(focus ring)(160)이 배치될 수 있다.

공정챔버(100)의 저면에는 공정챔버(100) 내부로 식각가스가 유입되는 통로인 가스 유입구들(120)이 형성되며, 측면에는 공정챔버(100) 내부를 소정의 압력으로 유지하고 공정 진행 동안에 발생된 폴리머(polymer)와 같은 부산물을 외부로 배기하기 위해 진공펌프가 설치된 배기라인(140)이 연결된다. 유입구(120) 및 배기구(140)는 본 실시예와 달리 다양한 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 유입구(120)는 공정챔버(100)의 상부에 형성되며, 공정챔버(100) 내부에 분사홀들이 형성된 분사판을 통해 공정챔버 내로 균일하게 분사되는 구조를 가질 수 있다.

공정챔버(100)의 상부에는 원판형의 절연창(200)이 배치된다. 절연창(200)은 공정챔버(100)의 개방된 상부면을 외부로부터 밀폐하며, 공정챔버(100) 상부에 위치되는 유도코일(300)이 공정챔버(100) 내에 형성된 플라즈마에 노출되는 것을 방지한다. 절연창(200)은 일정온도를 계속 유지할 수 있도록 석영(quartz)이나 세라믹(ceramic)과 같은 열전도율이 낮은 물질을 재질로 하여 이루어진다. 공정챔버(100)와 절연창(200) 사이에는 실링부재인 오링(O-ring)(210)이 삽입될 수 있다.

절연창(200)의 상부에는 공정챔버(100) 내에 유입된 식각가스를 이온화하기 위해서 임피던스 정합회로를 통하여 RF 전력을 인가하는 RF 전력 공급기(320)가 연결되는 유도코일(300)이 배치된다. 유도코일(300)은 복수의 동심원을 이루도록 일체로 형성되거나, 이와는 다른 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한 필요에 따라 복수의 유도코일이 사용될 수도 있다.

유도코일(300)에 RF 전력이 인가되면 유도코일(300) 주위에 자장이 형성되고, 자장은 공정챔버(100) 내로 전달된다. 자장에 의해 공정챔버(100) 내에 공급된 식각가스는 이온화되어 플라즈마가 발생된다. 하부전극(500)에 RF 전력이 인가되면 플라즈마는 웨이퍼(W)를 향해 아래로 내려와 웨이퍼(W) 상에 증착된 막과 화학적으로 반응하여 이를 식각한다.

공정이 진행됨에 따라 폴리머가 발생되며, 이들 폴리머들은 배기라인(140)을 통해 외부로 배기되고, 일부는 공정챔버(100)의 내벽이나 절연창(200)의 하부면에 흡착된다. 식각공정이 진행되는 동안에 절연창(200)은 유도코일(300)로부터 발생되는 열에 의해 고온으로 유지되므로, 폴리머가 흡착된 상태를 유지한다. 그러나 공정이 진행되지 않는 대기시간 동안에는 유도코일(300)에 인가되는 RF 전력이 차단되므로 절연창(200)의 표면온도는 낮아지게 되고, 이로 인해 절연창(200)에 흡착되어 있던 폴리머들이 아래로 떨어져 파티클로 작용하게 된다.

이를 방지하기 위해 플라즈마 식각 장치는 공정이 진행되지 않는 대기 시간동안 절연창(200)을 일정온도로 가열하는 가열부를 가진다. 가열부로서 유도코일(300)의 상부면에 설치된 열전구들(400)이 사용될 수 있으며, 이와 달리 가열을 위해 일반적으로 사용되는 다양한 가열방법이 이용될 수 있다. 본 실시예에 의하면 4개의 열전구들(400)이 사용되며, 이들 열전구들(400)은 도 3에서 보는 바와 같이 절연창(200)을 전체적으로 균일하게 가열하기 위해 정방형으로 배치된다. 공정이 진행되지 않는 동안 절연창의 온도는 식각공정이 진행되는 온도와 유사하게 대략 40℃ 내지 50℃로 유지될 수 있다.

본 실시예에서 열전구(400)의 수와 위치는 일예에 불과하다. 열전구(400)의 수는 주위여건에 따라 다양하게 변화가능하며, 또한, 열전구들(400)은 절연창에 흡착된 플라즈마의 분포위치에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면 식각공정이 진행되지 않는 동안에도 절연창이 일정온도를 유지하므로, 절연창에 흡착된 폴리머들이 아래로 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 일반적인 경우에 비해 세정주기가 길어지므로 설비가동율이 향상되는 효과가 있다.

Claims

공정챔버와;

상기 공정챔버 내부에 위치되며 반도체 기판이 놓여지는, 그리고 고주파 전력이 인가되는 하부전극과;

상기 공정챔버의 상부에 위치되며 고주파 전력이 인가되는 유도코일과;

상기 공정챔버와 상기 유도코일 사이에 위치되며 상기 공정챔버를 외부로부터 차단하는 절연창과; 그리고

공정이 진행되지 않는 대기시간동안 상기 절연창을 일정온도로 가열하는 가열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
제 1항에 있어서,

상기 가열부는 상기 절연창의 상부에 위치되는 열전구를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.