KR20040084477A - 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치 - Google Patents

플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하여 반도체 기판을 가공하기 위한 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 반도체 기판을 지지하는 정전척을 포함하는 공정 챔버와, 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 공간을 제공하는 돔을 포함한다. 공정 챔버와 돔 사이에는 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들이 볼 조인트 방식으로 연결되어 있다. 따라서, 다수의 노즐들의 배치 각도를 용이하게 조절할 수 있으며, 돔 내부에서 형성되는 플라즈마 가스의 균일성 확보가 용이하다.

Description

플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치{Substrate processing apparatus using plasma gas}
본 발명은 플라즈마 가스를 이용하여 반도체 기판의 표면을 가공하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고주파 전원을 이용하여 공정 가스를 플라즈마 가스로 형성하고, 상기 플라즈마 가스를 이용하여 반도체 기판의 표면에 막을 형성하거나 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 막을 식각하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; 'FAB') 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 및 패턴이 형성된 반도체 기판의 결함을 검출하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 증착 공정에는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법 및 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 방법과 같은 통상의 증착 방법이 사용된다. 화학 기상 증착 방법에는 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법과 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법이 있으며, 최근에는 플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하는 플라즈마 화학 기상 증착 방법이 사용되고 있으며, 그 중에서도 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP CVD) 방법이 주목받고 있다.
상기 식각 공정은 증착 공정에 의해 반도체 기판 상에 형성된 막을 제거는 공정으로 습식 식각 방법과 건식 식각 방법이 있다. 구체적으로, 상기 막 상에 통상의 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 막의 특정 부위를 식각함으로써, 상기 막을 목적하는 패턴으로 형성한다. 또한, 다수의 단위 공정을 수행한 후 반도체 기판 상에 형성되어 있는 막을 전체적으로 제거하거나, 반도체 기판 상의 불순물 또는 원하지 않는 막을 제거하기 위해 식각 공정을 수행하기도 한다. 최근에는 패턴의 미세화에 따라 이방성 식각이 요구되는 경우 상기 건식 식각 방법이 주로 사용되고 있다.
상기 증착 또는 식각 공정에 사용되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 방법에는 다양한 방법들이 있다. 예를 들면, 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하고, 공정 챔버의 내부에서 고주파 전원을 이용하는 방법과, 공정 챔버와 연결된 플라즈마 챔버를 이용하는 리모트 플라즈마 방법, 마이크로파를 이용하는 방법 등이 있으며, 구체적으로는, ICP(inductive coupled plasma), ECR(electron cyclotron resonance), TCP(transformer coupled plasma) 등이 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 종래의 기판 가공 장치(100)는 반도체 기판(10)을가공하기 위한 공정 챔버(102)와, 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 돔(104, dome)을 갖는다.
공정 챔버(102)의 내부에는 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 정전척(106)이 배치되며, 공정 챔버(102)의 상부에는 개구가 형성되어 있고, 공정 챔버(102)의 일측에는 반도체 기판(10)의 가공 공정 도중에 발생되는 반응 부산물과 미반응 가스를 배출하기 위한 진공 펌프(108)가 연결되어 있다. 상기 돔(104)은 공정 챔버(102)의 개구와 연통되며, 돔(104)의 외측 부위에는 고주파 전원(110)과 연결되는 유도 코일(112)이 배치되어 있다.
공정 챔버(102)와 돔(104) 사이에는 링 플레이트(120)가 배치되며, 공정 가스를 돔(104)의 내부로 공급하기 위한 다수의 노즐(122)들이 링 플레이트(120)에 결합되어 있다. 다수의 노즐(122)들은 돔(104)의 내부로 공정 가스를 공급하기 위해 상방으로 경사지게 배치된다.
상기와 같은 종래의 기판 가공 장치(100)를 사용하여 반도체 기판(10)의 가공 공정을 장시간 수행하는 경우 상기 공정 챔버(102) 및 돔(104)의 내부 구성 요소들에는 공정의 수행에 따른 불순물이 누적되므로 상기 불순물을 제거하기 위한 습식 세정 공정이 정기적으로 수행된다.
상기 습식 세정 공정을 위해 돔(104)과 링 플레이트(120) 및 다수의 노즐(122)들을 분해하고, 이들에 대한 세정 공정을 수행한 후 재조립하는 과정에서, 돔(104)의 내부에서 형성되는 플라즈마 가스의 균일성(uniformity)을 확보하기 위해 다수의 노즐(122)들과 돔(104)의 상대적인 위치를 조절해야 하는 경우가 발생한다. 상기와 같은 경우 통상적으로 돔(104)의 위치와 다수의 노즐(122)들의 위치를 조정해서 플라즈마 가스의 균일성을 확보하기가 용이하지 않다는 문제점이 발생한다. 또한, 돔(104)과 다수의 노즐(122)들을 조정할 수 없는 경우, 공정 가스의 공급 방향을 조절하기 위해 노즐(122)을 밴딩해서 사용해야하는 문제점이 있다.
따라서, 기판 가공 장치의 재조립 과정에 소요되는 시간이 연장되며, 무리한 작업에 따른 기판 가공 장치의 손상이 발생된다. 또한, 플라즈마 가스의 균일성이 확보되지 않는 경우 반도체 기판의 가공 공정에 불량이 발생될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 플라즈마 가스의 균일성을 확보하기 위하여 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들의 상대적인 위치를 용이하게 조절할 수 있는 플라즈마를 사용하는 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 노즐을 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 200 : 기판 가공 장치
202 : 공정 챔버 204 : 돔
206 : 정전척 208 : 진공 펌프
210 : 고주파 전원 212 : 유도 코일
214 : 커버 220 : 링 플레이트
222 : 노즐 224 : 하우징
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하며, 상부에 개구를 갖는 공정 챔버와, 상기 개구를 통해 상기 공정 챔버와 연통되며, 상기 반도체 기판의 가공을 위한 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 공간을 제공하는 돔(dome)과, 상기 돔을 감싸도록 배치되며, 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원과 연결되는 유도 코일과, 상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 척과, 상기 공정 챔버와 상기 돔 사이에 볼 조인트 방식으로 연결되며, 상기 돔의 내부로 상기 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치를 제공한다.
상기 다수의 노즐들은 볼 조인트 방식으로 공정 챔버와 돔 사이에 연결되므로 돔에 대한 상대적인 위치 조절이 용이하다. 따라서, 상기 기판 가공 장치를 분해하여 습식 세정한 후 재조립하는 과정에서 플라즈마 가스의 균일성을 확보하기가 용이하다. 즉, 다수의 노즐들의 배치 방향은 플라즈마 가스의 균일성이 확보되도록 용이하게 조절될 수 있다. 따라서, 기판 가공 장치의 재조립 과정에서 소요되는 시간이 단축되고, 기판 가공 장치의 손상이 방지된다. 또한, 기판 가공 장치의 예방 정비 후 플라즈마 가스의 균일성이 저하됨에 의해 발생하는 문제점이 방지된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 노즐을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 상기 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 기판 가공 장치(200)는 플라즈마 상태로 형성된 공정 가스를 이용하여 반도체 기판(10) 상에 소정의 가공 공정을 수행한다. 이때, 상기 소정의 가공 공정은 반도체 기판(10) 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정일 수 있고, 반도체 기판(10) 상에 형성된 막의 소정 부분을 식각하여 특정 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정이거나 상기 막을 전체적으로 식각하는 에치백 공정일 수 있다.
공정 챔버(202)는 상기와 같은 반도체 기판(10)의 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하며, 상부에 개구가 형성되어 있다. 공정 챔버(202)의 일측에는 상기 공간에 진공을 제공하며, 상기 공정을 수행하는 동안 발생하는 반응 부산물 및 미반응 가스를 제거하기 위한 진공 펌프(208)와 압력 제어 밸브(216)가 연결되어 있다. 상기와 같은 진공 시스템은 다양하게 공지되어 있으며, 도시된 바와 다른 다양한 구성이 상기 일 실시예에 적용될 수 있다.
공정 챔버(202)의 상부에는 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 공간을 제공하는 돔(204)이 연결된다. 상기 돔(204)은 공정 챔버(202)의 개구를 통해 공정 수행 공간과 연통되며, 돔(204)의 외측 부위에는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원(210)과 연결되는 유도 코일(212)이 배치된다. 유도 코일(212)은 돔(204)의 외측 부위를 둘러싸도록 배치되며, 돔(204)과 유도 코일(212)을 덮는 커버(214)가 공정 챔버(202)의 상부에 배치되어 있다. 이때, 돔(204)은 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 전기장이 돔(204)의 내부에서 형성될 수 있도록 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
공정 챔버(202)의 내부에는 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 척(206)이 배치되어 있다. 척(206)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판(10)을 흡착하기 위한 정전척인 것이 바람직하다. 도시되지는 않았으나, 척(206)의 하부에는 플라즈마 상태의 공정 가스를 반도체 기판(10)으로 유도하기 위한 바이어스 전원이 인가되는 하부 전극이 배치될 수 있다.
공정 챔버(202)와 돔(204) 사이에는 원형 링 형상을 갖는 링 플레이트(220)가 배치되어 있으며, 돔(204)의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐(222)들이 링 플레이트(220)에 연결되어 있다. 다수의 노즐(222)들은 링 플레이트(220)의 내측 부위에 원주 방향으로 배치되며, 다수의 노즐(222)들과 링 플레이트(220)는 볼 조인트 방식으로 연결되어 있다. 도시되지는 않았으나, 다수의 노즐(222)들은 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와 연결되어 있다. 가스 공급부는 공정 가스 저장 용기 또는 공정 가스를 발생시키기 위한 가스 발생기와, 상기 공정 가스를 운송하기 위한 배관들 및 공정 가스의 유량 및 공급 시간을 조절하기 위한 다수의 밸브 시스템 등을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 링 플레이트(220)의 내측의 상측 부위에는 다수의 노즐(222)들을 설치하기 위한 모따기 가공이 되어 있으며, 모따기 가공에 의해 경사진 면에 다수의 노즐(222)들을 장착하기 위한 노즐 하우징(224)이 원주 방향으로 배치된다. 상기와 같은 구성은 기판 가공 장치(200)의 설계 조건에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.
노즐(222)은 노즐 하우징(224)의 내부에 삽입되며, 노즐 하우징(224)에 삽입되는 노즐(222)의 후단부는 볼 형상을 갖는다. 따라서, 공정 가스의 공급 방향을 다양하게 변경할 수 있고, 정기적 또는 비정기적인 예방 정비를 위해 기판 가공 장치(200)를 분해 조립하는 경우 노즐(222)의 각도를 상하 좌우로 용이하게 조절할 수 있으므로, 돔 내부에서 형성되는 플라즈마 가스의 균일성 확보가 용이해진다.
상기와 같은 기판 가공 장치(200)를 사용하는 반도체 기판(10)의 가공 공정의 예를 간단하게 살펴보면 다음과 같다.
반도체 기판(10) 상에 산화막을 증착하는 공정을 살펴보면, 상기 기판 가공 장치(200)의 돔(204) 내부로 실란(SiH4) 가스 및 산소 가스를 제공하고, 고주파 전원을 유도 코일(212)에 인가하여 상기 실란 가스 및 산소 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에는 산화막이 형성된다. 이때, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 증착하고자 하는 산화막의 두께 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
반도체 기판(10) 상에 형성된 막을 식각하는 공정을 살펴보면, 상기 기판 가공 장치(200)에 CHF3가스를 제공하고, 상기 CHF3가스를 해리하여 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에 형성되어 있는 산화막은 산화막 패턴으로 형성된다. 이때, 상기 패턴을 형성하기 위한 패턴 마스크는 포토레지스트 패턴을 사용되며, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 식각하고자 하는 산화막의 두께 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 기판의 가공 공정을 위해 공정 챔버와 연결된 돔 내부에서 형성되는 플라즈마 가스는 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들의 배치 각도 조절에 의해 균일한 특성을 갖는다. 즉, 다수의 노즐들은 볼 조인트 방식으로 연결되어 있으므로 용이하게 배치 각도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 플라즈마 가스의 균일성이 확보된다.
따라서, 예방 정비를 위한 기판 가공 장치의 분해 후 빠른 시간 내에 재조립할 수 있으며, 플라즈마 가스의 균일성을 확보하기 위해 장치를 손상시키는 문제점이 방지된다. 또한, 플라즈마 가스의 균일성 확보에 따라 반도체 장치의 가공 효율이 향상되고, 반도체 장치의 생산성이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하며, 상부에 개구를 갖는 공정 챔버;
    상기 개구를 통해 상기 공정 챔버와 연통되며, 상기 반도체 기판의 가공을 위한 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 공간을 제공하는 돔(dome);
    상기 돔을 감싸도록 배치되며, 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원과 연결되는 유도 코일;
    상기 공정 챔버의 내부에 배치되며, 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 척; 및
    상기 공정 챔버와 상기 돔 사이에 볼 조인트 방식으로 연결되며, 상기 돔의 내부로 상기 공정 가스를 공급하기 위한 다수의 노즐들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 가스를 이용하는 기판 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공정 챔버와 상기 돔 사이에 배치되며, 상기 다수의 노즐들을 고정하기 위한 링 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 노즐들은 상기 링 플레이트의 내측 부위에 원주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 척은 정전척(electrostatic chuck)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 돔은 세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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