KR20050058604A - 반도체 기판 가공 장치 - Google Patents

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KR20050058604A
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Abstract

반도체 기판에 대한 가공 공정이 수행되는 공정 챔버 내부에는 반도체 기판을 가열하기 위한 히터가 설치되고, 히터의 상부에는 반도체 기판이 놓여지는 플레이트가 수평 방향으로 배치된다. 플레이트에는 상기 반도체 기판의 온도를 측정하기 위한 제1 열 센서가 내장되고, 공정 챔버의 외벽에는 공정 챔버의 온도를 측정하는 제2 열 센서가 설치된다. 제어부는 제1 및 제2 열 센서 중 적어도 하나로부터 제공된 온도가 기 설정된 온도 범위를 초과할 경우 히터의 작동을 중지시킨다. 제1 및 제2 열 센서 중 어느 하나에 이상이 발생하여 정확한 온도가 제공부에 제공되지 않더라도, 제어부는 나머지 하나로부터 제공된 온도를 이용하여 히터를 제어할 수 있어 반도체 기판이나 공정 챔버가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 공정 효율은 증대되고, 경제적 및 시간적 손실을 방지할 수 있다.

Description

반도체 기판 가공 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING A SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 장치를 제조하기 위한 가공 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 기판에 대하여 증착, 식각 또는 에싱과 같은 소정의 공정을 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.
근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 장치는 고속의 처리 속도와 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체 기판에 대하여 증착, 사진, 식각, 이온 주입, 연마, 세정 등의 단위 공정들을 반복적으로 가공함으로써 제조된다. 상기 단위 공정들 중 상기 식각 공정은 습식 식각 및 건식 식각에 의해 수행할 수 있는데, 최근의 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 미세 패턴을 형성하기 위한 식각은 주로 건식 식각에 의해 수행되고 있다.
상기와 같은 소정의 공정을 수행하기 위한 방법으로는 RF(Radio Frequency) 전력을 이용하여 플라스마(plasma)를 발생시키고, 상기 플라스마를 이용하여 반도체 기판 상에 막을 형성하거나, 형성된 막을 식각하거나, 포토레지스트 막을 제거할 수 있다.
상기와 같이 플라스마 이용한 공정이 수행되는 공정 챔버 내부에는 반도체 기판이 놓여지는 플레이트와, 반도체 기판을 가열하기 위한 히터가 구비된다. 히터는 플레이트 하부에 배치되어 가공 챔버 내부를 약 300 ℃ 이상으로 가열한다.
일반적으로 반도체 기판을 가공 공정에 적합한 온도로 가열하기 위하여 공정 온도 즉, 반도체 기판의 온도를 측정하는 열 센서가 이용된다.
열 센서는 반도체 기판이 안착되는 플레이트에 연결되어 플레이트의 온도를 측정함으로써, 반도체 기판의 온도를 예측한다. 제어부는 열 센서로부터 상기 온도에 대한 정보를 제공받아 히터를 제어한다. 제어부는 플레이트가 적절한 온도에 도달하고, 적절한 온도로 유지되도록 히터의 작동을 제어한다. 일예로, 플레이트가 공정온도까지 가열되면, 제어부는 히터의 작동을 중지시키고, 플레이트가 공정온도이하로 내려가면, 제어부는 히터를 작동시킨다.
하지만, 종래의 반도체 기판 가공 장치에는 공정 온도를 측정하기 위한 열 센서가 하나만 구비되어, 상기 열 센서가 고장 시 챔버가 과열되는 경우가 종종 발생하였다. 공정 챔버가 과도하게 가열되면 반도체 기판, 플레이트 및 챔버가 전소되는 등 심각한 문제를 야기할 수 있다. 이는 반도체 장치의 특성을 저하시킬 뿐만 아니라, 경제적 및 시간적으로 막대한 손실을 발생시킨다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정 챔버 내부 뿐만 아니라 공정 챔버의 외벽에도 열 센서를 설치하고 상기 열 센서들을 히터와 연동시킴으로써, 공정 챔버가 과열되는 것을 방지할 수 있는 반도체 기판 가공 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치는 반도체 기판에 대하여 증착, 식각 또는 에싱과 같은 소정의 공정이 수행되는 공정 챔버, 공정 챔버 내에 구비되어 반도체 기판을 가열하는 히터, 히터와 인접하게 공정 챔버 내에 수평방향으로 배치되어 반도체 기판을 지지하는 플레이트, 플레이트에 접촉되어 반도체 기판의 온도를 측정하기 위한 제1 열 센서, 플레이트 상부에 배치되어 공정 챔버 내부에 공정 가스를 제공하는 가스 공급부, 공정 챔버 외벽에 설치되어 공정 챔버의 온도를 측정하는 제2 열 센서, 및 제1 그리고 제2 열 센서로부터 측정된 온도들에 따라서 히터를 제어하는 제어부를 포함한다.
제1 및 제2 열 센서를 이용하여 공정 챔버 내부와 외부의 온도를 측정하고, 측정된 결과에 따라 히터를 제어함으로써 챔버가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 반도체 기판 가공 장치의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 공정 효율도 증가시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판 가공 장치는 공정 챔버(100), 히터(110), 플레이트(120), 리프터(130), 제1 열 센서(141), 제2 열 센서(142), 가스 공급부(150) 및 고주파 전원부(160)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 제1 챔버부(101)와 제2 챔버부(102)를 포함한다. 제1 챔버부(101)는 제2 챔버부(102)를 밑에서 받쳐 지지한다. 제1 챔버부(101)와 제2 챔버부(102)는 모두 내부에 소정의 용적을 갖으며 서로 연통된다. 제1 챔버부(101)는 제2 챔버부(102)보다 작은 용적을 갖는다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 챔버부(101)의 내경은 제2 챔버부(102)의 내경보다 작다.
공정 챔버(100)에는 반도체 기판을 가열하는 히터(110)가 설치된다. 히터(110)의 종류는 다양하며, 공정 챔버(100) 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 히터(110)의 공정 챔버(100) 내부로 열을 전달할 수 있는 것이면 모두 이용가능하고, 히터의 설치위치도 공정 챔버(100) 내부 또는 외부 모두 가능하다. 본 실시예의 히터(110)는 광을 이용하여 열을 발생시키는 램프를 포함한다. 또한, 히터(110)가 제1 챔버부(101)의 저면에 설치되지만, 히터(110)의 종류 및 설치위치가 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다. 이하, 바람직한 일 실시예에 따른 히터(110)를 자세하게 설명한다.
제1 챔버부(101)의 저면에는 실린더 형상의 홈(111)들이 다수 형성된다. 각각의 홈(111)에는 히터(110)가 내장된다. 실린더 형상의 홈(111)은 상방으로 개방되어 히터(110)로부터 발산된 광이 제2 챔버부(102)의 방향으로 효과적으로 확산된다. 히터(110)는 제2 챔버부(102)로 광을 조사하여 반도체 기판(W)이 공정이 수행되는 조건에 맞도록 가열한다.
제1 챔버부(101)의 상단부와 인접한 제2 챔버부(102)의 하단부에는 유리기판(103)이 설치된다. 유리기판(103)은 제1 챔버부(101)와 제2 챔버부(102)를 격리시킨다. 제2 챔버부(102)에서는 반도체 기판(W)에 대한 소정의 공정이 수행된다. 이 경우, 고온의 공정 가스 및 반응 부산물이 제1 챔버부(101)로 확산되어 히터(110)를 손상시킬 수 있다. 유리기판(103)은 고온의 공정 가스 및 반응 부산물이 제2 챔버부(102)로 유입되는 것을 방지하여 히터(110)를 보호한다.
제2 챔버부(102)의 중심부에는 유리기판(103)으로부터 소정 간격 이격되게 플레이트(120)가 배치된다. 이 경우, 플레이트(120)는 수평방향으로 배치된다.
플레이트(120)는 전체적으로 원반 형상을 갖는다. 플레이트(120)의 하면의 주변부에는 제2 챔버부(102)의 저면으로부터 연장된 지지부재(113)가 연결된다. 지지부재(113)는 플레이트(120)가 수평방향으로 배치되도록 지지한다.
플레이트(120)에는 제1 열 센서(141)가 내장된다. 제1 열 센서(141)는 반도체 기판(W)이 안착되는 플레이트(120)의 온도를 측정하여 제어부(170)에 제공한다. 반도체 기판(W)은 플레이트(120)에 접촉되기 플레이트(120)의 온도가 곧 반도체 기판(W)의 온도이다.
제어부(170)는 챔버(100) 내부에서 수행되는 공정의 조건에 따라 반도체 기판(W)을 적절한 온도로 가열하기 위하여 히터(110)의 작동을 제어한다. 제어부(170)에는 제1 열 센서(141), 제2 열 센서(142) 및 히터(110)가 연결된다. 여기서 제2 열 센서(142)는 공정 챔버(100)의 외벽에 설치되어 챔버(100)의 온도를 측정한다. 제1 열 센서(141)는 플레이트(120)의 온도를 제어부(170)에 제공하고, 제2 열 센서(142)는 공정 챔버(100)의 온도를 제어부(170)에 제공한다.
공정 챔버(100) 내부에서 수행되는 증착, 식각 또는 에싱 등과 같은 소정은 의 공정은 고온의 분위기에서 수행된다. 일예로, 증착 공정은 약 600 ℃ 이상의 분위기에서 수행되고, 에싱(ashing) 공정은 약 250 ~ 300 ℃ 의 분위기에서 수행된다. 이 경우, 공정 챔버(100)의 내부의 온도가 상승하면 이에 비례하여 공정 챔버(100)의 외부의 온도도 상승한다. 제2 열 센서(142)는 공정 챔버(100)의 외부 온도 즉, 공정 챔버(100)의 외벽 온도를 측정한다. 본 실시예에서는 제2 열 센서(142)가 제2 챔버부(102)에 내장된다. 하지만, 상술한 바와 같이 제2 열 센서(142)는 공정 챔버(100)의 외벽의 온도를 측정할 수 있는 다양한 위치에 설치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 열 센서(141)는 열전대(thermocouple)를 포함하는 것이 바람직하지만, 이에의하여 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제어부(170)에는 반도체 기판(W)에 대한 가공 공정이 바람직하게 수행될 때의 플레이트(120) 및 챔버(100)의 온도들이 기 설정되어 있다. 제어부(170)는 제1 및 제2 열 센서(141, 142)로부터 측정된 온도들과 기 설정된 온도들을 비교한다. 제1 및 제2 열 센서(141, 142)로부터 제공된 온도들 중 어느 하나라도 기 설정된 온도의 오차 범위를 초과할 경우 히터(110)의 작동을 중지시켜 챔버(110)가 과열되는 것을 방지한다. 제어부(170)에 대해서는 이하 반도체 기판 제조 장치를 이용한 공정의 설명에서 추가로 설명한다.
플레이트(120)의 주변부에는 복수개의 리프터(130)가 설치된다. 복수개의 리프터(130)는 플레이트(120)의 중심축선을 기준으로 등 간격으로 배치된다. 리프터(130)는 제2 챔버부(102)의 저면으로부터 승강하여 반도체 기판(W)을 플레이트(120)의 상면에 로딩하거나 플레이트(120)의 상면으로부터 언로딩한다. 플레이트(120)는 진공이나 정전기를 이용하여 반도체 기판(W)을 선택적으로 고정한다.
반도체 기판(W)이 놓여지는 플레이트(120)의 상면과 마주보는 위치의 가스 공급부(150)가 배치된다. 보다 정확하게는, 제2 챔버부(102)의 상부에 홀이 형성되고, 상기 홀에 가스 공급부(150)가 삽입되게 설치된다.
가스 공급부(150)는 샤워헤드 형상을 갖으며 플레이트(120)에 지지된 반도체 기판(W)으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(150)에는 공압 실린더(도시되지 않음)가 더 연결될 수 있다. 공압 실린더는 가스 공급부(150)를 상하로 구동시킨다. 이 경우, 가스 공급부(150)와 플레이트(120)의 간격은 조절 가능하다.
가스 공급부(150)에는 챔버(113) 내부에, 보다 정확히는 제2 챔버부(102) 내부에 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파 전원부(160)가 연결된다. 고주파 전원부(160)는 챔버(113)내부에 충진된 공정 가스를 플라스마 상태로 변환시킨다. 플라스마 상태로 변환된 공정 가스를 이용하면 반도체 기판(W) 상에 소정의 막을 증착시키거나, 반도체 기판(W)상에 증착된 막을 식각 및 에싱할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 반도체 제조 장치를 이용한 반도체 제조 공정 중에싱 공정에 대하여 설명한다. 하지만, 본 실시예에 따른 반도체 제조 장치가 에싱 공정에만 이용될 수 있는 것은 아니다.
상면에 포토레지스 막이 형성된 반도체 기판(W)은 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 제2 챔버부(102)의 내부로 이송된다. 이때, 가스 공급부(150)는 상기 공압 실린더에 의해 상승되어 반도체 기판(W)이 플레이트(120)에 놓여질 수 있는 충분한 공간을 확보한다. 상기 이송 로봇에 의해 반도체 기판(W)이 플레이트(120)의 상부에 위치되면, 리프터(130)는 상승하여 반도체 기판(W)을 이송 로봇으로부터 분리시킨다. 이 경우, 리프터(130)는 반도체 기판(W)을 밑에서 받쳐 지지한다. 이어서, 이송 로봇이 제2 챔버부(102)의 외부로 이동되고, 상기 리프터(130)는 하강하여 반도체 기판(100)이 플레이트(106)의 상면에 안착시킨다. 그리고 플레이트(120)는 반도체 기판(100)을 진공을 이용하여 흡착한다. 이어서, 가스 공급부(150)는 상기 공압 실린더의 작동에 의해 플레이트(120)에 안착된 반도체 기판(W)에 인접하게 하강한다. 가스 공급부(150)는 반도체 기판(W)의 상부에 공정 가스를 균일하게 공급한다. 이때, 제어부(170)는 제1 챔버부(101)에 내장된 히터(110)를 작동시켜 반도체 기판(W)을 가열한다. 제어부(170)는 제1 열 센서(141)로부터 플레이트(120)의 온도 정보를 제공받고 제2 열 센서(142)로부터 공정 챔버(100) 외벽의 온도 정보를 제공받는다. 제어부(170)는 제공된 온도 정보에 따라 히터(110)를 제어한다. 제어부(170)는 플레이트(120)의 온도가 약 300℃ 될 때까지 히터(110)를 작동시킨다. 만약, 제1 열 센서(141)에 문제가 발생하면 공정 챔버(100) 외벽의 온도가 기 설정된 오차 범위를 초과하기 시작한다. 제2 열 센서(142)는 제어부(170)로 공정 챔버(100) 외벽의 온도 정보를 제공하고, 제어부(170)는 제공된 온도로부터 공정 챔버(100)가 과열되는 것을 감지하고 히터(110)의 작동을 중지시킨다. 따라서 공정 챔버(100)는 공정에 적합한 온도로 유지된다.
이어서, 플레이트(120)가 가열됨과 동시에 고주파 전원부(160)로부터 고주파 전력이 제2 챔버부(102) 내부로 제공된다. 공정 가스는 고주파 전력에 노출되어 플라스마 상태로 변화된다. 플라스마의 이온이나 레디칼 성분은 반도체 기판(W) 상에 형성된 포토레지스트 막과 화학적인 반응을 함과 동시에 상기 이온들이 포토레지스트 막에 충돌하면서 포토레지스트 막을 제거한다. 반응을 거친 공정 가스는 배출라인(도시되지않음)을 통해 배출된다. 전술한 바와 같이, 에싱 공정이 수행되는 동안, 플레이트(120)는 공정에 적합한 온도로 유지된다.
반도체 기판(W) 상에 형성된 포토레지스트 막이 모두 제거되면 공정 가스의 공급은 중단되고, 가스 공급부(150)는 상기 공압 실린더에 위해 상방으로 이동된다. 그리고 반도체 기판(W)을 흡착하기 위한 진공이 제거되고, 리프터(130)가 상승하여 반도체 기판(W)을 들어올린다. 이어서, 이송 로봇이 제2 챔버부(102) 내부로 이동하여 반도체 기판(W)의 하부에 위치되고, 상기 리프터(130)는 하강하여 반도체 기판(W)을 이송 로봇에 안착시킨다. 마지막으로 이송 로봇이 반도체 기판(W)을 제2 챔버부(102) 외부로 이송함으로서 에싱 공정이 종료된다.
본 발명에 따르면, 반도체 기판 가공 장치는 공정 챔버 내부의 온도를 측정하기 위한 제1 열 센서 및 공정 챔버 외벽의 온도를 측정하기 위한 제2 열 센서를 포함한다. 제어부는 제1 및 제2 열 센서로부터 상기 온도들에 대한 정보를 제공받아 히터를 제어한다. 제1 또는 제2 열 센서로부터 기 설정된 오차 범위를 초과하는 온도 정보가 제어부에 제공되면, 제어부는 즉시 히터의 작동을 중지시킨다.
따라서 제1 또는 제2 열 센서의 이상으로 인하여 공정 챔버가 과열되는 것을 방지할 수 있으며, 반도체 기판을 안전하게 가공할 수 있다. 이에 따라, 공정 효율은 향상되고 후속 공정의 불량률도 감소시킬 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 공정 챔버 101 : 제1 챔버부
102 : 제2 챔버부 103 : 유리기판
110 : 히터 111 : 홈
113 : 지지부재 120 : 플레이트
130 : 리프터 141 : 제1 열 센서
142 : 제2 열 센서 150 : 가스 공급부
160 : 고주파 전원부 170 : 제어부
W : 반도체 기판

Claims (5)

  1. 공정 가스를 이용하여 반도체 기판에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버;
    상기 반도체 기판을 가열하기 위한 히터;
    상기 공정 챔버 내에 수평 방향으로 배치되고, 상면에 상기 반도체 기판이 놓여지는 플레이트;
    상기 플레이트에 접촉되어 상기 반도체 기판의 온도를 측정하는 제1 열 센서;
    상기 공정 챔버의 외벽에 설치되어 상기 공정 챔버의 온도를 측정하는 제2 열 센서; 및
    상기 제1 및 제2 열 센서로부터 측정된 온도들 중 적어도 하나가 기 설정된 온도 범위를 초과 시 상기 히터의 동작을 중지시키기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히터는 상기 공정 챔버의 내부에 광을 조사하여 상기 반도체 기판을 가열하는 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 공정 챔버는, 상기 가공 공정이 수행되는 제1 챔버부와, 상기 제1 챔버부와 연통되도록 상기 제1 챔버부의 하부에 연결되는 제2 챔버부를 포함하고, 상기 램프는 상기 제2 챔버부의 내부에 배치되어 상기 제1 챔버부에 배치된 플레이트를 향해 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 열 센서는 상기 제1 챔버부의 외벽에 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 플레이트의 상면과 마주보는 위치에 배치되어 상기 플레이트의 상면 방향으로 상기 공정 가스를 공급하는 가스 공급부재; 및 상기 공정 가스를 플라스마 상태로 변화시키기 위하여 상기 챔버에 고주파 전력을 제공하는 고주파 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
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