KR20060111122A - 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마(Plasma)를 이용한 건식식각공정이 진행되는 식각챔버의 진공을 유지하면서 헬륨가스 공급라인을 교체할 수 있는 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비에 관한 것이다. 본 발명에 의한 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비는 식각챔버 내부의 웨이퍼를 냉각시키는 헬륨가스가 공급되는 상기 식각챔버에 연결된 헬륨가스라인의 일부분이 플렉서블라인이고, 상기 식각챔버 방향에서 상기 플레서블라인이 시작되는 부위에 밸브를 설치함을 특징으로 하여 구성된다.

밸브, 식각, 헬륨가스

Description

반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비 {Plasma etching apparatus for semiconductor device}

도 1은 종래의 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각설비의 개략적인 구성도

도 2는 종래 기술에 의한 식각설비에 설치된 헬륨가스 공급라인을 확대하여 그린 도면

도 3은 본 발명에 의한 식각설비에 설치된 헬륨가스 공급라인을 확대하여 그린 도면

도 4는 본 발명에 의한 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각설비의 개략적인 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 하부전극 18 : 헬륨가스 공급라인

50 : 플렉서블라인 60 : 플렉서블라인 밸브

본 발명은 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마(Plasma)를 이용한 건식식각공정이 진행되는 식각챔버의 진공을 유지하면서 헬륨가스 공급라인을 교체할 수 있는 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비에 관한 것이다.

정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 광범위한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능적인 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 제조 기술이 발전되고 있다.

일반적으로 반도체 장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하는 일련의 과정을 통해 이루어진다.

이러한 반도체 장치가 고집적화 되면서 회로패턴들의 사이즈가 더욱 더 미세화되어가고 그에 따라 미세패턴의 사이즈에 영향을 주는 각종 파라미터들의 관리가 더욱 엄격화되고 있다. 따라서 식각공정에서는 플라즈마를 이용한 식각(etch) 공정이 많이 이용된다. 플라즈마 식각(plasma etch)은 진공 챔버 내부로 RF 전계를 인가하여 가스를 분해하고, 이때 형성된 래디컬(radical) 또는 이온(ion)을 이용하여 식각 공정을 진행한다.

도 1은 종래의 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비의 개략적인 구성도이 다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 상태의 식각가스를 사용한 건식식각공정이 수행되는 식각챔버(10)가 구성되어 있다. 그리고, 상기 식각챔버(10)의 하측 저면부에는 식각될 웨이퍼(도시되지 않음)가 위치하는 하부전극(12)이 설치되어 있고, 상기 식각챔버(10)의 상측 내부에는 하부전극(12)과 소정간격 이격되어 상부전극(14)이 설치되어 있다. 상기 상부전극(14)의 표면에는 식각가스가 공급되는 복수의 식각가스 공급구(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 상기 하부전극(12)의 일측에 하부전극(12)의 온도를 조절하는 냉각수를 공급할 수 있는 냉각수 공급라인(16)이 형성되어 있고, 상기 하부전극(12)의 다른 일측에 상기 하부전극(12) 상에 위치되는 웨이퍼와 하부전극(12) 표면 사이에 헬륨(He)가스를 공급할 수 있는 헬륨가스 공급라인(18)이 형성되어 있다. 헬륨(He)가스는 상기 식각챔버(10) 하부로부터 공급되어 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼를 냉각시키는 역할을 한다. 또한, 상기 식각챔버(10)의 하부전극(12) 일측의 식각챔버(10) 저면부에는 펌핑동작을 수행하는 진공펌프(30)와 연결된 진공라인(38)이 형성되어 있고, 상기 진공라인(38)상에는 진공펌프(30)의 펌핑력을 개폐시키는 스로틀밸브(Throttle valve : 40)가 설치되어 있다.

따라서, 먼저 진공라인(38) 상에 설치된 스로틀밸브(40)를 개방한 후, 진공펌프(30)를 가동시킴에 따라 식각챔버(10) 내부의 압력상태는 특정 고진공상태로 전환된다. 다음으로, 상부전극(14) 표면의 상기 식각가스 공급구를 통해서 식각챔버(10) 내부로 식각가스를 공급한다. 이어서, 고주파전원에서 하부전극(12) 및 상부전극(14)에 특정전력을 선택적으로 인가하게 된다. 이에 따라 상기 하부전극(12) 및 상부전극(14) 사이에는 전기장이 형성되고, 상기 하부전극(12)에서는 자유전자를 방출하게 된다. 그리고, 상기 하부전극(12)에서 방출된 자유전자는 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 식각가스를 통과하며 상기 식각가스와 충돌하여 식각가스에 에너지를 전달하게 된다. 상기 에너지를 전달받은 식각가스는 이온화되어 이온들을 형성하며, 상기 이온들도 전기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 식각가스를 통과하며 식각가스에 에너지를 전달하게 된다. 전술한 바와 같은 과정이 반복됨에 따라 식각챔버(10) 내부는 양이온, 음이온, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태가 형성된다. 그리고, 상기 플라즈마 상태의 양이온은 하부전극(12) 상부의 웨이퍼와 충돌하여 웨이퍼의 소정영역을 식각 한다.

그리고 상기 식각챔버(10)에 설치된 헬륨 가스를 이용한 웨이퍼 배면냉각 시스템의 배관 구성도를 보면, 헬륨가스 공급 라인(18)과 이 헬륨가스 공급 라인(18)에 설치되는 수동밸브(26), 헬륨가스 조절밸브(24), 압력 조절기(UPC: Unit Pressure Controller)(22) 그리고 메인 밸브(20) 등이 있다.

이와 같은 구성의 식각설비는 메인밸브(20), 헬륨가스 조절밸브(24), 수동밸브(26)가 열린 상태에서 헬륨 가스가 공급되면 UPC(22)에 의해 압력이 조절되어 헬륨가스 공급 라인(18)을 통해 식각챔버(10)의 하부전극(12)의 가스공급홀로 인가된다.

여기서 하부전극(12)의 구동축(미도시)이 업다운 동작을 하므로, 하부전극(12)의 가스공급홀에 연결된 상기 헬륨가스 공급라인(18)의 일부를 플렉서블라인(flexible line)으로 사용한다.

도 2는 종래 기술에 의한 식각설비에 설치된 헬륨가스 공급라인을 확대하여 그린 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 헬륨가스 공급라인 중에 일부가 플렉서블라인(flexible line)(50)으로 구성되어 있다. 그런데 플렉서블라인(flexible line)(50)은 구동축의 동작에 의하여 계속해서 움직이기 때문에 파손, 균열, 리크(leak)발생이 쉽다. 그리하여 상기 플렉서블라인(flexible line)(50)을 교체하여 주어야한다. 이때 식각챔버의 진공을 해제하여야만 상기 플렉서블라인(flexible line)(50)의 교체가 가능하다. 따라서 비정기적인 PM(Preventive Maintenance)이 필요하게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 반도체 제조 장비를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 비정기적인 PM(Preventive Maintenance)을 줄일 수 있는 반도체 장치 제조용 식각장비를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 챔버의 진공상태를 유지하면서 헬륨가스 공급라인을 교체할 수 있는 반도체 장치 제조용 식각장비를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비는 식각챔버 내부의 웨이퍼를 냉각시키는 헬륨가스가 공급되는 상기 식각챔버에 연결된 헬륨가스라인의 일부분이 플렉서블라인이고, 상기 식각챔버 방 향에서 상기 플레서블라인이 시작되는 부위에 밸브를 설치함을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명될 것이다. 실시예에서의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 그러한 설명들이 본 발명의 범위를 제한하는 용도로 사용되어서는 아니 됨은 명백하다.

도 3은 본 발명에 의한 식각장비에 설치된 헬륨가스 공급라인을 확대하여 그린 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 헬륨가스 공급라인(18)의 하부전극(12) 방향에 플렉서블라인 밸브(60)를 설치한다. 따라서 상기 플렉서블라인 밸브(60)를 닫고 플렉서블라인(flexible line)을 교체하면, 식각챔버의 진공을 해제하지 않을 수 있다. 따라서 비정기적인 PM(Preventive Maintenance)이 불필요하게 된다. 상기 플렉서블라인 밸브(60)는 수동밸브일 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장의 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 플라즈마 상태의 식각가스를 사용한 건식식각공정이 수행되는 식각챔버(10)가 구성되어 있다. 그리고, 상기 식각챔버(10)의 하측 저면부에는 식각될 웨이퍼(도시되지 않음)가 위치하는 하부전극(12)이 설치되어 있고, 상기 식각챔버(10)의 상측 내부에는 하부전극(12)과 소정간격 이격되어 상부전극(14)이 설치되어 있다. 상기 상부전극(14)의 표면에는 식각가스가 공급되는 복수의 식각가스 공급구(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 상기 하부전극(12)의 일측에 하부전극(12)의 온도를 조절하는 냉각수를 공급할 수 있는 냉각수 공급라인(16)이 형성되어 있고, 상기 하부전극(12)의 다른 일측에 상기 하부전극(12) 상에 위치되는 웨이퍼와 하부전극(12) 표면 사이에 헬륨(He)가스를 공급할 수 있는 헬륨가스 공급라인(18)이 형성되어 있다. 헬륨(He)가스는 상기 식각챔버(10) 하부로부터 공급되어 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼를 냉각시키는 역할을 한다. 상기 헬륨가스 공급라인(18)은 일부가 플렉서블라인(50)으로 구성된다.

또한, 상기 식각챔버(10)의 하부전극(12) 일측의 식각챔버(10) 저면부에는 펌핑동작을 수행하는 진공펌프(30)와 연결된 진공라인(38)이 형성되어 있고, 상기 진공라인(38)상에는 진공펌프(30)의 펌핑력을 개폐시키는 스로틀밸브(Throttle valve : 40)가 설치되어 있다.

또한 상기 식각챔버(10)에 설치된 헬륨 가스를 이용한 웨이퍼 배면냉각 시스템의 배관 구성도를 보면, 헬륨가스 공급 라인(18)과 이 헬륨가스 공급 라인(18)에 설치되는 수동밸브(26), 헬륨가스 조절밸브(24), 압력 조절기(UPC: Unit Pressure Controller)(22), 메인 밸브(20) 그리고 플렉서블라인 밸브(60) 등이 있다.

따라서 상기 플렉서블라인(50)을 교체하는 경우에 상기 플렉서블라인 밸브(60)를 닫고 플렉서블라인(50)을 교체하면 식각챔버의 진공을 해제하지 않을 수 있다. 따라서 비정기적인 PM(Preventive Maintenance)이 불필요하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 식각설비는 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 식각설비는 식각챔버의 진공상태를 유지하면서 헬륨가스 공급라인을 교체할 수 있어 비정기적인 PM(Preventive Maintenance)을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비에 있어서,

   식각챔버 내부의 웨이퍼를 냉각시키는 헬륨가스가 공급되는 상기 식각챔버에 연결된 헬륨가스라인의 일부분이 플렉서블라인이고, 상기 식각챔버 방향에서 상기 플레서블라인이 시작되는 부위에 밸브를 설치함을 특징으로 하여 구성되는 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밸브는 수동밸브임을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 플라즈마 식각장비.

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