KR20070012995A - 쿨링 플레이트를 구비한 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

RF 파워 인가시 아크 발생에 의한 문제점을 해결하기 위하여 쿨링 플레이트의 고정 장치 구조를 개선한 플라즈마 식각 장치에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 RF 전극이 인가될 수 있는 상부 전극을 가지는 밀페 가능한 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에서 상기 상부 전극 위에 설치되어 있고, 그 외주 영역에 복수의 스크류 홀이 형성되어 있는 쿨링 플레이트와, 상기 스크류 홀을 통하여 상기 쿨링 플레이트를 상기 공정 챔버 내부의 소정 위치에 결합시키기 위한 고정 장치를 포함하고, 상기 스크류 홀은 상호 연통되어 있는 제1 홀 및 제2 홀을 포함한다. 상기 고정 장치는 상기 쿨링 플레이트를 상기 소정 위치에 결합시키기 위하여 상기 스크류 홀의 제1 홀에 결합 가능한 스크류와, 상기 스크류 홀을 밀봉하기 위하여 상기 스크류 홀의 제2 홀에 나사결합 가능한 보호캡을 포함한다.

플라즈마, 아크, 쿨링 플레이트, 보호캡, 나사결합

Description

쿨링 플레이트를 구비한 플라즈마 식각 장치{Plasma etching apparatus having cooling plate}

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 공정 챔버 내에서 상부 전극의 상측에 설치되는 쿨링 플레이트의 앞면을 보여주는 사진이다.

도 2는 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치에서 쿨링 플레이트를 공정 챔버에 고정시키기 위한 고정 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치에서 쿨링 플레이트의 뒷면에 아크가 발생되어 스크류 홀 주위가 손상된 상태를 보여주는 사진이다.

도 4는 본 발명에 따른 예시적인 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에서 고주파 소스 플레이트와 쿨링 플레이트의 조립 상태를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 쿨링 플레이트중 스크류 홀 형성 부분의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 쿨링 플레이트가 고주파 소스 플레이트에 고정될 수 있도록 스크류 홀에 고정 장치가 결합된 상태를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 공정 챔버, 105: 고주파 소스 플레이트, 105a: 스크류 체결홀, 110: 쿨링 플레이트, 110a: 스크류 홀, 110a-1: 제 홀, 110a-2: 제2 홀, 112: 나사산, 120: 상부 전극, 130: 하부 전극, 200: 고정 장치. 210: 스크류, 220: 보호캡, 220a: 상면, 220b: 나사산.

본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 박막을 식각하는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정에서 플라즈마를 이용하는 건식 식각 장치가 널리 사용되고 있다. 플라즈마를 이용하는 건식 식각 장치에서는 공정 챔버 내에서 가스 및 고주파 파워 등 공정 조건에 영향을 미치는 다양한 인자들을 제어하면서 외부와 완전히 차단된 초고진공 조건하에서 식각 공정이 행해진다.

플라즈마 식각 장치는 소정 공간을 갖는 공정 챔버의 내부에 상호 이격된 상태로 각각 평행하게 설치되어 있는 2개의 전극판, 즉 상부 전극 및 하부 전극을 구비한다. 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 소정의 반응 가스를 주입한 상태에서 상기 2개의 전극판 사이에 반응 가스가 플라즈마 가스 상태로 변환되기에 충분한 전계를 형성시킴으로써 웨이퍼의 소정 부분을 플라즈마 가스를 이용하여 식각한다.

플라즈마 식각 장치는 플라즈마 가스를 이용하여 매우 정밀한 식각이 가능하 기 때문에 최근 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 그 사용 빈도 및 그에 대한 의존도가 높아지고 있다.

통상적인 플라즈마 식각 장치의 상부 전극에는 상부 전극을 통해 공정 챔버 내부로 공급되는 반응 가스의 고른 분배를 위하여 복수의 가스 분사공이 형성되어 있고, 하부 전극의 하측에는 하부 전극을 상하로 이동시키기 위한 상하 구동유닛이 구비되어 있다. 플라즈마 식각 장치의 공정 챔버 내부로 공급되는 반응 가스는 상부 전극의 가스 분사공을 통해 챔버 내부로 고르게 공급된다. RF 파워의 인가에 의해 상부 전극과 하부 전극 사이에서 공정 가스가 플라즈마 상태로 용이하게 변환되어 웨이퍼의 소정 부분을 매우 정밀하게 식각하게 된다.

통상적으로, 상기 상부 전극의 상측에는 상기 상부 전극의 온도를 조절하기 위한 쿨링 플레이트 (cooling plate)가 설치된다.

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 공정 챔버 내에서 상부 전극의 상측에 설치되는 쿨링 플레이트(10)의 앞면을 보여주는 사진이다.

도 1의 사진에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 쿨링 플레이트(10)는 고정 장치(20)에 의해 공정 챔버에 고정된다.

도 2는 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치에서 쿨링 플레이트(10)를 공정 챔버에 고정시키기 위한 상기 고정 장치(20)의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 고정 장치(20)는 쿨링 플레이트(10)를 공정 챔버의 소정 영역에 고정시키기 위하여 상기 쿨링 플레이트(10)의 스크류 홀(12)을 관통하여 결합되는 스크류(22)와, 상기 쿨링 플레이트(10)의 앞면에서 상기 스크류(22)에 의한 결합 부분을 보호하기 위하여 상기 스크류 홀(12)에 삽입되는 보호캡(24)으로 구성되어 있다. 상기 쿨링 플레이트(10)를 공정 챔버의 소정 영역에 고정시킬 때에는 상기 스크류 홀(12)에 상기 스크류(22)를 삽입한 후 상기 보호캡(24)으로 상기 스크류 홀(12)을 막는다.

그런데, 상기 쿨링 플레이트(10)를 분해시킬 때의 작업을 용이하게 하기 위하여 상기 보호캡(24)에는 그 대략 중앙 부분에 작은 홈(24a)이 파여 있다. 따라서, 상기 보호캡(24)은 상기 스크류 홀(12)을 완전하게 밀봉하지 못하게 된다. 그 결과, 상부 전극에 RF 파워가 인가될 때 상기 스크류(22)와, 상기 쿨링 플레이트(10)의 뒷면에서 상기 스크류 홀(12)의 부근에 아크(arc)가 발생된다.

도 3은 상기 쿨링 플레이트(10)의 뒷면에 아크가 발생되어 스크류 홀(12) 주위의 소정 영역(A)이 손상된 상태를 보여주는 사진이다.

상기와 같이 쿨링 플레이트의 뒷면에서 발생되는 아크는 공정 챔버 내에서 파티클(particle)을 발생시키는 원인으로 작용한다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상부 전극에 RF 파워가 인가될 때 그 위에 설치된 쿨링 플레이트의 스크류 홀을 통한 아크 발생을 방지할 수 있도록 개선된 구조의 고정 장치에 의해 상기 쿨링 플레이트가 공정 챔버에 고정됨으로써 공정 챔버 내에서 파티클 발생을 감소시킬 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 RF 전극이 인가될 수 있는 상부 전극을 가지는 밀페 가능한 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에서 상기 상부 전극 위에 설치되어 있고, 그 외주 영역에 복수의 스크류 홀이 형성되어 있는 쿨링 플레이트와, 상기 스크류 홀을 통하여 상기 쿨링 플레이트를 상기 공정 챔버 내부의 소정 위치에 결합시키기 위한 고정 장치를 포함하고, 상기 스크류 홀은 상호 연통되어 있는 제1 홀 및 제2 홀을 포함한다. 상기 고정 장치는 상기 쿨링 플레이트를 상기 소정 위치에 결합시키기 위하여 상기 스크류 홀의 제1 홀에 결합 가능한 스크류와, 상기 스크류 홀을 밀봉하기 위하여 상기 스크류 홀의 제2 홀에 결합 가능한 보호캡을 포함한다. 상기 보호캡은 상기 스크류 홀의 제2 홀과 나사결합된다.

상기 스크류 홀의 제2 홀의 측벽에는 제1 나사산이 형성되어 있고, 상기 보호챕의 측벽에는 상기 제1 나사산과 상호 맞물릴수 있는 제2 나사산이 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 보호캡은 PEEK (polyetheretherketone)로 이루어진다. 또한, 상기 보호캡은 완전히 밀폐된 상면을 가진다.

상기 공정 챔버 내에서 상기 상부 전극 위에 설치되어 있는 고주파 소스 플레이트를 더 포함할 수 있으며, 이 때 상기 쿨링 플레이트는 상기 고정 장치에 의하여 상기 고주파 소스 플레이트에 고정된다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 식각 공정을 위하여 상부 전극에 RF 파워가 인가되어도 스크류와 상기 쿨링 플레이트의 뒷면에서 스크류 홀의 부근에 아크가 발생될 염려가 없다. 그 결과, 보다 안정된 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있으며, 파티클 발생 가능성을 줄일 수 있고 공정 불량 발생을 줄일 수 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 예시적인 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 밀폐 공간이 한정되는 공정 챔버(100)를 구비한다. 그리고, 공정 챔버(100) 내부의 상측에는 고주파 소스 플레이트(105)가 설치되고, 상기 고주파 소스 플레이트(105)의 아래에는 온도를 조절하기 위한 쿨링 플레이트(110)가 설치된다. 상기 쿨링 플레이트(110)의 하측에는 상부 전극(120)이 설치된다. 상기 상부 전극(120)의 아래에는 상기 상부 전극(120)과 소정 간격 이격된 상태로 하부 전극(130)이 설치되어 있다.

상기 상부 전극(120) 및 하부 전극(130) 사이의 밀폐 공간으로 반응 가스의 공급이 이루어지고, 상부 전극(120) 및 하부 전극(130)에 RF 파워가 인가되면 상기 밀폐 공간 내에는 이온 및 전자 등이 공존하는 플라즈마 상태가 형성된다. 그리고, 이때 생성된 플라즈마는 하부 전극(130) 위에 놓여져 있는 웨이퍼(W)의 소정 영역을 식각하게 된다.

도 5는 도 4에 예시한 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에서, 고주파 소스 플레이트(105)와 쿨링 플레이트(110)의 조립 상태를 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 고주파 소스 플레이트(105)의 내측 가장자리에는 다 수의 스크류 체결홀(105a)이 형성되어 있다. 상기 쿨링 플레이트(110)는 복수의 세공이 형성된 원판 형태를 가진다. 상기 쿨링 플레이트(110)의 외주 가장자리에는 복수의 스크류 홀(110a)이 형성되어 있다. 상기 복수의 스크류 홀(110a)에는 스크류(210)를 포함하는 고정 장치(도시 생략)가 결합된다. 상기 쿨링 플레이트(110)가 상기 고주파 소스 플레이트(105)에 고정된 상태에서는 상기 스크류 체결홀(105a)과 상기 스크류 홀(110a)이 상호 연통된다. 그리고, 상기 고정 장치에 의하여 쿨링 플레이트(110)가 상기 고주파 소스 플레이트(105)에 고정된다. 상기 고정 장치의 상세한 구성에 대하여는 후술한다.

도 6은 도 5에 도시된 쿨링 플레이트(110)중 스크류 홀(110a) 형성 부분의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 쿨링 플레이트(110)를 관통하는 스크류 홀(110a)은 스크류(150)가 결합될 수 있는 제1 홀(110a-1)과, 상기 제1 홀(110a-1)과 연통되어 있고 측벽에 나사산(112)이 형성되어 있는 제2 홀(110a-2)로 구성되어 있다.

도 7은 상기 쿨링 플레이트(110)가 상기 고주파 소스 플레이트(105)에 고정될 수 있도록 상기 스크류 홀(110a)에 고정 장치(200)가 결합된 상태를 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 쿨링 플레이트(110)를 상기 고주파 소스 플레이트(105)에 고정시키기 위한 고정 장치(200)는 상기 제1 홀(110a-1)을 통하여 상기 쿨링 플레이트(110)와 결합되는 스크류(210)와, 상기 쿨링 플레이트(110)의 앞면에서 상기 스크류(210)에 의한 결합 부분을 보호하기 위하여 상기 스크류 홀(110a)의 제 2 홀(110a-2)에 삽입되는 보호캡(220)으로 이루어진다.

상기 보호캡(220)은 그 상면(220a)이 원형이며, 그 측벽에 나사산(220b)이 형성되어 있다. 상기 상면(220a)은 그 전체면이 완전히 밀폐되어 있다. 바람직하게는, 상기 보호캡(220)은 PEEK (polyetheretherketone)로 이루어진다.

상기 나사산(220b)은 상기 제2 홀(110a-2)의 측벽에 형성된 나사산(112)과 맞물리는 구조를 가지고 있다. 상기 보호캡(220)은 상기 쿨링 플레이트(110)의 제2 홀(110a-2)에 나사 결합되는 방식으로 삽입된다.

따라서, 상기 스크류 홀(110a)의 제1 홀(110a-1) 내에 스크류(210)가 결합되고 난 후 상기 보호캡(220)이 상기 제2 홀(110a-2)에 나사 결합됨으로써 상기 스크류 홀(110a)을 완전하게 밀봉하게 된다. 그리고, 상기 상부 전극(120)에 RF 파워가 인가되어도 상기 스크류(210)와, 상기 쿨링 플레이트(110)의 뒷면에서 상기 스크류 홀(210)의 부근에 아크가 발생될 염려가 없다.

본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 쿨링 플레이트를 공벙 챔버 내부에 고정시키기 위한 고정 장치를 포함한다. 상기 고정 장치는 스크류와 보호캡으로 이루어지며, 상기 보호캡은 완전히 밀폐된 상면을 가지며, 상기 쿨링 플레이트의 스크류 홀에 나사결합될 수 있도록 그 측벽에 나사산이 형성되어 있다. 따라서, 상기 스크류 홀 내에 스크류가 결합되고 난 후 상기 보호캡이 상기 스크류 홀에 나사 결합됨으로써 상기 스크류 홀을 완전하게 밀봉하게 된다. 따라서, 플라즈마 식각 공정을 위하여 상부 전극에 RF 파워가 인가되어도 스크류와 상기 쿨링 플레이트의 뒷 면에서 스크류 홀의 부근에 아크가 발생될 염려가 없다. 그 결과, 보다 안정된 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있으며, 파티클 발생 가능성을 줄일 수 있고 공정 불량 발생을 줄일 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (5)

1. RF 전극이 인가될 수 있는 상부 전극을 가지는 밀페 가능한 공정 챔버와,

   상기 공정 챔버 내에서 상기 상부 전극 위에 설치되어 있고, 그 외주 영역에 복수의 스크류 홀이 형성되어 있는 쿨링 플레이트와,

   상기 스크류 홀을 통하여 상기 쿨링 플레이트를 상기 공정 챔버 내부의 소정 위치에 결합시키기 위한 고정 장치를 포함하고,

   상기 스크류 홀은 상호 연통되어 있는 제1 홀 및 제2 홀을 포함하고,

   상기 고정 장치는 상기 쿨링 플레이트를 상기 소정 위치에 결합시키기 위하여 상기 스크류 홀의 제1 홀에 결합 가능한 스크류와, 상기 스크류 홀을 밀봉하기 위하여 상기 스크류 홀의 제2 홀에 나사결합 가능한 보호캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스크류 홀의 제2 홀의 측벽에는 제1 나사산이 형성되어 있고,

   상기 보호챕의 측벽에는 상기 제1 나사산과 상호 맞물릴수 있는 제2 나사산이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보호캡은 PEEK (polyetheretherketone)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보호캡은 완전히 밀폐된 상면을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 공정 챔버 내에서 상기 상부 전극 위에 설치되어 있는 고주파 소스 플레이트를 더 포함하고,

   상기 쿨링 플레이트는 상기 고정 장치에 의하여 상기 고주파 소스 플레이트에 고정되는 것을 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.

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