KR20070018179A - 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치 및그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치 및 이를 이용한 갭 조절 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 어셈블리를 구현함에 있어서, 소정 단위로 눈금이 표시되어 있는 갭 조절 지그부를 구비함을 특징으로 한다. 본 발명에서는, 상기 갭 조절 지그부에 표시되어 있는 객관적인 수치 기준인 눈금을 기준으로 하여 볼스크류를 상/하 방향으로 이동시킴으로써, 종래에 비해 보다 신속하고 정확하게 갭을 조절할 수 있게 된다.

반도체, TEL DRM, 갭, 볼스크류, 갭 조절 지그부

Description

반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치 및 그 방법{gap adjusting apparatus for semiconductor device manufacturing and gap adjusting menthod thereof}

도 1은 반도체 디바이스 제조에 이용되는 플라즈마 식각 장비의 구성을 나타낸다.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 식각 장비의 갭 어셈블리 구조를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 식각 장비의 갭 어셈블리 구조를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 갭 어셈블리의 일부 확대도로서, 갭 조절 지그부를 나타낸다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 정전척 102: 케소드

104: 갭 벨로우즈 106: 플랜지

108: 갭 조절 지그부 110: 볼스크류

112: 갭체인

본 발명은 반도체 디바이스 제조 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치 및 이를 이용한 갭 조절방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 되는데, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 크게 반도체 내부로 3족 또는 5족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 고정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 증착(deposition)공정, 상기 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각 공정, 그리고 웨이퍼 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다. 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 반복 실시하게 되는데, 이러한 단위공정별로 해당 공정을 수행하기 위한 각각의 공정설비가 사용된다.

특히, 상기 식각 공정은 증착된 전체 물질막 중에서 필요한 부분은 남겨두고 불필요한 부분은 제거하기 위한 공정으로서, 용액성 화학물질을 사용하여 물질막을 패터닝하는 습식 식각 및 용액성 화학물질을 사용하지 않고 가스 플라즈마나 이온 빔 또는 스퍼터링을 이용하여 물질막을 패터닝하는 건식 식각으로 크게 구분할 수 있다. 그러나, 최근 반도체 소자의 고집적화 추세가 가속됨에 따라 메모리셀을 구성하는 각각의 단위 영역들간의 단차가 증가하여 종횡비(aspect ratio)가 증가됨으로 인하여 보다 미세한 가공기술들의 연구가 불가피한 실정이다. 따라서, 밀착성이 나쁘고 감광막과 하부물질막 사이에 식각에천트가 스며들어 패터닝의 정확도가 불량한 단점이 있는 습식 식각은 제한적으로 실시되는 반면, 감광막의 밀착성을 특히 우수하게 유지하여야 할 필요성이 습식 식각에 비해 낮으며, 사이드 에치가 적어 정확한 프로파일이 얻어지는 장점이 있는 건식 식각 공정이 광범위하게 실시되고 있다.

하기의 도 1에는 건식 식각 공정을 진행하기 위한 TEL사의 DRM 설비 구조가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 상기 TEL사의 DRM 설비는 플라즈마를 이용하여 물질막을 패터닝하는 플라즈마 식각장치로서, 실질적으로 플라즈마를 이용한 식각 공정이 진행되는 프로세스 챔버(10), 상기 프로세스 챔버(10) 내부에 설치되어 있는 정전척(12), 상기 프로세스 공정 챔버(10) 내부로 헬륨(He)등의 플라즈마 발생 가스를 공급하는 가스 공급부(14), 상기 헬륨 가스 공급부(14)로부터 공급되는 헬륨 가스의 압력을 조절하기 위한 마노메터(16), 상기 가스공급부(14)로부터 공급되는 가스의 유량을 제어하는 MFC(Mass Flow Controller:가스 유량 제어장치)(18), 상기 정전척(12)의 센터영역으로 상기 가스를 공급하는 제1가스 공급 라인(20), 상기 정전척(12)의 에지영역으로 상기 가스를 공급하는 제2가스 공급 라인(22) 및 프로세스 챔 버(10) 내부의 압력을 조절하기 위한 자동 압력 조절부(Auto Pressure Controller:24)로 구성되어 있다.

따라서, 플라즈마 식각공정을 실시하고자 하는 경우, 상기 정전척(12) 상부에 웨이퍼(26)를 로딩시킨 후, 식각공정을 위한 공정 가스를 프로세스 챔버(10) 내부로 주입한다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(10) 내부로 주입된 공정 가스에 대해 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(26) 상부에 증착되어 있는 물질막을 원하는 구조로 패터닝하게 된다.

한편, 상기와 같은 DRM 설비에서는 원활한 플라즈마 식각 공정 진행을 위하여, 적합한 갭이 유지되어야 한다. 따라서, 본 분야에서는 프로세스 챔버(10)를 PM하는 과정에서 주기적으로 갭값을 측정한 뒤, 관리 기준내 스펙을 관리하게 된다. 통상적으로, 상기 갭은 내부에 캐소드를 구비한 스크류의 상하운동에 의해 조절된다. 보다 구체적으로는, 갭 모터, 갭 샤프트, 갭 체인 등으로 이루어진 갭 어셈블리에 의해 갭을 조절하게 되는데, 이러한 갭 어셈블리 구조가 하기의 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 식각 장비의 갭 어셈블리 구조를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 갭 어셈블리 구조는, 프로세스 챔버 내부에 설치되며 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 안착되는 정전척(10)과, 상기 정전척(10)의 하부에 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 제1 고주파 전원이 인가되는 케소드(12)와, 상기 케소드(12)의 하단에 설치되어 상기 케소드(12)를 지지하기 위한 갭 벨로우즈(14)와, 상기 갭 벨로우즈(14)의 하부에 결합되고 4개의 관통홀을 갖으며 볼스크류 (20)의 구동에 따라 상/하 운동을 하는 플랜지(16)와, 상기 플랜지(16)의 관통홀에 각각 설치되는 볼 레지(ball ledge:18)와, 상기 볼 레지(18)에 관통되어 도시하지 않은 모터구동에 따라 상/하 직선운동을 하기 위한 4개의 볼스크류(20)와, 상기 4개의 볼스크류(20)가 상/하 운동을 할 때 4개의 볼스크류(20)를 고정시키는 갭체인(22)으로 구성되어 있다. 여기서, 상기 플랜지(16)에는 4개의 볼스크류(20)가 관통되는 관통홀이 형성되어 있으며, 상기 관통홀에 일치되도록 볼 레지(18)가 고정되어 있다. 그리고, 상기 볼스크류(20)는 도면상으로는 3개밖에 도시되어 있지 않으나, 실질적으로는 전체 4개가 형성되어 있다.

상기와 같은 갭 어셈블리 구조에 의하면, 갭 모터(도시되지 않음)가 구동되면 개의 볼스크류(20)가 상기 볼 레지(18)을 통해 상/하로 직선운동을 하게 되어 플랜지(16)가 상/하로 움직인다. 이때 볼스크류(20)는 지속적인 장비하중을 받으며 상/하 직선운동을 반복하게 되는데, 이러한 볼스크류(20)의 지속적인 상/하 직선운동으로 인해 상기 볼 레지(18)가 하중을 받게되어 틀어짐 현상이 발생된다. 이처럼 볼 레지(18)가 틀어질 경우 식각 장비 갭이 관리 기준 스펙을 벗어나게 되어 프로세스 챔버 내 폴리머 드롭 및 내부벽의 긁힘으로 인해 파티클이 유발되고, 그로 인해 원활한 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 없게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 분야에서는 갭이 관리 기준 스펙을 벗어날 경우 엔지니어로 하여금 관리 기준 스펙을 만족하도록 갭을 조절하도록 하고 있다. 따라서, 4개의 볼스크류(20)중 어느 하나의 갭이라도 상기 관리 기준 스펙을 벗어날 경우, 공정을 진행하는 엔지니어가 상기 볼스크류(20)를 풀어 관리 기준 스펙을 만족하도록 갭을 조절하게 된다. 그러나, 이처럼 볼스크류(20)를 풀어 갭을 조절함에 있어서, 종래에는 엔지니어의 눈과 손에 의존하여 갭을 조절할 수 밖에 없었다. 그러다 보니, 정확한 갭 조절에 오랜 시간이 소요되어 작업 손실이 커지고 PM 시간이 길어지게 되고, 엔지니어마다 감각이 서로 다름으로 인하여 일정한 갭을 유지하는데 어려움이 있었다. 이처럼, 프로세스 챔버의 갭 조절이 원활하지 못할 경우, 플라즈마 식각 공정 전반에 악영향을 미치게 되어 결국 반도체 디바이스의 신뢰성 및 수율이 저하되는 문제점이 초래된다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프로세스 챔버의 갭을 신속하고 정확하게 조절하여 작업 로스를 최소화할 수 있는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치 및 조절방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 반도체 디바이스의 신뢰성 및 수율 저하를 방지할 수 있는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치 및 조절방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치는, 상기 식각 장비의 갭 조절을 위한 볼스크류의 구동에 따라 상하 방향으로 구동되는 플랜지; 및 소정 단위의 눈금이 표시되어 있으며, 상기 눈금을 한칸씩 이동시킴에 따라 그 센터를 관통하고 있는 볼스크류를 수직 방향으로 소정 거리 이동시킴으로써 갭 조절을 가능케하는 갭 조절 지그부를 구비함 을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절방법은, 소정 단위의 눈금이 표시되어 있으며, 상기 눈금을 한칸씩 이동시킴에 따라 그 센터를 관통하고 있는 볼스크류를 수직 방향으로 소정 거리 이동시키는 갭 조절 지그부를 이용하여, 갭 어셈블리의 갭을 조절함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 형태로 다양하게 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 식각 장비의 갭 어셈블리 구조를 나타낸다. 도 3에 도시되어 있는 갭 어셈블리 구조는 상기 도 2에 도시되어 있는 종래 기술에 따른 갭 어셈블리 구조와 유사하다. 즉, 본 발명에 따른 상기 갭 어셈블리는 프로세스 챔버 내부에 설치되며, 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 안착되는 정전척(100), 상기 정전척(100)의 하부에 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 제1 고주파 전원이 인가되는 케소드(102), 상기 케소드(102)의 하단에 설치되어 상기 케소드(102)를 지지하기 위한 갭 벨로우즈(104), 상기 갭 벨로우즈(104)의 하 부에 결합되고 4개의 관통홀을 갖으며 볼스크류(110)의 구동에 따라 상하 운동을 하는 플랜지(106), 상기 플랜지(106)의 관통홀에 각각 설치되는 갭 조절 지그부(108), 상기 갭 조절 지그부(108)에 관통되어 갭 모터(도시되지 않음)가 구동됨에 따라 상하 직선운동을 하는 4개의 볼스크류(110) 및 상기 4개의 볼스크류(110)가 상/하 운동을 할 때 상기 4개의 볼스크류(110)를 고정시키는 갭체인(112)으로 구성되어 있다. 여기서, 상기 플랜지(106)에는 4개의 볼스크류(110)가 관통되는 관통홀이 형성되어 있으며, 상기 관통홀에 일치되도록 갭 조절 지그부(108)가 고정되어 있다. 따라서, 상기 갭 모터(도시되지 않음)가 구동되면 4개의 볼스크류(110)가 갭 조절 지그부(108)를 통해 상하로 직선운동을 하게 되어 플랜지(106)가 상하로 움직이게 된다.

한편, 종래 기술에 따른 갭 어셈블리와 구별될 수 있도록 하는 본 발명에 따른 갭 어셈블리의 핵심적 구성요소는 갭 조절을 위한 상기 갭 조절 지그부(108)이다. 이러한 갭 조절 지그부(108)는 종래에 비해 보다 효율적인 방법으로 갭 어셈블리의 갭 조절을 할 수 있도록 하기 위해 구비된 것으로서, 하기의 도 4를 참조하여 그 상세구조를 살펴보기로 하자.

도 4는 본 발명에 따른 갭 어셈블리의 갭 조절을 위해 구비된 갭 조절 지그부의 확대도이다. 도 4를 참조하면, 볼스크류(110)가 상/하 운동을 위해 관통하는 플랜지(106) 상부에 갭 조절 지그부(108)가 위치하고 있다. 여기서, 상기 갭 조절 지그부(108)에는 갭 고절을 위한 눈금이 그려져 있는 것이 특징이다.

종래에는 갭 어셈블리의 갭이 관리 기준 스펙을 벗어날 경우 엔지니어가 직 접 볼스크류를 풀어 갭 조절을 하였다. 그러나, 이는 엔지니어의 감에만 의존하는 방법으로서, 정확한 갭 조절에 오랜 시간이 소요되어 작업 손실이 커지고 PM 시간 또한 길어지는등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 갭 어셈블리의 갭 조절을 위한 갭 조절 지그부(108)에 눈금을 표시하였으며, 이러한 객관적 수치를 나타내는 눈금을 이용하여 정확한 갭 조절이 가능하도록 한다.

그리고, 갭 조절 지그부(108)에 그려져 있는 눈금을 이용하여 갭을 조절하는 방법을 예시하면, 하나의 눈금 이동시 소정의 길이만큼 볼스크류(110)가 이동될 수 있도록 설정한다. 예를 들어, 눈금 하나당 0.1mm씩 볼스크류(110)를 이동시킬 수 있다고 가정할 경우, 볼스크류(110)를 0.3mm 이동시키려면 상기 눈금을 모두 3칸 이동시킴으로써 원하는 간격으로 갭을 조절할 수 있다. 이때, 상기 갭 조절 지그부(108)를 반시계방향으로 회전시킬 경우에는 볼스크류(110)가 위 방향으로 이동하게 하고, 상기 갭 조절 지그부(108)를 시계방향으로 회전시킬 경우에는 볼스크류(110)가 아래 방향으로 이동하도록 설정할 수 있다. 이와 반대로, 이때, 상기 갭 조절 지그부(108)를 시계방향으로 회전시킬 경우에는 볼스크류(110)가 위방향으로 이동하게 하고, 상기 갭 조절 지그부(108)를 반시계방향으로 회전시킬 경우에는 볼스크류(110)가 아래 방향으로 이동하도록 설정할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 종래에는 갭 어셈블리의 갭을 조절함에 있어서 엔지니어의 눈과 손을 이용한 주관적인 감각에 의존하였으므로 정확한 갭 조절에 오랜 시간이 소요되었으며, 엔지니어마다 감각이 서로 다름으로 인하여 일정한 갭을 유지하 는데 어려움이 있었다. 그러나, 본 발명에서는 갭 조절을 위한 갭 조절 지그부(108)에 눈금을 표시하여 좌우 방향으로 눈금을 이동시키는 방법으로 갭을 조절함으로써, 갭 조절을 위한 트레이스 시간을 월등히 단축시킬 수 있다. 그리고, 갭 조절 지그부에 그려져 있는 객관적인 수치 기준인 눈금을 보면서 갭을 조절함으로써, 서로 다른 엔지니어가 갭을 조절하더라도 객관적으로 동일한 간격으로 갭을 조절하는 것이 가능해진다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는, 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 어셈블리에 있어서, 상기 갭 어셈블리의 갭 조절을 위한 갭 조절 지그부에 객관적 수치 기준이 되는 눈금을 표시한다. 그리고, 상기 눈금을 이용하여 갭 어셈블리의 갭을 조절함으로써, 보다 신속하고 정확하게 갭을 조절할 수 있게 된다. 그리고, 이처럼 갭 어셈블리의 갭 조절이 신속하고 정확해짐에 따라 공정 타임 로스를 줄여 생산성을 높일 수 있으며, 원활한 식각 공정이 가능해짐에 따라 반도체 디바이스의 신뢰성 또한 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치에 있어서:

   상기 식각 장비의 갭 조절을 위한 볼스크류의 구동에 따라 상하 방향으로 구동되는 플랜지;

   소정 단위의 눈금이 표시되어 있으며, 상기 눈금을 한칸씩 이동시킴에 따라 그 센터를 관통하고 있는 볼스크류를 수직 방향으로 소정 거리 이동시킴으로써 갭 조절을 가능케하는 갭 조절 지그부를 구비함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 눈금은 mm 단위로 표시되어 있음을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 갭 조절 지그부의 눈금을 이동시킴에 따라 상기 볼스크류는 mm 단위로 수직 이동됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절방법.
4. 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절방법에 있어서:

   소정 단위의 눈금이 표시되어 있으며, 상기 눈금을 한칸씩 이동시킴에 따라 그 센터를 관통하고 있는 볼스크류를 수직 방향으로 소정 거리 이동시키는 갭 조절 지그부를 이용하여, 갭 어셈블리의 갭을 조절함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 눈금은 mm 단위로 표시되어 있음을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 갭 조절 지그부의 눈금을 이동시킴에 따라 상기 볼스크류는 mm 단위로 수직 이동됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 식각 장비의 갭 조절방법.

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