KR20070024122A - 히터가 구비된 반도체 식각장치 - Google Patents

히터가 구비된 반도체 식각장치 Download PDF

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Abstract

벨자 및 공정챔버의 온도편차를 줄여 파티클의 발생을 억제시키는 반도체 식각장치를 개시한다. 반도체 식각장치는 그의 내부에 웨이퍼가 놓여지는 페데스탈을 구비하는 공정챔버르 구비한다. 상기 공정챔버는 벨자에 덮혀져 진공상태로 유지된다. 상기 벨자는 공진기에 의해 덮여 씌워진다. 제1개스공급라인은 상기 공정챔버로 제1개스를 제공한다. 제1개스공급부는 상기 제1개스를 상기 제1개스공급라인으로 제공한다. 온도조절부는 상기 벨자의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라서, 상기 벨자와 공진기사이의 공간부에 상기 공정챔버의 온도를 조절하기 위한 제2개스를 공급하여 상기 공정챔버의 온도를 일정하게 유지시켜 준다. 상기 온도 조절부는 상기 공간부에서 상기 벨자의 외측에 배치되는 온도센서, 제어신호에 따라서 상기 제2개스 공급부로부터 제공되는 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주는 히터 및 상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 따라서, 상기 히터가 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주도록 제어하는 상기 제어신호를 발생하는 콘트롤러를 구비한다.

Description

히터가 구비된 반도체 식각장치{Semiconductor etch apparatus with heater}
도 1은 종래의 반도체 식각장치의 단면 구조도이다.
도 2는 본 발명의 멀티챔버를 구비한 반도체 식각장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 식각챔버의 단면구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 벨자 및 공정챔버의 온도를 일정하게 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 공정챔버 220 : 벨자
240 : 공진기 260, 265 : 개스공급부
280, 285 : 고주파 발생기 310 : 온도센서
340 : 히터 320 : 콘트롤러
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 벨자 및 공정챔버의 온도를 균일하게 유지시켜 파티클의 발생을 방지하기 위한 히터를 구비한 반도체 식각장치에 관한 것이다.
반도체 제조공정은 파티클의 발생을 억제하면서 공정을 진행하는 것이 무엇보다도 중요하다. 이는 공정중에 발생된 파티클에 의해 패턴 불량 등이 발생하여 반도체 제조수율에 영향을 미치기 때문이다. 반도체 건식식각장치는 식각챔버의 내부 온도를 일정하게 유지시켜 주어야 한다. 챔버내부의 온도가 일정하게 유지되지 않는 경우에는, 공정중에 발생된 폴리머 등과 같은 파티클이 식각챔버의 내벽에 고착되고, 고착된 파티클이 공정챔버의 내부를 오염시켜 불량을 유발시키게 된다.
도 1은 종래의 식각장치의 단면도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 공정챔버(10)는 벨자(20)에 의해 덮혀져 진공상태가 유지되는 반응공간을 형성한다. 상기 공정챔버(10)내에는 웨이퍼를 지지하기 위한 페데스탈(35)이 설치되고, 상기 페데스탈(35)상에는 웨이퍼(30)가 놓여지게 된다. 상기 벨자(20)는 공진기(resonator, 40)에 의해 덮여 씌여지게 된다. 상기 공정챔버(10)의 외부에는 제1개스 공급부(60)와 제2개스 공급부(65)가 구비된다. 상기 제1개스 공급부(60)는 상기 공정챔버(10) 내부로 상기 웨이퍼(30)에 식각용 제1개스를 제공한다. 상기 제2개스공급부(65)는 상기 벨자(20)와 상기 공진기(40)사이의 공간부(50)에 상기 벨자(20) 및 상기 공정챔버(10) 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 온도조절용 제2개스를 공급한다. 또한, 상기 공정챔버(10)의 외부에는 제1고주파 발생기(80) 및 제2고주파 발생기(85)가 구비된다.
종래의 반도체 식각장치는 공진기(40)의 외측에 쿨링팬(90)을 배치하여, 벨자(20)에서 방출되는 열을 공진기(40) 외부로 방출시켜 온도를 낮추어 줌으로써 벨자(20)와 공정챔버(10)의 내부를 쿨링시켜 준다. 또한, 제2개스 공급부(65)로부터 개스공급라인(75)을 통해 온도조절용 제2개스를 상기 공간부(50)에 제공한다. 상기 제1고주파 발생기(80) 및 제2고주파 발생기(85)로부터 발생된 고주파전원은 각각 공진기(40)와 페데스탈(35)에 제공된다. 상기 공진기(40)와 페데스탈(35)에 제공되는 고주파 전원에 의해 개스공급라인(70)을 통해 상기 제1개스 공급부(60)로부터 제공되는 제1개스의 플라즈마가 형성되어 식각공정을 진행하게 된다.
공정진행중에 상기 공정챔버(10)의 온도는 일정하게 유지되어야 하는데, 종래에는 제2개스 공급부(65)로부터 온도조절용 제2개스가 상기 벨자(20)와 상기 공진기(40)사이의 공간부(50)에 제공되어 공정중에 상승된 벨자(20)의 온도를 하강시켜 줄 뿐만 아니라 쿨링팬(90)을 이용하여 벨자(20)의 온도를 하강시켜 준다. 이와 같이 종래의 식각장치에서는 쿨링방식을 이용하여 상기 공정챔버(10)를 덮고 있는 벨자(20)의 온도를 하강시켜 줌으로써, 결과적으로 상기 공정챔버(10)를 일정하게 유지시켜 준다.
그러나 종래의 쿨링방식을 이용하여 공정챔버(10)의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 방법은 상기 벨자(20)와 공진기(40)사이의 공간부(50)에 벨자(20)의 온도와 무관하게 온도조절용 제1개스를 제공하여 줌으로써, 공정챔버의 온도를 설정온도로 정확하게 콘트롤하기 어려웠다. 또한, 쿨링팬(90)을 이용하여 공정챔버(10)의 온도를 하강시켜 줄 때 정확하게 설정온도로 하강시켜 주도록 제어할 수 없었기 때문에, 공정챔버(10)의 설정온도보다 10℃ 이상 낮은 온도로 쿨링시켜 주는 경우도 발생되게 된다. 이와 같이 공정챔버(10)의 온도가 설정온도보다 10℃이상 큰 차가 발생되면 파티클의 발생이 더욱 증가되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 히터를 이용하여 공정챔버의 온도를 일정하게 유지시켜 파티클의 발생을 억제시킬 수 있는 반도체 식각장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 식각장치는 그의 내부에 웨이퍼가 놓여지는 페데스탈을 구비하는 공정챔버르 구비한다. 상기 공정챔버를 벨자에 덮여져 진공상태로 유지된다. 상기 벨자는 공진기에 의해 덮여 씌워진다. 제1개스공급라인은 상기 공정챔버로 제1개스를 제공한다. 제1개스공급부는 상기 제1개스를 상기 제1개스공급라인으로 제공한다. 온도조절부는 상기 벨자의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라서, 상기 벨자와 공진기사이의 공간부에 상기 공정챔버의 온도를 조절하기 위한 제2개스를 공급하여 상기 공정챔버의 온도를 일정하게 유지시켜 준다.
상기 온도 조절부는 상기 벨자와 상기 공진기사이의 상기 공간부에서 상기 벨자의 외측에 배치되는 온도센서를 구비한다. 제2개스 공급부는 상기 제2개스를 공급한다. 제2개스공급라인은 상기 벨자와 상기 공진기사이의 상기 공간부에 상기 제2개스공급부터 제2개스를 전달한다. 상기 공정챔버의 외부에 히터가 배치되고, 상기 히터는 제어신호에 따라서, 상기 제2개스 공급부로부터 제공되는 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 준다. 콘트롤러는 상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 따라서, 상기 히터가 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주도록 제 어하는 상기 제어신호를 상기 히터로 발생한다. 상기 제1개스는 식각개스로서, 제2개스와는 동일한 개스 또는 다른 개스로 이루어진다. 상기 제1개스는 Ar 개스이고, 제2개스는 Ar 또는 N2개스이다. 상기 온도센서는 써모커플로 이루어진다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 2는 본 발명의 반도체 식각장치의 구성도를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 반도체 식각장치(100)는 로드락 챔버(111, 112), 다수의 진공챔버(121 - 126)과 프로세스 챔버(140)를 구비한다. 상기 로드락 챔버(111, 112)는 상압 또는 진공 분위기를 이루며, 도면상에는 도시되지 않았으나, 웨이퍼가 탑재되어 있는 카세트가 놓여지는 카세트 로더장치가 설치되어 있다. 상기 진공챔버(121 - 126)는 일부는 반도체 웨이퍼상에 증착된 박막을 식각하는 공정 챔버 등으로 구성되고, 일부는 상기 공정 챔버에서 수행되는 공정을 보조하는 공정보조 챔버로 구성된다. 상기 트랜스퍼 챔버(140)는 웨이퍼 이송을 위한 포크(151)르 구비하는 이송암(150)을 구비하며, 상기 이송암(150)에 의해 진공챔버(121-126) 및 로드락 챔버(111, 112)로 웨이퍼를 이송시켜 준다. 상기 트랜스터 챔버(140)와 진공챔버(121-126) 및 로 드락 챔버(111, 112)사이에는 선택적으로 개폐되어 이들간의 웨이퍼 이송을 가능하도록 하는 웨이퍼 이송 게이트(131 - 138)가 구비된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 식각장치의 구성도를 도시한 것으로서, 도 2의 다수의 진공챔버(121 - 126)중 식각챔버의 일 예를 예시한 것이다. 본 발명의 반도체 식각장치는 웨이퍼에 증착된 금속막을 식각하여 금속막 패턴을 형성하기 위한 장치로서, 도 3의 식각챔버는 금속막 패턴의 표면상에 형성되는 자연산화막을 제거하기 위한 챔버를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 공정챔버(210)는 석영으로 만들어지고 돔형상을 갖는 벨자(220)에 의해 덮혀져 진공상태를 유지하게 된다. 상기 공정챔버(210)와 벨자(220)에 의해 반응공간이 제공된다. 상기 공정챔버(210)의 내부에는 웨이퍼를 지지하기 위한 페데스탈(235)이 설치되고, 상기 페데스탈(235)상에는 웨이퍼(230)가 놓여지게 된다.
상기 벨자(220)는 공진기(240)에 의해 덮여 씌워져서, 상기 벨자(220)와 상기 공진기(240)사이에 공간부(250)가 형성되게 된다. 상기 공정챔버(210) 내부에는 제1개스공급부(260)로부터 제공되는 제1개스가 제1개스 공급라인(270)을 통해 주입된다. 상기 제1개스는 상기 웨이퍼(230)의 표면에 형성된 자연산화막을 제거하기 위한 식각개스로서, 예를 들어 Ar 개스를 포함한다. 상기 페데스탈(235)에는 제1고주파 발생기(280)로부터 고주파전원이 인가되고, 상기 공진기(240)에는 제2고주파 발생기(285)로부터 고주파전원이 인가된다. 상기 페데스탈(235)과 상기 공진기(240)에 제공되는 고주파 전원에 의해 상기 공정 챔버(210)내에 Ar 플라즈마가 생성되어 상기 웨이퍼(230)의 표면의 자연산화막을 제거하게 된다.
상기 식각장치는 상기 벨자(220)의 온도 즉, 공정챔버(210)의 온도를 일정하게 유지시켜 공정챔버(210)내에서의 파티클의 발생을 억제시켜 주기 위한 온도조절부(300)를 구비한다. 상기 온도조절부(300)는 온도센서(310), 콘트롤러(320) 및 히터(340)를 구비한다. 상기 온도센서(310)는 상기 벨자(220)와 상기 공진기(240)사이의 공간부(250)에서 상기 벨자(220)의 외측에부착되어, 상기 벨자(220)의 온도를 측정한다. 상기 온도센서(310)는 써모 커플로 이루어지나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 온도센서(310)에서 측정된 온도값은 신호전송라인(331)을 통해 콘트롤러(320)로 제공된다. 상기 콘트롤러(320)는 상기 공정챔버(210)의 외부에 배치되어, 상기 온도센서(310)로부터 제공되는 벨자(220)의 온도신호를 입력하고, 상기 온도신호에 따라 상기 히터(340)를 제어하기 위한 제어신호를 신호전송라인(332)을 통해 제공한다. 상기 공정챔버(210)의 외부에는 제2개스공급라인(275)을 통해 온도조절용 제2개스를 상기 벨자(220)와 상기 공진기(240)사이의 공간부(250)로 제공하는 제2개스공급부(265)가 배치된다.
또한, 상기 히터(340)는 상기 공정챔버(210)의 외부에 배치되어, 제2개스공급라인(275)을 통해 상기 공간부(250)로 제공되는 제2개스를 가열시켜 준다. 상기 제2개스는 제2개스공급라인(275)을 통해 상기 공간부(250)에 제공되어 벨자(220)의 온도를 상승 또는 하강시켜 주는 역할을 한다. 상기 제2개스로 상기 제1개스와 동일하게 Ar 개스를 사용하거나 또는 제1개스와는 다른 개스로 N2 개스 등을 사용할 수도 있다. 제2개스를 Ar 개스를 사용하는 경우에는 제2개스공급라인(275)을 통해 상기 공간부(250)로 제공되는 제2개스를 상기 제1개스 공급부(260)로부터 제공할 수 있으므로, 제2개스 공급부(265)는 필요하지 않게 된다.
도 4를 참조하여, 온도조절부(310)를 이용하여 공정챔버(210)의 온도를 일정하게 콘트롤하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 공정챔버(210)내의 온도를 설정한다(S101). 상기 설정온도는 반도체 제조공정중 상기 공정챔버(210)내에서 유지되어야 하는 온도로 설정된다. 상기 공정챔버(210)내로 제1개스공급라인(270)을 통해 제1개스 공급부(260)로부터 제2개스, 예를 들어 Ar 개스를 주입하고, 제1고주파 발생기(180) 및 제2고주파 발생기(185)를 통해 각각 공진기(240)와 페데스탈(235)에 고주파 전원을 인가한다. 고주파 전원이 인가됨에 따라 상기 공정챔버(210)내에서 플라즈마가 생성되어 웨이퍼상의 자연산화막을 제거하기 위한 식각공정이 수행된다.
이때, 상기 공정챔버(210)내의 온도를 설정온도로 유지시켜 주기 위하여, 상기 온도센서(310)를 이용하여 상기 벨자(220)의 온도를 감지한다(S102). 상기 온도센서(310)에 의해 감지된 벨자(220)의 온도는 신호전송라인(331)을 통해 상기 콘트롤러(320)로 제공한다. 상기 콘트롤러(320)는 상기 온도센서(310)에서 감지된 온도신호를 입력하고, 상기 감지된 온도가 설정온도와 동일한가를 판별한다(S103). S103 단계에서의 판별결과, 상기 온도센서(310)를 통해 감지된 벨자(220)의 온도가 설정된 온도와 동일한 경우에는, 공정챔버(210)의 온도가 설정온도로 일정하게 유지되고 있는 것으로 판단한다. 따라서, 콘트롤러(320)는 상기 히터(340)로 제2개스의 온도를 이전과 동일하게 유지시켜 주도록 하는 제어신호를 신호전송라인(332)을 통해 제공한다. 따라서, 히터(340)를 통해 개스의 온도상승 또는 하강없이 제2개스 는 이전의 온도와 동일하게 유지되어 공간부(250)로 제공되어 벨자(220)의 온도를 일정하게 유지시켜 준다. 이어서, 벨자(220)의 온도와 설정온도가 동일한 경우에는 상기 S102 단계로 되돌아가서 다시 온도센서(310)를 이용하여 상기 벨자(220)의 온도를 측정한다.
한편, 상기 온도센서(310)를 통해 감지된 상기 벨자(220)의 온도가 설정온도와 상이한 경우에는, 상기 콘트롤러(320)는 감지된 상기 벨자(220)의 온도에 따라 상기 히터(340)를 콘트롤하기 위한 제어신호를 신호전송라인(332)을 통해 상기 히터(340)로 제공한다. 상기 히터(340)는 상기 콘트롤러(320)로부터 제공되는 제어신호에 따라 상기 제2개스공급부(265)로부터 제공되는 제2개스의 온도를 조절하여 상기 벨자(220)와 상기 공진기(240)사이의 공간(250)으로 제공한다. 즉, 상기 벨자(220)의 온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 히터(340)의 온도를 증가시켜 상기 제2개스의 온도를 상승시켜 주고, 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 히터(340)의 온도를 하강시켜 상기 제2개스의 온도를 하강시켜 줌으로써, 설정온도와 동일하게 제2개스의 온도를 조절하여 준다(S104). 따라서, 상기 공간부(250)로 히터(240)에 의해 온도가 조절된 제2개스가 주입되므로, 상기 공간부(250)의 온도를 상승 또는 하강시켜 주게 되어, 벨자(220)의 온도가 일정하게 유지된다. 상기 벨자(220)의 온도가 설정온도로 일정하게 유지됨에 따라, 공정챔버(210)의 온도가 일정하게 유지되어, 벨자의 온도변화에 따른 파티클의 발생이 억제된다.
상기 제1개스 공급부(260)로부터 식각개스를 상기 공정챔버(210)로 제공하기 위한 제1개스 공급라인(270)와 제2개스 공급부(265)로부터 온도조절개스를 상기 공 정챔버(210)로 제공하기 위한 제2개스 공급라인(275)에는 도면상에는 도시되지는 않았으나, 개스의 공급을 개폐시켜주는 밸브가 배치될 수도 있다. 본 발명의 식각챔버는 금속막 패턴의 표면에 형성된 자연산화막을 제거하는 것을 예시하였으나, 웨이퍼상에 형성되는 다양한 자연산화막을 제거하는 데 적용가능할 뿐만 아니라 통상적인 식각챔버에도 적용하여 공정챔버의 온도를 일정하게 유지시켜 파티클의 발생을 억제시킬 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 공정챔버를 진공상태로 유지시켜 주는 벨자의 외측표면에 온도센서를 배치하고, 상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 벨자와 공진기사이에 주입되는 개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 줌으로써, 상기 공정챔버의 온도를 일정하게 유지시켜 주게 되어 공정챔버의 온도변화에 따른 파티클의 발생을 억제시켜 주게 된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 그의 내부에 웨이퍼가 놓여지는 페데스탈을 구비하는 공정챔버;
    상기 공정챔버를 진공상태로 유지시켜 주는 벨자;
    상기 벨자를 덮어주는 공진기;
    상기 공정챔버로 제1개스를 제공하는 제1개스공급라인;
    상기 제1개스를 상기 제1개스공급라인으로 제공하는 제1개스 공급부;
    상기 벨자의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라서, 상기 벨자와 상기 공진기사이의 공간부에 상기 공정챔버의 온도를 조절하기 위한 제2개스를 공급하여 상기 공정챔버의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 온도조절부를 구비하는 반도체 식각장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1개스는 식각개스로서, 상기 제2개스와는 다른 개스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1개스는 Ar 개스이고, 상기 제2개스는 N2개스인 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 온도 조절부는
    상기 벨자와 상기 공진기사이의 상기 공간부에서 상기 벨자의 외측에 배치되 는 온도센서;
    상기 제2개스를 공급하는 제2개스 공급부;
    상기 벨자와 상기 공진기사이의 상기 공간부에 상기 제2개스공급부터상기 제2개스를 전달하는 제2개스 공급라인;
    제어신호에 따라서, 상기 제2개스 공급부로부터 제공되는 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주는 히터; 및
    상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 따라서, 상기 히터가 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주도록 제어하는 상기 제어신호를 상기 히터로 발생하는 콘트롤러를 구비하는 반도체 식각장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도센서는 써모커플로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2개스는 상기 제1개스와 동일한 개스로 이루어지는 는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1개스는 식각개스이며, 제1개스와 제2개스는 Ar 개스인 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 온도 조절부는
    상기 벨자와 상기 공진기사이의 상기 공간부에서 상기 벨자의 외측에 배치되는 온도센서;
    상기 벨자와 상기 공진기사이의 상기 공간부에 제1개스공급부로부터 제공되는 상기 제2개스를 제공하는 제2개스공급라인;
    제어신호에 따라서, 상기 제2개스 공급라인으로부터 제공되는 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주는 히터; 및
    상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 따라서, 상기 히터가 상기 제2개스의 온도를 상승 또는 하강시켜 주도록 제어하는 상기 제어신호를 상기 히터로 발생하는 콘트롤러를 구비하는 반도체 식각장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 온도센서는 써모커플로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107591343A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺控制方法、装置及半导体工艺设备

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