KR20070025543A

KR20070025543A - 분리된 상부링을 갖는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치

Info

Publication number: KR20070025543A
Application number: KR1020050081824A
Authority: KR
Inventors: 최민규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-08

Abstract

플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 공정챔버 내부에서 서로 대향하도록 배치되어 그 사이의 공정영역에서 플라즈마를 발생시키는 상부전극과 하부전극과, 상기 하부전극을 둘러싸도록 배치되는 하부링 및 상기 상부전극을 둘러싸도록 배치되어 상기 하부링과 더불어 상기 플라즈마가 상기 공정영역 외부로 빠져나가는 것을 제한하고 외측링과 상기 외측링과 상기 상부전극 사이에 배치된 내측링을 포함하는 상부링을 포함한다. 상부링을 내측링과 외측링 두 개의 부분으로 분리하여 식각이 주로 발생하는 내측링만 따로 교체할 수 있다.

반도체 제조, 플라즈마, 공정챔버, 상부링

Description

분리된 상부링을 갖는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치{semiconductor fabrication equipment using plasma having separate upper ring}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치를 나타낸 구성도이다.

도 2는 도 1의 상부링을 나타낸 사시도이다.

** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **

110 : 공정챔버

120 : 상부전극

130 : 하부전극

140 : 상부링

142 : 내측링

144 : 외측링

150 : 하부링

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분리된 상부링을 갖는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.

플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 공정은 크게 건식 식각(dry etching) 공정, 화학기상증착(chemical vapor deposition) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정 등이 있다.

플라즈마는 공정 조건 등에 따라 다양한 형태의 플라즈마 소오스에서 에너지원으로서 RF(radio frequency) 발생기를 이용하여 발생된다. 이러한 플라즈마 소오스 및 그에 적용되는 RF 발생기로서는 마주보는 평행판 사이에 RF 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 CCP(capacitively coupled plasma) 방식, 반응관 외부의 코일에 RF 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 ICP(inductively coupled plasma) 방식, RF 전력과 자기장을 결합시켜 플라즈마를 발생시키는 MERIE(magnetically enhanced reactive ion etching) 방식, 마이크로파와 자기장을 결합시켜 플라즈마를 발생시키는 ECR(electron cyclotron resonance) 방식 등이 있다.

반도체 소자의 고집적화 및 대용량화에 따른 칩 사이즈가 커짐에 따라 웨이퍼의 사이즈도 커지게 되고, 그에 따라 플라즈마를 이용한 성막이나 식각 공정에서 플라즈마의 균일성, 웨이퍼의 균일성 및 로딩 효과(loading effect)의 중요성이 점점 더 커지고 있다.

가장 대표적으로 많이 사용되는 CCP 형 플라즈마 소오스는 플라즈마를 발생시키기 위해 RF 전력이 서로 대향하는 상부전극과 하부전극 사이에 인가된다. 플라즈마를 대부분 상부전극과 하부전극 사이의 공정영역에서 존재하나 일부분은 공정 챔버 전체로 퍼진다. 공정이 진행되는 공정영역 외부로 플라즈마가 빠져나가면, 공정챔버의 측벽 등에서 증착되거나 부식이 발생되고, 공정챔버의 수명을 단축시킨다. 또한, 파티클 오염을 유발시켜 반도체 소자의 불량의 원인이 된다.

플라즈마가 공정영역 외부로 퍼지면 공정영역 내의 플라즈마의 균일도가 떨어지고 이로 인해 반도체 제조공정의 균일도가 보장되지 못한다.

따라서, 플라즈마를 일정한 공정영역 내부로 속박시키기 위한 다양한 노력이 제안되고 있다. 그 중 하나가 상부전극에 상부링을 하부전극에 하부링을 배치하는 방법이다. 상부링과 하부링을 통해 공정영역 외부로 빠져나가는 전기장을 감쇄시켜(attenuate), 공정영역 내로 플라즈마를 속박시킨다.

상부링은 상부전극 주변에 위치하므로 일부분이 플라즈마에 노출된다. 식각 공정 등이 진행되면서 플라즈마에 노출되어 있는 상부링의 일부분이 식각되어 파티클이 발생되고 그 기능이 저하되는 문제가 있다. 따라서 상부링은 소모품으로써 주기적으로 교체해 주어야 하는데, 상부링을 공정챔버로부터 해체하기가 쉽지 않고 그 단가가 비싸다.

대한민국 특허공개공보 제10-2004-0096129호에서는 플라즈마에 노출되는 부분의 두께를 증가시켜 수명을 연장시킨 상부링을 개시하고 있다. 그러나 동 문헌에 의하더라도 상부링을 전체로 교환해야 함으로써 식각되지 않아 재사용이 가능한 다른 부분도 함께 교체할 수밖에 없는 불합리한 점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위해 내 측과 외측으로 분리된 상부링을 갖는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 공정챔버와 상기 공정챔버 내부에서 서로 대향하도록 배치되어 그 사이의 공정영역에서 플라즈마를 발생시키는 상부전극과 하부전극과 상기 하부전극을 둘러싸도록 배치되는 하부링 및 상기 상부전극을 둘러싸도록 배치되어 상기 하부링과 더불어 상기 플라즈마가 상기 공정영역 외부로 빠져나가는 것을 제한하고, 외측링과 상기 외측링과 상기 상부전극 사이에 배치된 내측링을 포함하는 상부링을 포함한다.

바람직하게는 상기 내측링은 유전체 재질(dielectric material)로 이루어질 수 있고, 상기 외측링은 전도성 재질(conductive material)로 이루어질 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치(100)는 공정챔버(110)와 그 내부에 배치되는 상부전극(120)과 하부전극(130), 상부링(140), 하부링(150)을 포함한다.

공정챔버(110)는 그 내부가 밀폐되며, 내부에 상부전극(120) 및 기판(W)이 장착되는 하부전극(130)이 마련된다. 기판(W)은 공정이 진행될 작업 소자를 말하며, 예를 들어 식각 공정 등이 진행될 반도체 웨이퍼 등 일 수 있다. 공정챔버(110) 내부는 반도체 제조 공정이 진행되는 동안 진공으로 유지하도록 밀폐되며, 전기적으로 접지된다.

상부전극(120)과 하부전극(130)은 공정챔버(110) 내부에서 대향하는 평행판 형태로 배치되며, 그 사이에 플라즈마가 발생되는 공정영역(180)이 형성된다. 상부전극(120)과 하부전극(130)은 일반적으로 실린더 형상으로 대칭으로 배열된다. 하부전극(130)은 기판(W)을 지지하기 위한 척으로써 기능도 가지며, 공정이 진행되는 동안 기판(W)을 붙들고 있다. 예를 들어, 상기 척은 정전척(electrostatic chuck), 진공척 또는 기계적인 척일 수 있다. 또한, 하부전극(130)에는 포커스 링(132)이 기판(W)의 가장자리 부근을 따라 배치된다. 포커스 링(132)은 절연체로 형성되며 플라즈마를 기판(W) 측으로 집속시키는 역할을 한다.

상부전극(120)은 공정챔버(110)와 커플되어 접지된다. 하부전극(130)은 정합부(210)를 통해 RF 발생기(230)와 연결된다. 상부전극(120)과 하부전극(130)은 일반적으로 알루미늄과 같은 전도성 재질로 형성된다.

RF 발생기(230)는 하부전극(130)에 RF 에너지를 공급한다. RF 발생기(230)는 제 1 RF 발생기(230a)와 제 2 RF 발생기(230b)로 이루어진다. 제 1 RF 발생기(230a)는 하부전극(130)에 제 1 RF 주파수를 공급하고, 제 2 RF 발생기(230b)는 제 2 RF 주파수를 공급한다. 여기서, 제 1 RF 주파수는 약 27 MHz 일 수 있고, 제 2 RF 주파수는 약 2 MHz 일 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 고주파는 플라즈마의 밀도와 기판(W)에 입사되는 이온의 양을 조절하고, 저주파는 기판(W)에 입사되는 이온의 에너지를 조절한다. 다만, 도 1에 나타난 것과 달리, 플라즈마를 형성하는 방식에 따라 RF 발생기(230)는 1개의 주파수만 공급하도록 할 수 있고, 하부전극(130)이 아닌 상부전극(120)에 RF 에너지를 공급하도록 배치될 수 있다.

정합부(210)는 RF 발생기(230)에서 공급되는 RF 에너지가 반사되지 않고 공정챔버(110)로 잘 전달되게 하는 기구이다. 즉 RF 발생기(230)의 임피던스에 따라 공정챔버(110)의 임피던스를 정합시킨다. 정합부(210)는 일반적으로 가변 인덕터 또는 가변 콘덴서 및 이들의 특성값을 변화시키기 위한 제어회로와 구동모터로 구성된다. 정합부(210)의 구성에 대해서는 잘 알려진바 자세한 설명은 생략한다.

하나 또는 여러 종류의 반응가스를 공정영역(180)으로 공급하기 위해 가스 입력 포트(미도시)가 마련된다. 가스 입력 포트는 공정챔버(110)에 설치될 수 있고, 상부전극(120)에 샤워 헤드 형태로 배치될 수 있다. 또한, 반응하지 않고 남은 잔여 가스를 배출하기 위해 배기포트(170)가 마련된다. 배기포트(170)는 일반적으로 하부전극(130) 부근에 배치된다.

플라즈마를 발생시키기 위해서는, 먼저 반응가스를 가스 입력 포트를 통해 공정영역(180)으로 공급한다. RF 발생기(230)를 통해 하부전극(130)에 RF 에너지를 공급한다. 이때 정합부(210)는 RF 발생기(230)의 임피던스와 공정챔버(110)의 임피던스를 정합시켜 하부전극(130)에 RF 에너지를 공급한다. RF 에너지로 인해 공정챔버(110) 내부에는 강한 전기장(electric field)이 생성된다. 대부분의 전기장은 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이의 공정영역(180)에 위치한다. 전기장은 전자를 가속시켜, 반응 가스의 가스 분자를 서로 충돌시킨다. 상기 충돌로 인하여 플라즈마의 이온화가 이루어져, 공정영역(180)에는 다수의 하전입자(전자와 이온)와 중성입자가 존재하게 된다.

플라즈마를 공정영역(180) 내로 속박시키기 위해 상부링(140)과 하부링(150)이 배치된다. 상부링(140)과 하부링(150)은 공정영역(180) 외부로 빠져나가는 전기장을 감쇄시켜, 공정영역(180) 내로 플라즈마를 속박시킨다.

하부링(150)은 하부전극(130)을 둘러싸도록 배치되는 환상의(annular) 링이다. 하부링(150)은 내부에 전도성 코어가 있고, 전도성 코어를 둘러싸서 형성되는 쿼츠 등의 절연 물질로 이루어진다. 전도성 코어는 공정챔버(110)와 연결되어 접지된다.

상부링(140)은 상부전극(120)을 둘러싸도록 배치되는 환상의 링이다. 상부링(140)은 내측링(142)과 외측링(144)을 포함한다. 내측링(142)은 상부링(140)의 내측에 위치하며, 상부전극(120)의 주변에 배치된다. 외측링(144)은 내측링(142)의 외측에서 내측링(142)을 둘러싸도록 배치된다.

내측링(142)은 상부링(140) 중 플라즈마에 노출되는 부분으로 플라즈마에 의해 식각이 일어나는 부분에 배치된다. 식각으로 인한 파티클의 발생을 최소화하기 위해 내측링(142)은 유전체 재질(dielectric material)로 이루어질 수 있다. 예를 들어 내측링(142)은 쿼츠 재질로 이루어질 수 있다.

외측링(144)은 상부링(140) 중 플라즈마를 공정영역(180) 내로 제한하는 역할을 하며, 전도성 재질로 이루어져 접지되도록 한다. 또는 전도성 코어를 내부에 배치한 유전체 재질로 이루어질 수도 있다. 즉, 접지된 외측링(144)과 하부링(150)을 통해 전기장을 차폐하여 이온을 중성화시킴으로써 플라즈마를 공정영역(180) 내부로 속박시킨다.

상부링(140)이 내측링(142)과 외측링(144) 두 개의 부분으로 나누어지고, 식각이 주로 일어나는 것은 내측링(142)이다. 따라서, 주기적으로 내측링(142)만 교체하도록 하고 외측링(144)은 재사용이 가능하므로 상부링(140)을 전체로 교체하는 것에 비해 원가가 절감된다.

도 2는 도 1의 상부링을 나타낸 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상부링(140)은 내측링(142)과 외측링(144)을 포함하며, 내측링(142)과 외측링(144)은 외측링(144)의 측면에서 볼트 등의 체결부재(240)를 통해 결합시킨다. 그러나 내측링(142)과 외측링(144)을 결합시키는 것은 도시된 형태에 한하지 않고 접착제를 이용하는 등 기타 다양한 방법이 사용될 수 있다.

상부링(140)으로부터 내측링(142)을 교체하기 위해서는 먼저 체결부재(240)를 풀고, 내측링(142)을 외측링(144)으로부터 분리시킨 후 새로운 내측링(142)으로 교체한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 명세 서에서 사용된 용어 및 표현들은 서술의 목적으로 사용된 것일 뿐 어떠한 제한을 가지는 것은 아니며, 이와 같은 용어 및 표현의 사용은 도시되고 기술된 구성 요소 또는 그 일부분들의 등가물을 배제하고자 하는 것이 아니며, 청구된 발명의 범주 안에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

예를 들어, 상기의 실시예에서 상부링은 2개의 링으로 분리하였으나 3개 내지 4개 이상의 링으로 분리할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 상부링을 내측링과 외측링 두 개의 부분으로 분리하여 식각이 주로 발생하는 내측링만 따로 교체할 수 있다. 따라서 상부링을 전체로 교체하는 것에 비해 비용이 절감된다.

Claims

공정챔버;

상기 공정챔버 내부에서 서로 대향하도록 배치되어 그 사이의 공정영역에서 플라즈마를 발생시키는 상부전극과 하부전극;

상기 하부전극을 둘러싸도록 배치되는 하부링; 및

상기 상부전극을 둘러싸도록 배치되어 상기 하부링과 더불어 상기 플라즈마가 상기 공정영역 외부로 빠져나가는 것을 제한하고, 외측링과 상기 외측링과 상기 상부전극 사이에 배치된 내측링을 포함하는 상부링을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 내측링은 유전체 재질(dielectric material)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 외측링은 전도성 재질(conductive material)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.