KR20070044179A - 플라즈마 챔버의 세정장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레조레이터의 상부에 개폐 가능한 커버를 구성함으로써 챔버의 정비를 용이하게 실시함과 동시에 챔버 주위의 부주의로 인한 RF 알람을 줄이도록 한 플라즈마 챔버의 세정장비에 관한 것으로서, 챔버 내부에는 실장되는 셔터와, 상기 셔터의 상부에 위치된 웨이퍼를 프리크리닝하기 위한 챔버공간을 형성하는 벨 자르와, 상기 챔버 내의 식각 균일도를 높이기 위해 상기 벨 자르를 감싸고 형성되며 상부가 개폐 가능하도록 커버를 갖는 레조레이터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

플라즈마 챔버, 세정장비, 레조레이터, 벨 자르, 커버

Description

플라즈마 챔버의 세정장비{cleaning apparatus of plasma chamber}

도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 챔버의 세정 장비를 나타낸 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정 장비를 나타낸 개략적인 구성도

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비에서 레조레이터의 상부를 나타낸 측면도 및 상면도

200 : 챔버 210 : 셔터

260 : 벨 자르 270 : 레조레이터

271 : 커버 272 : 몸체

273 : 스프링 스크류 274 : RF 커넥터

본 발명은 반도체 소자의 제조장비에 관한 것으로, 특히 벨 자르(bell jar)의 오염을 미연에 방지하도록 한 플라즈마 챔버의 세정장비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 성능과 집적도가 높아짐에 따라, 이방성 (anistropy)을 높이고, 식각률, 선택도(selectivity)를 개선할 수 있는 건식 식각 기술이 필요하게 된다.

건식 식각 중 물리적 식각 방법은 특정 재료에 원자나 이온과 같은 충돌체(projectile)로 충격을 주어 반도체 기판으로부터 상기 재료를 제거하는 것이다.

물리적 식각 공정에서는 화학적으로 불활성인 충돌체에 에너지를 주기 위해 가스 방전을 사용함으로써, 충돌체가 기판에 충돌할 때에는 매우 빠른 속도로 운동을 하게 된다.

충돌체로부터 기판 위 재료에 전달된 에너지가 상기 재료의 결합 에너지를 초과하면, 상기 재료가 기판으로부터 제거된다.

이러한 과정을 스퍼터링(sputtering) 또는 이온 에칭(ion etching)이라고도 하는데, 이를 실현하기 위해 여러 가지 다양한 플라즈마 기술을 사용한다. 플라즈마 방전은 불활성 충돌체에 에너지를 부여하기 위한 것이고, 스퍼터링은 기판 원자에 모멘트를 전달함으로써 이루어진다.

스퍼터링 식각은 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스의 절연파괴(breakdown)에 의한 방전을 이용한다. 불활성 가스 분위기에 놓여 있는 전극 사이에 전기장을 걸어주면 이 전극 사이에서 이동하는 전자들이 가스 분자와 충돌하게 되어, 이온화가 일어나면서 가스에 엄청한 양의 에너지가 전달된다.

이러한 이온화 충돌에 생긴 Ar+ 와 전자들은 전기장에 의해 서로 반대 방향으로 가속되어 중성 아르곤 분자들과 충돌하게 되어 사태 증배(avalanche multiplication)된다.

이렇게 증배된 전자들은 양극으로 모이고 Ar+ 이온들은 음극에 충돌하는데 반도체 기판은 음극에 위치하고 있기 때문에 모멘트 전달에 의한 스퍼터링이 일어난다. 또한, 음극에서 방출된 이차 전자들은 아르곤 분자와 이온화 충돌함으로써 방전을 유지하는 데에 기여한다.

고주파 스퍼터링은 2~5 mtorr의 압력과, 1 ㎸ ~ 3 ㎸의 피크-피크 전압 고주파 전위로 수행된다. 여기(excitation)는 보통 13.56 ㎒에서 일어난다.

이러한 고주파 플라즈마 식각은 반도체 기판 또는 웨이퍼에 형성된 산화막을 제거하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 고주파 식각 공정을 진행하는 챔버의 경우, 산화막을 식각하기 위해 반도체 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 받침대(pedestal) 쪽에 바이어스 전원을 가하여 음극으로 만들고 플라즈마 분위기 내에서 양이온화된 아르곤(Ar) 이온들의 충돌에 의해 식각 공정을 진행한다.

이 때, 웨이퍼 표면에서 식각된 산화막 및 금속 물질은 웨이퍼 위의 벨자르(bell jar)라고 하는 도움(dome) 표면에 코팅되는데, 식각 공정을 일정 횟수 이상 진행하면, 이 코팅된 물질들이 플라즈마 입자들과 충돌하여 떨어져 나와 웨이퍼 표면에 떨어져 파티클(particle)을 발생시킨다.

이 파티클은 금속선 간의 합선(short circuit)을 유발하여 반도체 소자 불량의 원인이 된다. 이를 방지하기 위해 종래에는 챔버를 열고 별도의 습식 스테이션(wet station)에서 돔을 세정한 다음 이를 다시 설치하여 챔버를 사용하여 왔다.

즉, 도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 챔버의 세정 장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 1에서와 같이, 챔버(100) 내부에는 실장되는 셔터(shutter)(10)와, 상기 셔터(10)를 지지하는 받침대(12)와, 상기 셔터(10)를 상하 왕복 운동하는 리프트(lift)(20)와, 상기 셔터(10))의 상부에 위치된 웨이퍼를 프리크리닝하기 위한 챔버공간을 형성하는 벨 자르(bell jar)(60)와, 상기 챔버(100) 내의 식각 균일도를 높이기 위해 상기 벨 자르(60)를 감싸고 형성되는 레조레이터(70)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 셔터(10)는 금속으로 된 원판으로 웨이퍼와 동일한 형상인 것이 바람직하고, 상기 셔터(10)는 챔버(100) 내에서 행해지는 고주파 식각 공정에 사용되는 웨이퍼 대신에 로보트 아암(robot arm)에 의해 공정 위치에 놓이게 된다.

또한, 상기 셔터(10) 또는 웨이퍼에는 전극(14)을 통해 고주파 전력이 인가된다.

한편, 상기 벨 자르(60)에 의해 폐쇄 공간을 형성하여 반도체 웨이퍼 또는 셔터(10)를 처리하는 진공 플라즈마 분위기를 만들 공간을 형성한다.

또한, 상기 벨 자르(60)는 양극 처리된 알루미늄이나 기타 금속(예를 들면, 순수 알루미늄이나 세라믹)으로 이루어진 하우징(50)에 의해 지지되어 있고, 상기 벨 자리(60)는 단일벽 또는 이중벽으로 된 뒤집어진 둥근 컵 모양을 하고 있으며, 절연 물질 예를 들면, 석역(quartz), 알루미나(alumina) 또는 사파이어(sapphire)로 구성된다.

이와 같은 구조로 된 챔버(100)에서 진행되는 고주파 식각 공정은 다음과 같다.

여기서 설명하는 식각 공정은 다층 금속 배선 구조를 갖는 소자를 반도체 웨이퍼에 형성하는 공정을 중심으로 설명한다.

도 1의 셔터(10) 위치에 반도체 웨이퍼를 올리고, 챔버 내부를 진공으로 만든다. 공정 가스를 주입하여 제 1 금속 배선을 웨이퍼에 형성한다. 공정 가스를 배기한 다음, 챔버(100) 내부에 식각 가스를 주입하고 웨이퍼와 벨 자르(60)에 고주파 전력을 인가하여 식각 플라즈마를 형성한다.

웨이퍼에는 바이어스 전원(30)을 통해 예컨대 13.56㎒, 400W의 고주파 전력을 인가하여 웨이퍼를 음극으로 만들고, 벨 자르(60)에는 전원(40)을 통해 예컨대, 400㎑, 200W의 고주파 전력을 인가한다.

식각 가스의 양이온화된 Ar+ 이온들은 고주파 전력에 의해 엄청한 에너지로 가속되어 웨이퍼에 충돌하면, 제 1 금속 배선에 자연적으로 도포된 산화막에 아르곤 이온의 모멘트가 전달되어 스퍼터링이 일어나면서, 제 1 금속 배선의 콘택부(나중에 형성될 제 2 금속 배선과 전기적으로 연결될 부분)에 형성된 산화막이 식각되어 제거된다.

이 때 웨이퍼로부터 식각된 산화물과 금속 물질은 벨 자르(60) 내벽에 붙게 된다. 하나의 웨이퍼에 대한 제 1 금속 배선 형성 공정, 층간 절연막 도포 공정, 비아 콘택홀 형성 공정, 산화막 식각 공정이 끝나면 웨이퍼를 교체하여 위 공정들을 반복한다.

소정 매수의 웨이퍼에 대한 공정이 진행되면, 웨이퍼 대신에 도 1에도시한 바와 같이 셔터(10)를 챔버(100) 내부에 투입한다. 셔터(10)에는 바이어스 전원 (30)을 통해 전력을 인가하고, 벨 자르(60)에는 전원(40)을 통해 예컨대 13.56㎒ 400W의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.

프라즈마 내의 Ar+ 이온들은 식각 공정과는 반대로 음으로 대전된 벨 자르(60)의 내벽에 충돌하고 이 벨 자르(60)의 내벽에 붙어 있는 산화물 입자들을 제거한다. 제거된 산화물 입자들은 셔터(10)에 도포된다.

한편, 상기와 같이 산화물 입자들을 제거할 때 상기 벨 자르(60)를 감싸면서 구성되는 레조레이터(70)는 챔버(100) 내의 식각 균일도를 높이기 위해 자계를 형성하게 된다.

고주파 플라즈마 시스템에서 자계를 걸어주는 것은 보통 바이어스 전압을 낮추기 위한 것인데, 정적 자계를 일정 범위로 제한하면 필요한 전압과 이온 에너지를 낮출 수 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 일정 매수의 웨이퍼를 사용한 다음에는 레조레이터를 떼어내어 세정 공정을 진행하여야 하기 때문에, 비용과 시간 상의 손실이 생기고 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 벨 자르를 감싸고 있는 레조레이터를 제거한 후에 벨 자르 컴파인(Bell Jar confirm)이 가능하였고, 오염시 벨 자르를 교환하는데 교환하는 과정에서 레조레이터 어셈블리 제거시 작업자의 부 주위로 RF 케이블 커넥터(Cable Connector) 부분이 접촉 불량으로 RF 레조레이터 관련된 알람(alarm) 이 발생하고 레조레이터의 크기가 증가함에 따라 작업자가 작업시 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 레조레이터의 상부에 개폐 가능한 커버를 구성함으로써 챔버의 정비를 용이하게 실시함과 동시에 챔버 주위의 부주의로 인한 RF 알람을 줄이도록 한 플라즈마 챔버의 세정장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비는 챔버 내부에는 실장되는 셔터와, 상기 셔터의 상부에 위치된 웨이퍼를 프리크리닝하기 위한 챔버공간을 형성하는 벨 자르와, 상기 챔버 내의 식각 균일도를 높이기 위해 상기 벨 자르를 감싸고 형성되며 상부가 개폐 가능하도록 커버를 갖는 레조레이터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정 장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 2에서와 같이, 챔버(200) 내부에는 실장되는 셔터(shutter)(210)와, 상기 셔터(210)를 지지하는 받침대(212)와, 상기 셔터(210)를 상하 왕복 운동하는 리프트(lift)(220)와, 상기 셔터(210)의 상부에 위치된 웨이퍼를 프리크리닝하기 위한 챔버공간을 형성하는 벨 자르(bell jar)(260)와, 상기 챔버(200) 내의 식각 균일도를 높이기 위해 상기 벨 자르(260)를 감싸고 형성되며 상부가 개폐(開閉) 가능하도록 커버(271)를 갖는 레조레이터(270)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 셔터(210)는 금속으로 된 원판으로 웨이퍼와 동일한 형상인 것이 바람직하고, 상기 셔터(210)는 챔버(200) 내에서 행해지는 고주파 식각 공정에 사용되는 웨이퍼 대신에 로보트 아암(robot arm)에 의해 공정 위치에 놓이게 된다.

또한, 상기 셔터(210) 또는 웨이퍼에는 전극(214)을 통해 고주파 전력이 인가된다.

한편, 상기 벨 자르(260)에 의해 폐쇄 공간을 형성하여 반도체 웨이퍼 또는 셔터(210)를 처리하는 진공 플라즈마 분위기를 만들 공간을 형성한다.

또한, 상기 벨 자르(260)는 양극 처리된 알루미늄이나 기타 금속(예를 들면, 순수 알루미늄이나 세라믹)으로 이루어진 하우징(250)에 의해 지지되어 있고, 상기 벨 자리(260)는 단일벽 또는 이중벽으로 된 뒤집어진 둥근 컵 모양을 하고 있으며, 절연 물질 예를 들면, 석역(quartz), 알루미나(alumina) 또는 사파이어(sapphire)로 구성된다.

이와 같은 구조로 된 챔버(200)에서 진행되는 고주파 식각 공정은 다음과 같다.

여기서 설명하는 식각 공정은 다층 금속 배선 구조를 갖는 소자를 반도체 웨이퍼에 형성하는 공정을 중심으로 설명한다.

도 2의 셔터(210) 위치에 반도체 웨이퍼를 올리고, 챔버 내부를 진공으로 만 든다. 공정 가스를 주입하여 제 1 금속 배선을 웨이퍼에 형성한다. 공정 가스를 배기한 다음, 챔버(200) 내부에 식각 가스를 주입하고 웨이퍼와 벨 자르(260)에 고주파 전력을 인가하여 식각 플라즈마를 형성한다.

웨이퍼에는 바이어스 전원(230)을 통해 예컨대 13.56㎒, 400W의 고주파 전력을 인가하여 웨이퍼를 음극으로 만들고, 벨 자르(260)에는 전원(240)을 통해 예컨대, 400㎑, 200W의 고주파 전력을 인가한다.

식각 가스의 양이온화된 Ar+ 이온들은 고주파 전력에 의해 엄청한 에너지로 가속되어 웨이퍼에 충돌하면, 제 1 금속 배선에 자연적으로 도포된 산화막에 아르곤 이온의 모멘트가 전달되어 스퍼터링이 일어나면서, 제 1 금속 배선의 콘택부(나중에 형성될 제 2 금속 배선과 전기적으로 연결될 부분)에 형성된 산화막이 식각되어 제거된다.

이 때 웨이퍼로부터 식각된 산화물과 금속 물질은 벨 자르(260) 내벽에 붙게 된다. 하나의 웨이퍼에 대한 제 1 금속 배선 형성 공정, 층간 절연막 도포 공정, 비아 콘택홀 형성 공정, 산화막 식각 공정이 끝나면 웨이퍼를 교체하여 위 공정들을 반복한다.

소정 매수의 웨이퍼에 대한 공정이 진행되면, 웨이퍼 대신에 도 1에도시한 바와 같이 셔터(210)를 챔버(200) 내부에 투입한다. 셔터(210)에는 바이어스 전원(230)을 통해 전력을 인가하고, 벨 자르(260)에는 전원(240)을 통해 예컨대 13.56㎒ 400W의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.

프라즈마 내의 Ar+ 이온들은 식각 공정과는 반대로 음으로 대전된 벨 자르 (60)의 내벽에 충돌하고 이 벨 자르(260)의 내벽에 붙어 있는 산화물 입자들을 제거한다. 제거된 산화물 입자들은 셔터(210)에 도포된다.

한편, 상기와 같이 산화물 입자들을 제거할 때 상기 벨 자르(260)를 감싸면서 구성되는 레조레이터(270)는 챔버(200) 내의 식각 균일도를 높이기 위해 자계를 형성하게 된다.

고주파 플라즈마 시스템에서 자계를 걸어주는 것은 보통 바이어스 전압을 낮추기 위한 것인데, 정적 자계를 일정 범위로 제한하면 필요한 전압과 이온 에너지를 낮출 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비는 일정 매수의 웨이퍼를 사용한 다음에는 레조레이터(270)의 상부 커버(271)를 열고 세정 공정을 진행한다.

이때 상기 벨 자르(250)를 감싸고 있는 레조레이터(270)를 종래와 같이 제거하지 않고 상부의 커버(271)만을 오픈한 후 벨 자르 컴파인(Bell Jar confirm)이 가능하기 때문에 오염시 벨 자르를 교환하는데 교환하는 과정에서 레조레이터 어셈블리 제거시 작업자의 부 주위로 RF 케이블 커넥터(Cable Connector) 부분이 접촉 불량으로 RF 레조레이터 관련된 알람(alarm)이 발생하는 것을 방지하고 레조레이터의 크기가 증가함에 따라 작업자가 작업시 어려움을 해결할 수가 있다.

한편, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비에서 레조레이터의 상부를 나타낸 측면도 및 상면도이다.

도 3a 및 도 3b에서와 같이, 레조레이터(270)는 벨 자르(250)의 주위를 감싸 도록 구성되는 돔 형태의 몸체(272)와, 상기 몸체(272)의 상부에 구성되어 개폐 가능한 커버(271)와, 상기 커버(271)의 측면에 다수개로 이루어셔 상기 몸체(272)에 커버(271)를 고정하는 스프링 스크류(spring screw)(273)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 상기 커버(271)의 일측면에는 RF 커넥터(connector)(270)가 부착되어 있다.

여기서, 상기 커버(271)는 반 접이식으로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 레조레이터(270)는 커버(271)는 내부의 벨 자르(250)를 세정할 때 스프링 스크류(273)를 풀고 상기 커버(271)를 오픈할 수가 있도록 구성되어 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명에 의한 플라즈마 챔버의 세정장비는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 일정 매수의 웨이퍼를 사용한 다음에는 벨 자르를 감싸고 있는 레조레이터의 상부 커버를 열고 세정 공정을 진행함으로써 벨 자르를 교환하는데 교환하는 과정에서 작업자의 실수로 인한 레조레이터의 드롭(drop)이나 데미지(damage)를 최소화할 수가 있다.

둘째, 레조레이터의 상부에 커버가 구성되기 때문에 벨 자르 컴파인이 가능하여 파티클 소스로 인한 웨이퍼 결함을 줄일 수 있다.

셋째, 레조레이터의 상부 커버 일측에 RF 커넥터를 구성함으로써 RF 커넥터의 불량으로 인한 RF 알람을 방지할 수 있다.

넷째, 레조레이터의 크기가 증가함에 따라 작업자가 작업시 어려움을 해결할 수가 있다.

Claims (5)

1. 챔버 내부에는 실장되는 셔터와,

   상기 셔터의 상부에 위치된 웨이퍼를 프리크리닝하기 위한 챔버공간을 형성하는 벨 자르와,

   상기 챔버 내의 식각 균일도를 높이기 위해 상기 벨 자르를 감싸고 형성되며 상부가 개폐 가능하도록 커버를 갖는 레조레이터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 세정장비.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 커버는 반 접이식으로 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 세정장비.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 레조레이터는 상기 벨 자르의 주위를 감싸도록 구성되는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 구성되어 개폐 가능한 커버와, 상기 커버의 측면에 다수개로 이루어셔 상기 몸체에 커버를 고정하는 스프링 스크류를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 세정장비.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 몸체는 돔 형태로 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 세정장비.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 커버의 일측면에 구성된 RF 커넥터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 세정장비.

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