KR20070052456A - 반도체 식각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 식각장치에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명은 냉매순환로가 형성되어 있는 하부챔버; 상기 하부챔버의 내부에 설치되며, 냉매순환로가 형성되어 있는 캐소드; 상기 캐소드와 동일 전위를 갖는 전극으로서 상기 캐소드의 상부에 적층설치되는 페디스털; 상기 하부챔버와 연통되고, 상기 캐소드 및 상기 페디스털의 상승에 의해 상기 하부챔버와 분리되며, 냉매순환로가 형성되어 있는 상부챔버; 및 상기 하부챔버, 상기 캐소드 및 상기 상부챔버의 냉매순환로에 공급되는 냉매를 두 영역에 나누어 저장하는 칠러;를 포함하는 반도체 식각장치를 제공한다.

본 발명의 반도체 식각장치에 의하면, 상부챔버의 벽에도 냉매를 공급하여 상부챔버의 온도를 80℃ 정도로 유지할 수 있으므로, 진공라인을 통해 펌핑되는 에칭 잔여물의 양을 증가시키는 반면 상부챔버의 내벽에 흡착되는 파티클의 양을 최소화시킬 수 있어 파티클에 의한 웨이퍼의 식각 불량을 최소화시킬 수 있다.

식각장치, 상부챔버, 하부챔버, 칠러, 냉매

Description

반도체 식각장치{SEMICONDUCTOR ETCHING DEVICE}

도 1은 종래의 칠러가 구비된 반도체 식각장치의 개략적 구성 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칠러가 구비된 반도체 식각장치의 개략적 구성 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1; 캐소드 3; 페디스털

10; 상부챔버 20; 하부챔버

30; 뚜껑 40; 칠러

41; 제 1냉매공급관 42, 44, 144; 냉매순환관

43; 제 2냉매공급관 143; 제 3냉매공급관

본 발명은 반도체 식각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에칭 잔여물에 의해 발생하는 웨이퍼의 불량 문제를 감소시킬 수 있는 반도체 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하나의 완성된 반도체 소자를 제조함에 있어서는 다양한 공정들 이 단계적으로 반복 수행되는데, 이러한 각 공정들을 정확하고도 원활하게 수행하기 위해서는 각각의 공정들이 진행되는 각 공정설비의 공정조건을 적합한 상태로

유지할 수 있어야 한다.

이때, 상기의 공정조건은 주로 공정챔버 내부 또는 공정 진행중 웨이퍼의 공정환경을 의미하는 것으로서, 온도, 진공압력의 크기, 고주파전원(Radio Frequency Power), 가스유동률(Gas Flow Rate) 등이 그 주요 공정조건에 해당된다. 상기한 각각의 인자들중 어느 하나라도 그 해당 공정 내에서 안정적으로 유지되지 못한다면 생산성에 심각한 영향을 미치게 되고, 결국 수율(Yield), 식각율(Etch Rate), 균일도(Uniformity) 등의 생산지표를 저하시키는 요인으로 작용하게 되는 것이다.

최근에는 반도체 소자의 고집적화 및 생산성 향상을 위한 웨이퍼의 대구경화(300mm 이상) 추세에 따라 이에 대응할 수 있는 각 공정설비의 개발뿐만 아니라, 각각의 공정설비에 적합한 공정조건들을 안정적으로 제공하기 위한 부대설비들의 개발도 필연적으로 수반되고 있다.

특히, 상기의 반도체 제조공정 중에는 공정챔버 내에서 소정의 가스를 이온화된 플라즈마(Plasma) 상태로 활성화시켜 웨이퍼를 가공하는 건식 식각공정(Dry Etch Process) 등이 포함되는데, 상기의 건식 식각공정은 포토레지스트(Photo-resist ; 감광액) 현상 후 웨이퍼 표면의 감광액 밑에 성장, 침적 및 증착된 박막 부분의 소정영역을 이온 상태의 플라즈마 반응가스를 이용하여 선택적으로 제거함으로써 고용량화 및 고집적화된 반도체 소자를 제작하기 위한 주요 단계로서, 화공약품(Chemical)을 이용한 습식 식각공정(Wet Etch Process)과 대비될 수 있는 기술 이며, 상기 공정을 진행하기 위한 플라즈마는 씨씨피(C.C.P. ; Capacitive Coupled Plasma)와, 아이씨피(I.C.P. ; Inductive Coupled Plasma)의 형태로 분류할 수 있다.

여기서, 상기 씨씨피 타입은 공정챔버 내부에 설치된 다수의 전극(Electrode)에 선택적으로 고주파전원을 인가하였을 때 발생하는 전기장에 의하여 플라즈마를 형성하는 방식이고, 상기 아이씨피 타입은 공정챔버 외부에 감겨진 코일과 상기 공정챔버 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파전원을 인가하였을 때 발생하는 자기장 및 전기장에 의하여 플라즈마를 형성하는 방식이다.

또한, 상기 플라즈마는 상기한 바와 같은 건식 식각공정 이외에, 공정챔버 내의 웨이퍼 상에 양질의 박막을 형성하기 위한 화학기상증착공정(Chemical Vapor Deposition Process)을 수행하는 경우에도 폭넓게 사용되고 있다.

이와 같은 다양한 반도체 제조 공정설비에 있어서 플라즈마를 형성시키기 위해서는 반드시 두 개 이상의 전극이 구비되어야 하고, 이 중 어느 하나의 전극 상에 웨이퍼를 올려 놓게 되며, 이때, 상기 웨이퍼는 반도체 소자로서의 고유 성질을가질 수 있도록 해당 공정의 특성에 맞는 조건, 즉, 적정온도를 유지하는 것이 중요하다.

따라서, 각 공정 진행시 화학적 또는 물리적으로 발생하는 열에너지로부터 웨이퍼의 온도를 일정하고도 안정적으로 유지하기 위하여 각 반도체 제조 공정설비의 외부에는 자동 온도조절을 위한 열교환기(Heat Exchanger)에 해당하는 별도의 칠러(40)(Chiller)가 구비되어 있다.

특히, 상기의 건식 식각공정설비에 있어서 상기 칠러는 매우 중요한 역할을 하는데, 상기 칠러는 냉매를 저장하며, 상기 냉매는 식각공정의 진행시 과도한 열이 발생하는 캐소드(Cathode), 어노드(Anode) 및 챔버 내부의 온도를 원하는 대역에서 일정하게 머물 수 있도록 함으로써 온도 변화로 인한 공정 이상 및 생산성 저하를 예방한다.

이하, 플라즈마 방식에 의한 반도체 식각장치 중 AMT사의 DPS 설비에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 칠러가 구비된 반도체 식각장치의 개략적 구성 단면도이다.

일반적으로, 플라즈마 방식에 의한 상기 반도체 제조 공정설비는 상부챔버(10)와 하부챔버(20)로 이루어져 있고, 상부챔버(10)는 돔 형태의 뚜껑(30)으로 폐쇄되어 있다.

하부챔버(20)의 내부에는 캐소드(1)가 설치되고, 상기 캐소드(1)의 상부에는 이와 동일 전위를 갖는 전극으로서 그 내부에 정전척(Electric State Chuck)(미도시)이 장착되어 웨이퍼(W)가 안착되는 페디스털(Pedestal)(3)이 적층 설치되어 있다.

상기 캐소드(1)는 벨로즈관(5)에 의해 상하 이동이 가능하게 설치되며, 캐소드(1)의 저측면은 고주파(RF)전원과 연결되어 있다.

상기 벨로우즈관(5)이 하향하면, 캐소드(1) 및 페디스털(3) 또한 하향하여 하부챔버(20)의 내부에 놓이게 되고 상부챔버(10)와 하부챔버(20)가 하나로 연통되는 반면, 벨로즈관(5)이 상승하면, 도 1과 같이 캐소드(1) 및 페디스털(3)이 상승 하게 되고 이들에 의해 상부챔버(10)와 하부챔버(20)가 분리된다.

캐소드(1) 및 페디스털(3)이 상승하여 페디스털(3)의 상부에 지지핀(7)에 의해 지지되는 웨이퍼(W)가 놓이면, 상부챔버(10)를 펌핑하여 진공상태로 만든다. 이때 상부챔버(10)의 내부에 있는 잔여물은 진공펌프에 연결된 펌핑라인(9)을 통해 펌핑된다.

상부챔버(10)가 고진공 상태가 되면, 공정가스 라인(미도시)을 통해 공정가스를 주입하여 상부챔버(10)를 충전시킨다.

상기 공정가스는 캐소드(1)에 고주파 전원을 인가하였을 때 발생하는 전기장에 의하여 플라즈마 상태로 존재하게 되며, 플라즈마 상태에서 웨이퍼 가공공정을 진행한다.

이때, 웨이퍼(W)의 온도를 직접적으로 조절하기 위하여 상기 웨이퍼가 놓이는 캐소드(1) 또는 페디스털(3)에 냉매를 공급하며, 하부챔버(20)의 벽에도 냉매를 공급한다.

이와 같이 캐소드(1) 및 하부챔버(20)의 벽에 냉매를 공급함으로써, 식각공정의 진행시 발생하는 과도한 열에 의해 캐소드(1)(Cathode), 어노드(Anode) 및 챔버 내부의 온도가 이상변화하여 공정이상을 초래하는 것을 방지할 수 있다.

상기 냉매는 칠러(40)에서 공급되며, 상기 캐소드(1)에 공급되는 냉매의 온도는 약 45℃ 이고 하부챔버(20) 벽에 공급되는 냉매의 온도는 약 80℃ 로서, 냉매의 온도가 서로 상이하므로 하나의 칠러(40)는 서로 다른 온도의 냉매가 저장될 수 있도록 두 영역으로 구획되어 있다.

이때, 상기 냉매로는 일반적으로 갈덴이 사용되며, 칠러(40)에는 히터(미도시) 등이 설치되어 있어 냉매의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.

한편, 공정이 진행되면서 발생하는 금속이나 공정가스 등의 에칭 잔여물은 진공펌프(미도시)의 구동에 의해 진공라인(9)을 통해 배출된다.

그러나, 이와 같이 구성되는 종래의 칠러가 구비된 반도체 식각장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 캐소드와 하부챔버 벽의 둘레에만 냉매가 순환될 수 있는 냉매순환로가 형성되거나 냉매순환관이 설치되고, 상부챔버로는 냉매가 직접 공급되는 것이 아니라 하부챔버와의 접촉으로 열전달이 일어나므로 상부챔버의 온도는 약 50℃ 정도를 유지하게 된다. 따라서 에칭 잔여물이 진공라인을 통해 펌핑되기 보다는 상부챔버의 내벽에 흡착되어 파티클에 의한 웨이퍼의 불량을 초래하는 심각한 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 상부챔버의 벽에도 냉매를 공급하여 상부챔버 내부의 온도를 80℃가 되도록 함으로써, 에칭 잔여물이 상부챔버의 내벽에 흡착되지 않고 진공라인을 통해 외부로 배출될 수 있는 반도체 식각장치를 제공하는 데 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 냉매순환로가 형성되어 있는 하부챔버; 상기 하부챔버의 내부에 설치되며, 냉매순환로가 형성되어 있는 캐소 드; 상기 캐소드와 동일 전위를 갖는 전극으로서 상기 캐소드의 상부에 적층설치되는 페디스털; 상기 하부챔버와 연통되고, 상기 캐소드 및 상기 페디스털의 상승에 의해 상기 하부챔버와 분리되며, 냉매순환로가 형성되어 있는 상부챔버; 및 상기 하부챔버, 상기 캐소드 및 상기 상부챔버의 냉매순환로에 공급되는 냉매를 두 영역으로 나누어 저장하는 칠러;를 포함하는 반도체 식각장치를 제공한다.

상기 하부챔버, 상기 캐소드 및 상기 상부챔버의 냉매순환로는, 상기 하부챔버의 벽, 상기 상부챔버의 벽 및 상기 캐소드에 냉매순환관을 설치하여 형성되는 것이 바람직하며, 상기 냉매순환관은 상기 하부챔버의 벽, 상기 상부챔버의 벽 및 상기 캐소드의 내부에 매설되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 하부챔버, 캐소드 및 상기 상부챔버와 상기 칠러 사이에는 냉매를 공급하는 냉매공급관이 각각 설치되고, 상기 하부챔버의 냉매공급관 및 상기 상부챔버의 냉매공급관은 상기 칠러의 동일 영역에 연결되는 것이 바람직하다.

또는, 상기 하부챔버, 캐소드 및 상기 상부챔버와 상기 칠러 사이에는 냉매를 공급하는 냉매공급관이 각각 설치되며, 상기 상부챔버의 냉매공급관은 상기 하부챔버의 냉매공급관에 연통되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 칠러가 구비된 반도체 식각장치의 개략적 구성 단면도이다. 도 2에서, 도 1과 동일한 구성요소는 동일한 부호를 붙인다.

도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 방식에 의한 반도체 식각장치는 상부챔 버(10)와 하부챔버(20)로 이루어져 있고, 상부챔버(10)는 돔 형태의 뚜껑(30)으로 폐쇄되어 있다.

하부챔버(20)의 내부에는 캐소드(1)가 설치되고, 상기 캐소드(1)의 상부에는 이와 동일 전위를 갖는 전극으로서 그 내부에 정전척(Electric State Chuck)(미도시)이 장착되어 웨이퍼(W)가 안착되는 페디스털(Pedestal) (3)이 적층 설치된다.

상기 웨이퍼(W)는 지지핀(7)에 의해 지지된다.

상기 캐소드(1) 및 페디스털(3)은 벨로즈관(5)에 의해 상하 이동이 가능하게 설치되며, 벨로즈관(5)이 하강하여 캐소드(1) 및 페디스털(3)이 하부챔버(20)의 내부에 위치하면, 상부챔버(10)와 하부챔버(20)는 중앙부가 개구된 하나의 챔버를 형성하게 되고, 벨로즈관(5)이 상승하여 캐소드(1) 및 페디스털(3)이 중앙부의 개구부를 밀폐시키면 챔버는 상부챔버(10)와 하부챔버(20)로 분리된다.

한편, 상부챔버(10) 내부에서 플라즈마에 의한 식각 공정을 실시하기 위해서는 상부챔버(10) 내부를 고진공상태로 만들어야 하므로, 진공라인(9)을 통해 잔여물을 펌핑해야 한다.

상부챔버(10)가 고진공 상태가 되면, 캐소드(1) 및 페디스털(3)을 상승시키고 공정가스라인(미도시)을 통해 공정가스를 주입하여 공정을 진행한다.

이때, 웨이퍼(W)가 잘 식각될 수 있도록 캐소드(1) 및 챔버(10,20) 내부의 온도를 일정하게 유지시킬 필요가 있으므로, 냉매를 공급하여 캐소드(1)의 온도를 45℃로, 챔버(10,20)의 온도를 80℃로 유지시킨다.

상기 냉매는 칠러(40)에서 공급되며, 캐소드(1)와 칠러(40) 사이에는 제 1냉 매공급관(41)이, 하부챔버(20)와 칠러(40) 사이에는 제 2냉매공급관(43)이 설치된다.

칠러(40)는 두 영역으로 구획되어 있으며, 갈덴(galden)이라는 냉매가 각 영역에 저장되어 있는데, 제 1영역에는 45℃ 정도의 온도를 유지하는 냉매가 저장되어 있고, 제 2영역에는 80℃ 정도의 온도를 유지하는 냉매가 저장되어 있다. 그리고, 칠러(40)에는 냉매의 온도를 소정 온도로 일정하게 유지하기 위한 히터(미도시)가 구비된다.

칠러(40)의 제 1영역에 저장된 냉매는 제 1냉매공급관(41)을 통해 캐소드(1)에 공급되며, 이는 캐소드(1)의 내부에 매설된 냉매순환관(42)을 순환한 후 다시 칠러(40)로 유입된다.

그리고, 칠러(40)의 제 2영역에 저장되어 있는 냉매는 제 2공급관(43)을 통해 하부챔버(20)에 공급되고, 이는 하부챔버(20)의 벽 내부에 매설된 냉매순환관(44)을 순환한 후 다시 칠러(40)로 유입된다.

한편, 본 발명은 종래 기술과 달리 상부챔버(10)의 벽 내부에도 냉매순환관(144)을 매설하여 냉매를 공급한다.

상기 상부챔버(10) 내부의 온도는 하부챔버(20)의 온도와 동일하게 유지하면 되므로, 하부챔버(20)에 연통된 제 2냉매공급관(43)을 통해 공급되는 냉매가 상부챔버(10)로 공급되도록 한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상부챔버(10)의 냉매순환관과 연통되어 있는 제 3냉매공급관(143)의 일단이 제 2냉매공급관(43)과 연통되도록 설치한다.

물론, 상기 제 3냉매공급관(143)이 칠러(40)의 제 2영역에 직접 연결되도록 설치할 수도 있다.

상기 상부챔버(10)의 벽에 설치된 냉매순환관(144)을 순환한 냉매는 칠러(40)로 다시 유입된다.

상기 실시예에서는 캐소드(1) 및 챔버(10,20)의 벽 내부에 냉매순환관(42,44,144)을 설치한 경우를 상정하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기 냉매순환관이 캐소드(1) 및 챔버(10,20)의 벽 외주연에 설치되거나, 별도의 냉매순환관(42,44,144)이 아니라 캐소드(1) 및 챔버(10,20)의 내부에 홈 형태의 냉매순환로가 형성된 경우까지 미친다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 종래기술과 달리 상부챔버의 벽 내부에도 냉매를 직접 공급하여 상부챔버 내부의 온도를 80℃ 정도로 유지할 수 있으므로, 냉매를 공급하지 않아 상부챔버의 내부가 50℃ 정도를 유지할 때보다 상부챔버의 내벽에 흡착되는 파티클의 양을 감소시킬 수 있다.

즉, 상부챔버 내부의 온도가 고온을 유지함으로써 에칭 잔여물이 진공라인을 통해 펌핑되므로 상부챔버의 내벽에 에칭잔여물이 흡착되는 것을 방지할 수 있어 파티클로 인한 웨이퍼의 식각불량 문제를 감소시킬 수 있다.

이상에서는 도면과 명세서에 최적 실시예를 개시하였다. 여기서는 설명을 위해 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 의하면, 상부챔버의 벽에도 냉매를 공급하여 상부챔버의 온도를 80℃ 정도로 유지할 수 있으므로, 진공라인을 통해 펌핑되는 에칭 잔여물의 양은 증가시키는 반면 상부챔버의 내벽에 흡착되는 파티클의 양은 최소화시킬 수 있어 파티클에 의한 웨이퍼의 식각 불량을 최소화시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 냉매순환로가 형성되어 있는 하부챔버;

   상기 하부챔버의 내부에 설치되며, 냉매순환로가 형성되어 있는 캐소드;

   상기 캐소드와 동일 전위를 갖는 전극으로서 상기 캐소드의 상부에 적층설치되는 페디스털;

   상기 하부챔버와 연통되고, 상기 캐소드 및 상기 페디스털의 상승에 의해 상기 하부챔버와 분리되며, 냉매순환로가 형성되어 있는 상부챔버; 및

   상기 하부챔버, 상기 캐소드 및 상기 상부챔버의 냉매순환로에 공급되는 냉매를 두 영역에 나누어 저장하는 칠러;

   를 포함하는 반도체 식각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부챔버, 상기 캐소드 및 상기 상부챔버의 냉매순환로는,

   상기 하부챔버의 벽, 상기 상부챔버의 벽 및 상기 캐소드에 냉매순환관을 설치하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 냉매순환관은 상기 하부챔버의 벽, 상기 상부챔버의 벽 및 상기 캐소드의 내부에 매설되는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부챔버, 캐소드 및 상기 상부챔버와 상기 칠러 사이에는 냉매를 공급하는 냉매공급관이 각각 설치되고,

   상기 하부챔버의 냉매공급관 및 상기 상부챔버의 냉매공급관은 상기 칠러의 동일 영역에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부챔버, 캐소드 및 상기 상부챔버와 상기 칠러 사이에는 냉매를 공급하는 냉매공급관이 각각 설치되며,

   상기 상부챔버의 냉매공급관은 상기 하부챔버의 냉매공급관에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장치.

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