KR20090070386A - 반도체 소자 제조장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 공정 챔버의 일측에 구비된 고정형 윈도우; 상기 고정형 윈도우와 소정 거리를 두고 챔버 내부 측면에 형성된 실링홈을 따라 이동가능한 적어도 하나 이상의 이동형 윈도우; 상기 이동형 윈도우의 이동 동작을 제어하기 위한 액튜에이터를 포함하여 이루어지는 반도체 소자 제조장치.
챔버, 석영, 오염, 이동

Description

반도체 소자 제조장치{An apparatus for manufacturing a semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 공정 챔버를 갖는 반도체 소자 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체의 핵심 공정은 화학기상 증착(CVD: Chemical Vapour Deposition), 물리적 박막 증착(PVD : Physical Vapour Deposition), 식각 (Etching) 분야로서, 프로세스 챔버(Process Chamber)의 공정 진행중 나타나는 플라즈마(Plasma) 광선을 통해 식각 물질 또는 웨이퍼상으로 증착되는 물질의 고유 파장을 선택적으로 감시하여, 발광강도 변화, 공정시간 등을 측정함에 따라 CVD에서는 플라즈마 크린(Clean)시 또는 식각 공정시에는 식각 공정을 최적 조건으로 수행토록 고유 파장을 필터링하여 EPD, 즉 식각 종료점(End of Point Detection: EPD)을 검출한다.
이와 같은 반도체 공정상에서 플라즈마의 고유 파장 변화를 통한 식각은 저압 고밀도 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각 설비가 이용된다. 상기 플라즈마는 소정의 공정가스(Process Gas)를 챔버(Chamber)내로 주입한 후, RF 바이어스를 인가 하여 동일 밀도의 전자와 이온을 형성시켜 웨이퍼(Wafer)를 식각(Etch) 하거나, 공정 가스에 따라 CVD, PVD를 수행한다.
상기의 공정 챔버(Process Chamber)를 보유하는 반도체 소자 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 커버(101)와 하부 커버(102)로 분리되며, 소정의 힌지와 커버 구동장치에 의해 상부 커버(101)의 개폐가 이루어진다. 하부 커버 (102)는 상단으로 웨이퍼 척(104)을 포함하는 챔버(100)가 마련되며, 전면으로 웨이퍼 이송을 위한 슬릿 밸브 포트(103)를 포함하여, 측면으로 식각 공정을 측정하기 위한 윈도우(106;View port)가 형성된다. 상기 상부 커버(101)가 하부 커버(102)에 체결되면, 펌핑 과정을 통해 챔버(100)의 내부는 진공상태가 된다. 슬릿 밸브 포트(103)로 로봇 암에 의해 웨이퍼가 인입되어, 웨이퍼 척(104)으로 웨이퍼가 안착된다. 챔버(100)는 피드스로우(Feedthrogh)를 통해 공정, 요컨대 웨이퍼 식각 또는 증착, 챔버 크린 등에 따라 공정 가스(Process Gas)가 주입된다. 이 후, 챔버(100)의 내부를 플라즈마 상태를 유도한다.
윈도우(106)에는 챔버(100)내의 플라즈마에서 유도되는 고유 파장을 검출하기 위해 식각 종료점 검출장치가 부착된다. 식각 종료점(EPD) 검출장치는 광 섬유를 이용하여 식각 공정중에 발생되는 폴리머의 파장을 윈도우(106)를 통해 검출하고, 그 검출된 파장으로 발생되는 폴리머의 양을 감지하여 식각상태를 판별한다.
상기 식각 종료점(EPD) 검출장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 일측면에 마련된 윈도우(106)로 광섬유가 장착된다. 식각 종료점 검출장치 (107)의 출력은 EPD 분석 시스템(108)을 거쳐 제어기(109)로 인가된다. 상기 EPD 분석 시 스템(108)은 각 물질의 고유파장(Wavelength)을 필터링하여 종료점(end point)를 검출한다. AP-CVD(PE-CVD, LP-CVD), PVD, Etching분야의 공정에서 공정 진행시 나타나는 플라즈마 광선중 웨이퍼에 증착되는 물질의 고유파장을 선택적으로 감시하여 발광강도 변화, 공정시간 등을 측정하여 식각공정을 최적조건으로 수행토록 하고 있다.
챔버(100)의 내부는 플라즈마 상태로 전이되며, 플라즈마에 의한 웨이퍼 식각 상태는 식각 종료점 검출장치(107)로부터 검출된다. 이는 플라즈마에서 발산되는 빛의 이는 플라즈마에서 발산되는 빛의 파장의 변화를 감지하는 것이 기본원리이다. 식각 종료점 검출장치(107)는 챔버(100)의 외부에 장착되어 챔버의 외부와 내부가 연결되는 투명한 윈도우(106)를 통하여 챔버(100) 내부의 플라즈마의 색상을 읽어들인다.
그러나 종래의 기술에서 문제가 되는 것은 이 투명한 윈도우가 챔버내에서 식각 중에 발생하는 식각 부산물에 의하여 오염된다. 이에 따라 읽어들이는 빛의 색상이 변하게 되어 식각 종료점 검출에 심각한 영향을 미치게 된다는 것이다. 식각 부산물들은 통상적으로 탄소(Carbon) 성분 등으로 챔버의 내벽에 쉽게 달라붙는데, 윈도우에도 이런 성분이 달라붙어 투명한 윈도우가 검정색이나 노란색으로 변색된다.
실제로 이러한 문제로 웨이퍼의 식각 막질의 종료점을 잘못 읽어들여 미식각 또는 과식각되는 문제가 발생하여 웨이퍼의 품질에 영향을 미치게 된다. 즉, 상기 식각 종료점 검출장치는 챔버의 윈도우에 장착된 유리 커버를 거쳐 광 섬유를 통해 공정가스와 식각 물체간의 반응에 대응한 고유 파장을 검출하기 때문에, 식각 공정중 상기 유리 커버가 오염되어 반응에 따른 고유 파장이 식각종료점 검출기로 전달되지 않아 측정의 정확성을 저하시키는 문제점이 야기되고 있다. 또한, 정상적인 챔버 세정주기보다 훨씬 짧은 시간만을 사용하여 챔버를 세정해야하는 문제가 지속적으로 발생하고 있다.
본 발명은 챔버의 윈도우가 오염되는 것을 방지할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 챔버의 세정 주기를 연장할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 조건의 정밀성을 유지할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 챔버를 오픈하지 않고 윈도우를 교체하는 효과를 기대할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고정 윈도우가 플라즈마에 노출되는 것을 최소화할 수 있는 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 고정 윈도우 앞쪽에 이동형 윈도우를 구비하는 것을 구성의 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 세부적 구성의 특징은 웨이퍼 공정 챔버의 일측에 구비된 고정형 윈도우; 상기 고정형 윈도우와 소정 거리를 두고 챔버 내부 측면에 형성된 실링홈을 따라 이동가능한 적어도 하나 이상의 이동형 윈도우; 및 상기 이동형 윈도우의 이동 동작을 제어하기 위한 액튜에이터를 포함하여 이루 어지는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 다른 세부적 구성의 특징은 상기 액튜에이터는 솔레노이드와 공압 실린더로 이루어지거나, 직류 모터로 이루어지는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 다른 세부적 구성의 특징은 상기 이동형 윈도우는 웨이퍼 공정 챔버 내부의 수직 방향 또는 수평 방향으로 이동하는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 다른 세부적 구성의 특징은 상기 고정형 윈도우 및 이동형 윈도우는 석영(quartz)으로 이루어진 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 다른 세부적 구성의 특징은 상기 이동형 윈도우는 2개로 이루어지는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 다른 세부적 구성의 특징은 상기 고정형 윈도우와 이동형 윈도우가 1㎜ 내지 10㎜ 사이의 거리만큼 이격된 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 챔버의 세정 주기를 연장할 수 있는 효과를 갖는다.
둘째, 식각종료점 검출의 윈도우 오염을 방지할 수 있다.
셋째, 윈도우의 수명을 연장할 수 있다.
넷째, 식각종료점 검출 에러로 인해 과식각 또는 오식각 등의 발생을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 따른 반도체 소자 제조장치의 구성을 설명하기로 한다. 위에서도 언급한 바와 같이, 본 발명은 반도체 소자 제조장치 중 특히 식각장치에 관한 것이며, 식각 공정 챔버의 내부에 이동형 윈도우를 구성하여 윈도우의 오염을 방지할 수 있는 기술이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다. 도 4는 윈도우 스테이션으로부터 윈도우가 상하로 이동하는 모습을 나타낸 예시도이다. 도 5는 상기 윈도우를 구동시키기 위한 실시 예시도이다. 도시된 바와 같이, 하부 챔버(102)의 일측에 형성된 고정형 윈도우(106)에 비해 챔버 내부에 이동형 윈도우(211, 212))가 구성된다. 상기 이동형 윈도우(211, 212)는 적어도 하나 이상 설치가능하며, 본 실시 예에서는 2개가 설치된 것으로 한다.
1개의 고정 윈도우(106)는 항상 고정이 되어 챔버의 내, 외부를 진공 실링(sealing)시키면서 챔버 외부에 설치된 식각종료점 검출장치의 광케이블이 설치된다.
고정 윈도우(106) 앞쪽 챔버의 측벽에는 상·하로 이동 가능한 이동형 윈도우가 설치된다. 이동형 윈도우를 구현함에 있어 챔버 벽면에 이동형 윈도우가 UP/DOWN되면서 실링(sealing)이 될 수 있도록 오링(O-ring)을 이용한 홈(213)을 만들어 주어 고정 윈도우(106)가 챔버 내부의 식각 부산물로 인하여 오염되는 것을 방지하여 준다. 상기 이동형 윈도우는 사용자가 챔버를 오픈하지 않고도 주기적 또는 임의로 다른 것과 교체가 가능하도록 복수 개를 설치한다.
각 이동형 윈도우간의 간격(d)은 1mm~10mm내외로 윈도우의 변경에 따른 식각종료 검출장치의 변화를 최소화시킨다. 이동형 윈도우를 사용하지 않을 때는(down상태) 윈도우 스테이션(210) 내부로 들어가고 오링(O-ring)으로 보호받아 플라즈마에 노출되는 것을 최소화시킨다. 윈도우의 상하 구동을 위한 액튜에이터는 솔레노이드 밸브(50)와 공압 실린더(40)을 이용한 에어 밸브 시스템(air valve system)을 이용할 수 있고, 공압을 이용한 제어 외에 직류(DC motor)를 사용하여 모터의 회전에 의해 그 축을 이동형 윈도우에 연결하여 모터의 회전에 의해 이동형 윈도우의 상하 또는 좌우 이동을 제어할 수도 있다.
도 1은 일반적인 식각처리 공정 챔버의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2는 일반적인 식각 종료점 검출장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 4는 윈도우 스테이션으로부터 윈도우가 상하로 이동하는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 5는 상기 윈도우를 구동시키기 위한 실시 예시도이다.

Claims (9)

  1. 웨이퍼 공정 챔버의 일측에 구비된 고정형 윈도우;
    상기 고정형 윈도우와 소정 거리를 두고 챔버 내부 측면에 형성된 실링홈을 따라 이동가능한 적어도 하나 이상의 이동형 윈도우;
    상기 이동형 윈도우의 이동 동작을 제어하기 위한 액튜에이터를 포함하여 이루어지는 반도체 소자 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액튜에이터는 솔레노이드와 실린더로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 실린더는 공압 실린더인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액튜에이터는 직류 모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 윈도우는 웨이퍼 공정 챔버 내부의 수직 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 윈도우는 웨이퍼 공정 챔버 내부의 수평방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고정형 윈도우 및 이동형 윈도우는 석영(qurartz)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 윈도우는 2개로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 고정형 윈도우와 이동형 윈도우는 1㎜ 내지 10㎜ 사이의 거리만큼 이격된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조장치.
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