KR100384789B1 - 반도체 제조용 플라즈마 식각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 관한 것으로, 종래의 플라즈마 식각장치는 플라즈마 식각과정에서 정전척과 웨이퍼에 잔류하는 전하를 제거하기 위해 플라즈마에 의한 제전과정이 진행되어 패턴의 과다 식각, 생산수율의 저하 등의 문제점이 있었던 바, 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 플라즈마 식각과정에서 정전척과 웨이퍼에 잔류하는 전하를 제거하는 잔류 전하 제거수단을 정전척에 구비하여 별도의 제전과정없이 정전척과 웨이퍼에 잔류하는 전하를 제거하도록 한 것이다.

Description

반도체 제조용 플라즈마 식각장치{A Plasma Etching apparatus for fabricating semiconductor}

본 발명은 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 관한 것으로, 특히, 역전압을 이용하여 플라즈마 식각공정시 안착된 웨이퍼와 정전척의 잔류전하를 단시간에 제거할 수 있는 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 식각은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼의 패턴을 식각하는 것으로서, 식각의 시작과 종료의 제어가 용이하며, 식각의 가공형태를 효율적으로 제어할 수 있는 잇점에 의해 널리 사용되고 있다.

도 1 은 웨이퍼를 플라즈마 식각하는 종래의 플라즈마 식각장치를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이 종래의 플라즈마 식각장치는 진공상태에서 플라즈마에 의해 웨이퍼(4)의 식각이 진행되는 반응챔버(1)와, 반응챔버 내부의 하단에 설치되어 웨이퍼를 고정하는 정전척(5)과, 정전척의 상단으로 반응챔버(1)내부에 설치되고 식각용 공정가스가 유입 분산되며, 플라즈마를 형성하기 위해 고주파 전원인가부(3)에 연결 설치된 상부전극(2)을 포함하여 이루어진다.

좀더 구체적으로 정전척(5)에는 +1.5kV의 직류 고전압 인가부(6)가 연결 설치되고, 정전척(5)과 직류 고전압 인가부(6)사이에는 온/오프 스위치(7)가 설치되어 직류 고전압의 인가가 온/오프 제어된다.

또한, 정전척(5)에는 플라즈마 식각시 발생되는 고온의 열에 의해 웨이퍼(4)가 변형되는 것을 방지하기 위한 헬륨 등의 냉각가스가 공급된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 종래의 플라즈마 식각장치에 의한 웨이퍼 플라즈마 식각을 설명한다.

먼저, 진공상태의 반응챔버(1)내부에 식각될 웨이퍼(4)가 로딩되면 소량의 반응가스를 상부전극(2)을 통해 반응챔버(1)내부에 유입시킨다.

이 상태에서 상부전극(2)에는 고주파 전원인가부(3)를 통해 플라즈마 식각시 인가되는 고주파 전원보다 낮은 고주파 전원이 인가되어 반응챔버(1)내부는 플라즈마화된다.

이와 같이 공정챔버(1)가 플라즈마화된 상태에서 온/오프 스위치(7)가 온(on)작동되면 직류 고전압 인가부(6)에서 +1.5 kV 의 직류 고전압이 정전척(5)에 인가된다.

따라서, 유전분극 현상에 의해 정전척(5) 표면에 전하가 충전되고, 웨이퍼(4)의 하면에는 정전척(5)표면에 충전된 전하와 반대 극성의 전하가 충전되어 정전기력이 발생됨으로써 웨이퍼(4)는 정전척(5)에 고정된다.

그리고, 웨이퍼(4)가 정전척(5)에 고정된 상태에서 반응가스가 상부전극(2)을 통해 공정챔버(1)내부에 유입되고, 고주파 전원인가부(3)를 통해 상부전극(2)에 고주파 전원이 인가되어 플라즈마를 형성하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(4)의 식각이 진행된다.

웨이퍼(4)의 식각이 진행되는 동안 정전척(5)으로 냉각가스인 헬륨(He)가스가 유입되어 냉각이 진행된다.

그리고, 플라즈마 식각공정이 완료되면 공정가스의 공급, 상부전극의 고주파 전원 인가가 차단되고, 직류 고전압 인가부(6)의 온/오프 스위치(7)가 오프 작동하여 정전척(5)에 인가되는 직류 고전압이 차단된 상태에서 식각된 웨이퍼(4)는 공정챔버 (1)외부로 언로딩된다.

그러나, 종래의 플라즈마 식각장치는 반응챔버 내부에 로딩된 웨이퍼가 정전척에 인가되는 직류 고전압에 의해 발생된 정전기력을 통해 고정되는 방식이므로 직류 고전압의 인가를 차단한 후에도 정전척 표면과 웨이퍼 사이에 유전분극 현상에 의해 충전된 전하가 완전 제거되지 않고 잔류 전하로 남아 웨이퍼의 언로딩시 정전척에서 웨이퍼가 이탈되지 않는 문제점이 있다.

따라서, 잔류 전하를 제거하기 위해 다시 공정챔버 내부를 플라즈마 상태가 되도록 하여 잔류전하를 제거하는 제전과정이 선행되어야 하기 때문에 제전과정이 진행되는 시간만큼 전체적인 플라즈마 식각공정이 지연되어 생산수율이 저하된다.

또한, 제전과정을 진행하기 위해 공정챔버 내부를 플라즈마 상태로 형성하므로 플라즈마 식각된 웨이퍼가 다시 식각되어 과다한 식각이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 플라즈마 상태에서 정전척과 웨이퍼에 충전된 잔류 전하를 제거하는 과정이 없이 단시간에 충전된 잔류전하를 제거할 수 있는 반도체 제조용 플라즈마 식각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치는 상기 목적을 이루기 위해, 진공상태에서 플라즈마에 의해 웨이퍼의 식각이 진행되는 반응챔버와, 반응챔버 내부의 하단에 설치되어 웨이퍼를 고정하는 정전척과, 반응챔버 내부에 설치되고 식각공정에 사용되는 공정가스가 유입 분산되며, 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전원이 인가되는 상부전극과, 정전척에 직류 고전압을 인가하는 직류 고전압 인가부를 포함하여 이루어진 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 있어서, 플라즈마 식각과정에서 정전척과 웨이퍼에 충전된 잔류 전하를 제거하는 잔류 전하제거수단이 정전척에 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래의 반도체 제조용 웨이퍼 플라즈마 식각장치를 설명하기 도면.

도 2 는 본 발명에 따른 반도체 제조용 웨이퍼 플라즈마 식각장치를 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 반응챔버 2 : 상부전극

3 : 고주파 전원 인가부 4 : 웨이퍼

5,10 : 정전척 6,11 : 직류 고전압 인가부

7,12 : 온/오프 스위치 13 : 접점

14 : 직류 역고전압 인가부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 식각장치는 진공상태에서 플라즈마에 의해 웨이퍼의 식각이 진행되는 반응챔버(1)와, 반응챔버 내부의 하단에 설치되어 웨이퍼(4)를 고정하는 정전척(10)과, 정전척의 상단으로 반응챔버(1)내부에 설치되고 식각용 공정가스가 유입 분산되며, 고주파 전원인가부(3)에 연결설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전원이 인가되는 상부전극(3)과, 정전척(10)에 직류 고전압을 인가하는 직류 고전압 인가부(11)를 포함하여 이루어지고, 플라즈마 식각과정에서 발생된 정전기력에 의해 웨이퍼(4)와 정전척(10)표면에 충전된 잔류 전하를 제거하는 잔류 전하제거수단이 추가로 구비된다.

좀더 구체적으로 정전척(10)과 직류 고전압 인가부(11)사이에는 온/오프 스위치(12)가 설치되고, 직류 고전압 인가부(11)에서 인가되는 직류 고전압은 +1.5kV 이다.

또한, 정전척(10)에는 플라즈마 식각시 발생되는 고온의 열에 의해 웨이퍼(4)가 변형되는 것을 방지하기 위해 헬륨가스등의 냉각가스가 공급된다.

잔류 전하제거수단은 정전척(10)에 직류 고전압의 역전압을 인가시켜 잔류 전하를 상쇄 제거하기 위한 것으로서, 직류 고전압 인가부(11)의 온/오프 스위치(12)가 오프 작동시 온되는 접점(13)과, 접점에 연결되어 정전척(10)에 직류 고전압의 역전압을 인가하는 직류 역고전압 인가부(14)로 이루어진다.

여기서, 직류 역고전압 인가부(14)에 인가되는 역고전압은 -1.5 kV 이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치를 통해 플라즈마 식각시 웨이퍼와 정전척의 잔류 전하가 제거되는 과정을 설명한다.

먼저, 진공상태의 반응챔버(1)내부에 식각될 웨이퍼(4)를 로딩시킨 후, 상부전극(2)을 통해 소량의 반응가스를 반응 챔버(1)내부에 유입시킨다.

이 상태에서 고주파 전원인가부(3)을 통해 상부전극(2)에 플라즈마 식각 때 인가되는 고주파 전원보다 낮은 고주파 전원이 인가되어 반응챔버(1)내부를 플라즈마화시킨다.

이와 같이 공정챔버(1)내부가 플라즈마화된 상태에서 직류 고전압인가부(11)를 통해 정전척(10)에 +1.5 kV 의 직류 고전압이 인가되면 유전분극 현상에 의해 정전척(10)표면에 전하가 충전되고, 웨이퍼(4)후면에는 정전척(10)에 충전된 전하와 반대 극성의 전하가 유기되어 정전기력이 발생된다.

따라서, 정전기력에 의해 웨이퍼(4)는 정전척(10)에 고정된다.

그리고, 웨이퍼(4)가 정전척(10)에 고정된 상태에서 상부전극(2)를 통해 반응가스가 공정챔버(1)내부에 유입되고, 고주파 전원인가부(3)을 통해 상부전극(2)에 고주파 전원이 인가되어 플라즈마를 형성하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(4)의 식각이 진행된다.

웨이퍼(4)의 식각이 진행되는 동안 정전척(10)으로 냉각가스인 헬륨(He)가스가 유입되어 냉각이 진행된다.

그리고, 플라즈마 식각공정이 완료되면 공정가스의 공급, 상부전극의 고주파 전원 인가, 정전척(10)의 직류 고전압 인가가 차단되고, 잔류전하 제거수단에 의해 웨이퍼(4)와 정전척(10)표면에 충전된 잔류전하가 제거된다.

여기서, 잔류 전하의 제거는 직류 고전압 인가부(11)의 온/오프 스위치(12)가 오프 작동함과 동시에 잔류 전하제거수단의 접점(13)이 온되어 이루어진다.

즉, 접점(13)이 온(on)되면 정전척(10)에 +1.5 kV의 직류 고전압 인가가 차단됨과 동시에 -1.5 kV의 역고전압이 인가되어 웨이퍼(4)와 정전척(10)표면에 충전된 잔류 전하의 반대 전하가 각각 웨이퍼와 정전척 표면에 충전되면서 일시에 상쇄된다.

이와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치는 정전척(10)에 역전압이 인가되면서 직류 고전압에 의해 충전된 잔류 전하가 상쇄됨으로써 잔류 전하를 제거하기 위해 플라즈마에 의한 제전과정을 진행하지 않아도 된다.

상기에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치는 잔류 전하를 제거하기 위해 플라즈마에 의한 제전과정이 필요없게 되어 전체적인 플라즈마 식각의 공정시간을 지연시키는 요소가 제거됨으로써 생산수율이 향상된다.

또한, 제전과정을 위한 불필요한 플라즈마 형성이 필요없게 되어 웨이퍼의 과다 식각, 패턴불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 진공상태에서 플라즈마에 의해 웨이퍼의 식각이 진행되는 반응챔버와, 상기 반응챔버 내부의 하단에 설치되어 웨이퍼가 고정되는 정전척과, 상기 반응챔버 내부에 설치되고 식각용 공정가스가 유입 분산되며, 고주파 전원인가부에 연결 설치되어 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전원이 인가되는 상부전극과, 상기 정전척에 직류 고전압을 인가하는 직류 고전압 인가부를 포함하여 이루어진 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 있어서,

   플라즈마 식각과정에서 상기 정전척과 웨이퍼에 충전된 잔류 전하를 제거하기 위해서, 상기 직류 고전압 인가부의 온/오프 스위치가 오프 작동시 온되는 접점과, 상기 접점에 연결되어 상기 정전척에 직류 고전압의 역전압을 인가하는 직류 역고전압 인가부로 이루어진 잔류 전하제거수단이 상기 정전척에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 플라즈마 식각장치.
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