KR100581998B1 - 웨이퍼 식각장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼를 균일하게 식각할 수 있는 웨이퍼 식각장치가 개시되어 있다. 상기 웨이퍼 식각장치는 가공 챔버가 형성되어 있는 하우징을 구비한다. 상기 하우징의 가공 챔버 내에는 상기 가공 챔버 내로 유입되는 웨이퍼를 수납하여 정전척 상에 안착시키는 웨이퍼 리프트가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 리프트는 벨로우즈에 의해 상하 이동된다. 상기 벨로우즈의 상부에는 상기 벨로우즈를 플라즈마로부터 보호하는 벨로우즈 커버가 장착된다. 상기 정전척을 중심으로 상기 벨로우즈 커버에 대향되는 위치에는 상기 벨로우즈 커버 측으로 편향되는 플라즈마 이온을 균일하게 분산시키는 플라즈마 가이드 부재가 제공된다. 상기 플라즈마 가이드 부재는 상기 벨로우즈 커버와 동일한 형상을 가지며, 동일한 재료로 제조된다. 상기 플라즈마 가이드 부재는 상기 플라즈마 이온의 편향 현상을 완화하여, 웨이퍼 막질의 균일한 가공을 가능하게 한다.

Description

웨이퍼 식각장치 {APPARATUS FOR ETCHING A WAFER}
도1은 종래 웨이퍼 식각장치의 벨로우즈와 벨로우즈 커버 그리고 정전척의 설치상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치에서 벨로우즈 커버가 설치되는 상태를 보여주는 분해 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각장치의 벨로우즈와 벨로우즈 커버 그리고 정전척의 설치상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 웨이퍼 식각장치 110 : 하우징
115 : 가공 챔버 120 : 웨이퍼 게이트
130 : 웨이퍼 리프트 140 : 지지대
150 : 벨로우즈 160 : 공압 실린더
170 : 공기 공급장치 180 : 벨로우즈 커버
182 : 플라즈마 가이드 부재 210 : 정전척
220 : 절연체 230 : 정전척 커버
본 발명은 반도체 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 막질을 균일하게 식각할 수 있는 웨이퍼 식각장치에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 반도체 칩 등은 일반적으로 실리콘으로 형성되는 웨이퍼를 반도체 장비를 이용하여 처리함으로써 제조된다. 웨이퍼는 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 식각 등과 같은 일련의 반도체 공정을 거쳐 반도체 소자 또는 반도체 칩으로 제조된다.
상기 공정들 중에서 플라즈마 식각공정은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 막질의 특정 부위를 가공하는 공정이다. 상기 플라즈마 식각공정에 대해서는 미합중국 특허 제5,779,803호(issued to Kurono on Jul. 14, 1998), 제5,744,049호(issued to Hills et al, on April 28, 1998), 및 제5,587,039호(issued to Salimian on Dec. 14, 1996) 등에 상세히 기재되어 있다.
최근 들어, 플라즈마 식각 공정에 고밀도 플라즈마인 MICP(Multipoles Inductively Coupled Plasma) 소스가 사용되고 있다. 그러나 상기 MICP 소스를 사용하여 식각을 할 경우, 웨이퍼의 수율이 향상될 수 있지만, 웨이퍼 내의 폴리머 막질의 균일도가 약 6% 이상, 기저 막질인 산화 막질의 균일도가 12% 이상 차이를 발생하게 되어 웨이퍼의 품질이 저하되는 문제가 발생된다.
이러한 문제는 플라즈마로부터 벨로우즈를 보호하기 위해 채용되는 벨로우즈 커버의 배치 구조로 인하여 더욱더 심화되게 나타난다. 이를 도1을 참조로 설명하면 다음과 같다.
도1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 웨이퍼 식각 장치에서는 웨이퍼 리프트를 상하 이동시키기 위한 벨로우즈(530) 및 상기 벨로우즈(530)를 플라즈마로부터 보호하기 위한 벨로우즈 커버(520)가 설치되어 있다. 상기 벨로우즈 커버(520)는 상기 벨로우즈(530)의 상부에 장착된다.
상기 벨로우즈 커버(520)는 정전척(electrostatic chuck)을 수용하는 정전척 커버(510)의 일측에 배치된다. 상기 정전척 커버(510)는 플라즈마로부터 정전척을 보호하는 역할을 한다.
식각 공정시, 공기 공급장치(550)로부터 공압 실린더(540)로 공기가 공급되며, 상기 공압 실린더(540)는 상기 벨로우즈(530)를 팽창시켜 상기 벨로우즈(530) 상에 안착되는 웨이퍼 리프트를 상향 이동시킨다. 상기 웨이퍼 리프트는 정전척 상에 웨이퍼를 안착시킨 후 다시 하강하여 원위치로 복귀된다. 이러한 상태에서, 가공 챔버 내부로 플라즈마가 주사되어 웨이퍼의 막질을 가공하게 된다.
그러나, 상기 종래 식각 장치에서는 벨로우즈(530)를 보호하기 위해 설치되는 벨로우즈 커버(520)의 표면에 알루미늄 산화막이 형성되어 있기 때문에, 상기 가공 챔버로 주사되는 플라즈마 이온이 상기 벨로우즈 커버(520) 측으로 편향되는 문제가 발생하게 된다.
이러한 플라즈마 이온의 편향 현상에 의해, 웨이퍼의 특정부위로 플라즈마가 편향되게 주사되며, 이에 따라 웨이퍼 막질의 식각률이 불균일하게 형성되는 문제 가 발생한다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 막질을 균일하게 식각할 수 있는 웨이퍼 식각 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 가공 챔버가 형성되어 있는 하우징, 상기 가공 챔버 내의 소정 위치에 설치되며, 상기 가공 챔버 내로 유입되는 웨이퍼를 수납하여 정전척 상에 안착시키는 웨이퍼 리프트, 상기 웨이퍼 리프트를 상하 이동시키기 위한 벨로우즈, 상기 벨로우즈를 플라즈마로부터 보호하기 위해 상기 벨로우즈의 상부에 장착되는 벨로우즈 커버, 및 상기 정전척을 중심으로 상기 벨로우즈 커버에 대향되는 위치에 설치되어 상기 벨로우즈 커버 측으로 편향되는 플라즈마 이온을 균일하게 분산시키는 플라즈마 가이드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각장치를 제공한다.
상기 플라즈마 가이드 부재는 상기 벨로우즈 커버와 동일한 형상을 가지며, 동일한 재료로 제조된다.
상기 가공 챔버 내에는 상기 벨로우즈가 관통하는 지지대가 설치되어 있다. 상기 벨로우즈의 위치에 대응하는 상기 지지대의 소정 위치에는 상기 벨로우즈 커버와 플라즈마 가이드 부재가 각각 계합 되는 한 쌍의 계합 슬롯이 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하 기로 한다.
도2 및 도3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각장치(100)가 도시되어 있다. 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 웨이퍼 식각장치(100)는 그 내부에 가공 챔버(115)가 형성되어 있는 하우징(110)을 구비한다. 상기 하우징(110)의 일 측벽에는 웨이퍼(w)가 유입되는 게이트(120)가 형성되어 있다. 통상적으로, 상기 웨이퍼(w)는 로봇 등과 같은 핸들러에 의해 상기 가공 챔버(115) 내로 유입된다.
상기 하우징(110)의 가공 챔버(115) 내의 소정 위치에는 상기 가공 챔버(115) 내로 유입되는 웨이퍼(w)를 수납하고, 이를 정전척(210; 도3 참조) 상에 안착시키는 웨이퍼 리프트(130)가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 리프트(130)는 상기 가공 챔버(115)의 바닥벽 일측에 설치되어 있는 벨로우즈(150)의 상부에 결합된다.
상기 웨이퍼 리프트(130)의 일측에는 결합편(132)이 돌출 형성되어 있으며, 상기 벨로우즈(150)의 상면에는 결합공(152)이 형성되어 있다. 상기 결합편(132)이 상기 벨로우즈(150)의 상면에 안착된 상태에서 볼트 또는 핀(135) 등과 같은 결합수단이 상기 결합편(132)을 관통하여 상기 결합공(152)에 삽입되므로써, 상기 웨이퍼 리프트(130)가 상기 벨로우즈(150) 상부에 고정적으로 결합되게 된다.
상기 벨로우즈(150)는 공압 실린더(160)에 연결되어 있다. 상기 공압 실린더(160)는 공기 공급장치(170)로부터 상기 벨로우즈(150)로 공기를 전달하거나, 상기 벨로우즈(150)로 전달된 공기를 상기 공기 공급장치(170)로 복귀시키므로써, 상기 벨로우즈(150)를 팽창 또는 수축시킨다. 상기 웨이퍼 리프트(130)는 상기 벨로우즈(150)의 팽창, 수축 동작에 의해 상하로 이동된다.
상기 벨로우즈(150)의 상부에는 상기 벨로우즈(150)를 플라즈마로부터 보호하기 위한 벨로우즈 커버(180)가 설치된다. 통상적으로, 상기 벨로우즈 커버(180)는 알루미늄 산화막이 형성되며, 따라서, 상기 가공 챔버(115) 내로 주사되는 플라즈마 이온들이 상기 벨로우즈 커버(180) 측으로 편향되는 문제가 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여, 상기 정전척(210)을 중심으로 상기 벨로우즈 커버(180)에 대향되는 위치에 플라즈마 가이드 부재(182)를 설치한다.
도4에는 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182)의 설치상태가 개략적으로 도시되어 있다. 도4를 통해 알 수 있는 바와 같이, 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182)의 대칭적인 구조에 의해, 플라즈마 이온이 상기 벨로우즈 커버(180)와 플라즈마 가이드 부재(182) 측으로 분산될 수 있게된다. 따라서, 상기 정전척(210) 상에 안착된 웨이퍼(w)에 플라즈마 이온이 균일하게 분산될 수 있게된다.
상기 플라즈마 가이드 부재(182)는 상기 벨로우즈 커버(180)와 동일한 형상을 가지며, 동일한 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
다시 도2를 참조하면, 상기 가공 챔버(115) 내에는 상기 벨로우즈(150)가 관통하는 지지대(140)가 설치되어 있다. 상기 벨로우즈(150)의 위치에 대응하는 상기 지지대(140)의 소정 위치에는 상기 벨로우즈 커버(180)가 삽입되는 제1 계합슬롯(142)이 형성되어 있으며, 상기 제1 계합슬롯(142)에 대향되는 지지대(140)의 소정 위치에는 상기 플라즈마 가이드 부재(182)가 계합되는 제2 계합 슬롯(144)이 형성되어 있다.
상기 벨로우즈 커버(180)와 플라즈마 가이드 부재(182)는 상기 제1 및 제2 계합 슬롯(142, 144)에 각각 압입(press-fit)된다.
한편, 도3에는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 식각장치(100)의 내부 구조도가 도시되어 있다. 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 가공 챔버(115)의 중심부에는 베이스 플랜지(225)가 설치되며, 상기 베이스 플랜지(225) 상에는 절연부재(220)가 설치되어 있다. 상기 정전척(210)은 상기 절연부재(220)의 상부에 장착된다. 또한, 플라즈마로부터 상기 정전척(210)을 보호하는 역할을 하는 정전척 커버(230)가 상기 정전척(210)을 감싸도록 배치되어 있다.
상기 벨로우즈 커버(180)와 플라즈마 가이드 부재(182)는 상기 정전척 커버(230)로부터 소정 거리만큼 이격된 상태에서 서로 대향되게 배치된다. 도면부호(240)는 헬륨공급라인으로서, 헬륨 공급원(250)에 연결되어 있다. 상기 헬륨공급라인(240)은 웨이퍼(w)의 저면으로 헬륨을 공급한다.
이하, 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 웨이퍼 식각장치(100)의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 웨이퍼(w)가 핸들러에 의해 상기 하우징(110)의 일측에 형성된 웨이퍼 게이트(120)를 통해 상기 가공 챔버(115) 내로 유입된다. 이때, 상기 공압 실린더(160)에 의해 상기 벨로우즈(150)가 팽창하여 상기 웨이퍼 리프트(130)를 상승시킨다.
이어서, 상기 가공 챔버(150) 내로 유입된 웨이퍼(w)는 상기 웨이퍼 리프트(130) 상에 안착되며, 상기 웨이퍼 리프트(130)는 상기 웨이퍼(w)를 정전척(210) 상에 안착시킨다.
이때, 상기 공압 실린더(160)에 의해 상기 벨로우즈(150)가 수축하며, 따라서, 상기 웨이퍼 리프트(130)는 다시 하강 이동하여 원위치로 복귀된다.
이 상태에서, 상기 가공 챔버(115) 내로 플라즈마가 주사되어 상기 웨이퍼(w)에 대한 표면 가공을 수행한다. 상기 가공 챔버(115)로 주사되는 플라즈마는, 플라즈마 가이드 부재(182)에 의해 벨로우즈 커버(180) 측으로 편향되지 않으며, 따라서, 상기 정전척 상에 안착된 웨이퍼(w)에 대한 가공이 균일하게 수행될 수 있다.
본 출원의 발명자가 실험한 바에 따르면, 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182)를 대칭적으로 설치한 결과, 상기 웨이퍼(w)의 폴리머 막질에 대한 균일도가 3.7%로 개선되었으며, 기저 막질인 산화막질에 대한 균일도는 9%로 나타났다. 이는 종래 웨이퍼(w)의 폴리머 막질의 균일도 6% 및 산화막질의 균일도 12%에 비해 상당히 향상된 결과이다.
여기서, 균일도의 측정은 웨이퍼 막질에 다수 개소를 설정하고, 이들 간의 오차 범위를 측정하는 방식으로 수행된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 식각장치는 벨로우즈 커버로 플라즈마 이온이 편향되는 것을 방지할 수 있기 때문에 웨이퍼에 대한 균일한 가공이 가능해 진다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 비교적 단순한 구조를 채용하여 상기 플라즈마 이온의 편향 을 방지하도록 되어 있기 때문에, 제조 원가를 절감시킬 수 있다는 추가의 장점을 갖는다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 가공 챔버가 형성되어 있는 하우징;
    상기 가공 챔버 내의 소정 위치에 설치되며, 상기 가공 챔버 내로 유입되는 웨이퍼를 수납하여 정전척 상에 안착시키는 웨이퍼 리프트;
    상기 웨이퍼 리프트를 상하 이동시키기 위한 벨로우즈;
    상기 벨로우즈를 플라즈마로부터 보호하기 위해 상기 벨로우즈의 상부에 장착되는 벨로우즈 커버; 및
    상기 정전척을 중심으로 상기 벨로우즈 커버에 대향되는 위치에 설치되어 상기 벨로우즈 커버 측으로 편향되는 플라즈마 이온을 균일하게 분산시키는 플라즈마 가이드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 가이드 부재는 상기 벨로우즈 커버와 동일한 형상을 가지며, 동일한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가공 챔버 내에는 상기 벨로우즈가 관통하는 지지대가 설치되어 있으며, 상기 벨로우즈의 위치에 대응하는 상기 지지대의 소정 위치에는 상기 벨로우즈 커버와 플라즈마 가이드 부재가 각각 계합되는 한 쌍의 계합 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각장치.
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