KR100646318B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 상부 챔버와 하부 챔버로 구성되는 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상부 챔버와 하부 챔버 사이를 연결 혹은 밀폐하며, 캐소드가 탑재된 캐소드 하우징, 실링 부재 결합 홈이 형성되고 캐소드 하우징을 관통하여 상부에 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀 및 실링 부재 결합 홈에 장착되어 캐소드 하우징에 접촉 가능한 실링 부재을 포함하되, 실링 부재는 홈 결합 부위와 실링 부위로 구분되어 홈 결합 부위와 실링 부위의 일단이 연결되며, 리프트 핀에 하중에 의해 캐소드 하우징과 실링 부위와의 접촉 면적이 증가되는 것을 특징으로 한다.

플라즈마, 에칭(etching), 리프트 핀, 오링, 실링

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma etching apparatus}

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장비의 구조를 나타낸 예시도.

도 2는 종래 기술에 따른 기존의 오형의 실링 부재를 포함한 리프트 핀을 나타낸 것으로서, 도 1의 A에 관한 부분 단면도.

도 3은 종래 기술에 따른 오형의 실링 부재를 나타낸 예시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프트 핀에 결합된 실링 부재를 나타낸 예시도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프트 핀에 결합된 실링 부재를 나타낸 것이고, 도 4의 선 B-B'에 관한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

400…실링 부재 401…홈 결합 부위

403…실링 부위

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 장치이다.

일반적인 반도체 제조 장치는 웨이퍼 면에 다수의 반도체, 도체 및 부도체 막을 형성하고 가공하여 다수의 전자, 전기 소자를 형성하고 배선으로 연결하여 이루어지는 복잡하고 정밀한 장치이다. 따라서 다양한 공정을 통하여 고도의 엄격한 조건하에서 반도체가 형성되고 있다. 상기 웨이퍼가 가공되는 공정에서 중요한 조건으로 공통적으로 들 수 있는 것으로 온도와 압력이 있다. 그리고 가공이 이루어질 때의 온도와 압력에 따른 차이는 대개 상호 연관적이다.

상기 반도체 장치의 제조에서 적층된 여러 막을 가공하는 공정 가운데 가장 일반적인 것은 패터닝(Patterning) 작업이다. 이는 노광 공정과 식각 공정을 통해 이루어진다. 따라서 식각 공정은 반도체 장치 제조에 가장 많이 이용되는 공정 가운데 하나가 된다. 식각 공정에는 건식 식각과 습식 식각이 있고, 건식 식각 공정 중에서 공급되는 에천트(etchant)에 고주파 전계를 인가하여 플라즈마상을 형성하여 식각 반응성을 높이는 플라즈마 식각(etching)이 일반적이다. 이런 식각 공정에서는 플라즈마 형성에 따르는 열이 많이 발생하고 온도가 지나치게 높아지면 적절한 공정반응이 이루어지지 않고, 여러 문제를 가지는 부반응이 우세하게 진행될 수 있으므로 공정 온도를 낮추어야만 한다.

플라즈마 식각 장비는 일반적으로 상부 챔버와 하부 챔버가 분리되어 있으며, 하부 챔버가 웨이퍼 이송 로봇으로부터 웨이퍼를 로딩받아 상부 챔버에서 공정을 실행하는 구조를 포함한다. 여기서 상부 챔버에서 공정이 진행될 경우에는 고압 의 상태가 유지되므로 공정의 진행 시 상부 챔버와 하부 챔버의 밀폐가 매우 중요한 사항이 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장비의 구조를 나타낸 예시도이다.

도 1을 참조하면, 상기 플라즈마 식각 장비(10)는 상부 챔버(15) 및 하부 챔버(17)의 크게 두 공간으로 이루어져 있다.

상기 두 공간의 밀폐와 연결은 캐소드(Cathode)(11)의 위치에 따라 결정된다. 여기서 상기 캐소드(11)는 건식 식각 공정 중에 플라즈마상을 형상하기 위해 고주파 전계를 인가할 수 있는 기능을 포함한다.

상기 캐소드(11)는 반도체 제조 공정이 진행되지 않을 경우, 상기 하부 챔버(17) 지역으로 내려가 있다. 여기서 캐소드 릴리즈(Cathode Release) 공정이 진행될 경우, 상기 캐소드(17)는 웨이퍼가 올려져서 3개의 리프트 핀(13)을 통해 상기 상부 챔버(15)쪽으로 올라와 상기 하부 챔버(17)와 상기 상부 챔버(15)를 밀폐한다. 캐소드 프로세스(Cathode Process) 공정은 상기 상부 챔버(15)에서 진행되며 상기 캐소드 프로세스 공정이 진행되는 경우에 상기 하부 챔버(17)와 완전히 차단된 상태로 공정이 진행되어야 한다.

상기 캐소드 프로세스 공정에서 공정이 진행될 경우에 플라즈마와 자유전자의 운동에 영향을 받아서 상기 상부 챔버(15) 내부에서 공정의 진행을 받는 웨이퍼의 온도가 급격히 상승하여 상기 웨이퍼에 영향을 주는 경우가 있다. 따라서 상기 상부 챔버(15)는 웨이퍼와 캐소드(11) 사이에 냉각 가스 공급관(18)을 통해 냉각 가스(헬륨)를 주입하여 웨이퍼의 온도 상승을 막는다.

여기서 상기 캐소드(11)와 웨이퍼의 사이를 띄우며 웨이퍼를 상부 챔버(15)쪽으로 업로딩(Uploding) 실시하는 것이 바로 리프트 핀(13)이다. 상기 리프트 핀(13)은 상기 캐소드 하우징(14)을 관통하고, 상기 챔버(10)가 공정을 진행하는 동안에 상기 리프트 핀 후프(19)와 접촉하여 마이너 전하 충전 및 전하 방전의 기능을 또한 수행한다. 또한 상기 리프트 핀(13)이 캐소드 프로세스 포지션(Cathode Process position)일 경우에는 상기 리프트 핀(13)은 상기 상부 챔버(15)에서 아래로 내려가 상부 챔버(15)와 하부 챔버(17) 사이를 밀폐하게 된다.

그러나 상기 리프트 핀(13)의 틈으로 냉각 가스가 세어나가 상기 하부 챔버(17)의 압력을 올릴 수 있다. 이에 따라 상기 상부 챔버(15)에서 공정이 끝난 다음에 캐소드(11)가 다시 내려와 상부 챔버(15)와 하부 챔버(17)가 연결되는 경우에 고압의 하부 챔버(17)의 공기가 상부 챔버(15)로 이동하면서 하부 챔버(17)에 존재하는 먼지나 티끌 등이 같이 이동하여 웨이퍼에 묻는 경우가 발생한다.

따라서 상부 챔버(15)와 하부 챔버(17)의 압력이 같아지도록 공정 시에 상부 챔버(15)와 하부 챔버(17)의 기밀을 유지하는 것이 요구되었다.

도 2는 종래 기술에 따른 기존의 오형의 실링 부재를 포함한 리프트 핀을 나타낸 것으로서, 도 1의 A에 관한 부분 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 리프트 핀(13)은 중심 추(21)와 오형의 실링 부재(23)를 포함한다.

상기 리프트 핀(13)은 중심 추(21)에 오형의 실링 부재(23)가 장착되기 위한 실링 부재 결합 홈(25)이 형성되어 있다. 여기서 상기 실링 부재(23)는 상기 실링 부재 결합 홈(25)에 장착되어 캐소드 하우징(14)에 접촉이 가능하다. 또한 상기 리프트 핀(13)은 캐소드 하우징(14)을 관통하여 캐소드 상부의 웨이퍼를 지지하는 기능을 더 포함한다.

상기 리프트 핀(13)은 상기 중심 추(21)의 무게에 의하여 오형의 실링 부재(23)를 눌러서 기존의 플라즈마 식각 장비의 상부 챔버와 하부 챔버를 밀폐하도록 설계되어 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 오형의 실링 부재를 나타낸 예시도이다.

도 3을 참조하면, 기존 오형의 실링 부재(31)는 가장 기본적인 씰(Seal)로써, 실링 부재 결합 홈에 결합되어 압착에 의해 접촉되면서 만들어지는 반발 탄성에 의한 밀폐력을 갖는다.

상술한 바와 같이, 상기 기존 오형의 실링 부재(31)는 리프트 핀의 중심추에 형성된 실링 부재 결합 홈에 장착되어 상기 리프트 핀의 중심추의 무게에 의해 상기 리프트 핀과 캐소드 하우징을 밀폐시킬 수 있다.

상기 기존 오형의 실링 부재(31)는 원형의 단면을 가지며 고무 재질의 탄성체이다. 상기 기존 오형의 실링 부재(31)는 리프트 핀의 중심추 무게에 의한 하중이 가해질 때, 리프티 핀과 캐소드 하우징 사이에 접촉 면적을 가지고 밀봉 성능을 가진 실링(sealing)의 역할을 할 수 있다.

이러한 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장비는 공정 온도를 낮추는 방법으로 식각 챔버 전체 온도를 낮추는 방법도 있으나, 대기압에 비해 낮은 기압 환경에서 적절한 냉각을 실시하기 위해 흔히 백사이드(Backside) 헬륨이라고 불리는, 헬륨 기체를 통한 냉각 방법을 많이 사용하고 있다.

상기와 같은 헬륨 기체를 통한 냉각 방법에서 상기 도 3의 오형의 실링 부재(31)를 사용하는 경우, 냉각 가스인 헬륨 기체의 누설(leak)이 발생할 수 있다. 즉, 기존에 리프트 핀과 캐소드 하우징 사이에서 실링(sealing) 역할을 하는 구조적인 형태가 일반적인 오형(O-type)의 링(ring)이라면 상기 오형의 실링 부재는 리프트 핀에 포함된 실링 부재 결합 홈(O-ring Groove) 안에 상기 실링 부재가 장착될 때 전반적인 비틀림(twist)으로 인한 실링 부재의 탈선(distortion)이 발생될 시 접촉되지 않은 부위로 헬륨 기체의 누설이 발생하게 한다.

이러한 비정상적인 실링 부재에 의한 헬륨 기체의 실링은 리프트 핀의 자체 하중에 의한 무게로만 실링이 이뤄지기 때문에 상기와 같은 비정상적인 실링 부재의 장착은 헬륨 누설의 가능성을 크게 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 개선된 형태의 실링 부재를 이용하여 냉각 가스의 누출을 최소화 할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 챔버와 하부 챔버로 구성되는 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이를 연결 혹은 밀폐하며, 캐소드가 탑재된 캐소드 하우징, 실링 부재 결합 홈이 형성되고 상기 캐소드 하우징을 관통하여 상부에 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀 및 상기 실링 부재 결합 홈에 장착되어 상기 캐소드 하우징에 접촉 가능한 실링 부재을 포함하되, 상기 실링 부재는 홈 결합 부위와 실링 부위로 구분되어 상기 홈 결합 부위와 실링 부위의 일단이 연결되며, 상기 리프트 핀에 하중에 의해 상기 캐소드 하우징과 상기 실링 부위와의 접촉 면적이 증가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치를 제공할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 실링 부위에 하중이 가해질 때, 상기 하중의 강도에 따라 상기 홈 결합 부위와 실링 부위를 연결하는 부분을 중심으로 상기 홈 결합 부위와 상기 실링 부위가 이루는 각도가 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 실링 부재는 탄성체인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 리프트 핀은 프로세스 공정 시와 릴리즈 공정 시에 위치가 상이한 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 홈 결합 부위는 상기 실링 부재 결합 홈에 결합되어 상기 실링 부재의 탈선을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프트 핀에 결합된 실링 부재를 나타낸 예시도이다.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 실링 부재(400)는 리프트 핀의 하중에 의해 충분히 실링(Sealing)이 될 수 있도록 실링 부재의 형태가 유연하게 변형될 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 상기 실링 부재(400)는 기능에 따라 실링 부재 결합 홈에 결합되는 홈 결합 부위(401)와 냉각 가스의 노출 방지를 유도하는 실링 부위(430)로 나뉘어 서로 소정의 각도를 갖고 결합될 수 있고, 이러한 구조를 통해 리프트 핀의 하중에 의한 변형이 쉽게 이루어 진다.

상기 홈 결합 부위(401)는 상기 실링 부재 결합 홈에 장착되어 상기 실링 부재의 비정상적인 결합과 리프트 핀으로부터의 탈선을 방지하는 기능을 수행한다. 상기 실링 부위(403)는 상기 홈 결합 부위(403)에 일단에 연결되어 리프트 핀에 하중이 가해질 때, 냉각 가스(헬륨)의 노출 방지를 위한 캐소드 하우징과 상기 실링 부위(403)와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리프트 핀에 결합된 실링 부재를 나타낸 것이고, 도 4의 선 B-B'에 관한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실링 부재(500)는 실링 부위(503)를 리프트 핀의 하중에 의한 충분한 변형을 위해 충분히 얇게 형성되어 실링의 역할을 극대화할 수 있다. 또한 상기 실링 부재(500)는 실링 부재 결합 홈에 결합되는 홈 결합 부위(501)가 실링 부위(503)의 두께보다 두껍게 제작됨으로써 최대한 실링 부재 (500)의 탈선을 줄일 수 있다.

여기서 상기 실링 부재(500)의 홈 결합 부위(501)로부터 실링 부위(503)에 하중이 가해질 때, 상기 하중의 강도에 따라 상기 홈 결합 부위(501)와 실링 부위(503)를 연결하는 부분을 중심으로 상기 홈 결합 부위(501)와 상기 실링 부위(503)가 이루는 각도는 조절될 수 있다.

상기 실링 부재(500)에 가해지는 하중이 최대일 때, 상기 실링 부재(500)의 실링 부위(503)는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장비의 캐소드 하우징과의 접촉 면적을 증가시켜 냉각 가스의 누출을 최대한 줄일 수 있다. 상기 캐소드 하우징과의 접촉 면적의 증가는 냉각 가스의 누출을 최대한 줄여 플라즈마에 의한 웨이퍼 온도 상승의 방지 수율을 증가시킬 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

본 발명에 의하면 개선된 형태의 실링 부재를 이용하여 냉각 가스의 누출을 최소화 할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 상부 챔버와 하부 챔버로 구성되는 플라즈마 식각 장치에 있어서,

   상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이를 연결 혹은 밀폐하며, 캐소드가 탑재된 캐소드 하우징;

   실링 부재 결합 홈이 형성되고 상기 캐소드 하우징을 관통하여 상부에 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀; 및

   상기 실링 부재 결합 홈에 장착되어 상기 캐소드 하우징에 접촉 가능한 실링 부재을 포함하되,

   상기 실링 부재는 홈 결합 부위와 실링 부위로 구분되어 상기 홈 결합 부위와 실링 부위의 일단이 연결되며, 상기 리프트 핀에 하중에 의해 상기 캐소드 하우징과 상기 실링 부위와의 접촉 면적이 증가되는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 실링 부위에 하중이 가해질 때, 상기 하중의 강도에 따라 상기 홈 결합 부위와 실링 부위를 연결하는 부분을 중심으로 상기 홈 결합 부위와 상기 실링 부위가 이루는 각도가 조절되는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 실링 부재는 탄성체인 것

   을 특징으로 하는 플라지마 식각 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 리프트 핀은 프로세스 공정 시와 릴리즈 공정 시에 위치가 상이한 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 홈 결합 부위는 상기 실링 부재 결합 홈에 결합되어 상기 실링 부재의 탈선을 방지하는 것

   을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.

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