KR100687500B1 - 플라즈마 식각 설비 및 그 설비에서의 잔류전하 제거방법 - Google Patents

플라즈마 식각 설비 및 그 설비에서의 잔류전하 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 공정을 진행한 후 정전척과 기판에 잔류하는 전하를 신속하게 그리고 효과적으로 제거할 수 있는 플라즈마 식각 설비 및 그 설비에서의 잔류전하 제거방법에 관한 것으로, 본 발명의 플라즈마 식각 설비는 식각가스가 유입되고, 기판에 대해 소정의 처리 프로세스가 진행되는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에 설치되는 그리고 상기 기판을 정전기적으로 고정하는 정전척; 및 상기 정전척과 상기 기판에 잔류하는 전하를 제거하기 위하여 상기 정전척과 기판상으로 열전자를 제공하는 잔류전하 제거부를 포함한다.

Description

플라즈마 식각 설비 및 그 설비에서의 잔류전하 제거방법{PLASMA ETCHING EQUIPMENT AND METHOD FOR REMOVING RESIDUAL CHARGE IN THE EQUIPMENT}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척을 구비한 플라즈마 식각 설비를 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면 사시도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척을 구비한 플라즈마 식각 설비를 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도;
도 3은 본 발명의 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 공정챔버 112 : 하부챔버
116 : 상부챔버 120 : 전자석
122 : 정전척 130 : 가스분사부
140 : 플라즈마 발생부 150 : 잔류전하 제거부
152 : 열전자발생부 154 : 전원공급부
156 : 자기장 발생부재
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마 식각 공정을 진행한 후 정전척과 기판에 잔류하는 전하를 신속하게 그리고 효과적으로 제거할 수 있는 플라즈마 식각 설비 및 그 설비에서의 잔류전하 제거방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 기판 상에 물질막을 증착하는 공정, 증착된 물질막을 필요한 형태로 패터닝하는 공정 및 기판상의 불필요한 잔류물들을 제거하는 세정공정 등 수 많은 공정을 거쳐서 가공이 된다. 이러한 공정들을 진행하기 위해서는 기판을 챔버 내부의 기판 지지대로 로딩(loading)하여 기판을 가공한 후 외부로 언로딩(unloading) 시키는 과정을 여러 번 반복하게 된다.
이와 같은 기판 가공공정을 성공적으로 수행하기 위해서는 챔버 내부에서 기판을 척킹하여 고정하는 것과, 기판 가공공정이 끝난 후에 기판에 손상이 가지 않도록 기판을 디척킹하는 것이 상당히 중요하다. 최근에는 전기적인 압전 효과를 이용하여 고정시키는 정전척이 널리 사용되고 있다.
플라즈마 방전을 이용한 식각 장비의 경우, 정전척이 필수적인 부품으로 자리 잡고 있다. 기존의 플라즈마 식각 장비에서 사용되던 정전척은 강한 척킹력(Chucking Force)으로 인해 프로세스(Process) 종료 후 스틱킹(Sticking) 현상으로 기판 깨짐(W/F Broken) 및 슬라이딩(Sliding) 등의 문제가 지속적으로 발생하고 있다.
즉, 기존의 정전척은 방전반응시간(Discharge Response Time)의 증가로 식각(Etch)이 종료된 시점 이후에도 정전척 전압(ESC Voltage)이 그라운딩 (or 자연상쇄) 되지 못하고 일정 시점까지 장시간 잔류하게 된다. 이처럼, 기존의 정전척은 장시간의 플라즈마 온(Plasma On) 및 높은 알에프 파워(RF Power) 사용으로 기판에 축적(Charge)되는 전하(Electron)들에 의해 리프트 핀(Lift Pin)이 상승하면, 스틱킹 현상이 발생되고, 기판 브로킨 및 슬라이딩이 유발된다. 다시 말해, 정전척은 공정이 끝난 이후 상당시간이 경과해도 기판(wafer)가 척(chuck)으로부터 분리되기 어려운 현상(스틱킹(sticking) 현상)이 발생되고 있다.
이러한 정전척의 잔류전하를 제거하기 위하여 역바이어스를 인가하는 방식과 플라즈마를 이용하는 방식을 사용하고 있다. 전자의 경우 역바이어스 인가시 정전척에 존재하는 양전하의 양보다 공급되는 (-)바이어스의 양이 많을 경우 정전척이 음극으로 대전될 우려가 있고, 후자의 경우 플라즈마를 발생시키기 위해 소정의 RF파워 및 공정가스를 공급해주어야 하는등 제반조건 설정으로 인해 시간 소비가 많아 생산성이 저하되며, 플라즈마 내의 양전하에 의해 정전척과 반도체 소자에 물리적인 데미지를 가하여 수명을 단축시키는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 정전척 및 기판에 잔존하는 전하를 제거할 수 있는 새로운 형태의 플라즈마 식각 설비 및 그 설비에서의 잔류전하 제거방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 플라즈마 식각 설비는 식각가스가 유입되고, 기판에 대해 소정의 처리 프로세스가 진행되는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에 설치되는 그리고 상기 기판을 정전기적으로 고정하는 정전척; 및 상기 정전척과 상기 기판에 잔류하는 전하를 제거하기 위하여 상기 정전척과 기판상으로 열전자를 제공하는 잔류전하 제거부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 잔류전하 제거부는 열전자가 방출되는 와이어; 상기 와이어로부터 열전자가 방출되도록 상기 와이어에 전류를 제공하는 전원공급부; 상기 와이어로부터 방출된 상기 열전자가 상기 공정챔버의 정전척과 기판으로 유도(이동)되도록 자기장을 생성하는 자기장 발생부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정챔버는 상기 정전척이 설치되는 그리고 상기 식각 가스가 유입되어 기판에 대한 소정의 처리 프로세스가 진행되는 하부챔버; 상기 와이어가 설치되는 상부챔버; 및 상기 상부챔버로부터 상기 하부챔버로 상기 열전자가 이동되는 통로인 개구부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 개구부는 게이트 밸브에 의해 개폐될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 자기장 발생부재는 상기 하부챔버의 측면 부위에 설치되는 전자석과; 상기 하부챔버의 탑부위의 외부에 설치되는 안테나 코일(Antena coil)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 와이어는 텅스텐,은,구리 중에 적어도 하나를 포함하는 금속일 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 플라즈마 식각 설비 에서의 잔류전하 제거방법은 정전척을 구비한 공정챔버내의 기판에 대해 소정의 식각공정을 진행하는 단계; 상기 단계에서 소정의 식각공정이 완료되면, 상기 정전척과 기판에 잔류하는 전하를 제거하는 디척킹단계를 포함하되; 상기 디척킹단계는 상기 정전척과 상기 기판으로 열전자를 제공하여 상기 정전척과 상기 기판에 잔류하는 양전자를 중화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 디척킹단계는 와이어에 전류를 공급하여 상기 와이어로부터 다량의 열전자가 방출되는 단계; 상기 와이어로부터 방출되는 열전자를 상기 정전척과 기판으로 유도되도록 상기 열전자를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정챔버는 상기 정전척이 설치되는 그리고 상기 기판에 대한 소정의 처리 프로세스가 진행되는 하부챔버와; 상기 하부챔버와는 게이트밸브에 의해 개폐되는 개구를 통해 연결되며 상기 와이어가 설치되는 상부챔버를 포함하되; 상기 개구부는 상기 열전자가 상기 하부챔버로 이동되도록 상기 열전자 이동 단계 직전에 게이트 밸브에 의해 오픈될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열전자는 상기 와이어로부터 열전자가 방출되는 곳으로부터 상기 정전척과 기판 방향으로 생성되는 자기장에 의해 이동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열전자 이동 단계는 상기 공정챔버 외부에 설치된 마그넷과 TCP 방식의 안테나 코일에 의해 정전척 방향으로 자기장을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 및 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전척을 구비한 플라즈마 식각 설비를 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면 사시도와 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 플라즈마 식각 설비(100)는 소정의 진공도로 유지 가능한 원통형의 공정 챔버(110)를 포함한다. 이 공정챔버(110)는 하부챔버(112)와 상부챔버(116)로 나누어질 수 있는데, 상기 하부챔버(112)는 반응가스가 유입되고 기판에 대해 소정의 처리 프로세스가 진행되는 프로세스 영역(114)을 가지며, 상기 상부챔버(116)는 와이어로부터 방출되는 열전자로 채워지는 열전자 방출 공간(118)을 갖는다.
상기 하부챔버(112)의 외주면에는 전자석(120)이 설치되며, 내부에는 상기 기판(w)을 정전기적으로 고정하는 정전척(ESC;122)이 설치된다. 기판은 상기 정전척(122)상에 놓여진다. 상기 정전척(122)은 DC 제너레이터(미도시됨)에 연결되어 하부 전극 역할을 할 수 있다. 상기 기판(w)의 표면은 프로세스 영역(114)으로 방 출되는 적절한 플라즈마 처리 반응가스에 의해 에칭된다.
상기 플라즈마 식각 설비(100)는 하부챔버(112)내의 프로세스 영역으로 반응가스를 균일하게 공급하는 가스분사부(130)를 포함한다. 상기 가스분사부(130)는 샤워헤드(132)와 가스 공급라인(136)과 연결되는 공급포트(134)를 포함한다.
상기 가스분사부(130)의 상부에는 플라즈마 발생부(140)가 설치된다. 이 플라즈마 발생부(140)는 상기 하부챔버의 상부판(113)의 상면에 유도코일로서 나선 형상의 안테나(142)를 포함한다. 공정챔버(110) 내로 반응가스를 공급하여 플라즈마를 생성하기 위해 안테나(142)에 수백 kHz 내지 수백 MHz의 고주파 전력이 급전된다. 상기 플라즈마 발생부(140)는 TCP(Transformer Coupled Plasma)(또는 ICP) 안테나 코일을 전극으로 사용하거나 CCP와 같이 평판을 전극으로 사용할 수 있다. 상기 안테나(142)은 바이어스 전압을 인가하는 RF(Radio Frequency) 생성기(미도시됨)와 연결된다.
상기 상부챔버(116)는 상기 하부챔버(112)의 상부에 위치되며, 상기 하부챔버(112)의 상면에 형성된 2개의 개구부(119)를 통해 연결된다. 상기 개구부(119)는 게이트 밸브(190)에 의해 개폐된다. 상기 개구부(119)는 상기 정전척(122)과 상기 기판에 잔류하는 전하를 제거하는 디척킹 단계에서 열전자 이동을 위해 개방된다. 상기 개구부(119)는 그 이외에 기판에 대한 소정의 식각 처리 단계에서는 개방되지 않는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 식각 설비(100)는 잔류전하 제거부(150)를 갖는다. 상기 잔류전하 제거부(150)는 상기 정전척(122)과 상기 기판(w)에 잔류하는 전하를 제거하기 위하여 상기 정전척(122)과 기판상으로 열전자를 제공하게 된다. 상기 잔류전하 제거부(150)는 상기 상부챔버(116) 내부에 설치되는 열전자발생부(152)와, 상기 열전자발생부(152)로부터 열전자가 방출되도록 상기 열전자발생부(152)에 전류를 제공하는 전원공급부(154) 그리고 상기 열전자발생부(152)로부터 방출된 상기 열전자가 상기 공정챔버(110)의 정전척(122)과 기판으로 유도(이동)되도록 수직 방향으로 자기장을 생성하는 자기장 발생부재(156)를 갖는다. 상기 열전자발생부는 텅스텐, 은, 구리 중에 적어도 하나를 포함하는 금속 와이어로 이루어진다.
상기 자기장 발생부재(156)는 상기 하부챔버의 외주면에 설치되는 전자석(120)과, 상기 하부챔버(112)의 탑부위의 외부에 설치되는 안테나(Antena)(142)가 사용될 수 있으며, 필요한 경우에는 전자석과 안테나를 새롭게 설치하여 사용할 수 도 있음은 물론이다. 상기 전자석(120)과 상기 안테나(142)에 전류가 가해지면, 상기 공정챔버(110) 상에는 위에서 아래 방향으로 흐르는 자기장이 생성되고, 상기 열전자는 상기 전자석(120)과 안테나(142)에 의해 생성되는 자기장에 의해 개방된 개구부(119)를 통해 상기 하부챔버(112)의 프로세스 영역(114)으로 이동하게 되는 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면서 상기 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판은 상기 정전척(122)에 정전기적으로 고정된 상태에서 기판에 대해 소정의 식각 공정을 진행하게 된다(S10). 식각 공정이 완료되면, 상기 정전척(122)과 상기 기판(w)에는 잔류 전하(예를 들면 양전하 또는 음전하)가 존재하게 된다. 이러한 잔류 전하를 제거하기 위하여 디척킹 단계가 진행된다(S20).
상기 디척킹 단계는 상기 정전척(122)과 상기 기판(w)으로 열전자를 제공하여 상기 정전척(122)과 상기 기판(w)에 잔류하는 전하를 상기 열전자와 반응시켜 중화시키게 된다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 디척킹단계는 전원공급부(154)로부터 상기 열전자발생부(152)에 전류가 공급되면(S22), 상기 열전자발생부(152)로부터 다량의 열전자가 방출된다(S24). 상기 열전자발생부로부터 방출되는 열전자가 상기 상부챔버 내부를 가득 채우게 되면, 상기 게이트 밸브(190)가 작동되면서 상기 개구부(119)가 오픈된다(S26). 그리고 상기 전자석(120)과 상기 안테나(142)에 전류가 공급되면, 상부챔버(116)에서 하부챔버(112) 방향으로 자기장이 생성되게 되고, 이 자기장에 의해 상기 열전자는 상기 개구부들(119)을 통해 상기 하부챔버의 프로세스 영역(114)으로 이동되게 된다(S28). 이렇게 프로세스 영역으로 이동된 열전자는 상기 정전척과 상기 기판의 표면에 잔류하는 전하와 반응하여 상기 전하를 중화시키게 되면서 상기 정전척과 상기 기판의 표면에 잔류하는 전하를 제거하게 되는 것이다.
본 발명의 잔류전하 제거부는 정전척을 사용하는 PVD, CVD, 에칭 또는 어떤 다른 처리 설비에 사용될 수 있다.
여기서 본 발명의 구조적인 특징은 정전척과 기판에 잔류하는 전하를 제거하기 위한 열전자발생부와, 이 열전자를 정전척과 기판상으로 이동 시켜주는 자기장을 생성하는 자기장 발생부를 갖는데 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비의 구성 및 작용을 상기한 설 명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기판에 축적(Charge)된 전하(Electron)들에 의해 기판이 정전척으로부터 분리되기 어려운 현상(스틱킹(sticking) 현상)을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면 잔류전하를 제거하는 과정에서 정전척이 음극으로 대전될 우려가 없고, 신속하게 잔류전하를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 정전척과 기판에 물리적인 데미지를 가하지 않고 잔류전하를 제거할 수 있는 각별한 효과를 갖는 것이다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 플라즈마 식각 설비에 있어서:
    식각가스가 유입되고, 기판에 대해 소정의 처리 프로세스가 진행되는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부에 설치되는 그리고 상기 기판을 정전기적으로 고정하는 정전척;
    상기 정전척과 상기 기판에 잔류하는 전하를 제거하기 위하여 상기 정전척과 기판상으로 열전자를 제공하는 잔류전하 제거부를 포함하되;
    상기 잔류전하 제거부는
    열전자를 방출하는 열전자발생부;
    상기 열전자발생부로부터 열전자가 방출되도록 상기 와이어에 전류를 제공하는 전원공급부; 및
    상기 열전자발생부로부터 방출된 상기 열전자가 상기 공정챔버의 정전척과 기판로 유도(이동)되도록 자기장을 생성하는 자기장 발생부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공정챔버는
    상기 정전척이 설치되는 그리고 상기 식각 가스가 유입되어 기판에 대한 소정의 처리 프로세스가 진행되는 하부챔버;
    상기 열전자발생부가 설치되는 상부챔버; 및
    상기 상부챔버로부터 상기 하부챔버로 상기 열전자가 이동되는 통로인 개구부를 포함하는 것을 특징으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개구부는 게이트 밸브에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 발생부재는
    상기 하부챔버의 측면 부위에 설치되는 전자석과;
    상기 하부챔버의 탑부위의 외부에 설치되는 안테나 코일(Antena coil)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 열전자발생부는 금속 와이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈 마 식각 설비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 와이어는 텅스텐, 은, 구리 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  8. 삭제
  9. 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거방법에 있어서:
    정전척을 구비한 공정챔버내의 기판에 대해 소정의 식각공정을 진행하는 단계;
    상기 단계에서 소정의 식각공정이 완료되면, 상기 정전척과 기판에 잔류하는 전하를 제거하는 디척킹단계를 포함하되;
    상기 디척킹단계는
    와이어에 전류를 공급하여 상기 와이어로부터 다량의 열전자가 방출되는 단계;
    상기 와이어로부터 방출되는 열전자를 상기 정전척과 기판으로 유도되도록 상기 열전자를 이동시키는 단계;
    상기 정전척과 상기 기판에 잔류하는 양전자가 상기 열전자와 반응하여 중화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공정챔버는
    상기 정전척이 설치되는 그리고 상기 기판에 대한 소정의 처리 프로세스가 진행되는 하부챔버와; 상기 하부챔버와는 게이트밸브에 의해 개폐되는 개구를 통해 연결되며 상기 와이어가 설치되는 상부챔버를 포함하되;
    상기 개구부는 상기 열전자가 상기 하부챔버로 이동되도록 상기 열전자 이동 단계 직전에 게이트 밸브에 의해 오픈되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 열전자는 상기 와이어로부터 열전자가 방출되는 곳으로부터 상기 정전척과 기판 방향으로 생성되는 자기장에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 열전자 이동 단계는
    상기 공정챔버 외부에 설치된 마그넷과 TCP 방식의 안테나 코일에 의해 정전척 방향으로 자기장을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비에서의 잔류전하 제거방법.
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