KR100725722B1 - 반도체 제조 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 챔버 내부의 임피던스 변화를 줄일 수 있는 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 챔버 및 챔버 내에 설치되어, 웨이퍼를 가열하기 위한 열선을 포함하며 알에프(RF) 파워가 인가되는 척을 포함한다. 척의 내부 열선은 가열시 상기 챔버 내부의 임피던스 변화를 감소시키도록 절연변압기를 통해 전류를 전달 받는다.

Description

반도체 제조 장비{Semiconductor fabrication Apparatus}
도 1은 종래기술에 따른 에싱장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에싱장치를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에싱방법을 나타내는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 에싱장치 110 : 전원공급장치
120 : 노이즈필터 130 : 차폐기
140 : 챔버 150 : 히터척
151 : 열선 152 : 리프트 핀
160: 매칭박스 170: RF 전원
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 건식식각 방법을 이용하여 포토레지스트를 제거하는 단위공정에 사용되는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 하나인 포토 리소그래피(Photo Lithography) 공정은 반도체 기판에 포토레지스트 층을 형성하기 위하여 포토레지스트를 스핀 코팅(Spin Coating)하는 단계, 포토레지스트 층을 선택적으로 노광(Exposure)하는 단계, 포토 레지스트 패턴을 발생시키기 위하여 노광된 포토레지스트 층을 현상(Develop)하는 단계와 마스크로 사용된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계로 구성된다.
에싱(Ashing) 공정은 포토 리소그래피 공정의 마지막 단계로써 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트(Photoresist, 감광제)를 제거하는 공정이다. 에싱 공정은 건식과 습식으로 구분된다.
습식 에싱 방법은 강력한 산화 작용을 가진 용액(황산과 과산화수소의 혼합액)을 사용하여 포토레지스트제거하는 방법으로, 웨이퍼에 거의 손상을 주지 않고 포토레지스트를 제거하는 것이 가능하다. 습식 방법은 식각 용액 중의 파티클과 폐용액의 처리가 곤란하며 처리 스테이션이 대형화된다는 문제점에 있어, 건식 방법에 의해 제거하기 어려운 찌꺼기 등을 제거하기 위하여 주로 사용된다.
건식 에싱 방법은 산소 플라스마 방전을 이용하는 방법과 오존을 이용하는 방법으로 나뉘는데, 산소 플라스마 에싱은 산소 플라스마의 부산물인 산소 라디칼과 유기물인 포토레지스트가 반응하여 이산화탄소가 생성되도록 하는 방법이다. 생성된 이산화탄소는 진공 펌프를 통해 배출됨으로써 간단히 제거되므로 건식 방법은 포토레지스트를 제거하는 데 널리 이용되고 있다.
산소 라디칼이나 산소 이온을 포함하는 플라즈마를 이용하여 수행되는 에싱 공정은 웨이퍼를 반응 챔버에 넣고 저압상태에서 적절한 가열장치를 이용하여 웨이 퍼의 온도를 높이고 플라즈마를 주입함으로써 수행된다. 에싱 공정에서의 에싱율은 온도에 비례하므로 에싱 공정은 고온에서 이루어진다.
도 1은 종래기술에 따른 에싱장치를 보여주는 블록도 이다. 도 1을 참조하면, 에싱장치(10)는 플라즈마가 발생되는 챔버(11)와, 챔버(11) 내에 설치되며 웨이퍼(W)가 로딩 되는 척(12), 그리고 척(12)에 RF 파워를 공급하는 전원소스(13)를 포함한다.
척(12)은 가열 기능을 가진 히터 척으로써, 히터 파워(도시되지 않음)에 연결되어 열을 발생하는 코일을 포함한다. 히터 파워가 인가되어 척(12) 내부의 코일에 전류가 흐르면 코일이 열을 발생하게 된다. 웨이퍼(W)가 척(12)에 로딩 된 후 챔버(11)에 플라즈마가 발생되고, 전원소스(13)로부터 RF 파워가 인가되면 반응성 이온 식각에 의해 에싱 공정이 진행된다.
이 경우에 코일에 전류가 흐르는 상태에서 척(12)에 RF 파워를 인가하면, 척(12)의 내부 코일에 흐르는 전류에 의해 챔버(11) 측의 임피던스가 변하여 임피던스 매칭이 이루어지지 않는다. 따라서, 대부분의 RF 파워가 반사되어 척(12)에 인가되지 않으므로 에싱 공정에 치명적인 영향을 미치게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 히터 척의 가열에 의한 내부 임피던스 변화를 줄일 수 있는 새로운 형태의 반도체 제조 장비를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 히터 척의 내부 열선에 전류를 흘리면서 동시에 히터 척에 RF 파워를 인가할 수 있는 새로운 형태의 반도체 제조 장비를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 챔버 내부의 임피던스 변화를 줄일 수 있는 반도체 제조 장비는 챔버; 및 상기 챔버 내에 설치되며, 웨이퍼를 가열하기 위한 열선을 포함하고 알에프(RF) 파워가 인가되는 척을 포함한다. 이 경우에, 상기 열선은 가열시 상기 챔버 내부의 임피던스 변화를 감소시키도록 절연변압기를 통해 전류를 전달 받는다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 제조 장비는 포토레지스트 막을 제거하기 위한 에싱 장치이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 절연변압기는 격리판을 포함하여 전원측과 부하측을 전기적으로 분리하는 방해파 차단 변압기(Noise Cut Transformer)이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 격리판은 접지되지 않는다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 히터 척의 열선에 전류를 흘리면서 동시에 히터 척에 RF 파워를 인가할 수 있는 반도체 장치는 챔버와; 상기 챔버 내에 설치되며, 웨이퍼를 가열하기 위한 열선을 포함하는 척; 상기 척이 가열될 때 상기 챔버 내부의 임피던스가 변하지 않도록 상기 열선에 전류를 전달하는 절연변압기; 및 상기 척이 음의 극성을 띄도록 상기 척에 알에프(RF) 파워를 인가 하는 알에프(RF) 전원을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 제조 장비는 포토레지 스트 막을 제거하기 위한 에싱 장치이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 절연변압기는 격리판을 포함하여 전원측과 부하측을 전기적으로 분리하는 방해파 차단 변압기(Noise Cut Transformer)이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 격리판은 접지되지 않는다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 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, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에싱장치를 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 에싱장치를 나타내는 블럭도이며, 도 3은 본 발명에 따른 공정순서를 나타내는 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 에싱장치(100)는 전원공급장치(110), 노이즈필터(120), 차폐기(130), 챔버(140), 매칭박스(160), 그리고 RF 전원(170)을 포함한다. 챔버(140) 내에는 내부에 열을 발생하는 열선(151)을 포함하는 히터 척(150)이 설치되며, 히터 척(150)은 히터 척(150)의 표면으로부터 상승하거나 하강하면서 웨이퍼를 지지하는 적어도 세개의 리프트 핀(151)을 포함한다.
본 발명에 따른 에싱 장치(100)는 반응성 이온 식각(RIE: Reactive Ion etching) 방법을 이용하며, 접지 전극 대신에 RF 파워가 인가된 전극(즉, 척(150))에 웨이퍼(W)를 놓는다. 이 경우에, 챔버(140) 자체가 접지되어 대면적이 되고 웨이퍼(W) 표면에서 플라즈마 쉬스 포텐셜(Plasma Sheath Potential)이 높아져 강한 이온 충격을 유발한다. 즉, 이온들이 높은 에너지를 가지고 웨이퍼 표면에 수직으로 입사하여 충돌한다.
전원공급장치(110)는 히터 척(150) 내부의 열선에 전류를 공급하기 위한 것으로, 예를들면 위상 제어(Phase Control) 방식의 실리콘 제어 소자(Silicon-Controlled Rectifier, 이하 "SCR") 전원소스이다. SCR은 전류가 흐르지 않는 오프 상태와 전류가 흐른 온 상태의 2개의 안정된 상태가 있고, 오프 상태에서 온 상태로 또는 온 상태에서 오프 상태로 스위칭이 가능한 반도체 소자이다. SCR은 입력 전압 파형의 도통각을 조절하여 부하에 공급되는 전력을 제어한다. SCR의 스위칭에 필요한 게이트 전류를 트리거 전류라고 한다.
전원공급장치(110)에서 공급된 전류는 노이즈 필터(120)를 거쳐 차폐기(130)에 전달된다. 노이즈 필터(120)는 전원공급장치(110) 즉, SCR의 스위칭에 의한 노이즈(Noise)를 제거하기 위한 라인 필터이다. 노이즈(Noise)는 어떤 장치나 시스템의 정상적인 작동을 간섭하는 방해물(전기적 잡음)로써, 노말 모드 노이즈(Normal Mode Noise)와 커몬 모드 노이즈(Common Mode Noise)로 구분된다. 노말 모드 노이즈는 전원선을 타고 들어오는 노이즈로서, 대부분 매우 짧은 시간에 높은 전압을 주고 사라진다. 이러한 노이즈가 갑자기 기기에 들어오게 되면 치명적 에러가 발생 한다.
차폐기(130)는 예를 들면 절연변압기로써(isolation transformer) 일대일(1:1) 변압기라고도 하며, 1차 측(전원공급 측)의 입력전압과 입력전류가 그대로 2차 측(부하 측)에 출력되는 변압기이다. 절연변압기(isolation transformer)는 전1차측과 2차측을 전기적으로 분리(galvanic isolation)하는 역할을 한다. 즉, 절연변압기는 권선비에 해당하는 전압이 각각의 권선에 나타나지만, 권선들은 입력전압의 파형과 같은 주파수로 변화하는 자기장으로 결합되어있을 뿐 도선으로 연결되지 않으므로 서로 전기적으로 분리된다. 절연변압기는 일반적인 절연변압기, 차폐변압기, 방해차단변압기를 포함한다. 방해파 차단 변압기 (Noise Cut Transformer)는 권선과 변압기 외부에 전자 차폐판(격리판)을 설치하고 고주파(노이즈)의 자속이 권선 상호간에 교차되지 않도록 하여 전자유도 등에 의한 노이즈의 전도를 방지한다. 즉, 방해파 차단 변압기는 1차측과 2차측이 분리구성되고, 정전결합이 없으며, 고주파 전자유도가 발생하지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 차폐기(130)는 방해파 차단 변압기이나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서, 방해파 차단 변압기의 격리판은 접지되지 않으며 이는 노이즈 발생을 줄이기 위함이다.
차폐기(130)로부터 입력전류가 히터 척(150) 내부의 열선(151)에 공급되면 히터 척(150)이 가열된다(S10). 히터 척(150)의 가열온도를 200℃ 이상으로 바람직하게는 250℃ 정도로 유지하면서 리프트 핀(152)이 상승한 상태에서 리프트 핀(152) 상에 웨이퍼(W)를 로딩한다(S20). 챔버를 밀폐하고 진공펌프(도시되지 않음)를 가동하여 챔버 내부를 진공상태로 만든다(S30). 고온의 히터 척(150)에 웨이퍼 (W)를 올려놓은 상태에서 공정가스를 주입하고 공정 조건에 부합하는 압력에 도달시켜 가스 공정 단계를 수행한다(S40). 이 때 사용되는 공정가스는 종래의 에싱방법에서 사용되는 것과 동일하다. 소정시간 후에 챔버(140) 내부에 플라즈마를 발생시킨다(S50). 발생되는 플라즈마는 산소(O2) 플라즈마로써 산소 라티칼 및 산소 이온을 포함한다. 반응성을 향상시키기 위하여 질소(N2) 가스 등 기타 반응가스가 첨가될 수 있다.
RF 전원(170)을 가동시켜 RF 파워를 히터 척(150)에 인가한다(S60). RF 전원(170)과 히터 척(150) 사이에는 매칭 박스(160)가 설치된다. 매칭 박스(160)는 RF 전원(170)의 임피던스와 챔버(140)측의 임피던스를 정합(Impedance Matching)시키는 회로이다.
RF 전원(170)은 일반적으로 국제 협약에 의한 특정 주파수을 사용하는데 가장 많이 사용하는 주파수는 13.56MHz 이며, 이의 정수 배인 27.12MHz 및 40.68MHz 등도 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서 RF 전원의 출력 임피던스는 50Ω으로 설정되며, 챔버(140)의 임피던스도 소정의 임피던스로 설정된다. 이는 매칭 박스(160)에 의해 전원측과 챔버측의 임피던스를 정합시켜 RF 파워가 챔버(140)내의 히터 척(150)에 전달되지 않고 RF 전원(170)으로 반사되는 것을 방지하기 위함이다.
일반적으로 RF 파워가 히터 척(150)에 인가되는 시점은 히터 척(150)이 가열된 이후(즉, 열선(151)에 전류 공급이 중단된 이후)이다. 그러나, 웨이퍼(W)를 챔버에 로딩하기 위해 챔버의 슬릿 도어를 여닫는 과정, 진공 펌핑 단계(S30) 또는 가스 삽입 단계(S40)에서 히터 척(150)의 온도가 내려가면, 히터 척(150)의 온도를 올리기 위해 전원공급장치(110)로부터 열선(151)에 전류가 공급된다. 이 경우에, RF 파워가 공급되면 열선(151)에 흐르는 전류에 의해 히터 척(150)의 전기적 성질이 변하게 되고 챔버측의 임피던스가 초기 설정값과 달라져 RF 파워가 반사되는 에러가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명에서는 전원 공급장치(110)로부터의 전류가 차폐기(130)를 통해 열선(151)으로 공급되므로, 챔버측의 임피던스 변화를 감소시켜 고정 매칭박스를 사용하는 경우에도 임피던스 정합이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 자동조절 매칭박스를 사용하는 경우에는 챔버측 임피던스 변화가 자동 조절 범위(Range)를 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 에싱장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 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 발명을 적용하면, 히터 척의 가열에 따른 챔버측의 임피던스 변화를 감소시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 설치되며, 웨이퍼를 가열하기 위한 열선을 포함하고 알에프(RF) 파워가 인가되는 척; 및
    상기 척의 가열시 상기 열선에 전류를 전달하며, 상기 챔버 내부의 임피던스 변화를 감소시키도록 전원측과 부하측을 전기적으로 분리하는 절연변압기(isolation transformer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 제조 장비는 포토레지스트 막을 제거하기 위한 에싱 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연변압기는 격리판을 포함하여 전원측과 부하측을 전기적으로 분리하는 방해파 차단 변압기(Noise Cut Transformer)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 격리판은 접지되지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  5. 챔버;
    상기 챔버 내에 설치되며, 웨이퍼를 가열하기 위한 열선을 포함하는 척;
    상기 척이 가열될 때 상기 열선에 전류를 전달하며, 상기 챔버 내부의 임피던스가 변하지 않도록 전원측과 부하측을 전기적으로 분리하는 절연변압기; 및
    상기 척이 음의 극성을 띄도록 상기 척에 알에프(RF) 파워를 인가하는 알에프(RF) 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 반도체 제조 장비는 포토레지스트 막을 제거하기 위한 에싱 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 절연변압기는 격리판을 포함하여 전원측과 부하측을 전기적으로 분리하는 방해파 차단 변압기(Noise Cut Transformer)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 격리판은 접지되지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비.
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