KR100868797B1

KR100868797B1 - 건식 식각 장치

Info

Publication number: KR100868797B1
Application number: KR1020060126989A
Authority: KR
Inventors: 이기영
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-11-17
Also published as: KR20080054578A

Abstract

척의 외주부의 온도를 일정하게 유지하는 식각 장치를 제공한다. 식각 장치는 웨이퍼가 장착되는 척, 웨이퍼의 식각 공정이 수행되는 공간을 제공하고 척을 내부에 포함하는 공정 챔버 및 척의 외주부의 온도를 일정하게 유지하는 히팅 부재를 포함한다.

척(chuck), 히팅 코일(heating coil), 히팅 카트리지(heating cartridge)

Description

건식 식각 장치{Apparatus for dry etching}

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 개략적인 구조를 보여주는 단면도이다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 히팅 코일 부분의 개략적 구조를 보여주는 사시도이다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치의 개략적 구조를 보여주는 단면도이다.

도 2b 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치의 히팅 코일 부분의 개략적 구조를 보여주는 평면도이다.

도 3 및 도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치들의 개략적 구조를 보여주는 단면도들이다.

도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치 중 척의 배면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

100: 식각 장치 110: 공정 챔버

120: 척 130: 히팅 코일

135: 히팅 코일 전원부 140: 상부 전극

150: 제 1고주파 전원부 160: 하부 전극

170: 제 2고주파 전원부

본 발명은 반도체 소자 제조용 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼(wafer)가 장착되는 척(chuck)을 포함하는 식각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 식각 공정은 웨이퍼의 상면에 도포된 박막 위에 포토 공정에서 패턴을 형성한 대로 필요한 부분만 남기고 필요 없는 부분의 박막을 화학적 또는 물리적 방법으로 제거하는 공정을 말한다.

이와 같이 반도체 웨이퍼에 증착된 박막을 제거하기 위한 대표적인 방법으로 습식 식각과 건식 식각 방법이 있다. 습식 식각 방법은 주로 희석된 불산(HF)과 초순수(DI water)를 적당한 비율로 혼합하여 웨이퍼의 상면에 증착된 산화막을 제거하는 방법이고, 건식 식각 방법은, 플라즈마(plasma)를 이용하여 웨이퍼 상에 물질막 패턴을 형성하는데 사용된다. 건식 식각 장치는 식각 공정이 수행될 웨이퍼를 지지하기 위한 부품으로 척을 구비할 수 있다.

특히 식각 장치를 통한 공정을 거치는 동안 저온 공정을 거칠 수 있다. 플라즈마 처리 장치에서 기판이 안착되는 척은 기판의 온도를 낮추어 주기 위하여 약 -10℃ 내지 5℃ 정도의 낮은 온도를 유지한다. 이 때, 척의 온도를 낮추기 위하여 척의 내부에 쿨런트(coolant)를 흐르게 하기도 한다. 이 경우 일반적으로 산화막 식각 공정시 웨이퍼가 놓이는 척의 외주부의 온도가 낮아져서 척 하부에 이슬이 맺히고 심하면 성에가 형성되기도 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 웨이퍼(wafer)가 장착되는 척(chuck)의 온도를 일정하게 유지하는 식각 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치는 웨이퍼가 장착되는 척, 웨이퍼의 식각 공정이 수행되는 공간을 제공하고 척을 내부에 포함하는 공정 챔버 및 척의 외주부의 온도를 일정하게 유지하는 히팅 부재를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.

먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치(100)를 설명한다. 도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 개략적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 히팅 코일 부분의 개략적 구조를 보여주는 사시도이다.

식각 장치(100)는, 웨이퍼의 식각 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버(110)와 공정 챔버(110) 상단에 구비되는 상부 전극(140), 공정 챔버(110) 하단에 구비되는 하부 전극(160), 웨이퍼가 장착되는 척(120) 및 척(120)의 외주부에 인접하여 웨이퍼가 식각되는 동안 적정한 온도를 유지하는 히팅 코일(heating coil, 130)을 포함한다.

공정 챔버(110)는 가스 주입구(114)를 통하여 주입되는 가스를 공급받고 플라즈마 상태로 여기시키는 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 공정 챔버(110)는 웨이퍼의 크기보다 넓은 단면적을 지닌 원통이나 다각형 단면을 지닌 용기로 이루어진다. 공정 챔버(110)는 공정 챔버 내에서의 수행하는 공정이 있은 후에 잔유물이나 가스를 외부로 유출시키는 배출구(115)를 포함 할 수 있다. 공정 챔버(110)는 고주파 파워가 투과될 수 있도록 유전체 원도우(Dielectric Window)로 이루어 진다.

상부 전극(140)은 공정 챔버(110) 상부에 위치하여 웨이퍼 척(120)에 대향되게 설치되고, 상부 전극(140)에는 가스 주입구(114)로부터 공급된 가스를 공정 챔버 내부로 분사시키기 위한 분사홀(145)들을 갖는다. 상부 전극(140)에는 제 1고주파 전원부(150)와 연결되어 상부 전극(140)과 하부 전극(160) 사이에 전기장이 형성하여 주입된 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.

하부 전극(160)은 상기 상부 전극(140)과 공정 챔버(110) 내부에 서로 대향되게 배치되고, 하부 전극(160)은 공정시에 웨이퍼(W)를 장착하는 역할을 할 수 있다. 따라서 바람직하게는 유전 분극현상으로 발생되는 정전기력을 제어하여 웨이퍼를 유전체 표면에 흡착 또는 이탈시키는 기능을 수행할 수 있다. 다만, 이와 동등하게 기능을 수행하는 기계적 클램프(Mechanical Clamp), 진공 척(Vacuum Chuck) 등에 의해 웨이퍼를 장착 할 수도 있다.

하부 챔버와 상부 챔버의 경계 부분에 웨이퍼의 장착을 위한 척(wafer chuck: 120)이 형성될 수 있다. 히팅 코일(130)은 척(120)의 외주부에 인접하여 상기 웨이퍼가 식각동안 적정한 온도를 유지하는 역할을 하는 히팅 부재로 사용된다 척(120)은 정전척(ESC: electrostatic chuck)을 사용하는 것이 일반적이다. 척(120)은 주로 세라믹(ceramic)을 주재료로 하여 이루어질 수 있다. 척(120)은 반도체 웨이퍼 제조를 위한 식각 공정에서 웨이퍼 표면에 플라즈마를 이용해 식각하는 실리콘 캐소드 정전기를 이용해 웨이퍼를 고정시켜주는 기능 부품으로, 기존의 기계적 클램프를 사용할 때 클램프 부위에서 발생하게 되는 미세입자를 방지할 수 있는 장점이 있다.

하부 전극 또는 척(120)의 내부에는 쿨런트(coolant)가 흘러서 척(120)의 온도를 적정 온도로 유지시켜 줄 수 있다. 이 때, 적정 온도는 식각하려는 물질에 따라 달라질 수 있으며 예를 들어, 약 -10℃ 내지 5℃일 수 있다.

히팅 부재는 척(120)의 온도를 적정하게 유지해주는 역할을 하며, 도 1a에 예시된 히팅 부재는 히팅 코일(heating coil, 130)이나 이에 제한되지 않는다. 도 1b를 참조하여 척(120)의 온도를 적정하게 유지하기 위한 히팅 코일(130)의 형상을 설명한다. 히팅 코일(130)은 척의 온도를 적정하게 유지하기 위한 히팅 부재의 일종이다. 히팅 코일(130)은 실질적으로 동일한 크기를 가지고 상호 연결되는 서브 히팅 코일(132, 134)를 포함할 수 있다. 히팅 코일(130)은 척(120)의 외주부에 인접할 수 있도록 척(120)이 존재하는 부분에 대응하는 공정 챔버(110)의 측벽을 따라 감싸는 형상일 수 있다. 서브 히팅 코일(132, 134)의 형상과 개수는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변경될 수 있음은 물론이다.

서브 히팅 코일(132, 134)는 히팅 코일 전원부(135)에서 생성된 전원을 공급하는 히팅 코일의 입력단(131) 및 전원이 출력되는 출력단(136)과 연결된다.

이러한 전원 장치가 연결된 히팅 부재, 보다 구체적으로는 히팅 코일(130)은 척(120)의 외주부가 적정한 온도를 유지할 수 있도록 한다. 척(120)의 외주부는 식각 공정에서 예를 들어, 5℃ 내지 -10℃ 정도의 온도가 될 수 있는데, 그 결과 성에 또는 이슬이 생길 수 있다. 히팅 부재가 유지할 수 있는 적정한 온도란 척(120)의 외주부에 성에 또는 이슬이 생기지 않도록 할 수 있는 온도로서 예를 들어 20℃ 내지 50℃일 수 있다.

고주파 전원부는 상부 전극(140)에 인가되는 제 1고주파 전원부(150)와, 하부 전극(160)에 인가되는 제 2고주파 전원부(170)로 이루어 진다. 고주파 전원부는 상부 전극(140)에 인가되는 공정 챔버(110)내에 공급된 가스에 다수개의 고주파의 전력을 공급하여 가스 상태를 플라즈마 상태로 여기(excited) 시킬 수 있다. 인가되는 고주파 전원부의 주파수는 본 발명의 플라즈마 처리 장치가 사용되는 공정의 목적에 부합되게 정해지며, 따라서 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변경될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 건식 식각 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

가스 주입구(114)를 통하여 공정에 필요한 가스를 주입하고 각 고주파 전원을 인가시킨다. 먼저 제 1고주파(150)와 제 2고주파(170)에 의한 작용을 설명하기로 한다. 제 1고주파(150)는 상부 전극(140)에 인가되고, 제 2고주파(170)는 하부 전극(160)에 인가되어 상하부 전극에서는 전기장이 형성되고, 형성된 전기장에 의해 공정 챔버(110) 내에서는 전자와 이온이 분리되는 플라즈마 상태가 형성된다.

하부 전극(160) 상의 척(120)에는 웨이퍼를 효과적으로 장착하고, 제 2고주파 전원부(170)에서 고주파 전원을 하부 전극(160)으로 인가하여 공정 챔버(110) 내부의 이온을 웨이퍼가 위치하는 방향으로 가속시키게 된다. 하부 전극(160)은 제 2고주파 전원부(170)에 의해 바이어스(bias)되므로, 공정 챔버(110)내의 플라즈마 입자들은 기판이 위치하는 하부 전극(140) 방향으로 당겨진다. 따라서 공정 챔버(110)내의 플라즈마 입자들이 충분히 높은 에너지를 가지고 기판의 표면에 충돌 할 수 있도록 함으로써 플라즈마를 이용하는 공정의 효율을 높일 수 있다.

웨이퍼가 위치하는 척(120)은 공정 챔버(110) 내부의 온도와는 별개로 저온 공정일 수 있다. 예를 들어 공정에서 5℃ 내지 -10℃ 정도의 온도가 될 수 있는데, 이 때 척(120)의 외주부에는 성에 또는 이슬이 생길 수 있다. 히팅 부재(130)는 척(120)의 외주부를 적정한 온도로 유지함으로써 척(120)의 외주부에 생길 수 있는 성에 또는 이슬 등의 습기를 방지할 수 있다. 히팅 부재가 유지할 수 있는 적정한 온도란 척(120)의 외주부에 성에 또는 이슬이 생기지 않도록 할 수 있는 온도로서 예를 들어 20℃ 내지 50℃일 수 있다.

이하 도 2a 내지 2b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치의 개략적 구조를 보여주는 단면도이다. 도 2b 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치의 히팅 코일 부분의 개략적 구조를 보여주는 평면도이다. 설명의 편의상, 상기 일 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다. 본 실시예의 히팅 코일(230)을 가지는 식각 장치(200)는, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 일 실시예의 식각 장치(100)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.

본 실시예의 식각 장치(200)에서의 척(220)은 하부 전극을 포함한다는 점에서 본 발명의 일 실시예에 의한 식각 장치(100)과 다르다. 즉 웨이퍼를 장착하는 척(220)이 웨이퍼를 장착하는 상면과 하부 전극 기능을 하는 하부를 포함하는 구조일 수 있다.

또한 히팅 코일(230)이 공정 챔버(110)의 측벽을 따라 감싸는 형상이 아니라, 공정 챔버(110)의 밑면에 형성된다는 점에서 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치(100)와 다르다. 도 2a 및 도 2b에서는 공정 챔버(110)의 바닥면에 형성될 수 있는 히팅 코일(230)의 형상을 예시하고 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 히팅 코일은 도 2b에서처럼 S자의 굴곡으로 형성될 수도 있고, 도 2c에서처럼 동심원을 그리면서 형성될 수 있다. 척(230)과 공정 챔버(110)의 형상 등을 고려하여 적절한 변형이 가능하다.

공정 챔버(110)의 측벽이 아니라 바닥면에 히팅 코일(230)이 형성되므로, 척(230)의 외주부에서 척(230)의 온도가 떨어져서 성에 및 이슬이 맺히는 것을 더욱더 효과적으로 방지할 수 있다.

이하 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치들의 개략적 구조를 보여주는 단면도이다. 설명의 편의상, 상기 일 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다. 본 실시예의 히팅 코일(330)을 가지는 식각 장치(300)는, 본 발명의 다른 실시예의 식각 장치(200)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식각 장치(300)은 히팅 부재, 좀 더 구체적으로는 히팅 코일(330)이 공정 챔버(110)가 아닌 척(320)에 형성된다는 점에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각 장치(200)과 다르다.

도 3에는 히팅 코일(330)이 척(320)의 밑면에 형성되어 있는 것이 예시되어 있지만 이에 제한되지 않고, 척(320)의 측면에 형성될 수 있다. 히팅 코일(330)이 척의 밑면에 형성됨으로써, 척의 외주부의 온도를 성에나 이슬 등이 형성되지 않는 적정한 온도로 유지하는 것이 보다 용이해진다.

이하 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치들의 개략적 구조를 보여주는 단면도이고, 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치 중 척의 배면도이다. 설명의 편의상, 상기 일 실시예의 도면에 나타낸 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략한다. 본 실시예의 히팅 코일(430)을 가지는 식각 장치(400)는, 본 발명의 다른 실시예의 식각 장치(200)와 다음을 제외하고는 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식각 장치(400)은 히팅 부재로 히팅 카트리지(heating cartridge, 430)를 사용한다는 점에서 상기 설명한 실시예들과 다르다. 도 4a에서는 척(420)의 하부에 히팅 카트리지(430)이 삽입되는 형태를 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 도면에는 개략적으로 표시되어 있지만 히팅 카트리지의 형태와 삽입되는 부분의 형상 등은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 적절한 형태로 변형될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이 며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 식각 장치에 의하면, 히팅 부재를 사용하여 척의 외주부에 성에나 이슬 같은 습기를 형성하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 최종적으로 장비의 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있다.

Claims

웨이퍼가 장착되는 척;

상기 웨이퍼의 식각 공정이 수행되는 공간을 제공하고 상기 척을 내부에 포함하는 공정 챔버; 및

상기 척의 외주부의 온도를 상기 척의 내주부의 온도보다 높게 유지하도록 상기 척의 주위에 형성되어, 상기 척의 외주부에 습기가 생기는 것을 방지하는 히팅 부재를 포함하는 식각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 히팅 부재는 상기 척의 밑면 또는 측면에 형성된 식각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 히팅 부재는 상기 공정 챔버의 밑면 또는 측면에 형성된 식각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 히팅 부재는 히팅 코일(heating coil) 또는 히팅 카트리지(heating cartridge)인 식각 장치.
제1 항에 있어서,

상기 웨이퍼의 식각 공정시 상기 히팅 부재에 의해 유지되는 상기 척의 외주 부의 온도는 20℃ 내지 50℃인 식각 장치.