KR101001313B1 - 웨이퍼 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

포커스 링의 온도를 항상 특정대역으로 조절하여 웨이퍼의 에지 공정 특성을 향상시키고 처리공정 재현성 및 웨이퍼의 제품성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 플라즈마 처리장치가 제공된다. 그 웨이퍼 플라즈마 처리장치는 웨이퍼가 배치되어 처리되는 본체; 그 본체에 처리가스를 공급하기 위한 가스 제어기; 웨이퍼를 지지하기 위한 정전척; 웨이퍼에 플라즈마를 균일하게 분포시키도록 상기 웨이퍼의 주변을 포위하는 방식으로 설치되는 포커스 링; 및 그 포커스 링의 온도를 설정된 정상범위 내로 유지시키기 위한 냉기 조절기를 포함한다

플라즈마, 웨이퍼, 온도조절, 가스 제어기

Description

웨이퍼 플라즈마 처리장치{An Apparatus for Handling Wafer with Plasma}

본 발명은 웨이퍼 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포커스 링의 온도를 항상 특정대역으로 조절하여 웨이퍼의 에지 공정 특성을 향상시키고 처리공정 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 웨이퍼의 제품성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에서 웨이퍼에 박막을 형성하거나 식간을 형성하고자 하는 경우 플라즈마 식각장치가 널리 사용되고 있다. 이 같은 플라즈마 식각장치에서는 하부 전극을 처리하고자 하는 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 상부전극으로부터 반응가스를 유입시키고, 양 전극에 고주파 전압을 인가하여 양 전극간에 고주파 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 식각 가공하고 있다. 이와 같은 웨이퍼 식각 장치에는 웨이퍼에 공급되는 처리가스를 안정화시키기 위한 포커스 링이 설치되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 플라즈마로 처리하는 식각장치는 본체(1)와, 그 본체(1)의 상부에 배치되며 웨이퍼(W)를 에워싸는 방식으로 설치도어 플라즈마를 웨이퍼(W)에 균일하게 분포시키기 위한 포커스 링(2)과, 웨이퍼(W)의 온도를 조절하기 위한 가스 공급유닛(3)과, 그 가스 공급유닛(3)으로부터 공급되는 가스를 안내하기 위한 가스 유동로(4)를 포함하고 있다.

이와 같은 구성에 따라, 플라즈마 식각 가공시 웨이퍼(W)의 가장자리가 포커스 링(2)에 의해 안정적으로 지지되어 플라즈마를 균일하게 분포시키고 또한 안정화시켜 웨이퍼를 식각 처리할 수 있는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 웨이퍼 처리장치용 포커스링은 다소의 문제점이 초래되는 것으로 나타났다. 즉, 포커스 링의 온도를 조절하지 않아 그 포거스 링이 온도가 상승되는 경우 웨이퍼의 에지로 열이 전달되어 에지의 특성 또는 공정 특성이 저하됨음 물론 프로세스의 재현성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 일부의 경우 포커스 링을 정전척과 접촉시켜 그 정전척으로 공급되는 가스를 이용하여 포커스 링의 온도를 조절하는 방식이 있으나, 그 온도를 측정하거나 모니터링 할 수 없으며, 또한 대략적인 범위의 온도로 유지시킬 수 있을 뿐이므로 정확한 원하는 온도로 제어할 수 없으며, 이와 같은 문제는 결국 웨이퍼의 품질불량으로 이어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 포커스 링의 온도를 항상 특정대역으로 조절하여 웨이퍼의 에지 공정 특성을 향상시키고 처리공정 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 웨이퍼의 제품성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 웨이퍼 플라즈마 처리장치는 웨이퍼가 배치되어 처리되는 본체; 그 본체에 처리가스를 공급하기 위한 가스 제어기; 웨이퍼를 지지하기 위한 정전척; 웨이퍼에 플라즈마를 균일하게 분포시키도록 웨이퍼의 주변을 포위하는 방식으로 설치되는 포카스 링; 및 그 포커스 링의 온도를 설정된 정상범위 내로 유지시키기 위한 냉기 조절기를 포함한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 플라즈마 처리장치에 의하면, 포커스 링의 온도를 실시간으로 검출하여 그 포커스 링의 온도를 설정된 최적의 범위로 유지할 수 있으므로 웨이퍼의 에지 공정 특성을 향상시킬 수 있고 처리공정 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 웨이퍼의 제품불량을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 수단 또는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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. 또한, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리장의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 구성도로서 포커스 링을 블록으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 처리장치에 포커스 링이 설치된 상태를 상세히 보여주는 도 2의 부분 "A"의 확대 단면도이며, 도 4는 도 3의 부분 "B"의 확대 저면도로서, 포커스 링의 저면을 상세히 보여주는 단면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포커스 링이 적용되는 웨이퍼 처리장치는 기본적으로 웨이퍼(W)를 지지 및 유지하기 위한 본체(10)를 구비하고 있다. 그 본체(10)에는 칠러(12)가 연결되어 있어 냉기를 공급하고 또한 사용된 냉기를 수거하는 역할을 한다. 그리고, 웨이퍼(W)에 처리가스 즉 헬륨가스를 공급하기 위해 가스 제어기(14)가 구비되며, 그 가스 제어기(14)에는 본체(12)에 형성된 헬륨 유동로 즉, 웨이퍼(W)의 중앙을 향하는 중앙 공급로(14a)와 웨이퍼(W)의 에지를 향하는 에지 공급로(14b)가 연결되어 있어 이를 통해 헬륨가스를 공급한다. 물론, 각각의 공급로(14a;14b)에는 공급공(14c;14d)과 연통되어 웨이퍼(W)에 대한 실제적인 헬륨의 공급이 실행되는 것이다.

한편, 본체(10)의 상부에는 실제적으로 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 정전척(20)이 구비되어 있으며, 이 정전척(20)에는 전술된 각각의 공급공(14c;14d)과 연통하는 연통공(22)이 천공되어 있으며, 그 정전척(20)의 하부에는 정전 전극(14)이 구비되어 있다.

본체(10)의 상부 주변 및 정전척(20)의 주변에는 웨이퍼(W)를 에워싸는 방식으로 배치되고 플라즈마를 웨이퍼(W)에 균일하게 분포시키기 위한 포커스 링(30)이 설치된다.

그 포커스 링(30)은 실제적인 설치에 있어 도 3에 상세히 도시된 바와 같이, 본체(10)의 상부 주변에 설치된 상태에서 그 본체의 상부 주변에 삽입 설치되는 지지링(40)에 의해 포커스 링(30)의 외측 하부가 지지되며, 또한 그 지지링(40)의 하부에는 절연체(50)가 배치되어 그 지지링(40)을 지지함은 물론 절연상태를 유지하며, 최종적으로 그 포커스 링(30), 지지링(40) 및 절연체(50)는 에지 링(60)에 의해 상호 일체적으로 결합상태를 이루게 되는 것이다.

특히, 본 발명에 따른 포커스 링(30)의 저면에는 그 포커스 링(30)의 온도를 조절하기 위해, 후술되는 별도의 냉각가스 조절기로부터 공급되는 헬륨이 유동할 수 있도록 유동패턴(32)이 배면 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 그 유동패턴(32)은 다양한 모양 또는 형태로 형성될 수 있으며, 상호 불연속적으로 형성되거나 또는 연속적으로 형성될 수 있다.

한편, 포커스 링(30)의 배면에 형성된 유동패턴(32)에 헬륨을 공급할 수 있도록 본체(10)에는 헬륨과 같은 냉기 공급라인(34)이 형성되며, 그 냉기 공급라인(34)은 물론 헬륨과 같은 냉기를 공급하기 위한 단일의 냉기 조절기(36)에 연결되는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에 따른 포커스 링(30)에는 그 포커스 링(30)의 온도를 측정할 수 있도록 온도검출기(38)가 연결된다. 그 온도 검출기(38)는 포커스 링(30)의 온도를 실시간으로 감지하여 측정할 수 있는 온도감지센서로 이루어질 수 있다.

선택적으로, 그 포커스 링(30)의 내측 하부주변에는 웨이퍼(W)의 방향으로 냉기의 누출을 방지하기 위해 포커스 링(30)과 본체(10)와의 액밀 또는 기밀을 위해 시일(39)이 구비될 수 있다. 그 시일(39)은 후술되는 바와 같이 냉기 조절기(36)로부터 포커스 링(30)으로 공급되는 냉기가 본체(10)로 누출되는 것을 방지하기 위함이며, 그 시일(38)은 열전달 계수가 높고, 전기 도전성이 높은 탄소재질(graphite)의 실링 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.,

이하, 전술된 바와 같이 구성되는 웨이퍼 플라즈마 처리장치용 포커스 장치의 작용모드 및 그 작용효과에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 웨이퍼 플라즈마 처리장치내로 이송된 웨이퍼(W)는 정전척(20)에 의해 지지된 상태에서 플라즈마 가스와 같은 처리가스가 그 웨이퍼로 공급되어 식각공정과 같은 공정이 행해진다. 이때, 칠러(12)로부터 냉기가스가 공급되어 본체를 냉각 시킬 수 있으며, 가스 제어기(14)에 의해 헬륨가스가 중앙 공급로(14a)를 통해 공급되어 웨이퍼(W)의 중앙부로 공급되고 에지 공급로(14b)를 통해 웨이퍼(W)의 에지로 공급되어 웨이퍼(W)가 처리되는 것이다.

한편, 본체(10)의 상부 주변 및 정전척(20)의 주변에서 웨이퍼(W)를 에워싸는 방식으로 배치된 포커스 링(30)은 플라즈마를 웨이퍼(W)에 균일하게 분포시키는 역할을 한다.

특히, 본 발명에 따른 포커스 링(30)은 전술된 바와 같은 웨이퍼(W) 처리중 자연적으로 발생되는 열에 의해 온도가 올라 가거나 과열되는 경우 냉기가 공급되어 항상 최적의 적정온도로 유지될 수 있는 것이다.

즉, 웨이퍼(W)의 처리 중 온도검출기(38)에서 검출되는 포커스 링(30)의 온도가 설정치 이상으로 상승되는 것으로 감지되면, 냉기 조절기(36)로 하여금 냉기 공급라인(34)을 통해 포커스 링(30)으로 공급되어 그 포커스 링(30)이 냉각되는 것이다. 이때, 그 포커스 링(30)에 전달된 냉기는 그 포커스 링(30)의 배면에 형성된 유동패턴(32)을 따라 유동하거나 분산되어 그 포커스 링(30)전체가 냉각되는 방식으로 온도가 조절될 수 있는 것이다.

한편, 이와 같은 포커스 링(30)의 냉각 공정 중 포커스 링(30)으로 공급되는 냉기는 그 포커스 링(30)과 본체(10) 사이에 구비된 시일(39)에 의해 주변으로 누출되는 것이 방지됨으로써, 주변을 오염시키거나 냉각효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

물론, 전술된 바와 같은 냉각공정을 통해 포커스 링(30)이 설정된 범위내의 온도로 하강되거나 유지되어 그 온도가 온도 검출기(38)에 의해 검출되면 냉기 조절기(36)의 작동이 중지되어 냉기의 공급을 중단할 수 있는 것이다.

따라서, 포커스 링의 온도를 실시간으로 검출하여 그 포커스 링의 온도를 설정된 최적의 범위로 유지할 수 있으므로 웨이퍼의 에지 공정 특성을 향상시킬 수 있고 처리공정 재현성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 웨이퍼의 제품불량을 방지할 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 처리장의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리장의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 구성도로서 포커스 링을 블록으로 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 처리장치에 포커스 링이 설치된 상태를 상세히 보여주는 도 2의 부분 "A"의 확대 단면도이다.

도 4는 도 3의 부분 "A"의 확대 저면도로서, 포커스 링의 저면을 상세히 보여주는 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 본체 20 : 정전척

30 : 포커스 링 40 : 지지링

50: 절연체 60 : 에지링

Claims (5)

1. 웨이퍼가 배치되어 처리되는 본체;

   상기 본체에 처리가스를 공급하기 위한 가스 제어기;

   상기 웨이퍼를 지지하기 위한 정전척;

   상기 웨이퍼에 플라즈마를 균일하게 분포시키도록 상기 웨이퍼의 주변을 포위하는 방식으로 설치되는 포커스 링;

   상기 포커스 링의 온도를 설정된 정상범위 내로 유지시키기 위한 냉기 조절기; 및

   상기 포커스 링과, 상기 포커스 링을 상기 본체에 지지하기 위해 상기 본체의 상부에 외삽되는 지지링과, 상기 지지링의 하부를 지지하며 본체의 절연을 유지하기 위한 절연체를 일체적으로 결합 유지시키기 위한 에지 링을 더 포함하되,

   상기 에지 링은, 상기 포커스 링의 둘레를 따라 형성된 단차, 상기 지지링의 둘레를 따라 형성된 단차, 및 상기 절연체의 둘레를 따라 형성된 단차와 체결될 수 있는 형태의 내측면을 갖는 웨이퍼 플라즈마 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 포커스 링의 배면 전체에는 상기 냉기 조절기로부터 공급되는 냉기를 유동시키기 위한 유동패턴이 형성되고;

   상기 본체에는 상기 유동패턴에 냉기를 공급할 수 있도록 상기 냉기조절기에 연통하는 냉기 공급라인이 형성되는 웨이퍼 플라즈마 처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   포커스 링의 온도를 측정하기 위한 온도검출기를 더 포함하는 웨이퍼 플라즈마 처리장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 포커스 링의 내측 하부주변에는 상기 본체와의 액밀 또는 기밀을 위해 시일이 실링되는 웨이퍼 플라즈마 처리장치.

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