KR101359402B1 - 기판 가장자리 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 일정한 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하는 기판안치대; 상기 기판안치대의 상부에 위치하며, 상기 기판안치대에 안치되는 기판의 노치존 또는 플랫존에 대응하는 절개부를 가지고 상기 기판보다 작거나 같은 직경을 가지는 기판가림부재; 기판의 주변부에 가스를 분사하는 가스분사수단; 상기 챔버의 내부로 RF전력을 공급하는 전력공급수단을 포함하는 기판 가장자리 식각장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 기판 가장자리 식각장치의 기판가림부재에 기판의 노치존 또는 플랫존과 동일한 형상의 절개부를 형성함으로써 기판의 가장자리가 기판가림부재에 의해 차폐되는 것을 방지하여 기판의 가장자리에 박막을 완전하게 제거할 수 있다. 따라서 잔존하는 박막의 박리에 의해서 기판의 다른 부분을 오염시키거나 정렬불량을 유발하는 문제를 방지하는 효과가 있다.
기판가림부재, 절개부, 노치존, 플랫존

Description

기판 가장자리 식각 장치{Etching Apparatus for edges of substrate}
본 발명은 반도체소자의 제조를 위한 기판처리장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 기판 가장자리의 식각폭이 균일하도록 개선한 기판 가장자리 식각장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 기판의 표면에 다수의 박막을 증착하고 상기 박막을 식각하여 소정의 박막 패턴을 형성함으로써 제조된다.
그런데 박막증착공정에서는 통상적으로 기판의 전면에 걸쳐 박막이 증착되지만, 식각 마스크를 이용하는 식각공정에서는 기판 중심부의 박막을 식각 타겟으로 하기 때문에 기판의 가장자리에는 제거되지 않은 박막이 잔류할 뿐만 아니라 식각과정에서 발생하는 부산물이나 파티클이 퇴적되기도 한다.
이러한 박막 또는 파티클을 제거하지 않고 공정을 진행하면, 공정 도중에 이들이 박리되어 기판의 다른 부분을 오염시키거나 기판의 휘어짐과 이로 인한 정렬불량을 유발하는 등 많은 문제점을 야기한다.
따라서 최근에는 기판처리공정에 기판 가장자리 식각장치를 이용하여 기판의 가장자리만을 식각하는 별도의 공정을 포함시켜 진행하고 있다.
기판 가장자리만을 식각하는 방법은 식각액을 이용하는 습식식각법과 플라즈마를 이용하는 건식식각법으로 구분되며, 건식식각법을 적용한 식각장치는 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가진다.
즉, 종래의 기판 가장자리 식각장치(100)는 반응공간을 형성하는 챔버(10), 상기 챔버(10)의 내부에 설치되는 기판안치대(20), 기판안치대(20)의 상부에 설치되며 다수의 분사홀(32)을 가지는 가스분배판(30)을 포함한다.
챔버(10)의 하부에는 배기관(12)이 연결되며, 기판안치대(20)는 상하구동부(70)에 의하여 승강운동을 할 수 있다.
이때 기판(s)의 가장자리를 플라즈마에 노출시키기 위하여 기판안치대(20)의 직경은 기판(s)보다 작은 것이 바람직하다.
상기 분사홀(32)은 가스분배판(30)의 주변부를 따라 형성되며, 식각가스공급관(40)과 연통되어 기판(s)의 가장자리 부근에만 식각가스를 분사한다. 상기 식각가스공급관(40)은 식각가스공급부(50)에 연결된다.
이밖에 가스분배판(30)의 중앙부에 비활성가스공급관(미도시)을 연결하여 기판의 가장자리를 식각할 때 비활성가스를 분사함으로써 기판 중앙부의 식각을 방지할 수도 있다.
한편, 가스분배판(30)의 하부에는 기판(s)의 중앙부를 가리고 가장자리만을 플라즈마에 노출시키기 위한 기판가림부재(31)가 돌출 형성된다. 기판가림부재(31)는 가스분배판(30)과 일체로 형성될 수도 있고, 별도 제작되어 부착될 수도 있다. 상기 기판가림부재(31)는 기판안치대(20)와 대칭적인 형상을 가지되 기판(s)보다 작거나 같은 직경을 가진다.
기판안치대(20)에는 RF전원(60)이 연결되며, 기판안치대(20)와 RF전원(60)의 사이에는 임피던스 매칭을 위한 정합회로(62)가 설치된다.
이러한 기판 가장자리 식각장치(100)은 다음과 같은 방식으로 동작한다.
먼저 미도시된 기판출입구를 통해 반입된 기판(s)을 기판안치대(20)에 안치하고, 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한 후에 상하구동부(70)를 구동하여 기판안치대(20)를 도 2에 도시된 바와 같이 공정위치까지 상승시킨다.
이때 기판(s)과 기판가림부재(31) 사이의 간격이 약 0.2 내지 0.5mm 정도가 되는 위치까지 기판안치대(20)를 상승시키는데, 이와 같이 근접시키는 이유는 기판(s)의 가장자리에서 발생한 플라즈마의 활성종이나 이온이 기판(s)의 중앙부로 확산되어 기판(s)의 중앙부에 이미 형성되어 있는 박막패턴에 악영향을 미치는 것을 방지하기 위한 것이다.
기판안치대(20)가 공정위치까지 상승한 이후에는 가스분배판(30)의 주변부에 형성된 분사홀(32)을 통해 식각가스를 분사함과 동시에 기판안치대(20)에 RF전원(60)을 인가하여 기판(s) 가장자리 부근에 플라즈마를 발생시킨다.
이후 플라즈마 내부의 이온이나 활성종이 기판(s)의 가장자리에 증착된 박막 을 식각하여 제거한다.
그런데 최근에는 정렬을 위하여 반도체소자의 기판(s)으로 사용되는 웨이퍼의 가장자리에 노치존을 형성하는 경우가 많은데, 이 경우 전술한 기판 가장자리 식각장치(100)를 이용하더라도 노치존의 내측면은 제대로 식각되지 않는 문제점이 발생한다.
기판(s)과 그 상부의 기판가림부재(31)만을 중첩시킨 도 3의 평면도에서 알 수 있듯이, 노치존(45) 내측의 상당부분이 기판가림부재(31)에 의해 가려지는 차폐영역(47)으로 남게 된다.
따라서 종래의 기판 가장자리 식각장치(100)를 이용하여서는 도 4에 도시된 바와 같이 차폐영역(47) 안쪽의 노치존(45) 내벽에 증착된 박막이나 파티클(P)은 식각후에도 그대로 잔존하게 된다.
도 5는 가장자리 식각공정을 거친 기판의 노치존(45) 부근을 촬영한 비젼사진으로서 이를 통해 노치존의 내측은 제대로 식각되지 않음을 확인할 수 있다.
이렇게 잔존하는 박막이나 파티클이 이후 박리되어 기판의 다른 부분을 오염시키거나 정렬불량을 유발하게 되는 것이다.
한편, 소형 기판(200mm 이하)을 중심으로는 노치존 대신에 플랫존(기판의 가장자리 일부를 편평하게 절개한 부분)을 정렬수단으로 사용하는 경우도 많은데, 이러한 플랫존도 가장자리 식각을 할 때에는 기판가림부재에 의해 내측면이 차폐되어 식각불량이 발생할 우려가 높다.
본 발명은 이와 같이 기판의 노치존 또는 플랫존으로 인해 야기되는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 노치존 또는 플랫존이 기판 가장자리 증착장치의 기판가림부재에 의해 차폐되는 것을 방지하여 기판의 가장자리에 증착된 박막 또는 파티클을 완전하게 제거할 수 있는 기판가장자리 식각장치를 제공하는데 목적이 있다.
위와 같은 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 일정한 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하는 기판안치대; 상기 기판안치대에 안치되며, 가장자리에 노치존 또는 플랫존 중 어느 하나가 형성되어 있는 기판; 상기 기판의 상부에 위치하며, 상기 기판의 노치존 또는 플랫존에 대응하는 절개부를 가지고, 상기 기판보다 작거나 같은 직경을 가지는 기판가림부재; 기판의 주변부에 가스를 분사하는 가스분사수단; 상기 챔버의 내부로 RF전력을 공급하는 전력공급수단; 을 포함하는 기판 가장자리 식각장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 기판 가장자리 식각장치의 기판가림부재에 기판의 노치존 또는 플랫존과 동일한 형상의 절개부를 형성함으로써 기판의 가장자리가 기판가림 부재에 의해 차폐되는 것을 방지하여 기판의 가장자리에 박막을 완전하게 제거할 수 있다.
따라서 잔존하는 박막의 박리에 의해서 기판의 다른 부분을 오염시키거나 정렬불량을 유발하는 문제를 방지하는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판 가장자리 식각장치에 사용되는 기판가림부재(200)를 나타낸 사시도로서 측벽 하단부에 기판(s)의 노치존과 대응하는 절개부(230)가 형성되는 점에 특징이 있다.
기판가림부재(200)를 제외한 나머지 구성은 도 1의 기판 가장자리 식각장치와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
기판가림부재(200)에 이와 같은 절개부(230)를 형성함으로써, 이를 통해 기판 가장자리 부근에 형성된 플라즈마가 기판(s)의 노치존 내부까지 유입되어 노치존 내측에 형성된 박막이나 파티클을 식각할 수 있게 된다.
이러한 기판가림부재(200)는 종래처럼 원기둥 형상으로 제작되어도 무방하지만, 본 발명의 실시예에서는 하단쪽에 측방으로 돌출된 돌출부를 형성하였다. 이것은 기판(s)의 측부에서 형성된 플라즈마가 기판의 중앙부로 침투하는 현상을 보다 적극적으로 방지하여 기판 중앙부에 형성된 소자패턴에 악영향을 미치지 않도록 하 기 위한 것이다.
이러한 돌출부는 여러 가지 방식으로 구현할 수 있는데, 예를 들어 원기둥 형상의 제1 몸체(210)의 하부에 제1 몸체(210)보다 직경이 크고 측부에 상기 절개부(230)를 가지는 제2 몸체(220)를 결합함으로써 구현할 수 있다.
이때 제2 몸체(220)에서 기판(s)의 표면과 거의 인접하게 되는 저면부는 매우 높은 정밀도로 평평하게 가공되어야 하지만, 상면부나 측면부의 형상은 특별히 제한될 필요는 없다.
도 7은 전술한 형태의 기판가림부재(200)가 기판안치대(20)의 상부에 위치한 모습을 나타낸 도면이다.
이때 기판가림부재(200)의 제1, 제2 몸체(210,220)는 공정 도중에 RF전원이 인가되는 기판안치대(20)와 매우 근접하게 되므로 아킹의 발생을 방지하기 위하여 Al2O3등의 유전물질로 제작하거나, 표면처리를 하는 것이 바람직하다.
기판안치대(20)의 직경은 기판(s)보다 작은 것이 바람직하며, 상부의 기판가림부재(200)의 제2 몸체(220)보다도 약간 작거나 같은 것이 바람직하다. 또한 기판(s)은 기판안치대(20)와 중심이 일치하고 노치존(45)의 위치가 기판가림부재(200)의 절개부(230)와 일치하도록 안치되어야 한다.
이러한 기판가림부재(200)를 이용하면, 도 8a에 도시된 바와 같이 기판가림 부재(200)의 절개부(230)에 의해 노치존(245)이 노출되기 때문에 노치존(245)의 내측까지 플라즈마가 유입되어 내측에 형성된 박막이나 파티클을 완전히 제거할 수 있게 된다. 즉, 기판(S)의 가장자리에는 제 1 너비(W1)와 제 1 깊이(D1)를 갖는 노치존(245)이 형성되어 있고, 기판가림부재(200)의 가장자리에는 상기 노치존(245)에 대응하며 제 2 너비(W2)와 제 2 깊이(D2)를 갖는 절개부(230)가 형성되어 있다. 즉, 기판(S)의 테두리는 상기 노치존(245)이 형성되어 있는 영역을 제외하면 원형이며, 노치존(245)은 움푹 들어간 반원의 형상을 갖고, 기판가림부재(200)는 기판(S)과 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 여기서, 상기 절개부(230)의 제 2 너비(W2)와 제 2 깊이(D2)는 상기 노치존(245)의 제 1 너비(W1)와 제 2 깊이(D2)보다 작게 도시되어 있다. 그러나, 절개부(230)와 노치존(245)의 너비와 깊이가 동일한 값을 가질 수도 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명 실시예에 따라 절개부(230)가 형성된 기판가림부재(200)를 구비한 기판 가장자리 식각장치를 이용하여 실제 기판(s)을 식각한 모습을 나타낸 것으로서, 여러 형태의 절개부(230)를 적용하여 기판(s)에 형성된 식각패턴을 비교한 것이다.
도 9a는 절개부(230)의 너비를 2 mm, 깊이를 1 mm로 한 경우로서, 기판(s)의 식각된 너비와 깊이는 각각 1.503mm와 1.52 mm 로 나타났다.
도 9b는 절개부(230)의 너비를 4mm, 깊이를 2mm로 한 경우로서, 기판(s)의 식각된 너비와 깊이는 각각 3.711mm와 2.591mm로 나타났다.
도 9c는 절개부(230)의 너비를 8mm, 깊이를 2mm로한 경우로서, 기판(s)의 식각된 너비와 깊이는 각각 7.46mm, 2.654mm로 나타났다.
여기서 기판(s)의 식각패턴과 절개부(31)의 너비와 깊이를 비교해보면, 도 9a에서는 각각 -0.479mm, 0.52mm의 편차를 보이고, 도 9b에서는 각각 -0.289mm, 0.59mm의 편차를 보이며, 도 9c에서는 각각 -0.54mm, 0.65mm의 편차를 보이고 있다.
상기 실험을 통해서 실제 기판에서는 절개부(31)의 너비에 비해 더 좁게 식각되고, 절개부(31)의 깊이에 비해 더 깊게 식각됨을 알 수 있으며, 적어도 절개부(31)의 너비와 깊이가 기판(s)의 실제 식각패턴과 매우 높은 상관관계를 가짐을 알 수 있다.
따라서 기판가림부재(200)의 절개부(230)의 너비와 깊이는 기판(s)의 노치존(45)의 너비와 깊이에 따라 얼마든지 최적화하여 설정할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 통해 얻은 결과를 반영한 기판과 기판가림부재의 형상을 도 8b를 참조하여 설명한다. 도 8b에 도시한 바와 같이, 기판(S)의 가장자리에는 제 3 너비(W3)와 제 3 깊이(D3)를 갖는 노치존(245)이 형성되어 있고, 기판가림부재(200)의 가장자리에는 상기 노치존(245)에 대응하며 제 4 너비(W4)와 제 4 깊이(D4)를 갖는 절개부(230)가 형성되어 있다. 그러나 도 8a와 달리, 기판가림부재(200)에 형성되어 있는 절개부(230)의 제 4 너비(W4)는 기판에 형성되어 있는 노치존(245)의 제 3 너비(W3)보다 크고, 절개부(230)의 제 4 깊이(D4)는 노치존(245)의 제 3 깊이(D3)보다 작게 형성된다. 도 9a 내지 도 9c를 통해 알 수 있는 바와 같이, 절개부를 갖는 기판가림부재를 이용하여 기판의 가장자리를 식각하는 경우에, 기판의 가장자리에서의 식각 영역은 절개부의 너비보다 작고, 절개부의 깊이보다는 깊게 형성된다. 따라서, 도 8b에 도시된 기판가림부재(200)의 절개부(230)가 노치존(245)의 너비보다 크고, 노치존(245)의 깊이보다 작은 깊이를 갖더라도, 기판(S) 노치존(245) 내측까지 식각 공정이 원활히 이루어지게 된다.
도 10은 플랫존(flat zone)을 갖는 기판과 기판가림부재를 도시한 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 기판가림부재(300)는 도 6에 도시된 기판가림부재와 유사하게 제 1 몸체(310)와 이에 연결된 제 2 몸체(320)로 이루어진다. 그리고, 기판(S)은 공정 중에서의 정렬을 돕기 위해, 앞서 설명한 노치존에 대응하는 플랫존(345)을 갖는다. 즉, 기판(S)은 플랫존(345)을 제외하고 그 테두리가 원형을 이루며, 플랫존(345)에 있어서 기판(S)의 테두리는 원의 호 형상을 갖는다.
그리고, 기판가림부재(300), 특히 제 2 몸체(320)은 기판(S)과 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 즉, 기판가림부재(300)의 제 2 몸체(320)는 플랫존(345)에 대응하여 평평한 측면부(330)를 갖는다. 따라서, 기판가림부재(300)가 기판(S) 상부에 배치되는 경우, 기판가림부재(300)의 평평한 측면부(330)는 기판(S)의 플랫존(345)에 대응되도록 위치한다. 상기한 기판가림부재(300)의 평평한 측면부(330)로 인해, 기판(S) 가장자리에 형성된 플랫존(345) 내부까지 원활한 식각공정이 이루어지게 된다.
도 1은 종래의 기판 가장자리 식각장치의 구성도
도 2는 도 1에서 기판안치대를 공정위치까지 상승시킨 모습을 나타낸 도면
도 3은 종래의 기판가장자리 식각장치에서 노치존이 형성된 웨이퍼와 기판가림부재가 중첩된 모습을 나타낸 평면도
도 4 및 도 5는 각각 기판 가장자리를 식각한 후에도 노치존의 내측벽에 파티클이 잔존하는 모습을 나타낸 도면 및 비젼사진
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판가림부재의 사시도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판가림부재가 기판안치대의 상부에 설치된 모습을 나타낸 도면
도 8a 및 도 8b 각각은 서로 다른 실시예에 따른 식각장치에서 노치존이 형성된 웨이퍼와 절개부가 형성된 기판가림부재가 중첩된 모습을 나타낸 평면도
도 9a 내지 도 9c는 절개부가 형성된 기판가림부재를 이용한 웨이퍼 가장자리 식각사진
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플랫존을 갖는 기판과 기판가림부재를 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 기판 가장자리 식각장치 200: 기판가림부재
210: 제1 몸체 220: 제2 몸체
230: 절개부

Claims (10)

  1. 일정한 반응공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 위치하는 기판안치대;
    상기 기판안치대에 안치되며, 가장자리에 노치존이 형성되어 있는 기판;
    상기 기판의 상부에 위치하며, 상기 기판의 노치존에 대응하는 절개부를 가지고, 상기 기판보다 작거나 같은 직경을 가지는 기판가림부재;
    기판의 주변부에 가스를 분사하는 가스분사수단;
    상기 챔버의 내부로 RF전력을 공급하는 전력공급수단;
    을 포함하는 기판 가장자리 식각장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판가림부재는,
    제1 몸체;
    상기 제1 몸체보다 큰 직경을 가지며, 상기 제1 몸체의 하부에 부착되어 상기 기판을 가리는 제2 몸체;
    를 포함하며, 상기 절개부는 상기 제2 몸체의 측부에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판가림부재는,
    몸체;
    상기 몸체의 측부에서 외측으로 돌출되는 돌출부;
    를 포함하며, 상기 절개부는 상기 돌출부의 측부에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사수단은 상기 챔버의 상면을 밀폐하며 하부에 상기 기판가림부재가 돌출 형성되는 가스분배판으로서, 상기 기판가림부재의 외측에 분사홀이 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판의 테두리는 상기 노치존을 제외한 영역에서 원형이며, 상기 노치존은 상기 기판의 테두리로부터 움푹 들어간 반원 형상인 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노치존은 제 1 너비와 제 1 깊이를 갖고, 상기 절개부는 상기 제 1 너비보다 큰 제 2 너비와 상기 제 1 깊이보다 작은 제 2 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 노치존은 제 1 너비와 제 1 깊이를 갖고, 상기 절개부는 상기 제 1 너비보다 작거나 같은 제 2 너비와 상기 제 2 깊이보다 작거나 같은 제 2 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판지지대의 직경은 상기 기판의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기판지지대의 직경은 상기 기판가림부재의 직경보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 기판 가장자리 식각장치
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