KR19990051353A - 반도체 건식 식각 장비용 웨이퍼 홀더 - Google Patents

반도체 건식 식각 장비용 웨이퍼 홀더 Download PDF

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Abstract

웨이퍼를 운반하는 로봇이 미세하게 흔들리더라도 웨이퍼가 에지 링의 윗면에 걸치면서 놓이는 것을 방지할 수 있는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더를 개시한다. 이 웨이퍼 홀더는, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지의 외측에 상기 웨이퍼 스테이지보다 돌출되어 설치되고, 상기 웨이퍼 스테이지와 접하는 내측면이 상기 웨이퍼 스테이지의 윗면쪽으로 경사지게 형성되는 에지 링을 구비하여, 상기 웨이퍼가 상기 에지 링에 걸치면서 놓이더라도 상기 웨이퍼 스테이지에 안착될 수 있도록 한다.

Description

반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 웨이퍼가 안정적으로 로딩될 수 있는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더에 관한 것이다.
반도체 소자는 수 많은 공정에 의하여 제조되며, 이들 공정 중에 식각 공정은 소정의 물질층을 원하는 모양으로 패터닝하는데 있어서 필수적으로 요구되는 공정이다. 이러한 식각 공정은 습식 식각공정과 건식 식각공정으로 분류할 수 있다. 건식 식각공정은 식각 조건에 따라 등방성 식각 특성 및 이방성 식각 특성을 갖는다. 따라서, 건식 식각공정은 미세 패턴을 형성하는 데 적합하여 고집적 반도체 소자의 제조에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 건식 식각장비에서는 일반적으로 식각공정이 진행될 웨이퍼가 로봇에 의해 반응 챔버 내의 웨이퍼 홀더에 로딩된다.
종래의 웨이퍼 홀더를 나타내는 도 1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 홀더(10)는 웨이퍼 스테이지(12)의 외측에 웨이퍼(18)를 고정시키는 기능을 하는 에지 링(edge ring)(14)을 구비한다. 식각공정이 진행될 웨이퍼(18)는 로봇(미도시)에 의해 반응실 내의 웨이퍼 스테이지(stage)(12) 위에 로딩된다. 한편 플라즈마를 이용한 건식 식각이 진행되는 동안, 웨이퍼 스테이지(stage)(12) 위에 로딩된 웨이퍼(18)에서 열이 발생된다. 따라서 He 가스와 같은 냉각가스가 웨이퍼 스테이지(12)를 관통하는 관통공(13)을 통하여 웨이퍼(18)의 뒷면(19)과 접촉하면서 웨이퍼(18)에서 발생되는 열을 냉각시킨다.
그런데, 로봇의 미세한 흔들림에 의해서 웨이퍼(18)가 웨이퍼 스테이지(12) 위에 정확히 놓이지 못하고 도 1의 18과 같이 에지 링(14)의 윗면에 걸치면서 놓일 때가 있다.
이와 같이 웨이퍼(18)가 에지 링(14)에 걸치면서 놓이는 경우, 웨이퍼 스테이지(12)의 관통공(13)을 통하여 웨이퍼(18)의 뒷면(19)과 접촉하는 냉각가스는 웨이퍼(18)의 뒷면(19)중 어느 한쪽으로 이상유출된다. 따라서, 웨이퍼(18)의 뒷면(19)중 냉각가스와 접촉하지 못하는 부분 또는 냉각가스와 접촉하는 양이 적은 부분은 냉각이 제대로 되지 않게된다. 그 결과, 웨이퍼(18)의 표면에 형성되어 있는 감광막이 타버리게 됨으로써 후속공정을 위한 패턴이 제대로 형성되지 못하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼를 운반하는 로봇이 미세하게 흔들리더라도 웨이퍼가 에지 링의 윗면에 걸치면서 놓이는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 홀더를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 홀더를 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더가 장착되는 플라즈마 식각을 위한 반응 챔버를 나타내는 개략도이고,
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더의 제1 실시예를 나타내는 단면도이고,
도 4는 도 3의 웨이퍼 홀더를 나타내는 사시도이고,
도 5은 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더가 인젝션 링에 의해 고정되는 것을 나타내는 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더의 제2 실시예를 나타내는 단면도이고,
도 7은 도3 또는 도 6의 웨이퍼 홀더에 있어서, 에지 링의 내측면의 경사도를 변화시키는 것을 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21:반응 챔버 20, 60:웨이퍼 홀더
26, 46:웨이퍼 스테이지 27, 67, 77:에지 링
52:인젝션 링
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 홀더는, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지의 외측에 상기 웨이퍼 스테이지보다 돌출되어 설치되고, 상기 웨이퍼 스테이지와 접하는 내측면이 상기 웨이퍼 스테이지의 윗면쪽으로 경사지게 형성되는 에지 링을 구비하여, 상기 웨이퍼가 상기 에지 링에 걸치면서 놓이더라도 상기 웨이퍼 스테이지에 안착될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 웨이퍼 스테이지는 냉각가스가 흐를 수 있도록 관통공을 구비하며, 상기 관통공을 통해 흐르는 냉각가스는 He 가스인 것이 바람직하다.
또한, 상기 에지 링은 반응 챔버 내의 고열에 견딜 수 있도록 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하며, 에지 링의 내측면의 경사도는 30-60°인 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 스테이지는 Al으로 형성되며, 그 표면이 아노다이징 처리가 되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더는 상기 에지 링의 외측에 상기 웨이퍼 스테이지와 상기 에지링을 고정하는 인젝션 링을 더 구비할 수 있다.
이상과 같이 에지 링의 내측면을 경사지게 형성함으로써, 웨이퍼를 운반하는 로봇의 미세한 흔들림에 의하여 웨이퍼가 에지 링의 윗면에 걸치면서 경사지게 놓이더라도 웨이퍼 스테이지의 윗면으로 미끄러져 안착되도록 하는 것이 가능하다. 따라서, 냉각가스가 항상 웨이퍼의 뒷면과 균일하게 접촉할 수 있기 때문에 웨이퍼의 특정부분에 형성된 감광막이나 다른 물질막들이 냉각부족으로 타버리는 것을 방지함으로써, 건식 식각공정에서 후속공정을 위한 패턴을 신뢰성있게 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 또한, 도면에서 층이나 영역들의 두께는 설명을 명확하게 하기 위하여 과장된 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에 따른 웨이퍼 홀더가 장착되는 건식 식각장비의 반응 챔버의 일예를 나타내는 도 2를 참조하면, 반응 챔버(21)는 RF 발생장치와 웨이퍼 홀더(20) 및 반응 챔버 외측벽을 둘러싸는 코일(22)을 포함한다.
RF 발생장치는 반응 챔버(21) 내의 상부에 설치된 제1 전극(25), 상기 제1 전극(25)과 마주보면서 상기 반응 챔버(21) 내의 하부에 설치된 제2 전극(26) 및 반응 챔버(21) 내에 플라즈마(29)를 발생시키기 위하여 제1 전극(25) 및 제2 전극(26) 사이에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 전원(23)을 구비한다.
코일(22)은 반응 챔버(21)의 외측벽을 감싸도록 설치되어 반응 챔버(21) 내에 자기장을 발생시킨다. 코일(22)에 의해 발생되는 자기장은 반응 챔버(21) 내에 형성되는 플라즈마(29)의 분포를 더욱 균일하게 형성시킨다.
웨이퍼 홀더(20)는 제2 전극(26)과 에지 링(27)을 구비한다. 제2 전극(26)은 RF 전원(23)이 인가되는 전극의 기능을 함과 동시에 웨이퍼가 놓이게 되는 웨이퍼 스테이지의 기능도 동시에 수행한다. 따라서, 이하에서는 제2 전극(26)을 웨이퍼 스테이지로 통일하여 기술한다. 웨이퍼 스테이지(26)로는 주로 정전척(Electronic Static Chuck)이 사용된다. 정전척에는 모노폴라(monopolar)형과 바이폴라(bipolar)형의 두 종류가 있으며, 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더(20)의 경우, 웨이퍼 스테이지(26)는 두 종류의 정전척중 어느 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 홀더의 제1 실시예를 나타내는 도 3 및 도 4를 참조하면, 웨이퍼 홀더(20)는 웨이퍼 스테이지(26)와 에지 링(27)을 구비한다. 에지 링(27)은 웨이퍼 스테이지(26) 위에 놓이는 웨이퍼(28)의 이탈을 방지하기 위하여 웨이퍼 스테이지(26)의 외측에 웨이퍼 스테이지(26)보다 돌출되어 설치된다. 에지 링(27)은 그 내측면이 경사지게 형성되며, 내측면의 경사도는 30-60°가 바람직하다. 에지 링(27)은 반응 챔버(21) 내의 고열에 견딜 수 있도록 세라믹으로 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 에지 링(27)의 재질로 아노다이징(annodizing; 표면을 메끄럽게 처리하는 것) 처리가 되어있는 Al이나 스테인레스 스틸이 사용될 수도 있다. 웨이퍼 스테이지(26)는 냉각가스가 웨이퍼 스테이지(26) 위에 놓이는 웨이퍼(28)의 뒷면과 접촉할 수 있도록 관통공(32)을 구비한다. 웨이퍼 스테이지(26)는 Al으로 형성하는 것이 바람직하며, 전극의 기능을 수행할 때 아킹 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 아노다이징 처리를 하는 것이 더욱 바람직하다.
도 5을 참조하면, 웨이퍼 스테이지(26)와 에지 링(27)으로 구성되는 웨이퍼 홀더(20)는 인젝션 링(52)에 의해 고정된다. 인젝션 링(52)은 웨이퍼 홀더(20)를 고정하는 기능을 수행하는 동시에, 인젝션 링(52)을 관통하는 복수의 식각가스용 관통공들(34′, 34″)을 통해 반응 챔버(21)의 외부에서 유입되는 식각가스를 반응 챔버(21) 내로 유입시키는 기능을 수행한다. 웨이퍼 스테이지(26)와 웨이퍼(28)의 이탈을 방지하기 위하여 웨이퍼 스테이지(26)의 외측에 설치되는 에지 링(27)은 인젝션 링(52)위에 놓이며, 인젝션 링(52)의 내측 가이드면(57)과 에지 링(27)의 외측면이 꼭 맞게 조립된다.
인젝션 링(52)은 냉각가스용 관통공(56)을 구비하고, 웨이퍼 스테이지(26)도 냉각가스용 관통공(39)을 구비하며, 인젝션 링(32)과 웨이퍼 스테이지(26)에 각각 형성된 냉각가스용 관통공들(36, 39)은 서로 연결되어 하나의 가스 유입로를 형성할 수 있도록 조립된다. 냉각가스용 관통공들(36, 39)에 의해 형성되는 상기 가스 유입로를 통하여 유입되는 He 가스와 같은 냉각가스는 웨이퍼(28)의 뒷면과 접촉하면서 건식 식각공정동안 웨이퍼(28)에서 발생되는 열을 냉각시킨다.
본 발명에 따른 웨이퍼 홀더의 제2 실시예를 나타내는 도 6을 참조하면, 웨이퍼 홀더(60)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 웨이퍼 스테이지(46)와 웨이퍼 스테이지(46)의 외측에 설치되는 에지 링(67)을 구비한다. 에지 링(67)은 제1 실시예에서와 마찬가지로 반응 챔버(도 2의 21) 내의 고열에 견딜 수 있도록 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 에지 링(27)의 재질로 아노다이징(annodizing; 표면을 메끄럽게 처리하는 것) 처리가 되어있는 Al이나 스테인레스 스틸이 사용될 수도 있다. 또한, 에지 링(67)은 그 내측 경사면(63)과 윗면(64)이 만나는 모서리 부분(65)이 완만한 곡선형을 갖는다. 따라서, 로봇(미도시)에 의해 웨이퍼 스테이지(46)위에 놓이는 웨이퍼(28)가, 로봇의 미세한 흔들림에 의해 웨이퍼 스테이지(46) 위에 안착되지 못하고 에지 링(67)의 윗면(64)에 걸치면서 놓이는 경우, 원활하게 미끄러져 웨이퍼 스테이지(46) 위에 안착될 수 있도록 한다. 이와 같은 웨이퍼 홀더(60)는 제1 실시예와 마찬가지로 도 5에 도시된 바와 같은 인젝션 링(52)에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 인젝션 링(52)의 구조와 기능은 이미 설명한 바와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 에지 링(77)은 윗면(74)의 폭 x를 조정함으로써, 내측 경사면(73)의 경사도를 조정하는 것이 가능하며, 내측 경사면(73)의 경사도는 대략 30-60°가 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더는, 에지 링의 내측면을 경사지게 형성함으로써, 웨이퍼를 운반하는 로봇의 미세한 흔들림에 의하여 웨이퍼가 에지 링의 윗면에 걸치면서 경사지게 놓이더라도 웨이퍼 스테이지의 윗면으로 미끄러져 안착되도록 하는 것이 가능하다. 따라서, 냉각가스가 항상 웨이퍼의 뒷면과 균일하게 접촉할 수 있기 때문에 웨이퍼의 특정부분에 형성된 감광막이나 다른 물질막들이 냉각부족으로 타버리는 것을 방지함으로써, 건식 식각공정에서 후속공정을 위한 패턴을 신뢰성있게 형성할 수 있다.
이상 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로서, 본 발명의 기술사상 및 범위내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 각종 변형 및 개량이 가능함은 명백하다.

Claims (7)

  1. 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지: 및
    상기 웨이퍼 스테이지의 외측에 상기 웨이퍼 스테이지보다 돌출되어 설치되고, 상기 웨이퍼 스테이지와 접하는 내측면이 상기 웨이퍼 스테이지의 윗면쪽으로 경사지게 형성되는 에지 링을 구비하여, 상기 웨이퍼가 상기 에지 링에 걸치면서 놓이더라도 상기 웨이퍼 스테이지에 안착될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지는 냉각가스가 흐를 수 있도록 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 관통공을 통해 흐르는 냉각가스는 He 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에지 링은 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에지 링의 내측면의 경사도는 30-60°인 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지는 그 표면이 아노다이징 처리가 되어 있는 Al으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에지 링의 외측에 상기 웨이퍼 스테이지와 상기 에지링을 고정하는 인젝션 링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 건식식각 장비용 웨이퍼 홀더.
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