KR20000001982A - 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 식각장비에 사용되는 정전척(20)에 관한 것으로, 웨이퍼(1)를 수용하기 위한 플라즈마(P) 반응용의 챔버(10)와, 이 챔버(10) 내에서 상기 웨이퍼(1)를 지지하기 위한 정전척(20)과, 이 정전척(20)과 연결되어 플라즈마(P)의 고주파 가속을 위한 고주파전력(24)과, 상기 챔버(20)의 상부에 구비된 플라즈마 발생기(11)를 포함하는 식각장비의 구조에 있어서, 불균일한 플라즈마(P) 이온 밀도 영역에 대해 상기 이온들의 운동을 부분적으로 제어하기 위하여 상기 정전척(20)의 소정 부위에 각기 다른 복수의 고주파전력(24a)(24b)을 인가할 수 있도록 구성된 것으로서, 상호 절연되는 중앙부(21)와 가장자리부(22)로 분할 구성되고 그 각부에 서로 다른 복수의 고주파전력(24a)(24b)을 각각 인가할 수 있도록 함으로써, 플라즈마 발생기(11)와 독립적으로 이온 밀도를 제어할 수 있음은 물론, 각 이온들의 운동 및 이온 밀도를 부분적으로 다르게 제어할 수 있으며, 웨이퍼(1)의 대형화로 인한 밀도의 불균일성을 방지하여 균일 식각성능을 발휘할 수 있게 한 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척에 관한 것이다.

Description

반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척

본 발명은 반도체 웨이퍼 식각장비에 사용되는 정전척에 관한 것으로, 특히 대형 웨이퍼의 식각공정시 상기 웨이퍼를 수용하는 챔버의 내부공간이 대형화됨에 따른 플라즈마 이온 밀도의 불균일성을 방지하여 균일 식각성능을 발휘할 수 있도록 된 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척에 관한 것이다.

일반적인 반도체의 웨이퍼 처리공정에 의하면, 900。C 내지 1200。C의 온도로 제어되는 확산로(Diffusion Furnace)의 석영관(Quartz Carrier) 속에서, 연마된 웨이퍼 표면에 산화막을 형성시킨 후, 사진식각(Photo Engraving)을 위한 액체상태의 감광제(Photo Resist)를 도포하게 된다.

상기와 같은 사진식각 공정을 진행하기 위한 반도체 웨이퍼 식각장비는 이온화된 고온의 플라즈마를 이용하여, 선택적인 부식형태(Etch Pattern)을 형성하기 위한 목적으로 도포된 포토 레지스트(Photo Resist)를 기화(氣化), 회화(灰化)하므로써 제거하도록 된 장치이다.

여기서, 플라즈마(Plasma)는 산소, 질소 또는 이들의 혼합으로 이루어진 가스를 마이크로웨이브(Microwave) 등의 고주파 에너지에 의하여 이온화된 것으로, 도전성을 가지며 자기장에 의해 영향을 받는 아크 가스를 의미한다.

플라즈마를 이용한 반도체 웨이퍼 식각장비의 경우, 현재, 플라즈마 발생과 플라즈마 이온의 가속을 위한 고주파전력(Radio Freuency Power)을 별도의 장치로 분리시켜 상기 플라즈마의 밀도와 가속 정도를 독립적으로 제어할 수 있는 시스템이 개발되어 있다. 이러한 장치는 분리형 플라즈마 식각장비(De-Coupled Plasma Etcher)라 불리워지고 있다. 즉, 플라즈마를 발생시키기 위한 주 고주파전력과, 웨이퍼가 놓이는 정전척(20)에 가속전압(Bias Voltage)을 발생시켜 챔버 내의 플라즈마 이온을 가속하기 위한 부 고주파전력을 사용하게 된다.

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 식각장비를 개략적으로 도시한 것으로서, 웨이퍼(1)를 수용하기 위한 플라즈마(P) 반응용의 챔버(Chamber)(10)와, 이 챔버(10) 내에서 상기 웨이퍼(1)를 지지하기 위한 정전척(Electrostatic Chuck)(20)과, 이 정전척(20)과 연결되어 플라즈마(P)의 고주파 가속을 위한 고주파전력(24)과, 상기 챔버(10)의 상부에 구비된 플라즈마 발생기(11)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 플라즈마 발생기(11)는 주 고주파전력에 해당하는 장치이고, 고주파전력(24)은 부 고주파전력에 해당하는 장치가 된다.

또한, 2a 및 도 2b는 상기 반도체 웨이퍼 식각장비에 적용된 종래의 정전척(20) 구조를 도시한 것으로, 도 2a는 종래의 정전척(20)에서의 고주파전력 인가영역(25)을 도시한 평면도, 도 2b는 종래의 정전척(20)에서의 고주파전력(24) 연결상태를 도시한 측면도를 각각 나타낸 것이다.

상기와 같은 반도체 웨이퍼 식각장비에 있어서, 진공의 플라즈마 발생기(11)에 혼합가스를 적정압으로 주입한 후, 고주파전력(24)이나 마이크로웨이브 등의 에너지를 가하면 이온, 중성입자, 라디칼 등으로 구성된 플라즈마(P)가 발생되고, 이 상태에서 상기 정전척(20)의 소정 위치에 고주파전력(24)을 인가하면 전기장(Electric Field)이 형성되면서 발생된 이온들이 웨이퍼(1)의 표면쪽으로 모이게 된다. 식각공정이 주로 상기 이온들의 운동에 의해 이루어지게 되는 경우, 상기 웨이퍼(1)의 식각 균일도는 플라즈마(P)의 자체 이온 밀도와 동일한 양상을 띠게 되며, 상기 정전척(20)의 고주파전력(24)은 단지 상기 이온들을 전체적으로 웨이퍼(1)의 표면 위치로 가속시킴으로써 식각률을 향상시켜주는 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 챔버(10) 및 플라즈마 발생기(11)의 구조가 실린더 형상으로 이루어진 경우에는, 이온 밀도가 동일한 영역이 동심원의 띠 모양으로 형성되고, 그 중심부가 높거나 낮아지는 경향이 있으며, 플라즈마(P) 이온들의 운동 세기는 고주파전력(24)에 비례한다.

이상의 설명에서 살펴본 바와 같이, 종래의 정전척(20)이 적용된 반도체 웨이퍼 식각장비에 의한 공정에서는 고주파전력(14)이 정전척(20) 전체에 인가되어 플라즈마(P) 이온들을 부분적으로 제어하지 못한 채 전체적인 이온 가속만을 수행하게 됨으로써, 플라즈마 이온 밀도가 불균일하게 유지되는 문제점이 있었다.

또한, 300mm 이상의 대형 웨이퍼(1)가 사용되면서 이에 따른 챔버(10) 및 플라즈마 발생기(11)도 대형화되어 이온 밀도의 균일성을 유지하기 곤란함으로써 균일 식각성능을 발휘할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 플라즈마 이온 밀도의 균일성은 상기 챔버(10) 및 플라즈마 발생기(11)의 기하학적인 형상에 의해 고정될 수 있으나, 현실적으로 형상을 변형하는데는 여러 가지 어려움이 있는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 대형 웨이퍼의 식각공정시 상기 웨이퍼를 수용하는 챔버의 내부공간이 대형화됨에 따른 플라즈마 이온 밀도의 불균일성을 방지하여 균일 식각성능을 발휘할 수 있도록 된 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 식각장비의 개략도,

도 2a 및 도 2b는 일반적인 반도체 웨이퍼 식각장비에 적용된 종래의 정전척 구조를 도시한 것으로,

도 2a는 종래의 정전척에서의 고주파전력 인가영역을 도시한 평면도,

도 2b는 종래의 정전척에서의 고주파전력 연결상태를 도시한 측면도,

도 3a 및 도 3b는 일반적인 반도체 웨이퍼 식각장비에 적용된 본 발명의 듀얼바이어스정전척 구조를 도시한 것으로,

도 3a는 본 발명의 듀얼바이어스정전척에서의 고주파전력 인가영역을 도시한 평면도,

도 3b는 본 발명의 듀얼바이어스정전척에서의 고주파전력 연결상태를 도시한 측단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

P ; 플라즈마 1 ; 웨이퍼

10 ; 챔버 11 ; 플라즈마 발생기

20 ; 정전척 21 ; 중앙부

22 ; 가장자리부 23 ; 절연부

24a, 24b ; 고주파전력 25a, 25b ; 고주파전력 인가영역

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척은 웨이퍼를 수용하기 위한 플라즈마 반응용의 챔버와, 이 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 정전척과, 이 정전척과 연결되어 플라즈마의 고주파 가속을 위한 고주파전력과, 상기 챔버의 상부에 구비된 플라즈마 발생기를 포함하는 식각장비의 구조에 있어서, 불균일한 플라즈마 이온 밀도 영역에 대해 상기 이온들의 운동을 부분적으로 제어하기 위하여 상기 정전척의 소정 부위에 각기 다른 복수의 고주파전력을 인가할 수 있도록 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 일반적인 반도체 웨이퍼 식각장비에 적용된 본 발명의 듀얼바이어스정전척(Dual Bias Electrostatic Chuck) 구조를 도시한 것으로, 도 3a는 본 발명의 듀얼바이어스정전척에서의 고주파전력 인가영역(25a)(25b)을 도시한 평면도, 도 3b는 본 발명의 듀얼바이어스정전척에서의 고주파전력(24a)(24b) 연결상태를 도시한 측단면도를 각각 나타낸 것이다.

도 1과 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척은 웨이퍼(1)를 수용하기 위한 플라즈마(P) 반응용의 챔버(10)와, 이 챔버(10) 내에서 상기 웨이퍼(1)를 지지하기 위한 정전척(20)과, 이 정전척(20)과 연결되어 플라즈마(P)의 고주파 가속을 위한 고주파전력(24)과, 상기 챔버(20)의 상부에 구비된 플라즈마 발생기(11)를 포함하는 식각장비의 구조에 있어서, 불균일한 플라즈마(P) 이온 밀도 영역에 대해 상기 이온들의 운동을 부분적으로 제어하기 위하여 상기 정전척(20)의 소정 부위에 각기 다른 복수의 고주파전력(24a)(24b)을 인가할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 정천적(20)은 그 중앙부(21)와 가장자리부(22) 사이에 동심원 상의 절연벽(23)이 형성되고, 상기 중앙부(21)와 가장자리부(22)의 소정 위치에 각각 다른 고주파전력(24a)(24b)을 부분적으로 인가하여 균일 밀도를 유지할 수 있도록 된 것이다. 즉, 상기 정전척(20)은 절연벽(23)을 사이에 두고 두 개의 부분으로 분할되어 있으며, 이들 각 부분에 각기 다른 값의 고주파전력(24a)(24b)이 인가되는 시스템 형태를 취하고 있다.

본 발명에 의하면, 그 일예로서 플라즈마(P) 이온 밀도가 약한 부분이 가장자리부(22)라고 할 때, 상기 가장자리부(22)의 고주파전력(24b)을 상기 중앙부(21)의 고주파전력(24a)보다 크게 인가함으로써 상기 가장자리부(22)의 낮은 이온 밀도를 보상해줄 수 있게 되는 것이다.

따라서, 이온들의 운동에 크게 의존하는 식각공정의 경우, 본 발명의 듀얼바이어스정전척에 의해 플라즈마(P) 이온의 불균일성을 보상할 수 있게 됨으로써 웨이퍼(1) 표면의 식각성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기와 같은 구성및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척은 상호 절연되는 중앙부(21)와 가장자리부(22)로 분할 구성되고 그 각부에 서로 다른 복수의 고주파전력(24a)(24b)을 각각 인가할 수 있도록 함으로써, 플라즈마 발생기(11)와 독립적으로 이온 밀도를 제어할 수 있음은 물론, 각 이온들의 운동 및 이온 밀도를 부분적으로 다르게 제어할 수 있으며, 웨이퍼(1)의 대형화로 인한 밀도의 불균일성을 방지하여 균일 식각성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 웨이퍼를 수용하기 위한 플라즈마 반응용의 챔버와, 이 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 정전척과, 이 정전척과 연결되어 플라즈마의 고주파 가속을 위한 고주파전력과, 상기 챔버의 상부에 구비된 플라즈마 발생기를 포함하는 식각장비의 구조에 있어서, 불균일한 플라즈마 이온 밀도 영역에 대해 상기 이온들의 운동을 부분적으로 제어하기 위하여 상기 정전척의 소정 부위에 각기 다른 복수의 고주파전력을 인가할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 정천적은 그 중앙부와 가장자리부 사이에 동심원 상의 절연벽이 형성되고, 상기 중앙부와 가장자리부의 소정 위치에 각각 다른 고주파전력을 부분적으로 인가할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 식각장비의 듀얼바이어스정전척.