KR200158368Y1 - 등방성 건식식각장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속하는 기술분야

반도체 소자의 등방성 건식 식각장치.

2. 고안이 해결하고자 하는 기술적 과제

등방성 식각공정시 웨이퍼 후면의 잔존물에 의해 웨이퍼가 구부러지게 되며, 이에 따라 감광막 패턴의 디포커스 지역(A)은 초점 깊이 마진(P)을 벗어나기 때문에 대구경 웨이퍼의 공정에는 불가능한 문제점이 있었다.

3. 고안의 해결방법의 요지

리프트 핀의 구조를 간단히 변형하여 웨이퍼의 가장자리 부분을 지지할 수 있도록 하며, 히터램프의 열을 복사방식으로 하여 다양한 크기의 웨이퍼 상,하면에 식각 잔존물이 없도록 신뢰성있게 식각할 수 있는 등방성 건식 식각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

4. 고안의 중요한 용도

등방석 식각을 수행하는 모든 장비.

Description

등방성 건식식각장치

제1도는 종래 기술에 따른 등방성 건식식각장치의 일실시예 구성도.

제2(a)도 및 제2(b)도는 종래 기술에 따른 등방성 건식식각장치의 다른 실시예 구성도.

제2(c)도는 스테이지 척의 상부평면도.

제3도는 식각 후 중착물이 웨이퍼의 하면에 잔존해 있는 상태도.

제4도는 제3도의 상세 단면도.

제5도는 본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.

제6(a)도 및 제6(b)도는 본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치에서 열원램프의 구조도.

제7(a)도 및 제7(b)도는 본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치의 작용상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버 2 : 웨이퍼

3 : 리프트 핀 4 : 히팅램프

5 : 이너챔버 6 : 온도센서

7 : 진공개폐판

본 고안은 반도체 소자의 식각공정을 수행하는 등방성 건식 식각장치에서 웨이퍼의 상하면을 동시에 식각하기 위한 등방성 건식 식각장치에 관한 것이다.

일반적인 등방성 건식 식각장치는 제1도에 도시한 바와 같이 플라즈마 소스부(plasma source)로부터 이온화된 가스가 유입되는 챔버(21)와, 상기 챔버(21)내에 구비되며 웨이퍼(24)가 놓여지는 스테이지 척(22)과, 상기 스테이지 척(22)에 열을 가해주므로써 전도에 의해 웨이퍼(24)를 가열하는 히팅램프(23)로 구성되어 있으며, 한 장씩의 웨이퍼(24)을 스테이지 척(22)에 로딩시켜 건식식각을 수행하는데, 이때 상기 척(22)에 웨이퍼(24)가 놓여져 있으므로 상기 웨이퍼(24)의 저면은 전혀 식각되지 못한다.

그러나, 식각하고자 하는 증착막이 튜브내에서 온도를 이용한 화학기상증착공정이나 저압을 이용한 화학기상증착공정에 의해 증착된 씬 필름(thin film)이라면, 상기 웨이퍼의 상하면에 필름이 증착되며, 이 경우에 등방성 건식 식각공정을 거치게 되면, 상기 웨이퍼의 하면에 남아있는 증착필름에 의해 웨이퍼에 응력(stress)이 유발되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해소하고자 종래에는 웨이퍼의 상하면의 식각이 가능한 등방성 건식 식각장치가 제안되어 있으며, 이의 구성을 살펴보면, 제2(a)도 및 제2(b)도에 도시한 바와 같이 상기 챔버(21)과 스테이지척(22) 사이에 상하 이동하면서 진공을 개폐하는 진공개폐판(26)이 구비되고, 또한 상기 스테이지 척(22)에 진공 배출구(22a)가 형성되도록 두부분으로 분리되게 형성된다. 그리고, 상기 스테이지 척에는 단일 계통의 히팅라인(열선)이 그 내부에 장착되어 동일한 온도를 유지하도록 한다. 또한 상기 스테이지 척(22)의 하부 중앙측에는 웨이퍼(24)의 이동에 사용되는 리프팅 핀(25)이 동심원상으로 장착되는 구조로 되어 있다.

이와 같은 스테이지 척(22)의 상부평면도는 제2(c)도와 같으며, 도면에서 22b는 외부 척, 22c는 내부척을 나타낸다.

따라서, 제2(a)도에 도시한 바와 같이 상기 웨이퍼(24)의 상면을 식각할 때 진공개폐판(26)은 개방되어 있는 상태가 되어 에칭 스피시즈(etching species)의 식각공정 후 외부로 배출되고, 또한 제2(b)도에 도시한 바와 같이 상기 웨이퍼(24)의 저면을 식각할 때에는 상기 리프팅핀(25)이 상승하며, 진공개폐판(26)이 상승하여 챔버(21)과 스테이지 척(22) 사이를 차폐한다. 이때, 상기 에칭 스피시즈(etching species)은 웨이퍼(24)의 하면으로 유입되어 웨이퍼를 식각한 후, 상기 스테이지 척(22)에 형성된 배출구(22a)을 통해 외부로 배출되도록 하므로써 웨이퍼(24)의 상하면을 식각하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 웨이퍼 상하면의 식각이 가능한 등방성 건식 식각장치는 리프트 핀과 접촉되는 부위를 제외하고는 웨이퍼의 상하 양면을 식각할 수 있으며, 가스 플로우 패스의 변경을 통해 웨이퍼 하면의 식각률도 상면 식각수준으로 상승시킬 수 있고, 또한 상기 웨이퍼 상면만의 식각이나, 상하 양면 모두의 식각을 자유롭게 선택할 수 있다.

그러나, 상기의 구조는 상기 웨이퍼의 후면에서 리프트 핀이 접촉하였던 부분은 여전히 식각되지 못하며, 이와 같은 리프트핀 부분의 잔존물은 후속 포토 리소그래픽(photo lithography)공정마다 디포커스(defocus)을 유발한다.

또한, 상기 스테이지 척으로부터 웨이퍼가 이격되므로 웨이퍼 전면의 온도 균일성 제어에 문제가 발생하여 대구경 웨이퍼의 공정에는 적합하지 못하다.

따라서, 초점 깊이의 마진(D.O.F margin)이 충분히 큰 저레벨 밀도 소자의 생산이나, 6인치 이하 소구경 반도체 소자의 생산에만 제한적으로 응용될 수 있다.

즉, 제3도에 도시한 바와 같이, 리프트 핀 부분에 남은 잔존물(27)에 의해 웨이퍼(24)과 스테이지 척(22)과의 사이를 이격시키게 되며, 이의 상세 단면을 보면 제4도에 도시한 바와 같이 웨이퍼(24) 후면의 잔존물(27)에 의해 웨이퍼가 구부러지게 되며, 이에 따라 감광막 패턴(28)의 디포커스 지역(A)은 초점 깊이 마진(P)을 벗어나기 때문에 초점깊이 마진면에서 문제가 된다.

따라서, 본 고안은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼의 이동에 사용되는 리프트 핀의 구조를 간단히 변형하여 웨이퍼의 가장자리 부분을 지지할 수 있도록 하며, 웨이퍼 스테이지의 열원을 전도방식이 아닌 복사방식으로 하여 다양한 크기의 웨이퍼 상, 하면에 식각공정시 식각 잔존물이 없도록 신뢰성있게 식각할 수 있는 등방성 건식 식각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 플라즈마 소스부로부터 플라즈마화된 식각가스가 유입되는 챔버와, 상기 챔버내의 진공이 배출되도록 개폐되는 수단과, 상기 챔버내에 유입된 플라즈마 가스와의 반응이 원활해지도록 상기 웨이퍼의 하단부에서 소정 열원을 제공하는 수단과, 상기 웨이퍼를 상하이동시키는 리프팅 핀을 포함하는 등방성 건식 식각장치에 있어서, 상기 열원제공수단은 웨이퍼에 복사열을 제공하며, 상기 리프트 핀은 그의 상부가 격자로 절곡되게 형성되어 웨이퍼의 가장자리 부분을 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도; 제6(a)도 및 제6(b)도는 본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치에서 열원램프의 구조도; 제7(a)도 및 제7(b)도는 본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치의 작용상태도이다.

도면에서 1은 챔버, 2는 웨이퍼, 3은 리프트 핀, 4는 히팅램프, 5는 이너챔버, 5a는 진공 배출구, 6은 온도센서, 7은 진공개폐판을 각각 나타낸 것이다.

본 고안에 의한 등방성 건식 식각장치는 식각공정 수행후 웨이퍼 하단부에 증착물이 잔재되는 것을 방지하기 위한 것으로, 제5도에 도시한 바와 같이 플라즈마 소스부로부터 플라즈마 가스가 유입되는 챔버(1)내에는 그 상부가 격자로 절곡되게 형성되어 웨이퍼(2)의 가장자리 부분을 지지하면서 챔버(1)내로 상하이동시키는 리프트 핀(3)이 구비되며, 상기 웨이퍼(2)의 하단부에는 그에 증착된 필름과 플라즈마 가스와의 반응이 원활해지도록 하기 위하여 상기 복사방식으로 소정 온도의 열원을 제공하는 히팅램프(4)가 구비된다.

이때, 복사방식의 열원을 이용하는 것은 열원과 웨이퍼의 이격시 웨이퍼의 균일한 온도 제어 때문이다.

상기 히팅램프(4)는 적외선램프, 광학램프, 자외선 램프중 어느 하나를 사용하여 복사열원을 웨이퍼에 제공하며, 또한 제6(a)도 및 제6(b)도에 도시한 바와 같이 상기 램프(4)은 웨이퍼(2)에 수평으로 설치하거나, 복수개의 램프를 수직으로 배열되도록 선택하여 설치한다.

또한, 상기 히팅램프(4)과 리프트 핀(3) 사이에는 리프트 핀(3)에 의해 이동된 웨이퍼(2)이 놓여지도록 원통형의 이너챔버(inner chamber)(5)이 구비되며, 상기 챔버(1)의 하단부에는 그와 이너챔버(5)의 사이를 개폐하도록 리프트 핀(3)의 상하이동에 따라 동일하게 구동하는 진공개폐판(7)이 장착된다. 이때, 상기 리프트 핀(3)이 상승한 상태에서 웨이퍼(2)의 하면을 식각하였을 때, 진공개폐판(7)이 차폐되어 플라즈마 가스가 히팅램프(4)와 이너챔버(5) 사이의 진공배출구(5a) 배출되도록 하며, 상기 리프트 핀(3)이 하강한 상태에서 식각공정을 수행시, 이너튜브(5)은 웨이퍼(2)의 하단부에 플라즈마 가스가 유입되지 못하도록 차단하고, 진공개폐판(7)은 개방되어 외부로 플라즈마 가스가 배출된다.

상기 웨이퍼(2)에 접촉되는 리프트 핀(3)의 상단부 소정위치에는 히팅램프(4)에서 제공되는 열원의 온도를 감지할 수 있도록 온도센서(6)가 장착된다.

그리고, 상기 챔버(1)에 유입되는 플라즈마 소스로써 ICP(Inductively Coupled Plasma), TCP(Transformer Coupled Plasma), ECR(Electron Cyclotron Resonance)과, 마이크로 웨이브 다운 스트림, 나선형 방식을 사용한다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용상태를 설명하면, 히팅램프(4)의 복사열에 의해 웨이퍼(2)가 가열되되, 온도센서(6)에 의해 소정 온도의 열원으로 웨이퍼(2)를 가열한 상태에서 플라즈마 소스로부터 에칭 스페이시스가 챔버(1)내로 유입되면, 이너챔버(5)상에 놓여진 웨이퍼(2)의 상면을 먼저 식각하게 된다. 이때, 상기 진공개폐판(7)은 개방되어 있는 상태가 되므로 플라즈마 가스는 챔버(1)과 이너챔버(5)와의 사이로 배출되게 되며, 또한 상기 이너챔버(5)에 의해 웨이퍼(2)의 하면은 차단되어 식각되지 않는다.

상기 웨이퍼(2)의 하면을 식각할 때에는 리프트 핀(3)이 웨이퍼(2)의 가장자리를 지지한 상태에서 상승하게 되고, 이에 따라 상기 플라즈마 가스가 웨이퍼(2)과 이너챔버(5)사이로 유입되어 웨이퍼(2)의 하면을 식각한다. 이때, 상기 진공개폐판(7)은 챔버(1)과 이너챔버(5)을 차폐하고 있으므로 플라즈마 가스는 히팅램프(4)과 이너튜브(5) 사이의 진공배출구(5a)로 배출되므로써 웨이퍼(2)의 하면에 식각 증착물이 잔재하지 않게 되는 것이다.

또한, 히팅램프의 배열중에 진공배출구를 장착하거나 두가지를 동시에 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 웨이퍼의 하면 식각에 따른 잔재물이 발생되지 않도록 신뢰성있게 식각하므로써 공정스텝수가 감소되며, 종래의 문제점인 웨이퍼 하면에 형성된 잔재물을 제거하는 공정상의 난점을 제거하므로써 생산수율을 증대시키는 효과를 가진다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 플라즈마 소스부로부터 이온화된 가스가 유입되는 챔버와, 상기 챔버내에 진공이 배출되도록 개폐되는 수단과, 상기 챔버내에 유입된 플라즈마 가스와의 반응이 원활해지도록 상기 웨이퍼의 하단부에서 소정 열원을 제공하는 수단과, 상기 웨이퍼를 상하이동시키는 리프팅 핀을 포함하는 등방성 건식 식각장치에 있어서, 상기 열원제공수단은 웨이퍼에 복사열을 제공하며, 상기 리프트 핀은 그의 상부가 격자로 절곡되게 형성되어 웨이퍼의 가장자리 부분을 지지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 등방성 건식 식각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 챔버내에 구비되며 웨이퍼가 놓여지는 이너챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등방성 건식 식각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열원제공수단에서 제공되는 열원의 온도를 감지할 수 있도록 리프트 핀과 웨이퍼에 접촉되는 리프트 핀의 상단부 소정위치에 온도감지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 등방성 건식 식각장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열원제공수단은 적외선램프, 광학램프, 자외선 램프중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 등방성 건식 식각장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 열원제공수단은 수평배열, 복수개로 이루어진 수직배열중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 등방성 건식 식각장치.