KR200163027Y1 - 반도체 웨이퍼 식각챔버 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 웨이퍼 식각챔버에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 상기 식각챔버내에서 웨이퍼에 대한 식각시 이물의 발생을 억제하도록 함과함께 플라즈마 의 안내 및 배기가 신속히 이루어 짐은 물론 안정된 식각이 이루어 지도록 한 것이다.

이를 위해, 챔버(1)내의 하부전극(3) 상부면에 노출되는 복수개의 가스 토출공(3a)이 정사각의 간격을 이루도록 하고, 상기 상부전극(6)의 외주면에 설치되는 포커스 링(101)이 상기 상부전극(6)에 안착되는 웨이퍼(2)와 0.5mm의 두배 이상 간격을 유지하도록 하며, 상기 챔버(1)내의 상부에 설치되는 쉴드 링(102) 내경의 단면 경사각을 상기 쉴드 링의 출구측으로 갈수록 완만히 이루어지도록 한 것이다.

Description

반도체 웨이퍼 식각챔버

본 고안은 반도체 웨이퍼 식각챔버에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 상기 식각챔버내에서 웨이퍼에 대한 식각시 이물의 발생을 억제하도록 함과함께 가스의 배기가 신속히 이루어 짐은 물론 안정된 식각이 이루어 지도록 한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 식각(蝕刻)장비는 상기 웨이퍼의 표면을 선택적으로 제거하여 일정한 형태의 패턴을 형성시키는 반도체 장비로서, 이와같은 반도체 식각장비의 종래 구조를 살펴보면 첨부된 도 1 및 도 2 와 같이 공정이 진행되는 챔버(1)내의 하부에는 웨이퍼(2)가 안착되는 하부전극( ESC; Electrostatic Chuk)(3)이 설치되어 있고, 상기 하부전극에는 웨이퍼(2)의 식각시 발생되는 열을 식혀주도록 쿨링(Cooling)가스가 공급되는 가스 토출공(3a)이 복수개 형성되어 있다.

그리고, 상기 하부전극(3)의 상부측 외주면에는 웨이퍼(2)가 상부전극(6)에 미세하게 떠있는 상태로 고정되도록 포커스 링(Focus ring)(4)이 고정되어 있는데, 상기 포커스 링은 하부전극(3)에 안착되는 웨이퍼(2)와 약 0.5mm의 간격을 유지하도록 설치되어 있다.

또한, 상기 챔버(1)의 일측에는 챔버내부로 식각에 필요한 반응가스를 공급하도록 가스 주입관(5)이 설치되어 있고, 상기 챔버(1)내의 상부에는 외부의 전원 공급에 따라 상기 반응 가스 및 하부전극(3)과 반응하여 플라즈마를 형성하도록 상부전극(6)이 설치되어 있으며, 상기 상부전극에는 챔버(1)내의 플라즈마를 모아주도록 함과 함께 배기가 수월하도록 쉴드 링(Shield Ring)(7)이 설치되어 있다.

따라서, 상기 웨이퍼(2)에 대한 식각을 실시하기 위해서는 먼저, 상기 웨이퍼를 이송장치(도시는 생략함)에 의해 하부전극(3)의 상면에 안착시킨 다음 포커스 링(4)을 조절하여 웨이퍼(2)를 하부전극(3)으로부터 미세하게 이격시킨다.

이와같은 상태에서 가스 주입관(5)을 통해 반응가스를 주입시킴과 함께 상부전극(6)과 하부전극(3)에 전원을 공급하면 상기 챔버(1)내에서는 플라즈마가 형성되는데, 이때 상기 형성된 플라즈마는 쉴드 링(7)에 안내되어 웨이퍼(2)의 표면을 선택적으로 제거하는 식각공정을 수행하게 되고 또한 상기 쉴드 링(7)에 안내되어 식각후의 챔버내 가스를 수월하게 배기하게 된다.

한편, 상기 식각중에는 웨이퍼(2)가 고열로 상승되므로 이와같은 고열의 상승을 방지하기 위해 외부로부터 쿨링가스를 공급하면 상기 쿨링가스는 하부전극(3)의 가스 토출공(3a)을 통해 웨이퍼(2)의 저면에 분사되게 되어 상기 웨이퍼의 고열을 방지하게 된다.

그러나 종래에는 상기한 바와같이 포커스 링과 웨이퍼의 간격이 0.5mm 정도로 미세하여 상기 웨이퍼를 하부전극에 안착시 웨이퍼가 포커스 링에 스치게 되어 폴리머(polymer) 등의 이물을 발생시키게 되었음은 물론 상기와같이 스침에 따라 버닝(burning) 등의 현상이 발생하게 되어 웨이퍼의 불량요인이 되었다.

또한, 상기 쉴드 링의 내경 각도가 도 1에 확대 도시한 바와같이 R4.5㎜의 비교적 급경사를 이룸에 따라 상기 플라즈마의 안내가 불안정하거나 배기가 저하되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 가스 토출공의 간격이 하부전극의 상부에서 볼 때 불규칙한 형태로 됨에 따라 이상방전이 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 종래의 이와같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 포커스 링과 웨이퍼가 스치지 않도록하여 이물의 발생을 억제함은 물론 플라즈마의 안내 및 배기가 수월하도록 함과 함께 가스 토출공간의 간격을 달리하여 이상방전을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 형태에 따르면 챔버내의 하부전극 상부면에 노출되는 복수개의 가스 토출공이 정사각의 간격을 이루도록 하고, 상기 상부전극의 외주면에 설치되는 포커스링이 상기 상부전극에 안착되는 웨이퍼와 0.5mm의 두배 이상 간격을 유지하도록 하며, 상기 챔버내의 상부에 설치되는 쉴드 링 내경의 단면 경사각을 상기 쉴드 링의 출구측으로 갈수록 완만히 이루어지도록 함을 특징으로하는 반도체 웨이퍼 식각챔버가 제공된다.

도 1은 종래의 식각챔버를 나타낸 종단면도

도 2는 도 1의 하부전극을 나타낸 평면도

도 3은 본 고안의 식각챔버를 나타낸 종단면도

도 4는 도 3의 하부전극을 나타낸 평면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명*

1 : 챔버2 : 웨이퍼

3 : 하부전극3a : 가스 토출공

6 : 상부전극101: 포커스 링

102: 쉴드 링

이하, 본 고안을 일 실시예로 나타낸 첨부된 도 3 내지 도4를 참고로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안의 식각챔버를 나타낸 종단면도이고, 도 4는 도 3의 하부전극을 나타낸 평면도로서, 본 고안의 구성중 종래의 구성과 동일한 부분은 그 설명을 생략하고 동일부호를 부여하기로 한다.

먼저, 챔버(1)내의 하부전극(3) 상부 외주면에는 상기 하부전극의 상부면에 안착되는 웨이퍼(2)와 약 1mm 이상의 간격을 유지하도록 포커스 링(101)이 설치되어 있고, 상기 챔버(1)내의 상부전극(6)에는 그 단면의 경사각이 외측으로 갈수록 완만하게 넓어진 약 8°∼ 12°의 각을 이루며 쉴드 링(102)이 설치되어 있으며, 상기 하부전극(3)의 상부면에 노출되는 가스 토출공(3a)의 배열은 상기 하부전극(3)의 상부에서 볼 때 정사각의 간격을 유지하도록 되어 있다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같은데, 이미 상술한 설명과 동일한 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.

먼저, 하부전극(3)의 상부 외측면에 포커스 링(101)이 설치된 상태에서 상기 하부전극(3)의 상부면에 웨이퍼(2)를 안착시키면 상기 웨이퍼는 포커스 링(101)과 약 1mm 정도의 간격을 유지하고 있으므로 인해 상기 포커스 링과 접촉되지 않고 안착된다.

그리고, 상기 웨이퍼(2)가 안착된 상태에서 외부의 전원공급에 따라 발생된 플라즈마는 상기 쉴드 링(102)의 단면이 약 20mm 정도로 완만하게 형성되어 있으므로 인해 안정적으로 안내됨과 함께 공정후 배기가 안정적으로 되는데, 이때 상기 공정중 발생되는 웨이퍼(2)의 고열은 하부전극(3)의 가스 토출공(3a)을 통해 공급되는 쿨링가스에 의해 이상방전을 일으키지 않으며 쿨링된다.

한편, 상기 웨이퍼(2)가 이상방전을 일으키지 않으며 쿨링되는 것은 가스 토출공(3a)을 통해 분사되는 쿨링가스가 서로 정사각의 간격을 유지하며 형성된 상기 가스 토출공(3a)을 통과함에 따라 항상 균일하게 분사되기 때문이다.

이상에서와같이 본 고안은 하부전극에 안착되는 웨이퍼와 포커스 링간의 간격이 넓게 되어 있으므로 상기 웨이퍼가 포커스 링에 접촉되지 않아 이물의 발생을 억제함은 물론 쉴드 링의 내경 단면 경사각이 완만하게 형성되어 있으므로 플라즈마의 안내 및 배기가 수월해지는 효과가 있다.

또한, 상기 하부전극의 가스 토출공이 서로 정사각의 간격을 유지하며 쿨링가스를 분사하므로 이상방전이 일어나지 않게 되어 장비의 효율이 향상되는 효과가 있다.

한편, 상기와같은 효과가 구체적으로 나타낸 예를보면 다음과 같은데, 먼저 공정중단없이 한 번에 진행되던 웨이퍼의 매수가 종래의 125매에서 600매로 늘어나게 되었으며, 5.5매/월 이던 웨이퍼 불량이 0매/월 로 되었다.

또한, 하부전극은 종래의 1.2EA/월 에서 0.5EA/월 사용으로 한달에 2,200만원의 원가 절감효과를 보았다.

그리고, 종래 57.2%의 장비가동율이 80%로 향상되었고, 하루에 2대의 장비로 288매의 웨이퍼를 생산하던 종래에 비해 하루에 2대의 장비로 504매의 웨이퍼를 생산하는등 생산성이 향상되는 효과가 있었다.

Claims (2)

1. 챔버내의 하부전극 상부면에 노출되는 복수개의 가스 토출공이 정사각의 간격을 이루도록 하고, 상기 상부전극의 외주면에 설치되는 포커스링이 상기 상부전극에 안착되는 웨이퍼와 0.5mm의 두배 이상 간격을 유지하도록 하며, 상기 챔버내의 상부에 설치되는 쉴드 링 내경의 단면 경사각을 상기 쉴드 링의 출구측으로 갈수록 완만히 이루어지도록 함을 특징으로하는 반도체 웨이퍼 식각챔버.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 쉴드 링 내경의 단면 경사각은 8°∼ 12°로하여 상기 쉴드 링의 출구측으로 갈수록 완만하게 한 것을 특징으로하는 반도체 웨이퍼 식각챔버.