KR20020014163A

KR20020014163A - 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치

Info

Publication number: KR20020014163A
Application number: KR1020000047279A
Authority: KR
Inventors: 구도서
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2002-02-25

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 설비에 사용되는 웨이퍼 클램핑 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 웨이퍼 클램프 장치에서 벨로우즈를 사용하지 않음으로써 벨로우즈의 파손에 따라 외부 공기가 플라즈마 챔버 내부로 유입되어 플라즈마 공정 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 플라즈마 공정 불량에 따라 플라즈마 설비의 공정 중단 시간이 증가되는 것을 방지하는 등 다양한 효과를 발생시킨다.

Description

플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치{Wafer clamping apparutus for using plasma ethcing equpiment}

본 발명은 반도체 분야에 관한 것으로, 특히 플라즈마 식각 설비에 사용되는 웨이퍼 클램핑 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 산업에 의하여 생산된 반도체 제품은 여러 산업, 예를 들면, 전기, 전자, 우주, 항공 산업의 기술 개발을 촉진시키는 견인차 역할을 하는 바, 이와 같은 반도체 제품을 생산하기 위해서는 매우 정밀한 반도체 제조 공정과 반도체 제조 공정을 가능케하는 반도체 제조 설비를 필요로 한다.

통상 반도체 제품을 생산하기 위한 반도체 제조 공정은 순수 실리콘 웨이퍼에 빛과 화학 반응하여 제거되는 고유 특성을 갖는 포토레지스트막을 형성한 후, 포토레지스트막 중 원하는 소정 회로 패턴을 형성할 부분에 빛을 주사하여 포토레지스트막 중 원하는 부분만을 선택적으로 오픈시키는 사진, 현상 공정, 오픈된 부분을 소정 깊이로 식각(etching)하는 식각 공정, 원하는 불순물을 주입(Implantation)하는 이온주입 공정, 오픈된 부분에 또다른 특성을 갖는 박막을 증착(Deposition)하는 증착 공정 등으로 구성된다.

이들 반도체 제조 공정 중 식각 공정은 다른 기타 공정에 비하여 특히 정밀도가 요구되는 부분으로 최근 반도체 제품의 집적도가 높아지면서 더욱 정밀한 식각을 위해서 습식 식각(wet etching) 보다는 건식 식각(dry ethcing)이 더욱 활발히 사용되고 있다.

첨부된 도 1에는 종래 사용되고 있는 건식 식각 설비의 하나인 플라즈마 식각 설비(100)가 도시되어 있는 바, 종래 플라즈마 식각 설비(100)는 플라즈마 챔버(110), 플라즈마 챔버(110)의 내부에 소정 간격 이격된 상태로 상호 마주보도록 설치된 2 개의 평행 평판 타입의 캐소드 전극(120) 및 애노드 전극(130), 캐소드 전극(120) 및 애노드 전극(130)의 사이에 전계가 형성되도록 하는 전원공급장치(140) 및 도시되지 않은 진공압 형성장치를 포함한다.

이와 같은 종래 플라즈마 식각 설비(100)는 애노드 전극(130)의 상부에 웨이퍼(1)가 안착된 상태에서 웨이퍼(1)중 포토레지스트에 의하여 보호받지 못하는 부분을 플라즈마 가스로 정밀하게 식각을 수행한 후, 플라즈마 식각이 진행된 웨이퍼(1)는 세정 공정으로 이송되어 세정이 진행된다.

그러나, 웨이퍼(1)의 모든 에지 부분은 에치레이트가 낮아 언에치(unetch)가 발생하여 포토레지스트 찌꺼기가 존재한다. 이와 같이 포토레지스트 찌꺼기가 존재한 상태에서 후속 공정이 진행될 경우 포토레지스트 찌꺼기가 웨이퍼의 공정 영역에 흘러들어가 공정 불량을 유발시킨다.

이와 같은 이유로 웨이퍼(1)의 에지 부분, 즉, 액티브 에이리어(atcive area)를 제외한 웨이퍼 부분은 웨이퍼 클램프 장치(150)에 의하여 가려짐으로써 플라즈마 가스로부터 보호된다.

이와 같은 역할을 하는 클램프 장치(150)는 다시 클램프 링(151), 클램프 링 업-다운 장치(152), 클램프 링 소프트 무빙 유닛(159)으로 구성된다.

클램프 링(151)은 웨이퍼(1)의 플랫존 부분을 덮는 링 형상을 갖으며, 밑면 소정 위치에는 일례로 3 개의 핀 홈(151a)이 소정 간격으로 형성된다.

클램프 링 업-다운 장치(152)는 플라즈마 챔버(110)의 내부 및 외부를 관통하는 업-다운 핀(152a), 업-다운 핀(152a)을 구동하는 구동장치(152b)의 결합으로 구성되는데, 업-다운 핀(152a)의 상부에는 클램프 링(151a)이 단순 안착되는 바, 업-다운 핀(152a)의 위치는 업-다운 핀(152a)의 단부가 핀 홈(151a)에 삽입되는 위치이어야 한다.

즉, 클램프 링 업-다운 장치(152)는 플라즈마 식각을 위해 웨이퍼(1)가 로딩된 후에는 웨이퍼(1)의 플랫존 부분을 가압하는 것이 가능토록 클램프 링(151)을 움직이고, 공정 종료 후에는 웨이퍼(1)가 다시 후속 공정으로 로딩되도록 클램프 링(151)을 웨이퍼(1)의 상부로 리프트시키는 역할을 한다.

이때, 클램프 링 업-다운 장치(152)의 급격히 움직임이 발생하지 않도록 하기 위하여 업-다운 핀(152a)에는 클램프 링 소프트 무빙 유닛(159)이 설치된다.

클램프 링 소프트 무빙 유닛(159)은 다시 플랜지(153)가 양쪽에 붙은 원통 형상의 하우징(154), 하우징(154)에 삽입된 상태로 일측 단부는 하우징(154)의 하단부 플랜지(155)에 고정되고, 타측 단부는 업-다운 핀(152a)에 고정된 주름관 형태로 업-다운 핀(152a)의 소프트 무빙이 가능토록 하는 벨로우즈(156)로 구성된다.

그러나, 이와 같은 종래 클램프 링 소프트 무빙 유닛(159)은 업-다운 핀(152a)의 부드러운 무빙이 가능토록 하는 장점을 갖는 반면 후술될 다양한 문제점을 발생시킨다.

첫번째로, 한 장의 웨이퍼(1)에 공정을 진행할 때마다 업-다운 핀(152a)이 상하로 업-다운 동작을 수행하며 이로 인하여 벨로우즈(156) 또한 그 길이가 늘어나고 줄어드는 과정이 반복되는 바, 이로 인하여 매우 고가의 벨로우즈(156)의 일부에 피로 파괴가 발생하거나 벨로우즈(156)의 일부가 찢어지는 것이 빈번하게 발생된다.

두번째로, 이와 같이 벨로우즈(156)에 파손이 발생할 경우, 초고진공 상태에서 공정이 진행되는 플라즈마 챔버(110)의 내부로 대기중의 공기가 유입되어 공정 불량이 발생되는 문제점을 갖는다.

세번째로, 벨로우즈(156)가 파손되거나 이에 따라 공정 불량이 발생할 경우 이를 극복하기 위해서는 장시간에 걸쳐 플라즈마 식각 설비의 가동이 중단되어 생산 효율이 저하되는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 클램프 링을 구동하는 방법을 개량하여 클램프 링이 부드럽게 구동되면서도 클램프 링을 부드럽게 구동시키는 부분의 파손 발생이 최소화되도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 클램프 링을 부드럽게 구동시키는 부분의 파손에 따른 플라즈마 공정 불량이 발생하지 않도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 플라즈마 식각 설비의 가동 효율 저하를 방지함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 후술될 본 발명의 상세한 설명에 의하여 보다 명확해질 것이다.

도 1은 종래 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치를 도시한 개념도.

도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치를 도시한개념도.

이와 같은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치는 플라즈마 챔버의 내부에 웨이퍼가 안착되는 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 거리 이격된 플라즈마 챔버 내부에 설치된 캐소드 전극, 애노드 전극 및 캐소드 전극에 전원을 인가하여 전계가 형성되도록 하는 전원공급장치, 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 반응가스를 인가하는 반응가스 공급장치를 포함하는 플라즈마 식각 설비에 있어서, 웨이퍼의 에지를 감싸는 클램프 링과, 클램프 링을 업-다운시키는 업-다운 핀, 업-다운 핀을 구동시키는 구동장치로 구성된 클램프 링 구동장치와, 업-다운 핀이 끼워진 상태로 업-다운되도록 하는 부싱, 부싱의 양쪽에 위치하도록 업-다운 핀에 끼워진 밀봉링, 부싱 및 밀봉링을 지지하며 플라즈마 식각 설비에 결합된 하우징 및 부싱에 대하여 업-다운 핀이 부드럽게 구동되도록 하는 윤활수단이 형성된 소프트 무빙 장치를 포함한다.

이하, 본 발명에 의한 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치의 보다 구체적인 구성 및 구성에 따른 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부된 도 2를 참조하여 플라즈마 식각 설비(200) 및 플라즈마 식각 설비(200)에 장착된 본 발명에 의한 웨이퍼 클램핑 장치(300)를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

플라즈마 식각 설비(200)를 먼저 설명하면, 플라즈마 식각 설비(200)는 전체적으로 보아 플라즈마 챔버(210), 전계 형성장치(220), 반응가스 공급장치(230), 도시되지 않은 진공 배기장치로 구성된다.

구체적으로, 전계 형성장치(220)는 플라즈마 챔버(210)의 내부에 마주보도록 소정 간격 이격된 2 개의 전극(222,224) 및 전원공급장치(226)로 구성된다.

이때, 2 개의 전극(222,224)은 각각 플라즈마 챔버(210)의 내측 상부 및 하부에 각각 설치되는 바, 이들 중 플라즈마 챔버(210)의 내측 상부에 설치된 전극(222)을 캐소드 전극이라 정의하며, 이들 중 플라즈마 챔버(210)의 내측 하부에 설치된 전극(224)을 애노드 전극이라 정의하기로 한다.

이때, 애노드 전극(224)의 상면에는 플라즈마 공정이 진행될 웨이퍼(2)가 안착된다.

한편, 이와 같은 구성을 갖는 애노드 전극(224) 및 캐소드 전극(222)에는 전원공급장치(226)가 연결되어 애노드 전극(224) 및 캐소드 전극(222)의 사이에 전계가 형성되도록 한다. 이때, 전원공급장치(226)에서 인가되는 전원은 예를 들면, 직류 전원, 교류 전원 또는 RF 전원일 수 있다.

이와 같이 애노드 전극(224) 및 캐소드 전극(222)의 사이에 전계가 형성된 상태에서 플라즈마를 형성되기 위해서는 플라즈마가 용이하게 생성되는 반응가스 공급장치(230)를 필요로 하는 바, 반응가스 공급장치(230)는 플라즈마화 하기 용이한 반응가스, 예를 들면, 아르곤, 질소, 산소 등이 사용될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 플라즈마 식각 설비(200)에는 웨이퍼(2)의 플랫존 부분을 덮는 것이 가능한 웨이퍼 클램핑 장치(240)가 설치된다.

본 발명에 의한 웨이퍼 클램핑 장치(240)는 다시 클램프 링(242), 클램프 링 구동장치(244) 및 실린더 형 클램프 링 소프트 무빙 장치(249)로 구성된다.

보다 구체적으로 클램프 링(242)은 내경이 웨이퍼(2)의 플랫존과 일치하며, 외경은 최소한 웨이퍼(2)의 플랫존을 덮을 정도인 링 형상을 갖는 바, 이와 같은 형상을 갖는 클램프 링(242)의 밑면에는 상호 소정 간격을 갖으며, 소정 깊이를 갖는 핀 홈(242a)이 일실시예로 3 개가 형성된다.

클램프 링 구동장치(244)는 다시 업-다운 핀(244a) 및 업-다운 핀(244a)을 구동하기 위한 구동장치(244b)로 구성되는 바, 업-다운 핀(244a)은 앞서 설명한 클램프 링(242)의 개수와 일치하도록 마련되며, 각 업-다운 핀(244a)의 위치는 클램프 링(242)의 핀 홈(242a)과 일치하도록 함으로써 클램프 링(242)은 업-다운 핀(244a)에 단순 안착된 상태에서 웨이퍼(2)의 플랫존을 덮도록 하여 웨이퍼(2)의 플랫존이 플라즈마에 의하여 손상 또는 원하지 않는 파티클 발생이 억제되도록 한다.

이때, 클램프 링 구동장치(244)의 업-다운 핀(244a)이 급격한 변위를 갖도록 구동됨으로서 업-다운 핀(244a)으로부터 클램프 링(242)이 이탈되는 것을 방지하기 위하여 업-다운 핀(244a)에는 실린더 형 클램프 링 소프트 무빙 장치(249)가 설치된다.

실린더 형 클램프 링 소프트 무빙 장치(249)는 전체적으로 보아 플랜지(245a)가 형성된 원통 형상의 하우징(245), 하우징(245)의 양단에 설치된 밀봉용 O-링(246a,246b), 하우징(245)의 내주면에 끼워지는 부싱(busing;247) 및 윤활용 오일(248)로 구성된다.

이때, 밀봉용 O-링(246a,246b)은 저압이 형성된 플라즈마 챔버(210) 내부로 외부 공기 및 불순물이 유입되는 것을 방지한다.

보다 구체적으로, 클램프 링 구동장치(244)의 업-다운 핀(244a)은 밀봉용 O-링(246b) - 부싱(247) - 밀봉용 O-링(246a)을 관통하여 플라즈마 챔버(210)의 내부로 삽입된다.

이때, 부싱(247)의 내주면에는 업-다운 핀(244a)이 부드럽게 구동되도록 윤활용 오일(248)이 도포된다.

이와 같은 구성을 갖는 웨이퍼 클램핑 장치(240)는 플라즈마 식각이 진행될 웨이퍼(2)가 플라즈마 식각 챔버(210) 내부로 이송되어 애노드 전극(244)의 상면에 안착되도록 하기 위하여 초기화되는 바, 이를 구현하기 위하여 클램프 링 구동장치(244)는 업-다운 핀(244a)을 상부로 리프트 하고, 이로 인하여 클램프 링(242) 또한 애노드 전극(224)으로부터 소정 거리 이격된다.

이후, 웨이퍼(2)는 애노드 전극(224)의 상면 지정된 위치에 로딩되고, 이후 클램프 링 구동장치(244)는 업-다운 핀(244a)을 다운시킴으로써 클램프 링(242)은 웨이퍼(2)의 플랫존 부분을 감싸게 된다.

이어서, 애노드 전극(224) 및 캐소드 전극(222)의 사이에 전원공급장치(226)에 의한 전계가 형성된 후, 반응가스 공급장치(230)로부터 반응가스가 애노드 전극(222) 및 캐소드 전극(224)의 사이로 분사됨으로써 플라즈마 챔버(210) 내부는 플라즈마 분위기로 바뀌고 플라즈마에 의하여 웨이퍼(2)의 소정 부분은 정밀한 식각이 진행된다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 웨이퍼 클램프 장치에서 벨로우즈를 사용하지 않음으로써 벨로우즈의 파손에 따라 외부 공기가 플라즈마 챔버 내부로 유입되어 플라즈마 공정 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 플라즈마 공정 불량에 따라 플라즈마 설비의 공정 중단 시간이 증가되는 것을 방지하는 등 다양한 효과를 발생시킨다.

Claims

플라즈마 챔버의 내부에 웨이퍼가 안착되는 애노드 전극 및 애노드 전극과 소정 거리 이격된 상기 플라즈마 챔버 내부에 설치된 캐소드 전극, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극에 전원을 인가하여 전계가 형성되도록 하는 전원공급장치, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 반응가스를 인가하는 반응가스 공급장치를 포함하는 플라즈마 식각 설비에 있어서,

상기 웨이퍼의 에지를 감싸는 클램프 링과;

상기 클램프 링을 업-다운시키는 업-다운 핀, 상기 없-다운 핀을 구동시키는 구동장치로 구성된 클램프 링 구동장치와;

상기 업-다운 핀이 끼워진 상태로 업-다운되도록 하는 부싱, 상기 부싱의 양쪽에 위치하도록 상기 업-다운 핀에 끼워진 밀봉링, 상기 부싱 및 밀봉링을 지지하며 상기 플라즈마 식각 설비에 결합된 하우징 및 상기 부싱에 대하여 상기 업-다운 핀이 부드럽게 구동되도록 하는 윤활수단이 형성된 소프트 무빙 장치를 포함하는 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활수단은 윤활용 오일인 플라즈마 식각 설비의 웨이퍼 클램핑 장치.