KR20030090192A - 반도체 기판을 가공하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 가공하는 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 챔버와, 반도체 기판이 놓여지는 척과, 챔버의 상측 부위에 구비되며 플라즈마를 형성하기 위한 상부 전극을 구비한다. 또한, 상부 전극의 하부면 가장자리에 구비되며 플라즈마의 거동을 한정하는 내측 링과 내측 링을 고정시키기 위한 외측 링을 포함하는 상부 링을 구비한다. 상기 플라즈마에 의해 상기 내측 링이 식각되는 경우 내측 링만을 교체하면 되므로, 상부 링 전체를 교체하는 불합리함이 제거된다.

Description

반도체 기판을 가공하기 위한 장치{Apparatus for manufacturing a semiconductor substrate}
본 발명은 반도체 기판을 가공하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판의 표면을 제거하는 건식 식각 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성하는 팹(Fab) 공정, 패턴이 형성된 각각의 다이(die)를 전기적으로 검사하는 프로브 테스트(prove test) 공정, 각각의 다이를 컷팅(cutting)하는 컷팅 공정, 컷팅 공정에 의해 각각의 다이로 분할된 반도체 기판에 금 또는 알루미늄 선을 용접하는 본딩(bonding) 공정, 본딩 공정이 종료된 반조체 기판을 세라믹 혹은 플라스틱으로 봉인하는 패키징 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은, 반도체 기판 상에 소정 막을 형성하는 증착 공정, 상기 막을 패턴으로 형성하기 위해 포토레지스트 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정, 상기 막을 패턴으로 형성하기 위해 상기 막의 특정 부위를 제거하는 식각 공정, 반도체 기판의 표면을 평탄화시키기 위한 화학적 기계적 연마 공정, 반도체 기판의 특정 부위에 불순물을 주입하기 위한 이온주입 공정, 반도체 기판의 표면에 잔류하는 이물질을 제거하기 위한 세정 건조 공정 등으로 이루어진다.
여기서, 상기 식각 공정은 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 마스크 패턴을 통해 반도체 기판 상에 형성된 막의 특정 부위를 제거하여 반도체 기판 상에 전기적 특성을 갖는 패턴을 형성하는 공정이다. 최근, 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 반도체 장치의 제조 공정에서는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정이 주로 수행되고 있다.
상기 플라즈마를 사용하는 식각 공정에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제6,165,377호(issued to Kawahara, et al)에는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 식각하는 도중에 반도체 기판이 놓여지는 테이블에 서로 다른 두 전압 사이에서 주기적으로 변화되는 바이어스 전압을 인가하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제6,306,245호(issued to Yanagisawa, et al)에는 플라즈마 발생기의 분사구와 반도체 기판 사이의 거리를 조절할 수 있는 플라즈마 식각 장치가 개시되어 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 플라즈마 식각 장치(100)는 공정이 수행되는 챔버(102)와, 챔버(102) 내부에서 반도체 기판(10)을 지지하는 척(104)과, 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가스를 제공하는 가스 제공부(106)와, 상기 가스를 플라즈마로 형성하기 위한 고주파 전원이 인가되는 상부전극(108)과, 척 내부에 구비되며, 상기 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 바이어스 전압이 인가되는 하부 전극(미도시) 등을 구비한다.
상부 전극(108)은 챔버(102)의 상측 부위에 구비되고, 가스는 상부 전극(108)을 통해 챔버(102) 내부로 제공된다. 상부 전극(108)은 알루미늄으로 이루어지는 제1전극(108a)과 제2전극(108b), 실리콘으로 이루어지는 제3전극(108c)으로 이루어진다. 이때, 제3전극(108c)의 하부에는 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 상부 링(upper ring, 110)이 구비된다. 상부 링(110)은 안정적인 식각을 수행하기 위해 플라즈마의 거동을 제한하며, 플라즈마가 상부 전극(108) 내부로 유입되는 것을 방지하는 실링 기능을 한다. 상부 링(110)은 원형의 플랫 링 형상을 갖고, 내측 부위가 상부 전극(108)의 제3전극(108c)과 마주보도록 구비되고, 다수개의 볼트(112)에 의해 챔버(102)의 상측 부위에 결합된다.
상기와 같은 플라즈마 식각 장치를 장시간 사용할 경우, 챔버(102) 내부에 제공되는 플라즈마에 의해 상부 링(110)의 내측 주연 부위(A)가 플라즈마에 의해 식각된다. 상기와 같이 상부 링(110)의 내측 부위(A)가 제거될 경우 안정적으로 플라즈마의 거동을 제한하지 못하게 되며, 반도체 기판(10) 상으로 플라즈마를 원활하게 안내할 수 없게 된다.
따라서, 일정 시간 동안 플라즈마 식각 공정을 수행한 후에는 상부 링(110)을 교체해야 하는데, 상부 링(110)의 일부 식각에도 불구하고 전체를 교체해야 하므로 소모성 부품의 교체 비용을 증가시키고, 생산 원가를 증가시키는 원인으로 작용한다. 또한, 상부 링(110)의 내측 주연 부위(A)의 식각에 의해 상부 링 전체를 폐기해야 하는 불합리함이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소모성 부품의 교체 비용을 절감할 수 있는 반도체 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판을 가공하기 위한 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 내측 링을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 외측 링을 나타내는 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판200 : 반도체 기판 가공 장치
202 : 챔버204 : 척
206 : 상부 전극208 : 내측 링
210 : 외측 링212 : 진공 펌프
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
플라즈마를 이용하는 반도체 기판의 가공 공정이 수행되는 챔버와,
상기 챔버 내부에 구비되고, 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 척과,
상기 챔버의 상측 부위에 구비되고, 상기 반도체 기판을 가공하기 위한 가스를 상기 챔버 내부로 제공하기 위한 다수개의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 가스를 상기 플라즈마 상태로 형성하기 위한 파워를 제공하는 전극과,
상기 전극의 하부면 가장자리에 구비되고, 상기 플라즈마를 상기 반도체 기판으로 안내하기 위한 내측 링(inner ring)과,
상기 내측 링을 감싸도록 구비되고, 상기 내측 링을 상기 챔버에 고정시키기 위한 외측 링(outer ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가공하기 위한 장치를 제공한다.
상기 내측 링은 상기 플라즈마에 의해 식각되는 부분이며, 소정 시간 동안 사용 후 교체해야 한다. 이때, 외측 링을 분해하여 내측 링만을 교체하므로, 부품 교체 비용이 절감되며, 일체로 이루어진 종래의 경우와 같이 전체를 폐기하는 불합리함이 제거된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 반도체 기판 가공 장치(200)는 반도체 기판(10)의 가공 공정이 수행되는 챔버(202)와, 챔버(202) 내부에 구비되고 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 척(204)과, 챔버(202)의 상측 부위에 구비되고 반도체 기판(10)을가공하기 위한 가스를 챔버 내부로 제공하기 위한 다수개의 관통공이 형성되어 있으며 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 상부 전극(206)과, 상부 전극(206)의 하부면 가장자리에 구비되고 상기 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 내측 링(208)과, 내측 링(208)을 둘러싸도록 구비되고 내측 링(208)을 챔버(202)에 고정시키기 위한 외측 링(210)을 포함한다.
챔버(202)의 일측에는 챔버(202) 내부를 진공으로 형성하기 위한 진공 펌프(212)가 연결되어 있고, 챔버(202)와 진공 펌프(212)를 연결하는 진공 라인(214)에는 챔버(202) 내부의 진공도를 조절하기 위해 진공 라인(214)을 개폐시키는 드로틀 밸브(216) 및 게이트 밸브(218)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(202)의 일측에는 반도체 기판(10)이 이동되는 도어(220)가 구비되어 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 반도체 기판(10)은 이송 로봇에 의해 챔버(202) 내부로 이동된다.
척(204)의 하부에는 공정의 진행에 따라 척(204)을 상하 구동하기 위한 제1구동부(222)가 구비되고, 척(204)의 내부에는 반도체 기판(10)의 안착을 위한 리프트 핀(미도시)이 구비되며, 챔버(202) 내부에서 형성되는 플라즈마를 반도체 기판으로 유도하기 위한 바이어스 전원이 인가되는 하부 전극(미도시)이 구비되어 있다. 또한, 반도체 기판(10)이 안착되는 척(204)의 가장자리에는 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 실리콘 재질의 포커스 링(224)이 구비되어 있으며, 포커스 링(224)의 외측에는 절연을 위한 석영 재질의 커버 링(226)이 구비된다.
상부 전극(206)은 챔버(202)의 상측 부위에 구비되며, 알루미늄 재질의 제1전극(206a)과 제2전극(206b) 및 실리콘 재질의 제3전극(206c)을 포함한다. 제1전극(206a)에는 RF 전원이 연결되어 있으며 가스 제공부(228)와 연결되는 제1관통공(206d)이 형성되어 있다. 제1전극(206a)과 제2전극(206b) 사이에는 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가스가 수납되는 공간(206e)이 형성되어 있으며, 제2전극(206b) 및 제3전극(206c)에는 상기 가스를 챔버 내부로 균일하게 제공하기 위한 다수개의 제2관통공(206f)이 형성되어 있다.
내측 링(208)은 제3전극(206c)의 하부면 가장자리에 구비되며, 챔버(202) 내부의 플라즈마가 상부 전극(206) 내부로 유입되는 것을 방지하며, 상기 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하는 기능을 한다. 즉, 챔버(202) 내부의 플라즈마 거동을 제한함으로서, 반도체 기판(10)으로 균일한 플라즈마가 제공되도록 한다. 외측 링(210)은 내측 링(208)을 둘러싸도록 구비되며, 다수개의 볼트들(230)에 의해 챔버(202)의 상측 부위에 결합된다. 내측 링(208)은 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있으며, 외측 주연 부위에는 제1계단부가 형성되어 있다. 외측 링(210)은 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있으며, 내측 주연 부위에는 내측 링(208)의 제1계단부와 대응하는 제2계단부가 형성되어 있다. 즉, 내측 링(208)은 외측 링(210)에 의해 제3전극(206c)의 하부면 가장자리에 고정된다.
내측 링(208)은 챔버(202) 내부의 플라즈마에 의해 내측 주연 부위가 식각되며, 일정 시간 동안 공정을 진행한 후에는 새로운 내측 링(208)으로 교체된다. 이때, 외측 링(210)은 교체할 필요가 없으며, 주로 식각되는 내측 링(208)만을 교체한다. 따라서, 종래의 상부 링과 같이 일부 식각에 의해 전체를 폐기하는 불합리함이 제거되며, 부품 교체에 따른 비용이 절감된다.
한편, 챔버(202) 내부에서 형성되는 플라즈마의 거동을 조절하기 위한 제1컴파인먼트(confinement) 링(232)과 제2컴파인먼트 링(234)이 구비된다. 제1, 제2컴파인먼트 링(232, 234)은 각각 세 개의 구동축(236)에 의해 상하 구동된다. 제1, 제2컴파인먼트 링(232, 234)은 각각 원형의 플랫 링 형상을 갖고, 상하로 구비된다. 즉, 내측 링(208)과 외측 링(210)으로 이루어지는 상부 링, 제1컴파인먼트 링(232), 제2컴파인먼트 링(234) 및 척(204) 상에 구비되는 포커스 링(224)은 모두 챔버(202) 내부의 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 균일하게 안내하기 위해 챔버(202) 내부에 배치된다. 제1, 제2컴파인먼트 링(232, 234)을 구동하는 세 개의 구동축(236)은 외측 링(210)과 챔버(202) 상측 부위를 관통하여 챔버(202) 외부로 연장되고, 챔버(202) 상부에 구비되는 제2구동부(238)와 연결된다. 제1, 제2컴파인먼트 링(232, 234)은 공정 조건에 따라 위치가 다양하게 변화된다.
상기와 같은 구성을 갖는 장치(200)는 반도체 기판(10)의 식각 공정뿐만 아니라, 반도체 기판(10) 상에 막을 형성하는 증착 공정에도 사용이 가능하다. 즉, 제공되는 가스 및 공정 변수들의 조절에 의해 반도체 기판(10) 상에 형성된 막을 식각할 수도 있고, 반도체 기판(10) 상에 막을 형성할 수도 있다.
상기 가공 장치(200)에 실란(SiH4) 가스 및 산소 가스를 제공하고, 상기 실란 가스 및 산소 가스를 해리하여 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에 산화막이 형성된다. 이때, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 상기 산화막의 두께 등에 의해 결정된다.
상기 가공 장치(200)에 CHF3가스를 제공하고, 상기 CHF3가스를 해리하여 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에 형성되어 있는 산화막은 산화막 패턴으로 형성된다. 이때, 상기 패턴을 형성하기 위한 패턴 마스크는 포토레지스트 패턴을 사용한다. 그리고, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 식각되는 산화막의 두께 등에 의해 결정된다.
도 3은 도 2에 도시한 내측 링을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시한 외측 링을 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 내측 링(208)은 원형의 플랫 링 형상을 갖고, 외측 주연 부위에는 제1계단부(208a)가 형성되어 있다. 도시되지는 않았으나, 내측 링(208)에는 챔버(202, 도 2 참조) 내부의 압력을 측정하기 위한 압력 센서가 장착되는 홀이 더 형성되어 있다.
외측 링(210)은 내측 링(208)보다 큰 직경을 갖는 원형의 플랫 링 형상을 갖고, 내측 주연 부위에는 내측 링(208)의 제1계단부(208a)와 대응하는 제2계단부(210a)가 형성되어 있다. 또한, 챔버(202)의 상측 부위에 고정시키기 위한 다수개의 제3관통공(210b)이 형성되어 있으며, 제1, 제2컴파인먼트 링(232, 234, 도 2 참조)을 구동시키는 구동축(236, 도 2 참조)이 통과하는 다수개의 제4관통공(210c)이 형성되어 있다.
내측 링(208) 및 외측 링(210)의 재질은 일반적으로 사용되는 석영이 사용될수 있으며, 이 밖에 세라믹 또는 실리콘 재질 등이 사용될 수 있다. 그러나, 내측 링(208) 및 외측 링(210)의 재질이 본 발명을 한정하지 않는다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 가공하는 장치에 있어서, 상기 장치는 플라즈마를 형성하기 위한 전극의 하부면 가장자리에 구비되며, 플라즈마의 거동을 한정하기 위한 내측 링과 내측 링을 챔버 내부에 고정하기 위한 외측 링을 포함하는 상부 링을 구비한다.
상기 플라즈마에 의해 내측 링의 내측 주연 부위가 식각되는 경우 내측 링만을 교체하면 되므로, 종래의 경우와 같이 일체로 형성된 상부 링 전체를 폐기하는 불합리함이 제거된다. 또한, 부품 교체에 따른 비용이 절감되며, 이에 따라 반도체 장치의 생산 원가가 절감된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 플라즈마를 이용하는 반도체 기판의 가공 공정이 수행되는 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되고, 상기 반도체 기판을 지지하기 위한 척;
    상기 챔버의 상측 부위에 구비되고, 상기 반도체 기판을 가공하기 위한 가스를 상기 챔버 내부로 제공하기 위한 다수개의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 가스를 상기 플라즈마 상태로 형성하기 위한 파워를 제공하는 전극;
    상기 전극의 하부면 가장자리에 구비되고, 상기 플라즈마를 상기 반도체 기판으로 안내하기 위한 내측 링(inner ring); 및
    상기 내측 링을 감싸도록 구비되고, 상기 내측 링을 상기 챔버에 고정시키기 위한 외측 링(outer ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가공하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내측 링은 원형의 플랫 링(flat ring) 형상을 갖고 있으며, 외측 주연 부위에는 제1계단부가 형성되어 있으며,
    상기 외측 링은 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있으며, 내측 주연 부위에 상기 제1계단부와 대응하는 제2계단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가공하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외측 링은 상기 챔버의 상측 부위에 나사 결합에 의해고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가공하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성시켜 상기 반도체 기판의 표면을 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가공하기 위한 장치.
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