KR20030094679A - 건식 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 웨이퍼 냉각 시스템을 갖는 건식 식각 장치에 관한 것이다. 본 발명의 건식 식각 장치는 공정 챔버와; 웨이퍼가 놓여지는 그리고 고주파 파워소스를 인가하는 하부전극인 웨이퍼 척을 갖는다. 상기 웨이퍼 척은 적어도 2개 이상의 부위별로 온도 조절이 가능하다.

Description

건식 식각 장치{DRY ETCHING APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 건식 식각 장치의 웨이퍼 냉각 시스템에 관한 것이다.

반도체장치의 제조에 가장 빈번히 사용되는 공정 가운데 하나가 에칭이다. 에칭은 일정 패턴의 에칭마스크가 대상막을 덮고 있을 때 대상막에 대한 식각능력을 가지는 식각물질 즉, 에천트(etchant)를 접촉시켜 반응이 이루어지게 함으로써 에칭마스크로 보호되지 않은 부분을 제거하는 것이다. 에칭은 용액중의 에천트 물질을 이용하는 습식 에칭과 가스상의 에천트 물질을 이용하는 건식 에칭이 있고, 화학적인 반응을 위주로 하여 모든 방향으로 식각이 동등하게 진행되는 등방성 식각과 물리적인 작용을 통해 특정 방향으로 우세하게식각이 진행되는 이방성 식각으로 나눌 수 있다. 건식 식각도 플라즈마를 형성하여 식각력을 높이는 방법을 많이 사용하게 된다.

에칭은 크게는 일종의 화학반응이므로 공정의 온도와 에천트의 농도, 압력 등이 중요한 공정의 요인이 되므로 에칭이 이루어지는 공정 챔버의 온도를 조절하고 일정하게 유지하는 것이 공정의 질을 높이기 위해 필요하다. 가령, 에칭 챔버에서는 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 인가되어 공정이 계속되면서 열로 변환된 전력이 누적되어 에칭 챔버의 온도를 높이게 된다. 에칭 공정에서는 여러가지 물질들이 해당 에천트를 이용하여 식각되는데 에천트에 접하는 다른 물질들이 여러가지 있을 수 있고 또 온도 등 조건에 따라 지배적으로 이루어지는 반응이 달라지고 그 부산물도 달라지므로 공정중 온도가 변하면 공정에 영향을 미칠 수 있다.

현재의 에칭설비는 도 1 및 도 2에서 보여주는 바와 같이, 챔버(1)와, 상기 챔버(1) 내에 웨이퍼가 놓이는 척(3)이 마련된다. 상기 척(3)에는 냉각매질 공급 포트(cooling supply port, 7), 냉각라인(cooling line, 9) 및 냉각 매질 회수 포트(cooling return port, 11)가 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 냉각 매질공급 포트(7)를 통과한 냉각 매질은 화살표방향의 냉각 라인(9)을 따라 이동하면서 척(3)을 냉각시킨 후 냉각 매질 회수포트(11)를 통하여 외부로 배출되게 된다.

이처럼, 종래 온도 제어 방식의 주안점은 웨이퍼와 접촉하는 척의 온도를 균일하게 하는데 있다. 하지만, 척 온도의 균일도가 반듯이 웨이퍼의 온도 균일과 일치하지 않는다는데 문제가 있다. 실제로 웨이퍼는 중앙부위 보다 가장자리 부위의 온도 상승이 더욱 심하게 이루어진다.(주위의 부속품 및 챔버 벽에 의한 영향)

따라서, 현재와 같이 단순히 척의 온도를 균일하게 하는 방식으로는 웨이퍼의 대구경화에 따른 웨이퍼의 중앙 부위와 가장자리 부위의 온도 균일성 확보는 불가능하다. 즉, 웨이퍼의 온도 변화폭(deviation)이 크기 때문에, 공정 진행시 웨이퍼상에 식각 프로파일(profile)이 원하는 대로 이루어지지 않고 따라서 에칭이 원하는대로 이루어지지 않아 시간이 더 소요되거나 공정 불량이 발생하므로 문제가 된다.

본 발명의 목적은 척에 놓여지는 웨이퍼의 온도를 균일하게 조절할 수 있는 새로운 형태의 건식 식각 장치를 제공하는데 있다.

도 1 및 도 2는 현재 식각 장치의 웨이퍼 척에 설치된 냉각 라인을 보여주는 도면들;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치의 챔버 구조를 보여주는 도면;

도 4는 웨이퍼 척에 형성된 냉각 수단을 보여주는 웨이퍼 척의 평단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 챔버

120 : 상부전극

130 : 하부전극

132 : 정전척

142 : 제1냉각장치

144 : 제2냉각장치

146 : 냉각기

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 건식 식각 장치는 공정 챔버와; 웨이퍼가 놓여지는 그리고 고주파 파워소스를 인가하는 하부전극인 웨이퍼 척(130)을 갖는다. 여기서, 상기 웨이퍼 척은 적어도 2개 이상의 부위별로 온도 조절이 가능하며, 이를 위해 상기 웨이퍼 척은 공급 포트와 회수 포트를 갖는 그리고 상기 웨이퍼 척의 가장자리 부위에 설치되는 제1냉각라인과; 공급 포트와 회수 포트를 갖는 그리고 상기 웨이퍼 척의 중앙 부위에 설치되는 제2냉각라인을 갖는다. 이들 상기 제1냉각라인과 제2냉각라인은 냉각기(chiller)와 연결되고, 상기 냉각기는 상기 제1 및 제2 냉각라인의 온도를 각각 제어할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 3 및 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 건식 식각 장치는 반도체 웨이퍼의 패턴형성에 있어서는 소자의 고집적화, 미세화에 수반해서 고정밀도의 에칭을 행하기 위하여 한 쌍의 평행 평판형 전극에 의한 플라즈마로 에칭을 행한다.

건식 식각 장비에서 사용되는 챔버 구조의 일예를 보인 도 3을 참조하면, 건식 식각 장비(100)는 외부와 격리되어 고진공을 유지할 수 있도록 된 챔버(110)가 외부를 형성하고 있다. 이 챔버 내부에는 고주파 파워소스(RF)를 인가하기 위한 상부전극(120)과, 하부전극(130), 화합물 혼합가스인 반응가스를 공급하기 위한 가스주입구(118)가 챔버 일측에 형성되어 있다. 그리고 챔버에는 가스 주입구(118)에서 공급된 반응가스를 배기시키는 배기구(120)가 챔버 측벽에 형성되어 있다.

상기 챔버의 반응공간 내에는 웨이퍼(W)를 흡입하여 진공 고정하는 웨이퍼 척(130)이 구비되어 있다. 이 웨이퍼 척(130)은 고주파 파워소스(RF)를 인가하는 하부전극으로 사용되고 있다. 이 웨이퍼 척(130) 아래에는 웨이퍼를 로딩하기 위해 승하강되는 리프터(미도시됨)가 장착되어 있다. 상기 하부전극(130)으로 사용되는 정전척(ESC; Electro Static Chuck)(132)은 원통형 평판으로 형성되어 상부에 웨이퍼(W)를 고정하도록 되어 있고, 내부에는 냉각수 통로가 형성되어 있다.

도 4는 웨이퍼 척에 형성된 냉각 수단을 보여주는 웨이퍼 척(130)의 평단면도로서, 웨이퍼 척(130) 내부에는 공급포트(142a)와 회수포트(142b)를 갖는 제1냉각라인(cooling line)(142)과, 공급포트(144a)와 회수포트(144b)를 갖는 제2냉각라인(144)이 형성되어 있다. 이처럼, 제1냉각라인(142)과 제2냉각라인(144)을 웨이퍼 척(132)의 중앙과 가장자리에 구분하여 설치한다. 상기 냉각라인들(142,144)은 온도 제어를 위한 칠러(chiller;냉각기)(146)와 연결되어, 웨이퍼의 표면 온도가 가장 균일해지도록 웨이퍼 척의 온도를 조절한다.

이처럼, 본 발명의 건식 식각 장치는 웨이퍼 표면 온도를 가장자리와 중앙부위 간의 차가 발생하지 않도록 하기 위하여 웨이퍼 척에 2개의 냉각라인을 설치한 것이다. 이처럼, 웨이퍼 척의 냉각라인을 여러개 설치하고, 이들 각각의 냉각 라인의 온도를 제어함으로써 웨이퍼의 온도를 균일하게 할 수 있는 것이다.

본 발명의 구조적인 특징은 상기 웨이퍼 척을 부위별로 온도 조절할 수 있는 냉각라인들을 갖는다는데 있다.

이상에서는 바람직한 실시예들을 예시하고 그 것을 통해서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 거기에 한정되는 것이 아님을 유의해야 하며, 본 발명의 사상과 기술적 범위를 벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들 및 변형예들이 있을 수 있다는 것을 잘 이해해야 한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 웨이퍼 척을 부위별로 온도 조절이 가능해짐으로써 웨이퍼의 온도 균일성을 높일 수 있고, 따라서 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 건식 식각 장치에 있어서:

   공정 챔버와;

   웨이퍼가 놓여지는 그리고 고주파 파워소스를 인가하는 하부전극인 웨이퍼 척(130)을 포함하되;

   상기 웨이퍼 척은 적어도 2개 이상의 부위별로 온도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 척은

   공급 포트와 회수 포트를 갖는 그리고 상기 웨이퍼 척의 가장자리 부위에 설치되는 제1냉각라인과;

   공급 포트와 회수 포트를 갖는 그리고 상기 웨이퍼 척의 중앙 부위에 설치되는 제2냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1냉각라인과 제2냉각라인은 냉각기(chiller)와 연결되고,

   상기 냉각기는 상기 제1 및 제2 냉각라인의 온도를 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.