KR20040048540A - 기판 가공 장치 - Google Patents

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KR20040048540A
KR20040048540A KR1020020076409A KR20020076409A KR20040048540A KR 20040048540 A KR20040048540 A KR 20040048540A KR 1020020076409 A KR1020020076409 A KR 1020020076409A KR 20020076409 A KR20020076409 A KR 20020076409A KR 20040048540 A KR20040048540 A KR 20040048540A
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한은영
김정주
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삼성전자주식회사
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Abstract

플라즈마 상태의 반응 가스를 사용하여 반도체 기판을 가공하기 위한 장치가 개시되어 있다. 반도체 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 챔버의 내부에는 반도체 기판을 지지하기 위한 척이 구비된다. 척에 지지된 반도체 기판의 둘레에는 반응 가스를 반도체 기판으로 집중시키기 위한 에지 링이 배치된다. 에지 링과 척 사이에는 에지 링과 반도체 기판 사이에서 발생하는 반응 가스의 유동을 막기 위한 실링 부재가 개재되며, 에지 링은 반도체 기판과 최소한의 간격을 유지한다. 따라서, 에지 링과 반도체 기판 사이로 유입되는 반응 가스에 의한 반도체 기판의 결함 및 파티클의 발생이 억제된다.

Description

기판 가공 장치{Apparatus for processing a substrate}
본 발명은 반도체 기판을 가공하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마 상태로 형성된 반응 가스를 사용하여 반도체 기판의 표면을 가공하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 증착 공정은 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하는 공정으로, 타겟(target) 물질로부터 스퍼터링된 입자들을 이용하는 물리 기상 증착과, 반응 가스의 화학적인 반응을 이용하는 화학 기상 증착 방법이 사용되고 있다. 최근에는, 낮은 반응 온도에서 막의 증착이 가능한 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 방법이 주로 사용되고 있다.
상기 식각 공정은 반도체 기판 상에 형성된 막을 전기적인 패턴으로 형성하기 위해 상기 막의 특정 영역을 제거하는 공정으로 습식 식각 방법과 건식 식각 방법이 있다. 최근, 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 반도체 장치에서는 플라즈마 상태의 반응 가스를 사용하는 건식 식각 방법이 주로 사용되고 있다.
PECVD 장치와 건식 식각 장치는 플라즈마 상태의 가스를 사용한다는 점에서 공통점이 있으며, 장치의 내부 구성도 유사하다. 상기 가공 장치들은 반도체 기판을 가공하기 위한 챔버와, 챔버로 공급되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 전극과, 반도체 기판을 지지하기 위한 척을 갖는다.
상기 가공 장치들에 대한 일 예로서, 미합중국 등록특허 제5,510,297호(issued to Telford, et al.)와 미합중국 등록특허 제5,565,382호(issued to Tseng, et al.)에는 플라즈마 상태의 반응 가스를 사용하여 서셉터 상에 지지된 반도체 기판 상에 막을 형성하는 장치가 개시되어 있으며, 미합중국 등록특허 제 5,259,922호(issued to Yamano, et al)와 미합중국 등록특허 제6,239,036호(issued to Arita, et al)에는 RF 전원 인가에 의해 형성된 플라즈마 상태의 반응 가스를 사용하여 반도체 기판 상에 막을 식각하는 장치가 개시되어 있다.
상기 가공 장치의 챔버 내부에 구비되어 반도체 기판을 지지하는 척의 상부면 가장자리 부위에는 챔버 내부에서 형성된 플라즈마 반응 가스를 반도체 기판으로 집중시키기 위한 에지 링(edge ring)이 구비되어 있다. 에지 링은 척에 지지된 반도체 기판의 둘레를 감싸도록 배치되어 있으며, 챔버 내부의 플라즈마 반응 가스가 반도체 기판으로 균일하게 공급되도록 한다.
도 1은 종래의 척과 에지 링을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 에지 링을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 척(110)은 실린더 형상을 갖는 본체(112)와, 본체(112)의 상부면으로부터 돌출되어 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 지지부(114)를 포함한다. 지지부(114)의 직경은 반도체 기판(10)의 직경보다 작게 형성되며, 본체(112)의 상부면 가장자리에 에지 링(120)이 장착되어 있다. 에지 링(120)의 내측 부위는 계단 형상을 갖는다.
척(110)에 지지된 반도체 기판(10)의 가장자리 부위는 지지부(114)의 측방으로 돌출되며, 반도체 기판(10)의 측면 부위는 에지 링(120)의 계단부(122)의 수직면(122a)과 마주하며, 반도체 기판(10)의 하부면 가장자리 부위는 에지 링(120)의 계단부(122)의 수평면(122b)과 마주한다. 계단부(122)의 수직면(122a) 높이는 약 1mm 정도이며, 계단부(122)의 수평면(122b) 폭은 약 2mm 정도이다. 계단부(122)의 수직면(122a)과 반도체 기판(10)의 측면 사이는 약 1mm 정도이다.
상기와 같은 구성을 갖는 척(110)과 에지 링(120)을 사용하여 반도체 기판(10)을 가공하는 경우, 플라즈마 상태의 반응 가스가 에지 링(120)과 반도체 기판(10) 사이로 유입되어 반도체 기판(10)의 측면 및 하부면에 결함을 발생시킨다. 즉, 반도체 기판(10)과 에지 링(120) 사이의 간격은 플라즈마 상태의 반응 가스가 충분히 유입될 정도로 넓은 것이며, 척(110)과 에지 링(120) 사이의 틈을 통해 플라즈마 반응 가스의 유동이 발생된다. 상기 결함으로는 반도체 기판(10) 상에형성된 막의 측면으로 플라즈마 반응 가스가 침투하여 발생되는 버블 결함(bubble defect)과, 에지 링(120)과 반도체 기판(10) 사이로 유입된 플라즈마 반응 가스에 의해 발생하는 파티클에 의한 결함 등이 있다. 도시된 화살표는 플라즈마의 유입 방향을 나타낸다.
상기와 같은 결함들은 후속 공정을 거치면서, 보이드(void) 또는 미세 패턴 브리지(bridge)를 발생시킨다. 더 나아가, 상기와 같은 결함들은 반도체 장치의 신뢰도 및 동작 특성을 저하시키며, 반도체 장치의 생산성을 저하시키는 원인으로 작용한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판을 가공하기 위한 장치에 있어서, 반도체 기판을 지지하기 위한 척과 반응 가스의 거동을 제어하기 위한 에지 링 사이로 반응 가스가 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 1은 종래의 척과 에지 링을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에지 링을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 에지 링의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판200 : 기판 가공 장치
202 : 챔버210 : 척
212 : 본체214 : 지지부
220 : 에지 링240 : 상부 전극
250 : RF 전원270 : 실링 부재
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응 가스를 사용하여 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 챔버와, 상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 지지하기 위한 척과, 상기 척의 상부면에서 상기 척에 지지된 기판의 둘레에 설치되며, 상기 반응 가스를 상기 기판으로 집중시키기 위한 에지 링(edge ring)과, 상기 척과 상기 에지 링 사이에 개재되며, 상기 에지 링과 상기 기판 사이에서 발생하는 상기 반응 가스의 유동을 막기 위한 실링(sealing) 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 척은 실린더 형상을 갖는 본체와, 상기 본체의 상부면으로부터 돌출되며 상기 기판의 주연 부위가 측방으로 돌출되도록 상기 기판을 지지하기 위한 지지부를 포함한다. 상기 에지 링의 내측 부위는 상기 측방으로 돌출된 기판의 측면 및 하부면과 마주보는 계단 형상을 갖고, 에지 링의 내측 부위와 상기 기판 사이의 간격은 0.2 내지 0.5mm인 것이 바람직하다. 한편, 상기 에지 링의 내측 부위는 기판과의 간격을 더욱 줄이기 위해 하방으로 테이퍼진(tapered) 형상을 가질 수도 있다.
따라서, 에지 링과 기판 사이로 반응 가스가 유입되는 것이 억제되므로, 기판의 측면 및 하부면 결함이 감소된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 기판 가공 장치(200)는 반도체 기판(10)의 가공 공정을 수행하기 위한 챔버(202)를 갖는다. 챔버(202)의 내부에는 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 척(210)이 구비되며, 척(210)의 상부에는 챔버(202) 내부로 제공되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 상부 전극(240)이 배치되어 있다.
상부 전극(240)은 RF 전원(250)과 연결되어 있으며, 알루미늄 재질의 제1전극(242)과 제2전극(244) 및 실리콘 재질의 제3전극(246)을 포함한다. 제1전극(242)의 중앙 부위에는 반응 가스를 챔버 내부로 도입하기 위한 제1관통공이 형성되어있으며, 제1관통공은 반응 가스 공급 배관(260)과 연결되어 있다. 제2전극(244)에는 반도체 기판(10)으로 반응 가스를 균일하게 제공하기 위한 다수개의 제2관통공이 형성되어 있으며, 제1전극(242)과 제2전극(244) 사이에는 반응 가스를 수용하기 위한 가스 수용부(248)가 형성되어 있다. 제3전극(246)에는 제2전극(244)의 제2관통공들과 각각 대응하는 다수개의 제3관통공이 형성되어 있다.
상세히 도시되지는 않았으나, 척(210)에는 하부 전극이 배치되며, 플라즈마 상태의 반응 가스를 반도체 기판(10)으로 유도하기 위한 바이어스 전원이 인가된다. 상부 전극(240)과 하부 전극의 구성은 다양하게 공지되어 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 하며, 상부 전극(240) 및 하부 전극의 구성은 다양하게 변경될 수 있다.
상부 전극(240)의 하부에는 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 척(210)이 배치되어 있으며, 척(210)의 상부면에는 플라즈마 상태의 반응 가스를 균일하게 반도체 기판으로 공급하기 위한 에지 링(220)이 구비되어 있다. 이때, 척(210)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판(10)을 흡착하는 정전척일 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 반도체 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 다수의 리프트 핀이 더 구비된다.
척(210)은 실린더 형상을 갖는 본체(212)와, 본체(212)의 상부면으로부터 돌출되며 반도체 기판(10)의 주연 부위가 측방으로 돌출되도록 반도체 기판(10)을 지지하기 위한 지지부(214)를 포함한다. 지지부(214)의 직경은 반도체 기판(10)의 직경보다 작으며, 반도체 기판(10)의 가장자리 부위가 지지부(214)의 외측으로 약1mm 정도 돌출된다.
에지 링(220)의 내측 부위(222)는 계단 형상을 갖는다. 에지 링(220)의 내측 부위(222)의 수직면(222a)은 반도체 기판(10)의 측면 부위와 마주하며, 에지 링(220)의 내측 부위(222)의 수평면(222b)은 반도체 기판(10)의 하부면 가장자리와 마주한다. 이때, 에지 링(220)의 내측 부위(222) 수직면(222a)과 반도체 기판(10) 사이의 제1간격은 0.2 내지 0.5mm 정도가 바람직하고, 에지 링(220)의 내측 부위(222) 수평면(222b)과 반도체 기판(10) 사이의 제2간격은 제1간격보다 작은 것이 바람직하다. 즉, 에지 링(220)과 반도체 기판(10) 사이의 간격을 최대한 작게 함으로서 플라즈마 상태로 활성화된 반응 가스가 에지 링(220)과 반도체 기판(10) 사이로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
그러나, 단순히 에지 링(220)과 반도체 기판(10) 사이의 간격을 작게 하는 것만으로는 만족할 만한 효과를 얻기가 어렵다. 그 이유는 제1간격 및 제2간격을 최소한으로 하더라도 에지 링(220)과 반도체 기판(10) 사이의 공간과, 에지 링(220)과 척(210) 사이의 공간을 통해 활성화된 반응 가스의 유동이 형성되기 때문이다.
상기 활성화된 반응 가스의 유동을 방지하기 위하여 에지 링(220)과 척(210) 사이에는 실링(sealing) 부재(270)가 개재된다. 실링 부재(270)로는 오 링(O ring)이 바람직하게 사용될 수 있으며, 실링 부재(270)는 활성화된 반응 가스의 유통 경로를 차단함으로서 활성화된 반응 가스가 에지 링(220)과 반도체 기판(10) 사이의 공간으로 유입되는 것을 억제한다. 따라서, 활성화된 반응 가스에 의해 반도체 기판(10)의 가장자리 부위에서 발생하는 결함이 감소된다.
상기와 같은 기판 가공 장치(200)를 사용하여 반도체 기판(10) 상에 형성된 막의 특정 부위를 제거하는 건식 식각 공정을 수행하는 경우, 상기 척(210)은 정전기력을 이용하여 반도체 기판(10)을 흡착하는 정전척인 것이 바람직하다.
상기 건식 식각 공정의 예를 들면, 상기 기판 가공 장치(200)에 CHF3가스를 제공하고, RF 전원을 인가하여 상기 CHF3가스를 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에 형성되어 있는 산화막은 산화막 패턴으로 형성된다. 이때, 상기 산화막 상에는 산화막의 소정 영역을 제거하여 산화막 패턴으로 형성하기 위한 식각 마스크가 형성되어 있으며, 상기 식각 마스크는 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 포토레지스트 패턴이다. 그리고, 상기 식각 공정 조건 중에서 압력, 온도 및 시간 등과 같은 공정 조건은 식각되는 산화막의 두께에 의해 결정된다.
한편, 상기와 같은 기판 가공 장치(200)를 사용하여 반도체 기판(10) 상에 막을 형성하는 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 수행하는 경우 척(210)의 하부에는 반도체 기판(10)을 가열하기 위한 히터가 구비되어야 한다.
상기 플라즈마 화학 기상 증착 공정의 예를 들면, 상기 기판 가공 장치(200)에 실란(SiH4) 가스 및 산소 가스를 제공하고, RF 전원을 인가하여 상기 실란 가스 및 산소 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 공정 조건을 조성할 경우 반도체 기판(10) 상에는 산화막이 형성된다. 이때, 상기 공정 조건 중에서 압력, 온도 및시간 등과 같은 공정 조건은 상기 산화막의 두께 등에 의해 결정된다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 에지 링의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4a를 참조하면, 에지 링(280)의 내측 부위(280a)는 하방으로 테이퍼진 형상을 갖는다. 이는 에지 링(280)의 내측 부위(280a)와 반도체 기판(10)의 가장자리 사이의 간격을 더욱 감소시키기 위함이며, 에지 링(280)의 내측 부위(280a)의 경사각은 약 30°정도가 바람직하다. 챔버(202, 도 3 참조)의 내부에서 형성된 플라즈마 상태의 반응 가스는 하부 전극에 인가되는 바이어스 전원에 의해 척(210) 방향으로 직진성을 갖는다. 직진성을 갖는 반응 가스는 에지 링(280) 내측 부위(280a)의 경사면에 반사되므로, 반응 가스가 에지 링(280)과 반도체 기판(10) 사이의 공간으로 유입되는 것이 억제된다.
도 4b를 참조하면, 에지 링(290)의 상부면이 척(210)에 지지된 반도체 기판(10)의 상부면보다 높게 형성되어 있다. 이는 챔버(202) 내부의 활성화된 반응 가스의 거동을 변화시켜 활성화된 반응 가스가 에지 링(290)과 반도체 기판(10) 사이로 유입되는 것을 억제시킨다. 이때, 에지 링(290)의 상부면이 반도체 기판(10)의 상부면보다 5mm 이상 더 높은 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 기판을 지지하기 하기 위한 척과 플라즈마 상태의 반응 가스의 거동을 제어하기 위한 에지 링의 간격을 감소시키고, 에지 링과 척 사이에 실링 부재를 개재시킴으로서 에지 링과 기판 사이의 공간으로플라즈마 상태의 반응 가스가 유입되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 상기 공간으로 유입되는 반응 가스에 의해 반도체 기판의 가장자리 부위에서 발생하는 결함 및 파티클 발생을 감소시킬 수 있다. 더 나아가, 반도체 장치의 신뢰도 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
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 (7)

  1. 반응 가스를 사용하여 기판의 가공 공정을 수행하기 위한 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 지지하기 위한 척;
    상기 척의 상부면에서 상기 척에 지지된 기판의 둘레에 설치되며, 상기 반응 가스를 상기 기판으로 집중시키기 위한 에지 링(edge ring); 및
    상기 척과 상기 에지 링 사이에 개재되며, 상기 에지 링과 상기 기판 사이에서 발생하는 상기 반응 가스의 유동을 막기 위한 실링(sealing) 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 척은 실린더 형상을 갖는 본체와, 상기 본체의 상부면으로부터 돌출되며 상기 기판의 가장자리 부위가 측방으로 돌출되도록 상기 기판을 지지하기 위한 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에지 링의 내측 부위는 상기 측방으로 돌출된 기판의 측면 및 하부면과 마주보는 계단 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에지 링의 내측 부위와 상기 기판 사이의 간격은 0.2 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 에지 링의 내측면은 하방으로 테이퍼진 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 실링 부재는 오 링(O ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 장치.
KR1020020076409A 2002-12-03 2002-12-03 기판 가공 장치 KR20040048540A (ko)

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KR101012958B1 (ko) * 2007-03-07 2011-02-08 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 진공 용기, 내압 용기 및 그것들의 밀봉 방법
KR101276565B1 (ko) * 2006-05-19 2013-06-19 주식회사 원익아이피에스 진공처리장치

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KR101276565B1 (ko) * 2006-05-19 2013-06-19 주식회사 원익아이피에스 진공처리장치
KR101012958B1 (ko) * 2007-03-07 2011-02-08 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 진공 용기, 내압 용기 및 그것들의 밀봉 방법

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