KR20040105356A - 정전척 및 기판 사이의 잔여 전하 제거 장치와 그 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 완전하게 제거하여 기판이 정전척으로터 쉽게 분리될 수 있도록 하기 위해서, 접지되는 챔버와, 하부 전극, 하부 절연층, 상부 전극, 상부 절연층으로 이루어지며 상기 챔버 내부에 설치되는 정전척과, 상기 챔버와 정전척의 하부 전극 사이에 개재되는 절연체와, 상기 정전척의 상부 전극과 연결되는 전환 장치를 포함하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하 제거장치와 이에 의한 잔여 전하 제거방법을 제공한다.

Description

정전척 및 기판 사이의 잔여 전하 제거 장치와 그 제거 방법{Device for Removing Residual Electric Charge between Electrostatic Chuck and Wafer and Method the Same}

본 발명은 반도체 소자의 제조장비 및 그 사용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하는 식각 장치에서 기판에 대한 공정 수행 중 발생되는 잔여 전하를 제거하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 통상적으로 기판(wafer)에 물질막을 증착하고, 증착된 물질막을 필요한 형태로 패터닝한 다음, 불필요한 잔류물들을 제거하는 복잡한 공정을 수행하여 만들어지는데, 이러한 각각의 공정은 밀폐된 용기인 챔버(Chamber) 내에서 이루어지며, 챔버 내부에는 처리대상물인 기판을 안치시키는 수단으로서 척(chuck)이 설치된다.

이러한 척에는 기판을 고정하는 방식에 따라 기계식 척, 진공척 그리고 정전척 등 다양하게 구분되며, 이 중에서 정전척(electrostatic chuck)은 기판과 척 내부에 설치되는 전극의 전압 차이를 이용하여 기판을 고정, 지지하는 방식을 사용하고 있으며, 기계식 또는 진공식과 같은 다른 종류의 척에 비하여 우수한 특성을 가지고 있어 화학적 기상 증착, 물리 기상 증착 또는 에칭을 위한 챔버 장치 내에서 기판을 지지하기 위하여 널리 이용되고 있다.

종래 플라즈마를 이용하는 식각 장치의 개략적인 구성도를 보여주는 도 1을 참조하여 장치의 구성 및 그 장치를 이용하여 종래 정전척과 기판 사이의 잔존하는 전하를 제거하는 방식을 살펴보도록 한다.

플라즈마를 이용하는 식각 장치는 기본적으로 소정의 용적을 가지며 바닥에 배기 홀을 가지는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)의 하부에 설치되며 디씨(DC) 전원 및바이어스 전원이 인가되는 정전척(20)과, 상기 챔버(10) 상부에 설치되며 소스 전원이 인가되는 코일부(30)를 포함한다.

상기 정전척(20)은 기판이 안치되는 상부 절연층(28)과, 디씨 전원이 인가되는 상부 전극(26)과, 하부 절연층(24)과, 바이어스 전원이 인가되는 하부 전극(22)이 적층 구조로 되어 있으며, 기판을 안전하게 상기 상부 절연층(28) 상단에 안착시키기 위한 별도의 리프트 핀 어셈블리(미도시)를 내장하고 있다.

상기 상부 절연층(28)은 기판과 상부 전극(26)을, 그리고 하부 절연층(24)은 상부 전극(26)과 하부 전극(22)을 각각 절연시키는 역할을 담당한다.

미 설명부호 40 및 50은 각각 소스 제어부 및 바이어스 제어부이며, 상기 소스 제어부(40)는 소스 고주파 발진기(source RF generator, 44) 및 소스 매처(source matcher, 42)로, 상기 바이어스 제어부(50)는 바이어스 고주파 발진기(bias RF genrtator, 54) 및 바이어스 매처(bias matcher, 52)로 각각 이루어진다.

이러한 구성에서 먼저, 정전척(20)의 상부 절연층(28)에 기판(W)을 안치시키고 챔버(10) 상부의 미 도시된 가스 분사부에서 상기 챔버(10) 내부로 소스 가스를 분사함과 동시에 코일부(30)에는 소스 전원을, 그리고 정전척(20)의 상, 하부 전극(26, 22)에는 디씨 전원과 바이어스 전원을 인가하면 상기 챔버(10) 내부에는 강력한 산화력을 가지는 플라즈마(P)가 형성된다.

이때 상부 전극(26)에는 인가되는 디씨 전원에 의해 양 전하(또는 음 전하)가 대전되어 정전장(electrostatic field)이 형성되며, 기판 하부에는 정전장과 상기 기판 상부에 생성되는 플라즈마에 의해 음 전하(또는 양 전하)가 대전되게 됨에 따라 기판과 정전척(20) 사이에는 정전력이 발생된다.

발생되는 정전력에 의해 기판이 정전척(20)의 상부 절연층(28)에 고정되면, 이 상태에서 지속적으로 생성되는 플라즈마 중의 양이온들이 기판의 표면에 입사, 충돌함으로서 기판에 대한 플라즈마의 공정이 수행되는 것이다.

한편, 기판에 대한 공정이 완료되면 기판에 대한 공정을 수행하기 위해 코일부(30) 및 상, 하부 전극(26, 22)에 공급되는 각 전원을 중단시키게 되는데, 이 전원 공급의 중단에 의해 더 이상 정전척(20)의 상부 전극(26) 및 기판 하부에 전하가 대전되지 않음에 따라 이미 대전된 전하들은 접지를 통해 점차 빠져나가게 됨으로서 정전척과 기판 사이에 존재하는 잔여 전하를 제거할 수 있게 되는 것이다.

그러나 이러한 종래 방식으로 정전척과 기판 사이에 잔존하는 전하를 제거할 때 잔여 전하가 완전하게 제거되지 않고 일정량의 전하들이 정전척과 기판 사이에 잔존하게 되는데, 연속적으로 기판에 대하여 공정이 수 회 반복되면 정전척과 기판 사이에는 전하들이 점점 축적되게 된다.

정전척과 기판 사이에 축적되는 이 전하들은 정전척과 기판 사이의 정전력을 더욱 증대시키게 되어 공정이 완료된 다음 기판을 정전척으로부터 분리시키기 위해서는 외부에서 기계적 힘이 가해져야 하는데, 이러한 기계적 힘에 의해 공정이 완료된 기판이 파손되는 경우가 빈번하였다.

이에 정전척에 내장되는 리프트 핀을 상승시켜 기판과 접촉시킴으로서 축적되는 전하를 외부로 배출시켜 제거하는 방식이 제안되었으나, 이 방식을 사용하더라도 잔존 전하를 완전하게 제거할 수 없을 뿐 더러, 잔존 전하의 배출에 일정한 시간이 소요된다는 문제점을 안고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 정전척과 기판 사이에 잔존하는 전하를 완전하게 그리고 빠른 시간 내에 제거할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 플라즈마를 이용하는 식각 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 잔여 전하 제거장치를 구비한 플라즈마를 이용하는 식각 장치의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 챔버 200 : 정전척

220, 260 : 전극 240, 280 : 절연층

300 : 절연체 400 : 코일부

500 : 소스 제어부 600 : 바이어스 제어부

700 : 전환 장치

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 정전척과 상기 정전척에 안치되는 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 장치에 관한 것으로서, 접지되는 챔버와, 하부 전극, 하부 절연층, 상부 전극, 상부 절연층으로 이루어지며 상기 챔버 내부에 설치되는 정전척과, 상기 챔버와 정전척의 하부 전극 사이에 개재되는 절연체와, 상기 정전척의 상부 전극과 연결되는 전환 장치를 포함하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하 제거장치를 제공한다.

상기 전환 장치는 스위치와, 제어 장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 정전척의 상부 절연층에 기판을 안치시키고 상기 정전척의 상부 전극에 전원을 인가하는 단계와, 상기 챔버에 소스 가스를 유입시키고 상기 챔버와 정전척의 하부 전극 각각에 전원을 연결하여 플라즈마를 생성시켜 기판을 식각하는 단계와, 상기 챔버 내부의 잔여 소스 가스를 배기시키는 단계와, 상기 정전척의 상, 하부 전극에의 전원 공급을 중단하는 단계와, 상기 챔버 내부로 소스 가스를 유입시키고 상기 챔버에 전원을 연결하여 플라즈마를 생성하고, 상기 정전척 상부 전극에 전원을 재 인가하는 단계를 포함하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 방법을 제공한다.

상기 정전척 상부 전극에 재 인가되는 전원은 상기 스위치에 의해 기판을 식각하는 단계에서 인가되는 전원과 반대 극성으로 인가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 동일한 부분에 대해서는 도면부호만 달리할 뿐 동일한 명칭을 사용하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용하는 식각 장치의 구성도로서, 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 장치를 구비한 식각 장치는 바닥에 배기 홀을 가지는 챔버(100)와, 상기 챔버(100)의 하부에 설치되며 디씨 전원 및 바이어스 전원이 인가되는 정전척(200)과, 상기 챔버(100) 상부에 설치되며 소스 전원이 인가되는 코일부(400)로 이루어진다.

상기 챔버(100)의 몸체는 잔여 전하를 제거하기 위해 접지되며, 상기 챔버(100)의 코일부(400)에는 소스 제어부(500)가 연결된다.

상기 소스 제어부(500)는 소스 고주파 발진기(540)와 소스 매처(source matcher, 520)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 챔버(100)가 대전되는 정전척(200)에 의해 도전되는 것을 방지하기 위해 상기 챔버(100)와 정전척(200) 사이에는 절연체(300)가 개재되며, 상기 절연체(300)는 세라믹 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 정전척(200)은 상부 절연층(280), 상부 전극(260), 그리고 하부 절연층(240), 하부 전극(220)이 적층 구조로 이루어지며, 상기 상, 하부 전극(260, 220)에는 전환 장치(700)와 바이어스 제어부(600)가 각각 연결된다.

상기 상부 절연층(280)은 기판이 안치되는 곳으로서 안치되는 기판과 상기 상부 전극(260)의 절연을 위한 것이고, 상기 하부 절연층(240)은 상기 상, 하부 전극(260, 220) 사이의 절연을 위한 것이다.

상기 전환 장치(700)는 스위치(720)와 제어 장치(740)를 포함하여 이루어지는데, 상기 스위치(720)는 +, -와 같은 두 개의 접지 사이에 전환이 가능한 일반적인 스위치면 족하며, 상기 제어 장치(740)는 상기 스위치(720)의 접지 사이에 대한 전환을 제어하기 위한 것으로서 제어기능을 갖춘 통상적인 컴퓨터가 이에 해당될 수 있다.

상기 바이어스 제어부(600)는 바이어스 고주파 발진기(640)와 바이어스 매처(620)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 정전척(200) 내부에는 기판을 안전하게 상기 절연층(280) 상단에 안착시키기 위해 미 도시된 별도의 리프트 핀 어셈블리가 설치된다.

이러한 구성의 플라즈마를 이용하는 식각 장치에서 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 정전척(200)의 상부 절연층(280)에 기판(W)을 안치시키고 상기 정전척(200)의 상부 전극(260)에 전원을 인가하는데, 인가되는 전원은 제어장치(740)가 스위치(720)를 조작하여 + 또는 - 중에서 선택되는 어느 하나가 된다.

상부 전극(260)에 전원이 인가되면, 상기 챔버(100)에 소스 가스를 유입시키고, 상기 챔버(100)의 코일부(400)와 정전척(200)의 하부 전극(220) 각각에 전원을 연결하여 플라즈마를 생성시켜 상기 정전척(200)의 상부 절연층(280)에 안치된 기판을 식각한다.

이때 기판은 정전척(200)과 상기 기판 상부에 형성되는 플라즈마에 의해 형성되는 정전력에 의해 상기 정전척(200)의 상부 절연층(280)에 고정된다.

한편, 기판에 대한 공정이 수행되면 챔버(100) 외부에 설치된 배기 펌프(미도시)의 지속적인 펌핑이 이루어져 상기 챔버(100) 내부의 잔여 소스 가스들이 외부로 배출되게 된다.

기판에 대한 공정이 완료되면 정전척(200)의 상, 하부 전극(260, 220)에 공급되는 전원을 중단시키게 되고, 이에 따라 상기 정전척(200)의 상부 전극(260)과 기판에 대전되는 전하들이 접지된 챔버(100)의 몸체를 통해 빠져나가게 된다.

정전척(200)과 기판 사이의 잔여 전하가 어느 정도 빠져나가면 챔버(100) 내부로 소스 가스를 다시 유입시키고, 상기 챔버(100) 코일부(400)에 전원을 연결하여 플라즈마를 생성시킴과 동시에 상기 정전척(200) 상부 전극(260)에 전원을 재 인가하게 된다.

이 단계에서 챔버(100) 내부로 유입되는 소스 가스의 양은 기판에 대한 공정을 수행할 때 유입되는 양에 비해서는 매우 적은 양이며, 상기 상부 전극(260)에 재 인가되는 전원은 제어 장치(740)가 스위치(720)를 조작하여 기판 공정시 인가되던 극성과 반대의 극성이 되게 한다.

이 과정에서 기판에 잔존하는 잔여 전하는 챔버(100)의 접지를 통해서 완전하게 빠져나가게 되고, 상부 전극(260)에 잔존하는 잔여 전하는 반대 극성의 전원이 인가됨에 따라 완전한 중화가 이루어지게 되므로 정정척으로부터 기판을 쉽게 분리할 수 있게 되는 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 한정하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 및 수정될 수 있음은 자명하다.

본 발명에 의하면 기판에 대한 공정이 완료되면 정전척에 반대 극성의 전원을 인가하여 정전척을 완전하게 중화시킴으로서 기판이 손상됨이 없이 정전척으로부터 쉽게 분리될 수 있게 해준다.

Claims (4)

1. 정전척과 상기 정전척에 안치되는 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 장치에 관한 것으로서,

   접지되는 챔버와,

   하부 전극, 하부 절연층, 상부 전극, 상부 절연층으로 이루어지며 상기 챔버 내부에 설치되는 정전척과,

   상기 챔버와 정전척의 하부 전극 사이에 개재되는 절연체와,

   상기 정전척의 상부 전극과 연결되는 전환 장치

   를 포함하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하 제거장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전환 장치는 스위치와, 제어 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하 제거장치.
3. 접지되는 챔버와, 하부 전극 및 하부 절연층, 그리고 상부 전극 및 상부 절연층으로 이루어지며 공정 챔버 내부에 설치되는 정전척과, 상기 챔버와 정전척의 하부 전극 사이에 개재되는 절연체와, 상기 정전척의 상부 전극과 연결되며 스위치와 제어 장치로 이루어지는 전환 장치를 포함하여 상기 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 방법에 관한 것으로서,

   a) 상기 정전척의 상부 절연층에 기판을 안치시키고 상기 정전척의 상부 전극에 전원을 인가하는 단계와;

   b) 상기 챔버에 소스 가스를 유입시키고 상기 챔버와 정전척의 하부 전극 각각에 전원을 연결하여 플라즈마를 생성시켜 기판을 식각하는 단계와;

   c) 상기 챔버 내부의 잔여 소스 가스를 배기시키는 단계와;

   d) 상기 정전척의 상, 하부 전극에의 전원 공급을 중단하는 단계와;

   e) 상기 챔버 내부로 소스 가스를 유입시키고 상기 챔버에 전원을 연결하여 플라즈마를 생성하고, 상기 정전척 상부 전극에 전원을 재 인가하는 단계

   를 포함하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 e) 단계에서 재 인가되는 전원은 상기 a) 단계에서 인가되는 전원과 반대 극성으로 인가되는 것을 특징으로 하는 정전척과 기판 사이의 잔여 전하를 제거하는 방법.