KR20050023785A - 반도체 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치에 사용되는 반도체 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판으로부터 불필요한 물질을 제거하는 세정 또는 식각을 수행하기 위해 사용되는 처리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 기판의 에지를 포함하여 주변부를 세정 또는 식각하는 장치에 관한 것으로 기판의 주변부분만 효율적으로 식각, 세정하여 파티클 발생 원인자를 제거하는 동시에 기판의 중심부를 보호하고, 균일한 세정 및 수율을 향상한다.

Description

반도체 기판 처리 장치 { APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR WAFER }
본 발명은 반도체 제조 장치에 사용되는 반도체 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판으로부터 불필요한 물질을 제거하는 세정 또는 식각을 수행하기 위해 사용되는 처리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 기판의 에지를 포함하여 주변부를 세정 또는 식각하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 장치는 반도체 기판을 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온 주입, 연마, 세정, 건조 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행하여서 제조한다. 상기 단위 공정들 중에서 상기 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하면서 기판 상에 잔류하는 잔류물을 제거하는 공정이다. 특히, 반도체 기판의 일부 영역만을 선택적으로 식각, 세정하는 공정은 최근의 미세한 패턴을 요구하는 디자인 룰에서 더욱 중요하게 부각되었다.
종래기술로는 기판 외곽부에 잔류하는 파티클을 국부세정용 플라즈마 발생기를 이용하여 제거하거나 기판 외곽부위에 HF가스를 분사하여서 세정하는 방식이 있으나 이와 같은 방식은 세정 도중에 파티클이 기판의 중심부로 튀어 오염되거나, 기판주변부의 세정의 재현성이 부족하고 불균일한 세정이 수행되는 등 여러 단점이 있어 신뢰성과 수율이 높지 못했다.
본 발명의 목적은 기판의 주변부분만 효율적으로 식각, 세정할 수 있는 반도체 기판 처리 장치를 제공하여 파티클 발생 원인자를 제거하는 동시에 기판의 중심부를 보호하고, 균일한 세정 및 수율을 향상시켜 전술된 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 기판 주변부의 식각 세정 등을 위한 반도체 기판 처리 장치는 기판의 주변부에 처리가스를 공급하기 위해 상기 기판에 이격되어 마련된 처리가스 공급구를 갖는 처리가스 공급기와, 상기 기판의 중심방향으로 상기 처리가스가 유입되는 것을 방지하는 보호가스를 공급하기 위해 기판에 이격되어 마련된 보호가스 공급구를 갖는 보호가스 공급기를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 처리가스와 보호가스를 흡입하기 위하여 상기 기판에 이격되어 마련된 흡입구를 갖는 진공흡입기를 더 포함할 수 있다. 상기 처리가스 공급구와 흡입구는 서로 공유하고 상기 처리가스 공급기와 상기 진공흡입기는 서로 전환될 수 있다. 상기 처리가스는 HF를 포함하고, 상기 보호가스는 N2를 포함할 수 있다. 상기 처리가스 공급기는 상기 처리가스 공급구가 기판의 주변부를 따라 처리가스를 분사하도록 배열된 처리가스 샤워헤드를 포함하고, 상기 보호가스 공급기는 상기 보호가스 공급구가 상기 처리가스 샤워헤드의 내측에 분사구가 배열된 보호가스 샤워헤드를 포함할 수 있다. 상기 처리가스 공급구와 보호가스 공급구는 인젝터의 노즐을 포함할 수 있다. 상기 처리가스 공급구는 기판의 주변부 또는 그 외측에 마련되고 상기 보호가스 공급구는 기판의 주변부 내측에 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 기판 처리 챔버 시스템은 챔버와, 반도체 기판을 지지하고, 상하 운동이 가능한 반도체 기판 지지대와, 기판의 주변부에 처리가스를 공급하기 위해 상기 기판에 이격되어 마련된 처리가스 공급구를 갖는 처리가스 공급기와, 상기 기판의 중심방향으로 상기 처리가스가 유입되는 것을 방지하는 보호가스를 공급하기 위해 기판에 이격되어 마련된 보호가스 공급구를 갖는 보호가스 공급기를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 세정가스 공급구와 보호가스 공급구 사이에 배열된 진공흡입구를 갖는 진공흡입기를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 반도체 기판 지지대는 회전하고, 상기 세정가스 공급구와 보호가스 공급구는 기판 주변부의 일 측부에 형성될 수 있고, 이 경우, 진공흡입기의 진공흡입구는 상기 세정가스 공급구 및 보호가스 공급구에 대해 상기 기판의 회전 방향에 반대방향으로 소정거리 만큼 이격되어 배열될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 기판 처리장치의 바람직한 실시예들에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
우선, 도1은 반도체 기판의 주변부를 세정하기 위한 본 발명의 실시예1에 따른 반도체 기판 세정 장치의 일 실시예의 측단면도로서 상기 장치는 외부와 격리하여 반응공간을 진공상태로 유지하는 (도시되지 않은) 반응챔버 안에 반도체 기판(11)이 장착된 기판 지지대(10)와, 기판과 소정간격으로 이격되고 세정가스를 기판의 주변부에 공급하기 위한 세정가스 샤워헤드(100)와, 세정가스가 기판의 중심으로 유입되는 것을 방지하기 위한 보호가스를 기판의 중심부에 공급하기 위해 마련된 보호가스 샤워헤드(200)로 이루어진다. 기판과 샤워헤드들 간의 거리 조정은 기판 지지대(10)의 상하이동에 의해 조절이 가능하다.
세정가스로는 예를 들면 SiO2, Si3N4, 폴리머 등을 제거하기 위해서 불화수소(hydrogen fluoride; HF)가 포함된 가스를 사용할 수도 있고, 폴리실리콘, 실리사이드를 제거하기 위해서 수산화암모늄(NH4OH) 가스가 포함된 가스를 사용할 수도 있다. 이들 가스는 기판(11)의 표면의 주변부에 세정가스 샤워헤드(100)의 세정가스 공급구(112)를 통해 공급된다.
보호가스는 기판의 주변부에 라미너플로우(larminar flow)로 공급되는 세정가스가 세정 공정 중에 기판의 중심으로 유입되어 기판 중심부와 접촉하는 것을 방지하기 위해 공급된다. 보호가스는 보호가스 샤워헤드(200)의 보호가스 공급구(212)를 통해 기판의 중심부에서 주변부를 향해 공급되며 바람직하게는 질소 가스(N2)를 포함할 수 있다. 세정가스 샤워헤드(100) 및 보호가스 샤워헤드(212)는 (도시되지 않은) 챔버 외부의 가스 공급원과 연결된다.
본 발명의 다른 예를 보여주는 도2에는 도1의 세정장치에 가스를 흡입하기 위한 진공흡입기(300)를 더 포함하는 반도체 기판 세정 장치를 도시한다. 상기 진공흡입기(300)는 진공흡입구(312)가 기판의 세정되는 영역에서 중심측으로 소정간격 이격된 곳, 즉 보호가스 샤워헤드(200)와 세정가스 샤워헤드(100)사이에 위치하여 반응이 완료되어 기판의 주변부에서 중심부로 흘러들어가는 세정가스와 보호가스를 흡입하여 이를 배기시킨다. 진공흡입기(300)는 (도시되지 않은) 챔버 외부의 진공펌프와 연결된다.
세정가스와 보호가스의 흡입은 세정가스가 기판의 주변부에 분사되는 중에 또는 분사 완료 후에 수행될 수 있다. 특히, 세정가스와 보호가스의 흡입이 세정가스의 분사 완료 후에 이루어지는 경우, 세정가스 샤워헤드의 샤워헤드 공급구와 진공흡입기(300)의 흡입구는 서로 공유하도록 구성되어 세정가스 공급구를 통하여 가스를 흡입하는 구조가 제안될 수 있다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 세정가스 샤워헤드(100)에 가스공급원(13)과 진공펌프(14)가 함께 연결되어 있다. 가스 공급원(13)과 진공펌프(14)는 이들 중 어느 하나만이 밸브에 의해 세정가스 샤워헤드(100)에 선택적으로 연통하게 된다. 실제로 이러한 구성은 세정가스 샤워헤드와 보호가스 샤워헤드 사이에 공간을 작게 할 수 있기 때문에 처리되는 기판의 주변부 영역을 보다 정확히 한정할 수 있다.
도4a 내지 도4c는 보호가스 샤워헤드(200)와 세정가스 샤워헤드(100)의 가스 공급구(12)의 배열 형태와 샤워헤드의 형상의 여러 실시예들을 저면도로 도시하고 있다. 이들 샤워헤드(100, 200)와 기판(11) 사이의 위치 및 크기를 비교하기 위하여 기판(11)을 점선으로 도시하였다.
도4a 내지 도4c에서 세정가스 샤워헤드(100)는 기판보다 직경이 크고 기판의 외부에 위치된 링형으로 형성되고, 세정가스 샤워헤드(100)의 가스 공급구(112)도 링형으로 배열되어 기판의 전체둘레인 기판의 주변부에 가스를 공급할 수 있도록 구성된다. 보호가스 샤워헤드(200)는 원판형(도4a 및 도4b) 및 링형(도4c)으로, 기판보다 직경이 작고, 기판의 내부에 위치된다. 그에 따라 보호가스 샤워헤드(200)의 가스 공급구(212)는 기판 주변부의 내측(중심부)에 링형(도4a 및 도4c) 또는 원판형(도4b)으로 배열되어 있다. 이러한 구성의 샤워헤드를 갖는 반도체 기판 세정 장치에서는 기판이 회전될 필요가 없다. 그러나, 보다 균일한 세정을 위하여 기판이 회전될 수도 있다. 이 경우, 진공 흡입기의 흡입구 역시 이들 샤워헤드(100, 200)사이에 링형으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 가스 공급을 위한 구성으로서 샤워헤드가 사용되었으나, 본 발명은 그에 한정되지 않고, 샤워헤드 대신 인젝터를 링형 또는 원판형으로 배열하여 사용할 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예 2에서는 전술된 링형 또는 원판형으로 세정가스 및 보호가스를 기판에 분사시키는 샤워헤드 또는 인젝터 대신 기판 주변부의 일 측에만 세정가스 및 보호가스를 분사하기 위한 샤워헤드(또는 인젝터)를 장착하고, 기판을 회전시켜 기판 주변부를 세정하는 세정장치를 제안한다. 즉, 도5a에 도시된 바와 같이 기판(11)의 주변부 일 측에는 세정가스를 공급하기 위한 세정가스 샤워헤드(210)와 기판 중심에 보호가스를 공급하기 위한 보호가스 샤워헤드(110)가 장착되고, 이들 사이에는 진공흡입기(310)가 장착된다. 기판 지지대(10)는 세정가스 및 보호가스의 분사와 동시에 소정 속도로 회전하여 세정공정이 실시된다.
진공흡입기(310)는 도5b에 도시된 바와 같이 기판 회전방향의 반대 방향으로 세정가스 및 보호가스 샤워헤드와 이격하여 설치될 수 있다. 진공흡입기(310)와 이들 샤워헤드 사이의 간격은 세정가스의 분사량, 기판의 회전속도 등에 따른 기판의 세정속도에 따라 적절한 값으로 정해진다. 통상 기판 지지대(10)의 회전 속도는 0.5 ~ 50rpm 정도이다.
물론, 상기 실시예에서의 샤워헤드(또는 인젝터)는 필요에 따라 챔버의 벽부나 챔버리드 등에 장착될 수 있으며 복수 개 장착되어 적절히 기판의 세정을 진행할 수 있다.
상기 장치의 다른 실시예로서 기판을 인젝터 또는 샤워헤드의 상부에 설치한 다운업(down-up) 세정 장치 형태도 가능하다.
기판의 주변부를 세정하기 위한 세정가스 샤워헤드에 더하여 기판 중심부를 보호하기 위한 보호가스 샤워헤드를 사용함으로써 선택적인 에칭이 가능하도록 하고 한편으로 파티클 원인자만 제거하며 에칭률도 높아서 수율을 향상할 수 있다. 기판 지지대의 상하이동이 가능하여 샤워헤드와 기판간의 간격조절이 가능하다. 순수린스(water rinse)가 필요치 않은 가스를 사용하는 방법으로 세정하기 때문에 에칭잔여물(etching residue)나 파티클(particle)이 없어 더욱 깨끗한 상태의 기판을 유지할 수 있으며, 다음공정으로 신속히 진행할 수 있어 연속공정이 가능하다.
더욱이, 본 발명에 따른 반도체 기판 처리 장치를 이용하는 금속층(metal layer) 형성 후 폴리머 제거 시 SC1처리가 없이도 수율향상이 가능하다. 또한, 본 발명의 반도체 기판 처리 장치는 CVD, PVD, 건식식각(dry etching)의 전세정장치(pre-cleaning module)로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 반도체 기판 처리장치는 공정을 단순화하고 TPH(total petroleum hydrocarbon)감소와 가격절감 등의 효과를 얻을 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 기판 세정 장치의 실시예1의 측단면도.
도2는 도1의 반도체 기판 세정 장치에 진공흡입기가 장착된 반도체 기판 세정 장치의 측단면도.
도3은 세정가스 공급과 진공흡입이 가능한 세정가스 샤워헤드가 장착된 반도체 기판 세정 장치의 측단면도.
도4a 내지 도4c는 보호가스 샤워헤드와 세정가스 샤워헤드의 다양한 예를 나타내는 저면도.
도5a는 본 발명의 실시예2에 따른 반도체 기판 세정 장치의 측단면도.
도5b는 도5a에 도시된 반도체 기판 세정 장치의 변형예의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 지지대
11: 반도체 기판
12: 가스 공급구
13: 가스 공급기
14: 진공펌프
100, 110: 보호가스 샤워헤드
112: 세정가스 공급구
200, 210: 세정가스 샤워헤드
212: 보호가스 공급구
300, 310: 진공흡입기
312: 진공흡입구

Claims (11)

  1. 기판 주변부의 식각 세정 등을 위한 반도체 기판 처리 장치에 있어서,
    기판의 주변부에 처리가스를 공급하기 위해 상기 기판에 이격되어 마련된 처리가스 공급구를 갖는 처리가스 공급기와,
    상기 기판의 중심방향으로 상기 처리가스가 유입되는 것을 방지하는 보호가스를 공급하기 위해 기판에 이격되어 마련된 보호가스 공급구를 갖는 보호가스 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리가스와 보호가스를 흡입하기 위하여 상기 기판에 이격되어 마련된 흡입구를 갖는 진공흡입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 처리가스 공급구와 흡입구는 서로 공유하고 상기 처리가스 공급기와 상기 진공흡입기는 서로 전환되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리가스는 HF를 포함하고, 상기 보호가스는 N2를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리가스 공급기는 상기 처리가스 공급구가 기판의 주변부를 따라 처리가스를 분사하도록 배열된 처리가스 샤워헤드를 포함하고, 상기 보호가스 공급기는 상기 보호가스 공급구가 상기 처리가스 샤워헤드의 내측에 분사구가 배열된 보호가스 샤워헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리가스 공급구와 보호가스 공급구는 인젝터의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리가스 공급구는 기판의 주변부 또는 그 외측에 마련되고 상기 보호가스 공급구는 기판의 주변부 내측에 마련된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  8. 챔버와,
    반도체 기판을 지지하고,
    상하 운동이 가능한 반도체 기판 지지대와,
    기판의 주변부에 처리가스를 공급하기 위해 상기 기판에 이격되어 마련된 처리가스 공급구를 갖는 처리가스 공급기와,
    상기 기판의 중심방향으로 상기 처리가스가 유입되는 것을 방지하는 보호가스를 공급하기 위해 기판에 이격되어 마련된 보호가스 공급구를 갖는 보호가스 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 챔버 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반도체 기판 지지대는 회전하고, 상기 세정가스 공급구와 보호가스 공급구는 기판 주변부의 일 측부에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 챔버 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 세정가스 공급구와 보호가스 공급구 사이에 배열된 진공흡입구를 갖는 진공흡입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 챔버 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 세정가스 공급구 및 보호가스 공급구에 대해 상기 기판의 회전 방향에 반대방향으로 소정거리 만큼 이격되어 배열된 진공흡입구를 갖는 진공흡입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 챔버 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101379016B1 (ko) * 2006-09-20 2014-03-28 한국에이에스엠지니텍 주식회사 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 원자층 증착 방법
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