KR20050073990A - 반도체 기판 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 가공하는 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 챔버, 반도체 기판이 지지되는 척과, 척에 의해 지지되는 반도체 기판을 고정하는 클램프 링을 구비한다. 상기 클램프 링은 핑거를 갖는 내측 링과 내측 링과 체결되는 외측 링을 포함한다. 상기 플라즈마에 의해 상기 내측 링이 식각되는 경우 내측 링만을 교체하면 되므로, 상기 클램프 링 전체를 교체하는 불합리함이 제거된다.

Description

반도체 기판 가공 장치{Apparatus for processing a semiconductor substrate}
본 발명은 반도체 기판의 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판의 소정의 부위를 제거하는 공정 중 반도체 기판을 고정시키는 클램프 링을 구비하는 건식 식각 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; '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.
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.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 플라즈마 식각 장치(100)는 공정이 수행되는 챔버(110)와, 챔버(110) 내부에서 반도체 기판(10)을 지지하는 척(120)과, 척(120)에 의해 지지되는 반도체 기판(10)을 고정시키기 위해 다수개의 핑거(finger)(133)들을 갖는 클램프 링(clamp ring)(130)과, 클램프 링을 상하로 구동시키기 위한 구동부(135) 및 플라즈마 상태의 가스를 반도체 기판(10)으로 유도하는 포커스 링(focus ring)(140)을 구비한다.
도시되지는 않았지만, 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가스를 제공하는 가스 제공부(미도시)와, 상기 가스를 플라즈마로 형성하기 위한 고주파 전원이 인가되며 다수의 관통홀(155)을 갖는 상부전극(150)과, 척(120) 내부에 구비되며 상기 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 바이어스 전압이 인가되는 하부 전극(미도시) 등을 구비한다.
상기와 같은 플라즈마 식각 장치를 장시간 사용할 경우, 챔버(110) 내부에 제공되는 플라즈마에 의해 클램프 링(130)의 내측 주연 부위가 플라즈마에 의해 식각된다. 상기와 같이 클램프 링(130)에 형성되어 있는 핑거(133)가 제거될 경우 클램프 링(130)은 반도체 기판(10)을 안정적으로 고정하지 못하게 되어 반도체 기판(10)에 대한 공정 불량을 초래할 수 있다.
따라서, 일정 시간 동안 플라즈마 식각 공정을 수행한 후에는 클램프 링을 교체해야 하는데, 클램프 링의 일부 식각에도 불구하고 전체를 교체해야 하므로 소모성 부품의 교체 비용을 증가시키고, 생산 원가를 증가시키는 원인으로 작용한다. 또한, 클램프 링 중 내측 주연 부위의 식각에 의해 클램프 링 전체를 폐기해야 하는 불합리함이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 소모성 부품인 클램프 링의 교체 비용을 절감하여 반도체 장치의 생산 원가를 낮출 수 있는 반도체 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 플라즈마를 이용하는 반도체 기판의 가공 공정이 수행되는 챔버, 상기 챔버의 내부에 배치되며 반도체 기판을 지지하기 위한 척 및 상기 척에 의해 지지된 반도체 기판을 고정하기 위해 상기 반도체 기판의 가장자리 부위의 상부면에 접하도록 배치되며, 상기 가장자리 부위를 가압하는 다수의 핑거(fingers)들이 내측 주연부로부터 돌출된 내측 링(inner ring)과, 상기 내측 링의 외주면을 감싸도록 상기 내측 링과 분리 가능하도록 체결되며 외측 링(outer ring)을 갖는 클램프 링(clamp ring)을 구비하는 반도체 기판 가공 장치를 제공한다.
상기 외측 링은 원형의 플랫 링(flat ring) 형상을 갖고 있으며, 내측 주연 부위에는 제1 계단부가 형성되어 있으며, 상기 내측 링은 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있으며, 외측 주연 부위에는 상기 제1 계단부와 대응하는 제2 계단부가 형성되어 있다.
상기 내측 링에 형성되어 있는 핑거는 상기 플라즈마에 의해 식각되는 부분이며, 소정 시간 동안 사용 후 교체해야 한다. 이때, 클램프 링을 분해하여 내측 링만을 교체하므로, 부품 교체 비용이 절감되며, 일체로 이루어진 종래의 경우와 같이 전체를 폐기하는 불합리함이 제거된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2을 참고하면, 반도체 기판 가공 장치는 챔버(110), 상부 전극(150), 진공 펌프(160), 척(110), 포커스 링(140) 및 클램프 링(130)을 포함한다.
상기 챔버(110) 내부에서 반도체 기판(10)의 가공 공정이 수행되며, 상기 상부 전극(150)은 챔버(110)의 상측 부위에 구비되고 반도체 기판(10)을 가공하기 위한 가스를 챔버 내부로 제공하기 위한 다수개의 관통공(155)들이 형성되어 있으며 상기 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가된다.
상기 진공 펌프(vacuum pump)(160)는 챔버(110) 내부를 진공으로 형성하기 위한 챔버(110)의 일측에 연결되어 있고, 챔버(110)와 진공 펌프(160)를 연결하는 진공 라인(162)에는 챔버(110) 내부의 진공도를 조절하기 위해 진공 라인(162)을 개폐시키는 드로틀 밸브(164) 및 게이트 밸브(166)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(110)의 일측에는 반도체 기판(10)이 이동되는 도어(170)가 구비되어 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 반도체 기판(10)은 이송 로봇에 의해 챔버(110) 내부로 이동된다.
상기 척(chuck)(120)은 챔버(110) 내부에 구비되고 챔버(110)의 일측에 구비되는 도어(170)를 통하여 이송되는 반도체 기판(10)을 지지한다. 척(120)의 내부에는 반도체 기판(10)의 안착을 위한 리프트 핀(미도시)이 구비되며, 챔버(110) 내부에서 형성되는 플라즈마를 반도체 기판으로 유도하기 위한 바이어스 전원이 인가되는 하부 전극(미도시)이 구비되어 있다.
상기 포커스 링(focus ring)(140)은 반도체 기판(10)이 안착되는 척(120)의 가장 자리 부위에 구비되며 플라즈마를 반도체 기판(10)으로 안내하기 위한 실리콘 재질로 구비되어 있다.
상기 클램프 링(clamp ring)(130)은 내측 링(inner ring)(131)과 외측 링(outer ring)(136)으로 구비되며, 구동부(135)에 의해 상하로 이동한다.
상기 외측 링(136)은 내측 링(131)을 둘러싸도록 구비되며, 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있다. 외측 링(136)의 내측 주연 부위에는 내측 링의 제2 계단부에 대응하는 제1 계단부가 형성되어 있다. 즉, 내측 링(131)은 외측 링(136)과의 맞물림 결합에 의해 체결되고 고정된다.
상기 내측 링(131)은 척(120)에 의해 지지되는 반도체 기판(10)의 상부에 구비되며, 그 내부 주연부에는 다수의 핑거(133)들이 형성되어 있다. 상기 핑거(133)는 반도체 기판(10)의 가장자리 부위를 가압하여 척(120)에 의해 지지되는 반도체 기판(10)을 고정시킨다. 내측 링(131)은 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있으며, 외측 주연 부위에는 제1 계단부가 형성되어 있다.
상기 구동부(135)는 챔버의 하부에 배치되며, 외측 링(136)과 구동축을 통하여 연결된다. 구동부(135)의 동력이 구동축을 통하여 전달되며, 클램프 링(130)은 전달된 동력에 의해 상하로 이동하면서 척(120)에 의해 지지되는 반도체 기판(10)을 고정시킨다.
상기 내측 링(131)은 챔버(110) 내부의 플라즈마 상태의 가스에 의해 내측 주연 부위가 식각되며, 일정 시간 동안 공정을 진행한 후에는 새로운 내측 링(131)으로 교체된다. 이때, 외측 링(136)은 교체할 필요가 없으며, 주로 식각되는 내측 링(131)만을 교체한다. 따라서, 종래의 클램프 링과 같이 일부 식각에 의해 전체 클램프 링을 폐기하는 불합리함이 제거되며, 부품 교체에 따른 비용이 절감된다.
상기와 같은 구성을 갖는 장치는 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 장치에 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 형성되는 산화막의 두께 등에 의해 결정된다.
상기 가공 장치에 CHF3 가스를 제공하고, 상기 CHF3 가스를 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 외측 링 및 내측 링을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시한 클램프 링을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 외측 링(136)은 내측 링(131)보다 큰 직경을 갖는 원형의 플랫 링 형상을 가진다. 외측 링의 내측 주연 부위에는 제1 계단부(136a)가 형성되어 있다. 외측 링의 제1 내측면(136c)으로부터 외측 링(136)의 중심을 향하여 다수의 제1 돌출부(136b)가 형성되어 있다.
내측 링(131)은 원형의 플랫 링 형상을 갖고, 내측 링(131)의 외측 주연 부위에는 상기 제1 계단부(136a)와 대응하는 제2 계단부(131a)가 형성되어 있다. 내측 링의 제1 외측면(136c)으로부터 방사방향으로 상기 제1 돌출부(136b)와 대응하는 다수의 제2 돌출부(131b)가 형성되어 있다.
내측 링(131)의 내측면에는 내측 링(131)의 중심을 향하여 다수의 핑거(133)가 형성되어 있으며, 상기 핑거(133)는 척에 의해 지지되는 반도체 기판을 가압하여 반도체 기판을 고정시킨다.
상기 외측 링(136)과 내측 링(131)이 결합되는 경우, 상기 제1 돌출부(136b)들과 제2 돌출부(131b)들은 치차 결합 방식으로 서로 맞물림 결합되고, 상기 외측 링(136)의 제1 내측면(136c)과 내측 링(131)의 제1 외측면(131c)은 서로 접한다.
또한, 상기 외측 링의 상부면에는 반경 방향으로 연장되는 그루브(136c)가 형성되어 있고, 상기 그루브(136c)에는 반도체 기판의 플랫 존 부위와 클램프 링(130)의 정렬을 위한 가이드 핀(미도시)이 삽입된다. 내측 링(131)의 제2 외측면(131e)에는 상기 가이드 핀의 단부가 삽입되는 가이드 홈(131d)이 형성되어 있다.
내측 링(131) 및 외측 링(136)의 재질은 일반적으로 듀폰사 제품인 베스펠(VESPEL) 절연체가 사용될 수 있다. 그러나, 내측 링(131) 및 외측 링(136)의 재질이 본 발명을 한정하지 않는다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 가공하는 장치에 있어서, 상기 장치는 척에 의해 지지되는 반도체 기판의 상측에 배치되며, 반도체 기판을 고정하는 클램프 링을 구비한다. 클램프 링은 핑거를 갖는 내측 링과 내측 링과 체결되는 외측 링을 구비한다.
상기 플라즈마에 의해 내측링의 주연 부위가 식각되는 경우 내측 링만을 교체하면 되므로, 종래와 같이 일체로 형성된 클램프 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 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 외측 링 및 내측 링을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 클램프 링을 설명하기 위한 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 100 : 식각 장치
110 : 챔버 120 : 척
130 : 클램프 링 131 : 내측 링
135 : 구동부 136 : 외측 링
140 : 포커스 링 150 : 상부 전극
155 : 관통홀 160 : 진공 펌프
162 : 진공 라인 164 : 드로틀 밸브
166 : 게이트 밸브 170 : 도어

Claims (5)

  1. 플라즈마를 이용하는 반도체 기판의 가공 공정이 수행되는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되며 반도체 기판을 지지하기 위한 척; 및
    상기 척에 의해 지지된 반도체 기판을 고정하기 위해 상기 반도체 기판의 가장자리 부위의 상부면에 접하도록 배치되며, 상기 가장자리 부위를 가압하는 다수의 핑거(fingers)들이 내측 주연부로부터 돌출된 내측 링(inner ring)과, 상기 내측 링의 외주면을 감싸도록 상기 내측 링과 분리 가능하도록 체결되며 외측 링(outer ring)을 갖는 클램프 링(clamp ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외측 링은 원형의 플랫 링(flat ring) 형상을 갖고 있으며, 내측 주연 부위에는 제1 계단부가 형성되어 있으며, 상기 내측 링은 원형의 플랫 링 형상을 갖고 있으며, 외측 주연 부위에는 상기 제1 계단부와 대응하는 제2 계단부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외측 링은 상기 반도체 기판의 플랫존의 정렬을 위한 플랫존 가이드 핀을 수용할 수 있도록 방사 방향으로 연장되는 그루브를 상부 면에 갖고, 상기 내측 링은 상기 가이드 핀의 단부를 수용할 수 있도록 가이드 홈을 외측면에 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 상측 부위에 구비되고, 상기 반도체 기판을 가공하기 위한 가스를 상기 챔버 내부로 제공하기 위한 적어도 한 개 이상의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 가스를 상기 플라즈마로 형성하기 위한 파워 소스와 연결되는 상부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반도체 기판 가공 장치는 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반도체 기판의 표면을 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.
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