KR20050080242A - 반도체 웨이퍼 가공 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼 가공 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 플라즈마 상태의 가스를 이용하여 반도체 소자를 제조하기 위한 공정이 진행되는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 구비되며 상기 공정을 위한 웨이퍼가 놓여지는 척을 구비한다. 상기 장치는 상기 척의 측면으로부터 수평 방향으로 연장된 수평부와, 상기 수평부의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장된 수직부를 포함하는 가이드 링을 구비한다. 상기 가이드 링은 상기 플라즈마 상태의 가스의 흐름을 가이드하고, 상기 플라즈마 상태의 가스가 상기 척의 상부에서 균일하게 흐르도록 한다.

Description

반도체 웨이퍼 가공 장치{Apparatus for processing semiconductor wafer}

본 발명은 플라즈마 가스를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 가공하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파 전원을 이용하여 공정 가스를 플라즈마 가스로 형성하고, 상기 플라즈마 가스를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 막을 형성하거나 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 막을 식각하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 장치는 반도체 웨이퍼으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; 'FAB') 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 반도체 웨이퍼 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 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 및 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼의 결함을 검출하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기 증착 공정에는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법 및 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 방법과 같은 통상의 증착 방법이 사용된다. 화학 기상 증착 방법에는 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법과 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법이 있으며, 최근에는 플라즈마 상태의 공정 가스를 사용하는 플라즈마 화학 기상 증착 방법이 사용되고 있으며, 그 중에서도 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP CVD) 방법이 주목받고 있다.

상기 식각 공정은 증착 공정에 의해 반도체 웨이퍼 상에 형성된 막을 제거는 공정으로 습식 식각 방법과 건식 식각 방법이 있다. 구체적으로, 상기 막 상에 통상의 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 막의 특정 부위를 식각함으로써, 상기 막을 목적하는 패턴으로 형성한다. 또한, 다수의 단위 공정을 수행한 후 반도체 웨이퍼 상에 형성되어 있는 막을 전체적으로 제거하거나, 반도체 웨이퍼 상의 불순물 또는 원하지 않는 막을 제거하기 위해 식각 공정을 수행하기도 한다. 최근에는 패턴의 미세화에 따라 이방성 식각이 요구되는 경우 상기 건식 식각 방법이 주로 사용되고 있다.

상기 증착 또는 식각 공정에 사용되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 방법에는 다양한 방법들이 있다. 예를 들면, 공정 챔버의 내부로 공정 가스를 공급하고, 공정 챔버의 내부에서 고주파 전원을 이용하는 방법과, 공정 챔버와 연결된 플라즈마 챔버를 이용하는 리모트 플라즈마 방법, 마이크로파를 이용하는 방법 등이 있으며, 구체적으로는, ICP(inductive coupled plasma), ECR(electron cyclotron resonance), TCP(transformer coupled plasma) 등이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 상태의 가스를 이용한 반도체 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 웨이퍼 가공 장치는 가스가 제공되고, 상기 가스를 사용하여 반도체 소자 제조를 위한 공정이 진행되는 공정 챔버(10)를 구비한다. 공정 챔버(10)의 상부에는 공정 챔버(10) 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 주입부(20)가 구비된다. 샤워 헤드(40)는 상기 가스를 공정 챔버(10) 내부로 고르게 공급하기 위한 것으로, 고주파 전원부(30)와 연결되어 있어 가스 주입부(20)를 통해 주입된 상기 가스가 고주파 전압에 의해서 플라즈마 상태로 변환된다. 상기 플라즈마 상태의 가스는 웨이퍼(W) 표면에 소정의 막을 형성하거나, 포토레지스트 패턴이 형성되지 않은 웨이퍼(W) 표면과 반응함에 따라 웨이퍼(W)의 소정 영역을 식각한다.

캡핑 링(50)은 샤워 헤드(40)의 측면과 공정 챔버(10)의 내측면 사이에 구비되어 샤워 헤드(40)를 통해 공급된 가스의 흐름을 균일하게 한다.

척(60)은 공정 챔버(10) 내부에 구비되고 상기 공정을 위한 웨이퍼(W)가 놓여진다. 척(60)에는 상하를 관통하여 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩하기 위한 리프트 핀(70)이 구비된다. 리프트 핀(70)은 공정 챔버(10)의 하부에 구비되어 상하 구동되는 리프트 링(72)에 의해 상하 이동한다.

공정 챔버(10)의 내부는 샤워 헤드(40)와 척(60)으로 구성되어 있으므로, 상기 플라즈마 상태의 가스가 척(60)의 하부까지 퍼지면서 척(60)의 하부가 증착되거나 식각된다. 척(60)의 하부가 증착되면 접지되어 있는 척(60)이 대전되면서 웨이퍼(W)의 중앙 부위에 플라즈마가 집중되는 현상이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 플라즈마 상태의 가스가 척의 하부까지 퍼지는 것을 방지하기 위한 반도체 웨이퍼 가공 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 플라즈마 상태의 가스를 이용하여 웨이퍼에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 구비되고, 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척 및 상기 척의 측면으로부터 수평 방향으로 연장된 수평부와, 상기 수평부의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장된 수직부를 포함하며, 상기 플라즈마 상태의 가스가 상기 척 상에 지지된 반도체 기판의 표면, 상기 수평부 및 상기 수직부를 따라 흐르도록 상기 가스의 흐름을 안내하기 위한 가이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 장치를 제공한다.

상기 반도체 웨이퍼 가공 장치에서는 상기 웨이퍼 상에 박막을 증착하기 위한 증착 공정이나, 상기 웨이퍼 상에 형성된 박막을 식각하여 패턴을 형성하기 위한 식각 공정이 이루어진다.

상기 가이드 링의 수직부 하부에는 상기 플라즈마 상태의 가스가 상기 척의 하부로 이동하기 위한 통로 역할을 하는 개구가 형성된다.

상기 가이드 링은 상기 척에 의해 지지되어 구비되거나, 상기 공정 챔버의 내측벽에 의해 지지되어 구비된다. 상기 가이드 링은 석영 재질로 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 가공 장치는 플라즈마 상태의 공정 가스가 척의 하부까지 퍼지는 것을 방지한다. 또한 플라즈마 상태의 가스가 상기 척의 상부에 균형있게 형성되므로 낮은 파워에서도 플라즈마를 형성할 수 있어 플라즈마에 의한 웨이퍼 데미지를 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 가공 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 상태의 가스를 이용한 반도체 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 웨이퍼 가공 장치는 크게 공정 챔버(110), 척(160), 가이드 링(180) 및 가이드 링(190)을 포함한다.

공정 챔버(110)는 플라즈마를 이용한 증착 공정이나 식각 공정이 진행되기 위한 공간을 제공한다. 상기 증착 공정으로는 물리적 증착 방법인 스퍼터링 또는 화학 기상 증착 공정이 있다. 공정 챔버(110)는 중공의 원통 형태로, 하부에는 지름이 작아지도록 다수의 단이 형성되어 있다.

공정 챔버(110)의 상측 부위에는 웨이퍼(W) 상에 스퍼터링이나 화학 기상 증착을 통해 막을 형성하거나 웨이퍼(W) 상의 소정 영역을 식각하기 위한 가스가 주입되는 가스 주입구(122)가 구비된다. 가스 주입구(122)의 하부에는 가스 주입구(122)를 통해 주입된 가스를 웨이퍼(W) 상에 고르게 분사되도록 하는 샤워 헤드(140)가 구비된다. 상기 스퍼터링을 이용하여 증착 공정을 진행하는 경우 도시되지는 않았지만 공정 챔버(110) 내부에 타겟이 구비된다.

가스 주입구(122)는 상기 가스를 제공하는 가스 제공부(120)와 연결된다. 샤워 헤드(140)에는 공정 챔버(110) 내부로 제공되는 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원(130)이 연결되어 있다. 따라서 샤워 헤드(140)는 상부 전극의 역할을 하게 된다. 가스 제공부(120)에서 공급되는 가스는 증착 공정인지 식각 공정인지에 따라 달라진다. 또한 상기 가스는 같은 증착 공정이라도 웨이퍼(W)에 형성되는 막의 종류에 따라 달라진다.

한편 도시되지는 않았으나, 공정 챔버(110)의 하부에는 상기 공정을 진행하는 도중에 발생하는 반응 부산물 및 미반응 가스를 배출하기 위한 배출구가 형성된다. 상기 배출구는 진공 펌프와 연결되고, 상기 진공 펌프의 펌핑 작용에 의해 상기 반응 부산물 및 미반응 가스가 배출된다.

캡핑 링(150)은 샤워 헤드(140)와 공정 챔버(110) 사이의 공간을 캡핑하도록 구비된다. 갭핑 링(150)의 하부면은 샤워 헤드(140)의 하부면과 평행하게 구비되어 샤워 헤드(140)를 통해 공급되는 플라즈마 상태의 가스가 척(160) 상의 웨이퍼(W)에 균일하고 고르게 흐르도록 한다.

척(160)은 공정 챔버(110)의 내부에 구비되고, 웨이퍼(W)를 지지한다. 척(160)은 웨이퍼(W)의 지름보다 더 큰 지름을 갖는 원판과, 상기 원판을 지지하기 위한 축으로 구성된다. 상기 원판의 상부면에 웨이퍼(W)가 놓여져 지지된다. 상기 축은 상기 원판의 하부면에 연결되어 상기 원판을 지지하고, 공정 챔버(110)의 외부로 연장된다. 척(160)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위해 정전기력을 이용하는 정전척이나 진공을 이용하는 진공척 등이 바람직하다. 한편 척(160)은 상기 상부 전극 역할을 하는 샤워 헤드(140)에 대응하여 하부 전극 역할을 한다.

또한 척(160)은 웨이퍼(W) 상의 증착이나 식각을 돕기 위해 웨이퍼(W)를 일정한 온도로 가열하기 위한 히터 역할을 한다.

리프트 핀(170)은 웨이퍼(W)를 척(160)의 상부면에 로딩하거나, 척(160)의 상부면으로부터 언로딩한다. 리프트 핀(170)은 척(160)의 상하를 관통하여 구비되고, 상하 이동한다. 리프트 핀(170)은 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지한 상태에서 로딩 및 언로딩하기 위해 적어도 세 개가 구비된다.

척(160)의 하부에는 리프트 핀(170)을 상하 구동시키기 위한 리프트(172)가 구비된다. 리프트(172)는 상하로 이동하면서 리프트 핀(170)을 작동시킨다.

가이드 링(180)은 척(160)의 상부면 가장자리 부위와 측면 부위에 걸쳐 구비된다. 가이드 링(180)은 플라즈마 상태의 가스를 웨이퍼(W)로 안내한다. 가이드 링(180)은 세라믹 재질로 형성된다.

도 3은 도 2에 도시된 가이드 링을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 가이드 링을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 가이드 링(190)은 가이드 링(180)의 측면과 인접하고 수평 방향으로 연장되는 수평부(192) 및 연장된 수평부(192)의 단부로부터 공정 챔버(110)의 하부면까지 수평부(192)와 수직하도록 하방으로 연장되는 수직부(194)로 구성된다. 즉 수평부(192)는 중앙에 가이드 링(180)의 지름만큼 관통홀이 형성된 원판 모양이고, 수직부(194)는 중공의 실린더 형태이다. 수평부(192)와 수직부(194)는 일체로 형성되어 가이드 링(190)이 된다. 수평부(192)와 수직부(194)가 만나는 모서리는 상기 플라즈마 상태의 가스의 흐름을 원활하게 하기 위해 라운딩 처리되는 것이 바람직하다. 가이드 링(190)은 절연을 위해 석영 재질로 형성된다.

수직부(194)에는 공정 챔버(110)의 내측면과 접하는 단부를 따라 반원 형태를 갖는 다수의 개구(196)가 형성된다.

상기와 같은 구조를 갖는 가이드 링(190)은 척(160)과 공정 챔버(110) 사이의 공간을 차단하여 분할하며, 플라즈마 상태의 가스가 척(160)의 하부로 이동하는 것을 제한하여 최소화한다. 척(160)의 하부에 최소한의 플라즈마 상태의 가스가 도달하므로 상기 플라즈마 가스에 의해 척(160)의 하부가 증착되거나 식각되는 것이 방지된다. 특히 척(160)의 하부에 금속막이 증착되어 척(160)이 대전됨으로써 웨이퍼(W)의 중앙 부위에 플라즈마가 집중되는 웨이퍼(W)가 손상되는 현상이 방지된다.

가이드 링(190)을 구비하여 공정 챔버(110) 내부의 공간을 분할함으로써 척(160)의 상부 공간에서 가스의 흐름이 균일하게 된다. 상기 가스의 흐름이 균일하므로 낮은 파워에서도 상기 가스를 플라즈마 상태로 변환할 수 있다.

개구(196)의 수나 크기를 변화시켜 척(160)의 하부로 이동되는 플라즈마 상태의 가스의 양을 조절할 수 있다.

가이드 링(190)은 척(160)의 가장자리 부위에 의해 지지되도록 구비되거나, 공정 챔버(110)의 하부면에 의해 지지되도록 구비될 수 있다. 가이드 링(190)이 척(160)의 가장자리 부위에 지지되는 경우, 가이드 링(190)은 가이드 링(180)의 외측면에 끼워지거나 가이드 링(180)의 상부면에 걸쳐져 구비된다. 가이드 링(190)은 척(160)의 가장자리 부위와 공정 챔버(110)의 하부면에 의해 동시에 지지되어 구비될 수도 있다.

특히 가이드 링(190)이 척(160)의 가장자리에 의해 지지되도록 구비되는 경우, 개구(196)를 형성하지 않고 수직부(194)가 공정 챔버(110)의 하부면과 이격되도록 구비할 수도 있다. 이 경우에 플라즈마 상태의 공정 가스는 수직부(194)와 공정 챔버(110)의 하부면 사이의 공간을 통해 척(160)의 하부로 이동한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 가공 장치는 척과 공정 챔버 사이에 가이드 링을 구비하여 플라즈마 상태의 가스의 흐름을 가이드하여 상기 플라즈마 상태의 가스 흐름을 가이드하여 척의 하부로 퍼지는 것을 제한하고, 상기 플라즈마 상태의 가스의 흐름을 균일하게 한다. 상기 척의 하부로 상기 플라즈마 상태의 가스 흐름이 최소화되므로 상기 척의 하부가 증착되거나 식각되는 것이 방지된다.

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 기술에 따른 플라즈마 상태의 가스를 이용한 반도체 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 상태의 가스를 이용한 반도체 웨이퍼 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시된 가이드 링을 설명하기 위한 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 가이드 링을 설명하기 위한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 챔버 120 : 가스 제공부

122 : 가수 주입구 130 : 전원부

140 : 샤워 헤드 150 : 캡핑 링

160 : 척 170 : 리프트 핀

172 : 리프트 링 180 : 가이드 링

190 : 가이드 링 192 : 수평부

194 : 수직부 196 : 개구

W : 반도체 웨이퍼

Claims (5)

1. 플라즈마 상태의 가스를 이용하여 웨이퍼에 대한 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버;

   상기 공정 챔버 내부에 구비되고, 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척; 및

   상기 척의 측면으로부터 수평 방향으로 연장된 수평부와, 상기 수평부의 가장자리 부위로부터 하방으로 연장된 수직부를 포함하며, 상기 플라즈마 상태의 가스가 상기 척 상에 지지된 반도체 기판의 표면, 상기 수평부 및 상기 수직부를 따라 흐르도록 상기 가스의 흐름을 안내하기 위한 가이드 링을 포함하는 반도체 웨이퍼 가공 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가이드 링의 수직부 하부에는 상기 플라즈마 상태의 가스가 상기 척의 하부로 이동하기 위한 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가이드 링은 상기 척에 의해 지지되어 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가이드 링은 상기 공정 챔버의 내측벽에 의해 지지되어 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가이드 링은 석영 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공 장치.