KR20060078928A - 복수의 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척 및 이를포함하는 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

복수의 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척 및 이를포함하는 플라즈마 에칭 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 에칭 공정에서 웨이퍼를 냉각하기 위한 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척(Chuck) 및 이를 포함하는 플라즈마 에칭 장치를 개시한다. 본 웨이퍼 냉각 척은, 웨이퍼의 중심 영역 및 가장자리 영역을 각각 독립하여 냉각시키기 위한 복수개의 냉매 순환 라인을 포함한다. 본 웨이퍼 냉각 척을 포함하는 플라즈마 에칭 장치에 의하면, 웨이퍼의 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 불균형을 해소할 수 있다. 그에 따라 웨이퍼 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 차이로 인한 로딩 효과를 최소화하여 공정의 재현성을 향상시킬 수 있다.

Description

복수의 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척 및 이를 포함하는 플라즈마 에칭 장치{Wafer Cooling Chuck Provided With Multiple Coolant Circular Paths and Plazma Etch Equipment Including The Same}
도 1은 종래 웨이퍼 냉각 척을 구비한 플라즈마 에칭 장치의 개요도이다.
도 2는 도 1에 도시한 웨이퍼 냉각 척에서 냉매 순환 라인에 의한 냉각 영역을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각 척을 구비한 플라즈마 에칭 장치에서 주요 부분을 도시한 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 냉매 순환 라인에 의한 냉각 영역을 도시한 평면도이다.
본 발명은 플라즈마 에칭 장치에서 웨이퍼를 냉각시키기 위한 웨이퍼 냉각 척 및 이를 포함하는 플라즈마 에칭 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 웨이퍼의 중심 영역 및 가장자리 영역을 복수의 냉매 순환 라인을 통해 독립적으로 냉각시킬 수 있는 웨이퍼 냉각 척에 관한 것이다.
반도체 집적 회로를 생산하기 위해서는 확산이나 불순물 원자들의 주입 방법으로 다양한 물질의 박막을 장벽 또는 전도체와 실리콘 기판 사이의 절연체로 사용한다. 또한 불순물 침투나 접합이 필요한 곳 어디나 이러한 장벽 물질에 구멍이나 창을 뚫게 된다. 패턴 창을 가지는 마스크는 포토리소그래피라 불리는 과정을 통하여 실리콘 웨이퍼 표면에 전사된다. 포토리소그래피는 매우 개량된 사진인쇄술로서, 패턴은 마스크로부터 감광제라 불리는 빛에 민감한 물질로 전사된다.
감광제로부터 웨이퍼 표면의 장벽 물질에 패턴을 전사할 때 화학적 에칭이나 플라즈마 에칭을 사용한다. 특히, 각종 박막의 에칭 장치로서 가스 플라즈마 반응 성분을 이용한 플라즈마 에칭 장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 에칭 장치는 진공 상태의 RF 여기 장치에 의해 발생시킨 가스 상태의 플라즈마 속에 웨이퍼를 배치하고, 플라즈마에 함유된 이온들을 통해 원하는 박막을 에칭하게 된다.
이와 같은 플라즈마 에칭 장치는 진공 장치에 연결된 기밀 용기를 포함하고, 상기 기밀 용기 내에 한쌍의 알루미늄 전극이 배치된다. 한쌍의 알루미늄 전극 중 하부에 배치된 전극 상에 피처리 기판으로서 예컨대 반도체 웨이퍼가 배치된다. 여기서, 한쌍의 알루미늄 전극은 RF 전원에 접속되는데, RF 전력원은 일반적으로 주파수 13.56MHz에서 동작한다. 그리하여, 한쌍의 전극에 RF 전원을 인가하고 동시에 각 전극 사이에 처리 가스를 공급하여 처리 가스를 플라즈마화하고, 이에 의해 반도체 웨이퍼의 표면을 에칭하게 된다.
한편, 상술한 플라즈마 에칭 장치에서 대향하는 한쌍의 전극 사이에 전력을 인가하면, 처리 가스가 플라즈마화 될 때 발생하는 에너지에 의하여 반도체 웨이퍼가 가열된다. 이에 의해 반도체 웨이퍼 상의 감광막이 파괴되는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래 플라즈마 에칭 장치에서는 플라즈마 발생시 생성된 열을 냉각시키기 위하여 웨이퍼 하부에 냉각 장치를 구비하고 있다.
도 1에는 냉각 장치를 구비한 종래의 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 구성도를 도시하였다. 도 1을 참조하면, 종래 플라즈마 에칭 장치는 상부 전극(10), 하부 전극(20), 상기 하부 전극(20) 상에 배치되고 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(Electrostatic Chuck, 30), 상부 전극(10) 및 하부 전극(20) 각각에 고주파 전원을 인가하는 RF 전력원(40)을 기본으로 구성된다. 여기서, 도면 부호 "P"는 양 전극(10, 20)의 사이에서 플라즈마화 된 처리 가스를 의미한다. 냉각 장치로서는, 웨이퍼(W)가 배치된 정전척(30)의 내부에 냉매 순환 라인(50)을 형성하고, 상기 냉매 순환 라인(50)을 통해 냉각수 또는 He 가스 등의 냉매를 순환시키는 냉각 제어 장치(C)를 구비하여 구성된다.
도 2에는 정전척(30)의 상면에서 볼 때 냉매 순환 라인에 의해 냉각되는 영역을 표시한 평면도를 도시하였다. 여기서 점선은 냉매 순환 라인에 의한 냉각 영역을 나타낸다. 도 2를 통해 알 수 있듯이, 상술한 구성의 플라즈마 에칭 장치에서 채용하고 있는 냉각 장치에 의하면, 웨이퍼(W)의 중심 영역과 가장자리 영역을 구분하지 않고 하나의 냉매 순환 라인을 통해 웨이퍼를 냉각하게 된다. 따라서, 웨이퍼의 중심 영역과 가장자리 영역의 냉각 효과가 동일하지 않으며, 실제 공정에서는 웨이퍼의 가장자리 영역의 온도가 중심 영역의 온도보다 상승하게 된다. 그 리하여, 웨이퍼 전면에 걸쳐 온도 분포가 균일하지 않게 되고, 따라서 웨이퍼 전면에 걸쳐 에칭 특성이 균일하지 않게 된다.
이와 같이, 웨이퍼 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 불균형으로 인한 에칭 특성의 변화는 에칭 공정시 중심 영역과 가장자리 영역 사이의 CD(Critical Dimension) 차이를 야기하게 된다. 일반적으로 건식 에칭에서는 단순히 에칭만 하는 것이 아니고 증착도 병행하게 되는데, 증착 및 에치 비율을 적절히 제어하기 위하여는 웨이퍼의 온도를 제어할 수 있어야 한다. 그러나, 종래의 냉각 장치에 의하면 웨이퍼의 온도 제어가 어렵게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 플라즈마 에칭 장치에서 냉각 장치를 채용한 이유는 플라즈마에 의해 생성된 열로 인해 감광막이 손상되는 것을 방지하기 위한 것인데, 고전력을 요구하는 에칭 공정의 경우 종래의 냉각 장치로는 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 냉각 효과가 떨어지게 된다. 그리하여, 웨이퍼 가장자리 영역에 코팅된 감광막이 타버리는 문제가 발생하게 된다.
나아가, 에칭 공정은 온도에 따라 막의 에칭율이 달라지게 되므로, 웨이퍼의 온도가 전체적으로 균일하지 않으면 다층 구조의 집속 회로의 제조시 선택적인 에칭이 불가능하게 된다. 특히, 컨택 에치(Contact Etch)에서 질화막 스토퍼(Stopper)를 에칭하는 경우, 중심 영역에서는 정상적으로 에칭이 되지만 가장자리 영역에서는 에치 스톱(Etch Stop)되는 경우가 발생하게 된다. 다시 말해서, 종래의 냉각 장치에 의하면 웨이퍼 중심 영역과 가장자리 영역의 온도를 균일하게 제어할 수 없으므로, 웨이퍼 중심 영역과 가장자리 영역 사이의 선택비가 달라져 에칭량(Etching Amount)을 제어하기 어렵게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 웨이퍼의 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 불균형을 해소할 수 있으며, 그에 따라 웨이퍼 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 차이로 인한 로딩 효과(Loading Effect)를 최소화할 수 있는 웨이퍼 냉각 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼를 복수개의 영역으로 분할하여 냉각시킴으로써 각각의 영역에서의 웨이퍼의 온도를 독립적으로 제어할 수 있는 플라즈마 에칭 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각 척은, 플라즈마 에칭 공정에서 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척(Chuck)으로서, 상기 웨이퍼의 중심 영역 및 가장자리 영역을 각각 독립하여 냉각시키기 위한 복수개의 냉매 순환 라인을 설치하여 구성된다. 그리하여, 웨이퍼의 전면 특히 중심 영역과 가장자리 영역 사이의 온도를 균일하게 유지함으로써 에칭 공정의 재현성을 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 장치는, 상술한 웨이퍼 냉각 척 및 상기 웨이퍼 냉각 척에 설치된 복수개의 냉매 순환 라인 각각에 냉매를 독립하여 순환시키기 위한 복수개의 냉각 제어 장치를 포함하여 구성된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에는 본 발명에 따른 복수개의 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 로딩 척(Chuck)을 포함하는 플라즈마 에칭 장치의 주요 부분을 도시하였다. 도 3에서는 도 1과 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호로 표시하였으며, 도 1과 동일한 구성요소에 대하여는 설명을 생략하기로 한다.
도 1과 비교할 때, 도 3에 도시한 웨이퍼 냉각 척(30)의 구성은 웨이퍼(W)의 중심 영역 및 가장자리 영역을 독립하여 냉각시키기 위한 복수개의 냉매 순환 라인(52, 54)이 설치된 점에서 차이가 있다. 즉, 웨이퍼 냉각 척(30) 내에 웨이퍼의 중심 영역 냉각시키기 위한 제1 냉매 순환 라인(52)을 설치하고, 웨이퍼의 가장자리 영역을 냉각시키기 위한 제2 냉매 순환 라인(54)을 설치하다.
나아가, 제1 및 제2 냉각 순환 라인(52, 54) 각각은 제1 및 제2 냉각 제어 장치(C1, C2)에 연결된다. 제1 및 제2 냉각 제어 장치는 제1 및 제2 냉각 순환 라인에 각각 독립적으로 냉매를 순환시키게 된다.
도 4에는 각각의 냉매 순환 라인(52, 54)에 의해 냉각되는 영역을 도시하였다. 도 4에서 보듯이, 제1 냉매 순환 라인(52)은 냉각 척(30)의 중심 영역에 배치되어 있으므로 웨이퍼의 중심 영역(A1)을 냉각시키게 되고, 제 2 냉매 순환 라인(54)는 냉각 척(30)의 가장자리 영역에 배치되어 있어서 웨이퍼의 가장자리 영역(A2)을 냉각시키게 된다.
상술한 구성의 플라즈마 에칭 장치에서는, 웨이퍼의 중심 영역과 가장자리 영역을 독립하여 냉각시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마에 의해 생성된 열이 웨이퍼 의 가장자리 영역에 집중되어 가장자리 영역이 중심 영역에 비하여 온도가 상승하더라도, 가장자리 영역을 별도의 냉각 제어 장치(C2)에 의해 냉각시킬 수 있으므로 웨이퍼의 중심 영역과 동일한 온도로 냉각시키는 것이 가능하게 된다.
나아가, 웨이퍼를 복수개의 영역으로 분할하여 냉각시킴으로써 각각의 영역에서의 웨이퍼의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다. 특히, 직경이 큰 웨이퍼의 경우에 여러 개의 독립적인 냉매 순환 라인을 설치하면 보다 정확한 온도 제어가 가능하게 된다.
본 발명에 따른 웨이퍼 냉각 척 및 플라즈마 에칭 장치에 의하면, 플라즈마 에칭 공정 중에 웨이퍼의 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 불균형을 해소할 수 있으며, 그에 따라 웨이퍼 중심 영역과 가장자리 영역에서의 온도 차이로 인한 로딩 효과를 최소화할 수 있다. 나아가, 복수개의 독립적인 냉매 순환 라인 및 냉각 제어 장치를 통하여 웨이퍼 전면에 걸쳐 온도를 균일하게 제어할 수 있으므로, 공정 시간에 따른 경시 변화가 없어서 재현성 있는 제품을 생산할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각 척 및 이를 포함하는 플라즈마 에칭 장치에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내 에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

  1. 플라즈마 에칭 공정에서 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척(Chuck)으로서,
    상기 웨이퍼의 중심 영역 및 가장자리 영역을 각각 독립하여 냉각시키기 위한 복수개의 냉매 순환 라인이 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 냉각 척은 정전척(Electrostatic Chuck)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 척.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 웨이퍼 냉각 척; 및
    상기 웨이퍼 냉각 척에 설치된 복수개의 냉매 순환 라인 각각에 냉매를 독립하여 순환시키기 위한 복수개의 냉각 제어 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치.
KR1020040117523A 2004-12-30 2004-12-30 복수의 냉매 순환 라인이 설치된 웨이퍼 냉각 척 및 이를포함하는 플라즈마 에칭 장치 KR20060078928A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111508886A (zh) * 2018-12-29 2020-08-07 美光科技公司 具有可个别控制的区的接合卡盘以及相关联系统及方法

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