KR20070051007A - 반도체 기판 가공 장치 - Google Patents

Abstract

기판 상에 막을 형성하기 위한 반도체 기판 가공 장치에 있어서, 공정 챔버 내부에는 기판을 지지하고 가열시키기 위한 핫 플레이트가 구비되며, 상기 핫 플레이트 상방에는 상기 기판으로 반응 가스를 균일하게 제공하기 위한 샤워헤드가 위치한다. 상기 핫 플레이트 상에는 기판의 주연 부위를 블로킹하기 위한 쉐도링이 삽입 핀에 의해 이격되어 설치되며, 상기 삽입 핀은 상기 핫 플레이트 주연 부위를 따라 형성된 홀들을 관통하여 상기 핫 플레이트를 지지하는 베이스 상에 지지된다. 상기 삽입 핀이 홀에 깊이 삽입되어 상기 공정 챔버를 세정하는 동안 발생하는 미세한 진동에 의하여 상기 삽입 핀이 상기 홀로부터 분리되지 않는다. 따라서, 상기 쉐도우 링이 미스 얼라인되는 것을 방지할 수 있다.

Description

반도체 기판 가공 장치{Apparatus for processing a semiconductor substrate}

도 1은 종래 기술에 따른 핫 플레이트 및 쉐도우 링의 설치 관계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 쉐도우 링을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 4는 도 2 도시된 핫 플레이트 및 쉐도우 링의 설치 관계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 반도체 기판 가공 장치 100 : 공정 챔버

102 : 핫 플레이트 104 : 쉐도우 링

106 : 쉐도우 돌출부 108 : 삽입 핀

110 : 베이스 112 : 결합 홈

120 : 샤워헤드 132 : 펌프

본 발명은 반도체 기판 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판의 주연 부위를 블로킹하는 쉐도우 링을 포함하는 반도체 기판 가공 장치에 관한 것이다.

근래에 반도체 제조 기술은 정보 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 집적도, 신뢰도 및 처리 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다. 상기 반도체는 실리콘 단결정으로부터 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼를 제작하고, 상기 반도체 기판 상에 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.

상기와 같이 반도체 기판 상에 패턴을 형성시키기 위한 단위 공정들 중에서 포토리소그래피 공정은 반도체 웨이퍼 상에 포토레지스트(photo resist) 막을 형성하고 이를 경화시키는 공정과, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 막을 원하는 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위해 소정 부위를 제거하는 노광 공정 및 현상 공정을 포함한다.

이때, 노광 공정을 수행하는데 있어서, 기존의 KrF 레이저를 노광원으로 사용하던 사진 공정으로는 미세해진 가공 기술을 수행하는데 한계가 있다. 따라서, 새로운 에너지 광원인 ArF레이저를 이용하는 사진 기술이 등장하였다.

상기 ArF레이저를 이용한 사진 공정에 사용되는 기존의 레지스트 재료는 건식 식각 시, 낮은 선택비를 갖기 때문에 포토레지스트 막의 높이를 증가시켜야 한다. 그러나, 이때, 상기 포토레지스트 막의 높이가 높아짐에 따라 포토레지스트 패 턴의 종횡비가 3:1 이상이며, 상기 포토레지스트 패턴 종횡비의 증가는 상기 포토레지스트 패턴이 쓰러지는 현상(collapse)을 야기시킨다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 상기 포토레지스트 재료로 상기 건식 식각 시, 식각 선택비가 우수한 ACL(amorphos carbon layer)을 사용한다. 그러나, 상기 ACL은 습식 식각 시, 식각이 거의 되지 않아 반도체 기판의 주연 부위에 형성된 포토레지스트 막을 제거하는데 큰 문제점이 있다.

따라서, 상기 반도체 기판 상에 ACL을 증착하는 공정 시, 상기 반도체 기판의 주연 부위가 노출되지 않도록 상기 반도체 기판 주연 부위에 쉐도우 링(shadow ring)을 설치하였다.

도 1은 종래 기술에 따른 핫 플레이트 및 쉐도우 링의 설치 관계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 핫 플레이트(100) 주연 부위를 따라 표면에 다수의 홈(12)들이 형성되어 있으며, 상기 홈(12)들에 상기 쉐도우 링(14)이 삽입되어 있다.

이때, 상기 ACL을 증착한 후, 후속 반도체 기판에 대한 증착 공정을 위해 상기 증착 공정이 수행된 챔버(도시도지 않음) 및 쉐도우 링(14)을 세척한다. 상기 세정 시, 상기 쉐도우 링이 반도체 기판을 지지하고 가열하기 위한 핫 플레이트(10)로부터 분리되는 현상이 종종 발생되고 있다. 보다 상세하게, 상기 세정은 보통 핫 플레이트(10) 및 쉐도우 링(14)을 세정하는 일차 세정과, 공정 챔버 내측벽을 세정하는 이차 세정으로 두 번 수행된다. 여기서, 상기 일차 및 이차 세정은 공정의 조건이 변화하게 되며, 세정 공정 조건이 변화함으로써, 상기 일차 세정 후 이차 세정을 수행할 시 상기 공정 챔버 및 핫 플레이트(10)는 미세하기 진동하게 된다. 상기 미세 진동에 의해 상기 쉐도우 링(14)은 상기 핫 플레이트로부터 분리된다. 이는 상기 쉐도우 링(14)이 상기 핫 플레이트(10) 상부면에 형성된 홈(12)에 설치되기 때문에 미세한 진동에도 상기 쉐도우 링(14)은 상기 핫 플레이트(10)로부터 분리된다.

상기와 같이 상기 핫 플레이트(10)로부터 분리된 쉐도우 링(14)은 반도체 기판 주연 부위에 위치하지 않고 미스 얼라인 되어 후속 증착 공정 시, 노출되지 않아야 할 반도체 기판의 노치 부위를 노출시킬 수 있다. 이 상태에서 증착 공정을 수행하면, 상기 노치 또는 플랫존 부위에 의해 노출되는 핫 플레이트(10) 표면에서 아킹(arcing)이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공정 챔버 세정 시, 쉐도우 링의 미스 얼라인을 방지하기 위한 반도체 기판 가공 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 기판 가공 장치는, 기판에 대하여 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하고 가열하며, 주연 부위를 따라 다수의 홀들이 관통되어 형성된 핫 플레이트(hot plate)와, 상기 핫 플레이트와 마주보도록 구비되고, 상기 기판 상으로 반응 가스를 균일하게 제공하기 위한 샤워헤드 (showerhead)와, 상기 핫 플레이트 상에 이격되어 구비되고, 상기 반응 가스가 제공되는 동안 상기 기판의 주연 부위를 블로킹하기(blocking) 위한 쉐도우 링(shadow ring)과, 상기 쉐도우 링이 상기 핫 플레이트로부터 이격되도록 상기 쉐도우 링을 지지하기 위하여 상기 쉐도우 링의 하부로부터 상기 홀들을 통해 연장하며, 상기 챔버의 내부 세정시 발생되는 진동에 의해 상기 홀들로부터 이탈되지 않도록 충분히 긴 길이를 갖는 다수의 삽입 핀들을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 쉐도우 링은 상기 기판의 노치 또는 플랫존을 블로킹하기 위하여, 상기 쉐도우 링 일 측에서 상기 기판 중심 방향으로 쉐도우 돌출부가 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 쉐도우 링 하부의 삽입 핀이 세정 공정 시 발생되는 진동에 의해 핫 플레이트의 홀들로부터 이탈되지 않도록 충분히 길기 때문에 상기 쉐도우 링의 미스 얼라인으로 인한 핫 플레이트 표면의 아킹 등의 문제를 미연에 억제할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 가공 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 기판 가공 장치는, 반도체 기판(W) 상에 막을 형성하기 위한 프로세싱(processing) 공간을 제공하는 공정 챔버(100)와, 상기 공정 챔버(100) 내부에 구비되어 반도체 기판(W)을 지지하고 가열하기 위한 핫 플레이트 (102)와, 상기 핫 플레이트(102)와 마주보도록 구비되며 상기 반도체 기판(W) 상으로 가스를 제공하기 위한 샤워헤드(120)와, 상기 핫 플레이트(102) 상에 지지된 반도체 기판(W)의 주연 부위를 부분적으로 블로킹하기 위한 쉐도우 링(104)과, 상기 공정 챔버(100) 내에 생성된 배기 가스를 배출하여 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절하기 위한 펌프(132)를 포함한다.

공정 챔버(100)의 상측 부위에는 반도체 기판(W) 상에 막을 형성하기 위한 반응 가스를 제공하는 샤워헤드(120)가 구비되고, 상기 샤워헤드(120) 상부는 상기 반응 가스를 제공하기 위한 가스 제공부(도시되지 않음)와 연결된다. 샤워헤드(120)에는 공정 챔버(100) 내부로 제공되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원(122)이 연결되어 있다. 이때, 상기 반응 가스는 혼합 가스 또는 단일 가스일 수 있다.

한편, 도시되어 있지는 않지만 공정 챔버(100) 하부에는 막 형성 공정의 진행 도중에 발생하는 반응 부산물 및 미 반응 가스를 배출하기 위한 배기구(130)가 형성되어 있다. 상기 배기구(130)는 이후에 자세하게 설명될 펌프(132)와 연통되어 있다.

핫 플레이트(102)는 상기 공정 챔버(100) 내측 하부에 구비된 베이스(110) 상에 구비되며, 반도체 기판(W)을 수평 상태로 지지한다. 상기 핫 플레이트(102)는 전체적으로 원반 형상을 가지며, 상기 반도체 기판(W)을 충분히 지지할 수 있는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 핫 플레이트(102)는 반도체 기판(W)이 지지되는 영역이 리세스되어, 상기 리세스에 의해 상기 반도체 기판(W)을 상기 영역으로 안 내될 수 있다.

상기 핫 플레이트(102) 내에는 상기 핫 플레이트(102)를 관통하여 다수의 리프트 핀(116)들이 구비된다. 상기 리프트 핀(116)들은 상기 핫 플레이트(102)의 상하를 관통하는 다수의 관통 홀(114)들을 따라 이동함으로써 상기 반도체 기판(W)을 상기 핫 플레이트(102) 상으로 로딩 또는 핫 플레이트(102) 상으로부터 언로딩시킨다. 이때, 상기 리프트 핀(116)은 적어도 3개 이상이어야 기능할 수 있다. 또한, 상기 리프트 핀(116)들은 수직 방향으로 이동하기 위한 제1 구동부와 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 핫 플레이트(102) 내부에는 상기 핫 플레이트(102) 상부에 지지된 반도체 기판(W)을 가열하기 위한 가열 부재(도시되지 않음)가 구비된다. 상기 가열 부재로는 전기 저항 열선 등이 사용될 수 있다.

상기 핫 플레이트(102) 주연 부위를 따라 쉐도우 링(104)이 구비되도록 다수의 결합 홀(112)들이 형성되어 있다. 상기 결합 홀(112)들은 상기 핫 플레이트(102) 주연 부위를 관통하여 형성되며, 상부의 폭이 하부의 폭보다 넓은 것이 바람직하다. 상기 결합 홀(112)들에 관한 설명은 이후에 자세하게 하기로 한다.

한편, 상기 핫 플레이트(102)는 접지되어, 전술된 고주파 전원(122)이 인가된 샤워헤드(120)와 전위 차를 발생시켜, 주입된 가스를 상부에서 하부로 이동시킴으로써 플라즈마로 변환시켜 상기 반도체 기판(W) 상에 막을 형성시킨다.

도 3은 도 2에 도시된 쉐도우 링을 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 2 도시된 핫 플레이트 및 쉐도우 링의 설치 관계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

쉐도우 링(104)은 전체적으로 원 형상을 가지며, 상기 반도체 기판(W)의 주연 부위를 블로킹하도록 소정의 너비를 갖는다. 또한, 도 3을 참조하면, 상기 쉐도우 링(104)은, 상기 반도체 기판(W)의 노치 또는 플랫존 부위로 인하여 노출되는 핫 플레이트(102) 상부면을 블로킹하기 위하여 상기 반도체 기판(W)의 노치 또는 플랫존 부위 형상에 대응하도록, 상기 반도체 기판(W)의 중심을 향하여 쉐도우 링(104) 일 측으로부터 연장된 쉐도우 돌출부(106)가 형성되어 있다. 상기와 같이 반도체 기판(W) 주연 부위를 블로킹함으로써 상기 증착 공정을 수행하는 동안 상기 블로킹된 부위에는 상기 막이 형성되지 않는다.

도 4를 참조하면, 상기 쉐도우 링(104) 하부에는 상기 핫 플레이트(102) 주연 부위에 형성된 결합 홀(112)들 내에 삽입되도록 삽입 핀(108)이 연장되어 형성된다. 상기 삽입 핀(108)의 길이는 공정 챔버(100)를 세정하는 동안 발생되는 진동에 의해 상기 결합 홀(112)들로부터 이탈되지 않도록 충분히 길어야 한다. 따라서, 상기 핫 플레이트(102)의 두께보다 긴 것이 바람직하다. 이는, 상기 삽입 핀(108)이 상기 결합 홀(112)을 관통하여 구비되어 상기 베이스(110) 상에 지지되고 상기 삽입 핀(108)의 길이 의해 상기 쉐도우 링(104)이 상기 핫 플레이트(102)로부터 이격되어 위치하게 하기 위함이다.

또한, 상기 이격 거리는 상기 반도체 기판(W)의 두께보다 넓어야 한다. 이것은 상기 반도체 기판(W)이 상기 이격된 공간을 통해 상기 핫 플레이트(102) 상으로 로딩 및 언로딩하기 위함이다. 또한, 상기 삽입 핀(108) 사이의 거리는 상기 반도 체 기판(W)이 이동하는데 있어서, 상기 반도체 기판(W) 및 삽입 핀(108)이 서로 간섭되지 않도록 충분히 넓어야 한다.

여기서, 상기 삽입 핀(108)들이 충분히 길어 상기 결합 홀(112)들을 관통하여 베이스(110) 상에 지지됨으로써 미세 진동과 같은 외부 충격에 의해서, 상기 삽입 핀(108)이 상기 결합 홀(112)로부터 분리되는 현상을 억제할 수 있다.

도 2를 참조하면, 펌프(132)는 공정 챔버(100)의 배기구(130)와 배기 라인(134)으로 연통되어 있으며, 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절한다. 여기서, 증착 공정을 수행할 때뿐만 아니라 상기 공정 챔버(100) 내부를 세정하는 동안에도, 공정 챔버(100) 내의 압력 조절이 필요하다. 보다 상세하게 설명하면, 증착 공정을 수행한 후 상기 공정 챔버(100) 내부를 세정하는데, 상기 세정 공정은 두 번에 걸쳐 수행된다. 두 번의 세정은 핫 플레이트(102) 및 쉐도우 링(104)을 세정하는 일차 세정과, 상기 공정 챔버(100) 내벽 등을 전체적으로 세정하는 이차 세정이다. 이때, 상기 일차 세정 및 이차 세정 시, 세정 가스와 상기 공정 챔버(100) 내부의 압력이 변경된다.

여기서, 상기 세정 조건이 변함으로써 상기 공정 챔버(100)가 미세하게 진동하게 된다. 종래에는 쉐도우 링(104)이 핫 플레이트(102) 표면에 형성된 홈에 지지되어 형성되었기 때문에 상기 미세 진동에 의해 쉐도우 링(104)이 핫 플레이트(102)로부터 쉽게 분리되어 상기 반도체 기판(W)의 주연 부위를 제대로 블로킹하지 못하였다. 그러나 본 발명에서 상기 쉐도우 링(104)의 삽입 핀(108)을 상기 핫 플레이트(102)의 결합 홀(112)을 관통하여 베이스(110) 상에 지지됨으로써 상기 미세 진동에 의하여 상기 쉐도우 링(104)이 핫 플레이트(102)부터 분리되는 현상을 방지한다.

이하, 상기와 같은 구성 요소들을 포함하는 반도체 기판 가공 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 막을 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

우선, 반도체 기판(W)을 얼라인하고 이송 암에 의해 공정 챔버(100)로 이동시킨다. 상기 공정 챔버(100)로 이동한 반도체 기판(W)은 상승된 리프트 핀(116)들 상에 로딩된다. 이때, 전술한 바와 같이 핫 플레이트(102) 및 쉐도우 링(104)은 상기 반도체 기판(W)이 이동할 수 있는 공간만큼 이격되어 구비된다.

리프트 핀(116)들이 하강하고, 상기 반도체 기판(W)이 핫 플레이트(102) 상부에 구비된다. 이어서, 핫 플레이트(102)에 내장된 가열 부재에 의해 반도체 기판(W)을 가열하고, 상기 샤워헤드(120)로 고주파 전원(122)이 인가되고, 핫 플레이트(102)는 접지시킨다. 상기 샤워헤드(120)로부터 막을 형성시키기 위한 반응 가스를 제공하며, 상기 반응 가스는 상기 샤워헤드(120) 및 핫 플레이트(102)의 전위 차로 인하여 플라즈마 상태로 변환된다.

상기 핫 플레이트(102) 상에 지지된 반도체 기판(W) 표면에 막이 증착된다. 그러나 이때, 쉐도우 링(104) 및 쉐도우 도출부가 블로킹하는 반도체 기판(W)의 주연 부위 및 반도체 기판(W)의 노치(플랫존) 부위는 상기 막이 증착되지 않는다.

상기 반도체 기판(W) 상에 막이 형성된 후, 상기 반도체 기판(W)이 핫 플레이트(102) 상에 로딩되는 과정 반대로 상기 반도체 기판(W)이 상기 핫 플레이트(102)로부터 언로딩되고, 상기 공정 챔버(100) 외부로 이동한다.

이어서, 상기 공정 챔버(100) 내부를 세정한다. 우선, 쉐도우 링(104) 및 핫 플레이트(102)를 세정하는 일차 세정을 수행하고, 이어서, 공정 챔버(100) 내측벽 등을 세정하는 이차 세정을 수행한다. 일차 세정에서 이차 세정으로 넘어가는 단계에서 세정 조건이 변하는데, 이때, 상기 세정 조건의 변화에 의해 상기 공정 챔버(100)가 미세하게 진동할 수 있으나, 상기 쉐도우 링(104)의 삽입 핀(108)이 상기 핫 플레이트(102)의 결합 홀(112)을 관통하여 설치되어 상기 쉐도우 링(104)이 상기 핫 플레이트(102)로부터 용이하게 분리되지 않는다.

따라서, 후속으로 핫 플레이트(102) 상에 로딩되는 반도체 기판(W) 상에 증착 공정을 수행하는 동안, 상기 쉐도우 돌출부(106)가 얼라인된 반도체 기판(W)의 노치 또는 플랫존을 블로킹하기 때문에 종래의 핫 플레이트(102) 노출에 의한 아킹 등과 같은 문제점을 미연에 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공정 챔버를 세정하는 동안 쉐도우 링의 삽입 핀이 핫 플레이트의 결합 홀로부터 이탈되지 않도록 충분히 길도록 형성되어, 상기 쉐도우 링의 미스 얼라인으로 인한 상기 반도체 기판의 노치 또는 플랫존에 의한 핫 플레이트의 표면이 노출되지 않도록 한다. 따라서, 증착 공정 시, 종래에 발생되는 아킹과 같은 문제를 미연에 방지할 수 있다.

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 있 음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 기판에 대하여 가공 공정을 수행하기 위한 공정 챔버;

   상기 공정 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하고 가열하며, 주연 부위를 따라 다수의 홀들이 관통되어 형성된 핫 플레이트(hot plate);

   상기 핫 플레이트와 마주보도록 구비되고, 상기 기판 상으로 반응 가스를 균일하게 제공하기 위한 샤워헤드(showerhead);

   상기 핫 플레이트 상에 이격되어 구비되고, 상기 반응 가스가 제공되는 동안 상기 기판의 주연 부위를 블로킹하기(blocking) 위한 쉐도우 링(shadow ring); 및

   상기 쉐도우 링이 상기 핫 플레이트로부터 이격되도록 상기 쉐도우 링을 지지하기 위하여 상기 쉐도우 링의 하부로부터 상기 홀들을 통해 연장하며, 상기 챔버의 내부 세정시 발생되는 진동에 의해 상기 홀들로부터 이탈되지 않도록 충분히 긴 길이를 갖는 다수의 삽입 핀들을 포함하는 반도체 기판 가공 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 쉐도우 링은 상기 기판의 노치(notch) 또는 플랫존(plat zone)을 블로킹하기 위하여, 상기 쉐도우 링 일 측에서 상기 기판 중심 방향으로 쉐도우 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 장치.

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