KR20070093184A - 건식식각장치의 포커스링 고열방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 건식식각할 시 포커스링의 열전도를 개선하여 고열발생을 방지하는 포커스링 고열방지장치에 관한 것이다.

식각공정설비에서 포커스링의 내열의 한계로 인한 파티클 발생이나 헬륨에러에 의해 공정불량이 발생되지 않도록 하기 위한 반도체 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치는, 웨이퍼 주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 포커스링과, 가장자리 테두리부분에 다수의 진공홀이 형성되어 상기 포커스링을 진공에 의해 흡착되도록 하는 정전척과, 상기 다수의 진공홀에 연결된 진공라인을 포함함을 특징으로 하는 특징으로 한다.

건식식각, 포커스링, 헬륨리크방지, 웨이퍼 포지션 에러

Description

건식식각장치의 포커스링 고열방지장치{APPARATUS PREVENTING HEATING OF FOCUS RING IN DRY ETCH DEVICE}

도 1은 종래의 반도체 제조설비의 건식식각 챔버의 구성도

도 2는 종래의 건식식각장치의 포커스링 고열방지장치의 구성도

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치의 구성도

도 4는 도 3중 정전척(16)의 평면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 하우징 14: 상부전극

16: 정전척 18: 포커스링

20: 커버링 22: 이그저스트링

24: 베이스링 26: 고정용 플러그

본 발명은 반도체 제조설비 중 식각장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하여 건식식각할 시 포커스링의 열전도를 개선하여 고열발생을 방지하는 포커스링 고열방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 실리콘 웨이퍼상에 제조공정을 반복적으로 진행하여 완성되며, 반도체 제조공정은 그 소재가 되는 웨이퍼에 대하여 산화, 마스킹, 포토레지스트코팅, 식각, 확산 및 적층공정들과 이들 공정들의 전, 후에서 보조적으로 세척, 건조 및 검사 등의 여러 공정들이 수행되어야 한다. 특히, 식각공정은 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 형성시키는 중요한 공정의 하나로서, 포토레지스트코팅공정과 함께 사진식각공정을 이루는 것으로서, 감광성을 갖는 포토레지스트를 웨이퍼 상에 코팅하고, 패턴을 전사한 후, 그 패턴에 따라 식각을 수행하여 상기 패턴에 따라 적절한 소자의 물리적 특성을 부여하는 것이다.

식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 대별될 수 있으며, 습식식각은 제거되어야 하는 웨이퍼의 최상단층을 효과적으로 제거할 수 있는 화학물질을 담은 습식조에 웨이퍼를 담갔다가 꺼내는 방식이나, 또는 그 화학물질을 웨이퍼의 표면으로 분사하는 방식이나, 일정각도로 경사지게 고정시킨 웨이퍼 상으로 화학물질을 흘려보내는 방식 등이 개발되어 사용되고 있다.

또한, 건식식각은 기체상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각, 이온빔식각 및 반응성 이온식각 등을 예로 들 수 있다. 그 중, 반응성 이온식각은 식각가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높 으며, 1μm 정도의 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

반응성 이온식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들로는 식각할 층의 두께와 밀도, 식각가스의 에너지 및 온도, 포토레지스트의 접착성과 웨이퍼 표면의 상태 및 식각가스의 균일성 등을 들 수 있다. 특히, 식각가스를 이온화시키고, 이온화된 식각가스를 웨이퍼 표면으로 가속시켜 식각을 수행하는 원동력이 되는 고주파(RF ; Radio frequency)의 조절은 중요한 변수가 될 수 있으며, 또한 실제 식각과정에서 직접적으로 그리고 용이하게 조절할 수 있는 변수로 고려된다.

그러나, 실제로 식각이 이루어지는 웨이퍼를 기준으로 볼 때, 웨이퍼 표면 전체에 대한 균일한 에너지 분포를 갖도록 하는 고른 고주파의 적용은 필수적이며, 이러한 고주파의 적용시의 균일한 에너지 분포의 적용은 고주파의 출력의 조절만으로는 달성될 수 없으며, 이를 해결하기 위하여는 고주파를 웨이퍼에 인가하는데 사용되는 고주파 전극으로서의 스테이지와 애노우드의 형태 및 실질적으로 웨이퍼를 고정시키는 기능을 하는 포커스링 등에 의하여 크게 좌우된다고 할 수 있다.

상기에서 포커스링은 플라즈마가 존재하는 가혹한 조건의 반응챔버 내에서 플라즈마의 확산을 방지하고, 웨이퍼주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 역할을 한다.

이러한 공정쳄버에서 가스와 고주파 파워 등을 이용하여 식각공정을 수행하는 반도체장치 제조설비에는 고주파 파워를 이용하여 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 웨이퍼 상의 상면 또는 패턴 마스크로부터 노출되는 부위에서 반응토록 하여 공정을 수행하는 것이 있다.

상기와 같은 고주파 파워를 이용하는 종래의 반도체 제조설비의 산화막 건식식쳄버가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 소정 공간을 구획하는 하우징(10)이 있고, 이 하우징(10)은 다른 구성과 결합 연결되는 고정 구조물을 이룬다.

또한 하우징(10)의 내벽에는, 공정 수행 과정에서 생성되는 폴리머(P)가 하우징(10) 내벽에 증착되는 것을 차단하도록 그 상측에서 하측 방향 소정 영역의 내벽을 커버하는 쉴드(도시하지 않음)가 설치된다.

또한 하우징(10)의 상측 단부 부위에는 소정 두께의 판 형상으로 조립되어 고주파 파워가 인가되는 상부전극부(14)가 설치되고, 이 상부전극부(14)의 결합 설치에 의해 하우징(10) 내부는 밀폐된 분위기를 이루게 된다.

그리고, 상부전극부(14) 하측의 하우징(10) 내부에는 투입 위치되는 웨이퍼(11)를 선택적으로 고정하고, 상부전극부(14)에 대향하는 고주파 파워가 인가되는 정전척(16)을 포함하여 조립된 척 조립체가 승·하강 가능하게 설치된다.

이러한 구성에 있어서, 상술한 척 조립체의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(도시하지 않음)의 저면을 밀착 지지하는 정전척(16)의 상면 가장자리 부위가 웨이퍼의 저면 가장자리 부위로부터 소정 간격 중심 측에 있게 되고, 정전척(16)의 상면 가장자리 외측 부위는 상면으로부터 하측으로 소정 두께의 단차를 이루며 평탄한 면을 이룬다.

이때 정전척(16)은 그 상면에 밀착 지지되는 웨이퍼 저면을 정전기력 또는 진공압을 이용하여 선택적으로 흡착 고정하게 되며, 이 정전척(16)의 단차진 부위에는 웨이퍼와 동일 또는 유사한 재질로 웨이퍼가 정전척(16)로부터의 고주파 파워 영역 중심 부위에 위치되도록 그 영역 분포를 확대하는 소정 형상의 포커스링(18)이 정전척(16)의 상면으로부터 노출되는 웨이퍼의 저면 가장자리 부위를 밀착되게 지지하도록 위치된다.

그리고, 정전척(16)의 외측벽에는 정전척(16)의 단차진 부위의 외측으로 연장 돌출되는 포커스링(18)의 저면 부위를 받쳐 지지하는 커버링(20)이 설치되고, 이 커버링(20)의 하측 부위에는 플라즈마가 하부로 빠지는 것을 방지하기 위한 이그저스트링(22)이 설치되어 있다. 상기 이그저스트링(22)의 하부에는 베이스링(24)이 설치되어 있다.

상기 정전척(16)의 상부양측에 고정용 플러그(24)가 삽입되어 있고, 상기 고정용 플러그(24)의 돌출부(26)에 포커스링(18)의 하부에 형성된 홈이 결합되어 포커스링(18)이 고정된다.

상술한 구성으로부터 공정 진행 과정을 살펴보면, 웨이퍼가 하우징(10) 내부로 투입되어 척 조립체 상부 즉, 정전척(16)의 상면과 포커스링(18)의 상면 내측 부위에 밀착되게 고정되면 척 조립체는 웨이퍼의 상면이 상부전극부(14)에 소정 간격을 이루며 근접하도록 승강 구동하게 된다.

이어 하우징(10)의 측부 소정 부위로부터 상부전극부(14)와 정전척(16) 사이 즉, 웨이퍼 상측으로 공정가스가 공급되고, 이러한 상태에서 상부전극부(14)와 정전척(16)에 고주파 파워가 인가되면 그 사이에 위치되는 공정가스는 플라즈마 상태 로 변환된다.

이렇게 플라즈마 상태로 변환된 공정가스는 웨이퍼 상면 전체 또는 형성된 포토레지스트패턴에 의해 마스킹되지 않은 웨이퍼상의 산화막과 반응하여 산화막의 소정영역을 식각한다.

이러한 플라즈마를 이용한 식각설비는 정전척(16)과 포커스링(18) 들이 온도가 상승되므로 정전척(16) 내부에 냉각온도 조절하는 장치가 설치되어 있으며, 포커스링(18)은 정전척(16)과 맞닿게 되어 구조적 결함으로 강한 전기적 파워로 인한 플라즈마의 온도가 상승됨에 따라 포커스링(18)이 고열이 발생하게 된다.따라서 포커스링(18)은 정전척(16)과 밀착되도록 하여 정전척(16)을 냉각시킬 때 함께 냉각되도록 하여야 하나, 포커스링(18)이 고정용 플러그(24)에 의해 고정되도록 하고 있어 정전척(16)과 포커스링(18)이 완전밀착되지 않게 되어 포커스링(18)의 고열이 정전척(16)으로 전달되지 않게 되어 웨이퍼 공정불량이 발생하는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 건식식각장치의 포커스링 고열방지장치가 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 웨이퍼(도시하지 않음)의 저면을 밀착 지지하는 정전척(16)의 상면 가장자리 부위가 웨이퍼의 저면 가장자리 부위로부터 소정 간격 중심 측에 있게 되고, 정전척(16)의 상면 가장자리 외측 부위는 상면으로부터 하측으로 소정 두께의 단차를 이루며 평탄한 면을 이룬다.

이때 정전척(16)은 그 상면에 밀착 지지되는 웨이퍼 저면을 정전기력 또는 진공압을 이용하여 선택적으로 흡착 고정하게 되며, 이 정전척(16)의 단차진 부위에는 웨이퍼와 동일 또는 유사한 재질로 웨이퍼가 정전척(16)로부터의 고주파 파워 영역 중심 부위에 위치되도록 그 영역 분포를 확대하는 소정 형상의 포커스링(18)이 정전척(16)의 상면으로부터 노출되는 웨이퍼의 저면 가장자리 부위를 밀착되게 지지하도록 위치된다.

그리고, 정전척(16)의 외측벽에는 정전척(16)의 단차진 부위의 외측으로 연장 돌출되는 포커스링(18)의 저면 부위를 받쳐 지지하는 커버링(20)이 설치되고, 이 커버링(20)의 하측 부위에는 플라즈마가 하부로 빠지는 것을 방지하기 위한 이그저스트링(22)이 설치되어 있다. 상기 이그저스트링(22)의 하부에는 베이스링(24)이 설치되어 있다.

상기 정전척(16)의 상부양측에 러버시트(28)가 삽입되어 있고, 상기 러버시트(28)에 포커스링(18)이 결합되어 포커스링(18)으로부터 발생된 고열을 정전척(16)으로 전달한다. 상기 러버시트(28)는 실리콘재질로 형성되어 열전도가 개선되도록 하였다. 상기 포커스링(18)과 정전척(16) 사이에 열전도가 개선된 러버시트(28)가 형성되어 포커스링(18)으로부터 발생된 고열을 정전척(16)을 전달하여 고열방지하도록 하였으나 러버시트(28)의 내열 한계성으로 파티클 및 헬륨의 에러가 발생하여 공정 및 생산성에 치명적인 피해가 발생되는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 식각공정설비에서 포커스링의 내열의 한계로 인한 파티클 발생이나 헬륨에러에 의해 공정불량이 발생되지 않도록 하는 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치는, 웨이퍼 주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 포커스링과, 가장자리 테두리부분에 다수의 진공홀이 형성되어 상기 포커스링을 진공에 의해 흡착되도록 하는 정전척과, 상기 다수의 진공홀에 연결된 진공라인을 포함함을 특징으로 하는 특징으로 한다.

상기 진공라인 상에 설치되어 상기 정전척과 포커스링이 밀착되는지를 체크하기 위해 진공상태를 센싱하는 진공센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 진공센서로부터 진공상태가 센싱되지 않을 시 알람을 발생하는 알람발

생부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치는, 웨이퍼 주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 포커스링과, 가장자리 테두리부분에 다수의 진공홀이 형성되어 상기 포커스링을 진공에 의해 흡착되도록 하는 정전척과, 상기 다수의 진공홀에 연결된 진공라인과, 상기 진공라인 상에 설치되어 상기 정전척과 포커스링이 밀착되는지를 체크하기 위해 진공상태를 센싱하는 진공센서와, 상기 진공센서의 진공상태 감지신호를 받아 진공상태가 감지되지 않을 시 인터록신호를 발생하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설 명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 포커스링 방지장치의 구조도이고,

도 4는 도 3 중 정전척(16)의 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 소정 공간을 구획하는 하우징(10)이 있고, 이 하우징(10)은 다른 구성과 결합 연결되는 고정 구조물을 이룬다.

또한 하우징(10)의 내벽에는, 공정 수행 과정에서 생성되는 폴리머(P)가 하우징(10) 내벽에 증착되는 것을 차단하도록 그 상측에서 하측 방향 소정 영역의 내벽을 커버하는 쉴드(도시하지 않음)가 설치된다.

또한 하우징(10)의 상측 단부 부위에는 소정 두께의 판 형상으로 조립되어 고주파 파워가 인가되는 상부전극부(14)가 설치되고, 이 상부전극부(14)의 결합 설치에 의해 하우징(10) 내부는 밀폐된 분위기를 이루게 된다.

그리고, 상부전극부(14) 하측의 하우징(10) 내부에는 투입 위치되는 웨이퍼를 선택적으로 고정하고, 상부전극부(14)에 대향하는 고주파 파워가 인가되는 정전척(16)를 포함하여 조립된 척 조립체가 승·하강 가능하게 설치된다.

이러한 구성에 있어서, 상술한 척 조립체의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 웨이퍼의 저면을 밀착 지지하는 정전척(16)의 상면 가장자리 부위가 웨이퍼의 저면 가장자리 부위로부터 소정 간격 중심 측에 있게 되고, 정전척(16)의 상면 가장자리 외측 부위는 상면으로부터 하측으로 소정 두께의 단차를 이루며 평탄한 면을 이룬다.

이때 정전척(16)은 그 상면에 밀착 지지되는 웨이퍼 저면을 정전기력 또는 진공압을 이용하여 선택적으로 흡착 고정하게 되며, 이 정전척(16)의 단차진 부위에는 웨이퍼와 동일 또는 유사한 재질로 웨이퍼가 정전척(16)로부터의 고주파 파워 영역 중심 부위에 위치되도록 그 영역 분포를 확대하는 링 형상의 포커스링(18)이 정전척(16)의 상면으로부터 노출되는 웨이퍼의 저면 가장자리 부위를 밀착되게 지지하도록 위치된다. 포커스링(18)은 정전척(16)의 가장자리부분에 진공압에 의해 밀착되도록 되어있다. 상기 정전척(16)은 도 4에서 보는 바와 같이 가장자리 테두리 부분에 다수의 진공홀(30)이 형성되어 있다. 상기 다수의 진공홀(30)은 진공라인(32)이 연결되어 있다. 상기 진공라인(32)에 진공센서(32)가 설치되어 있으며, 정전척(16) 상에 포커스링(18)이 올려질 때 정전척(16)에 포커스링(18)이 밀착되도록 진공흡착되도록 한다. 이때 진공센서(32)는 정전척(16)과 포커스링(18)이 밀착되는지를 체크하기 위해 진공상태를 센싱한다. 벤트밸브(34)는 상기 진공센서(32)의 후단의 진공라인(32)에 설치되어 진공라인(32)을 벤트시킨다. 드라이펌프(36)는 상기 벤트밸브(34)에 연결되어 진공상태로 형성하기 위해 펌핑한다.

상술한 구성으로부터 공정 진행 과정을 살펴보면, 웨이퍼가 하우징(10) 내부로 투입되어 척 조립체 상부 즉, 정전척(16)의 상면과 포커스링(18)의 상면 내측 부위에 밀착되게 고정되면 정전척(16)은 웨이퍼의 상면이 상부전극부(14)에 소정 간격을 이루며 근접하도록 승강 구동하게 된다. 이때 벤트밸브(34)가 개방된 상태 에서 드라이펌프(36)는 진공라인(32)을 진공상태로 만들기 위해 펌핑한다. 그리고 진공센서(32)는 진공라인(32)이 진공상태가 유지되어 정전척(16)에 포커스링(18)이 밀착되는지를 센싱한다. 상기 진공센서(32)는 진공라인(32)이 진공상태가 유지되지 않으면 알람발생부(38)를 구동시켜 알람을 발생하도록 한다.

이어 하우징(10)의 측부 소정 부위로부터 상부전극부(14) 및 정전척(16) 사이 즉, 웨이퍼 상측으로 공정가스가 공급되고, 이러한 상태에서 상부전극부(14)와 정전척(16)에 고주파 파워가 인가되면 그 사이에 위치되는 공정가스는 플라즈마 상태로 변환된다.

이렇게 플라즈마 상태로 변환된 공정가스는 웨이퍼 상면 전체 또는 형성된 포토레지스트패턴에 의해 마스킹되지 않은 웨이퍼상의 산화막과 반응하여 산화막의 소정영역을 식각한다.

본 발명의 일 실시 예인 도 3에서는 진공센서(32)에 의해 정전척(16)과 포커스링(18) 간의 밀착상태를 진공라인(32)의 진공상태를 검출하여 진공상태가 형성되지 않을 경우 알람발생부(38)를 구동시켜 알람을 발생하도록 하고 있으나, 진공센서(32)에 의해 진공상태를 검출하여 진공이 형성되지 않을 경우 도시하지 않은 콘트롤러가 이를 감지하여 인터록신호를 발생하여 식각공정을 중단시키고 알람을 발생시키는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 건식식각설비에서 정전척에 진공홀을 형성하여 포커스링의 안착 시 포커스링이 정전척에 흡착되도록 하여 정전척과 포커스링이 밀착되도록 하여 포커스링으로부터 발생된 고열이 정전척에 잘 전도되도록 하여 포커스링이 고열로 인한 공정불량을 방지하는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 반도체 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치에 있어서,

   웨이퍼 주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 포커스링과,

   가장자리 테두리부분에 다수의 진공홀이 형성되어 상기 포커스링을 진공에 의해 흡착되도록 하는 정전척과,

   상기 다수의 진공홀에 연결된 진공라인을 포함함을 특징으로 하는 특징으로 하는 건식식설비의 포커스링 고열방지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 진공라인 상에 설치되어 상기 정전척과 포커스링이 밀착되는지를 체크하기 위해 진공상태를 센싱하는 진공센서를 더 포함함을 특징으로 하는 건식식설비의 포커스링 고열방지장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 진공센서로부터 진공상태가 센싱되지 않을 시 알람을 발생하는 알람발

   생부를 더 포함함을 특징으로 하는 건식식설비의 포커스링 고열방지장치.
4. 반도체 건식식각설비의 포커스링 고열방지장치에 있어서,

   웨이퍼 주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 포커스링과,

   가장자리 테두리부분에 다수의 진공홀이 형성되어 상기 포커스링을 진공에 의해 흡착되도록 하는 정전척과,

   상기 다수의 진공홀에 연결된 진공라인과,

   상기 진공라인 상에 설치되어 상기 정전척과 포커스링이 밀착되는지를 체크하기 위해 진공상태를 센싱하는 진공센서와,

   상기 진공센서의 진공상태 감지신호를 받아 진공상태가 감지되지 않을 시 인터록신호를 발생하는 콘트롤러를 포함함을 특징으로 하는 특징으로 하는 건식식설비의 포커스링 고열방지장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 콘트롤러의 제어를 받아 진공상태가 센싱되지 않을 시 알람을 발생하는 알람발생부를 더 포함함을 특징으로 하는 건식식설비의 포커스링 고열방지장치.

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