KR20090066962A - 건식 식각 장치 - Google Patents

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KR20090066962A
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Abstract

본 발명은 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀과 캐소드 사이에 폴리머가 증착되되더라도 리프트 핀이 풀다운되도록 하여 헬륨 가스가 누설되는 것을 방지할 수 있는 건식 식각 장치에 관한 것이다.
이를 위해 다수의 홀을 갖는 캐소드, 캐소드의 상부에 위치하고, 다수의 홀을 갖는 정전척, 캐소드의 홀 내부에 위치하고, 정전척의 홀을 관통하여 웨이퍼를 수직 이동시키는 다수의 리프트 핀, 정전척의 상부에 결합되는 포커스링을 포함하고, 리프트 핀은 캐소드의 홀이 갖는 측면과 접하는 다수의 볼베어링을 갖는 건식 식각 장치가 개시된다.
건식 식각 장치, dry etcher, 폴리머, 리프트 핀, 볼베어링

Description

건식 식각 장치{DRY ETCHER}
본 발명은 건식 식각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀과 캐소드 사이에 폴리머가 증착되더라도 리프트 핀이 풀다운되도록 하여 헬륨 가스가 누설되는 것을 방지할 수 있는 건식 식각 장치에 관한 것이다.
식각 공정은 식각 방식에 따라 케미컬(chemical)을 이용하여 등방성 식각을 하는 습식 식각 방식과 식각 가스를 사용한 플라즈마를 이용하여 이방성 식각을 하는 건식 식각 방식으로 구분된다.
이 중 습식 식각 공정은 비용이 적게 들고, 선택비와 식각률이 높고, 신뢰성이 높다는 장점이 있는 반면, 선폭이 좁은 정교한 식각에는 적합하지 않고, 등방성을 가지므로 언더컷 등의 문제가 생길 수 있는 단점이 있다.
이에 비하여, 건식 식각 공정은 정밀 자동화에 적합하고, 식각 종말점 조절이 용이하고, 폐수를 발생시키지 않으며, 미세 패턴 형성에 용이하다는 장점이 있는 반면, 비용이 많이 들고, 선택비와 식각율이 낮고, 막에 손상이 발생할 수 있는 단점이 있다.
이와 같은 건식 식각 공정은 다시 스퍼터 에칭(sputter etching)과 같은 물리적인 식각, 반응 이온 에칭(Reactive Ion Etching)과 같은 물리 화학적인 식각, 플라즈마 에칭(Plasma Etching)과 같은 화학적인 식각으로 나눌 수 있다.
이 때, 식각이 되는 웨이퍼는 캐소드 내부에 위치한 다수의 리프트 핀에 의해서 상하부로 이송되어 정적척(Electro Static Chuck, ESC) 위에 실장된다. 또한, 이러한 건식 식각을 수행하는 건식 식각 장치는 식각을 수행하는 반응 가스 외에도 식각 공정 중에 웨이퍼의 표면 온도를 공정 조건에 맞게 유지하기 위해서 헬륨 가스(Hellium gas)를 이용한다.
그런데 공정이 진행되어 웨이퍼가 식각되면서 발생한 폴리머(polymer)들이 캐소드와 리프트 핀의 사이에 증착되는 경우가 발생한다. 그리고 이 폴리머에 의해 일부의 리프트 핀이 캐소드 내에서 풀 다운(full down)되지 않는 경우 즉, 캐소드 내부의 홀을 따라 완전히 내려가지 않게 되는 경우가 발생하여, 리프트 핀 상호 간의 높이가 일정하게 유지되지 않는 문제가 발생한다.
그리고 그에 따라 웨이퍼가 수평을 유지할 수 없어서 웨이퍼와 정전척의 틈 사이로 헬륨 가스가 유출될 수 있다. 또한, 캐소드와 풀다운되지 못한 리프트 핀의 사이를 통해서도 이러한 헬륨 가스가 유출될 수 있다. 이렇게 웨이퍼의 일부 영역에서 헬륨 가스가 유출되면, 웨이퍼의 온도가 균일하게 유지되지 않게 되어 결국 웨이퍼가 온도 차이에 의한 손상을 입게 되어 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀과 캐소드 사이에 폴리머가 증착되더라도 리프트 핀이 풀다운되도록 하여 헬륨 가스가 누설되는 것을 방지할 수 있는 건식 식각 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 건식 식각 장치는 다수의 홀을 갖는 캐소드, 캐소드의 상부에 위치하고, 다수의 홀을 갖는 정전척, 캐소드의 홀 내부에 위치하고, 정전척의 홀을 관통하여 웨이퍼를 수직 이동시키는 다수의 리프트 핀, 정전척의 상부에 결합되는 포커스링을 포함하고, 리프트 핀은 캐소드의 홀이 갖는 측면과 접하는 다수의 볼베어링을 가질 수 있다.
여기서, 리프트 핀은 원통형으로 형성된 지지부, 지지부에 연결된 저항 연결 유지부, 저항 연결 유지부에 연결되어 상기 리프트 핀을 절연하는 저항, 저항의 외부를 감싸면서 형성되는 아델, 아델과 연결되는 베이스를 포함하고, 베이스는 측면에 캐소드의 홀이 갖는 측면과 결합하는 다수의 볼베어링을 가질 수 있다.
그리고 볼베어링은 베이스의 길이 방향으로 나란하게 배열될 수 있다.
또한, 베이스는 리프트 핀의 길이 방향으로 상단과 하단에 볼베어링의 이탈을 방지하기 위한 단차를 구비할 수 있다.
또한, 베이스는 상부에 리프트 핀의 수직 상승시 정전척의 홀을 관통하여 웨이퍼를 지지하는 돌출부를 구비할 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 건식 식각 장치는 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀의 베이스에 다수의 볼베어링을 구비하여 폴리머가 리프트 핀과 캐소드 사이에 증착되더라도 리프트 핀이 풀 다운(full down) 되도록 하여 헬륨 가스가 누설되는 것을 방지하고, 웨이퍼가 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000)의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000)의 하부 구조를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000)에 이용되는 리프트 핀(400)의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000)에 사용되는 리프트 핀(400)이 풀다운(full down)된 상태를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000)는 배스(100), 상기 배스(100) 내에 구비되는 캐소드(200), 상기 캐소드(200)의 상부에 위치하는 정전척(300), 상기 캐소드(200)의 내부에 위치하는 리프트 핀(400), 상기 캐소드(200)에 정전척(300)을 결합하는 결합핀(500), 상기 정전척(300)의 상부에 형성되는 포커스링(600)을 포함할 수 있다.
상기 배스(100)는 내부에 일정 영역의 공간을 구비한다. 상기 배스(100)는 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000) 내에서 챔버의 일부를 구성하며, 웨이퍼(w)가 위치하여 식각이 이루어지는 공간을 제공한다.
상기 캐소드(200)는 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000) 내에서 하부에 위치한 전극이다. 건식 식각 장치는 상부와 하부에 위치한 두 개의 전극에 의해 가속된 반응 가스가 웨이퍼(w)를 식각한다. 따라서, 상기 캐소드(200)는 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000) 내에서 하부에 위치하여 식각에 이용되는 반응 기체들을 가속한다.
상기 캐소드(200)의 상부에 캐소드 베이스(210)가 위치한다. 상기 캐소드 베이스(210)는 상기 캐소드(200)의 하부에 비해 부피가 작게 구비되어 상기 캐소드(200)에 의해 가속된 반응 가스와 헬륨 가스를 순환시키기 위한 경로를 제공한다.
또한, 상기 캐소드 베이스(210)의 상부에는 다수의 제1홀(211)이 구비된다. 상기 제1홀(211)은 리프트 핀(400)이 상기 캐소드(200) 내부에 구비되기 위해 형성된다. 상기 제1홀(211)의 폭은 상기 리프트 핀(400)의 폭보다 크게 형성되어 상기 리프트 핀(400)이 상기 제1홀(211) 내부에서 상하부로 이동을 할 수 있도록 한다.
또한, 상기 캐소드 베이스(210)의 하부에는 상기 제1홀(211)과 연결된 제2홀(212)이 구비된다. 상기 제2홀(211)의 폭은 상기 제1홀(211)의 폭보다 작고, 상기 리프트 핀(400)의 폭보다도 작다. 따라서, 상기 리프트 핀(400)이 풀다운 되면 상기 제2홀(212)에 걸려서 더이상 캐소드(200)의 하부로 내려가지 않는다.
종래에는 제1홀과 리프트 핀 사이의 공간에 폴리머가 증착되어 리프트 핀이 풀다운(full down)되지 못하여 상술한 헬륨 가스 누설 문제가 발생하였다. 그러나, 하기할 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000) 내에서 리프트 핀(400)은 그 측부에 볼베어링을 구비하여 폴리머가 증착되더라도 리프트 핀(400)이 풀다운(full down)되어 종래의 헬륨 가스 누설 문제가 해결될 수 있다.
상기 정전척(300)은 상기 캐소드(200)의 상부에 형성된다. 상기 정전척(300)은 그 상부에 웨이퍼(w)가 실장되는 부분이다. 즉, 식각시 웨이퍼(w)가 상기 정전척(300)의 상부에 위치하여 고정되고, 이후 식각 가스가 상기 웨이퍼(w)를 식각하게 된다. 상기 정전척(300)은 수평상태를 유지하고 있어서, 그 상부의 웨이퍼(w)가 수평한 상태에서 식각될 수 있도록 한다. 또한, 상기 정전척(300)은 홀(310)을 구비하여 리프트 핀(400)이 상기 정전척(300)의 홀(310)을 관통하여 이동될 수 있다.
상기 리프트 핀(400)은 상기 캐소드(200)의 제1홀(211) 및 제2홀(212)에 위치한다. 또한, 상기 리프트 핀(400)은 수직 방향으로의 운동을 통해 상기 정전척(300)에 구비된 홀(310)을 관통하도록 상하부로 이동될 수 있다.
상기 리프트 핀(400)은 웨이퍼(w)를 상하로 이송시키는 역할을 한다. 즉, 상기 리프트 핀(400)은 상기 정전척(300)의 홀(310)을 관통하여 돌출되어 있는 상태에서 웨이퍼(w)를 외부의 로테이션 암(rotation arm, 도시되지 않음)으로부터 인가받는다. 그리고 다시 상기 리프트 핀(400)은 상기 정전척(300)의 하부에 위치한 캐소드(200)의 제1홀(211)을 따라서 내려가는 동작을 수행하여 상기 웨이퍼(w)를 상기 정전척(300)의 상부에 위치시킨다.
상기 리프트 핀(400)은 지지부(410), 상기 지지부(410)에 연결된 저항 연결 유지부(420), 상기 저항 연결 유지부(420)에 연결된 저항(430), 상기 저항(430)의 외부를 감싸는 아델(440), 상기 아델(440)의 상부에 연결된 오링(450), 상기 오링(450)의 상부에 위치한 베이스(460)를 포함할 수 있다.
상기 지지부(410)는 수직축 방향으로 길게 형성된 대략 원기둥의 형상을 하고 있다. 상기 지지부(410)는 상기 캐소드(200)의 제1홀(211) 및 제2홀(212)의 하부를 관통하며, 별도의 지지부재(도시되지 않음)에 의해 지지된다. 또한, 상기 리프트 핀(400)이 상하로 수직이동을 할 때, 상기 지지부(410)에 힘이 가해져서 전체적인 리프트 핀(400)의 움직임을 제어할 수 있다.
상기 저항 연결 유지부(420)는 상기 지지부(410)의 상부에 연결된다. 상기 저항 연결 유지부(420)는 상기 지지대(410)로부터 상기 저항(430)이 일정한 압력을 유지하면서 결합하도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 저항 연결 유지부(420)는 외부로부터 압력을 받으면 탄성에 의한 반발력을 갖는 구조이며, 상기 지지대(410)와 저항(430)의 사이에 압력을 받아 눌린 상태로 결합된다. 따라서, 상기 저항 연결 유지부(420)는 상기 저항(430)에 탄성에 의한 반발력을 가하므로 상기 저항(420)이 일정한 압력으로 결합되도록 하여, 저항(430)의 결합력을 공고하게 한다.
상기 저항(430)은 상기 저항 연결 유지부(420)에 연결된다. 상기 저항(430)은 큰 값의 저항값을 갖도록 구비된다. 상기 저항(430)은 상기 리프트 핀(400)이 상기 캐소드(200)와 전기적인 절연 상태를 유지하도록 하기 위해서 구비된다. 즉, 상기 저항(430)이 상기 리프트 핀(400)을 상기 캐소드(200)로부터 절연시킴으로써 리프트 핀(400)의 상부에 실장되어 운반되는 웨이퍼(w)가 전기적 충격에 의해 손상받는 것을 방지한다.
상기 아델(440)은 상기 저항(430)의 외주연을 감싸면서 형성된다. 상기 아델(440)은 상기 저항(430)을 건식 식각 장치(1000)내의 반응 가스로부터 보호하는 역할을 한다. 상기 아델(440)은 플라스틱 재질로 형성되며, 그 중 특히 식각 공정 진행시 반응 가스에 노출되어도 무방한 엔지니어 플라스틱으로 형성되는 것이 일반 적이다. 다만, 상기 아델(440)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 오링(450)은 상기 아델(440)의 상부에 형성된다. 또한, 상기 오링(450)은 상기 아델(440)과 베이스(460)의 사이에 위치한다. 상기 오링(450)은 일반적으로 탄성을 가진 고무 재질로 형성되어, 상기 아델(440)과 베이스(460)가 밀착하여 결합하게 한다.
상기 베이스(460)는 상기 오링(450)을 통해 상기 아델(440)의 상부에 결합한다. 상기 베이스(460)는 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)내에서 수직이동을 한다. 상기 베이스(460)는 상기 정전척(300)의 상부로 이동하여 웨이퍼(w)를 인가받고, 상기 정전척(300)의 하부인 캐소드(200) 내부로 이동하여 상기 웨이퍼(w)를 상기 정전척(300)에 실장한다.
상기 베이스(460)는 상하부에 구비된 상부 단차(461)와 하부 단차(462), 상기 상부 단차(461)와 하부 단차(462) 사이에 형성된 측면(463), 상기 측면(463)을 따라 배열된 다수의 볼베어링(464), 상기 상부 단차(461)로부터 수직 방향으로 일정 길이 돌출되어 형성된 돌출부(465)를 포함한다.
상기 상부 단차(461) 및 하부 단차(462)는 상기 측면(463)과 비교할 때, 수평 방향으로 다소 돌출되어 단차를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 상부 단차(461)와 하부 단차(462)는 이들을 합한 전체 폭이 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)의 폭보다 작도록 제2홀(212)보다는 크도록 형성된다. 따라서, 상기 상부 단차(461)와 하부 단차(462)는 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)과는 접하지 않고, 풀다운(full down)시에 제2홀(212)에 걸리게 되어 리프트 핀(400)이 더이상 캐소드(200)의 내부로 내려가지 않게 된다.
상기 측면(463)은 상기 상부 단차(461)와 하부 단차(462)의 사이에 구비되어 있고, 대략 원기둥에서의 측면 형상을 이룬다. 상기 측면(463)은 일정한 굴곡의 곡면으로 형성되어 있어서, 이후 상기 볼베어링(464)이 상기 측면(463)을 따라 원활히 회전하면서 이동할 수 있도록 한다.
상기 볼베어링(464)은 구 형상을 갖고, 상기 측면(463)을 따라 다수 배열된다. 또한, 상기 리프트 핀(460)이 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)에 결합할 때, 상기 볼베어링(464)이 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)과 접하게 된다. 즉, 상기 볼베어링(464)은 구의 형태이므로, 상기 캐소드(200)의 홀(211)이 갖는 측면과 점접촉 상태를 유지하여 마찰력이 줄어들 수 있도록 한다.
또한, 상기 볼베어링(464)은 상기 베이스(460)와 캐소드(200)의 홀(211)사이에서 점접촉 상태를 유지한다. 즉, 상기 볼베어링(464)은 상기 캐소드(200)의 홀(211) 내벽에 폴리머들이 증착되더라도 상기 홀(211)의 내벽과 점접촉 상태를 유지함으로써 리프트 핀(400)이 풀다운될 수 있도록 한다.
또한, 경우에 따라 상기 베이스(460)의 측면(463)에는 일정한 수평 구간마다 영역을 구획하는 격벽(도시되지 않음)들이 형성되어 있을 수 있고, 상기 볼베어링(464)은 상기 격벽에 의한 영역으로 수평 위치가 고정되어 상하로의 수직적 회전만 할 수도 있다. 이 경우, 상기 볼베어링(464)은 수평적인 위치가 고정되므로 더 안정적인 회전을 할 수 있다.
결국, 상기 볼베어링(464)은 상기 베이스(460)의 측면(463)과 상기 캐소드(200)의 제1홀(211) 사이에 점접촉을 유지하도록 구비되어, 리프트 핀(400)의 베이스(460)가 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)을 따라 풀다운(full down) 될 수 있도록 한다. 즉, 상기 리프트 핀(400)의 베이스(460)가 상기 캐소드(200)의 제1홀(211)의 하부에 밀착되어 결합할 수 있다. 또한, 이 경우에 웨이퍼(w) 역시 정전척(300)의 상부에 밀착되므로 헬륨 가스가 웨이퍼(w)의 하부로 유입될 수 없다. 결과적으로 상기와 같이 하여, 헬륨 가스의 누설을 방지할 수 있다.
상기 돌출부(465)는 상기 베이스(460)의 상부 단차(461)로부터 수직 방향으로 일정 길이 돌출되어 형성된다. 상기 돌출부(465)는 리프트 핀(400)의 수직 상승시 상기 정전척(300)의 홀(310)을 관통하여 상기 정전척(300)보다 상부로 돌출된다. 따라서, 상기 돌출부(465)가 식각에 이용되는 웨이퍼(w)를 로테이션 암(도시되지 않음)으로부터 받을 수 있고, 이후 리프트 핀(400)의 하강시에 상기 웨이퍼(w)를 정전척(300)의 상부에 놓게 된다.
상기 결합핀(500)은 상기 정전척(300)의 둘레를 따라 형성된 홀)을 관통한다. 또한, 상기 결합핀(500)은 상기 캐소드(200)와 결합되어 상기 정전척(300)을 상기 캐소드(200)에 결합시키는 역할을 한다.
상기 포커스링(600)은 중앙에 원형의 홀을 구비한 덮개의 형태를 갖고, 상기 정전척(300)을 덮도록 형성된다. 또한, 상기 포커스링(600)은 상기 캐소드(200)의 캐소드 베이스(210)부분을 감싸도록 형성된다. 상기 포커스링(600)의 홀은 웨이퍼(w)를 그 상부로 노출시켜서 반응 가스에 노출될 수 있도록 한다. 상기 포커스링(600)은 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000) 내에서 웨이퍼(w) 상에 플라즈마를 집중시키고 플라즈마로부터 다른 구성요소들을 보호하는 역할을 한다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치(1000)는 리프트 핀(400)의 베이스(460)에서 측면(463)을 따라 다수의 볼베어링(464)을 구비한다. 따라서, 리프트 핀(400)의 베이스(460)와 캐소드(200)의 제1홀(211)사이에 폴리머가 증착되는 것이 방지된다. 결국, 이와 같이 하여, 리프트 핀(400)이 캐소드(200)의 제1홀(211)을 따라 풀다운(full down)될 수 있으므로 웨이퍼(w)가 정전척(300)에 밀착될 수 있고, 헬륨 가스가 웨이퍼(w) 하부를 통해 누설되는 것이 방지된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치의 하부 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치에 사용되는 리프트 핀의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치에 사용되는 리프트 핀이 캐소드 내에서 풀다운(full down)된 상태를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1000; 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치
100; 배스 200; 캐소드
210; 캐소드 베이스 211; 제1홀
212; 제2홀 300; 정전척
400; 리프트 핀 410; 베이스
420; 오링 430; 아델
440; 저항 450; 저항 연결 유지부
460; 지지부 500; 결합 핀
600; 포커스링

Claims (5)

  1. 다수의 홀을 갖는 캐소드;
    상기 캐소드의 상부에 위치하고, 다수의 홀을 갖는 정전척;
    상기 캐소드의 홀 내부에 위치하고, 상기 정전척의 홀을 관통하여 웨이퍼를 수직 이동시키는 다수의 리프트 핀;
    상기 정전척의 상부에 결합되는 포커스링을 포함하고,
    상기 리프트 핀은 상기 캐소드의 홀이 갖는 측면과 접하는 다수의 볼베어링을 갖는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리프트 핀은
    원통형으로 형성된 지지부;
    상기 지지부에 연결된 저항 연결 유지부;
    상기 저항 연결 유지부에 연결되어 상기 리프트 핀을 절연하는 저항;
    상기 저항의 외부를 감싸면서 형성되는 아델;
    상기 아델과 연결되는 베이스를 포함하고,
    상기 베이스는 측면에 상기 캐소드의 홀이 갖는 측면과 결합하는 다수의 볼베어링을 갖는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 볼베어링은 상기 베이스의 길이 방향으로 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 베이스는 상기 리프트 핀의 길이 방향으로 상단과 하단에 상기 볼베어링의 이탈을 방지하기 위한 단차를 구비하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 베이스는 상부에 상기 리프트 핀의 수직 상승시 상기 정전척의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104752304A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种反应腔室及等离子体加工设备
CN104752303A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种举升装置、反应腔室及等离子体加工设备
KR20180132353A (ko) * 2017-06-02 2018-12-12 주식회사 트리셀 기판 지지부재용 볼 부싱

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