KR20140119676A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20140119676A
KR20140119676A KR1020140113447A KR20140113447A KR20140119676A KR 20140119676 A KR20140119676 A KR 20140119676A KR 1020140113447 A KR1020140113447 A KR 1020140113447A KR 20140113447 A KR20140113447 A KR 20140113447A KR 20140119676 A KR20140119676 A KR 20140119676A
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김형준
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치를 개시한 것으로서, 페라이트 코어를 이용한 플라즈마 집속 부재를 설치하여, 공정 챔버 내에 생성된 플라즈마를 기판의 둘레에 집속시킴으로써, 반도체 기판 가장자리의 식각 효율을 증대시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에서 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼(Wafer) 상에는 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 복수의 막질이 증착된다. 이러한 막질 위에는 포토레지스트(Photoresist) 막이 도포되고, 노광 공정에 의해 포토마스크(Photomask)에 그려진 패턴은 포토레지스트 막으로 전사된다. 이후, 현상 공정 및 식각 공정에 의해서 웨이퍼 상에는 원하는 패턴이 형성된다.
상술한 공정들이 수행된 웨이퍼의 상부 면 가장자리 또는 하부 면에는 각종 막질이나 포토레지스트 등과 같은 불필요한 이물질들이 잔류하게 된다. 이물질들은 웨이퍼의 가장자리가 파지된 채로 이송될 때 웨이퍼로부터 이탈되어 비산하게 되며, 비산된 이물질들은 설비를 오염시키고 후속 공정에서 파티클로 작용한다. 따라서 웨이퍼의 가장자리를 식각하는 공정이 필요하다.
본 발명은 반도체 기판 가장자리의 식각 효율을 증대시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치에 있어서, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버에 로딩된 기판의 가장자리와 그 둘레에 대응하는 상기 공정 챔버의 상부 벽에 설치되며, 상기 공정 챔버 내에 공급된 반응 가스로부터 플라즈마가 생성되도록 에너지를 인가하는 플라즈마 소스 부재와; 상기 플라즈마 소스 부재의 상 측에 설치되며, 상기 공정 챔버 내에 생성된 플라즈마를 상기 기판의 둘레에 집속시키는 플라즈마 집속 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 플라즈마 소스 부재는 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성시키는 유도 결합형 플라즈마 안테나일 수 있다.
상기 플라즈마 집속 부재는 상기 플라즈마 소스 부재에 대응하는 형상을 가지는 코어와; 상기 코어에 감겨지는 권선;을 포함할 수 있다.
상기 코어는 페라이트(Ferrite) 코어일 수 있다.
상기 공정 챔버에 로딩된 상기 기판을 지지하며, 상기 기판의 둘레에 집속된 플라즈마에 방향성을 제공하여 상기 기판의 가장자리를 향하도록 하는 정전 척 부재;를 더 포함하되, 상기 정전 척 부재는 상기 기판의 중심부를 지지하는 제 1 전극과; 상기 기판의 주변부를 지지하며, 상기 제 1 전극에 착탈 가능하게 결합되는 제 2 전극;을 포함할 수 있다.
상기 정전 척 부재에 전원을 공급하는 전력 공급부는 상기 제 1 전극부에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 전극부는 상기 플라즈마에 노출되는 위치에 제공될 수 있다.
상기 플라즈마 소스부재와 상기 정전 척 부재 각각에는 전원이 연결되되, 상기 플라즈마 소스 부재에는 상기 정전 척 부재보다 높은 주파수가 인가될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 기판 가장자리의 식각 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 설비의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 부분 절개 사시도,
도 2는 도 1의 'A' 방향에서 바라본 단면도,
도 3은 정렬 부재의 일 측을 확대하여 보여주는 도면;
도 4는 도 2의 장치에서 정전 척 부재가 안착위치에 놓인 상태를 보여주는 단면도;
도 5는 도 2의 장치의 변형된 예를 보여주는 단면도;
도 6은 도 2의 장치에서 공정 챔버 내로 유입된 반응 가스의 이동 경로를 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A' 방향에서 바라본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 절연판(300), 반응 가스 공급부, 플라즈마 소스 부재(500), 그리고 플라즈마 집속 부재(600)를 포함한다.
공정 챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하며, 공정 챔버(100)의 저면에는 진공 펌프(미도시)가 결합된 배기관(미도시)이 연결된다. 배기관은 하나 또는 복수 개가 배치될 수 있다.
공정 챔버(100) 내에는 기판 지지부(200)가 배치되며, 기판 지지부(200)는 웨이퍼(W)가 놓이는 지지판(220)을 가진다. 지지판(220)의 아래에는 구동부(260)와 연결된 지지 축(240)이 결합된다. 지지 축(240)은 원통의 로드 형상을 가지며, 지지판(220)보다 작은 직경을 가진다. 지지 축(240)의 상단에는 측 방향 바깥쪽으로 돌출된 걸림 턱(242)이 형성된다. 구동부(260)는 지지 축(240)을 승강시키는 수직 구동기(미도시)와 공정 진행 중 지지 축(240)을 회전시키는 회전 구동기(미도시)를 포함할 수 있다. 수직 구동기는 모터(Motor), 래크(Rack), 그리고 피니언(Pinion)으로 이루어진 조립체나 유공압 실린더를 이용한 장치이고, 회전 구동기는 모터일 수 있다.
지지판(220)으로는 정전 척(Electrostatic Chuck)이 사용된다. 지지판(220)은 웨이퍼(W)의 중심부를 지지하는 제 1 전극(222)과, 웨이퍼(W)의 주변부를 지지하는 제 2 전극(224)를 가진다. 제 1 전극(222)은 원판 형상으로 형성되며, 제 2 전극(224)은 제 1 전극(222)의 외주 면을 감싸는 링 형상으로 형성된다. 제 2 전극(224)은 외경이 웨이퍼(W)의 직경보다 작은 직경을 가지며, 웨이퍼(W)의 하면 중 외측 가장자리 부분이 접촉되지 않도록 하는 크기를 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 제 2 전극(224)은 제 1 전극(222)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 제 2 전극(224)은 공정 진행 중 플라즈마에 노출되기 때문에 라이프 타임(Life Time)이 짧아진다. 이 때문에 제 2 전극(224)에 대해 주기적으로 유지 보수가 이루어져야 한다. 제 2 전극(224)을 제 1 전극(222)에 착탈 가능하게 결합함으로써, 유지 보수 시 제 2 전극(224)만을 교체하면, 전체 설비의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.
제 1 전극(222)에는 전력 공급부(230)에 의해 전력이 인가된다. 전력 공급부(230)는 제 1 전극(222)에 알에프(RF) 전력을 인가할 수 있으며, 제 1 전극(222)과 전력 공급부(230) 사이에는 정합기(232)가 위치될 수 있다. 예컨대, 전력 공급부(230)는 전력을 제 1 전극(222)에 공급할 수 있다. 제 1 전극(222)에 전력이 인가되면 웨이퍼(W)가 정전기력에 의해 지지판(220)에 고정되며, 또한 플라즈마가 웨이퍼(W)의 가장자리로 향하도록 플라즈마에 방향성을 제공할 수 있다.
공정 진행 중 웨이퍼(W)는 공정에 적합한 온도로 가열된다. 웨이퍼(W) 가열을 위해 지지판(220) 내에는 히터(250)가 설치된다. 히터(250)로는 열판이나 코일 형상의 열선이 제공될 수 있다. 그리고, 지지판(220)의 상부 면에는 홈들(223)이 형성되고, 지지판(220)의 내부에는 홈들(223)로 헬륨 가스가 유입되는 통로인 가스 유입로(미도시)가 형성된다. 헬륨 가스는 웨이퍼(W)의 전체 영역으로 열이 균일하게 전달되도록 한다.
공정 챔버(100) 내의 바닥면에는 정렬 부재(120)가 고정 설치된다. 도 3은 정렬 부재의 일 측을 확대하여 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 정렬 부재(120)는 중앙에 관통 공(120a)이 형성된 링 형상을 가진다. 관통 공(120a)은 지지 축(240)과 대응되는 직경으로 형성된 하측 개구(122)와 이로부터 연장되는 상측 개구(124)를 가진다. 관통 공(120a)은 내부에 단차를 가진다. 지지 축(240)은 하측 개구(122)를 따라 상하로 이동된다. 공정 진행 전 지지판(220)은 상측 개구(124) 내에 삽입되는 위치인 안착 위치로 이동된다. 안착 위치는 지지 축(240)의 걸림턱(242)이 관통 공(120a) 내의 단차진 부분에 접촉됨으로써 안내된다. 지지판(220)이 안착 위치로 이동된 상태에서 지지판(220)으로/으로부터 이송로봇(미도시)에 의해 웨이퍼(W)가 로딩/언로딩된다. 공정 챔버(100)의 측벽에는 웨이퍼(W)가 유입/유출되는 반입로(미도시)가 형성된다. 웨이퍼(W)를 지지판(220) 상으로 안착하기 위해 리프트 핀 어셈블리(미도시)가 제공될 수 있다. 리프트 핀 어셈블리는 지지판(220) 상에 웨이퍼(W)를 안착하기 위해 반도체 장치에서 널리 사용되므로 상세한 설명은 생략한다.
상측 개구(124)는 지지판 안착부(124a)와 기판 안착부(124b)를 가진다. 지지판 안착부(124a)는 지지판(220)과 대응되는 직경을 가지며 지지판(220)과 동일 높이로 형성된다. 기판 안착부(124b)는 지지판 안착부(124a)의 상단으로부터 바깥쪽으로 수평하게 연장되어 웨이퍼(W)와 대응되는 면적을 가지는 수평면(123a)과 이로부터 연장되어 위로 갈수록 폭이 넓어지는 경사면(123b)을 가진다. 경사면(123b)은 웨이퍼(W)가 지지판(220) 상의 정 위치에 놓이도록 한다. 웨이퍼(W)의 위치가 틀어져서 지지판(220) 상으로 이송될 때, 웨이퍼(W)는 경사면(123b)을 따라 아래로 이송되면서 위치가 보정되어 기판 안착부(124b)에 놓인다. 웨이퍼(W)가 지지판(220)에 안착되면 지지판(220)은 공정 위치로 승강된다. 상술한 도 2는 지지판(220)이 공정 위치에 놓인 상태를 보여주며, 도 4는 지지판(220)이 안착위치에 놓인 상태를 보여준다.
공정 챔버(100) 내의 상부에는 절연판(300)이 배치된다. 절연판(300)은 웨이퍼(W)의 비식각부(웨이퍼 가장자리 부분을 제외한 부분으로 반응 가스로부터 보호되는 부분을 말한다.)가 플라즈마에 의해 식각되는 것을 방지한다. 절연판(300)은 세라믹을 재질로 할 수 있다. 예컨대, 절연판(300)의 재질로는 석영(Quartz)이나 알루미나(Alumina)가 사용될 수 있다. 절연판(300)은 웨이퍼(W)의 비식각부와 동일한 크기의 하부 면을 가진다. 절연판(300)은 원판 형상을 가지는 것이 바람직하다. 절연판(300)은 지지판(220)의 정위치 상에 놓인 웨이퍼(W)의 비식각부와 대향되도록 공정 챔버(100)의 상부 벽(110) 하면에 고정 설치된다. 선택적으로 절연판(300)을 상하로 이동시키는 구동부(미도시)가 제공될 수 있다. 공정 진행 중 지지판(220)은 절연판(300)과 인접하는 위치까지 승강된다. 절연판(300)과 웨이퍼(W) 사이의 좁은 공간은 절연판(300)의 외측에서 발생되는 플라즈마가 상기 공간 내로 유입되는 것을 방지하고, 공간으로 유입된 반응 가스가 공간 내에서 플라즈마로 변환되는 것을 방지한다. 바람직하게는 공정 위치에서의 웨이퍼(W)와 절연판(300) 사이의 거리는 1mm 내지 5mm가 되도록 한다. 선택적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 절연판(300)의 중심부에 절연판(300)과 지지판(220) 사이로 질소 가스 또는 비활성 가스가 공급되는 가스 분사 라인(320)이 형성될 수 있다. 이들 가스는 절연판(300)과 지지판(220) 사이로 반응 가스가 유입되는 것을 방지한다.
절연판(300)의 둘레에는 반응 가스 공급부가 배치된다. 반응 가스 공급부는 절연판(300)과 일정 거리 이격되어 위치되는 분사 링(420)을 가진다. 분사 링(420)에는 반응 가스가 머무르는 유입 공간(424)이 형성되고, 내벽에는 안쪽으로 하향 경사된 복수의 분사구들(422)이 형성된다. 외부의 가스 공급관(미도시)을 통해 공급되는 반응 가스는 유입 공간(424)으로 유입된 후 분사구들(422)을 통해 절연판(300)과 분사링(420) 사이의 공간(102)으로 분사된다. 반응 가스로는 불화탄소(CF4)나 오존(O3) 등이 사용될 수 있다.
공정 챔버(100)의 외부에는 공정 챔버(100) 내부로 유입된 반응 가스를 플라즈마 상태로 변환하기 위해 에너지를 인가하는 플라즈마 소스 부재(500)가 배치된다. 플라즈마 소스 부재(500)는 공정 챔버(100)의 상부 벽(110) 상면 가장자리에 배치되며, 바람직하게는 절연판(300)과 분사 링(420) 사이에 제공된 공간(102)의 수직 상부에 배치된다. 플라즈마 소스 부재(500)로는 링 형상의 코일이 사용될 수 있으며, 코일은 1단 또는 동심을 가지는 복수의 단으로 이루어질 수 있다. 플라즈마 소스 부재(500)에는 전력 공급부(520)에 의해 전력이 인가된다. 전력 공급부(520)는 플라즈마 소스 부재(500)에 알에프(RF) 전력을 인가할 수 있으며, 전력 공급부(520)와 플라즈마 소스 부재(500) 사이에는 정합기(540)가 배치될 수 있다. 예컨대, 전력 공급부(520)는 전력을 플라즈마 소스 부재(520)에 공급할 수 있다. 플라즈마 소스 부재에 공급되는 전력은 제 1 전극(222)에 공급되는 전력보다 높은 주파수로 제공될 수 있다. 코일을 흐르는 전류에 의해 공정 챔버(100) 내에 유도 전기장이 형성되고, 공정 챔버(100) 내로 유입된 반응 가스는 플라즈마 상태로 변환된다.
플라즈마 소스 부재(500)의 상측에는 공정 챔버(100) 내의 공간(102)에 생성된 플라즈마를 집속시키는 플라즈마 집속 부재(600)가 설치된다. 플라즈마 집속 부재(600)는 플라즈마 소스 부재(500)에 대응하는 형상을 가지는 코어(620)와, 코어(620)에 감겨진 권선(640)을 가진다. 예컨대 플라즈마 소스 부재(500)로 링 형상의 코일이 사용될 경우 코어(620)는 이에 대응하는 링 형상을 가질 수 있으며, 코어(620)는 페라이트(Ferrite) 코어로 마련될 수 있다. 플라즈마 집속 부재(600)에는 전력 공급부(660)에 의해 전력이 인가된다. 전력 공급부(660)는 플라즈마 집속 부재(600)의 권선(640)에 알에프(RF) 전력을 인가할 수 있으며, 전력 공급부(660)와 플라즈마 집속 부재(660)의 권선(640) 사이에는 정합기(680)가 배치될 수 있다. 예컨대, 전력 공급부(660)는 전력을 플라즈마 집속 부재(600)에 공급할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 집속 부재(600)에 공급되는 전력은 플라즈마 소스 부재(500)에 공급되는 전력보다 낮은 주파수로 제공될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 절연판(300)과 분사 링(420) 사이의 공간(B)으로 반응 가스가 공급되고, 플라즈마 소스 부재(500)에 고주파 전력이 인가되면, 공간(B)내에 플라즈마가 생성된다. 이와 동시에 플라즈마 집속 부재(600)에 전력이 인가되면, 페라이트 코어(620)에 의해 많은 양의 유도기전력이 발생되어 공간(B)에 플라즈마를 집속시킬 수 있으며, 이를 통해 높은 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있게 된다. 공간(B)에 집속된 플라즈마는 웨이퍼(W)의 상부면 가장자리와 하부면 가장자리를 식각하고 배기관(미도시)을 통해 외부로 배기된다. 이와 같이, 플라즈마 집속 부재(600)에 의해 플라즈마를 집속시켜 그 밀도를 높일 수 있게 됨으로써, 웨이퍼의 식각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 공정 챔버 120 : 정렬 부재
200 : 기판 지지부 222 : 제 1 전극
224 : 제 2 전극 300 : 절연판
420 : 분사 링 500 : 플라즈마 소스 부재
600 : 플라즈마 집속 부재 620 : 코어
640 : 권선

Claims (7)

  1. 반도체 기판의 가장자리를 식각하는 장치에 있어서,
    플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버에 로딩된 기판의 가장자리와 그 둘레에 대응하는 상기 공정 챔버의 상부 벽에 설치되며, 상기 공정 챔버 내에 공급된 반응 가스로부터 플라즈마가 생성되도록 에너지를 인가하는 플라즈마 소스 부재와;
    상기 플라즈마 소스 부재의 상 측에 설치되며, 상기 공정 챔버 내에 생성된 플라즈마를 상기 기판의 둘레에 집속시키는 플라즈마 집속 부재를 포함하되,
    상기 플라즈마 집속 부재는,
    상기 플라즈마 소스 부재에 대응하는 형상을 가지는 코어와;
    상기 코어에 감겨지는 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스 부재는 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성시키는 유도 결합형 플라즈마 안테나인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어는 페라이트(Ferrite) 코어인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버에 로딩된 상기 기판을 지지하며, 상기 기판의 둘레에 집속된 플라즈마에 방향성을 제공하여 상기 기판의 가장자리를 향하도록 하는 정전 척 부재;를 더 포함하되,
    상기 정전 척 부재는,
    상기 기판의 중심부를 지지하는 제 1 전극과;
    상기 기판의 주변부를 지지하며, 상기 제 1 전극에 착탈 가능하게 결합되는 제 2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정전 척 부재에 전원을 공급하는 전력 공급부는 상기 제 1 전극부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전극부는 상기 플라즈마에 노출되는 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스부재와 상기 정전 척 부재 각각에는 전원이 연결되되,
    상기 플라즈마 소스 부재에는 상기 정전 척 부재보다 높은 주파수가 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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