KR20060029359A

KR20060029359A - 반도체 건식 식각 장비

Info

Publication number: KR20060029359A
Application number: KR1020040078266A
Authority: KR
Inventors: 배수현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-06

Abstract

반도체 건식 식각 장비를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 건식 식각 장비는 건식 식각 공정이 진행되는 공정 챔버와 ESC(electrostatic chuck : 정전 척)와 에지 링(edge ring)을 포함한다. ESC는 공정 챔버 내부에 설치되되 원통형 평판으로 형성되며 상면 가장자리에 측벽과 바닥면을 가진 단차부가 형성되어 있다. 그리고, 에지 링은 단차부의 측벽과 틈을 두고 단차부의 바닥면에 설치된다. 특히, ESC의 상면과 단차부의 측벽이 만나는 모서리 부위는 경사 가공되어 있다.

Description

반도체 건식 식각 장비{Dry etching apparatus for manufacturing semiconductor device}

도 1은 종래 반도체 건식 식각 장비를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 건식 식각 장비를 개략적으로 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...공정 챔버 20...ESC 24...단차부

25...경사 가공된 면 40...에지 링

본 발명은 반도체 소자 제조용 플라즈마 장비에 관한 것으로, 특히 ESC(electrostatic chuck : 정전 척)이 개선된 반도체 건식 식각 장비에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 미세 가공시 웨이퍼를 안착시킬 수 있도록 클램핑하기 위하여 척을 사용하고 있으며, 특히 정전기를 이용한 척을 ESC라고 한다. 종래의 ESC는 도 1에 도시한 바와 같이 반도체 소자 제조용 장비의 공정 챔버(1) 내에 설치된다. ESC(2) 상에 웨이퍼(3)를 올려놓은 후 전압 발 생부(미도시)로부터 소정의 전류를 인가시키게 되면 웨이퍼(3)와 ESC(2) 사이에는 직류의 고전압에 의해 전위차가 발생한다. 이렇게 발생된 전위차에 의해서 ESC(2)의 절연체 내부에 유전 분극 현상이 일어나 (+)극 가까운 곳의 웨이퍼(3)에는 (-) 전하가, 먼 곳에는 (+) 전하가 대전된다. 이러한 전하 대전에 의해 정전기력이 발생하여 ESC(2)가 웨이퍼(3)를 클램핑하게 된다.

이와 같은 ESC(2)는 주로 반도체 건식 식각 장비에서 사용되며, 이 때 웨이퍼(3)에 증착된 박막을 가스 플라즈마에 의한 식각으로 웨이퍼(3)의 패턴을 따라 식각하게 된다. 예컨대, 공정 챔버(1) 내에서 소오스 파워와 반응 가스가 결합하여 플라즈마를 형성하며, 이렇게 형성된 플라즈마는 웨이퍼(3)가 지지되고 있는 ESC(2)로 바이어스 파워에 의해 끌어당겨진다. 또한, ESC(2)에는 웨이퍼(3)의 배면으로 He 가스를 공급하는 관(미도시)을 설치한다. 공급된 He 가스는 플라즈마 상태의 이온에 의해 온도가 상승한 웨이퍼(3)를 쿨링한다.

플라즈마는 공정 챔버(1) 내에 무분별하게 분포되기 마련이므로 ESC(2) 상면 둘레에 에지 링(4, edge ring)을 장착하여 플라즈마를 ESC(2)로 모아준다. 에지 링(4)은 통상 세라믹 재질로 이루어지고, ESC(2)의 상부로 척킹되는 웨이퍼(3)의 외주면을 감싸도록 되어 있다.

그런데, 플라즈마를 이용해 웨이퍼(3)를 식각할 때에 플라즈마는 웨이퍼(3)에만 충돌하는 것이 아니라 에지 링(4)에도 충돌하면서 에지 링(4)의 구성 성분 중 알루미늄(Al)과 같은 원자를 확산시키는 현상을 유발한다. 알루미늄 원자는 반응성이 뛰어난 불소(식각을 위한 반응 가스로 많이 사용)와의 화학적 반응에 의해 폴 리머를 생성하게 된다. 이러한 폴리머의 대부분은 배기 라인을 통해서 배출이 되기는 하지만 일부는 에지 링(4) 및/또는 ESC(2)에 침적되기도 한다.

이러한 폴리머는 에지 링(4)과의 점착성이 좋지 못하므로 후속 열공정이나 공정 챔버(1) 내의 압력 변화에 의해 공정 챔버(1) 내에서 날리는 현상을 유발하기도 하여 웨이퍼(3)에 떨어져 파티클을 유발시킨다. 그리고, 도시한 바와 같이, 에지 링(4)과 ESC(2)가 미세한 틈(G)을 두고 설치되기 때문에, 이 틈(G) 사이에 폴리머가 떨어져 점점 쌓이다가 결국에는 ESC(2) 표면으로 넘어와 He 리크(leak)를 발생시며 쿨링 능력이 저하되는 문제도 있다. 뿐만 아니라, 폴리머는 ESC(2)의 척킹 능력을 저하시키는 문제도 일으킨다.

이러한 폴리머를 제거하기 위하여 ISD(ESC 건식 세정) 방식을 쓰고 있기는 하지만 ESC(2)와 에지 링(4) 사이의 미세한 틈(G) 사이에 존재하는 폴리머를 제거하기에는 역부족이다. 이 때문에 종래에는 PM(Process Maintenance) 주기를 연장하지 못하는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 PM 주기를 연장할 수 있는 반도체 건식 식각 장비를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 건식 식각 장비는 건식 식각 공정이 진행되는 공정 챔버와 ESC와 에지 링을 포함한다. 상기 ESC는 상기 공정 챔버 내부에 설치되되 원통형 평판으로 형성되며 상면 가장자리에 상기 상면과 90°를 이루는 측벽 및 상기 상면과 나란한 바닥면을 가지는 단차부가 형성되어 있다. 그리고, 상기 에지 링은 상기 단차부의 측벽과 틈을 두고 상기 단차부의 바닥면에 설치된다. 특히, 상기 ESC의 상면과 상기 단차부의 측벽이 만나는 모서리 부위는 경사 가공되어 있다.

상기 경사 가공으로 인해 상기 ESC의 상면과 45°각도를 이루는 면이 노출되어 있는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 2를 참조하면, 건식 식각 공정이 진행되는 공정 챔버(10) 안에 ESC(20)와 에지 링(40)이 포함되어 있다. ESC(20)는 정전기력에 의해 웨이퍼(미도시)의 이탈을 방지하도록 구성된다. 특히, ESC(20)는 원통형 평판으로 형성되며, ESC(20)의 상면(21) 가장자리에는 상면(21)과 90°를 이루는 측벽(22) 및 상면(21)과 나란한 바닥면(23)을 가지는 단차부(24)가 형성되어 있다. 에지 링(40)은 단차부의 측벽(22)과 틈(G)을 두고 단차부의 바닥면(23)에 설치되어 있다. 그리고, ESC(20)의 상면(21)과 단차부의 측벽(22)이 만나는 모서리 부위는 경사 가공된 면(25)이 노출되어 있다. 바람직하게, 경사 가공된 면(25)은 ESC(20)의 상면(21)과 45°각도를 이룬다.

반도체 건식 식각 장비의 알려진 다른 구성 부품이 본 발명 반도체 건식 식각 장비에 포함될 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 공정 챔버(10)의 일측에는 식각 공정을 수행하기 위한 반응 가스가 유입되는 가스 공급관(미도시)과, 공급된 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마 상태의 이온을 발생시키기 위한 고주파 전력을 인가하기 위한 전원(미도시)이 설치된다. 공정 챔버(10)의 상부에는 반응 가스를 웨이퍼에 분사하는 샤워헤드(미도시)가 설치된다. 또한, ESC(20)에는 웨이퍼의 배면으로 He 가스를 공급하는 관(미도시)을 설치한다. 공급된 He 가스는 플라즈마 상태의 이온에 의해 온도가 상승한 웨이퍼를 쿨링한다.

플라즈마를 이용해 웨이퍼를 식각할 때에 플라즈마는 에지 링(40)의 구성 성분 중 알루미늄과 같은 원자를 확산시키는 현상을 유발한다. 알루미늄 원자는 반응성이 뛰어난 불소(반응 가스로 많이 사용)와의 화학적 반응에 의해 폴리머를 생성하게 된다. 이러한 폴리머는 틈(G) 사이에 떨어질 수 있다.

그러나, 본 발명의 ESC(20)는 경사 가공된 면(25)을 가지기 때문에, 폴리머가 종래처럼 깊은 곳에 떨어져 쌓여 올라오는 대신, 넓은 경사 가공된 면(25)에 떨어져 있다가 ISD 방식으로 ESC(20) 세정시 함께 제거된다. 따라서, 종래처럼 폴리머가 틈(G)에 쌓이다가 ESC(20) 상면으로 넘어오기 전에 ISD 방식으로 제거된다. 종래보다 폴리머가 떨어지는 상태가 넓어지기 때문에 ISD 방식으로 용이하게 제거할 수 있는 것이다. 따라서, ESC(20)와 에지 링(40) 사이의 미세한 틈(G)에 존재하는 폴리머를 효율적으로 제거할 수 있어 He 리크 발생 건수를 줄일 수 있고 쿨링 능력의 저하를 방지할 수 있으며, 반도체 건식 식각 장비의 PM 주기를 연장할 수 있다. 즉, 장비 비가동 시간도 줄일 수 있어, 장비 관리도 및 수율이 극대화되는 효과가 있다.

본 발명의 특정 실시예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변형이 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, ESC의 가장자리 모양을 경사지게 하여 식각 공정에 적용함으로써 He 리크 발생 건수를 줄일 수 있고, 장비 비가동 시간도 줄일 수 있다. 따라서, 장비 관리도 및 수율이 극대화되는 효과가 있다.

그리고, 폴리머의 제거가 용이하므로 공정 챔버 내부에서 ESC 상면으로 올라오는 폴리머의 양을 최소화할 수 있어 웨이퍼에서의 파티클 생성을 억제하고 양질의 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Claims

건식 식각 공정이 진행되는 공정 챔버;

상기 공정 챔버 내부에 설치되되 원통형 평판으로 형성되며 상면 가장자리에 상기 상면과 90°를 이루는 측벽 및 상기 상면과 나란한 바닥면을 가지는 단차부가 형성된 ESC(electrostatic chuck : 정전 척); 및

상기 단차부의 측벽과 틈을 두고 상기 단차부의 바닥면에 설치된 에지 링을 포함하고,

상기 ESC의 상면과 상기 단차부의 측벽이 만나는 모서리 부위가 경사 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 건식 식각 장비.
제1항에 있어서, 상기 경사 가공으로 인해 상기 ESC의 상면과 45°각도를 이루는 면이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 건식 식각 장비.