KR960006956B1 - 이시알(ecr) 장비 - Google Patents

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KR960006956B1 KR1019930001635A KR930001635A KR960006956B1 KR 960006956 B1 KR960006956 B1 KR 960006956B1 KR 1019930001635 A KR1019930001635 A KR 1019930001635A KR 930001635 A KR930001635 A KR 930001635A KR 960006956 B1 KR960006956 B1 KR 960006956B1
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Abstract

내용 없음.

Description

이시알(ECR)장비
제1도는 본 발명에 따른 ECR 전극구조가 갖는 웨이퍼 받침대의 평면도.
제2도는 제1도의 A-A' 절단선을 따른 단면도로서 본 발명의 ECR 전극의 전체구조를 도시한 단면도.
제3도는 열전달 가스인 헬륨이 웨이퍼 받침대를 통하여 웨이퍼 뒷면에 도달하는 것을 도시한 웨이퍼 받침대 평면도.
제4도는 웨이퍼 받침대를 냉각시키는 냉각수 순환라인을 도시한 웨이퍼 받침대의 평면도.
제5도는 제4도의 B-B'선을 따른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스텝핑 모터 2 : 커플링 하우징
3 : 볼부쉬 4 : 웨이퍼
6 : 석영링 7 : 클램프
8 : 웨이퍼 받침대 9 : 이송 하우징
10,19 : 절연체 11 : 스프링
12 : 헬륨관 지지부 13 : 2단 실린더
14 : 클램프 리프터 15 : 중공축
16 : 웨이퍼 리프터 17 : 지지 하우징
18 : 리프팅 하우징 20 : 접지 바
21 : 진공채널 22 : 헬륨 주입구
23 : 냉각수투입라인 24 : 펌핑구
25 : 냉각수 순환 부 26 : 펌핑라인
27 : 냉각수 주입구 28 : 공정 챔버 플레이트
29 : 지지 플레이트 30 : 직선 유니트
31 : O-링 32 : 로봇아암
본 발명은 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 가공하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 전자의 공명(resonance)을 이용하여 플라즈마를 발생하여 웨이퍼를 가공하는 이시알(Electron Cyclotron Resonance ; 이하 ECR이라 칭함) 정비에 관한 것이다.
일반적으로 ECR 식각장비는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼에 증착공정과 식각공정을 수행하는 장비로, 고온에 의한 웨이퍼 온도 상승을 억제하기 위하여 웨이퍼 냉각이 가능한 구조를 갖고 있어야 한다.
종래의 ECR 장비는 고온 플라즈마에 의해 웨이퍼상에 전달된 열을 냉각하기 위하여 웨이퍼를 안착하고 있는 웨이퍼 받침대에 냉각장치를 형성하여 온도를 낮추어 왔다.
그러나 웨이퍼의 식각공정시 냉각수단을 통해 웨이퍼를 상온으로 유지하나, 웨이퍼와 이 웨이퍼가 놓여지는 전극의 웨이퍼 받침대와의 틈, 그리고 실제 웨이퍼 받침대의 온도 불균일로 인하여 결국 웨이퍼상의 온도 불균일성이 발생하게 되며, 따라서 웨이퍼 상의 식각특성에 차이를 나타내어 식각특성을 불량하게 하는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 열전달 가스를 이용하여 웨이퍼에 균일한 온도를 이루어 웨이퍼의 균일한 식각특성을 달성하고, 동시에 웨이퍼의 냉각이 용이한 ECR 장비를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 ECR 전극은 가운데에 조그마한 구멍을 갖고 있으며 웨이퍼가 놓이는 가장자리 부위에 O-링이 형성되어 상기 O-링상에 웨이퍼가 놓여지는 원형 웨이퍼 받침대; 상기 웨이퍼 받침대의 가운데 구멍 사이에 설치되어 웨이퍼를 올려주는 웨이퍼 리프터; 상기 웨이퍼 리프터와 일정 갭을 가지고 상기 웨이퍼 리프터의 연장선 하단에 설치되어 냉매에 웨이퍼 온도를 전달하도록 하는 열전달 가스가 축내에 흐를 수 있도록 종방향으로 형성된 중공측; 상기 웨이퍼 받침대내에 형성되어 상기 열전달 가스에 의해 웨이퍼 받침대에 전달된 열을 냉각시키는 냉매 순환 부; 상기 냉매 순환 부에 순환하게 되는 냉각수를 공급하되 상기 중공축과 나란히 중방향으로 형성된 냉매투입라인; 상기 중공축과 냉매라인을 감싸는 지지 하우징; 상기 중공축과 연결되어 있어 이 중공축이 상하 운동할때 함께 움직여 클램프가 웨이퍼 테두리를 압착하도록 하는 클램프 리프터; 상기 웨이퍼 받침대의 진공채널을 갖는 공정 챔버 하우징의 상하위치를 조정함으로써 ECR 전체시스템을 이동시키는 스텝핑 모터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면 제1도 내지 제5도를 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도 웨이퍼(4)가 놓여져 웨이퍼 가공 공정이 이루어지는 웨이퍼 받침대(8) 및 웨이퍼(4)가 공정중에 일정위치에서 고정되도록 하는 클램프(7)를 도시해 주는 본 발명의 ECR 전극의 평면도이다. 로봇아암(32)을 통해 공정 챔버로 들어오는 웨이퍼를 받아 웨이퍼 받침대(8)에 안착시키는 역할을 수행하는 웨이퍼 리프터(16)와 클램프(7)를 움직여 웨이퍼를 고정하는 클램프 리프터(14)가 점선으로 나타나 있는데, 이에 대해서 제2도에서 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 제1도의 A-A' 절단선을 따른 단면도로서, 웨이퍼와 웨이퍼 받침대 사이에 열전달 매체로 헬륨을 주입하여 웨이퍼 상의 열을 빨리 웨이퍼 받침대(8)에 전달함으로써 웨이퍼에 온도 균일성을 향상시키도록 구성한 ECR 전극의 전체구조도이다.
먼저, 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 받침대(8)는 가운데에 일정크기의 구멍을 갖고 있어 제1도의 웨이퍼(4)를 안착시키고, 들어올리는 웨이퍼 리프터(16)가 이 구멍을 통해 상 하 이동하게 되어 있다. 또한, 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 받침대(8)의 가장자리는 O-링이 형성되어 있어 이 O-링상에 웨이퍼가 놓여져 웨이퍼 밑으로 열전달가스가 유입되게 된다. 즉, 웨이퍼 가공공정이 이루어지고 있는 공정 챔버는 공정상태에 있기 때문에 웨이퍼의 온도를 낮출 수 있는 열전달 매체를 투입하여야 한다.
웨이퍼의 뒷면에 투입되는 열전달매체인 헬륨의 투입은 다음과 같이 구성되어 있다.
웨이퍼 리프터(16)와 동일 축선상에 내부가 비어 있는 중공축(15)이 형성되어 이 중공축(15)이 측내부를 따라 헬륨이 올라오게 된다. 그런데, 중공축(15)과 웨이퍼 리프터(16) 사이에는 일정한 갭(gap)(33)이 존재하도록 형성되어 있다.
그리고, 중공축(15)의 하단은 헬륨관 지지부(12)로 구성되어 있어 헬륨이 유입되는 헬륨주입구(22)가 구성되며 내부에는 중공축(15)과 연결되는 헬륨관을 형성하는데, 일정각을 주어 RE(Radio Frequency)가 걸리는 부위에서 방전이 발생하지 않도록 한다. 이렇게 하여 구성된 헬륨관 지지부(12) 바로 아래에 2단 실린더(13)가 형성되어 있어 헬륨관 지지부(12)를 실린더(13)가 밀어 올리면은 중공축(15)이 올라가게 되고 이 중공축(15)은 일정시간 후에 웨이퍼 리프터(16)를 올려 웨이퍼를 받거나 웨이퍼를 들어 올리게 된다.
그리고, 중공축(15)에 하나 이상의 리프터가 형성되어 있어 중공축(15)과 Y자형을 이루는 클램프 리프터(14)가 형성되어 있어 웨이퍼가 웨이퍼 받침대(8) 위로 이송장치에 의해 이송되면 2단 스트로크를 가진 실린더(13)에 의해 중공축(15)이 상,하 이동을 하게되고 이에따라 클램프 리프터(14)가 위로 올라가 클램프(7)가 먼저 올라가고 얼마간의 시간이지난 후 웨이퍼 리프터(16)가 올라오게 된다. 이는 중공축(15)과 웨이퍼 리프터(16) 사이에 갭을 가지고 있기 때문이다.
이는 웨이퍼 이송장치에서 웨이퍼를 전극으로 진입시키기 전에 실린더의 1차 스트로크 만큼 상승하여 상,하 이송력 전달 구조를 통하여 먼저, 클램프(7)를 상승시켜 웨이퍼 진입로를 만들어 준다.
위와 같은 동작이 완료되면 웨이퍼 이송장치에 의해 웨이퍼가 공정실 내의 전극 중심에 수형을 유지하게 되고, 바로 2차 실린더 스트로크가 작동하면 웨이퍼 받침대(1)내 중앙에 위치하고 있는 웨이퍼 리프터(16)가 상승하면서 이송장치로부터 웨이퍼를 받게 된다. 웨이퍼를 외부로부터 공정실 내부 전극에 안착시키는 요령은 위와 같고, 공정실에서 공정이 완료된 웨이퍼는 위 순서의 역으로 실시하게 된다.
냉각수 주입구(27)를 통해 웨이퍼 받침대(8) 내에 형성된 냉각수 순환 부(25)로 들어와 웨이퍼 받침대(8)를 냉각시키는 냉각수가 흐르는 냉각수투입라인(23)은 중공축(15)과 나란히 종방향으로 인접하여 웨이퍼 받침대(8) 하부에 형성된 순환라인에 냉각수를 주입 시키게 된다.
그리고, 냉각수투입라인(23)과 중공축(15)은 알루미늄(A1)의 T자형 지지 하우징(17)으로 감싸여져 있고 지지 하우징(17) 상부와 웨이퍼 받침대(8) 사이는 클래프 리프터(14)가 이동할 수 있는 가이드부를 갖는 리프팅 하우징(18)이 형성되있어 지지 하우징(17)에 걸리는 RP전원이 A1을 따라 웨이퍼 받침대(8)까지 인가되게 된다. 따라서, 웨이퍼 받침대(8) 하부면의 RP인가 부위는 절연체(10,19)로 절연하고, 웨이퍼 받침대(8)의 측면에는 접지바(20)를 형성한다.
그리고, 대기압과 고진공 챔버를 왕복운동하는 중공축(15)과 지지 하우징(17) 사이에는 펌핑을 하여 챔버내부가 대기압과 접하지 못하도록 펌핑라인(26)을 형성하여 냉각수 주입구(27)와 펌핑라인(26) 그리고 중공축(15)의 일부를 지지하는 플레이트(29)를 형성하되 중공축(15)의 직선운동을 돕는 직선 유니트(30)와 결합되도록 하여 이 지지 플레이트(29)와 헬륨관 지지부(12) 사이에 중공축(15)과 평행하게 압축 스프링(11)을 형성함으로서 위로 올라간 중공축(15)이 공정 챔버의 고진공으로 인하여 아래로 내려오지 못하는 문제점을 스프링 복원력으로 해결하고자한 것이며, 스프링(11)은 클램프(7)가 웨이퍼에 일정 압력을 가하는 역할을 병행하게 된다.
또한, 절연체(10,19)의 외부는 이송 하우징(9)으로 싸여져 있고, 공정이 끝난 플라즈마를 유출시키는 진공채널(21)과 펌핑구(24)를 갖고 있어, 웨이퍼의 가공이 이루어 지는 공정 챔버를 이루는 챔버 하우징(28)과 기계적으로 연결되어 있어 ECR 전극시스템을 이송할 수 있도록 한 것으로, 도면에서 설명되지 않은 도면부호 6은 플라즈마로부터 클램프(7)를 보호하는 석영링을, 3,3',3''는 전체이송 시스템의 이송을 원활하게 이송할 수 있는 볼부쉬를 나타낸 것이고, 도면부호 1은 전체이송 시스템을 이동시키는 동력을 발생하는 스텝핑모터를 2는 커플링 하우징을 나타낸 것이다.
이어서, 제3도 내지 제5도를 통하여 웨이퍼가 놓여져 공정이 진행되는 상기 웨이퍼 받침대의 헬륨라인과 냉각수가 순환하는 냉각수 순환 라인이 어떻게 이루어져 있는 지를 상세히 살펴보자,
먼저, 제3도는 헬륨가스가 웨이퍼 리프터(16)의 상승으로 인하여 웨이퍼 뒷면을 따라 방사형으로 퍼지게 되는 것을 보여주고 있다.
그리고, 제4도는 플라즈마에 의해 웨이퍼에 전달된 열이 전극 웨이퍼의 온도 상승을 유발시켜 식각공정시 포토레지스트(photoresist)가 열에 의해 타는 현상이 발생할 수 있기 때문에 냉각수를 웨이퍼 받침대(8)내에 흐르게 하여 이를 방지하는 냉각수 순환 부(25)를 도시해 주고 있는 것으로, 제4도의 단면도인 제5도와 같이 고온 플라즈마에 의해 가열되어진 웨이퍼는 웨이퍼 받침대(8)의 O-링(31) 상에 존재하여 웨이퍼 받침대와 완전히 밀착되어진 상태가 아니므로 가능한한 웨이퍼와 웨이퍼 받침대(8)의 거리를 밀착시키기 위하여 웨이퍼 받침대에 곡률반경(ρ) 7300-7500㎜로 형성한다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만 본 발명의 웨이퍼 받침대(8)는 플라즈마의 균일한 스트림(stream)을 형성하도록 표면에 일정홈이 형성되어 있다.
따라서, 웨이퍼와 웨이퍼 받침대(8) 사이에 헬륨을 주입하여 이 헬륨이 웨이퍼의 열을 웨이퍼 받침대(8)에 전달하고 이 전달된 열은 웨이퍼 받침대(8)내를 순환하는 냉각수에 의해 냉각되게 된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 ECR 식각 장치는 헬륨을 이용하여 균일한 온도를 실현하여 식각특성의 차이를 극복하고, 동시에 웨이퍼 가공위치를 원하는 부위로 이동 가능하게 함으로써 우수한 성능을 가지는 반도체 소자를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 이시알(Electron Cyclotron Resonance : ECR) 장비에 있어서, 가운데에 조그마한 구멍을 갖고 있으며 웨이퍼가 놓이는 가장자리 부위에 O-링(31)이 형성되어 상기 O-링(31)상에 웨이퍼가 놓여져 RF(Radio Frequency)가 인가되는 원형 웨이퍼 받침대(8); 상기 웨이퍼 받침대(8)의 가운데 구멍 사이에 설치되어 웨이퍼를 올려주는 웨이퍼 리프터(16); 상기 웨이퍼 리프터(16)와 일정 갭(gap)을 가지고 상기 웨이퍼 리프터(16)의 연장선 하단에 설치되어 냉매에 웨이퍼 온도를 전달하도록 하는 열전달 가스가 축내에 흐를 수 있도록 종방향으로 형성된 중공축(15); 상기 웨이퍼 받침대(8)내에 형성되어 상기 열전달 가스에 의해 웨이퍼 받침대(8)에 전달된 열을 냉각시키는 냉매 순환 부(25); 상기 냉매 순환 부(25)에 순환하게 되는 냉각수를 공급하되 상기 중공축(15)과 나란히 중방향으로 형성된 냉매투입라인(23); 상기 중공축과 냉매라인(23)을 감싸는 지지 하우징(17); 상기 중공축(15)과 연결되어 있어 이 중공축(15)이 상하 운동할 때 함께 움직여 클램프(7)가 웨이퍼 테두리를 압착하도록 하는 클램프 리프터(14); 상기 웨이퍼 받침대(8)의 진공채널(21)을 갖는 공정 챔버 하우징(28)의 상하위치를 조정함으로써 ECR 전극 전체시스템을 이동시키는 스텝핑 모터(1)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공축(15)은 상기 클램프 리프터(14)와 일체로 형성되어 중공축(15) 이동시 함께 상 하 이동하여 클램프(7)가 웨이퍼를 고정시키는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대(8)는 웨이퍼와 최대한 밀착할 수 있도록 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프(7)는 플라즈마의 손상을 방지하기 위하여 석영링(6)이 표면에 덮혀지는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대(8)는 플라즈마의 균일한 스트림(stream)을 형성하도록 표면에 일정홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  6. 제 1 항에 있어서, 대기압과 고진공 사이를 왕복운동하는 중공축(15)의 상하 이동부위에 대기압 차단을 위한 펌핑라인(26)을 형성하는 상기 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  7. 제 1 항에 있어서, 웨이퍼 받침대(8) 아래의 상기 중공축(15)과 냉매투입라인(23)은 클램프 리프터(14)가 이동할 수 있는 공간을 갖고 있는 리프팅 하우징(18)에 의해 감싸여져 RF(Radio Frequency)가 걸리는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 중공축(15)을 상하 이동 시키는 동력은 2단 실린더(13)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 중공축(15)의 축내를 흐르는 열전달 가스가 흐르는 가스관을 RP가 걸리는 부위에서의 방전을 방지하기 위하여 상기 중공축(15)과 일정한 각도를 갖고 연결되며 이 연결 부위는 가스과지지대(12)로 지지되는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대(8)의 곡률반경은 7300-7500㎜인 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  11. 제 9 항에 있어서, 고진공부 위로 올라간 중공축(15)이 아래로 내려오도록 하여 클램프(7)가 웨이퍼에 일정압력을 가할 수 있도록 스프링(11)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스프링(11)은 가스관 지지대(12)에 복원력을 전달하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 이시알(ECR) 장비.
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