KR20010047103A - Apparatus for etching a wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 막질을 균일하게 식각할 수 있는 웨이퍼 식각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor processing system, and more particularly, to a wafer etching apparatus capable of uniformly etching wafer quality.
반도체 소자 또는 반도체 칩 등은 일반적으로 실리콘으로 형성되는 웨이퍼를 반도체 장비를 이용하여 처리함으로써 제조된다. 웨이퍼는 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 식각 등과 같은 일련의 반도체 공정을 거쳐 반도체 소자 또는 반도체 칩으로 제조된다.BACKGROUND OF THE INVENTION A semiconductor device or a semiconductor chip is generally manufactured by processing a wafer formed of silicon using semiconductor equipment. Wafers are typically manufactured into semiconductor devices or semiconductor chips through a series of semiconductor processes such as lithography, chemical or physical vapor deposition, and plasma etching.
상기 공정들 중에서 플라즈마 식각공정은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 막질의 특정 부위를 가공하는 공정이다. 상기 플라즈마 식각공정에 대해서는 미합중국 특허 제5,779,803호(issued to Kurono on Jul. 14, 1998), 제5,744,049호(issued to Hills et al, on April 28, 1998), 및 제5,587,039호(issued to Salimian on Dec. 14, 1996) 등에 상세히 기재되어 있다.Among the above processes, the plasma etching process is a process of processing a specific portion of the wafer film quality using plasma. For the plasma etching process, US Pat. Nos. 5,779,803 (issued to Kurono on Jul. 14, 1998), 5,744,049 (issued to Hills et al, on April 28, 1998), and 5,587,039 (issued to Salimian on Dec 14, 1996).
최근 들어, 플라즈마 식각 공정에 고밀도 플라즈마인 MICP(Multipoles Inductively Coupled Plasma) 소스가 사용되고 있다. 그러나 상기 MICP 소스를 사용하여 식각을 할 경우, 웨이퍼의 수율이 향상될 수 있지만, 웨이퍼 내의 폴리머 막질의 균일도가 약 6% 이상, 기저 막질인 산화 막질의 균일도가 12% 이상 차이를 발생하게 되어 웨이퍼의 품질이 저하되는 문제가 발생된다.Recently, MICP (Multipoles Inductively Coupled Plasma) source, which is a high density plasma, has been used for the plasma etching process. However, when etching using the MICP source, the yield of the wafer can be improved, but the uniformity of the polymer film quality in the wafer is about 6% or more, and the uniformity of the oxide film, which is the base film, is 12% or more. The problem of deterioration of the quality occurs.
이러한 문제는 플라즈마로부터 벨로우즈를 보호하기 위해 채용되는 벨로우즈 커버의 배치 구조로 인하여 더욱더 심화되게 나타난다. 이를 도1을 참조로 설명하면 다음과 같다.This problem is further exacerbated by the arrangement of the bellows cover employed to protect the bellows from the plasma. This will be described with reference to FIG. 1 as follows.
도1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 웨이퍼 식각 장치에서는 웨이퍼 리프트를 상하 이동시키기 위한 벨로우즈(530) 및 상기 벨로우즈(530)를 플라즈마로부터 보호하기 위한 벨로우즈 커버(520)가 설치되어 있다. 상기 벨로우즈 커버(520)는 상기 벨로우즈(530)의 상부에 장착된다.As shown in FIG. 1, in the conventional wafer etching apparatus, a bellows 530 for vertically moving the wafer lift and a bellows cover 520 for protecting the bellows 530 from plasma are provided. The bellows cover 520 is mounted on the bellows 530.
상기 벨로우즈 커버(520)는 정전척(electrostatic chuck)을 수용하는 정전척 커버(510)의 일측에 배치된다. 상기 정전척 커버(510)는 플라즈마로부터 정전척을 보호하는 역할을 한다.The bellows cover 520 is disposed on one side of the electrostatic chuck cover 510 for receiving an electrostatic chuck. The electrostatic chuck cover 510 serves to protect the electrostatic chuck from the plasma.
식각 공정시, 공기 공급장치(550)로부터 공압 실린더(540)로 공기가 공급되며, 상기 공압 실린더(540)는 상기 벨로우즈(530)를 팽창시켜 상기 벨로우즈(530) 상에 안착되는 웨이퍼 리프트를 상향 이동시킨다. 상기 웨이퍼 리프트는 정전척 상에 웨이퍼를 안착시킨 후 다시 하강하여 원위치로 복귀된다. 이러한 상태에서, 가공 챔버 내부로 플라즈마가 주사되어 웨이퍼의 막질을 가공하게 된다.During the etching process, air is supplied from the air supply device 550 to the pneumatic cylinder 540, and the pneumatic cylinder 540 expands the bellows 530 to upwardly lift the wafer lift seated on the bellows 530. Move it. The wafer lifts the wafer on the electrostatic chuck and then lowers it back to its original position. In this state, plasma is scanned into the processing chamber to process the film quality of the wafer.
그러나, 상기 종래 식각 장치에서는 벨로우즈(530)를 보호하기 위해 설치되는 벨로우즈 커버(520)의 표면에 알루미늄 산화막이 형성되어 있기 때문에, 상기 가공 챔버로 주사되는 플라즈마 이온이 상기 벨로우즈 커버(520) 측으로 편향되는 문제가 발생하게 된다.However, in the conventional etching apparatus, since an aluminum oxide film is formed on the surface of the bellows cover 520 provided to protect the bellows 530, plasma ions injected into the processing chamber are deflected toward the bellows cover 520. The problem arises.
이러한 플라즈마 이온의 편향 현상에 의해, 웨이퍼의 특정부위로 플라즈마가 편향되게 주사되며, 이에 따라 웨이퍼 막질의 식각률이 불균일하게 형성되는 문제가 발생한다.Due to the deflection phenomenon of the plasma ions, the plasma is scanned to be deflected to a specific portion of the wafer, thereby causing a problem that the etching rate of the wafer film quality is unevenly formed.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 막질을 균일하게 식각할 수 있는 웨이퍼 식각 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to overcome the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a wafer etching apparatus capable of uniformly etching the wafer film quality.
도1은 종래 웨이퍼 식각장치의 벨로우즈와 벨로우즈 커버 그리고 정전척의 설치상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing the installation state of the bellows and the bellows cover and the electrostatic chuck of the conventional wafer etching apparatus.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치에서, 벨로우즈와 웨이퍼 리프트가 설치되는 상태를 보여주는 분해 단면도이다.2 is an exploded cross-sectional view illustrating a state in which a bellows and a wafer lift are installed in a wafer etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a wafer etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각장치의 벨로우즈와 벨로우즈 커버 그리고 정전척의 설치상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.4 is a view schematically showing the installation state of the bellows and the bellows cover and the electrostatic chuck of the wafer etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 웨이퍼 식각장치 110 : 하우징100: wafer etching apparatus 110: housing
115 : 가공 챔버 130 : 웨이퍼 리프트115: processing chamber 130: wafer lift
150 : 벨로우즈 160 : 공압 실린더150: bellows 160: pneumatic cylinder
170 : 공기 공급장치 180 : 벨로우즈 커버170: air supply device 180: bellows cover
182 : 플라즈마 가이드 부재 210 : 정전척182: plasma guide member 210: electrostatic chuck
220 : 절연체 230 : 정전척 커버220: insulator 230: electrostatic chuck cover
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 가공 챔버가 형성되어 있는 하우징, 상기 가공 챔버 내의 소정 위치에 설치되며, 상기 가공 챔버 내로 유입되는 웨이퍼를 수납하여 정전척 상에 안착시키는 웨이퍼 리프트, 상기 웨이퍼 리프트를 상하 이동시키기 위한 벨로우즈, 상기 벨로우즈를 플라즈마로부터 보호할 수 있도록 상기 벨로우즈의 상부에 배치되며, 상기 정전척의 일측부에 고정되는 벨로우즈 커버, 및 상기 정전척의 타측부에 고정되며, 상기 벨로우즈 커버와 대향되도록 설치되므로써 상기 벨로우즈 커버 측으로 편향되는 플라즈마 이온을 균일하게 분산시키는 플라즈마 가이드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a housing in which a processing chamber is formed, a wafer lift installed at a predetermined position in the processing chamber, for receiving a wafer flowing into the processing chamber and seating the wafer on an electrostatic chuck, wherein the wafer A bellows for vertically moving the lift, a bellows cover disposed above the bellows to protect the bellows from plasma, and fixed to one side of the electrostatic chuck, and fixed to the other side of the electrostatic chuck, It is provided so as to provide a wafer etching apparatus comprising a plasma guide member for uniformly dispersing plasma ions deflected toward the bellows cover side.
상기 플라즈마 가이드 부재는 상기 벨로우즈 커버와 동일한 형상을 가지며, 동일한 재료로 제조된다.The plasma guide member has the same shape as the bellows cover and is made of the same material.
상기 벨로우즈 커버와 플라즈마 가이드 부재는 상기 정전척과 일체로 몰딩 제작된다.The bellows cover and the plasma guide member are molded integrally with the electrostatic chuck.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2 및 도3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각장치(100)가 도시되어 있다.2 and 3 illustrate a wafer etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
도2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 웨이퍼 식각장치(100)는 그 내부에 가공 챔버(115)가 형성되어 있는 하우징(110)을 구비한다. 상기 하우징(110)의 일 측벽에는 웨이퍼(w)가 유입되는 게이트(120)가 형성되어 있다. 통상적으로, 상기 웨이퍼(w)는 카세트 챔버 내에 저장되며, 로봇 등과 같은 핸들러에 의해 상기 가공 챔버(115) 내로 유입된다.As shown in FIG. 2, the wafer etching apparatus 100 includes a housing 110 having a processing chamber 115 formed therein. A gate 120 through which the wafer w is introduced is formed on one sidewall of the housing 110. Typically, the wafer w is stored in a cassette chamber and introduced into the processing chamber 115 by a handler such as a robot.
상기 하우징(110)의 가공 챔버(115)내의 소정 위치에는 상기 가공 챔버(115) 내로 유입되는 웨이퍼(w)를 수납하고, 이를 정전척(210; 도3 참조) 상에 안착시키는 웨이퍼 리프트(130)가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 리프트(130)는 대략 원형링의 형상을 가지며, 상기 가공 챔버(115)의 바닥벽 일측에 설치되어 있는 벨로우즈(150)의 상부에 결합된다.At a predetermined position within the processing chamber 115 of the housing 110, a wafer lift 130 for receiving a wafer w flowing into the processing chamber 115 and seating the wafer w on the electrostatic chuck 210 (see FIG. 3). ) Is installed. The wafer lift 130 has a substantially circular ring shape and is coupled to an upper portion of the bellows 150 installed at one side of the bottom wall of the processing chamber 115.
상기 웨이퍼 리프트(130)의 일측에는 결합편(132)이 돌출 형성되어 있으며, 상기 벨로우즈(150)의 상면에는 결합공(152)이 형성되어 있다. 상기 결합편(132)이 상기 벨로우즈(150)의 상면에 안착된 상태에서 볼트 또는 핀(135) 등과 같은 결합수단이 상기 결합편(132)을 관통하여 상기 결합공(152)에 삽입되므로써, 상기 웨이퍼 리프트(130)가 상기 벨로우즈(150) 상부에 고정적으로 결합되게 된다.A coupling piece 132 protrudes from one side of the wafer lift 130, and a coupling hole 152 is formed on an upper surface of the bellows 150. As the coupling piece 132 is seated on the upper surface of the bellows 150, a coupling means such as a bolt or a pin 135 is inserted into the coupling hole 152 through the coupling piece 132. The wafer lift 130 is fixedly coupled to the upper portion of the bellows 150.
상기 벨로우즈(150)는 공압 실린더(160)에 연결되어 있다. 상기 공압 실린더(160)는 공기 공급장치(170)로부터 상기 벨로우즈(150)로 공기를 전달하거나, 상기 벨로우즈(150)로 전달된 공기를 상기 공기 공급장치(170)로 복귀시키므로써, 상기 벨로우즈(150)를 팽창 또는 수축시킨다. 상기 웨이퍼 리프트(130)는 상기 벨로우즈(150)의 팽창, 수축 동작에 의해 상하로 이동된다.The bellows 150 is connected to the pneumatic cylinder 160. The pneumatic cylinder 160 transfers air from the air supply device 170 to the bellows 150, or returns the air delivered to the bellows 150 to the air supply device 170, thereby providing the bellows ( 150) expand or contract. The wafer lift 130 is moved up and down by the expansion and contraction operation of the bellows 150.
도4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 벨로우즈(150)의 상부에는 상기 벨로우즈(150)를 플라즈마로부터 보호하기 위한 벨로우즈 커버(180)가 설치된다. 통상적으로, 상기 벨로우즈 커버(180)에는 알루미늄 산화막이 형성되며, 따라서, 상기 가공 챔버(115) 내로 주사되는 플라즈마 이온들이 상기 벨로우즈 커버(180) 측으로 편향되는 문제가 발생하게 된다. 이러한 플라즈마 이온들의 편향현상은 정전척(230) 상에 안착되어 있는 웨이퍼(w)에 플라즈마 이온이 불균일하게 주사되는 문제를 야기한다.As shown in FIG. 4, a bellows cover 180 is installed on the bellows 150 to protect the bellows 150 from plasma. Typically, an aluminum oxide film is formed on the bellows cover 180, so that plasma ions injected into the processing chamber 115 are deflected toward the bellows cover 180. The deflection of the plasma ions causes a problem in which plasma ions are unevenly scanned on the wafer w mounted on the electrostatic chuck 230.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 상기 벨로우즈 커버(180)에 대향되는 위치에 플라즈마 가이드 부재(182)가 설치된다. 플라즈마 이온을 균일하게 분포시킬 수 있도록, 상기 플라즈마 가이드 부재(182)는 상기 벨로우즈 커버(180)와 동일한 형상을 가지며, 동일한 재료로 제조된다.In order to prevent this problem, the plasma guide member 182 is installed at a position opposite to the bellows cover 180. In order to distribute the plasma ions uniformly, the plasma guide member 182 has the same shape as the bellows cover 180 and is made of the same material.
상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182)는 상기 정전척(230)의 양측에 대칭적으로 고정 설치된다. 바람직하게는, 몰딩작업을 통하여 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182) 그리고 상기 정전척(230)을 일체로 성형한다. 이러한 경우, 상기 부재들의 제작 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 제조비용 및 설치시간이 절약될 수 있다는 장점이 있다.The bellows cover 180 and the plasma guide member 182 are symmetrically fixed to both sides of the electrostatic chuck 230. Preferably, the bellows cover 180, the plasma guide member 182, and the electrostatic chuck 230 are integrally formed by molding. In this case, the manufacturing and installation of the members are easy, as well as the manufacturing cost and installation time can be saved.
도4는 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182) 그리고 상기 정전척(230)이 일체로 성형된 상태를 보여주고 있다. 도4에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182)의 대칭적인 구조에 의해, 플라즈마 이온이 상기 벨로우즈 커버(180)와 플라즈마 가이드 부재(182) 측으로 분산될 수 있게된다. 따라서, 상기 정전척(210) 상에 안착된 웨이퍼(w)에 플라즈마 이온이 균일하게 분산될 수 있게된다.4 illustrates a state in which the bellows cover 180, the plasma guide member 182, and the electrostatic chuck 230 are integrally formed. As shown in FIG. 4, due to the symmetrical structure of the bellows cover 180 and the plasma guide member 182, plasma ions may be dispersed to the bellows cover 180 and the plasma guide member 182. Will be. Therefore, plasma ions may be uniformly dispersed on the wafer w seated on the electrostatic chuck 210.
한편, 도3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 식각장치(100)의 내부 구조도가 도시되어 있다. 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 가공 챔버(115)의 중심부에는 베이스 플랜지(225)가 설치되며, 상기 베이스 플랜지(225) 상에는 절연부재(220)가 설치되어 있다. 상기 정전척(210)은 상기 절연부재(220)의 상부에 장착된다. 또한, 플라즈마로부터 상기 정전척(210)을 보호하는 역할을 하는 정전척 커버(230)가 상기 정전척(210)을 감싸도록 배치되어 있다.On the other hand, Figure 3 shows the internal structure of the wafer etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a base flange 225 is provided at the center of the processing chamber 115, and an insulating member 220 is provided on the base flange 225. The electrostatic chuck 210 is mounted on the insulating member 220. In addition, an electrostatic chuck cover 230 which serves to protect the electrostatic chuck 210 from plasma is disposed to surround the electrostatic chuck 210.
상기 벨로우즈 커버(180)와 플라즈마 가이드 부재(182)는 상기 정전척 커버(230)로부터 소정 거리만큼 이격된 상태에서 서로 대향되게 배치된다. 도면부호 240는 헬륨공급라인으로서, 헬륨 공급원(250)에 연결되어 있다. 상기 헬륨공급라인(240)은 웨이퍼(w)의 저면으로 헬륨을 공급한다.The bellows cover 180 and the plasma guide member 182 are disposed to face each other in a state spaced apart from the electrostatic chuck cover 230 by a predetermined distance. Reference numeral 240 is a helium supply line, which is connected to the helium source 250. The helium supply line 240 supplies helium to the bottom surface of the wafer w.
이하, 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 웨이퍼 식각장치(100)의 작동에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the wafer etching apparatus 100 according to the present invention having the above configuration will be described.
먼저, 웨이퍼(w)가 핸들러에 의해 상기 하우징(110)의 일측에 형성된 웨이퍼 게이트(120)를 통해 상기 가공 챔버(115) 내로 유입된다. 이때, 상기 공압 실린더(160)에 의해 상기 벨로우즈(150)가 팽창하여 상기 웨이퍼 리프트(130)를 상승시킨다.First, the wafer w is introduced into the processing chamber 115 through the wafer gate 120 formed on one side of the housing 110 by a handler. At this time, the bellows 150 is expanded by the pneumatic cylinder 160 to raise the wafer lift 130.
이어서, 상기 가공 챔버(150) 내로 유입된 웨이퍼(w)는 상기 웨이퍼 리프트(130) 상에 안착되며, 상기 웨이퍼 리프트(130)는 상기 웨이퍼(w)를 정전척(210) 상에 안착시킨다.Subsequently, the wafer w introduced into the processing chamber 150 is seated on the wafer lift 130, and the wafer lift 130 seats the wafer w on the electrostatic chuck 210.
이때, 상기 공압 실린더(160)에 의해 상기 벨로우즈(150)가 수축하며, 따라서, 상기 웨이퍼 리프트(130)는 다시 하강 이동하여 원위치로 복귀된다.At this time, the bellows 150 is contracted by the pneumatic cylinder 160, and thus, the wafer lift 130 is moved downward again to return to its original position.
이 상태에서, 상기 가공 챔버(115) 내로 플라즈마가 주사되어 상기 웨이퍼(w)에 대한 표면 가공을 수행한다. 상기 가공 챔버(115)로 주사되는 플라즈마는, 플라즈마 가이드 부재(182)에 의해 벨로우즈 커버(180) 측으로 편향되지 않으며, 따라서, 상기 정전척 상에 안착된 웨이퍼(w)에 대한 가공이 균일하게 수행될 수 있다.In this state, plasma is scanned into the processing chamber 115 to perform surface processing on the wafer w. The plasma scanned into the processing chamber 115 is not deflected toward the bellows cover 180 by the plasma guide member 182, so that the processing of the wafer w seated on the electrostatic chuck is performed uniformly. Can be.
본 출원의 발명자가 실험한 바에 따르면, 상기 벨로우즈 커버(180)와 상기 플라즈마 가이드 부재(182)를 대칭적으로 설치한 결과, 상기 웨이퍼(w)의 폴리머 막질에 대한 균일도가 3.7%로 개선되었으며, 기저 막질인 산화막질에 대한 균일도는 9%로 나타났다. 이는 종래 웨이퍼(w)의 폴리머 막질의 균일도 6% 및 산화막질의 균일도 12%에 비해 상당히 향상된 결과이다.According to the experiment of the inventors of the present application, as a result of symmetrically installing the bellows cover 180 and the plasma guide member 182, the uniformity of the polymer film quality of the wafer w was improved to 3.7%. The uniformity of the oxide film, which is the base film, was 9%. This is a significant improvement over the 6% uniformity of the polymer film quality and the 12% uniformity of the oxide film quality of the conventional wafer (w).
여기서, 균일도의 측정은 웨이퍼 막질에 다수 개소를 설정하고, 이들 간의 오차 범위를 측정하는 방식으로 수행된다.Here, the measurement of uniformity is performed by setting a number of places in the wafer film quality and measuring the error range between them.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 식각장치는 벨로우즈 커버로 플라즈마 이온이 편향되는 것을 방지할 수 있기 때문에 웨이퍼에 대한 균일한 가공이 가능해 진다는 장점을 갖는다.As described above, the wafer etching apparatus according to the present invention has an advantage of being able to prevent plasma ions from being deflected by the bellows cover, thereby enabling uniform processing of the wafer.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 식각장치는 벨로우즈 커버와 플라즈마 가이드 부재가 몰딩작업에 의해 상기 정전척의 양측부에 일체로 형성되기 때문에 그 제조 및 설치가 용이하고, 제조 원가를 절감시킬 수 있다는 추가의 장점을 갖는다.In addition, in the wafer etching apparatus according to the present invention, since the bellows cover and the plasma guide member are integrally formed at both sides of the electrostatic chuck by molding, the wafer etching apparatus can be easily manufactured and installed, and further, manufacturing cost can be reduced. Has
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will recognize that such improvements or modifications also belong to the present invention.
Claims (3)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100581998B1 (en) * | 1999-11-17 | 2006-05-23 | 삼성전자주식회사 | Apparatus for etching a wafer |
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1999
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