KR100780366B1 - 반도체 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마를 발생시켜 반도체 웨이퍼에 소정의 공정을 수행하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 챔버, 상기 챔버 내부 하측에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 지지부재, 상기 척의 내부에서 상기 척의 상부면과 수직하게 설치되어 상하 이동함으로써, 웨이퍼를 상기 척의 상부면으로/으로부터 안착 및 이격시키는 복수의 리프트 핀들, 그리고 상기 리프트 핀들이 웨이퍼와 접촉시 웨이퍼에 잔류하는 전하를 제거시키기 위한 접지라인을 포함한다. 또한, 상기 리프트 핀의 재질을 화학물 반도체 재질로 제작하여 전기적인 저항성을 갖도록 하고, 상기 리프트 핀의 상단 표면을 웨이퍼와의 접촉저항을 감소하도록 전기전도성을 갖는 금속물질로 코팅시킨다.
그리하여, 리프트 핀이 웨이퍼와의 접촉시 웨이퍼에 잔류하는 전하들을 효과적으로 접지(ground)시켜 리프트 핀과 웨이퍼의 접촉에 의한 방전현상을 방지한다.
플라즈마, 플라즈마 처리 장치, 리프트 핀, 그라운드, 접지, 접지라인
Description
도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 리프트 핀의 일 실시예에 따른 구성을 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시한 리프트 핀의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 리프트 핀의 다른 실시예에 따른 구성을 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 5는 도 4에 도시한 리프트 핀의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 반도체 제조 장치 140 : 리프트 핀 부재
110 : 챔버 142 : 리프트 핀
112 : 배기관 144 : 리프트 핀 구동부
114 : 흡입 장치 146 : 연결 부재
120 : 샤워 헤드 148 : 벨로우즈
122 : 가스 공급라인 150 : 접지라인
124 : 가스 공급원 152 : 저항체
130 : 지지부재 162 : 제 1 고주파 인가기
132 : 전극판 164 : 제 2 고주파 인가기
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 발생시켜 반도체 웨이퍼에 소정의 공정을 수행하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 플라즈마를 발생시키는 공정으로는 건식 식각 공정, 화학 기상 증착 공정, 에싱(ashing) 공정, 그리고 챔버 내부의 세정 공정 등을 포함한다.
상술한 공정을 수행하는 반도체 제조 장치들은 플라즈마를 발생시키기 위해 일반적으로 챔버, 챔버 내부 상측에 설치되는 상부전극, 챔버 내부 하측에 설치되고, 상기 상부전극과 대향되는 하부전극이 구비되는 지지부재를 포함한다. 상부 전극은 예컨대, 공정가스를 챔버 내부로 공급하기 위한 샤워 헤드에 구비될 수 있다. 여기서, 웨이퍼 지지부재에는 웨이퍼를 척의 상부면으로부터 이격 및 안착시키기 위해 복수의 리프트 핀들이 구비된다.
상술한 구성을 갖는 반도체 제조 장치는 공정이 개시되면 챔버 내부로 웨이퍼를 인입시켜 지지부재에 안착시키고, 샤워 헤드를 통해 공정 가스를 분사시킨 후 상부 및 하부 전극에 고주파 전원을 인가시켜 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼에 소정의 반도체 공정을 수행한다.
그러나, 상술한 바와 같이, 챔버 내부에서 직접 플라즈마를 발생시킬 경우에는 공정이 수행된 웨이퍼는 전기적으로 차징(charging)되어 있다. 그리하여, 웨이퍼와 직접적으로 접촉하는 지지부재 및 리프트 핀들이 웨이퍼와 접촉시에는 웨이퍼에 잔류하는 전하들이 급격하게 지지부재 또는 리프트 핀들로 전도되어 아킹(arcing)이 발생될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼를 지지부재의 상부면으로/으로부터 안착 및 이격하기 위해 리프트 핀들이 웨이퍼와 접촉하면, 웨이퍼에 차징되어 있던 전하들이 급격하게 리프트 핀들로 전도되어 방전이 일어나는 것이다.
보통 리프트 핀들의 재질은 전기적으로 차단되도록 절연체로 제작되지만, 웨이퍼에 차징된 전하들은 절연체의 표면을 따라 급격한 전기의 이동 때문에 아킹이 발생되는 것이다. 이러한 방전이 발생하면 웨이퍼에 형성된 소자들이 전기적으로 손상되고, 더 나아가 방전에 의한 반도체 제조 장치의 운전이 정지될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 리프트 핀이 웨이퍼와의 접촉시 아킹(arcing)되는 것을 방지하는 반도체 제조 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 지지부재, 상기 지지부재에 설치되어 웨이퍼를 상기 지지부재로/로부터 안착 및 이격시키는 복수의 리프트 핀들, 그리고 상기 리프트 핀들이 웨이퍼와 접촉시 웨이퍼에 잔류하는 전하를 접지(ground)시키기 위한 접지라인을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 리프트 핀은 웨이퍼와 접촉하는 상단 표면에 전기전도성을 갖는 금속물질이 코팅되어 웨이퍼와의 접촉저항을 감소시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 리프트 핀의 상단 표면은 웨이퍼와의 접촉저항을 감소하도록 전기전도성을 갖는 금속물질로 코팅되고, 웨이퍼와 접촉하는 상부가 상기 리프트 핀의 단면 지름보다 큰 평면을 갖도록 형성되어 웨이퍼와의 접촉저항을 감소하도록 한다.
본 발명의 일 및 다른 실시예에 따르면, 상기 접지라인에는 전기 저항체가 구비된다.
본 발명의 일 및 다른 실시예에 따르면, 상기 리프트 핀은 화합물 반도체(compound semiconductor) 재질로 제작되어 전기적인 저항을 갖도록 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장치 및 리프트 핀들을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되는 것은 아니다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자, 즉 당업자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공된 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상은 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
(실시예)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치(100)는 챔버(110), 샤워 헤드(120), 지지부재(130), 리프트 핀 부재(140), 그리고 접지라인(150)을 포함한다.
챔버(110)는 내부에 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼에 소정의 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 본 실시예의 챔버(110)는 반도체 웨이퍼에 특정 박막을 형성하기 위한 공정 처리 장치이다. 챔버(110)는 공정시 내부가 진공 상태를 유지하도록 외부와 밀폐된다. 또한, 챔버(110)는 공정시 소정의 공정온도를 만족할 수 있도록 히터(미도시됨)이 구비되어 챔버(110)의 온도를 공정온도로 유지시켜준다.
챔버(110) 내부 상측에는 후술할 샤워 헤드(120)가 설치되고, 챔버(110)의 내부 하측에는 후술할 지지부재(130)가 설치된다. 챔버(110) 일측에는 공정시 챔버(110)로 공급되는 공정 가스를 챔버(110) 외부로 배출하기 위한 배기관(112)이 구비된다. 이를 위해, 배기관(112)에는 흡입 장치(114)가 구비되며, 흡입 장치(114)는 예컨대, 터보 분자펌프와 같은 진공 펌프로써 공정시 챔버(110) 내부의 가스를 배출하여 챔버(110) 내부의 감압 및 챔버(110)의 배기를 수행한다.
샤워 헤드(120)는 챔버(110) 내부 상측에 설치된다. 샤워 헤드(120)는 샤워 헤드(120)로 반응 가스 및 세정 가스를 포함하는 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급라인(124)과 연결된다. 가스 공급라인(124)은 가스 공급원(126)으로부터 소정의 공정 가스를 이송하여 샤워 헤드(120)로 공급한다.
샤워 헤드(120)는 단열 부재(미도시됨)에 의해 외주면이 단열될 수도 있다. 샤워 헤드(120)와 상기 단열 부재는 적어도 하나의 밀폐링(미도시됨)이 구비되어 샤워 헤드(120)와 상기 단열 부재 사이의 실링(sealing) 및 샤워 헤드(120)를 통해 분사되는 공정 가스의 흐름을 조절한다.
샤워 헤드(120)에는 고주파 전원이 인가되는 상부 전극(122)이 설치된다. 예컨대, 상부 전극(122)은 공정 가스를 웨이퍼 표면을 향해 균일하게 분사할 수 있도록 복수의 토출공(122a)들이 형성된 원반형상으로 제작된다. 상부 전극(122)은 챔버(110) 외부에 설치되는 제 1 고주파 인가기(162)와 연결된다. 제 1 고주파 인가기(162)는 공정시 샤워 헤드(120)의 상부 전극(122)으로 소정의 고주파 전원을 인가시킨다.
지지부재(130)는 챔버(110) 내부 하측에 설치되어 상부면에 웨이퍼가 안착된다. 지지부재(130)는 웨이퍼 안착시 지지부재(130)의 상부면과 밀착하도록 전압을 걸어주는 정전척일 수 있다. 또한, 지지부재(130)의 내부에는 고온의 박막 형성 공정을 수행할 때 안착된 웨이퍼가 고온에 의해 파손 및 변형되지 않도록 웨이퍼의 온도를 낮춰주는 헬륨 가스를 제공하는 냉각가스라인(도시되지 않음)이 구비될 수도 있다.
지지부재(130)의 상부면 또는 내부에는 원반 형상의 하부 전극(132)이 설치된다. 하부 전극(132)은 샤워 헤드(120)의 상부 전극(122)과 서로 평행하게 구비되며, 하부 전극(132)은 챔버(110) 외부에 구비되는 제 2 고주파 인가기(164)와 연결된다. 제 2 고주파 인가기(164)는 공정 진행시 하부 전극(132)에 소정의 바이어스 고주파 전원을 인가한다. 그리하여, 각각의 상부 및 하부 전극(122, 132)은 공정 진행시 제 1 및 제 2 고주파 인가기(162, 164)로부터 소정의 고주파 전원을 인가받 으며, 상부 및 하부 전극(122, 132)의 사이에서 샤워 헤드(120)로부터 분사되는 공정가스를 이온화하여 플라즈마를 발생시킨다.
상술한 지지부재(120)는 상하 운동 및 회전 운동을 수행할 수도 있으며, 이를 위해 챔버(110) 외부에는 지지부재(120)와 결합하여, 지지부재(120)를 상하 운동 및 회전 운동시키는 구동장치(미도시됨)가 제공될 수 있다.
리프트 핀 부재(140)는 리프트 핀(142), 리프트 핀 구동부(144), 연결부재(146), 그리고 벨로우즈(148)를 포함한다. 리프트 핀(142)은 복수개가 웨이퍼 지지부재(130) 내부에 웨이퍼 지지부재(130)의 상부면과 수직하도록 구비되어 척(120)의 상부면으로부터 웨이퍼(W)를 승강 및 하강운동시킨다. 리프트 핀(142)은 예컨대, 세 개가 구비되며, 웨이퍼 지지부재(130)의 상부면에서 트라이 앵글 형상으로 배치된다. 리프트 핀(142)들은 리프트 핀 구동부(144)에 의해 상하로 동작하여 웨이퍼(W)를 웨이퍼 지지부재(120)로/로부터 안착 및 이격시킨다. 이때, 연결부재(146)는 일단이 복수의 리프트 핀(142)들과 연결되고, 타단이 리프트 핀 구동부(144)에 연결되어, 리프트 핀(142)들이 동시에 동작할 수 있도록 한다. 그리고, 벨로우즈(148)는 챔버(110) 외부에 노출된 각각의 리프트 핀(142)들의 표면을 보호한다. 즉, 챔버(110) 외부에 노출된 각각의 리프트 핀(142)들은 외부 공기와 접촉하면 부식이 일어날 수 있기 때문에 벨로우즈(148)는 리프트 핀(142)의 표면을 감싸도록 구비되어 리프트 핀(142)이 외부 공기와 접촉하는 것을 방지한다.
접지라인(150)은 각각의 리프트 핀(142)과 연결된다. 접지라인(150)은 공정시 차징(charging)된 웨이퍼(W)에 잔류하는 전하들이 리프트 핀(142)으로 흐를 때 상기 전하들을 접지(ground)시키기 위해 제공되는 것이다. 이를 위해, 접지라인(150)은 일단이 각각의 리프트 핀(142)들과 연결되고, 타단은 리프트 핀(142)의 전하들을 접지시키도록 챔버(110) 외부의 그라운드 포인트(미도시됨)에 연결된다.
또한, 접지라인(150)에는 저항체(152)가 구비된다. 저항체(152)는 리프트 핀(146)을 따라 이동되는 전하들이 급격하게 리프트 핀(146)을 따라 접지되는 것을 방지하는 것으로, 저항체(152)는 웨이퍼(W)에 잔류하는 전하들이 저항체(152)에 의해 그 전기적인 흐름이 완화시켜 그라운드(ground)되도록 한다. 그리하여, 리프트 핀(146)이 차지(charge)되어 전하들이 잔류하는 웨이퍼(W)와 접촉할 때 웨이퍼(W)의 전하들이 완화된 흐름을 갖고 접지라인(150)을 따라 그라운드되도록 하여 리프트 핀(146)이 웨이퍼 지지부재(130)의 상부면으로/으로부터 웨이퍼(W)를 안착 및 이격시 발생되는 아킹(arcing) 현상을 방지할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 리프트 핀 부재(140)를 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시한 리프트 핀의 일 실시예에 따른 구성을 설명하기 위한 요부 확대도이고, 도 3은 도 2에 도시한 리프트 핀의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리프트 부재(140)는 웨이퍼(W)와 접촉하는 상단이 전기전도성을 갖는 금속물질로 코팅된 리프트 핀(146)을 갖는다. 예컨대, 리프트 핀(146)은 탄화수소(SiC)와 같은 두 종류 이상의 원소화합물로 이루어진 화합물 반도체(compound semiconductor) 재질로 제작하는 것이 바람직 하다. 이는 리프트 핀(146)으로 전하가 적당하게 흐를 수 있도록 하기 위한 것으로, 만약, 리프트 핀(146)을 부도체로 제작하면 전하가 이동되지 않아 그라운드시킬 수 없고, 리프트 핀(146)을 도체로 하면 한순간에 과도한 전하가 흘러 아킹 현상이 발생되기 때문에 이를 방지하도록 리프트 핀(146)을 적당한 반도체 재질로 제작하는 것이다. 그리고, 리프트 핀(146)의 상단 표면을 금(Au), 백금(PT), 은(Ag)과 같은 전기전도성 금속으로 코팅을 하여, 리프트 핀(146)이 공정시 차지(charge)된 웨이퍼(W)와 접촉시 웨이퍼(W)로부터 전하들이 리프트 핀(146)으로 용이하게 전도될 수 있도록 한다. 즉, 상술한 금속물질들은 리프트 핀(146)이 웨이퍼(W)와 접촉하는 상단표면에 코팅되어 웨이퍼와의 접촉저항을 감소시킨다.
그리하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 리프트 핀(146)이 웨이퍼(W)를 웨이퍼 지지부재(130)의 상부면으로/으로부터 안착 및 이격시키기 위해 웨이퍼(W)의 하부면과 접촉할 때, 차지된(charging) 웨이퍼(W)에 잔류하는 전하들이 리프트 핀(146)을 따라 이동되어 접지라인(150)을 따라 그라운드 되어 리프트 핀(146)의 접촉에 따른 아킹 현상을 방지한다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예로서, 리프트 핀(146)의 웨이퍼와 접촉하는 상부가 상기 리프트 핀의 단면 지름보다 큰 평면이 형성되어 웨이퍼와의 접촉저항을 감소할 수도 있다.
도 4는 도 1에 도시한 리프트 핀의 다른 실시예에 따른 구성을 설명하기 위한 요부 확대도이고, 도 5는 도 4에 도시한 리프트 핀의 효과를 설명하기 위한 도 면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리프트 핀(146)은 웨이퍼(W)와 접촉하는 상부면이 상기 리프트 핀의 단면 지름보다 큰 평면을 갖도록 형성된다. 이것은, 리프트 핀(146)이 웨이퍼(W)와 접촉하는 면적을 증가시켜 공정시 전기적으로 차징(charging)된 웨이퍼(W)의 전하들이 리프트 핀(146)으로 흐르는 양을 증가시키기 위한 것이다. 또한, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 리프트 핀(146)의 상단면을 전기전도성을 갖는 금속물질로 코팅시킨다. 즉, 탄화수소(SiC)와 같은 화합물 반도체 재질로 제작된 리프트 핀(146)의 상단면을 금(Au), 백금(PT), 은(Ag)과 같은 전기전도성 금속으로 코팅을 하여, 공정시 리프트 핀(146)이 차징(charging)된 웨이퍼(W)와 접촉시 웨이퍼(W)로부터 전하들이 리프트 핀(146)으로 용이하게 흐르도록 한다. 즉, 상술한 금속물질들은 리프트 핀(146)이 웨이퍼(W)와 접촉하는 상단표면에 코팅되어 웨이퍼와의 접촉저항을 감소시킨다.
그리하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 리프트 핀(146)이 웨이퍼(W)를 웨이퍼 지지부재(130)의 상부면으로/으로부터 안착 및 이격시키기 위해 웨이퍼(W)의 하부면과 접촉할 때, 차징(charging)된 웨이퍼(W)에 잔류하는 전하들이 접촉면적이 증가된 리프트 핀(146)의 상부면으로 용이하게 이동되어 접지라인(150)을 따라 그라운드 되어 리프트 핀(146)의 접촉에 따른 아킹 현상을 방지한다.
이상으로 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 제조 장치를 설명하였으나 상술한 실시예로 인해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 실시예는 플라즈마를 이용한 화학기상 증착장치를 예로들어 설명하였으나,본 발명의 범위는 웨이퍼를 웨이퍼 지지부재로부터 이격 및 안착하는 리프트 핀이 구비된 모든 반도체 제조 장치, 특히, 플라즈마를 발생시키는 모든 반도체 제조 장치에 적용이 가능하다.
본 발명의 기술적 사상은 리프트 핀이 웨이퍼와 접촉시 아킹 현상을 방지하기 위한 것으로, 리프트 핀의 개수, 형상, 설치 방식 및 접지라인의 개수, 설치방식 등은 다양하게 변경 및 변형이 가능하며, 이러한 단순한 변경 및 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치는 리프트 핀이 웨이퍼와 접촉시 방전되는 현상을 방지하도록 접지 라인의 설치 및 리프트 핀을 개선한다. 그리하여, 리프트 핀이 웨이퍼와의 접촉시 웨이퍼에 잔류하는 전하들을 효과적으로 그라운드(ground)시켜 리프트 핀과 웨이퍼의 접촉에 의한 아킹(arcing) 현상을 방지한다.
Claims (5)
- 반도체 제조장치에 있어서,챔버와;상기 챔버 내부에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 지지부재와;상기 지지부재에 설치되어 웨이퍼를 상기 지지부재로/로부터 안착 및 이격시키는 복수의 리프트 핀들과; 그리고,상기 리프트 핀들이 웨이퍼와 접촉시 웨이퍼에 잔류하는 전하를 접지(ground)시키기 위한 접지라인을 포함하되,상기 리프트 핀의 상부면은,상기 리프트 핀의 횡단면보다 큰 면적을 갖도록 형성되어 웨이퍼와의 접촉시 웨이퍼에 잔류하는 전하들이 용이하게 흐를 수 있도록 하고,상기 리프트 핀은,웨이퍼와 접촉하는 상단 표면에 전기전도성을 갖는 금속물질이 코팅되어 웨이퍼와의 접촉저항을 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 리프트 핀은,화합물 반도체 재질로 제작되어 전기적인 저항을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 접지라인에는,전기 저항체가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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