KR100733269B1 - 반도체 식각 장비의 척 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 식각장비의 척 조립체에 관한 것으로, 반도체 식각장비의 척 조립체는 기판의 저면 중심 부위를 지지하며, 기판의 저면 가장자리와는 이격 대향하도록 단차지게 형성된 상면을 갖는 척 본체; 및 상기 기판의 이탈 방지를 위하여 상기 척 본체의 가장자리에 배치되는 에지링을 포함하되; 상기 에지링은 상기 척 본체에 놓여진 기판의 이탈 방지를 위하여 상기 기판의 외곽에 위치되고 상기 기판의 저면보다 높은 상면을 갖는 제1부분과, 상기 기판의 가장자리 저면이 플라즈마에 의해 식각되도록 상기 기판의 가장자리 저면으로부터 이격되는 상면을 갖는 제2부분을 포함할 수 있다. 이러한 구조를 갖는 척 조립체는 기판의 가장자리와 백사이드 면에 증착되는 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
플라즈마, 에지링, 정전척
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 식각 장비의 개략도;
도 2는 도 1 에 도시된 척 조립체의 일부를 확대해서 보인 상세단면도;
도 3은 에지링의 사시도;
도 4는 기판 가장자리와 백사이드면이 플라즈마에 노출되어 식각되는 것을 도식화한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 반도체 식각 장비의 척 조립체의 변형예이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 식각 장비의 척 조립체의 또 다른 변형예이다
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
102 : 플라즈마 챔버
110 : 척 조립체
112 : 척 본체
114 : 포커스링
116 : 에지링
본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 식각 장비의 척 조립체에 관한 것이다.
일반적인 건식 식각(dry etching)은 피가공 재료(기판) 위에 가스를 공급해 반응을 일으켜서 증기압이 높은 물질, 또는 휘발성 물질을 생성시킴으로써 피가공(기판) 물질을 식각하는 방식이다. 통상의 건식식각은 스퍼터 에칭(sputtering etching), 플라즈마 에칭(plasma etching) 및 이온빔 에칭(Reactive Ion beam etching)의 3가지 방식이 있는데, 플라즈마 에칭에서는 기판이 전기적으로 플로팅(floating) 상태이고, 플라즈마 상태로 활성화된 레디컬(radical)이 식각 반응을 일으키게 된다. 주로 플라즈마 에칭을 사용하여 식각을 수행하는 박막은 폴리실리콘막, 실리콘질화막(SiN), 포토레지스트막 및 PSG(Phosphor-Silicate Glass) 등이 있다.
이러한 건식 식각 공정에 식각 장치는 챔버의 내부에서 상부와 하부에 서로 소정의 높이를 이격하여 상부 전극과 하부 전극을 구비하고, 하부 전극의 상부에는 기판을 정전기력에 의해 척킹하는 정전 척이 구비되도록 한다. 정전 척에는 기판이 안착되며, 상부 전극측의 가스 유입구를 통 해서는 소스 가스가 충전되고, 상부 전극과 하부 전극에는 RF 전원이 인가된다.
따라서 정전 척에 기판이 안착되게 한 상태에서 가스 유입구를 통해서는 소스 가스가 유입되도록 하고, 상부전극과 하부 전극에는 RF 전원이 인가되도록 하면 상부 전극과 기판 사이에서는 플라즈마가 발생되면서 이 플라즈마에 의해 기판에의 막질을 식각하게 되는 식각 공정을 수행하게 된다.
한편, 정전척 주변에는 상부전극과 하부전극 사이에서 발생되는 플라즈마가 기판에 집중적으로 모이도록 하는 포커스 링이 정전척 외주면 상부에 설치되는데, 도 3에서와 같이, 식각 장비의 공정 수행 시 부득이하게 부산물인 폴리머는 특히 기판(w)의 가장자리 및 백사이드에 쌓이게 되는 폐단이 있다. 이러한 폴리머는 RF 파워의 오프 시 챔버 내부에서의 유동 와류의 영향 등으로 그 틈새로부터 날리면서 기판 가장자리에 안착되어 기판 오염을 유발시키게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 식각 공정을 마친 후 별도의 장비를 이용하여 기판 가장자리 및 백사이드에 증착된 폴리머를 제거하는 방식을 취하기 때문에 제품의 단가 및 공정 프로우(flow)의 복잡성을 만드는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 식각시 발생하는 복합 부산물(by-products)이 기판 가장자리 및 백사이드에 증착되는 것을 억제할 수 있는 반도체 식각 장비의 척 조립체를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 반도체 식각장비의 척 조립체는 기판의 저면 중심 부위를 지지하며, 기판의 저면 가장자리와는 이격 대향하도록 단차지게 형성된 상면을 갖는 척 본체; 및 상기 기판의 이탈 방지를 위하여 상기 척 본체의 가장자리에 배치되는 에지링을 포함하되; 상기 에지링은 상 기 척 본체에 놓여진 기판의 이탈 방지를 위하여 상기 기판의 외곽에 위치되고 상기 기판의 저면보다 높은 상면을 갖는 제1부분과, 상기 기판의 가장자리 저면이 플라즈마에 의해 식각되도록 상기 기판의 가장자리 저면으로부터 이격되는 상면을 갖는 제2부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 에지링은 상기 제2부분으로부터 연장되어 상기 척 본체의 단차진 측면에 밀착되는 제3부분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 에지링의 제2부분의 상면과 상기 기판의 저면 사이의 간격은 1mm-10mm 이내인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 에지링은 석영, 세라믹, 실리콘 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 척 조립체는 상기 척 본체의 단차진 상면에 밀착 지지되는 저면과, 상기 에지링을 지지하는 상면 그리고 상기 척 본체의 단차진 측면에 밀착 지지되는 내측면을 갖는 포커스 링(focus ring)을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한 다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
본 발명의 기본적인 의도는 에지링의 구조를 변경하여 기판의 가장자리 및 백사이드에 복합 부산물(by-products)이 쌓이는 것을 억제하는데 있다. 이를 달성하기 위해 본 발명자는 기판 가장자리 및 백사이드가 플라즈마에 노출되도록 에지링과 기판의 가장자리 및 백사이드 사이에 충분한 간격(플라즈마가 형성될 수 있는 공간확보)을 제공하도록 에지링의 구조를 변경하는데 그 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 식각 장비의 개략도이고, 도 2는 도 1 에 도시된 척 조립체의 일부를 확대해서 보인 상세도이다. 도 3은 에지링의 사시도이다.
도 1에 도시된 건식 식각 장비(100)는 반도체 기판의 패턴형성에 있어서는 소자의 고집적화, 미세화에 수반해서 고정밀도의 에칭을 행하기 위하여 한 쌍의 평행 평판형 전극에 의한 플라즈마로 에칭을 행한다.
건식 식각 장비에서 사용되는 플라즈마 챔버(plasma chamber) 구조의 일예를 보인 도 1을 참조하면, 건식 식각 장비(100)는 고진공을 유지할 수 있도록 된 플라즈마 챔버(plasma chamber;102)와, 이 플라즈마 챔버(102) 내부에 고주파 파워소스(RF)를 인가하기 위한 상부전극(104)과, 하부전극으로 사용되는 척 조립체(110)를 구비하여, 척 조립체(110) 위에 놓인 기판(W)의 박막을 가스 플라즈마에 의한 에칭으로 제거하는 장치이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 가장 중요한 척 조립체 (110)의 구성은, 기판(W)의 저면을 받쳐 지지하도록 형성된 척 본체(112)가 있다. 이 척 본체(112)는 하부전극과 정전척(ESC; Electro Static Chuck)으로, 내부로 냉각수 통로가 형성된 것도 있다. 이 척 본체(112)의 상면 중심 부위(112a)는 기판(W)의 저면 중심 부위 즉, 기판(W) 저면의 가장자리 부위에 근접하는 위치까지 밀착 지지하도록 평탄한 면을 이루고 있으며, 이 척 본체(112)의 상면 가장자리 부위(112b)는 기판(W)의 저면에 대하여 소정 간격으로 이격 대향하도록 단차지게 형성된다.
이렇게 형성된 척 본체(112)의 단차진 부위(112b)에는, 소정 두께를 갖는 링 형상을 이루는 포커스 링(focus ring)(114)이 위치된다.
상술한 포커스 링(114)은, 포커스 링(114)의 내측벽(114a)과 내측 저면(114b)이 척 본체(112)의 단차진 측벽(112c)과 단차진 부위(112b)의 상면에 각각 근접되고 밀착 지지됨으로써 이루어진다. 포커스 링(114)의 저면에는 절연링(120)이 설치된다. 절연링(120)은 포커스 링(114)의 저면에 형성된 홈(115)에 끼워지며, 절연링(120)은 플라즈마로부터 척 본체(112)의 측면을 보호한다.
포커스 링(114)의 상면(114c)에는 에지링(edge ring;116)이 위치된다. 에지링(116)은 기판(w)이 척 본체(112)로부터 이탈되지 않도록 하는 기본적인 기능과 기판(w) 가장자리 및 백사이드에 플라즈마 식각이 이루어지도록 플라즈마 공간을 제공하는 기능을 갖는다.
에지링(116)은 크게 3부분으로 나누어지는데, 제1부분(117)은 척 본체(112)에 놓여진 기판(w)의 이탈 방지를 위하여 기판의 외곽에 위치되며, 제1부분의 상면 (117a)이 기판(w)의 저면보다 높기 때문에 기판(w)이 척 본체(112)의 상면 중심 부위(112a)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제2부분(118)은 기판의 가장자리 저면(w2)이 플라즈마에 의해 식각될 수 있도록 기판(w)의 가장자리 저면(w2)으로부터 충분한 거리를 두고 이격되는 부분으로, 제1부분(117)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는다. 이처럼, 기판(w)의 가장자리 부근과 에지링(116) 사이에는 충분한 공간이 형성된다. 여기서, 기판의 가장자리 저면(w2)과 제2부분(118)의 상면(118a) 사이의 간격은 1mm-10mm 이내인 것이 바람직하다. 한편, 제1부분의 상면(117a)과 제2부분의 상면(118a) 사이는 경사면(118b)에 의해 연결된다. 한편, 에지링(116)의 제2부분(118)의 상면(118a)과 경사면(118b)이 만남 지점은 척 본체의 경사진 측면(112c)으로부터 4-8mm 정도 이격되는 것이 바람직하며, 만약 4mm이내이면 기판(w)과 경사면(119)과의 간격이 좁아서 기판 상부의 플라즈마 가스가 유입되지 못하고, 기판(w)과 경사면(118b)과의 간격이 넓은 경우에는 기판이 척 본체(112)로부터 이탈되는 것을 방지하지 못하게 된다. 그리고. 에지링(116)의 제3부분(119)은 제2부분(118)으로부터 연장되어 척 본체(112)의 단차진 측면(112c)에 밀착되는 부분으로, 척 본체(112)가 플라즈마에 의해 데미지를 입는 것을 방지하기 위한 차단벽 기능을 갖는 것이다. 예컨대, 척 본체(112)의 측면을 보호하기 위한 차단벽 기능은 도 2에서와 같이 에지링(116)에 형성될 수 도 있고, 또는 도 5에서와 같이 포커스링(114)으로부터 상방향으로 돌출되는 부분(113)에 의해 제공될 수 있다. 참고로, 에지링(116)은 석영, 세라믹, 실리콘 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제3부분(119)는 에지링(116)에 일체형으로 제작될 수 도 있으나, 도 6에서와 같이, 에지링(116) 안쪽에 보조 에지링(119')으로 별도로 제작하여 설치할 수 있다.
도 4는 기판 가장자리와 백사이드면이 플라즈마에 노출되어 식각되는 것을 도식화한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판의 가장자리(w1)와 백사이드 면(w2)이 플라즈마에 의해 노출됨으로써, 기판의 가장자리와 백사이드 면에도 기판 상부에 형성되는 것과 동일한 전위차(potential drop)가 발생하는 쉬즈(sheath) 영역(s)이 형성되고 이는 플라즈마 내의 이온들을 가속시킴으로써 기판 가장자리와 백사이드면에 증착되는 폴리머들이 이온들의 충격에 의해 식각 제거된다. 이처럼, 에지링(116)의 구조를 변경함에 따라 기판의 가장자리와 백사이드 면에 증착되는 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 것이다. 또한, 공정챔버 내의 플라즈마 형성 영역이 기판 상면으로 한정되었던 것을 에지링(116) 근처(기판의 가장자리 및 백사이드면)까지 확대시켜 기판의 식각 균일도를 높일 수 있는 것이다. 그리고, 플라즈마 영역이 넓어짐에 따라 플라즈마 영역 주변에 부유하고 있는 복합 부산물에 의한 기판의 오염도 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 에지링은 첩 본체의 측면을 플라즈마 노출에 의한 데미지로부터 보호하면서, 플라즈마가 기판의 가장자리와 백사이드면에 형성되어 식각 공정 동안에 기판의 가장자리와 백사이드면에 폴리머가 증착되는 것보다 플라즈마에 의해 식각되는 것이다.
이러한 구성을 갖는 반도체 건식 식각 장비는 공정 수행 시 부득이하게 부산물인 폴리머가 생성되며, 이들 폴리머는 특히 기판 가장자리와 백사이트 면에 쌓이게 된다. 하지만, 에지링과 기판 가장자리 및 백사이드면 사이에 충분한 공간이 있어 그 공간에 플라즈마 형성됨으로써, 기판 가장자리 및 백사이드면에 쌓이는 폴리머가 이온 충돌에 의해 제거되어 기판 오염을 최소화할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 반도체 식각장비의 척 조립체의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 건식 식각 장비의 척 조립체에 의하면, 에지링의 구조를 변경함에 따라 기판의 가장자리와 백사이드 면에 증착되는 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 각별한 효과를 갖는다. 본 발명의 건식 식각 장비의 척 조립체에 의하면, 공정챔버 내의 플라즈마 형성 영역이 기판 상면으로 한정되었던 것을 에지링 근처(기판의 가장자리 및 백사이드면)까지 확대시켜 기판의 식각 균일도를 높일 수 있다. 본 발명의 건식 식각 장비의 척 조립체에 의하면, 플라즈마 영역이 넓어짐에 따라 플라즈마 영역 주변에 부유하고 있는 복합 부산물에 의한 기판의 오염도 최소화할 수 있다.
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- 반도체 식각장비의 척 조립체에 있어서:기판의 저면 중심 부위를 지지하며, 기판의 저면 가장자리와는 이격 대향하도록 단차지게 형성된 상면을 갖는 척 본체;상기 척 본체의 가장자리에 배치되며, 상기 척 본체에 놓여진 기판의 이탈 방지를 위하여 상기 기판의 외곽에 위치되고 상기 기판의 저면보다 높은 상면을 갖는 제1부분과, 상기 기판의 가장자리 저면이 플라즈마에 의해 식각되도록 상기 기판의 가장자리 저면으로부터 이격되는 상면을 갖는 제2부분을 갖는 에지링;상기 척 본체의 단차진 상면에 밀착 지지되는 저면과, 상기 에지링을 지지하는 상면 그리고 상기 척 본체의 단차진 측면에 밀착 지지되는 내측면을 갖는 포커스 링(focus ring); 및상기 척 본체의 측면에 밀착되도록 설치되어 상기 척 본체의 측면을 플라즈마로부터 보호하기 위한 절연링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비의 척 조립체.
- 반도체 식각장비의 척 조립체에 있어서:기판의 저면 중심 부위를 지지하며, 기판의 저면 가장자리와는 이격 대향하도록 단차지게 형성된 상면을 갖는 척 본체;상기 척 본체의 가장자리에 배치되며, 상기 척 본체에 놓여진 기판의 이탈 방지를 위하여 상기 기판의 외곽에 위치되고 상기 기판의 저면보다 높은 상면을 갖는 제1부분과, 상기 기판의 가장자리 저면이 플라즈마에 의해 식각되도록 상기 기판의 가장자리 저면으로부터 이격되는 상면을 갖는 제2부분을 갖는 에지링;상기 척 본체의 단차진 상면에 밀착 지지되는 저면과, 상기 에지링을 지지하는 상면 그리고 상기 척 본체의 단차진 측면에 밀착 지지되는 내측면을 갖는 포커스 링(focus ring);상기 척 본체의 측면에 밀착되도록 설치되어 상기 척 본체의 측면을 플라즈마로부터 보호하기 위한 절연링;상기 에지링의 제2부분 안쪽에 위치되어 상기 척 본체의 단차진 측면에 밀착되는 보조 에지링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비의 척 조립체.
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