KR100783060B1 - 포커스 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

포커스 링은 정전척 상에 지지된 기판의 가장자리를 둘러싸서 공정 가스를 상기 기판 상으로 포커싱하고, 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재, 및 상기 제1 포커스 링 및 상기 제2 포커스 링 사이에 배치되어 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성시키는 이격 부재를 포함한다.

Description

포커스 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치{Focus Ring and Apparatus for Processing A Substrate Having The Same}

도 1은 종래의 식각 장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포커스 링을 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포커스 링을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 식각 장치 11 : 반도체 기판

12 : 챔버 20 : 정전척

22 : 기판 지지부 30, 400: 포커스 링

40, 430 : 링 고정부 50, 600 : 가스 공급부

60 : 플라즈마 생성부 61, 521 : 코일

62 : 고주파 전원부 71, 710 : 배출구

72 : 배기 밸브 73 : 배기 펌프

100 : 기판 처리 장치 101 : 기판

200 : 챔버 300 : 정전척

350 : 기판 지지부 310 : 내부 전극

410 : 포커스 부재 411 : 제1 포커스 링

412 : 제2 포커스 링 420 : 이격 부재

421 : 결합홈 425 : 배출 공간

510, 520 :고주파 전원부 610 : 가스 공급관

620 : 버퍼실 630 : 가스 확산공

720 : 진공 펌프

본 발명은 포커스 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식각 공정 중에 생성되는 생성 물질을 배출시키는 포커스 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 웨이퍼으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평 탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기 식각 공정은 웨이퍼 상에 포토 공정 이후 형성된 포토레지스트 패턴의 노출된 영역을 제거하기 위한 공정으로, 일반적으로 건식 식각(dry ethching)과 습식 식각(wet etching)으로 나눌 수 있으며, 반도체 소자의 집적도 등에 따라, 등방성 특성을 나타내는 등방성 식각 또는 이방성 특성을 나타내는 이방성 식각 등이 선택적으로 사용된다.

일반적으로 건식 식각 공정은 식각 공정이 진행되는 밀폐된 내부 공간에 소정 간격 이격 설치된 상부 전극 및 하부 전극에 고주파 전력을 인가하여 전기장을 형성하고, 밀폐 공간 내부로 공급된 반응 가스를 전기장에 의해서 활성화시켜 플라즈마 상태로 만든 후, 플라즈마 상태의 이온이 하부 전극 상부에 위치한 웨이퍼를 식각하는 것이다.

여기서, 플라즈마는 웨이퍼의 상면 전역에서 균일하게 형성되도록 함이 요구되는 데, 이는 하부 전극 상부에 있는 척 본체의 가장자리를 둘러싸는 포커스 링에 의해 수행된다. 상기 포커스 링은 척 본체 상부에서 형성되는 고주파 전력인가에 의한 전기장 형성 영역을 웨이퍼가 위치되는 영역보다 확장시키고, 이에 웨이퍼가 플라즈마가 형성되는 영역의 중심에 놓여지게 되어 전체적으로 균일하게 식각되도록 한다.

도 1은 종래의 식각 장치를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 식각 장치(10)는 반도체 기판(11)의 표면을 식각하기 위한 챔버(12) 내부에 정전기력을 이용하여 상기 반도체 기판(11)을 흡착 고정하는 정전척(20)을 포함한다. 상기 정전척(20)은 기판 지지부(22) 상에 배치되고, 상기 기판 지지부(22)는 원기둥 형상을 갖으며, 상기 정전척(20)은 상기 기판 지지부의 상부면으로부터 돌출되어 상기 반도체 기판을 고정 지지한다.

상기 정전척(20)의 외주연에는 원형 링 형상으로 전극의 면적을 넓히기 위한 포커스 링(30)이 구비된다. 상기 포커스 링(30)의 하부면에는 상기 포커스 링(30)을 고정하기 위한 링 고정부(40)가 구비된다.

상기 챔버(12)의 상부면에는 가스 공급부(50)가 구비되고, 상기 챔버의 측벽을 감싸도록 배치되는 코일(61) 및 상기 코일에 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원부(62)를 포함하는 플라즈마 생성부(60)가 구비된다. 상기 챔버 내로 주입되는 반응 가스는 고주파 파워에 의해 플라즈마 상태로 변환된다. 플라즈마 상태로 변환된 반응 가스는 반도체 기판(11)을 식각하게 된다.

상기 챔버의 하부면에는 배출구(71)가 형성되고, 상기 배출구는 배기 밸브(72) 및 배기 펌프(73)와 연결된다. 공정 중에 발생한 반응 물질은 상기 배기구를 통해 챔버(12) 외부로 배출된다.

이 때, 포커스 링(30)의 소정 부위도 플라즈마에 의해 노출되어 식각이 이루 어지게 되고, 폴리머와 같은 반응 물질이 상기 정전척 및 포커스 링(30) 사이에 축적되게 되어, 포커스 링의 기능을 저하시키며 플라즈마의 불균일성을 유발하여 공정 불량을 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 식각 공정 중에 생성되는 생성 물질을 배출하기 위해 서로 중첩하여 결합되고 그 사이에 배출 공간을 갖는 포커스 링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 포커스 링을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 포커스 링은 정전척 상에 지지된 기판의 가장자리를 둘러싸서 공정 가스를 상기 기판 상으로 포커싱하고, 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재 및

상기 제1 포커스 링 및 상기 제2 포커스 링 사이에 배치되어 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성시키는 이격 부재를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 포커스 링에는 결합홈이 형성되고, 상기 이격 부재는 상기 결합홈에 삽입될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 이격 부재는 상기 제2 포커스 링에 일체로 형성될 수 있다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판을 식각하기 위한 공정 가스가 제공되는 챔버, 상기 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하는 정전척, 상기 기판의 가장자리를 둘러싸서 상기 공정 가스를 상기 기판 상으로 포커싱하고, 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재, 및 상기 제1 포커스 링 및 상기 제2 포커스 링 사이에 배치되어 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성시키는 이격 부재를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 포커스 링은 실리콘을 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 포커스 링은 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재와 그 사이에 배치되는 이격 부재를 포함함으로써, 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성할 수 있다. 이리하여, 식각 공정 중에 발생되는 생성 물질을 상기 배출 공간을 통해 배출하여 기판 전체의 식각율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포커스 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

본 발명에 있어서, 각 구조물들이 다른 구조물들의 "상에", "상부"에 또는 " 하부"에 위치하는 것으로 언급되는 경우에는 각 구조물들이 직접 다른 구조물들 위에 위치하거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 또 다른 구조물들이 상기 구조물들 사이에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 구조물들이 "제1" 및/또는 "제2"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1" 및/또는 "제2"는 각 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포커스 링을 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포커스 링을 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부를 나타내는 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 챔버(200), 정전척(300) 및 포커스 링(400)을 포함한다.

챔버(200) 내에는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(101)을 지지하는 정전척(300)이 구비되고, 상기 정전척(300)은 기판 지지부(350) 상에 배치된다.

상기 정전척(300)은 알루미늄과 같은 도전성 부재를 포함하고, 상기 정전척(300)의 내부에는 내부 전극(310)이 형성된다. 상기 내부 전극은 외부의 직류 전원(도시되지 않음)과 연결되고 직류 전압이 인가됨으로써 정전력에 의해 상기 기판(101)이 상기 정전척 상에 정전 흡착되게 된다.

상기 기판 지지부(350)에는 정합기(도시되지 않음)를 거쳐서 바이어스용의 전력을 인가하는 고주파 전원부(510)가 접속되어 있다. 또한, 기판 지지부(350)의 내부에는 상기 기판을 승강시키기 위한 승강핀(도시되지 않음)이 형성되고, 상기 승강핀은 이송 로봇에 의해 상기 기판의 반출입을 행하기 위해 상기 기판을 승강시킨다.

상기 챔버 상부의 외측에는 외측면을 따라 나선형으로 둘러싸는 코일(521)이 구비되고, 상기 코일은 정합기(도시되지 않음)를 거쳐서 소스용의 전력을 인가하는 고주파 전원부(520)와 연결되어 있다.

상기 챔버 상부에는 챔버(200)내에 상기 기판(101)을 식각하기 위한 공정 가스를 제공하기 위한 가스 공급관(610)이 구비된다. 상기 가스 공급관은 버퍼실(620)을 통해 다수의 가스 확산공(630)이 형성된 가스 샤워 헤드(640)와 연결되어, 상기 정전척(300) 상에 탑재된 기판(101)을 향해 소정의 공정 가스를 분사시킨다. 상기 가스 공급관은 챔버(200) 외부의 가스 공급부(600)와 연결되고, 상기 가스 공급부는 공정 가스를 챔버(200)에 공급한다.

상기 챔버 하부에는 배출구(710)가 형성되고, 상기 배출구(710)는 드라이펌프와 같은 진공펌프(720)에 연결된다. 상기 배출구(710)를 통해 식각 공정 중에 생성된 폴리머와 같은 생성 물질이 배출된다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 정전척(300) 상에 지지된 기판(101)의 가장자리를 둘러싸서 공정 가스를 상기 기판 상으로 포커싱하는 포커스 링(400)을 포함한다. 또한, 상기 포커스 링(400)의 하부면에는 상기 포커스 링을 고정하기 위한 링 고정부(430)가 구비된다.

고주파 전원부(510, 520)에 의해 고주파 전력이 인가되면 기판(101) 상에 전 기장이 형성되고, 상기 포커스 링(400)은 전기장 형성 영역을 보다 확장시켜 상기 기판을 플라즈마가 형성되는 영역의 중심에 위치시키고, 상기 기판이 전체적으로 균일하게 식각되도록 한다.

또한, 식각 공정 동안 발생하는 고분자 화합물이 정전척(300)에 침투함으로 인해 상기 기판에 불순물 입자를 유발시키지 않도록 정전척(300)의 가장자리를 덮어 보호하는 커버링 역할을 수행한다.

상기 포커스 링(400)은 포커스 부재(410) 및 이격 부재(420)를 포함하고, 상기 포커스 부재(410)는 제1 포커스 링(411) 및 제 2 포커스 링(412)을 포함한다. 상기 제1 포커스 링(411) 및 상기 제2 포커스 링(412)은 서로 중첩되어 결합한다.

상기 제2 포커스 링(412)은 상기 제1 포커스 링(411) 상부에 결합하며, 상기 제1 포커스 링(411)은 상기 제2 포커스 링(412)보다 더 큰 단면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 포커스 링은 원형 링 형상을 가질 수 있으며, 실리콘을 포함할 수 있다.

상기 제1 포커스 링(411)과 제2 포커스 링(412) 사이에는 이격 부재(420)가 배치된다. 상기 이격 부재(420)에 의해 상기 제1 포커스 링과 제2 포커스 링 사이에는 배출 공간(425)이 형성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 이격 부재(420)는 상기 제2 포커스 링(412)에 일체로 형성될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 포커스 링(411)에는 결합홈(421)이 형성되고, 상기 결합홈(421)에 상기 이격 부재(420)가 삽입된다.

상기 결합홈(421)과 상기 이격 부재(420)는 억지끼움 방식에 의해 결합될 수 있다. 상기 제1 포커스 링(411) 상부에 상기 제2 포커스 링(412)을 위치시킨 후, 일정한 힘을 가하여 상기 제1 및 제2 포커스 링들은 서로 결합될 수 있다.

또한, 상기 제1 포커스 링(411) 상부에 결합된 상기 제2 포커스 링(412)은 상기 힘의 반대방향으로 일정한 힘을 가하여 상기 제1 포커스 링(411)으로부터 다시 분리될 수 있다.

기판(101) 상부에 플라즈마가 형성되어 식각 공정이 반복적으로 진행되는 동안, 상기 기판과 상기 포커스 링(400) 내측 사이에는 식각 공정 중에 생기는 폴리머와 같은 생성 물질이 생성된다. 예를 들면, 상기 생성 물질은 상기 포커스 부재(410)로부터 생성되거나, 상기 기판으로부터 생성될 수 있다.

상기 생성 물질은 상기 제1 포커스 링 및 상기 제2 포커스 링 사이의 배출 공간(425)을 통해 정전척(300)의 외주부로 배출된다. 배출된 생성 물질은 챔버(200) 하부에 형성된 배출구(710)를 통해 챔버 외부로 배출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포커스 링은 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재와 그 사이에 배치되는 이격 부재를 포함함으로써, 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성할 수 있다. 이리하여, 식각 공정 중에 발생되는 생성 물질을 상기 배출 공간을 통해 배출하여 기판 전체의 식각율을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역 으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 정전척 상에 지지된 기판의 가장자리를 둘러싸서 공정 가스를 상기 기판 상으로 포커싱하고, 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재; 및

   상기 제1 포커스 링 및 상기 제2 포커스 링 사이에 배치되어 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성시키는 이격 부재를 포함하는 포커스 링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 포커스 링에는 결합홈이 형성되고, 상기 이격 부재는 상기 결합홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 이격 부재는 상기 제2 포커스 링에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 포커스 링.
4. 기판을 식각하기 위한 공정 가스가 제공되는 챔버;

   상기 챔버 내에 구비되어 상기 기판을 지지하는 정전척;

   상기 기판의 가장자리를 둘러싸서 상기 공정 가스를 상기 기판 상으로 포커싱하고, 서로 중첩하여 결합된 제1 포커스 링 및 제2 포커스 링을 갖는 포커스 부재; 및

   상기 제1 포커스 링 및 상기 제2 포커스 링 사이에 배치되어 상기 포커스 부재로부터 생성되는 생성 물질의 배출 공간을 형성시키는 이격 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 포커스 링은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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