KR102128595B1 - 포커스링 및 그를 포함하는 플라즈마 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포커스링 및 그를 포함하는 플라즈마 장치, 보다 상세하게는, 그의 하부에 제1 리세스를 포함하는 제1 링, 상기 제1 리세스는 상기 제1 링의 하면으로부터 상기 제1 링의 상면을 향하여 함몰되고; 및 상기 제1 리세스 내에 제공되는 제2 링을 포함한다. 상기 제1 링과 상기 제2 링은 서로 다른 물질을 포함하고, 상기 제1 리세스는 서로 마주보는 내측면 및 외측면을 포함하며, 상기 제2 링은 상기 내측면 및 상기 외측면 중 적어도 하나와 이격되어, 상기 제2 링과 상기 제1 리세스 사이에 그루브가 정의된다.
Description
본 발명은 포커스링 및 그를 포함하는 플라즈마 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 플라즈마 식각 장치에 이용되는 포커스링에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 실리콘 웨이퍼 상에 제조공정을 반복적으로 진행하여 완성된다. 반도체 제조공정은 그 소재가 되는 웨이퍼에 대한 산화, 마스킹, 포토레지스트 도포, 식각, 확산 및 적층공정들을 포함한다. 또한, 상기 공정들의 전, 후에서 보조적으로 세척, 건조 및 검사 등의 공정들이 수행되어야 한다. 특히, 식각공정은 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 형성시키는 중요한 공정이다. 식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 구분될 수 있다.
건식 식각 공정은 포토 공정 이후 형성된 포토레지스트 패턴의 노출된 부위를 제거하기 위한 공정이다. 밀폐된 내부공간에 소정 간격 이격되어 설치된 상부전극 및 하부전극에 고주파 전력을 인가하여 전기장을 형성하고, 상기 전기장으로 밀폐공간 내부로 공급된 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 만든 후, 플라즈마 상태의 이온이 하부전극 위에 위치한 웨이퍼를 식각하는 것이다.
플라즈마는 웨이퍼의 상면 전체 영역으로 집중되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 하부전극 상부에 있는 척 본체의 둘레를 감싸도록 포커스링이 배치된다.
포커스링은 척 본체 상부에서 형성되는 고주파 전력 인가에 의한 전기장 형성 영역을 웨이퍼가 위치되는 영역으로 집중시키고, 웨이퍼는 플라즈마가 형성되는 영역의 중심에 놓여져 전체적으로 균일하게 식각된다.
일본 공개특허공보 특개2002-246370호 (2002.08.30.)를 참조하면, 서로 다른 이종 소재로 이루어진 포커스링이 개시되어 있다. 상기 문헌의 포커스링은, 석영과 같은 절연 재질의 포커스링 본체와, 상기 본체에 삽입되는 실리콘 재질의 부재로 이루어진다. 상기 문헌은 위와 같은 포커스링을 이용하여 플라즈마 처리 중 발생하는 이상 방전 현상을 개선하고자 한다. 그러나, 플라즈마 장치의 작동 중 포커스링으로 인해 발생하는 헬륨 누설의 문제에 대해서는 아무런 인식이 없다.
본 발명은 낮은 유전 상수를 가지면서 헬륨 누설 문제를 개선할 수 있는 포커스링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 포커스링은, 그의 하부에 제1 리세스를 포함하는 제1 링, 상기 제1 리세스는 상기 제1 링의 하면으로부터 상기 제1 링의 상면을 향하여 함몰되고; 및 상기 제1 리세스 내에 제공되는 제2 링을 포함할 수 있다. 상기 제1 링과 상기 제2 링은 서로 다른 물질을 포함하고, 상기 제1 리세스는 서로 마주보는 내측면 및 외측면을 포함하며, 상기 제2 링은 상기 내측면 및 상기 외측면 중 적어도 하나와 이격되어, 상기 제2 링과 상기 제1 리세스 사이에 그루브가 정의될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 장치는, 링 형태의 돌출부를 갖는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부 상의 포커스 링을 포함할 수 있다. 상기 포커스링은: 그의 하부에 리세스를 포함하는 제1 링; 및 상기 리세스 내에 제공되는 제2 링을 포함하고, 상기 제1 링과 상기 제2 링은 서로 다른 물질을 포함하며, 상기 포커스링은 상기 제1 링과 상기 제2 링 사이에 정의된 그루브를 가지고, 상기 그루브는 상기 포커스링의 바닥에 형성된 링 형태의 홈이며, 상기 그루브는 상기 돌출부와 맞물릴 수 있다.
본 발명에 따른 포커스링은, 서로 다른 물질을 갖는 제1 링과 제2 링을 조합함으로써 낮은 유전 상수를 가짐과 동시에 긴 수명을 가질 수 있다. 나아가 본 발명에 따른 포커스링은 플라즈마 장치에 쉽게 정렬 및 장착될 수 있고, 플라즈마 장치의 운전 동안 포커스링과 정전 척 사이에서 헬륨(He)이 새는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 플라즈마 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 기판 지지부의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 A영역의 확대도이다.
도 2c는 도 2b에서 포커스링만을 나타낸 단면도이다.
도 3a는 포커스링의 분해 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 B영역의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 포커스링을 설명하기 위한 것으로, 도 2a의 A영역을 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포커스링을 설명하기 위한 것으로, 도 2a의 A영역을 나타낸 확대도이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 포커스링과 본 발명의 실시예에 따른 포커스링의 헬륨 누설 정도를 비교한 그래프이다.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10 각각은 본 발명의 포커스링의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a는 기판 지지부의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 A영역의 확대도이다.
도 2c는 도 2b에서 포커스링만을 나타낸 단면도이다.
도 3a는 포커스링의 분해 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 B영역의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 포커스링을 설명하기 위한 것으로, 도 2a의 A영역을 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포커스링을 설명하기 위한 것으로, 도 2a의 A영역을 나타낸 확대도이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 포커스링과 본 발명의 실시예에 따른 포커스링의 헬륨 누설 정도를 비교한 그래프이다.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10 각각은 본 발명의 포커스링의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 이하 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 플라즈마 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 장치(10)는 챔버(100), 샤워 헤드(200) 및 기판 지지부(300)를 포함할 수 있다.
챔버(100) 내에는 웨이퍼(W)가 수용될 수 있다. 챔버(100) 내에서 식각 공정이 진행될 수 있다.
챔버(100)에 배기관(120)이 연결될 수 있다. 배기관(120)은 챔버(100)의 하벽과 연결될 수 있다. 배기관(120)에 의해 챔버(100) 내부의 압력이 공정 압력으로 유지될 수 있다. 배기관(120)을 통해, 챔버(100) 내에서 발생한 반응 부산물이 배출될 수 있다. 배기관(120)에는 진공 펌프(미도시)가 연결될 수 있다. 배기관(120)에는 제1 밸브(122)가 연결될 수 있다.
챔버(100)에 가스 공급관(140)이 연결될 수 있다. 가스 공급관(140)은 챔버(100)의 상벽과 연결될 수 있다. 가스 공급관(140)을 통해, 공정 가스가 챔버(100) 내로 공급될 수 있다. 가스 공급관(140)에는 제2 밸브(142)가 연결될 수 있다.
챔버(100) 내에 샤워 헤드(200)가 제공될 수 있다. 샤워 헤드(200)에 의해, 챔버(100) 내로 공급된 가스가 웨이퍼(W)에 전체적으로 분사될 수 있다.
샤워 헤드(200)는 측판(220) 및 분사판(240)을 포함할 수 있다. 측판(220)은 챔버(100)의 상벽에서 돌출할 수 있다. 측판(220)은 링(ring)의 형태를 가질 수 있다. 측판(220)의 하부와 분사판(240)이 연결될 수 있다. 분사판(240)은 원판의 형태를 가질 수 있다. 측판(220), 분사판(240) 및 챔버(100)의 상벽에 의해, 버퍼 공간(260)이 정의될 수 있다. 버퍼 공간(260)에 가스 공급관(140)이 연결될 수 있고, 가스가 버퍼 공간(260)으로 공급될 수 있다. 분사판(240)은 복수개의 분사 개구들(242)을 포함할 수 있다. 분사 개구들(242)을 통해, 버퍼 공간(260) 내의 가스가 웨이퍼(W)를 향해 분사될 수 있다.
챔버(100) 내에 기판 지지부(300)가 제공될 수 있다. 기판 지지부(300)는 샤워 헤드(200)와 마주볼 수 있다. 기판 지지부(300) 상에 기판(W)이 제공될 수 있다. 챔버(100)의 하벽을 관통하는 지지대(180)가 제공될 수 있다. 지지대(180)는 기판 지지부(300)를 지지할 수 있다.
샤워 헤드(200)는 상부 전극으로 기능할 수 있다. 기판 지지부(300)는 하부 전극으로 기능할 수 있다. 샤워 헤드(200) 및 기판 지지부(300) 각각에 전원(160)이 연결될 수 있다. 전원들(160)에 의해, 챔버(100) 내로 유입된 가스로부터 플라즈마가 발생할 수 있다.
도 2a는 기판 지지부의 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 A영역의 확대도이다. 도 2c는 도 2b에서 포커스링만을 나타낸 단면도이다. 도 3a는 포커스링의 분해 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 B영역의 확대도이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 기판 지지부(300)는 정전 척(310) 및 커버링(320)을 포함할 수 있다. 기판 지지부(300) 상에 포커스링(330)이 제공될 수 있다.
정전 척(310)은 정전기력에 의해 웨이퍼(W)를 고정할 수 있다. 정전 척(310)을 대신하여, 진공에 의해 웨이퍼(W)를 흡착하는 진공 척이 제공될 수도 있다. 정전 척(310)은 상부(311) 및 하부(312)를 포함할 수 있다. 정전 척(310)의 상부(311) 및 하부(312) 각각은 C-C'선을 중심축으로 하는 원판의 형태를 가질 수 있다. 정전 척(310)의 상부(311)의 직경은 정전 척(310)의 하부의 직경보다 작을 수 있다. 정전 척(310)의 상부(311) 상에 웨이퍼(W)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 정전 척(310)은 알루미늄 바디를 포함할 수 있다.
정전 척(310)은, 그의 내부에 헬륨관(313)을 더 포함할 수 있다. 헬륨관(313)을 통해, 헬륨(He)이 정전 척(310)과 포커스링(330) 사이에 공급될 수 있다. 헬륨(He)은 플라즈마 장치(10)의 동작 동안, 포커스링(330)의 온도를 제어할 수 있다. 헬륨(He)을 통해 포커스링(330)의 온도를 제어함으로써, 이를 통해 플라즈마의 균일성을 제어할 수 있다.
커버링(320)은 정전 척(310)을 평면적으로 둘러쌀 수 있다. 커버링(320)은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다. 커버링(320)은 그의 상면에서 수직하게 돌출된 돌출부(321)를 포함할 수 있다. 돌출부(321)는 C-C'선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 커버링(320)은 쿼츠와 같은 절연체를 포함할 수 있다.
포커스링(330)은 정전 척(310)의 상부(311)를 평면적으로 둘러쌀 수 있다. 포커스링(330)은 정전 척(310)의 하부(312) 및 커버링(320) 상에 제공될 수 있다. 포커스링(330)은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다.
포커스링(330)은 웨이퍼(W)의 가장자리에 인접하게 제공되어, 식각 공정 동안 플라즈마의 확산을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 포커스링(330)은 식각 공정 동안 플라즈마가 웨이퍼(W) 상에 집중되도록 할 수 있다. 포커스링(330)은 제1 링(331), 제2 링(332) 및 접착층(333)를 포함할 수 있다.
포커스링(330)에 있어서, 제1 링(331)과 제2 링(332) 사이에 빈 공간, 즉 그루브(GRV)가 정의될 수 있다. 그루브(GRV)는 포커스링(330)의 바닥에 형성된 홈일 수 있다. 그루브(GRV)는 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 갖는 홈일 수 있다. 커버링(320)의 돌출부(321)에 그루브(GRV)가 맞물려 삽입될 수 있다.
도 2b, 2c, 3a 및 3b를 참조하면, 제1 링(331)은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다. 제1 링(331)은 제1 리세스(RC1)를 포함할 수 있다. 제1 리세스(RC1)는 제1 링(331)의 하면(331b)이 상면(331a) 방향으로 함몰되어 형성될 수 있다. 제1 리세스(RC1)에 의해 정의되는 공간은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다.
제1 리세스(RC1)는 상면(RC11), 내측면(RC12) 및 외측면(RC13)을 포함할 수 있다. 상기 내측면(RC12) 및 상기 외측면(RC13)은 서로 마주볼 수 있다. 상기 내측면(RC12) 및 상기 외측면(RC13)은 서로 평행할 수 있다. 상기 내측면(RC12)은 상기 외측면(RC13)보다 C-C’선(즉, 중심축)에 가까울 수 있다. 제1 리세스(RC1)의 상면(RC11)은 상기 내측면(RC12) 및 상기 외측면(RC13)을 연결하는 면일 수 있다.
제1 리세스(RC1)의 내측면(RC12) 및 외측면(RC13)은 상면(RC11)과 수직할 수 있다. 다시 말하면, 상기 내측면(RC12) 및 상기 외측면(RC13)은 C-C’선에 평행할 수 있다. 상기 상면(RC11)은 C-C’선에 수직한 면일 수 있다.
제1 리세스(RC1)는 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 제1 폭(W1)은 C-C’선에 수직하는 방향으로의 제1 리세스(RC1)의 폭일 수 있다. 제1 폭(W1)은 제1 리세스(RC1)의 상면(RC11)의 폭일 수 있다. 제1 폭(W1)은 제1 리세스(RC1)의 내측면(RC12) 및 외측면(RC13) 사이의 최단거리와 동일할 수 있다.
제1 링(331)의 상면(331a)은 제1 부분(331a1) 및 제2 부분(331a2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분(331a1)의 일부는 제1 리세스(RC1)와 수직적으로 중첩될 수 있다. 상기 제2 부분(331a2)은 제1 리세스(RC1)와 수직적으로 중첩되지 않을 수 있다. 상기 제1 부분(331a1)보다 상기 제2 부분(331a2)이 C-C’선에 가까울 수 있다. 상기 제1 부분(331a1)의 레벨은 상기 제2 부분(331a2)의 레벨보다 높을 수 있다. 상기 제2 부분(331a2) 상에 웨이퍼(W)가 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 부분(331a2) 상에 웨이퍼(W)의 가장자리가 배치될 수 있다.
제1 링(331)은 제1 두께(T1)를 가질 수 있다. 상기 제1 두께(T1)는 C-C’선 방향으로의 제1 링(331)의 두께일 수 있다. 상기 제1 두께(T1)는 제1 링(331)의 하면(331b)에서 상면(331a)의 제1 부분(331a1) 까지의 최단거리일 수 있다.
제2 링(332)은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다. 제2 링(332)은 제1 링(331)의 제1 리세스(RC1) 내에 제공될 수 있다. 제2 링(332)은 제1 링(331)의 제1 리세스(RC1)의 일부를 채울 수 있다.
제2 링(332)은 서로 대향하는 제1 측벽(332c) 및 제2 측벽(332d)을 가질 수 있다. 제2 링(332)의 제1 측벽(332c)은 제1 리세스(RC1)의 내측면(RC12)에 접할 수 있다. 제2 링(332)의 상면(332a)은 제1 리세스(RC1)의 상면(RC11)에 접할 수 있다.
제2 링(332)의 제2 측벽(332d)은 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13)과 이격될 수 있다. 제2 링(332)과 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13) 사이에 앞서 설명한 그루브(GRV)가 정의될 수 있다.
그루브(GRV)는 제3 폭(W3)을 가질 수 있다. 제3 폭(W3)은 C-C’선에 수직하는 방향으로의 그루브(GRV)의 폭일 수 있다. 그루브(GRV)의 제3 폭(W3)에 대한 제1 리세스(RC1)의 제1 폭(W1)의 비(W1/W3)는 5 내지 20일 수 있다. 바람직하기로, 제3 폭(W3)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W3)는 5.5 내지 10일 수 있다.
제2 링(332)은 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 제2 링(332)의 제2 두께(T2)에 대한 제1 링(331)의 제1 두께(T1)의 비(T1/T2)는 1.5 내지 4일 수 있다. 바람직하기로, 제2 두께(T2)에 대한 제1 두께(T1)의 비(T1/T2)는 1.9 내지 2.2일 수 있다.
제2 링(332)은 제2 리세스(RC2)를 포함할 수 있다. 제2 리세스(RC2)는 제2 링(332)의 상면(332a)이 하면(332b) 방향으로 함몰되어 형성될 수 있다. 제2 리세스(RC2)에 의해 정의되는 공간은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다.
제2 리세스(RC2)는 하면(RC21), 내측면(RC22) 및 외측면(RC23)을 포함할 수 있다. 상기 내측면(RC22) 및 상기 외측면(RC23)은 서로 마주볼 수 있다. 상기 내측면(RC22) 및 상기 외측면(RC23)은 서로 평행할 수 있다. 상기 내측면(RC22)은 상기 외측면(RC23)보다 C-C’선에 가까울 수 있다. 제2 리세스(RC2)의 하면(RC21)은 상기 내측면(RC22) 및 상기 외측면(RC23)을 연결하는 면일 수 있다.
제2 리세스(RC2)의 내측면(RC22) 및 외측면(RC23)은 하면(RC21)과 수직할 수 있다. 다시 말하면, 상기 내측면(RC22) 및 상기 외측면(RC23)은 C-C’선에 평행할 수 있다. 상기 하면(RC21)은 C-C’선에 수직한 면일 수 있다.
제2 리세스(RC2)는 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 제2 폭(W2)은 C-C’선에 수직하는 방향으로의 제2 리세스(RC2)의 폭일 수 있다. 제2 폭(W2)은 제2 리세스(RC2)의 하면(RC21)의 폭일 수 있다. 제2 폭(W2)은 제2 리세스(RC2)의 내측면(RC22) 및 외측면(RC23) 사이의 최단거리와 동일할 수 있다. 제2 리세스(RC2)의 제2 폭(W2)에 대한 제1 리세스(RC1)의 제1 폭(W1)의 비(W1/W2)는 2 내지 5일 수 있다. 바람직하기로, 제2 폭(W2)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W2)는 2 내지 3일 수 있다.
제2 링(332)은 제1 링(331)과는 다른 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 링(331)은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다. 제2 링(332)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 제1 링(331)이 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 경우, 식각 공정에 의한 포커스링(330)의 식각을 최소화할 수 있다. 이로써, 포커스링(330)의 수명이 증대될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 헬륨관(313)을 통해 헬륨(He)이 공급되어, 헬륨(He)이 제2 링(332)과 정전 척(310) 사이의 갭(GAP)을 따라 흐를 수 있다. 제2 링(332)이 실리콘(Si)을 포함하는 경우, 식각 공정 동안 정전 척(310)과 제2 링(332) 사이의 밀착이 향상되어, 포커스링(330)에서 헬륨(He)이 새나가는 현상을 방지할 수 있다.
접착층(333)은 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 가질 수 있다. 접착층(333)은 제2 링(332)의 제2 리세스(RC2) 내에 제공될 수 있다. 접착층(333)은 제2 링(332)의 제2 리세스(RC2)를 완전히 채울 수 있다. 접착층(333)은 제1 링(331) 및 제2 링(332)의 사이에 제공될 수 있다.
접착층(333)에 의해, 제1 링(331)과 제2 링(332)이 서로 접착될 수 있다. 접착층(333)는 제1 링(331)과 제2 링(332)을 접착시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착층(333)은 알루미늄 산화물 및 실리콘 화합물(예를 들어, 실록산)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 포커스링(330)에서, 제1 링(331)의 제1 두께(T1)와 제2 링(332)의 제2 두께(T2)간의 비율에 따른 유전 상수를 아래 표 1에 나타내었다.
| 제1 두께(T1): 제2 두께(T2) | 유전 상수 (ε) | |
| 실시예 1 | 1.9 : 1 | 7.1 |
| 실시예 2 | 2.1 : 1 | 4.6 |
| 실시예 3 | 2.2 : 1 | 6.5 |
| 실시예 4 | 2.3 : 1 | 14 |
| 실시예 5 | 2.5 : 1 | 11 |
표 1을 참조하면, 제2 두께(T2)에 대한 제1 두께(T1)의 비(T1/T2)가 2.1일 때 유전 상수는 가장 작았고, 이후 제2 두께(T2)에 대한 제1 두께(T1)의 비(T1/T2)가 증가할수록 유전 상수는 증가하였다. 다시 말하면, 제2 두께(T2)에 대한 제1 두께(T1)의 비(T1/T2)가 1.9 내지 2.2 (실시예 1 내지 3)에서, 포커스링(330)은 상대적으로 낮은 유전 상수를 가질 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 실시예들에 따른 포커스링(330)에서, 제1 링(331)의 제1 리세스(RC1)의 제1 폭(W1)과 제2 링(332)의 제2 리세스(RC2)의 제2 폭(W2)간의 비율에 따른 열 전도도를 아래 표 2에 나타내었다. 상기 열 전도도는, 식각 공정을 수행할 때의 챔버 내의 온도(약 75℃ 내지 100℃)에서의 값이다.
| 제1 폭(W1): 제2 폭(W2) | 열 전도도(W/m·K) | |
| 실시예 6 | 2 : 1 | 85 |
| 실시예 7 | 2.2 : 1 | 78 |
| 실시예 8 | 2.25 : 1 | 68 |
| 실시예 9 | 2.5 : 1 | 50 |
| 실시예 10 | 3 : 1 | 34 |
표 2를 참조하면, 제2 폭(W2)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W2)가 2 내지 3 (실시예 6 내지 10)에서, 포커스링(330)은 상대적으로 양호한 열 전도도를 가짐을 확인할 수 있다. 여기서, 제2 폭(W2)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W2)는, 접착층(333)의 면적에 대한 제1 링(331)의 면적의 비와 유사할 수 있다. 상기 비(W1/W2)가 증가할수록 열 전도도는 점차 감소하는 경향을 갖는다. 실시예 6의 경우, 실리콘으로 구성되는 포커스링의 열 전도도와 가장 유사함을 확인하였다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 포커스링을 설명하기 위한 것으로, 도 2a의 A영역을 나타낸 확대도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 포커스링(330’)은, 제1 링(331)과 제2 링(332) 사이의 그루브가 생략될 수 있다. 예를 들어, 제2 링(332)의 제1 측벽(332c)은 제1 리세스(RC1)의 내측면(RC12)에 접할 수 있다. 제2 링(332)의 제2 측벽(332d)은 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13)과 접할 수 있다.
플라즈마 장치(10)의 동작 시, 정전 척(310)에 DC 파워가 인가될 수 있다. 정전 척(310)에 DC 파워가 인가될 경우, 정전 척(310)의 알루미늄 바디가 휘는 형상이 발생한다. 결과적으로, 정전 척(310) 및 커버링(320)이 함께 휘어질 수 있다.
정전 척(310) 및 커버링(320)이 휘어지더라도, 본 비교예의 포커스링(330’)은 유연성이 작기 때문에 정전 척(310)을 따라 휘어지지 않을 수 있다. 이로써, 포커스링(330’)과 정전 척(310) 사이의 갭(GAP)은 더 커질 수 있다. 이로써, 벌어진 갭(GAP)으로 인해 포커스링(330’)의 외부로 헬륨(He)이 새어나갈 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포커스링을 설명하기 위한 것으로, 도 2a의 A영역을 나타낸 확대도이다.
도 5를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 정전 척(310)에 DC 파워가 인가되어 정전 척(310) 및 커버링(320)이 휘어질 수 있다. 본 실시예에 따른 포커스링(330)은 그루브(GRV)를 포함하기 때문에, 앞서 비교예의 포커스링(330’)에 비해 유연성이 클 수 있다. 또한, 그루브(GRV)와 커버링(320)의 돌출부(321)가 밀착되어 고정될 수 있다. 결과적으로, 정전 척(310) 및 커버링(320)이 휘어질 경우 포커스링(330) 역시 그들과 함께 휘어질 수 있다.
포커스링(330)이 정전 척(310) 및 커버링(320)과 함께 휘어짐으로써, 이들 사이의 갭(GAP)은 그대로 작게 유지될 수 있다. 결과적으로, 포커스링(330)의 외부로 헬륨(He)이 새어나가는 문제를 해결할 수 있다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 포커스링과 본 발명의 실시예에 따른 포커스링의 헬륨 누설 정도를 비교한 그래프이다.
본 발명의 비교예에 따른 포커스링(도 4)과 본 발명의 실시예에 따른 포커스링(도 5)을 도 1에 나타난 플라즈마 장치(10)에 장착하여 플라즈마 공정을 진행하는 동안 측정된 헴륨 누설 량을 그래프로 나타내었다. 그래프의 x축은 플라즈마 장치(10)의 챔버(100) 내의 압력(Torr)을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 비교예에 따른 포커스링(330’)에서 발생되는 헬륨의 누설 정도가 실시예에 따른 포커스링(330)에서 발생되는 헬륨의 누설 정도보다 약 3배 이상 큼을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 포커스링(330)은, 비교예에 따른 포커스링(330’)에 비해 헬륨 누설 문제를 상당히 개선할 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 실시예들에 따른 포커스링(330)은, 제1 링(331)과 제2 링(332) 사이의 빈 공간, 즉 그루브(GRV)를 통해 커버링(320)의 돌출부(321)와 기계적으로 맞물릴 수 있다. 이로써, 포커스링(330)을 플라즈마 장치(10)에 장착할 때, 그루브(GRV)와 돌출부(321)간의 요홈 관계를 이용하여 포커스링(330)을 쉽게 정렬 및 장착할 수 있다.
또한, 제1 링(331)과 제2 링(332) 사이의 빈 공간은 포커스링(330)의 유전 상수를 낮추어주는 역할을 할 수 있고, 따라서 그루브(GRV)의 크기를 조절하여 목적하는 유전 상수(예를 들어, 1.9 내지 2.2)를 달성할 수 있다.
나아가, 앞서 도 4 내지 도 6을 참조하여 살펴본 바와 같이, 그루브(GRV)는 포커스링(330)의 유연성을 높이며 포커스링(330)과 정전 척(310)간의 밀착도를 향상시키므로, 헬륨의 누설 문제를 개선할 수 있다.
도 7, 도 8, 도 9 및 도 10 각각은 본 발명의 포커스링의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 2a, 2b, 2c, 3a 및 3b를 참조하여 설명한 것과 동일한 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 7을 참조하면, 제2 링(332)의 제2 측벽(332d)은 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13)과 이격될 수 있다. 제2 링(332)과 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13) 사이에 앞서 설명한 제1 그루브(GRV1)가 정의될 수 있다. 제2 링(332)의 제1 측벽(332c)은 제1 리세스(RC1)의 내측면(RC12)과 이격될 수 있다. 제2 링(332)과 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13) 사이에 제2 그루브(GRV2)가 정의될 수 있다.
제2 그루브(GRV2)는 제1 그루브(GRV1)와 마찬가지로 포커스링(330)의 바닥에 형성된 홈일 수 있다. 제2 그루브(GRV2)는 C-C’선을 중심축으로 하는 링의 형태를 갖는 홈일 수 있다. 제2 그루브(GRV2)가 갖는 링 형태의 직경은, 제1 그루브(GRV1)가 갖는 링 형태의 직경은 보다 작을 수 있다. 즉, 제2 그루브(GRV2)는 제1 그루브(GRV1)에 비해 중심축인 C-C’선에 더 가까울 수 있다.
제1 그루브(RV1)는 제3 폭(W3)을 가질 수 있고, 제2 그루브(GRV2)는 제4 폭(W4)을 가질 수 있다. 일 예로, 제4 폭(W4)은 제3 폭(W3)보다 작을 수 있다. 그러나 도시되진 않았지만, 본 발명의 다른 예로, 제4 폭(W4)이 제3 폭(W3)보다 클 수도 있다.
제4 폭(W4)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W4)는 1 내지 100일 수 있다. 바람직하기로, 제4 폭(W4)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W4)는 20 내지 70일 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 링(332)의 제2 측벽(332d)은 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13)에 접할 수 있다. 제2 링(332)의 제1 측벽(332c)은 제1 리세스(RC1)의 내측면(RC12)과 이격될 수 있다. 제2 링(332)과 제1 리세스(RC1)의 외측면(RC13) 사이에 그루브(GRV)가 정의될 수 있다.
그루브(GRV)는 제4 폭(W4)을 가질 수 있다. 제4 폭(W4)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W4)는 4 내지 30일 수 있다. 바람직하기로, 제4 폭(W4)에 대한 제1 폭(W1)의 비(W1/W4)는 5 내지 10일 수 있다.
도 9를 참조하면, 제2 링(332)의 제2 리세스(RC2)는 굴곡진 형태를 가질 수 있다. 구체적으로 제2 리세스(RC2)의 내측면(RC22) 및 외측면(RC23)은 C-C’선에 대하여 기울기를 가질 수 있다.
접착층(333)은 제2 리세스(RC2)를 채우므로, 접착층(333)의 단면의 형태는 제2 리세스(RC2)에 의해 정의될 수 있다. 접착층(333)의 두께(T3)는, 제2 리세스(RC2)의 내측면(RC22)에서 외측면(RC23)으로 갈수록 점점 증가하다가 다시 감소할 수 있다.
도 10을 참조하면, 접착층(333)은 제2 리세스(RC2)를 완전히 채우지 않고 부분적으로 채울 수 있다. 구체적으로, 접착층(333)은 제2 리세스(RC2)의 내측면(RC22) 및 외측면(RC23) 중 적어도 하나와 이격될 수 있다. 이로써, 제2 리세스(RC2) 내에 접착층(333)이 채우지 못하는 빈 공간이 정의될 수 있다.
접착층(333)은 제5 폭(W5)을 가질 수 있다. 제2 폭(W2)에 대한 제5 폭(W5)의 비(W5/W2)는 0.5 내지 0.9일 수 있다. 바람직하기로, 제2 폭(W2)에 대한 제5 폭(W5)의 비(W5/W2)는 0.8 내지 0.9일 수 있다.
접착층(333)은, 그의 중앙에서 최대 두께(T3)를 갖는다. 제2 리세스(RC2)의 내측면(RC22)에 인접하는 접착층(333)의 제1 단(333a)은, 내측면(RC22)에 가까워 질수록 갈수록 그 두께가 감소할 수 있다. 제2 리세스(RC2)의 외측면(RC23)에 인접하는 접착층(333)의 제2 단(333b)은, 외측면(RC23)에 가까워 질수록 그 두께가 감소할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (18)
- 그의 하부에 제1 리세스를 포함하는 제1 링, 상기 제1 리세스는 상기 제1 링의 하면으로부터 상기 제1 링의 상면을 향하여 함몰되고; 및
상기 제1 리세스 내에 제공되는 제2 링을 포함하되,
상기 제1 링은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하고,
상기 제2 링은 실리콘(Si)을 포함하며,
상기 제1 리세스는 서로 마주보는 내측면 및 외측면을 포함하며,
상기 제2 링은 상기 내측면 및 상기 외측면 중 적어도 하나와 이격되어, 상기 제2 링과 상기 제1 리세스 사이에 그루브가 정의되고,
상기 제2 링의 두께에 대한 상기 제1 링의 두께의 비는 1.9 내지 2.2인 포커스링.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 링은 상기 제1 리세스의 상기 외측면과 이격되어, 이들 사이에 상기 그루브가 정의되는 포커스링.
- 제1 항에 있어서,
상기 그루브는:
상기 제2 링과 상기 제1 리세스의 상기 외측면 사이의 제1 그루브; 및
상기 제2 링과 상기 제1 리세스의 상기 내측면 사이의 제2 그루브를 포함하고,
상기 제2 그루브의 폭은 상기 제1 그루브의 폭보다 작은 포커스링.
- 제1 항에 있어서,
상기 그루브의 폭에 대한 상기 제1 리세스의 폭의 비는 5 내지 20인 포커스링.
- 제1 항에 있어서,
상기 그루브는, 상기 제2 링의 중심축과 동일한 중심축을 갖는 링 형태의 홈인 포커스링.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 링과 상기 제2 링 사이에 개재된 접착층을 더 포함하되,
상기 제2 링은, 그의 상부에 제2 리세스를 포함하고,
상기 제2 리세스는 상기 제2 링의 상면으로부터 상기 제2 링의 하면을 향하여 함몰되며,
상기 접착층은 상기 제2 리세스 내에 제공되는 포커스링.
- 제7 항에 있어서,
상기 제2 리세스의 폭에 대한 상기 제1 리세스의 폭의 비는 2 내지 5인 포커스링.
- 제7 항에 있어서,
상기 접착층의 두께는, 상기 제2 리세스의 내측면으로부터 외측면으로 갈수록 점점 증가하다가 다시 감소하는 포커스링.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 링은 상기 제1 리세스의 상기 내측면과 접하는 포커스링.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 링의 상면은 상기 제1 리세스와 수직적으로 중첩되는 제1 부분 및 상기 제1 리세스와 수직적으로 중첩되지 않는 제2 부분을 포함하고,
상기 제2 부분의 레벨은 상기 제1 부분의 레벨보다 낮으며,
상기 제2 부분은 웨이퍼가 배치되는 영역인 포커스링.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 링의 중심축은 상기 제2 링의 중심축과 동일한 포커스링.
- 링 형태의 돌출부를 갖는 기판 지지부; 및
상기 기판 지지부 상의 포커스 링을 포함하되,
상기 포커스링은:
그의 하부에 리세스를 포함하는 제1 링; 및
상기 리세스 내에 제공되는 제2 링을 포함하고,
상기 제1 링은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하고,
상기 제2 링은 실리콘(Si)을 포함하며,
상기 포커스링은 상기 제1 링과 상기 제2 링 사이에 정의된 그루브를 가지고, 상기 그루브는 상기 포커스링의 바닥에 형성된 링 형태의 홈이며,
상기 그루브는 상기 돌출부와 맞물리고,
상기 제2 링의 두께에 대한 상기 제1 링의 두께의 비는 1.9 내지 2.2인 플라즈마 장치.
- 제14 항에 있어서,
상기 기판 지지부는 정전 척 및 커버링을 포함하고,
상기 커버링은, 그의 상면으로부터 돌출된 상기 돌출부를 갖는 플라즈마 장치.
- 제15 항에 있어서,
상기 정전 척은, 상기 포커스 링과 상기 정전 척 사이의 갭에 헬륨을 공급하기 위한 헬륨관을 더 포함하는 플라즈마 장치.
- 제14 항에 있어서,
상기 제1 링의 상면은 상기 리세스와 수직적으로 중첩되는 제1 부분 및 상기 리세스와 수직적으로 중첩되지 않는 제2 부분을 포함하고,
상기 제2 부분의 레벨은 상기 제1 부분의 레벨보다 낮으며,
상기 제2 부분은 웨이퍼가 배치되는 영역인 플라즈마 장치.
- 제14 항에 있어서,
링 형태를 갖는 상기 돌출부의 중심축은, 링 형태를 갖는 상기 그루브의 중심축과 동일한 플라즈마 장치.
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