KR102201888B1 - 포커스 링과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 포커스 링 제조 방법 - Google Patents

포커스 링과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 포커스 링 제조 방법 Download PDF

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Abstract

포커스 링과, 상기 포커스 링을 포함하는 기판 처리 장치가 개시된다.
상기 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은, 기판이 놓이는 지지체;와 상기 지지체에 놓인 기판을 둘러싸도록 제공되는 포커스 링;을 포함하고, 상기 포커스 링의 결정은 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬되는 것을 특징으로 한다. 상기 포커스 링은 1 내지 10mm의 결정립 크기를 가질 수 있다. 상기 포커스 링은 4H 또는 6H 중 어느 하나의 결정구조로 이루어지는 탄화규소 재질일 수 있다.

Description

포커스 링과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 포커스 링 제조 방법{FOCUS RING, APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE INCLUDING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD OF THE FOCUS RING}
본 발명은 포커스 링과 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 발명이다. 또한 상기 포커스 링을 제조하는 방법에 관한 발명이다.
반도체 건식식각장비는 반응가스를 주입하고 고주파를 인가하여 발생시킨 플라즈마를 이용하여 웨이퍼의 특정한 박막을 식각하는 장비이다. 포커스링은 플라즈마를 이용하는 건식식각장비에 사용되며, 기판이 안착되는 정전척의 측부에 설치된다. 포커스링은 플라즈마에 노출되는 환경에서 반응챔버 내부의 플라즈마 확산을 방지하고, 기판의 주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 역할을 수행한다. 반도체 식각공정 시간이 증가함에 따라 포커스링도 지속적으로 식각이 이루어져 플라즈마를 제어하는 본래의 기능을 상실하게 되어 일정주기로 교체가 필요하다. 이에 따라, 반도체생산 수율 및 효율 증대를 위해 포커스링의 내식각성을 향상시켜 교체주기를 늘리는 연구가 진행되고 있다.
또한, 종래의 포커스링 중 SiC 포커스링은 화학기상증착법(Chemical vapor deposition, CVD)으로 제조되며, 3C SiC 결정구조로 이루어져 있다. 결정립의 크기는 대략 수 마이크로미터(μm) 수준이고, 결정방향은 무질서하게 배열되어 있다.
도 1은 기존의 포커스 링의 식각 표면의 SEM 이미지이다. 도 1을 참조하면, 종래의 포커스 링의 결정은 무질서하며, 결정립의 크기가 작아 랜덤하게 결정이 형성된다. 상기 3C 결정구조를 갖는 SiC 포커스링은 기존에 주로 사용되는 Si 포커스링에 대비하여 내식각성이 우수하나, 가혹한 식각환경에서는 여전히 내식각성이 낮은 문제점을 가지고 있다. 또한, 결정방향이 무질서하게 배열되어 있어 특정 식각환경에서 불균일한 표면식각이 이루어져 균일한 플라즈마 제어에 문제가 발생할 여지가 있다. 또한, 파티클 오염원이 될 수 있는 문제점도 있다.
본 발명은 내식각성 개선이 가능한 SiC 포커스링을 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 내식각성 개선이 가능한 SiC 포커스링의 제조 방법을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
포커스 링을 포함하는 기판 처리 장치가 개시된다.
상기 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및 상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은, 기판이 놓이는 지지체;와 상기 지지체에 놓인 기판을 둘러싸도록 제공되는 포커스 링;을 포함하고, 상기 포커스 링의 결정은 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬될 수 있다.
상기 포커스 링은 1 내지 10mm의 결정립 크기를 가질 수 있다.
상기 포커스 링은 4H 또는 6H 중 어느 하나의 결정구조로 이루어지는 탄화규소 재질일 수 있다.
플라즈마 처리 공간에서 기판의 둘레에 위치되는 포커스 링에 있어서, 상기 포커스 링은 90 내지 100%의 결정이 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬될 수 있다.
플라즈마 처리 공간에서 기판의 둘레에 위치되는 포커스 링에 있어서, 상기 포커스 링은, 1 내지 10mm의 결정립 크기를 가질 수 있다.
플라즈마 처리 공간에서 기판의 둘레에 위치되는 포커스 링에 있어서,
상기 포커스 링은 4H, 6H, 또는 15R 중 어느 하나의 결정구조로 이루어지는 탄화규소 재질일 수 있다.
상기 포커스 링을 제조하는 방법에 있어서, 상기 포커스 링은 화학기상증착 또는 물리기상증착 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 내식각성 개선이 가능한 SiC 포커스링을 통해, 반도체 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 내식각성 개선이 가능한 SiC 포커스링의 제조 방법을 통해 포커스링의 교체 주기를 늘릴 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기존의 포커스 링의 식각 표면의 SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 처리 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 육방정 SiC 단결정의 면 지수를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 포커스 링의 식각 표면의 SEM 이미지이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 내식각성 향상을 위한 포커스 링을 제안한다. 본 발명에 따른 포커스 링의 결정은 (0001) 또는 (000-1)로 정렬될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 포커스 링의 결정립의 크기는 수 mm일 수 있다. 일 예에 따르면, 본 발명에 따른 포커스 링의 결정립의 크기는 1 내지 10 mm일 수 있다. 이와 같이 특정 방향으로 정렬되고, 크기가 큰 결정으로 포커스 링을 사용함으로써 결정결함을 줄이고 내식각성이 향상될 수 있다. 본 발명은 반도체 건식식각장비에서 사용될 수 있다. 본 발명에서는 SiC 포커스링 결정구조 및 결정방향 제어를 통한 플라즈마 내식각성 증가의 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 가스를 이용하여 기판을 처리하는 장치라면, 다양하게 적용 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 인덱스 모듈(10), 로드락 모듈, 그리고 공정 모듈(20)을 가지고, 인덱스 모듈(10)은 로드 포트(120), 이송 프레임(140)을 가진다. 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 공정 모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 로드락 모듈(30), 그리고 공정 모듈(20)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하며, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 칭한다.
로드 포트(120)에는 복수 개의 기판들(W)이 수납된 캐리어(18)가 안착된다. 로드 포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 3 개의 로드 포트(120)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드 포트(120)의 개수는 공정 모듈(20)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(18)에는 기판의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(미도시)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)으로 복수 개가 제공되고, 기판은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어 내에 위치된다. 캐리어(18)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
이송 프레임(140)은 로드 포트(120)에 안착된 캐리어(18), 로드락 모듈(30) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송 프레임(140)에는 인덱스 레일(142)과 인덱스 로봇(144)이 제공된다. 인덱스 레일(142)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스 로봇(144)은 인덱스 레일(142) 상에 설치되며, 인덱스 레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스 로봇(144)은 베이스(144a), 몸체(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스 레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 몸체(144b)에 결합되고, 몸체(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정 모듈(20)에서 캐리어(18)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(18)에서 공정 모듈(20)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스 로봇(144)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
로드락 모듈(30)은 이송 프레임(140)과 반송 유닛(240) 사이에 배치된다. 로드락 모듈(30)은 공정 모듈(20)로 반입되는 기판(W)에 대해 인덱스 모듈(10)의 상압 분위기를 공정 모듈(20)의 진공 분위기로 치환하거나, 인덱스 모듈(10)로 반출되는 기판(W)에 대해 공정 모듈(20)의 진공 분위기를 인덱스 모듈(10)의 상압 분위기로 치환한다. 로드락 모듈(30)은 반송 유닛(240)과 이송 프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 로드락 모듈(30)은 로드락 챔버(32) 및 언로드락 챔버(34)를 포함한다.
로드락 챔버(32)는 인덱스 모듈(10)에서 공정 모듈(20)로 반송되는 기판(W)이 임시로 머무른다. 로드락 챔버(32)는 대기 상태에서 상압 분위기를 유지하며, 공정 모듈(20)에 대해 차단되는 반면, 인덱스 모듈(10)에 대해 개방된 상태를 유지한다. 로드락 챔버(32)에 기판(W)이 반입되면, 내부 공간을 인덱스 모듈(10)과 공정 모듈(20) 각각에 대해 밀폐한다. 이후 로드락 챔버(32)의 내부 공간을 상압 분위기에서 진공 분위기로 치환하고, 인덱스 모듈(10)에 대해 차단된 상태에서 공정 모듈(20)에 대해 개방된다.
언로드락 챔버(34)는 공정 모듈(20)에서 인덱스 모듈(10)로 반송되는 기판(W)이 임시로 머무른다. 언로드락 챔버(34)는 대기 상태에서 진공 분위기를 유지하며, 인덱스 모듈(10)에 대해 차단되는 반면, 공정 모듈(20)에 대해 개방된 상태를 유지한다. 언로드락 챔버(34)에 기판(W)이 반입되면, 내부 공간을 인덱스 모듈(10)과 공정 모듈(20) 각각에 대해 밀폐한다. 이후 언로드락 챔버(34)의 내부 공간을 진공 분위기에서 상압 분위기로 치환하고, 공정 모듈(20)에 대해 차단된 상태에서 인덱스 모듈(10)에 대해 개방된다.
공정 모듈(20)은 반송 유닛(240) 및 복수 개의 공정 챔버들을 포함한다.
반송 유닛(240)은 로드락 챔버(32), 언로드락 챔버(34), 그리고 복수 개의 공정 챔버들(260) 간에 기판(W)을 반송한다. 반송 유닛(240)은 반송 챔버(242) 및 반송 로봇(250)을 포함한다. 반송 챔버(242)는 육각형의 형상으로 제공될 수 있다. 선택적으로 반송 챔버(242)는 직사각 또는 오각의 형상으로 제공될 수 있다. 반송 챔버(242)의 둘레에는 로드락 챔버(32), 언로드락 챔버(34), 그리고 복수 개의 공정 챔버들(260)이 위치된다. 반송 챔버(242)의 내부에는 기판(W)을 반송하기 위한 반송 공간(244)에 제공된다.
반송 로봇(250)은 반송 공간(244)에서 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇(250)은 반송 챔버(240)의 중앙부에 위치될 수 있다. 반송 로봇(250)은 수평, 수직 방향으로 이동할 수 있고, 수평면 상에서 전진, 후진 또는 회전이 가능한 복수 개의 핸드들(252)을 가질 수 있다. 각 핸드(252)는 독립 구동이 가능하며, 기판(W)은 핸드(252)에 수평 상태로 안착될 수 있다.
아래에서는 공정 챔버(260)에 제공된 처리 유닛(1000)에 대해 설명한다. 처리 유닛은 기판(W)을 식각 처리하는 장치로 설명한다. 그러나 본 실시예의 처리 유닛은 식각 처리 장치에 한정되지 않는다.
도 3은 도 2의 처리 유닛을 보여주는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 처리 유닛(1000)은 챔버(1100), 기판 지지 유닛(1200), 가스 공급 유닛(1300), 플라즈마 소스(1400), 그리고 배기 배플(1500)을 포함한다.
챔버(1100)은 기판(W)이 처리되는 처리 공간(1106)을 가진다. 챔버(1100)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 챔버(1100)은 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(1100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(1100)의 일측벽에는 개구가 형성된다. 개구는 기판(W)이 반출입되는 입구로 기능한다. 개구는 도어(1120)에 의해 개폐된다. 챔버(1100)의 바닥면에는 하부홀(1150)이 형성된다. 하부홀(1150)에는 감압 부재(미도시)에 연결된다. 챔버(1100)의 처리 공간(1106)은 감압 부재에 의해 배기되며, 감압 분위기가 형성될 수 있다.
기판 지지 유닛(1200)은 처리 공간(1106)에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(1200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(1200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(1200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(1200)은 유전판(1210), 베이스(1230), 그리고 포커스 링(1250)을 포함한다. 유전판(1210)은 유전체 재질을 포함하는 유전판(1210)으로 제공된다. 유전판(1210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(1210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(1210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(1210)의 내부에는 내부 전극(1212)이 설치된다. 내부 전극(1212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전력을 인가 받는다. 내부 전극(1212)은 인가된 전력(미도시)으로부터 기판(W)이 유전판(1210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(1210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(1214)가 설치된다. 히터(1214)는 내부 전극(1212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(1214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.
베이스(1230)는 유전판(1210)을 지지한다. 베이스(1230)는 유전판(1210)의 아래에 위치되며, 유전판(1210)과 고정결합된다. 베이스(1230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(1230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(1210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(1230)의 내부에는 냉각 유로(1232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각 유로(1232)는 베이스(1230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 베이스에는 외부에 위치된 고주파 전원(1234)과 연결된다. 고주파 전원(1234)은 베이스(1230)에 전력을 인가한다. 베이스(1230)에 인가된 전력은 챔버(1100) 내에 발생된 플라즈마가 베이스(1230)를 향해 이동되도록 안내한다. 베이스(1230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.
포커스 링(1250)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 포커스 링(1250)은 링 형상으로 제공되며, 유전판(1210)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(1250)의 상면은 유전판(1210)에 인접한 내측부가 외측부보다 낮도록 단차져서 제공될 수 있다. 포커스 링(1250)의 상면 내측부는 유전판(1210)의 상면 중앙영역과 동일 높이에 위치할 수 있다. 포커스 링(1250)의 상면 내측부는 유전판(1210)의 외측에 위치하는 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(1250)은 플라스마가 형성되는 영역의 중심에 기판이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다.
가스 공급 유닛(1300)은 기판 지지 유닛(1200)에 지지된 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(1300)은 가스 저장부(1350), 가스 공급 라인(1330), 그리고 가스 유입 포트(1310)를 포함한다. 가스 공급 라인(1330)은 가스 저장부(1350) 및 가스 유입 포트(1310)를 연결한다. 가스 저장부(1350)에 저장된 공정 가스는 가스 공급 라인(1330)을 통해 가스 유입 포트(1310)으로 공급한다. 가스 유입 포트(1310)는 챔버(1100)의 상부벽에 설치된다. 가스 유입 포트(1310)는 기판 지지 유닛(1200)과 대향되게 위치된다. 일 예에 의하면, 가스 유입 포트(1310)는 챔버(1100) 상부벽의 중심에 설치될 수 있다. 가스 공급 라인(1330)에는 밸브가 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나, 그 내부 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 공정 가스는 식각 가스일 수 있다.
플라즈마 소스(1400)는 챔버(1100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(1400)로는 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(1400)는 안테나(1410) 및 외부 전원(1430)을 포함한다. 안테나(1410)는 챔버(1100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(1410)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부 전원(1430)과 연결된다. 안테나(1410)는 외부 전원(1430)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(1410)는 챔버(1100)의 내부 공간에 방전 공간을 형성한다. 방전 공간 내에 머무르는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
배기 배플(1500)은 처리 공간(1106)에서 플라즈마를 영역 별로 균일하게 배기시킨다. 배기 배플(1500)은 환형의 링 형상을 가진다. 배기 배플(1500)은 처리 공간(1106)에서 챔버(1100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(1200)의 사이에 위치된다. 배기 배플(1500)에는 복수의 배기홀들(1502)이 형성된다. 배기홀들(1502)은 상하 방향을 향하도록 제공된다. 배기홀들(1502)은 배기 배플(1500)의 상단에서 하단까지 연장되는 홀들로 제공된다. 배기홀들(1502)은 배기 배플(1500)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배열된다. 각각의 배기홀(1502)은 슬릿 형상을 가지며, 반경 방향을 향하는 길이 방향을 가진다.
이하에서는 상술한 포커스 링(1250)에 대해 설명한다.
본 발명에서, 면 지수는 밀러 지수 표시법을 기초로 하여 기재한다. 도 4는 육방정 SiC 단결정의 면 지수를 도시하는 모식도이다. 도 4를 기초로 하여 본 발명의 4H SiC와 6H SiC의 결정 방위를 설명한다.
본 발명의 SiC 포커스링은 3C SiC 결정구조보다 안정하여 내식각성 개선이 가능한 4H, 6H, 15R결정구조로 이루어진 SiC 포커스링에 대한 것이다. 결정구조 개선을 통해 SiC 포커스링의 내식각성 향상이 가능하다.
본 발명에 따른 SiC 포커스링은 4H 결정구조로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 SiC 포커스링은 6H 결정구조로 이루어질 수 있다. 본 발명에 따른 SiC 포커스링은 15R 결정구조로 이루어질 수 있다. 기존의 SiC 포커스링의 경우 3C 구조를 주로 사용하여, 다른 결정구조와 밀도는 동일하나, 결정방위가 랜덤이며, 결정립의 사이즈가 수 마이크로미터로 매우 작은 특징이 있다. 본 발명에 따른 SiC 포커스링의 결정구조인 4H 및 6H 결정구조를 활용할 경우, 수 mm의 결정립 크기를 가지게 되어, 결정결함(grain boundary)이 적어 내식각성이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 SiC 포커스링의 결정구조에서는, 결정방향을 (0001) 또는 (000-1)면으로 90~100% 정렬시켜 불균일한 표면식각이 이루어지는 것을 방지할 수 있다. 도 4에 따르면, 육방정계 SiC의 결정구조에서, 중심축에 수직한 면의 방향이 (0001) 및 (000-1)면인 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 SiC 포커스링이 포함하는 각 결정들의 전부(100%) 또는 90% 이상을 균일하게 (0001) 또는 (000-1) 면으로 정렬시킴으로써, 대부분의 결정들을 한 방향으로 정렬시킬 수 있다. 상기 구성으로 인해 결정 표면이 매끄럽게 됨으로써, 불균일하게 표면이 식각되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 SiC 포커스링의 결정은 (0001) 또는 (000-1) 면으로 정렬되며, 오차는 5도 정도 있을 수 있다.
기존의 3C-SiC에 의한 포커스 링을 사용했을 때의 상대적 식각률과, 본 발명에 따른 6H-SiC에 의한 포커스 링을 사용했을 때의 상대적 식각률을 비교한 결과는 다음과 같다. 기존의 3C-SiC에 의한 포커스 링을 사용했을 때의 상대적 식각률을 1이라고 했을 때 본 발명에 따른 6H-SiC에 의한 포커스 링을 사용했을 때의 상대적 식각률은 0.755로 나타난다. 즉, 기존의 결정구조에 비해 약 24.5%만큼 향상된 효과를 나타낸다.
본 발명에 따른 4H, 6H 또는 15R SiC 포커스링은 물리기상증착(PVT) 또는 화학기상증착(CVD) 방법을 통해 제조될 수 있다. 기존의 3C-SiC 포커스링의 경우 화학기상증착(CVD) 방식만을 이용하여 제조하는 방법이 공지되었다. 본 발명에 따른 4H, 6H 또는 15R SiC 포커스링은 물리기상증착(PVT) 방식을 이용하여 처리함으로써, CVD 공정의 경우에 비해 고속 성장이 가능하여, 수율 향상에 효과적이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 물리기상증착(PVT) 방식을 이용하여 6H-SiC 포커스링을 제작하고, 결정을 (0001) 또는 (000-1) 면의 방향으로 정렬하는 방식을 사용함으로써 내식각성이 향상된 포커스 링을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 포커스 링의 식각 표면의 SEM 이미지이다.
도 5에 따르면, 도 1에 도시된 기존 발명에 따른 포커스 링의 식각 표면의 SEM 이미지와 비교하였을 때 전체적으로 평탄한 식각 표면을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
도 1의 경우, 기존의 SEM 이미지로, 랜덤하게 결정 방위가 개시되어 식각 표면이 일정하게 되지 아니하여 교체 주기가 빨라지게 되는 단점이 있었다. 그러나 도 5와 같이 평탄한 식각 표면을 가질 경우에는 상대적으로 식각이 균일하게 진행되어, 내식각성이 향상되고, 교체 주기가 길어지게 되어 효율적인 생산이 가능한 효과가 있다. 도 5와 같이, (0001) 및 (000-1) 면의 방향으로 결정구조를 정렬시킴으로써, 적층되는 형태의 구조를 도출할 수 있고, 이로써 균일한 식각표면을 도출해 낼 수 있다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명에서 제공되는 도면은 본 발명의 최적의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
1100 : 챔버
1200 : 기판 지지 유닛
1250 : 포커스 링
1300 : 가스 공급 유닛
1400 : 플라즈마 소스
1500 : 배기 배플

Claims (9)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 처리 공간 내로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 및
    상기 처리 공간 내에서 상기 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 발생 유닛;을 포함하고,
    상기 기판 지지 유닛은,
    기판이 놓이는 지지체;와
    상기 지지체에 놓인 기판을 둘러싸도록 제공되는 탄화규소 재질의 포커스 링;을 포함하고,
    상기 포커스 링의 결정은 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포커스 링은 1 내지 10mm의 결정립 크기를 갖는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 4H 또는 6H 중 어느 하나의 결정구조로 이루어지는 탄화규소 재질로 된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 플라즈마 처리 공간에서 기판의 둘레에 위치되는 포커스 링에 있어서,
    상기 포커스 링은 90 내지 100%의 결정이 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 재질의 포커스 링.
  5. 플라즈마 처리 공간에서 기판의 둘레에 위치되는 포커스 링에 있어서,
    상기 포커스 링은 90 내지 100%의 결정이 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬되고, 1 내지 10mm의 결정립 크기를 갖는 탄화규소 재질인, 포커스 링.
  6. 플라즈마 처리 공간에서 기판의 둘레에 위치되는 포커스 링에 있어서,
    상기 포커스 링은 90 내지 100%의 결정이 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬되고, 4H 또는 6H 중 어느 하나의 결정구조로 이루어지는 탄화규소 재질로 된 것을 특징으로 하는 포커스 링.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 포커스 링은 1 내지 10mm의 결정립 크기를 갖는 포커스 링.
  9. 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 장치에서 기판을 둘러싸는 포커스 링을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 90 내지 100%의 결정이 (0001) 또는 (000-1)면으로 정렬되도록 포커스 링을 화학기상증착 또는 물리기상증착 방식으로 제조하는 포커스 링의 제조 방법.
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