KR102464458B1 - 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 가스가 신속하고 균일하게 확산되게 하여 에칭 공정의 균일도를 개선하고, 에칭 전(前) 공정인 불필요한 AGING 공정을 줄이거나 제외할 수 있는 반도체 플라즈마 에칭 공정의 특성과 시간 및 부품의 수명의 개선이 가능한 포커스 링에 관한 것으로, 원형의 형상을 취하며 중앙부가 관통되게 형성되고, 하부 가장자리에는 일정간격 상호 이격되는 다수의 슬롯이 장방향으로 형성되되, 상기 슬롯은 플라즈마 가스가 균일하고 신속하게 확산 및 배기될 수 있도록 상,하부의 직경이 다르게 형성되어 하부로 갈수록 넓어지거나 좁아지게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링{FOCUS RING WITH IMPROVED SEMICONDUCTOR PLASMA ETCHING PROCESS}

본 발명은 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링에 관한 것으로서, 본 발명을 통해 구현된 고유의 슬롯의 형상을 통하여 플라즈마 가스가 신속하고 균일하게 웨이퍼 상의 막질 및 패턴과 반응하게 하고, 에칭 공정 중 발생되는 부산물(BY-PRODUCTS)을 효과적으로 배기되게 하여 에칭 공정전 챔버 분위기를 조성하는 전공정인 AGING 공정의 제거, 다수의 깊은 컨택홀 에칭(DEEP CONTACT HOLE ETCHING) 특성 개선, 이 다수의 깊은 컨택홀 간의 에칭 균일성을 개선하여 에칭 공정 불균일(ETCHING NON-UNIFORMITY)로 인한 마이크로 로딩(MICRO LOADING)의 개선, 더 나아가서 에칭 공정 중 발생되는 부산물(BY-PRODUCTS)을 구조적 또는 기능적인 슬롯의 형상 가공을 통해 효과적 으로 제거하여 10㎚ 이하급 차세대 반도체 핵심 에칭 공정의 기술적 한계점을 개선하는 포커스 링에 관한 것이다.

보다 상세하게는 본 발명을 통해서만 구현되는 고유의 슬롯의 가공 형상을 통하여 불필요한 AGING 공정의 제거, 균일하고 신속하게 플라즈마 에칭 공정 부산물의 효과적인 배기를 통하여 에칭 공정 시간의 단축 및 차세대 반도체(예, 126단 이상 고용량 NAND MEMORY)의 핵심 에칭 공정 특성인 홀에칭 균일도(HOLE ETCHING UNIFORMITY)를 기존의 공정조건(압력, 가스조합, RF POWER 등)의 조합이 아닌 고유의 가공 방법을 통해 구현된 포커스 링을 에칭 챔버에 장착하여 개선하고자 하는 포커스 링에 관한 것이다.

통상적인 반도체 웨이퍼 공정을 보면, 1) 웨이퍼를 제작하는 공정, 2) 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시키는 산화 공정, 3) 준비된 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 포토 공정, 4) 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하여 반도체 구조를 형성하는 패턴을 만드는 에칭(식각) 공정, 5) 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 단위의 물질을 박막의 두께로 입혀 전기적인 특성을 갖게 하는 증착 공정, 6) 소자 동작 신호가 섞이지 않고 잘 전달되도록 선을 연결하는 금속 배선 공정, 7) EDS test(electrical die sorting) 웨이퍼 상태인 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는지를 체크하는 테스트 공정, 8) 외부 환경으로부터 배선, 전력공급, 직접회로의 보호, 단자 간 연결을 위한 전기적 포장을 하는 패키징 공정으로 이루어진다.

플라즈마 에칭 공정은 챔버에 가스를 흘려주고, 상하 전극에 전압을 걸어 가스가 캐소드를 통과하면서 플라즈마를 형성시키고, 이 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 선택적으로 에칭하는 공정으로써, 플라즈마의 양과 질이 매우 중요한 공정이며, 플라즈마의 양과 질을 좌우하는 것이 캐소드와 포커스 링이다.

반도체 플라즈마 에칭 공정용 포커스 링은 반도체 생산에 절대적으로 필요한 플라즈마 에칭 공정의 핵심 부품이며, 공정 특성상 고온에서 내 변형성, 고청정성 및 화학적으로 내식성이 우수한 소재를 사용하여야 하나, 현재까지 대부분이 실리콘 소재의 포커스 링을 사용하고 있으며 실리콘 포커스 링은 수명 문제에 따라 수주 ~ 수개월 마다 교체를 해야 하며, 에칭 공정 RF POWER의 지속적인 증가로 인하여 수명이 단축되어, 교체 비용이 업계의 부담으로 자리매김 하고 있는 실정이다.

종래에는 플라즈마 가스가 웨이퍼를 선택적으로 에칭 공정한 후, 부산물이 배기되는 과정에 있어서 도 1 및 도 2에서와 같이 플라즈마 가스가 이동되는 포커스 링(10)의 슬롯(11)이 수직방향으로 관통되되 상,하부의 직경이 일정하게 형성되어 부산물을 포함한 플라즈마 가스가 균일하고 신속하게 배출되지 못하여 웨이퍼의 막질이나 패턴의 불균일을 초래하고, 이로 인한 컨택홀 오픈 불량과 마이크로 로딩(MICRO LOADING)이 발생되는 등 많은 문제점을 갖고 있다.

또한, 종래의 에칭 공정으로 반도체 패턴이 미세화 됨에 따라 WAFER-TO-WAFER의 공정 재현성(REPEATABILITY)이 더욱 중요하게 되며, 이를 유지하기 위하여 새로운 부품이나 소모품의 장착시 챔버 분위기가 실제 에칭 공정과 동일하게 하기 위한 AGING 공정이 필요하며, 이 AGING 공정은 실제 공정과 매우 유사하고, 생산하고자 하는 제품에 따라 수시간 이상 진행되어 이로 인한 불필요한 에칭 공정의 시간과 부품 수명 단축의 부수적인 문제의 원인이 되기도 한다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 그 목적은 플라즈마 가스가 이동되는 슬롯의 상,하부 직경을 서로 다르게 형성하거나 테두리를 라운딩 처리함으로써 플라즈마 가스가 균일하고 신속한 확산 및 배기가 가능하게 되어 에칭 공정 시간을 최소화하고 에칭 공정 균일성을 개선한 포커스 링을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 불필요한 AGING 공정을 제거함으로써 포커스 링 부품의 수명이 연장되어 원가절감 효율을 높일 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링은 원형의 형상을 취하며 중앙부가 관통되게 형성되고, 하부 가장자리에는 일정간격 상호 이격되는 다수의 슬롯이 장방향으로 형성되되, 상기 슬롯은 플라즈마 가스가 균일하고 신속하게 확산 및 배기될 수 있도록 상부의 직경과 하부의 직경이 다르게 형성되어 하부로 갈수록 넓어지거나 좁아지게 형성될 수 있다.

상기 슬롯의 상단면 전체 둘레는 플라즈마 가스가 신속하게 확산 및 배기될 수 있도록 안쪽으로 라운딩 처리될 수 있다.

상기 슬롯의 상,하단면 전체 둘레는 플라즈마 가스가 신속하게 확산 및 배기될 수 있도록 안쪽으로 라운딩 처리될 수 있다.

상기 슬롯은 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점차적으로 넓어지게 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링에 의하면, 플라즈마 가스가 이동되는 슬롯이 수직방향으로 관통되되 상,하부의 직경을 다르게 형성하거나 상,하단면 둘레를 안쪽으로 라운딩 처리함으로써 플라즈마 가스 배출 시 신속한 배기가 이루어져 에칭 공정 상의 불량 최소화, 군일성 향상 및 불필요한 AGING 공정을 제거함으로써 에칭 공정 시간을 줄이거나 제외할 수 있어 작업 효율을 최대화하고 포커스 링 부품의 수명이 연장되어 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 일반적인 포커스 링을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 'A-A'부 절단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링을 도시한 저면사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링의 슬롯 형태를 도시한 종단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링의 다른 슬롯 형태를 도시한 종단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링의 다른 슬롯 형태를 도시한 횡단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.

실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 측(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링을 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링을 도시한 저면사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링의 슬롯 형태를 도시한 종단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링의 다른 슬롯 형태를 도시한 종단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링의 다른 슬롯 형태를 도시한 횡단면도이다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링(100)은 반도체 식각장치의 정전 척(도시하지 않음)의 상부 외측에 놓여지게 된다.

상기 포커스 링(100)은 실리콘, 실리콘 카바이드(SiC), 보론 카바이드(B4C), 실리카(SiO2), 산화알루미늄(AL2O3), 알루미나 등 중 적어도 어느 하나 이상의 소재를 이용하여 원형의 형상을 취하며, 중앙부가 수직방향으로 관통되게 형성되고, 하부 가장자리에는 일정간격 상호 이격되는 다수개의 슬롯(110)이 장방형으로 형성될 수 있다.

도 5에서와 같이, 상기 슬롯(110)은 에칭 공정 시 플라즈마 가스가 이동되는 방향의 상부 직경(t-d)과 하부 직경(b-d)이 다르게 형성되어 플라즈마 가스가 신속하고 균일하게 확산 및 배기될 수 있다.

이와 같이, 상기 슬롯(110)은 플라즈마 가스가 이동되는 방향의 하부로 갈수록 넓어지거나 좁아지게 형성될 수 있다.

즉, 상기 슬롯(110)의 상,하부의 넓이를 하부로 갈수록 넓어지거나 좁아지게 달리 형성하여 플라즈마 가스가 신속하고 균일하게 배기되어 에칭 공정 시간을 줄일 수 있다.

일 예로, 상기 슬롯(110)의 상부 직경(t-d)이 2.52㎜로 형성되면 하부 직경(b-d)은 3.014㎜로 형성될 수 있다.

또한, 도 6에서와 같이 상기 슬롯(110)의 상단면 또는 하단면 전체 둘레는 플라즈마 가스가 신속하게 확산될 수 있도록 라운딩(R) 처리될 수 있다.

상기 슬롯(110)의 상,하단면 라운딩(R) 처리는 모따기 공구(도시하지 않음)를 사용하여 C0.66(0.66㎜) 라운딩 값으로 가공할 수 있다.

도 7에서와 같이, 상기 슬롯(110)은 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점차적으로 넓어지게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 슬롯(110)의 안쪽면 직경(i-d)은 대략 Ø1.8 ~ 2.2이며, 바깥쪽면 직경(o-d)은 대략 Ø3.0 ~ 3.4로 형성될 수 있다.

또한, 상기 슬롯(110)의 넓이는 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 대략 1.0°~ 1.4°씩 점차 증가할 수 있다.

이때, 상기 슬롯(110)의 안쪽면 직경(i-d)은 Ø2.0이고, 바깥쪽면 직경(o-d)은 Ø3.2로 형성됨이 바람직하며, 상기 슬롯(110)의 넓이는 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 1.299°씩 점차 증가함이 바람직하다.

상기 슬롯(110)의 가공은 레이저 또는 방전가공기(Electric Discharge Machining), 머시닝 센터(machining center) 등을 사용하여 가공할 수 있다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링에 따른 작용상태를 살펴보면 아래와 같다.

상기 포커스 링(100)의 하부 가장자리에 일정간격 상호 이격되게 슬롯(110)이 형성되어 에칭 공정 시 플라즈마 가스의 확산을 방지하면서도 가스의 유동 제어 및 양을 조정토록 하여 안정화된 에칭 작업을 가능하도록 한다.

그리고, 상기 슬롯(110)의 양쪽면이 하부로 갈수록 넓어지거나 좁아져 상부 직경(t-d)과 하부 직경(b-d)이 다르게 형성되고 상기 슬롯(110)의 상,하단면이 안쪽으로 라운딩(R) 처리됨으로써 에칭 공정 시 플라즈마 가스가 슬롯을 통해 신속하고 균일하게 배기될 수 있다.

이와 같이, 상기 슬롯(110)의 상,하부 직경을 균일하게 형성하지 않고 다르게 형성되어 플라즈마 가스의 신속한 배기가 이루어져 웨이퍼 상의 에칭 공정 특성을 개선하고 에칭 공정 시간을 최소화하거나 에이징(AGING) 등 일부 에칭 전(前) 공정을 수행하지 않을 수도 있다.

위에서는 예로서 하나의 포커스 링에 대해서 발명을 설명하였지만, 본 발명은 포커스 링에 한정된 것은 아니고, 에이징이 필요한 다양한 링에 대해서도 동일하게 적용가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 : 포커스 링
110 : 슬롯
t-d : 상부 직경
b-d : 하부 직경
i-d : 안쪽면 직경
o-d : 바깥쪽면 직경
R : 라운딩

Claims (4)

1. 원형의 형상을 취하며 중앙부가 관통되게 형성되고, 하부 가장자리에는 일정간격 상호 이격되는 다수의 슬롯이 장방향으로 형성되되,
   상기 슬롯은 플라즈마 가스가 균일하고 신속하게 확산 및 배기될 수 있도록 상,하부의 직경이 다르게 형성되어 하부로 갈수록 넓어지거나 좁아지게 되며,
   상기 슬롯의 상단면과 하단면 전체 둘레는 플라즈마 가스가 신속하게 확산 및 배기될 수 있도록 안쪽으로 라운딩 처리되고,
   상기 슬롯은 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 폭이 점차적으로 넓어지게 형성되되 상기 슬롯의 안쪽면 직경은 Ø1.8 ~ 2.2이며, 바깥쪽면 직경은 Ø3.0 ~ 3.4로 형성되고,
   상기 슬롯의 넓이는 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 1.0°~ 1.4°씩 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 에칭 공정 특성을 개선한 포커스 링.
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