KR20030081590A - 건식식각장치의 포커스링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조설비의 식각장치에서 플라즈마를 이용하여 건식식각할 시 웨이퍼가 플라즈마의 밀도를 높이고 폴리머의 드롭현상을 방지할 수 있는 포커스링 구조에 관한 것이다. 이를 위한 포커스링은 외부에 다수의 홀들을 형성하여 플라즈마 형성 시 포커스링에 폴리머가 데포되는 것을 억제하여 폴리머가 웨이퍼상에 드롭되는 것을 방지한다.

Description

건식식각장치의 포커스링{FOCUS RING OF DRY ETCH DEVICE}

본 발명은 반도체 제조설비 중 식각장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하여 건식식각할 시 웨이퍼 상에 플라즈마의 밀도를 높이고 폴리머의 드롭현상을 방지할 수 있는 포커스링 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자는 실리콘 웨이퍼 상에 제조공정을 반복적으로 진행하여 완성되며, 반도체 제조공정은 그 소재가 되는 웨이퍼에 대하여 산화, 마스킹, 포토레지스트코팅, 식각, 확산 및 적층공정들과 이들 공정들의 전, 후에서 보조적으로 세척, 건조 및 검사 등의 여러 공정들이 수행되어야 한다. 특히, 식각공정은 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 형성시키는 중요한 공정의 하나로서, 포토레지스트코팅공정과 함께 사진식각공정을 이루는 것으로서, 감광성을 갖는 포토레지스트를 웨이퍼 상에 코팅하고, 패턴을 전사한 후, 그 패턴에 따라 식각을 수행하여 상기 패턴에 따라 적절한 소자의 물리적 특성을 부여하는 것이다.

식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 대별될 수 있으며, 습식식각은 제거되어야 하는 웨이퍼의 최상단층을 효과적으로 제거할 수 있는 화학물질을 담은 습식조에 웨이퍼를 담갔다가 꺼내는 방식이나, 또는 그 화학물질을 웨이퍼의 표면으로 분사하는 방식이나, 일정각도로 경사지게 고정시킨 웨이퍼 상으로 화학물질을 흘려보내는 방식 등이 개발되어 사용되고 있다.

또한, 건식식각은 기체상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각, 이온빔식각 및 반응성 이온식각 등을 예로 들 수 있다. 그 중, 반응성 이온식각은 식각가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 1μm 정도의 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

반응성 이온식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들로는 식각할 층의 두께와 밀도, 식각가스의 에너지 및 온도, 포토레지스트의 접착성과 웨이퍼 표면의 상태 및 식각가스의 균일성 등을 들 수 있다. 특히, 식각가스를 이온화시키고, 이온화된 식각가스를 웨이퍼 표면으로 가속시켜 식각을 수행하는 원동력이 되는 고주파(RF ; Radio frequency)의 조절은 중요한 변수가 될 수 있으며, 또한 실제 식각과정에서 직접적으로 그리고 용이하게 조절할 수 있는 변수로 고려된다.

그러나, 실제로 식각이 이루어지는 웨이퍼를 기준으로 볼 때, 웨이퍼 표면 전체에 대한 균일한 에너지 분포를 갖도록 하는 고른 고주파의 적용은 필수적이며, 이러한 고주파의 적용시의 균일한 에너지 분포의 적용은 고주파의 출력의 조절만으로는 달성될 수 없으며, 이를 해결하기 위하여는 고주파를 웨이퍼에 인가하는데 사용되는 고주파 전극으로서의 스테이지와 애노우드의 형태 및 실질적으로 웨이퍼를 고정시키는 기능을 하는 포커스링 등에 의하여 크게 좌우된다고 할 수 있다.

상기에서 포커스링은 플라즈마가 존재하는 가혹한 조건의 반응챔버내에서 플라즈마의 확산을 방지하고, 웨이퍼주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 역할을 한다.

이러한 공정쳄버에서 가스와 고주파 파워 등을 이용하여 식각공정을 수행하는 반도체장치 제조설비에는 고주파 파워를 이용하여 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 웨이퍼 상의 상면 또는 패턴 마스크로부터 노출되는 부위에서 반응토록 하여 공정을 수행하는 것이 있다.

이러한 반도체장치 제조설비의 공정 수행 과정에서 공정가스의 반응 시 반응에 의한 부산물 즉 폴리머가 생성되고, 이들 폴리머는 공정이 이루어지는 전역에계속적으로 증착되어 공정 수행에 지장을 줄 뿐 아니라 증착된 표면으로부터 떨어져 웨이퍼 상으로 이동할 경우 그 부위의 결함을 유발하는 파티클로서 작용하게 된다.

상기와 같은 고주파 파워를 이용하는 종래의 반도체 제조설비의 산화막 건식식쳄버가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 소정 공간을 구획하는 하우징(10)이 있고, 이 하우징(10)은 다른 구성과 결합 연결되는 고정 구조물을 이룬다.

또한 하우징(10)의 내벽에는, 공정 수행 과정에서 생성되는 폴리머(P)가 하우징(10) 내벽에 증착되는 것을 차단하도록 그 상측에서 하측 방향 소정 영역의 내벽을 커버하는 쉴드(도시하지 않음)가 설치된다.

또한 하우징(10)의 상측 단부 부위에는 소정 두께의 판 형상으로 조립되어 고주파 파워가 인가되는 상부전극부(14)가 설치되고, 이 상부전극부(14)의 결합 설치에 의해 하우징(10) 내부는 밀폐된 분위기를 이루게 된다.

그리고, 상부전극부(14) 하측의 하우징(10) 내부에는 투입 위치되는 웨이퍼(W)를 선택적으로 고정하고, 상부전극부(14)에 대향하는 고주파 파워가 인가되는 하부전극부(16)를 포함하여 조립된 척 조립체가 승·하강 가능하게 설치된다.

이러한 구성에 있어서, 상술한 척 조립체의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(11)의 저면을 밀착 지지하는 하부전극부(16)의 상면 가장자리 부위가 웨이퍼(11)의 저면 가장자리 부위로부터 소정 간격 중심 측에 있게 되고, 하부전극부(16)의 상면 가장자리 외측 부위는 상면으로부터 하측으로 소정 두께의 단차를 이루며 평탄한 면을 이룬다.

이때 하부전극부(16)는 그 상면에 밀착 지지되는 웨이퍼(11) 저면을 정전기력 또는 진공압을 이용하여 선택적으로 흡착 고정하게 되며, 이 하부전극부(16)의 단차진 부위에는 웨이퍼(11)와 동일 또는 유사한 재질로 웨이퍼(11)가 하부전극부(16)로부터의 고주파 파워 영역 중심 부위에 위치되도록 그 영역 분포를 확대하는 소정 형상의 포커스링(18)이 하부전극부(16)의 상면으로부터 노출되는 웨이퍼(11)의 저면 가장자리 부위를 밀착되게 지지하도록 위치된다.

그리고, 하부전극부(16)의 외측벽에는 하부전극부(16)의 단차진 부위의 외측으로 연장 돌출되는 포커스링(18)의 저면 부위를 받쳐 지지하는 커버링(20)이 설치되고, 이 커버링(20)의 하측 부위에는 플라즈마가 하부로 빠지는 것을 방지하기 위한 이그저스트링(22)이 설치되어 있다. 상기 이그저스트링(22)의 하부에는 베이스링(24)이 설치되어 있다.

상술한 구성으로부터 공정 진행 과정을 살펴보면, 웨이퍼(11)가 하우징(10) 내부로 투입되어 척 조립체 상부 즉, 하부전극부(16)의 상면과 포커스링(18)의 상면 내측 부위에 밀착되게 고정되면 척 조립체는 웨이퍼의 상면이 상부전극부(14)에 소정 간격을 이루며 근접하도록 승강 구동하게 된다.

이어 하우징(10)의 측부 소정 부위로부터 상·하부전극부(14, 16) 사이 즉, 웨이퍼(11) 상측으로 공정가스가 공급되고, 이러한 상태에서 상·하부전극부(14, 16)에 고주파 파워가 인가되면 그 사이에 위치되는 공정가스는 플라즈마 상태로 변환된다.

이렇게 플라즈마 상태로 변환된 공정가스는 웨이퍼(11) 상면 전체 또는 형성된 포토레지스트패턴에 의해 마스킹되지 않은 웨이퍼상의 산화막과 반응하여 산화막의 소정영역을 식각한다.

상기와 같은 종래의 반도체 제조설비의 산화막 건식식쳄버의 포커스링(18)은 도 2와 같이 수직표면이 평탄화되어 있어 플라즈마의 밀도를 높이기 위해 높이를 높게할 경우 데포되는 폴리머가 드롭될 가능성이 높아져 파티클에 의한 불량이 발생하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 식각공정쳄버내에 설치된 포커스링의 높이가 높아질 경우 데포되는 폴리머가 드롭되지 않도록 하는 포커스링을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 반도체 제조설비의 산화막 건식식쳄버의 구성도

도 2는 종래의 포커스링의 사시도

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 포커스링의 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 하우징 12: 웨이퍼

14: 상부전극 16: 하부전극

18: 포커스링 20: 커버링

22: 이그저스트링 24: 베이스링

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식식각장치의 포커스링은, 표면에 다수의 홀들을 형성하여 플라즈마 형성 시 데포되는 폴리머가 웨이퍼로 드롭되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시 예에 따른 프로세스쳄버에 설치된 포커스링의 설치상태는 도 1과 동일하다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 포커스링의 사시도이다.

플라즈마 형성 시 포커스링(18)에 폴리머의 데포가 억제되도록 포커스링(18)의 수직면에 다수의 홀이 형성되어 있다.

상술한 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

도 1을 보면, 웨이퍼(11)의 저면을 밀착 지지하는 하부전극부(16)의 상면 가장자리 부위가 웨이퍼(11)의 저면 가장자리 부위로부터 소정 간격 중심 측에 있게 되고, 하부전극부(16)의 상면 가장자리 외측 부위는 상면으로부터 하측으로 소정 두께의 단차를 이루며 평탄한 면을 이룬다.

이때 하부전극부(16)는 그 상면에 밀착 지지되는 웨이퍼(11) 저면을 정전기력 또는 진공압을 이용하여 선택적으로 흡착 고정하게 되며, 이 하부전극부(16)의 단차진 부위에는 웨이퍼(11)와 동일 또는 유사한 재질로 웨이퍼(11)가 하부전극부(16)로부터의 고주파 파워 영역 중심 부위에 위치되도록 그 영역 분포를 확대하는 소정 형상의 포커스링(18)이 하부전극부(16)의 상면으로부터 노출되는 웨이퍼(11)의 저면 가장자리 부위를 밀착되게 지지하도록 위치된다.

건식식각장치에서 실제로 식각이 이루어지는 웨이퍼(11)를 기준으로 볼 때, 웨이퍼(11) 표면 전체에 대한 균일한 에너지 분포를 갖도록 하는 고른 고주파의 적용은 필수적이며, 이러한 고주파의 적용시의 균일한 에너지 분포의 적용은 고주파의 출력의 조절만으로는 달성될 수 없으며, 이를 해결하기 위하여는 고주파를 웨이퍼에 인가하는데 사용되는 고주파 전극으로서의 스테이지와 애노우드의 형태 및 실질적으로 웨이퍼를 고정시키는 기능을 하는 포커스링(18)에 의하여 크게 좌우된다고 할 수 있다. 그런데 포커스링(18)은 플라즈마가 존재하는 가혹한 조건의 반응챔버내에서 플라즈마의 확산을 방지하고, 웨이퍼주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 역할을 하고 있는데, 높이가 높아지면 플라즈마 밀도가 높아져 설비의 쓰루우풋(THROUGHTPUT)이 향상되는 장점이 있지만 포커스링(18)의 높이가 높아질수록 데포되는 폴리머의 이탈 가능성이 높아진다. 따라서 본 발명에서는 도 3과 같은 포커스링(18)의 수직표면에 다수의 홀을 형성하여 플라즈마가 형성될 때 포커스링(18)에 폴리머가 데포되는 것을 억제 하도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 건식식각장치에서 수직표면에 다수의 홀이 형성된 포커스링을 설치하여 플라즈마 형성 시 폴리머가 포커스링에 데포되지 않도록 하여 폴리머의 드롭으로 인한 웨이퍼 불량발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 반도체 건식식각장치의 포커스링에 있어서,

   상기 포커스링의 수직표면에 다수의 홀을 형성함을 특징으로 하는 건식식장치의 포커스링.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 홀은, 플라즈마 형성 시 상기 포커스링에 폴리머가 데포되지 않도록 억제함을 특징으로 건식식각장치의 포커스링.