KR20050028629A - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

플라즈마 식각 장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 식각 장치를 제공한다. 이 식각 장치는 웨이퍼가 안착되는 정전척, 정전척을 둘러싸는 절연부속품 및 정전척과 절연부속품의 상부에 배치되는 환형의 포커스 링을 구비한다. 이때, 포커스 링은 절연부속품과 접하는 부분에서 요철 구조를 갖는다.

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma Etching Machine}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 과정은 소정의 식각 장치를 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 식각하는 단계(예를 들면, 절연막을 관통하는 콘택 홀을 형성하는 단계)를 포함한다. 상기 식각 장치는 식각 방법을 기준으로 건식 식각 장치 또는 습식 식각 장치로 구분될 수 있다. 상기 습식 식각 장치는 복수의 웨이퍼들을 한꺼번에 처리할 수 있지만, 등방적인 식각 특성을 갖기때문에 상기 콘택홀 형성을 위한 식각 공정 등에는 부적합하다. 반면, 상기 건식 식각 장치는 플라즈마를 이용하여 물질막을 식각하는 장치로서, 이방성의 식각 특성을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 건식 식각 장치는 상기 콘택 홀 형성 공정 등에 사용될 수 있다.
상기 건식 식각 장치들은 다시 물리적 건식 식각 장치와 화학적 건식 식각 장치로 구분될 수 있다. 물리적 건식 식각 장치는 플라즈마 내에 형성된 이온을 전기장에 의해 가속하여 상기 물질막에 충돌시키는 과정을 이용한다. 이에 따라, 상기 물리적 건식 식각 장치는 우수한 이방적 식각 특성을 갖지만, 상기 물질막 아래의 막에 대한 식각 선택비는 좋지 않다. 반면, 상기 화학적 건식 식각 장치는 상기 물질막을 상기 플라즈마 내에 형성된 라디칼과의 화학적 반응을 통해 식각한다. 이에 따라, 상기 화학적 건식 식각 장치는 선택적 식각 특성은 우수하지만, 등방적 식각 특성을 가질 수도 있다. 최근에는 상기 물리적 및 화학적 건식 식각 장치들의 장점을 조합하여, 선택적 식각 특성과 이방적 식각 특성이 모두 우수한 이온 강화 플라즈마 식각 방법이 사용되기도 한다.
이러한 플라즈마를 사용하는 건식 식각 장치에 대한 일반적인 설명은 한국특허출원번호 10-1996-0020284에 개시되고 있다. 일반적인 플라즈마 식각 장치는 반응 챔버 및 상기 반응 챔버 내에 배치되는 상부 전극 및 하부 전극을 구비한다. 상기 하부 전극은 웨이퍼가 로딩되는 서셉터로 사용되며, 상기 상부 전극은 상기 하부 전극의 상부에, 상기 하부 전극에 평행하게 마주보도록 배치된다.
이러한 플라즈마 식각 장치는 웨이퍼를 상기 서셉터 상에 로딩한 후, 상기 반응 챔버 내에 식각 가스를 주입하면서 상기 상부 및 하부 전극에 각각의 고주파 전력들을 공급한다. 이에 따라, 상기 식각 가스는 상기 상부 및 하부 전극 사이에서 이온화되어, 상기 웨이퍼 상에 형성된 절연막을 식각하는데 사용되는 플라즈마 상태의 식각 가스가 형성된다.
한편, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라, 상기 플라즈마 식각 장치는 보다 미세하면서 균일한 가공 또는 향상된 식각 속도와 같은 특성을 충족시킬 것을 요구받고 있다. 하지만, 상기 플라즈마 식각 장치는 부산물(by-product)과 연관된 문제를 수반한다. 예를 들면, CF4 또는 CHF3와 같은 CF계의 가스를 사용하여 실리콘 산화막을 식각하는 경우, 탄소를 포함하는 부산물들이 폴리머 형태로 생성될 수 있다. 이러한 부산물들은 일반적으로 운반 가스(carrier gas)와 함께, 상기 반응 챔버의 외부로 배출되지만, 배출되지 못한 일부 부산물들은 상기 반응 챔버의 오염원이 될 수도 있다.
상기 한국특허출원번호 10-1996-0020284은 이러한 부산물들에 의한 반응 챔버의 오염을 최소화하기 위해, 열전도도가 높은 물질을 상기 공정 챔버의 부품으로 사용하는 방법을 제안하고 있다. 하지만, 이 방법은 도 1a에 도시한 것처럼, 정전척(150) 및 상기 정전척(150)을 둘러싸는 포커스 링(110), 커버링(130, 140) 및 하부 지지체(120) 등이 상기 폴리머 형태의 부산물(155)에 의해 오염되어 발생하는 문제를 효과적으로 예방하지 못하고 있다. 도 1b는 상기 포커스 링(110)을 분해함으로써 노출된 상기 정전척(150)의 가장자리 표면을 보여주는 사진이다. 사진에서 볼 수 있듯이, 상기 정전척(150)의 가장자리에는 다량의 폴리머 형태의 부산물들(155)이 부착되어 있다. 이러한 폴리머 형태의 부산물들(155)은 포토레지스트를 손상시키는 문제를 유발할 수 있다.
통상적으로 식각 공정은 포토레지스트를 마스크 패턴으로 사용하여 실시된다. 이때, 상술한 부산물들(155)이 상기 정전척(150)의 가장자리에 누적될 경우, 고주파 전력을 사용하는 상기 플라즈마 식각 공정에서 상기 포토레지스트가 손상되는 현상이 발생한다. 예를 들면, 상기 포토레지스트는 끓거나 타는(boiling or burning) 현상이 발생할 수 있다(도 1c 및 1d 참조).
이러한 손상의 발생 빈도는 상기 플라즈마 식각 장치를 정비한 이후 시간이 경과할 수록 증가한다. 또한, 이러한 불량을 최소화하기 위한 장비의 정비 과정에서, 상기 포커스 링(110)을 분해하면 도 1b에서 보는 것처럼 상기 정전척(150)의 표면에 부착된 다량의 폴리머들(155)을 발견할 수 있다. 이러한 포토레지스트의 손상은 제품의 불량을 초래하기 때문에, 보다 안정된 식각 특성을 갖는 플라즈마 식각 장치가 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 안정된 식각 특성을 갖는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 개선된 구조의 포커스 링 구조체를 갖는 플라즈마 식각 장치를 제공한다. 이 식각 장치는 웨이퍼가 안착되는 정전척, 상기 정전척을 둘러싸는 절연부속품 및 상기 정전척과 상기 절연부속품의 상부에 배치되는 환형의 포커스 링을 구비한다. 이때, 상기 포커스 링은 상기 절연부속품과 접하는 부분에서 요철 구조(concavo-convex structure)를 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 정전척은 상기 웨이퍼보다 짧은 직경을 갖는 중심부 및 상기 중심부보다 낮은 상부면을 가지면서 상기 중심부를 둘러싸는 주변부로 구성될 수 있다. 또한, 상기 절연부속품는 상기 정전척을 둘러싸는 하부 지지체 및 상기 정전척으로부터 이격되어 상기 하부 지지체의 상부에 배치되는 커버 링을 포함한다. 상기 포커스 링은 적어도 상기 주변부의 상부면 및 상기 커버 링의 안쪽 상부면을 덮고, 적어도 하나의 돌출부 또는 적어도 하나의 홈을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 커버 링은 상기 하부 지지체의 상부면 가장자리 상에 배치되는 외부 커버 링 및 상기 외부 커버 링과 상기 포커스 링 사이에 배치되는 내부 커버 링을 포함한다. 이때, 상기 내부 커버링은 상기 포커스 링의 하부로 연장된 연장부를 가질 수 있다. 또한, 상기 외부 커버링의 상부면 및 외측벽은 휘어진 단면을 형성함으로써, 상기 외부 커버링의 단면은 굴곡진 부채꼴을 구성한다. 상기 외부 커버링의 하부면은 상기 내부 커버링보다 낮을 수 있다. 이때, 상기 외부 커버링 및 상기 내부 커버링은 석영 또는 이트륨 산화물(Y2O3)이 코팅된 알루미늄 중에서 선택된 한가지 물질로 형성되고, 상기 포커스 링은 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연부속품는 환형의 홈을 갖고, 상기 포커스 링은 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는다. 특히, 상기 내부 커버링은 환형의 홈을 갖고, 상기 포커스 링은 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 포커스 링은 환형의 홈을 갖고, 상기 절연부속품는 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는다. 이 실시예에 따르면, 상기 포커스 링은 환형의 홈을 갖고, 상기 내부 커버링은 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 포커스 링의 외측 하부에서, 상기 포커스 링 및 상기 절연부속품의 단면들은 정합된 복수개의 물결무늬들을 갖는다. 이 실시예에서, 상기 포커스 링의 외측 하부에서, 상기 포커스 링 및 상기 내부 커버링의 단면들은 정합된 복수개의 물결무늬들을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 포커스 링과 상기 중심부 사이의 간격은 0.01 내지 0.2 ㎜이고, 상기 포커스 링과 상기 절연부속품 사이의 간격은 0.01 내지 0.2 ㎜이고, 상기 내부링의 상부면은 상기 정전척의 상부면보다 대략 0.1 내지 0.7㎜만큼 더 낮은 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 절연부속품의 상부면은 상기 포커스 링의 최상부면과 같거나 낮을 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치(1)는 웨이퍼(w)가 로딩되는 반응 챔버(5)를 구비한다. 상기 반응 챔버(5)는 로딩된 상기 웨이퍼(w)에 대한 식각 공정을 수행할 수 있는 공간을 제공하며, 바람직하게는 상기 웨이퍼(w)가 안착되는 서셉터(10) 및 상기 서셉터(10) 상부에 배치되는 상부 전극(20)을 포함한다. 상기 서셉터(10) 및 상기 상부 전극(20) 각각은 대략 원통형이고, 상기 반응 챔버(5)는 접지선(9)을 통해 접지되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서셉터(10)는 제 1 정합기(41)를 통해 대략 2㎒의 고주파 전력을 출력하는 제 1 고주파 전원(42)에 연결되어, 하부 전극으로 사용된다. 또한, 상기 서셉터(10)는 소정의 온도 조절 수단(도시하지 않음), 예를 들면, 세라믹 히터와 같은 가열 수단(도시하지 않음)과 냉매 순환로와 같은 냉각 수단(도시하지 않음)을 구비한다. 상기 온도 조절 수단에 의해, 상기 서셉터(10) 상에 로딩되는 상기 웨이퍼(w)은 소정의 온도로 일정하게 유지되는 것이 가능하다. 바람직하게는, 상기 서셉터(10)의 온도를 자동적으로 일정하게 유지할 수 있도록, 상기 온도 조절 수단은 온도 센서를 구비하는 소정의 자동 제어 장치에 의해 제어된다.
상기 웨이퍼(w)의 고정을 위해, 상기 서셉터(10)의 상부에는 정전척(12)이 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정전척(12)은 두개의 폴리이미드계 필름들 및 이들 사이에 배치된 도전성 박막을 포함한다. 이때, 상기 도전성 박막은 상기 반응 챔버(5)의 외부에 배치된 고압의 직류 전원(45)에 연결된다. 상기 고압 직류 전원(45)으로부터 소정의 전압이 상기 도전성 박막에 인가되면, 상기 폴리이미드계 필름의 표면에는 전하들이 생성되어, 상기 웨이퍼(w)를 상기 정전척(12)의 상부면에 고정시키는 쿨롱력(coulomb force)이 발생된다. 하지만, 상기 웨이퍼(w)를 고정하는 방법은 상기 정전척(12)을 사용하는 방법에 한정되는 것은 아니며, 클램프 등의 기계 장치를 사용하여 상기 웨이퍼(w)를 고정하는 방법이 사용될 수도 있다. 이에 더하여, 상기 서셉터(10)는 상기 정전척(12)을 관통하는 적어도 세개의 리프트 핀들(14)을 구비할 수 있다. 상기 리프트 핀들(14)은 상기 반응 챔버(5) 내로 로딩된 상기 웨이퍼(w)를 상기 정전척(12)의 상부면으로 내리는 역할을 수행한다.
상기 서셉터(10)의 상부 가장자리에는 상기 정전척(12)을 둘러싸는 절연부속품(30)가 배치된다. 상기 절연부속품(30)는 대략 환형(ring shape)이며, 바람직하게는 석영(quartz)으로 이루어진다. 상기 절연부속품(30) 및 상기 정전척(12)이 접하는 경계면 상에는 환형의 포커스 링(50)이 배치된다. 상기 포커스 링(50) 및 상기 절연부속품(30)는 아래에서 도 3 내지 10을 참조하여 더 상세히 설명된다.
상기 상부 전극(20)은 상기 서셉터(10)와 평행하게 마주보면서, 상기 정전척(12)의 상부에 배치된다. 상기 상부 전극(20)은 제 2 정합기(43)를 통해 대략 60㎒의 고주파 전력을 출력하는 제 2 고주파 전원(44)에 연결된다. 이때, 상기 상부 전극(20)의 하부면과 상기 정전척(12)의 상부면 사이의 간격(h1)은, 우수한 식각 특성을 위해, 대략 20 내지 40㎜인 것이 바람직하다. 한편, 상기 상부 전극(20)의 하부면(즉 상기 정전척(12)에 인접한 면, 22)은 식각 공정동안 상기 반응 챔버(5) 내부의 분위기를 안정화시키기 위해, 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 실리콘은 플라즈마 식각을 위해 사용되는 고주파 전력이 충분히 투과하는 정도의 두께인 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 상부 전극(20)은 알루미늄 및 애노다이징 처리된 알루미늄(anodized aluminum) 등으로 이루어지는 부품들(components)을 포함할 수 있다.
상기 상부 전극(20)의 상부에는 식각 공정을 위해 공급되는 가스들은 공급하기 위한 가스 유입구(23)가 배치된다. 상기 가스 유입구(23)는 가스 공급 라인(46)을 통해 반응 가스 공급원(47)에 연결되고, 상기 가스 공급 라인(46) 상에는 유량 제어를 위한 밸브(48) 및 엠에프씨(mass flow contoller, MFC, 49)가 배치된다. 이때, 상기 상부 전극(20)은 상기 반응 가스를 상기 반응 챔버(5) 내부로 공급하는 경로가 될 수 있다. 이를 위해, 상기 상부 전극(20)은 복수개의 확산 구멍들(25)을 갖는 복수의 층들로 구성된다. 이때, 상기 반응 챔버(5) 내벽을 구성하는, 상기 상부 전극의 하부층(22)은 상술한 것처럼 실리콘으로 이루어진다. 결과적으로, 상기 상부 전극(20)은 공급되는 가스의 균일한 분배를 위해, 샤워 헤드(shower head) 구조이면서 중공 구조(hollow structure)인 것이 바람직하다.
상기 반응 챔버(5)는 소정 영역에 배치되는 배기관(6)을 통해 소정의 감압 장치(7, 예를 들면, 진공 펌프)에 연결된다. 이에 따라, 상기 반응 챔버(5)는 우수한 식각 특성을 위해 요구되는 낮은 내부 압력을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버(5) 내부의 압력은 대략 25 mT인 것이 바람직한데, 10 내지 100 mT일 수도 있다. 또한, 상기 플라즈마 식각 장치(1)에는 상기 반응 챔버(5) 내부의 압력을 모니터링하는 압력 센서(8) 및 상기 압력 센서(8)에서 측정된 결과를 처리하는 제어 장치(3)가 배치될 수 있다. 상기 감압 장치(7)는 상기 압력 센서(8)의 측정 결과를 분석한 상기 제어기(3)에 의해 제어됨으로써, 상기 반응 챔버(5) 내의 압력을 소정의 크기로 유지할 수 있다.
상기 반응 챔버(5)의 측벽에는 게이트 밸브(52)가 배치되고, 상기 게이트 밸브(52)에는 웨이퍼 이송 아암(54)이 배치된 로드락 챔버(50)가 연결된다. 상기 게이트 밸브(52)가 열리면, 상기 로드락 챔버(50) 내의 가스들이 상기 반응 챔버(5) 내로 이동함으로써, 상기 반응 챔버(5)와 상기 로드락 챔버(50)의 압력은 같아진다. 따라서, 상기 반응 챔버(5)에 비해 상기 로드락 챔버(50)의 압력이 과도하게 높은 경우, 상기 반응 챔버(5) 내부의 압력을 줄이는 감압 과정이 과도하게 길어질 수 있다. 이에 따라, 상기 게이트 밸브(52)가 열리기 전에는 상기 로드락 챔버(50)의 압력은 상기 반응 챔버(5)의 압력과 유사한 수준으로 조절되는 것이 바람직하다.
다음에는, 상술한 구조를 갖는 플라즈마 식각 장치의 사용 방법에 대해 간략히 설명한다. 콘택홀 형성 공정, 즉 웨이퍼 상에 형성된 실리콘 산화막의 식각 공정을 예로들어 설명한다.
상기 로드락 챔버(50)의 압력을 상기 반응 챔버(5)의 압력과 유사한 크기로 감압한 후, 상기 웨이퍼 이송 아암(54)을 이용하여 상기 웨이퍼(w)를 상기 로드락 챔버(50)에서 상기 반응 챔버(5)로 반입한다. 상기 웨이퍼(w)는 상기 리프트 핀들(14)의 상부에 올려진 후, 상기 리프트 핀들(14)의 하강에 의해 상기 정전척(12)의 상부에 얹혀진다. 이어서, 상기 웨이퍼 이송 아암(54)을 상기 반응 챔버(5)로부터 상기 로드락 챔버(50)로 내보낸 후, 상기 게이트 밸브(52)를 닫는다. 상기 감압 장치(7)를 사용하여 상기 반응 챔버(5)를 소정 압력으로 감압한 후, 상기 반응 가스 공급원(47)으로부터 상기 반응 챔버(5) 내로 소정의 반응 가스를 공급한다.
상기 제 2 고주파 전원(44)을 동작하여 상기 상부 전극(20)에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 반응 가스를 이온화한다. 이에 따라, 상기 상부 전극(20)과 상기 로딩된 웨이퍼(w) 사이에는, 플라즈마 상태의 반응 가스가 형성된다. 이에 더하여, 상기 서셉터(10)로 공급되는 상기 제 1 고주파 전원(42)의 전력에 의해, 상기 플라즈마 상태의 반응 가스의 이온들은 상기 정전척(12) 상에 안착된 상기 웨이퍼(w)로 입사되어, 상기 웨이퍼(w) 상에 형성된 실리콘 산화막을 식각한다. 상기 플라즈마의 입사 속도는 상기 제 1 고주파 전원(42)에서 공급하는 전력에 의해 조절된다. 이때, 과전압에 의한 웨이퍼 손상의 방지를 위해, 상기 서셉터(10)에 공급되는 전력은 상기 상부 전극(20)에 공급되는 전력보다 약간 늦을 수도 있다. 상기 식각 공정이 완료된 이후에, 상기 웨이퍼(w)를 상기 반응 챔버(5)로부터 언로딩하는 과정을 수행한다. 상기 언로딩 과정은 상술한 웨이퍼 로딩 과정의 역순을 따르는 것이 바람직한데, 그 과정은 다소 변형될 수도 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예들에 의한 포커스 링 및 절연부속품의 구조를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상술한 것처럼, 상기 서셉터(10) 상에는 원통형의 상기 정전척(12)이 배치된다. 상기 정전척(12)은 상기 웨이퍼(w)가 얹혀지는 중심부(16)와 상기 중심부(16)보다 낮은 상부면을 갖는 주변부(18)로 구성된다.
상기 정전척(12)은 환형의 상기 절연부속품(30)에 의해 둘러싸인다. 상기 절연부속품(30)은 통상적으로 석영으로 구성되는데, 이트륨 산화물(Y2O3)이 코팅된 알루미늄 및 산화 알루미늄(Al2O3) 등이 사용될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연부속품(30)은 하부 지지체(37), 외부 커버링(34) 및 내부 커버링(33)을 포함한다.
상기 하부지지체(37)는 석영으로 이루어지며, 상기 정전척(12)의 외측벽을 둘러싼다. 이때, 상기 하부 지지체(37)의 상부면은 상기 정전척(12)으로부터 바깥 방향을 따라 높이가 낮아질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 지지체(12)는 적어도 서로 다른 높이의 제 1, 제 2 및 제 3 상부면들(37a, 37b, 37c)을 갖고, 이들은 바깥 방향으로 갈수록 낮아진다. 이때, 상기 제 1 상부면(37a)의 높이는 세 상부면들 중에서 가장 높고, 바람직하게는 상기 주변부(18)의 상부면과 같다. 상기 외부 커버링(34)은 가장 낮은 상기 제 3 상부면(37c) 상에 배치되고, 상기 내부 커버링(33)은 중간 높이의 상기 제 2 상부면(37b) 상에 배치된다.
상기 외부 커버링(34)은 석영 또는 이트륨 산화물(Y2O3)이 코팅된 알루미늄 중의 한가지로 이루어지며, 상술한 것처럼, 상기 제 3 상부면(37c)에 배치된다. 상기 외부 커버링(34)과 다른 부속품 사이의 방전을 방지하기 위해, 상기 외부 커버링의 외주연부(34a)는 굴곡진 모양을 갖는다. 즉, 상기 외부 커버링(34)의 단면이 굴곡진 부채꼴을 갖도록, 상기 외부 커버링(34)의 상부면과 외측벽은 휘어진 곡선을 형성한다.
상기 내부 커버링(33)은 석영 또는 이트륨 산화물(Y2O3)이 코팅된 알루미늄 중의 한가지로 이루어지며, 상술한 것처럼, 상기 하부 지지체의 중간 높이 상부면(37b) 상에 배치된다. 결과적으로, 상기 내부 커버링(33)은 상기 외부 커버링(34)과 상기 하부 지지체(37) 사이에 배치된다. 상기 내부 커버링(33)은 상기 정전척(12)에 가까운 연장부(31) 및 상부 표면이 노출되는 노출부(32)로 구성된다. 상기 연장부(31)의 상부면은 상기 제 1 상부면(37a)과 같은 높이인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 연장부(31)의 상부면, 상기 주변부(18)의 상부면 및 상기 제 1 상부면(37a)은 모두 같은 높이이다. 하지만, 상기 표면들의 높이를 변화시키는 다양한 변형된 실시예가 가능하다. 또한, 상기 노출부(32)는 상기 외부 커버링(34)의 최상부와 같은 높이인 것이 바람직하며, 이 실시예에서는 상기 포커스 링(50)의 상부면보다 낮다.
상기 연장부(31), 상기 주변부(18) 및 상기 제 1 상부면(37a) 상에는 상기 플라즈마를 상기 웨이퍼(w)에 집중시키는, 환형의 상기 포커스 링(50)이 배치된다. 상기 포커스 링(50)은 일반적으로 실리콘으로 이루어지며, 내부 링(51) 및 상기 내부 링(51)보다 두꺼운 외부 링(52)으로 구분될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 포커스 링(50) 및 상기 내부 커버링(51)은 서로 정합하는 요철 구조(concavo-convex structure)들을 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 포커스 링(50)의 하부에는 돌출부(90)가 배치되고, 상기 연장부(31)의 상부면에는 상기 돌출부(90)에 정합하는 홈(92)이 형성된다(도 3, 도 6a 및 도 6b를 참조). 이때, 상기 돌출부(90) 및 상기 홈(92)은 모두 환형인 것이 바람직하다. 상기 돌출부(90) 및 상기 홈(92)은 각각 도 7a 및 도 7b에 도시한 것처럼, 상기 포커스 링(50)의 최외곽 하부면에 형성되는 변형예도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 포커스 링(50)에 홈(92')이 형성되고, 상기 내부 커버링(51)에 돌출부(90')가 형성될 수도 있다(도 4, 도 8a 및 도 8b를 참조). 상기 홈(92') 및 돌출부(90') 역시 서로 정합하며, 모두 환형인 것이 바람직하다. 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 포커스 링(50) 및 상기 절연부속품(30)은 정합된 복수개의 물결무늬들(97)을 갖는다(도 5, 도 9a 및 도 9b를 참조). 바람직하게는, 상기 물결무늬들(97)은 상기 외부링(52)의 하부 및 상기 연장부(31)의 상부에 형성된다. 이러한 요철 구조는 상기 노출부(32)의 상부면으로부터 상기 포커스 링(50)의 안쪽 하부면까지의 경로를 길게 만든다. 석영으로 이루어지는 상기 내부 커버링(51)은 식각 공정 동안 식각되어 상기 노출부(32)의 상부면이 낮아진다. 이에 따라, 상기 부산물들이 상기 포커스 링(50)의 하부면에 적층될 수 있는데, 상기 요철 구조는 이러한 부산물의 적층을 최소화시킨다.
한편, 상기 포커스 링(50)의 구조 및 배치를 보다 상세히 설명하기 위해, 상기 내부 링(51) 주변의 단면(88)을 확대하여 도시한 도 10를 참조하면, 상기 중심부(16)의 반지름(r1)은 상기 웨이퍼(w)의 반지름(r2)보다 짧다. 이에 따라, 상기 정전척(12) 상에 배치되는 상기 웨이퍼(w)의 가장자리는 항상 상기 중심부(16)를 벗어나서, 상기 반지름의 차이(r2-r1)만큼 상기 포커스 링의 내부 링(51) 상에 걸쳐진다. 이때, 상기 내부 링(51)의 두께(h2)는 상기 중심부(16)와 주변부(18) 사이의 높이 차이(h3)보다 얇다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼(w)의 하부면과 상기 내부링(51)의 상부면 사이의 간격(hd)은 0.1 내지 0.7㎜인 것이 바람직하다. 이 간격(hd)을 줄임으로써,상기 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전력을 인가하는 동안 상기 웨이퍼(w)와 상기 포커스 링(50) 사이에 인가되는 전기장 세기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전기장 집중에 따른 방전 등의 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부산물의 퇴적을 최소화하기 위해, 상기 중심부(16)와 상기 내부링(51) 사이의 간격(ℓ1)은 0.01 내지 0.2㎜인 것이 바람직하다. 같은 이유에서, 상기 포커스 링(50)과 상기 절연부속품(30) 사이의 간격 역시 0.01 내지 0.2㎜인 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 외부 링(52)의 상부면 높이는 적어도 상기 정전척(12)의 상부에 로딩된 상기 웨이퍼(w)의 상부면과 같거나 더 높은 것이 바람직하다.
이처럼 포커스 링을 요철 구조로 형성하고, 다른 부품들과의 간격을 조절하는 본 발명에 따르면, 플라즈마 식각 장치는 보다 안정화된 식각 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 종래의 식각 장치에서는 137매의 웨이퍼에서 포토레지스트가 손상되는 현상이 발생하였지만, 상술한 본 발명의 식각 장치에서는 4매의 웨이퍼에서 같은 현상이 발견되었다. 결과적으로, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 상술한 포토레지스트 손상과 같은 식각 공정의 불량을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 포커스 링은 요철 구조를 갖는다. 이에 따라, 부산물들이 상기 포커스 링의 하부면으로 침투하기 위한 경로가 길어짐으로써, 부산물들의 퇴적에 의한 방전 현상 등을 최소화할 수 있다. 그 결과, 보다 안정된 식각 특성을 갖는 플라즈마 식각 장치를 제조할 수 있다.
도 1a은 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 일부 부품들을 보여주는 단면도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 정전척에 부착된 폴리머 형태의 부산물들을 보여주는 사진이다.
도 1c 및 도 1d는 종래 기술에 따른 플라즈마 식각 장치에서 발생하는 공정 불량의 예들을 보여주는 사진들이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 포커스 링 구조체의 실시예들을 보여주는 단면도들이다.
도 6a 내지 도 9a는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 포커스 링의 실시예들을 보여주는 사시도이다.
도 6b 내지 도 9b는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 내부 커버링의 실시예들을 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치를 구성하는 포커스 링의 위치를 설명하기 위한 단면도이다.

Claims (18)

  1. 웨이퍼가 안착되는 정전척;
    상기 정전척을 둘러싸는 절연부속품; 및
    상기 정전척 및 상기 절연부속품의 상부에 배치되는 환형의 포커스 링을 구비하되,
    상기 포커스 링은 상기 절연부속품과 접하는 부분에서 요철 구조(concavo-convex structure)를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전척은
    상기 웨이퍼보다 짧은 직경을 갖는 중심부; 및
    상기 중심부보다 낮은 상부면을 가지면서, 상기 중심부를 둘러싸는 주변부로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연부속품는
    상기 정전척을 둘러싸는 하부 지지체; 및
    상기 정전척으로부터 이격되어 상기 하부 지지체의 상부에 배치되는 커버 링을 포함하되,
    상기 포커스 링은 적어도 상기 주변부의 상부면 및 상기 커버 링의 안쪽 상부면을 덮는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커버 링은
    상기 하부 지지체의 상부면 가장자리 상에 배치되는 외부 커버 링; 및
    상기 외부 커버 링과 상기 포커스 링 사이에 배치되는 내부 커버 링을 포함하되,
    상기 내부 커버링은 상기 포커스 링의 하부로 연장된 연장부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 커버링의 상부면 및 외측벽은 휘어진 단면을 형성함으로써, 상기 외부 커버링의 단면은 굴곡진 부채꼴을 구성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 커버링의 하부면은 상기 내부 커버링보다 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 커버링은 석영 또는 이트륨 산화물(Y2O3)이 코팅된 알루미늄 중에서 선택된 한가지 물질로 형성되고,
    상기 내부 커버링은 석영 또는 이트륨 산화물(Y2O3)이 코팅된 알루미늄 중에서 선택된 한가지 물질로 형성되고,
    상기 포커스 링은 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연부속품는 환형의 홈을 갖고, 상기 포커스 링은 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 커버링은 환형의 홈을 갖고, 상기 포커스 링은 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 환형의 홈을 갖고, 상기 절연부속품는 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 환형의 홈을 갖고, 상기 내부 커버링은 상기 홈에 삽입된 환형의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링의 외측 하부에서, 상기 포커스 링 및 상기 절연부속품의 단면들은 정합된 복수개의 물결무늬들을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 포커스 링의 외측 하부에서, 상기 포커스 링 및 상기 내부 커버링의 단면들은 정합된 복수개의 물결무늬들을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 적어도 하나의 돌출부 또는 적어도 하나의 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 포커스 링과 상기 중심부 사이의 간격은 0.01 내지 0.2 ㎜인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링과 상기 절연부속품 사이의 간격은 0.01 내지 0.2 ㎜인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 정전척에 인접하는 내부링과 상기 절연부속품에 인접하는 외부링으로 구성되되,
    상기 내부링의 상부면은 상기 정전척의 상부면보다 대략 0.1 내지 0.7㎜만큼 더 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연부속품의 상부면은 상기 포커스 링의 최상부면과 같거나 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
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