KR20050091854A - 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼를 감싸고, 플라즈마 혹은 반응 가스로부터 상기 반도체 웨이퍼를 보호하기 위한 포커스 링을 외측 링과 내측 링으로 분할 형성한 포커스 링에 관한 것이다. 본 발명은 진공챔버 내에서 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 장치에 사용되는 포커스 링에 있어서, 상기 포커스 링은 커버링과 접촉되는 외측 링 및 상기 외측 링의 내측에 결합되는 내측 링으로 분할 구성되며, 상기 외측 링은 실리콘(Si)재질이며, 상기 내측 링은 식각이 되지 않는 재질인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 포커스 링을 외측 링과 내측 링으로 분할하고, 웨이퍼가 놓이는 내측 링 부분의 재질을 식각이 어려운 재질로 하여, 공정이 장시간 진행되더라도 폴리머가 침전되어 쌓이지 않도록 하여 헬륨 가스의 누설을 방지하는 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 웨이퍼를 감싸고, 플라즈마 혹은 반응 가스로부터 상기 반도체 웨이퍼를 보호하기 위한 포커스 링에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼의 패턴형성에 있어서 고정밀의 에칭을 행하기 위하여 한쌍의 평행 평판형 전극에 의한 플라즈마로 에칭을 행하는 건식식각장치가 사용되고 있다. 건식식각장치는 반도체 웨이퍼 또는 LCD 기판 등과 같은 기판 상에 와이어링을 위한 전기적인 전도성 필름을 형성하는데 사용된다. 건식식각장치는 공정이 진행될 기판을 수용하고, 공정 공간을 확보하기 위한 진공챔버를 가지고 있다.
진공챔버의 내부에는 고주파 파워소스(RF)를 인가하기 위한 상, 하 전극들이 설치된다. 반도체 웨이퍼와 같이 공정이 진행될 기판은 하 전극 위에 위치된다. 식각가스가 상기 진공챔버로 공급되고, 고주파 전력이 상, 하 전극을 가로질러 공급되면, 식각가스는 플라즈마로 형성된다. 플라즈마의 반응 이온들은 웨이퍼의 자기 바이어스 전위(self-bias potential)에 의해서 당겨져, 상기 웨이퍼 상에 전기적인 전도성의 필름이 식각된다.
이러한 반도체 웨이퍼 제조 단계는 반도체 웨이퍼를 감싸는 포커스 링(focus ring)을 갖는 진공챔버에 의해 수행되며, 포커스 링은 하 전극 상의 웨이퍼 주위에 설치된다. 포커스 링은 반도체 웨이퍼를 가로지르는 불균일한 플라즈마 분포에 의해 발생되는 반도체 웨이퍼 에칭율의 불균일도를 감소시킨다. 즉, 포커스 링은 웨이퍼 위에 반응 이온들이 효과적으로 도달하도록 하여, 웨이퍼가 균일하지 않게 식각되는 것을 감소시킨다.
따라서 포커스 링은 건식 식각 공정의 균일성의 개선을 위하여 필수적으로 사용되고 있다. 상기 역할을 하기 위해 포커스 링은 내식성, 내플라즈마성, 전기적 전도성을 가져야 하며, 이를 위해 실리콘(Si) 재질의 절연 재료가 일반적으로 사용된다.
한편, 상기 건식식각장치에는 헬륨(He) 가스와 같은 인서트 가스가 열 전달 매개체로서 사용된다. 헬륨 가스는 바닥면과 하 전극 위에 설치되어 웨이퍼를 홀딩하는 정전척(electrode static chuck; ESC)과 웨이퍼 사이로 공급되어, 진공상태에서 에칭이 수행되는 동안 열 전달이 분산되도록 한다.
상기한 종래의 건식식각장치에서 사용되는 진공챔버의 구조를 도면을 참조하여 나타내면 다음과 같다.
도 1은 진공챔버의 단면을 나타내는 단면도로서, 도 1을 참조하면, 진공챔버(102)는 웨이퍼(110)를 입출할 수 있도록 측벽(104)에 슬릿 밸브(106)를 구비하고, 웨이퍼(110)는 정전척(112)에 의해 지지된다. 정전척(112)에 의해 지지되는 웨이퍼(110)의 테두리는 웨이퍼(110)의 원주를 감싸고 있는 포커스 링(114)에 의해 차폐된다.
그런데 도 1과 같은 형상, 구성의 포커스 링을 사용하는 경우에는, 에칭이 진행될 수록 포커스 링의 소실(consume)이 발생하기 때문에 세라믹 재질의 정전척과 포커스 링 사이에 단차가 발생하고, 단차 내에 에칭시 발생하는 폴리머(polymer) 또는 부산물이 쌓이게 된다.
이러한 현상과 그 문제점은 도 2, 3에 도시된 TEL(TOKYO ELECTRONIC LTD)사의 Me_SCCM 설비에 사용되는 포커스 링을 예로 들어 더욱 구체적으로 설명하도록 한다. 도 2는 상기 포커스 링의 초기 상태를 나타내는 단면도이며, 도 3은 상기 포커스 링을 장시간 사용한 후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 외커버 링(2)과 내커버 링(4)의 내측에 포커스 링(10)이 구비되고, 포커스 링(10)의 내측에는 정전척(8)이 위치한다. 정전척(8)의 상측에는 웨이퍼(6)가 그 테두리를 포커스 링(10)에 의해 차폐되면서 고정된다. 이러한 포커스 링(10)은 장시간 사용되면서, 도 3과 같이 변형되어 누설공간이 발생하게 된다.
도 3을 참조하면, 에칭 공정이 진행될 수록 포커스 링(10)의 소실되어 세라믹 재질의 정전척(8)과 포커스 링(10) 사이에 단차(10a)가 발생하고, 이 단차(10a)에 에칭 공정시 발생하는 폴리머(12) 등이 쌓여 지속적으로 침전된다. 즉, 헬륨 가스가 흐르도록 하는 정전척(8)은 웨이퍼(6)보다 작기 때문에 웨이퍼(6)의 최외각 부분은 포커스 링(10)에 놓이게 되고, 이러한 최외각 부분은 식각되어 정전척(8)과의 단차가 발생하게 된다. 따라서, 웨이퍼(6)는 정전척(8)에 정상적으로 놓이지 않게 되며, 웨이퍼(6)의 냉각을 위해 뒷면에 분사되는 헬륨 가스가 누설되고, 웨이퍼 버닝(burning) 현상이 발생하게 된다.
이는 웨이퍼(6)와 동일 재질인 포커스 링(10)이 식각되기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 포커스 링(10)을 식각 정도가 적은 SiC 등의 기타 재질로 구성할 수 있으나, 이 경우 웨이퍼(6)와의 재질이 상이하게 되어 플라즈마 발생영역이 불균일해지고 식각 균일성의 저하를 가져오게 된다. 또한 헬륨 가스가 누설되는 경우에는 진공챔버를 클리닝(cleaning)해 주어야 하므로, 생산성의 저하를 가져오게 된다.
따라서 폴리머의 소실 및 침전을 방지하여, 헬륨 가스의 누설을 막기 위한 포커스 링의 개선 구조를 필요로 하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼가 놓이는 부분이 식각되지 않도록 웨이퍼가 놓이는 부분을 분할하여 식각이 이루어 지지 않는 재질로 변경한 2 부분 분할 포커스 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 진공챔버 내에서 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 장치에 사용되는 포커스 링에 있어서, 상기 포커스 링은 커버링과 접촉되는 외측 링 및 상기 외측 링의 내측에 결합되는 내측 링으로 분할 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 외측 링은 실리콘(Si)재질이며, 상기 내측 링은 식각이 되지 않는 재질(예컨대, 세라믹 재질)인 것을 일 특징으로 한다. 또한 상기 내측 링은 수직으로 연장 형성된 수직 연장부 및 수평으로 연장 형성된 수평 연장부를 구비하여 상기 외측 링의 측면 및 하면에서 동시에 접촉되는 것을 일 특징으로 한다. 또한 상기 내측 링은 상기 수직 연장부가 그 상부의 웨이퍼에 의해 가려져 수직 상방으로 노출되지 않고, 상기 수평 연장부가 상기 외측 링에 의해 가려져 수직 상방으로 노출되지 않도록 하는 것을 일 특징으로 한다.
이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시례를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 포커스 링의 단면을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 포커스 링(20)은 외측 링(22)과 내측 링(24)으로 분할 형성되어 있으며, 웨이퍼(6)는 내측 링(24)의 상단에만 접촉되어 있다. 종래 기술과 동일한 구성인 커버링(2, 4), 웨이퍼(6), 정전척(8)에 대해서는 상기한 설명으로 갈음한다.
외측 링(22)은 웨이퍼(6)를 중심으로 바깥 쪽에 위치하여, 내커버 링(4)의 안쪽과 접촉, 결합된다. 외측 링(22)은 웨이퍼(6)와 동일한 재질이며, 웨이퍼(6)와는 접촉되지 않는다.
내측 링(24)은 외측 링(22)의 안쪽에 결합된다. 내측 링(24)은 식각이 되지 않는 재질(SiC 등의 실리콘 재질보다 산화공정에서 식각정도가 적은 재질)을 사용하며, 세라믹 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 내측 링(24)은 단면 상으로 수평 연장부(24a)와 수직 연장부(24b)가 수직으로 만나는 '┛'(반대측에서는 '┗') 형상인 것이 바람직하다.
내측 링(24)은 '┃'자형의 수직 형상으로 할 수도 있으나, 이 경우 외측 링(22)과 내측 링(24) 사이의 공간(gap)이 일직선이 되어 차폐가 불완전하게 된다. 따라서 플라즈마 또는 고주파 파워소스가 쉽게 누설되어 정전척(8)에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 누설이 용이하지 않도록 하기 위해서는 외측 링(22)과 내측 링(24) 사이의 공간이 중간에 꺾이도록 수평 연장부(24a)를 구비하여 차폐를 완전히 하는 것이 바람직하다.
내측 링(24)은 수평 연장부(24a)가 외측 링(22)의 하면(22a)과 면접촉하고, 수직 연장부(24b)가 외측 링의 측면(22b)와 면접촉하게 된다. 내측 링(24)의 수평 연장부(24a)가 삽입되어 결합되도록 외측 링(22)의 하면(22a)에 수평 단차홈(A)을 두는 것이 바람직하다.
내측 링(24)은 웨이퍼(6)와 접촉되므로 웨이퍼(6)와 함께 식각되지 않도록 하여야 한다. 따라서 내측 링(24)은 세라믹 재질과 같이 식각이 되지 않거나, 식각 정도가 적은 재질을 사용한다. 외측 링(22)은 종래의 포커스 링 재질인 실리콘(Si) 재질을 그대로 사용한다. 왜냐하면, 플라즈마가 노출되는 부분에 기존의 포커스 링 재질과는 다른 재질을 사용하는 경우에는 작업 균일성이 현저하게 감소하기 때문이다. 따라서 외측 링(22) 부분의 재질은 종래의 것을 그대로 사용하여 작업 균일성이 저하되는 것을 방지하도록 한다.
또한 종래의 포커스 링 재질과는 다르게 식각이 어려운 재질을 사용하는 내측 링(24)은, 상방에서 보았을 때 웨이퍼(6)에 가려 보이지 않도록 웨이퍼(6) 테두리의 하측에 위치하도록 한다. 내측 링(24)의 수직 연장부(24b)는 웨이퍼(6)의 하측 내에 위치하며, 수평 연장부(24a)는 외측 링(22)의 하측에 위치하여 상측으로 노출되지 않도록 한다. 따라서 상방에서 수직으로 바라보았을 때 내측 링(24)은 보이지 않아, 플라즈마는 웨이퍼(6)와 외측 링(22)에만 노출된다.
본 발명은 포커스 링을 외측 링과 내측 링으로 분할하고, 웨이퍼가 놓이는 내측 링 부분의 재질을 식각이 어려운 재질로 하여, 공정이 장시간 진행되더라도 폴리머가 침전되어 쌓이지 않도록 하여 헬륨 가스의 누설을 방지하는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 웨이퍼와 재질이 다른 내측 링이 웨이퍼 및 외측 링에 의해 가려져 수직 상방으로 노출되지 않도록 하여, 작업 균일성을 유지하도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 포커스 링을 갖는 진공 챔버의 단면을 나타내는 도면
도 2는 웨이퍼가 장착된 종래의 포커스 링의 초기 상태의 단면을 나타내는 도면
도 3은 도 2의 포커스 링을 장시간 사용한 상태의 단면을 나타내는 도면
도 4는 본 발명의 포커스 링의 단면을 나타내는 도면
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2 : 외커버 링 4 : 내커버 링
6 : 웨이퍼 8 : 정전척
10 : 포커스 링 12 : 폴리머
20 : 포커스 링 22 : 외측 링
22a : 하면 22b : 측면
24 : 내측 링 24a : 수평 연장부
24b : 수직 연장부 102 : 진공챔버
104 : 측벽 106 : 슬릿밸브
110 : 웨이퍼 112 : 정전척
114 : 포커스 링
Claims (5)
- 진공챔버 내에서 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 장치에 사용되는 포커스 링에 있어서, 상기 포커스 링은커버링과 접촉되는 외측 링; 및상기 외측 링의 내측에 결합되는 내측 링으로 분할 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링.
- 제 1 항에 있어서,상기 외측 링은 실리콘(Si)재질이며,상기 내측 링은 식각이 되지 않는 재질인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링.
- 제 2 항에 있어서,상기 내측 링의 재질은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링.
- 제 1 항에 있어서, 상기 내측 링은수직으로 연장 형성된 수직 연장부; 및수평으로 연장 형성된 수평 연장부를 구비하여 상기 외측 링의 측면 및 하면에서 동시에 접촉되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링.
- 제 4 항에 있어서, 상기 내측 링은상기 수직 연장부가 그 상부의 웨이퍼에 의해 가려져 수직 상방으로 노출되지 않고,상기 수평 연장부가 상기 외측 링에 의해 가려져 수직 상방으로 노출되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조 장치의 포커스 링.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |