KR20060127698A - 건식 식각 장치의 포커스 링 - Google Patents

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Abstract

건식 식각 장치의 포커스 링을 제공한다. 개시된 건식 식각 장치의 포커스 링은 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부, 및 상기 단차부의 상면 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 경사부를 구비한다.
건식식각, 플라즈마, 포커스 링, 폴리머

Description

건식 식각 장치의 포커스 링{FOCUS RING OF DRY ETCHING APPARATUS}
도 1은 일반적인 건식 식각 장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1의 포커스 링, 정전척, 및 웨이퍼의 관계를 나타낸 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포커스 링의 설치 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포커스 링의 설치 상태를 나타낸 단면도이다.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
50 : 챔버 51 : 정전척
52 : 샤워헤드 53 : 제 1 고주파 전원
53a : 정합기 55, 100, 200 : 포커스 링
110 : 몸체 120 : 단차부
130 : 경사부 220 : 제1경사부
230 : 제2경사부
본 발명은 건식 식각 장치의 포커스 링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 포커스 링의 단차부 구조를 개선하여 상기 단차부 끝단에 증착되는 폴리머의 증착률을 최소화함으로써 공정불량률을 낮추고, 폴리머의 제거를 위한 PM을 최소화함으로써 공정진행률을 향상시킬 수 있는 건식 식각 장치의 포커스 링에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스는 처리 기판인 웨이퍼에 대하여 진행되는 포토공정, 확산공정, 박막증착공정, 식각공정, 금속배선공정 등의 여러 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 제조된다.
이러한 여러 공정 중 식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 대별될 수 있는데, 습식식각의 경우 제거되어야 하는 웨이퍼의 최상단층을 효과적으로 제거할 수 있는 화학물질을 담은 습식조에 웨이퍼를 담갔다가 꺼내는 방식, 또는 상기 화학물질을 웨이퍼의 표면으로 분사하는 방식, 또는 일정 각도로 경사지게 고정시킨 웨이퍼 상으로 상기 화학물질을 흘려보내는 방식 등이 개발되어 사용되고 있다.
한편, 건식식각은 반응가스를 이온, 전자, 및 광자가 공존하는 플라즈마 상태로 전환한 후, 상기 플라즈마 상태의 반응가스와 피식각층이 반응하도록 유도하는 플라즈마 식각이나, 또는 반응가스를 챔버 내로 인입시켜 이온화시킨 후, 이를 웨이퍼 표면으로 가속화시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하는 반응성 이온식각 등으로 구별된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 플라즈마를 이용하는 종래의 건식식각장치에 대해 간략히 살펴본다. 도 1은 일반적인 건식 식각 장치의 개략적 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 이용하는 종래의 건식식각장치는 기밀이 유지되는 원통형의 챔버(50)를 갖는다. 상기 챔버(50) 내의 하부에는 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 지지고정하는 한편, 플라즈마 형성을 위한 하부 전극으로서의 역할을 수행하는 정전척(51)이 구비된다. 상기 챔버(50) 내의 상부에는 상기 정전척(51)과 평행하게 대향되도록 설치되어 웨이퍼(W) 상으로 반응가스를 공급하는 한편, 플라즈마 형성을 위한 상부 전극으로서의 역할을 수행하는 샤웨헤드(52)가 구비된다.
한편, 하부 전극에 해당하는 상기 정전척(51) 및 상부 전극에 해당하는 상기 샤웨헤드(52)에는 각각 제1 및 제2 고주파 전원(53, 54)으로부터 주파수를 달리하는 RF(고주파) 전력이 정합기(53a, 54a)를 통해 인가됨으로써 상기 챔버(50) 내에 RF 전계가 형성된다. 이러한 RF 전계에 의해 상기 샤웨헤드(52)를 통해 공급되는 반응가스는 플라즈마화되고, 플라즈마화된 반응가스에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 절연막 등의 피처리막에 대한 식각이 이루어 진다.
한편, 상기 정전척(51)의 외주부에는 그 위에 지지고정된 웨이퍼(W)를 소정 간격 이격된 상태로 둘러싸는 포커스 링(55)이 설치된다. 상기 포커스 링(55)은 절연체로 형성되며, 상기 샤웨헤드(52)의 외주부에 설치된 실드링(56)과 함께 RF 전계에 의해 형성된 플라즈마를 웨이퍼(W)로 집속시키는 역할을 수행한다.
도 2는 도 1의 포커스 링, 정전척, 및 웨이퍼의 관계를 나타낸 확대 단면도인데, 도 2에 도시된 바와 같이, 포커스 링(55)은 플라즈마에 노출되는 측에, 웨이퍼(W)의 상면과 대체로 평행한 높이로 형성된 상면을 갖는다. 또한, 상기 포커스 링(55)의 내주 단부에는 웨이퍼(W)의 하측으로 연장돌출된 단차부(55a)가 형성된다. 이러한 상기 포커스 링(55)은 절연체로 형성되기 때문에 플라즈마가 상기 포커스 링(55) 보다는 웨이퍼(W)로 쏠리게 된다. 따라서 화살표로 나타내는 바와 같이 플라즈마가 웨이퍼(W) 상으로 집속된다.
그런데 이러한 종래 포커스 링(55)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, A부, 즉 정전척(51)의 외주부 측면과 접하는 포커스 링(55)의 단차부(55a) 끝단에 식각공정의 진행시 생성되는 반응 부산물인 폴리머(Polymer)가 집중적으로 증착됨으로써 공정 수행에 많은 지장을 초래한다. 즉, 상기 정전척(51) 상부로 웨이퍼(W)가 로딩될 때, 상기 포커스 링(55)의 단차부(55a) 끝단에 증착된 폴리머(Polymer)가 웨이퍼(W)의 이면과 부딪치면서 떨어져 나와 날리게 되어 공정 불량의 원인이 되는 파티클의 소스로 작용하게 되는 문제점이 있다. 특히, 떨어져 나온 상기 폴리머(Polymer)가 정전척(51)의 상면과 웨이퍼(W)의 하면 사이에 끼게 될 경우, 상기 정전척(51)의 상면으로부터 공급되어 상기 웨이퍼(W)를 냉각시켜주는 냉각가스(미도시)가 새어나가게 됨으로써 공정 불량을 초래하게 되는 문제점이 있다. 따라서 이러한 폴리머(Polymer)의 제거를 위한 정기적인 PM(예방유지보수) 뿐 아니라, 잦은 비정기적 PM의 실시를 요하게 되어 전체적인 공정진행률이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 포커스 링의 단차부 구조를 개선하여 상기 단차부 끝단에 증착되는 폴리머의 증착 률을 최소화함으로써 공정불량률을 낮추고, 폴리머의 제거를 위한 PM을 최소화함으로써 공정진행률을 향상시킬 수 있는 건식 식각 장치의 포커스 링을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 건식 식각 장치의 포커스 링을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 포커스 링은 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부, 및 상기 단차부의 상면 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 경사부를 구비한다.
이때, 상기 몸체, 상기 단차부, 및 상기 경사부는 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치의 포커스 링은 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 상면 일단으로부터 내측을 향해 하방으로 경사지게 연장형성된 제1경사부, 및 상기 제1경사부의 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 제2경사부로 구성된다.
이때, 상기 몸체, 상기 제1경사부, 및 상기 제2경사부는 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하 나로 형성될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 건식 식각 장치의 포커스 링에 대해 상세히 설명한다. 한편, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포커스 링의 설치 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포커스 링(100)은 소정 두께를 갖되, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부(120), 및 상기 단차부(120)의 상면 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 경사부(130)를 구비한다.
이러한 구성을 갖는 포커스 링(100)에 의하면, 종래 식각공정의 진행시 생성되는 반응 부산물인 폴리머(Polymer)가 집중적으로 증착되던 부분, 즉 웨이퍼(W)의 에지부 수직 하방에 위치하여 정전척(51)과 접하는 포커스 링(100)의 접경부가 외측을 향해 하방으로 경사지도록 형성된 경사부(130)로 구성되기 때문에, 상기 폴리머(Polymer)가 상기 접경부에 쉽게 증착되지 못하도록 하고, 웨이퍼(W)의 에지부 수직 하방으로부터 벗어난 단차부(120)에 적층되도록 유도한다.
따라서 상기 웨이퍼(W)의 잦은 정전척(51)으로의 로딩시에도 상기 웨이퍼(W)의 에지부 하면이 적층된 상기 폴리머(Polymer)와 접촉되지 않기 때문에 상기 폴리머(Polymer)가 떨어져나와 날리게 됨으로써 회로패턴이 형성된 상기 웨이퍼(W)의 상면을 오염시키거나, 또는 상기 웨이퍼(W) 하면과 상기 정전척(51) 상면 사이에 상기 폴리머(Polymer)가 끼게 됨으로써 상기 웨이퍼(W)를 냉각시키는 냉각가스를 누설시키던 문제점을 방지할 수 있다.
한편, 상기 몸체(110), 단차부(120), 및 경사부(130)는 절연체, 예를 들어 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 상기 포커스 링(100)은 웨이퍼(W)를 지지고정하는 정전척(51)의 단차부에 설치되어 전체적으로 상기 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 함으로써 샤워헤드(52, 도 1 참조)와 상기 정전척(51) 사이에 형성되는 플라즈마가 상기 웨이퍼(W) 상으로 집속되도록 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포커스 링의 설치 상태를 나타낸 단면도인데, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포커스 링(200)은 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)의 상면 일단으로부터 내측을 향해 하방으로 경사지게 연장형성된 제1경사부(220), 및 상기 제1경사부(220)의 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 제2경사부(230)로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 포커스 링(200) 역시, 종래 식각공정의 진행시 생성되는 반응 부산물인 폴리머(Polymer)가 집중적으로 증착되던 부분, 즉 웨이퍼(W)의 에지부 수직 하방에 위치하여 정전척(51)과 접하는 포커스 링(200)의 접경부가 외측을 향해 하방으로 경사지도록 형성된 제2경사부(230)로 구성되어 상기 폴리머(Polymer)가 상기 접경부에 쉽게 증착되지 못하도록 한다. 다만, 도 3을 통해 설명한 포커스 링(100)에서와 같은 단차부(120) 대신, 상기 제2경사부(230)의 일단으로부터 외측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성되어 상기 몸체(210)의 상면 일단과 연결되는 제1경사부(220)를 구비한다는 점에서 상기 포커스 링(100)과 차이를 갖는다.
한편, 상기 몸체(210), 상기 제1경사부(220), 및 상기 제2경사부(230) 역시 절연체, 예를 들어 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 상기 포커스 링(200) 역시 웨이퍼(W)를 지지고정하는 정전척(51)의 단차부에 설치되어 전체적으로 상기 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 함으로써 샤워헤드(52, 도 1 참조)와 상기 정전척(51) 사이에 형성되는 플라즈마가 상기 웨이퍼(W) 상으로 집속되도록 한다.
또한, 상기 웨이퍼(W)의 잦은 정전척(51)으로의 로딩시에도 상기 웨이퍼(W)의 에지부 하면이 적층된 상기 폴리머(Polymer)와 접촉되지 않기 때문에 상기 폴리머(Polymer)가 떨어져나와 날리게 됨으로써 회로패턴이 형성된 상기 웨이퍼(W)의 상면을 오염시키거나, 또는 상기 웨이퍼(W) 하면과 상기 정전척(51) 상면 사이에 상기 폴리머(Polymer)가 끼게 됨으로써 상기 웨이퍼(W)를 냉각시키는 냉각가스를 누설시키던 문제점을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 에지부 수직 하방에 위치하여 정전척과 접하는 포커스 링(100)의 접경부 상에 증착되는 폴리머의 증착률을 최소화함으로써 공정불량률을 낮추고, 폴리머의 제거를 위한 PM을 최소화함으로써 공정진행률을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체;
    상기 몸체의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부; 및
    상기 단차부의 상면 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 경사부를 포함하는 건식 식각 장치의 포커스 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체, 상기 단차부, 및 상기 경사부는 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 포커스 링.
  3. 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체;
    상기 몸체의 상면 일단으로부터 내측을 향해 하방으로 경사지게 연장형성된 제1경사부; 및
    상기 제1경사부의 일단으로부터 내측을 향해 상방으로 경사지게 연장형성된 제2경사부를 포함하는 건식 식각 장치의 포커스 링.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 몸체, 상기 제1경사부, 및 상기 제2경사부는 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 포커스 링.
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