KR20060134675A - 건식 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

건식 식각 장치가 제공된다. 건식 식각 장치는 공정 챔버와, 공정 챔버 내부에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 정전척 및 웨이퍼 및 정전척을 둘러싸도록 형성되며 플라즈마가 웨이퍼에 집중되도록 모아주는 일체형 에지링을 포함한다.
건식 식각 장치, 플라즈마, 일체형 에지링

Description

건식 식각 장치{Apparatus for dry etching}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 에지링의 사시도 및 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 공정 챔버 110 : 가스 공급부
120 : 가스 배기부 130 : 게이트
200 : 상부 전극 210 : 가스홀
220 : 상부 전원 300 : 하부전극부
310 : 정전척 320 : 하부 전극
330 : 일체형 에지링 340 : 내부 포커스링
350 : 외부 포커스링 360 : 절연링
370 : 그라운드링 380 : 정전척 지지대
390 : 하부 전원
본 발명은 건식 식각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 안정성을 높이고 생산성을 증가시킬 수 있는 건식 식각 장치에 관한 것이다.
웨이퍼 위에 형성된 감광막 패턴(pattern)을 따라 하부 막을 제거하는 식각(etching) 공정의 식각 방법으로는 습식 식각(wet etching)과 건식 식각(dry etching)이 있다.
여기서, 건식 식각은 공정 챔버 내부에 적절한 기체를 주입하고, 플라즈마(plasma)를 형성시킨 후, 이온화된 입자들을 웨이퍼 표면과 충돌시킴으로써 물리적 혹은 화학적 반응에 의해 물질을 제거하는 방법이다.
건식 식각 공정을 수행하기 위한 식각 장치는 RF(Radio Frequency) 전극 구성에 따라 PE(Plasma Etching), RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), ECR(Electron-Cyclotron Resonance), DPS(Decoupled Plasma Source), TCP(Transformer Coupled Plasma) 등의 여러 가지 방식으로 분류된다.
건식 식각 장치에서 웨이퍼가 안착되는 정전척(electro static chuck)에는 식각 가스에서 형성된 플라즈마가 웨이퍼에 집중되도록 하는 에지링(edge ring)이 포함된다. 여기서, 에지링은 상부 에지링과 하부 에지링으로 나누어 형성된다. 상부 에지링은 플라즈마가 웨이퍼에 집중되도록 하며, 웨이퍼의 측면을 보호한다. 하부 에지링은 상부 에지링을 지지하고, 정전척의 측면을 보호한다.
건식 식각 장치에서는 웨이퍼와 식각 가스들이 반응하면서 식각 부산물인 폴리머(polymer)가 생성된다. 한편, 상부 에지링과 하부 에지링 사이에는 미세하지만 공간이 존재하게 된다. 따라서, 상부 에지링과 하부 에지링 사이의 공간에 식각 부산물인 폴리머가 부착하게 된다. 이러한 폴리머의 증착은 식각 장치 내의 파티클(particle) 발생을 유발한다. 이러한 파티클은 공정 챔버 내부를 오염시키고, 식각 공정 진행 중에 웨이퍼 위로 떨어져 불량을 야기할 수도 있어 공정 안정성에 문제가 생긴다.
또한, 식각 가스들과 에지링의 구성 요소들간의 화학적 반응에 의하여 폴리머(polymer)가 생성될 수도 있다. 에지링이 알루미늄으로 이루어졌을 경우, 알루미늄과 식각 가스와의 반응에 의해 폴리머가 생성되고 이러한 폴리머는 에지링에 부착하게 된다.
또한, 에지링이 실리콘으로 이루어진 경우, 그 비용이 비싸고, 식각 가스에 의하여 식각이 잘 되어 교체 주기가 짧아지게 되어 생산성이 떨어진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공정 안정성을 높이고 생산성을 증가시킬 수 있는 건식 식각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치는, 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 정전척 및 상기 웨이퍼 및 정전척을 둘러싸도록 형성되며 플라즈마가 상기 웨이퍼에 집중되도록 모아주는 일체형 에지링을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 개념도이다. 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 에지링의 사시도 및 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 건식 식각 장치는 공정 챔버(process chamber; 100), 가스 공급부(110), 가스 배기부(120), 게이트(gate; 130), 상부 전극(200), 가스홀(gas hole; 210), 상부 전원(220), 하부 전극부(300)를 포함한다.
공정 챔버(100)에는 가스 공급부(110), 가스 배기부(120) 등이 연결된다. 공정 챔버(100) 내에서는 식각 공정이 이루어지며, 이를 위하여 적정한 온도 및 압력이 유지된다.
가스 공급부(110)에서는 식각 가스를 공급한다. 가스 공급부(110)에서 공급 하는 식각 가스는 식각하려는 물질에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, Al을 식각하려는 경우에는 Cl2, BCl3, N2 등의 혼합 가스를 공급할 수 있고, SiNx을 식각하려는 경우에는 SF6, CF4 등의 혼합 가스를 공급할 수 있다. 또한, 산화막을 식각하려는 경우에는 O2, CF4, CHF3 등의 혼합 가스를 공급할 수 있다.
가스 배기부(120)에서는 식각된 부산물과 식각을 위해 공급된 가스가 배기된다. 또한, 공정 챔버(100) 내부의 압력을 조절할 수 있다. 공정 챔버(100)의 압력은 예를 들어, 약 120mTorr 내지 130mTorr 또는 약 170mTorr 내지 180mTorr 로 유지될 수 있다. 적정 압력은 식각 하려는 물질에 따라 달라질 수 있다.
게이트(130)는 공정 챔버(100)의 일측면에 형성되며, 웨이퍼(W)가 공정 챔버(100) 내로 출입할 수 있도록 형성된다. 웨이퍼(W)는 로봇암(미도시)이 게이트(130)를 통해 공정 챔버(100) 내외로 이동시킨다.
상부 전극(200)은 공정 챔버(100)의 상측에 형성되며, 상부 전원(220)에 의해 RF(Radio Frequency) 전원이 인가될 수 있으며, 예를 들어 약 600W가 인가될 수 있다. 상부 전극(200)은 후술하는 하부 전극(320)과 상호 작용하여 공정 챔버(100)로 공급되는 식각 가스를 플라즈마화 한다.
가스홀(210)은 상부 전극(200) 상에 다수 개가 형성된다. 가스홀(210)은 가스 공급부(110)에서 공급된 식각 가스를 공정 챔버(100) 내부로 균일하게 공급하는 역할을 한다.
하부 전극부(300)는 정전척(electro static chuck; 310), 하부 전극(320), 일체형 에지링(330), 내부 포커스링(340), 외부 포커스링(350), 절연링(360), 정전척 지지대(380), 하부 전원(390)을 포함한다.
정전척(310)은 웨이퍼(W)를 클램핑(clamping)하기 위하여 정전기를 이용하여 웨이퍼(W)를 척킹(chucking)한다. 정전척(310)은 원기둥 모양으로써, 상부에는 단차가 형성되어 있다. 정전척(130)의 상부에는 웨이퍼(W)가 놓여지고, 정전척(130)의 하부는 하부 전극(320)과 연결된다. 또한, 정전척(310)의 측면에는 일체형 에지링(330), 내부 포커스링(340)이 연결된다. 정전척(310)은 후술하는 실린더(미도시)에 의해 상하로 이동될 수 있다.
하부 전극(320)은 정전척(310) 아래에 위치하며, 하부 전극(320)의 밑면은 정전척 지지대(380)와 연결된다. 하부 전극(320)이 정전척(310)과 연결될 때에, 스크류(322)에 의해 연결될 수 있다. 하부 전극(320)의 하부 측면에는 절연링(360)이 둘러싸고 있으며, 하부 전극(320)의 상부 측면과 절연링(360)의 외측면에는 내부 포커스링(340)이 둘러싸고 있다. 하부 전극(320)에는 정전척 지지대(380)의 내부를 통해 하부 전원(390)과 연결되어, RF(Radio Frequency) 전원이 인가될 수 있으며, 약 600W가 인가될 수 있다. 또한, 하부 전극(320)의 내부에는 쿨런트(coolant)가 흘러서 정전척(310)의 온도를 적정 온도로 유지시켜 줄 수 있다. 이 때, 적정 온도는 식각하려는 물질에 따라 달라질 수 있다.
일체형 에지링(330)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙에 웨이퍼(W)가 안착되도록 소정 공간이 마련된 링 형상으로써, 정전척(310)의 상부 측면에 정전척(310)을 둘러싸도록 형성되어 있다. 이 때, 일체형 에지링(330)은 정전척 (310)보다 위로 돌출되게 형성된다. 일체형 에지링(330)의 돌출 부분의 내측면인 상부 내측면은 웨이퍼(W) 방향으로 하향 경사지도록 형성된다. 또한, 웨이퍼(W)가 안착되는 정전척(310)과 맞닿아 있는 하부 내측면은 정전척(310)의 외측면의 프로파일과 같이 단차가 지도록 형성되며, 일체형 에지링(330)의 외측면은 내부 포커스링(340)이 둘러싸고 있다.
일체형 에지링(330)은 웨이퍼(W)가 하부 전극(320)으로부터의 고주파 파워 영역 중심 부위에 위치되도록 그 영역 분포를 확대해 준다. 또한, 일체형 에지링(330)은 플라즈마 상태인 반응가스 이온이 웨이퍼(W)에 집중될 수 있도록 하여, 웨이퍼(W)의 표면 식각이 잘 이루어지도록 한다.
또한, 일체형 에지링(330)은 웨이퍼(W)의 가장자리에 폴리머가 부착되지 않도록 보호하고, 또한, 정전척(310)의 측면에 폴리머가 부착되지 않도록 정전척(310)의 측면을 보호한다. 폴리머가 정전척(310)에 부착될 경우 척킹되는 웨이퍼(W)의 하부에서 단차가 발생해 식각 불량이 유발될 수 있으며, 웨이퍼(W)의 척킹 또는 디척킹 시에 웨이퍼(W) 깨짐을 유발할 수도 있기 때문이다.
일체형 에지링(330)은 석영으로 형성될 수 있다. 석영은 내열성이 높으며, 알루미늄에 비해 폴리머가 증착되는 정도가 적어, 폴리머 증착에 의한 불량을 줄일 수 있다.
또한, 일체형 에지링(330)은 플라즈마에 의하여 약간씩 식각되므로, 소정 기간이 지난 후에는 교체해 주어야 하는데, 석영은 실리콘 등에 비해 저렴하므로 일체형 에지링(330)을 석영으로 사용할 경우 비용을 절감할 수 있다.
한편, 일체형 에지링(330)을 상부 에지링과 하부 에지링으로 나누어 설계하지 않고, 하나로 형성함으로 인하여 상부 에지링과 하부 에지링 사이에 폴리머가 부착되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 상부 에지링과 하부 에지링 사이에 폴리머가 부착됨으로 인하여, 식각 장치 내에 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 파티클 발생으로 인한 불량의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
내부 포커스링(340)은 일체형 에지링(330)의 외측면, 정전척(310)의 하부 외측면, 하부 전극(320)의 상부 외측면 및 절연링(360)을 둘러싸도록 형성된 링 형상이다. 내부 포커스링(340)의 내측면은 일체형 에지링(330), 정전척(310), 하부 전극(320), 절연링(360)의 외측면의 프로파일에 따라 단차가 지도록 형성될 수 있다. 또한, 내부 포커스링(340)은 일체형 에지링(330)과 높이가 같도록 형성될 수 있다. 내부 포커스링(340)은 예를 들어, 세라믹으로 형성될 수 있다. 따라서, 에칭시 발생되는 열을 차단하여 정전척(310) 및 하부 전극(320)을 보호하는 역할을 한다.
외부 포커스링(350)은 내부 포커스링(340)의 외측면을 둘러싸도록 형성된 외측면이 단차진 링 형상이다. 외부 포커스링(350)의 하부는 그라운드링(370)과 맞닿아 있어 그라운드된다. 또한, 외부 포커스링(350)의 높이는 내부 포커스링(340)과 같도록 형성되며 예를 들어, 알루미늄으로 형성될 수 있다.
내부 포커스링(340) 및 외부 포커스링(350)으로 이루어지는 포커스링(340, 350)은 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면으로 균일하게 분포될 수 있도록 하여, 웨이퍼(W)의 중심 부분과 웨이퍼(W)의 가장자리에서 식각율의 차이가 발생하지 않도록 한다. 또한 정전척(310)과 하부 전극(320)의 측벽에 폴리머가 증착되지 않도록 보호 해 준다.
절연링(360)은 하부 전극(320)의 단차진 측벽의 하부을 둘러싸도록 형성되고, 내부 포커스링(340)의 단차진 하부 측벽에 의해 둘러 싸여지는 링 형상이다. 절연링(360)은 하부 전극부(300)를 절연시켜주며, 예를 들어, 세라믹으로 구성될 수 있다.
그라운드링(370)은 절연링(360)과 내부 포커스링(340), 외부 포커스링(350)의 하부에 위치하며, 절연링(360)과 내부 포커스링(340), 외부 포커스링(350)의 밑면과 외부 포커스링(350)의 하부 외측벽을 둘러싸도록 형성되어 있는 링 형상이다. 그라운드링(370)은 외부 포커스링(350)과 맞닿아 외부 포커스링(350)을 그라운드시켜 준다.
정전척 지지대(380)는 하부 전극(320) 아래에 위치한다. 정전척 지지대(380) 내부에는 공기압에 의해 높이를 조절하는 실린더(미도시)가 형성되어 있으며, 실린더(미도시)는 정전척(310)을 상하로 이동하여, 웨이퍼(W)를 상하로 이동시킬 수 있다.
도 1을 참조하여 건식 식각 장치의 식각 공정을 설명한다. 우선, 웨이퍼를 공정 챔버(100)의 정전척(130) 상에 안착시킨다. 이 때, 로봇암(미도시)이 게이트(130)를 통해 웨이퍼를 운반하여 안착시킨다. 여기서, 정전척(310)은 웨이퍼(W)를 클램핑(clamping)하기 위하여 정전기를 이용하여 웨이퍼(W)를 척킹(chucking)한다.
그 후, 가스 배기부(120)에서 공점 챔버(100) 내부의 공기를 배기하여 공정 챔버(100) 내부를 적정 압력 상태로 만든다. 이어서, 상부 전극(200)과 하부 전극 (320)에 RF 전원을 인가하고, 정전척 지지대(380)는 웨이퍼(W)가 안착된 정전척(310)을 상부 전극 방향으로 일정 간격 상승시킨다. 그 후, 가스 공급부(110)에서 식각 가스를 공급하는데 예를 들어, 산화막을 식각하려는 경우에는 O2, CF4, CHF3 등의 혼합 가스를 공급할 수 있다. 이때, 상부 전극(200)과 하부 전극(320)에 인가되는 고주파 전력에 의해 공정 챔버(100)내에 전기장이 형성되고, 식각 가스 입자가 전기장에 의해 활성화 되면서 플라즈마가 형성된다. 플라즈마는 식각 가스 입자가 이온화된 이온과 전자 및 라디칼 입자들로 구성될 수 있다. 생성된 플라즈마에 의해, 식각이 진행된다.
이 때, 일체형 에지링(330)은 플라즈마 상태인 식각 가스 이온이 웨이퍼(W)에 집중될 수 있도록 하여, 웨이퍼의 표면 식각이 잘 이루어지도록 한다. 특히, 석영으로 이루어진 일체형 에지링(330)은 내열성이 좋고, 폴리머가 잘 부착되지 않는다. 또한, 에지링을 상부 에지링과 하부 에지링으로 나누어 제작하지 않고, 일체형 에지링(330) 하나로 형성하면 상부 에지링과 하부 에지링 사이의 공간에 폴리머가 증착되지 않으므로, 공정 안정성을 높여줄 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 건식 식각 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 에지링을 하나로 형성함으로써, 폴리머가 분리된 에지링 사이의 공간에 부착되지 않으며 따라서, 공정 안정성을 높일 수 있다.
둘째, 일체형 에지링을 석영으로 형성함으로써, 폴리머의 부착이 적어지고, 또한 비용이 절감되어 생산성이 높아질 수 있다.

Claims (3)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 형성되어, 웨이퍼가 안착되는 정전척; 및
    상기 웨이퍼 및 정전척을 둘러싸도록 형성되며, 플라즈마가 상기 웨이퍼에 집중되도록 모아주는 일체형 에지링을 포함하는 건식 식각 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일체형 에지링은 석영으로 구성된 건식 식각 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 일체형 에지링은 상부 내측면과 하부 내측면을 포함하고, 상기 상부 내측면은 상기 웨이퍼 방향으로 하향 경사지고 상기 하부 내측면은 정전척의 외측면의 프로파일과 실질적으로 동일한 건식 식각 장치.
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