KR20070008980A

KR20070008980A - 반도체 식각 장비 및 반도체 식각장비의 척 조립체

Info

Publication number: KR20070008980A
Application number: KR1020050063880A
Authority: KR
Inventors: 김상호; 김현오
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-01-18

Abstract

본 발명은 반도체 식각장비의 척 조립체에 관한 것으로, 반도체 식각장비의 척 조립체는 기판 저면 중심 부위를 밀착 지지하며, 상면 가장자리 부위가 기판 저면과 이격 대향하도록 단차지게 형성된 척 본체; 내측 저면이 상기 척 본체의 단차진 면에 밀착 지지되고, 내측 상면 부위는 기판 저면과 이격되게 단차진 요홈부를 갖는 포커스 링(focus ring); 및 상기 척 본체의 측부 외측으로 연장된 상기 포커스링 측면과 저면 부위를 밀착 지지하도록 설치되는 절연 링을 포함한다. 이와 같이, 본 발명의 척 조립체는 포커스 링(focus ring)의 구조를 개선하여 식각시 발생하는 복합 부산물(by-products)이 기판 표면으로 날리는 것을 억제함으로써 장비의 수율, 가동율 및 신뢰도를 개선할 수 있다.

플라즈마, 포커스 링, 정전척

Description

반도체 식각 장비 및 반도체 식각장비의 척 조립체{Etching equipment for fabricating semiconductor device and chuck assembly used in the equipment}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 식각 장비의 개략도;

도 2는 도 1 에 도시된 척 조립체의 주변을 확대해서 보인 상세도;

도 3은 기존의 척 조립체의 주변을 확대해서 보인 상세도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

102 : 플라즈마 챔버

104 : 상부전극

110 : 척 조립체

112 : 척 본체

114 : 포커스 링

116 : 절연 링

본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 식각 장비 및 반도체 식각장비의 척 조립체에 관한 것이다.

일반적인 건식 식각(dry etching)은 피가공 재료(기판) 위에 가스를 공급해 반응을 일으켜서 증기압이 높은 물질, 또는 휘발성 물질을 생성시킴으로써 피가공(기판) 물질을 식각하는 방식이다. 통상의 건식식각은 스퍼터 에칭(sputtering etching), 플라즈마 에칭(plasma etching) 및 이온빔 에칭(Reactive Ion beam etching)의 3가지 방식이 있는데, 플라즈마 에칭에서는 기판이 전기적으로 플로팅(floating) 상태이고, 플라즈마 상태로 활성화된 레디컬(radical)이 식각 반응을 일으키게 된다. 주로 플라즈마 에칭을 사용하여 식각을 수행하는 박막은 폴리실리콘막, 실리콘질화막(SiN), 포토레지스트막 및 PSG(Phosphor-Silicate Glass) 등이 있다.

이러한 건식 식각 공정에 식각 장치는 챔버의 내부에서 상부와 하부에 서로 소정의 높이를 이격하여 상부 전극과 하부 전극을 구비하고, 하부 전극의 상부에는 기판을 정전기력에 의해 척킹하는 정전 척이 구비되도록 한다. 정전 척에는 기판이 안착되며, 상부 전극측의 가스 유입구를 통 해서는 소스 가스가 충전되고, 상부 전극과 하부 전극에는 RF 전원이 인가된다.

따라서 정전 척에 기판이 안착되게 한 상태에서 가스 유입구를 통해서는 소스 가스가 유입되도록 하고, 상부전극과 하부 전극에는 RF 전원이 인가되도록 하면 상부 전극과 기판 사이에서는 플라즈마가 발생되면서 이 플라즈마에 의해 기판에의 막질을 식각하게 되는 식각 공정을 수행하게 된다.

한편, 정전척 주변에는 상부전극과 하부전극 사이에서 발생되는 플라즈마가 기판에 집중적으로 모이도록 하는 포커스 링이 정전척 외주면 상부에 설치되는데, 도 3에서와 같이, 식각 장비의 공정 수행 시 부득이하게 부산물인 폴리머는 특히 포커스 링(12)과 기판(w) 사이의 틈새에 쌓이게 되는 폐단이 있다. 이러한 폴리머는 RF 파워의 오프 시 챔버 내부에서의 유동 와류의 영향 등으로 그 틈새로부터 날리면서 기판 가장자리에 안착되어 기판 오염을 유발시키게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포커스 링(focus ring)의 구조를 개선하여 식각시 발생하는 복합 부산물(by-products)이 기판 표면으로 날리는 것을 억제함으로써 장비의 수율, 가동율 및 신뢰도를 개선할 수 있는 척 조립체 및 그것을 갖는 반도체 식각 장비를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 반도체 식각장비의 척 조립체는 기판 저면 중심 부위를 밀착 지지하며, 상면 가장자리 부위가 기판 저면과 이격 대향하도록 단차지게 형성된 척 본체; 내측 저면이 상기 척 본체의 단차진 면에 밀착 지지되고, 내측 상면 부위는 기판 저면과 이격되게 단차진 요홈부를 갖는 포커스 링(focus ring); 및 상기 척 본체의 측부 외측으로 연장된 상기 포커스링 측면과 저면 부위를 밀착 지지하도록 설치되는 절연 링을 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 반도체 식각장비는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 위치하고, 제조 공정 동안에 기판이 안착되는 정전척(ESC); 상기 정전척 위에 놓이는 기판을 이격된 상태에서 감싸는 포커스 링; 상기 포커스 링과 상기 정전척을 덮으면서 둘러싸고 있는 절연 링을 포함하되; 상기 포커스 링의 상부면은 상기 정전척에 놓여진 기판의 상면보다 낮으며, 기판 가장자리 저면에 인접한 상기 포커스 링의 상부면에는 기판이 놓여지는 정전척의 상부면보다 낮게 파여진 요홈부를 형성한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포커스 링은 Si 재질로 이루어지며, 상기 절연 링은 석영 재질로 이루어진다.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

본 발명의 기본적인 의도는 포커스 링의 구조를 변경하여 기판과 포커스 링 사이에 쌓이는 복합 부산물(by-products)이 기판 표면으로 날리는 것을 억제하는데 있다. 이를 달성하기 위해 본 발명자는 기판 가장자리와 포커스 링 사이에 복합 부산물이 충분히 쌓일 수 있는 넉넉한 공간을 제공하되, 그 공간에 쌓인 복합 부산물들이 기판 가장자리 상면으로 날리지 않도록 포커스 링과 기판 가장자리 사이의 간격을 유지할 수 있도록 포커스 링에 요홈부를 갖는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 식각 장비의 개략도이고, 도 2는 도 1 에 도시된 하부전극의 주변을 확대해서 보인 상세도이다.

도 1에 도시된 건식 식각 장비(100)는 반도체 기판의 패턴형성에 있어서는 소자의 고집적화, 미세화에 수반해서 고정밀도의 에칭을 행하기 위하여 한 쌍의 평행 평판형 전극에 의한 플라즈마로 에칭을 행한다.

건식 식각 장비에서 사용되는 플라즈마 챔버(plasma chamber) 구조의 일예를 보인 도 1을 참조하면, 건식 식각 장비(100)는 고진공을 유지할 수 있도록 된 플라즈마 챔버(plasma chamber;102)와, 이 플라즈마 챔버(102) 내부에 고주파 파워소스(RF)를 인가하기 위한 상부전극(104)과, 하부전극으로 사용되는 척 조립체(110)를 구비하여, 척 조립체(110) 위에 놓인 기판(W)의 박막을 가스 플라즈마에 의한 에칭으로 제거하는 장치이다.

한편, 본 발명에서 가장 중요한 척 조립체(110)의 구성은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 저면을 받쳐 지지하도록 형성된 척 본체(112)가 있다. 이 척 본체(112)는 하부전극으로 사용되는 정전척(ESC; Electro Static Chuck)으로, 내부로 냉각수 통로가 형성된 것도 있다. 이 척 본체(112)의 상면 중심 부위(112a)는 기판(W)의 저면 중심 부위 즉, 기판(W) 저면의 가장자리 부위에 근접하는 위치까지 밀착 지지하도록 평탄한 면을 이루고 있으며, 이 척 본체(112)의 상면 가장자리 부위(112b)는 기판(W)의 저면에 대하여 소정 간격으로 이격 대향하도록 단차지게 형성된다.

이렇게 형성된 척 본체(112)의 단차진 부위(112b)에는, 소정 두께를 갖는 링 형상을 이루는 포커스 링(114)이 위치된다.

상술한 포커스 링(114)의 설치는, 포커스 링(114)의 내측벽(114a)과 내측 저면(114b)이 척 본체(112)의 단차진 측벽(112c)과 단차진 부위(112b)의 상면에 각각 근접되고 밀착 지지됨으로써 이루어지고, 이때 포커스 링(114)의 내측 상면 부위는 기판 저면과 이격되게 단차진 요홈부(114c)를 갖는다. 이 요홈부(114c)의 상면은 상술한 척 본체(112)의 상면 중심부위(112a)의 높이보다 낮은 높이를 이루게 된다. 즉, 포커스 링(114)의 요홈부(114c)는 기판(w)의 저면과 간격을 유지하게 된다.

한편, 포커스 링(114)의 외측 부위는, 도 2에 도시된 바와 같이, 척 본체(112)의 측벽(112d) 외측으로 돌출된 형상을 이루게 되며, 이렇게 돌출된 포커스링(114)의 외측 부위 저면은 척 본체(112)의 측벽에 고정되는 절연 링(116)의 홀더링(116a) 상면 부위에 밀착 지지되게 된다.

여기서, 정전척과 포커스 링은 절연 링(116)에 의해서 커버되게 하여, 플라즈마로부터 정전척이 보호되도록 하고 있으며, 이때의 절연 링은 통상 절연성 재질, 대표적으로는 석영으로 이루어지도록 하고 있다.

이 절연 링의 구성을 보다 상세히 설명하면, 도 2에 확대 도시된 바와 같이, 절연 링(116)은 포커스 링(114)의 외측 측면을 감싸는 커버 링(116b)과, 척 본체(112) 측벽(112d)을 감싸고 포커스 링(114)의 외측 부위 저면을 지지하는 홀더링(116a) 그리고, 이들을 지지하는 베이스 링(116c)으로 이루어진다. 한편, 포커스 링은 Si재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 반도체 건식 식각 장비는 공정 수행 시 부득이하게 부산물인 폴리머가 생성되며, 이들 폴리머는 특히 포커스 링과 기판 사이의 틈새에 쌓이게 된다.

하지만, 포커스 링의 내측 상면 부위가 요홈부에 의해 단차지게 형성됨으로써, 기판 가장자리와 포커스 링 사이에 폴리머가 쌓일 수 있는 충분한 공간을 마련해줌과 동시에 그 폴리머가 쌓이는 위치가 기판 저면보다 낮고 또한, 기판 가장자리와 간격이 있기 때문에 챔버 내부의 유동 와류의 영향으로 폴리머가 기판 가장자리 표면으로 날리는 것이 억제된다.

이상에서, 본 발명에 따른 건식 식각 장비 및 거기에 사용되는 척 조립체의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 건식 식각 장비의 척 조립체에 의하면, 포커스 링의 내측 상면 부위가 요홈부에 의해 단차지게 형성됨으로써, 기판 가장자리와 포커스 링 사이에 폴리머가 쌓일 수 있는 충분한 공간을 마련해줌과 동시에 그 폴리머가 쌓이는 위치가 기판 저면보다 낮고 또한, 기판 가장자리와 간격이 있기 때문에 챔버 내부의 유동 와류의 영향으로 폴리머가 기판 가장자리 표면으로 날리는 것이 억제됨으로써 기판 공정 불량을 최소화하고 PM 주기를 연장할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

Claims

반도체 식각장비의 척 조립체에 있어서:

기판 저면 중심 부위를 밀착 지지하며, 상면 가장자리 부위가 기판 저면과 이격 대향하도록 단차지게 형성된 척 본체;

내측 저면이 상기 척 본체의 단차진 면에 밀착 지지되고, 내측 상면 부위는 기판 저면과 이격되게 단차진 요홈부를 갖는 포커스 링(focus ring); 및

상기 척 본체의 측부 외측으로 연장된 상기 포커스링 측면과 저면 부위를 밀착 지지하도록 설치되는 절연 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비의 척 조립체.
제1항에 있어서,

상기 포커스 링은 실리콘(Si) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비의 척 조립체.
반도체 식각장비에 있어서:

공정 챔버;

상기 공정 챔버 내에 위치하고, 제조 공정 동안에 기판이 안착되는 정전척(ESC);

상기 정전척 위에 놓이는 기판을 이격된 상태에서 감싸는 포커스 링;

상기 포커스 링과 상기 정전척을 덮으면서 둘러싸고 있는 절연 링을 포함하되;

상기 포커스 링의 상부면은 상기 정전척에 놓여진 기판의 상면보다 낮으며, 기판 가장자리 저면에 인접한 상기 포커스 링의 상부면에는 기판이 놓여지는 정전척의 상부면보다 낮게 파여진 요홈부를 형성하여, 상기 포커스 링의 상부면과 기판 가장자리 저면 사이가 간격을 두고 이격되는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비.
제3항에 있어서,

상기 포커스 링은 실리콘(Si) 재질로 이루어지며,

상기 절연 링은 석영 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 식각장비.