KR20080000112A - 건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치 - Google Patents

건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치 Download PDF

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Abstract

건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치가 개시된다. 본 발명의 건식식각장치의 상부전극은, 공정가스가 통과하는 복수의 제1 가스통과공이 형성되어 있는 상부전극본체; 및 상부전극본체의 하면의 적어도 일부분에 결합되며, 제1 가스통과공을 통과한 공정가스가 통과하는 복수의 제2 가스통과공이 형성되어 있는 세라믹 재질의 세라믹 패널(Ceramic Panel)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래 식각 공정 중 상부전극의 양극산화피막(아노다이징 피막)이 손상되고 이로 인하여 발생되던 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상을 종래보다 현저히 감소시킴으로써 마이크로 아킹에 의해 발생되는 파티클(Particle)의 발생을 억제할 수 있어 공정불량을 감소시킴은 물론 종래보다 생산수율을 향상시킬 수 있다.
건식식각, 상부전극, 세라믹 패널, 이트륨 코팅, 마이크로 아킹, 파티클

Description

건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치{Upper Electrode of Dry Etching Apparatus and Dry Etching Apparatus Having The Same}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식식각장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 건식식각장치의 상부전극의 단면도이다.
도 3은 도 2의 상부전극의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 상부전극의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 상부전극의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 건식식각장치 10 : 공정챔버
11 : 가스공급구 13 : 게이트
15 : 배기구 17 : 쉴드 데포
30 : 상부전극 31 : 상부전극본체
33 : 제1 가스통과공 35 : 세라믹 패널
36 : 제2 가스통과공 39 : 이트륨 코팅막
50 : 웨이퍼안착유닛 51 : 정전 척
53 : 웨이퍼 승강부 55 : 포커스링
57 : 배플 70 : 배기유닛
본 발명은, 건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상부전극의 양극산화피막(아노다이징 피막)의 손상을 저지할 수 있어 양극산화피막의 손상으로 인하여 발생되던 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상을 방지할 수 있는 건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체장치는, 반도체기판 즉 웨이퍼(Wafer)의 표면에 절연막 또는 금속막 등과 같은 막을 형성시킨 후, 이 막을 반도체장치의 특성에 따른 패턴(Pattern)으로 형성시킴으로써 제조된다.
반도체기판의 표면에 형성되는 패턴은, 주로 웨이퍼 상에 형성시킨 막을 완전히 제거시키거나 또는 선택적으로 제거시킴으로써 형성될 수 있으며, 이는 주로 식각공정에서 수행된다.
이러한 식각공정은, 크게 습식식각(Wet etching)과 건식식각(Dry etching)으로 대별될 수 있다. 습식식각은, 제거되어야 하는 웨이퍼의 최상단층을 효과적으로 제거할 수 있는 화학물질을 담은 습식조에 웨이퍼를 담갔다가 꺼내는 방식, 그 화학물질을 웨이퍼의 표면으로 분사하는 방식 또는 일정 각도로 경사지게 고정시킨 웨이퍼 상으로 화학물질을 흘려보내는 방식 등이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 습식식각 공정은 비교적 간단하고 비용이 적게 소요되는 장점이 있기는 하나 언더컷(undercut)의 단점 때문에 고집적화된 웨이퍼의 식각에는 건식식각 공정을 주로 사용한다.
한편 건식식각은 기체 상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각, 이온빔식각 및 반응성 이온식각 등을 예로 들 수 있다. 그 중 반응성 이온식각은 식각가스, 즉 공정가스를 공정챔버(Process Chamber) 내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하는 방식으로서, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 1㎛ 정도의 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.
건식식각에서 웨이퍼의 식각은 통상 공정챔버 또는 진공챔버라는 밀폐된 용기 내에서 이루어지게 되는데, 공정챔버 내로 주입되는 공정가스를, 상부전극 및 하부전극 사이로 인가되는 고전력(약 600W)의 고주파(RF, Radio Frequency)에 의해 플라즈마 상태로 변환시키고, 여기에서 발생되는 라디칼(Radical)을 웨이퍼 상면의 패턴층과 반응시킴으로써 불필요한 부분을 선택적으로 제거하여 웨이퍼에 원하는 미세패턴이 형성되도록 한다.
이러한 건식식각을 수행하는 건식식각장치는, 공정이 진행되는 공정챔버와, 공정챔버 내에 플라즈마를 형성시키기 위해 고주파의 전력을 인가시키는 상부전극 및 하부전극과, 공정챔버 내에 발생되는 폴리머를 외부로 배기하는 배기유닛을 구비한다.
공정챔버는 플라즈마 반응 시 파티클(Particle)과 같은 오염 물질에 의해 발생될 수 있는 공정 결함을 방지하기 위하여 고진공으로 유지된다.
한편 공정챔버의 상면에는 웨이퍼의 식각을 위한 반응가스가 공급되는 가스공급구가 마련되어 있으며, 상부전극에는, 가스공급구로 유입된 반응가스를 공정챔버 내부로 균일하게 공급될 수 있도록 복수 개의 가스통과공(Gas Hole)이 형성된다. 또한 상부전극의 하방에 배치되는 정전 척(Electrode Static Chuck, ESC)은 하부전극의 역할을 함과 동시에 웨이퍼가 안착되도록 한다. 이러한 정전 척에는, 공정챔버 내의 미반응가스 및 폴리머 등을 공정챔버 하부로 배기시키는 배플(baffle)과, 정전 척을 상하로 이동시키는 웨이퍼 승강부가 설치된다.
이러한 구성으로, 공정가스가 공정챔버로 공급되고, 고주파 전력이 상부전극 및 하부전극을 가로질러 공급되면, 공정가스는 플라즈마로 형성된다. 그리고 플라즈마의 반응 이온들은 웨이퍼의 자기 바이어스 전위(self-bias potential)에 의해서 당겨져, 웨이퍼 상에 전기적인 전도성의 필름이 식각된다.
이와 같이 상부전극은, 전극의 역할은 물론 외부로부터 공급되는 공정가스를 공정챔버 내부로 균일하게 공급될 수 있도록 확산시켜주는 역할을 하는 것으로서, 반도체 제조 설비의 각 공정에 적합하게 다양한 재질 및 구조로 사용될 수 있지만 산화피막 처리(아노다이징)된 알루미늄에 복수 개의 가스통과공(Gas Hole)이 형성되어 있는 구조로 많이 사용되며, 건식식각 공정 중 산화막(Oxide) 식각 공정 역시 산화피막 처리(아노다이징)된 알루미늄에 복수 개의 가스통과공(Gas Hole)이 형성되어 있는 구조의 상부전극이 주로 사용된다.
건식식각 공정 진행 시, 예를 들어 산화막 식각 공정 진행 시 발생되는 산화물은 공정챔버 내의 부품들(Parts)에 일부 흡착되고 또 다른 일부는 배기유닛에 의해 배기된다. 건식식각 공정 진행 시에는 높은 고주파(RF, Radio Frequency) 전력(Power)을 사용하여 플라즈마(Plasma)를 형성하게 되는데, 이때 상부전극 및 하부전극은 플라즈마에 노출되며 공정챔버 내 이온(Ion) 폭격 및 화학반응으로 인해 산화피막이 손상될 수 있다. 상부전극의 양극산화피막(아노다이징 피막)이 손상되어 알루미늄(Al)인 상부전극의 하부면이 노출되는 경우, 노출된 부위는 피뢰침과 같은 역할을 하게 되어 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상이 발생된다. 즉 알루미늄으로 된 상부전극에서 아노다이징(Anodizing) 처리된 부위가 손상되면 알루미늄(Al) 부위가 노출되고 이 경우 순간적으로 플라즈마가 노출된 부위로 몰려 마이크로 아킹(Micro Arcing)이 발생된다.
마이크로 아킹(Micro Arcing)이란, 플라즈마에 의한 국소적이면서도 순간적인 이상 방전을 말한다. 이러한 마이크로 아킹은 전술한 바와 같이 아크 방전 중에 상부전극 표면의 산화 피막이 박리되는 경우 또는 아크 방전 중에 상부전극으로부터 먼지가 떨어지는 경우에 발생한다. 마이크로 아킹에 의하여, 그 금속성의 미세 물질 즉 파티클이 웨이퍼 상에 내려앉아 웨이퍼를 오염시킨다.
이에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상이 발생하게 되면, 이로 인하여 상부전극의 표면이 부분적으로 녹거나 결손되어 파이게 되고 그 금속성의 미세 물질이 웨이퍼 상에 내려앉거나, 또는 공정챔버 내의 부품들(Parts)에 흡착되어 있던 일부 산화물 및 미세 알루미늄(Al) 덩어리가 떨어져 나와 웨이퍼(Wafer)로 떨어지는 등 식각 공정 중에 파티클(Particle)이 발생하게 되어 공정 불량 및 생산수율 저하(Drop)를 발생시킴은 물론 유지보수의 사이클을 단축시킬 수 있다.
이와 같이, 종래의 건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치에 있어서는, 식각 공정 진행 시 고전력에 의해 인가된 고주파를 사용하여 플라즈마를 형성하는데, 이때 산화 피막된 알루미늄 재질의 상부전극이 고전력의 플라즈마에 노출되어 이온 폭격 및 화학 반응에 의하여 산화 피막이 손상될 수 있으며, 산화 피막이 손상되는 경우 상부전극의 하부면의 알루미늄 표면이 노출됨에 따라 마이크로 아킹이 발생하고, 이러한 마이크로 아킹의 발생으로 인해 공정챔버 내에 흡착되어 있던 일부 산화물 및 미세 알루미늄 덩어리가 웨이퍼로 떨어지면서 파티클이 발생되는 문제점이 있다. 그리고 이러한 파티클의 발생은 결국 식각 공정 불량을 야기하고 생산수율의 저하를 발생시키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래 식각 공정 중 상부전극의 양극산화피막(아노다이징 피막)이 손상되고 이로 인하여 발생되던 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상을 종래보다 현저히 감소시킴으로써 마이크로 아킹에 의해 발생되는 파티클(Particle)의 발생을 억제할 수 있어 공정불량을 감소시킴은 물론 종래보다 생산수율을 향상시킬 수 있는 건식식각장치의 상부전극 및 그를 구비한 건식식각장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공정가스가 통과하는 복수의 제1 가스통과공이 형성되어 있는 상부전극본체; 및 상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일부분에 결합되며, 상기 제1 가스통과공을 통과한 공정가스가 통과하는 복수의 제2 가스통과공이 형성되어 있는 세라믹 재질의 세라믹 패널(Ceramic Panel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극에 의해 달성된다.
여기서, 상기 상부전극본체의 상기 중앙영역의 하면에는 상기 세라믹 패널이 삽입 결합될 수 있도록 상기 상부전극본체의 두께방향을 따라 소정 깊이 함몰 형성된 패널홈이 마련되며, 상기 세라믹 패널은 상기 패널홈에 삽입되어 상기 상부전극본체에 접합되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 상부전극본체의 제1 가스통과공들과 상기 세라믹 패널의 제2 가스통과공들은 상호 연통된다.
그리고, 상기 세라믹 패널은, 상기 상부전극본체와의 사이에 소정 공간의 이격공간부가 형성되도록 상기 상부전극본체에 결합될 수 있다.
이 때, 상기 세라믹 패널에 형성된 상기 제2 가스통과공들의 개수는 상기 상부전극본체에 형성된 상기 제1 가스통과공들의 개수보다 많을 수 있다.
한편, 상기 세라믹 패널과 상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일 영역은 세라믹 코팅막 및 이트륨(Y2O3) 코팅막 중 적어도 어느 하나의 코팅막으로 코팅 처리되는 것이 보다 바람직하다.
상기 코팅막은, 상기 상부전극본체와 상기 세라믹 패널의 하면의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.
상기 세라믹 패널은 상기 상부전극본체의 하면의 실질적으로 전체 영역을 차단하도록 상기 상부전극본체의 하면에 접합될 수 있다.
상기 제1 가스통과공은 오리피스 형상으로 제작될 수 있다.
상기 상부전극본체는 산화 피막 처리된 알루미늄 재질로 제작될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 웨이퍼에 대한 식각 공정이 진행되는 공정챔버; 및 상기 공정챔버 내에 설치되는 상부전극을 포함하며, 상기 상부전극은, 공정가스가 통과하는 복수의 제1 가스통과공이 형성되어 있는 상부전극본체; 및 상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일부분에 결합되며, 상기 제1 가스통과공을 통과한 공정가스가 통과하는 복수의 제2 가스통과공이 형성되어 있는 세라믹 재질의 세라믹 패널(Ceramic Panel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 상부전극본체의 상기 중앙영역의 하면에는 상기 세라믹 패널이 삽입 결합될 수 있도록 상기 상부전극본체의 두께방향을 따라 소정 깊이 함몰 형성된 패널홈이 마련되며, 상기 세라믹 패널은 상기 패널홈에 삽입되어 상기 상부전극본체에 접합되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 상부전극본체의 제1 가스통과공들과 상기 세라믹 패널의 제2 가스통과공들은 상호 연통된다.
상기 세라믹 패널과 상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일 영역은 세라믹 코팅막 및 이트륨(Y2O3) 코팅막 중 적어도 어느 하나의 코팅막으로 코팅 처리되는 것이 보다 바람직하다.
상기 코팅막은, 상기 상부전극본체와 상기 세라믹 패널의 하면의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성될 수 있다.
상기 상부전극본체는 산화 피막 처리된 알루미늄 재질로 제작될 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식식각장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 건식식각장치의 상부전극의 단면도이며, 도 3은 도 2의 상부전극의 분해 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식식각장치(1)는, 웨이퍼(W)에 대한 식각 공정이 진행되는 공정챔버(10)와, 공정챔버(10) 내에 설치되는 상부전극(30)과, 웨이퍼(W)가 안착시키는 웨이퍼안착유닛(50)과, 공정이 진행될 때 공정챔버 내의 폴리머(polymer)를 외부로 배기시키는 배기유닛(70)과, 전력을 공급하는 전력공급부(90)를 구비한다.
공정챔버(10)는, 원통 형상으로 식각 공정이 진행될 수 있도록 외부와 밀폐 된 소정 공간을 형성하는 역할을 한다. 공정챔버(10)의 상부에는 웨이퍼(W)의 식각을 위한 공정가스를 공급하는 경로인 가스공급구(11)가 마련되고, 공정챔버(10)의 일측면에는 공정챔버에 웨이퍼(W)가 출입할 수 있도록 하는 게이트(Gate, 13)가 형성되어 있으며, 공정챔버(10)의 타측면 하부에는 공정진행 중 발생되는 폴리머를 외부로 배기시키는 배기구(15)가 형성된다.
또한, 공정챔버(10)의 양 측면 상부 내벽에는 쉴드 데포(17, Shield Depo)가 착탈 가능하게 장착된다. 이 쉴드 데포(17, Shield Depo)는 공정챔버(10)의 내벽 상부에 위치하여 공정챔버(10)의 상부가 공정가스에 의해 오염될 때 공정챔버(10)의 상부만을 선택적으로 세정할 수 있도록 한다.
웨이퍼안착유닛(50)은, 웨이퍼(W)가 안착되는 정전 척(51, Electrode Static Chuck, ESC)과, 웨이퍼(W)를 상하방향으로 이동시키는 웨이퍼 승강부(53)와, 정전 척(51)의 정확한 위치에 웨이퍼(W)가 안착되도록 하는 포커스링(55, Focus Ring)과, 정전 척(51)에 안착된 웨이퍼(W) 주위의 공정가스의 흐름을 일정하게 유지시켜주는 배플(57, baffle)을 구비한다.
정전 척(51)은 하부전극의 역할을 함과 동시에 원형 플레이트 형상으로 공정챔버(10) 내로 이송되는 웨이퍼(W)가 안착되도록 하는 역할을 한다.
웨이퍼 승강부(53)는 상단부가 정전 척(51)의 하단부와 결합되고 하단부가 공정챔버(10)의 하단부와 결합되어 정전 척(51)을 하부에서 지지하고 공정의 진행에 따라 정전 척(51)을 상하로 이동시키는 역할을 한다. 따라서 웨이퍼 승강부(53)에 의해 웨이퍼(W)가 상부전극(30)과 일정한 간격 예를 들어 27mm의 간격이 되면 공정이 진행된다.
포커스링(55, Focus Ring)은 중앙에 웨이퍼(W)가 안착되도록 소정 공간이 마련된 원형 링 형상으로 정전 척(51)의 상면에 장착되며, 공정가스가 플라즈마 상태로 변환될 때, 이 플라즈마 상태의 공정가스가 웨이퍼(W)에 집중되도록 하는 역할을 한다.
배플(57, baffle)은 정전 척(51)의 외주면에 결합되어 공정가스가 공정챔버(10) 내부로 공급될 때 공정가스를 공정챔버(10) 하부로 균일하게 배기시켜 정전 척(51)에 안착된 웨이퍼(W) 주위의 공정가스의 흐름을 일정하게 유지시켜 줌으로써 웨이퍼(W)에 균일한 식각이 발생되도록 하는 역할을 한다.
한편, 상부전극(30)은 가스공급구(11)를 통해 공정챔버 내로 공급된 공정가스가 웨이퍼(W) 표면에 폭 넓게 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한 상부전극(30)은, 공정챔버(10)의 가스공급구(11)를 통해 공급되는 공정가스를 공정챔버(10) 내부로 균일하게 확산시키기 위해 복수 개의 제1 가스통과공(33)이 중앙영역에 규칙적으로 배열되어 형성되어 있는 상부전극본체(31)와, 상부전극본체(31)의 하면 일 영역에 삽입 접합되는 세라믹 패널(35)을 구비한다.
상부전극본체(31)는 산화 피막 처리된 알루미늄 재질로 제작되어 공정챔버(10)의 상단부에 결합된다. 공정챔버(10)의 가스공급구(11)를 통해 공급되는 공정가스가 제1 가스통과공(33)으로 균일하게 퍼지게 하기 위하여, 상부전극본체(31)의 상부의 중앙영역의 상면에는 상면으로부터 하방으로 소정 깊이 함몰 형성된 가스확산홈(32)이 마련된다. 이를 통해 가스공급구(11)를 통해 공급되는 공정가스가 복수 개의 제1 가스통과공(33)을 향하여 균일하게 분포할 수 있다.
그리고 제1 가스통과공(33)은 오리피스(Orifice) 형상을 갖는다. 이러한 제1 가스통과공(33)의 형상은 가스공급구(11)로부터 전달되는 공정가스가 빠른 속도로 제1 가스통과공(33)을 통과할 수 있도록 한다. 이에 따라 공정가스가 복수 개의 제1 가스통과공(33)과 후술할 제2 가스통과공(36)을 통과하여 공정챔버(10) 내의 반응영역으로 균일하면서도 빠른 속도로 공급될 수 있다.
또한, 상부전극본체(31)의 하면의 중앙영역에는, 보다 상세히 설명하면 제1 가스통과공(33)이 마련되어 있는 상부전극본체(31)의 하면의 중앙영역에는, 두께방향을 따라 소정 깊이 함몰 형성된 패널홈(34, 도 3 참조)이 마련되어 세라믹 패널(35)이 삽입 결합된다.
세라믹 패널(35)은, 세라믹 재질로서, 본 실시 예에서 상부전극본체(31)의 패널홈(34)에 삽입되어 상부전극본체(31)에 접합됨으로써 상부전극본체(31)에 결합된다. 이와 같이 세라믹 패널(35)이 패널홈(34)에 삽입되어 상부전극본체(31)에 접합되기 때문에 공정가스가 공정챔버(10) 내의 반응영역으로 유입되기 위해서, 본 실시예에서는 세라믹 패널(35)에 제1 가스통과공(33)과 연통되는 제2 가스통과공(36)이 세라믹 패널(35)에 복수 개 마련된다. 따라서, 상부전극본체(31)의 제1 가스통과공(33)을 통과한 공정가스는 세라믹 패널(35)의 제2 가스통과공(36)을 거쳐 최종적으로 반응영역으로 확산된다.
세라믹은 고온의 환경에 변질되지 않을 뿐만 아니라 고전력으로 인가되는 고주파의 플라즈마 가스에 의해 변형이 발생되지 않는 특성을 갖는데, 세라믹 재질의 세라믹 패널(35)은, 산화 피막 처리된 알루미늄 재질의 상부전극본체(31)의 산화 피막이 플라즈마화된 공정가스에 의해 손상되는 것을 방지한다.
이에 대해서 보다 상세히 설명하면, 건식식각 공정 진행 시에는 높은 고주파(RF, Radio Frequency) 전력(Power)을 사용하여 플라즈마(Plasma)를 형성하게 되는데, 이때 종래의 상부전극은 플라즈마에 직접 노출되어 공정챔버 내 이온(Ion) 폭격 및 화학반응으로 인해 산화 피막이 손상될 수 있고, 만약 상부전극의 양극산화피막(아노다이징 피막)이 손상되어 알루미늄(Al)인 상부전극의 하부면이 노출되는 경우는 피뢰침과 같은 역할을 하게 되어 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상이 발생됨은 전술한 바와 같다.
상부전극본체(31)의 하면에 결합된 세라믹 패널(35)은, 공정 진행 시 산화 피막 손상을 방지하여 산화 피막이 박리되어 상극전극본체의 하면이 노출됨으로써 발생되는 마이크로 아킹 현상을 방지할 수 있으며 따라서 마이크로 아킹에 의하여 발생되는 파티클을 방지할 수 있게 된다.
한편 본 실시 예에서 세라믹 패널(35)은 패널홈(34)에 삽입되어 상부전극본체(31)에 접합됨은 전술한 바와 같은데 세라믹 패널(35)의 접합에 사용되는 접착제는 일반적으로 플라즈마화된 공정가스와 반응하여 녹거나 기능을 상실할 수 있기 때문에 이를 방지하고자 본 실시 예에서는 세라믹 패널(35)이 결합된 상부전극본체(31)의 하면 즉 세라믹 패널(35)과 상부전극본체(31)의 하면 전체 영역을 이트륨(Y2O3) 코팅막(39)이 형성되도록 코팅 처리한다.
이러한 이트륨 코팅막(39)은 식각 공정 중 플라즈마화된 공정가스에 의해서 상부전극본체(31)의 외곽 영역의 산화 피막이 손상되는 것을 차단하는 역할도 하게 된다. 즉 제1 가스통과공(33)이 형성되어 있는 상부전극본체(31)의 하면의 중앙영역은 플라즈마 밀도가 높은데 이 부분은 세라믹 패널(35)에 의하여 산화 피막 손상을 방지할 수 있도록 하고, 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮은 상부전극본체(31)의 하면의 외곽영역은 이트륨 코팅막(39)에 의하여 산화 피막 손상을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
본 실시 예에서는 상부전극본체(31)에 세라믹 패널(35)이 결합된 상부전극(30)의 전체 하면을 이트륨 코팅막(39)이 형성되도록 코팅 처리하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 따라서 이트륨 코팅막(39) 대신 세라믹 코팅막이 형성되도록 코팅 처리할 수도 있고 또한 상부전극본체(31)의 중앙영역에만 코팅 처리할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 세라믹 패널(35)을 상부전극본체(31)의 패널홈(34)에 삽입하여 상부전극본체(31)에 접합하고, 또한 상부전극본체(31)에 세라믹 패널(35)이 결합된 상부전극(30)의 하면을 이트륨 코팅막(39)이 형성되도록 코팅 처리함으로써, 산화 피막된 상부전극본체(31)의 하면이 플라즈마에 직접 노출되지 않도록 하여 산화 피막의 손상을 방지함으로써 산화 피막의 손상으로 인한 마이크로 아킹을 방지할 수 있으며 따라서 마이크로 아킹에 의하여 발생되는 파티클을 억제할 수 있게 된다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식식각장치의 식각 공정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 건식식각공정은, 고진공 상태의 공정챔버(10) 내부에 감광성을 갖는 포토 레지스트(Photo Resist)로 상면이 코팅되고 패턴이 전사된 웨이퍼(W)를 정전 척(51)에 안착시키고, 중앙제어유닛(미도시)의 전력공급부(90)에 의하여 상부전극(30)과 하부전극에 소정의 전압을 인가한다.
그리고 나서, 웨이퍼 승강부(53)의 상방 이동에 의해 웨이퍼(W)를 반응영역으로 이동시킨다. 다음으로 가스공급구(11), 제1 및 제2 가스통과공(33, 36)의 경로를 통해 공정가스를 공정챔버(30)의 반응영역으로 공급한다. 이때 상부전극(30)과 하부전극에 인가되는 고전력의 고주파(RF Power)를 통해 공정가스가 플라즈마 상태로 변환된다. 플라즈마화된 공정가스는 웨이퍼(W) 상에 형성된 감광패턴의 특정막과 반응하여 불필요한 부분을 제거함으로써 식각공정을 수행하게 된다.
이러한 식각 공정 중에 고온의 플라즈마화된 공정가스는 웨이퍼(W)의 특정막 외에도 종래의 상부전극의 산화 피막을 손상시켜 마이크로 아킹을 발생시킬 수 있음은 전술한 바와 같다.
그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부전극(30)은, 제1 가스통과공(33)이 형성되어 있는 상부전극본체(31)의 중앙영역 하면에 세라믹 패널(35)이 접합되어 있는 구조에다 이트륨 코팅막(39)으로 하면에 코팅 처리되어 있기 때문에 고온의 플라즈마화된 공정가스에 의하여 산화 피막이 손상되지 않는다. 따라서 산화 피막의 손상으로 인한 마이크로 아킹의 발생을 저지할 수 있고 또한 마이크로 아킹에 의한 파티클 발생이 억제될 수 있다. 그러므로 공정불량 없이 정확한 패턴을 형성시킬 수 있고 생산수율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 상부전극의 단면도이다. 이하에서는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 공정챔버, 웨이퍼안착유닛 및 배기유닛 등에 대한 설명은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식식각장치에서의 설명을 그대로 준용하기로 하고 본 발명의 일 실시 예와 다른 부분인 상부전극에 대해서만 설명한다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 상부전극(30a)은, 상부전극본체(31)와, 소정 공간의 이격공간부(38)가 형성되도록 상부전극본체(31)의 패널홈(34)에 삽입 결합되는 세라믹 패널(35a)을 구비한다. 그리고 세라믹 패널(35a)이 결합된 상부전극본체(31)의 하면 즉 상부전극(30a)의 하면은 이트륨 코팅막(39) 또는 세라믹 코팅막(미도시)으로 코팅 처리된다.
세라믹 패널(35a)에 형성된 제2 가스통과공(36a)은, 본 실시 예의 경우 이격공간부(38)가 형성되어 있으므로 제1 가스통과공(33)과 연통될 필요가 없다. 따라서 본 실시 예에서는 제2 가스통과공(36a)은 제1 가스통과공(33)의 개수보다 많도록 세라믹 패널(35a)에 형성된다. 이는 제1 가스통과공(33)을 통과한 공정가스가 이격공간부(38)를 거쳐 제2 가스통과공(36a)에 재분배되는 효과가 있는데, 제2 가스통과공(36a)의 개수가 제1 가스통과공(33)의 개수보다 많은 경우 적절한 공정 환경에서는 공정가스가 반응영역에 더 균일하게 확산될 수 있을 것이다.
또한 전술한 일 실시예의 경우에는 제2 가스통과공(36)을 제1 가스통과공(33)과 일대일로 연통되도록 제작하여야 하나, 본 실시 예의 경우에는 제1 가스통과공(33)에 의존되지 않고 제2 가스통과공(36a)을 세라믹 패널(35a)에 형성할 수 있기 때문에 제작이 간단해질 수 있는 잇점이 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 상부전극의 단면도이다. 이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 공정챔버, 웨이퍼안착유닛 및 배기유닛 등에 대한 설명은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건식식각장치에서의 설명을 그대로 준용하기로 하고 본 발명의 일 실시 예와 다른 부분인 상부전극에 대해서만 설명한다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건식식각장치의 상부전극(30b)은, 상부전극본체(31b)와, 상부전극본체(31b)의 하면에 접합 결합되는 세라믹 패널(35b)을 구비한다. 상부전극(30b)의 하면 즉 본 실시 예의 경우 세라믹 패널(35b)의 하면에는 다시 이트륨 코팅막(39) 또는 세라믹 코팅막(미도시)이 형성되도록 코팅 처리된다.
본 실시 예에서는 전술한 일 실시 예와 달리 세라믹 패널(35b)이 상부전극본체(31b)의 하면의 전체 영역을 덮도록 상부전극본체(31b)에 접합된다. 그러나 세라믹 패널(35b)에 형성된 제2 가스통과공(36b)이 제1 가스통과공(33)과 연통되도록 형성됨은 전술한 일 실시 예와 같다. 본 실시 예의 경우에는 상부전극본체(31b) 즉 종래의 상부전극에 패널홈을 가공할 필요가 없으므로 가공 공수가 전술한 일 실시 예보다 감소될 수 있는 이점이 있다.
전술한 실시 예들에서는, 상부전극본체에 세라믹 패널이 결합된 상부전극의 전체 표면에 이트륨 코팅막이 형성되도록 코팅 처리하는 것에 대하여 상술하였으나, 이트륨 코팅막을 상부전극본체와 세라믹 패널이 결합된 결합 부위에만 형성되 도록 코팅 처리할 수도 있을 것이며, 나아가 적합한 접착제가 있다면 코팅 처리하지 않을 수도 있을 것이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래 식각 공정 중 상부전극의 양극산화피막(아노다이징 피막)이 손상되고 이로 인하여 발생되던 마이크로 아킹(Micro Arcing) 현상을 종래보다 현저히 감소시킴으로써 마이크로 아킹에 의해 발생되는 파티클(Particle)의 발생을 억제할 수 있어 공정불량을 감소시킴은 물론 종래보다 생산수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 공정가스가 통과하는 복수의 제1 가스통과공이 형성되어 있는 상부전극본체; 및
    상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일부분에 결합되며, 상기 제1 가스통과공을 통과한 공정가스가 통과하는 복수의 제2 가스통과공이 형성되어 있는 세라믹 재질의 세라믹 패널(Ceramic Panel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극본체의 상기 중앙영역의 하면에는 상기 세라믹 패널이 삽입 결합될 수 있도록 상기 상부전극본체의 두께방향을 따라 소정 깊이 함몰 형성된 패널홈이 마련되며,
    상기 세라믹 패널은 상기 패널홈에 삽입되어 상기 상부전극본체에 접합되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부전극본체의 제1 가스통과공들과 상기 세라믹 패널의 제2 가스통과공들은 상호 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 패널은, 상기 상부전극본체와의 사이에 소정 공간의 이격공간부가 형성되도록 상기 상부전극본체에 결합되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세라믹 패널에 형성된 상기 제2 가스통과공들의 개수는 상기 상부전극본체에 형성된 상기 제1 가스통과공들의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 세라믹 패널과 상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일 영역은 세라믹 코팅막 및 이트륨(Y2O3) 코팅막 중 적어도 어느 하나의 코팅막으로 코팅 처리되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅막은, 상기 상부전극본체와 상기 세라믹 패널의 하면의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 패널은 상기 상부전극본체의 하면의 실질적으로 전체 영역을 차단하도록 상기 상부전극본체의 하면에 접합되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스통과공은 오리피스 형상으로 제작되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극본체는 산화 피막 처리된 알루미늄 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 상부전극.
  11. 웨이퍼에 대한 식각 공정이 진행되는 공정챔버; 및
    상기 공정챔버 내에 설치되는 상부전극을 포함하며,
    상기 상부전극은,
    공정가스가 통과하는 복수의 제1 가스통과공이 형성되어 있는 상부전극본체; 및
    상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일부분에 결합되며, 상기 제1 가스통과공을 통과한 공정가스가 통과하는 복수의 제2 가스통과공이 형성되어 있는 세라믹 재질의 세라믹 패널(Ceramic Panel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부전극본체의 상기 중앙영역의 하면에는 상기 세라믹 패널이 삽입 결합될 수 있도록 상기 상부전극본체의 두께방향을 따라 소정 깊이 함몰 형성된 패널홈이 마련되며,
    상기 세라믹 패널은 상기 패널홈에 삽입되어 상기 상부전극본체에 접합되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상부전극본체의 제1 가스통과공들과 상기 세라믹 패널의 제2 가스통과공들은 상호 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 세라믹 패널과 상기 상부전극본체의 하면의 적어도 일 영역은 세라믹 코팅막 및 이트륨(Y2O3) 코팅막 중 적어도 어느 하나의 코팅막으로 코팅 처리되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코팅막은, 상기 상부전극본체와 상기 세라믹 패널의 하면의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 상부전극본체는 산화 피막 처리된 알루미늄 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 건식식각장치.
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