KR20090050606A - 플라즈마 식각 장치 및 그를 이용한 식각방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 외곽지역에 폴리머가 집중되는 현상을 방지하고, 포커스링의 온도조절을 통해 웨이퍼 외곽지역의 식각특성을 개선할 수 있는 플라즈마 식각 장치 및 그를 이용한 식각방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 웨이퍼가 안착된 하부전극; 상기 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스링; 플라즈마 식각시 상기 포커스링의 온도조절을 위한 상기 포커스링 하부의 온도조절부를 포함하고, 본 발명은 웨이퍼가 안착된 하부전극을 제공하는 단계; 상기 웨이퍼의 플라즈마 식각시 상기 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스링의 온도를 조절하는 단계를 포함하여, 포커스링의 하부에 온도조절부를 구비함으로써 플라즈마 식각시 포커스링의 온도를 조절할 수 있는 효과, 포커스링의 온도를 웨이퍼의 외곽지역의 온도를 동일하게 조절할 수 있는 효과, 웨이퍼의 외곽지역에 폴리머가 집중되는 현상을 방지할 수 있는 효과, 포커스링의 온도조절을 통해 웨이퍼 외곽지역의 식각특성을 개선함으로써 폴리머에 의한 패턴의 면적, 프로파일 및 식각율 등의 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
포커스링, 온도, 폴리머

Description

플라즈마 식각 장치 및 그를 이용한 식각방법{PLASMA ETCH APPARATUS AND METHOD FOR ETCH USING THE SAME}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 기술이 발전함에 따라 미세 회로의 선폭이 줄어들고, 이로써 식각의 정확성이 더욱 요구되고 있다. 이를 위해 플라즈마 식각 장치를 사용하는데, 플라즈마 식각 장치는 웨이퍼를 하부전극에 올려놓고 식각을 진행하며, 웨이퍼의 외곽지역에서의 플라즈마를 제어하기위해 포커스링(Focus ring)을 사용하고 있다.
한편, 반도체 산업에서 웨이퍼의 크기가 증가됨에 따라 웨이퍼 내의 공정능력 균일도가 제조단가에 기여하는 정도가 증가하고 있다. 특히 웨이퍼의 최외곽지역은 웨이퍼와 장비구성 재료간의 이질성이 있어서 식각 균일도를 유지하기 어렵다.
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단 면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하부전극(11) 상부에 웨이퍼(12)가 안착되고, 하부전극(11)의 외곽지역에는 웨이퍼(12)의 외곽지역(12A)을 둘러싸는 포커스링(13, Focus Ring) 및 포커스링(14) 하부의 스페이서링(15, Spacer Ring)이 구비된다. 또한, 웨이퍼(12) 하부에는 온도 제어를 위한 가스유로(13)가 구비된다.
여기서, 하부전극(11)은 식각 진행시 여러가지 역할을 하는데 특히, 가스유로(13) 등을 이용하여 웨이퍼의 온도를 조절하는 역할을 하도록 구성되어 있다. 웨이퍼의 온도는 플라즈마에 의해 형성된 이온과 전자들의 반응성을 결정하는 중요한 인자가 되며 식각특성에 영향을 준다. 따라서, 하부전극(11)에는 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하기 위해 가스유로(13) 및 가열장치(Heater) 등이 구비될 수 있다.
또한, 플라즈마가 형성되면 플라즈마 온도에 의해 웨이퍼(12)의 온도가 올라가며 이를 방지하기 위해, 가스유로(13)를 통해 열전도성이 좋은 헬륨(He) 가스를 흘려서 웨이퍼 온도의 상승을 방지하도록 구성되어 있다.
그러나, 종래 기술은 하부전극(11)에 접촉하고 있는 웨이퍼(12)지역만 온도조절이 가능하고, 포커스링(14)의 주위 온도를 조절하는 능력이 없으며, 이로 인해 웨이퍼외곽지역(12A)의 식각특성이 변화되고, 식각균일도가 나빠지는 문제점이 있다.
즉, 플라즈마가 턴 온(Turn On)되면 챔버내의 온도가 상승하게 되고, 웨이퍼(12)의 온도조절을 위한 냉각장치(Cooling System) 때문에 냉각장치가 없는 포커스링(14) 주위의 온도가 더 상승하게 된다. 포커스링(14) 주위의 온도가 상승하게 되면, 식각시 발생된 폴리머(Polymer)들은 온도가 높은 포커스링(14)에 흡착되지 않고 상대적으로 온도가 낮아서 안정적인 웨이퍼의 외곽지역(12A)으로 흡착되며, 흡착된 폴리머들은 후속 공정에서 패턴의 면적(Dimension), 프로파일(Profile) 및 식각율(Etchrate) 등의 변화를 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 웨이퍼의 외곽지역에 폴리머가 집중되는 현상을 방지하기 위한 플라즈마 식각 장치 및 그를 이용한 식각방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 포커스링의 온도조절을 통해 웨이퍼 외곽지역의 식각특성을 개선할 수 있는 플라즈마 식각 장치 및 그를 이용한 식각방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 웨이퍼가 안착된 하부전극; 상기 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스링; 플라즈마 식각시 상기 포커스링의 온도조절을 위한 상기 포커스링 하부의 온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관을 갖는 스페이서링인 것을 특징으로 한다. 또 다른 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부를 갖는 스페이서링인 것을 특징으로 한다. 또 다른 온도조절부는 온도조절부는 열전도테이프를 포함하되, 온도조절부는 스페이서링과 상기 스페이서링의 상부 또는 하부 또는 상하부에 열전도테이프가 구비된 것을 특징으로 한다. 또 다른 온도조절부는 열전도가 가능한 스페이서링인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각방법은 웨이퍼가 안착된 하부전극을 제공하는 단계; 상기 웨이퍼의 플라즈마 식각시 상기 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스링의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 포커스링의 온도를 조절하는 단계는, 포커스링의 온도가 상기 웨이퍼의 외곽지역의 온도와 동일하도록 조절하는 것을 특징으로 한다. 또한, 포커스링의 온도를 조절하기 위해, 상기 포커스링의 하부에 온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관을 갖는 스페이서링인 것을 특징으로 한다. 또 다른 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부를 갖는 스페이서링인 것을 특징으로 한다. 또 다른 온도조절부는 온도조절부는 열전도테이프를 포함하되, 온도조절부는 스페이서링과 상기 스페이서링의 상부 또는 하부 또는 상하부에 열전도테이프가 구비된 것을 특징으로 한다. 또 다른 온도조절부는 열전도가 가능한 스페이서링인 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 플라즈마 식각 장치 및 그를 이용한 식각방법은 포커스링의 하부에 온도조절부를 구비함으로써 플라즈마 식각시 포커스링의 온도를 조절할 수 있는 효과가 있다. 특히, 포커스링의 온도를 웨이퍼의 외곽지역의 온도를 동일 하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 웨이퍼의 외곽지역에 폴리머가 집중되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 포커스링의 온도조절을 통해 웨이퍼 외곽지역의 식각특성을 개선함으로써 폴리머에 의한 패턴의 면적, 프로파일 및 식각율 등의 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일정 체적(Volume)을 갖는 플라즈마 처리챔버 내에 웨이퍼(22, 22A)를 안착시키기 위한 하부전극(21)이 구비된다. 이때, 하부전극(21)은 도전성 재료로 구성될 수 있으며, 하부전극(21)과 플라즈마 처리챔버는 서로 전기적으로 절연된 상태일 수 있다.
하부전극(21)에는 웨이퍼(22, 22A)의 온도조절을 위한 가스유로(23)가 구비되어 있다. 가스유로(23)는 냉매인 헬륨(He) 또는 수소(H2)가스를 흘려서 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(22, 22A)의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또 한, 도시되지 않았으나, 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(22, 22A)의 온도를 유지하기 위한 가열부로 히터(Heater)가 구비될 수 있다.
또한, 하부전극(21) 상에는 플라즈마 식각이 이루어질 웨이퍼(22, 22A)가 안착되어 있다. 그리고, 하부전극(21)의 외곽지역에는 웨이퍼 외곽지역(22A)을 둘러싸고 있는 포커스링(24)과 포커스링(24) 하부의 온도조절부가 구비되어 있다. 포커스링(24)은 웨이퍼(22, 22A) 상에 식각 가스를 포커싱하여 식각이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것으로, 하부전극(21)과의 절연을 위해 절연물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 절연물질은 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)일 수 있다.
포커스링(24) 하부의 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관(26)을 갖는 스페이서링(25)일 수 있다. 스페이서링(25)은 플라즈마 식각시 플라즈마가 포커스링(24)을 뚫고 하부전극(21)으로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 절연물질로 형성할 수 있고, 절연물질은 예컨대 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)일 수 있다. 특히, 스페이서링(25)에는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관(26)을 형성하여, 플라즈마 식각시 포커스링(24)의 온도가 증가되는 것을 방지할 수 있다. 이때 사용되는 냉매는 헬륨(He) 또는 수소(H2) 가스일 수 있다.
온도조절부로 냉매의 주입이 가능한 가스주입관(26)을 갖는 스페이서링(25)이 적용된 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각 공정을 알아보면 먼저, 고주파 전력(RF Power)을 인가하여 웨이퍼(22, 22A) 상에 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마가 턴온(Turn On)되면 챔버(Chamber) 내의 온도가 상승하게 되고, 이때 포커스 링(24) 하부에 구비된 가스주입관(26)으로 냉매를 흘려주므로써 포커스링(24)의 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 식각시 발생하는 폴리머가 한 곳으로 집중되지 않고 고루 퍼지게 됨으로써 웨이퍼의 외곽지역(22A)으로 집중되는 폴리머의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 웨이퍼 외곽지역의 패턴 면적, 프로파일 및 식각율 등의 변화를 억제할 수 있다.
즉, 플라즈마 식각시 웨이퍼(22, 22A) 하부에는 가스유로(23)에 냉매가 흘러 웨이퍼(22, 22A)의 온도가 증가하는 것을 방지하고 있으므로, 포커스링(24)에 가스주입관(26) 등의 온도조절부가 없는 경우 상대적으로 온도가 낮은 웨이퍼 외곽지역(22A)에 폴리머가 집중되지만, 포커스링(24) 하부의 가스주입관(26)을 통해 냉매를 흘려주어 포커스링(24)의 온도 증가를 방지함으로써 웨이퍼(22, 22A)와 동일한 온도를 유지할 수 있기 때문에 온도에 의한 폴리머의 집중을 방지할 수 있는 것이다.
도 3는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일정 체적(Volume)을 갖는 플라즈마 처리챔버 내에 웨이퍼(32, 32A)를 안착시키기 위한 하부전극(31)이 구비된다. 이때, 하부전극(31)은 도전성 재료로 구성될 수 있으며, 하부전극(31)과 플라즈마 처리챔버는 서로 전기적으로 절연된 상태일 수 있다.
하부전극(31)에는 웨이퍼(32, 32A)의 온도조절을 위한 가스유로(33)가 구비 되어 있다. 가스유로(33)는 냉매인 헬륨(He) 또는 수소(H2)가스를 흘려서 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(32, 32A)의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 도시되지 않았으나, 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(32, 32A)의 온도를 유지하기 위한 가열부로 히터(Heater)가 구비될 수 있다.
또한, 하부전극(31) 상에는 플라즈마 식각이 이루어질 웨이퍼(32, 32A)가 안착되어 있다. 그리고, 하부전극(31)의 외곽지역에는 웨이퍼 외곽지역(32A)을 둘러싸고 있는 포커스링(34)과 포커스링(34) 하부의 온도조절부가 구비되어 있다. 포커스링(34)은 웨이퍼(32, 32A) 상에 식각 가스를 포커싱하여 식각이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것으로, 하부전극(31)과의 절연을 위해 절연물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 절연물질은 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)일 수 있다.
포커스링(34) 하부의 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관(36) 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부(37)를 갖는 스페이서링(35)일 수 있다. 스페이서링(35)은 플라즈마 식각시 플라즈마가 포커스링(34)을 뚫고 하부전극(31)으로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 절연물질로 형성할 수 있고, 절연물질은 예컨대 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)일 수 있다. 특히, 스페이서링(35)에는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관(36) 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부(37)를 형성하여, 플라즈마 식각시 포커스링(34)의 온도 증가 방지 및 온도를 조절할 수 있다. 이때 사용되는 냉매는 헬륨(He) 또는 수소(H2) 가스일 수 있다. 또한, 가열부(37)는 히터(Heater)일 수 있다.
온도조절부로 냉매의 주입이 가능한 가스주입관(36) 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부(37)를 갖는 스페이서링(35)이 적용된 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각 공정을 알아보면 먼저, 고주파 전력(RF Power)을 인가하여 웨이퍼(32, 32A) 상에 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마가 턴온(Turn On)되면 챔버(Chamber) 내의 온도가 상승하게 되고, 이때 포커스링(34) 하부에 구비된 가스주입관(36)으로 냉매를 흘려주므로써 포커스링(34)의 온도를 낮추고, 가열부(37)를 통해 포커스링(34)의 온도를 조절할 수 있다. 즉, 냉매가 너무 많이 흘러 포커스링(34)의 온도가 급격히 떨어지지 않도록 가열부(37)를 통해 온도를 조절하는 것이다. 이에 따라, 플라즈마 식각시 발생하는 폴리머가 한 곳으로 집중되지 않고 고루 퍼지게 됨으로써 웨이퍼의 외곽지역(32A)으로 집중되는 폴리머의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 웨이퍼 외곽지역의 패턴 면적, 프로파일 및 식각율 등의 변화를 억제할 수 있다.
즉, 플라즈마 식각시 웨이퍼(32, 32A) 하부에는 가스유로(33)에 냉매가 흘러 웨이퍼(32, 32A)의 온도가 증가하는 것을 방지하고 있으므로, 포커스링(34)에 가스주입관(36) 등의 온도조절부가 없는 경우 상대적으로 온도가 낮은 웨이퍼 외곽지역(32A)에 폴리머가 집중되지만, 포커스링(34) 하부의 가스주입관(36)을 통해 냉매를 흘려주어 포커스링(34)의 온도 증가를 방지하고, 가열부(37)를 통해 온도를 조절함으로써 웨이퍼(32, 32A)와 동일한 온도를 유지할 수 있기 때문에 온도에 의한 폴리머의 집중을 방지할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일정 체적(Volume)을 갖는 플라즈마 처리챔버 내에 웨이퍼(42, 42A)를 안착시키기 위한 하부전극(41)이 구비된다. 이때, 하부전극(41)은 도전성 재료로 구성될 수 있으며, 하부전극(41)과 플라즈마 처리챔버는 서로 전기적으로 절연된 상태일 수 있다.
하부전극(41)에는 웨이퍼(42, 42A)의 온도조절을 위한 가스유로(43)가 구비되어 있다. 가스유로(43)는 냉매인 헬륨(He) 또는 수소(H2)가스를 흘려서 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(42, 42A)의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 도시되지 않았으나, 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(42, 42A)의 온도를 유지하기 위한 가열부로 히터(Heater)가 구비될 수 있다.
또한, 하부전극(41) 상에는 플라즈마 식각이 이루어질 웨이퍼(42, 42A)가 안착되어 있다. 그리고, 하부전극(41)의 외곽지역에는 웨이퍼 외곽지역(42A)을 둘러싸고 있는 포커스링(44)과 포커스링(44) 하부의 온도조절부가 구비되어 있다. 포커스링(44)은 웨이퍼(42, 42A) 상에 식각 가스를 포커싱하여 식각이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것으로, 하부전극(41)과의 절연을 위해 절연물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 절연물질은 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)일 수 있다.
포커스링(44) 하부의 온도조절부는 열전도테이프(46A, 46B)를 포함하되, 스페이서링(45)과 상기 스페이서링(45)의 상부, 하부 또는 상하부에 열전도테이프(46A, 46B)를 포함할 수 있다. 본 발명은 스페이서링(45)의 상하부에 모두 열전 도테이프(46A, 46B)를 구비하고 있으나, 스페이서링(45)의 상부 또는 하부에만 열전도테이프(46A, 46B)를 구비할 수 있다. 이때, 열전도테이프(46A, 46B)는 은, 구리, 알루미늄, 질화탄소 및 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
온도조절부로 스페이서링(45)의 상하부에 열전도테이프(46A, 46B)가 구비된 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각 공정을 알아보면 먼저, 고주파 전력(RF Power)을 인가하여 웨이퍼(42, 42A) 상에 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마가 턴온(Turn On)되면 챔버(Chamber) 내의 온도가 상승하게 되고, 이때 포커스링(44) 하부에 구비된 열전도테이프(46A, 46B)가 포커스링(44)의 온도를 빼앗는 역할을 하기 때문에 포커스링(44)의 온도가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 식각시 발생하는 폴리머가 한 곳으로 집중되지 않고 고루 퍼지게 됨으로써 웨이퍼의 외곽지역(42A)으로 집중되는 폴리머의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 웨이퍼 외곽지역의 패턴 면적, 프로파일 및 식각율 등의 변화를 억제할 수 있다.
즉, 플라즈마 식각시 웨이퍼(42, 42A) 하부에는 가스유로(43)에 냉매가 흘러 웨이퍼(42, 42A)의 온도가 증가하는 것을 방지하고 있으므로, 포커스링(44)에 온도조절부가 없는 경우 상대적으로 온도가 낮은 웨이퍼 외곽지역(42A)에 폴리머가 집중되지만, 포커스링(44) 하부의 열전도테이프(46A, 46B)가 식각이 진행되면서 높아지는 포커스링(44)의 온도를 빼앗아 웨이퍼(42, 42A)와 동일한 온도를 유지할 수 있기 때문에 온도에 의한 폴리머의 집중을 방지할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일정 체적(Volume)을 갖는 플라즈마 처리챔버 내에 웨이퍼(52, 52A)를 안착시키기 위한 하부전극(51)이 구비된다. 이때, 하부전극(51)은 도전성 재료로 구성될 수 있으며, 하부전극(51)과 플라즈마 처리챔버는 서로 전기적으로 절연된 상태일 수 있다.
하부전극(51)에는 웨이퍼(52, 52A)의 온도조절을 위한 가스유로(53)가 구비되어 있다. 가스유로(53)는 냉매인 헬륨(He) 또는 수소(H2)가스를 흘려서 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(52, 52A)의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 도시되지 않았으나, 후속 플라즈마 식각시 웨이퍼(52, 52A)의 온도를 유지하기 위한 가열부로 히터(Heater)가 구비될 수 있다.
또한, 하부전극(51) 상에는 플라즈마 식각이 이루어질 웨이퍼(52, 52A)가 안착되어 있다. 그리고, 하부전극(51)의 외곽지역에는 웨이퍼 외곽지역(52A)을 둘러싸고 있는 포커스링(54)과 포커스링(54) 하부의 온도조절부가 구비되어 있다. 포커스링(54)은 웨이퍼(52, 52A) 상에 식각 가스를 포커싱하여 식각이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것으로, 하부전극(51)과의 절연을 위해 절연물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 절연물질은 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)일 수 있다.
포커스링(54) 하부의 온도조절부는 열전도가 가능한 스페이서링(55)일 수 있다. 스페이서링(55)은 하부전극(51)과 플라즈마(Plasma)사이를 일정한 간격 이상 이격 시켜주는 역할을 하기 위한 것으로, 포커스링(54)의 온도조절을 위해 열전도 가 가능한 은, 구리, 알루미늄, 질화탄소 및 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
포커스링(54)을 크게 제작하여 스페이서링(55)의 역할을 대신할 수 있으나, 포커스링(54) 하부에 스페이서링(55)을 구비하는 것이 바람직하다. 이는, 포커스링(54)을 크게 만드는 경우 플라즈마에 노출되는 소모성 부품인 포커스링(54)의 특성상 주기적으로 교체해 주어야 하기 때문에 경제적 부담이 있으나, 스페이서링(55)은 플라즈마에 노출되지 않아서 반영구적으로 사용할 수 있기 때문이다.
위와 같이, 열전도가 가능한 스페이서링(55)을 구비하는 플라즈마 식각 장치를 이용하여 식각을 진행하는 경우 먼저, 고주파 전력(RF Power)을 인가하여 웨이퍼(52, 52A) 상에 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마가 턴온(Turn On)되면 챔버(Chamber) 내의 온도가 상승하게 되고, 이때 포커스링(54) 하부에 구비된 스페이서링(55)이 포커스링(54)의 온도를 빼앗는 역할을 하기 때문에 포커스링(54)의 온도가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 식각시 발생하는 폴리머가 한 곳으로 집중되지 않고 고루 퍼지게 됨으로써 웨이퍼의 외곽지역(52A)으로 집중되는 폴리머의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 웨이퍼 외곽지역의 패턴 면적, 프로파일 및 식각율 등의 변화를 억제할 수 있다.
즉, 플라즈마 식각시 웨이퍼(52, 52A) 하부에는 가스유로(53)에 냉매가 흘러 웨이퍼(52, 52A)의 온도가 증가하는 것을 방지하고 있으므로, 포커스링(54)에 온도조절부가 없는 경우 상대적으로 온도가 낮은 웨이퍼 외곽지역(52A)에 폴리머가 집중되지만, 포커스링(54) 하부의 스페이서링(55)이 식각이 진행되면서 높아지는 포 커스링(54)의 온도를 빼앗아 웨이퍼(52, 52A)와 동일한 온도를 유지할 수 있기 때문에 온도에 의한 폴리머의 집중을 방지할 수 있는 것이다.
도 2 내지 도 5에서 설명한 본 발명의 제1 내지 제4실시예에 따른 플라즈마 식각장치를 이용하여 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스링의 온도를 조절함으로써 플라즈마 식각시 폴리머에 의한 문제를 방지할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 6a 및 도 6b의 비교예와 본 발명의 실시예를 비교하여 자세히 설명하기로 한다.
도 6a 및 도 6b는 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각방법을 비교하기 위한 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 포커스링(64)의 온도조절이 가능한 온도조절부를 구비하지 않은 플라즈마 식각장치의 경우는 도 1에 도시된 식각챔버의 구조와 동일하다. 즉, 하부전극(61) 상부에 웨이퍼(62, 62A)가 안착되고, 하부전극(61)의 외곽지역에는 웨이퍼의 외곽지역(62A)을 둘러싸는 포커스링(63, Focus Ring) 및 포커스링(64) 하부의 스페이서링(65, Spacer Ring)이 구비된다. 또한, 웨이퍼(62, 62A) 하부에는 온도 제어를 위한 가스유로(63)가 구비된다.
이때, 웨이퍼(62, 62A)에 식각이 진행되어 플라즈마 턴 온 상태가 되면 챔버 내의 온도가 올라가게 되고, 냉각장치가 구비되지 않은 포커스링(64)의 온도는 웨이퍼(62, 62A)의 온도보다 더 상승하게 된다. 이때, 식각시 발생된 폴리머는 상대적으로 온도가 낮으며 안정적인 웨이퍼의 외곽지역(62A)에 집중되어 분포(100)하게 되고, 이러한 폴리머가 웨이퍼의 외곽지역(62A)에만 집중적으로 증착되면서 패턴의 면적, 프로파일 및 식각율 등이 나빠지게 된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 온도조절부(75)를 갖는 플라즈마 식각 장치의 경우는 도 2 내지 도 5에 도시된 플라즈마 식각장치 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 하부전극(71) 상부에 웨이퍼(72, 72A)가 안착되고, 하부전극(71)의 외곽지역에는 웨이퍼의 외곽지역(72A)을 둘러싸는 포커스링(73, Focus Ring) 및 포커스링(74) 하부의 온도조절부(75)가 구비된다. 또한, 웨이퍼(72, 72A) 하부에는 온도 제어를 위한 가스유로(73)가 구비된다.
도 2 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 식각시 포커스링(74)의 온도를 웨이퍼(72, 72A)와 마찬가지로 포커스링(73) 역시 온도 조절이 가능하므로, 포커스링(73)의 온도를 웨이퍼(72, 72A)의 온도와 동일하게 조절할 수 있다. 예컨대, 플라즈마 식각이 진행되는 웨이퍼(72, 72A)의 온도가 150℃∼250℃로 유지되고, 온도조절부(75)가 없는 포커스링(74)의 경우 450℃이상이 되었으나, 본 발명의 제1 내지 제4실시예와 같이 온도조절부(75)를 갖는 플라즈마 식각장치에서는 포커스링(74)의 온도를 웨이퍼(72, 72A)의 온도와 동일한 150℃∼250℃로 조절할 수 있다. 이와 같이, 포커스링(74)의 온도를 조절하여 웨이퍼(72, 72A)의 온도와 동일하게 조절함으로써 폴리머가 한곳으로 집중되지 않고 고루 퍼져서 분포(200)되기 때문에 포커스링(74)과 웨이퍼(72, 72A)의 온도차이로 인해 웨이퍼의 외곽지역(72A)으로 집중되는 폴리머의 양을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 내지 제4실시예는 각각 따로 적용하거나, 두가지 이상 의 실시예를 혼합하여 적용할 수 있다.
이렇듯, 본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 단면도,
도 6a 및 도 6b는 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 비교하기 위한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 하부전극 22, 22A : 웨이퍼
23 : 가스유로 24 : 포커스링
25 : 스페이서링 26 : 가스주입관

Claims (25)

  1. 웨이퍼가 안착된 하부전극;
    상기 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스링; 및
    상기 포커스링의 하부에 구비된 온도조절부
    를 포함하는 플라즈마 식각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절부는,
    냉매의 주입이 가능한 가스주입관을 갖는 스페이서링인 플라즈마 식각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절부는,
    냉매의 주입이 가능한 가스주입관 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부를 갖는 스페이서링인 플라즈마 식각장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 냉매는 헬륨(He) 또는 수소(H2) 가스를 사용하는 플라즈마 식각장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가열부는 히터(Heater)인 플라즈마 식각장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절부는 열전도테이프를 포함하는 플라즈마 식각장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절부는 스페이서링과 상기 스페이서링의 상부, 하부 또는 상하부에 열전도테이프가 구비된 플라즈마 식각장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 열전도테이프는 은, 구리, 알루미늄, 질화탄소 및 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 플라즈마 식각장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스페이서링은 절연물질인 플라즈마 식각장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절부는 열전도가 가능한 스페이서링인 플라즈마 식각장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서링은 은, 구리, 알루미늄, 질화탄소 및 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 플라즈마 식각장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 절연물질은 쿼츠(Quartz) 또는 실리콘(Silicon)인 플라즈마 식각장치.
  13. 웨이퍼가 안착된 하부전극을 제공하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 플라즈마 식각시 상기 웨이퍼의 외곽지역을 둘러싸는 포커스 링의 온도를 조절하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 포커스링의 온도를 조절하는 단계는,
    상기 포커스링의 온도가 상기 웨이퍼의 외곽지역의 온도와 동일하도록 조절하는 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 포커스링의 온도를 조절하기 위해, 상기 포커스링의 하부에 온도조절부를 더 포함하는 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 온도조절부는 냉매의 주입이 가능한 가스주입관을 갖는 스페이서링인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 온도조절부는,
    냉매의 주입이 가능한 가스주입관 및 상기 가스주입관 사이에 구비된 가열부를 갖는 스페이서링인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 냉매는 헬륨(He) 또는 수소(H2) 가스를 사용하는 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 가열부는 히터(Heater)인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 온도조절부는 열전도테이프를 포함하는 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 온도조절부는 스페이서링과 상기 스페이서링의 상부, 하부 또는 상하부에 열전도테이프가 구비된 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 열전도테이프는 은, 구리, 알루미늄, 질화탄소 및 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 스페이서링은 절연물질인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 온도조절부는 열전도가 가능한 스페이서링인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 스페이서링은 은, 구리, 알루미늄, 질화탄소 및 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 플라즈마 식각장치를 이용한 식각방법.
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