KR20110057510A - 건식 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

건식 식각 장치가 제공된다. 건식 식각 장치는 챔버, 챔버 내에 설치된 척, 척을 둘러싸는 포커스 링, 및 척의 표면의 연장면에 대하여 포커스 링의 상대적인 위치를 변경하는 변위 장치를 포함한다.
포커스 링, 플라즈마, 건식 식각 장치

Description

건식 식각 장치{Apparatus for Dry Etching}
본 발명은 건식 식각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포커스 링을 포함하는 건식 식각 장치에 관한 것이다.
고집적화된 반도체 소자의 미세 패턴을 형성하기 위해 건식 식각이 주로 사용된다. 건식 식각 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 설치된 정전척 및 상기 정전척의 상하에 설치된 전극들 구비한다. 건식 식각 공정은 상기 전극들 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 상기 챔버 내로 유입된 소오스 가스를 플라즈마로 변환시켜 상기 플라즈마를 사용하여 상기 정전척 상에 안착된 웨이퍼를 식각하는 과정으로 진행될 수 있다. 구체적으로, 상기 플라즈마를 구성하는 라디칼 또는 이온들은 상기 웨이퍼 상의 물질막과 물리적 및 화학적으로 반응하여 상기 물질막을 식각한다.
한편, 건식 식각 장치에서 플라즈마는 정전척의 상하에 설치된 전극에 의해 생성되기 때문에, 전극의 설치 부분까지는 플라즈마의 제어가 용이하나, 상대적으로 정전척의 외측 주변부는 직접적인 플라즈마 제어가 어렵다. 예를 들어, 외측 주변부에 생성되는 플라즈마의 양이 상대적으로 적으며, 그에 따라, 웨이퍼의 가장자리의 식각율이 중앙 영역에 비해 다소 낮아질 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼의 전면 에 걸친 균일한 식각율을 달성하기 어렵다.
웨이퍼의 식각 균일도를 향상시키기 위하여, 정전척의 둘레에 포커스 링을 장착하는 방안이 채택된다. 포커스 링의 형상, 높이 등에 따라 플라즈마의 생성량 및 그 패턴이 변화되기 때문에, 이를 미세하게 조절함으로써 웨이퍼 표면 상에서 보다 균일한 플라즈마가 생성되어, 웨이퍼의 상면에 반응 이온들이 균일하게 도달하도록 한다.
그러나, 포커스 링의 형상 및 높이의 미세 조절에는 구조적인 한계가 있으므로, 목표로 하는 정밀한 플라즈마 생성 패턴 조절에 도달하는 것이 매우 어렵다.
더 나아가, 건식 식각 공정을 수행하면, 웨이퍼 및/또는 그 위의 구조물 뿐만 아니라, 포커스 링도 함께 식각된다. 포커스 링이 식각되면, 그 형상 및 높이가 변화하므로, 당초 설정하였던 플라즈마의 생성 패턴을 변화시키게 된다. 그에 따라 웨이퍼 전면에 걸친 균일한 식각율이라는 공정 목표를 달성하기가 어려워진다. 이를 방지하기 위하여, 소정 회수의 식각을 수행한 후, 포커스 링을 교체할 수 있으나, 포커스 링의 잦은 교체는 공정 시간을 지연시키며, 공정 비용을 상승시킨다.
본 발명은 이러한 점들에 근거해 착안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보다 정밀한 플라즈마 생성 패턴 조절이 가능한 건식 식각 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것 이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 설치된 척, 상기 척을 둘러싸는 포커스 링, 및 상기 척의 표면의 연장면에 대하여 상기 포커스 링의 상대적인 위치를 변경하는 변위 장치를 포함한다.
상기 변위 장치는 포커스 링의 위치를 수직 방향으로 조절하는 장치일 수 있다.
상기 포커스 링은 직류 전원에 연결되어 있을 수 있다.
나아가, 상기 포커스 링은 내부 또는 하면에 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포커스 링은 반도체로 이루어질 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 건식 식각 장치는 변위 장치에 의해 척 표면의 연장면에 대한 포커스 링의 상대적인 위치가 쉽게 제어되므로, 포커스 링의 형상 설계에 구조적인 한계가 있거나, 포커스 링이 부분 식각된 경우에도 실질적인 포커스 링의 형상 및 높이를 재설정할 수 있다. 따라서, 포커스 링의 교체 없이 균일한 식각율을 달성할 수 있으므로, 공정 비용이 감소하고, 공정 효율이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 건식 식각 장치는 포커스 링에 직류 전원이 인가될 수 있으므로, 웨이퍼 가장자리 영역의 플라즈마 생성 패턴을 미세 조절할 수 있다. 따라서, 보다 정밀하고 폭넓은 식각율 제어가 가능하다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하 나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의"아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치(1)는 챔버(110), 서셉터(120), 정전척(130), 포커스 링(140), 변위 장치, 열 매체 유로(152), 가스 유로(154), 급전선(156), 배기 링(160), 샤워 헤드(170), 자장 형성 기구(180)를 포함한다.
챔버(110)는 건식 식각 공정이 진행되는 공간이다. 건식 식각 장치가 도 1의 예처럼 반도체 웨이퍼 처리를 위해 사용되는 경우, 챔버(110)는 원통 형상일 수 있다. 그러나, 건식 식각 장치가 LCD 등의 표시 장치용 기판 처리 장치일 경우, 챔버(110)는 직육면체나 기타 다른 형상을 가질 수도 있다.
챔버(110)는 표면이 양극 산화막 (알루마이트)이 형성된 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 내부는 기밀하게 폐색(閉塞) 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 챔 버(110)는 접지 전위에 접속되어 있고, 챔버(110)의 내부에는 하부 전극을 겸한 서셉터(120)가 설치된다. 서셉터(120)는 예를 들어 양극 산화막(알루마이트)이 형성된 알루미늄일 수 있다.
서셉터(120)의 웨이퍼(W) 탑재면에는 정전척(ESC; ElectroStatic Chuck)(130)이 설치되어 있다. 정전척(130)은 주로 세라믹(ceramic)을 주재료로 이용될 수 있고, 정전척(130)의 정전척용 전극에는 직류 전원(132)이 접속되어 있다.
또한, 서셉터(120) 및/또는 정전척(130) 상에는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 환 형상으로 형성된 포커스 링(140)이 구비된다. 포커스 링에는 변위 장치가 설치되어, 포커스 링의 위치를 조절한다. 몇몇 실시예에서, 포커스 링은 직류 전원에 연결된다. 포커스 링에 대한 보다 상세한 설명은 후술된다.
서셉터(120)의 내부에는 온도 제어를 위해 절연성 유체를 순환시키기 위한 열 매체 유로(152)가 설치된다. 열 매체 유로(152) 내에 소정 온도로 제어된 절연성 유체를 순환시키는 것에 의해서, 서셉터(120)가 소정 온도로 제어된다.
헬륨 가스 등의 온도 제어용의 가스를 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 공급하기 위한 가스 유로(154)가 마련되어 있다. 구체적으로, 서셉터(120)와 웨이퍼(W)의 이면 사이로 온도 제어용의 가스를 공급해서 이들 사이의 열교환을 촉진시킨다. 따라서, 웨이퍼(W)에 제조되는 반도체 소자의 정밀도를 좋게 하고, 효율적으로 소정 온도로 제어할 수 있게 되어 있다.
또한, 서셉터(120)의 거의 중앙에는 고주파 전력을 공급하기 위한 급전선(給電線)(156)이 접속되어 있다. 이 급전선(156)에는 정합기(158)를 거쳐서 고주파 전 원(RF 전원)(159)이 접속되어 있다. 고주파 전원(159)으로부터는 소정의 주파수의 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다.
또한, 서셉터(120)의 외측에는 환 형상으로 구성되고, 다수의 배기공이 형성된 배기 링(160)이 마련되어 있다. 배기 링(160)을 거쳐서 배기 포트(162)에 접속된 배기계(164)의 진공 펌프 등에 의해, 반응 챔버(110)내의 처리 공간의 진공 배기가 실행되도록 구성되어 있다.
한편, 서셉터(120)의 상부의 반응 챔버(110)의 천정벽 부분에는 샤워 헤드(170)가 서셉터(120)와 평행하게 대향하도록 마련되어 있다. 특히, 샤워 헤드(170)는 접지되어 있어, 서셉터(120) 및 샤워 헤드(170)는 한쌍의 전극(상부 전극과 하부전극)으로서 기능하도록 되어 있다.
샤워 헤드(170)는 하면에 다수의 가스 토출공(171)이 마련되어 있고, 또한 상부에는 가스 도입부(172)를 갖고 있으며, 내부에는 가스 확산용 공극(174)이 형성되어 있다. 가스 도입부(172)에는 가스 공급 배관(175)이 접속되어 있고, 가스 공급 배관(175)의 타단에는 가스 공급계(176)가 접속되어 있다. 가스 공급계(176)는 가스 유량을 제어하기 위한 MFC(Mass Flow Controller)(177)와, 예를 들면 반응 가스 등을 공급하기 위한 반응 가스 공급원(178) 등으로 구성되어 있다.
서셉터(120) 및 샤워 헤드(170)에 각각 전원이 인가되면, 소오스 가스는 가스 도입부(172)를 통해 챔버(110) 내로 유입되며, 소오스 가스는 서셉터(120) 및 샤워 헤드(170) 사이에서 플라즈마로 여기될 수 있다. 상기 소오스 가스는 불소 함유된 식각 가스로 CF4 가스일 수 있다. 상기 플라즈마를 구성하는 라디칼 및 이온 들은 상기 정전척(130) 상에 안착된 웨이퍼(W)를 식각할 수 있다. 식각 공정 후에 잔류한 반응 부산물들은 배기계(164)를 통해 챔버(110) 외부로 배출될 수 있다.
한편, 반응 챔버(110)의 외측 주위에는 환 형상의 자장 형성 기구(링 자석)(180)가 배치되어 있어, 서셉터(120)와 샤워 헤드(170) 사이의 처리 공간에 자장을 형성하도록 되어 있다. 이 자장 형성 기구(180)는 회전 기구(182)에 의해서 그 전체가 반응 챔버(110)의 주위를 소정의 회전 속도로 회전가능하게 되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 포커스 링(140) 및 변위 장치(190)를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2를 참조하면, 포커스 링(140)은 정전척(130)을 둘러싸도록 형성되어, 웨이퍼(W)의 장착 마진을 한정한다. 포커스 링(140)의 내경 형상은 플라즈마의 균일도를 개선하기에 적합한 형상으로 설정된다.
더욱 상세히 설명하면, 플라즈마를 구성하는 몇몇 라디칼 또는 이온들은 포커스 링(140)에도 부딪히는데, 이중 몇몇 라디컬 및 이온들은 웨이퍼(W) 측으로 굴절될 수 있을 것이다. 따라서, 웨이퍼(W) 가장자리에 도달하는 라디컬 및 이온의 양이 증가할 수 있다. 포커스 링(140)의 내경 형상 및 높이에 따라 웨이퍼(W) 측으로 집중되는 플라즈마의 양이 달라진다. 이를 정밀하게 제어하면, 상대적으로 작은 양의 플라즈마가 발생하는 웨이퍼(W) 가장자리 영역에 대해서도 도달하는 라디컬 및 이온의 양을 보상함으로써, 전체적으로 균일한 식각율을 구현할 수 있다.
변위 장치(190)는 정전척(130) 표면의 연장면에 대한 포커스 링(140)의 상대적인 위치를 변경한다. 몇몇 실시예에서, 변위 장치(190)는 포커스 링(140)의 위치 를 수직 방향으로 조절하는 장치이다. 이러한 변위 장치(190)에 따라 정전척(130)이 고정되어 있더라도, 정전척(130) 표면의 연장면에 대한 포커스 링(140)의 상대적인 위치가 조절된다.
변위 장치(190)에 의해 포커스 링(140)이 수직방향으로 변위되면, 실질적으로 포커스 링(140)의 높이를 다르게 구현한 것과 동일한 결과를 가져올 수 있다. 따라서, 특정 높이의 포커스 링(140)을 적용하더라도, 원하는 높이의 포커스 링(140)을 적용한 것과 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 건식 식각의 다수회 수행하면서, 포커스 링(140)도 함께 식각되어, 포커스 링(140)의 높이 및 형상이 변형될 수 있는데, 이 경우에도 변위 장치(190)에 의해 실질적인 포커스 링(140)의 높이를 조절할 수 있다. 따라서, 포커스 링(140)을 교체하지 않고서도, 웨이퍼(W)의 가장자리에 도달하는 라디컬 및 이온의 양을 미세 조절할 수 있다. 즉, 포커스 링140) 교체 주기가 길어질 수 있다. 따라서, 식각율 균일도를 향상시키면서도, 공정 비용을 절감하고, 공정 효율을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 다른 실시예에서, 변위 장치(190)는 포커스 링(140)을 수평방향으로 변위시킬 수도 있다. 포커스 링(140)의 내경 형상에 따라서는 수평 방향의 변위가 실질적인 포커스 링(140)의 높이 조절의 효과를 가져올 수 있다. 몇몇 실시예에서, 변위 장치(190)는 포커스 링(140)을 수평 방향 및 수직 방향으로 모두 변위시킬 수 있다. 또 다른 변형 실시예에서, 변위 장치(190)는 포커스 링(140)을 소정 각도로 틸트시킬 수도 있다.
적용가능한 변위 장치(190)는 모터를 포함하는 리프트 모듈, 적층판 구조, 미세 나사 조절 구조, 스프링 등의 탄성체 구조 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당업계에 공지된 다양한 변위 장치가 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 포커스 링(140)은 직류 전원(192)에 연결되어, 직류 전원(192)이 인가된다. 포커스 링(140)에 직류 전원(192)이 인가되면, 포커스 링(140)과 샤워 헤드(170)간 전기장이 생성될 수 있다. 인가되는 직류 전원(192)의 세기를 조절하면, 그에 따라 생성되는 플라즈마의 양도 조절될 수 있다. 따라서, 상대적으로 적은 웨이퍼(W) 가장자리 영역의 플라즈마 양을 증폭시킬 수 있으므로, 웨이퍼(W) 표면 전체에 걸쳐 전반적인 라이컬 및 이온의 도달량을 균일하게 제어하기 용이하다. 따라서, 포커스 링(140)의 구조적 형상의 한계가 있어 형상 만으로는 미세 조절이 어렵거나, 포커스 링(140)의 식각으로 형상 및/또는 높이가 달라진 경우에도 포커스 링(140)에 인가되는 직류 전원(192)의 세기를 제어함으로써 식각률 균일도를 구현할 수 있다. 포커스 링(140)의 직류 전원(192) 인가와 더불어, 상술한 변위 장치(190)를 함께 제어하면, 보다 정밀하고 폭넓은 식각율 제어가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
포커스 링(140)이 직류 전원(192)을 인가받기 위하여, 포커스 링(140)은 내부에 조절 전극(194)을 포함할 수 있다. 다만, 이 경우 조절 전극(194)은 포커스 링(140)의 상부 표면에 설치되는 것보다는 포커스 링(140)의 내부 또는 하면에 설치되는 것이 바람직하다.
몇몇 다른 실시예에서, 포커스 링(140)은 별도의 조절 전극(194)을 포함하는 대신, 반도체로 이루어져, 그 자체가 직접 직류 전원(190)이 인가될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 포커스 링 및 변위 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1: 건식 식각 장치
110: 챔버
140: 포커스 링
190: 변위 장치
192: 직류 전원
194: 조절 전극

Claims (5)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 설치된 척;
    상기 척을 둘러싸는 포커스 링; 및
    상기 척의 표면의 연장면에 대하여 상기 포커스 링의 상대적인 위치를 변경하는 변위 장치를 포함하는 건식 식각 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 변위 장치는 상기 포커스 링의 위치를 수직 방향으로 조절하는 장치인 건식 식각 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 직류 전원에 연결되어 있는 건식 식각 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 내부 또는 하면에 조절 전극을 포함하는 건식 식각 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 포커스 링은 반도체로 이루어지는 건식 식각 장치.
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