KR20230143487A - 기판 지지 장치 - Google Patents

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KR20230143487A
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Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 공정 장치에서 기판을 지지하기 위한 기판 지지 장치가 제공된다. 상기 기판 지지 장치는, 베이스부 및 상기 베이스부로부터 돌출되어 상기 기판을 지지하는 돌출부를 포함하는 정전척; 상기 정전척의 상기 베이스부를 둘러싸는 절연 링; 상기 정전척의 상기 돌출부 및 상기 기판을 둘러싸고 상기 정전척의 상기 베이스부 및 상기 절연 링에 의해 지지되는 포커스 링; 및 상기 정전 척의 상기 베이스부와 상기 포커스 링을 접합하도록 구성된 접합부;를 포함하되, 상기 정전 척의 상기 베이스부를 향하는 상기 포커스 링의 제1 면은 평평하도록 구성된다.

Description

기판 지지 장치{SUBSTRATE SUPPORT DEVICE}
본 발명은 기판 지지 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 반도체 공정 과정에 있어서, 챔버 내 기판을 지지하기 위한 기판 지지 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 제조 공정 중, 식각 공정에 있어서 플라즈마 식각 공정이 많이 사용되고 있다. 플라즈마 식각 공정은 밀폐 공간 내부로 공급된 반응 가스에 전기장을 가해 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 만든 후, 플라즈마 내의 이온이 하부 전극 상에 위치한 기판을 식각하도록 한다. 플라즈마 식각 공정은 플라즈마 공정 장치에 의해 수행된다.
플라즈마 공정 장치는 반도체 기판을 가공하기 위한 공간을 갖는 가공 챔버와, 가공 챔버 내부에 배치되어 반도체 기판을 지지하는 기판 지지 장치를 포함한다. 기판 지지 장치는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트의 상측에 배치된 세라믹 정전척, 및 정전척을 둘러싸는 포커스 링 등으로 이루어진다.
이때 포커스 링은 기판의 상면 전체에서 플라즈마가 균일하게 형성되도록 하는 역할을 한다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 플라즈마 식각 공정에 있어서, 정전척과 포커스 링 사이에 아킹(arcing) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 기판 지지 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.
상술된 과제를 해결하기 위한 예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 공정 장치에서 기판을 지지하기 위한 기판 지지 장치가 제공된다. 상기 기판 지지 장치는, 베이스부 및 상기 베이스부로부터 돌출되어 상기 기판을 지지하는 돌출부를 포함하는 정전척; 상기 정전척의 상기 베이스부를 둘러싸는 절연 링; 상기 정전척의 상기 돌출부 및 상기 기판을 둘러싸고 상기 정전척의 상기 베이스부 및 상기 절연 링에 의해 지지되는 포커스 링; 및 상기 정전 척의 상기 베이스부와 상기 포커스 링을 접합하도록 구성된 접합부;를 포함하되, 상기 정전 척의 상기 베이스부를 향하는 상기 포커스 링의 제1 면은 평평하도록 구성된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 접합부는 상기 포커스 링의 온도 상승을 방지하도록 구성된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 포커스 링은 정전척과 포커스 링 사이에 아킹 현상을 방지하도록 구성된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 포커스 링은 상기 포커스 링과 상기 정전척의 상기 베이스부 사이에 간극을 형성하도록 구성된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 포커스 링은 상기 포커스 링의 상기 제1 면으로부터 상기 절연 링을 향해 돌출되어 상기 절연 링과 접촉하는 계단부를 더 포함한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 계단부는 상기 제1 면의 제1 부분이 접합부에 의해 지지되고, 상기 제1면의 제2 부분이 절연링에 의해 지지되도록 구성된다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 포커스 링이 정전척과 직접 접촉하지 않도록 형성된 기판 지지 장치가 제공된다. 정전척과 포커스 링 사이의 접합부에 의해 상기 정전척과 상기 포커스 링 사이에 간극이 형성되어 정전척과 포커스 링 사이의 아킹(arcing) 현상을 방지할 수 있는 바, 반도체 소자 제조의 수율이 제고될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 발명의 예시적 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명의 예시적 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 예시적 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치를 x축 방면에서 바라본 정면도이다.
도 2는 도 1의 포커스 링을 -z축에서 바라본 평면도이다.
도 3은 도 1의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 4는 도 3의 B부분을 확대한 확대도이다.
도 5는 도 3의 C부분을 확대한 확대도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정 장치(10)를 x축 방면에서 바라본 정면도이다.
플라즈마 공정 장치(10)는 기판(w)에 대하여 플라즈마 식각 공정을 수행할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 식각 공정은 가공 챔버(100) 내부로 공급된 반응 가스에 전기장을 가해 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 만든 후, 플라즈마 내의 이온이 정전척(200) 상에 위치한 기판(w)을 식각할 수 있다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 공정 장치(10)는 가공 챔버(100) 및 기판 지지 장치를 포함할 수 있다.
가공 챔버(100)는 기판(w)에 플라즈마 공정을 수행하는 일종의 격리된 공간일 수 있다. 가공 챔버(100)가 외부와 격리됨에 따라서, 플라즈마 공정의 공정 조건이 조절될 수 있다. 가공 챔버(100)는 저장 탱크(110), 가스 피더(120), 개구(130), 가스 배출구(140)를 포함할 수 있다.
저장 탱크(110)는 가공 챔버(100)의 천장과 연결될 수 있다. 저장 탱크(110)는 플라즈마 생성에 사용되는 가스를 저장하고 있다가 플라즈마 공정 시 가공 챔버(100) 내부에 가스를 제공하도록 구성될 수 있다.
가스 피더(120)는 가공 챔버(100)의 천장에 배치될 수 있다. 가스 피더(120)는 복수의 노즐을 이용하여 플라즈마 생성에 사용되는 가스를 가공 챔버(100)의 내부에 공급하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 가스 피더(120)는 플라즈마 공정을 위한 상부 전극을 포함할 수 있다. 이에 따라 가스 피더(120)는 가공 챔버(100) 내 정전척(200)의 돌출부(202)에 안착된 기판(w)의 상면을 향해 플라즈마 공정에 사용되는 가스를 공급할 수 있다.
개구(130)는 가공 챔버(100)의 측벽에 형성될 수 있다. 개구(130)는 기판(w)의 출입구일 수 있다. 기판(w)은 가공 챔버(100)의 외부에서 개구(130)를 통해 가공 챔버(100)의 내부로 이동될 수 있다. 또한, 기판(w)은 플라즈마 공정이 종료된 후에 개구(130)를 통해 가공 챔버(100)의 외부로 이동될 수 있다
가스 배출구(140)는 가공 챔버(100)의 바닥면에 형성될 수 있다. 가스 배출구(140)는 가공 챔버(100) 내에서 플라즈마 공정에 사용된 가스를 가공 챔버(100)의 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.
기판 지지 장치는 플라즈마 공정 과정에서 기판을 지지하도록 구성될 수 있다. 기판 지지 장치는 정전척(200), 포커스 링(300), 접합부(400), 절연 링(600) 및 베이스 플레이트(500)로 구성될 수 있다.
정전척(200)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 정전척(200)은 베이스부(201) 및 베이스부로부터 상방(Z 방향)으로 돌출된 돌출부(202)를 포함한다. 정전척(200)의 돌출부(202)에는 기판(w)이 놓일 수 있다. 정전척(200)의 돌출부(202)는 기판(w)보다 작은 반경을 갖을 수 있다. 정전척(200) 내에는 정전 전극(210)이 매설될 수 있다. 정전 전극(210)은 제1 전원(230)과 전기적으로 연결된다. 정전 전극(210)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(210)과 기판(w) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(w)은 정전척(200)의 돌출부(202) 상면에 흡착된다.
정전척(200)은 베이스 플레이트(500) 상에 배치될 수 있다. 정전척(200)의 돌출부(202)는 정전척(200) 상에 배치되는 기판(w)을 지지할 수 있다. 정전척(200)은 x 방향, x 방향과 수직인 y 방향, x 방향 및 y 방향과 수직 방향인 z 방향 중 적어도 하나의 방향으로 움직일 수 있다. 이로 인해, 정전척(200)은 기판(w)의 공정 위치를 조절할 수 있다.
절연 링(600)은 정전척(200)의 베이스부(201)를 둘러쌀 수 있다. 절연 링(600)은 절연체를 포함할 수 있다.
포커스 링(300)은 정전척(200)의 돌출부(202) 및 기판(w)을 둘러쌀 수 있다. 포커스 링(300)은 또한 정전척(200)의 베이스부(201) 및 절연 링(600)에 의해 지지될 수 있다. 포커스 링(300)은 플라즈마 공정 과정에서 정전척(200)의 돌출부(202) 상에 위치한 기판(w)을 고정하고, 포커스 링(300)은 플라즈마가 존재하는 가혹한 조건의 가공 챔버(100) 내에서 플라즈마의 확산을 방지하며, 플라즈마가 식각 처리가 이루어지는 기판(w) 주변에 한정되도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 정전척(200)의 돌출부(202)의 외측면과 포커스 링(300)의 내측면은 설정 거리 이격되어 위치됨으로써 그 사이에 틈새가 제공될 수 있다. 포커스 링(300)에 의해 시스, 플라즈마 계면 및 전기장을 조절되어, 플라스마는 기판(w) 상으로 집중되도록 유도될 수 있다.
포커스 링(300)은 예를 들어, 실리콘(Si)으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 실리콘 탄화물(SiC) 및 실리콘 산화물(SiO2) 등으로 구성될 수 있다.
접합부(400)는 정전척(200)의 베이스부(201)와 포커스 링(300)을 접합할 수 있다. 접합부(400)는 포커스 링의 온도 상승을 방지하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 공정 과정에서 정전척(200)으로부터 발생한 열이 포커스 링(300)에게 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 접합부(400)는 열전달 패드를 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(500)는 가공 챔버(100)의 하면 상에 배치될 수 있다. 베이스 플레이트(500)는 베이스 플레이트(500) 상에 배치되는 정전척(200)을 지지할 수 있다. 베이스 플레이트(500)는 제2 전원(530) 및 정합기(510)와 연결될 수 있다. 제2 전원(530)은 예를 들어, 교류 전원일 수 있다. 제2 전원(530)은 플라즈마 공정을 위한 바이어스 전압 및 RF 신호를 제공할 수 있다. 정합기(510)는 제2 전원(530)과 연결될 수 있다. 정합기(510)는 제2 전원(530)과 베이스 플레이트(500) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 정합기(510)는 복수의 커패시터를 이용하여 복수의 주파수 중에서 어느 하나를 베이스 플레이트(500)로 전달시키고, 나머지를 차단할 수 있다.
도 2는 도 1의 포커스 링(300)을 -z축에서 바라본 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 포커스 링(300)은 x 방향 및 y 방향으로 정의되는 평면에서 고리 형상을 가질 수 있다.
포커스 링(300)은 정전 척(200)의 베이스부(201)를 향하는 제1 면을 포함할 수 있다. 포커스 링(300)은 포커스 링(300)의 제1 면으로부터 절연 링(600)을 향해 돌출되어 절연 링(600)과 접촉하는 계단부(310)를 더 포함할 수 있다. 계단부(310)는 제1 부분(311)과 제2 부분(312)을 포함할 수 있다. 제1 부분(311)은 포커스 링(300)이 접합부(400)와 직접 접촉하는 부분일 수 있다. 제2 부분(312)은 포커스 링(300)이 절연링(600)과 직접 접촉하는 부분일 수 있다.
도 3은 도 1의 A부분을 확대한 확대도이다. 도 4는 도 3의 B부분을 확대한 확대도이다. 도 5는 도 3의 C부분을 확대한 확대도이다.
도 3 내지 도5를 참조하면, 정전척(200)의 베이스부(201)를 향하는 포커스 링(300)의 제1 부분(311)은 평평할 수 있다. 따라서 모서리에 집중되던 전기장 집중 현상이 방지될 수 있다.
포커스 링(300)의 제1 부분(311)은 접합부(400)를 통해 정전척(200)의 베이스부(201)에 의해 지지되고, 포커스 링(300)의 제2 부분(312)은 절연 링(600)에 의해 지지될 수 있다.
접합부(400)는 포커스 링(300)과 정전척(200)의 베이스부(201) 사이에 간극(t)을 형성하도록 구성될 수 있다.
간극(t)이 형성됨에 따라, 포커스 링(300)과 정전척(200)이 접합부(400)로 연결될 때 접합부(400)가 과압착 되는 것을 방지할 수 있다.
간극(t)이 멀어질수록 포커스 링(300)과 정전척(200) 사이의 간격이 멀어질 수 있다. 간격이 멀어지면서 플라즈마 공정 과정에서 포커스 링(300)과 정전척(200) 사이에 아킹(arcing) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 기존의 포커스 링(300)과 정전척(200)이 직접 접촉할 때보다 포커스 링(300)과 정전척(200)사이 전기장이 집중되는 현상을 방지할 수 있다.
포커스 링(300)의 제2 부분(312)은 정전척(200)과 직접 접촉하지 않도록 구성될 수 있다. 포커스 링(300)의 제2 부분(312)은 절연 링(600)과만 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 공정 과정에서 포커스 링(300)에 직접 전류가 흘러 포커스 링(300)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 플라즈마 공정 장치 100: 가공 챔버
110: 저장 탱크 120: 가스 피더
130: 개구 140: 가스 배출구
200: 정전척 201: 돌출부
202: 베이스부 210: 정전 전극
230: 제1 전원 300: 포커스 링
310: 계단부 311: 제1 부분
312: 제2 부분 400: 접합부
500: 베이스 플레이트 510: 정합기
530: 제2 전원 600: 절연 링
w: 기판 t: 간극

Claims (6)

  1. 챔버 내에서 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 장치로서, 상기 기판 지지 장치는,
    베이스부 및 상기 베이스부로부터 돌출되어 상기 기판을 지지하는 돌출부를 포함하는 정전척;
    상기 정전척의 상기 베이스부를 둘러싸는 절연 링;
    상기 정전척의 상기 돌출부 및 상기 기판을 둘러싸고 상기 정전척의 상기 베이스부 및 상기 절연 링에 의해 지지되는 포커스 링; 및
    상기 정전 척의 상기 베이스부와 상기 포커스 링을 접합하도록 구성된 접합부;를 포함하되,
    상기 정전 척의 상기 베이스부를 향하는 상기 포커스 링의 제1 면은 평평한 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 포커스 링의 온도 상승을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포커스 링은 정전척과 포커스 링 사이에 아킹 현상을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 포커스 링과 상기 정전척의 상기 베이스부 사이에 간극을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 포커스 링의 상기 제1 면으로부터 상기 절연 링을 향해 돌출되어 상기 절연 링과 접촉하는 계단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 계단부는 상기 제1 면의 제1 부분이 접합부에 의해 지지되고, 상기 제1면의 제2 부분이 절연링에 의해 지지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
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