KR20240002334A - 포커스링 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20240002334A
KR20240002334A KR1020220079414A KR20220079414A KR20240002334A KR 20240002334 A KR20240002334 A KR 20240002334A KR 1020220079414 A KR1020220079414 A KR 1020220079414A KR 20220079414 A KR20220079414 A KR 20220079414A KR 20240002334 A KR20240002334 A KR 20240002334A
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이채윤
이재호
윤형준
탁기덕
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세메스 주식회사
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Abstract

기판 처리 장치는, 기판을 지지하는 척; 상기 척의 둘레에 마련되는 포커스링을 포함하되, 상기 포커스링은, 내외측이 분리되지 않고 일체화되는 하나의 상부링; 및 상기 상부링의 하부에 마련되는 하부링을 포함하며, 상기 상부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지거나 테이퍼 형상을 가지고, 상기 하부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지고 상부가 평면을 이룬다.

Description

포커스링 및 기판 처리 장치{FOCUS RING AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 포커스링 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 박막을 제거하는 에칭 공정을 포함할 수 있다. 에칭 공정은 플라즈마에 함유된 이온 및/또는 라디칼들이 기판 상의 박막과 충돌하거나, 박막과 반응됨으로써 수행된다.
플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치는 공정 챔버, 공정 챔버 내에서 기판을 지지하고, RF 전원과 연결되는 지지 척(예, ESC)과, 지지 척에 안착된 기판의 외주를 둘러싸는 포커스링을 포함한다.
포커스링은 기판 표면 상에서 플라즈마를 균일성 높게 분포시키기 위해서 설치되며, 플라즈마에 의해 기판과 함께 에칭된다. 기판에 대한 에칭이 반복적으로 행해지면, 포커스링도 함께 에칭되어 포커스링의 형상은 점차 변화된다. 포커스링의 형상 변화에 따라 이온 및/또는 라디칼이 기판에 입사하는 방향이 변화되어 기판에 대한 에칭 특성이 변화된다.
한편, 포커스링은, 내측에 마련되는 이너링 및 이너링의 외측에 마련되는 아우터링으로 구분되는데, RF Time 증가에 따라 포커스링의 식각으로 이너링과 아우터링 사이에 유격이 발생되고, 이러한 유격 사이에 누적되는 폴리머로 인해 파티클이 발생될 수 있어, 개선이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 포커스링의 상부 면에 파티클이 발생되는 것을 최소화할 수 있는 포커스링 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(aspect)은, 기판을 지지하는 척; 상기 척의 둘레에 마련되는 포커스링을 포함하되, 상기 포커스링은, 내외측이 분리되지 않고 일체화되는 하나의 상부링; 및 상기 상부링의 하부에 마련되는 하부링을 포함하며, 상기 상부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지거나 테이퍼 형상을 가지고, 상기 하부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지고 상부가 평면을 이룬다.
상기 상부링의 내경과 상기 하부링의 내경은 서로 달리 이루어져 상기 상부링과 상기 하부링은 서로 단차를 가지며, 상기 하부링은 상기 기판을 지지하도록 상기 기판의 직경보다 내경이 작게 이루어지고, 상기 상부링은 상기 하부링의 내경보다 크게 이루어질 수 있다.
상기 상부링은 하부 방향으로 돌출되는 돌출부가 마련되고, 상기 하부링은 상기 돌출부가 수용되는 끼움홈이 형성될 수 있다.
상기 상부링의 높이를 조절하는 리프트 핀을 더 포함하고, 상기 하부링은 상기 리프트 핀이 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 상부링의 승강에 따라 상기 돌출부와 상기 하부링 사이가 노출되지 않도록 링 형상을 이루고, 상기 리프트 핀보다 내측 방향에 위치될 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 포커스링의 일 면은, 기판을 지지하는 척의 둘레에 마련되는 포커스링에 있어서, 내외측이 분리되지 않고 일체화되는 하나의 상부링; 및 상기 상부링의 하부에 마련되는 하부링을 포함하며, 상기 상부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지거나 테이퍼 형상을 가지고, 상기 하부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지고 상부가 평면을 이룬다.
상기 상부링의 내경과 상기 하부링의 내경은 서로 달리 이루어져 상기 상부링과 상기 하부링은 서로 단차를 가지며, 상기 하부링은 상기 기판을 지지하도록 상기 기판의 직경보다 내경이 작게 이루어지고, 상기 상부링은 상기 하부링의 내경보다 크게 이루어질 수 있다.
상기 상부링은 하부 방향으로 돌출되는 돌출부가 마련되고, 상기 하부링은 상기 돌출부가 수용되는 끼움홈이 형성될 수 있다.
상기 상부링의 높이를 조절하는 리프트 핀을 더 포함하고, 상기 하부링은 상기 리프트 핀이 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 상부링의 승강에 따라 상기 돌출부와 상기 하부링 사이가 노출되지 않도록 링 형상을 이루고, 상기 리프트 핀보다 내측 방향에 위치될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치의 척 상부에 배치된 포커스링을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 포커스링에서 상부링이 승강된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
반도체 웨이퍼에 증착된 박막을 제거하기 위한 방법으로 습식 식각과 건식 식각 방법이 있다. 습식 식각 방법은 불산(HF)과 초순수(DI water)를 혼합하여 웨이퍼의 상면에 증착된 산화막을 제거하는 것이고, 건식 식각 방법은 플라즈마(plasma)를 이용하여 웨이퍼 상에 물질막 패턴을 형성할 수 있다. 이하에서는 본 실시예의 기판 처리 장치가 건식 식각(또는 건식 세정)에 사용되는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치의 척 상부에 배치된 포커스링을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 포커스링에서 상부링이 승강된 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 가스 공급부(300) 및 플라스마 생성부(400)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 공정 챔버(100)의 플라즈마 처리가 ICP(inductive coupled plasma) 설비인 것을 예로 설명하나, 공정 챔버(100)는 플라즈마 처리를 위해 CCP(capacitive coupled plasma) 설비, 마이크로파 플라즈마(microwave plasma) 설비, 혹은 그 밖의 다양한 플라즈마 처리 장치로 제공될 수 있다.
공정 챔버(100)는 기판(W)의 처리 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 처리 공정은 플라즈마를 이용한 공정((plasma process), 예를 들어 식각 공정)일 수 있다. 공정 챔버(100)는 진공을 유지할 수 있도록 밀폐 구조로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)는 중공의 육면체 또는 중공의 원기둥, 혹은 그 밖의 형태를 가질 수 있다. 예시적으로 공정 챔버(100)는 몸체(110) 및 밀폐 커버(120) 등을 포함할 수 있다.
몸체(110)에는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성될 수 있다. 몸체(110)의 내부 공간은 기판(W) 처리 공정이 수행되는 공간으로 제공될 수 있다. 몸체(110)는 금속 재질(예를 들어, 알루미늄)로 제공될 수 있다. 몸체(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성될 수 있다. 배기홀(102)은 배기 라인(121)과 연결될 수 있다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 등은 배기 라인(121)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
밀폐 커버(120)는 몸체(110)의 개방된 상면을 덮어, 몸체(110)의 내부공간을 밀폐시킬 수 있다. 밀폐 커버(120)는 몸체(110)와 상이한 재질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 밀폐 커버(120)는 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다.
기판 지지부(200)는 몸체(110)의 내부에 위치되어, 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지부(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이와 달리 기판 지지부(200)는 기계적 클램핑 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다. 이하에서는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 것을 예시하도록 한다.
기판 지지부(200)는 몸체(110)의 내부에 위치될 수 있다. 기판 지지부(200)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 예를 들어 기판 지지부(200)는 척(201)과 포커스링(280)을 포함할 수 있다.
척(201)은 기판(W)을 지지할 수 있다. 척(201)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)와 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 척(201)에는 하부 전극(220)과 히터(230)가 매설될 수 있다. 하부 전극(220)에 인가된 전류에 의해 하부 전극(220)과 기판(W) 사이에는 전기력이 작용할 수 있으며, 전기력에 의해 기판(W)은 척(201)에 흡착될 수 있다. 히터(230)는 외부 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발생된 열은 척(201)을 통해 기판(W)으로 전달될 수 있다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지될 수 있다.
더불어 척(201)에는 제1 순환 유로(241)와 제2 순환 유로(242)가 마련될 수 있다. 제1 순환 유로(241)는 헬륨 가스와 같은 열전달 매체가 이동하는 통로로 제공될 수 있다. 열전달 매체는 기판(W) 저면으로 공급될 수 있고, 플라스마에서 기판(W)으로 전달된 열이 기판 지지부(200)로 전달되는 매개체 역할을 할 수 있다. 제2 순환 유로(242)는 온도 조절 유체가 이동하는 통로로 제공될 수 있다.
또한, 플라스마에 함유된 이온 입자들은 기판 지지부(200)에 형성된 전기력에 끌려 기판 지지부(200)로 이동할 수 있으며, 이동하는 과정에서 기판(W)과 충돌하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 이온 입자들이 기판(W)에 충돌하는 과정에서 기판(W)에는 열이 발생할 수 있다. 기판(W)에서 발생된 열은 기판(W) 저면과 척(201)의 상면 사이 공간에 공급된 열전달 매체(헬륨 가스)를 통해 기판 지지부(200)로 전달될 수 있다. 이에 의해, 기판(W)은 설정온도로 유지될 수 있다.
포커스링(280)은 척(201) 상에 설치될 수 있고, 기판(W)의 주변을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 포커스링(280)은, 척(201)의 둘레에 마련될 수 있다. 포커스링(280)은 다수의 링이 조합되는 구조를 가질 수 있다. 포커스링(280)의 하단부에는 상부링(281)의 높이를 조절하는 리프트 핀(285L)을 더 포함할 수 있다.
포커스링(280)에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
가스 공급부(300)는 공정 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(300)는 가스 공급 노즐(310), 가스 공급 라인(320) 및 가스 저장부(330)를 포함할 수 있다. 먼저 가스 공급 노즐(310)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구는 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(330)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(310)에 공급할 수 있다.
플라스마 생성부(400)는 공정 챔버(100) 내부에 고주파(Radio Frequency; RF) 전력을 인가하여 공정 챔버(100) 내부에 공급된 공정 가스를 여기시킬 수 있다. 플라스마 생성부(400)는 하우징(410), 상부 전원(420), 그리고 안테나 유닛(430)을 포함할 수 있다
하우징(410)은 밀폐 커버(120)의 상부에 위치할 수 있으며, 내부에 공간이 형성될 수 있다. 하우징(410)의 내부는 안테나(430)가 위치하는 공간으로 제공될 수 있다. 상부 전원(420)은 고주파 전류를 발생시킬 수 있다. 발생된 고주파 전류는 안테나(430)에 인가될 수 있다. 안테나(430)는 공정 챔버(100) 내부에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 안테나(430)에서 인가된 고주파 전력은 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시킬 수 있다. 여기된 공정 가스는 기판(W)으로 제공되어 기판(W)을 처리할 수 있다. 여기된 공정 가스는 식각 공정 등을 수행할 수 있다.
이하에서는 포커스링(280)에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
포커스링(280)은, 상부링(281), 하부링(283) 및 아이솔레이터 링(285)을 포함할 수 있다.
상부링(281)은 플라즈마의 균일성을 높이는 구성이고, 하부링(283)은 기판(W)을 지지하는 구성이다. 이를 위해 상부링(281)은 기판(W)의 둘레를 따라 마련되게 하부링(283)의 내경보다 크게 이루어질 수 있다. 하부링(283)은 상부링(281)의 하부에 마련될 수 있으며, 기판(W)을 지지하도록 기판(W)의 직경보다 내경이 작게 이루어질 수 있다.
기판 표면 상에서 플라즈마를 균일성 높게 분포시키기 위한 상부링(281)과 기판(W)을 지지하는 하부링(283)은 재질이 상이할 수 있으며, 예를 들어 상부링(281)은 석영으로 이루어질 수 있고, 하부링(283)은 탄화규소로 이루어질 수 있다.
예를 들어 상부링(281)은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마의 균일성을 위한 설계를 이루는 다양한 변형예가 가능하고, 예시적으로 테이퍼질 수도 있다.
하부링(283)은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지되, 기판을 지지할 수 있도록 상부가 평면을 이룰 수 있다. 상부링(281)과 하부링(283)의 내경은 서로 달리 이루어져 상부링(281)과 하부링(283)은 서로 단차를 가질 수 있다.
게다가 상부링(281)은, 기판의 처리가 반복되는 과정에서 함께 에칭될 수 있어 플라즈마 시스(Plasma Sheath) 제어를 위해 승강될 수 있다. 즉 상부링(281)의 형상 변화에 따라 라디칼 및 이온 등의 입사 방향이 변화되는 특성을 최소화하기 위해 리프트 핀(285L)에 의해 승하강될 수 있다. 이때 하부링(283)은 리프트 핀(285L)이 관통하는 관통홀(283H2)이 형성될 수 있다. 리프트 핀(285L)은 예를 들어 3개 이상 마련될 수 있으며 등간격으로 아이솔레이터 링(285)에 제공될 수 있다.
아울러 상부링(281)은 내외측이 분리되지 않고 일체화될 수 있다. 이에 따라 에칭에 의해 내외측으로 분리되는 포커스링에 폴리머가 쌓여 파티클이 발생되는 것과 달리, 본 실시예의 상부링(281)은 에칭에 따라 포커스링(280)의 상부에 유격이 발생되지 않으므로 폴리머 적층으로 인한 파티클 발생을 방지하거나 최소화할 수 있다.
더불어 상부링(281)은 하부 방향으로 돌출되는 돌출부(281P)가 마련되고, 하부링(283)은 돌출부(281P)가 수용되는 끼움홈(283H1)이 형성될 수 있다.
예를 들어 돌출부(281P)는, 상부링(281)의 승강에 따라 돌출부(281P)와 하부링(283) 사이가 노출되지 않도록 링 형상을 이룰 수 있고, 리프트 핀(285L)보다 내측 방향에 위치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 플라즈마의 균일성을 위해 상부링(281)이 승강되더라도, 돌출부(281P)가 끼움홈(283H1)의 측벽에 계속 맞닿게 마련되므로, 돌출부(281P)를 기준으로 상부링(281) 아래의 공간이 구획되어 상부링(281)의 외측으로부터 내측 방향으로 폴리머가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 여기서 끼움홈(283H1)의 내측 둘레(기판(W) 측)에 위치되는 끼움홈(283H1)의 상단 높이(하부링(283)의 내측 높이)는, 상부링(281)이 가장 높은 위치에서 돌출부(281P)가 맞닿는 높이를 이룰 수 있다.
그리고 설명되지 않은 아이솔레이터 링(285)은 하부링(283)의 하부에 마련될 수 있고 리프트 핀(285L)이 제공될 수 있다. 아이솔레이터 링(285)은 상부링(281)과 달리 교체가 이루어지지 않을 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 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.
100: 공정 챔버 200: 기판 지지부
300: 가스 공급부 400: 플라스마 생성부
280: 포커스링 281: 상부링
283: 하부링

Claims (10)

  1. 기판을 지지하는 척; 및
    상기 척의 둘레에 마련되는 포커스링을 포함하되,
    상기 포커스링은,
    내외측이 분리되지 않고 일체화되는 하나의 상부링; 및
    상기 상부링의 하부에 마련되는 하부링을 포함하며,
    상기 상부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지거나 테이퍼 형상을 가지고, 상기 하부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지고 상부가 평면을 이루는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부링의 내경과 상기 하부링의 내경은 서로 달리 이루어져 상기 상부링과 상기 하부링은 서로 단차를 가지며,
    상기 하부링은 상기 기판을 지지하도록 상기 기판의 직경보다 내경이 작게 이루어지고,
    상기 상부링은 상기 하부링의 내경보다 크게 이루어지는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부링은 하부 방향으로 돌출되는 돌출부가 마련되고,
    상기 하부링은 상기 돌출부가 수용되는 끼움홈이 형성되는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부링의 높이를 조절하는 리프트 핀을 더 포함하고,
    상기 하부링은 상기 리프트 핀이 관통하는 관통홀이 형성되는, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 상부링의 승강에 따라 상기 돌출부와 상기 하부링 사이가 노출되지 않도록 링 형상을 이루고, 상기 리프트 핀보다 내측 방향에 위치되는, 기판 처리 장치.
  6. 기판을 지지하는 척의 둘레에 마련되는 포커스링에 있어서,
    내외측이 분리되지 않고 일체화되는 하나의 상부링; 및
    상기 상부링의 하부에 마련되는 하부링을 포함하며,
    상기 상부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지거나 테이퍼 형상을 가지고, 상기 하부링은 상부로부터 하부로 동일한 내경을 가지고 상부가 평면을 이루는, 포커스링.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부링의 내경과 상기 하부링의 내경은 서로 달리 이루어져 상기 상부링과 상기 하부링은 서로 단차를 가지며,
    상기 하부링은 상기 기판을 지지하도록 상기 기판의 직경보다 내경이 작게 이루어지고,
    상기 상부링은 상기 하부링의 내경보다 크게 이루어지는, 포커스링.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 상부링은 하부 방향으로 돌출되는 돌출부가 마련되고,
    상기 하부링은 상기 돌출부가 수용되는 끼움홈이 형성되는, 포커스링.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부링의 높이를 조절하는 리프트 핀을 더 포함하고,
    상기 하부링은 상기 리프트 핀이 관통하는 관통홀이 형성되는, 포커스링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 상부링의 승강에 따라 상기 돌출부와 상기 하부링 사이가 노출되지 않도록 링 형상을 이루고, 상기 리프트 핀보다 내측 방향에 위치되는, 포커스링.
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