KR20070028098A - 플라즈마 식각 설비의 어퍼링 - Google Patents

Abstract

플라즈마 식각 설비의 어퍼링(upper ring)을 제공한다. 개시된 상기 어퍼링은 탄화규소(SiC)로 형성된 링 형상의 몸체와, 상기 몸체를 수직방향으로 관통하는 복수개의 홀, 및 상기 몸체의 내경측 면과 상기 몸체의 상면을 관통하도록 형성된 압력 리딩(reading)홀을 구비한다.

플라즈마, 건식 식각, 어퍼링, 아킹

Description

플라즈마 식각 설비의 어퍼링{UPPER RING OF PLASMA ETCHING EQUIPMENT}

도 1은 종래의 플라즈마 식각 설비의 개략적 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 설비에 적용되는 어퍼링의 평면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이다.

**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**

10 : 정전척 20 : 캐소드

30 : 유전체 하우징 34 : 플라즈마 한정링

35 : 샤프트 110 : 몸체

120 : 압력 리딩홀 130 : 샤프트 관통홀

140 : 체결홀 150, 160 : 모서리

170 : 식각방지막

본 발명은 반도체 소자의 제조 설비에 사용되는 부품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐소드를 둘러싸도록 설치되어 상기 캐소드가 장착되는 유전체 하우징의 내부 및 상기 케소드를 보호함과 아울러 플라즈마 한정링과 함께 상기 캐소드와 정전척 사이에 플라즈마가 집중되도록 하는 역할을 수행하는 플라즈마 식각 설비의 어퍼링에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 처리 기판인 웨이퍼에 대하여 진행되는 포토공정, 확산공정, 박막증착공정, 식각공정, 금속배선공정 등의 여러 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 제조된다.

상기 여러 공정 중 식각공정은 크게 습식 식각과 건식 식각으로 대별될 수 있는데, 습식 식각의 경우 반도체 소자의 최소 선폭이 수백 내지 수십 마이크로대의 LSI 시대에는 범용적으로 적용되었으나, VLSI, ULSI 소자에는 등방성 식각이 보이는 집적도의 한계 때문에 최근에는 거의 사용되지 않고 있다.

따라서 현재에는 일반적으로 건식 식각을 사용하고 있으며, 그 중에서도 플라즈마를 이용하여 초미세 가공을 수행할 수 있는 플라즈마 식각이 주로 사용되고 있다.

이를 위한 플라즈마 식각 설비는 고주파 파워를 이용하여 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 웨이퍼 상의 상면 또는 패턴 마스크로부터 노출되는 부위에서 반응하도록 하여 식각 공정을 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 플라즈마를 이용하는 종래의 플라즈마 식각 설비에 대해 간략히 살펴본다. 도 1은 종래의 플라즈마 식각 설비의 개략적 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 식각 설비는 기밀이 유지되는 챔버(미도시) 내의 하부에 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 지지고정하는 한편 플라즈마 형성을 위한 하부 전극으로서의 역할을 수행하는 정전척(10)과, 상기 정전척(10) 상부에 상기 정전척(10)과 평행하게 대향되도록 설치되어 웨이퍼(W) 상으로 반응가스를 공급하는 한편 플라즈마 형성을 위한 상부 전극으로서의 역할을 수행하는 캐소드(또는 샤웨헤드; 20)를 구비한다.

상기 정전척(10)의 단차진 부위에는 상기 웨이퍼(W) 주위를 둘러싸는 포커스링(12)이 설치되는데, 상기 포커스링(12)은 플라즈마를 상기 웨이퍼(W) 상으로 집속시키는 한편, 웨이퍼(W) 상면내의 바이어스 전위의 가장자리면 효과에 의한 불연속성을 완화하고, 웨이퍼(W)의 중앙부와 마찬가지로 그 주연부에 있어서도 균일하고 양호한 처리를 실행할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

이 외에 상기 정전척(10)의 외측벽에 면접되어 상기 포커스링(12)의 저면 부위를 받쳐주는 인슐레이터링(18)과, 상기 포커스링(12)을 둘러싸도록 설치되는 커버링(14), 및 상기 인슐레이터링(18)의 외주면에 면접되어 상기 커버링(14)의 저면을 지지하도록 설치된 베이스링(16)이 구비된다.

한편, 상기 캐소드(20)는 유전체 하우징(30)에 장착된다. 상기 유전체 하우징(30)의 하부에는 상기 캐소드(20)를 둘러싸는 어퍼링(upper ring; 32)이 배치된다. 상기 어퍼링(32)의 내부에는 압력 리딩홀(pressure reading hole; 33)이 형성되어 있는데, 상기 압력 리딩홀(33)은 압력 측정을 위한 압력 게이지(미도시)와 연결되어 이를 통해 웨이퍼(W) 상부 영역의 압력을 모니터링하게 된다.

상기 어퍼링(32)의 하부에는 상기 챔버 내부의 압력 차이를 일으키고, 상기 챔버 벽체와 플라즈마 사이의 전기적 저항을 증가시켜 상기 캐소드(20)와 상기 정전척(10) 사이에 플라즈마를 집중시키는 플라즈마 한정링(34)이 배치된다. 미설명 부호 35는 상기 플라즈마 한정링(34)을 상하 유동시키기 위한 샤프트를 나타낸다.

상기 어퍼링(32)은 일반적으로 절연성 재질인 쿼츠(quartz)로 이루어진다. 그런데 상기한 바와 같은 종래의 어퍼링(32)은 지속적, 반복적인 식각 공정의 수행에 따른 손상에 의해 그 교체가 요구되는 소모성 부품이기는 하지만, 그 구조 및 재질의 특성에 기인한 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 플라즈마 형성을 위한 RF 전력이 상기 정전척(10) 및 캐소드(20)에 인가됨에 따라 상기 어퍼링(32)의 하단부 모서리에 전계가 집중됨으로써 상기 모서리에 도 1에 도시된 바와 같은 스파크가 일어나는 아킹(arching)이 발생한다. 이러한 아킹(arching)은 상기 어퍼링(32)의 손상을 촉진하여 그 교체 주기를 짧게 할 뿐만 아니라, 아킹(arching)이 발생되는 동안 상기 플라즈마의 작용을 예측불가능하게 만듦으로써 식각 결과를 불량하게 한다.

또한, 식각 공정의 진행시 쿼츠(quartz)로 이루어진 상기 어퍼링(32)의 플라즈마 노출 부위가 상기 플라즈마에 의해 식각됨으로써 오염원으로 작용하는 파티클(particle)을 발생시켜 공정이 수행되는 챔버 내부를 오염시킨다. 이와 같이 챔버 내부가 오염될 경우 이를 제거하기 위한 세정 작업이 필요하게 되고, 이를 위해서는 상기 식각 설비의 진행을 중단시켜야 하기 때문에 설비의 가동율 저하를 초래하게 되고, 이는 반도체 소자의 제조 수율의 저하로 이어진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 그 구조 및 재질 개선을 통해 아킹(arching)의 발생을 최소화하고, 플라즈마에 의한 식각으로 발생되는 손상을 최소화함으로써 파티클 발생의 억제, 사용 연한의 신장, 및 식각 설비의 가동률을 최대화할 수 있는 플라즈마 식각 설비의 어퍼링을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비의 어퍼링은 탄화규소(SiC)로 형성된 링 형상의 몸체와, 상기 몸체를 수직방향으로 관통하는 복수개의 홀, 및 상기 몸체의 내경측 면과 상기 몸체의 상면을 관통하도록 형성된 압력 리딩(reading)홀을 구비한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체의 하부 내경측 및 외경측 모서리는 둥그스름하게 라운딩처리된 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서 상기 몸체의 내경측 면, 외경측 면, 및 하면에는 세라믹 소재의 식각방지막이 코팅될 수 있다.

이때, 상기 식각방지막을 형성하는 세라믹 소재로는 산화알루미늄(Al₂O₃) 또는 탄화티타늄(TiC)이 사용될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 식각 설비의 어퍼링에 대해 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서의 요소의 형 상 등은 보다 명확한 설명을 위해 다소 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하며, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 설비에 적용되는 어퍼링의 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이다.

도 2 및 도 3을 주로 하고, 도 1을 부로 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각 설비의 어퍼링(100)은 캐소드(20)를 둘러싸도록 설치되어 상기 캐소드(20) 및 상기 캐소드(20)가 장착되는 유전체 하우징(30)의 내부를 보호함과 아울러 플라즈마 한정링(34)과 함께 상기 캐소드(20)와 정전척(10) 사이에 플라즈마가 집중되도록 하는 역할을 수행한다.

이를 위한 상기 어퍼링(100)은 소정 두께와 폭을 갖는 링 형상의 몸체(110)를 갖는다. 이때, 상기 몸체(110)는 탄화규소(SiC)로 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 탄화규소(SiC)는 종래 기술에서 채택한 쿼츠(quartz) 보다 내마모성 및 내식각성이 우수한 고경도 물질이기 때문에 식각 공정의 진행에 따른 아킹(arching)이나 플라즈마에 의한 식각으로 발생하는 손상이 보다 적은 이점이 있다.

상기 몸체(110)에는 이를 수직방향으로 관통하는 복수개의 홀(130, 140)들이 형성된다. 상기 홀(130, 140)들은 상기 플라즈마 한정링(34)을 승하강시키기 위한 샤프트(35)의 이동통로가 되는 복수개의 샤프트 관통홀(130)들과, 상기 몸체(110)를 상기 유전체 하우징(30)에 장착하기 위한 체결부재가 삽입되는 복수개의 체결홀(140)들이다. 이때, 상기 샤프트 관통홀(130)들 및 체결홀(140)들의 개수는 증감가능하다.

또한, 상기 몸체(110)에는 그 내경측 면(112)과 그 상면(111)을 관통하도록 형성된 압력 리딩(reading)홀(120)이 형성된다. 상기 압력 리딩홀(120)은 도시되지 않은 압력 게이지와 연결된다. 따라서 상기 압력 리딩홀(120) 및 압력 게이지를 통해 식각 공정을 위한 실질적인 반응이 이루어지는 웨이퍼 상부 영역의 압력을 모니터링할 수 있다.

한편, 상기 몸체(110)의 하부 내경측 및 외경측 모서리(150, 160)는 둥그스름하게 라운딩처리된 것을 특징으로 한다. 따라서 그 모서리(150, 160)에 집중되는 전하에 따른 전계의 집중을 피할 수 있기 때문에, 도 1을 통해 설명한 종래 기술에서와 같은 아킹(arching)의 발생을 효율적으로 줄일 수 있다. 따라서 상기 아킹(arching)에 의해 발생될 수 있는 손상을 최소화하고, 식각 공정의 진행 중 플라즈마가 예측불가능하게 작용함으로써 발생되는 식각 불량이라는 종래의 문제점을 해소할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 식각 공정의 진행 중 상기 몸체(110)가 플라즈마에 의해 식각됨으로써 손상되는 것을 방지하기 위해 상기 몸체(110) 중 플라즈마에 노출되는 부분, 즉 상기 몸체(110)의 내경측 면(112), 외경측 면(113), 및 하면(114)에는 세라믹 소재의 식각방지막(170)이 코팅될 수 있다. 이때, 상기 몸체(110)의 하부 내경측 및 외경측 모서리(150, 160) 부분은 상기 식각방지막(170)이 코팅되더라도 둥그스름한 상태가 유지될 수 있도록 해야 한다.

한편, 상기 식각방지막(170)을 형성하는 세라믹 소재로는 상기 몸체(110)를 형성하는 탄화규소(SiC) 보다 내마모성 및 내식각성이 우수한 고경도 물질인 산화 알루미늄(Al₂O₃) 또는 탄화티타늄(TiC)이 사용될 수 있다. 상기 식각방지막(170)은 식각 공정 중 플라즈마에 의한 식각으로부터 상기 몸체(110)를 보호함으로써 파티클의 발생을 최소화하여 챔버(미도시) 내부가 오염되는 것을 억제하고, 본 발명에 따른 어퍼링(100)의 사용 연한을 신장시켜 그 교체 주기를 길게 함으로써 잦은 점검 및 교체에 따른 식각 설비의 가동율 저하를 방지할 수 있다.

또한, 정기적 PM(Preventive Maintenance; 예방 유지 보수)시 상기 식각방지막(170)의 식각된 소정부위를 재코팅함으로써 상기 어퍼링(100)을 반영구적으로 사용할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 어퍼링의 구조 및 재질 개선을 통해 아킹(arching)의 발생을 최소화하고, 식각방지막의 코팅을 통해 플라즈마에 의한 식각으로 발생되는 손상을 최소화함으로써 파티클 발생의 억제, 사용 연한의 신장, 및 식각 설비의 가동률을 최대화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 탄화규소(SiC)로 형성된 링 형상의 몸체;

   상기 몸체를 수직방향으로 관통하는 복수개의 홀; 및

   상기 몸체의 내경측 면과 상기 몸체의 상면을 관통하도록 형성된 압력 리딩(reading)홀을 포함하는 플라즈마 식각 설비의 어퍼링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체의 하부 내경측 및 외경측 모서리는 둥그스름하게 라운딩처리된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비의 어퍼링.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체의 내경측 면, 외경측 면, 및 하면에는 세라믹 소재의 식각방지막이 코팅된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비의 어퍼링.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 식각방지막을 형성하는 세라믹 소재는 산화알루미늄(Al₂O₃) 또는 탄화티타늄(TiC) 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비의 어퍼링.

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