이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 식각 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 식각 장치(100)는 웨이퍼(미도시)가 로딩되는 반응 챔버(110)를 구비한다. 반응 챔버(110)는 로딩된 웨이퍼에 대한 식각 공정을 수행할 수 있는 공간을 제공하며, 웨이퍼가 안착되는 정전기 척(122)을 구비하는 세섭터(120) 및 서셉터(120) 상부에 배치되는 상부 전극(130)을 포함한다. 서셉터(120) 및 상부 전극(130) 각각은 대략 원통 형상을 가지며, 반응 챔버(110)는 접지선(101)을 통해 접지될 수 있다.
반응 챔버(110)는 소정 영역에 배치되는 배기관(112)을 통해 소정의 감압 장치(108, 예를 들면 진공 펌프)에 연결된다. 이에 따라, 반응 챔버(110)는 우수한 식각 특성을 위해 요구되는 낮은 내부 압력을 제공할 수 있다. 그리고, 반응 챔버(110)의 측벽에는 게이트 밸브(114)가 배치되고, 게이트 밸브(114)에는 웨이퍼 이송 아암(152)이 배치된 로드락 챔버(150)가 연결된다.
한편, 반응 챔버(110)로 웨이퍼가 반입되는 동작을 살펴보면, 로드락 챔버(150)의 압력을 반응 챔버(110)의 압력과 유사한 크기로 감압한 후 웨이퍼 이송 아암(152)을 이용하여 웨이퍼를 로드락 챔버(150)에서 반응 챔버(110)로 반입한다. 이후, 웨이퍼 이송 아암(152)을 반응 챔버(110)로부터 로드락 챔버(150)로 내보낸 후, 게이트 밸브(114)를 닫는다.
또한, 일예로서 반응 챔버(110)의 상부는 식각 공정을 위해 공급되는 가스들을 공급하기 위한 가스 유입구(103)에 연결될 수 있다. 가스 유입구(103)는 가스 공급 라인(104)을 통해 반응 가스 공급원(105)에 연결되고, 가스 공급 라인(104) 상에는 유량 제어를 위한 밸브(106) 및 엠에프씨(mass flow controller, MFC,107)가 배치될 수 있다.
그리고, 반응챔버(110)에는 상부 전극(130)의 설치를 위한 안착부(109)가 구비될 수 있다. 일예로서, 상부 전극(130)은 안착부(109) 상에 후술할 상판(132)의 걸림턱(132b)이 안착되어 반응 챔버(110)에 설치될 수 있다.
한편, 웨이퍼의 고정을 위해 서셉터(120)의 상부에는 정전기 척(122)이 배치된다. 정전기 척(122)은 두 개의 폴리이미드계 필름들 및 이들 사이에 배치된 도전성 박막을 포함한다. 도전성 박막은 반응 챔버(110)의 외부에 배치된 고압의 직류 전원(102)에 연결된다.
고압 전류 전원(102)으로부터 소정의 전압이 도전성 박막에 인가되면, 폴리이미드계 필름의 표면에는 전하들이 생성되어 웨이퍼를 정전기 척(122)의 상면에 고정시키는 쿨롱력(coulomb force)이 발생된다. 하지만, 웨이퍼를 고정하는 방법은 정전기 척을 사용하는 방법에 한정되는 것은 아니며, 클램프 등의 기계 장치를 사용하여 웨이퍼를 고정하는 방법이 사용될 수도 있다. 이에 더하여, 정전기 척(122)에는 상부로 돌출 배치되는 세개의 리프트 핀들(미도시)을 구비할 수 있다. 리프트 핀들은 반응 챔버(110) 내로 로딩된 웨이퍼를 정전기 척(122)의 상부에 안착시키는 역할을 수행한다.
고정척(121)에는 정전기 척(122)이 설치되는 설치홈(121a)이 형성된다. 또한, 고정척(121)은 알루미늄(Al)과 같은 전기 전도성이 우수한 도전성 물질로 이루어지고, 정전기 척(122)보다 큰 직경을 갖는 디스크 형상을 가질 수 있다.
정전기 척(122)은 고정척(121)의 설치홈(121a)에 고정 설치된다. 일예로서, 정전기 척(122)은 세라믹과 같은 절연물질로 구성되는 원형의 플레이트로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기에서 설명한 바와 같이, 정전기 척(122)은 두 개의 폴리이미드계 필름들 및 이들 사이에 배치된 도전성 박막을 포함한다. 도전성 박막은 반응 챔버(110)의 외부에 배치된 고압의 직류 전원(102)에 연결된다. 그리고, 고압 전류 전원(102)으로부터 소정의 전압이 도전성 박막에 인가되면, 폴리이미드계 필름의 표면에는 전하들이 생성되어 웨이퍼를 정전기 척(122)의 상면에 고정시키는 쿨롱력(coulomb force)이 발생된다. 이에 따라, 반응 챔버(110) 내로 로딩된 웨이퍼가 리프트 핀들(미도시) 상에 안착된다.
포커스 링(123)은 정전기 척(122)을 감싸도록 배치된다. 일예로서, 포커스 링(123)은 원형의 고리 형상을 가질 수 있다. 포커스 링(123)은 금속과 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 포커스 링(123)은 소스 플라즈마의 활성이온이나 라디칼을 웨이퍼의 주변부로 이동시켜 웨이퍼 상에 형성되는 플라즈마 쉬스(Plasma sheath)의 균일성을 개선하는 역할을 수행한다. 이에 따라, 공정 챔버(110)의 내부공간에 형성되는 소스 플라즈마를 웨이퍼의 상부 영역에 집중적으로 형성할 수 있는 것이다.
한편, 포커스 링(123)은 실리콘(Si), 탄화실리콘(SiC), 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 웨이퍼에 대한 식각공정이 진행되는 동안 웨이퍼와 함께 포커스 링(123)이 식각되어 식각공정이 진행될 수 있도록 포커스 링(123)이 마모된다.
상부 전극(130)은 정전기 척(122)의 상부에 서셉터(120)와 마주보도록 배치된다. 상부 전극(130)은 식각 공정 동안 반응 챔버(110) 내부의 분위기를 안정화시키는 역할을 수행한다. 한편, 상부 전극(130)은 플라즈마 식각을 위해 사용되는 고주파 전력이 충분히 투과하는 정도의 두께일 수 있다.
한편, 상부 전극(130)은 반응 가스를 반응 챔버(110) 내부로 공급하는 경로가 될 수 있다. 이를 위해, 상부 전극(130)은 복수개의 확산 구멍들(132)을 가질 수 있다. 그리고, 상부 전극(130)의 하단부는 가스의 균일한 분배를 위해 샤워 헤드(shower head) 구조이면서 중공 구조(hollow structure)일 수 있다.
일예로서, 상부 전극(130)은 상판(134)과 상판(134)에 결합되는 하판(136)을 구비할 수 있다. 상부 전극(130)에 대한 자세한 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 식각 장치의 상부 전극을 나타내는 부분 절개 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상부전극(130)의 상판(134)과 하판(136)은 체결부(138)에 의해 결합될 수 있다. 일예로서, 상판(134)과 하판(136)은 동종 재질 또는 이종 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상판(134)과 하판(136)은 실리콘(Si), CVD SiC, Sintered SiC, B4C(보론 카바이드), Y2O3, Al2O3 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 상판(134)과 하판(136)에는 복수개의 확산 구멍(132)이 형성될 수 있다.
한편, 체결부(138)는 상판(134)과 하판(136)을 결합하기 위한 볼트로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 상판(134)과 하판(136)에는 볼트의 체결을 위한 나사홀(135)이 형성될 수 있다. 일예로서, 볼트로 이루어지는 체결부(138)는 실리콘(Si), CVD SiC, Sintered SiC, B4C(보론 카바이드), Y2O3, Al2O3, 테프론(TEFLON), PEEK, PEK, 수지계열의 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상판(134)에는 하판(136)과의 체결을 위한 체결홈(134a)이 형성되며, 하판(136)에는 상기 체결홈(134a)에 삽입되는 체결 돌기(136a)를 구비할 수 있다. 그리고, 체결홈(134a)과 체결 돌기(136a)는 일예로서 상호 대응되는 형상을 가지며 원형의 띠 형상을 가질 수 있다. 그리고, 볼트로 이루어지는 체결부(138)는 체결홈(134a)과 체결 돌기(136a)를 관통하도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 체결부(138)는 나사홀(135)에 체결되어 상판(134)과 하판(136)를 결합한다. 나아가, 일예로서, 상판(134)에는 챔버(110)에의 설치를 위한 걸림턱(134b)이 구비될 수 있다. 이와 같이, 걸림턱(134b)이 챔버(110)의 안착부(109)에 안착되어 상부 전극(130)이 챔버(110)에 설치되는 것이다.
상기한 바와 같이, 상판(134)과 하판(136)이 체결부(138)에 의해 체결되므로 상판(134)과 하판(136) 중 어느 하나만을 교체할 수 있으므로, 마모가 심한 부분만을 교체할 수 있다. 이에 따라, 상부 전극(130)의 교체 비용을 절감시킬 수 있다. 나아가, 상판(134)과 하판(136)이 실리콘(Si), CVD SiC, Sintered SiC, B4C(보론 카바이드), Y2O3, Al2O3 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있으므로 상부 전극(130)의 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 식각 장치의 상부 전극을 나타내는 부분 절개 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상부전극(230)의 상판(234)과 하판(236)은 체결부(238)에 의해 결합될 수 있다. 일예로서, 상판(234)과 하판(236)은 동종 재질 또는 이종 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상판(234)과 하판(236)은 실리콘(Si), CVD SiC, Sintered SiC, B4C(보론 카바이드), Y2O3, Al2O3 재질 중 어느 하나의 재질로 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 상판(234)과 하판(236)에는 복수개의 확산 구멍들(232)이 형성될 수 있다.
한편, 체결부(238)는 상판(234)과 하판(236)을 결합하기 위한 나사부로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 상판(134)과 하판(136)에는 서로 대응되는 나사부(238)가 형성될 수 있다. 일예로서, 상판(234)에는 하판(236)과의 체결을 위한 보스(234a)가 하면으로부터 연장 형성되며, 하판(136)에는 상기 보스(234a) 내에 삽입되는 단차부(236a)가 형성될 수 있다. 그리고, 나사부로 이루어지는 체결부(238)는 보스(234a)의 내주면과 단차부(236a)의 외주면에 형성될 수 있다. 나아가, 상판(234)에는 챔버(110)에의 설치를 위한 걸림턱(234b)이 구비될 수 있다. 그리고, 걸림턱(234b)이 챔버(110)의 안착부(109)에 안착되어 상부 전극(230)이 챔버(110)에 설치되는 것이다.
상기한 바와 같이, 상판(234)과 하판(236)이 체결부(238)에 의해 체결되므로 상판(234)과 하판(236) 중 어느 하나만을 교체할 수 있으므로, 마모가 심한 부분만을 교체할 수 있다. 이에 따라, 상부 전극(230)의 교체 비용을 절감시킬 수 있다. 나아가, 상판(234)과 하판(236)이 실리콘(Si), CVD SiC, Sintered SiC, B4C(보론 카바이드), Y2O3, Al2O3 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있으므로 상부 전극(230)의 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.