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KR100539266B1 - 호 절편 형태의 한정부를 가지는 플라즈마 공정 장비 - Google Patents

호 절편 형태의 한정부를 가지는 플라즈마 공정 장비 Download PDF

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KR100539266B1
KR100539266B1 KR10-2004-0040029A KR20040040029A KR100539266B1 KR 100539266 B1 KR100539266 B1 KR 100539266B1 KR 20040040029 A KR20040040029 A KR 20040040029A KR 100539266 B1 KR100539266 B1 KR 100539266B1
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South Korea
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plasma
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segments
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마범숙
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삼성전자주식회사
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Abstract

호 절편 형태의 한정부(confinement)를 가지는 플라즈마 공정 장비를 제공한다. 본 발명은 웨이퍼(wafer) 상에 플라즈마 한정 영역을 설정하는 한정부를 웨이퍼의 가장 자리 외곽 상측에 도입하되, 한정부가 수평 방향인 X축 방향으로 확장되거나 수축될 수 있어 플라즈마 한정 영역의 범위 또는 면적이 증가 또는 감소될 수 있도록 조절할 수 있는 플라즈마 공정 장비를 제시한다. 이를 위한 개개의 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되어, 호형 절편들이 수평 방향으로 이동되어 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되도록 할 수 있다.

Description

호 절편 형태의 한정부를 가지는 플라즈마 공정 장비{Plasma processing apparatus having segment confinements}
본 발명은 플라즈마(plasma) 공정 장비에 관한 것으로, 특히, 플라즈마 영역을 한정(confine)하는 한정부가 호 형태의 다수의 절편들로 구성되는 플라즈마 공정 장비에 관한 것이다.
다양한 형태의 반도체 소자들을 제조하는 데에는 물질층들을 증착하거나 또는 증착된 물질층을 특정 패턴 형태로 식각하는 과정이 요구된다. 증착된 물질층을 식각하는 데에는 식각 반응 가스를 플라즈마화하여 식각하는, 플라즈마 식각 과정이 현재 많이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 식각 과정에 사용되는 플라즈마 공정 장비는 디자인 룰(design rule)이 점차 엄격(tight)해지고 공정별 요구 특성이 다양해짐에 따라, 여러 형태의 장비 구성이 제시되고 있다.
이들 중, 플라즈마 영역을 한정하는 한정링(confinement ring)을 웨이퍼 가장 자리 외곽 상측에 도입한 형태의 플라즈마 식각 장비가 제시되고 있다. 이러한 한정링을 플라즈마 식각 장비에 도입하는 바는 한(Han) 등에 의한 미국 특허 6,492,774 B1호("Wafer Area pressure control for plasma confinement", 2002년 12월 10일 등록)에 제시된 바와 같이 예시될 수 있다. 그런데, 이와 같이 도입되고 있는 한정링은 링(ring) 형태의 구조적 제약에 따라, 일정한 고정된 플라즈마 한정 영역에 대해서만 유효하게 적용될 수 있다.
도 1은 전형적인 플라즈마 한정링을 가지는 플라즈마 식각 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2는 전형적인 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정링을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전형적인 플라즈마 식각 장비는 알려진 바와 같이 공정 챔버(process chamber) 및 그 내에 장착되는 웨이퍼(10)의 지지를 위한 웨이퍼 지지부(25)가 공정 챔버 내에 설치되게 구성된다. 웨이퍼(10) 표면에 대향되는 공정 챔버의 상측부(top: 23)에는 상부 전극(21)이 설치되고, 이에 대응되게 웨이퍼 지지부(25)에는 하부 전극이 설치될 수 있다.
이러한 상부 전극(21) 또는 하부 전극은 웨이퍼(10) 상의 챔버 공간에 제공되는 반응 가스를 플라즈마화하기 위해 도입된다. 플라즈마화를 위해 이러한 상부 전극(21) 또는 하부 전극에는 각각 RF 파워(power)가 인가될 수 있다. 하부 전극에 인가되는 RF 파워는 플라즈마화된 이온 입자의 가속을 위해 도입될 수도 있다. 한편, 웨이퍼 지지부(25)는 웨이퍼(10)의 지지 및 고정을 위해 여러 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 지지부(25)는 정전척(ESC)의 형태로 구성될 수 있다.
한정링(30)은 웨이퍼(10)의 가장 자리 외곽 상측에 도입되어, 웨이퍼(10) 상측 영역에 플라즈마가 한정되도록 유도하는 역할을 하게 된다. 이러한 한정링(30)은 플라즈마 영역 한정 작용 및 반응 가스 압력 제어 등의 작용을 하게 된다. 이때, 플라즈마 한정 영역(27)은 한정링(30)의 형태가 X축 상으로 볼 때 고정된 형상이므로, 고정된 X축 상에서는 고정된 범위로 한정되게 된다.
즉, 한정링(30) 여러 개가 서로 이격되게 Y축 상에 정렬된 상태로 도입되더라도, 개개의 한정링(31, 33, 35)은 도 2에 제시된 바와 같이 링 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 도 2에 제시된 바와 같이 링 내부의 영역(28)의 면적은 고정되어 변화될 수 없게 된다. 이는 곧 도 1의 플라즈마 한정 영역(27)의 X축 상의 범위는 고정된 변수로 인식됨을 의미한다.
따라서, 이러한 전형적인 한정링(30)의 도입은 결코 플라즈마 한정 영역(27)의 X축 상의 범위를 자유롭게 변경시킬 수 없게 된다. 따라서, 이러한 한정링(30)을 도입하는 전형적인 플라즈마 식각 장비는, 플라즈마 한정 정도의 제어는 플라즈마 한정 영역(27)에서의 압력 변수의 조절이나 물질 변경 등에 의존하게 된다. 도 1의 여러 개 겹쳐지게 도입되는 한정링들(31, 33, 35) 개개를 Y축 방향으로 이동시킴으로써, 개개의 한정링들(31, 33, 35) 사이의 간격 등을 변화시켜 압력을 조절하는 정도가 가능하게 된다.
그런데, 이러한 플라즈마 한정 영역(27)의 압력 변화 조절만으로는, 식각 공정의 다양한 요구 조건들을 모두 충족하기가 어렵다. 식각 공정에 따라 여러 요구 조건들이 고려될 수 있는 데, 이러한 요구 조건들 중 일부는 상반되는 경향(trade off) 관계일 수 있다. 따라서, 한정링(30)의 웨이퍼(10)에 대해 수직한 방향으로의 움직임, 즉, Y축 방향으로의 움직임에 따른 한정 조건 변경만으로는, 다른 특성의 변이(shift) 현상을 수반하게 되어 다양한 공정 요구 조건들에 대해 모두 대처하기가 어렵다.
예를 들어, 식각 속도(etch rate)가 중요하게 고려되는 공정에서는 상대적으로 높은 플라즈마 한정이 유리하나, 균일도(uniformity)가 중요하게 고려되는 공정에서는 플라즈마 한정 영역(27)을 상대적으로 넓게 가져가는 것이 유리할 수 있다. 그런데, 도 1 및 도 2에 제시된 바와 같이 한정링(30)이 링 형태로 고정된 형상을 가지면 X축 방향으로 이러한 링의 확장 또는 축소는 불가능하므로, 플라즈마 한정 영역(27)을 상대적으로 넓게 또는 좁게 가져가는 것은 불가능하다.
디자인 룰이 점점 더 엄격해지고 공정 별 요구 특성이 다양해짐에 따라, 보다 자유롭게 플라즈마를 조절할 수 있는 플라즈마 식각 장비의 개발이 요구되고 있다. 특히, 공정 별로 공정 조건들이 특화되고 있으므로, 이에 적합하게 공정 별로 플라즈마 한정 영역(27)을 자유롭게 변화시키는 것이 더욱 요구되고 있다. 특히, 한정링(30) 내의 영역(28)이 보다 넓게 자유롭게 확장되거나 보다 좁게 자유롭게 수축되는 것이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 플라즈마 한정 영역의 범위를 자유롭게 조절할 수 있는 플라즈마 장비를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 웨이퍼 상에 플라즈마 한정 영역을 설정하는 한정부를 웨이퍼의 가장 자리 외곽 상측에 도입하되, 상기 한정부가 수평 방향인 X축 방향으로 확장되거나 수축될 수 있어 상기 플라즈마 한정 영역의 범위 또는 면적이 증가 또는 감소될 수 있도록 조절할 수 있는 플라즈마 공정 장비를 제시한다.
상기 플라즈마 공정 장비는 상기 플라즈마 공정 장비는 플라즈마 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하되 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성된 한정부, 및 상기 한정부를 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 한정부는 다수 개가 이격되게 겹쳐져 배열되게 도입될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 장비는 플라즈마 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들, 및 상기 한정부들을 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 장비는 플라즈마 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들, 상기 한정부들을 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부, 및 상기 한정부들이 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 수직한 방향으로 올려지거나 내려지게 제어하는 Y축 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 장비는, 플라즈마 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들 및 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되는 보조 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들, 상기 호형 절편들 및 상기 보조 절편들을 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부, 및 상기 호형 절편들 및 상기 보조 절편들이 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 수직한 방향으로 올려지거나 내려지게 제어하는 Y축 조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 공정 장비는, 상기 호형 절편들 및 상기 보조 절편들을 상기 X축 조정부 및 상기 Y축 조정부에 연결하는 행거(hanger)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 공정 장비는 플라즈마 공정 챔버, 상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들, 상기 호형 절편들을 매달고 있는 행거들, 상기 행거들을 매달고 있되 상기 행거들이 관통하는 부분에 방사선 상으로 길게 연장된 가이드(guide)를 구비한 이동 플레이트(plate), 상기 행거의 끝단에 설치되되 상기 가이드를 따라 슬라이딩(sliding) 이동할 행거 연결부들, 상기 행거 연결부들이 취합되어 연결되는 수직한 고정축, 상기 고정축을 상하 이동시키는 상기 행거 연결부를 슬라이딩시키고 행거 연결부에 매달린 행거에 매달린 상기 호형 절편들을 수평 방향으로 이동시키되 연동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 하는 구동력을 제공하는 X축 조정 모터, 및 상기 이동 플레이트를 수직 방향으로 올리고 내려 상기 호형 절편들이 연동하여 수직 방향으로 올려지고 내려져 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 하는 구동력을 제공하는 Y축 조정 모터를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 한정부는 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되고 행거들에 매달리는 보조 절편들을 더 포함하여 구성 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 한정부에 의해 웨이퍼 상측에 한정되는 플라즈마 한정 영역의 수평 방향으로의 범위 또는 면적을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 진공 공정 챔버 내에 플라즈마 공정을 수행받기 위해서 도입되는 웨이퍼의 가장 자리 부위 또는 그 외곽 상측에, 웨이퍼 상측 공간에 플라즈마를 한정하기 위한 플라즈마 한정부를 도입하되, 하나의 플라즈마 한정부가 여러 호형 절편들(segment)로 구성되는 바를 제시한다.
호형 절편들은 상호 간에 일정 간격 이격되게 일련되게 정렬되어 링 형태를 이루는 데, 이러한 링의 내측에 해당되는 웨이퍼 상의 면적(area)은, 이러한 개개의 호형 절편들의 웨이퍼 표면에 평행한 방향, 즉, X축 방향으로의 이동에 따라, 축소 또는 확장되는 것이 가능해진다. 도 2에 제시된 바와 같은 종래의 한정링은 고정된 형태의 링 형상이므로 링의 확장 축소가 불가능한 데 비해, 본 발명에 따른 개개의 플라즈마 한정부는 서로에게 독립적인 다수 개의 호형의 절편들의 배열로 구성되므로, 이러한 호형 절편들이 X축 방향으로 이동하는 것은 당연히 가능하다. 따라서, 다수 개의 호형 절편들이 이루는 링이 확장 또는 축소될 수 있는 것은 당연하다.
본 발명의 플라즈마 한정부는 호형의 절편들의 배열로 구성되므로, 호형의 절편들이 이루는 내측 영역의 면적의 확장 또는 축소가 상당히 자유롭게 된다. 따라서, 이러한 호형의 절편들의 배열 내측의 챔버 공간으로 설정되는 플라즈마 한정 영역의 범위가 상대적으로 넓은 웨이퍼 상의 면적을 포함하게 확장되거나 또는 상대적으로 좁은 면적을 포함하게 축소될 수 있다.
이에 따라, 다양한 식각 과정들에서 각각 요구되는 식각 조건들에 대해 각각 적합하게 플라즈마 한정 정도를 변경시키는 것이 가능해진다. 예컨대, 식각 속도가 중요하게 고려되는 공정에서는 상대적으로 높은 플라즈마 한정이 유리하므로, 호형 절편들이 좁은 웨이퍼 상의 면적을 설정하게 수평축인 X축 상에서 이동될 수 있다. 또한, 균일도(uniformity)가 중요하게 고려되는 식각 공정에서는 플라즈마 한정 영역을 상대적으로 넓게 가져가는 것이 유리하므로, 호형 절편들이 넓은 웨이퍼 상의 면적을 설정하게 X축 상에서 이동되게 할 수 있다. 즉, 다양한 공정들에 요구되는 조건들 각각에 대해 최적화된 플라즈마 한정 정도를 제공할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호형 절편들의 배열로 구성된 플라즈마 한정부를 가지는 플라즈마 식각 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부를 구성하는 호형 절편들의 배열의 일례를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부를 구성하는 호형 절편들의 배열의 다른 일례를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비는 알려진 바와 같이 진공 공정 챔버 및 그 내에 장착되는 웨이퍼(100)의 지지를 위한 ESC와 같은 웨이퍼 지지부(250)가 공정 챔버 내에 설치되게 기본적으로 구성된다. 그리고, 알려진 바와 같이 웨이퍼(100) 표면에 대향되는 공정 챔버의 상측부(top: 230)에는 상부 전극(210)이 설치되고, 이에 대응되게 웨이퍼 지지부(250)에는 하부 전극이 설치되게 된다.
도 2에 제시된 바와 같이 고정된 링 형태의 한정링(30)을 대신하여, 본 발명의 실시예에서는, 도 4에 제시된 바와 같이 여러 개의 절편들(301)이 모여 하나의 링 형태로 배열된 한정부(300)가 도입되는 바를 제시한다. 한정부(300)는 웨이퍼(100)의 가장 자리 외곽 상측에 도입되어, 웨이퍼(100) 상측 영역에 플라즈마가 한정되도록 유도하는 역할을 하게 된다. 이러한 한정부(300) 바깥 부위로 공정 챔버에 도입되는 반응 가스는 배기(exhaust)되게 된다. 따라서, 이러한 한정부(300)는 실질적으로 플라즈마 영역을 한정하는 작용 및 배기되는 반응 가스 흐름을 제어하여 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하는 작용 등을 하게 된다.
이러한 한정부(300)는 여러 개의 한정부들(310, 330, 350)이 상호 간에 이격되게, 즉, 웨이퍼(100)의 표면에 대해 수직한 방향인 Y축 방향으로 이격되게 겹쳐 정렬된 형태로 도입될 수 있다. 이때, Y축 방향으로 한정부들(310, 330, 350) 상호 간의 이격 거리는 한정부들(310, 330, 350)의 Y축 방향으로의 이동 또는 움직임에 의해서 조절될 수 있다.
어느 하나의 한정부(310)에 Y축 방향으로 이웃하는 다른 하나의 한정부(330) 사이의 이격 간격 d1들과, 하나의 한정부(330)를 도 4에 제시된 바와 같이 구성하는 다수 개의 호형 절편들(301) 간의 이격 거리 d2들은, 플라즈마 한정 영역(201)의 압력을 조절 또는 제어하는 압력 변수로 인식될 수 있다. 이는 종래의 한정링(30)의 경우에 비해 압력 조절 변수들이 더 증가된 것으로, 압력 조절 또는 제어의 범위를 보다 더 확장시킬 수 있을 것으로 예측된다.
도 4에는 4개의 실질적으로 동일한 형태의 호형 절편(301)들이 링 형태의 배열을 구성함으로써, 하나의 한정부(310 또는 330 또는 350)를 구성하는 바를 예시하고 있다. 그러나, 호형 절편(301)들은 서로 다른 형태로 형성될 수도 있으며, 또한, 그 수 또한 적어도 2개 이상 여러 개로 준비될 수 있다.
도 4에 제시된 바와 같이 여러 개로 나뉘어진 호형 절편(301)들을 배열시켜 하나의 링 형태를 구성함으로써 하나의 플라즈마 한정부(300)를 형성함으로써, 한정부(300) 내측 영역(202)의 면적을 상당히 자유롭게 변화시킬 수 있다. 즉, 개개의 호형 절편(301)들을 웨이퍼(100)에 평행한 방향, 즉, 수평한 방향인 X축 방향으로 이동시키는 것이 가능하므로, 호형 절편(301)들을 뒤로 후퇴시켜 한정부(300) 내측 영역(202)의 면적을 증가시킬 수 있다. 마찬가지로, 호형 절편(301)들을 앞으로 전진시켜 한정부(300) 내측 영역(202)의 면적을 감소시킬 수 있다.
한정부(300) 내측 영역(202)의 면적을 증가 또는 감소는 결국 한정부(300)에 의한 플라즈마 한정 영역(201)의 증가 또는 감소를 의미하므로, 한정부(300)를 다수 개의 호형 절편(301)들로 구성함에 따라 플라즈마 한정 영역(201) 범위 또는 면적을 상당히 자유롭게 변화시키거나 조절할 수 있다. 따라서, 식각 공정의 요구에 따라 적절하게 플라즈마 한정 영역(201)을 변화시킬 수 있어, 보다 다양한 공정을 단일 플라즈마 공정 장비에서 수행하는 것이 가능해진다.
한정부(300)는 도 4에 제시된 바와 같이 동일한 원호 상에 배열되는 다수 개의 호형 절편(301)들로 구성될 수도 있으나, 또한, 도 5에 제시된 바와 같이 호형 절편(301)들 사이의 틈을 가리게 호형 절편(301) 배후에 도입되는 보조 절편(305)들을 포함하여 구성될 수도 있다. 보조 절편(305)들 또한 호형 절편 형태를 가지며, 하나의 원호 상에 배열되게 된다.
이러한 경우, 한정부(300)는 어느 하나의 한정부(310)에 Y축 방향으로 이웃하는 다른 하나의 한정부(330) 사이의 이격 간격 d1들과, 하나의 한정부(330)를 도 4에 제시된 바와 같이 구성하는 다수 개의 호형 절편들(301) 간의 이격 거리 d2들 및 호형 절편(301)과 보조 절편(305)간의 틈 또는 이격 거리 d3은, 플라즈마 한정 영역(201)의 압력을 조절 또는 제어하는 압력 변수로 인식될 수 있다. 이는 종래의 한정링(30)의 경우에 비해 압력 조절 변수들이 더 증가된 것으로, 압력 조절 또는 제어의 범위를 보다 더 확장시킬 수 있을 것으로 예측된다.
도 3을 다시 참조하면, 한정부(300)는 종래의 경우와 마찬가지로, 여러 개가 서로 이격되게 Y축 상에 정렬된 상태로 도입될 수 있다. 이때, 개개의 한정부(310, 330, 350)는 도 4 또는 도 5에 제시된 바와 같이 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들의 배열로 구성된다. 여러 개 겹쳐지게 도입되는 한정부들(310, 330, 350) 개개를 Y축 방향으로 이동시킴으로써, 개개의 한정부들(310, 330, 350) 사이의 간격 등을 변화시켜 압력을 조절하는 정도가 가능하게 된다.
결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 한정부(300)는, 개개의 한정부들(310, 330, 350)이 Y축 방향으로 상당히 자유롭게 이동되어 Y축 상의 위치가 변화되는 것이 가능하게 구성되고, 또한, X축 방향으로 상당히 자유롭게 이동되어 X축 상의 위치가 변화되는 것이 가능하게 구성된다. 따라서, 공정 별로 특화된 공정 조건들에 적합하게 공정 별로 플라즈마 한정 영역(201)의 압력 정도 및 플라즈마 한정 영역(201)의 웨이퍼(100) 상의 범위를 자유롭게 변화시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 X축 움직임을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 Y축 움직임을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 한정부(300)의 X축 움직임 또는/ 및 Y축 움직임은 위치 조정부(400)에 의해서 조정 또는 제어된다. 위치 조정부(400)는 한정부(300)의 X축 움직임을 조정 제어하는 X축 조정부(410)와 한정부(300)의 Y축 움직임을 조정 제어하는 Y축 조정부(450)를 포함하여 구성된다.
예를 들어, 개개의 한정부들(310, 330, 350)을 잡는 홀더(holder) 또는 행거(hanger: 370)의 X축 위치가, 도 6에 제시된 바와 같이, X축 조정부(410)에 의해 제어되어 변경됨으로써, 홀더 또는 행거(370)에 매달린 개개의 한정부들(310, 330, 350)을 이루는 개개의 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)의 X축 위치가 변경될 수 있다. 이러한 홀더 또는 행거(370)의 X축 이동은, 실질적으로 이러한 행거(370)에 연결된 공정 챔버 외부에 설치된 구동부, 예컨대, 스텝 모터(step motor)의 구동에 의해서 이루어질 수 있다.
또한, 개개의 한정부들(310, 330, 350)을 잡는 홀더(holder) 또는 행거(hanger: 370)의 Y축 위치가, 도 7에 제시된 바와 같이, Y축 조정부(450)에 의해 제어되어 변경됨으로써, 홀더 또는 행거(370)에 매달린 개개의 한정부들(310, 330, 350)을 이루는 개개의 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)의 Y축 위치가 변경될 수 있다. 이러한 홀더 또는 행거(370)의 Y축 이동은, 실질적으로 이러한 행거(370)에 연결된 공정 챔버 외부에 설치된 다른 구동부, 예컨대, 다른 스텝 모터의 구동에 의해서 이루어질 수 있다.
이러한 Y축 이동에 의해서, 도 7에 제시된 바와 같이, 최상측의 제1한정부(310)와 그 아래의 제2한정부(330) 사이의 이격 간격과, 제2한정부(330)와 그 아래의 제3한정부(350) 간의 이격 거리가 달리 변경될 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 도 6과 함께 참조하면, X축 조정부(410)에 의해 개개의 한정부들(310, 330, 350)의 X축 위치가 변경될 때, 개개개의 한정부들(310, 330, 350)을 이루는 개개의 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)의 X축 방향으로의 이동은 상호 간에 독립적으로 수행될 수도 있으나, 서로 연동된 움직임으로 이동될 수도 있다.
개개의 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)의 X축 방향으로의 이동이 상호 간에 독립적으로 이루어질 경우, 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)들 개개에는 서로 독립적인 X축 구동을 위한 스텝 모터들이 각각 연결될 수 있다. 개개의 스텝 모터들을 X축 조정부(410)가 서로 독립적으로 제어함으로써, 개개의 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)의 X축 위치를 각각 독립적으로 설정할 수 있게 된다.
그럼에도 불구하고, 일반적인 플라즈마 식각 공정에서의 균일도 등을 고려할 때는 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들의 X축 방향으로의 이동은 상호 간에 연동된 상태로 제어되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, X축 구동을 위한 하나의 스텝 모터에 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들이 함께 연결되어 제어 이동되는 경우를 고려할 수 있다.
또한, 개개의 호형 절편(301) 또는/ 및 보조 절편(305)의 Y축 방향으로의 이동이 상호 간에 독립적으로 이루어질 수도 있으나, 하나의 한정부(310 또는 330 또는 350)를 이루는 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들의 Y축 방향으로의 이동은 상호 간에 연동된 상태로 제어되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, Y축 구동을 위한 하나의 스텝 모터에 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들이 함께 연결되어 제어 이동되는 경우를 고려할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 X축 이동을 위한 이동 플레이트(plate)의 구성의 일례를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다. 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부를 구성하는 호형 절편들 및 보조 절편들의 연동된 X축 움직임을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 Y축 움직임을 위한 이동 플레이트의 구성의 일례 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10 및 도 12를 참조하면, 한정부(300)를 이루는 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들이 X축 방향으로 움직일 때 또는/및 Y축 방향으로 움직일 때, 상호 간에 연동될 수 있도록 이동 플레이트(470)를 도입한다. 이동 플레이트(470)는 도 8에 제시된 바와 같이 공정 챔버의 외부, 예컨대, 공정 챔버의 상측부(230) 도입되고, 이러한 이동 플레이트(470)에 홀더 또는 행거(370)는 걸리게 된다.
이때, 행거(370)는 공정 챔버의 상측부(230)를 관통하여 이동 플레이트(470)에 걸리게 되는 데, 이러한 관통 부위는 행거(370)의 X축 방향으로의 이동을 허용하면서도 공정 챔버 내부의 진공이 유출되지 않게 하는 구조로 구성될 수 있다. 예컨대, 알려진 슬라이딩 도어(sliding door)에 의한 밀폐 구조로 구성될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 이동 플레이트(470) 상에 걸려진 행거(370)에는 X축 구동 연결축(405)이 연결된다. 예를 들어, 행거(370)는 이동 플레이트(470)를 관통하게 되고, 행거(370)의 끝단에 행거 연결부(371)가 구비되어 X축 구동 연결축(405)을 연결시키게 된다. 이동 플레이트(470)는 도 9에 제시된 바와 같이 도넛(doughnut) 형상의 석영판으로 형성될 수 있는 데, 방사선 상으로 연장되는 다수 개의 가이드(guide: 471)가 구비되게 형성된다. 이러한 가이드(471)를 행거(370)가 관통하고, 행거 연결부(371)는 이러한 가이드(471)에 걸쳐져 가이드(471)를 따라 슬라이드(slide)되게 된다.
도 5에 제시된 바와 같이 어느 하나의 한정부(300)는 다수 개의 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들로 구성되므로, 행거(370)는 이러한 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들 개개에 연결되게 여러 개 구비될 수 있다. 따라서, 여러 개의 행거(370) 수에 맞춰 여러 개의 가이드(471)가 구비된다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 가이드(471)를 따라 슬라이딩될 행거 연결부(371)들 각각에 X축 구동 연결축(405)들이 연결된다. 그리고 X축 구동 연결축(405)의 다른 끝단에는 수직 고정축(403)이 연결된다. 여러 개의 X축 구동 연결축(405)들은 모두 중간에 위치하는 수직 고정축(403)에 모두 연결된다. 수직 고정축(403) 에는 스텝 모터인 X축 조정 모터(411)가 연결되어 수직으로 상하 운동하게 된다.
도 10을 도 11a와 함께 참조하면, 도 11a에 제시된 바와 같이 수직 고정축(403)을 하강 이동시키면, X축 구동 연결축(405)은 바깥으로 방사선 상으로 뻗어나가게 된다. 이에 따라, X축 구동 연결축(405)의 끝단에 연결된 행거 연결부(371)는 방사선 상으로 길게 이동 플레이트(470) 상에 구비된 가이드(471)를 따라 바깥으로 슬라이딩되게 된다. 이에 따라, 행거 연결부(371)에 연결되어 있는 행거(370)는 바깥으로 X축 이동하게 된다. 이때, 여러 개의 행거(370)가 결국 하나의 수직 고정축(403) 및 X축 조정 모터(411)에 연결되어 있는 형태이므로, 어느 하나의 한정부(300)를 구성하는 다수 개의 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들이 연동하여 X축 이동할 수 있게 된다.
마찬가지로, 도 10을 도 11b와 함께 참조하면, 도 11b에 제시된 바와 같이 수직 고정축(403)을 상승 이동시키면, X축 구동 연결축(405)은 중심으로 방사선 상으로 수렴 이동되게 된다. 이에 따라, X축 구동 연결축(405)의 끝단에 연결된 행거 연결부(371)는 방사선 상으로 길게 이동 플레이트(470) 상에 구비된 가이드(471)를 따라 중심 쪽으로 슬라이딩 이동되게 된다. 이에 따라, 행거 연결부(371)에 연결되어 있는 행거(370)는 이웃하는 행거(370)와 연동하여 중심 쪽으로 X축 이동하게 된다.
도 12를 참조하면, 어느 하나의 한정부(300)를 구성하는 다수 개의 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들이 X축 위치는 변화되지 않으면서, Y축 위치가 연동되어 변화되기 위해서, 이동 플레이트(470) 자체가 Y축 방향으로 이동하도록 이동 플레이트(470)에 스텝 모터인 Y축 조정 모터(451)의 구동력을 전달한 Y축 구동 연결축(404)을 연결한다. 예를 들어 Y축 구동 연결축(404)은 이동 플레이트(470)의 내측면(473)에 연결되게 3개 구비될 수 있고, 이러한 Y축 구동 연결축(404)들에는 Y축 조정 모터(451)가 연결되어, 이동 플레이트(470)가 Y축 방향으로 이동되게 허용한다.
한편, 도 12 및 도 10을 함께 참조하면, Y축 조정 모터(451)와 X축 조정 모터(411)는 각각 독립적으로 구동되게 설치된다. 예를 들어, Y축 조정 모터(451)는 X축 조정 모터(411) 아래에 위치하게 설치될 수 있다.
도 12를 도 5 및 도 7과 함께 참조하면, 이동 플레이트(470)를 Y축 방향으로 이동시킴으로써, 다수 개의 호형 절편(301)들 또는/ 및 보조 절편(305)들을 연동하여 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 도 7에 제시된 바와 같이 한정부들(310, 330, 350) 사이의 이격 간격들을 조절할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 플라즈마 영역을 한정하기 위해 웨이퍼 상측부에 도입되는 한정부를 다수 개의 호형 절편들을 하나의 원형 또는 원호 형태로 배열시켜 구성함으로써, 플라즈마 한정 영역의 웨이퍼 상의 면적 또는 X축 방향으로의 범위를 변화시킬 수 있다. 종래의 한정링은 고정된 링 형태에 따른 제약에 의해서, X축 방향으로의 플라즈마 한정 영역의 확장 또는 축소가 불가능하였으나, 본 발명은 이러한 제약을 극복할 수 있다.
현재, 반도체 소자가 집적화됨에 따라, 이종의 중복층(multi layer)의 도입이 이루어지고 있으며, 층별로 다른 공정 특성을 하나의 개별 단계에서 해결하기가 어려워짐에 따라 복잡한 단계의 공정이 도입되고 있다. 또한, 하나의 공정 단계에서 가능한 식각이 공정 창 마진(process window margin)의 제약이 극심해짐에 따라, 식각될 층 별로 공정을 다단계로 분리하는 경향이 대두되고 있다.
그런데, 현재까지의 한정링을 도입하는 플라즈마 공정 장비는 이러한 경향에 따른 요구를 충족하기가 어려우나, 본 발명에 따른 한정부는 플라즈마 한정 영역의 웨이퍼 상의 면적 또는 X축 방향으로의 범위를 변화시킬 수 있으므로 이러한 경향에 따른 요구를 충족시킬 정도로 공정 확장성을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 경우, 플라즈마 한정 영역의 압력 변수뿐만 아니라, 플라즈마 한정 영역의 범위 자체를 조절할 수 있어, 층별로 요구되는 공정 조건에 최적화된 조건 해법을 찾는 데 보다 유리하다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
도 1은 전형적인 플라즈마 한정링을 가지는 플라즈마 식각 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 전형적인 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정링을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 호형 절편들의 배열로 구성된 플라즈마 한정부를 가지는 플라즈마 식각 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부를 구성하는 호형 절편들의 배열의 일례를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부를 구성하는 호형 절편들의 배열의 다른 일례를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 X축 움직임을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 Y축 움직임을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 X축 이동을 위한 이동 플레이트(plate)의 구성의 일례를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부를 구성하는 호형 절편들 및 보조 절편들의 연동된 X축 움직임을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장비의 플라즈마 한정부의 Y축 움직임을 위한 이동 플레이트의 구성의 일례 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (16)

  1. 플라즈마 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하되 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성된 한정부; 및
    상기 한정부를 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한정부는 다수 개가 이격되게 겹쳐져 배열되게 도입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한정부를 구성하는 개개의 상기 호형 절편들 및 상기 X축 조정부를 연결하는 행거(hanger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한정부가 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 수직한 방향으로 올려지거나 내려지게 제어하는 Y축 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한정부는 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되는 보조 절편들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  6. 플라즈마 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들; 및
    상기 한정부들을 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한정부를 구성하는 개개의 상기 호형 절편들 및 상기 X축 조정부를 연결하는 행거(hanger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 한정부가 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 수직한 방향으로 올려지거나 내려지게 제어하는 Y축 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 한정부는 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되는 보조 절편들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  10. 플라즈마 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들;
    상기 한정부들을 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부; 및
    상기 한정부들이 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 수직한 방향으로 올려지거나 내려지게 제어하는 Y축 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 한정부를 구성하는 개개의 상기 호형 절편들을 상기 X축 조정부 및 상기 Y축 조정부에 연결하는 행거(hanger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 한정부는 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되는 보조 절편들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  13. 플라즈마 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들 및 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되는 보조 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들;
    상기 호형 절편들 및 상기 보조 절편들을 수평 방향으로 이동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 제어하는 X축 조정부; 및
    상기 호형 절편들 및 상기 보조 절편들이 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 수직한 방향으로 올려지거나 내려지게 제어하는 Y축 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 호형 절편들 및 상기 보조 절편들을 상기 X축 조정부 및 상기 Y축 조정부에 연결하는 행거(hanger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  15. 플라즈마 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 플라즈마 영역을 한정하기 위해 상호 간에 수직한 방향으로 이격된 다수 개가 한정부들이되, 개개의 상기 한정부는 원호 상에 배열된 호형 절편들을 포함하여 구성되는 한정부들;
    상기 호형 절편들을 매달고 있는 행거들;
    상기 행거들을 매달고 있되 상기 행거들이 관통하는 부분에 방사선 상으로 길게 연장된 가이드(guide)를 구비한 이동 플레이트(plate);
    상기 행거의 끝단에 설치되되 상기 가이드를 따라 슬라이딩(sliding) 이동할 행거 연결부들;
    상기 행거 연결부들이 취합되어 연결되는 수직한 고정축;
    상기 고정축을 상하 이동시키는 상기 행거 연결부를 슬라이딩시키고 행거 연결부에 매달린 행거에 매달린 상기 호형 절편들을 수평 방향으로 이동시키되 연동시켜 상기 플라즈마 한정 영역의 범위가 확장 또는 수축되게 하는 구동력을 제공하는 X축 조정 모터; 및
    상기 이동 플레이트를 수직 방향으로 올리고 내려 상기 호형 절편들이 연동하여 수직 방향으로 올려지고 내려져 상기 플라즈마 한정 영역의 압력을 제어하게 하는 구동력을 제공하는 Y축 조정 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 한정부는 이웃하는 상기 호형 절편들 사이의 틈을 배후에서 가리되 상기 호형 절편들과는 이격되게 배열되고 행거들에 매달리는 보조 절편들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
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