KR20220102201A - 척 어셈블리, 그를 포함하는 반도체 소자의 제조 장치, 및 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

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손영재
이규석
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이형윤
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Abstract

본 발명은 척 어셈블리, 반도체 소자의 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법을 개시한다. 척 어셈블리는 하부 베이스와 상부 베이스를 포함하는 척 베이스, 상부 베이스 상의 세라믹 플레이트, 세라믹 플레이트를 둘러싸는 에지 링, 하부 베이스의 가장자리와 에지 링 사이의 접지 링, 상기 접지 링과 상부 베이스 사이 및 하부 베이스의 가장자리와 에지 링 사이의 결합 링; 상기 결합 링과 상기 에지 링 사이의 상부 방열 부; 및 결합 링과 접지 링 사이 및 결합 링과 상부 베이스 사이의 측벽 방열 부를 포함한다.

Description

척 어셈블리, 그를 포함하는 반도체 소자의 제조 장치, 및 반도체 소자의 제조방법{chuck assembly, manufacturing apparatus of semiconductor device including the same and manufacturing method of semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 기판을 수납하는 척 어셈블리, 그를 포함하는 반도체 소자의 제조 장치 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 복수의 단위 공정들을 통해 제조될 수 있다. 단위 공정들은 박막 증착 공정, 포토 공정, 및 식각 공정을 포함할 수 있다. 그 중에 식각 공정은 플라즈마 반응을 이용한 건식 식각 공정을 포함할 수 있다. 건식 식각 장치는 기판을 수납하는 척 어셈블리를 포함할 수 있다. 척 어셈블리는 기판을 정 전기력(electrostatic force)으로 고정할 수 있다.
본 발명의 해결 과제는, 에지 링 및 접지 링의 수명을 증가시킬 수 있는 척 어셈블리 및 그를 포함하는 반도체 소자의 제조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 척 어셈블리를 개시한다. 그의 어셈블리는, 하부 베이스와 상기 하부 베이스 상의 상부 베이스를 포함하는 척 베이스; 상기 상부 베이스 상에 배치되는 세라믹 플레이트; 상기 세라믹 플레이트의 외측 측벽 상에 배치되고, 상기 하부 베이스의 가장자리 상부에 배치되는 에지 링; 상기 하부 베이스의 가장자리와 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 접지 링; 상기 접지 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽 사이에 배치되고, 상기 하부 베이스의 가장자리와 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 결합 링; 상기 결합 링의 상부 면과 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 상부 방열 부; 및 상기 결합 링의 외측 측벽과 상기 접지 링의 내측 측벽 사이에 배치되고, 상기 결합 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽 사이에 배치되는 측벽 방열 부를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체 소자의 제조 장치는, 하부 하우징과, 상기 하부 하우징 상의 상부 하우징을 포함하는 챔버; 상기 상부 하우징의 상부 내에 제공되는 샤워 헤드; 상기 하부 하우징 하부 내에 제공되고, 기판을 수납하는 척 어셈블리; 및 상기 척 어셈블리에 연결되고, 상기 기판의 하부 면에 제 1 냉매를 공급하는 제 1 냉매 공급 부를 포함한다. 여기서, 상기 척 어셈블리는: 하부 베이스와 상기 하부 베이스 상의 상부 베이스를 포함하는 척 베이스; 상기 상부 베이스 상에 배치되는 세라믹 플레이트; 상기 세라믹 플레이트의 외측 측벽 상에 배치되고, 상기 하부 베이스의 가장자리 상부에 배치되는 에지 링; 상기 하부 베이스의 가장자리와 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 접지 링; 상기 접지 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽 사이에 배치되고, 상기 하부 베이스의 가장자리와 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 결합 링; 상기 결합 링의 상부 면과 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 상부 방열 부; 및 상기 결합 링의 외측 측벽과 상기 접지 링의 내측 측벽 사이에 배치되고, 상기 결합 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽 사이에 배치되는 측벽 방열 부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 척 어셈블리의 세라믹 플레이트 상에 기판을 수납하는 단계; 상기 기판 상에 반응 가스를 제공하는 단계; 소스 파워를 제공하여 상기 기판 상에 플라즈마를 생성하는 단계; 상기 척 베이스 및 상기 세라믹 플레이트를 통해 상기 기판의 하부 면에 제 1 냉매를 제공하여 상기 기판을 냉각하는 단계; 및 상기 척 베이스 가장자리 상의 상부 방열 부, 그리고 상기 상부 방열 부와 상기 척 베이스 가장자리 사이의 측벽 방열 부를 이용하여 상기 기판을 둘러싸는 에지 링, 상기 에지 링을 둘러싸는 접지 링, 그리고 상기 에지 링 아래의 결합 링을 냉각하는 단계를 포함하는 단계를 포함한다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 척 어셈블리는 결합 링의 양측 측벽들 상의 측벽 방열 부를 이용하여 에지 링 및 접지 링을 냉각시켜 그들의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자의 제조 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분 내의 정전 척의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 1의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 1의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 1의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자의 제조 장치의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 8의 B 부분 내의 척 어셈블리의 일 예를 보여준다.
도 10은 도 8의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 11은 도 8의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 12는 도 8의 척 어셈블리의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 13은 도 9의 상부 베이스의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 9의 상부 베이스의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자의 제조 장치(100)의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 반도체 소자의 제조 장치(100)는 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma: CCP) 식각 장치일 수 있다. 이와 달리, 반도체 소자의 제조 장치(100)는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma: ICP) 식각 장치, 또는 마이크로파(microwave) 플라즈마 식각 장치일 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 예에 따르면, 반도체 소자의 제조 장치(100)는 챔버(10), 가스 공급 부(20), 샤워 헤드(30), 파워 공급 부(radiofrequency power supply, 40), 척 어셈블리(50), 냉각수 공급 부(60) 및 제 1 냉매 공급 부(70)를 포함할 수 있다.
챔버(10)는 외부로부터 독립된 공간을 제공할 수 있다. 기판(W)은 챔버(10) 내에 제공될 수 있다. 기판(W)은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 일 예에 따르면, 챔버(10)는 하부 하우징(12)과 상부 하우징(14)을 포함할 수 있다. 기판(W)이 챔버(10) 내에 제공될 때, 하부 하우징(12)은 상부 하우징(14)으로부터 분리될 수 있다. 기판(W)의 처리 공정(ex, 식각 공정)이 진행될 때, 하부 하우징(12)은 상부 하우징(14)과 결합(coupled with)될 수 있다.
가스 공급 부(20)는 챔버(10) 내에 반응 가스(22)를 공급할 수 있다. 반응 가스(22)는 기판(W), 또는 상기 기판(W) 상의 박막(미도시)을 식각할 수 있다. 예를 들어, 반응 가스(22)는 CH3 또는 SF6를 포함할 수 있다. 이와 달리, 반응 가스(22)는 기판(W) 상에 박막을 증착할 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
샤워 헤드(30)는 상부 하우징(14)의 상부 내에 제공될 수 있다. 샤워 헤드(30)는 가스 공급 부(20)에 연결될 수 있다. 샤워 헤드(30)는 반응 가스(22)를 기판(W)에 제공할 수 있다. 샤워 헤드(30)는 파워 공급 부(40)에 연결될 수 있다.
파워 공급 부(40)는 챔버(10)의 외부에 제공될 수 있다. 파워 공급 부(40)는 샤워 헤드(30) 및 척 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 파워 공급 부(40)는 고주파 파워의 소스 파워(43) 및 바이어스 파워(45)를 샤워 헤드(30) 또는 척 어셈블리(50)에 제공할 수 있다. 일 예에 따르면, 파워 공급 부(40)는 제 1 파워 공급 부(42) 및 제 2 파워 공급 부(44)를 포함할 수 있다.
제 1 파워 공급 부(42)는 샤워 헤드(30)에 연결될 수 있다. 제 1 파워 공급 부(42)는 소스 파워(43)를 샤워 헤드(30)에 제공할 수 있다. 소스 파워(43)는 챔버(10) 내에 플라즈마(110)를 유도할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 파워 공급 부(42)는 척 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 제 1 파워 공급 부(42)는 소스 파워(43)를 척 어셈블리(50)에 제공할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
제 2 파워 공급 부(44)는 척 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 제 2 파워 공급 부(44)는 바이어스 파워(45)를 척 어셈블리(50)에 제공할 수 있다. 바이어스 파워(45)는 플라즈마(110)를 기판(W)으로 집중시킬 수 있다. 기판(W)은 바이어스 파워(45)에 비례하여 식각될 수 있다. 기판(W) 또는 박막의 식각 깊이가 일정 수준 이상일 경우, 소스 파워(43) 및 바이어스 파워(45)는 펄스 형태(pulse type)가질 수 있다.
척 어셈블리(50)는 하부 하우징(12)의 중심 내에 제공될 수 있다. 척 어셈블리(50)는 기판(W)을 수납할 수 있다. 기판(W)은 척 어셈블리(50)의 중심 상으로 제공될 수 있다. 일 예로, 척 어셈블리(50)는 정전 척 어셈블리일 수 있다. 척 어셈블리(50)는 정전압 공급 부(미도시)의 정 전압(electrostatic voltage)을 이용하여 기판(W)을 고정할 수 있다. 정 전압은 직류 전압일 수 있다.
냉각수 공급 부(60)는 척 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 냉각수 공급 부(60)는 척 어셈블리(50) 내에 냉각수(cooling water and/or water coolant, 62)를 제공할 수 있다. 냉각수(62)는 척 어셈블리(50) 내에 순환되어 상기 척 어셈블리(50)를 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각수(62)는 상온(ex, 약 20℃)의 온도를 가질 수 있다. 냉각수(62)는 탈 이온 수(de-ionized water)를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
제 1 냉매 공급 부(70)는 척 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 제 1 냉매 공급 부(70)는 척 어셈블리(50) 내에 제 1 냉매(coolant, 72)를 제공할 수 있다. 제 1 냉매(72)는 척 어셈블리(50)을 통과하여 기판(W)의 하부 면에 제공될 수 있다. 기판(W)이 플라즈마(110)에 의해 가열될 경우, 제 1 냉매(72)는 기판(W)을 냉각하여 상기 기판(W)의 과식각을 방지할 수 있다. 이와 달리, 제 1 냉매(72)는 기판(W)을 냉각하여 상기 기판(W)의 식각 균일성(etching uniformity)을 증가시킬 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 제 1 냉매(72)는 가스 냉매(gaseous coolant)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 냉매(72)는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 A 부분 내의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 척 어셈블리(50)는 척 베이스(chuck base, 510), 세라믹 플레이트(ceramic plate, 520), 에지 링(edge ring, 530), 접지 링(ground ring, 540), 결합 링(coupling ring, 550), 상부 방열 부(upper heat sink, 560), 및 측벽 방열 부(sidewall heat sink, 570)를 포함할 수 있다.
척 베이스(510)는 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 상부 방열 부(560), 및 측벽 방열 부(570)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 척 베이스(510)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일 예로, 척 베이스(510)는 하부 베이스(512), 및 상부 베이스(514)를 포함할 수 있다.
하부 베이스(512)는 하부 하우징(12)의 하부에 결합될 수 있다. 하부 베이스(512)는 하부 하우징(12)의 내측 측벽에 접할 수 있다. 하부 베이스(512)는 상부 베이스(514)보다 넓을 수 있다. 하부 베이스(512)의 가장자리는 상부 베이스(514)로부터 노출될 수 있다. 하부 베이스(512)의 가장자리는 에지 링(530), 접지 링(540) 및 결합 링(550)을 지지할 수 있다.
상부 베이스(514)는 하부 베이스(512)의 중심 상에 제공될 수 있다. 상부 베이스(514)는 세라믹 플레이트(520)를 지지할 수 있다. 상부 베이스(514)는 에지 링(530) 및 상부 방열 부(560)의 내측 가장자리를 지지할 수 있다. 일 예로, 상부 베이스(514)는 냉각수 홀(52)을 가질 수 있다. 냉각수 홀(52)은 도 1의 냉각수 공급 부(60)에 연결될 수 있다. 냉각수 홀(52)은 냉각수(62)를 냉각수 공급 부(60)에 순환시킬 수 있다. 냉각수 홀(52) 내의 냉각수(62)는 상부 베이스(514)를 냉각시킬 수 있다.
세라믹 플레이트(520)는 상부 베이스(514) 상에 제공될 수 있다. 세라믹 플레이트(520)는 기판(W)을 상부 베이스(514)로부터 절연할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 플레이트(520)는 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 세라믹 플레이트(520)에는 히터 전극들, 및 척 전극들을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
에지 링(530)은 세라믹 플레이트(520)의 외측 측벽(ex, 외주면) 상에 제공될 수 있다. 에지 링(530)은 세라믹 플레이트(520)의 외측 측벽을 둘러쌀 수 있다. 또한, 에지 링(530)은 기판(W)의 외측 측벽(ex, 외주면)을 둘러쌀 수 있다. 에지 링(530)의 상부 면은 기판(W)의 상부 면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 에지 링(530)의 상부 면은 플라즈마(110)에 대하여 기판(W)의 상부 면을 확장(expand) 및/또는 연장(extend)하여 기판(W) 가장자리의 식각 불량을 감소 및/또는 제거시킬 수 있다. 일 예로, 에지 링(530)은 포커스 링일 수 있다. 에지 링(530)은 플라즈마(110)를 기판(W)으로 집중할 수 있다. 에지 링(530)은 기판(W)의 재질과 유사한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에지 링(530)은 탄화 실리콘(SiC)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 에지 링(530)은 산화 실리콘(SiO2)의 퀄츠(quartz), 또는 산화 희토류(Y2O3)의 세라믹을 포함할 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
접지 링(540)은 에지 링(530)의 외측 측벽(ex, 외주면) 상에 제공될 수 있다. 접지 링(540)은 에지 링(530) 및 결합 링(550)을 둘러쌀 수 있다. 접지 링(540)은 하부 베이스(512)의 가장자리 상에 지지될 수 있다. 접지 링(540)은 컨파인먼트 링(confinement ring)일 수 있다. 접지 링(540)은 플라즈마(110)를 기판(W) 및 에지 링(530) 상에 제한(confine)할 수 있다. 예를 들어, 접지 링(540)은 산화 실리콘(SiO2)의 퀄츠를 포함할 수 있다. 이와 달리, 접지 링(540)은 산화 희토류(Y2O3)의 세라믹을 포함할 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
결합 링(550)은 하부 베이스(512)의 가장자리와 에지 링(530)의 하부 면 사이에 제공될 수 있다. 결합 링(550)은 접지 링(540)의 내측 측벽(ex, 내주면)과 상부 베이스(514)의 외측 측벽(ex, 외주면) 사이에 제공될 수 있다. 결합 링(550)은 상부 베이스(514)를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 결합 링(550)은 Y자 모양의 단면을 가질 수 있다. 결합 링(550)은 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 열 전도도보다 높은 열 전도도를 가질 수 있다. 결합 링(550)은 세라믹 플레이트(520)의 재질과 동일한 재질을 포함할 수 있다. 결합 링(550)은 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 결합 링(550)의 내측 측벽은 상부 베이스(514)의 외측 측벽에 대해 약 0.2mm 내지 약 0.4mm의 공차(tolerance, G)를 갖고 분리되거나 이격할 수 있다. 마찬가지로, 결합 링(550)의 외측 측벽은 접지 링(540)의 내측 측벽에 대해 약 0.2mm 내지 약 0.4mm의 공차를 가질 수 있다.
상부 방열 부(560)는 에지 링 (530)을 결합 링(550)에 연결할 수 있다. 상부 방열 부(560)는 에지 링 (530)의 하부면과 결합 링(550)의 상부면 사이에 제공될 수 있다. 상부 방열 부(560)는 에지 링(530)의 열을 결합 링(550), 측벽 방열 부(570), 및 상부 베이스(514)에 전도(conduct) 및/또는 전달할 수 있다. 상부 방열 부(560)는 플라즈마(110)에 의해 가열되는 에지 링(530)을 냉각하여 상기 에지 링(530)의 수명을 증가시킬 수 있다. 에지 링(530)의 식각률은 그의 온도에 비례하기 때문이다. 예를 들어, 상부 방열 부(560)는 큐 패드(Q-pad)의 상품 명을 갖는 금속 성분의 방열 시트(radiation sheet)를 포함할 수 있다.
측벽 방열 부(570)는 결합 링(550)의 내측 및 외측의 양측 측벽들 상에 제공될 수 있다. 구체적으로, 측벽 방열 부(570)는 결합 링(550)의 내측 측벽과 상부 베이스(514)의 외측 측벽 사이에 제공되고, 상기 결합 링(550)의 외측 측벽과 접지 링(540)의 내측 측벽 사이에 제공될 수 있다. 측벽 방열 부(570)는 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)의 열을 상부 베이스(514)에 전달하여 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 수명을 증가시킬 수 있다. 측벽 방열 부(570)는 상부 방열 부(560)의 재질과 동일한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 측벽 방열 부(570)는 큐 패드(Q-pad)의 방열 시트(radiation sheet)를 포함할 수 있다. 측벽 방열 부(570)는 약 0.15mm의 두께(T)를 가질 수 있다. 측벽 방열 부(570)는 상부 방열 부(560)의 하부면에 대해 약 22˚ 내지 약 48.5˚의 경사각(θ)을 가질 수 있다. 경사각(θ)은 측벽 방열 부(570) 두께(T)에 대한 공차(G)의 사인 역함수(θ=sin-1(T/G))에 대응될 수 있다. 일 예로, 측벽 방열 부(570)는 제 1 측벽 방열 부(572)와 제 2 측벽 방열 부(574)를 포함할 수 있다.
제 1 측벽 방열 부(572)는 접지 링(540)의 내벽과 결합 링(550)의 외벽 사이에 제공될 수 있다. 제 1 측벽 방열 부(572)는 접지 링(540)을 결합 링(550)에 연결할 수 있다. 제 1 측벽 방열 부(572)는 접지 링(540)의 열을 접지 링(540)에 전달하여 상기 접지 링(540)의 수명을 증가시킬 수 있다.
제 2 측벽 방열 부(574)는 결합 링(550)의 내벽과 상부 베이스(514)의 외측 측벽 사이에 제공될 수 있다. 제 2 측벽 방열 부(574)는 결합 링(550)을 상부 베이스(514)에 연결할 수 있다. 제 2 측벽 방열 부(574)는 결합 링(550)의 열을 상부 베이스(514)에 전달하여 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 척 어셈블리(50)의 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 하부 베이스(512) 가장자리의 상부 면에 연결될 수 있다. 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 상부 방열 부(560)를 하부 베이스(512)의 가장자리에 연결할 수 있다. 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 에지 링(530)의 열을 하부 베이스(512)에 전달하여 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 수명을 증가시킬 수 있다. 결합 링(550)은 Y자 모양의 단면을 갖고, 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)의 각각은 굽은 단면(bended cross section)을 가질 수 있다.
상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 및 결합 링(550)은 도 2와 동일하게 구성될 수 있다.
도 4는 도 1의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 4를 참조하면, 척 어셈블리(50)의 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 서로 비대칭적인 모양의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 측벽 방열 부(572)는 하부 베이스(512)의 상부 면에 대해 수직한 직선 모양의 단면을 갖고, 제 2 측벽 방열 부(574)는 기울어진 직선(sloped and/or inclined straight line) 모양의 단면을 가질 수 있다. 제 2 측벽 방열 부(574)는 상부 베이스(514)의 외측 측벽에 대한 결합 링(550)의 내측 측벽의 접촉 면적을 증가시켜 상기 결합 링(550)의 냉각 효율을 증가시킬 수 있다. 결합 링(550)은 사다리꼴 모양의 단면을 가질 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)는 도 2와 동일하게 구성될 수 있다.
도 5는 도 1의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 5를 참조하면, 척 어셈블리(50)의 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)의 각각은 하부 베이스(512)의 상부 면에 대해 기울어진 직선 모양의 단면을 가질 수 있다. 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 결합 링(550)에 대해 대칭적인 방향으로 기울어(sloped)질 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)는 도 2와 동일하게 구성될 수 있다.
도 6은 도 1의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 6을 참조하면, 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 하부 베이스(512)의 상부 면에 수직하고 서로 평행한 단면을 가질 수 있다. 결합 링(550)은 사각형 모양의 단면을 가질 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)는 도 2와 동일하게 구성될 수 있다.
도 7은 도 1의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 7을 참조하면, 척 어셈블리(50)의 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 하부 베이스(512)의 상부 면과 경사를 갖고 서로 평행한 단면을 가질 수 있다. 결합 링(550)은 평행사변형 모양의 단면을 가질 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)는 도 2와 동일하게 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자의 제조 장치(100)의 일 예를 보여준다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 반도체 소자의 제조 장치(100)는 제 2 냉매 공급 부(80)를 더 포함할 수 있다. 제 2 냉매 공급 부(80)는 척 어셈블리(50)에 연결될 수 있다. 제 2 냉매 공급 부(80)는 제 2 냉매(82)를 척 어셈블리(50) 내에 제공할 수 있다. 제 2 냉매(82)는 제 1 냉매(72)와 동일한 가스 냉매일 수 있다. 제 2 냉매(82)는 헬륨(He)을 포함할 수 있다.
챔버(10), 가스 공급 부(20), 샤워 헤드(30), 파워 공급 부(40), 냉각수 공급 부(60), 및 제 1 냉매 공급 부(70)는 도 1과 동일하게 구성될 수 있다.
도 9는 도 8의 B 부분 내의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 9를 참조하면, 척 어셈블리(50)의 측벽 방열 부(570)는 제 2 냉매(82)를 이용하여 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)를 냉각시킬 수 있다. 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 수명은 증가할 수 있다.
일 예로, 하부 베이스(512)는 냉매 홀들(511)을 가질 수 있다. 냉매 홀들(511)은 측벽 방열 부(570)를 제 2 냉매 공급 부(80)에 연결할 수 있다. 제 2 냉매(82)는 냉매 홀들(511)을 통해 측벽 방열 부(570)에 제공될 수 있다. 결합 링(550)은 사다리꼴 모양의 단면을 가질 수 있다. 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 상부 방열 부(560)에 접할 수 있다. 예를 들어, 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)의 각각은 공극(air gap)과 패킹(packing)을 포함할 수 있다.
제 1 측벽 방열 부(572)는 제 2 냉매(82)를 이용하여 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)를 냉각시킬 수 있다. 일 예로, 제 1 측벽 방열 부(572)는 제 1 공극(571) 및 제 1 패킹(573)을 포함할 수 있다.
제 1 공극(571)은 접지 링(540)의 내벽과 결합 링(550)의 외벽 사이에 제공될 수 있다. 제 1 공극(571)은 냉매 홀들(511) 중의 하나에 연결될 수 있다. 제 1 공극(571)은 제 2 냉매 (82)를 수용하여 에지 링(530), 접지 링(540), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)를 냉각시킬 수 있다.
제 1 패킹(573)은 제 1 공극(571)의 상부에 제공될 수 있다. 제 1 패킹(573)은 상부 방열 부(560)의 하부 면에 접할 수 있다. 제 1 패킹(573)은 제 2 냉매 (82)를 제 1 공극(571) 내에 밀봉(seal)할 수 있다. 제 1 패킹(573)은 오링(O-ring)을 포함할 수 있다.
제 2 측벽 방열 부(574)는 제 2 냉매(82)를 이용하여 에지 링(530), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)를 냉각시킬 수 있다. 일 예로, 제 2 측벽 방열 부(574)는 제 2 공극(575) 및 제 2 패킹(577)을 포함할 수 있다.
제 2 공극(575)은 결합 링(550)의 내측 측벽과 상부 베이스(514)의 외측 측벽 사이에 제공될 수 있다. 제 2 공극(575)은 냉매 홀들(511) 중의 나머지 하나에 연결될 수 있다. 제 2 공극(575)은 제 2 냉매 (82)를 수용하여 상부 베이스(514), 에지 링(530), 결합 링(550), 및 상부 방열 부(560)를 냉각시킬 수 있다.
제 2 패킹(577)은 제 2 공극(575)의 상부에 제공될 수 있다. 제 2 패킹(577)은 상부 방열 부(560)의 하부 면에 접할 수 있다. 제 2 패킹(577)은 제 2 냉매 (82)를 제 2 공극(575) 내에 밀봉(seal)할 수 있다. 제 2 패킹(577)은 오링(O-ring)을 포함할 수 있다.
도 10은 도 8의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 10을 참조하면, 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 상부 방열 부(560)로부터 분리될 수 있다. 결합 링(550)은 T자 모양의 단면을 갖고, 제 1 측벽 방열 부(572) 및 제 2 측벽 방열 부(574)는 결합 링(550)의 양측 측벽을 따라 굽은 단면을 가질 수 있다.
제 1 측벽 방열 부(572)의 제 1 공극(571) 및 제 2 측벽 방열 부(574)의 제 2 공극(575)은 상부 방열 부(560)로부터 분리되어 결합 링(550)의 하부에 제공될 수 있다. 제 1 패킹(573) 및 제 2 패킹(577)은 제 1 공극(571) 및 제 2 공극(575)의 상부에 제공될 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 및 접지 링(540)은 도 9와 동일하게 구성될 수 있다.
도 11은 도 8의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 11을 참조하면, 제 1 공극(571) 및 제 2 공극(575)은 하부 베이스(512)의 상부 면과 경사를 갖고 서로 평행한 모양의 단면을 가질 수 있다. 제 1 공극(571) 및 제 2 공극(575) 사이의 결합 링(550)은 평행사변형 모양의 단면을 가질 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 제 1 패킹(573), 및 제 2 패킹(577)은 도 9와 동일하게 구성될 수 있다.
도 12는 도 8의 척 어셈블리(50)의 일 예를 보여준다.
도 12를 참조하면, 제 2 측벽 방열 부(574)의 제 2 공극(575)은 지그재그 모양의 단면을 가질 수 있다. 결합 링(550)의 내측 측벽은 제 2 공극(575)의 모양과 동일한 모양을 가질 수 있다. 결합 링(550)은 지그재그 모양의 단면을 가질 수 있다 제 2 공극(575)은 제 2 냉매(82)에 노출되는 결합 링(550)의 내측 측벽의 표면적을 증가시켜 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 수명을 증가시킬 수 있다. 제 1 공극(571)은 하부 베이스(512)의 상면에 수직한 단면을 가질 수 있다.
하부 베이스(512), 상부 베이스(514), 세라믹 플레이트(520), 에지 링(530), 접지 링(540), 제 1 패킹(573), 및 제 2 패킹(577)은 도 9와 동일하게 구성될 수 있다.
도 13은 도 9의 상부 베이스(514)의 일 예를 보여준다.
도 13을 참조하면, 상부 베이스(514)는 톱니 바퀴(toothed wheel)의 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 베이스(514)는 사각 톱니들(square teeth, 515)을 가질 수 있다. 사각 톱니들(515)은 상부 베이스(514)의 외측 측벽을 따라 주기적으로 배열될 수 있다. 제 2 공극(575)은 사각 톱니들(515) 사이에 배열될 수 있다. 사각 톱니들(515)은 제 2 냉매(82)에 노출되는 상부 베이스(514)의 표면적을 증가시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상부 베이스(514)는 리프트 핀들, 히터 전극, 접지 전극, 및 제 1 냉매(72)를 통과시키는 복수개의 홀들을 가질 수 있다.
도 14는 도 9의 상부 베이스(514)의 일 예를 보여준다.
도 14를 참조하면, 상부 베이스(514)는 나선 기어(helical gear)의 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 베이스(514)는 나선 톱니들(517)을 가질 수 있다. 나선 톱니들(517)은 상부 베이스(514)의 외측 측벽을 따라 주기적으로 배열될 수 있다. 제 2 공극(575)은 나선 톱니들(helical teeth, 517) 사이에 배열될 수 있다. 나선 톱니들(517)은 제 2 냉매(82)에 노출되는 상부 베이스(514)의 표면적을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 반도체 소자의 제조 장치(100)를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 15는 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법을 보여준다.
도 1 및 도 15를 참조하면, 척 어셈블리(50)는 기판(W)을 수납한다(S10). 기판(W)은 에지 링(530) 내의 세라믹 플레이트(520) 상에 제공될 수 있다. 척 어셈블리(50)는 정전압을 이용하여 기판(W)을 세라믹 플레이트(520)에 고정할 수 있다.
다음, 가스 공급 부(20) 및 샤워 헤드(30)는 반응 가스(22)를 기판(W) 상에 제공한다(S20). 반응 가스(22)는 CH3 또는 SF6의 식각 가스를 포함할 수 있다.
그 다음, 제 1 파워 공급 부(42)는 소스 파워(43)를 공급하여 기판(W) 상에 플라즈마(110)를 생성한다(S30). 제 2 파워 공급 부(44)는 바이어스 파워(45)를 공급하여 플라즈마(110)를 기판(W)에 집중시킬 수 있다. 플라즈마(110)는 기판(W), 에지 링(230), 및 접지 링(240)의 식각률을 증가시킬 수 있다. 이와 달리, 플라즈마(110)는 기판(W), 에지 링(230), 및 접지 링(240)을 가열하여 그들의 온도를 증가시킬 수 있다.
그리고, 제 1 냉매 공급 부(70)는 제 1 냉매(72)를 기판(W)의 하부 면에 공급하여 상기 기판(W)을 냉각한다(S40). 제 1 냉매(72)는 기판(W)을 냉각하여 상기 기판(W)의 과식각을 방지하거나 식각 균일성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 냉매(72)는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다.
마지막으로, 상부 방열 부(560) 및 측벽 방열 부(570)는 에지 링(530), 접지 링(540) 및 결합 링(550)의 열을 전도 및/또는 제거하여 그들을 냉각한다(S50). 예를 들어, 상부 방열 부(560) 및 측벽 방열 부(570)는 방열 시트를 포함할 수 있다. 상부 방열 부(560) 및 측벽 방열 부(570) 에지 링(530), 접지 링(540) 및 결합 링(550)의 열을 상부 베이스(514)에 전달하여 그들을 냉각시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 에지 링(530), 접지 링(540) 및 결합 링(550)을 냉각하는 단계(S50)는 제 2 냉매(82)를 측벽 방열 부(570)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 방열 부(560)는 방열 시트이고, 측벽 방열 부(570)는 공극들과 패킹들을 포함할 수 있다. 일 예로, 측벽 방열 부(570)의 제 1 측벽 방열 부(572)는 제 1 공극(571) 및 제 1 패킹(573)을 포함하고, 제 2 측벽 방열 부(574)는 제 2 공극(575) 및 제 2 패킹(577)을 포함할 수 있다. 제 2 냉매 공급 부(80)는 제 2 냉매(82)를 제 1 공극(571) 및 제 2 공극(575) 내에 제공하여 에지 링(530), 접지 링(540) 및 결합 링(550)을 냉각할 수 있다. 따라서, 플라즈마(110)에 노출된 에지 링(530) 및 접지 링(540)의 수명은 증가할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 하부 베이스와 상기 하부 베이스 상의 상부 베이스를 포함하는 척 베이스;
    상기 상부 베이스 상에 배치되는 세라믹 플레이트;
    상기 세라믹 플레이트의 외측 측벽 상에 배치되고, 상기 하부 베이스의 가장자리 상부에 배치되는 에지 링;
    상기 하부 베이스의 가장자리와 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 접지 링;
    상기 접지 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽 사이에 배치되고, 상기 하부 베이스의 가장자리와 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 결합 링;
    상기 결합 링의 상부 면과 상기 에지 링의 하부 면 사이에 배치되는 상부 방열 부; 및
    상기 결합 링의 외측 측벽과 상기 접지 링의 내측 측벽 사이에 배치되고, 상기 결합 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽 사이에 배치되는 측벽 방열 부를 포함하는 척 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽 방열 부는 상기 상부 방열 부의 하부 면에 대해 22도 내지 48.5도의 경사각을 갖는 척 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽 방열 부는 방열 시트를 포함하는 척 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽 방열 부는:
    상기 접지 링의 내측 측벽과 상기 결합 링의 외측 측벽 사이에 배치되는 제 1 측벽 방열 부; 및
    상기 결합 링의 내측 측벽과 상기 상부 베이스의 외측 측벽사이에 배치되는 제 2 측벽 방열 부를 포함하는 척 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 측벽 방열 부, 및 상기 제 2 측벽 방열 부의 각각은 상기 상부 방열 부를 상기 하부 베이스의 가장자리에 연결하는 척 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 측벽 방열 부는:
    제 1 공극; 및
    상기 제 1 공극의 상부 내에 배치되는 제 1 패킹을 포함하는 척 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 측벽 방열 부는:
    제 2 공극; 및
    상기 제 2 공극의 상부 내에 배치되는 제 2 패킹을 포함하는 척 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하부 베이스는 상기 제 1 및 제 2 공극들에 연결되는 냉매 홀들을 갖는 척 어셈블리.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 측벽 방열 부는 지그재그 모양의 단면을 갖는 척 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 베이스는 톱니 바퀴, 또는 나선 기어의 모양을 갖는 척 어셈블리.
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