KR100696955B1 - 웨이퍼 에지의 베벨 식각 장치 및 그를 이용한 베벨 식각방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 에지 영역의 베벨 식각 공정시 반응가스와 배리어가스가 공존하는 전이 영역에 의해 초래되는 웨이퍼 내부의 패턴 어택을 방지할 수 있는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 장치 및 그를 이용한 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법은 회전이 가능한 하부 결합체에 패턴이 형성된 웨이퍼를 장착시키는 단계, 반응가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 웨이퍼의 베벨식각타겟영역에 대한 식각을 진행함과 동시에 상기 플라즈마의 역류를 방지하기 위해 상기 웨이퍼의 중앙에서 에지 방향으로 배리어가스를 주입하면서 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계, 및 상기 식각진행후 발생된 부산물을 제거하기 위해 상기 웨이퍼를 회전시키면서 린스를 진행하는 단계를 포함한다.
웨이퍼, 베벨식각, 플라즈마, 전이영역, 회전축, 척, 배리어가스
Description
도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼 베벨 식각 장치의 구성도,
도 2는 종래기술에 따른 결함 발생 메카니즘을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 베벨 식각 장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 베벨 식각 장치의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 웨이퍼 22 : 하부 척
23 : 격리링 24 : 하부전극
25 : 상부전극 26 : 상부 척
27 : 회전축
본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 베벨 식각 장치 및 그를 이용한 베벨 식각 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중에는 여러 단계의 증착공정에 의해 반도체 웨이퍼의 에지(edge)에서 원하지 않는 오염이 발생될 수 있다. 이러한 오염은 후속공정에서 기판에 악영항을 미칠 수 있다. 예컨대 구리(Cu) 배선 공정에서 웨이퍼의 베벨(bevel) 또는 배면(back-side)에 형성된 구리막은 후속공정에서 열확산에 의해 소자의 작동에 나쁜 영향을 미친다. 즉, 구리원자는 실리콘 기판을 매우 빠른 속도로 확산하며, 특히 BTS(biasable temperature stress)조건에서는 기판 상에 형성된 유전막내로 확산해 들어가 기판 상에 형성된 트랜지스터의 동작 특성에 영향을 줄 수 있다. 뿐만 아니라, 웨이퍼의 배면에 형성된 구리막은 후속공정을 진행할 때, 다른 설비의 구동부위나 카세트(cassette), 공정챔버를 오염시킬 수 있다. 통상 구리도금 공정이 수행된 후에는 웨이퍼의 에지 부위의 베벨이나 배면을 세정액 또는 세정가스로 식각함으로써, 구리 오염을 억제하고 있다.
종래기술의 웨이퍼의 에지부분의 세정, 특히 베벨 식각은 도 1에 개략적으로 도시된 웨이퍼 베벨 식각 장치를 사용하여 행해져 왔다.
도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼 베벨 식각 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 패턴이 형성된 웨이퍼(11)의 배면이 장착되는 하부 척(Bottom chuck, 12), 하부척(12)과 격리링(Isolation ring, 13)을 사이에 두고 결합되면서 플라즈마를 발생시키도록 RF 전원을 공급받는 하부 전극(14), 웨이퍼(11) 상부에 위치하여 플라즈마를 발생시키도록 RF 전원을 공급받으며 반응가스주입구 (15a) 및 배리어가스주입구(15b)를 갖는 상부전극(15), 및 상부전극(15) 아래에 결합되면서 배리어가스주입구(15b)가 연장되고 웨이퍼(11)의 상면과 소정 간격을 두고 웨이퍼(11)의 에지 영역(베벨 식각 영역)을 노출시키는 상부 척(Top chuck, 16)으로 구성된다.
도 1과 같은 베벨 식각 장치를 이용한 베벨 식각 방법은 다음과 같다.
먼저, 반응가스주입구(15a)를 통해 반응가스를 흘려주면서 동시에 상부전극(15)과 하부전극(14)에 RF 전원을 인가하면 베벨 식각 장치 내에 플라즈마가 형성된다. 이때, 일정한 타겟의 웨이퍼(11)의 에지 영역만을 상부척(16)으로 노출시킨 상태이므로, 발생된 플라즈마와 웨이퍼(11)의 에지영역의 패턴들이 반응하여 식각이 진행된다.
여기서, 역류하는 플라즈마가 웨이퍼(11)의 에지영역 안쪽으로 흘러들어와 웨이퍼(11) 내부의 패턴 일부를 손상시키는 것을 방지하기 위해 배리어가스주입구(15b)를 통해 배리어가스를 주입하여 웨이퍼의 중심부로 흘려준다. 따라서, 베벨 식각 진행시, 플라즈마의 역류를 배리어가스가 제어한다.
그러나, 종래기술은 배리어가스만으로는 베벨 식각 영역을 정확하게 제어하기가 어려워 반응가스와 배리어가스가 상호 공존하는 전이영역(transition)이 존재하게 된다.
이러한 전이영역으로 인해 패턴이 완전히 제거되지 못하고 일부가 남게 되는 현상이 발생하여 웨이퍼 내부의 패턴들이 어택받아 결함 소스로 작용하게 된다.
도 2는 종래기술에 따른 결함 발생 메카니즘을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 베벨식각타겟영역('17')에서는 플라즈마에 의해 패턴들(11a)이 완전히 식각되어 배출(exhaust)되고 있으나, 반응가스와 배리어가스가 공존하는 전이영역('18')에서는 패턴들(11a)이 일부 식각되어 불완전한 상태로 잔류하게 된다. 즉, 베벨식각이 진행되지 않아야 할 부분에서 반응가스의 역류로 인해 일부가 베벨식각됨에 따라 벙커결함(bunker defect)과 같은 결함을 초래한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 웨이퍼 에지 영역의 베벨 식각 공정시 반응가스와 배리어가스가 공존하는 전이 영역에 의해 초래되는 웨이퍼 내부의 패턴 어택을 방지할 수 있는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 장치 및 그를 이용한 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
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본 발명의 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법은 회전이 가능한 하부 결합체에 패턴이 형성된 웨이퍼를 장착시키는 단계, 반응가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 웨이퍼의 베벨식각타겟영역에 대한 식각을 진행함과 동시에 상기 플라즈마의 역류를 방지하기 위해 상기 웨이퍼의 중앙에서 에지 방향으로 배리어가스를 주입하면서 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계, 및 상기 식각진행후 발생된 부산물을 제거하기 위해 상기 웨이퍼를 회전시키면서 린스를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법은 웨이퍼가 장착된 척을 회전시키는 단계, 상기 웨이퍼의 베벨 식각타겟영역의 패턴을 식각하기 위해 식각액을 분사시키는 단계, 상기 식각액의 역류를 방지하기 위해 상기 웨이퍼의 중앙에서 에지쪽으로 배리어가스를 흘려주는 단계, 및 상기 식각액에 의해 발생된 식각부산 물을 제거하기 위해 상기 웨이퍼를 회전시키면서 린스를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 베벨 식각 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 패턴이 형성된 웨이퍼(21)가 장착되며 회전이 가능한 하부 결합체(101) 및 하부 결합체(101) 상부에 위치하여 웨이퍼(21)의 에지영역으로 반응가스가 주입될 때 반응가스의 역류를 방지하기 위한 배리어가스를 주입하도록 배리어가스주입구(25b)를 갖는 상부 결합체(102)로 구성된다.
자세히 살펴보면, 하부 결합체(101)는 패턴이 형성된 웨이퍼(21)의 배면이 장착되며 회전이 가능하도록 회전축(27)이 결합된 하부 척(Bottom chuck, 22), 하부척(22)과 격리링(Isolation ring, 23)을 사이에 두고 결합되면서 플라즈마를 발생시키도록 RF 전원을 공급받는 하부 전극(24)으로 구성된다.
그리고, 상부 결합체(102)는 웨이퍼(21) 상부에 위치하여 플라즈마를 발생시키도록 RF 전원을 공급받으며 반응가스주입구(25a) 및 배리어가스주입구(25b)를 갖는 상부전극(25), 및 상부전극(25) 아래에 결합되면서 배리어가스주입구(25b)가 연장되고 웨이퍼(21)의 상면과 소정 간격을 두고 웨이퍼(21)의 에지 영역(베벨 식각 영역)을 노출시키는 상부 척(Top chuck, 26)으로 구성된다.
도 3에서, 웨이퍼(21)가 장착된 하부 척(22)은 회전이 가능하도록 회전축 (27)이 연결되어 있으며, 이 회전축(27)은 또한 하부전극(24)을 관통하도록 결합되어 RF 전원이 인가되는 역할도 한다. 즉, 하부전극(24)에 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 전원 인가단자 역할도 하면서 하부 척(22)을 회전시킨다.
따라서, 회전축(27)에 의해 하부전극(24)과 하부 척(22)이 모두 결합되는 구조를 가져 회전축(27)에 의한 웨이퍼(11)의 회전은 실질적으로 하부전극(24)과 하부 척(22)이 회전함에 따라 이루어지는 것이다.
위와 같이, 회전축(27)을 이용하여 웨이퍼(21)를 회전시키면 베벨 식각 진행시 원심력에 의해 플라즈마가 베벨식각타겟영역 안쪽으로 역류되지 않는다. 즉, 베벨 식각 진행시, 반응가스가 웨이퍼 내부로 역류되어 발생하는 전이영역이 생성되지 않는다.
결국, 웨이퍼(21)를 회전시키면서 베벨 식각을 진행하면, 반응가스와 배리어가스의 공존 영역인 전이영역이 생성되지 않으므로 결함발생이 없다.
또한, 배리어가스를 도입하므로 플라즈마에 의한 손실도 여전히 봉쇄하고 있다.
도 3과 같은 베벨 식각 장치를 이용하여 웨이퍼의 에지를 베벨 식각하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 식각장치의 내부 압력을 1torr∼2torr로 유지한 상태에서 반응가스 주입구(25a)를 통해 반응가스를 흘려주고, 이어서 플라즈마 발생을 위해 하부전극(24)과 상부전극(25)에 RF 전원을 인가한다. 이때, 플라즈마 발생을 위한 가스로는 아르곤(Ar) 가스를 이용하며, 반응가스로는 CF4 가스를 사용한다. 여기서, CF4 가스를 실질적으로 식각에 참여하는 가스이고, 아르곤 가스는 플라즈마 발생을 위한 스퍼터링 역할을 한다.
위와 같이, 아르곤을 주입하여 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(21)의 베벨식각타겟영역에 대한 식각을 진행하는데, 이때, 반응가스의 역류를 방지하기 위해 배리어가스주입구(25b)를 통해 질소(N2) 가스를 흘려주면서 동시에 웨이퍼(21)가 장착된 하부 척(22)을 회전시킨다. 상기 웨이퍼(21)가 장착된 하부 척(22)의 회전은 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도를 가지고 회전시킨다.
결국, 배리어가스 주입시 동시에 웨이퍼(21)가 장착된 하부 척(22)을 회전시켜주므로써 원심력에 의해 플라즈마가 웨이퍼(21) 안쪽으로 역류되는 것이 방지되어 전이영역없이 베벨식각타겟영역에 대해서만 식각을 진행할 수 있다.
한편, 도 3과 같은 베벨 식각장치를 이용하여 베벨 식각을 진행한 후에는, 식각된 패턴을 비롯하여 베벨 식각시 발생된 부산물(residue)을 제거하기 위해 탈이온수(DI Water)를 이용하여 린스(Rinse)를 실시한다.
상기한 린스 진행시에, 웨이퍼(21)를 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도로 회전시키면서, 동시에 탈이온수의 압력은 5kg/cm2 보다 작게 유지하도록 한다. 이때, 탈이온수의 압력이 5kg/cm2 보다 크면 추가로 패턴이 손상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 베벨 식각 장치의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성된 웨이퍼(31)의 배면에는 회전축(33)에 연결되어 웨이퍼(31)의 회전이 가능토록 하는 척(chuck, 32)이 설치되고, 웨이퍼(31)의 에지영역에는 외부로부터 식각액을 공급하며 그 하부에 복수개의 분사구(34a)를 가진 식각액공급기(34)가 설치되어 있다.
그리고, 식각액공급기(34)의 안쪽, 즉 웨이퍼(31)의 중앙쪽으로는 분사된 식각액이 웨이퍼(31)의 패턴이 형성된 부분으로 역류하는 것을 방지하기 위해 배리어가스를 분사하는 가스노즐(Nozzle, 35)이 설치된다. 상기 가스노즐(35)은 배리어가스를 분사하므로써 분사구(34a)로부터 분사된 식각액을 웨이퍼(31) 바깥쪽으로 배출하여 식각액이 웨이퍼(31) 안쪽으로 유입되는 것을 억제하게 된다.
도 4와 같이, 웨이퍼 베벨 식각 장치는 습식방법을 이용하여 식각하고자 하는 장치이며, 이때 회전축(33)을 이용하여 웨이퍼(31)를 회전시키면 베벨 식각 진행시 원심력에 의해 식각액이 베벨식각타겟영역 안쪽으로 역류되지 않는다. 즉, 베벨 식각 진행시, 식각액이 웨이퍼(31) 내부로 역류되어 발생하는 전이영역이 생성되지 않는다.
결국, 웨이퍼(31)를 회전시키면서 베벨 식각을 진행하면, 식각액과 배리어가스의 공존 영역인 전이영역이 생성되지 않으므로 결함발생이 없다.
또한, 배리어가스를 도입하므로 플라즈마에 의한 손실도 여전히 봉쇄하고 있다.
도 4와 같은 베벨 식각 장치를 이용하여 웨이퍼의 에지를 베벨 식각하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼(31)가 장착된 척(32)을 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도를 가지고 회전시킨다. 이때, 웨이퍼(31)의 베벨 식각타겟영역의 패턴을 식각하기 위해 식각액공급기(34)의 분사구(34a)를 통해 식각액을 분사시킨다.
상기 식각액으로는 불산계 케미컬(HF base chemical)을 이용하는데, 고농도의 불산계 케미컬을 이용한다. 이때, 고농도의 불산계 케미컬은 불산(HF) 원액 또는 불산 농도가 80% 이상인 케미컬을 사용한다.
위와 같이, 식각액으로 불산계 케미컬을 이용하여 웨이퍼(31)의 베벨식각타겟영역에 대한 식각을 진행하는데, 이때, 식각액의 역류를 방지하기 위해 가스노즐(35)를 통해 질소(N2) 가스를 흘려준다.
결국, 웨이퍼(31)를 회전시키면서 식각액을 이용하여 웨이퍼의 베벨식각타겟영역을 식각하므로, 원심력에 의해 식각액이 웨이퍼(31) 안쪽으로 역류되는 것이 방지되어 전이영역없이 베벨식각타겟영역에 대해서만 식각을 진행할 수 있다.
한편, 도 4와 같은 베벨 식각장치를 이용하여 베벨 식각을 진행한 후에는, 식각된 패턴을 비롯하여 베벨 식각시 발생된 부산물(residue)을 제거하기 위해 탈이온수(DI Water)를 이용하여 린스(Rinse)를 실시한다.
상기한 린스 진행시에, 웨이퍼(21)를 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도로 회전시키면서, 동시에 탈이온수의 압력은 5kg/cm2보다 작게 유지하도록 한다. 이때, 탈이온수의 압력이 5kg/cm2 보다 크면 추가로 패턴이 손상될 수 있다.
전술한 제1실시예 및 제2실시예에 기재한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼의 베 벨 식각 공정시에 반응가스 또는 식각액의 역류를 방지하도록 배리어가스를 도입하면서 동시에 웨이퍼를 회전시켜 주므로써, 전이영역없이 베벨 식각타겟영역을 식각할 수 있다. 이로써, 웨이퍼 에지 영역에서 결함이 발생되는 것을 최소화하여 수율을 향상시키고, 결함을 방지하므로 캐패시턴스를 확보하여 리프레시 개선이 가능하며, 또한 싱글비트페일(Single bit fail) 또는 멀티비트 페일(multi-bit fail)을 개선할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 웨이퍼의 베벨 식각 공정시에 반응가스 또는 식각액의 역류를 방지하도록 배리어가스를 도입하면서 동시에 웨이퍼를 회전시켜 주므로써, 전이영역없이 베벨 식각타겟영역을 식각하여 결함 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
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- 회전이 가능한 하부 결합체에 패턴이 형성된 웨이퍼를 장착시키는 단계;반응가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 웨이퍼의 베벨식각타겟영역에 대한 식각을 진행함과 동시에 상기 플라즈마의 역류를 방지하기 위해 상기 웨이퍼의 중앙에서 에지 방향으로 배리어가스를 주입하면서 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계; 및상기 식각진행후 발생된 부산물을 제거하기 위해 상기 웨이퍼를 회전시키면서 린스를 진행하는 단계를 포함하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제9항에 있어서,상기 웨이퍼의 베벨 식각 타겟 영역에 대한 식각시, 상기 웨이퍼를 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제10항에 있어서,상기 반응가스는 CF4 가스를 사용하고, 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 가스를 아르곤 가스를 사용하며, 상기 배리어가스는 질소 가스를 사용하는 것을 특징 으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제9항에 있어서,상기 린스를 진행하는 단계시,상기 웨이퍼를 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제12항에 있어서,상기 린스를 진행하는 단계는,탈이온수를 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 웨이퍼가 장착된 척을 회전시키는 단계;상기 웨이퍼의 베벨 식각타겟영역의 패턴을 식각하기 위해 식각액을 분사시키는 단계;상기 식각액의 역류를 방지하기 위해 상기 웨이퍼의 중앙에서 에지쪽으로 배리어가스를 흘려주는 단계; 및상기 식각액에 의해 발생된 식각부산물을 제거하기 위해 상기 웨이퍼를 회전 시키면서 린스를 진행하는 단계를 포함하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제14항에 있어서,상기 웨이퍼의 베벨 식각 타겟 영역에 대한 식각시, 상기 웨이퍼를 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제14항에 있어서,상기 식각액은 불산계 케미컬을 사용하고, 상기 배리어가스는 질소 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제14항에 있어서,상기 린스를 진행하는 단계시,상기 웨이퍼를 800rpm∼6000rpm 범위의 회전속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
- 제17항에 있어서,상기 린스를 진행하는 단계는,탈이온수를 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지의 베벨 식각 방법.
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