KR100727263B1 - Plasma processing device and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구조를 걔략적으로 나타내는 단면도이고,1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a plasma processing apparatus according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 장착되는 웨이퍼의 구조를 나타내는 종단면도이며,2 is a longitudinal sectional view showing the structure of a wafer mounted on the plasma processing apparatus according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따라 정전척의 수명에 따라 플라즈마 처리 장치의 정전척으로 인가되는 전압을 시간에 따라 나타내는 그래프이다. 3 is a graph showing the voltage applied to the electrostatic chuck of the plasma processing apparatus with time according to the life of the electrostatic chuck according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10: 챔버 20: 정전척10
50: 웨이퍼 503: 산화막50
본 발명은 웨이퍼 손상을 방지하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 플라즈마 처리장치에 의해 식각 또는 증착할 때 발생할 수 있는 아킹현상을 방지할 수 있도록 정전척과 웨이퍼 사이에 발생하는 최적 전하량을 설정하여 웨이퍼 의 손상을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. The present invention is to prevent damage to the wafer, more specifically, the wafer by setting the optimum amount of charge generated between the electrostatic chuck and the wafer to prevent the arcing phenomenon that may occur when the wafer is etched or deposited by the plasma processing apparatus The present invention relates to a plasma processing apparatus and a driving method thereof capable of preventing damage to the substrate.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자는 웨이퍼에 다양한 종류의 박막, 예를 들면 산화막, 질화막, 절연막, 금속막 등을 차례로 적층하여 제조되며, 이러한 박막을 형성하기 위하여 다수 번의 증착 및 식각 공정들이 웨이퍼 상에 행해지게 된다. As is well known, semiconductor devices are fabricated by sequentially stacking various kinds of thin films, such as oxide films, nitride films, insulating films, and metal films, on a wafer, and a plurality of deposition and etching processes are performed on the wafer to form such thin films. Will be done.
그러나, 각 공정은 고온 고압 등의 조건하에서 행하여지기 때문에 웨이퍼에 상당한 열적/전기적 스트레스가 가해지고, 특히 식각 및 증착 공정을 위하여 사용되는 플라즈마 공정의 플라즈마 유도시 웨이퍼에 손상이 빈번하게 가해지고 있다.However, since each process is performed under conditions such as high temperature and high pressure, considerable thermal / electrical stress is applied to the wafer, and damage to the wafer is frequently applied during the plasma induction of the plasma process used for the etching and deposition processes.
이러한 플라즈마는 주로 기체물질이 존재하는 영역으로 시간에 따라 변화하는 전자기장을 유도하여 형성되며, 플라즈마 공정은 챔버 내로 플라즈마를 발생시켜 이를 통해 웨이퍼를 처리한다. Such plasma is mainly formed by inducing an electromagnetic field that changes with time to a region where gaseous materials exist, and a plasma process generates a plasma into a chamber to process a wafer.
즉, 플라즈마 공정은 스테인레스-스틸 또는 알루미늄 등의 금속재질로 외부와는 독립된 별개의 반응계를 이룰 수 있도록 형성된 챔버 내부에서 이루어지기 때문에 보다 신뢰성 있는 공정의 진행을 위하여 챔버 내부의 압력 및 온도 등의 반응환경은 외부와 현저한 차이가 나도록 조절한다. That is, since the plasma process is made in a chamber formed of a metal material such as stainless steel or aluminum to form a separate reaction system independent from the outside, reactions such as pressure and temperature inside the chamber for a more reliable process can be performed. The environment is adjusted so that it is significantly different from the outside.
그러나, 이러한 폐쇄된 환경내에서 공정이 이루어지기 때문에 챔버 내부에 유도되는 플라즈마의 이상유무는 외부에서 용이하게 식별하기 곤란한 문제점을 가지고 있다. However, since the process is performed in such a closed environment, the presence or absence of abnormality of the plasma induced inside the chamber has a problem that it is difficult to easily identify from the outside.
이에 챔버의 내부로 탐침을 설치하여, 이를 통해 플라즈마의 이상유무를 감지하거나 또는 챔버의 내부에 다수의 탐침이 부설된 봉 형상의 감지장치를 삽입하여 스캔 함으로써 플라즈마의 이상유무를 감지하는 방법이 일반적으로 사용되고 있 는데, 이는 챔버의 전 면적에 비하여 극히 일부분의 영역에 존재하는 플라즈마의 상태 만을 감지할 수 있을 뿐이다. The probe is installed inside the chamber to detect the abnormality of the plasma through this, or a method of detecting the abnormality of the plasma by inserting and scanning a rod-shaped sensing device in which a plurality of probes are installed in the chamber. It is only used to detect the state of the plasma present in a very small area compared to the entire area of the chamber.
실제 공정이 진행됨에 있어서 가장 중요한 웨이퍼 부근의 플라즈마의 이상유무는 물론, 하나의 웨이퍼의 상면에서 각각 위치에 따른 플라즈마의 상태를 감지하기에는 불가능한 실정이다.It is impossible to detect the state of the plasma according to the position on the upper surface of one wafer as well as the abnormality of the plasma near the wafer which is most important in the actual process.
그런데, 증착과 식각 공정을 진행할 때에는 반도체 웨이퍼는 고정밀도로 고정할 필요가 있기 때문에 통상적인 정전척(electrostatic chuck)을 이용하여 웨이퍼를 고정하고 있다. However, since the semiconductor wafer needs to be fixed with high accuracy during the deposition and etching processes, the wafer is fixed using a conventional electrostatic chuck.
그러나, 이러한 정전척은 모니터에 표시되는 파워가 파워 서플라이의 출력단 파워이므로, 실제 정전척의 양극단에 인가되는 파워와 차이가 발생된다. However, since the power displayed on the monitor is the output power of the power supply, the electrostatic chuck has a difference from the power applied to the positive end of the actual electrostatic chuck.
이에 따라, 웨이퍼의 양극단에 설정 파워와 다른 파워가 인가되면 웨이퍼의 한쪽에 불균일한 파워가 걸리게 되며, 이로 인해 웨이퍼의 패턴이 불균일하게 형성된다. Accordingly, when power different from the set power is applied to the anode end of the wafer, non-uniform power is applied to one side of the wafer, resulting in an uneven pattern of the wafer.
즉, 정전척에 고전압이 인가되면, 인가 전압에 응답하여 전개되는 정전기는 웨이퍼와 정전척 사이에 인력을 생성한다. 이러한 상태에서 플라즈마가 가해지면, 웨이퍼 표면과 웨이퍼 사이의 전압차가 발생함에 따라, 웨이퍼 표면상의 고속의 전압 변화가 발생하여 웨이퍼 상의 구조물을 파괴하는 아킹(arcing)이 발생한다. That is, when a high voltage is applied to the electrostatic chuck, the static electricity that develops in response to the applied voltage creates an attractive force between the wafer and the electrostatic chuck. When plasma is applied in such a state, as a voltage difference between the wafer surface and the wafer occurs, a high-speed voltage change occurs on the wafer surface, causing arcing that destroys the structure on the wafer.
이러한 아킹이 국부적으로 또는 전체적으로 발생된 경우, 웨이퍼는 재사용이 불가능하기 때문에 모두 폐기시켜야 하므로 공정 수율이 저하된다. If such arcing occurs locally or in total, the process yield is degraded since the wafers are all non-reusable and must be discarded.
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 웨이퍼의 플라즈마 처리시, 웨이퍼를 고정하는 정전척에 인가되는 전압을 효과적으로 설정하여, 웨이퍼 표면과 기판 간에 상이한 전압 전위를 감소시켜 웨이퍼 아킹을 감소시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a driving method thereof, which effectively sets a voltage applied to an electrostatic chuck holding a wafer during plasma processing of a wafer, thereby reducing wafer arcing by reducing different voltage potentials between the wafer surface and the substrate. The purpose is to make it possible.
더 나아가, 본 발명은 챔버의 내부에서, 특히 실제 공정이 진행되는 웨이퍼에 아킹이 발생되지 않는 조건으로 플라즈마 처리 장치를 운용하는데 그 목적이 있다Furthermore, it is an object of the present invention to operate a plasma processing apparatus within a chamber, especially under conditions in which arcing does not occur in a wafer in which an actual process is performed.
본 발명은 웨이퍼 가공 방법에 관한 것으로서, 웨이퍼와 정전척 사이의 전압 불균형으로 인한 웨이퍼의 아킹이 발생되지 않도록 웨이퍼의 생산 수율과 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer processing method, which aims to improve the yield and reliability of a wafer so that arcing of the wafer does not occur due to voltage imbalance between the wafer and the electrostatic chuck.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 반응영역을 정의하고 플라즈마(plasma) 발생소스를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되고 웨이퍼를 고정하는 정전척을 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 정전척의 수명에 따라 상기 정전척에 인가되어야 하는 최적 인가 파워를 도출하여 웨이퍼와 상기 정전척 사이에 최적 전하량이 발생될 수 있도록 설정하는 룩업테이블을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a chamber defining a reaction region and including a plasma generating source; In the plasma processing apparatus having an electrostatic chuck installed inside the chamber and fixing a wafer, an optimum amount of charge is generated between the wafer and the electrostatic chuck by deriving an optimal applied power to be applied to the electrostatic chuck according to the life of the electrostatic chuck. It is characterized by including a lookup table to be set to be.
더 나아가, 본 발명에 따른 룩업테이블은 상기 정전척의 사용 수명에 따라 인가되는 파워에 따른 웨이퍼 표면의 아킹 발생 유무를 검사하여 최적 인가 파워를 도출한 것을 특징으로 한다. Furthermore, the look-up table according to the present invention is characterized by deriving the optimum applied power by examining the presence or absence of arcing on the wafer surface according to the power applied according to the service life of the electrostatic chuck.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구동 방법은 반사방지막이 형성되지 않은 웨이퍼를 플라즈마(plasma) 발생 챔버내의 저어전척에 고정하는 단계; 상기 정전척의 수명에 따라 상기 정전척에 인가되어야 하는 최적 인가 파워를 도출할 수 있도록 전압을 인가하는 단계; 각각의 인가전압에 따라 상기 반사방지막이 형성되지 않은 웨이퍼상에 아킹현상이 발생하였는지 유무를 확인하는 단계; 상기 웨이퍼와 상기 정전척 사이에 최적 전하량이 발생될 수 있도록 설정하는 룩업테이블 도출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the driving method of the plasma processing apparatus according to the present invention comprises the steps of: fixing the wafer without the anti-reflection film is formed in the stir chuck in the plasma generating chamber; Applying a voltage to derive an optimal applied power to be applied to the electrostatic chuck according to the life of the electrostatic chuck; Checking whether arcing has occurred on the wafer on which the anti-reflection film is not formed according to each applied voltage; Deriving a lookup table for setting an optimum amount of charge between the wafer and the electrostatic chuck; Characterized in that it comprises a.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 장착되는 웨이퍼의 구조를 나타내는 종단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing the structure of a wafer mounted on the plasma processing apparatus according to the present invention.
플라즈마 식각은 진공상태의 RF 여기장치에 의해 발생시킨 가스 상태의 플라즈마 속에 웨이퍼를 노출시켜, 상기 플라즈마에 의해 금속막을 식각하며, 플라즈마는 식각 금속막의 종류에 따라 그에 상응하는 이온들을 함유하고 있다.Plasma etching exposes the wafer to a gaseous plasma generated by a vacuum RF excitation device, thereby etching the metal film by the plasma, and the plasma contains corresponding ions according to the type of the etching metal film.
플라즈마 식각을 위한 플라즈마 처리 장치는, 도 1과 같이, 크게 공정 챔버(10), 공정 챔버의 내부에 설치되는 정전척(20), 전극(30) 및 가스 공급 유닛(40)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus for plasma etching includes a
보다 구체적으로, 공정 챔버(10)는 소정의 면적을 가지며, 외부에 대하여 밀봉된 챔버로, 실제 증착 공정은 이 공정 챔버(10)의 내부에서 수행되며, 공정 챔버 (10)의 소정 위치에는 전극(30)이 설치된다. More specifically, the
그리고, 정전척(20)는 웨이퍼(50)를 안착하며 파워 서플라이(22)로부터 고주파 바이어스 전력을 공급받으며, 상기 정전척(20) 내에는 환상형 전자석이 설치되어, 상기 전자석에 의해 생성된 자기장은 웨이퍼(24) 위에 나타난다. The
이와 같은 플라즈마 처리 장치는 플라즈마에서 생성된 대전된 입자로부터 웨이퍼를 차폐할 수 있도록, 웨이퍼 위에 플라즈마를 생성하는 것과 동시에, 웨이퍼와 플라즈마 사이에 자기장을 생성하여 웨이퍼를 식각한다. Such a plasma processing apparatus etches a wafer by generating a magnetic field between the wafer and the plasma while simultaneously generating a plasma on the wafer so as to shield the wafer from charged particles generated in the plasma.
한편, 본 발명에 따른 웨이퍼(50)는, 도 2에서 도시된 것과 같이, 웨이퍼(501)를 가열하여 형성된 산화막(503)과, 회로 패턴 형성을 위한 주 금속막(507)과 상기 금속막의 금속이온이 절연막으로 확산하는 것을 방지하기 위한 확산 방지막(505,509) 및 감광제를 도포/경화시켜 소정 패턴을 갖는 감광막(515)을 갖는다. Meanwhile, as shown in FIG. 2, the
이때, 상기 웨이퍼(50)는 상기 산화막(503)상에 반사방지막(Anti-Reflection Coating) 역할을 하는 질화막이 형성되어 있지 않다.In this case, the
이는 반사방지막이 형성되지 않은 웨이퍼에서 더 많은 아킹현상이 발생되므로, 정전척의 수명에 따라 전압전위 불균일로 인한 아킹현상이 좀 더 용이하게 발생되도록 하여, 정전척 수명에 따른 아킹 발생 임계점이 되는 정전척 인가 전압을 효과적으로 파악하기 위한 것이다. This results in more arcing on wafers with no anti-reflection film, so that arcing due to voltage potential unevenness occurs more easily according to the life of the electrostatic chuck, and thus the electrostatic chuck becomes an arcing threshold depending on the life of the electrostatic chuck. This is to effectively understand the applied voltage.
고 주파수 RF 전력을 공급하는 RF 전원(RF : Radio Frequency)과 정합장치, 전극(30)을 포함하는 플라즈마 소스에 의하여 플라즈마가 발생되고, 상기 정전척(20)으로 고전압이 인가되면, 플라즈마 이온이 웨이퍼(50) 측으로 끌려와 충돌하면 서 웨이퍼의 표면이 식각된다. Plasma is generated by a plasma source including a radio frequency (RF), a matching device, and an
이러한 상태에서, 웨이퍼(50) 전위는 수십 RF 사이클 내에서 전극에 대하여 음의 값으로 구동된다. 또한, RF전력 레벨들이 식각 프로세스동안에 변경되는 경우, 웨이퍼 전위는 통상적으로 RF 전력에서의 변화와 거의 동기하는 변화값으로 구동된다. In this state, the
그리고, 양측 극과 웨이퍼 간의 전압이 역전되는 것을 방지하기 위하여 ,통상적으로 정전척 파워 서플라이(22)에 의해 양측 정전척 극 전류를 동일하게 하여, 2개의 극 전압의 중심점이 웨이퍼 표면과 동일한 전위로 구동될 수 있도록 하나 이러한 보상에도 웨이퍼 표면상의 고속의 전압 변화를 따라갈 수 없기 때문에 웨이퍼 상에 아킹이 발생한다. In order to prevent the voltage between the two poles and the wafer from being reversed, the two electrostatic chuck pole currents are generally made equal by the electrostatic
즉, 전자들에 의해 충격을 받는 웨이퍼(50)의 상단면에는 예를 들어, -1000V의 표면 전위가 발생한다. That is, a surface potential of, for example, -1000V is generated on the top surface of the
반면, 상기 웨이퍼(50)의 기판에는 예를 들어, 0V의 기판전위가 발생하기 때문에 웨이퍼의 절연체에 내장된 금속 구조체들이 표면 대 기판 전위 드롭의 전압 디바이더를 성립시키기 때문에, 절연성 웨이퍼 표면의 상단과 웨이퍼 기판 간의 전위차에 의해 아킹이 발생한다. On the other hand, since the substrate potential of, for example, 0V is generated in the substrate of the
이러한 고속의 전압 변화는 폴리이미드(polyimide) 재질의 정전척(20)의 사용기간이 증가됨에 따라 더욱 크게 발생하기 때문에 웨이퍼(50)에 아킹이 많이 발생되고 이에 따라 회로 패턴이 손상된다. This high-speed voltage change is more likely to occur as the service life of the
그러나, 챔버는 밀폐된 공간이기 때문에 아크 발생유무에 즉각적으로 대응하 여 정전척으로 인가되는 전압을 감소시킬 수 없으므로 본 발명에 따른 실험치에 의하여, 정전척의 수명에 따라 아킹이 발생되는 전압 임계점을 확인함으로써 웨이퍼의 아킹 현상을 방지한다. However, since the chamber is an enclosed space, the voltage applied to the electrostatic chuck cannot be reduced immediately in response to the occurrence of arc, and according to the experimental value according to the present invention, the voltage threshold at which arcing is generated according to the life of the electrostatic chuck is confirmed. This prevents the arcing phenomenon of the wafer.
즉, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 좀 더 자세하게는 반사방지막이 형성되지 않은 웨이퍼(wafer)에 서로 수명이 다른 정전척을 설치하여 이에 인가되는 전압값에 따라 웨이퍼의 손상 유무를 감지하여 웨이퍼 손상을 방지할 수 있는 데이터를 얻는다. That is, in the plasma processing apparatus, electrostatic chucks having different lifespans are installed on wafers in which anti-reflection films are not formed in detail, and wafer damage is detected by detecting whether the wafer is damaged according to a voltage value applied thereto. Get the data you can.
도 3에서 도시된 바와 같이, 정전척의 수명에 따라 아킹이 발생하는 시점을 검사할 수 있도록, 사용 수명이 다른 정전척(a, b)을 플라즈마 처리 장치에 장착하고, 반사방지막이 형성되지 않은 웨이퍼를 플라즈마 식각한다. As shown in FIG. 3, in order to inspect the timing at which arcing occurs according to the life of the electrostatic chuck, wafers having electrostatic chucks (a, b) having different service lifes are mounted on the plasma processing apparatus, and the anti-reflection film is not formed. Plasma etch.
사용 수명이 다른 정전척에 전압을 인가하면서 전압값에 따라 웨이퍼의 표면을 광학적으로 검사하거나 또는 회절단면을 검사하여 아킹 발생 임계 전압(Va, Vb)을 도출해낸다. The arcing generation threshold voltages Va and Vb are derived by optically inspecting the surface of the wafer or inspecting the diffraction cross section according to the voltage value while applying voltage to the electrostatic chuck having different service life.
이러한 방법으로 정전척의 수명에 따라 인가하는 아킹이 발생되지 않는 전압을 인가하여 웨이퍼를 식각하면, 웨이퍼의 절연체에 내장된 금속 구조체들 간에 발생할 수 있는 아킹이 방지됨에 따라 웨이퍼의 손상에 따른 공정수율 저하가 방지된다. In this way, when the wafer is etched by applying a voltage that does not generate arcing according to the life of the electrostatic chuck, the arcing that can occur between the metal structures embedded in the insulator of the wafer is prevented, thereby lowering the process yield due to damage to the wafer. Is prevented.
위 실시예는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 여러 방법으로 변경될 수도 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부한 청구범위 및 이들의 법적으로 상당하는 범위에 의해 결정되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that the above embodiments may be modified in many ways without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the invention should be determined by the appended claims and their legally equivalent scope.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 가공 방법은 하기와 같은 장점을 갖는다. As described above, the wafer processing method according to the present invention has the following advantages.
첫째, 정전척의 수명에 따라 인가되는 전압을 조절해주기 때문에 챔버 내부를 모니터링 하는 시스템을 갖지 않은 상태에서도 효과적으로 웨이퍼의 손상을 방지하여 공정수율을 향상시킬 수 있다. First, since the applied voltage is adjusted according to the life of the electrostatic chuck, the process yield can be improved by effectively preventing damage to the wafer even without a system for monitoring the inside of the chamber.
둘째, 정전척에 따른 사전 테스트를 통하여 정전척의 구동 신뢰성을 확보할 수 있으므로 장비의 가동률을 향상시킬 수 있고, 또한, 공정 조건을 안정화할 수 있는 효과가 있다.Second, since the driving reliability of the electrostatic chuck can be secured through the pre-test according to the electrostatic chuck, the operation rate of the equipment can be improved and the process conditions can be stabilized.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |