KR100734777B1 - 웨이퍼 에지 식각 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기장을 이용한 웨이퍼 에지 식각 장치 및 방법에 관한 것으로, 하우징과, 상기 하우징 내에 배치된 고리 모양의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 비해 작은 직경을 갖도록 상기 하우징 내에 배치된 고리 모양의 자성체와, 상기 제1 전극과 대향하도록 상기 하우징 외에 배치되어 상기 제1 전극과의 사이에 플라즈마가 형성되도록 하는, 웨이퍼가 놓이는 제2 전극을 포함하며, 상기 플라즈마는 상기 자성체의 자계에 의해 상기 웨이퍼의 에지 부위에 한정되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 자계를 이용하여 전자가 웨이퍼 바깥 방향으로 향하게 함으로써 웨이퍼 안쪽으로 플라즈마를 침투하지 못하게 하여 웨이퍼 에지에 형성된 박막을 원하는 부분만큼 식각할 수 있게 된다. 또한, 플라즈마의 웨이퍼 안쪽으로의 침투를 저지할 수 있게 됨으로써 박막의 슬로프 현상을 조절하고 제어할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 웨이퍼 에지 식각 장치 및 방법을 사용하여 웨이퍼 에지를 식각 공정을 수행하므로써 웨이퍼의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

반도체, 웨이퍼, 베벨 공정

Description

웨이퍼 에지 식각 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ETCHING WAFER EDGE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치를 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 하우징 내의 구성을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시에에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 플라즈마 헤드셋을 도시한 저면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 자계에 따른 플라즈마의 형성 범위의 한계를 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 자계에 따른 플라즈마의 형성 범위의 한계를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100; 웨이퍼 에지 식각 장치 102; 플라즈마 헤드셋

110; 하우징 112; 금속 전극

114; 절연체 116; 자석

118; 자계 120; 전극 지지대

130; 접지 전극 140; 반응 가스 공급구

200; 플라즈마 300; 박막

본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 에지를 플라즈마를 이용하여 식각하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 산업에 있어서, 웨이퍼는 가공 과정 예컨대, 여러가지 물질의 박막을 웨이퍼 표면에 성장시키거나 더하는 막형성, 웨이퍼로부터 박막을 선택적으로 제거하는 패턴 형성, 웨이퍼의 선택된 영역의 저항성과 전도성 변화를 위해 도펀트(Dopant)를 첨가하는 이온 주입 공정 등의 여러가지의 웨이퍼 가공 과정을 거치게 된다. 이때, 웨이퍼는 그 표면에만 가공이 이루어지는 것이 아니고 막질이 웨이퍼의 에지로부터 베벨(bevel)쪽으로 타고 흘러 내려 웨이퍼의 배면으로까지 불필요한 막질이 형성된다. 이와 같이 불필요하게 형성된 막질은 파티클(Particle) 발생요소로 작용하여 웨이퍼의 칩 부위에 악영향을 끼쳐 반도체 디바이스의 수율을 저하시키게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 웨이퍼 에지 내지는 베벨 부분에 증착된 박막을 이른바 베벨(bevel) 공정이라는 과정을 통해 선택적으로 식각한다. 이러한 베벨 공정에 의해 웨이퍼 가공 공정 중에 오염원으로 발생될 수 있는 불필요한 물질을 제거하고 웨이퍼에 가해지는 스트레스를 감소하여 보다 개선된 공정을 가능케 할 수 있는 것이다.

웨이퍼 에지 식각 방법으로는 건식 또는 습식 식각 방법이 사용되고 있다. 습식 식각 방법은 웨이퍼 베벨 내지 에지에 있는 박막을 제거하는데 효과적으로 활용되고 있다. 그러나, 습식 식각 방법은 공정 관리가 어렵고 에천트에 소모되는 비용 등 운전비용이 높을 뿐만 아니라 런타임이 길어 생산성이 좋지 않다. 게다가, 산화막과 질화막이 적층된 다층 박막인 경우 등방성 식각 특성에 의해 각 박막의 선택비 차이에 따른 슬로프 현상과 에지 측벽에 잔류하는 파티클로 인해 수율이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 점 때문에 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법이 널리 시행되는 것이 현재의 추세이다.

본 발명은 종래 기술에서의 요구와 필요에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 에지를 식각하는 웨이퍼 에지 식각 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치는 플라즈마를 이용한 웨이퍼 에지 식각시 자계를 이용하여 플라즈마를 웨이퍼 에지 부분에 한정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치는, 하우징과, 상기 하우징 내에 배치된 고리 모양의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 비해 작은 직경을 갖도록 상기 하우징 내에 배치된 고리 모양의 자성체와, 상기 제1 전극과 대향하도록 상기 하우징 외에 배치되어 상기 제1 전극과의 사이에 플라 즈마가 형성되도록 하는, 웨이퍼가 놓이는 제2 전극을 포함하며, 상기 플라즈마는 상기 자성체의 자계에 의해 상기 웨이퍼의 에지 부위에 한정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 자성체는 원주 방향으로 N극과 S극이 교대로 배열된 다극성 자석(multipolar magnet)을 포함한다. 상기 다극성 자석은 상기 플라즈마가 상기 웨이퍼의 중심부쪽으로 침투하는 것을 억제하도록 자계를 발생시킨다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하우징에는 상기 플라즈마를 발생시키기에 필요한 반응 가스를 공급하는 공급구가 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 전극은 접지 전극이다. 상기 제1 전극은 전압이 인가되는 금속 전극이다. 상기 금속 전극은 절연체로 둘러싸여 있다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 변형 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치는, 원통형의 하우징과, 상기 하우징 내에 배치되어 전압이 인가되는, 절연체로 둘러싸인 고리 모양의 금속 전극과, 상기 금속 전극과는 상하 대향하도록 상기 하우징의 하측 외부에 배치되어 상기 금속 전극과의 사이에 플라즈마가 형성되도록 하는, 웨이퍼가 놓이는 접지 전극과, 상기 금속 전극에 비해 작은 직경을 갖도록 상기 하우징 내에 배치되어, 상기 플라즈마가 상기 웨이퍼의 중심부쪽으로 침투하는 것을 억제하도록 하는 자계를 발생시키는 고리 모양의 자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형 실시예에 있어서, 상기 자석은 N극과 S극이 원주 방향으로 교대로 배열된 다극성 자석이다.

본 발명의 변형 실시예에 있어서, 상기 하우징에는 상기 플라즈마의 발생에 필요한 반응 가스가 공급되는 공급구가 형성되어 있다.

본 발명에 의하면, 자계를 이용하여 전자가 웨이퍼 바깥 방향으로 향하게 함으로써 웨이퍼 안쪽으로 플라즈마를 침투하지 못하므로 웨이퍼 에지에 형성된 박막을 원하는 부분만큼 식각할 수 있게 된다. 또한, 플라즈마의 웨이퍼 안쪽으로의 침투를 저지할 수 있게 됨으로써 박막의 슬로프 현상을 조절하고 제어할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 웨이퍼 에지 장치 및 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

종래 기술과 비교한 본 발명의 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치를 도시한 측면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치(100)는 웨이퍼(W)를 장착하는 웨이퍼 지지부(130)를 갖는다. 이 웨이퍼 지지부(130)는 접지 전극(ground electrode) 역할을 한다. 웨이퍼 지지부(130) 상측에는 반응 가스가 공급되어 플라즈마를 발생시키는 전극 지지대(120)가 연장 설치된 원통 형상의 플라즈마 헤드셋(102;plasma headset)이 배치된다. 플라즈마 헤드셋(102)에는 반응 가스는 불소계 가스, 가령 CF₄ 또는 SF₆ 가스가 공급되는 공급구(140)를 갖는 하우징(110;housing)을 포함한다. 여기서, 반응 가스는 위에서 든 불소계 가스(CF₄ 또는 SF₆ 가스) 이외에 식각 과정에 적합한 가스도 가능함은 물론이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 하우징 내의 구성을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시에에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 플라즈마 헤드셋을 도시한 저면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 하우징(110) 내에는 세라믹과 같은 절연체(114)로 둘러싸인 전극(112)이 배치된다. 이 전극(112)은 고전압이 인가되는 가령 금속으로 구성된다. 이러한 금속 전극(112)은 원형의 하우징(110) 내에 배치되기에 적합한 형태, 예를 들어 전체적으로는 고리 모양의 형상을 갖는다. 고리 모양의 금속 전극(112)의 직경은 웨이퍼(W)의 직경과 동일하거나 이에 근접하는 것이 바람직하다. 고리 모양의 금속 전극(112)의 직경은 웨이퍼(W)의 직경과 동일하거나 이에 근접하게 되면 금속 전극(112)의 하부에서 생성되는 플라즈마(200)를 웨이퍼(W) 에지에 한정하기에 적합하기 때문이다.

고리 모양의 금속 전극(112)을 둘러싸는 절연체(114) 역시 고리 모양의 형상 을 갖는다. 이 고리 모양의 금속 전극(112) 보다 더 안쪽으로는 역시 고리 모양의 자성체(116)가 배치된다. 자성체(116)로는 N극과 S극이 원주 방향으로 번갈아 형성되어 있는 다극 자석(multipolar magnet)이 것이 바람직하다.

하우징(110)에 형성된 공급구(140)를 통해 반응 가스가 하우징(110) 내로 유입되고 금속 전극(114)에 전압이 인가되면 금속 전극(114)과 접지 전극(130) 사이에는 존재하는 반응 가스는 플라즈마(200)로 된다. 또한, 자성체(116)의 자계에 의해 플라즈마(200)는 웨이퍼(W)의 에지 상에 한정되어 형성된다. 이에 따라, 플라즈마(200) 내의 이온 또는 중성 라디칼(radical)이 웨이퍼(W)의 에지 부분에 충돌하여 웨이퍼(W)의 에지 부분에 형성된 박막의 분자 결합을 깨뜨리고, 이 과정에서 웨이퍼(W)의 에지 부분이 식각된다. 가령, 반응 가스로서 CF₄ 가스를 이용하는 경우 반응 가스 CF₄ 가스는 이하의 화학식 1 또는 화학식 2와 같이 분해된다.

CF₄ →CF₃ + F

CF₄ →CF₂ + 2F

상기 화학식 1 또는 2와 같이 CF₄ 가스가 분해되어 중성 F 라디칼이 생기고, 중성 F 라디칼이 웨이퍼(W)의 에지 부분에 형성된 박막과 반응하여 휘발성의 화합물로 변하면서 웨이퍼(W) 에지 부분이 식각되는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 자계에 따른 플라즈마의 형성 범위의 한계를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에지 식각 장치에 있어서 자계에 따른 플라즈마의 형성 범위의 한계를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 다극 자석(116)이 형성되어 있으면 각 N극과 S극 사이에는 일정한 세기의 자계(118;magnet field)가 다수 형성된다. 자계(118)에 의해 플라즈마(200) 내의 전자 또는 이온의 운동 방향이 웨이퍼(W)의 바깥쪽으로 향하게 된다. 따라서, 플라즈마(200)는 웨이퍼(W)의 에지 부분에 한정된다.

이를 달리 표현하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마(200) 내의 전자 또는 이온(212)이 웨이퍼(W) 안쪽으로 침투하려는 경향과 자계(116)에 따른 전자 또는 이온(212)의 웨이퍼(W) 바깥쪽으로 향하려는 경향이 평형을 이루어 경계선(400)을 이룬다. 이 경계선(400) 안쪽, 즉 웨이퍼(W) 안쪽으로 플라즈마(200)가 침투하지 못하게 됨으로써 웨이퍼(W) 상에 형성된 박막(300) 중 에지 부분에 형성된 박막(302)만이 제거되는 것이다. 또한, 경계선(400) 안쪽으로 플라즈마(200)가 침투하지 못하므로 박막(300)의 슬로프 현상이 나타나지 않게 된다. 한편, 이 경계선(400)은 자계의 세기에 의해 그 위치가 임의적으로 바뀔 수 있다. 따라서, 박막(300)의 식각 범위를 임의적으로 설정할 수 있게 된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 자계를 이용하여 전자가 웨이퍼 바깥 방향으로 향하게 함으로써 웨이퍼 안쪽으로 플라즈마를 침투하지 못하게 하여 웨이퍼 에지에 형성된 박막을 원하는 부분만큼 식각할 수 있게 된다. 또한, 플라즈마의 웨이퍼 안쪽으로의 침투를 저지할 수 있게 됨으로써 박막의 슬로프 현상을 조절하고 제어할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 웨이퍼 에지 식각 장치를 사용하여 웨이퍼 에지를 식각 공정을 수행하므로써 웨이퍼의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 하우징과;

   상기 하우징 내에 배치된 고리 모양의 제1 전극과;

   상기 제 1 전극과 대향하도록 상기 하우징 외에 배치되어 상기 제 1 전극과의 사이에 플라즈마가 형성되도록 하는, 웨이퍼가 놓이는 제 2 전극과;

   상기 플라즈마가 자계에 의해 상기 웨이퍼의 에지 부위에 한정되도록 상기 제 1 전극의 내측 하부에 배치되며, 상기 제 1 전극에 비해 작은 직경을 가지는 고리 모양의 자성체;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자성체는 원주 방향으로 N극과 S극이 교대로 배열된 다극성 자석(multipolar magnet)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 다극성 자석은 상기 플라즈마가 상기 웨이퍼의 중심부쪽으로 침투하는 것을 억제하도록 자계를 발생시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 하우징에는 상기 플라즈마를 발생시키기에 필요한 반응 가스를 공급하는 공급구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 원통형의 하우징과;

   상기 하우징 내에 배치되어 전압이 인가되는, 절연체로 둘러싸인 고리 모양의 금속 전극과;

   상기 금속 전극과는 상하 대향하도록 상기 하우징의 하측 외부에 배치되어 상기 금속 전극과의 사이에 플라즈마가 형성되도록 하는, 웨이퍼가 놓이는 접지 전극과;

   상기 금속 전극에 비해 작은 직경을 가지며, 그리고 상기 금속 전극의 내측 하단에 배치되어 상기 플라즈마가 상기 웨이퍼의 중심부 쪽으로 침투하는 것을 억제하도록 하는 자계를 발생시키는 고리 모양의 자석;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 자석은 N극과 S극이 원주 방향으로 교대로 배열된 다극성 자석인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 하우징에는 상기 플라즈마의 발생에 필요한 반응 가스가 공급되는 공급구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 장치.
11. 웨이퍼 에지 부위의 상부에 플라즈마를 생성하고,

    상기 웨이퍼의 중심부로부터 에지 부위 방향으로 자력을 작용시켜, 상기 웨이퍼의 에지 부위에 생성된 상기 플라즈마가 상기 웨이퍼의 중심부 쪽으로 침투하는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 식각 방법.

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