KR100800726B1 - 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법에 관한 것으로서, 프로세스가스가 공급되는 가스공급관상에 설치되어 프로세스가스가 통과하는 보조챔버와, 보조챔버 내측에 설치되며, 프로세스가스를 1차적으로 플라즈마화시키도록 RF 파워가 인가되는 보조전극과, 가스공급관에 연결되어 보조챔버로부터 1차적으로 플라즈마화된 프로세스가스가 공급되며, 웨이퍼가 내측으로 로딩되는 메인챔버와, 메인챔버 내측에 설치되며, 웨이퍼의 식각이 이루어지도록 RF 파워의 인가에 의해 프로세스가스를 2차적으로 플라즈마화시키는 메인전극을 포함한다. 따라서, 본 발명은 프로세스가스를 미리 플라즈마화시킨 상태에서 식각공정시 재차 플라즈마화시킴으로써 프로세스가스의 플라즈마화 비율을 증대시키고, 이로 인해 웨이퍼에 대한 식각률 및 생산성을 증대시키며, 균일한 식각률로 인하여 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.

플라즈마 식각, 전극, RF 파워, 메인챔버, 보조챔버

Description

웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법{PLASMA ETCHING CHAMBER FOR USING A SEMICONDUCTOR WAFER AND MOTHED USING THEREOF}

도 1은 종래의 기술에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버를 도시한 단면도이고,

도 2는 종래의 기술에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 방법을 도시한 흐름도이고,

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버를 도시한 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 방법을 도시한 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 가스공급관 120 : 보조챔버

130 : 보조전극 131 : RF 파워공급부

140 : 메인챔버 150 : 메인전극

151 : RF 파워공급부 160 : 파워조절부

본 발명은 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법에 관한 것 으로서, 보다 상세하게는 프로세스가스의 플라즈마화 비율을 증대시키고, 이로 인해 웨이퍼에 대한 식각률 및 생산성을 증대시키는 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 노광공정, 확산공정, 식각공정, 화학기상증착공정 등 다양한 단위공정을 실시함으로써 제조되는데, 이러한 단위 공정중의 하나인 식각공정은 건식식각과 습식식각으로 나눌 수 있다. 그 중 건식식각의 일예로써 플라즈마 식각은 진공상태인 식각챔버내의 웨이퍼에 프로세스가스가 투입되어 플라즈마화됨으로써 웨이퍼상의 노광된 부위에 충돌하여 선택적으로 식각이 이루어지는 것이다.

종래의 웨이퍼에 대한 플라즈마 식각을 실시하는 챔버를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버(10)는 웨이퍼(W)가 내측으로 로딩되어 식각되는 공간을 제공하는 공정챔버(11)와, 공정챔버(11) 내측으로 식각을 위한 프로세스가스가 공급되는 가스공급관(12)과, 공정챔버(11) 내측에 설치됨과 아울러 RF 파워의 인가에 의해 프로세스가스를 플라즈마화시킴으로써 웨이퍼(W)의 식각이 이루어지도록 하는 전극(13)을 포함하는데, 공정챔버(11)는 일측의 가스공급관(12)을 통해서 프로세스가스가 공급되며, 바닥에 웨이퍼(W)를 정전기력으로 척킹함과 아울러 RF 파워공급원(14)으로부터 RF 파워가 인가되는 전극(13)이 마련된다.

이와 같은 종래의 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버(10)를 이용한 식각공정은 도 2에 도시된 바와 같이, 식각공정을 위한 웨이퍼(W)가 공정챔버(11) 내부로 로딩되어 전극(13)상에 안착되는 로딩단계(S1)와, 웨이퍼(W)가 로딩된 공정챔버(11)에 가스공급관(12)을 통해서 프로세스가스를 공급하는 단계(S2)와, 공정챔버(11)내의 전극(13)에 RF 파워를 인가하여 프로세스가스가 플라즈마를 형성함으로써 노광되어 있는 웨이퍼(W)상에 부딪히면서 식각이 이루어지도록 하는 웨이퍼식각단계(S3)를 포함한다.

그러나, 이러한 종래의 기술에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각챔버 및 이를 이용한 식각방법은 공정챔버(11) 내에서 프로세스가스가 플라즈마를 형성하여도 프로세스가스 분자 모두가 이온화되는 것이 아니라, 약 1 내지 2%만이 이온화되어 식각공정을 진행하게 되며, 나머지 대부분의 프로세스가스의 입자들은 그대로 배기되거나 웨이퍼 표면으로 떨어져서 공정 진행을 방해하는 문제점을 가지고 있었다.

이러한 문제점으로 인해 웨이퍼에 대한 식각률 및 생산성을 저하시키며, 웨이퍼의 수율을 떨어뜨리는 원인이 되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 프로세스가스를 미리 플라즈마화시킨 상태에서 식각공정시 재차 플라즈마화시킴으로써 프로세스가스의 플라즈마화 비율을 증대시키고, 이로 인해 웨이퍼에 대한 식각률 및 생산성을 증대시키며, 균일한 식각률로 인하여 웨이퍼의 수율을 향상시키는 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버에 있어서, 프로세스가스가 공급되는 가스공급관상에 설치되어 프로세스가스가 통과하는 보조챔버와, 상기 보조챔버 내측에 설치되며, 프로세스가스를 1차적으로 플라즈마화시키도록 RF 파워가 인가되는 보조전극과, 상기 가스공급관에 연결되어 상기 보조챔버로부터 1차적으로 플라즈마화된 프로세스가스가 공급되며, 웨이퍼가 내측으로 로딩되는 메인챔버와, 상기 메인챔버 내측에 설치되며, 웨이퍼의 식각이 이루어지도록 RF 파워의 인가에 의해 프로세스가스를 2차적으로 플라즈마화시키는 메인전극과, 상기 보조전극으로 공급되는 RF 파워의 세기를 조절하는 파워조절부를 포함하고, 상기 보조전극으로 공급되는 RF 파워는 100kHz∼800kHz의 저주파를 이용하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버(100)는 프로세스가스가 공급되는 가스공급관(110)과, 가스공급관(110)상에 설치되는 보조챔버(120) 와, 보조챔버(120) 내측에 설치되는 보조전극(130)과, 가스공급관(110)에 연결됨과 아울러 웨이퍼(W)가 내측으로 로딩되는 메인챔버(140)와, 메인챔버(140) 내측에 설치되는 메인전극(150)을 포함한다.

가스공급관(110)은 외부의 프로세스가스공급부로부터 프로세스가스를 공급받으며, 이 때 공급되는 프로세스가스는 공정 특성에 따라 선택적으로 사용된다.

보조챔버(120)는 프로세스가스가 공급되는 가스공급관(110)상에 설치되어 프로세스가스가 통과하는 공간을 제공하며, 내측에 보조전극(130)이 마련된다.

보조전극(130)은 가스공급관(110)에 의해 공급되어 보조챔버(120)를 통과하는 프로세스가스를 1차적으로 플라즈마화시키기 위하여 RF 파워공급부(131)로부터 RF 파워가 인가된다.

보조전극(130)에 RF 파워를 공급하는 RF 파워공급부(131)는 저주파, 구체적이고도 바람직하게는 프로세스가스를 적어도 1차적으로 플라즈마화시킴과 아울러 웨이퍼의 식각률 증가 대비 효율성을 고려하여 100kHz∼800kHz의 저주파를 이용한 RF 파워를 공급한다.

한편, 보조전극(130)으로 공급되는 RF 파워의 세기를 조절하기 위한 파워조절부(160)가 구비된다.

보조전극(130)으로 공급되는 RF 파워의 세기를 조절하는 파워조절부(160)가 구비되는데, 파워조절부(160)는 비아 형성이나 에치 백 공정 등과 같이 식각 공정의 특성상 요구되는 식각률에 비례하여 RF 파워의 세기를 조절하게 된다.

메인챔버(140)는 가스공급관(110)이 최종적으로 연결됨으로써 보조챔버(120) 로부터 1차적으로 플라즈마화된 프로세스가스가 내측으로 공급되고, 바닥면에 메인전극(150)이 마련되며, 정전기척으로서도 역할을 하는 메인전극(150)상에 내측으로 로딩되는 웨이퍼(W)가 안착된다.

메인전극(150)은 웨이퍼(W)의 식각이 이루어지도록 RF 파워공급부(151)로부터 인가되는 RF 파워에 의해 보조챔버(120)에서 프로세스가스를 2차적으로 플라즈마화시킨다.

이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버(100)에 대한 작용을 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 방법과 함께 상세히 설명하기로 하겠다.

도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 방법을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 방법은 로딩단계(S10)와, 1차 플라즈마화단계(S20,S30)와, 2차 플라즈마화 및 식각단계(S40,S50)를 포함한다.

로딩단계(S10)는 식각이 필요한 웨이퍼(W)를 웨이퍼트랜스퍼(미도시)에 의해 메인챔버(140) 내부로 로딩하여 정전기척의 역할을 하는 메인전극(150)상에 안착시킨다.

1차 플라즈마화단계(S20,S30)는 메인챔버(140)내에 웨이퍼(W)가 로딩되면, 프로세스가스를 RF 파워가 인가되는 보조챔버(120)로 공급하여 1차로 플라즈마화시키는 단계로서, 프로세스가스를 가스공급관(110)을 통해서 보조챔버(120)로 공급하는 가스예비공급단계(S20)와, 프로세스가스가 공급되는 보조챔버(120) 내측의 보조전극(130)에 RF 파워공급부(131)로 RF 파워가 인가되도록 함으로써 보조챔버(120) 내측의 프로세스가스를 1차로 플라즈마화시키는 1차플라즈마생성단계(S30)로 이루어진다.

한편, 1차플라즈마생성단계(S30)는 파워조절부(160)에 의해 비아 형성이나 에치 백 공정 등과 같이 식각 공정의 특성상 요구되는 식각률에 비례하여 RF 파워의 세기를 조절한다.

2차 플라즈마화 및 식각단계(S40,S50)는 보조챔버(120)를 통과함으로써 1차로 플라즈마화된 프로세스가스를 가스공급관(110)을 통해서 메인챔버(140)로 공급하는 가스공급단계(S40)와, 메인챔버(140) 내부에 위치하는 메인전극(150)에 RF 파워공급부(151)로부터 RF 파워를 인가함으로써 1차적으로 플라즈마화된 프로세스가스를 2차적으로 플라즈마화시킴으로써 노광되어 있는 웨이퍼(W)상에 부딪쳐서 식각이 실시되도록 하는 단계(S50)로 이루어진다.

이상과 같이, 각각의 단계에 의해 프로세스가스를 미리 1차적으로 플라즈마화시켜서 메인챔버(140)로 공급되도록 함으로써 프로세스가스가 플라즈마화되어 이온화되는 비율을 증가시키며, 기존의 단일 플라즈마 생성시보다 이온화되는 프로세스가스 입자들의 비율이 두 배 이상 증가하게 되며, 식각률(etch rate)이 상대적으로 빨라지게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법은 프로세스가스를 미리 플라즈마화시킨 상태에서 식각공정시 재차 플라즈마화시킴으로써 프로세스가스의 플라즈마화 비율을 증대시키고, 이로 인해 웨이퍼에 대한 식각률 및 생산성을 증대시키며, 균일한 식각률로 인하여 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버와 이를 이용한 식각 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버에 있어서,

   프로세스가스가 공급되는 가스공급관상에 설치되어 프로세스가스가 통과하는 보조챔버와,

   상기 보조챔버 내측에 설치되며, 프로세스가스를 1차적으로 플라즈마화시키도록 RF 파워가 인가되는 보조전극과,

   상기 가스공급관에 연결되어 상기 보조챔버로부터 1차적으로 플라즈마화된 프로세스가스가 공급되며, 웨이퍼가 내측으로 로딩되는 메인챔버와,

   상기 메인챔버 내측에 설치되며, 웨이퍼의 식각이 이루어지도록 RF 파워의 인가에 의해 프로세스가스를 2차적으로 플라즈마화시키는 메인전극과,

   상기 보조전극으로 공급되는 RF 파워의 세기를 조절하는 파워조절부를 포함하고,

   상기 보조전극으로 공급되는 RF 파워는 100kHz∼800kHz의 저주파를 이용하는 것

   을 특징으로 하는 웨이퍼의 플라즈마 식각 챔버.
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