KR101276318B1 - 원격 플라즈마 발생장치를 이용한 웨이퍼 뒷면 건식 식각 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응기(Chamber) 외부에서 플라즈마를 발생시켜 고효율의 활성종(Radical)을 만들어 반응기 내부로 공급하여 건식식각(Dry Etching)을 진행함으로써 반도체 소자(Device)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 가장 큰 특징은 반응기 외부에서 플라즈마를 발생시켜 반응용 활성종(Radical)을 만들어 웨이퍼가 있는 반응기로 공급하는 것이며, 소자가 형성되어 있는 웨이퍼의 앞면에 물리적, 화학적 손상을 주지 않으며 뒷면만을 건식식각 하는 공정을 수행하도록 하는 방식을 특징으로 한다.

Description

원격 플라즈마 발생장치를 이용한 웨이퍼 뒷면 건식 식각 방법{Dry Etching Method of Wafer Backside Using Remote Plasma Generator}

본 발명은 반도체 제조 공정 중에 웨이퍼의 뒷면에 생성된 다층의 필름을 선택적으로 건식 식각하는 공정 및 장치에 관한 것으로, 반도체 제조에 있어 원격 플라즈마 발생장치(Remote Plasma Generator)를 이용해서 웨이퍼 앞면에 손상 없이 뒷면에 생성된 다층의 필름을 선택적으로 건식 식각 하는 방법이다.

반도체 제조는 웨이퍼 앞면에 소자(Device)를 형성하는 과정으로 이를 수행하기 위하여 여러 공정을 반복적으로 실시하는데 특히 증착 과정에서 웨이퍼의 앞면 뿐 아니라 뒷면에 여러 필름이 반복적으로 증착하게 된다. 현재 반도체 회로가 미세화 되고 다양한 필름을 사용하게 되면서 반도체 제조 시 발생되고 있는 문제로, 웨이퍼 뒷면에 여러 필름의 증착현상으로 300mm 웨이퍼가 휘거나, 웨이퍼 뒷면의 평탄도가 좋지 않아 포토(Photo)공정의 포토 마스킹(Photo Masking) 공정 진행시 초점 이탈(Defocusing) 등의 공정문제, 생산성저하 문제가 발생하게 된다. 이를 기존에 습식(Wet Chemical Etch) 방식으로 웨이퍼 뒷면을 식각 처리 하고 있으나, 공정 중 발생한 반응성 연기(Chemical Fume)등이 결함의 원인이 되고, 다수의 불필요한 층(필름)의 제거에 한계가 있었다.

소자(Device)가 형성된 웨이퍼의 앞면에 Pattern attack등 물리적, 화학적 손상이 없어야 하며, 웨이퍼 뒷면만을 일정하게 원하는 만큼 선택적으로 건식 식각(Dry Etch)하여 불필요한 층을 제거해야 한다. 이를 실현하기 위해 웨이퍼 척(Chuck)의 가공형상 및 웨이퍼와 척(Chuck) 사이의 공간 압력제어(Pressure control) 기술이 필요하다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 반응기(Chamber) 외부에서 고효율의 원격 플라즈마 발생장치(Remote Plasma Generator)를 이용하여 활성종(Radical)을 발생시켜 반응기 내부로 공급하는 방식을 고안해 웨이퍼 앞면에 형성된 소자(Device)에 손상을 주지 않고 웨이퍼 뒷면만을 건식 식각(Dry Etching)을 하는 방법을 개발하였다.

상기한 바와 같이 현재 반도체 제조 공정이 점점 미세화 되어가면서 증착(Deposition)공정에 의한 웨이퍼의 휨 및, 포토 마스킹 공정에서의 초점 이탈(Defocus)에 의한 수율 저하가 큰 문제로 대두되고 있으나 종래의 습식 방법으로는 그 문제해결에 있어 한계가 나타나고 있다.

이러한 문제를 고효율의 원격 플라즈마 발생장치(Remote Plasma Generator)를 이용하고, 웨이퍼 앞면의 손상 없는 웨이퍼 척(Chuck) 구조 및 제어방법을 통하여 반도체 생산 공정의 큰 문제를 해결함으로써 소자(Device) 생산업체에 큰 이익 창출 및 국내 반도체 생산용 장비 업체의 큰 이익 창출 및 수출에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 웨이퍼 척 구조를 나타내는 도면
도 2는 웨이퍼를 뒤집어서 건식 식각 방법을 나타내는 도면
도 3은 웨이퍼를 상부로 위치시켜 건식 식각하는 방법을 나타내는 도면

본 발명의 웨이퍼 뒷면 건식 식각 방법은 하기의 단계로 이루어진다.

1단계

소자(Device)가 형성된 웨이퍼 앞면을 물리적인 접촉으로부터 보호하기 위하여 웨이퍼가 웨이퍼 척(Chuck)에 안착된 모습이 도 1 의 치수와 같이 웨이퍼(10)의 테두리(Edge)부위 1~ 2mm만 접촉할 수 있도록 하며 공정 진행 중 웨이퍼의 변형에 의한 물리적인 접촉이 일어날 수 없도록 웨이퍼 앞면(11)과 웨이퍼 척(20)사이의 공간을 도 1의 치수와 같이 1~ 5mm 사이로 하며 웨이퍼가 안착되는 단의 깊이를 도 1의 치수과 같이 0.2~ 10mm 사이로 하는 웨이퍼 척(Chuck)의 형상을 가공한다.

2단계

소자가 형성된 웨이퍼 앞면을 공정 진행 중 화학적인 반응에 의한 손상으로부터 보호하기 위하여 웨이퍼 앞면(11)과 척(20) 사이에 확보된 1~ 5mm 정도의 공간에 공정진행 중 불활성 가스(N₂, He, Ar)를 주입하여 웨이퍼와 웨이퍼 척 사이의 압력을 공정 압력 보다 높게 하여 활성종(Radical)의 유입을 차단한다.

3단계

웨이퍼(10)가 반응기(Chamber)의 웨이퍼 척(20)에 안전하게 안착 되면, 반응기(Chamber) 외부에 설치된 고효율의 원격 플라즈마 발생장치(30)를 가동시켜 활성종(Radical)을 발생시켜 반응기(Chamber) 안으로 확산기(Diffuser)를 통해 공급하여 건식식각(Dry Etching)이 이루어지게 한다(도 2, 도 3 참조). 상기 웨이퍼는 뒤집어서(도 2) 또는 상부로 붙여서(도 3) 식각 공정을 진행할 수 있다.

이때 공급되는 Gas는 CxFx 및 NF₃, O₂, Ar, N₂, SF₆, CHF₃, Cl₂, HBr, NH₃, H₂N₂, H₂ 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 식각 공정 가스는 바람직하게는 NF₃/O₂, NF₃/Ar ,NF₃/O₂/CHF₃, NF₃/Ar/CHF₃, CF₄/O₂, CF₃/Ar, CF₃/CHF₃/Ar, CHF₃/CF₄/O₂/Ar, SF₆/O₂, SF₆/Ar, SF₆/CHF₃/O₂ 및 SF₆/CHF₃/CF₄/O2 로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.

공정 압력은 100mTorr ~ 3Torr, RF Power는 3Kw~10Kw이다.

하기 표 1 및 표 2에 본 발명의 원격 플라즈마 발생기를 이용한 실험결과를 게시하였다.

비교대상 FILM (Nitride)	Power (KW)	압력 (mTorr)	사용 Gas (sccm)		식각률, Uniformity (Å/min)/%
			Gas (NF3)	Gas(O2)
A (Nitride)	6	290	2500	200	1880 / < 5%
A (Nitride)	6	2500	2500	200	5200 / < 5%

비교대상 FILM　 (Poly Si)	Power (KW)	압력 (mTorr)	사용 Gas (sccm)		식각률, Uniformity (Å/min)/%
			Gas (NF3)	Gas(O2)
B (POLY)	5	400	1000	200	6100 / < 5%
B (POLY)	5	180	900	300	2500 / < 5%

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 원격 플라즈마 발생장치를 이용한 본 발명의 건식 식각방법은 고도의 활성종(Radical)을 생성하여 강력한 등방성 식각(ISOTROPIC Etch) 특성을 나타낸다. 또한 뜨거운 플라즈마로서 공정 진행 시 웨이퍼 표면의 건식 세정 효과도 있다.

10 : 웨이퍼
11 : 웨이퍼 앞면 12 : 웨이퍼 뒷면
20 : 웨이퍼 척
30 : 원격 플라즈마 발생장치
40 : 확산기
41 : 확산기 플레이트

Claims (1)

1. 웨이퍼 앞면 테두리(Edge) 1~ 2mm 만 접촉하고, 웨이퍼 앞면과 웨이퍼 척의 공간은 1~ 5mm이며, 웨이퍼가 안착되는 단의 깊이가 0.2~10mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척(Chuck)의 구조.

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