KR20020043954A - 반도체 장치의 제조에서 건식 식각 장치 - Google Patents

Abstract

프로파일이 향상된 콘택을 형성할 수 있는 건식 식각 장치가 개시되어 있다. 식각 공정이 수행되는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 설치하여 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 에노드와, 상기 에노드와 대향하도록 설치하여 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드와, 상기 케소드의 상부에 구비되는 웨이퍼 척과, 상기 웨이퍼 척의 측면에서 상기 웨이퍼 척에 놓여진 웨이퍼 가장자리의 하부면을 지지하도록 형성되고, 상기 웨이퍼의 측면 부근에는 돌출턱이 형성된 일체형의 새도우 링으로 구성된다. 따라서 상기 섀도우 링의 부근에 위치한 웨이퍼 가장자리로 공급되는 플라즈마가 휘는 현상이 최소화되어 프로파일이 향상된 콘택을 형성할 수 있다.

Description

반도체 장치의 제조에서 건식 식각 장치{Apparatus for dry etching in semiconductor device processing}

본 발명은 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 표면에 균일하게 플라즈마를 공급하여 콘택 프로파일을 향상할 수 있는 건식 식각 장치에 관한 것이다.

반도체 장치를 제조하기 위한 식각 기술은 반도체 기판상에 형성시킨 막들의 소정 부위를 제거하여 상기 막들을 원하는 패턴으로 가공하는 기술로써, 0.15㎛ 이하의 디자인룰(design rule)을 요구하는 최근의 반도체 장치의 제조에서는 플라즈마를 이용하는 건식 식각 장치를 주로 사용한다.

상기 건식 식각 장치의 구성은 건식 식각 공정이 수행되는 챔버와, 플라즈마를 형성하기 위한 파워를 공급하는 케소드 및 에노드, 웨이퍼가 놓여지는 척, 및 상기 웨이퍼 척의 손상을 방지하고 식각 균일성을 향상하기 위한 섀도우 링(shadow ring)을 포함한다. 상기 건식 식각 장치에 대한 일 예가 트로우 등(Trow et al.)에게 허여된 미 합중국 특허 제5,824,607호와 코린스 등(Collins et al.)에게 허여된 미 합중국 특허 제5,888,414호에 개시되어 있다.

도 1은 종래의 건식 식각 장치에 구비되는 섀도우 링을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1를 참조하면, 건식 식각을 수행하기 위한 장치에서 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 척(10)이 구비된다. 상기 웨이퍼 척(10)은 상기 웨이퍼(W)의 지름보다 작도록 구비된다. 그리고 상기 웨이퍼 척(10) 및 상기 웨이퍼 척(10)에 놓여지는웨이퍼(W)의 측면으로 섀도우 링(12)이 구비된다. 상기 섀도우 링(12)은 도시된 바와 같이 세 부분을 결합한 결합체로 구성한다. 구체적으로 석영 유리(Quartz)로 형성되는 제1 부분(12a)과 상기 제1 부분(12a)과 착탈 가능한 구성을 갖고 상기 웨이퍼의 가장자리 하부를 지지하는 영역에 형성되는 제2 부분(12b) 및 상기 제1 영역의 상부에 구비되어 돌출하는 구성을 갖는 제3 부분(12c)이 형성되고, 상기 각각의 부분들이 결합하여 구성된다. 상기 제2 부분 및 제3 부분은 실리콘(Si) 재질로 형성된다. 이렇게 형성된 섀도우 링에 의해 상기 웨이퍼를 건식 식각할 때 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 척이 식각되어 손상되는 것을 방지한다.

그러나 상기 3부분이 결합된 형태의 섀도우 링을 구비한 식각 장치를 이용하여 식각을 수행하면 웨이퍼 표면의 가장자리 영역에서의 콘택의 수직 프로파일이 양호하지 못하다.

도 2는 종래의 섀도우 링이 구비된 식각 장치에서 식각을 수행하여 발생된 콘택 휨을 설명하기 위한 도면이다.

상기 3부분이 결합된 형태의 섀도우 링을 구비한 식각 장치를 이용하여 식각을 수행하면 상기 콘택의 측벽(20a)이 휘게된다. 즉 도시한 바와 같이 콘택의 입구 부분(20b)의 중심과 콘택 하부면(20c)의 중심이 어긋나게 되어 정확한 위치에서 콘택이 이루어지지 못한다. 상기 콘택이 휘게 되는 이유는, 상기 섀도우 링이 제1 부분 내지 제3 부분이 결합하여 이루어지므로 결합 부분에 미세한 틈이 형성되고, 상기 틈으로 플라즈마가 공급되어 식각이 이루어지므로 상기 섀도우 링과 인접한 웨이퍼 표면의 가장자리 부분에서 플라즈마의 포커싱이 정상적으로 이루어지지 않기때문이다. 이와 같이 콘택의 휨이 발생하여 상기 콘택의 정확한 위치에 형성되지 않음으로 반도체 장치의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은, 웨이퍼 표면에 균일하게 플라즈마를 공급하여 콘택 프로파일을 향상할 수 있는 건식 식각 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 건식 식각 장치에 구비되는 섀도우 링을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 종래의 섀도우 링이 구비된 식각 장치에서 식각을 수행하여 발생된 콘택 휨을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섀도우 링을 설명하기 위한 상면도이다.

도 5는 도 4의 섀도우 링을 설명하기 위한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치에서 식각을 수행한 콘택을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 챔버 32 : 에노드

34 : 케소드 36 : 웨이퍼 척

38 : 섀도우 링 W : 웨이퍼

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각장치는, 식각 공정이 수행되는 챔버와, 상기 식각 공정을 수행하기 위한 플라즈마를 생성하기 위해 상기 챔버의 상부에서 파워가 공급되는 에노드와, 상기 에노드와 대향하도록 상기 챔버의 하부에 설치하며, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드와 상기 케소드의 상부에 웨이퍼가 놓여지기 위해 설치되고, 상기 웨이퍼보다 지름이 작게 구성되어진 웨이퍼 척과, 상기 웨이퍼에 의해 지지되지 않는 상기 웨이퍼의 가장자리의 하부를 지지하면서, 상기 웨이퍼의 측면 부근에 돌출턱이 형성되어지는 일체형의 새도우 링을 포함한다.

따라서 상기 섀도우 링이 일체형으로 구성됨에 따라 상기 섀도우 링으로 플라즈마가 균일하게 공급되고, 이에 따라 콘택 휨이 발생하지 않는 양호한 수직 프로파일을 갖는 콘택을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3을 참조하면, 웨이퍼의 건식 식각 공정을 수행하기 위한 챔버(30)가 구비된다. 상기 챔버(30)의 상부에 설치하며, 상기 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 에노드(32)가 구비된다, 그리고 상기 에노드(32)와 대향하도록 상기 챔버(30)의 하부에 설치하며, 상기 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드(34)가 구비된다. 상기 케소드(34)의 상부에는 웨이퍼(W)가 놓여지기 위한 웨이퍼 척(36)이 놓여진다. 그리고 상기 웨이퍼 척(36) 및 상기 웨이퍼 척(36)에 놓여지는 웨이퍼(W)의 측면으로 섀도우 링(38)이 구비된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 섀도우 링을 설명하기 위한 상면도이고, 도 5는 도 4의 섀도우 링을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4 및 도 5에서는, 도 3에서 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서 동일한 참조부호를 사용한다.

도 4를 참조하면, 상기 섀도우 링(38)은 웨이퍼(W)의 가장자리를 지지하면서 상기 웨이퍼(W)의 측면에서 연장되도록 링 형태를 가진다. 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

도 5를 참조하면, 상기 챔버의 하부에 설치되고, 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드(34)가 구비된다. 상기 케소드(34)의 상부에 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 척(36)이 구비된다. 이 때 상기 웨이퍼 척(36)은 상기 놓여지는 웨이퍼(W)의 지름보다 작게 형성된다. 만일 상기웨이퍼 척(36)이 상기 놓여지는 웨이퍼(W)의 지름보다 크게되면, 상기 웨이퍼 척(36)의 가장자리 부분이 플라즈마에 노출되어 식각되어 상기 웨이퍼 척(36)의 손상을 초래하게 되므로, 상기 웨이퍼 척(36)은 상기 웨이퍼(W)의 지름보다 작게 형성된다. 그리고 상기 웨이퍼 척(36)과 상기 웨이퍼 척(36)에 놓여진 웨이퍼(W)의 측면에는 섀도우 링(38)이 구비된다.

상기 섀도우 링(38)의 역할은 웨이퍼(W)의 가장자리를 지지하는 역할 이외에도 상기 웨이퍼(W)의 식각이 균일하게 이루어지도록 한다. 구체적으로 설명하면, 웨이퍼(W)를 식각하기 위한 플라즈마는 웨이퍼(W)의 중심에 비해서 가장자리 부분에서 그 밀도가 높아서 상기 웨이퍼(W)의 가장자리의 식각 속도가 상대적으로 더 빠르다. 그러므로 건식 식각을 수행하면 웨이퍼(W) 중심과 가장자리에서 식각이 균일하게 수행되지 않아서 평편도가 나빠지므로 이를 보상하기 위해 상기 웨이퍼(W) 가장자리의 하부를 지지하면서 웨이퍼(W)측면 부근에서 돌출턱(38a)이 형성되는 석영 유리 재질의 링을 구비한다. 그러면 상기 건식 식각의 수행시에, 식각 가스에 포함되는 불소 이온과 상기 석영 유리와 결합하여 상기 웨이퍼 가장자리 부분에서의 불소 이온의 수가 감소한다. 상기 불소 이온의 감소로 인해 상기 웨이퍼 가장자리에서 식각율이 감소되고, 이에 따라 상기 웨이퍼의 평편도(uniformity)를 향상시키게 된다.

그러나 상기 섀도우 링(38)의 구성에 의해 예기치 않은 불량이 발생할 수 있으므로 그 구성을 최적화하는 것이 매우 중요하다. 상기 섀도우 링(38)에 의해 발생하는 불량의 예는 콘택의 휨, 파티클 등이다.

특히 상기 섀도우 링(38)에 의해 웨이퍼 가장자리에서 콘택이 휘는 현상이 주로 발생하는데, 이는 상기 섀도우 링(38)에 의해 식각을 수행하는 플라즈마가 웨이퍼 가장자리에서 휘기 때문이다. 상기 콘택이 휨에 따라 상기 콘택의 하부면이 정확하게 위치하지 못하므로 반도체 장치의 불량이 발생되거나 신뢰성의 영향을 준다.

따라서 이러한 콘택의 휨 현상을 방지하기 위해 상기 섀도우 링(38)을 일체형으로 구성한다. 상기 섀도우 링(38)이 일체형으로 구성하면, 종래와 같이 상기 섀도우 링(38)에서 틈이 발생하지 않아서 상기 틈 사이로 플라즈마의 반응이 일어나지 않는다. 그러므로 상기 일체형의 섀도우 링(38)의 외부면에서만 플라즈마의 반응이 일어나므로 상기 섀도우 링(38)의 부근에 위치한 웨이퍼 가장자리로 공급되는 플라즈마가 휘는 현상을 최소화 할 수 있다.

그리고 상기 섀도우 링(38)에서 상기 웨이퍼의 측면 부근에 형성되는 돌출턱(38a)은 95도 내지 120도가 되도록 형성한다. 이는 식각이 수행될 때 상기 섀도우 링에 증착되는 폴리머가 웨이퍼로 낙하하여 파티클이 형성되지 않으면서 상기 플라즈마의 휘는 현상을 최소화 할 수 있는 각도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치에서 식각을 수행한 콘택을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이 콘택의 입구 부분(60a)의 중심과 콘택의 하부면(60b)의 중심이 어긋나지 않는 양호한 수직 프로파일을 가진 콘택을 형성할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 건식 식각을 수행할 때 평편도를 향상시키면서 양호한 수직 프로파일을 갖는 콘택을 형성할 수 있다. 따라서 콘택의 수직 프로파일의 이상 발생으로 인해 콘택의 하부면이 정확한 위치에 놓이지 못하는 공정 불량을 최소화한다. 그러므로 반도체 장치의 불량이 감소되고 신뢰성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 식각 공정이 수행되는 챔버;

   상기 챔버의 상부에 설치하며, 상기 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 에노드;

   상기 에노드와 대향하도록 상기 챔버의 하부에 설치하며, 상기 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드;

   상기 케소드의 상부에 웨이퍼가 놓여지기 위해 설치되고, 상기 웨이퍼보다 지름이 작게 구성되어진 웨이퍼 척; 및

   상기 웨이퍼 척의 측면에서 상기 웨이퍼 척에 놓여진 웨이퍼 가장자리의 하부면을 지지하도록 형성되고, 상기 웨이퍼의 측면 부근에는 돌출턱이 형성된 일체형의 새도우 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 섀도우 링은 석영 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 섀도우 링에서 상기 웨이퍼의 측면 부근에 형성되는 돌출턱은 90 내지 120도의 각을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.