KR20020071398A - 반도체 장치의 제조에서 건식 식각 장치 - Google Patents

Abstract

폴리머의 증착을 감소시킬 수 있는 건식 식각 장치가 개시되어 있다. 식각 공정이 수행되는 챔버와, 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 플라즈마 형성부와, 상기 챔버와 연결되고, 상기 챔버 내에 진공을 형성하기 위한 배기부와, 상기 웨이퍼 척에 놓여진 웨이퍼의 둘레에 설치되고, 배기 통로가 마련된 포커스 링을 포함하는 건식 식각 장치를 제공한다. 따라서 상기 포커스 링의 몸체들이 이격된 공간으로 폴리머가 배기되어, 상기 챔버 내에 폴리머의 증착을 감소시킬 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 건식 식각 장치의 포커스 링에 관한 것이다.

반도체 장치를 제조하기 위한 식각 기술은 반도체 기판 상에 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 공정을 주로 사용한다. 상기 건식 식각 공정은 반응성 가스 입자를 플라즈마 상태로 형성시켜 식각하고자 하는 막을 물리적, 화학적 반응에 의해 식각한다.

상기 건식 식각 공정을 수행하기 위해서는 공정이 수행되기 위한 챔버와 플라즈마를 형성하기 위한 파워가 공급되는 에노드 및 케소드로 이루어지는 건식 식각 장치가 요구된다. 그러나, 건식 식각 장치에서 플라즈마를 형성시키면 플라즈마는 챔버 내에서 산란된다. 따라서 형성되는 플라즈마를 웨이퍼로 집중시켜 식각 특성을 향상시키기 위해 상기 챔버 내에 놓여지는 웨이퍼 둘레에 돌출되도록 설치되는 포커스 링(focus ring)이 구비된다.

한편, 상기 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정을 수행하면, 챔버 내에는 식각 부산물인 폴리머(polymer)가 다량으로 발생된다. 상기 발생된 폴리머는 챔버 내의 가스의 흐름에 따라 진공을 형성하기 위해 설치된 배기부로 배기된다. 그러나 상기 진공 라인으로 빠져나가지 못한 폴리머는 상기 챔버의 소정 부위에 증착하게 된다. 특히 배기되지 못한 폴리머는 챔버 내에 국부적으로 증착되어 챔버 내를 오염시켜 식각이 수행되는 웨이퍼 상에 파티클을 유발시킨다.

도 1은 식각 공정 중에 발생된 폴리머가 국부적으로 증착된 것을 설명하기 위한 도면이다.

식각을 수행하는 중에는 발생되는 폴리머 중에서 웨이퍼(W)와 인접한 위치에서 발생된 폴리머(12)는 표시된 바와 같이 상기 웨이퍼(W) 둘레에 설치된 포커스 링(10)을 넘어서 배기부로 배기되여야 한다. 그러나 상기 폴리머(12)의 일부는 상기 포커스 링(10)의 돌출된 부위를 넘지 못하고, 상기 포커스 링(10)의 돌출 부위의 하부에 비해 상대적으로 온도가 낮은 돌출 부위의 상부에 증착하게 된다. 특히 휘발성이 약한 폴리머(12)는 상기 포커스 링(10)의 돌출된 부위를 넘기 어려워서 도시된 바와 같이 상기 포커스 링(10)의 돌출 부위에 국부적으로 다량으로 증착하게 된다.

따라서 상기 증착된 폴리머가 탈착되어 상기 웨이퍼에 낙하함으로서 파티클이 발생하여 반도체 장치의 불량을 유발할 수 있다. 또한 상기 폴리머의 증착에 의해 상기 챔버의 세정 주기가 짧아져서 반도체 장치의 생산성이 감소된다.

본 발명의 목적은, 폴리머의 증착을 감소시킬 수 있는 건식 식각 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 식각 공정 중에 발생된 폴리머가 국부적으로 증착된 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시된 포커스 링을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 포커스 링을 설명하기 위한 사시도이다

도 5는 도 2에 도시된 포커스 링을 설명하기 위한 평면도이다.

도 6a 내지 도 6b는 도 5에 도시된 포커스 링의 A-A'면과 B-B'면을 절단하여 보여지는 단면도이다.

도 7a 내지 도7c는 도 5에 도시한 포커스 링에서 연결부의 형상을 설명하기 위한 단면도들이

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 챔버 22 : 에노드

24 : 케소드 26 : 웨이퍼 척

28 : 포커스 링 28a : 상부 몸체

28b : 하부 몸체 28c : 연결부

W : 웨이퍼

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각장치는, 식각 공정이 수행되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되고, 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 플라즈마 형성부와, 상기 챔버와 연결되고, 상기 챔버 내에 진공을 형성하기 위한 배기부와, 상기 웨이퍼 척에 놓여진 웨이퍼의 둘레에 설치되고, 배기 통로가 마련된 포커스 링을 포함하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치를 제공한다. 상기 포커스 링은 두 개의 몸체로 나누어지고 상기 두 개의 몸체가 서로 이격되어 배기 통로가 마련된다.

따라서 상기 포커스 링에 배기 통로가 마련되어 있기 때문에 식각을 수행할 때 발생하는 폴리머가 용이하게 배기된다. 그러므로 상기 폴리머가 챔버 내에 증착하는 것이 감소되어 반도체 장치의 불량이 감소되는 효과가 있다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 웨이퍼의 건식 식각 공정을 수행하기 위한 챔버(20)가 구비된다. 상기 챔버(20)의 상부에 설치하며, 상기 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 에노드(22)가 구비된다. 그리고 상기 에노드(22)와 대향하도록 상기 챔버(20)의 하부에 설치하며, 상기 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드(24)가 구비된다. 상기 케소드(24)의 상부에는 웨이퍼(W)가 놓여지기 위한 웨이퍼 척(26)이 구비된다. 상기 챔버(20)와 연결되고, 상기 챔버(20)내에 식각 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(30) 및 진공을 형성하기 위한 배기부(32)가 구비된다. 그리고 상기 웨이퍼 척(26) 및 상기 웨이퍼 척(26)에 놓여지는 웨이퍼(W)의 둘레에 포커스 링(28)이 구비된다. 상기 포커스 링(28)은 플라즈마를 웨이퍼(W)로 집중시키기 위해 구비된다. 또한 상기 포커스 링(28)은 폴리머의 배기를 원활히 하기 위해 배기 통로가 마련된다.

도 3은 도 2에 도시된 포커스 링을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 포커스 링을 설명하기 위한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 식각을 수행하는 플라즈마를 생성하기 위한 하나의 파워가 공급되는 케소드(24)가 구비되고, 상기 케소드(24)의 상부에 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 척(26)이 구비된다. 상기 웨이퍼 척(26)은 가장자리 부분이 플라즈마에 노출되어 손상되지 않도록 상기 웨이퍼 척(26)에 놓여지는 상기 웨이퍼(W)의 크기 보다 작게 형성된다. 그리고 상기 웨이퍼 척(26)과 상기 웨이퍼 척(26)에 놓여진 웨이퍼(W)의 둘레에는 포커스 링(28)이 구비된다. 상기 포커스 링(28)은 세라믹으로 구성되고, 상기 웨이퍼(W)의 둘레에서 돌출되도록 설치하여 챔버(20)내에 형성되는 플라즈마를 상기 웨이퍼(W)로 집중시킨다. 상기 포커스 링(28)에는 배기 통로가 마련되어 있다. 상기 배기 통로는 상기 포커스 링(28)을 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)로 나누어지도록 구성하고, 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)를 소정 간격만큼 이격하여 설치함으로서 마련된다.

상기 포커스 링을 설명하기 위한 사시도가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서는 상기 포커스 링의 일부만을 도시하였음을 알려둔다.

상기 포커스 링(28)은 도시한 바와 같이 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)로 나누어져 있고, 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)사이가 소정 간격으로 이격되어 배기 통로가 마련되어 있다. 상기 포커스 링(28)은 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)가 서로 연결부(도시안함)에 의해 연결되어 형성되므로, 포커스 링(28)은 챔버(20)내에 형성된 플라즈마를 웨이퍼(W)로 집중시키는 원래의 목적을 수행할 수 있다. 또한 상기 상부 몸체(28a)와 상기 하부 몸체(28b)사이의 배기 통로로 폴리머를 배기시킬 수 있어서 폴리머의 증착을 감소할 수 있다.

구체적으로 상기 폴리머의 배기에 대해 설명하면, 상기 건식 식각 공정시에 발생하는 폴리머 중에서 웨이퍼(W)와 인접하여 발생되는 폴리머는 종래와 같이 상기 포커스 링(28)의 돌출된 부위를 넘어 배기되지 않고, 화살표로 도시한 바와 같이 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)사이에 마련되는 배기 통로로 배기된다. 이에 따라, 종래에 상기 폴리머가 포커스 링(28)의 돌출 부위를 넘지 못하고, 상기 포커스 링(28)의 상부에 상기 폴리머가 증착하는 것을 감소시킬 수 있다. 특히, 휘발성이 약한 가스를 포함하고 있는 폴리머, 예를 들어 TiFx, AlFy 와 같은 가스를 포함하는 폴리머는 상기 포커스 링(28)의 돌출부위를 넘지 못하여 상기 포커스 링(28)에 증착되었으나, 상기 포커스 링(28)을 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)로 나누고 그 사이의 공간을 확보하여 배기 통로를 마련함으로서, 상기 폴리머를 용이하게 배기할 수 있으므로 상기 폴리머가 상기 포커스 링(28)의 상부에 증착되는 것을 감소시킬 수있다.

또한, 좁은 공간에서의 배기되는 속도가 개방된 공간에서 보다 빠르기 때문에, 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)사이의 공간으로의 배기되는 배기 속도는 챔버(20)내에 다른 공간에서 배기되는 속도보다 더 빨라서 상기 폴리머를 더욱 효과적으로 배기할 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 포커스 링의 형태를 설명하기 위한 평면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 포커스 링(28)은 상기 웨이퍼(W)의 둘레로 형성되기 때문에 링 형태로 형성됨을 알 수 있다. 또한 상기 하부 몸체(28b)를 이루는 링 부분의 간격은 상부 몸체(28a)의 링 부분의 간격에 비해 크게 형성된다. 그리고 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)가 소정 간격으로 이격되기 위해서 연결부(28c)를 구비한다. 상기 연결부(28c)는 상기 하부 몸체(28a)와 상부 몸체(28b)에 다수 개가 설치된다. 상기 연결부(28c)는 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)간의 지지를 균형있게 하면서 이격되는 공간을 확보하기 위해 바람직하게는 3개를 설치할 수 있다. 이 때 상기 연결부(28c)는 각각 동일한 간격을 유지하도록 설치되어 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)를 지지한다.

도 6a 내지 도 6b는 도 5에 도시된 포커스 링의 A-A'면과 B-B'면을 절단하여 보여지는 단면도이다.

도 6a에 도시한 바와 같이 연결부가 형성되어 있지 않는 부분인 상기 A-A′면을 절단하면, 상부 몸체와 하부 몸체가 서로 이격되고, 소정 공간이 마련되는 형상을 갖는다. 또한 상기 도 6b에 도시한 바와 같이 연결부가 형성되어 있는 부분인상기 B-B′면을 절단하면, 상부 몸체와 하부 몸체가 서로 이격되고, 상기 상부 몸체와 하부 몸체를 연결시키는 부재가 보여진다.

도 7a 내지 도7c는 도 5에 도시한 포커스 링에서 연결부의 형상을 설명하기 위한 단면도들이다.

상기 포커스 링(28)에서 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b)를 서로 연결하기 위해서는 연결부(28c)가 구비되어야 하며, 상기 연결부(28c)는 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 연결부(28c)는 도 7a에서 도시된 바와 같이 상기 상부 몸체(28c)와 하부 몸체(28b)에서 연장되어 일체로 형성할 수 있다.

또한 도 7b에 도시한 바와 같이 포커스 링(28)의 하부 몸체(28b)의 소정 부위에 구비되는 돌출부와, 상기 상부 몸체(28a)에 상기 돌출부와 결합되는 요부를 형성할 수 있다. 이 때 상기 하부 몸체(28b)에 형성되는 돌출부의 높이가 상기 상부 몸체에 형성되는 요부의 깊이에 비해 크게 형성함으로서 상기 상부 몸체(28a)와 하부 몸체(28b) 간의 소정 간격을 유지할 수 있다.

이와 같은 방법으로 도 7c에 도시한 바와 같이 포커스 링(28)의 상부 몸체(28a)의 소정 부위에 구비되는 돌출부와, 상기 하부 몸체(28b)에 상기 돌출부와 결합되는 요부를 형성할 수도 있다. 그러나 상기 연결부(28c)의 형상은 제시된 방법에 한정된 것을 아님을 알려둔다.

따라서 상기와 같이 배기 통로가 마련되는 포커스 링을 구비하는 건식 식각 장치를 사용하여 식각을 수행함으로서 챔버 내에 국부적으로 발생되는 폴리머의 증착을 최소화 할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 건식 식각 공정을 수행하는 중에 포커스 링의 상부에 국부적으로 폴리머가 증착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 상기 증착된 폴리머가 웨이퍼로 낙하되어 파티클을 유발하는 것을 최소화 할 수 있다. 상기 파티클의 발생이 최소화 됨으로 반도체 장치의 수율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한 상기 폴리머의 증착의 감소에 따라 공정을 수행하는 챔버의 세정 주기를 증가시킬 수 있어 반도체 장치의 생산성을 향상시키는 효과가 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 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 식각 공정이 수행되는 챔버;

   상기 챔버의 내부에 설치되고, 플라즈마를 생성하기 위한 파워가 공급되는 플라즈마 형성부;

   상기 챔버와 연결되고, 상기 챔버 내에 진공을 형성하기 위한 배기부;

   상기 식각 공정을 수행하기 위한 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 척; 및

   상기 웨이퍼 척에 놓여진 웨이퍼의 둘레에 설치되고, 배기 통로가 마련된 포커스 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 포커스 링은,

   상기 웨이퍼 척에 놓인 웨이퍼의 가장 자리의 이면에 소정 부분이 삽입되고, 상기 웨이퍼의 둘레에서 돌출되는 하부 몸체;

   상기 하부 몸체의 평면과 이격되어 배기 통로가 마련되는 상부 몸체; 및

   상기 하부 몸체 및 상부 몸체를 연결하는 연결부로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 연결부는 하부 몸체 및 상부 몸체에서 다수개가 구비되고, 각각의 연결부는 동일 간격으로 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의제조를 위한 건식 식각 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 연결부는 하부 몸체의 소정 부위에 구비되는 돌출부와, 상기 상부 몸체에 상기 돌출부와 결합되는 요부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 연결부는 상부 몸체의 소정 부위에 구비되는 돌출부와, 상기 하부 몸체에 상기 돌출부와 결합되는 요부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조를 위한 건식 식각 장치.