KR20020080955A - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 건식 세정을 거친 웨이퍼의 가장자리에 잔류하는 파티클을 건식 식각으로 제거할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공한다.

구성 : 외부와 격리된 진공 분위기를 조성할 수 있는 반응챔버를 구비하고, 상기 반응챔버 내의 중심에 스테이지와 인슐레이터가 상하로 대향 배치됨과 아울러 상기 스테이지와 인슐레이터의 외주에는 각각 캐소드 링과 애노드 링이 상호 대향 배치되고, 상기 애노드 링의 외측방에는 선단부가 상기 캐소드 링의 주변에 근접하도록 연장되어서 상기 캐소드 링의 외측으로 소정의 갭을 제외하고 주변을 실드하게 되는 뷰 링이 상기 인슐레이터를 지지하는 스템에 일체로 부착되어 있으며, 상기 스템을 지지하는 로드의 내부에서 상측 인슐레이터의 중앙으로 불활성가스를 공급하기 위한 가스공급로가 뚫려 있고, 또한 상기 로드의 내부에서 상측 인슐레이터의 주변으로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급로가 열려져서 상기 스테이지에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리를 상기 반응가스에 의해 생성되는 플라즈마로 식각 처리할 수 있게 되어 있는 플라즈마 식각 장치.

효과 : 웨이퍼의 가장자리로 퇴적되는 파티클을 제한적인 플라즈마로 건식 식각하여 웨이퍼에서 회수되는 반도체소자의 수율을 간단한 공정으로 대폭 향상시킬 수 있고, 용제를 사용하지 않는 것이므로 공해 발생 요인이 없고 공정 관리가 간편하게 된다.

Description

플라즈마 식각 장치{plasma etching device}

본 발명은 반도체 웨이퍼에서 표면의 파티클을 건식 식각 방법으로 제거하기 위한 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식 세정 과정에서 웨이퍼의 가장자리로 퇴적되는 파티클을 플라즈마로 식각 제거할 수 있는 구성으로 되어 있는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

웨이퍼 표면에 회로 패턴을 현상하고 식각하는 공정으로 제조되는 집적회로의 생산 단계에서 미세 먼지나 수분 등의 파티클은 회로 패턴의 형성에 해를 주기 때문에 적극적으로 제거되어야 한다. 일반적으로 외적 요인으로 발생되는 파티클은 크린 설비를 통한 공정 분위기의 청정화를 통해 사전에 방지할 수 있으나, 제조 과정에서 생기는 내적 요인의 파티클은 미연에 제거할 수 없기 때문에 웨이퍼는 공정간을 이동하는 과정에서 여러 단계의 세정을 거치고 있다.

웨이퍼의 세정은 주지된 바와 같이 용제나 린스에 침적하여 표면의 파티클이 제거되게 하는 습식 세정과, 플라즈마로 표면을 식각하여 제거하는 건식 세정이 알려져 있다.

습식 세정은 웨이퍼 표면에 도포되는 포토 레지스트층을 제거하는데 효과적으로 활용되고 있으나 공정 관리가 어렵고 세정액에 소모되는 비용 등의 운전비용이 고가로 될 뿐만 아니라 런 타임이 길어 생산성이 좋지 않기 때문에 현재는 플라즈마를 이용한 건식 세정이 널리 시행되고 있다.

건식 세정은 웨이퍼 표면에 도포된 포토 레지스트층을 식각하여 제거하는 방식으로 공정이 간편하고 런 타임이 짧은 이점이 있는 등, 습식 세정이 안고 있는 문제점을 해결하여 주는 장점이 있다. 그러나 건식 세정 방식은 웨이퍼의 중심측 상방에서 플라즈마를 주사시켜 표면의 포토 레지스트층이 식각되게 하는 것이므로 표면에서 식각된 파티클의 일부가 웨이퍼의 가장자리로 퇴적하게 되어 웨이퍼로부터 분할되는 반도체소자의 수율을 저하시키게 되는 결점을 갖고 있다.

도 6은 건식 세정된 웨이퍼의 가장자리에서 파티클이 퇴적된 형태를 나타내고 있으며, 도시한 바와 같이 웨이퍼(91)의 중앙에서 주변으로 플라즈마가 주사되면서 식각이 행해짐에 따라 가장자리 부분에 파티클(93)이 퇴적되는 것이다. 일반적으로 파티클(93)은 웨이퍼(91)가 스테이지(95)에 안착된 상태에서 퇴적되는 것이므로 대개 웨이퍼(91)의 가장자리 상 하면으로 퇴적된다.

이와 같이 가장자리에 퇴적된 파티클은 다시 습식 세정으로 제거할 수 있으나 이 경우는 습식 공정을 거쳐 얻어지는 반도체소자의 수율 증가를 통한 경제적 효과가 일천하기 때문에 웨이퍼의 가장자리에서 일정부위를 불량으로 폐기 처리하는 것에 비해 손실이 더 커지게 된다.

따라서 종래에는 건식 세정 후 웨이퍼의 일정 부위를 불량 처리하여 왔기 때문에 웨이퍼에서 얻어지는 반도체소자의 수량은 제한적일 수밖에 없어 생산성 향상에 걸림돌로 작용하고 있다.

본 발명의 목적은 플라즈마를 이용한 건식 세정으로 웨이퍼 가장자리에 퇴적된 파티클을 제거하여 저렴한 비용으로 반도체소자의 수율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하려는 것이다.

상기의 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 외부와 격리된 진공 분위기를 조성할 수 있는 반응챔버를 구비하고, 상기 반응챔버 내의 중심에 스테이지와 인슐레이터가 상하로 대향 배치됨과 아울러 상기 스테이지와 인슐레이터의 외주에는 각각 캐소드 링과 애노드 링이 상호 대향 배치되고, 상기 애노드 링의 외측방에는 선단부가 상기 캐소드 링의 주변에 근접하도록 연장되어서 상기 캐소드 링의 외측으로 소정의 갭을 제외하고 주변을 실드하게 되는 뷰 링이 상기 인슐레이터를 지지하는 스템에 일체로 부착되어 있으며, 상기 스템을 지지하는 로드의 내부에서 상측 인슐레이터의 중앙으로 불활성가스를 공급하기 위한 가스공급로가 뚫려 있고, 또한 상기 로드의 내부에서 상측 인슐레이터의 주변으로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급로가 열려져서 상기 스테이지에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리를 상기 반응가스에 의해 생성되는 플라즈마로 식각 처리할 수 있게 되어 있는 플라즈마 식각 장치를 제안한다.

상술한 구성의 장치에서 상기 스테이지의 직경은 그 상면으로 놓여지는 웨이퍼의 직경보다 작은 치수로 설정되어야 한다.

또, 상기 상측 인슐레이터는 세라믹 또는 석영으로 제조될 수 있다.

마찬가지로 상기 뷰 링도 석영으로 제조될 수 있다.

상기 하측 인슐레이터도 세라믹 또는 표면에 산화막을 갖춘 알루미늄으로 제조할 수 있으며, 후자의 경우는 제조 원가가 저렴한 이점을 가진다.

RF 출력단의 접속은 상술한 구성으로 한정되는 것이 아니고 상기 스테이지와 상측 인슐레이터의 외주에 각각 애노드 링을 대향 부착하여 배열시켜 놓고, 상기 스테이지의 중심에 위치하는 웨이퍼 척을 통해 상기 RF 출력단을 접속하는 구성으로도 실시 가능하다. 이 때, 상기 대향하는 애노드 링의 상 하측 외방으로 링 자석이 더 배치될 수 있으며, 이 자석은 영구자석 또는 전자석이 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 관련된 플라즈마 식각 장치의 구성을 나타내는 종단면도.

도 2는 도 1에 도시한 웨이퍼의 가장자리 주변에 생성되는 플라즈마의 형태를 보여주는 부분 확대도.

도 3은 본 발명에 관련된 다른 실시 예의 구성을 나타내는 종단면도.

도 4는 도 3에 도시한 웨이퍼의 가장자리 주변에 생성되는 플라즈마의 형태를 보여주는 확대 단면도.

도 5는 도 3에 도시한 장치의 또 다른 실시 예를 도시하는 종단면도.

도 6은 종래 웨이퍼의 상면으로부터 건식 식각된 포토 레지스트층이 가장자리에 퇴적되는 형태를 설명하기 위한 웨이퍼의 가장자리 부분 확대도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 웨이퍼3 : 반응챔버

5 : 스테이지7 : 웨이퍼 척

9 : 하부 실린더11 : 하부 인슐레이터

13 : 캐소드 링15 : 상부 인슐레이터

17 : 애노드 링19 : 가스 분사로

21 : 뷰 링23 : 스템

25 : 상부 실린더27 : 로드

29a 29b : 가스공급로33 : RF 출력단

35 : 접지선

본 발명의 이점과 장점은 이하의 바람직한 실시 예를 통하여 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 관련된 장치의 구성을 나타내는 종단면도로서, 웨이퍼(1)는 외부와 격리되는 반응챔버(3)의 내부 중심에 배치된 스테이지(5)의 상면으로 안착되어 건식으로 세정받게 되는 것이며, 상기 스테이지(5)는 그 중심부에 웨이퍼 척(7)을 보유하고 있고, 이것은 통상의 방식과 동일하게 하부 실린더(9)에 의해 상하로 승강 작동하면서 인서트된 웨이퍼(1)를 상기 스테이지(5)의 상면으로 안착시켜 주게 되어 있다.

상기 스테이지(5)의 하측부는 하부 인슐레이터(11)로 지지되어 있음과 동시에 이 하부 인슐레이터(11)의 외주에는 캐소드 링(13)이 부착되어 있다.

한편, 상기 스테이지(5)의 상방에는 상부 인슐레이터(15)가 대향 배치되어있고, 이것도 상기 하부 인슐레이터(11)와 마찬가지로 외주에 애노드 링(17)이 설치된 구성으로 되어 있으나, 상기 애노드 링(17)의 내측에는 가스 분사로(19)가 링상으로 열려져 있고, 또한 외측은 수직으로 배치되는 뷰 링(21)에 의해 둘러 쌓여진 구조를 더 갖추고 있다.

상술한 상부 인슐레이터(15)와 애노드 링(18), 그리고 뷰 링(21)은 스템(23)에 의해 지지되는 것이며, 이 스템(23)은 상부 실린더(25)에 연동하여 승강되는 로드(27)의 하단에 현수되어 있다. 또 로드(27)는 내부에 상기 가스 분사로(19)와 연통되는 가스공급로(29a), 그리고 이것과 나란하게 연통되어 상부 인슐레이터(15)의 중앙으로 열려진 가스공급로(29b)를 각각 보유하고 있고, 이들은 각각 접속구(31a)(31b)를 통해 외부로부터 반응가스와 불활성 가스를 각각 공급받게 되어 있다.

하측의 캐소드 링(13)은 RF 출력단(33)을 통해 통상의 플라즈마 발생기로 접속되고 또 상측의 애노드 링(17)에는 접지선(35)이 접속된다.

웨이퍼(1)는 반응챔버(3)의 일측에 마련된 출입구(37)를 통해 공급 또는 회수되는 것이며, 상기 출입구(37)에는 통상의 게이트 밸브(39)가 설치되어서 상기 반응챔버(3)의 내부 진공을 유지하게 되어 있다.

또 반응챔버(3)의 내부 진공은 밀폐상태에서 10^-1~ 10^-3Torr 정도의 저압으로 유지되어도 좋다.

웨이퍼(1)가 스테이지(5)의 상면으로 안착하게 될 때 상기 스테이지(5)의 내측에는 국부적인 공기 밀도 차이가 발생하여 그 상방의 웨이퍼(1)가 움직이게 되는 사례가 생긴다.

본 발명에서는 상기 웨이퍼 척(7)이 상면에 등분 배열된 3개의 접촉 포인트(71)를 갖추고 있기 때문에 도 2의 도시와 같이 웨이퍼(1)를 인수하고 스테이지(5)로 인계하는 과정에서 공기가 상기 접촉 포인트(71) 사이로 유통되어 국부적인 공기 밀도 차이가 발생하지 않게 되고, 내부 진공을 위하여 공기는 웨이퍼 척(7)의 주변을 통해 외부로 배출되기 때문에 웨이퍼(1)는 흔들림 없이 바른 자세로 상기 스테이지(5) 상에 놓여지게 되며 이 과정에서 웨이퍼 척(7)의 승강 이동 거리는 5mm 이내로 한정하는 것이 좋다.

한편, 스테이지(5)의 상면 형태도 일정 폭을 가지는 림(rim) 형상의 구조로 되어 있어서 상기 웨이퍼(1)를 최소 면적으로 접촉 지지하여 웨이퍼(1)의 흔들림을 적극적으로 방지하여 주게 되어 있다.

웨이퍼 척(7)이 하강하여 스테이지(5) 상으로 웨이퍼(1)를 인도하고 게이트 밸브(39)가 닫혀지면 상부 실린더(25)는 하강 작동되어 상부 인슐레이터(15)는 웨이퍼(1)의 상면을 실드하게 되고, 또 상측의 애노드 링(17)은 하측의 캐소드 링(13)과 근접하고 있게 된다.

이 상태에서 가스공급로(29b)를 통해 질소가스를 주입하여 웨이퍼(1)의 가장자리 내측으로 반응가스나 플라즈마의 유입을 막아주는 에어커튼이 형성되게 한 다음, 다른 가스공급로(29a)를 통해 반응가스, 예를 들면 CF₄, SF6₃와 같은 반응가스를 주입하면서 플라즈마 발진을 행하면, 상기 반응가스는 도 3에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(1)의 가장자리를 훑으면서 뷰 링(21)의 내측면을 타고 외부로 배출된다. 이와 동시에 대향하고 있는 캐소드 링(13)과 애노드 링(17) 사이로 전압을 인가하여 방전되게 하면 그 사이에 존재하는 반응가스가 플라즈마(P)로 되어 생성되는 이온 또는 중성 라디칼이 식각제로 작용하면서 웨이퍼(1)의 가장자리에 퇴적된 파티클을 식각하게 된다. 즉 도 3으로 나타낸 바와 같이 반응가스가 가스 분사로(19)에서 나와 웨이퍼(1)의 가장자리 주변으로 흐르고 다시 뷰 링(21)의 내측면을 타고 안내되면서 상기 뷰 링(21)과 하부 인슐레이터(11) 사이로 형성된 갭(G)을 통해 흘러 나가기 시작했을 때에 캐소드 링(13)과 애노드 링(17) 사이로 전압을 인가하여 방전되게 하면 상기 반응가스에 의해 생성되는 플라즈마(P)가 웨이퍼(1)의 가장자리를 식각하게 되어 그 부분에 퇴적되어 있던 파티클을 완전히 제거하여 주는 것이다.

식각 과정에서 반응가스 CF₄는 CF₄→CF₃+ F^*혹은 CF₄→CF₂+ 2F^*등으로 해리 반응하여 중성 F 라디칼이 생기고, 이것이 웨이퍼(1)의 가장자리에 퇴적되어 있는 파티클과 반응하여 휘발성의 화합물로 변화되면서 갭(G)을 통해 외부로 방출되고, 이렇게 방출된 휘발성 화합물은 별도 라인을 통해 전량 수거된다.

상술한 상 하부 인슐레이터(15)(11)는 세라믹, 석영 또는 산화 피막을 가지는 알루미늄 중에서 선택적으로 채용될 수 있다.

도 4는 본 발명에 관련된 장치의 다른 실시 예를 도시하고 있다.

도시된 장치는 상기 실시 예와 비교하여, RF 출력단(33)이 스테이지(5)의 중심에 배치되고 하부 실린더(9)에 의해 승강 작동되는 애노드 전극(41)과 접속 연결되고, 상기 스테이지(5)의 외주변과 상부 인슐레이터(15)의 외주변에는 각각 애노드 링(17)이 쌍을 이루어 대향 배치된 구조에 차이가 있고 다른 부분은 동일하게 되어 있다.

상술한 구성에서 하부 실린더(9)가 상승 이동되면 스테이지(5)의 중심에 위치된 애노드 전극(41)이 상향 이동되면서 웨이퍼(1)의 밑면과 접촉하게 되어 RF 발진은 상기 웨이퍼(1)를 통해 그 가장자리에서 대향 배치된 애노드 링(17)을 향해 방전을 발생하게 된다. 이 때 도 5로 나타낸 바와 같이 양 애노드 링(17) 사이를 흐르는 반응가스가 플라즈마(P)로 되면서 상기 웨이퍼(1)의 가장자리를 식각하게 되어 상술한 실시 예와 동일하게 파티클을 건식으로 제거하는 효과를 나타내게 된다.

도 6은 상술한 도 4의 실시 예 관련된 또 다른 실시 예를 도시하고 있다.

묘사된 구성의 주된 특징은 대향 배치된 양 애노드 링(17)의 외측방에 각각 링 자석(43)(45)이 나란히 배열된 구성에 있다. 상기 링 자석은 영구자석 또는 전자석 주에서 선택하여 채용될 수 있고, 이들 자석(43)(45)은 상기 대향하는 애노드 링(17)의 주변을 자계로 둘러쌓는 작용을 하여 이들과 웨이퍼(1)의 상 하면 사이로 생성되는 플라즈마(P)의 준위(準位)를 강화시켜 주는 효과를 낳게 한다. 따라서 이 실시 예에 의하면 저출력의 RF 발진기를 채용하여도 높은 파티클 식각 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 통상의 건식 세정 공정에서 웨이퍼의 가장자리로 퇴적되는 파티클을, 플라즈마에 의한 건식 식각으로 선택 제거하는 장치이므로 종래와는 달리 건식 세정 후에 행해야 하는 습식 세정을 생략할 수 있고, 또 웨이퍼 가장자리의 파티클을 완벽하게 제거함으로써 반도체소자의 수율을 대폭 향상할 수 있는 장점을 가진 것이므로 상기 습식 세정의 생략에 따른 제조 경비의 절약과 함께 웨이퍼 가장자리 부근의 반도체소자까지 양품으로 회수할 수 있어 생산성이 대폭 향상되는 효과를 가지고 있다.

Claims (8)

1. 외부와 격리된 진공 분위기를 조성할 수 있는 반응챔버를 구비하고, 상기 반응챔버 내의 중심에 스테이지와 인슐레이터가 상하로 대향 배치됨과 아울러 상기 스테이지와 인슐레이터의 외주에는 각각 캐소드 링과 애노드 링이 상호 대향 배치되고, 상기 애노드 링의 외측방에는 선단부가 상기 캐소드 링의 주변에 근접하도록 연장되어서 상기 캐소드 링의 외측으로 소정의 갭을 제외하고 주변을 실드하게 되는 뷰 링이 상기 인슐레이터를 지지하는 스템에 일체로 부착되어 있으며, 상기 스템을 지지하는 로드의 내부에서 상측 인슐레이터의 중앙으로 불활성가스를 공급하기 위한 가스공급로가 뚫려 있고, 또한 상기 로드의 내부에서 상측 인슐레이터의 주변으로 반응가스를 공급하기 위한 가스분사로가 열려져서 상기 스테이지에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리를 상기 반응가스에 의해 생성되는 플라즈마로 식각 처리할 수 있게 되어 있는 플라즈마 식각 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스테이지의 직경이 그 상면으로 놓여지는 웨이퍼의 직경보다 작은 치수로 설정되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상측 인슐레이터는 세라믹 또는 석영으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 뷰 링은 석영으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하측 인슐레이터는 세라믹 또는 표면에 산화막을 갖춘 알루미늄으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 스테이지와 상측 인슐레이터의 외주에 각각 애노드 링이 대향하게 부착 배열되고, 상기 스테이지의 중심에 위치하는 웨이퍼 척을 통해 RF 출력단이 접속된 구성으로 되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 대향하는 애노드 링의 상 하측 외방으로 링 자석이 배치된 구성으로 되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 자석은 영구자석 또는 전자석 중의 어느 하나로 되는 것임을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.