KR20070001493A

KR20070001493A - 웨이퍼 베벨 식각용 디에프브이 장치

Info

Publication number: KR20070001493A
Application number: KR1020050057013A
Authority: KR
Inventors: 조성윤
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-04

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨(bevel) 식각공정시 발생되는 아킹(arcing)을 방지할 수 있는 도넛(doughnut) 챔버 형태를 갖는 DFV(Development Free Vapor) 장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되고, 상기 챔버 내부를 통해 공급된 상기 주식각가스와 불활성가스가 각각 독립적으로 주입되는 제1 및 제2 가스 주입구가 천공된 상부전극과, 상기 상부전극의 하부에 설치되고, 상기 제1 및 제2 가스 주입구와 연통되어 상기 제1 및 제2 가스 주입구를 통해 주입된 상기 주식각가스와 상기 불활성가스를 상기 챔버 내부로 공급하는 제1 및 제2 가스 분배관이 내부에 형성된 가스 분배 플랫과, 상기 가스 분배 플랫과 대향하는 방향으로 상기 챔버의 내부 하측에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 척과, 상기 상부전극과 대향하는 방향에 설치되어 상기 척과 고립링을 통해 분리된 하부전극과, 상기 상부전극과 하부전극 사이의 상기 웨이퍼에 대한 식각공정시 플라즈마가 발생되는 지역에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 도넛 형태로 설치되고, 다수의 관통홀이 천공된 세미서클을 포함하는 DFV 장치를 제공한다.

반도체 소자, DFV, 아킹, 비트라인 베벨, 카본 세미서클, 홀

Description

웨이퍼 베벨 식각용 디에프브이 장치{DEVELOPMENT FREE VAPOR APPARATUS FOR ETCHING BEVEL OF WAFER}

도 1은 종래기술에 따른 DRAM 소자 제조공정에 있어서 비트라인을 형성하기 위한 텅스텐층 식각공정 후 웨이퍼 베벨 지역에 잔류된 아모르퍼스 카본 잔류물을 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DFV 장치를 설명하기 위하여 도시한 구성도.

도 3은 도 2에 도시된 세미서클을 위에서 바라본 평면도.

도 4는 도 3에 도시된 I-I' 절취선을 따라 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기판 11~13: 절연막

14 : Ti/TiN막 15 : 텅스텐층

16 : 하드 마스크 17 : 아모르퍼스 카본 잔류물

110 : 상부전극 111 : GDP(Gas Distribution Plat)

112 : 척 113a, 114a : 가스 주입구

113b, 114b : 가스 분배관 116 : 고립링

117 : 하부전극 118 : 지지 프레임

119 : 지지암 130 : 세미서클

120 : 웨이퍼

본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 소자의 제조공정시 웨이퍼의 베벨(bevel) 지역을 식각하기 위한 도넛 챔버(doughnut chamber) 형태를 갖는 DFV(Development Free Vapor) 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자, 예컨대 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 제조공정 중 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨(bevel) 식각공정시 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼 에지(wafer edge)에 형성된 패턴(pattern) 상부에 아모르퍼스 카본의 잔유물(17)들이 그대로 잔류하게 되어 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 발생하고 있다.

또한, 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨 식각공정시 웨이퍼 에지에 형성된 패턴(patten)을 제거하지 않거나, 고전압(high power)을 적용하는 경우 웨이퍼 내부에 발생된 강한 전기장에 의해 막이 파괴되어 아킹(arcing)을 유발하는 문제가 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 웨이퍼 에지에 패턴이 형성되지 않도록 마스크 공정을 통해 미리 패턴을 제거해 주는 방식과 베벨 식각공정시 저전압(low power)를 형성하여 해결하는 방법이 시도되고 있으나, 여전히 전하(charge)에 의한 위험 요소가 있기 때문에 이를 해결하기 위한 보다 안정된 공정이 필요한 시점이다.

한편, 도 1에 도시되고 미설명된 참조번호 '10'은 기판이고, '11~13'은 절연막이고, '14'는 Ti/TiN막이고, '15'는 텅스텐층이며, '16'은 하드 마스크(hard mask)이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반도체 소자의 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨 식각공정시 발생되는 아킹을 방지할 수 있는 도넛 챔버 형태를 갖는 DFV 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되고, 상기 챔버 내부를 통해 공급된 상기 주식각가스와 불활성가스가 각각 독립적으로 주입되는 제1 및 제2 가스 주입구가 천공된 상부전극과, 상기 상부전극의 하부에 설치되고, 상기 제1 및 제2 가스 주입구와 연통되어 상기 제1 및 제2 가스 주입구를 통해 주입된 상기 주식각가스와 상기 불활성가스를 상기 챔버 내부로 공급하는 제1 및 제2 가스 분배관이 내부에 형성된 가스 분배 플랫과, 상기 가스 분배 플랫과 대향하는 방향으로 상기 챔버의 내부 하측에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 척과, 상기 상부전극과 대향하는 방향에 설치되어 상기 척과 고립링을 통해 분리된 하부전극과, 상기 상부전극과 하부전극 사이의 상기 웨이퍼에 대한 식각공정시 플라즈마가 발생되는 지역에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 도넛 형태로 설치되고, 다수의 관통홀이 천공된 세미서클을 포함하는 DFV 장치를 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호는 표시된 부분은 동일한 기능을 수행하는 구성요소들을 나타낸다.

실시예

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DFV 장치를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DFV 장치는 도넛 형태로 이루어지며, 챔버(미도시)와, 상기 챔버 내부에 설치되어 상부에 각각 독립적으로 제1 및 제2 가스 주입구(113a, 114a)가 천공된 상부전극(110)과, 상부전극(110) 의 하측에 설치되고, 제1 및 제2 가스 주입구(113a, 114a)와 연통되어 제1 및 제2 가스 주입구(113a, 114a)를 통해 주입된 가스를 각각 분사하는 제1 및 제2 가스 분배관(113b, 114b)이 내부에 형성된 가스 분배 플랫(Gas Distribution Plat, 이하, GDP라 함)(111)과, GDP(111)와 대향하는 방향으로 챔버(110)의 내부 하측에 설치되어 웨이퍼(123)가 안착되는 척(chuck, 112)과, 척(112)과 고립링(isolation ring, 116)을 통해 분리된 하부전극(117)과, 상부전극(110)과 하부전극(117) 사이의 플라즈마(plasma)가 발생되는 지역에 웨이퍼(120)를 둘러싸도록 장착된 세미서클(semicirle, 130)를 포함한다.

제1 가스 분배관(113b)은 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨 식각공정시 제1 가스 주입구(113a)를 통해 주입되는 주(main)식각가스(CF₄/Ar/SF₆/O₂)를 챔버(미도시) 내부로 공급한다. 주식각가스가 챔버 내부로 분사되는 제1 가스 분배관(113b)의 끝단부는 웨이퍼(120) 에지와 대향하도록 설치된다. 바람직하게는 제1 가스 분배관(113b)을 통해 공급되는 주식각가스에 의해 웨이퍼(120) 에지로부터 대략 2mm 지역을 제외한 안쪽 지역에서는 식각이 이루어지지 않도록 제1 가스 분배관(113b)을 제작한다.

제2 가스 분배관(114b)은 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨 식각공정시 제2 가스 주입구(114a)를 통해 주입되는 불활성가스(N₂)를 챔버 내부로 공급한다. 불활성가스가 챔버(110) 내부로 분사되는 제2 가스 분배관(114b)의 끝단부는 웨이퍼(120)의 내부영역(식각이 이루어지지 않는 영역)과 대향하도록 설치된다. 제 2 가스 분배관(114b)을 통해 챔버 내부로 주입된 불활성가스는 웨이퍼(120)의 중앙부에서 에지방향으로 유입되며, 이에 따라 웨이퍼(120) 내부영역에서의 식각을 방지한다.

세미서클(130)은 지지암(119)을 통해 상부전극(110) 또는 챔버 내부에 체결된 지지 프레임(118)에 의해 지지된다. 세미서클(130)은 플라즈마 식각공정시 전하(charge)의 충돌에 의한 파티클(paticle) 등이 발생되지 않는 물질로 형성한다. 바람직하게는 파티클의 발생을 최소화하는 카본이 함유된 물질을 이용하여 형성한다. 이러한 세미서클(130)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼(120)를 둘러 싸도록 도넛 형태로 제작된다. 이는, 챔버 형태가 도넛 형태로 형성되어 있기 때문이다.

그리고, 세미서클(130)에는 다수의 관통홀(130a)이 천공되어 있다. 이러한 관통홀(130a)은 웨이퍼(120)의 대향면에 따라 그 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 웨이퍼(120)의 전면, 측면 및 후면의 식각 균일성이 각각 다를 경우 홀(130a) 크기를 식각 해당 부위에 맞게 다양하게 조절하여 식각 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이러한 세미서클(130)은 지지암(119)을 통해 상하로 이동할 수 있도록 제작된다. 이처럼 세미서클(130)을 상하로 이동시키기 위한 기술은 공지된 기술을 통해 충분히 구현가능하다. 예컨대, 세미서클(130)이 지지암(119)의 측벽을 따라 상하로 이동되도록 별도의 체결부재를 통해 세미서클(130)을 지지암(119)에 체결시키거나, 지지 프레임(118) 내에 별도의 이동부재를 설치하여 지지암(119)을 상하로 이동시킬 수도 있다.

이러한 세미서클(130)을 사용하고자 하는 경우에는 세미서클(130)을 하측으로 이동시켜 웨이퍼(120)의 에지지역인 플라즈마 발생지역에 위치시키고, 사용하지 않을 경우에는 상측으로 이동시켜 가스 분배 플랫(111)에 대응되는 부위에 위치시킨다.

이렇게 플라즈마 발생지역에 세미서클(130)이 위치되면, 세미서클(130)의 관통홀(130a)을 통해 내부로 전하 입자들이 유입되어 가스 분배관(114a, 114b)을 통해 주입된 가스 분자(gas molecules)와 충돌하여 중성 입자인 뉴트럴(neutral) 입자가 생성된다. 보통, 플라즈마에 의해 챔버 내부에는 전하 입자와 중성 입자가 생성되는데, 전하 입자가 중성 입자보다 많이 생성된다. 이렇게 생성된 전하 입자는 세미서클(130)을 통해 다시 중성 입자로 전환된다. 결국, 플라즈마 식각공정시 웨이퍼(120) 표면에 충돌되는 전하 입자가 감소하는 대신에 중성 입자인 뉴트럴 입자가 상대적으로 많아져 웨이퍼(120)에 형성된 박막에 대한 아킹이나, 전하에 의한 손상을 감소시키게 된다. 다시 말하면, 세미서클(130)의 사용 유무에 따라 차지 식각 및 뉴트럴 식각의 비율 조정이 가능하여 식각용도에 따라 다양하게 사용할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반도체 소자의 아모르퍼스 카본을 적용한 비트라인 베벨 식각공정에 사용되는 DFV 장치 내의 플라즈마 발생지역에 도넛 형태를 갖는 카본 세미서클을 장착함으로써 식각공정시 전하 입자가 세미서클 내측면에 형성된 홈 또는 홀을 통과시 가스 분자와의 충돌로 인해 뉴트럴 입자가 형성되고, 이를 통해 전하에 의한 웨이퍼 손상을 방지하여 아킹과 같은 결함을 감소시킬 수 있다.

Claims

챔버;

상기 챔버 내부에 설치되고, 상기 챔버 내부를 통해 공급된 상기 주식각가스와 불활성가스가 각각 독립적으로 주입되는 제1 및 제2 가스 주입구가 천공된 상부전극;

상기 상부전극의 하부에 설치되고, 상기 제1 및 제2 가스 주입구와 연통되어 상기 제1 및 제2 가스 주입구를 통해 주입된 상기 주식각가스와 상기 불활성가스를 상기 챔버 내부로 공급하는 제1 및 제2 가스 분배관이 내부에 형성된 가스 분배 플랫;

상기 가스 분배 플랫과 대향하는 방향으로 상기 챔버의 내부 하측에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 척;

상기 상부전극과 대향하는 방향에 설치되어 상기 척과 고립링을 통해 분리된 하부전극; 및

상기 상부전극과 하부전극 사이의 상기 웨이퍼에 대한 식각공정시 플라즈마가 발생되는 지역에 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 도넛 형태로 설치되고, 다수의 관통홀이 천공된 세미서클

을 포함하는 DFV 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 세미서클은 카본이 함유된 물질로 형성된 DFV 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 관통홀은 상기 웨이퍼의 전면, 측면 및 후면의 식각 균일성을 얻기 위하여 상기 웨이퍼의 대향면에 따라 서로 다른 크기로 형성된 DFV 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 세미서클과 체결된 지지암; 및

일측이 상기 상부전극 또는 상기 챔버의 내측벽과 체결되고, 타측이 상기 지지암과 체결된 지지 프레임

을 더 포함하는 DFV 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 세미서클은 상기 지지암을 통해 상하로 이동되도록 이동이 가능한 체결부재를 통해 상기 지지암과 체결된 DFV 장치
제 3 항에 있어서,

상기 제2 가스 분배관은 상기 제2 가스 주입구를 통해 주입된 상기 불활성가스를 상기 챔버 내부로 로딩된 상기 웨이퍼의 중앙부에서 에지방향으로 유입되도록 하기 위하여 상기 불활성가스가 방사되는 끝단부가 상기 웨이퍼의 중앙부와 대응되는 부위에 설치된 DFV 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 웨이퍼의 에지영역은 상기 웨이퍼의 에지로부터 2mm 지역까지의 영역을 포함하는 DFV 장치.