KR20070010913A

KR20070010913A - 건식 식각 장치의 에지링

Info

Publication number: KR20070010913A
Application number: KR1020050065903A
Authority: KR
Inventors: 최효일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-01-24

Abstract

건식 식각 장치의 에지링을 제공한다. 개시된 건식 식각 장치의 에지링은 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부와, 상기 웨이퍼의 플랫존에 대응되도록 상기 단차부의 소정 부위에 형성된 플랫존부, 및 상기 몸체의 상면과 상기 단차부를 연결하는 경사부를 구비한다. 이때, 상기 몸체의 상면, 상기 단차부 및 상기 경사부의 표면에는 일정한 표면 거칠기가 형성된다.

건식 식각, 플라즈마, 에지링, 폴리머

Description

건식 식각 장치의 에지링{EDGE RING OF DRY ETCHING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지링의 사시도이다.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이다.

도 3은 도 2의 A부 확대도이다.

도 4는 도 1의 에지링을 구비한 건식 식각 장치의 개략적 구성도이다.

**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**

110 : 몸체 120 : 경사부

130 : 단차부 132 : 플랫존부

140 : 표면 거칠기 142 : 피크

144 : 밸리 150 : 챔버

151 : 정전척 152 : 샤워헤드

본 발명은 건식 식각 장치의 에지링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식각 공정의 진행 중 생성되는 폴리머의 부착을 증진시켜 상기 폴리머 증착물이 얇은 조각으로 벗겨져 떨어져 나가는 경향을 감소시키도록 하는 바람직한 표면 거칠기 (Surface Roughness) 특성을 갖는 건식 식각 장치의 에지링에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 처리 기판인 웨이퍼에 대하여 진행되는 포토공정, 확산공정, 박막증착공정, 식각공정, 금속배선공정 등의 여러 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 제조된다.

이러한 여러 공정 중 식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 대별될 수 있는데, 이 중 건식식각은 반응가스를 이온, 전자, 및 광자가 공존하는 플라즈마 상태로 전환한 후, 상기 플라즈마 상태의 반응가스와 피식각층이 반응하도록 유도하는 플라즈마 식각이나, 또는 반응가스를 챔버 내로 인입시켜 이온화시킨 후, 이를 웨이퍼 표면으로 가속화시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하는 반응성 이온식각 등으로 구별된다.

한편, 반도체 디바이스의 회로 밀도를 높이기 위하여 최근의 집적회로들은 현격하게 좁아진 디자인 룰로 스케일 된다. 결과적으로 피춰의 크기, 즉 상호연결선 또는 인접한 상호연결선 사이의 공간(예를 들어 트랜치)의 폭은 점진적으로 감소되고 있다. 이를 위한 기술들로 상기한 여러 식각 방식 중 저압 고밀도 플라즈마 식각이 제안되고 있는 것이다.

그러나 이와 같이 집적회로의 좁아진 도전 라인들을 형성하기 위해서는 고도의 이방성 식각이 요청된다. 식각 이방성은 수평 식각율과 비교된 수직 식각율을 말하며, 고 에스펙트비의 피춰들을 형성하기 위해서는 수직 식각율이 수평 식각율보다 현저히 커야 한다. 따라서 언더커트를 최소한으로 억제하고, 작은 개구의 깊은 구멍을 가공하기 위한 측벽보호막을 형성하기 위한 방법이 채택되고 있다.

이러한 측벽 보호막을 형성하기 위해서는 CCIF₃ 등의 염소를 포함하는 가스나 CF₄, CHF₃, C₃F₈, C₄F₈등과 같은 탄소-불소계(C-F계) 가스를 사용하여 측벽에 폴리머막을 퇴적시킨다. 여기서 폴리머란 플루오르카본 중합물을 의미한다.

이러한 가스를 사용하여 에칭공정이 반복적으로 진행되면, 상기한 바와 같은 폴리머가 플라즈마에 노출된 식각 챔버 내의 여러 부품들의 표면상에도 증착될 수 있다. 이 중에서 특히 문제가 되는 것은 반도체 기판인 웨이퍼를 둘러싸는 에지링 표면에 증착되는 폴리머들이다.

상기 에지링은 절연성 소재로 형성되어 플라즈마를 상기 웨이퍼로 집속시키는 역할을 수행하는 것인데, 이러한 에지링의 표면에 증착되는 폴리머는 식각 공정이 반복적으로 수행됨에 따라 점차 두꺼워지게 되고 얇은 조각으로 벗겨져 떨어지면서 날리게 되어 식각 챔버 내에서 파티클 오염물의 소스로 작용하게 된다.

특히, 상기한 바와 같은 에지링은 웨이퍼 및 상기 웨이퍼를 흡착고정하는 정전척과 매우 근접한 위치에 설치되기 때문에 상기 에지링의 표면으로부터 떨어져 나온 폴리머는 웨이퍼 표면에 부착하여 웨이퍼를 오염시킬 수 있고, 상기 웨이퍼와 정전척 사이에 끼게 됨으로써 척킹 문제를 유발하거나 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위한 헬륨 가스와 같은 냉각 가스의 리킹(leaking)을 유발하여 공정 불량에 따른 제조 수율 악화의 문제를 야기하게 된다.

또한, 상기한 바와 같은 폴리머로 인한 파티클 오염물의 수준을 감소시키기 위해서는 세정을 비롯한 예방유지보수(PM)가 필요하게 되고, 이러한 PM은 식각 공 정을 정지시키고 식각 챔버를 개방한 후 수행되게 된다. 따라서 상기한 바와 같은 PM을 위해 요구되는 정지시간에 기인한 지체는 제조 수율에 있어 또 다른 손실을 가져오게 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 에지링의 표면에 바람직한 표면 거칠기를 형성하여 식각 공정의 진행 중 생성되는 폴리머의 부착을 증진시켜 상기 폴리머 증착물이 얇은 조각으로 벗겨져 떨어져 나가는 경향을 감소시킴으로써 상기 폴리머로 인한 오염을 방지하고 세정 주기를 연장시켜 반도체 디바이스의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 건식 식각 장치의 에지링을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 에지링은 웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부와, 상기 웨이퍼의 플랫존에 대응되도록 상기 단차부의 소정 위치에 형성된 플랫존부, 및 상기 몸체의 상면과 상기 단차부를 연결하는 경사부를 구비한다. 이때, 상기 몸체의 상면, 상기 단차부 및 상기 경사부의 표면에는 일정한 표면 거칠기가 형성된다.

또한, 상기 몸체의 상면, 상기 단차부 및 상기 경사부의 표면에 형성된 표면 거칠기(Ra)는 2.0~4.0㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 에지링은 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al₂O₃) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치의 에지링에 대해 상세히 설명한다. 한편, 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에지링의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이며, 도 3은 도 2의 A부 확대도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에지링(100)은 웨이퍼(미도시)를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체(110)를 구비한다. 상기 몸체(110)의 내주 단부에는 이로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부(130)가 마련된다. 상기 단차부(130)의 소정 부위에는 상기 웨이퍼의 플랫존에 대응되도록 형성된 플랫존부(132)가 형성된다. 또한, 상기 몸체(110)의 상면과 상기 단차부(130)를 연결하는 경사부(120)가 마련된다.

이러한 구성을 갖는 상기 에지링(100)은 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al₂O₃) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 몸체(110)의 상면, 상기 단차부(130) 및 상기 경사부(120)의 표면에는 일정한 표면 거칠기(140)가 형성된다. 이러한 상기 표면 거칠기(140)는 도 3에 상세히 도시되어 있다. 이때, 상기 도 3에 도시된 표면 거칠기(140)를 다소 과 장하여 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 상기 표면 거칠기(140)는 다수의 미시적 피크(142)와 밸리(144)로 구성된다. 이러한 상기 피크(142)와 밸리(144)는 불규칙적이고 비선형 패턴으로 형성되며, 그 높이와 깊이가 다양하다. 이러한 불규칙성은 상기 피크(142) 및 밸리(144)를 경계짓는 단면 너머에 다양한 높이의 피크들의 윤곽을 나타내는 부호(146)로 표현된다.

이때, 이러한 상기 표면 거칠기(140)는 그 값(Ra)이 2.0~4.0㎛ 인 것이 바람직하다. 여기서 상기 Ra는 JIS B 0601에 개시된 표면 거칠기 측정 방법을 그 기준으로 한 것으로서, 거칠기 곡선으로부터 그 평균선의 방향으로 기준 길이 만큼 빼내어, 그 빼낸 부분의 평행선 방향으로 x축을, 세로 배율의 방향으로 y축을 잡고, 거칠기 곡선을 y=f(x)로 나타내었을 때, 다음 [수학식 1]에 의해 요청되는 값을 마이크로미터(㎛)로 나타낸 것을 말한다.

여기서, l은 기준 길이를 나타낸다.

일반적으로 플라즈마를 이용한 건식 식각 장치에서는 방전과 피처리체로서의 웨이퍼의 교환이 반복되며, 웨이퍼의 레지스트막이나 측벽 보호막을 지키기 위해 상기 웨이퍼는 항상 냉각된 상태를 유지하게끔 되어 있다. 따라서 상기 건식 식각 장치의 웨이퍼 주변 부재, 특히 상기 에지링(100)은 방전과 그에 따르는 이온 충격 에 의한 가열, 방전 정지, 웨이퍼의 이동 및 재치에 의한 온도 강하 등의 열 사이클을 반복하여 받게 된다. 따라서 이러한 열 사이클의 반복에 따른 열응력을 완화함으로써 상기 몸체(110)의 상면, 상기 단차부(130) 및 상기 경사부(120)의 표면에 부착된 폴리머 증착물의 박리를 막기 위해서는 상기한 표면 거칠기(140)의 하한 값(Ra)을 약 2.0㎛으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 표면 거칠기(140)의 상한 값(Ra)은 약 4.0㎛인 것이 바람직한데, 이는 만일 그 값(Ra)이 4.0㎛를 넘으면 기계적 강도가 저하되기 때문에 상기 에지링(100)이 기계적 충격을 받을 경우 전술한 다수의 미시적 피크(142)들이 떨어져 나갈 우려가 있기 때문이다.

한편, 상기 몸체(110)의 상면, 상기 단차부(130) 및 상기 경사부(120)의 표면에 형성하고자 하는 이러한 표면 거칠기(140)는 다소 거친 표면을 갖는 약 200~300mesh 정도의 다이아몬드 휠을 이용한 통상의 연삭 가공을 통해 형성될 수 있다.

상기한 바와 같은 바람직한 표면 거칠기(140)를 갖는 에지링(100)에 의할 경우 식각 공정이 진행되는 동안에 발생된 폴리머의 부착성이 향상될 뿐만 아니라, 상기 폴리머 증착물이 얇은 조각으로 벗겨져 떨어져 나가는 것을 최소화할 수 있다. 따라서 종래와 같이 에지링 표면에 증착된 폴리머가 떨어져나와 날리게 됨으로써 회로 패턴이 형성된 웨이퍼의 상면을 오염시키거나, 또는 상기 웨이퍼 하면과 정전척 상면 사이에 상기 폴리머가 끼게 됨으로써 발생할 수 있는 척킹(chucking) 불량 또는 냉각 가스 리킹(leaking)의 문제를 해소할 수 있고, 상기 폴리머의 제거 를 위한 세정 주기를 길게 할 수 있다.

한편, 도 4는 지금까지 설명한 에지링(100)을 구비한 건식 식각 장치의 개략적 구성도인데, 이하 도 4를 참조하여 상기 에지링(100)을 구비한 건식 식각 장치의 작용에 대해 간략히 살펴본다. 여기서 참조부호 157은 플라즈마 형성 영역을 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 이용하는 건식 식각 장치는 기밀이 유지되는 원통형의 챔버(150)를 갖는다. 상기 챔버(150) 내의 하부에는 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 지지고정하는 한편, 플라즈마 형성을 위한 하부 전극으로서의 역할을 수행하는 정전척(151)이 구비된다. 상기 챔버(150) 내의 상부에는 상기 정전척(151)과 평행하게 대향되도록 설치되어 웨이퍼(W) 상으로 반응가스를 공급하는 한편, 플라즈마 형성을 위한 상부 전극으로서의 역할을 수행하는 샤웨헤드(152)가 구비된다.

한편, 하부 전극에 해당하는 상기 정전척(151) 및 상부 전극에 해당하는 상기 샤웨헤드(152)에는 각각 제1 및 제2 고주파 전원(153, 154)으로부터 주파수를 달리하는 RF(고주파) 전력이 정합기(153a, 154a)를 통해 인가됨으로써 상기 챔버(150) 내에 RF 전계가 형성된다. 이러한 RF 전계에 의해 상기 샤웨헤드(152)를 통해 공급되는 반응가스는 플라즈마화되고, 플라즈마화된 반응가스에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 절연막 등의 피처리막에 대한 식각이 이루어진다.

한편, 상기 정전척(151)의 외주부에는 그 위에 지지고정된 웨이퍼(W)를 소정 간격 이격된 상태로 둘러싸는 에지링(100)이 설치된다. 상기 에지링(100)은 상기 샤웨헤드(152)의 외주부에 설치된 실드링(156)과 함께 RF 전계에 의해 형성된 플라즈마를 웨이퍼(W)로 집속시키는 역할을 수행한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 바람직한 표면 거칠기를 갖는 에지링을 통해 식각 공정이 진행되는 동안에 발생된 폴리머의 부착성이 향상될 뿐만 아니라, 상기 폴리머 증착물이 상기 에지링의 표면으로부터 얇은 조각으로 벗겨져 떨어져 나가는 것을 최소화함으로써 상기 폴리머로 인한 웨이퍼 오염이나 척킹(chucking) 불량 또는 냉각 가스의 리킹(leaking) 문제를 해소할 수 있고, 상기 폴리머의 제거를 위한 세정 주기를 길게 할 수 있는 이점이 있다.

Claims

웨이퍼를 둘러싸도록 전체적으로 링 형상을 갖는 몸체;

상기 몸체의 내주 단부로부터 내측을 향해 수평하게 연장형성된 단차부;

상기 웨이퍼의 플랫존에 대응되도록 상기 단차부의 소정 부위에 형성된 플랫존부; 및

상기 몸체의 상면과 상기 단차부를 연결하는 경사부를 포함하며,

상기 몸체의 상면, 상기 단차부 및 상기 경사부의 표면에는 일정한 표면 거칠기가 형성된 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 에지링.
제 1 항에 있어서,

상기 표면 거칠기(Ra)는 2.0~4.0㎛ 인 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 에지링.
제 1 항에 있어서,

상기 에지링은 쿼츠(Quartz), 산화알루미늄(Al₂O₃) 및 탄화규소(SiC)로 구성되는 세라믹 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치의 에지링.