KR20070089533A - 플라즈마 처리설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리설비를 제공한다. 상기 플라즈마 처리설비는 반응가스가 공급되는 프로세스챔버와, 상기 프로세스챔버의 내부 상측에 배치되며, 웨이퍼상에 이루어지는 식각율에 따라 일정 형상을 갖는 상부전극과, 상기 상부전극으로부터 소정간격 이격되도록 상기 프로세스챔버의 하측에 마련되며 소정전력이 인가되는 하부전극 및 상기 하부전극에 설치되며 웨이퍼가 안착되는 정전척을 구비한다.

플라즈마, 식각

Description

플라즈마 처리설비{PLASMA PROCESS EQUIPMENT}

도 1a는 도 1b에 도시된 식각률을 갖는 웨이퍼를 평탄화하게 형성하도록 하는 플라즈마 처리설비를 보여주는 단면도이다.

도 1b는 웨이퍼 식각율의 한 형태를 보여주는 그래프이다.

도 2a는 웨이퍼의 식각율의 또 다른 실시를 보여주는 그래프이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 식각율을 갖는 웨이퍼를 식각하는 플라즈마 처리설비를 보여주는 단면도이다.

도 3a는 웨이퍼의 식각율의 또 다른 실시를 보여주는 그래프이다.

도 3b는 도 3a에 도시된 식각율을 갖는 웨이퍼를 식각하는 플라즈마 처리설비를 보여주는 단면도이다.

본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 박막을 일정한 식각율을 갖도록 식각하는 플라즈마 처리설비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제품을 생산하기 위한 반도체 제조공정은 순수 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 상에 빛과 화학 반응하여 제거되는 포토레지스트(Photoresist)막을 형성한 후 포토레지스트막 중 원하는 소정 회로 패턴(Pattern)을 형성할 부분에 빛을 주사하여 포토레지스트막 중 원하는 부분만을 선택적으로 오픈(Open)시키는 사진공정과, 오픈된 부분을 소정 깊이로 식각(etching)하는 식각공정과, 원하는 불순물을 주입(Implantation)하는 이온주입공정 및, 오픈된 부분에 또다른 특성을 갖는 박막을 증착(Deposition)하는 증착공정 등으로 구성된다.

이들 반도체 제조공정 중 식각공정은 다른 기타 공정에 비하여 특히 정밀도가 요구되는 공정이다. 따라서, 최근에는 더욱 정밀한 식각을 위해서 습식식각(wet etching) 보다는 건식식각(dry ethcing)이 더욱 활발히 사용되고 있다.

예를 들면, 건식식각을 수행하는 식각설비에는 식각성이 뛰어난 플라즈마 가스를 형성하여 웨이퍼의 소정 부분을 식각하는 플라즈마 처리설비가 있다.

이와 같은 플라즈마 처리설비는 소정 공간을 갖는 프로세스챔버의 내부에 평행하면서 소정거리 이격된 2개의 전극판을 구비한 다음, 2개의 전극판 사이에 소정 반응가스를 주입한 상태에서 2개의 전극판 사이로 반응가스가 플라즈마 가스상태로 변환되기에 충분한 전계를 형성시킴으로써 웨이퍼의 소정 부분을 플라즈마 가스로 식각하는 설비이다. (이하, 2개의 전극판 중 상부에 위치한 전극판을 '상부전극'이라 하고, 하부에 위치한 전극판을 '하부전극'이라 칭하기로 한다.)

이러한 플라즈마 처리설비는 플라즈마 가스를 이용하여 매우 정밀한 식각이 가능하기 때문에 최근 반도체 제품의 집적도가 높아지면서 자주 사용되고 있다.

한편, 이와 같은 플라즈마 처리설비로 매우 정밀한 식각을 구현하기 위해서는 프로세스챔버 내부로 공급되는 반응가스의 고른 분배 및 상부전극과 하부전극간의 일정간격 유지 등이 필수적이다.

그러나, 플러즈마 처리설비들간의 특성상, 웨이퍼 상에 이루어지는 플라즈마 식각율(etching rate)의 프로파일은 서로 다른 것이 현실적인 문제점이다.

이에 따라, 서로 다른 플라즈마 처리설비를 사용하여 웨이퍼 상에 플라즈마 식각을 수행하는 경우에, 설비 특성의 웨이퍼에 대한 플라즈마 식각율에 따라, 웨이퍼의 전면에 이루어지는 식각율을 일정하게 하는 것이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 여러 가지의 플라즈마 식각율의 프로파일을 갖는 플라즈마 처리설비에서, 상부전극의 형상을 변경하여 웨이퍼의 전면에 일정한 식각율을 형성하기 위한 플라즈마 처리설비를 제공함에 있다.

본 발명은 전술한 목적을 해결하기 위한 플라즈마 처리설비를 제공한다.

본 발명의 플라즈마 처리설비는 반응가스가 공급되는 프로세스챔버와, 상기 프로세스챔버의 내부 상측에 배치되며, 웨이퍼상에 이루어지는 식각율에 따라 일정 형상을 갖는 상부전극과, 상기 상부전극으로부터 소정간격 이격되도록 상기 프로세스챔버의 하측에 마련되며 소정전력이 인가되는 하부전극 및 상기 하부전극에 설치되며 웨이퍼가 안착되는 정전척을 포함한다.

여기서, 상기 상부전극은 상기 웨이퍼의 에지부의 식각율이 높은 경우에, 상기 상부전극의 가장자리부의 저면이 상방으로 오목하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 상부전극은 상기 웨이퍼의 중앙부의 식각율이 높고, 상기 웨이퍼의 에지부의 식각율이 낮은 경우에, 상기 상부전극의 가장자리부의 저면이 하방으로 볼록하도록 이루어지고, 상기 상부전극의 중앙부의 저면이 상방으로 오목해지도록 이루어질 수도 있다.

또한, 상부전극은 상기 웨이퍼의 중앙부가 식각율이 높은 경우에, 상기 상부전극의 중앙부의 저면이 상방으로 오목해지도록 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 상부전극의 가장자리부의 저면은 평평할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 플라즈마 처리설비의 실시예를 설명하도록 한다.

도 1a는 도 1b에 도시된 식각률을 갖는 웨이퍼를 평탄화하게 형성하도록 하는 플라즈마 처리설비를 보여주는 단면도이고, 도 1b는 웨이퍼 식각율의 한 형태를 보여주는 그래프이다.

도 1a를 참조로 하면, 본 발명의 플라즈마 처리설비는 일정 압력이 유지되도록 내부에 소정 크기의 밀폐공간이 마련되는 프로세스챔버(110)가 구비된다.

프로세스챔버(110)의 상측에는 챔버(110) 내부에 플라즈마 상태의 가스가 형성되도록 소정 전력이 인가되는 상부전극(120)이 설치되고, 이 상부전극(120)의 상 측에는 상부전극(120)의 온도를 조절하기 위한 쿨링플레이트(Cooling plate,125)와, 상부전극(120)으로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급배관(128)이 설치된다.

상부전극(120)은 원판형상으로 형성되되 그 상부와 하부가 분리가능하도록 형성된다. 즉, 상부전극(120)은 쿨링플레이트(125)에 지지되는 지지부(124)와, 지지부(124)의 하측에 결합되며 플라즈마 가스에 노출되는 가스노출부(123)로 구성된다. 그리고, 상부전극(120)의 중앙부분에는 상부전극(120)으로 공급되는 반응가스를 프로세스챔버(110) 내부의 곳곳으로 고르게 분배할 수 있도록 다수의 가스분사공(122)이 형성되며, 상부전극(120)의 가장자리부분에는 결합볼트(80) 등으로 상부전극(120)을 프로세스챔버(110)에 고정시키기 위한 결합공(121)이 형성된다.

특히, 상기 상부전극(120)은 그 저면의 가장자리부가 상방으로 오목해지도록 이루어진다. 따라서, 그 하부에 배치되는 웨이퍼(W)의 에지부와의 거리가 웨이퍼(W)의 중앙부의 거리보다 상대적으로 멀게 형성된다.

한편, 상부전극(120)의 측부 즉 상부전극(120)의 가장자리 부분에는 상부전극(120)을 후술될 하부전극(130)으로부터 절연시키기 위한 석영재질의 쉴드링(Shield ring,126)이 설치되며, 쉴드링(126)의 측부에는 각각 석영재질의 아웃터링(Outer ring,129)과 합금재질의 센터링(Center ring,127)이 순차적으로 설치된다.

그리고, 상부전극(120)의 하측에는 상부전극(120)과 소정간격 이격되게 설치되되 소정 전력이 인가되는 하부전극(130)이 마련된다.

하부전극(130)은 상부전극(120)을 통해 공급되는 반응가스가 플라즈마 가스상태로 변환되도록 상부전극(120)과 상호 작용하여 소정 전기장을 형성하게 되며, 도시되지 않은 상하구동유닛에 의해서 상하구동이 가능하도록 설치된다.

이때, 하부전극(130)의 하측부에는 하부전극(130)이 상하구동유닛(미도시)에 의해서 상하로 이동될 시 하부전극(130)을 따라 수축 및 팽창하는 벨로우즈(Bellows,131)가 설치되며, 하부전극(130)의 상측부에는 식각될 웨이퍼(90)가 안착될 수 있도록 정전척(132)이 설치된다.

그리고, 하부전극(130)의 측부에는 하부전극(130)을 상부전극(120)으로부터 절연시켜주기 위한 다수의 절연링이 설치된다. 즉, 하부전극(130)의 측부 중 하측부분에는 하부전극(130)의 하측부분을 절연시켜주는 베이스링(Base ring,135)이 설치되며, 하부전극(130)의 측부 중 상측부분에는 하부전극(130)의 상측부분을 절연시켜주는 커버링(Cover ring,136)이 설치된다. 이때, 다수의 절연링은 절연재인 석영재질로 형성됨이 바람직하다. 도면 중 미설명부호 138은 베이스링(135)과 커버링(136)을 고정시키기 위한 링홀더(Ring holder,138)를 도시한 것이다.

또한, 웨이퍼(90)가 안착될 수 있도록 하는 정전척(132)의 측부 곧, 커버링(136)의 상면에는 플라즈마 상태인 반응가스를 웨이퍼(90)측으로 모으기 위한 포커스링(Focus ring,137)이 설치된다. 이때, 포커스링(137)은 플라즈마 가스 등에 의해서 식각되는 것이 방지되도록 알루미늄(Aluminium) 재질 등으로 형성됨이 바람직하다.

한편, 프로세스챔버(110)의 내벽에는 플라즈마 가스에 의해 프로세스 챔버(110)의 내벽이 식각되는 것을 방지하기 위한 차폐쉴드가 설치된다. 즉, 프로세스챔버(110)의 상측에는 프로세스챔버(110)의 상측 내벽을 커버하는 상부차폐쉴드 (133)가 설치되며, 프로세스챔버(110)의 하측에는 프로세스챔버(110)의 하측 내벽을 커버하는 하부차폐쉴드(134)가 설치된다.

이하, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리설비(100)의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼 이송암(미도시) 등에 의해 프로세스챔버(110)의 정전척(132) 상에 식각될 웨이퍼(90)가 로딩(Loading)되면, 프로세스챔버(110)에는 소정 반응가스의 공급과 함께 상부전극(120)과 하부전극(130)에 소정 전력이 인가된다.

이에 프로세스챔버(110)에는 상부전극(120)과 하부전극(130) 사이에 소정 전기장이 형성되고, 프로세스챔버(110)에 공급되는 반응가스는 이러한 전기장에 의해 활성화되면서 플라즈마 가스상태로 변환된다.

이후, 플라즈마 상태의 반응가스는 포커스링(137)의 작용에 의해 웨이퍼(90) 방향으로 집중되어서 정전척(132) 상에 로딩된 웨이퍼(90)를 식각하게 되는 것이다.

이때, 웨이퍼의 전면에 걸친 식각율이 도 2a에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 에지부로 갈수록 높아지는 경우가 발생한다.

이러한 경우는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부와 에지부의 전면에 걸친 플라즈마 식각율에 따른 결과에 따라, 즉, 웨이퍼(W)의 에지부로 갈수록 식각율이 높은 경우에, 상기와 같이 형성된 상부전극(120)을 사용한다.

즉, 도 1a에 도시된 상기 상부전극(120)은 그 저면과 그 하부에 배치되는 웨이퍼(W)의 상면과의 거리가 웨이퍼(W)의 중앙부보다는 웨이퍼(W)의 에지부와의 사 이거리가 더 멀게 형성된다.

그러므로, 상기 웨이퍼(W)의 중앙부보다 상기 웨이퍼(W)의 에지부가 상기 상부전극(120)의 저면과의 거리가 상대적으로 멀게 됨으로써, 웨이퍼(W)의 에지부에 이루어지는 식각율이 일정율로 낮아지는 효과가 있을 수 있다.

이에 따라, 웨이퍼(W)의 전면에 이루어지는 플라즈마 식각율은 웨이퍼(W)의 전면에 걸쳐 일정하게 이루어질 수 있다.

다음은, 도 2a 내지 도 2b를 참조로 하여, 웨이퍼(W)의 전면에 이루어지는 식각율이, 웨이퍼(W)의 중앙부가 웨이퍼(W)의 에지부보다 높은 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

이러한 경우는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 에지부에서의 식각율이 오목하게 낮아지고, 웨이퍼(W)의 중앙부가 볼록하게 높아지는 경우이다.

따라서, 이에 대한 웨이퍼(W)의 전면에 걸친 식각율을 일정하게 보정하기 위하여, 도 2b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부의 상면과 상부전극(120)의 저면과의 거리는 멀게하고, 웨이퍼(W)의 에지부의 상면과 상부전극(120)의 저면과의 거리를 가깝게 형성하면 될 수 있다.

즉, 상부전극(120)의 저면 형상은 도 2a에 도시된 식각율의 프로파일에 상응하도록 형성하는 것이다.

이에 따라, 웨이퍼(W)의 전면에 이루어지는 플라즈마 식각율은 일정하게 형성될 수 있다.

다음은, 도 3a 내지 도 3b를 참조로 하여, 웨이퍼(W)의 전면에 이루어지는 식각율이, 웨이퍼(W)의 중앙부만이 웨이퍼(W)의 에지부보다 높은 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

이러한 경우는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대한 식각율이 웨이퍼(W)의 중앙부에서만 볼록하게 높아지는 경우이다.

따라서, 이에 대한 웨이퍼(W)의 전면에 걸친 식각율을 일정하게 보정하기 위하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부의 상면과 상부전극(120)의 저면과의 거리는 멀게 하면 될 수 있다.

즉, 상부전극의 저면 형상은 상기 상부전극의 상방으로 오목하도록 형성되어, 웨이퍼(W)의 중앙부의 상면과 상부전극(120)의 저면과의 거리는 멀게 되는 것이다.

또한, 상부전극(120)의 저면 형상은 도 3a에 도시된 식각율의 프로파일에 상응하도록 형성되는 것이다.

이에 따라, 웨이퍼(W)의 전면에 이루어지는 플라즈마 식각율은 일정하게 형성될 수 있다.

한편, 웨이퍼(W)의 에지부의 식각율이 일정한 경우에, 도 3b에 도시된 바와 같이 상부전극(120)의 저면이 평평할 수도 있다.

본 발명은 도시된 특정 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리설비의 상부전극의 형상을 변경함에 따라서, 설비간의 특성인 웨이퍼 상에 이루어지는 식각율의 특성에 따라, 그에 상응하는 상부전극을 채택하여 플라즈마 식각처리를 수행함으로써, 웨이퍼의 전면에 걸친 플라즈마 식각율을 일정하게 보정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 반응가스가 공급되는 프로세스챔버;

   상기 프로세스챔버의 내부 상측에 배치되며, 웨이퍼상에 이루어지는 식각율에 따라 일정 형상을 갖는 상부전극;

   상기 상부전극으로부터 소정간격 이격되도록 상기 프로세스챔버의 하측에 마련되며 소정전력이 인가되는 하부전극 및;

   상기 하부전극에 설치되며 웨이퍼가 안착되는 정전척을 포함하는 플라즈마 처리설비.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상부전극은 상기 웨이퍼의 에지부의 식각율이 높은 경우에, 상기 상부전극의 가장자리부의 저면이 상방으로 오목하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 상부전극은 상기 웨이퍼의 중앙부의 식각율이 높고, 상기 웨이퍼의 에지부의 식각율이 낮은 경우에, 상기 상부전극의 가장자리부의 저면이 하방으로 볼록하도록 이루어지고, 상기 상부전극의 중앙부의 저면이 상방으로 오목해지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 상부전극은 상기 웨이퍼의 중앙부가 식각율이 높은 경우에, 상기 상부전극의 중앙부의 저면이 상방으로 오목해지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 상부전극의 가장자리부의 저면은 평평한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리설비.

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