KR20070115058A

KR20070115058A - 그라운드링을 구비한 베벨 식각 장치

Info

Publication number: KR20070115058A
Application number: KR1020060048871A
Authority: KR
Inventors: 김도형; 서대영; 홍기로
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-05

Abstract

본 발명은 불필요한 가스 사용을 줄이면서도 식각하고자 하는 영역에만 플라즈마를 분포시키므로써 넷다이가 손상되는 것을 방지할 수 있는 베벨식각장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 베벨 식각 장치는 플라즈마 처리 챔버; 상기 플라즈마 처리 챔버의 천정 중앙에 구비되며 공정가스공급관이 관통되는 홈을 갖는 천정중앙부; 상기 플라즈마처리챔버의 내부 상측에 구비된 상부전극; 상기 플라즈마처리챔버의 내부 하측에 구비된 하부전극; 상기 상부전극과 하부전극 사이에 배치된 웨이퍼; 및 상기 상부전극과 웨이퍼 사이에 배치되며 상기 웨이퍼의 에지영역에만 플라즈마가 한정되도록 하는 그라운드링을 포함하고, 상술한 본 발명은 그라운드링을 구비한 베벨식각장치를 구현하므로써 웨이퍼의 중앙쪽으로의 플라즈마이동을 방지하면서 동시에 플라즈마발생지역을 그라운드링의 구조를 통해 한정하므로써 불필요한 가스 사용을 줄일 수 있어 공정 단가면이나 공정셋업에서 용이한 효과가 있다.

베벨 식각, 웨이퍼, 플라즈마, 그라운드링

Description

그라운드링을 구비한 베벨 식각 장치{BEVEL ETCHER WITH GROUND RING}

도 1은 종래기술에 따른 베벨 식각 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베벨 식각 장치의 구성도.

도 3은 도 2의 그라운드링의 상세도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 플라즈마처리챔버 102 : 공정가스공급관

103 : 천정중앙부 104 : 상부전극

105 : 하부전극 106 : 웨이퍼

107 : 그라운드링 107a : 상향돌출부

107b : 하향돌출부 107c : 중심축

107d : 관절

본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 특히 베벨 식각 장치(Bevel etcher)에 관한 것이다.

반도체소자의 제조 공정시 정해진 웨이퍼의 면적에 공정을 진행하여 각각의 레이어를 쌓아서 구성하게 되는데, 이때 웨이퍼 에지에서는 레이어의 연결성이 사라지고 단지 공정의 부산물들로 랜덤하게 쌓여 있게 된다.

웨이퍼 상에 발생하는 결함은 장비 기인성 및 공정상에서 발생하는 결함이 대부분이지만 전술한 바와 같이 후속 세정이나 식각공정후 쌓여 있던 디스크리트한 패턴 등이 웨이퍼 내부로 유입되어 치명적인 결함으로 작용하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 웨이퍼의 베벨 지역의 부산물을 식각해내는 베벨식각장치가 사용되고 있다. 여기서, 베벨지역이라 함은 통상적으로 웨이퍼의 에지 지역을 일컬으며, 이러한 베벨식각장치를 이용하여 웨이퍼 에지지역에 쌓이는 불필요한 부산물을 제거하므로써 소자 구성시 웨이퍼 에지지역으로부터의 오염을 막는다.

도 1은 종래기술에 따른 베벨 식각 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 챔버가 가스공급파트(11)와 웨이퍼지지파트(12)로 구분되고, 가스공급파트(11)는 식각가스인 CF₄/O₂가 공급되는 제1가스라인(11a)과 플라즈마이동방지를 위한 N₂ 가스가 공급되는 제2가스라인(11b)이 구비된다.

그리고, 웨이퍼지지파트(12)는 캐소드(13) 위에 웨이퍼(14)가 놓이고, 캐소드(13)에는 플라즈마 발생을 위한 RF 전원(15)이 인가된다.

그리고 가스공급파트(11)와 웨이퍼지지파트(12)는 웨이퍼(14)의 에지영역에 대응하는 부분에서는 접지되어 있다.

도 1과 같은 종래 베벨 식각장치는 캐소드(13)에 인가된 전원에 의해 웨이퍼(14) 에지영역쪽으로 주입되는 CF₄/O₂의 플라즈마(16)가 발생되고, 이 플라즈마(16)에 의해 웨이퍼의 에지지역의 식각이 진행된다.

그리고, 종래기술은 제2가스라인(11b)을 통해 N₂ 가스를 주입해주므로써 플라즈마(16)가 웨이퍼(14)의 중앙부분으로 이동하는 것을 방지하고 있다.

그러나, 도 1의 종래 베벨 식각장치는 식각을 하고자 하는 지역('B' 지역)을 정확하게 조절할 수 없어서 웨이퍼의 에지지역의 넷다이(Net die)까지 영향을 주어 수율의 저하를 초래하는 문제가 있다. 즉, 웨이퍼의 에지지역에서 실제 소자로 작용하는 부분이 형성된 넷다이(Net die)까지 식각하게 되어('A' 지역) 수율을 저하시킨다.

또한, 종래기술은 웨이퍼의 에지지역에만 플라즈마를 분포시키도록, 즉 플라즈마가 웨이퍼의 중앙부분으로 이동(Shift)하는 것을 방지하기 위해 질소(N₂) 가스를 흘려주어야만 하므로 베벨 식각에서 불필요한 가스 사용이 수반될 수밖에 없다. 또한, 질소가스에 의해서는 플라즈마를 웨이퍼의 에지지역에 한정시키기가 어렵다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 불필 요한 가스 사용을 줄이면서도 식각하고자 하는 영역에만 플라즈마를 분포시키므로써 넷다이가 손상되는 것을 방지할 수 있는 베벨식각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 베벨 식각 장치는 플라즈마 처리 챔버; 상기 플라즈마 처리 챔버의 천정 중앙에 구비되며 공정가스공급관이 관통되는 홈을 갖는 천정중앙부; 상기 플라즈마처리챔버의 내부 상측에 구비된 상부전극; 상기 플라즈마처리챔버의 내부 하측에 구비된 하부전극; 상기 상부전극과 하부전극 사이에 배치된 웨이퍼; 및 상기 상부전극과 웨이퍼 사이에 배치되며 상기 웨이퍼의 에지영역에만 플라즈마가 한정되도록 하는 그라운드링을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 상부전극의 가장자리는 하향 돌출부를 갖고, 상기 하부전극의 가장자리는 상향 돌출부는 갖되, 상기 하향돌출부와 상향 돌출부 사이에 상기 웨이퍼가 소정 간격을 갖고 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 상부전극의 하향 돌출부는 상기 웨이퍼의 에지를 벗어나고, 상기 하부전극의 상향 돌출부는 상기 웨이퍼의 에지에 대응하는 것을 특징으로 하고, 상기 그라운드링은 상향돌출부와 하향돌출부가 동시에 구비된 가장 자리를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 그라운드링의 가장자리와 상기 상부전극의 하향돌출부 사이에는 상기 웨이퍼의 에지지역에서만 플라즈마를 한정되도록 하는 일정 공간을 제공하되, 상기 플라즈마를 발생시키도록 상기 그라운드링은 접지시키고 상기 상부전극은 RF 전원을 인가하는 것을 특징으로 한다.

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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베벨 식각 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마처리 공정이 수행될 플라즈마 처리 챔버(101)가 처리챔버 벽체에 의해 일정한 공간을 확보한채 구비된다. 그리고, 플라즈마 처리 챔버(101)의 천정 중앙에는 공정가스공급관(102)이 관통되는 홈을 갖는 천정중앙부(103)가 구비된다. 여기서, 공정가스공급관(102)을 통해 공급되는 공정가스는 식각하고자하는 물질에 따라 다르지만, 예를 들면 CF₄/Ar의 혼합가스이다.

그리고, 플라즈마처리챔버(101)의 내부 상측에는 제1캐소드전극의 역할을 하는 상부전극(104)이 설치되며, 상부전극(104)은 가장자리를 따라 하향 돌출부(104a)를 갖는 원통형으로 형성되며, 그 중앙에는 공정가스공급관(102)이 관통되는 홈이 설치된다. 여기서, 상부전극(104)의 상부면과 플라즈마처리챔버(101)의 천정중앙부는 결합되어 있고, 공정가스공급관(102)이 동일하게 관통되어 있다.

그리고, 플라즈마처리챔버(101)의 내부 하측에는 제2캐소드전극의 역할을 하는 하부전극(105)이 설치되며, 하부전극(105)은 가장자리를 따라 상향 돌출부(105a)를 갖는 원통형으로 형성된다. 여기서, 하부전극(105)은 상부전극(104)과 다르게 중앙부분에 어떠한 구멍도 존재하지 않는다. 특히, 상부전극(104)과 하부전 극(105)의 가장자리를 서로 맞물리는 형태가 아니라 일정 간격(d1)을 갖고 이격되는데, 이는 상부전극(104)과 하부전극(105) 사이에 웨이퍼(106)가 놓이는 공간을 확보하기 위함이다. 또한, 상부전극(104)의 가장자리는 하부전극(105)의 가장자리보다 더 길게 연장된 형태를 갖는데, 예컨대, 상부전극(104)의 가장자리(특히 하향 돌출부)는 웨이퍼(106)의 에지지역을 벗어나는데 반해 하부전극(105)의 가장자리는 웨이퍼(106)의 에지지역에 대응하는 길이를 갖는다. 그리고, 하부전극(105)에는 (-) 전압을 인가시키는데, 이처럼 하부전극(105)에 (-) 전압을 인가하므로써 플라즈마를 웨이퍼 에지 표면쪽으로 끌어당길 수 있다.

마지막으로, 상부전극(104)의 아래에는 그라운드링(Ground ring, 107)이 설치되는데, 그라운드링(107)은 공정가스공급관(102)을 통해 공급된 공정가스를 웨이퍼(106)의 에지지역으로 가이드시키기 위한 역할을 하면서, 플라즈마 발생을 위해 접지(ground, 108)되는 부분이다. 이때, 플라즈마 발생을 위해 상부전극(104)에 RF 전원(109)이 공급시키고, 그라운드링(107)을 접지시켜 상부전극(104)과 그라운드링(107)의 가장자리 사이에 플라즈마(PL)를 발생시킨다. 여기서, 그라운드링(107)의 하향돌출부(107b)와 웨이퍼(106) 사이의 간격(Gap)은 0.35mm이다.

그리고, 그라운드링(107)의 가장자리는 상향 돌출부(107a)와 하향 돌출부(107b)를 동시에 구비하는데(이로써 사이드 그라운드링(side ground ring)이라고 함), 상향 돌출부(107a)는 공정가스의 유도역할을 하고, 하향돌출부(107b)는 플라즈마가 웨이퍼(106)의 중앙부분으로 이동하는 것을 방지하는 장벽 역할을 한다. 그리고, 그라운드링(107)의 가장자리는 엠보싱(embossing) 형태로 처리되어 있는데 (도 3 참조), 이처럼 엠보싱 형태로 처리됨에 따라 공정가스의 공급을 더욱 원활히 할 수 있다.

도 3은 도 2의 그라운드링의 상세도이다.

도 3을 참조하면, 그라운드링(107)의 가장자리는 엠보싱 처리되어 있다. 그리고, 그라운드링(107)의 십자형태 및 화살표는 그라운드링 작동 원리로 링의 지름을 줄일때는 "-->", 지름을 늘릴때는 '→'와 같이 동작시키는 것을 의미한다. 도 2의 플라즈마(PL) 옆에 도시된 화살표도 동일한 의미이다.

자세히 살펴보면, 그라운드링(107)은 상향돌출부(107a)와 하향돌출부(107)로 이루어진 가장자리가 고리(Ring)를 이루고, 가장자리로부터 등거리에 중심축(107c)이 구비되며, 중심축(107c)으로부터 가장자리까지 연결되는 여러개의 관절(107d)을 포함한다.

이처럼, 여러개의 관절(107d)에 의해 그라운드링(107)의 지름을 넓히거나(관절을 반시계방향으로 이동시킴) 좁히므로써(관절을 시계반향으로 이동시킴) 웨이퍼 에지의 베벨 식각영역을 물리적으로 조절할 수 있게 된다. 베벨식각영역이 웨이퍼 에지로부터 3∼4mm라 할 때, 종래 가스를 이용하는 경우에는 베벨식각영역의 조절이 용이하지 않으나, 본 발명처럼 관절(107c)을 이용하는 그라운드링(107)의 경우에는 베벨식각영역의 조절이 용이하다. 한편, 관절(107c)에 의해 중앙부분이 비어있게 되는데, 도 2에서, 그라운드링(107)과 상부전극(104) 사이에는 추가로 판(plate, 도시생략)가 구비되어 공정가스가 웨이퍼의 중앙쪽으로 이동하는 것을 방지하면서 웨이퍼 에지쪽으로 유도되도록 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 베벨식각장치는 사이드 그라운드링(107)을 이용하므로써 웨이퍼(106)의 중앙지역으로 플라즈마가 이동(plasma shift)되는 것을 방지하면서 동시에 플라즈마를 식각하려는 웨이퍼(106)의 에지지역에만 분포시킬 수 있다.

즉, 종래 베벨식각장치는 웨이퍼 중앙쪽에서 플라즈마이동을 방지하기 위해 질소 가스를 집어넣어 플라즈마 발생 지역을 한정짓고 있으나, 본 발명의 베벨 식각장치는 그라운드링(107)의 조작을 통해 플라즈마 발생지역을 한정하므로 불필요한 가스 사용을 줄이고 베벨 임계(bevel dimension) 변화에 따른 플라즈마 발생 지역의 조절도 정확하다. 또한, 본 발명은 그라운드링을 사용하므로써 웨이퍼의 에지로부터의 오염을 방지할 수 있다.

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

상술한 본 발명은 그라운드링을 구비한 베벨식각장치를 구현하므로써 웨이퍼의 중앙쪽으로의 플라즈마이동을 방지하면서 동시에 플라즈마발생지역을 그라운드링의 구조를 통해 한정하므로써 불필요한 가스 사용을 줄일 수 있어 공정 단가면이나 공정셋업에서 용이한 효과가 있다.

Claims

플라즈마 처리 챔버;

상기 플라즈마 처리 챔버의 천정 중앙에 구비되며 공정가스공급관이 관통되는 홈을 갖는 천정중앙부;

상기 플라즈마처리챔버의 내부 상측에 구비된 상부전극;

상기 플라즈마처리챔버의 내부 하측에 구비된 하부전극;

상기 상부전극과 하부전극 사이에 배치된 웨이퍼; 및

상기 상부전극과 웨이퍼 사이에 배치되며 상기 웨이퍼의 에지영역에만 플라즈마가 한정되도록 하는 그라운드링

을 포함하는 베벨 식각 장치.
제1항에 있어서,

상기 상부전극의 가장자리는 하향 돌출부를 갖고, 상기 하부전극의 가장자리는 상향 돌출부는 갖되, 상기 하향돌출부와 상향 돌출부 사이에 상기 웨이퍼가 소정 간격을 갖고 배치되는 베벨 식각 장치.
제2항에 있어서,

상기 상부전극의 하향 돌출부는 상기 웨이퍼의 에지를 벗어나고, 상기 하부전극의 상향 돌출부는 상기 웨이퍼의 에지에 대응하는 베벨 식각 장치.
제1항에 있어서,

상기 그라운드링은 상향돌출부와 하향돌출부가 동시에 구비된 가장 자리를 구비하는 베벨 식각 장치.
제4항에 있어서,

상기 그라운드링의 가장자리의 표면이 엠보싱 처리된 베벨 식각 장치.
제5항에 있어서,

상기 그라운드링은,

상기 가장자리가 고리를 이루고,

상기 가장자리로부터 등거리에 중심축이 구비되며,

상기 중심축으로부터 상기 가장자리까지 연결되는 여러개의 관절

을 포함하는 베벨 식각 장치.
제6항에 있어서,

상기 관절을 시계방향으로 이동시켜 상기 그라운드링의 지름을 좁히고, 반시계방향으로 이동시켜 상기 그라운드링의 지름을 넓히는 베벨 식각 장치.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 그라운드링의 가장자리와 상기 상부전극의 하향돌출부 사이에는 상기 웨이퍼의 에지지역에서만 플라즈마를 한정되도록 하는 일정 공간을 제공하되, 상기 플라즈마를 발생시키도록 상기 그라운드링은 접지시키고 상기 상부전극은 RF 전원을 인가하는 베벨 식각 장치.
제8항에 있어서,

상기 그라운드링의 가장자리의 하향돌출부의 저면과 상기 웨이퍼 사이는 일정 간격을 갖는 베벨 식각 장치.
제9항에 있어서,

상기 그라운드링의 가장자리의 하향돌출부의 저면과 상기 웨이퍼 사이의 간 격은 0.35mm인 베벨 식각 장치.
제8항에 있어서,

상기 그라운드링의 상부면과 상기 상부전극의 저면은 소정 간격을 가져 상기 공정가스공급관으로부터 공급된 공정가스를 상기 웨이퍼의 에지지역으로 유도하는 베벨 식각 장치.
제8항에 있어서,

상기 하부전극은 (-) 전압이 인가되는 베벨 식각 장치.