KR20080001163A - 홀 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식각이온의 웨이퍼 내 입사를 플라즈마 사용 시간과 상관없이 일정하게 수직으로 입사시켜 즉, 플라즈마쉬스를 일정하게 형성시켜 콘택홀의 휘어짐 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 플라즈마식각장치는 플라즈마처리챔버; 상기 플라즈마처리챔버 내부에 구비되며 식각이 이루어질 웨이퍼가 놓이는 정전척; 상기 정전척의 외곽지역에 구비되어 상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸는 포커스링; 및 상기 포커스링을 상승 및 하강시키는 승강수단을 포함하고, 상술한 본 발명은 포커스링의 마모가 발생되면 마모된 포커스링의 표면과 웨이퍼의 표면이 동일 높이가 되도록 승강수단을 상승시키므로써 플라즈마쉬스를 일정하게 유지하여 웨이퍼 에지에서의 식각이온들의 입사각을 동일하게 유지시키므로써 콘택홀의 휘어짐 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
플라즈마, 플라즈마쉬스, 포커스링, 마모, 입사각, 휘어짐

Description

홀 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치{APPARATUS FOR PLASMA ETCHING PREVENTED HOLE TILTING}
도 1은 종래기술에 따른 콘택홀의 휘어지는 현상을 보여주는 단면사진.
도 2는 종래기술에 따른 콘택홀 식각챔버의 내부 구조를 도시한 도면.
도 3은 플라즈마 사용 시간에 따른 식각이온의 입사각 변화와 이로 인한 웨이퍼 에지에서의 콘택홀 변형을 보여주는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마식각장치를 이용한 플라즈마 식각 방법을 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 플라즈마처리챔버 101 : 정전척
102 : 웨이퍼 103 : 포커스링
104 : 승강기
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 홀 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체소자의 콘택홀은 그 집적도가 증가함에 따라 깊이가 증가하고 이에 따라 웨이퍼 에지에서 콘택홀이 휘어지는 틸팅(Tilting) 현상이 발생하고 있다.
이러한 틸팅 현상은 식각챔버 사용에 따른 식각이온의 웨이퍼내 입사각의 변화에 기인하며 이러한 입사각의 변화는 챔버 내 일부 소모성 부품의 마모에 의해 발생하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 콘택홀의 휘어지는 현상을 보여주는 단면사진으로서, 이와 같은 현상이 발생하는 이유는 도 2와 같다.
도 2는 종래기술에 따른 콘택홀 식각챔버의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 정전척(ESC Chuck, 11) 상부에 콘택홀이 형성될 웨이퍼(12)가 놓이고, 정전척(11)의 외곽 지역에는 웨이퍼(12)의 에지를 둘러싸는 포커스링(Focus ring, 13)이 구비된다. 여기서, 포커스링(13)은 그 재질이 실리콘(Si)이고, 웨이퍼(12)에 플라즈마를 모으기 위한 것이다.
도 2와 같은 식각챔버 내에서 정전척(ESC Chuck, 11) 위로 웨이퍼(12)가 이동된 상황에서 콘택홀 형성을 위한 식각이 이루어지는데 현재 정전척(11)의 외곽쪽에 위치하고 있는 포커스링(Focus Ring, 13)의 경우 식각이 진행됨에 따라 식각이온에 의하여 마모가 이루어진다.
따라서, 웨이퍼와 플라즈마 사이의 시스영역(Sheath region), 즉 식각이온과 웨이퍼(12) 사이의 높이 T1이 유지되는 상태에서 포커스링(13)의 표면과 식각이온 사이의 높이 T2가 포커스링(13)의 마모에 의하여 T2', 즉 웨이퍼(12)의 아래로 낮아지게 된다.
이와 같이 T2'로 낮아지게 되면 플라즈마쉬스(Plasma sheath)의 변화가 이루어지고 T2의 높이 변화가 증가할수록 식각이온의 웨이퍼(12) 내로의 입사각(α)이 심하게 변화하기 시작한다. 플라즈마쉬스는 식각이온들은 쉬스전위차(Sheath potential)에 의해 그 운동이 가속화되어 식각을 진행하게 되는데, 이러한 쉬스전위차를 플라즈마쉬스라 한다.
도 3은 플라즈마 사용 시간에 따른 식각이온의 입사각 변화와 이로 인한 웨이퍼 에지에서의 콘택홀 변형을 보여주고 있다. 여기서, 플라즈마는 RF 플라즈마이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 사용시간이 0시간(0hr)인 경우에는 콘택홀의 휘어짐이 발생하지 않으나, 플라즈마 사용 시간을 300시간(300hr), 500시간(500hr)으로 점차 증가시킬 수록 콘택홀의 휘어짐 현상이 더욱 심해진다. 한편, 300시간까지는 정상(Good)인 경우로 판정하고, 500시간인 경우는 비정상(No good)으로 판정한다.
이러한 콘택홀 휘어짐 현상에 의해 일정 시간 이상 소모성 부품을 사용하지 못하는 문제점이 있어 생산성을 저하시키며, 일부 지역에서의 콘택홀 휘어짐 현상은 하부 콘택홀과의 오버레이 마진(Overlay margin)을 감소시켜 접촉불량에 의한 저항성 페일 등을 유발할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 식각이온의 웨이퍼 내 입사를 플라즈마 사용 시간과 상관없이 일정하게 수직으로 입사시켜 즉, 플라즈마쉬스를 일정하게 형성시켜 콘택홀의 휘어짐 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마식각장치는 플라즈마처리챔버; 상기 플라즈마처리챔버 내부에 구비되며 식각이 이루어질 웨이퍼가 놓이는 정전척; 상기 정전척의 외곽지역에 구비되어 상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸는 포커스링; 및 상기 포커스링을 상승 및 하강시키는 승강수단을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 승강수단은 모터 구동에 의해 상승 및 하강되는 것을 특징으로 하며, 상기 포커스링의 마모가 발생되면 상기 마모된 포커스링의 표면과 상기 웨이퍼의 표면이 동일 높이가 되도록 상기 승강수단을 상승시키는 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 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마식각장치를 이용한 플라즈마 식각 방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마식각장치의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
일정 체적(Volume)을 갖는 플라즈마처리챔버(100), 플라즈마처리챔버(100) 내부에 구비되며 식각이 이루어질 웨이퍼(102)가 놓이는 정전척(ESC Chuck, 101), 정전척(102)의 외곽지역에 구비되어 웨이퍼(102)의 에지를 둘러싸는 포커스링(103) 및 포커스링(103)을 상승 및 하강시키는 승강기(Lifter, 104)을 포함한다.
포커스링(103)은 그 재질이 실리콘이다.
그리고, 승강기(104)는 포커스링(103)의 저면에 결합되고, 모터(Motor) 구동에 의해 상승(UP) 및 하강(DOWN)된다.
그리고, 정전척(101)의 외곽지역의 길이는 승강기(104)의 상승 및 하강 이동을 위해 그 길이가 짧다. 즉, 승강기(104)와 정전척(101)의 외곽지역 사이에는 일정 거리(D1)를 두고 이격된다.
그리고, 정전척(101)의 외곽지역의 표면과 포커스링(103) 사이에도 일정 거리(D2)가 존재하는데, 이러한 거리(D2)에 의해 포커스링(103)의 이동공간이 확보된다.
위와 같은 플라즈마 식각 장치에 있어서, 콘택홀 형성을 위해 플라즈마 식각을 진행하는 도중에 포커스링(103)의 마모가 발생되면 도 4b와 같이 포커스링(103)의 표면과 웨이퍼(102)의 표면이 동일 높이가 되도록 모터에 의해 승강기(104)를 이동(105)시켜 마모된 포커스링(103A)을 상승시킨다. 이때, 마모된 포커스링(103A)의 상승 거리는 마모가 발생된 두께(D3)가 될 것이다. 이로써, 웨이퍼(102)의 표면 과 마모된 포커스링(103A)의 표면은 일정한 플라즈마쉬스를 유지하게 된다. 즉, 웨이퍼(102) 표면의 T1과 포커스링(103A) 표면의 T2'은 동일하고, T2'은 마모가 발생되기 전의 T2와도 동일하다.
도 4a 및 도 4b와 같은 플라즈마 식각 장치를 이용한 콘택홀 형성 방법을 살펴보면 다음과 같다.
플라즈마 식각 장치에서 도시되지 않았지만, 고주파 전력(RF Power)을 인가함으로써 웨이퍼(102) 상부에 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의해서 웨이퍼(102) 상의 산화막을 일부 식각하여 콘택홀을 형성하게 된다. 이때, 포커스링(103)을 이용하여 웨이퍼(102)에 플라즈마를 집중시켜 식각효율을 높인다.
이와 같은 산화막의 일부 식각의 결과, 포커스링(103)의 마모가 발생되는 경우에 마모된 포커스링(103A)의 표면을 웨이퍼(102)의 표면과 동일 높이가 되도록 이동시키는데, 이를 위해 승강기(104)를 모터구동을 통해 상승시킨다.
이처럼, 마모된 포커스링(103A)의 표면을 웨이퍼(102) 표면과 동일 높이로 맞춘 후에 다시 플라즈마식각을 진행한다.
상술한 바와 같이 콘택홀의 형성이 완료될때까지 산화막을 계속 식각하게 되는데, 포커스링(103)의 마모가 발생되면 반복적으로 마모된 포커스링(103A)을 이동시켜 콘택홀 형성이 완료될때까지 웨이퍼(102) 표면과 마모된 포커스링(103A)의 표면에서 플라즈마쉬스를 일정하게 유지시킨다.
이로써, 플라즈마 사용시간과 관계없이 웨이퍼(102) 에지에서의 식각이온들의 입사각을 동일하게 유지시켜 줄수 있고, 결국에는 웨이퍼(102) 에지에서의 콘택 홀 휘어짐 현상이 발생하지 않는다.
또한, 포커스링(103)의 마모가 발생되었다고 해서 그를 교체하지 않으면서 마모가 발생된 포커스링(103A)을 계속 사용하므로, 포커스링(103)의 교체에 의한 생산성 단가 상승을 방지한다.
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 포커스링의 이동을 통해 플라즈마쉬스를 일정하게 유지하여 웨이퍼 에지에서의 식각이온들의 입사각을 동일하게 유지시키므로써 콘택홀의 휘어짐 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상하부 콘택홀간의 오버레이 마진을 안정적으로 유지할 수 있으며, 소모성 부품인 포커스링의 불필요한 교체에 의한 생산성 단가 상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 플라즈마처리챔버;
    상기 플라즈마처리챔버 내부에 구비되며 식각이 이루어질 웨이퍼가 놓이는 정전척;
    상기 정전척의 외곽지역에 구비되어 상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸는 포커스링; 및
    상기 포커스링을 상승 및 하강시키는 승강수단
    을 포함하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승강수단은,
    모터 구동에 의해 상승 및 하강되는 플라즈마 식각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 승강수단과 정전척의 외곽지역 사이 및 상기 포커스링의 저면과 상기 정전척의 외곽지역 표면 사이는 일정 거리만큼 이격되어 있는 플라즈마 식각 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포커스링은 그 재질이 실리콘인 플라즈마 식각 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스링의 마모가 발생되면 상기 마모된 포커스링의 표면과 상기 웨이퍼의 표면이 동일 높이가 되도록 상기 승강수단을 상승시키는 플라즈마 식각 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승강수단의 이동거리는 상기 포커스링의 마모된 두께인 플라즈마 식각 장치.
  7. 플라즈마처리챔버 내에 구비된 정전척 상에 웨이퍼를 위치시키고, 상기 정전척의 외곽지역에 상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸는 포커스링이 마련되는 플라즈마 식각 장치에서 고주파 전력을 인가함으로써 웨이퍼 상부에 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의해서 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 포커스링을 이용하여 일정 식각 조건 하에서 플라즈마 식각을 진행하는 단계;
    상기 플라즈마 식각의 결과, 상기 포커스링의 마모가 발생되는 경우에 상기 마모된 포커스링의 표면을 상기 웨이퍼의 표면과 동일 높이가 되도록 이동시키는 단계; 및
    상기 이동시킨 포커스링을 이용하여 다시 플라즈마 식각을 진행하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 식각 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포커스링의 이동은, 승강수단에 의해 이루어지는 플라즈마 식각 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 승강수단은 모터 구동에 의해 상승 및 하강하는 플라즈마 식각 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 플라즈마 식각은 상기 웨이퍼 상에 마련된 산화막의 식각을 진행하여 콘택홀을 형성하는 플라즈마 식각 방법.
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