KR20080029569A - 식각프로파일 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

식각프로파일 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치 Download PDF

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    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings

Abstract

본 발명은 포커스링(Focus ring)의 마모(Worn-out)에 의해 발생되는 식각프로파일의 휘어짐 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 식각 대상 웨이퍼가 안착하는 정전척; 상기 정전척의 외주부에 구비되어 상기 웨이퍼의 외주부를 둘러싸는 실리콘(Si) 재질의 포커스링; 및 상기 포커스링의 아래에 설치되며 상기 포커스링보다 전기 전도도가 큰 재질(알루미늄과 알루미늄을 피복하는 세라믹)의 이너커버링을 포함하고, 상술한 본 발명은 포커스링의 하부측에 포커스링보다 전기전도도가 큰 재질로 이너커버링을 구비하므로써 포커스링의 마모가 발생되어도 플라즈마쉬스를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
플라즈마쉬스, 포커스링, 이너커버링, 실리콘, 전기전도도, 알루미늄, 세라믹

Description

식각프로파일 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치{APPARATUS FOR PLASMA ETCHING PREVENTED ETCH PROFILE TILTING}
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 이너커버링의 재질 종류에 따른 홀휘어짐 현상을 비교한 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 정전척 102 : 웨이퍼
103 : 포커스링 104 : 이너커버링
104A : 전극 104B : 피막
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 식각프로파일 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체소자의 콘택홀, 비아홀, 스토리지노드콘택홀 또는 스토리지노드를 위한 홀과 같은 홀(Hole)은 그 집적도가 증가함에 따라 깊이가 증가하고 이에 따라 웨이퍼 에지에서 홀이 휘어지는 휘어짐(Tilting) 현상이 발생하고 있다.
그리고, 스토리지노드 공정은 소자의 고집적화에 따라 스토리지노드와 스토리지노드콘택플러그의 오버랩(Overlap) 면적이 감소된다. 이에 따라 미세한 홀 휘어짐(Hole tilting)으로 싱글비트페일(Single bit fail)이 발생한다. 여기서, 싱글비트페일이라 함은 콘택이 되지 않는 현상이다.
특히, 식각 장비 구성에 따라 웨이퍼 에지 부분이 휘엄짐이 발생하는 실정이다. 해결방법의 하나인 포커스링의 주기적 관리와 폴리머를 제어하는 기술은 식각챔버의 세정 주기가 짧아 양산성을 감소시키는 문제가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 정전척(Electro Static Chuck, 11) 상부에 홀이 형성될 웨이퍼(12)가 놓이고, 정전척(11)의 외곽 지역에는 웨이퍼(12)의 에지를 둘러싸는 포커스링(Focus ring, 13)이 구비되며, 포커스링(13)의 아래쪽에는 이너커버링(Inner cover ring, 14)이 구비된다. 여기서, 포커스링(13)은 그 재질이 실리콘(Si)이고, 이너커버링(14)은 그 재질이 석영(Quart)이다. 그리고, 이너커버링(14)은 정전척(11)을 절연시키기 위한 것이며, 포커스링(13)은 플라즈마가 웨이퍼(12) 쪽에 집 중되도록 한다.
도 1에서, 웨이퍼(11)와 포커스링(13)의 재질이 모두 실리콘이므로, 플라즈마쉬스(Plasma Sheath)가 웨이퍼(12)와 포커스링(13)에서 동일하게 T1, T2(플라즈마쉬스 두께라 함)로 유지된다. 그리고, 플라즈마쉬스전압(VS1, VS2)도 동일하게 유지된다.
이와 같은 상태에서 포커스링(13)의 마모가 발생되면 포커스링(13)의 표면이 낮아져 포커스링(13)에서는 플라즈마쉬스전압을 등전위로 유지하기 위해 T2'로 모양이 변하게 된다.
이와 같이 T2'로 모양이 변하게 되면 식각이온의 웨이퍼(12) 에지로의 입사각(α)이 심하게 변화하기 시작한다.
예컨대, 종래기술은 포커스링의 마모가 발생되어 표면이 낮아지게 되면 웨이퍼 에지에서의 플라즈마쉬스가 모양이 변하게 되며, 이로써 웨이퍼에 수직으로 형성되지 않게 된다. 결국, 이 지역에 존재하는 활성화된 입자들이 사선으로 웨이퍼 에지에 입사하게 되면서 식각프로파일은 기울어지게 되고, 이로써 스토리지노드콘택간 브릿지(Bridge) 및 싱글비트페일(Single bit fail)을 유발한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 포커스링(Focus ring)의 마모(Worn-out)에 의해 발생되는 식각프로파일의 휘어짐 현 상을 방지할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 식각 대상 웨이퍼가 안착하는 정전척; 상기 정전척의 외주부에 구비되어 상기 웨이퍼의 외주부를 둘러싸는 포커스링; 및 상기 포커스링의 아래에 설치되며 상기 포커스링보다 전기 전도도가 큰 재질의 이너커버링을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 이너커버링은 상기 포커스링보다 전기전도도가 큰 재질의 전극 및 상기 전극을 피복하는 피막을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 포커스링의 재질은 실리콘(Si)이고, 상기 전극의 재질은 상기 실리콘보다 전기전도도가 큰 재질인 것을 특징으로 하고, 상기 전극은 알루미늄(Al)이고, 상기 피막의 재질은 세라믹(Ceramic)인 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.
후술하는 실시예는, 플라즈마쉬스를 변경하고자 하며, 이를 위해 포커스링보다 전기전도도(Electric conductivity)('전기전도율' 또는 '도전율'이라고도 함)가 큰 물질을 사용하여 포커스링의 아래에 이너커버링을 구비해주므로써 포커스링의 마모에 의한 문제점을 해결하여 웨이퍼 에지에서의 휘어짐을 방지하고자 한다. 참 고로, 저항률의 역수(1/ρ)를 전기전도도라 하며, 전기전도도는 전류를 얼마나 잘 흐르게 하느냐의 정도를 나타내고, 전기전도도의 기호는 시그마(σ)이고, 단위는 [S/m]이다. 여기서, S는 [1/Ω]에 해당하는 단위로 '지멘스'라고 읽는다.
이와 같이 전기전도도가 큰 재질의 이너커버링을 구비하면, 포커스링이 마모(Worn out)된다고 하더라도 플라즈마 쉬스의 변화가 없다. 즉, 웨이퍼 상에서의 쉬스전위차와 웨이퍼 주변부에서의 쉬스전위차를 일정하게 유지하면, 포커스링의 마모가 발생한다고 하더라도 플라즈마쉬스의 변화가 없다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 식각이 이루어질 식각 대상 웨이퍼(102)가 안착하는 정전척(ESC Chuck, 101), 정전척(102)의 외측부에 구비되어 웨이퍼(102)의 외주부를 둘러싸는 원형 링 형상의 포커스링(F/R, 103), 포커스링(103)의 아래에 설치된 이너커버링(C/R, 104)을 포함한다. 여기서, 포커스링(103)은 웨이퍼(102)쪽으로 플라즈마를 모으기 위한 링(Ring)이고, 이너커버링(104)은 정전척(101)을 주변부와 절연시키기 위한 링(Ring)이다.
자세히 살펴보면, 포커스링(103)은 그 재질이 실리콘(Si)이다.
그리고, 이너커버링(104)은 전극(104A)과 전극(104A)의 표면에 형성된 피막(104B)으로 구성된다.
먼저, 전극(104A)의 재질은 포커스링(103)으로 사용된 실리콘(Si)보다 전기전도도가 큰 물질, 바람직하게는 알루미늄(Al)으로 형성한다. 예컨대, 포커스 링(103)으로 사용된 실리콘(Si)은 그 전기전도도가 1.20×103[S/m]인데 반해, 이너커버링(104)의 전극(104A)인 알루미늄은 3.82×103[S/m]로서, 알루미늄이 실리콘보다 전기전도도가 매우 크다.
그리고, 피막(104B)은 주변부와 전극(104A)간 절연을 위한 물질로서, 피막(104B)은 세라믹(Ceramic)이고, 보다 구체적으로는 Mg, Al, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어진는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹이다.
바람직하게, 피막(104B)은 MgO, Al2O3, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹이다. 이러한 세라믹 재질의 피막(104B)은 내열성, 내구성, 내마모성이 뛰어나다.
위와 같은 피막(104B)은 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 박막 형성기술, 침지법 또는 도포법 등의 방법으로 형성한다. PVD는 이온도금법에 의해 각종 세라믹을 저온으로 코팅하는 방법이며, CVD는 열 화학적증착법에 의해 고온도로 단층 또는 다층 코팅하는 방법이다. 또한, 침지법은 각종 재료를 수지 용액에 침지한 후 열처리를 실시하는 방법이며, 도포법은 각종 재료에 수지용액을 도포한 후 소정 온도로 열처리하는 방법이다. 피막(104B)의 두께는 10∼100㎛인 것이 바람직하다.
위와 같이, 피막(104B)을 세라믹 재질로 사용하면, 플라즈마 상태의 이온에 의해서 피막(104B)이 식각되는 것이 방지되고, 이로써 피막(104B)에 의해 전극(104A)의 식각도 방지된다. 결국, 세라믹재질의 피막(104B)을 구비하는 이너커버링(104)은 플라즈마의 이온에 의해서 식각되는 것이 방지됨으로써 반영구적으로 사용할 수 있어서 이너커버링(104)의 교체주기를 연장시켜 경제적이다.
도 2와 같이, 본 발명은 포커스링(103)의 아래에 설치되는 이너커버링(104)이 전극(104A)과 전극(104A)의 표면에 피복된 피막(104B)으로 이루어지고 있으며, 이너커버링(104)의 전극(104A)이 포커스링(103)보다 전기전도도가 더 크다.
전술한 바와 같이, 포커스링(103)보다 전기전도도가 더 큰 물질을 사용하여 이너커버링(104)의 전극(104A)을 구비하게 되면, 플라즈마 쉬스가 포커스링(103)에 의해 영향을 받는 것이 아니라, 전기전도도가 더 큰 이너커버링(104)의 전극(104A)에 의해 플라즈마쉬스가 영향을 받는다. 전극(104A)의 재질을 전기전도도가 큰 물질로 하면, 웨이퍼(101)와 이너커버링(104)에서의 플라즈마쉬스 전압(VS11, VS12)을 동일하게 유지시킬 수 있다. 이때, 위치 차이로 인해 플라즈마쉬스 두께 차이는 'T11', 'T12'로 발생할 수 있다.
이로써 이너커버링(104)의 전극(104A)에 의해 포커스링(103)의 마모에 무관하게 플라즈마의 직진성을 계속 유지토록 하여 플라즈마 쉬스를 일정하게 유지한다.
도 3a 내지 도 3d는 이너커버링의 재질 종류에 따른 홀휘어짐 현상을 비교한 사진이다.
도 3a는 이너커버링의 재질을 석영으로 사용한 경우의 홀 휨 현상을 나타낸 사진이고, 도 3b는 이너커버링의 재질을 세라믹 재질로 사용한 경우, 도 3c는 이너커버링의 재질을 알루미늄 및 세라믹 코팅 재질로 사용한 경우, 도 3d는 이너커버링을 알루미늄 재질로 사용한 경우이다.
도 3a를 살펴보면, 이너커버링을 기존 재질인 석영(Quart)으로 사용한 경우, 포커스링이 석영보다 전기전도도가 높아 포커스링의 영향을 많이 받아 홀이 안쪽으로 휘어지고 있음을 알 수 있다.
도 3b를 살펴보면, 이너커버링을 세라믹으로 사용한 경우, 도 3a의 경우와 유사하게 포커스링의 영향을 많이 받아 홀이 안쪽으로 휘어지고 있음을 알 수 있다.
도 3c를 살펴보면, 이너커버링을 알루미늄과 세라믹 코팅 재질로 사용한 경우, 포커스링보다 전기전도도가 큰 알루미늄을 구비한 이너커버링에 의해 홀이 직진성 유지하고 있음을 알 수 있다. 즉, 홀 휘어짐이 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 3d를 살펴보면, 이너커버링을 알루미늄 단독으로 사용한 경우, 세라믹과 같은 절연재질이 존재하지 않음에 따라 전기전도도가 과도하여 홀이 바깥쪽으로 휘어지고 있음을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3d의 결과로부터, 홀 휘어짐을 방지하기 위해서는 이너커버링이 알루미늄과 세라믹재질로 코팅된 경우가 가장 바람직하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 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 하부측에 포커스링보다 전기전도도가 큰 재질로 이너커버링을 구비하므로써 포커스링의 마모가 발생되어도 플라즈마쉬스를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이너커버링의 전기전도도가 큰 전극을 세라믹재질로 피복하므로써, 홀 휘어짐을 방지함과 동시에 이너커버링의 수명을 반영구적으로 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 식각 대상 웨이퍼가 안착하는 정전척;
    상기 정전척의 외주부에 구비되어 상기 웨이퍼의 외주부를 둘러싸는 포커스링; 및
    상기 포커스링의 아래에 설치되며 상기 포커스링보다 전기 전도도가 큰 재질의 이너커버링
    을 포함하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이너커버링은,
    상기 포커스링보다 전기전도도가 큰 재질의 전극; 및
    상기 전극을 피복하는 피막
    을 포함하는 플라즈마 식각 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포커스링의 재질은 실리콘(Si)이고, 상기 전극의 재질은 상기 실리콘보다 전기전도도가 큰 재질인 플라즈마 식각 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극은, 알루미늄(Al)인 플라즈마 식각 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피막의 재질은 세라믹(Ceramic)인 플라즈마 식각 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세라믹은, Mg, Al, Ca, Cr, Y, Zr, Ta, Ce 및 Nd로 이루어진는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 세라믹인 플라즈마 식각 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세라믹은, MgO, Al2O3, CaF2, Cr2O3, Y2O3, YF3, ZrO2, TaO2, CeO2, Ce2O3, CeF3 및 Nd2O3로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 세라믹인 플라즈마 식각 장치.
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