KR20080043564A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치를 제공한다. 상기 플라즈마 처리장치는 그 외측 둘레에 마그네트가 장착되고, 그 내부에 플라즈마 분위기가 형성되는 반응실과, 상기 반응실의 내부에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 상기 정전척의 외측둘레를 감싸도록 설치되어, 상기 웨이퍼의 가장자리가 상기 가장자리 근방으로부터 상기 반응실의 벽면 상방을 따라 상기 반응실의 내부공간에 노출되도록 하는 웨이퍼 지지링을 구비한다.

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESS EQUIPMENT}

도 1은 종래의 플라즈마 처리설비의 웨이퍼 지지링을 보여주는 단면도이다.

도 2는 종래의 플라즈마 처리설비를 사용하여 웨이퍼에 콘텍홀이 형성된 것을 보여주는 부분단면도이다.

도 3은 본 발명의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 표시부호 A의 확대 단면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 지지링의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 6은 도 4에 도시된 지지링의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

도 7은 웨이퍼에 콘텍홀이 형성되는 것을 보여주는 부분단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **

270 : 정전척

300, 300', 300'' : 웨이퍼 지지링

330 : 경사면

340 : 굴곡면

350 : 경사돌기

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지지링의 가장자리부에서의 식각되는 것을 방지하여 웨이퍼의 에지부에서의 식각율을 향상시키도록 한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 상에 소정의 공정을 반복적으로 진행하여 완성되며, 상기 공정은 확산공정, 식각공정, 포토리소그래피공정 및 성막공정 등으로 나눌 수 있다.

이러한 공정 중 식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 나눌 수 있으며, 습식식각은 소자의 최소선폭이 수백 내지 수십 마이크로대의 LSI 시대에 범용으로 적용되었으나 VLSI, ULSI소자에는 등방성 식각이 보이는 집적도의 한계 때문에 거의 사용되지 않고 있다.

따라서 현재에는 건식식각을 사용하고 있는데, 상기 건식식각 설비 중 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 초 미세 가공하는 공정설비는 진공이 형성되는 공정반응실의 내부에 플라즈마 형성용 가스와 고주파 파워 등 각종 요소를 이용하여 웨이퍼를 식각할 수 있도록 하고 있다.

일반적인 반도체 소자 제조용 플라즈마 처리설비는 진공이 형성되는 반응실과, 상기 반응실의 내부에 플라즈마 형성용 가스를 공급하는 가스공급부와, 상기 반응실의 상/하부에 배치되어, 상기 반응실의 내부에 고전압을 인가하는 상/하부전극과, 상기 하부전극의 상에 배치되며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지링으로 구성된다.

도 1은 종래의 플라즈마 처리설비의 웨이퍼 지지링을 보여주는 단면도이다. 도 2는 종래의 플라즈마 처리설비를 사용하여 웨이퍼에 콘텍홀이 형성된 것을 보여주는 부분단면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 웨이퍼 지지링(100)은 내측에 단차진 웨이퍼 안착부(110)를 구비하되, 상기 웨이퍼 안착부(110)는 웨이퍼(W)의 에지부의 저면이 접촉되는 바닥면과, 상기 웨이퍼(W)의 측면으로부터 소정 거리 이격되는 벽면과의 각이 직각으로 형성된다. 즉, 상기 벽면은 상기 바닥면과 90°를 이룬다.

또한, 현재에는 플라즈마가 형성되는 반응실의 내부에 자장을 인가하여 이온의 발생률을 높여 고밀도의 플라즈마 상태로 형성할 수 있도록, 상기 반응실의 둘레에 자석을 배치하는 MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching)방식을 채택하고 있다.

이와 같은 구성을 통해 상기 웨이퍼(W)에 대한 식각공정을 설명하되, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)에 금속배선층(W20)과 전기적으로 연결되도록 형성되는 콘텍홀(10)을 형성하는 공정을 예로 들어 설명하기로 한다.

내부에 진공이 형성된 반응실의 내부로 가스공급부를 통해 아르곤 가스(Ar)와 같은 플라즈마 형성용 가스가 공급된다. 이와 같은 상태에서 상/하부전극 사이에 전기장을 형성시키주면, 상기 전극들 사이에서 이동하는 전자들(e)이 상기 가스의 분자와 충돌하게 되어, 이온화가 일어나면서 상기 가스에 대량의 에너지가 전달된다.

이와 같은 이온화에 의해 발생되는 전자들(e)은 양극인 하부전극에 연결되는 정전척(130)과 접촉된 웨이퍼(W)로 이동하여 상기 웨이퍼(W)를 식각하게 된다.

또한, 상기 반응실의 둘레에 자석이 배치되어 상기 반응실의 내부에 자장이 형성되기 때문에, 상기 전자들(e)은 상기 반응실의 내부의 상부에서 하부로 회전하면서 이동된다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼(W)가 안착되는 웨이퍼 지지링(100)의 웨이퍼 안착부(110)에서의 바닥면과 벽면이 서로 직각으로 형성되어 있는 상태에서, 그 상면이 상기 웨이퍼(W)와 동일 위치를 이루고 있기 때문에, 전자들(e)이 반응실의 내부에서 회전되면서 하강하여 상기 웨이퍼(W)로 도달할 시에는, 상기 웨이퍼(W)의 에지부를 지지하는 상기 웨이퍼 지지링(100)의 가장자리부를 식각할 수 있다.

따라서, 상기 전자들(e)이 공급되는 양이 상기 웨이퍼 지지링(100)의 가장자리부로 집중될 수 있기 때문에 상대적으로 상기 웨이퍼(W) 에지부 측으로 도달되는 전자(e)의 양이 적을 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼(W)의 에지부로 이동하는 상기 전자들(e)이 상기 벽면의 상부에 부딪혀 상기 반응실 내부의 상부 공간으로 튀어 나아감으로써 상기 웨이퍼(W)의 에지부로 모이는 전자들(e)의 수가 줄어들 수 있다.

그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)의 에지부에서는 콘텍홀(10)의 깊이방향이 금속배선층(W20)을 향해 경사지게 BPSG층(W10)을 식각한 홀이 형성되고, 상기 콘텍홀(10)의 저면(B)이 상기 금속배선층(W20)과 연결되지 않는 낫오픈(not open)상태가 발생한다. 이에 따라, 전기적인 접촉불량이 발생되어, 종국 에는 제품불량 및 제품의 수율을 하락되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 웨이퍼 에지부를 지지하는 웨이퍼 지지링의 가장자리부가 식각되지 않도록 할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제 2목적은 반응실 내부에서 웨이퍼 측으로 회전되면서 도달되는 전자들이 웨이퍼의 에지부측에 충분히 공급될 수 있도록 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제 3목적은 웨이퍼의 전면에 걸치어 균일한 프로파일을 갖는 식각율을 형성하여 웨이퍼 에지부에서 나타나는 콘택홀의 낫오픈 상태를 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

본 발명은 전술한 목적을 해결하기 위한 플라즈마 처리장치를 제공한다.

본 발명의 플라즈마 처리장치는 그 외측 둘레에 마그네트가 장착되고, 그 내부에 플라즈마 분위기가 형성되는 반응실과, 상기 반응실의 내부에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 정전척 및 상기 웨이퍼의 에지부 저면을 지지하도록 상기 정척척의 외측둘레를 감싸도록 설치되는 제 1몸체부와, 상기 웨이퍼의 상면보다 높은 상단면을 갖는 제 2몸체부로 구성되는 웨이퍼 지지링을 포함한다.

여기서, 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부 사이에는 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 경사지게 연결하는 연결부가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연결부의 상면은 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 단차지게 연결시키도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연결부의 상면은 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 직선으로 경사지게 연결시키도록 형성될 수도 있다.

또한, 상기 연결부의 상면은 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 굴곡지도록 연결시키되, 하방으로 굴곡진 곡률면을 구비하여 연결시킬 수도 있다.

한편, 상기 제 2몸체부의 가장자리부 상단에는 상기 웨이퍼 지지링의 중심부를 향하여 하향경사진 경사돌기가 더 구비되는 것이 바람직하다.

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

도 3은 본 발명의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 표시부호 A를 확대한 단면도이다.

도 3을 참조로 하면, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 반응실(290)이 구비되는 본체(200)와, 상기 반응실(290)의 상부에 배치되며, 상기 반응실(290)의 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 아르곤 가스(Ar)와 같은 불활성 가스를 공급하는 가스공급부(210)와, 상기 반응실(290)의 상부와 하부에 각각 배치되며, 고전압이 인가되는 상/하부전극(255, 250)과, 상기 하부전극(250)의 상에 배치되는 정전척(270)과, 상기 정전척(270)의 상에 배치되며, 웨이퍼(W)가 안착되는 웨이퍼 지지링(300)과, 상기 본체(200)의 외측 둘레에 배치되는 자석(220)과, 상기 반응 실(290)과 연통 되도록 배치되며, 스로틀밸브(231)가 마련되는 배기펌프(230)를 포함할 수 있다.

도 4를 참조 하면, 상기 웨이퍼 지지링(300)은 상기 반응실(290)의 내부에 배치되며, 웨이퍼(W)의 에지부의 저면을 지지할 수 있다

상기 웨이퍼 지지링(300)의 구성을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 웨이퍼 지지링(300)은 환형의 제 1몸체부(310)와 상기 제 1몸체부(310)의 외측둘레에 마련되는 제 2몸체부(320)가 구비된다.

상기 제 1몸체부(310)는 상기 웨이퍼(W)의 에지부 저면을 지지한다. 상기 제 2몸체부(320)는 상기 웨이퍼(W)의 상면 보다 상방으로 높은 상단면을 갖는다.

또한, 상기 제 1몸체부(310)와 상기 제 2몸체부(320)의 사이에는 연결부(330)가 더 마련된다. 상기 연결부(330)는 상기 제 1몸체부(310)와 상기 제 2몸체부(320)를 서로 단차지도록 연결시킨다. 따라서, 상기 연결부(330)의 상면은 단차면일 수 있다.

한편, 상기 제 2몸체부(320)의 가장자리부 상단에는 상기 웨이퍼 지지링(300)의 중심부를 향하여 하향경사진 경사돌기(350)가 더 구비될 수도 있다.

이에 더하여, 상기 연결부(330)의 상면의 위치는 상기 웨이퍼(W)의 상면과 그 위치가 실질적으로 동일하고(H), 상기 제 2몸체부(320)의 상면의 위치는 상기 웨이퍼(W)의 상면의 위치보다 상방으로 더 높게 위치된다(2H).

따라서, 상기 웨이퍼 지지링(300)의 저면과 상기 제 2몸체부(320)까지의 제 2높이(2H)는 상기 웨이퍼 지지링(300)의 저면과 상기 제 1몸체부(310)의 상면으로 부터 연결부(330)의 상면까지의 제 1높이(H)의 2배로 형성된다.

한편, 도 5를 참조하면, 한편, 상기 연결부(330')의 상면은 상기 제 1몸체부(310)와 상기 제 2몸체부(320)를 서로 연결하는 직선 형상의 경사면이 형성될 수도 있다. 상기 경사면의 각도는 상기 웨이퍼 지지링(300)의 웨이퍼(W) 안착면을 기준으로 둔각(θ)으로 형성된다.

또한, 상기 연결부(330'')의 상면은 상기 제 1몸체부(310)와 상기 제 2몸체부(320)를 서로 굴곡지도록 연결시키되, 하방으로 굴곡진 곡률면을 구비하여 연결시킬 수도 있다.

다음은, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 플라즈마 처리장치의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따르는 웨이퍼 지지링(300)에는 공정이 진행될 웨이퍼(W)가 안착된다, 이어, 본체(200)에 마련되는 반응실(290)의 내부는 진공형성장치(미도시)에 의하여 진공상태의 분위기가 형성되고, 가스공급부(210)는 아르곤 가스와 같은 불활성가스를 상기 반응실(290)의 내부로 공급한다,

여기서, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 MERIE방식일 수 있기 때문에, 상기 본체(200)의 외측 둘레에 배치된 자석(220)에 의해 상기 반응실(290)의 내부는 자장이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 반응실(290)의 상부와 하부에 각각 배치되는 상,부전극(255, 250)을 통해 전기장이 형성될 수 있다.

이와 같은 상태에서, 상기 반응실(290)의 내부에서의 현상을 살펴보면 다음 과 같다,

도 3 및 도 4를 참조하면, 불활성가스의 분위기에 노출되는 상기 상,하부전극(255, 250) 사이에서 전기장을 형성하여 주면, 상기 전극들(255, 250)의 사이에서 이동하는 전자들(e)은 상기 불활성가스의 분자와 충돌하게 되고, 이에 따라 상기 불활성가스는 많은 양의 에너지를 얻을 수 있다.

이와 같이 이온화 충돌에 의해 발생되는 불활성가스의 양이온과 전자들(e)은 전기장에 의해 서로 반대방향으로 가속되어, 중성인 불활성가스의 분자들과 충돌하게 되어 사태 증배(avalanche multiplication)가 될 수 있다.

이와 같이 사태 증배된 전자들(e)은 양극으로 모이고, 불활성가스의 양이온은 음극에 충돌하는데, 상기 웨이퍼(W)는 양극일 수 있는 하부전극(250)에 위치하고 있기 때문에 상기 전자들(e)은 상기 하부전극(250)에 배치된 정전척(270)상의 상기 웨이퍼(W)로 이동할 수 있다.

따라서, 상기 전자들(e)은 상기 웨이퍼(W)의 전면에 대하여 식각을 수행하며, 반면에, 음극에서 방출되는 이차 전자들은 불활성가스의 분자들과 이온화 충돌함으로써 방전을 유지하는데 기여할 수 있다.

다음은 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 작용을 상기와 같이 상기 웨이퍼(W)를 식각함에 있어서, 도 6에 도시된 콘텍홀(30)을 형성하는 것을 예로 들어 좀 더 구체적으로 설명하도록 한다.

상기 웨이퍼(W)는 웨이퍼 지지링(300)의 제 1몸체부(310)의 상면에 안착된다. 이때, 상기 웨이퍼(W)의 측면은 연결부(310)의 단차진 내측면에 의하여 커버될 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W) 에지부의 저면은 상기 제 1몸체부(310)의 상면에 접촉된 상태로 지지될 수 있다.

이에 더하여, 단차진 연결부(330) 및 제 2몸체부(320)에 의하여 웨이퍼(W)의 에지부는 반응실(290)의 벽면의 상방을 따라 커버될 수 있다.

이에 따라, 웨이퍼(W) 측으로 회전되면서 이동되는 전자들(e)은 상기 벽면측에서 웨이퍼(W)의 에지부측으로 그 이동방향이 유도될 수 있다. 상기와 같이 유도된 전자들(e)은 상기 웨이퍼(W) 에지부측에 충분히 공급될 수 있다.

한편, 웨이퍼(W)의 에지부 특히, 제 2몸체부(320)의 상면에는 제 2몸체부(320)의 외측에서 내측을 향하여 하향경사진 경사돌기(350)가 더 마련된다. 이로 인하여, 상기 전자들(e)로 인하여 제 2몸체부(320)의 외측이 식각되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼 지지링(300')은 제 1몸체부(310)와 제 2몸체부(320)가 서로 경사지어 이어진 경사면을 갖을 수 있다. 즉, 상기 경사면은 상기 웨이퍼(W) 에지부의 저면이 안착되는 면을 기준으로 둔각(θ)으로 형성된다.

따라서, 상기 전자들(e)이 웨이퍼 지지링(300')의 외측으로 이동되는 방향을 웨이퍼(W) 에지부측으로 유도하는 역할을 수행한다. 또한, 상기와 같이, 웨이퍼 지지링(300')의 상면 끝단에 상기와 같은 경사돌기(350)를 마련하여 전자들(e)의 이동방향을 웨이퍼(e) 에지부측으로 유도할 수 있다.

이로 인하여, 상기 전자들(e)로 인하여 웨이퍼 지지링(300')의 가장자리부가 식각되는 것을 방지할 수 있다.

또 한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 경사면(330)이 하방으로 굴곡진 굴곡면이 형성되도록 할 수도 있다. 상기 굴곡면은 일정 반경(r)이 형성되도록 되는 면이다. 이에 더하여, 웨이퍼 지지링(300'')의 가장자리부에 상기와 같은 경사돌기(350)를 더 형성할 수도 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)로 이동되는 전자들(e)은 상기 경사돌기(350)에 의하여 웨이퍼(W) 에지부측으로 안내됨과 아울러 상기 굴곡면(340)에 의하여 웨이퍼(W) 에지부측으로 안내된다.

이에 따라, 상기 웨이퍼(W)의 에지부에는 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 웨이퍼(W)의 에지부에 모이는 전자(e)의 양보다 많을 수 있다.

즉, 상기 전자들(e)을 웨이퍼(W) 에지부측으로 슬립되도록 유도하여, 전자들(e)이 상기 반응실(290)의 내부 공간으로 튕겨나가 소실되는 것을 방지하고, 상기 전자들(e)을 상기 웨이퍼(W)의 에지부로 모이도록 함으로써, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)에 정상적인 콘텍홀(30)을 용이하게 형성할 수 있다.

따라서, 상기 콘텍홀(30)의 내부의 측벽이 상기 금속배 선층(W20)의 상면과 직각이 되도록 유도하고, 상기 콘텍홀(30)의 바닥면(D)이 상기 금속배선층(W20)과 용이하게 연결되도록 하여(B), 전기적인 접촉불량을 용이하게 줄일 수 있다.

즉, 상기와 같이 식각되는 웨이퍼(W)의 에지부는 상기 전자들(e)에 의해서 BPSG층(W10)에 콘텍홀(30)을 형성하고, 상기 콘텍홀(30)의 바닥면(D)이 금속배선층(W20)과 연결될 수 있도록 하여 종래의 not open 현상을 용이하게 줄일 수 있다.

그리고, 상기 콘텍홀(30)의 측벽은 상기 금속배선층(W20)의 상면으로부터 직 각이 되도록 용이하게 유도 될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 상면보다 높도록 형성된 상단면을 갖는 웨이퍼 지지링으로 웨이퍼의 에지부 측부를 커버하도록 하여 웨이퍼로 이동되는 전자들로 인하여 웨이퍼 지지링의 가장자리부가 식각되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 반응실 내부에서 웨이퍼 측으로 회전되면서 도달되는 전자들이 웨이퍼의 에지부측에 충분히 공급될 수 있도록 하여, 웨이퍼의 전면에 걸치어 균일한 프로파일을 갖는 식각율을 형성하여 웨이퍼 에지부에서 나타나는 콘택홀의 낫오픈 상태를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 그 외측 둘레에 마그네트가 장착되고, 그 내부에 플라즈마 분위기가 형성되는 반응실;

   상기 반응실의 내부에 설치되어 웨이퍼가 안착되는 정전척; 및

   상기 웨이퍼의 상면과 동일 높이의 제 1상면을 갖으며 상기 정척척의 외측둘레를 감싸도록 설치되는 제 1몸체부와, 상기 제 1몸체부의 상기 제 1상면보다 높은 제 2상면을 갖는 제 2몸체부로 구성되는 웨이퍼 지지링을 포함하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부 사이에는 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 경사지게 연결하는 연결부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 연결부의 상면은 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 단차지게 연결시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 연결부의 상면은 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 직선으로 경사지게 연결시키도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 연결부의 상면은 상기 제 1몸체부와 상기 제 2몸체부를 서로 굴곡지도록 연결시키되, 하방으로 굴곡진 곡률면을 구비하여 연결시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2몸체부의 가장자리부 상단에는 상기 웨이퍼 지지링의 중심부를 향하여 하향경사진 경사돌기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.

Images