KR20090044548A - 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 웨이퍼의 에지부에 형성된 박막이 결함 요소가 되므로 웨이퍼의 에지부에만 식각 공정을 수행하는 베벨 에치(Bevel Etch) 공정을 수행하는데, 이때 웨이퍼의 배면 에지부가 지나치게 식각되어 후속의 웨이퍼 흡착 공정에서 진공 누설 문제가 발생하는 것을 해결하기 위하여, 웨이퍼의 하부에 웨이퍼의 배면 에지부로 가스를 분사하는 가스 분사 노즐을 구비시킴으로써, 웨이퍼의 배면 에지부에 식각 플라즈마가 영향을 미치지 못하도록 하여 웨이퍼 배면 에지부의 손상을 방지하고, 후속의 흡착 공정 시 웨이퍼 전면을 안정적으로 흡착할 수 있도록 하여 반도체 소자의 제조 공정 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD USING THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 장치를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 개략도.

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 웨이퍼의 에지부에 형성된 박막이 결함 요소가 되므로 웨이퍼의 에지부에만 식각 공정을 수행하는 베벨 에치(Bevel Etch) 공정을 수행하는데, 이때 웨이퍼의 배면 에지부가 지나치게 식각되어 후속의 웨이퍼 흡착 공정에서 진공 누설 문제가 발생하는 것을 해결하기 위하여, 웨이퍼의 하부에 웨이퍼의 배면 에지부로 가스를 분사하는 가스 분사 노즐을 구비시킴으로써, 웨이퍼의 배면 에지부에 식각 플라즈마가 영향을 미치지 못하도록 하여 웨이퍼 배면 에지부의 손상을 방지하고, 후속의 흡착 공정 시 웨이퍼 전면을 안정적으로 흡착할 수 있도록 하여 반도 체 소자의 제조 공정 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 물리기상증착(PVD : Physical Vapor Deposition) 또는 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition) 방법을 이용하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 공정과, 웨이퍼에 형성된 박막들을 패터닝하기 위한 마스크 공정과, 식각 공정 또는 임플란트 공정으로 구분된다.

여기서, 마스크 공정은 웨이퍼 상부에 감광막을 형성하는 공정과, 설계된 패턴이 정의되어 있는 마스크를 이용하여 감광막을 노광하는 공정과, 노광된 감광막을 현상하여 감광막 마스크 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.

다음에는, 감광막 마스크 패턴을 이용하여 웨이퍼를 직접 식각하거나, 웨이퍼 상부의 박막들을 식각하여 반도체 소자를 형성한다.

이와 같은 반도체 소자를 제조하기 위한 일련의 공정들 중에서 박막 형성 공정은 일반적으로 스핀 코팅 방법을 사용하는데, 스핀 코팅 방법을 사용할 경우에는 반도체 기판인 웨이퍼의 최 외각 부분에 박막이 불균일하게 형성되는 문제가 발생한다. 웨이퍼 에지부의 박막이 불안정하게 형성되면 박막이 일어나서 결함으로 작용하고 후속 공정에서 불량 발생 비율을 증가시킨다. 따라서 반도체 소자의 제조 공정 수율을 감소시키게 되므로 이를 방지하기 위하여 웨이퍼에 박막을 형성한 후 웨이퍼 에지 부분의 박막을 제거하는 베벨 에치(Bevel Etch) 공정을 수행하게 된다.

또한, 웨이퍼에 형성된 박막은 웨이퍼에 압축 응력(Compressive Stress)을 가하거나 장력(Tensile Stress)를 가하여 웨이퍼의 휨 현상(Warpage)을 유도한다.

웨이퍼에 압축 응력을 가하는 박막이 형성되면 웨이퍼의 중심부가 볼록하게 되는 현상이 발생하고, 웨이퍼에 장력을 가하는 박막이 형성되면 웨이퍼의 중심부가 오목하게 되는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 웨이퍼의 지름이 커질수록 심하게 나타나고, 특히 웨이퍼의 에지부에서 심하게 나타날 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 장치를 도시한 단면도이다.

도 1은 베벨 에치 공정을 수행하는 챔버 내부의 구성 요소를 개략적으로 도시한 것으로, 웨이퍼(70)가 하부 전극(30) 상에 올려진다. 여기서, 하부 전극은 아웃터 링(40) 및 후프 링(Hoop Ring)(50)에 의해 고정된다.

다음에는, 웨이퍼(70)의 에지부 상에 구비되는 가스 주입구(90)를 통하여 식각 가스가 주입된다.

그 다음에는, 가스 주입구(90)의 외곽에 구비되는 상부 전극(95)과 하부 전극(30)에 전압을 인가하여 식각 플라즈마를 발생시키고 웨이퍼(70)의 에지부를 식각한다. 이때, 식각 플라즈마는 도넛(Donut) 형태로 형성되어 웨이퍼(70)의 에지부 전면 및 배면을 모두 동일하게 식각하게 된다. 웨이퍼의 배면 에지부가 식각되면 후속 공저에서 웨이퍼의 전면에 고르게 흡착력을 가할 수 없게 되어 불량 발생의 원인이 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 반도체 소자의 형성 공정에 있어서 웨이퍼에 박막을 형성하고 이를 패터닝하는 공정을 수행하게 되는데, 이때 박막에 의해서 웨이퍼에 휨 현상이 발생하고, 특히 에지부에 형성된 박막은 벗겨지거나 휨 현상을 심화시켜 불량 발생의 요인이 되므로, 베벨 에치(Bevel Etch) 공정을 수행하여 웨이 퍼의 에지부에 형성된 박막을 제거한다. 그러나, 베벨 에치 공정시 웨이퍼의 배면 에지부가 불필요하게 식각되어, 웨이퍼의 흡착 특성이 열화되는 문제가 발생하였다. 즉, 베벨 에치 공정 이후에 후속 공정을 진행하면서 웨이퍼가 정상적으로 고정되지 못하여 불량이 심화되고 반도체 소자의 제조 공정 수율이 감소되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 웨이퍼의 배면 에지부에 균일한 압력으로 기체를 분사할 수 있는 기체 분사 노즐들을 웨이퍼의 하부에 구비시킴으로써, 웨이퍼의 배면 에지부가 식각되는 현상을 방지하고, 그에 따라서 후속의 흡착 공정 시 웨이퍼 전면을 안정적으로 흡착할 수 있고, 반도체 소자의 제조 공정 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는

베벨 에치(Bevel Etch) 공정을 수행하는 반도체 소자의 제조 장치에 있어서

웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 척과,

상기 웨이퍼 척의 둘레에 형성된 플라즈마 발생용 하부 전극(Lower Electrode)과,

상기 하부 전극 둘레에 형성되어 상기 하부 전극을 고정시키는 아웃터 링(Outer Ring)과,

상기 아웃터 링의 외곽쪽 측벽에 구비되며 상기 웨이퍼의 배면 에지부에 가스를 분사할 수 있게 형성된 가스 분사 노즐과,

상기 아웃터 링 및 상기 가스 분사 노즐을 고정시키는 후프 링(Hoop Ring)과,

상기 하부 전극의 상부에 형성된 상부 절연체(Upper Insulator)와,

상기 상부 절연체의 둘레에 형성되는 식각 가스 주입구 및

상기 식각 가스 주입구 둘레에 형성되는 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스 분사 노즐은 상기 아웃터 링의 둘레에 4 ~ 100개 구비되는 것을 특징으로 하고, 상기 가스 분사 노즐은 상기 아웃터 링의 둘레를 회전할 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하고, 상기 가스 분사 노즐은 비활성가스, 식각특성이 없는 가스 및 이들의 혼합 가스 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 비활성가스는 He, Ar 또는 N2인 것을 특징으로 하고, 상기 식각특성이 없는 가스는 O2인 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은

웨이퍼의 전면에 박막을 형성하는 단계와,

상기 웨이퍼를 상기 청구항 1항의 반도체 소자의 제조 장치에 로딩시키는 단계 및

상기 식각가스 주입구를 통하여 식각용 가스를 주입하고 상기 상부 및 하부 전극에 전압을 가하여 식각용 플라즈마를 발생시키되, 상기 가스 분사 노즐을 통하여 상기 웨이퍼의 배면 에지부에 가스를 분사하면서 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스 분사 노즐을 통하여 분사하는 가스는 비활성가스, 식각특성이 없는 가스 및 이들의 혼합 가스 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 비활성가스는 He, Ar 또는 N2인 것을 특징으로 하고, 상기 식각특성이 없는 가스는 O2인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 개략도이다.

도 2는 베벨 에치(Bevel Etch) 장치(100)를 도시한 것이며, 먼저 식각을 위한 하우징(Housing)이 되는 챔버(미도시)가 구비된다.

그 다음, 챔버의 내부 중심에는 웨이퍼(170)를 고정시키는 웨이퍼 척(미도시)이 구비된다. 이때, 웨이퍼 척은 진공 흡착 방식으로 웨이퍼를 고정하게 된다.

그 다음에는, 웨이퍼 척의 둘레에 플라즈마 발생용 하부 전극(Lower Electrode)(130)이 구비된다.

그 다음에는, 하부 전극 둘레에 아웃터 링(Outer Ring)(140)이 구비된다. 이때, 아웃터 링(Outer Ring)(140)은 'ㄴ'자 형의 링으로 형성되어 하부 전극(130)을 웨이퍼 척에 고정시키는 역할을 한다.

그 다음에는, 아웃터 링(140)의 측벽에 가스 분사 노즐(145)이 구비된다. 여기서, 가스 분사 노즐(145)은 가스 분사 방향이 웨이퍼(170)의 배면 에지부를 향하도록 구비되어, 식각 공정시 식각 가스가 웨이퍼(170)의 배면 에지부에 영향을 미치지 못하도록 하는 역할을 한다. 따라서, 가스 분사 노즐(145)은 아웃터 링(140)의 둘레에 적어도 4개 이상 구비되며 최대한 100개까지 구비될 수 있도록 한다. 또한, 식각 공정 시 아웃터 링(140)의 측벽을 따라 회전하면서 웨이퍼(170)의 배면 에지부에 균일하게 가스를 분사할 수 있도록 한다. 이때, 사용하는 가스는 비활성가스, 식각특성이 없는 가스 및 이들의 혼합 가스 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직한데, 여기서 비활성가스는 He, Ar 또는 N2 이고, 식각특성이 없는 가스는 O2인 것이 바람직하다.

그 다음에는, 아웃터 링(140)의 둘레에 후프 링(Hoop Ring)(150)이 구비된다. 후프 링(150)은 아웃터 링(140) 및 가스 분사 노즐(145)을 밀착시켜 조여주는 역할을 한다.

그 다음에는, 웨이퍼(170)의 상부에 상부 절연체(Upper Insulator)(180)가 구비된다. 상부 절연체(180)는 웨이퍼(170)의 지름과 동일한 크기로 구비되어 웨이퍼 상부에는 식각 공정이 일어나지 않도록 한다.

그 다음에는, 상부 절연체(180)의 둘레에 식각 가스 주입구(190)가 구비된다. 식각 가스 주입구(190)는 챔버(110)의 외부의 가스 공급 장치와 연결된다.

그 다음에는, 식각 가스 주입구(190) 및 상부 절연체(180)의 둘레에 상부 전극(195)이 구비된다.

이와 같이 구비된 식각 가스 주입구(190)에서 웨이퍼(170)의 에지부에 식각 가스를 분사하고, 상부 전극(195) 및 하부 전극(130)에 전압을 인가하여 식각 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 상부 전극(195)이 하부 전극(130)의 대각선 상부에 위치하게 되므로 상부 전극(195)과 하부 전극(130)을 연결하는 연결 선 방향으로 경사 식각이 이루어진다. 따라서 웨이퍼(170)의 에지부분만 식각되는 베벨 에치 공정이 수행되는 것이다. 이 과정에서, 아웃터 링(140)의 측벽에 형성된 가스 분사 노즐(145)에 의해서 웨이퍼(170)의 배면 에지부에는 식각 플라즈마가 차단되므로 웨이퍼(170)의 배면 에지부가 불필요하게 식각되는 문제는 발생하지 않게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은 웨이퍼의 에지부에 형성된 박막이 결함 요소로 작용하지 못하도록 하는 베벨 에치 공정을 수행하면서, 웨이퍼의 배면 에지부가 불필요하게 식각되지 않도록 한다. 하부 전극을 감싸는 아웃터 링의 측벽에 웨이퍼의 배면 에지부를 향하여 가스를 분사하는 가스 분사 노즐을 더 구비시킴으로써, 웨이퍼의 배면 에지부에 식각 플라즈마가 영향을 미치지 못하도록 한다. 따라서 웨이퍼의 배면 에지부가 손상되지 않고, 후속의 흡착 공정시 웨이퍼 전면을 안정적으로 흡착할 수 있게 되므로 반도체 소자의 제조 공정 수율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은 베벨 에치 장치의 하부 전극 감싸는 아웃터 링 측벽에 가스 분사 노즐을 구비시킴으로써, 베벨 에치 공정에서 웨이퍼 배면에 식각 플 라즈마가 영향을 미치지 못하도록 하고, 그에 따라서 후속의 흡착 공정시 웨이퍼 전면을 안정적으로 흡착할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

1. 베벨 에치(Bevel Etch) 공정을 수행하는 반도체 소자의 제조 장치에 있어서

   웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 척;

   상기 웨이퍼 척의 둘레에 형성된 플라즈마 발생용 하부 전극(Lower Electrode);

   상기 하부 전극 둘레에 형성되어 상기 하부 전극을 고정시키는 아웃터 링(Outer Ring);

   상기 아웃터 링의 외곽쪽 측벽에 구비되며 상기 웨이퍼의 배면 에지부에 가스를 분사할 수 있게 형성된 가스 분사 노즐;

   상기 아웃터 링 및 상기 가스 분사 노즐을 고정시키는 후프 링(Hoop Ring);

   상기 하부 전극의 상부에 형성된 상부 절연체(Upper Insulator);

   상기 상부 절연체의 둘레에 형성되는 식각 가스 주입구; 및

   상기 식각 가스 주입구 둘레에 형성되는 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 분사 노즐은 상기 아웃터 링의 둘레에 4 ~ 100개 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 분사 노즐은 상기 아웃터 링의 둘레를 회전할 수 있게 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 분사 노즐은 비활성가스, 식각특성이 없는 가스 및 이들의 혼합 가스 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 비활성가스는 He, Ar 또는 N2인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 식각특성이 없는 가스는 O2인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
7. 웨이퍼의 전면에 박막을 형성하는 단계;

   상기 웨이퍼를 상기 청구항 1항의 반도체 소자의 제조 장치에 로딩시키는 단계; 및

   상기 식각가스 주입구를 통하여 식각용 가스를 주입하고 상기 상부 및 하부전극에 전압을 가하여 식각용 플라즈마를 발생시키되, 상기 가스 분사 노즐을 통하여 상기 웨이퍼의 배면 에지부에 가스를 분사하면서 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 가스 분사 노즐을 통하여 분사하는 가스는 비활성가스, 식각특성이 없는 가스 및 이들의 혼합 가스 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 비활성가스는 He, Ar 또는 N2인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 식각특성이 없는 가스는 O2인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.

Images