KR20100131307A - 대구경 웨이퍼 처리를 위한 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버 - Google Patents

대구경 웨이퍼 처리를 위한 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명의 대구경 웨이퍼 처리를 위한 적응형 플라즈마 소소는, 중앙에 배치되는 CCP 상부전극과, CCP 상부전극을 둘러싸도록 배치되는 도전성 부싱과, 그리고 도전성 부싱으로부터 분지되어 도전성 부싱 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 소스코일을 포함한다.
대구경 웨이퍼, CCP 소스, ACP 소스, 플라즈마 밀도, CD 균일도, 식각율

Description

대구경 웨이퍼 처리를 위한 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버{Adaptively plasma source and plasma chamber for processing a large-diameter wafer}
본 발명은 반도체웨이퍼 처리를 위한 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버에 관한 것으로서, 특히 400㎜ 이상의 대구경 웨이퍼 처리를 위한 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
최근 반도체소자의 집적도가 급격하게 증가하고 있는 추세에 있으며, 이에 따라 대구경 웨이퍼 처리에 대한 연구개발 또한 활발하게 이루어지고 있다. 기존의 200㎜ 웨이퍼에서 현재에는 300㎜ 웨이퍼로 주류가 바뀌었으며, 보다 높은 생산성을 위해 400㎜ 이상의 대구경 웨이퍼 처리기술 개발을 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있는 것이다.
대구경화된 웨이퍼의 적절한 처리를 위해서는, 여러 단위공정을 수행하는 장치들의 개발이 시급히 요구된다. 일 예로 식각이나 적층 등의 단위공정을 수행하는 플라즈마 챔버의 경우, 웨이퍼 가장자리에서의 CD(Critical Dimension) 균일성이나 식각율 조절 등을 일정 수준 이상으로 유지하는 것이 충족되어야 한다. 그러나 웨 이퍼의 대구경화에 따라 웨이퍼 가장자리의 면적 또한 넓어지게 되고, 이에 따라 웨이퍼 가장자리에서의 CD 균일성이나 식각율 조절 등을 일정 수준 이상으로 유지하는 것이 쉽지 않으며, 특히 공정 레시피(process receipe)의 개선을 통해서 이를 달성하는 것은 더욱 더 어렵다고 할 수 있다. 이에 대구경 웨이퍼 처리에 적합한 장치의 개발이 시급하게 요구된다고 할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 대구경화된 웨이퍼를 처리하는데 적합한 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소소는, 중앙에 배치되는 CCP 상부전극과, CCP 상부전극을 둘러싸도록 배치되는 도전성 부싱과, 그리고 도전성 부싱으로부터 분지되어 도전성 부싱 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 소스코일을 포함한다.
일 예에서, CCP 상부전극 및 도전성 부싱에 연결되는 상부 RF 전원을 더 포함할 수 있다.
일 예에서, CCP 상부전극은 알루미늄(Al)막 재질로 이루어지고, 부싱은 구리(Cu) 재질로 이루어질 수 있다.
일 예에서, 소스코일은 복수개의 단위코일들로 이루어질 수 있다. 이 경우 일 예에서, 복수개의 단위코일들은 수평면을 따라 배치될 수 있다. 다른 예에서, 복수개의 단위코일들은 부싱으로부터 멀어질수록 위로 향하도록 배치될 수도 있다. 또 다른 예에서, 복수개의 단위코일들은 부싱으로부터 멀어질수록 아래로 향하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버는, 대구경 웨이퍼 처리를 위한 플라즈마 챔버에 있어서, 플라즈마 챔버의 하부에서 상기 대구경 웨이퍼를 지지하 는 하부전극과, 하부전극에 연결되는 하부 RF 전원과, 플라즈마 챔버의 상부에 배치되는 돔과, 그리고 돔 위에 배치되며, 중앙에 배치되는 CCP 상부전극과, CCP 상부전극을 둘러싸도록 배치되는 도전성 부싱과, 그리고 도전성 부싱으로부터 분지되어 도전성 부싱 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 소스코일을 포함하는 적응형 플라즈마 소스를 구비한다.
일 예에서, 하부 RF 전원은 상호 병렬로 연결되는 제1 하부 RF 전원 및 제2 하부 RF 전원을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 중앙부는 CCP 소스기능에 의해 플라즈마 밀도를 조절하고, 가장자리부는 ACP 소스기능을 통해 플라즈마 밀도를 조절함으로써, 400㎜ 이상의 대구경 웨이퍼의 넓은 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 정밀하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼 전체적인 CD 균일도를 향상시키고 식각율을 정밀하게 제어할 수 있다는 이점이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 적응형 플라즈마 소스의 평면구조를 나타내 보인 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스(200)는, CCP 상부전극(210)이 중앙에 배치되고, 부싱(220)이 그 둘레를 감싸며, 소스코일(230)이 부싱(220)으로부터 분지되어 부싱(220) 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 구조를 갖는다.
CCP 상부전극(210)은 원형의 형상으로 이루어지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 타원형이나 각진 형상으로 이루어질 수도 있다. CCP 상부전극(210)은 도전성재질로 구성되며, 일 예에서 알루미늄(Al) 재질로 구성된다. 이 CCP 상부전극(210)은 플라즈마 챔버(100)의 하부에 배치되는 하부전극(120)과 함께 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스로 작용한다.
부싱(220)은 CCP 상부전극(210) 둘레를 감싸도록 배치되므로, CCP 상부전극(210) 형상에 의해 그 형상이 결정된다. CCP 상부전극(210)이 원형으로 이루어진 경우, 부싱(220)은 원형의 고리 형상을 갖게 된다. 부싱(220) 또한 도전성 재질로 이루어지며, 일 예에서 구리(Cu) 재질로 이루어진다. 부싱(220)과 CCP 상부전극(210)은 상부 RF 전원(240)의 일단에 연결된다. 상부 RF 전원(240)의 타단은 접지된다. 비록 본 실시예에서는 하나의 상부 RF 전원(240)을 예로 들었지만, 경우에 따라서는 CCP 상부전극(210)에 연결되는 RF 전원과 부싱(220)에 연결되는 RF 전원을 별도로 배치시킬 수도 있다.
소스코일(230)은 부싱(220)으로부터 분지되며, 따라서 바이어스 또한 부싱(220)을 통해 인가받는다. 소스코일(230)은 복수개의 단위코일들(231, 232, 233)을 포함한다. 본 실시예에서, 소스코일(230)은 3개의 단위코일들(231, 232, 233)을 포함하지만, 이는 단지 예시로서 단위코일의 갯수는 더 많을 수도 있고 더 적을 수도 있다. 3개의 단위코일들(231, 232, 233)은 상호 균등한 간격을 갖도록 배치되며, 부싱(220)을 둘러싸는 횟수에는 제한이 없다.
부싱(220)과 소스코일(230)은 CCP와 ICP(Inductively Coupled Plasma)가 혼 합된 ACP(Adaptively Coupled Plasma) 소스로서 작용한다. 따라서 본 실시예에 따른 플라즈마 소스(200)는 CCP 소스 기능이 강화된 ACP 소스로 정의할 수 있다. 따라서 대구경의 웨이퍼(180)의 중앙부는 CCP 소스로서 플라즈마 밀도를 조절하고, 대구경의 웨이퍼(180)의 가장자리부는 ACP 소스로서 플라즈마 밀도를 조절하여, 대구경 웨이퍼 전체적인 CD 균일성이나 식각율 조절 등을 적절하게 조절할 수 있다.
이와 같은 플라즈마 소스(200)를 갖는 플라즈마 챔버(100)는 챔버외벽에 의해 한정되는 반응공간(110)을 갖는다. 반응공간(110) 내에는 일정 조건하에서 플라즈마(112)가 형성된다. 플라즈마 챔버(100)의 하부에는 대구경의 웨이퍼(180)를 지지하는 하부전극(120)이 배치된다. 하부전극(120)은 하부 RF 전원(130)에 연결된다. 하부 RF 전원(130)은 듀얼 바이어스 구조로서, 제1 하부 RF 전원(131)과 제2 하부 RF 전원(132)이 병렬로 연결되는 구조를 갖는다. 즉 제1 하부 RF 전원(131)과 제2 하부 RF 전원(132)의 상부단은 하부전극(120)과 공통으로 연결되고 하부단은 공통으로 접지된다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 하부전극(120) 내에는 웨이퍼(180)의 온도 제어를 위한 히팅(heating) 수단이 배치될 수 있으며, 웨이퍼(180)의 적절한 지지를 위해 정전척(ESC; ElectroStatic Chuck)을 포함할 수도 있다.
플라즈마 챔버(100)의 상부에는 돔(dome)(140)이 배치되며, 플라즈마 소스(200)는 돔(140) 위에 배치된다. 돔(141)은 중앙의 CCP 상부전극(210) 아래에 배치되는 중앙 돔(141)과, 중앙 돔(141)을 둘러싸는 가장자리 돔(142)을 포함한다. 일 예에서, 중앙 돔(141)은 실리콘(Si) 재질로 이루어지며, 가장자리 돔(142)은 실 리콘산화막(SiO2) 재질로 이루어진다. 가장자리 돔(142)과 플라즈마 소스(200) 사이에는 유전체막(150)이 배치된다. 일 예에서 유전체막(150)은 알루미늄산화막(Al2O3) 재질로 이루어진다. 중앙 돔(141)의 내부에는, 도면에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 소스 가스 공급을 위한 가스 주입구(160)가 배치된다. 이와 같은 가스 주입구(160)의 위치 및 갯수는 공정 종류 등에 의해 다양하게 변화될 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 챔버(100)에 있어서, 400㎜ 이상의 대구경 웨이퍼(300) 중앙부의 플라즈마 밀도는 하부전극(120) 및 CCP 상부전극(210)에 의한 CCP 소스 기능으로 조절하고, 반면에 대구경 웨이퍼(180) 가장자리부의 플라즈마 밀도는 부싱(220) 및 소스코일(230)에 의한 ACP 소스 기능으로 조절할 수 있다. 특히 대구경 웨이퍼(180)의 넓어진 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도를 보다 정밀하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 대구경 웨이퍼(180) 전체적인 CD 균일도 및 균일한 식각율을 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다. 도 3에서 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 요소를 의미한다. 또한 본 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스의 평면구조는 도 2에 나타낸 평면구조와 동일하다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버(300)는 적응형 플라즈마 소스의 구조만 상이할 뿐, 나머지는 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버(도 1의 100)와 동일하다. 따라서 도 1을 참조하여 설명한 중복된 내용은 생략하기로 한다. 본 실시예에 따른 플라즈마 소스는, CCP 상부전극(310)이 중앙에 배치되고, 부싱(320)이 그 둘레를 감싸며, 소스코일(330)이 부싱(320)으로부터 분지되어 부싱(320) 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 구조를 갖는다. CCP 상부전극(310)과 부싱(320)은 상부 RF 전원(340)의 일단에 연결된다. 특히 소스코일(330)을 구성하는 단위코일들(331, 332, 333)은, 플라즈마 챔버(300)의 가장자리로 갈수록 점점 위로 향하는 점선(A)을 중심축으로 배치되며, 이에 따라 대구경 웨이퍼(180)의 가장자리로 갈수록 웨이퍼(180)로부터 점점 멀어지도록 배치된다. 이와 같은 플라즈마 소스에 따르면, 웨이퍼(180) 가장자리로 갈수록 플라즈마 밀도는 점점 감소하게 된다. 따라서 이 경우는 웨이퍼(180) 가장자리로 갈수록 플라즈마 밀도가 상대적으로 높아서 공정 균일성이 떨어지는 경우 적용할 수 있다.
도 4은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다. 도 4에서 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 요소를 의미한다. 또한 본 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스의 평면구조는 도 2에 나타낸 평면구조와 동일하다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버(400)는 적응형 플라즈마 소스의 구조만 상이할 뿐, 나머지는 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버(도 1의 100)와 동일하다. 따라서 도 1을 참조하여 설명한 중복된 내용은 생략하기로 한다. 본 실시예에 따른 플라즈마 소스는, CCP 상부전극(410)이 중앙에 배치되고, 부싱(420)이 그 둘레를 감싸며, 소스코일(430)이 부싱(420)으로부터 분지되어 부싱(420) 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 구조를 갖는다. CCP 상부전극(410)과 부싱(420)은 상부 RF 전원(440)의 일단에 연결된다. 특히 소스코일(430)을 구성하는 단위코일들(431, 432, 433)은, 플라즈마 챔버(400)의 가장자리로 갈수 록 점점 아래로 향하는 점선(A)을 중심축으로 배치되며, 이에 따라 대구경 웨이퍼(180)의 가장자리로 갈수록 웨이퍼(180)로부터 점점 가까워지도록 배치된다. 이와 같은 플라즈마 소스에 따르면, 웨이퍼(180) 가장자리로 갈수록 플라즈마 밀도는 점점 증가하게 된다. 따라서 이 경우는 웨이퍼(180) 가장자리로 갈수록 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮아져서 공정 균일성이 떨어지는 경우 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 적응형 플라즈마 소스의 평면구조를 나타내 보인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 적응형 플라즈마 소스 및 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다.

Claims (9)

  1. 중앙에 배치되는 CCP 상부전극;
    상기 CCP 상부전극을 둘러싸도록 배치되는 도전성 부싱; 및
    상기 도전성 부싱으로부터 분지되어 상기 도전성 부싱 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 소스코일을 포함하는 적응형 플라즈마 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CCP 상부전극 및 도전성 부싱에 연결되는 상부 RF 전원을 더 포함하는 적응형 플라즈마 소스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CCP 상부전극은 알루미늄(Al)막 재질로 이루어지고, 상기 부싱은 구리(Cu) 재질로 이루어진 적응형 플라즈마 소스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소스코일은 복수개의 단위코일들로 이루어진 적응형 플라즈마 소스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 단위코일들은 수평면을 따라 배치되는 적응형 플라즈마 소스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 단위코일들은 상기 부싱으로부터 멀어질수록 위로 향하도록 배치되는 적응형 플라즈마 소스.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 단위코일들은 상기 부싱으로부터 멀어질수록 아래로 향하도록 배치되는 적응형 플라즈마 소스.
  8. 대구경 웨이퍼 처리를 위한 플라즈마 챔버에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 하부에서 상기 대구경 웨이퍼를 지지하는 하부전극;
    상기 하부전극에 연결되는 하부 RF 전원;
    상기 플라즈마 챔버의 상부에 배치되는 돔; 및
    상기 돔 위에 배치되며, 중앙에 배치되는 CCP 상부전극과, 상기 CCP 상부전극을 둘러싸도록 배치되는 도전성 부싱과, 그리고 상기 도전성 부싱으로부터 분지되어 상기 도전성 부싱 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 소스코일을 포함하는 적응형 플라즈마 소스를 구비하는 플라즈마 챔버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 RF 전원은 상호 병렬로 연결되는 제1 하부 RF 전원 및 제2 하부 RF 전원을 포함하는 플라즈마 챔버.
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