KR20080029609A

KR20080029609A - 식각프로파일 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치

Info

Publication number: KR20080029609A
Application number: KR1020060096446A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 한기현
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03

Abstract

본 발명은 포커스링의 마모가 발생되더라도 플라즈마쉬스의 등전위 모양 변화를 억제하고, 동시에 식각 프로파일의 변형도 방지할 수 있는 플라즈마식각장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 플라즈마 식각장치는 식각이 이루어질 웨이퍼가 놓이는 정전척, 및 상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸도록 구비되며 상기 웨이퍼보다 표면높이가 높고 경사지는 테이퍼드 표면을 갖는 포커스링을 포함하고, 상술한 본 발명은 웨이퍼 에지에서의 홀 프로파일(Hole Profile)에 영향을 미치는 포커스링의 모양을 플랫형(Flat Type)에서 웨이퍼보다 표면 높이가 높은 테이퍼드 형태로 모양을 변형 적용함으로써, 웨이퍼 최외각 에지 지역의 홀휘어짐현상을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 또한, 식각 공정에서 소모되는 포커스링의 교환 주기를 연장함으로써 식각프로파일 휘어짐 현상에 의한 수율 손실을 줄일 수 있고, 공정 진행 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

플라즈마식각장치, 포커스링, 마모, 테이퍼드, 플랫형, 프로파일, 휘어짐

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 도면.

도 2a는 플라즈마 사용 시간에 따른 식각이온의 입사각 변화와 이로 인한 웨이퍼 에지에서의 홀 변형(Hole tilting)을 보여주는 도면.

도 2b는 포커스링의 두께에 따른 홀 프로파일 변화를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 도면.

도 4는 플라즈마식각 진행에 따른 플라즈마쉬스의 등전위 변화 모양을 도시한 도면.

도 5는 포커스링의 마모에 따른 홀휘어짐 현상을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 정전척

102 : 웨이퍼

103 : 포커스링

103A : 테이퍼드 표면

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 홀 휘어짐 방지를 위한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

반도체소자의 콘택홀, 비아홀 또는 스토리지노드콘택홀과 같은 홀(Hole)은 그 집적도가 증가함에 따라 깊이가 증가하고 이에 따라 웨이퍼 에지에서 홀이 휘어지는 휘어짐(Tilting) 현상이 발생하고 있다.

이러한 휘어짐 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 플라즈마 식각 장치의 챔버의 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 정전척(Electro Static Chuck, 11) 상부에 콘택홀이 형성될 웨이퍼(12)가 놓이고, 정전척(11)의 외곽 지역에는 웨이퍼(12)의 에지를 둘러싸는 플랫형의 포커스링(Flat type Focus ring, 13)이 구비된다. 여기서, 포커스링(13)은 그 재질이 실리콘(Si)이다. 그리고, 포커스링(13)은 플라즈마가 웨이퍼쪽 에 집중되도록 한다.

그러나, 도 1과 같은 식각챔버 내에서 콘택홀 형성을 위한 식각이 진행될 때, 소모성 부품인 포커스링(13)의 소모(Worn-out)에 의해 포커스링(13)의 높이가 웨이퍼(12) 표면보다 낮아져서 플라즈마쉬스(Plasma sheath) 등전위의 모양 변화를 일으켜, 콘택홀의 프로파일변형을 발생시키는 문제가 있다.

즉, 웨이퍼(12) 표면과 포커스링(13)에서 플라즈마쉬스는 T1과 T2로 등전위 모양을 가지나, 포커스링(13)의 마모에 의하여 포커스링(13)의 표면이 웨이퍼(12) 표면보다 아래로 낮아지게 되어 포커스링(13) 상부에서의 플라즈마쉬스는 T2'으로 변하게 된다.

이와 같이 T2'로 낮아지게 되면 플라즈마쉬스의 등전위 모양이 변화가 발생하고, 플라즈마 쉬스의 등전위 모양 변화가 발생하는 웨이퍼 에지측에서는 식각이온들이 사선으로 웨이퍼 에지에 입사(14)하게 되면서 식각프로파일이 기울어지게 된다.

도 2a는 플라즈마 사용 시간에 따른 식각이온의 입사각 변화와 이로 인한 웨이퍼 에지에서의 홀 변형(Hole tilting)을 보여주고 있다. 여기서, 플라즈마는 RF 플라즈마이다.

도 2a를 참조하면, 플라즈마 사용시간이 0시간(RF=0hr)인 경우에는 홀의 휘어짐이 발생하지 않으나, 플라즈마 사용 시간을 200시간(RF=200hr), 300시간(RF=300hr)으로 점차 증가시킬 수록 홀의 휘어짐 현상이 더욱 심해진다. 한편, 200시간까지는 정상(Good)인 경우로 판정하고, 300시간인 경우는 비정상(No good) 으로 판정한다.

도 2a에서, 홀의 휘어짐 현상은 포커스링 방향으로 휘어짐을 알 수 있는데, 이는 포커스링의 표면이 낮아지기 때문이다.

위와 같은 포커스링의 마모가 발생됨에 따른 문제를 해결하려면 마모된 포커스링의 교체주기가 짧아지게 되어 생산성 저하 문제가 발생하게 된다.

다른 방법으로서, 포커스링의 마모될 두께를 고려하여 최초에 포커스링의 표면을 웨이퍼 표면보다 높게 하는 방법이 제안되었으나, 이 경우에는 플라즈마쉬스의 등전위 모양이 역전되어서 웨이퍼 안쪽으로 홀이 휘어지는 문제가 있다.

도 2b는 포커스링의 두께에 따른 홀 프로파일 변화를 도시한 도면이다. 도 2b에서 '3.4t F/R(STD)'은 t=3.4mm로서 웨이퍼의 표면과 동일 표면 높이를 갖는 포커스링을 나타내고, '2.4t F/R(thin)' 은 t=2.4mm로서 웨이퍼 표면보다 낮은 얇은 포커스링이며, '4.5t F/R(thick)'는 t=4.5mm로서 웨이퍼 표면보다 높은 두꺼운 포커스링이다.

도 2b에 따르면, 웨이퍼 표면과 동일 표면높이를 갖는 3.4t F/R(STD)은 홀이 휘어지지 않고 정상적으로 형성되고 있는데 반해, 웨이퍼 표면보다 높은 4.5t F/R(thick)은 홀이 웨이퍼의 안쪽으로 휘어지고 있고, 웨이퍼 표면보다 낮은 2.4t F/R(thin)은 홀이 웨이퍼 바깥쪽으로 휘어지고 있음을 알 수 있다.

위와 같이, 포커스링의 두께 조절에 의해서는 홀의 휘어짐 현상을 해결하기가 어렵다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 포커스링의 마모가 발생되더라도 플라즈마쉬스의 등전위 모양 변화를 억제하고, 동시에 식각 프로파일의 변형도 방지할 수 있는 플라즈마식각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 식각장치는 식각이 이루어질 웨이퍼가 놓이는 정전척, 및 상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸도록 구비되며 상기 웨이퍼보다 표면높이가 높고 경사지는 테이퍼드 표면을 갖는 포커스링을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 포커스링의 표면높이는 적어도 상기 웨이퍼보다 1.5mm 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 포커스링의 테이퍼드 표면은 상기 웨이퍼의 에지에 근접할수록 경사지는 음의 기울기(Negative slope)를 갖는 것을 특징으로 하고, 상기 테이퍼드 표면의 높이는 적어도 4.5mm 이상인 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 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 챔버 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 플라즈마 식각이 이루어질 웨이퍼(102)가 놓이는 정전척(ESC Chuck, 101), 정전척(102)의 외측부에 구비되어 웨이퍼(102)의 외주부를 둘러싸는 테이퍼드형 포커스링(Tapered type F/R, 103)을 포함한다. 여기서, 테이퍼드형 포커스링(103)의 재질은 실리콘(Silicon), 실리콘산화막(Silicon Oxide) 또는 알루미늄(Al)을 사용한다.

도 3에서, 테이퍼드형 포커스링(103)은 웨이퍼(102)의 표면보다 높은 표면 높이(H1)를 가지도록 그 두께가 조절된다. 여기서, 표면 높이(H1)는 적어도 1.5mm 이상이다.

이와 같이, 표면 높이(H1)를 증가시키면 테이퍼드형 포커스링(103)의 마모에 따른 홀 휘어짐 현상의 발생 주기를 증가시켜 장비의 세정주기를 연장시키고, 또한 테이퍼드형 포커스링(103)의 교체주기를 연장시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 테이퍼드형 포커스링(103)은 표면 높이(H1)가 높아짐에 따른 플라즈마쉬스의 등전위 모양의 역전 현상에 의해 웨이퍼 바깥쪽으로 홀 휘어짐 현상이 발생되는 것을 억제하기 위하여 테이퍼드 표면(Tapered surface, 103A)을 갖는다. 즉, 웨이퍼(102)의 에지에 근접할수록 경사지는 기울기(slope)를 갖고 낮아지는 테이퍼드 표면(103A)을 갖는다. 여기서, 테이퍼드 표면(103A)에 따른 높이는 'H2'가 된다. 이와 같이, 테이퍼드 표면(103A)을 가지므로 테이퍼드형 포커스링(103)이라 한다. 그리고, 테이퍼드 표면(103A)의 높이 'H2'는 적어도 4.5mm 이상이다.

이와 같이, 테이퍼드 표면(103A)을 가지면 웨이퍼(102)와 테이퍼드형 포커스 링(103)의 높아진 표면간의 거리(L)를 증가시키게 되고, 이로써 플라즈마쉬스의 등전위 모양 변화를 최소화시킨다.

도 4는 플라즈마식각 진행에 따른 플라즈마쉬스의 등전위 변화 모양을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 표면높이가 높아짐에 따라 최초에 테이퍼드형 포커스링(103) 상부에서의 플라즈마쉬스의 등전위는 'T12'가 되며, 식각이 진행될수록 테이퍼드형 포커스링(103)의 마모가 발생되어 플라즈마쉬스의 등전위는 'T13', 'T14'로 점점 모양이 변화된다.

도면부호 'H3'는 테이퍼드형 포커스링(103)의 표면이 웨이퍼(102) 표면보다 낮아지는 경우이다.

도 5는 포커스링의 마모에 따른 홀휘어짐 현상을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.

도 5에서, STD(Standard)는 기준(두께 3.4mm, 이는 도 3에서 H2-H1의 높이)으로 채택한 포커스링이고, 'Tapered'는 기준 포커스링보다 표면 높이가 더 높은(4.5mm, 이는 도 3에서 H2의 높이) 테이퍼드 표면을 갖는 포커스링이며, 'Tapered/500hr'은 테이퍼드 표면을 갖는 포커스링을 이용하여 500시간(500hr)동안 식각을 진행하여 표면이 낮아진(2.4mm) 포커스링이다.

도 3및 도 5에 도시된 바와 같이, 테이퍼드 표면(103A)을 갖는 포커스링(103)을 장착함에 따라 포커스링의 높이가 낮아졌음(Tapered/500hr)에도 불구하고 홀 휘어짐 현상이 발생하지 않음을 알 수 있다. 즉, 테이퍼드 표면(103A)을 갖 는 포커스링(103)을 사용하여 500 시간(hr) 동안 플라즈마 식각을 진행하여 웨이퍼(102) 표면보다 포커스링(103)의 표면이 더 낮아져도(2.4mm) 홀 휘어짐이 발생하지 않는다.

도 5의 결과로부터 본 발명의 테이퍼드형 포커스링(103)의 사용시간은 적어도 500 시간이 될 수 있다. 참고로, 도 2a에서 종래 플랫형 포커스링은 300시간만 사용하여도 홀휘어짐이 심각하게 발생하여 그때 교체해주었으나, 본 발명의 테이퍼드형 포커스링은 500 시간까지 사용하여도 홀휘어짐이 발생하지 않으므로 포커스링의 교체주기를 연장시킬 수 있다.

상술한 실시예에 따르면, 본 발명은 포커스링의 모양을 테이퍼드 표면(103A)을 가지면서 웨이퍼(102) 표면보다 높은 구조를 갖는 테이퍼드형 포커스링(103)으로 채택하므로써, 웨이퍼(102)와 테이퍼드형 포커스링(103)간 거리(L)를 증가시켜 웨이퍼(102)보다 포커스링(103)의 높이가 높아도 휘어짐 현상이 발생하지 않는다.

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 웨이퍼 에지에서의 홀 프로파일(Hole Profile)에 영향을 미치는 포커스링의 모양을 플랫형(Flat Type)에서 웨이퍼보다 표면 높이가 높은 테 이퍼드 형태로 모양을 변형 적용함으로써, 웨이퍼 최외각 에지 지역의 홀휘어짐현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 식각 공정에서 소모되는 포커스링의 교환 주기를 연장함으로써 식각프로파일 휘어짐 현상에 의한 수율 손실을 줄일 수 있고, 공정 진행 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims

식각이 이루어질 웨이퍼가 놓이는 정전척;

상기 웨이퍼의 에지를 둘러싸도록 구비되며 상기 웨이퍼보다 표면높이가 높고 경사지는 테이퍼드 표면을 갖는 포커스링; 및

을 포함하는 플라즈마 식각 장치.
제1항에 있어서,

상기 포커스링의 표면높이는 적어도 상기 웨이퍼보다 1.5mm 이상인 플라즈마 식각 장치.
제1항에 있어서,

상기 포커스링의 테이퍼드 표면은 상기 웨이퍼의 에지에 근접할수록 경사지는 기울기를 갖는 플라즈마 식각 장치.
제3항에 있어서,

상기 테이퍼드 표면의 높이는 적어도 4.5mm 이상인 플라즈마 식각 장치.
제1항에 있어서,

상기 포커스링의 재질은 실리콘(Silicon), 실리콘산화막(Silicon Oxide) 또는 알루미늄(Al)인 플라즈마 식각 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 포커스링은 적어도 500 시간까지 사용하는 플라즈마 식각 장치.