JP4563346B2

JP4563346B2 - プラズマを分離加速させる中性ビームエッチング装置

Info

Publication number: JP4563346B2
Application number: JP2006158275A
Authority: JP
Inventors: ▲うぉん▼ 泰李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: KR100766093B1; KR20070008311A; JP2007027097A; US7789992B2; US20070012403A1

Description

本発明は、中性ビームエッチング装置に関し、詳細にはグリッドを用いてプラズマを分離加速させる中性ビームエッチング装置に関する。

中性ビームエッチング装置とは、プラズマ状態の物質を用いてウエハなどをエッチングさせる装置を意味する。ウエハをエッチングさせることのできるエネルギーを有するためには、中性ビームエッチング装置は装置内の所定領域で生成されるプラズマを加速させる過程が必要とされる。

プラズマ加速方法は、宇宙長距離旅行用ロケットのイオンエンジンや、核融合方法に対する研究目的にして開発されてきたが、最近には半導体製造工程上でウエハなどをエッチングするために使用されている。

プラズマとは、高温で負電荷を有する電子と陽電荷を有するイオンから分離された気体状態のことである。即ち、プラズマは電荷分離が極めて高く、全体的に陰と陽の電荷数が同一であるため中性の特性を有する物質状態である。厳密に言えば、固体、液体、気体に続く第４の物質状態である。温度を次第に高くするとほとんどの物体は固体から液体に変化し、また気体状態になる。数万℃にて気体は電子と原子核とに分離されてプラズマ状態となる。プラズマ状態は中性の特性を有するので、プラズマを用いたエッチング装置は中性ビームエッチング装置とも呼ばれる。

図１は従来のビームエッチング装置の構成を示す模式図である。同図による中性ビームエッチング装置は、位相整合方法（ＰｈａｓｅＭａｔｃｈｉｎｇＭｅｔｈｏｄ）に基づき、ＴｒａｖｅｌｉｎｇＷａｖｅＥｎｇｉｎｅとも呼ばれる。同図によると、従来の中性ビームエッチング装置は、外部コイル１０、内部コイル２０、放電コイル３０、外部シリンダ４０、内部シリンダ５０、チャネル７０を含んでいる。

外部シリンダ４０および内部シリンダ５０は、カバー面６０を通じて連結され、外部および内部シリンダ４０，５０との間の空間がチャネル７０を形成する。カバー面６０上には放電コイル３０が製造される。

外部および内部コイル１０、２０はそれぞれ数個のコイルからなり、それぞれが同軸上で並んで配列されチャネル７０を巻いている。図１において、外部および内部コイル１０、２０がそれぞれ３つ（１，２，３）で具現されている。

外部および内部コイル１０、２０、放電コイル３０にそれぞれ電流が印加されると、チャネル７０内に磁場が形成される。生成された磁場はマクスウェル（ｍａｘｗｅｌｌ）方程式により誘導電流を生成し、生成された誘導電流はチャネル７０内の気体をプラズマ状態に変換させる。これにより、チャネル７０上部にてプラズマが生成される。

プラズマが生成されると、チャネル７０上部から出口方向（矢印に表示）に取り巻かれたコイル１０、２０に電流を順次印加し、チャネル上部に生成されたプラズマを出口方向に加速させる。即ち、第１コイル１、第２コイル２、第３コイル３の順で順次電流を印加する。これにより、チャネル７０にて磁場の斜めが形成され、これによりプラズマが加速される。

しかしながら、従来の中性ビームエッチング装置によると、チャネル７０上部にて形成されたプラズマが十分加速されず、エッチングに必要な程度のエネルギーを有しない問題点がある。これにより、エッチング効果が落ちてしまう。

また、従来の中性ビームエッチング装置は、磁場の斜めがチャネル７０内部に順次形成されるよう、各コイル１０、２０に投入される電流の位相を調整してマッチングしなければならない。この場合、チャネル７０上部でのプラズマの初期速度が小さければ位相差が大きくなってしまい、位相整合を利用し難い問題もある。さらに、初期速度のために駆動電流の周波数を小さくする場合、放電コイル３０にてプラズマへそのエネルギー伝達がうまくできず、プラズマの生成効率が落ちる。結果的に、エッチング効率が落ちることとなる。
日本公開特許平９−１３９３６４号公報日本公開特許２００２−２８９５８５号公報韓国公開特許２００３−０４２９５９号公報

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、チャネル内にグリッドを配置し、静電気力によりプラズマを分離加速させることによって、エッチングに必要なエネルギーを確保することでエッチング効率を高めることのできる中性ビームエッチング装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、静電気力によって分離加速されるプラズマがエッチングしようとする領域に集束されることができるよう角錐状のチャンバーを用いる中性ビームエッチング装置を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明の第１の実施形態に係るエッチング装置は、一方に第１開口を有し、内部にプラズマ生成領域が形成される第１チャンバーと、一方に第２開口を有し、他方に前記プラズマ生成領域に開口を有する前記第１チャンバーの内部に配置される第２チャンバーと、前記第１開口および前記プラズマ生成領域を連結して前記第１チャンバーの内側のサイド面と前記第２チャンバーの外側のサイド面との間に形成される第１チャネルと、前記第２チャンバー内に形成され、前記第２開口および前記プラズマ生成領域を連結する第２チャネルと、前記第１チャンバーの外部表面上に配置し、磁場を形成して前記プラズマ生成領域でプラズマを生成するコイルと、第１極性が帯電される第１グリッドと、前記第１極性と異なる第２極性が帯電される第２グリッドとを含む加速部とを含み、前記第１グリッドは、前記第１チャネルに配置され、前記プラズマを形成する陽イオンおよび電子のいずれか１つを加速させて前記第１チャネルを介して放出し、前記第２グリッドは、前記第２チャネルに配置され、前記陽イオンおよび電子のうち他方を加速させて前記第２チャネルを介して放出することを特徴とする分離加速された陽イオンと電子とによりエッチングを行う。

好ましくは、前記加速部が、前記第１チャネルに配置し、前記プラズマを形成する陽イオンおよび電子のいずれか１つを加速させて前記第１チャネルを介して放出する第１グリッドと、前記第２チャネルに配置し、前記陽イオンおよび電子のうち他方を加速させて前記第２チャネルを介して放出する第２グリッドと、を含む。

好ましくは、前記第１チャンバーおよび前記第２チャンバーを連結するために形成される連結部をさらに含むことができる。

好ましくは、前記連結部が、前記第１および第２チャンバー間の空間に整列されることができる。

ここで、前記第１チャンバーが、前記第１開口面積より大きい面積を有し、前記第１開口の反対側に形成された閉鎖面、および前記第１開口と前記閉鎖面を連結するサイド面を有する角錐状で形成されたことが好ましく、前記第２チャンバーが、前記第２開口の反対側に形成され、前記第２開口の面積より大きい面積を有する上部面、および前記第２開口と前記上部面を連結するサイド面を有する角錐状で形成されることが好ましい。

この場合、前記第１チャネルが、前記第１チャンバーのサイド面と前記第２チャンバーのサイド面との間に形成されたことができる。

一方、前記第１グリッドが、第１極性に帯電されると、前記プラズマ生成領域に存在する前記陽イオンおよび電子のうち前記第１極性の反対極性を有する物質を加速させる。

また、前記第２グリッドが、前記第１極性の反対極性に帯電され、前記プラズマ生成領域に存在する前記陽イオンおよび電子のうち前記第１極性を有する物質を加速させる。

好ましくは、前記コイルが、前記第１チャンバーの閉鎖面上に製造され、前記第１チャンバーの外部表面に配置し、前記プラズマ生成領域内にガスを注入するガス注入部を更に含むことができる。

本発明によると、静電気力を用いてプラズマを陽イオンおよび電子に分離加速させることができる。これによって、エッチングに必要な加速エネルギーを確保し、エッチング効率を高めることができる。さらに、第１、第２、および第３実施形態の第１チャンバーおよび第２チャンバーの形態を角錘状に具現する場合、分離加速される陽イオンおよび電子をエッチングしたい領域に集束させることができる。結果的に、エッチング工程が容易に行われる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
（実施形態）
図２は本発明の一実施の形態に係る中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。同図によると、本中性ビームエッチング装置は、第１チャンバー１１０、第２チャンバー１２０、第１チャネル１３０、第２チャネル１４０、コイル１６０、および加速部１７０を含む。

第１チャンバー１１０は、一方がオープンされて開口を形成する。開口の反対側は閉鎖面を形成する。

第２チャンバー１２０は第１チャンバー１１０内に配置される。第２チャンバー１２０も一方がオープンされて開口を形成する。第１チャンバー１１０および第２チャンバー１２０は同軸上で配置され、互いに相違した直径を有する。これにより、第２チャンバー１２０の開口は第１チャンバー１１０の開口内に配置される。

一方、第１チャンバー１１０の閉鎖面および第２チャンバー１２０の上部面は所定の距離離隔されてプラズマ生成領域１５０を形成する。プラズマ生成領域１５０にはガスが投入される。従来の中性ビームエッチング装置はプラズマの生成される領域がチャネル上部に制限されて狭い一方、本中性ビームエッチング装置では第１チャンバー１１０と第２チャンバー１２０とが分離されているので割合に広いプラズマ生成領域１５０が確保される。

第１チャンバー１１０の閉鎖面上にはコイル１６０が製造される。コイル１６０に電流が印加されると、プラズマ生成領域１５０内部に磁場が形成される。形成された磁場はチャネル７０内に磁場が形成される。形成された磁場はマクスウェル方程式に応じて誘導電流を生成する。生成された誘導電流はプラズマ生成領域１５０内の気体をプラズマ状態に変換させる。

一方、第１チャンバー１１０のサイド面と第２チャンバー１２０のサイド面との間の空間は第１チャネル１３０を形成する。

さらに、第２チャンバー１２０内には第２チャネル１４０が形成されている。第２チャネル１４０は第２チャンバー１２０の開口とプラズマ生成領域１５０を連結する。

加速部１７０は、プラズマ生成領域１５０に生成されたプラズマを陽イオンおよび電子に分離加速し、第１チャネル１３０および第２チャネル１４０を介して外部に放出する。即ち、陽イオンが第１チャネル１３０を介して加速されれば、電子は第２チャネル１４０を介して加速される。反対に、電子が第１チャネル１３０を介して加速されれば、陽イオンは第２チャネル１４０を介して加速される。

詳細には、加速部１７０は第１チャネル１３０内に配置する第１グリッド１７１、第２チャネル１４０内に配置する第２グリッド１７２を含んでいる。第１グリッド１７１および第２グリッド１７２は導電性物質からなる格子網を意味する。第１グリッド１７１および第２グリッド１７２には相異なる極性の電源が接続される。これにより、第１グリッド１７１および第２グリッド１７２は相異なる極性で帯電される。

もし、第１グリッド１７１が＋に帯電され、第２グリッド１７２が−に帯電されると、プラズマのうち−極性を有する電子が第１グリッド１７１との静電気力によって第１チャネル１３０の出口方向に加速される。プラズマのうち＋極性を有する陽イオンは第２グリッド１７２との静電気力により第２チャネル１４０の出口方向に加速される。図２にて矢印の方向が出口方向を意味する。

反対に、第１グリッド１７１が−に帯電され、第２グリッドが＋に帯電されると、陽イオンが第１チャネル１３０を介して加速され、電子が第２チャネル１４０を介して加速される。

図３は、図２の中性ビームエッチング装置の上側からみた模式図である。同図によると、第１チャンバー１１０上部の閉鎖面は円型に具現されていることが分かる。

コイル１６０は、第１チャンバー１１０の閉鎖面上にて第１チャンバー１１０と同軸上に配置された複数の円型コイルで具現されることができる。さらに、コイル１６０は螺旋状に具現され得る。

図４は図２の中性ビームエッチング装置の下側からみた模式図である。同図によると、第１チャネル１３０の出口は中央部の空いたリング状を有し、第２チャネル１４０の出口は円型を有する。これにより第１および第２グリッド１７１，１７２もリング状および円型に具現されることが好ましい。

図５は本発明の第２の実施形態に係る中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。同図によると、本中性ビームエッチング装置の第１チャンバー２１０、第２チャンバー２２０は開口側の方向が角錐状になっている。具体的には、円錐、四角錐、五角錐などの形態で具現され得る。これにより、プラズマ生成領域２５０にて生成され出口側に向って放出される陽イオンおよび電子がエッチングしたい領域に集束されるように施すことができる。

一方、第１チャンバー２１０および第２チャンバー２２０の形態が角錐になっていることから、第１グリッド２７１の形態も変形される。即ち、第１グリッド２７１はリング形態で内側円を形成している部分が上側に曲がった状態となる。第２グリッド２７２は円型で具現され得る。その他、コイル２６０、第１チャネル２３０、第２チャネル２４０などの形態および機能は図２の実施形態と同一であるため詳説は省略する。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。同図によると、中性ビームエッチング装置は、第１チャンバー３１０、第２チャンバー３２０、第１チャネル３３０、第２チャネル３４０、コイル３６０、第１グリッド３７１、第２グリッド３７２、その他にガス注入部３６５、および連結部３８０を更に含んでいる。

プラズマ生成領域３５０にて生成され、第１および第２チャネル３３０，３４０を介して加速された陽イオンおよび電子は、ウエハ４００の方向に放出されてウエハ４００上の所定領域をエッチングさせる。

第１チャンバー３１０、第２チャンバー３２０、第１チャネル３３０、第２チャネル３４０、コイル３６０、第１グリッド３７１、第２グリッド３７２の構成および機能は第２の実施形態と同一であるためその詳説は省略する。

ガス注入部３６５はプラズマ生成領域３５０内部ガスを注入させる役割を行なう。中性ビームエッチング装置はＡｒのようなＯグループ気体と、Ｏ_２およびＯ_２混合物のようにイオン化可能なガス、およびＣ_２Ｆ_２のようなガスが使用され得る。ガス注入部３６５はプラズマ生成領域３５０まで連結される連結管を介してガスを注入することができる。

一方、連結部３８０は、第１チャンバー３１０および第２チャンバー３２０を連結する役割をする。第１チャンバー３１０および第２チャンバー３２０は、第１グリッド３７１によって連結されているが、第２チャンバー３２０の重さを支持するためには別の連結部３８０を製造することが好ましい。連結部３８０は、プラズマ生成領域３５０にて生成された陽イオンおよび電子が第１および第２チャネル３３０、３４０方向に排出されるよう、一定領域にのみ製造することが好ましい。即ち、第１および第２チャンバー３１０、３２０が円錐状で製造された場合、９０°間隔ごとに連結部３８０を製造して、第２チャンバー３２０を支持することが好ましい。

一方、第２チャンバー３２０内で第２チャネル３４０の形成された部分を除いた残り部分は空き空間３９０にすることもできる。これにより、第２チャンバー３２０の重さを減らし連結部３８０にのせられる荷重を軽減させ得る。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

従来の中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。図２の中性ビームエッチング装置の上側から見た平面図である。図２の中性ビームエッチング装置の下側から見た平面図である。本発明の第２の実施形態に係る中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。本発明の第３の実施形態に係る中性ビームエッチング装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１１０第１チャンバー
１２０第２チャンバー
１３０第１チャネル
１４０第２チャネル
１５０プラズマ生成領域
１６０コイル
１７０加速部
１７１第１グリッド
１７２第２グリッド

Claims

一方に第１開口を有し、内部にプラズマ生成領域が形成される第１チャンバーと、
一方に第２開口を有し、他方に前記プラズマ生成領域に開口を有する前記第１チャンバーの内部に配置される第２チャンバーと、
前記第１開口および前記プラズマ生成領域を連結して前記第１チャンバーの内側のサイド面と前記第２チャンバーの外側のサイド面との間に形成される第１チャネルと、
前記第２チャンバー内に形成され、前記第２開口および前記プラズマ生成領域を連結する第２チャネルと、
前記第１チャンバーの外部表面上に配置し、磁場を形成して前記プラズマ生成領域でプラズマを生成するコイルと、
第１極性が帯電される第１グリッドと、前記第１極性と異なる第２極性が帯電される第２グリッドとを含む加速部とを含み、
前記第１グリッドは、前記第１チャネルに配置され、前記プラズマを形成する陽イオンおよび電子のいずれか１つを加速させて前記第１チャネルを介して放出し、前記第２グリッドは、前記第２チャネルに配置され、前記陽イオンおよび電子のうち他方を加速させて前記第２チャネルを介して放出することを特徴とする分離加速された陽イオンと電子とによりエッチングを行うエッチング装置。
前記第１チャンバーおよび前記第２チャンバーを連結するために形成される連結部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
前記連結部が、前記第１および第２チャンバー間の空間に整列されることを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
前記第１チャンバーが、前記第１開口面積より大きい面積を有し、前記第１開口の反対側に形成された閉鎖面、および前記第１開口と前記閉鎖面を連結するサイド面を有する角錐状で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
前記第２チャンバーが、前記第２開口の反対側に形成され、前記第２開口の面積より大きい面積を有する上部面、および前記第２開口と前記上部面を連結するサイド面を有する角錐状で形成されたことを特徴とする請求項４に記載のエッチング装置。
前記第１チャネルが、前記第１チャンバーのサイド面と前記第２チャンバーのサイド面との間に形成されたことを特徴とする請求項５に記載のエッチング装置。
前記第１グリッドが、第１極性に帯電されると、前記プラズマ生成領域に存在する前記陽イオンおよび電子のうち前記第１極性の反対極性を有する物質を加速させることを特徴とする請求項６に記載のエッチング装置。
前記第２グリッドが、前記第１極性の反対極性に帯電され、前記プラズマ生成領域に存在する前記陽イオンおよび電子のうち前記第１極性を有する物質を加速させることを特徴とする請求項７に記載のエッチング装置。
前記コイルが、前記第１チャンバーの閉鎖面上に製造されたことを特徴とする請求項４に記載のエッチング装置。
前記第１チャンバーの外部表面に配置し、前記プラズマ生成領域内にガスを注入するガス注入部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。