JP7081740B2 - 環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール及び点状エッチングモジュールのエッチングプロファイルを制御する方法 - Google Patents

環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール及び点状エッチングモジュールのエッチングプロファイルを制御する方法 Download PDF

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Description

本発明はエッチングモジュールに関するもので、より詳しくは、環状沿面放電プラズマ装置を利用してフィラメント状プラズマを照射することができる点状エッチングモジュールに関するものである。
一般に、半導体の製造はウェハーの表面に薄膜の積層、エッチング及びイオン注入を繰り返し実施して所望の回路の動作特性を有する半導体素子を形成することである。
エッチング作業は積層された薄膜を選択的に取り除く作業で、溶液を用いてエッチングする湿式エッチングと反応ガスを用いてエッチングする乾式エッチングに分けられる。
特に、乾式エッチングは、反応ガスをイオン化させるために発生させるプラズマの発生方式によってプラズマエッチング（Plasma etching）、反応性イオンエッチング（Reactive ion etching）、磁気強化反応性イオンエッチング（Magnetically enhanced reactive ion etching）などの方式がある。
ここで、プラズマエッチングは反応ガスを二つの電極の間に入れて強い電場を形成させてガスをイオン化させ、このイオン化された反応ガスをウェハーの表面に加速させて積層された薄膜を選択的に取り除く方式である。
このようなプラズマエッチングに用いられるプラズマエッチング装置は、プロセスチャンバに流入された反応ガスがプロセスチャンバ上部のＲＦ電極板とプロセスチャンバ下部の陰極板との間で発生されたプラズマによってイオン化され、イオン化された反応ガスをウェハーの表面で加速させて積層された薄膜を選択的に取り除く装置である。
ここで、プラズマによってイオン化された反応ガスはエッチング効率を向上させるためにウェハーに集中されなければならず、このために、従来のプラズマエッチング装置では、反応ガスをウェハーの上に集めるフォーカスリングが必ず要求される。従って、従来のプラズマエッチング装置には、前記フォーカスリングを具備しなくてはウェハー表面の局所的なエッチングが難しいという問題がある。
一方、高温、高圧、高周波数、耐放射線性、耐磨耗性及び耐腐食性を有する炭化ケイ素（Silicon carbide、ＳｉＣ）が次世代半導体として早い成長を見せている。
特に、ＳｉＣは、Ｓｉより優れた共振周波数（６００ＭＨｚ）と、生体と高温で非常に安定的であるので、自動車、船舶、宇宙航空産業などの極限環境だけではなく、今後の次世代ＲＦ及びバイオ用微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）として注目されている。
しかしながら、ＳｉＣは熱化学的に安定性が高くて微細加工が困難な問題がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、環状沿面放電プラズマ装置によるフィラメント状プラズマを生成して被処理基板の精密な表面処理が可能になるようにした点状エッチングモジュールを提供することにある。
上述した課題を解決するための本発明の一実施例による点状エッチングモジュールは、プレート状の誘電体と、前記誘電体の上面に面接触して配置される円形電極と、前記誘電体の下面に面接触して配置され、気体を収容する気体収容空間を提供する環状電極と、前記円形電極及び環状電極との間に高電圧を印加する電源供給部とを含み、高電圧が印加されて放電が開始されると前記環状電極の内側面及び前記誘電体の下面の間で前記環状電極の中心方向に展開されるプラズマから被処理基板の方向にフィラメント状プラズマを照射する。
一実施例において、前記円形電極は前記環状電極の内径より小さい直径を有する。
一実施例において、前記円形電極の直径と前記環状電極の内径の比率は８：１８以下であってもよい。
一実施例において、前記円形電極の直径（Ｒｅ）と前記環状電極の内径（Ｓｅ）との差は２０ｍｍ以下であってもよい。
一実施例において、前記気体は放電開始のための放電ガスを含み、前記放電ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ及びＸｅからなる群から選択された少なくとも１つであってもよい。
一実施例において、前記気体は前記被処理基板のエッチングのためのエッチングガスを含み、前記被処理基板はＳｉＣであり、前記エッチングガスはＮＦ３またはＳＦ６であってもよい。
一実施例において、前記エッチングガスは前記気体収容空間に注入される気体の総体積に対して１％未満で注入されてもよい。
一実施例において、前記気体収容空間に前記気体を注入するための気体注入部を含むことができる。
一実施例において、前記気体注入部は、前記環状電極の側面方向で前記気体収容空間に気体を注入するように構成することができる。
一実施例において、前記気体注入部は、前記環状電極の外面を囲むように設置される円筒状気体注入部材を含み、前記環状電極の外面及び円筒状気体注入部材の内面との間には、前記気体注入部材から注入された気体を前記気体収容空間に案内する気体ガイド通路が備えられてもよい。
一実施例において、前記被処理基板は導電性基板であり、前記導電性基板をエッチングすることができる。
本発明の一実施例による点状エッチングモジュールを利用してエッチングプロファイルを制御する方法は、環状電極の気体収容空間に注入される気体の総体積に対して放電ガス及びエッチングガスの供給比率を変更する過程を含む。
一実施例において、前記気体の総体積に対して前記エッチングガスの供給比率を高くして、狭くて深くエッチングすることができる。
一実施例において、前記気体の総体積に対して前記エッチングガスの供給比率を低くして、広くて薄くエッチングすることができる。
本発明による点状エッチングモジュールによれば、薄い線形状に生成されるフィラメント状プラズマを被処理基板に照射して、被処理基板の表面の特定領域の集中的なエッチング及び局所的なエッチングが可能であり、それにより、被処理基板の精密な表面処理が可能になり、特に、ＳｉＣのエッチング工程に容易に利用することができるという利点がある。
また、プラズマを被処理基板の方向に集中させる別途の装置がなくても、被処理基板の特定領域の集中的なエッチング及び局所的なエッチングが可能になるという利点がある。
本発明の一実施例による点状エッチングモジュールの構成を示した断面図である。 本発明の一実施例による点状エッチングモジュールの気体注入部を例示する図面である。 本発明の一実施例による点状エッチングモジュールでＮＦ３の供給比率を変更しながらＳｉＣ基板をエッチングして現われるエッチングプロファイルを分析したグラフである。 本発明の一実施例による点状エッチングモジュールでＳｉＣ基板を数回往復移動させながらエッチングして現われるエッチングプロファイルを分析したグラフである。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例による点状エッチングモジュールについて詳しく説明する。本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができ、特定の実施例を図面に例示して本文に詳しく説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解すべきである。各図面を説明する際に類似する構成要素に対して類似する参照符号を用いた。添付図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際より拡大して示した。
第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために用いることができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内で第１構成要素は第２構成要素に命名されることができ、同様に、第２構成要素も第１構成要素に命名されることができる。
本出願で用いた用語はただ特定の実施例を説明するために用いられたもので、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上明白に違うことを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。
特に定義しない限り、技術的または科学的用語を含んで、ここで用いられる全ての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。一般的に用いられる辞典に定義されているのと同じ用語は関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有することと解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるかまたはあまりにも形式的な意味に解釈されてはならない。
本発明による点状エッチングモジュールは環状沿面放電プラズマ装置の形状を有し、エッチングモジュールとして利用される。即ち、本発明は環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュールを提供する。以下で、環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュールについて詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例による点状エッチングモジュールの構成を示した断面図であり、図２は本発明の一実施例による点状エッチングモジュールの気体注入部を例示する図面である。
図１を参照すれば、本発明の一実施例による点状エッチングモジュールは、誘電体１１０、円形電極１２０、環状電極１３０及び電源供給部１４０を含む。
誘電体１１０は電気的絶縁性及び誘電性を同時に有するセラミックス材質を基にし、石英、硝子、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化シリコン、銀リン酸塩、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、チタン酸ジルコン酸鉛、カーボンナノチューブなどを用いることができる。このような誘電体１１０はプレート状に備えられる。例えば、円形プレート状であってもよい。
円形電極１２０は前記誘電体１１０の上面に面接触して配置される。円形電極１２０は円形プレート状に備えられる。
環状電極１３０はリング状である。環状電極１３０は前記誘電体１１０の下面に面接触して配置される。環状電極１３０は気体を収容する気体収容空間１３１を提供する。前記気体収容空間１３１はリング状の内側である。前記気体収容空間１３１には放電開始及びエッチングのための気体が注入される。
電源供給部１４０は円形電極１２０と環状電極１３０との間に高電圧を印加する。一例として、円形電極１２０には高電圧が印加され、環状電極１３０は接地として利用することができる。
一方、前記気体収容空間１３１に気体を注入するために、気体注入部１５０が備えられる。気体注入部１５０は環状電極１３０の側面方向で気体収容空間１３１に気体を注入するように構成される。
一実施例において、気体注入部１５０は環状電極１３０の外面から気体収容空間１３１の方向に貫通される気体注入孔を含むことができる。
他の実施例において、気体注入部１５０は、図２に示したように、円筒状気体注入部材１５１を含むことができる。円筒状気体注入部材１５１は環状電極１３０の外面を囲むように設置され、この時、環状電極１３０の外面と円筒状気体注入部材１５１の内面との間には円筒状気体注入部材１５１から注入された気体を気体収容空間１３１に案内する気体ガイド通路１５２が備えられる。
気体注入部１５０を通じて注入される気体は、放電開始のための放電ガス及び被処理基板１６０のエッチングのためのエッチングガスを含む。
前記放電ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ及びＸｅからなる群から選択された少なくとも一つであってもよい。放電ガスは、電源供給部１４０から高電圧が印加される場合、ブレークダウンされて放電が開始されるようにする。このために、放電ガスは高濃度で注入することができる。
エッチングガスはＮＦ３またはＳＦ６であってもよい。このようなエッチングガスはＳｉＣ素材の被処理基板１６０をエッチングするために利用することができる。エッチングガスは、気体収容空間１３１に注入される気体の総体積に対して１％未満で注入することができる。
このような本発明の一実施例による点状エッチングモジュールは、電源供給部１４０から円形電極１２０に高電圧が印加されると、気体収容空間１３１内に注入された気体内の放電ガスがブレークダウンされて放電が開始され、放電が開始すると、環状電極１３０の内側面及び誘電体１１０の下面の間で環状電極１３０の中心方向にプラズマが展開され、環状電極１３０の中心部でプラズマの展開方向の先端がカップリングされるプラズマのカップリングが行われて、環状電極１３０の中心部から被処理基板１６０の方向に垂直に落ちるフィラメント状プラズマ２００を、被処理基板１６０の表面に照射することになる。被処理基板１６０に照射されるフィラメント状プラズマ２００は、被処理基板１６０の表面を点状エッチングする。
ここで、「点状エッチング」は、フィラメント状プラズマ２００が被処理基板１６０の表面の一地点を向けてフィラメント状に照射されて被処理基板１６０の表面を点状にエッチングすることを意味する。
このようなエッチング過程でフィラメント状プラズマ２００が被処理基板１６０の表面を点状エッチングする時、常に所定のエッチングパターンを維持して、エッチングしようとする地点を逸脱しないで、エッチングしようとする地点で正確なエッチングが行われるようにすることが好ましい。このために、円形電極１２０は環状電極１３０の内径より小さい直径を有するように設計される。即ち、円形電極１２０の直径Ｒｅと環状電極１３０の内径Ｓｅとの比率は、８：１８以下になるように設計することができる。ここで、８：１８の比率は、環状電極１２０の内径Ｓｅに対する円形電極１２０の直径Ｒｅの比である。または、前記円形電極の直径Ｒｅと前記環状電極の内径Ｓｅとの差は、２０ｍｍ以下になるように設計することができる。このような条件で円形電極１２０の直径と環状電極１３０の内径との比率が設定されると、フィラメント状プラズマは、搖れることなく被処理基板１６０に向けて照射され得る。
以下では、このような本発明の一実施例による点状エッチングモジュールを利用して被処理基板をエッチングする際に現われるエッチングプロファイルを確認するための実施例を例示して説明する。
実施例
１８ｍｍの内径を有する環状電極１３０を誘電体１１０の下面に面接触して配置し、１０ｍｍの直径を有する円形電極１２０を誘電体１１０の上面に面接触して配置した。前記円形電極１２０には高電圧が印加されるように電源供給部１４０と連結し、前記環状電極１３０は接地として利用される。環状電極１３０の下には被処理基板１６０を位置させた。前記被処理基板１６０は、導電性基板としてＳｉＣ基板を位置させた。
このような実施例の構造で、前記ＳｉＣ基板のエッチングのために、環状電極１３０により提供される気体収容空間１３１内に、放電ガス及びエッチングガスが混合された気体を気体注入部１５０を通じて注入した。この時、放電ガスとしてはＨｅを注入し、エッチングガスとしてはＮＦ３を注入した。
エッチング過程で前記Ｈｅは１ｌｐｍを供給し、前記ＮＦ３の供給比率を変更して、ＮＦ３の供給比率によるエッチングプロファイルを分析した。ＮＦ３の供給比率を、０ｃｃｍ、０．５ｃｃｍ、１ｃｃｍ、２ｃｃｍの順に漸次に増加させながらエッチングプロファイルを分析した。ＮＦ３の供給比率によってそれぞれ５分間エッチングした。このようなエッチングプロファイルの制御過程を通じて分析されたエッチングプロファイルを図３のグラフに示した。
図３は本発明の一実施例による点状エッチングモジュールでＮＦ３の供給比率を変えながらＳｉＣ基板をエッチングして現われるエッチングプロファイルを分析したグラフである。図３のグラフで、「Ｆ０、０．３７ｕｍ」はＮＦ３の供給比率が０ｃｃｍで、エッチング深さが０．３７μｍであることを意味し、「Ｆ０．５、１．３ｕｍ」は ＮＦ３の供給比率が０．５ｃｃｍで、エッチング深さが１．３μｍであることを意味し、「Ｆ１、２．８８ｕｍ」はＮＦ３の供給比率が１ｃｃｍで、エッチング深さが２．８８μｍであることを意味し、「Ｆ２、３．６４ｕｍ」はＮＦ３の供給比率が２ｃｃｍで、エッチング深さが３．６４μｍであることを意味する。
図３のグラフに示すように、ＮＦ３の供給比率が漸次に高くなれば被処理基板１６０のエッチング深さが深くて細くなることを確認することができ、反対に、ＮＦ３の供給比率が低くなれば被処理基板１６０のエッチング深さが浅くて広くなることを確認することができた。
一方、フィラメント状プラズマの安定性を確認するために、被処理基板１６０を左右に数回往復移動させながら被処理基板１６０をエッチングした結果に応じたエッチングプロファイルを分析した。この時、以下の各条件でエッチングした結果のエッチングプロファイルを分析した。
１）Ｈｅは１ｌｐｍ及びＮＦ３は０．５ｃｃｍで供給し、被処理基板１６０は左、右に４０回往復させた。２）Ｈｅは１ｌｐｍ及びＮＦ３は１ｃｃｍで供給し、被処理基板１６０は左、右に８０回往復させた。３）Ｈｅは１ｌｐｍ及びＮＦ３は１ｃｃｍで供給し、被処理基板１６０は左、右に１６０回往復させた。
前記１）～３）の各条件ごとに５分間エッチングし、各条件でのエッチングプロファイルの分析結果は図４のグラフで示した。図４は本発明の一実施例による点状エッチングモジュールでＳｉＣ基板を数回往復移動させながらエッチングして現われるエッチングプロファイルを分析したグラフである。図４のグラフで「＃４０」は被処理基板が４０回往復移動されたことを意味し、「＃８０」は被処理基板が８０回往復移動されたことを意味し、「＃１６０」は被処理基板が１６０回往復移動されたことを意味する。
図４のグラフに現われたように、１）～３）のエッチング条件でそれぞれのエッチングプロファイルは、全部パターンが一定で、ＮＦ３の供給比率によって深さのみ変化することを確認することができた。これは、被処理基板１６０を数回往復させてエッチングしてもフィラメント状プラズマが搖れることなく安定的に被処理基板１６０を向けて照射されることを証明する。
このような本発明の一実施例による点状エッチングモジュールは環状沿面放電プラズマ装置の形状を有する。即ち、誘電体１１０の下面に面接触して配置される環状電極１３０及び誘電体１１０の上面に配置される円形電極１２０の配置構造によって環状沿面放電プラズマ装置の構造を具現することができる。環状沿面放電プラズマ装置の構造を通じて、環状電極１３０によって気体収容空間１３１が提供され、提供された気体収容空間１３１にＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ及びＸｅのようなブレークダウン電圧が低い放電ガスを注入するようにして大気圧環境で放電が開始されて誘電体１１０の下面及び環状電極１３０の内側面の間で沿面放電プラズマが展開される。そして、沿面放電プラズマは環状電極１３０の中心方向に展開され、展開される沿面放電プラズマが環状電極１３０の中心部でカップリングされることによって、フィラメント状プラズマが生成され、フィラメント状プラズマが被処理基板１６０の方向に照射される点状エッチングモジュールが具現される。
従って、本発明の一実施例による点状エッチングモジュールは薄い線形に生成されるフィラメント状プラズマを被処理基板１６０に照射して、被処理基板１６０の表面の特定領域の集中的なエッチング及び局所的なエッチングが可能であり、それにより、被処理基板１６０の精密な表面処理が可能になり、特にＳｉＣのエッチング工程に容易に利用することができるという利点がある。
また、プラズマを被処理基板の方向に集中させる別途の装置がなくても、被処理基板の特定領域の集中的なエッチング及び局所的なエッチングが可能になるという利点がある。
提示された実施例に対する説明は本発明の技術分野において通常の知識を有する者が本発明を利用または実施することができるように提供される。このような実施例に対する多様な変形は本発明の技術分野において通常の知識を有する者にとって明白であり、ここで定義された一般的な原理は、本発明の範囲を逸脱することなく他の実施例に適用されることができる。そして、本発明はここで提示された実施例に限定されるのではなく、ここで提示された原理及び新規特徴と一貫される最も広義の範囲で解釈されるべきである。

Claims (14)

  1. プレート状の誘電体と、
    前記誘電体の上面に面接触して配置される円形電極と、
    前記誘電体の下面に面接触して配置され、気体を収容する気体収容空間を提供する環状電極と、
    前記円形電極と環状電極との間に高電圧を印加する電源供給部と、を含み、
    高電圧が印加されて放電が開始されると、前記環状電極の内側面と前記誘電体の下面との間で前記環状電極の中心方向に展開されるプラズマから被処理基板の方向にフィラメント状プラズマを照射する、環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  2. 前記円形電極は前記環状電極の内径より小さい直径を有することを特徴とする、請求項１に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  3. 前記円形電極の直径（Ｒｅ）と前記環状電極の内径（Ｓｅ）の比率は８：１８以下であることを特徴とする、請求項１に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  4. 前記円形電極の直径（Ｒｅ）と前記環状電極の内径（Ｓｅ）との差は２０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  5. 前記気体は放電開始のための放電ガスを含み、
    前記放電ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ及びＸｅからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  6. 前記気体は前記被処理基板のエッチングのためのエッチングガスを含み、
    前記被処理基板はＳｉＣであり、
    前記エッチングガスはＮＦ３またはＳＦ６であることを特徴とする、請求項５に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  7. 前記エッチングガスは、前記気体収容空間に注入される気体の総体積に対して１％未満で注入されることを特徴とする、請求項６に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  8. 前記気体収容空間に前記気体を注入するための気体注入部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  9. 前記気体注入部は、前記環状電極の側面方向で前記気体収容空間に気体を注入するように構成されることを特徴とする、請求項８に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  10. 前記気体注入部は、前記環状電極の外面を囲むように設置される円筒状気体注入部材を含み、
    前記環状電極の外面と円筒状気体注入部材の内面との間には、前記円筒状気体注入部材から注入された気体を前記気体収容空間に案内する気体ガイド通路が備えられることを特徴とする、請求項８に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  11. 前記被処理基板は導電性基板であり、
    前記導電性基板をエッチングすることを特徴にする、請求項１に記載の環状沿面放電プラズマ装置を利用した点状エッチングモジュール。
  12. 請求項１の装置を利用し、
    環状電極の気体収容空間に注入される気体の総体積に対して放電ガス及びエッチングガスの供給比率を変更する過程を含むことを特徴とする、エッチングプロファイルを制御する方法。
  13. 前記気体の総体積に対して前記エッチングガスの供給比率を高くして、狭くて深くエッチングすることを特徴とする、請求項１２に記載のエッチングプロファイルを制御する方法。
  14. 前記気体の総体積に対して前記エッチングガスの供給比率を低くして、広くて薄くエッチングすることを特徴とする、請求項１２に記載のエッチングプロファイルを制御する方法。
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