KR0149772B1 - 자외선램프가 장착된 유도결합 플라즈마 구리식각장치 - Google Patents

자외선램프가 장착된 유도결합 플라즈마 구리식각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선램프가 장착된 유도결합 플라즈마 구리식각장치에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 낮은 온도에서의 구리의 식각율을 높일 수 있으며 대면적의 웨이퍼에도 효과적으로 사용할 수 있도록 유도결합 플라즈마 장치에 자외선 방사수단을 장착한 구리식각장치 및 전기 장치를 이용하여 구리를 식각하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구리식각장치는 공정쳄버 내에 유전체창, 안테나 및 라디오파 차단모가 형성되고 할로겐가스와 구리의 반응생성물을 탈착하여 웨이퍼의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마 구리식각장치에 있어서, 웨이퍼에 자외선을 방사하기 위한 자외선램프 ; 전기한 유전체창을 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창 ; 전기한 유전체창을 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창 ; 및, 전기한 자외선램프에서 방사된 빛의 최대량을 웨이퍼에 입사시키기 위한 평행광용 자외선거울로 구성된 자외선 방사수단이 장착된 것을 특징으로 하며, 본 발명의 구리식각방법은 할로겐가스와 구리의 반응생성물을 탈착하여 웨이퍼의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마에 의한 구리식각시, 전기 구리식각장치의 자외선 방사수단에 의해 자외선을 입사하여 반응생성물의 탈착에 필요한 에너지를 인가하는 과정을 포함한다.

Description

자외선램프가 장착된 유도결합 플라즈마 구리식각장치
제1도는 본 발명에 따른 구리식각장치의 일 실시예를 나타낸 구성도이다.
제2도는 제1도의 구리식각장치의 자외선 방사수단에 의한 상세도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 자외선거울 12 : 자외선램프
13 : 라디오파 차단모 14 : 자외선
15 : 안테나 16 : 석영창
17 : 플라즈마 18 : 웨이퍼
19 : 공정쳄버 21 : 촛점조절 테프론
22 : 전극
본 발명은 자외선램프가 장착된 유도결합 플라즈마 구리식각장치에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 낮은 온도에서도 구리의 식각율을 높일 수 있으며 대면적의 웨이퍼에도 효과적으로 사용할 수 있도록 유도결합 플라즈마 장치에 자외선 방사수단을 장착한 구리식각장치 및 전기장치를 이용하여 구리를 식각하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 구리의 식각시에는 염소와 같은 할로겐가스가 사용되는데, 할로겐가스인 염소는 구리와 반응하여 CuCl의 반응생성물이 생성되고, 생성된 CuCl은 탈착되어 구리의 식각이 이루어진다. 이때, 반응생성물인 CuCl은 증기압이 낮아 불휘발성을 지니므로, CuCl의 탈착이 필요하게 된다.
종래의 기술에서는 CuCl의 탈착을 위하여 열에너지를 이용하여 불휘발성인 반응생성물질인 CuCl을 구리로 부터 탈착시키는 방법이 주로 사용되어 왔으며, 이러한 종래의 열에너지를 이용한 탈착방법을 상세히 설명하면 아래와 같다 :
종래에는 유도결합 플라즈마를 사용함으로써 상기한 불휘발성 반응 생성물인 CuCl을 플라즈마에 의한 활성원자와 높은 온도를 이용하여 구리로부터 탈착시켜 구리를 식각하는 방법이 사용되어 왔는데, 이러한 방법은 200℃ 이상의 고온에서 플라즈마를 이용하여 식각공정을 수행하여 원하는 식각율을 얻을 수 있었다.
구리를 식각하는 또 다른 종래의 방법으로는, 레이저를 사용하여 반응생성물을 열적으로 융제하는 방법이 사용되어 왔는데, 레이저를 사용한 구리 식각방법은 상온에서도 높은 식각율을 얻을 수 있다는 장점을 지니고 있었다.
그러나, 상술한 종래의 식각방ㅂ버은 구리로 부터 반응생성물질을 탈착시키기 위하여 고온에서 식각공정을 수행함에 따라 다음과 같은 문제점을 지니고 있었다 :
첫째, 일반적으로 식각공정의 수행시 식각저지물질로 사용되는 감광 물질은 150℃ 이상에서는 고상화되어 패턴형성이 어렵게 되는데, 전기한 종래의 방법에서는 200℃ 이상의 고온을 사용하므로, 고온용의 새로운 식각저지물질이 요구되고 공정이 복잡해진다는 문제점을 지니고 있었다.
둘째, 200℃ 이상의 고온에서 식각이 이루어지기 때문에, 식각공정을 수행한 후 웨이퍼의 온도를 낮추는데 장시간이 소요되어 웨이퍼 처리량(through-put)이 저하된다는 문제점을 지니고 있었다.
섯째, 종래의 방법 중 레이저를 이용한 구리 식각방법은 레이저 빔의 크기가 작기 때문에, 한번에 웨이퍼 전면적을 대상으로 식각을 행하는 것이 불가능하며, 레이저 빔의 조사를 반복하여 웨이퍼 전체를 식각하여야 하므로, 식각에 장시간이 소요되며 웨이퍼 처리량이 매우 적게 되어 생산성이 저하된다는 문제점과 함께 레이저 빔을 조절하기 위한 복잡한 광학장치가 요구되어 식각장치가 복잡해지며 식각장치의 장치비가 증가된다는 문제점을 지니고 있었다.
결국, 본 발명의 목적은 낮은 공정온도에서도 구리의 식각율을 높일수 있고, 대면적의 웨이퍼에도 효과적으로 사용할 수 있으며, 통상적인 식각저지물질의 사용이 가능하면서도 부수적인 장치가 요구되지 않아 단위 시간당 웨이퍼 처리량을 크게 향상시킬 수 있는 자외선 방사수단이 장착된 유도결합 플라즈마 구리식각장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기한 구리식각장치를 사용하여 효과적으로 구리를 식각할 수 있는 구리식각방법을 제공함에 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도결합 플라즈마 구리식각장치는 공정쳄버(process chamber) 내에 유전체창, 안테나 및 라디오파 차단모(遮斷帽)가 형성되고 할로겐가스와 구리의 방응생성물을 탈착하여 웨이퍼의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마 구리식각장치에 있어서, 웨이퍼에 자외선을 방사하기 위한 자외선램프 ;
전기한 유전체창을 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창 ; 및, 전기한자외선램프에서 방사된 빛의 최대량을 웨이퍼에 입사시키기 위한 평행광용 자외선거울로 구성된 자외선 방사수단이 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 구리식각방법은 할로겐가스와 구리의 반응생성물을 탈착하여 웨이퍼의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마에 의한 구리식각시, 웨이퍼에 자외선을 방사하기 위한 자외선램프 ; 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창 ; 및, 전기한 자외선램프에서 방사된 빛의 최대량을 웨이퍼에 입사시키기 위한 평행광용 자외선거울로 구성된 자외선 방사수단에 의해 자외선을 입사하여 반응생성물에 탈착에 필요한 에너지를 인가하는 과정을 포함한다.
이하, 본 발명의 구리식각장치의 구성 및 원리를 첨부도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 구리식각장치의 일 실시예를 나타낸 구성으로서, 공정쳄버(19)의 내부에 자외선램프(12)가 장착된 상태를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 유도결합 플라즈마 구리식각장치는 공정쳄버 내의 유전체창, 안테나(15) 및 라디오파 차단모(13)가 형성되고 할로겐가스와 구리의 반응생성물을 탈착하여 웨이퍼(18)의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마 구리식각장치에 있어서, 웨이퍼(18)에 자외선을 방사하기 위한 자외선램프(12) ; 전기한 유전체창을 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창(16) ; 및, 전기한 자외선램프(12)에서 방사된 빛의 최대량을 웨이퍼(18)에 입사시키기 위한 평행광용자외선거울(11)로 구성된 자외선 방사수단이 장착된 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 구리식각장치는 공정쳄버(19)에 설치된 안테나(15)에 라디오 주파수를 지닌 전류가 인가되면, 인가된 전류에 의해 자기장이 유도되고, 전류에 의해 유도된 자기장에 의해 다시 전기장이 유도되어 유전체를 통하여 공정쳄버(19) 내의 플라즈마(17)로 에너지가 복사되어 웨이퍼(18)로 전송되도록 구성된다. 이때, 안테나(15)에 인가되어 외부로 복사되는 라디오파는 공정쳄버(19)의 상부에 구성된 라디오파 차단모(13)에 의해 차단되고, 플라즈마(17)내로 에너지를 전송하는 통로구실을 하는 유전체창은 석영 등의 자외선투사가 가능한 유전체로 구성된 투사유전체창(16)으로 형성하며, 안테나(15)에 의해 발생된 에너지와 자외선램프(12)에 의해 발생된 광에너지가 진공용기 내부의 플라즈마와 웨이퍼(18)에 각각 전달될수 있도록 구성된다. 또한, 자외선램프(12)에 의해 방사된 빛이 웨이퍼 (18)에 평행하게 입사되도록 자외선램프(12)의 주위에는 평행광용 자외선거울(11)을 구성한다.
제2도는 제1도에 도시된 구리식각장치의 자외선 방사수단에 대한 상세도로서, 도시된 바와 같이 자외선램프(12)의 상부에는 평행광용 자외선거울(11)의 촛점부에 자외선램프(12)를 위치시키기 위하여 회전가능한 촛점조절용 테프론(21)이 구성되며, 그 위에 구성된 전극(22)에 의해 자외선램프(12)로 전류가 인가된다.
이하, 본 발명에 따른 구리식각장치의 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
염소등의 할로겐가스를 사용하여 구리를 식각시 구리와 할로겐가스와의 반응에서 생성되는 반응생성물은 구리로부터 탈착하여 구리를 식각하게 되는데, 할로겐가스로 염소를 사용할 때 생성되는 반응생성물인 CuCl의 승화 에너지는 2.2eV(electron volt)로서, 이 2.2ev의 에너지를 갖는 전자기파의 파장은 564nm이다. 또한, CuCl의 밴드갭(Band-gap)은 3.2eV이며, 이에 해당하는 에너지를 갖는 전자기파의 파장은 380nm이다. 따라서, CuCl은 380nm이하의 파장을 갖는 전자기파, 즉 380nm이하의 파장을 갖는 자외선에 대하여 흡수율이 크다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 구리식각장치에 있어서는 상기한 안테나(15)에 의해 발생된 에너지가 전송된 유도결합 플라즈마는 낮은 압력에서도 높은 플라즈마 밀도의 특성을 지니고 있으므로, 유도결합 플라즈마의 활성원자와 이온의 구리와의 반응과 반응생성물질의 탈착을 활성화시키면서, 본발명에서는 열에너지를 이용하는 대신에 상기한 CuCl의 전자기파에 대한 특성을 이용하여 플라즈마를 이용한 구리의 삭각시에 380nm 이하의 자외선을 웨이퍼(18)에 입사함으로써, 반응생성물질인 CuCl에 자외선이 지닌 에너지를 가하여 CuCl을 웨이퍼로 부터 착탈하게 된다. 즉, 플라즈마가 형성되는 진공용기의 내부에 380nm이하의 파장을 지닌 전자기파를 방출하는 자외선램프(12)를 설치하여, 그 자외선램프(12)에서 방사되는 자외선이 갖고 있는 에너지에 의해 구리로 부터 CuCl을 탈착하게 된다. 상기한 자외선에 의한 CuCl의 탈착과정을 좀 더 구체적으로 설명하면 아래와 같다 :
380nm이하의 파장을 지닌 자외선에 대한 CuCl의 흡수계수는 평균 4×105cm-1이며, 380nm이하의 파장을 갖는 자외선에 대한 Cu의 흡수계수는 9×105cm-1이다. 따라서, 380nm이하의 파장을 지닌 자외선에 대해서는 Cu의 흡수계수가 CuCl의 흡수게수보다 두배가량 크며, 380nm이하의 파장을 갖는 자외선에 대한 CuCl의 반사율은 평균 0.13으로 구리의 반사율 0.4보다 작다. 380nm이하의 파장을 갖는 자외선에 대하여 흡수계수 및 반사율이 작으므로, 자외선이 웨이퍼(18)에 입사되면 자외선이 가지는 광에너지가 CuCl층에 집중되며 자외선의 열에너지도 CuCl에 집중되게 되어 탈착될 반응생성물인 CuCl에 열에너지가 집중되므로 전체 기판에 미치는 온도의 영향은 적게된다. 또한, 이 자외선이 가지는 광에너지에 의해 Cu-CuCl복합물이 여기되고 원자간의 결합력을 약화시키는 비열적반응이 일어나게 되며, Cu-Cu의 결합 에너지가 3.5eV이므로 Cu-Cu의 결합을 직접 깨뜨리는 비열적 반응 또한 가능하게 된다.
상기한 본 발명의 구리식각장치의 자외선 방사수단은 구리식각장치에 장착되어 사용되는 것에 한정되지 않으며, 화학증착법 등에 의해 구리를 증착시에도 증착장치에 장착하여 사용될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본발명에서는 구리식각시 자외선 방사수단을 사용하므로써 공정온도를 낮출 수 있고, 공정온도가 낮아지므로 식각공정후 웨이퍼의 온도를 내리는 시간을 단축할 수 있으며, 그 결과 웨이퍼 처리량을 증대시킬 수 있는 동시에 비열적반응에 의해 반응생성물의 결합을 약화시켜 탈착시킴으로써, 본 발명은 낮은 온도에서도 구리의 식각을 행할 수 있고 구리식각율을 높일 수 있는 등의 효과를 지니고 있다.

Claims (2)

  1. 공정쳄버 내에 유전체창, 안테나 및 라디오파 차단모가 형성되고 할로겐가스와 구리의 반응생성물을 탈착하여 웨이퍼의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마 구리식각장치에 있어서, 웨이퍼에 자외선을 방사하기 위한 자외선램프 ; 전기한 유전체창을 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창 ; 및 전기한 자외선램프에서 방사된 빛의 최대량을 웨이퍼에 입사시키기 위한 평행광용 자외선거울로 구성된 자외선 방사수단이 장착된 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 구리식각장치.
  2. 할로겐가스와 구리의 반응생성물을 탈착하여 웨이퍼의 구리를 식각하는 유도결합 플라즈마에 의한 구리식각시, 웨이퍼에 자외선을 방사하기 위한 자외선램프 ; 자외선투과가 가능하도록 구성한 투사유전체창 ; 및, 전기한 자외선램프에서 방사된 빛의 최대량을 웨이퍼에 입사시키기 위한 평행광용 자외선거울로 구성된 자외선 방사수단에 의해 자외선을 입사하여 반응생성물의 탈착에 필요한 에너지를 인가하는 과정을 포함하는 구리식각방법.
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