KR100205098B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 식각 이온의 충돌로 인한 웨이퍼 표면의 손상을 방지하기 위하여 다수의 웨이퍼를 수직으로 장착하고, 식각 이온이 각 웨이퍼 방향으로 수평 이동하도록 각 웨이퍼의 전면에 자기장을 형성시키므로써 웨이퍼 표면의 손상 및 파티클에 의한 불량의 발생을 방지하고, 웨이퍼간의 식각 균일도를 향상시켜 소자의 수율이 향상될 수 있도록 한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

Description

플로즈마 식각 장치

제1도는 종래 플라즈마 식각 장치의 구조도.

제2도는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 구조도

제3도는 제2도의 평명면도.

제4도는 제3도에 도시된 A 부분의 확대도

제5도는 제4도의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11 : 챔버 2, 12 : 가스 공급관

3, 13 : 분산판 4, 14 : 고주파 발생기

5, 20 : 웨이퍼 지지대 6, 16 : 웨이퍼

7, 17 : 가스 배기관 8, 18 : 절연체

9 : 파티클 15 : 에노드 전극

19 : 자계 형성 수단

본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 표면의 손상을 방지하며, 다수의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있도록 한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 식각 기술은 요구되어지는 식각 방법에 따라 습식(Wet) 및 건식(Dry)으로 나누어진다. 습식 식각은 화학 용액(Chemicals)을 사용하여 동방성(Isotropic) 식각을 목적으로 이용하고, 건식 식각은 비동방성(Anisotropic) 식각을 목적으로 이용한다. 그 중 건식 식각은 통상 플라즈마(Plasma)라는 상태에서 반응을 이용하기 때문에 플라즈마 식각이라고 불리는데, 그러면 플라즈마 식각에 이용되는 종래의 플라즈마 식각 장치를 제1도를 통해 설명하면 다음과 같다.

종래의 플라즈마 식각 장치는 제1도에 도시된 바와 같이 플라즈마가 발생되며, 발생된 플라즈마에 의해 식각이 이루어지는 챔버(1)의 상부면에 외부로부터 식각 가스가 공급되는 가스 공급관(2)이 접속되고, 상기 챔버(1)와 상기 가스 공급관(2)은 절연체(8)에 의해 전기적으로 분리된다. 그리고 상기 가스 공급관(2)의 종단부에는 공급되는 식각 가스를 상기 챔버(1)의 내부로 균일하게 분산시키기 위한 분산판(3)이 접속되는데, 상기 분산판(3)은 플라즈마 형성시 고주파 발생기(4)로부터 고주파 전력(RF Power)이 공급되는 캐소드(Cathod) 전극으로 이용된다. 또한 상기 챔버(1) 내부의 저면에는 웨이퍼(6)를 지지하기 위한 웨이퍼 지지대(5)가 설치되는데, 상기 웨이퍼 지지대(5)는 전기적으로 접지(Ground)되며, 플라즈마 형성시 에노드(Anode) 전극으로 이용된다. 그리고 상기 챔버(1)의 일측벽에는 상기 챔버(1) 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 진공 배기 펌프와 연결된 가스 배기관(7)이 접속된다.

그러면 상기와 같이 구성된 종래의 플라즈마 식각 장치에서 식각 공정이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상부에 식각 마스크가 형성된 웨이퍼(6)를 상기 웨이퍼 지지대(5)에 장착한 후 상기 가스 공급관(2)을 통해 상기 챔버(1) 내로 식각 가스가 공급되도록 한다. 상기 식각 가스가 상기 분산판(3)을 통해 상기 챔버(1) 내부로 분산되면 상기 고주파 발생기(4)를 동작시켜 상기 분산판(3)에 고주파 전력이 공급되도록 한다. 그러면 상기 캐소드 전극으로 이용되는 분산판(3)과 상기 에노드 전극으로 이용되는 웨이퍼 지지대(5) 사이에서 분자들의 충돌 운동에 의해 상기 식각 가스는 이온화된 플라즈마 상태가 되고, 상기 플라즈마 내에 존재하는 화학 결합력이 큰 식각 이온들이 상기 진공 배기 펌프의 동작에 의해 상기 웨이퍼(6) 방향으로 이동하여 상기 웨이퍼(6)의 노출된 부분을 식각한다. 그런데 이때 상기 플라즈마가 가지는 시스 전위차(Sheath potential)에 의해 상기 식각 이온들은 그 운동이 가속화되는데, 상기 가속화된 식각 이온들이 상기 웨이퍼(6)의 표면에 물리적으로 충돌되어 식각이 이루어지기 때문에 상기 웨이퍼(6) 표면의 손상이 발생된다. 그러므로 이러한 웨이퍼 표면의 손상으로 인해 소자의 신뢰성이 저하된다. 또한, 상기 플라즈마 식각 장치는 상기 웨이퍼(6)가 상기 챔버(1) 내에 수평으로 위치되며, 한번의 공정으로 하나의 웨이퍼만을 처리하도록 구성된다. 그러므로 상기 웨이퍼(6)가 상기 캐소드 전극 및 상기 플라즈마에서 발생되는 파티클(9)에 직접적으로 영향을 받기 때문에 소자의 수율이 저하되며, 각 웨이퍼를 처리할 때마다 플라즈마를 발생시켜야 하고, 식각 정도 또한 각기 다르게 나타나기 때문에 웨이퍼간의 식각 균일도가 저하된다.

따라서 본 발명은 다수의 웨이퍼를 수직으로 장착하고, 식각 이온이 각 웨이퍼 방향으로 수평 이동하도록 각 웨이퍼의 전면에 자기장을 형성시키므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다수의 측벽, 저면 및 상부면을 갖는 챔버와, 상기 챔버 내부로 식각 가스를 공급하기 위해 상기 챔버의 상부면에 접속된 가수 주입구와, 상기 가스 주입구와 접속되며, 공급되는 식각 가스를 상기 챔버 내부에 균일하게 분산시키기 위한 분산판과, 상기 분산판에 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파 발생기와, 상기 챔버 내부의 저면에 형성되며, 전기적으로 접지된 에노드 전극과, 상기 챔버의 각 측벽과 인접된 내부에 웨이퍼를 수직으로 지지하기 위해 설치된 다수의 웨이퍼 지지대와, 상기 챔버 각 측벽의 상부 및 하부에 일측 종단부가 각각 접속된 가스 배기구와, 상기 가스 배기구의 다른 일측 종단부와 접속되며, 상기 챔버의 내부를 일정 압력으로 유지시키기 위한 진공 배기 펌프와, 상기 웨이퍼 지지대의 전면에 설치되며, 식각 이온을 상기 웨이퍼 방향으로 이동시키기 위한 자기장을 자계 형성 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명에 다른 플라즈마 식각 장치의 구조도로서, 제3도 내지 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 제2도에 도시된 바와 같이 플라즈마가 발생되며, 발생된 플라즈마에 의해 식각이 이루어지는 챔버(11)의 상부면에 외부로부터 식각 가스가 공급되는 가스 공급관(12)이 접속되고, 상기 챔버(11)와 상기 가스 공급관(12)은 절연체(18)에 의해 전기적으로 분리된다. 그리고 상기 가스 공급관(12)의 종단부에는 공급되는 식각 가스를 상기 챔버(11)의 내부로 균일하게 분산시키기 위한 분산판(13)이 접속되며, 상기 분산판(13)은 플라즈마 형성시 고주파 발생기(14)로부터 고주파 전력이 공급되는 캐소드 전극으로 이용된다. 또한 상기 챔버(11) 내부의 저면에는 전기적으로 접지된 에노드 전극(15)이 설치된다.

상기 챔버(11)는 제3도에 도시된 바와 같이 다수의 측벽을 갖는 다각 형태로 이루어진다. 각 측벽과 인접된 내부에는 웨이퍼(16)를 지지하기 위한 다수의 웨이퍼 지지대(20)가 각각 형성되며, 상기 웨이퍼 지지대(20)는 상기 각 측벽과 수평이 유지되도록 설치된다. 그리고 상기 각 측벽의 상부 및 하부에는 상기 챔버(11)의 내부를 일정 압력으로 유지시키기 위한 진공 배기 펌프와 접속된 가스 배기관(17)이 각각 접속된다. 또한 상기 웨이퍼 지지대(20)의 전면에는 제4도에 도시된 바와 같이 식각 이온을 상기 웨이퍼(16) 방향으로 이동시키기 위한 자기장을 형성하는 자계 형성 수단(19)이 설치되는데, 상기 자계 형성 수단(19)은 제5도에 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼(16)의 둘레를 감싸도록 원형으로 설치되며, 동축 자계 코일(Magnetic Coxial Coil)로 형성된다.참고적으로 상기 제3도는 6장의 웨이퍼(16)를 장착할 수 있도록 구성된 플라즈마 식각 장치가 도시되었으나, 필요에 따라 상기 챔버(11)의 구조를 변경하면 6장 이상 또는 이하의 웨이퍼를 장착할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 구성할 수 있다. 그러면 상기와 같이 구성된 플라즈마 식각 장치에서 식각 공정이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상부에 식각 마스크가 형성된 다수의 웨이퍼(16)를 상기 웨이퍼 지지대(20)에 각각 장착한 후 상기 가스 공급관(12)을 통해 상기 챔버(11) 내로 식각 가스가 공급되도록 한다. 상기 식각 가스가 상기 분산판(13)을 통해 상기 챔버(11) 내부로 분산되면 상기 고주파 발생기(14)를 동작시켜 상기 분산판(13)에 고주파 전력이 공급되도록 한다. 그러면 상기 캐소드 전극으로 이용되는 분산판(13)과 상기 에노드 전극(15) 사이에서 분자들의 충돌 운동에 의해 상기 식각 가스는 이온화된 플라즈마 상태가 된다. 그리고 상기 자계 형성 수단(19)에 의해 형성되는 자기장 및 상기 진공 배기 펌프의 동작에 의해 상기 플라즈마 내에 존재하는 화학 결합력이 큰 식각 이온들이 상기 웨이퍼(16) 방향으로 각각 이동하여 상기 웨이퍼(16)의 노출된 부분을 식각한다. 그러므로 상기 플라즈마 식각 장치를 이용하는 경우 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 상기 식각 이온들은 상기 자계 형성수단(19)에 의해 형성된 자기장 및 상기 진공 배기 펌프의 동작에 의해 상기 챔버(11) 내에서 수평방향으로 이동하고, 따라서 식각 이온들이 물리적 에너지를 가지지 않기 때문에 충돌시 상기 웨이퍼(16) 표면의 손상이 발생되지 않는다.

둘째, 상기 웨이퍼(16)가 상기 식각 이온들의 이동 방향과 수직되도록 장착되기 때문에 플라즈마 발생시 생성된 파티클에 직접적으로 영향을 받지 않는다.

셋째, 한번의 플라즈마 발생으로 다수의 웨이퍼를 동시에 처리하므로써 공정 처리 효율이 향상되며, 웨이퍼간의 식각 정도가 균일해진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다수의 웨이퍼를 수직으로 장착하고, 식각 이온이 각 웨이퍼 방향으로 수평 이동하도록 각 웨이퍼 전면에 자기장을 형성시키므로써 웨이퍼 표면의 손상 및 파티클에 의한 불량의 발생을 방지하고, 웨이퍼간의 식각 균일도를 향상시켜 소자의 수율이 향상될 수 있도록 하는 탁월한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 플라즈마 식각 장치에 있어서, 다수의 측벽, 저면 및 상부면을 갖는 챔버와, 상기 챔버 내부로 식각 가스를 공급하기 위해 상기 챔버의 상부면에 접속된 가수 주입구와, 상기 가스 주입구와 접속되며, 공급되는 식각 가스를 상기 챔버 내부에 균일하게 분산시키기 위한 분산판과, 상기 분산판에 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파 발생기와, 상기 챔버 내부의 저면에 형성되며, 전기적으로 접지된 에노드 전극과, 상기 챔버의 각 측벽과 인접된 내부에 웨이퍼를 수직으로 지지하기 위해 설치된 다수의 웨이퍼 지지대와, 상기 챔버 각 측벽의 상부 및 하부에 일측 종단부가 각각 접속된 가스 배기구와, 상기 가스 배기구의 다른 일측 종단부와 접속되며, 상기 챔버의 내부를 일정 압력으로 유지시키기 위한 진공 배기 펌프와, 상기 웨이퍼 지지대의 전면에 설치되며, 식각 이온을 상기 웨이퍼 방향으로 이동시키기 위한 자기장을 자계 형성 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 챔버와 상기 가스 주입구는 절연체에 의해 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 자계 형성 수단은 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸도록 원형으로 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 자계 형성 수단은 동축 자계 코일로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.