KR100263902B1 - 표면 파 플라즈마 식각장치 - Google Patents

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Abstract

표면 파 플라즈마 식각 장치에 관해 개시한다. 본 발명에 따른 표면 파 플라즈마 식각 장치는 마이크로파 방사를 위한 상부 영역과 식각 공정 진행을 위한 하부 영역으로 구성된다. 상부 영역은 상부 및 하부 유리판 사이에 개재된 마이크로파 제한용 판을 포함한다. 이렇게 마이크로파 제한용 판이 상부 및 하부 유리판 사이에 개재되어 플라즈마에 의해 마이크로파 제한용 판이 스퍼터링되어 오염 입자로 작용하는 문제점이 방지된다.

Description

표면 파 플라즈마 식각 장치
본 발명은 반도체 소자 제조용 식각 장치에 관한 것으로, 특히 표면 파 플라즈마 식각 장치(Surface Wave Coupled Plasma Etching Apparatus)에 관한 것이다.
웨이퍼가 대구경화됨에 따라 대구경화된 웨이퍼를 처리할 수 있는 반도체 제조 장치에 대한 요구가 증대되고 있다. 특히, 대구경화된 웨이퍼상에 균일한 크기로 정확한 임계 치수의 미세화된 패턴들을 형성하기 위해서는 넓은 면적에 걸쳐 플라즈마를 형성할 수 있는 식각 장치가 필요하다.
이러한 요구에 부응할 수 있는 표면 파 플라즈마 식각 장치가 아키모토등의 논문(Takeshi Akimoto, Eiji Ikawa, Toshiaki Sango, Kyouichi Komachi, Katuo Katayama and Tosiki Ebata, "Oxide Etching Using Surface Wave Coupled Plasma", Jpn. J . Appl. Phys. Vol. 33 (1994) pp7037-7041)에 개시되어 있다.
이 논문에 개시되어 있는 표면 파 플라즈마 식각 장치는 마이크로파(2.45GHz)에 의한 여기에 의해 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 플라즈마를 생성한다. 절연 판(dielectric plate), 예컨대 폴리머 판을 통해 표면 파 플라즈마 식각 장치내로 도입된 마이크로파는 접지된 상부 금속 전극에 의해 한정된 입사부위를 통해 식각 챔버내로 도입된다.
그런데 종래의 표면 파 플라즈마 식각 장치내에서는 하부 전극에 고주파 전력(Radio Frequency Power)과 같은 고전력(High Power)이 인가되는 것이 일반적이다. 따라서 고전력이 인가되면 플라즈마들이 식각 대상물에만 작용하는 것이 아니라 상부 금속 전극에도 작용하게 된다. 따라서, 플라즈마에 의해 스퍼터링된 금속 입자가 금속 오염 입자로 작용할 뿐만 아니라 식각 공정 진행시 식각 대상물인 웨이퍼상에 떨어져서 패턴의 이상을 발생시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 오염 입자가 발생하지 않는 표면 파 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 표면 파 플라즈마 식각 장치의 단면도이다.
도 2는 도1의 A영역을 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 표면 파 플라즈마 식각 장치의 확대 단면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면 파 플라즈마 식각 장치는, 마이크로파 방사를 위한 상부 영역과 식각 공정 진행을 위한 하부 영역으로 구성된다. 상기 상부 영역은, 마이크로파 공급 및 도입부, 절연판, 상부 및 하부 유리판, 마이크로파 제한용 판 및 마이크로파 가이드로 구성된다. 절연판은 상기 마이크로파 공급 및 도입부와 연결되어 횡방향으로 길게 설치된다. 상부 및 하부 유리판은 상기 절연판과 이격되어 상기 절연판과 평행하게 설치된다. 마이크로파 제한용 판은 상부 및 하부 유리판 사이에 개재된다. 마이크로파 가이드는 절연판 외측 표면, 상부 유리판의 측벽 및 마이크로파 제한용 판의 측벽에 형성된다. 하부 영역은 상부 영역을 지지하는 챔버 벽으로 구성된 식각 챔버를 포함한다.
본 발명에 있어서, 절연판은 불화 탄소계 폴리머판으로, 상부 및 하부 유리판은 식각 공정의 온/오프에 따라 온도가 급격하게 변화하지 않는 온도 내성이 큰 물질, 예컨대 석영으로, 마이크로파 제한용 판은 금속판으로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 하부 유리판은 식각 공정의 온/오프에 따른 급격한 온도 변화를 억제하기 위하여 일정 온도를 유지할 수 있는 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
마이크로파 제한용 판과 상부 유리판 사이 및 마이크로파 제한용 판과 하부 유리판 사이에는 부착력을 향상시키기 위한 버퍼층을 더 구비할 수 있다.
또, 상기 식각 챔버는 식각 대상물이 로딩되는 하부 전극 및 상기 하부 전극에 연결된 고주파 전원을 구비하고, 상기 챔버벽은 상기 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력에 대하여 접지 기능을 할 수 있는 면적을 지니도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 마이크로파 제한용 판이 상부 및 하부 유리판 사이에 개재되어 플라즈마에 의해 마이크로파 제한용 판이 스퍼터링되어 오염 입자로 작용하는 문제점이 방지된다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 여러 구성 요소들의 두께는 명료성을 위해서 강조되었다. 도면에서 동일참조부호는 동일부재를 나타낸다.
도1에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 표면 파 플라즈마 식각 장치의 단면도가 도2에는 도1의 A영역을 확대한 확대 단면도가 도시되어 있다. 이하에서는 도1 및 도2를 참고하여 본 발명에 따른 표면 파 플라즈마 식각 장치를 설명한다.
표면 파 플라즈마 식각 장치는 자기장 없이 마이크로파(2.45GHz)에 의한 여기에 의해 플라즈마를 생성하여 이를 이용하여 식각 공정을 진행하는 장치이다. 본 발명에 따른 표면 파 플라즈마 식각 장치는 크게 상부 영역(100)과 하부 영역(200)으로 구성된다. 상부 영역(100)은 마이크로파를 도입하고 표면 마이크로파를 생성하며 마이크로파를 제한하는 기능을 하는 영역이다. 하부 영역(200)은 상부 영역(100)에서 도입된 마이크로파에 의해 형성된 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 진행하는 식각 챔버이다.
상부 영역(100)은 마이크로파 공급 및 도입부(102), 마이크로파 가이드(104, 106), 절연판(108), 상부 유리판(110), 하부 유리판(114) 및 마이크로파 제한용 판(116)으로 구성되어 있다.
마이크로파 공급 및 도입부(102)는 상부 영역(100) 상단 외측에 설치되고, 절연판(108)은 마이크로파 공급 및 도입부(102)와 연결되어 횡방향으로 길게 상부 영역(100) 상단에 설치된다. 마이크로파 공급 및 도입부(102)는 표면 파 플라즈마 식각 장치내로 마이크로파를 공급 및 도입시킨다. 절연판(108)은 도입된 마이크로파를 전달하고 표면 파를 발생시킨다. 절연판(108)은 불화 탄소계 폴리머(fluorocarbon polymer), 예컨대 테플론으로 형성되는 것이 바람직하다.
마이크로파 가이드(104, 106)는 절연판(108) 상면과, 절연판(108), 상부 유리판(110) 및 마이크로파 제한용 판(116)의 측면들에 설치된다. 마이크로파 가이드(104, 106)는 마이크로파가 식각 챔버 외부로 방사되는 것을 방지하고 식각 챔버내로만 가두는 역할을 한다. 따라서, 마이크로파 가이드(104, 106)는 마이크로파가 투과되지 않는 금속판으로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 알루미늄판 또는 아노다이징 처리된 알루미늄판으로 형성되는 것이 바람직하다.
상부 유리판(110)은 절연판(108)과 평행하게 소정 거리를 두고 이격되어 배치되고 절연판(108)과 상부 유리판(110)사이 영역(112)은 공기로 채워진다. 하부 유리판(114)도 상부 유리판(110)과 평행하게 배치된다. 상부 유리판(110)과 하부 유리판(114)은 절연판(108)과 하부 영역(200)을 구성하는 진공 상태의 식각 챔버간에 마이크로파를 커플링(coupling)하기 위해 설치된다. 상부 유리판(110)과 하부 유리판(114)은 식각 공정의 온(on)/오프(off)에 따라 온도가 급격하게 변화하지 않는 온도 내성이 큰 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 석영으로 형성되는 것이 바람직하다. 특히 하부 유리판(114)은 온도가 급격하게 변화하여 폴리머가 흡착되는 문제점을 방지하기 위해서, 급격하게 온도가 변화하지 않고 일정 온도를 유지할 수 있는 두께로 형성한다.
마이크로파 제한용 판(116)은 상부 유리판(110)과 하부 유리판(114)사이에 설치된다. 마이크로파 제한용 판(116)은 식각 대상물상에만 플라즈마가 형성되도록 절연판(108)으로부터 방사되는 마이크로파를 식각 대상물에 대응하는 영역으로 제한하는(confine) 기능을 한다. 따라서 마이크로파 제한용 판(116)은 마이크로파가 투과되지 않는 금속판으로 구성되고, 식각 대상물 영역에 해당하는 부위를 제외한 영역에만 형성된다. 따라서, 마이크로파 제한용 판(116)은 알루미늄 또는 아노다이징 처리된 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다.
또, 버퍼층(117, 119)을 마이크로파 제한용 판(116)과 상, 하부 유리판들(110, 114)사이에 더 구비하여, 마이크로파 제한용 판(116)과 상, 하부 유리판들(110, 114)간의 부착력을 향상시키는 것이 바람직하다. 버퍼층(117, 119)은 질화티타늄막 또는 탄탈륨막등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
하부 영역(200)은 챔버벽(202), 하부 전극(208), 고주파 전원(212) 및 배기구(218)로 구성된다.
챔버벽(202)은 식각 챔버를 구성하며, 상부 영역(100)을 지지한다. 또, 챔버벽(202)은 고주파 전원(212)에서 인가되는 고주파 전원에 대한 접지 역할을 할 수 있는 면적을 지니도록 형성되는 것이 바람직하다.
하부 전극(208)은 절연판과 대향되도록 식각 장치의 저면에 설치된다. 하부 전극(208)에는 고주파 전원(212)이 연결되어 고주파 전력(radio frequency power)이 인가된다. 상부 전극상에는 식각 대상물(210)이 로딩된다.
도1에 도시된 표면 파 플라즈마 식각 장치를 사용한 식각 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저 마이크파 공급 및 도입부(102)로부터 도입된 마이크로파는 절연판(108)으로부터 상,하부 유리판(110, 114)방향으로 방사된다. 방사된 마이크로파는 상부 유리판(110)과 하부 유리판(114)사이에 설치되어 있는 마이크로파 제한용 판(116)에 의해 제한되어 하부 영역(200)으로 입사된다. 입사된 마이크로파(214)는 식각 가스를 여기시켜 플라즈마(216)을 생성한다. 이렇게 생성된 플라즈마들(216)이 하부 전극(208)상에 로딩된 식각 대상물(210)에 작용하여 식각 공정이 진행된다. 이때 하부 전극(208)에는 고주파 전원(212)을 통해 고주파 전력이 인가되어 식각대상물에 입사되는 플라즈마들의 에너지를 조절한다. 반응이 완료되고 잔류하는 플라즈마들(216)은 배기구(218)를 통해서 배기된다.
도3에는 본 발명의 제2실시예에 의한 표면 파 플라즈마 식각 장치의 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
제2 실시예에 따른 장치는 마이크로파 가이드(106), 상부 유리판(110) 및 마이크로파 제한용 판(116)이 지지부(204)에 의해서 지지되고, 하부 유리판(114)은 챔버벽(203)에 의해서 지지되고, 챔버벽(203)과 지지부(204)는 O-링(206)에 의해 연결되어 있다는 점에 있어서만 도1에 도시되어 있는 장치와 다르고 기타 다른 구성 요소는 모두 동일하다.
이렇게 지지부(204)를 더 설치함으로써 지지 기능을 좀 더 강화시킬 수 있으며, 챔버벽(203)과 지지부(204)를 O-링(206)에 의해 연결함으로써 챔버 내부를 보다 확실하게 진공 상태로 만든다는 장점이 있다.
본 발명은 하기의 실험예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예가 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
<실험예 1: 상부 전극이 제거된 표면 파 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각 공정>
상부 전극이 플라즈마에 의해 스퍼터링되는 문제점을 해결하기 위하여, 아키모토등의 논문(Takeshi Akimoto et al, supra)에 개시되어 있는 표면 파 플라즈마 식각 장치로부터 상부 전극을 제거한 후, 이 장치를 사용하여 식각 공정을 진행하였다.
그 결과 상부 전극이 스퍼터링되어 금속 오염 입자가 발생하는 문제점은 해결되었으나, 챔버 벽의 상단부가 스퍼터링에 취약해지는 새로운 문제점이 발생하였다.
이로부터 플라즈마를 일정하게 제한할 필요성이 있음을 알 수 있었다.
<실험예 2: 상부 전극 표면에 석영 박판이 형성된 표면 파 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각 공정>
이번에는 상부 전극이 플라즈마에 노출되는 것을 방지하기 위하여 아키모토등의 논문(Takeshi Akimoto et al, supra)에 개시되어 있는 표면 파 플라즈마 식각 장치에서 플라즈마에 노출되는 상부 전극 표면에 유리판을 형성하였다. 본 실험예에서는 유리판으로 2㎜ 두께의 석영 박판을 사용하였다. 이렇게 형성된 장치를 사용하여 식각 공정을 진행하였다. 그 결과 상부 전극이 석영 박판에 의해 플라즈마로부터 보호되기 때문에 금속 오염 입자의 발생은 현저하게 감소하였으나 석영 박판의 온도가 식각 공정의 온/오프에 따라서 70℃ 내지 280℃로 급격하게 변화하였으며 석영 박판의 표면에 폴리머가 다량 흡착되었다.
폴리머가 다량 흡착되는 이유는 석영 박판의 온도가 급격하게 변화하고 고온 상태를 유지할 수 없기 때문이다.
이로부터, 플라즈마에 노출되는 유리판은 급격하게 온도가 변화하지 않고 식각시 일정 온도를 유지하여 폴리머가 흡착되는 것을 방지할 수 있도록 형성되어야 함을 알 수 있었다.
<실험예 3: 상부 전극이 제거되고 상부 유리판 및 하부 유리판 사이에 마이크로파 제한용 판이 설치된 표면 파 플라즈마 식각 장치를 이용한 식각 공정>
상술한 실험예1 및 2의 결과를 토대로 본 발명의 실시예에서 기술한 바와 같이, 상부 유리판 및 하부 유리판 사이에 마이크로파 제한용 판이 설치된 표면 파 플라즈마 식각 장치를 형성하였다. 이렇게 형성된 표면 파 플라즈마 식각 장치를 사용하여 식각 공정을 실시하였다.
실험 결과, 마이크로파 제한용 판에 의해 플라즈마가 식각 대상물상에만 형성되어 챔버 상단이 스퍼터링되는 문제점이 해결되었고, 마이크로파 제한용 판이 하부 유리판에 의해 플라즈마로부터 보호되어 스퍼터링에 의해 금속 오염 입자를 형성하는 문제점 또한 해결되었다. 그리고 하부 유리판을 식각 공정시 급격하게 온도가 변화하지 않고 일정 온도를 유지할 수 있는 두께로 형성하였기 때문에 폴리머가 흡착되어 이들이 다시 오염원으로 작용하는 문제점도 방지되었다.
본 발명에 따른 표면 파 플라즈마 식각 장치는 마이크로파 제한용 판에 의해 플라즈마가 식각 대상물로 집중되도록 하는 것이 가능하다. 따라서 플라즈마가 챔버 상단등을 스퍼터링시키는 문제점이 방지된다. 또, 마이크로파 제한용 판이 한쌍의 유리판들 사이에 샌드위치 형태로 설치되기 때문에 마이크로파 제한용 판이 식각 도중 플라즈마에 노출되지 않는다. 따라서 플라즈마에 의해 마이크로파 제한용 판이 스퍼터링되어 오염 입자, 예컨대 금속 오염 입자를 발생시키는 문제점 또한 방지된다. 그리고 마이크로파 제한용 판을 플라즈마로부터 보호하는 하부 유리판을 온도가 급격하게 변화하지 않는 구조로 형성함으로써 원하지 않는 폴리머가 흡착되는 것 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 마이크로파 방사를 위한 상부 영역과 식각 공정 진행을 위한 하부 영역으로 구성된 표면 파 플라즈마 식각 장치에 있어서,
    상기 상부 영역은, 마이크로파 공급 및 도입부;
    상기 마이크로파 공급 및 도입부와 연결되어 횡방향으로 길게 설치된 절연판;
    상기 절연판과 이격되어 상기 절연판과 평행하게 설치된 상부 및 하부 유리판;
    상기 상부 및 하부 유리판 사이에 개재된 마이크로파 제한용 판; 및
    상기 절연판 외측 표면과 상기 절연판, 상기 상부 유리판 및 상기 마이크로파 제한용 판의 측벽에 형성된 마이크로파 가이드를 포함하고,
    상기 하부 영역은, 상기 상부 영역을 지지하는 챔버 벽으로 구성된 식각 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연판은 불화 탄소계 폴리머판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 및 하부 유리판은 식각 공정의 온/오프에 따라 온도가 급격하게 변화하지 않는 온도 내성이 큰 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도 내성이 큰 물질은 석영인 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 유리판은 식각 공정의 온/오프에 따라 급격하게 온도가 변화하는 것을 억제하기 위하여 일정 온도를 유지할 수 있는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 제한용 판은 금속판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 제한용 판과 상기 상부 유리판 사이 및 상기 마이크로파 제한용 판과 상기 하부 유리판 사이에 부착력을 향상시킬 수 있는 버퍼층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 식각 챔버는 식각 대상물이 로딩되는 하부 전극;및
    상기 하부 전극에 연결된 고주파 전원을 구비하고, 상기 챔버벽은 상기 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력에 대하여 접지 기능을 할 수 있는 면적을 지니도록 형성된 것을 특징으로 하는 표면 파 플라즈마 식각 장치.
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