KR100427524B1 - 리모트 플라즈마를 이용하는 배치형 애싱장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 애싱장치는, 애싱공정이 진행되는 반응기(10); 수평하게 놓여진 기판(52)이 수직방향으로 서로 소정간격 이격되어 복수개 적층되도록 반응기(10) 내에 설치되는 배치형 기판 지지대(50); 리모트 플라즈마 발생장치(30); 반응기(10) 내에 수직하게 설치되고 측면에 분사홀(32a)이 마련되어 리모트 플라즈마 발생장치(30)에서 발생된 라디칼을 기판 지지대(50)에 적층되는 기판(52)들 사이사이로 공급하는 라디칼 공급로(32); 및 반응기(10) 내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기관(40); 을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 배치형으로 기판을 장입하기 때문에 애싱효율이 증가되어 생산성이 향상된다. 또한, 리모트 플라즈마를 사용하기 때문에 반응기 내부부품의 마모나 기판손상이 방지될 뿐만 아니라 애싱효율이 더욱 증가되어 생산성이 향상된다. 그리고, 기판들 사이사이로 라디칼이 제대로 공급되도록 라디칼 공급로가 적절히 설치되기 때문에 기판수가 많은 경우에도 모든 기판들이 균일하게 애싱된다.

Description

리모트 플라즈마를 이용하는 배치형 애싱장치{Batch type ashing apparatus using remote plasma}
본 발명은 애싱장치(ashing apparatus)에 관한 것으로서, 특히 리모트 플라즈마를 이용하는 배치형(batch type) 애싱장치에 관한 것이다.
반도체소자의 제조는 패턴을 형성하기 위해서 통상적으로 포토리소그래피 공정을 거친다. 포토리소그래피 공정에서는 감광막을 마스크층으로 사용하는데, 이러한 감광막은 기능을 다 한 후에는 제거되어야 한다.
감광막 제거의 한 방법으로서 애싱방법이 있는데, 이는 플라즈마를 이용하여 감광막을 산화시키는 방법이다. 감광막은 탄소(C)와 수소(H)의 중합체로 되어 있으므로 이를 CO2및 H2O형태로 기화시키기 위하여 통상 산소플라즈마가 사용된다.
종래의 애싱장치는, 반응기에 플라즈마 전극을 부착하고 여기에 대략 13.56㎒의 주파수를 갖는 RF 파워를 인가한다. 즉, 반응기 내에서 직접 산소 라디칼을 형성하여 기판상의 감광막을 제거한다. 그러나, 이렇게 반응기 내에서 직접 플라즈마를 발생시킬 경우, 비교적 강한 플라즈마로 인해 기판 및 반응기 내부에 이온충돌로 인한 손상(damage)이 발생하게 된다. 또한, 이러한 방법은 라디칼 생성률이 낮아서 공정효율이 떨어지고, 결국 그로 인한 공정시간이 증가하게 되어 생산성이 저하되는 문제가 생긴다.
반도체소자 제조공정에는 동일한 공정이 수차례 반복되는데, 포토리소그래피 공정 또한 마찬가지이다. 따라서, 애싱공정도 여러번 반복해야 한다. 반도체소자 제조시간을 단축시키기 위해서는 애싱공정에 드는 시간을 단축할 필요가 있다.
애싱속도를 증가시키는 방법으로 플라즈마 발생을 위하여 인가되는 고주파 전력을 높이는 방법이 있으나, 이 경우 전력증가에 따라 반응기 내의 플라즈마 중에 고에너지의 하전입자가 증가하여 반응기 내부부품의 마모 및 피처리기판의 표면손상이 야기될 수 있다. 또한, 애싱속도를 증가시키는 방법으로서, 피처리기판의 온도를 높게 하는 방법이 있으나, 산소분위기중에서 기판온도를 높게 하면 기판 표면이 산화되어 소자의 전기적 특성이 변하는 문제가 생긴다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반응기 내부에서의 플라즈마 직접 발생에 따른 기판 손상 등을 방지하고 애싱공정에 소요되는 시간을 줄이기 위하여, 리모트 플라즈마를 사용하고 기판을 배치형태로 장입할 수 있도록 한 애싱장치를 제공하는 데 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 리모트 플라즈마를 이용하는 배치형 애싱장치를 설명하기 위한 도면들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10: 반응기 30: 리모트 플라즈마 발생장치
32, 32': 라디칼 공급로 32a, 32a': 분사홀
40: 가스 배기관 50: 기판지지대
52: 기판
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 애싱장치는, 애싱공정이 진행되는 반응기; 수평하게 놓여진 기판이 수직방향으로 서로 소정간격 이격되어 복수개 적층되도록 상기 반응기 내에 설치되는 배치형 기판 지지대; 리모트 플라즈마 발생장치; 상기 반응기 내에 수직하게 설치되고 측면에 분사홀이 마련되어 상기 리모트 플라즈마 발생장치에서 발생된 라디칼을 상기 기판 지지대에 적층되는 기판들 사이사이로 공급하는 라디칼 공급로; 및 상기 반응기 내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기관; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 라디칼 공급로는 관형태일 수 있는데, 이 때에는 적어도 2개 이상 설치되는 것이 바람직하며, 상기 관의 내경은 5 ~ 25 mm 인 것이 바람직하다.
상기 라디칼 공급로는 판형태일 수도 있다.
상기 반응기 내에 RF 전력을 인가하기 위한 플라즈마 전극이 더 구비될 수도 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리모트 플라즈마를 이용하는 배치형 애싱장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 애싱공정이 진행되는 반응기(10) 안에는 배치형 기판지지대(50)가 설치되는데, 기판지지대(50)에는 수평하게 놓여진 기판(52)이 수직방향으로 서로 소정간격 이격되어 2~50매 정도로 복수개 적층된다.
공정가스로서 예컨대 산소가스를 리모트 플라즈마 발생장치(30)에 공급하여 플라즈마를 형성시킨 후에 산소 라디칼을 라디칼 공급로(32)를 통하여 반응기(10)내에 공급한다. 라디칼 공급로(32)는 라디칼이 기판(52)들 사이사이로 공급되도록 반응기(10) 내에 수직하게 설치되고 측면에 복수개의 분사홀(32a)이 마련된다. 분사홀(32a)은 기판(52)들 사이사이에 위치하는 것이 바람직하다.
플라즈마 애싱에 의해서 생기는 가스 등을 배출하기 위하여 반응기(10)에는 가스배기관(40)이 설치된다. 효과적인 배기를 위해서, 가스배기관(40)은 라디칼 공급로(32)와 같이 수직하게 설치되어 기판(52)을 사이에 두고 라디칼 공급로(32)와 마주보도록 배치되는 것이 바람직하며, 라디칼 공급로(32)와 마주보는 측면에는 복수개의 배기홀(40a)이 마련된다.
도 2a에는 관형태의 라디칼 공급로(32)가 도시되었고, 도 2b에는 판형태의 라디칼 공급로(32')가 도시되었다. 각각의 라디칼 공급로(32, 32') 측면에는 분사홀(32a, 32a')이 마련되어 있다.
라디칼 공급로(32)가 관형태일 경우에는, 라디칼이 통과할 수 있도록 적어도 내경이 5m 이상은 되어야 하고, 그렇다고 너무 내경이 크면 반응기(10) 밑부분까지 라디칼 공급이 제대로 이루어지지 않을 수 있기 때문에 5 ~ 25mm 인 것이 바람직하다. 하나의 관으로서는 기판의 폭에 해당하는 면적에 균일하게 라디칼을 공급하기가 어려우므로 라디칼 공급로(32)는 도 2(a)와 같이 2개 이상 설치되는 것이 바람직하다.
리모트 플라즈마 발생장치(30)에는 높은 주파수의 고주파 전력을 인가할 필요는 없으며 200KHz 내지 2MHz의 RF전력을 인가하여 플라즈마를 형성하여도 충분하다.
반응기(10)에는 RF 전력을 인가하기 위한 플라즈마 전극(20)이 더 구비될 수 있는데, 플라즈마 전극(20)에는 리모트 플라즈마 발생장치(30)에 인가되는 것보다 더 높은 주파수의 RF전력이 인가될 수 있다. 플라즈마 전극(20)에 인가되는 고주파 전력이 너무 높으면, 이로인해 반응기(10) 내부 부품의 마모 및 기판(52)의 표면손상이 야기될 수 있으므로, 100KHz ~ 13.56MHz의 RF 전력이 인가되는 것이 바람직하다.
표1은 반응기 내에서 플라즈마를 직접 발생시킨 경우(A)와 리모트 플라즈마를 사용한 경우(B)의 감광막 식각율을 비교한 것이다. O2플라즈마를 사용하였고, 감광막은 SiO2층 상에 15000Å 두께로 증착된 것을 사용하였다. 리모트 플라즈마를 사용한 경우에 우수한 식각율을 나타내고 있음을 알 수 있다.
[표1]
비교대상 압력(torr) O2(sccm) RF 파워(Kw) 식각률(Å/m)
A 0.5 2000 1.5 400
B 0.5 2000 1.5 600
본 발명에 의하면, 배치형으로 기판을 장입하기 때문에 애싱효율이 증가되어 생산성이 향상된다. 또한, 리모트 플라즈마를 사용하기 때문에 반응기 내부부품의 마모나 기판손상이 방지될 뿐만 아니라 애싱효율이 더욱 증가되어 생산성이 향상된다. 그리고, 기판들 사이사이로 라디칼이 제대로 공급되도록 라디칼 공급로가 적절히 설치되기 때문에 기판수가 많은 경우에도 모든 기판들이 균일하게 애싱된다.

Claims (9)

  1. 애싱공정이 진행되는 반응기;
    수평하게 놓여진 기판이 수직방향으로 서로 소정간격 이격되어 복수개 적층되도록 상기 반응기 내에 설치되는 배치형 기판 지지대;
    리모트 플라즈마 발생장치;
    상기 반응기 내에 수직하게 설치되고 측면에 분사홀이 마련되어 상기 리모트 플라즈마 발생장치에서 발생된 라디칼을 상기 기판 지지대에 적층되는 기판들 사이사이로 공급하는 라디칼 공급로; 및
    상기 반응기 내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기관; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라디칼 공급로가 관형태를 하는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 라디칼 공급로가 적어도 2개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 관의 내경이 5 ~ 25 mm 인 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 라디칼 공급로가 판형태를 하는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 발생장치는 200KHz 내지 2MHz의 RF 전력을 인가받아 플라즈마를 형성하는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응기 내에 RF 전력을 인가하기 위한 플라즈마 전극이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 플라즈마 전극에는 100KHz ~ 13.56MHz의 RF 전력이 인가되는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가스 배기관은 상기 라디칼 공급로와 같이 수직하게 설치되어 상기 기판을 사이에 두고 상기 라디칼 공급로와 마주보도록 배치되며, 상기 라디칼 공급로와 마주보는 측면에는 복수개의 배기홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 애싱장치.
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