KR100469889B1 - 복수개의 코일들을 포함하는 플라즈마 식각 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라즈마 식각 설비는, 플라즈마를 이용해 반도체 웨이퍼에 대한 식각 공정이 이루어지도록 하며, 식각 공정이 이루어지는 반응 공간을 한정하는 측면 및 바닥의 챔버와 상부의 돔을 구비한 플라즈마 식각 설비이다. 이 플라즈마 식각 설비는, 유도 전원과, 유도 전원으로부터의 전력을 인가받아 반응 공간 내에 상기 플라즈마가 형성되도록 하기 위한 것으로서, m이 정수인 경우 2≤m≤8개의 개수와 n이 양의 실수인 경우 1≤n≤4의 회전수를 갖는 나선형으로 돔 위에 배치되는 코일들을 구비한다.

Description

복수개의 코일들을 포함하는 플라즈마 식각 설비{Plasma etching apparatus having plurality of coils}
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로서, 특히 복수개의 코일들을 포함하는 플라즈마 에칭 설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 회로의 배선 패턴을 형성하기 위하여 배선의 일부를 제거하는 공정을 식각 공정(etching process)이라 한다. 이 식각 공정은, 대규모 집적 회로 등 반도체 소자를 제조하는 과정에 있어서, 반도체 단결정 웨이퍼에 박막 형성, 포토리소그라피(photolithography), 이온 주입 등의 단위 공정 기술들과 함께 수행되는 단위 공정이다. 식각 공정으로는 화학 약품, 즉 식각 용액을 사용하는 습식 식각(wet etch)과, 화학 약품을 사용하지 않는 건식 식각(dry etch)으로 대별된다.
습식 식각 방법은, 예컨대 강산에 의한 화학적 작용으로 등방성 식각이 진행되며, 이에 따라 식각 마스크의 아래 부분도 식각 된다는 단점을 갖는다. 그러나 건식 식각 방법은, 예컨대 할로겐화물 등의 화학적 활성 가스를 플라즈마 상태로 여기하고, 플라즈마 중의 이온의 작용에 의해 배선의 노출 부분을 제거하는 반응성 이온 식각(RIE; Reactive Ion Etching) 방법으로서, 기판 면의 수직 방향으로만 식각이 이루어지는 이방성 식각이 실현되기 때문에 초대규모의 집적 회로 제조를 위한 고정밀도의 미세 가공에 적합하다고 알려져 있다.
도 1a는 이와 같은 건식 식각 공정을 수행하기 위한 종래의 플라즈마 식각 설비의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 상기 플라즈마 식각 설비(10a)는, 챔버 외벽(12)에 의해 한정되는 반응 공간(11)을 갖는다. 이 반응 공간(11) 내에서 식각 공정이 이루어진다. 챔버 외벽(12)은 플라즈마 식각 설비(10)의 측면과 하부면을 밀폐시킨다. 챔버 외벽(12)의 하부면 위에는 식각 처리될 반도체 웨이퍼(13)가 배치된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 반도체 웨이퍼(13)와 챔버 외벽(12)의 하부면 사이에 반도체 웨이퍼(13)를 지지할 별도의 서셉터(susceptor)가 배치될 수도 있다. 챔버 외벽(12)의 상부면은 돔(dome)(14)에 의해 밀폐된다. 이 돔(14)은 소정의 유전율(ε1)을 갖는 물질, 예컨대 9.3-9.8의 유전율을 갖는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다. 돔(14)의 상부에는 전기장을 발생시키기 위한 코일(coil)(15)이 배치된다. 코일(15)의 일단은 접지되며, 다른 일단에는 유도 전원(16)이 연결된다.
상기 유도 전원(16)에 의해 파워(power)를 공급받은 코일(15)은 전기장을 발생시키고, 이 전기장은 돔(14)을 통과하여 반응 공간(11) 내로 유기된다. 이 유기된 전기장은 반응 공간(11) 내의 가스 속에 방전을 발생시켜 가스를 플라즈마화하고, 이로부터 발생된 중성의 라디칼(radical) 입자들과 전하를 띤 이온(ion) 사이의 화학 반응에 의해 웨이퍼 표면에 마스킹되어 있지 않은 부분이 깎이게 된다.
도 1b는 종래의 플라즈마 식각 설비의 다른 예를 나타내 보인 단면도이다. 도 1b에서 도 1a와 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1b를 참조하면, 상기 플라즈마 식각 설비(10b)의 상부를 덮는 돔(17)이 평평한 구조가 아닌 구부러진 형상으로 이루어진다. 즉 돔(17)의 중심부는 반응 공간(11)을 향하고, 돔(17)의 가장자리부는 반응 공간(11) 반대 방향을 향한다. 이와 같이 중심부에서 반응 공간(11)을 향해 볼록한 형상을 갖는 돔(17) 구조는, 반응 공간(11) 내에서의 플라즈마 밀도를 균일하게 해주는데 도움을 주는 것으로 알려져 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1a 및 도 1b의 코일을 나타내 보인 평면도들이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 코일(15)은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 단일 코일(15')일 수도 있고, 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 3중 코일(15")일 수도 있다. 상기 단일 코일(15')은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 돔(14)의 구조가 평평한 구조인 경우에 채용되며, 3중 코일(15")은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 돔(17)의 구조가 중심부에서 볼록한 구조인 경우에 채용된다.
그런데 이와 같은 구조의 플라즈마 식각 설비들에 있어서, 코일(14 또는 17)에 인가되는 전력은, 예컨대 8인치의 폴리 식각인 경우, 대략 200-1500W 크기이며, 예컨대 8인치의 산소 식각인 경우에는 대략 2000W 크기이다. 이와 같이 많은 전력이 인가되는 경우, 단일 코일(15')뿐만 아니라 3중 코일(15")을 구성하는 각각의 단위 코일의 경우에도 고전력이 인가되게 되고, 코일의 끝부분, 즉 접지되는 부분에서 코일 아킹(arching)이 발생된다는 문제가 생긴다.
도 3은 종래의 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템을 나타내 보인 도면이다. 도 3에서 도 1a에 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 돔(14) 센터에 길쭉한 관 형상의 엔드 포인트(end-point) 유닛(18)이 관통된다. 챔버 외벽(12) 내측에는 웨이퍼(13)를 향하여 배치된 2개의 노즐(19)들이 돌출 형성되며, 노즐(19)에는 가스(21) 공급량을 조절하기 위한 각각의 밸브(20)가 구비된다. 상기 엔드 포인트 유닛(18)은 반응 공간(11) 내의 웨이퍼(13)를 향하여 광(22)을 발생시킨다.
이 광(22)이 웨이퍼(13)로 주입되면, 웨이퍼(13)로부터 다시 반사되는데, 이 반사되는 광은 전하 결합 소자(CCD; Charge Coupled Device)(31)로 입력된다. CCD(31)로 입력된 광성분 중에서 파장 세기가 가장 큰 광성분이 광성분 추출부(32)에 의해 추출되며, 추출된 광성분은 판단부(33)에 입력된다. 판단부(33)는 입력된 광성분의 파장 세기의 변동분을 감지하여, 파장 세기가 급격히 변동하는 시점을 식각 종료 시점으로 판단하고, 그 결과에 따른 식각 종료 제어 신호를 가스 공급부(34)로 입력한다. 식각 종료 제어 신호를 입력받은 가스 공급부(34)는노즐(19)에 구비된 밸브(20)를 잠금으로써, 플라즈마 식각 설비 내로의 가스(21) 공급이 중지되도록 한다.
그런데 상기 엔드 포인트 유닛(18)의 끝단이 반응 공간(11)을 향하여 볼록한 형태로 이루어져 있으므로, 엔드 포인트 유닛(18)으로부터 반응 공간(11) 내부로 공급되는 광이 분산되게 되며, 또한 웨이퍼(13)로부터 반사되는 광이 엔드 포인트 유닛(18)으로 다시 입력되는 것이 용이하지 않게 된다. 또한 돔(14)과 엔드 포인트 유닛(18)의 접촉부(A)가 쉽게 떨어져 나와, 웨이퍼(13) 표면에 증착되어 파티클(particle)의 주된 원인이 된다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전기장 발생을 위한 코일에 인가되는 전력양을 분산시킴으로써 코일에서의 아크 발생을 억제시키고, 반응 챔버 내부의 플라즈마 분포가 균일하게 이루어지도록 하는 플라즈마 식각 설비를 제공하는 것이다.
도 1a는 종래의 플라즈마 식각 설비의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 1b는 종래의 플라즈마 식각 설비의 다른 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 2a는 도 1a의 코일을 나타내 보인 평면도이다.
도 2b는 도 1b의 코일을 나타내 보인 평면도이다.
도 3은 종래의 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템을 나타내 보인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비의 일 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 플라즈마 식각 설비의 코일 구성의 일 예를 나타내 보인 평면도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비에서의 플라즈마 밀도 분포를 나타내 보인 그래프이다.
도 8은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 플라즈마 식각 설비를 운영하기위한 제어 시스템을 나타내 보인 도면이다.
도 9는 도 8의 엔드 포인트 유닛 형상의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 10은 도 8의 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 동작을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로우 챠트이다.
도 11은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 일 예를 나타내 보인 도면이다.
도 12는 도 11의 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 동작을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로우 챠트이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비는, 플라즈마를 이용해 반도체 웨이퍼에 대한 식각 공정이 이루어지도록 하며, 상기 식각 공정이 이루어지는 반응 공간을 한정하는 측면 및 바닥의 챔버와 상부의 돔을 구비한 플라즈마 식각 설비에 있어서, 유도 전원; 및 상기 유도 전원으로부터의 전력을 인가받아 상기 반응 공간 내에 상기 플라즈마가 형성되도록 하기 위한 것으로서, m이 정수인 경우 2≤m≤8개의 개수와 n이 양의 실수인 경우 1≤n≤4의회전수를 갖는 나선형으로 상기 돔 위에 배치되는 코일들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 돔은, 상기 반응 공간을 향하는 내부면의 중심부가 가장자리부에 비해 상대적으로 아래로 볼록한 형상으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 돔은, 서로 다른 유전율을 갖는 적어도 두 개 이상의 물질층으로 이루어진 것이 바람직하다. 이 경우 상기 돔은, 상기 챔버 내부를 향하도록 위치한 물질층의 유전율이 챔버 외부를 향하도록 위치한 물질층의 유전율보다 작게 되도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간을 향해 돌출되도록 배치되어 상기 반응 공간 내의 웨이퍼를 향해 광을 주입하고 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 입사받되, 상기 돌출된 단부의 가장자리에서 중심부로 갈수록 오목한 형상으로 이루어진 엔드 포인트 유닛; 상기 엔드 포인트 유닛을 둘러싸면서 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간 내로 제1 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 및 제2 가스 공급 노즐; 상기 엔드 포인트 유닛을 통해 입력된 광성분의 파장 세기를 추출하여 출력하는 광성분 추출부; 상기 광성분 추출부로부터 추출된 파장 세기 사이의 비례값을 산출하여 출력하는 비례값 산출부; 상기 비례값 산출부로부터의 출력을 기준값과 비교하고 그 결과를 출력하는 비교부; 및 상기 비교부로터의 출력 신호에 따라 상기 제1 및 제2 가스 공급 노즐을 통해 공급되는 가스의 공급양을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우 상기 제어부는, 상기 추출된 광성분의 파장 세기가 ISiOx와 ICFx이고,상기 비례값 산출부로부터의 출력이 ISiOx/ICFx인 경우, 상기 비교부의 출력 결과 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 크면 상기 반응 공간 내에 CF4 가스 공급량이 증가되도록 제어하고, 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 작으면 상기 반응 공간 내에 O2 가스 공급량이 증가되도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 돔의 중심부와 적어도 하나 이상의 가장자리부에서 각각 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간을 향해 돌출되도록 배치되어 상기 반응 공간 내의 웨이퍼를 향해 광을 주입하고 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 입사받되, 상기 돌출된 단부의 가장자리에서 중심부로 갈수록 오목한 형상으로 이루어진 제1 및 제2 엔드 포인트 유닛; 상기 제1 및 제2 엔드 포인트 유닛을 둘러싸면서 각각 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간 내로 제1 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 및 제2 가스 공급 노즐들; 상기 제1 및 제2 엔드 포인트 유닛을 통해 입력된 광성분의 파장 세기를 각각 추출하여 출력하는 제1 및 제2 광성분 추출부; 상기 제1 및 제2 광성분 추출부로부터 추출된 파장 세기 사이의 비례값을 각각 산출하여 출력하는 제1 및 제2 비례값 산출부; 상기 제1 및 제2 비례값 산출부로부터의 출력들을 상호 비교하고 그 결과를 출력하는 비교부; 및 상기 비교부로터의 출력 신호에 따라 상기 제2 엔드 포인트 유닛을 둘러싸는 제1 및 제2 가스 공급 노즐을 통해 공급되는 가스양을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우 상기 제어부는, 상기 추출된 광성분의 파장 세기가 ISiOx와 ICFx이고,상기 비례값 산출부로부터의 출력이 ISiOx/ICFx인 경우, 상기 비교부의 출력 결과 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 크면 상기 반응 공간 내에 CF4 가스 공급량이 증가되도록 제어하고, 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 작으면 상기 반응 공간 내에 O2 가스 공급량이 증가되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비의 일 실시예를 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 5a 내지 도 5c는 도 4의 플라즈마 식각 설비의 코일 구성의 일 예를 나타내 보인 평면도들이다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비(400)는, 챔버(402)에 의해 한정되는 반응 공간(404)을 갖는다. 챔버(402)는 반응 공간(404)의 측면과 하부면을 한정한다. 반도체 웨이퍼(406)에 대한 식각 공정은 반응 공간(404) 내에서 이루어진다. 식각 처리될 반도체 웨이퍼(406)는 챔버(402)의 하부면 위에 배치된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 반도체 웨이퍼(406)와 챔버(402)의 하부면 사이에는 반도체 웨이퍼(406)를 지지할 별도의 서셉터(susceptor)가 배치될 수도 있다.
챔버(402)의 상부면은 돔(dome)(408)에 의해 덮여진다. 돔(408)의 내부면은플라즈마 식각 설비(400) 내에서 반도체 웨이퍼(406)와 대향되며, 돔(408)의 외부면은 플라즈마 식각 설비(400) 밖으로 노출된다. 돔(408)의 내부면 중에서 반도체 웨이퍼(406)의 중심부에 대응되는 내부면 중심부는, 반도체 웨이퍼(406)의 가장자리부에 대응되는 내부면 가장자리부에 비해, 아래 방향으로, 즉 반도체 웨이퍼(406)를 향해 볼록하도록 배치된다. 돔(408)은 소정의 유전율(ε1)을 갖는 물질, 예컨대 9.3-9.8의 유전율을 갖는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.
돔(408)의 외부면 위에는 전기장을 발생시키기 위한 코일(coil)(410)이 배치된다. 돔(408) 외부면은 수평 방향으로 평평하므로, 이 코일(410) 또한 수평 방향으로 평평하게 배치된다. 돔(408)의 외부면 코일(410)의 일단은 접지되며, 다른 일단에는 유도 전원(420)이 연결된다. 상기 코일(410)은, 유도 전원(420)으로부터의 전력을 인가받아 반응 공간(404) 내에 플라즈마가 형성되도록 하기 위한 것으로서, m이 정수인 경우 2≤m≤8개의 개수와 n이 양의 실수인 경우 1≤n≤4의 회전수를 갖는 나선형 구조를 갖는다. 일 예로서, 상기 코일(410)은, 5a에 도시된 바와 같이, 2개의 단위 코일들(411, 412)이 1번의 회전수를 갖는 나선형으로 배치될 수 있다. 이 2개의 코일들(411, 412)은 중심부(O)에서 상호 연결된다. 또는 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 코일(410')은, 3개의 단위 코일들(411', 412', 413)이 1.5번의 회전수를 갖는 나선형으로 배치될 수 있다. 이 경우에도 3개의 코일들(411', 412', 413')은 중심부(O)에서 상호 연결된다. 또는 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 코일(410")은, 6개의 단위 코일들(411", 412", 413", 414", 415", 416")이 1번의 회전수를 갖는 나선형으로 배치될 수 있다. 이 경우에도 3개의 코일들(411", 412", 413", 414", 415", 416")은 중심부(O)에서 상호 연결된다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 코일 구조는 하나의 예시들로서, 앞서 설명한 바와 같이, 단위 코일 개수의 경우 2개에서 8개까지 변경될 수 있으며, 회전수의 경우에도 1회에서 4회까지 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비에 있어서, 상기 유도 전원(420)에 의해 파워(power)를 공급받은 코일(410)은 전기장을 발생시키고, 이 전기장은 돔(408)을 통과하여 반응 공간(404) 내로 유기된다. 이 유기된 전기장은 반응 공간(404) 내의 가스 속에 방전을 발생시켜 가스를 플라즈마화하고, 이로부터 발생된 중성의 라디칼(radical) 입자들과 전하를 띤 이온(ion) 사이의 화학 반응에 의해 웨이퍼 표면에 마스킹되어 있지 않은 부분이 깎이게 된다. 이때 단위 코일의 개수를 복수개로 하여 상기 코일(410)을 구성하므로 각각의 단위 코일에 인가되는 전력이 분산되며, 따라서 코일(410)의 가장자리에서 보다 안정적으로 전기장 발생 동작이 수행되도록 할 수 있다. 또한 그 회전수를 조절함으로써 플라즈마 밀도를 보다 더 균일하게 되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도이다. 도 6에서 도 4와 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 식각 설비(600)는, 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 물질층으로 이루어진 돔(600)을 갖는다. 즉 하부에 배치된 하부 돔(601)의 아래면은 반도체 웨이퍼(406)와 대향하면서 반응 공간(404) 내에 노출된다. 상부에 배치된 상부 돔(602)의 상부면은 플라즈마 식각 설비(600) 밖으로 노출된다. 하부 돔(601)의 상부면과 상부 돔(602)의 하부면은 상호 접한다.
상기 하부 돔(601)의 내부면 중심부는, 반도체 웨이퍼(406)의 가장자리부에 대응되는 내부면 가장자리부에 비해, 아래 방향으로, 즉 반도체 웨이퍼(406)를 향해 볼록하도록 배치된다. 하부 돔(601)은 소정의 제1 유전율(ε1)을 갖는 물질, 예컨대 9.3-9.8의 유전율을 갖는 알루미나(Al2O3)로 이루어질 수 있다. 상부 돔(601)은 제1 유전율(ε1)보다 상대적으로 더 작은 소정의 제2 유전율(ε2)을 갖는 물질로 이루어진다. 한편 본 실시예에 따른 코일(410)도 도 4와 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 것과 동일한 구성을 갖는다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비에서의 플라즈마 밀도 분포를 나타내 보인 그래프이다.
도 7을 참조하면, 일반적으로 배치된 코일에 의한 플라즈마 밀도(701)는 센터에서 높고 가장자리에서는 낮게 나타난다. 이에 반하여 도 4 및 도 6에 나타내 보인 구조와 같은 돔 구조를 갖는 플라즈마 식각 설비의 플라즈마 밀도(702)는 센터에서 낮고 가장자리에서는 높게 나타난다. 따라서 전체 플라즈마 밀도(703)는 센터와 가장자리에서 거의 같은 균일한 분포를 나타낸다.
도 8은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 일 예를 나타내 보인 도면이다. 그리고 도 9는 도 8의 엔드 포인트 유닛 형상의 일 예를 나타내 보인 단면도이다. 도 8에서 도 4 내지 도 6과 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저 도 8을 참조하면, 먼저 엔드 포인트 유닛(811)이 플라즈마 식각 설비의 중심부에서 돔(408)을 관통하여 반응 공간(404)에서 노출되도록 배치되는데, 엔드포인트 유닛(811) 둘레에는 가스 공급 노즐(812, 813)이 함께 배치된다. 즉 O2가스 공급을 위한 제1 가스 공급 노즐(812)과 CF4가스 공급을 위한 제2 가스 공급 노즐(813)이 각각 두 개씩 엔드 포인트 유닛(811) 둘레에서 번갈아가면서 배치된다.
상기 엔드 포인트 유닛(811)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 하부가 평평한 형상이 아닌 굴곡이 있는 형상으로 형성될 수 있다. 즉 상기 엔드 포인트 유닛(811)은, 가장자리에서 중앙부로 갈수록 오목해지는 형상을 갖는다. 이와 같은 형상을 가짐으로써, 엔드 포인트 유닛(811)으로부터 주입된 광은 종래에 비해 분산되지 않고 웨이퍼 표면에 포커싱될 확률이 높으며, 돔(408)과 엔드 포인트 유닛(811)의 접촉부가 떨어져 나와 웨이퍼 표면에 증착되어 웨이퍼상에 불순물의 원인이 되었던 종래의 문제점 발생을 억제시킨다.
이와 같은 플라즈마 식각 설비의 제어 시스템(820)은, 엔드 포인트 유닛(811)을 통해 챔버의 반응 공간(404) 내부로 광을 주입시키고, 주입되어 웨이퍼(406)로부터 반사된 광이 입력되는 전하 결합 소자(CCD)(821)와, 이 전하 결합 소자(821)로부터 입력된 광 가운데 플로우르 카본(CFx) 계열과 실리콘 산화물(SiOx) 계열의 광성분의 파장 세기들(ICFx, ISiOx)을 추출하는 광성분 추출부(822)와, 이 추출된 광성분의 파장 세기들(ICFx, ISiOx)의 비례값(K)을 산출하는 K 산출부(823)와, 이 산출된 비례값(K)을 메모리부(825)로부터 판독된 기준값(K*)과 비교하는 비교부(824)와, 이 비교부(824)의 비교 결과에 따라 2쌍의 가스 공급용노즐들(811, 812)의 가스 공급율(rCF4, rO2)이 가변되도록 제어하고, 메모리부(825)로부터 판독된 유휴 시간(tD)을 타이머부(828)에 갱신 저장된 현재 시간(t)과 비교하고 비교 결과에 따라 상태 제어 동작이 개시되도록 CCD(821)와 가스 공급부(827)를 제어하는 제어부(826)와, 이 제어부(826)에 의해 가변 제어된 가스 공급율에 의해 CF4가스와 O2가스를 공급하는 가스 공급부(827), 및 현재 시각을 갱신 저장하는 타이머부(828)를 포함하여 구성된다.
도 10은 도 8의 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 동작을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로우 챠트이다.
도 8과 함께 도 10을 참조하면, 먼저 제어부(826)는 타이머부(828)로부터 현재 시간(t)을 주기적으로 판독하여 메모리부(825)로부터 판독된 유휴 시간(tD)과 비교한다(단계 1100). 통상적으로 유휴 시간은 4시간으로 설정되는데, 유휴 시간이란 챔버 내부를 상태 제어해야 하는 최소 주기를 의미한다. 따라서 가장 마지막으로 에칭 동작이 수행되고 난 후 유휴 시간만큼 경과된 경우에는 반드시 챔버 내부를 상태 제어한 후 에칭 동작을 수행하도록 세팅되어 있는 것이다. 따라서 상기 비교 결과 현재 시간이 유휴 시간보다 작으면, 제어부(826)는 상태 제어 동작을 수행하지 않고 종료한다.
상기 비교 결과 현재 시간이 유휴 시간보다 크거나 같으면, 제어부(826)는 CCD(821)와 가스 공급부(827)가 동작하도록 제어한다. 그러면 CCD(821)는 엔드 포인트 유닛(811)을 통해 챔버 내부에 광을 주입하고 주입되어 웨이퍼(406)로부터 반사되는 반사광을 다시 엔드 포인트 유닛(811)을 통해 입력받는다. 이어서 광성분 추출부(822)는 CCD(821)로부터 입력된 광 가운데 CFx와 SiOx광성분 파장 세기들(ICFx, ISiOx)을 각각 추출하고, K 산출부(823)는 추출된 파장 세기들(ICFx, ISiOx)의 비례값(K)을 산출한다(단계 1200). 여기서 산출되는 비례값(K)은 ISiOx/ICFx이다.
다음에 비교부(824)는 메모리부(825)로부터 판독된 기준값(K*)을 상기 산출된 비례값(K)과 동일한 지의 여부를 판단한다(단계 1300). 판단 결과 동일한 경우 상태 제어 동작을 종료하고, 제어부(826)는 타이머부(828)에 저장된 현재 시간(t)을 0으로 초기화시키는 동시에 타이머부(828)로 하여금 추후에 상태 제어 동작이 수행될 때까지 현재 시간이 갱신 저장되도록 한다. 그러나 상기 판단 결과 동일하지 않은 경우, 비례값(K)이 기준값(K*)보다 큰 지의 여부를 판단한다(단계 1400). 이 판단 결과, 비례값이 기준값보다 큰 경우, 제어부(826)는 비례값과 기준값을 동일하게 맞추기 위해서 비례값의 분모에 해당하는 가스(CF4)의 가스 공급율(rCF4)을 증가시켜 가스 공급부(827)에 인가함으로써 CF4가스 공급을 위한 제2 가스 공급 노즐(813)에 의해 챔버 내부에 CF4가스가 더 많이 공급되도록 제어한다(단계 1500).
상기 판단 결과, 비례값이 기준값보다 크지 않은 경우, 제어부(826)는 비례값과 기준값을 동일하게 맞추기 위해서 비례값의 분자에 해당하는 가스(O2)의 가스공급율(rO2)을 증가시켜 가스 공급부(827)에 인가함으로써 O2가스 공급을 위한 제1 가스 공급 노즐(812)에 의해 챔버 내부에 O2가스가 더 많이 공급되도록 한다(단계 1600). 이와 같은 상태 제어 동작이 종료되고 나면, 제어부(826)는 전술한 경우와 동일하게 타이머부(828)를 초기화시켜 타이머부(828)로 하여금 추후에 상태 제어 동작이 수행될 때까지 현재 시간을 갱신 저장하도록 한다.
도 11은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 일 예를 나타내 보인 도면이다. 도 11에서 도 4 내지 도 6과 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 돔(410)을 관통하는 엔드 포인트 유닛(1111, 1112)은 두 개가 배치된다. 즉 제1 엔드 포인트 유닛(1111)은 중심부(a)에 배치되고, 제2 엔드 포인트 유닛(1112)은 가장자리(b)에 배치된다. 상기 제1 엔드 포인트 유닛(1111) 및 제2 엔드 포인트 유닛(1112) 주변에는 각각 2쌍의 가스 공급 노즐들이 2개씩 번갈아 가면서 배치된다. 제1 엔드 포인트 유닛(1111)은 제1 상태 제어부(1120)에 의해 제어되며, 제2 엔드 포인트 유닛(1112)은 제2 상태 제어부(1130)에 의해 제어된다. 상기 제1 상태 제어부(1120)와 제2 상태 제어부(1130)는 모두 도 8에 도시된 플라즈마 식각 설비의 제어 시스템(820)과 동일한 구성으로 이루어진다.
도 12는 도 11의 플라즈마 식각 설비를 운영하기 위한 제어 시스템의 동작을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로우 챠트이다.
도 11과 함께 도 12를 참조하면, 먼저 제1 상태 제어부(1120)에서, 제어부는 타이머부로부터 현재 시간(t)을 주기적으로 판독하여 메모리부로부터 판독된 유휴 시간(tD)과 비교한다. 마찬가지로 제2 상태 제어부(1130)에서도, 제어부는 타이머부로부터 현재 시간(t)을 주기적으로 판독하여 메모리부로부터 판독된 유휴 시간(tD)과 비교한다.(단계 1210). 다음에 제1 상태 제어부(1120)에서 상기 비교 결과 현재 시간이 유휴 시간보다 작으면 제어부는 상태 제어 동작을 수행하지 않고 종료하고, 마찬가지로 제2 상태 제어부(1130)에서도 상기 비교 결과 현재 시간이 유휴 시간보다 작으면 제어부는 상태 제어 동작을 수행하지 않고 종료한다. 그러나 상기 비교 결과 현재 시간이 유휴 시간보다 같거나 크면, 제1 상태 제어부(1120) 및 제2 상태 제어부(1130)에서는 각각 CCD와 가스 공급부의 동작이 개시되도록 제어한다. 제1 상태 제어부(1120) 및 제2 상태 제어부(1130)에서, 각 CCD는 엔드 포인트 유닛을 통해 챔버 내부에 광을 주입하고 주입된 광이 웨이퍼(406)로부터 반사되면 반사된 광을 다시 엔드 포인트 유닛(1111, 1112)을 통해 각각 입력받는다. 이어서 제1 상태 제어부(1120) 및 제2 상태 제어부(1130)에서의 각각의 광성분 추출부는, CCD로 입력된 광 가운데 CFx와 SiOx광성분 파장 세기들(ICFx, ISiOx)을 각각 추출하고, 각각의 K 산출부는 추출된 파장 세기들(ICFx, ISiOx)의 비례값(Kc, Ke)을 각각 산출한다(단계 1220). 여기서 산출되는 비례값(Kc, Ke)은 ISiOx/ICFx이다.
다음에 상기 산출된 비례값(Kc, Ke)은 모두 △K 산출부(1140)로 입력된다. △K 산출부(1140)는 상기 입력된 두 비례값의 차분값(△K)을 산출한다(단계 1230). 그리고 이 차분값(△K)을 제2 상태 제어부(1130) 내의 제어부로 인가한다. 이때 산출되는 차분값(△K)은 Kc-Ke인 것으로 가정한다.
제2 상태 제어부(1130) 내의 제어부는 상기 인가된 차분값(△K)이 범주 이내인지를 판단한다(단계 1240). 이 판단 결과 상기 차분값(△K)이 범주 이내인 경우인 경우 상태 제어를 종료한다. 상기 판단 결과 상기 차분값(△K)이 범주 이내가 아닌 경우, 제2 상태 제어부(1130)의 제어부는 가스 공급율(re)을 가변시켜 차분값(△K)이 기준 차분값의 범주 이내에 속하도록 제어하게 된다(단계 1250).
이때 상기 차분값이 기준 차분값보다 크면 Kc가 Ke보다 크다는 것이므로, 제2 상태 제어부(1130)의 제어부는 차분값이 기준 차분값 범주 이내에 속하도록 하기 위해, Ke의 분모에 해당하는 가스(CF4)의 가스 공급율(rCF4)을 증가시켜 제2 상태 제어부(1130)의 가스 공급부에 인가함으로써 제2 엔드 포인트 유닛(1112)을 둘러싸는 CF4용 가스 공급 노즐에 의해 챔버 내부에 CF4가스가 더 많이 공급되도록 제어한다. 또한 상기 차분값이 기준 차분값보다 작으면 Kc가 Ke보다 작다는 것이므로, 제2 상태 제어부(1130)의 제어부는 차분값이 기준 차분값을 범주 이내에 속하도록 하기 위해, Ke의 분자에 해당하는 가스(O2)의 가스 공급율(rO2)을 증가시켜 제2 상태 제어부(1130)의 가스 공급부에 인가함으로써 제2 엔드 포인트 유닛(1112)을 둘러싸는 O2용 가스 공급 노즐에 의해 챔버 내부에 O2가스가 더 많이 공급되도록 제어한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 설비에 따르면, 플라즈마 식각 설비 내의 플라즈마 밀도를 균일하게 하며, 또한 돔 상단에 배치되는 코일에 아킹이 발생되지 않도록 하여 보다 안정적으로 전기장이 발생되도록 할 수 있다. 그리고 엔드 포인트 유닛과 돔의 접촉부가 떨어져 나와 불순물의 원인으로 작용하는 것을 억제하는 효과도 제공한다.

Claims (8)

  1. 플라즈마를 이용해 반도체 웨이퍼에 대한 식각 공정이 이루어지도록 하며, 상기 식각 공정이 이루어지는 반응 공간을 한정하는 측면 및 바닥의 챔버와 상부의 돔을 구비한 플라즈마 식각 설비에 있어서,
    유도 전원; 및
    상기 유도 전원으로부터의 전력을 인가받아 상기 반응 공간 내에 상기 플라즈마가 형성되도록 하기 위하여 나선형으로 상기 돔 위에 배치되는 코일들을 구비하되, 상기 코일들의 개수는 m이 정수인 경우 2≤m≤8개의 개수이며, 회전수는 n이 양의 실수인 경우 1≤n≤4의 회전수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돔은, 상기 반응 공간을 향하는 내부면의 중심부가 가장자리부에 비해 상대적으로 아래로 볼록한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돔은, 서로 다른 유전율을 갖는 적어도 두 개 이상의 물질층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돔은, 상기 챔버 내부를 향하도록 위치한 물질층의 유전율이 챔버 외부를 향하도록 위치한 물질층의 유전율보다 작게 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간을 향해 돌출되도록 배치되어 상기 반응 공간 내의 웨이퍼를 향해 광을 주입하고 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 입사받되, 상기 돌출된 단부의 가장자리에서 중심부로 갈수록 오목한 형상으로 이루어진 엔드 포인트 유닛;
    상기 엔드 포인트 유닛을 둘러싸면서 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간 내로 제1 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 및 제2 가스 공급 노즐;
    상기 엔드 포인트 유닛을 통해 입력된 광성분의 파장 세기를 추출하여 출력하는 광성분 추출부;
    상기 광성분 추출부로부터 추출된 파장 세기 사이의 비례값을 산출하여 출력하는 비례값 산출부;
    상기 비례값 산출부로부터의 출력을 기준값과 비교하고 그 결과를 출력하는 비교부; 및
    상기 비교부로터의 출력 신호에 따라 상기 제1 및 제2 가스 공급 노즐을 통해 공급되는 가스의 공급양을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 추출된 광성분의 파장 세기가 ISiOx와 ICFx이고, 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 ISiOx/ICFx인 경우, 상기 비교부의 출력 결과 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 크면 상기 반응 공간 내에 CF4 가스 공급량이 증가되도록 제어하고, 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 작으면 상기 반응 공간 내에 O2 가스 공급량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돔의 중심부와 적어도 하나 이상의 가장자리부에서 각각 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간을 향해 돌출되도록 배치되어 상기 반응 공간 내의 웨이퍼를 향해 광을 주입하고 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 입사받되, 상기 돌출된 단부의 가장자리에서 중심부로 갈수록 오목한 형상으로 이루어진 제1 및 제2 엔드 포인트 유닛;
    상기 제1 및 제2 엔드 포인트 유닛을 둘러싸면서 각각 상기 돔을 관통하여 상기 반응 공간 내로 제1 및 제2 반응 가스를 공급하기 위한 제1 및 제2 가스 공급 노즐들;
    상기 제1 및 제2 엔드 포인트 유닛을 통해 입력된 광성분의 파장 세기를 각각 추출하여 출력하는 제1 및 제2 광성분 추출부;
    상기 제1 및 제2 광성분 추출부로부터 추출된 파장 세기 사이의 비례값을 각각 산출하여 출력하는 제1 및 제2 비례값 산출부;
    상기 제1 및 제2 비례값 산출부로부터의 출력들을 상호 비교하고 그 결과를 출력하는 비교부; 및
    상기 비교부로터의 출력 신호에 따라 상기 제2 엔드 포인트 유닛을 둘러싸는 제1 및 제2 가스 공급 노즐을 통해 공급되는 가스양을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 추출된 광성분의 파장 세기가 ISiOx와 ICFx이고, 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 ISiOx/ICFx인 경우, 상기 비교부의 출력 결과 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 크면 상기 반응 공간 내에 CF4 가스 공급량이 증가되도록 제어하고, 상기 비례값 산출부로부터의 출력이 기준값보다 작으면 상기 반응 공간 내에 O2 가스 공급량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 설비.
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