KR100481278B1 - 용량결합형 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 식각 장치와 같은 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 장치는 플라즈마 발생시, 과도한 해리로 인해 형성되는 라디칼들을 제거하기 위한 라디칼의 스카벤저(Scavenger) 역할을 수행하는 부재를 갖는다. 이 부재는 캐소드 전극에 설치된다.

Description

용량결합형 플라즈마 에칭 장치{CAPACITANCE COUPLED PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 식각 장치와 같은 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
최근에 반도체장치는 고용량 및 고기능화를 추구하고 있으며, 그에 따라서 한정된 영역에 보다 많은 소자의 집적이 필요하게 되었고, 반도체장치 제조기술은 패턴(Pattern)을 극미세화 및 고집적화시키도록 연구 및 개발되고 있다.
반도체 장치 제조공정에서는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로서, 상기 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 반도체기판의 소정영역을 식각하는 플라즈마를 이용한 건식식각기술이 많이 이용되고 있다. 그리고, 상기 플라즈마를 이용한 건식식각공정은 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 RIE(Reactive IonEtching), MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), CDE(Chemical Downstrem Etching),ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma) 등으로 나눌 수 있다. 크게는 CCP(Capacitive Coupled plasma)타입과 ICP(Inductive Coupled Plasma)타입으로 나눌 수 있다. 상기 CCP 타입은 공정챔버 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 전기장에 의해서 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. 그리고, 상기 ICP 타입은 공정챔버 외측에 감겨진 코일과 상기 공정챔버 내측에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 자기장 및 전기장에 의해서 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다.
도1은 일반적인 CCP 방식의 옥사이드 식각 장치를 보여주는 도면이다.
도1을 참조하면, 캐소드전극(cathodeelectrode;14)은 웨이퍼가 안착되는 애노드전극(16)과 쌍을 이루며 공정챔버(12)의 상부에 위치한다. 상기 캐소드전극(14)에는 지름 0.5 ~ 1.0mm의 홀(15)들이 형성되어 있다. 공정가스는 상기 캐소드전극)(14)의 홀(15)들을 통해 챔버(12)의 내부공간으로 공급된다.
일반적으로, 상기 캐소드전극(12)은 옥사이드 식각에서 필요한 F-라디칼의 스카벤저(Scavenger)역할을 수행할 수 있도록 실리콘 또는 SiC 재질로 이루어진다. 이러한 재질들로 만들어진 캐소드전극(14)은 제작 단가가 고가임에도 불구하고 수명이 짧다는 단점을 가지고 있다. 특히, 캐소드전극(14)의 일부가 손상되거나 변형이 되어도 캐소드전극 전체를 교환해야 하는 단점을 갖고 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발한 것으로서, 부분적으로 교체가 가능한 캐소드 전극을 갖는 플라즈마 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 공정 챔버와; 제 1 전원이 인가되는 캐소드 전극과; 상기 캐소드 전극과 대향하며 웨이퍼가 안착되고, 제 2 전원이 인가되는 애노드 전극 및; 플라즈마 발생시, 과도한 해리로 인해 형성되는 라디칼들을 제거하기 위한 라디칼의 스카벤저(Scavenger) 역할을 수행하는 부재를 포함한다. 상기 장치는 상기 프로세스 챔버 내부로 소스 가스가 공급되도록 하는 소스가스 공급 수단을 더 포함하고, 상기 캐소드 전극은 상기 소스가스 공급 수단에 연통되어 상기 프로세스 챔버 내부로 상기 소스 가스를 공급하는 샤워헤드 타입으로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스카벤저 부재는 상기 캐소드 전극에 착탈 가능하게 설치되며, 상기 스카벤저 부재에는 상기 캐소드 전극으로 인가되는 제1전원이 인가된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 캐소드 전극은 다수의 가스 분사홀들을 갖는다. 상기 스카벤저 부재는 상기 가스 분사홀들 사이 사이에 설치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 장치는 상기 공정 챔버 내부에 옥사이드 식각을 위한 불화탄소 계열의 가스를 선택적으로 공급하는 가스 소스를 더 포함하며, 상기 스카벤저 부재는 옥사이드 식각에서 필요한 F-라디칼의 스카벤저(Scavenger)역할을 수행할 수 있도록 Si 또는 SiC 재질로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스카벤저 부재는 상기 애노드와 대향되는 면에 홈이 형성되거나, 또는 오목 또는 볼록하게 형성될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 4를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 2는 CCP 방식의 플라즈마 에칭장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 에칭장치(100)는, 소정의 진공도로 유지 가능한 원통형의 공정 챔버(110)와, 캐소드 전극(120), 애노드 전극(130) 그리고 스카벤저 블록(140)들을 갖는다.
상기 공정 챔버(110)는 금속 측벽(114)과 금속 베이스(116)를 구비한다. 상기 금속벽(114) 및 금속 베이스(116)는 접지되어 있다. 즉 기준전위에 있다. 진공 펌프(130)는 라인(132)에 의해 상기 공정 챔버(110)와 연결된다. 상기 진공 펌프(130)는 공정 챔버(110)의 내부를 밀리토르 범위에서 적절한 압력을 유지하도록 배기한다.
상기 캐소드 전극(120)과 애노드 전극(130)은 상기 공정 챔버(110) 내부에 서로 대향되게 배치된다. 가공물(w)은 공정 챔버의 베이스(116)에 가까운 애노드 전극(130)에 놓여진다. 상기 애노드 전극(130)은 가공물을 홀딩하는 장치일 수 있다. 상기 애노드전극(130)은 예를 들어 정전기, 기계 클램핑(mechanical clamping) 등과 같은 임의의 적합한 척킹(chucking) 기술에 의해 가공물을 홀딩할 수 있다.
바람직하게 고주파 전원(122)은 매칭 네트워크(124)를 통해 전압을 상기 애노드 전극(130)으로 인가하며, 이에 의해 가공물(w)은 고주파전원의 전압에 효과적으로 바이어스되므로, 진공챔버(110)내의 전하 입자들은 가공물(w)쪽으로 끌어 당겨진다.
여기서, 가공물은 포토레티클(reticlo: 회로 원판)용 기판, 액정 디스플레이 패널용 기판이나 플라즈마 디스플레이 패널용 기판 등의 표시 패널 기판, 하드 디스크용 기판, 반도체 장치 등의 전자 디바이스용 기판 등을 뜻한다.
한편, 캐소드 전극(120)은 상기 공정 챔버(110) 내부에 상기 애노드 전극(130)과 대향되게 설치된다. 상기 캐소드 전극(12 0)은 가스 분사홀(122)들을 갖는 샤워헤드 방식의 플레이트로 이루어진다. 상기 캐소드 전극(120)은 가스분사홀(122)들이 기존의 캐소드 전극에 형성된 가스분사홀들 보다 그 수가 적기 때문에, 캐소드 전극의 가공 단가를 낮출 수 있다. 그 뿐만 아니라 상기 캐소드 전극(120)은 일반적인 캐소드 전극(실리콘 재질)과는 달리 가격이 낮은 일반 금속재질인 알루미늄(적당한 표면처리가 이루어짐)으로 이루어질 수 있는 특징이 있다. 예컨대, 상기 상부 전극(120)은 금속 오염에 대비할 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
가스 소스(140)는 라인(142)내에서 밸브(144)를 거쳐 상기 공정 챔버(110)의 내부에 반응 가스를 선택적으로 공급한다. 상기 가스는 상기 캐소드 전극(120)에 형성된 가스 분사홀(122)들을 통해 상기 공정 챔버 내부로 공급된다. 상기 가스 소스(140)로부터 제공되는 반응 가스에는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등과같이 화학적 활성이 없는 불활성 기체로부터, 사불화탄소(CF4)를 비롯한 여러 가지 불화탄소 계열들의 가스들이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 옥사이드 식각(oxide etching)을 위해 불화탄소 계열의 가스가 이용된다.
한편, 상기 스카벤저 블록(140)들은 상기 캐소드 전극(120)에 설치된다. 이 스카벤저 블록(140)들은 불화탄소 계열의 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시킬 때, 과도한 해리로 인해 형성되는 F 라디칼들을 제거하기 위한 목적으로 사용된다. 이 스카벤저 블록(140)은 F(불소원자)의 스카벤저(Scavenger)의 역할을 수행할 수 있도록 Si 또는 Sic 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스카벤저 블록(140)들은 상기 캐소드 전극에 형성된 가스분사홀(122)들의 사이사이에 배치된다. 이 스카벤저 블록(140)들은 일정기간 사용 후 교체가 필요한 블록들만 선택적으로 교체할 수 있도록 상기 캐소드 전극(140)으로부터 착탈 가능하게 설치된다. 예컨대, 가스가 상기 스카벤저 블록들을 통해 상기 챔버 내부로 공급될 수 있도록, 상기 스카벤저 블록들에는 가스 분사홀들이 형성될 수 있다.
도 4에는 스카벤저 블록들의 다양한 형태를 보여주고 있다. 도 4에서와 같이, 스카벤저 블록(140)들은 애노드전극과 대향하는 면에 홈(142)이 형성된 타입(140a), 애노드전극과 해향하는 면이 오목하거나 또는 볼록하게 형성된 타입들(140b,140c) 등으로 다양하게 제작될 수 있다. 예컨대, 상기 스카벤저 블록(140)들은 그 크기나 모양을 달리하여 설치할 수 있다.
예컨대, 플라즈마는 상기 공정 챔버(110)내에 있는 기체(불화탄소 계열의 가스)에 고주파수의 에너지(전력)를 제공함으로써 생성된다. 이렇게 생성된 플라즈마를 구성하는 입자들 중 전자는 다른 기체 입자들과 충동하는 과정에서 원래 제공된 기체(예를 들면 CF4)보다 훨씬 반응성이 높은 입자(F)가 생성되기도 한다. 이중 CF4는 안정적인 입자로써 화학반응을 하지 않는데 반하여, F는 불소원자의 최외각에 결합하지 못한 전자 1개가 남아 있어 다른 입자와 결합, 반응하려는 성질이 매우 강하다. 이러한 F-라디칼들은 상기 스카벤저 블록(140)들의 Si 성분과 결합하여, SiF4 형태가 되고, 결국 플라즈마 내의 F-라디칼은 줄어들게 되는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 식각 장치의 가장 큰 특징은 Si 재질로 이루어진 스카벤저 블록들을 캐소드 전극 아래에 설치하여, F 라디칼들을 제거하고, 교환이 필요한 블록만을 교체함으로서 전체적으로 소모품 비용을 줄일 수 있도록 한 것이다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 웨이퍼 에칭장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명에 의해 얻을 수 있는 효과는 캐소드 전극을 단가가 낮은 금속재질로 변경이 가능하고, 그 캐소드 전극에 실리콘 재질의 스카벤저 블록들을 결합하여 사용함으로써, 교환 가능한 블록들만을 선택적으로 교환할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 CCP방식의 식각 장치를 보여주는 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예예 따른 용량결합방식(Capacitance Couple Plasma type)의 식각 장치의 단면도;
도 3은 스카벤저 블록들이 설치된 캐소드 전극을 보여주는 도면;
도 4는 다양한 형태의 스카벤저 블록들을 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 공정 챔버
120 : 캐소드 전극
130 : 애노드 전극
140 : 스카벤저 블록

Claims (11)

  1. 플라즈마 장치에 있어서:
    공정 챔버와;
    제 1 전원이 인가되는 그리고 다수의 가스 분사홀들을 갖는 캐소드 전극과;
    상기 캐소드 전극과 대향하며 웨이퍼가 안착되고, 제 2 전원이 인가되는 애노드 전극 및;
    상기 캐소드 전극에 설치되는 그리고 플라즈마 발생시, 과도한 해리로 인해 형성되는 라디칼들을 제거하기 위한 스카벤저(Scavenger) 역할을 수행하는 스카벤저 부재를 포함하되;
    상기 스카벤저 부재는 상기 캐소드 전극의 가스 분사홀들 사이사이에 각각 착탈 가능하게 설치되는 복수의 스카벤저 블록들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  2. 플라즈마 장치에 있어서:
    공정 챔버와;
    제 1 전원이 인가되는 그리고 다수의 가스 분사홀들을 갖는 캐소드 전극과;
    상기 캐소드 전극과 대향하며 웨이퍼가 안착되고, 제 2 전원이 인가되는 애노드 전극 및;
    상기 캐소드 전극에 설치되는 그리고 플라즈마 발생시, 과도한 해리로 인해 형성되는 라디칼들을 제거하기 위한 스카벤저(Scavenger) 역할을 수행하는 스카벤저 부재를 포함하되;
    상기 스카벤저 부재는 상기 애노드와 대향되는 면이 오목 또는 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
    상기 장치는
    상기 프로세스 챔버 내부로 소스 가스가 공급되도록 하는 소스가스 공급 수단을 더 포함하고,
    상기 캐소드 전극은 상기 소스가스 공급 수단에 연통되어 상기 프로세스 챔버 내부로 상기 소스 가스를 공급하는 샤워헤드 타입인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스카벤저 부재에는 상기 캐소드 전극으로 인가되는 제1전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 장치는
    상기 공정 챔버 내부에 옥사이드 식각을 위한 불화탄소 계열의 가스를 선택적으로 공급하는 가스 소스를 더 포함하며,
    상기 스카벤저 부재는 옥사이드 식각에서 필요한 F-라디칼의 스카벤저(Scavenger)역할을 수행할 수 있도록 Si 또는 Sic 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스카벤저 블록들 각각은 상기 애노드와 대향되는 면에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스카벤저 블록들 각각은 상기 애노드와 대향되는 면이 오목 또는 볼록하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐소드는 금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 스카벤저 부재는 가스를 공급할 수 있도록 홀이 가공되어 있는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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