KR100712125B1 - 유도결합형 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도결합형 플라즈마(ICP) 처리장치에 관한 것이다.

이 같은 본 발명은, 안테나가 외부에 위치하는 유전체 절연판의 외벽이나, 안테나가 내장된 유전체 절연판의 내벽 또는 안테나에 내스퍼터링이 우수한 후막을 선택적으로 코팅 처리함으로써, 반응챔버에서 생성되는 고밀도의 플라즈마에 의해 안테나에서 스퍼터링이 발생하는 것을 방지함은 물론, 안정적인 방전 특성의 확보를 통해 반응챔버내에서의 고밀도 플라즈마 생성 효율을 높이는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공한다.

유도결합플라즈마, 안테나, 유전체 절연판, 후막

Description

유도결합형 플라즈마 처리장치{Inductively Coupled Plasma Processing Apparatus}

도 1은 본 발명의 일실시예로 유도결합형 플라즈마 처리장치의 개략적인 전체 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예로 상하 분리형의 유전체 절연판에 후막이 코팅된 상태의 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시예로 상하 분리형의 유전체 절연판에 개재된 안테나에 후막이 코팅된 상태의 단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예로 상하 분리형의 유전체 절연판 및 그 내부에 개재된 안테나 모두에 후막이 코팅된 상태의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10; 챔버 20; 정전척

30,40; 제 1,2 유전체 절연판 31,41; 제 1,2 지지홈부

50; 안테나 60; 후막

70; 매칭회로부 71; RF전원선

72; RF차폐막 80; RF전원부

본 발명은 유도결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나가 외부에 위치하는 유전체 절연판의 외벽에 유전체 역할이 가능한 후막을 코팅하거나 또는 내장형의 안테나를 가진 유전체 절연판의 내벽 또는 안테나에 유전체 역할이 가능한 후막을 코팅시켜 플라즈마에 의해 안테나에서 스퍼터링(sputtering)이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 공정중의 하나인 식각공정은 감광막 패턴을 마스크로 사용하여 감광막 패턴 아래의 막질을 선택적으로 제거하는 공정으로, 이러한 식각공정은 습식식각(wet etching)과 건식식각(dry etching)으로 대별된다.

상기 습식식각은 집적회로 소자에 범용으로 사용되어 왔으나 근래에는 소자의 집적도가 점점 더 고집적화 함에 따른 습식식각의 등방성식각이 보이는 집적도의 한계로 인하여 거의 사용하지 않는다.

따라서, 근래의 반도체 제조공정에서는 주로 건식식각이 사용되며, 상기 건식식각은 유도결합형 플라즈마(ICP)를 이용하여 기판을 플라즈마 상태의 래티칼과의 화학반응 및 이온의 가속 충돌에 의한 물리적 방법으로 막질을 선택적으로 제거하는 것이다.

상기 건식식각 공정을 수행하는 유도결합형 플라즈마 처리장치는 도시하지 않았지만, 내부에 진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련된 챔버를 구비하고, 상기 반응챔버의 내부 아래쪽에는 기판을 지지하기 위한 정전척(ESC: electrostatic chuck)이 마련되며, 상기 정전척은 기판을 정전기력으로 척킹(chucking)한다.

상기 반응챔버의 상부에는 유전체로 이루어진 절연판(insulating plate)이 결합되고, 상기 반응챔버의 측벽에는 반응가스를 반응챔버의 내부로 주입하기 위한 가스주입구가 형성되며, 상기 반응챔버의 내부에는 가스주입구와 연결되는 가스분배구가 설치되고, 상기 반응챔버의 바닥벽에는 진공펌프에 연결되는 진공흡입구가 형성되며, 상기 유전체 절연판의 상부에는 반응챔버 내부로 플라즈마를 생성시키기 위한 유도코일 즉, 안테나가 설치되도록 하였다.

이때, 상기 안테나에는 RF전원 인가부로부터 인가받은 RF전원에 의해 RF전류가 흐르도록 하였으며, 상기 안테나를 통해 흐르는 RF전류에 의해 자기장(Magnetic field)이 발생되고, 상기 자기장의 시간에 따른 변화에 의해 반응챔버 내부에는 전자기장이 유도되도록 하였다.

이와 동시에, 반응가스가 가스분배구를 통해 반응챔버 내부로 유입될 때, 상기 반응챔버내로 유도되는 전자기장이 반응가스를 이온화시켜 반응챔버내에 플라즈마를 생성하게 되며, 상기 생성된 플라즈마는 기판에 충돌하여 기판을 원하는 바에 따라 식각하게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 유도결합형 플라즈마 처리장치는 현재 대형화가 이루어지고 있으며, 이럴 경우 반응챔버의 상부에 마련되는 유전체 절연판은 직접적인 진공면의 경계 역할을 수행하는 특성에 따라 그 크기와 두께를 크게 설계해야 했으며, 이에따라 상기의 유전체 절연판 내부에 안테나를 개재함으로써 반응챔버의 대형화에 대응하는 기술이 개발되기에 이르렀다.

그러나, 상기와 같이 유전체 절연판내에 안테나를 개재할 경우, 상기 안테나는 반응챔버내에서 생성되는 고밀도의 플라즈마에 의해 스퍼터링이 발생하였으며, 이는 곧 안테나의 수명이 단축시키는 문제로 발전하였음은 물론, 방전 특성이 불안정해지면서 반응챔버내에서의 플라즈마 생성이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 발생되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 안테나가 외부에 위치하는 유전체 절연판의 외벽에 내스터퍼링이 우수한 후막을 코팅 처리함으로써, 반응챔버에서 생성되는 고밀도의 플라즈마에 의해 안테나에서 스퍼터링이 발생하는 것을 방지함은 물론, 안정적인 방전 특성의 확보를 통해 반응챔버내에서의 고밀도 플라즈마 생성 효율을 높이는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공하려는데 그 목적이 있는 것이다.

또한 본 발명은, 안테나가 내장된 유전체 절연판의 경우 그 유전체 절연판의 내벽 또는 안테나에 내스퍼터링이 우수한 후막을 코팅 처리하는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공하려는데 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 안테나가 내장된 유도결합형 플라즈마 처리장치는,

진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 반응챔버;

상기 반응챔버의 내부 아래쪽에 위치하는 정전척;

상기 반응챔버의 상부에 결합되는 상하부 분리형의 제 1,2 유전체 절연판;

상기 제 1,2 유전체 절연판의 사이에 개재되는 안테나;

상기 제 1,2 유전체 절연판의 외벽에 코팅되어 안테나의 스퍼터링을 방지시키는 후막; 및,

상기 반응챔버의 외부면에 위치하여 상기의 안테나와 RF전원선으로 연결되는 매칭회로부; 로 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 후막은, 안테나에 코팅 처리됨을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 1 유전체 절연판에는, 후막이 코팅된 제 1 지지홈부를 형성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 2 유전체 절연판에는, 후막이 코팅된 제 2 지지홈부를 형성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 후막은, 유전체 역할이 가능한 알루미나(Al₂O₃)로 구성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 후막은, 유전체 역할이 가능한 산화마그네슘(MgO)으로 구성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 RF전원선은, RF차폐막에 의해 덮혀지도록 구성함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예로 도결합형 플라즈마 처리장치의 개략적인 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예로 상하 분리형의 유전체 절연판에 후막이 코팅된 상태의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예로 상하 분리형의 유전체 절연판에 개재된 안테나에 후막이 코팅된 상태의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예로 상하 분리형의 유전체 절연판 및 그 내부에 개재된 안테나 모두에 후막이 코팅된 상태의 단면도 이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예인 유도결합형 플라즈마 처리장치는, 반응챔버(10), 정전척(20), 제 1 및 제 2 유전체 절연판(30)(40), 안테나(50), 후막(60), 매칭회로부(70), RF전원부(80)로 구성된다.

상기 반응챔버(10)는 덮개(12)에 의해 진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 구조로, 그 일측에는 반응가스(예; 에칭가스로서 CF₄가스, C₄F₈가스, Cl₂ 가스 등)의 주입이 가능하도록 하는 가스주입구(11)를 형성하고 있으며, 이를 위해 상기 반응챔버(10)에는 반응가스를 상기의 가스주입구(11)로 주입시키기 위한 가스공급부를 연결 구성하였다.

상기 정전척(20)은 반응챔버(10)의 내부 아래쪽에 위치하여 기판을 정전기력으로 척킹하는 것으로, 상기 정전척(20)은 공정 수행을 위한 기판이 안착될 때 상기 기판을 정전기력으로 지지하는 구조이다.

여기서, 상기 정전척(20)의 하부로는 통상적인 구조로 도면에 도시하지 않았지만 공정 수행 중 기판의 냉각을 위한 헬륨가스가 공급되는 헬륨가스 공급부를 연결시켜 기판의 아랫면으로 헬륨가스를 공급하도록 하였다.

이때, 상기 정전척(20)에는 통상적인 구성요소로서 도시하지 않았지만 플라즈마 식각 공정 수행을 위하여 제공되는 바이어스 전력이 연결되고, 또한 공정 수행시에 기판이 정전척(20) 상에 안정적으로 안착되도록 하기 위하여 고전압을 제공하는 고압모듈이 연결되도록 하였다.

상기 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)은 안테나(50)의 개재가 가능하도록 대칭(또는 비대칭)의 구조를 가지며, 이는 반응챔버(10)의 내부 상단에 결합되면서, 상기 반응챔버(10)의 외측에 위치하는 매칭회로부(70)와 RF차폐막(72)이 형성된 RF전원선(71)과 연결되도록 하였다.

이때, 도 1에서와 같이 상기 제 2 유전체 절연판(40)의 외벽에는 유전체 역할이 가능한 후막(60)을 코팅 처리하였으며, 상기 후막(60)은 알루미나(Al₂O₃) 또는 산화마그네슘(MgO)으로, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니다.

즉, 상기 제 2 유전체 절연판(40)의 외벽에 코팅된 후막(60)은 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)에 안테나(50)가 내장되거나 또는 외부면에 위치하여도, 상기 안테나(50)의 스퍼터링을 방지할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른실시예로서, 상기 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)의 내측 대향되는 면에 각각 하나의 지지홈부 즉, 제 1,2 지지홈부(31)(41)를 형성하였으며, 상 기 제 1,2 지지홈부(31)(41)에도 도 2에서와 같이 알루미나(Al₂O₃) 또는 산화마그네슘(MgO)으로 이루어진 후막(60)이 코팅 처리되도록 하였다.

한편, 본 발명의 또 다른실시예로서 도 3에서와 같이, 상기 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)의 사이에 안테나(50)가 게재되는 경우, 상기 안테나(50)에도 유전체 역할이 가능한 알루미나(Al₂O₃) 또는 산화마그네슘(MgO)의 후막(60)을 형성할 수 있도록 하였으며, 더 나아가 도 4에서와 같이 상기 후막(60)은 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)의 내벽과 안테나(50) 모두에 코팅할 수도 있다.

따라서, 상기와 같이 제 2 유전체 절연판(40)의 외벽 또는 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)의 내벽이나 안테나(50)에 후막(60)을 선택적으로 코팅시키는 경우, 상기 안테나(50)로부터 자기장이 발생할 때, 상기 자기장은 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)을 거치면서 시간에 따른 변화에 의해 반응챔버(10)의 내부로 균일한 분포를 가지는 전자기장이 유도될 수 있게 되고, 이와동시에 반응챔버(10)내에서 생성된 고밀도의 플라즈마로부터 상기 안테나(50)에서의 스퍼터링 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 매칭회로부(70)는 안테나(50)로 RF전원부(80)의 RF전원을 인가하는 구성요소로서, 이는 반응챔버(10)의 외부면에 구성된 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1에서와 같이 RF전원부(80)에서 매칭회로부(70)를 통해 제 1,2 유 전체 절연판(30)(40)에 삽입된 안테나(50)로 전원을 인가하면, 상기 안테나(50)에서는 RF전류가 흐르게 된다.

그러면, 상기 반응챔버(10)의 내부에는 상기 안테나(50)를 통해 흐르는 RF전류에 의해 소정 자기장이 발생된 다음 이 자기장의 시간에 따른 변화에 의해 전자기장이 유도된다.

그러면, 상기의 반응챔버(10)로 충분한 세기의 전자기장이 유도된 상태에서, 상기 반응챔버(10)의 내부로 가스주입구(11)를 통해 반응가스가 공급되면, 상기의 반응가스는 유도 전자기장에 의해 가속된 전자들과 충돌과정을 거쳐 이온화됨으로써, 상기 반응챔버(10)내의 플라즈마 형성공간에서는 고밀도의 플라즈마가 생성될 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 반응챔버(10)내에서 생성된 고밀도의 플라즈마에 의해, 상기 반응챔버(10)내에 위치하는 안테나(50)에서는 스퍼터링이 발생할 수 있는데, 상기의 스퍼터링은 제 2 유전체 절연판(40)의 외벽에 위치하는 후막(60) 또는, 상기 안테나(50) 또는 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)의 내벽이나, 상기 안테나(50)와 제 1,2 유전체 절연판(30)(40)의 내벽 모두에 선택적으로 코팅된 후막(60)에 의해 방지될 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 이하의 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 이내에서 실시예의 변형이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명 유도결합형 플라즈마 처리장치는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 대형화하여 유전체 절연판의 크기 및 두께가 크게 설계되는 것을 감안하여, 유전체 절연판의 외부에 안테나를 위치시키거나 또는 유전체 절연판내에 안테나를 개재될 때 유전체 절연판의 외벽이나 내벽 또는 안테나에 각각 후막을 선택적으로 코팅 처리한 것으로, 이를 통해 반응챔버에서 생성되는 고밀도의 플라즈마에 의해 안테나에서 스퍼터링이 발생하는 것을 방지함은 물론, 안정적인 방전 특성의 확보를 통해 반응챔버내에서의 고밀도 플라즈마 생성 효율을 높인 것이다.

Claims (7)

1. 진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 반응챔버;

   상기 반응챔버의 내부 아래쪽에 위치하는 정전척;

   상기 반응챔버의 상부에 결합되는 상하부 분리형의 제 1,2 유전체 절연판;

   상기 제 1,2 유전체 절연판의 사이에 개재되는 안테나;

   상기 제 1,2 유전체 절연판의 외벽 및 안테나에 코팅되어 안테나의 스퍼터링을 방지시키는 후막; 및,

   상기 반응챔버의 외부면에 위치하여 상기의 안테나와 RF전원선으로 연결되는 매칭회로부; 로 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유전체 절연판에는, 후막이 코팅된 제 1 지지홈부를 형성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유전체 절연판에는, 후막이 코팅된 제 2 지지홈부를 형성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 후막은, 유전체 역할이 가능한 알루미나(Al₂O₃)로 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 후막은, 유전체 역할이 가능한 산화마그네슘(MgO)으로 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 RF전원선은, RF차폐막에 의해 덮혀지도록 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.

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