KR101547319B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

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이재승
서문선
안재신
신동열
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 차폐 부재와 웨이퍼 사이의 간격에 의하여 플라즈마의 분포를 제어하여 식각 균일성을 향상시키기 위한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 챔버 본체; 상기 챔버 본체의 상부에 결합되는 챔버 리드; 상기 챔버 본체 및 상기 챔버 리드의 오염을 방지하기 위하여 상기 챔버 본체 내의 상단에 설치되는 차폐 부재; 상기 차폐 부재와 대향 배치되어 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및 상기 차폐 부재 및 스테이지 중 적어도 하나에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전력을 공급하는 RF 전원부를 포함하고, 상기 차폐 부재와 웨이퍼 사이의 간격은 상기 웨이퍼 상의 영역별로 다르게 형성된다.

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma etching apparatus}
본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 차폐 부재와 웨이퍼 사이의 간격에 의하여 플라즈마의 분포를 제어하여 식각 균일성을 향상시키기 위한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체의 제조는 웨이퍼의 표면에 박막의 적층, 식각 및 이온주입을 반복적으로 실시하여 원하는 회로의 동작 특성을 가지는 반도체 소자를 형성하는 것이다.
이 중에서, 식각 작업은 적층된 박막을 선택적으로 제거하는 작업으로, 용액을 사용하여 식각하는 습식 식각과 반응 가스를 이용하여 식각하는 건식 식각으로 구분된다.
특히, 건식 식각은 절연막 또는 금속층이 적층된 웨이퍼를 밀폐된 공정 챔버 내에 장착하고, 식각용 반응 가스를 공정 챔버에 주입한 후, 고주파 혹은 마이크로웨이브 전력 등을 인가하여 플라즈마 상태의 가스를 형성함으로써 상기 절연막 또는 금속층을 식각하는 것이다. 이러한 건식 식각은 웨이퍼가 식각된 후에 세척 공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 절연막 또는 금속층이 이방성으로 식각되는 특성을 갖고 있어, 현재 대부분의 식각 공정에 사용되고 있다.
건식 식각에는 플라즈마의 발생 방식에 따라 플라즈마 식각(Plasma etching), 반응성 이온 식각(Reactive ion etching), 자기 향상 반응성 이온 식각(Magnetically enhanced reactive ion etching) 등의 방식이 있다.
여기서 플라즈마 식각은 반응 가스를 두 전극 사이에 넣고 강한 전기장을 형성하여 가스를 이온화시키고, 이온화된 반응 가스를 웨이퍼의 표면에 가속시켜 적층된 박막을 선택적으로 제거하는 방식이다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
종래의 플라즈마 식각 장치는, 공정 챔버(1)와, 공정 챔버 내의 상단에 형성된 상부 전극(2)과, 공정 챔버(1) 내의 하단에 형성되어 웨이퍼(W)가 안착되는 하부 전극(3)과, 플라즈마를 발생시키는데 필요한 RF 전력을 상기 상부 전극(2) 또는 하부 전극(3)에 인가하기 위한 RF 전원부(4)를 포함한다.
종래의 플라즈마 식각 장치에 사용되는 상부 전극(2)은 디스크형이나 반구형의 부재 외부에 코일을 감아 사용하는 경우가 대부분으로, 이러한 상부 전극(2)을 사용하여 식각 공정을 진행할 경우, 도 1의 점선으로 표시된 것과 같이 웨이퍼(W)의 중간 부분에서 플라즈마의 밀도가 높게 형성된다. 이러한 상태에서는 웨이퍼의 중간 부분의 식각 비율이 에지 부분에 비해 높아지게 된다. 따라서, 균일한 식각 비율로 웨이퍼(W)를 식각하는 데 어려움이 있다.
이를 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0023430호에서는 반도체 웨이퍼 식각 공정용 플라즈마 에칭 장치에 대하여 기재하고 있다. 상기 기재된 반도체 웨이퍼 식각 공정용 플라즈마 에칭 장치는 상·하부 전극의 외주면에 복수 개의 자석을 배치하여 상기 외주면 부근의 플라즈마 밀도를 증가시켜 웨이퍼를 균일하게 식각할 수 있도록 한다.
그러나, 상기와 같이 상·하부 전극의 외주면에 자석을 배치하여 외주면 부근의 플라즈마 밀도를 향상시키기 위하여는 자석의 배치 및 자기장의 세기 등을 모두 고려하여야 하므로, 공정 결과의 예측이 어렵고, 많은 시행 착오의 과정을 거쳐야하는 문제점이 있다. 또한, 공정 압력, 가스 유량 및 인가 전력 등의 공정 변수에 따라 자석의 배치 및 자기장의 세기를 수정해야 하므로, 상기 공정 변수에 따른 최적화된 식각 공정을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
KR 10-2006-0023430 A
본 발명은 웨이퍼의 중간 부분의 식각 비율이 에지 부분에 비해 높아지게 되어 균일한 식각 비율로 웨이퍼(W)를 식각하기 어려운 문제점에 대하여, 웨이퍼와의 간격 조절에 의하여 플라즈마의 분포를 제어하여 식각 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는,
챔버 본체; 상기 챔버 본체의 상부에 결합되는 챔버 리드; 상기 챔버 본체 및 상기 챔버 리드의 오염을 방지하기 위하여 제공되는 차폐 부재; 상기 차폐 부재와 대향 배치되어 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및 상기 차폐 부재 및 스테이지 중 적어도 하나에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 차폐 부재는 웨이퍼와의 간격이 영역별로 다르게 분포하도록 형성되고,
상기 차폐 부재는, 상기 플라즈마가 형성되는 공간의 상면을 한정하는 상단부; 및 상기 상단부의 외주로부터 하부로 연장되어, 상기 플라즈마가 형성되는 공간의 측면을 한정하는 측벽부를 포함할 수 있으며,
상기 상단부는 상기 챔버 리드와 이격 배치되어 가스 유로를 형성하고, 상기 상단부의 가장자리부에는 다수 개의 분사 노즐이 형성될 수 있으며,
상기 상단부의 상면에는 외주를 따라 상부로 돌출되도록 단차부가 형성되고, 상기 가스 유로는 상기 단차부의 내측 공간으로 형성될 수 있으며,
상기 상단부의 저면은 가장자리부에 비해 중심부에서 상기 웨이퍼와의 간격이 감소하도록 형성될 수 있으며,
상기 상단부 저면의 중심부와 웨이퍼 사이의 거리는 상기 상단부 저면의 가장자리부와 웨이퍼 사이의 거리보다 10 내지 50mm 짧을 수 있으며,
상기 상단부 저면의 중심부에는 하부로 돌출되는 볼록부가 형성될 수 있으며,
상기 볼록부는 곡선형으로 형성될 수 있으며,
상기 측벽부는 상기 웨이퍼를 내측 공간에 수용하도록 형성될 수 있으며,
상기 차폐 부재는 상기 챔버 본체 내의 상단에 탈착 가능하게 설치될 수 있으며,
상기 챔버 본체 내의 상단에는 절연성을 갖는 베이스 링이 설치되고, 상기 차폐 부재는 상기 베이스 링에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 챔버 본체; 상기 챔버 본체의 상부에 결합되는 챔버 리드; 상기 챔버 본체 및 상기 챔버 리드의 오염을 방지하기 위하여 제공되는 차폐 부재; 상기 차폐 부재와 대향 배치되어 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및 상기 차폐 부재 및 스테이지 중 적어도 하나에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 웨이퍼와 대향하는 상기 차폐 부재의 상단부 저면은 가장자리부에 비해 중심부에서 상기 웨이퍼와의 간격이 감소하도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 플라즈마 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버에 탈착 가능하게 설치되는 차폐 부재; 및 상기 챔버 내에 제공되어 웨이퍼가 안착되는 스테이지를 포함하고, 상기 웨이퍼와 대향하는 상기 차폐 부재의 상단부 저면의 중심부에는 볼록부가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 의하면, 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 차폐 부재와 웨이퍼 사이의 간격을 상기 웨이퍼 상의 영역별로 다르게 형성하여 플라즈마의 분포를 용이하게 제어할 수 있는 현저한 효과가 있다.
또한, 공정 중에 발생하는 오염물이 챔버 본체 및 챔버 리드에 침적되는 것을 차단하고 분리 및 교체를 위하여 탈착 가능하게 설치되는 차폐 부재의 형상을 변화시키는 것에 의하여 플라즈마의 분포를 제어함으로써, 별도의 플라즈마의 분포 제어 수단을 추가하지 않고도 가변하는 공정 압력, 가스 유량 및 인가 전력 등의 공정 파라미터에 대응하여 최적화된 식각 성능을 유지할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 의하면 웨이퍼(W)가 안착되는 스테이지를 상승하여 웨이퍼와 차폐 부재의 상단부와의 거리가 가깝게 하면 플라즈마 분포를 챔버의 가장자리부로 더욱 유도하고 결국 웨이퍼 가장자리부의 식각율을 중앙부보다 더 증가시킬 수 있고, 웨이퍼가 안착되는 스테이지를 하강하여 웨이퍼와 차폐 부재의 상단부와의 거리가 멀어지게 하면 플라즈마 분포를 챔버의 중앙부로 더욱 유도하고 결국 웨이퍼 중앙부의 식각율을 가장 자리부보다 더 증가시킬 수 있으므로, 결국 다양한 공정변수에 맞게 웨이퍼에 균일한 식각율을 확보할 수 있어 반도체 소자의 품질이나 수율을 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차폐 부재를 개략적으로 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차폐 부재를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치에서 반응 가스의 흐름을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치에 의한 웨이퍼 표면의 식각률 분포를 나타내는 도면.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 차폐 부재와 웨이퍼 사이의 간격에 의하여 플라즈마의 분포를 제어하여 식각 균일성을 향상시킬 수 있는 기술적 특징을 제시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치는 챔버 본체(100); 상기 챔버 본체(100)의 상부에 결합되는 챔버 리드(150); 상기 챔버 본체(100) 및 상기 챔버 리드(150)의 오염을 방지하기 위하여 제공되는 차폐 부재(200); 상기 차폐 부재(200)와 대향 배치되어 웨이퍼(W)가 안착되는 스테이지(300); 및 상기 차폐 부재(200) 및 스테이지(300) 중 적어도 하나에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 공급하는 전원부(400)를 포함하고, 상기 차폐 부재(200)는 웨이퍼(W)와의 간격이 영역별로 다르게 분포하도록 형성된다.
플라즈마 공간을 제공하는 챔버는 쳄버 본체(100)와 챔버 리드(150)을 포함하는데, 챔버 본체(100)는 중공형의 내부를 가지며, 상기 챔버 본체(100)의 상부에는 챔버 리드(150)가 결합되어 반응 공간을 형성한다. 챔버 본체(100)는 다각형, 원형 또는 타원형 등 다양한 횡단면의 형상을 가질 수 있으며, 도시되지는 않았으나 상기 챔버 본체(100)의 내부를 진공 상태로 유지시키기 위한 진공 펌프 또는 챔버 본체(100)의 일측에 마련되어 기판의 인입 및 인출이 이루어지는 게이트 벨브가 설치될 수 있음은 물론이다.
챔버 리드(150)는 상기 챔버 본체(100)의 상부에 개폐 가능하도록 설치되어 반응 공간의 세정 및 소모품의 교환과 같은 유지·보수 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 한다. 상기 챔버 리드(150)의 중심부에는 내부로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 주입관(170)이 설치되며, 상기 가스 주입관(170)에는 공급되는 반응 가스의 유량을 조절하기 위한 별도의 유량 조절기(미도시)가 설치될 수 있다.
차폐 부재(200)는 챔버 본체(100) 및 챔버 리드(150)의 오염을 방지하기 위하여 상기 챔버 본체(100) 내의 상단에 설치되어 챔버 리드(150)의 하부에 위치한다. 상기 차폐 부재(200)는 공정 중에 발생하는 오염물이 챔버 본체(100)의 내벽이나 챔버 리드(150)의 하면에 침적되는 것을 차단하며, 상기 오염물은 차폐 부재(200)에 대신 침적되어 상기 챔버 본체(100) 및 챔버 리드(150)의 오염을 방지하게 된다.
또한, 오염물이 침적된 차폐 부재(200)의 분리 및 교체를 위하여 상기 차폐 부재(200)는 챔버 본체(100) 내의 상단에 탈착 가능하게 설치될 수 있다. 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 본체(100) 내의 상단에는 절연성을 갖는 베이스 링(500)이 설치되고, 차폐 부재(200)는 상기 베이스 링(500)에 탈착 가능하게 설치될 수 있다. 즉, 상기 차폐 부재(200)에 오염물이 다량으로 침적되면, 상기 챔버 본체(100) 내에 설치된 베이스 링(500)으로부터 차폐 부재(200)를 분리하고 새로운 차폐 부재(200)로 교환하여 설치함으로써 상기 챔버 본체(100) 및 챔버 리드(150)가 오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
또한, 차폐 부재(200)와 스테이지(300) 상에 안착되는 웨이퍼(W) 사이의 간격은 상기 웨이퍼(W) 상의 영역별로 다르게 형성하여, 상기 차폐 부재(200)와 웨이퍼(W)와의 간격 차이에 의하여 플라즈마의 분포를 제어할 수 있다. 이를 위한 차폐 부재(200)의 세부적인 구성 및 차폐 부재(200)가 상기 웨이퍼(W)와의 간격 차이에 의하여 플라즈마의 분포를 제어하는 구성은 도 3 내지 도 5와 관련하여 후술하기로 한다.
스테이지(300)는 챔버 본체(100)의 내부에서 상기 차폐 부재(200)와 대향 배치되도록 설치되고, 상기 스테이지(300)의 상면에는 웨이퍼(W)가 안착된다. 스테이지(300)는 별도의 구동 수단(미도시)에 의하여 회전 또는 승강 이동이 가능하게 설치될 수 있으며, 상기 스테이지(300)는 플라즈마 식각 장치에서 웨이퍼(W)를 안착시키기 위하여 일반적으로 사용되는 스테이지(300)의 구성 및 작동 방법과 동일한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
전원부(400)는 상기 차폐 부재(200) 및 스테이지(300) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 전력(예를 들어, RF 전력)을 공급한다. 즉, 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 차폐 부재(200) 및 스테이지(300)는 각각 상부 전극 및 하부 전극이 되고, 상기 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나에는 RF 전력이 공급된다. 도 2에서는 웨이퍼(W)가 안착되는 스테이지(300)에 RF 전력이 공급되고, 차폐 부재(200)가 접지되는 플라즈마 식각 장치를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 차폐 부재(200)에 RF 전력이 공급되고 스테이지(300)가 접지되거나 상기 차폐 부재(200) 및 스테이지(300)에 각각 RF 전력이 공급되는 등 플라즈마를 생성하기 위한 다양한 구성이 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 차폐 부재와 관련하여 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차폐 부재를 개략적으로 나타내는 측단면도 및 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치에서 반응 가스의 흐름을 도시하는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차폐 부재(200)는 플라즈마가 형성되는 공간의 상면을 한정하는 상단부(210); 및 상기 상단부(210)의 외주로부터 하부로 연장되어, 상기 플라즈마가 형성되는 공간의 측면을 한정하는 측벽부(250)를 포함할 수 있다.
차폐 부재(200)의 상단부(210)는 웨이퍼(W)에 대응하는 형상, 예를 들어 원형의 판 형상으로 형성될 수 있으며, 스테이지(300)에 안착되는 웨이퍼(W)와의 사이에서 플라즈마가 형성되는 공간의 상면을 차폐하여 한정한다. 또한, 상기 상단부(210)는 챔버 리드(150)와 이격 배치되어 가스 유로(220)를 형성하고, 상기 상단부(210)의 가장자리부에는 다수 개의 분사 노즐(230)이 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(150)의 중심부에 설치되는 가스 주입관(170)으로부터 반응 가스가 공급되면, 상기 반응 가스는 챔버 리드(150)와 차폐 부재(200)의 상단부(210) 사이의 이격된 공간을 통하여 확산된다. 또한, 상기 확산된 반응 가스는 차폐 부재(200)의 상단부(210)의 가장자리부에 형성된 다수 개의 분사 노즐(230)을 통하여 내부로 분사된다. 상기 분사 노즐(230)의 직경은 약 0.5㎜의 크기로 형성될 수 있으며, 이처럼 분사 노즐(230)의 직경을 작게 형성하는 경우 챔버 리드(150)와 차폐 부재(200) 사이의 압력과 챔버 내부의 압력 차이에 의하여 차폐 부재(200)의 내부로 공정 가스가 균일하게 확산하여 유입될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치에 의하면 차폐 부재(200)의 상단부(210)에 형성된 분사 노즐(230)을 통하여 웨이퍼(W)의 주변으로 반응 가스가 분사되고, 상기 분사된 반응 가스가 차폐 부재(200)의 내부로 확산되어 플라즈마를 발생시킴으로써 상기 웨이퍼(W) 주변의 플라즈마의 밀도를 증가시켜 차폐 부재(200) 내부에 형성되는 전체적인 플라즈마의 밀도를 고르게 유지할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 상단부(210)의 상면에는 외주를 따라 상부로 돌출되도록 단차부(240)를 형성하고, 상기 가스 유로(220)는 상기 단차부(240)의 내측 공간으로 형성될 수 있다. 즉, 상단부(210) 상면의 외주를 따라 돌출되는 단차부(240)는 상기 챔버 리드(150)와 밀착되어 가스 주입구로부터 공급되는 반응 가스가 차폐 부재(200)의 외부로 새어나가지 못하도록 밀폐하고, 상기 단차부(240)의 내측에서 챔버 리드(150)와 상단부(210)의 상면 사이의 이격된 공간을 통하여 반응 가스가 확산되어 상단부(210)의 가장자리부에 형성된 분사 노즐(230)로 분사될 수 있게 된다.
또한, 웨이퍼(W) 주변의 플라즈마의 밀도를 증가시키기 위하여 상기 상단부(210)의 저면은 가장자리부에 비해 중심부에서 웨이퍼(W)와의 간격이 감소하도록 형성될 수 있다. 즉, 종래의 플라즈마 식각 장치의 경우 웨이퍼(W)의 중심부에서 플라즈마의 밀도가 높게 형성되어 상기 중심부의 식각 비율이 가장자리부에 비하여 높아지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 차폐 부재(200)의 상단부(210)의 저면을 가장자리부에 비해 중심부에서 웨이퍼(W)와의 간격이 감소하도록 형성하여, 도 3의 "A"와 같이 플라즈마가 분포되는 영역을 제어할 수 있게 된다. 즉, 상기와 같이 플라즈마가 분포되는 영역을 제어하여 웨이퍼(W)의 중심부 상의 플라즈마의 밀도를 상대적으로 감소시킬 수 있게 되고, 이에 의하여 웨이퍼(W) 상의 전 영역에 걸쳐 플라즈마의 밀도를 일정하게 분포시켜 전체적으로 균일한 식각률을 유지할 수 있게 된다. 이때, 상기 상단부(210)의 저면 중심부와 웨이퍼까지의 거리는 상기 상단부(210)의 저면 가장자리부와 웨이퍼 사이의 거리보다 10 내지 50mm 더 가깝게 형성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 20 내지 40mm 더 가깝게 형성할 수 있다.
또한, 상기에 의한 상단부 형상을 구비한 경우, 웨이퍼가 안착되는 스테이지를 상승하여 웨이퍼와 상단부 사이의 거리가 가깝게 하면 플라즈마 분포를 챔버의 가장자리부로 더욱 유도하여 결국 웨이퍼 가장자리부의 식각율을 중앙부보다 더 증가시킬 수 있고, 웨이퍼가 안착되는 스테이지를 하강하여 웨이퍼와 상단부 사이의 거리가 멀어지게 하면 플라즈마 분포를 챔버의 중앙부로 더욱 유도하고 결국 웨이퍼 중앙부의 식각율을 가장 자리부 보다 더 증가시킬 수 있다. 이로 인해서 결국 본원의 실시예에 따른 차폐 부재를 포함하는 플라즈마 식각 장치를 이용하면, 다양한 공정변수에 맞게 웨이퍼에 균일한 식각율을 확보할 수 있어 반도체 소자의 품질이나 수율을 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 차폐 부재(200)의 상단부(210) 저면의 중심부에는 웨이퍼(W)와의 간격을 감소시키기 위하여 하부로 돌출되는 볼록부를 형성할 수 있으며, 상단부(210)의 가장자리부에 형성되는 분사 노즐(230)로부터 분사되는 반응 가스가 중심부로 원활하게 확산되어 유입될 수 있도록 상기 볼록부는 상단부(210) 저면의 가장자리부로부터 곡선형으로 형성될 수 있다. 상기와 같이, 차폐 부재(200)의 볼록부를 상단부(210) 저면의 가장자리부로부터 곡선형으로 형성하는 경우, 상기 가장자리부로부터 중심부로의 반응 가스의 흐름을 용이하게 제어할 수 있게 되고, 웨이퍼 상의 전체 영역에서의 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.
차폐 부재(200)의 측벽부(250)는 상단부(210)의 외주로부터 하부로 연장되어, 웨이퍼(W) 상의 플라즈마가 형성되는 공간의 측면을 한정한다. 전술한 바와 같이, 차폐 부재(200)는 챔버 본체(100) 및 챔버 리드(150)의 오염을 방지하기 위하여 상기 챔버 본체(100) 내의 상단에 설치되는바, 공정 중에 발생하는 오염물이 챔버 본체(100)의 내벽에 침적되는 것을 차폐함과 동시에 웨이퍼(W) 상에서 플라즈마가 형성되는 공간의 측면을 한정하기 위하여, 상기 측벽부(250)는 상기 웨이퍼(W)를 측벽부(250)의 내측 공간에 수용하도록 스테이지(300) 상의 웨이퍼(W) 안착 위치보다 하부로 연장되어 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치에 의한 웨이퍼 표면의 식각률 분포를 나타내는 도면이다.
보다 상세하게는, 도 6에서 점선으로 도시된 그래프는 종래의 플라즈마 식각 장치에서 웨이퍼의 영역에 따른 식각률 분포를 도시한 그래프이고, 도 6에서 일점 쇄선으로 도시된 그래프는 전극의 외주면에 자석을 배치한 플라즈마 식각 장치에서의 식각률 분포를 도시한 그래프이다. 또한, 도 6에서 실선으로 도시된 그래프는 본 발명의 실시예에 따라 차폐 부재와 웨이퍼 사이의 간격 조절에 의하여 플라즈마의 분포를 제어한 웨이퍼의 식각률 분포를 도시한 그래프이다.
종래의 플라즈마 식각 장치에 의하여 식각 공정을 수행하는 경우, 웨이퍼(W)의 중심부 부근에서 플라즈마의 밀도가 높게 형성된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 가장자리부에 비하여 중심부 부근에서 상대적으로 높은 식각률을 가지게 되며, 이는 웨이퍼(W) 표면을 불균일하게 식각하게 되어 반도체 소자의 품질 또는 수율의 저하로 이어진다.
또한, 전극의 외주면에 자석을 배치하여 웨이퍼(W)의 가장자리부의 플라즈마 밀도를 향상시키는 경우 웨이퍼(W)의 가장자리부의 식각률을 국부적으로 향상시킬 수는 있으나, 배치되는 자석의 위치 및 상기 자석의 배치에 따른 자기장의 세기 등에 의하여 공정 결과의 예측이 어려워 웨이퍼(W)의 표면을 균일하게 식각하기 위하여는 자석의 배치 및 자기장의 세기를 변화시키면서 수많은 시행 착오의 과정을 거쳐야 한다.
그러나, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 의하면, 플라즈마가 형성되는 공간을 한정하는 차폐 부재(200)와 웨이퍼(W) 사이의 간격을 상기 웨이퍼(W) 상의 영역별로 다르게 형성하여 플라즈마의 분포를 용이하게 제어할 수 있는 현저한 효과가 있다. 즉, 공정 중에 발생하는 오염물이 챔버 본체(100) 및 챔버 리드(150)에 침적되는 것을 차단하고 분리 및 교체를 위하여 탈착 가능하게 설치되는 차폐 부재(200)의 형상을 변화시키는 것에 의하여 플라즈마의 분포를 용이하게 제어할 수 있으며, 가변하는 공정 압력, 가스 유량 및 인가 전력 등의 공정 파라미터에 대응하여 최적화된 식각 성능을 유지할 수 있게 된다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 챔버 본체 150: 챔버 리드
170: 가스 주입관 200: 차폐 부재
210: 상단부 220: 가스 유로
230: 분사 노즐 240: 단차부
250: 측벽부 300: 스테이지
400: RF 전원부 500: 베이스 링

Claims (13)

  1. 챔버 본체;
    상기 챔버 본체의 상부에 결합되고, 반응 가스를 공급하는 가스 주입관이 연결되는 챔버 리드;
    상기 챔버 본체 및 상기 챔버 리드의 오염을 방지하기 위하여 탈착 가능하게 제공되는 차폐 부재;
    상기 차폐 부재와 대향 배치되어 웨이퍼가 안착되는 스테이지; 및
    상기 스테이지에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 공급하는 전원부를 포함하고,
    상기 차폐 부재는,
    상기 플라즈마가 형성되는 공간의 상면을 한정하는 상단부; 및 상기 상단부의 외주로부터 하부로 연장되어, 상기 플라즈마가 형성되는 공간의 측면을 한정하는 측벽부를 포함하며,
    상기 상단부의 저면은 가장자리부로부터 중심부로 갈수록 상기 웨이퍼와의 간격이 점차적으로 감소하도록 돌출되는 볼록부 형태로 제공되고,
    상기 가스 주입관으로부터 상기 상단부의 가장자리부를 향하여 연장되는 가스 유로에 연통하는 다수 개의 분사 노즐이 상기 상단부의 가장자리부에 형성되는 플라즈마 식각 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상단부의 상면에는 외주를 따라 상부로 돌출되도록 단차부가 형성되고,
    상기 가스 유로는 상기 단차부에 의해서 상기 단차부의 내측 공간에 형성되는 상기 챔버 리드와 상기 상단부 상면 사이의 이격 공간인 플라즈마 식각 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 상단부 저면의 중심부와 상기 웨이퍼 사이의 거리는 상기 상단부 저면의 가장자리부와 웨이퍼 사이의 거리보다 10 내지 50mm 짧은 플라즈마 식각 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼록부는 곡선형으로 형성되는 플라즈마 식각 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽부는 상기 웨이퍼를 내측 공간에 수용하도록 형성되는 플라즈마 식각 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐 부재는 상기 챔버 본체 내의 상단에 탈착 가능하게 설치되는 플라즈마 식각 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 챔버 본체 내의 상단에는 절연성을 갖는 베이스 링이 설치되고,
    상기 차폐 부재는 상기 베이스 링에 탈착 가능하게 설치되는 플라즈마 식각 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
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