KR19980076734A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 절연체화하기 위해서 황산과 케미컬을 소정 비율로 혼합한 후 이를 전기분해하여 코팅 처리한 알루미늄 금속 재질인 가스 분배 플레이트의 표면은 약 0.5㎛로 코팅처리 되는데, 상기 가스 분배 플레이트의 가스 분배 홀의 모서리 부분에는 약 0.3㎛로 보다 얇게 코팅처리된다.
이로 인해, 고주파 전원 및 에칭재료가스에 의해 가스 분배 홀의 모서리 부분에서 식각이 다른 부분 보다 빨리 발생하여 알루미늄 금속이 노출되고, 이렇게 노출된 알루미늄 금속에는 고주파 전원이 축적되다가 일정 순간에 방전하게 되며, 이로 인해 파티클이 발생하여 웨이퍼 표면으로 떨어짐에 따라 웨이퍼 가공에 치명적인 불량을 초래하는 문제점을 제거하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명에서는 가스 분배 플레이트의 절연 코팅된 부분의 식각으로 아킹이 발생하여 생기는 파티클에 의한 웨이퍼의 불량을 방지할 수 있도록 한다.

Description

플라즈마 처리 장치
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 절연 코팅된 알루미늄 금속으로 이루어진 가스 분배 플레이트(gas distribution plate)를 세라믹 재질로 변경함으로써, 절연 코팅된 알루미늄 금속으로 이루어진 가스 분배 플레이트의 가스 배출 홀 부위가 고주파 및 에칭 가스에 의해 식각되어 알루미늄이 드러나 가스 분배 홀 부분에서 아킹(arking)이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 건식 식각법은 밀폐된 챔버내의 캐소드에 웨이퍼를 장착한 후 그 웨이퍼 상에 기 형성된 절연막 또는 금속층을 플라즈마 상태의 가스에 의해 식각함으로 그 식각된 웨이퍼의 세척 공정이 필요하지 않을 뿐 아니라 그 절연막 또는 금속층이 이방성 식각되는 특징을 갖고 있다. 이러한 특성을 갖는 건식 식각법들 중의 하나인 반응성 이온 식각법은 양호한 이방성 식각 특성을 갖고 있어 미세한 패턴을 형성하는데 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 진공 챔버(10)내에는 선행 공정을 거친 시료, 예를 들어 다결정 실리콘 박막이 표면에 형성되고 동시에 포토레지스트 패턴이 다결정 박막상에 형성된 웨이퍼(6)가 위치해 있다.
이 웨이퍼(6)는 진공 챔버(10)내에 고주파 전원(2)에 접속되어 고주파 전력을 공급하는 캐소드(4) 위에 놓여진다.
또한, 웨이퍼(6)에 대향되는 위치에는 접지전위에 연결된 톱 리드(1)가 위치해 있고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 톱 리드(1) 하부에 소정 거리 이격되어 반응성 가스인 에칭재료가스를 웨이퍼(6)를 향하여 균일하게 공급하기 위한 가스 분배 홀(8')이 관통형성된 원판형상의 가스 분배 플레이트(8)가 위치해 있다. 이때, 가스 분배 플레이트(8)와 톱 리드(1)는 스크류에 의해 나사결합되어 있고, 가스 분배 플레이트(8)는 황산과 케미컬을 소정의 비율로 혼합한 후 이를 전기분해하여 코팅처리, 즉 소프트 애너다이징(soft anodizing)처리를 한 알루미늄 금속이다.
진공챔버(10)에는 진공챔버(10)내를 배기하기 위한 배기구(미도시) 및 에칭재료가스를 진공챔버(10)내로 공급하기 위한 반응가스 공급구(미도시)가 설치되어 있다.
이와 같은 구조의 플라즈마 에칭 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
캐소드(4) 위에 놓여있는 웨이퍼(6)를 소정의 패턴으로 에칭하기 위해, 먼저, 진공챔버(10)내에 형성되어 있는 반응가스 공급구(미도시)로부터 에칭재료가스를 진공챔버(10)내로 유입한다. 이때, 에칭재료가스는 톱 리드(1)와 가스 분배 플레이트(8) 사이로 유입되어 가스 분배 플레이트(8)에 형성된 가스 분배 홀(8')을 통하여 균일하게 진공챔버(10)내로 분사된다.
다음에 에칭재료가스가 가스 분배 플레이트(8)의 가스 분배 홀(8')을 통해 챔버내로 유입되면 캐소드(4)에 고주파 전원을 인가하여 글로우 방전을 생기게 한다.
이 글로우 방전에 의하여 진공 챔버(10)내에 유입된 에칭재료가스가 활성화되어 플라즈마를 발생하며, 활성화된 분자, 이온, 원자에 의해 웨이퍼의 에칭이 진행되어 소정의 패턴이 형성된다.
그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 절연체화하기 위해서 황산과 케미컬을 소정 비율로 혼합한 후, 이를 전기분해하여 코팅처리한 알루미늄 금속 재질인 가스 분배 플레이트의 표면은 약 0.5㎛로 코팅처리 되는데, 상기 가스 분배 플레이트의 가스 분배 홀의 모서리 부분에는 약 0.3㎛로 보다 얇게 코팅처리 된다.
이로 인해, 고주파 전원 및 에칭재료가스에 의해 가스 분배 홀의 모서리 부분에서 식각이 다른 부분 보다 빨리 발생하여 알루미늄 금속이 노출되고, 이렇게 노출된 알루미늄 금속에는 고주파 전원이 축적되다가 일정 순간에 방전하게 되며, 이로 인해 파티클이 발생하여 웨이퍼 표면으로 떨어짐에 따라 웨이퍼 가공에 치명적인 불량을 초래하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 가스 분배 플레이트의 절연 코팅된 부분의 식각으로 아킹이 발생하여 생기는 파티클에 의한 웨이퍼의 불량을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 단면도.
도 2a는 종래의 기술에 의한 가스 분배 플레이트를 나타낸 사시도이며, 도 2b는 가스 분배 플레이트의 단면을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 단면도.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 의한 가스 분배 플레이트를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 가스 분배 플레이트를 나타낸 분리 사시도이며, 도 4c는 도 4b에 도시된 가스 분배 플레이트의 단면을 나타낸 단면도.
도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명
10 : 챔버6 : 웨이퍼 4 : 캐소드
8,20,30 : 가스 분배 플레이트 1 : 톱 리드5,24 : 스크류
이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 소정의 공정을 진행하기 위한 챔버와, 반응가스를 상기 챔버내로 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 상기 챔버내로 유입되는 상기 반응가스를 고르게 분사하는 가스분배수단과, 상기 챔버내에 위치하여 플라즈마 형성을 위해 고주파가 인가되는 캐소드와, 상기 챔버내를 배기하는 배기부를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 가스분배수단은 복수개의 가스분배홀들이 관통형성된 절연물질의 가스 분배플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 소정의 공정을 진행하기 위한 챔버와, 반응가스를 상기 챔버내로 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 상기 챔버내로 유입되는 상기 반응가스를 고르게 분사하는 가스분배수단과, 상기 챔버내에 위치하여 플라즈마 형성을 위해 고주파가 인가되는 캐소드와, 상기 챔버내를 배기하는 배기부를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 가스분배수단은 복수개의 가스분배홀들이 관통형성된 절연물질의 가스 분배플레이트와 상기 가스분배플레이트를 상기 챔버에 고정시키는 원판 지지대로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 종래와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 에칭장치의 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 진공 챔버(10)내에는 선행 공정을 거친 시료, 예를 들어 다결정 실리콘 박막이 표면에 형성되고 동시에 포토레지스트 패턴이 다결정 박막상에 형성된 웨이퍼(6)가 위치해 있으며, 이 웨이퍼(6)는 진공 챔버(10)내에 고주파 전원(2)에 접속되어 고주파 전력을 공급하는 캐소드(4) 위에 놓여진다.
또한, 웨이퍼(6)에 대향되는 위치에는 접지전위에 연결된 톱 리드(1)가 위치해 있고, 톱 리드(1) 하부에 소정 거리 이격되어 반응성 가스인 에칭재료가스를 웨이퍼(6)를 향하여 균일하게 공급하기 위한 가스 분배 홀(20')이 관통형성된 가스 분배 플레이트(20)와 이를 지지하는 원판 지지대(22)로 구성된 가스 분배 수단이 위치해 있다. 이때, 원판 지지대(22)와 톱 리드는 스크류(5)에 의해 나사결합되어 있다.
진공챔버(10)에는 진공챔버(10)내를 배기하기 위한 배기구(미도시) 및 에칭재료가스를 진공챔버(10)내로 공급하기 위한 반응가스 공급구(미도시)가 설치되어 있다.
여기서, 도 4a를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분배 플레이트를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 종래에 사용된 소정 금속에 애너다이징처리되어 제작된 가스 분배 플레이트 대신에 가스 분배 플레이트(30) 자체를 절연물질, 예를 들어 세라믹 재료, 석영 등을 사용하여 제작하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로 도 4b를 참조하여 가스 분배 플레이트를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 소정의 지름을 갖는 제 1 원판과, 상기 제 1 원판의 소정의 지름 보다 작은 소정의 지름을 갖는 제 2 원판의 일측면이 상기 제 1 원판의 일측면에 일체로 형성된 가스 분배 플레이트(20)는 상기 제 1 원판과 상기 제 2 원판을 관통하는 복수개의 가스 분배 홀(20')이 형성되어 있다. 이때, 가스 분배 플레이트(20)는 절연 코팅이 필요하지 않는 절연성이 우수한 절연물질, 예를 들어 세라믹 재료(SiC, SiO2등), 석영 등이 사용된다.
이러한 절연물질로 이루어진 가스 분배 플레이트(20)는 상기 제 2 원판이 내접할 수 있는 관통홀이 형성된 원판 지지대(22)가 사용된다. 이때, 원판 지지대(22)는 절연상태, 예를 들어 소정 금속에 애너다이징처리되어 절연상태로 이루어져 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 원판 지지대(22)의 관통홀에 가스 분배 플레이트(20)의 제 2 원판이 삽입되고, 이후, 가스 분배 플레이트(20)와 원판 지지대(22)는 절연처리된 스크류(24)에 의해 나사결합된다. 이는 가스 분배 플레이트(20)의 움직임으로 인해 발생하는 파티클 발생 방지 및 소모품 성격을 갖는 원판 지지대(22)와의 분리를 보다 용이하게 하기 위함이다.
이렇게 가스 분해 플레이트(20)와 결합된 원판지지대(22)는 톱 리드(1)와 스크류(5)에 의해 나사결합된다.
이와 같은 구조의 플라즈마 에칭 장치의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
캐소드(4) 위에 놓여있는 웨이퍼(6)를 소정의 패턴으로 에칭하기 위해, 먼저, 진공챔버(10)내에 형성되어 있는 반응가스 공급구(미도시)로부터 에칭재료가스를 진공챔버(10)내로 유입한다. 이때, 에칭재료가스는 톱 리드(1)와 가스 분배 플레이트(20)(30) 사이로 유입되어 가스 분배 플레이트(20)(30)에 형성된 가스 분배 홀(20')(30')을 통하여 균일하게 진공챔버(10)내로 분사된다.
다음에 에칭재료가스가 가스 분배 플레이트(20)(30)의 가스 분배 홀(20')(30')을 통해 챔버내로 유입되면 캐소드(4)에 고주파 전원을 인가하여 글로우 방전을 생기게 한다. 이때, 가스 분배 플레이트(20)(30)는 절연성이 우수한 절연물질인 세라믹 재질로 이루어져 있기 때문에 고주파 전원 및 에칭재료가스에 의해 가스 분배 홀(20')(30') 부분이 식각되는 것을 방지할 수 있다.
이 글로우 방전에 의하여 진공 챔버(10)내에 유입된 에칭재료가스가 활성화되어 플라즈마를 발생하며, 활성화된 분자, 이온, 원자에 의해 웨이퍼의 에칭이 진행되어 소정의 패턴이 형성된다.
이와 같이, 절연 코팅 처리한 알루미늄 금속의 가스 분배 플레이트가 아닌 절연성이 우수한 절연물질인 세라믹 재료, 석영 등을 사용하여 제작한 가스 분배 플레이트를 이용하여 고주파 전원 및 에칭재료가스에 의해 절연 코팅이 식각되는 것을 제거함으로써 아킹에 의해 발생하는 파티클 발생을 방지하고, 가스 분배 플레이트의 수명을 늘릴 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 절연체화하기 위해 코팅 처리된 가스 분배 플레이트 대신에 절연성이 우수한 절연물질, 예를 들어 세라믹 재료, 석영 등을 이용하여 제작된 가스 분배 플레이트를 챔버내에 설치함으로써, 고주파 전원 및 에칭재료가스에 의해 코팅된 부분의 식각으로 아킹이 발생하고 이로 인해 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있어 웨이퍼에 진행되는 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 가스 분배 플레이트의 수명을 연장시켜 원가 절감 및 설비의 가동율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 소정의 공정을 진행하기 위한 챔버와, 반응가스를 상기 챔버내로 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 상기 챔버내로 유입되는 상기 반응가스를 고르게 분사하는 가스분배수단과, 상기 챔버내에 위치하여 플라즈마 형성을 위해 고주파가 인가되는 캐소드와, 상기 챔버내를 배기하는 배기부를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 가스분배수단은 복수개의 가스분배홀들이 관통형성된 절연물질의 가스 분배플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분배플레이트는 세라믹 재료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분배플레이트는 석영인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 SiC인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 SiO2인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 소정의 공정을 진행하기 위한 챔버와, 반응가스를 상기 챔버내로 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 상기 챔버내로 유입되는 상기 반응가스를 고르게 분사하는 가스분배수단과, 상기 챔버내에 위치하여 플라즈마 형성을 위해 고주파가 인가되는 캐소드와, 상기 챔버내를 배기하는 배기부를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 가스분배수단은 복수개의 가스분배홀들이 관통형성된 절연물질의 가스 분배플레이트와 상기 가스분배플레이트를 상기 챔버에 고정시키는 원판 지지대로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가스분배플레이트는 세라믹 재료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 가스분배플레이트는 석영인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 SiC인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 SiO2인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 가스분배플레이트와 상기 원판 지지대는 분리가능 하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 가스분배 플레이트와 상기 원판 지지대는 스크류에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 원판 지지대는 소정 금속에 애너다이징처리한 절연상태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 소정 금속은 알루미늄 금속인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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