KR20010036406A - 건식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건식각 장치에 관한 것으로 특히 챔버내의 상/하부에 전자석을 설치하여 자기장을 형성하고 조절 하므로써 식각 공정에서 플라즈마를 효율적으로 이용 할 수 있게 한 건식각 장치에 관한 것이다.

본 발명은 식각 공정을 수행하는 공정 챔버와; 챔버 외부의 일측에 형성되어 공정 가스가 주입되는 가스 주입구와; 공정 챔버내 상/하부에 각각 설치되는 상부 전극및 하부 전극과; 하부전극 상에 설치되어 웨이퍼를 안착시키는 웨이퍼 안착 수단과; 상부 또는 하부 전극에 연결되어 고주파 전압을 인가하는 고주파 전압 공급수단과; 챔버내 상/하부에 설치되어 플라즈마를 둘러싸는 자기장 막을 형성하는 상부 및 하부 자기장 형성 수단과; 전류를 제어하여 상기 자기장 형성수단에서의 자기장의 크기, 방향, 형성 순서 등을 제어하는 제어 수단과; 챔버 내의 압력 조절 및 반응물 흡수를 위한 진공 장치를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

Description

건식각 장치{Dry Etching Equipment}

본 발명은 건식각 장치에 관한 것으로 특히 챔버내의 상/하부에 전자석을 설치하여 자기장을 형성 및 조절 하므로써 플라즈마를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 한 건식각 장치에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 건식각 장치에는 하기와 같이 여러 종류가 있다.

글로우 방전에 의해 플라즈마를 형성하여 식각에 이용하는 플레너(Planner) 방식의 장치, 상/하부 전극에 공급되는 전압의 위상과 전위를 분배하는 기능의 파워 스프리터(Power Splitter)를 설치하여 일정한 위상차가 나는 전압을 공급 하므로써 전극간의 높은 전압차에 의해 발생하는 에칭률의 문제를 해결한 스프릿 고주파 전원인가 (Split RF Power, RF;Radio Frequency)장치, 플레너 방식의 장치에 비해 이방성 식각 특성을 향상시킨 구조의 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching :이하 RIE라 약칭함)장치, 그외에 자기장을 이용한 자기 반응성 이온식각(MERIE :Magnetically Enhanced RIE)장치와 전자 사이크로트론 공명(ECR ;Electron Cyclotron Resonance)장치 등이 있고, 이 외에도 많은 장치들이 개발되어 사용되고 있다.

도 1a는 종래의 여러 식각 장치중 RIE 장치의 평면도이고, 1b는 도 1a의 I-I' 선 종단면도를 나타낸 것이다.

RIE 장치는 식각 공정이 진행되는 공정 챔버(1) 내에 상부 전극(2)과 하부 전극(7)이 형성되어 있고, 하부 전극 상에는 웨이퍼(5)를 안착하는 전자 척(6)이 설치되어 있다.

또, 공정 챔버(1)의 일측 에는 반응성 가스가 주입되는 가스 주입구(4)가 형성되어 챔버 내로 가스가 인입 되는데, 하부 전극에 고주파(Radio Frequence;이하 RF라 약칭함) 전원단(10)에 의한 고주파 전압을 인가하여 상/하부 전극(2,7) 사이에 전위차를 발생시키면 챔버(1) 내로 주입된 가스가 여기 되므로 플라즈마(5)를 발생하게 된다.

이와 같이 발생된 플라즈마의 이온이 하부 전극상의 전자척(6)에 안착된 웨이퍼(5)에 수직으로 입사되면 물리적 충격 및 화학적 반응에 의해 웨이퍼(5)가 식각 된다. 챔버(1)는 진공 장치(9)와 연결되어 있고, 진공 장치(9)는 챔버 내부의 반응물질을 흡입한다.

그러나 상기한 RIE장치는 생성된 플라즈마 이온중 실제 웨이퍼를 식각하지 않고 진공 장치로 빠져나가는 이온이 많다는 점과, 웨이퍼 중앙부에 비해 상대적으로 플라즈마 이온 밀도가 낮은 가장 자리부가 식각률이 떨어진다는 점등 전체적인 플라즈마의 이용 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또, 이밖에 플라즈마 밀도 증가와 높은 식각률의 구현을 위해 사용되는 자기 반응성 이온식각(Magnetically Enhanced RIE) 장치와 전자 사이크로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance)장치 등도 챔버 외벽에 마그넷을 설치한다거나 복잡한 구조를 가진 것이어서, 장비의 대형화가 불가피하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 건식각 장치가 가지는 낮은 플라즈마 이용효율, 웨이퍼의 식각률이 부위별로 상이하게 나타나는 점등의 문제점을 개선하기 위해 챔버 내의 상/하부에 전자석을 설치하여 자기장을 형성 하므로써 장비를 대형화하지 않고도 플라즈마를 효율적으로 사용하며 균일한 식각률을 얻을 수 있는 건식각 장치를 제공 하고자 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 식각 공정이 진행되는 공정 챔버와; 공정 챔버 외부에 형성되어 공정 가스가 주입되는 가스 주입구와; 공정 챔버내 상/하부에 각각 설치되는 상부 전극 및 하부 전극과; 하부전극 상에 설치되는 웨이퍼 안착 수단과; 상부 또는 하부 전극에 연결되어 고주파 전압을 인가하는 고주파 전압 공급수단과; 챔버내 상/하부에 설치되어 플라즈마를 둘러싸는 자기장 막을 형성하는 자기장 형성 수단과; 자기장 형성수단에서 형성하는 자기장의 방향,크기, 형성등을 제어하는 제어 수단과; 공정 챔버 내의 압력 조절 및 반응물 흡입를 위한 진공 장치를 포함하여 구성 되는것이 특징이다.

또한, 자기장 형성 수단은 상/하부에 대칭구조로 설치되어 챔버 내에 자기장에 의한 막을 형성한다.

또, 자기장 형성 수단은 챔버 상/하부 각각에 링 형상의 상하 대칭구조로 배치하고, 상하 대칭 되는 위치의 각 자기장 형성 수단 끼리를 하나의 블록으로 하고, 각 블록별 제어가 가능하여 각 블록에 순차적으로 자기장을 발생 시키므로써 자기장을 회전시킬 수 있어서 플라즈마 이온의 운동 형태를 바꿀 수 있게 구성된 것이 특징이다.

도 1a는 종래 건식각 장치의 평면도

도 1b는 도1a의 I-I´ 선의 종단면도

도 2a는 본 발명에 의한 건식각 장치의 평면도

도 2b는 도2a의 Ⅱ-Ⅱ' 선의 종단면도

도 2c는 상/하부 전자석의 상세도

〈 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 〉

11:공정 챔버 12:상부 전극 14:가스 주입구

16:전자척 17:하부 전극 18:진공 장치 연결구

19:진공 장치 20:RF 전원단 25:상부 전자석

26:하부 전자석

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 특징인 상/하부에 설치되는 자기장 형성수단은 여러 형태의 건식각 장치에 응용될 수 있지만 여기서는 RIE 즉, 반응성 이온 식각장치에 응용한 예를 들어 설명한다.

도 2a는 본 발명 에 의한 건식각 장치의 평면도이고, 도 2b는 본 발명에 의한 건식각 장치를 Ⅱ-Ⅱ' 선으로 절단하여 본 단면도이고 , 도 2c는 상/하부 전자석을 자세히 나타낸 상세도로서, 이에 도시한 바 와같이 식각 공정이 진행되는 공정 챔버(11)와, 그 외부 일측에 플라즈마 생성을 위한 반응성 가스가 공정 챔버 내로 분사되는 통로인 가스 주입구(14)가 형성된다.

공정 챔버의 상/하부에는 전극이 설치되는데 상부 전극(12)은 접지로 연결되고, 하부전극(17)은 고주파 전압을 인가하는 RF 전원단(20)에 연결된다. 하부 전극 상에는 식각될 웨이퍼(15)가 안착될 수 있도록 전자 척(16)이 설치된다.

또, 공정 챔버(11) 내 일측 에는 챔버 내의 압력 조절 및 챔버내의 입자 흡수를 조절하는 진공 장치(19)에 연결되는 진공 장치 연결구(18)가 형성되어 있다.

공정 챔버 내 상/하측에는 다수의 전자석들이 각각 상/하 대칭(A와 A', B와 B'등)이 되도록 설치되는데 각 상/하 평면에 링 형상으로 배열된다. 상부 전자석(25)들과 하부 전자석(26)들은 반대 극성을 띄도록 하므로 플라즈마(13)를 둘러싸는 샤워 커튼형상의 자기장 막이 형성된다. 이때, 극성을 띤 플라즈마 이온은 챔버 내를 자유롭게 이동하지 못하고 자기장 막에 의해 일정 공간 내에 밀집하게 된다. 전자석(25,26)은 신호 회로, 논리 회로, 전력 제어 회로로 구성된 제어 회로(미도시)에 연결되어 제어가 가능하도록 구성 되어있다.

한편, 상술한 전자석들을 상/하 대칭되는 위치의 전자석 끼리를 하나의 블록(A와 A', B와 B'등)으로 하고, 각 블록별 제어가 가능하도록 한 후 각 블록에 순차적으로 자기장을 발생시키면 회전하는 자기장을 발생시킬 수 있도록 구성되어 있다.

이는 스테핑 모터 구동시에 내부 전자석이 극성을 순차적으로 바꾸는 동작과 같은 원리로서 동일 평면에 배치된 각 대칭 블록의 전자석이 순차적으로 극성을 띠게 하는 것이다. 따라서 플라즈마의 입자가 회전하는 자기장에 충돌하여 함께 회전운동을 하게되어 높은 에너지를 갖게되므로 식각률이 높아지고 공정 진행 시간이 줄어들게 된다.

이하, 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 공정 챔버(11)내에 플라즈마가 발생되지 않은 상태에서 반응성 가스가 주입되면 RF 전원단(20)에 의해 하부 전극(17)측에 고주파 전압이 인가된다. 따라서 상/하부 전극(12,17)간에 전압 차가 발생하여 전기장이 형성되므로 가스가 플라즈마(13)를 생성한다. 이 플라즈마 이온들은 샤워 커튼 형태로 형성되는 자기장의 막 내에서만 운동하게 되고 전자석에 연결된 제어 장치에 의해 전자석(25)의 극성을 조절 하므로써 자기장을 회전 시키면 여기에 부딪치는 이온 역시 회전을 가미한 운동을 하게되어 높은 에너지를 가지고 웨이퍼(15)를 식각 하게 된다.

각 블록별 전자석에 연결된 제어 회로는 전자석에 흐르는 전류를 제어하여 자기장의 형성, 크기, 방향 등을 조절한다.

이상에서 설명한 바 와같이 본 발명은 종래의 건식각 장치에서 플라즈마가 효율적으로 이용되지 못하던 점을 개선하여 플라즈마 생성공간 상/하부에 제어가능한 전자석을 설치하여 회전 가능한 자기장 막을 형성 하므로써 플라즈마 이온이 식각 작용을 하지않고 배출되어 버리는 것을 방지하고, 자기장을 조절 하므로써 필요한 부분에 플라즈마를 밀집시켜 플라즈마 밀도를 증가시키고 따라서 웨이퍼 전체가 균일하게 식각되게 하며, 전류 제어를 통해 자기장을 회전시켜 각 플라즈마 이온이 자기장에 의해 회전하여 높은 에너지를 갖게 되므로써 전체적인 식각률을 높이는 효과를 얻는다.

Claims (4)

1. 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 식각 하는 건식각 장치에 있어서,

   식각 공정을 수행하는 공정 챔버(11)와;

   상기 챔버(11) 외부의 일측에 형성되어 공정 가스가 주입되는 가스 주입구(14)와;

   상기 챔버내 상/하부에 각각 설치되는 상부 전극(12)및 하부 전극(17)과;

   상기 하부전극 상에 설치되어 웨이퍼를 안착하는 웨이퍼 안착 수단(16)과;

   상기 상부 또는 하부 전극에 연결되어 고주파 전압을 인가하는 고주파 전압 공급수단(20)과;

   상기 챔버내 상/하부에 설치되어 플라즈마를 둘러싸는 자기장 막을 형성하는 상부 및 하부 자기장 형성 수단(25,26))과;

   전류를 제어하여 상기 자기장 형성수단(25,26)에서의 자기장의 크기, 방향, 형성 순서 등을 제어하는 제어 수단과;

   상기 챔버 내의 압력 조절 및 반응물 흡수를 위한 진공 장치(19)를 포함하여 구성되는 것이 특징인 건식각 장치.
2. 청구항 1에 있어서

   상기 자기장 형성 수단은 전자석인 건식각 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서

   상기 자기장 형성 수단은 챔버 상/하부 각각에 링 형상의 상하 대칭구조로 배치한 건식각 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서

   상기 자기장 형성 수단은 상/하 대칭 되는 위치의 각 자기장 형성 수단 끼리를 하나의 블록으로 하고, 각 블록별 제어가 가능하여 각 블록에 순차적으로 자기장을 발생 시키므로써 자기장을 회전시킬 수 있어서 플라즈마 이온의 운동 형태를 바꿀 수 있게 구성된 것이 특징인 건식각 장치.