KR20010083348A - 플라즈마 장비의 상부전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정에서 사용되는 플라즈마 장비의 상부전극에 대한 것으로서, 상부전극 내에 구비되는 가스 주입홀의 구조를 개선한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 장비의 상부전극은, 금속으로 이루어지며 판형으로 된 몸체와 상기 몸체 내에 구비되어 반응챔버 내로의 가스공급을 매개하는 가스 주입홀을 포함하되, 상기 가스 주입홀은 라운드 타입으로 된 상류부(upstream)와 하류부(downstream)를 포함한다. 상기 하류부의 곡률반경은 1mm 보다 큰 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 상부전극이 채용된 플라즈마 장비를 사용하여 반도체 공정을 수행하게 되면 가스 주입홀 표면이 마멸(worn out)되는 것을 완화할 수 있어 상부전극의 수명을 연장시킬 수 있고, 소자 불량을 야기하는 오염 파티클이 반응챔버 내에서 유발되는 것을 완화할 수 있다.

Description

플라즈마 장비의 상부전극{Upper electrode of plasma apparatus}

본 발명은 플라즈마 장비에 있어서 고주파 전력이 인가될 뿐만 아니라 반응챔버 내로의 가스 공급로인 가스 주입홀을 구비하는 플라즈마 장비의 상부전극에 대한 것이다.

반도체 제조공정에서 사용되는 플라즈마 장비는, 고주파 전력으로 반응가스를 활성화시킴으로써, 반응챔버 내에 고에너지의 이온과 라디칼로 이루어진 플라즈마를 형성하여 박막을 성막하거나 식각하는 장치이다. 그런데, 최근 들어 반도체 소자가 고기능화, 고집적화됨에 따라, 플라즈마 장비를 사용한 반도체 소자의 제조시 반응챔버 내부에서 발생되는 오염 파티클의 관리가 보다 중요하게 되었다.

본 발명자는 반응성 이온식각 장비에서의 건식식각에 대한 여러 가지 반응 메카니즘을 검증하여, 반응챔버 내의 부품들이 오염 파티클을 유발한다는 것을 확인하였다. 특히, 반응성 이온식각 장비의 상부전극 내에 구비되어 반응챔버 내로 가스를 공급하는 가스 주입홀의 표면을 관찰해본 결과, 상기 가스 주입홀의 표면이 플라즈마 손상(plasma damage), 아킹(arcing), 반응가스의 흐름 등에 의해 마멸된다는 것을 확인하였으며, 가스 주입홀 표면의 마멸에 의해 파생된 물질은 다른 반응성 이온 등과 결합하여 유기 화합물(오염 파티클)을 형성한 후 처리되는 웨이퍼의 표면에 침적되어 소자불량을 야기함도 확인하였다. 이에 따라, 상술한 여러 가지 요인에 의해 발생하는 가스 주입홀 표면의 마멸문제를 감소시키기 위한 가스 주입홀 구조의 개선 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 플라즈마 장비의 상부전극에 구비되는 가스 주입홀의 구조를 개선하여 상부전극의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라 가스 주입홀 표면의 마멸을 완화하여 오염 파티클이 반응챔버 내에서 발생하는 것을 방지할 수 있는, 플라즈마 장비의 상부전극을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 장비의 상부전극에 대한 실시예를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 상부전극에 구비되는 가스 주입홀의 구조를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 상부전극에 구비되는 가스 주입홀에 있어서 하류부(downstream)의 라운드 정도를 정의하기 위한 부분확대 단면도이다.

도 4는 비교 실험을 위하여 제작한 상부전극1의 상류부가 챔퍼(chamfer) 타입인 경우를 도시한 부분확대 단면도이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 각각 비교 실험을 위하여 제작한 상부전극1 및 2를 반응성 이온식각 장비에 장착하고 반도체 공정을 반복 수행한 이후에 상류부를 광학현미경으로 관찰하고 그 결과를 나타낸 사진들이다.

도 6은 비교실험을 위하여 제작한 상부전극1을 반응성 이온식각 장비에 장착하고 반도체 공정을 반복 수행한 이후에 하류부를 광학현미경으로 관찰하고 그 결과를 나타낸 사진이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 장비의 상부전극은 금속으로 이루어지며 판형으로 된 몸체와, 상기 몸체 내에 구비되며 반응챔버 내로의 가스공급을 매개하는 가스 주입홀을 구비하되, 상기 가스 주입홀은 상류부와 하류부를 구비하고 상기 상류부 및 하류부의 모서리는 각각 라운드 타입으로 이루어진다.

상기 하류부 모서리의 곡률반경은 1mm보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상부전극이 장착된 플라즈마 장비를 사용하여 반도체 공정을 진행하게 되면, 상기 상부전극에 구비된 가스 주입홀 표면의 마멸을 완화시킬 수 있어 상부전극의 수명을 종래에 비하여 연장시킬 수 있고, 가스 주입홀 표면의 마멸에 의해 야기되는 반응챔버 내의 오염 파티클 유발을 완화하여 소자 불량을 감소시킬 수 있게 된다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 장비의 상부전극에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 아니 된다. 이하의 도면을 참조한 설명은관련한 산업기술 분야에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 장비의 상부전극(E)은 금속으로 이루어진 원판형의 상부전극 몸체(100)와, 플라즈마 장비의 반응챔버(미도시) 내로 가스 공급을 매개하는 가스 주입홀(110)을 구비한다. 여기에서, 상기 몸체(100)의 형상은 원판형만으로 한정되는 것은 아니고 상부전극(E)이 결합되는 반응챔버의 모양에 따라 원판형 이외의 다른 기하학적 형태를 띌 수도 있다. 상기 몸체(100)는 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다. 하지만, 알루미늄이외의 다른 금속으로 이루어질 수도 있다. 상기 가스 주입홀(110)은 반응챔버 내로의 균일한 가스 공급을 위해 복수개가 구비될 수 있으며, 그 수는 적절하게 조절 가능하다. 한편, 상기 상부전극(E)의 표면, 특히 상기 가스 주입홀(110)의 표면은 알루미늄 산화막으로 애노다이징(anodizing) 처리되어 있다.

도 2를 참조하면, 상기 가스 주입홀(110)은 모서리가 라운드 타입으로 된, 상류부(U)와 하류부(D)를 구비한다. 이 때, 상기 상류부(U)의 폭은 상기 하류부(D)의 폭보다는 클 수 있다. 여기에서 상류부(U)라 함은 가스 저장탱크(미도시)로부터 상기 가스 주입홀(110)로 가스가 유입되는 입구부이고, 하류부(D)라 함은 상류부(U)로 유입된 가스가 가스 주입홀(110)을 통과하여 반응챔버로 배출되는 배출부를 의미한다. 또한, 상류부(U) 및 하류부(D)가 라운드 타입으로 되어있다라고 함은, 상류부(U)와 하류부(D)가 각진 모서리 형태로 되어 있는 것이 아니라곡면(Ru 및 Rd참조)의 형태로 되어 있는 것을 의미한다.

상기와 같이 가스 주입홀(110)의 상부와 하부에, 각각 라운드 타입으로 된 상류부(U)와 하류부(D)를 구비하게 되면, 가스 주입홀(110)을 통한 가스의 흐름이 원활해지고 상류부(U)와 하류부(D)에서의 플라즈마 손상 및 아킹현상이 완화되어 가스 주입홀(110) 표면, 특히 곡면(Ru 및 Rd)에서의 물질 마멸이 감소하게 된다. 이에 따라, 상부전극(E)의 수명이 종래기술에 따른 상부전극의 경우보다 증가하게 되고 반응챔버 내에서의 오염 파티클의 발생이 완화되어 오염 파티클에 의하여 야기되는 소자 불량을 감소시킬 수 있게 된다.

도 3을 참조하면, 상기 하류부(D)의 곡률반경은 1mm 보다 큰 것이 바람직하다. 여기에서 곡률반경이 1mm 보다 크다고 함은 하류부(D)에 구비된 곡면(Rd)에서 가상의 원을 그렸을 때 그 원의 반지름(r)이 1mm 보다 크다는 것을 의미한다. 상기 하류부(D)의 곡률반경이 1mm 보다 큰 경우가 바람직한 이유에 대해서는 이하에서 비교 실험예를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

이하에서는, 하기 표에서와 같이 상부전극의 상류부와 하류부에 서로 다른 조건이 부여된 상부전극1 및 상부전극2를 반응성 이온식각 장비에 장착하고 반도체 공정을 진행했을 때, 상류부와 하류부의 마멸정도를 비교한 비교 실험예를 상세하게 설명한다.

	상부전극1	상부전극2
상류부(U)	챔퍼 타입(챔퍼 정도=1mm)	라운드 타입(곡률반경=2mm)
하류부(D)	라운드 타입(곡률반경=1mm)	라운드 타입(곡률반경=2mm)

상기 표에 있어서 상류부가 챔퍼(chamfer) 타입이라 함은 도 4에 도시된 바와 같이 수평면에 대하여 45도의 각을 이루는 경사면(S)이 상류부에 구비된 경우를 의미하며, 챔퍼 정도가 1mm라 함은 상기 경사면(S)의 폭이 1mm인 경우를 의미한다.

상기 표에서와 같은 조건으로 상부전극1 및 2를 제작한 다음, 이들을 반응성 이온식각 장비의 상부전극으로 장착하여 건식식각 공정을 반복해서 수행하였다. 그런 다음, 상부전극1 및 2의 상류부 모서리의 단면을 고배율 광학현미경으로 관찰하고 그 결과를 도 5(a) 및 도 5(b)에 각각 나타내고, 상부전극1의 하류부 모서리의 곡면(Rd)을 고배율 광학현미경으로 관찰하고 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 5(a)및 도 5(b)를 참조하면, 상부전극1의 상류부 모서리의 경우에는 각진 부위에서의 아킹 및 가스 흐름으로 인한 마멸로 파티클(P)이 유발되었지만 상부전극2의 상류부 모서리의 경우에는 마멸이 유발되지 않았음을 확인할 수 있다. 이로부터, 상류부가 라운드 타입으로 이루어지게 되면 상류부가 챔퍼 타입으로 이루어진 경우보다 아킹 및 가스 흐름에 의한 마멸 유발의 정도가 완화되었음을 확인할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상부전극1의 하류부의 경우에는 애노다이징 처리된 알루미늄 산화막이 마멸되었음을 확인할 수 있다. 이러한 알루미늄 산화막의 마멸은 아킹을 유발하게 되고 반응챔버 내에 오염 파티클을 유발하여 소자 불량을 초래하게 된다. 그런데, 상부전극2의 경우에는, 도 5(a) 및 도 5(b)를 통하여 알 수 있는 바와 같이 하류부 모서리의 곡률반경이 2mm이기 때문에 하부류 모서리의 곡률반경이 1mm인 상부전극1에 비해 알루미늄 산화막의 마멸이 감소할 것임은 자명하다. 따라서, 상부전극2는 알루미늄 산화막의 마멸에 따른 아킹과 오염 파티클에 의한 소자 불량의 측면에서 상부전극1에 비해 안정한 구조의 가스 주입홀을 가진다고 할 수 있다.

상기에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 그 개량이 가능하다.

본 발명에 따른 상부전극이 장착된 플라즈마 장비를 사용하여 반도체 공정을 진행하게 되면, 상기 상부전극에 구비된 가스 주입홀 표면에서의 마멸현상이 완화되기 때문에 상부전극의 수명을 종래에 비하여 연장시킬 수 있고, 반응챔버 내의 오염 파티클 유발을 완화하여 오염 파티클에 의하여 야기되는 소자 불량을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 금속으로 이루어지며 판형으로 된 몸체와 상기 몸체에 구비된 가스 주입홀을 포함하는 플라즈마 장비의 상부전극에 있어서,

   상기 가스 주입홀은 상류부와 하류부를 구비하되,

   상기 상류부 및 상기 하류부의 모서리는 라운드 타입인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장비의 상부전극.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하류부 모서리의 곡률반경이 1mm 보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 장비의 상부전극.