KR20010109771A - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 박막중 일부를 플라즈마 가스로 정밀하게 식각할 때, 식각 대상 박막이 식각된 후 식각 박막의 하부에 위치한 박막이 플라즈마 가스에 노출되면서 발생하는 플라즈마 가스의 파장 변화를 감지하는 식각 장치에서 플라즈마 가스의 파장 변화를 감지하기 위하여 마련된 윈도우를 통하여 외부 공기 유입 또는 플라즈마 가스가 누설되는 것을 개선한 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 플라즈마 파장 변화를 감지하여 특정 박막만을 식각하고자 마련된 플라즈마 파장 디텍터 유닛 중 외부 공기 유입을 방지하는 중요한 역할을 하는 씰링 부재의 이탈 및 결함 발생을 방지함으로써 플라즈마 설비의 클리닝 및 점검 주기가 짧아지고 플라즈마 공정 중 발생하는 공정 불량을 방지한다.

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma etching apparatus}
본 발명은 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 특히, 다층 박막중 일부를 플라즈마 가스로 정밀하게 식각할 때, 식각 대상 박막이 식각된 후 식각 박막의 하부에 위치한 박막이 플라즈마 가스에 노출되면서 발생하는 플라즈마 가스의 파장 변화를 감지하는 식각 장치에서 플라즈마 가스의 파장 변화를 감지하기 위하여 마련된 윈도우를 통하여 외부 공기가 유입 또는 플라즈마 가스가 외부로 누설되는 것을 개선한 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
최근들어 반도체 제조 기술의 눈부신 발달로 회로 선폭이 1㎛에도 못미치는 정밀한 회로 선폭을 갖음으로써 단위 면적당 보다 높은 집적도 및 보다 빠른 처리속도를 갖는 반도체 제품이 속속 개발되고 있는 실정이다.
특히, 이와 같이 반도체 제품의 정밀한 회로 선폭을 구현하기 위해서는 정밀한 사진 공정과 정밀한 식각 공정과 같은 반도체 공정이 필수적이다.
이들중 매우 정밀한 식각이 가능한 건식 식각 장치인 플라즈마 식각 장치가 선보이면서 더욱 미세 선폭을 갖는 반도체 제품의 구현이 가능해졌는 바, 플라즈마 식각 장치는 소정 공간을 갖는 챔버에 이온화되기 쉬운 가스를 주입한 상태에서 주입된 가스가 이온화될 정도 이상의 전계를 가스가 노출되도록 하여 안정한 가스를 반응성이 강한 플라즈마 상태로 만들고 이 플라즈마 상태의 가스로 웨이퍼중 플라즈마 가스에 노출된 부분을 식각하는 설비이다.
최근에는 이보다 더 진보한 플라즈마 식각 설비가 개발된 바 있는데, 이 플라즈마 식각 설비는 다층 박막이 형성된 웨이퍼에 플라즈마 가스로 식각을 진행하다 식각 대상 박막 하부 박막이 노출되어 식각이 개시되려 할 때, 플라즈마 가스의 파장 변화를 분석하여 더 이상 식각이 진행되지 않도록 하여 회로 선폭을 미세하게 할 뿐만 아니라 식각을 정밀하게 제어할 수 있게 되었다.
이와 같은 방식의 플라즈마 식각 장치의 경우, 플라즈마 가스의 파장 변화를 판단 및 분석하기 위하여 반드시 플라즈마 챔버의 내외부를 관통하는 개구를 플라즈마 챔버에 형성하고, 플라즈마 가스의 파장 변화를 감지하기 위하여 디텍트 윈도우 유닛 및 디텍터를 설치해야만 한다.
이때, 디텍트 윈도우 유닛은 디텍트 윈도우 몸체, 디텍트 윈도우 몸체에 안착된 글래스, 글래스를 가압하는 글래스 커버로 구성되는 바, 글래스와 디텍트 윈도우 몸체의 씰링(sealing)이 매우 취약함으로, 이를 방지하기 위해서 디텍트 윈도우 몸체와 글래스의 사이에는 씰링용 O-링을 개재하는 방법이 주로 사용되고 있지만, 씰링용 O-링이 단지 디텍트 윈도우 몸체에 단순히 안착된 상태이기 때문에 지정된 위치를 수시로 이탈되고 이로 인하여 외부 공기가 플라즈마 챔버 내부로 유입되어 플라즈마 식각 공정 불량이 발생하는 문제점이 빈번하게 발생한다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 플라즈마 파장을 디텍트하기 위한 디텍트 윈도우 유닛의 O-링 결합 방법을 개선함으로써 외부 공기가 디텍트 윈도우를 통하여 플라즈마 설비 내부로 유입되지 않도록 함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 식각 장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 식각 장치의 플라즈마 가스 디텍터 유닛의 외관 사시도.
도 3은 도 2를 분해 도시한 분해 사시도.
도 4는 도 1의 A 원내 확대 사시도.
이와 같은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 플라즈마 식각 설비는 플라즈마 챔버, 플라즈마 챔버의 내부에 설치된 제 1 전극판, 제 1 전극판과 대향하며 다층으로 형성된 박막중 일부를 식각할 웨이퍼가 안착되는 제 2 전극판, 제 1, 제 2 전극판의 사이에 소정 크기의 전계가 형성되도록 하는 전원 공급 수단, 제 1, 제 2 전극판 사이에 플라즈마 가스가 형성되도록 소정 가스를 공급하는 가스 분사 수단, 플라즈마 챔버 일부를 개구시키고 개구에 플라즈마 가스의 파장을 분석하는 플라즈마가스 파장디텍터를 포함하며, 플라즈마 가스 파장 디텍터는 개구가 형성된 사각 링 형상으로 개구 에지를 따라서 단턱이 형성되고, 단턱의 기저면을 따라서 더브테일 형상의 수납홈이 형성된 디텍터 몸체와, 더브테일 형상의 수납홈을 따라 억지끼워맞춤된 밀봉 부재와, 밀봉부재의 상면에 안착된 글래스와, 글래스를 고정하기 위하여 일부는 글래스를 가압하고 일부는 디텍터 몸체를 가압하는 글래스 고정 몸체를 포함한다.
이하, 본 발명에 의한 플라즈마 식각 설비의 보다 구체적인 구성 및 구성에 따른 독특한 작용 및 효과를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 플라즈마 식각 설비(100)는 전체적으로 보아 플라즈마 식각 챔버(10), 캐소드 전극판(20), 애노드 전극판(12), 플라즈마 파장 디텍트 유닛(40), 일부만 도시된 가스 공급장치(16), 전원 공급장치(22) 및 배기 유닛(18)으로 구성된다.
구체적으로, 플라즈마 식각 챔버(10)는 매우 청정하면서 공정에 필요한 공정 가스 이외의 가스의 입출입을 허용하지 않도록 외부에 대하여 실링이 견고하게 이루어진 챔버이다.
이와 같은 플라즈마 식각 챔버(10)의 내부 중 상부에는 일실시예로 캐소드 전극판(20)이 설치되고 플라즈마 식각 챔버(10) 중 캐소드 전극판(20)과 대향하는 하부에는 애노드 전극판(12)이 설치된다. 이때, 애노드 전극판(12)에는 플라즈마 식각이 진행될 웨이퍼(14)가 안착된다.
보다 구체적으로, 캐소드 전극판(20)에는 일실시예로 RF 전원이 인가되도록 전원 공급장치(22)가 연결되어 애노드 전극판(12)과 캐소드 전극판(20)의 사이에 소정 크기의 전계가 형성되도록 한다.
이때, 캐소드 전극판(20)은 속이 빈 상태로 캐소드 전극판(20)의 일측으로는캐소드 전극판(20) 내부로 반응 가스가 유입되도록 가스 공급장치(16)가 연통되고, 캐소드 전극판(20)중 애노드 전극(12)과 대향하는 부분에는 복수개의 홀(hole;23)이 형성되어 캐소드 전극판(20) 내부로 유입된 반응가스가 복수개의 홀(23)을 통하여 플라즈마 챔버(10)의 내부로 배출되도록 한다.
한편, 배기 유닛(18)은 플라즈마 챔버(10)의 내부를 저압 분위기로 만들어 주는 역할을 하도록 플라즈마 챔버(10)와 연통된 배기관(18a), 배기관(18a)에 연통된 펌프(18b)로 구성된다.
이와 같은 구성에 의하여 플라즈마 챔버(10) 내부로 플라즈마 식각이 진행될 웨이퍼(14)가 이송되어 애노드 전극판(12)에 안착되고, 배기 유닛(18)에 의하여 플라즈마 챔버(10) 내부에 초저압이 형성되어 청정한 분위기가 형성되면, 전원 공급장치(22)가 캐소드 전극판(10)에 소정 전원을 인가함과 동시에 가스 공급장치(16)가 캐소드 전극판(20)을 통하여 플라즈마 챔버(10) 내부로 반응 가스를 공급함으로써 플라즈마 챔버(10) 내부로 분사된 반응가스는 전계에 의하여 반응성이 매우 강한 플라즈마 가스가 된다.
이와 같이 반응성이 매우 강한 플라즈마 가스는 플라즈마 가스에 노출된 웨이퍼(14) 부분과 강력하게 작용하여 웨이퍼(14)에 형성된 소정 박막을 이방성 식각하기 시작한다.
예를 들어, 순수 실리콘 웨이퍼(14)의 상면에 소정 두께로 옥사이드 박막(oxide film)이 형성되고, 옥사이드 박막에 소정 패턴을 형성하기 위하여 스핀 코팅 등의 방법으로 포토레지스트 도포, 사진, 현상을 거쳐 식각할 부분만이 외부에 대하여 노출되도록 한 후, 플라즈마 가스를 노출된 부분에 접촉시켜 옥사이드 박막을 식각한다.
이때, 플라즈마 가스는 옥사이드 박막을 식각하면서 고유한 파장을 발생하는 바, 플라즈마 가스가 옥사이드 박막을 식각한 후 순수 실리콘 기판이 식각되는 순간 플라즈마 가스의 고유한 파장이 변경되는 특성을 갖는다.
이와 같은 특성을 이용하여 웨이퍼(14) 상에 형성된 소정 박막만을 식각하기 위하여 앞서 설명한 플라즈마 챔버(10)에는 다시 플라즈마 챔버(10)의 파장을 디텍트하여 분석하기 위한 플라즈마 파장 디텍트 유닛(40)이 설치된다.
플라즈마 파장 디텍트 유닛(40)은 전체적으로 보아 디텍터(49)와 디텍터 윈도우(48)로 구성된다.
먼저, 디텍터 윈도우(48)가 설치되기 위하여 플라즈마 챔버(10)의 측벽 소정 위치에는 소정 면적을 갖는 개구가 형성되는 바, 개구의 형상에는 제약이 없지만 본 발명에서는 개구를 직육면체로 형성하기로 한다.
이와 같은 형상을 갖는 플라즈마 챔버(10)의 개구에는 개구의 형상과 닮은 형상으로 개구보다 다소 큰 형상을 갖음으로써 개구를 막을 수 있는 디텍터 윈도우(48)가 설치된다.
디텍터 윈도우(48)는 첨부된 도 2 또는 도 3을 참조하였을 때, 다시 디텍터 윈도우 몸체(31), O-링(33), 석영 글래스(35), 석영 글래스 고정 프레임(37)으로 구성된다.
구체적으로, 디텍터 윈도우 몸체(31)는 플라즈마 챔버(10)에 형성된 개구 보다 다소 크고, 개구의 형상을 갖으며, 내부에 빈 공간이 형성된 사각 프레임 형상을 갖으며, 디텍터 윈도우 몸체(31)의 내측면에는 소정 깊이를 갖도록 단턱(31a)이 형성된다.
단턱(31a)에는 씰링을 위한 O-링(33) 및 석영 글래스(35)가 순서대로 안착된다.
이때, O-링(33)은 저압 상태인 플라즈마 챔버(10)의 내부로 외부 공기가 유입되는 것을 방지하는 역할을 하는 바, O-링(33)이 안착되는 단턱(31a)의 형상에 따라서 O-링(33)이 물리적인 힘에 의하여 지정된 위치를 이탈 또는 O-링(33)의 여러 요인에 의하여 수축 등에 의하여 외부 공기 유입이 발생되는 바, 단턱(31a)의 형상은 매우 중요한 의미를 갖는다.
본 발명에서는 이와 같이 O-링(33)의 움직임에 따른 외부 공기 유입 또는 O-링(33)의 수축 등이 발생하더라도 O-링(33)의 고유한 기능이 상실되지 않도록 단턱(31a)중 O-링(33)과 접촉되는 부분에 O-링(33)이 부분적으로 수납되도록 별도의 O-링 수납홈(31b)을 마련하였다.
O-링 수납홈(31b)은 O-링(33)과 접촉되는 단턱(31a) 부분에 O-링(33)이 소정 깊이만큼 수납되도록 마련된 홈 형상을 갖는 바, 특히, 홈의 단면이 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 더브테일 홈(dovetail groove) 형상으로 제작하여 O-링 수납홈(31b)에 O-링(33)이 수납된 후 O-링 수납홈(31b)으로부터 O-링(33)이 빠지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 디텍터 윈도우 몸체(31)에 형성된 단턱(31b)에 마련된 O-링 수납홈(31b)에 O-링(33)이 수납된 상태에서 O-링(33)의 상면에는 O-링(33)을 덮고, 디텍터 윈도우 몸체(31)의 단턱(31a)보다는 작음으로써 O-링(33)과 밀착되는 크기를 갖는 석영 글래스(35)가 안착된다.
이후, 석영 글래스(35)의 상면에는 석영 글래스(35)의 에지 부분 및 디텍터 윈도우 몸체(31)의 단턱(31a) 이외의 상면을 동시에 가압하는 형상을 갖는 사각 프레임 형상의 석영 글래스 고정 프레임(37)이 안착된다.
이와 같이 석영 글래스(35)를 가압하기 위하여 디텍터 윈도우 몸체(31)의 상면에 안착된 석영 글래스 고정 프레임(37)은 도 4에 도시된 바와 같이 체결 나사(37c) 등에 의하여 디텍터 윈도우 몸체(31)에 견고하게 고정되고, 디텍터 윈도우 몸체(31)는 다시 체결 나사(31c) 등에 의하여 플라즈마 챔버(10)의 측벽에 형성된 개구에 견고하게 고정된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 웨이퍼를 식각하는 도중 서로 성질이 다른 박막이 식각됨으로써 발생하는 플라즈마 파장 변화를 감지하는 역할을 하는 플라즈마 파장 디텍터 유닛 중 외부 공기 유입을 방지하는 중요한 역할을 하는 씰링 부재의 이탈 및 결함을 방지함으로써 플라즈마 설비의 클리닝 및 점검 주기가 짧아지고 플라즈마 공정 중 발생하는 공정 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 플라즈마 챔버, 상기 플라즈마 챔버의 내부에 설치된 제 1 전극판, 상기 제 1 전극판과 대향하며 다층으로 형성된 박막중 일부를 식각할 웨이퍼가 안착되는 제 2 전극판, 상기 제 1, 제 2 전극판의 사이에 소정 크기의 전계가 형성되도록 하는 전원 공급 수단, 상기 제 1, 제 2 전극판 사이에 플라즈마 가스가 형성되도록 소정 가스를 공급하는 가스 분사 수단, 상기 플라즈마 챔버 일부를 개구시키고 상기 개구에 상기 플라즈마 가스의 파장을 분석하는 플라즈마가스 파장디텍터를 포함하며,
    상기 플라즈마 가스 파장 디텍터는 개구가 형성된 사각 링 형상으로 개구 에지를 따라서 단턱이 형성되고, 상기 단턱의 기저면을 따라서 더브테일 형상의 수납홈이 형성된 디텍터 몸체와;
    상기 더브테일 형상의 수납홈을 따라 억지끼워맞춤된 밀봉 부재와;
    상기 밀봉부재의 상면에 안착된 글래스와;
    상기 글래스를 고정하기 위하여 일부는 상기 글래스를 가압하고 일부는 상기 디텍터 몸체를 가압하는 글래스 고정 몸체를 포함하는 플라즈마 식각 설비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100717974B1 (ko) * 2005-02-04 2007-05-14 주식회사 에이디피엔지니어링 플라즈마 처리장치
CN104375292A (zh) * 2014-11-19 2015-02-25 深圳市华星光电技术有限公司 一种真空机台的真空反应腔及真空机台

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