KR20020051673A - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

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KR20020051673A
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황교식
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윤종용
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Abstract

본 발명은 식각 균일도를 개선할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 플라즈마 식각 장치는, 챔버, 상기 챔버 내부의 소정 영역에 플라즈마를 발생시키기 위하여 상호 대향하도록 배치된 상부 및 하부 전극, 및 상기 하부 전극의 외주를 둘러싸도록 배치되는 아이솔레이션 링을 포함하며, 상기 아이솔레이션 링은 베스퍼(VESPER) 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma etching apparatus}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에서, 패턴을 형성하기 위한 식각 공정으로는 습식 식각 및 건식 식각이 있다. 알려진 바와 같이, 습식 식각은 화학 용액을 이용하여 식각 매체를 식각하는 방법으로서, 대체적으로 식각 매체를 등방성(isotropic)으로 식각한다. 한편, 건식 식각은 가스, 보다 자세하게는 플라즈마 식각 가스를 이용하여 식각 매체를 식각하며, 대체적으로, 식각 매체를 비등방성(anisotropic)으로 식각한다. 현재 이러한 플라즈마 건식 식각을 이용하여, 절연막 스페이서, 콘택홀, 메탈 배선등 다양한 형태의 패턴을 형성하고 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치(TEGAL903E)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여, 플라즈마 식각 장치의 챔버(10)의 바닥 부분에는 하부 전극(12)이 배치되고, 제 1 외부 전원(13)과 전기적으로 연결된다. 하부 전극(12)의 상부에는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 척(도시되지 않음)이 위치되고, 이 웨이퍼 척 상부에 식각 매체가 형성된 웨이퍼(14)가 안착된다. 한편, 웨이퍼(14)와 대향되는 챔버(10)의 천정 부분에는 상부 전극(16)에 배치된다. 이러한 상부 전극(16) 역시, 제 2 외부 전원(14)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 상부 전극(16)은 챔버내에 반응 가스들이 주입될 수 있도록, 소정의 홀(h)들이 구비되어 있다. 하부 전극(12)의 외주에는 상부 전극(16)과 하부 전극(12)간을 절연시키기 위한 아이솔레이션 링(20)이 배치된다. 아이솔레이션 링(20)으로는 플라즈마에 강한 내구성을 가지고 있는 세라믹(ceramic) 물질이 이용된다.
즉, 도 2를 참조하여 보다 자세히 살펴보면, 하부 전극(12)과 상부 전극(16)은 각각 디스크(disk) 형태로 형성된다. 이때, 상부 전극(16)은 중앙 부분에 다수의 홀(h)이 형성되어 있다. 또한, 하부 전극(12)과 상부 전극(16) 사이를 절연시키기 위하여, 하부 전극(12)의 외주를 둘러싸도록 아이솔레이션 링(20)이 배치된다.
이러한 플라즈마 식각 장치는 하부 전극(12)과 상부 전극(16) 각각에 RF 파워가 인가되면, 챔버(10)내에 띠 형태의 플라즈마(25)가 발생되어, 챔버(10)내의 가스들이 이온화된다. 그러면, 이온화된 가스들과 웨이퍼 상부의 식각 매체가 반응되어, 식각이 진행된다.
그러나, 종래의 플라즈마 식각 장치는 아이솔레이션 링(20)이 세라믹으로 형성됨으로 인하여 다음과 같은 문제점이 발생된다.
즉, 알려진 바와 같이, 세라믹은 매우 높은 유전율을 가지고 있기 때문에, 세라믹으로 된 아이솔레이션 링(20)이 설치된 하부 전극(12)의 가장자리 부분에는 플라즈마가 불균일하게 발생된다.
이에따라, 게이트 전극(140)의 양측벽에 스페이서를 형성하는 공정시, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 각 영역 별로 식각이 다르게 진행된다.
즉, 세라믹 소재로 된 아이솔레이션 링(20)의 설치로, 플라즈마는 대부분 챔버의 중앙에 집중적으로 형성된다. 이로 인하여, 챔버(10)의 중앙 부분에는 플라즈마 식각 가스가 다량 발생되어, 도 3a에서와 같이, 스페이서(142)가 과도 식각된다.
한편, 세라믹 소재로 된 아이솔레이션 링(20)이 설치된 하부 전극(12)의 가장자리 부분은 플라즈마가 중앙에 비하여 상대적으로 적게 형성된다. 이로 인하여, 웨이퍼(12) 가장자리에 위치하는 스페이서(142a)는 식각 가스의 영향을 덜 받게되어, 과소 식각된다.
결과적으로, 고유전율을 갖는 세라믹으로 아이솔레이션 링(20)을 형성함에 따라, 플라즈마 식각 장치의 식각 균일도가 저하된다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 식각 균일도를 개선할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 플라즈마 식각 장치의 하부 전극, 상부 전극 및 아이솔레이션 링을 나타낸 분해사시도이다.
도 3a는 종래의 플라즈마 식각 장치로 스페이서를 식각하였을때, 웨이퍼의 중앙 부분을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 종래의 플라즈마 식각 장치로 스페이서를 식각하였을때, 웨이퍼의 가장자리 부분을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 하부 전극, 상부 전극 및 아이솔레이션 링을 나타낸 분해 사시도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
50 - 플라즈마 식각 챔버 52 - 하부 전극
56 - 상부 전극 60 - 베스퍼 아이솔레이션 링
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 챔버, 상기 챔버 내부의 소정 영역에 플라즈마를 발생시키기 위하여 상호 대향하도록 배치된 상부 및 하부 전극, 및 상기 하부 전극의 외주를 둘러싸도록 배치되는 아이솔레이션 링을 포함하며, 상기 아이솔레이션 링은 세라믹보다 큰 유전율을 가지면서, 상기 하부 전극과 상부 전극 사이를 절연시키는 재질로 형성되는며, 바람직하게는 베스퍼(VESPER) 물질로 구성된다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 식각 장치에서 하부 전극의 외주에 형성되는 아이솔레이션 링을 종래의 세라믹 물질대신 베스퍼 물질로 형성한다. 이에따라, 아이솔레이션 링 주변에도 플라즈마가 가스가 고르게 발생되어, 식각 균일도를 개선할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
여기서, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
첨부한 도면 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 하부 전극, 상부 전극 및 아이솔레이션 링을 나타낸 분해 사시도이다.
먼저, 도 4를 참조하여, 본 발명의 플라즈마 식각 장치에 대하여 설명하면, 플라즈마 식각 장치의 챔버(50)는 외벽(51)에 의하여 일정 내부 공간이 한정된다. 이러한 공간의 바닥 부분에는 하부 전극(52)이 배치된다. 하부 전극(52)은 알려진 바와 같이, 알루미늄 재질로 형성되고, 그 표면은 산화막으로 코팅처리되어, 이후 RF 방전시 반응에 참여하지 않게 된다. 이러한 하부 전극(52)은 제 1 외부 전원(53) 즉, RF 파워와 전기적으로 연결된다. 하부 전극(12)의 상부에는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 척(도시되지 않음)이 위치되고, 이 웨이퍼 척 상부에 식각 매체가 형성된 웨이퍼(54)가 안착된다.
한편, 상부 전극(56)은 웨이퍼(54)와 대향되는 챔버(50) 공간의 천정 부분에 배치될 수 있다. 이러한 상부 전극(56) 역시, RF 파워로 된 제 2 외부 전원(54)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 상부 전극(56)은 챔버 내부에 가스를 주입하기 위한 가스 주입구로서의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상부 전극(56)의 내부에는 홀(h)이 구비되어, 반응 가스들이 홀(h)을 통하여 챔버(50) 내부로 주입된다.
하부 전극(52)의 외주에는 아이솔레이션 링(60)이 배치된다. 아이솔레이션 링(60)은 하부 전극(52)과 상부 전극(56)을 절연시키는 역할을 하면서, 웨이퍼의 미끄러짐을 방지한다. 아울러, 하부 전극(52)의 외주에 배치됨으로써 플라즈마 식각 가스에 의하여 하부 전극(52)을 보호하는 역할 또한 한다.
본 실시예에서 아이솔레이션 링(60)은 세라믹 보다는 낮은 유전율을 가지면서, 하부 전극(52)과 상부 전극(56)을 절연시킬 수 있는 베스퍼(VESRPER) 물질로 형성된다. 이러한 베스퍼 물질은 1.43 정도의 비중을 갖고, 878kg/㎠의 인장 강도, 1335 kg/㎠의 굴곡 강도 및 1356kg/㎠의 압축 강도를 갖는다. 또한, 베스퍼 물질은 45 내지 58 rockwell E 정도의 표면 경도를 가지며, 5.4×10-6/℃의 열팽창 계수 및 0.295Kcal/mhr℃의 열전도율을 갖는다. 아울러, 베스퍼 물질은 0.27Kcal/mKg℃의 비열과 1014내지 1015Ω-m의 체적 저항율 및 22kV/mm의 절연 내력을 갖는다.
이러한 베스퍼 물질은 세라믹 물질보다는 낮은 유전율을 가지므로, 베스퍼 물질로 된 아이솔레이션 링(60)의 주변에서도 플라즈마가 용이하게 형성된다. 이에따라, 아이솔레이션 링(60)이 형성되는 하부 전극(52)의 가장자리 영역에서도 중앙영역과 마찬가지로 플라즈마 식각 가스가 충분히 발생된다. 아울러, 하부 전극(52)과 상부 전극(56)을 절연시킬 정도의 절연 내력을 가지면서, 45 내지 58 rockwell E 정도의 표면 경도를 가지고 있어, 웨이퍼(54)가 하부 전극(52)에서 미끄러지는 것을 차단할 수 있다.
즉, 도 5를 참조하여 보다 자세히 살펴보면, 하부 전극(52)과 상부 전극(56)은 각각 디스크 형태로 형성된다. 이때, 상부 전극(56)은 중앙 부분에 반응 가스들을 주입하기 위한 다수의 홀(h)이 형성되어 있다. 또한, 하부 전극(52)과 상부 전극(56) 사이를 절연시키기 위하여, 하부 전극(52)의 외주를 둘러싸도록 베스퍼로 된 아이솔레이션 링(60)이 배치된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 다음과 같이 동작한다.
제 1 외부 전원(53) 및 제 2 외부 전원(58)으로 부터 하부 전극(52) 및 상부 전극(56) 각각에 RF 파워가 인가되면, 챔버(50) 내부의 공간 즉, 웨이퍼(54) 상부와 상부 전극(56) 사이에 플라즈마가 발생되어, 반응 가스가 이온화된다. 이러한 챔버(50) 내부의 플라즈마 이온들이 웨이퍼(54)를 향하여 집속된다. 집속된 플라즈마 이온들은 웨이퍼(54) 상부의 식각 매체와 반응되어, 식각 매체를 소정 형태로 식각한다.
이때, 베스퍼 물질로 된 아이솔레이션 링(60)의 설치에 따라, 플라즈마 가스들이 중앙쪽으로 몰려서 발생되지 않고, 챔버(50)의 전 영역에 고르게 발생된다. 이에따라, 플라즈마 식각 가스들이 하부 전극의 중앙 부분 뿐만 아니라 가장자리부분에도 균일하게 발생되어, 웨이퍼 전영역에서 고르게 식각 공정이 진행된다.
본 발명은 상술한 실시예에만 한정하는 것은 아니다.
예를들어, 본 발명에서는 상부 전극을 중앙 부분에 홀을 구비한 디스크 형태로 형성하였지만, 이에 국한하지 않고, 챔버 외부에 코일의 형태로도 형성할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마 식각 장치에서 하부 전극의 외주에 형성되는 아이솔레이션 링을 종래의 세라믹 물질대신 베스퍼 물질로 형성한다. 이에따라, 아이솔레이션 링 주변에도 플라즈마가 가스가 고르게 발생되어, 식각 균일도를 개선할 수 있다.
기타, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 실시할 수 있다.

Claims (3)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부의 소정 영역에 플라즈마를 발생시키기 위하여 상호 대향하도록 배치된 상부 및 하부 전극; 및
    상기 하부 전극의 외주를 둘러싸도록 배치되는 아이솔레이션 링을 포함하며,
    상기 아이솔레이션 링은 세라믹보다 큰 유전율을 가지면서, 상기 하부 전극과 상부 전극 사이를 절연시키는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 아이솔레이션 링은 베스퍼(VESPER) 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 하부 전극과 상부 전극은 각각 디스크 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
KR1020000081137A 2000-12-23 2000-12-23 플라즈마 식각 장치 KR20020051673A (ko)

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