KR20030030100A - 다기능 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 시편(W)이 수용되는 제1챔버 (C1)와; 이 제1챔버(C1)의 위, 아래 또는 측부에 형성되어 제1챔버(C1)와 공간적으로 연통된 제2챔버(C2)와; 제1,제2챔버(C1,C2)외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 병렬결합되어 하나의 고주파전원(P)으로부터 고주파전력이 인가되는 유도결합형 안테나(L1,L2)들과; 상기 일측 또는 양측 안테나(L1,L2)에 전기적으로 직렬연결되는 가변콘덴서(VC)를 포함하여 이루어져 이 가변콘덴서(VC)의 조정에 의해 양측 안테나(L1,L2)에 흐르는 전류의 양을 조절하여 제1, 제2챔버(C1,C2)에서의 플라즈마발생을 제어함으로써 반도체 가공중 복수의 공정을 시편의 이동없이 하나의 장치 내에서 연속 처리할 수 있도록 하거나, 활성종이 다량 필요한 PE CVD 또는 에칭공정에 적합하도록 한쪽 안테나에 고정축전기 또는 고정인덕터로 이루어진 임피던스 박스(Z)를 연결하여 공정에서 필요로 하는 활성종의 생성을 최적화 할 수 있도록 한다.

Description

다기능 플라즈마 발생장치 {Multi-Functional Plasma Generator}
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히 하나의 장치 내에서 복수의 공정처리가 가능하고, 활성종 생성을 공정에 최적화 할 수 있으며, 플라즈마와 활성종의 발생을 동시에 각각 제어할 수 있는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
좀더 구체적으로 설명하면, 본 발명은 시편이 수용되어 시편에 직접 작용하는 플라즈마를 발생시키는 제1챔버와, 이 제1챔버의 위나 아래 또는 측부에 위치하여 원거리 플라즈마 및 활성종을 발생시키는 제2챔버를 공간적으로 연결되도록 형성하고 각각의 챔버 외측에는 고주파전력의 인가를 위하여 전기적으로 병렬결합된 유도결합형 안테나를 설치하며, 양측 안테나에는 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력을 인가하되 일측의 유도결합형 안테나에는 직렬로 가변콘덴서를 연결하여 이 가변콘덴서의 용량을 조정하는 것에 의해 제1, 제2챔버에서의 플라즈마 발생을제어함으로써, 반도체 가공중 에칭 및 에싱공정이나 마스크 스트리핑(Mask Stripping), 화학기상증착(CVD) 및 세정공정(Cleaning)을 시편의 이동없이 하나의 장치 내에서 연속처리할 수 있도록 하고, 한쪽 안테나에 고정축전기 또는 인덕터를 연결하여 활성종 발생의 효율을 극대화함으로써 활성종이 다량 필요한 공정에서의 요구를 능동적으로 만족시킬 수 있는 플라즈마 발생장치 및 이 플라즈마 발생장치를 이용한 반도체 등의 가공방법에 관한 것이다.
종래 반도체 가공을 위하여 사용되고 있는 플라즈마 발생장치들로는 고주파 전력(RF Power)을 사용하는 유도결합형 플라즈마 발생장치(ICP;Inductively Coupled Plasma), 용량성 결합에 의한 플라즈마 발생장치(CCP;Capacitively Coupled Plasma), 이 두가지 타입을 조합한 하이브리드 타입의 플라즈마 발생장치 등이 있으며, 마이크로 파를 사용하는 장치로는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 발생장치, SWP(Surface Wave Plasma) 발생장치 등이 있다.
이들 장치는 시편을 플라즈마에 직접 노출시켜 공정을 수행하는 경우와 시편을 플라즈마에 직접 노출시키지 않고 플라즈마에 의해 생성된 활성종 만을 사용하는 경우로 구분되는데 전자의 경우를 직접 플라즈마라 하고 후자를 원거리 플라즈마라고 한다. 이방성 식각처럼 공정에 이온과 활성종이 모두 사용되는 경우는 직접플라즈마를 사용하여야 이방성 식각이 가능하며 식각속도도 높다. 한편, 포토 레지스트 스트리핑(Photo-Resist Stripping(Ashing))이나 Si3N4(Silicon Nitride)나SiO2(Silicon Dioxide)등의 마스크(Mask)를 스트리핑(Stripping)할 때, 웨이퍼 (Wafer)가 플라즈마에 직접 노출되면 심각한 차지 손상(Charge Damage)을 받는 경우를 막기 위해, 웨이퍼에 플라즈마가 닿지 않도록 원거리에서 플라즈마를 발생시키고 활성종(Radical)들 만이 시편과 반응을 일으키도록 하기 위한 원거리 플라즈마(Remote Plasma)발생장치가 적합하다.
한편, 상기한 종래의 반도체 가공을 위한 플라즈마 발생장치는 한대의 장비에서 에칭(Etching) 또는 에싱(Ashing)등 특정한 하나의 프로세스(Process)를 수행하도록 제작되어 있었으므로 복수의 공정을 거쳐서 완성되는 반도체 제조를 위한 시간이 길어지게 됨은 물론, 제조효율도 떨어지며, 그에 따라 제조코스트가 높아지게 되고, 각 프로세스를 위한 장비를 모두 구비하여야 했었으므로 설비비용도 높아지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 플라즈마를 이용한 반도체 제조공정에 있어서 시편의 가공에는 플라즈마의 효과와 활성종의 효과가 동시에 작용하게 되는데, 기존의 플라즈마 발생방식은 웨이퍼를 포함한 전체 챔버에 고주파전력(RF Power)을 인가하여 시편처리에 필요한 플라즈마와 활성종을 생성시키므로 시편의 가공에 있어서 요구되는 최적의 플라즈마와 활성종의 양을 독립적으로 제어하기에는 기술적으로 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본발명은 하나의 장치에서 예를 들면 에칭과 에싱, 마스크 스트리핑(Mask Stripping) 또는 박막증착과 세정공정 등의 복수의 공정처리가 연속적으로 가능한 플라즈마 발생장치를 제공하는 것과, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 등방성 에칭공정 등 활성종을 다량 필요로 하는 공정처리를 위하여 활성종의 생성률을 극대화하고, 플라즈마와 활성종의 발생을 각각 제어할 수 있도록 함으로써 공정에서 필요한 요구를 능동적으로 만족시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시편이 수용되는 제1챔버와; 상기 제1챔버의 위, 아래 또는 측부에 형성되어 상기 제1챔버와 공간적으로 연결된 제2챔버와; 상기 제1, 제2챔버의 외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 병렬결합되어 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력이 인가되는 유도결합형 안테나들과; 상기 일측 또는 안테나에 전기적으로 직렬연결되는 가변콘덴서를 포함하여 이루어져 가변콘덴서의 용량을 조정하여 양측 안테나에 흐르는 전류의 양을 제어함으로써 에칭 또는 에싱공정이나 마스크 스트리핑, 박막증착 또는 세정공정에 적합한 플라즈마 상태를 형성함으로써 하나의 장치에 의해 연속공정이 가능하도록 한 복수의 공정처리가 가능한 플라즈마 발생장치를 제공한다.
본 발명은 활성종 발생을 위한 제2챔버와 시편처리용 플라즈마 발생용 제1챔버를 하나의 파워를 사용하여 두 챔버로 분배하되 각 챔버로 분배되는 파워를 다양한 방법으로 제어하여 각 공정에서의 요구를 능동적으로 만족시킬 수 있는 장치와 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 활성종의 생성을 원하는 정도로 세팅할 수 있도록 일측 또는 양측 안테나에 가변콘덴서를 설치하는 것 뿐만아니라 경제성 및 시스템 안정성을 고려하여 고정식 콘덴서를 설치할 수도 있으며, 콘덴서의 설치없이 제1챔버와 제2챔버에 각각 설치되는 안테나를 병렬연결하고 두 안테나의 권선비를 조정하거나 일측 또는 양측 안테나에 가변 또는 고정 인덕터를 삽입하여 활성종의 생성을 최적화 한다.
본 발명은 상기 제2챔버의 부피를 작게 함으로써 인가되는 파워의 밀도를 증가시켜 활성종의 발생효율을 높일 수 있으며 이를 이용해서 식각이나 증착의 효율을 높일 수 있는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 플라즈마 발생장치를 사용한 반도체를 비롯한 각종 시료의 가공방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 제2챔버에서 발생한 활성종의 발생을 제어할 수 있도록, 상기 제2챔버와 제1챔버 사이에 그리드(Grid)를 설치하고 이 그리드에 마이너스 전압을 인가하면서 그리드의 전위를 조절하는 것에 의해 제2챔버에서 발생된 플라즈마 내의 전자가 그리드로부터 척력을 받도록 하여 그리드의 전위 장벽을 넘을 수 있을 만한 높은 에너지를 가진 전자들만이 제1챔버로 내려오도록 하고, 이 전위 장벽을 적절히 조절하여 반응기체와의 한번 충돌에 의해 전자의 에너지가 모두 손실되도록 하여 제1챔버의 전자온도를 낮출 수 있도록 한다. 이에 의해 제1챔버로 내려오는 전자의 에너지를 제어함으로써 제1챔버에서 반응기체의 조성비를 조절할 수 있도록 한다. 예를 들면 CF4의 경우 플라즈마에 의해 F, CF, CF2, CF3의 등의 활성종 들로 분해되는데 이들의 조성비는 전자온도에 크게 의존하므로 그리드의 전압을 조절하면 각 활성종들간의 비율이 달라지게 되며 원하는 공정에 최적화 시킬 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 제2챔버의 외부에 마그네트를 설치하여 제2챔버 내부에 마그네틱 미러(Magnetic Mirror)를 형성하고 플라즈마를 감금함으로써 해리의 정도를 조정하여 의도하는 반도체 제조공정에서 필요로 하는 활성종을 제1챔버로 공급할 수 있도록 한다.
본 발명은 또, 상기 그리드나 마그네트 대신 제1챔버와 제2챔버사이에 다수의 구멍(Hole)이 있는 샤워헤드를 설치하여 제2챔버에서 발생한 활성종을 물리적으로 감금하여 활성종의 발생효율을 높일 수도 있다.
또한 활성종을 생성하는 제2챔버는 제1챔버에 균일한 활성종을 공급하기 위하여 다수가 될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 개략구조도,
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 발생장치의 등가회로도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 챔버부 개략구조도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 챔버부 개략구조도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 챔버부 개략구조도,
도 6a는 제2챔버가 제1챔버의 하부 일측에 설치된 실시예를 도시한 챔버부 개략구조도,
도 6b는 제2챔버가 제1챔버의 측부 일측에 설치된 실시예를 도시한 챔버부의 개략구조도,
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 개략구조도,
도 8은 도 7에 도시된 플라즈마 발생장치의 등가회로도,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
C1 : 제1챔버 C2 : 제2챔버
L1,L2 : 안테나 VC : 가변콘덴서
G : 그리드 G1 : 반응기체 공급라인
G2 : 반응기체 공급라인 M : 마그네트
H : 샤워헤드 P : 전원
M : 임피던스 매칭 박스 U : 진공펌프
W : 시편 Z : 임피던스 박스
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 발생장치의 등가회로도로서,본 발명의 플라즈마 발생장치는 도시생략된 시편이 수용되는 제1챔버(C1)와; 상기 제1챔버(C1)의 상부에 형성되어 상기 제1챔버(C1)와 공간적으로 연결된 제2챔버 (C2)와; 상기 하부 및 제2챔버(C1,C2) 외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 병렬결합되어 하나의 고주파전원(P)으로부터 임피던스 매칭 박스(M)를 통해 고주파전력을 공급받는 유도결합형 안테나들(L1,L2)과; 상기 일측 안테나(L2)에 전기적으로 직렬연결되는 가변콘덴서(VC)를 포함하여 이루어져 이 가변콘덴서(VC)의 용량을 조정하여 양측 안테나(L1,L2)에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있도록 한 것이다.
도 1에 도시된 실시예에 의한 플라즈마 발생장치에서는 제1챔버(C1)위에 제2챔버(C2)가 위치하는 이단(二段)형의 챔버를 이루게 되며, 제2챔버(C2)는 시편을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시키는 제1챔버(C1)에 비해 상대적으로 작은 용적을 갖도록 이루어져 있으며, 이에 의해 단위 부피당 인가되는 고주파전력의 양은 제1챔버 (C1)에서의 플라즈마 발생에 비해 상대적으로 높아지도록 함으로써 제2챔버(C2)에서 생성되는 활성종의 종류와 양에 직접적으로 관계하도록 한다.
즉, 제2챔버(C2)는 원거리 플라즈마 발생 및 활성종발생기의 역할을 하게 되고, 제1챔버(C1)는 시편과 직접 작용하는 플라즈마 발생기의 역할을 하게 된다.
상기 도 1에는 제2챔버(C2)와 제1챔버(C1)에서의 플라즈마 생성을 위한 유도결합형 안테나(L1,L2)가 각 챔버(C1,C2)의 측벽 외측에 설치된 것을 도시하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 대구경의 웨이퍼 가공에 적합하도록 대면적화를 위해 하부의 유도결합형 안테나(L1)를 평판형 안테나로 제작하여 제1챔버(C1)의 상부에 설치할 수도 있고, 양 안테나(L1,L2)를 평판형으로 제작하여 각 챔버(C1,C2)의 상부에 설치할 수도 있으며, 각 챔버(C1,C2)에서의 플라즈마 발생을 위한 유도결합형 안테나의 형태와 갯수에는 제한을 두지 아니한다.
도면중 부호 G1,G2는 각 챔버(C1,C2)로 반응기체를 공급하기 위한 라인이며, U는 챔버(C1,C2)공정 후 챔버(C1,C2)내부를 진공상태를 만들어 주기 위한 진공펌프이다. 또한 제1,2챔버(C1,C2)에서 사선을 친 부분은 유전체로 이루어져 있고, 나머지 부분은 금속으로 형성되어 있다.
도 1에 도시된 플라즈마 발생장치에 대한 도 2의 등가회로도에서 알 수 있는 바와 같이 제2챔버(C2)에 설치된 안테나(L2)의 임피던스(Z2)은 ωL2-1/ωC이고, 제1챔버(C1)에 설치된 안테나(L1)의 임피던스 Z1는 ωL1이다.
L1<<L2로 안테나를 구성한 상태에서 가변콘덴서(VC)의 축전용량 C가 클 때, Z1<<Z2이어서 제1챔버 (C1)의 안테나(L1)에 전류가 많이 흐르게 되고, C를 작게 하여 C ~ 1/ω2L2인 공명점 근처가 되도록 하면 직렬공진에 의해 안테나의 임피던스값이 매우 작아져서 Z2<<Z1가 되고, 따라서 제2챔버(C2)의 안테나(L2)에 전류가 많이 흐르도록 제어할 수 있다.
도 1의 실시예에서는 일측 안테나(L2)에만 가변콘덴서(VC)가 직렬연결되어 있으나, 다른 안테나(L1)에도 가변콘덴서(VC)를 직렬연결시켜 양쪽 안테나의 임피던스 차이를 더 많이 줄 수도 있음은 물론이며, 이에 의해 복수공정에서 제1챔버와 제2챔버의 역할을 명확히 할 수 있다.
3 내지 도 5는 제2챔버에서의 활성종발생과 제1챔버로의 공급을 제어하기 위한 다양한 실시예들을 설명하고 있는데, 제2챔버(C2)에서 플라즈마가 발생된 상태에서 기체의 해리율과 해리된 활성종을 제1챔버(C1)로 공급하는 것을 제어하기 위한 다양한 구조와 방법이 제시되어 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 본 실시예에서는 제2챔버에서 발생한 활성종의 발생을 제어할 수 있도록 제2챔버(C2)와 제1챔버(C1)사이에 그리드(G;grid)를 설치하고, 이 그리드(G)에 마이너스 전압을 인가하여 그리드(G)의 전위를 조절함으로써 제2챔버(C2)에서 유도결합에 의해 발생된 후 제1챔버(C1)로 내려오는 전자의 에너지를 제어함으로써 반응기체의 해리율을 조절할 수 있도록 한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 본 실시예에서는 상기 실시예에서 그리드(G)에 의한 반응기체의 해리율 조정방식 대신 제2챔버(C2)의 외부에 마그네트(M)를 설치하여 제2챔버(C2)내부에 마그네틱 미러(Magnetic Mirror)를 형성하고 플라즈마를 감금함으로써 해리의 정도를 조정하여 반도체 가공공정에서 특히 필요로 하는 활성종을 제1챔버(C1)로 공급할 수 있도록 한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 구조를 개략도시한 것으로, 본 실시예에서는 상기 실시예에서 그리드(G)나 마그네트(M)에 의한 반응기체의 해리율 조정방식 대신 제1챔버(C1)의 상부에 제2챔버(C2)와 통하는 다수의 구멍이 형성된 샤워헤드(H)를 형성하여 이 샤워헤드(H)에 형성된 구멍의 갯수와 직경에 따라 제2챔버(C2)에서 플라즈마에 의한 활성종의 해리율을 조정하여 반도체 가공공정에서 특히 필요로 하는 활성종을 제1챔버(C1)로 공급할 수 있도록 한 것이다.
6a 및 도 6b는 제2챔버가 각각 제1챔버의 측부 또는 하부에 설치된 상태를 도시한 것으로, 본 발명에서 제2챔버(C2)의 위치는 도 1의 실시예에서 도시한 바와 같이 제1챔버(C1)의 상부에 설치하지 않고, 그 위치를 제1챔버(C1)의 측부 일측 또는 하부의 일측에 설치할 수도 있음을 보여 주고 있으며, 이 경우에는 제1챔버(C1)의 상부에 안테나(L1)를 설치하기가 용이하여 대면적화를 달성할 수 있도록 균일하고 넓은 플라즈마 분포를 갖는 평판형태의 유도결합형 안테나를 설치할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 본 실시예에서는 시편이 수용되는 제1챔버(C1)와; 상기 제1챔버(C1)의 위나 아래 또는 측부에 형성되어 상기 제1챔버(C1)와 공간적으로 연통된 제2챔버(C2)와; 상기 제1 및 제2챔버(C1,C2)의 외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 병렬결합되는 유도결합형 안테나(L1,L2)들과; 상기 일측 안테나(L1)에 전기적으로 직렬연결되는 고정콘덴서 또는 고정인덕터로 이루어진 임피던스 박스(Z)를 포함하여 이루어져 있다.
본 실시예에서는 임피던스 박스(Z)를 형성하는 콘덴서 또는 인덕터는 그 용량이 고정되어 있으므로 제2챔버에서의 활성종의 생성이 특정됨과 동시에 제1챔버에서 발생되는 플라즈마의 세기도 특정 공정에만 적합하게 형성되므로, 각 챔버의크기와, 각 챔버에 설치되는 안테나의 임피던스 및 고정콘덴서 또는 고정인턱터의 용량을 설계하여야 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마 발생장치를 사용하여 복수의 공정을 한 챔버 내에서 수행하는 몇가지 예를 설명하기로 한다.
1) Si 에칭 + 에싱공정
에칭의 경우 많이 쓰이는 공정기체는 CF4이고, 에싱의 경우는 O2가 쓰인다. 에칭공정에서 중요한 역할을 담당하는 것은 F활성종에 의한 화학적 반응과 이온의 타격(Ion Bombardment)에 의한 물리적 반응이다. 이 두가지가 결합되어 효율적인 에칭이 이루어진다.
에칭공정에서는 제2챔버(C2)와 제1챔버(C1)에 각각 CF4와 Ar가스를 공급하고 가변 콘덴서(VC)를 조정하여 양쪽 안테나(L1,L2)에 적절히 전류를 분배하면 F를 많이 생성시키면서 이온의 타격을 줄 수 있다.
상기한 에칭공정 후, 가변콘덴서의 C를 공명점 근처에 맞추어 제2챔버의 L2 전류를 증가시키고 O2가스를 0.5∼2Torr의 압력이 되도록 공급하면서 기판온도를 250℃ 정도로 올려주면 웨이퍼 표면에는 플라즈마가 접촉하지 않은 상태로 O활성종만이 C,H,O원자들로 구성된 포토 레지스터(PR)와 화학반응을 일으켜 CO2등의 휘발성 반응생성물 생성을 통해 제거되는 에싱공정을 수행하게 된다. 이렇게 가변콘덴서의 C값과 가스의 종류 및 압력 등의 공정변수를 제어함으로써 복수공정을 시편의이동없이 수행할 수 있다.
2) CVD + 세정
폴리실리콘이나 산화막, 질화막 등의 박막들은 VLSI회로 제조공정에서 디바이스 내에서 도체와 금속배선 사이의 전기적 절연체 또는 주변과의 고립, 그리고 소자의 보호를 위한 보호막으로 널리 사용되고 있다. 이러한 박막을 생성하는 방법중 플라즈마를 이용한 CVD에서는 SiH4, O2또는 N2등의 기체를 이용하여 산화막(SiO2)이나 질화막(Si3N4)을 형성하게 되는데, 여기에서 증착률을 결정하는 요소중의 하나는 기체의 해리율이다. 따라서 증착공정에서는 제2챔버(C2)에 SiH4등의 반응기체를 주입하여 제2챔버(C2)와 제1챔버(C1)사이에 설치된 그리드(G)에 마이너스 전압을 인가하면서 그리드(G)의 전위를 조절하여 높은 에너지를 가진 전자들만이 제1챔버(C1)로 내려오도록 하고, 이 전위 장벽을 적절히 조절하여 반응기체와의 한번 충돌에 의해 전자의 에너지가 모두 손실되도록 하여 제1챔버(C1)의 전자온도를 낮출 수 있도록 하여 반응기체의 해리율을 높임으로써 저온증착 가능성과 높은 증착속도를 갖도록 할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 실시예에서는 마그네트(M)에 의하여 제2챔버(C2)내부에 마그네틱 미러(Magnetic Mirror)를 형성하고 플라즈마를 감금함으로써 반응기체의 해리율을 높여 증착속도를 향상시킬 수 있다.
이와 비슷하게, 도 5의 실시예에서는 그리드나 마그네트 대신 샤워헤드(H)의 구멍 크기와 갯수를 적절히 조절하는 것에 의해 감금효과를 갖도록 할 수 있게 되어 반응기체의 해리율을 높일 수 있게 된다.
상기한 증착공정 후 세정공정에서는 제2챔버(C2)에 NF3등의 반응기체를 1 ∼10 Torr의 압력이 되도록 주입하면서 파워를 인가한다. 이때 L2의 안테나에 전류가 많이 흐르도록 가변콘덴서의 C 값을 공명점 근처에 맞추어야 한다.
3) MEMS용 깊이 식각 (Deep Etching)
반도체 공정기술을 적용하여 나노미터급 초소형 3차원 정밀기계구조물인 마이크로 머시닝이나 DNA·단백질 칩 등 생명공학 관련 기술 및 제품구현을 가능하게 하는 마이크로 전자기계시스템인 MEMS(Micro Electro Mechanical System)등에서는 식각 깊이가 수십 마이크로미터 이상인 경우가 많은데 이를 깊이 식각(Deep Etching)이라고 한다. 이러한 깊이식각을 할 경우 식각과 보호막 증착이라는 두가지 공정을 교번하여 수행해야하는데, 식각공정의 경우 제1챔버에 플라즈마가 발생되도록 하여 SF6등의 가스 해리율을 높여 F 활성종의 농도를 높여주어 식각을 수행한다. 한편 보호막 증착공정에서는 CF4나 C4F8과 같이 C-F 폴리머를 형성시킬 수 있는 가스를 주입하고 전류분배를 적절히 하면 C-F의 폴리머가 형성되어 웨이퍼 패턴에 보호막이 형성된다. 또는 그리드(G)를 사용할 경우 제1챔버(C1)의 전자온도가 매우 낮으므로 제1챔버(C1)로 CF4, C4F8를 주입하면 F 활성종의 생성은 억제되면서 C-F폴리머가 많이 형성된다. 그 후 식각을 위해서 SF6등의 식각전용 기체를 제2챔버(C2)에 주입하고 해리율을 높이면 효과적인 에칭이 가능하다. 에칭시에는 제2챔버에 인가되는 파워의 양을 증가시킨다. 상기한 식각과 보호막 증착을 반복하는 것에 의해 깊이식각이 가능하다.
발명은 상기한 복수의 공정 외에도 Si CVD, SiO2CVD, Si3N4CVD 및 레지스트 스트리핑공정에도 사용가능하며, 상기 실시예들은 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예의 플라즈마 발생장치를 사용하여 반도체 제조공정이나 기타 금형이나 기계부품제조공정에서 요구로 하는 여러가지 복수의 공정을 한 장치 내에서 실현할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 실시예의 플라즈마 발생장치는 각각의 챔버에 설치된 안테나의 임피던스를 조정하거나, 한쪽 안테나에 직렬연결된 고정콘덴서나 고정인덕터에 의해 활성종의 생성을 최적화 할 수 있도록 된 것으로, 본 실시예들의 장치로는 활성종이 다량 필요한 PE CVD공정이나 에칭공정에 유용하게 사용될 수 있으며, 제2챔버의 부피를 적게 하는 것에 의해 인가되는 파워의 밀도를 높여 활성종 발생의 효율을 극대화시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이단으로 구성된 챔버와 그 각각에 인가되는 파워를 조정함으로써 복수의 공정을 한 챔버에서 구현할 수 있으며, 상부 챔버의 구조를 이용해 해리율을 극대화하며, 웨이퍼와 접촉하는 플라즈마를 발생시키는 제1챔버와 연동하여 공정을 결정하는 두 변수인 플라즈마와 활성종을 독립적으로 제어할 수 있다. 또, 본 발명은 복수의 공정을 한 챔버에서 구현함으로써 장비설비에 대한 경비를 절감할 수 있고 각각의 공정간의 웨이퍼 등의 시료운송과정을 생략하게되어 생산수율의 증가를 가져오는 효과를 갖는다.

Claims (15)

  1. 시편이 수용되는 제1챔버와;
    상기 제1챔버의 위나 아래 또는 측부에 형성되어 상기 제1챔버와 공간적으로 연통된 제2챔버와;
    상기 제1 및 제2챔버의 외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 병렬결합되어 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력이 인가되는 유도결합형 안테나들과;
    상기 일측 또는 양측 안테나에 전기적으로 직렬연결되는 가변콘덴서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1챔버와 제2챔버사이에는 마이너스 전압이 인가되는 그리드가 설치되는 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2챔버의 외측에는 감금효과를 위한 마그네트가 설치되는 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1챔버에는 감금효과를 위하여 제2챔버로 통하는 다수의 구멍이 형성된 샤워헤드가 설치되는 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  5. 시편이 수용되는 제1챔버와;
    상기 제1챔버의 위나 아래 또는 측부에 형성되어 상기 제1챔버와 공간적으로 연통된 제2챔버와;
    상기 제1 및 제2챔버의 외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 직렬결합되며 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력이 인가되며 각각의 권선비가 조정가능한 유도결합형 안테나들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  6. 시편이 수용되는 제1챔버와;
    상기 제1챔버의 위나 아래 또는 측부에 형성되어 상기 제1챔버와 공간적으로 연통된 제2챔버와;
    상기 제1 및 제2챔버의 외측에 각각 설치되며 전기적으로 상호 병렬결합되며 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력이 인가되는 유도결합형 안테나들과;
    상기 일측 안테나에 전기적으로 직렬연결되는 고정콘덴서 또는 고정인덕터로 이루어진 임피던스 박스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  7. 상기항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2챔버는 인가되는 전력밀도를 높이고 활성종의 생성을 제어하여 단일공정에서 필요로 하는 활성종을 공급할 수 있도록 제1챔버보다 용적을 작게 형성시킨 것을 특징으로 하는 다기능 플라즈마 발생장치.
  8. 시편이 수용되며 시편과 직접접촉하는 플라즈마가 발생되는 제1챔버와 이 제1챔버의 위나 아래 또는 측부에 형성되어 공간적으로 연통된 제2챔버의 외측에 각각 유도결합형 안테나를 설치하고, 각각의 유도결합형 안테나에는 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력을 인가하되, 일측 안테나에 가변콘덴서를 직렬연결시켜 이 가변콘덴서의 정전용량을 조정하는 것에 의해 각 안테나로 공급되는 고주파전력을 분배하여 제1챔버에서의 근접 플라즈마 발생과 제2챔버에서의 원거리 플라즈마 발생을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1챔버와 제2챔버 사이에는 그리드를 설치하고, 이 그리드에 마이너스 전압을 인가하고 그리드의 전위를 조절함으로써 제2챔버에서 유도결합에 의해 발생된 후 제1챔버로 내려오는 전자의 에너지를 제어함으로써 반응기체의 해리율을 조절함을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2챔버의 외측에 마그네트를 설치하여 제2챔버의 내부에 마그네틱 미러를 형성하고 플라즈마를 감금함으로써 반응기체의 해리율을 조정하여 의도하는 반도체 제조공정에서 필요로 하는 활성종을 제1챔버로 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  11. 시편이 수용되며 시편과 직접접촉하는 플라즈마가 발생되는 제1챔버와 이 제1챔버의 위나 아래 또는 측부에 형성되어 공간적으로 연통된 제2챔버의 외측에 각각 유도결합형 안테나를 설치하고, 각각의 유도결합형 안테나에는 하나의 고주파전원으로부터 고주파전력을 인가하되, 양측 안테나의 임피던스조정에 의해 각 안테나로 공급되는 고주파전력을 분배하여 제1챔버에서의 근접 플라즈마 발생과 제2챔버에서의 원거리 플라즈마 발생을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4의 어느 한 플라즈마 발생장치를 사용하여 복수의 공정을 한 챔버 내에서 실시하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수 공정은 에칭공정과 에싱공정인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수 공정은 박막증착과 세정공정인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수 공정은 에칭과 보호막증착공정이며, 이 공정을 교대로 반복하여 딥 에칭(Deep Etching)을 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
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