KR20030078560A

KR20030078560A - 플라즈마 식각 장치

Info

Publication number: KR20030078560A
Application number: KR1020020017677A
Authority: KR
Inventors: 오진성
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2002-03-30
Filing date: 2002-03-30
Publication date: 2003-10-08

Abstract

본 발명은 원하는 전자에너지분포함수와 라디칼을 용이하게 제어하는데 적합한 플라즈마 식각 장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 외부 챔버, 상기 외부 챔버의 측벽 둘레에 위치하여 제1소스파워를 공급하는 제1소스파워공급단, 상기 외부 챔버내에 위치하며 직류전원을 공급받아 상기 제1소스파워에 의해 1차 점화된 플라즈마내 입자를 제어하는 내부 챔버, 상기 내부 챔버내에 위치하며 식각될 웨이퍼가 장착되는 바이어스파워공급수단, 및 상기 내부챔버내에서 상기 웨이퍼에 대향하여 상기 1차 점화된 플라즈마를 2차 점화시키는 제2소스파워를 공급하는 제2소스파워공급수단을 포함한다.

Description

플라즈마 식각 장치{Plasma etch system}

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.

플라즈마를 발생시키는 방법 중 가장 널리 사용되는 방식은 두 전극 가운데 하나의 전극은 접지시키고, 나머지 전극에는 주기적으로 변화하는 교류 전장(일반적으로 RF)을 인가하여 이온 및 전자쌍을 발생시켜 플라즈마를 생성하는 RIE(reactive ion etching) 방식이다. 이때, 형성된 플라즈마의 특성 예를 들어, 전자의 온도 및 플라즈마의 밀도 등과 기판에 입사하는 이온의 에너지는 모두 교류 전장의 파워에 의해 결정된다.

그러나, 이러한 방식은 일반적으로 공정 압력이 높기 때문에 미세 패턴 형성에 불리하고 플라즈마의 특성과 이온의 에너지를 독립적으로 조절할 수 없다.

따라서, 반도체 장치의 고집적화에 따라, 낮은 압력에서 플라즈마의 특성과 이온의 에너지를 독립적으로 조절할 수있는 방법 즉, 저압 고밀도 플라즈마 소스(low pressure high density plasma source)를 사용하는 방법이 사용되고 있다. 이러한 방법은 소스 파워를 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 독립적으로 기판에 바이어스 파워를 인가하여 기판에 입사하는 이온의 에너지를 조절하도록 하는 구성을 갖는다.

상기 저압 고밀도 플라즈마 소스는 수 mTorr 이하에서도 10¹¹cm^-3이상의 플라즈마 밀도(plasma density)를 유지하도록 할수 있기 때문에 높은 식각률(high etch rate) 및 높은 이방성(high anisotropy)의 식각이 가능하다.

또한, 대부분의 경우 플라즈마를 발생시키기 위한 소스파워(source power)와 플라즈마 내의 이온 및 전자를 기판으로 끌어당기기 위한 바이어스 파워(bias power)가 분리되어 있기 때문에 기판에 입사하는 이온의 에너지를 독립적으로 조절할 수 있다.

저압 고밀도 플라즈마 소스는 플라즈마 발생 방법에 따라, ICP(Inductively Coupled Plasma), ECR(Electron CyclotronResonance), 헬리콘파(Helicon wave) 플라즈마, 그리고 SWP(surface wave plasma) 등으로 구분되고, 이밖에도 새로운 플라즈마 소스의 개발이 활발히 진행되고 있다.

최근에 서브 0.1㎛ 이하의 반도체소자를 개발함에 있어서 식각장비의 의존성은 증가하고 있고, 특히, 고종횡비, 고선택비가 요구되는 소자의 개발을 위한 새로운 개념의 식각장비가 요구되고 있다.

따라서, 전자에너지분포함수(Electron Energy Distribution Function; EEDF), 이온에너지분포함수(Ion Energy Distribution Function; IEDF)의 정확한 제어가 중요하며, 원하는 박막의 식각을 위하여는 식각가스로 유입되는 뉴트럴(neutral)에서 활성화된 라디칼(radical)의 종류와 밀도의 제어가 필요하다.

도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 식각 장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 식각 챔버(11), 식각챔버(11)의 상측 주변에 구비되어 RF파워를 공급하여 플라즈마를 점화시키는 소스파워공급단(12), 식각될 웨이퍼(13)가 장착된 바이어스전극(14)으로 구성된다. 바이어스전극(14)도 RF 파워를 공급한다.

도 1에 도시된 종래 플라즈마 식각 장치에서는 특정한 파워 공급에 의하여 생성된 이온과 라디칼에 의하여 식각이 진행된다.

기본적으로 외부에서 인가된 에너지는 전자를 생성시키고, 또한 활성화시킨다. 전자의 활성화 정도에 따라 플라즈마 밀도의 정도가 달라진다. 이러한 전자의에너지분포를 시간과 장소의 함수로 나타낸 것을 전자에너지분포함수(EEDF)라 일컬으며, 에너지 전달의 수단으로 사용되는 전자의 에너지를 제어하는 것이 중요하다. 또한 기본적으로 이온의 도움을 받는 라디칼이 식각에 직접 참여한다. 따라서 이러한 이온, 라디칼, 전자를 제어함이 식각에 있어 가장 중요한 요소이다.

그러나, 종래의 플라즈마 식각장치의 경우는 각 시편들의 제어가 단순히 소스파워와 바이어스 파워에 의존한다. 즉, 소스파워에 의하여 전자에너지분포함수와 라디칼의 종류 및 분포가 결정되고, 바이어스 파워에 의하여 이온에너지, 이온각모멘텀(ion angle momentum)이 결정된다.

따라서 다양한 전자에너지분포함수에 의한 다양한 종류의 라디칼의 생성을 제어하기가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 원하는 전자에너지분포함수와 라디칼을 용이하게 제어하는데 적합한 플라즈마 식각 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래기술에 따른 플라즈마식각장치의 구성도,

도2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마식각장치의 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 챔버 22 : 제1소스파워공급단

23 : 패러데이실드 24 : 제2소스파워공급단

25 : 웨이퍼 26 : 바이어스전극

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 외부 챔버, 상기 외부 챔버의 측벽 둘레에 위치하여 제1소스파워를 공급하는 제1소스파워공급단, 상기 외부 챔버내에 위치하며 상기 제1소스파워에 의해 1차 점화된 플라즈마가확산하는 내부 챔버, 상기 내부 챔버내에 위치하며 식각될 웨이퍼가 장착되는 바이어스파워공급수단, 및 상기 내부챔버내에서 상기 웨이퍼에 대향하여 상기 1차 점화된 플라즈마를 2차 점화시키는 제2소스파워를 공급하는 제2소스파워공급수단을 포함함을 특징으로 하며, 상기 내부 챔버에는 직류전원이 공급되고, 상기 제1,2소스파워 및 바이어스파워는 고주파전원인 것을 특징으로 하며, 상기 내부 챔버는 다공성 격자면으로 구성된 폐곡면의 패러데이상자인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 챔버(21), 챔버(21)의 측벽 둘레에 위치하여 제1소스파워를 공급하는 제1소스파워공급단(22), 챔버(21)내에 위치하는 패러데이실드(23), 패러데이실드(23)내에 위치하며 식각될 웨이퍼(25)가 구비되는 바이어스전극(26), 패러데이실드(23)내에서 웨이퍼(25)에 대향하여 제2소스파워를 공급하는 제2소스파워공급단(24)으로 구성된다.

제1소스파워공급단(22)은, 챔버(21)의 천정으로부터 유입된 가스를 플라즈마로 1차 점화시키기 위한 소스바이어스전극으로서 고주파 안테나이다. 고주파 안테나는 솔레노이드로 감겨져 있는 코일 형태의 전도체이며, 13.56㎒의 고주파전원을 이용하여 챔버내의 전자계를 형성시키어 파워를 공급한다.

한편, 챔버의 천정(27)은 접지전극으로서 작용하고, 고주파 안테나가 위치하는 챔버(21)의 측벽에는 유전체창(도시 생략)이 위치한다. 각 코일의 한쪽 말단부는 고주파 전원에 결합된다. 고주파 전원은 일반적으로 고주파(Radio Frequencies)에 의해 작동되어진다. 코일과 유전체 창은 전기 및 자기 에너지가 고주파전원으로부터 챔버로 전송되게 한다. 에너지는 가스로부터 생성된 플라즈마를 점화시키거나 발화시키고, 그 후 소스파워를 공급하는데 사용된다. 일반적으로, 코일은 웨이퍼의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는 환상형의 플라즈마 이동거리 안에 전자를 만들도록 설계되어진다. 또, 플라즈마를 여기시켜서 웨이퍼에 식각하는 것처럼 균일하게 영향을 주도록 코일을 설계한다.

한편, 제1소스파워에 의하여 1차 점화된 플라즈마는 확산작용에 의하여 패러데이실드(23)에 도달한다. 챔버(21)내에 한면 이상이 전도체의 다공성 격자면으로 구성된 패러데이실드(23)를 위치시키므로써 1차 점화된 플라즈마의 에너지, 밀도를 제어한다. 다시 말하면, 패러데이실드(23)에 DC 파워를 인가하므로써 1차 점화된 플라즈마(이하, '플라즈마 시편'이라 약칭함)내 차아지된 파티클, 예컨대, 이온, 전자를 제어하게 된다. 이때, 일정량의 라디칼이 패러데이실드(23)내에 입사되도록 패러데이실드(23)의 격자면의 원주를 제어하여 챔버(21)와 패러데이실드(23)의 압력을 조절한다.

이렇게 제어된 플라즈마 시편은 원하는 비율을 가지고 있으며, 패러데이실드(23)내에 있는 제2소스파워에 의하여 2차 점화(ignition)된다. 즉, 제2소스파워에 의하여 용량성 결합 파워(capacitive coupled power)를 얻어 2차 점화된다.

이와 같이, 용량성 결합파워에 의해 점화된 플라즈마의 경우에는 상단의 제2소스파워에 높은 주파수(20㎒)의 고주파를 인가함에 따라 재차 패러데이실드(23)에 의하여 제어된 차아지된 파티클이 재차 높은 밀도를 가질 수 있다.

마지막으로 웨이퍼까지 도달한 2차 점화된 플라즈마내 이온과 라디칼은 바이어스 파워에 의하여 에너지를 얻어 식각에 참여한다.

상술한 본 발명은 다양한 종류의 전자에너지분포함수와 라디칼을 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims

외부 챔버;

상기 외부 챔버의 측벽 둘레에 위치하여 제1소스파워를 공급하는 제1소스파워공급단,

상기 외부 챔버내에 위치하며 상기 제1소스파워에 의해 1차 점화된 플라즈마가 확산하는 내부 챔버;

상기 내부 챔버내에 위치하며 식각될 웨이퍼가 장착되는 바이어스파워공급수단; 및

상기 내부챔버내에서 상기 웨이퍼에 대향하여 상기 1차 점화된 플라즈마를 2차 점화시키는 제2소스파워를 공급하는 제2소스파워공급수단

을 포함함을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
제1항에 있어서,

상기 내부 챔버에는 직류전원이 공급되고, 상기 제1,2소스파워 및 바이어스파워는 고주파전원인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
제1항에 있어서,

상기 내부 챔버는 다공성 격자면으로 구성된 패러데이실드인 것을 특징으로하는 플라즈마 식각 장치.