KR20040093261A - 건식 식각 장치 - Google Patents

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KR20040093261A
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최희환
강성철
김상갑
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삼성전자주식회사
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    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
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Abstract

본 발명은 건식 식각 장치에 관한 것으로, 가스 주입구 및 배기구를 가지는 챔버, 상기 챔버 내부에 위치하는 하부 전극, 상기 하부 전극과 이격되어 위치하고 적어도 상기 배기구로부터의 거리가 소정값 이하인 영역에서는 상기 배기구로부터의 거리가 가까울수록 분포 밀도가 작고, 상기 배기구로부터의 거리가 멀수록 분포 밀도가 큰 복수의 관통홀을 가지는 상부 전극, 및 상기 상부 전극과 하부 전극과 연결되어 있는 전력 공급부를 포함하는 건식 식각를 마련한다. 이렇게 하면, 반응 가스가 웨이퍼 전체 표면에 균일하게 분포되어 식각 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Description

건식 식각 장치{DRY ETCH DEVICE}
본 발명은 식각 장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 플라즈마 타입의 건식 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 소자에서 미세 패턴을 형성하고자 할 때 주로 건식 식각 공정을 사용한다. 건식 식각은 습식 식각에 비해 비등방성 식각 공정이 가능하므로 정확한 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다. 그러나 식각 챔버에 반응 가스의 밀도가 불균일하게 분포되면 식각 불량의 원인이 될 수 있다.
기존의 건식 식각 장치는 처리되는 대상물을 가지는 밀폐된 반응 용기인 챔버와, 챔버로 인입되는 기체물질을 저장하고 이를 챔버 내부로 유입하는 가스 도입부 및 가스 도입부로부터 유입되는 기체 물질을 챔버 내에서 플라즈마로 변화시키기 위하여 챔버 내부와 전기적으로 연결되는 전력 공급부로 이루어져 있다.
반응 용기인 챔버의 상면에 접지와 연결되어 다수개의 균일한 관통홀을 가지고 있는 상부 전극을 통하여 챔버 내에 식각 기체를 유입시킨 후, 챔버의 하면에 위치한 하부전극 위의 반도체 웨이퍼 상부에 플라즈마를 형성하여 식각을 수행한다. 이때, 플라즈마 내의 여기된 입자들이나 라디칼(radical)들이 웨이퍼의 표면으로 이동하고 화학적 반응을 통하여 기화성이 좋은 부산물들을 생성한다.
이때, 생성된 부산물들은 챔버 하면의 하부전극 양측에 위치한 배기구에 의해 배기된다. 즉, 기존의 식각 장치에서는 다수개의 균일한 관통홀을 가지고 있는 상부 전극을 통하여 챔버 내에 식각 기체를 유입시켜서 식각하는 동시에 식각 시에 생성되는 부산물을 배기구를 통해 배기하게 되어 유입되는 식각 기체가 배기하는 힘에 의해 배기구 방향으로 밀집되어 식각 기체의 분포가 불균일하게 된다. 그 결과, 웨이퍼 전체 표면이 불균일하게 식각되는 식각 불량이 발생되어 소자의 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반응 가스가 웨이퍼 전체 표면에 균일하게 분포되도록 하여 식각 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 건식 식각 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 건식 식각 장치에 대한 단면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 건식 식각 장치의 일부를 투시한 평면도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 건식 식각 장치의 일부를 투시한 평면도,
도 4는 본 발명의 건식 식각 장치에 따른 반응 가스 분포를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 챔버 20 : 배기구
30 : 하부 전극 40 : 상부 전극
45 : 관통홀 50 : 가스 주입구
60 : 전력 공급부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 주입구 및 배기구를 가지는 챔버, 상기 챔버 내부에 위치하는 하부 전극, 상기 하부 전극과 이격되어 위치하고 적어도 상기 배기구로부터의 거리가 소정값 이하인 영역에서는 상기 배기구로부터의 거리가 가까울수록 분포 밀도가 작고, 상기 배기구로부터의 거리가 멀수록 분포 밀도가 큰 복수의 관통홀을 가지는 상부 전극, 및 상기 상부 전극과 하부 전극과 연결되어 있는 전력 공급부를 포함하는 건식 식각 장치를 제공한다.
여기서, 상기 챔버 내부의 공기를 배출하는 배기구에 연결되는 펌프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상부 전극의 관통홀은 상기 배기구로부터의 거리가 상기 소정값 이상인 영역에서는 분포 밀도가 균일하게 형성할 수 있다.
또, 본 발명은 가스 주입구 및 배기구를 가지는 챔버, 상기 챔버 내부에 위치하는 하부 전극, 상기 하부 전극과 이격되어 위치하고 적어도 상기 배기구로부터의 거리가 소정값 이하인 영역에서는 상기 배기구로부터의 거리가 가까울수록 반경이 작고, 상기 배기구로부터의 거리가 멀수록 반경이 큰 복수의 관통홀을 가지는 상부 전극, 및 상기 상부 전극과 하부 전극과 연결되어 있는 전력 공급부를 포함하는 건식 식각 장치를 제공한다.
상기 상부 전극의 관통홀은 상기 배기구로부터의 거리가 상기 소정값 이상인 영역에서는 홀의 반경을 균일하게 형성할 수 있다
즉, 하부 전극의 양단에 형성되어 있는 배기구와 대응되는 부분에 해당하는 상부 전극의 관통홀의 반경 또는 배치 밀도를 나머지 영역에 형성되어 있는 관통홀 보다 작게 하여 가스 주입구로부터 유입되는 반응 가스의 유량을 조절함으로써, 반응 가스가 하부 전극 전면에 균일하게 분포하도록 하여 균일한 농도의 반응 가스가 웨이퍼 전면에 분포하도록 하여 불균일한 반응 가스의 농도로 인하여 식각 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 건식 식각 장치에 대한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 건식 식각 장치의 일부를 투시한 평면도, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 건식 식각 장치의 일부를 투시한 평면도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치는 건식 식각 공정을 진행하는 챔버(10), 챔버(10) 내부의 하면에 위치하며 양단에 챔버(10) 내부의 공기를 배출하는 배기구(20)를 포함하고 처리되는 대상물이 안치되는 하부 전극(30), 하부 전극(30)과 이격되어 챔버(10) 내부의 상면에 위치하며 다수개의 관통홀(45)을 가지는 상부 전극(40), 반응가스를 챔버(10) 내부로 유입하는 가스 주입구(50) 및 상부 전극(40)과 하부 전극(30)과 연결되어 있고 가스 주입구(50)로부터 유입되는 기체물질을 챔버(10) 내에서 플라즈마로 변화시키는데 필요한 에너지를 공급하는 전력 공급부(60)를 포함하여 이루어져 있다.
또한, 챔버 내부의 공기를 배출하는 배기구에 연결되는 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 상부 전극의 관통홀은 상기 배기구로부터의 거리가 상기 소정값 이상인 영역에서는 반경 또는 분포 밀도를 균일하게 형성할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 건식 식각 장치의 상부 전극(40)은 다수개의 관통홀(45)을 가진다. 이 때, 배기구(20)로부터의 거리가 가까울수록 관통홀(45)의 밀도가 낮고, 배기구(20)로부터의 거리가 멀어질수록 관통홀(45)의 밀도가 높아진다. 다만, 배기구(20)로부터의 거리가 소정값 이상인 영역에서는 관통홀(45)의 밀도를 균일하게 할 수 있다.
이렇게 하면, 반응 가스가 배기구(20) 주변으로 몰리는 것을 방지할 수 있어서 웨이퍼 표면에 고르게 반응 가스가 도달하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 건식 식각 장치의 일부를 투시한 평면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 건식 식각 장치에서는 상부 전극(40)의 관통홀(45)의 밀도를 다르게 가져가는 제1 실시예와 달리 관통홀(45)의 크기를 달리하여 반응 가스의 흐름을 조정한다. 즉, 균일한 간격으로 다수개의 관통홀(45)을 형성하되 배기구(20)로부터의 거리가 가까울수록 관통홀(45)의 반경이 작고, 배기구(20)로부터의 거리가 멀어질수록 관통홀(45)의 반경이 커진다. 다만, 배기구(20)로부터의 거리가 소정값 이상인 영역에서는 관통홀(45)의 반경을 균일하게 할 수 있다.
이렇게 하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 반응 가스가 배기구(20) 주변으로 몰리는 것을 방지할 수 있어서 웨이퍼 표면에 고르게 반응 가스가 도달하게 된다.
도 4는 본 발명의 건식 식각 장치에 따른 반응 가스 분포를 나타내는 그래프이다.
그러면 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건식 식각 장치의 작용에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 건식 식각 장치에서는 1개 이상의 성분으로 구성되는 반응 가스가 가스 주입구(50)를 통하여 챔버(10) 내로 주입된다. 그리고, 주입된 반응 가스는 상부 전극(40)에 형성되어 있는 관통홀(45)을 통하여 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이의 반응 영역으로 확산되어 보내진다. 여기서, 상부 전극(40)에 형성되어 있는 관통홀(45)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 하부 전극(30)의 양측에 형성되어 있는 배기구(20)로부터의 거리에 따라 그 크기 또는 배치 밀도가 다르게 되도록 형성함으로써 주입되는 반응 가스가 반응 영역으로 균일하게 확산되도록 한다.
이는 배기구(20)를 통해 챔버 내부의 공기를 배기할 때 발생하는 흡인력의 영향을 가스가 유입되는 통로의 단면적을 다르게 함으로써 반영 영역 전체로 고르게 분산시킨 것이다.
이어, 외부의 전력 공급부(60)와 연결되어 있는 상부 전극(40)과 하부 전극(30)에 있어서, 하부 전극(30)에는 바이어스 전원을 인가하고, 상부 전극(40)에는 소스 전원을 인가하여 챔버(11)의 내부에 수직방향의 전기장과 수평방향의 자기장을 형성한다. 이에 따라 상기 하부 전극(30)에서 방출된 자유전자는 전·자기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후, 상기 반응 가스를 통과하며 그 반응 가스 분자와 충돌하여 반응 가스에 에너지를 전달하게 된다. 여기서 상기 에너지를 전달받은 반응 가스는 이온화되어 이온들을 형성하며 상기 이온들도 전·자기장에 의해서 운동에너지를 얻어 가속된 후 상기 반응 가스를 통과하며 반응 가스에 에너지를 전달하게 된다. 전술한 바와 같은 과정이 반복됨에 따라 챔버(10)의 내부에는 양이온, 음이온, 원자단 등이 공존하는 플라즈마 상태가 형성되고, 그 플라즈마에 의해 웨이퍼(70)를 균일하게 식각한다.
기술된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에 따른 건식 식각 장치에서는 하부 전극의 양단에 형성되어 있는 배기구와 대응하는 상부 전극의 관통홀의 크기 또는 배치 밀도를 조절하여 웨이퍼 표면에 균일한 농도의 반응 가스가 분포할 수 있게 하여 웨이퍼의 식각을 균일하게 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 가스 주입구 및 배기구를 가지는 챔버,
    상기 챔버 내부에 위치하는 하부 전극,
    상기 하부 전극과 이격되어 위치하고 적어도 상기 배기구로부터의 거리가 소정값 이하인 영역에서는 상기 배기구로부터의 거리가 가까울수록 분포 밀도가 작고, 상기 배기구로부터의 거리가 멀수록 분포 밀도가 큰 복수의 관통홀을 가지는 상부 전극, 및
    상기 상부 전극과 하부 전극과 연결되어 있는 전력 공급부
    를 포함하는 건식 식각 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 상부 전극의 관통홀은 상기 배기구로부터의 거리가 상기 소정값 이상인 영역에서는 분포 밀도가 균일한 건식 식각 장치.
  3. 가스 주입구 및 배기구를 가지는 챔버,
    상기 챔버 내부에 위치하는 하부 전극,
    상기 하부 전극과 이격되어 위치하고 적어도 상기 배기구로부터의 거리가 소정값 이하인 영역에서는 상기 배기구로부터의 거리가 가까울수록 반경이 작고, 상기 배기구로부터의 거리가 멀수록 반경이 큰 복수의 관통홀을 가지는 상부 전극,및
    상기 상부 전극과 하부 전극과 연결되어 있는 전력 공급부
    를 포함하는 건식 식각 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 상부 전극의 관통홀은 상기 배기구로부터의 거리가 상기 소정값 이상인 영역에서는 반경이 균일한 건식 식각 장치.
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