KR20050015020A - 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 에칭 장치는 에칭 반응을 위한 내부 공간을 확보하는 챔버, 상기 챔버의 저면 내벽에 설치된 하부 전극, 상기 챔버의 상면 내벽에 설치된 상부 전극, 상기 내부 공간에서 플라즈마를 생성시키기 위해 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 공급부, 상기 플라즈마의 생성을 위해 상기 내부 공간에 자장을 생성시키는 자장 생성부, 상기 하부 전극과 상기 챔버의 측면 내벽 사이에 설치된 본체를 가지며, 상기 본체에 가스의 배기를 위한 배플(baffle) 홀들이 형성되며, 상기 배플 홀들이 상기 본체의 방사상 방향에 대해 소정의 경사 각도로 기울어진 방향으로 연장하여 형성된 배플 플레이트를 포함한다.

따라서, 본 발명은 에칭 챔버의 내부 공간의 가스가 배플 플레이트의 배플 홀들을 거쳐 원활하게 배기시킬 수 있다. 그 결과, 웨이퍼의 에칭율 균일도가 향상되고 웨이퍼의 파티클 오염이 최소화될 수 있다.

Description

플라즈마 에칭 장치{Plasma Etching Apparatus}

본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배플 플레이트(baffle plate)의 배플 홀들을 거쳐 가스를 원활히 배기시킴으로써 에칭 공정의 신뢰성을 향상시키도록 한 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 에칭공정은 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중의 하나로서 습식 에칭공정과 건식 에칭공정으로 구분된다. 반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라 반도체 소자의 미세화되므로 반도체 소자의 미세한 패턴을 형성하는데 상기 건식 에칭공정이 주로 사용되고 있는 실정이다. 상기 건식 에칭공정의 대표적인 공정이 플라즈마를 이용한 에칭공정이다.

상기 플라즈마를 이용한 에칭 공정은 전형적으로 평행판 타입의 에칭장치에서 수행된다. 상기 평행판 타입의 일반적인 에칭장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 에칭 반응을 위한 내부 공간을 확보하는 에칭 챔버(100)를 포함한다. 상기 에칭 챔버(100)는 대략 실린더 형상의 본체(10)를 가진다. 상기 본체(10)의 상면 내벽에 상부 전극(20)이 설치되고, 상기 본체(10)의 저면 내벽에 하부 전극(30)이 설치된다. 상기 하부 전극(30)은 에칭할 웨이퍼(1)를 지지하기 위한 지지대로서 역할을 한다. 고주파(RF) 전원 공급부(40)가 고주파 전원을 상기 하부 전극(30)에 공급하고, 상기 상부 전극(20)이 접지된다. 이때, 전장(E)이 상기 상부 전극(20)과 하부 전극(30) 사이에 생성된다. 자장 생성부(50)가 상기 본체(10)의 측면 외벽에 설치되어 자장(B)을 생성시킨다. 공정 가스 공급부(미도시)가 상기 본체(10)의 가스 공급라인(11)을 거쳐 공정 가스를 상기 본체(10)의 내부 공간으로 공급한다. 펌핑부(미도시)가 상기 본체(10)의 가스 배기구(13)를 거쳐 상기 본체(10)의 내부 공간을 펌핑한다. 상기 웨이퍼(1)의 반송을 위한 개폐용 도아(15)가 상기 본체(10)의 측벽에 설치되고, 상기 하부 전극(30)이 승강기(미도시)에 의해 수직으로 승강한다.

또한, 배플 플레이트(baffle plate)(60)가 상기 하부 전극(30)과 상기 본체(10)의 측면 내벽 사이에 설치됨으로써 상기 본체(10)의 내부 공간을 상, 하측 내부 공간으로 각각 구분한다. 상기 상측 내부 공간은 에칭 공정을 위한 공간이고, 상기 하측 내부 공간은 상기 웨이퍼(1)의 반송을 위한 공간이다.

그런데, 종래에는 상기 배플 플레이트(60)가 도 2에 도시된 바와 같이, 원판 링 형상의 본체(61)를 가지며, 대략 사각 형상의 배플 홀들(63)이 상기 본체(61)에 형성된다. 상기 배플 홀들(63)이 상기 본체(61)의 방사상 방향(R)과 동일한 방향으로 직선 연장하여 형성되고, 상기 본체(61)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 이격하여 배치된다.

그러나, 상기 자장(B)이 상기 배플 플레이트(60)의 원주 방향으로 인가되므로 상기 자장(B)과 전장(E)에 직교하는 방향으로 생성된 로렌츠 힘(Lorentz force)이 회전력을 갖는다. 이때, 상기 본체(10)의 내부 공간에서 상기 배플 플레이트(60)를 향해 흐르는 미반응 공정 가스 또는 공정 부산물과 같은 가스가 수직 하향하지 않고 회전하면서 하향한다.

그 결과, 상기 가스가 상기 배플 플레이트(60) 상에서 와류를 일으키기 때문에 상기 배플 홀들(63)을 거쳐 원활하게 배기되지 못한다. 이로써, 상기 웨이퍼(1)의 전역에 걸쳐 에칭율(etch rate)의 균일도(uniformity)가 불량해지기 쉽다. 즉, 상기 웨이퍼(1)의 중앙부보다 상기 웨이퍼(1)의 가장자리부의 에칭율이 낮은 불량 현상이 다발하기 쉽다.

또한, 상기 배기 가스의 와류가 상기 배플 플레이트(60)의 배플 홀들(63)의 측벽에 공정 부산물의 파티클을 심하게 흡착시키는데, 이는 상기 웨이퍼(1)의 파티클 오염을 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 배플 플레이트의 배플 홀들을 거쳐 가스를 원활하게 배기시킴으로써 웨이퍼 상에서의 에칭율 균일도를 향상시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배플 플레이트의 배플 홀의 내벽에 파티클의 흡착을 억제시킴으로써 웨이퍼의 파티클 오염을 최소화시키는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 플라즈마 에칭 장치는

에칭 반응을 위한 내부 공간을 확보하는 챔버; 상기 챔버의 저면 내벽에 설치된 하부 전극; 상기 챔버의 상면 내벽에 설치된 상부 전극; 상기 내부 공간에서 플라즈마를 생성시키기 위해 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 공급부; 상기 플라즈마의 생성을 위해 상기 내부 공간에 자장을 생성시키는 자장 생성부; 및 상기 하부 전극과 상기 챔버의 측면 내벽 사이에 설치된 본체를 가지며, 상기 본체에 가스의 배기를 위한 배플 홀들이 형성되며, 상기 배플 홀들이 상기 본체의 방사상 방향에 대해 소정의 경사 각도로 기울어진 방향으로 연장하여 형성된 배플 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배플 홀들이 상기 자장의 방향에 맞춘 경사 각도로 기울어진 방향으로 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 플라즈마 에칭 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일한 구성 및 동일한 작용을 갖는 부분에는 동일 부호를 부여한다.

도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 에칭 장치를 나타낸 개략 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 에칭 장치는 에칭 반응을 위한 내부 공간을 확보하는, 대략 실린더 형상의 본체(10)를 갖는 에칭 챔버(200)를 포함한다. 상기 본체(10)는 알루미늄과 같은 도전 물질로 이루어지고 접지 라인을 거쳐 접지된다. 상기 본체(10)의 상면 내벽에 상부 전극(20)이 설치되고, 상기 본체(10)의 저면 내벽에 하부 전극(30)이 설치된다.

상기 하부 전극(30)은 에칭할 반도체 기판, 예를 들어 웨이퍼(1)를 지지하기 위한 지지대로서 역할을 한다. 상기 하부 전극(30)은 예를 들어 알루미늄으로 만들어진 실린더형 도전성 부재로 형성된다. 상기 하부 전극(30)의 내부에는 상기 웨이퍼(1)의 온도를 조절하기 위해 냉각수 순환부(미도시)로부터 공급된 냉각수가 흐를 수 있는 냉각 라인(미도시)이 구비된다. 또한, 상기 하부 전극(30)의 상면 중앙부에는 상기 웨이퍼(1)를 정전기적으로 지지하기 위한 정전척(electrostatic chuck)(미도시)이 구비된다. 환상(annular)의 보호 링(70)이 상기 정전척 상에 배치된 웨이퍼(1)를 둘러싸도록 상기 하부 전극(30)의 상면 가장자리에 구비된다. 상기 보호 링(70)은 절연성 물질로 이루어진다.

고주파(RF) 전원 공급부(40)가 공정 가스를 고주파 방전에 의해 플라즈마 상태로 변환시키기 위한 고주파 전장(E)을 생성하기 위해 정합회로부(미도시)를 거쳐 고주파 전원을 상기 하부 전극(30)에 공급하고, 상기 상부 전극(20)이 접지된다. 자장 생성부(50)가 상기 본체(10)의 측면 외벽에 구비되어 자장(B)을 생성시킨다. 상기 자장 생성부(50)는 가변적인 전자석을 이용하여 자장의 세기와 극성을 조절하면서 자장을 회전시킴으로써 플라즈마 생성 효율을 높일 수가 있다. 공정 가스 공급부(미도시)가 공정 가스를 상기 본체(10)의 가스 공급라인(11)을 거쳐 상기 본체(10)의 내부 공간으로 공급한다. 펌핑부(미도시)가 상기 본체(10)의 내부 공간을 상기 본체(10)의 측벽 저부에 설치된 가스 배기구(13)를 거쳐 배기 라인으로 펌핑한다. 상기 펌핑부는 TMP(turbo-molecular pump)와 같은 펌프와, 상기 배기 라인의 개폐에 의해 상기 내부 공간의 압력을 조절하는 밸브 등을 구비한다. 상기 웨이퍼(1)의 반송을 위한 개폐용 도아(15)가 상기 본체(10)의 측벽 저부에 설치된다.

또한, 배플 플레이트(baffle plate)(160)가 상기 하부 전극(30)과 상기 본체(10)의 측면 내벽 사이에 설치됨으로써 상기 본체(10)의 내부 공간을 에칭 공정을 위한 상측 내부 공간과 상기 웨이퍼(1)의 반송을 위한 하측 내부 공간으로 각각 구분한다.

상기 배플 플레이트(160)는 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 원판 링 형상의 본체(161)를 가지며, 대략 사각 형상의 배플 홀들(163)이 상기 본체(161)의 방사상 방향(R)에 대해 임의의 경사 각도(θ)로 기울어진 방향으로 직선 연장하여 형성되고, 상기 본체(161)의 원주 방향으로 임의의 간격, 예를 들어 일정 간격을 두고 이격하여 배치된다. 상기 경사 각도(θ)는 상기 배플 플레이트(160)에 인가되는 자장(B)의 방향에 맞추어 결정하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 본체(10)의 내부 공간에서 상기 배플 플레이트(160)를 향해 흐르는 미반응 공정 가스 또는 공정 부산물과 같은 가스가 수직 하향하지 않고 회전하면서 하향하더라도 상기 가스가 상기 배플 플레이트(160) 상에서 와류를 일으키지 않고 상기 배플 홀들(163)을 거쳐 원활하게 배기될 수 있다.

그 결과, 상기 웨이퍼(1)의 전역에 걸쳐 에칭율의 균일도가 향상될 수 있다. 즉 상기 웨이퍼(1)의 중앙부와 가장자리부의 에칭율이 거의 동일해질 수 있다.

또한, 상기 배플 홀들(63)의 측벽에 공정 부산물의 파티클이 흡착되는 것이 방지되는데, 이는 상기 웨이퍼(1)의 파티클 오염을 최소화시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 플라즈마를 이용한 에칭 공정의 신뢰성을 향상시킬 수가 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 플라즈마 에칭 장치에서는 자장의 회전 방향에 맞추어 배플 플레이트의 배플 홀들이 배플 플레이트의 본체의 방사상 방향에 대해 임의의 경사 각도로 기울어지게 형성된다.

따라서, 에칭 챔버의 내부 공간의 가스가 배플 플레이트의 배플 홀들을 거쳐 원활하게 배기될 수 있다. 그 결과, 웨이퍼의 에칭율 균일도가 향상되고 웨이퍼의 파티클 오염이 최소화될 수 있다.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마 에칭 장치를 나타낸 개략 구성도.

도 2는 도 1의 배플 플레이트를 나타낸 평면도.

도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 에칭 장치를 나타낸 개략 구성도.

도 4는 도 3의 배플 플레이트를 나타낸 평면도.

Claims (2)

1. 에칭 반응을 위한 내부 공간을 확보하는 챔버;

   상기 챔버의 저면 내벽에 설치된 하부 전극;

   상기 챔버의 상면 내벽에 설치된 상부 전극;

   상기 내부 공간에서 플라즈마를 생성시키기 위해 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 공급부;

   상기 플라즈마의 생성을 위해 상기 내부 공간에 자장을 생성시키는 자장 생성부; 및

   상기 하부 전극과 상기 챔버의 측면 내벽 사이에 설치된 본체를 가지며, 상기 본체에 가스의 배기를 위한 배플 홀들이 형성되며, 상기 배플 홀들이 상기 본체의 방사상 방향에 대해 소정의 경사 각도로 기울어진 방향으로 연장하여 형성된 배플 플레이트를 포함하는 플라즈마 에칭 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배플 홀들이 상기 자장의 방향에 맞춘 경사 각도로 기울어진 방향으로 연장하여 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치.