KR20050068783A - 플라즈마 식각 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 건식 식각 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선을 반응 챔버 내로 방사하여 웨이퍼의 식각 균일성을 높일 수 있는 건식 식각 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 가스의 입구 및 출구가 구비되고, 상부에 자외선 창이 형성된 챔버, 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스, 상기 챔버 내에 구비되어 웨이퍼가 놓여지는 스테이지 및 상기 자외선 창을 통하여 상기 챔버 내에 놓여진 웨이퍼에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하여 구성되는 플라즈마 식각 장치가 제공된다. 또한 본 발명에 따르면, 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 식각 방법으로서, 플라즈마 식각 공정 중에 웨이퍼 상에 자외선을 조사하여 줌으로써, 웨이퍼와 식각 가스와의 반응성을 높여 반응 가스의 사용량을 감소시키고, 이에 따라 웨이퍼의 식각 균일성을 향상시키는 플라즈마 식각 방법이 제공된다.

Description

플라즈마 식각 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Plasma Etching}
본 발명은 플라즈마 건식 식각(plasma dry etching) 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선을 반응 챔버 내로 방사하여 식각 균일성(uniformity)를 높일 수 있는 건식 식각 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조 시에는 웨이퍼 상에 복수의 패턴을 형성하기 위한 식각 공정이 구비되어야 하는데 플라즈마를 이용한 건식 식각 기술이 많이 사용되고 있다. 플라즈마를 이용한 건식 식각 기술은 식각 가스를 식각 챔버 내부로 분사한 후 플라즈마 상태로 변형하여 식각 가스의 양이온 또는 라디칼이 소정영역을 식각하도록 하는 것이다. 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법에는 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 PE(Plasma Etching), RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma), DPS(Decoupled Plasma Source) 등의 방법으로 나눌 수 있다. 이들 방법 중 가장 널리 사용되는 RIE는 두 전극 중 상부 전극은 접지 시키고, 하부 전극에는 주기적으로 변화하는 RF를 인가하여 이온 및 전자쌍을 발생시켜 플라즈마를 생성하는 것이며, 여기에 전자기를 인가하여 플라즈마 밀도를 높인 것이 MERIE이다. MERIE는 하부전극에서 가해지는 높은 전압과 자기장으로 인해 플라즈마 밀도가 높아지게 되고 이에 따라 식각 속도가 높아지게 되어 효율성은 좋아지지만 챔버내의 가스 배출 라인으로 가스가 배출되면서 웨이퍼의 바깥쪽의 식각 속도가 중앙에 비해 높아지는 경향을 보이게 되어 식각 균일성이 떨어진다.
이러한 MERIE의 단점을 보완하기 위해, 하부 전극에서 가해지는 RF에 의해 플라즈마를 발생시키는 방법이 아닌, 별도의 플라즈마 소스를 사용하는 ECR, TCP, ICP 및 DPS의 방법 및 장치들이다. 이러한 장치 또는 방법을 사용하는 경우, 플라즈마의 밀도가 높아 많은 양의 식각 가스를 사용하지 않아도 되므로 식각 균일성을 향상시킬 수 있다. 그러나 여전히 웨이퍼의 바깥쪽이 높은 식각 속도를 보여 웨이퍼의 중앙부위와 같은 식각 속도를 보여 주지는 못한다.
도 1에는 종래의 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 설명하는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 통상의 플라즈마 식각 장치는, 가스의 입구(2) 및 출구(5)가 구비된 챔버(chamber)(1), 상기 챔버(1) 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스(plasma source) 및 상기 챔버(1) 내에 구비되어 웨이퍼가 놓여지는 스테이지(4)을 포함하여 구성된다.
상기 챔버(1) 내에 유입된 가스들은, 고주파 전력이 인가되면, 플라즈마를 형성하게 된다. 플라즈마는 활성화 이온, 전자 중성 래디칼 등으로 구성된다. 상부에서 플라즈마를 발생시키는 가스가 상기 입구(2)를 통해 주입되고 하부로 가스가 배출되도록 구성되어 있어 상대적으로 많은 양의 가스가 지나가는 웨이퍼 바깥쪽은 식각 속도가 높아지게 된다.
웨이퍼 안쪽과 바깥쪽 간의 식각 속도의 차이는 위에 언급한 모든 경우의 플라즈마 식각 방법 및 장치에 공통적인 현상으로, 식각 속도가 달라짐에 따라 식각 균일성이 떨어지고, 이에 따라 제조되는 반도체 소자(device)의 특성이 나빠질 수 있어 식각 균일성을 향상시킬 수 있는 방안의 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 식각 균일성을 향상시킬 수 있는 건식 식각 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 가스의 입구 및 출구가 구비되고, 상부에 자외선 창이 형성된 챔버, 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스, 상기 챔버 내에 구비되어 웨이퍼가 놓여지는 스테이지 및 상기 자외선 창을 통하여 상기 챔버 내에 놓여진 웨이퍼에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하여 구성되는 플라즈마 식각 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 자외선의 파장은, 상기 웨이퍼의 전자가 금지대폭을 넘어 가전대에서 전도대로 전이될 수 있는 에너지에 해당하는 파장인 것이 바람직하다.
또한 상기와 같은 본 발명의 목적은, 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 식각 방법으로서, 플라즈마 식각 공정 중에 웨이퍼 상에 자외선을 조사하여 줌으로써, 웨이퍼와 식각 가스와의 반응성을 높여 반응 가스의 사용량을 감소시키고, 이에 따라 웨이퍼의 식각 균일성을 향상시키는 플라즈마 식각 방법을 제공함으로써 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 설명하는 도면이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는, 가스의 입구(2) 및 출구(5)가 구비되고, 상부에 자외선 창(7)이 형성된 챔버(chamber)(1), 상기 챔버(1) 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스(미도시), 상기 챔버(1) 내에 구비되어 웨이퍼(3)가 놓여지는 스테이지(4) 및 상기 자외선 창(7)을 통하여 상기 챔버(1) 내에 위치한 웨이퍼(3)에 자외선을 조사하는 자외선 램프(6)를 포함하여 구성된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는, 종래의 식각 장치에, 챔버(1) 상부에 창(7)을 내고 그 외부에 자외선 램프(6)를 설치하여 식각 공정이 진행되는 동안, 자외선을 웨이퍼(3) 상에 조사한다. 일반적으로 사용되는 실리콘 웨이퍼의 경우, 전자가 금지대폭을 넘어 가전대에서 전도대로 전이될 수 있는 에너지는 2.1eV이며, 이 에너지를 가지는 자외선 파장은 400nm이다. 이와 같이 낮은 파장의 자외선을 웨이퍼에 조사하면 웨이퍼와 식각 가스와의 반응성이 좋아지게 된다.
이러한 방법은 실리콘 웨이퍼가 아닌 다른 재질의 웨이퍼를 사용하는 경우에도, 그에 알맞은 파장의 빛을 조사하여 줌으로써, 같은 방식으로 적용되고 유사한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 종래의 플라즈마 식각 장치에서의 경우보다, 사용되는 가스의 양이 더 적게 사용되고, 이에 따라 웨이퍼 안쪽과 바깥쪽을 지나는 플라즈마의 양의 차이가 줄어들며, 결과적으로 웨이퍼 안쪽과 바깥쪽의 식각 균일성를 향상된다.
또한, 웨이퍼의 반응성 상승은 하부 전극에서 가해지는 전압을 낮추어도 같은 식각 속도를 유지할 수 있는 계기가 되며, 웨이퍼에 전압분포 균일성을 높일 수 있다. 이러한 균일한 전압분포는 식각 균일성을 높이는데 기여하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 낮은 파장의 자외선을 웨이퍼에 조사하여 웨이퍼의 반응성을 높여 낮은 전압과 적은 양의 가스를 사용하여 식각 균일성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
도 1은 종래의 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치의 개략적인 구성을 설명하는 도면.

Claims (3)

  1. 가스의 입구 및 출구가 구비되고, 상부에 자외선 창이 형성된 챔버;
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;
    상기 챔버 내에 구비되어 웨이퍼가 놓여지는 스테이지; 및
    상기 자외선 창을 통하여 상기 챔버 내에 놓여진 웨이퍼에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선의 파장은,
    상기 웨이퍼의 전자가 금지대폭을 넘어 가전대에서 전도대로 전이될 수 있는 에너지에 해당하는 파장인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  3. 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 식각 방법으로서, 플라즈마 식각 공정 중에 웨이퍼 상에 자외선을 조사하여 줌으로써, 웨이퍼와 식각 가스와의 반응성을 높여 반응 가스의 사용량을 감소시키고, 이에 따라 웨이퍼의 식각 균일성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 방법.
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