KR20060015992A - 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는 내부로 반응가스가 공급되는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되며 웨이퍼가 상부에 안착되는 제 1전극; 상기 하부전극 상에 이격되어 설치되는 제 2전극; 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이로 전기장을 인가하여 플라즈마가 발생되도록 하는 플라즈마 발생수단; 상기 제 1전극의 가장자리 부분에 설치되며 상기 제 1전극의 가장자리 부분에서의 이온밀도를 높이도록 하는 자성체를 구비한 것으로, 이러한 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는 웨이퍼가 안착되는 제 1전극의 하부 가장자리 부분에 자성체를 설치하여 제 1전극과 제 2전극 사이의 가장자리 부분에 대한 전기장의 밀도를 높여 플라즈마의 이온 균일성을 향상시키고, 이에 따른 웨이퍼 가공 균일도를 향상시키도록 하는 효과가 있다.

Description

플라즈마를 이용한 반도체 제조장치{Semiconductor manufacturing apparatus to use plasma}

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 자성체가 설치된 첫 번째 실시예를 도시한 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 자성체가 설치된 두 번째 실시예를 도시한 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 자성체가 설치된 세 번째 실시예를 도시한 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 자성체가 설치된 네 번째 실시예를 도시한 확대 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100...챔버

110...전원

200...제 1전극

210...제 2전극

201...설치홈

202...설치홀더

300...영구자석

310...전자석

본 발명은 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼가 안착되는 전극의 하부에 자성체를 설치하여 플라즈마의 이온균일도가 향상되도록 한 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마는 고주파 전원에 의하여 생성된 전계 상에서 전자가 가속되어 외부에서 공급된 처리가스의 가스분자와 충돌함으로써 처리가스의 가스분자는 전자를 잃게 되어 양으로 대전된 이온을 뒤에 남겨 음전화와 양전하가 동일 농도를 가지게 되는 중성의 가스 물질을 말한다.

이러한 플라즈마는 이때 발생한 양전하에 의하여 가공물에 특정 막질을 형성하거나 또는 식각이 가능하다. 따라서 반도체 제조공정에서는 이러한 플라즈마가 상당히 널리 사용되고 있다.

반도체 제조공정에서 사용되는 것으로는 플라즈마 에칭, 플라즈마 증착, 스퍼터링 등에 널리 사용되고 있고, 이를 위한 장치들이 개발되어 있다. 이러한 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 구성은 챔버와 이 챔버 내부에 설치되며, 웨이퍼 가 안착되는 제 1전극과 이 제 1전극 상에 설치된 제 2전극을 구비하고, 또한 반응가스 공급부, 펌핑부 등이 설치된다.

플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는 다양한 종류가 있는데, 크게 CCP(Capacitive coupled plasma) 타입과 ICP(inductive coupled plasma) 타입으로 대별된다. CCP 타입은 서로 이격되어 마주하도록 배치된 제 1전극 또는 제 2전극에 선택적으로 전극을 인가하여 전기장을 형성함으로써 플라즈마를 생성시키고, ICP 타입은 챔버의 외측에 감겨진 코일을 통한 자기장과 제 1전극 또는 제 2전극에 선택적으로 전극을 인가하여 발생한 전기장으로 플라즈마를 생성하는 것이다.

한편, 플라즈마의 이온 균일도는 압력, 온도, 반응가스의 종류 그리고 전압에 따라 달라진다. 특히 두 전극 사이의 가장자리 부분에서 그 균일도가 떨어지는데, 이는 제 1전극과 제 2전극 사이의 중심부분에서는 상대적으로 전기장의 밀도가 높고, 제 1전극과 제 2전극의 가장자리 부분으로 갈수록 전기장의 밀도가 낮은 것이 기인하는 것으로 여겨진다.

그런데, 근래에는 웨이퍼의 직경이 점점 대형화 되고 있고, 또한 웨이퍼 가장자리에 플랫존이 없는 웨이퍼가 사용되기도 한다. 그러므로 대구경의 웨이퍼를 가공할 때 이와 같이 플라즈마 이온 균일도가 떨어지게 되면, 웨이퍼의 가장자리 부분에서의 가공 균일도 또한 떨어지게 되어 반도체 제조효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 가공효율을 보다 향상시킬 수 있도록 웨이퍼가 안착되는 제 1전극의 가장자리 부분에 자성체를 설치하여 제 1전극과 제 2전극 사이의 가장자리 부분에 대한 전기장의 밀도를 높여 플라즈마의 이온 균일성을 향상시키고, 이에 따른 웨이퍼 가공 균일도를 향상시키도록 한 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내부로 반응가스가 공급되는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되며 웨이퍼가 상부에 안착되는 제 1전극; 상기 하부전극 상에 이격되어 설치되는 제 2전극; 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이로 전기장을 인가하여 플라즈마가 발생되도록 하는 플라즈마 발생수단; 상기 제 1전극의 가장자리 부분에 설치되며 상기 제 1전극의 가장자리 부분에서의 이온밀도를 높이도록 하는 자성체를 구비한다.

그리고 바람직하게 상기 자성체는 상기 제 1전극의 저면에 설치되거나 또는 상기 제 1전극의 측면에 설치된다.

그리고 상기 자성체의 자기장 세기는 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 발생하는 전기장의 세기보다 약한 것이 바람직하다. 또한 상기 자성체는 영구자석 또는 전자석으로 구현된다.

그리고 상기 제 1전극에는 상기 자성체가 삽입되는 다수개의 설치홈과 상기 설치홈의 일구에 결합되는 설치홀더를 구비한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 실시예를 설명하기 전에 플라즈마의 자기적 특성에 대하여 간략하게 설명한다. 플라즈마는 플라즈마 내부에 있는 전자와 이온들에 자기장을 걸어주면 운동방향이 자계방향과 직각으로 원 운동하게 되며 이러한 방식으로 플라즈마를 한쪽에 잡아 놓을 수 있게 되고, 이에 따라 플라즈마의 밀도를 원하는 곳에 집중시킬 수 있다. 따라서 이러한 자기적 특성을 이용하면 전압이나 온도를 상승시키지 않고도 높은 밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 반도체 제조장치중 플라즈마 식각장치로써 CCP 타입에 적용한 것을 실시예로 설명하고 있다. 그러나 이와 달리 ICP 타입에도 적용이 가능하며, 또한 기타 플라즈마를 이용한 다른 반도체 제조장치에도 채용이 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치는 내부로 반응가스가 공급되는 반응가스 공급부(130)을 가진 챔버(100)와 이 챔버(100)의 하부에 설치되며 가공을 위한 웨이퍼(W)가 안착되는 제 1전극(200)을 구비하고, 챔버(100)의 내부 중 제 1전극(200)의 상부에는 제 2전극(210)이 설치된다. 그리고 챔버(100)의 하부에는 펌핑부(110)가 설치된다.

그리고 제 1전극(200)에는 플라즈마 발생수단이 접속되어 있고, 제 2전극(210)은 접지되어 있다. 이 플라즈마 발생수단은 고주파 전원(RF, 110)이며, 장치의 종류 및 기타 조건에 따라 제 2전극(210)에도 접속될 수 있고, 제 1전극(200)과 제 2전극(210)에 모두 접속될 수 있다.

한편, 제 1전극(200)은 원판 형태로 구비되고, 그 가장자리 하부에는 제 1전극(200)의 가장자리 부분에서의 플라즈마(P) 이온밀도를 높이기 위한 자성체 (300)(310)가 설치된다. 이 자성체(300)(310)는 제 1전극(200)의 가장자리 부분에 분포하는 전기장에 동일 방향으로 흐르는 자기장을 인가하여 제 1전극(200)의 가장자리 부분에서의 전기장 밀도를 보다 높이는 기능을 하고, 이에 따라 플라즈마(P)의 이온밀도가 제 1전극(200)의 가장자리 부분에서 높아지도록 한다.

그리고 이 자성체(300)(310)는 제 1전극(200)에 다양한 위치와 방법으로 설치될 수 있으며, 이하에서는 네 가지의 서로 다른 실시예에 대하여 설명한다.

첫 번째 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1전극(200)의 바닥 가장자리에 원주방향으로 다수개의 설치홈(201)을 형성하고, 이 각각의 설치홈(201)의 내부에 영구자석(300)을 삽입하여 설치한다. 이때 영구자석(300)은 설치홈(201) 내부에 S극이 상측을 향하고, N극이 하측을 향하도록 설치된다.

즉 제 1전극(200) 상의 웨이퍼(W)의 하부는 정전척을 사용하는 경우 통상적으로 음전하가 대전되고, 제 1전극(200)의 상부면은 양전하가 대전된 상태가 된다. 따라서 위와 같이 영구자석(300)의 극성 방향이 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

그러나 이때 제 1전극(200)이 정전기력으로 웨이퍼(W)를 흡착한 정전척이라고 한다면 정전기력의 변화가 일어날 수 있기 때문에 영구자석(300)의 자기장 세기는 정전력보다 약한 것을 채택되는 것이 바람직하다. 어쨌든 영구자석(300)의 두 극은 각각이 상하로 배치되는 설치되는 것이 가장 적절하고, 이는 이하의 다른 실시예에서도 동일하다.

그리고 이 설치홈(201)의 입구를 막는 설치홀더(202)가 설치홈(201)에 장착된다. 이 설치홀더(202)는 다양한 구조와 형상으로 제조될 수 있다. 즉 압입형태의 마개, 볼트 형태로도 실시할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에서는 볼트 형태로 설치홀더(202)를 구현한다. 그리고 그 재질은 제 1전극(200)이 통상적으로 절연성 유전체로 제작되기 때문에 이 설치홀더(202) 또한 절연성 유전체로 제작되는 것이 바람직하다.

다음으로 두 번째 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1전극(200)의 바닥 가장자리에 원주 방향으로 다수개의 설치홈(201)을 형성한다. 여기서 설치홈(201)은 제 1전극(200)의 하부에 환형상으로 형성할 수 있을 것이다. 그리고 이 설치홈(201)에는 전자석(310)을 설치한다. 이 전자석(310)은 도체와 이 도체의 외주에 코일이 권취된 형태로써 외부의 전원(미도시)과 연결되어 있다. 그리고 양 극성은 상하로 배치된다.

이 전자석(310)은 영구자석(300)과는 달리 공정이 수행될 시점에 동작을 시작하는 것이 바람직하다. 즉 전자석(310)은 영구자석(300)에 비하여 자기장의 세기가 통상적으로 크다. 그러나 그 동작의 제어가 가능하다. 따라서 필요한 공정시점에 전자석(310)을 동작시킴으로써 동작 제어가 용이하게 이루어질 수 있으나, 반면에 자기장의 세기가 너무 크면 플라즈마(P)가 웨이퍼(W)의 가장자리 부분으로 쏠리는 현상이 발생하거나 제 1전극(200)의 정전기력이 훼손될 수 도 있다. 따라서 적절한 자기장의 세기와 동작시간의 제어가 필요하다. 그리고 설치홀더(202)를 설치홈(201)에 장착하는데, 이 설치홀더(202)는 첫 번째 실시예와 동일한 것을 채용한다.

본 발명의 세 번째 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 제 1전극(200)의 측면 에 원주방향으로 다수개의 설치홈(201)을 형성하고, 이 각각의 설치홈(201)의 내부에 영구자석(300)을 삽입하여 설치한다. 그리고 영구자석(300)의 극성은 첫 번째 실시예와 동일하게 유지하고, 또한 설치홀더(202)를 설치홈(201)에 장착하는데, 이 설치홀더(202) 또한 첫 번째 실시예와 동일한 구조와 재질을 채용한다.

그리고 네 번째 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 제 1전극(200)의 측면 원주 방향으로 다수개의 설치홈(201)을 형성한다. 여기서 설치홈(201)은 제 1전극(200)의 측면에 환형상으로 형성할 수 있을 것이다. 그리고 이 설치홈(201)에는 전자석(310)을 설치한다. 이 전자석(310)은 도체와 이 도체의 외주에 코일이 권취된 형태로써 외부의 전원(미도시)과 연결되어 있다. 그리고 양 극성은 상하로 배치되고, 또한 다른 실시예와 마찬가지로 설치홀더(202)를 설치홈(201)에 장착하여 설치한다.

한편, 두 번째와 네 번째 실시예의 경우 설치홈(201)을 다수개 형성하고, 이 각각의 설치홈(201)에 전자석(310)을 설치할 수 있을 것이다. 그러나 이때 각각의 전자석(310)에 대한 전원(110)의 인가와 제어가 용이하지 않을 수 있다. 따라서 하나의 링 형태의 도체와 이 도체에 코일을 권취한 링 형상으로 된 하나의 전자석(310)을 채용할 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.

각각의 실시예에서 자성체(300)(310)는 각각의 설치홈(201)에 삽입하여 설치하고, 설치홀더(202)를 이용하여 설치홈(201)의 입구를 막아서 자성체(300)(310)가 설치홈(201)의 내부에 고정 장착되도록 한다.

이러한 상태에서 웨이퍼(W)가 챔버(100)의 내부로 삽입되어 제 1전극(200) 상에 안착되면 제 1전극(200)으로 고주파 전원(110)이 인가되고, 또한 반응가스가 유입되면 고주파 전원(110)에 의하여 생성된 전계 상에서 전자가 가속되어 반응가스의 가스분자와 충돌함으로써 반응가스는 전자를 잃게 되며, 양으로 대전된 이온을 뒤에 남기고, 결과적으로 음이온, 전자 그리고 중성의 가스분자가 존재하는 플라즈마(P)가 생성된다. 그리고 이때 발생한 플라즈마(P)는 웨이퍼(W) 표면에 이온 충돌을 일으키고 이에 따라 필요한 반응 공정이 수행된다.

이때 웨이퍼(W)의 중앙부분에 비하여 가장자리 부분에서의 자기장의 세기가 낮다. 따라서 종래의 경우 웨이퍼(W) 가장자리 부분에 대한 식각 균일도가 떨어진다. 그러나 본 발명에서는 웨이퍼(W)의 가장자리 부분에 대한 자기장의 세기를 보충하도록 자성체(300)(310)를 제 1전극(200)에 설치함으로써 웨이퍼(W) 가장자리 부분에서의 이온밀도가 높아지게 된다.

그리고 자성체(300)(310)의 자기장 세기를 적절한 상태로 맞추어 줌으로써 웨이퍼(W)의 가장자리와 중심부분에 대한 자속분포를 균일하게 하여 전체적으로 웨이퍼(W)의 가공 균일도록 향상시키도록 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예 외에 각각의 구성요소들을 일부 변형하여 다르게 실시할 수 있을 것이다. 이미 언급한 실시예들 외에 또 다르게 실시할 수 있을 것이다. 그러나 이들 실시예의 기본 구성요소가 본 발명의 필수구성요소들을 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치는 웨이퍼가 안착되는 제 1전극의 하부 가장자리 부분에 자성체인 영구자석 또는 전자석을 설치하여 제 1전극과 제 2전극 사이의 가장자리 부분에 대한 전기장의 밀도를 높여 줌으로서 웨이퍼의 가장자리 부분에 대한 플라즈마의 이온 균일성을 향상시키고, 이에 따른 웨이퍼 가공 균일도를 보다 향상시키도록 하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 내부로 반응가스가 공급되는 챔버;

   상기 챔버 내부에 설치되며 웨이퍼가 상부에 안착되는 제 1전극;

   상기 하부전극 상에 이격되어 설치되는 제 2전극;

   상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이로 전기장을 인가하여 플라즈마가 발생되도록 하는 플라즈마 발생수단;

   상기 제 1전극의 가장자리 부분에 설치되며 상기 제 1전극의 가장자리 부분에서의 이온밀도를 높이도록 하는 자성체를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자성체는 상기 제 1전극의 저면에 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 자성체는 상기 제 1전극의 측면에 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 자성체의 자기장 세기는 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 발생하는 자기장의 세기보다 약한 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.
5. 제 2항 내지는 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 자성체는 영구자석인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.
6. 제 2항 내지는 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 자성체는 전자석인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.
7. 제 2항 내지는 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1전극에는 상기 자성체가 삽입되는 다수개의 설치홈과, 상기 설치홈의 일구에 결합되는 설치홀더를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치.

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