KR20060036663A - 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물리적 식각 특성이 약하면서도 플라즈마 밀도가 높아 식각 능력이 뛰어난 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 내부가 진공 상태로 유지되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내부로 주입된 반응가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하며, 고밀로 플라즈마를 유지한 상태에서 전자 에너지를 감소시키기 위해 대칭 구조를 이루는 제1 및 제2 멀티모드 안테나부; 및 상기 제1 및 제2 멀티모드 안테나부에 RF전원을 공급하는 RF 전원 공급부를 포함하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비를 제공한다.

ICP(Inductively Coupled Plasma), RF 안테나, 멀티모드 안테나.

Description

유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비{ETCHING APPARATUS OF THE INDUCTIVELY COUPLED PLASMA TYPE}

도 1은 스트라이에이션이 발생된 패턴을 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ICP 방식의 식각 장비를 개략적으로 도시한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 챔버 21, 22 : 멀티모드 안테나부

210, 220 : 외부의 원형 안테나 211, 221 : 내부의 원형 안테나

본 발명은 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 방식의 식각 장치에 관한 것으로, 특히 ArF 포토리소그라피 공정 적용시 스트라이에이션(Striation) 발생을 방지할 수 있는 ICP 방식의 식각 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 ArF 포토리소그라피 공정 적용은 반도체 고집적화 됨에 따라 보다 현실성이 높아지고 있는 것이 현실이다. ArF용 포토레지스트는 식각시 내성이 약하여 플라즈마의 물리적(Physical) 특성이 강하면 포토레지스트 패턴이 쉽게 뭉그러지는 현상이 발생하여 패턴의 스트라이에이션을 유발시킨다.

도 1은 스트라이에이션이 발생된 패턴을 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 패턴(102)이 형성되어 있으며, 이 때 패턴(102)은 ICP 방식의 플라즈마(102)에 의해 식각된다.

이러한 패턴의 스트라이에이션 발생을 억제하기 위해 공정의 복잡성을 안고 희생 하드마스크를 사용하고 있는 실정이다.

포토 측면에서도 이러한 문제를 해결하기 위해 내성이 강한 포토레지스트를 개발 중이다.

한편, 식각 기술에 있어서도 물리적 식각 특성이 약하면서도 플라즈마 밀도(Plasma density)가 높아 식각 능력이 있는 기술이 필요하다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 물리적 식각 특성이 약하면서도 플라즈마 밀도가 높아 식각 능력이 뛰어난 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부가 진공 상태로 유지되는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내부로 주입된 반응가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하며, 고밀로 플라즈마를 유지한 상태에서 전자 에너지를 감소시키기 위해 대칭 구조를 이루는 제1 및 제2 멀티모드 안테나부; 및 상기 제1 및 제2 멀티모드 안테나부에 RF전원을 공급하는 RF 전원 공급부를 포함하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비를 제공한다.

본 발명은 전자 에너지 제어(Electron energy control) 방법 중 하나인 ICP의 개선형인 외부의 2개의 RF를 안테나 구조(Antenna structure)에 대칭적으로 사용하고, 더불어 내부에도 2개의 RF를 안테나 구조에 대칭적으로 사용하여 외부와 내부의 방향을 반대로 전류가 흐르도록 하고 똑같은 형태의 멀티모드 안테나(Multimode antenna)를 한 개 더 설치하여 방향은 전류 반대 방향으로 흐르는 방식의 플라즈마 소스를 적용한다.

이를 이용하여 식각 공정을 실시하면, 자기장(Induction field)의 리버스(Reverse)로 보다 작은 파장(Smaller length)이 형성됨에 따라 고밀도 플라즈마(High density plasma)를 유지한 상태에서 전자 에너지를 감소시키고 저압(Low pressure)에서도 높은 식각율(High etch rate)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 전자 에너지의 감소로 물리적 식각 특성이 약화되어 ArF 포토레지스트와 같이 내성이 약한 포토레지스트에서도 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있다.

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 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ICP 방식의 식각 장비를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 ICP 방식의 식각 장비는 챔버(20)와, 챔버(200) 내부로 주입된 반응가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 대칭 구조의 제1 및 제2 멀티모드 안테나부 21과 22 및 RF 전원 공급부(23)를 구비하여 구성된다.

챔버(20)는 그 내부에 플라즈마 형성 공간이 마련되며, 그 내부는 진공 상태로 유지된다.

제1멀티모드 안테나부(21)와 제2멀티모드 안테나부(22)는 서로 전류 반대 방향으로 흐르는 방식의 플라즈마 소스를 적용하여 식각을 실시하도록 한다. 이로 인해, 자기장의 리버스 효과의 최상으로 보다 작은 파장이 형성되어 고밀로 플라즈마를 유지한 상태에서 전자 에너지를 감소시킨다.

이렇듯, 제1 및 제2멀티모드 안테나부(21, 22)를 대칭적으로 배치함으로써, 기존의 멀티모드 안테나에 비해 전자 어에너지를 상당히 감소시킬 수 있어 ArF 포토리소그라피 공정에 적용시 발생되는 스트라이에이션 억제 효과가 있다.

아울러, 플라즈마 챠지 데미지(Plasma charge damage)도 감소킬 수 있어 소자의 특성을 향상시킬 수 있으며, 하드마스크의 사용으로 인한 공정의 복잡성도 덜 수 있으며, 임계치수(Critical Dimension; 이하 CD라 함) 측면에서도 유리하다.

제1 및 제2멀티모드 안테나부(21, 22)는 각각 내부 및 외부의 원형 안테나(210과 211, 220과 221)로 이루어진다.

각 외부의 원형 안테나 210과 211은 2개의 RF 안테나(210a와 210b, 220a와 220b)를 대칭적으로 사용하였는 바, 반원은 1개의 RF 안테나를 이루고 나머지 반원은 또 하나의 RF 안테나를 이룬다. 대칭적인 이 두 반원은 흐르는 전류가 서로 반대 방향으로서, RF를 대칭적으로 사용하고 있다.

각 외부의 원형 안테나 210과 220 안의 내부에는 각각 211과 221의 내부 안테나를 포함하고 있다.

이 내부 안테나 211과 221은 각 외부 안테나 210과 220와 동일하게 형성하며, 전류는 반대로 흐르도록 배치된다.

RF 전원 공급부(23)는 안테나를 이루는 각 반원들이 만나는 지점에 위치하므로 복수개 설치되어 있다. 이로 인해, 플라즈마 균일성(Uniformity)이 불량한 경우 특정 RF 전류의 방향을 변화시킬 수 있어 플라즈마 균일성의 제어가 가능하다. 또한, 각 반원에 흐르는 전류는 개별적으로 그 방향을 변화시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, ICP의 개선형인 멀티모드 안테나를 대칭적으로 사용하여 플라즈마 소스를 적용함으로써, 자기장의 리버스로 보다 작은 파장이 형성됨에 따라 고밀도 플라즈마를 유지한 상태에서 전자 에너지를 감소시키고 저압에서도 높은 식각율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 전자 에너지의 감소로 물 리적 식각 특성이 약화되어 ArF 포토레지스트와 같이 내성이 약한 포토레지스트에서도 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비에서 물리적 식각 특성이 약하면서도 플라즈마 밀도가 높아 식각 능력이 뛰어나도록 함으로써, ArF 등의 고해상도 포토리소그라피 공정 적용시 패텬 변형을 방지하여 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 내부가 진공 상태로 유지되는 반응 챔버;

   상기 반응 챔버 내부로 주입된 반응가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하며, 고밀로 플라즈마를 유지한 상태에서 전자 에너지를 감소시키기 위해 대칭 구조를 이루는 제1 및 제2 멀티모드 안테나부; 및

   상기 제1 및 제2 멀티모드 안테나부에 RF전원을 공급하는 RF 전원 공급부

   를 포함하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2멀티모드 안테나부는 서로 전류 반대 방향으로 흐르는 방식의 플라즈마 소스를 적용하여 식각을 실시하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2멀티모드 안테나부는 각각 내부 및 외부의 원형 안테나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 내부 및 외부의 원형 안테나는 각각 두개의 반원으로 이루어져 각각의 반원은 하나의 안테나를 이루는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 하나의 원형 안테나를 이루는 두 반원은 흐르는 전류가 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 RF 전원 공급부는 안테나를 이루는 상기 각 반원들이 만나는 지점에 위치하여 복수개 설치되어 특정 RF 전류의 방향을 변화시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 방식의 식각 장비.

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