KR20060089265A

KR20060089265A - 유도 결합 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20060089265A
Application number: KR1020050009851A
Authority: KR
Inventors: 이기영; 김형준; 정영철; 이승배
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-09
Also published as: KR100625319B1

Abstract

본 발명은 다결정질 실리콘 박막 및 실리콘 산화막을 식각하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 RF 파워가 투과될 수 있는 원통형의 유전체 윈도우를 갖는 공정챔버; 상기 유전체 윈도우를 둘러싸도록 배치되는 고주파 안테나; 및 상기 고주파 안테나로 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부를 포함하되; 상기 고주파 안테나는 상기 고주파 전원부로부터 고주파 전력이 인가되는 입력단; 전기적으로 접지되는 출력단; 상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 유전체 윈도우의 양 측면에 위치되는 그리고 양단이 상기 입력단과 상기 출력단에 연결되는 상기 제1안테나와 제2안테나를 포함한다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리 장치{INDUCTIVE COUPLING PLASMA TREATMENT APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시한 개략적인 단면도;

도 2는 도 1에 도시된 고주파 안테나의 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 공정챔버

120 : RF전원

130 : 고주파 안테나

132 : 입력단

133 : 출력단

134a : 제1안테나

134b : 제2안테나

136 : 유턴부

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다결정질 실리콘 박막 및 실리콘 산화막을 식각하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

최근의 반도체 소자의 고집적화, 반도체 웨이퍼의 대구경화, 액정 디스플레이의 대면적화 등에 따라 에칭 처리나 성막 처리를 하는 처리 장치의 수요가 날로 증가하고 있다. 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 애싱 장치와 같은 플라즈마 처리 장치에 있어서도 그 상황은 마찬가지이다. 즉, 생산량(Throughput)을 향상시키기 위하여 플라즈마의 고도화, 피처리물(반도체 웨이퍼, 글래스 기판)의 대면적화에 대한 대응 및 클린화 등의 실현이 중요과제로 대두되고 있다.

이러한 플라즈마 처리 장치에 사용되는 플라즈마원으로서, 고주파 용량결합형 플라즈마원, 마이크로파 ECR 플라즈마원, 고주파 유도결합형 플라즈마원 등이 있다. 이들 각각은 그 특징을 살려 여러 가지 처리 프로세스마다 구분하여 사용되고 있다.

이들 플라즈마원 중에서 고주파 유도결합형 플라즈마원을 구비한 플라즈마 처리 장치는, 단순한 안테나와 고주파 전원이라는 간단하고 값싼 구성에 의해 수 mTorr의 저압하에서 비교적 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 처리 챔버 내부가 간단하므로 처리중에 피처리물 위로 날아오는 이물질 발생을 줄일 수 있다는 장점이 있어 최근 널리 보급되고 있다.

이러한 수직형 유도결합 플라즈마원의 종래 기술은 하나의 절연창에 두 줄의 코일이 감겨 있거나, 페러데이 실드가 장착된 나선형 코일이 감겨 있다.

전자의 기술은 RF 파우어 제너레이터가 두 개가 필요한 복잡한 구조로 되어 있어, 메칭회로를 두 개 필요로 하는 등 장치구성에 어려움이 따른다.,

후자의 기술은 페러데이 실드에 의한 폐회로 형성으로 전자기장의 일부가 차폐되어 플라즈마의 효율이 떨어질 수 있으며, 코일이 나선형으로 되어 있어 반응기 하단부의 웨이퍼척과 코일 사이의 거리가 일정하지 않아 식각이 불균일하게 일어날 수 있다.

이에 본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 유도결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 RF 파워가 투과될 수 있는 원통형의 유전체 윈도우를 갖는 공정챔버; 상기 유전체 윈도우를 둘러싸도록 배치되는 고주파 안테나; 및 상기 고주파 안테나로 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부를 포함하되; 상기 고주파 안테나는 상기 고주파 전원부로부터 고주파 전력이 인가되는 입력단; 전기적으로 접지되는 출력단; 상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 유전체 윈도우의 양 측면에 위치되는 그리고 양단이 상기 입력단과 상기 출력단에 연결되는 상기 제1안테나와 제2안테나를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1안테나와 제2안테나 각각은 상기 입력단에 연결되는 제1부분과 상기 출력단에 연결되는 제2부분이 서로 이격된 상태로 평행하게 배치되고, 상기 제1부분과 상기 제2부분을 연결하는 유턴부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유턴부는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 향하도록 구부려진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유턴부는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 90도 구부려 전기장 및 자기강의 방향을 바꾸어 상기 공정챔버의 플라즈마에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1부분과 제2부분은 반호형상으로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 고주파 안테나의 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(100)는 그 내부에 플라즈마 형성 공간이 마련된 공정챔버(process chamber, 110)를 구비한다. 상기 공정챔버는 상부 처리실(112)과 하부 처리실(114)로 구성된다. 상기 상부 처리실(112)은 RF 파워가 투과될 수 있도록 유전체 윈도우(Dielectric Window)로 이루어지는 반응관(116)과, 이것의 상단을 덮는 덮개(117)를 갖는다. 상기 반응관(116)은 석영유리와 같은 유전체로 이루어지며 원통 형태를 갖는다.

상기 하부 처리실(114)은 상기 상부 처리실(112)보다 폭넓게 형성되며, 상부에는 환상의 덮개(115)를 갖으며, 이 환상의 덮개에는 상기 상부 처리실(112)이 설치된다. 상기 하부 처리실(114)의 내부 아래쪽에는 기판(W)을 지지하는 정전척(electrostatic chuck, 118)이 설치된다. 이 정전척(118)에는 RF 전원(120)이 연결되어 공정챔버(110) 내에 생성된 플라즈마로부터 빠져나온 이온과 라디칼이 웨이퍼(W)의 표면에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공하게 된다. 상기 공정챔버(110)의 바닥에는 진공펌프(미도시됨)에 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 119)가 형성되어 있으며, 이를 통해 플라즈마 중의 분자, 에칭 생성물 등이 배기된다.

상기 상부 처리실(112)의 반응관(116) 외측에는 고주파 안테나(130)가 설치된다. 상기 고주파 안테나(130)는 RF 파워에 의해 플라즈마를 생성하는 역할을 하 는 것으로, 웨이퍼와 상기 고주파 안테나 사이에서 발생한 플라즈마에 의해 해리되어 형성된 라디칼과 가속도를 가지고 웨이퍼에 충돌하는 이온의 작용에 의해 식각 공정이 이루어진다. 상기 고주파 안테나(130)의 입력단(132)은 고주파 임피던스 정합기(매칭 유닛;142)을 통해 고주파 전원(140)에 접속되고, 출력단은 접지된다. 상기 고주파 안테나(130)는 입력단과 출력단으로부터 분기되는 제1안테나(134)와 제2안테나(136)를 포함한다.

상기 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b)는 상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 반응관의 양 측면에 위치된다. 상기 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b)는 양단이 상기 입력단(132)과 상기 출력단(133)에 연결된다. 상기 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b) 각각은 제1부분(135), 유턴부(136) 그리고 제2부분(137)으로 이루어진다. 상기 제1부분(135)과 제2부분(137)은 서로 이격된 상태로 평행하게 배치되며, 반호 형상으로 이루어진다. 한편, 상기 제1부분(135)은 상기 입력단(132)에 연결되고, 상기 제2부분(137)은 상기 출력단(133)에 연결되며, 상기 유턴부(136)는 상기 제1부분(135)과 상기 제2부분(137)을 연결하는 부분이다. 상기 유턴부(136)는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 90도 구부려서 상기 유턴부의 평탄화 자기장이 식각 공정에 미치는 영향을 최소화함으로써 웨이퍼 상에서는 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.

이처럼, 플라즈마 밀도가 균일하면, 식각 소오스(예컨대, CHF3,C4F8, C2F6 등)가 해리되어 래디컬을 형성할 때 래디컬의 공간 분포가 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하게 되므로, 래디컬의 분포에 영향을 반응 식각율의 편차를 최소화할 수 있다.

다음으로, 상술한 구성을 갖는 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 작용을 설명한다.

고주파 전류가 상기 고주파 안테나(130)의 입력단(132)에 인가되면, 고주파 전류는 상기 제1안테나(134a)의 제1부분(135)과 상기 제2안테나(134b)의 제1부분(135)으로 분기되어 흐르고, 제1,2안테나의 유턴부(136)에서 유턴되어 제2부분(137)을 거쳐 상기 고주파 안테나의 출력단(133)에서 다시 만나 출력단측의 접지를 통해 빠져나간다. 여기서, 본 발명의 고주파 안테나(130)는 나선형이 아니기 때문에 정전척(118)과 안테나 사이의 거리가 일정하지 않아 발생하였던 식각 불균형을 방지할 수 있다. 한편, 상기 고주파 안테나의 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b)의 유턴부(136)가 서로 마주보면 전기장과 자기장의 중첩 현상에 의해 상기 유턴부(136)쪽의 플라즈마 밀도가 증가하고 식각을 했을 때 다른 부분보다 식각율이 높아져 식각 불균형이 초래될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 이러한 식각 불균형을 해소하기 위해, 제1안테나와 제2안테나의 유턴부(136)를 바깥방향으로 90도씩 구부려 두 중첩된 전기장 및 자기장의 방향을 바꾸어 반응관 내의 플라즈마에 미치는 영향을 최소화하도록 하였다. 이렇게 함으로써, 저압의 고밀도 플라즈마 상태를 유지하면서 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 저압의 고밀도 플라즈마 상태를 유지하면서 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims

유도 결합 플라즈마 처리 장치에 있어서:

고주파전력이 투과될 수 있는 원통형의 유전체 윈도우를 갖는 공정챔버;

상기 유전체 윈도우를 둘러싸도록 배치되는 고주파 안테나; 및

상기 고주파 안테나로 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부를 포함하되;

상기 고주파 안테나는

상기 고주파 전원부로부터 고주파 전력이 인가되는 입력단;

전기적으로 접지되는 출력단;

상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 유전체 윈도우의 양 측면에 위치되는 그리고 양단이 상기 입력단과 상기 출력단에 연결되는 상기 제1안테나와 제2안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1안테나와 제2안테나 각각은

상기 입력단에 연결되는 제1부분과 상기 출력단에 연결되는 제2부분이 서로 이격된 상태로 평행하게 배치되고, 상기 제1부분과 상기 제2부분을 연결하는 유턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 유턴부는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 향하도록 구부려져 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 유턴부는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 90도 구부려 전기장 및 자기강의 방향을 바꾸어 상기 공정챔버의 플라즈마에 미치는 영향을 최소화하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1부분과 제2부분은 반호형상으로 이루어지는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.