KR20100059273A - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조공정에 사용되는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다. 상기 플라즈마 식각장치는, 공정챔버; 상기 공정챔버 내의 상단에 형성된 상부전극; 상기 공정챔버 내의 하단에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 하부전극; 플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부전극 또는 하부전극에 인가하기 위한 고주파인가부를 포함하고, 상기 상부전극은 웨이퍼와의 수직거리를 조절할 수 있도록 각각의 구동부를 갖는 복수의 전극으로 구성되는 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 플라즈마 식각장치에서 상부전극이 각각의 구동부를 갖는 복수의 전극부로 구성되어, 상기 복수의 상부전극과 웨이퍼와의 수직거리를 조절함으로써, 웨이퍼의 중앙과 에지에서 그리고 웨이퍼 사이즈의 증가에 관계없이 균일한 식각 조건을 유지하여 웨이퍼의 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.

플라즈마 식각장치, 내부 전극, 외부 전극, 구동부, 균일도

Description

플라즈마 식각 장치 {Plasma etching apparatus}

본 발명은 반도체 소자 제조공정에 사용되는 플라즈마 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체의 제조는 웨이퍼 표면에 박막의 적층, 식각 및 이온주입을 반복적으로 실시하여 원하는 회로의 동작 특성을 가지는 반도체 소자를 형성하는 것이다.

이 중에서, 식각 작업은 적층된 박막을 선택적으로 제거하는 작업으로, 용액을 사용하여 식각하는 습식식각과 반응가스를 이용하여 식각하는 건식식각으로 구분된다.

특히, 건식식각은 절연막 또는 금속층이 적층된 웨이퍼를 밀폐된 공정챔버 내에 장착하고, 식각용 반응가스를 공정챔버에 주입한 후, 고주파 혹은 마이크로웨이브 전력 등을 인가하여 플라즈마 상태의 가스를 형성함으로써 상기 절연막 또는 금속층을 식각하는 것이다. 이러한 건식식각은 웨이퍼가 식각된 후에 세척 공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 절연막 또는 금속층이 이방성으로 식각되는 특성을 갖고 있어, 현재 대부분의 식각공정에 사용되고 있다.

건식식각에는 플라즈마의 발생방식에 따라 플라즈마 식각(Plasma etching), 반응성 이온 식각(Reactive ion etching), 자기 향상 반응성 이온 식각(Magnetically enhanced reactive ion etching) 등의 방식이 있다.

여기서 플라즈마 식각은 반응가스를 두 전극 사이에 넣고 강한 전기장을 형성하여 가스를 이온화시키고, 이온화된 반응가스를 웨이퍼의 표면에 가속시켜 적층된 박막을 선택적으로 제거하는 방식이다.

도 1은 종래의 플라즈마 식각장치의 구성을 나타내는 도면이다.

이러한 플라즈마 식각장치는, 공정챔버(1)와, 공정챔버 내의 상단에 형성된 상부전극(2)과, 공정챔버(1) 내의 하단에 형성되어 웨이퍼(W)가 안착되는 하부전극(3)과, 플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부전극(2) 또는 하부전극(3)에 인가하기 위한 고주파인가부(4)를 포함한다.

종래의 플라즈마 식각장치에 사용되는 상부전극(2)은 디스크형이나 반구형의 부재 외부에 코일을 감아 사용하는 경우가 대부분으로, 이러한 상부전극(2)을 사용하여 식각공정을 진행할 경우, 도 1의 "A"와 같이 웨이퍼(W)의 중간 부분에서 플라즈마의 밀도가 높게 형성된다. 이러한 상태에서는 웨이퍼의 중간 부분의 식각 비율이 에지 부분에 비해 높아지게 된다. 따라서, 원하는 식각 비율로 웨이퍼(W)를 식각하는 데 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 웨이퍼와의 수직거 리를 조절할 수 있는 형태로 상부전극을 구성함으로써, 웨이퍼의 중앙과 에지에서 그리고 웨이퍼 사이즈의 증가에 관계없이 원하는 식각 조건을 유지하여 웨이퍼의 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 식각장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.

본 발명의 제1 태양에 따른 플라즈마 식각장치는, 공정챔버; 상기 공정챔버 내의 상단에 형성되고, 웨이퍼와의 수직거리를 조절할 수 있도록 각각의 구동부를 갖는 복수의 전극으로 구성된 상부전극; 상기 공정챔버 내의 하단에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 하부전극; 플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부전극 또는 하부전극에 인가하기 위한 고주파인가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부전극은 디스크형의 내부 전극과, 상기 내부 전극을 링 형상으로 둘러싸는 외부 전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부전극은 상기 외부 전극을 링 형상으로 둘러싸는 제2 외부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부전극의 복수의 전극은 웨이퍼와의 수직거리를 5 내지 50mm의 범위에서 조절 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 태양에 따른 플라즈마 식각장치는, 공정챔버; 상기 공정챔버 내의 상단에 형성된 상부전극; 상기 공정챔버 내의 하단에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 하부전극; 플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부전극 또는 하부전극에 인가하기 위한 고주파인가부를 포함하고, 상기 상부전극은 위로 볼록한 곡선형으로 형성되어, 웨이퍼의 에지로 갈수록 상기 상부전극과 웨이퍼와의 수직거리가 감소하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 식각장치에서 상부전극이 각각의 구동부를 갖는 복수의 전극부로 구성되어, 상기 상부전극의 복수의 전극부와 웨이퍼와의 수직거리를 각각 조절함으로써, 웨이퍼의 중앙과 에지에서 그리고 웨이퍼 사이즈의 증가에 관계없이 균일한 식각 조건을 유지하여 웨이퍼의 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 플라즈마 식각장치의 제1 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 상기 플라즈마 식각장치의 상부전극(20)의 평면도이다.

상기 플라즈마 식각장치(100)는 공정챔버(10), 상기 공정챔버 내의 상단에 형성된 상부전극(21, 22; 20), 상기 공정챔버 내의 하단에 형성되어 웨이퍼(W)가 안착되는 하부전극(30), 플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부 전극(20) 또는 하부전극(30)에 인가하기 위한 고주파인가부(40)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 상부전극(20)은 내부 전극(21)과 외부 전극(22)으로 구성된다. 상기 내부 전극(21)과 외부 전극(22)은 상기 전극들과 웨이퍼(W)와의 수직거리를 조절할 수 있도록 각각의 구동부(21a, 22a)를 갖는다.

일반적으로, 웨이퍼(W)의 에지보다 중앙에서 플라즈마의 밀도가 더 높으므로, 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)와의 수직거리를 내부 전극(21)에서 더 멀도록 제어함으로써, 웨이퍼의 중앙에서의 플라즈마 밀도를 낮출 수 있다. 이는 웨이퍼의 중앙과 에지에서의 플라즈마의 밀도를 균일하게 하여, 웨이퍼의 식각 속도를 일정하게 하고, 식각에 의해 생성되는 홀(hole) 프로파일의 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부전극(20)은 디스크형의 내부 전극(21)과, 상기 내부 전극(21)을 링 형상으로 둘러싸는 외부 전극(22)으로 구성될 수 있다. 상기 내부 전극(21)과 외부 전극(22)은 웨이퍼(W)와의 수직거리를 조절할 수 있도록 각각의 구동부(21a, 22a)를 갖는다. 웨이퍼와 전극(21, 22) 간의 수직거리는 5 내지 50 mm의 범위에서 조절할 수 있도록 구성된다.

도 4는 본 발명의 플라즈마 식각장치의 제2 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면이다.

상기 제1 실시예와 다른 구성은 동일하고, 상기 상부전극(20)의 형태만 차이가 있다. 상기 상부전극(20)은 상기 내부 전극(21)을 링 형상으로 둘러싸는 외부 전극이 제1 외부 전극(22)과 제2 외부 전극(23)으로 구성되어 있다. 이렇게 함으로써, 상기 상부전극(20)과 웨이퍼(W)와의 수직거리에 3단계로 단차를 줄 수 있다. 이는 웨이퍼의 중앙과 에지에서의 플라즈마의 밀도를 더 정밀하게 원하는 대로 조절할 수 있어, 웨이퍼(W)의 식각 속도를 일정하게 하고, 식각에 의해 생성되는 홀(hole) 프로파일의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있게 한다.

도 5는 본 발명의 플라즈마 식각장치의 제3 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면이다.

본 실시예에서 상부전극(20)은 위로 볼록한 곡선형으로 형성되어, 웨이퍼(W)의 에지로 갈수록 상기 상부전극(20)과 웨이퍼와의 수직거리가 감소하도록 구성된다. 이는 상기 제1 및 제2 실시예에서와 마찬가지로 웨이퍼(W)의 중앙과 에지에서의 플라즈마의 밀도를 균일하게 하여, 웨이퍼의 식각 속도를 일정하게 한다.

일반적으로, 플라즈마의 균일도를 맞추는 방법으로는 공정챔버(10) 내에서의 플라즈마의 압력, 전극에 감는 코일의 간격, 전력(power)의 세기, 플라즈마 가스 유량 및 웨이퍼(W)와 전극과의 수직거리 등을 조절하는 방법이 있다. 그러나, 웨이퍼의 사이즈가 증가될수록 기존의 방법으로는 플라즈마의 균일도를 향상시키는데 한계가 있다. 이러한 경우에는 본 발명에서와 같이 각각의 전극과 웨이퍼(W)와의 수직거리를 다단계로 조절함으로써, 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 식각장치에서는 상부전극이 각각의 구동부를 갖는 복수의 전극부로 구성되어, 상기 복수의 상부전극과 웨이퍼와의 수직거리를 다단계로 조절함으로써, 웨이퍼의 중앙과 에지에서 그리고 웨이퍼 사이즈의 증가에 관계없이 균일한 식각 조건을 유지하여 웨이퍼의 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 종래의 플라즈마 식각장치의 구성을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 플라즈마 식각장치의 제1 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 상부전극의 평면도.

도 4는 본 발명의 플라즈마 식각장치의 제2 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 플라즈마 식각장치의 제3 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공정챔버

20 : 상부전극

21 : 내부 전극

22, 23 : 외부 전극

21a, 22a, 23a : 구동부

30 : 하부전극

40 : 고주파인가부

Claims (5)

1. 공정챔버;

   상기 공정챔버 내의 상단에 형성되고, 웨이퍼와의 수직거리를 조절할 수 있도록 각각의 구동부를 갖는 복수의 전극으로 구성된 상부전극;

   상기 공정챔버 내의 하단에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 하부전극;

   플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부전극 또는 하부전극에 인가하기 위한 고주파인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부전극은 디스크형의 내부 전극과, 상기 내부 전극을 링 형상으로 둘러싸는 외부 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 상부전극은 상기 외부 전극을 링 형상으로 둘러싸는 제2 외부 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부전극의 복수의 전극은 웨이퍼와의 수직거리를 5 내지 50mm의 범위에서 조절 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
5. 공정챔버;

   상기 공정챔버 내의 상단에 형성된 상부전극;

   상기 공정챔버 내의 하단에 형성되어 웨이퍼가 안착되는 하부전극;

   플라즈마를 발생시키는데 필요한 고주파전력을 상기 상부전극 또는 하부전극에 인가하기 위한 고주파인가부를 포함하고,

   상기 상부전극은 위로 볼록한 곡선형으로 형성되어, 웨이퍼의 에지로 갈수록 상기 상부전극과 웨이퍼와의 수직거리가 감소하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.

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