KR20100101829A - 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비는, 마스크가 배치되는 챔버; 챔버 내에 장착되는 마스크를 지지하는 척(chuck); 척에 대향되게 설치되는 상부 전극; 상부 전극 상에 플라즈마 원료 가스를 공급하는 가스 저장부; 상부 전극 및 척과 연결되어 전압을 인가하는 전원부; 및 상부 전극 내에 위치하여 가스 저장부에서 공급된 원료 가스를 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 많이 분사하는 노즐 홀이 배치된 분사판을 포함한다.
가스 확산부, 플라즈마, 선폭 균일도
Description
본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 투명한 재질의 기판에 형성된 마스크 패턴 상에 빛을 조사하여 선택적으로 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되면서 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 웨이퍼 상에 전사하고자 하는 패턴을 형성하기 위해 포토마스크는 먼저 투명한 재질의 기판 상에 광차단막 또는 위상반전막을 포함하는 마스크 대상막을 형성하고, 마스크 대상막 상에 레지스트막을 도포하여 형성한다. 이 레지스트막은 이후 패턴을 형성하기 위해 진행될 식각 공정에서 마스크 대상막을 선택적으로 식각하는 식각마스크 역할을 한다. 레지스트막을 형성한 다음 리소그래피(lithography) 공정을 진행하여 레지스트막 패턴을 형성한다. 구체적으로, 레지스트막 상에 전자빔(e-beam)을 이용한 노광 공정을 진행한다. 노광 공정을 진행하면 빛이 조사된 지역에 광화학반응에 의한 용해도 차이가 발생한다. 다음에 레지스트막 상에 현상 공정을 진행한다. 현상액을 이용하여 레지스트막 상에 진행한 노광 공정으로 용해도 차이가 발생된 부분을 제거한다. 그러면 레지스트막 하부의 마스크 대상막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴이 형성된다. 그리고 레지스트막 패턴을 식각마스크로 마스크 대상막의 노출 부분을 식각하여 마스크 패턴을 형성한다. 이러한 리소그래피 공정 및 식각 공정으로 빛이 차단되는 차광 영역 및 빛이 투과되는 투광 영역을 포함하는 포토마스크가 제작된다.
한편, 마스크 대상막을 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 공정은 플라즈마(plasma)를 이용한 건식식각(dry etch)방법을 이용하여 진행하고 있다. 플라즈마를 이용한 건식식각은 플라즈마 챔버 내에 마스크 대상막이 형성된 기판을 배치하고, 플라즈마 챔버 상에 플라즈마를 형성하기 위한 반응 가스들을 공급하고, 공급된 반응 가스들은 가스 확산부(gas diffuser)를 통해 플라즈마 챔버 내에 유입되어 플라즈마를 형성한다. 그리고 플라즈마 챔버 내에 형성된 플라즈마로 마스크 대상막에 대한 식각을 진행한다. 이 경우 가스 확산부는 웨이퍼 또는 포토마스크의 중심 부분과 가장자리 부분에서 균일한 플라즈마가 분포하게 구조를 설계하고 있다. 그러나 현재 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴은 사각형 형상으로 형성하고 있기 때문에 식각 공정에서 플라즈마 분포를 제어하기가 어렵고, 플라즈마 분포가 불균일해진다. 이에 따라 포토마스크의 사각 꼭짓점 지역 및 가장자리부분의 임계치수(CD; Critical Dimension)가 중앙부의 임계치수보다 작게 형성되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비는, 마스크가 배치되는 챔버; 상기 챔버 내에 장착되는 마스크를 지지하는 척(chuck); 상기 척에 대향되게 설치되는 상부 전극; 상기 상부 전극 상에 플라즈마 원료 가스를 공급하는 가스 저장부; 상기 상부 전극 및 척과 연결되어 전압을 인가하는 전원부; 및 상기 상부 전극 내에 위치하여 상기 가스 저장부에서 공급된 원료 가스를 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 많이 분사하는 노즐 홀이 배치된 분사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 가스 확산부는 상기 노즐 홀의 개수 또는 상기 노즐 홀의 크기를 제어하여 상기 공급되는 원료 가스의 흐름을 제어하여 상기 원료 가스가 여기되어 형성되는 플라즈마의 분포를 조절한다.
상기 가스 확산부는 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 많은 개수의 노즐 홀(nozzle hole)이 배치된다.
상기 가스 확산부는 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 홀의 크기가 큰 노즐 홀(nozzle hole)이 배치된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다. 도 2는 도 1의 가스 확산부를 개략적으로 나타내보인 도면이다. 도 3은 본 발명의 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비로 플라즈마 형성시 라디칼 밀도를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다. 도 4는 일반적인 가스 확산부의 구조를 나타내보인 도면이다. 그리고 도 5는 일반적인 가스 확산부를 적용하여 플라즈마 형성시 라디칼 밀도를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 챔버 장비는, 마스크(M)가 배치되는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에 장착되는 마스크(M)를 지지하는 척(chuck, 105)을 포함하여 이루어진다. 챔버(100) 내에는 마스크(M)를 지지하는 척(105)과 대향되는 위치에 상부 전극(110)이 배치되어 있다. 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 마스크(M)를 지지하는 척(105)은 상부 전극(110)에 대향되는 바닥 전극을 내부에 포함하고 있다. 다음에 상부 전극(110)과 척(105)과 연결되어 전압(power)을 인가하는 전원부(130)가 챔버(100) 외부에 배치되어 있다. 여기서 전원부(130)는 상부 전극(110)과 척(105)과 연결되면서 플라즈마를 여기시키기 위한 전압을 인가한다. 다음에 챔버(100) 외부에 배치되면서 챔버(100) 내에 플라즈마를 형성하기 위해 공급하는 원료 가스를 저장하고, 상부 전극(110) 상에 원료 가스를 공급하는 가스 저장부(135)가 배치되어 있다. 플라즈마를 형성하기 위한 원료 가스는 가스 저장부(135)와 챔버(100)에 연결된 가스 공급관(137)을 통해 챔버(100) 내에 공급된다. 그리고 플라즈마 챔버 장비는 상부 전극(110) 내에 위치하면서 가스 저장부(135)에서 공급된 원료 가스를 척(105)에 배치된 마스크(M)의 중심부보다 마스크(M)의 가장자리부에 상대적으로 많이 공급하는 노즐 홀(nozzle hole, 115)이 배치된 분사판(120)을 포함하는 가스 확산부(125)를 포함하여 이루어진다.
가스 확산부(125)는 노즐 홀(115)의 개수 또는 노즐 홀(115)의 크기(size)를 제어하여 가스 저장부(135)로부터 챔버(100) 내에 공급되는 반응 가스의 흐름을 제어하여 원료 가스가 여기되어 형성되는 플라즈마의 분포를 조절한다. 구체적으로, 가스 확산부(125)를 선택적으로 나타내보인 도 2를 참조하면, 가스 확산부(125)는 마스크(M)의 중심부보다 마스크(M)의 가장자리부에 상대적으로 많은 개수의 노즐 홀(115)이 배치된 분사판(120)을 포함하여 이루어진다. 또한 가스 확산부(125)는 마스크(M)의 중심부보다 마스크(M)의 가장자리부에 상대적으로 홀의 크기가 큰 노즐 홀(115)이 배치된 분사판(120)을 포함할 수도 있다.
플라즈마를 이용하여 식각 공정을 진행하는 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 가스 확산부(410)가 모든 영역에서 일정한 크기 및 개수의 노즐 홀(400)이 배치된 분사판(405)을 적용하면, 식각하고자 하는 면적이 넓은 경우 피식각물질을 제거하는 반응성 가스, 즉, 활성화된 반응성 라디칼(radical)의 소모가 많아져 식각면적이 적은 부분과의 라디칼 밀도(radical density)의 균형이 깨지게 된다. 그러면 도 5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 마스크에 형성하고자 하는 패턴(510, 515)이 형성되는 위치에 따라 라디칼 밀도가 불균일하게 나타나게 된다. 라디칼 밀도는 마스크의 가장자리(B)에서 반응 라디칼 양이 적고, 중심부(A)에서는 과잉 공급되어, 선폭 불균일 현상이 발생된다. 이와 같이 라디칼 밀도의 균형에 차이가 발생하는 것은 웨이퍼의 경우에는 원중심적인 방향으로만 조절이 가능하지만 사각형 형상으로 이루어진 마스크의 경우에는 마스크의 가장자리부 및 네 꼭짓점에서 플라즈마의 불균일이 일어나게 된다.
이에 따라 활성화된 가스를 피식각물질의 면적에 맞추어 플라즈마를 조절하는 방법으로 가스 확산부의 노즐 홀의 크기 또는 개수를 조절한다. 도 3의 (a)를 참조하면, 피식각물질, 즉, 마스크에 형성하고자 하는 패턴(310, 315)이 마스크의 중심부(A)보다 가장자리부(B)에 형성하려는 패턴의 면적이 상대적으로 더 넓으므로 이러한 위치별 면적의 차이에 따라 플라즈마를 조절한다. 노즐 홀의 크기 또는 개수를 피식각물질의 면적에 따라 조절하면, 도 3의 (b)에서 나타난 바와 같이, 마스크 중심부(A) 및 가장자리부(B) 내의 라디칼 밀도가 각각 균일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 라디칼 밀도가 균일하게 나타나면 선폭 균일도 또한 향상된다. 이는 크롬막 식각시 크롬(Cr) 이온과 산소 라디칼(O*) 이온의 분포를 측정한 결과 플라즈마 밀도가 피식각물질의 면적에 영향을 받지 않고 일정하게 나타나기 때문이다. 이와 같이 플라즈마 밀도를 피식각물질의 면적과 상관없이 일정하게 유지시켜 선폭 균일도를 향상시키면 선폭 불균일에 따른 마스크 반송 장수를 감소시켜 제작기간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 확산부를 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비로 플라즈마 형성시 라디칼 밀도를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 4는 일반적인 가스 확산부의 구조를 나타내보인 도면이다.
도 5는 일반적인 가스 확산부를 적용하여 플라즈마 형성시 라디칼 밀도를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
Claims (4)
- 마스크가 배치되는 챔버;상기 챔버 내에 장착되는 마스크를 지지하는 척(chuck);상기 척에 대향되게 설치되는 상부 전극;상기 상부 전극 상에 플라즈마 원료 가스를 공급하는 가스 저장부;상기 상부 전극 및 척과 연결되어 전압을 인가하는 전원부; 및상기 상부 전극 내에 위치하여 상기 가스 저장부에서 공급된 원료 가스를 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 많이 분사하는 노즐 홀이 배치된 분사판을 포함하는 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비.
- 제1항에 있어서,상기 가스 확산부는 상기 노즐 홀의 개수 또는 상기 노즐 홀의 크기를 제어하여 상기 공급되는 원료 가스의 흐름을 제어하여 상기 원료 가스가 여기되어 형성되는 플라즈마의 분포를 조절하는 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비.
- 제1항에 있어서,상기 가스 확산부는 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 많은 개수의 노즐 홀(nozzle hole)이 배치된 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비.
- 제1항에 있어서,상기 가스 확산부는 마스크의 중심부보다 마스크의 가장자리부에 상대적으로 홀의 크기가 큰 노즐 홀(nozzle hole)이 배치된 가스 확산부를 구비한 플라즈마 챔버 장비.
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2009
- 2009-03-10 KR KR1020090020231A patent/KR20100101829A/ko not_active Application Discontinuation
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| US10381461B2 (en) | 2015-07-07 | 2019-08-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming a semiconductor device with an injector having first and second outlets |
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