KR20230138619A - 소모성 금속 부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

소모성 금속 부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

소모성 금속 부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 상기 식각용 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되는, 기판 지지부재; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는, 가스 공급부재; 상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 챔버 내부에서 플라즈마가 발생할 때 제1 금속의 이온 또는 라디컬을 포함하는 금속성 부산물을 발생시키는 소모품부; 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 전력이 인가되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극에 전력을 공급하는 전원;을 포함한다.

Description

소모성 금속 부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치 {Plasma processing device for etching comprising consumable metal member}
본 발명은, 특수 가스에 포함되는 성분인 내화금속을 함유하는 소모성 금속 부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 식각 공정 중 하나인, 기존의 고종횡비 컨택(High Aspect Ratio Contact) 공정에서, 측벽의 불균일한 고분자 패시베이션(Passivation) 및 수직한 이온입사를 방해하는 차징 효과(charging effect)는 해결되어야 하는 문제점으로 남아있었다. 이와 같은 불균일 고분자 패시베이션 및 차징 효과에 대한 문제를 개선하기 위하여, 특수 목적의 가스를 식각 중 주입하는 공정이 연구되고 있으며, 가장 대표적으로 WF6(육불화텅스텐) 특수 가스가 주로 연구개발되고 있다. 주입된 WF6 특수 가스 내 텅스텐은 식각 공정 중 측벽의 고분자와 결합하게 되고, 이는 기존의 탄소 계열 고분자에 비해 더욱 얇고 균일하게 금속 첨가 고분자 보호층을 형성할 수 있다. 상기 금속 첨가 고분자 보호층은 내화금속의 단단한 특성에 의해, 기존의 탄소 계열 고분자 단일 성분 층에 비해 측벽 보호에 우수한 성능을 나타내며 양이온으로 인해 발생하는 차징 효과를 개선하여 수직 형상의 식각 결과를 얻을 수 있도록 돕는다. 또한, 식각 공정에 주입되는 특수 가스 내에 포함된 금속과 ACL의 결합은, ACL 마스크 층의 식각 선택비를 더욱 향상시킬 수 있다.
그러나, 이러한 특수 가스 첨가 공정의 경우, 특수 가스 첨가를 위한 추가적인 가스라인 증설이 필요하며, 한정된 종류의 내화금속 결합 물질을 가스 형태로 챔버에 공급하는 추가 단계 역시 필요하다. 또한, 상기 특수 가스로 사용되기 위한 물질은 그 가짓수가 매우 적으며, 종래 기술로써 널리 알려진 WF6 가스의 경우에도 바람직한 금속 첨가 효과를 나타내기 위하여 기존 공정을 수정할 필요가 있거나, 그렇지 않으면 특수 가스가 매우 극소량 첨가될 수 밖에 없다는 단점이 존재한다.
본 발명의 일 목적은, 식각의 품질 향상을 위해 투입되는 특수 가스를 대체할 수 있는, 내화금속을 함유하는 소모성 금속 부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
일 측면으로서, 본 발명은, 진공 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되는, 기판 지지부재; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는, 가스 공급부재; 상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 챔버 내부에서 플라즈마가 발생할 때 제1 금속의 이온 또는 라디컬을 포함하는 금속성 부산물을 발생시키는 소모품부; 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 전력이 인가되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극에 전력을 공급하는 전원;을 포함하는, 식각용 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
일 구현예에 있어서, 상기 소모품부는, 상기 챔버의 상부에 위치하고 가스 토출 구멍이 하나 이상 형성되는 샤워 헤드에 설치된 것을 특징으로 한다.
일 구현예에 있어서, 상기 소모품부는, 상기 기판 지지부재에 배치되는 기판의 가장자리를 둘러싸도록 상기 챔버의 하부에 배치되는 엣지 링에 설치된 것을 특징으로 한다.
일 구현예에 있어서, 상기 소모품부는, 상기 챔버의 내벽에 설치된 것을 특징으로 한다.
일 구현예에 있어서, 상기 소모품부는, 상기 제1 금속을 함유하는 규소(Si) 화합물 또는 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 금속은, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zr), 테크네튬(Tc), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 하프늄(Hf), 오스뮴(Os), 및 이리듐(Ir) 중 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 구현예에 있어서, 상기 소모품부에 전력을 인가하여 상기 제1 금속의 이온 또는 라디컬의 생성을 촉진하는 소모품부 연결 전원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 구현예에 있어서, 상기 장치는 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치, 유도 결합 플라즈마(ICP, inductively coupled plasma) 장치, 전자파(microwave) 플라즈마 장치, 헬리콘(Helicon) 플라즈마 장치, 전자 사이클로트론 공명(ECR, Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 장치 및 리모트(remote) 플라즈마 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 바람직한 측벽 패시베이션을 위해 내화금속을 포함한 특수 가스 대신, 식각용 플라즈마 처리 장치 내에 내화금속 성분을 포함하는 소모성 금속재 부품을 사용함으로써, 내화금속 성분을 포함하는 특수 가스를 주입한 식각 공정의 개선 효과를 낼 수 있다. 따라서, 상기 특수 가스 주입을 위한 추가적인 가스 라인 설치가 필요없으며, 소모성 금속재 부품의 부산물을 활용할 수 있다는 점에서 보다 경제적인 식각 공정을 가능하게 한다. 또한, 특수 가스를 직접 주입하지 않고 스퍼터링을 통한 증착을 바로 진행 가능하기 때문에, 측벽 패시베이션 및 측벽 보호에 효과적이고, 이는 곧 HARC 식각 공정의 미세패턴 식각에서의 한계를 극복할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의, 회로도 및 소모품부 개략도 도면이다.
도 2는 소모품부에 한 개의 전원이 연결된 장치의, 회로도 및 소모품부 개략도 도면이다.
도 3은 소모품부에 두 개의 전원이 연결된 장치의, 회로도 및 소모품부 개략도 도면이다.
도 4는 본 발명의 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치의 구조도 도면이다.
도 5는 본 발명의 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치의 구조도 도면이다.
도 6은 본 발명의 유도 결합 플라즈마(ICP, inductively coupled plasma) 장치의 구조도 도면이다.
도 7은 본 발명의 전자파(microwave) 플라즈마 장치의 구조도 도면이다.
도 8은 본 발명의 리모트(remote) 플라즈마 장치의 구조도 도면이다.
도 9는 자기 DC 바이어스(self DC bias)를 사용하는 본 발명의 일 실시예의 구조도 도면이다.
도 10은 자기 DC 바이어스(self DC bias)를 사용하는 본 발명의 다른 실시예의 구조도 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "함유"한다고 할 때, 이는 특별히 달리 정의되지 않는 한, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명이 개시하는 식각용 플라즈마 처리 장치를, 본 발명의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은, 진공 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되는, 기판 지지부재; 상기 챔버 내부에 가스를 주입하는, 가스 공급부재; 상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 챔버 내부에서 플라즈마가 발생할 때 제1 금속의 이온 또는 라디컬을 포함하는 금속성 부산물을 발생시키는 소모품부; 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 전력이 인가되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극에 전력을 공급하는 전원;을 포함하는, 식각용 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 식각용 플라즈마 처리 장치는, 반도체의 식각 공정, 바람직하게는, 반도체의 고종횡비 컨택(High Aspect Ratio Contact) 식각 공정에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 식각용 플라즈마 처리 장치는, 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치, 유도 결합 플라즈마(ICP, inductively coupled plasma) 장치, 전자파(microwave) 플라즈마 장치, 헬리콘(Helicon) 플라즈마 장치, 전자 사이클로트론 공명(ECR, Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 장치, 또는 리모트(remote) 플라즈마 장치일 수 있다. 상기 식각용 플라즈마 처리 장치는, 내부 진공을 유지할 수 있는 진공 챔버를 포함할 수 있고, 상기 챔버 내부에 가스를 주입할 수 있고, 전력을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 전원은 RF 전원일 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 식각 가스를 직접 주입하는 직접 주입방식보다는, 간접 주입방식으로 스퍼터링 또는 반응되는 소모성 금속재 부품을 이용하여 식각 공정의 패시베이션 효율 및 수직 식각 효율을 개선할 수 있다.
상기 고종횡비 컨택 식각 공정은, 적층된 유전체 막의 높은 단수에 의해 고종횡비를 갖는 낸드 플래시의 수직 방향 식각을 포함한 고종횡비 식각을 위한 공정이다. 상기 고종횡비 컨택 식각 공정은, 많은 유전체가 적층되어있는 만큼, 식각된 패턴 상에 보잉(Bowing), 트위스팅(Twisting), 로딩 효과(Loading effect), 차징 효과, 및 측벽의 불균일 패시베이션 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여, 식각 가스 외에도 추가적으로 금속을 포함하는 특수 가스의 주입이 필요하다. 그러나 이는 추가적인 특수 가스 주입 설비의 증설을 필요로 한다.
본 발명에서는, 금속을 포함하는 특수 가스의 주입 대신, 기존의 식각용 플라즈마 처리 장치 내 소모성 금속재 부품에 내화금속, 바람직하게는, 금속이 포함된 규소(Si) 화합물 또는 혼합물, 더욱 바람직하게는, 금속이 포함된 실리사이드를 포함시킬 수 있다. 이때, 상기 소모성 금속재 부품은 소모품부라고 지칭될 수 있으며, 상기 소모품부는 상기 식각용 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 위치할 수 있고, 바람직하게는, 상기 챔버 내에 위치하는 탈부착 및 교체가 가능한 부품에 설치될 수 있고, 상기 소모품부는 상기 챔버 내에서 표면이 노출되어 상기 표면이 식각 공정 중의 플라즈마에 노출될 수 있다.
상기 소모품부가 상기 챔버 내에 표면이 노출되어 플라즈마 식각이 발생하게 되고, 상기 소모품부의 식각에 따른 반응 부산물인 몰리브데넘(Mo), 니켈(Ni), 탄탈럼(Ta), 및 텅스텐(W) 등 금속의 할로겐 화합물을 활용하여, 종래 기술로 사용되던 금속 포함 특수 가스(TaF6, WF6, WF5Cl. Wbr6, W(CO)6, WCl6, 및 BiF5 등)를 주입하여 얻을 수 있던 첨가제 효과를 대신할 수 있다. 이때, 상기 제1 금속의 이온 또는 라디컬은 상기 기판에 플라즈마 증착되는 고분자 물질과 결합하여 상기 기판에 증착되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 소모품부는, 상기 챔버의 상부에 위치하고 가스 토출 구멍이 하나 이상 형성되는 샤워 헤드에 설치될 수 있고, 또는, 상기 소모품부는, 상기 기판 지지부재에 배치되는 기판의 가장자리를 둘러싸도록 상기 챔버의 하부에 배치되는 엣지 링에 설치될 수 있으며, 또는, 상기 소모품부는, 상기 챔버의 내벽에 설치될 수 있다. 이때, 상기 소모품부가 상기 챔버의 내벽에 설치될 경우, 상기 소모품부가 상기 챔버 내벽을 일부 대체하거나, 상기 챔버 내벽 상에 배치되는 형태로 존재할 수 있다. 상기 소모품부는, 상기 챔버의 내부에 위치하여 플라즈마에 상기 소모품부의 표면이 노출되어 식각이 발생할 수 있는 형태라면 상기 기재된 것에 제한되지 않고 다양한 형태 및 구조로 존재할 수 있다.
상기 소모품부는, 상기 제1 금속을 함유하는 규소(Si) 화합물 또는 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 제1 금속은, 바람직하게는, 내화금속의 형태로 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zr), 테크네튬(Tc), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 하프늄(Hf), 오스뮴(Os), 및 이리듐(Ir) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 및 레늄(Re) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 가장 바람직하게는, 상기 상기 제1 금속은 금속이 포함된 규소(Si) 화합물 또는 혼합물의 형태로 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
본 발명의 식각용 플라즈마 처리 장치는, 상기 소모품부에 전력을 인가하여 상기 제1 금속의 이온 또는 라디컬의 생성을 촉진하는 소모품부 연결 전원을 추가로 포함할 수 있다.
상기 식각용 플라즈마 처리 장치의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키게 되면, 상기 플라즈마에 노출된 상기 소모품부 표면은 라디칼에 의해 또는 스퍼터링을 통해 소모되고 부산물이 발생할 수 있다. 이때, 상기 부산물 발생을 제어할 수 있도록 추가적으로 상기 소모품부에 전원을 연결하여 전력을 인가할 수 있고, 상기 소모품부에 연결되는 전원은 DC 전원, AC 전원 또는 RF 전원 (펄스 전원 포함)일 수 있다.
추가로, 상기 장치는 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치, 유도 결합 플라즈마(ICP, inductively coupled plasma) 장치, 전자파(microwave) 플라즈마 장치, 헬리콘(Helicon) 플라즈마 장치, 전자 사이클로트론 공명(ECR, Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 장치 및 리모트(remote) 플라즈마 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 상기 장치에 따른 본 발명의 실시예들은, 도면과 함께 하기에 설명된다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들 및 평가예들에 대해 상술한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 일부 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의, 회로도 및 소모품부 개략도 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 챔버의 상부에 위치하고 소모품부가 포함되는 A영역 및 챔버의 하부에 위치한 기판 지지부재, 바람직하게는 정전척(ESC)이 포함되는 B영역이 포함된 식각용 플라즈마 처리 장치를 도시한다. 이때, 상기 A영역에 소모품부가 포함되는 것은, 상기 A영역의 가스 공급 장치, 바람직하게는 가스 분사 플레이트(DGDP, Distribution Gas Distributed Plate)에 또는 상부 전극 상에 소모품부가 설치되는 것을 의미한다. 또한, 상기 장치는 플라즈마를 발생시키기 위해 에너지를 공급하는 하부 전극을 포함하고, 상기 하부 전극과 상하로 대향하며 그라운드되는 상부 전극을 추가로 포함한다. 상기 상부 전극은, 본 실시예에서, 가스를 분사하는 플레이트일 수 있고, 바람직하게는 DGDP(Distribution Gas Distributed Plate)일 수 있다. 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에는 전력을 인가하기 위한 전원이 연결되며, 상기 전원은 DC 전원, AC 전원 또는 RF 전원 (펄스 전원 포함)일 수 있다.
상기 식각용 플라즈마 처리 장치는, 웨이퍼가 B영역 내 정전척 상에 배치되면 A영역의 가스 분사 플레이트(DGDP) 또는 상부 전극을 통해 진공의 챔버 내로 가스가 유입될 수 있다. 이후, B영역의 하부 전극에 전력이 인가되어 챔버 내에 플라즈마가 발생하게 되는데, 상기 플라즈마와 B영역의 웨이퍼가 화학 반응을 일으키며 웨이퍼 상에 식각 공정이 진행된다. 이때, 플라즈마는, 챔버의 A영역에 설치되어 상기 챔버 내부로 노출된 금속성 소모품부와도 반응을 일으키는데, 상기 금속성 소모품부와 플라즈마가 반응하여 형성된 부산물이 종래의 특수 가스 첨가제와 같은 역할을 수행하여 B영역의 식각 시 식각되지 않아야 하는 측면을 첨가제로 코팅하게 되고, 이는, 식각 공정이 수직 방향으로 형성되어 고종횡비 식각 공정의 품질을 향상시키는데 기여할 수 있다.
도 2는 소모품부에 한 개의 전원이 연결된 장치의, 회로도 및 소모품부 개략도 도면이다.
상기 도 2는, 챔버의 측벽을 포함하는 A영역 외에도, 기판 주위의 엣지 링을 포함하는 B영역에 소모품부가 설치된 식각용 플라즈마 처리 장치를 도시하며, 상부 전극에 연결된 전원 및 하부 전극에 연결된 전원 외에도 상기 A영역의 소모품부에 추가로 전원이 연결되어있다. 상기 전원은 DC 전원, AC 전원 또는 RF 전원 (펄스 전원 포함)일 수 있고, 상기 전원에 의해 A영역 소모품부의 식각에 따른 부산물 발생량을 제어할 수 있다. 또한, 상기 A영역 소모품부는, 소모품부 단독으로 A영역에 존재하거나, 측벽과 소모품부 사이에 유전체를 추가로 포함할 수 있다.
도 3은 소모품부에 두 개의 전원이 연결된 장치의, 회로도 및 소모품부 개략도 도면이다.
상기 도 3은, 챔버의 측벽을 포함하는 A영역 외에도, 기판 주위의 엣지 링을 포함하는 B영역에 소모품부가 설치된 식각용 플라즈마 처리 장치를 도시하며, 상부 전극에 연결된 전원 및 하부 전극에 연결된 전원 외에도 상기 A영역 및 B영역의 소모품부 둘 모두에 추가로 전원이 연결되어있다. 상기 전원은 DC 전원, AC 전원 또는 RF 전원 (펄스 전원 포함)일 수 있고, 상기 전원에 의해 소모품부의 식각에 따른 부산물 발생량을 제어할 수 있다. 또한, 상기 A영역 및 B영역 소모품부는, 소모품부 단독으로 A영역에 존재하거나, 측벽과 소모품부 사이에 유전체를 추가로 포함할 수 있다.
하기의 도 4 내지 도 10은, 본 발명의 소모품부 구성이 여러가지 종류의 식각용 플라즈마 처리 장치에 적용된 모습을 나타낸다. 하기의 장치들에는 플라즈마 소스 전원, 바이어스 전원, 추가 전원, 및 소모품부 연결 전원이 포함된다.
도 4는 본 발명의 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치의 구조도 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마 장치의 샤워 헤드는 소모품부를 포함할 수 있고, 상기 샤워 헤드는 탈부착 및 교체가 가능하다. 상기 도 4 내에 도시되어있지는 않지만, 추가로, 상기 장치의 엣지 링 및 측벽 역시 탈부착 및 교체가 가능한 소모품부를 포함할 수 있다. 상기 샤워 헤드의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 샤워 헤드에 연결되어 샤워 헤드에 설치된 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 소모품부 연결 전원 외에도, 상기 장치의 상부 전극에 소스 전원이 연결되고, 하부에 바이어스 및 추가 전원이 연결된다. 또한, 상기 측벽 상에 또는 정전척(ESC) 하부에 유전체를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치의 구조도 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마 장치의 샤워 헤드는 소모품부를 포함할 수 있고, 상기 샤워 헤드는 탈부착 및 교체가 가능하다. 상기 도 5 내에 도시되어있지는 않지만, 추가로, 상기 장치의 엣지 링 및 측벽 역시 탈부착 및 교체가 가능한 소모품부를 포함할 수 있다. 상기 샤워 헤드의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 샤워 헤드가 부착되어있는 상부 전극에 연결되어 샤워 헤드에 설치된 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 소모품부 연결 전원 외에도, 상기 장치의 하부에 소스 및 바이어스 전원이 동시에 연결되고 이에 더하여 추가 전원까지 총 3개의 전원이 연결된다. 또한, 상기 측벽 상에 또는 정전척(ESC) 하부에 유전체를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 유도 결합 플라즈마(ICP, inductively coupled plasma) 장치의 구조도 도면이다.
상기 도 6를 참조하면, 상기 유도 결합 플라즈마 장치의 샤워 헤드는 소모품부를 포함할 수 있고, 상기 샤워 헤드는 탈부착 및 교체가 가능하다. 상기 도 6 내에 도시되어있지는 않지만, 추가로, 상기 장치의 엣지 링 및 측벽 역시 탈부착 및 교체가 가능한 소모품부를 포함할 수 있다. 상기 샤워 헤드의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 샤워 헤드에 연결되어 샤워 헤드에 설치된 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 소모품부 연결 전원 외에도, 상기 장치의 상부 유전체 플레이트(ICP Window)에 소스 전원이 연결되고, 하부에 바이어스 및 추가 전원이 연결된다. 또한, 상기 정전척(ESC) 하부에 유전체를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 전자파(microwave) 플라즈마 장치의 구조도 도면이다.
상기 도 7를 참조하면, 상기 전자파 플라즈마 장치의 측벽은 소모품부를 포함할 수 있고, 상기 측벽에 설치된 소모품부는 탈부착 및 교체가 가능하다. 상기 도 7 내에 도시되어있지는 않지만, 추가로, 상기 장치의 엣지 링 역시 탈부착 및 교체가 가능한 소모품부를 포함할 수 있다. 상기 측벽 내 소모품부의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 측벽 내 소모품부에 연결되어 측벽 내 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 소모품부 연결 전원 외에도, 상기 장치의 하부에 바이어스 및 추가 전원이 연결된다. 상기 장치는 소스 전원이 없는 대신, 상기 장치의 상부로부터 전자파를 통해 플라즈마 소스를 공급받을 수 있다. 또한, 상기 소모품부 및 상기 측벽의 접촉면 상에 또는 상기 정전척(ESC) 하부에 유전체를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 리모트(remote) 플라즈마 장치의 구조도 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 리모트 플라즈마 장치의 플라즈마 소스 주입로의 입구와 인접한 상부 내벽 상에 배치된 금속 부재(도면 내 Metal)는 소모품부를 포함할 수 있고, 상기 금속 부재(도면 내 Metal) 는 탈부착 및 교체가 가능하다. 상기 도 8 내에 도시되어있지는 않지만, 추가로, 상기 장치의 플라즈마 소스 주입로에 위치한 그리드, 상기 장치의 엣지 링 및 측벽 역시 탈부착 및 교체가 가능한 소모품부를 포함할 수 있다. 상기 금속 부재(도면 내 Metal)의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 금속 부재(도면 내 Metal)에 연결되어 금속 부재(도면 내 Metal)에 설치된 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 리모트 플라즈마 장치는, 외부 플라즈마 소스 공급원에 의해 플라즈마 소스를 공급받기 때문에, 상기 장치 내 소모품부 연결 전원을 제외한 추가적인 전원(소스 전원, 바이어스 전원 및 추가 전원)을 포함하지 않는다. 또한, 상기 장치의 주입로의 그리드를 덮는 형태로 또는 상기 정전척(ESC) 하부에 유전체를 포함할 수 있다.
도 9는 자기 DC 바이어스(self DC bias)를 사용하는 본 발명의 일 실시예의 구조도 도면이고, 도 10은 자기 DC 바이어스(self DC bias)를 사용하는 본 발명의 다른 실시예의 구조도 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 상기 장치는 상부에 상부 유전체 플레이트(ICP Window)와 가스 공급 장치, 및 하부에 가스 배기 장치를 포함하고 있고, 다른 실시예의 장치와 마찬가지로, 기판 지지부재, 바람직하게는, 정전척(ESC) 상에서 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정이 진행될 수 있다. 상기 장치는 자기 DC 바이어스의 사용에 의해 플라즈마 식각 공정이 진행되며, 다른 실시예의 장치와 마찬가지로, 상기 장치의 챔버 내 플라즈마에 노출되는 소모품부에 전력을 인가하여 상기 소모품부의 식각량 및 부산물 발생량을 제어할 수 있다. 상기 도 9 내에서, 상기 소모품부는 진공 밀봉 오-링(O-ring)을 통해 분리된 측벽의 상부 및 하부를 연결하는 금속(Metal 1 및 Metal 1')의 형태로 존재할 수 있고, 또한, 상부 가스 공급 장치에 부착된 샤워 헤드(Metal 2)의 형태로 존재할 수 있다. 상기 측벽 및 샤워 헤드의 소모품부의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 측벽 및 샤워 헤드에 위치한 소모품부에 연결되어 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 소모품부 연결 전원 외에도, 상기 장치의 상부 유전체 플레이트에 소스 전원이, 상기 장치의 하부, 바람직하게는 정전척(ESC)에 바이어스 및 추가 전원이 연결된다. 또한, 상기 장치의 상부 가스 공급장치는 전체가 유전체 플레이트(ICP Window) 형태이고 가스 공급을 위한 통공을 포함할 수 있다.
상기 도 10은, 상기 도 9와 대부분 동일한 구조로 되어있으나, 유전체가 플레이트 형태로 상부에 존재하지 않는 대신 측벽에 위치한다는 차이점이 있다.
상기 도 10을 참조하면, 상기 장치는 상부에 가스 공급 장치 및 하부에 가스 배기 장치를 포함하고 있고, 다른 실시예의 장치와 마찬가지로, 기판 지지부재, 바람직하게는, 정전척(ESC) 상에서 웨이퍼의 플라즈마 식각 공정이 진행될 수 있다. 상기 장치는 자기 DC 바이어스의 사용에 의해 플라즈마 식각 공정이 진행되며, 다른 실시예의 장치와 마찬가지로, 상기 장치의 챔버 내 플라즈마에 노출되는 소모품부에 전력을 인가하여 상기 소모품부의 식각량 및 부산물 발생량을 제어할 수 있다. 상기 도 10 내에서, 상기 소모품부는 진공 밀봉 오-링(O-ring)을 통해 분리된 측벽의 상부 및 하부를 연결하는 금속(Metal 1 및 Metal 1')의 형태로 존재할 수 있고, 또한, 상부 가스 공급 장치에 부착된 샤워 헤드(Metal 2)의 형태로 존재할 수 있다. 상기 측벽 및 샤워 헤드의 소모품부의 식각을 제어하기 위해 상기 장치에 추가로 소모품부 연결 전원(Power M)을 포함할 수 있고, 상기 소모품부 연결 전원은 측벽의 소모품부 및 샤워 헤드에 연결되어 소모품부에 전력을 인가할 수 있다. 상기 소모품부 연결 전원 외에도, 상기 장치의 상부에 소스 전원이, 상기 장치의 하부, 바람직하게는 정전척(ESC)에 바이어스 및 추가 전원이 연결된다. 또한, 상기 장치의 상단 측벽에 유전체를 포함할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 진공 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되는, 기판 지지부재;
    상기 챔버 내부에 가스를 주입하는, 가스 공급부재;
    상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 챔버 내부에서 플라즈마가 발생할 때 제1 금속의 이온 또는 라디컬을 포함하는 금속성 부산물을 발생시키는 소모품부;
    상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 전력이 인가되는 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및
    상기 제1 및 제2 전극에 전력을 공급하는 전원;을 포함하는,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속의 이온 또는 라디컬은 상기 기판에 플라즈마 증착되는 고분자 물질과 결합하여 상기 기판에 증착되는,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소모품부는, 상기 챔버의 상부에 위치하고 가스 토출 구멍이 하나 이상 형성되는 샤워 헤드에 설치된,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소모품부는, 상기 기판 지지부재에 배치되는 기판의 가장자리를 둘러싸도록 상기 챔버의 하부에 배치되는 엣지 링에 설치된,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소모품부는, 상기 챔버의 내벽에 설치된,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소모품부는, 상기 제1 금속을 함유하는 규소(Si) 화합물 또는 혼합물을 포함하는,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속은, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zr), 테크네튬(Tc), 루비듐(Rb), 로듐(Rh), 하프늄(Hf), 오스뮴(Os), 및 이리듐(Ir) 중 하나 또는 그 이상을 포함하는,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소모품부에 전력을 인가하여 상기 제1 금속의 이온 또는 라디컬의 생성을 촉진하는 소모품부 연결 전원을 추가로 포함하는,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 이중 주파수 용량성 결합 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 장치, 유도 결합 플라즈마(ICP, inductively coupled plasma) 장치, 전자파(microwave) 플라즈마 장치, 헬리콘(Helicon) 플라즈마 장치, 전자 사이클로트론 공명(ECR, Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 장치 및 리모트(remote) 플라즈마 장치 중 어느 하나인,
    식각용 플라즈마 처리 장치.
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