KR930006525B1 - 드라이 에칭(dry etching)장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

드라이 에칭(DRY ETCHING)장치
제1도는 본 발명의 일실시예에 이한 플라즈마 에칭장치를 나타내는 도면.
제2도는 제1도의 장치에서 사용된 전극 보호용으로 사용된 커버부재를 나타내는 도면.
본 발명은 일반적으로, 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 반도체 장치 제조시에 사용되는 드라이 에칭 장치에 관한 것이다.
드라이 에칭기술, 특히 플라즈마 에칭은 반도체 장치 제조의 중요한 프로세스이다. 대표적인 플라즈마 에칭장치는, 서로 대향하는 한쌍의 평판 전극을 반응실내에 구비하며, 상기 전극들간에 형성된 플라즈마에 의한 에칭 반응에 의해서 대상물의 에칭을 행한다. 이러한 목적으로, 상기 대향전극들에 고주파 전계가 걸리며, 상기 전극들중 하나에 대상물이 다른 전극과 대향되게 설치된다.
최근 사용되는 플라즈마 에칭 장치들은 일반적으로, 에칭처리되는 층의 두께를 감시하기 위한 장치를 구비함으로써 에칭의 정밀제어를 달성할 수 있다. 이러한 장치의 대표적 장치는 상기 목적을 위하여 레이저 빔을 사용한다. 보다 구체적으로는, 상기 대향전극과 대향되게 설치하고, 상기 대향전극에 형성된 개구를 통해서 상기 기판에 리에저 빔을 조사한다. 또한, 기판에 입사된 상기 레이저 빔의 반사에 의해 발생된 반사 레이저 빔을 검출하기 위한 검출시스템이 상기 반응실 외부에 설치돼 있다. 이러한 목적으로, 상기 입사 레이저빔의 역방향에서 상기 개구를 통해 나오는 반사 레이저빔을 차단하기 위하여 광학장치를 구비한다.
상기와 같은 플라즈마 에칭장치는 통상 예를들어, 원하지 않은 에칭으로부터 기판을 보호하기 위해서 개구가 설치된 대향 전극상에, 투명한 석영커버를 구비한다.
이렇게함으로써, 전극을 구성하는 알루미늄등의 금속의 퇴적에 의한 원하지 않는 기판오염을 피한다. 또한 상기 투명커버는, 상기 입사 및 반사 레이저빔을 투과시키므로 에칭의 정확한 제어가 가능하다.
그러나, 이러한 종래의 플라즈마 에칭장치에서는, 기판의 에칭결과 형성된 각종물질들이 반응실 내벽, 상기 투명커버등에 퇴적되는 문제점이 있다. 이러한 물질들의 퇴적이 발생하는 경우, 반응실의 진공상태를 해제하고 반응실을 정기적으로 세척할 필요가 있다. 이러한 투명커버의 세척은 약 50시간마다 해주어야 한다.
상기 대향전극의 개구를 덮는 상기 석영커버에도 또한 물질퇴적이 발생함을 주의해야 한다. 그럼으로써, 에칭의 진행도를 검출하기 위한 레이저 빔의 투과도가 서서히 감소된다. 이 때문에, 장치를 예를들어 약 10시간동안 동작시킬때, 에칭종점의 신뢰성 있는 검출이 더이상 불가능하다. 상기 동작시간은, 상기 반응식의 세척조작주기 보다 훨씬 짧다. 따라서, 장치의 실제 동작중에, 작업자는 상기 투명커버의 세척을 위해서, 매 50시간 주기 대신 약 매 10시간 마다 반응실의 진공을 해제시켜야 한다. 이와같은 진공상태 해제시마다, 조작을 재개시 할때는, 상기 반응실의 벽에 흡착된 습기 또는 가스를 제거하기 위해서 예비 운전과정이 필요하다.
따라서, 상기 투명커버 세척문제는, 특히, 대량생산시에 에칭공정의 효율면에서 치명적인 문제를 야기한다.
따라서, 본 발명의 일반적 목적은, 상기의 문제점들을 해결한, 신규하고 유용한 플라즈마 에칭장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반응실을 세척하지 않고 장치를 가동할 수 있는 기간전체에 걸쳐 에칭종점을 신뢰성있게 검출할 수 있는 플라즈마 에칭장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은; 하나의 벽으로 한정되며, 반응가스를 도입하기 위한 도입구와 생성물가스를 배기시키기 위한 배기구를 구비한 반응실과 ; 상기 반응실내에 설치되고, 대상물을 하부에서 지지하는 주표면을 갖는 제1전극수단과 ; 상기 제1전극의 주표면과 평행으로 대향하는 주표면을 갖는 제2전극수단을 구비하고 ; 상기 제1 및 제2전극수단 사이에는 고주파 전압이 걸리며, 상기 제2전극수단은 광통로 수단을 구비하며, 이 광통로 수단은 상기 반응실의 벽에 형성된 투명 윈도우(window)와 이 윈도우와 공학적으로 소통하는, 상기 제2전극수단의 주표면상에 형성된 개구로 구성돼 있으며 ; 상기 제2전극 수단상에 분리 가능하게 탑재되어 그의 주표면을 덮고 있으며 또한 상기 제2전극수단의 주표면상의 상기 개구에 정렬되어 광 빔을 통과시키는 개구를 갖는 커버부재와; 입사광 빔을 생성하여 이 입사광 빔을 상기 벽의 윈도우, 상기 제2전극수단의 개구 및 상기 커버부재의 개구를 통과시켜 상기 대상물에 출사시키는 광원 수단과 ; 그리고 상기 입사광 빔의 상기 대상물에서 반사되어 상기 커버부재의 개구와 상기 제2전극수단의 개구 및 상기 반응실벽의 윈도우를 통과한 후 그 결과 출사되는 반사광 빔을 검출하기 위한 광검출수단을 구비한 플라즈마 에칭장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 상기 입사 및 출사광 빔의 통로가 상기 커버부재에서 차단되지 않으며, 커버부재의 오염을 일으킬 수 있는, 커버부재상의 여하한 물질의 퇴적에 의해서도 광빔의 차단 또는 투과도 감소가 야기되지 않는다. 그럼으로써, 커버부재를 빈번히 세척할 필요가 없으며, 에칭제어 정확도를 손상하지 않고도 에칭장치의 조작효율이 훨씬 더 향상된다.
또한, 상기 커버부재는 투명일 필요가 없으므로, 금속, 세라믹스등 임의의 바람직한 물질들을 상기 제2 전극수단의 커버부재용으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 기타 목적 및 특징들을 첨부도면을 참조한 하기 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있다. 제1도는 본 발명에 의한 플라즈마 에칭 장치의 일실시에를 나타낸다.
제1도를 참조해보면, 도시된 플라즈마에칭 장치는, 에칭가스를 도입하기 위한 1이상의 도입구(12)와 생성물 가스를 배기하기 위한 배기구(14)가 형성된 벽에 의해 한정된 반응실(10)을 구비하고 있다. 상기 배기구(14)는 도시안한 진공 펌프에 접속돼 있다. 반응실(10)내에는, 직경이 약 200mm인 알루미늄 디스크(16a)와 반도체 기판(18)을 지지하기 위하여 상기 알루미늄 디스크(16a)상에 설치된 질화붕소 호울더(holder)(16b)로 구성된 전극(16)이 설치돼 있다. 기판(18)을 상기 질화 붕소 호울더(16b)상에 고정하기 위해서, 도시안된 실리콘 고무척킹이 설치돼 있다. 상기 알루미늄 디스크(16a)는 통상 13.56MHz의 고주파 전기출력을 발생하는 오실레이터(1)에 전기적으로 접속돼 있다.
상기 전극(16)에 대향되어, 전극(20)이 접지에 접속되도록 알루미늄 디스크로된 제2전극(20)이 설치돼 있다. 상기 오실레이터(1)에 전원이 공급되면, 반응실(10)내에서 상기 제1전극과 제2전극 사이의 영역에 플라즈마가 형성되어, 상기 반응실(10)내로 도입된 에칭가스가 여기화됨으로써, 상기 제1전극(16)상에 고정된 반도체 기판이 에칭된다. 예를들어, 불소계 에칭가스를 사용하는 경우, 실리콘 옥사이드 또는 포스포 실리케이트 글래스(PSG)의 에칭이 이루어진다.
동작중에, 상기 반응실(10)은 연속적으로 배기됨으로써, 그 내부압력이 일정 레벨에 유지된다. 이와같이 행하여지는 에칭은 특정 결정면에 선택적으로 작용하여 이방성을 보인다. 이러한 에칭 프로세스는 반응성 이온에칭법(RIE)으로 알려져 있다.
상기 전극(20)의 표면은, 이 전극(20)상에 분리 가능하게 탑재된 석영커버(30)에 이해 보호된다. 그럼으로써, 상기 전극(20)의 알루미늄 표면과 에칭가스간의 반응을 효과적으로 배제할 수 있고, 플라즈마 에칭공정중 기판의 오염 문제가 해결된다.
제2도는 석영커버(30)를 나타낸다. 도시된 바와같이, 이 석영커버(30)는 전극(20)의 디스크에 대응하는 디스크 형상이고, 이 커버(30)를 전극(20)상에 분리가능하게 탑재시키기 위한 캐치(catch) 부재(30b)가 설치돼 있다. 실제로 이 캐치부재(30b)는, 상기 커버(30)의 림(rim)부에 형성된 갈고리이다. 커버(30)가 탑재되면, 상기 갈고리형 부재(30b)가 상기 전극(20)에 걸린다.
에칭의 진도를 감시하기 위하여, 반응실(10)의 벽에 석영윈도우(26)가 설치돼 있고, 이 윈도우(26)를 통해서 레이저 빔이 반응실(10)내로 도입된다. 이런 목적으로, 상기 윈도우(26) 부근에 레이저 원(24)이 설치돼 있다. 이 레이저 빔을 통과시키기 위해서 전극(20)을 형성하는 알루미늄 디시크상에는 이 전극(20)의 중심에 대응해서개구(20a)가 형성돼 있다. 이 개구(20a)는, 상기 레이저 빔의 약 6mm의 빔 크기에 맞도록 약 10mm의 직경을 갖을 수 있다. 본 발명에서, 석영 커버(30)는 또한 상기 반응실(10)내로 도입된 레이저 빔의 차단됨이 없이 기판의 표면에 입사하도록 통상 그의 중앙부에, 상기 개구(20a)와 일직선 상에 있는 개구(30a)를 갖는다. 이 개구(30a)를 갖는다. 이 개구(30a)의 직경은 또한 약 10mm일 수 있다. 또한, 상기 제2전극을 기계적으로 또한 전기적으로 상기 반응실(10)벽에 접속하기 위해서 중공으 관상 금속부재(22)가 설치돼 있다.
상기 반응실(10)내에 상기 제2전극(20)을 지지하는 것은 실제로는 상기 관상부재(22)이다. 이 관상부재(22)는 상기 전극(20)에 접속되어 상기 개구(20a)를 둘러싸고 있고, 상기 윈도우(26)의 둘레부근의 반응실(10)벽에 접속돼 있다. 그럼으로써 상기 간상부재(22)내부의 공간(20b)에 레이저빔 통로가 형성된다.
에칭의 진도를 감시하기 위하여, 기판(18) 표면에서 레이저 빔의 바나에 의해 형성된 반사빔을 편향시키기 위하여, 반투명 미러(mirror) 또는 하프미러(half mirroe)(28)가 반응실(20)의 외측의 레이저 빔 광로내에 설치돼 있다. 상기 하프미러(28)는, 레이저 원(24)에 의해 발생되어 윈도우(26)로 입사되는 레이저 빔을 자유로이 통과시키는 한편, 상기 반사됨을 상기 레이저 빔의 광로에 통상 직각 방향으로 반사시킨다. 상기 편향된 반사빔의 광로상에는, 이 반사빔의 강도를 검출하는 광검출기(32)가 설치돼 있다.
이 광검출기(32)는 상기 검출된 강도를 표시하는 출력신호를 발생하며, 이 광검출기(32)의 출력은 파워미터(power meter)(34)에 의해 측정된다. 이 파워미터(34)는, 하기의 원리에 따라 에칭 종점을 검출하는 종점검출부(36)에 접속돼 있다.
레이저 빔 조사시에, 입사 레이저 빔과 반사빔간에 간섭이 생겨서, 상기 검출기(32)에 의해 검출된 빔의 강도가 에칭의 진행에 따라 번갈아 변한다. 다시 말해서, 상기 파워 미터(34)에 의해 검출되는 상기 광검출기(32)의 출력강도는, 단위시간에 번갈아 변한다.
검출된 레이저 빔의 강도의 교호 변화는 모아레 무늬(Moire fringes)의 결과로 야기되므로, 단위시간당 변화횟수는, 에칭이 정속으로 진행될때는 기판 두께에 의존한다. 따라서, 상기 종점 검출부(34)는, 상기 검출기(32)에 의해 검출된 레이저 빔 강도 변화횟수를 계수함으로써 에칭되는 층두께를 검출한다.
본 발명에서는, 에칭 처리되는 층의 두께 검출이 정확하고 신뢰성있게 검출되며, 그 이유는, 반응실(10)내로 도입되는 레이저 빔의 광로가 석영커버(30)에 의해 방해되지 않기 때문이다. 다시 말해서, 장시간 사용에 의해 석영커버(30)위에 물질들의 퇴적된 경우에도, 레이저 빔의 광로는 장애 받지 않으며, 기판에 입사된 레이저 빔 또는 기판에서 반사된 레이저 빔이 그 강도의 손실없이 상기 관상부재(22)내의 광로를 통과한다.
상기 관상부재(22)가 석영 윈도우(26)를 포함하는 레이저 빔 광로를 둘러싸고 있음을 주의해야 한다. 따라서, 에칭 공정중 상기 윈도우(26)상의 물질 퇴적이 최소로 유지되며, 레이저 빔 강도 저하 문제가 생기지 않는다.
상기 윈도우(26)는 상기 전극으로부터 약 100mm이상의 거리로 떨어져 있는 것이 바람직하다. 상기 개구(20a) 또는 (30a)의 직경이 단지 10mm라는 사실은, 또한 에칭 반응의 생성물이 상기 관상부재(22)내의 공간으로 침입되는 것을 방지하는데 기여한다.
본 발명에 의하면, 빈번한 세척없이 장치를 효율적으로 동작시킬 수 있고, 한편 에칭되는 층의 두께를 정확히 감시할 수 있다.
상기 커버부재(30)의 재료는, 그 물질이 에칭 공정중 기판 오염을 야기하지 않고 공정중의 온도를 견뎌낼 수 있는 것인한, 석영 또는 임의의 투명물질에 한하지 않고, 실리콘 또는 다른 불투명 물질을 사용할 수도 있음은 명백하다. 예를들어, 상기 커버 부재(30)는 실리콘으로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 개구(20a)와 (30a)는 제2도에 도시된 바와같은 원형구멍에 한정되지 않으며 삼각 또는 직사각형등 임의 형태의 개구를 사용할 수 있다. 또한, 상기 개구(20a) 또는 (30a)의 설치위치는 원형 전극(20)의 중심부에 한정되지 않고, 상기 관상부재(22) 내부의 공간(20b)을 통하여 상기 윈도우(26)와 광학적으로 소통될 수 있는 한 편이 될 수도 있다. 이에 부응해서, 개구(20a)의 수 또는 개구(30a)의 수도 1개로 한정되지는 않는다.
또한, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (7)

  1. 하나의 반응실 벽으로 한정되며, 에칭 가스를 도입하기 위한 도입구(12)와 에칭결과 생성물 가스를 배기시키기 위한 배기구(14)를 구비한 반응실(10)과; 상기 반응실내에 설치되고, 대상물(18)을 하부에서 지지하는 주표면을 갖는 제1전극수단(16)과; 상기 제1전극 수단의 주표면과 평행으로 대향하는 주표면을 갖는 제2전극 수단(20)과; 상기 제1 및 제2전극수단 사이에는 고주파 전압이 걸리며, 상기 제2전극 수단은 광빔을 통과시키기 위한 광통로 수단을 구비하며, 이 광통로 수단은 상기 반응실의 벽에 형성된 투명 윈도우(26)와 이 윈도우와 일직선상에 상기 제2전극수단의 주표면상에 형성된 개구(20a)로 구성돼 있으며; 상기 제2전극 수단상에 분리 가능하게 탑재되어 그의 주표면을 덮는 커버부재(30)와, 간섭성 광 빔을 생성하여 이 간섭성 광 빔을 상기 대상물에 출사시키는 광원 수단(24); 그리고 상기 간섭성 광 빔이 상기 대상물에서 반사되어, 상기 반응실벽의 윈도우를 통과한 후, 그 결과 출사되는 반사광 빔을 검출하기 위한 광검출 수단(32,34,36)을 구비한 대상물의 드라이 에칭장치에 있어서, 상기 커버부재가, 상기 제2전극수단의 주표면상의 개구와 일직선상의 개구(30a)를 구비하여, 상기 윈도우를 통해 상기 광통로 수단에 입사되어 상기 제2전극 수단의 주표면상의 상기 개구로부터 출사되는 상기 간섭성 광 빔을 통과시킴으로써, 이 간섭성 광 빔을 상기 대상물에 입사시키고; 상기 광원수단(24)이, 상기 광통로 수단을 통과하는 광로를 따라 순차로, 상기 윈도우(26), 공간(20b) 및 상기 제2전극 수단내의 개구(20a)를 통하여, 또한 상기 커버부재(30)의 개구(30a)를 통하여 상기 간섭성 광 빔을 도입시키는 것이 특징인 드라이 에칭장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2전극수단(20)이, 상기 제1전극수단의 주표면과 대향하는 금속 디스크와, 이 금속 디스크를 상기 반응실의 벽에 접속시키는 중공의 관상 접속부재(22)를 구비하여, 상기 관상 접속 부재의 벽(22)이 상기 광통로 수단을 형성하는 공간(20b)을 둘러싸고 있는 것이 특징인 드라이 에칭장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 커버부재(30)가 석영으로 된 것이 특징인 드라이 에칭장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 커버부재(30)가 실리콘으로 된 것이 특징인 드라이 에칭장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 커버부재(30)가, 상기 대상물이 에칭처리될때 이 대상물을 오염시키지 않는 물질로 된 것이 특징인 드라이 에칭장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 커버부재내에 형성된 상기 개구(30a)의 직경이 약 10mm인 것이 특징인 드라이 에칭장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1과 제2전극 수단이, 에칭 실시를 위한 고주파 전압이 걸릴때, 상기 전극수단들 사이에 플라즈마를 형성하는 것이 특징인 드라이 에칭장치.
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