WO2023146076A1 - 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법 - Google Patents

웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법 Download PDF

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wafer
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plasma chamber
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma chamber for etching a wafer and a method for etching a wafer using the plasma chamber, and more particularly, to a plasma for etching a wafer capable of improving selectivity while maintaining a high etch rate. It relates to a wafer etching method using a chamber and a plasma chamber.
  • a semiconductor etching process may be performed inside a plasma chamber.
  • the plasma chamber forms plasma in an internal reaction space, and performs a semiconductor etching process using the plasma.
  • a plasma source for forming plasma is provided in the upper part of the plasma chamber.
  • Representative examples of the plasma source include a Capacitively Coupled Plasma (CCP) source and an Inductively Coupled Plasma (ICP) source. there is.
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • a capacitively coupled plasma (CCP) source uses an electric field, and etching can generally be performed at a slightly higher pressure than that of an inductively coupled plasma (ICP).
  • ICP inductively coupled plasma
  • a capacitively coupled plasma (CCP) source is known to have a slow etching rate but excellent selectivity characteristics and process reproducibility.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • the present invention is to solve the above problems, and more particularly, a plasma chamber for wafer etching capable of improving selectivity while maintaining a high etching rate and a wafer etching method using the plasma chamber It is about.
  • a plasma chamber for etching a wafer of the present invention to solve the above problems is a plasma chamber for forming plasma to etch a wafer, and includes a housing having a reaction space therein to etch the wafer through plasma; a base plate provided inside the housing and on which the wafer is seated; and a pressure adjusting unit for adjusting the pressure inside the housing, wherein the pressure adjusting unit adjusts the pressure inside the housing to 50 to 150 mTorr.
  • the plasma chamber for etching a wafer of the present invention to solve the above problems further includes a plasma source provided on the upper portion of the housing and generating plasma inside the housing, and the source power of the plasma source is It may be 300 to 1000 W.
  • the driving frequency of the plasma source may be formed to be the same as the collision frequency between particles inside the housing.
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing of the plasma chamber for wafer etching according to the present invention to solve the above problems may be 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ).
  • Plasma chamber for wafer etching of the present invention for solving the above problems further includes a temperature controller for controlling the temperature of the base plate, and the temperature controller adjusts the temperature of the base plate to 20 to 50 degrees (°C). can be adjusted
  • the plasma chamber for wafer etching of the present invention to solve the above problems further includes a bias RF source connected to the base plate and capable of applying a bias to the base plate, wherein the bias RF source Bias power may be 1000 to 3000W.
  • the plasma formed in the reaction space of the housing of the plasma chamber for wafer etching of the present invention for solving the above problems includes ions and radicals, and the wafer has a synergy effect of the ions and the radicals. ) can be etched by
  • the plasma formed in the reaction space of the housing of the plasma chamber for etching a wafer according to the present invention to solve the above problems includes electrons, and the electron energy relaxation length of the electrons is may be smaller than the diameter of
  • a wafer etching method using a plasma chamber of the present invention to solve the above problems is a housing having a reaction space therein, provided inside the housing, and the wafer is seated in order to etch the wafer through plasma.
  • a wafer etching method for etching a wafer through a plasma chamber including a base plate, a pressure regulator for adjusting the pressure inside the housing, and a plasma source provided on top of the housing and generating plasma inside the housing,
  • a wafer etching method using a plasma chamber of the present invention to solve the above problems includes a frequency adjusting step of adjusting a driving frequency of the plasma source, and in the frequency adjusting step, the driving frequency of the plasma source
  • a driving frequency of the plasma source may be adjusted so that a driving frequency and a collision frequency between particles inside the housing are the same.
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing of the wafer etching method using a plasma chamber according to the present invention to solve the above problems may be 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ).
  • the plasma chamber of the wafer etching method using a plasma chamber according to the present invention for solving the above problems includes a temperature control unit for controlling the temperature of the base plate, and the temperature control unit controls the temperature of the base plate in the range of 20 to 20 A temperature control step of adjusting the temperature to 50 degrees (° C.) may be further included.
  • the plasma chamber of the wafer etching method using the plasma chamber of the present invention to solve the above problems includes a bias RF source connected to the base plate and capable of applying a bias to the base plate, The method may further include a bias power adjusting step of adjusting bias power of the bias RF source to 1000 to 3000 W through the bias RF source.
  • the plasma formed in the reaction space of the housing of the wafer etching method using the plasma chamber of the present invention for solving the above problems includes ions and radicals, and the wafer has a synergistic effect of the ions and the radicals. effect) can be etched.
  • the plasma formed in the reaction space of the housing of the wafer etching method using a plasma chamber of the present invention for solving the above problems includes electrons, and the electron energy relaxation length of the electrons is It may be smaller than the diameter of the housing.
  • the present invention relates to a plasma chamber for etching a wafer and a method of etching a wafer using the plasma chamber.
  • a plasma chamber for etching a wafer As the pressure inside the chamber is formed at a relatively high pressure compared to conventional chambers, a selectivity ratio while maintaining a high etch rate It has the advantage of improving (PR selectivity).
  • the present invention has the advantage of obtaining a high etch rate and high PR selectivity while using low power compared to conventional chambers in a plasma source and a bias RF source.
  • 1 is a diagram showing ions and radicals that etch a wafer.
  • FIG. 2 is a diagram showing a plasma chamber for etching a wafer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a wafer etching method using a plasma chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a source power adjusting step and a frequency adjusting step according to an embodiment of the present invention.
  • ER 5 is an etch rate (ER), selectivity, chuck temp, source for a plasma chamber, an inductively coupled plasma (ICP), and a capacitive coupled plasma (CCP) according to an embodiment of the present invention. It is a diagram comparing power (S/P), bias power (B/P), and pressure.
  • the present invention relates to a plasma chamber for etching a wafer and a method for etching a wafer using the plasma chamber, and a plasma chamber and a plasma chamber for etching a wafer capable of improving selectivity while maintaining a high etch rate. It relates to a wafer etching method using.
  • plasma is largely composed of electrons, ions 21, and radicals 22.
  • a dominant species is formed as either ions or radicals in a plasma etching process.
  • metal etch mainly uses radicals
  • oxide etch mainly uses ions
  • ions 21 and radicals 22 are formed as dominant species rather than ions or radicals during the plasma etching process. that can be used simultaneously.
  • the plasma chamber for wafer etching and the wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention use ions 21 and radicals 22 rather than ion-dominated reactions or radical-dominated reactions in the plasma etching process. ) work together to use process areas that exhibit synergy effects.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention use ions and radicals at the same time and synergy generated by resonance between ions and radicals. Through the synergy effect, it is possible to improve selectivity while maintaining a high etch rate.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention may be improved while solving problems of a conventional method using an Inductively Coupled Plasma (ICP) source.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention may be Synergistic resonance ICP (SRICP) using a synergy effect generated by resonance.
  • SRICP Synergistic resonance ICP
  • conditions of the plasma chamber can be adjusted to simultaneously use ions and radicals.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention include pressure inside the chamber, temperature of a chuck, source power of a plasma source, driving frequency of the plasma source, plasma density inside the chamber, bias It is possible to adjust the bias power of the RF source, and the plasma chamber for wafer etching and the wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention use ions and radicals simultaneously by changing the above conditions in the plasma chamber. It can.
  • a plasma chamber 100 for etching a wafer includes a housing 110, a base plate 111, and a pressure regulator 120.
  • the housing 110 is provided with a reaction space therein to etch the wafer 10 through plasma.
  • the housing 110 may be an outer wall of the plasma chamber 100 for etching a wafer according to an embodiment of the present invention, and has a space therein.
  • the wafer 10 When the wafer 10 is loaded into the housing 110 , the wafer 10 may be etched by plasma formed inside the housing 110 .
  • the base plate 111 is provided inside the housing 110 and the wafer 10 is seated thereon.
  • the base plate 111 may be a plate provided inside the housing 110 and on which the wafer 20 is seated.
  • the base plate 111 may be a wafer chuck that supports the wafer 10 while seating the wafer 10, and the wafer 10 is attached to the base plate 111. When seated, etching of the wafer 10 may proceed.
  • the pressure controller 120 controls the pressure inside the housing 110 .
  • the pressure control unit 120 may be a pressure control device for adjusting the pressure inside the housing 110, and the pressure control unit 120 may include various configurations as long as it can control the pressure inside the housing 110. It may be a device that
  • the pressure controller 120 may adjust the pressure inside the housing 110 to 50 to 150 mTorr.
  • ions 21 and radicals 22 can be used simultaneously.
  • the pressure inside the housing 110 is set to 50 to 150 mTorr through the pressure adjusting unit 120 in order to use ions 21 and radicals 22 at the same time. that can be adjusted with
  • the pressure inside the housing 110 is less than 50 mTorr, there is a risk of reducing the etching rate. Conversely, when the pressure inside the housing 110 is higher than 150 mTorr, the reaction time between the particles becomes too large, and thus the reaction time is shortened, and the etching rate may be reduced.
  • the pressure inside the housing 110 it is preferable to adjust the pressure inside the housing 110 to 50 to 150 mTorr through the pressure controller 120 .
  • the plasma chamber for etching a wafer according to an embodiment of the present invention may further include a plasma source 130 provided above the housing 110 and generating plasma inside the housing 110 .
  • the plasma source 130 can generate plasma and may include a coil 131 and an RF power generator 132 . According to an embodiment of the present invention, the source power of the plasma source 130 may be adjusted to 300 to 1000W.
  • the source power formed by the plasma source 130 is less than 300W, since the etching rate is reduced, the source power formed by the plasma source 130 is greater than 300W. desirable.
  • the pressure inside the housing 110 is adjusted to 50 to 150 mTorr through the pressure controller 120, and the housing 110
  • the internal pressure may be higher than that of a conventional plasma chamber.
  • the plasma density may become too high due to the relatively high internal pressure of the housing 110 . If the plasma density is too high, the reaction time may be shortened as the reaction between the particles increases too much, and the etching rate may rather decrease.
  • the plasma chamber for etching a wafer it is preferable to adjust the source power of the plasma source 130 to 300 to 1000W.
  • the driving frequency of the plasma source 130 is the same as the collision frequency between particles inside the housing 110. It is desirable to form
  • the plasma chamber for etching a wafer provides high etching efficiency through a synergy effect caused by a resonance between ions and radicals while simultaneously using ions and radicals. It is possible to improve the selectivity while maintaining the etch rate.
  • the driving frequency of the plasma source 130 is applied to the housing 110 in order to induce resonance between ions and radicals. It is preferable to form the same as the collision frequency between particles inside.
  • the collision frequency between the particles inside the housing 110 may be determined by multiplying the number of particles per unit volume by the rate constant for the collision reaction.
  • the plasma source 130 according to an embodiment of the present invention first analyzes collision frequency data, and based on this, the driving frequency of the plasma source 130 is determined between the particles inside the housing 110. It can be adjusted to be the same as the collision frequency.
  • a plasma chamber for etching a wafer may include a collision frequency analyzer for analyzing a collision frequency between particles generated inside the housing 110, and the plasma source 130 may include the collision frequency
  • a driving frequency of the plasma source 130 may be adjusted by receiving data from the analysis unit.
  • the driving frequency of the plasma source 130 may be adjusted through the RF power generator 132 provided in the plasma source 130.
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing 110 is preferably 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ).
  • the plasma chamber for wafer etching uses ions 21 and radicals 22 at the same time to improve the etching speed and selectivity while increasing the reaction space of the housing 110.
  • the density of the plasma formed in is to form 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ).
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing 110 may be adjusted by the plasma source 130 . Specifically, it is possible to form a plasma density suitable for simultaneously using the ions 21 and the radicals 22 inside the housing 110 through the plasma source 130 .
  • the plasma chamber 100 for etching a wafer may further include a temperature controller 140 for controlling the temperature of the base plate 111 .
  • the temperature control unit 140 may be a temperature control device capable of adjusting the temperature of the base plate 111 while being connected to the base plate 111 .
  • the temperature controller 140 may include various configurations as long as it can control the temperature of the base plate 111 .
  • the temperature of the base plate 111 is adjusted through the temperature controller 140 , the temperature of the wafer 10 seated on the base plate 111 can be adjusted.
  • the temperature controller 140 preferably controls the temperature of the base plate 111 to 20 to 50 degrees (°C).
  • the ions 21 are independent of the temperature of the wafer 10 , but the radicals 22 can react sensitively to the temperature of the wafer 10 .
  • the temperature of the base plate 111 is lower than 20 degrees (° C.), the temperature of the wafer 10 is reduced and restrictions may occur in the activity of radicals. In addition, if the temperature of the base plate 111 is higher than 50 degrees (° C.), there is a risk of burning.
  • the wafer 10 according to an embodiment of the present invention is preferably formed at a temperature in the range of room temperature (20 to 50 (° C.)) in order to simultaneously react with the ions 21 and the radicals 22. To this end, the above It is preferable to adjust the temperature of the base plate 111 to 20 to 50 degrees (°C) through the temperature controller 140 .
  • the plasma chamber 100 for etching a wafer according to an embodiment of the present invention is connected to the base plate 111, and a bias capable of applying a bias to the base plate 111.
  • a bias RF source 150 may be further included.
  • the bias RF source 150 applies a bias to the base plate 111 and applies a bias to plasma during an etching process.
  • the bias power of the bias RF source 150 is preferably adjusted to 1000 to 3000W.
  • the bias power directly affects the ions 21 .
  • the bias power of the bias RF source 150 is less than 1000 W, the activity of the ions 21 is restricted, so that the radicals 22 can be dominantly active, and the ions 21 and the radicals 22 ) cannot be expected.
  • the bias power of the bias RF source 150 is greater than 3000 W, the synergistic effect of the ions 21 and the radicals 22 cannot be expected as the ions can be dominantly active.
  • the bias power of the bias RF source 150 is obtained to derive a synergy effect through ions 21 and radicals 22. (Bias power) should be adjusted to 1000 to 3000W.
  • the plasma formed in the reaction space of the housing 110 includes ions 21 and radicals 22, and the wafer 10 contains the ions 21 and the radicals. It can be etched by the synergistic effect of (22).
  • the plasma formed in the reaction space of the housing 110 includes electrons, and the electron energy relaxation length (EERL) of the electrons is the diameter of the housing 110. may be smaller than
  • the plasma chamber 100 for wafer etching may be performed in a process area of Local Electron Kinetics.
  • Conventional etching processes have been performed in a process region of nonlocal electron kinetics in which an electron energy relaxation length (EERL) is always greater than the diameter of a process chamber.
  • EERL electron energy relaxation length
  • the plasma chamber 100 for wafer etching according to an embodiment of the present invention has an electron energy relaxation length (EERL) smaller than the diameter of the process chamber (diameter of the housing 110) of Local Electron Kinetics. It can be done in the process area.
  • ERL electron energy relaxation length
  • the plasma chamber 100 for wafer etching can make the plasma density at the edge of the housing 110 higher than the center of the housing 110, and the etching speed is also the housing ( 110) may be higher than the center of the housing 110.
  • the etching rate at the edge of the housing 110 is higher than the center of the housing 110, a separate device may not be used. Through this, there is an advantage that yield improvement can be expected while reducing manufacturing cost.
  • a wafer etching method using a plasma chamber relates to a method of etching a wafer 10 through the plasma chamber 100 for wafer etching according to the above-described embodiment of the present invention.
  • a wafer etching method using a plasma chamber includes a pressure adjusting step ( S110 ) and a source power adjusting step ( S120 ).
  • the pressure adjusting step (S110) is a step of adjusting the pressure inside the housing 110 to 50 to 150 mTorr through the pressure adjusting unit 120.
  • the pressure inside the housing 110 is less than 50 mTorr, there is a risk of reducing the etching rate. Conversely, when the pressure inside the housing 110 is higher than 150 mTorr, the reaction time between the particles becomes too large, and thus the reaction time is shortened, and the etching rate may be reduced.
  • the pressure adjusting step (S110) it is preferable to adjust the pressure inside the housing 110 to 50 to 150 mTorr through the pressure adjusting unit 120.
  • the source power adjusting step ( S120 ) is a step of adjusting the source power of the plasma source 130 to 300 to 1000 W through the plasma source 130 .
  • the source power formed by the plasma source 130 is less than 300W, since the etching rate is reduced, the source power formed by the plasma source 130 is greater than 300W. it is desirable
  • the pressure inside the housing 110 is adjusted to 50 to 150 mTorr through the pressure adjusting unit 120 in the pressure adjusting step (S110), the pressure inside the housing 110 is the conventional plasma. It may be higher than the chamber.
  • the plasma density may become too high due to the relatively high internal pressure of the housing 110 . If the plasma density is too high, the reaction time may be shortened as the reaction between the particles increases too much, and the etching rate may rather decrease.
  • the source power adjusting step (S120) it is preferable to adjust the source power of the plasma source 130 to 300 to 1000W.
  • the wafer etching method using a plasma chamber may include a frequency adjusting step ( S121 ) of adjusting a driving frequency of the plasma source 130 .
  • the driving frequency of the plasma source 130 is adjusted so that the driving frequency of the plasma source 130 and the collision frequency between particles inside the housing 110 are the same. can be adjusted.
  • the plasma chamber 100 for etching a wafer simultaneously uses ions and radicals while generating a synergy effect caused by resonance between ions and radicals. Through this, it is possible to improve selectivity while maintaining a high etch rate.
  • the driving frequency of the plasma source 130 is set to the collision frequency between particles inside the housing 110. It is preferable to form the same as
  • the collision frequency between the particles inside the housing 110 may be determined by multiplying the number of particles per unit volume by the rate constant for the collision reaction.
  • the plasma source 130 according to an embodiment of the present invention first analyzes collision frequency data, and based on this, the driving frequency of the plasma source 130 is determined between the particles inside the housing 110. It can be adjusted to be the same as the collision frequency.
  • a plasma chamber for etching a wafer according to an embodiment of the present invention may include a collision frequency analyzer for analyzing a collision frequency between particles generated inside the housing 110 .
  • the driving frequency of the plasma source 130 is determined by receiving data from the collision frequency analyzer, and the collision between particles inside the housing 110. This is the step of adjusting to be the same as the frequency.
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing 110 is preferably 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ).
  • the plasma chamber for etching a wafer uses ions 21 and radicals 22 at the same time to increase the etching rate and improve the selectivity, and the reaction space of the housing 110
  • the density of the plasma formed in is to form 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ).
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing 110 may be adjusted in the source power adjusting step ( S120 ).
  • the density of the plasma formed in the reaction space of the housing 110 is 5E10 to 5E11 per cubic centimeter (cm -3 ) by adjusting the source power of the plasma source 130 . can be formed with
  • the temperature control unit 140 adjusts the temperature of the base plate 111 to 20 to 50 degrees (° C.). Step S130 may be further included.
  • the temperature control unit 140 may be a temperature control device capable of adjusting the temperature of the base plate 111 while being connected to the base plate 111 . As the temperature of the base plate 111 is adjusted through the temperature controller 140 , the temperature of the wafer 10 seated on the base plate 111 can be adjusted.
  • the temperature control step (S130) it is preferable to adjust the temperature of the base plate 111 to 20 to 50 degrees (°C).
  • the ions 21 are independent of the temperature of the wafer 10 , but the radicals 22 can react sensitively to the temperature of the wafer 10 .
  • the temperature of the base plate 111 is lower than 20 degrees (° C.), the temperature of the wafer 10 is reduced and restrictions may occur in the activity of radicals. In addition, if the temperature of the base plate 111 is higher than 50 degrees (° C.), there is a risk of burning.
  • the wafer 10 is preferably set to a temperature in the range of room temperature (20 to 50 (° C.)) in order to simultaneously react with the ions 21 and the radicals 22.
  • the temperature of the base plate 111 may be adjusted to 20 to 50 degrees (° C.) through the temperature controller 140 .
  • the bias power of the bias RF source 150 is adjusted to 1000 to 3000 W through the bias RF source 150.
  • a bias power adjustment step (S140) may be further included.
  • the bias RF source 150 applies a bias to the base plate 111 and applies a bias to plasma during an etching process.
  • the bias power may directly affect the ions 21 .
  • the bias power of the bias RF source 150 is less than 1000 W, the activity of the ions 21 is restricted, so that the radicals 22 can be dominantly active, and the ions 21 and the radicals 22 ) cannot be expected.
  • the bias power of the bias RF source 150 is greater than 3000 W, the synergistic effect of the ions 21 and the radicals 22 cannot be expected as the ions can be dominantly active.
  • the bias power of the bias RF source 150 is set to 1000 to 3000 W in the bias power adjusting step (S140). can be adjusted with
  • the pressure control step (S110), the source power control step (S120), the frequency control step (S121), the temperature control step (S130), and the bias power control of the wafer etching method using a plasma chamber Steps S140 do not have to be performed sequentially, and each process may be performed regardless of order.
  • the pressure adjusting step (S110), the source power adjusting step (S120), the frequency adjusting step (S121), the temperature adjusting step (S130), the The bias power adjustment step (S140) may be performed simultaneously.
  • the pressure inside the housing 110 is adjusted through the pressure controller 120, and the plasma source 130 ), the temperature controller 140 controls the temperature of the base plate 111, and the bias RF source 150 controls the bias power.
  • a plasma chamber for etching a wafer and a method of etching a wafer using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention adjust the pressure inside the housing 110, the source power, the temperature of the wafer, and the temperature of the bias power.
  • a synergistic effect can be generated to improve selectivity while maintaining a high etch rate.
  • the plasma formed in the reaction space of the housing 110 includes ions 21 and radicals 22, and the wafer 10 contains the ions 21 and the radicals. It can be etched by the synergistic effect of (22).
  • the plasma formed in the reaction space of the housing 110 includes electrons, and the electron energy relaxation length (EERL) of the electrons is the diameter of the housing 110. may be smaller than
  • the plasma chamber 100 for wafer etching is a conventional etching method in which an electron energy relaxation length (EERL) is greater than the diameter of the process chamber in a process region of nonlocal electron kinetics.
  • an electron energy relaxation length (EERL) may be performed in a process region of local electron kinetics that is smaller than the diameter of the process chamber (diameter of the housing 110).
  • the plasma chamber 100 for wafer etching can make the plasma density at the edge of the housing 110 higher than the center of the housing 110, and the etching speed is also the housing ( 110) may be higher than the center of the housing 110.
  • etching is performed weakly at the edge of the wafer as the etching rate at the edge of the housing 110 is higher than that at the center of the housing 110.
  • problem low edge yield problem
  • ER (A / min) is the etching rate (Etch rate)
  • S / P (W) is the source power (Source power)
  • B / P (W) is the bias power (Bias power)
  • Chuck temp is the temperature of the base plate 111
  • ICP is inductively coupled plasma
  • CCP is capacitively coupled plasma.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention have a higher pressure than conventional capacitive coupled plasma (CCP) and inductively coupled plasma (ICP).
  • CCP capacitive coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention provide high etching efficiency while using low power compared to conventional capacitive coupled plasma (CCP) and inductively coupled plasma (ICP). Etch rate and high PR selectivity can be obtained.
  • CCP capacitive coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • a plasma chamber for etching a wafer includes the pressure controller 120, the plasma source 130, the RF power generator 132, the temperature controller 140, and the bias RF source ( 150) may include a control unit for controlling the operation.
  • the pressure controller 120, the plasma source 130, the RF power generator 132, the temperature controller 140, and the bias RF source 150 control the control unit. As the operation is controlled through this, it is possible to form conditions in which the ions 21 and the radicals 22 can be simultaneously used.
  • the pressure adjusting step (S110), the source power adjusting step (S120), the frequency adjusting step (S121), the temperature adjusting step (S130), the The bias power adjustment step (S140) may proceed while being controlled by the control unit.
  • the above-described plasma chamber for wafer etching and the wafer etching method using the plasma chamber according to the embodiment of the present invention have the following effects.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention form a relatively high pressure in the chamber compared to conventional chambers, thereby maintaining a high etching rate (etch rate) and selecting It has the advantage of improving PR selectivity.
  • the plasma chamber for wafer etching and the wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention provide a high etch rate and high selectivity while using low power compared to conventional chambers in a plasma source and a bias RF source. It has the advantage of obtaining PR selectivity.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention can be performed in a pressure range (50 to 150 mTorr) to which local electron kinetics are applied.
  • the etching rate of the edge is higher than that of the center. can be high
  • the plasma chamber for wafer etching and the wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention have the advantage of preventing the uniformity from deteriorating at the edge of the wafer.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention are suitable for a HARC (High Aspect Ratio Etch) process, and in other processes, a high etching rate and a high selectivity at low power can get
  • a plasma chamber for etching a wafer and a method for etching a wafer using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention have been described based on an etching process, but are not limited thereto.
  • a plasma chamber for etching a wafer and a method of etching a wafer using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention may be applied to processes such as deposition, ashing, PR stripping, and doping in addition to an etching process.
  • a plasma chamber for wafer etching and a wafer etching method using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention can be applied to an etching process or a deposition process requiring an etching speed, but is not limited thereto, and high etching with low power Of course, it can be applied to several processes that require speed or selectivity improvement at the same time.
  • a plasma chamber for etching a wafer and a method for etching a wafer using the plasma chamber according to an embodiment of the present invention may be used by improving an inductively coupled plasma (ICP), but are not limited thereto, and may be used for various types of plasma. .
  • ICP inductively coupled plasma

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 본 발명의 플라즈마 챔버는, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트; 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부;를 포함하며, 상기 압력 조절부는, 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상기 압력 조절부를 통해 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 압력 조절 단계; 상기 플라즈마 소스를 통해 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W로 조절하는 소스 파워 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법
본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서는 균일성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 반도체의 제조 공정 중 식각(etching) 공정에서 반도체의 균일성이 확보되거나 조절될 수 있다.
반도체의 식각 공정은 플라즈마 챔버 내부에서 진행될 수 있다. 플라즈마 챔버는 내부의 반응 공간 내에 플라즈마를 형성시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 반도체의 식각 공정을 수행하게 된다.
플라즈마 챔버의 상부에는 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 소스가 구비되어 있으며, 플라즈마 소스의 대표적인 예로는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스 및 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스 등이 있다.
용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 전기장을 이용하는 것으로, 일반적으로 유도성 결합 플라즈마(ICP) 보다 약간 더 높은 압력에서 식각이 진행될 수 있다. 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 식각 속도가 느리지만 선택비 특성과 공정 재현성이 우수하다고 알려져 있다.
그러나 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 나타나는 플라즈마 밀도 불균일 특성이 있다. 또한, 전체 플라즈마 밀도가 낮은 편이어서 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해 높은 RF 파워를 인가하여야 한다는 문제점이 있다.
유도성 결합 플라즈마(ICP)는 유도 자기장을 이용하는 것으로, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스에 비하여 전체 플라즈마 밀도가 높다는 장점이 있다. 유도성 결합 플라즈마(ICP)는 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스 보다 낮은 압력에서 식각 속도를 증가시킬 수 있으나, 이 또한 웨이퍼의 중앙 부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높으며, 식각 속도가 높지만 선택비가 낮고 공정 재현성이 좋지 못하다는 문제점이 있다.
이와 같이 용량성 결합 플라즈마(CCP)와 유도성 결합 플라즈마(ICP) 같은 종래의 플라즈마 소스는 식각 속도와 선택비를 동시에 높이기 어려운 문제점이 있으며, 식각 속도와 선택비는 트레이드 오프(trade-off)의 관계로 인식되어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 웨이퍼를 식각하기 위해 플라즈마를 형성하는 플라즈마 챔버로서, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트; 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부;를 포함하며, 상기 압력 조절부는, 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 더 포함하며, 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)는 300 내지 1000W 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 플라즈마 소스는, 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는, 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하며, 상기 온도 조절부는 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 더 포함하며, 상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)는 1000 내지 3000W 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부와, 상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 챔버를 통해 웨이퍼를 식각하는 웨이퍼 식각 방법으로, 상기 압력 조절부를 통해 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 압력 조절 단계; 상기 플라즈마 소스를 통해 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W로 조절하는 소스 파워 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 주파수 조절 단계를 포함하며, 상기 주파수 조절 단계에서는, 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)와 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수가 동일하도록 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는, 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하며, 상기 온도 조절부를 통해 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 온도 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 포함하며, 상기 바이어스 알에프 소스를 통해 상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절하는 바이어스 파워 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 챔버 내부의 압력을 종래의 챔버 대비 상대적으로 높은 압력으로 형성함에 따라 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(PR selectivity)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 소스 및 바이어스 알에프 소스에서 종래의 챔버 대비 낮은 전력을 사용하면서도 높은 식각 속도(etch rate)와 높은 선택비(PR selectivity)를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 웨이퍼를 식각하는 이온과 라디칼을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소스 파워 조절 단계와 주파수 조절 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버, 유도성 결합 플라즈마(ICP), 용량성 결합 플라즈마(CCP)에 대하여 식각 속도(ER), 선택비(Selectivity), 척의 온도(Chuck temp), 소스 파워(S/P), 바이어스 파워(B/P), 압력(pressure)을 비교한 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마는 크게 전자, 이온(21), 라디칼(radical)(22)로 구성된다. 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하는 종래의 방법을 살펴보면, 플라즈마 식각 과정에서 지배종이 이온 또는 라디칼 중 어느 하나로 형성된다.
구체적으로, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하는 종래의 방법에서 Metal etch는 주로 라디칼을 이용하게 되며, Oxide etch는 주로 이온을 이용하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 플라즈마 식각 과정에서 지배종이 이온 또는 라디칼 중 어느 하나로 형성되는 것이 아닌, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 플라즈마 식각 과정에서 이온 지배적인 반응이나 라디칼 지배적인 반응을 하기 보다, 이온(21)과 라디칼(22)이 함께 작용하여 시너지 효과(synergy effect)가 나타내는 공정 영역을 사용하는 것이다.
조금 더 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 종래의 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 사용하는 방법의 문제점을 해결하면서 이를 개선한 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 이용하는 SRICP(Synergistic resonance ICP)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 이온과 라디칼을 동시에 이용하기 위해 플라즈마 챔버의 조건을 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 챔버 내부의 압력, 척의 온도, 플라즈마 소스의 소스 파워, 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수, 챔버 내부의 플라즈마 밀도, 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워 등을 조절할 수 있는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 플라즈마 챔버에서 상기의 조건을 변경함에 따라 이온과 라디칼을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는, 하우징(110), 베이스 플레이트(111), 압력 조절부(120)를 포함한다.
상기 하우징(110)은 플라즈마를 통해 웨이퍼(10)를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비되는 것이다. 상기 하우징(110)은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)의 챔버 외벽일 수 있으며, 내부에 공간이 구비된 것이다. 상기 하우징(110) 내부로 상기 웨이퍼(10)가 로딩되면, 상기 하우징(110) 내부에 형성된 플라즈마에 의해 상기 웨이퍼(10)가 식각될 수 있다.
상기 베이스 플레이트(111)는 상기 하우징(110) 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼(10)가 안착되는 것이다. 상기 베이스 플레이트(111)는 상기 하우징(110) 내부에 구비되면서, 상기 웨이퍼(20)가 안착되는 플레이트일 수 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 베이스 플레이트(111)는 상기 웨이퍼(10)를 안착시키면서 상기 웨이퍼(10)를 지지하는 웨이퍼 척(chuck)일 수 있으며, 상기 웨이퍼(10)가 상기 베이스 플레이트(111)에 안착되면, 상기 웨이퍼(10)의 식각이 진행될 수 있다.
상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하는 것이다. 상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 장치일 수 있으며, 상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절할 수 있다면 다양한 구성을 포함하는 장치일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절할 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하기 위해 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절할 수 있는 것이다.
이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 때, 상기 하우징(110) 내부의 압력이 50 mTorr 보다 작으면 식각 속도가 감소될 위험이 있다. 반대로 상기 하우징(110) 내부의 압력이 150 mTorr 보다 커지면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110)의 상부에 구비되면서 상기 하우징(110) 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)는 플라즈마를 형성시킬 수 있는 것으로, 코일(131)과 알에프 파워 제네레이터(RF power generator)(132)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워(Source power)는 300 내지 1000W 로 조절될 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 300W 보다 작으면, 식각 속도가 감소하게 되기 때문에 상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)는 300W 보다 큰 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것으로, 상기 하우징(110) 내부 압력이 종래의 플라즈마 챔버 대비 높을 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 1000W 보다 크면, 상대적으로 높은 상기 하우징(110)의 내부 압력에 의해 플라즈마 밀도가 너무 높아질 수 있게 된다. 플라즈마 밀도가 너무 높아지게 되면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W 로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 플라즈마 소스(130)는, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 이온과 라디칼 사이에서 발생하는 공명 현상(resonance)을 유도하기 위해, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수는 단위 부피당 입자의 수와 충돌 반응에 대한 속도 상수의 곱으로 결정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라즈마 소스(130)는 충돌 주파수에 대한 데이터를 먼저 분석하고, 이를 바탕으로 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110) 내부에서 발생하는 입자 간의 충돌 주파수를 분석하기 위한 충돌 주파수 분석부를 포함할 수 있으며, 상기 플라즈마 소스(130)는 상기 충돌 주파수 분석부에서 데이터를 수신 받아 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)는 상기 플라즈마 소스(130)에 구비된 상기 알에프 파워 제네레이터(RF power generator)(132)를 통해 조절될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것이 바람직하다.
상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 보다 작으면, 목표로 하는 식각 속도를 얻을 수 없게 된다.
반대로, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도가 입방 센티미터(cm-3) 당 5E11 보다 크면, 이온(21)과 라디칼(22)이 분리되면서 선택비(selectivity)에 악영향을 줄 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하여 식각 속도를 향상시키면서 선택비를 향상시키기 위해 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도를 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11로 형성하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 상기 플라즈마 소스(130)에 의해 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 플라즈마 소스(130)를 통해 이온(21)과 라디칼(22)이 동시에 이용되기 적합한 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110) 내부에 형성할 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절하는 온도 조절부(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절 장치일 수 있다. 상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절할 수 있다면 다양한 구성을 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절함에 따라, 상기 베이스 플레이트(111)에 안착되는 상기 웨이퍼(10)의 온도를 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것이 바람직하다. 이온(21)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도와 무관하지만, 라디칼(22)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도에 민감하게 반응할 수 있다.
따라서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 20도(℃) 보다 낮아지면, 상기 웨이퍼(10)의 온도가 감소되면서 라디칼의 활동에 제약이 발생할 수 있게 된다. 또한, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 50도(℃) 보다 높아지면, 버닝(burning)이 발생할 위험이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨이퍼(10)는 이온(21) 및 라디칼(22)과 동시에 반응하기 위해 상온(20 내지 50(℃))의 영역에서 온도를 형성하는 것이 바람직하며, 이를 위해 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 베이스 플레이트(111)에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트(111)에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스(Bias RF Source)(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 바이어스 알에프 소스(150)는 상기 베이스 플레이트(111)에 바이어스(Bias)를 인가하여, 식각 공정 중에 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)는 1000 내지 3000W로 조절되는 것이 바람직하다. 상기 바이어스 파워는 이온(21)에 직접적인 영향을 주는 것이다.
상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 1000W 보다 작으면, 이온(21)의 활동에 제약이 발생하여 라디칼(22)이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
반대로 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 3000W 보다 크면, 이온이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
결국, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 이온(21)과 라디칼(22)을 통해 시너지 효과(Synergy effect)를 도출하기 위해 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절해야 하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온(21)과 라디칼(22)을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온(21)과 상기 라디칼(22)의 시너지 효과에 의해 식각될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다. 종래의 식각 공정은 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경보다 항상 큰 Nonlocal electron kinetics의 공정 영역에서 진행되었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경(상기 하우징(110)의 직경) 보다 작은 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 할 수 있으며, 식각 속도도 상기 하우징(110)의 가장자리가 상기 하우징(110)의 중앙보다 높을 수 있다.
종래의 식각 공정에서는 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)가 발생할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 상기의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 종래의 식각 공정에서는 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)를 해결하기 위해 독립적인 알에프 파워(RF power)를 인가하거나, 히터(heater), 에지 링의 부식 방지를 위한 리프트 장치 등을 사용하였다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 별도의 장치를 사용하지 않을 수 있으며, 이를 통해 제작 비용이 절감시키면서 수율 향상을 기대할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)를 통해 웨이퍼(10)를 식각하는 방법에 관한 것이다.
상술한 설명에서 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)를 상세하게 설명한 바, 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)의 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120)를 포함한다.
상기 압력 조절 단계(S110)는 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 단계이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 때, 상기 하우징(110) 내부의 압력이 50 mTorr 보다 작으면 식각 속도가 감소될 위험이 있다. 반대로 상기 하우징(110) 내부의 압력이 150 mTorr 보다 커지면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서 상기 압력 조절 단계(S110)에서는, 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 소스 파워 조절 단계(S120)는 상기 플라즈마 소스(130)를 통해 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워를 300 내지 1000W로 조절하는 단계이다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 300W 보다 작으면, 식각 속도가 감소하게 되기 때문에, 상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)는 300W 보다 큰 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 상기 압력 조절 단계(S110)에서 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하기 때문에, 상기 하우징(110) 내부 압력이 종래의 플라즈마 챔버 대비 높을 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 1000W 보다 크면, 상대적으로 높은 상기 하우징(110)의 내부 압력에 의해 플라즈마 밀도가 너무 높아질 수 있게 된다. 플라즈마 밀도가 너무 높아지게 되면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서, 상기 소스 파워 조절 단계(S120)에서는, 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W 로 조절하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 주파수 조절 단계(S121)를 포함할 수 있다.
상기 주파수 조절 단계(S121)에서는, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)와 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수가 동일하도록 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는, 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이온과 라디칼 사이에서 발생하는 공명 현상(resonance)을 유도하기 위해, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수는 단위 부피당 입자의 수와 충돌 반응에 대한 속도 상수의 곱으로 결정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라즈마 소스(130)는 충돌 주파수에 대한 데이터를 먼저 분석하고, 이를 바탕으로 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110) 내부에서 발생하는 입자 간의 충돌 주파수를 분석하기 위한 충돌 주파수 분석부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 주파수 조절 단계(S121)는, 상기 충돌 주파수 분석부에서 데이터를 수신 받아 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하도록 조절하는 단계이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것이 바람직하다.
상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 보다 작으면, 목표로 하는 식각 속도를 얻을 수 없게 된다.
반대로, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E11 보다 크면, 이온(21)과 라디칼(22)이 분리되면서 선택비(selectivity)에 악영향을 줄 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하여 식각 속도를 향상시키면서도 선택비를 향상시키기 위해, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도를 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11로 형성하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 상기 소스 파워 조절 단계(S120)에서 조절될 수 있다. 상기 소스 파워 조절 단계(S120)에서는, 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워를 조절하여 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도를 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11로 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 온도 조절 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절 장치일 수 있다. 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절함에 따라, 상기 베이스 플레이트(111)에 안착되는 상기 웨이퍼(10)의 온도를 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 온도 조절 단계(S130)에서는, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것이 바람직하다. 이온(21)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도와 무관하지만, 라디칼(22)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도에 민감하게 반응할 수 있다.
따라서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 20도(℃) 보다 낮아지면, 상기 웨이퍼(10)의 온도가 감소되면서 라디칼의 활동에 제약이 발생할 수 있게 된다. 또한, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 50도(℃) 보다 높아지면, 버닝(burning)이 발생할 위험이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨이퍼(10)는 이온(21) 및 라디칼(22)과 동시에 반응하기 위해 상온(20 내지 50(℃))의 영역에 온도를 형성하는 것이 바람직하며, 이를 위해 상기 온도 조절 단계(S130)에서는, 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 바이어스 알에프 소스(150)를 통해 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절하는 바이어스 파워 조절 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
상기 바이어스 알에프 소스(150)는 상기 베이스 플레이트(111)에 바이어스(Bias)를 인가하여, 식각 공정 중에 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있는 것이다.
상기 바이어스 파워는 이온(21)에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 1000W 보다 작으면, 이온(21)의 활동에 제약이 발생하여 라디칼(22)이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
반대로 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 3000W 보다 크면, 이온이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
따라서 이온(21)과 라디칼(22)을 통해 시너지 효과(Synergy effect)를 도출하기 위해, 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)에서 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120), 상기 주파수 조절 단계(S121), 상기 온도 조절 단계(S130), 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)는 순차적으로 진행될 필요는 없으며, 순서에 상관없이 각각의 과정이 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120), 상기 주파수 조절 단계(S121), 상기 온도 조절 단계(S130), 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)는 동시에 진행될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하고, 상기 플라즈마 소스(130)를 통해 소스 파워를 조절하며, 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절하고, 상기 바이어스 알에프 소스(150)를 통해 바이어스 파워를 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상기 하우징(110) 내부의 압력, 상기 소스 파워, 상기 웨이퍼의 온도, 상기 바이어스 파워의 온도를 조절함에 따라 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하여 시너지 효과(Synergy effect)를 발생시켜 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온(21)과 라디칼(22)을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온(21)과 상기 라디칼(22)의 시너지 효과에 의해 식각될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는, 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경보다 큰 Nonlocal electron kinetics의 공정 영역에서 진행되는 종래의 식각 방법과 다르게, 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경(상기 하우징(110)의 직경) 보다 작은 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 할 수 있으며, 식각 속도도 상기 하우징(110)의 가장자리가 상기 하우징(110)의 중앙보다 높을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)를 해결할 수 있으며, 상기의 문제를 해결하기 위한 별도의 장치를 사용하지 않을 수 있는 장점이 있다.
도 5에서 ER(A/min)은 식각 속도(Etch rate)이며, S/P(W)는 소스 파워(Source power)이며, B/P(W)는 바이어스 파워(Bias power)이며, Chuck temp(℃)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도이며, ICP는 유도성 결합 플라즈마이며, CCP는 용량성 결합 플라즈마이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 종래의 용량성 결합 플라즈마(CCP)와 유도성 결합 플라즈마(ICP)에 대비 높은 압력을 형성함에 따라 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(PR selectivity)를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 종래의 용량성 결합 플라즈마(CCP)와 유도성 결합 플라즈마(ICP) 대비 낮은 전력을 사용하면서 높은 식각 속도(etch rate)와 높은 선택비(PR selectivity)를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 압력 조절부(120), 상기 플라즈마 소스(130), 상기 알에프 파워 제네레이터(132), 상기 온도 조절부(140), 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 압력 조절부(120), 상기 플라즈마 소스(130), 상기 알에프 파워 제네레이터(132), 상기 온도 조절부(140), 상기 바이어스 알에프 소스(150)는 상기 제어부를 통해 작동이 조절되면서 이온(21)과 라디칼(22)이 동시에 이용될 수 있는 조건을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120), 상기 주파수 조절 단계(S121), 상기 온도 조절 단계(S130), 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)는 상기 제어부를 통해 제어되면서 진행될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 챔버 내부의 압력을 종래의 챔버 대비 상대적으로 높은 압력으로 형성함에 따라 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(PR selectivity)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 플라즈마 소스 및 바이어스 알에프 소스에서 종래의 챔버 대비 낮은 전력을 사용하면서도 높은 식각 속도(etch rate)와 높은 선택비(PR selectivity)를 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 local electron kinetics가 적용되는 압력 범위(50 내지 150mTorr)에서 진행될 수 있는 것으로, 이 경우 가장자리의 식각 속도가 중앙 보다 높게 될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 웨이퍼의 가장자리에서 균일성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 HARC(High aspect ratio etch) 공정에 적합하며, 그 이외의 공정에서도 낮은 전력에서 높은 식각 속도와 높은 선택비를 얻을수있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 식각 공정을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 식각 공정 이외에 증착, ashing, PR stripping, doping 등의 공정에 적용될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 식각 속도를 필요로 하는 식각 공정이나 증착 공정에 적용될 수 있는 것이지만, 이에 한정되지는 않으며, 낮은 파워로 높은 식각 속도나 선택비 향상이 동시에 요구되는 여러 공정에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 유도성 결합 플라즈마(ICP)를 개선하여 사용될 수 있으나, 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 플라즈마에 이용될 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 웨이퍼를 식각하기 위해 플라즈마를 형성하는 플라즈마 챔버에 있어서,
    플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트;
    상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부;를 포함하며,
    상기 압력 조절부는, 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 더 포함하며,
    상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)는 300 내지 1000W 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는,
    상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는,
    입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하며,
    상기 온도 조절부는 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 더 포함하며,
    상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)는 1000 내지 3000W 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며,
    상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며,
    상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  9. 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부와, 상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 챔버를 통해 웨이퍼를 식각하는 웨이퍼 식각 방법으로,
    상기 압력 조절부를 통해 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 압력 조절 단계;
    상기 플라즈마 소스를 통해 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W로 조절하는 소스 파워 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 주파수 조절 단계를 포함하며,
    상기 주파수 조절 단계에서는,
    상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)와 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수가 동일하도록 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는,
    입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하며,
    상기 온도 조절부를 통해 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 온도 조절 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 포함하며,
    상기 바이어스 알에프 소스를 통해 상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절하는 바이어스 파워 조절 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며,
    상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며,
    상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
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