KR100433032B1 - 포토레지스터 애싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토레지스터 애싱 장치에 관한 것으로, 챔버와, 상기 챔버 내에 설치된 서셉터와, 상기 서셉터를 사이에 두고 상기 서셉터로부터 소정거리만큼 이격되어 서로 대향되게 설치된 한쌍의 전극 및, 상기 한쌍의 전극에 대략 10kHz∼100kHz 정도의 중 주파수 대역의 교류전원을 인가하는 전원공급수단을 포함하여 구성된다. 이러한 본 발명은, 중 주파수의 낮은 주파수 특성을 이용해 전극을 서셉터로부터 분리시키고 양전극과 음전극 모두로 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가능함으로써, 웨이퍼의 양면을 동시에 애싱할 수 있고 전류 밀도와 라디칼 수 및 이온의 에너지를 용이하게 조절 할 수 있으며 이온에 의한 웨이퍼 손상을 줄일 수 있다.

Description

포토레지스터 애싱 장치 {Photo-resister ashing system}

본 발명은 애칭(Etching) 공정 후 남아 있는 포토레지스터를 제거하기 위한 포토레지스터 애싱 장치에 관한 것으로, 특히 중주파수로 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼상의 포토레지스터를 제거하는 포토레지스터 애싱 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마를 이용한 애싱 장치는 마이크로파(Microwave)를 사용하거나 고주파(Radio frequency)를 이용하여 산소 플라즈마를 발생하고, 발생된 플라즈마 내에 포함된 산소 라디칼(Radical) 및 주변 열원을 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스터(Photo Register)를 제거한다.

이 중 마이크로파를 이용한 방식의 애싱 장치는, 상부에 마이크로파를 발생시키는 발생기(Generator), 파의 전달을 유도하는 도파관(Waveguide), 파의 임피던스(Impedance)를 제어하는 다중 튜너(multi tuner), 파의 투과 및 진공 형성이 가능하도록 한 쿼츠 밸자(Quartz bell-jar), 공정을 수행하는 반응 챔버(Chamber) 등으로 구성되고, 챔버 내로 주입된 가스와 일정한 값으로 조절된 압력 하에서 챔버의 상부 또는 측부로 유입된 마이크로파를 이용해 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 발생된 플라즈마에 포함된 이온에 의한 웨이퍼 손상을 최소화하기 위해 금속 등의 재료에 홀(hole)이 형성된 판 구조의 베플(Baffle)을 통과시켜 이온을 걸러준 후 라디칼과 포토레지스터를 반응시키게 된다.

상기 설명한 마이크로파를 사용하는 애싱 장치는 웨이퍼의 한 방향으로만 플라즈마를 노출시키므로 상하방향의 이중구조(Dual type) 방식에 의한 애싱이 매우 힘들며, 좁은 영역에서 발생되는 플라즈마를 대면적에 분사시켜 대면적의 균일한애싱율을 얻기 위해 다층의 균일 분사 조절 장치가 반드시 구비되어야 한다.

그리고, 상기 고주파를 이용한 애싱 장치는, 대략 400kHz에서 13.56MHz 영역의 고주파를 이용하며, 플라즈마 발생 방식에 따라 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 방식과 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 방식 등으로 구분된다.

상기 유도 결합 플라즈마 방식은 쿼츠 밸자 주변에 장착한 코일(Coil)에 고주파를 인가하여 플라즈마를 형성하는데, 이온 밀도가 높고 이온 에너지가 커서 웨이퍼가 손상되기 쉽기 때문에 임피던스를 적절한 조절을 위해 별도의 임피던스 매칭(Matching) 장치가 필요할 뿐만 아니라 기술적으로 임피던스의 매칭이 무척 난해하여 제작이 어려운 문제점이 있다.

상기 용량 결합 플라즈마 방식은 마주보는 대향 전극 사이에 전원을 인가하여 플라즈마를 형성하는데, 전기장이 강하게 발생하며 이온 밀도는 낮지만 이온 에너지가 크고 전극과 서셉터를 일체형으로 사용하기 때문에, 유도 결합 플라즈마 방식보다 더 많은 이온 충격이 발생하여 웨이퍼의 손상이 빈번하게 발생될 수 있으므로, 유도 결합 플라즈마 방식과 같은 별도의 매칭 장치가 필요하며 이 역시 임피던스의 매칭이 무척 난해하여 제작이 어려운 문제점이 있다.

또한, 고주파를 이용한 애싱 장치는, 고주파를 사용함에 따라 고주파에 의한 전기적 노이즈(Noise)를 발생하고 주변의 전기/전자장치에 전자기파에 의한 장애를 유발하는 문제점도 안고 있다.

고주파 플라즈마는 주파수 특성 상 동축 케이블(Cable)을 사용하며 중심선은주전원선, 바깥선은 접지선으로 사용한다. 따라서 음극(Cathode)에만 전원이 인가되고 대향 극은 접지처리가 되고 사용 주파수가 높아 전자(Electron)의 제어는 가능하지만 이온의 제어가 불가능하다는 단점도 있다.

또한, 고주파는 두 개 이상의 전극에 동일 극성의 전원을 병렬 공급할 경우 임피던스를 조절하기 힘들고, 대형 코일 제작 및 기타 균일 분사 유도 장치 제작이 어려우며, 용량 결합 방식에서도 대면적의 전극 구조를 설계하기 힘들어 대면적화 및 대형화에 어려움이 있다.

상기와 같이 종래의 애싱 장치는, 마이크로파 방식의 경우 균일 분사 장치 등의 부가적인 장비가 필요하여 구성이 복잡하고 웨이퍼의 일면만 가공할 수 있는 단점이 있었고, 고주파 방식의 경우 웨이퍼가 손상되기 쉽고 임피던스 매칭이 어려워 제작이 어려우며 주변 장치에 장애를 유발하고 캠버 내에 다층의 전극으로 여러 웨이퍼를 동시에 애싱할 수 있는 구성으로 제작할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은, 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 구성이 단순하면서도 웨이퍼의 양면을 동시에 애싱할 수 있고 주변에 장애를 유발하지 않으며 캠버 내에 다층의 전극으로 복수개의 웨이퍼를 동시에 애싱할 수 있는 포토레지스터 애싱 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치의 개략도,

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치의 개략도,

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치의 개략도,

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 챔버 10: 가스 공급관

20: 배기관 30: 압력 게이지

100: 서셉터 101: 웨이퍼 지지대

110: 웨이퍼 핀 111: 절연 지지대

120: 히터 전력공급기 200: 양전극

210: 음전극 201, 211: 절연체

300: 전원공급수단 310: 중주파수발생기

320: 오실레이터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토레지스터 애싱 장치는, 챔버와, 상기 챔버 내에 설치된 서셉터와, 상기 서셉터를 사이에 두고 상기 서셉터로부터소정거리만큼 이격되어 서로 대향되게 설치된 한쌍의 전극 및, 상기 한쌍의 전극에 대략 10kHz∼100kHz 정도의 중 주파수 대역의 교류전원을 인가하는 전원공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치의 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토레지스터 애싱 장치는, 챔버(1)와, 챔버(1) 내에 설치된 서셉터(100)와, 서셉터(100)를 사이에 두고 서셉터(100)로부터 소정거리(예컨대, 15mm 정도)만큼 이격되어 서로 대향되게 설치된 한쌍의 전극(200, 210) 및, 한쌍의 전극(200, 210)에 대략 10kHz∼100kHz 정도의 중 주파수 대역의 교류전원을 인가하는 전원공급수단(300)을 포함하여 구성된다.

상기 챔버(1)에는 반응 가스인 산소가 주입되는 가스 공급관(10)과 애싱 공정 후 반응물을 외부로 배출시키기 위한 배기관(20) 및, 챔버(1) 내의 압력을 나타내는 압력 게이지(30)가 설치되어 있다.

상기 서셉터(100)는 챔버(1) 내에 웨이퍼 지지대(101)에 의해 지지되고 표면에 도료형태의 세라믹히터가 피복되어 있다. 이 서셉터(100)는 그 상부에 웨이퍼(W)가 얹혀지고, 소정 개소에 복수개의 핀홀이 형성되어 있어 이 핀홀을 통해 복수개의 웨이퍼 핀(110)이 작동하여 웨이퍼(W)를 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading)하는데, 상기 웨이퍼 핀(110)은 절연지지대(111)에 의해 챔버(1)내에 지지된다.

그리고, 서셉터(100)에 피복된 세라믹히터는 챔버(1)의 측벽부에 형성된 진공 실링(sealing)된 포트(Port)를 통해 챔버(1)의 외부에 설치된 히터 전력공급기(120)로부터 교류전원을 인가 받아 열을 발생하여 웨이퍼(W)를 가열한다.

여기서, 서셉터(100)에 도료형태의 세라믹히터를 피복하는 것은, 히터가 차지하는 공간을 최소화하여 하나의 챔버(1) 내에 보다 많은 전극과 서셉터를 복수개로 배열하여 적층할 수 있게 하기 위한 것이다.

상기 한쌍의 전극은 양전극(200)과 음전극(210)으로 이루어지는데, 각각의 일면에는 웨이퍼(W)가 위치하지 않은 쪽에 플라즈마가 발생되는 것을 방지하기 위해 절연체(201, 211)가 부착되어 있다. 예컨대, 상기 절연체(201, 211)는 볼트체결을 통해 한쌍의 전극(200, 210)에 각기 부착될 수 있다.

그리고, 한쌍의 전극(200, 210) 각각에는 도시되지 않은 냉각장치가 설치되어 각 전극에서 발생되는 열을 감소시키도록 되어 있으며, 예컨대 상기 냉각장치는 냉각수의 순환을 통해 열을 교환하는 수냉식 냉각장치일 수 있다.

상기 전원공급수단(300)은 대략 10kHz∼100kHz 정도의 중 주파수의 교류전원을 발생하여 한쌍의 전극(200, 210)에 인가하는 중주파수발생기(310)와 이 중주파수발생기(310)와 한쌍의 전극(200, 210) 간에 임피던스를 매칭시키고 에너지를 균일하게 안정적으로 공급하기 위해 상기 중주파수발생기(310)로부터 발생된 교류전원의 주파수를 조절하는 오실레이터(320)로 구성된다.

여기서, 한쌍의 전극(200, 210)과 서셉터(100)를 복수개 배열하여 사용할 경우에는 전원공급수단(300)으로부터 인입되는 전원단자를 병렬로 연결하여 구성하며, 이 경우 임피던스의 매칭은 전원공급수단(300)의 오실레이터(320)에 의해 수행된다.

즉, 전원공급수단(300)의 양극(+)단자와 복수개의 양전극(200)을 병렬로 연결하고, 전원공급수단(300)의 음극(-)단자와 복수개의 음전극(210)을 병렬로 연결한다.

그리고, 전원공급수단(300)으로부터 인출된 전선은 챔버(1)의 측벽부에 진공 실링된 구멍을 통해 챔버(1) 내로 인입되어 한쌍의 전극(200, 210)에 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

전원공급수단(300)의 중 주파수 발생기(310)로부터 인가된 교류전원은 오실레이터(320)에 의해 미리 설정된 임피던스에 상응하는 중 주파수로 조절되어 양전극(200)과 음전극(210)으로 인가되고, 챔버(1) 내로 공급된 공정 가스인 산소와 일정한 압력과 배기량이 조절된 환경에서 양전극(200)과 음전극(210) 사이에 플라즈마가 발생되어 서셉터(100) 상에 위치한 웨이퍼(W)의 포토레지스터가 애싱된다.

여기서, 중 주파수의 플라즈마는 종래의 애싱 장치에 사용되고 있는 마이크로파 및 고주파와는 달리 대략 10kHz에서 100kHz까지의 낮은 주파수를 사용하므로, 전극(200, 210)을 서셉터(100)로부터 분리시키는 것이 가능하고, 양전극(200)과 음전극(210) 모두로 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.

참고적으로, 종래의 애싱 장치에 사용되는 마이크로파와 고주파는 전극에 바이어스(bias)가 크게 걸리면서 전극에서 이온을 끌어당기는 힘이 강해 음전극은 필히 접지시켜야 하고 서셉터와 전극을 분리하는 구조로 제작하는 것이 불가능하였다.

상기와 같이 양전극(200)과 음전극(210)의 양단으로 교류전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킬 수 있고 양전극(200)과 음전극(210)을 서셉터(100)로부터 분리시킴으로써, 웨이퍼(W)의 양면을 애싱할 수 있고, 교류전원 및 접지를 양전극(200) 및 음전극(210)에 연결하는 방식에 따라 웨이퍼(W)를 향한 전류 밀도와 라디칼 수 및 이온의 에너지를 용이하게 조절 할 수 있으며 전자뿐만 아니라 이온에도 운동성을 부여할 수 있고 이온에 의한 웨이퍼 손상을 줄일 수 있다.

또한, 중주파수대역의 교류전원을 사용함으로 인해 임피던스의 매칭이 쉬워 복수개의 전극을 병렬로 연결하여 전원을 인가할 수 있으며, 이를 통해 단일 챔버(1) 내에 전극와 서셉터를 복수개로 배열하여 동시에 여러 개의 웨이퍼를 애싱 가공할 수 있는 구조로 제작할 수 있어, 제조 비용과 가공 비용을 절감할 수 있으며 공정에 맞는 용도 변경이 매우 쉽다.

이와 더불어, 중 주파수는 대면적의 전극에 전원을 공급 할 수 있어 초기에 대면적 플라즈마를 형성 할 수 있으며, 이로 인해 별도의 파를 분산시키기 위한 분산장치가 불필요하며, 도파관 역시 필요치 않아 챔버 내의 구조가 매우 단순화된다.

그리고, 본 발명은 전극(200, 210)이 서셉터(100)로부터 분리되어 있어 각 전극(200, 210)과 서셉터(100) 간의 간격을 조절함으로써, 이온 생성량과 라디칼수를 조절할 수 있으며, 전극(200, 210)에 굴곡을 주어 서셉터(100)와 전극(200, 210) 간의 전기장 분포를 조절함으로써, 별도의 이온을 걸러주기 위한 베플을 설치할 필요가 없어 구성이 단순해지고 제조원가가 절감된다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 한쌍의 전극(200, 210) 중 양전극(200)을 그 중심부가 서셉터(100)쪽으로부터 더 멀도록 볼록하게 굴절시키고 음전극(210)을 그 중심부가 서셉터(100)쪽으로 더 가깝도록 볼록하게 굴절시키면, 전극(200, 210)과 서셉터(100) 간 중심부의 전계를 낮출 수 있다.

또, 도 3에 도시된 바와 같이, 한쌍의 전극(200, 210) 중 양전극(200)을 그 중심부가 서셉터(100)쪽으로 더 가깝도록 오목하게 굴절시키고 음전극(210)을 그 중심부가 서셉터(100)쪽으로부터 더 멀도록 오목하게 굴절시키면, 전극(200, 210)과 서셉터(100) 간 중심부의 전계를 높일 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 한쌍의 전극(200, 210) 중 양전극(200)을 그 중심부가 서셉터(100)쪽으로부터 더 멀도록 볼록하게 굴절시키고 음전극(210)은 평평하게 형성하면, 양전극(200)과 서셉터(100) 간 중심부의 전계를 낮출 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 한쌍의 전극(200, 210) 중 양전극(200)을 그 중심부가 서셉터(100)쪽으로 더 가깝도록 오목하게 굴절시키고 음전극(210)은 평평하게 형성하면, 양전극(200)과 서셉터(100) 간 중심부의 전계를 높일 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에포함된다는 것을 명심해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 중 주파수의 낮은 주파수 특성을 이용해 전극을 서셉터로부터 분리시키고 양전극과 음전극 모두로 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하여, 웨이퍼의 양면을 동시에 애싱할 수 있고 전류 밀도와 라디칼 수 및 이온의 에너지를 용이하게 조절 할 수 있으며 이온에 의한 웨이퍼 손상을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 중주파수대역의 교류전원을 사용함으로 인해 임피던스의 매칭이 쉬워 복수개의 전극을 병렬로 연결하여 전원을 인가할 수 있으며, 이를 통해 단일 챔버 내에 전극와 서셉터를 복수개로 배열하여 동시에 여러 개의 웨이퍼를 애싱 가공할 수 있는 구조로 제작할 수 있어, 제조 비용과 가공 비용을 절감할 수 있으며 공정에 맞는 용도 변경이 매우 쉬운 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 전극이 서셉터로부터 분리되어 있어 각 전극과 서셉터 간의 간격을 조절하여 이온 생성량과 라디칼 수를 조절할 수 있으며, 전극에 굴곡을 주어 서셉터와 전극 간의 전기장 분포를 조절함으로써, 별도의 이온을 걸러주기 위한 베플을 설치할 필요가 없어 구성이 단순해지고 제조원가가 절감되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 포토레지스터 애싱장치에 있어서,

   챔버와,

   상기 챔버 내에 설치된 서셉터와,

   상기 서셉터를 사이에 두고 상기 서셉터로부터 소정거리만큼 이격되어 서로 대향되게 설치된 한쌍의 전극 및,

   상기 한쌍의 전극에 대략 10kHz∼100kHz 정도의 중 주파수 대역의 교류전원을 인가하는 전원공급수단을 포함하고,

   상기 서셉터의 일면에는 세라믹히터가 도료형태로 입혀져 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 서셉터와 한쌍의 전극이 소정 간격으로 복수개 배열되어 있고, 상기 교류전원은 복수개의 각 전극에 대해 병렬연결라인을 통해 교류전원을 인가하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극 중 적어도 어느 하나는, 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극 중 양전극은 그 중심부가 상기 서셉터쪽으로부터 더 멀도록 볼록하게 굴절되어 있고 음전극은 그 중심부가 상기 서셉터쪽으로 더 가깝도록 볼록하게 굴절되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극 중 양전극은 그 중심부가 상기 서셉터쪽으로 더 가깝도록 오목하게 굴절되어 있고 음전극은 그 중심부가 상기 서셉터쪽으로부터 더 멀도록 오목하게 굴절되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극 중 양전극은 그 중심부가 상기 서셉터쪽으로부터 더 멀도록 볼록하게 굴절되어 있고 음전극은 평판으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극 중 양전극은 그 중심부가 상기 서셉터쪽으로 더 가깝도록 오목하게 굴절되어 있고 음전극은 평판으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스터 애싱장치.