KR100610665B1 - 중성빔을 이용한 식각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중성빔을 이용한 식각장치에 관한 것으로, 특히 본 발명은 중성빔이 대상체에 평행하게 입사되도록 이온빔을 가스 또는 필라멘트를 이용하여 중성빔으로 전환시킨 후 평행한 중성빔을 이용하여 대상체에 식각시켜 식각을 균일하게 한다.

이를 위해 본 발명의 중성빔을 이용한 식각장치는 플라즈마 소스로부터 이온빔을 추출하여 중성빔으로 전환한 후 상기 중성빔을 이용하여 처리챔버 내의 대상체를 식각하는 중성빔을 이용한 식각장치에 있어서, 상기 플라즈마 소스에서 이온빔을 추출하는 복수의 그리드와, 상기 추출된 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 이온교환챔버와, 상기 추출된 이온빔을 상기 이온교환챔버내로 유입시키도록 상기 복수의 그리드와 이온교환챔버사이에 마련된 제1플레이트와, 상기 전환된 중성빔을 상기 처리챔버내로 유입시키도록 상기 제1플레이트와 상기 처리챔버사이에 마련된 제2플레이트부를 포함한다.

Description

중성빔을 이용한 식각장치{ETCHING APPARATUS USING NEUTRAL BEAM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중성빔을 이용한 식각장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중성빔을 이용한 식각장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중성빔을 이용한 식각장치의 개략적인 구성도이다.

도 4는 복수의 그리드와, 제1플레이트와, 제2플레이트의 홀 형상을 설명하기 위한 부분단면도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

10 : 플라즈마 발생부 11 : 플라즈마 챔버

12 : 그리드 13 : 제1플레이트

14 : 이온교환챔버 15 : 제2플레이트

16 : 처리챔버 17 : 대상체지지부

18 : 필라멘트 19 : 제3플레이트

20 : 관통홀

본 발명은 중성빔을 이용한 식각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식각 대상체를 균일하게 식각할 수 있는 중성빔을 이용한 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 고집적화에 대한 요구가 계속되어짐에 따라, 최근 반도체 집적회로의 디자인 룰이 더욱 감소되어 0.25㎛이하의 임계치수(Critical Dimension)가 요구되기에 이르렀다. 현재 이러한 나노미터급 반도체 소자를 구현하기 위한 식각장비로서 고밀도 플라즈마(High Density Plasma)식각장치, 반응성 이온 식각장치(Reactive Ion Etcher) 등의 이온 강화용 식각장비가 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 식각장비에서는 식각공정을 수행하기 위한 다량의 이온들이 존재하고, 이들 이온들이 수백 eV의 에너지로 반도체 기판 또는 반도체 기판상의 특정 물질층에 충돌되기 때문에 물리적, 전기적 손상을 야기시킨다. 따라서 식각 깊이를 정밀히 제어하면서 동시에 피식각 물질층에 대한 손상을 최소화할 수 있는 중성빔을 이용한 식각장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이러한 중성빔을 이용한 식각장치는 일정한 극성을 갖는 이온빔을 추출해 가속시킬 수 있는 이온소스와 이온빔을 통과하는 그리드, 이온빔을 중성빔으로 전환시켜주는 반사체, 반사체판 등으로 구성된다. 원리는 이온빔 장치로부터 추출된 이온이 반사체에 낮은 각도로 충돌하는 과정에서 중성화, 이 중성빔이 반사체에 에너지를 잃지 않고 반사돼 식각을 수행하는 형태다.

그러나, 종래에는 반사체를 통과한 중성빔이 소정각도를 갖고 식각 대상체에 입사되는 과정에서 입사각 및 광로차에 의해 대상체에 가해지는 중성빔의 에너지가 일부는 균일하고, 일부는 과소하거나, 과대해지기 때문에 대상체가 균일하게 식각되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 중성빔을 이용한 대상체 식각시 식각을 균일하게 할 수 있는 중성빔을 이용한 식각장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이온빔의 중성화정도를 증가시켜 다면적 식각을 구현할 수 있는 중성빔을 이용한 식각장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중성빔을 이용한 식각장치는 플라즈마 소스로부터 이온빔을 추출하여 중성빔으로 전환한 후 상기 중성빔을 이용하여 처리챔버 내의 대상체를 식각하는 중성빔을 이용한 식각장치에 있어서, 상기 플라즈마 소스에서 이온빔을 추출하는 복수의 그리드와, 상기 추출된 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 이온교환챔버와, 상기 추출된 이온빔을 상기 이온교환챔버내로 유입시키도록 상기 복수의 그리드와 이온교환챔버사이에 마련된 제1플레이트와, 상기 전환된 중성빔을 상기 처리챔버내로 유입시키도록 상기 제1플레이트와 상기 처리챔버사이에 마련된 제2플레이트부를 포함한다.

상기 이온교환챔버는 이온빔을 중성빔으로 전환시키도록 이온 중성화가스를 내부에 수용한다.

상기 이온교환챔버에는 이온빔을 중성빔으로 전환시키도록 전자를 방출하는 필라멘트가 마련된다.

상기 복수의 그리드와, 제1플레이트 및 제2플레이트에는 동일한 크기의 복수의 관통홀이 평행하게 각각 마련되고, 상호간에 정렬되게 배치된다.

상기 복수의 관통홀은 하니컴(Honnycomb)형상이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 중성빔을 이용한 식각장치는 플라즈마 소스를 발생시키는 플라즈마발생부(10)와, 이 플라즈마발생부(10)에서 발생된 플라즈마 소스를 수용하는 플라즈마 챔버와, 이 플라즈마 챔버에 수용된 플라즈마 소스에서 이온빔을 추출하는 복수의 그리드(12)와, 이 복수의 그리드(12)에서 추출된 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 이온교환챔버(14)와, 복수의 그리드(12)에서 추출된 이온빔을 이온교환챔버(14)로 유입시키도록 복수의 그리드(12)와 이온교환챔버(14)사이에 마련되는 제1플레이트(13)와, 이온교환챔버(14)에서 전환된 중성빔이 유입되는 처리챔버(16)와, 이온교환챔버(14)에서 전환된 중성빔을 처리챔버(16)로 유입시키도록 제1플레이트(13)와 처리챔버(16)사이에 마련되는 제2플레이트(15)와, 처리챔버(16)내에 마련되어 중성빔에 의해 식각되는 대상체를 지지하는 대상체지지부(17)를 구비한다.

플라즈마발생부(10)는 플라즈마 소스를 발생시킨다.

플라즈마 챔버는 플라즈마발생부(10)에 의해 발생된 플라즈마 소스를 수용한 다.

여러 개의 그리드(12)는 플라즈마 챔버내의 플라즈마 소스에서 일정한 극성을 띠는 이온빔을 추출한다. 이때, 여러 개의 그리드(12)는 각각 외부의 직류전원을 공급받아 극성을 띠게 된다.

제1플레이트(13)는 추출된 이온빔을, 이온교환을 통한 중성화를 위해 이온교환챔버(14) 내로 유입시킨다.

이온교환챔버(14)는 내부에 아르곤(Ar), 불화유황(SF6) 등의 이온 중성화가스가 채워지고, 이 이온 중성화가스를 이용하여 제1플레이트(13)를 통과하여 유입되는 이온빔을 중성빔으로 전환시킨다. 이때, 이온교환챔버(14)에는 이온 중성화가스를 유입시키기 위한 가스노즐이 마련되어 있으며, 이 가스노즐을 통하여 이온 중성화가스를 이온교환챔버(14) 내부로 유입시킨다.

제2플레이트(15)는 이온교환챔버(14) 내의 중성빔을 처리챔버(16) 내의 대상체로 평행하게 입사시켜 식각시키며, 압력이 서로 다른 처리챔버(16)와 이온교환챔버(14)사이를 격리시킨다.

처리챔버(16)는 중성빔에 의해 식각되는 대상체를 지지하는 대상체지지부(17)를 내부에 배치한다. 이 대상체지지부(17)는 대상체를 지지하며, 제2플레이트(15)를 통하여 거쳐 입사되는 중성빔에 의해 대상체가 식각될 수 있도록 입사되는 중성빔에 정면으로 처리챔버(16) 내에 마련된다.

또한, 상기한 복수의 그리드(12)와, 제1플레이트(13)와, 이온교환챔버(14)와, 제2플레이트(15)는 일체로 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기한 복수의 그리드(12)와, 제1플레이트(13) 및 제2플레이트(15)에는 동일한 크기의 복수의 관통홀(20)이 평행하게 각각 마련되고, 상호간에 정렬되게 배치된다. 이때, 관통홀(20)은 벌집구조(6각형)인 하니컴(Honnycomb)형상이고, 일예로, 관통홀(20)의 지름(d)은 0.05~1mm이고, 각각의 두께(h)는 대략 3~5mm 이다. 참고로, 관통홀(20)의 지름은 이온교환챔버(14)내의 진공도가 플라즈마챔버(11)내의 진공도보다 높아질 수 있도록 선택된다.

따라서, 플라즈마 챔버내의 플라즈마 소스는 여러 개의 그리드(12)를 통과하면서 일정한 극성을 띠는 이온빔으로 전환되고, 전환된 이온빔은 제1플레이트(13)를 통과하여 이온 중성화가스가 채워진 이온교환챔버(14)로 내로 평행하게 유입된다. 이온교환챔버(14)로 유입된 이온빔은 이온 중성화가스와 반응하여 중성빔으로 전환되고, 전환된 중성빔은 제2플레이트(15)를 통과하여 처리챔버(16)로 평행하게 유입된다. 이로 인해, 처리챔버(16) 내의 대상체에 중성빔이 평행하게 입사되므로, 대상체에 대한 식각을 균일하게 할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 이온교환챔버(14) 내에 이온 중성화가스 대신에 필라멘트(18)를 삽입시켜 이온빔을 중성빔으로 전환시킬 수 있다. 이때, 필라멘트(18)는 이온빔의 진행 경로를 따라 배치되어 외부의 직류전원공급에 의해 고온의 전자(e)를 방출하게 된다. 이로 인해, 이온빔과 고온의 전자가 이온 결합하여 중성빔으로 전환된다.

또한, 도 3과 같이, 이온교환챔버(14) 내에서 전환된 중성빔이 직진성을 가지고, 후술하는 제3플레이트(19)에 입사되도록 하기 위해서 상술한 제1플레이트 (13)를 이온교환챔버(14)와 제3플레이트(19)사이에 배치한다.

또한, 이온교환챔버(14)에서 중성빔으로 전환되지 않는 이온빔이 이온교환챔버(14)를 가로 질러 제1플레이트(13)를 통과한 후 바로 처리챔버(16)에 유입되지 않도록 그의 경로상에 복수의 관통홀(20)을 갖는 제3플레이트(19)를 마련한다. 이 제3플레이트(19) 내의 관통홀(20)은 이온빔을 충돌시켜 편향시킴으로서 중성화의 확률을 증가시키도록 이온교환챔버(14) 내의 챔버축에 대하여 소정각도를 갖도록 마련된다. 또한, 제3플레이트는 전체 중성화 정도를 증가시키도록 내부 벽에 충돌할 때, 이온챔버챔버내에서 중성되지 않은 이온을 중성화하기 위해 2차 방출 계수가 높은 유전체 물질로부터 만들어진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 중성빔이 대상체에 평행하게 입사되도록 이온빔을 가스 또는 필라멘트를 이용하여 중성빔으로 전환시킨 후 평행한 중성빔을 이용하여 대상체에 식각시켜 식각을 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수의 그리드, 각각의 플레이트들의 지름을 크게 할 수 있어 이온빔의 중성화정도를 증가시키므로 다면적 식각을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 플라즈마 소스로부터 이온빔을 추출하여 중성빔으로 전환한 후 상기 중성빔을 이용하여 처리챔버 내의 대상체를 식각하는 중성빔을 이용한 식각장치에 있어서,

   상기 플라즈마 소스에서 이온빔을 추출하는 복수의 그리드와,

   상기 추출된 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 이온교환챔버와,

   상기 추출된 이온빔을 상기 이온교환챔버내로 유입시키도록 상기 복수의 그리드와 이온교환챔버사이에 마련된 제1플레이트와,

   상기 전환된 중성빔을 상기 처리챔버내로 유입시키도록 상기 제1플레이트와 상기 처리챔버사이에 마련된 제2플레이트부를 포함하는 중성빔을 이용한 식각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이온교환챔버는 이온빔을 중성빔으로 전환시키도록 이온 중성화가스를 내부에 수용한 것을 특징으로 하는 중성빔을 이용한 식각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온교환챔버에는 이온빔을 중성빔으로 전환시키도록 전자를 방출하는 필라멘트가 마련된 것을 특징으로 하는 중성빔을 이용한 식각장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 그리드와, 제1플레이트 및 제2플레이트에는 동 일한 크기의 복수의 관통홀이 평행하게 각각 마련되고, 상호간에 정렬되게 배치된 것을 특징으로 하는 중성빔을 이용한 식각장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 관통홀은 하니컴(Honnycomb)형상인 것을 특징으로 하는 중성빔을 이용한 식각장치.

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