KR100869544B1 - 플라즈마 식각장치 - Google Patents

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KR100869544B1
KR100869544B1 KR1020070051344A KR20070051344A KR100869544B1 KR 100869544 B1 KR100869544 B1 KR 100869544B1 KR 1020070051344 A KR1020070051344 A KR 1020070051344A KR 20070051344 A KR20070051344 A KR 20070051344A KR 100869544 B1 KR100869544 B1 KR 100869544B1
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high frequency
plasma
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김관하
김종규
김경태
김창일
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 플라즈마가 대면적에 대하여 균일한 밀도로 형성되고 플라즈마가 높은 밀도로 형성될 뿐만 아니라 전자가 저온으로 형성되어, 식각 속도가 우수하고 식각이 대면적에 대해 균일하게 이루어지는 등 웨이퍼에 대한 식각 특성이 우수해지도록 구조가 개선된 플라즈마 식각장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치는 식각 공정이 이루어지는 식각공간부가 내부에 형성된 챔버; 식각공간부에 배치되며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착부재; 및 챔버에 결합되며, 식각공간부에 공급되는 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도되어 웨이퍼를 식각하도록 식각 가스를 플라즈마화시키는 플라즈마 형성유닛;을 구비하는 플라즈마 식각장치에 있어서, 플라즈마 형성유닛은, 고주파 전원이 인가되는 고주파 인가부와, 고주파 인가부로부터 일방향을 따라 일정 거리 이격되게 배치되며 래퍼런스 전압이 인가되는 래퍼런스 인가부와, 각각의 일측은 고주파 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 래퍼런스 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 일방향과 교차하는 방향을 따라 상호 이격되게 병렬적으로 배치되는 복수의 코일부를 가지며, 안착부재의 상측에 배치되는 코일부재;를 포함한다.
반도체, 플라즈마, 식각, 라디칼, 전자, 세라믹

Description

플라즈마 식각장치{Plasma etching device}
도 1은 종래의 일례에 따른 플라즈마 식각장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 코일부재의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 코일부재의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 코일부재 및 보조코일부재의 배치 관계를 설명하기 위한 개략적인 분리 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...챔버 20...안착부재
21...캐소드 30...코일부재
31...고주파 인가부 32...래퍼런스 인가부
33...코일부 40...매립부재
50,51...고주파 전원공급장치 60,61...매칭네트워크
100,100a...플라즈마 식각장치 101...식각공간부
본 발명은 플라즈마 식각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 식각하기 위한 플라즈마 식각장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는, 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성하기 위하여 웨이퍼에 증착된 박막을 식각하기 위한 식각공정이 필수적으로 요구된다.
식각공정은 박막이 증착된 웨이퍼에 포토레지스트(photoresist) 또는 하드 마스크(hard mask)를 부착한 후, 포토레지스트 또는 하드 마스크에 의해 형성된 패턴을 따라서 박막을 제거하는 공정을 말한다. 이러한 식각공정은, 최근에 반도체 소자의 집적도 증가에 따라 단차(AR: aspect ratio)가 높고 선폭의 미세 조절이 우수하며 습식 식각(wet etching)에 비해서 환경 친화적이고 비등방성 식각이 가능한 플라즈마를 이용한 건식 식각장치에 의해 주로 이루어지고 있다. 여기서, 플라즈마를 이용한 식각공정은, 진공 챔버 내에 고주파 전원을 인가하여 식각 가스를 플라즈마 상태로 유동하고 이 때 형성된 고 에너지 전자 또는 라디칼에 의해 박막을 제거하는 공정을 말한다.
도 1은 종래의 일례에 따른 플라즈마 식각장치의 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 플라즈마 식각장치(100')는 식각공정이 이루어지는 식각공간부(101')가 내부에 형성된 챔버(10')와, 챔버의 식각공간부(101')에 설치되며 웨이퍼가 안착되는 정전척(20')과, 정전척(20')에 결합된 캐소드(21')와, 챔버의 상면 에 배치되며 플라즈마를 형성하기 위한 코일부재(30')를 구비한다. 코일부재(30')는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 나선형으로 이루어지며, 코일부재의 일단은 접지되며, 코일부재의 타단은 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원인가장치(50')와 연결되어 있다. 또한, 캐소드(21')도 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원인가장치(51')와 연결되어 있다. 그리고, 고주파 전원인가장치(50')와 코일부재(20') 및 고주파 전원인가장치(51')와 캐소드(21') 사이에는 각각 매칭네트워크(60',61')가 전기적으로 연결되도록 배치되어 있다. 매칭네트워크(60',61')는 고주파 전원을 임피던스 매칭하여 코일부재(30') 및 캐소드(21')에 전달하기 위한 것이다. 또한, 챔버(10')는 리액터(11')와, 리액터에 결합되는 커버부재(12')를 포함한다. 커버부재(12')에는 식각가스가 유입되는 유입로(121')가 관통 형성되어 있으며, 윈도우(122')가 결합되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 구성된 식각장치(100')에 있어서는, 코일부재(30')가 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 나선형으로 이루어져 있어서, 식각가스를 플라즈마화시키는 과정에서 대면적에 대해서는 균일한 플라즈마 밀도를 얻기가 어렵다는 한계가 있었다. 따라서, 종래의 코일부재(30')로는 웨이퍼가 대구경화되는 최근에 추세에 부응하여 식각에 의하여 대구경의 웨이퍼에 미세 패턴을 형성하기가 어렵운 문제점이 있었다. 그리고, 플라즈마가 높은 밀도로 형성될 뿐만 아니라 전자가 고온으로 형성되어, 웨이퍼가 손상되는 현상도 빈번하게 발생하게 되었다.
또한, 종래에는 코일부재(30')가 대기에 노출되도록 설치되어 있어서 외부의 물리적 충격에 의해 코일부재가 변형되며, 코일부재(30')가 고주파 전원 인가에 의해 장시간 발열하게 되어 코일부재의 형상에 변화가 발생하게 되는 문제점도 있었다. 이와 같이, 코일부재(30')가 변형되면, 코일부재의 유도성 리액턴스가 변하게 되어 고주파 플라즈마 생성에 오차가 발생되어, 결국에는 식각 불량을 야기하게 된다.
한편, 플라즈마 식각 장치는 일정 주기로 유지 보수를 위한 예방정비(preventive maintenance) 공정을 필요로 한다. 그리고, 예방정비 공정은 고주파 매칭 네트워크의 불안 및 챔버 세정을 원인으로 해서 정기 또는 비정기적으로도 이루어진다. 여기서, 예방정비 공정은 챔버(10')가 개방되도록 커버부재(12')를 리액터(11')로부터 분리하여 진행된다. 그런데, 코일부재(30')가 챔버의 상면, 즉 커버부재(12')의 상면에 배치되어 있어서, 커버부재(12')의 분리 및 재결합 과정에서 코일부재(30')의 위치가 변화하게 되므로, 커버부재(12')와 코일부재(30') 사이의 접촉 불량 및 정렬 불량이 발생하게 된다. 그리고, 이러한 접촉 및 정렬 불량을 제거하기 위해서는 많은 시간과 노력이 요구되어 전체적인 예방정비 공정 시간이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 플라즈마가 대면적에 대하여 균일한 밀도로 형성되고 플라즈마가 높은 밀도로 형성될 뿐만 아니라 전자가 저온으로 형성되어, 식각 속도가 우수하고 식각이 대면적에 대해 균일하게 이루어지는 등 웨이퍼에 대한 식각 특성이 우수해지도록 구조가 개선된 플라즈마 식각장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치는 식각 공정이 이루어지는 식각공간부가 내부에 형성된 챔버; 상기 식각공간부에 배치되며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착부재; 및 상기 챔버에 결합되며, 상기 식각공간부에 공급되는 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도되어 상기 웨이퍼를 식각하도록 상기 식각 가스를 플라즈마화시키는 플라즈마 형성유닛;을 구비하는 플라즈마 식각장치에 있어서, 상기 플라즈마 형성유닛은, 고주파 전원이 인가되는 고주파 인가부와, 상기 고주파 인가부로부터 일방향을 따라 일정 거리 이격되게 배치되며 래퍼런스 전압이 인가되는 래퍼런스 인가부와, 각각의 일측은 상기 고주파 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 상기 래퍼런스 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 상기 일방향과 교차하는 방향을 따라 상호 이격되게 병렬적으로 배치되는 복수의 코일부를 가지며, 상기 안착부재의 상측에 배치되는 코일부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 개략적인 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 코일부재의 개략적인 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예의 플라즈마 식각장치(100)는 챔버(10)와, 안착부재(20)와, 플라즈마 형성유닛(30)을 구비한다.
챔버(10)는 상측이 개방된 실린더 형상의 리액터(11)와, 리액터(11)에 결합되어 리액터의 상측을 덮는 커버부재(12)를 포함한다. 챔버(10)의 내부에는 식각공간부(101)가 밀폐되게 형성되어 있다. 식각공간부(101)에서는 식각공간부에 배치되는 웨이퍼에 대한 식각 공정이 이루어진다. 그리고, 챔버(10), 특히 커버부재(12)에는 식각 가스가 유입되는 유입로(121)가 복수 형성되어 있다. 또한, 챔버(10)의 하부, 즉 리액터(11)의 하부에는 배기로(미도시)가 형성되어 있으며, 이 배기로에는 진공펌프(미도시)가 연결되어 있다.
안착부재(20)는 챔버의 식각공간부(101)에 배치된다. 안착부재(20)에는 식각 공정의 대상물인 웨이퍼가 안착된다. 안착부재(20)로는 일반적으로 정전척이 사용된다. 그리고, 안착부재(20)에는 종래기술에서 설명한 바와 마찬가지로 캐소드(21)가 결합되어 있다. 캐소드(21)에도 고주파 전원이 인가되어, 전자 또는 라디칼이 안착부재(20)에 안착된 웨이퍼쪽으로 가속된다.
플라즈마 형성유닛은 챔버(10)에 결합되어, 유입로(121)를 통해 식각공간부(101)에 공급되는 식각 가스를 플라즈마화시킨다. 이와 같이 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도된 후, 고에너지의 전자 및 라디칼에 의해 웨이퍼가 식각된다. 플라즈마 형성유닛은 코일부재(30)와, 매립부재(40)와, 고주파 전원공급장치(50,51)와, 매칭네크워크(60,61)를 구비한다.
코일부재(30)는 챔버의 식각공간부(101)에 전자계(電磁界)를 형성하기 위한 것이다. 코일부재(30)는 챔버(10)의 상측, 즉 안착부재(20)의 상측에 배치된다. 코일부재(30)는 웨이퍼의 형상에 대응되게 원형으로 이루어진다. 즉, 코일부 재(30)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 전체적으로 원형의 외곽선을 형성하도록 형성된다. 코일부재(30)는 고주파 인가부(31)와, 래퍼런스 인가부(32)와, 복수의 코일부(33)를 가진다.
고주파 인가부(31)는 고주파 전원이 인가되는 부분이다. 고주파 인가부(31)는 평판 형상으로 이루어진다. 고주파 인가부(31)의 가장자리는 곡선 형상으로 이루어지며, 특히 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 원주의 일부로 형성된다.
래퍼런스 인가부(32)는 고주파 인가부(31)로부터 일방향(a)을 따라 일정 거리 이격되게 배치된다. 래퍼런스 인가부(32)에는 래퍼런스 전압이 인가되며, 특히 본 실시예에서는 접지되어 0(V)의 전압이 인가된다. 래퍼런스 인가부(32)는 고주파 인가부(31)와 동일한 형상으로 형성된다. 즉, 래퍼런스 인가부(32)는 평판 형상으로 이루어지며, 래퍼런스 인가부(32)의 가장자리는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 원주의 일부로 형성되어 있다.
복수의 코일부(33)는 일방향과 교차하는 방향을 따라 상호 이격되도록 병렬적으로 배치되어 있다. 즉, 각 코일부(33)의 일측은 고주파 인가부(31)와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 래퍼런스 인가부(32)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 각 코일부(33)는 곡선 형상으로 길게 형성되어 있다. 그리고, 복수의 코일부(33) 중 최외곽에 배치되는 한 쌍의 코일부(33)는 각각 원주의 일부로 형성되어 있다. 따라서, 고주파 인가부(31), 래퍼런스 인가부(32) 및 최외곽에 배치되는 한 쌍의 코일부(33)는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 전체적으로 원형을 형성한다. 또한, 각 코일부(33)의 단면은 원형으로 이루어진다.
각 코일부(33)의 직경은 각 코일부의 길이방향을 따라서 일정한 경향성을 가지며 변화하도록 형성되어 있다. 즉, 각 코일부(33)의 단면적은 각 코일부의 중앙으로부터 양 단부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있다. 또한, 복수의 코일부(33)의 직경은 일방향과 교차하는 방향을 따라서 일정한 경향성을 가지며 증감하도록 형성되어 있다. 즉, 복수의 코일부(33) 각각의 단면적은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 감소하도록 형성되어 있다.
복수의 코일부(33)의 길이는 일방향과 교차하는 방향(b)을 따라서 일정한 경향성을 가지며 증감하도록 형성되어 있다. 즉, 복수의 코일부(33) 각각의 길이는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있다.
이와 같이, 복수의 코일부(33)가 단면 직경 및 길이가 일정한 경향성을 가지며 변화하도록 구성되어 있어서, 코일부(33)의 임피던스를 보정하며 일방향(a)으로 형성되는 전계의 균일도를 보정할 수 있게 된다.
한편, 서로 인접한 코일부(33) 간의 거리는 일방향과 교차하는 방향(b)을 따라서 일정한 경향성을 가지며 증감하도록 형성되어 있다. 즉, 인접하는 코일부(33) 간의 거리는 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있다. 이와 같이, 코일부(33) 간의 거리가 변화하도록 구성되어 있어서, 일방향과 교차하 는 방향(b)으로 균일한 전계가 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 코일부재(30)에 있어서, 고주파 인가부(31)와 래퍼런스 인가부(32)가 모두 평판 형상으로 이루어지며, 각 코일부(33)의 단면이 원형으로 형성되어 있어서, 코일부재(30)는 종래와 달리 용량성 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma) 및 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 특성을 모두 가지게 된다.
매립부재(40)는 챔버(10)의 상면에 결합되어 있다. 매립부재(40)에는 코일부재(30)가 매립되어 있다. 따라서, 코일부재(30)는 대기중으로 노출되지 않으며, 예방정비 공정 중에도 챔버(10)에 대한 상대 위치가 고정된다. 매립부재(40)는 고주파 전원에 대해 안정적인 소재, 예를 들어 Al2O3, Y2O3 등의 세라믹 소재로 이루어진다.
고주파 전원공급장치(50,51)는 한 쌍 구비되며, 한 쌍의 고주파 전원공급장치(50,51)는 코일부재(30) 및 안착부재(20)에 각각 고주파 전원을 인가하기 위한 것이다.
매칭네트워크(60,61)는 한 쌍 구비되며, 고주파 전원장치(50)와 코일부재(30) 및 고주파 전원장치(50)와 안착부재(20) 사이에 각각 배치되어 전기적으로 연결되어 있다. 매칭네트워크(60,61)는 고주파 전원공급장치(50)로부터 공급되는 고주파 전원을 정합하여 코일부재(30) 및 캐소드(21)에 전달한다.
상술한 바와 같이 구성된 플라즈마 식각장치(100)에 있어서는, 고주파 전원 공급장치(50)의 고주파가 매칭네트워크(60)를 통해 정합되어 코일부재(30)에 공급됨으로써 식각공간부(101)에 전자계가 형성되므로, 유입로(121)를 통해 공급되는 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도되어 웨이퍼에 대한 식각 공정이 이루어지게 된다. 그리고, 고주파 전원공급장치(50)의 고주파가 매칭네트워크(60)를 통해 정합되어 캐소드(21)에 공급되므로, 전자 또는 라디칼이 웨이퍼쪽으로 가속된다.
또한, 본 실시예의 코일부재(30)는 평판 형상의 고주파 인가부(31)와 래퍼런스 인가부(32) 및 원형의 코일부(33)를 포함하도록 구성되어 있어서, 코일부재(30)가 용량성 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마 특성을 함께 가지게 된다. 그리고, 코일부재(30)는 도 4를 참조하면서 설명한 바와 같이 복수의 코일부(33)의 단면적 및 길이가 일정한 경향성을 가지며 변화하도록 형성되므로, 일방향(a)으로 균일한 전계가 형성된다. 또한, 코일부(33) 간의 거리가 일정한 경향성을 가지며 변화하도록 형성되어 있어서, 일방향과 교차하는 방향(b)으로도 균일한 전계가 형성된다.
이와 같이, 코일부(33)의 단면적 및 길이가 변화하도록 형성되면, 각 코일부의 임피던스를 보정하여 각 코일부에 인가되는 전류를 제어할 수 있게 되므로, 균일한 자기장을 얻을 수 있게 된다. 이와 같이, 자기장이 균일하게 형성되면, 플라즈마가 종래와 달리 대면적에 대해서도 균일한 밀도로 형성 가능하게 되므로, 300 mm 이상의 대구경의 웨이퍼에 대한 식각 공정을 고품질로 진행할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예의 코일부재(30)에 있어서는, 복수의 코일부(33)가 병렬적으로 배치되어 있어서는, 종래의 직렬형 코일부재와 달리 낮은 임피던스 특성을 발휘 하게 된다. 따라서, 종래의 코일부재에서 사용되는 13.56 MHz 보다 높은 27.12 MHz이상의 초단파(VHF;very high frequency) 영역의 주파수를 코일부재에 인가할 수 있게 되므로, 코일부재(30)에 인가 가능한 고주파 전원의 주파수 대역을 다양하게 할 수 있다. 그리고, 이러한 초단파의 고주파 전원이 인가되더라도 전자의 온도가 종래보다 상대적으로 낮으므로, 전자에 의해 웨이퍼가 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 초단파의 고주파 전원이 인가되는 경우 전자의 온도가 종래에 비해 낮음을 검증하기 위해서, 종래의 코일부재에 13.56 MHz의 고주파 전원을 인가하고 본 실시예의 코일부재(30)에 27.12 MHz의 고주파 전원을 인가하여 식각 가스를 플라즈마 상태로 유도하면, 발생된 전자가 각각 약 3.2 eV 및 약 2.5 eV의 에너지를 가지도록 형성됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서는 종래에 비해 식각가스가 플라즈마 상태로 유도되더라도 더 낮은 에너지를 가지게 됨을 알 수 있다.
한편, 플라즈마의 밀도와 고주파 전원의 주파수 및 전압 등은 다음의 수학식 1 및 수학식 2과 같은 관계가 있음이 알려져 있다.
Figure 112007038708670-pat00001
.......... 수학식 1
Figure 112007038708670-pat00002
.......... 수학식 2
(n0 : 플라즈마 밀도, Te : 전자 온도, P : 식각공간부의 압력, ds : 쉬스(sheath) 두께, f : 주파수, VRF : 전압)
수학식 1에 나타나듯이, 주파수를 증가시키면 플라즈마 밀도도 증가하게 되며, 수학식 2에 나타나듯이 전압과 압력이 일정한 상태에서는 플라즈마 밀도가 증가함에 따라 전자 온도가 낮아지게 된다. 이와 같이, 전자 온도가 낮아지게 되면, 식각 공정에서 발생하는 플라즈마에 의한 공정 손상(plasma induced damage)을 줄일 수 있게 되어 궁극적으로 식각장치의 재현성(device reliability) 및 수율(yield)을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 플라즈마 밀도를 증가시켜 전자의 온도를 감소시키면, 식각 공정 후 플라즈마에 의한 공정 손상을 줄일 수 있게 된다. 그리고, 수학식 1 및 수학식 2은 극초단파(UHF;ultra high frequency)에 대해서도 적용 가능하며, 극초단파 영역의 고주파 전원에 대해서도 종래와 달리 전자 온도를 낮추고 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있게 된다.
그리고, 본 실시예에서는 코일부재(30)가 고주파에 안정적인 세라믹 소재로 이루어진 매립부재(40) 내부에 배치되어 있어서, 고주파 전원의 인가에 의한 코일부재(30)의 변화 및 외부의 물리적인 충격에 의한 코일부재(30)의 변형을 방지할 수 있게 된다. 이와 같이, 코일부재(30)의 변화 및 변형이 방지되면, 코일부재(30)의 유도성 리액턴스 변화에 의한 플라즈마 생성 오차를 방지할 수 있게 되어, 궁극적으로 식각 공정을 원활하게 진행할 수 있게 된다.
또한, 예방정비(preventive maintenance) 공정을 위하여 챔버의 커버부 재(12)를 리액터(11)로부터 분리 및 재결합하더라도 코일부재가 매립부재에 매립된 상태로 커버부재에 위치 고정되어 있어 코일부재(30)와 커버부재(12)의 상대적인 위치가 항상 일정하게 유지되므로, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 코일부재(30)와 커버부재(12) 사이의 접촉 불량 및 정렬 불량을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 예방정비 공정이 용이하게 이루어지게 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 식각장치에 있어서는 대면적에 대하여 플라즈마를 균일한 고밀도로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 전자도 저온 상태를 유지하게 되므로, 식각 공정에 있어서 식각 속도를 증가시킬 수 있으며, 나아가 식각의 균일도 및 미세한 회로 선폭을 조절할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예의 플라즈마 식각장치는 최근의 추세, 즉 웨이퍼의 대구경화 및 고집적화에 적합하다는 장점을 가지게 된다.
한편, 본 실시예에서는 코일부재가 하나 구비되도록 구성되어 있으나, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 보조코일부재가 하나 더 구비되도록 구성할 수도 있다.
도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 플라즈마 식각장치(100a)는 보조코일부재(30a)를 더 구비한다.
보조코일부재(30a)는 코일부재(30)와 동일하게 고주파 인가부(31), 래퍼런스 인가부(32) 및 복수의 코일부(33)를 포함하도록 형성되어 있다. 그리고, 보조코일부재(30a)의 코일부(33)도 코일부재(30)의 코일부(33)와 마찬가지로 굵기 및 길이가 변화하도록 형성되어 있다. 다만, 보조코일부재(30a)는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 배치되어 있어서, 보조코일부재(30a)의 고주파 인가부(31) 및 래퍼런스 인가부(32)는 일방향과 교차하는 방향(b)을 따라 이격되게 배치되며, 보조코일부재(30a)의 코일부(33)는 일방향(a)으로 상호 이격되게 병렬적으로 배치되어 있다. 따라서, 보조코일부재(30a)의 고주파 인가부(31) 및 래퍼런스 인가부(32)를 연결한 가상의 직선은, 코일부재(30)의 고주파 인가부(31) 및 래퍼런스 인가부(32)를 연결한 가상의 직선이 포함되는 평면에 대해 직교한다. 본 실시예에서는, 코일부재를 90°회전시켜 배치하면, 90°회전시켜 배치된 코일부재가 보조코일부재가 된다.
보조코일부재(30a)는 코일부재(30)와 마찬가지로 세라믹 소재로 이루어진 매립부재(40)에 매립되어 있다. 그리고, 보조코일부재(30a)는 코일부재(30)의 상측에 배치되어 있다.
그리고, 코일부재(30)와 보조코일부재(30a)는 매칭네트워크(60)에 전기적으로 연결되어 있어서, 고주파 전원공급장치(50)로부터 고주파 전원을 인가받는다. 또한, 코일부재(30)와 보조코일부재(30a)에는 래퍼런스 전압이 인가되며, 특히 본 실시예에서는 접지되어 0(V)가 인가된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 식각장치(100a)에 있어서는, 코일부재(30)와 보조코일부재(30a)가 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 배치되어 이중 구조를 취하고 있으므로, 고주파 전원의 인가시 일방향(a) 및 일방향과 교차하는 방향(b)으로 균일한 전자계를 형성할 수 있게 되어, 유도된 플라즈마가 일방향(a) 및 일방향과 교차하는 방향(b)으로 균일한 특성을 가지게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명 은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 플라즈마를 대면적에 대해 균일한 밀도로 생성할 수 있게 된다. 그리고, 플라즈마가 높은 밀도로 형성되며, 전자가 낮은 온도로 형성되어, 플라즈마에 의한 식각 공정시 야기되는 식각 손상을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 코일부재 및 보조코일부재가 외부의 물리적 충격에 의해 변형되거나 고주파 전원의 인가시 발열함에 따라 변화하는 것을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 각 코일부의 직경 및 길이를 변경함으로써 각 코일부의 유도성 리액턴스를 제어할 수 있게 되므로, 플라즈마를 오차 없이 정확하게 형성하여 식각 공정을 고품질로 진행할 수 있게 된다.
또한, 예방정비 공정시 공정 챔버를 개방하더라도 코일부재 및/또는 보조코일부재의 위치를 고정할 수 있기 때문에, 코일부재 및/또는 보조코일부재와 챔버 사이의 RF 매치 불량을 방지할 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 식각 공정이 이루어지는 식각공간부가 내부에 형성된 챔버;
    상기 식각공간부에 배치되며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착부재; 및
    상기 챔버에 결합되며, 상기 식각공간부에 공급되는 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도되어 상기 웨이퍼를 식각하도록 상기 식각 가스를 플라즈마화시키는 플라즈마 형성유닛;을 구비하는 플라즈마 식각장치에 있어서,
    상기 플라즈마 형성유닛은,
    고주파 전원이 인가되는 고주파 인가부와, 상기 고주파 인가부로부터 일방향을 따라 이격되게 배치되며 래퍼런스 전압이 인가되는 래퍼런스 인가부와, 각각의 일측은 상기 고주파 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 상기 래퍼런스 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 상기 일방향과 교차하는 방향을 따라 상호 이격되게 병렬적으로 배치되는 복수의 코일부를 가지며, 상기 안착부재의 상측에 배치되는 코일부재;를 포함하며,
    상기 복수의 코일부 각각은, 상기 코일부의 단면적이 상기 코일부의 중앙으로부터 상기 코일부의 양 단부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  3. 식각 공정이 이루어지는 식각공간부가 내부에 형성된 챔버;
    상기 식각공간부에 배치되며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착부재; 및
    상기 챔버에 결합되며, 상기 식각공간부에 공급되는 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도되어 상기 웨이퍼를 식각하도록 상기 식각 가스를 플라즈마화시키는 플라즈마 형성유닛;을 구비하는 플라즈마 식각장치에 있어서,
    상기 플라즈마 형성유닛은,
    고주파 전원이 인가되는 고주파 인가부와, 상기 고주파 인가부로부터 일방향을 따라 이격되게 배치되며 래퍼런스 전압이 인가되는 래퍼런스 인가부와, 각각의 일측은 상기 고주파 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 상기 래퍼런스 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 상기 일방향과 교차하는 방향을 따라 상호 이격되게 병렬적으로 배치되는 복수의 코일부를 가지며, 상기 안착부재의 상측에 배치되는 코일부재;를 포함하며,
    상기 복수의 코일부 각각은, 상기 코일부의 단면적이 상기 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 감소하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  4. 식각 공정이 이루어지는 식각공간부가 내부에 형성된 챔버;
    상기 식각공간부에 배치되며, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착부재; 및
    상기 챔버에 결합되며, 상기 식각공간부에 공급되는 식각 가스가 플라즈마 상태로 유도되어 상기 웨이퍼를 식각하도록 상기 식각 가스를 플라즈마화시키는 플라즈마 형성유닛;을 구비하는 플라즈마 식각장치에 있어서,
    상기 플라즈마 형성유닛은,
    고주파 전원이 인가되는 고주파 인가부와, 상기 고주파 인가부로부터 일방향을 따라 이격되게 배치되며 래퍼런스 전압이 인가되는 래퍼런스 인가부와, 각각의 일측은 상기 고주파 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 상기 래퍼런스 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 상기 일방향과 교차하는 방향을 따라 상호 이격되게 병렬적으로 배치되는 복수의 코일부를 가지며, 상기 안착부재의 상측에 배치되는 코일부재;를 포함하며,
    상기 복수의 코일부 각각은, 상기 코일부의 길이가 상기 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 코일부는, 상기 복수의 코일부 중 서로 인접하는 코일부 간의 거리가 상기 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 증가하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 고주파 인가부 및 래퍼런스 인가부는 각각 평판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 형성유닛은,
    고주파 전원이 인가되는 고주파 인가부와, 상기 고주파 인가부로부터 상기 일방향과 교차하는 방향을 따라 이격되게 배치되며 래퍼런스 전압이 인가되는 래퍼런스 인가부와, 각각의 일측은 상기 고주파 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 각각의 타측은 상기 래퍼런스 인가부와 접촉하여 전기적으로 연결되며 상기 일방향으로 상호 이격되게 병렬적으로 배치되는 복수의 코일부를 가지며, 상기 안착부재의 상측에 배치되는 보조코일부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 보조코일부재는, 상기 보조코일부재의 고주파 인가부 및 래퍼런스 인가부를 연결한 가상의 직선이 상기 코일부재의 고주파 인가부 및 래퍼런스 인가부를 연결한 가상의 직선이 포함되는 평면에 대해 직교하도록 상기 코일부재의 상측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 보조코일부재에 형성된 복수의 코일부 각각은, 상기 코일부의 단면적이 상기 코일부의 중앙으로부터 상기 코일부의 양 단부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 보조코일부재에 형성된 복수의 코일부 각각은, 상기 코일부의 단면적이 상기 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 감소하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 보조코일부재에 형성된 복수의 코일부 각각은, 상기 코일부의 길이가 상기 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 증가하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 보조코일부재에 형성된 복수의 코일부는, 상기 복수의 코일부 중 서로 인접하는 코일부 간의 거리가 상기 복수의 코일부 중 최외곽에 배치되는 코일부로부터 상기 복수의 코일부 중 중앙에 배치되는 코일부쪽으로 갈수록 증가하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 고주파 인가부 및 래퍼런스 인가부는 각각 평판 형상으로 이루어지며,
    상기 코일부재 및 보조코일부재는 상기 웨이퍼의 형상에 대응되도록 원형으로 이루어지며,
    상기 플라즈마 형성유닛은,
    상기 코일부재 및 보조코일부재가 매립되는 매립부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08138888A (ja) * 1994-11-16 1996-05-31 Aneruba Kk プラズマ処理装置
JPH09246240A (ja) * 1996-03-04 1997-09-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
KR20040021809A (ko) * 2002-09-04 2004-03-11 삼성전자주식회사 부위별로 단면적이 다른 안테나를 구비한 유도결합플라즈마 발생장치

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