KR20060085281A - 반도체 플라즈마 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 유도결합 플라즈마 소스의 단점인 라디칼 측면 집중 현상을 보완하여 식각 균일도를 높일 수 있는 반도체 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 공정가스를 공급받아 공정가스를 활성화하여 다량의 라디칼과 이온을 생성하는 리모트 플라즈마 발생부와; 상기 활성화된 공정가스가 유입되는 유입포트를 갖는 공정챔버와; 상기 공정챔버내에 위치되는 웨이퍼가 안착되는 서셉터; 및 상기 공정챔버에 설치되어 상기 활성화된 공정가스에 고주파 에너지를 제공하는 유도결합 플라즈마 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 유도결합 플라즈마 소스와 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 식각 반응에 필요한 라디칼과 이온을 풍부하게 생성시킴으로써, 식각 반응이 활발히 일어나서 식각 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치를 도시한 사시도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치의 정단면도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 보여주는 블록도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 공정챔버
120 : 가스 분배 플레이트
130 : 리모트 플라즈마 소스
140 : 유도결합 플라즈마 소스
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도결합 플 라즈마 소스의 단점인 라디칼 측면 집중 현상을 보완하여 식각 균일도를 높일 수 있는 반도체 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 소자의 고집적화, 반도체 웨이퍼의 대구경화, 액정 디스플레이의 대면적화 등에 따라 에칭 처리나 성막 처리를 하는 처리 장치의 수요가 날로 증가하고 있다. 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 애싱 장치와 같은 플라즈마 처리 장치에 있어서도 그 상황은 마찬가지이다. 즉, 생산량(Throughput)을 향상시키기 위하여 플라즈마의 고도화, 피처리물(반도체 웨이퍼, 글래스 기판)의 대면적화에 대한 대응 및 클린화 등의 실현이 중요과제로 대두되고 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치에 사용되는 플라즈마원으로서, 고주파 용량결합형 플라즈마원, 마이크로파 ECR 플라즈마원, 고주파 유도결합형 플라즈마원 등이 있다. 이들 각각은 그 특징을 살려 여러가지 처리 프로세스마다 구분하여 사용되고 있다.
이들 플라즈마원 중에서 고주파 유도결합형 플라즈마원을 구비한 플라즈마 처리 장치는, 단순한 안테나와 고주파 전원이라는 간단하고 값싼 구성에 의해 수 mTorr의 저압하에서 비교적 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 피처리물에 대해 평면적으로 코일을 배치함으로써 면적이 큰 플라즈마를 용이하게 발생시킬 수 있으며, 처리 챔버 내부가 간단하므로 처리중에 피처리물 위로 날아오는 이물질 발생을 줄일 수 있다는 장점이 있어 최근 널리 보급되고 있다.
그러나, 기존의 고밀도 플라즈마원인 유도결합 플라즈마원은 단일 플라즈마 원으로 구성되어 있다. 즉, RF 전원장치에 연결된 RF 안테나가 공정챔버 외부에 설치된 단일형으로, RF 안테나에 전력을 공급하면 공정챔버 내부의 가스가 RF 안테나를 따라 형성된 전자기장의 영향을 받아 플라즈마를 형성한다. 이때 측면으로부터 발생한 전자기장이 중심부에서 중첩되어 중심부의 플라즈마의 이온 밀도가 측면보다 높아지고, 라디칼 분포는 이와 반대의 분포를 갖게 된다. 결국, 식각 반응은 라디칼의 화학반응과 이온의 물리력에 의해 촉진되는데, 라디칼 분포가 불균일하면 화학 반응이 불균일해져서 식각의 균일도를 떨어뜨릴 수 있고 라디칼이 충분하지 않을 경우 식각율 또한 감소하게 된다.
이에 본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 라디칼 분포를 균일하게 하여 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 공정챔버로 공급되기 직전에 비활성의 프로세스가스를 활성화하여 생성된 다량의 라디칼과 이온을 공정챔버로 공급하여 식각율을 향상시킬 수 있는 반도체 플라즈마 처리장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 공정가스를 공급받아 공정가스를 활성화하여 다량의 라디칼과 이온을 생성하는 리모트 플라즈마 발생부와; 상기 활성화된 공정가스가 유입되는 유입포트를 갖는 공정챔버와; 상기 공정챔버내에 위치되는 웨이퍼가 안착되는 서셉터; 및 상기 공정챔버에 설치되어 상기 활성화된 공정가스에 고주파 에너지를 제공하는 유도결합 플라즈마 발생부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도결합 플라즈마 발생부는 상기 공정챔버의 상부 외벽을 둘러싸는 코일 안테나와; 상기 코일안테나에 RF 전력을 인가하기 위한 RF 전원부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 플라즈마 처리장치는 상기 공정챔버의 최상부에 배치되는 그리고 이너트(inert) 가스가 공급되는 적어도 하나의 가스 유입포트를 갖으며, 상기 이너트 가스가 상기 공정챔버에 균일하게 분배되도록 하는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)를 더 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 분배 플레이트는 상기 리모트 플라즈마 발생부로부터 제공되는 상기 활성화된 공정가스가 상기 공정챔버로 곧바로 공급되도록 하는 통로를 더 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치는 웨이퍼가 안착되는 서셉터가 내부에 설치되는 공정챔버; 공정가스가 상기 공정챔버로 공급되기 전에 상기 공정가스에 플라즈마를 인가하는 1차 플라즈마 발생부; 및 상기 1차 플라즈마 발생부를 거쳐 상기 공정챔버로 제공되는 상기 공정가스에 플라즈마를 인가하는 2차 플라즈마 발생부를 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 1차 플라즈마 발생부는 상기 공정가스를 활성화하여 라디칼을 생성하는 리모트 플라즈마 소스이다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2차 플라즈마 발생부는 상기 공 정챔버의 상부 외벽을 둘러싸는 코일 안테나와; 상기 코일안테나에 RF 전력을 인가하기 위한 RF 전원부를 포함하는 유도결합 플라즈마 소스이다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서,상기 반도체 플라즈마 처리장치는 상기 공정챔버의 최상부에 위치하면서 상기 공정가스가 상기 공정챔버에 균일하게 분배되도록 하는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)를 더 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서,상기 반도체 플라즈마 처리장치는 상기 공정챔버의 최상부에 배치되는 그리고 이너트(inert) 가스가 공급되는 적어도 하나의 가스 유입포트를 갖으며, 상기 이너트 가스가 상기 공정챔버에 균일하게 분배되도록 하는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)를 더 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 분배 플레이트는 상기 제1플라즈마 발생부로부터 제공되는 상기 공정가스가 상기 공정챔버로 곧바로 공급되도록 하는 통로를 더 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치방법는 활성화 되지 않은 공정가스가 리모트 플라즈마 소스로 공급되는 단계; 상기 리모트 플라즈마 소스내에서 여기되어 생성된 라디칼과 이온이 프로세스 챔버내로 공급되는 단계; 활성되지 않은 이너트(Inert) 가스가 공정챔버내로 공급되는 단계; 및 상기 공정챔버내로 공급되는 라디칼과 이온 그리고 상기 이너트 가스가 유도결합 플라즈마소스에 의해 활성화되는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성되지 않은 이너트 가스는 가스 분배 플레이트를 통해 상기 공정챔버에 균일하게 공급된다.
상기 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 소스로부터 공급되는 라디칼과 이온은 상기 이너트 가스와는 분리된 경로를 통해 상기 공정챔버내로 공급된다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 유도결합 플라즈마 소스와 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 식각 반응에 필요한 라디칼을 풍부하게 생성시킴으로써, 식각 반응이 활발히 일어나서 식각 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
(실시예)
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치의 정단면도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 플라즈마 처리 장치(100)는 리모트 플라즈마 소스와 유도결합 플라즈마 소스에 의해 생성되는 라디칼과 이온을 이용하여 반도체 소자 제조용 기판(이하 기판이라고 함)의 표면을 식각 또는 애싱하기 위한 반도체 제조 장치이다.
상기 반도체 플라즈마 처리 장치(100)는, 그 내부에 플라즈마 형성 공간이 마련된 공정챔버(process chamber, 110)를 구비한다. 상기 공정챔버(110)의 내부 아래쪽에는 기판(W)을 지지하는 정전척(electrostatic chuck, 112)이 마련되어 있고, 이 정전척(112)에는 RF 전원(114)이 연결되어 공정챔버(110) 내에 생성된 플라즈마로부터 빠져나온 이온과 라디칼이 웨이퍼(W)의 표면에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공한다. 상기 공정챔버(110)의 바닥에는 진공펌프(미도시됨)에 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 116)가 형성되어 있으며, 이를 통해 공정챔버(110) 내부를 진공상태로 만들게 된다.
상기 공정챔버(110)의 상부에는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP;120)가 설치된다. 상기 가스 분배 플레이트(120)는 이너트(inert) 가스가 공급되는 2개의 가스 유입포트(122)를 갖는다. 2개의 가스 유입포트(122)를 통해 유입되는 이너트 가스는 상기 가스 분배 플레이트의 분사공(124)들을 통해 균일하게 상기 공정챔버(110)로 공급된다. 상기 가스 분배 플레이트(120)는 중앙에 리모트 플라즈마 소스(130)와 연결되는 연결포트(126)를 갖는다. 상기 리모트 플라즈마 소스(130)로부터 활성화된 프로세스가스는 상기 연결포트(126)의 통로(126a)를 통해 공정챔버(110) 내부로 곧바로 공급된다.
상기 리모트 플라즈마 소스(130)에는 활성화되지 않은 프로세스가스(Cl2, HBr, CF4)가 유입되는 유입포트(132)를 갖는다. 상기 리모트 플라즈마내에서 여기되서 생성된 Cl 라디칼과 이온은 상기 가스 분배 플레이트(120)의 연결포트(126)를 통해 상기 공정챔버(110)의 중앙쪽으로 유입되게 된다.
상기 반응 챔버(110)의 상부 측벽(118)은 RF 파워가 투과될 수 있도록 유전체 윈도우(Dielectric Window)로 이루어진다. 상기 유도결합 플라즈마 소스(140)의 코일 안테나(142)는 상기 상부 측벽(118)의 외벽을 둘러싸도록 설치된다. 상기 코일 안테나(142)에는 RF 전원(144)이 연결되어 RF 전류가 흐르게 된다. 코일 안테나(142)를 통해 흐르는 RF 전류에 의해 자기장(magnetic field)이 발생되며, 이 자기장의 시간에 따른 변화에 의해 공정챔버(110) 내부에는 전기장(electric field)이 유도된다. 이 유도 전기장은 상기 공정챔버(110) 내부로 유입되는 상기 이너트 가스와 상기 리모트 플라즈마 소스(130)로부터 공급받은 활성화된 프로세스가스(Cl 라디칼과 이온)를 이온화시켜 공정챔버(110)내에 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마는 웨이퍼(W)에 충돌하여 웨이퍼(W)를 원하는 바에 따라 처리, 예컨대 식각하게 된다.
본 발명의 반도체 플라즈마 처리 장치에서의 식각 공정은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 활성화되지 않은 프로세스가스(Cl2, HBr, CF4)는 상기 리모트 플라즈마 소스(130)의 유입포트(132)를 통해 리모트 플라즈마 소스(130)로 공급된다. 전력이 상기 리모트 플라즈마 소스(130)에 인가되면, 상기 리모트 플라즈마 소스 (130)내에서 상기 프로세스가스가 여기되면서 염소(이하 'Cl'이라함) 라디칼(Radical)과 이온이 생성된다. 이렇게 리모트 플라즈마 소스(130)내에서 생성된 Cl 라디칼(Radical)과 이온은 연결포트(126)를 통해 상기 공정챔버(110)의 내부 중앙으로 공급된다. 그리고, 이너트(Inert) 가스(O2, N2)는 상기 유도결합 플라즈마 소스(140) 상부의 상기 가스 분배 플레이트(120)의 분사구(124)들을 통해 공정챔버(110)내로 균일하게 공급된다. 이렇게 상기 공정챔버(110)내로 공급된 Cl 라디칼과 이온 그리고 산소(O2), 질소(N2) 가스는 유도결합 플라즈마 소스(140)에 의해 식각 반응에 필요한 이온이 생성되고, 상기 리모트 플라즈마 소스에서 공급된 라디칼과 함께 식각 반응에 참여하게 된다. 상기 리모트 플라즈마 소스(130)에서 생성되어 공급된 일부의 Cl 라디칼은 공정챔버(110)내에서 서로 반응하여 Cl2로 안정화되게 되는데, 이때 상기 유도결합 플라즈마 소스(140)에 의해서 다시 활성화되면 Cl 라디칼 생성 효율이 더욱 상승하게 된다. 이처럼, 공정챔버 내에 Cl 라디칼이 많이 생성되면 식각이 활발히 일어나서 식각율(etch rate)이 상승하고 당연히 처리량(throughput)의 개선으로 이어지게 된다.
다시 말해, 상기 리모트 플라즈마 소스에서 라디칼이 공정챔버 중앙으로 풍부하게 공급되면, 유도결합 플라즈마 소스에 의해 생성된 플라즈마와 함께 식각 반응이 더욱 활발하게 이루어지면서 식각율이 향상된다.
일반적으로, 식각 장비에 많이 사용되는 유도결합 플라즈마 소스는 주 식각 가스로 쓰이는 Cl2가스를 라디칼로 만드는데 효율이 떨어지고, Cl 라디칼의 분포가 중심보다는 가장자리가 높은 단점을 갖는다. 본 발명은 이러한 단점을 보완하기 위 하여, 유도결합 플라즈마소스 상부의 가스 주입부에 리모트 플라즈마 소스를 장착하여, 리모트 플라즈마 소스에서 발생한 다량의 라디칼을 공정챔버로 공급하는데 그 특징이 있다.
본 발명은 Cl2 가스를 라디칼로 생성하는 효율이 떨어지는 유도결합 플라즈마 소스의 단점을 보완하기 위하여 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 식각 공정에 참여하는 Cl 라디칼을 많이 생성해주는데 그 특징이 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 유도결합 플라즈마 소스의 단점인 라디칼 측면 집중 현상이 리모트 플라즈마 소스로부터 공급되는 라디칼에 의해 개선되고, 라디칼이 많이 생성되면 식각이 활발히 일어나서 식각율이 상승하게 된다. 결 과적으로, 식각 처리 성능 및 장치 가동률이 향상되는 효과가 있다.
Claims (13)
- 반도체 플라즈마 처리 장치에 있어서:공정가스를 공급받아 공정가스를 활성화하여 다량의 라디칼과 이온을 생성하는 리모트 플라즈마 소스;상기 활성화된 공정가스가 유입되는 유입포트를 갖는 공정챔버;상기 공정챔버내에 위치되는 웨이퍼가 안착되는 서셉터; 및상기 공정챔버에 설치되어 상기 활성화된 공정가스에 고주파 에너지를 제공하는 유도결합 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 유도결합 플라즈마 소스는상기 공정챔버의 상부 외벽을 둘러싸는 코일 안테나와;상기 코일안테나에 RF 전력을 인가하기 위한 RF 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 플라즈마 처리장치는상기 공정챔버의 최상부에 배치되는 그리고 이너트(inert) 가스가 공급되는 적어도 하나의 가스 유입포트를 갖으며, 상기 이너트 가스가 상기 공정챔버에 균일하게 분배되도록 하는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제3항에 있어서,상기 가스 분배 플레이트는상기 리모트 플라즈마 소스로부터 제공되는 상기 활성화된 공정가스가 상기 공정챔버로 곧바로 공급되도록 하는 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 반도체 플라즈마 처리 장치에 있어서:웨이퍼가 안착되는 서셉터가 내부에 설치되는 공정챔버;공정가스가 상기 공정챔버로 공급되기 전에 상기 공정가스에 플라즈마를 인가하는 1차 플라즈마 소스; 및상기 1차 플라즈마 소스를 거쳐 상기 공정챔버로 제공되는 상기 공정가스에 플라즈마를 인가하는 2차 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제5항에 있어서,상기 1차 플라즈마 소스는 상기 공정가스를 활성화하여 라디칼을 생성하는 리모트 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제6항에 있어서,상기 2차 플라즈마 소스는상기 공정챔버의 상부 외벽을 둘러싸는 코일 안테나와;상기 코일안테나에 RF 전력을 인가하기 위한 RF 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제5항에 있어서,상기 반도체 플라즈마 처리장치는상기 공정챔버의 최상부에 위치하면서 상기 공정가스가 상기 공정챔버에 균일하게 분배되도록 하는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제5항에 있어서,상기 반도체 플라즈마 처리장치는상기 공정챔버의 최상부에 배치되는 그리고 이너트(inert) 가스가 공급되는 적어도 하나의 가스 유입포트를 갖으며, 상기 이너트 가스가 상기 공정챔버에 균일하게 분배되도록 하는 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate, GDP)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 제9항에 있어서,상기 가스 분배 플레이트는상기 제1플라즈마 소스로부터 제공되는 상기 공정가스가 상기 공정챔버로 곧바로 공급되도록 하는 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 장치.
- 반도체 플라즈마 처리 장치방법에 있어서:활성화 되지 않은 공정가스가 리모트 플라즈마 소스로 공급되는 단계;상기 리모트 플라즈마 소스내에서 여기되어 생성된 라디칼과 이온이 프로세스 챔버내로 공급되는 단계;활성되지 않은 이너트(Inert) 가스가 공정챔버내로 공급되는 단계; 및상기 공정챔버내로 공급되는 라디칼과 이온 그리고 상기 이너트 가스가 유도결합 플라즈마 소스에 의해 활성화되는 단계를 포함하는 반도체 플라즈마 처리 방법.
- 제11항에 있어서,상기 활성되지 않은 이너트 가스는 가스 분배 플레이트를 통해 상기 공정챔버에 균일하게 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 방법.
- 제12항에 있어서,상기 리모트 플라즈마 소스로부터 공급되는 라디칼과 이온은 상기 이너트 가스와는 분리된 경로를 통해 상기 공정챔버내로 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 처리 방법.
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