KR20020093841A - 유도결합 플라즈마 에칭장치 - Google Patents
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Abstract
유도결합 플라즈마에칭장치는 플라즈마발생용 챔버(100)를 포함한다. 챔버(100)는 하우징의 벽에 의해 한정된다. 하우징의 일측벽(101) 부근의 외측에는 고주파(RF) 전력을 수용하는 코일(313)이 배치된다. 하우징의 벽(101) 부근의 외측에는 금속판(217)이 배치되고, 그 부근에 코일(313)이 배치된다. 금속판(217)은 코일(313)과 하우징의 벽(101) 사이에 간격을 갖도록 떨어져 있으며, 코일(313)에 횡방향으로 형성된 방사상 슬릿이 있다. 커넥커(207)는 금속판(217)을 코일(313)에 전기접속한다. 플라즈마가 발생되는 챔버를 한정하는 내벽면을 조절하는 방법은 상기한 바와 같다.
Description
반도체제조공정에서, 에칭공정, 절연필름형성, 및 확산공정은 반복적으로 행해진다. 이 기술분야의 당업자가 알고 있는 바와 같이, 에칭공정에는 습식에칭과 건식에칭 두가지가 있다. 건식에칭은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 유도결합 플라즈마에칭 장치를 사용하여 실행된다.
도 1에 도시된 유도결합 플라즈마에칭 장치에 있어서, 반응가스는 가스인입포트(미도시)를 통과하여 챔버(400) 내로 유도된다. 이어서 고주파 전력이 전원(미도시)으로부터 코일(407)로 인가되고, 반도체웨이퍼(411)가 챔버(400) 내의 척(409)에 실장된다. 코일(407)은 절연재로 형성된 스페이서(403)에 의해 챔버 상부에 지지된다. 작동시, 코일(407)에 흐르는 고주파(RF) 전류는 챔버(400)내에 전자기 전류를 유도하고, 전자기전류는 반응가스에 작용하여 플라즈마를 발생시킨다.
플라즈마는 여러가지 형태의 라디칼을 포함하고, 반도체웨이퍼(411)나 웨이퍼상의 절연필름을 에칭하는데 양/음이온의 화학반응을 이용한다. 에칭공정시, 코일(407)은 변압기의 1차코일의 기능에 상응하는 기능을 하고, 챔버(400)내의 플라즈마는 변압기의 2차코일의 기능에 상응하는 기능을 한다. 에칭공정에 의해 발생된 반응물은 배출포트(405)를 통해 배출된다.
최근에 개발된 소자재료(예를 들어, 백금, 루테늄 등)를 에칭하는 경우, 생성된 반응물은 비휘발성 물질(예를 들어, RuO2)일 수도 있다. 이러한 경우, 반응물은 챔버(400)의 벽(401)에 부착될 수 있다. 반응물이 전도성이 있으면 벽(401) 상의 반응물 피막은 챔버내의 전자기 전류를 전기적으로 차폐할 것이다. 그 결과, 각 웨이퍼가 에칭된 후에도 플라즈마가 가격을 하지 않아 에칭공정이 계속되지 않을 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 플라즈마를 사용하여 벽(401)에 부착된 반응물을 스퍼터링하는 방법이 개발되었다. 그러나, 도 1에 도시된 유도결합 플라즈마에칭장치는 RF전류에 의해 유도된 전자기전류가 벽(401) 근처에서 정재파를 갖는 배전전압을 일으킨다. 이것은 반응물의 침적 및 스퍼터링이 불균일하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 특히 정재파 진폭이 큰 지역에서 비교적 다량의 에너지가 플라즈마에 가해진다. 그 결과, 반응물은 이 지역에서 과도하게 스퍼터링된다. 한편, 정재파 진폭이 작은 지역, 즉 정재파의 교점부근에서는 비교적 작은 양의 에너지만이 가해진다. 그 결과, 반응물은 이 지역에서 침적된다. 상기한 바와 같이, 벽(401)에 전도성 필름이 있으면 챔버내의 전자기전류를 전기적으로 차폐할 수 있고, 그로 인해 에칭공정이 불가능하게 되어 바람직하지 않다.
따라서 챔버 내벽면에 전도성 반응물이 침적되는 것을 실질적으로 방지하는 유도결합 플라즈마에칭장치가 필요하게 된다.
본 발명은 일반적으로 반도체제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유도결합 플라즈마 에칭장치 및 유도결합 플라즈마 에칭장치의 챔버 내벽을 조정하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 유도결합 플라즈마에칭장치를 나타낸 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도결합 플라즈마에칭장치를 나타낸 개략적인 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패러데이 차폐 역활을 하는 금속판 및 금속판을 정위치에 지지하는 구성요소를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코일 및 코일을 정위치에 지지하는 구성요소를 나타낸 분해사시도.
본 발명은 플라즈마가 발생되는 챔버의 벽근처에서 에너지가 균일하게 플라즈마에 가해지는 유도결합 플라즈마에칭장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일태양에 따라 유도결합 플라즈마에칭장치가 제공된다. 이 장치내에는 플라즈마발생 챔버가 구비된다. 챔버는 하우징의 벽으로 한정된다. 하우징의 일측벽 부근의 외측에 고주파(RF) 전력을 받는 코일이 배치된다. 코일이 배치된 하우징의 벽부근 및 외측에는 패러데이 차폐역활을 하는 금속판이 배치된다. 금속판은 코일과 하우징벽 사이에 간격을 갖도록 배치되고, 코일에서 횡방향으로 방사상의 슬릿이 있다. 커넥터는 금속판과 코일을 전기접속한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 반도체웨이퍼를 지지하는 척은 하우징의 하부벽 부근에 배치되고, 금속판은 하우징의 상부벽면을 따라 배치된다. 본 발명의 일실시예에서, 금속판은 하우징의 상부벽과 실질적으로 평행하다. 금속판의 두께는 약 20㎛∼10mm, 바람직하게는 50㎛∼5mm이다. 본 발명의 일실시예에서, 금속판의 두께는 약 1.5mm이다. 커넥터는 금속판을 코일의 소정의 위치나, 또는 임피던스 매칭박스에서 코일까지 연장된 컨덕터에 전기접속한다.
본 발명의 일실시예에서, 고주파(RF) 전력을 받는 코일은 하우징의 상부벽 부근의 외측에 배치된다. 이 실시예에서, 금속판은 하우징의 상부벽 부근의 외측에배치되고, 코일과 하우징의 상부벽 사이에 간격을 두도록 배치된다.
본 발명의 일실시예에서, 상면에 부착스페이서를 포함하는 부착프레임의 하부에는 금속판이 고착된다. 본 발명의 일실시예에서, 부착프레임의 부면과 코일실장판 사이에는 코일이 배치되고, 부착스페이서에 고착된다. 이 실시예에서, U자형 스페이서는 코일실장판, 코일 및 금속판을 위치결정하고, 커넥터는 금속판을 U자형 스페이서를 통해 코일에 전기접속한다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 유도결합 플라즈마에칭장치 내에서 플라즈마가 발생되고, 그 챔버를 한정하는 내벽면을 조절하는 방법을 제공한다. 이 방법에 있어서, 고주파(RF) 전력을 받는 코일과 챔버내에 발생된 플라즈마 사이에는 코일에 접촉되지 않도록 금속판이 구비된다. 금속판은 코일의 횡방향으로 형성되어 코일에 전기접속되는 다수의 금속 슬릿을 가지고 있다. 플라즈마에칭은 유도결합 플라즈마에칭장치에서 행해진다. 플라즈마에칭 작동시 금속판과 플라즈마 사이에 위치한 내벽면에의 반응물의 침적 및 내벽면으로부터의 반응물의 스퍼터링이 실질적으로 균일하기 때문에 플라즈마에칭 작동을 불가능하게 할 정도의 많은 양의 반응물이 내벽면에 축적되지 않는다.
본 발명은 전기전도성 반응물, 예를 들어 RuO2가 유도결합 플라즈마에칭장치내의 챔버 내벽면에 침적되는 것을 방지하는데 유리하다. 이로 인해, 불과 몇개의 웨이퍼가 통과한 후에도 챔버벽을 깨끗히 하기 위해서 플라즈마 에칭작동을 멈추지 않아도 최근에 개발된 소자재료, 예를 들어 Ru를 플라즈마 에칭할 수 있게 된다.
전기한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 몇가지 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다. 도 1은 "발명의 배경" 부분에 설명한 바와 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유도결합 플라즈마에칭장치를 나타낸 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징의 하부벽 근처에 하우징의 벽으로 한정된 챔버(100) 내에 배치된 척(115)에 반도체웨이퍼(111)가 실장된다. 코일(313)은 절연재로 형성된 스페이서(203)에 의해 챔버(100)의 상부벽(101)에 지지된다. 작동시 반응가스는 가스인입포트(미도시)를 통해 챔버(100) 내로 공급된다. 전원(미도시)으로부터의 고주파 전력이 코일(313)에 인가된다. 코일(313)을 통과하는 고주파(RF) 전류는 챔버(100)에서 전자기 전류를 유도하고, 전자기 전류는반응가스에 작용하여 플라즈마를 생성한다.
플라즈마는 양/음이온의 여러가지 라디칼 및 화학반응을 가지고 있어 반도체웨이퍼(111)나 웨이퍼에 형성된 절연필름을 에칭하는데 사용된다. 에칭공정시 코일(313)은 변압기의 1차코일의 기능에 상응하는 기능을 하고, 챔버(100)내의 플라즈마는 변압기의 2차코일의 기능에 상응하는 기능을 한다. 에칭공정에 의해 발생된 반응물이 휘발성인 경우 반응물은 배출포트(113)를 통해 배출된다.
코일(313)과 챔버(100) 사이에는 패러데이 차폐 역활을 하는 금속판(217)이 구비된다. 일실시예에서, 금속판(217)은 코일(313)과 하우징의 상부벽(101) 사이에 간격을 갖도록 위치하고, 상부벽(101)과 실질적으로 평행하게 위치되어 있다. 금속판(217)의 두께는 약 20㎛∼10mm, 바람직하게는 약 50㎛∼5mm이다. 일실시예에서, 금속판(217)의 두께는 약 1.5mm이다. 커넥터(207)는 금속판(217)을 코일(313)의 소정의 위치에서 전기접속하고, 금속판(217)에 인가된 평면 RF전압이 균일하게 한다. 금속판(217)에 인가된 평면 RF전압이 균일하기 때문에 상부벽(101) 부근에서 에너지가 플라즈마에 균일하게 가해진다. 이러한 균일한 에너지 분포때문에, 반응물 침적이나 스퍼터링이 균일하게 되어 상부벽(101)에의 반응물축적이 일어나지 않는다.
본 발명의 일실시예에서, 커넥터(207)는 금속판(217)을 코일(313)의 소정의 위치에 전기접속함으로써 적당한 Vpp(피크에서 피크까지의 전압)가 금속판에 인가된다. Vpp가 금속판(217)에 균일하게 인가됨으로써 플라즈마 내의 이온들이 가속화되고, 유도결합 플라즈마 에칭장치의 챔버의 진공측면에 균일하게 충격을 가하여 반응물이 침적되는 것을 방지한다. 본 발명의 일실시예에서, 유도결합 플라즈마 에칭장치는 상용의 TCP 9400 PTX(미국, 캘리포니아, 프레몬트, 램리서치사)이고, 가속화된 이온들은 TCP창의 진공측벽에 균일하게 충격을 가하여 반응물이 침적되는 것을 방지한다. 본 발명의 다른 실시예에서 커넥터(207)는 금속판을 임피던스 매칭박스에서 코일로 연장되는 컨덕터에 전기접속한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 패러데이 차폐역활을 하는 금속판 및 금속판을 정위치에 지지하는 구성요소를 나타낸 분해사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 금속판(217)은 부착프레임(201)의 바닥에 고착되고, 그 상면에는 나사(205)에 의해 부착스페이서(203)가 구비되어 있다. 부착프레임(201), 부착스페이서(203) 및 나사(205)는 적절한 절연재로 형성될 수 있다.
외부링(211), 내부링(213) 및 중앙 디스크(215)는 나사(219)에 의해 부착프레임(201)에 고착되고, 나사는 적절한 절연재로 형성될 수 있다. 외부링(211), 내부링(213) 및 중앙 디스크(215)는 유도결합 플라즈마 에칭장치가 작동되는 동안 금속판(217) 형태로 유지된다. 금속판(217)에는 다수의 방사상 슬롯(221)이 형성되어 있다. 방사상 슬롯(221)은 코일(313)의 단면에 횡방향으로 연장되어 있기 때문에(도 4 참조), 전류에 의해 발생된 내부 유도전력이 컨덕터인 금속판(217)에 흐르지않게 한다. 이것은 금속판(217)에 흐르는 전류가 코일(313: 도 2 및 4 참조)과 챔버(100: 도 2 참조)를 전기적으로 차폐되도록 하기 때문에 필요하다.
도 3에서, 커넥터(207)는 금속판(217)과 코일(313: 도 2 및 4 참조)을 전기접속한다. 이러한 접속에는 2개의 금속나사(209)가 필요하며, 하나의 금속나사는 금속판(217)을 커넥터(207)에 연결하고, 다른 하나의 금속나사는 코일(313: 도 2및 4 참조)을 커넥터(207)에 연결하는데 사용된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 코일 및 이 코일을 정위치에 지지하는 구성요소를 나타낸 분해사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 금속판(217)과 코일(313) 사이에는 부착프레임(201)과 부착스페이서(203)가 구비되어 있다. 4개의 단면형상의 코일실장판(305)은 지지스프링 하우징(301)과 금속나사(303)에 의해 고정되어 코일(313) 형태를 유지한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 코일(313)은 3회의 턴을 가지고 있다. 코일(313)은 적어도 1회 이상의 턴을 가져야 하지만, 적당한 수의 턴을 가질 수도 있다.
도 3과 관련하여 개시한 바와 같이, 커넥터(207)는 금속판(217)과 코일(313)을 전기접속한다. 도 4에 도시된 바와 같이, U자형 스페이서(309)는 코일실장판(305), 코일(313) 및 금속판(217)을 위치결정한다. U자형 스페이서(309)는 금속나사(307)에 의해 코일(313)에 연결된다. 하나의 금속나사(209)는 커넥터(207)를 U자형 스페이서(309)를 통해 코일(313)에 전기접속하고, 다른 하나의 금속나사(209)는 커넥터(207)를 금속판(217)에 전기접속한다(도 3 참조).
또 본 발명은 플라즈마가 유도결합 플라즈마에칭장치에서 발생되고, 그 챔버를 한정하는 내벽면을 조절하는 방법을 제공한다. 이 방법에 있어서, 고주파(RF) 전력을 받는 코일과 챔버내에 발생된 플라즈마 사이에는 코일에 접촉되지 않도록 금속판이 구비된다. 금속판은 상기한 바와 같이, 코일의 횡방향으로 형성된 다수의 금속 슬릿을 가지고 있고, 코일에 전기접속된다. 플라즈마에칭은 유도결합 플라즈마에칭장치에서 행해진다. 플라즈마에칭시 금속판과 플라즈마 사이에 위치한 내벽면에의 반응물의 침적 및 내벽면으로부터의 반응물의 스퍼터링이 실질적으로 균일하기 때문에 플라즈마에칭 작동을 불가능하게 할 정도의 많은 양의 반응물이 내벽면에 축적되지 않는다. 본 발명의 일실시예에서, 금속판과 플라즈마 사이에 위치한 벽은 챔버의 상부벽이다.
본 발명의 유도결합 플라즈마에칭장치는 비휘발성이고 전기전도성 반응물(예를 들어, RuO2)인 최근에 개발된 소자재료(예를 들어, 백금, 루테늄 등)를 플라즈마 에칭하는데 매우 적합하다. 이 기술분야의 당업자라면 본 발명의 유도결합 플라즈마에칭장치가 금속 및 실리콘중합체 등의 표준물질을 플라즈마에칭하는데 사용될 수도 있다는 것은 자명할 것이다. 금속 및 실리콘중합체를 플라즈마에칭함에 있어서, Vpp를 조절하여 침적을 균일하고 최소화할 수 있다. 이 방법에 있어서, 평균웨이퍼간격클린(mean wafer between clean: MWBC)과 TCP 창의 수명이 개선된다.
본 발명은 유도결합 플라즈마에칭장치 및 플라즈마가 발생되는 챔버를 한정하는 내벽면을 조절하는 방법을 제공한다. 본 발명은 몇가지 바람직한 실시예에 의해 기술되었다. 본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 상세한 설명 및 실행에 의해 이 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 패러데이 차폐역활을 하는 금속판의 형태 및 금속판과 챔버 사이의 위치관계는 본 발명을 채택하는 유도결합 플라즈마 에칭장치에 따라 가변적일 수 있다. 상기한 실시예 및 바람직한 특징은 특허청구범위에 의해 한정된 발명의 범위를 예시한 것에 불과한 것이다.
본 발명의 유도결합 플라즈마에칭장치는 비휘발성이고 전기전도성 반응물인 소자재료를 플라즈마 에칭하는데 매우 적합하다.
Claims (20)
- 하우징의 벽에 의해 한정되고, 그 내부에서 플라즈마가 발생되는 챔버;상기 하우징의 일측벽부근의 외측에 배치된 고주파(RF) 전력을 받는 코일;코일이 배치된 상기 하우징의 일측벽부근의 외측에 배치되며, 상기 코일과 상기 하우징의 벽 사이에 간격을 갖도록 배치되고, 상기 코일에 횡방향으로 형성된 방사상 슬릿을 갖는 금속판; 및상기 금속판과 상기 코일을 전기접속하는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제1항에 있어서, 상기 하우징의 하부벽 부근에는 반도체웨이퍼를 지지하는 척이 배치되고, 상기 금속판은 상기 하우징의 상부벽면을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제1항에 있어서, 상기 금속판은 상기 하우징의 상부벽에 평행한 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제1항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 약 20㎛∼10mm인 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제1항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 약 50㎛∼5mm인 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제1항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 약 1.5mm인 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제1항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 금속판을 상기 코일의 소정의 위치중 어느 하나에 전기접속하며, 임피던스매칭 박스에서 상기 코일까지 연장되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 하우징의 벽에 의해 한정되고, 그 내부에서 플라즈마가 발생되는 챔버;상기 하우징의 상부벽부근의 외측에 배치된 고주파(RF) 전력을 받는 코일;상기 하우징의 상부벽부근의 외측에 배치되며, 상기 코일과 상기 하우징의 상부벽 사이에 간격을 갖도록 배치되고, 상기 코일에 횡방향으로 형성된 방사상 슬릿을 가지며, 두께가 약 20㎛∼10mm인 금속판; 및상기 금속판과 상기 코일을 전기접속하는 커넥터를 포함하며,상기 벽은 반도체웨이퍼를 지지하는 척을 갖는 하부벽 및 상기 하부벽위에 배치된 상부벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제8항에 있어서, 상기 금속판은 상기 하우징의 상부벽에 평행한 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제8항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 약 50㎛∼5mm인 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제8항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 약 1.5mm인 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제8항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 금속판을 상기 코일의 소정의 위치중 어느 하나에 전기접속하며, 임피던스매칭 박스에서 상기 코일까지 연장되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제8항에 있어서, 상기 금속판은 부착프레임의 바닥에 고착되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제13항에 있어서, 상기 금속판은 외부링, 내부링 및 중앙디스크에 의해 상기 부착프레임의 바닥에 고착되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제14항에 있어서, 상기 부착프레임은 그 상부에 부착스페이서를 포함하고, 상기 부착프레임 및 상기 부착스페이서는 절연재로 구성된 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제15항에 있어서, 상기 코일은 상기 부착프레임의 상부와 코일실장판 사이에 위치되고, 상기 코일실장판은 상기 부착스페이서에 고착되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 제16항에 있어서, 상기 코일실장판, 상기 코일 및 상기 금속판을 위치결정하는 U자형 스페이서를 포함하며, 상기 커넥터는 상기 금속판을 상기 U자형 스페이서를 통해 상기 코일에 전기접속하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마에칭장치.
- 유도결합 플라즈마에칭장치에서 플라즈마가 발생되는 챔버를 한정하는 내부벽을 조절하는 방법에 있어서, 상기 방법은고주파(RF) 전력을 받는 코일과 상기 챔버에서 발생되는 플라즈마 사이에, 상기 코일에 횡방향으로 형성된 다수의 금속 슬릿을 가지며, 상기 코일에 전기접속되는 금속판을 상기 코일에 접촉되지 않도록 구비하는 단계; 및유도결합 플라즈마에칭장치에서 플라즈마에칭 작동을 실행하는 단계를 포함하며,상기 금속판과 상기 플라즈마 사이에 위치한 내벽면에의 반응물 침적 및 상기 내벽면으로부터의 상기 반응물의 스퍼터링이 실질적으로 균일하기 때문에 플라즈마에칭 작동을 불가능하게 할 정도의 많은 양의 반응물이 내벽면에 축적되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 약 20㎛∼10mm인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 금속판과 상기 플라즈마 사이에 위치된 벽은 상기 챔버의 상부벽인 것을 특징으로 하는 방법.
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