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KR102706432B1 - 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법 - Google Patents

웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법 Download PDF

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KR102706432B1
KR102706432B1 KR1020220011797A KR20220011797A KR102706432B1 KR 102706432 B1 KR102706432 B1 KR 102706432B1 KR 1020220011797 A KR1020220011797 A KR 1020220011797A KR 20220011797 A KR20220011797 A KR 20220011797A KR 102706432 B1 KR102706432 B1 KR 102706432B1
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 본 발명의 플라즈마 챔버는, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트; 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부;를 포함하며, 상기 압력 조절부는, 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상기 압력 조절부를 통해 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 압력 조절 단계; 상기 플라즈마 소스를 통해 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W로 조절하는 소스 파워 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법 {Plasma chamber for wafer etching and Wafer etching method using the plasma chamber}
본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서는 균일성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 반도체의 제조 공정 중 식각(etching) 공정에서 반도체의 균일성이 확보되거나 조절될 수 있다.
반도체의 식각 공정은 플라즈마 챔버 내부에서 진행될 수 있다. 플라즈마 챔버는 내부의 반응 공간 내에 플라즈마를 형성시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 반도체의 식각 공정을 수행하게 된다.
플라즈마 챔버의 상부에는 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 소스가 구비되어 있으며, 플라즈마 소스의 대표적인 예로는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스 및 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스 등이 있다.
용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 전기장을 이용하는 것으로, 일반적으로 유도성 결합 플라즈마(ICP) 보다 약간 더 높은 압력에서 식각이 진행될 수 있다. 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 식각 속도가 느리지만 선택비 특성과 공정 재현성이 우수하다고 알려져 있다.
그러나 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 나타나는 플라즈마 밀도 불균일 특성이 있다. 또한, 전체 플라즈마 밀도가 낮은 편이어서 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해 높은 RF 파워를 인가하여야 한다는 문제점이 있다.
유도성 결합 플라즈마(ICP)는 유도 자기장을 이용하는 것으로, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스에 비하여 전체 플라즈마 밀도가 높다는 장점이 있다. 유도성 결합 플라즈마(ICP)는 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스 보다 낮은 압력에서 식각 속도를 증가시킬 수 있으나, 이 또한 웨이퍼의 중앙 부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높으며, 식각 속도가 높지만 선택비가 낮고 공정 재현성이 좋지 못하다는 문제점이 있다.
이와 같이 용량성 결합 플라즈마(CCP)와 유도성 결합 플라즈마(ICP) 같은 종래의 플라즈마 소스는 식각 속도와 선택비를 동시에 높이기 어려운 문제점이 있으며, 식각 속도와 선택비는 트레이드 오프(trade-off)의 관계로 인식되어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 웨이퍼를 식각하기 위해 플라즈마를 형성하는 플라즈마 챔버로서, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트; 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부;를 포함하며, 상기 압력 조절부는, 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 더 포함하며, 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)는 300 내지 1000W 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 플라즈마 소스는, 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는, 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하며, 상기 온도 조절부는 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 더 포함하며, 상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)는 1000 내지 3000W 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부와, 상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 챔버를 통해 웨이퍼를 식각하는 웨이퍼 식각 방법으로, 상기 압력 조절부를 통해 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 압력 조절 단계; 상기 플라즈마 소스를 통해 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W로 조절하는 소스 파워 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 주파수 조절 단계를 포함하며, 상기 주파수 조절 단계에서는, 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)와 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수가 동일하도록 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는, 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하며, 상기 온도 조절부를 통해 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 온도 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 포함하며, 상기 바이어스 알에프 소스를 통해 상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절하는 바이어스 파워 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며, 상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 챔버 내부의 압력을 종래의 챔버 대비 상대적으로 높은 압력으로 형성함에 따라 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(PR selectivity)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 소스 및 바이어스 알에프 소스에서 종래의 챔버 대비 낮은 전력을 사용하면서도 높은 식각 속도(etch rate)와 높은 선택비(PR selectivity)를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 웨이퍼를 식각하는 이온과 라디칼을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소스 파워 조절 단계와 주파수 조절 단계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버, 유도성 결합 플라즈마(ICP), 용량성 결합 플라즈마(CCP)에 대하여 식각 속도(ER), 선택비(Selectivity), 척의 온도(Chuck temp), 소스 파워(S/P), 바이어스 파워(B/P), 압력(pressure)을 비교한 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것으로, 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마는 크게 전자, 이온(21), 라디칼(radical)(22)로 구성된다. 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하는 종래의 방법을 살펴보면, 플라즈마 식각 과정에서 지배종이 이온 또는 라디칼 중 어느 하나로 형성된다.
구체적으로, 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하는 종래의 방법에서 Metal etch는 주로 라디칼을 이용하게 되며, Oxide etch는 주로 이온을 이용하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 플라즈마 식각 과정에서 지배종이 이온 또는 라디칼 중 어느 하나로 형성되는 것이 아닌, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 플라즈마 식각 과정에서 이온 지배적인 반응이나 라디칼 지배적인 반응을 하기 보다, 이온(21)과 라디칼(22)이 함께 작용하여 시너지 효과(synergy effect)가 나타내는 공정 영역을 사용하는 것이다.
조금 더 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 종래의 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 사용하는 방법의 문제점을 해결하면서 이를 개선한 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 이용하는 SRICP(Synergistic resonance ICP)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 이온과 라디칼을 동시에 이용하기 위해 플라즈마 챔버의 조건을 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 챔버 내부의 압력, 척의 온도, 플라즈마 소스의 소스 파워, 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수, 챔버 내부의 플라즈마 밀도, 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워 등을 조절할 수 있는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 플라즈마 챔버에서 상기의 조건을 변경함에 따라 이온과 라디칼을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는, 하우징(110), 베이스 플레이트(111), 압력 조절부(120)를 포함한다.
상기 하우징(110)은 플라즈마를 통해 웨이퍼(10)를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비되는 것이다. 상기 하우징(110)은 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)의 챔버 외벽일 수 있으며, 내부에 공간이 구비된 것이다. 상기 하우징(110) 내부로 상기 웨이퍼(10)가 로딩되면, 상기 하우징(110) 내부에 형성된 플라즈마에 의해 상기 웨이퍼(10)가 식각될 수 있다.
상기 베이스 플레이트(111)는 상기 하우징(110) 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼(10)가 안착되는 것이다. 상기 베이스 플레이트(111)는 상기 하우징(110) 내부에 구비되면서, 상기 웨이퍼(20)가 안착되는 플레이트일 수 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 베이스 플레이트(111)는 상기 웨이퍼(10)를 안착시키면서 상기 웨이퍼(10)를 지지하는 웨이퍼 척(chuck)일 수 있으며, 상기 웨이퍼(10)가 상기 베이스 플레이트(111)에 안착되면, 상기 웨이퍼(10)의 식각이 진행될 수 있다.
상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하는 것이다. 상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 장치일 수 있으며, 상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절할 수 있다면 다양한 구성을 포함하는 장치일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 압력 조절부(120)는 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절할 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하기 위해 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절할 수 있는 것이다.
이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 때, 상기 하우징(110) 내부의 압력이 50 mTorr 보다 작으면 식각 속도가 감소될 위험이 있다. 반대로 상기 하우징(110) 내부의 압력이 150 mTorr 보다 커지면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110)의 상부에 구비되면서 상기 하우징(110) 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)는 플라즈마를 형성시킬 수 있는 것으로, 코일(131)과 알에프 파워 제네레이터(RF power generator)(132)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워(Source power)는 300 내지 1000W 로 조절될 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 300W 보다 작으면, 식각 속도가 감소하게 되기 때문에 상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)는 300W 보다 큰 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것으로, 상기 하우징(110) 내부 압력이 종래의 플라즈마 챔버 대비 높을 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 1000W 보다 크면, 상대적으로 높은 상기 하우징(110)의 내부 압력에 의해 플라즈마 밀도가 너무 높아질 수 있게 된다. 플라즈마 밀도가 너무 높아지게 되면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W 로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버의 상기 플라즈마 소스(130)는, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 이온과 라디칼 사이에서 발생하는 공명 현상(resonance)을 유도하기 위해, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수는 단위 부피당 입자의 수와 충돌 반응에 대한 속도 상수의 곱으로 결정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라즈마 소스(130)는 충돌 주파수에 대한 데이터를 먼저 분석하고, 이를 바탕으로 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110) 내부에서 발생하는 입자 간의 충돌 주파수를 분석하기 위한 충돌 주파수 분석부를 포함할 수 있으며, 상기 플라즈마 소스(130)는 상기 충돌 주파수 분석부에서 데이터를 수신 받아 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)는 상기 플라즈마 소스(130)에 구비된 상기 알에프 파워 제네레이터(RF power generator)(132)를 통해 조절될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것이 바람직하다.
상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 보다 작으면, 목표로 하는 식각 속도를 얻을 수 없게 된다.
반대로, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도가 입방 센티미터(cm-3) 당 5E11 보다 크면, 이온(21)과 라디칼(22)이 분리되면서 선택비(selectivity)에 악영향을 줄 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하여 식각 속도를 향상시키면서 선택비를 향상시키기 위해 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도를 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11로 형성하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 상기 플라즈마 소스(130)에 의해 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 플라즈마 소스(130)를 통해 이온(21)과 라디칼(22)이 동시에 이용되기 적합한 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110) 내부에 형성할 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절하는 온도 조절부(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절 장치일 수 있다. 상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절할 수 있다면 다양한 구성을 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절함에 따라, 상기 베이스 플레이트(111)에 안착되는 상기 웨이퍼(10)의 온도를 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것이 바람직하다. 이온(21)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도와 무관하지만, 라디칼(22)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도에 민감하게 반응할 수 있다.
따라서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 20도(℃) 보다 낮아지면, 상기 웨이퍼(10)의 온도가 감소되면서 라디칼의 활동에 제약이 발생할 수 있게 된다. 또한, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 50도(℃) 보다 높아지면, 버닝(burning)이 발생할 위험이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨이퍼(10)는 이온(21) 및 라디칼(22)과 동시에 반응하기 위해 상온(20 내지 50(℃))의 영역에서 온도를 형성하는 것이 바람직하며, 이를 위해 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 베이스 플레이트(111)에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트(111)에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스(Bias RF Source)(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 바이어스 알에프 소스(150)는 상기 베이스 플레이트(111)에 바이어스(Bias)를 인가하여, 식각 공정 중에 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)는 1000 내지 3000W로 조절되는 것이 바람직하다. 상기 바이어스 파워는 이온(21)에 직접적인 영향을 주는 것이다.
상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 1000W 보다 작으면, 이온(21)의 활동에 제약이 발생하여 라디칼(22)이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
반대로 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 3000W 보다 크면, 이온이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
결국, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 이온(21)과 라디칼(22)을 통해 시너지 효과(Synergy effect)를 도출하기 위해 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절해야 하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온(21)과 라디칼(22)을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온(21)과 상기 라디칼(22)의 시너지 효과에 의해 식각될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다. 종래의 식각 공정은 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경보다 항상 큰 Nonlocal electron kinetics의 공정 영역에서 진행되었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경(상기 하우징(110)의 직경) 보다 작은 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 할 수 있으며, 식각 속도도 상기 하우징(110)의 가장자리가 상기 하우징(110)의 중앙보다 높을 수 있다.
종래의 식각 공정에서는 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)가 발생할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 상기의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 종래의 식각 공정에서는 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)를 해결하기 위해 독립적인 알에프 파워(RF power)를 인가하거나, 히터(heater), 에지 링의 부식 방지를 위한 리프트 장치 등을 사용하였다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 별도의 장치를 사용하지 않을 수 있으며, 이를 통해 제작 비용이 절감시키면서 수율 향상을 기대할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)를 통해 웨이퍼(10)를 식각하는 방법에 관한 것이다.
상술한 설명에서 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)를 상세하게 설명한 바, 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)의 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120)를 포함한다.
상기 압력 조절 단계(S110)는 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 단계이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용할 때, 상기 하우징(110) 내부의 압력이 50 mTorr 보다 작으면 식각 속도가 감소될 위험이 있다. 반대로 상기 하우징(110) 내부의 압력이 150 mTorr 보다 커지면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서 상기 압력 조절 단계(S110)에서는, 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 소스 파워 조절 단계(S120)는 상기 플라즈마 소스(130)를 통해 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워를 300 내지 1000W로 조절하는 단계이다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 300W 보다 작으면, 식각 속도가 감소하게 되기 때문에, 상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)는 300W 보다 큰 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 상기 압력 조절 단계(S110)에서 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하기 때문에, 상기 하우징(110) 내부 압력이 종래의 플라즈마 챔버 대비 높을 수 있다.
상기 플라즈마 소스(130)에 의해 형성되는 소스 파워(Source power)가 1000W 보다 크면, 상대적으로 높은 상기 하우징(110)의 내부 압력에 의해 플라즈마 밀도가 너무 높아질 수 있게 된다. 플라즈마 밀도가 너무 높아지게 되면, 입자들 사이의 반응이 너무 많아짐에 따라 반응 시간이 짧아지게 되면서 오히려 식각 속도가 감소할 수 있다.
따라서, 상기 소스 파워 조절 단계(S120)에서는, 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W 로 조절하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 주파수 조절 단계(S121)를 포함할 수 있다.
상기 주파수 조절 단계(S121)에서는, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)와 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수가 동일하도록 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는, 이온과 라디칼을 동시에 사용하면서 이온과 라디칼 사이의 공명 현상(resonance)에 의해 발생하는 시너지 효과(synergy effect)를 통해 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이온과 라디칼 사이에서 발생하는 공명 현상(resonance)을 유도하기 위해, 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수는 단위 부피당 입자의 수와 충돌 반응에 대한 속도 상수의 곱으로 결정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 플라즈마 소스(130)는 충돌 주파수에 대한 데이터를 먼저 분석하고, 이를 바탕으로 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 하우징(110) 내부에서 발생하는 입자 간의 충돌 주파수를 분석하기 위한 충돌 주파수 분석부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 주파수 조절 단계(S121)는, 상기 충돌 주파수 분석부에서 데이터를 수신 받아 상기 플라즈마 소스(130)의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징(110) 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하도록 조절하는 단계이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것이 바람직하다.
상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 보다 작으면, 목표로 하는 식각 속도를 얻을 수 없게 된다.
반대로, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 입방 센티미터(cm-3) 당 5E11 보다 크면, 이온(21)과 라디칼(22)이 분리되면서 선택비(selectivity)에 악영향을 줄 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하여 식각 속도를 향상시키면서도 선택비를 향상시키기 위해, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도를 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11로 형성하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는 상기 소스 파워 조절 단계(S120)에서 조절될 수 있다. 상기 소스 파워 조절 단계(S120)에서는, 상기 플라즈마 소스(130)의 소스 파워를 조절하여 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도를 입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11로 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 온도 조절 단계(S130)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(140)는 상기 베이스 플레이트(111)에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절 장치일 수 있다. 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절함에 따라, 상기 베이스 플레이트(111)에 안착되는 상기 웨이퍼(10)의 온도를 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 온도 조절 단계(S130)에서는, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 것이 바람직하다. 이온(21)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도와 무관하지만, 라디칼(22)의 경우 상기 웨이퍼(10)의 온도에 민감하게 반응할 수 있다.
따라서, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 20도(℃) 보다 낮아지면, 상기 웨이퍼(10)의 온도가 감소되면서 라디칼의 활동에 제약이 발생할 수 있게 된다. 또한, 상기 베이스 플레이트(111)의 온도가 50도(℃) 보다 높아지면, 버닝(burning)이 발생할 위험이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨이퍼(10)는 이온(21) 및 라디칼(22)과 동시에 반응하기 위해 상온(20 내지 50(℃))의 영역에 온도를 형성하는 것이 바람직하며, 이를 위해 상기 온도 조절 단계(S130)에서는, 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 바이어스 알에프 소스(150)를 통해 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절하는 바이어스 파워 조절 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
상기 바이어스 알에프 소스(150)는 상기 베이스 플레이트(111)에 바이어스(Bias)를 인가하여, 식각 공정 중에 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있는 것이다.
상기 바이어스 파워는 이온(21)에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 1000W 보다 작으면, 이온(21)의 활동에 제약이 발생하여 라디칼(22)이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
반대로 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)가 3000W 보다 크면, 이온이 지배적으로 활동할 수 있게 되면서 이온(21)과 라디칼(22)의 시너지 효과(Synergy effect)를 기대할 수 없게 된다.
따라서 이온(21)과 라디칼(22)을 통해 시너지 효과(Synergy effect)를 도출하기 위해, 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)에서 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120), 상기 주파수 조절 단계(S121), 상기 온도 조절 단계(S130), 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)는 순차적으로 진행될 필요는 없으며, 순서에 상관없이 각각의 과정이 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120), 상기 주파수 조절 단계(S121), 상기 온도 조절 단계(S130), 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)는 동시에 진행될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 상기 압력 조절부(120)를 통해 상기 하우징(110) 내부의 압력을 조절하고, 상기 플라즈마 소스(130)를 통해 소스 파워를 조절하며, 상기 온도 조절부(140)를 통해 상기 베이스 플레이트(111)의 온도를 조절하고, 상기 바이어스 알에프 소스(150)를 통해 바이어스 파워를 조절할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 상기 하우징(110) 내부의 압력, 상기 소스 파워, 상기 웨이퍼의 온도, 상기 바이어스 파워의 온도를 조절함에 따라 이온(21)과 라디칼(22)을 동시에 이용하여 시너지 효과(Synergy effect)를 발생시켜 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온(21)과 라디칼(22)을 포함하며, 상기 웨이퍼(10)는 상기 이온(21)과 상기 라디칼(22)의 시너지 효과에 의해 식각될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 하우징(110)의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며, 상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는, 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경보다 큰 Nonlocal electron kinetics의 공정 영역에서 진행되는 종래의 식각 방법과 다르게, 전자 에너지 이완 길이(EERL, Electron energy relaxation length)가 공정 챔버의 직경(상기 하우징(110)의 직경) 보다 작은 Local Electron Kinetics의 공정 영역에서 진행될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 할 수 있으며, 식각 속도도 상기 하우징(110)의 가장자리가 상기 하우징(110)의 중앙보다 높을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버(100)는 상기 하우징(110)의 가장자리에서의 식각 속도가 상기 하우징(110)의 중앙 보다 높게 형성함에 따라 웨이퍼의 가장 자리에서 식각이 약하게 수행되는 문제(low edge yield 문제)를 해결할 수 있으며, 상기의 문제를 해결하기 위한 별도의 장치를 사용하지 않을 수 있는 장점이 있다.
도 5에서 ER(A/min)은 식각 속도(Etch rate)이며, S/P(W)는 소스 파워(Source power)이며, B/P(W)는 바이어스 파워(Bias power)이며, Chuck temp(℃)는 상기 베이스 플레이트(111)의 온도이며, ICP는 유도성 결합 플라즈마이며, CCP는 용량성 결합 플라즈마이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 종래의 용량성 결합 플라즈마(CCP)와 유도성 결합 플라즈마(ICP)에 대비 높은 압력을 형성함에 따라 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(PR selectivity)를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은, 종래의 용량성 결합 플라즈마(CCP)와 유도성 결합 플라즈마(ICP) 대비 낮은 전력을 사용하면서 높은 식각 속도(etch rate)와 높은 선택비(PR selectivity)를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버는 상기 압력 조절부(120), 상기 플라즈마 소스(130), 상기 알에프 파워 제네레이터(132), 상기 온도 조절부(140), 상기 바이어스 알에프 소스(150)의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 압력 조절부(120), 상기 플라즈마 소스(130), 상기 알에프 파워 제네레이터(132), 상기 온도 조절부(140), 상기 바이어스 알에프 소스(150)는 상기 제어부를 통해 작동이 조절되면서 이온(21)과 라디칼(22)이 동시에 이용될 수 있는 조건을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법의 상기 압력 조절 단계(S110), 소스 파워 조절 단계(S120), 상기 주파수 조절 단계(S121), 상기 온도 조절 단계(S130), 상기 바이어스 파워 조절 단계(S140)는 상기 제어부를 통해 제어되면서 진행될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 챔버 내부의 압력을 종래의 챔버 대비 상대적으로 높은 압력으로 형성함에 따라 높은 식각 속도(etch rate)를 유지하면서도 선택비(PR selectivity)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 플라즈마 소스 및 바이어스 알에프 소스에서 종래의 챔버 대비 낮은 전력을 사용하면서도 높은 식각 속도(etch rate)와 높은 선택비(PR selectivity)를 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 local electron kinetics가 적용되는 압력 범위(50 내지 150mTorr)에서 진행될 수 있는 것으로, 이 경우 가장자리의 식각 속도가 중앙 보다 높게 될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 웨이퍼의 가장자리에서 균일성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 HARC(High aspect ratio etch) 공정에 적합하며, 그 이외의 공정에서도 낮은 전력에서 높은 식각 속도와 높은 선택비를 얻을수있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 식각 공정을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 식각 공정 이외에 증착, ashing, PR stripping, doping 등의 공정에 적용될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 식각 속도를 필요로 하는 식각 공정이나 증착 공정에 적용될 수 있는 것이지만, 이에 한정되지는 않으며, 낮은 파워로 높은 식각 속도나 선택비 향상이 동시에 요구되는 여러 공정에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버 및 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법은 유도성 결합 플라즈마(ICP)를 개선하여 사용될 수 있으나, 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 플라즈마에 이용될 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110...하우징 111...베이스 플레이트
120...압력 조절부 130...플라즈마 소스
131...코일 132...알에프 파워 제네레이터
140...온도 조절부 150...바이어스 알에프 소스
S110...압력 조절 단계
S120...소스 파워 조절 단계
S121...주파수 조절 단계
S130...온도 조절 단계
S140...바이어스 파워 조절 단계

Claims (15)

  1. 웨이퍼를 식각하기 위해 플라즈마를 형성하는 플라즈마 챔버에 있어서,
    플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트;
    상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부;를 포함하며,
    상기 압력 조절부는, 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하며,
    상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 더 포함하며,
    상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)는 300 내지 1000 W이며,
    상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하며,
    상기 온도 조절부는 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하며,
    상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 더 포함하며,
    상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)는 1000 내지 3000W 이며,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며,
    상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는,
    상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수와 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는,
    입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며,
    상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 식각을 위한 플라즈마 챔버.
  9. 플라즈마를 통해 웨이퍼를 식각하기 위해, 내부에 반응 공간이 구비된 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 하우징 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부와, 상기 하우징의 상부에 구비되면서 상기 하우징 내부에 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 챔버를 통해 웨이퍼를 식각하는 웨이퍼 식각 방법으로,
    상기 압력 조절부를 통해 상기 하우징 내부의 압력을 50 내지 150 mTorr로 조절하는 압력 조절 단계;
    상기 플라즈마 소스를 통해 상기 플라즈마 소스의 소스 파워(Source power)를 300 내지 1000W로 조절하는 소스 파워 조절 단계;를 포함하며,
    상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절부를 포함하며,
    상기 온도 조절부를 통해 상기 베이스 플레이트의 온도를 20 내지 50도(℃)로 조절하는 온도 조절 단계;를 더 포함하며,
    상기 플라즈마 챔버는, 상기 베이스 플레이트에 연결되면서, 상기 베이스 플레이트에 바이어스(Bias)를 인가할 수 있는 바이어스 알에프 소스를 포함하며,
    상기 바이어스 알에프 소스를 통해 상기 바이어스 알에프 소스의 바이어스 파워(Bias power)를 1000 내지 3000W로 조절하는 바이어스 파워 조절 단계;를 더 포함하며,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 이온과 라디칼을 포함하며,
    상기 웨이퍼는 상기 이온과 상기 라디칼의 시너지 효과(synergy effect)에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 주파수 조절 단계를 포함하며,
    상기 주파수 조절 단계에서는,
    상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)와 상기 하우징 내부에서 입자 간의 충돌 주파수가 동일하도록 상기 플라즈마 소스의 드라이빙 주파수(Driving frequency)를 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마의 밀도는,
    입방 센티미터(cm-3) 당 5E10 내지 5E11 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반응 공간에 형성되는 상기 플라즈마는 전자를 포함하며,
    상기 전자의 전자 에너지 이완 길이(Electron energy relaxation length)는 상기 하우징의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버를 이용한 웨이퍼 식각 방법.
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