저압 플라즈마 발생장치 document_id A220623010230

본 발명은 플라즈마를 이용하여 웨이퍼나 글래스(이하 ''기판''이라 함)에 대한 식각 및 증착 공정을 수행하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 배기구를 플라즈마가 형성되는 반응공간에 가깝게 위치시킴으로써 반응공간의 압력을 보다 낮출 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다. 일반적으로 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 기판처리장치에는 일반적으로 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 패터닝하기 위해 식각하는 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(ashing) 장치 등이 있다. 도 1은 이 중에서 RIE 장치(10)의 일반적인 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 반응공간을 형성하는 챔버(11)의 내부에 기판(s)을 안치하는 정전척(20)이 위치하고, 정전척(20)의 상부에는 원료물질을 분사하는 가스분배판(30)이 위치하며, 상기 가스분배판(30)에는 원료물질을 공급하는 가스공급관(32)이 연결된다. 챔버(11)의 측벽에는 기판출입구(12)가 형성되며, 챔버(11)의 하부에는 잔류가스를 배출하는 배기구(60)가 형성된다. 상기 배기구(60)에는 터보분자펌프(TMP:Turbo Molecular Pump, 70)가 연결되며, 터보분자펌프(70)는 수십 mTorr 이하의 고진공 영역에서 사용되는 진공펌프로서 선단에 부착된 개폐밸브(72)에 의해 개폐된다. 터보분자펌프(70)는 도시된 바와 같이 챔버(11)의 하측부에 결합하는 경우도 있고 챔버(11)의 저면에 결합하는 경우도 있다. 정전척(20)은 정전척몸체(21)와 절연판(22)으로 구성된다. 정전척몸체(21)는 알루미늄 또는 아노다이징 처리된 알루미늄 재질로 제조되며, 기판(s)을 안치하는 역할 뿐만 아니라 통상 13.56MHz의 RF전원(40)에 연결되어 챔버(11) 내부에 RF전기장을 형성시키는 역할도 수행한다. RF전원(40)과 정전척몸체(21) 사이에는 임피던스를 정합시키는 매처(42)가 설치된다. 정전척(20)은 이와 같이 RF전원(40)에 연결된 상태이고 챔버(11)는 통상 접지된 상태이므로, 절연부재(80)를 이용하여 정전척(20)을 챔버(11)로부터 절연시킬 필요가 있다. 정전척몸체(21)의 상부에는 기판(s)이 안치되는 세라믹 재질의 절연판(22)이 결합하며, 절연판(22)의 내부에는 DC전극(23)이 설치되는데 상기 DC전극(23)은 DC전원(50)에 연결되어 정전기력을 발생시킴으로써 상부의 기판(s)을 안정적으로 유지한다. DC전원(50)의 선단에는 RF전원(40)의 간섭을 피하기 위하여 저역통과필터(LPF)를 설치할 수도 있으며, 도시된 바와 같이 스위치(52)를 설치할 수도 있다. 정전척(20)의 주변부에는 포커스링(24)이 결합하는데, 상기 포커스링(24)은 세라믹 재질로 제조되며 플라즈마의 영역을 기판(s)의 외측부위까지 확장시킴으로써 기판(s)의 표면전체가 균일한 플라즈마 영역에 포함될 수 있도록 한다. 또한 정전척(20)은 미도시된 구동수단에 의하여 챔버(11) 내부에서 상하로 승강할 수도 있는데, 이를 위해 챔버의 하부에 진공시일을 위한 벨로우즈(82)가 설치되기도 한다. 한편 정전척(20)의 내부에는 기판(s)을 가열시키는 히터와 기판(s)의 배면을 냉각시키기 위해 헬륨가스를 공급하는 헬륨유로(미도시)가 형성되기도 하고, 정전척(20)의 온도를 일정온도 이하로 유지시키기 위하여 냉매유로가 형성되기도 한다. 이러한 RIE장치(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 미도시된 도어를 통해 반입된 기판(s)이 정전척(20)의 절연판(22) 상면에 안치되면, 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한 후에 가스분배판(30)을 통해 기판(s)의 상부로 원료물질을 분사함과 동시에 정전척(20)에 통상 13.56MHz의 RF전력을 인가한다. 정전척(20)에 인가된 RF전력은 정전척(20)과 챔버(11) 사이에서 RF전기장을 발생시키고, 이 RF 전기장에서 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 발생시키며, 이렇게 생성된 이온 및 활성종이 기판(s)으로 입사하여 기판(s)의 표면을 식각한다. 가스분배판(30)을 통해 기판의 상부로 분사된 원료물질은 일부는 기판상의 반응에 사용되지만 대부분은 반응부산물과 함께 반응공간에서 배기구(60)로 이동하여 배기된다. 반응공간을 고진공으로 유지하기 위해서는 가스분배판(30)을 통해 유입되는 원료물질에 의한 압력증가를 상쇄할 수 있는 진공펌프가 배기구(60)의 배기관에 연결된다. 그런데 최근 들어 100nm이하급의 초미세 선폭(critical dimension)을 가지는 소자에 대한 연구개발이 활발하게 진행되면서 종래의 기판처리장치로는 해결할 수 없는 다음과 같은 문제점들이 속속 대두되고 있다. 예를 들어, 100nm 이하의 미세 선폭을 형성하기 위해 사용되는 ArF 또는 F2 광원용 포토레지스트(PR)는 보통 3000 Å 이하로 도포되어야 한다. 그런데 이 정도의 두께는 종래에 주로 사용되던 KrF광원용 PR에 비해서 매우 얇은 두께이며, PR을 이렇게 얇게 도포하면 콘택홀 또는 트렌치를 완전히 형성하기 전에 PR이 먼저 식각되어 버리는 경우가 발생하게 된다. 따라서 종횡비(apect ratio)가 큰 콘택홀 또는 트렌치를 형성하기 위해서는 종래에 비해 원료물질의 선택비(selectivity)를 크게 향상시켜야 하며, 특히 최근 DRAM을 중심으로 25:1 이상의 종횡비를 가지는 패턴이 많이 이용되므로 선택비를 향상시킬 필요성이 어느때 보다 높다고 할 수 있다. 선택비를 향상시키기 위한 한 방법으로 반응공간의 압력을 기존의 압력보다 낮게 유지하는 방법이 소개되어 있지만, 보다 낮은 압력을 유지할 수 있는 상용화된 고진공 펌프의 성능향상에는 아직까지 한계가 있다.