KR0124512B1 - Apparatus and method for dry etching using light and microwave - Google Patents

Apparatus and method for dry etching using light and microwave

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KR0124512B1
KR0124512B1 KR1019930030852A KR930030852A KR0124512B1 KR 0124512 B1 KR0124512 B1 KR 0124512B1 KR 1019930030852 A KR1019930030852 A KR 1019930030852A KR 930030852 A KR930030852 A KR 930030852A KR 0124512 B1 KR0124512 B1 KR 0124512B1
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김주용
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Abstract

Disclosed is a dry etching apparatus using light and microwave including a plasma tube(37), a reaction chamber(33), and an investigation device(40). The plasma tube(37) inlet the gas activated by a microwave generation device to the reaction chamber in which a wafer(31) is positioned. The activated gas reacts the wafer(31) placing on a electrode(32) to which a supply voltage is applied in the reaction chamber(33). The surface of the wafer(31) is activated by vertically projecting light to the wafer(31) on the upper part of the chamber(33). Thereby, the investigation device(40) helps to react radical input into the chamber(33) through the plasma tube(37).

Description

표면 활성화 에너지원과 마이크로파를 이용한 건식 식각장치 및 식각방법Dry etching apparatus and etching method using surface activated energy source and microwave

제1도는 종래의 MERIE(Magnetron Enhanced Reactive Ion Etching) 건식 식각장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional magnetron enhanced reactive ion etching (MERIE) dry etching apparatus.

제2도는 종래의 식각장치를 사용한 폴리실리콘층을 식각 상태로 나타내는 작용상태도.2 is a functional state diagram showing a polysilicon layer in an etching state using a conventional etching apparatus.

제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파와 표면 활성화 에너지원을 이용한 건식 식각장치 단면도.3 is a cross-sectional view of a dry etching apparatus using a microwave and a surface activated energy source according to an embodiment of the present invention.

제4a도는 본 발명의 일실시예에 따른 식각장치를 이용하여 RF 전원이 걸린 상태에서 폴리실리콘층을 식각하는 상태를 나타내는 작용 상태도.Figure 4a is a functional state diagram showing a state of etching the polysilicon layer in a state where RF power is applied using the etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

제4b도는 본 발명의 일실시예에 따른 건식 식각장치를 이용하여 RF 전원이 걸리지 않은 상태에서 폴리 실리콘층을 식각하는 상태를 나타내는 작용 상태도.Figure 4b is a functional state diagram showing a state of etching the polysilicon layer in a state where RF power is not applied using a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1, 31 : 웨이퍼 2, 3, 32 : 전극1, 31: wafer 2, 3, 32: electrode

4 : 플라즈마 5, 47 : 펌핑 라인4: plasma 5, 47: pumping line

6, 33 : 챔버 7 : 이온 쉬스6, 33: chamber 7: ion sheath

8 : 접지 차폐막 9, 34 : 챔버벽8: ground shielding film 9, 34: chamber wall

10, 36 : 가스 주입구 11 : 전자석10, 36: gas injection hole 11: electromagnet

12, 41 : 챔버 냉각수 주입구 13, 42 : 챔버 냉각수 출구12, 41: chamber coolant inlet 13, 42: chamber coolant outlet

14, 15 : RF 공급원 15, 46 : 블럭킹 캐패시터14, 15: RF source 15, 46: blocking capacitor

16, 43 : 전극 냉각수 주입구 17, 44 : 전극 냉각수 출구16, 43: electrode coolant inlet 17, 44: electrode coolant outlet

21, 51 : 실리콘 기판 22, 52 : 게이트 산화막21, 51: silicon substrate 22, 52: gate oxide film

23, 53' : 폴리실리콘 패턴 24, 54 : 마스크 패턴23, 53 ': polysilicon pattern 24, 54: mask pattern

25, 55 : 이온 35 : 표면 활성화 에너지원25, 55: ion 35: surface activated energy source

37 : 플라즈마 튜브 38 : 웨이브 가이드37: plasma tube 38: wave guide

39 : 석영 40 : 조사 장치39: quartz 40: irradiation device

53 : 폴리실리콘층 56 : 래디컬53 polysilicon layer 56 radical

본 발명은 반도체 제조 공정중 식각공정에 관한 것으로, 특히 표면 활성화 에너지원과 마이크로파를 이용한 건식 식각장치 및 식각방법에 관한 것이다.The present invention relates to an etching process in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a dry etching apparatus and an etching method using a surface active energy source and microwave.

반도체 제조 공정에 있어서 식각공정은 없어서는 안될 필수적인 공정이다. 종래의 식각공정은 습식 식각공정 기술을 주로 사용하였으나 점차 소자가 고집적화 됨에 따라 최근에는 CD(CRITICAL DIMENSION) 손실이 적은 건식 식각공정 기술을 사용하게 되었다. 건식 식각공정은 다른 방식의 식각공정과 비교하여 고해상도의 제공 및 언더컷(UNDER CUT)이 없는 등의 이점이 있으며, 특히 반도체 제조공정의 완전 자동화를 가능하게 해주는 장점이 있다.The etching process is an essential process in the semiconductor manufacturing process. Conventional etching process mainly used a wet etching process technology, but as the device is increasingly integrated, recently, a dry etching process technology with less CD (CRITICAL DIMENSION) loss is used. Dry etching process has advantages such as providing high resolution and no undercut (UNDER CUT) compared to other types of etching process, in particular, has the advantage of enabling complete automation of the semiconductor manufacturing process.

플라즈마는 같은 수의 양이온 및 음이온과 자유 래디컬(FREE RADICAL)을 포함하고 있는 고 이온화된 가스 상태의 물질이다. 여기서 이온은 기본적으로 물리적 식각을 하며, 래디컬은 화학적 식각을 한다. 또한, 래디컬은 화학적으로는 활성화 되어 있고, 전기적으로는 중성인 원자 또는 분자를 말하며 식각될 물질과 결합하여 휘발성이 있는 화합물을 생성하여 식각을 진행한다. 보통 플라즈마 식각장치는 플라즈마 생성장치와 반응실, 배기장치 등으로 구성되어 있으며, 이 식각장치에 필요한 기본 조건으로 높은 식각 속도와 비등방성 식각, 이온 또는 전자 충돌에 의한 실리콘 기판의 손상이 적을 것 등을 들 수 있다. 보통 이온 식각의 경우, 플라즈마에서 생성되는 이온은 전기장에 의해 가속되어 실리콘 기판의 노출된 표면에 출동하게 되고, 이 이온의 운동 에너지에 의해 식각이 이루어진다. 그리고, 전기장은 보통 외부의 전기장 공급원에 의해 걸리게 된다.Plasma is a highly ionized gaseous material containing the same number of cations and anions and free radicals. Ions are basically physically etched and radicals are chemically etched. In addition, radicals refer to atoms or molecules that are chemically activated and electrically neutral, and combine with a material to be etched to generate a volatile compound to perform etching. Plasma etching equipment is usually composed of plasma generating equipment, reaction chamber and exhaust system, and the basic conditions necessary for this etching equipment are high etching rate, anisotropic etching, less damage of silicon substrate by ion or electron collision, etc. Can be mentioned. In the case of normal ion etching, the ions generated in the plasma are accelerated by the electric field and are driven to the exposed surface of the silicon substrate, which is etched by the kinetic energy of this ion. And, the electric field is usually caught by an external electric field source.

이온의 운동방향은 전기장에 의해 조절되며, 그 결과 가스 압력에 관계없이 비등방성 식각을 할 수 있다. 덧붙여서 높은 식각 속도는 고 가속 포텐셜(POTENTIAL)과 높은 가스 압력으로 얻을 수 있다. 그러나, 상대적으로 높은 에너지는 식각이 진행되는 동안에 실리콘 기판에 손상을 주게 된다. 반면에 자유 래디컬에 의한 플라즈마 식각은 스퍼터링(SPUTTERING)에 의한 손상 문제는 없으나, 불행히도 래디컬이 전기적으로 대전되지 않았기 때문에 래디컬이 실리콘 기판에 충돌하는 방향을 전기장으로 조절할 수 없다. 또한 자유 래디컬이 임의적으로 불규칙 운동을 하고, 실리콘 기판과 직각으로 충돌하지 않기 때문에 높은 가스 압력을 사용하는 화학적 식각 방법은 비등방성 식각을 하기에는 적합하지 않다.The direction of motion of the ions is controlled by the electric field, resulting in anisotropic etching regardless of the gas pressure. In addition, high etch rates can be achieved with high acceleration potentials and high gas pressures. However, the relatively high energy damages the silicon substrate during the etching process. On the other hand, plasma etching by free radicals does not cause damage by sputtering, but unfortunately, since the radicals are not electrically charged, the direction in which the radicals collide with the silicon substrate cannot be controlled by an electric field. In addition, chemical etching using high gas pressure is not suitable for anisotropic etching since free radicals randomly move randomly and do not collide perpendicularly with the silicon substrate.

종래의 식각장치를 살펴보면 RIE(REACTIVE ION ETCHING) 방식, MERIE (MAGNETRON ENHANCED REACTIVE ION ETCHING) 방식, ECR(ELECT RON CYCROTRON RESONANCE) 방식 등이 있다. 여기서, RIE 방식은 식각 가스를 웨이퍼가 존재하는 고진공 상태의 챔버에 주입한 후 웨이퍼가 놓여 있는 전극에 RF(RADIO FRQUENCY) 전원을 인가하여 형성된 플라즈마로 식각을 진행하는 방식이다.The conventional etching apparatus includes a RIE (REACTIVE ION ETCHING) method, a MERIE (MAGNETRON ENHANCED REACTIVE ION ETCHING) method, an ECR (ELECT RON CYCROTRON RESONANCE) method, and the like. Here, the RIE method is a method of injecting the etching gas into the chamber of a high vacuum state in which the wafer is present, and then etching the plasma by applying RF (RADIO FRQUENCY) power to the electrode on which the wafer is placed.

그러나, 일정 수준 이상의 식각기를 형성시키기 위하여 일정 수준 이상의 RF 전원이 요구되고, 이때 인가되는 RF 전원으로 인해, 위에서 설명한 바와 같이 실리콘 기판에 손상을 주는 문제가 존재한다.However, a certain level of RF power is required to form a certain level or more of the etcher, and due to the RF power applied there is a problem that damages the silicon substrate as described above.

이하, 첨부된 도면 제1도 및 제2도를 통하여 종래의 건식 식각장치를 설명한다.Hereinafter, a conventional dry etching apparatus will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

제1도는 MERIE 식각장치의 단면도이고, 제2도는 제1도의 식각장치를 이용하여 식각할때의 식각 상태도를 나타내는 것이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a MERIE etching apparatus, and FIG. 2 shows an etching state diagram when etching using the etching apparatus of FIG.

도면 제1도에 도시된 바와 같이 종래의 MERIE 방식을 이용하여 제작된 식각장치는 식각 가스를 웨이퍼(1)가 있는 고진공 상태의 챔버(6)에 주입후 웨이퍼(1)가 놓여 있는 전극(2)에 수백 W(watt)수준의 RF전원을 인가하여 챔버(6)내에 플라즈마(4)를 형성하여 식각종(ETCHING SPECIES)을 형성하고, 또한 전자석(11)을 이용한 자계를 형성하여 챔버(6)내 플라즈마(4)에서 식각 가스의 충돌을 유발시켜 플라즈마(4)밀도를 증가시킴으로서 궁극적으로 반응할 수 있는 식각종을 더 많이 형성하여 높은 식각 속도를 얻을 수 있는 방식이다. 이 장치는 챔버(6) 내부에 2개의 전극(2,3)이 있고, 챔버(6)안은 고 진공 상태를 유지할 수 있도록 펌핑 장치(도시되지 않음)에 의해 펌핑 라인(5)을 통하여 펌핑된다. 챔버벽(9)에는 냉각수를 흘려 챔버(6)가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 챔버 냉각수 주입구(12)와 챔버 냉각수 출구(13)가 존재하고 플라즈마(4)를 형성하도록 수백 W(watt)수준의 RF 전원을 공급하는 RF공급원(14)이 블럭킹 캐패시터(15)를 통해 웨이퍼(1)가 놓이는 전극(2)에 연결되어 있으며, 웨이퍼(1)를 일정 온도로 조절하기 위해 전극 냉각수 주입구(16)와 출구(17)를 통해서 냉각수가 흐르도록 되어 있다. 그리고 접지 차폐막(8)은 플라즈마(4)를 안정시키기 위하여 플라즈마(4)와 전극(2)을 차폐시키도록 되어 있으며, 웨이퍼(1)가 놓이는 전극(2)과 챔버벽(9)은 전기적으로 절연되도록 접지되어 있다. 즉, 웨이퍼(1)가 전극(2) 위에 놓이게 되면, 가스가 가스 주입구(10)를 통해 위쪽 전극(3)에서 챔버(6) 내부로 분사되고, 이때 웨이퍼(1)가 놓여 있는 전극(2)에 13.56MHz의 RF 전원이 수백 W(watt)정도로 걸리게 되고, 또한 챔버(6) 외부의 전자석(11)에 의해 자기장이 걸리게 되면, 챔버(6) 내부에서 플라즈마(4)가 생성된다. 이 플라즈마(4)는 이온 쉬스(7)안에서 형성된 전기장에 의해 가속되어 웨이퍼(1) 표면에 충돌하게 되므로 비등방성 식각은 가능하지만 이온 스퍼터링(SPUTTERING)에 의한 실리콘 기판 손상 문제는 여전히 존재한다.As shown in FIG. 1, an etching apparatus manufactured by using a conventional MERIE method includes an etching gas injected into a chamber 6 in a high vacuum state in which a wafer 1 is placed, and then an electrode 2 on which the wafer 1 is placed. ) By applying RF power of several hundred W (watt) level to form plasma 4 in chamber 6 to form etching species, and to form magnetic field using electromagnet 11 to form chamber 6 By increasing the density of the plasma (4) by causing the collision of the etching gas in the plasma (4) within the method to form more etch species that can eventually react to obtain a high etching rate. The apparatus has two electrodes 2, 3 inside the chamber 6, and is pumped through the pumping line 5 by a pumping device (not shown) to maintain a high vacuum in the chamber 6. . The chamber wall (9) has a chamber coolant inlet (12) and a chamber coolant outlet (13) for cooling the flow of the coolant so that the chamber (6) can be maintained at a constant temperature. An RF source 14 for supplying RF power is connected to the electrode 2 on which the wafer 1 is placed through the blocking capacitor 15, and the electrode coolant inlet 16 for adjusting the wafer 1 to a predetermined temperature. Cooling water flows through the outlet 17. The ground shield 8 shields the plasma 4 and the electrode 2 to stabilize the plasma 4, and the electrode 2 and the chamber wall 9 on which the wafer 1 is placed are electrically Grounded to insulate. That is, when the wafer 1 is placed on the electrode 2, gas is injected from the upper electrode 3 into the chamber 6 through the gas injection hole 10, and at this time, the electrode 2 on which the wafer 1 is placed The RF power of 13.56 MHz is applied to several hundred watts (watts), and when the magnetic field is applied by the electromagnet 11 outside the chamber 6, the plasma 4 is generated inside the chamber 6. Since the plasma 4 is accelerated by the electric field formed in the ion sheath 7 and collides with the surface of the wafer 1, anisotropic etching is possible, but there is still a problem of damage to the silicon substrate due to ion sputtering.

제2도는 실리콘 기판(21)상에 게이트 산화막(22)과 폴리실리콘층(23)을 차례로 증착한 후 마스크 패턴(24)을 형성한 다음, 제1도와 같은 종래의 식각장치(MERIE)로 식각 했을때의 상태를 나타낸 단면도로서, 식각 완료 후 이온(25)에 의해 하부 산화막(22)이 약간 손상되었음을 알 수 있다.FIG. 2 sequentially deposits the gate oxide layer 22 and the polysilicon layer 23 on the silicon substrate 21, forms the mask pattern 24, and then etches the same with the conventional etching apparatus MERIE as shown in FIG. When the etching is completed, the lower oxide film 22 is slightly damaged by the ions 25 after the etching is completed.

결국 상기 종래의 MERIE 방식의 식각장치는 기존의 RIE 방식에서 자기장(MAGNETIC FIELD)을 이용하여 플라즈마를 형성하는 방식으로서, 저 압력에서 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.As a result, the conventional MERIE etching apparatus is a method of forming a plasma by using a magnetic field in the conventional RIE method, and can obtain a high plasma density at low pressure.

그러나, 상기 설명과 같은 종래의 건식 식각장치(RIE 및 MERIE)는 일정 수준 이상의 식각종(ETCHING SPECIES)을 형성하기 위하여 일정 수준 이상의 RF전원이 요구됨으로서 하부 산화막의 손상 및 손실이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 실리콘 기판의 손상을 줄이기 위하여 고안된 마이크로파를 이용한 식각장치에서는 높은 압력으로 마이크로파를 이용하여 래디컬을 생성시키고, 이 래디컬에 의해 식각이 진행되는데 등방성 식각이 이루어지는 단점이 있었다.However, the conventional dry etching apparatus (RIE and MERIE) as described above has a problem that damage and loss of the lower oxide film occurs because a certain level or more RF power is required to form more than a certain level of etching species. . In addition, in the etching apparatus using microwaves designed to reduce damage to the silicon substrate, radicals are generated by using microwaves at high pressure, and the etching is performed by the radicals.

따라서 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 식각을 진행할 웨이퍼 위에 UV, LASER, X-RAY등의 표면 활성화 에너지원을 선택적으로 조사하여 식각이 되는 필름의 표면 부위만 활성화시켜, 이 부위에서만 래디컬과 반응이 일어나도록 하여 비등방성 식각이 이루어지도록 하며, 폴리실리콘층 하부의 산화막에 가해지는 손상을 최소화하는 건식 식각장치 및 식각방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention devised to solve the above problems, by selectively irradiating the surface activation energy sources such as UV, LASER, X-RAY on the wafer to be etched to activate only the surface portion of the film to be etched, only in this region It is an object of the present invention to provide a dry etching apparatus and an etching method for causing anisotropic etching to be reacted with radicals and minimizing damage to an oxide layer under the polysilicon layer.

상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 건식 식각장치는 마이크로파 발생 장치에 의해 활성화된 가스를 웨이퍼가 놓여 있는 반응챔버로 유입시키는 플라즈마 튜브; 상기 활성화된 가스가 들어와 RF전원이 인가되는 전극 위에 놓여 있는 웨이퍼와 반응을 일으키는 반응 챔버; 및 상기 챔버 상단부에, 상기 웨이퍼에 수직으로 표면 활성화 에너지원을 조사시켜 상기 웨이퍼 표면을 활성화시킴으로서, 상기 플라즈마 튜브를 통하여 상기 챔버내로 유입되는 래디컬과 반응을 일으키도록 도와주는 표면 활성화 에너지원 조사장치를 포함하여 이루워지는 것을 특징으로 한다.Dry etching apparatus of the present invention devised to achieve the above object comprises a plasma tube for introducing the gas activated by the microwave generator into the reaction chamber on which the wafer; A reaction chamber in which the activated gas enters and reacts with a wafer placed on an electrode to which RF power is applied; And irradiating a surface activation energy source vertically to the wafer at the upper end of the chamber to activate the surface of the wafer, thereby providing a surface activated energy source irradiation device which helps to react with radicals introduced into the chamber through the plasma tube. It is characterized by including the.

또한, 본 발명의 건식 식각방법은 웨이퍼가 챔버 안으로 들어오게 되면, 상기 웨이퍼가 놓인 전극에 RF전원을 걸어 플라즈마를 발생시켜, 이 플라즈마를 구성하고 있는 이온과 래디컬을 이용하여 식각 대상층을 식각하되 소정의 두께만을 식각하는 제1단계와, 상기 웨이퍼가 놓인 전극에 상기 RF 전원이 걸리지 않게 하고, 플라즈마 튜브를 통하여 상기 챔버로 들어오는 래디컬만 챔버 내에 존재하게 하며, 동시에 챔버 상부의 조사 장치로부터 웨이퍼 표면 위로 표면 활성화 에너지를 조사하여 상기 식각 대상층이 상기 래디컬과 반응하여 식각이 되도록 하는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the dry etching method of the present invention, when the wafer enters the chamber, RF power is applied to the electrode on which the wafer is placed to generate a plasma, and the etching target layer is etched using ions and radicals constituting the plasma. A first step of etching only the thickness of the wafer, preventing the RF power from being applied to the electrode on which the wafer is placed, allowing only radicals entering the chamber through the plasma tube to be present in the chamber, and simultaneously from above the wafer surface to the And a second step of irradiating surface activation energy so that the etching target layer reacts with the radical to be etched.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

먼저, 제3도를 보면, 본 발명에 의해 고안된 마이크로파와 표면 활성화 에너지원(UV, LASER, X-RAY 등)을 이용한 건식 식각장치는 크게 마이크로파 발생 장치(도시되지 않음)에 의해 가스가 활성화되는 플라즈마 튜브(37)와, 이 가스가 들어와 웨이퍼(31)와 반응을 일으키는 반응 챔버(33) 그리고 식각시 웨이퍼(31)에 표면 활성화 에너지원(UV, LASER, X-RAY 등)을 조사시켜 식각을 도와주는 조사 장치(40)로 구성되어 있다.First, referring to FIG. 3, a dry etching apparatus using microwaves and surface activated energy sources (UV, LASER, X-RAY, etc.) devised by the present invention is largely activated by a gas generator (not shown). Surface activation energy sources (UV, LASER, X-RAY, etc.) are irradiated onto the plasma tube 37, the reaction chamber 33 that enters the gas to react with the wafer 31, and the wafer 31 during etching. Consists of the irradiation device 40 to help.

챔버(33)의 좌, 상단부에는 가스가 유입되는 가스 유입구(36)가 존재하고, 마이크로파 발생 장치(도시되지 않음)로부터 발생되는 마이크로파는 웨이브가이드(38)를 통하여 플라즈마 튜브(37)로 전달하도록 되어 있으며, 가스 유입구(36)에서 유입되는 가스는 마이크로파를 받아 활성화된 가스를 형성하고, 이 활성화된 가스를 유출하는 플라즈마 튜브(37)가 형성되어 있다. 이때, 플라즈마 튜브(37)는 마이크로파의 전달 및 오염 물질의 유입을 방지하기 위해 석영으로 형성되어 있다. 챔버(33) 상단부에는 챔버(33) 내의 웨이퍼(31)에 수직으로 표면 활성화 에너지원(35)을 조사시켜 웨이퍼(31) 표면을 활성화시킴으로서, 플라즈마 튜브(37)를 통하여 챔버(33) 내로 유입되는 래디컬과 반응을 일으키도록 도와주는 조사 장치(40)가 형성되어 있으며, 조사 장치와 챔버(33) 사이에는 표면 활성화 에너지원(35)이 투과할 수 있도록 석영판(39)이 형성되어 있다.At the left and upper ends of the chamber 33, there is a gas inlet 36 through which gas is introduced, and microwaves generated from a microwave generator (not shown) are transmitted to the plasma tube 37 through the waveguide 38. The gas flowing from the gas inlet 36 receives microwaves to form an activated gas, and a plasma tube 37 for flowing out the activated gas is formed. At this time, the plasma tube 37 is formed of quartz to prevent the transmission of microwaves and the influx of contaminants. The upper end of the chamber 33 is irradiated into the chamber 33 through the plasma tube 37 by activating the surface of the wafer 31 by irradiating the surface activation energy source 35 perpendicular to the wafer 31 in the chamber 33. An irradiation apparatus 40 is formed to help cause a reaction with radicals, and a quartz plate 39 is formed between the irradiation apparatus and the chamber 33 so that the surface activated energy source 35 can pass therethrough.

챔버(33) 내에는 웨이퍼(31)를 올려놓을 수 있는 전극(32)이 형성되어 있으며, 플라즈마 튜브(37)에서 마이크로파에 의해 활성화된 래디컬이 챔버(33) 내부로 유입됨과 동시에 챔버(33)위의 조사 장치(40)로부터 발생된 표면 활성화 에너지원(35)이 웨이퍼(31) 표면 위로 조사되면 전극(32)위의 웨이퍼(31)와 반응하게 된다. 또한 챔버벽(34)에는 종래의 식각장치와 같이 챔버 냉각수 주입구(41)와 출구(42)가 형성되어 챔버의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하였다. 그리고, 전극(32)에는 웨이퍼(31)를 일정 온도로 조절하기 위하여 냉각수 주입구(43)와 출구(44)를 통해서 냉각수가 흐르도록 되어 있으며, 웨이퍼(31) 표면 위에 자연 산화막(도시되지 않음)의 식각 및 비등방성 식각에 도움이 되도록 1 내지 100W(watt)의 RF 전원을 공급하는 RF 공급원(45)이 블럭킹 캐패시터(46)를 통해 웨이퍼(31)가 놓이는 전극(32)에 연결하였다. 또한, 펌핑장치(도시되지 않음)는 종래의 식각장치와 같이 챔버(33)내를 고진공 상태를 유지하도록 펌핑 라인(47)을 통하여 펌핑하도록 되어 있다.In the chamber 33, an electrode 32 on which the wafer 31 can be placed is formed, and radicals activated by microwaves from the plasma tube 37 flow into the chamber 33 and at the same time the chamber 33 When the surface activation energy source 35 generated from the irradiation device 40 is irradiated onto the wafer 31 surface, the surface activation energy source 35 reacts with the wafer 31 on the electrode 32. In addition, the chamber wall 34 has a chamber cooling water inlet 41 and an outlet 42 formed in the same manner as a conventional etching apparatus to maintain a constant temperature of the chamber. In addition, the coolant flows through the coolant inlet 43 and the outlet 44 in order to adjust the wafer 31 to a predetermined temperature in the electrode 32, and a natural oxide film (not shown) is formed on the surface of the wafer 31. An RF source 45 for supplying 1 to 100 W (watts) of RF power was connected via the blocking capacitor 46 to the electrode 32 on which the wafer 31 is placed to assist in the etching and anisotropic etching of the etch. In addition, the pumping device (not shown) is configured to pump through the pumping line 47 to maintain a high vacuum in the chamber 33 as in the conventional etching apparatus.

이어서, 상기 본 발명의 일실시예에 따른 식각장치를 사용한 식각방법을 상기 제3도를 참조하여 살펴본다.Subsequently, an etching method using an etching apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

즉, 웨이퍼(31)가 챔버(33)안으로 이동되어 전극(32)위에 놓이게 되면, 가스 주입구(36)를 통해 가스가 들어와 플라즈마 튜브(37)에서 마이크로파에 의해 활성화 되어 래디컬이 생성되고 이 래디컬이 챔버(33) 내부로 들어오게 된다. 이때, 1단계로 웨이퍼가 놓여있는 전극(31)에 13.56MHz의 RF 전원이 1 내지 100W(watt)로 걸리게 되면 챔버(33) 내부에서 플라즈마가 발생하여 웨이퍼(31)를 식각하되, 웨이퍼(31)표면의 산화막과 웨이퍼 표면 필름 두께의 10 내지 50%까지 식각을 한다. 다음, 2단계로 웨이퍼(31)가 놓여 있는 전극(32)에 걸리는 RF가 꺼지고 챔버(33) 상단부의 조사 장치(40)로부터 표면 활성화 에너지원(35)이 웨이퍼(31)위로 조사되면 1단계 식각시 식각이 이루어진 표면이 활성화 되어 래디컬과 반응하게 되어 식각이 진행된다.That is, when the wafer 31 is moved into the chamber 33 and placed on the electrode 32, gas enters through the gas inlet 36 and is activated by microwaves in the plasma tube 37 to generate radicals. It enters into the chamber 33. At this time, when the 13.31 MHz RF power is applied to 1 to 100W (watt) to the electrode 31 on which the wafer is placed in one step, plasma is generated in the chamber 33 to etch the wafer 31, but the wafer 31 Etching is performed to 10 to 50% of the thickness of the surface oxide film and the wafer surface film. Next, when the RF applied to the electrode 32 on which the wafer 31 is placed is turned off in two steps and the surface activated energy source 35 is irradiated onto the wafer 31 from the irradiation device 40 at the upper end of the chamber 33, the first step is performed. During etching, the etched surface is activated and reacts with radicals, so etching proceeds.

제4a도 및 제4b도는 실리콘 기판상에 게이트 산화막과 폴리실리콘층을 차례로 증착한 후 마스크 패턴을 형성한 다음, 제3도의 본 발명의 식각장치로 식각을 한 상태를 나타낸 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a state in which a gate pattern and a polysilicon layer are sequentially deposited on a silicon substrate, a mask pattern is formed, and then etched by the etching apparatus of FIG.

먼저, 제4a도는 실리콘 기판(51)상에 게이트 산화막(52)과 게이트 전극인 폴리실리콘층(53)을 형성하여 마스크 패턴(54)까지 완료된 웨이퍼를 1단계로 폴리실리콘층(53)의 자연 산화막(도시되지 않음)과 폴리실리콘층(53) 증착 두께의 10내지 50%까지 식각한 상태를 나타내는 단면도이다. 이때, 식각방법은 제3도의 설명과 같이 웨이퍼가 챔버 안으로 들어오게 되면, 동시에 웨이퍼가 놓인 전극에 1 내지 100W(w att)의 RF전극을 걸어 플라즈마를 발생시켜, 이 플라즈마를 구성하고 있는 이온(55)과 래디컬(56)로 식각을 진행하되, 폴리실리콘층(53) 증착 두께의 10 내지 50%만 식각한다.First, FIG. 4A shows that the gate silicon film 52 and the polysilicon layer 53 serving as the gate electrode are formed on the silicon substrate 51 so that the wafer having completed the mask pattern 54 is completed in one step. It is sectional drawing which shows the state which etched to 10 to 50% of the deposition thickness of the oxide film (not shown) and the polysilicon layer 53. FIG. At this time, in the etching method, when the wafer enters the chamber as described in FIG. 3, at the same time, a plasma is generated by applying an RF electrode of 1 to 100 W (w att) to the electrode on which the wafer is placed to generate the plasma. 55) and radical 56, but only 10 to 50% of the thickness of the polysilicon layer 53 is etched.

제4b도는 제4a도의 공정을 진행한 후 2단계로 웨이퍼가 놓인 전극에 RF 전원이 걸리지 않게 하고, 플라즈마 튜브를 통하여 챔버로 들어오는 래디컬(56)만 챔버 내에 존재하게 되며, 동시에 챔버 상부의 조사 장치로부터 웨이퍼 표면 위로 활성화 에너지원(57)을 조사한다. 따라서, 이 표면 활성화 에너지원(57)에 의해 식각이 되는 표면만 활성화 되어 래디컬(56)과 반응하여 식각이 되며, 폴리실리콘 패턴(53') 측벽부는 표면 활성화 에너지원(57)이 조사되지 않기 때문에 활성화가 되지 않으므로 래디컬(56)과 반응하지 않는다.FIG. 4b shows that the RF power is not applied to the electrode on which the wafer is placed in the second step after the process of FIG. 4a, and only radicals 56 entering the chamber through the plasma tube are present in the chamber, and at the same time, the irradiation apparatus at the top of the chamber Irradiates the activation energy source 57 onto the wafer surface. Accordingly, only the surface to be etched by the surface activation energy source 57 is activated to be etched in response to the radical 56, and the sidewall portion of the polysilicon pattern 53 'is not irradiated with the surface activation energy source 57. It is not activated because it does not react with the radical 56.

상기 설명한 바와 같이 본 발명의 식각장치를 이용한 식각방법은 1단계로 래디컬과 RF 전원을 사용하여 식각 대상층 두께의 10 내지 50%정도 식각을 하고, 2단계로 래디컬과 UV, LASER, X-RAY등의 표면 활성화 에너지원을 이용하여 식각할때 하부 구조와의 선택비가 높은 비등방성 식각을 이룰 수 있기 때문에 식각 공정후 발생할 수 있는 실리콘 기판의 손상을 최소로 줄이며, 반도체 장치의 수율 향상에 기여하는 효과가 크다.As described above, the etching method using the etching apparatus of the present invention uses a radical and RF power in one step to etch about 10 to 50% of the thickness of the layer to be etched, and in two steps, such as radical, UV, LASER, X-RAY, etc. Anisotropic etching with high selectivity with the underlying structure can be achieved when etching using the surface activated energy source of, minimizing damage to the silicon substrate that can occur after the etching process and contributing to improving the yield of semiconductor devices. Is large.

Claims (11)

마이크로파 발생 장치에 의해 활성화된 가스를 웨이퍼가 놓여 있는 반응챔버로 유입시키는 플라즈마 튜브; 상기 활성화된 가스가 들어와 RF 전원이 인가되는 전극 위에 놓여 있는 웨이퍼와 반응을 일으키는 반응챔버; 및 상기 챔버 상단부에, 상기 웨이퍼에 수직으로 표면 활성화 에너지원을 조사시켜 상기 웨이퍼 표면을 활성화시킴으로써, 상기 플라즈마 튜브를 통하여 상기 챔버 내로 유입되는 래디컬과 반응을 일으키도록 도와주는 표면 활성화 에너지원 조사 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.A plasma tube for introducing the gas activated by the microwave generator into the reaction chamber in which the wafer is placed; A reaction chamber in which the activated gas enters and reacts with a wafer placed on an electrode to which RF power is applied; And irradiating a surface activated energy source perpendicular to the wafer to an upper end of the chamber to activate the surface of the wafer, thereby providing a surface activated energy source irradiating device to help react with radicals introduced into the chamber through the plasma tube. Dry etching apparatus comprising a. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 튜브는 마이크로파 발생장치로부터 발생되는 마이크로파를 웨이브가이드에 의해 안내받아 가스 유입구에 유입되는 가스를 플라즈마로 형성하여 상기 챔버 내로 상기 활성화된 가스를 유입시키는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The method of claim 1, wherein the plasma tube is guided by a wave guide from the microwave generator to form a gas flowing into the gas inlet into the plasma to introduce the activated gas into the chamber. Etching device. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 튜브는 마이크로파의 전달 및 오염 물질의 유입을 방지하기 위해 석영으로 형성된 것을 특징으로로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus according to claim 1 or 2, wherein the plasma tube is formed of quartz to prevent microwaves from being transmitted and influx of contaminants. 제1항에 있어서, 상기 조사 장치와 상기 챔버 사이에는 상기 표면 활성화 에너지원이 투과할 수 있도록 형성된 석영판을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus according to claim 1, further comprising a quartz plate formed between the irradiation device and the chamber to allow the surface activated energy source to pass therethrough. 제1항에 있어서, 상기 챔버를 이루고 있는 챔버벽에 상기 챔버를 냉각시켜 챔버의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 냉각수 주입구와 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus of claim 1, further comprising a coolant inlet and an outlet configured to cool the chamber to maintain a constant temperature of the chamber on the chamber wall constituting the chamber. 제1항에 있어서, 상기 챔버 내부를 고진공 상태를 유지하도록 하는 펌핑 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus of claim 1, further comprising a pumping line to maintain a high vacuum in the chamber. 제1항에 있어서, 상기 표면 활성화 에너지원은 자외선, 레이저 및 X-선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus of claim 1, wherein the surface activated energy source is any one of ultraviolet rays, lasers, and X-rays. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼가 놓이는 상기 전극에 걸리는 RF 전원은 1 내지 100W인 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the RF power applied to the electrode on which the wafer is placed is 1 to 100W. 제1항에 있어서, 상기 전극에 상기 웨이퍼를 일정 온도로 조절하기 위한 냉각수가 흐를 수 있도록 형성된 냉각수 주입구와 출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.The dry etching apparatus of claim 1, further comprising a coolant inlet and an outlet formed at the electrode to allow a coolant to flow the wafer to a predetermined temperature. 웨이퍼가 챔버 안으로 들어오게 되면, 상기 웨이퍼가 놓인 전극에 RF 전원을 걸어 플라즈마를 발생시켜, 이 플라즈마를 구성하고 있는 이온과 래디컬을 이용하여 식각 대상층을 식각하되 소정의 두께만을 식각하는 제1단계와, 상기 웨이퍼가 놓인 전극에 상기 RF 전원이 걸리지 않게 하고, 플라즈마 튜브를 통하여 상기 챔버로 들어오는 래디컬만 챔버 내에 존재하게 하며, 동시에 챔버 상부의 조사 장치로부터 웨이퍼 표면 위로 표면 활성화 에너지를 조사하여 상기 식각 대상층이 상기 래디컬과 반응하여 식각이 되도록 하는 제2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건식 식각장치.When the wafer enters the chamber, RF power is applied to the electrode on which the wafer is placed to generate a plasma, and the etching target layer is etched using ions and radicals constituting the plasma, but only a predetermined thickness is etched. And preventing the RF power from being applied to the electrode on which the wafer is placed, allowing only the radicals entering the chamber through the plasma tube to be present in the chamber, and simultaneously irradiating surface activation energy onto the wafer surface from the irradiation device above the chamber. Dry etching apparatus characterized in that it comprises a second step to be etched by reacting with the radical. 제10항에 있어서, 상기 제1단계에서 식각할 두께의 10내지 50%를 식각하는 것을 특징으로 하는 건식 식각방법.The dry etching method of claim 10, wherein 10 to 50% of the thickness to be etched is etched in the first step.
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