KR100266668B1 - Plasma etching apparatus for semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 배선 증착전에 성장된 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 제거하는 반도체 플라즈마 에칭장치에 관한 것으로, 특히 마그네틱 인핸스트 리액션 이온 에칭(ME-RIE : Magnetic Enhanced Reaction Ion Eching)방식에서 웨이퍼의 배면을 냉각시키기 위하여 공급되는 헬륨가스(He gas)를 재활용하는데 적합한 반도체 플라즈마 에칭장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor plasma etching apparatus for removing a native oxide film on the surface of a wafer grown before metal wiring deposition. In particular, the back surface of the wafer is cooled by a magnetic enhanced reaction ion etching (ME-RIE) method. It relates to a semiconductor plasma etching apparatus suitable for recycling the helium gas (He gas) supplied to make.
일반적으로 마그네틱 인핸스트 리액션 이온 에칭방식에서는 에칭시 웨이퍼를 헬륨가스로 냉각시키게 되는데, 이 때에 헬륨가스는 통상 압력 콘트롤 방식에 따라 공급되고 있다.In general, in the magnetic enhanced reaction ion etching method, the wafer is cooled with helium gas during etching. At this time, helium gas is generally supplied according to a pressure control method.
도 1은 종래 압력 콘트롤 방식이 적용된 반도체 플라즈마 에칭장치를 개략적으로 보인 배관도로서 이에 도시된 바와 같이, 종래에는 공정챔버(1)의 일측에 헬륨가스 공급라인(2)이 연결 설치되어 있고, 그 헬륨가스 공급라인(2)과는 별도로 공정중의 부산물 등을 배출시키기 위한 부산물 배기라인(3)이 연결 설치되어 있으며, 그 배기라인(3)의 일단에는 흡입펌프(4)가 연결 설치되어 있다.1 is a schematic diagram of a semiconductor plasma etching apparatus to which a pressure control method is applied. As shown in the drawing, a helium gas supply line 2 is connected to one side of a process chamber 1. Apart from the gas supply line 2, a by-product exhaust line 3 for discharging the by-products in the process and the like is connected, and an intake pump 4 is connected to one end of the exhaust line 3.
상기 헬륨가스 공급라인(2)에는 그 일단에 소정량의 헬륨가스가 채워져 있는 헬륨보틀(미도시)이 연결되고, 그 헬륨보틀(미도시)과 공정챔버(1)의 사이에는 통상적인 매뉴얼 밸브(2a), 헬륨가스의 양을 조절하기 위한 매스 플로우 콘트롤러(MFC : Mass Flow Controller)(5), 노멀오픈(N/O : Nomal Open)인 제1 에어밸브(2b), 라인내의 압력을 감지하는 압력게이지(6), 공정챔버(1)의 바로 앞에 배치되어 공정진행시만 오픈되는 파이널밸브(final valve)(2c)가 차례대로 연결 설치되어 있다.The helium gas supply line 2 is connected to a helium bottle (not shown) filled with a predetermined amount of helium gas at one end thereof, and a conventional manual valve is provided between the helium bottle (not shown) and the process chamber 1. (2a), a mass flow controller (MFC) for adjusting the amount of helium gas (5), a first air valve (2b) that is normally open (N / O: normal open), and senses the pressure in the line The pressure gauge 6 and the final valve 2c which are arranged in front of the process chamber 1 and opened only at the time of the process are connected in order.
또한, 상기 헬륨가스 공급라인(2)과 부산물 배기라인(3)의 사이에는 헬륨가스 배기라인(7)이 연결 설치되어 있는데, 그 헬륨가스 배기라인(7)의 입구부는 헬륨가스 공급라인(2)의 압력게이지(6)와 파이널밸브(2c)의 사이에 연통되어 있다.In addition, a helium gas exhaust line 7 is connected between the helium gas supply line 2 and the by-product exhaust line 3, and the inlet of the helium gas exhaust line 7 is a helium gas supply line 2. Is communicated between the pressure gauge (6) and the final valve (2c).
도면중 미설명 부호인 7a는 니들밸브, 7b는 제2 에어밸브이다.In the figure, reference numeral 7a denotes a needle valve, and 7b denotes a second air valve.
상기와 같이 구성된 종래의 플라즈마 에칭장치에서는, 압력게이지(6)가 그 뒷단에 걸리는 압력을 읽어 헬륨가스 공급라인(2)을 통해 공정챔버(1)로 흘러 들어가는 가스의 유량을 감지하여 매스 플로우 콘트롤러(5)에 전달하게 되면, 그 신호를 받은 매스 플로우 콘트롤러(5)는 가스의 유량을 설정값에 맞게 조절하는 것이었다.In the conventional plasma etching apparatus configured as described above, the pressure gauge 6 reads the pressure applied to the rear end thereof, and detects the flow rate of the gas flowing into the process chamber 1 through the helium gas supply line 2, thereby mass flow controller. When delivered to (5), the mass flow controller 5 which received the signal adjusted the flow volume of gas according to a set value.
이때에, 상기 공정챔버(1)에서 공정이 진행되고 있는 경우에는 파이널밸브(2c)가 열리면서 공정챔버(1) 내부의 웨이퍼 배면까지 가스가 흘러들어 그 헬륨가스의 캐소오드(cathode)온도를 웨이퍼에 전달하게 되는데, 이러한 경우에 헬륨가스가 웨이퍼(미도시) 배면으로 극소량만이 공급되는 것을 제외하고는 거의 대부분이 헬륨가스 공급라인(2)에 잔존하게 되어 상기 압력게이지(6)에 설정된 압력, 즉 헬륨가스 고급라인(2)내의 적정압력을 유지하기 위하여는 공정챔버(1)로 유입되지 않는 가스를 헬륨가스 배기라인(7)을 통해 외부로 배출시키는 것이었다.At this time, when the process is in progress in the process chamber 1, the final valve 2c is opened and gas flows to the back surface of the wafer inside the process chamber 1, so that the cathode temperature of the helium gas is changed to the wafer. In this case, almost all of the helium gas remains in the helium gas supply line 2 except that only a very small amount of helium gas is supplied to the rear surface of the wafer (not shown). That is, in order to maintain a proper pressure in the helium gas advanced line (2) was to discharge the gas that does not flow into the process chamber (1) through the helium gas exhaust line (7).
반면, 상기 공정챔버(1)가 이상(idle)상태를 유지하는 경우에는 파이널밸브(2c)가 닫혀있음에도 불구하고 헬륨가스 공급라인(2)내에는 여전히 헬륨가스가 지속적으로 공급되고 있으므로, 상기 압력게이지(6)의 설정압 이상의 헬륨가스는 전술한 바와 같이 헬륨가스 배기라인(7)을 통해 외부로 배출시켜야 한다.On the other hand, when the process chamber 1 maintains an idle state, the helium gas is still supplied in the helium gas supply line 2 even though the final valve 2c is closed. Helium gas above the set pressure of the gauge 6 should be discharged to the outside through the helium gas exhaust line (7) as described above.
그러나, 상기와 같이 공정진행시 또는 이상상태에서도 헬륨가스가 지속적으로 헬륨가스 공급라인(2)으로 공급되는 종래의 플라즈마 에칭장치에서는, 실제로 공정챔버(1)의 내부로 유입되는 헬륨가스의 양은 경우에 따라 극소량 또는 파이널밸브(2c)에 의해 완전 차단되므로, 상기 헬륨가스 공급라인(2)의 설정압을 유지하기 위하여는 설정압 이상의 헬륨가스를 외부로 배출시키게 되어 고가의 헬륨가스가 불필요하게 낭비되는 문제점이 있었다.However, in the conventional plasma etching apparatus in which helium gas is continuously supplied to the helium gas supply line 2 in the process progress or in an abnormal state as described above, the amount of helium gas actually introduced into the process chamber 1 is In order to maintain the set pressure of the helium gas supply line 2, since helium gas is completely blocked by the final valve or the final valve 2c, the helium gas of the set pressure higher than the set pressure is discharged to the outside so that expensive helium gas is unnecessary. There was a problem.
또한, 상기 헬륨가스 배기라인(7)이 공정챔버(1)의 부산물을 배출시키는 부산물 배기라인(3)과 연통되므로, 그 부산물 배기라인(3)으로 배출되는 부산물의 일부가 헬륨가스 배기라인(2)으로 유입되어 그 헬륨가스 배기라인(7) 및 헬륨가스 공급라인(2)을 막을 우려도 있었다.In addition, since the helium gas exhaust line 7 is in communication with the by-product exhaust line 3 for discharging the by-product of the process chamber 1, a part of the by-product discharged to the by-product exhaust line 3 is a helium gas exhaust line ( 2) there was a possibility of blocking the helium gas exhaust line (7) and helium gas supply line (2).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 플라즈마 에칭장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 헬륨가스 공급라인으로 유입된 가스가 그 공급라인의 설정압을 유지하는 과정에서 불필요하게 낭비되는 것을 방지할 수 있는 반도체 플라즈마 에칭장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the conventional plasma etching apparatus as described above, and prevents the gas introduced into the helium gas supply line from being unnecessarily wasted in the process of maintaining the set pressure of the supply line. It is an object of the present invention to provide a semiconductor plasma etching apparatus that can be.
또한, 공정챔버로부터 배출되는 부산물이 헬륨가스 배기라인으로 재유입되는 것을 방지할 수 있는 반도체 플라즈마 에칭장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a semiconductor plasma etching apparatus that can prevent the by-product discharged from the process chamber is re-introduced into the helium gas exhaust line.
도 1은 종래 반도체 플라즈마 에칭장치를 개략적으로 보인 배관도.1 is a schematic diagram of a conventional semiconductor plasma etching apparatus.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 플라즈마 에칭장치를 개략적으로 보인 배관도.Figure 2 is a schematic schematic view of the semiconductor plasma etching apparatus according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
11 : 공정챔버 12 : 헬륨가스 공급라인11 process chamber 12 helium gas supply line
12a : 매뉴얼밸브 12b : 제1 에어밸브12a: manual valve 12b: first air valve
12c : 파이널밸브 13 : 부산물 배기라인12c: Final valve 13: By-product exhaust line
14 : 매스 플로우 콘트롤러 15 : 헬륨가스 배기라인14 mass flow controller 15 helium gas exhaust line
15a : 니들밸브 15b : 제2 에어밸브15a: needle valve 15b: second air valve
15c : 에어밸브 15d: 필터15c: Air valve 15d: Filter
15e : 매뉴얼밸브 16,17 : 제1,제2 흡입펌프15e: Manual valve 16,17: 1st, 2nd suction pump
18 : 저장보틀18: storage bottle
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉각소스가 채워진 소스 공급보틀을 공정챔버로 연통시키는 냉각소스 공급라인과, 그 냉각소스 공급라인과는 별도로 공정챔버의 일측에 연결 설치되는 부산물 배출라인과, 그 부산물 배출라인의 단부에 연결 설치되는 제1 흡입펌프와, 상기 냉각소스 공급라인상에 설치되어 냉각소스의 유입량을 조절하는 매스 플로우 콘트롤러와, 그 매스 플로우 콘트롤러 후단의 냉각소스 공급라인에서 분지되어 공정챔버로 유입되지 않는 냉각소스를 배출시키는 냉각소스 배출라인과, 그 냉각소스 배출라인의 중간에 연결 설치되는 제2 흡입펌프와, 그 제2 흡입펌프에 각각 연통되는 수개의 소스 저장보틀을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 에칭장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, a cooling source supply line for communicating a source supply bottle filled with a cooling source to the process chamber, and a by-product discharge line connected to one side of the process chamber separately from the cooling source supply line; A first suction pump connected to an end of the by-product discharge line, a mass flow controller installed on the cooling source supply line to regulate the flow rate of the cooling source, and a branch in the cooling source supply line at the rear end of the mass flow controller. A cooling source discharge line for discharging a cooling source that does not flow into the process chamber, a second suction pump connected to the middle of the cooling source discharge line, and several source storage bottles communicating with the second suction pump, respectively. Provided is a semiconductor plasma etching apparatus comprising: a configuration.
이하, 본 발명에 의한 반도체 플라즈마 에칭장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a semiconductor plasma etching apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 플라즈마 에칭장치를 개략적으로 보인 배관도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 플라즈마 에칭장치는, 헬륨가스를 냉각소스로 이용하는 것으로 소정량의 헬륨가스가 채워지는 헬륨보틀(미도시)로부터 공정챔버(11)의 일측으로 연결 설치되는 헬륨가스 공급라인(12)과, 그 헬륨가스 공급라인(12)과는 별도로 공정중의 부산물 등을 배출시키는 부산물 배기라인(13)과, 상기 헬륨가스 공급라인(12)의 가스 유입량 및 설정압을 조절하는 매스 플로우 콘트롤러(14)와, 상기 헬륨가스 공급라인(12)에서 분지되어 공정챔버(11)로 유입되지 않는 헬륨가스를 외부로 배출시키는 헬륨가스 배기라인(15)으로 이루어지는 기본 구조는 종래와 동일하다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a semiconductor plasma etching apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the semiconductor plasma etching apparatus according to the present invention uses helium gas as a cooling source and is filled with a predetermined amount of helium gas. Helium gas supply line 12 connected to the one side of the process chamber 11 from the bottle (not shown), and by-product exhaust line 13 for discharging the by-products in the process separately from the helium gas supply line 12 ), A mass flow controller 14 for adjusting the gas inflow amount and the set pressure of the helium gas supply line 12, and helium gas branched from the helium gas supply line 12 and not introduced into the process chamber 11. The basic structure of the helium gas exhaust line 15 for discharging the same to the outside is the same as in the prior art.
여기서, 본 발명은 공정챔버(1)의 일측에 연결 설치되는 부산물 배기라인(13)의 단부에 제1 흡입펌프(16)가 설치됨과 아울러, 그 제1 흡입펌프(16)와는 별도로 상기 헬륨가스 공급라인(12)의 중간에서 분지된 헬륨가스 배기라인(15)의 중간에는 수개의 헬륨가스 저장보틀(18)과 각각 연통되도록 제2 흡입펌프(17)가 설치된다.Here, in the present invention, the first suction pump 16 is installed at the end of the by-product exhaust line 13 connected to one side of the process chamber 1, and the helium gas is separated from the first suction pump 16. In the middle of the helium gas exhaust line 15 branched in the middle of the supply line 12, a second suction pump 17 is installed to communicate with several helium gas storage bottles 18, respectively.
상기 헬륨가스 공급라인(12)에는 매스 플로우 콘트롤러(14)를 중심으로 그 양측에 매뉴얼밸브(12a), 제1 에어밸브(12b), 압력게이지(19), 파이널밸브(12c)가 각각 연결 설치되고, 상기 헬륨가스 배기라인(15)의 입구부에도 전술한 바와 같이 니들밸브(15a) 및 제2 에어밸브(15b)가 연결 설치된다. 또한, 상기 제2 흡입펌프(17)와 각 저장보틀(18)의 사이의 각 헬륨가스 배기라인(15)에는 노멀 오픈인 에어밸브(15c), 0.1μm의 필터(15d), 매뉴얼밸브(15e)가 차례대로 각각 설치된다.The helium gas supply line 12 is connected to a manual valve 12a, a first air valve 12b, a pressure gauge 19, and a final valve 12c on both sides of the mass flow controller 14, respectively. In addition, the needle valve 15a and the second air valve 15b are connected to the inlet of the helium gas exhaust line 15 as described above. In addition, each helium gas exhaust line 15 between the second suction pump 17 and each storage bottle 18 has a normal open air valve 15c, a 0.1 μm filter 15d, and a manual valve 15e. ) Are installed in turn.
상기 각 헬륨가스 저장보틀(18)은 헬륨가스를 저장 및 압축할 수 있는 보틀을 사용하는 것이 바람직하다.Each helium gas storage bottle 18 preferably uses a bottle capable of storing and compressing helium gas.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.In the drawings, the same reference numerals are given to the same parts as in the prior art.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 반도체 플라즈마 에칭장치의 기본적인 동작은 종래와 동일하다.The basic operation of the semiconductor plasma etching apparatus according to the present invention configured as described above is the same as in the prior art.
즉, 상기 압력게이지(19)가 그 뒷단에 걸리는 압력을 읽어 헬륨가스 공급라인(12)을 흐르는 가스의 유량을 매스 플로우 콘트롤러(14)에 전달하게 되면, 그 신호를 받은 매스 플로우 콘트롤러(14)는 가스의 유량을 미리 설정된 압력값에 맞게 조절하게 되는데, 이때 상기 공정챔버(1)에서 공정이 진행되고 있는 경우에는 파이널밸브(12c)가 열리면서 극소량의 헬륨가스가 웨이퍼의 배면까지 흘러들어 헬륨가스의 캐소오드 온도를 웨이퍼에 전달하게 되고, 나머지 헬륨가스는 헬륨가스 배기라인(15)을 통해 외부로 배출되는 반면, 공정챔버가 이상상태인 경우에는 파이널밸브가 닫히게 되므로, 공급라인으로 유입되는 헬륨가스중에서 설정압 이상이 가스는 전술한 바와 같이 헬륨가스 배기라인을 통해 외부로 배출시키는 것이다.That is, when the pressure gauge 19 reads the pressure applied to the rear end and transmits the flow rate of the gas flowing through the helium gas supply line 12 to the mass flow controller 14, the mass flow controller 14 receiving the signal. The flow rate of the gas is adjusted according to a preset pressure value. In this case, when the process is being performed in the process chamber 1, the final valve 12c is opened, and a very small amount of helium gas flows to the back surface of the wafer to helium gas. The cathode temperature of the wafer is transferred to the wafer, and the remaining helium gas is discharged to the outside through the helium gas exhaust line 15, whereas when the process chamber is in an abnormal state, the final valve is closed, so helium flowing into the supply line Gas above the set pressure in the gas is discharged to the outside through the helium gas exhaust line as described above.
이러한 경우들에 있어서, 종래에는 헬륨가스 배기라인(7)이 부산물 배기라인(3)에 연통될 뿐만 아니라 그 부산물 배기라인(3)에 설치된 흡입펌프(4)가 작동하여 부산물은 물론 헬륨가스 공급라인(2)에 남은 헬륨가스를 헬륨가스 배기라인(7)을 통해 함께 흡입하여 외부로 배출시키는 것이었으나, 본 발명에서는 상기 부산물 배기라인(13)과 헬륨가스 배기라인(15)이 서로 연통되지 않게 배관될 뿐만 아니라, 부산물 배기라인(13)에 설치되는 제1 흡입펌프(16)와는 별도로 헬륨가스 배기라인(15)에 설치된 제2 흡입펌프(17)가 작동하여 상기 헬륨가스 공급라인(12)에 남은 헬륨가스만을 헬륨가스 배기라인(15)을 통해 흡입하여 상기 제2 흡입펌프(17)에 연통된 별도의 헬륨가스 저장보틀(18)에 수거 저장시키게 된다.In such cases, conventionally, the helium gas exhaust line 7 is not only communicated with the by-product exhaust line 3, but also the suction pump 4 installed in the by-product exhaust line 3 operates to supply the by-product as well as helium gas. Although the helium gas remaining in the line 2 was sucked together through the helium gas exhaust line 7 and discharged to the outside, in the present invention, the by-product exhaust line 13 and the helium gas exhaust line 15 do not communicate with each other. In addition to the pipes that are not piped, the second suction pump 17 installed in the helium gas exhaust line 15 operates separately from the first suction pump 16 installed in the by-product exhaust line 13 to operate the helium gas supply line 12. Only helium gas remaining in the c) is sucked through the helium gas exhaust line 15 to be collected and stored in a separate helium gas storage bottle 18 connected to the second suction pump 17.
이렇게 상기 헬륨가스 배기라인(15)을 통해 각 저장보틀(18)로 유입되는 헬륨가스는 그 입구부에 설치된 0.1μm 필터(15d)를 거치면서 정화되어 언제든지 공정에 재활용할 수 있게 된다.In this way, helium gas introduced into each storage bottle 18 through the helium gas exhaust line 15 is purified through a 0.1 μm filter 15d installed at an inlet thereof and can be recycled to the process at any time.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 플라즈마 에칭장치는, 공정중의 부산물을 배출시키는 부산물 배기라인을 헬륨가스 공급라인의 설정압을 유지하기 위한 헬륨가스 배기라인과 별개로 배관함과 아울러, 각 배기라인마다에는 흡입펌프를 별도로 설치하고, 그 중에서 헬륨가스 배기라인에 설치된 흡입펌프의 토출부에는 배기되는 헬륨가스를 수거하기 위한 수개의 저장보틀을 연결 설치함으로써, 상기 헬륨가스 공급라인의 설정압 유지를 목적으로 고가의 헬륨가스가 불필요하게 낭비되는 것을 방지함은 물론, 부산물 배기라인으로 배출되는 부산물의 일부가 헬륨가스 배기라인으로 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있어 보다 정확한 헬륨가스의 조절이 가능하게 되는 효과가 있다.As described above, in the semiconductor plasma etching apparatus according to the present invention, the by-product exhaust line for discharging the by-product during the process is piped separately from the helium gas exhaust line for maintaining the set pressure of the helium gas supply line, A suction pump is separately provided for each exhaust line, and several storage bottles for collecting the helium gas to be exhausted are connected to the discharge part of the suction pump installed in the helium gas exhaust line, thereby setting the pressure of the helium gas supply line. In addition to preventing unnecessary waste of expensive helium gas for maintenance purposes, it is possible to prevent part of the by-products discharged from the by-product exhaust line from entering the helium gas exhaust line. There is an effect that becomes possible.
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| Publication number | Publication date |
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| KR19990070441A (en) | 1999-09-15 |
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