KR100497201B1 - Gas distributer and plasma treatment apparatus with the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 분배 홀을 통해 분사되는 소스 가스가 나선 운동을 하면서 웨이퍼에 분사되도록 한 가스 분배판과, 이 판을 갖는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 상기한 가스 분배판은, 상기 소스 가스의 입구단부와 출구단부가 어긋난 위치에 위치하도록 상기 가스 분배판에 대해 경사지게 관통 형성되며, 바람직하게는, 각 가스 분배 홀의 입구단부와 출구단부는 동심원상에 배치된다. 이러한 구성의 가스 분배판은 가스 분배 홀들을 통해 분사되는 소스 가스가 나선 운동을 하면서 웨이퍼에 도달되므로, 웨이퍼에 도달하는 거리가 종래보다 증가된다. 따라서, 이온화될 소스 가스의 챔버내 체류 시간이 종래보다 증가되어 플라즈마 밀도가 증가되며, 이로 인해 식각률 향상 및 미세 선폭의 고집적 소자 제조가 가능하게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas distribution plate having a source gas injected through a gas distribution hole, which is injected onto a wafer while performing a helical motion, and a plasma processing apparatus having the plate, wherein the gas distribution plate includes an inlet of the source gas. It is formed so as to be inclined with respect to the gas distribution plate so that the end and the outlet end are located in a displaced position. Preferably, the inlet end and the outlet end of each gas distribution hole are disposed on concentric circles. The gas distribution plate having such a configuration reaches the wafer while the source gas injected through the gas distribution holes reaches a spiral motion, so that the distance to the wafer is increased than before. Therefore, the residence time of the source gas to be ionized in the chamber is increased compared to the prior art, thereby increasing the plasma density, which enables the improvement of the etch rate and the manufacture of highly integrated devices having a fine line width.

Description

가스 분배판 및 이를 구비하는 플라즈마 처리장치{GAS DISTRIBUTER AND PLASMA TREATMENT APPARATUS WITH THE SAME}GAS DISTRIBUTER AND PLASMA TREATMENT APPARATUS WITH THE SAME}

본 발명은 반도체 소자 제조용 건식 식각장치에 관한 것으로, 특히 가스 분배 홀을 통해 분사되는 소스 가스가 나선 운동을 하면서 웨이퍼에 분사되도록 한 가스 분배판과, 이 판을 갖는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a gas distribution plate in which a source gas injected through a gas distribution hole is injected onto a wafer while performing a spiral movement, and a plasma processing apparatus having the plate.

일반적으로, 반도체 제품을 생산하기 위해서는 매우 정밀한 반도체 제조 공정은 물론, 반도체 제조 공정을 수행하는 반도체 제조 설비를 필요로 한다.In general, the production of semiconductor products requires a highly precise semiconductor manufacturing process, as well as a semiconductor manufacturing equipment that performs the semiconductor manufacturing process.

이들 반도체 제조 설비는 크게 선행 반도체 제조 설비와 후속 반도체 제조 설비로 구분할 수 있는 바, 선행 반도체 제조 설비는 순수 실리콘 웨이퍼에 반도체 박막 패턴을 형성하기 위한 선행 공정인 포토레지스트 도포 공정-노광 공정-현상 공정을 복합적으로 수행하고, 후속 반도체 제조 설비는 웨이퍼에 패터닝된 포토레지스트 박막을 매개로 웨이퍼에 소정의 특성을 갖는 불순물을 주입하는 이온 주입 공정, 이미 형성된 반도체 박막을 식각하여 패터닝하는 식각 공정, 웨이퍼에 소정 박막을 부가하는 증착 공정, 미세 박막 회로 패턴을 연결하는 메탈 공정 등을 수행한다.These semiconductor manufacturing equipment can be classified into the preceding semiconductor manufacturing equipment and the subsequent semiconductor manufacturing equipment. The prior semiconductor manufacturing equipment is a photoresist coating process-exposure process-development process, which is a preceding process for forming a semiconductor thin film pattern on a pure silicon wafer. And a subsequent semiconductor manufacturing facility is an ion implantation process for injecting impurities having predetermined characteristics into the wafer through a photoresist thin film patterned on the wafer, an etching process for etching and patterning a previously formed semiconductor thin film, and a wafer A deposition process for adding a predetermined thin film, a metal process for connecting a fine thin film circuit pattern, and the like are performed.

이 중에서, 식각 공정을 수행하는 반도체 제조 설비는 습식 식각 설비와 건식 식각 설비로 나눌 수 있으며, 건식 식각 설비로는 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마 처리장치가 있다.Among these, the semiconductor manufacturing equipment that performs the etching process may be divided into a wet etching equipment and a dry etching equipment, and the dry etching equipment includes a plasma processing apparatus using plasma gas.

통상적으로, 상기한 플라즈마 처리장치는 공정 챔버와, 공정 챔버 내부에 설치되어 플라즈마 가스를 생성하는데 필요한 소스 가스를 공정 챔버 내부로 공급하는 가스 공급 유닛과, 웨이퍼가 안착됨과 동시에 전극 역할을 하는 전극 유닛과, 가스 공급 유닛으로부터 공급된 소스 가스를 웨이퍼를 향해 균일하게 분사하는 가스 분배 수단을 포함한다.In general, the plasma processing apparatus includes a process chamber, a gas supply unit installed in the process chamber and supplying a source gas necessary to generate plasma gas into the process chamber, and an electrode unit that serves as an electrode while the wafer is seated. And gas distribution means for uniformly injecting the source gas supplied from the gas supply unit toward the wafer.

이들 중에서 가스 분배 수단은 도 1 및 2에 도시한 바와 같이 다수개의 가스 분배 홀(H)들이 제공된 가스 분배판(100)을 포함하며, 상기의 가스 분배 홀(H)들은 이 홀(H)들을 통해 분배되는 소스 가스가 웨이퍼 표면에 수직한 방향으로 공급되도록 형성된다.Among them, the gas distribution means comprises a gas distribution plate 100 provided with a plurality of gas distribution holes H, as shown in Figs. 1 and 2, wherein the gas distribution holes H are formed by the gas distribution holes H. The source gas dispensed through is formed to be supplied in a direction perpendicular to the wafer surface.

이에 따라, 가스 공급 유닛으로부터 공급된 소스 가스가 가스 분배판(100)의 가스 분배 홀(H)들을 통해 공급되면, 공급된 소스 가스는 전극 유닛에 인가된 고주파 전원에 의해 글로우 방전이 발생됨에 따라 플라즈마 가스로 변환된 후, 전극 유닛에 안착된 웨이퍼를 식각하게 된다.Accordingly, when the source gas supplied from the gas supply unit is supplied through the gas distribution holes H of the gas distribution plate 100, the supplied source gas is generated as the glow discharge is generated by the high frequency power applied to the electrode unit. After conversion to plasma gas, the wafer seated on the electrode unit is etched.

그런데, 상기한 종래의 가스 분배판(100)에 의하면, 가스 분배 홀(H)이 도 2에 도시한 바와 같이 가스 분배판(100)을 수직으로 관통하도록 형성되어 있으므로, 가스 분배 홀(H)을 통해 분사된 소스 가스가 공정 챔버의 내부에 머무는 시간이 짧고, 이로 인해 플라즈마 밀도가 낮아서 식각률(etch rate)이 낮으며, 또한, 미세 선폭의 고집적 소자를 제조하는데 한계가 있는 문제점이 있다.By the way, according to the above-mentioned conventional gas distribution plate 100, since the gas distribution hole H is formed so as to vertically penetrate the gas distribution plate 100 as shown in FIG. Through the injection of the source gas to the inside of the process chamber is short, the plasma density is low due to the low etch rate (etch rate), there is a problem that there is a limitation in manufacturing a highly integrated device having a fine line width.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 가스 분배 홀을 통해 분사되는 소스 가스가 나선 운동을 하면서 웨이퍼에 분사되도록 한 플라즈마 처리장치의 가스 분배판을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, the present invention is to provide a gas distribution plate of the plasma processing apparatus to the source gas injected through the gas distribution hole is injected to the wafer while the spiral movement. have.

본 발명의 다른 목적은 상기한 가스 분배판을 갖는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus having the above-described gas distribution plate.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

식각 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에 설치되어 소스 가스를 시료를 향해 분사하는 가스 분배 수단에 있어서,In the gas distribution means which is installed in the process chamber in which the etching process proceeds to inject the source gas toward the sample,

상기 가스 분배 수단은 가스 분배 홀들이 관통 형성된 가스 분사판을 포함하며, 상기 가스 분배 홀들은 소스 가스의 입구단부와 출구단부가 어긋난 위치에 위치하도록 상기 가스 분배판에 대해 경사지게 관통 형성되는 가스 분배 수단을 제공한다.The gas distribution means includes a gas injection plate having gas distribution holes therethrough, and the gas distribution holes are formed to be inclined with respect to the gas distribution plate so as to be positioned at a position where the inlet and outlet ends of the source gas are displaced. To provide.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 각 가스 분배 홀의 입구단부와 출구단부는 동심원상에 배치된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the inlet end and the outlet end of each gas distribution hole are arranged concentrically.

이러한 구성의 가스 분배판을 갖는 플라즈마 처리장치는,Plasma processing apparatus having a gas distribution plate of such a configuration,

식각 공정이 진행되는 공정 챔버와;A process chamber in which an etching process is performed;

상기 공정 챔버의 내부로 소스 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;A gas supply unit supplying a source gas into the process chamber;

웨이퍼를 안착하며, 고주파 전원이 인가되는 전극 유닛;An electrode unit seating the wafer, to which a high frequency power is applied;

을 더욱 포함한다.It further includes.

이러한 구성의 가스 분배 홀들을 갖는 가스 분배판은 가스 분배 홀들을 통해 분배되는 소스 가스가 나선 운동을 하면서 웨이퍼를 향해 이동되므로, 웨이퍼에 도달하는 경로가 종래보다 증가된다. 따라서, 소스 가스가 공정 챔버에 머물게 되는 시간이 증가되며, 이로 인해 플라즈마 밀도가 증가된다.The gas distribution plate having the gas distribution holes of this configuration is moved toward the wafer while the source gas dispensed through the gas distribution holes moves helically, so that the path to the wafer is increased than before. Thus, the time for which the source gas stays in the process chamber is increased, thereby increasing the plasma density.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성을 보인 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시한 바와 같이, 플라즈마 처리장치는 크게 공정 챔버(10), 전극 유닛(20), 가스 공급 유닛(30) 및 가스 분배 수단(40)을 포함한다.As shown, the plasma processing apparatus largely includes a process chamber 10, an electrode unit 20, a gas supply unit 30, and a gas distribution means 40.

보다 구체적으로, 공정 챔버(10)는 소정의 면적을 가지며, 외부에 대하여 밀봉된 챔버로, 실제 식각 공정은 이 공정 챔버(10)의 내부에서 수행되며, 이 챔버(10)는 접지되어 있다.More specifically, the process chamber 10 is a chamber that has a predetermined area and is sealed to the outside, and the actual etching process is performed inside the process chamber 10, and the chamber 10 is grounded.

상기 공정 챔버(10)의 소정 위치에는 가스 공급 배관(32)의 일측 단부가 공정 챔버(10)의 외부 및 내부를 연통하도록 설치되며, 가스 공급 배관(32)의 타측 단부에는 플라즈마화 되기 쉬운 소스 가스를 공정 챔버(10) 내부로 공급하는 가스 공급 유닛(30)이 설치된다.One end of the gas supply pipe 32 is installed to communicate with the outside and the inside of the process chamber 10 at a predetermined position of the process chamber 10, and a source easily prone to plasma at the other end of the gas supply pipe 32. The gas supply unit 30 for supplying gas into the process chamber 10 is installed.

그리고, 가스 공급 배관(32)중 공정 챔버(10)의 내부에 위치한 단부에는 가스 분배 수단(40)이 설치된다. 도 3을 참조하면, 상기 가스 분배 수단(40)은 몸체(42) 및 이 몸체(42)에 조립되는 가스 분배판(44)으로 구성된다. 상기 몸체(42)는 챔버(10)에 설치되어 가스 분배판(44)을 지지하며, 가스 분배판(44)은 복수개의 가스 분배 홀(H')들을 구비하는 원판형상으로 이루어진다.In addition, a gas distribution means 40 is installed at an end of the gas supply pipe 32 located inside the process chamber 10. Referring to FIG. 3, the gas distribution means 40 is composed of a body 42 and a gas distribution plate 44 assembled to the body 42. The body 42 is installed in the chamber 10 to support the gas distribution plate 44, and the gas distribution plate 44 has a disc shape having a plurality of gas distribution holes H ′.

이때, 가스 분배 홀(H')들은 도 4에 잘 도시한 바와 같이, 상측의 입구단부(H'1)와 하측의 출구단부(H'2)가 어긋난 위치에 위치하도록 상기 가스 분배판(44)에 대해 경사지게 관통 형성된다.In this case, as shown in FIG. 4, the gas distribution holes H 'are positioned such that the upper inlet end H'1 and the lower outlet end H'2 are positioned at a position where they are displaced. Is formed obliquely with respect to

상기와 같이 가스 분배 홀(H')들을 경사지게 형성하는 것은 상기 홀(H')들을 통해 분사되는 소스 가스의 나선 운동을 유도함으로써 챔버(10) 내부에서의 체류 시간을 증가시키기 위한 것으로, 이를 위해 상기 각 가스 분배 홀(H')들의 입구단부(H'1)와 출구단부(H'2)를 동심원(CL)상에 배치하는 것이 바람직하다.Forming the gas distribution holes (H ') inclined as described above is to increase the residence time in the chamber 10 by inducing the spiral motion of the source gas injected through the holes (H'), Preferably, the inlet end H'1 and the outlet end H'2 of the gas distribution holes H 'are disposed on the concentric circles CL.

이러한 구성의 가스 분배 홀(H')들에 의하면, 소스 가스는 도 4의 가스 분배판에 있어서 반시계 방향으로 나선 운동을 하면서 웨이퍼에 도달된다. 물론, 상기한 출구단부(H'2)의 위치를 변경하는 경우에는 시계 방향으로의 나선 운동도 가능하다.According to the gas distribution holes H 'having such a configuration, the source gas reaches the wafer while making a spiral motion counterclockwise in the gas distribution plate of FIG. Of course, in the case of changing the position of the outlet end H'2 described above, the spiral motion in the clockwise direction is also possible.

도시하지는 않았지만, 상기 동심원(치)에서 조금 벗어난 위치에 출구단부(H'2)를 형성하는 것도 가능하다. 즉, 상기한 출구단부(H'2)는 입구단부(H'1)를 포함하는 동심원(치)상의 접선 방향으로 형성하는 것도 가능하다.Although not shown, it is also possible to form the outlet end H'2 at a position slightly out of the concentric circles. In other words, the outlet end H'2 may be formed in the tangential direction on the concentric circle (tooth) including the inlet end H'1.

그리고, 전극 유닛(20)은 웨이퍼(W)를 안착하며 고주파 전원(22)으로부터 고주파 바이어스 전력을 공급받는 캐소드(24)와, 캐소드(24)에 설치되어 웨이퍼(W)를 둘러싸는 포커스 링(26)으로 구성할 수 있으며, 이 경우, 포커스 링(26)에는 고주파 전원(28)으로부터 상기 캐소드(24)와는 다른 전위의 고주파 바이어스 전력을 공급함으로써 포커스 링(26) 내부에 부분적인 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼(W)의 전면에서 플라즈마의 분포를 균일하게 할 수 있다. 이때, 상기 고주파 전원(28)은 500W 이하의 전력을 공급하는 것이 바람직하다.In addition, the electrode unit 20 seats the wafer W and receives a high-frequency bias power from the high-frequency power supply 22, and a focus ring disposed on the cathode 24 to surround the wafer W ( 26, and in this case, partial focus is generated inside the focus ring 26 by supplying the focus ring 26 with a high frequency bias power at a potential different from that of the cathode 24 from the high frequency power source 28. This makes it possible to make the plasma distribution uniform across the entire surface of the wafer W. At this time, the high frequency power supply 28 preferably supplies power of 500W or less.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 가스 분배 홀들을 통해 분사되는 소스 가스는 나선 운동을 하면서 웨이퍼에 도달되므로, 웨이퍼에 도달하는 경로가 종래보다 증가된다. 따라서, 이온화될 소스 가스의 챔버내 체류 시간이 종래보다 증가되어 플라즈마 밀도가 증가되며, 이로 인해 식각률 향상 및 미세 선폭의 고집적 소자 제조가 가능하게 된다.According to the present invention as described above, since the source gas injected through the gas distribution holes reaches the wafer while performing a spiral movement, the path to the wafer is increased than before. Therefore, the residence time of the source gas to be ionized in the chamber is increased compared to the prior art, thereby increasing the plasma density, which enables the improvement of the etch rate and the manufacture of highly integrated devices having a fine line width.

도 1 및 2는 종래 기술에 따른 가스 분배판의 평면도 및 "A-A" 단면도이고,1 and 2 are a plan view and "A-A" cross-sectional view of a gas distribution plate according to the prior art,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성을 보인 개략적인 단면도이며,3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 분배판의 평면도 및 주요부 확대도이다.4 is an enlarged plan view and an essential part of a gas distribution plate according to an embodiment of the present invention.

Claims (6)

식각 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에 설치되어 소스 가스를 시료를 향해 분사하는 가스 분배판에 있어서,In the gas distribution plate installed in the process chamber in which the etching process is performed to inject the source gas toward the sample, 상기 소스 가스의 입구단부와 출구단부가 어긋난 위치에 위치하도록 상기 가스 분배판에 대해 경사지게 관통 형성되는 가스 분배 홀들을 구비하는 가스 분배판.And gas distribution holes that are formed to be inclined with respect to the gas distribution plate so that the inlet end and the outlet end of the source gas are positioned in a displaced position. 제 1항에 있어서, 상기 각 가스 분배 홀의 입구단부와 출구단부는 동심원상에 배치되는 가스 분배판.The gas distribution plate according to claim 1, wherein the inlet end and the outlet end of each gas distribution hole are disposed concentrically. 식각 공정이 진행되는 공정 챔버와;A process chamber in which an etching process is performed; 전술한 제 1항 또는 제 2항의 가스 분배판을 포함하며, 가스 공급 유닛에 연통되어 상기 공정 챔버 내부로 소스 가스를 공급하는 가스 분배 수단과;A gas distribution means comprising the gas distribution plate of claim 1 or 2, wherein the gas distribution means communicates with a gas supply unit and supplies a source gas into the process chamber; 상기 가스 분배판과 대향하는 위치에 배치되어 웨이퍼를 안착하며, 고주파 전원이 인가되는 전극 유닛;An electrode unit disposed at a position opposite to the gas distribution plate to seat the wafer, to which a high frequency power is applied; 을 포함하는 플라즈마 처리장치.Plasma processing apparatus comprising a. 제 3항에 있어서, 상기 가스 분배 수단은 상기 가스 분배판을 조립하는 몸체를 더욱 구비하는 플라즈마 처리장치.4. The plasma processing apparatus of claim 3, wherein the gas distribution means further comprises a body for assembling the gas distribution plate. 제 3항에 있어서, 상기 전극 유닛은 웨이퍼를 안착하는 캐소드와, 캐소드에 설치되는 포커스 링을 포함하는 플라즈마 처리장치.4. The plasma processing apparatus of claim 3, wherein the electrode unit includes a cathode for seating a wafer and a focus ring disposed on the cathode. 제 5항에 있어서, 상기 포커스 링에는 상기 캐소드와는 다른 고주파 바이어스 전력이 공급되는 플라즈마 처리장치.The plasma processing apparatus of claim 5, wherein the focus ring is supplied with a high frequency bias power different from that of the cathode.
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