KR100511920B1

KR100511920B1 - Aparratus for curing e-beam using surface wave plasma source

Info

Publication number: KR100511920B1
Application number: KR10-2003-0042916A
Authority: KR
Inventors: 조상훈; 박상수
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2003-06-28
Filing date: 2003-06-28
Publication date: 2005-09-02
Also published as: KR20050001914A

Abstract

본 발명은 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치를 개시한다. 개시된 발명은, 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치에 있어서, 내부에 웨이퍼가 장착된 반응 챔버부와 절연체에 의해 상기 반응 챔버부 상면에 결합고정되어 외부 고전압 전원부와 연결된 플라즈마 발생 챔버부와; 상기 플라즈마 발생 챔버부 상에 마련된 마이크로파 공급부와; 상기 반응 챔버부와 플라즈마 발생 챔버부 사이에 장착되는 비금속성 그리드; 및 상기 반응 챔버부의 외주면에 감겨진 마그네틱 코일부를 포함 하여 구성되어, 기존의 상용 전자빔(E-beam) 경화장비의 전자 공급원의 변형을 통하여 위에 기술한 기존장비의 문제점들을 개선시키므로써 DUV PR(Deep-UV photo -resist) 사용으로 인한 라인 스트레이션(line striation) 현상과 PR 선택비의 감소를 방지할 수 있는 것이다.The present invention discloses an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source. According to an aspect of the present invention, there is provided an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source, comprising: a plasma generating chamber portion coupled to an upper surface of the reaction chamber portion by an insulator and a reaction chamber portion in which a wafer is mounted therein and connected to an external high voltage power supply; A microwave supply unit provided on the plasma generation chamber unit; A nonmetallic grid mounted between the reaction chamber portion and the plasma generation chamber portion; And a magnetic coil wound around the outer circumferential surface of the reaction chamber, thereby improving the problems of the existing equipment described above by modifying the electron source of the conventional commercial E-beam curing equipment. The use of deep-UV photo-resist prevents line striation and reduces the PR selectivity.

Description

Aparratus for curing e-beam using surface wave plasma source

본 발명은 반도체 소자의 제조시의 전자빔 경화장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 상용 전자빔(E-beam) 경화장비의 전자 공급원의 변형을 통하여 위에 기술한 기존장비의 문제점들을 개선시키므로써 DUV PR(Deep-UV photoresist) 사용으로 인한 라인 스트레이션(line striation) 현상과 PR 선택비의 감소를 방지할 수 있는 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장비에 관한 것이다.현재 0.117 μm 이하의 기술 디바이스에서 ArF (193nm)를 포함한 deep-UV PR(포토레지스트)을 이용한 포토마스크 공정시에 과도한 PR 플로우(flow)와 CD(critical dimension) 축소(shrinkage)가 발생하여 건식식각(dry etching) 공정시에 라인줄무늬(line striation)의 발생으로 CD 균일도가 급격히 저하되고, PR 선택비 또한 떨어지는 문제점이 발생하고 있다.현재, 전자빔 경화장비를 이용하여 전자빔을 Deep-UV PR에 도핑하므로써 이러한 현상을 제거하려는 노력을 하고 있다. 이 기술의 성패는 전자빔의 세기가 균일하고, 또한 전자들의 분포가 균일해야 한다. 이러한 관점에서 기존의 전자빔 경화장비에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.도 1은 기존의 전자빔 경화장비를 설명하기 위한 경화장비의 개략도이다.기존의 전자빔 경화장비는, 도1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버부(11)내에 웨이퍼(13)가 장착되어 있고, 반응 챔버(11) 상부에 캐소드 역할을 하는 플라즈마 발생 챔버부(15)가 마련되어 있으며, 상기 진공 챔버부(11)와 플라즈마 챔버부(15)는 절연체(17)로 절연되어 있으며, 이들 사이에 애노드 역할을 하는 알루미늄 그리드(19)가 설치되어 있다.여기서, 상기 플라즈마 발생 챔버부(15)는 고전압 전원부(21)에 연결되어 있으며, 상기 Al 그리드(19)는 저전압전원부(23)와 연결되어 있다.또한, 상기 진공 챔버부(11)의 하단에 형성된 배출구(11a)에는 가스를 배출하는 배출펌프(25)가 마련되어 있다.이러한 구성으로 된 기존의 전자빔 경화장비는, 금속으로 이루어진 캐소드와 애노드인 그리드(19)에 DC 전압을 걸어 주어 플라즈마를 발생시키고, 이로 인하여 발생된 전자들을 웨이퍼에 입사시키게 된다.The present invention relates to an electron beam curing equipment in the manufacture of semiconductor devices, and more particularly, by improving the problems of the existing equipment described above through the modification of the electron source of the conventional commercial electron beam (E-beam) curing equipment DUV The present invention relates to an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source capable of preventing line striation and a reduction in PR selectivity due to the use of deep-UV photoresist (PR). Excessive PR flow and critical dimension shrinkage occur during photomask processing using deep-UV PR (photoresist) containing ArF (193nm), resulting in dry etching Due to the occurrence of line striation, CD uniformity is drastically reduced and PR selectivity is also decreased. By doping the Deep-UV PR and the effort to eliminate this phenomenon. The success of this technique requires uniform electron beam intensity and uniform distribution of electrons. In this regard, the conventional electron beam curing apparatus will be described with reference to FIG. 1 as follows. FIG. 1 is a schematic diagram of a curing apparatus for explaining an existing electron beam curing apparatus. The existing electron beam curing apparatus is shown in FIG. As described above, the wafer 13 is mounted in the vacuum chamber 11, and the plasma generating chamber 15 is provided on the reaction chamber 11 to serve as a cathode. The plasma chamber part 15 is insulated with an insulator 17, and an aluminum grid 19 serving as an anode is provided therebetween. Here, the plasma generation chamber part 15 is connected to the high voltage power supply part 21. The Al grid 19 is connected to the low voltage power supply 23. In addition, a discharge pump 25 for discharging gas is provided at the discharge port 11a formed at the lower end of the vacuum chamber 11. Such a configuration In the conventional electron beam curing apparatus, a DC voltage is applied to the grid 19, which is a cathode and an anode, which is made of metal, to generate plasma, thereby injecting the generated electrons into the wafer.

삭제delete

그러나, 기존의 전자빔 경화장비는 DC(direct current) 플라즈마를 이용하기 때문에 전자빔의 세기와 전자분포의 균일도 개선의 여지가 있으며, 기존 장비들은 금속성분의 캐소드와 에노드가 직접적으로 플라즈마에 노출되어 입자의 오염의 주범이 되고 있다.이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 기존의 상용 전자빔(E-beam) 경화장비의 전자 공급원의 변형을 통하여 위에 기술한 기존장비의 문제점들을 개선시키므로써 DUV PR(Deep-UV photoresist) 사용으로 인한 라인 스트레이션(line striation) 현상과 PR 선택비의 감소를 방지할 수 있는 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장비를 제공함에 그 목적이 있다.However, existing electron beam curing equipment uses DC (direct current) plasma, so there is room for improvement of electron beam intensity and electron distribution uniformity. In existing equipment, the cathode and the anode of metal component are directly exposed to the plasma The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and through the modification of the electron source of the conventional commercial E-beam curing equipment, The aim of the present invention is to provide an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source that can prevent the line striation phenomenon and the reduction of PR selectivity due to the use of DUV Deep-UV photoresist. have.

삭제delete

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치는, 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치에 있어서,내부에 웨이퍼가 장착된 반응 챔버부와 절연체에 의해 상기 반응 챔버부 상면에 결합고정되어 외부 고전압 전원부와 연결된 플라즈마 발생 챔버부와;상기 플라즈마 발생 챔버부 상에 마련된 마이크로파 공급부와;상기 반응 챔버부와 플라즈마 발생 챔버부 사이에 장착되는 비금속성 그리드; 및상기 반응 챔버부의 외주면에 감겨진 마그네틱 코일부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.(실시예)이하, 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.도 2는 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치를 경화장치의 개략도이다.본 발명에 따른 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(31)의 하부에 웨이퍼가 놓이도록 세라믹이 코팅된 정전기척(electrostatic chuck)(33)이 장착되어 있고, 반응 챔버(31) 상부에 캐소드 역할을 하는 플라즈마 발생 챔버부(35)가 마련되어 플라즈마(51)를 발생시키도록 되어 있다. 여기서, 정전기척(33)의 양측에 세리믹 커버(49)가 장착되어 있다.또한, 상기 반응 챔버(31)와 플라즈마 발생 챔버부(35)는 이들 사이에 끼워지는 절연체(37)로 절연되어 있으며, 이들 사이에 애노드 역할을 하는 도전성 그리드(39)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 도전성 그리드로는 알루미늄 등의 금속성 물질이나 비금속성 물질인 Si을 포함한다. 그리고, 상기 플라즈마 발생 챔버부(35)의 상면에는 석영관(41)이 장착되고, 석영관(41) 상에는 온도제어 블럭(43)이 마련되어 있으며, 이 온도제어 블럭(43)의 외주면으로 링유전체 라인(45)이 감싸여져 있는 한편, 상기 온도제어 블럭(43)는 2.45GHz의 마이크로파 공급원과 연결되어 있다.또한, 상기 반응 챔버(31)의 외주면에 마그네틱 코일(47)이 다수회 감겨져 있다.한편, 상기 반응 챔버(31)의 하단에 형성된 가스배출구(31a)에는 터브펌프(turbo-molecular pump) (53)와 배출펌프부(55)가 연결되어 있으며, 상기 실리콘 그리드(39)는 전원(57)과 연결되어 있다.이러한 구성으로 된 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 타입의 플라즈마 발생장치의 원리에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.본 발명에서는 표면파 플라즈마 타입의 플라즈마 발생 장치에 비금속성 Si 그리드(39)를 마그네틱 코일(47)의 윗단에 고정시키고 (+)전압을 걸어 주어 플라즈마내의 전자들만을 선택적으로 웨이퍼에 입사할 수 있도록 한다.먼저 반응 챔버(31)내에 적당한 가스를 주입하고 외부에서 2.45GHz의 마이크로파를 인가해 주면 방전되어 플라즈마가 발생되는데, 플라즈마와 링유전체 라인의 경계면을 따라 플라즈마 표면파(plasma surface wave)가 발생하게 된다.이러한 플라즈마 표면파(plasma surface wave)가 에너지를 잃게 되면 그 에너지는 고스란히 플라즈마 입자에 전달되어 중성 가스의 이온화 효율을 극대화시킬 수 있게 된다. 이것이 표면파 플라즈마의 원리이며, 기존의 DC 플라즈마 또는 RF를 이용한 RIE(MERIE) 플라즈마, 그리고 TCP(transformer coupled plasma)보다 이온화율이 더욱 높으며, 매우 낮은 압력에서 높은 압력, 예를 들어 0.01∼1 Torr 에 이르기 까지 보다 넓은 영역에서 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 낮은 전자온도의 플라즈마를 발생시켜 보다 PR의 경화효율을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.또한, Si 그리드(39)와 웨이퍼(33) 사이에 코일(47)을 장착하여 자기장을 발생시키므로써 (+)전위가 걸린 Si 그리드(39)를 통해 걸러진 전자빔 분포의 균일도를 향상시키게 된다.An electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source according to the present invention for achieving the above object is an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source, wherein the reaction chamber portion is formed by a reaction chamber portion and an insulator in which a wafer is mounted therein. A plasma generation chamber coupled to an upper surface and connected to an external high voltage power supply unit; a microwave supply unit provided on the plasma generation chamber unit; a nonmetal grid mounted between the reaction chamber unit and the plasma generation chamber unit; And a magnetic coil wound around an outer circumferential surface of the reaction chamber. (Example) Hereinafter, an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for curing an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source according to the present invention. An electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source according to the present invention is reacted as shown in FIG. An electrostatic chuck 33 coated with ceramics is mounted on the lower portion of the chamber 31, and a plasma generation chamber 35 is provided on the reaction chamber 31 to serve as a cathode. (51) is generated. Here, the ceramic cover 49 is mounted on both sides of the electrostatic chuck 33. The reaction chamber 31 and the plasma generating chamber 35 are insulated with an insulator 37 sandwiched therebetween. There is provided a conductive grid 39 serving as an anode therebetween. Here, the conductive grid includes a metallic material such as aluminum or Si which is a nonmetallic material. A quartz tube 41 is mounted on the upper surface of the plasma generation chamber 35, and a temperature control block 43 is provided on the quartz tube 41, and a ring dielectric is formed on the outer circumferential surface of the temperature control block 43. While the line 45 is wrapped, the temperature control block 43 is connected to a microwave source of 2.45 GHz. The magnetic coil 47 is wound on the outer circumferential surface of the reaction chamber 31 a plurality of times. Meanwhile, a tub-molecular pump 53 and a discharge pump unit 55 are connected to the gas discharge port 31a formed at the lower end of the reaction chamber 31, and the silicon grid 39 is connected to a power source ( 57. The principle of the surface wave plasma type plasma generator according to the present invention having such a configuration will be briefly described as follows. In the present invention, a nonmetallic Si grid ( 39) It is fixed on the top of the magnetic coil 47 and applied a positive voltage so that only electrons in the plasma can be selectively incident on the wafer. First, a suitable gas is injected into the reaction chamber 31, and a microwave of 2.45 GHz is applied from the outside. When plasma is applied, plasma is discharged, and plasma surface waves are generated along the interface between the plasma and the ring dielectric line. When such plasma surface waves lose energy, the energy is intact. It is delivered to the particles to maximize the ionization efficiency of the neutral gas. This is the principle of surface wave plasma, and has higher ionization rate than conventional DC plasma or RIE (MERIE) plasma and TCP (transformer coupled plasma), and at very low pressure and high pressure, for example, 0.01 to 1 Torr. Plasma can be generated in a wider area up to a maximum, and plasma curing at a low electron temperature can be generated to maximize the curing efficiency of PR. In addition, a coil between the Si grid 39 and the wafer 33 can be used. By attaching (47) to generate a magnetic field, the uniformity of the electron beam distribution filtered through the Si grid 39 subjected to the positive potential is improved.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치에 의하면, 전자빔 발생장치를 DC 플라즈마에서 2.45GHz의 마이크로파를 이용한 표면파 플라즈마 공급원으로 개선시키므로써 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치의 운전압력이 종래의 DC, RC를 이용한 RIE(Reactive Ion Etching) 및 TCP(Transformer Coupled Plasma) 공급원에 비해 보다 넓기 때문에 전자들의 발생효율을 높이고, 발생전자들의 강도를 더욱 균일하게 개선시킬 수 있다.또한, 웨이퍼윗단의 진공 챔버측 벽에 코일을 감아 전류를 흘려 자기장을 발생시키므로써 전자빔 분포의 균일도와 웨이퍼에 균일하게 입사하는 정도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.그리고, 표면파 플라즈마 공급원은 넓은 영역의 방전이 가능하기 때문에 300mm 웨이퍼의 공정에 유리할 뿐만 아니라 전자빔의 온도가 낮아 전자빔 경화공정의 개선효과를 기대할 수 있다.한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.As described above, according to the electron beam curing apparatus having the surface wave plasma source according to the present invention, the following effects can be expected by improving the electron beam generating apparatus from the DC plasma to the surface wave plasma source using the microwave of 2.45 GHz. The operating pressure of the electron beam curing apparatus with the surface wave plasma source is wider than that of the conventional reactive ion etching (RIE) and TCP (transformer coupled plasma) sources using DC and RC. In addition, the strength can be improved more uniformly. Also, the coil is wound around the vacuum chamber side wall at the upper end of the wafer to generate a magnetic field, thereby improving the uniformity of the electron beam distribution and the degree of uniform incident on the wafer. The surface wave plasma source is discharged in a large area. Therefore, not only is it advantageous for the process of 300 mm wafer, but also the temperature of the electron beam is low, so that the improvement effect of the electron beam curing process can be expected. Various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention.

삭제delete

도 1은 기존의 전자빔 경화장비를 설명하기 위한 경화장비의 개략도,도 2는 본 발명에 따른 표면파 플라즈마 공급원을 구비한 전자빔 경화장치를 경화장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a curing apparatus for explaining a conventional electron beam curing equipment, Figure 2 is a schematic diagram of an apparatus for curing an electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source in accordance with the present invention.

삭제delete

[도면부호의설명][Description of Drawing Reference]

31 : 반응챔버부 31a : 가스배출구33 : 정전기척 35 : 플라즈마 발생 챔버부37 : 절연체 39 : 실리콘 그리드41 : 석영관 43 : 온도제어 블럭45 : 링유전체라인 47 : 마그네틱 코일부49 : 세라믹 커버 51 : 플라즈마53 : 터보펌프 55 : 배출펌프57 : 전원공급부31 Reaction Chamber 31a Gas Outlet 33 Electrostatic Chuck 35 Plasma Generation Chamber 37 Insulator 39 Silicon Grid 41 Quartz Tube 43 Temperature Control Block 45 Ring Dielectric Line 47 Magnetic Coil 49 Ceramic Cover 51 : Plasma 53: Turbo Pump 55: Discharge Pump 57: Power Supply

삭제delete

Claims

An electron beam curing apparatus having a surface wave plasma source,

A plasma generation chamber unit coupled to and fixed to an upper surface of the reaction chamber unit by a reaction chamber unit and an insulator on which a wafer is mounted, and connected to an external high voltage power supply unit;

A microwave supply unit provided on the plasma generation chamber unit;

A nonmetallic grid mounted between the reaction chamber portion and the plasma generation chamber portion; And

And an electromagnetic coil part wound around an outer circumferential surface of the reaction chamber part.

The electron beam curing apparatus of claim 1, wherein the nonmetallic grid comprises a silicon grid.

The electron beam curing apparatus according to claim 1, wherein a quartz tube is mounted on an upper surface of said plasma generating chamber, and a temperature control block is provided thereon.

The electron beam curing apparatus according to claim 1, wherein a ring dielectric line is mounted around the temperature control block.

The electron beam curing apparatus according to claim 1, wherein an opening is formed in a lower surface of the reaction chamber and connected to the discharge pump.

The electron beam curing apparatus of claim 1, wherein the wafer is placed on an electrostatic chuck coated with ceramic.

The electron beam curing apparatus of claim 1, wherein the microwave wavelength is 2.45 GHz.