KR100625319B1

KR100625319B1 - Inductive coupling plasma treatment apparatus

Info

Publication number: KR100625319B1
Application number: KR1020050009851A
Authority: KR
Inventors: 이기영; 김형준; 정영철; 이승배
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-09-20
Also published as: KR20060089265A

Abstract

본 발명은 다결정질 실리콘 박막 및 실리콘 산화막을 식각하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 RF 파워가 투과될 수 있는 원통형의 유전체 윈도우를 갖는 공정챔버; 상기 유전체 윈도우를 둘러싸도록 배치되는 고주파 안테나; 및 상기 고주파 안테나로 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부를 포함하되; 상기 고주파 안테나는 상기 고주파 전원부로부터 고주파 전력이 인가되는 입력단; 전기적으로 접지되는 출력단; 상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 유전체 윈도우의 양 측면에 위치되는 그리고 양단이 상기 입력단과 상기 출력단에 연결되는 상기 제1안테나와 제2안테나를 포함한다. The present invention relates to an inductively coupled plasma processing apparatus for etching a polycrystalline silicon thin film and a silicon oxide film. According to the present invention, an inductively coupled plasma processing apparatus includes a process chamber having a cylindrical dielectric window through which RF power can be transmitted; A high frequency antenna disposed to surround the dielectric window; And a high frequency power supply unit for applying high frequency power to the high frequency antenna; The high frequency antenna may include an input terminal to which high frequency power is applied from the high frequency power supply unit; An output terminal electrically grounded; And a first antenna and a second antenna positioned at both sides of the dielectric window symmetrically with respect to the center of the high frequency antenna and both ends connected to the input terminal and the output terminal.

Description

Inductively Coupled Plasma Treatment Equipment {INDUCTIVE COUPLING PLASMA TREATMENT APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시한 개략적인 단면도;1 is a schematic cross-sectional view showing an inductively coupled plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 도 1에 도시된 고주파 안테나의 사시도이다. FIG. 2 is a perspective view of the high frequency antenna shown in FIG. 1.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

110 : 공정챔버110: process chamber

120 : RF전원120: RF power

130 : 고주파 안테나130: high frequency antenna

132 : 입력단132 input terminal

133 : 출력단133: output stage

134a : 제1안테나134a: the first antenna

134b : 제2안테나134b: second antenna

136 : 유턴부136: U-turn part

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다결정질 실리콘 박막 및 실리콘 산화막을 식각하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to an inductively coupled plasma processing apparatus for etching a polycrystalline silicon thin film and a silicon oxide film.

최근의 반도체 소자의 고집적화, 반도체 웨이퍼의 대구경화, 액정 디스플레이의 대면적화 등에 따라 에칭 처리나 성막 처리를 하는 처리 장치의 수요가 날로 증가하고 있다. 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 애싱 장치와 같은 플라즈마 처리 장치에 있어서도 그 상황은 마찬가지이다. 즉, 생산량(Throughput)을 향상시키기 위하여 플라즈마의 고도화, 피처리물(반도체 웨이퍼, 글래스 기판)의 대면적화에 대한 대응 및 클린화 등의 실현이 중요과제로 대두되고 있다.BACKGROUND ART In recent years, the demand for processing apparatuses for etching or film forming has increased due to high integration of semiconductor devices, large diameters of semiconductor wafers, and large areas of liquid crystal displays. The situation is the same in a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus, a plasma CVD apparatus, and a plasma ashing apparatus. In other words, in order to improve the throughput, the improvement of the plasma, the coping with the large area of the workpiece (semiconductor wafer, and the glass substrate), and the realization of the cleaning have emerged as important tasks.

이러한 플라즈마 처리 장치에 사용되는 플라즈마원으로서, 고주파 용량결합형 플라즈마원, 마이크로파 ECR 플라즈마원, 고주파 유도결합형 플라즈마원 등이 있다. 이들 각각은 그 특징을 살려 여러 가지 처리 프로세스마다 구분하여 사용되고 있다. Examples of the plasma source used in such a plasma processing apparatus include a high frequency capacitively coupled plasma source, a microwave ECR plasma source, and a high frequency inductively coupled plasma source. Each of these is used in various processing processes in consideration of its characteristics.

이들 플라즈마원 중에서 고주파 유도결합형 플라즈마원을 구비한 플라즈마 처리 장치는, 단순한 안테나와 고주파 전원이라는 간단하고 값싼 구성에 의해 수 mTorr의 저압하에서 비교적 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 처리 챔버 내부가 간단하므로 처리중에 피처리물 위로 날아오는 이물질 발생을 줄일 수 있다는 장점이 있어 최근 널리 보급되고 있다. Among these plasma sources, a plasma processing apparatus including a high frequency inductively coupled plasma source can generate a relatively high density of plasma at a low pressure of several mTorr by a simple and inexpensive configuration such as a simple antenna and a high frequency power source, and the processing chamber is simple. Therefore, there is an advantage that can reduce the generation of foreign matters flying on the object during the treatment has been widely spread recently.

이러한 수직형 유도결합 플라즈마원의 종래 기술은 하나의 절연창에 두 줄의 코일이 감겨 있거나, 페러데이 실드가 장착된 나선형 코일이 감겨 있다.The prior art of such a vertical inductively coupled plasma source has two coils wound around one insulation window, or a spiral coil equipped with a Faraday shield.

전자의 기술은 RF 파우어 제너레이터가 두 개가 필요한 복잡한 구조로 되어 있어, 메칭회로를 두 개 필요로 하는 등 장치구성에 어려움이 따른다.,The former technology has a complicated structure that requires two RF power generators, which requires two matching circuits, resulting in difficulty in device configuration.

후자의 기술은 페러데이 실드에 의한 폐회로 형성으로 전자기장의 일부가 차폐되어 플라즈마의 효율이 떨어질 수 있으며, 코일이 나선형으로 되어 있어 반응기 하단부의 웨이퍼척과 코일 사이의 거리가 일정하지 않아 식각이 불균일하게 일어날 수 있다.In the latter technique, a closed circuit formed by a Faraday shield may shield a part of the electromagnetic field and reduce the efficiency of the plasma, and the coil may be spiral so that the distance between the wafer chuck and the coil at the bottom of the reactor may not be constant, resulting in uneven etching. have.

이에 본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 유도결합 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, an object of the present invention to provide an inductively coupled plasma processing apparatus that can improve the wafer etching uniformity.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 RF 파워가 투과될 수 있는 원통형의 유전체 윈도우를 갖는 공정챔버; 상기 유전체 윈도우를 둘러싸도록 배치되는 고주파 안테나; 및 상기 고주파 안테나로 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부를 포함하되; 상기 고주파 안테나는 상기 고주파 전원부로부터 고주파 전력이 인가되는 입력단; 전기적으로 접지되는 출력단; 상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 유전체 윈도우의 양 측면에 위치되는 그리고 양단이 상기 입력단과 상기 출력단에 연결되는 상기 제1안테나와 제2안테나를 포함한다.Inductively coupled plasma processing apparatus according to the present invention for achieving the above object is a process chamber having a cylindrical dielectric window through which RF power can be transmitted; A high frequency antenna disposed to surround the dielectric window; And a high frequency power supply unit for applying high frequency power to the high frequency antenna; The high frequency antenna may include an input terminal to which high frequency power is applied from the high frequency power supply unit; An output terminal electrically grounded; And a first antenna and a second antenna positioned at both sides of the dielectric window symmetrically with respect to the center of the high frequency antenna and both ends connected to the input terminal and the output terminal.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1안테나와 제2안테나 각각은 상기 입력단에 연결되는 제1부분과 상기 출력단에 연결되는 제2부분이 서로 이격된 상태로 평행하게 배치되고, 상기 제1부분과 상기 제2부분을 연결하는 유턴부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, each of the first antenna and the second antenna is disposed in parallel with the first part connected to the input terminal and the second part connected to the output terminal spaced apart from each other, and the first part And a U-turn unit connecting the second portion.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유턴부는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 향하도록 구부려진다.According to an embodiment of the present invention, the u-turn portion is bent to face in the direction opposite to the center of the high frequency antenna.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 유턴부는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 90도 구부려 전기장 및 자기강의 방향을 바꾸어 상기 공정챔버의 플라즈마에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the U-turn portion may be bent 90 degrees in the direction opposite to the center of the high frequency antenna to change the direction of the electric field and the magnetic steel to minimize the effect on the plasma of the process chamber.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1부분과 제2부분은 반호형상으로 이루어진다. According to an embodiment of the present invention, the first portion and the second portion have a half arc shape.

이하, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a semiconductor plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.The invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosed contents thorough and complete, and to fully convey the spirit and features of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, each device is schematically shown for clarity of the invention. Each device may also be equipped with a variety of additional devices not described in detail herein. Like reference numerals denote like elements throughout the specification.

(실시예)(Example)

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 고주파 안테나의 사시도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an inductively coupled plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the high frequency antenna shown in FIG. 1.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 처리 장치(100)는 그 내부에 플라즈마 형성 공간이 마련된 공정챔버(process chamber, 110)를 구비한다. 상기 공정챔버는 상부 처리실(112)과 하부 처리실(114)로 구성된다. 상기 상부 처리실(112)은 RF 파워가 투과될 수 있도록 유전체 윈도우(Dielectric Window)로 이루어지는 반응관(116)과, 이것의 상단을 덮는 덮개(117)를 갖는다. 상기 반응관(116)은 석영유리와 같은 유전체로 이루어지며 원통 형태를 갖는다. As shown in FIGS. 1 and 2, the inductively coupled plasma processing apparatus 100 of the present invention includes a process chamber 110 having a plasma formation space therein. The process chamber is composed of an upper processing chamber 112 and a lower processing chamber 114. The upper processing chamber 112 has a reaction tube 116 made of a dielectric window so that RF power can be transmitted therethrough, and a cover 117 covering the upper end thereof. The reaction tube 116 is made of a dielectric such as quartz glass and has a cylindrical shape.

상기 하부 처리실(114)은 상기 상부 처리실(112)보다 폭넓게 형성되며, 상부에는 환상의 덮개(115)를 갖으며, 이 환상의 덮개에는 상기 상부 처리실(112)이 설치된다. 상기 하부 처리실(114)의 내부 아래쪽에는 기판(W)을 지지하는 정전척(electrostatic chuck, 118)이 설치된다. 이 정전척(118)에는 RF 전원(120)이 연결되어 공정챔버(110) 내에 생성된 플라즈마로부터 빠져나온 이온과 라디칼이 웨이퍼(W)의 표면에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공하게 된다. 상기 공정챔버(110)의 바닥에는 진공펌프(미도시됨)에 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 119)가 형성되어 있으며, 이를 통해 플라즈마 중의 분자, 에칭 생성물 등이 배기된다. The lower processing chamber 114 is formed wider than the upper processing chamber 112, and has an annular cover 115 at an upper portion thereof, and the upper processing chamber 112 is installed at the annular cover. An electrostatic chuck 118 supporting the substrate W is installed below the lower processing chamber 114. An RF power supply 120 is connected to the electrostatic chuck 118 so that ions and radicals emitted from the plasma generated in the process chamber 110 may collide with the surface of the wafer W with sufficiently high energy. Will be provided. A vacuum suction port 119 connected to a vacuum pump (not shown) is formed at the bottom of the process chamber 110, through which molecules in the plasma, etching products, and the like are exhausted.

상기 상부 처리실(112)의 반응관(116) 외측에는 고주파 안테나(130)가 설치된다. 상기 고주파 안테나(130)는 RF 파워에 의해 플라즈마를 생성하는 역할을 하 는 것으로, 웨이퍼와 상기 고주파 안테나 사이에서 발생한 플라즈마에 의해 해리되어 형성된 라디칼과 가속도를 가지고 웨이퍼에 충돌하는 이온의 작용에 의해 식각 공정이 이루어진다. 상기 고주파 안테나(130)의 입력단(132)은 고주파 임피던스 정합기(매칭 유닛;142)을 통해 고주파 전원(140)에 접속되고, 출력단은 접지된다. 상기 고주파 안테나(130)는 입력단과 출력단으로부터 분기되는 제1안테나(134)와 제2안테나(136)를 포함한다.The high frequency antenna 130 is installed outside the reaction tube 116 of the upper processing chamber 112. The high frequency antenna 130 serves to generate plasma by RF power, and is etched by the action of ions colliding with the wafer with radicals and accelerations formed by dissociation by the plasma generated between the wafer and the high frequency antenna. The process takes place. The input terminal 132 of the high frequency antenna 130 is connected to the high frequency power supply 140 through a high frequency impedance matcher (matching unit) 142, and the output terminal is grounded. The high frequency antenna 130 includes a first antenna 134 and a second antenna 136 branched from an input terminal and an output terminal.

상기 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b)는 상기 고주파 안테나의 중심에 대해 대칭적으로 상기 반응관의 양 측면에 위치된다. 상기 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b)는 양단이 상기 입력단(132)과 상기 출력단(133)에 연결된다. 상기 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b) 각각은 제1부분(135), 유턴부(136) 그리고 제2부분(137)으로 이루어진다. 상기 제1부분(135)과 제2부분(137)은 서로 이격된 상태로 평행하게 배치되며, 반호 형상으로 이루어진다. 한편, 상기 제1부분(135)은 상기 입력단(132)에 연결되고, 상기 제2부분(137)은 상기 출력단(133)에 연결되며, 상기 유턴부(136)는 상기 제1부분(135)과 상기 제2부분(137)을 연결하는 부분이다. 상기 유턴부(136)는 상기 고주파 안테나의 중심 반대방향으로 90도 구부려서 상기 유턴부의 평탄화 자기장이 식각 공정에 미치는 영향을 최소화함으로써 웨이퍼 상에서는 균일한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.The first antenna 134a and the second antenna 134b are located at both sides of the reaction tube symmetrically with respect to the center of the high frequency antenna. Both ends of the first antenna 134a and the second antenna 134b are connected to the input terminal 132 and the output terminal 133. Each of the first antenna 134a and the second antenna 134b includes a first portion 135, a u-turn portion 136, and a second portion 137. The first portion 135 and the second portion 137 are arranged in parallel to be spaced apart from each other, and have a half arc shape. The first portion 135 is connected to the input terminal 132, the second portion 137 is connected to the output terminal 133, and the u-turn unit 136 is connected to the first portion 135. And a portion connecting the second portion 137. The u-turn unit 136 may be bent 90 degrees in a direction opposite to the center of the high frequency antenna to minimize the influence of the flattening magnetic field on the etching process to obtain a uniform plasma density on the wafer.

이처럼, 플라즈마 밀도가 균일하면, 식각 소오스(예컨대, CHF3,C4F8, C2F6 등)가 해리되어 래디컬을 형성할 때 래디컬의 공간 분포가 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하게 되므로, 래디컬의 분포에 영향을 반응 식각율의 편차를 최소화할 수 있다.As such, when the plasma density is uniform, the spatial distribution of radicals becomes uniform throughout the wafer when the etching sources (eg, CHF3, C4F8, C2F6, etc.) dissociate to form radicals, thus affecting the distribution of radicals. The deviation of can be minimized.

다음으로, 상술한 구성을 갖는 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 작용을 설명한다. Next, the operation of the inductively coupled plasma processing apparatus having the above-described configuration will be described.

고주파 전류가 상기 고주파 안테나(130)의 입력단(132)에 인가되면, 고주파 전류는 상기 제1안테나(134a)의 제1부분(135)과 상기 제2안테나(134b)의 제1부분(135)으로 분기되어 흐르고, 제1,2안테나의 유턴부(136)에서 유턴되어 제2부분(137)을 거쳐 상기 고주파 안테나의 출력단(133)에서 다시 만나 출력단측의 접지를 통해 빠져나간다. 여기서, 본 발명의 고주파 안테나(130)는 나선형이 아니기 때문에 정전척(118)과 안테나 사이의 거리가 일정하지 않아 발생하였던 식각 불균형을 방지할 수 있다. 한편, 상기 고주파 안테나의 제1안테나(134a)와 제2안테나(134b)의 유턴부(136)가 서로 마주보면 전기장과 자기장의 중첩 현상에 의해 상기 유턴부(136)쪽의 플라즈마 밀도가 증가하고 식각을 했을 때 다른 부분보다 식각율이 높아져 식각 불균형이 초래될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 이러한 식각 불균형을 해소하기 위해, 제1안테나와 제2안테나의 유턴부(136)를 바깥방향으로 90도씩 구부려 두 중첩된 전기장 및 자기장의 방향을 바꾸어 반응관 내의 플라즈마에 미치는 영향을 최소화하도록 하였다. 이렇게 함으로써, 저압의 고밀도 플라즈마 상태를 유지하면서 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.When a high frequency current is applied to the input terminal 132 of the high frequency antenna 130, the high frequency current is the first portion 135 of the first antenna 134a and the first portion 135 of the second antenna 134b. Branching flows through the first and second antennas U-turn 136, and then through the second portion 137 to meet again at the output terminal 133 of the high-frequency antenna through the ground of the output side. Here, since the high-frequency antenna 130 of the present invention is not spiral, it is possible to prevent the etch imbalance caused by the distance between the electrostatic chuck 118 and the antenna is not constant. On the other hand, when the U-turn unit 136 of the first antenna 134a and the second antenna 134b of the high frequency antenna face each other, the plasma density of the U-turn unit 136 increases due to the superposition of the electric and magnetic fields. Since the etching rate may be higher than other parts when etching, the etching imbalance may be caused. In order to solve the etching imbalance, the U-turn part 136 of the first antenna and the second antenna is 90 degrees outwardly. By bending, the two superimposed electric and magnetic fields were reversed to minimize the effect on the plasma in the reaction tube. By doing so, the etching uniformity can be improved while maintaining a low pressure high density plasma state.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description illustrates the present invention. In addition, the foregoing description merely shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. And, it is possible to change or modify within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, the scope equivalent to the written description, and / or the skill or knowledge in the art. The above-described embodiments are for explaining the best state in carrying out the present invention, the use of other inventions such as the present invention in other state known in the art, and the specific fields of application and uses of the present invention. Various changes are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 저압의 고밀도 플라즈마 상태를 유지하면서 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.

As described in detail above, the etching uniformity may be improved while maintaining a low pressure high density plasma state.

Claims

In inductively coupled plasma processing apparatus:

A process chamber having a cylindrical dielectric window through which high frequency power can be transmitted;

A high frequency antenna disposed to surround the dielectric window; And

A high frequency power supply unit for applying high frequency power to the high frequency antenna;

The high frequency antenna

An input terminal to which high frequency power is applied from the high frequency power source;

An output terminal electrically grounded;

An inductively coupled plasma processing apparatus comprising: first and second antennas positioned symmetrically with respect to the center of the high frequency antenna and both ends connected to the input terminal and the output terminal; .

The method of claim 1,

Each of the first antenna and the second antenna

Inductive coupling, characterized in that the first portion connected to the input terminal and the second portion connected to the output terminal are arranged parallel to each other in parallel with each other, and comprises a U-turn portion connecting the first portion and the second portion Plasma processing apparatus.

The method of claim 2,

And the u-turn is bent to face in a direction opposite to the center of the high frequency antenna.

The method of claim 2,

The U-turn unit is bent 90 degrees in the opposite direction of the center of the high frequency antenna to change the direction of the electric field and magnetic steel to minimize the effect on the plasma of the process chamber.

The method of claim 2,

The first and second portions are inductively coupled plasma processing apparatus having a half arc shape.