KR100697665B1 - Upper electrode and plasma processing apparatus using same - Google Patents

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KR100697665B1
KR100697665B1 KR1020050111353A KR20050111353A KR100697665B1 KR 100697665 B1 KR100697665 B1 KR 100697665B1 KR 1020050111353 A KR1020050111353 A KR 1020050111353A KR 20050111353 A KR20050111353 A KR 20050111353A KR 100697665 B1 KR100697665 B1 KR 100697665B1
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정상곤
김형원
이경호
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Abstract

An upper electrode and a plasma processing apparatus using the same are provided to form uniformly plasma and enhance process uniformity by controlling effectively non-uniformity of distribution of high-frequency field formed on a surface of an upper electrode part. One concave part is formed on a center part of a lower surface of an upper electrode(118) in order to control high-frequency field which is concentrated from an outer circumference of the upper electrode to a center region. A ratio of a diameter of the concave part to a diameter of the upper electrode is 0.1 to 0.5.

Description

상부 전극부 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치{UPPER ELECTRODE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS USING SAME}UPPER ELECTRODE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS USING SAME}

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a general plasma processing apparatus.

도 2는 종래의 상부 전극부에서 고주파 전력의 공급 계로를 나타낸 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a high-frequency power supply system in the conventional upper electrode portion.

도 3은 도 2의 상부 전극의 고주파 전력의 공급 계로를 나타낸 저면도이다.FIG. 3 is a bottom view illustrating a high frequency power supply path of the upper electrode of FIG. 2.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 상부 전극부에서 고주파 전력의 공급 계로를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a high-frequency power supply system in the upper electrode unit according to the present invention.

도 6은 도 5의 상부 전극의 하부면을 나타낸 저면도이다.FIG. 6 is a bottom view illustrating the bottom surface of the upper electrode of FIG. 5.

도 7은 도 5 및 도 6에 따른 상부 전극의 변형예를 나타낸 저면도이다.7 is a bottom view illustrating a modified example of the upper electrode according to FIGS. 5 and 6.

도 8은 본 발명에 따른 상부 전극부에서 고주파 전력의 공급 계로의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the high-frequency power supply system from the upper electrode unit according to the present invention.

도 9는 도 8에 대한 상부 전극의 하부면을 나타낸 저면도이다.FIG. 9 is a bottom view illustrating the bottom surface of the upper electrode of FIG. 8. FIG.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >             <Description of the code | symbol about the principal part of drawings>

10, 100: 진공 챔버 12, 112: 상부 전극부10, 100: vacuum chamber 12, 112: upper electrode portion

14, 114: 하부 전극부 16, 116: 실리콘 부재14 and 114: lower electrode portions 16 and 116: silicon members

18, 118: 상부 전극 20, 120: 절연체18, 118: upper electrode 20, 120: insulator

24, 124: 기판 26, 126: 급전봉24, 124: substrate 26, 126: feed rod

28, 128: 하부 전극 30, 130: 정전척28, 128: lower electrode 30, 130: electrostatic chuck

134, 144: 고주파 전원 140: 고압 직류 전원 134, 144: high frequency power supply 140: high voltage DC power supply

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부 전극 표면에 전계 분포의 불균일성을 해결하여 공정의 균일도를 높일 수 있는 상부 전극부 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to an upper electrode portion and a plasma processing apparatus using the same, which can improve the uniformity of the process by solving the nonuniformity of the electric field distribution on the upper electrode surface.

반도체 및 디스플레이 산업이 발전함에 따라 웨이퍼, 유리 등의 기판 가공도 한정된 면적에 원하는 패턴을 극미세화하고 고집적화하는 방향으로 진행되고 있다.As the semiconductor and display industries develop, processing of substrates such as wafers and glass is also progressing toward minimizing and integrating desired patterns in a limited area.

일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 같은 반도체 기판의 표면에 절연막 또는 금속막 등과 같은 막을 형성시킨 후, 이 막에 반도체 소자의 특성에 따른 패턴을 형성시킴으로써 제조된다. Generally, a semiconductor device is manufactured by forming a film such as an insulating film or a metal film on the surface of a semiconductor substrate such as a wafer and then forming a pattern according to the characteristics of the semiconductor device on the film.

이때, 기판 표면에 형성시킬 수 있는 패턴은 기판 상에 형성시킨 막을 완전히 제거하거나 또는 선택적으로 제거함으로써 형성할 수 있으며, 이는 주로 식각 공정에서 수행된다.At this time, the pattern that can be formed on the surface of the substrate can be formed by completely removing or selectively removing the film formed on the substrate, which is mainly performed in the etching process.

반도체 초기의 식각 공정은 일반적으로 화학 용액을 이용한 습식 식각(Wet etching)으로 진행되어 왔으나, 회로의 집적도가 높아짐에 따라 습식 식각의 등방 성 식각으로는 한계에 이르고 이를 대체하는 기술로 플라즈마를 이용한 건식각 공정이 적용되고 있다.In general, the initial etching process of semiconductors has been performed by wet etching using chemical solutions.However, as the degree of integration of circuits increases, the isotropic etching of wet etching reaches its limit and replaces it with plasma technology. An etching process is being applied.

습식 식각에 이용되는 용액은 산(ACID)이 주류를 이루며 활성화된 산이 식각할 필름과 화학적으로 반응하여 기체화되어 제거하는 것으로서 전자적인 손상을 주지 않는다. 이는 표면을 세정하는 효과와 등방성 식각이라는 특성에 의해 세정 공정에 주로 사용되며, 식각 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각(Dry etching) 공정으로 대체되고 있다. 더욱이, 최근에는 플라즈마의 효율을 더욱 향상시킨 반응성 이온 식각(Reactive ion etching) 공정으로 발전해 가고 있다.The solution used for wet etching is mainly acid (ACID) and the activated acid chemically reacts with the film to be etched to vaporize and remove it. This is mainly used in the cleaning process due to the effect of cleaning the surface and the property of isotropic etching, the etching process has been replaced by dry etching process using plasma. In addition, recently, it has been developed into a reactive ion etching process that further improves the efficiency of plasma.

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a general plasma processing apparatus.

도면을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(10) 내에 상부 전극부(12)와 상기 상부 전극부(12)에 대향 위치하고 피처리체인 반도체 기판(24)이 장착되는 하부 전극부(14)로 구성된다.Referring to the drawings, the plasma processing apparatus is a lower electrode portion 14 in the vacuum chamber 10, the upper electrode portion 12 and the lower electrode portion 14, which is opposite to the upper electrode portion 12, is mounted on which the semiconductor substrate 24 to be processed is mounted. It is composed.

상부 전극부(12)는 다수의 가스 분사 구멍을 갖는 실리콘 부재(16)와, 실리콘 부재(16)를 지지하는 상부 전극(18)과, 실리콘 부재(16)와 상부 전극(18)의 외주면에 설치된 절연체(20)와, 급전봉(26)으로 구성된다.The upper electrode portion 12 includes a silicon member 16 having a plurality of gas injection holes, an upper electrode 18 supporting the silicon member 16, and outer peripheral surfaces of the silicon member 16 and the upper electrode 18. It consists of the insulator 20 provided and the feed rod 26.

실리콘 부재(16)에는 다수의 가스 분사 구멍(21)이 형성되어 가스 공급원(22)으로부터 공급받은 반응 가스를 기판(24)에 균일하게 분사하는 역할을 한다.A plurality of gas injection holes 21 are formed in the silicon member 16 to uniformly inject the reaction gas supplied from the gas supply source 22 to the substrate 24.

상부 전극(18)은 실리콘 부재(16)를 지지하기 위해 실리콘 부재(16)의 상부면과 접촉되어 있다. 또한, 상부 전극(18)은 내부에 빈공간이 형성되고 하부면에 관통홀이 형성되어 가스 공급원(22)으로부터 공급받은 반응 가스를 실리콘 부재 (16)로 이송한다. 상부 전극(18)은 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어져 있다.The upper electrode 18 is in contact with the top surface of the silicon member 16 to support the silicon member 16. In addition, the upper electrode 18 has an empty space formed therein and a through hole formed in the lower surface thereof to transfer the reaction gas supplied from the gas supply source 22 to the silicon member 16. The upper electrode 18 is made of aluminum with anodized surface.

상부 전극부(12)를 둘러싸고 있는 절연체(20)는 상부 전극부(12)로부터 분출되는 반응 가스가 안정적이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있도록 도와준다.The insulator 20 surrounding the upper electrode part 12 helps the reaction gas ejected from the upper electrode part 12 to generate a stable and uniform plasma.

급전봉(26)은 상부 전극(18)으로부터의 고주파 전력을 급전시키는 역할을 한다.The feed rod 26 serves to feed high frequency power from the upper electrode 18.

하부 전극부(14)는 하부 전극(28)과 기판(24)을 탑재하기 위한 정전척(30)이 설치된다. 하부 전극부(14)는 안전하게 기판(24)을 탑재하고, 상부 전극부(12)로부터 형성된 고밀도 플라즈마에 의해 안정적으로 기판(24)을 처리할 수 있도록 도와 주는 역할을 한다.The lower electrode portion 14 is provided with an electrostatic chuck 30 for mounting the lower electrode 28 and the substrate 24. The lower electrode part 14 serves to safely mount the substrate 24 and to stably process the substrate 24 by the high-density plasma formed from the upper electrode part 12.

상부 전극부(12)에는 정합기(32)를 거쳐 고주파 전원(34)이 연결되어 있으며, 상부 전극부(12)에 전계를 형성시켜 가스 공급원(22)으로부터 공급된 반응 가스를 고밀도 플라즈마로 형성시켜 준다.The high frequency power supply 34 is connected to the upper electrode portion 12 via a matcher 32, and forms an electric field in the upper electrode portion 12 to form a reactive gas supplied from the gas supply source 22 into a high density plasma. Let it be.

고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력이 상부 전극부(12)에 인가되고, 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위해 인가되는 주파수는 높아지고 있다. 따라서, 상부 전극부(12)에 인가 주파수를 상승시켰을 때 실리콘 부재(16)의 상부면에서는 전계의 불균일이 발생한다.The high frequency power is applied from the high frequency power source 34 to the upper electrode portion 12, and the frequency applied to generate the high density plasma is increasing. Therefore, when the frequency applied to the upper electrode portion 12 is raised, nonuniformity of the electric field occurs on the upper surface of the silicon member 16.

도 2 는 종래의 상부 전극부에서 고주파 전력의 공급 계로를 나타낸 단면도이다. 도 3은 도 2의 상부 전극의 고주파 전력 공급 계로를 나타낸 저면도이다. 도 2 및 도 3에서는 도면을 단순화하기 위하여 상부 전극(18)의 하부면에 형성된 관통 홀은 생략하고 도시하였다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a high-frequency power supply system in the conventional upper electrode portion. 3 is a bottom view illustrating a high frequency power supply system of the upper electrode of FIG. 2. In FIGS. 2 and 3, through holes formed in the lower surface of the upper electrode 18 are omitted in order to simplify the drawing.

도면을 참조하면, 상부 전극부(12)의 상부 전극(18)은 통상 도전체로 구성되어 있고, 고주파 전원(34)으로부터 급전봉(26)을 거쳐 공급되는 고주파 전력이 고주파화하면 표피 효과가 생겨 상부 전극(18)의 표면에만 전력이 공급되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 공급된 전력은 급전봉(26)의 표면과, 상부 전극(18)의 상부면 및 측면을 통해 플라즈마 접촉면인 상부 전극(18)의 하면에 이른다.Referring to the drawings, the upper electrode 18 of the upper electrode portion 12 is usually composed of a conductor, and when the high frequency power supplied from the high frequency power supply 34 through the feed rod 26 becomes high, a skin effect occurs. Power is supplied only to the surface of the upper electrode 18, and as shown in FIG. 2, the supplied power is the upper surface that is the plasma contact surface through the surface of the feed rod 26 and the upper and side surfaces of the upper electrode 18. The lower surface of the electrode 18 is reached.

급전봉(26)은 상부 전극부(12)의 중심에 접속하고 있기 때문에 상부 전극(18)의 가장 자리에서는 어디서나 전계가 일정하며, 도 3에 도시한 바와 같이 상부 전극(18)의 가장 자리로부터 동일 위상으로 대향면의 중심 방향으로 전류가 이동한다.Since the feed rod 26 is connected to the center of the upper electrode portion 12, the electric field is constant at the edge of the upper electrode 18, and as shown in FIG. The current moves in the same phase in the direction of the center of the opposite surface.

즉, 고주파를 사용한 경우 고조파가 발생 되기 용이해져, 이 고조파가 상부 전극(18)으로부터 고주파 전원(34)으로 돌아갈 때, 상부 전극(18)과 절연체(20)의 경계선 부분이나, 급전 위치 부분 등에서 반사하여 이들과 상부 전극(18) 하부면 중심부에서 정재파를 발생시킨다.That is, when high frequency is used, harmonics are easily generated, and when the harmonics return from the upper electrode 18 to the high frequency power supply 34, at the boundary line portion of the upper electrode 18 and the insulator 20, the feeding position portion, or the like. By reflecting, standing waves are generated at the center of these and the lower surface of the upper electrode 18.

이 정재파의 파장이 고조파의 파장과 일치하는 경우 전계가 상부 전극(18)의 중앙부에 집중되고, 상부 전극(18)의 중앙부에 집중되는 전계에 의해 플라즈마 밀도도 상부 전극(18) 중앙부에서 강하게 형성된다. When the wavelength of the standing wave coincides with the wavelength of the harmonics, the electric field is concentrated at the center of the upper electrode 18 and the plasma density is strongly formed at the center of the upper electrode 18 by the electric field concentrated at the center of the upper electrode 18. do.

상부 전극(18)의 중앙부에 집중되었던 고주파 전계는 다시 정재파를 생성시키고, 상기와 같이 반복되는 과정은 상부 전극(18) 표면의 전계 분포에 영향을 주어 식각 속도의 불균일성을 야기시킨다.The high frequency electric field concentrated at the center of the upper electrode 18 generates standing waves again, and the above-described repeated process affects the electric field distribution on the surface of the upper electrode 18 to cause non-uniformity of the etching rate.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 상부 전극부의 고주파 전류가 상부 전극의 표면을 타고 흐를 때, 상부 전극 표면의 전계 분포의 불균일성을 해결하여 공정의 균일도를 높일 수 있는 상부 전극부 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is derived to solve the above problems, the high frequency current of the upper electrode portion flows through the surface of the upper electrode, the upper part that can improve the uniformity of the process by solving the nonuniformity of the electric field distribution on the upper electrode surface An object of the present invention is to provide an electrode unit and a plasma processing apparatus using the same.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 플라즈마 처리 장치의 상부 전극에 있어서, 상기 상부 전극의 하부면에 오목부가 형성되어 있다. 상기 오목부는 상기 상부 전극의 하부면의 중앙에 형성된 하나의 오목부로 구성되어 있다. 상기 상부 전극 직경에 대한 상기 오목부의 직경의 비는 0.1 내지 0.5인 것으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the upper electrode of the plasma processing apparatus, a recess is formed on the lower surface of the upper electrode. The recess is composed of one recess formed in the center of the lower surface of the upper electrode. The ratio of the diameter of the recess to the upper electrode diameter is 0.1 to 0.5.

상기 오목부는 상부 전극 하부면의 중앙부에 복수개의 오목부를 형성할 수 있다. 상기 상부 전극 직경에 대한 상기 최외측 오목부들 사이의 직경의 비는 0.5 이하인 것으로 한다. 상기 오목부 각각의 지름은 10~50mm 인 것으로 한다.The concave portion may form a plurality of concave portions at the center of the lower surface of the upper electrode. The ratio of the diameter between the outermost concave portions to the upper electrode diameter shall be 0.5 or less. The diameter of each of the recesses is 10 to 50mm.

상기 오목부는 상부 전극 하부면의 중앙부에 동심으로 형성된 복수개의 오목부를 형성할 수 있다. 상기 상부 전극에 대한 상기 최외곽 오목부의 직경의 비는 0.5 이하인 것으로 한다. 상기 오목부 사이의 거리는 0.5~10mm 인 것으로 한다.The concave portion may form a plurality of concave portions formed concentrically on a central portion of the lower surface of the upper electrode. The ratio of the diameter of the outermost concave portion to the upper electrode is 0.5 or less. The distance between the recesses is 0.5 to 10 mm.

기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치는, 챔버와, 상기 챔버 내의 상부에 위치하여 상부 전극과 실리콘 부재를 포함하는 상부 전극부와, 상기 상부 전극부와 대향 위치하는 하부 전극부를 포함하고, 상기 상부 전극의 하부면에 오목부가 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 실리콘 부재 상부면에는 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성되어 있다.A plasma processing apparatus for plasma processing a substrate includes a chamber, an upper electrode portion positioned in an upper portion of the chamber and including an upper electrode and a silicon member, and a lower electrode portion opposed to the upper electrode portion. A recess is formed in the lower surface of the electrode. The convex part corresponding to the said recessed part is formed in the said silicon member upper surface.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.

도면을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(100)와 , 진공 챔버(100) 내의 상부 전극부(112) 및 상기 상부 전극부(112)와 대향 위치하고 피처리체인 반도체 기판(124)이 장착되는 하부 전극부(114)를 구비한다.Referring to the drawings, the plasma processing apparatus includes a vacuum chamber 100, an upper electrode portion 112 in the vacuum chamber 100, and a semiconductor substrate 124 positioned opposite to the upper electrode portion 112 and mounted as an object to be processed. The lower electrode part 114 is provided.

진공 챔버(100)는 통상 원통형 형상이고, 접지되어 있다. 물론, 진공 챔버(100)의 형상은 원통형 형상으로 한정된 것은 아니며, 입방체 형상이라도 무방하다.The vacuum chamber 100 is usually cylindrical in shape and grounded. Of course, the shape of the vacuum chamber 100 is not limited to a cylindrical shape, and may be a cube shape.

진공 챔버(100) 측벽에는 기판 반입 및 반출을 위한 게이트(101)가 형성되어 있어, 이를 통해 기판(124)이 인접하는 도시되지 않은 로드록실 사이에서 반입 및 반출되도록 되어 있다. 또한, 진공 챔버(100) 측벽 하부에는 진공 펌프(103) 등의 배기 장치가 배기구(105)에 연결되어 이로부터 배기가 실행되어 진공 챔버(100) 내를 감압 분위기, 예컨데 0.01Pa 이하의 소정 압력이 될 때까지 진공 펌프(103)로 내부를 감압한다.A gate 101 for loading and unloading a substrate is formed on the sidewall of the vacuum chamber 100 so that the substrate 124 is loaded and unloaded between adjacent loadlock chambers. In addition, an exhaust device such as a vacuum pump 103 is connected to the exhaust port 105 under the sidewall of the vacuum chamber 100, and exhausting is performed from the exhaust port 105, so that the pressure inside the vacuum chamber 100 is reduced to a predetermined pressure, for example, 0.01 Pa or less. The inside is depressurized with the vacuum pump 103 until it becomes this.

진공 챔버(100) 내의 상부에 위치한 상부 전극부(112)에는 제 1 고주파 전원(134) 및 제 1 정합기(132)가 연결되어 고주파 전력이 가해진다. 이때, 급전은 상부 전극부(112)의 상부면 중앙에 접속된 급전봉(126)에 의해 실시된다.The first high frequency power source 134 and the first matching unit 132 are connected to the upper electrode part 112 positioned in the upper portion of the vacuum chamber 100 to apply high frequency power. At this time, the power supply is performed by the power supply rod 126 connected to the center of the upper surface of the upper electrode portion 112.

또한, 상부 전극부(112)에는 가스 공급원(122)이 접속되어 있어, 가스 공급원(122)으로부터 반응 가스를 공급받는다. 또한, 이 가스 공급원(122)에는 밸브(125) 및 매스 플로우 컨트롤러(123)가 연결되어 있어, 반응 가스의 유량을 제어한 다. 상기 반응 가스로는 CHF2, Ar, O2 와 같은 가스를 사용할 수 있다.In addition, a gas supply source 122 is connected to the upper electrode portion 112, and the reaction gas is supplied from the gas supply source 122. In addition, a valve 125 and a mass flow controller 123 are connected to the gas supply source 122 to control the flow rate of the reaction gas. As the reaction gas, gases such as CHF 2 , Ar, and O 2 may be used.

상부 전극부(112)의 하부면에는 실리콘 부재(116)가 위치하며, 실리콘 부재(116)에는 플라즈마 처리 공간에 반응 가스를 배출하기 위한 복수개의 분사홀(121)이 형성되어 있다. 실리콘 부재(116)의 상부면에는 상부 전극(118)이 형성되어 있으며, 상부 전극(118) 내부에 빈공간이 형성되고 하부면에 관통홀이 형성되어, 공급받은 반응 가스를 실리콘 부재(116)를 통해 분사한다. 상부 전극(118)과 실리콘 부재(116)의 외주면은 절연체(120)로 둘러싸여 있다.The silicon member 116 is positioned on the lower surface of the upper electrode part 112, and a plurality of injection holes 121 are formed in the silicon member 116 to discharge the reaction gas into the plasma processing space. An upper electrode 118 is formed on an upper surface of the silicon member 116, an empty space is formed inside the upper electrode 118, and a through hole is formed on the lower surface of the silicon member 116 to supply the supplied reaction gas to the silicon member 116. Spray through. The outer circumferential surface of the upper electrode 118 and the silicon member 116 is surrounded by the insulator 120.

하부 전극부(114)는 기판 승강기(127)와, 정전척(130)과, 하부 전극(128)과, 포커스 링(129)으로 구성되어 있다.The lower electrode portion 114 is composed of a substrate lift 127, an electrostatic chuck 130, a lower electrode 128, and a focus ring 129.

기판 승강기(127)는 절연체로 이루어져 있으며, 기판 승강기(127)의 하부면은 진공 챔버(100) 밑면에 고정되고 상부면에는 하부 전극(128) 및 정전척(130)이 장착되어 하부 전극(128)과 정전척(130)을 하부에서 지지하고 공정의 진행에 따라 정전척(130)을 상하로 이동시켜 주는 역할을 한다.The substrate lift 127 is formed of an insulator, and the lower surface of the substrate lift 127 is fixed to the bottom of the vacuum chamber 100, and the lower electrode 128 and the electrostatic chuck 130 are mounted on the upper surface of the lower board 128. ) And the electrostatic chuck 130 from the bottom and serves to move the electrostatic chuck 130 up and down as the process proceeds.

정전척(130)은 원형 플레이트 형상으로 기판의 형상과 대략 동일한 형상이나 특별히 그 형상이 한정되지는 않는다. 또한, 정전척(130)은 진공 챔버(100) 내로 이송되는 기판(124)이 안착 되도록 하여 이를 보유하는 역할을 한다.The electrostatic chuck 130 has a circular plate shape, which is substantially the same as the shape of the substrate, but the shape thereof is not particularly limited. In addition, the electrostatic chuck 130 serves to hold the substrate 124 to be transported into the vacuum chamber 100 is seated.

또한, 정전척(130)에는 고압 직류 전원(140)이 접속되어 있어, 예컨데 1.5kV 의 직류 전압이 인가된다. 이에 직류 전원(140)으로부터 클론력이 발생하여 기판(124)이 하부 전극부(114)측으로 정전 흡착된다. In addition, the high voltage direct current power supply 140 is connected to the electrostatic chuck 130, for example, a DC voltage of 1.5 kV is applied. As a result, a clone force is generated from the DC power supply 140, and the substrate 124 is electrostatically attracted to the lower electrode part 114.

하부 전극부(114)에는 제 2 정합기(142)를 거쳐 제 2 고주파 전원(144)이 접속되어 기판(124)을 플라즈마 처리하는 경우 하부 전극부(114)에는 제 2 고주파 전원(144)에 의해 고주파 전력이 공급된다. 제 2 고주파 전원(144)으로부터 1~4 MHz, 예컨데 2 MHz의 고주파가 하부 전극부(114)에 인가되고, 이것에 의해 플라즈마 중의 이온이 하부 전극부(114)측으로 인입되어, 이온 어시스트에 의해 에칭의 이방성이 높아진다.When the second high frequency power source 144 is connected to the lower electrode part 114 through the second matching unit 142 to perform plasma treatment on the substrate 124, the lower electrode part 114 is connected to the second high frequency power source 144. The high frequency power is supplied by this. A high frequency of 1 to 4 MHz, for example, 2 MHz, is applied from the second high frequency power source 144 to the lower electrode portion 114, whereby ions in the plasma are introduced to the lower electrode portion 114 side, thereby causing ion assist. Anisotropy of etching becomes high.

또한, 하부 전극부(114)에는 하부 전극부(114) 내부를 관통하는 가스 통로(146)가 형성되어 있고, 전열 매체, 예컨데 He 가스 등이 공급된다. 이 전열 매체에 의해 기판(124)은 이면측으로부터 직접적으로 온도가 제어된다.In addition, the lower electrode part 114 is provided with a gas passage 146 penetrating through the lower electrode part 114, and a heat transfer medium, for example, He gas, is supplied. By this heat transfer medium, the temperature of the substrate 124 is controlled directly from the back surface side.

하부 전극(128)과 정전척(130)의 외주부에는 고리 형상의 포커스 링(129)이 배치되어 있다. 포커스 링(129)은 반응 가스가 플라즈마 상태로 변환될 때, 이 플라즈마 상태의 반응 가스가 기판(124)에 집중되도록 하는 역할을 한다.An annular focus ring 129 is disposed on the outer circumferential portion of the lower electrode 128 and the electrostatic chuck 130. The focus ring 129 serves to concentrate the reaction gas in the plasma state when the reaction gas is converted into the plasma state.

도 5는 본 발명에 따른 상부 전극부에서 고주파 전력의 공급 계로를 나타낸 단면도이다. 도 6은 도 5의 상부 전극의 하부면을 나타낸 저면도이다. 이하 도면에서는 도면을 단순화하기 위하여 상부 전극(118)의 하부면에 형성된 관통홀은 생략하고 도시하였다.5 is a cross-sectional view showing a high-frequency power supply system in the upper electrode unit according to the present invention. FIG. 6 is a bottom view illustrating the bottom surface of the upper electrode of FIG. 5. In the following drawings, the through hole formed in the lower surface of the upper electrode 118 is omitted in order to simplify the drawing.

도면을 참조하면, 화살표는 상부 전극부(112)에 인가된 고주파 전류의 흐름을 나타내고, 상부 전극부(112)는 실리콘 부재(116)와, 실리콘 부재(116)를 지지하고, 중앙 부분에 오목부가 형성된 상부 전극(118)과, 상부 전극(118) 상부면의 중앙에 위치한 급전봉(126)과, 상부 전극(118)과 실리콘 부재(116)의 외주면을 둘러 싸고 있는 절연체로 구성되어 있다.Referring to the drawings, an arrow indicates a flow of high frequency current applied to the upper electrode portion 112, and the upper electrode portion 112 supports the silicon member 116 and the silicon member 116, and is concave in the center portion. The upper electrode 118 is formed of an additional portion, a feed rod 126 located at the center of the upper surface of the upper electrode 118, and an insulator surrounding the outer circumferential surfaces of the upper electrode 118 and the silicon member 116.

일반적으로 실리콘 부재(116)는 단결정 격자 구조를 가지며, 일정한 전류가 흐르도록 불순물을 첨가하여 그 저항이 50~100Ω·cm 를 가지며, 상기 실리콘 부재의 고유 저항은 식각 속도와 식각 균일도에 영향을 미친다.In general, the silicon member 116 has a single crystal lattice structure, and has a resistance of 50 to 100 Ω · cm by adding impurities so that a constant current flows, and the resistivity of the silicon member affects the etching rate and the etching uniformity. .

상부 전극(118) 하부면의 중앙 부분에 형성된 원형의 오목부는 상부 전극(118)의 외주면에서 중앙 영역으로 집중되는 고주파 전계를 제어할 수 있다. 또한, 실리콘 부재(116)의 상부면에는 상부 전극(118)의 오목부와 체결할 수 있도록 볼록부가 형성될 수 있다.The circular recess formed in the central portion of the lower surface of the upper electrode 118 may control the high frequency electric field concentrated in the central region on the outer circumferential surface of the upper electrode 118. In addition, a convex portion may be formed on an upper surface of the silicon member 116 so as to be engaged with a recess of the upper electrode 118.

상부 전극(118)에 인가된 고주파 전류는 표피 효과에 의해 상부 전극(118)의 표면을 타고 흐르며, 상부 전극(118)의 중앙부에 집중되어 플라즈마 밀도에 영향을 주지만, 상부 전극(118) 하부면에 형성된 오목부에 의해 오목부의 높이만큼 상부 전극(118)과 대향하고 있는 하부 전극부와의 거리가 멀어져 전계가 약화된다.The high frequency current applied to the upper electrode 118 flows on the surface of the upper electrode 118 by the skin effect and is concentrated in the center of the upper electrode 118 to affect the plasma density, but the lower surface of the upper electrode 118 The distance between the lower electrode portion facing the upper electrode 118 by the height of the recessed portion is increased by the recessed portion, and the electric field is weakened.

즉, 상부 전극(118) 하부면에 형성된 오목부의 지름(A)를 크게 하면 전계가 약화되는 면적을 넓힐 수 있고, 오목부의 높이(B)를 크게 할수록 전계를 더욱 약화시킬 수 있다. 하지만, 오목부의 지름(A)의 크기가 일정 범위를 벗어나면 전계가 집중되지 않는 부분도 영향을 받아 전계가 더욱 약화된다. 또한, 오목부의 높이(B)의 크기가 일정 범위를 벗어나면 중앙부의 전계가 오히려 가장 자리부보다 약화되어 균일한 플라즈마를 생성하기 어렵게 된다.That is, when the diameter A of the recess formed on the lower surface of the upper electrode 118 is increased, the area in which the electric field is weakened can be widened, and as the height B of the recess is increased, the electric field can be further weakened. However, if the diameter A of the concave portion is out of a certain range, the portion where the electric field is not concentrated is also affected and the electric field is further weakened. In addition, when the size of the height B of the concave portion is out of a predetermined range, the electric field of the central portion is rather weaker than the edge portion, making it difficult to generate a uniform plasma.

이에, 상부 전극의 직경(S)에 대한 오목부의 직경(A)의 비는 0.1 내지 0.5가 되도록 한다. 즉, 상부 전극 직경(S)이 276mm 인 경우, 오목부의 직경(A)은 27.6 내지 138mm 로 한다. 또한, 오목부의 깊이(B)는 0.1~5mm가 바람직하다.Thus, the ratio of the diameter A of the recess to the diameter S of the upper electrode is 0.1 to 0.5. That is, when the upper electrode diameter S is 276 mm, the diameter A of the concave portion is 27.6 to 138 mm. Moreover, as for the depth B of a recessed part, 0.1-5 mm is preferable.

도 7은 도 5 및 도 6에 따른 상부 전극의 변형 예를 나타낸 저면도이다.7 is a bottom view illustrating a modified example of the upper electrode according to FIGS. 5 and 6.

도 7에 도시한 바와 같이, 상부 전극(118) 하부면 중앙부에는 복수개의 원형 오목부(148)가 형성되어 있다. 상부 전극(118) 하부면에 접합되는 실리콘 부재는 평면 또는 상기 오목부에 대응되도록 볼록부가 형성될 수 있다.As illustrated in FIG. 7, a plurality of circular recesses 148 are formed in the center of the lower surface of the upper electrode 118. The silicon member bonded to the lower surface of the upper electrode 118 may have a convex portion formed so as to correspond to a plane or the concave portion.

상부 전극(118) 하부면에 형성된 오목부에 의해 고주파 전류의 이동 경로에 직각으로 꺽어지는 다수의 굴곡과 공간이 생긴다. 이에 따라, 전류의 이동 경로가 길어지며 상부 전극(118) 하부면 중앙부에는 하부 전극에서 가까운 영역이 줄어들게 된다. 결과적으로 상부 전극(118) 중앙부와 하부 전극의 사이에서 형성되는 전계는 약해진다.The concave portion formed on the lower surface of the upper electrode 118 generates a plurality of bends and spaces that are bent at right angles to the movement path of the high frequency current. Accordingly, the movement path of the current is lengthened and the area near the lower electrode is reduced in the center of the lower surface of the upper electrode 118. As a result, the electric field formed between the center of the upper electrode 118 and the lower electrode is weakened.

이에, 상부 전극 직경(S)에 대한 최외곽 오목부들 사이의 직경(C)의 비는 0.5 이하가 되도록 한다. 즉, 상부 전극 직경(S)이 276mm 인 경우, 최외곽 오목부들 사이의 직경(C)은 138mm 이하로 한다. 또한, 오목부의 깊이는 0.1~5mm가 바람직하고, 오목부 하나의 지름(E)는 10~50mm인 것이 바람직하다. 각각 형성된 오목부 사이의 거리는 작을수록 좋으며, 그 거리는 0.5~10mm가 바람직하다.Thus, the ratio of the diameter (C) between the outermost recesses with respect to the upper electrode diameter (S) is to be 0.5 or less. That is, when the upper electrode diameter S is 276 mm, the diameter C between the outermost recesses is 138 mm or less. Moreover, as for the depth of a recessed part, 0.1-5 mm is preferable, and it is preferable that the diameter E of one recessed part is 10-50 mm. The smaller the distance between the recesses formed, the better. The distance is preferably 0.5 to 10 mm.

도 8은 본 발명에 따른 상부 전극에서 고주파 전력의 공급 계로의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이고. 도 9는 도 8에 대한 상부 전극의 하부면을 나타낸 저면도이다.8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the high-frequency power supply system from the upper electrode according to the present invention. FIG. 9 is a bottom view illustrating the bottom surface of the upper electrode of FIG. 8. FIG.

오목부는 도 9에 도시된 바와 같이 상부 전극(118)의 하부면 중앙부에 동심으로 형성된 복수의 환형 오목부가 형성되어 있다.As shown in FIG. 9, a plurality of annular recesses formed concentrically are formed in the center of the lower surface of the upper electrode 118.

또한, 도 8을 참조하면 상부 전극(118) 하부면과 접합되는 실리콘 부재(116)에는 상기 오목부에 대응되도록 볼록부가 형성되어 있고, 전계는 급전봉(126)을 통해 상부 전극(118)의 측면으로 진행하며, 상부 전극(118) 하부면에 형성된 지름이 다른 오목부를 통해 전계가 흐른다. 이는 도 5에서 설명한 효과와 같이, 전계가 상부 전극(118) 하부면에 중앙으로 갈수록 전계가 약해진다.In addition, referring to FIG. 8, a convex portion is formed in the silicon member 116 bonded to the lower surface of the upper electrode 118 so as to correspond to the concave portion, and the electric field of the upper electrode 118 is provided through the feed rod 126. Proceeding to the side, an electric field flows through recesses having different diameters formed on the lower surface of the upper electrode 118. As the effect described with reference to FIG. 5, the electric field becomes weaker toward the center of the lower surface of the upper electrode 118.

이에, 상부 전극 직경(S)에 대한 최외곽 환형 오목부의 직경(F)의 비는 0.5 이하가 되도록 한다. 즉, 상부 전극 직경(S)이 276mm 인 경우, 최외곽 환형 오목부의 직경(F)은 138mm 이하로 한다. 또한, 환형의 오목부의 깊이(G)는 0.1~5nm가 바람직하고, 각 환형의 오복부의 거리(I)는 작을수록 좋으며, 그 거리는 0.5~10mm가 바람직하다.Accordingly, the ratio of the diameter F of the outermost annular recess to the upper electrode diameter S is set to 0.5 or less. In other words, when the upper electrode diameter S is 276 mm, the diameter F of the outermost annular recess is 138 mm or less. In addition, the depth G of the annular recess is preferably 0.1 to 5 nm, the smaller the distance I of each annular recess is, and the distance is preferably 0.5 to 10 mm.

따라서, 본 발명에 따른 상부 전극부 구조를 채용함으로써, 고주파 전력의 주파수가 상승하여 플라즈마 밀도가 상승했을 때에 생기는 특유의 문제를 해소할 수 있고, 고밀도이면서 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.Therefore, by adopting the structure of the upper electrode portion according to the present invention, it is possible to solve the problems inherent when the frequency of the high frequency power rises and the plasma density rises, and a high density and uniform plasma can be formed.

전술된 구성에서 상기 오목부의 형상은 원형으로 한정되지 않고 사각형, 육각형 등 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 이때, 각각의 직경은 발명의 상세한 설명뿐만 아니라 후술되는 청구 범위에서도 각 형상의 최장축의 길이, 예를 들어 사각형의 경우 대각선의 길이를 의미하게 된다.In the above-described configuration, the shape of the concave portion is not limited to a circle, but may be modified into various shapes such as a rectangle and a hexagon. In this case, each diameter means not only the detailed description of the invention but also the length of the longest axis of each shape, for example, the length of the diagonal in the case of the following claims.

다음은 도 4를 참조하여 플라즈마 처리 장치의 처리 공정에 대해 설명한다.Next, a processing process of the plasma processing apparatus will be described with reference to FIG. 4.

선행 공정을 완료한 기판(124)이 게이트(101)로부터 진공 챔버(100) 내에 반입되어 진공 챔버(100) 내에 위치한 정전척(130)에 안착되면, 고압 직류 전원(140) 으로부터 기판(124)을 정전 흡착시킨다.When the substrate 124 having completed the preceding process is loaded into the vacuum chamber 100 from the gate 101 and seated on the electrostatic chuck 130 located in the vacuum chamber 100, the substrate 124 from the high voltage direct current power supply 140. Electrostatic adsorption.

이후, 상부 전극부(112)와 하부 전극부(114)에 고주파 전원(134, 144)으로부터 각각 소정 전압의 전력을 인가되도록 한다. 이후, 기판 승강기(124)로부터 기판(124)이 안착된 하부 전극부(114)를 상부 전극부(112) 방향으로 상승시킨다.Thereafter, power of a predetermined voltage is applied to the upper electrode 112 and the lower electrode 114 from the high frequency power supplies 134 and 144, respectively. Thereafter, the lower electrode portion 114 on which the substrate 124 is seated is lifted from the substrate lifter 124 toward the upper electrode portion 112.

이때, 기판(124)과 상부 전극부(112)의 간격이 수십 mm 가 되면, 기판 승강기(127)는 기판(124)의 상승을 중지시키며, 가스 공급원(122)은 상부 전극부(112)로 반응 가스를 공급하기 시작한다.At this time, when the distance between the substrate 124 and the upper electrode portion 112 is several tens of mm, the substrate lift 127 stops the rise of the substrate 124, the gas supply 122 to the upper electrode portion 112 Start supplying reaction gas.

상부 전극부(112)로 유입된 반응 가스는 실리콘 부재(116)의 분사홀(121)을 통해 기판(124)에 균일하게 분사하게 된다. The reaction gas introduced into the upper electrode part 112 is uniformly sprayed onto the substrate 124 through the injection hole 121 of the silicon member 116.

계속해서, 진공 챔버(100) 내에 분사된 반응 가스는 상부 전극부(112)와 하부 전극부(114)에 인가되는 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 변환되고, 이 플라즈마 상태로 변환된 반응 가스는 기판(124) 표면에 형성된 막과 반응하여 이 막을 선택적으로 건식 식각 등의 플라즈마 처리를 균일하게 수행한다.Subsequently, the reaction gas injected into the vacuum chamber 100 is converted into a plasma state by the high frequency power applied to the upper electrode portion 112 and the lower electrode portion 114, and the reaction gas converted into the plasma state is a substrate. In response to the film formed on the surface, the film is selectively subjected to uniform plasma treatment such as dry etching.

이때, 상부 전극(118)에 인가되는 고주파 전류는 표피 효과에 의해 상부 전극(118)의 표면을 타고 흐르며, 상부 전극(118) 하부면에 본 발명에 따라 형성된 오목부를 거치며 전계가 약화 된다. 즉, 중앙 영역에서 전류의 집중을 막아 균일한 플라즈마를 형성하게 한다.At this time, the high frequency current applied to the upper electrode 118 flows on the surface of the upper electrode 118 by the skin effect, and the electric field is weakened through the recess formed in accordance with the present invention on the lower surface of the upper electrode 118. That is, the concentration of current in the central region is prevented to form a uniform plasma.

이후, 기판(124)에 형성된 막과 반응하지 않은 비반응 가스는 배기 펌프(103)에 의해 배기구(105)로 배기되고, 플라즈마 처리가 종료되면 고압 직류 전원(140) 및 고주파 전원(134, 144)으로부터 전력 공급이 정지되고 기판(124)은 게이 트(101)를 통해 진공 챔버(100) 외부로 반출되어 공정을 마치게 된다.Subsequently, unreacted gas that does not react with the film formed on the substrate 124 is exhausted to the exhaust port 105 by the exhaust pump 103, and when the plasma processing is completed, the high-pressure DC power supply 140 and the high frequency power supply 134 and 144. The power supply is stopped and the substrate 124 is taken out of the vacuum chamber 100 through the gate 101 to complete the process.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 전극부 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치는 상부 전극부에 형성되는 고주파 전계의 불균일성을 효과적으로 제어하였다. 그러므로, 본 발명은 균일한 플라즈마를 형성할 수 있는 효과가 있다.As described above, the upper electrode portion and the plasma processing apparatus using the same according to the present invention effectively controlled the nonuniformity of the high frequency electric field formed in the upper electrode portion. Therefore, the present invention has the effect of forming a uniform plasma.

Claims (12)

플라즈마 처리 장치의 상부 전극으로서,As an upper electrode of the plasma processing apparatus, 상기 상부 전극의 외주면으로부터 중앙 영역으로 집중되는 고주파 전계를 제어하기 위해 상기 상부 전극의 하부면의 중앙부에 형성된 하나의 오목부를 포함하며,Including a recess formed in the center of the lower surface of the upper electrode to control the high frequency electric field concentrated from the outer peripheral surface of the upper electrode to the central region, 상기 상부 전극 직경에 대한 상기 오목부의 직경의 비는 0.1 내지 0.5인 상부 전극부.The ratio of the diameter of the concave portion to the upper electrode diameter is 0.1 to 0.5 upper electrode portion. 삭제delete 삭제delete 플라즈마 처리 장치의 상부 전극으로서,As an upper electrode of the plasma processing apparatus, 상기 상부 전극의 외주면으로부터 중앙 영역으로 집중되는 고주파 전계를 제어하기 위해 상기 상부 전극의 하부면의 중앙부에 형성된 복수개의 오목부를 포함하며,It includes a plurality of recesses formed in the central portion of the lower surface of the upper electrode to control the high frequency electric field concentrated in the central region from the outer peripheral surface of the upper electrode, 상기 상부 전극 직경에 대한 상기 최외측 오목부들 사이의 직경의 비는 0.1 내지 0.5인 상부 전극부.And an upper ratio of the diameter between the outermost recesses to the upper electrode diameter is 0.1 to 0.5. 삭제delete 청구항 4에 있어서, 상기 오목부 각각의 지름은 10 내지 50mm인 상부 전극부.The upper electrode portion of claim 4, wherein each of the concave portions has a diameter of 10 to 50 mm. 플라즈마 처리 장치의 상부 전극으로서,As an upper electrode of the plasma processing apparatus, 상기 상부 전극의 외주면으로부터 중앙 영역으로 집중되는 고주파 전계를 제어하기 위해 상기 상부 전극의 하부면의 중앙부에 동심으로 형성된 복수개의 오목부를 포함하며,And a plurality of concave portions formed concentrically in the central portion of the lower surface of the upper electrode to control the high frequency electric field concentrated from the outer peripheral surface of the upper electrode to the central region. 상기 상부 전극 직경에 대한 상기 최외곽 오목부의 직경의 비는 0.1 내지 0.5인 상부 전극부.And an upper ratio of the diameter of the outermost concave portion to the upper electrode diameter is 0.1 to 0.5. 삭제delete 청구항 7에 있어서, 상기 오목부 사이의 거리는 0.5 내지 10mm인 상부 전극부.The upper electrode portion of claim 7, wherein the distance between the recesses is 0.5 to 10 mm. 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는 0.1 내지 5mm인 상부 전극부.The upper electrode portion according to any one of claims 1 to 4, wherein the depth of the recess is 0.1 to 5 mm. 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치로서,A plasma processing apparatus for plasma processing a substrate, 챔버와,Chamber, 상기 챔버 내의 상부에 위치하여 상부 전극과 실리콘 부재를 포함하는 상부 전극부와,An upper electrode portion positioned in an upper portion of the chamber and including an upper electrode and a silicon member; 상기 상부 전극부와 대향 위치하는 하부 전극부를 포함하고,A lower electrode part facing the upper electrode part; 상기 상부 전극의 외주면으로부터 중앙 영역으로 집중되는 고주파 전계를 제어하기 위해 상기 상부 전극은 청구항 1, 청구항 4, 청구항 6, 청구항 7, 청구항 9 및 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 오목부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.The upper electrode includes a concave portion according to any one of claims 1, 4, 6, 7, 7, and 10 to control a high frequency electric field concentrated from an outer circumferential surface of the upper electrode to a central region. Device. 청구항 11에 있어서, 상기 실리콘 부재 상부면에는 상기 오목부에 대응하는 볼록부가 형성된 플라즈마 처리 장치.The plasma processing apparatus of claim 11, wherein a convex portion corresponding to the recess is formed on an upper surface of the silicon member.
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