KR100739959B1 - Etching chamber used in semiconductor device fabrication - Google Patents

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Abstract

공정 공간을 이루는 벽체, 웨이퍼가 놓이는 척, 척이 설치되는 테이블, 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 발생장치, 공정 공간 내에 식각 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하며, 추가적으로 웨이퍼가 놓이는 척 아래쪽으로 웨이퍼 주변을 따라 설치되는 자계 발생 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각 챔버가 개시된다. It includes a wall forming a process space, a chuck on which a wafer is placed, a table on which a chuck is installed, a high frequency generator for forming a plasma, and a gas supply device for supplying an etching gas into the process space. An etching chamber is provided, comprising: a magnetic field generating device installed along the same.

본 발명에 따르면 대구경 웨이퍼 식각 공정에서 웨이퍼내 균일성을 확보하고, 공정 불량을 줄일 수 있다.According to the present invention, it is possible to secure uniformity within a wafer in a large-diameter wafer etching process and reduce process defects.

Description

반도체 장치 제조용 식각 챔버{Etching chamber used in semiconductor device fabrication}Etching chamber used in semiconductor device fabrication

도1은 종래의 개별 식각 장비의 일 예를 나타내는 개략적인 측단면도,1 is a schematic side cross-sectional view showing an example of a conventional individual etching equipment,

도2는 본 발명의 일 실시예에 따름 식각 챔버의 개략적인 측단면도,2 is a schematic side cross-sectional view of an etching chamber in accordance with an embodiment of the present invention;

도3은 원형 도선이나 원형 코일, 원형 솔레노이드 같은 전류에 의한 자계 발생 장치가 웨이퍼가 놓이는 테이블 주변에 설치된 상태에서 웨이퍼와 자계 발생 장치의 상대적 위치를 개념적으로 나타내는 배치 평면도이며, FIG. 3 is a layout plan view conceptually illustrating the relative positions of the wafer and the magnetic field generating device in a state in which a magnetic field generating device such as a circular lead, a circular coil, and a circular solenoid is installed around the table on which the wafer is placed;

도4는 코일을 설치할 때 코일이 식각 가스의 작용으로 침식되어 수명이 짧아지는 것을 방지하기 위해 피복을 형성한 예를 개념적으로 표시하는 부분 측단면도이다. Fig. 4 is a partial side cross-sectional view conceptually showing an example in which a coating is formed to prevent the coil from being eroded by the action of the etching gas and shortening the life when installing the coil.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭* Names of symbols for main parts of the drawings

10:웨이퍼 100: 공정 챔버10: wafer 100: process chamber

110,210: 측벽 112,212: 커버110,210: sidewall 112,212: cover

120,220: 가스주입관 130,230: 테이블120,220 Gas injection pipe 130,230 Table

135,235: 정전척 140,240: 고주파 전원135,235: electrostatic chuck 140,240: high frequency power supply

150,250: 진공 인가 장치 260: 자계 발생 장치150, 250: vacuum applying device 260: magnetic field generating device

261: 단부 263: 피복261: end 263: sheath

본 발명은 반도체 장치 제조 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 장치 제조 장비인 식각 챔버(etching chamber)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor device manufacturing equipment, and more particularly, to an etching chamber which is a semiconductor device manufacturing equipment.

반도체 장치는 반도체 기판 상에 반도체, 부도체, 도체로 이루어진 복잡하고 다양한 기능층을 형성하고, 이 층을 이루는 물질막을 패터닝, 이온주입 등의 방법으로 다양하게 가공하여 다수의 회로 소자 및 배선을 형성하여 이루어진다. A semiconductor device forms a complex and diverse functional layer consisting of a semiconductor, a non-conductor, and a conductor on a semiconductor substrate, and variously processes a material film constituting the layer by a method such as patterning and ion implantation to form a plurality of circuit elements and wirings. Is done.

이런 반도체 장치의 복잡한 구조를 이루기 위해 반도체 기판은 수많은 물리적, 화학적 공정을 거치게 된다. 이러한 공정 가운데 하나로 식각 공정은 물질막 패턴 형성과 전반적 에치백에 사용되는, 반도체 제조 공정 중 가장 중요한 공정의 하나를 이룬다. In order to achieve such a complicated structure of the semiconductor device, the semiconductor substrate undergoes numerous physical and chemical processes. As one of these processes, the etching process is one of the most important processes of the semiconductor manufacturing process, which is used for forming material film patterns and overall etch back.

한편, 반도체 장치 제조에 있어서, 한정된 면적에 보다 많은 소자를 형성하고, 보다 적은 전력으로 소자를 구동시키는 소자 고집적화의 요구와 함께, 보다 많은 반도체 장치를 효율적으로 생산할 수 있도록 하는 요구가 가장 중요한 기술적 문제가 되고 있다. On the other hand, in the manufacture of semiconductor devices, the demand for the ability to form more devices in a limited area and to drive the devices with less power, and to increase the efficiency of production of more semiconductor devices is the most important technical problem. It is becoming.

이런 효율적 생산의 요구는 반도체 웨이퍼의 대구경화에 의해서도 달성될 수 있으므로 웨이퍼의 크기는 종래 수십 mm, 근래 200mm 에서 최근 300mm 등으로 계속적으로 커지는 추세이다. 그러나, 웨이퍼의 크기가 커지면 이를 가공하는 것은 더욱 어려워진다. 즉, 정밀한 가공이 요구되는 반도체 장치 제조를 위해 웨이퍼의 넓 은 면을 고르게 가공해야 하므로 충분한 수율을 얻기 위해서는 보다 이상적인 공정 기술 개발, 이를 구현할 수 있는 공정 장비의 개발이 필수적인 것이 된다.Since the demand for efficient production can be achieved even by the large diameter of the semiconductor wafer, the size of the wafer is continuously increasing from several tens of mm in the past, from 200 mm to the recent 300 mm. However, the larger the size of the wafer, the more difficult it is to process. In other words, in order to manufacture a semiconductor device that requires precise processing, it is necessary to process the wide surface of the wafer evenly. Therefore, in order to obtain sufficient yield, it is essential to develop a more ideal process technology and a process equipment capable of implementing the same.

도1은 종래의 개별 식각 장비의 일 예를 나타내는 개략적인 측단면도이다. 측벽(110)과 상부 커버(112)가 공정 공간을 이루고, 대상막의 종류에 적합한 식각 가스가 가스주입관(120)을 통해 투입된다. 웨이퍼(10)는 테이블(130)에 설치된 정전척(ESC:135)에 놓인다. 식각 효율을 높이기 위해 공정 챔버(100)에는 웨이퍼 위쪽에 집중적으로 플라즈마를 형성한다. 플라즈마 형성을 위해 테이블(130)에는 고주파 전원(140)이 인가된다. 테이블 아래쪽으로는 진공 펌프 등 진공 인가 장치(150)가 연결되어 식각 반응 가스가 배출된다.1 is a schematic side cross-sectional view showing an example of a conventional individual etching equipment. The side wall 110 and the upper cover 112 form a process space, and an etching gas suitable for the type of the target film is introduced through the gas injection pipe 120. Wafer 10 is placed on an electrostatic chuck (ESC) 135 mounted on table 130. In order to increase the etching efficiency, plasma is intensively formed on the wafer in the process chamber 100. The high frequency power supply 140 is applied to the table 130 to form the plasma. A vacuum application device 150 such as a vacuum pump is connected to the lower side of the table to discharge the etching reaction gas.

그런데, 이러한 개별 웨이퍼 가공 장비에서 웨이퍼 크기가 커질수록 중심부와 주변을 고르게 가공하기 위해 공정 조건을 동등하게 조성하는 것이 점차 어렵게 된다. 따라서 장비의 디자인에 따라 중심쪽이 더 많이 가공되거나 주변 쪽이 더 많이 가공될 수 있고, 도시된 장비의 경우, 웨이퍼 중심쪽에 일반적으로 더 많이 식각 플라즈마가 작용하게 되어 어느 한 쪽에서는 불량 발생률이 높아지는 문제가 있다. However, as the wafer size increases in such individual wafer processing equipment, it becomes increasingly difficult to equalize the process conditions in order to evenly process the center and the periphery. Therefore, depending on the design of the equipment, the center side may be processed more or the peripheral side may be processed more. In the case of the illustrated equipment, the etching plasma is generally applied to the wafer center side, so that the incidence of defects is increased on either side. there is a problem.

본 발명은 상술한 종래의 식각 챔버의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식각 챔버에서 식각 공정이 이루어질 때 웨이퍼 중심과 주변부에 식각 소오스 입자가 고르게 작용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the problems of the conventional etching chamber described above, an object of the etching source particles to be evenly applied to the wafer center and the peripheral portion when the etching process is performed in the etching chamber.                         

본 발명은 공정 웨이퍼 전면을 통해 식각 정도가 고르게 이루어질 수 있는 구성을 가진 반도체 장비 제조용 식각 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an etching chamber for manufacturing a semiconductor device having a configuration that can be etched evenly through the front surface of the process wafer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

공정 공간을 이루는 벽체, 공정 공간 내에서 웨이퍼가 놓이는 척, 상기 척이 설치되는 테이블, 웨이퍼 상부에 플라즈마를 형성하기 위해 테이블에 고주파를 인가하기 위한 고주파 발생장치, 공정 공간 내에 식각 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하여 이루어지는 식각 챔버에 있어서,Wall constituting the process space, the chuck on which the wafer is placed in the process space, the table on which the chuck is installed, a high frequency generator for applying a high frequency to the table to form a plasma on the wafer, gas for supplying an etching gas into the process space An etching chamber comprising a supply device,

웨이퍼가 놓이는 척 아래쪽으로 웨이퍼 주변을 따라 설치되는 자계 발생 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. It characterized in that it further comprises a magnetic field generating device which is installed along the periphery of the wafer below the chuck on which the wafer is placed.

본 발명에서 자계 발생 장치는 주변을 따라 일정 간격으로 배치되는 자석이나, 전자석일 수 있다. 또한, 자계 발생 장치는 웨이퍼 주변을 따라 한 바퀴를 감싸듯 설치되는 원형 솔레노이드나 토로이드 코일이 될 수 있다.In the present invention, the magnetic field generating device may be a magnet or an electromagnet disposed at regular intervals along the periphery. In addition, the magnetic field generating device may be a circular solenoid or a toroidal coil that is installed as if it is wrapped around a wafer.

본 발명에서 자계 발생 장치는 웨이퍼 주변을 따라 전류가 흐를 수 있도록 설치되는 원형 도선일 수 있다. In the present invention, the magnetic field generating device may be a circular lead installed to allow a current to flow along the periphery of the wafer.

본 발명에서 자계 발생 장치의 표면에는 식각 가스로부터 침식되는 것을 방지하기 위한 피복이 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that a coating is formed on the surface of the magnetic field generating device to prevent erosion from the etching gas.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따름 식각 챔버의 개략적인 측단면도이다. 종 래와 같이 측벽(210)과 상부 커버(212)가 공정 공간을 이루고, 대상막의 종류에 적합한 식각 가스가 가스주입관(220)을 통해 투입된다. 웨이퍼(10)는 테이블(230)에 설치된 정전척(ESC:235))에 놓인다. 식각 효율을 높이기 위해 공정 챔버에는 웨이퍼 위쪽에 집중적으로 플라즈마를 형성한다. 플라즈마 형성을 위해 테이블(230)에는 고주파 전원(240)이 인가된다. 테이블 아래쪽으로는 진공 인가 장치(250)가 연결되어 식각 반응 가스가 배출된다. 2 is a schematic side cross-sectional view of an etching chamber in accordance with an embodiment of the present invention. As the conventional side wall 210 and the top cover 212 forms a process space, the etching gas suitable for the type of the target film is introduced through the gas injection pipe 220. The wafer 10 is placed on an electrostatic chuck (ESC) 235 installed on the table 230. In order to increase the etching efficiency, plasma is concentrated on the wafer in the process chamber. The high frequency power source 240 is applied to the table 230 for plasma formation. The vacuum application device 250 is connected to the lower side of the table to discharge the etching reaction gas.

단, 본 실시예에서는 종래와 달리 테이블(230)의 아래쪽 주변부에 자계 발생 장치(260)가 설치된다. 자계 발생 장치는 원형의 도선으로 이루어져 웨이퍼 주변을 1회 혹은 복수회 권취하는 코일 형태일 수 있다. 도선의 양 끝 단자에는 일방향으로 전류를 흘리는 전압이 인가될 수도 있으나, 사인파(sinusoidal wave)가 걸릴 수도 있다. However, in the present embodiment, unlike the conventional art, the magnetic field generating device 260 is installed at the lower periphery of the table 230. The magnetic field generating device may be in the form of a coil made of a circular conductive wire and wound around the wafer once or multiple times. A voltage for passing a current in one direction may be applied to both ends of the wire, but a sinusoidal wave may be applied.

이런 구성의 식각 챔버에서는 위에서 아래로 분사되는 식각 가스들에 테이블쪽에서 인가된 고주파 전계가 작용하여 웨이퍼 위쪽에 플라즈마 영역이 형성된다.즉, 식각 가스는 양의 전하를 띈 이온 등의 입자와 음의 전하를 가진 음이온, 전자 등과 입자간 충돌에 의한 여기된 가스 분자로 이루어진 플라즈마 상태를 이룬다. 플라즈마 내의 입자들은 웨이퍼에 인가되는 전압, 확산 작용, 주입되는 가스의 압력 등에 의해 웨이퍼 표면에 작용하여 식각 공정이 진행된다. In such an etching chamber, a high frequency electric field applied from the table side is applied to the etching gases injected from the top to the bottom to form a plasma region on the wafer, i.e., the etching gas is negatively charged with particles such as positively charged ions and the like. It forms a plasma state consisting of excited gas molecules caused by collisions between particles with charged anions, electrons, and the like. Particles in the plasma act on the surface of the wafer by the voltage applied to the wafer, the diffusion action, the pressure of the injected gas and the like to perform the etching process.

이때, 실시예와 같은 형태의 원형 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 자계가 발생하고, 웨이퍼나 벽체를 향하여 움직이는 플라즈마 입자들은 자계의 영향으로 웨이퍼 주변을 돌게 되면서 웨이퍼 주변부에 집적될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 주변 부에 식각 작용을 하는 입자들이 누적되어 식각 작용이 강화될 수 있다. At this time, when a current flows in a circular conductive wire of the same shape as in the embodiment, a magnetic field is generated around the conductive wire, and plasma particles moving toward the wafer or the wall may be integrated around the wafer while rotating around the wafer under the influence of the magnetic field. Therefore, the etching particles may be accumulated in the peripheral portion of the wafer to enhance the etching operation.

웨이퍼 주변의 식각을 강화하는 정도는 원형 도선에 흐르는 전류를 조절하여 자계의 정도를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 본 실시예와 달리 테이블 주변에 전자석, 자석을 배열하는 경우, 자석들의 배열 간격, 원천적인 자계 세기, 전류 등을 다양하게 조절하는 방법을 사용할 수 있다. The degree of strengthening the etching around the wafer may be achieved by controlling the current flowing through the circular lead to adjust the degree of the magnetic field. Unlike the present embodiment, in the case of arranging electromagnets and magnets around the table, a method of controlling the arrangement spacing, the original magnetic field strength, the current, etc. of the magnets may be variously used.

또 다른 실시예로서 솔레노이드나 토로이드 같은 코일을 테이블 주변에 원형으로 배치하는 경우(원형 솔레노이드) 코일 밀도를 조절하는 방법으로 자계에 영향을 미칠 수 있다. In another embodiment, when a coil such as a solenoid or a toroid is disposed in a circle around a table (circular solenoid), the magnetic field may be affected by adjusting the coil density.

도3은 원형 도선이나 원형 코일, 원형 솔레노이드 같은 전류에 의한 자계 발생 장치(260)가 웨이퍼(10)가 놓이는 테이블 주변에 설치된 상태에서 웨이퍼와 자계 발생 장치의 상대적 위치를 개념적으로 나타내는 배치 평면도이며, 도4는 자계 발생 장치(260)로 코일을 설치할 때 코일이 식각 가스의 작용으로 침식되어 수명이 짧아지는 것을 방지하기 위해 피복(263)을 형성한 예를 개념적으로 표시하는 부분 측단면도이다. FIG. 3 is a layout plan view conceptually showing the relative positions of the wafer and the magnetic field generating device in a state where the magnetic field generating device 260 by a current such as a circular lead, a circular coil, or a circular solenoid is installed around the table on which the wafer 10 is placed. 4 is a partial side cross-sectional view conceptually showing an example in which the sheath 263 is formed to prevent the coil from being eroded by the action of the etching gas when the coil is installed by the magnetic field generating device 260 to shorten the life.

도선이나 코일의 두 단부(261)는 전원의 두 단자와 연결되며, 전원은 요청되는 공정 환경에 따라 여러 가지 파형으로 디자인될 수 있다. 따라서, 직류, 사인파를 비롯한 교류 모두 사용될 수 있다. 도선이나 코일의 침식을 방지하는 피복은 테프론 등 내열 내식성 수지 재료를 사용하는 것이 적당하다. The two ends 261 of the leads or coils are connected to two terminals of the power source, which can be designed in various waveforms depending on the process environment required. Therefore, both direct current and alternating current including sine waves can be used. It is suitable to use heat-resistant corrosion-resistant resin materials, such as Teflon, for the coating which prevents erosion of a wire and a coil.

본 발명에 따르면 식각 챔버에서 식각 공정이 이루어질 때 웨이퍼 중심과 주변부에 식각 플라즈마 입자가 고르게 작용할 수 있으므로 개별 웨이퍼 식각 장비의 웨이퍼 내 공정 균일성을 높여줄 수 있고, 따라서 대구경 웨이퍼 공정에서 불량 발생을 낮출 수 있다.  According to the present invention, when the etching process is performed in the etching chamber, the etching plasma particles may act evenly on the center and the periphery of the wafer, thereby increasing process uniformity within the wafer of the individual wafer etching equipment, thereby reducing defects in the large diameter wafer process. Can be.

삭제delete

Claims (6)

공정 공간을 이루는 벽체, 상기 공정 공간 내에서 웨이퍼가 놓이는 척, 상기 척이 설치되는 테이블, 웨이퍼 상부에 플라즈마를 형성하기 위해 고주파를 인가하기 위한 고주파 발생장치, 상기 공정 공간 내에 식각 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하여 이루어지는 식각 챔버에 있어서,A wall forming a process space, a chuck on which a wafer is placed in the process space, a table on which the chuck is installed, a high frequency generator for applying a high frequency to form a plasma on the wafer, and a gas supplying an etching gas into the process space. An etching chamber comprising a supply device, 상기 척 아래쪽으로 상기 웨이퍼 주변을 따라 설치되는 자계 발생 장치가 더 구비되며, 상기 자계 발생 장치는 상기 웨이퍼 주변을 따라 전류가 흐를 수 있도록 설치되는 원형 도선 혹은 원형 코일이며,A magnetic field generating device is further provided below the chuck along the periphery of the wafer, and the magnetic field generating device is a circular lead or a circular coil installed to allow a current to flow along the periphery of the wafer. 상기 원형 도선 혹은 원형 코일에는 공정중에 크기 및 방향이 변화하는 패턴의 전류를 흘릴 수 있는 전원이 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 식각 챔버. And the power source capable of flowing a current having a pattern varying in size and direction during the process is connected to the circular lead or the circular coil. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 원형 도선 혹은 원형 코일에는 사인파(sinusoidal wave)가 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 식각 챔버.An etch chamber for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a sinusoidal wave is applied to the circular conductor or the circular coil. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 자계 발생 장치는 표면이 피복된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 식각 챔버.The magnetic field generating device is an etching chamber for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the surface is coated. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 피복은 테프론 코팅인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 식각 챔버.And the coating is a Teflon coating.
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