KR100986023B1 - Bias control device - Google Patents

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KR100986023B1
KR100986023B1 KR1020030050395A KR20030050395A KR100986023B1 KR 100986023 B1 KR100986023 B1 KR 100986023B1 KR 1020030050395 A KR1020030050395 A KR 1020030050395A KR 20030050395 A KR20030050395 A KR 20030050395A KR 100986023 B1 KR100986023 B1 KR 100986023B1
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김홍습
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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하는 식각 장치의 바이어스 제어장치에 관한 것으로서, 다수의 바이어스 제어부와, 일단은 정전척에 연결되며 타단은 상기 바이어스 제어부에 연결되는 스위치를 포함하는 바이어스 제어 장치를 제공한다.The present invention relates to a bias control apparatus for an etching apparatus using plasma, and provides a bias control apparatus including a plurality of bias control units and a switch connected to an electrostatic chuck at one end thereof and connected to the bias control at the other end thereof.

본 발명은 정전척에 바이어스 전원을 인가함에 있어, 식각되는 박막 물질에 따라 진동수를 각기 달리하는 복수 개의 바이어스 제어부 중에서 최적의 진동수를 가지는 고주파를 인가할 수 있도록 함으로써, 선택비와 패턴 프로파일의 개선을 제고할 수 있게 해준다.
In the present invention, in applying the bias power to the electrostatic chuck, it is possible to apply a high frequency having an optimum frequency among a plurality of bias control units varying in frequency according to the thin film material to be etched, thereby improving the selection ratio and the pattern profile. It can be uplifted.

바이어스 제어부, 스위치Bias control, switch

Description

바이어스 제어 장치{Bias control device} Bias control device             

도 1은 종래 유도결합 플라즈마 식각장치의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a conventional inductively coupled plasma etching apparatus.

도 2는 도 1의 A부분 부분확대도2 is an enlarged partial view of portion A of FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이어스 제어 장치를 포함하는 유도결합 플라즈마 식각장치의 구성도.3 is a block diagram of an inductively coupled plasma etching apparatus including a bias control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바이어스 제어 장치를 포함하는 정전결합 플라즈마 식각장치의 구성도.4 is a block diagram of an electrostatic coupled plasma etching apparatus including a bias control device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바이어스 제어 장치를 포함하는 정전결합 플라즈마 식각장치의 다른 구성도.
5 is another configuration of an electrostatic coupled plasma etching apparatus including a bias control device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10, 100 : 진공 챔버 12, 120 : 코일부10, 100: vacuum chamber 12, 120: coil part

13, 130 : 절연플레이트 14, 140 : 가스 분사부 13, 130: insulation plate 14, 140: gas injection unit

150 : 플라즈마전극 16 : 절연판150 plasma electrode 16 insulating plate

17, 170 : 정전척 전극 20, 200 : 정전척17, 170: electrostatic chuck electrode 20, 200: electrostatic chuck

22, 220 : 포커스 링 24, 240 : 배플 22, 220: focus ring 24, 240: baffle                 

260 : 절연체 링 30, 300 : 가스 유입관260: insulator ring 30, 300: gas inlet pipe

40, 400 : 냉각제 유입, 유출관 60, 600 : 소스 제어 장치40, 400: coolant inflow, outlet 60, 600: source control unit

70, 700 : 바이어스 제어 장치 80, 800 : 전원 공급부
70, 700: bias control device 80, 800: power supply

본 발명은 바이어스 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하는 식각장치에 있어서, 선택비와 패턴의 프로파일을 개선시킬 수 있는 바이어스 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a bias control device, and more particularly, to an etching device using a plasma, the bias control device that can improve the selectivity and the profile of the pattern.

일반적으로 식각 공정은 포토레지스트(photoresist 또는 PR) 층의 구멍을 통해 기판의 최상단층을 선택적으로 제거하는 공정으로서, 식각 방식에 따라 식각액을 이용하는 습식 식각(wet etch)과 가스를 이용하는 건식 식각(dry etch)으로 대별될 수 있다.In general, the etching process is a process of selectively removing the uppermost layer of the substrate through the hole of the photoresist or PR layer. The wet etching using the etching solution and the dry etching using the gas according to the etching method are performed. etch).

건식 식각 방식 중 식각 수단으로서 플라즈마를 이용하는 경우에는, 기판을 수용하는 진공 챔버 내부에 가스를 주입하고, 높은 에너지의 고주파를 진공 챔버에 인가함으로써, 주입된 가스의 분자들을 고 에너지 준위로 여기시켜 플라즈마 상태로 형성시킨 다음 기판의 표면에 여기된 이온입자들을 입사시켜 식각을 수행하게 된다.In the dry etching method, when plasma is used as an etching means, a gas is injected into a vacuum chamber accommodating a substrate, and a high energy high frequency is applied to the vacuum chamber to excite molecules of the injected gas to a high energy level so that the plasma is excited. After forming in a state, the excited ion particles are incident on the surface of the substrate to perform etching.

플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 식각함에 있어, 플라즈마 소스는 구현되는 웨 이퍼가 고 선택비(selectivity)를 가짐과 동시에 표면손상(damage)이 적어야 한다는 상반된 조건을 충족시키기 위한 중요한 요인 중의 하나로 작용하고 있는데, 이러한 플라즈마 소스 측면에서 상호 상반되는 조건을 충족시키기 위해 개발된 것이 정전결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP)를 이용하는 방식과, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 이용하는 방식이 바로 그것이다.In etching wafers using plasma, the plasma source acts as one of the important factors to meet the conflicting conditions that the wafers to be implemented have high selectivity and low surface damage. In order to satisfy mutually opposite conditions in terms of such plasma sources, a method using capacitively coupled plasma (CCP) and an inductively coupled plasma (ICP) are used.

도 1은 이 중에서 종래 유도결합 플라즈마를 이용하는 식각 장치의 개략적인 구성도를 보여준다.1 shows a schematic configuration diagram of an etching apparatus using a conventional inductively coupled plasma among them.

유도결합 플라즈마를 이용하는 식각 장치는 소정의 용적을 가지며 배기 라인(50)과 연결되는 배기 홀을 포함하는 진공 챔버(10)와, 상기 진공 챔버(10) 상부에 위치하며 상기 진공 챔버(10)에 소스 가스를 유입시키는 가스 분사부(14) 및 소스 전원이 인가되는 코일부(12), 코일부(12)와 가스분사부(14)의 사이에 위치하는 절연플레이트(13), 그리고 상기 코일부(12)와 연결되는 소스 제어 장치(60)와, 상기 진공 챔버(10)의 하부에 설치되며 기판(W)이 안치되는 포커스 링(22)과, 상기 포커스 링(22) 내부에 위치하며 상기 기판을 고정하며 바이어스 전압을 인가하는 정전척(electrostatic chuck, 20)과, 상기 포커스 링(22) 외부를 감싸며 상기 포커스 링(22) 외부에 설치되는 배플(baffle, 24)과, 상기 정전척(20)과 연결되는 바이어스 제어 장치(70) 및 상기 정전척(20)에 DC전원을 공급하는 전원 공급부(80)를 포함하여 이루어진다. 또한 도 2에 도시된 것처럼, 정전척(20)의 상면에는 세라믹 등으로 이루어진 절연판(16)이 부착되며, 절연판(16)의 내부에는 전원공급부(80)에서 전원이 인가되는 정전척 전극(17)이 형성된다. 그리고 정전척(20)의 하부에는 환형의 절연링(26)이 설치되어 정전척을 전기적으로 절연한다.An etching apparatus using an inductively coupled plasma includes a vacuum chamber 10 having a predetermined volume and including an exhaust hole connected to an exhaust line 50, and positioned above the vacuum chamber 10 and in the vacuum chamber 10. A gas injection unit 14 for introducing a source gas, a coil unit 12 to which source power is applied, an insulating plate 13 positioned between the coil unit 12 and the gas injection unit 14, and the coil unit A source control device 60 connected to the source 12, a focus ring 22 installed under the vacuum chamber 10, and a substrate W disposed thereon, and positioned in the focus ring 22. An electrostatic chuck 20 for fixing a substrate and applying a bias voltage, a baffle 24 surrounding the outside of the focus ring 22 and installed outside the focus ring 22, and the electrostatic chuck 20 Supplying DC power to the bias control device 70 and the electrostatic chuck 20 connected to 20). It comprises a power supply (80). In addition, as shown in FIG. 2, an insulating plate 16 made of ceramic or the like is attached to the upper surface of the electrostatic chuck 20, and the electrostatic chuck electrode 17 to which power is applied from the power supply unit 80 inside the insulating plate 16. ) Is formed. And the lower portion of the electrostatic chuck 20 is provided with an annular insulating ring 26 to electrically insulate the electrostatic chuck.

한편, 미도시된 별도의 가스 공급부로부터 정전척(20)과 포커스 링(22)에 안치되는 기판사이의 공간으로 헬륨 등과 같은 가스가 가스유입관(30)을 통해 지속적으로 유입됨으로써, 상기 정전척(20)에 바이어스 전압이 인가되어 기판이 정전력에 의해 상기 정전척(20)에 고정될 때, 기판표면의 온도전달을 용이하게 해주어 기판 표면의 손상을 방지하게 해준다.Meanwhile, a gas such as helium is continuously introduced through the gas inlet pipe 30 into a space between the electrostatic chuck 20 and the substrate placed in the focus ring 22 from a separate gas supply unit, which is not shown. When a bias voltage is applied to the 20 to fix the substrate to the electrostatic chuck 20 by electrostatic power, it facilitates temperature transfer of the surface of the substrate to prevent damage to the surface of the substrate.

또한, 미 도시된 칠러(chiller)는 정전척(20)의 열 부하를 제어하여 가공부의 온도를 저온으로 냉각시키기 위해 전기적 및 화학적으로 안정한 특성을 갖는 갈덴(galden)과 같은 냉각제를 도시된 냉각제 유입, 유출관(40)을 통해 상기 정전척(20) 내부의 냉각 유로(미도시)에 유입, 유출시키게 된다.In addition, the chiller (not shown) is a coolant inlet shown in the coolant, such as galden (galden) having electrical and chemically stable characteristics to control the heat load of the electrostatic chuck 20 to cool the temperature of the processing portion to a low temperature The inflow and outflow into the cooling passage (not shown) inside the electrostatic chuck 20 through the outflow pipe 40.

상기 소스 제어 장치(60)는 상기 코일부(12)에 소스 전원을 인가하는 소스 고주파 발진기(source RF generator, 64)와, 상기 소스 고주파 발진기(64)에 연결되는 연결케이블을 포함한 특성 임피던스(characteristic impedance)에 로드 임피던스(load impedance)를 맞추기 위해, 상기 소스 고주파 발진기(64)에 연결되는 소스 매처(source matcher, 62)로 이루어진다.The source control device 60 may include a source RF generator 64 for applying source power to the coil unit 12, and a characteristic impedance including a connection cable connected to the source RF generator 64. In order to match the load impedance to the impedance, a source matcher 62 is connected to the source high frequency oscillator 64.

상기 배플(24)은 소스 가스의 유량을 조절하기 위한 격벽으로서, 진공 챔버(10) 내 벽면을 향해 돌출되는 돌출단을 가지며, 상기 돌출단에는 복수 개의 관통홀이 형성되어 식각 공정을 완료한 소스 가스들이 빠져나가는 통로로서 작용한다.The baffle 24 is a partition wall for controlling the flow rate of the source gas, and has a protruding end protruding toward the wall surface of the vacuum chamber 10, and a plurality of through holes are formed in the protruding end to complete the etching process. It acts as a passage through which gases exit.

상기 바이어스 제어 장치(70)는 고주파 바이어스 전원을 인가하기 위한 제1, 2바이어스 고주파 발진기(bias RF generator, 75, 76)와, 상기 제1, 2바이어스 고주파 발진기(75, 76)에 연결되는 연결케이블을 포함한 특성 임피던스에 로드 임피던스를 맞추기 위해 상기 제1, 2바이어스 고주파 발진기(75, 76) 각각에 연결되는 제1, 2바이어스 매처(bias matcher, 72, 74)로 구성되어진다.The bias control device 70 is connected to first and second bias high frequency oscillators 75 and 76 for applying a high frequency bias power, and to the first and second bias high frequency oscillators 75 and 76. It consists of first and second bias matchers 72 and 74 connected to each of the first and second bias high frequency oscillators 75 and 76 to match the load impedance to the characteristic impedance including the cable.

이러한 구성을 가지는 유도결합 플라즈마 식각 장치의 작동구성은 다음과 같다.The operating configuration of the inductively coupled plasma etching apparatus having such a configuration is as follows.

먼저, 포커스 링(22)에 기판을 안치시키고 전원 공급부(80)에서 정전척(20)에 전원을 인가하면 웨이퍼는 정전력에 의해 상기 포커스 링(22)에 장착되어 고정된다.First, when the substrate is placed in the focus ring 22 and the power is applied to the electrostatic chuck 20 by the power supply 80, the wafer is mounted and fixed to the focus ring 22 by electrostatic power.

상기 상태에서 진공 챔버(10) 상부의 가스분사부(14)에서 상기 진공 챔버(10) 내부로 소스가스를 분사함과 동시에 정전척(20)에는 바이어스 전원이, 그리고 코일부(12)에는 소스 전원이 인가되면, 상기 진공 챔버(10) 내부에는 플라즈마(P)가 생성되는데, 이렇게 생성되는 플라즈마 중의 양이온들이 웨이퍼 표면에 입사, 충돌함으로서 기판이 식각되는 것이다.In this state, the source gas is injected from the gas injection unit 14 above the vacuum chamber 10 into the vacuum chamber 10, and at the same time, the bias power is supplied to the electrostatic chuck 20, and the source is supplied to the coil unit 12. When power is applied, the plasma P is generated inside the vacuum chamber 10. The substrate is etched by the cations in the plasma generated on the wafer surface.

도 1은 유도결합형 플라즈마 식각장치를 도시한 것이나, 도 1에서 고주파 소스가 코일부(12) 대신에 플라즈마전극에 인가되는 것으로 변경하면, 정전결합형 플라즈마 식각장치가 된다. 이 경우 플라즈마전극은 가스분사부(14)와 일체로 형성되는 것이 보통이지만 반드시 그러한 것은 아니다.FIG. 1 illustrates an inductively coupled plasma etching apparatus. However, when the high frequency source is applied to the plasma electrode instead of the coil unit 12 in FIG. 1, the electrostatically coupled plasma etching apparatus is used. In this case, the plasma electrode is usually formed integrally with the gas injection unit 14, but is not necessarily the case.

정전결합형 플라즈마 식각장치와 유도결합형 플라즈마 식각장치는 플라즈마 밀도나 공정분위기에서 차이가 있으므로, 공정에 따라 선택적으로 사용되나, 일반 적으로 유도결합형 플라즈마 식각장치가 이방성 식각(anisotropic etching)을 용이하게 하고, 높은 식각율을 얻을 수 있으며, 동시에 기판의 표면손상을 감소시킬 수 있는 장점이 있어 선호된다.Electrostatically coupled plasma etchers and inductively coupled plasma etchers are used differently depending on the process because they differ in plasma density or process atmosphere.In general, inductively coupled plasma etchers facilitate anisotropic etching. In this case, it is possible to obtain a high etching rate and at the same time reduce the surface damage of the substrate.

그러나 플라즈마 식각장치에 있어서, 플라즈마 생성은 인가되는 소스·바이어스 고주파 전원 및 주파수, 유입되는 소스가스의 유량 및 압력, 그리고 안치된 기판의 온도 등과 같은 비교적 외부에서 제어하기 용이한 외부적 요인들에 의해 크게 좌우되나, 일단 플라즈마가 생성되고 나면 생성된 플라즈마의 밀도, 플라즈마를 이루는 이온들의 에너지 분포 및 플럭스(flux), 그리고 전자온도 등과 같이 외부에서 제어가 곤란한 플라즈마 내부적 요인들이 외부적 요인들과 상호 강하게 연관되어 적절하게 플라즈마를 제어하기가 어렵다는 문제점을 안고 있다.However, in the plasma etching apparatus, plasma generation is caused by relatively external factors that are relatively easy to control such as source and bias high frequency power source and frequency applied, flow rate and pressure of incoming source gas, and temperature of the placed substrate. Once plasma is generated, the internal factors, such as the density of the generated plasma, the energy distribution and flux of ions constituting the plasma, and the electron temperature, which are difficult to control externally, are strongly influenced by external factors. There is a problem in that it is difficult to properly control the plasma.

또한, 종래 플라즈마 식각장치는 박막의 유전율에 따라 서로 상이한 이온 에너지 분포를 가지는 플라즈마를 생성시켜 식각을 하여야 함에도, 생성되는 플라즈마의 이온 에너지 분포를 적절하게 제어할 수 없는 문제점을 안고 있었는데, 이는 근자 활발하게 연구 중인 초미세 패턴 구현에 있어서는 더욱 그러하다.
In addition, the conventional plasma etching apparatus has a problem in that it is not possible to properly control the ion energy distribution of the generated plasma even though the plasma etching apparatus needs to generate and etch plasma having different ion energy distributions according to the dielectric constant of the thin film. This is especially true for the ultrafine pattern implementation under study.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 고안된 것으로서, 플라즈마의 전자온도 및 이온 에너지 분포를 적절하게 제어할 수 있는 장치를 제공함으로서 식각에 있어 선택비와 패턴 프로파일을 개선함에 그 목적이 있다.The present invention is devised to overcome the above problems, and an object thereof is to improve selectivity and pattern profile in etching by providing an apparatus capable of appropriately controlling the electron temperature and ion energy distribution of the plasma.

또한, 본 발명은 이방성 식각을 용이하게 하고, 높은 식각율을 얻을 수 있으 며, 식각되는 기판상의 패턴들에 플라즈마가 미치는 표면손상을 최소화할 수 있는 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus for facilitating anisotropic etching, obtaining a high etching rate, and minimizing surface damage of a plasma on patterns on a substrate to be etched.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 다수의 바이어스 제어부와; 일단은 정전척에 연결되며, 타단은 상기 다수의 바이어스 제어부에 연결되는 스위치를 포함하는 바이어스 제어장치를 제공한다. The present invention, in order to achieve the above object, a plurality of bias control unit; One end is connected to the electrostatic chuck, and the other end provides a bias control device including a switch connected to the plurality of bias control units.

상기 다수의 바이어스 제어부 각각은, 바이어스 고주파 발진기와, 임피던스 매칭을 위해 상기 바이어스 고주파발진기와 상기 스위치사이에 연결되는 바이어스 매처를 포함한다.Each of the plurality of bias controllers includes a bias high frequency oscillator and a bias matcher connected between the bias high frequency oscillator and the switch for impedance matching.

상기 다수의 바이어스 제어부는, 300KHz 내지 2MHz 범위의 바이어스 고주파 발진기를 포함하는 제1 바이어스 제어부와; 2MHz 내지 28MHz 범위의 바이어스 고주파 발진기를 포함하는 제2 바이어스 제어부와; 28MHz 내지 300MHz 범위의 바이어스 고주파 발진기를 포함하는 제3 바이어스 제어부로 이루어진다.The plurality of bias control units include: a first bias control unit including a bias high frequency oscillator in a range of 300 KHz to 2 MHz; A second bias controller comprising a bias high frequency oscillator in the range of 2 MHz to 28 MHz; And a third bias control including a bias high frequency oscillator in the range of 28 MHz to 300 MHz.

또한 상기 스위치는 RF 모듈레이터, RF 아이솔레이터 또는 RF 필터 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 더욱 포함한다.The switch may further include any one selected from an RF modulator, an RF isolator, or an RF filter.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 동일한 부분에 대해서는 도면부호만 달리할 뿐 동일한 명칭을 사용하기로 한다.Referring to the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows, for the same parts only the reference numerals will be used the same name.

본 발명에 따른 바이어스 제어장치는 기본적으로 다수의 바이어스 제어부와 상기 제어부와 연결되는 스위치를 포함하는 데, 도 3은 그 예로 3개의 바이어스 제어부를 포함하는 바이어스 제어장치를 구비한 유도결합 플라즈마 식각장치의 구성도로서, 제1, 2, 3바이어스 제어부와, 상기 제1, 2, 3바이어스 제어부와 연결되는 스위치(780)를 포함하는 바이어스 제어장치(700)를 도시하고 있다.The bias control apparatus according to the present invention basically includes a plurality of bias control units and a switch connected to the control unit. FIG. 3 is an example of an inductively coupled plasma etching apparatus including a bias control unit including three bias control units. As a configuration diagram, a bias control device 700 including a first, second and third bias control unit and a switch 780 connected to the first, second and third bias control units is illustrated.

상기 제1, 2, 3바이어스 제어부는 고주파를 발생시키며 일단이 접지되는 제1, 2, 3 바이어스 고주파 발진기(750, 760, 770)와, 임피던스 매칭을 위해 상기 제1, 2, 3 바이어스 고주파 발진기(750, 760, 770) 각각에 연결되는 제1, 2, 3바이어스 매처(720, 730, 740)로 이루어진다.The first, second and third bias control units generate a high frequency and first, second and third bias high frequency oscillators 750, 760 and 770 having one end grounded, and the first, second and third bias high frequency oscillators for impedance matching. The first, second, and third bias matchers 720, 730, and 740 connected to the first and second 750, 760, and 770, respectively.

상기 제1, 2, 3바이어스 고주파 발진기(750, 760, 770)는 각각 일정 범위내의 주파수를 가지는 고주파를 발생시키게 되는데, 그 각각은 300KHz 내지 2MHZ, 2MHz 내지 28MHz, 그리고 28MHZ 내지 300MHz 범위 내가 바람직하다.The first, second, and third bias high frequency oscillators 750, 760, and 770 each generate a high frequency having a frequency within a predetermined range, each of which is preferably within the range of 300KHz to 2MHZ, 2MHz to 28MHz, and 28MHZ to 300MHz. .

상기 스위치(780)는 일단이 정전척(200)과 연결되고, 타단이 상기 제1, 2, 3바이어스 제어부와 연결되며, 상기 제1, 2, 3바이어스 제어부 중에서 선택되는 어느 하나의 바이어스 제어부 또는 두 개 이상의 바이어스 제어부를 상기 정전척(200)과 연결시키는 역할을 한다.One end of the switch 780 is connected to the electrostatic chuck 200, the other end is connected to the first, second, and third bias controllers, and any one bias controller selected from the first, second, and third bias controllers or It serves to connect two or more bias controllers with the electrostatic chuck 200.

상기 스위치(780)는 정전척(200)과 제1, 2, 3바이어스 제어부 중에서 선택되어지는 바이어스 제어부를 적절하게 연결시켜 주면 족하므로, RF 모듈레이터(radio frequency modulator), RF 아이솔레이터(radio frequency isolator) 또는 RF 필터(radio frequency filter) 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않음은 물론이다. Since the switch 780 is sufficient to properly connect the electrostatic chuck 200 and the bias control unit selected from the first, second, and third bias control units, an RF modulator or a radio frequency isolator may be used. Alternatively, the RF filter may be any one selected from a radio frequency filter, but is not limited thereto.                     

본 발명에 따른 바이어스 제어 장치의 작동구성은 다음과 같다.The operation configuration of the bias control device according to the present invention is as follows.

기판(W)을 포커스 링(220)에 안치시켜 전원 공급부(800)에서 정전척 전극(170)에 전원을 인가하면, 기판은 정전력에 의해 상기 포커스 링(220)에 장착되어 고정되는데, 이 상태에서 진공 챔버(100) 상부의 가스 분사부(140)에서 상기 진공 챔버(100) 내부로 소스가스를 분사함과 동시에 정전척(200)에는 바이어스 전원이, 그리고 코일부(120)에는 소스 전원이 인가되면 상기 진공 챔버(100) 내부에 플라즈마(P)가 형성된다.When the substrate W is placed in the focus ring 220 and power is applied to the electrostatic chuck electrode 170 from the power supply 800, the substrate is mounted and fixed to the focus ring 220 by electrostatic power. While the source gas is injected into the vacuum chamber 100 from the gas injector 140 in the upper portion of the vacuum chamber 100, the bias power is applied to the electrostatic chuck 200, and the source power is supplied to the coil unit 120. When this is applied, the plasma P is formed in the vacuum chamber 100.

도 4는 본 발명에 따른 정전결합 플라즈마 식각장치의 구성을 도시한 것으로서, 도 3의 코일부(120)와 절연플레이트(130)를 플라즈마전극(150)으로 대치한 점에서만 차이가 있을 뿐, 나머지 구성은 유도결합 플라즈마 장치와 전반적으로 동일하다. 또한 소스 제어장치(600)가 챔버 상부에 인가되지 않고 도 5와 같이 정전척(200)에 인가되는 구조도 예상할 수 있다. 이 경우 정전척(200)은 인가되는 소스 제어장치(600)와 바이어스 제어장치(700)가 상호 절연될 수 있도록 구성되어야 한다.4 illustrates the configuration of the electrostatically coupled plasma etching apparatus according to the present invention, and there is only a difference in that the coil unit 120 and the insulating plate 130 of FIG. 3 are replaced by the plasma electrode 150. The configuration is generally the same as the inductively coupled plasma apparatus. In addition, the structure in which the source control device 600 is applied to the electrostatic chuck 200 as shown in FIG. 5 without being applied to the upper portion of the chamber can be expected. In this case, the electrostatic chuck 200 should be configured such that the source control device 600 and the bias control device 700 are insulated from each other.

어떠한 유형의 플라즈마 식각장치 이든지 간에, 바이어스 전원의 인가에 있어 고주파 발진기에서 생성되는 고주파의 진동수가 높아질수록 생성되는 플라즈마 이온 에너지 분포의 폭이 좁아지고(narrow width), 이와 반대로 고주파의 진동수가 낮아질수록 이온 에너지 분포의 폭이 넓어지는(wide width) 특성이 있다.In any type of plasma etcher, the higher the frequency of the high frequency oscillator generated by the high frequency oscillator, the narrower the width of the plasma ion energy distribution, and conversely, the lower the frequency of the high frequency oscillator. There is a characteristic that the width of the ion energy distribution is wide.

그리고 고 유전율을 가지는 물질로 이루어지는 박막은 다소 이온 에너지 분포의 폭이 넓은 이온들이 식각에 적합하고, 저 유전율을 가지는 물질 또는 유기물 질로 이루어지는 박막은 다소 이온 에너지 분포의 폭이 좁은 이온들이 식각에 적합하다.A thin film made of a material having a high dielectric constant is suitable for etching with ions having a wide range of ion energy distribution, and a thin film made of a material having a low dielectric constant or an organic material is suitable for etching with a narrow width of ion energy distribution. .

따라서 본 발명에 따른 바이어스 제어 장치에 있어서, 스위치를 식각하고자 하는 박막의 성질에 따라 고 유전율을 가지는 유전체 물질의 식각은 제1바이어스 제어부를, 저 유전율을 가지는 유전체 물질의 식각은 제3바이어스 제어부를 정전척과 연결시킴으로써, 식각되는 박막의 재질에 따른 세밀한 패턴 구현이 가능해지는 것이다.Therefore, in the bias control apparatus according to the present invention, the etching of the dielectric material having a high dielectric constant is a first bias control, the etching of the dielectric material having a low dielectric constant is a third bias control according to the nature of the thin film to be etched the switch By connecting with the electrostatic chuck, it is possible to implement a fine pattern according to the material of the thin film to be etched.

또한, 정전척에 연결되는 바이어스 제어부를 조작함에 있어 스위치를 제1, 2, 3바이어스 제어부 중에서 두 개의 바이어스 제어부를 동시에 상기 정전척에 연결하는 경우는, 각각의 바이어스 제어부의 특징을 동시에 활용할 수 있으며, 만일 제1, 2, 3바이어스 제어부 모두를 동시에 연결하는 경우에는 소스 가스의 해리(dissociation)를 적절하게 조절할 수 있어 더욱 제고된 미세 패턴 또는 초미세 패턴의 구현 역시 가능해지는 것이다.In addition, in operating the bias control unit connected to the electrostatic chuck, when two switches are connected to the electrostatic chuck simultaneously among the first, second, and third bias control units, the characteristics of the respective bias control units may be utilized simultaneously. If all of the first, second, and third bias controllers are connected at the same time, dissociation of the source gas can be appropriately controlled, thereby enabling the implementation of a more fine pattern or an ultra fine pattern.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나 본 발명은 다양하게 변경 또는 수정이 가능함은 물론이다.
In the above description, but limited to the preferred embodiment of the present invention, the present invention can be variously changed or modified, of course.

본 발명에 의하면, 정전척에 바이어스 전원을 인가함에 있어 식각되는 박막 물질에 따라 진동수를 각기 달리하는 복수 개의 바이어스 제어부 중에서 최적의 진동수를 가지는 고주파를 인가할 수 있도록 함으로써, 선택비와 패턴 프로파일의 개 선을 제고할 수 있게 해준다.According to the present invention, the selection ratio and the pattern profile can be improved by applying a high frequency having an optimum frequency among a plurality of bias control units having different frequencies according to the etched thin film material in applying the bias power to the electrostatic chuck. It helps to improve the line.

또한, 본 발명은 복수 개의 바이어스 제어부 중에서 선택되는 하나 이상의 바이어스 제어부를 정전척과 연결될 수 있도록 함으로서 미세 패턴 가공시 CD(critical dimension) 바이어스 제어 및 플라즈마에 의한 기판의 손상을 최소화시킬 수 있게 해준다.In addition, the present invention enables one or more bias control units selected from a plurality of bias control units to be connected to the electrostatic chuck, thereby minimizing CD (critical dimension) bias control and minimizing damage to the substrate by plasma during fine pattern processing.

Claims (5)

진공챔버;Vacuum chamber; 상기 진공챔버에 소스가스를 유입시키는 가스 분사부;A gas injector for introducing a source gas into the vacuum chamber; 코일부;Coil part; 상기 코일부에 소스전원을 인가하기 위한 소스 제어장치;A source control device for applying source power to the coil unit; 상기 진공챔버의 내부에 설치되고 박막이 증착된 기판을 고정시키기 위한 정전척;An electrostatic chuck installed in the vacuum chamber to fix the substrate on which the thin film is deposited; 300KHz 내지 2MHz 범위의 고주파를 발진하는 제 1 바이어스 제어부, 2MHz 내지 28MHz 범위의 고주파를 발진하는 제 2 바이어스 제어부, 및 28MHz 내지 300MHz 범위의 고주파를 발진하는 제 3 바이어스 제어부을 포함하는 바이어스 제어장치;A bias control device including a first bias control unit oscillating a high frequency in a range of 300 KHz to 2 MHz, a second bias control unit oscillating a high frequency in a range of 2 MHz to 28 MHz, and a third bias control unit oscillating a high frequency in a range of 28 MHz to 300 MHz; 상기 박막이 고 유전율을 가지면 고주파의 낮은 진동수를 선택하고, 상기 박막이 저 유전율을 가지면 고주파의 높은 진동수를 선택하도록, 상기 제 1 내지 제 3 바이어스 제어부 중 하나 또는 둘을 선택하여 상기 정전척에 연결시키는 스위치;Select one or two of the first to third bias controls to connect the electrostatic chuck to select a low frequency of high frequency if the thin film has a high dielectric constant and to select a high frequency of high frequency if the thin film has a low dielectric constant. Letting switch; 를 포함하는 플라즈마 식각장치.Plasma etching apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 바이어스 제어부의 각각은, 바이어스 고주파 발진기와, 임피던스 매칭을 위해 상기 바이어스 고주파발진기와 상기 스위치와 연결되는 바이어스 매처를 포함하는 플라즈마 식각장치. Each of the first, second, and third bias control units includes a bias high frequency oscillator and a bias matcher connected to the bias high frequency oscillator and the switch for impedance matching. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스위치는 RF 모듈레이터, RF 아이솔레이터 또는 RF 필터 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 더욱 포함하는 플라즈마 식각장치.The switch further comprises any one selected from the RF modulator, RF isolator or RF filter. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 정전척에 연결되는 소스 제어장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.And a source control device coupled to the electrostatic chuck.
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