KR19990041065A

KR19990041065A - Dry etching device for monitoring alignment in the process chamber

Info

Publication number: KR19990041065A
Application number: KR1019970061597A
Authority: KR
Inventors: 황재희; 정기상
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-06-15

Abstract

프로세스 챔버 내에서 전극과 가스 링과의 얼라인먼트를 전기적 특성인 커패시턴스 측정에 의하여 모니터링하는 건식 식각 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 건식 식각 장치는 반도체 장치 제조를 위하여 플라즈마를 이용하여 건식 식각 공정을 행하는 프로세스 챔버와, 상기 프로세스 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하고, 상기 프로세스 챔버 내에 바이어스 파워를 인가시키는 통로 역할을 하는 전극과, 상기 전극의 둘레에 설치되고, 상기 프로세스 챔버 내에 가스를 분사하는 역할 및 플라즈마가 웨이퍼상으로 포커스되도록 하는 역할을 하는 가스 링과, 상기 전극과 가스 링에 각각 연결되어, 상기 전극과 가스 링 사이의 조립 정도에 따른 얼라인먼트 변화를 커패시턴스로 측정하는 커패시턴스 측정 장치와, 상기 커패시턴스 측정 장치에서 측정된 커패시턴스를 모니터링하는 인터페이스와, 상기 커패시턴스 측정 장치에서 측정된 커패시턴스의 변화를 표시하는 표시 장치를 포함한다.Provided is a dry etching apparatus for monitoring the alignment of an electrode with a gas ring in a process chamber by measuring capacitance, an electrical property. Dry etching apparatus according to the present invention is a process chamber for performing a dry etching process using a plasma for manufacturing a semiconductor device, an electrode that serves as a passage for supporting a wafer in the process chamber, and applying a bias power in the process chamber And a gas ring disposed around the electrode, the gas ring serving to inject gas into the process chamber and to focus the plasma onto the wafer, and connected to the electrode and the gas ring, respectively. Capacitance measuring device for measuring the change in alignment according to the assembly degree therebetween, an interface for monitoring the capacitance measured by the capacitance measuring device, and a display device for displaying the change in capacitance measured by the capacitance measuring device .

Description

Dry etching device for monitoring alignment in the process chamber

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 제조를 위하여 플라즈마를 이용하여 건식 식각을 행하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to an apparatus for performing dry etching using plasma for manufacturing a semiconductor device.

플라즈마를 이용하는 반도체 제조 장치, 그중에서도 특히 건식 식각 장치에서는 플라즈마가 전극 위에 놓여진 웨이퍼상으로 효과적으로 포커싱(focusing)되도록 하는 역할을 하는 가스 링(gas ring)이 사용된다. 즉, 상기 가스 링은 프로세스 챔버 내에 가스를 분사하는 역할을 할 뿐 만 아니라 프로세스 챔버 내에서 플라즈마가 웨이퍼상으로 포커싱할 수 있도록 하는 포커스 링의 역할도 행한다.BACKGROUND OF THE INVENTION In semiconductor manufacturing apparatus using plasma, particularly dry etching apparatus, a gas ring is used, which serves to effectively focus the plasma onto a wafer placed on an electrode. That is, the gas ring not only serves to inject gas into the process chamber, but also serves as a focus ring that allows the plasma to focus on the wafer in the process chamber.

상기와 같이 가스 링에 의하여 플라즈마의 포커싱을 행하는 건식 식각 장치에서 식각 공정을 진행할 때, 종래의 식각 장치를 사용하는 경우에는 예를 들면 TCP(Transformer Coupled Plasma) 식각 장치에서 웨이퍼상의 폴리실리콘층을 식각할 때 상기 폴리실리콘층의 식각율 및 식각 후 잔존하는 산화막의 두께가 심하게 변화된다. 또한, 프로세스 챔버 내부를 습식 세정하기 전 및 세정하고난 후의 폴리실리콘층 및 열산화막의 식각율이 심하게 변화되고, 웨이퍼상에 남아있는 산화막의 두께는 약 70 ∼ 110Å까지 큰 산포를 나타내는 문제가 있다.When the etching process is performed in a dry etching apparatus which focuses plasma by a gas ring as described above, when a conventional etching apparatus is used, for example, a polysilicon layer on a wafer is etched by a TCP (Transformer Coupled Plasma) etching apparatus. When the etch rate of the polysilicon layer and the thickness of the oxide film remaining after etching is severely changed. In addition, the etch rate of the polysilicon layer and the thermal oxide film before and after the wet cleaning of the process chamber is severely changed, and there is a problem that the thickness of the oxide film remaining on the wafer shows a large dispersion of about 70 to 110 Pa. .

연구 결과에 의하면, 상기와 같은 식각율의 차이는 가스 링, 즉 포커스 링의 얼라인먼트시 조립 정도의 차이에 의하여 발생된다는 것이 밝혀졌다. 즉, 프로세스 챔버 내부 시설을 조립할 때 포커스 링 역할을 하는 가스 링과 웨이퍼를 지지하는 전극과의 사이에 아주 좁은 유격이 형성된다. 이와 같은 유격의 얼라인 정도에 따라서 웨이퍼상의 식각율 및 식각 후 남아 있는 산화막의 두께가 크게 변화된다.As a result of the study, it was found that the difference in the etching rate is caused by the difference in the degree of assembly during alignment of the gas ring, that is, the focus ring. That is, a very narrow gap is formed between the gas ring serving as the focus ring and the electrode supporting the wafer when assembling the facility inside the process chamber. The etch rate on the wafer and the thickness of the oxide film remaining after etching are greatly changed according to the degree of clearance of such clearance.

종래에는, LCR 미터를 사용하여 가스 링과 전극 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 가스 링의 얼라인먼트를 간접적으로 모니터링하였으며, 이 때의 커패시턴스는 얼라인 정도에 따라 약 800 ∼ 1,300pF까지 변화되었다. 그러나, 상기와 같이 LCR 미터를 사용하여 얼라인 정도를 측정하는 것은 프로세스 챔버를 정기적으로 습식 세정한 후 마다 실시된다. 이는 작업 로스(loss)를 발생시키고, 또한 엔지니어(engineer)간에 측정 오차가 발생하게 되는 문제가 있다.Conventionally, the alignment of the gas ring was indirectly monitored by measuring the capacitance between the gas ring and the electrode by using an LCR meter, and the capacitance at this time was changed to about 800 to 1,300 pF depending on the degree of alignment. However, measuring the degree of alignment using the LCR meter as described above is performed after the regular wet cleaning of the process chamber. This causes a work loss, and also causes a measurement error between engineers.

본 발명의 목적은 플라즈마를 이용한 건식 식각 장치에서 가스 링과 전극과의 조립 정도를 일정하게 관리함으로써 프로세스 챔버 내의 분위기를 일정하게 하고 웨이퍼상에 플라즈마를 일정하게 공급함으로써 반도체 장치의 품질을 향상시킬 수 있는 건식 식각 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to improve the quality of the semiconductor device by maintaining a constant atmosphere in the process chamber and a constant supply of plasma on the wafer by constantly controlling the assembly degree of the gas ring and the electrode in the dry etching apparatus using the plasma. It is to provide a dry etching device.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식 식각 장치의 요부의 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of the main portion of the dry etching apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 건식 식각 장치에 포함되는 커패시턴스 측정 장치의 구성을 예시한 구조도이다.2 is a structural diagram illustrating a configuration of a capacitance measuring device included in a dry etching apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 프로세스 챔버, 12 : 전극10: process chamber, 12: electrode

14 : 에지 링, 16 : 가스 링14: edge ring, 16: gas ring

20 : 커패시턴스 측정 장치, 30 : 인터페이스20: capacitance measurement device, 30: interface

40 : 표시 장치40: display device

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 건식 식각 장치는 반도체 장치 제조를 위하여 플라즈마를 이용하여 건식 식각 공정을 행하는 프로세스 챔버와, 상기 프로세스 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하고, 상기 프로세스 챔버 내에 바이어스 파워를 인가시키는 통로 역할을 하는 전극과, 상기 전극의 둘레에 설치되고, 상기 프로세스 챔버 내에 가스를 분사하는 역할 및 플라즈마가 웨이퍼상으로 포커스되도록 하는 역할을 하는 가스 링과, 상기 전극과 가스 링에 각각 연결되어, 상기 전극과 가스 링 사이의 조립 정도에 따른 얼라인먼트 변화를 커패시턴스로 측정하는 커패시턴스 측정 장치와, 상기 커패시턴스 측정 장치에서 측정된 커패시턴스를 모니터링하는 인터페이스와, 상기 커패시턴스 측정 장치에서 측정된 커패시턴스의 변화를 표시하는 표시 장치를 포함한다.In order to achieve the above object, the dry etching apparatus according to the present invention includes a process chamber performing a dry etching process using plasma for manufacturing a semiconductor device, a wafer in the process chamber, and applying a bias power in the process chamber. An electrode serving as a passage, a gas ring installed around the electrode, for injecting gas into the process chamber, and for focusing a plasma onto a wafer, and connected to the electrode and the gas ring, respectively. A capacitance measuring device for measuring alignment change according to the degree of assembly between the electrode and the gas ring as a capacitance; an interface for monitoring the capacitance measured by the capacitance measuring device; and a change in capacitance measured by the capacitance measuring device. Ticket And a device.

또한, 본 발명에 따른 건식 식각 장치는 상기 전극과 가스 링 사이에 설치되고, 웨이퍼가 상기 전극으로부터 이탈되지 않도록 상기 전극의 둘레를 포위하는 에지 링을 더 포함한다.In addition, the dry etching apparatus according to the present invention further includes an edge ring disposed between the electrode and the gas ring and surrounding the circumference of the electrode so that the wafer does not escape from the electrode.

본 발명에 의하면, 시각적으로 확인 불가능한 얼라인먼트 정도를 전기적인 특성인 커패시턴스 변화로 모니터링하여 프로세스 챔버 내의 환경을 최적의 조건으로 관리한다. 그에 따라, 프로세스 챔버 내에서 균일한 플라즈마를 형성하여 이를 통해 형성되는 반도체 장치의 품질을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the degree of alignment that is not visually identifiable is monitored by capacitance change, which is an electrical characteristic, to manage the environment in the process chamber under optimal conditions. Accordingly, it is possible to form a uniform plasma in the process chamber to improve the quality of the semiconductor device formed through it.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 건식 식각 장치, 예를 들면 TCP 식각 장치는 웨이퍼상에 형성되어 있는 소정의 막질을 식각하는 밀폐된 진공 공간으로 이루어지는 프로세스 챔버(10) 내에서 웨이퍼(도시 생략)를 지지하도록 설치된 전극(12)을 포함한다. 상기 전극(12)은 건식 식각 공정시에 웨이퍼가 놓이게 되는 곳으로서, 상기 전극(12)을 통해 바이어스 파워가 인가되며, 웨이퍼가 적절한 온도를 유지하도록 제어하는 역할을 한다. 상기 전극(12)의 둘레에는 건식 식각 공정중에 웨이퍼가 상기 전극(12)으로부터 이탈되지 않도록 웨이퍼를 포위하는 에지 링(edge ring)(14)이 설치된다.Referring to FIG. 1, a dry etching apparatus according to the present invention, for example, a TCP etching apparatus, includes a wafer (not shown) in a process chamber 10 including a closed vacuum space for etching a predetermined film formed on a wafer. It includes an electrode 12 installed to support. The electrode 12 is a place where the wafer is placed during the dry etching process, a bias power is applied through the electrode 12, and serves to control the wafer to maintain an appropriate temperature. An edge ring 14 surrounding the wafer is provided around the electrode 12 to prevent the wafer from being separated from the electrode 12 during the dry etching process.

또한, 상기 프로세스 챔버(10) 내에는 상기 에지 링(14)을 사이에 두고 상기 전극(12)의 둘레에 가스 링(16)이 설치된다. 상기 가스 링(16)은 상기 프로세스 챔버(10) 내에 가스를 분사하는 역할 및 플라즈마가 웨이퍼상으로 포커스되도록 하는 역할을 한다.In the process chamber 10, a gas ring 16 is installed around the electrode 12 with the edge ring 14 interposed therebetween. The gas ring 16 serves to inject gas into the process chamber 10 and to focus the plasma onto the wafer.

또한, 본 발명에 따른 건식 식각 장치는 플라즈마가 웨이퍼로 집중되도록 하는 역할을 수행하는 부품인 상기 가스 링(16), 즉 포커스 링의 조립 정도에 따라 변화되는 프로세스 챔버의 분위기 변화에 따라서 공정이 시프트(shift)되는 것을 방지하기 위하여, 상기 전극(12)과 가스 링(16)에 각각 연결되고 상기 전극(12)과 가스 링(16) 사이의 조립 정도에 따른 얼라인먼트의 변화를 전기적 특성인 커패시턴스로 측정하여 그 크기를 디지털로 표시하는 커패시턴스 측정 장치(20)를 포함한다.In addition, the dry etching apparatus according to the present invention shifts the process according to an atmosphere change of the gas ring 16, that is, a part of the process chamber that changes according to the assembly degree of the focus ring, which is a component that serves to concentrate plasma on a wafer. In order to prevent the shift, the change of alignment depending on the degree of assembly between the electrode 12 and the gas ring 16 and the degree of assembly between the electrode 12 and the gas ring 16 is converted into an electrical characteristic capacitance. And a capacitance measurement device 20 for measuring and digitally displaying the magnitude thereof.

도 2는 상기 커패시턴스 측정 장치(20)의 구성을 예시한 것이다.2 illustrates a configuration of the capacitance measuring device 20.

상기 커패시턴스 측정 장치(20)에서 측정된 커패시턴스는 인터페이스(30)에서 모니터링되고, 여기서 모니터링된 결과, 즉 상기 프로세스 챔버(10) 내에서 상기 전극(12)과 가스 링(16) 사이의 조립 정도에 따른 커패시턴스 변화를 표시 장치(40)를 통하여 표시한다. 상기 표시 장치(40)를 통하여 상기 전극과 가스 링 사이의 조립 정도를 관리하고, 그 결과에 따라 인터록(interlock) 기능을 부여하여 상기 전극과 가스 링 사이의 조립 정도를 효과적으로 관리한다.The capacitance measured at the capacitance measuring device 20 is monitored at the interface 30, where it is monitored as a result of the assembly between the electrode 12 and the gas ring 16 in the process chamber 10. The change in capacitance accordingly is displayed via the display device 40. The degree of assembly between the electrode and the gas ring is managed through the display device 40, and an interlock function is provided according to the result, thereby effectively managing the degree of assembly between the electrode and the gas ring.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 반도체 제조 장치중 건식 식각 장치에서 플라즈마가 웨이퍼로 집중되도록 하는 역할을 수행하는 부품인 가스 링, 즉 포커스 링의 조립 정도에 따른 프로세스 챔버의 분위기 변화에 따라서 공정이 시프트되는 것을 방지하기 위하여, 웨이퍼를 올려 놓는 전극과 가스 링 사이의 조립 정도에 따른 커패시턴스 변화를 측정하고, 시각적으로 확인 불가능한 얼라인먼트 정도를 전기적인 특성인 커패시턴스 변화로 모니터링하여 프로세스 챔버 내의 환경을 최적의 조건으로 관리한다. 그에 따라, 프로세스 챔버 내에서 균일한 플라즈마를 형성하여 이를 통해 형성되는 반도체 장치의 품질을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the process is performed according to the change in the atmosphere of the process chamber according to the degree of assembly of the gas ring, that is, a component that plays a role of concentrating the plasma to the wafer in the dry etching apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus. To prevent shifting, the capacitance change according to the degree of assembly between the electrode on which the wafer is placed and the gas ring is measured, and the degree of visually invisible alignment is monitored by the change in capacitance, which is an electrical characteristic, to optimize the environment within the process chamber. Manage by condition Accordingly, it is possible to form a uniform plasma in the process chamber to improve the quality of the semiconductor device formed through it.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.

Claims

A process chamber performing a dry etching process using plasma for manufacturing a semiconductor device;

An electrode supporting a wafer in the process chamber and serving as a passage for applying a bias power into the process chamber;

A gas ring disposed around the electrode and serving to inject gas into the process chamber and to focus plasma onto a wafer;

A capacitance measurement device connected to the electrode and the gas ring, respectively, for measuring an alignment change according to a degree of assembly between the electrode and the gas ring with a capacitance;

An interface for monitoring the capacitance measured by the capacitance measuring device;

And a display device for displaying a change in capacitance measured by the capacitance measuring device.

The dry etching apparatus of claim 1, further comprising an edge ring disposed between the electrode and the gas ring, the edge ring surrounding the electrode to prevent the wafer from being separated from the electrode.

The dry etching apparatus of claim 1, wherein the dry etching process is performed using a TCP (Transformer Coupled Plasma) etching apparatus.