KR20010035563A - Etching Apparatus for the Fabrication of Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 제조용 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음극판을 통해 웨이퍼상에 식각물질을 공급하는 방식의 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a plasma etching apparatus of supplying an etching material on a wafer through a negative electrode plate.
반도체 소자 제조 공정에서 식각 공정은 일반적으로 PR(Photo Resist) 패턴을 마스크로 사용하여 하부막을 PR 패턴과 동일하게 가공하는 공정이다. 이와 같은 식각 공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 나눌 수 있다. 이중에서 건식식각은 반응성 가스를 에천트(etchant)로 사용하며, 대개의 경우 반응성 가스를 플라즈마 상태로 형성한 뒤 반응성 이온의 화학적, 물리적 반응을 이용하여 막질을 주로 사용하게 된다. 이런 방식의 건식식각에서는 이방성 식각이 가능하여 미세회로 패턴의 가공이 가능하며 식각 시간 및 식각율의 조절이 쉬운 특징을 가진다. 이상에서 본 바와 같이 건식식각 공정에서는 일반적으로 플라즈마를 사용하는데, 플라즈마 건식식각은 대량 생산시 재현성과 생산성을 확보할 수 있는 장점을 가진다. 또한 반도체 소자 회로의 집적도가 높아짐에 따라 낮은 결점 밀도 및 정확한 공정의 조절이 가능한 플라즈마 건식 식각이 패턴 형성 공정에서 중요한 위치를 차지하게 되었다. 플라즈마는 플라즈마 형성 장치가 구성된 챔버에서 발생된다. 상기 플라즈마 형성 장치는 챔버 내부에서 서로 마주보는 위치에 2개의 평행평판 전극과 고주파 전원 발생기로 이루어지는데, 낮은 압력의 분위기에서 양쪽 전극에 고주파 전압이 가해지면 전극에 전류가 흐르게 되고 독특한 글로우 방전이 양쪽 전극 사이에서 이루어진다. 이 때 형성되는 반응적 라디칼(radical)들이 플라즈마를 만들고 이러한 라디칼들의 일부가 기판의 노출된 상층 물질과 결합되어 휘발성 반응물을 만들며, 이러한 반응물들이 증발되면서 기판이 식각되는 것이다. 이와 같이 플라즈마를 이용하여 금속 막질을 식각하는 반도체 소자 제조용 플라즈마 식각 장치를 도면을 통하여 살펴보면 다음과 같다.In the semiconductor device manufacturing process, an etching process is a process of processing a lower layer in the same manner as a PR pattern by using a photo resist pattern as a mask. Such an etching process can be roughly divided into wet etching and dry etching. Among them, dry etching uses an reactive gas as an etchant, and in most cases, a film is mainly used by forming a reactive gas in a plasma state and using chemical and physical reactions of reactive ions. In this type of dry etching, the anisotropic etching is possible, so that the processing of the microcircuit pattern is possible, and the etching time and the etching rate are easily controlled. As seen above, in the dry etching process, plasma is generally used, and plasma dry etching has an advantage of ensuring reproducibility and productivity in mass production. In addition, as the degree of integration of semiconductor device circuits increases, plasma dry etching, which enables low defect density and precise process control, becomes an important position in the pattern forming process. The plasma is generated in a chamber in which the plasma forming apparatus is configured. The plasma forming apparatus includes two parallel plate electrodes and a high frequency power generator at positions facing each other inside the chamber. When a high frequency voltage is applied to both electrodes in a low pressure atmosphere, current flows to the electrodes and a unique glow discharge is generated on both sides. Between the electrodes. The reactive radicals formed at this time create a plasma and some of these radicals combine with the exposed top layer of the substrate to form a volatile reactant, and the substrate is etched as these reactants evaporate. As described above, a plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor device for etching a metal film using plasma is described below.
도 1은 일반적인 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view for explaining a general plasma etching apparatus.
챔버(11)의 상부 중앙에는 반응 가스의 챔버내 인입을 위한 가스 인입구(12)가 장착되며, 챔버(11)의 하부에는 반응 가스와 식각된 막질의 배기를 위한 가스 배기구(13)가 장착된다. 상기 챔버(11) 내부의 하측에는 양극판(14)이 위치되며, 상기 양극판(14)은 상면의 중앙 부위가 볼록한 돔 형태로 형성된다. 상기 양극판(14)상에는 웨이퍼(15)가 안착된다. 상기 웨이퍼(16) 상부에는 음극판(16)이 위치되며, 상기 웨이퍼(15)로부터 상기 음극판(16)이 일정한 간격, 예를 들면 식각 진행시에는 1㎝ 정도의 간격을, 웨이퍼의 로딩, 언로딩시에는 5㎝ 정도의 간격을 유지하도록 구성될 수 있다. 상기 양극판(14)과 음극판(16)의 일측단은 고주파 전원 발생기(17)와 연결되며, 상기 고주파 전원 발생기(17)는 플라즈마의 형성을 위해 상기 양극판(14)과 음극판(16)에 고주파 전압을 인가할 수 있도록 구성된다.In the upper center of the chamber 11, a gas inlet 12 for inlet into the chamber of the reaction gas is mounted, and a gas exhaust port 13 for exhausting the etched film and the etched film is mounted in the lower part of the chamber 11. . A positive plate 14 is positioned below the inside of the chamber 11, and the positive plate 14 is formed in a dome shape in which a central portion of the upper surface is convex. The wafer 15 is seated on the positive electrode plate 14. The negative electrode plate 16 is positioned on the wafer 16, and the negative electrode plate 16 is spaced from the wafer 15 at regular intervals, for example, about 1 cm when etching is performed. City may be configured to maintain a spacing of about 5 cm. One end of the positive electrode plate 14 and the negative electrode plate 16 is connected to the high frequency power generator 17, and the high frequency power generator 17 is a high frequency voltage to the positive electrode plate 14 and the negative electrode plate 16 to form a plasma. It is configured to apply.
도 2는 종래의 플라즈마 식각 장치에서 사용되는 음극판을 설명하기 위한 평면도이다.2 is a plan view illustrating a negative electrode plate used in a conventional plasma etching apparatus.
상기 음극판(16)은 원형의 평판 형태로 구성되며, 상기 음극판(16)의 내부에는 상기 챔버(11) 내부로 인입되는 반응 가스들의 고른 분포를 위해 가스 통과 홀(21)들이 형성된다. 상기 가스 통과 홀(21)들은 상기 음극판(16)상에서 규칙적으로 배열되며, 모든 홀들이 같은 직경, 예를 들면 0.2㎜ 정도의 직경으로 형성될 수 있다.The negative electrode plate 16 is formed in a circular flat plate shape, and gas passage holes 21 are formed in the negative electrode plate 16 for even distribution of reaction gases introduced into the chamber 11. The gas passage holes 21 are regularly arranged on the negative electrode plate 16, and all the holes may be formed to have the same diameter, for example, a diameter of about 0.2 mm.
이와 같이 구성되는 반도체 소자 제조용 플라즈마 식각 장치에서 식각 공정은 다음과 같이 진행된다.In the plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor device configured as described above, the etching process proceeds as follows.
식각 장치의 챔버(11) 내부에 웨이퍼(16)가 로딩되면 상기 챔버(11) 내부가 저압을 유지하기 위하여 펌핑이 시작된다. 상기 챔버(11) 내부가 공정 조건에 맞는 저압 분위기로 형성되면 반응 가스가 가스 인입구(12)를 통하여 챔버 내부로 인입되며, RF 발생기(17)로부터 고주파전압이 양극판(14)과 음극판(16)에 인가된다. 이에 따라 상기 양극판(14)과 음극판(16) 사이에 글로우 방전이 일어나 플라즈마가 형성된다. 이 때 플라즈마를 형성하는 반응적 라디칼들은 웨이퍼(16)상의 감광막과 선택적인 반응을 일으켜 휘발성 반응물들을 형성하게 되며, 이러한 휘발성 반응물들이 증발되면서 배기 가스와 함께 가스 배기구(13)를 통해 외부로 배출되어 식각 공정이 진행된다.When the wafer 16 is loaded into the chamber 11 of the etching apparatus, pumping is started in the chamber 11 to maintain a low pressure. When the inside of the chamber 11 is formed in a low pressure atmosphere suitable for the process conditions, the reaction gas is introduced into the chamber through the gas inlet 12, and the high frequency voltage is supplied from the RF generator 17 to the positive electrode plate 14 and the negative electrode plate 16. Is applied to. Accordingly, a glow discharge occurs between the positive electrode plate 14 and the negative electrode plate 16 to form a plasma. At this time, the reactive radicals forming the plasma selectively react with the photoresist on the wafer 16 to form volatile reactants. As the volatile reactants evaporate, the reactive radicals are discharged to the outside through the gas exhaust port 13 together with the exhaust gas. The etching process is performed.
그런데 이와 같이 구성되는 반도체 소자 제조용 플라즈마 식각 장치에서는 중앙부위가 볼록한 돔 형태로 형성되는 양극판의 구조로 인하여 양극판상에 위치되는 웨이퍼의 중앙부와 외곽부로부터 음극판까지의 거리가 달라지게 된다. 즉, 웨이퍼의 외곽부에서 음극판까지의 거리가 중앙부에서 음극판까지의 거리에 비해 짧아진다. 이와 같은 웨이퍼상의 중앙부와 외곽부로부터 음극판까지의 서로 다른 길이는, 식각시 음극판을 통과한 반응 가스들의 웨이퍼상의 분포 차이를 유발시키며, 웨이퍼상의 식각량의 차이를 일으키는 원인이 되는 것이다. 이와 같은 웨이퍼상의 식각량의 차이는 결국 식각에 의해 형성되는 산화막의 두께 및 CD(Critical Dimension)의 균일성을 떨어뜨려 웨이퍼 불량 등의 문제점을 야기시킨다.However, in the plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor device configured as described above, the distance from the center portion and the outer portion of the wafer positioned on the anode plate to the cathode plate is changed due to the structure of the anode plate formed in the convex dome shape of the center portion. That is, the distance from the outer edge of the wafer to the negative electrode plate becomes shorter than the distance from the center to the negative electrode plate. Such different lengths from the center portion and the outer portion of the wafer to the negative electrode plate cause a difference in the distribution on the wafer of the reaction gases passing through the negative electrode plate during etching, and cause a difference in the amount of etching on the wafer. Such a difference in the amount of etching on the wafer eventually lowers the thickness of the oxide film formed by etching and the uniformity of the CD (critical dimension), causing problems such as wafer defects.
따라서 본 발명은 웨이퍼가 안착되는 양극판이 돔 형태로 구성되어 발생되는 웨이퍼상의 국부적인 식각율 차이를 해소할 수 있는 새로운 구조의 음극판이 구비되어 형성되는 건식 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a dry plasma apparatus in which a cathode plate having a new structure capable of eliminating a difference in local etching rates on a wafer generated by a cathode plate on which a wafer is seated is formed in a dome shape.
도 1은 종래의 건식 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 측단면도.1 is a side cross-sectional view for explaining a conventional dry plasma etching apparatus.
도 2는 도 1에 도시된 음극판을 설명하기 위한 평면도.2 is a plan view for explaining the negative electrode plate shown in FIG.
도 3은 본 발명에 의한 음극판을 설명하기 위한 평면도.3 is a plan view for explaining a negative electrode plate according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명〉<Brief description of the main parts of the drawing>
11 : 챔버 12 : 가스 인입구11: chamber 12: gas inlet
13 : 가스 배기구 14 : 양극판(anode plate)13 gas exhaust port 14 anode plate
15 : 웨이퍼 16 : 음극판(cathode plate)15 wafer 16 cathode plate
17 : 고주파 전원 발생기 21 : 가스 통과 홀17: high frequency power generator 21: gas passage hole
31 : 중앙 가스 통과 홀 32 : 외곽 가스 통과 홀31: central gas passage hole 32: outer gas passage hole
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 플라즈마 형성을 위한 음극판, 양극판, 고주파 전원 발생기가 구비되어 이루어지며, 상기 음극판 내부에 가스 분사를 위한 홀들이 규칙적으로 배열되어 형성되며, 음극판의 중앙부와 외곽부에 형성되는 홀들의 크기가 다르도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the plasma etching apparatus of the present invention includes a cathode plate, a cathode plate, and a high frequency power generator for plasma formation, and holes for gas injection are regularly arranged inside the cathode plate, and the center portion of the anode plate is formed. Characterized in that the size of the holes formed in the outer portion is different.
본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치는 음극판의 외곽부에 형성되는 홀들이 중앙부에 형성되는 홀들에 비해 2배 정도의 직경을 가지도록 형성되며 이때 양극판은 상부의 중앙이 볼록하게 형성된 돔 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하여 이루어진다.Plasma etching apparatus according to the present invention is formed so that the holes formed in the outer portion of the negative electrode plate has a diameter of about twice that of the holes formed in the center portion, wherein the positive electrode plate is formed in the shape of a dome formed in the center of the upper convex It is done by
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특징적인 부분을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the characteristic parts of the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 음극판을 설명하기 위한 평면도이다.3 is a plan view for explaining a negative electrode plate according to the present invention.
상기 음극판(16)은 도전체를 이용하여 원형의 평판 형태로 형성되며, 상기 음극판(16)의 내부에는 규칙적으로 배열된 홀(31, 32)들이 형성된다. 상기 홀(31, 32)들은 상기 음극판(16)의 중앙부와 외곽부에서 서로 다른 크기로 형성되며, 이 때 외곽부의 홀들(32)의 크기가 중앙부의 홀들(31)의 크기에 비해 크도록, 예를 들면 약 2배의 크기로 형성될 수 있다. 이러한 상기 음극판(16)의 구조는, 돔의 형태로 구성된 양극판(14)의 구조로 인하여 발생되는 식각율의 차이를 보상할 수 있도록 구성된 것이다.The negative electrode plate 16 is formed in a circular flat plate shape using a conductor, and holes 31 and 32 are arranged regularly in the negative electrode plate 16. The holes 31 and 32 are formed in different sizes at the center portion and the outer portion of the negative electrode plate 16, and in this case, the size of the holes 32 in the outer portion is larger than the size of the holes 31 in the center portion. For example, it can be formed to about twice the size. The structure of the negative electrode plate 16 is configured to compensate for the difference in the etching rate caused by the structure of the positive electrode plate 14 configured in the form of a dome.
이와 같이 구성되는 플라즈마 건식 식각 장치에서 공정은 다음과 같이 진행된다.In the plasma dry etching apparatus configured as described above, the process proceeds as follows.
가스 인입구(12)를 통하여 상기 음극판(16)의 상부에서 챔버(11) 내부로 반응 가스가 유입된다. 이와 같이 상기 챔버(11) 내부로 유입되는 반응 가스는 상기 음극판(16) 내부에 형성된 가스 통과 홀(31, 32))들을 통과하면서 플라즈마가 형성되는데, 이때 상기 음극판(16)의 중앙부와 외곽부에서 각각 다른 크기로 형성된 홀(31, 32)들로 인하여 중앙부와 외곽부 사이에 반응 가스 흐름양의 차이가 발생된다. 즉, 상기 음극판(21)의 외곽부에서 중앙부에 비해 많은 가스가 통과하게 되는 것이다. 이와 같이 상기 음극판(21)의 외곽부와 중앙부를 통과하면서 발생되는 반응 가스는 종래 방식에서 양극판(14)이 돔 형태로 구성되어 발생되는 식각율의 차이를 보상한다. 즉, 양극판(14) 외곽부의 웨이퍼(15)상에서 상대적으로 낮던 식각율이 보상되며, 결과적으로 상기 양극판(14)상의 모든 위치에 놓이는 웨이퍼의 식각율이 균일해진다. 한편 플라즈마 형성과 함께 웨이퍼가 식각되면서 패턴이 형성된 후에 식각된 반응 부산물들과 반응 가스는 가스 배기구(13)를 통하여 외부로 배기된다.The reaction gas flows into the chamber 11 from the upper portion of the negative electrode plate 16 through the gas inlet 12. As such, the reaction gas flowing into the chamber 11 passes through the gas passage holes 31 and 32 formed in the negative electrode plate 16 to form a plasma. In this case, a center portion and an outer portion of the negative electrode plate 16 are formed. In each of the holes 31 and 32 having different sizes, a difference in the amount of reaction gas flow occurs between the center and the outer portion. That is, more gas passes through the outer portion of the negative electrode plate 21 than in the center portion. As such, the reaction gas generated while passing through the outer and center portions of the negative electrode plate 21 compensates for the difference in etching rate caused by the positive electrode plate 14 having a dome shape in a conventional manner. In other words, the relatively low etching rate on the wafer 15 outside the positive plate 14 is compensated, and as a result, the etching rate of the wafer placed at all positions on the positive plate 14 is uniform. Meanwhile, after the wafer is etched together with plasma formation and the pattern is formed, the etch byproducts and the reactant gas are exhausted to the outside through the gas exhaust port 13.
본 발명에 따르면 음극판상에 형성되는 홀들이 음극판의 중앙부와 외곽부에서 각각 다른 크기를 가지고 형성됨으로써, 돔 형태로 구성된 양극판으로 인하여 발생되는 웨이퍼상의 식각율 차이가 보상될 수 있으며, 이에 따라 균일한 식각량 및 CD를 확보할 수 있게 된다.According to the present invention, since the holes formed on the negative electrode plate have different sizes at the center and the outer portion of the negative electrode plate, the difference in the etching rate on the wafer caused by the positive electrode plate formed in the dome shape can be compensated. Etch amount and CD can be secured.
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1999
- 1999-10-01 KR KR1019990042195A patent/KR20010035563A/en not_active Application Discontinuation
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