KR20010035657A - Apparatus for plasma etching - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 관한 것으로써, 특히, 고주파 전압이 인가되는 코일의 위치를 가변시켜 챔버 내부의 플라즈마 영역을 가변적으로 조절할 수 있도록 하여 공정 조건에 적합한 식각률 및 식각 균일성의 최적화가 가능하도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing, and in particular, by varying the position of a coil to which a high frequency voltage is applied, so that the plasma region within the chamber can be variably controlled, thereby enabling optimization of etching rate and etching uniformity suitable for process conditions. I did it.
일반적으로 플라즈마 식각은 완전한 건식식각 시스템이며, 플라즈마 가스는 전기적인 파괴에 의해 생성되어 가스의 종류에 따라 강한 화학 반응을 일으킬 수 있다. 즉, 플라즈마 건식식각은 반도체 제조에서의 실리콘층, 실리콘질화막, 다결정실리콘막, 그리고 실리콘 산화막등을 식각할 수 있다.In general, plasma etching is a complete dry etching system, and plasma gas may be generated by electrical breakdown to cause a strong chemical reaction depending on the type of gas. That is, the plasma dry etching may etch a silicon layer, a silicon nitride film, a polysilicon film, a silicon oxide film, or the like in semiconductor manufacturing.
제 1 도는 이러한 플라즈마 식각에 사용되는 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치를 설명하기 위한 도면으로써, 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 공정가스가 유입되며 압력조절이 가능한 공정챔버(10)가 있고, 공정챔버(10) 내부에는 플라즈마에 의해 식각될 웨이퍼가 고정되는 정전척(13)이 있다.1 is a view for explaining a conventional semiconductor manufacturing plasma etching apparatus used for such plasma etching, the conventional semiconductor manufacturing plasma etching apparatus has a process chamber 10 in which a process gas is introduced and pressure control, process chamber There is an electrostatic chuck 13 inside which the wafer to be etched by the plasma is fixed.
또한, 챔버 내부에는 플라즈마 영역을 형성하기 위한 캐소드(12)(cathode)가 위치되며, 캐소드(12)에는 13.56㎒의 제 1 고주파 전압이 인가된다.In addition, a cathode 12 for forming a plasma region is located inside the chamber, and a first high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the cathode 12.
그리고, 챔버 외부에는 캐소드(12)와의 사이에 플라즈마 영역을 형성하기 위한 코일(11)이 고정 설치되며, 코일(11)에는 12.56㎒의 제 2 고주파 전압이 인가된다.A coil 11 for forming a plasma region is fixedly installed between the cathode 12 and the outside of the chamber, and a second high frequency voltage of 12.56 MHz is applied to the coil 11.
이러한 구조를 갖는 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에서 웨이퍼의 식각은, 먼저, 웨이퍼(미도시)가 정전척(13) 상에 위치되면 챔버(10) 내부로 공정가스를 유입시키고 압력을 조절하게 된다.In the plasma etching apparatus for semiconductor fabrication having such a structure, first, the wafer is etched, and when a wafer (not shown) is positioned on the electrostatic chuck 13, process gas is introduced into the chamber 10 and the pressure is adjusted.
그리고, 캐소드(12)에 13.56 ㎒의 제 1 고주파 전원을 인가시키고, 동시에 12.56㎒의 제 2 고주파 전원을 코일(11)에 인가하면, 공정가스의 전자들이 여기되면서 충돌하여 이온의 밀도를 증가시켜 캐소드(12)와 코일(11) 사이에 일정한 플라즈마 영역을 형성하게 된다.When the first high frequency power of 13.56 MHz is applied to the cathode 12 and the second high frequency power of 12.56 MHz is simultaneously applied to the coil 11, electrons of the process gas are excited and collide with each other to increase the density of ions. A constant plasma region is formed between the cathode 12 and the coil 11.
이렇게 플라즈마 영역이 형성되면 플라즈마 측정장치로 플라즈마의 밀도를 측정하여 공정가스의 유량 및 챔버 내부의 압력을 조절하여 일정한 플라즈마 밀도가 형성되게 한다.When the plasma region is formed, the plasma measuring device measures the density of the plasma to adjust the flow rate of the process gas and the pressure inside the chamber to form a constant plasma density.
그 후 플라즈마 영역 내의 이온들은 캐소드(12)에 인가되는 제 1 고주파 전원에 의해 정전척(13) 상의 웨이퍼 표면으로 유도되어 막을 식각한다.The ions in the plasma region are then directed to the wafer surface on the electrostatic chuck 13 by the first high frequency power source applied to the cathode 12 to etch the film.
그러나, 플라즈마에 의한 웨이퍼의 식각은 공정상의 여러 가지 변수에 의해 식각률 및 식각의 균일성이 변화된다.However, the etching of the wafer by plasma changes the etching rate and the uniformity of the etching by various variables in the process.
즉, 플라즈마 형성영역은 챔버 내부의 압력, 공정가스 유량, 인가 전압 등의 공정조건에 민감하게 변화되므로, 공정조건을 적절하게 제어하지 못하면 플라즈마 형성영역이 변화되어 웨이퍼의 식각률 및 식각균일성이 저하된다.That is, since the plasma forming region is sensitively changed to process conditions such as pressure, process gas flow rate, and applied voltage in the chamber, if the process conditions are not properly controlled, the plasma forming region is changed to lower the etching rate and etching uniformity of the wafer. do.
특히, 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 코일이 고정되어 있어 코일과 캐소드 사이에 형성되는 플라즈마 형성영역을 챔버 내부의 압력과 공정가스 유량에 의해서만 조절할 수밖에 없는 문제점이 있다.In particular, the conventional plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing has a problem that the coil is fixed so that the plasma forming region formed between the coil and the cathode can only be adjusted by the pressure inside the chamber and the flow rate of the process gas.
따라서, 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 웨이퍼의 식각률 및 식각 균일성 제어가 용이하지 못하는 문제점이 있다.Therefore, the conventional plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing has a problem that it is not easy to control the etching rate and etching uniformity of the wafer.
이에, 본 발명은 웨이퍼 식각률 및 식각 균일성의 제어가 용이하도록 플라즈마 형성영역을 가변시켜 플라즈마 밀도를 변화시킬 수 있는 반도체 제조용 플라즈마 식각장치를 제공하는데 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing that can change the plasma density by varying the plasma forming region so as to easily control wafer etching rate and etching uniformity.
따라서, 상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 공정가스의 유입 및 내부의 압력이 조절되는 공정챔버와, 공정챔버 내부에 위치하며 제 1 고주파 전압이 인가되는 캐소드와, 공정챔버 외부에 위치하며 제 2 고주파 전압이 인가되는 코일과, 코일의 위치를 가변시켜 캐소드와 코일 사이에 형성되는 플라즈마 영역을 조절시키는 이동수단을 포함한다.Therefore, in order to achieve the above object, the plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor according to the present invention includes a process chamber in which process gas is introduced and an internal pressure is controlled, a cathode disposed in the process chamber and to which a first high frequency voltage is applied, and a process And a coil positioned outside the chamber to which the second high frequency voltage is applied, and moving means for controlling a plasma region formed between the cathode and the coil by varying the position of the coil.
제 1 도는 종래의 반도체 제조용 플라즈마 식각장치를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a conventional plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor.
제 2 도는 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor according to the present invention.
■ 도면의 주요부분에 대한 간략한 부호 설명 ■■ Brief description of the main parts of the drawing ■
10 : 챔버 11 : 코일10 chamber 11 coil
12 : 캐소드(cathode) 13 : 정전척12 cathode (cathode) 13 electrostatic chuck
100 : 절연 안내편 101 : 나사홈100: insulation guide 101: screw groove
102 : 나사 봉 103 : 타이밍 벨트 (Timing Belt)102: threaded rod 103: Timing Belt
104 : 구동모터104: drive motor
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치에 대한 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing according to the present invention.
제 2 도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 식각될 웨이퍼를 고정시키는 정전척(13)이 위치된 공정챔버(10)가 있다.As shown in FIG. 2, the plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing according to the present invention includes a process chamber 10 in which an electrostatic chuck 13 for fixing a wafer to be etched is located.
이 공정챔버(10)는 도시되지 않았지만 공정가스의 유입 및 반응이 끝난 공정가스가 배기되는 가스 유입구 및 배기구를 가지며, 압력 조절장치에 의해 내부 압력이 조절된다.Although not shown, the process chamber 10 has a gas inlet and an exhaust port through which the process gas is introduced and the reaction gas is exhausted, and the internal pressure is controlled by a pressure regulator.
이러한 공정챔버(10)의 내부 하단에는 캐소드(12)(cathode)가 위치되며, 이 캐소드(12)에는 13.56㎒의 제 1 고주파 전압이 인가된다.A cathode 12 is positioned at an inner lower end of the process chamber 10, and a first high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the cathode 12.
또한, 공정챔버(10)의 외부 상단에는 12.56㎒의 제 2 고주파 전압이 인가되는 코일(11)이 수회 감겨져 설치되며, 코일(11)은 이동수단을 구비하여 상, 하 방향으로 위치가 가변된다.In addition, a coil 11 to which a second high frequency voltage of 12.56 MHz is applied is wound several times on the outer upper end of the process chamber 10, and the coil 11 is provided with a moving means to change its position in the up and down directions. .
코일(11)의 이동수단으로 먼저, 챔버 외부의 코일(11)을 감싸며 나사홈(101)이 형성된 코일 안내편(100)이 있다.As a moving means of the coil 11, first, there is a coil guide piece 100 which surrounds the coil 11 outside the chamber and has a screw groove 101 formed thereon.
그리고, 나사홈(101)과 나사 대우(對偶)되는 나사봉(102)을 나사홈(101)에 결합 설치하고, 나사봉(102)과 상호 타이밍 벨트(103)로 연결되어 회전하면서 나사봉(102)을 나사홈(101)을 따라 나진시켜 코일 안내편(100)을 상, 하 방향으로 이송시키는 구동 모터(104)로 이루어진다.The screw rod 101 and the screw rod 102 that are treated with the screw are coupled to the screw groove 101, and the screw rod 102 is connected to the screw rod 102 and the timing belt 103 to rotate. Comprising 102 is screwed along the groove 101 is made of a drive motor 104 for conveying the coil guide piece 100 in the up and down direction.
여기서, 코일 안내편(100) 및 나사봉(102)은 절연체로 하여 코일(11)로 인가되는 제 2 고주파 전압이 흐르지 않도록 하고, 구동모터(104)는 스텝핑 모터(stepping motor)로 한다.Here, the coil guide piece 100 and the screw rod 102 serve as an insulator so that the second high frequency voltage applied to the coil 11 does not flow, and the drive motor 104 is a stepping motor.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 의한 플라즈마 식각을 설명한다.The plasma etching according to the present invention having such a structure will be described.
먼저, 웨이퍼가 정전척(13) 상에 위치되면 챔버(10) 내부로 공정가스를 유입시키고 압력을 조절하게 된다.First, when the wafer is placed on the electrostatic chuck 13, the process gas is introduced into the chamber 10 and the pressure is adjusted.
그리고, 캐소드(12)에 13.56 ㎒의 제 1 고주파 전원을 인가시키고, 동시에 12.56㎒의 제 2고주파 전원을 코일(11)에 인가하면, 공정가스의 전자들이 여기되어 활발히 운동하면서 상호 충돌되어 이온의 밀도를 증가시켜 캐소드(12)와 코일(11) 사이에 일정한 플라즈마 영역을 형성하게 된다.Then, when the first high frequency power source of 13.56 MHz is applied to the cathode 12 and the second high frequency power source of 12.56 MHz is simultaneously applied to the coil 11, electrons of the process gas are excited and actively collide with each other to actively move, The density is increased to form a constant plasma region between the cathode 12 and the coil 11.
이때, 챔버(10) 내부의 플라즈마 밀도는 별도의 플라즈마 밀도 검출장치(미도시)를 통해 측정한다.At this time, the plasma density inside the chamber 10 is measured through a separate plasma density detection device (not shown).
그리고, 측정된 플라즈마의 밀도에 따라 공정가스의 유량을 조절하고, 챔버(10) 내부 압력을 조절함과 동시에 웨이퍼의 식각률과 식각의 균일성을 제어한다.Then, the flow rate of the process gas is adjusted according to the measured plasma density, the pressure inside the chamber 10 is controlled, and the etching rate and the etching uniformity of the wafer are controlled.
이를 위해 구동모터(104)는 타이밍 벨트(103)를 회전시켜 나사봉(102)이 나사대우된 절연 안내편의 나사홈(101)을 따라 상, 하 방향으로 이동하도록 하여 플라즈마 영역을 변화시킨다.To this end, the driving motor 104 rotates the timing belt 103 so that the screw rod 102 moves up and down along the screw groove 101 of the threaded insulating guide piece to change the plasma region.
즉, 절연 안내편이 상방향으로 이동되면 코일(11)과 캐소드(12)의 간격이 넓어져 플라즈마 형성영역이 늘어나 플라즈마 밀도가 감소되고, 절연 안내편이 하방향으로 이동되면 코일(11)과 캐소드(12)의 간격이 좁아져 플라즈마 형성영역이 감소되어 밀도가 증가되면서 원하는 웨이퍼 식각률 및 식각 균일성을 유도하게 된다.That is, when the insulation guide piece is moved upward, the distance between the coil 11 and the cathode 12 is widened to increase the plasma formation region, thereby reducing the plasma density. When the insulation guide piece is moved downward, the coil 11 and the cathode ( As the spacing of 12) is narrowed, the plasma formation area is reduced, and the density is increased, thereby inducing a desired wafer etching rate and etching uniformity.
이렇게 플라즈마 영역이 형성되면 플라즈마 영역 내의 이온들은 캐소드(12)로 인가되는 제 1 고주파 전압에 의해 정전척(13) 상의 웨이퍼 표면으로 유도되어 막을 식각한다.When the plasma region is formed, ions in the plasma region are guided to the wafer surface on the electrostatic chuck 13 by the first high frequency voltage applied to the cathode 12 to etch the film.
상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 플라즈마 식각장치는 공정조건에 따른 플라즈마 밀도 제어가 공정가스 유량 및 공정챔버 내의 압력 변화 뿐만 아니라 코일의 위치 가변에 따른 플라즈마 영역의 가변에 의해서도 이루어지므로 정밀한 플라즈마 밀도 제어가 가능하게 된다.As described above, in the plasma etching apparatus for semiconductor manufacturing according to the present invention, the plasma density control according to the process conditions is performed not only by the process gas flow rate and the pressure change in the process chamber but also by the variation of the plasma region according to the position of the coil. Precise plasma density control is possible.
따라서, 원하는 웨이퍼 식각률 및 식각의 균일성이 향상되어 식각공정의 정밀성을 얻을 수 있다.Therefore, the desired wafer etching rate and the uniformity of etching can be improved to obtain the precision of the etching process.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1999
- 1999-10-01 KR KR1019990042348A patent/KR20010035657A/en not_active Application Discontinuation
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