KR20020009189A - Apparatus for manufacturing semiconductor device using plasma - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 생성할 때 임피던스(impedance) 성분을 조절하기 위한 유도기전력을 제공할 수 있도록 정합부(matching unit)의 두 개의 코일(coil)들의 위치를 가변하는 가변부를 포함하는 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma, and more particularly, to two coils of a matching unit to provide an induced electromotive force for adjusting an impedance component when generating a plasma. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma including a variable portion that varies a position of coils.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 따라서 최근의 반도체 장치는 0.15㎛ 이하 디자인룰(design rule)의 고집적화를 요구한다. 때문에 상기 반도체 장치의 제조 기술은 플라즈마를 사용하는 제조 기술 등과 같은 미세 가공 기술로 발전되고 있다.In recent years, with the rapid spread of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. In terms of its function, the semiconductor device is required to operate at a high speed and to have a large storage capacity. Therefore, recent semiconductor devices require high integration of design rules of 0.15 mu m or less. Therefore, the manufacturing technology of the semiconductor device has been developed into a fine processing technology such as a manufacturing technology using plasma.
상기 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 기술은 주로 미세 패턴을 형성하기 위한 식각 기술에 주로 적용한다. 상기 제조 기술을 구현하기 위한 제조 장치는 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 알아이이(RIE : reactive ion etch), 티씨피(TCP : transformer coupled plasma) 등으로 나눌 수 있다.Semiconductor manufacturing technology using the plasma is mainly applied to the etching technology for forming a fine pattern. A manufacturing apparatus for implementing the manufacturing technique may be divided into a reactive ion etch (RIE), a transformer coupled plasma (TCP) and the like according to a method of generating a plasma.
하지만, 상기 제조 장치의 구조는 그 대부분이 유사한 것으로서, 크게 기판의 로딩/언로딩(loading/unloading)을 담당하는 로드락 챔버(load lock chamber)와, 기판상에 형성한 막들의 식각을 담당하는 공정 챔버와, 상기 로드락 챔버 및 공정 챔버를 진공으로 형성하기 위한 진공 챔버 등을 포함한다. 또한 서로 다른 권선수를 갖는 두 개의 코일들을 갖고, 상기 플라즈마를 생성할 때 유도 기전력의 전압 및 전류로서 임피던스 성분을 조절하는 정합부 및 상기 유도 기전력이 생성되도록 상기 두 개의 코일들의 위치를 가변시키는 가변부를 포함한다.However, the structure of the manufacturing apparatus is mostly similar, and is mainly responsible for the load lock chamber responsible for loading / unloading of the substrate and the etching of the films formed on the substrate. And a process chamber, and a vacuum chamber for forming the load lock chamber and the process chamber into a vacuum. It also has two coils with different number of turns, matching to adjust the impedance component as the voltage and current of induced electromotive force when generating the plasma, and variable to change the position of the two coils so that the induced electromotive force is generated Contains wealth.
상기 구성을 갖는 제조 장치에 대한 일 예는 이마푸쿠(Imafuku et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제6,074,518호에 개시되어 있다.An example of a manufacturing apparatus having such a configuration is disclosed in US Pat. No. 6,074,518 to Imafuku et al., Et al.
상기 가변부는 상기 두 개의 코일들의 위치를 가변하는 가변력을 제공할 수 있도록 모터 및 상기 모터에 의한 가변력을 변환시켜 상기 두 개의 코일들에 전달하는 기어(gear)로 구성된다.The variable part includes a motor and a gear that converts the variable force by the motor and transmits the variable force to the two coils so as to provide a variable force for varying positions of the two coils.
상기 플라즈마를 생성하기 위한 전원 즉, 파워는 상기 정합부로 전달되고, 상기 가변부에 의해 임피던스 성분이 조절된 다음 상기 공정 챔버에 제공된다. 이때 상기 가변부는 모터 및 기어를 사용하여 상기 정합부의 두 개의 코일들을 가변시킨다. 그리고 상기 정합부의 두 개의 코일의 가변에 의해 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 유도 기전력이 생성되는데, 이때 상기 자기장은 상기 가변부의 기어 등에 의한 전하 축적 등과 같은 영향을 받는다. 때문에 상기 기어를 접지시켜 상기 자기장에 의한 영향을 최소화시킨다.A power source for generating the plasma, i.e., power, is delivered to the matching unit, and an impedance component is adjusted by the variable unit and then provided to the process chamber. In this case, the variable part varies two coils of the matching part using a motor and a gear. In addition, a magnetic field is formed by the variation of the two coils of the matching portion, and an induced electromotive force is generated by the magnetic field, wherein the magnetic field is affected by charge accumulation by a gear or the like of the variable portion. Therefore, the gear is grounded to minimize the influence of the magnetic field.
이는 상기 가변부의 기어가 스테인레스스틸 재질로 구성된다. 때문에 상기 가변부의 계속적인 가변에 의하여 상기 접지를 위한 부재가 단락되는 상황이 빈번하게 발생한다. 상기 접지를 위한 부재가 단락될 경우 상기 가변부의 기어에는 아킹(arcing)이 발생한다. 또한 상기 플라즈마를 생성하기 위한 파워를 높일 경우에도 상기 아킹이 발생한다. 이러한 아킹의 발생은 상기 임피던스 성분의 조절을 방해하고, 정합 오류를 발생시킨다.The gear of the variable part is made of stainless steel material. Therefore, a situation in which the member for grounding is short-circuited frequently due to the continuous variation of the variable portion. When the member for grounding is shorted, arcing occurs in the gear of the variable portion. In addition, the arcing also occurs when the power for generating the plasma is increased. The occurrence of such arcing interferes with the regulation of the impedance component and generates a matching error.
이와 같이, 상기 아킹의 발생은 정합 오류의 원인이 되고, 상기 정합 오류로 인하여 원하는 플라즈마를 생성하지 못하게 된다. 때문에 제조 공정에서는 불량으로 나타난다. 식각 공정을 예로 들면, 원하는 선폭의 갖는 패턴을 정확하게 형성하지 못하는 결과 등을 초래한다. 따라서 상기 아킹이 발생은 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도를 저하시키는 원인으로 작용한다.As such, the occurrence of arcing causes a matching error, and the matching error prevents generation of a desired plasma. Therefore, the manufacturing process appears as defective. For example, the etching process may result in the inaccurate formation of a pattern having a desired line width. Therefore, the occurrence of arcing acts as a cause of lowering the reliability caused by the manufacture of the semiconductor device.
본 발명의 목적은, 가변부에서 빈번하게 발생하는 아킹 발생을 최소화하기 위한 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma for minimizing the occurrence of arcing that occurs frequently in the variable portion.
도 1은 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치의 일 예를 설명하기 위한 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating an example of a semiconductor manufacturing apparatus using plasma.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a semiconductor manufacturing apparatus using plasma according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 공정 챔버 12 : 상부 전극10 process chamber 12 upper electrode
14 : 하부 전극 16 : 기판14 lower electrode 16 substrate
18 : 정합부 20 : 가변부18: matching part 20: variable part
180a, 180b : 코일 200a, 200b : 모터180a, 180b: coil 200a, 200b: motor
202a, 202b : 기어202a, 202b: Gear
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치는, 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전극 및 상부 전극이 설치되고, 상기 플라즈마를 사용한 공정이 이루어지는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버의 일측에 설치되고, 서로 다른 권선수를 갖는 두 개의 코일을 갖고, 상기 플라즈마를 생성할 때 상기 코일들에 의하여 생성되는 유도 기전력의 전압 및 전류로서 임피던스 성분을 조절하기 위한 정합 수단과, 상기 정합 수단에 설치되고, 절연 재질로 구성되고, 상기 두 개의 코일의 위치를 가변하여 상기 유도 기전력을 생성하기 위한 가변 수단을 포함한다.In the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma of the present invention for achieving the above object, the lower electrode and the upper electrode for generating a plasma is provided, the process chamber in which the process using the plasma is performed, and is installed on one side of the process chamber And matching means for adjusting impedance components as voltage and current of induced electromotive force generated by the coils when generating the plasma, having two coils having different number of turns, and the matching means, And an insulating material, and variable means for generating the induced electromotive force by varying positions of the two coils.
상기 가변 수단은 상기 두 개의 코일들의 위치를 가변하는 가변력을 제공하는 모터 및 상기 모터에 의한 가변력을 변환시켜 상기 두 개의 코일에 전달하는 기어로 구성되는데, 이때 상기 가변 수단의 재질은 폴리프로필렌(polypropylen), 피크(PEEK), 아델(ARDEL), 베스펠(VESPEL) 중에서 어느 하나를 선택하여 구성한다.The variable means comprises a motor that provides a variable force for varying the position of the two coils and a gear that converts the variable force by the motor and transmits the variable force to the two coils, wherein the material of the variable means is polypropylene (polypropylen), peak (PEEK), Adele (ARDEL), Vespel (VESPEL) is selected by selecting any one.
이와 같이 상기 가변 수단을 절연 재질로 구성함으로서, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 파워를 높일 경우에도 아킹이 발생하지 않는다. 때문에 상기 아킹으로 인한 정합 오류를 최소화할 수 있다. 이러한 정합 오류의 최소화는 플라즈마를 생성하기 위한 과정에서의 불량을 최소화할 수 있다. 또한 상기 가변 수단을 접지하기 위한 부재의 설치를 생략할 수 있고, 이에 따라 장치의 간편화를 통하여 용이한 유지 보수를 꾀할 수 있다.As the variable means is made of an insulating material as described above, arcing does not occur even when the power for generating the plasma is increased. Therefore, the matching error due to the arcing can be minimized. Minimization of such matching error may minimize defects in the process of generating plasma. In addition, the installation of the member for grounding the variable means can be omitted, thereby facilitating easy maintenance through the simplification of the device.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치의 일 예를 설명하기 위한 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating an example of a semiconductor manufacturing apparatus using plasma.
도 1을 참조하면, 플라즈마를 사용하는 제조 장치로서, 기판(16)상에 형성되어 있는 막들을 식각하여 패턴을 형성하기 위한 식각 장치를 나타낸다. 상기 장치는 상부 전극(12) 및 하부 전극(14)이 설치되는 공정 챔버(10)를 포함한다. 상기 상부 전극(12)은 상기 공정 챔버(10)에 공정 가스를 균일하게 제공하기 위한 배플(baffle)을 포함하고, 플라즈마를 생성하기 위한 상부 전원을 제공한다. 상기 하부 전극(14)은 기판이 놓여지는 척(chuck)을 포함하고, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 하부 전원을 제공한다.Referring to FIG. 1, an etching apparatus for forming a pattern by etching films formed on a substrate 16 as a manufacturing apparatus using plasma is illustrated. The apparatus includes a process chamber 10 in which an upper electrode 12 and a lower electrode 14 are installed. The upper electrode 12 includes a baffle for uniformly providing a process gas to the process chamber 10, and provides an upper power source for generating a plasma. The lower electrode 14 includes a chuck on which a substrate is placed and provides a lower power source for generating the plasma.
상기 공정 챔버(10)의 일측에는 정합부(18)가 구비되어 있다. 상기 정합부(18)는 상기 플라즈마를 생성하기 위한 전원 즉, 파워의 임피던스 성분을 조절하여 상기 전원을 정합(matching)시킨다.One side of the process chamber 10 is provided with a matching portion 18. The matching unit 18 adjusts a power source for generating the plasma, that is, an impedance component of power to match the power source.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치를 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a semiconductor manufacturing apparatus using plasma according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 임피던스 성분을 조절하여 상기 공정 챔버(10)로 제공되는 전원을 정합시키는 정합부(18)가 구비되어 있다. 상기 정합부(18)에는 서로 다른 권선수를 갖는 두 개의 코일들(180a, 180b)이 설치되어 있다. 그리고 상기 두 개의 코일들(180a, 180b)의 위치를 가변하여 유도 기전력을 생성하기 위한 가변부(20)가 구비되어 있다. 상기 가변부(20)는 상기 두 개의 코일들(180a, 180b)을 가변하기 위한 가변력을 제공하는 모터(200a, 200b) 및 상기 모터(200a, 200b)에 의한 가변력을 변환시켜 상기 두 개의 코일들(180a, 180b)에 전달하는 기어(202a, 202b)를 포함한다. 그리고 상기 가변부(20)는 절연 재질로 구성되는데, 특히 상기 가변부(20)의 기어(202a, 202b)는 폴리프로필렌(polypropylen), 피크(PEEK), 아델(ARDEL), 베스펠(VESPEL) 등과 같은 절연 재질로 구성된다.Referring to FIG. 2, a matching unit 18 is provided to adjust the impedance component to match the power provided to the process chamber 10. The matching unit 18 is provided with two coils 180a and 180b having different winding numbers. In addition, a variable unit 20 for generating an induced electromotive force by varying positions of the two coils 180a and 180b is provided. The variable unit 20 converts the variable forces by the motors 200a and 200b and the motors 200a and 200b to provide a variable force for varying the two coils 180a and 180b. Gears 202a and 202b that transmit to the coils 180a and 180b. In addition, the variable part 20 is made of an insulating material. In particular, the gears 202a and 202b of the variable part 20 are made of polypropylen, PEEK, ARDEL, VESPEL. It is composed of an insulating material such as.
상기 플라즈마의 생성을 살펴보면, 상기 상부 전극(12) 및 하부 전극(14)을 통하여 상기 공정 챔버(10)에 상부 전원 및 하부 전원을 포함하는 파워가 제공된다. 이때 상기 파워는 임피던스의 조절에 의하여 정합된 상태로 제공되는데, 먼저 상기 가변부(20)를 사용하여 두 개의 코일들(180a, 180b)의 위치를 가변시킨다. 이때 상기 가변부(20)의 가변에 의하여 상기 두 개의 코일들(180a, 180b) 주위에는 자기장이 생성되고, 상기 자기장에 의하여 유도 기전력이 생성된다. 그리고 상기 유도 기전력의 전류 및 전압으로서 상기 파워의 임피던스 성분을 조절한다. 따라서 상기 파워를 정합시키고, 효율적으로 플라즈마를 생성시킨다.Looking at the generation of the plasma, power including an upper power source and a lower power source is provided to the process chamber 10 through the upper electrode 12 and the lower electrode 14. In this case, the power is provided in a matched state by controlling the impedance. First, the positions of the two coils 180a and 180b are changed by using the variable unit 20. At this time, a magnetic field is generated around the two coils 180a and 180b by the variable portion 20, and an induced electromotive force is generated by the magnetic field. The impedance component of the power is adjusted as the current and voltage of the induced electromotive force. Thus, the power is matched and the plasma is efficiently generated.
이때 상기 기어(202a, 202b)를 절연 재질로 구성하기 때문에 전하 축적 등과같은 현상이 발생하지 않아 상기 자기장은 기어(202a, 202b) 등에 영향을 받지 않는다. 때문에 상기 가변부(20)를 별도로 접지하지 않아도 상기 자기장에 의해 생성되는 유도 기전력을 안정적으로 생성할 수 있다.At this time, since the gears 202a and 202b are made of an insulating material, a phenomenon such as charge accumulation does not occur and the magnetic field is not affected by the gears 202a and 202b. Therefore, the induced electromotive force generated by the magnetic field can be stably generated even if the variable unit 20 is not separately grounded.
이와 같이 상기 가변부(20)를 절연 재질로 구성함으로서, 별도의 접지를 위한 부재를 생략할 수 있다. 또한 상기 플라즈마를 생성하기 위한 파워를 높일 경우에도 상기 가변부(20)는 전기적으로 반응하지 않기 때문에 아킹의 발생과 같은 상황을 사전에 차단할 수 있다. 따라서 상기 파워의 정합을 안정적으로 수행할 수 있다. 때문에 반도체 제조 공정에서 상기 아킹으로 인하여 발생하는 불량을 최소화할 수 있다.In this way, by configuring the variable part 20 with an insulating material, a member for a separate ground can be omitted. In addition, even when the power for generating the plasma is increased, the variable part 20 may not electrically react, and thus may block a situation such as occurrence of arcing in advance. Therefore, the matching of the power can be performed stably. Therefore, the defect caused by the arcing in the semiconductor manufacturing process can be minimized.
특히, 상기 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 장치 중에서 식각 장치에 상기 가변부(20)를 응용할 경우 상기 플라즈마를 안정적으로 생성하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 때문에 미세 선폭을 요구하는 최근의 반도체 장치의 제조에 적극적으로 응용할 수 있다.In particular, when the variable unit 20 is applied to an etching apparatus among semiconductor manufacturing apparatuses using the plasma, the plasma may be stably generated to improve process efficiency. Therefore, the present invention can be actively applied to the manufacture of a recent semiconductor device requiring a fine line width.
이와 같은 본 발명은 상기 가변부를 절연 재질로 구성함으로서, 상기 가변부를 접지하는 접지 부재를 생략할 수 있다. 때문에 장치의 간편화를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 상기 접지 부재에 해당하는 유지 보수를 생략할 수 있다. 따라서 상기 장치의 운용 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 그리고 상기 가변부에서 발생하는 아킹 현상을 최소화함으로서 상기 아킹으로 인한 정합 오류를 최소화할 수 있다. 때문에 상기 플라즈마를 안정적으로 생성함으로서 공정 수행에 따른불량을 최소화할 수 있다. 따라서 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도를 향상할 수 있는 효과를 기대 할 수 있다.As such, the present invention may omit the grounding member for grounding the variable part by configuring the variable part as an insulating material. Therefore, not only the device can be simplified, but also the maintenance corresponding to the ground member can be omitted. Therefore, the effect that can improve the operating efficiency of the device can be expected. And by minimizing the arcing phenomenon occurring in the variable portion it is possible to minimize the matching error due to the arcing. Therefore, by generating the plasma stably, it is possible to minimize the defect caused by the process. Therefore, the effect that can improve the reliability according to the manufacture of the semiconductor device can be expected.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
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