KR20030093794A - Plasma chamber with shield ring of plasma etch system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마 에칭 시스템의 챔버 구조에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor manufacturing equipment, and more particularly to a chamber structure of a plasma etching system.
최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 미세 패턴이 요구되는 추세이므로, 플라즈마를 이용한 식각(etch) 공정이 많이 이용된다. 플라즈마 식각(plasma etch)은 진공 챔버 내부로 RF 전계를 인가하여 가스를 분해하고, 이때 형성된 래디컬(radical) 또는 이온(ion)을 이용하여 식각 공정이 진행된다. 그리고 플라즈마를 생성하는 방법에 따라 CCP (Capacitive Coupled Plasma), ICP(Inductive Coupled Plasma) 등으로 분류된다.Recently, since a fine pattern of a semiconductor device is required in a semiconductor manufacturing process, an etching process using plasma is frequently used. Plasma etch decomposes a gas by applying an RF electric field into a vacuum chamber, and an etching process is performed using radicals or ions formed at this time. According to the method of generating a plasma, it is classified into Capacitive Coupled Plasma (CCP), Inductive Coupled Plasma (ICP), and the like.
일반적으로 플라즈마 에칭 시스템은 플라즈마 챔버, 캐소드 전극판, 애노드 전극판, 플라즈마 파장 디텍트 유닛, 가스 공급 장치, 전원 공급 장치 및 배기 유닛 등으로 구성된다.In general, a plasma etching system includes a plasma chamber, a cathode electrode plate, an anode electrode plate, a plasma wavelength detection unit, a gas supply device, a power supply device, an exhaust unit, and the like.
플라즈마 챔버는 매우 청정하면서 공정에 필요한 공정 가스 이외의 가스 입출입을 허용하지 않도록 외부에 대하여 실링이 견고하게 이루어진다. 그리고 플라즈마 챔버는 내부의 상부에 캐소드 전극판이 설치되고, 캐소드 전극판과 대응하여 하부에는 애노드 전극판이 구비된다. 이때, 애노드 전극판에는 플라즈마 식각이 진행될 웨이퍼가 놓이게 되는 정전척이 구비된다.The plasma chamber is very clean and the sealing is secured to the outside so as not to permit gas entry and exit other than the process gas required for the process. In the plasma chamber, a cathode electrode plate is provided at an upper portion of the plasma chamber, and an anode electrode plate is provided at a lower portion of the plasma chamber to correspond to the cathode electrode plate. At this time, the anode electrode plate is provided with an electrostatic chuck on which the wafer to be plasma-etched is placed.
구체적으로, 캐소드 전극판에는 RF 전원이 인가되도록 전원 공급 장치가 연결되어 애노드 전극판과 캐소드 전극판의 사이에 적정의 전계가 형성되도록 한다. 이때, 캐소드 전극판은 일측에 캐소드 전극판 내부로 반응 가스가 유입되도록 가스 공급 장치가 연통되고, 캐소드 전극판 중 애노드 전극과 대향하는 부분에는 복수 개의 홀(hole)이 형성되어 캐소드 전극판 내부로 유입된 반응 가스가 복수 개의 홀을 통하여 플라즈마 챔버의 내부로 배출되도록 한다.Specifically, the power supply device is connected to the cathode electrode plate so that RF power is applied, so that an appropriate electric field is formed between the anode electrode plate and the cathode electrode plate. At this time, the cathode electrode plate is connected to the gas supply device so that the reaction gas flows into the cathode electrode plate on one side, and a plurality of holes are formed in the portion of the cathode electrode plate facing the anode electrode to the inside of the cathode electrode plate. The introduced reactant gas is discharged into the plasma chamber through the plurality of holes.
한편, 배기 유닛은 플라즈마 챔버의 내부를 저압 분위기로 만들어 주는 역할을 하도록 플라즈마 챔버와 연통된 배기관과, 배기관에 연통된 펌프로 구성된다.On the other hand, the exhaust unit is composed of an exhaust pipe communicating with the plasma chamber and a pump communicating with the exhaust pipe to serve to make the inside of the plasma chamber into a low pressure atmosphere.
이와 같은 구성에 의하여 플라즈마 챔버 내부로 플라즈마 식각이 진행될 웨이퍼가 이송되어 애노드 전극판에 안착되고, 배기 유닛에 의하여 플라즈마 챔버 내부에 초저압이 형성되어 청정한 분위기가 형성되면, 전원 공급 장치가 캐소드 전극판에 전원을 인가함과 동시에 가스 공급 장치가 캐소드 전극판을 통하여 플라즈마 챔버 내부로 반응 가스를 공급함으로써 플라즈마 챔버 내부로 분사된 반응 가스는 전계에 의하여 반응성이 매우 강한 플라즈마 가스가 된다.When the wafer to be plasma-etched is transferred into the plasma chamber by the above configuration and is seated on the anode electrode plate, and the ultra-low pressure is formed inside the plasma chamber by the exhaust unit to form a clean atmosphere, the power supply device is a cathode electrode plate. When the power is applied to the gas and the gas supply device supplies the reaction gas into the plasma chamber through the cathode electrode plate, the reaction gas injected into the plasma chamber becomes a highly reactive plasma gas by the electric field.
반응성이 매우 강한 플라즈마 가스는 플라즈마 가스에 노출된 웨이퍼 부분과 강력하게 작용하여 웨이퍼에 형성된 특정 박막을 이방성 식각하기 시작한다.The highly reactive plasma gas works strongly with the portion of the wafer exposed to the plasma gas and begins to anisotropically etch certain thin films formed on the wafer.
예를 들어, 순수 실리콘 웨이퍼의 상면에 특정 두께로 옥사이드 박막(oxide film)이 형성되고, 옥사이드 박막에 특정 패턴을 형성하기 위하여 스핀 코팅 등의 방법으로 포토레지스트 도포, 사진, 현상을 거쳐 식각할 부분만이 외부에 대하여 노출되도록 한 후, 플라즈마 가스를 노출된 부분에 접촉시켜 옥사이드 박막을 식각한다.For example, an oxide film is formed on a top surface of a pure silicon wafer with a specific thickness, and a portion to be etched through photoresist coating, photography, and development by a spin coating method to form a specific pattern on the oxide thin film. After the bay is exposed to the outside, the oxide thin film is etched by contacting the exposed portion of the plasma gas.
이 때, 플라즈마에 의한 쉴드 링의 일부가 플라즈마와 반응하여 식각되어 쉴드 링의 수명이 단축되고, 또한 이러한 쉴드 링 식각으로 인하여 플라즈마 챔버를 제어하는 온라인 제어 시스템의 다운 현상이 자주 발생된다.At this time, a part of the shield ring by the plasma reacts with the plasma to be etched to shorten the life of the shield ring, and due to such shield ring etching, a down phenomenon of the online control system for controlling the plasma chamber frequently occurs.
도 1을 참조하면, 플라즈마 에칭 시스템에서의 플라즈마 챔버(10)는 내부 상부와 하부에 각각 전원으로부터 고주파 전압이 인가되는 캐소드 전극판(12)과 애노드 전극판(24)이 구비되며, 애노드 전극판(24)은 웨이퍼(2)를 안착시키는 정전척(22)이 구비된다.Referring to FIG. 1, the plasma chamber 10 of the plasma etching system includes a cathode electrode plate 12 and an anode electrode plate 24 to which a high frequency voltage is applied from a power source, respectively, at an upper portion and a lower portion thereof. 24 is provided with an electrostatic chuck 22 for seating the wafer 2.
캐소드 전극판(12)은 도면에 미도시되었지만, 플라즈마 챔버(10) 내부로 유입되는 플라즈마 가스(26)를 공급하기 위한 공급관과, 다른 일측에는 가열되는 캐소드 전극판(12)을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환될 수 있도록 순환 배관을 구비한다.Although the cathode electrode plate 12 is not shown in the drawing, a supply pipe for supplying the plasma gas 26 introduced into the plasma chamber 10 and a coolant for cooling the cathode electrode plate 12 heated to the other side It is provided with a circulation pipe so that the circulation.
또한 캐소드 전극판(12)은 실리콘 등으로 형성되며, 고정용 스크류(16)를 이용하여 챔버 상부와 결합된다. 그리고 캐소드 전극판(12)은 산화막 건식 식각 공정에서 플라즈마 가스(26)를 챔버 내부에 고루 분사시켜 준다.In addition, the cathode electrode plate 12 is formed of silicon or the like, and is coupled to the upper portion of the chamber using the fixing screw 16. The cathode electrode plate 12 evenly sprays the plasma gas 26 into the chamber in the oxide dry etching process.
그리고 애노드 전극판(24)은 상단에 정전척(22)과, 정전척(22) 외각에 웨이퍼(2) 가장자리 부분을 균등하게 지지하기 위한 포커스 링(18)과, 포커스 링(18) 외각에서 애노드 전극판(24)의 가장 자리를 보호하기 위한 커버 링(20)을 구비한다.The anode electrode plate 24 has an electrostatic chuck 22 at the top, a focus ring 18 for equally supporting the edge of the wafer 2 at the outer surface of the electrostatic chuck 22, and an outer surface of the focus ring 18. The cover ring 20 for protecting the edge of the anode electrode plate 24 is provided.
포커스 링(18)은 실리콘 등의 재질로 형성되며, 산화막 건식 식각 공정에서 플라즈마 식각 포커스 및 웨이퍼의 슬라이딩 방지를 위한 홀드 역할을 한다.The focus ring 18 is formed of a material such as silicon, and serves to hold the plasma etch focus and prevent sliding of the wafer in an oxide dry etching process.
따라서 종래 기술에 의한 쉴드 링은 식각 공정에서 플라즈마 가스에 의해서 이부가 식각되는 문제가 발생되어 여러 가지 공정 상의 문제를 야기시킨다.Therefore, the shield ring according to the prior art causes the problem of the etching of the back portion by the plasma gas in the etching process causes a variety of process problems.
즉, 쉴드 링(14)의 일부 영역(A)이 식각으로 인하여 캐소드 전극판(12)보다 작아져서 캐소드 전극판(12)과 정전척(16)과의 절연 역할을 할 수 없게 된다. 이는 쉴드 링(14)의 단가가 비싸고, 쉴드 링(14) 의 일부(A)가 식각됨으로서 식각 공정의 변화가 심하게 되고 플라즈마 에칭 시스템을 제어하는 시스템의 다운 현상이 발생된다.That is, the partial region A of the shield ring 14 is smaller than the cathode electrode plate 12 due to etching, so that the cathode electrode plate 12 and the electrostatic chuck 16 cannot be insulated from each other. This results in a high unit cost of the shield ring 14, and a portion A of the shield ring 14 is etched, which causes a serious change in the etching process and a down phenomenon of the system controlling the plasma etching system.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 식각 공정에서 플라즈마에 의한 쉴드 링의 에지부가 식각되는 것을 방지하기 위한 플라즈마 에칭 시스템의 챔버를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above-described problems, to provide a chamber of the plasma etching system for preventing the edge portion of the shield ring by the plasma in the plasma etching process.
이를 위하여 쉴드 링의 두께를 증가시키고, 쉴드 링에 의해서 캐소드 전극판을 절연하던 부분을 캐소드 전극판과 동일한 재질 또는 VESPEL 재질 등을 이용하여 절연시킨다.To this end, the thickness of the shield ring is increased, and the portion where the cathode electrode plate is insulated by the shield ring is insulated using the same material as the cathode electrode plate or VESPEL material.
도 1은 일반적인 플라즈마 에칭 시스템의 챔버의 일부 구성을 도시한 단면도; 그리고1 is a cross-sectional view showing a part of a configuration of a chamber of a typical plasma etching system; And
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 시스쳄의 챔버의 일부 구성을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a part of a configuration of a chamber of the plasma etching system according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2 : 웨이퍼100 : 플라즈마 챔버2: wafer 100: plasma chamber
102 : 캐소드 전극판104 : 쉴드 링102 cathode electrode plate 104 shield ring
106 : 고정용 스크류108 : 절연캡106: fixing screw 108: insulating cap
110 : 포커스 링112 : 커버 링110: focus ring 112: cover ring
114 : 정전척116 : 애노드 전극판114: electrostatic chuck 116: anode electrode plate
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의한 반도체 제조 설비의 플라즈마 챔버는, 상기 플라즈마 챔버 상부에 고정용 스크류를 통해 결합되도록 다수의 홀을 가장자리에 구비하는 캐소드 전극판과, 상기 플라즈마 챔버 하부에 상기 캐소드 전극판에 대응하여 구비되는 애노드 전극판과, 상기 홀에 상기 고정용 스크류가 삽입되고, 상기 삽입된 고정용 스크류 전면에 구비하여 상기 캐소드 전극판과 상기 애노드 전극판 사이에 형성된 전계를 상기 고정용 스크류와 차단시키는 절연 부재 및 상기 캐소드 전극판 가장자리 측면에 구비되고, 일단이 상기 플라즈마 챔버 상부와 결합되고, 타단이 상기 전계에 노출되지 않도록 상기 캐소드 전극판 가장자리와 상기 절연 부재 사이의 길이로 구비하여 플라즈마 가스에 의해서 식각되지 않도록 형성되는 쉴드 링을 포함한다.A plasma chamber of a semiconductor manufacturing apparatus according to an aspect of the present invention for achieving the above object, the cathode electrode plate having a plurality of holes on the edge to be coupled to the upper portion of the plasma chamber through a fixing screw, and the plasma chamber An anode electrode provided at a lower portion corresponding to the cathode electrode plate, the fixing screw is inserted into the hole, and an electric field formed between the cathode electrode plate and the anode electrode plate provided on the inserted fixing screw front surface Is provided on the insulating member and side of the cathode electrode plate edge to block the fixing screw, the one end is coupled to the upper portion of the plasma chamber, the other end between the cathode electrode plate edge and the insulating member so as not to be exposed to the electric field It is provided with a length so as not to be etched by the plasma gas It includes a shield ring.
이 때, 상기 쉴드 링의 상기 타단은 상기 캐소드 전극판과 상기 애노드 전극판 사이의 간격에 적합한 두께로 형성되며, 상기 절연 부재는 상기 캐소드 전극판의 두께에 대응하여 최대한 높은 깊이를 갖는 홀의 내부에 구비되는 것이 바람직하다.In this case, the other end of the shield ring is formed to have a thickness suitable for the gap between the cathode electrode plate and the anode electrode plate, and the insulating member is formed inside the hole having a maximum depth corresponding to the thickness of the cathode electrode plate. It is preferred to be provided.
따라서 본 발명에 의하면, 쉴드 링의 식각 현상을 방지하여 플라즈마 챔버에서의 쉴드 링에 대한 유지 비용을 줄일 수 있으며, 쉴드 링이 식각됨으로서 발생되는 플라즈마 챔버를 제어하는 시스템의 다운 현상을 방지한다.Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the maintenance cost for the shield ring in the plasma chamber by preventing the etch phenomenon of the shield ring, and to prevent the down phenomenon of the system for controlling the plasma chamber generated by the shield ring being etched.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 시스템에서의 플라즈마 챔버의 일부 구성을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of a plasma chamber in the plasma etching system according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 신규한 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 가스(118)에 의한 식각을 방지하기 위한 구조적인 특징을 갖는 신규한 쉴드 링(104)을 구비한다.Referring to the drawings, the novel plasma chamber 100 of the present invention includes a novel shield ring 104 having structural features for preventing etching by the plasma gas 118.
상기 플라즈마 챔버(100)는 챔버 내부의 상하부에 캐소드 전극판(102)과 애노드 전극판(116)을 구비하고, 캐소드 전극판(102)과 애노드 전극판(116) 사이에 전계를 형성하여 플라즈마 가스를 공급한다.The plasma chamber 100 includes a cathode electrode plate 102 and an anode electrode plate 116 above and below the chamber, and forms an electric field between the cathode electrode plate 102 and the anode electrode plate 116 to form a plasma gas. To supply.
상기 캐소드 전극판(102)은 일정 두께를 갖는 원형으로 구비되며, 가장자리에 상기 챔버 상부와 결합되도록 하기 위한 고정용 스크류(106)를 삽탈할 수 있는 홀이 다수 구비된다. 그리고 도면에는 미도시되었지만, 플라즈마 가스를 공급하는 가스 공급관이 구비된다.The cathode electrode plate 102 is provided in a circular shape having a predetermined thickness, and a plurality of holes for inserting the fixing screw 106 to be coupled to the upper part of the chamber is provided at the edge. Although not shown in the figure, a gas supply pipe for supplying a plasma gas is provided.
상기 홀은 고정용 스크류(106)를 삽입하여 상기 캐소드 전극판(102)과 챔버 상부가 결합되도록 구비되며, 상기 고정용 스크류(106)가 삽입된 나머지 홀 부분에는 상기 고정용 스크류(106)와 플라즈마 챔버 내부에 형성된 전계가 차단되도록 절연 부재(예컨대, 절연캡)(108)를 채운다. 이 때, 상기 홀은 도 1에 도시된 홀보다 두꺼운 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 절연 부재(108)는 상기 홀에 삽입되며, 캐소드 전극판(102)과 동일한 재료 또는 VESPEL 재질 등으로 구비되는 것이 바람직하다.The hole is provided such that the cathode electrode plate 102 and the upper chamber are coupled to each other by inserting the fixing screw 106, and the fixing screw 106 and the remaining hole portion in which the fixing screw 106 is inserted. An insulating member (eg, an insulating cap) 108 is filled to block an electric field formed in the plasma chamber. In this case, the hole is formed to have a depth greater than the hole shown in FIG. 1, and the insulating member 108 is inserted into the hole, and the hole is formed of the same material as the cathode electrode plate 102 or a VESPEL material. desirable.
즉, 상기 절연 부재(108)는 상기 홀에 상기 고정용 스크류(106)가 삽입되고, 상기 삽입된 고정용 스크류(106) 전면에 구비하여 상기 캐소드 전극판(102)과 상기 애노드 전극판(116) 사이에 형성된 전계를 상기 고정용 스크류(106)와 차단시키도록 구비된다.That is, the insulating member 108 has the fixing screw 106 inserted into the hole, and is provided on the front surface of the inserted fixing screw 106 to provide the cathode electrode plate 102 and the anode electrode plate 116. ) Is provided to block the electric field formed between the fixing screw 106 and.
상기 애노드 전극판(116)은 상단에 정전척(114)과, 정전척(114) 외각에 웨이퍼(2) 가장자리 부분을 균등하게 지지하기 위한 포커스 링(110)과, 포커스 링(110) 외각에서 애노드 전극판(116)의 가장 자리를 보호하기 위한 커버 링(112)을 구비한다.The anode electrode plate 116 has an electrostatic chuck 114 at an upper end thereof, a focus ring 110 for uniformly supporting the edge of the wafer 2 at an outer edge of the electrostatic chuck 114, and an outer surface of the focus ring 110. The cover ring 112 for protecting the edge of the anode electrode plate 116 is provided.
상기 포커스 링(110)은 실리콘 등의 재질로 형성되며, 산화막 건식 식각 공정에서 플라즈마 식각 포커스 및 웨이퍼의 슬라이딩 방지를 위한 홀드 역할을 한다.The focus ring 110 is formed of a material such as silicon, and serves to hold the plasma etch focus and prevent sliding of the wafer in an oxide dry etching process.
그리고 상기 쉴드 링(104)은 상기 캐소드 전극판(102)을 둘러싸고 챔버 상부에 결합된다. 즉, 일단이 상기 챔버(100) 상부와 결합되고, 타단이 상기 전계에노출되지 않도록 구비하여 플라즈마 가스(118)에 의해서 식각되지 않도록 상기 캐소드 전극판(102) 가장자리와 상기 절연 부재(108) 영역 사이의 길이(a)로 형성된다.The shield ring 104 is coupled to the upper portion of the chamber surrounding the cathode electrode plate 102. That is, one end is coupled to the upper portion of the chamber 100 and the other end is provided so as not to be exposed to the electric field so that the edge of the cathode electrode plate 102 and the insulating member 108 are not etched by the plasma gas 118. It is formed with a length a between.
특히, 상기 쉴드 링(104)의 타단은 상기 캐소드 전극판(102)과 상기 애노드 전극판(116) 사이의 간격에 적합한 두께(b)로 형성되는 것이 바람직하며, 또한 상기 절연 부재(108)는 상기 캐소드 전극판(102)의 두께에 대응하여 최대한 큰 깊이를 갖는 홀의 내부에 구비되는 것이 바람직하다.In particular, the other end of the shield ring 104 is preferably formed to a thickness (b) suitable for the distance between the cathode electrode plate 102 and the anode electrode plate 116, and the insulating member 108 is It is preferable that the cathode electrode plate 102 is provided inside the hole having the greatest depth as the thickness of the cathode electrode plate 102.
따라서 본 발명에 의한 신규한 쉴드 링은 식각 공정에 의해 식각되는 것을 방지하여 수명이 연장된다.Therefore, the novel shield ring according to the present invention is prevented from being etched by the etching process to extend the life.
상술한 바와 같이, 본 발명은 플라즈마 챔버의 쉴드 링의 일단을 종래의 것보다 짧고 두께를 굵에 형성함으로써 쉴드 링의 식각 현상을 방지하여 플라즈마 챔버에서의 쉴드 링에 대한 유지 비용을 줄일 수 있으며, 쉴드 링이 식각됨으로서 발생되는 플라즈마 챔버를 제어하는 시스템의 다운 현상을 방지할 수 있다.As described above, the present invention can reduce the cost of maintaining the shield ring in the plasma chamber by preventing the shield ring from being etched by forming one end of the shield ring of the plasma chamber shorter and thicker than the conventional one. The shield ring is etched to prevent the down phenomenon of the system controlling the plasma chamber generated.
또한 종래의 플라즈마 챔버에서 쉴드 링 가장자리 부분의 식각으로 인해 발생되는 선폭 문제 해결 및 식각된 쉴드 링으로 인한 챔버의 개패 문제를 해결하여 수율을 향상시킨다.In addition, the conventional plasma chamber improves the yield by solving the line width problem caused by the etching of the shield ring edge portion and the opening problem of the chamber due to the etched shield ring.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7318879B2 (en) | 2004-11-12 | 2008-01-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus to manufacture semiconductor |
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2002
- 2002-06-05 KR KR1020020031645A patent/KR20030093794A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7318879B2 (en) | 2004-11-12 | 2008-01-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus to manufacture semiconductor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |