KR20030094904A - Window of semiconductor product device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조설비의 투시창에 관한 것으로, 특히 반도체 제조설비에서 플라즈마를 이용하여 식각할 시 표면이 식각되지 않도록 하여 리크(Lleak)를 방지하는 반도체 제조설비의 투시창에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a see-through window of a semiconductor manufacturing facility, and more particularly, to a see-through window of a semiconductor manufacturing facility that prevents leaks by preventing surfaces from being etched when using a plasma in the semiconductor manufacturing facility.
통상적으로 반도체 기판 제조 공정에서, 반도체, 유전체, 및 도체 물질, 예를 들어 폴리실리콘, 이산화 실리콘, 및 알루미늄층은 기판 상에 증착되고 게이트, 비아, 콘택홀 또는 상호배선 라인의 패턴을 형성하도록 식각된다. 층들은 전형적으로 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착, 또는 산화 및 질화 공정에 의해 형성된다. 예를 들어, CVD 공정에서, 반응성 가스는 기판상에서 물질층을 증착시키기 위해 분해되며 PVD 공정에서는 기판상에 물질을 증착시키기 위해 타겟이 스퍼터링된다. 산화 및질화 공정에서, 산화층 또는 질화층은, 전형적으로 이산화 실리콘층 또는 질화 실리콘층이 기판 상에 형성된다. 식각 공정에서, 포토레지스트의 패턴화된 마스크층 또는 하드 마스크가 포토리소그라픽 방법에 의해 기판상에 형성되어, 기판의노출부가 Cl2, HBr 또는 BCl3와 같은 활성화된 가스에 의해 식각된다.Typically in semiconductor substrate manufacturing processes, semiconductor, dielectric, and conductor materials such as polysilicon, silicon dioxide, and aluminum layers are deposited on the substrate and etched to form patterns of gates, vias, contact holes, or interconnect lines. do. The layers are typically formed by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition, or oxidation and nitriding processes. For example, in a CVD process, the reactive gas is decomposed to deposit a material layer on the substrate and in the PVD process the target is sputtered to deposit the material on the substrate. In the oxidation and nitriding process, the oxide layer or nitride layer is typically formed with a silicon dioxide layer or silicon nitride layer on the substrate. In the etching process, a patterned mask layer or a hard mask of photoresist is formed on the substrate by a photolithographic method so that the exposed portion of the substrate is etched by an activated gas such as Cl 2, HBr or BCl 3.
이러한 공정에서는, 예정된 스테이지에서 기판의 처리과정을 중단시키는 것이 요구된다. 예를 들어, 종래의 식각 공정에서 기판의 얇은 층만을 식각한 후에 식각 공정을 중단시키기는 어렵다. 그 예로서, 게이트 구조의 식각에 있어, 가능한 예정되고 허용 가능한 값에 가깝게 하부 게이트 산화층의 나머지 두께를 식각한 후 식각 공정이 하부의 어떠한 폴리실리콘도 손상시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 게이트 산화층은 고속 집적 회로의 제조 시에 얇아지고 두꺼워져 하부 게이트 산화층으로의 오버 식각 없이 상부 폴리실리콘층을 정확히 식각하기가 어렵다. 또 다른 예로서는, 증착, 산화 및 질화 공정에서 제어되고 예정된 두께를 갖는 층을 형성하고, 원하는 두께의 층이 얻어지면 공정을 정확히 중단시키는것이 바람직하다.In such a process, it is required to stop the processing of the substrate at a predetermined stage. For example, it is difficult to stop the etching process after etching only a thin layer of the substrate in a conventional etching process. As an example, in etching a gate structure, it is desirable to etch the remaining thickness of the lower gate oxide layer as close to the predetermined and acceptable value as possible, so that the etching process does not damage any underlying polysilicon. The gate oxide layer becomes thinner and thicker in the fabrication of high-speed integrated circuits, making it difficult to accurately etch the upper polysilicon layer without over etching to the lower gate oxide layer. As another example, it is desirable to form a layer having a controlled and predetermined thickness in the deposition, oxidation, and nitriding processes, and to stop the process precisely once a layer of desired thickness is obtained.
그런데, 웨이퍼 위에 형성된 식각해야 할 물질층의 두께는 단차 등으로 인해 웨이퍼 전반에 걸쳐 항상 일정한 것은 아니며, 식각작용도 웨이퍼 전면에 걸쳐 고르게만 이루어지는 것은 아니다. 따라서, 원하는 부분에서 원하는 물질층을 완전히 식각하기 위해서는 충분한 시간을 공정에 할애해야 한다.However, the thickness of the material layer to be etched on the wafer is not always constant throughout the wafer due to the step, etc., and the etching is not even evenly over the entire surface of the wafer. Therefore, sufficient time must be devoted to the process to fully etch the desired material layer at the desired portion.
따라서, 반도체 제조 시 플라즈마 식각에서는 일정 시간동안 공정을 진행시키는 방법 외에 공정의 특정 시점을 찾아 식각 조건을 바꾸는 방법을 많이 사용하고 있다. 즉, 특정 시점 전에는 식각속도를 빠르게 할 수 있는 조건을 선택하여 공정을 진행시키고, 특정 시점 후에는 식각속도는 느려도 하부막과의 선택비가 높은 조건을 선택하여 공정을 진행시키는 방법을 사용하게 된다.Therefore, in the semiconductor etching process, in addition to the process for a certain time, plasma etching is used a lot of methods to find the specific time point of the process to change the etching conditions. That is, before the specific point in time, the process may be selected by selecting a condition for increasing the etching rate, and after the point in time, the process may be performed by selecting a condition having a high selectivity with the lower layer even though the etching rate is slow.
이때, 공정의 특정 시점은 식각할 물질층 하부의 막질이 드러나는 시점을 의미하며, 이 시점을 찾는 것을 EPD(End Point Detection)라 한다. 그리고 이 시점 전까지의 공정을 주 식각(Main Etch), 이 시점 후의 식각 공정을 과도식각(Over Etch)라 한다.In this case, the specific time point of the process refers to a time point at which the film quality of the lower portion of the material layer to be etched is revealed, and finding this time point is called end point detection (EPD). The process before this time is called Main Etch, and the process after this time is called Over Etch.
이렇게 단계를 나누어 이루어지는 식각 방법에서는 EPD 방법이 중요한 역할을 한다. EPD 방법에는 여러 가지가 있으나, 공정챔버에서 플라즈마에서 발생하는 에미션을 모노크로메터를 사용하여 측정하고, 특정 물질에 고유한 파장이 가능하면 피크(Peak) 형태로 검출되는지를 알아보는 방법이 많이 사용된다. 엔드포인트 검출(END POINT DETECTION) 방법은 식각, 증착, 산화 또는 질화 공정의 엔드포인트를 측정하는데 사용된다. 엔드포인트 측정 방법은 예를 들어, 본 발명의 명세서에서 참조로 하는 미국 특허 4,328,068호에 지시된 것처럼 챔버에 형성된 플라즈마의방출스펙트럼을 식각되는 층의 조성물 변화에 상응하는 화학적 조성물의 변화를 결정하여 분석하는 플라즈마 방출 분석법을 포함한다. 또 다른 예로서, 본 명세서에서 참조로 하는 또 다른 예로서 미국 특허 5,362,256호에서는 선택된 파장에서 플라즈마 방출 세기를 모니터링하고 나머지 막 두께, 식각비, 식각 균일성 및 식각 엔드포인트와 플라즈마 방출 세기에서의 변화량과 관련하여 식각 또는 증착과정을 모니터링하는 방법을 개시한다.The EPD method plays an important role in the etching method divided into these steps. There are many methods of EPD, but there are many ways to measure the emission from plasma in the process chamber using a monochromator and to find out if the wavelength inherent to a specific material is detected as a peak if possible. Used. END POINT DETECTION methods are used to measure the endpoints of an etch, deposition, oxidation or nitriding process. Endpoint measurement methods can be performed by analyzing the emission spectrum of plasma formed in the chamber by determining the change in chemical composition corresponding to the composition change of the layer being etched, for example, as indicated in US Pat. No. 4,328,068, which is incorporated herein by reference. Plasma emission analysis. As another example, as another example referred to herein, US Pat. No. 5,362,256 monitors plasma emission intensity at selected wavelengths and displays remaining film thickness, etch ratio, etch uniformity, and variation in etch endpoint and plasma emission intensity. A method of monitoring an etching or deposition process in connection with the present invention is disclosed.
전체 층의 처리 공정이 완성되기 전에 공정 엔드포인트를 측정하는데 유용한 또 다른 엔드포인트 검출 시스템으로 타원 편광 반사 측정법(ellipsometry)을 이용한다. 이 방법에서는, 편광 빔이 식각되는 층의 표면에서 반사되어 층이 식각됨에 따라 발생하는 반사된 광의 크기에서의 위상 이동 및 변화를 측정하여 분석되며, 이는 본 명세서에서 모두 참조로하는 미국특허 3,974,797 및 3,824,017호에 개시되어 있다. 편광 필터가 기판의 표면에서 반사되는 편광 빔의 위상 변화를 측정하는데 사용된다.Ellipsometry is used as another endpoint detection system useful for measuring process endpoints before the processing of the entire layer is completed. In this method, the polarization beam is reflected at the surface of the layer being etched and analyzed by measuring the phase shift and change in the magnitude of the reflected light that occurs as the layer is etched, which is described in U. S. Patents 3,974, 797 and 3,824,017. A polarizing filter is used to measure the phase change of the polarizing beam reflected at the surface of the substrate.
또 다른 엔드포인트 검출 방법으로 간섭측정법이 있다. 예시적 방법은 본 명세서에서 참조로하고 있는 Maydan 등의 미국특허 4,618,262호에 개시되어 있는 것으로, 레이저 빔이 기판상에서 처리되는 층으로 향하는 레이저 간섭계가 개시되어있다. 레이저 및 관련된 모니터링 시스템은 처리되는 층에 따라 측정된 반사율 곡선을 제공한다. 예비 선택된 식각 깊이가 반사율 신호의 최대 또는 최소의 수를 계산함으로써 또는 신호의 중단(cessation)에 기초하여 식각 공정의 마지막을 인식함으로써 도달하는지를 컴퓨터가 계산한다.Another endpoint detection method is interferometry. An exemplary method is disclosed in US Pat. No. 4,618,262 to Maydan et al., Which is incorporated herein by reference, and discloses a laser interferometer for directing a laser beam onto a layer to be processed on a substrate. The laser and associated monitoring system provide a reflectance curve measured according to the layer being processed. The computer calculates whether the preselected etch depth is reached by calculating the maximum or minimum number of reflectance signals or by recognizing the end of the etch process based on the cessation of the signal.
이러한 식각공정이 이루어지는 공정챔버가 도 1에 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 챔버 본체(chamber body)(1)의 내측에는 프로세스 챔버의 측벽을 이루는 챔버 벽(chamber wall)(2)이 설치되고, 챔버 벽(2)의 내측에는 프로세스 진행 중 발생되는 부산물의 증착으로부터 챔버 벽(2)을 보호하기 위하여 일정한 교체 주기를 가지는 증착 차단 링(deposition shield ring)(3)이 결합되며, 증착 차단 링(3)의 내측에는 미 도시된 인슐레이터 링, 포커스 링 등이 설치된다.A process chamber in which such an etching process is performed is shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, a chamber wall 2 constituting a side wall of a process chamber is installed inside a chamber body 1, and a chamber wall 2 is formed during process progress. In order to protect the chamber wall 2 from deposition of by-products, a deposition shield ring 3 having a constant replacement period is coupled, and an inner insulator ring and focus ring, not shown, are provided inside the deposition shield ring 3. Etc. are installed.
챔버 벽(2)과 증착 차단 링(3)에는 각각 플라즈마로부터 방출되는 고유한 파장의 빛을 모니터하기 위하여 석영(quartz)rhk 같은 투과 재료로 만들어진 벽 윈도우(wall window; 2a)와 엔드 포인트 윈도우(end point window; 3a)가 각각 장착된다. 엔드 포인트 윈도우(3a)는 증착 차단 링(3)의 측면에 형성되는 장착홀(3b)에 상하로 한 쌍의 스크류(S)로 고정된다.The chamber wall 2 and the deposition barrier ring 3 each have a wall window 2a and an endpoint window made of a transmissive material, such as quartz, for monitoring the light of a unique wavelength emitted from the plasma. end point windows 3a) are mounted respectively. The end point window 3a is fixed with a pair of screws S up and down in the mounting hole 3b formed on the side of the deposition blocking ring 3.
상기와 같은 종래의 공정챔버의 엔드포인트 윈도우(3a)는 석영재질로 이루어져 있어 장시간 지속적인 사용으로 인해 내측이 플라즈마에 노출되어 오링이 맞닿는 부위 전체 안쪽면이 식각되어 리크가 발생하는 문제가 있었다.The endpoint window 3a of the conventional process chamber as described above is made of a quartz material, so that the whole inner surface of the portion where the O-ring abuts is etched due to exposure to the plasma due to continuous use for a long time.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반도체 제조용 식각설비에서 플라즈마로부터 방출되는 빛을 모니터링하기 위한 투시창(Window)을 세라믹이나 공업용 다이아몬드로 제작하여 식각이 되지 않도록 하는 반도체제조설비의 투시창을 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to manufacture a viewing window for monitoring the light emitted from the plasma in the etching equipment for semiconductor manufacturing in order to solve the above problems made of ceramic or industrial diamond so that the etching window of the semiconductor manufacturing equipment is not etched. In providing.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마에 의해 식각되지 않는 재질로 제작하여 챔버 리크를 방지하는 반도체 제조설비의 투시창을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a see-through window of a semiconductor manufacturing facility that is made of a material that is not etched by the plasma to prevent chamber leakage.
도 1은 일반적인 식각공정이 이루어지는 공정챔버의 사시도1 is a perspective view of a process chamber in which a general etching process is performed
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 투시창의 사시도2 is a perspective view of a viewing window of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 투시창의 정면도3 is a front view of a see-through window of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 챔버 본체 12: 프레임10: chamber body 12: frame
14, 22: 오링 16: 투시창14, 22: O-Ring 16: Viewing Window
18: 덮개판 20, 28: 직사각형 홀18: cover plate 20, 28: rectangular hole
24, 26: 스크류24, 26: screw
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공정챔버의 본체에 설치되는 투시창을 식각이 되지 않는 세라믹이나 공업용 다이아몬드 재질로 형성함을 특징으로 한다.To achieve the above object is characterized in that the see-through window installed in the main body of the process chamber of the present invention is formed of a ceramic or industrial diamond material that is not etched.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 투시창의 사시도이다.2 is a perspective view of a viewing window of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
외부의 소정 위치에 직사각형의 홀이 형성된 챔버 본체(10)와, 상기 챔버 본체(10)의 직사각형의 홀에 장착되며, 직사각형의 홀(28)이 형성되는 프레임(12)과, 상기 프레임(12)에 형성된 직사각형 홀(28)에 장착되며, 챔버 내의 플라즈마로부터 방출되는 고유한 파장의 빛을 모니터링하기 위한 투시창(16)과, 상기 투시창(16)의 내부 둘레에 끼워져 리크를 방지하기 위한 오링(14)과, 상기 투시창(16)의 크기의 직사각형 홀(20)이 형성되어 상기 프레임(12)을 통해 상기 투시창(16)을 상기 챔버 본체(10)에 고정하기 위한 덮개판(18)으로 구성되어 있다.A chamber body 10 having a rectangular hole formed at an external predetermined position, a frame 12 mounted in a rectangular hole of the chamber body 10, and having a rectangular hole 28 formed therein, and the frame 12. Mounted on a rectangular hole 28 formed in the rectangular hole 28, a viewing window 16 for monitoring light having a unique wavelength emitted from the plasma in the chamber, and an o-ring for preventing leakage due to being fitted around the inside of the viewing window 16. 14 and a rectangular plate 20 having a size of the viewing window 16 is formed of a cover plate 18 for fixing the viewing window 16 to the chamber body 10 through the frame 12. It is.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 투시창의 정면도이다.3 is a front view of a viewing window of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
상술한 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.2 and 3 will be described in detail the operation of the preferred embodiment of the present invention.
챔버 본체(10)의 소정위치에 직사각형의 홀이 형성되어 있다. 상기 챔버 본체(10)의 직사각형의 홀에 프레임(12)이 삽입되고 스크류(24)에 의해 챔버 본체(10)에 체결 고정된다. 이때 프레임(12)의 내부에 오링(22)이 삽입되는데, 이 오링(22)은 챔버 본체(10)의 직사각형 홀과 프레임(12) 간의 리크 발생을 방지한다. 그리고 투시창(16)의 내부 둘레에 오링(14)이 삽입되고, 그 투시창(16)에 오링(14)이 끼워진 부분이 프레임(12)에 형성된 직사각형 홀(28)에 끼워진다. 이때 오링(14)은 프레임(12)과 투시창(16) 간에 리크가 발생하지 않도록 한다. 그런 후 덮개판(18)은 투시창(16)을 덮은 후 도 3에 도시된 바와 같은 다수의 스크류(26)를 체결하여 투시창(106)을 프레임(12)에 고정시킨다. 여기서 투시창(16)은 플라즈마에 의해 식각되지 않는 세라믹이나 공업용 다이아몬드로 제작하여 사용한다. 따라서 투시창(16)은 챔버 내의 플라즈마에 의해 식각되지 않게 되므로 리크발생을 방지하도록 한다.Rectangular holes are formed at predetermined positions of the chamber body 10. The frame 12 is inserted into a rectangular hole of the chamber body 10 and is fastened and fixed to the chamber body 10 by a screw 24. At this time, the O-ring 22 is inserted into the frame 12, which prevents the leakage between the rectangular hole of the chamber body 10 and the frame 12. Then, the O-ring 14 is inserted into the inner circumference of the see-through window 16, and the portion where the o-ring 14 is fitted into the see-through window 16 is fitted into the rectangular hole 28 formed in the frame 12. In this case, the o-ring 14 prevents leakage between the frame 12 and the viewing window 16. The cover plate 18 then covers the see-through window 16 and then fastens the see-through window 106 to the frame 12 by fastening a plurality of screws 26 as shown in FIG. 3. Here, the viewing window 16 is made of ceramic or industrial diamond which is not etched by plasma and used. Therefore, the sight glass 16 is not etched by the plasma in the chamber to prevent the leakage.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조용 식각설비에서 챔버 내의 플라즈마로부터 방출되는 고유한 파장의 빛을 모니터링하기 위한 투시창을 세라믹이나 공업용 다이아몬드로 제작하여 사용하므로, 플라즈마에 의해 식각되지 않으므로 챔버의 미세한 리크 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention uses a viewing window for monitoring light having a unique wavelength emitted from the plasma in the chamber in an etching facility for manufacturing a semiconductor, using ceramic or industrial diamond, so that fine leakage occurs in the chamber because it is not etched by plasma. There is an advantage that can be prevented.
Claims (3)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100596324B1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-07-06 | 주식회사 에이디피엔지니어링 | Plasma processing apparatus |
KR100790393B1 (en) * | 2004-11-26 | 2008-01-02 | 삼성전자주식회사 | Plasma processing equipment |
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2002
- 2002-06-10 KR KR1020020032251A patent/KR20030094904A/en not_active Application Discontinuation
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KR100596324B1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-07-06 | 주식회사 에이디피엔지니어링 | Plasma processing apparatus |
KR100790393B1 (en) * | 2004-11-26 | 2008-01-02 | 삼성전자주식회사 | Plasma processing equipment |
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