KR20040109997A

KR20040109997A - Uniformity ring of dry etch device

Info

Publication number: KR20040109997A
Application number: KR1020030039658A
Authority: KR
Inventors: 윤호중
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2004-12-29

Abstract

PURPOSE: A uniformity ring of a dry etching device is provided to emit an etching residue formed in the uniformity ring during an etching process by using a hole formed on the uniformity ring. CONSTITUTION: A uniformity ring(6) of a dry etching device includes a guide portion(6a), and a bottom portion(6b). The guide portion forms vertical sidewalls of the uniformity ring. The bottom portion cuts a bottom portion of the guide portion horizontally. A hole(9) is formed on a portion of the guide portion. The hole on a portion of the guide portion exhausts an etching residue generated in an etching through a pumping line.

Description

UNIFORMITY RING OF DRY ETCH DEVICE}

본 발명은 반도체 제조설비 중 식각장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하여 건식식각할 시 플라즈마가 웨이퍼의 표면위에 균일하게 분포하여 에칭상태가 균일하도록 하는 유니포미티링 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching apparatus in a semiconductor manufacturing facility, and more particularly, to a uniformity ring structure in which a plasma is uniformly distributed on a surface of a wafer when the dry etching is performed using a plasma so that an etching state is uniform.

일반적으로 반도체소자는 실리콘 웨이퍼 상에 제조공정을 반복적으로 진행하여 완성되며, 반도체 제조공정은 그 소재가 되는 웨이퍼에 대하여 산화, 마스킹, 포토레지스트코팅, 식각,확산 및 적층공정들과 이들 공정들의 전, 후에서 보조적으로 세척, 건조 및 검사 등의 여러 공정들이 수행되어야 한다. 특히, 식각공정은 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 형성시키는 중요한 공정의 하나로서, 포토레지스트코팅공정과 함께 사진식각공정을 이루는 것으로서, 감광성을 갖는 포토레지스트를 웨이퍼 상에 코팅하고, 패턴을 전사한 후, 그 패턴에 따라 식각을 수행하여 상기 패턴에 따라 적절한 소자의 물리적 특성을 부여하는 것이다.In general, a semiconductor device is completed by repeatedly performing a manufacturing process on a silicon wafer, and the semiconductor manufacturing process is performed by oxidizing, masking, photoresist coating, etching, diffusing, and laminating processes of the material wafer. Subsequently, several processes such as washing, drying, and inspection should be carried out afterwards. In particular, the etching process is one of the important processes for substantially forming a pattern on the wafer. The etching process is a photolithography process together with the photoresist coating process. The photoresist is coated on the wafer and the pattern is transferred. In this case, etching is performed according to the pattern to impart the physical characteristics of the device according to the pattern.

식각공정은 크게 습식식각과 건식식각으로 대별될 수 있으며, 습식식각은 제거되어야 하는 웨이퍼의 최상단층을 효과적으로 제거할 수 있는 화학물질을 담은 습식조에 웨이퍼를 담갔다가 꺼내는 방식이나, 또는 그 화학물질을 웨이퍼의 표면으로 분사하는 방식이나, 일정각도로 경사지게 고정시킨 웨이퍼 상으로 화학물질을 흘려보내는 방식 등이 개발되어 사용되고 있다.The etching process can be roughly divided into wet etching and dry etching, and wet etching is a method in which a wafer is immersed in a wet bath containing chemicals that can effectively remove the top layer of the wafer to be removed, or the chemical is removed. A method of spraying onto the surface of the wafer, a method of flowing chemicals onto the wafer fixedly inclined at an angle, and the like have been developed and used.

또한, 건식식각은 기체상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각, 이온빔식각 및 반응성 이온식각 등을 예로 들 수 있다. 그 중, 반응성 이온식각은 식각가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 1μm 정도의 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.In addition, the dry etching may include plasma etching using gaseous etching gas, ion beam etching and reactive ion etching. Among them, reactive ion etching introduces an etching gas into the reaction vessel, ionizes it, accelerates it to the wafer surface, and physically and chemically removes the top layer of the wafer surface. It is possible to form a pattern of widely used.

반응성 이온식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들로는 식각할 층의 두께와 밀도, 식각가스의 에너지 및 온도, 포토레지스트의 접착성과 웨이퍼 표면의 상태 및 식각가스의 균일성 등을 들 수 있다. 특히, 식각가스를 이온화시키고, 이온화된 식각가스를 웨이퍼 표면으로 가속시켜 식각을 수행하는 원동력이 되는 고주파(RF ; Radio frequency)의 조절은 중요한 변수가 될 수 있으며, 또한 실제 식각과정에서 직접적으로 그리고 용이하게 조절할 수 있는 변수로 고려된다.Parameters to be considered for uniform etching in reactive ion etching include the thickness and density of the layer to be etched, the energy and temperature of the etching gas, the adhesion of the photoresist and the state of the wafer surface, and the uniformity of the etching gas. Can be mentioned. In particular, the control of radio frequency (RF), which is the driving force for ionizing the etching gas and accelerating the ionized etching gas to the wafer surface, can be an important variable, and also directly and in the actual etching process. It is considered an easily adjustable variable.

그러나, 실제로 식각이 이루어지는 웨이퍼를 기준으로 볼 때, 웨이퍼 표면 전체에 대한 균일한 에너지 분포를 갖도록 하는 고른 고주파의 적용은 필수적이며, 이러한 고주파의 적용시의 균일한 에너지 분포의 적용은 고주파의 출력의 조절만으로는 달성될 수 없으며, 이를 해결하기 위하여는 플라즈마가 웨이퍼 표면위에 균일하게 작용하도록 하여 에칭상태가 웨이퍼 전면에 균일하게 일어나도록 하는 유니포미티 등에 의하여 크게 좌우된다고 할 수 있다.However, in view of the wafer actually etched, it is essential to apply an even high frequency to have a uniform energy distribution over the entire surface of the wafer. It cannot be achieved by adjustment alone, and to solve this problem, it can be said that the plasma is uniformly acted on the surface of the wafer so that the etching state is uniformly influenced by the uniformity on the entire surface of the wafer.

상기 유니포미티링은 플라즈마가 존재하는 가혹한 조건의 반응쳄버내에서 플라즈마의 확산을 방지하고, 웨이퍼주변에 플라즈마가 한정되어 형성되도록 하는 역할을 한다.The uniformity ring serves to prevent the diffusion of the plasma in the reaction chamber in the harsh conditions in which the plasma is present, and to form a limited plasma around the wafer.

이러한 공정쳄버에서 가스와 고주파 파워 등을 이용하여 식각공정을 수행하는 반도체장치 제조설비에는 고주파 파워를 이용하여 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 웨이퍼 상의 상면 또는 패턴 마스크로부터 노출되는 부위에서반응토록 하여 공정을 수행하는 것이 있다.In a semiconductor device manufacturing facility that performs an etching process using gas and high frequency power in such a process chamber, the process gas supplied by using high frequency power is converted into a plasma state so as to react at a portion exposed from an upper surface or a pattern mask on a wafer. To carry out the process.

이러한 반도체장치 제조설비의 공정 수행 과정에서 공정가스의 반응 시 반응에 의한 부산물 즉 폴리머가 생성되고, 이들 폴리머는 공정이 이루어지는 전역에 계속적으로 증착되어 공정 수행에 지장을 줄 뿐 아니라 증착된 표면으로부터 떨어져 웨이퍼 상으로 이동할 경우 그 부위의 결함을 유발하는 파티클로서 작용하게 된다.In the process of the semiconductor device manufacturing process, by-products, or polymers, are generated during the reaction of the process gas, and these polymers are continuously deposited throughout the process, which not only hinders the process but also moves away from the deposited surface. Movement on the wafer acts as a particle causing defects in that area.

상기와 같은 고주파 파워를 이용하는 종래의 반도체 제조설비의 산화막 건식식각쳄버가 도 1에 도시되어 있다.An oxide film dry etching chamber of a conventional semiconductor manufacturing facility using such a high frequency power is shown in FIG. 1.

도 2는 도 1의 유니포미티링의 절개 사시도이다.FIG. 2 is a cutaway perspective view of the uniformity ring of FIG. 1. FIG.

소정 공간을 구획하는 하우징(10)이 있고, 이 하우징(10)은 다른 구성과 결합 연결되는 고정 구조물을 이룬다.There is a housing 10 which defines a predetermined space, and the housing 10 forms a fixed structure which is connected to the other configuration.

또한 하우징(10)의 내벽에는, 공정 수행 과정에서 생성되는 폴리머(P)가 하우징(10) 내벽에 증착되는 것을 차단하도록 그 상측에서 하측 방향 소정 영역의 내벽을 커버하는 쉴드(도시하지 않음)가 설치된다.In addition, a shield (not shown) is disposed on the inner wall of the housing 10 to cover the inner wall of a predetermined region in the lower side from the upper side thereof to prevent the polymer P generated during the process from being deposited on the inner wall of the housing 10. Is installed.

상기 하우징(10)의 내측 상부에는 공정가스를 주입시키는 분배판(2)이 설치되어 있고, 그와 대응되는 내측하부에는 웨이퍼(12)를 정전기력에 의해 안착시키는 정전척(3)이 설치되어 있다. 상기 정전척(3)의 상부면에는 외주연을 따라 에지링(4)이 결합되어 있으며, 웨이퍼(12)는 에지링(4)의 내경부를 통해 정전척(3)에 안착된다. 상기 정전척(3)과 에지링(4)은 외측의 그라운드 링(5)에 의해 지지된다. 그리고 유니포미티 링(6)은 수직의 측벽면을 이루는 가이드부(6a)와 이 가이드부(6a)의 하단부를 수평으로 절곡시킨 받침부(6b)로 이루어져 있으며, 상기 정전척(3)이 상승하여 유니포미티(6)의 하부 개방부분으로 결합된다.A distribution plate 2 for injecting a process gas is provided at an inner upper portion of the housing 10, and an electrostatic chuck 3 for mounting the wafer 12 by an electrostatic force is provided at an inner lower portion thereof. . An edge ring 4 is coupled to the upper surface of the electrostatic chuck 3 along an outer circumference, and the wafer 12 is seated on the electrostatic chuck 3 through the inner diameter of the edge ring 4. The electrostatic chuck 3 and the edge ring 4 are supported by an outer ground ring 5. The uniformity ring 6 includes a guide portion 6a constituting a vertical sidewall surface and a support portion 6b bent horizontally at a lower end portion of the guide portion 6a. It rises and is joined to the lower opening of the unity 6.

상기 에지링(4)은 분배판(2)과 정전척(3)의 사이에서 발생되는 플라즈마를 웨이퍼(12)에 집중적으로 분포하도록 한다. 유니포미티링(6)은 가이드부(6a)를 통해 전극간으로 형성되는 플라즈마가 웨이퍼(12)의 표면으로 균일하게 분포될 수 있도록 한다.The edge ring 4 concentrates the plasma generated between the distribution plate 2 and the electrostatic chuck 3 on the wafer 12. The uniformity ring 6 allows the plasma formed between the electrodes through the guide portion 6a to be uniformly distributed to the surface of the wafer 12.

그런데 쳄버내에서 식각공정이 진행되는 동안에 공정 개스와 웨이퍼(12) 표면 막질의 반응에 의해 에칭 부산이 생기게 되며, 이는 쳄버 내부뿐 만 아니라 유니포미티링(6)의 표면에도 부착 성장하게 된다. 쳄버내에서 에칭공정이 많이 진행될수록 에칭 부산물(폴리머)의 증착량이 많아지며, 그 두께가 임계치를 넘게되면 더 이상 증착되지 못하고 떨어져 나간다. 이때 떨어져 나간 부산물이 웨이퍼(12) 표면위로 떨어지게 되면 계획된 패턴대로 에칭이 되지 않아 불량이 발생한다.By the way, during the etching process in the chamber, etching by-products are generated by the reaction of the process gas and the surface of the wafer 12, which is attached and grown not only inside the chamber but also on the surface of the uniformity ring 6. As the etching process progresses in the chamber, the deposition amount of the etch byproduct (polymer) increases, and when the thickness exceeds the threshold, it can no longer be deposited and falls off. At this time, if the by-products fall off onto the surface of the wafer 12, the etching is not etched according to the planned pattern, and a defect occurs.

그러므로 에칭공정이 진행되는 동안 쳄버 내부는 공정압력을 유지하기 위해 펌핑라인(7)에 연결된 펌프(8)에 의해 펌핑되는데, 이때 부산물들이 펌핑라인(7)을 통해 배출된다.Therefore, during the etching process, the chamber is pumped by a pump 8 connected to the pumping line 7 to maintain the process pressure, by-products are discharged through the pumping line 7.

그러나 상기와 같은 건식식각장치의 유니포미티링은 상부면을 제외한 주변이 막혀 있는 구조이므로 펌핑 시 부산물들이 배출되지 않고 적층되어 파티클에 의해 공정불량이 발생되는 문제가 있었다.However, since the uniformity ring of the dry etching apparatus has a structure in which the periphery is blocked except for the upper surface, there is a problem that process defects are generated due to particles being laminated without being discharged during pumping.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 건식식각쳄버 내에 에칭 시 발생되는 부산물을 용이하게 배출하는 유니포미티링을 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a uniform ring to easily discharge the by-products generated when etching in the dry etching chamber to solve the above problems.

본 발명의 다른목적은 건식식각 쳄버 내의 파티클에 의한 공정불량을 방지할 수 있는 유니포미티링을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a uniform ring capable of preventing a process defect caused by particles in a dry etching chamber.

도 1은 종래의 반도체 제조설비의 산화막 건식식각쳄버의 구성도1 is a configuration diagram of an oxide dry etching chamber of a conventional semiconductor manufacturing equipment

도 2는 종래의 유니포미티링의 절개 사시도Figure 2 is a cutaway perspective view of a conventional uniformity ring

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 산화막 건식식각쳄버의 구성도3 is a block diagram of an oxide dry etching chamber of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유니포미티링의 절개 사시도Figure 4 is a perspective view of the incision of the uniformity ring according to an embodiment of the present invention

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

2: 분배판 3: 정전척2: distribution plate 3: electrostatic chuck

4: 에지링 5: 그라운드링4: edge ring 5: ground ring

6: 유니포미티링 7: 펌핑라인6: Unity ring 7: pumping line

8: 펌프 9: 홀8: pump 9: hole

10: 하우징 12: 웨이퍼10 housing 12 wafer

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 건식식각장치의 유니포미티링은, 수직의 측벽면을 이루는 가이드부와, 상기 가이드부의 하단부를 수평으로 절곡시킨 받침부로 이루어지며, 상기 가이드부에 홀을 형성함을 특징으로 한다.The uniformity ring of the semiconductor dry etching apparatus according to the present invention for achieving the above object is composed of a guide portion forming a vertical side wall surface, and a support portion bent horizontally the lower end of the guide portion, the hole in the guide portion Characterized by forming.

상기 가이드부에 형성된 홀은, 식각공정 진행 시 발생하는 에칭부산물을 펌핑라인을 통해 배출되도록 하는 것이 바람직하다.The hole formed in the guide part may be configured to discharge the etching by-product generated during the etching process through the pumping line.

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 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조설비의 건식식각쳄버의 구조도이고,3 is a structural diagram of a dry etching chamber of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 도 2 중 유니포미티링의 절개 사시도이다.4 is a cutaway perspective view of the uniformity ring of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

상기 하우징(10)의 내측 상부에는 공정가스를 주입시키는 분배판(2)이 설치되어 있고, 그와 대응되는 내측하부에는 웨이퍼(12)를 정전기력에 의해 안착시키는 정전척(3)이 설치되어 있다. 상기 정전척(3)의 상부면에는 외주연을 따라 에지링(4)이 결합되어 있으며, 웨이퍼(12)는 에지링(4)의 내경부를 통해 정전척(3)에 안착된다. 상기 정전척(3)과 에지링(4)은 외측의 그라운드 링(5)에 의해 지지된다. 그리고 유니포미티 링(6)은 수직의 측벽면을 이루는 가이드부(6a)와 이 가이드부(6a)의 하단부를 수평으로 절곡시킨 받침부(6b)로 이루어져 있다. 유니포미티링(6)은 상부면이 개방되어 있고 하부면의 받침부(6b)가 상기 가이드부(6a)로부터 일부 절곡된 부분을 제외하고 개방되어 있으며, 상기 받침부(6b)의 개방된 부분에 웨이퍼(12)가 위치할 수 있도록 형성되어 있으며, 상기 가이드부(6a)는 양측으로 일부 개방된 홀(9)이 형성되어 있다. 상기 가이드부(6a)에 형성된 일부 개방된 홀(9)은 다수 개를 형성할 수도 있고, 수평방향으로 길게 2개를 형성할 수도 있다.A distribution plate 2 for injecting a process gas is provided at an inner upper portion of the housing 10, and an electrostatic chuck 3 for mounting the wafer 12 by an electrostatic force is provided at an inner lower portion thereof. . An edge ring 4 is coupled to the upper surface of the electrostatic chuck 3 along an outer circumference, and the wafer 12 is seated on the electrostatic chuck 3 through the inner diameter of the edge ring 4. The electrostatic chuck 3 and the edge ring 4 are supported by an outer ground ring 5. The uniformity ring 6 is composed of a guide portion 6a constituting a vertical side wall surface and a support portion 6b in which a lower end of the guide portion 6a is bent horizontally. The uniformity ring 6 has an upper surface open and the supporting portion 6b of the lower surface is opened except for a part bent from the guide portion 6a, and an open portion of the supporting portion 6b. The wafer 12 is formed so as to be positioned in the hole, and the guide portion 6a is formed with holes 9 partially open to both sides. Some open holes 9 formed in the guide portion 6a may be formed in plural, or two may be formed long in the horizontal direction.

그런데 쳄버 내에서 식각공정이 진행되는 동안에 공정 개스와 웨이퍼(12) 표면 막질의 반응에 의해 에칭 부산물이 생기게 되며, 이는 쳄버 내부 뿐만 아니라 유니포미티링(6)의 표면에도 부착 성장하게 된다. 쳄버 내에서 에칭공정이 많이 진행될수록 에칭 부산물의 증착량이 많아지며, 그 두께가 임계치를 넘게되면 더 이상 증착되지 못하고 떨어져 나간다. 이때 떨어져 나간 부산물이 웨이퍼(12) 표면위로 떨어지게 되면 계획된 패턴대로 에칭이 되지 않아 불량이 발생한다.However, during the etching process in the chamber, etching by-products are generated by the reaction between the process gas and the surface of the wafer 12, which is attached to and grows not only inside the chamber but also on the surface of the uniformity ring 6. As the etching process progresses in the chamber, the deposition amount of the etching by-products increases, and when the thickness exceeds the threshold, it can no longer be deposited and falls off. At this time, if the by-products fall off onto the surface of the wafer 12, the etching is not etched according to the planned pattern, and a defect occurs.

그러므로 에칭공정이 진행되는 동안 쳄버 내부는 공정압력을 유지하기 위해 펌핑라인(7)에 연결된 펌프(8)에 의해 펌핑되는데, 이때 부산물들이 펌핑라인(7)을 통해 배출된다. 펌핑라인(7)을 통해 부산물이 배출될 때 유니포미티링(6)에 형성된 홀(9)을 통해 유니포미티링(9)의 내부에 발생한 부산물이 흡입 배출된다. 따라서 유니포미티링(6)의 내부에 발생한 부산물이 원할히 배출되어 쳄버 내부의 파티클 발생을 방지할 수 있다.Therefore, during the etching process, the chamber is pumped by a pump 8 connected to the pumping line 7 to maintain the process pressure, by-products are discharged through the pumping line 7. When the by-products are discharged through the pumping line 7, the by-products generated in the interior of the unity ring 9 are sucked out through the holes 9 formed in the unity ring 6. Therefore, by-products generated inside the uniformity ring 6 may be smoothly discharged to prevent particle generation in the chamber.

상술한 바와 같이 본 발명은 건식식각장치에서 유니포미티링에 홀을 형성하여 에칭공정이 진행되는 동안에 발생하는 부산물을 유니포미티링에 형성된 홀을 부산물이 배출하도록 하여 쳄버 내부의 에칭 공정 시 발생하는 부산물에 의한 파티클 발생원인을 제거하여 공정불량을 방지할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention forms a hole in the uniformity ring in the dry etching apparatus so that the byproduct is discharged from the hole formed in the uniformity ring during the etching process by-products generated during the etching process inside the chamber. There is an advantage that can prevent the process defect by removing the cause of particle generation by.

Claims

In the uniform ring of the semiconductor dry etching device,

And a guide portion constituting a vertical side wall surface, and a support portion bent horizontally at the lower end of the guide portion, and forming a hole in a portion of the guide portion.

The method of claim 1,

The hole formed in the guide unit, characterized in that the etching by-products generated during the etching process is discharged through the pumping line unity ring of the dry etching apparatus.