KR20050049585A - Apparatus for the dry etching in the semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

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KR20050049585A KR1020030082846A KR20030082846A KR20050049585A KR 20050049585 A KR20050049585 A KR 20050049585A KR 1020030082846 A KR1020030082846 A KR 1020030082846A KR 20030082846 A KR20030082846 A KR 20030082846A KR 20050049585 A KR20050049585 A KR 20050049585A
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Abstract

본 발명은 생산비를 절감할 수 있는 반도체 제조설비의 건식식각장치에 대하여 개시한다. 그의 장치는 불활성 기체 또는 반응가스로 충만된 챔버의 상하부에서 서로 마주보며, 고전압을 인가하여 상기 불활성 기체 또는 반응가스를 플라즈마 상태로 만드는 상부 전극 및 하부 전극과, 상기 하부전극 상에서 상기 플라즈마 반응 시 웨이퍼를 안착 또는 고정하는 정전척과, 상기 챔버와 절연시키기 위해 상기 정전척 또는 상기 하부전극의 척벽을 둘러싸는 절연체와, 상기 절연체 또는 상기 정전척 상에 놓여 지지되고, 상기 상부전극에 대응하여 상기 정전척의 가장자리를 둘러싸고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스로부터 손상되지 않는 세라믹 재질로 형성된 에지링을 포함하여 이루어진다. The present invention discloses a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing equipment that can reduce the production cost. Its devices face each other in the upper and lower portions of a chamber filled with an inert gas or reaction gas, and apply a high voltage to make the inert gas or reaction gas into a plasma state, and a wafer during the plasma reaction on the lower electrode. And an insulator surrounding the chuck wall of the electrostatic chuck or the lower electrode to insulate the chamber from the electrostatic chuck to seat or fix the chuck. And an edge ring formed of a ceramic material surrounding the edge and not damaged from the reaction gas in the plasma state.

Description

반도체 제조설비의 건식식각장치{Apparatus for the dry etching in the semiconductor manufacturing equipment} Apparatus for the dry etching in the semiconductor manufacturing equipment

본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 상세하게는 식각 공정 중 플라즈마 상태의 반응가스로부터 내식성이 우수한 에지링을 구비한 건식식각장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing equipment, and more particularly, to a dry etching apparatus having an edge ring having excellent corrosion resistance from a reaction gas in a plasma state during an etching process.

반도체 장치의 제조 기술은 크게 반도체 기판 상에 가공막을 형성하는 증착(deposition)공정과, 상기 증착공정으로 형성된 가공막 상에 피가공막을 형성하여 패터닝 하는 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 이루어진다.The manufacturing technology of a semiconductor device is largely composed of a deposition process of forming a processed film on a semiconductor substrate and a photolithography process of forming and patterning a processed film on the processed film formed by the deposition process.

상기 포토리소그래피 공정은 상기 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 피가공막을 형성하여 구현하고자 하는 가공막 상부의 상기 피가공막이 선택적으로 남도록 상기 피가공막을 패터닝하는 사진공정과, 상기 피가공막으로부터 노출되는 상기 가공막을 선택적으로 제거하는 식각공정과, 세정액을 이용하여 상기 식각공정 시 이용된 상기 피가공막과, 상기 식각공정에 의한 부산물을 완전히 제거하여 상기 식각공정으로부터 식각되지 않은 상기 가공막만이 남도록 세정하는 세정공정으로 구분된다. 여기서, 상기 식각공정은 습식식각과 건식식각에 의해 수행될 수 있는 데, 최근의 서브마이크론 디자인 룰을 요구하는 미세패턴을 형성하기 위한 식각은 주로 건식식각에 의해 이루어지고 있다. The photolithography process may be performed by forming a processing film on a semiconductor substrate on which the processing film is formed, a photo process of patterning the processing film so that the processing film on the processing film is selectively left, and the exposed film from the processing film. Etching process to selectively remove the process film, the processing film used in the etching process using a cleaning solution, and by-products by the etching process is completely removed so that only the processed film not etched from the etching process remains It is divided into washing process. Here, the etching process may be performed by wet etching and dry etching, and etching for forming a micro pattern that requires a recent submicron design rule is mainly performed by dry etching.

이와 같은 건식식각은 챔버내에 충만한 불활성 기체 및 식각용 반응가스에 RF(Radio Frequency)의 높은 전압을 인가하여 상기 반응가스를 플라즈마(plasma) 상태로 만들고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스를 상기 피가공막으로부터 노출된 상기 가공막을 선택적으로 제거하는 건식식각장치에 의해 이루어진다. Such dry etching applies a high voltage of RF (Radio Frequency) to an inert gas and an etching reaction gas filled in the chamber, thereby making the reaction gas into a plasma state, and reacting the reaction gas in the plasma state with the film to be processed. And a dry etching apparatus for selectively removing the processed film exposed from the.

이와 같은 종래 기술의 건식식각장치는 상기 공정 중에 반도체 기판이 움직이거나 오정렬되는 것을 방지하기 위해서, 반도체 기판을 지지 또는 잡아두기 위한 척들 (chucks)이 사용된다. 반도체 기판을 잡아두기 위해 정전기 인력 (electrostatic attraction forces)을 사용하는 정전척들은 다른 형태의 척들 (예를 들면, 기계척 그리고 진공척)에 비해 몇몇 이점들을 갖는다. 그러한 이점들 중 하나로서, 정전척들은 메카니컬 클램프들 (mechanical clamps)에 의해서 종종 생기는 스트레스에 관련된 크랙 (stress-related cracks)을 줄일 수 있다.In the prior art dry etching apparatus, chucks are used to support or hold the semiconductor substrate in order to prevent the semiconductor substrate from moving or misaligning during the process. Electrostatic chucks that use electrostatic attraction forces to hold a semiconductor substrate have some advantages over other types of chucks (eg, mechanical chucks and vacuum chucks). As one of those advantages, electrostatic chucks can reduce stress-related cracks often caused by mechanical clamps.

그러한 정전척들이 'ELECTROSTATIC CHUCK'라는 제목으로 U.S. Patent No. 4,665,463에, 'METHOD OF AND APPARATUS FOR APPLYING VOLTAGE TO ELECTROSTATIC CHUCK'라는 제목으로 U.S. Patent No. 5,117,121에, 그리고 'ELECTROSTATIC CHUCK HAVING A THERMAL TRANSFER REGULATED PAD'라는 제목으로 U.S. Patent No. 5,978,202에 각각 게재되어 있다.Such electrostatic chucks are called U.S. Patent No. 4,665,463, entitled "METHOD OF AND APPARATUS FOR APPLYING VOLTAGE TO ELECTROSTATIC CHUCK". Patent No. 5,117,121 and titled "ELECTROSTATIC CHUCK HAVING A THERMAL TRANSFER REGULATED PAD." Patent No. 5,978,202, respectively.

이때, 상기 정전척은 유전막(dielectric sheet)과 상기 유전막 하부의 척바디(chuck body)로 구성되고, 상기 척바디 내에는 한 쌍의 전극이 위치하여 상기 식각 공정 시 상기 웨이퍼를 압착 고정하는 역할을 수행한다. 즉, 실리콘 웨이퍼와 같은 가공품이 상기 정전척 상에 놓이고, 상기 전극들 사이에 전압이 인가될 때, 정전척은 존슨-라벡 효과 (Johnsen-Rahbek effect)에 따라 상기 웨이퍼를 정전기적으로 끌어당긴다. In this case, the electrostatic chuck is composed of a dielectric sheet and a chuck body below the dielectric layer, and a pair of electrodes are positioned in the chuck body to serve to press-fix the wafer during the etching process. To perform. That is, when a workpiece, such as a silicon wafer, is placed on the electrostatic chuck and a voltage is applied between the electrodes, the electrostatic chuck electrostatically attracts the wafer according to the Johnson-Rahbek effect. .

또한, 식각 공정의 수행 과정에서 반응가스와 상기 가공막의 반응에 의한 부산물 즉 폴리머 성분이 생성되고, 상기 폴리머가 상기 챔버의 내부에 증착된다. 또한, 상기 폴리머가 상기 정전척에 부착될 경우, 상기 정전척 상에 척킹(chucking)되는 웨이퍼의 하부에서 단차를 발생시켜 식각 불량을 유발하거나, 상기 웨이퍼의 척킹(chucking) 또는 디척킹(dechucking) 시 웨이퍼의 깨짐을 유발하기도 한다. In addition, a by-product, that is, a polymer component generated by the reaction of the reaction gas and the processed film is generated during the etching process, and the polymer is deposited in the chamber. In addition, when the polymer is attached to the electrostatic chuck, a step may be generated at a lower portion of the wafer that is chucked on the electrostatic chuck to cause an etching failure, or chucking or dechucking of the wafer. It can also cause cracking of the wafer.

따라서, 종래 기술에 따른 건식식각장치는 상기 웨이퍼의 가장자리에서 연장되는 에지링을 상기 정전척의 가장자리에 위치시켜 상기 정전척에 발생되는 폴리머 성분을 감소시킬 수 있다. Accordingly, the dry etching apparatus according to the related art may reduce the polymer component generated in the electrostatic chuck by placing an edge ring extending from the edge of the wafer at the edge of the electrostatic chuck.

이때, 상기 에지링은 베스펠(VESPEL; 듀퐁사에서만 제조되는 합성수지의 제품명)이라 명명되는 폴리 이미드 재질로 구성되며, 상기 정전척 상에 척킹되는 웨이퍼의 가장자리에서 상기 웨이퍼를 지지한다.In this case, the edge ring is made of a polyimide material named Vespel (VESPEL), a product of synthetic resin manufactured only by DuPont, and supports the wafer at the edge of the wafer chucked on the electrostatic chuck.

따라서, 종래 기술에 따른 건식식각장치는 에지링을 이용하여 웨이퍼의 가장자리에서 상기 정전척을 보호하기 때문에 상기 정전척 상에 상기 웨이퍼의 식각 공정 시 발생되는 폴리머의 부착을 방지할 수 있다. Accordingly, the dry etching apparatus according to the related art protects the electrostatic chuck at the edge of the wafer by using an edge ring, thereby preventing the adhesion of polymers generated during the etching process of the wafer onto the electrostatic chuck.

하지만, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the dry etching apparatus of the semiconductor manufacturing equipment according to the prior art has the following problems.

첫째, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치는 플라즈마 반응에 의해 폴리 이미드 성분의 에지링이 손상되고, 상기 에지링을 주기적으로 교체해야 하기 때문에 생산비가 증가하는 단점이 있었다. First, the dry etching apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus according to the prior art has a disadvantage in that the edge ring of the polyimide component is damaged by the plasma reaction and the production cost increases because the edge ring needs to be replaced periodically.

둘째, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치는 플라즈마 반응에 의해 상기 에지링이 손상될 경우, 상기 에지링에 인접한 상기 정전척 가장자리를 손상시킬 뿐만 아니라, 상기 정전척 상에 상기 폴리머 성분을 발생시키기 때문에 상기 건식식각장치의 식각공정불량을 일으킬 수 있었다. Second, the dry etching apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus according to the prior art not only damages the edge of the electrostatic chuck adjacent to the edge ring when the edge ring is damaged by the plasma reaction, but also the polymer component on the electrostatic chuck. In this case, the etching process defect of the dry etching apparatus may be caused.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 에지링의 손상을 방지하여 생산비를 절감할 수 있는 반도체 제조설비의 건식식각장치을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing equipment that can reduce the production cost by preventing damage to the edge ring.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 건식식각공정 시 상기 에지링과 웨이퍼 내부의 정전척을 보호하여 건식식각공정의 불량을 방지할 수 있는 반도체 제조설비의 건식식각장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing equipment that can prevent the failure of the dry etching process by protecting the edge ring and the electrostatic chuck inside the wafer during the dry etching process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라, 반도체 제조설비의 건식 식각장치는, 불활성 기체 또는 반응가스로 충만된 챔버의 상하부에서 서로 마주보며, 고전압을 인가하여 상기 불활성 기체 또는 반응가스를 플라즈마 상태로 만드는 상부 전극 및 하부 전극과, 상기 하부전극 상에서 상기 플라즈마 반응 시 웨이퍼를 안착 또는 고정하는 정전척과, 상기 챔버와 절연시키기 위해 상기 정전척 또는 상기 하부전극의 척벽을 둘러싸는 절연체와, 상기 절연체 또는 상기 정전척 상에 놓여 지지되고, 상기 상부전극에 대응하여 상기 정전척의 가장자리를 둘러싸고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스로부터 손상되지 않는 세라믹 재질로 형성된 에지링을 포함함을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing facility, facing each other in the upper and lower portions of a chamber filled with an inert gas or a reaction gas, by applying a high voltage to the inert gas or reaction An upper electrode and a lower electrode for making gas into a plasma state, an electrostatic chuck for seating or fixing a wafer during the plasma reaction on the lower electrode, an insulator surrounding the chuck wall of the electrostatic chuck or the lower electrode to insulate the chamber; And an edge ring which is placed on the insulator or the electrostatic chuck and is formed of a ceramic material that surrounds the edge of the electrostatic chuck in correspondence with the upper electrode and is not damaged from the reaction gas in the plasma state.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치를 개략적으로 나타낸 구성 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조설비의 건식식각장치는 불활성 기체 또는 반응가스로 충만된 챔버(100)의 상부에 형성된 상부전극(102)과, 상기 상부전극(102)에 대향하도록 상기 챔버(100)의 하부에 형성된 하부전극(104)과, 상기 하부전극(104) 상에서 플라즈마 반응 시 웨이퍼(106)를 안착 또는 고정하는 정전척(108)과, 상기 챔버(100)와 상기 정전척(108) 또는 상기 하부전극(104)을 서로 절연시키기 위해 상기 정전척(108) 또는 상기 하부전극(104)의 척벽을 둘러싸는 절연체(110)와, 상기 절연체(110) 또는 상기 정전척(108) 상에 놓여 지지되고, 상기 상부전극(102)에 대응하여 상기 정전척(108)의 가장자리를 둘러싸고(covering), 상기 플라즈마 반응에 의해 손상되지 않는 세라믹 재질로 형성된 에지링(112)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the dry etching apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is opposed to an upper electrode 102 formed on an upper portion of the chamber 100 filled with an inert gas or a reaction gas, and opposed to the upper electrode 102. A lower electrode 104 formed below the chamber 100, an electrostatic chuck 108 for seating or fixing the wafer 106 during plasma reaction on the lower electrode 104, the chamber 100, and the An insulator 110 surrounding the chuck wall of the electrostatic chuck 108 or the lower electrode 104 and the insulator 110 or the electrostatic chuck to insulate the electrostatic chuck 108 or the lower electrode 104 from each other. An edge ring 112 placed on and supported by 108 and covering the edge of the electrostatic chuck 108 corresponding to the upper electrode 102 and not damaged by the plasma reaction is formed. It is configured to include.

여기서, 상기 상부전극(102) 및 하부전극(104)은 각각 서로 다른 위상의 고전압(예컨대, 약 수십 MHz의 RF(Radio Frequency)를 갖는 수 만볼트 전압 내지 수 백만볼트 전압)을 전원공급장치로부터 인가 받아 상기 상부전극(102)과 하부전극(104) 사이에 공급된 상기 불활성 기체 또는 반응가스를 이온과 전자가 분리된 플라즈마 상태로 만든다. 또한, 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온을 상기 정전척(108) 상의 웨이퍼(106)에 집중시키기 위해 상기 챔버(100)의 둘레에 감겨진 마그네틱 코일(magnetic coil, 114)을 더 포함하여 구성된다.Here, the upper electrode 102 and the lower electrode 104 each have a high voltage of different phases (for example, several tens of volts to several million volts having a radio frequency (RF) of about several tens of MHz) from the power supply device. When applied, the inert gas or the reaction gas supplied between the upper electrode 102 and the lower electrode 104 is brought into a plasma state in which ions and electrons are separated. It further comprises a magnetic coil 114 wound around the chamber 100 to concentrate the reaction gas or ions in the plasma state on the wafer 106 on the electrostatic chuck 108. .

이때, 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온은 상기 웨이퍼(106) 표면에 형성된 피가공막에 의해 노출된 가공막을 선택적으로 제거한다. 도시하지는 않았지만, 상기 상부전극(102)의 하부에 상기 불활성 기체 또는 반응 가스를 분사하는 노즐이 형성되어 있다.At this time, the reaction gas or ions in the plasma state selectively removes the processed film exposed by the processing film formed on the surface of the wafer 106. Although not shown, a nozzle for injecting the inert gas or the reactive gas is formed under the upper electrode 102.

또한, 상기 에지링(112)은 상기 웨이퍼(106)의 식각공정 시 상기 마그네틱 코일(114)의 전자기 유도에 의해 가속되는 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온으로부터의 손상을 방지하기 위해 화학적 특성(예를 들어 내식성, 성분다양성) 또는 기계적 특성(예를 들어 강도, 경도, 인성)이 우수한 세라믹(예를 들어 파인 세라믹(fine ceramic)) 재질로 이루어진다. 이때, 상기 에지링(112)은 상기 정전척(108)의 측벽을 보호하는 절연체(110) 상에 놓이고, 상기 웨이퍼(106)의 가장자리에서 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온으로부터 상기 정전척(108)을 보호하기 위해 상기 정전척(108)의 가장자리를 둘러싸고 상기 정전척(108) 상에 안착되는 웨이퍼(106)와 같은 높이를 갖도록 형성되어 있고, 상기 정전척(108) 상에 안착되는 웨이퍼(106) 가장자리를 지지할 수 있도록 상기 웨이퍼(106)의 두께와 동일한 크기의 단차를 갖는 홈을 구비한다. In addition, the edge ring 112 has chemical properties (eg, to prevent damage from reactive gases or ions in the plasma state that are accelerated by electromagnetic induction of the magnetic coil 114 during the etching process of the wafer 106. For example, it is made of a ceramic (eg fine ceramic) material that is excellent in corrosion resistance, component diversity) or mechanical properties (eg strength, hardness, toughness). In this case, the edge ring 112 is placed on the insulator 110 that protects the sidewall of the electrostatic chuck 108, and the electrostatic chuck (eg, from the reaction gas or ions in the plasma state at the edge of the wafer 106). The wafer is formed to have the same height as the wafer 106 surrounding the edge of the electrostatic chuck 108 and seated on the electrostatic chuck 108 to protect 108, and seated on the electrostatic chuck 108. (106) A groove having a step size equal to the thickness of the wafer 106 is provided to support the edge.

상기 정전척(108) 상에 웨이퍼(106)가 위치할 경우, 플라즈마 반응 시 상기 웨이퍼(106)의 가장자리 부분의 식각을 우수하게 하고, 상기 웨이퍼(106)의 가장자리 후면에서의 폴리머 성분을 발생시키지 않도록 상기 웨이퍼(106)의 측벽에 대응하며 상기 챔버(100)의 측벽에 인접하는 상기 에지링(112)의 수직 단면을 경사지게 할 수도 있다. When the wafer 106 is positioned on the electrostatic chuck 108, the etching of the edge portion of the wafer 106 is excellent during the plasma reaction, and the polymer component is not generated at the edge backside of the wafer 106. The vertical cross section of the edge ring 112 corresponding to the sidewall of the wafer 106 and adjacent to the sidewall of the chamber 100 may be inclined.

따라서, 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치는 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온으로부터 손상을 방지하기 위해 화학적 특성 또는 기계적 특성이 우수한 세라믹 재질로 에지링(112)을 구성하기 때문에 상기 에지링(112)의 교체에 따른 상기 생산비를 절감할 수 있다. Therefore, the dry etching apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention comprises the edge ring 112 made of a ceramic material having excellent chemical or mechanical properties in order to prevent damage from the reaction gas or ions in the plasma state. The production cost according to the replacement of the 112 can be reduced.

한편, 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온은 상기 웨이퍼(106) 상에 형성된 포토레지스트 또는 식각 방지막과 같은 피가공막을 식각 마스크로 사용하여 상기 식각 마스크에 의해 노출된 상기 웨이퍼(106) 또는 상기 웨이퍼(106) 상에 형성된 가공막을 선택적으로 식각한다.On the other hand, the reaction gas or ions in the plasma state is the wafer 106 or the wafer 106 exposed by the etching mask using a processing film such as a photoresist or an etch stop layer formed on the wafer 106 as an etching mask. The processed film formed on the substrate is selectively etched.

이때, 상기 식각 공정 시 상기 전원공급장치에서 상기 정천척에 교류 또는 직류의 정전압 또는 역전압을 인가하여 상기 웨이퍼(106)를 상기 정전척(108)에 밀착 고정한다.In this case, the wafer 106 is tightly fixed to the electrostatic chuck 108 by applying an AC or DC constant voltage or a reverse voltage to the chuck in the power supply device during the etching process.

또한, 상기 정전척(108)은 각각 상기 웨이퍼(106)에 직접접촉하는 유전막(108a)과 상기 유전막(108a) 하부의 척바디(108b)로 구성되어 상기 식각 공정 시 상기 웨이퍼(106)를 압착하는 역할을 수행한다. 도시하지는 않았지만, 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온에 의해 상기 웨이퍼(106) 및 정전척(108)이 고열로 가열되기 때문에 상기 정전척(108) 상에는 상기 고열을 방지하기 위해 상기 웨이퍼(106)와 정전척(108) 사이에 냉매(예를 들어, 헬륨)를 공급하는 냉매 공급홈(도 3의 118)이 형성되어 있다. In addition, the electrostatic chuck 108 is composed of a dielectric film 108a directly contacting the wafer 106 and a chuck body 108b below the dielectric film 108a to compress the wafer 106 during the etching process. It plays a role. Although not shown, since the wafer 106 and the electrostatic chuck 108 are heated at a high temperature by the reaction gas or ions in the plasma state, the wafer 106 and the wafer 106 may be disposed on the electrostatic chuck 108 to prevent the high temperature. A coolant supply groove (118 in FIG. 3) is provided between the electrostatic chucks 108 to supply a coolant (for example, helium).

그러나, 상기 정전척(108) 상에 장착되는 종래의 에지링(112)은 베스펠의 폴리 이미드 재질을 사용하기 때문에 상기 플라즈마 상태의 상기 반응가스로부터 취약하다. 따라서, 종래의 에지링(112)은 상기 건식식각 공정 중에 상기 반응가스의 반응에 의해 부식되고, 상기 반응가스의 반응에 의한 부산물 즉 폴리머 성분이 생성되고, 상기 폴리머가 상기 챔버(100)의 내부에 증착된다. 또한, 상기 종래의 에지링(112)의 부식에 의해 상기 웨이퍼(106)의 가장자리 둘레에서 쉽게 손상되어 미세 공극(115)이 만들어지는 것을 도 2에서와 같이 볼 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온이 상기 미세 공극(115)을 통해 침투하여 도 3에서와 같이, 상기 에지링(112) 내부의 정전척(108)의 유전막(108a)을 손상시키고, 상기 유전막(108a) 또는 척바디(108b) 상에 폴리머(116)가 발생할 수 있다.However, the conventional edge ring 112 mounted on the electrostatic chuck 108 is vulnerable from the reaction gas in the plasma state because it uses the polyimide material of Vespel. Thus, the conventional edge ring 112 is corroded by the reaction of the reaction gas during the dry etching process, by-products of the reaction gas, that is, the polymer component is produced, the polymer is the interior of the chamber 100 Is deposited on. In addition, as shown in FIG. 2, it is easily damaged around the edge of the wafer 106 due to the corrosion of the conventional edge ring 112 to form the micro voids 115. In addition, the reaction gas or ions in the plasma state penetrates through the microcavity 115 to damage the dielectric film 108a of the electrostatic chuck 108 inside the edge ring 112, as shown in FIG. 3, and Polymer 116 may occur on dielectric film 108a or chuck body 108b.

이때, 상기 유전막(108a) 또는 척바디(108b) 상에 발생된 폴리머(116)의 성분을 조사한 결과 상기 종래의 에지링(112)을 구성하는 폴리 이미드의 주성분인 탄소(Carbon)와, 상기 반응가스의 플로린(Fluorine)성분이 다량 검출됨을 도 4에서와 같이 알 수 있다. 이때, 도 4의 가로축은 에너지 밴드갭이고, 세로축은 성분함량을 퍼센트로 나타낸다.At this time, as a component of the polymer 116 generated on the dielectric film 108a or the chuck body 108b, carbon, which is a main component of the polyimide constituting the conventional edge ring 112, and As shown in FIG. 4, a large amount of fluorine component of the reaction gas is detected. At this time, the horizontal axis of Figure 4 is the energy band gap, the vertical axis represents the component content in percent.

이와 같은 상기 유전막(108a) 또는 척바디(108b) 상에 폴리머(116)가 발생될 경우, 식각공정 전후에 상기 폴리머(116)에 의해 상기 웨이퍼(106)가 상기 정전척(108)에 접착(adhesion)되고, 상기 정전척(108) 상에서 상기 웨이퍼(106)가 평탄치 못하여 식각이 불균일하게 이루어질 수 있기 때문에 척킹 또는 디척킹 불량을 유발하고 건식식각공정 불량을 초래할 수 있다. 또한, 상기 정전척(108) 상에 형성된 폴리머(116)에 의해 상기 웨이퍼(106)와 정전척(108)사이에 일정한 갭이 발생하여 상기 냉매가 상기 정전척(108)과 웨이퍼(106) 사이에 형성된 냉매 공급홈(118)을 따라 공급되지 못하고 상기 챔버(100) 내부로 유출되기 때문에 상기 건식식각 공정 중 상기 플라즈마 상태의 반응가스에 의해 상기 웨이퍼(106)가 가열되거나, 상기 챔버(100) 전체에 유입된 상기 냉매가 건식식각공정 불량을 유발할 수도 있다.When the polymer 116 is generated on the dielectric film 108a or the chuck body 108b, the wafer 106 is adhered to the electrostatic chuck 108 by the polymer 116 before and after the etching process. adhesion), and the wafer 106 on the electrostatic chuck 108 may be uneven, resulting in uneven etching, which may cause chucking or dechucking defects and dry etching process defects. In addition, a constant gap is generated between the wafer 106 and the electrostatic chuck 108 by the polymer 116 formed on the electrostatic chuck 108 such that the refrigerant is between the electrostatic chuck 108 and the wafer 106. The wafer 106 is heated by the reaction gas in the plasma state during the dry etching process because the refrigerant is not supplied along the refrigerant supply groove 118 formed in the chamber 100 and is discharged into the chamber 100. The refrigerant introduced into the whole may cause a poor dry etching process.

따라서, 이러한 것을 해결하기 위한 본 발명의 건식식각장치는 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온으로부터 화학적 특성 또는 기계적 특성이 우수한 세라믹 재질로 이루어진 에지링(112)을 사용하기 때문에 상기 에지링(112)의 손상을 방지할 수 있고, 상기 플라즈마 반응에 의한 폴리머(116) 성분이 상기 에지링(112) 내부의 정전척(108) 상에 발생하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the dry etching apparatus of the present invention for solving this problem damages the edge ring 112 because it uses an edge ring 112 made of a ceramic material having excellent chemical or mechanical properties from the reaction gas or ions in the plasma state. It is possible to prevent the polymer 116 component due to the plasma reaction on the electrostatic chuck 108 inside the edge ring 112 can be prevented.

결국, 본 발명에 따른 건식식각장치는 상기 에지링(112) 및 상기 정전척(108) 상에 웨이퍼(106)가 위치할 경우, 상기 에지링(112)이 상기 웨이퍼(106)의 둘레에서 상기 플라즈마 상태의 반응가스 또는 이온으로부터 상기 정전척(108)을 보호하여 상기 정전척(108) 상에 폴리머(116) 성분이 형성되는 것을 방지할 수 있기 때문에 상기 건식식각공정 불량을 방지할 수 있다. As a result, in the dry etching apparatus according to the present invention, when the wafer 106 is positioned on the edge ring 112 and the electrostatic chuck 108, the edge ring 112 is formed around the wafer 106. By preventing the formation of the polymer 116 component on the electrostatic chuck 108 by protecting the electrostatic chuck 108 from the reaction gas or ions in the plasma state, it is possible to prevent the failure of the dry etching process.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 화학적 특성 또는 기계적 특성이 우수한 세라믹 재질의 에지링을 사용하여 플라즈마 반응으로부터 상기 에지링의 손상을 방지할 수 있기 때문에 상기 에지링의 교환에 따른 생산비를 감소 또는 최소화할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to prevent damage of the edge ring from the plasma reaction by using an edge ring of ceramic material having excellent chemical or mechanical properties, thereby reducing the production cost due to the replacement of the edge ring. Or there is an effect that can be minimized.

또한, 세라믹 재질의 에지링을 사용하여 플라즈마 반응으로부터 상기 정전척을 보호하여 폴리머 성분을 상기 정전척 상에 발생시키지 않기 때문에 건식식각공정 불량을 방지하는 효과가 있다.In addition, since the edge ring made of ceramic material is used to protect the electrostatic chuck from plasma reaction, polymer components are not generated on the electrostatic chuck, thereby preventing the dry etching process defect.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조설비의 건식식각장치를 개략적으로 나타낸 구성 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a dry etching apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 2 내지 도 3은 종래 기술에 따른 에지링의 문제점을 보이기 위한 도면.2 to 3 is a view for showing the problem of the edge ring according to the prior art.

도 4는 종래 기술에 따른 정전척 상에 발생되는 폴리머의 성분을 분석한 그래프. Figure 4 is a graph analyzing the components of the polymer generated on the electrostatic chuck according to the prior art.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*  * Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 챔버 102 : 상부 전극100 chamber 102 upper electrode

104 : 하부 전극 106 : 웨이퍼104: lower electrode 106: wafer

108a : 유전막 108b : 척바디108a: dielectric film 108b: chuck body

108 : 정전척 110 : 절연체108: electrostatic chuck 110: insulator

112 : 에지링 114 : 마그네틱 코일112: edge ring 114: magnetic coil

115 : 미세 공극 116 : 폴리머115: fine pores 116: polymer

118 : 냉매 공급홀 118: refrigerant supply hole

Claims (2)

불활성 기체 또는 반응가스로 충만된 챔버의 상하부에서 서로 마주보며, 고전압을 인가하여 상기 불활성 기체 또는 반응가스를 플라즈마 상태로 만드는 상부 전극 및 하부 전극과,An upper electrode and a lower electrode facing each other at upper and lower portions of a chamber filled with an inert gas or a reaction gas and applying a high voltage to make the inert gas or the reaction gas into a plasma state; 상기 하부전극 상에서 상기 플라즈마 반응 시 웨이퍼를 안착 또는 고정하는 정전척과,An electrostatic chuck for mounting or fixing a wafer during the plasma reaction on the lower electrode; 상기 챔버와 절연시키기 위해 상기 정전척 또는 상기 하부전극의 척벽을 둘러싸는 절연체와,An insulator surrounding the chuck wall of the electrostatic chuck or the lower electrode to insulate the chamber; 상기 절연체 또는 상기 정전척 상에 놓여 지지되고, 상기 상부전극에 대응하여 상기 정전척의 가장자리를 둘러싸고, 상기 플라즈마 상태의 반응가스로부터 손상되지 않는 세라믹 재질로 형성된 에지링을 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 건식식각장치. And an edge ring which is placed on the insulator or the electrostatic chuck and is formed of a ceramic material which surrounds the edge of the electrostatic chuck in correspondence with the upper electrode and is not damaged by the reaction gas in the plasma state. Dry Etching Equipment. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세라믹 재질은 상기 플라즈마 상태의 반응가스에 대하여 화학적 특성 또는 기계적 특성이 우수한 파인 세라믹임을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 건식식각장치.And wherein the ceramic material is a fine ceramic having excellent chemical or mechanical properties with respect to the reaction gas in the plasma state.
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CN110729228A (en) * 2018-07-17 2020-01-24 应用材料公司 Ceramic hybrid insulator plate

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