KR20050120862A

KR20050120862A - Apparatus for etching substitute

Info

Publication number: KR20050120862A
Application number: KR1020040045970A
Authority: KR
Inventors: 김상호; 문병준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2005-12-26

Abstract

본 발명은 본 발명은 반도체를 제조하기 위한 장치로, 더 상세하게는 식각공정을 수행하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 기판 식각 장치는 하부전극의 상측에 설치되며 웨이퍼가 안착되는 정전척과, 정전척의 주변에 설치되는 링 어셈블리를 갖는다. 이 링 어셈블리는 정전척 바디의 주변부 측면을 둘러싸는 절연체 링과, 절연체 링의 바깥쪽 측면을 둘러싸는 베이스링, 절연체링 상면과 바깥측면 그리고 베이스링의 일부를 덮으면서 정전척의 가장자리를 둘러싸는 포커스 링 그리고 포커스 링의 바깥 측면을 둘러싸는 동시에 베이스 링의 상단을 커버하도록 형성된 커버 링을 구비한다. The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to an apparatus for performing an etching process. The substrate etching apparatus of the present invention has an electrostatic chuck on which the wafer is placed and is mounted on the lower electrode, and a ring assembly installed around the electrostatic chuck. The ring assembly includes an insulator ring surrounding the periphery side of the electrostatic chuck body, a base ring surrounding the outer side of the insulator ring, a focus around the edges of the electrostatic chuck covering the top and the outer side of the insulator ring and a portion of the base ring. And a cover ring configured to surround the outer side of the ring and the focus ring while simultaneously covering the top of the base ring.

Description

Substrate Etching Equipment {Apparatus for etching substitute}

본 발명은 반도체를 제조하기 위한 장치로, 더 상세하게는 식각공정을 수행하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to an apparatus for performing an etching process.

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 CCD, ICP 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. And it is classified into CCD, ICP, etc. according to the method of generating a plasma.

일반적으로 플라즈마 에칭 장치의 공정 챔버는 식각공정이 진행될 수 있도록 일정 압력이 유지되는 밀폐된 내부 공간이 구비되는바, 이 밀폐된 내부 공간에는 플라즈마가 발생할 수 있도록 소정 전력이 인가되는 상부전극과, 하부전극이 소정간격 이격되게 설치된다.In general, the process chamber of the plasma etching apparatus includes an enclosed internal space in which a constant pressure is maintained to allow the etching process to proceed. The enclosed internal space includes an upper electrode and a lower electrode to which a predetermined power is applied to generate a plasma. The electrodes are installed at predetermined intervals.

상기 하부전극의 주변을 구성하는 부품들 중 하나인 포커스 링(focus ring)은 웨이퍼의 플라즈마의 균일성을 향상시켜주는 전도성 링(conductive ring)으로, 공정 파라메타의 하나인 식각율(etch rate:시간당 식각량)과 밀접한 관계를 가지고 있다.The focus ring, which is one of the components forming the periphery of the lower electrode, is a conductive ring that improves the plasma uniformity of the wafer, and is an etch rate per hour that is one of the process parameters. Closely related to the amount of etching).

그러나, 기존 포커스 링은 폭이 작아 웨이퍼 에지(가장자리)부분의 균일성이 떨어져 공정 불량을 유발하는 원인으로 작용하고 있다. However, the existing focus ring has a small width, which causes a uniformity of the wafer edge (edge), which causes a process defect.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 식각량 과다로 인한 기료비 소모를 줄이고 에지부분의 플라즈마 밀도 영역을 넓혀 PR 선택비 감소에 의한 에지공정 불량을 방지할 수 있는 링 어셈블리를 구비한 건식 식각 장비를 제공하데 있다. The present invention is to solve such a conventional problem, the object is to reduce the fuel cost consumption due to the excessive etching amount and to increase the plasma density region of the edge portion to prevent the edge process failure by reducing the PR selectivity To provide a dry etching equipment having an assembly.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 기판을 식각하는 장치는 반응가스가 공급되는 공정챔버; 상기 공정챔버의 상부에 설치되며, 소정 전력이 인가되는 상부전극; 상기 상부전극과 이격되어 설치되고, 상기 반응가스가 플라즈마 상태로 변환되도록 소정 전력이 인가되는 하부전극; 상기 하부전극의 상측에 설치되며 웨이퍼가 안착되는 정전척; 상기 정전척의 주변에 설치되는 링 어셈블리를 포함하되; 상기 링 어셈블리는 상기 정전척 바디의 주변부 측면을 둘러싸는 절연체 링; 상기 절연체 링의 바깥쪽 측면을 둘러싸는 베이스링; 상기 절연체링 상면과 바깥측면 그리고 상기 베이스링의 일부를 덮으면서 상기 정전척의 가장자리를 둘러싸는 포커스 링; 상기 포커스 링의 바깥 측면을 둘러싸는 동시에 상기 베이스 링의 상단을 커버하도록 형성된 커버 링을 구비한다.The apparatus for etching the semiconductor substrate of the present invention for achieving the above object is a process chamber to which the reaction gas is supplied; An upper electrode installed above the process chamber and to which a predetermined power is applied; A lower electrode spaced apart from the upper electrode and to which a predetermined power is applied to convert the reaction gas into a plasma state; An electrostatic chuck installed on the lower electrode and on which a wafer is seated; A ring assembly installed around the electrostatic chuck; The ring assembly includes an insulator ring surrounding a peripheral side of the electrostatic chuck body; A base ring surrounding an outer side of the insulator ring; A focus ring surrounding an edge of the electrostatic chuck covering the upper and outer side surfaces of the insulator ring and a portion of the base ring; And a cover ring formed to surround an outer side of the focus ring and simultaneously cover an upper end of the base ring.

예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. For example, the embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. These examples are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 및 도 2에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, in the drawings, the same reference numerals are denoted together for components that perform the same function.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예인 용량 결합 방식(Capacitancive Coupled Plasma type)의 식각 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 정전척의 요부 확대도이다.As shown in FIG. 1, a cross-sectional view of an etching apparatus of a capacitancive coupled plasma type, which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view illustrating main parts of the electrostatic chuck illustrated in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 식각 장치(100)는 일정 압력이 유지되며 내부에 소정 크기의 밀폐공간이 구현되는 통체 형상의 공정 챔버(process chamber)(110)를 구비한다. Referring to FIG. 1, the etching apparatus 100 includes a process chamber 110 having a cylindrical shape in which a constant pressure is maintained and a sealed space having a predetermined size is implemented therein.

이때, 상기 공정 챔버(110)의 상측에는 플라즈마가 발생되도록 소정 전력이 인가되되, 챔버 내부로 반응가스가 공급될 수 있도록 반응가스 공급홀(미도시됨)이 형성된 상부전극(140)이 설치된다. 이 상부전극의 상면에는 상부 전극의 온도를 조절하기 위한 쿨링 플레이트(142)가 설치된다. 그리고 상부 전극(140)의 측부(가장자리)에는 상부전극을 후술될 하부전극(160)으로부터 절연시키기 위한 쉴드 링(144)이 설치된다. 상기 쉴드 링(144)의 측부에는 석영재질의 아웃터 링(125)과, 이 아웃터 링(125)의 외측에는 합금재질의 센터링(124)이 설치된다. In this case, a predetermined power is applied to the upper side of the process chamber 110 to generate a plasma, and an upper electrode 140 having a reaction gas supply hole (not shown) is formed to supply the reaction gas into the chamber. . The upper surface of the upper electrode is provided with a cooling plate 142 for adjusting the temperature of the upper electrode. In addition, a shield ring 144 is installed at a side (edge) of the upper electrode 140 to insulate the upper electrode from the lower electrode 160 to be described later. The outer side of the shield ring 144 is an outer ring 125 of quartz material, and the center ring 124 of the alloy material is provided on the outer side of the outer ring 125.

한편, 상기 상부전극(140)의 하측에는 상부 전극과 소정간격 이격되게 설치되는 하부 전극(160)이 위치된다.On the other hand, the lower electrode 160 is installed below the upper electrode 140 to be spaced apart from the upper electrode by a predetermined interval.

상기 하부전극(160)은 상부전극(140)을 통해 공급되는 반응가스가 플라즈마 형태로 변환되도록 상부전극과 상호 작용하여 소정 전기장을 형성하게 되며, 도시되지 않은 구동원에 의해서 상하 구동이 가능하도록 설치된다. 이때, 상기 하부전극의 하측부에는 하부전극(160)이 구동원에 의해서 상하로 이동될 때 하부전극을 따라 수축 및 팽창하는 벨로우즈(126)가 설치되며, 하부전극의 상면에는 식각될 웨이퍼(w)가 안착될 수 있도록 정전척(Electrostatic chuck;162)이 설치된다. The lower electrode 160 forms a predetermined electric field by interacting with the upper electrode such that the reaction gas supplied through the upper electrode 140 is converted into a plasma form, and is installed to enable vertical driving by a driving source (not shown). . In this case, a bellows 126 that contracts and expands along the lower electrode when the lower electrode 160 is moved up and down by the driving source is installed at the lower side of the lower electrode, and the wafer w to be etched on the upper surface of the lower electrode. Electrostatic chuck (162) is installed so that it can be seated.

상기 정전척(162)의 주변에는 링 어셈블리(170)가 장착된다. A ring assembly 170 is mounted around the electrostatic chuck 162.

상기 링 어셈블리(170) 가운데 제일 아래쪽에서 정전척(162) 주변부를 둘러싸고 있는 것이 베이스 링(172)이다. 베이스 링(172)과 정전척(162)은 절연체로 분리 이격되는데 절연체도 링 형상으로 설치되므로 절연체 링(174)으로 불리울 수 있다. 또한, 웨이퍼가 안착될 수 있도록 하는 정전척의 측부에는 플라즈마 상태인 반응가스이온을 웨이퍼측으로 모으기 위한 포커스 링(176)이 설치된다. 이 포커스 링(176)은 이온 등에도 식각되지 않는 Si재질로 형성된다. 이 포커스 링(176)은 상기 정전척(162) 가장자리 일부를 덮도록 설치된다. 동시에 상기 포커스 링(176)은 정전척(162)의 주변에서 외곽쪽으로 뻗어져 형성된 돌출부분(176a)을 갖는다. 이 돌추부분(176a)은 상기 절연체 링(174)의 상면과 바깥면 일부를 덮음과 동시에 상기 베이스 링(172)의 일부 상면을 덮는다. 한편, 베이스 링(172) 상면과 포커스 링(176)의 외각으로 뻗은 돌출부분(176a)의 측면은 동시에 퀘츠 커버링(quartz cover ring)(178)으로 덮여 있다. 따라서 퀘츠 커버링(178)은 링 어셈블리 전체의 최상단, 최외곽을 감싸고 있는 최종적 뚜껑과 같은 역할을 하고 있다.The base ring 172 surrounds the periphery of the electrostatic chuck 162 at the bottom of the ring assembly 170. The base ring 172 and the electrostatic chuck 162 are separated from each other by an insulator, which may be referred to as an insulator ring 174 because the insulator is installed in a ring shape. In addition, a focus ring 176 is provided at the side of the electrostatic chuck that allows the wafer to be seated to collect reaction gas ions in a plasma state on the wafer side. The focus ring 176 is formed of a Si material that is not etched even in ions or the like. The focus ring 176 is installed to cover a portion of the edge of the electrostatic chuck 162. At the same time, the focus ring 176 has a protrusion 176a which extends outward from the periphery of the electrostatic chuck 162. The protrusion 176a covers a portion of the upper surface and the outer surface of the insulator ring 174 and at the same time covers a portion of the upper surface of the base ring 172. On the other hand, the upper surface of the base ring 172 and the side surface of the protruding portion 176a extending outwardly of the focus ring 176 are simultaneously covered with a quartz cover ring 178. The quarts covering 178 thus acts as the final lid surrounding the top and outermost portions of the entire ring assembly.

이와 같이, 본 실시예에서는 포커스 링의 폭을 넓게 연장한 돌출부분을 가짐으로써, 식각량 과다로 인한 기료비 소모를 줄이고 에지부의 플라즈마 밀도 영역을 넓혀 에지공정 불량을 방지하였다.As described above, in the present embodiment, by having the protruding portion extending the width of the focus ring, it is possible to reduce the fuel cost consumption due to excessive etching amount and to widen the plasma density region of the edge portion to prevent the edge process defect.

이상에서, 본 발명에 따른 기판 식각 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다. In the above, the configuration and operation of the substrate etching apparatus according to the present invention are shown in accordance with the above description and the drawings, which are merely described for example, and various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Of course.

이와 같은 본 발명에 의하면, 건식 식각 장비에서 링 어셈블리의 형태를 효과적으로 수정하여 식각 공정 중에 포커스 링의 짧은 주기로 교체되는 문제점을 경감시킬 수 있다. 또한, 식각량 과다로 인한 기료비 소모를 줄일 뿐만 아니라 에지부 플라즈마 밀도 영역을 넓혀 PR 선택비 감소에 의한 에지공정 불양을 방지할 수 있다. According to the present invention, by effectively modifying the shape of the ring assembly in the dry etching equipment can be alleviated the problem of replacing the short period of the focus ring during the etching process. In addition, it is possible to reduce the fuel cost consumption due to the excessive etching amount, as well as to widen the edge plasma density region, thereby preventing the edge process defect caused by the decrease in the PR selectivity.

도 1은 본 발명의 실시예인 용량 결합 방식의 식각 장치의 단면도;1 is a cross-sectional view of a capacitively coupled etching apparatus of an embodiment of the present invention;

도 2는 도 1에 도시된 정전척의 요부 확대도이다.FIG. 2 is an enlarged view illustrating main parts of the electrostatic chuck illustrated in FIG. 1.

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

110 : 공정 챔버110: process chamber

140 : 상부 전극140: upper electrode

160 : 하부 전극160: lower electrode

162 : 정전척162: electrostatic chuck

170 : 링 어셈블리170: ring assembly

172 : 베이스 링172: base ring

174 : 절연체 링174: Insulator Ring

176 : 포커스 링176: focus ring

Claims

In the apparatus for etching a semiconductor substrate,

A process chamber to which a reaction gas is supplied;

An upper electrode installed above the process chamber and to which a predetermined power is applied;

A lower electrode spaced apart from the upper electrode and to which a predetermined power is applied to convert the reaction gas into a plasma state;

An electrostatic chuck installed on the lower electrode and on which a wafer is seated;

A ring assembly installed around the electrostatic chuck;

The ring assembly

An insulator ring surrounding a peripheral side of the electrostatic chuck body;

A base ring surrounding an outer side of the insulator ring;

A focus ring surrounding an edge of the electrostatic chuck covering the upper and outer side surfaces of the insulator ring and a portion of the base ring;

And a cover ring formed to surround an outer side of the focus ring and to cover an upper end of the base ring.

The method of claim 1,

The focus ring is a semiconductor substrate etching apparatus, characterized in that made of a Si material.