KR20070019874A - Plasma process apparatus and method of fastening gas distribute plate - Google Patents

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KR20070019874A KR1020050073845A KR20050073845A KR20070019874A KR 20070019874 A KR20070019874 A KR 20070019874A KR 1020050073845 A KR1020050073845 A KR 1020050073845A KR 20050073845 A KR20050073845 A KR 20050073845A KR 20070019874 A KR20070019874 A KR 20070019874A
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Abstract

본 발명은 쉴드링의 수용부와 가스 공급판 사이에 유격이 없도록 가스 공급판을 고정할 수 있는 쉴드링을 포함하는 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급판의 고정 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 상부 전극에 가스 공급판을 고정하기 위한 쉴드링을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 가스 공급판과 상기 쉴드링의 수용부 사이에 유격이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.The present invention relates to a plasma processing apparatus and a method for fixing a gas supply plate including a shield ring capable of fixing the gas supply plate such that there is no play between the receiving portion of the shield ring and the gas supply plate. The present invention provides a plasma processing apparatus including a shield ring for fixing a gas supply plate to an upper electrode, wherein a gap does not exist between the gas supply plate and a receiving portion of the shield ring. To provide.

Description

플라즈마 처리 장치 및 가스 공급판의 고정 방법{Plasma process apparatus and method of fastening gas distribute plate}Plasma processing apparatus and method of fastening gas distribute plate

도 1a은 종래의 가스 공급판이 결합된 상부 전극을 갖는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1A is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus having an upper electrode coupled to a conventional gas supply plate.

도 1b는 도 1a의 플라즈마 처리 장치의 가스 공급판의 처짐 현상을 나타내는 도면이다.FIG. 1B is a diagram showing a deflection phenomenon of the gas supply plate of the plasma processing apparatus of FIG. 1A.

도 2는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 상부 전극을 나타내는 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an upper electrode of the plasma processing apparatus of the present invention.

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

10a : 상부 전극 20 : 스페이서10a: upper electrode 20: spacer

50 : 쉴드링 50b : 수용부50: shield ring 50b: accommodating part

100 : 가스 공급판 100c : 유로100: gas supply plate 100c: flow path

200 : 상부 챔버 400a : RF 전력200: upper chamber 400a: RF power

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급판의 고정 방법에 관한 것으로 서, 더욱 상세하게는, 상부 전극에 가스 공급판이 고정되어 있는 플라즈마 처리 장치 및 상기 가스 공급판의 고정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for fixing a plasma processing apparatus and a gas supply plate, and more particularly, to a plasma processing apparatus in which a gas supply plate is fixed to an upper electrode and a method for fixing the gas supply plate.

반도체 소자의 제조 공정에서, 플라즈마 처리 장치는 반도체 기판에 대하여 식각, 스퍼터링 또는 화학기상증착과 같은 공정을 수행한다. 상기 플라즈마 처리 장치 중에는, 챔버 내에 평행하게 대향 배치된 한 쌍의 전극(상부 및 하부 전극)을 구비하며, 상기 전극에 각각 고주파 전력이 공급되는 용량 결합형 평판 플라즈마 처리 장치(capacitive coupled type parallel plate plasma process apparatus)가 있다. 상기 용량 결합형 평판 플라즈마 처리 장치로서, 어플라이드 머티어리얼사(Applied Materials)의 Centura5200-MXP 또는 동경 전자사(Tokyo Electron Limited)의 Unity II 855Dd 장치 등이 있다. In a semiconductor device manufacturing process, a plasma processing apparatus performs a process such as etching, sputtering, or chemical vapor deposition on a semiconductor substrate. In the plasma processing apparatus, a capacitive coupled type parallel plate plasma having a pair of electrodes (upper and lower electrodes) arranged in parallel in the chamber and opposed to each other and supplied with high frequency power to the electrodes, respectively. process apparatus). Examples of the capacitively coupled plate plasma processing apparatus include Centura5200-MXP of Applied Materials, Unity II 855Dd apparatus of Tokyo Electron Limited, and the like.

상기 용량 결합형 평판 플라즈마 처리 장치는 상부 전극 및 하부 전극에 공급되는 고주파 전력에 의하여 챔버 내로 유입되는 공정 가스를 플라즈마 상태로 만든다. 상기 플라즈마 상태의 공정 가스에 의하여, 하부 전극 상에 배치된 반도체 기판과 같은 피처리체에 대해 플라즈마 공정을 수행한다. The capacitively coupled plate plasma processing apparatus makes the process gas introduced into the chamber into the plasma state by the high frequency power supplied to the upper electrode and the lower electrode. By the process gas in the plasma state, a plasma process is performed on a target object such as a semiconductor substrate disposed on a lower electrode.

최근 반도체 장치의 제조 공정 기술이 발전함에 따라, 초고집적 회로의 콘택과 같은 형상의 임계 치수는 250nm 이하로 축소되고 있다. 상기 임계 치수에 대한 정확한 패터닝을 제공하기 위하여, 챔버 내로 식각용 공정 가스를 공급하는 다수의 유로가 형성된 가스 공급판(gas distribution plate)이 결합된 상부 전극을 갖는 용량 결합형 평판 플라즈마 처리 장치가 연구되고 있다. With the recent development of semiconductor device manufacturing process technology, the critical dimension of a shape such as a contact of an ultra-high integrated circuit has been reduced to 250 nm or less. In order to provide accurate patterning for the critical dimension, a capacitively coupled plate plasma processing apparatus having an upper electrode coupled to a gas distribution plate having a plurality of flow paths for supplying an etching process gas into a chamber is studied. It is becoming.

도 1a은 종래의 가스 공급판이 결합된 상부 전극을 갖는 플라즈마 처리 장치 를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1A is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus having an upper electrode coupled to a conventional gas supply plate.

도 1a을 참조하면, 상부 챔버(200)는 하부 챔버(300)와 함께 챔버 공간을 개폐할 수 있도록 챔버외벽(300a)의 힌지(hinge, 30)와 같은 결합수단에 의해 하부 챔버(300)에 연결되어 있다. 상부 챔버(200)에서는, 다수의 유로(100c)를 구비하는 가스 공급판(100a)이 가스 공급판(100a)의 모서리를 수용하는 쉴드링(50)의 수용부(50a)에 의해 상부 전극(10b)에 고정된다. 쉴드링(50)의 수용부(50a)와 가스 공급판(100a) 사이에 유격(L)이 존재한다. 상부 전극(10a)과 가스 공급판(100a) 사이에 스페이서(20)가 개재될 수 있다. 상부 전극(10a)에는 플라즈마 공정시 발생하는 온도 상승을 방지하기 위하여 냉각 장치(미도시)가 부설된다. 상부 전극(10a)에 RF 전력(400a)이 인가될 수 있다. 도면 부호(T1)은 쉴드링(50)의 수용부(50a)의 두께를 가르킨다.Referring to FIG. 1A, the upper chamber 200 is connected to the lower chamber 300 by coupling means such as a hinge 30 of the chamber outer wall 300a to open and close the chamber space together with the lower chamber 300. It is connected. In the upper chamber 200, the gas supply plate 100a including the plurality of flow paths 100c is connected to the upper electrode by the accommodating portion 50a of the shield ring 50 that accommodates the edge of the gas supply plate 100a. 10b). The clearance L exists between the receiving portion 50a of the shield ring 50 and the gas supply plate 100a. The spacer 20 may be interposed between the upper electrode 10a and the gas supply plate 100a. A cooling device (not shown) is attached to the upper electrode 10a to prevent a temperature rise generated during the plasma process. RF power 400a may be applied to the upper electrode 10a. Reference numeral T1 denotes the thickness of the receiving portion 50a of the shield ring 50.

하부 챔버(300)에서는, 하부 전극(10b) 상에 피처리물인 반도체 기판(1)이 배치된다. 하부 전극(10b)에 RF 전력(400b)이 인가된다.In the lower chamber 300, the semiconductor substrate 1 as an object to be processed is disposed on the lower electrode 10b. RF power 400b is applied to the lower electrode 10b.

플라즈마 식각 장치는, 식각 공정 동안 상부 전극(10a), 하부 전극(10b) 또는 챔버내벽(300b)이 스퍼터링되면서 하부 전극(10b) 상에 배치된 피처리체인 반도체 기판(1)에 불순물에 의한 오염을 초래할 수 있다. 일반적으로, 챔버 자체의 스퍼터링을 방지하기 위하여 플라즈마 식각 장치는 챔버내벽(300b) 또는 전극(10a, 10b)을 양극화 처리(anodizing)하는 경우가 있다. 또는, 가스 공급판(100a)이 결합된 상부 전극(10a)을 갖는 플라즈마 식각 장치의 경우, 반도체 기판(1)의 식각 물질에 따라 가스 공급판(100a)의 재료를 결정하는 경우가 있다. 일반적으로, 실 리콘계 물질의 플라즈마 식각 장치에서는, 가스 공급판(100a)은 실리콘계 재료로 제조된다. 그러나, 실리콘계 가스 공급판은 식각 공정동안 실리콘계 물질의 식각 조건에 노출되므로, 금속계 가스 공급판보다 더 용이하게 식각된다. The plasma etching apparatus is contaminated by impurities on the semiconductor substrate 1, which is an object to be disposed on the lower electrode 10b while the upper electrode 10a, the lower electrode 10b, or the chamber inner wall 300b is sputtered during the etching process. May result. In general, in order to prevent sputtering of the chamber itself, the plasma etching apparatus may anodize the chamber inner wall 300b or the electrodes 10a and 10b. Alternatively, in the case of the plasma etching apparatus having the upper electrode 10a to which the gas supply plate 100a is coupled, the material of the gas supply plate 100a may be determined according to the etching material of the semiconductor substrate 1. In general, in a plasma etching apparatus of silicon-based material, the gas supply plate 100a is made of a silicon-based material. However, the silicon-based gas supply plate is more easily etched than the metal-based gas supply plate because it is exposed to the etching conditions of the silicon-based material during the etching process.

가스 공급판(100a)이 플라즈마 공정동안 식각되면, 유로(100c)가 확장되고, 두께(t)가 얇아지면서, 식각 가스의 유량 조절이 불량해지고 플라즈마 공정 조건이 변하는 문제가 있다. 통상적으로, 실리콘계 가스 공급판(100a)은 소모품으로서 주기적으로 교체된다. 가스 공급판(100a)을 교체하기 위해서는 상부 챔버(200)를 개방하여야 한다. When the gas supply plate 100a is etched during the plasma process, the flow path 100c is enlarged and the thickness t becomes thin, so that the flow rate control of the etching gas is poor and the plasma process conditions are changed. Typically, the silicon-based gas supply plate 100a is periodically replaced as a consumable. In order to replace the gas supply plate 100a, the upper chamber 200 must be opened.

도 1b는 도 1a의 플라즈마 처리 장치의 가스 공급판의 처짐 현상을 나타내는 도면이다.FIG. 1B is a diagram showing a deflection phenomenon of the gas supply plate of the plasma processing apparatus of FIG. 1A.

도 1b를 참조하면, 가스 공급판(도 1a의 100a)을 교체하기 위하여 새로운 가스 공급판(100b)을 결합하는 동안 쉴드링(50)의 수용부(50a)와 가스 공급판(100b) 사이에 유격(L)이 존재하기 때문에, 일부 모서리(100d)가 쉴드링(50)의 수용부(50a) 밖으로 노출될 수 있다. Referring to FIG. 1B, between the receiving portion 50a of the shield ring 50 and the gas supply plate 100b while engaging the new gas supply plate 100b to replace the gas supply plate 100a in FIG. 1A. Since the clearance L is present, some edges 100d may be exposed out of the receiving portion 50a of the shield ring 50.

가스 공급판(100b)이 쉴드링(50) 밖으로 노출되어 상부 전극(10a)의 표면이 노출되는 경우, 식각 공정동안 아크가 발생하게 되고 RF 전력의 매칭 조건이 변경되거나 플라즈마가 불안정해지는 문제점이 있다. 또한, 아크로 인하여 챔버 내에 파티클이 발생하여 피처리체인 반도체 기판이 오염되는 문제점이 있다. When the gas supply plate 100b is exposed out of the shield ring 50 to expose the surface of the upper electrode 10a, an arc may occur during the etching process and the matching condition of the RF power may be changed or the plasma may be unstable. . In addition, there is a problem that particles are generated in the chamber due to the arc, which contaminates the semiconductor substrate to be processed.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 쉴드링의 수용부와 가스 공급판 사이에 유격이 없도록 가스 공급판을 고정할 수 있는 쉴드링을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus including a shield ring capable of fixing a gas supply plate such that there is no play between the receiving portion of the shield ring and the gas supply plate.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 쉴드링의 수용부와 가스 공급판 사이에 유격이 없도록 가스 공급판을 고정하는 가스 공급판의 고정 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a gas supply plate fixing method for fixing a gas supply plate such that there is no play between the receiving portion of the shield ring and the gas supply plate.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 상부 전극에 가스 공급판을 고정하기 위한 쉴드링을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 가스 공급판과 상기 쉴드링의 수용부 사이에 유격이 존재하지 않는다. 바람직하게는, 상기 쉴드링은 유전체로 제조된다. In the plasma processing apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem, a plasma processing apparatus having a shield ring for fixing a gas supply plate to the upper electrode, between the gas supply plate and the receiving portion of the shield ring There is no play. Preferably, the shield ring is made of a dielectric.

또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스 공급판의 고정 방법은, 플라즈마 처리 장치에서 쉴드링에 의하여 상부 전극에 가스 공급판을 고정하는 방법에 있어서, 상기 쉴드링의 수용부를 두껍게 하여 상기 수용부와 상기 가스 공급판 사이에 유격이 없도록 한다.In addition, the method for fixing the gas supply plate according to the present invention for achieving the above another technical problem, in the method for fixing the gas supply plate to the upper electrode by a shield ring in the plasma processing apparatus, thickening the receiving portion of the shield ring Thus there is no play between the receiving portion and the gas supply plate.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 영역들의 크기는 설명을 명확하게 하기 위하여 과장된 것이 다.The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to an Example. In addition, the size of regions in the drawings is exaggerated for clarity.

도 2는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 상부 전극을 나타내는 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an upper electrode of the plasma processing apparatus of the present invention.

도 2를 참조하면, 가스 공급판(100)은 수용부(50b)의 두께(T2)를 증가시킨 쉴드링(50)에 의하여 상부 전극(10a)에 고정된다. 따라서, 쉴드링(50)의 수용부(50b)와 가스 공급판(100)사이에는 유격(도 1a의 L)이 존재하지 않는다. 따라서, 교체된 가스 공급판(100)이 쉴드링(50)에 정확히 고정되어, 아래쪽으로 쳐지면서 발생하는 상부 전극의 노출 현상이 일어나지 않는다.Referring to FIG. 2, the gas supply plate 100 is fixed to the upper electrode 10a by a shield ring 50 in which the thickness T2 of the accommodating part 50b is increased. Therefore, there is no play (L in FIG. 1A) between the receiving portion 50b of the shield ring 50 and the gas supply plate 100. Therefore, the replaced gas supply plate 100 is correctly fixed to the shield ring 50, so that the phenomenon of exposing the upper electrode that occurs while falling down does not occur.

바람직하게는, 쉴드링(50)은 유전체로 제작하여 수용부(50b)의 두께를 증가시켜도 플라즈마 공정 변수에 영향을 미치지 않도록 한다. 가스 공급판(100)의 크기를 증가시켜, 쉴드링(50)의 수용부(50a)와 가스 공급판(100) 사이의 유격을 제거하는 것은 비용 상승의 원인이 되므로 바람직하지 못하다. 또한, 경험적으로 도전체 전극 내지 도전성을 갖는 가스 공급판(100)의 면적을 증가시키는 것은 플라즈마 공정 환경에 불확실한 영향을 주므로 바람직하지 못하다. Preferably, the shield ring 50 is made of a dielectric so that the thickness of the receiving portion 50b does not affect the plasma process parameters. It is not preferable to increase the size of the gas supply plate 100 to remove the play between the receiving portion 50a of the shield ring 50 and the gas supply plate 100 because it causes a cost increase. In addition, empirically increasing the area of the conductive electrode to conductive gas supply plate 100 is undesirable because it has an uncertain effect on the plasma processing environment.

따라서, 본 발명에 따라, 수용부(50b)의 두께(T2)를 증가시켜 쉴드링(50)의 수용부(50b)와 가스 공급판(100) 사이의 유격을 제거함으로써, 식각 공정동안 아크가 발생하지 않으며, 아크로 인한 파티클 오염의 가능성도 배제된다. 또한, 상부 전극의 면적이 실질적으로 변경되지 않으므로, RF 전력의 매칭 조건 변경과 같은 플라즈마의 불안정 요소가 배제된다.Thus, in accordance with the present invention, the arc is removed during the etching process by increasing the thickness T2 of the receiving portion 50b to remove the play between the receiving portion 50b of the shield ring 50 and the gas supply plate 100. Does not occur, and the possibility of particle contamination due to arcing is also excluded. In addition, since the area of the upper electrode is not substantially changed, unstable elements of the plasma, such as changing the matching condition of the RF power, are excluded.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으 며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 쉴드링의 수용부를 두껍게 하여 쉴드링의 수용부와 가스 공급판 사이에 유격을 제거함으로써, 상부 전극에 가스 공급판을 결합시키는 동안 가스 공급판이 이동하여 상부 전극의 표면이 노출되는 현상을 방지할 수 있다.As described above, the plasma processing apparatus of the present invention thickens the accommodating portion of the shield ring to remove the gap between the accommodating portion of the shield ring and the gas supply plate, thereby moving the gas supply plate while coupling the gas supply plate to the upper electrode. The phenomenon that the surface of the upper electrode is exposed can be prevented.

또한, 본 발명의 가스 공급판의 고정 방법은, 상기 쉴드링의 수용부를 두껍게함으로써 상기 수용부와 상기 가스 공급판 사이에 유격을 제거하여, 상부 전극에 가스 공급판을 결합시키는 동안 상부 전극의 표면 노출이 방지될 수 있도록 한다.Further, the fixing method of the gas supply plate of the present invention, by removing the gap between the receiving portion and the gas supply plate by thickening the receiving portion of the shield ring, the surface of the upper electrode while bonding the gas supply plate to the upper electrode Allow exposure to be prevented.

Claims (7)

상부 전극에 가스 공급판을 고정하기 위한 쉴드링을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,A plasma processing apparatus comprising a shield ring for fixing a gas supply plate to an upper electrode. 상기 가스 공급판과 상기 쉴드링의 수용부 사이에 유격이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.Plasma processing apparatus, characterized in that there is no play between the gas supply plate and the receiving portion of the shield ring. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급판과 상기 쉴드링의 수용부 사이에 유격을 제거하기 위하여, 상기 쉴드링의 수용부를 두껍게 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.And the receiving portion of the shield ring is thickened to remove the play between the gas supply plate and the receiving portion of the shield ring. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 쉴드링은 유전체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.And the shield ring is a dielectric. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 전극은 도전체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. And the upper electrode is a conductor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급판은 실리콘계 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.And the gas supply plate is made of a silicon-based material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 전극에 RF 전력이 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.RF power is applied to the upper electrode. 플라즈마 처리 장치에서 쉴드링에 의하여 상부 전극에 가스 공급판을 고정하는 방법에 있어서, In the method for fixing a gas supply plate to the upper electrode by a shield ring in the plasma processing apparatus, 상기 쉴드링의 수용부를 두껍게 하여 상기 수용부와 상기 가스 공급판 사이에 유격이 없는 것을 특징으로 하는 가스 공급판의 고정 방법. And a gap between the accommodation portion and the gas supply plate so that the accommodation portion of the shield ring is thickened.
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