KR20070047545A

KR20070047545A - Plasma processing apparatus

Info

Publication number: KR20070047545A
Application number: KR1020050104405A
Authority: KR
Inventors: 정상곤; 김형원; 이경호
Original assignee: 주식회사 래디언테크
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-05-07
Also published as: KR100725614B1

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명은 챔버와, 상기 챔버 내의 상부에 위치하는 상부 전극부와, 상기 상부 전극부와 대향 위치하는 하부 전극과 상기 하부 전극을 둘러싸고 있는 포커스 링을 포함하는 하부 전극부를 포함하고, 상기 하부 전극에 대한 포커스 링의 비는 1.1 내지 1.3인 것과 상기 상부 전극판에 대한 포커스 링의 비는 1.0 내지 1.2인 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a plasma processing apparatus, and the present invention includes a chamber, an upper electrode portion positioned above the chamber, a lower electrode facing the upper electrode portion, and a focus ring surrounding the lower electrode. And a lower electrode portion, wherein the ratio of the focus ring to the lower electrode is 1.1 to 1.3, and the ratio of the focus ring to the upper electrode plate is 1.0 to 1.2.

상기와 같은 발명은, 플라즈마에 영향을 미치는 고주파 전원을 효과적으로 제어하고, 이에 따라 상부 및 하부 전극부를 구성하는 부품의 파손 방지 및 공정의 균일도와 처리 속도의 향샹을 도모할 수 있는 효과가 있다.The invention as described above has the effect of effectively controlling the high frequency power supply affecting the plasma, thereby preventing damage to the components constituting the upper and lower electrode portions, and improving process uniformity and processing speed.

플라즈마, 진공 챔버, 상부 전극부, 하부 전극부, 포커스 링 Plasma, vacuum chamber, upper electrode, lower electrode, focus ring

Description

Plasma Processing Equipment {PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a general plasma processing apparatus.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.

도 3 및 도 4는 포커스 링 직경이 변화된 경우의 상부 및 하부 전극부를 나타낸 개략 단면도이다.3 and 4 are schematic cross-sectional views showing upper and lower electrode portions when the focus ring diameter is changed.

도 5 및 도 6은 상부 전극 직경이 변화된 경우의 상부 및 하부 전극부를 나타낸 개략 단면도이다.5 and 6 are schematic cross-sectional views showing upper and lower electrode portions when the upper electrode diameter is changed.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 > <Description of the code | symbol about the principal part of drawings>

10, 100: 진공 챔버 12, 112: 상부 전극부10, 100: vacuum chamber 12, 112: upper electrode portion

14, 114: 하부 전극부 16, 116: 기판14, 114: lower electrode portion 16, 116: substrate

18, 154: 상부 전극판 20: 전극 지지체18, 154: upper electrode plate 20: electrode support

22, 156: 실드링 26, 126: 하부 전극22, 156: shield ring 26, 126: lower electrode

28, 128: 정전척 30, 146: 포커스 링28, 128: electrostatic chuck 30, 146: focus ring

138: 정합기 140: 고주파 전원138: matcher 140: high frequency power supply

142: 가스 공급원 D1: 하부 전극 직경142: gas source D1: lower electrode diameter

D2: 포커스 링 직경 D3: 상부 전극 직경D2: focus ring diameter D3: upper electrode diameter

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정의 균일도와 처리 속도를 향상시킬 수 있도록 상부 및 하부 전극과 이에 관련된 부분품의 크기를 적정 비율로 조절하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus for adjusting the size of the upper and lower electrodes and related parts at an appropriate ratio so as to improve the uniformity and processing speed of the process.

반도체 및 디스플레이 산업이 발전함에 따라 웨이퍼, 유리 등의 기판 가공도 한정된 면적에 원하는 패턴을 극미세화하고 고집적화하는 방향으로 진행되고 있다.As the semiconductor and display industries develop, processing of substrates such as wafers and glass is also progressing toward minimizing and integrating desired patterns in a limited area.

일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 같은 반도체 기판의 표면에 절연막 또는 금속막 등과 같은 막을 형성시킨 후, 이 막을 반도체 소자의 특성에 따른 패턴을 형성시킴으로써 제조된다. 이때, 기판 표면에 형성시킬 수 있는 패턴은 기판 상에 형성시킨 막을 완전히 제거시키거나 또는 선택적으로 제거시킴으로써 형성시킬 수 있으며, 이는 주로 식각 공정에서 수행된다.Generally, a semiconductor device is manufactured by forming a film such as an insulating film or a metal film on the surface of a semiconductor substrate such as a wafer, and then forming the film according to the characteristics of the semiconductor device. At this time, the pattern that can be formed on the substrate surface can be formed by completely removing or selectively removing the film formed on the substrate, which is mainly performed in the etching process.

이와 같은 식각 공정은 반도체 장치의 고집적화에 따라 케미컬을 이용한 습식 식각(Wet etching) 공정에서 플라즈마(Plasma)를 이용한 건식 식각(Dry etching) 공정으로 이어지고 있다. 그리고 최근에는 플라즈마의 효율을 더욱 향상시킨 반응성 이온 식각(Reactive ion etching) 공정으로 발전해 가고 있다.Such an etching process has led to a wet etching process using a plasma and a dry etching process using a plasma in accordance with high integration of semiconductor devices. In recent years, the development of reactive ion etching has further improved the efficiency of plasma.

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 도면을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 처리 가스를 공급하고 상부 전극을 포함하는 상부 전극부(12)와, 기판(16)을 탑재하며 하부 전극을 포함하는 하부 전극부(14)로 구성된다.1 is a schematic cross-sectional view showing a general plasma processing apparatus. Referring to the drawings, the plasma processing apparatus includes a chamber 10, an upper electrode portion 12 for supplying a processing gas into the chamber 10 and including an upper electrode, a substrate 16, and a lower electrode mounted thereon. It consists of the lower electrode part 14.

상부 전극부(12)는 도시되지 않은 다수의 가스 분사 구멍을 갖는 상부 전극판(18)과, 상부 전극판(18)을 지지하는 전극 지지체(20)로 구성된다. 상부 전극판(18)의 외주면에는 실드링(22)에 의해 둘러싸여 있다. 실드링(22)은 이상 방전의 발생을 저감시키는 역할을 한다.The upper electrode portion 12 is composed of an upper electrode plate 18 having a plurality of gas injection holes (not shown) and an electrode support 20 for supporting the upper electrode plate 18. The outer circumferential surface of the upper electrode plate 18 is surrounded by the shield ring 22. The shield ring 22 serves to reduce the occurrence of abnormal discharge.

하부 전극부(14)는 절연 지지부재(24)와, 전극을 발생시키기 위해 형성된 하부 전극(26)과, 기판(16)을 탑재하기 위한 정전척(28)으로 구성된다. 하부 전극(26)과 정전척(28)의 양측면에는 포커스 링(30)이 설치되어 플라즈마를 기판(16) 내측으로 집속하여 기판(16) 표면으로 플라즈마 활성종의 입사 효율을 높인다.The lower electrode portion 14 is composed of an insulating support member 24, a lower electrode 26 formed to generate an electrode, and an electrostatic chuck 28 for mounting the substrate 16. Focus rings 30 are provided on both side surfaces of the lower electrode 26 and the electrostatic chuck 28 to focus plasma into the substrate 16 to increase the incident efficiency of plasma active species onto the surface of the substrate 16.

상기 플라즈마 처리 장치는 상부 전극판(18)의 가스 분사 구멍으로부터 기판에 반응 가스를 공급하고, 상부 전극판(18)에 RF 전력을 공급하여, 상부 전극판(18)의 노출면과 하부 전극부(14) 사이에 전계를 형성한다. 이에 따라 기판(18) 상에 반응 가스의 플라즈마를 발생시켜, 기판(18) 표면을 처리한다.The plasma processing apparatus supplies a reaction gas to the substrate from the gas injection holes of the upper electrode plate 18, and supplies RF power to the upper electrode plate 18, thereby exposing the lower electrode portion and the exposed surface of the upper electrode plate 18. An electric field is formed between the fourteen. As a result, plasma of the reaction gas is generated on the substrate 18 to treat the surface of the substrate 18.

상기와 같은 구조를 가진 챔버(10) 내부에는 더욱 밀도 높은 플라즈마를 발생시키기 위해서 전극에 인가되는 고주파 전원의 사양이 높아지고 있으며, 최근에는 100Mhz의 주파수도 사용되고 있다. 또한, 인가 전원의 손실을 줄이기 위해 부품들의 적절한 매칭과 상부 및 하부 전극부(12, 14)의 크기와 모양 및 간격을 최적의 조건으로 유지하는 것이 아주 중요하다.In the chamber 10 having the structure as described above, the specification of the high frequency power source applied to the electrode in order to generate a more dense plasma is increasing, and the frequency of 100Mhz has been used recently. In addition, it is very important to maintain the optimum matching of the parts and the size, shape and spacing of the upper and lower electrode portions 12, 14 to reduce the loss of applied power.

만약, 상부 및 하부 전극의 크기의 비가 일정한 비율을 넘어버리면 인가되는 고주파 전원에 의한 전계가 균일하게 형성되지 못하기 때문에 발생된 플라즈마의 상태가 불안정하게 되고, 상부 전극부(12)로부터 분출되는 반응 가스도 상부 및 하 부 전극부(12, 14) 사이의 공간에 균일하게 분포되지 못하고 플라즈마 영역을 벗어나 배기되어 버리기 때문에 공정의 균일성이 저하된다.If the ratio of the size of the upper and lower electrodes exceeds a predetermined ratio, the generated state of the plasma becomes unstable because the electric field by the applied high frequency power supply is not uniform, and the reaction is ejected from the upper electrode part 12. Since the gas is not evenly distributed in the space between the upper and lower electrode portions 12 and 14 and is exhausted out of the plasma region, the uniformity of the process is reduced.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 고주파 전원의 영향에 의한 부품의 손상을 막고, 반응 가스의 흐름을 안정화시키기 위한 하부 전극의 직경 및 하부 전극을 둘러싸고 있는 포커스 링의 직경 비를 제어하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is derived to solve the above problems, the diameter of the lower electrode and the diameter of the focus ring surrounding the lower electrode to prevent damage to the components caused by the influence of the high frequency power supply, and to stabilize the flow of the reaction gas It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus for controlling the ratio.

또한, 본 발명은 고주파 전원의 영향에 의한 부품의 손상을 막고 반응 가스가 기판에 분포되는 범위를 조절하기 위한 포커스 링의 직경 및 상부 전극판의 직경 비를 제어하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a plasma processing apparatus for controlling a diameter ratio of an upper electrode plate and a diameter of a focus ring for preventing damage to a component under the influence of a high frequency power source and adjusting a range in which a reaction gas is distributed on a substrate. The purpose.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 챔버와, 상기 챔버 내의 상부에 위치하는 상부 전극판과 그를 둘러싸고 있는 실드링을 포함한 상부 전극부와, 상기 상부 전극부와 대향 위치하는 하부 전극과 상기 하부 전극을 둘러싸고 있는 포커스 링을 포함하는 하부 전극부를 포함하고, 상기 하부 전극에 대한 포커스 링의 비는 1.1 내지 1.3이고, 상기 상부 전극판에 대한 포커스 링의 비는 1.0 내지 1.2인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an upper electrode portion including a chamber, an upper electrode plate positioned at an upper portion of the chamber, and a shield ring surrounding the upper electrode portion, a lower electrode facing the upper electrode portion and the lower electrode And a lower electrode portion including a focus ring surrounding the lower electrode, wherein the ratio of the focus ring to the lower electrode is 1.1 to 1.3, and the ratio of the focus ring to the upper electrode plate is 1.0 to 1.2.

상기 포커스 링의 재질은 실리콘으로 형성되었고, 상기 포커스 링의 비저항은 10 내지 100 Ω·cm 인 것을 특징으로 한다. 상기 포커스 링의 외주면은 원형 또는 다각형의 형상을 가진다. 또한, 상기 실드링의 재질은 유전율 4 이하인 것으 로 구성한다.The material of the focus ring is made of silicon, and the specific resistance of the focus ring is 10 to 100 Ω · cm. The outer circumferential surface of the focus ring has a circular or polygonal shape. In addition, the material of the shield ring is configured to have a dielectric constant of 4 or less.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 개략 단면도이다. 도면을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(100) 내에 상부 전극부(112) 및 상기 상부 전극부(112)와 대향 위치하고 피처리체인 반도체 기판(116)이 장착되는 하부 전극부(114)를 구비한다.2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to the present invention. Referring to the drawings, the plasma processing apparatus includes an upper electrode portion 112 and a lower electrode portion 114 in which the semiconductor substrate 116, which is an object to be processed, is disposed in the vacuum chamber 100 and is disposed opposite to the upper electrode portion 112. Equipped.

진공 챔버(100)의 측벽에는 기판 반입 및 반출을 위한 게이트(132)가 형성되어, 이를 통해 기판(116)을 반입 및 반출한다. 또한 진공 챔버(100)의 측벽 하부에는 진공 펌프(134) 등의 배기 장치가 배기구(136)에 연결되어 이로부터 배기가 실행되어 진공 챔버(100) 내를 소정의 감압 분위기, 예컨대 0.01Pa 이하의 소정 압력이 될 때까지 진공 펌프(134)로 내부를 감압한다.A gate 132 for loading and unloading the substrate is formed on the sidewall of the vacuum chamber 100, and thus the substrate 116 is loaded and unloaded. In addition, an exhaust device such as a vacuum pump 134 is connected to the exhaust port 136 at the lower side of the sidewall of the vacuum chamber 100, and the exhaust gas is discharged from the vacuum chamber 100 so that the vacuum chamber 100 has a predetermined reduced pressure atmosphere, for example, 0.01 Pa or less. The inside is depressurized by the vacuum pump 134 until it reaches a predetermined pressure.

진공 챔버(100)는 통상 원통 형상으로, 식각 공정이 진행되도록 외부와 밀폐된 소정 공간을 마련해 주는 역할을 한다. 진공 챔버(100) 내에 상부에 위치한 상부 전극부(112)에는 고주파 전원 장치(140) 및 임피던스 정합기(138)가 연결되어 고주파 전력이 가해질 수 있다. 또한, 상기 상부 전극부(112)는 샤워 헤드의 기능을 함께하여 가스 공급원(142)으로부터 상부 전극부(112)로 CHF₃, Ar, O₂ 와 같은 반응 가스를 공급할 수 있다.The vacuum chamber 100 generally has a cylindrical shape, and serves to provide a predetermined space sealed to the outside so that the etching process proceeds. The high frequency power supply 140 and the impedance matcher 138 may be connected to the upper electrode portion 112 positioned above the vacuum chamber 100 to apply high frequency power. In addition, the upper electrode portion 112 may function as a shower head to supply a reaction gas such as CHF ₃ , Ar, and O ₂ from the gas supply source 142 to the upper electrode portion 112.

또한, 상부 전극부(112) 하부면에는 상부 전극판(154)이 위치한다. 상부 전극판(154)은 실리콘 재질로 구성되어 있으며, 플라즈마 처리 공간에 반응 가스를 배출하기 위한 복수개의 분사홀(155)이 형성되어 있다. In addition, an upper electrode plate 154 is positioned on a lower surface of the upper electrode part 112. The upper electrode plate 154 is made of silicon and has a plurality of injection holes 155 for discharging the reaction gas into the plasma processing space.

상부 전극판(154)의 외주면에는 석영 재질의 실드링(156)이 고정 결합된다. 실드링(156)은 상부 전극판(154)의 하면을 노출시키도록 형성되어 있으며, 이상 방전을 방지하는 역할을 한다.The shield ring 156 of quartz material is fixedly coupled to the outer circumferential surface of the upper electrode plate 154. The shield ring 156 is formed to expose the lower surface of the upper electrode plate 154, and serves to prevent abnormal discharge.

하부 전극부(114)는 기판 승강기(144)와, 정전척(128)과, 하부 전극(126)과, 포커스 링(146)으로 구성되어 있다. The lower electrode portion 114 is composed of a substrate lifter 144, an electrostatic chuck 128, a lower electrode 126, and a focus ring 146.

하부 전극부(114)는 진공 챔버(100) 내의 밑면에 장착되어 기판(116)을 안착시키고 공정의 진행에 따라 기판(116)을 상하로 이동시키는 서셉터의 역할을 한다. 정합기(138, 148)를 거쳐 고주파 전원(140, 150)이 접속되어 기판(116)을 플라즈마 처리하는 경우 하부 전극부(114)에는 고주파 전원(140)에 의해 고주파 전력이 공급된다.The lower electrode part 114 is mounted on the bottom surface of the vacuum chamber 100 to serve as a susceptor for seating the substrate 116 and moving the substrate 116 up and down as the process proceeds. When the high frequency power sources 140 and 150 are connected through the matching devices 138 and 148 to plasma-process the substrate 116, the high frequency power is supplied to the lower electrode part 114 by the high frequency power source 140.

정전척(128)은 원형 플레이트 형상으로 기판의 형상과 대략 동일한 형상이나 특별히 형상이 한정되지는 않는다. 또한, 정전척(128)은 진공 챔버(100) 내로 이송되는 기판(116)이 안착되도록 하여 이를 보유하는 역할을 한다. 즉, 정전척(128)은 고압 직류 전원(152)에 접속되어 고전압이 인가됨으로써 기판(116)을 흡착 유지시킨다. 이때, 정전척(128)은 정전력 외에 기계적 힘 등에 의해 기판(116)을 보유할 수 있다.The electrostatic chuck 128 has a circular plate shape, which is substantially the same as the shape of the substrate, but is not particularly limited in shape. In addition, the electrostatic chuck 128 serves to hold the substrate 116 to be transported into the vacuum chamber 100 to be seated. That is, the electrostatic chuck 128 is connected to the high voltage direct current power source 152 and the high voltage is applied to thereby hold and hold the substrate 116. In this case, the electrostatic chuck 128 may hold the substrate 116 by a mechanical force or the like in addition to the electrostatic force.

기판 승강기(144)는 절연체로 이루어져 있다. 기판 승강기(144)의 하부면은 진공 챔버(100) 밑면에 고정되고, 상부면에는 정전척(128)이 장착되어 정전척(128)을 하부에서 지지하고 공정의 진행에 따라 정전척(128)을 상하로 이동시켜주는 역할을 한다. The substrate lift 144 is made of an insulator. The lower surface of the substrate lifter 144 is fixed to the bottom of the vacuum chamber 100, the upper surface is mounted with an electrostatic chuck 128 to support the electrostatic chuck 128 from the bottom and the electrostatic chuck 128 as the process proceeds. It serves to move up and down.

포커스 링(146)은 기판(116)이 진공 챔버(100)의 중심에 정렬 및 안착되도록 내측에 소정 공간이 마련된 원형 링 형상으로 정전척(128)의 외주면에 포커스 링(146)의 내주면이 끼워져 장착되며, 반응 가스가 플라즈마 상태로 변환될 때, 이 플라즈마 상태의 반응 가스가 기판(116)에 집중되도록 하는 역할을 한다.The focus ring 146 has a circular ring shape in which a predetermined space is provided so that the substrate 116 is aligned and seated at the center of the vacuum chamber 100. The inner circumferential surface of the focus ring 146 is fitted to the outer circumferential surface of the electrostatic chuck 128. When the reactant gas is converted into the plasma state, the reactant gas in the plasma state is concentrated on the substrate 116.

다음은 하부 전극 직경(D1)과, 포커스 링 직경(D2)과, 상부 전극 직경(D3) 비의 관계를 알아본다.Next, the relationship between the lower electrode diameter D1, the focus ring diameter D2, and the upper electrode diameter D3 will be described.

하부 전극 직경(D1)은 실질적으로 하부 전극으로서 기능을 하는 면의 직경을 가리키는 것으로, 포커스 링(146)의 내경과 거의 일치한다. 포커스 링 직경(D2)은 포커스 링(146)의 외경을 의미한다. 상부 전극 직경(D3)은 상부 전극의 실질적 기능을 하는 상부 전극판(154)의 직경과 동일하다.The lower electrode diameter D1 substantially refers to the diameter of the surface functioning as the lower electrode, and substantially coincides with the inner diameter of the focus ring 146. The focus ring diameter D2 means the outer diameter of the focus ring 146. The upper electrode diameter D3 is equal to the diameter of the upper electrode plate 154 which functions substantially as the upper electrode.

예컨데, 하부 전극 직경(D1)에 대한 포커스 링 직경(D2)은, 그 비(D2/D1)가 1.1 내지 1.3 이 되도록 하고, 바람직하게는 1.15 내지 1.25 가 되도록 한다. 즉, 하부 전극 직경(D1)을 200mm로 한 경우, 포커스 링 직경(D2)은 220mm 내지 260mm, 바람직하게는 230mm 내지 250mm 이다.For example, the focus ring diameter D2 with respect to the lower electrode diameter D1 is such that the ratio D2 / D1 is 1.1 to 1.3, preferably 1.15 to 1.25. That is, when the lower electrode diameter D1 is 200 mm, the focus ring diameter D2 is 220 mm to 260 mm, preferably 230 mm to 250 mm.

도 3 및 도 4는 포커스 링 직경이 변화된 경우의 상부 및 하부 전극부를 나타낸 개략 단면도이다. 도면을 참조하면, 상부 전극부(112)에는 상부 전극판(154)과 상부 전극판(154)의 외주면에 형성된 실드링(156)으로 구성되며, 고주파 전원(140)이 연결되어 있다. 하부 전극부(114)에는 하부 전극(126)과 상기 하부 전극(126)의 양측에 형성된 포커스 링(146)이 형성되어 있다.3 and 4 are schematic cross-sectional views showing upper and lower electrode portions when the focus ring diameter is changed. Referring to the drawings, the upper electrode portion 112 is composed of a shield ring 156 formed on the outer circumferential surface of the upper electrode plate 154 and the upper electrode plate 154, the high frequency power supply 140 is connected. The lower electrode 114 has a lower electrode 126 and a focus ring 146 formed on both sides of the lower electrode 126.

포커스 링(146)의 외주면은 원형 이외에도 다각형 등의 형상이 가능하며, 재 질은 실리콘으로 형성되어 있다. 또한, 포커스 링(146)의 비저항은 10 내지 100 Ω·cm인 것이 바람직하다.The outer circumferential surface of the focus ring 146 may be in the shape of a polygon or the like in addition to a circular shape, and the material is formed of silicon. In addition, the specific resistance of the focus ring 146 is preferably 10 to 100 Ω · cm.

도 3에 도시된 바와 같이, 포커스 링 직경(D2)이 본 발명에서 제안한 직경비보다 클 경우 하부 전극부(114)가 너무 커져서 진공 챔버(100) 내부 공간을 과도하게 차지하게 되어, 주로 하부로 배기되는 반응 가스의 흐름에 영향을 미친다.As shown in FIG. 3, when the focus ring diameter D2 is larger than the diameter ratio proposed in the present invention, the lower electrode part 114 becomes too large to occupy the internal space of the vacuum chamber 100 excessively, and mainly to the lower portion. It affects the flow of reactant gas that is exhausted.

즉, 상부 전극부(112)를 통해 주입된 반응 가스가 플라즈마 영역을 통과하고 좁은 진공 챔버(100) 내부 공간에 의해 배출되는데 어려움을 갖는다. 반응 가스가 소정의 시간 내에 배기되지 못하면 설정된 압력까지의 배기 시간이 길어지게 되고, 결과적으로 전체적인 공정의 흐름이 늦어지게 된다. 이는 전체 공정에 커다란 악영향을 미친다.That is, it is difficult for the reaction gas injected through the upper electrode part 112 to pass through the plasma region and be discharged by the narrow space inside the vacuum chamber 100. If the reaction gas is not exhausted within a predetermined time, the exhaust time up to the set pressure becomes long, and as a result, the overall process flow is delayed. This adversely affects the overall process.

또한, 플라즈마에 의해 에너지를 얻은 반응 가스의 이온이나 전자들이 처리실 내벽에 충돌할 가능성이 높아, 진공 챔버(100) 내의 일부 부품들과 반응하여 진공 챔버(100) 내에 스퍼터링 또는 증착되는 문제점이 있다.In addition, the ion or electrons of the reaction gas obtained by the plasma is likely to collide with the inner wall of the process chamber, there is a problem that sputtering or deposition in the vacuum chamber 100 reacts with some components in the vacuum chamber 100.

도 4에 도시된 바와 같이, 포커스 링의 직경(D2)이 본 발명에서 제안한 직경보다 작을 경우 상부 전극부(112)를 통해 분사되는 반응 가스 중 상부 전극부(112)의 외주면에서 분사되는 반응 가스의 일부분은 플라즈마 영역을 통과하지 못하고 배기될 가능성이 높다. 또한, 일정 시간 이상의 공정이 계속되면 상부 전극부(112)에서 인가되는 고주파 전력이 좁은 면적에 집중되어 포커스 링에 피로가 누적되어 절연 파괴될 가능성이 높아진다.As shown in FIG. 4, when the diameter D2 of the focus ring is smaller than the diameter proposed by the present invention, the reaction gas injected from the outer circumferential surface of the upper electrode 112 among the reaction gases injected through the upper electrode 112. A portion of is likely to be exhausted without passing through the plasma region. In addition, if the process continues for a predetermined time or more, the high frequency power applied from the upper electrode portion 112 is concentrated in a small area, and thus the possibility that fatigue accumulates in the focus ring and the dielectric breakdown increases.

다음은 포커스 링 직경(D2)에 대한 상부 전극 직경(D3) 비를 알아본다. 포커 스 링 직경(D2)과 상부 전극 직경(D3)은, 그 비(D2/D3)가 1.0 내지 1.2, 바람직하게는 1.05 내지 1.15 가 되도록 구성된다.Next, find the ratio of the upper electrode diameter D3 to the focus ring diameter D2. The focus ring diameter D2 and the upper electrode diameter D3 are configured such that the ratio D2 / D3 is 1.0 to 1.2, preferably 1.05 to 1.15.

도 5 및 도 6은 상부 전극 직경이 변화된 경우의 상부 및 하부 전극부를 나타낸 개략 단면도이다. 도면을 참조하면, 상부면에는 상부 전극판(154)과 상부 전극판(154)의 양측에 형성된 실드링(156)으로 구성되며, 고주파 전원(140)이 연결되어 있다. 하부면에는 하부 전극(126)과 상기 하부 전극(126)의 양측에 형성된 포커스 링(146)이 형성되어 있다. 5 and 6 are schematic cross-sectional views showing upper and lower electrode portions when the upper electrode diameter is changed. Referring to the drawings, the upper surface is composed of a shield ring 156 formed on both sides of the upper electrode plate 154 and the upper electrode plate 154, the high frequency power supply 140 is connected. The lower electrode 126 and the focus ring 146 formed on both sides of the lower electrode 126 are formed on the lower surface.

실드링(156)의 외주면은 원형 이외에도 다각형 등의 형상이 가능하며, 재질은 유전율이 4 이하인 것이면 가능하다.The outer circumferential surface of the shield ring 156 may be polygonal or the like in addition to the circular shape, and the material may be any material having a dielectric constant of 4 or less.

도 5에 도시된 바와 같이, 상부 전극 직경(D3)이 본 발명에서 제안한 직경비 보다 클 경우, 상부 전극부(112)를 통해 인가되는 고주파 전원(140)이 하부 전극부(114)로 형성되는 범위가 넓어진다. 이에, 포커스 링(146)이 받는 전계의 범위는 더욱 커지게 된다.As shown in FIG. 5, when the upper electrode diameter D3 is larger than the diameter ratio proposed by the present invention, the high frequency power source 140 applied through the upper electrode portion 112 is formed as the lower electrode portion 114. The range is wider. Thus, the range of the electric field received by the focus ring 146 becomes larger.

포커스 링(146)에 받는 전계의 범위가 넓어지게 되면, 포커스 링(146)이 받는 피로도는 증가하게 된다. 이에 따라, 포커스 링(146)의 두께나 직경이 커져야 하는 단점이 있다.When the range of the electric field received by the focus ring 146 becomes wider, the degree of fatigue that the focus ring 146 receives increases. Accordingly, there is a disadvantage in that the thickness or diameter of the focus ring 146 must be increased.

또한, 상부 전극 직경(D3)이 크기 때문에 반응 가스는 플라즈마 영역을 벗어나게 되고, 분출되는 반응 가스가 공정에 이용되지 못하게 된다. 이에 따라, 반응 가스의 일부는 그대로 배기되는 현상도 발생한다.In addition, since the upper electrode diameter D3 is large, the reaction gas leaves the plasma region, and the reactant gas that is ejected is not used in the process. As a result, a part of the reaction gas is exhausted as it is.

또한, 플라즈마 발생 측면에서 보면, 상부 전극부(112)로부터 전달되는 고주 파 전력이 하부 전극부(114)에 효율적으로 전달되지 못한다. 즉, 고주파 전력이 필요없는 공간에 전파됨으로써, 손실을 가져온다. 이에 따라, 플라즈마 외주면의 밀도가 저하되고, 공정의 균일성의 저하를 가져온다.In addition, in terms of plasma generation, the high frequency power transmitted from the upper electrode portion 112 may not be efficiently transmitted to the lower electrode portion 114. In other words, the radio wave propagates in a space where no high frequency power is required, resulting in a loss. Thereby, the density of a plasma outer peripheral surface will fall, and the uniformity of a process will be brought about.

도 6에 도시된 바와 같이, 상부 전극 직경(D3)이 본 발명에서 제안한 직경비 보다 작을 경우, 상부 전극부(112) 및 하부 전극부(114) 사이의 공간에서 발생하는 플라즈마 면적이 축소되어, 기판의 외주면에 대한 플라즈마의 노출 정도가 약해진다. 따라서, 기판의 전체적인 공정의 균일도는 저하된다.As shown in FIG. 6, when the upper electrode diameter D3 is smaller than the diameter ratio proposed in the present invention, the plasma area generated in the space between the upper electrode portion 112 and the lower electrode portion 114 is reduced, The degree of plasma exposure to the outer circumferential surface of the substrate is weakened. Therefore, the uniformity of the whole process of a board | substrate falls.

또한, 상부 전극부(112)에 인가된 고주파 전원(140)의 에너지가 하부 전극부(114)에 효율적으로 전달되지 않기 때문에 초기 플라즈마 점화에 있어서, 상부 전극 직경(D3)이 큰 경우보다도 나쁘게 된다.In addition, since the energy of the high frequency power supply 140 applied to the upper electrode portion 112 is not efficiently transferred to the lower electrode portion 114, the initial electrode ignition becomes worse than the case where the upper electrode diameter D3 is large. .

결과적으로, 고주파 전력은 하부 전극부(114)에 위치한 포커스 링(146)의 수명이나 플라즈마의 점화 및 플라즈마의 밀도 등 넓은 범위에 영향을 미치게 된다. 즉, 안정적인 전계의 형성으로 인한 플라즈마 점화 및 유지와, 진공 챔버(100) 내의 부품의 수명을 고려해야 한다.As a result, the high frequency power affects a wide range such as the lifetime of the focus ring 146 located in the lower electrode portion 114, the ignition of the plasma, and the density of the plasma. That is, plasma ignition and maintenance due to the formation of a stable electric field, and the life of the components in the vacuum chamber 100 should be considered.

본 발명에서는, 하부 전극 직경(D1)에 대한 포커스 링 직경(D2) 비와, 포커스 링 직경(D2)과 상부 전극 직경(D3)의 비에 대해 따로 설명하였지만, 하부 전극 직경(D1)에 대한 포커스 링 직경(D2)은, 그 비(D2/D1)가 1.1 내지 1.3 이 되도록 하고, 포커스 링 직경(D2)에 대한 상부 전극 직경(D3)은, 그 비(D2/D3)가 1.1 내지 1.3 이 되도록 한다면 더욱 효율적이다.In the present invention, the ratio of the focus ring diameter (D2) to the lower electrode diameter (D1) and the ratio of the focus ring diameter (D2) and the upper electrode diameter (D3) have been described separately, but the lower electrode diameter (D1) The focus ring diameter D2 is such that the ratio D2 / D1 is 1.1 to 1.3, and the upper electrode diameter D3 with respect to the focus ring diameter D2 is 1.1 to 1.3 in the ratio D2 / D3. This is more efficient if you do.

상기와 같이, 하부 전극 직경(D1)과, 포커스 링 직경(D2)과, 상부 전극 직경 (D3)은 적절하게 조절해야 하며, 이에 따라 진공 챔버(100) 내부가 원활한 공정 가스의 흐름을 갖을 수 있다. 따라서, 안정적인 전계를 형성하여 플라즈마를 생성하게 되고, 전계의 집중에 의한 부품의 손상을 막을 수 있다.As described above, the lower electrode diameter (D1), the focus ring diameter (D2), and the upper electrode diameter (D3) should be adjusted appropriately, so that the inside of the vacuum chamber 100 can have a smooth flow of process gas. have. Therefore, a stable electric field is formed to generate plasma, and damage to the component due to concentration of the electric field can be prevented.

다음은 도 2를 참조하여 플라즈마 처리 장치의 처리 공정에 대해 설명한다. 선행 공정을 완료한 기판(116)이 게이트(132)로부터 진공 챔버(100) 내에 반입되어 진공 챔버(100) 내에 위치한 정전척(128)에 안착되면, 직류 전원(152)으로부터 기판(116)을 정전 흡착시킨다.Next, a processing process of the plasma processing apparatus will be described with reference to FIG. 2. When the substrate 116 having completed the preceding process is loaded into the vacuum chamber 100 from the gate 132 and seated on the electrostatic chuck 128 located in the vacuum chamber 100, the substrate 116 is removed from the DC power source 152. Electrostatic adsorption.

이후, 상부 전극부(112)와 하부 전극부(114)에 고주파 전원(140, 150)으로부터 각각 소정 전압의 전력을 인가되도록 한다. 이후, 기판 승강기(144)로부터 기판(116)이 안착된 하부 전극부(114)를 상부 전극부(112) 방향으로 상승시킨다.Thereafter, power of a predetermined voltage is applied to the upper electrode portion 112 and the lower electrode portion 114 from the high frequency power sources 140 and 150, respectively. Thereafter, the lower electrode portion 114 on which the substrate 116 is seated is lifted from the substrate elevator 144 toward the upper electrode portion 112.

이때, 기판(116)과 상부 전극부(112)의 간격이 수십 mm 가 되면, 기판 승강기(144)는 기판(116)의 상승을 중지시키며, 가스 공급원(142)은 상부 전극부(112)로 반응 가스를 공급하기 시작한다.At this time, when the distance between the substrate 116 and the upper electrode portion 112 is several tens of mm, the substrate lift 144 stops the rise of the substrate 116, the gas supply source 142 to the upper electrode portion 112 Start supplying reaction gas.

상부 전극부(112)로 유입된 반응 가스는 상부 전극판(154)의 분사홀(155)을 통해 기판(116)에 균일하게 분사하게 된다. The reaction gas introduced into the upper electrode part 112 is uniformly sprayed onto the substrate 116 through the injection hole 155 of the upper electrode plate 154.

계속해서, 진공 챔버(100) 내에 분사된 반응 가스는 상부 전극부(112)와 하부 전극부(114)에 인가되는 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 변환되고, 이 플라즈마 상태로 변환된 반응 가스는 기판(116) 표면에 형성된 막과 반응하여 이 막을 선택적으로 건식 식각 등의 플라즈마 처리를 균일하게 수행한다. 특히, 본 발명의 제안한 상부 전극 직경(D3)과, 하부 전극 직경(D1)과, 포커스 링 직경(D2)의 비 를 적용하여 더 균일하고 안정적으로 플라즈마 처리를 한다.Subsequently, the reaction gas injected into the vacuum chamber 100 is converted into a plasma state by the high frequency power applied to the upper electrode portion 112 and the lower electrode portion 114, and the reaction gas converted into the plasma state is a substrate. (116) Reaction with the film formed on the surface, the film is selectively subjected to a uniform plasma treatment such as dry etching. In particular, by applying the ratio of the proposed upper electrode diameter (D3), the lower electrode diameter (D1), and the focus ring diameter (D2) of the present invention to perform a more uniform and stable plasma treatment.

이후, 기판(116)에 형성된 막과 반응하지 않은 비반응 가스는 배기 펌프(134)에 의해 배기구(136)로 배기되고, 플라즈마 처리가 종료되면 고압 직류 전원(152) 및 고주파 전원(140, 150)으로부터 전력 공급이 정지되고 기판(116)은 게이트(132)를 통해 진공 챔버(100) 외부로 반출되어 공정을 마치게 된다.Thereafter, the unreacted gas that does not react with the film formed on the substrate 116 is exhausted to the exhaust port 136 by the exhaust pump 134, and the high-pressure DC power supply 152 and the high frequency power supply 140, 150 when the plasma processing is completed. The power supply is stopped and the substrate 116 is taken out of the vacuum chamber 100 through the gate 132 to complete the process.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 하부 전극과 포커스 링의 직경 비와 상부 전극의 직경과 포커스 링 직경 비를 제어하였다.As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention controls the diameter ratio of the lower electrode and the focus ring, and the diameter and focus ring diameter ratio of the upper electrode.

그러므로, 본 발명은 진공 챔버 내의 원활한 반응 가스의 흐름을 가지고 안정적인 전계를 형성하여 플라즈마를 생성할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention has the effect of generating a plasma by forming a stable electric field with a smooth flow of the reaction gas in the vacuum chamber.

또한, 본 발명은 전계의 집중에 의한 부품의 손상을 막을 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing damage to the components due to the concentration of the electric field.

또한, 본 발명은 기판을 균일하게 플라즈마 처리할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of uniformly plasma processing the substrate.

Claims

A plasma processing apparatus for plasma processing a substrate,

Chamber,

An upper electrode portion located above the chamber;

A lower electrode part including a lower electrode facing the upper electrode part and a focus ring surrounding the lower electrode,

And the ratio of the focus ring to the lower electrode is 1.1 to 1.3.

The plasma processing apparatus of claim 1, wherein the focus ring is made of silicon.

The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the specific resistance of the focus ring is 10 to 100 Ω · cm.

The plasma processing apparatus of claim 1, wherein an outer circumferential surface of the focus ring has a circular or polygonal shape.

A plasma processing apparatus for plasma processing a substrate,

Chamber,

A lower electrode part located in the chamber and having a lower electrode and a focus ring surrounding the lower electrode;

It is located opposite the lower electrode portion, and includes an upper electrode portion including an upper electrode plate and a shield ring surrounding it,

And the ratio of the focus ring to the upper electrode plate is 1.0 to 1.2.

The plasma processing apparatus of claim 5, wherein the shield ring has a dielectric constant of 4 or less.

The plasma processing apparatus of claim 5 or 6, wherein a ratio of the focus ring to the lower electrode is 1.1 to 1.3.