KR20070058727A - Apparatus for forming a plasma - Google Patents

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KR20070058727A
KR20070058727A KR1020050117338A KR20050117338A KR20070058727A KR 20070058727 A KR20070058727 A KR 20070058727A KR 1020050117338 A KR1020050117338 A KR 1020050117338A KR 20050117338 A KR20050117338 A KR 20050117338A KR 20070058727 A KR20070058727 A KR 20070058727A
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electrode
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황성욱
이도행
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삼성전자주식회사
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Abstract

A plasma forming apparatus is provided to adjust uniformly ion density of process gas of a plasma state by adjusting intensity and uniformity of electric field. A chamber(101) provides a predetermined space for forming a plasma state of reaction gas supplied from a gas supply unit. A substrate stage(120) is installed in the inside of the chamber and includes a lower electrode. A first upper electrode(130) is provided on an upper side of the chamber in order to form first electric field for forming the plasma state of the reaction gas. A second upper electrode(140) is installed opposite to the substrate stage in the inside of the chamber. A plurality of slits(145) are formed at the second upper electrode in order to pass partially the first electric field. The second upper electrode is used for generating second electric field for forming the plasma state of the reaction gas.

Description

플라즈마 형성 장치{Apparatus for forming a plasma}Apparatus for forming a plasma

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a plasma forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 제1 상부 전극을 설명하기 위한 평면도이다.FIG. 2 is a plan view illustrating the first upper electrode illustrated in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시한 제2 상부 전극을 설명하기 위한 평면도이다.FIG. 3 is a plan view illustrating the second upper electrode illustrated in FIG. 1.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

100 : 플라즈마 형성 장치 101 : 챔버100 plasma forming apparatus 101 chamber

110 : 기판 120 : 기판 스테이지110 substrate 120 substrate stage

122 : 제3 RF 전원부 130 : 제1 상부 전극122: third RF power supply unit 130: first upper electrode

132 : 제1 RF 전원부 134 : 코일132: first RF power supply unit 134: coil

136 : 유전 플레이트 138 : 제1 전계136: dielectric plate 138: first electric field

140 : 제2 상부 전극 142 : 제2 RF 전원부140: second upper electrode 142: second RF power supply

145 : 슬릿 150 : 가스 제공부145: slit 150: gas providing unit

152 : 가스 홀 160 : 윈도우152: gas hole 160: window

170 : 가스 배출부 174 : 진공 펌프170: gas outlet 174: vacuum pump

본 발명은 플라즈마 형성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정 중의 식각 공정에 이용되는 플라즈마(plasma)를 발생시키는 플라즈마 형성 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma forming apparatus, and more particularly, to a plasma forming apparatus for generating plasma used in an etching process during a semiconductor manufacturing process.

최근 반도체 관련 산업이 급속도로 발전함에 따라 반도체 제조 장치는 고용량 및 고 기능화를 추구하게 되어, 한정된 영역에 보다 많은 소자의 집적이 필요하게 되었다. 이러한 소자의 극 미세화 및 고 집적화를 위한 반도체 제조기술로써, 0.15㎛ 이하의 디자인룰(design rule)을 요구하는 반도체 장치의 제조에서는 플라즈마를 이용하는 식각 공정이 이루어지는 플라즈마 형성 장치를 주로 사용한다. With the recent rapid development of the semiconductor-related industry, semiconductor manufacturing apparatuses have been pursuing high capacity and high functionality, and thus, it is necessary to integrate more devices in a limited area. As a semiconductor manufacturing technology for miniaturization and high integration of such devices, a plasma forming apparatus in which an etching process using plasma is used is mainly used in the manufacture of a semiconductor device requiring a design rule of 0.15 μm or less.

상기 플라즈마 형성 장치는 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 통상적으로 용량결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma : 이하 CCP라 한다)방식과 유도결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma : 이하 ICP라 한다)방식으로 나눌 수 있다. The plasma forming apparatus may be divided into a capacitively coupled plasma (CCP) method and an inductively coupled plasma (ICP) method according to a method of forming a plasma.

이중 CCP방식의 플라즈마 형성 장치는 플라즈마가 발생되는 챔버와, 상기 챔버 상부에 위치하며 상기 챔버에 공정 가스를 유입시키는 가스 제공부와, RF 파워가 인가되는 평판 형상의 상부 전극와, RF 전원부 및 기판을 고정하며 일단이 접지된 하부 전극을 포함하여 이루어진다. 또는 상기 하부 전극에 RF 파워가 인가되거나, 상기 상부 및 하부 전극에 모두 RF 파워가 인가되기도 한다.The dual CCP plasma forming apparatus includes a chamber in which a plasma is generated, a gas providing unit positioned above the chamber and introducing a process gas into the chamber, a flat plate-shaped upper electrode to which RF power is applied, an RF power supply unit, and a substrate. The lower electrode is fixed and one end is grounded. Alternatively, RF power may be applied to the lower electrode, or RF power may be applied to both the upper and lower electrodes.

상기와 같은 구조에서 기판을 하부 전극에 안착시키고 상기 챔버 내부를 고진공 상태로 만든 다음, 상기 챔버 내부로 가스 제공부를 통해 식각 공정을 위한 공정 가스를 제공한다. 상부 전극에 RF 파워를 인가하여 상기 하부 전극 및 상부 전극 사이에 전기장을 형성시키고, 상기 상부 전극에서 방출되는 자유전자가 전기장에 의해 가속되어 상기 공정 가스와 충돌하면서 상기 챔버 내부에 플라즈마가 형성되어 기판에 대한 식각 공정을 수행하게 된다.In the above structure, the substrate is mounted on the lower electrode and the chamber is made in a high vacuum state, and then the process gas for the etching process is provided through the gas providing part into the chamber. RF power is applied to the upper electrode to form an electric field between the lower electrode and the upper electrode, and free electrons emitted from the upper electrode are accelerated by the electric field and collide with the process gas to form a plasma inside the chamber, thereby providing a substrate. The etching process is performed.

상기와 같은 CCP방식은 구조가 간단하고 플라즈마의 균일도가 우수하다는 장점을 갖는다. 반면에, 플라즈마의 밀도가 낮은 관계로 증착시간이 많이 소요된다는 단점을 갖는다. The CCP method as described above has the advantage of simple structure and excellent plasma uniformity. On the other hand, since the plasma density is low, a large amount of deposition time is required.

한편, ICP방식의 플라즈마 형성 장치는 플라즈마가 발생되는 챔버와, 상기 챔버 상부에 위치하며 상기 챔버에 공정 가스를 유입시키는 가스 제공부와, RF 파워가 인가되는 방사형의 코일, RF 전원부 및 기판을 고정하며 바이어스 전원이 인가되는 척(chuck)을 포함하여 이루어진다.On the other hand, the ICP-type plasma forming apparatus is fixed to the chamber in which the plasma is generated, the gas providing unit which is located above the chamber and introduces the process gas into the chamber, the radial coil to which RF power is applied, the RF power supply unit and the substrate And a chuck to which a bias power is applied.

상기와 같은 구조에서 척에 기판을 안착시키고 전원 공급부에서 상기 척에 전원을 공급하면 기판이 정전력에 의해 상기 척에 장착되어 고정된다. 척에 기판이 고정되면 상기 챔버 상부의 가스 제공부에서 상기 챔버 내부로 식각 공정을 수행하는 공정 가스를 분사함과 동시에 척 및 코일에 각각 전원이 인가되면 상기 챔버 내부에 강력한 산화력을 가지는 플라즈마가 형성되며, 생성되는 플라즈마 중 양이온들이 기판의 표면에 입사, 충돌함으로서 기판이 식각된다. In the above structure, when the substrate is mounted on the chuck and power is supplied from the power supply unit, the substrate is mounted and fixed to the chuck by electrostatic power. When the substrate is fixed to the chuck, a process gas for performing an etching process is injected into the chamber from the gas providing unit at the upper part of the chamber, and when power is applied to the chuck and the coil, a plasma having strong oxidizing power is formed in the chamber. The substrate is etched by the cations in the plasma generated incident on the surface of the substrate.

상기와 같은 ICP방식은 플라즈마의 밀도가 높아서 증착 시간이 짧다는 장점을 갖는다. 반면에, 플라즈마 상태의 이온 밀도가 챔버의 가장자리 부위로 갈수록 그 이온 밀도의 균일도가 낮아진다는 단점을 갖는다. 상기 균일도 문제를 개선하기 위한 방안으로 가운데 부분이 더 두꺼운 유전체를 사용한다든지 돔 형태로 상기 코 일을 변형시켜 사용하고 있으나, 이는 구조적으로 복잡하고 산화막 식각 등의 공정에 적용이 어렵다는 한계점을 가진다. The ICP method as described above has the advantage that the deposition time is short due to the high density of plasma. On the other hand, the ion density in the plasma state toward the edge of the chamber has a disadvantage that the uniformity of the ion density is lowered. In order to improve the uniformity problem, a thicker dielectric is used or a coil is modified in a dome shape, but this has a limitation in that it is structurally complicated and difficult to apply to processes such as oxide etching.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 종래의 ICP방식 및 CCP방식의 장점을 모두 가지면서 플라즈마의 형성 조건을 쉽게 조절할 수 있는 플라즈마 형성 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a plasma forming apparatus that can easily control the plasma forming conditions while having all the advantages of the conventional ICP method and CCP method.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 플라즈마 형성 장치는 가스 제공부를 통해 유입되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 공간을 제공하는 챔버를 포함한다. 상기 챔버 내부에 구비되고, 하부 전극을 포함하는 기판 스테이지를 포함한다. 상기 챔버의 상부 외측면 상에 구비되고, 상기 챔버 내부로 제공되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 제1 전계를 생성하는 제1 상부 전극을 포함한다. 상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판 스테이지와 마주보며, 상기 제1 상부 전극에서 형성된 제1 전계의 일부만을 통과시키는 다수의 슬릿이 형성되어 있고, 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 제2 전계를 생성하는 제2 상부 전극을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention, the plasma forming apparatus includes a chamber for providing a space for forming the reaction gas flowing through the gas providing unit in a plasma state. And a substrate stage provided in the chamber and including a lower electrode. And a first upper electrode provided on an upper outer surface of the chamber and generating a first electric field for forming a reaction gas provided in the chamber into a plasma state. A plurality of slits are formed inside the chamber to face the substrate stage and pass only a portion of the first electric field formed in the first upper electrode, and a second electric field for forming the reaction gas into a plasma state is formed. And a second upper electrode to produce.

보다 바람직하게는 상기 제1 상부 전극은 제1 RF 전원부에 연결되어 RF 파워를 공급받는 코일형 전극이며, 상기 제2 상부 전극은 제2 RF 전원부에 연결되어 RF 파워를 공급받고, 동심원으로 배치된 슬릿이 형성된 원판형 전극이며, 상기 하부 전극은 제3 RF 전원부에 연결되어 RF 파워를 공급받는다.More preferably, the first upper electrode is a coiled electrode connected to a first RF power supply to receive RF power, and the second upper electrode is connected to a second RF power supply to receive RF power and disposed concentrically. The slit is a disk-shaped electrode is formed, the lower electrode is connected to the third RF power supply to receive RF power.

일 예로서, 상기 챔버의 상면에는 윈도우가 형성되어 있고, 상기 윈도우는 유리 석영 또는 세라믹으로 형성된다.As an example, a window is formed on an upper surface of the chamber, and the window is formed of glass quartz or ceramic.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치는 마주 보고 있는 상기 제2 상부 전극 및 상기 하부 전극을 통하여 CCP방식의 상기 제2 전계를 형성하고, 상기 제1 상부 전극을 통하여 ICP방식의 상기 제1 전계를 형성할 수 있다. 또한, 제2 상부 전극의 내부에 형성된 상기 슬릿을 통해 상기 ICP방식의 상기 제2 전계의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 전극, 제2 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각각 인가되는 RF 파워의 비율 조절, 상기 슬릿의 폭 및 분포에 따라 기판 상에 형성되는 전계의 비율 및 균일도를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 전계에 의해 상기 챔버 내부에 형성되는 플라즈마 상태의 상기 공정 가스의 이온 밀도를 균일하게 조절할 수 있다.  As described above, the plasma forming apparatus according to the preferred embodiment of the present invention forms the second electric field of the CCP method through the second upper electrode and the lower electrode facing each other, and the ICP method through the first upper electrode. The first electric field may be formed. In addition, the intensity of the second electric field of the ICP method may be adjusted through the slit formed inside the second upper electrode. That is, the ratio of the RF power applied to the first upper electrode, the second upper electrode, and the lower electrode may be adjusted, and the ratio and uniformity of the electric field formed on the substrate may be adjusted according to the width and distribution of the slit. Therefore, the ion density of the process gas in the plasma state formed inside the chamber by the electric field can be adjusted uniformly.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a plasma forming apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 제1 상부 전극을 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 제2 상부 전극을 설명하기 위한 평면도이다. 1 is a configuration diagram schematically showing a plasma forming apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view for explaining the first upper electrode shown in Figure 1, Figure 3 is shown in Figure 1 It is a top view for demonstrating a 2nd upper electrode.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 형성 장치(100)는 챔버(101), 제3 RF 전원부(122)와 연결된 기판 스테이지(120), 제1 RF 전원부(132)와 연결된 제1 상부 전극(130), 제2 RF 전원부(142)와 연결된 제2 상부 전극(140), 가스 제공부 (150), 윈도우(160) 및 가스 배출부(170)를 포함한다. 1 to 3, the plasma forming apparatus 100 includes a chamber 101, a substrate stage 120 connected to a third RF power supply 122, and a first upper electrode connected to a first RF power supply 132. 130, a second upper electrode 140 connected to the second RF power supply unit 142, a gas providing unit 150, a window 160, and a gas discharge unit 170.

상기 챔버(101)는 주입된 반응 가스가 균일한 플라즈마 상태로 형성되어 기판(110)과 화학 반응을 통해 식각 공정을 수행할 수 있는 공간을 제공한다. 상기 챔버(101)는 원통형 형상을 갖고, 그 상면이 평평한 구조를 갖는다. 다른 예로서, 상기 챔버(101)는 돔 형상을 갖고, 그 상면이 반원형의 둥근 구조를 갖출 수 있다. The chamber 101 is formed in a uniform plasma state in which the injected reaction gas provides a space for performing an etching process through a chemical reaction with the substrate 110. The chamber 101 has a cylindrical shape and has a flat top surface. As another example, the chamber 101 may have a dome shape, and may have a semicircular round structure at an upper surface thereof.

상기 기판 스테이지(120)는 상기 공정 챔버(101) 내부에 구비되며, 상기 챔버(101) 내부로 제공되는 기판(110)을 지지한다. 구체적으로 기판 스테이지(120)는 상기 공정 챔버(101)의 하부에 구비되고, 하부 전극을 포함한다. 상기 하부 전극에는 제3 RF 전원부(122)가 연결되어 있어 RF 파워를 공급할 수 있다. 상기 기판 스테이지(120)에는 상기 챔버(101) 내부의 온도를 상승시키고 상기 스테이지(120)에 안착된 기판(110)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 포함된다.The substrate stage 120 is provided in the process chamber 101, and supports the substrate 110 provided in the chamber 101. Specifically, the substrate stage 120 is provided below the process chamber 101 and includes a lower electrode. A third RF power supply 122 is connected to the lower electrode to supply RF power. The substrate stage 120 includes a heater (not shown) for raising the temperature inside the chamber 101 and heating the substrate 110 seated on the stage 120.

상기 기판 스테이지(120) 상면에는 에지 링(edge ring; 미도시)이 더 구비될 수 있다. 상기 에지 링은 기판(110) 주변부에 인접하게 배치되어 기판(110)의 주변부에 박막이 증착되는 것을 방지하며, 상기 기판 스테이지(120) 상에 로딩되는 기판(110)을 얼라인한다. 또한, 상기 기판 스테이지(120)의 상부 측면 부위를 따라 기판(110)을 로딩 및 언로딩하는 다수개의 리프트 핑거(lift finger; 미도시)가 구비될 수 있다. An edge ring (not shown) may be further provided on the upper surface of the substrate stage 120. The edge ring is disposed adjacent to the periphery of the substrate 110 to prevent the thin film from being deposited on the periphery of the substrate 110 and to align the substrate 110 loaded on the substrate stage 120. In addition, a plurality of lift fingers (not shown) for loading and unloading the substrate 110 along the upper side portion of the substrate stage 120 may be provided.

상기 윈도우(160)는 상기 챔버(101)의 상면에 구비된다. 바람직하게는 상기 윈도우(160)는 상기 챔버(101)의 상면에 해당될 수 있고, 상기 챔버(101)의 상면에 삽입되도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 윈도우(160)는 상기 상면의 일부에만 유리 석영(quartz) 재질로 형성될 수도 있지만 챔버(101)의 상부벽 전체가 유리 석영 재질로 형성될 수 있다. 상기 윈도우(160)는 상기 반응 가스가 상기 챔버(101) 내에서 플라즈마 상태를 형성할 때의 광을 통해 식각 공정이 제대로 수행되는 지를 확인하기 위한 뷰 포트(view port)로서 이용된다. The window 160 is provided on an upper surface of the chamber 101. Preferably, the window 160 may correspond to an upper surface of the chamber 101 and may be provided to be inserted into an upper surface of the chamber 101. That is, the window 160 may be formed of glass quartz material only on a part of the upper surface, but the entire upper wall of the chamber 101 may be formed of glass quartz material. The window 160 is used as a view port for confirming whether the etching process is properly performed through light when the reaction gas forms a plasma state in the chamber 101.

상기 제1 상부 전극(130)은 상기 챔버(110)의 윈도우(160) 상에 상기 유전 플레이트(136)와 그 위에 설치한 나선형의 RF 코일(radio frequency coil; 134)을 구비한 코일형 전극이다. 상기 유전 플레이트(136)의 중심에 인접한 상기 RF 코일(134)의 일단부는 제1 RF 전원부(132)에 연결되고 나선형으로 확장되어진 타단부는 접지된다. The first upper electrode 130 is a coil type electrode having a dielectric plate 136 and a spiral radio frequency coil 134 disposed thereon on the window 160 of the chamber 110. . One end of the RF coil 134 adjacent to the center of the dielectric plate 136 is connected to the first RF power supply 132 and the other end helically extended is grounded.

이로 인해, 상기 나선형 RF 코일(134)의 일단으로부터 타단으로 전기가 흐르게 되고 상기 제1 상부 전극(130)과 상기 하부 전극을 포함하는 기판 스테이지(120)와의 전압차로 인하여 상기 기판(110) 상으로 시간에 따라 변화하는 제1 전계(138)가 형성된다. 상기 제1 상부 전극(130)에 인가된 RF 파워에 의해 형성된 상기 제1 전계(138)는 상기 챔버(101) 내부로 제공되는 반응 가스를 여기된 플라즈마 상태로 형성시킨다. 상기 여기된 플라즈마를 기판(110) 상으로 용이하게 유도하기 위하여 기판(110)을 지지하고 있는 하부 전극을 갖는 기판 스테이지(120)에 연결된 제3 RF 전원부(122)에 바이어스 파워를 형성시킨다. 상기 제1 RF 전원부(132)의 RF 파워와 상기 제3 RF 전원부(122)의 바이어스 RF 파워를 조절하여 상기 제1 전계(138)의 세기를 조정할 수 있다. As a result, electricity flows from one end of the spiral RF coil 134 to the other end and due to the voltage difference between the first upper electrode 130 and the substrate stage 120 including the lower electrode, onto the substrate 110. A first electric field 138 that changes with time is formed. The first electric field 138 formed by the RF power applied to the first upper electrode 130 forms a reaction gas provided into the chamber 101 in an excited plasma state. In order to easily guide the excited plasma onto the substrate 110, a bias power is formed in the third RF power supply 122 connected to the substrate stage 120 having the lower electrode supporting the substrate 110. The intensity of the first electric field 138 may be adjusted by adjusting the RF power of the first RF power supply 132 and the bias RF power of the third RF power supply 122.

이때, 상기 제1 상부 전극(130)의 상기 유전 플레이트(136)는 상기 챔버 (101)의 외측면 상에 구비되며, 가스 제공부(150)와 연통된다. 상기 유전 플레이트(136)의 중앙부에는 가스 홀(152)이 형성되고, 가스 홀(152)에는 가스 제공부(150)가 연결되어 챔버(101) 내부로 반응 가스를 공급한다.In this case, the dielectric plate 136 of the first upper electrode 130 is provided on the outer surface of the chamber 101 and is in communication with the gas providing unit 150. A gas hole 152 is formed in the center of the dielectric plate 136, and a gas providing unit 150 is connected to the gas hole 152 to supply a reaction gas into the chamber 101.

이 경우, 상기 가스 홀(152)이 반드시 상기 유전 플레이트(136)의 중앙부에 설치될 필요는 없다. 가스 홀(152)은 상기 유전 플레이트(136)의 주변부를 따라 설치될 수 있으며, 챔버(101)의 일측에 설치될 수 있다.In this case, the gas hole 152 does not necessarily need to be installed at the center of the dielectric plate 136. The gas hole 152 may be installed along the periphery of the dielectric plate 136 and may be installed at one side of the chamber 101.

상기 가스 제공부(150)는 챔버(101)의 상부 일측면에 형성되어 있어, 챔버(101) 내 방전이 이루어질 수 있는 방전 가스를 제공할 뿐만 아니라, 기판(110) 상의 박막을 식각하기에 용이한 가스를 챔버(101) 내부로 제공한다. 공급되는 가스로는 산소, 질소, 불소, 수소 및 아르곤 중 적어도 하나의 비활성 가스를 포함한다. The gas providing unit 150 is formed on one side of the upper portion of the chamber 101 to provide a discharge gas capable of discharging in the chamber 101 and to easily etch a thin film on the substrate 110. One gas is provided into the chamber 101. The gas to be supplied includes at least one inert gas of oxygen, nitrogen, fluorine, hydrogen and argon.

상기 제2 상부 전극(140)은 상기 챔버(101) 내부에 구비되어 상기 기판 스테이지(120)와 마주보며, 동심원으로 배치된 슬릿(145)이 형성된 원판형의 전극(140)이다. 상기 제2 상부 전극(140)은 실리콘 또는 금속 물질로 이루어지고, 상기 제2 상부 전극(140)의 일단부에는 상기 제2 RF 전원부(142)에 연결되어 있다. 상기 제2 상부 전극(140)에 상기 제2 RF 전원부(142)로부터 RF 파워를 인가하고 상기 하부 전극을 갖는 기판 스테이지(120)에 상기 제3 RF 전원부(122)로부터 바이어스 파워가 인가시킴으로서 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 제2 전계(미도시)를 생성한다.The second upper electrode 140 is a disk-shaped electrode 140 provided in the chamber 101 to face the substrate stage 120 and having slits 145 arranged in concentric circles. The second upper electrode 140 is made of silicon or a metal material, and is connected to the second RF power supply 142 at one end of the second upper electrode 140. The reaction by applying RF power from the second RF power supply 142 to the second upper electrode 140 and applying bias power from the third RF power supply 122 to the substrate stage 120 having the lower electrode. A second electric field (not shown) is formed for forming the gas into the plasma state.

여기서, 상기 제2 상부 전극(140)과 상기 제2 RF 전원부(142) 사이에는 기판(110) 상에 전계의 세기를 고르게 분포시키기 위한 가변 저항(141)이 설치된다. 이때, 상기 가변 저항(141)은 일반적인 저항보다 캐패시터를 이용하는 것이 바람직하다.  Here, a variable resistor 141 is disposed between the second upper electrode 140 and the second RF power supply unit 142 to evenly distribute the intensity of the electric field on the substrate 110. In this case, it is preferable that the variable resistor 141 uses a capacitor rather than a general resistor.

상기 제2 상부 전극(140) 내부에 형성된 상기 슬릿(145)은 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전극(140)의 상면의 중심에서 외부로 부채살처럼 퍼진 방사형의 슬릿(145)으로 형성될 수 있다. 상기 방사형의 슬릿(145)은 상기 제1 상부 전극(130)에서 형성된 제1 전계(138)가 상기 나선형의 코일(134)로부터 상기 챔버(100) 내부로 나선형을 이루며 형성될 때, 상기 제1 전계(138)의 일부만이 통과되도록 상기 제1 전계(138)의 형성 방향에 수직을 이루는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2 상부 전극(140) 상부의 상기 제1 상부 전극(130)에서 형성된 상기 제1 전계(138)가 상기 슬릿(145)을 통과해서만 상기 챔버(101) 내부로 도달되도록 함으로서, 상기 슬릿(145)의 폭 및 분포를 변경하여 상기 제1 전계(138)에 의해 상기 반응 가스로부터 형성되는 플라즈마 상태의 이온 밀도를 조절할 수 있다. 상기와 같이 상기 제1 전계(138)의 세기를 조절할 수 있는 상기 슬릿(145)의 분포는 식각하고자 하는 물질의 특성에 따라 상기 슬릿(145)의 폭이나 슬릿(145)들 사이의 간격이 변경 가능하기 때문에 본 발명에서 한정시킬 수 없다.  The slit 145 formed in the second upper electrode 140 is, for example, a radial slit 145 spread like a fan from the center of the upper surface of the electrode 140, as shown in FIG. It can be formed as. The radial slit 145 is formed when the first electric field 138 formed in the first upper electrode 130 is spirally formed into the chamber 100 from the spiral coil 134. It is preferable to be perpendicular to the formation direction of the first electric field 138 so that only a part of the electric field 138 passes. That is, by allowing the first electric field 138 formed in the first upper electrode 130 on the second upper electrode 140 to reach the inside of the chamber 101 only through the slit 145, By changing the width and distribution of the slit 145, the ion density of the plasma state formed from the reaction gas by the first electric field 138 may be adjusted. As described above, the distribution of the slit 145 that can adjust the intensity of the first electric field 138 is changed in the width of the slit 145 or the interval between the slits 145 according to the property of the material to be etched. Since it is possible, it cannot limit in this invention.

또한, 상기 슬릿(145)은 다른 예로서, 상기 제2 상부 전극(140)의 중심부에서부터 일정한 간격으로 지름이 길어지는 다수의 원형 슬릿 형태를 이룰 수 있다. 이때, 상기 원형 슬릿들은 완전한 원형이거나, 방사형으로 일부가 끊어져 있는 원형 슬릿을 이룬다. As another example, the slit 145 may have a plurality of circular slits in which diameters are elongated at regular intervals from a center of the second upper electrode 140. In this case, the circular slits may be completely circular or form circular slits which are partially broken in a radial shape.

상기 제1 전계(138)는 유도결합 플라즈마(ICP)를 형성하므로, 상기 제1 전계 (138)를 통해 형성된 플라즈마는 ICP 방식의 높은 플라즈마 밀도를 갖는다. 상기 제2 전계는 상기 제1 상부 전극(130)에 의한 제1 전계(138)와는 별도로 상기 하부 전극과의 사이에서 형성되는 것으로 용량결합 플라즈마(CCP)를 형성하므로, 상기 제2 전계를 통해 형성된 플라즈마는 CCP 방식의 높은 전계 형성으로 인하여 플라즈마의 균일도가 뛰어나다. 따라서, 상기 ICP 방식의 상기 제1 전계(138)를 상기 제2 상부 전극(140)에 형성된 상기 슬릿(145)을 통과시킴으로서 플라즈마의 밀도를 식각 공정에 따라 조절시킬 수 있고, 상기 CCP 방식의 상기 제2 전계를 상기 제2 상부 전극(140)을 이용하여 더 형성함으로서 전체 플라즈마의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다. Since the first electric field 138 forms an inductively coupled plasma (ICP), the plasma formed through the first electric field 138 has a high plasma density of the ICP method. The second electric field is formed between the lower electrode and the first electric field 138 by the first upper electrode 130 to form a capacitively coupled plasma (CCP), and thus is formed through the second electric field. Plasma has excellent plasma uniformity due to the formation of a high electric field of the CCP method. Therefore, the density of plasma can be adjusted according to an etching process by passing the first electric field 138 of the ICP method through the slit 145 formed in the second upper electrode 140. By further forming a second electric field using the second upper electrode 140, the uniformity of the entire plasma may be further improved.

상기 제1 전계(138) 및 상기 제2 전계의 조절이 가능함에 따라, 상기 챔버(101) 내부에 제공된 상기 반응 가스의 플라즈마 여기된 이온 밀도가 상기 기판(110) 상에서 균일해질 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 전극(130), 제2 상부 전극(140) 및 상기 하부 전극을 포함하는 기판 스테이지(120)에 각각 인가되는 RF 파워의 비율 조절, 상기 슬릿(145)의 폭 및 분포에 따라 기판(110) 상에 형성되는 상기 제1 및 제2 전계의 비율이 조절되고, 이로 인해 상기 플라즈마 형성 밀도가 상기 기판(110) 상에서 균일해진다. 도면에 도시하지 않았지만, 상기 제1 내지 제3 RF 전원부(122, 132, 142)의 일측부에는 RF 파워 제어부(미도시)가 각각 구비되어 상기 제1 내지 제3 RF 전원부(122, 132, 142)에서 제공되는 RF 파워의 인가 유무, 세기, 인가 시간 등을 제어하는 역할을 한다.As the first electric field 138 and the second electric field can be controlled, the plasma excited ion density of the reaction gas provided inside the chamber 101 may be uniform on the substrate 110. That is, the ratio of RF power applied to the substrate stage 120 including the first upper electrode 130, the second upper electrode 140, and the lower electrode is adjusted to the width and distribution of the slit 145. Accordingly, the ratio of the first and second electric fields formed on the substrate 110 is adjusted, thereby making the plasma formation density uniform on the substrate 110. Although not shown in the drawings, an RF power control unit (not shown) is provided at one side of the first to third RF power units 122, 132, and 142, respectively, and the first to third RF power units 122, 132, and 142 are provided. It controls the presence or absence, the intensity, the application time of the RF power provided in the).

일 예로, 상기 제2 상부 전극(140)에 그라운드 상태를 갖도록 한 이후에, 상 기 하부 전극과 제1 상부 전극(130)에 인가되는 RF 파워의 비율을 조절함으로써 상기 챔버(101) 내에서 형성되는 플라즈마 형성 밀도를 균일하게 조절할 수 있다.For example, after the second upper electrode 140 has a ground state, the second upper electrode 140 is formed in the chamber 101 by adjusting a ratio of RF power applied to the lower electrode and the first upper electrode 130. The plasma formation density to be adjusted can be uniformly adjusted.

상기 가스 배출부(170)는 상기 챔버(101)의 하부 일측에 연통되도록 구비되며, 진공 밸브(172)와 진공 펌프(174)를 포함한다. 구체적으로 상기 가스 배기부(170)는 챔버(101) 내부의 압력을 조절하는 역할 및 기판(110) 상에 형성된 박막의 식각 공정 시 발생되는 식각 부산물들을 배출하는 역할을 한다. 상기 챔버(101) 내부의 압력 조절 및 상기 식각 부산물을 배출하기 위해 상기 진공 밸브(172)가 개방되면서 진공 펌프(174)가 작동된다. 식각 공정이 수행되는 챔버(101)의 압력 및 플라즈마의 밀도를 유지시키기 위하여 배플 플레이트(미도시)가 상기 기판 스테이지(120)에 인접하게 구비될 수 있다. The gas discharge unit 170 is provided to communicate with the lower side of the chamber 101, and includes a vacuum valve 172 and a vacuum pump 174. In detail, the gas exhaust unit 170 controls the pressure in the chamber 101 and discharges the etch byproducts generated during the etching process of the thin film formed on the substrate 110. The vacuum pump 174 is operated while the vacuum valve 172 is opened to regulate the pressure inside the chamber 101 and to discharge the etching byproduct. A baffle plate (not shown) may be provided adjacent to the substrate stage 120 to maintain the pressure in the chamber 101 where the etching process is performed and the density of the plasma.

상술한 구성을 갖는 플라즈마 형성 장치(100)는 CCP 방식 및 ICP 방식의 장점을 동시에 가져 균일한 밀도를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있어 기판(110) 상의 박막의 식각 공정을 수행할 때 플라즈마의 형성 밀도를 균일하게 조절할 수 있는 특징을 갖는다.Plasma forming apparatus 100 having the above-described configuration has the advantages of the CCP method and the ICP method at the same time to form a plasma having a uniform density, the density of plasma formation when performing the etching process of the thin film on the substrate 110 It has a feature that can be uniformly adjusted.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치는 마주 보고 있는 상기 제2 상부 전극 및 상기 하부 전극을 통하여 CCP방식의 전계를 형성하고, 상기 제1 상부 전극을 통하여 ICP방식의 전계를 형성할 수 있다. 또한, 제2 상부 전극의 내부에 형성된 상기 슬릿을 통해 상기 ICP방식의 전계의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 전극, 제2 상부 전극 및 상기 하부 전극에 각 각 인가되는 RF 파워의 조절, 상기 슬릿의 폭 및 분포에 따라 기판 상에 형성되는 전계의 비율 및 균일도를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 전계에 의해 상기 챔버 내부에 형성되는 플라즈마 상태의 상기 공정 가스의 이온 밀도를 균일하게 조절할 수 있다. As described above, the plasma forming apparatus according to the preferred embodiment of the present invention forms a CCP type electric field through the second upper electrode and the lower electrode facing each other, and an ICP electric field through the first upper electrode. Can be formed. In addition, the intensity of the electric field of the ICP method may be adjusted through the slit formed inside the second upper electrode. That is, the ratio and uniformity of the electric field formed on the substrate may be adjusted according to the adjustment of the RF power applied to the first upper electrode, the second upper electrode and the lower electrode, and the width and distribution of the slit. Therefore, the ion density of the process gas in the plasma state formed inside the chamber by the electric field can be adjusted uniformly.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (5)

가스 제공부를 통해 유입되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하는 공간을 제공하는 챔버;A chamber providing a space for forming a reaction gas flowing through the gas providing unit into a plasma state; 상기 챔버 내부에 구비되고, 하부 전극을 포함하는 기판 스테이지;A substrate stage provided in the chamber and including a lower electrode; 상기 챔버의 상부 외측면 상에 구비되고, 상기 챔버 내부로 제공되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 제1 전계를 생성하는 제1 상부 전극; 및A first upper electrode provided on an upper outer surface of the chamber and generating a first electric field for forming a reaction gas provided into the chamber in a plasma state; And 상기 챔버 내부에 구비되어 상기 기판 스테이지와 마주보며, 상기 제1 상부 전극에서 형성된 제1 전계의 일부만을 통과시키는 다수의 슬릿이 형성되어 있고, 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 제2 전계를 생성하는 제2 상부 전극을 포함하는 플라즈마 형성 장치.A plurality of slits are formed inside the chamber to face the substrate stage and pass only a portion of the first electric field formed in the first upper electrode, and a second electric field for forming the reaction gas into a plasma state is formed. Plasma forming apparatus comprising a second upper electrode to generate. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 상부 전극은 제1 RF 전원부에 연결되어 RF 파워를 공급받는 코일형 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 형성 장치.The plasma forming apparatus of claim 1, wherein the first upper electrode is a coiled electrode connected to a first RF power supply to receive RF power. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 상부 전극은 제2 RF 전원부에 연결되어 RF 파워를 공급받고, 동심원으로 배치된 슬릿이 형성된 원판형 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 형성 장치.The plasma forming apparatus of claim 1, wherein the second upper electrode is a disk-shaped electrode which is connected to a second RF power supply to receive RF power and has concentric slits. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 전극은 제3 RF 전원부에 연결되어 RF 파워를 공급받는 것을 특징으로 하는 플라즈마 형성 장치.The plasma forming apparatus of claim 1, wherein the lower electrode is connected to a third RF power supply to receive RF power. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 상면에는 윈도우가 형성되어 있고, 상기 윈도우는 유리 석영 또는 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 형성 장치.  The plasma forming apparatus of claim 1, wherein a window is formed on an upper surface of the chamber, and the window is formed of glass quartz or ceramic.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101068874B1 (en) * 2009-05-21 2011-09-30 세메스 주식회사 Apparatus for plasma processing for substrate
KR101253270B1 (en) * 2011-07-15 2013-04-10 김은준 Substrate alignment device
KR101362891B1 (en) * 2007-08-27 2014-02-17 주성엔지니어링(주) Apparatus for processing a thin film on substrate

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