KR100777151B1 - Hybrid coupled plasma reactor with icp and ccp functions - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 프로세싱 공정 성능과 생산성을 배가시키기 위해 용량성 및 유도성 결합 기능을 동시에 구현할 수 있는 하이브리드형 플라즈마 반응장치에 관한 것으로, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 소스 및 혼합 주파수 바이어스가 적절히 조화를 이루게 함으로써 ICP 타입의 플라즈마 반응장치의 장점을 극대화시키되, 낮은 해리영역에서 큰 이온 에너지, 높은 이온 밀도의 유지와 활성종 농도를 조절하기 위해 하부전극에 저주파수와 고주파수를 혼합하여 인가하며, 높은 해리영역에서 하부전극에 저주파수를 인가할 경우 이온에너지 세기가 급격히 저하되는 것을 보상하고 높은 이온 밀도 유지와 활성종 농도를 조절하기 위해 고주파수를 추가하여 인가하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hybrid plasma reactor capable of simultaneously implementing capacitive and inductive coupling functions in order to double the performance and productivity of a semiconductor processing process, wherein an inductively coupled plasma source and mixed frequency bias are properly balanced. Maximizes the advantages of the ICP type plasma reactor by maintaining a high dissociation area, and applies low and high frequencies to the lower electrode in order to maintain large ion energy, high ion density and control active species concentration. When the low frequency is applied to the lower electrode in the region, the ion energy intensity is rapidly compensated for, and high frequency is added to maintain high ion density and control the active species concentration.

ICP, CCP, 플라즈마, 하부전극, 웨이퍼, 하이브리드, 해리영역, 바이어스 ICP, CCP, Plasma, Lower Electrode, Wafer, Hybrid, Dissociation Region, Bias

Description

하이브리드형 플라즈마 반응장치 {HYBRID COUPLED PLASMA REACTOR WITH ICP AND CCP FUNCTIONS}Hybrid Plasma Reactor {HYBRID COUPLED PLASMA REACTOR WITH ICP AND CCP FUNCTIONS}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 다중 안테나가 구비된 ICP 소스부에서의 자기장 분포도이다.FIG. 2 is a magnetic field distribution diagram of an ICP source unit including the multiple antennas of FIG. 1.

도 3은 도 1의 다중 안테나가 구비된 ICP 소스부에서의 반지름 "r" 대비 두 코일간의 간격 "l"의 크기에 따른 자기장 세기를 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating magnetic field strength according to a size of a distance “l” between two coils versus a radius “r” in an ICP source unit including the multiple antennas of FIG. 1.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응장치에서의 간략한 공정 순서도이다.4 is a simplified process flowchart in the plasma reactor according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응장치에서의 간략한 공정 순서도이다.6 is a simplified process flowchart in the plasma reactor according to the second embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a third embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치에서의 간략한 공정 순서도이다.8 is a simplified process flowchart in the plasma reactor according to the third embodiment of the present invention.

도 9는 소스 파워 증가에 따른 플라즈마 이온 밀도 특성을 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing plasma ion density characteristics with increasing source power.

도 10, 도 11 및 도 12는 도 9의 RF 파워영역이 낮은 해리영역에서 높은 해 리영역으로 이동하면서 하부전극에 인가된 바이어스 파워의 주파수에 따라 하부전극에 형성된 자기 바이어스값(-VDC)의 변화에 대한 그래프이다.10, 11 and 12 illustrate the self bias value (-VDC) formed in the lower electrode according to the frequency of the bias power applied to the lower electrode while the RF power region of FIG. 9 moves from the lower dissociation region to the higher dissociation region. Graph of change.

도 13은 단일 주파수와 혼합 주파수와의 이온 에너지관계를 나타내는 그래프이다.13 is a graph showing an ion energy relationship between a single frequency and a mixed frequency.

도 14는 낮은 해리영역에서 바이어스 파워의 주파수 및 혼합 주파수에서 식각율과 식각 균일성에 대한 그래프이다.14 is a graph of etch rate and etch uniformity at the frequency and mixed frequency of the bias power in the low dissociation region.

도 15는 높은 해리영역에서 바이어스 파워의 주파수 및 혼합 주파수에서 식각율과 식각 균일성에 대한 그래프이다.15 is a graph of etch rate and etch uniformity at the frequency and mixed frequency of the bias power in the high dissociation region.

본 발명은 반도체 프로세싱용 플라즈마 반응장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 프로세싱 공정 성능과 생산성을 배가시키기 위해 용량성 및 유도성 결합 기능을 동시에 구현할 수 있는 하이브리드형 플라즈마 반응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor for semiconductor processing, and more particularly, to a hybrid plasma reactor capable of simultaneously implementing capacitive and inductive coupling functions to double semiconductor processing process performance and productivity.

통상적으로, 플라즈마를 이용한 건식 식각공정이 진행되는 플라즈마 반응장치는 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 용량성 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma ; 이하 CCP라 함) 타입과 유도성 플라즈마(Inductive Coupled Plasma ;이하 ICP라 함) 타입으로 구분된다.In general, a plasma reactor in which a dry etching process using plasma is performed has a type of capacitive coupled plasma (CCP) and inductive coupled plasma (ICP) according to a method of forming a plasma. ) Type.

공지된 바와 같이, CCP 타입의 플라즈마 반응장치는 동일한 RF 전력이 인가 될 때 플라즈마 챔버 내부의 이온 플럭스 에너지(Ion Flux Energy)는 주파수가 낮을수록 이에 비례하여 커지며, 이온 밀도(Ion Density)는 주파수가 높을수록 커진다. 이와 대조적으로, ICP 타입의 플라즈마 반응장치는 RF 파워가 증가함에 따라 반응가스 해리가 급격하게 일어나지 않는 낮은 해리영역과 급격히 해리가 일어나는 높은 해리영역으로 구분되며, 이 두 영역에서 상이한 물리적 특성을 갖게 된다. 즉, 낮은 해리영역에서는 CCP와 같은 물리적 특성을 보여주며, 높은 해리영역에서는 ICP RF 파워가 증가함에 따라 하부전극에 낮은 주파수가 인가될수록 이온 에너지의 세기가 급격히 저하되는 특성을 보여준다.As is known, in the case of a CCP type plasma reactor, when the same RF power is applied, ion flux energy inside the plasma chamber increases in proportion to the lower frequency, and ion density becomes higher. The higher the bigger In contrast, an ICP type plasma reactor is divided into a low dissociation region in which reactive gas dissociation does not occur abruptly as the RF power increases and a high dissociation region in which dissociation rapidly occurs, and these two regions have different physical properties. . That is, the low dissociation region shows the same physical characteristics as CCP, and in the high dissociation region, as the ICP RF power increases, as the lower frequency is applied to the lower electrode, the intensity of the ion energy decreases rapidly.

플라즈마를 이용한 건식 식각공정에는 절연막(산화물) 식각, 폴리/메탈(Poly/Metal) 식각 등이 있다.Dry etching processes using plasma include insulating layers (oxides), poly / metal (etching), and the like.

물리적인 식각이 지배적인, 절연막 식각을 위한 플라즈마 반응장치는 다중 주파수 RF 전력이 인가되는 내로우 갭(Narrow Gap)의 CCP 타입이 주류를 이루고 있다. 그러나, 이러한 CCP 타입의 플라즈마 반응장치는 높은 전기장을 이용하여 고에너지의 이온을 생성할 수 있다는 장점을 제공하지만, 그 특성상 이온 충격에 의한 프로세스 키트 손상(Process Kit Damage), 고 플라즈마 전위(High Plasma Potential)에 의한 아킹(Arcing) 문제, 여전히 낮은 플라즈마 밀도와 해리(Dissociation)에 기인하는 낮은 챔버 클리닝 주기(MTBC : Mean Time Between Cleaning) 효율 문제, 그리고 고주파수 전력을 적용함에 있어서 수반되는 하드웨어 설계 및 비용 문제들을 안고 있다.In the plasma reactor for etching an insulating layer, which is dominant in physical etching, a narrow gap CCP type to which multi-frequency RF power is applied is mainstream. However, such a CCP type plasma reactor provides the advantage of generating high energy ions using a high electric field, but due to its characteristics, Process Kit Damage, High Plasma Potential due to ion bombardment Potential arcing issues, low mean time between cleaning (MTBC) efficiency issues due to low plasma density and dissociation, and the hardware design and cost involved in applying high frequency power. I have problems.

한편, 절연막 식각과는 달리, 상대적으로 화학적인 식각이 지배적인 폴리/메 탈 식각에서는 ICP 타입이 주류를 이루고 있다. 이는 ICP 타입의 플라즈마 반응장치가 이온 밀도와 이온 에너지를 독립적으로 제어가능하고, 저압에서의 고밀도, 대면적의 플라즈마 발생이 용이하며, 적은 이온 에너지로 충분한 식각이 이루어질 수 있으므로 소자의 손상을 줄일 수 있다는 장점을 제공하기 때문이다.On the other hand, unlike the insulating layer etching, the ICP type dominates in poly / metal etching, which is relatively dominated by chemical etching. This is because the ICP type plasma reactor can control ion density and ion energy independently, it is easy to generate high density and large area plasma at low pressure, and sufficient etching can be performed with low ion energy, thereby reducing damage to the device. This is because it provides an advantage.

이러한 ICP 타입의 플라즈마 반응장치를 구현함에 있어서, 높은 안테나 전압에 의한 유전체 윈도우 손상문제, 넓은 영역대의 고/저 플라즈마 이온 밀도 및 균일성, 그리고 과잉 활성종의 농도 제어, 조절 가능한(Tunable) 이온 에너지 및 넓은 이온 에너지 분포 등은 매우 중요하다.In implementing such an ICP type plasma reactor, dielectric window damage due to high antenna voltage, high and low plasma ion density and uniformity over a large area, and control of the concentration of excess active species and tunable ion energy And wide ion energy distribution are very important.

그러나, 지금까지 개발된 ICP 타입의 플라즈마 반응장치는 고 플라즈마 이온 밀도를 얻는데는 성공하였으나, 과잉 활성종 농도 제어, 조절가능한 이온 에너지 및 넓은 이온 에너지 분포 등의 확보에는 실패하였다. 이로 인해, ICP 타입은 CCP 타입에 비해 고효율임에도 불구하고 절연막 식각 공정에서는 상대적으로 양호한 공정 성능(Process Performance)을 보여주지 못하였으며, 결과적으로 고 PR 선택비(Selectivity)를 확보하면서 고종횡비(High Aspect Ratio) 공정을 처리하는데에도 어려움이 따랐다.However, the ICP type plasma reactor developed so far has succeeded in obtaining high plasma ion density, but failed to secure excess active species concentration, controllable ion energy, and wide ion energy distribution. As a result, despite the higher efficiency of the ICP type than the CCP type, the insulating film etching process did not show a relatively good process performance. As a result, the high aspect ratio was achieved while securing high PR selectivity. Ratio) Difficulties involved in handling the process.

또한, 기존의 ICP 타입의 플라즈마 반응장치는 건식식각 공정을 수행함에 있어서 반응 가스의 과도한 해리(High Dissociation) 및 소스 파워의 증가에 따라 하부전극에 인가된 낮은 주파수 영역대에서 이온 에너지가 급격히 낮아지는 특성으로 인해, 식각 정지(Etch Stop), 챔버 매칭(Chamber Matching), 저 선택비 그리고 좁은 공정 윈도우 등을 갖게 된다.In addition, in the conventional ICP type plasma reactor, in the dry etching process, ion energy is rapidly lowered in the low frequency region applied to the lower electrode due to excessive dissociation of reactant gas and increase of source power. Due to their characteristics, they have etch stops, chamber matching, low selectivity, and narrow process windows.

이와 같이, 건식 식각공정에 있어서, 공정 성능 향상을 결정하는 중요한 요소에는 앞서 살펴본 바와 같이 조절가능한 이온 밀도, 조절 가능한 이온 에너지 및 이온 에너지 분포, 그리고 활성종 농도 조절 등이 있다. 아울러, 생산성을 높이기 위한 요소에는 MTBC의 획기적인 개선 등이 있다. 이를 실현하기 위해서는 고 이온 밀도와 동시에 저 이온 에너지 특성을 갖는 ICP 기능이 요구된다.As such, in the dry etching process, important factors for improving process performance include adjustable ion density, adjustable ion energy and ion energy distribution, and active species concentration control as described above. In addition, the factors for improving productivity include the drastic improvement of MTBC. In order to realize this, an ICP function having high ion density and low ion energy characteristics is required.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 CCP 타입 및 ICP 타입의 플라즈마 반응장치의 장점을 동시에 구현할 수 있는 하이브리드형 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a hybrid plasma generating apparatus that can simultaneously implement the advantages of the CCP type and ICP type plasma reactor.

본 발명의 다른 목적은 ICP 소스 파워 및 혼합 주파수 바이어스 파워가 적절히 조화를 이루게 함으로써 상기한 중요 요소들을 조절하되, 높은 PR 선택비, 높은 식각율을 얻음과 동시에 낮은 손상(Damage)과 고효율의 ICC(In-situ Chamber Clean)를 적용하여 MTBC를 극대화하고 CCP 타입에서 발생되는 만성적인 아킹 문제를 해결할 수 있는 하이브리드형 플라즈마 반응장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to adjust the above-mentioned important factors by properly matching the ICP source power and mixed frequency bias power, while achieving a high PR selectivity, high etch rate, and at the same time low damage and high efficiency ICC ( It is to provide hybrid plasma reactor that can maximize MTBC by applying In-situ Chamber Clean and solve chronic arcing problem that occurs in CCP type.

본 발명의 또다른 목적은 ICP 타입의 플라즈마 반응장치가 건식식각 공정을 수행함에 있어서 반응가스의 과도한 해리 억제, 높은 이온 밀도 유지, 및 하부전극(Cathode)에 저주파수를 인가할 경우에 일정 ICP 소스 파워 이상에서의 이온 에너지 세기의 급격한 감소 등을 보상함으로써 ICP 타입의 플라즈마 반응장치의 장점을 극대화시킬 수 있는 하이브리드형 플라즈마 반응장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a constant ICP source power when an ICP type plasma reactor suppresses excessive dissociation of a reaction gas, maintains high ion density, and applies a low frequency to a cathode in performing a dry etching process. The present invention provides a hybrid plasma reactor capable of maximizing the advantages of the ICP type plasma reactor by compensating for a sudden decrease in ion energy intensity.

본 발명의 또다른 목적은 ICP 타입의 플라즈마 반응장치에 저주파수 바이어 스 파워를 인가할 경우에 일정 ICP 소스 파워 영역 이상(높은 해리영역)에서 이온에너지가 급격히 낮아지는 것을 보상하고 큰 이온 밀도를 얻기 위해 고주파수를 추가하여 인가하는 것과, ICP 타입의 플라즈마 반응장치에 저주파수 바이어스 파워를 인가하여 일정 ICP 소스 파워 영역 이하(낮은 해리영역)에서 큰 이온 에너지를 갖게 하고 고주파수를 추가로 인가하여 큰 이온 밀도를 얻기 위한 하이브리드형 플라즈마 반응장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to compensate for the drastic reduction in ion energy above a certain ICP source power region (high dissociation region) when low frequency bias power is applied to an ICP type plasma reactor and to obtain a large ion density. Add high frequency and apply low frequency bias power to the ICP type plasma reactor to have large ion energy below a certain ICP source power region (low dissociation region), and apply high frequency to obtain large ion density. It is to provide a hybrid plasma reactor for.

본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드형 플라즈마 반응장치는, 상부에 실린더형 유전체 윈도우를 구비하는 챔버와, 상기 실린더형 유전체 윈도우의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 ICP 안테나 코일과, 상기 ICP 안테나 코일에 전기적으로 연결되어 ICP 소스 파워를 공급하는 ICP 소스 파워공급부를 포함하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 소스부(ICP 소스부); 바이어스 임피던스 매칭 및 바이어스 저주파수 대역만을 선택적으로 통과하도록 하는 저역통과필터와, 바이어스 저주파 발생기를 포함하고, 저주파수 RF 파워를 공급하는 저주파수 RF 파워공급부; 및 바이어스 임피던스 매칭 및 바이어스 고주파수 대역만을 선택적으로 통과하도록 하는 고역통과필터와, 바이어스 고주파 발생기를 포함하고, 고주파수 RF 파워를 공급하는 고주파수 RF 파워공급부를 포함하며, 상기 저주파수 RF 파워공급부와 고주파수 RF 파워공급부가 피처리 웨이퍼가 안착되는 하부전극과 전기적으로 상호 연결되어 상기 하부전극에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가된다. 상기 챔버 내부의 플라즈마 이온 밀도의 크기는, 변곡점 파워보다 더 작은 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나 코일에 공급될 때보다 상기 변곡점 파워보다 더 큰 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나 코일에 공급될 때 더 크다. 상기 ICP 안테나 코일에 공급되는 상기 ICP 소스 파워가 소정의 변곡점 파워보다 작을 때, 상기 챔버 내부에 주입된 반응 가스의 해리가 급격하게 일어나지 않는 낮은 해리영역에서의 식각 공정을 실행하고, 상기 ICP 안테나 코일에 공급되는 상기 ICP 소스 파워가 상기 변곡점 파워보다 클 때, 상기 챔버 내부에 주입된 반응 가스의 해리가 급격하게 일어나는 높은 해리영역에서의 식각 공정을 실행한다.The hybrid plasma reactor according to the first embodiment of the present invention includes a chamber having a cylindrical dielectric window thereon, an ICP antenna coil provided outside the cylindrical dielectric window to induce an RF electric field, and the ICP. An inductively coupled plasma source unit (ICP source unit) configured to include an ICP source power supply unit electrically connected to the antenna coil to supply ICP source power; A low pass RF power supply for supplying low frequency RF power, comprising a low pass filter for selectively passing only the bias impedance matching and the bias low frequency band, and a bias low frequency generator; And a high pass filter for selectively passing only a bias impedance matching and a bias high frequency band, and a high frequency RF power supply including a bias high frequency generator and supplying high frequency RF power, wherein the low frequency RF power supply and the high frequency RF power supply are provided. The low-frequency / high-frequency RF power is mixed and applied to the lower electrode to be electrically connected to the lower electrode on which the additional target wafer is to be seated. The magnitude of the plasma ion density inside the chamber is greater when the ICP source power that is greater than the inflection point power is supplied to the ICP antenna coil than when the ICP source power that is smaller than the inflection point power is supplied to the ICP antenna coil. Big. When the ICP source power supplied to the ICP antenna coil is smaller than a predetermined inflection point power, an etching process is performed in a low dissociation region in which dissociation of the reactive gas injected into the chamber does not occur abruptly, and the ICP antenna coil When the ICP source power supplied to the is greater than the inflection point power, the etching process in the high dissociation region where the dissociation of the reaction gas injected into the chamber occurs abruptly is performed.

본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드형 플라즈마 반응장치는, 상부에 실린더형 유전체 윈도우를 구비하는 챔버와, 상기 실린더형 유전체 윈도우의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 ICP 안테나 코일과, 상기 ICP 안테나 코일에 전기적으로 연결되어 ICP 소스 파워를 공급하는 ICP 소스 파워공급부를 포함하여 구성 되는 유도 결합 플라즈마 소스부(ICP 소스부); 피처리 웨이퍼가 안착되는 하부전극에 전기적으로 연결되어 바이어스 RF 파워를 공급하는 바이어스 RF 파워공급부; 및 상기 하부전극과 바이어스 RF 파워공급부 사이에 연결되어 상기 ICP 소스 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하기 위한 ICP 소스 파워 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A hybrid plasma reactor according to a second embodiment of the present invention includes a chamber having a cylindrical dielectric window thereon, an ICP antenna coil provided outside the cylindrical dielectric window to induce an RF electric field, and the ICP. An inductively coupled plasma source unit (ICP source unit) configured to include an ICP source power supply unit electrically connected to the antenna coil to supply ICP source power; A bias RF power supply unit electrically connected to the lower electrode on which the wafer to be processed is mounted to supply bias RF power; And an ICP source power switch unit connected between the lower electrode and the bias RF power supply unit to selectively supply the ICP source power to the lower electrode.

본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드형 플라즈마 반응장치는, 상부에 실린더형 유전체 윈도우를 구비하는 챔버와, 상기 실린더형 유전체 윈도우의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 ICP 안테나 코일과, 상기 ICP 안테나 코일에 전기적으로 연결되어 ICP 소스 파워를 공급하는 ICP 소스 파워공급부를 포함하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 소스부(ICP 소스부); 저주파수 RF 파워를 공급하는 저주파수 RF 파워공급부와 고주파수 RF 파워를 공급하는 고주파수 RF 파워공급부로 구성되고, 피처리 웨이퍼가 안착되는 하부전극과 전기적으로 상호연결되어 상기 하부전극에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가되도록 하는 바이어스 RF 파워공급부; 및 상기 하부전극과 바이어스 RF 파워공급부 사이에 연결되어 상기 ICP 소스 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하기 위한 ICP 소스 파워 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A hybrid plasma reactor according to a third embodiment of the present invention includes a chamber having a cylindrical dielectric window thereon, an ICP antenna coil provided outside the cylindrical dielectric window to induce an RF electric field, and the ICP. An inductively coupled plasma source unit (ICP source unit) configured to include an ICP source power supply unit electrically connected to the antenna coil to supply ICP source power; It consists of a low frequency RF power supply unit for supplying low frequency RF power and a high frequency RF power supply unit for supplying high frequency RF power, and is electrically interconnected with the lower electrode on which the wafer to be processed is placed to mix low frequency / high frequency RF power in the lower electrode A bias RF power supply to be applied; And an ICP source power switch unit connected between the lower electrode and the bias RF power supply unit to selectively supply the ICP source power to the lower electrode.

위에 언급된 본 발명의 특징들, 장점들 및 목적들이 달성되고 상세히 이해될 수 있는 방식, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더욱 상세한 설명이 첨부된 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 제공될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명 의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 본 발명은 다른 동등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있기 때문에 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주될 수 없다.In the manner in which the features, advantages and objects of the invention mentioned above can be achieved and understood in detail, a more detailed description of the invention briefly summarized above can be provided with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. have. However, the accompanying drawings show only typical embodiments of the invention, and therefore, the invention may not be considered as limiting the scope of the invention as it may allow for other equally effective embodiments.

이해를 돕기 위해, 가능한 한, 동일한 참조 번호들이 도면들에 공통인 동일한 구성 요소들을 나타내기 위해 사용된다.For ease of understanding, wherever possible, the same reference numbers are used to denote the same components that are common to the figures.

본 발명은 반도체, LCD 및 기타 집적회로 제조 공정에서 요구되는 플라즈마 특성들(예를 들어, 조절가능한 플라즈마 이온 밀도, 조절가능한 이온 에너지 분포, 조절가능한 이온 에너지, 조절가능한 활성종 및 저 이온 손상 플라즈마 등)을 제공하기 위한 하이브리드 타입의 플라즈마 발생장치 및 방법을 구현함에 있다. 이러한 플라즈마 특성들은 다중 안테나 코일 구조, 실린더형 유전체 윈도우, 챔버 상부에 구비되는 ICP 소스부, 및 하부전극에 인가되는 혼합 주파수 바이어스를 통해 제어될 수 있다.The present invention relates to plasma characteristics required in semiconductor, LCD and other integrated circuit fabrication processes (eg, adjustable plasma ion density, adjustable ion energy distribution, adjustable ion energy, adjustable active species and low ion damaging plasma, etc.). To provide a hybrid type plasma generating apparatus and method for providing a). These plasma characteristics may be controlled through a multi-antenna coil structure, a cylindrical dielectric window, an ICP source unit provided at the upper part of the chamber, and a mixed frequency bias applied to the lower electrode.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 다중 안테나가 구비된 ICP 소스부에서의 자기장 분포도이고, 도 3은 도 1의 다중 안테나가 구비된 ICP 소스부에서의 반지름 "r" 대비 두 코일간의 간격 "l"의 크기에 따른 자기장 세기를 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응장치에서의 간략한 공정 순서도이다.1 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a magnetic field distribution diagram of an ICP source unit including the multiple antennas of FIG. 1, and FIG. 3 is provided with the multiple antennas of FIG. 1. FIG. 4 is a view illustrating a magnetic field strength according to the size of the distance “l” between two coils in the ICP source unit, and FIG. 4 is a simplified process flowchart of the plasma reactor according to the first embodiment of the present invention. .

먼저, 도 1를 참조하면, 플라즈마 반응장치는 차폐 시일드(3)와, 그 상부에 실린더형 유전체 윈도우(11)를 구비하는 챔버(5)와, 실린더형 유전체 윈도우(11)의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 다중 안테나 코일(7)과, 다중 안테나(7)에 소스 파워를 인가하는 소스 파워공급부(10)로 구성되는 ICP 소스부(1), 저주파수의 바이어스 RF 파워를 공급하는 저주파수 RF 파워공급부(20), 및 고주파수의 바이어스 RF 파워를 공급하는 고주파수 RF 파워공급부(30)를 포함하며, 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 하부전극(17)에 전기적으로 상호연결되어 하부전극(17)에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가된다.First, referring to FIG. 1, the plasma reactor includes a shielding shield 3, a chamber 5 having a cylindrical dielectric window 11 thereon, and an exterior of the cylindrical dielectric window 11. Low frequency for supplying a low frequency bias RF power, an ICP source part (1) consisting of a multiple antenna coil (7) for inducing an RF electric field, a source power supply (10) for applying source power to the multiple antenna (7) RF power supply 20, and a high frequency RF power supply 30 for supplying a high frequency bias RF power, the low frequency RF power supply 20 and the high frequency RF power supply 30 is electrically connected to the lower electrode 17 The low frequency / high frequency RF power is mixed and applied to the lower electrode 17.

본 발명에서의 ICP 플라즈마 소스부(1)는 일례로 다중 안테나 코일(7)을 가지며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 균일한 자기장(Magnetic Field) 특성을 제공하며, 도 9의 플라즈마 특성을 갖는다. 이는 이후에 설명하는 바와 같이 균일한 이온 밀도, 그리고 낮은 해리영역 및 높은 해리영역을 선택적으로 사용하는 것이 가능하게 한다.In the present invention, the ICP plasma source unit 1 has, for example, a multi-antenna coil 7 and provides a uniform magnetic field characteristic as shown in FIGS. 2 and 3, and the plasma characteristic of FIG. 9. Has This makes it possible to selectively use a uniform ion density, and a low dissociation region and a high dissociation region as described later.

실린더형 유전체 윈도우(11)는 벌크 플라즈마(Bulk Plasma)와 피처리물인 웨이퍼가 안착되는 하부전극(17) 상부의 세라믹 정전기척(CESC : Ceramic Elctro-Static Chuck)(도시되지 않음)과의 일정한 거리를 확보하게 하여 이온 밀도와 이온 에너지의 독립적인 제어를 가능케 한다. 이는 피처리물에 대한 물리적인 손상을 최소화 하면서 효과적인 식각이 가능하게 한다.The cylindrical dielectric window 11 has a constant distance from a bulk plasma and a ceramic electrostatic chuck (CESC) (not shown) on the lower electrode 17 on which the wafer to be processed is placed. It allows to control the ion density and ion energy independently. This enables effective etching while minimizing physical damage to the workpiece.

실린더형 유전체 윈도우(11)의 외곽에는 다중 안테나 코일(7)이 위치하게 되며, 윗면은 편평하게 구성되어 있다. 이는 유전체 윈도우(11)의 상부에 가스 주입 시스템(Gas Injection System)(31)을 위치시켜 식각중에 발생되는 식각 부산물(Etching By-product)을 배기 홀로 효율적으로 배기되도록 하며, 그결과 피처리물 전면에 대해서 일정한 체류 시간(Residence Time)을 제공함으로써 넓은 공정 윈도우를 갖을 수 있게 한다. 또한, 이는 유전체 윈도우의 상부에 확보된 공간에 모니터링 시스템을 장착시킬 수 있으므로 하드웨어 설계에 있어서 유연성을 제공한다.At the outside of the cylindrical dielectric window 11, the multi-antenna coil 7 is located, and the upper surface is flat. This allows the gas injection system 31 to be positioned on top of the dielectric window 11 so that etching by-products generated during etching can be efficiently exhausted into the exhaust hole, and as a result, the front of the workpiece By providing a constant residence time for, it is possible to have a wide process window. It also provides flexibility in hardware design because the monitoring system can be mounted in the space reserved on top of the dielectric window.

다중 안테나 코일(7)은 도 2에 도시된 바와 같이 1차 안테나 코일군(21)과 2차 안테나 코일군(23)으로 구성되는데, 각각의 안테나 코일군은 복수개의 안테나들이 병렬로 연결되며, 1차 안테나 코일군과 2차 안테나 코일군은 코일 반지름(r) 만큼 혹은 그보다 작은 거리만큼 또는 큰 거리만큼 이격하여 위치하게 된다. 두 안테나 코일군의 거리 “l”을 조정함으로써 챔버 내에 인가되는 자기장의 세기를 적절히 조절할 수 있다. 이는 이온 밀도 균일도/세기, 균일한 식각율을 얻기 위한 챔버 설계에 유용한 유연성을 제공한다.The multi-antenna coil 7 is composed of a primary antenna coil group 21 and a secondary antenna coil group 23, as shown in Figure 2, each antenna coil group is a plurality of antennas are connected in parallel, The primary antenna coil group and the secondary antenna coil group may be spaced apart by the coil radius r or a distance smaller or larger than the coil radius r. By adjusting the distance “l” of the two antenna coil groups, the strength of the magnetic field applied to the chamber can be adjusted appropriately. This provides useful flexibility in chamber design to achieve ion density uniformity / intensity and uniform etch rate.

상기한 조건들을 만족하고 각 안테나 코일군의 전류 방향을 같게 하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 기존 솔레노이드 형태의 안테나 코일에 비해 균일하고 더 큰 자기장의 세기를 얻을 수 있다. 이는 챔버 내에서 균일하고 높은 플라즈마 이온 밀도 구현을 가능하게 한다.When the above conditions are satisfied and the current direction of each antenna coil group is the same, as shown in FIG. 3, a uniform and larger magnetic field strength can be obtained as compared to the conventional solenoid type antenna coil. This allows for uniform and high plasma ion density implementations in the chamber.

또한, 복수개의 안테나들로 구성된 1차 안테나 코일군(21)과 2차 안테나 코일군(23)은 낮은 리액턴스(Reactance) 값을 갖게 되어 상대적으로 적은 안테나 전압을 복수개의 안테나에 분산되어 인가되도록 한다. 이로 인해, 낮은 스퍼터링 효과를 얻을 수 있고, 스퍼터링에 의해 기인되는 유전체 윈도우의 손상 및 오염(contamination) 문제를 최소화할 수 있다.In addition, the primary antenna coil group 21 and the secondary antenna coil group 23 composed of a plurality of antennas have a low reactance value so that a relatively low antenna voltage is distributed and applied to the plurality of antennas. . As a result, a low sputtering effect can be obtained and the problem of damage and contamination of the dielectric window caused by sputtering can be minimized.

아울러, 낮은 RF 전력(20W 미만)에서의 플라즈마 가동(Strike)과 유지 (Sustain)가 가능하다. 이는 도 9에 도시된 바와 같이 ICP 플라즈마 소스에서 비교적 넓은 영역의 낮은 해리영역과 높은 해리영역을 확보할 수 있게 하여 절연막 식각 공정에서의 유연성을 확보하게 된다. 즉, ICP 플라즈마 소스의 특성인 높은 해리를 조절함으로써 라디컬(Radical) 농도를 조절할 수 있게 한다. 또한, 일정 RF 전력 이상(약 500 ~ 700W)에서는 높은 이온 밀도와 높은 해리영역을 얻을 수 있으므로 낮은 손상과 고효율의 ICC(In-situ Chamber Clean)를 구현하여 MTBC를 극대화하고 CCP에서 발생되는 만성적인 챔버 아킹 문제와 프로세스 키트의 손상 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.In addition, plasma strike and sustain at low RF power (less than 20W) are possible. As shown in FIG. 9, it is possible to secure a low dissociation area and a high dissociation area of a relatively large area in the ICP plasma source, thereby securing flexibility in the insulating film etching process. That is, by controlling the high dissociation characteristic of the ICP plasma source, it is possible to control the radical concentration. In addition, high ion density and high dissociation area can be obtained above a certain RF power (approximately 500 ~ 700W), thereby realizing low damage and high efficiency in-situ chamber clean (ICC) to maximize MTBC and chronic The problem of chamber arcing and damage to the process kit can be effectively solved.

다중 안테나 코일(7)에는 소스 파워공급부(10)가 전기적으로 연결되어 소스 파워가 공급되는데, 소스 파워공급부(10)는 소스 임피던스 매칭을 위한 소스 임피던스 매칭회로(22)와 소스 고주파 발생기(26)가 각각 연결되어 구성된다.A source power supply 10 is electrically connected to the multiple antenna coil 7 to supply source power. The source power supply 10 includes a source impedance matching circuit 22 and a source high frequency generator 26 for source impedance matching. Are each connected and configured.

어셈블리(Assembly) 지지대(15)는 챔버(5) 내에 배치되어 피처리물인 웨이퍼(W)를 안착시키고 바이어스 파워가 인가되는 하부전극(17)을 제공한다. 어셈블리 지지대(15)는 챔버 바디(13)에 물리적으로 고정되고 전기적으로 연결되어 접지되게 되며, 하부전극(17)과 절연체(19)에 의하여 전기적으로 분리되게 된다. 여기서 피처리물인 웨이퍼는 하부전극(17)상부 CESC(Ceramic Elctro-Static Chuck)(도시되지 않음)에 의해 고정된다. 하부전극(17)에는 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 전기적으로 상호연결되어 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가된다.The assembly support 15 is disposed in the chamber 5 to seat the wafer W to be processed and provide a lower electrode 17 to which bias power is applied. The assembly support 15 is physically fixed to the chamber body 13 and electrically connected to the ground, and is electrically separated by the lower electrode 17 and the insulator 19. Here, the wafer to be processed is fixed by CESC (Ceramic Elctro-Static Chuck) (not shown) on the lower electrode 17. The low frequency RF power supply unit 20 and the high frequency RF power supply unit 30 are electrically connected to the lower electrode 17 so that low frequency / high frequency RF power is mixed and applied.

저주파수 RF 파워공급부(20)는 저주파수의 바이어스 RF 파워를 공급하며, 바 이어스 임피던스 매칭 및 바이어스 고주파 부근의 저주파수 대역만을 선택적으로 통과하도록 하는 바이어스 임피던스 매칭회로/저역통과필터(LF Match/LPF)(24)와 바이어스 저주파 발생기(27)가 각각 연결되어 구성된다.The low frequency RF power supply unit 20 supplies bias RF power of low frequency, and bias impedance matching circuit / low pass filter (LF Match / LPF) 24 to selectively pass only bias frequency matching and low frequency band near the bias high frequency. ) And the bias low frequency generator 27 are connected to each other.

고주파수 RF 파워공급부(30)는 고주파수의 바이어스 RF 파워를 공급하며, 바이어스 임피던스 매칭 및 바이어스 고주파 부근의 고주파수 대역만을 선택적으로 통과하도록 하는 바이어스 임피던스 매칭회로/고역통과필터(HF Match/HPF)(25)와 바이어스 고주파 발생기(28)가 각각 연결되어 구성된다.The high frequency RF power supply unit 30 supplies high frequency bias RF power, and bias impedance matching circuit / high pass filter (HF Match / HPF) 25 to selectively pass only the bias impedance matching and the high frequency band near the bias high frequency. And bias high frequency generators 28 are connected to each other.

상기한 도 1의 구성을 갖는 플라즈마 반응장치에 있어서, 건식식각을 수행하기 위해서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 피처리물인 웨이퍼는 하부전극(17) 상부의 CESC(도시되지 않음)에 의해 고정되며, 반응 가스가 가스 주입 시스템(31)을 통해 챔버(5) 내로 공급되고 진공 펌프(도시되지 않음)와 압력 조절장치(도시되지 않음)가 챔버(5) 내의 압력을 동작 압력으로 유지한다.In the plasma reactor having the configuration of FIG. 1, in order to perform dry etching, as shown in FIG. 4, the wafer, which is a workpiece, is fixed by CESC (not shown) on the lower electrode 17. The reaction gas is supplied into the chamber 5 through the gas injection system 31 and a vacuum pump (not shown) and a pressure regulator (not shown) maintain the pressure in the chamber 5 at the operating pressure.

ICP 플라즈마 소스부(1)에 의해 형성되는 플라즈마는 물리/화학적인 측면에서 두 가지 모드를 얻을 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, ICP 소스 파워가 증가함에 따라 특정 이온 밀도가 크게 증가하지 않는 낮은 해리영역(CCP 모드)과 급격히 해리가 일어나는 높은 해리영역(ICP 모드)으로 분리된다.The plasma formed by the ICP plasma source unit 1 can obtain two modes in terms of physical and chemical aspects. As shown in FIG. 9, as the ICP source power increases, the battery is separated into a low dissociation region (CCP mode) in which a specific ion density does not increase significantly and a high dissociation region (ICP mode) in which dissociation rapidly occurs.

즉, 일정 RF 소스 파워 이하에서는 해리가 급격히 일어나지 않는 CCP 특성을 갖게 되며, 일정 RF 소스 파워 이상에서는 해리가 급격히 일어나는 ICP 고유의 특성을 보여준다. 여기서, 일정 RF 파워는 "변곡점 파워"로 정의한다. 예를 들어, 변 곡점 파워는 200mm 웨이퍼용 챔버 기준으로 약 500 내지 700W 범위에 있게 된다. 물론, 반응장치의 크기, 형태 및 공정 조건에 따라 변곡점 파워는 커지거나 작아질 수 있다.That is, it exhibits a CCP characteristic in which dissociation does not occur abruptly below a certain RF source power, and exhibits inherent characteristics of ICP in which dissociation occurs abruptly above a certain RF source power. Here, the constant RF power is defined as "inflection point power". For example, the inflection point power will be in the range of about 500 to 700 W based on the chamber for the 200 mm wafer. Of course, the inflection point power may be larger or smaller depending on the size, shape and process conditions of the reactor.

공정에서 요구되는 압력에 도달하면, 식각모드의 공정 특성에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.When the pressure required for the process is reached, it can be selectively used depending on the process characteristics of the etching mode.

낮은 해리영역에서의 식각공정이 수행되는 경우에는 변곡점 파워 이하로 전력을 설정하고, 높은 해리영역에서의 식각공정이 수행되는 경우에는 변곡점 파워 이상으로 파워를 설정한다. 파워 설정이 완료되면, 소스 파워공급부(10), 저주파수 RF 파워공급부(20), 및 고주파수 RF 파워공급부(30)가 턴온되어 다중 안테나 코일(7)에 소스 파워공급부(10)로부터 일정한 RF 전력이 인가되면서 챔버 내에 플라즈마가 형성되며, 하부전극(17)에는 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가된다.When the etching process in the low dissociation region is performed, the power is set below the inflection point power. When the etching process in the high dissociation region is performed, the power is set above the inflection point power. When the power setting is completed, the source power supply unit 10, the low frequency RF power supply unit 20, and the high frequency RF power supply unit 30 are turned on so that a constant RF power is supplied from the source power supply unit 10 to the multi-antenna coil 7. Plasma is formed in the chamber while being applied, and low-frequency / high-frequency RF power is mixed and applied to the lower electrode 17.

다시 말해서, 상부의 ICP 플라즈마 소스부(1)에서 공정 특성에 적합한 플라즈마가 발생됨과 동시에 하부전극(17)에 고/저주파수 RF 전력이 혼합 주파수 형태로 공정 특성에 맞게 인가시켜 원하는 공정이 이루어지게 하며, 낮은 해리영역 및 높은 해리영역에서 ICP 소스 파워, 하부전극에 인가된 저/고 주파수 RF 전력의 양을 적절히 조절함으로써 급격히 낮아지는 이온 에너지의 세기/이온 밀도의 크기/활성종 농도 조절이 가능하여 빠른 식각율, 고 선택비, 넓은 공정 윈도우를 확보할 수 있다.In other words, while plasma suitable for the process characteristics is generated in the upper ICP plasma source unit 1, high / low frequency RF power is applied to the lower electrode 17 in the form of a mixed frequency according to the process characteristics to achieve a desired process. By controlling the ICP source power and the amount of low / high frequency RF power applied to the lower electrode in the low dissociation region and the high dissociation region, the intensity of ion energy / ion density / active species concentration can be controlled. Fast etch rates, high selectivity, and wide process windows can be achieved.

식각 공정이 이루어지는 동안, 식각 부산물들은 배기 시스템에 의해 배기되며, 일부는 챔버(5)의 외벽에 증착되게 된다. 이는 공정 특성을 변화시킴과 동시에 분진으로 존재하여 피처리물에 심각한 오염 문제를 일으키게 되므로 품질과 생산성 저하를 가져오게 된다. 이를 극복하기 위해, 플라즈마를 이용한 ICC(In-situ Chamber Clean)이 수행된다.During the etching process, the etch byproducts are exhausted by the exhaust system and some of them are deposited on the outer wall of the chamber 5. This changes the process characteristics and, at the same time, is present as dust, causing serious contamination problems to the workpiece, resulting in deterioration of quality and productivity. To overcome this, in-situ chamber clean (ICC) using plasma is performed.

ICC 수행을 위한 클리닝 모드에 진입하면, ICP 소스 파워만을 이용하여, 즉 소스 파워공급부(10)로부터의 RF 파워를 이용하여 웨이퍼리스 고밀도 건식 식각 절차를 수행한다.When entering the cleaning mode for performing ICC, the waferless high density dry etching procedure is performed using only the ICP source power, that is, the RF power from the source power supply 10.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응장치에서의 간략한 공정 순서도이다.5 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention, Figure 6 is a simplified process flow chart in the plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제1 실시예와 비교할 때 하부전극(17)과 바이어스 RF 파워공급부(50) 사이에 연결되어 ICP 소스부(1)의 소스 파워공급부(40)로부터 소스 파워를 선택적으로 하부전극(17)에 공급하기 위한 소스 파워 스위치부(42)를 포함하고, 소스 파워공급부(40) 및 바이어스 RF 파워공급부(50)는 각각 저주파수 RF 파워공급부 또는 고주파수 RF 파워공급부로 구성되어 저주파수 혹은 고주파수 중 1개의 주파수만을 선택하여 사용하도록 한다는 차이를 가진다.Referring to FIG. 5, the source power is selectively lowered from the source power supply 40 of the ICP source unit 1 by being connected between the lower electrode 17 and the bias RF power supply unit 50 as compared with the first embodiment. A source power switch 42 for supplying the electrode 17, the source power supply 40 and the bias RF power supply 50 is composed of a low frequency RF power supply or a high frequency RF power supply, respectively, low frequency or high frequency The difference is that only one frequency is selected and used.

만약 바이어스 RF 파워공급부(50)가 저주파수의 RF 파워공급부로 구성되어 하부전극(17)에 저주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 소스 파워공급부(40)가 고주파수의 RF 파워공급부로 구성되어 소스 파워 스위치부(42)에 의해 선택적으로 하부전극(17)에 고주파수 RF 파워를 공급한다.If the bias RF power supply unit 50 is configured as a low frequency RF power supply unit to supply low frequency RF power to the lower electrode 17, the source power supply unit 40 is configured as a high frequency RF power supply unit and a source power switch. The unit 42 selectively supplies high frequency RF power to the lower electrode 17.

만약 바이어스 RF 파워공급부(50)가 고주파수의 RF 파워공급부로 구성되어 상기 하부전극에 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 소스 파워공급부(40)가 저주파수의 RF 파워공급부로 구성되어 소스 파워 스위치부(42)에 의해 선택적으로 하부전극(17)에 저주파수 RF 파워를 공급하게 된다.If the bias RF power supply unit 50 is configured to be a high frequency RF power supply unit to supply high frequency RF power to the lower electrode, the source power supply unit 40 is configured to be a low frequency RF power supply unit to provide a source power switch unit ( 42 selectively supplies the low frequency RF power to the lower electrode 17.

소스 파워 스위치부(42)는 소스 파워 주파수에 튜닝되어 소스 파워를 공급하는 소스 파워 필터(37)와 RF 파워공급을 단속하기 위한 스위치(39)로 구성된다.The source power switch 42 is composed of a source power filter 37 that is tuned to the source power frequency to supply source power and a switch 39 to control the RF power supply.

도 6를 참조하면, 공정에서 요구되는 압력에 도달하면, 식각모드의 공정 특성에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.Referring to Figure 6, when the pressure required in the process, it can be selectively used according to the process characteristics of the etching mode.

낮은 해리영역에서의 식각공정이 수행되는 경우에는 *변곡점 파워 이하로 전력을 설정하고, 높은 해리영역에서의 식각공정이 수행되는 경우에는 *변곡점 파워 이상으로 파워를 설정한다. 파워 설정이 완료되면, 소스 파워공급부(40), 소스 파워 스위치부(42), 바이어스 RF 파워공급부(50)가 턴온되어 바이어스 RF 파워공급부(50)가 하부전극(17)에 바이어스 RF 파워를 공급하는 동안 소스 파워공급부(40)가 다중 안테나 코일(7) 및 소스 파워 스위치부(42)에 의해 선택적으로 하부전극(17)에 RF 파워를 공급한다.When the etching process in the low dissociation region is performed, the power is set below the inflection point power. When the etching process in the high dissociation region is performed, the power is set above the inflection point power. When the power setting is completed, the source power supply 40, the source power switch 42, and the bias RF power supply 50 are turned on so that the bias RF power supply 50 supplies the bias RF power to the lower electrode 17. In the meantime, the source power supply 40 selectively supplies the RF power to the lower electrode 17 by the multiple antenna coil 7 and the source power switch 42.

제2 실시예의 플라즈마 반응장치에서는, 식각모드에 진입하면 소스 파워 스위치부(42)를 온시키고 식각공정을 수행하며, ICC 수행을 위한 클리닝 모드에 진입하면 ICP 소스 파워 스위치부(42)를 오프 시켜 소스 파워가 다중 안테나 코일(7)에만 인가되게 하여 ICP 소스부(1)를 통한 웨이퍼리스 고밀도 건식 식각 절차를 수행한다.In the plasma reactor according to the second embodiment, the source power switch unit 42 is turned on when the etching mode is entered and the etching process is performed. When the cleaning mode for performing the ICC is performed, the ICP source power switch unit 42 is turned off. The source power is applied only to the multi-antenna coil 7 to perform a waferless high density dry etching procedure through the ICP source unit 1.

제2 실시예의 플라즈마 반응장치는 제1 실시예의 플라즈마 반응장치에 준하는 성능을 얻으면서, 2대의 RF 발생기(33, 35)와 2개의 임피던스 매칭회로/필터(29, 31)로 3대의 RF 발생기와 3개의 임피던스 매칭회로/필터를 대체할 수 있기 때문에 비용과 설비 크기를 줄일 수 있는 장점을 제공한다.The plasma reactor of the second embodiment achieves performance comparable to that of the plasma reactor of the first embodiment, with three RF generators 33 and 35 and two impedance matching circuits / filters 29 and 31. The replacement of three impedance matching circuits / filters offers the advantage of reducing cost and equipment size.

제2 실시예에서의 *변곡점 파워는 ICP 소스 파워가 ICP 소스부의 안테나와 하부전극에 이중으로 인가되도록 하기 때문에 제1 실시예에서의 변곡점 파워에 비해 더 커지게 된다.The inflection point power in the second embodiment is larger than the inflection point power in the first embodiment because the ICP source power is applied to the antenna and the lower electrode of the ICP source part in a double manner.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 구성도이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치에서의 간략한 공정 순서도이다.7 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a third embodiment of the present invention, Figure 8 is a simplified process flow chart in a plasma reactor according to a third embodiment of the present invention.

도 7를 참조하면, 제3 실시예의 플라즈마 반응장치는 제1 및 제2 실시예의 플라즈마 반응장치 결합으로 볼 수 있는데, 바이어스 RF 파워공급부가 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)로 구성된다는 점에서는 제1 실시예와 유사하고, 소스 파워를 선택적으로 하부전극(17)에 공급하기 위한 소스 파워 스위치부(42)를 포함한다는 점에서는 제2 실시예와 유사하다.Referring to FIG. 7, the plasma reactor of the third embodiment may be viewed as a combination of the plasma reactors of the first and second embodiments, wherein the bias RF power supply unit includes a low frequency RF power supply unit 20 and a high frequency RF power supply unit 30. The configuration is similar to that of the first embodiment, and similar to the second embodiment in that it includes a source power switch 42 for selectively supplying source power to the lower electrode 17.

즉, 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 하부전극(17)과 전기적으로 상호연결되어 하부전극에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가되도록 하며, 소스 파워 스위치부(42)가 소스 파워를 선택적으로 하부전극에 공급하도록 구성된다.That is, the low frequency RF power supply unit 20 and the high frequency RF power supply unit 30 are electrically interconnected with the lower electrode 17 so that the low frequency / high frequency RF power is mixed and applied to the lower electrode, and the source power switch unit 42 is used. Is configured to selectively supply source power to the lower electrode.

바이어스 RF 파워공급부인 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 각각 하부전극(17)에 저주파수 RF 파워와 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 소스 파워공급부(10)는 소스 파워 스위치부(42)에 의해 하부전극에 인가된 저주파수 RF 파워보다 더 낮은 저주파수 RF 파워를 선택적으로 하부전극에 공급할 수 있다.When the low frequency RF power supply unit 20 and the high frequency RF power supply unit 30, which are the bias RF power supply unit, respectively supply the low frequency RF power and the high frequency RF power to the lower electrode 17, the source power supply unit 10 is the source power. The switch unit 42 may selectively supply a lower frequency RF power lower than the low frequency RF power applied to the lower electrode to the lower electrode.

또한, 바이어스 RF 파워공급부인 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 각각 하부전극에 저주파수 RF 파워와 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 소스 파워공급부(10)는 소스 파워 스위치부(42)에 의해 하부전극에 인가된 저주파수 RF 파워보다 크고 고주파수 RF 파워 보다 작은 주파수 RF 파워를 선택적으로 하부전극에 공급할 수 있다.In addition, when the low frequency RF power supply unit 20 and the high frequency RF power supply unit 30, which are the bias RF power supply unit, respectively supply the low frequency RF power and the high frequency RF power to the lower electrode, the source power supply unit 10 is the source power switch. The unit 42 may selectively supply the lower electrode with a frequency RF power greater than the low frequency RF power applied to the lower electrode and smaller than the high frequency RF power.

또한, 바이어스 RF 파워공급부인 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 각각 하부전극에 저주파수 RF 파워와 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 소스 파워공급부(10)가 소스 파워 스위치부(42)에 의해 하부전극에 인가된 고주파수 RF 파워보다 더 큰 고주파수 RF 파워를 선택적으로 하부전극(17)에 공급할 수 있다.In addition, when the low frequency RF power supply unit 20 and the high frequency RF power supply unit 30, which are the bias RF power supply unit, respectively supply the low frequency RF power and the high frequency RF power to the lower electrode, the source power supply unit 10 is the source power switch. The high frequency RF power larger than the high frequency RF power applied to the lower electrode by the unit 42 may be selectively supplied to the lower electrode 17.

도 8을 참조하면, 공정에서 요구되는 압력에 도달하면, 식각모드의 공정 특성에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.Referring to FIG. 8, when the pressure required in the process is reached, it may be selectively used according to the process characteristics of the etching mode.

낮은 해리영역에서의 식각공정이 수행되는 경우에는 *변곡점 파워 이하로 전력을 설정하고, 높은 해리영역에서의 식각공정이 수행되는 경우에는 *변곡점 파워 이상으로 파워를 설정한다. 파워 설정이 완료되면, 소스 파워공급부(10), 바이어스 RF 파워공급부(20, 30), 소스 파워 스위치부(42)가 턴온되어 저주파수 RF 파워공급부(20)와 고주파수 RF 파워공급부(30)가 하부전극(17)에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가되도록 하며, 소스 파워 스위치부(42)가 소스 파워를 선택적으로 하부전극(17)에 공급한다.When the etching process in the low dissociation region is performed, the power is set below the inflection point power. When the etching process in the high dissociation region is performed, the power is set above the inflection point power. When the power setting is completed, the source power supply unit 10, the bias RF power supply units 20 and 30, and the source power switch unit 42 are turned on so that the low frequency RF power supply unit 20 and the high frequency RF power supply unit 30 are lowered. The low frequency / high frequency RF power is mixed and applied to the electrode 17, and the source power switch unit 42 selectively supplies the source power to the lower electrode 17.

제3 실시예의 플라즈마 반응장치에서는, 식각모드에 진입하면 소스 파워 스위치부(42)를 온시키고 식각공정을 수행하며, ICC 수행을 위한 클리닝 모드에 진입하면 ICP 소스 파워 스위치부(42)를 오프 시켜 소스 파워가 다중 안테나 코일(7)에만 인가되게 하여 ICP 소스부(10)를 통한 웨이퍼리스 고밀도 건식 식각 절차를 수행한다.In the plasma reactor according to the third embodiment, the source power switch unit 42 is turned on when the etching mode is entered and the etching process is performed. When the cleaning mode for performing the ICC is performed, the ICP source power switch unit 42 is turned off. The source power is applied only to the multi-antenna coil 7 to perform a waferless high density dry etching procedure through the ICP source unit 10.

제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치는 대면적 웨이퍼(300mm, 450mm 등)를 위한 확장성 목적으로 제안된 것으로, 3대의 RF 발생기(26, 27, 28)와 3개의 임피던스 매칭회로/필터(22, 24, 25)로 4대의 RF 발생기와 4개의 임피던스 매칭회로/필터를 대체할 수 있기 때문에 비용과 설비 크기를 줄일 수 있다.The plasma reactor according to the third embodiment is proposed for scalability for a large area wafer (300 mm, 450 mm, etc.), and includes three RF generators 26, 27, 28 and three impedance matching circuits / filters 22. 24, 25) can replace four RF generators and four impedance matching circuits / filters, reducing cost and equipment size.

제3 실시예에서의 *변곡점 파워는 ICP 소스 파워가 ICP 소스부의 안테나와 하부전극에 이중으로 인가되기 때문에 제1 실시 예에서의 변곡점 파워에 비해 더 커지게 된다.The inflection point power in the third embodiment is larger than the inflection point power in the first embodiment because the ICP source power is applied to the antenna and the lower electrode of the ICP source unit in double.

본 발명의 작용을 구체적으로 설명하기 위해 ICP 특성에 관한 그래프를 도 9에 예시하고 있다. 이 그래프는 (주)큐피에스의 ICP 반응로(특허 출원번호10-2005-0065381)에서 소스 파워 증가에 따른 플라즈마 이온 밀도 특성을 보여주고 있다. In order to explain the operation of the present invention in detail, a graph of ICP characteristics is illustrated in FIG. 9. This graph shows plasma ion density characteristics with increasing source power in KCP's ICP reactor (Patent Application No. 10-2005-0065381).

도 9를 참조하면, ICP 플라즈마는 RF 파워가 증가함에 따라 반응가스 해리가 급격하게 일어나지 않는 낮은 해리영역과 급격히 해리가 일어나는 높은 해리영역으로 구분된다. 즉 일정 RF 파워 영역 이하에서는 해리가 급격히 일어나지 않는 CCP 특성을 갖게 되며, 일정 RF 파워 영역 이상에서는 해리가 급격히 일어나는 ICP 고유의 특성을 보여준다.Referring to FIG. 9, the ICP plasma is divided into a low dissociation region in which reactive gas dissociation does not occur rapidly and a high dissociation region in which dissociation rapidly occurs as RF power increases. That is, it has a CCP characteristic in which dissociation does not occur abruptly under a certain RF power region, and shows an inherent characteristic of ICP in which dissociation rapidly occurs in a certain RF power region.

아울러, 하부전극(Cathode)에 안착된 웨이퍼를 처리하기 위해서는 ICP 소스 파워에 부가하여 하부전극에 바이어스 파워를 인가해야 된다. 여기서, 각기 다른 주파수(Low/Medium/High Frequency)를 갖는 바이어스 파워들과 혼합 주파수를 갖는 바이어스 파워를 인가하여 ICP 플라즈마의 두가지 특성, 즉 낮은 해리영역과 높은 영역에서 이온 에너지의 크기를 결정하는 자기 바이어스값(Self-Bias)(-VDC)의 특성을 비교하고, 각 경우에 어떤 프로세스 결과를 얻을 수 있는지 예측해 보면, 종래의 ICP 타입 반응장치를 채택한 식각 설비중의 하나인 절연막 식각장치들이 좋은 결과를 얻지 못한 이유와, 많은 시스템들이 생산 라인에서 퇴출된 이유를 알 수 있다.In addition, in order to process the wafer seated on the lower electrode (Cathode), a bias power should be applied to the lower electrode in addition to the ICP source power. Here, by applying bias powers having different frequencies (Low / Medium / High Frequency) and bias power having a mixed frequency, the magnetic properties that determine the magnitude of ion energy in two characteristics of the ICP plasma, that is, low dissociation region and high region, are determined. By comparing the characteristics of the self-bias (-VDC) and predicting which process results can be obtained in each case, the insulating film etchers, one of the etch facilities employing the conventional ICP type reactor, have good results. It is possible to find out why it was not obtained and why many systems were withdrawn from the production line.

도 10, 도 11 및 도 12는 도 9의 RF 파워영역이 낮은 해리영역에서 높은 해리영역으로 이동하면서 하부전극에 인가된 바이어스 파워의 주파수에 따라 하부전극에 형성된 자기 바이어스값(-VDC)의 변화에 대한 그래프이다. 공정 조건은 150SCCM CF4/50mTorr 이다.10, 11, and 12 illustrate a change in the self bias value (-VDC) formed in the lower electrode according to the frequency of the bias power applied to the lower electrode while the RF power region of FIG. 9 moves from the lower dissociation region to the higher dissociation region. Is the graph for. Process conditions are 150SCCM CF4 / 50mTorr.

Low Dissociation 영역Low Dissociation Area

도 9에서, 일정 ICP Source RF Power 영역(약 500 ~ 700W) 이하에서는 RF 파워 증가에 따라 이온 밀도가 급격히 증가하지 않는 영역으로, 이 영역에서는 해리가 급격히 일어나지 않는다.In FIG. 9, the ion density does not increase rapidly with the increase of the RF power in a predetermined ICP Source RF Power region (about 500 to 700 W) or less, and dissociation does not occur rapidly in this region.

하부전극에 안착된 웨이퍼를 처리하기 위해 바이어스 파워를 하부전극에 인가함에 있어서, 주파수(Low Frequency: 2.0MHz, Medium Frequency: 12.56MHz, High Frequency: 27.12MHz)에 따라 이온 에너지의 크기를 결정하는 자기 바이어스값(-VDC)의 특성을 나타내는 그래프가 도 10, 도 11, 및 도 12에 도시되었다. 이들 그래프에 의하면, 일정 ICP 소스 파워 영역(약 500 ~ 700W) 이하에서는 소스 파워 증가에 따라 자기 바이어스값(-VDC)이 증가함을 알 수 있다. 또한 주파수가 낮을수록 큰 이온 에너지를 갖고 높을수록 적은 이온 에너지를 갖는다.In applying the bias power to the lower electrode to process the wafer seated on the lower electrode, the magnetic energy that determines the magnitude of the ion energy according to the frequency (Low Frequency: 2.0 MHz, Medium Frequency: 12.56 MHz, High Frequency: 27.12 MHz) Graphs showing the characteristics of the bias value (-VDC) are shown in FIGS. 10, 11, and 12. According to these graphs, it can be seen that the self bias value (-VDC) increases as the source power increases in a predetermined ICP source power region (about 500 to 700 W) or less. Also, the lower the frequency, the greater the ion energy, and the higher the frequency, the less the ion energy.

도 13은 단일(Single) 주파수와 혼합(Mixed) 주파수와의 이온 에너지관계를 나타내는 그래프이고, 혼합 주파수에서 이온 에너지의 크기는 대략 저/고 주파수의 중간 값을 갖는다.FIG. 13 is a graph showing an ion energy relationship between a single frequency and a mixed frequency, and the magnitude of the ion energy at the mixing frequency has an intermediate value of approximately low and high frequencies.

여기서 측정된 값은 보여주고 있지 않지만, 이 영역에서 바이어스 파워의 주파수 크기 및 양에 따라 이온 밀도는 더 큰 값을 가질 것이다.Although the value measured here is not shown, the ion density will have a larger value depending on the frequency magnitude and amount of bias power in this region.

결과적으로, 이 영역은 소스 파워의 증가에 따라 반응가스의 해리가 급격히 일어나지 않으며, 상대적으로 이온 에너지의 세기와 이온 밀도의 크기가 바이어스 파워의 주파수와 파워의 양에 지배적이므로 과도한 활성종(Radical) 농도를 제어할 수 있으므로 매우 넓은 공정 윈도우와 안정된 공정이 가능하다.As a result, in this region, the dissociation of the reaction gas does not occur abruptly with the increase of the source power, and the excessive active species is relatively because the magnitude of the ion energy and the magnitude of the ion density dominate the frequency and the amount of the bias power. Controllable concentrations allow for very wide process windows and stable processes.

아울러, 도 14의 절연막 (SiO2) 식각율 그래프에서 처럼, 같은 양의 바이어 스 파워를 인가할 때 혼합 주파수에서 가장 빠른 식각율을 보여주고 있다. 이는 하부전극에 인가된 저주파수로 인한 큰 이온에너지와 고주파수에 의한 높은 이온 밀도에 기인한다. 이 영역에서 식각율과 식각 균일도(Etch Rate Non-uniformity)는 바이어스 파워에 더 지배를 받게 된다.In addition, as shown in the insulating film (SiO 2) etching rate graph of FIG. 14, when the same amount of bias power is applied, the fastest etching rate is shown at the mixing frequency. This is due to the large ion energy due to the low frequency applied to the lower electrode and the high ion density due to the high frequency. In this area, etch rate and etch uniformity are more governed by bias power.

High Dissociation 영역High Dissociation Area

도 9에서, 일정 ICP 소스 파워 영역(약 500 ~ 700W) 이상에서는 RF 파워 증가에 따라 이온 밀도가 급격히 증가하는 영역으로 급격히 해리가 일어난다.In FIG. 9, in a certain ICP source power region (about 500 to 700 W), dissociation rapidly occurs in a region where ion density rapidly increases with increasing RF power.

하부전극에 안착된 웨이퍼를 처리하기 위해 바이어스 파워를 하부전극에 인가함에 있어 주파수(Low Frequency: 2.0MHz, Medium Frequency: 12.56MHz, High Frequency: 27.12MHz)에 따라 이온 에너지의 크기를 결정하는 자기 바이어스값(-VDC)의 특성을 나타내는 그래프가 도 10, 도 11, 및 도 12에 도시되어 있다. 이들 그래프에 의하면, 일정 ICP 소스 파워 영역(약 500 ~ 700W) 이상에서는 소스 파워 증가에 따라 자기 바이어스 값(-VDC)이 크게 변화함을 알 수 있다. 즉, 이 영역에서는 소스 파워 증가에 따라 자기 바이어스값(-VDC)이 급격히 작아짐을 알 수 있다. 또한, 주파수가 낮을수록 더 급격히 낮아지고, 주파수가 높을수록 적은 변화를 갖는다.In order to apply the bias power to the lower electrode to process the wafer seated on the lower electrode, a magnetic bias that determines the magnitude of ion energy according to the frequency (Low Frequency: 2.0 MHz, Medium Frequency: 12.56 MHz, High Frequency: 27.12 MHz) Graphs illustrating the characteristic of the value (-VDC) are shown in FIGS. 10, 11, and 12. According to these graphs, it can be seen that the self bias value (-VDC) changes significantly as the source power increases over a certain ICP source power region (about 500 to 700 W). That is, in this region, it can be seen that the self bias value (-VDC) decreases rapidly as the source power increases. Also, the lower the frequency, the sharper the lower, and the higher the frequency, the smaller the change.

도 13은 단일 주파수와 혼합 주파수와의 자기 바이어스값(-VDC), 즉 이온 에너지 관계를 나타내는 그래프이고, 혼합 주파수에서 이온 에너지의 크기는 대략 저/고 주파수의 중간값을 가진다. 아울러, 저주파수(Low Frequency, 2MHz)에서 이온 에너지가 급격히 저하되는 것을 고주파수(High Frequency, 27.12MHz)를 추가하여 현격히 줄여줄 수 있다.FIG. 13 is a graph showing a self bias value (-VDC), that is, an ion energy relationship between a single frequency and a mixing frequency, and the magnitude of the ion energy at the mixing frequency has an intermediate value of approximately low and high frequencies. In addition, the high frequency (27.12MHz) can be significantly reduced that the ion energy is rapidly reduced at a low frequency (2MHz).

여기서 측정된 값은 보여주고 있지 않지만, 이 영역에서 바이어스 파워의 주파수크기 및 양에 따라 이온 밀도는 더 큰 값을 가질 것이다.Although the value measured here is not shown, the ion density will have a larger value depending on the frequency size and amount of bias power in this region.

결과적으로, 이 영역은 소스 파워의 증가에 따라 반응가스의 해리가 급격히 일어나는 영역으로, 이온 에너지의 세기는 하부전극에 낮은 주파수가 인가될수록 급격히 변화하므로 안정되고 넓은 공정 윈도우를 확보하기 위해 고주파수를 추가하여 인가한다.As a result, this region is a region in which reaction gas dissociates rapidly as the source power increases, and the intensity of ion energy changes rapidly as a lower frequency is applied to the lower electrode, so that a high frequency is added to secure a stable and wide process window. Is applied.

아울러, 도 15의 절연막(SiO2) 식각율 그래프에서 처럼, 같은 양의 바이어스 파워를 인가할 때 저주파수와 혼합 주파수에서 거의 유사한 식각율을 보여주고 있다. 이 영역에서 식각율(Etch rate) 변화는 낮은 해리영역과 상당한 차이를 보여줌을 알 수 있다. 이는 플라즈마 반응장치의 이온 밀도가 ICP 소스에 의해 더 지배적이기 때문이다. 이 영역에서 ICP 소스 파워, 하부전극에 인가된 저/고주파수 RF 파워 양을 적절히 조절함으로써 급격히 낮아지는 이온 에너지의 세기/이온 밀도의 크기/활성종 농도 조절이 가능하여 빠른 식각율, 고 선택비, 넓은 공정 윈도우를 확보할 수 있다.In addition, as shown in the insulating film (SiO 2) etching rate graph of FIG. 15, when the same amount of bias power is applied, the etching rate is almost similar at low and mixed frequencies. It can be seen that the etch rate change in this region is quite different from the low dissociation region. This is because the ion density of the plasma reactor is dominated by the ICP source. In this area, the ICP source power and the low / high frequency RF power applied to the lower electrode can be adjusted appropriately, so that the intensity of ion energy, ion density, and active species concentration can be controlled. A wide process window can be ensured.

비록 본 발명이 소정의 실시예를 통해 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 개조될 수 있다. 본 발명은 다른 형태의 건식식각을 위한 플라즈마 반응장치에도 적용될 수 있다. 파워 공급에 대해, 파워 공급의 주파수를 튜닝하는 대신에, 임피던스 매칭회로가 튜닝될 수도 있다.Although the present invention has been shown and described with reference to certain embodiments, various modifications can be made without departing from the scope of the invention. The present invention can be applied to other types of plasma reactors for dry etching. For power supply, instead of tuning the frequency of the power supply, the impedance matching circuit may be tuned.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 프로세싱 공정 성능과 생산성을 배가시키기 위해 용량성 및 유도성 결합 기능을 동시에 구현할 수 있는 하이브리드형 플라즈마 반응장치를 제공하고 있다. 즉, 본 발명은 고 이온 밀도와 동시에 저 이온 에너지 특성을 갖는 ICP 소스 파워 및 혼합 주파수 바이어스가 적절히 조화를 이루게 함으로써 조절가능한 이온 밀도, 조절 가능한 이온 에너지 및 이온 에너지 분포, 그리고 활성종 농도 조절 등 공정 성능 향상 뿐만 아니라 MTBC의 획기적인 개선 등 생산성을 높일 수 있게 된다.As described above, the present invention provides a hybrid plasma reactor capable of simultaneously implementing capacitive and inductive coupling functions to double semiconductor processing process performance and productivity. That is, according to the present invention, an ICP source power having a high ion density and a low ion energy characteristic and a mixing frequency bias are properly balanced, thereby controlling processes such as adjustable ion density, adjustable ion energy and ion energy distribution, and active species concentration control. In addition to improving performance, the company will be able to increase productivity, including significant improvements in MTBC.

또한, 본 발명에 따르면, ICP 타입 반응장치가 건식식각 공정을 수행함에 있어, 높은 해리영역에서 ICP 소스 파워가 증가함에 따라 하부전극에 저주파수를 인가할 경우 이온 에너지 세기가 급격히 저하되는 것을 고주파수를 추가 인가하여 보상함으로써 ICP 타입 반응장치에서 문제가 되는 식각 정지, 챔버 매칭, 저 선택비 그리고 좁은 공정 윈도우 문제들을 해결하고, 낮은 해리영역에서 저주파수에 고주파수를 추가인가 함으로써 높은 이온 에너지와 이온 밀도를 확보하여 식각율을 증대할 수 있다.In addition, according to the present invention, when the ICP type reactor performs a dry etching process, when the low frequency is applied to the lower electrode as the ICP source power is increased in the high dissociation region, the ion energy intensity is rapidly decreased, and the high frequency is added. By applying and compensating to solve the problem of etch stop, chamber matching, low selectivity and narrow process window problem in ICP type reactor, and by applying high frequency at low frequency in low dissociation area, high ion energy and ion density are secured. Etch rate can be increased.

또한, 본 발명에 따르면, ICP 타입 반응장치의 장점인 고효율, 낮은 이온 손상(Low Ion Damage), 분리 효과(Decoupled Effect) 등의 장점을 최대한 이용할 수 있으며, CCP 타입 반응장치에 비해 웨이퍼리스 인-시튜 챔버 크린(Waferless In-situ Chamber Clean)을 효과적으로 할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to take full advantage of advantages such as high efficiency, low ion damage, decoupled effect, etc., which are advantages of the ICP type reactor. It can effectively do Waferless In-situ Chamber Clean.

Claims (23)

상부에 실린더형 유전체 윈도우를 구비하는 챔버와, 상기 실린더형 유전체 윈도우의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 ICP 안테나 코일과, 상기 ICP 안테나 코일에 전기적으로 연결되어 ICP 소스 파워를 공급하는 ICP 소스 파워공급부를 포함하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 소스부(ICP 소스부);A chamber having a cylindrical dielectric window at the top, an ICP antenna coil provided outside the cylindrical dielectric window to induce an RF electric field, and an ICP source power electrically connected to the ICP antenna coil to supply ICP source power. An inductively coupled plasma source part (ICP source part) configured to include a supply part; 바이어스 임피던스 매칭 및 바이어스 저주파수 대역만을 선택적으로 통과하도록 하는 저역통과필터와, 바이어스 저주파 발생기를 포함하고, 저주파수 RF 파워를 공급하는 저주파수 RF 파워공급부; 및A low pass RF power supply for supplying low frequency RF power, comprising a low pass filter for selectively passing only the bias impedance matching and the bias low frequency band, and a bias low frequency generator; And 바이어스 임피던스 매칭 및 바이어스 고주파수 대역만을 선택적으로 통과하도록 하는 고역통과필터와, 바이어스 고주파 발생기를 포함하고, 고주파수 RF 파워를 공급하는 고주파수 RF 파워공급부를 포함하며,A high pass filter for selectively passing only a bias impedance matching and a bias high frequency band, a bias high frequency generator, and a high frequency RF power supply for supplying high frequency RF power, 상기 저주파수 RF 파워공급부와 고주파수 RF 파워공급부가 피처리 웨이퍼가 안착되는 하부전극과 전기적으로 상호 연결되어 상기 하부전극에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가되고,The low frequency RF power supply unit and the high frequency RF power supply unit are electrically connected to the lower electrode on which the wafer to be processed is placed, and the low frequency / high frequency RF power is mixed and applied to the lower electrode. 상기 챔버 내부의 플라즈마 이온 밀도의 크기는, 변곡점 파워보다 더 작은 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나 코일에 공급될 때보다 상기 변곡점 파워보다 더 큰 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나 코일에 공급될 때 더 크고,The magnitude of the plasma ion density inside the chamber is greater when the ICP source power that is greater than the inflection point power is supplied to the ICP antenna coil than when the ICP source power that is smaller than the inflection point power is supplied to the ICP antenna coil. Big, 상기 ICP 안테나 코일에 공급되는 상기 ICP 소스 파워가 상기 변곡점 파워보다 작을 때, 상기 챔버 내부에 주입된 반응 가스의 해리가 급격하게 일어나지 않는 낮은 해리영역에서의 식각 공정을 실행하고, 상기 ICP 안테나 코일에 공급되는 상기 ICP 소스 파워가 상기 변곡점 파워보다 클 때, 상기 챔버 내부에 주입된 반응 가스의 해리가 급격하게 일어나는 높은 해리영역에서의 식각 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the ICP source power supplied to the ICP antenna coil is less than the inflection point power, an etching process is performed in a low dissociation region where dissociation of the reactive gas injected into the chamber does not occur abruptly, and the ICP antenna coil And when the supplied ICP source power is larger than the inflection point power, an etching process is performed in a high dissociation region in which dissociation of the reactant gas injected into the chamber occurs abruptly. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 변곡점 파워는 200mm 웨이퍼 기준으로 500 내지 700W 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.The inflection point power is a hybrid plasma reactor, characterized in that in the range of 500 to 700W on a 200mm wafer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 반응장치는 ICC 수행을 위한 클리닝 모드에 진입하면 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나 코일에 인가되게 하여 ICP 소스부를 통한 웨이퍼리스 고밀도 건식 식각 절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.And the plasma reactor performs a waferless high-density dry etching procedure through an ICP source unit when the ICP source power is applied to the ICP antenna coil when entering the cleaning mode for performing ICC. 상부에 실린더형 유전체 윈도우를 구비하는 챔버와, 상기 실린더형 유전체 윈도우의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 ICP 안테나 코일과, 상기 ICP 안테나 코일에 전기적으로 연결되어 ICP 소스 파워를 공급하는 ICP 소스 파워공급부를 포함하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 소스부(ICP 소스부);A chamber having a cylindrical dielectric window at the top, an ICP antenna coil provided outside the cylindrical dielectric window to induce an RF electric field, and an ICP source power electrically connected to the ICP antenna coil to supply ICP source power. An inductively coupled plasma source part (ICP source part) configured to include a supply part; 피처리 웨이퍼가 안착되는 하부전극에 전기적으로 연결되어 바이어스 RF 파 워를 공급하는 바이어스 RF 파워공급부; 및A bias RF power supply electrically connected to a lower electrode on which a wafer to be processed is mounted to supply bias RF power; And 상기 하부전극과 바이어스 RF 파워공급부 사이에 연결되어 상기 ICP 소스 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하기 위한 ICP 소스 파워 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.And an ICP source power switch unit connected between the lower electrode and a bias RF power supply unit to selectively supply the ICP source power to the lower electrode. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 바이어스 RF 파워공급부 및 ICP 소스 파워공급부는 각각 저주파수 RF 파워공급부 또는 고주파수 RF 파워공급부로 구성되며, 저주파수 혹은 고주파수 중 1개의 주파수만을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.The bias RF power supply unit and the ICP source power supply unit is composed of a low frequency RF power supply unit or a high frequency RF power supply unit, respectively, characterized in that for selecting and using only one frequency of the low frequency or high frequency. 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 바이어스 RF 파워공급부가 저주파수 RF 파워공급부로 구성되어 상기 하부전극에 저주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 상기 ICP 소스 파워공급부가 고주파수 RF 파워공급부로 구성되어 상기 ICP 소스 파워 스위치부에 의해 선택적으로 상기 하부전극에 고주파수 RF 파워를 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.In the case where the bias RF power supply unit is configured as a low frequency RF power supply unit to supply low frequency RF power to the lower electrode, the ICP source power supply unit is configured as a high frequency RF power supply unit and is selectively selected by the ICP source power switch unit. Hybrid plasma reactor, characterized in that for supplying high frequency RF power to the lower electrode. 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 바이어스 RF 파워공급부가 고주파수 RF 파워공급부로 구성되어 상기 하 부전극에 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 상기 ICP 소스 파워공급부가 저주파수 RF 파워공급부로 구성되어 상기 ICP 소스 파워 스위치부에 의해 선택적으로 상기 하부전극에 저주파수 RF 파워를 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.In the case where the bias RF power supply unit is configured as a high frequency RF power supply unit to supply high frequency RF power to the lower electrode, the ICP source power supply unit is configured as a low frequency RF power supply unit and selectively by the ICP source power switch unit. Hybrid plasma reactor, characterized in that for supplying a low frequency RF power to the lower electrode. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 플라즈마 반응장치는 상기 ICP 소스 파워공급부로부터의 RF 파워가 증가함에 따라 소정의 변곡점 파워에서 구분되는 이온 밀도가 크게 증가하지 않는 낮은 해리영역과 급격히 해리가 일어나는 높은 해리영역에서의 식각공정을 수행가능한 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.The plasma reactor is capable of performing an etching process in a low dissociation region where the ion density distinguished at a predetermined inflection point power does not increase significantly and a high dissociation region in which dissociation rapidly occurs as the RF power from the ICP source power supply increases. Hybrid plasma reactor, characterized in that. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 낮은 해리영역에서의 식각모드인 경우에는 상기 변곡점 파워 이하로 ICP 소스 파워공급부의 파워를 설정하고, 높은 해리영역에서의 식각모드인 경우에는 상기 변곡점 파워 이상으로 ICP 소스 파워공급부의 파워를 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.In the case of the etching mode in the low dissociation region, the power of the ICP source power supply unit is set below the inflection point power, and in the case of the etching mode in the high dissociation region, setting the power of the ICP source power supply unit above the inflection point power. Hybrid plasma reactor characterized in that. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 변곡점 파워는 200mm 웨이퍼 기준으로 500 내지 700W 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.The inflection point power is a hybrid plasma reactor, characterized in that in the range of 500 to 700W on a 200mm wafer. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 플라즈마 반응장치는 식각모드에 진입하면 상기 ICP 소스 파워 스위치부를 온시키고 식각공정을 수행하며, ICC 수행을 위한 클리닝 모드에 진입하면 상기 ICP 소스 파워 스위치부를 오프 시켜 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나 코일에만 인가되게 하여 ICP 소스부를 통한 웨이퍼리스 고밀도 건식 식각 절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the plasma reactor enters an etching mode, the ICP source power switch is turned on and an etching process is performed. When the plasma reactor enters a cleaning mode for performing ICC, the ICP source power is turned off by the ICP source coil. And a waferless high density dry etching process through the ICP source unit. 상부에 실린더형 유전체 윈도우를 구비하는 챔버와, 상기 실린더형 유전체 윈도우의 외부에 구비되어 RF 전기장을 유도하는 ICP 안테나 코일과, 상기 ICP 안테나 코일에 전기적으로 연결되어 ICP 소스 파워를 공급하는 ICP 소스 파워공급부를 포함하여 구성되는 유도 결합 플라즈마 소스부(ICP 소스부);A chamber having a cylindrical dielectric window at the top, an ICP antenna coil provided outside the cylindrical dielectric window to induce an RF electric field, and an ICP source power electrically connected to the ICP antenna coil to supply ICP source power. An inductively coupled plasma source part (ICP source part) configured to include a supply part; 저주파수 RF 파워를 공급하는 저주파수 RF 파워공급부와 고주파수 RF 파워를 공급하는 고주파수 RF 파워공급부로 구성되고, 피처리 웨이퍼가 안착되는 하부전극과 전기적으로 상호연결되어 상기 하부전극에 저주파수/고주파수 RF 파워가 혼합 인가되도록 하는 바이어스 RF 파워공급부; 및It consists of a low frequency RF power supply unit for supplying low frequency RF power and a high frequency RF power supply unit for supplying high frequency RF power, and is electrically interconnected with the lower electrode on which the wafer to be processed is placed to mix low frequency / high frequency RF power in the lower electrode A bias RF power supply to be applied; And 상기 하부전극과 바이어스 RF 파워공급부 사이에 연결되어 상기 ICP 소스 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하기 위한 ICP 소스 파워 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.And an ICP source power switch unit connected between the lower electrode and a bias RF power supply unit to selectively supply the ICP source power to the lower electrode. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 바이어스 RF 파워공급부가 상기 하부전극에 저주파수 RF 파워와 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 상기 ICP 소스 파워공급부가 상기 ICP 소스 파워 스위치부에 의해 상기 하부전극에 인가된 저주파수 RF 파워보다 더 낮은 저주파수 RF 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the bias RF power supply unit supplies the low frequency RF power and the high frequency RF power to the lower electrode, the ICP source power supply unit has a lower frequency lower than the low frequency RF power applied to the lower electrode by the ICP source power switch unit. Hybrid plasma reactor for supplying the RF power to the lower electrode selectively. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 바이어스 RF 파워공급부가 상기 하부전극에 저주파수 RF 파워와 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 상기 ICP 소스 파워공급부가 상기 ICP 소스 파워 스위치부에 의해 상기 하부전극에 인가된 저주파수 RF 파워보다 크고 고주파수 RF 파워 보다 작은 주파수 RF 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the bias RF power supply unit supplies the low frequency RF power and the high frequency RF power to the lower electrode, the ICP source power supply unit is larger than the low frequency RF power applied to the lower electrode by the ICP source power switch unit. And a frequency RF power smaller than power is selectively supplied to the lower electrode. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 바이어스 RF 파워공급부가 상기 하부전극에 저주파수 RF 파워와 고주파수 RF 파워를 공급하는 경우에, 상기 ICP 소스 파워공급부가 상기 소스 파워 스위치부에 의해 상기 하부전극에 인가된 고주파수 RF 파워보다 더 큰 고주파수 RF 파워를 선택적으로 상기 하부전극에 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the bias RF power supply unit supplies the low frequency RF power and the high frequency RF power to the lower electrode, the ICP source power supply unit is higher than the high frequency RF power applied to the lower electrode by the source power switch unit. Hybrid plasma reactor, characterized in that for selectively supplying power to the lower electrode. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 플라즈마 반응장치는 상기 ICP 소스 파워공급부로부터의 RF 파워가 증가함에 따라 소정의 변곡점 파워에서 구분되는 이온 밀도가 크게 증가하지 않는 낮은 해리영역과 급격히 해리가 일어나는 높은 해리영역에서의 식각공정을 수행 가능한 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.The plasma reactor is capable of performing an etching process in a low dissociation region where the ion density distinguished at a predetermined inflection point power does not increase significantly and a high dissociation region in which dissociation rapidly occurs as the RF power from the ICP source power supply increases. Hybrid plasma reactor, characterized in that. 청구항 18에 있어서,The method according to claim 18, 낮은 해리영역에서의 식각모드인 경우에는 상기 변곡점 파워 이하로 ICP 소스 파워공급부의 파워를 설정하고, 높은 해리영역에서의 식각모드인 경우에는 상기 변곡점 파워 이상으로 ICP 소스 파워공급부의 파워를 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.In the case of the etching mode in the low dissociation region, the power of the ICP source power supply unit is set below the inflection point power, and in the case of the etching mode in the high dissociation region, setting the power of the ICP source power supply unit above the inflection point power. Hybrid plasma reactor characterized in that. 청구항 19에 있어서,The method according to claim 19, 상기 변곡점 파워는 200mm 웨이퍼 기준으로 500 내지 700W 범위에 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.The inflection point power is a hybrid plasma reactor, characterized in that in the range of 500 to 700W on a 200mm wafer. 청구항 19에 있어서,The method according to claim 19, 상기 플라즈마 반응장치는 식각모드에 진입하면 상기 ICP 소스 파워 스위치부를 온시키고 식각공정을 수행하며, ICC 수행을 위한 클리닝 모드에 진입하면 상 기 ICP 소스 파워 스위치부를 오프 시켜 상기 ICP 소스 파워가 상기 ICP 안테나에만 인가되게 하여 ICP 소스부를 통한 웨이퍼리스 고밀도 건식 식각 절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the plasma reactor enters an etching mode, the ICP source power switch is turned on and an etching process is performed. When the plasma reactor enters a cleaning mode for performing ICC, the ICP source power is turned off by the ICP source power. And a waferless high density dry etching process through the ICP source unit. 청구항 1, 청구항 10, 청구항 11, 청구항 18 또는 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 10, 11, 18 or 19, 상기 ICP 플라즈마 소스부의 낮은 해리영역에서 큰 이온 에너지, 높은 이온 밀도의 유지와 활성종 농도를 조절하기 위해 상기 하부전극에 저주파수와 고주파수를 혼합하여 인가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.And a low frequency and a high frequency are mixed and applied to the lower electrode in order to maintain a large ion energy, a high ion density, and to control the concentration of active species in a low dissociation region of the ICP plasma source unit. 청구항 1, 청구항 10, 청구항 11, 청구항 18 또는 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 10, 11, 18 or 19, 상기 ICP 플라즈마 소스부의 높은 해리영역에서 하부전극에 저주파수를 인가할 경우 이온에너지 세기가 급격히 저하되는 것을 보상하고 높은 이온 밀도 유지와 활성종 농도를 조절하기 위해 고주파수를 추가하여 인가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 플라즈마 반응장치.When the low frequency is applied to the lower electrode in the high dissociation region of the ICP plasma source part, a hybrid of the high energy frequency is added to compensate for the rapid decrease in the ion energy intensity and to maintain the high ion density and control the active species concentration. Plasma reactor.
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