KR101389007B1 - Dry etching apparatus and method of dry etching using the same - Google Patents

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이재승
김준호
유운종
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a dry etching device and a dry etching method using the same to secure a uniform removal rate for organic matters and pollutants from the surface of a substrate by maintaining the pressure of all sectors; and uniformly injecting a gas into an etching chamber for an etching process using a ring-shaped gas flow passage satisfying choke flow conditions and an adaptor ring comprising multiple orifices.

Description

건식 식각 장치 및 이를 이용한 건식 식각 방법{Dry etching apparatus and method of dry etching using the same} Dry etching apparatus and method of dry etching using the same

본 발명은 건식 식각 장치 및 이를 이용한 건식 식각 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 식각 공정시 챔버 내부에 균일하게 가스를 유입할 수 있는 건식 식각 장치 및 이를 이용한 건식 식각 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a dry etching apparatus and a dry etching method using the same, and more particularly, to a dry etching apparatus and a dry etching method using the same, which can uniformly introduce gas into the chamber during an etching process.

반도체 또는 TFT LCD, FPD(Flat Panel Display) 등의 집적회로 제조를 위해서는 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 박막 공정, 노광 공정 및 식각 공정 등의 여러 가지 공정들이 수행되고 있다. In order to manufacture integrated circuits such as semiconductors, TFT LCDs, and flat panel displays (FPDs), various processes, such as a thin film process, an exposure process, and an etching process, which form a thin film on a semiconductor substrate, are performed.

통상, 플라즈마를 이용하는 물리적 및 화학적 방법이 수행되는 공정에서는 진공상태의 반응실 내부에 반응성 공정가스를 공급한 후, 고주파전원을 인가하여 공정가스가 플라즈마 상태로 해리되도록 함과 동시에 화학적 반응이 생기도록 함으로써 반도체 기판 표면에 증착이나 식각이 이루어지도록 한다.In general, in a process in which a physical and chemical method using a plasma is performed, a reactive process gas is supplied into a reaction chamber in a vacuum state, and then a high frequency power is applied to dissociate the process gas into a plasma state and to generate a chemical reaction. As a result, deposition or etching is performed on the surface of the semiconductor substrate.

이러한 공정들을 수행할 때는 반도체 제조장치의 반응실 내부로 공급되는 공정가스가 반도체 기판 주위에 균일하게 분포한 상태일 때 반도체 기판 표면의 증착이 균일해져 우수한 막을 얻을 수 있게 된다. 또한 식각 공정을 수행할 때도 공정가스의 분포가 균일할 때 전체적으로 반응이 균일해지면서 기판 표면의 유기물 및 오염물의 제거율을 균일하게 확보할 수 있게 된다.In performing these processes, when the process gas supplied into the reaction chamber of the semiconductor manufacturing apparatus is uniformly distributed around the semiconductor substrate, deposition of the surface of the semiconductor substrate is uniform, thereby obtaining an excellent film. In addition, even when performing the etching process, when the distribution of the process gas is uniform, the reaction becomes uniform as a whole, thereby ensuring uniform removal of organic substances and contaminants on the substrate surface.

특히, 상기와 같이 플라즈마를 이용하는 식각 장치에 대한 기술은 일본특허공개번호 평6-338478호 등에 개시되어 있다. 상기 일본특허공개번호 평6-338478호는 제1가스유입부로 H2 와 N2를 유입시켜 플라즈마 발생부에서 플라즈마를 발생시킨 후 제2가스유입구를 통해 NF3를 유입시키고, 이렇게 하여 챔버 내의 기판을 식각하고 배출구를 통하여 가스를 배출시키는 방법이다. 그러나 상기와 같은 기술에 의한 플라즈마 식각 장치는 챔버의 하부 또는 챔버의 측벽의 일면에 연결된 가스 유입관을 통해 상기 챔버의 내부로 세정 가스를 유입하기 때문에 이때 기판의 표면으로의 가스 흐름이 균일하기 않게 되면서 물리적 식각율 또한 불균일하다는 문제점이 있을 수 있다.
In particular, a technique for an etching apparatus using plasma as described above is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-338478. Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-338478 discloses that H2 and N2 are introduced into the first gas inlet to generate plasma at the plasma generator, and then NF3 is introduced through the second gas inlet, thereby etching the substrate in the chamber. It is a method to discharge the gas through the outlet. However, the plasma etching apparatus according to the above technique introduces a cleaning gas into the chamber through a gas inlet pipe connected to one side of the lower side of the chamber or the chamber, so that the gas flow to the surface of the substrate is not uniform. As a result, there may be a problem that the physical etching rate is also nonuniform.

따라서, 당 기술분야에서는 상기와 같은 문제점을 방지하면서 기판 세정시 필요로 하는 반응 가스를 챔버 내부 공간에 균일하게 분포시킬 수 있는 플라즈마 식각 장치에 대한 새로운 방안이 요구되고 있다.
Therefore, there is a need in the art for a new method for a plasma etching apparatus capable of uniformly distributing the reaction gas required for cleaning the substrate in the chamber interior while preventing the above problems.

본 발명은 건식 식각 공정시 필요로 하는 반응 가스를 챔버 내부 공간에 균일하게 분포시킬 수 있는 건식 식각 장치 및 이를 이용한 건식 식각 방법을 제공함에 그 목적이 있다. It is an object of the present invention to provide a dry etching apparatus and a dry etching method using the same, which can uniformly distribute a reaction gas required in a dry etching process in a chamber interior space.

또한, 본 발명은 건식 식각 공정시 기판 표면의 유기물 및 오염물 제거율을 균일하게 확보할 수 있는 건식 식각 장치 및 이를 이용한 건식 식각 방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a dry etching apparatus and a dry etching method using the same, which are capable of uniformly securing organic and contaminant removal rates on a substrate surface during a dry etching process.

본 발명은 식각 공정이 수행되는 챔버 내에 균일하게 반응 가스를 유입하는 어댑터 링(adaptor ring)을 포함하며, 상기 어댑터 링은, 상기 챔버의 내부 공간을 둘러싸도록 형성된 링 형상의 가스 유로; 및 상기 링 형상의 가스 유로에서 상기 챔버의 내측으로 연장하면서 등 간격으로 배치되며, 상기 링 형상의 가스 유로에서 제공된 가스를 분사시키는 다수의 오리피스;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention includes an adapter ring (adaptor ring) for uniformly introducing the reaction gas into the chamber in which the etching process is performed, the adapter ring, a ring-shaped gas flow path formed to surround the inner space of the chamber; And a plurality of orifices which are arranged at equal intervals while extending inwardly of the chamber from the ring-shaped gas flow path and inject gas provided from the ring-shaped gas flow path.

상기 챔버는, 기판이 제공되는 하부 챔버; 및 상부 면이 돔 형상으로 이루어지며, 상기 하부 챔버와 연결되어 플라즈마 형성 공간을 제공하는 상부 챔버;로 구성되고, The chamber includes a lower chamber provided with a substrate; And an upper chamber having an upper surface in a dome shape and connected to the lower chamber to provide a plasma formation space.

상기 링 형상 가스 유로는 식각 공정 중에 전 구간 내의 압력(P1)을 등 압력으로 유지하고, The ring-shaped gas flow path maintains the pressure P 1 in all sections at equal pressure during the etching process,

상기 링 형상의 가스 유로의 압력(P1)은 챔버 압력(P2)의 두 배보다 크도록 유지되고, The pressure P 1 of the ring-shaped gas flow path is maintained to be greater than twice the chamber pressure P 2 ,

상기 어댑터 링의 오리피스의 직경은 0.5㎜ 이하이고, The diameter of the orifice of the adapter ring is 0.5 mm or less,

상기 어댑터 링은 상기 링 형상의 가스 유로에 가스를 공급하는 가스 유입구와 연결되는 연결 통로를 더 포함하고,The adapter ring further includes a connection passage connected to a gas inlet for supplying gas to the ring-shaped gas flow path,

상기 링 형상의 가스 유로는 상기 오리피스 및 상기 연결 통로의 단면적 보다 큰 단면적으로 형성되고,The ring-shaped gas flow path is formed in a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the orifice and the connection passage,

상기 챔버의 내부에는 상기 어댑터 링에 내측 방향으로 결합되고, 플라즈마 시쓰(plasma sheath) 두께 보다 작은 폭을 갖는 이격 공간이 제공되도록 형성된 쉴드를 더 포함하고,The shield further includes a shield coupled to the adapter ring in the inward direction and formed to provide a separation space having a width smaller than a plasma sheath thickness.

상기 쉴드의 이격 공간의 폭은 3㎜ 이하이다.The width of the spaced apart space of the shield is 3 mm or less.

또한, 본 발명은 챔버의 하부에 배치된 가스 유입구에서 상기 챔버의 내부 공간을 둘러싸도록 형성된 어댑터 링으로 반응 가스를 공급하는 단계; 상기 어댑터 링에 포함된 링 형상의 가스 유로의 전 구간 내의 압력(P1)을 등 압력으로 유지하는 단계; 및 상기 링 형상의 가스 유로에 등 간격으로 형성된 다수의 오리피스에서 상기 챔버 내로 반응 가스를 균일하게 분사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention comprises the steps of supplying the reaction gas to the adapter ring formed to surround the inner space of the chamber at the gas inlet disposed in the lower portion of the chamber; Maintaining the pressure (P 1 ) in the entire section of the ring-shaped gas flow path included in the adapter ring at equal pressure; And uniformly injecting a reaction gas into the chamber from a plurality of orifices formed at equal intervals in the ring-shaped gas flow path.

상기 어댑터 링은 상기 가스 유입구에 연결된 연결 통로를 통해서 상기 가스 유입구로부터 반응 가스를 공급받고, The adapter ring receives a reaction gas from the gas inlet through a connecting passage connected to the gas inlet,

상기 어댑터 링의 압력(P1)은 챔버 압력(P2)의 두 배보다 크도록 유지하고, The pressure P 1 of the adapter ring is maintained to be greater than twice the chamber pressure P 2 ,

상기 오리피스의 직경은 0.5㎜ 이하로 형성하고, The diameter of the orifice is formed to 0.5 mm or less,

상기 챔버 내에 세정 가스를 균일하게 분사하는 단계는, 초크 유동 상태로 분사하고, Injecting the cleaning gas into the chamber uniformly, spraying in the choke flow state,

상기 챔버 내에 세정 가스를 균일하게 분사하면서 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 더 포함하고, Generating plasma in the chamber while uniformly injecting a cleaning gas into the chamber,

상기 챔버 내부에 상기 어댑터 링으로부터 내측 방향으로 결합되고, 플라즈마 시쓰(plasma sheath) 두께보다 작은 폭을 갖는 이격 공간이 제공된 쉴드를 더 형성하고, A shield coupled inwardly from the adapter ring inside the chamber and provided with a separation space having a width less than a plasma sheath thickness,

상기 쉴드의 이격 공간의 폭은 3㎜ 이하이다.
The width of the spaced apart space of the shield is 3 mm or less.

본 발명은 전 구간 내에 일정한 압력을 유지하고, 초크 유동 조건을 만족하는 링 형상의 가스 유로와 다수의 오리피스로 구성된 어댑터 링으로부터 식각 챔버 내에 반응 가스를 분사함으로써, 식각 공정이 진행되는 식각 챔버 내에 균일한 가스 분사를 가능하게 할 수 있고, 그래서, 기판 표면의 유기물 및 오염물 제거율을 균일하게 확보할 수 있는 효과를 가지게 된다.
The present invention maintains a constant pressure throughout the entire section, by spraying the reaction gas into the etching chamber from the adapter ring consisting of a ring-shaped gas flow path and a plurality of orifices satisfying the choke flow conditions, the uniformity in the etching chamber in which the etching process proceeds It is possible to enable one gas injection, so that the organic matter and contaminant removal rate on the surface of the substrate can be secured uniformly.

도 1은 본 발명에 따른 건식 식각 장치를 나타낸 개략 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 어댑터 링을 나타낸 평면도.
도 3은 도 2의 A-A'선 방향의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 반응 가스의 흐름을 설명하기 위한 공정 단면도. 1 is a schematic cross-sectional view showing a dry etching apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a plan view of the adapter ring according to the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
Figure 4 is a cross-sectional view for explaining the flow of the reaction gas according to the present invention.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 건식 식각 장치의 각 실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for each embodiment of the dry etching apparatus according to the present invention. In the description, the same reference numerals are given to the same components.

도 1은 본 발명에 따른 건식 식각 장치를 나타낸 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a dry etching apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 건식 식각 장치는, 도 1에서와 같이, 식각 공정이 수행되는 챔버(100)와 상기 챔버(100)의 상부에 원형 코일 형태의 ICP(Inductively Coupled Plasma) 안테나(110)와, 상기 챔버(100) 내에 가스를 공급하는 가스 유입구(120) 및 상기 가스 유입구(120)로부터 제공된 반응 가스를 식각 공정이 수행되는 챔버(100) 내에 균일하게 유입하는 어댑터 링(adaptor ring, 130)을 포함하고 있다.Dry etching apparatus according to the present invention, as shown in Figure 1, the chamber 100, the etching process is performed, and the ICP (Inductively Coupled Plasma) antenna 110 in the form of a circular coil on the chamber 100, and the A gas inlet 120 for supplying gas into the chamber 100 and an adapter ring 130 that uniformly introduces the reaction gas provided from the gas inlet 120 into the chamber 100 where the etching process is performed. Doing.

상기 챔버(100)는 플라즈마를 이용하는 건식 식각 챔버로서, 기판(140)을 고정 및 지지하는 기판 지지대(150)를 수용하는 하부 챔버(101)와, 상부 면이 돔 형상의 쿼츠(Quartz) 등으로 이루어지며, 상기 하부 챔버(101)와 연결되어 플라즈마 형성 공간을 제공하는 상부 챔버(102)로 구성되어 있다. The chamber 100 is a dry etching chamber using plasma, and includes a lower chamber 101 for receiving a substrate support 150 for fixing and supporting the substrate 140, and an upper surface of the chamber 100 with domed quartz. It consists of an upper chamber 102 is connected to the lower chamber 101 to provide a plasma forming space.

상기 가스 유입구(120)는 내부에 설치된 서스 튜브(SUS tube, 121)를 통해서 상기 어댑터 링(130)으로 가스를 공급하게 되고, 상기 서브 튜브(121)는 내부가 전해연마(electro polishing)로 가공된 EP 튜브인 것이 바람직하다. The gas inlet 120 supplies gas to the adapter ring 130 through a sus tube (SUS tube) 121 installed therein, and the sub tube 121 is processed by electro polishing inside. It is preferred that the EP tube.

도 2는 본 발명에 따른 어댑터 링(130)을 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A'선 방향의 단면도 및 도 1의 A 영역에 대한 확대도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 어댑터 링에 대해 자세하게 설명하도록 한다. 2 is a plan view of the adapter ring 130 according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of Figure 2 and an enlarged view of the area A of Figure 1, according to the present invention The adapter ring will be described in detail.

도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 어댑터 링(130)은 상기 상부 챔버(102)의 내부 공간을 둘러싸도록 형성된 링 형상의 가스 유로(131)와 상기 링 형상의 가스 유로(131)에서 상기 상부 챔버(102)의 내측으로 연장하면서 등 간격으로 배치된 다수의 오리피스(132)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 어댑터 링(130)은 챔버 내로 반응 가스를 제공하는 가스 유입구(120)와 연결되는 연결 통로(133)를 더 포함하고 있다. As shown in FIGS. 2 and 3, the adapter ring 130 has a ring-shaped gas flow path 131 formed to surround the inner space of the upper chamber 102 and the upper portion in the ring-shaped gas flow path 131. It includes a plurality of orifices 132 arranged at equal intervals while extending inwardly of the chamber 102. In addition, the adapter ring 130 further includes a connection passage 133 connected to the gas inlet 120 for providing a reaction gas into the chamber.

상기 링 형상의 가스 유로(131)는 상기 가스 유입구(120)에 연결된 연결 통로(133)에서 상기 가스 유입구(120)로부터 반응 가스를 공급받는 가스 통로이며, 식각 공정 중에 전 구간 내의 압력을 일정한 압력으로 채운 상태로 유지하고, 초크 유동 조건을 만족하는 경우에 상기 등 간격으로 배치된 다수의 오리피스(132)를 통해 상기 챔버 내부로 균일한 가스 분포를 이루도록 한다. The ring-shaped gas flow passage 131 is a gas passage in which the reaction gas is supplied from the gas inlet 120 in the connection passage 133 connected to the gas inlet 120, and the pressure in the entire section is constant during the etching process. It is maintained in the filled state, and when the choke flow conditions are satisfied to achieve a uniform gas distribution into the chamber through a plurality of orifices 132 arranged at equal intervals.

상기 다수의 오리피스(132)는 상기 링 형상의 가스 유로(131)에서 제공된 반응 가스를 상기 챔버(100) 내로 균일하게 분사시키는 분사 노즐로서 상기 링 형상의 가스 유로(131)의 초크 유동 조건을 만족시키기 위하여 0.5㎜ 이하의 직경을 갖는 것이 바람직하다. The plurality of orifices 132 are injection nozzles for uniformly injecting the reaction gas provided from the ring-shaped gas flow path 131 into the chamber 100, and satisfy the choke flow conditions of the ring-shaped gas flow path 131. It is preferable to have a diameter of 0.5 mm or less in order to make it.

상기 오리피스(132)의 직경이 0.5㎜ 보다 큰 경우에는 많은 양의 가스가 초기부터 오리피스를 통해 새어나가서 링 형상의 가스 유로(131) 내의 압력이 일정하게 유지되기가 용이하지 못하고, 초크 유동 조건을 만족할 수 없게 된다.  When the diameter of the orifice 132 is larger than 0.5 mm, a large amount of gas is leaked through the orifice from the beginning, so that the pressure in the ring-shaped gas flow path 131 is not easily maintained and the choke flow condition is not easily maintained. You will not be satisfied.

상기에 설명한 바와 같이, 상기 링 형상의 가스 유로(131)는 식각 공정 중에 전 구간 내의 압력(P1)을 등 압력으로 유지하고, 초크 유동 조건을 만족하는 상태에서 상기 링 형상의 가스 유로에 연결된 다수의 오리피스(132)로 균일한 반응 가스를 공급하게 되고, 이로 인해 상기 다수의 오리피스(132)에서는 상기 링 형상의 가스 유로(131)로부터 제공받은 반응 가스를 상기 챔버 내부 공간에 균일하게 분포할 수 있게 되는 것이다. As described above, the ring-shaped gas flow path 131 is connected to the ring-shaped gas flow path while maintaining the pressure P 1 in all sections at the same pressure during the etching process and satisfying the choke flow conditions. The plurality of orifices 132 supply a uniform reaction gas, which causes the plurality of orifices 132 to uniformly distribute the reaction gas provided from the ring-shaped gas flow path 131 in the chamber internal space. It will be possible.

종래의 식각을 위한 가스 분사에서는 가스 분배판(Gas distributor)에 기체가 주입되는 경로가 한쪽으로 치우쳐 있기 때문에 기체 주입구에 가까이 배치된 홀(hole)을 통해 더 많은 기체가 들어가게 되면서 이로 인해 불균일한 가스 흐름이 발생하게 되었다. In the conventional gas injection for etching, since the gas injection path is biased to one side, more gas enters through a hole disposed near the gas injection port, thereby causing uneven gas. The flow occurred.

이에, 본 발명에서는 홀 지름(hole diameter)을 충분히 작게 하여 초크 유동이 일어나는 어댑터 링을 제공하도록 하여 가스가 분사되는 모든 홀(hole)을 통해 일정한 양의 기체가 챔버에 주입될 수 있도록 하였다. Thus, in the present invention, the hole diameter is sufficiently small to provide an adapter ring in which choke flow occurs so that a certain amount of gas can be injected into the chamber through all the holes through which the gas is injected.

일반적으로, 두 챔버와 상기 두 챔버를 잇는 기체의 이동 통로가 있을 때, 통상 압력 차가 있는 두 챔버에서 기체의 흐름(F)은 아래의 식에 의해 정해지게 된다.In general, when there are two chambers and a gas passageway connecting the two chambers, the flow F of gas in the two chambers, which is usually the pressure difference, is defined by the following equation.

[식 1] [Formula 1]

F = C×(P1 ― P2), (여기서, C는 컨덕턴스이고, P1 및 P2는 압력) F = C × (P 1 -P 2 ), where C is conductance and P 1 And P 2 is pressure)

이런 경우의 가스 흐름(F)은 두 가지 압력 모두에 의해서 결정되므로, 두 가지 압력 중 하나가 변화하면 불균일한 가스 흐름이 발생하게 된다. 그러나, 상기 링 형상의 가스 유로 양단의 압력차가 크고(P1 〉2P2), 링 형상의 가스 유로가 오리피스로 이루어진 경우에는 초크 유동 조건을 만족하게 되어 아래와 같은 식에 대해 가스 흐름(F)이 결정된다.Since the gas flow F in this case is determined by both pressures, a change in one of the two pressures results in an uneven gas flow. However, when the pressure difference across the ring-shaped gas flow path is large (P 1 > 2P 2 ), and the ring-shaped gas flow path is formed of an orifice, the choke flow condition is satisfied, and the gas flow F is expressed as follows. Is determined.

[식 2] [Formula 2]

F ∝ C×P1 F ∝ C × P 1

상기 초크 유동(choked flow)이란 압력차에 의해 이동하는 기체 분자들의 이동 속도가 음속에 이르게 되어 더 이상 증가하지 않고 포화(saturation)되는 현상을 일컫는다. 본 발명에서는 상기 링 형상의 가스 유로의 압력(P1)에만 가스 흐름(F)가 의존하기 때문에 챔버의 내부 압력(P2)에 상관없이 균일한 가스 흐름을 얻을 수 있게 된다. 상기 초크 유동이 일어나게 되는 압력 비는 기체의 종류에 따라 차이가 있을 수 있다. The choked flow refers to a phenomenon in which the moving speed of the gas molecules moving by the pressure difference reaches the speed of sound so that the choke flow does not increase any more and is saturated. In the present invention, since the gas flow F depends only on the pressure P 1 of the ring-shaped gas flow path, a uniform gas flow can be obtained regardless of the internal pressure P 2 of the chamber. The pressure ratio at which the choke flow occurs may vary depending on the type of gas.

이처럼, 상기 오리피스로 연결된 상기 링 형상의 가스유로와 챔버 내의 압력이 초크 유동 조건을 충족하고, 상기 링 형상의 가스 유로(131)의 전 구간 내의 압력(P1)이 등 압력으로 유지하게 되면, 상기 링 형상의 가스 유로(131)는 상기 다수의 오리피스(132)를 통해 상기 챔버(100) 내부로 균일한 가스를 유입할 수 있게 되는 것이다.
As such, when the ring-shaped gas passage connected to the orifice and the pressure in the chamber satisfy the choke flow condition, and the pressure P 1 in the entire section of the ring-shaped gas flow passage 131 is maintained at the equal pressure, The ring-shaped gas flow path 131 is capable of introducing a uniform gas into the chamber 100 through the plurality of orifices 132.

그리고, 상기 링 형상의 가스 유로(131)는 상기의 초크 유동 조건을 만족하기 위하여 상기 오리피스(132) 및 상기 연결 통로(132)의 단면적 보다 큰 단면적(가스 유로가 형성하는 링의 단면적)으로 형성될 수 있는데, 또한 이처럼 상기 링 형상의 가스 유로(131)의 단면적이 상기 오리피스(132) 및 상기 연결 통로(133)의 단면적 보다 크다면 상기 가스 유입구(120)에서는 상기 링 형상의 가스 유로로 빠르게 가스를 공급할 수 있게 되어 상기 링 형상의 가스 유로의 등 압력을 쉽게 유지할 수 있게 되고, 상기 링 형상의 가스 유로(131) 내로 충분히 많은 가스를 안정적으로 공급할 수 있는 장점도 생기게 된다. In addition, the ring-shaped gas flow path 131 is formed with a cross-sectional area (cross-sectional area of the ring formed by the gas flow path) larger than the cross-sectional area of the orifice 132 and the connection passage 132 to satisfy the choke flow conditions. In addition, if the cross-sectional area of the ring-shaped gas flow path 131 is larger than the cross-sectional areas of the orifice 132 and the connection passage 133, the gas inlet 120 may quickly move to the ring-shaped gas flow path. Since the gas can be supplied, it is possible to easily maintain the back pressure of the ring-shaped gas flow path, and there is also an advantage in that a sufficient amount of gas can be stably supplied into the ring-shaped gas flow path 131.

그리고, 본 발명에 따른 건식 증착 장치는 상기 상부 챔버(102) 내부에 상기 어댑터 링(130)으로부터 내측 방향으로 결합되고, 플라즈마 시쓰(plasma sheath) 두께 보다 작은 폭(160w)을 갖는 이격 공간이 제공되도록 형성된 쉴드(shield, 160)를 더 포함할 수 있다. 상기 쉴드(160)의 이격 공간의 폭(160w)은 3㎜ 이하인 것이 바람직하다. In addition, the dry deposition apparatus according to the present invention is coupled to the inside of the upper chamber 102 from the adapter ring 130 in an inward direction, and provided with a separation space having a width 160w smaller than a plasma sheath thickness. The shield may further include a shield 160 formed to be formed. The width 160w of the spaced space of the shield 160 is preferably 3 mm or less.

이러한 상기 쉴드(160)는 반응 가스의 유압에 의한 파티클의 확산을 방지하는 기능을 수행한다. 만약 상기 쉴드(160)의 이격 공간의 폭(160w)이 상기의 범위인 3㎜ 이상이 되면 상기 이격 공간 내에 기생 플라즈마가 발생하게 되고, 이로 인한 효율적인 플라즈마의 활용이 불가능하게 된다. The shield 160 performs a function of preventing the diffusion of particles by the hydraulic pressure of the reaction gas. If the width 160w of the spaced space of the shield 160 is greater than or equal to 3 mm, the parasitic plasma is generated in the spaced space, thereby making it impossible to effectively utilize the plasma.

이처럼, 본 발명은 상기와 같이 등 압력이 유지되고 초크 유동 조건을 만족하는 링 형상의 가스 유로(131)와 다수의 오리피스(132)로 구성된 어댑터 링(130)을 포함하는 건식 식각 장치를 제공함으로써, 식각 공정이 진행되는 물리적 및 화학적 식각 챔버 또는 스퍼터링 공정 전에 기판 표면의 산화막을 식각하기 위한 식각 챔버 내에 균일한 가스 분사를 가능하게 할 수 있고, 그래서, 기판 표면의 유기물 오염물 제거율을 균일하게 확보할 수 있는 장점을 가지게 된다.
As such, the present invention provides a dry etching apparatus including an adapter ring 130 including a plurality of orifices 132 and a ring-shaped gas flow path 131 that maintains an equal pressure and satisfies choke flow conditions as described above. It is possible to enable uniform gas injection in the etching chamber for etching the oxide film on the surface of the substrate before the physical and chemical etching chamber in which the etching process is performed or the sputtering process, thereby ensuring a uniform removal rate of organic contaminants on the substrate surface. You will have the advantage.

이하에서는 본 발명에 따른 상기 건식 식각 장치를 이용한 건식 식각 방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a dry etching method using the dry etching apparatus according to the present invention will be described.

여기서, 본 발명에 따른 상기 건식 식각 방법은 물리적 및 화학적 식각 챔버 또는 스퍼터링 챔버에서 스퍼터링 공정 전에 기판 표면의 산화막을 식각하기 위한 건식 식각 방법으로 이해할 수 있다. Here, the dry etching method according to the present invention can be understood as a dry etching method for etching the oxide film on the surface of the substrate before the sputtering process in the physical and chemical etching chamber or sputtering chamber.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 건식 식각 장치를 이용한 건식 식각 방법은, 먼저, 플라즈마 식각 공정이 수행되는 챔버(100) 하부에 배치된 가스 유입구(120)에서 상기 챔버(100) 내로 반응 가스를 공급한다(410). 이때, 상기 가스 공급시 상기 챔버 내로 초기 가스 분사가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the dry etching method using the dry etching apparatus according to the present invention, first, a reaction gas is introduced into the chamber 100 from a gas inlet 120 disposed below the chamber 100 in which a plasma etching process is performed. Supply (410). In this case, an initial gas injection into the chamber may occur when the gas is supplied.

본 발명에 따른 건식 식각 장치는 상기 챔버의 내부 공간을 둘러싸도록 형성된 어댑터 링(130)이 구비되어 있으므로, 상기 가스 유입구(120)에서 공급되는 반응 가스는 상기 어댑터 링(130)에 형성된 연결 통로에 의해 링 형상의 가스 유로(131)로 유입하게 된다. Dry etching apparatus according to the present invention is provided with an adapter ring 130 formed to surround the inner space of the chamber, the reaction gas supplied from the gas inlet 120 is connected to the connection passage formed in the adapter ring 130 As a result, the gas flows into the ring-shaped gas flow path 131.

여기서, 상기 어댑터 링(130)에 구비된 링 형상의 가스 유로(131)는 상기 챔버(100) 내의 챔버 압력(P2) 보다 높은 압력(P1)이 채워지게 되며, 식각 공정시 상기 링 형상의 가스 유로(131)의 전 구간 내의 압력(P1)을 등 압력으로 유지시킨다(420). Here, the ring-shaped gas flow path 131 provided in the adapter ring 130 is filled with a pressure (P 1 ) higher than the chamber pressure (P 2 ) in the chamber 100, the ring shape during the etching process The pressure P 1 in all sections of the gas flow path 131 is maintained at equal pressure (420).

이러한, 상기 링 형상의 가스 유로(131)는 식각 공정 중에 전 구간 내의 압력을 일정한 압력으로 채운 상태로 유지하고, 초크 유동 조건을 만족하는 경우에 상기 링 형상의 가스 유로(131)에 연결된 다수의 오리피스(132)를 통해 챔버 내부로 균일한 가스 분포를 이루도록 한다(430).
The ring-shaped gas flow path 131 maintains the pressure in all sections at a constant pressure during the etching process, and the plurality of ring-shaped gas flow paths 131 connected to the ring-shaped gas flow path 131 when the choke flow conditions are satisfied. Through the orifice 132 to achieve a uniform gas distribution into the chamber (430).

다시 말하면, 상기 링 형상의 가스 유로(131)는 전 구간 내의 압력을 등 압력으로 유지하고, 초크 유동 조건을 만족한 상태라면 상기 링 형상의 가스 유로(131)는 상기 링 형상의 가스 유로에 각각 연결된 오리피스(132)에 균일한 가스 공급을 하게 되고, 상기 오리피스(132)는 상기 챔버(100) 내에 반응 가스를 균일하게 분사하게 된다. In other words, the ring-shaped gas flow path 131 maintains the pressure in all sections at equal pressure, and if the choke flow condition is satisfied, the ring-shaped gas flow path 131 is respectively connected to the ring-shaped gas flow path. The gas is uniformly supplied to the connected orifice 132, and the orifice 132 uniformly sprays the reaction gas into the chamber 100.

한편, 상기 오리피스에서 상기 챔버 내로 가스를 분사하면서 식각 공정을 위한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 챔버 내로 균일한 가스 공급이 이루어지는 경우에 발생되는 플라즈마에 의하여 반응성 식각 가스를 챔버 공간 내부에 균일하게 분포시킬 수 있다. Meanwhile, the plasma for the etching process may be generated while injecting gas into the chamber from the orifice. The reactive etching gas may be uniformly distributed in the chamber space by the plasma generated when the gas is uniformly supplied into the chamber.

여기서, 상기 링 형상의 가스 유로(131)의 초크 유동 조건을 만족시키기 위한 조건은, 앞서 설명한 바와 같이 상기 링 형상의 가스 유로(131)의 압력(P1)이 상기 챔버 압력(P2)의 두 배보다 크도록 유지되는 경우와, 상기 챔버와 링 형상의 가스 유로가 오리피스로 연결되는 경우이다. 이때, 상기 오리피스(132)의 직경이 0.5㎜ 이하가 바람직하다. Here, the condition for satisfying the choke flow condition of the ring-shaped gas flow path 131, as described above, the pressure (P 1 ) of the ring-shaped gas flow path 131 is the pressure of the chamber pressure (P 2 ) The case is maintained to be larger than twice, and the chamber and the ring-shaped gas flow path is connected to the orifice. At this time, the diameter of the orifice 132 is preferably 0.5 mm or less.

만약, 상기의 조건이 만족하지 않게 되어 상기 링 형상의 가스 유로의 압력이 등 압력으로 유지되지 않으며, 상기 초크 유동 상태가 형성하지 못한 상황이라면 상기 챔버 내에 균일한 가스 공급은 발생하지 않는다. If the above conditions are not satisfied, the pressure of the ring-shaped gas flow path is not maintained at the same pressure, and if the choke flow state is not formed, a uniform gas supply does not occur in the chamber.

그리고, 본 발명에 따른 건식 증착 장치를 건식 식각 방법에서는 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨 상태에서 가스 분사 공정시, 상기 상부 챔버 내부에 상기 어댑터 링으로부터 내측 방향으로 결합되고, 플라즈마 시쓰 두께 보다 작은 폭(160w)을 갖는 이격 공간이 제공되도록 형성된 쉴드(160)에 의해 반응 가스의 유입에 의한 파티클의 확산을 방지하게 된다. 상기 쉴드의 이격 공간의 폭(160w)은 3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 만약 상기 쉴드의 이격 공간의 폭(160w)이 상기의 범위인 3㎜ 이상이 되면 상기 이격 공간 내에 기생 플라즈마가 발생하게 되고, 이로 인한 효율적인 플라즈마의 활용이 불가능하게 된다.
In the dry etching method, the dry deposition apparatus according to the present invention is coupled inwardly from the adapter ring to the inside of the upper chamber during a gas injection process in a state where plasma is generated in the chamber, and has a width smaller than the thickness of the plasma sheath ( The shield 160 formed to provide a space having a space of 160w prevents the particle from spreading due to the inflow of the reaction gas. The width 160w of the spaced apart space of the shield is preferably 3 mm or less. If the width 160w of the spaced space of the shield is greater than or equal to 3 mm, the parasitic plasma is generated in the spaced space, thereby making it impossible to effectively utilize the plasma.

이처럼, 본 발명은 상기와 같이 전 구간 내에 일정한 압력을 유지하고, 초크 유동 조건을 만족하는 링 형상의 가스 유로와 다수의 오리피스로 구성된 어댑터 링으로부터 식각 챔버 내에 반응 가스를 분사함에 따라서, 식각 공정이 진행되는 식각 챔버 내에 균일한 가스 분사를 가능하게 할 수 있고, 그래서, 기판 표면의 유기물 오염물 제거율을 균일하게 확보할 수 있는 장점을 가지게 된다.
As described above, the present invention maintains a constant pressure in the entire section as described above, and by spraying the reaction gas into the etching chamber from the adapter ring consisting of a ring-shaped gas flow path and a plurality of orifices satisfying the choke flow conditions, the etching process is It is possible to enable uniform gas injection in the etching chamber that is in progress, and thus has the advantage of ensuring a uniform removal rate of organic contaminants on the surface of the substrate.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Those skilled in the art will understand from this that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

100: 챔버 101: 하부 챔버
102: 상부 챔버 110: ICP 안테나
120: 가스 유입구 121: 서스 튜브
130: 어댑터 링 131: 링 형상의 가스 유로
132: 오리피스 133: 연결 통로
140: 기판 150: 기판 지지대
160: 쉴드100: chamber 101: lower chamber
102: upper chamber 110: ICP antenna
120: gas inlet 121: sus tube
130: adapter ring 131: ring-shaped gas flow path
132: orifice 133: connecting passage
140: substrate 150: substrate support
160: shield

Claims (17)

식각 공정이 수행되는 챔버 내에,
균일하게 반응 가스를 유입하는 어댑터 링(adaptor ring); 및
상기 어댑터 링으로부터 내측 방향으로 결합되고, 플라즈마 시쓰(plasma sheath) 두께 보다 작은 폭을 갖는 이격 공간을 제공하는 쉴드를 포함하며,
상기 어댑터 링은,
상기 챔버의 내부 공간을 둘러싸도록 형성된 링 형상의 가스 유로; 및
상기 링 형상의 가스 유로에서 상기 챔버의 내측으로 연장하면서 등 간격으로 배치되며, 상기 링 형상의 가스 유로에서 제공된 가스를 분사시키는 다수의 오리피스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
In the chamber where the etching process is performed,
An adapter ring for uniformly introducing the reaction gas; And
A shield coupled inwardly from the adapter ring and providing a separation space having a width less than a plasma sheath thickness,
The adapter ring,
A ring-shaped gas flow path formed to surround an inner space of the chamber; And
And a plurality of orifices which are arranged at equal intervals while extending from the ring-shaped gas flow passage to the inside of the chamber, and inject gas provided from the ring-shaped gas flow passage.
제 1 항에 있어서,
상기 챔버는,
기판이 제공되는 하부 챔버; 및
상부 면이 돔 형상으로 이루어지며, 상기 하부 챔버와 연결되어 플라즈마 형성 공간을 제공하는 상부 챔버;로 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method according to claim 1,
The chamber may comprise:
A lower chamber in which a substrate is provided; And
And an upper chamber having an upper surface in a dome shape and connected to the lower chamber to provide a plasma formation space.
제 1 항에 있어서,
상기 링 형상 가스 유로는 식각 공정 중에 전 구간 내의 압력(P1)을 등 압력으로 유지하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method according to claim 1,
The ring-shaped gas flow path is a dry etching apparatus, characterized in that for maintaining the pressure (P 1 ) in the entire section at the same pressure during the etching process.
제 3 항에 있어서,
상기 링 형상의 가스 유로의 등 압력(P1)은 챔버 압력(P2)의 두 배보다 크도록 유지되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method of claim 3, wherein
And back pressure (P 1 ) of the ring-shaped gas flow path is maintained to be greater than twice the chamber pressure (P 2 ).
제 1 항에 있어서,
상기 어댑터 링의 오리피스의 직경은 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method according to claim 1,
And a diameter of the orifice of the adapter ring is 0.5 mm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 어댑터 링은 상기 링 형상의 가스 유로에 가스를 공급하는 가스 유입구와 연결되는 연결 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method according to claim 1,
The adapter ring further comprises a connection passage connected to a gas inlet for supplying gas to the ring-shaped gas flow path.
제 6 항에 있어서,
상기 링 형상의 가스 유로는 상기 오리피스 및 상기 연결 통로의 단면적 보다 큰 단면적으로 형성된 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method according to claim 6,
And the ring-shaped gas flow passage has a cross-sectional area larger than that of the orifice and the connection passage.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 쉴드의 이격 공간의 폭은 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
The method according to claim 1,
Dry etching apparatus, characterized in that the width of the space of the shield is less than 3mm.
챔버의 외벽에 배치된 가스 유입구에서 상기 챔버의 내부 공간을 둘러싸도록 형성된 어댑터 링으로 반응 가스를 공급하는 단계;
상기 어댑터 링에 포함된 링 형상의 가스 유로의 전 구간 내의 압력(P1)을 등 압력으로 유지하는 단계; 및
상기 링 형상의 가스 유로에 등 간격으로 형성된 다수의 오리피스에서 상기 챔버 내로 반응 가스를 균일하게 분사하는 단계;를 포함하고,
상기 챔버는 그 내부에 상기 어댑터 링으로부터 내측 방향으로 결합되고, 플라즈마 시쓰(plasma sheath) 두께보다 작은 폭을 갖는 이격 공간을 제공하는 쉴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
Supplying a reaction gas to an adapter ring formed to surround an inner space of the chamber at a gas inlet disposed at an outer wall of the chamber;
Maintaining the pressure (P 1 ) in the entire section of the ring-shaped gas flow path included in the adapter ring at equal pressure; And
And uniformly injecting a reaction gas into the chamber from a plurality of orifices formed at equal intervals in the ring-shaped gas flow path.
And the chamber includes a shield coupled therein, the inward direction from the adapter ring, the shield providing a separation space having a width less than a plasma sheath thickness.
제 10 항에 있어서,
상기 어댑터 링은 상기 가스 유입구에 연결된 연결 통로를 통해서 상기 가스 유입구로부터 반응 가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
11. The method of claim 10,
And the adapter ring receives a reaction gas from the gas inlet through a connection passage connected to the gas inlet.
제 10 항에 있어서,
상기 어댑터 링의 압력(P1)은 챔버 압력(P2)의 두 배보다 크도록 유지하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
11. The method of claim 10,
And the pressure (P 1 ) of the adapter ring is maintained to be greater than twice the chamber pressure (P 2 ).
제 10 항에 있어서,
상기 오리피스의 직경은 0.5㎜ 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
11. The method of claim 10,
The diameter of the orifice is dry etching method characterized in that it is formed to less than 0.5mm.
제 10 항에 있어서,
상기 챔버 내에 세정 가스를 균일하게 분사하는 단계는,
초크 유동 상태로 분사하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
11. The method of claim 10,
Uniformly spraying the cleaning gas into the chamber,
Dry etching method characterized in that the spray in the choke flow state.
제 10 항에 있어서,
상기 챔버 내에 세정 가스를 균일하게 분사하면서 상기 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
11. The method of claim 10,
And generating a plasma in the chamber while uniformly injecting a cleaning gas into the chamber.
삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 쉴드의 이격 공간의 폭은 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.11. The method of claim 10,
Dry etching method, characterized in that the width of the space of the shield is less than 3mm.
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