KR20020031997A - High density plasma oxide film etching apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고밀도 플라즈마 산화막 식각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에서 저압, 고주파로 웨이퍼를 식각하고 상기 식각시 발생된 잔유물은 배기 완충부를 통해서 고압으로 펌핑하여 고밀도 플라즈마 식각을 수행할 수 있도록 한 고밀도 플라즈마 산화막 식각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high-density plasma oxide film etching apparatus, and more particularly, in the semiconductor manufacturing process, the wafer may be etched at low pressure and high frequency, and the residue generated during the etching may be pumped at high pressure through an exhaust buffer to perform high density plasma etching. It relates to a high density plasma oxide etching apparatus.
일반적으로 반도체 제조 장치는 웨이퍼 프로세서 공정인 전공정과, 조립 및 검사 공정인 후 공정으로 이루어지게 되고, 상기 웨이퍼 프로세서인 전공정은 주로 플라즈마를 응용한 공정으로 수행하게 된다.In general, the semiconductor manufacturing apparatus is composed of a pre-process, which is a wafer processor process, and a post-process, which is an assembly and inspection process, and the pre-process, which is the wafer processor, is mainly performed by a plasma application process.
그 이유는 반도체의 집적도가 급속히 높아짐에 따라 고단차(aspect ratio)에서 선폭 미세화에 대한 기술이 절실히 요구되어, 종래의 습식 에칭 기술은 등방성 에칭 특성 때문에 상기 고단차에서 선폭 미세화를 만족시킬 수 없어, 비등방성 에칭이 가능한 플라즈마 공정 기술을 도입하여 공정을 수행하게 되는 것이다.The reason for this is that as the integration density of semiconductors is rapidly increased, a technique for thinning the line width at the high aspect ratio is urgently required, and the conventional wet etching technique cannot satisfy the line width miniaturization at the high step due to the isotropic etching characteristic. The process is performed by introducing a plasma process technology capable of anisotropic etching.
그리고 상기 플라즈마 공정 기술은 플라즈마가 가스상태이고 효율성이 뛰어나므로 상기 습식 에칭에 비하여 공정 중 발생되는 폐기물량이 매우 적어 환경오염을 상당히 억제시킬 수 있는 장점과, 웨이퍼를 진공 속에 두고 반송 자동화를 시킬 수 있어 외부로부터의 오염을 억제할 수 있는 장점을 갖게 되어 현재 여러 가지 박막 증착기술(sputtering, PECVD, Anodization, Planarization)과 플라즈마 에칭에 활발히 응용되고 있다.In addition, the plasma process technology has an advantage that the amount of waste generated during the process is much smaller than that of the wet etching because the plasma is gaseous and has high efficiency, and the environmental pollution can be considerably suppressed. Since it has the advantage of suppressing contamination from the outside, it is actively applied to various thin film deposition techniques (sputtering, PECVD, anodization, planarization) and plasma etching.
상기 반도체 제조 공정에서 응용되는 플라즈마는 크게 플라즈마 에싱, 플라즈마 CVD, 플라즈마 에칭이 있다.Plasma used in the semiconductor manufacturing process is largely plasma ashing, plasma CVD, plasma etching.
여기서 상기 플라즈마 에칭은 입력파워 및 주파수, 반응가스의 선택과 혼합비, 가스압력, 전극의 구성과 배치, 전기장 외에 자기장을 사용하는 방식 및 기판 바이어스 전압 사용에 의하여 에칭 공정의 변수가 발생하게 된다.Here, the plasma etching is a variable of the etching process by the input power and frequency, the selection and mixing ratio of the reaction gas, the gas pressure, the configuration and arrangement of the electrode, the method of using a magnetic field in addition to the electric field and the use of a substrate bias voltage.
그리고 상기 플라즈마 에칭에 의한 반응은 스퍼터링 에칭, 화학적 에칭, 이온의 도움에 의한 에칭, 이온 충돌과 측면 보호막에 의한 에칭이 있다.The reaction by the plasma etching is sputter etching, chemical etching, etching with the help of ions, ion collision and etching by the side protective film.
따라서 상기 스퍼터링 에칭은 플라즈마 쉬스에 의해 가속된 고 에너지 이온들의 박막과의 충돌을 통해 일어난다, 이온의 에너지가 표면원자 결합에너지 보다 클 때 표면원자는 표면에서 이탈되며 에칭이 진행된다.Therefore, the sputter etching occurs through the collision of high energy ions accelerated by the plasma sheath. When the energy of the ions is greater than the surface atom binding energy, the surface atoms are released from the surface and the etching proceeds.
이 반응은 순수한 물리적 반응이므로 역 산란이 일어나지 않도록 가스 압력이 낮아야 하는데 이런 이유에서 선택성이 좋지 않고, 표면에 손상을 주며, 에칭에 의해 방출된 입자는 휘발성이 낮아 재 부착 때문에 에칭속도가 매우 낮다.Since this reaction is a pure physical reaction, the gas pressure should be low so that backscattering does not occur. For this reason, the selectivity is poor, and the surface is damaged. The particles released by etching have low volatility, and thus the etching rate is very low because of reattachment.
이와 같이 상기 플라즈마 에칭 공정은 응용하는 관점에 따라 몇가지 중요한 특성을 갖는데, 고집적 디바이스에 있어서 비등방성 에칭은 마스크에 대한 하지막의 패턴 충실도를 향상시키기 위해 필요하고 수평방향의 에칭속도 보다 수직방향의 에칭 속도비를 크게 하는 것을 의미하는데, 이것은 물리적인 특성과 화학적인 특성을 이용하여 실현할 수 있다.As such, the plasma etching process has several important characteristics, depending on the application point of view. For highly integrated devices, anisotropic etching is necessary to improve the pattern fidelity of the underlying film with respect to the mask, and the etching rate in the vertical direction is higher than the horizontal etching rate. It means increasing the ratio, which can be realized using physical and chemical properties.
즉 상기 물리적인 특성은 플라즈마 경계에서 이온의 방향성에 의존한다. 이온은 측면보다 바닥을 향해 충돌하는 성질을 갖고 있으나, 라디컬은 방향성이 없는 즉 등방성 성질을 갖고 있다.The physical properties depend on the orientation of the ions at the plasma boundary. Ions have a property of colliding toward the bottom rather than the side, but radicals have no directivity, that is, isotropic property.
순수한 물리적인 에칭의 주요 문제는 일반적으로 에칭속도가 중성 라디컬의 도움이 없으므로 매우 낮고, 스파터링 속도는 대부분의 물질에서 거의 동일하므로낮은 선택성을 갖는 것이다.The main problem of pure physical etching is that the etch rate is generally very low, with no help of neutral radicals, and the spattering rate is almost the same for most materials, resulting in low selectivity.
상기 에칭에서 선택성이란 다른 두 물질간의 상대적인 에칭속도를 의미한다. 즉 선택성인 선택비는 MOS-FET의 폴리 실리콘 전극 에칭공정에서 찾을 수 있는데, 하부 단차에 의해 비등방성 폴리 실리콘 에칭시 잔유물을 남긴다, 이러한 잔유물을 완전히 제거하기 위해서는 100% 정도의 추가 에칭이 필요하다.Selectivity in the etch means the relative etch rate between the other two materials. Selective selectivity can be found in the MOS-FET's polysilicon electrode etching process, which leaves residues during anisotropic polysilicon etching due to the lower step, and 100% additional etching is required to completely remove these residues. .
이 추가 에칭시간 동안 하지막인 얇은 게이트 산화막은 플라즈마에 노출되어 고 선택비를 갖고 있지 못하면 얇은 게이트 산화막이 에칭되어 디바이스의 성능과 신뢰성을 열화시킨다.During this additional etching time, if the thin gate oxide film, which is the underlying film, is exposed to the plasma and does not have a high selectivity, the thin gate oxide film is etched to degrade the performance and reliability of the device.
따라서 상기 플라즈마 에칭에서 디바이스의 성능과 신뢰성 열화를 해소하기 위하여 고밀도 플라즈마를 생성하게 되고, 이 고밀도 플라즈마는 캐패시터 결합 플라즈마(CCP)에 비해 전자온도가 두 배 가량 높고 가스분자들의 분해율이 높기 때문에 원하지 않는 라디컬들을 과잉 생성하게 되어 선택비등을 만족시킬 수 없게 되었다.Therefore, the plasma etching generates a high-density plasma to solve the degradation of the performance and reliability of the device, which is undesirable because the electron temperature is twice as high as the capacitor-coupled plasma (CCP) and the decomposition rate of the gas molecules is high. Overproduction of radicals can not satisfy the selection boiling.
그래서 상기 선택비를 만족시키기 위하여 공정가스 종류를 바꾸거나 플라즈마 변수를 제어하는 방식이 요구되고 있는 실정이고, 상기 공통적으로 요구하는 조건은 낮은 공정압력, 고 이온화율, 높은 에칭속도, 좋은 에칭 균일도를 가장 적절히 충족시키는 고밀도 플라즈마 발생장치가 필요하게 되었다.Therefore, in order to satisfy the selection ratio, a method of changing a process gas type or controlling a plasma variable is required. The commonly required conditions include low process pressure, high ionization rate, high etching rate, and good etching uniformity. There is a need for a high density plasma generator that best satisfies.
그럼에도 불구하고, 종래에는 도 1 에 도시한 바와 같이, 내부 진공도가 유지되도록 내벽에 알루미늄 재질로 산화 피막 된 챔버(10)과; 상기 챔버(10)의 상부내부에 혼합 가스(Ar, C4F8 ,O2)를 공급하는 가스 공급배관(11)과; 상기 가스 공급배관(11)으로 부터 공급되는 혼합가스를 무선주파수신호에 의하여 구동하면서 작은 다수개의 홀을 통해서 분사하는 상부전극(12)과; 상기 상부전극(12)의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 쿨링 플레이트(13)와; 상기 상부전극(12)과 소정의 거리를 두고 하부에 무선주파수신호에 의하여 구동하는 하부전극(14)과; 상기 하부전극(14)의 하부에 상부전극(12)과의 거리를 조정하는 벨로우즈(15)와; 상기 하부전극(14)을 상부에 감싸아 주고 재치되는 웨이퍼를 포커싱하는 포커스 링(16)과; 상기 챔버(10)의 일측벽 내부 압력을 측정하는 압력측정기(17)와; 상기 상부전극(12)과 하부전극(14)에 소정의 무선 주파수를 발생하여 공급하는 무선 주파수 발생기(18)와; 상기 무선주파수 발생기(18)에서 발생되는 무선 주파수를 손실 없이 인가하는 정합기(19)와; 상기 정합기(19)로부터 정합된 무선 주파수를 상기 상부전극(12)과 하부전극(14)에 각각 소정의 비율로 분리 공급하는 분리기(20)와; 상기 챔버(10)의 일측벽에 상부전극(12)에서 발생되는 플라즈마에 의하여 식각된 잔유물을 배기하는 배기배관(21)과; 상기 배기배관(21)의 하부에는 좁은 흡입구(22)가 구비된 펌프(23)로 구성된다.Nevertheless, conventionally, as shown in FIG. 1, the chamber 10 is anodized with an aluminum material on the inner wall to maintain the internal vacuum degree; A gas supply pipe (11) for supplying a mixed gas (Ar, C 4 F 8, O 2 ) into the upper portion of the chamber (10); An upper electrode 12 for driving the mixed gas supplied from the gas supply pipe 11 through a plurality of small holes while driving by a radio frequency signal; A cooling plate 13 for maintaining a constant temperature of the upper electrode 12; A lower electrode 14 driven at a lower distance from the upper electrode 12 by a radio frequency signal; Bellows (15) for adjusting the distance to the upper electrode 12 in the lower portion of the lower electrode (14); A focus ring (16) surrounding the lower electrode (14) at the top and focusing the wafer being placed; A pressure gauge (17) for measuring the pressure inside the one side wall of the chamber (10); A radio frequency generator 18 generating and supplying a predetermined radio frequency to the upper electrode 12 and the lower electrode 14; A matching unit (19) for applying a radio frequency generated by the radio frequency generator (18) without loss; A separator 20 for separately supplying the radio frequency matched from the matcher 19 to the upper electrode 12 and the lower electrode 14 at a predetermined ratio; An exhaust pipe 21 for exhausting residues etched by the plasma generated from the upper electrode 12 on one side wall of the chamber 10; The lower portion of the exhaust pipe 21 is composed of a pump 23 having a narrow inlet 22.
상기와 같이 구성되는 웨이퍼 식각장치는 챔버(10)내부에 식각하고자 하는 웨이퍼를 포커스 링(16)에 재치하고, 펌프(22)를 작동하여 챔버(10)의 내부를 진공 상태로 유지시킨 후, 상기 가스공급배관(11)을 통해서 혼합 가스(Ar, C4F8 ,O2)를 챔버(10)의 내부로 공급하게 되고, 상기 공급된 혼합 가스(Ar, C4F8 ,O2)는 쿨링 플레이트(13)를 통해서 가스를 골고루 분산시키는 판을 거쳐 상부전극(12)에 형성되어 있는 다수개의 홀(HOLE)로 분산 공급하게 된다.In the wafer etching apparatus configured as described above, the wafer to be etched in the chamber 10 is placed on the focus ring 16, and the pump 22 is operated to maintain the interior of the chamber 10 in a vacuum state. The mixed gas Ar, C 4 F 8, O 2 is supplied into the chamber 10 through the gas supply pipe 11, and the supplied mixed gas Ar, C 4 F 8, O 2 is supplied. Is distributed and supplied to the plurality of holes (HOLE) formed in the upper electrode 12 through the plate to evenly distribute the gas through the cooling plate 13.
상기와 같이 챔버(10)의 내부로 공급된 혼합가스는 챔버(10)의 내부 압력을 증가시키게 되고, 이 증가되는 압력은 압력측정기(17)로 측정하게 되며, 이 측정된 압력이 임의로 설정된 압력(300 - 1500 mtorr)에 도달하게 되면, 상부전극(12)에는 무선주파수 발생기(18)로부터 기 설정된 저주파 인 380 KHZ의 무선주파수와 1000-As described above, the mixed gas supplied into the chamber 10 increases the internal pressure of the chamber 10, and the increased pressure is measured by the pressure gauge 17, and the measured pressure is an arbitrary set pressure. When it reaches (300-1500 mtorr), the upper electrode 12 has a radio frequency of 380 KHZ, which is a preset low frequency from the radio frequency generator 18, and 1000-.
2000 watts의 무선출력이 인가되어 플라즈마를 형성하게 된다.2000 watts of radio power is applied to form a plasma.
이때 상기 무선주파수 발생기(18)로부터 발생되는 380 KHZ의 무선주파수는 정합기(19)를 통해서 입력파와 출력파가 조정되고, 분리기(20)를 통해서 기 설정된 소정의 비율(상부전극 6; 하부전극4)로 분리된 저주파(380kHz)를 공급하게 된다.At this time, the radio frequency of 380 KHZ generated from the radio frequency generator 18 is adjusted to the input wave and the output wave through the matching unit 19, and the predetermined ratio (upper electrode 6; lower electrode) through the separator 20. It supplies low frequency (380kHz) separated by 4).
이와 같이 분리 공급된 저주파는 챔버(10)의 내부 가스에 인력과 반발력을 유도하여 충돌을 발생, 분자가스를 해리, 음이온, 양이온 그리고 라디칼로 구성된 플라즈마를 형성하여 챔버(10)의 내부 압이 300 mtorr 이상의 공정 설정압력을 유지하면서 하부전극(14)의 상부에 위치한 포커스링(16)에 재치되어 있는 웨이퍼상에 산화막을 식각하게 된다.The low-frequency supplied in this manner causes collision by inducing attraction and repulsive force to the internal gas of the chamber 10, forming a plasma composed of dissociated molecules, anions, cations and radicals so that the internal pressure of the chamber 10 is 300. The oxide film is etched on the wafer placed on the focus ring 16 located above the lower electrode 14 while maintaining a process setting pressure of mtorr or more.
상기 웨이퍼상에 산화막을 식각하는 동안 배기배관(21)에 연통되어 있는 펌프(21)는 용량 600 lps 로 펌핑하면서 상기 식각된 잔유물을 배기배관(21)을 통해서 흡입 배기하게 된다.The pump 21, which is in communication with the exhaust pipe 21 while etching the oxide film on the wafer, sucks and exhausts the etched residue through the exhaust pipe 21 while pumping at a capacity of 600 lps.
그러나 상기 웨이퍼를 식각하는 장치는 상기 웨이퍼 식각 중 발생되는 잔유물 배기시 상기 포커스 링(16)은 재치되어 있는 웨이퍼와 동일 높이를 유지하고 있어, 식각된 잔유물 배기시 펌프의 흡입 배기압에 의하여 웨이퍼의 가장자리에 손상이 발생되는가 하면, 또한 상기 식각 장치는 무선 주파수 발생기(18)가 380kHz의 저주파와 고압 300 mtorr 이상을 사용하여 식각하도록 되어 있어, 상기 웨이퍼 식각 장치를 저주파, 저압 100 mtorr에서는 상부 전극(12)에서 플라즈마의 점화가 발생되지 않게 되어 결국 식각을 할 수 없게 된다.However, the apparatus for etching the wafer maintains the same height as the wafer on which the focus ring 16 is placed upon evacuation of residues generated during etching of the wafer. In addition, damage to the edges may occur, and the etching apparatus may be etched by the radio frequency generator 18 using a low frequency of 380 kHz and a high pressure of 300 mtorr or more. In 12), the ignition of the plasma does not occur and eventually the etching cannot be performed.
그리고, BPSG 와 질화막(SiN)간의 고 선택비가 요구되는 자기정렬콘텍(SAC)식각 공정시에도 상,하부전극의 거리가 멀어야 하는데, 이 또한 플라즈마 점화가 발생되지 않게 되어 식각을 할 수 없게 되었다.In addition, the distance between the upper and lower electrodes must be large even during the SAC etching process requiring high selectivity between BPSG and nitride film (SiN), which also prevents plasma ignition from occurring and cannot be etched. .
따라서 본 발명의 목적은 웨이퍼 식각시 상부 전극과 하부 전극에 공급되는 무선주파수를 서로 다른 각각의 고주파를 공급하여 고밀도 플라즈마가 형성되도록 하고자 하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a high-density plasma by supplying each of the radio frequency different from the radio frequency supplied to the upper electrode and the lower electrode during wafer etching.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 식각시 발생되는 잔유물을 흡입 배기하는 펌프의 압력을 상승시켜 저압 하에서도 식각 공정이 가능하고, 식각 공정시 발생되는 잔유물의 배기 순간 속도를 향상하여 식각 공정 능력을 향상하고자 하는데 있다.Another object of the present invention is to increase the pressure of the pump for sucking and exhausting the residues generated during wafer etching to enable the etching process even under low pressure, and to improve the etching process ability by improving the instantaneous velocity of the residues generated during the etching process. It is.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 식각시 플라즈마의 포커싱과 펌프의 펌핑용량을 조절하여 잔유물 흡입 배기시 잔유물에 의한 웨이퍼의 손상을 방지하고자 하는데 있다.Another object of the present invention is to prevent the damage of the wafer by the residue when the residue is sucked and exhausted by adjusting the focusing of the plasma during the wafer etching and the pumping capacity of the pump.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 웨이퍼를 식각하는 장치인 챔버 내의 상부 전극과 하부전극 각각에 서로 다른 고주파를 공급하는 무선 주파수 발생기와; 상기 챔버 내에 잔유물을 배기하는 배기 배관에는 배기 순간 속도를 향상하는 배기 완충부와; 상기 배기 완충부에는 낮은 공정 압력을 유지하는 흡입구가 구비되는 펌프를 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.The present invention provides a radio frequency generator for supplying a different high frequency to each of the upper electrode and the lower electrode in the chamber which is a device for etching a wafer; The exhaust pipe for exhausting the residue in the chamber includes an exhaust buffer for improving the instantaneous speed of exhaust; The exhaust buffer part is characterized by comprising a pump having a suction port for maintaining a low process pressure.
상기의 목적을 실현하기 위한 다른 본 발명은 하부 전극의 상부에 위치하고 재치되는 웨이퍼에 플라즈마를 포커싱하는 포커스 링의 중앙부는 재치되는 웨이퍼의 두께 보다 높게 형성함과 아울러, 상기 포커스 링의 직경은 상기 하부전극의 직경보다 넓게 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a central portion of a focus ring for focusing plasma on a wafer placed on an upper portion of a lower electrode is formed to be higher than a thickness of a wafer on which the focus ring is placed, and a diameter of the focus ring is defined by the lower portion of the lower ring. It is characterized by being formed wider than the diameter of the electrode.
도 1 은 종래 플라즈마 산화막 식각 장치의 종단면도1 is a longitudinal sectional view of a conventional plasma oxide film etching apparatus;
도 2 는 본 발명 고밀도 플라즈마 산화막 식각 장치의 종단면도Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of the present invention high density plasma oxide film etching apparatus
도 3 은 본 발명 고밀도 플라즈마 산화막 식각 장치의 요부 확대 단면도3 is an enlarged cross-sectional view of main parts of the high-density plasma oxide film etching apparatus of the present invention;
도 4 는 본 발명 고밀도 플라즈마 산화막 식각 장치의 다른 실시예도Figure 4 is another embodiment of the present invention high density plasma oxide film etching apparatus
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
200; 챔버 201; 가스공급관200; Chamber 201; Gas supply pipe
202; 상부전극 203; 쿨링플레이트202; Upper electrode 203; Cooling Plate
204; 하부전극 205; 벨로우즈204; Lower electrode 205; Bellows
206; 포커스 링 207; 압력측정기206; Focus ring 207; Pressure gauge
208; 배기배관 209; 흡입구208; Exhaust piping 209; Inlet
210; 펌프 211,212; 무선고주파 발생기210; Pumps 211,212; Radio frequency generator
213,214; 정합기 215; 배기완충부213,214; Matcher 215; Exhaust shock absorber
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention.
도 2 는 본 발명 플라즈마 산화막 식각 장치의 종단면도 이고, 도 3 은 본 발명 고밀도 플라즈마 산소 식각 장치의 요부 확대 단면도 로서, 내부 진공도가 유지되도록 내벽에 알루미늄 재질로 산화 피막 된 챔버(200)과; 상기 챔버(200)의 상부 내부에 혼합 가스(Ar, C4F8 ,O2)를 공급하는 가스공급배관(201)과; 상기 가스 공급배관(201)으로 부터 공급되는 혼합가스를 무선주파수신호에 의하여 구동하면서 작은 다수개의 홀을 통해서 분사하는 상부전극(202)과; 상기 상부전극(202)의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 쿨링 플레이트(203)와; 상기 상부전극(202)과 소정의 거리를 두고 하부에 무선주파수신호에 의하여 구동하는 하부전극(204)과; 상기 하부전극(204)의 하부에 상부전극(202)과의 거리를 조정하는 벨로우즈(205)와; 상기하부전극(204)의 상부 주연부에 재치되는 웨이퍼를 잡아주는 포커스 링(206)과; 상기 챔버(200)의 일측벽 내부 압력을 측정하는 압력측정기(207)와; 상기 챔버(200)의 일측벽에 상부전극(202)에서 발생되는 플라즈마에 의하여 식각된 잔유물을 배기되는 배기 배관(208)과; 상기 배기 배관(208)에는 잔유물을 흡입 배기하는 선단에 좁은 흡입구(209)를 구비한 펌프(210)로 구성되는 웨이퍼 식각 장치에 있어서, 상기 상부전극(202)과 하부전극(204)각각에 고주파인 무선 주파수를 각각 발생하는 무선 고주파 발생기(211)(212)를 구성하되, 상기 무선 고주파 발생기(211)는 정합기(213)를 통해서 상부 전극(202)에 27.2MHZ가 인가되게 구성하고, 상기 무선 고주파 발생기(212)는 정합기(214)를 통해서 하부전극(204)에 2MHZ가 인가되게 구성한다.2 is a longitudinal cross-sectional view of the plasma oxide film etching apparatus of the present invention, Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of the main portion of the high-density plasma oxygen etching apparatus of the present invention, the chamber 200 is anodized with an aluminum material on the inner wall to maintain the internal vacuum degree; A gas supply pipe 201 for supplying a mixed gas (Ar, C 4 F 8, O 2 ) to an upper inside of the chamber 200; An upper electrode 202 for driving the mixed gas supplied from the gas supply pipe 201 through a plurality of small holes while driving by a radio frequency signal; A cooling plate 203 for maintaining a constant temperature of the upper electrode 202; A lower electrode 204 driven by a radio frequency signal at a lower distance from the upper electrode 202; A bellows 205 for adjusting a distance to the upper electrode 202 below the lower electrode 204; A focus ring 206 for holding a wafer mounted on an upper periphery of the lower electrode 204; A pressure gauge (207) for measuring the pressure inside the one side wall of the chamber (200); An exhaust pipe 208 for exhausting the residue etched by the plasma generated from the upper electrode 202 on one side wall of the chamber 200; In the exhaust pipe 208, a wafer etching apparatus comprising a pump 210 having a narrow suction port 209 at the tip of suction and exhaust of residues, each of the upper electrode 202 and the lower electrode 204 has a high frequency. Configure a radio frequency generator 211, 212 to generate a radio frequency respectively, wherein the radio frequency generator 211 is configured to apply 27.2MHZ to the upper electrode 202 through the matching unit 213, The wireless high frequency generator 212 is configured such that 2MHZ is applied to the lower electrode 204 through the matcher 214.
상기 챔버(200)내의 잔유물을 배기하는 배기배관(208)에는 챔버(200)로 부터 배기 순간 속도를 완충 조절하는 배기 완충부(215)를 구성하고, 상기 배기 완충부(215)와 연통되는 펌프(210)의 흡입구(209)는 도 3 에 도시한 바와 같이, 크게 확장하여 챔버(200)의 진공압이 저압을 유지하도록 구성한다.In the exhaust pipe 208 for exhausting the residue in the chamber 200, an exhaust buffer portion 215 configured to buffer and regulate the instantaneous velocity of exhaust gas from the chamber 200, and the pump communicates with the exhaust buffer portion 215. As shown in FIG. 3, the suction port 209 of 210 is greatly expanded so that the vacuum pressure of the chamber 200 maintains the low pressure.
상기 포커스 링(206)의 중앙부는 도 4 에 도시한 바와 같이, 상기 재치되는 웨이퍼보다 높게 형성하되, 상기 웨이퍼의 두께 보다 1.5 mm 높게 형성하고, 상기 중앙부의 연부는 펌핑 용량이 조절되도록 상기 하부전극(204)의 직경보다 넓은 직경으로 형성한다.As shown in FIG. 4, the center portion of the focus ring 206 is formed to be higher than the wafer to be placed, but is formed to be 1.5 mm higher than the thickness of the wafer, and the edge portion of the center portion is configured to adjust a pumping capacity. It is formed to a diameter wider than the diameter of (204).
상기 펌프(210)는 1000 lps 용량을 갖도록 구성한다.The pump 210 is configured to have a capacity of 1000 lps.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 챔버(200)내부에 식각하고자 하는 웨이퍼를 포커스 링(206)의 중앙부에 재치하고, 하부전극(204)과 벨로우즈(205)를 이동시켜 상부전극(202)과 하부전극(204)의 간격을 유지시켜 놓은 상태에서, 1000 lps 용량의 펌프(210)를 작동시켜 챔버(200)내부를 진공 상태로 유지시켜 놓게 된다.In the present invention configured as described above, the wafer to be etched in the chamber 200 is placed in the center of the focus ring 206, and the lower electrode 204 and the bellows 205 are moved to move the upper electrode 202 and the lower portion. In the state where the electrode 204 is maintained, the pump 210 having a capacity of 1000 lps is operated to maintain the inside of the chamber 200 in a vacuum state.
이어서 상기 가스공급배관(201)을 통해서 혼합 가스(Ar, C4F8 ,O2)를 챔버(200)의 내부로 공급하게 되면, 상기 공급된 혼합 가스(Ar, C4F8 ,O2)는 쿨링 플레이트(203)를 통해서 가스를 골고루 분산시키는 판을 거쳐 상부전극(202)에 형성되어 있는 다수개의 홀을 통해서 하부로 분산 공급되게 된다.Then the gas supply pipe 201, the gas mixture through (Ar, C 4 F 8, O 2) of when the supply to the interior of the chamber 200, the supplied mixed gas (Ar, C 4 F 8, O 2 ) Is distributed and supplied downward through a plurality of holes formed in the upper electrode 202 through the plate to evenly distribute the gas through the cooling plate 203.
상기와 같이 챔버(200)내부로 공급된 혼합가스는 챔버(200)의 내부 압력을 증가시키게 되고, 이 증가되는 압력은 압력측정기(207)로 측정하게 되며, 이 측정된 압력이 임의로 설정된 저압력(100 mtorr 이하)에 도달하게 되면, 상부전극(202)에는 무선 고주파 발생기(211)로부터 정합기(213)를 통해서 무선 고주파인 27.12 MHZ를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 1 ~ 3 초후에 하부전극(204)에 무선 고주파 발생기(213)로부터 정합기(214)를 통해서 고주파인 2 MHZ를 공급하여 하부전극(204)을 구동시켜 상기 발생되는 플라즈마의 밀도를 증가시켜 고밀도 플라즈마를 발생시킴과 아울러 방향성을 갖게 한다.As described above, the mixed gas supplied into the chamber 200 increases the internal pressure of the chamber 200, and the increased pressure is measured by the pressure gauge 207, and the measured pressure is arbitrarily set to a low pressure. When it reaches (100 mtorr or less), the upper electrode 202 is supplied with a radio frequency 27.12 MHZ from the radio frequency generator 211 through the matching unit 213 to generate a plasma, and after 1 to 3 seconds, the lower electrode The high frequency 2 MHZ is supplied from the wireless high frequency generator 213 through the matcher 214 to the lower electrode 204 to increase the density of the generated plasma, thereby generating high density plasma and directivity. To have.
그러므로 방향성을 갖는 고밀도 플라즈마는 100 mtorr 이하의 저압 식각 공정을 수행하게 되는데, 이때 상기 포커스 링(206)은 중앙부에 재치되어 있는 웨이퍼 보다 높게 형성되어 있어 상기 식각시 플라즈마 포커싱을 향상하게 되므로 상기 웨이퍼의 깊은 홀(deep contact)까지 식각하게 된다.Therefore, the directional high density plasma performs a low pressure etching process of 100 mtorr or less. In this case, the focus ring 206 is formed higher than the wafer placed in the center, thereby improving plasma focusing during etching. Etch to deep contact.
한편 상기 웨이퍼의 산화막을 식각하는 동안 발생되는 잔유물은 배기 배관(208)에 연통되어 있는 용량 1000 lps를 갖는 펌프(210)에 의하여 펌핑되어 배기 되게 되는데, 이때 웨이퍼의 식각시 발생된 잔유물의 배기는 상기 하부전극(204)의 직경보다 넓게 형성된 포커스 링(206)의 직경에 의하여 상기 챔버(100)의 내벽과 좁은 배기로 형성에 의하여 상기 좁은 배기로를 통과한 배기압은 상기 펌프(210)로부터 펌핑 속도 용량이 향상되어 배기배관(208)을 통해서 배기완충부(215)로 유입된다.Meanwhile, the residue generated during etching the oxide film of the wafer is pumped and exhausted by a pump 210 having a capacity of 1000 lps in communication with the exhaust pipe 208. At this time, the residue generated during etching of the wafer is exhausted. Due to the diameter of the focus ring 206 formed wider than the diameter of the lower electrode 204, the exhaust pressure passing through the narrow exhaust passage by forming the inner wall of the chamber 100 and the narrow exhaust passage is from the pump 210. The pumping speed capacity is improved and flows into the exhaust buffer 215 through the exhaust pipe 208.
한편 상기 배기 완충부(215)로 유입된 잔유물은 배기 완충부(215)의 넓은 공간에 의하여 배기 순간 속도가 조절되고, 상기 조절된 배기 순간 속도는 펌프압 용량이 증가되어 있는 펌프(210)의 확장된 흡입구(209)를 통해서 원활하게 흡입되어 외부로 배기되게 되므로 식각 속도 능률이 향상된 고밀도 플라즈마 웨이퍼 식각 공정이 이루어지게 되는 것이다.On the other hand, the residue flowed into the exhaust buffer 215 is controlled by the large space of the exhaust buffer 215, the instantaneous exhaust speed is adjusted, the adjusted exhaust instantaneous speed of the pump 210 is the pump pressure capacity is increased Since it is smoothly sucked through the expanded suction port 209 and is exhausted to the outside, the high-density plasma wafer etching process with improved etching speed efficiency is achieved.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조 공정에서 챔버의 상부 전극과 하부전극 각각에서 서로 다른 고주파를 공급하여 고밀도 플라즈마를 발생하여 깊은 홀까지 웨이퍼를 식각하고, 상기 식각시 발생된 잔유물은 펌핑 용량이 증가된 펌프에 의하여 배기하되, 상기 펌프에 의하여 흡입 배기되는 잔유물은 배기 완충부에 의하여 배기 순간 속도를 향상시킨 상태에서 확장된 흡입구의 펌프를 통해서 배기되도록 함으로써, 저압 고주파 고밀도 플라즈마 식각을 수행할 수 있게 되는 효과를 제공하게 되는 것이다.As described above, in the semiconductor manufacturing process, the wafers are etched to deep holes by supplying different high frequencies from each of the upper and lower electrodes of the chamber to generate a high-density plasma, and the residue generated during the etching has a pumping capacity. Exhausted by the increased pump, but the residue sucked by the pump is exhausted through the pump of the expanded inlet in the state of improving the instantaneous speed of exhaust by the exhaust buffer, thereby performing low pressure high frequency high density plasma etching To provide the effect.
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