JP2005051198A - プラズマエッチング装置（ＰｌａｓｍａＥｔｃｈｉｎｇＡｐｐａｒａｔｕｓ） - Google Patents

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Abstract

【課題】 より成形の容易な上部電極が提供されより精密にエッチング均一性を向上させることができるプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、上部電極と、前記上部電極と対向するように備えられその上部に基板が配置される下部電極と、前記上部電極又は前記下部電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる高周波発生器とを含むプラズマエッチング装置に関する。本発明によるプラズマエッチング装置は、前記上部電極の形態を調節して、前記上部電極と下部電極の対向面にかけて電極間の間隔を少なくとも一部が不連続的に異なるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明はプラズマエッチング装置に係り、より詳しくは、より成形の容易な上部電極が提供されてより精密にエッチング均一性を向上させることができるプラズマエッチング装置に関する。
半導体装置の製造において、素子の高集積化が続いている。より集積度の高い装置を作るためにはより精密なウエハーの加工技術を必要とする。したがって、半導体装置製造の重要工程であるエッチング工程でもより精密なエッチングが必要である。
一般に、エッチング工程が備えなければならない条件としては高い選択性、高いエッチング率、エッチングの均一性、工程の安定性、ウエハーに対する少ない損傷などが挙げられ、ここで、精密なエッチングとはいろいろなエッチング変数に対するエッチング量の調節が正確であり、ウエハー上の位置によるエッチング程度が均一なエッチングをいう。
エッチングは乾式エッチングと湿式エッチングとに大別され、各々が特性及び長短所を有しているので工程の性質によって選択的に用いられる。湿式エッチングは費用が低廉であり、選択比及びエッチング率が高く、信頼性が高いという利点を有するため広く用いられている。反面、線間幅が狭い精巧なエッチングには不適合であり、化学的なエッチングで等方性を有するのでアンダーカットなどの問題がある。
乾式エッチングはイオンミリング（Ion Milling）のような物理的エッチング、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）のような物理化学的エッチング、プラズマエッチングのような化学的エッチングに分けることができる。物理的なエッチング性を有するほど非等方性で正確なパターン転写の効果を有することができるが、選択比が落ちる問題がある。プラズマエッチングは反対に選択比が良いが、アンダーカットなど等方性エッチングの問題点をそのまま有している。
特に、プラズマを用いたエッチング工程において、半導体装置の高集積化、ウエハーの大口径化及びエッチング装置内の多様な変数によって依然としてエッチング均一性が問題となっている。
エッチング均一性を向上させるための様々な提案のうちで特に、プラズマエッチング装置内の上部電極の形態を調節することによる技術を開示している特許文献１について図１及び図２を参照して説明する。
韓国登録特許第２５２２１０号明細書
図１及び図２は従来の技術によるプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す図面である。まず、図１に示されているように、従来の技術によるプラズマエッチング装置は、上部電極１５と、上部電極１５と対向するように備えられその上部に基板１４であるウエハーが配置される下部電極１３と、下部電極１３に高周波電源を供給する高周波発生器１１とを含む。
本図面には上部電極１５、下部電極１３及び基板１４が安置されるプラズマ生成空間である真空チャンバー、真空ポンプ、冷却システムなどは示さなかったが、当業者であればこれを容易に認識できるわけであり、これについては本発明に関する詳細な説明部分で言及するようにする。
ここで、下部電極１３又はサセプタは基板が安置される支持台役割を果たすと同時に、高周波電力を供給するＲＦ高周波発生器１１に連結されてプラズマを生成させる一つの電極役割を果たす。
下部電極１３と対向するように備えられている上端の上部電極１５は、プラズマを生成させる他の一つの電極役割を果たし、板状の金属材質とコイルで構成されるのが一般的である。
本図面には下部電極１３に高周波電源が供給され、上部電極１５が接地されているものが示されているが、これと反対に下部電極１３が接地され、上部電極１５に高周波電源が供給されることもできる。
一方、下部電極１３上に配置される基板１４は、均一性向上のために下部電極３の背面に内設される冷却システム（図示せず）から放出される冷却ガスの放出圧力によって、その中央部分が上部方向に多少突出するように変形されるのが一般的である。また、プラズマによって形成されるＲＦ電場の強さは上部電極１５と基板１４との間の間隔に反比例し、いずれか一地点のＲＦ電場強さとプラズマの密度によってエッチングの均一度は決められる。
この場合、プラズマによるエッチングの程度をより均一にするために上部電極１５と基板１４との間の間隔を一定化することが必要である。
したがって、下部電極１３に対向する上部電極１５は一定の曲率を有しており、その中央部分が多少陥没している形状に構成されている。
時によっては、その他の変数によって中央部分のエッチングが活発に進められない場合、逆に上部電極の中央部分を下部方向に多少突出するように形成することができる（図２参照）。
しかし、前記のような上部電極の形態を有するプラズマエッチング装置に関する技術において、基板の変形を考慮して一定の曲率で上部電極を成形することは容易でない。
前記目的は、本発明によって、上部電極と、前記上部電極と対向するように備えられその上部に基板が配置される下部電極と、前記上部電極又は前記下部電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる高周波発生器とを含むプラズマエッチング装置において、前記上部電極の形態を調節して、前記上部電極と下部電極の対向面にかけて電極間の間隔を少なくとも一部が不連続的に異なるようにしたことにより達成される。
ここで、前記上部電極と下部電極の対向面の大部分にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにするのが好ましい。
又は、前記上部電極と下部電極の対向面の全体にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにすることもできる。
さらに、前記上部電極は階段形状に形成されることができる。
一方、前記電極間の間隔は前記上部電極の中央部分を中心に点対称をなすのが好ましい。
以上説明したように、本発明によると、上部電極の形態を調節して前記上部電極と下部電極の対向面にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにすることによって、ＲＦ電場の強さを適切に調節できるようになってエッチング均一性を向上させることはもちろん、前記上部電極の対向面を下部電極の対向面に平行にすることによって、より成形が容易な上部電極を提供できる。
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図３及び図４は本発明によるプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す図面である。図３に示されているように、本発明によるプラズマエッチング装置２０は、上部電極２５と、上部電極２５と対向するように備えられその上部にウエハー又は基板２４が配置される下部電極２３と、下部電極２３に高周波電源を供給する高周波発生器２１とを含む。
ここで、プラズマエッチング装置２０は一般に、プラズマに反応するガスが供給されるガス供給装置（図示せず）、前記供給されたガスを排出すると同時に真空チャンバー内に真空を導入するようにする真空ポンプ２２及び、より向上したプラズマ処理結果（ここでは均一なエッチング又は所望のエッチング程度）を得るために下部電極２３内に備えられて下部電極２３の温度を調節する冷却パイプ（図示せず）などをさらに含む。
上部電極２５、下部電極２３及び基板２４は、高周波発生器２１から高周波電源の供給を受ける下部電極２３及び接地されている上部電極２５によって生成されたプラズマによってエッチングが進められるプラズマエッチング装置２０の真空チャンバー内に配置される。
ここで、下部電極２３又はサセプタは基板が安置される支持台役割を果たすと同時に、高周波電力を供給するＲＦ高周波発生器２１に連結されてプラズマを生成させる一つの電極役割を果たす。
下部電極２３と対向するように備えられている上端の上部電極２５は、プラズマを生成させる他の一つの電極役割を果たし、板状の金属材質とコイルで構成されるのが一般的である。
本図面では下部電極２３に高周波電源が供給され、上部電極２５が接地されているものが示されているが、これと反対に下部電極２３が接地され、上部電極２５に高周波電源が供給されることができ、上部電極２５及び下部電極２３の両方に高周波電源が供給されることもできる。
下部電極２３に対向する上部電極２５の電極面の形態は、上部電極２５と下部電極２３の対向面にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにしたことを特徴とする。
ここで、電極間の間隔は上部電極と下部電極の対向面の少なくとも一部が不連続的であることができ、さらに上部電極と下部電極の対向面の全体又は大部分にかけて不連続的であることもできる。
図３に示されているように、上部電極２５と下部電極２３の対向面にかけて電極間の間隔は少なくとも一部が不連続的であることができるが、ここで、断面形状に示されたように上部電極２５は電極のエッジ部分を含んで４つの突出部と３つの陥没部を含む。ここで、突出部及び陥没部の個数及び寸法は図面に示されたものに限定されるわけではなく、単に例示的なものに過ぎないことはもちろんである。
上部電極の他の実施例を示す図４を参照すると、上部電極２６と下部電極２３の対向面の大部分にかけて電極間の間隔は不連続的であることができるが、ここで、断面形状に示されたように上部電極２６は電極のエッジ部分を含む４つの突出部と上部電極２６の中央部分に備えられており段差を有する階段形状の陥没部を含む３つの陥没部とを含む。
ここで、突出部及び陥没部の個数及び寸法は図面に示されたものに限定されるわけではなく、単に例示的なものに過ぎないことはもちろんである。また、上部電極の形態が突出部及び陥没部に限定されず段差を有する階段形状にのみ形成されたものにも実現可能なことはもちろんである。
ここで、前記突出部及び前記陥没部はプラズマエッチング装置２０内に形成されるプラズマ密度を考慮して、均一なエッチングが行われるように適所に形成する。
つまり、プラズマによって形成されるＲＦ電場の強さは上部電極２５と基板２４との間の間隔に反比例し、いずれか一地点のＲＦ電場強さとプラズマ密度によってエッチング均一度は決められるので、前記突出部及び陥没部の形成によって上部電極２５と基板２４との間の間隔を調節することによってＲＦ電場の強さを調節する。
結局、基板全面にかけて他の要因によって変わったプラズマ密度を電極間の間隔を部分的に異なるように調節することによって上部電極２５、２６に印加されるＲＦ電場の強さで補償して、エッチングされる基板全面にかけてエッチング率を均一に調節するようになる。
この時、エッチング工程中に用いられるガスの分布が電極自体の形態によって変更されない程度に前記突出部及び陥没部の段差を微小に形成するのが好ましい。
さらに、前記突出部及び前記陥没部が下部電極２３に対向する電極面は下部電極２３の電極面に平行であるのが好ましい。これは上部電極を成形することにおいて、一定の曲率で電極面を成形することに比べて一層容易である。
また、前記突出部及び前記陥没部は上部電極２５の中央部分を中心に点対称をなすように形成するのが好ましく、これはプラズマ被処理物である基板の形状が一般的に円形の板状に該当するためである。
前記のような構成、つまり、上部電極の形態を調節して前記上部電極と下部電極の対向面にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにすることによって、ＲＦ電場の強さを適切に調節できてエッチング均一性を向上させることはもちろん、前記上部電極の対向面を下部電極の対向面に平行にすることによって、より成形が容易な上部電極を提供できるようになる。
従来の技術によるプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す図面である。 従来の技術によるプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す図面である。 本発明の一実施例によるプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す図面である。 本発明の他の実施例によるプラズマエッチング装置の概略的な構成を示す図面である。
符号の説明
２０ プラズマエッチング装置
２１ 高周波発生器
２２ 真空ポンプ
２３ 下部電極
２４ 基板
２５、２６ 上部電極

Claims (5)

  1. 上部電極と、前記上部電極と対向するように備えられその上部に基板が配置される下部電極と、前記上部電極又は前記下部電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる高周波発生器とを含むプラズマエッチング装置において、
    前記上部電極の形態を調節して、前記上部電極と下部電極の対向面にかけて電極間の間隔を少なくとも一部が不連続的に異なるようにしたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
  2. 前記上部電極と下部電極の対向面の大部分にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
  3. 前記上部電極と下部電極の対向面の全体にかけて電極間の間隔を不連続的に異なるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
  4. 前記上部電極は階段形状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
  5. 前記電極間の間隔は前記上部電極の中央部分を中心に点対称をなすことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング装置。

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