JP2005150665A

JP2005150665A - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP2005150665A
Application number: JP2003433057A
Authority: JP
Inventors: Sho Bun; 鐘文; Heikoku Tei; 炳國鄭; Shakubun In; 錫文尹; Eichuru Kim; 榮 ▲チュル▼ 金; Shokun Lee; 升薫李
Original assignee: NEXSO Inc
Current assignee: NEXSO Inc
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-06-09
Also published as: KR100558929B1; KR20050046363A

Abstract

【課題】半導体ウェーハ、平板画面、印刷回路基板及び多様な薄膜加工工程で使用されるプラズマエッチングと物理的または化学的蒸気蒸着法、フォトレジストストリッピング等に適用されるプラズマを利用した半導体製造装置を提供する。
【解決手段】プラズマを利用した半導体製造装置は、工程チャンバの側壁に一定の円周方向に間隔を置いて放射状に設けられ、各々がプラズマを発生させ、発生されたプラズマを工程チャンバに注入する多数の高密度プラズマ発生ユニットを有する。この高密度プラズマ発生ユニットは工程チャンバの円周方向に間隔を置いて放射状に２〜２４個所に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマエッチング装置のようなプラズマを利用した半導体製造装置に関するものである。より詳細には、半導体、平板画面（ｆｌａｔｐａｎｅｌｄｉｓｐｌａｙ）、印刷回路基板及び多様な薄膜加工工程で使用されるプラズマエッチングと物理的または化学的蒸気蒸着法、フォトレジストストリッピング等の分野に適用されるプラズマを利用した半導体製造装置に関するものである。

プラズマを利用した半導体製造装置は、プラズマエッチング、物理的または化学的蒸気蒸着法、フォトレジストストリッピング及びその他表面処理を通じた多様な薄膜製造のため、広い領域に均一なプラズマを発生させることができるプラズマ源（ｐｌａｓｍａｓｏｕｒｃｅ）を必要とする。したがって、シリコンと複合化合物半導体の製造、アクティブマトリックス（ａｃｔｉｖｅｍａｔｒｉｘ）液晶画面、プラズマ画面、フィールドエミッション（ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ）画面などを含む平板画面の製造などがプラズマ源を必要とする分野の例である。

図１２には既存の半導体製造用乾式エッチング装置として使用されているへリコンエッチング装置が図示されている。

図１２に示したように、エッチング装置は、プラズマ発生源（ｓｏｕｒｃｅ）、アンテナ、電磁石、マッチング回路及び反応ガス供給口、反応ガス排気口などが設けられた反応室等で構成されている。

このへリコンエッチング装置は、ランダウ減衰（ＬａｎｄａｕＤａｍｐｉｎｇ）を利用してプラズマを発生させることで、従来のＲＩＥ装置とはその原理が根本的に異なる。このように、ランダウ減衰を利用してプラズマを発生させるヘリコンエッチング装置は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源を利用して高密度１０^１２／ｃｍ^３のプラズマを発生させることができる。

このようなへリコンプラズマ発生装置に使用可能なモードは、アンテナの構造に従ってｍ＝０モードとｍ＝１モードとに区分される。ｍ＝０モードでは、モリタイプのアンテナが使用され、このモードにより発生されるプラズマはその密度が中心と周辺とで差がかなり大きくなるので、工程中、中心と周辺との均一性の問題が発生する。これは、Ｅ×Ｂ運動によりプラズマの密度が中心に集中するためである。（図１３（ａ）参照）

そして、ｍ＝１モードでは、ボスウェルタイプとナゴヤタイプのアンテナが使用され、このモードにより発生されるプラズマはｍ＝０モードに比べて中心から周辺への密度の差が小さいが、アンテナの特性により方位方向への密度の粗密が存在する。したがって、工程特性上方位方向への均一性に問題が発生する。（図１３（ｂ）参照）

また、従来のエッチング装置はほとんどの場合、反応の後の反応副産物及び未反応ガスの排出を容易にするために、ウェーハより低い位置に排気口が形成される。この排気口は真空ポンプ（図示しない）に連結されて工程チャンバの内部を真空化する機能をし、未反応の工程ガス及び反応後の副産物を排出させ、工程条件を一定にする役割を果たす。

しかし、図１２に示したように、排気口はウェーハが置かれる下部電極に対して一側部に存在するので、排気口の位置及びそのサイズに従ってウェーハに適用されるプラズマのイオン密度が不均一に形成される。その結果、一つのウェーハに対してもエッチングが不均一に進行するという問題点がある。特に、この問題は半導体装置の生産に使用されるウェーハのサイズが大きくなるとさらに深刻な問題になってくる。

本発明は上述のような問題点を解決するために開発されたものであって、プラズマの多様な密度の実現と共に均一度を向上させることを目的とする。本発明は多様な密度の実現と共に均一な大面積エッチング、蒸着及び表面処理を可能にすることを目的とする。本発明はチャンバ内部の排気の流れを垂直下方に形成して効率的な排気がなされるようにすることを目的とする。

上述の目的を達成するための本発明の特徴によると、本発明のプラズマを利用した半導体製造装置は、所定の真空度に維持可能な内部空間を有する工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に前記内部空間と連結されるように設けられ、プラズマを前記工程チャンバに供給するためのプラズマソースチャンバと、前記工程チャンバの側面から支持されて設けられ、少なくとも一つ以上の被処理体が載置される被処理体維持部と、前記維持部に載置された被処理体を基準にガス排出が垂直下方になされるように前記工程チャンバの下端に設けられる排気部とを有する。

本実施の形態によると、前記プラズマソースチャンバは側壁に一定の円周方向に間隔を置いて放射状に設けられ、各々がプラズマを発生させ、発生されたプラズマを前記工程チャンバの内部の空間に注入するプラズマ発生ユニットと、前記プラズマ発生ユニット各々にソースガスを均一に供給するためのガス供給部とを含む。

本実施の形態によると、前記ガス供給部はガス供給管と、前記ガス供給管から供給されるガスが一時的にとどまるバッファッ空間を提供するバッファ部と、前記バッファ部から各々の前記プラズマ発生ユニットにガスを供給する分岐管とを含む。

本実施の形態によると、前記被処理体維持部は前記工程チャンバの側面から延長されて形成される少なくとも３つの水平支持台と、前記少なくとも３つの水平支持台により支持される中央部を有する支持部と、前記中央部の上部に着脱可能に設けられ、少なくとも一つの被処理体が置かれるサセプタとを含む。

本実施の形態によると、前記被処理体維持部は、前記工程チャンバの中央部に設けられ、少なくとも一つの被処理体が置かれるサセプタと、前記サセプタに被処理体を装着させるのに使用するリフト装置とを含み、前記リフト装置は、前記サセプタの内部に設けられ、被処理体の底面を支持するための少なくとも３つのリフトピンと、前記リフトピンが固定されるピン固定板と、前記ピン固定板を昇降させるためのエアシリンダとを含む。

本実施の形態によると、前記ピン固定板は前記被処理体を支持するためのリフトピンが固定される第１固定ホールと、前記被処理体とは相異なるサイズの被処理体を支持するためのリフトピンが固定される第２固定ホールとを含む。

本実施の形態によると、前記ピン固定板は前記被処理体の中心から同一半径に形成され、前記リフトピンが固定される第１固定ホールと、前記第１固定ホールとは同一の中心を有し、第１固定ホールとは別の半径に形成される第２固定ホールとを含む。

本実施の形態によると、前記サセプタは前記第１固定ホールと同一線上に形成され、前記リフトピンが挿入されることができる第１貫通ホールと、前記第２固定ホールと同一線上に形成され、前記リフトピンが挿入されることができる第２貫通ホールとを含む。

本実施の形態によると、前記サセプタは前記第１貫通ホールまたは第２貫通ホールのうち前記リフトピンが挿入されないホールを塞ぐためのダミーピンをさらに含む

本実施の形態によると、前記サセプタは陰極、前記陰極上に設けられる被処理体が置かれる静電チャック、及び前記静電チャックと陰極との間に設けられる絶縁体からなる。

本実施の形態によると、前記水平支持台は内部通路を有し、前記水平支持台の内部通路を通じて前記陰極にＲＦパワーラインが連結され、前記静電チャックにはＤＣ電源ラインが連結され、前記静電チャックには不活性冷却ガスが供給される。

本実施の形態によると、前記静電チャックは少なくとも３つの被処理体が各々載置されるステージを有し、前記ステージは前記被処理体のエッジをシールリングするための第１Ｏリングと、前記被処理体の中央部分をシールリングするための第２Ｏリングと、前記第１Ｏリングと前記第２Ｏリング、及び被処理体の底面により形成された空間に前記被処理体を冷却させる不活性ガスを供給するガスホールとを含む。

本実施の形態によると、前記第１Ｏリングと、前記第２Ｏリングとは前記ステージに形成された固定溝に固定される固定部分と、前記固定部分の上部から前記外側に傾くように延長されて形成され、被処理体が置かれる時に、緩衝される自由端を有する。

本実施の形態によると、前記プラズマ発生ユニットは前記プラズマソースチャンバの円周方向に間隔を置いて放射状に２〜２４個所に設けられる。

本実施の形態によると、前記プラズマ発生ユニットから生成されて前記工程チャンバに供給されるプラズマの密度をより均一にするため、前記プラズマソースチャンバの上部に螺旋形で形成された誘導性アンテナをさらに含む。

本実施の形態によると、前記プラズマ発生ユニットはガス供給部と連結されるプラズマチューブと、前記プラズマチューブの外部を囲む誘導性アンテナと、前記アンテナ及び前記プラズマチューブを囲み、前記プラズマチューブ内に磁場を発生させる磁場発生手段とを含む。

本実施の形態によると、前記プラズマチューブはセラミックまたは石英材質からなり、前記誘導性アンテナはＭ＝０モードであるモリタイプまたはＭ＝１モードタイプのアンテナ構造からなり、前記磁場発生手段は永久磁石または電磁石である。

本実施の形態によると、前記誘導性アンテナは高周波印加時に発生される過熱を防止するため水冷式または空冷式からなる。

本実施の形態によると、前記プラズマ発生ユニット各々によって形成される磁場の方向は隣接のプラズマ発生ユニットによって形成される磁場の方向と反対方向である。

本実施の形態によると、前記磁場発生手段はＮ極とＳ極とが互いに交互に配置される。

本実施の形態によると、薄膜のエッチング時、工程温度は-３０℃から６００℃、工程圧力は０．１ｍＴ〜３００ｍＴの範囲で実施し、特に、不揮発性薄膜のエッチング時、工程温度は１５０℃から５００℃工程圧力は０．５ｍＴ〜３０ｍＴの範囲内で実施し、前記誘導性アンテナに供給される工程周波数は１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲であり、陰極に供給される工程周波数は１００ＫＨｚ〜６０ＭＨ範囲であり、誘導性アンテナに供給される工程周波数の電力は０Ｗ〜５００Ｗ範囲であり、陰極に供給される工程周波数電力は０Ｗ〜５０００Ｗ範囲である。

本実施の形態によると、前記ガスは、通常半導体工程に使用するガスを使用し、この時に各々使用されるガスの量は０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍである。

例えば、本発明の実施の形態は、多様な形態に変更されることができ、本発明の範囲が下で説明する実施の形態による限定されると解釈されてはいけない。本実施の形態は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するため提供されるものである。したがって、図面での要素の形状などはより明確な説明を強調するために誇張されたものである。

本発明により得ることができる基本的な効果は工程チャンバの側壁に放射状に設けられた多数のプラズマ発生ユニットによってチャンバの内部に大規模の均一なプラズマを生成することができ、多数の永久磁石による磁気場の障壁によって安定的に、そのプラズマが維持されることである。

したがって、工程チャンバの中心部分でのプラズマ密度の低下なしに、均一な高密度プラズマを作り、サイズが大きくなる被処理体（ウェーハや平板ディスプレー）を処理する場合でもヘリコン波プラズマを使用して均一に処理することができる。また、プラズマの密度を減衰させることなしに、被処理体を均一にプラズマ処理することができる。

この結果として、製品の信頼度を向上させることができるだけではなく、一次的な製品の収率向上だけではなく、フィールドで発生する進行性不良の減少によるクレームの減少、クレームの減少による時間と人件費の節約が可能になる。工程的な側面では、非常に均一、または極端に均一なプラズマ処理がなされるので、究極的に素子の特性改善及び信頼度の向上などが本発明の効果として挙げられる。

また、本発明によると、未反応の工程ガス及び反応後の副産物の排出が工程チャンバの垂直下方になされることによって、一方側に偏らず、この結果、ウェーハ上のプラズマ密度均一性を改善させることができる。

本発明は、ソースガスをガス供給部を介して各々のプラズマ発生ユニットに均一に配給（供給）することによって、チャンバ内でのプラズマ発生時にプラズマの均一性を向上させることができる利点がある。また、本発明の装置は、サセプタに装着して加工される基板のサイズに合わせて、サセプタを容易に変更して使用することができる長所がある。そして、本発明はサセプタの基板ステージに装着した基板に、均一な冷却ガスを供給する。これにより、プラズマチャンバ内で加工される各々の基板に、工程後のデバイス収率に重要な因子であるフォトレジストの損傷防止及び均一度の向上をはかることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図１乃至図１１を参照してより詳細に説明する。図面において、同一の機能を実行する構成要素に対しては同一の参照番号が付記されている。

図１乃至図８Ｂは、本発明の第１実施の形態による高周波誘導結合型プラズマエッチング装置を概略的に示したものである。

図１及び図２に示したように、このプラズマエッチング装置１００は、所定の真空度に維持可能な円筒形の工程チャンバ１１０、プラズマソースチャンバ１２０、基板維持部１４０及び排気部１７０に大きく区分される。

プラズマソースチャンバ１２０はプラズマを工程チャンバ１１０の内部空間ａに供給するためのものであって、工程チャンバ１１０の上部に設けられる。プラズマソースチャンバ１２０の内部空間は工程チャンバ１１０の内部空間と連結される。プラズマソースチャンバ１２０は外周面の円周方向に沿って６０°間隔を置いて、放射状に設けられる６個のプラズマ発生ユニット１２２を有する。そして、プラズマソースチャンバ１２０は上部にプラズマ発生ユニット１２２の各々にソースガスを均一に供給するためのガス供給部１８０を有する。

ガス供給部１８０はメインガス供給管１８２、メインガス供給管１８２から供給されるガスが一時的にとどまるバッファ空間１８４ａを有するバッファ部１８４、及びこのバッファ部１８４から各々のプラズマ発生ユニット１２２にガスを供給するための６個の分岐管１８６からなる。このように、本発明のプラズマエッチング装置１００は、ソースガスがガス供給部１８０を介して各々のプラズマ発生ユニット１２２に均一に配給（供給）されることによって、チャンバ内でのプラズマ発生時、プラズマの均一性を向上させることができる利点がある。

一方、基板維持部１４０は工程チャンバ１１０の側面から支持されて設けられる。そして、排気部１７０は基板維持部１４０に置かれる基板ｗを基準にガス（処理後のガス及び反応副産物）排気が垂直下方になされるように工程チャンバ１１０の下端に設けられる。

図２、図５、図７を参照すると、基板維持部１４０は支持部１４２とサセプタ１５０とリフト装置１６０とを含む。

支持部１４２は、工程チャンバ１１０の側面から延長されて形成される四つの水平支持台１４４と、この支持台１４４により支持される中央部１４６とを有する。サセプタ１５０は支持部１４２の中央部１４６の上部に着脱可能に設けられる。このサセプタ１５０の上面には基板ｗが置かれる。

図５及び図８Ａを参照すると、リフト装置１６０はサセプタ１５０にウェーハＷを装着させるのに使用する装置として、三つのリフトピン１６２と、リフトピン１６２が固定されるピン固定板１６４と、ピン固定板１６４を昇降させるための駆動装置であるシリンダ１６６とを含む。シリンダ１６６は排気ガスの排気の流れに影響を与えないように中央部１４６の底面に設けられる。シリンダ１６６の駆動のためのエアライン（図示しない）は工程チャンバ１１０の外部から支持部１４２の水平支持台１４４に形成された空間（１４４ａ、図８Ａに図示する）を通じて入る。

このように、一つのアセンブリからなるリフト装置１６０では、シリンダ１６６の駆動によりピン固定板１６４に固定されたリフトピン１６２を上下移動させることができる。

一方、本発明のリフト装置１６０は基板のサイズに従って、リフトピンの装着位置を変更することができる構造的な特徴を有する。このような特徴を実現するため、ピン固定板１６４は三つの第１固定ホール１６４ａと、三つの第２固定ホール１６４ｂとを有する。第１固定ホール１６４ａは基板の中心から同一半径に形成され、第２固定ホール１６４ｂも基板の中心から同一半径に形成される。図８Ａ及び図８Ｂのように、リフトピン１６２は工程処理のための基板のサイズに従って選択的に第１固定ホール１６４ａまたは第２固定ホール１６４ｂに固定することができる。

図２、７を参照すると、サセプタ１５０はリフトピン１６２が挿入される多数の貫通孔を有する。さらに具体的に見ると、サセプタ１５０は第１固定ホールと同一線上に形成される第１貫通孔１５０ａと、第２固定ホール１６４ｂと同一線上に形成される第２貫通孔１５０ｂとを有する。そして、サセプタ１５０の第１、２貫通孔１５０ａ、１５０ｂは基板のサイズに従って一つだけ選択的に使用され、使用されない貫通孔はそのまま放置すると問題になることがあるので、貫通孔を塞ぐためのダミーピン１５１が設けられる。

このように、本装置はサセプタ１５０に装着して加工される基板のサイズに合わせてサセプタ１５０を容易に変更して使用することができる長所がある。すなわち、既存の装置では基板のサイズに従ってサセプタを含んだリフト装置などの一部を交替する必要があったが、本装置ではリフトピンの装着位置を変更し、クランプ１５７を交替するだけで作業が容易になされる。

サセプタ１５０は陰極（カソード、ｃａｔｈｏｄｅ；１５２）と、静電チャック１５６とを有する。例えば、静電チャック１５６と陰極１５２との間には絶縁体（図示しない）を設けることもできる。

四つの水平支持台１４４の各々は、チャンバの外部とサセプタ１５０とを連結する内部通路１５４ａを有する。水平支持台１４４の内部通路１４４ａを通じて、陰極１５２にＲＦパワーラインが、そして静電チャック１５６にはＤＣ電源ラインとヘリウムガス（静電チャックで使用する冷却ガス）供給ラインが通過している。

上述のように、本発明によるプラズマエッチング装置１００は、サセプタ１５０が工程チャンバ１１０の底から設けられるのではなく、支持部１４２により工程チャンバ１１０の中央に浮揚された状態で設けられるところにその特徴がある。サセプタ１５０が工程チャンバ１１０の底から浮揚された状態に設けられることによって、サセプタ１５０の垂直下方（工程チャンバの下端に該当）に排気部１７０を構成することができる。すなわち、工程チャンバ１１０の内部での未反応の工程ガス及び反応後の副産物の排出が垂直下方（サセプタに置かれたウェーハ基準）になされるので、効率的であり、均一な排気が可能である。

例えば、陰極１５２にはコンデンサ（図示しない）を通じて高周波電源が接続され、例えば、陰極１５２には１００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ領域の範囲にある低周波から高周波に至る電圧を印加することができる。符号１８０は工程チャンバの下部にプラズマからイオンビームを抽出するためのイオンビーム抽出器を示す。

工程チャンバ１１０の薄膜エッチング時、工程温度は-３０℃から６００℃、工程圧力は０．１ｍＴ〜３００ｍＴの領域で実施し、特に、不揮発性薄膜のエッチング時には１５０℃から５００℃の工程温度で０．５ｍＴ〜３０ｍＴの低圧力で実施する。

本発明の特徴的な構成要素であるプラズマ発生ユニット１２２は、小規模の高密度へリコンプラズマを発生させることができる。例えば、小形のヘリコンプラズマ源のように軸方向磁気場を有する通常のプラズマ発生源を使用することができる。

図２乃至図４を参照して、前記プラズマ発生ユニット１２２の構成を具体的に説明する。分岐管１８６と連結された注入管１２３を通じてプラズマを発生させるためのソースガスが供給されるプラズマチューブ１２４、このプラズマチューブ１２４の外部を囲む誘導性アンテナ１２６、及びこのアンテナ１２６とプラズマチューブ１２４とを囲み、プラズマ内に磁場を発生させる磁場発生手段である永久磁石１２８からなる。

ガス注入管１２３を通じて供給されるソースガスは、通常の半導体工程ガスを組み合わせて使用することができ、例えば、フォトレジストマスクの場合には、Ａｒ、Ｃｌ_２ガスを基本にして別のガスと組み合わせて共に使用することができ、ハードマスクの場合には、Ａｒ、Ｃｌ_２、ＣＦ_４、ＨＢｒまたはＡｒ、Ｃｌ_２、ＢＣ_１３またはＡｒ、Ｃｌ_２、ＢＣ_１３などのガスであり得る。この時に、各々使用されるガスの量は０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ程度とする。

例えば、誘導性アンテナ１２６には高周波電源がマッチング回路を通じて接続され、この誘導性アンテナ１２６には高密度プラズマを形成させるために、１ＭＨｚから５００ＭＨｚ領域の範囲にある高周波が印加することができる。誘導性アンテナは２ターンまたは３ターン方式でも製作することができるが、本実施の形態では、１ターン方式で外形を単純に製作して、維持補修が容易であり、プラズマ発生ユニットの容積を減らす。誘導性アンテナ１２４はｍ＝０モードであるモリタイプのアンテナ構造として、この誘導性アンテナ１２６は、高周波印加時に発生する過熱を防止するため水冷式からなることが望ましい。ここで、プラズマチューブ１２４はセラミック材質からなり、（もちろん石英材質でもよい。）プラズマチューブ１２４にはガス注入管１２３が連結され、プラズマを発生させるための気体が供給される。

プラズマ発生ユニット１２２で生成されたプラズマは、プロセスガスの注入圧力と磁気場分布による磁気圧とによって工程チャンバ１１０に供給される。プラズマ発生ユニット１２２に使用される多数のプラズマ発生ユニット１２２は軸方向の磁気場を含む。

一方、本発明の実施の形態によると、プラズマ発生ユニット１２２で生成されたヘリコン波プラズマが拡散途中に工程チャンバの内壁面に衝突することによって、壁面の付近でプラズマが損失することを抑制し、プラズマの密度を高めるために、永久磁石１２８を図７のように、Ｎ極とＳ極とが互いに交互に配置する。このように互いに交互に配置することによって、図６に示したような磁気場分布を形成することができる。図６に示した矢印はこのような方式で配置された永久磁石１２８によって形成された磁気場の方向を示す。

６個のプラズマ発生ユニット１２２から生成されたプラズマが工程チャンバ１１０の内部に注入され、このように形成された大規模のプラズマは永久磁石１２８により形成された磁気場により工程チャンバ１１０の内壁と反応できず、磁気場の障壁内に閉じ込められる。すなわち、複数のプラズマ発生ユニット１２２から各々生成されて工程チャンバ１１０の内部に集結した大規模のプラズマの安定性及び均一性を確保することができる。生成されたすべてのプラズマをサセプタ１５０方向に加速して試料であるウェーハＷを効果的に加工することができる。さらに、工程チャンバ１１０の内部にプラズマによる汚染物が残留することを効果的に防止することができる。

上述のように、本発明のプラズマエッチング装置１００は、高いプラズマ発生効率と高いプラズマ密度とを得ることができる軸方向の磁気場を含む複数のヘリコンプラズマ発生ユニット１２２を有する。このヘリコンプラズマ発生ユニット１２２は、誘導性アンテナ１２６を外部の永久磁石１２８により形成された軸方向の磁気場下に設けてプラズマチューブ１２４に流入されたプロセスガスをプラズマ化する。

例えば、本発明のプラズマエッチング装置１００でプラズマ発生ユニット１１０は図示したように、６個が設けられたが、工程チャンバ１１０またはウェーハのサイズに従って２個、８個、１２個、１６個、２４個などと個数を変化させることができるのはいうまでもない。また、本明細書において、工程チャンバ１１０に生成されたプラズマの規模に比べて各々のプラズマ発生ユニット１２２によって供給されるプラズマの規模が相対的に小さくて、大規模または小規模という表現を使用したが、このような大規模または小規模という表現は相対的な表現として、特定の数値によって絶対的に区別されるものではないことに注意しなければならない。

本発明によるプラズマエッチング装置１００は、上述のような多数のプラズマ発生ユニット１２２から生成されて工程チャンバ１１０に供給されるプラズマの密度分布を工程チャンバ１１０の内部の位置に関係なく均一にするために、プラズマソースチャンバ１２０の上部に螺旋形に形成された補助誘導性アンテナ（図示しない）を追加的に設けることができる。従来の誘導結合方式のプラズマ発生源では高いエネルギを与えるために、誘導性アンテナのコイル数を多くする必要があったが、本発明によると、補助誘導性アンテナのコイル数を多くする必要はない。これは、補助誘導性アンテナの機能が従来の場合と異なり、生成されたプラズマの均一性を高めるために補助的なエネルギを供給するだけであるためである。したがって、プラズマ発生ユニット１２２の個数を増加させることによって、補助誘導性アンテナの機能を不要とすることが可能であり、より少ない個数のプラズマ発生ユニット１２２を使用する場合には、補助誘導性アンテナのコイル数を増加させて均一な密度分布を達成することができる。補助誘導性アンテナはＴＣＰまたはＩＣＰアンテナを使用することができる。

図９乃至図１１は本発明の第２の実施の形態によるプラズマエッチング装置２００を図示したものである。図９は第２の実施の形態によるプラズマエッチング装置の断面構成図であり、図１０は図９に示した１０−１０線断面図であり、図１１は図９に示した“ｋ”部分の拡大図である。

図９乃至図１１に示したプラズマエッチング装置２００は図１に示した第１の実施の形態によるプラズマエッチング装置１００と同一の構成と機能を有する工程チャンバ２１０と、プラズマソースチャンバ２２０と、基板維持部２４０と、支持部２４２と、排気部２７０とを有し、これらに対する説明は第１の実施の形態で詳細に説明したので、省略する。

本実施の形態では、基板維持部２４０のサセプタ２５０が５個の基板ステージ２９０を有する点にその特徴がある。この基板ステージ２９０には２インチから３インチ程度の基板が置かれる。

図１１に示したように、基板ステージ２９０は基板のエッジをシールリングするための第１Ｏリング２９２ａと、中央部分をシールリングするための第２Ｏリング２０２ｂとを有する。そして、基板ステージ２９０には、これらＯリング２９２ａ、２９２ｂと基板の底面により形成された密閉空間に基板冷却用ヘリウムガスが供給されるガスホール２９５が形成されている。

第１Ｏリング２９２ａと第２Ｏリング２９２ｂとは基板ステージ２９０に形成された溝に固定される固定部分２９３と、この固定部分２９３の上部から外側に傾くように形成された自由端２９４とを有する。

基板ｗは基板ステージの中央に位置されたリフトピン２９６により基板ステージ２９０に載置される。この時に、第１、２Ｏリングの自由端２９４が基板ｗの底面と接触して密閉空間が形成され、ガスホール２９５を通じて基板を冷却させるためのヘリウムガスが供給される。このように、本実施の形態では、サセプタ２５０の基板ステージ２９０に装着した基板に均一な冷却ガスを供給し、プラズマチャンバ内で加工される各々の基板のデバイス収率に重要な因子であるフォトレジストの損傷防止及び均一度を向上させることができる。

なお、本発明の実施の形態は多様な形態に変更することができ、本発明の範囲が上述した実施の形態により限定されると解釈されてはいけない。本実施の形態は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状などは、より明確な説明を強調するために誇張されたものである。

以上で、本発明によるプラズマを利用したウェーハエッチング装置の構成及び作用を上述の説明及び図面に従って図示したが、これは例をあげて説明したに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な変化及び変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の望ましい実施の形態によるプラズマエッチング装置の概略的な構成図。本発明の望ましい第１の実施の形態によるプラズマエッチング装置の正断面図。本発明のプラズマエッチング装置の平面図。本発明のプラズマソースチャンバとガス供給部とを説明するための図。本発明のプラズマ発生ユニットの分解斜視図。本発明のリフト装置を示す斜視図。本発明の永久磁石の配置及び永久磁石によって形成された磁気場を示す図。図２に示された７−７線に沿って見た工程チャンバの平面図。図７に示された８Ａ−８Ａ線に沿って切断した断面図。図８Ａでリフトピンの位置が基板サイズに従って変更された状態を示す図。第２の実施の形態によるプラズマエッチング装置の断面構成図。図９に示された１０−１０線に沿って切断した断面図。図９に示された“ｋ”部分の拡大図。既存のヘリコンエッチング装置の構成図。従来のプラズマ発生用アンテナの説明図。

符号の説明

１１０工程チャンバ
１２０プラズマソースチャンバ
１２２プラズマ発生ユニット
１２４プラズマチューブ
１２６誘導性アンテナ
１２８永久磁石（電磁石）
１４０基板維持部
１５０サセプタ
１６０リフト装置
１７０排気部
１８０ガス供給部

Claims

プラズマを利用した半導体製造装置において、
所定の真空度に維持可能な内部空間を有する工程チャンバと、
前記工程チャンバの上部に前記内部空間と連結されるように設けられ、プラズマを前記工程チャンバに供給するためのプラズマソースチャンバと、
前記工程チャンバの側面から支持されて設けられ、少なくとも一つ以上の被処理体が載置される被処理体維持部と、
前記維持部に載置された被処理体を基準にガス排出が垂直下方からなるように、前記工程チャンバの下端に設けられる排気部とを含むことを特徴とするプラズマを利用した半導体製造装置。
前記プラズマソースチャンバは、
側壁に一定の円周方向に間隔を置いて放射状に設けられ、各々がプラズマを発生させ、発生されたプラズマを前記工程チャンバの内部の空間に注入するプラズマ発生ユニットと、
前記プラズマ発生ユニット各々にソースガスを均一に供給するためのガス供給部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記ガス供給部は、
ガス供給管と、
前記ガス供給管から供給されるガスが一時的にとどまるバッファ空間を提供するバッファ部と、
前記バッファ部から各々の前記プラズマ発生ユニットにガスを供給する分岐管とを含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記被処理体の維持部は、
前記工程チャンバの側面から延長されて形成される少なくとも３つの水平支持台と、前記少なくとも３つの水平支持台により支持される中央部を有する支持部と、
前記中央部の上部に着脱可能に設けられ、少なくとも一つの被処理体が置かれるサセプタとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記被処理体維持部は、
前記工程チャンバの中央部に設けられ、少なくとも一つの被処理体が置かれるサセプタと、
前記サセプタに被処理体を装着させるのに使用するリフト装置とを含み、
前記リフト装置は前記サセプタの内部に設けられ、被処理体の底面を支持するための少なくとも３つのリフトピンと、
前記リフトピンが固定されるピン固定板と、
前記ピン固定板を昇降させるためのエアシリンダとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記ピン固定板は、
前記被処理体を支持するためのリフトピンが固定される第１固定ホールと、
前記被処理体とは相異なるサイズの被処理体を支持するためのリフトピンが固定される第２固定ホールとを含み、前記リフトピンの装着位置を被処理体のサイズに従って変更可能とすることを特徴とする請求項５に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記ピン固定板は、
前記被処理体の中心から同一の半径に形成され、前記リフトピンが固定される第１固定ホールと、
前記第１固定ホールとは同一の中心を有し、第１固定ホールとは別の半径に形成される第２固定ホールとを含み、前記リフトピンの装着位置を被処理体のサイズに従って変更可能とすることを特徴とする請求項５に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記サセプタは、
前記第１固定ホールと同一線上に形成され、前記リフトピンが挿入可能な第１貫通ホールと、
前記第２固定ホールと同一線上に形成され、前記リフトピンが挿入可能な第２貫通ホールとを含み、前記被処理体のサイズに従って前記第１、２貫通ホールは一つのみ選択的に使用されることを特徴とする請求項６に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記サセプタは、
前記第１貫通ホールまたは第２貫通ホールのうち前記リフトピンが挿入されないホールを塞ぐためのダミーピンをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記サセプタは、
陰極と、
前記陰極上に設けられる被処理体が置かれる静電チャックと、
前記静電チャックと陰極との間に設けられる絶縁体からなることを特徴とする請求項４に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記水平支持台は内部通路を有し、
前記水平支持台の内部通路を通じて前記陰極にＲＦパワーラインが連結され、前記静電チャックにはＤＣ電源ラインが連結され、前記静電チャックには不活性冷却ガスが供給されることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記静電チャックは少なくとも３つの被処理体が各々載置されるステージを有することを特徴とする請求項１０に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記ステージは、
前記被処理体のエッジにをシールリングするための第１Ｏリングと、
前記被処理体の中央部分をシールリングするための第２Ｏリングと、
前記第１Ｏリングと前記第２Ｏリング、及び被処理体の底面により形成された空間に前記被処理体を冷却させる不活性ガスを供給するガスホールとを含むことを特徴とする請求項１２に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記第１Ｏリングと前記第２Ｏリングとは、
前記ステージに形成された固定溝に固定される固定部分と、
前記固定部分の上部から前記外側に傾くように延長されて形成され、被処理体が置かれる時に、緩衝される自由端とを有することを特徴とする請求項１３に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記プラズマ発生ユニットは、前記プラズマソースチャンバの円周方向に間隔に置いて放射状に２〜２４個所に設けられることを特徴とする請求項２に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記プラズマ発生ユニットから生成されて前記工程チャンバに供給されるプラズマの密度をより均一にするため、前記プラズマソースチャンバの上部に螺旋形で形成された誘導性アンテナをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記プラズマ発生ユニットは、
ガス供給部と連結されるプラズマチューブと、
前記プラズマチューブの外部を囲む誘導性アンテナと、
前記アンテナ及び前記プラズマチューブを囲み、前記プラズマチューブ内に磁場を発生させる磁場発生手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記プラズマチューブはセラミックまたは石英材質からなり、
前記誘導性アンテナはＭ＝０モードであるモリタイプ、またはＭ＝１モードタイプのアンテナ構造からなり、
前記磁場発生手段は永久磁石または電磁石であることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記誘導性アンテナは高周波印加時に発生される過熱を防止するため、水冷式または空冷式からなることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記プラズマ発生ユニット各々によって形成される磁場の方向は隣接のプラズマ発生ユニットによって形成される磁場の方向と反対方向であることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記磁場発生手段はＮ極とＳ極とが互いに交互に配置されることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記工程チャンバの下部で前記プラズマからイオンビームを抽出するためのイオンビーム抽出器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
薄膜のエッチング時、工程温度は−３０℃から６００℃、工程圧力は０．１ｍＴ〜３００ｍＴの範囲で実施し、特に、不揮発性薄膜のエッチング時、工程温度は１５０℃から５００℃、工程圧力は０．５ｍＴ〜３０ｍＴの範囲内で実施し、
前記誘導性アンテナに供給される工程周波数は１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ範囲であり、陰極に供給される工程周波数は１００ＫＨｚ〜６０ＭＨ範囲であり、誘導性アンテナに供給される工程周波数の電力は０Ｗ〜５０００Ｗ範囲であり、陰極に供給される工程周波数の電力は０Ｗ〜５００Ｗ範囲であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。
前記工程ガスは、通常半導体工程で使用するガスを使用し、この時に、各々使用されるガスの量は０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマを利用した半導体製造装置。