JPH06267902A - イーシーアール装置 - Google Patents
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Abstract
減現象を解消できるECR装置を提供すること。 【構成】 ECR装置は、ヘリウムラインと内部に冷却
水が流れる冷媒流管を有するウェハ支え台1を備え、こ
れをRF端子と連結させている。リフティングピン6は
ウェハ支え台上に位置するウェハを垂直に持ち上げたり
安着させる。RFがかかるウェハ支え台の側面と下部面
は絶縁体で絶縁される。ヘリウムチューブはヘリウム投
入口25からウェハ基板の下に冷却用ヘリウムガスを注
入する。冷媒チューブは冷媒注入口33から冷媒流出口
34までウェハ支え台内部に冷却水を循環させる。反応
ガスは真空チャンネルとポンピングラインにより抜き出
される。ウェハの昇降は4足リフタ4により行う。
Description
するに際し、蝕刻(エッチング)および蒸着工程で用い
られるECR(Electron Cyclotron
Resonance;以下、ECRという)装置に関
し、特に電極を極低温で冷却できるECR装置に関す
る。
の基礎たる韓国特許出願第1993−1637号の明細
書の記載に基づくものであって、当該韓国特許出願の番
号を参照することによって当該韓国特許出願の明細書の
記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。
置は半導体素子の製造工程進行中に基板(ウェハ)を外
部から受けてウェハが工程に適切な状態で対応できるよ
う蝕刻に必要な変数(温度、高周波(RF:Radio
Frequency))を制御して実際工程に参与す
るイオンやラジカルを均一に下降させて所望の工程目標
に合わせて反応するよう組合わせた構造でなっている。
これは蝕刻工程装置の優秀性を左右できる重要な要因を
含み、工程結果に重大な影響を及ぼすことになる。特
に、蝕刻装置の特性を示す蝕刻速度、選択比、非等方性
および均一性等を決定する主要変数は電極で主に影響を
受ける。
ある部分でウェハが安着できるよう設計されていなけれ
ばならない。
とプラズマを利用した乾式蝕刻に分けられるが、これら
のうち高集積半導体メモリ(RAM)素子の超微細ゲー
トおよびトレンチを製造するためには高い非等方性、蝕
刻速度の均一性を有し、さらに選択的に蝕刻を遂行でき
る乾式蝕刻が用いられている。このような乾式蝕刻工程
は特にECRマイクロウェーブプラズマ蝕刻とイオン反
応性蝕刻(RIE:Reactive Ion Etc
hing)が主流をなしている。
いうことは、蝕刻速度と側壁蝕刻間に存在する相反的増
減効果が排除されたことを意味するが、そのうちRFを
用いるイオン反応性蝕刻は、イオンが有する方向性エネ
ルギーを利用して非等方性蝕刻を得るものであって、一
定の大きさのエネルギーを有するイオンが基板(ウェ
ハ)に衝突することによりウェハに形成された膜および
ウェハに結晶性損傷を起させる。従って、イオンエネル
ギーが高い状態では側壁蝕刻に対備して一定のガスを混
合してイオン性反応蝕刻から発生するアンダーカット
(under cut)現象を減らすことが必須不可欠
である。
に高くないのみならず、側壁保護膜形成のために追加ガ
スを注入することにより工程が複雑になってウェハ汚染
を加重させて素子の電気的特性が悪くなり、結局収率を
低下せしめる問題点が生じるようになる。
述のごときイオン反応性蝕刻の限界を克服するために発
展してきた。何故ならば、ECR蝕刻工程はRIEより
低いガス圧力で施されるため、汚染が少なく結晶損傷が
少ないからである。
装置は側壁蝕刻と基板蝕刻は分離制御が不可能であり、
典型的に存在する非等方性蝕刻と選択比間の相反的増減
現象は、RIEやECRで共に存在する問題点があっ
た。
目的は、ウェハの温度を極低温に低下させて非等方性蝕
刻と選択比間の相反的増減現象を解消できるECR装置
を提供することにある。
めに、本発明のイーシーアール(ECR:Electr
on Cyclotron Resonance;以下
ECRという)装置は、ウェハを支えて工程が進行でき
るようにするが、前記ウェハの下に熱伝達ガスが注入さ
れてウェハの温度を低下させる手段と内部に冷却水が流
れる冷媒流管を有しているため、ウェハから伝達された
熱を冷やし、RF端子と連結させるウェハ支え台、前記
ウェハ支え台の内部を貫通してその内部で垂直運動をす
ることにより、上記ウェハ支え台上に位置するウェハを
垂直に持ち上げたり安着させるリフティング手段、RF
がかかるウェハ支え台の側面と下部面を絶縁する絶縁
体、前記ウェハ支え台下端に密着して設けられたRF遮
断絶縁体を貫通してウェハ基板の下に冷却用ヘリウムガ
スを注入するヘリウムチューブ、前記ウェハ支え台内部
を循環して低温化させる冷却水を案内する冷媒チュー
ブ、およびウェハで反応を起こしたガスをポンピング動
作により抜き出す真空チャンネルとポンピングラインを
具備することを特徴とする。
に、ウェハの下に熱伝達ガスを注入してウェハの温度を
低下させる手段と内部に冷媒が流れる冷媒流管を有して
いるので、ウェハの温度が極低温となる。これにより側
壁蝕刻と基板蝕刻が分離される。
明を詳細に説明する。
ECR装置を考察する。図1はウェハ支え台の平面図で
あって、従来のウェハ支え台1と同一の形状を有してい
るが、本発明においては非等方性蝕刻と蝕刻均一度を向
上させるためにヘリウムラインと冷媒ラインを追加形成
したものである。ここで、ヘリウム投入口25を通じて
入ってきた熱伝達媒体としてのヘリウム(He)は放射
状のヘリウムラインを通じてウェハの下に入りウェハの
温度を低下させる。冷媒ライン(冷媒流管)は高温プラ
ズマで温度が上昇するウェハ支え台1の温度を低下させ
るために、冷媒としての冷却水を冷媒注入口33を経て
冷媒流出口34から流出させながら、ウェハ支え台1内
部にヘリウムを循環させることにより、ウェハの熱を冷
媒が流れるウェハ支え台1に伝える。この冷媒ライン
は、図5に詳細に示している。そして、ウェハ移送装置
から移送を受けたウェハをウェハ支え台1に載置して工
程を進め、工程が終ったウェハを持ち上げてウェハアー
ムがウェハを他の移送装置に移すことができるようウェ
ハを持ち上げるリフティングピン6が示されている。さ
らに、ウェハが一定の位置に固定されるようウェハを堅
固に摘むクランプ(図2において詳細に示す)を上下移
動させる4足リフタ4の位置を示しているが、クランプ
と4足リフタ4の動作およびその構成は図2に詳細に示
している。
CR装置の構造図であって、本発明の極低温ECR装置
の内部は、互いに異なる3空間で隔離されている。すな
わち、ウェハと電極の熱伝達接触を高めるためのヘリウ
ム充満部A、実際にウェハ加工工程が進行される工程チ
ャンバ部B、外部から工程チャンバ内部へ強制循環され
る極低温冷媒によりシステム内部に発生する結露現象を
無くすための緩衝の役割をする真空部Cに分けられる。
ヘリウム充満部Aは、図2の部分詳細図である図3に詳
細に示されているが、この空間はウェハとウェハ支え台
1の間に存在する空間であり、ヘリウムが充満されてウ
ェハの熱をウェハ支え台1に伝達する部位である。
低温ECR装置の構成要素等を詳細に考察する。
ハ上の一定膜が蝕刻および/または蒸着されてウェハ加
工工程が進行されるようにするウェハ支え台1が形成さ
れる。そして、ウェハ支え台1内部には冷媒流管37が
形成されてウェハ支え台1内部に冷却水が流れるよう図
5のような冷却ラインを有し、RF端子35が連結され
ている。
してその貫通部を通じて垂直往復運動をするようリフテ
ィングピン6を形成することにより、ウェハ移送システ
ムのロボットアーム39により移送されるウェハの移送
を円滑にするようリフティングピン6がウェハを持ち上
げたり安着させたりする。さらに、ウェハを工程中に動
けないようにして正確な位置を継続維持するようウェハ
の縁を押さえるクランプ7を形成してリフティングピン
6が上下運動をするとき、同一に運動せしめるが、クラ
ンプ7とリフティングピン6がウェハ支え台上に上がる
高さを互いに異なるように形成する。すなわち、リフテ
ィングピン6およびクランプ7が上昇するとき、クラン
プ7の高さがリフティングピン6より高い所に位置する
ようにして、ウェハを移送するロボットアーム39がこ
の間隙間にウェハを伝達するようにするためのものであ
る。
を上下移動させる動力はどのように形成されているのか
を考察する。
直線上に垂直に形成されており、この上下移送軸20は
2段エアシリンダ28に連結されているため、ウェハが
入ってくる時間に移送軸20を上げてリフティングピン
6がウェハを受けるようにし、さらに工程が終ったウェ
ハを持ち上げてロボットアーム39がウェハを他の工程
場所へ移送する。同様に、クランプ7は上下移送軸20
に連結されているようになるが、クランプ7がウェハの
縁を固定させるようにするために、上下移送軸20に四
つのアームを形成してなる4足リフタ4(図1の平面図
に示す点線)を形成してそれぞれの4足リフタ4の端部
にクランプ7を連結する。
6,17,23で囲み、ウェハ支え台1の全体構造を支
持するためにウェハ支え台支持プレート31を上下移送
軸20の中央を横切るように形成する。そして、ウェハ
支え台支持プレート31と垂直に連結される円筒支持台
11を形成し、その内部は4足リフタ4が動ける空間と
ヘリウムチューブ24および冷却チューブ18が存在す
る空間を除き、内部が充実しているリフティングハウジ
ング(リフティングブロック)12が形成されており、
円筒支持台11内部面には円筒クォーツ9が形成されて
いる。
に、ボールブッシュ27を有しているT字形断面の直線
運動ユニット19がウェハ支え台支持プレート31の下
に連結されて形成される。そして、ウェハ支え台支持プ
レート31と連結されている。そして、ウェハ支え台支
持プレート31と連結されている直線運動ユニット19
には支持棒46が縦に連結されており、この支持棒46
と横に連結されて支持棒46に従って上下に移動できる
よう結合されているが、上下移送軸20に固定される支
持バー36が形成されている。この支持バー36と直線
運動ユニット19間とのにはスプリング22が設けられ
両者を連結している。
エアが抜けた状態で工程チャンバが真空になると、上下
移送軸20が下降しなくなるため、スプリング22の復
元力により上下移送軸20を下降させるようにする作用
をする。すなわち、エアシリンダ28は上下移送軸20
を上に移送(上昇)はさせるが、下に移送(下降)はさ
せず、軸カバー21を間に置き上下移送軸20に動力を
伝達するようになっている。
入ったヘリウムがリフティングピン6の往復運動をする
ウェハ支え台1の貫通部位を通じて上下移送軸20に従
って流出されることを防ぐために、上下移送軸20とリ
フティングピン6の連結部位は符号16のベローズに囲
まれている。さらに、4足リフタ4とウェハ支え台支持
プレート31の間には符号17のベローズが設けられて
おり、上下移送軸20を囲んでいる。
28を通じて一定位置に固定し、下部真空維持プレート
28とウェハ支え台支持プレート31の間の上下移送軸
20は符号23のベローズに囲まれている。さらに、下
部真空維持プレート26と全体電極を支持し、ECR装
置の工程チャンバを区別する工程チャンバプレート3
2、そしてウェハ支え台支持プレート31がなす空間は
結露を防止するために真空部Cを維持するようにする。
32、ウェハ支え台支持プレート31およびウェハ支え
台1の熱を遮断する断熱材29を貫通してウェハの下に
冷却用ヘリウムガスを注入するヘリウムウチューブ24
とウェハ支え台1内部を循環して低温化させる冷却水を
案内する冷媒チューブ18の連結部が形成されており、
所望の特定部位にのみRFが掛かるようにするために、
望まない部位は絶縁体でRFを防ぐようにする。本発明
においては次の通りRFを遮断した。
位は、上記ウェハ支え台1であるため、このウェハ支え
台1の側面と下部面を絶縁体で遮断するが、本発明にお
いては符号3,9,15,29で示す部材(絶縁体3,
15、円筒クォーツ9、断熱材29)が絶縁をする。
チャンネル14を通じてポンピングライン47で抜き取
ることにより工程の円滑な遂行をする。
動において真空空間(図2のC)は熱伝達媒体がないた
め、断熱材で保護しなくても良いが、ウェハ支え台1に
ヘリウムおよび冷媒をそれぞれ注入するヘリウムチュー
ブ24と冷媒チューブ18と工程チャンバプレート32
との接触部位は断熱材を通じて熱伝達を保護する。
の詳細図である図3および図4を参照してウェハの冷却
がどのように行われるのかを詳細に説明する。
においては、図3の通り、ウェハが円形点線内の図示通
りウェハ支え台1の縁に溝1aを形成してこの溝1aに
O−リング10を形成するが、ウェハ45が正にこのO
−リング10上に位置し、ヘリウムチューブ24を通じ
て注入されるヘリウムはヘリウムチューブ固定端子8を
通じてウェハ支え台1に流入されて多数のガス孔38を
通じてウェハ45後面に到達するが、ウェハ後面以外に
もヘリウムが流れ出ることを防ぐために溝の端部に栓4
0をすることにより、ウェハ支え台1の細かい溝に沿っ
てウェハ45の後面にのみヘリウムが到達するようにし
ている。すなわち、図3のB−B′線に沿う断面図であ
る図4の通り、ヘリウム投入口25を通じてヘリウムラ
イン44に入ってきたヘリウムは、ウェハ支え台1内に
放射状に拡散する。多数のガス孔38がウェハ支え台1
上部に向って形成されているので、低温ヘリウムがウェ
ハ45の後面に接するようになる。さらに、O−リング
10はヘリウムガスが工程室内に流れ出ることを最大限
防ぎ、梯形の構造にO−リング10を形成したため、極
低温時にウェハ離脱によるO−リング10の離脱を防止
することができる。そして、図4に示す通り、冷媒、例
えば冷却水は冷媒チューブ固定端子13を通じてウェハ
支え台1内部に入って循環するようになるが、図面には
冷媒流出部は示されていない。
た冷媒が循環する冷媒循環路およびヘリウム投入口2
5、そしてRF端子35形成の一例を示している。
を詳細に考察する。
え台1上に移送装置により移送されると、2段(1次:
25mm、2次:10mm)ストロークを有する上下移
送手段であるエアシリンダ28により上下移送軸20が
上下移動をし、これに従って4足リフタ4と円筒クォー
ツ9が上下移動し、クランプ7に上下移送力が伝達され
て上下に動くようになる。
せる前にエアシリンダの1次ストロークだけ上昇させて
上下移送力伝達構造を通じてクランプ7を上昇(約25
mm)させてウェハ進入路を作る。
送装置によりウェハが工程室内の電極中心に水平を維持
し、正に2次ストロークが作動すると、ウェハ支え台1
内の中央に位置している三つのピンで構成されたリフト
ピン6が上昇しながら移送装置からウェハを受ける。
させる要領は上記の通りであり、工程室で工程が完了さ
れたウェハは上記順序の逆に実施する。
90℃の冷媒がチューブ18を通じて強制循環を繰り返
しながら一般常温状態で移送されてきたウェハの温度を
数分内に冷媒と同一の温度に低下させる。
とウェハ支え台1は熱伝達現象がほとんどゼロになるた
め、これに対備してウェハ支え台1とウェハ接触部位に
微小空間を確保してここに熱伝達性が高いヘリウム(下
表1参照)を充満させて熱循環を促進するもので、ヘリ
ウムはチューブ24を通じて放射状に分岐するヘリウム
ライン44に沿って円盤に均一に分散し、表面の微小孔
(直径0.5mm)を通じてウェハとウェハ支え台1の
間の微小空間に拡散するようになる。
して極低温冷媒の流入および流出時に周囲温度低下によ
り露点以下になって空気中の水分が吸着されて結露する
現象を排除するために真空に維持したのである。
る冷媒の金属接触部位との熱損失を最小化するために断
熱効果が優れたSPポリイミドを用いて冷却ラインが他
の金属と接するのを防ぐようにする。この断熱部材とし
てはSPポリイミド以外にも断熱性,耐プラズマ性を有
する一般のセラミックも使用することができる。各媒質
による連結端係数を下表1に示した。
マを形成させるために一般RFを利用したRIEより1
/100程度低いガス圧力で100倍程度高い電子密度
を得ることができるため、基板にかかるバイアス電圧を
数10ボルト低く維持しても所望の蝕刻速度を得ること
ができる。
かれる電極を極低温(−90℃)に維持してラジカルの
活性を極小化(凍結)して側壁蝕刻を抑制するため、非
等方性を高め、方向性を有するイオンの活性を極大化さ
せて所望の蝕刻速度を非等方性に拘わらず得られるが、
これは次のように説明することができる。
図6(A)の通り、イオンは極性を有しているため、方
向性をもって運動するが、ラジカルは無極性であるた
め、外部的に制御が不可能である。従って、図6(B)
に示すようなラジカルに因る垂直壁の浸蝕を防ぐために
ラジカルの温度を極低温に落して活性を減らすことによ
り垂直の側壁を得ながら基板に対する満足な蝕刻速度を
得ることができるのである。
上に均一に下降するよう導くためにバイアス電圧印加領
域をウェハに限定してプラズマ不安定性問題を克服し
た。
孔集積超微細パターン素子製造に必要な理想的な乾式蝕
刻を遂行することができる。
高集積パターンの蝕刻工程時にラジカルの放射性運動性
向により図6(B)に示すフォトレジスト(P/R)側
面蝕刻を防止することができ、一般的蝕刻装置の非等方
性と蝕刻速度、蝕刻速度と均一性間に存在する相反的増
減現象を完全に排除して所望の垂直蝕刻のみならず、早
い蝕刻速度を得ることができるので、従来の三層P/R
(TLR)や多層P/R(MLR)を用いる工程の複雑
化と収率および生産性を低下せしめる要因を除去する効
果がある。
である。
図である。
図、(B)は基板蝕刻工程の側壁蝕刻の状態を示す図で
ある。
ク) 13 冷媒チューブ固定端子 14 真空チャンネル 16,17,23 ベローズ 18 冷媒チューブ 19 直線運動ユニット 20 上下移送軸 21 軸カバー 22 スプリング 24 ヘリウムチューブ 25 ヘリウム投入口 26 下部真空維持プレート 27 ボールブッシュ 28 エアシリンダ 29 断熱材 31 ウェハ支え台支持プレート 32 工程チャンバプレート 33 冷媒注入口 34 冷媒流出口 35 RF端子 36 支持バー 37 冷媒流管 38 ガス孔 39 ロボットアーム 40 栓 44 ヘリウムライン 45 ウェハ 46 支持棒 47 ポンピングライン A ヘリウム充満部 B 工程チャンバ部 C 真空部(真空空間)
Claims (11)
- 【請求項1】 イーシーアール(ECR)装置におい
て、 ウェハを支えて工程が進行できるようにするが、前記ウ
ェハの下に熱伝達ガスが注入されてウェハの温度を低下
させる手段と内部に冷却水が流れる冷媒流管を有してい
るため、ウェハから伝達された熱を冷やし、高周波端子
と連結させるウェハ支え台、 前記ウェハ支え台の内部を貫通してその内部で垂直運動
をすることにより、上記ウェハ支え台上に位置するウェ
ハを垂直に持ち上げたり安着させるリフティング手段、 RFがかかるウェハ支え台の側面と下部面を絶縁する絶
縁体、 前記ウェハ支え台下端に密着して設けられた高周波遮断
絶縁体を貫通してウェハ基板の下に冷却用ヘリウムガス
を注入するヘリウムチューブ、 前記ウェハ支え台内部を循環して低温化させる冷却水を
案内する冷媒チューブ、およびウェハで反応を起こした
ガスをポンピング動作により抜き出す真空チャンネルと
ポンピングラインを具備することを特徴とするイーシー
アール装置。 - 【請求項2】 前記リフティング手段は2段シリンダか
ら発生する動力を受けて垂直移送力を伝達する上下移送
軸と前記上下移送軸に連結されるリフティングピン、 前記上下移送軸に一つ以上が横に連結されて移送力を分
割するリフタ、 前記リフタと一体に連結されて上下移動しながらウェハ
を工程中に動くことなく正確な位置を継続維持するよう
ウェハの縁を押さえるクランプ、 前記リフタが形成された部位の下の前記上下移送軸を横
切って形成されるが、前記上下移送軸が直線運動するよ
うT字形断面を有する直線運動ユニットと一体になるよ
う形成されたウェハ支え台支持プレート、および前記直
線運動ユニットに縦に連結される支持部と前記支持部と
横に連結されるが、前記上下移送軸に固定される支持バ
ーが形成されて、前記支持バーと前記直線運動ユニット
との間に形成されて、前記上下移送軸が復元力を通じて
下降するようにするスプリングを具備することを特徴と
する請求項1記載のイーシーアール装置。 - 【請求項3】 前記冷却ガスが上下移送軸形成部に流れ
出ることを防ぐために、前記上下移送軸を囲むベローズ
を形成することを特徴とする請求項1記載のイーシーア
ール装置。 - 【請求項4】 前記ウェハ支え台は前記熱伝達ガスを案
内するガスラインと前記ガスラインを通じてウェハの下
に前記熱伝達ガスを送るガス孔を具備することを特徴と
する請求項1記載のイーシーアール装置。 - 【請求項5】 前記ウェハ支え台とウェハとの接触を最
小化して前記熱伝達ガスが工程チャンバに抜け出ること
を防ぐために、前記ウェハ支え台にO−リングを形成し
てウェハが置かれるようにしたことを特徴とする請求項
1記載のイーシーアール装置。 - 【請求項6】 前記冷媒チューブと前記ウェハ支え台以
外の金属接触部に断熱材を設けて熱伝達を防ぐことを特
徴とする請求項1記載のイーシーアール装置。 - 【請求項7】 熱伝達チューブと冷媒チューブの結露現
象を除去するために、前記熱伝達チューブおよび前記冷
媒チューブが引き込まれる電極部位が真空状態になるこ
とを特徴とする請求項1記載のイーシーアール装置。 - 【請求項8】 前記上下移送軸とシリンダの接触部位に
軸カバーを具備することを特徴とする請求項2記載のイ
ーシーアール装置。 - 【請求項9】 前記上下移送軸を正確に上下に移動させ
るために、前記直線運動ユニットはボールブッシュを有
することを特徴とする請求項2記載のイーシーアール装
置。 - 【請求項10】 前記ガスラインは前記ウェハ支え台内
に放射状に形成されて、ガス孔から前記熱伝達ガスが流
れ出てウェハ後面に到達するようにしたことを特徴とす
る請求項4記載のイーシーアール装置。 - 【請求項11】 前記O−リングが位置するウェハ支え
台は梯形状であることを特徴とする請求項5記載のイー
シーアール装置。
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