KR0129663B1 - 에칭 장치 및 방법 - Google Patents

에칭 장치 및 방법

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KR0129663B1
KR0129663B1 KR1019890000260A KR890000260A KR0129663B1 KR 0129663 B1 KR0129663 B1 KR 0129663B1 KR 1019890000260 A KR1019890000260 A KR 1019890000260A KR 890000260 A KR890000260 A KR 890000260A KR 0129663 B1 KR0129663 B1 KR 0129663B1
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타카오 호리우치
이즈미 아라이
요시후미 다하라
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고다까 토시오
도오교오 에레구토론 가부시끼가이샤
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Abstract

내용없음.

Description

에칭 장치 및 방법
제1도는 본 발명의 1 실시예의 에칭 장치의 구성을 나타낸 단면도.
제2도의 (a),(b) 및 (c)는 제1도의 장치에 있어서의 냉각 가스의 유량 및 압력을 변화 시켰을 경우의 반도체 웨이퍼의 표면 온도를 나타낸 특성도.
제3도는 제1도의 장치에 있어서의 냉각 가스의 유량 및 압력의 제어 계통을 나타낸 도면.
제4도의 (A) 및 제5도의 (A)는, 제1도의 장치에 있어서의 냉각 각스를 공급하는 개구 위치의 설명도.
제4도의 (B) 및 제5도의 (B)는, 웨이퍼 온도와 클램프링 구동 압력과의 관계를 나타낸 특성도.
제6도는 플라즈마 발생 정지 수단의 구성을 나타낸 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반응 용기 2 : 승강 기구
3 : 연결 막대 4 : 전극체
5 : 유로 6 : 배관
7 : 상부 전극 8 : 공간
9 : 가스공급관 10 : 구멍
11 : 절연 링 12 : 시일드 링
13 : 반도체 웨이퍼 14 : 하부 전극
15 : 클램프 링 16 : 관통구
17 : 리프터 핀 18 : 판
19 : 승강기구 20 : 코일 스프링
21 : 가스류도관 22 : 개구
23 : 가스 도입관 24 : 유로
25 : 배관 26 : RF 전원
27 : 배기 구멍 28 : 배기 링
29 : 배기 관 30 : 에칭 장치
31 : 콘트로울러 32 : 유량 조절기
33 : 가스 공급원 34a,34b : 솔레노이드
35 : 밸브 36 : 배관
37 : 압력 모니터 38 : 압력 콘트로울러
39 : 콘트롤 밸브 40 : 진공 장치
41 : 배관 42 : 밸브
43 : 배관 44 : 밸브
51 : 냉각 수단 52 : 플로우 스위치
본 발명은, 에칭 장치 및 방법에 관한 것이다.
근년에 와서 각종 얇은막의 에칭 장치로서는, 가스 플라즈마 중의 반응 성분을 이용한 플라즈마 에칭 장치가 주목되고 있다.
이와 같은 에칭 장치는, 반도체 소자의 복잡한 제조공정을 간략화 할 수 있음과 동시에 자동화할 수가 있다.
또한, 이와 같은 에칭 장치는 반도체 소자를 구성하는 미세한 패턴을 고정밀도로 형성할 수가 있다.
이와 같은 플라즈마 에칭 장치는 진공장치에 연이어 형성된 기밀 용기내의 아래쪽에, 알루미늄제의 전극을 형성하고 있다.
알루미늄제의 전극에 대항하는 윗쪽에는, 비결정소 탄소(amorphous carbon)제의 전극을 구비한 알루미늄제의 전극체가 형성되어 있다.
비결정성 탄소제의 전극과 알루미늄제의 전극 사이에는 RF 전원이 접속되어 있다.
알루미늄제의 전극위에는, 피처리 기판으로서 예를들면 반도체 웨이퍼가 설정된다.
그리고, RF 전원과 각 전극사이에 전력을 인가한다.
이와 동시에 각 전극 사이에 소망의 처리가스를 공급한다.
이것에 의하여 처리 가스가 상기한 전력에 의하여 플라즈마화 된다.
플라즈마화된 처리 가스에 의하여 반도체 웨이퍼의 표면에 에칭을 실시한다.
그러나, 상술한 플라즈마 에칭 장치는, 전극 사이에 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화 한다.
이와 같이 플라즈마화 할 때에 발생하는 에너지에 의하여 반도체 웨이퍼가 가열된다.
이와 같은 가열에 의하여 반도체 웨이퍼 위의 레지스트층이 파괴되어 버린다.
그리하여, 반도체 웨이퍼를 에칭할 때에 냉각하여 둘 필요가 있다.
예를들면 일본국 특개소 61-206225호에는, 반도체 웨이퍼 등을 냉각하는 기술이 개시되어 있다.
그리고, 반도체 웨이퍼와 전극 사이의 중심부에서 냉각 가스를 공급하여, 반도체 웨이퍼를 냉각한다.
이 경우에, 단지 냉각 가스를 반도체 웨이퍼의 뒷면에 그의 중심부로부터 공급하고 있다.
따라서, 반도체 웨이퍼의 뒷면의 위치에 의하여 냉각 가스의 압력이나 유량이 다르다.
그 결과, 반도체 웨이퍼가 전극으로부터 부상하여, 전극과의 접촉면적이 작아진다.
그리하여, 반도체 웨이퍼의 표면전체에 균일한 에칭 처리를 실시할 수가 없는 문제가 있었다.
또한, 종래의 플라즈마 에칭 장치는, 양쪽 전극에 전력을 인가한다.
그리고, 윗쪽의 전극은 150℃∼180℃에서 가열된다.
그리하여, 상부의 비결정성 탄소계의 전극 및 이 전극을 구비한 알루미늄제의 전극체가 열팽창한다.
이 경우에, 비결정성 탄소와 알루미늄은 열팽창 계수가 다르다.
이로 인하여, 비결정성 탄소계의 전극에 갈라짐이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 전극을 냉각 시키는 기술이 일본국 특공소 62-48758호에 개시되어 있다.
이 기술에서는, 비결정성 탄소제의 전극이 냉각되어 있는 상태에서, 양쪽 전극사이에 전력이 인가된다.
이로 인하여, 전극에 갈라짐이 발생하는 일은 없다.
그러나, 냉각 동작이 행하여 지지 않는 상태에서, 전극 사이에 전력이 인가되면, 원래대로 열팽창에 의하여 전극에 갈라짐이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 냉각 가스의 압력 및 유량을 제어하여, 피 처리체에 균일한 에칭 처리를 실시할 수가 있는 에칭 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 열 팽창에 의한 전극의 갈라짐을 방지하여, 내구성의 향상을 도모한 에칭 장치를 제공하는 데에 있다.
즉, 본 발명은, 진공 용기내에 형성된 전극 사이에 인가한 전력에 의하여 상기한 진공용기내의 처리가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마화한 상기한 처리 가스에 의하여 상기한 진공용기 내에 형성된 피처리체 기판의 처리면을 에칭하는 에칭 장치에 있어서, 상기한 전극의 적어도 한쪽을 냉각하는 전극 냉각 수단과, 이 전극의 냉각 불량을 검출하는 냉각 불량 검출 수단과, 이 냉각 불량 검출 수단의 냉각 불량 검출 신호에 동기하여 상기한 플라즈마의 발생 수단의 구동을 정지시키는 플라즈마 발생 정지 수단과를 형성한 것을 특징으로 하는 에칭 장치이다.
여기에서, 전극 냉각 수단으로서는, 피 처리기판 및 이것을 엊어 놓고있는 전극 사이에 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급 수단과, 냉각 가스의 유량 및 압력을 소망값으로 제어하는 유량·압력 제어 수단으로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 에칭 장치에 의하면, 전극의 냉각 불량을 검출하면, 냉각 불량 검출 신호에 동기하여 플라즈마의 발생을 정지한다.
그리고, 플라즈마를 발생기시기 위하여 전극에 인가하는 전력에 의하여 발생되는 전극의 이상 가열을 방지한다.
그 결과, 예를들면 열 팽창 계수의 극단에 다른 재질의 결합에 의하여 구성한 전극의 열 팽창에 의한 갈라짐을 억제하여, 장치의 내구성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 본 발명은 진공용기 내에 형성된 적어도 한쪽의 전극에 냉각 가스를 소정의 유량, 압력으로 공급하는 공정과, 상기한 진공용기 내에 처리가스를 공급하는 공정과, 상기한 전극 사이에 소정의 전력을 인가하여 상기한 처리 가스를 플라즈마화 하는 공정과, 플라즈마화한 상기한 처리 가스에 의하여 피 처리기판의 처리면에 에칭을 실시하는 공정과를 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법에 있다.
여기에서, 냉각 가스를 공급하는 공정으로서는, 냉각 가스의 유량 및 압력을 제어하는 조작을 포함하여도 좋다.
또한, 처리 가스를 플라즈마화 하는 공정으로서는, 전극의 냉각 불량이 있었을 경우에는 전극에 의한 플라즈마 발생처리를 정지 시키는 조작을 포함하여도 좋다.
본 발명에 의한 에칭 방법에 의하면, 피 처리기판 및 이것을 얹어 놓고 있는 전극 사이의 극간에 공급하는 냉각 가스의 유량 및 압력을 제어하여, 피 처리기판을 냉각한다.
그리하여, 피 처리기판의 각 점에 있어서의 온도를 균일하게 한다.
이 상태에서 에칭을 피 처리기판에 실시하는 것이기 때문에, 에칭의 균일성을 향상 시킬 수가 있다.
다음에 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 1실시예의 에칭 장치의 단면도이다.
도전성 재질 예를들면 알루미늄제로서 표면을 알루마이트 처리하여, 내부를 기밀하게 보호지지 하도록 구성된 반응용기(1)내의 상부에는, 승강기구(2) 예를들면 에어 실린더나 보올 나사등과 연결막대(3)를 개재하여 승강이 가능한 전극체(4)가 형성되어 있다.
이 전극체(4)는 도전성 재질 예들들면 알루미늄제로서 표면에 알루마이트 처리를 실시하고 있다.
이 전극체(4)에는 냉각 수단이 구비되어 있다.
이 냉각 수단은, 예를 들면 전극체(4) 내부에 순환하는 유로(5)를 형성하고 있다.
이 유로(5)에 접속된 배관(6)을 통하여 상기한 반응용기(1) 외부에 형성된 냉각장치(도시않됨)에 연이어 형성되어, 액체 예를들면 물을 소정의 온도에서 제어하여 순환시키는 구조로 되어있다.
이 냉각 수단은, 액체를 냉각 제어하는 액체의 냉각이 아니고 기체를 냉각 순환시키는 강제 공냉, 상기한 전극체(4)에 접속하여 형성된 방열 핀(fin)(도시않됨)에 의한 자연 공냉, 상기한 전극체(4) 내부에 펠티에(peltier) 효과 소자를 형성한 전기적 냉각 기구에서도 마찬가지로 행할 수가 있다.
이와 같은 전극체(4)의 아래면에는 예를들면 비결정성 탄소계의 상부전극(7)이, 상기한 전극체(4)와 전기적 접속 상태로 형성되어 있다.
이 상부 전극(7)과 전극체(4)와의 사이에는 다소간의 공간(8)이 형성되고, 이 공간(8)에는 가스 공급관(9)이 접속되어 있다.
이 가스 공급관(9)은, 반응 용기(1) 외부의 가스공급원(도시않됨)으로 부터의 반응 가스 예를들면 아르곤이나 프레온 등을, 공간(8)에 공급이 자유롭게 하고 있다.
이 공간(8)에 공급된 반응 가스를 상부 전극(7)을 통하여 반응용기(1)내부에로 유출하도록, 상부 전극(7)에는 복수개의 구멍(10)이 형성되어 있다.
이 상부 전극(7) 및 전극체(4)의 주위에는 절연링(11)이 형성되어 있다.
이 절연링(11)의 아래면에서 상부 전극(7) 아래면 둘레부에 뻗친 시일드링(12)이 배열 설치되어 있다.
이 시일드링(12)은, 에칭 처리된 피 처리기판 예를들면 반도체 웨이퍼(13)와 대략 동일한 구경으로 플라드마를 발생이 가능하도록, 절연체 예를들면 4 불화 에틸렌 수지제로 형성되어 있다.
또한, 반도체 웨이퍼(13)는, 상기한 상부 전극(7)과 대향하는 위치에 형성된 하부 전극(14) 표면에 설정이 자유롭게 되어 있다.
이 하부 전극(14)의 예를들면 알루미늄제로 표면에 알루마이트 처리를 실시하고 있는 평판 형상의 것이다.
이 하부 전극(14)의 위표면은 곡면 R으로 형성되어 있고, 이것은 중심부로부터 둘레부에 걸쳐서 경사지고 있다.
이 곡면 R의 이상적인 실시예는, 동일 분포 곡면이다.
이 곡면은 균일한 에칭을 가능하게 하는 즉, 웨이퍼 뒷면의 전체면을 전극에로의 접촉을 가능하게 하기 위함이다.
이 하부 전극(14)의 둘레부에는 클램프 링(15)이 배열 설치된다.
반도체 웨이퍼(13)의 둘레부를 하부 전극(14)의 R에 형성한 표면에 맞닿게 하도록 반도체 웨이퍼(13)의 구경에 적응시키고 있다.
이 클램프링(15)은, 예를들면 알루미늄제로 표면에 알루마이트 처리를 실시하여 절연성인 알루미나의 피복을 형성한 것이다.
이 클램프링(15)은 도시하지 아니한 승강 기구로서 소정의 압력으로 상기한 반도체 웨이퍼(13)를 밀어 누르는 것을 자유롭게 하고 있다.
또한, 하부 전극(14)에는 수직 방향으로 관통한 예를들면 4개소의 관통구(16)가 형성되어 있다.
이 관통구(16)내에는 승강이 자유로운 리프터 핀(17)이 형성되어 있다.
이 리프터 핀(17)은, 예를들면 SUS로 형성되고, 4개의 리프터 핀(17)이 접속된 판(18)을 승강 기구(19)의 구동에 의하여 승강이 자유롭게 되어 있다.
이 경우에, 판(18)은 승강기구(19)가 구동하고 있지 않으면, 코일 스프링(20)에 의하여 아래쪽으로 힘을 가하게 되어 있다.
리프터 핀(17)은 앞쪽끝단은 하부 전극(14)표면에서 하강하고 있다.
관통구(16)에는 냉각가스류 도관(21)이 접속되어 있다.
이 냉각가스류 도관(21)은, 반도체 웨이퍼(13) 둘레부에 위치하는 하부 전극(14)표면에 형성된 복수개 예를들면 16개의 개구(22)에 연이어 통하고 있다.
이 개구(22) 및 관통구(16)에서 반도체 웨이퍼(13) 뒷면에 냉각가스 예를들면 냉각된 헬륨 가스를 공급이 자유롭도록, 반응 용기(1) 하부에 냉각 가스 도입관(23)이 형성되고 있고, 도시하지 아니한 냉각 가스 공급원에 연이어 형성되어 있다.
또한, 하부전극(14)에 전력을 인가할 경우에, 상기한 상부 전극(7)과 마찬가지로 고온으로 된다.
이로 인하여, 이 하부전극(14)에도 냉각 기구 예를들면 하부전극(14)의 아래면에 접속하여 유로(24)가 형성되어 있다.
이 유로(24)에 접속된 배관(25)에 연이어 설치되어 있는 예를들면 냉각 장치(도시않됨)에 의하여 냉각액 예를들면 냉각수의 순환에 의한 냉각 수단이 형성되어 있다.
이 하부 전극(14)의 냉각도 상부 전극(7)의 냉각과 마찬가지로 강제 공냉, 자연 공냉, 전기적 냉각 등이어도 마찬가지로 행할 수가 있다.
이와 같은 하부 전극(14)와 상부 전극(7)은 RF 전원(26)에 전기적인 접속 상태로 되어 있다.
또한, 하부 전극(14)의 측면부에서 반응 용기(1)의 안쪽면까지의 극간의 배기 구멍(27)을 구비한 배기 링(28)이 끼워 맞추어져 있다.
이 배기 링(28) 아래쪽의 반응용기(1) 측면벽에 접속한 배기관(29)을 통하여 도시하지 아니한 배기 장치등에 의하여 반응용기(1) 내부의 배기 가스를 배기가 자유롭게 하고 있다.
이와 같이 하여 에칭 장치(30)가 구성되고 있다.
다음에 상술한 에칭 장치의 동작을 설명한다.
우선, 반응 용기(1)의 도시하지 아니한 반입부에 형성된 웨이퍼 카세트에서 피 처리 기판 예를들면 반도체 웨이퍼(13)를 미리 정해진 프로그램으로 빼내고, 도시하지 아니한 록크실을 통하여 처리실로 반입한다.
그리고, 하부 전극(14)에 형성된 관통구(16)에 승강이 자유로운 리프터 핀(17)을 승강 기구(19)에 의하여 상승시킨 상태에서 처리실 내의 전극(14)의 윗쪽에 반도체 웨이퍼(13)를 받는다.
그리고, 리프터 핀(17)을 하강시켜서 하부 전극(14)이 상승하여도 좋다.
또한, 하부 전극(14)의 표면에 맞닿게 한다.
그리고, 상기한 반도체 웨이퍼(13)의 둘레부를 클램프 링(15)에 의하여 하부 전극(14)의 방향에로 밀어 눌러서 상기한 하부 전극(14)의 곡면 R을 따라서 보호 지지한다.
이때에, 이 하부 전극(14)의 표면은 상기한 곡면 R로 형성되어 있다.
이로 인하여, 반도체 웨이퍼(13)의 앞처리에 의하여 발생한 반도체 웨이퍼(13)의 휘어짐 즉 휘어짐을 갖고 있는 것이어도 하부 전극(14) 표면에로 반도체 웨이퍼(13)의 맞닿는 뒷면의 대략 전체면의 균일하게 접촉될 수가 있다.
그리고, 반응 용기(1) 내부를 기밀하게 보호 지지하여, 내부를 소망의 진공 상태로 설정한다.
이 진공 동작은, 주지하는 예비실(로드 록크실)의 사용에 의하여 반도체 웨이퍼(13)의 반송시에 미리 실행하여 두어도 좋다.
다음에, 승강 기구(2)에 의하여 연결 막대(3)를 통하여 전극체(4)를 하강시켜, 상부 전극(17)과 하부 전극(14)의 간격을 플라즈마 발생의 소망의 간격 예를 들면 수 mm 정도로 설정한다.
그리고, 도시하지 아니한 가스 공급원으로부터 에칭 가스 예를들면 프레온 가스, 아르곤 가스 등을 가스 공급관(9)을 통하여 공간(8)에로 공급한다.
이 공간(8)에로 공급된 반응 가스는 상부 전극(7)에 형성된 복수개의 구멍(10)으로부터 반도체 웨이퍼(13)표면에로 유출된다.
동시에, RF 전원(26)에 의하여 상부 전극(7)과 하부 전극(14)과의 사이에 고주파 전력을 인가하여 상기한 반응 가스를 플라즈마화 한다.
이 플라즈마화한 반응 가스에 의하여 반도체 웨이퍼(13)의 에칭을 행한다.
이때에, 고주파 전력의 인가에 의하여 상부전극(7) 및 하부전극(14)이 고온으로 된다.
상부전극(7)이 고온으로 되면 당연히 열팽창이 발생한다.
이 경우에, 이 상부 전극(7)의 재질은 비결정성 탄소제로서 이것과 맞닿고 있는 전극체(4)는 알루미늄체이기 때문에, 열 팽창계수가 달라 갈라짐이 발생한다.
이 갈라짐의 발생을 방지하기 위하여 미리 전극체(4) 내부에 형성된 유로(5)에 배관(6)을 개재하여 연이어 형성하고 있는 냉각수단(도시않됨)으로 부터 냉각수를 흘려서, 간접적으로 상부 전극(7)을 냉각하고 있다.
또한, 하부전극(14)이 고온으로 되어가면, 반도체 웨이퍼(13)의 온도도 고온으로 된다.
이로 인하여, 이 반도체 웨이퍼(13) 표면에 형성되어 있는 레지스트 패턴을 파괴하여, 불량을 발생시키게 될 염려가 있다.
이로 인하여 하부전극(14)도 상부전극(7)과 마찬가지로, 하부에 형성된 유로(24)에 배관(25)을 통하여 연이어 설치되어 있는 냉각장치(도시않됨)로부터 냉각수를 흘림으로써 냉각하고 있다.
이 냉각수는, 반도체 웨이퍼(13)를 일정한 온도에서 처리하기 위하여 20 내지 80℃ 정도로 제어하고 있다.
또한, 반도체 웨이퍼(13)도 플라즈마의 열 에너지에 의하여 가열 되기 때문에, 하부전극(14)에 형성되어 있는 복수개 예를들면 둘레변이 16개소의 개구(22) 및 중심 부근이 4개소의 관통구(16)로부터, 냉각가스류 도관(21), 냉각 가스 도입관(23)을 통하여 냉각가스 공급원(도시않됨)으로부터 냉각가스 예를들면 헬륨 가스를 반도체 웨이퍼(13)의 뒷면에로 공급하여 냉각하고 있다.
이때에, 개구(22) 및 관통구(16)는 반도체 웨이퍼(13)의 설정에 의하여 막히게 되어 있다.
그러나, 실제로는 반도체 웨이퍼(13)와 하부전극(14)의 표면과의 사이에는 미소한 극간이 생긴다.
이 극간에 헬륨가스를 공급하여 반도체 웨이퍼(13)를 냉각하고 있다.
이 헬륨가스의 압력 및 유량의 가장 적정한 값을 구하기 위한 특성예를 제2도의 (A), (B), (C)에 나타내었다.
이것은 반응 용기(1)내의 진공도를 2.4Torr, RF 전원(26)의 출력을 500W, 반응가스인 프레온가스의 유량을 80cc/분, 아르곤 가스의 유량을 500cc/분으로 설정한다.
냉각 가스인 헬륨가스 유량을 3cc/분(제2도의 (A)참조Z), 5cc/분(제2도의 (B) 참조), 8cc/분(제2도의 (C)참조)으로 변화시킨다.
반도체 웨이퍼(13)표면의 중심부(C), 둘레부의 2개소(E1),(E2)의 온도를 측정한 것이다.
이 특성예에서 제2도의 (B)에 나타낸 헬륨가스 유량이 5cc/분 일때의 헬륨가스의 압력이 7.5Torr에서 반도체 웨이퍼(13)의 각점 (C),(E1),(E2)의 온도가 일정하게 되어, 에칭이 균일하게 되는 유량 및 압력인 것이 판명되었다.
이와 같은 냉각 가스 즉 헬륨가스의 제어기구의 예를 제3도에 나타내었다.
우선, 유량 조절기 콘트로울러(31)로 소망하는 헬륨 가스의 유량으로 조정하고, 이것에 연동하여 유량 조절기(32)가 가스 공급원(33)으로부터 흘러 도입되는 헬륨가스를 상기의 조절한 유량으로 자동 설정한다.
이 유량 조절된 헬륨가스는 솔레노이드(34a)에 의하여 개폐가 자유로운 밸브(35)를 통하여 에칭 장치(30)내부의 냉각 가스도입과(23)에 배관(36)을 개재하여 연이어 형성하여, 반도체 웨이퍼(13) 뒷면에로 공급하고 있다.
이 배관(36)에는, 상기의 흘러 도입되는 헬륨가스의 압력을 검출하기 위한 압력 모니터(37) 예를들면 마노미터(manometer)가 배열 설치되어 있다.
검출된 압력 정보를 압력 코트로울러(38)에로 입력하고 있다.
이 압력 콘트로울러(38)는, 입력된 압력정보를 기초로 콘트롤 밸브(39)를 개폐 제어가 자유롭게 하고, 이것은 진공장치(40)에 연이어 형성하고 있는 배관(41)의 도중에 개재하며, 솔레노이드(34a)에 의하여 밸브(35)와 함께 일체로 구동되는 밸브(42)를 개재하여 배관(36)에 접속하고 있다.
이와 같은 콘트롤 밸브(39)를 구동함으로써 소망의 압력으로 설정한다.
또한, 반도체 웨이퍼(13)의 처리후에 이 반도체 웨이퍼(13) 뒷면과 반응용기(1) 내와의 압력을 동일 압력으로 하기 위한 배관(43)이 반응용기(1)와 배관(36) 사이에 접속되고 있다.
이 배관(43)의 도중에는 솔레노이드(34b)에 의하여 연동되는 밸브(44)가 개재되어 있고, 압력을 동일 압력으로 할 때에 밸브(44)가 열린다.
이때에, 솔레노이드(34a)와 솔레노이드(34b)는 반전 동작을 하도록 구성하고, 헬륨가스의 공급을 정지하는 동시에, 반도체 웨이퍼(13) 뒷면과 반응용기(1)의 내부를 동일 압력으로 한다.
이와 같이, 반도체 웨이퍼(13)의 뒷면에 공급하는 냉각 가스의 압력 및 유량을 제어함으로써 에칭의 균일성을 향상시킬 수가 있다.
이 균일성은 반도체 웨이퍼의 둘레부를 밀어누르는 클램프링의 밀어누르는 힘 하부전극(14) 표면에 형성된 개구(22)의 위치에도 영향이 있다.
이것은, 제4도의 (A)에 나타낸 바와 같이, 하부전극(14)표면의 중심 부근의 4개소 개구(22)를 형성한 경우의 특성예를 제4도의 (B)에 나타내고, 또한 제5도의 (A)에 나타낸 바와 같이 하부전극(14)의 중심부근의 4개소 및 둘레부의 16개소에 개구(22)를 형성한 경우의 특성예를, 제5도의 (B)에 나타내었다.
이 제4도의 (B) 및 제5도의 (B)에 공히 반응용기(1) 내의 압력 즉 진공ㄷ를 2.4Torr, RF 전원(26)의 출력을 500W, 반응가스인 프레온 가스유량을 800cc/분, 아르곤 가스 유량을 500cc/분, 상부전극(7)의 온도를 20℃, 하부전극(14)의 온도를 8℃ 이하로 설정하고, 제4도의 (A)의 하부전극(14)의 냉각가스 유량을 2cc/분, 압력을 10Torr, 제5도의 (A)의 하부전극(14)의 냉각가스 유량을 5cc/분, 압력을 75Torr로 하여 상기한 클램프링(15)의 구동 압력을 변화시켰을 때의 반도체 웨이퍼(13) 표면의 중심(C)의 1개소 및 둘레부 (E1),(E2)의 2개소의 온도 분포를 측정한 것이다.
이 제4도의 (B) 및 제5도의 (B)의 특성예로부터 판명된 바와 같이, 하부전극(14)의 둘레부에도 개구(22)를 형성한 구성의 하부전극(14)이, 보다 더 반도체 웨이퍼(13)의 온도 분포가 균일하게 되고 있다.
또한, 클램프링(15)의 설정 압력이 6.0kg/㎠일 때에, 반도체 웨이퍼(13)의 각점 (C),(E1),(E2)에서 온도가 일정하게 되고 있는 것이 판명되었다.
이와 같이 플라즈마의 발생등에 의하여 반도체 웨이퍼(13)가 가열되어 에칭의 균일성이 저하되는 것을 냉각 가스의 공급에 의하여 일정의 온도 분포로서 에칭의 균일성을 향상시키고 있다.
또한, 에칭 후의 배기 가스 및 반도체 웨이퍼(13) 반송시의 반응용기(1)내의 배기는, 배기 링(28)에 형성된 배기 구멍(27) 및 배기관(29)을 통하여 반응용기(1) 외부에 설치된 배기 장치(도시 안됨)에 의하여 적절하게 배기된다.
이 실시예에서는, 냉각 가스를 반도체 웨이퍼의 뒷면에 공급하는 개구를 중심부의 4개소 및 둘레부의 16개소에 형성한 하부전극을 예로들어 설명하였다.
그러나, 개구의 수에 한정되는 것만은 아니다.
또한, 중심부의 4개소에서의 냉각 가스의 공급은, 피프터 핀이 승강하는 관통구를 사용하였으나, 별개의 계통으로 분할하여도 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 피 처리기판과 이것을 설정하고 있는 전극과의 극간에 공급하는 냉각가스의 유량 및 압력을 제어하여 공급하고, 피 처리기판을 냉각함으로써, 피 처리기판의 각 점에서의 온도를 균일화하여, 에칭의 균일성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 실시예에서는, 냉각 수단(51)에 의하여 상부 전극(7)의 냉각을 실행하고 있다.
이 경우에, 제6에 나타낸 바와 같이, 이 상부전극(7)의 냉각 불량을 검출하는 수단 예를들면 배관(6)의 도중에 플로우 스위치(52)를 형성하고, 이 플로우 스위치(52)로서 배관(6)속을 흐르는 냉각수의 유량으로부터 설정 범위내의 유량 인가의 검출 또는 냉각수의 흐름의 유무를 검출하고, 설정값에서 벗어난 경우에 플라즈마의 발생을 정지하는 수단을 형성하여도 좋다.
이 플라즈마의 발생을 정지하는 수단으로서는, 예를들면 플로우 스위치(52)로서 상기의 검출을 행하고, 설정값 또는 설정범위에서 벗어난 경우에 플로우 스위치(25)의 스위치부를 개방항 RF 전원으로 부터의 전력을 차단하여 에칭 처리에 필요한 플라즈마 방전을 정지시키는 구성으로 한다.
이때에, 유체를 냉각 제어하는 액체의 냉각이 아니고, 기체를 냉각 순화시키는 강제 공냉, 상기한 전극체(4)에 접속하여 형성한 방열 핀(도시 안됨)에 의한 자연 공냉, 상기한 전극체(4)의 내부에 펠티에 효과 소자를 형성한 전기적 냉각 등을 행하고, 강제 공냉의 경우에는 기체 유량의 모니터에 의한 냉각 불량의 검출, 자연 공냉의 경우에는 전극체(4) 온도의 모니터에 의한 냉각 불량의 검출, 전기적 냉각의 경우에는 냉각 소자의 온도 모니터만 공급 전력이 모니터에 의한 냉기 불량의 검출등, 어떠한 구성이어도 마찬가지로 실행할 수가 있다.
이 경우에, 하부전국(14)과 상부전극(7)은 RF 전원(26)에 전기적인 접속 상태에서, 상부전극(7)은 RF 전원(26)과의 사이에 상기한 플로우 스위치(52)를 개재하고 있다.
이 플로우 스위치(52)가 상부전극(7)의 냉각 불량을 검출하였을 경우에 RF 전원(26)의 전력의 공급을 차단하는 구성으로 되어 있다.
이와 같이, 상부전극(7) 및 하부전극(14)은 각각 냉각제어 되어, 안정된 에칭 처리를 행할 수가 있다.
그러나, 상부전극(7)의 냉각이 불량하면, 갈라짐의 발생이나, 방사열에 의한 반도체 웨이퍼(13)은 온도 변동 등의 나쁜 영향이 발생한다.
또한, 생산성의 저하를 초래할 염려가 있다.
그런데, 전극체(4)의 냉각 불량을 검출하는 수단 예를들면 배관(6)의 도중에 플로우 스위치(52)를 형성하고, 이 플로우 스위치(52)로서 상기한 배관(6) 속을 흐르는 냉각수의 유량으로부터 설정 범위내의 유량인가의 검출, 또는 냉각수의 흐름의 유무를 검출하고, 설정값에서 벗어난 경우에 플라즈마의 발생을 정지하는 수단을 구비하고 있다.
이 플라즈마의 발생을 정지하는 수단은 예를들면 플로우 스위치(52)로서 상술한 바와 같이 검출을 행하고, 설정값 또는 설정 범위에서 벗어난 경우에 플로우 스위치(52)의 스위치부를 개방하여 RF 전원(26)으로부터의 전력의 공급을 정지하여, 에칭 처리에 필요한 플라즈마 방전을 정지시키고 만다.
이 전력 공급의 정지에 의하여 상기한 갈라짐이나 에칭시의 나쁜 영향을 억제 한다.
이 에칭 처리를 정지하였을 경우에, 알람음 및 알람 표시 등으로 오퍼레이터에로 보고하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 여기에서는, 냉각 불량을 검출하는 수단으로서 플로우 스위치로서 배관 속을 흐르는 냉각수의 유량으로부터 설정 범위내의 유량인가의 검출, 또는 냉각수의 흐름의 유무를 검출함으로써 냉각불량을 검출하는 것에 대하여 설명하였다.
그러나 이것에 한정되는 것만은 아니고, 예들들면 전극체 또는 상부 전극에 더어미스터 열전대·더모 그래프(thermograph) 등의 온도 검출 기구를 형성하고, 이 기구로서 온도를 모니터하여 소정 범위에서 벗어난 경우에 플라즈마의 발생을 정지하는 구성으로 하여도 동일한 효과를 얻을 수가 있다.
또한, 본 발명의 에칭 장치는 CVD 장치나 이온 주입 장치 또는 스퍼터링 장치등에 적용하여도 동일한 효과를 얻을 수가 있는 것은 물론이다.
이상에서와 같이 제6도의 에칭 장치에서는, 피 처리체를 설정이 가능한 전극과 대향하여 배치하는 전극을 구비한 전극체를 냉각 수단에 의하여 냉각하고, 이 전극체의 냉각 불량을 검출하는 수단으로 상기한 전극체의 냉각 불량을 검출하였을 경우에, 이것에 연동하여 플라즈마의 발생을 정지 즉 전력의 공급을 정지하여, 전력 인가에 의한 상기한 전극의 이상 가열을 방지한다.
이 이상 가열의 방지에 의하여, 예들들면 열 팽창 계수의 극단에 다른 재질의 결합에 의하여 구성한 전극체의 열 팽창에 의한 전극의 갈라짐에 억제하여, 장치의 내구성의 향상을 가능하게 한다.
또한, 이상 가열의 방지 및 냉각 수단에 의한 상부전극의 온도제어에 의하여 피 처리체의 온도를 일정하게 유지할 수가 있으므로, 에칭 처리에 나쁜 영향을 주지 않는다.

Claims (3)

  1. 진공용기내에 형성된 전극 사이에 인가한 전력에 의하여 상기 진공용기내의 처리 가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마화한 상기 처리 가스에 의하여 피 처리기판의 처리면을 에칭하는 에칭 장치에 있어서, 상기 전극을 냉각하는 전극 냉각 수단과, 이 전극의 냉각 불량을 검출하는 냉각 불량 검출 수단과, 이 냉각 불량 검출 수단의 냉각 불량 검출 신호에 동기하여 상기 플라즈마의 발생 수단의 구동을 정지시키는 플라즈마 발생 정지 수단과를 형성한 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 냉각 수단이, 피 처리기판 및 피 처리기판을 설치하고 있는 전극 사이의 극간에 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급 수단과, 이 냉각 가스의 유량 및 압력을 소망값으로 제어하는 유량·압력 제어 수단과로 구성되어 있는 에칭 장치.
  3. 진공용기내에 형성된 전극에 냉각 가스를 소정의 유량·압력으로 제어하여 공급하는 공정과, 상기 진공용기내에 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 전극 사이에 소정의 전력을 인가하여 상기 처리 가스를 플라즈마화 하고 상기 전극의 냉각 불량이 있을 경우에 전극에 의한 플라즈마 발생 처리를 정지시키는 조작을 실시하는 공정과, 상기 플라즈마화한 상기 처리 가스에 의하여 상기 피 처리기판에 에칭을 실시하는 공정으로 되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
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