KR0153841B1 - 마이크로파 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR0153841B1
KR0153841B1 KR1019950015465A KR19950015465A KR0153841B1 KR 0153841 B1 KR0153841 B1 KR 0153841B1 KR 1019950015465 A KR1019950015465 A KR 1019950015465A KR 19950015465 A KR19950015465 A KR 19950015465A KR 0153841 B1 KR0153841 B1 KR 0153841B1
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가쓰오 가타야마
교이치 고마치
히로시 마부치
다케시 아키모토
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나카무라 다메아키
스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
가네코 히사시
닛폰 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 관한 장치는, 반응실의 측벽을 가열하는 수단과, 반응실의 내벽에 접촉되어 배치되는 통, 및 배기공을 갖는 마이크로파 반사판이 일체로 형성된 방착부재를 갖춘 마이크로파 플라즈마 처리장치이다.
또한 반응실의 측벽을 가열하는 수단과, 반응실의 내벽에 붙여지고 배기공을 갖는 마이크로파 반사판를 갖는 마이크로파 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

Description

마이크로파 플라즈마 처리장치
제1도는 종래의 마이크로파 플라즈마 에칭장치를 나타내는 모식적(模式的)인 단면도.
제2도는 실시예 1의 마이크로파 플라즈마 처리장치를 나타내는 모식적인 단면도.
제3도는 비교예로서 사용한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 나타내는 모식적인 단면도.
제4도는 본 발명의 장치 및 비교예의 장치에 있어서 오일 온도와 퇴적 속도(堆積 速度)의 관계를 나타내는 그래프.
제5도는 본 발명의 장치 및 비교예의 장치에 있어서 오일 온도와 에칭 선택비(選擇比)의 관계를 나타내는 그래프.
제6도(a)는 본 발명의 장치에 있어서 에칭 결과를 나타내는 설명도.
제6도(b)는 비교예의 장치에 있어서 에칭 결과를 나타내는 설명도.
제7도는 본 발명의 장치 및 비교예의 장치에 있어서 웨이퍼 처리 매수(枚數)와 상대 에칭 속도의 관계를 나타내는 그래프.
제8도는 실시예 2의 마이크로파 플라즈마 처리장치를 나타내는 모식적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 반응기(反應器) 14 : 마이크로파 유입창(流入窓)
15a : 시료수용부(試料收容部) 15b : 고주파전원(高周波電源)
16b : 가스공급관(供給管) 17 : 유전체선로(誘電體線路)
18 : 도파관(道破管) 19 : 마이크로파 발진기(發振器)
21 : 온도체어수단(溫度制御手段) 22 : 방착부재(방착部材)
23 : 통(筒) 24 : 반사판(反射板)
24a : 배기공(排氣孔)
[산업상 이용분야]
본 발명은 반도체 장치의 제조에 있어서, 에칭(etching), 애싱(ashing), 박막형성(薄膜形成) 등의 처리를 하는 마이크로파(micro 波) 플라즈마(plasma) 처리장치에 관한 것이다.
[종래의 기술과 그 문제점]
감압(減壓), 저가스압력(低 gas 壓力) 하의 진공용기(眞空容器) 내로, 마이크로파를 유입시킴으로써 가스방전(放電)을 일으켜 플라즈마를 생성시키고 플라즈마를 시료(試料)인 기판(基板)의 표면에 조사(照射)함으로써 에칭이나 박막형성 등의 처리를 하게 하는 플라즈마 처리장치는, 고집적(高集積) 반도체 소자 등의 제조에 없어서는 아니되는 것으로서 그에 대한 연구개발이 진행되고 있다. 특히 플라즈마의 생성과 생성된 플라즈마 중의 이온(ion)의 가속(加速)을 각각 독립하여 제어할 수 있는 마이크로파 플라즈마 처리장치가, 드라이 에칭(dry etching) 기술 및 박막형성의 실장기술에 있어서 기대되고 있다.
제1도는, 본 출원인이 일본국 특허출원공개 공개특허공보 평6-144773(1994)에서 제안한 종래의 마이크로파 플라즈마 처리장치를 나타내는 도면이다. 이 장치는 플라즈마 생성과 플라즈마 중의 이온의 가속을 각각 독립적으로 제어하는 것을 목적으로 하고 있다. 도면중의 11은 알루미늄, 스텐레스 등의 금속으로 형성된 반응기(反應器)를 나타낸다. 반응기(11)는 마이크로파를 투과시키고 유전손실(誘電損失)이 적고 또한 내열성(耐熱性)을 갖고 있는 예를 들어 석영(石英)유리 또는 Al2O3등의 내열성판(耐熱性板)을 이용하여 형성된 마이크로파 유입창(流入窓)(14)에 의하여 기밀상태(氣密狀態)로 칸막이되어 있다.
마이크로파 유입창(14)에 의하여 칸막이되어 있는 반응기(11)의 상반 부분에는, 마이크로파 유입창(14)과 소정의 간격을 두고 마주 보고 있고 마이크로파 유입창(14)을 덮을 수 있는 크기의 유전체 선로(誘電體 線路)(17)가 배치되어 있다. 이 유전체선로(17)는 유전손실이 적고 불소수지(弗素樹脂), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene) 등의 유전체 재료로 형성된 유전체층(誘電體層)(17b)과 유전체층(17b)의 상면에 배치된 알루미늄 등의 덮개(17b)로 구성되어 있다. 유전체선로(17)에는 마이크로파 발진기(19)로부터 도파관(道波管)(18)을 거쳐 마이크로파가 유입된다.
마이크로파 유입창(14)에 의하여 칸막이되어 있는 하측 부분은 반응실(13)이 형성되어 있다. 반응실(13)의 내부에는 처리 대상물인 시료(S)을 수용하기 위한 시료수용부(15a)에는 시료(S) 표면에 바이어스 전압을 발생 시키기 위한 고주파 전원(15b)이 접속되어 있다. 또한 시료수용부(15a)에는 정전척(靜電 chuck) 등에 의한 시료(S)의 흡착기구(吸着機構) 및 순환냉매(循環冷媒) 등에 의한 시료(S)의 냉각기구(冷却機構 )도 설치되어 있다.
반응실(13)의 측벽(側壁)은 2중 구조로 되어 있어 2중구조 측벽의 내부에는 냉각수의 통로(12)가 형성되어 있다. 통로(12)에는 유입관(流入管 )(12a) 및 배출관(排出管)(12b)이 서로 통하도록 연결되어 있다. 또 이 측벽의 상부에는 반응실(13) 내에 플라즈마 생성에 필요한 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(供給管)(16b)이 접속되어 있다. 또한 반응실(13)(반응기(11))의 밑벽에는 반응실(13)을 진공으로 하기 위한 배기(排氣)를 하기 위하여 배기장치에 접속된 배기구(排氣口)(16a)가 배치되어 있다.
이들 반응기(11), 마이크로파 유입창(14), 시료수용부(15a), 유전체선로(17)을 포함하여 마이크로파 플라즈마 처리장치가 구성되고, 마이크로파 유입창(14), 유전체선로(17)의 수평 단면적을 변경함으로써 플라즈마처리 면적을 변경할 수 있다.
위와 같이 구성된 마이크로파 플라즈마 처리장치(10)에 있어서 예를 들어 시료(S)의 표면에 에칭 처리를 하는 경우에 대하여 언급한다.
우선, 배기구(16a)로 배기를 하여 반응실(13) 내를 필요한 압력으로 하고 그 후에 가스공급관(16b)으로부터 반응(反應) 가스를 공급한다. 또한 냉각수를 냉각수 유입관(12a)으로부터 공급하고 냉각수 배출관(12b)으로 배출함으로써 통로(12) 내를 순환시킨다. 다음에 마이크로파 발진기(19)에서 마이크로파를 발진시키고 도파관(18)을 통하여 유전체선로(17)로 유입시킨다. 그러면 유전체선로(17)의 하방에 전계가 형성되고 형성된 전계가 마이크로파 유입창(14)을 투과하여 반응실(13) 내에서 플라즈마를 발생시킨다. 동시에 전기(前記) 플라즈마 중의 이온의 이방성(異方性) 및 가속 에너지를 제어하기 위하여 고주파전원(15b)으로 시료(S)가 놓여 있는 시료수용부(15a)에 고주파 전계를 가하여 시료(S)의 표면에 바이어스 전압을 발생시킨다. 이 바이어스 전압에 의하여 이온을 시료(S)에 대하여 수직으로 입사(立射)시킴과 동시에 시료(S)에 입사되는 이온의 에너지를 제어하여 시료(S)에 에칭 등의 처리를 한다.
또한 마이크로파 플라즈마 처리장치(1)에 있어서 마이크로파 유입창(14)의 하면에 붙여져 혹은 마이크로파 유입창(14)과 시료수용부(15a)의 중간의 소정의 위치에 예를 들어 Al판(板)으로 만든 전극이 배치되는 것이 제안되어 있다(일본국 특허출원공개 공개특허공보 평 6-104098(1994)).전극에는 플라즈마 투과용의 투과공(透過孔)이 형성됨과 동시에 전극은 접지되어 있다. 시료수용부(15a)에 고주파전계 또는 직류전계를 가하는 때에 있어서의 플라즈마 전위가 안정되기 위하여, 시료(S) 표면에 안정된 바이어스 전압이 생기고 플라즈마 중의 이온의 방향선(方向性)과 가속 에너지의 적정화를 한층 더 도모할 수 있다.
그러나 최근에 반응실(13)의 측벽을 가열함으로써 플라즈마의 방전 에너지로 생성된 반응 생성물(反應 生成物) 또는 분해 생성물(分解 生成物)(이하 단지 생성물이라 한다)이 반응실(13)의 측벽에 붙는 것을 억제하여 시료(S) 표면 근방에 있어서의 전기 생성물의 밀도를 증가시키는 방법이 제안되어 있다(일본국 특허출원공개 공개특허 평 4-256316(1992). 이 방법에 의하면 산화 실리콘(SiO2)막의 에칭에 있어서 바탕 실리콘(Poly-Si)막에 대하여 SiO2막이 고선택비(高選擇比)로 에칭된다.
그러나 마이크로파 플라즈마 처리장치(10)에 있어서는, 반응실(13)의 측벽을 가열한 경우에도 반응실(13) 측벽에 전기 생성물이 조금씩 붙어 퇴적막(堆積膜)이 형성되기 쉽고 이것이 반응실(13)의 측벽으로부터 떨어져 나가 조각(입자;particle)이 되어 시료(S) 표면에 붙어서 플라즈마 처리에 악영항을 끼친다고 하는 문제점에 있었다. 이 조각의 발생을 방지하기 위하여 전기 퇴적막을 산소 플라즈마를 이용한 청소를 함으로써 제거하고 있다. 그러나 이 드라이 세정 공정(dry 洗淨 工程)은 시간과 인력이 소용되어 플라즈마 처리의 효율을 저하시킨다고 하는 과제가 있었다. 또한 시료(S)로서 웨이퍼에 플라즈마 처리를 한 장씩 연속적으로 해 나가면 선택비가 점차 변화하여 효율적인 플라즈마 처리를 항시 재현 하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있었다.
[발명의 목적, 구성, 효과]
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 이뤄진 것으로서 본 발명의 주 목적은, 비교적 저압 상태의 반응실 내에서 플라즈마를 고밀도로 발생시키는 것이 가능하고 또한 시료 표면에 안정된 바이어스 전압을 발생시켜서 플라즈마 중의 이온의 방향성과 가속 에너지의 적정화를 한층 더 도모하는 것이 가능함과 동시에 산화 실리콘에 고선택비로 에칭을 할 수 있고, 시료에 효율적인 플라즈마 처리를 재현성(再現性)이 좋게 연속적으로 할 수 있고 또한 유지보수가 용이한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치는, 반응기의 벽을 소정의 온도로 가열하고 유지하기 위한 온도제어수단과, 반응기의 내벽(內壁)에 밀접(密接)히 배치된 통(筒) 및 마이크로파 유입창과 마주보는 상태로 통에서 시료수용부까지 배치된 배기공을 갖는 반사판이 일체로 형성된 방착부재(防着部材)를 갖추고 있는 것을 특징으로 한다.
저압 하에서도 에너지 효율을 높이는 것을 목적으로 한 반사판이 그 내주부가 시료대로 직접 지지되고 반사판의 외주부와 반응기의 벽이 직접적으로 접속되지 않고 간극이 형성된 경우는, 벽의 온도를 제어하여도 열전도가 간극에 의하여 저해되어 반사판의 온도는 제어되기 힘들다.
따라서 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치는 비교적 저압으로 설정된 반응실 내에서 반사판으로 플라즈마를 고밀도로 발생시키고 또한 온도제어수단으로 측벽을 통하여 방착부재를 소정의 온도로 가열하고 유지하기 때문에 방착부재에 생성물이 붙는 것을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 시료 표면 근방에 분포하는 생성물의 밀도를 높임과 동시에 생성물을 고밀도 상태로 유지하는 것이 가능하다. 따라서 바탕 실리콘막에 대하여 산화 실리콘막이 보다 높은 선택비로 에칭되어 시료에 효율적인 플라즈마 처리를 연속적으로 재현성 좋게 할 수 있다. 또 방착부재로 생성물이 반응기의 벽에 직접 붙는 것을 방지하고 생성물의 퇴적막이 형성된 사용 중의 방착부재를 세정이 끝난 별도의 방착부재로 교환함으로써 간단하게 반응실 내를 깨끗하게 할 수 있다. 따라서 장치의 가동률을 높이고 조각이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치는 상기의 방착부재가 마이크로파 유입창에 붙여져 배치되어 있어 투과공을 갖는 유전체와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.방착부재는 마이크로파 유입창과 시료수용부의 중간 위치에 배치되어도 좋다.
이 마이크로파 플라즈마 처리장치는, 비교적 저압으로 설정된 반응실 내에서 반사판으로 플라즈마를 고밀도로 발생시킬 수 있게 된다. 또 도전체에 의하여 시료 표면에 안정된 바이어스 전압을 발생 시킬 수 있기 때문에 플라즈마 중의 이온의 방향성과 가속 에너지의 적정화를 한층 더 도모할 수 있게 된다. 또한 온도제어수단으로 벽을 통하여 방착부재를 소정의 온도로 가열하고 유지할 수 있으므로 방착부재에 생성물이 붙는 것을 감소시킬 수 있게 된다. 이 결과, 시료 표면 근방에 분포하는 생성물의 밀도를 한층 더 높일수 있음과 동시에 생성물을 고밀도 상태로 유지시킬 수 있게 된다. 따라서 바탕인 Poly-Si 막에 대하여 Sio2막을 한층 더 높은 선택비로 에칭할 수 있음과 동시에 시료에 효율적인 플라즈마 처리를 연속적으로 재현성 좋게 할 수 있게 된다. 또 방착부재에 의하여 생성물이 반응기의 벽이나 마이크로파 유입창의 면에 직접 붙는 것을 방지함과 동시에 생성물의 퇴적막이 형성된 사용 중의 방착부재와 세정이 끝난 별도의 방착부재를 교환함으로써 간단하고 확실하게 반응실 내를 깨끗하게 할 수 있게 된다. 따라서 장치의 가동률을 한층 더 높일수 있음과 동시에 조각의 발생을 한층 더 방지할 수 있게 된다.
상기의 및 후술하는 본 발명의 목적과 특징은 다음의 상세한 설명과 도면에 의하여 좀 더 명확해질 것이다.
[실시예]
이하 본 발명을 그 실시예를 나타내는 도면에 의거하여 상술한다.
[실시예 1]
제2도는 실시예 1에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도면 중에서 11은 원통 형상의 반응기를 나타내고, 반응기(11)를 나타내고, 반응기(11)는 알루미늄, 스텐레스 등의 금속으로 형성되어 있다. 반응기(11)는, 마이크로파의 투과성을 갖고 있고 유전손실이 적고 또한 내열성을 갖는 예를 들면 석영유리 또는 Al2O3등의 내열성판을 사용하여 형성된 마이크로파 유입창(14)에 의하여 기밀상태로 칸막이되어 있다.
마이크로파 유입창(14)에 의하여 칸막이된 반응기(11)의 상방 부분에는, 마이크로파 유입창(14)과 소정의 간격을 두고 마주 보고 있고, 마이크로파 유입창(14)을 덮을 수 있는 크기의 유전체선로(17)가 배치되어 있다. 이 유전체선로(17)는 유전손실이 적은 불소수지, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등의 유전체 재료로 형성된 유전체층(17b)과 유전체층(17b)의 상면에 배치된 Al 등의 덮개(17a)로 구성되어 있다. 유전체선로(17)에는 마이크로파 발진기(19)에 의하여 도파관(18)을 통하여 마이크로파가 유입된다.
마이크로파 유입창(14)에 의하여 칸막이되어 있는 하측 부분은 반응실(13)이 형성되어 있다. 반응실(13)의 내부에는 처리 대상물인 시료(S)을 수용하기 위한 시료수용부(15a)를 갖는 시료대(試料臺)(15)가 설치되어 있고 시료수용부(15a)에는 시료(S) 표면에 바이어스 전압을 발생시키기 위한 고주파 전원(15b)이 접속되어 있다. 또한 시료수용부(15a)에는 정전척(靜電 chuck) 등에 의한 시료(S)의 흡착기구(吸着機構) 및 순환냉매(循環冷媒) 등에 의한 시료(S)의 냉각기구(冷却機構)도 설치되어 있다.
반응실(13)의 측벽(側壁)은 2중 구조로 되어 있어 2중구조 측벽의 내부에는 열매체(熱媒體)를 통과시키기 위한 통로(12)가 형성되어 있고 통로(12)의 하단부(下端部) 및 상단부(上端部)에는 열매체의 유입관(流入管)(12a)과 배출관(排出管)이 각각 접속되어 있다. 또한 유입관(12a)과 배출관(12b)은 공급펌프(21a), 온도조정장치(21b), 열매체용 탱크(21c)에 접속되어 있다. 이들 통로(12), 공급펌프(21a), 온도조정장치(21b), 열매체용 탱크(21,c)를 포함하여 온도제어수단(溫度制御手段)(21)이 구성되어 있어 온도조정장치에 의하여 소정의 온도로 설정된 열매체가 통로(12) 내를 소정의 유량(流量)으로 순환하도록 되어 있다. 또 이 측벽 상부에는 반응실(13) 내로 플라즈마 생성에 필요한 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(16b)이 접속되어 있다. 또한 반응실(13)(반응기(11))의 하벽에는 반응실(13)을 진공으로 만들기 위한 배기를 하기 위하여 배기장치에 접속된 배기구(排氣口)(16a)가 연결되어 있다.
반응실(13) 내에는 측벽(11a)을 덮는 통(23)이 측벽(11a)에 밀접하게 배치되어 있으며, 통(23)은 예를 들어 Al을 사용하여 대략 원통 모양으로 형성되어 있다. 또 시료수용부(15a) 주변의 마이크로파 유입창(14)과 마주 보는 곳에는 반사판(反射板)(24)이 배치되어 있으며, 반사판(24)은 예를 들어 Al을 사용하여 대략 원판 형상으로 형성되어 있음과 동시에 소정의 크기로 설정된 여러 개의 배기공(排氣孔)(24a)이 형성되어 있다. 반사판(24)의 외주부(外周部)(24b)는 통(23)의 내벽면(內壁面)의 소정의 장소에 접속되어 있고 이들 통(23)과 반사판(24)으로 방착부재(22)가 구성되어 있다. 그리고 온도제어수단(21)에 의하여 측벽(11a)이 가열되면 통(23)과 반사판(24)이 소정의 온도에 가열되고 유지되도록 되어 있다. 또한 온도제어수단으로서는 상기 열매체를 사용한 온도제어수단(21)에 한정되는 것이 아니라 히터 등으로 측벽(11a)을 직접 가열하여도 무방하다.
마이크로파 유입창(14)의 하면에 붙여져 여러 개의 투과공(25a)을 갖는 예를 들어 Al판으로 만든 전극(25)이 배치되어 있고, 전극(25)의 하면과 방착부재(22)의 상단부는 접속되어 있지 않고 간격이 형성되어 있다. 또 전극(25)의 외주부는 반응기(11)의 상부로 지지되어 있고, 전극(25)은 반응기(11)를 통하여 접지되어 있다(25b). 이들 반응기(11), 마이크로파 유입창(14), 온도제어수단(21), 방착부재(22), 전극(25) 등으로 마이크로파 플라즈마 처리장치(20)가 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 마이크로파 플라즈마 처리장치(20)를 사용하여 시료수용부(15a) 상에 놓여진 시료(S)의 표면에 에칭처리 등을 하는 경우에, 우선 배기구(16a)로 배기를 한 후에 가스공급관(16b)으로부터 반응실(13)로 필요한 반응가스를 공급하여 반응실(13)을 필요한 가스압력으로 설정한다. 또한 소정의 온도로 설정된 열매체를 통로(12) 내에서 순환시켜 측벽(11a)을 통하여 방착부재(22)를 소정의 온도로 가열하고 유지시킨다. 다음에 마이크로파 발진기(19)에서 마이크로파를 발진시키고 이 마이크로파를 도파관(18)을 통하여 유전체선로(17)로 유입시킨다. 그러면 유전체선로(17)의 하방에 전계가 형성되고 형성된 전계가 마이크로파 유입창(14)과 전극(25)의 투과공(25a)을 투과하여 반응실(13)로 공급되어 플라즈마를 발생시킨다. 이것과 동시에 고주파전원(15b) 또는 전기(前記) 직류전원을 이용하여 시료수용부(15a)에 고주파 전계 또는 직류 전계를 가하여 시료(S)에 바이어스 전압을 발생시킨다. 그리고 이 바이어스 전압에 의하여 플라즈마 중의 이온에 있어서 방향성과 가속 에너지를 제어하면서 플라즈마를 시료(S) 표면에 닿게 하여 에칭 처리 등을 한다.
또 방착부재(22)에 퇴적막이 형성된 경우에 별도의 방착부재(22)로 교환하여 즉시 플라즈마 처리공정을 실시하는 한편 사용한 방착부재(22)는 별도의 공정에 의하여 웨트 세정(wet 洗淨)을 하여 퇴적막을 제거한다.
이하에 마이크로파 플라즈마 처리장치(20)를 사용하여 시료(S)에 플라즈마 처리를 한 결과에 대하여 설명한다. 처리 조건은 다음과 같다.
제3도는 비교예에서 사용한 장치를 나타내는 모식적인 단면도로서 도면 중의 15a 는 시료수용부를 나타내고 있다. 마이크로파 유입창(14)과 마주 보는 시료수용부(15a)의 주변에는 반사판(44)이 배치되어 있고, 반사판(44)의 내주부(內週部 )(44b)는 시료대(15)의 외측 상부로 직접 지지되는 한편 반사판(44)의 외주부(44c)와 측벽(11a)과는 접속되지 않고 간격(44d)이 형성되어 있다. 반사판(44)은 Al을 사용하여 대략 원판 형상으로 형성됨과 동시에 반사판(44)에는 소정의 크기로 설정된 여러 개의 배기공(排氣孔)(44a)이 형성되어 있다. 그 밖은 통(23)이 설치되어 있지 않은 것을 제외하면 제2도에 나타낸 장치와 동일한 구성을 하고 있고 이들 반응기(11), 마이크로파 유입창(14), 온도제어수단(21), 반사판(44), 전극(25) 등으로 비교예에서 사용한 장치가 구성되어 있다.
제4도는, 반응가스를 마이크로파 만에 의하여 방전시키는 때에 장치 내의 각부에 형성되는 생성물막의 퇴적 속도와 열매체의 온도와의 관계를 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 선 A 는 실시예 1의 장치를 사용한 경우, 선 B 는 비교예의 장치를 사용한 경우를 나타낸다. 또 이들에 붙인 부호 1, 2, 3은 각각 측정 장소로서 시료(S), 통(23) 또는 측벽(11a), 반사판(24 또는 44)을 나타낸다.
제4도에서도 명백한 바와 같이 비교예의 장치의 경우에 있어서 퇴적 속도는, 열매체의 온도가 상승해 감에 따라 측벽(11a)에서는 점점 느리게 되나(B-2), 반사판(44), 시료(S)에서는 점점 빠르게 된다(B-1, B-3). 한편 실시예 1의 장치의 경우에 열매체의 온도가 상승해감에 따라 통(23), 반사판(24)에서는 점점 느리게 되고(A-2, A-3), 시료(S)에서는 점점 빠르게 된다(A-1). 또 시료(s)의 퇴적 속도는, 비교예의 장치의 경우에 비교하여 실시예의 경우(A-1)가 굉장히 빠르게 된다. 즉 열매체에 의하여 측벽(11a)이 소정의 온도로 가열되면 측벽(11a) 또는 통(23)에 생성물이 퇴적하기 어렵게 되어 반응실(13) 내의 생성물 밀도는 높아진다. 그러나 비교예의 장치의 경우에는 반사판(44)에의 열전도가 느리고 소정의 온도로 설정되기 어렵기 때문에 반사판(44)에 생성물이 퇴적하기 쉽고 따라서 시료(S) 근방의 생성물 밀도가 상대적으로 낮다. 한편 실시예 1의 장치의 경우는 반사판(24)에의 열전도가 빨라 소정의 온도로 설정하기 쉽기 때문에 반사판(24)에 생성물이 퇴적하기 어렵고 따라서 시료(S) 근방의 생성물 밀도가 상대적으로 높다.
다음에 시료수용부(15)에 주파수가 400kHz의 고주파 전력(800 W)을 가하고 상기 조건에 따라 시료(S)로서 직경이 6 인치인 Si 웨이퍼 상에 형성된 산화 실리콘(SiO2)막과 다결정(多結晶) 실리콘(Poly-Si)막에 각각 에칭 처리를 하여 SiO2막과 Poly-Si 막의 에칭 속도에서 구한 에칭 선택비(Poly-Si막의 에칭 속도에 대한 SiO2막의 속도의 비)와 열매체의 온도의 관계에 대한 조사를 한 결과에 대하여 설명한다.
제5도는 에칭 선택비에 미치는 열매체 온도의 영향을 조사한 결과를 나타낸 곡선도(曲線圖)로서, A 는 실시예 1의 장치를 사용한 경우, B 는 비교예의 장치를 사용한 경우를 나타내고 있다. 제5도로부터 명백한 바와 같이 열매체(오일)에 의하여 측벽(11a)이 가열됨에 따라 에칭 선택비는 높게 된다. 또 비교예의 장치와 비교하여 방착부재(22)가 설치된 실시예 1의 장치에서는 에칭 선택비는 어떤 온도에 있어서도 높다.
다음에 상기의 조건에 따라 시료(S)로서 Poly-Si막 상에 Si02막이 형성되고 또한 이 Si02막 상에 직경이 약 2μm의 구멍 패턴(hole pattern)을 갖는 리지스트막(resist膜)이 형성된 것을 사용하고 통상의 프로세스의 경우에 있어서의 50 % 오버 에칭(over etching)보다 많은 100 % 오버 에칭을 한 결과에 대하여 설명한다.
제6도(a),(b)는 에칭 처리를 한 시료(S)의 표면 근방의 단면을 SEM(Scanning Electron Microscope)로 관찰하고 이것을 개략적으로 스케치하여 나타낸 도면이다. 제6도(a)는 실시예 1의 장치를 사용한 경우, 제6도(b)는 비교예의 장치를 사용한 경우를 나타내고 있다.
시료(S)는, Poly-Si막(26d) 상에 Si02막(26c)가 적층(積層)되어 있고 Si02막(26c) 상에 전기(前記) 패턴을 갖는 리지스트막(26b)이 형성되어 있다. 또 도면 중의 26a는 시료(S) 표면을 나타낸다. 이 시료(S)에 대하여 에칭을 하여 구멍(26e)을 형성하였다. 제6도(a),(b)에서도 명백한 바와 같이 비교예의 장치에서는 바탕의 Poly-Si막(26d)가 깊이 d 만큼 에칭되어 있으나(제6도(b)), 실시예 1의 장치에서는 대략 Poly-Si막(26d)과 Si02막(26c)의 경계면에서 에칭이 멈추고 있다(제6도(a)).
다음에 상기의 조건에 따라 시료(S)로서 웨이퍼를 한 장씩 연속적으로 에칭 처리를 하고 전기 웨이퍼 마다의 에칭 속도를 조사한 결과에 대하여 설명한다.
제7도는 첫 번째 웨이퍼의 에칭 속도에 대한 2 번째, 3 번째, ... 의 웨이퍼에 있어서의 각 에칭 속도의 비(상대 에칭 속도)를 각각 프로터(plotter)로 프린트한 곡선도로서, A 는 실시예 1의 장치를 사용한 경우, B 는 비교예의 장치를 사용한 경우를 나타내고 있다. 제7도 로부터도 명백한 것과 같이 비교예의 장치에서는 연속 처리를 하면 첫 번째의 웨이퍼에 비하여 2 번째, 3 번째, ...의 에칭 속도는 점점 저하하고 20 번째 이후는 에칭이 거의 진행되지 않게 된다. 한편 실시예 1의 장치에서는 첫 번째의 웨이퍼에 비하여 2 번째, 3 번째, ...의 속도는 점점 저하되나 약 20 번째 이후에 있어서도 첫 번째의 웨이퍼에 있어서의 에칭 속도의 약 80 % 정도로 안정되어 있다.
상기의 결과 및 설명으로부터 명백한 것처럼 실시예 1의 마이크로파 플라즈마 처리장치에서는, 저압으로 설정된 반응실(13) 내에서 반사판(24)에 의하여 플라즈마를 고밀도로 발생시키는 것이 가능하고, 또 온도제어수단(21)에 의하여 측벽(11a)을 통하여 방착부재(22)를 소정의 온도로 가열하고 유지하는 것이 가능하기 때문에 방착부재(22)에 생성물이 붙는 것을 감소시킬 수 있다. 이 결과, 시료(S) 표면 근방에 분포하는 생성물의 밀도를 높일 수 있음과 동시에, 생성물을 고밀도 상채로 유지시킬 수 있다. 따라서 바탕인 Poly-Si 막에 대하여 Si02막을 보다 고선택비로 애칭할 수 있음과 동시에 시료(S)에 효율적인 플라즈마 처리를 연속적으로 재현성 좋게 할 수 있다. 또 방착부재(22)에 의하여 생성물이 반응기(11)의 측벽(11a)에 직접 붙는 것을 방지할 수 있음과 동시에 생성물의 퇴적막이 형성된 사용 중의 방착부재(22)와 별도의 세정이 끝난 방착부재를 교환함으로써 간단히 반응실(13) 내의 세정화를 도모할 수 있다. 따라서 장치의 가동율을 높일 수 있음과 동시에 조각의 발생을 방지할 수 있다. 또 전극(25)에 의하여 시료(S) 표면에 안정된 바이어스 전압을 발생시킬 수 있기 때문에 플라즈마 중의 이온에 있어서의 방향성과 가속 에너지의 적정화를 한층 더 도모할 수 있다.
[실시예 2]
제8도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 실시예 2를 모식적으로 나타내는 단면도로서, 도면 중의 23, 24는 제2도에 나타낸 것과 동일하게 구성된 통, 반사판을 각각 나타낸다. 통(23) 상에는 마이크로파 유입창(14)의 하면에 붙여지고 여러 개의 추과공(35a)을 갖는 예를 들어 Al판으로 만든 전극(35)이 배치되어 있고, 전극(35)은 반응기(11)를 통하여 접지(25b)되어 있다. 또 반사판(24)의 외주부(24b)는 통(23)의 내벽면의 소정의 장소에 접속되어 있음과 동시에 통(23) 상단부는 전극(35)의 외주부 하면에 접속되어 있고, 이들 통(23), 반사판(24) 및 전극(35)이 일체화되어 방착부재(32)가 구성되어 있다. 그리고 온도제어수단(21)에 의하여 측벽(11a)이 가열되면 통(23), 반사판(24) 및 전극(35)이 소정 온도로 가열되고 유지되도록 되어 있다. 기타는 제2에 나타낸 장치와 동일하게 구성되어 있으며, 이들 반응기(11), 마이크로파 유입창(14), 온도제어수단(21), 방착부재(32), 전극(35) 등으로 마이크로파 플라즈마 처리장치(30)가 구성되어 있다.
상기의 설명으로부터 명백한 바와 같이 실시예 2의 마이크로파 플라즈마 처리장치(30)에서는, 비교적 저압으로 설정된 반응실(13) 내에서 반사판(24)에 의하여 플라즈마를 고밀도로 발생시키는 것이 가능하다. 또 전극(35)에 의하여 시료(S) 표면에 안정된 바이어스 전압을 발생시키는 것이 가능하기 때문에 플라즈마 중의 이온에 있어서의 방향성과 가속 에너지의 적정화를 도모할 수 있다. 또 온도제어수단(21)에 의하여 측벽(11a)을 통하여 방착부재(32)를 소정의 온도로 가열하고 유지하는 것이 가능하기 때문에 방착부재(32)에 생성물이 붙는 것을 감소시킬 수 있다. 이 결과, 시료(S) 표면 근방에 분포하는 생성물의 밀도를 보다 더 높일 수 있음과 동시에, 생성물을 고밀도 상태로 유지시킬 수 있다. 따라서 바탕 Si막에 대하여 산화 Si막을 보다 더 높은 선택비로 에칭할 수 있음과 동시에 시료(S)에 효율적인 플라즈마 처리를 연속적으로 재현성 좋게 할 수 있다. 또 방착부재(32)에 의하여 생성물이 반응기(11)의 측벽(11a)이나 마이크로파 유입창(14)의 하면에 직접 붙는 것을 방지할 수 있다. 또한 생성물의 퇴적막이 형성된 사용 중의 방착부재(32)와 세정이 끝난 별도의 방착부재를 교환함으로써 간단하고 또한 확실히 반응실(13) 내의 세정화를 도모할 수 있다. 따라서 장치의 가동율을 한층 더 높일 수 있음과 동시에 조각의 발생을 방지할 수 있다.
또한 상기의 실시예에서 모두 전극(25,35)이 마이크로파 유입창(14)의 하면에 붙여져 설치되어 있는 경우에 대하여 설명하였으나 전극(25,35)이 마이크로파 유입창(14)과 시료수용부(15a)의 중간 위치에 배치되어도 좋다.
또 상기의 실시예의 장치에서는 모두 장착부재(22,32)의 재료가 Al의 경우에 대하여 설명하였으나 전도성을 갖고 열전도성이 뛰어나 재료라며 Al 이외의 재료라도 좋다.
본 발명은 본 발명의 기본적인 정신을 이탈하지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있으므로, 위에서 열거한 실시예는 설명을 위한 것이지 결코 그것에 제한되는 것은 아니다. 또한 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 결정되며 발명의 상세한 설명에 의하여 결정되지 않는다. 또한 특허청구의 범위에 속하거나 그와 등가물은 본 특허청구의 범위에 속한다.

Claims (6)

  1. 마이크로파 발진기와, 상기 마이크로 발진기로 발진된 마이크로파와 반응가스가 유입되는 반응기와, 마이크로파를 반응기에 도파하는 도파관과, 전기 반응기의 한 벽면에 형성되고 전기 도파관에 접속된 유전체선로와, 전기 반응기를 상기 유전체선로와 반응실로 칸막이하는 상태로 설치되는 마이크로파 유입창과, 전기 반응실 내에 설치된 시료수용부와, 상기 시료수용부에 전계를 가하는 수단과, 전기 반응실에 반응가스를 공급하는 수단과, 전기 반응실의 벽의 온도를 제어하는 온도제어수단과, 전기 반응실의 내벽에 접촉되어 배치되는 통, 및 전기 마이크로파 유입창과 마주 보도록 통의 내측면에서 전기 시료수용부의 주위를 향하여 수직으로 붙여지고 배기공을 갖는 마이크로파 반사체가 일체로 형성된 방착부재로 구성되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 전기 마이크로파 유입창과 전기 시료수용부의 사이에 설치되고 마이크로파 투과공을 갖는 도전체를 더 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 전기 방착부재는, 전기 마이크로 유입창에 붙여져 설치되고 마이크로파 투과공을 갖는 유전체를 일체로 갖춘 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 전기 방착부재는, 전기 마이크로 유입창과 시료수용부의 중간 위치에 설치되고 마이크로파 투과공을 갖는 유전체를 일체로 갖춘 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  5. 마이크로파 발진기와, 전기 마이크로파 발진기에서 발진된 마이크로파를 반응기에 도파하는 도파관과, 전기 반응기의 한 벽면에 형성되고 전기 도파관에 접속된 유선체선로와, 전기 반응기를 상기 유전체선로와 반응실로 칸막이하는 마이크로파 유입창과, 전기 반응실 내에 설치된 시료수용부와, 상기 시료수용부에 전계를 가하는 수단과, 전기 반응실에 반응가스를 공급하는 수단과, 전기 반응실의 벽의 온도를 제어하는 온도제어수단과, 전기 마이크로파 유입창과 마주 보도록 전기 반응실의 내측면에서 전기 시료수용부의 주위를 향하여 수직으로 붙여지고 배기공을 갖는 마이크로파 반사판으로 구성되는 플라즈마 처리장치.
  6. 제5항에 있어서, 전기 마이크로파 유입창과 전기 시료수용부 사이에 설치되고 마이크로파 투과공을 갖는 유전체가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
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