KR0156244B1 - 플라즈마 처리방법 - Google Patents

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KR0156244B1
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요시후미 다하라
이즈미 아라이
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고다까 토시오
도오교오 에레구토론 가부시끼 가이샤
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Abstract

내용없음

Description

플라즈마 처리방법
제1도는 플라즈마 처리용기의 내부의 구성을 나타내는 단면도.
제2도는 본 발명의 방법에서 사용하는 플라즈마 에칭장치의 개략구성을 나타내는 설명도.
제3도는 에칭처리의 전후에 있어서의 에칭가스의 공급과 N2가스의 공급의 관계를 나타내는 타이밍 챠아트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 상부전극 12 : 열전달부재
14a,14b : 확산판 16a,16b: 스페이서
18 : 보강판 20 : 아모포스·카아본전극
22 : 실드링 30 : 하부전극(얹어놓는대)
32 : 클램핑부재 34 : 액체헬륨의 순환계
40 : RF 전원 42 : 웨이퍼(피처리체)
50 : 플라즈마 처리용기 52 : 배기포트
54 : A.P.C(Auto Pressure Control)밸브 56 : 콘덕턴스밸브
58 : 터보분자펌프 60,66 : 로우터리펌프
62 : 로우드 록 챔버 64 : 밸브
70 : 에칭가스 도입계 72,82 : 매스플로우 콘트롤서
80 : N2도입계
본 발명은, 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.
플라즈마 에칭장치와 같은 플라즈마 처리장치는, 플라즈마 처리용기내에 상부전극 및 하부전극을 대향 배치하고 있다.
그리고, 하부전극을 얹어 놓는대로 하여 그 위에 피처리체를 지지하도록 되어 있다.
그리고, 플라즈마 처리용기내에 에칭가스를 도입함과 함께, 상부전극, 하부전극 사이에 RF 전력을 인가하고, 에칭가스의 플라즈마를 유기한다.
그리고, 이 플라즈마 중에서 생성된 래디컬(Radical)에 의한 화학적 반응 에칭과, 플라즈마 중에서 생성된 이온을 전극사이의 전계에 따라 가속한 가속이온에 의한 물리적 에칭에 의하여, 피처리체를 에칭처리하였다.
이 경우, 양호한 에칭특성을 확보하기 위하여, 피처리체를 지지하는 하부전극을 예를들면 액체헬륨(He)의 순환에 의하여 냉각하여, 피처리체의 온도를 일정온도로 유지하였다.
또한, 플라즈마 에칭처리가 종료한 후는, 다음의 피처리체의 플라즈마 처리가 개시될때까지의 사이에 걸쳐서, 플라즈마 처리용기내를 진공으로 한다.
그리고, 일정한 진공상태를 유지하여 다음의 공정의 개시까지 대기하도록 하였다.
이와같은 플라즈마 에칭장치는, 에칭가스를 플라즈마 상태로 한다.
그리고, 에칭가스는 플라즈마 상태로 변화될 때 분해되며, 그 부산물로서 반응생성물(디포지숀)이 생성된다.
이 경우, 플라즈마 에칭처리가 종료한 후의 진공처리를 위한 배기개시후에, 플라즈마 처리용기내에는 진공처리시의 배기에 의한 기체의 흐름이 생긴다.
그리고, 반응생성물은 이 흐름에 따라 배기된다.
그러나, 플라즈마 처리용기내의 진공상태가 일정치로 되면, 플라즈마 처리용기내의 기체의 흐름이 없게 된다.
그 결과, 생성된 반응생성물은, 플라즈마 처리용기내에 부유한 상태로 된다.
이 플라즈마 처리용기내에 부유하고 있는 반응생성물은, 에칭가스가 분해되어 이루어진 이온의 형태이므로 처리용기내의 온도가 낮은 곳에서 쉽게 기화하고, 온도가 높은부분에서 낮은 부분으로 흘러 온도가 낮은 부분에 흡착된다.
특히, 플라즈마처리가 종료하고, 또한, 처리가 종료한 피처리체가 하부전극으로부터 제거된 후에는, 하부전극이 상술한 바와 같이 액체헬륨 등에 의하여 소정 온도로 냉각되어 있다.
이 때문에, 플라즈마 처리용기내에 부유하고 있는 반응생성물의 상당량이 온도가 낮은 하부전극상의 피처리체 얹어 놓는면에 부착해 버린다.
이와같이, 하부전극상에 반응생성물이 부착한 상태에서, 다음의 피처리체를 그 위에 얹어놓고 플라즈마 에칭처리를 실시하면, 이하에서와 같은 문제가 생긴다.
즉, 하부전극 상에 부착하는 반응생성물은, 피처리체의 얹어놓는면에 오목볼록한 부분이 생기게 한다.
이 때문에, 얹어놓인 피처리체와 그 위쪽으로 대향하여 배치된 상부전극과의 대향간격이 피처리체의 각 위치에 따라 다르게 된다.
그 결과, 에칭율과 같은 에칭특성이, 피처리체의 면내에서 불균일하게 되어버린다.
또한, 하부전극상의 반응생성물이, 피처리체의 뒷면에도 부착되어 버린다.
그 때문에, 이 피처리체를 다음의 처리공정에서 처리할때에, 뒷면쪽에 부착한 반응생성물이 입자의 원인으로 되어, 피처리체의 수율을 저하하는 원인이 되었다.
본 발명의 목적은, 반응생성물이 얹어놓는대의 표면에 부착하는 것을 확실하게 방지하여, 피처리체 전체에 균일성있는 특성으로 소정의 처리를 실시할 수 있는 플라즈마 처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반응생성물이 피처리체에 부착하는 것을 확실하게 방지하여, 피처리체를 놓은 수율로 소정의 처리를 할 수 있는 플라즈마 처리방법을 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명은, 플라즈마 처리용기내의 얹어놓는대 위에 피처리체를 얹어놓고, 이 피처리체에 플라즈마 처리가스에 의한 플라즈마 처리를 행하는 공정과, 상기 플라즈마 처리의 정지에 동기하여 플라즈마 처리시간외의 플라즈마 처리가스의 잔류기간에 상기 플라즈마 처리용기(50)내에 불활성가스를 도입하는 공정을 구비하는 플라즈마 처리방법이다.
[실시예]
이하, 본 발명 방법을 플라즈마 에칭장치에 적용한 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는, 본 발명방법에서 사용하는 플라즈마에칭장치의 개략구성을 나타내는 설명도이다.
이 플라즈마 에칭장치는, 대향하여 배치된 상부전극(10) 및 하부전극(30)을 가지고 있다.
하부전극(30)상에는, 피에칭재료인 반도체 웨이퍼(42)를 얹어 놓도록 되어 있다.
그리고, 상부전극(10) 및 하부전극(30)의 사이에, RF전원(40)에 의하여 예를 들면 380㎑의 RF전력을 인가하도록 구성되어 있다.
상부전극(10)에 형성된 다수의 구멍으로부터 에칭가스를 도입하고, 상부전극(10) 및 하부전극(30)의 사이의 영역에서 플라즈마를 생성하도록 되어 있다.
이 플라즈마에 의하여, 웨이퍼(42)를 에칭하도록 되어 있다.
상부전극(10)은, 플랜지 형상으로 형성된 도전성의 열전달부재(12)를 가진다.
이 열전달부재(12)에 RF전원(40)으로 부터의 케이블이 접속된다.
또한, 열전달부재(12)안에는, 구멍이 다수 형성된 제 1, 제 2의 확산판(14a),(14b)이, 스페이서(16a),(16b)를 통하여 소정간격으로 평행하게 배치되어 있다.
또한, 열전달부재(12)의 개구부를 덮도록, 보강판(18), 아모포스(Amorphous)·카아본전극(20)게 적층 배치되어 있다.
또한, 아모포스·카아본전극(20)의 주변을 덮도록 하여 실드링(22)이 형성되어 있다.
실드링(22)에 의하여, 아모포스·카아본전극(20)이, 플라즈마와 접하는 개구부의 형상이 규제된다.
하부전극(30)은, 원판형상으로 돌아간 부분의 상면부분에 웨이퍼(42)를 얹어놓을 수 있도록 되어 있다.
그리고, 얹어놓은 웨이퍼(42)의 주변부를 하부전극(30)에 고정하기 위하여, 하부전극(30)의 주위에는 링형상의 클램프부재(32)가 배치되어 있다.
하부전극(30)은 접지되어 있다.
또한, 하부전극(30)을 소정온도로 냉각하기 위하여, 제2도에 나타낸 바와 같이, 냉각 매체인 액체헬륨의 순환계(34)가 배치되어 있다.
즉, 이 순환계(34)에 의하여 액체헬륨을 하부전극(30)의 뒷면쪽으로 순환하도록 되어 있다.
이와같은 상부전극(10) 및 하부전극(30)을, 각각 평행하여 챔버내에 배치함으로써, 평행평판형의 에칭장치가 구성되어 있다.
다음에, 이 플라즈마에칭장치가 형성된 제어계에 대하여 제2도를 참조하여 설명한다.
상부전극(10) 및 하부전극(30)을 수용한 플라즈마 처리용기(50)의 하부에는, 배기포트(52)가 형성되어 있다.
배기포트(52)에는, 압력조정용의 A.P.C(Auto Pressure Control)밸브(54), 콘덕턴스밸브(56), 터보분자펌프(T.M.P)(58) 및 로우터리펌프(R.P)(60)가 각각 접속되어 있다.
또한, 플라즈마 처리용기(50)에 인접배치된 로우드록 챔버(62)에도, 밸브(64)를 통하여 로우터리펌프(R.P)(66)가 접속되어 있다.
또한, 가스 공급계로서, CCl4, He, O2, 또는, CF4, Ar, CHF3의 에칭가스를 플라즈마처리용기(50)내로 상부전극(10)을 통하여 도입할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 각각의 에칭가스 도입계(70)에 의한 공급유량은, 매스플로우 콘트롤러(M.F.C)(72)에 의하여 제어가능하다.
또한, 불활성 가스로서 예를들면 N2를 도입하는 N2도입계(80)가 형성되어 있다.
그 중간에도 매스플로우 콘트롤러(M.F.C)(82)가 배치되어 있다.
이 N2가스는, 프로세스 이외의 시간에 플라즈마 처리용기(50)내에 도입가능하도록 되어 있다.
그리고, 매스플로우콘트롤러(82)에 의하여, 프로세스시의 에칭가스의 공급유량 보다도, 프로세스시 이외의 N2가스의 공급유량을 많게(예를들면 200 내지 1000 SCCM)설정함으로써, 후술하는 반응생성물의 배출동작을 효과적으로 행하도록 되어 있다.
또한, N2가스도입계(80)의 일부는, 에칭가스 도입계(70)의 일부와 병용하고 있지만, 각각을 별개로 배치하여도 좋다.
이와같이 구성된 플라즈마 에칭장치를 사용하여 다음과 같이, 플라즈마 에칭방법을 실행한다.
먼저, 상부전극(10) 및 하부전극(30)의 사이에 RF전원(40)으로부터의 RF전력을 인가한다.
그리고, 에칭가스 도입계(70) 및 상부전극(10)을 통하여 플라즈마 처리용기(50)내에 에칭가스를 도입한다.
이것에 의하여, 상부, 하부전극(10),(30)사이에 플라즈마를 유기시킨다.
이 플라즈마중에서 생성한 래디컬을, 웨이퍼(42) 표면에 부착시켜 화학적반응을 일으켜서 웨이퍼(42)의 에칭을 행함과 동시에, 플라즈마 중에서 분해한 이온을, 평행평판 전극간에 형성되는 전계에 의하여 가속하여 웨이퍼(42)에 충돌시켜, 웨이퍼(42)의 에칭을 행한다.
이와같이 하여 평행평판형의 에칭에 의하여, 비교적 사이드에칭을 억제하고, 이방성(異方性)에칭을 행할 수 있다.
이 결과, 미세패턴의 에칭을 실현할 수 있다.
플라즈마 에칭처리가 종료하면, 클램핑 부재(32)를 상승시켜, 웨이퍼(42)의 끼움지지 상태를 해제한다.
다음에, 하부전극(30)상의 처리가 끝난 웨이퍼(42)를 핸들러등에 의하여 지지하고, 이를 로우드록 챔버(62)내로 이송한다.
그리고, 로우드록 챔버(62)내의 새로운 웨이퍼(42)를, 플라즈마 처리용기(50)내로 이송하고, 하부전극(30)위에 셋팅하고, 다음의 플라즈마 에칭처리를 행한다.
여기서, 본 실시예에서는, 예를들면 제3도에 나타낸 바와같은 타이밍챠트에 따라, RF출력에 의한 에칭처리(E)의 정지에 동기하여, 플라즈마 처리시 이외의 시간(T)에, 가스송급계에 의하여 에칭가스의 공급(G)을 불활성가스인 N2가스의 공급(N)전환하여, 에칭가스의 플라즈마 처리용기(50)내로의 도입을 정치함과 함께, N2도입계(80)에 의한 플라즈마 처리용기(50)내로의 N2가스를 도입하고, 또한, 이것을 배기포트(52)를 통하여 배기하도록 하고 있다.
이와같이 N2가스를 플라즈마 처리용기(50)내로 도입하고, 또한, 배기를 계속함으로써, 플라즈마 처리용기(50)내로 N2가스의 흐름을 실현할 수 있다.
이 경우, 플라즈마 에칭공정에서는 플라즈마에 의하여 에칭가스가 분해되므로, 그 부산물로 반응생성물이 생성되어 플라즈마 처리용기(50)내에 잔류한다.
이 반응생성물은, 에칭가스가 분해되어 이루어진 이온의 형태이므로 처리용기내의 온도가 낮은 곳에서 기화하고, 온도가 높은 장소보다는 온도가 낮은 장소에 부착하기 쉽게 되어 있다.
웨이퍼(42)가 제거된 후에는, 플라즈마 처리용기(50)내의 온도가 가장 낮은 부분은, 엑체 헬륨에 의하여 냉각되어 있는 하부전극(30)의 표면이다.
그러나, 플라즈마 처리시 이외의 시간에도, 플라즈마 처리용기(50)내의 N2가스의 흐름을 그치지 않고 확보하고 있다.
이 때문에, 플라즈마 처리용기(50)내에 부유하고 있는 반응생성물을 이 N2가스의 흐름에 따라서 배기포트(52)로부터 배출할 수 있다.
또한, 하부전극(30)의 표면과 대향하는 상방위치로 부터 N2가스를 도입하고, 하부전극(30)표면에 N2가스를 불어넣는다.
이 때문에, N2가스의 흐름이, 하부전극(30)의 표면을 보호하는 보호막으로서 작용한다.
이 결과, 반응생성물이 하부전극(30)의 표면에 부착하는 것을 확실하게 방지 할 수 있다.
또한, 불활성 가스는, 웨이퍼 얹어 놓는대인 하부전극(30)의 표면에 불어지도록 형성하여도 좋다.
또한, 반응생성물을 하부전극(30) 표면에 부착시키지 않는 수단으로는, 플라즈마 처리용기(50)내에, 하부전극(30)의 표면온도보다도 낮은 장소를 확보하는 것도 좋다.
즉, 예를들면 플라즈마 처리용기(50)의 벽면을 냉각함으로써, 이 부분에 반응생성물을 부착시켜서, 결과적으로 하부전극(30) 표면에 부착하는 반응생성물의 양을 적게하도록 하여도 좋다.
그러나, 에칭장치는, 반응생성물이 많이 발생하는 다른 막부착공정과 달리, 가능한한 깨끗한 환경에서의 에칭을 행하는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예의 방법과 같이 N2가스에 의하여 반응생성물을 배출하는 쪽이 우수하다.
또한, 하부전극(30) 이외의 장소에 반응생성물을 부착시킨 경우에는, 플라즈마 처리용기(50)의 세정을 할 빈도가 증가하지만, 본 실시예의 방법에서는, 하부전극(30) 이외의 장소에 반응생성물을 부착하지 않기 때문에, 플라즈마 처리용기(50)의 보수관리를 용이하게 할 수 있다.
이와같이 본 발명에서는, 플라즈마 처리시 이외의 적어도 플라즈마 처리가스 잔류시간에, 플라즈마 처리용기로 불활성가스를 도입한다.
따라서, 플라즈마 처리시간 이외의 기간에는, 플라즈마 처리용기내에 불활성가스에 의한 흐름상태를 항상 확보할 수 있다.
특히, 소정온도로 냉각되어 있는 얹어놓는대 위쪽에도, 이 불활성가스의 흐름을 만들 수 있다.
이 불활성가스의 흐름에 의하여, 반응생성물이 얹어놓는대에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 불활성가스를 얹어놓는대 표면에 불어지도록 하면, 이 효과를 한층 더 높일 수 있다.
이들의 결과, 플라즈마 처리시에, 반응생성물에 의한 오목볼록 부분이 적은 얹어놓는대에 피처리체를 얹어놓을 수 있고, 피처리체 표면전체에서의 처리특성을 균일한 것으로 할수 있다.
또한, 피처리체의 뒷면쪽에 반응생성물이 부착하는 것도 방지할 수 있다.
이 때문에, 입자의 발생원인을 제거하여, 피처리체의 처리수율을 대폭적으로 향상할 수 있다.
또한, 불활성가스에 의하여, 반응생성물을 항상 배출하도록 하고 있기 때문에, 플라즈마 처리용기내에 잔류하는 불활성가스가, 다음의 프로세스의 개시때에, 악영향을 주지 않는다.
한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 요지의 범위내에서 여러 가지 변형실시가 가능하다.
또한, 본 발명은, 피처리체를 얹어놓는 얹어놓는대를 냉각하여 플라즈마처리를 행하는 플라즈마 에칭이외의 플라즈마처리에도 동일하게 적용가능하며, 예를들면 플라즈마CVD등에도 적합하다.
또한, 불화성 가스로서는, N2이외의 가스를 채용할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면 플라즈마 처리시 이외의 기간의 적어도 처리가스의 잔류기간에, 플라즈마 처리용기내에 불활성가스를 도입함으로써, 플라즈마 처리용기내의 반응생성물이 온도가 낮은 부분에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
이 결과, 피처리체의 처리특성의 면내에서 균일성이 향상될 수 있다.
또한, 피처리체의 뒷면에 반응생성물이 부착하지 않기 때문에, 입자의 발생을 억제하여, 처리의 수율을 향상할 수 있다.
더욱이, 불활성가스를 사용하기 때문에, 다음의 프로세스에 악영향을 주지 않는다.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리용기(50)내의 얹어놓는대(30)상에 피처리체(42)를 얹어놓고, 이 피처리체(42)에 플라즈마 처리가스에 의한 플라즈마 처리를 실시하는 공정과, 상기 플라즈마 처리의 정지에 동기하여 플라즈마 처리시간외의 플라즈마 처리가스의 잔류기간에 상기 플라즈마 처리용기(50)내에 불활성가스를 도입하는 공정을 구비하는 플라즈마 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 플라즈마 처리시간 이외의 기간은, 플라즈마 처리의 직전의 기간 또는 직후의 기간인 플라즈마 처리방법.
  3. 제1항에 있어서, 얹어놓는대(30)는, 피처리체(42)의 온도를 소정온도로 하기 위하여 냉각되어 있는 것인 플라즈마 처리방법.
  4. 제1항에 있어서, 플라즈마 처리용기(50)내로의 불활성가스의 도입은, 얹어놓는대(30)의 표면으로 내뿜어지도록 행하는 것인 플라즈마 처리방법.
  5. 제1항에 있어서, 플라즈마 처리용기(50)내로의 불활성가스의 도입은, 에칭가스의 공급과 바꾸어서 행하는 것인 플라즈마 처리방법.
  6. 제5항에 있어서, 불활성 가스는, N2가스인 플라즈마 처리방법.
  7. 제5항에 있어서, 플라즈마 처리용기 내로의 불활성 가스의 도입은, 에칭가스의 공급과 바꾸어서 행하는 것이며, 또한 배기포트(52)를 통하여 플라즈마 처리용기(50)의 외부로 유출시키면서 행하는 것인 플라즈마 처리방법.
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