KR100208769B1 - 플라즈마 장치 - Google Patents

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KR100208769B1 KR1019960020237A KR19960020237A KR100208769B1 KR 100208769 B1 KR100208769 B1 KR 100208769B1 KR 1019960020237 A KR1019960020237 A KR 1019960020237A KR 19960020237 A KR19960020237 A KR 19960020237A KR 100208769 B1 KR100208769 B1 KR 100208769B1
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마사또 도요따
히로시 오니시
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도시오 고메무라
다미오 마쯔무라
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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

반도체장치 제조공정에 있어서의 플라즈마 에칭공정에 사용되는 플라즈마장치에 관한 것으로써, 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리를 여러번 반복하는 경우에도 반응실의 부품에서 이물질의 발생을 감소시킬 수 있고 클리닝처리 없이 플라즈마장치의 처리시간을 연장할 수 있고 이 경우 클리닝처리 주기의 빈도가 길게 하며, 플라즈마 클리닝처리를 실행하는데 필요한 시간을 단축할 수 있도록 하기위해, 플라즈마 에칭처리가 실행되는 반응실, 반응실에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생수단, 반응실에서 에칭된 반도체웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼스테이지 및 할로겐가스를 반응실로 공급하는 가스공급수단을 마련한다.
이것에 의해, 부품으로 부터 이물질이 발생하는 것을 감소시킬 수 있고, 플라즈마 클리닝처리의 효율이 향상될 수 있다.

Description

플라즈마 장치
제1도는 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마 장치를 도시한 단면도.
제2도는 제1도에 도시한 플라즈마 장치에 있어서 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄으로 이루어진 부품의 단면도.
제3도는 알루미늄제가 CIF3플라즈마가스에 노출될때 알루마이트재로 도포되는 몇 종류의 알루미늄재의 중량 변화를 나타낸 설명도.
제4도는 알루미늄재가 CIF3플라즈마 가스에 노출되지 않을때 알루마이트재로 도포되지 않는 마그네슘(Mg)을 함유하는 몇 종류의 알루미늄재의 중량 변화를 나타낸 설명도.
제5도는 마그네슘(Mg)를 함유하고 알루마이트로 도포되지 않은 알루미늄으로 이루어진 접지판과 알루마이트로 도포된 알루미늄으로 이루어진 접지판을 사용해서 반도체 웨이퍼 상의 단위 면적당 알루미늄 원자의 수를 비교하는 설명도.
제6도는 1개월 동안 1일당 각각의 플라즈마의 정지 시간의 수를 나타낸 설명도.
제7도는 본 발명에 따른 실시예 2의 플라즈마장치를 나타낸 단면도.
제8도는 본 발명에 따른 실시예 3의 플라즈마장치를 나타낸 단면도.
제9도는 본 발명에 따른 실시예 4의 플라즈마장치를 나타낸 단면도.
제10도는 본 발명의 플라즈마장치의 NIF막으로 도포된 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄으로 이루어진 부품의 단면도.
제11도는 종래의 플라즈마장치를 도시한 단면도.
제12a도는 제11도에 도시한 종래의 플라즈마장치에 있어서 알루마이트로 도포된 알루미늄으로 이루어진 부품을 나타낸 단면도.
제12b도는 알루마이트가 제12a에 도시한 알루미늄으로 이루어진 부품으로 부터 분리되는 것을 나타낸 설명도.
본 발명은 반도체장치 제조공정에 있어서의 플라즈마 에칭공정에 사용되는 플라즈마장치에 관한 것으로써, 특히 가스를 플라즈마화시키는 것에 의해 발생한 이온과 기를 사용해서 플라즈마 에칭처리를 실행하는 플라즈마장치에 관한 것이다.
제11도는 종래의 플라즈마장치를 도시한 단면도이다. 제11도에 있어서, (1)은 마이크로파를 반응실(20)으로 도입하기 위한 석영 벨자(bell jar)를 나타내는 것으로써, 반응실(20)의 상부를 형성한다. (2)는 마이크로파를 반응실(20)으로 전달하는 도파관, (3)은 전자계를 발생하기 위해 석영 벨자(1)의 주변부에 배치된 솔레노이드를 나타낸다. (4)는 반도체웨이퍼(8)이 탑재되는 웨이퍼단을 나타낸다. (51)은 알루미늄으로 이루어지고 반도체웨이퍼(8)에 인가된 전자계의 하나의 전극(접지전극)인 접지판을 나타낸다. (61)은 가스 도입관(7)을 거쳐서 반응실(20)으로 전달된 에칭가스, 다른 가스 등의 가스를 도입하는 가스 도입링을 나타낸다. (9)는 반도체웨이퍼(8)을 웨이퍼 스테이지(4) 상으로 미는 웨이퍼웨이트이고, (10)은 광중배관, (11)은 반응실(20) 내의 진공도를 유지하기 위해 반응실(20) 상에 석영 벨자(1)을 고정하고 봉지하는 O형의 링 또는 O링을 나타낸다.
다음에, 제11도에 도시한 종래의 플라즈마장치의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 플라즈마 내의 진공도는 대략10-4Torr로 유지된다. 따라서, 가스도입관(7)을 통해 에칭가스가 가스도입링(61)의 내부로 도입된다. 도입된 에칭가스는 가스도입링(61)의 표면에 형성된 가스도입링(61)내의 구멍을 거쳐서 반응실(20)으로 반송된다. 또, 마이크로파는 도파관(2) 및 석영 벨자(1)을 거쳐서 반응실(20)에 인가된다. 마이크로파의 전력은 솔레노이드(3)에 의해 발생한 전자계에서 전자사이클로트론 공진에 의해 높은 효율로 반응실(20)의 플라즈마 에칭가스의 전자에 흡수된다. 따라서, 반응실(20)으로 도입된 에칭가스의 상태는 플라즈마상태로 변화된다. 반도체웨이퍼(8)과 접지판(51) 사이에는 고주파수의 전자계가 인가된다. 반도체웨이퍼(8)의 표면 상의 물질은 플라즈마 내의 이온 및 기에 의한 이온충돌반응에 의해 기화된다. 기화된 물질은 반응실(20)에 채워지고, 다음에 반응실(20)에서 플라즈마장치의 외부로 배기된다. 이와 같이, 플라즈마 에칭처리가 실행된다.
CF4가스, Cl2가스, Br2가스 등의 할로겐가스를 에칭가스로 하여 반도체웨이퍼(8)의 플라즈마 에칭처리를 실행하면, 가스 도입링(61)은 플라즈마에 노출되어, 할로겐가스에 의해 부식되며, 스패터현상에 의해 손상된다. 플라즈마에 노출되고, 강하게 이온충돌된 접지판(51)은 할로겐가스에 의해 부식되고 스패터링에 의해 손상된다. 할로겐가스 및 활성화된 할로겐가스에 의한 손상으로 부터 가스 도입링(61)및 접지판(51)을 보호하기 위해, 예를 들면 일본국 특허공개공보 No.2-213480호에 기재되어 있는 바와 같이, 가스도입링(61) 및 알루미늄으로 이루어진 접지판(51)의 표면을 수산화용액에 침지하여 (61) 및 (51)의 표면 상에 내식막을 형성한다. 이러한 처리를 알루마이트 형성공정이라 한다. 이와 같이 해서, 내식막(또는 알루마이트막)은 알루마이트 형성공정에 의해 양극 산화피막된다. 제12a도는 제11도에 도시한 바와 같이 종래의 플라즈마장치에 사용된 알루마이트 형성공정에 의해 형성된 알루마이트막으로 피막되고 알루미늄으로 이루어진 접지판(51) 또는 가스도입링(61)의 표면을 나타낸 단면도이다. 제12b도는 알루마이트막이 그의 표면에서 벗겨진 가스도입링(61) 또는 접지판(51)을 도시한 설명도이다. 통상, 제12b도에 도시한 바와 같이, 장시간 사용하면 부품의 표면에 피막된 알루마이트막(또는 산화막)이 벗겨진다. 벗겨진 막은 반도체웨이퍼(8)의 표면에 부착된다. 따라서 벗겨진 알루마이트막은 반도체칩의 생산성을 저하시킨다. 반도체칩의 생산성 저하를 방지하기 위해, 알루마이트 처리를 다시 실행해야 한다.
또, 플라즈마 에칭처리를 여러번 반복하면, 반응물질이 발생하여 반응실(20)의 내면에 부착된다. 예를 들면, 제11도에서 x로 나타낸 바와 같이, 반응물질은 마이크로파의 도입부인 석영 벨자(1)의 내벽에 부착된다 이것에 의해, 마이크로파의 전력이 부착된 반응물질에 의해 저하되므로 플라즈마에칭 효율이 저하된다. 또한, 플라즈마 에칭효율은 반응물질과 활성화된 가스 사이의 반응에 의해 저하된다. 상기와 같은 현상에 의해 에칭효율이 저하되는 것을 방지하기 위해, 일본국 특허공개공보 5-243163호 및 2-12818호에 기재되어 있는 바와 같이, 플라즈마를 발생하여 플라즈마에 의한 반응물질을 제거하기 위해 SF6가스를 반응실(20)으로 도입하는 플라즈마 클리닝처리를 실행한다. 25개의 반도체 웨이퍼를 포함하는 1로트 당 이 플라즈마 클리닝처리를 실행한다. 그러나, 플라즈마 클리닝처리시 플라즈마장치의 반응실(20)에서 다른 부품을 형성하는 다른 물질에 의한 반응물질 등의 이물질도 발생한다.
제11도에 도시한 바와 같은 구성을 갖는 종래의 플라즈마장치는 하기와 같은 문제점을 갖는다.
[1] 가스도입링(61) 및 접지판(51)의 표면을 피막하는 알루마이트막이 이물질로써 벗겨져서(제12a도 및 제12b도 참조). 반도체웨이퍼(8)상에 부착된다. 이것을 방지하기 위해, 가스도입링(61) 및 접지판(51)에 알루마이트처리를 실행해야 한다. 이것에 의해, 플라즈마에칭처리의 효율이 감소된다.
[2] 플라즈마 클리닝처리를 실행하는 경우에도, 수십 로트의 플라즈마 에칭처리시 반응실(20)의 내면에 반응물질이 부착된다. 따라서, 광중배관(10)으로 전달된 광은 석영실(1)의 내면에 부착된 반응물질에 의해 차단된다. 이것에 의해 플라즈마 에칭처리의 완료시의 오차검출 동작을 실행하게 한다. 즉, 플라즈마 에칭처리의 정확한 완료시간을 검출하기는 어렵다. 상술한 문제점을 해결하기 위해, 플라즈마장치의 동작을 정지시키고 반응실(20)에 대해 수십 로트 마다 클리닝처리를 실행한다(정기적인 유지관리). 플라즈마장치가 완전히 정지되어야 하므로, 정기적인 유지관리의 클리닝처리시 플라즈마 에칭처리를 실행하지 못한다. 그 결과, 플라즈마 에칭처리의 효율이 저하된다.
본 발명은 종래의 플라즈마장치의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리를 여러번 반복하는 경우에도 반응실의 부품에서 이물질의 발생을 감소시킬 수 있는 플라즈마장치를 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 다른 목적은 클리닝처리 없이 플라즈마장치의 처리시간을 연장할 수 있는 플라즈마장치를 제공하는 것이다. 이 경우, 클리닝처리 주기의 빈도가 길게 된다.
또, 본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 클리닝처리를 실행하는데 필요한 시간을 단축할 수 있는 플라즈마장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 1관점에 따르면, 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리를 실행하는 플라즈마장치에는 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리가 실행되는 반응실, 반응실에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생수단, 반응실에 배치된 웨이퍼스테이지와 Cl가스 및 Br가스를 포함하는 가스를 반응실로 공급하는 가스공급수단을 포함하고, 반응실에서 플라즈마 에칭처리시 플라즈마 활성화부에서 플라즈마 에칭을 실행하고, 반응실 내의 플라즈마 활성화부의 각각의 부품은 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재로 이루어지고, 각각의 부품의 표면은 피막되지 않는다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예의 플라즈마장치에 있어서, 플라즈마 발생수단은 마이크로파를 반응실로 전달하는 도파관 및 반도체웨이퍼를 거쳐서 도파관에 대항하는 위체에 배치된 접지전극을 포함하고, 가스공급수단은 가스를 플라즈마장치의 외부에서 반응실로 도입하는 가스도입관 및 가스가 반응실로 공급되는 여러개의 홀을 갖는 가스도입링을 포함하고, 가스도입링은 가스도입관에 접속되며, 접지전극 및 가스도입링은 플라즈마 활성화부에 배치되고 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재로 이루어지며, 접지전극 및 가스도입링의 표면은 피막되지 않는다.
따라서, 플라즈마에 노출된 접지판 및 가스도입링 등의 부품은 알루마이트로 피복되지 않고 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재로 이루어지므로, Cl가스 및 Br가스 를 포함하는 가스를 사용한 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리의 실행시, 상술한 부품에서 이물질 발생을 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예의 플라즈마장치에 있어서, 플라즈마 활성화부 내의 부품은 2.2 ~ 2.8 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어진다. 따라서, 플라즈마에 노출된 접지전극 및 가스도입링 등의 부품은 알루마이트 등으로 피막하지 않고 2.2 ~ 2.8 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어진다. 또, Cl가스 및 Br가스를 포함하는 가스를 사용해서 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리의 실행시, 상술한 부품에서 이물질의 발생을 줄일 수 있다. 본 발명에 있어서 이물질의 발생도는 종래의 플라즈마장치 보다 작다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예의 플라즈마장치는 반응실 내의 플라즈마 활성화부 이외의 부분을 가열하는 가열수단을 또 포함한다. 또, 가열수단은 웨이퍼스테이지, 접지전극 및 가스도입링 이외의 상기 플라즈마 활성화부 이외의 부분에 배치된 부품에 부착된다. 따라서, 반응실의 하부를 가열하는 가열수단(히터(12))이 플라즈마장치에 결합되므로, (플라즈마에 의해 하부에 발생한 열을 효율적으로 전달하기 어려운) 하부의 플라즈마 클리닝처리의 속도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마장치는 플라즈마 방전을 실행하고, 플라즈마 방전에 의해 기를 발생하며, 플라즈마 클리닝 실행시 반응실에 기를 공급하는 플라즈마 공급수단을 또 포함한다. 따라서, 반응실의 플라즈마 활성화부 ( 또는 하부)에서 분리된 외부에 기를 공급할 수 있어, 반응실의 하부의 플라즈마 클리닝처리의 효율을 증가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 플라즈마장치에 있어서, 반응실의 플라즈마 활성화부 이외의 부분에 배치된 부품은 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어지고, 그의 표면은 NiF막으로 도포된다. 따라서, 플라즈마 활성화부(또는 반응실의 하부)의 외부에 배치된 마그네슘을 함유하는 알루미늄으로 이루어진 부품의 표면은 더 강한 내식성을 갖는 NiF막으로 피복되므로, 이들 부품에서 이물질이 발생하는 것을 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 플라즈마장치에 있어서, 강한 반응가스가 플라즈마 클리닝 실행시 가스공급수단에 의해 반응실로 공급되고, 가스공급수단은 ClF3가스, Br을 포함하는 ClF3가스, NF3가스 및 NF3+F2가스 중 하나를 강한 반응가스로 공급한다. 따라서, ClF3가스, Br을 포함하는 ClF3가스, NF3가스 및 NF3+F2가스 등의 강한 반응가스가 반응실로 도입되어 플라즈마가스 클리닝가스의 사용과 함께 플라즈마에 노출된 부품에 대해 마그네슘을 함유하는 알루미늄재에 사용되므로, 플라즈마 클리닝처리시 부품에서 이물질의 발생을 줄일 수 있다.
본 발명의 이들 목적 및 다른 목적, 특징, 이점 등은 첨부한 도면에 관련한 설명에서 더 명확하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명에 따른 실시예 1의 플라즈마장치(100)을 도시한 단면도이다. 제1도에 있어서, (1)은 반응실(20)으로 마이크로파를 도입하는 석영 밸자를 나타내는 것으로써, 반응실(20)의 상부를 형성한다. (2)는 반응실(20)으로 마이크로파를 전달하는 마이크로 도파관 (플라즈마 발생수단)이고, (3)은 전자계를 발생하기 위해 석영 벨자의 주변부에 배치된 솔레노이드(플라즈마 발생수단)이다. (4)는 반도체웨이퍼(8)이 배치된 웨이퍼스테이지를 나타낸다. (5)는 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)의 접지전극 또는 접지판(플라즈마 발생수단)을 나타내는 것으로써, 반도체웨이퍼(8)상에 마련된 잔자계의 하나의 전극이 된다. (6)은 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어지고, 에칭가스 및 다른 가스 등의 가스를 가스도입관(7)을 거쳐서 반응실(20)으로 도입하는 가스도입링(가스공급수단)을 나타낸다. (9)는 반도체웨이퍼(8)을 웨이퍼스테이지(4)로 미는 웨이퍼웨이트이다. (10)은 플라즈마 에칭처리의 완료시간을 검출하는 광중배관, (11)은 반응실(20)에서 소정의 진공도를 유지하기 위해 반응실(20)에 석영 벨자(1)을 고정하고 봉지하는 O형 링 또는 O링을 나타낸다. (22)는 반응물질, 에칭가스 등을 플라즈마장치(100)의 외부로 배기하는 배기관을 나타낸다. 따라서, 실시예 1의 플라즈마장치(100)은 상술한 바와 같은 구성을 갖는다. 플라즈마 발생수단은 마이크로파 도파관(2), 솔레노이드(3) 및 접지전극(5)을 포함한다. 가스공급수단은 가스도입링(6) 및 가스도입관(7)을 포함한다.
다음에, 제1도에 도시한 플라즈마장치(100)의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 반응실(20)내의 압력 또는 진공도는 거의 10-4Torr로 유지된다. 따라서, 가스도입관(7)을 통해 가스도입링(6)의 내부로 에칭가스가 전달된다. 도입된 에칭가스는 가스도입링(6)의 표면에 형성된 가스도입링(6)의 구멍을 통해 반응실(20)으로 전달된다. 또, 도파관(2) 및 석영 벨자(1)을 통해 반응실(20)으로 마이크로파가 공급된다. 마이크로파의 전력은 솔레노이드(3)에 의해 발생한 전자계에서 전자 사이클로트론 공진에 의해 반응실(20) 내의 플라즈마 에칭가스의 전자로 고효율로 흡수된다. 따라서, 반응실(20)으로 도입된 에칭가스의 상태는 플라즈마 상태로 변화된다. 반도체웨이퍼(8)과 접지판(5)의 사이에 고주파수의 전자계가 공급된다. 반도체웨이퍼(8)의 표면 상의 물질은 플라즈마의 이온 및 플라즈마의 기에 의한 이온충돌반응에 의해 기화된다. 기화된 물질은 배기관(22)를 통해 반응실(20)에서 플라즈마장치의 외부로 배기된다. 따라서, 상술한 바와 같이 플라즈마 에칭처리가 실행된다.
종래의 기술 부분에서 설명한 바와 같이, 반도체장치 제조공정을 순조롭게 실행하기 위해서는 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리에서 발생한 알루마이트막 등의 이물질의 발생을 가능한한 감소시킬 필요가 있다. 특히, 플라즈마장치(100)의 정기적인 유지관리를 가능한한 길게 하기 위해서는 플라즈마 클리닝처리에 사용된 플라즈마와 플라즈마장치(100)의 부품 사이에서 발생한 반응물질의 발생을 가능한한 감소시켜야 한다.
제2도는 제1도에 도시한 플라즈마장치의 가스도입링(6) 및 접지전극(5)에 사용되고, 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄으로 이루어진 부분을 나타낸 단면도이다. 제3도는 알루미늄재가 ClF3플라즈마 가스에 노출될때 알루마이트재로 피막된 몇종류의 알루미늄재의 중량 변화를 나타낸 설명도이다. 제4도는 알루미늄재가 ClF3플라즈마 가스에 노출될때 알루마이트재로 피막되지 않은 마그네슘(Mg)를 함유하는 몇종류의 알루미늄재의 중량 변화를 나타낸 설명도이다.
여러가지 알루미늄재의 부식도에 대해 연구한 결과, 부식도가 가장 낮은 물질은 제2도에 도시한 바와 같이 0.2 ~ 2.8%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재, 예를 들면 JIS(Japanese Industrial Standard)에 기재된 5052 합금이 있다. 0.2 ~ 2.8%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재의 부식도는 알루마이트로 피막된 알루미늄재보다 낮다.
제3도 및 제4도에 있어서, 알루마이트로 피막된 알루미늄재의 중량 변화가 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재 보다 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 알루마이트로 피막된 알루미늄재의 부식도는 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄재 보다 더 크다. 제3도에 있어서, ○, ◇ 및 ◎ 은 각각이 알루마이트로 피막된 알루미늄제를 나타낸다. 한편, 제4도에 도시한 바와 같이, □는 JIS의 5052합금 등의 0.2 ~ 2.8% 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄재를 나타낸다. ◆는 JIS의 2024합금 등의 1.2 ~ 1.8 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄재를 나타낸다. ■는 JIS의 1050합금 등의 0.5 중량% 미만의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄재를 나타낸다. 제4도에 있어서, □, ◆ 및 ■으로 나타낸 3개의 선은 서로 겹쳐진다. 즉, 이들 알루미늄재 사이에서 중량 변화는 거의 없다.
실시예 1의 플라즈마장치(100)의 부품은 상술한 연구 결과에 따라 마그네슘을 함유하는 알루미늄재로 이루어져 있다.
특히, 플라즈마장치(100) 내의 접지관(5) 또는 접지전극 및 가스도입링(6)은 알루마이트로 피막되지 않은 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재로 이루어져 있고, 접지판(5) 및 가스도입링(6)은 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리시 플라즈마 노출된다. 플라즈마장치(100)에서 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리시 발생한 이물질의 발생율을 감소시킬 수 있고, 제11도에 도시한 바와 같은 종래의 플라즈마장치 보다 더 낮다.
제1도에 도시한 실시예 1의 플라즈마장치(100)에 있어서, 접지판(5) 및 가스도입링(6)의 표면은 알루마이트 등의 금속재로 피막되지 않는다. 실제의 플라즈마 에칭처리의 동일한 조건 하에서 플라즈마 장치(100)에서 접지판(5) 및 가스도입링(6)에 의한 오염도로써 단위 면적당 반도체웨이퍼(8) 상의 알루미늄 원자의 수를 측정하였다.
제5도는 □나타내며 알루마이트로 피막되지 않고 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄으로 이루어진 접지판과 실선으로 나타내며 알루마이트로 피막된 알루미늄으로 이루어진 접지판을 사용해서 반도체웨이퍼 상의 단위 면적당 알루미늄 원자의 수를 비교하는 설명도이다. 제5에 명확히 도시한 바와 같이, 접지판(5)가 마그네슘을 함유하고 실시예 1에 따른 알루마이트로 피복된 알루미늄을 포함할때의 오염율은 접지판(51)이 종래의 알루마이트로 피복된 알루미늄을 포함할때와 동일하다. 따라서, 제1도에 도시한 바와 같이 실시예 1의 플라즈마장치(100)을 사용하는 것에 의해, 알루미늄 오염율을 증가시키지 않고도 접지판과 가스도입링(6)의 부식율이 감소될 수 있다. 사실, 반도체장치가 반도체웨이퍼(8) 상에 형성된 후 이물질을 검출하는 테스트를 실행한다. 특히, 반도체웨이퍼(8)이 웨이퍼스테이지(4)에 배치되고, 소정의 시간 동안 클리닝가스가 반응실(20)으로 도입된 후, 반도체웨이퍼(8) 상의 이물질의 수를 검출한다. 그 결과, 알루마이트로 피막된 알루미늄이 플라즈마장치의 접지판으로 사용되면, 반도체웨이퍼(8)상의 총 이물질 중 알루미늄 이물질의 비율은 거의 40%이다. 역으로, 알루마이트로 피막되지 않은 마그네슘을 함유하는 알루미늄재가 접지판(5)로 사용되면, 반도체웨이퍼(8) 상의 총 이물질에 대한 알루미늄 이물질의 비율은 약 0 ~ 몇십%이다.
제6도는 몇개의 플라즈마장치(EN52, 55, 56, 57, 62, 63 및 64)의 각각의 1개월 동안 1일당 정지시간의 수를 나타낸 설명도이다. 제6도의 1 ~ 14일동안 플라즈마장치의 접지판, 가스도입링 등은 표면이 알루마이트로 피막되지 않고 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄재로 이루어져 있고, 제6도의 18 ~ 28일 동안은 접지판, 가스도입링 등이 알루마이트로 피막된 알루미늄재로 이루어진 플라즈마장치를 사용한다. 플라즈마장치EN62의 동작은 다른 플라즈마장치의 가장 엄격한 조건 하에서 실행한다.
제6도에 명확히 도시한 바와 같이, 접지판과 가스도입링이 알루마이트로 피막된 알루미늄재로 이루어지면 플라즈마 에칭처리의 완료시간을 검출하기 어렵다. 이 경우, 플라즈마장치의 동작의 정지시간의 횟수는 접지판 가스도입링 등에 마그네슘을 함유하는 알루미늄재를 사용하는 다른 경우 보다 크다.
또, ClF3가스를 사용하는 조건과 1로트의 플라즈마 에칭처리가 완료된 후 SF6가스를 플라즈마 클리닝가스로 사용하는 조건 하에 플라즈마 클리닝동작이 실행되면, 플라즈마장치의 동작의 정지시간의 횟수가 검출된다. SF6가스를 사용하면, 40로트의 처리가 완료된 후 플라즈마장치의 동작이 여러번 정지한다. 역으로, ClF3가스를 사용하면, 40로트의 처리가 완료되어도 플라즈마 에칭처리를 정지하지 않고 연속해서 플라즈마장치의 동작을 실행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 반응실(20)의 플라즈마 활성화부에 배치되어 플라즈마에 노출된 접지판 또는 접지전극(5), 가스도입링(6) 등의 금속 부품이 마그네슘(Mg)를 함유하고 알루마이트로 피막되지 않은 알루미늄재로 이루어지면, Cl2가스 등의 할로겐가스에 대한 내식성이 증가하여, 반응성이 강한 ClF3를 플라즈마 클리닝처리에 사용할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 에칭처리의 완료를 검출하기 어려워 플라즈마장치를 정지시키기 전까지 처리될 로트의 수를 증가시킬 수 있다. 즉, 정기적인 유지관리의 빈도가 감소한다. 이 실시예 1에서는 플라즈마 클리닝가스로 ClF3가스를 사용하지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고, 예를들면 ClF3가스 대신에 Br가스, NF3가스, NF3+F2가스 등의 강한 반응가스를 플라즈마 클리닝가스로 사용할 수도 있다.
[실시예 2]
제7도는 본 발명에 따른 실시예 2의 플라즈마장치(200)을 도시한 단면도이다.
제7도에 있어서, (12)는 반응실(20)의 하부를 가열하는 히터(가열수단)를 나타낸다. 플라즈마장치(200)의 다른 부품은 구성 및 기능에 있어서 제1도에 도시한 플라즈마장치의 부품과 동일하므로, 히터(12) 이외의 부품의 동작 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
플라즈마장치(200)의 동작은 실시예 1의 플라즈마장치(100)의 동작과 기본적으로는 동일하고, 플라즈마 클리닝처리시 반응실(20)의 하부가 히터(20)에 의해 가열된다는 것이 차이점이다.
플라즈마 에칭처리를 실행하면, 반도체웨이퍼(8), 접지판(5), 가스도입링(6)등을 포함하는 상부의 반대측인 반응실(20)에서 x로 나타낸 하부에 반응물질이 부착된다. x로 나타낸 하부에 부착된 반응물질은 플라즈마 에칭처리에 의해 제거된다. 그러나, 플라즈마 방전에 의한 염 효과는 제7도의 x로 나타낸 하부에 영향을 줄 수 없다. 따라서, 하부의 플라즈마 클리닝 효율이 저하된다. 이것을 해결하기 위해, x로 나타낸 하부는 히터(12)에 의해 가열된다. 하부의 가열온도는 300℃ 보다 높다. 따라서, 플라즈마 클리닝처리시 히터(12)에 의한 가열은 반응실(20)의 하부에 부착된 반응물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
[실시예 3]
제8도는 본 발명에 따른 실시예 3의 플라즈마장치(300)을 도시한 단면도이다. 제8도에 있어서, (13)은 고주파수 전원이고, (14)는 고주파수 전원(13)에 접속된 전극이다. (15)는 플라즈마 방전처리가 실행되는 방전실로써, 고주파수 전원(13)과 전극(14) 사이에 배치된다. (16)은 방전실(15)에서 발생한 플라즈마가 반응실(20)으로 공급되는 구멍을 나타낸다. 플라즈마 공급수단은 고주파수 전원(13), 전극(14), 방전실 및 구멍(16)을 포함한다. 플라즈마장치(300)에서 (13), (14), (15), (16)으로 나타낸 부품 이외의 다른 부품은 플라즈마장치(100)의 부품과 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
플라즈마 크리닝처리시, 방전실(15)에서 발생한 플라즈마는 구멍(16)을 통해 반응실(20)의 하부에 공급된다.
플라즈마 반응실(20)에서 x로 나타낸 하부를 플라즈마 방전만으로 가열하기 어려우므로, 플라즈마 크리닝의 효율이 낮아진다는 것은 실시예 2에 대해 설명한 바 있다. 또, 거의 모든 기가 반응실(20)의 상부에 사용되므로, 플라즈마 클리닝처리에 사용되는 기가 반응실(20)의 하부에 공급될 수 없다. 반응실(20)에 대한 플라즈마 클리닝의 효율을 향상시키기 위해, 반응실(20)의 온도가 300℃ 보다 높아야 한다. 그러나, 이 경우, 반응실(20)의 접지판(5) 및 가스도입링(6) 등의 부품 각각의 내식성은 감소된다. 이것을 해결하기 위해, 플라즈마 클리닝처리시, 방전실(15)에서 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마를 구멍(16)을 통해 반응실(20)의 하부로 공급된다. 따라서, 클리닝기능을 할 수 있는 플라즈마 상태의 기가 반응실(20)내의 하부에 적절하게 마련되고, 반응실(20) 내의 하부의 표면 상에 부착된 반응물질은 플라즈마 클리닝처리시 효과적으로 제거될 수있다.
[실시예 4]
제9도는 본 발명에 따른 실시예 4의 플라즈마장치를 도시한 단면도이다. 제9도에 있어서, (12)는 반응실(20)의 하부를 가열하는 히터, (13)은 반응실(20)의 외부에 배치된 고주파수 전원, (14)는 고주파수 전원(13)에 접속된 전극이다. (15)는 플라즈마 방전처리가 실행되는 방전실로써, 고주파수 전원(13)과 전극(14) 사이에 배치된다. (16)은 방전실(15)에서 발생한 플라즈마가 반응실(20)으로 공급되는 구멍을 나타낸다. 플라즈마장치(300)에서 (12), (13), (14), (15) 및 (16)으로 나타낸 부품 이외의 부품은 구성 및 기능에 있어서 플라즈마장치(100)의 부품과 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략한다.
실시예 4의 플라즈마장치(400)에 있어서, 플라즈마 클리닝처리시, 방전실(15)에서 발생한 플라즈마는 반응실(20)의 하부에 공급된다. 또, 반응실(20)의 하부는 히터(12)에 의해 가열된다. 반응실(20)의 하부는 반도체웨이퍼(8), 접지판(5) 및 가스도입링(6)을 포함하는 플라즈마 활성화부의 외부를 나타낸다.
반응실(20)의 하부의 온도는 플라즈마 방전에 직접 노출된 반응실(20)의 상부 보다 비교적 낮다. 상부는 반도체웨이퍼(8), 접지판(5) 및 가스도입링(6)을 포함하는 플라즈마 활성화부이다. 따라서, 반응실(20)의 외부인 방전실(15)에서 플라즈마가 공급되는 경우에도 반응실(20)의 하부의 클리닝 효율은 상부 보다 낮아진다. 이것을 해결하기 위해, 플라즈마 클리닝처리시, 방전실(15)에서 발생한 플라즈마는 구멍(16)을 통해 반응실(20)의 하부로 공급되고, 하부(12)는 히터(12)에 의해 가열된다. 이것에 의해, 반응실(20)의 플라즈마 클리닝처리의 효율이 향상될 수 있다. 또, 반응실(20)의 접지판(5), 가스도입링(6)등의 부품의 내식성이 저하되지 않으므로, 접지판(5) 및 가스도입링(6)에서 이물질이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
[실시예 5]
반응실(20)에 있어서, 플라즈마 활성화부로 부터의 부품과 플라즈마 활성화부의 외부의 부품에서 이물질이 발생한다. 또한, 반도체 제조공정시 플라즈마 활성화부의외부로 부터의 이물질 발생을 감소시키는 것도 중요하다. 상술한 실시예1 ~ 4의 설명에 있어서, 플라즈마 클리닝처리의 효율을 향상시키기 위해, 반응실(20)의 하부를 가열할 필요가 있다. 그러나, 반응실(20)의 온도가 상승하면, 반응실(20)의 부품의 내식성이 저하된다.
제10도는 본 발명의 플라즈마장치에 있어서 마그네슘(Mg)를 함유하고 표면이 NiF막으로 피막된 알루미늄으로 이루어진 부품의 단면도이다.
제10도에 도시한 바와같이, 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재의 표면은 NiF막으로 피막된다. 제10도에 도시한 알루미늄재는 반응실(20)의 플라즈마 활성화부의 외부, 즉 반응실(20)의 하부의 부품에 사용된다. 즉, 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄재로 이루어지고, 플라즈마 활성하부의 외부에 위치한 부품의 표면은 NiF막으로 피막된다 이 경우, 플라즈마 클리닝처리시, 반응실(20)의 하부가 히터(12)에 의해 300℃이상으로 가열되어도, 반응실(20)의 하부의 부품의 내식성은 저하되지 않는다. 특히, 반응실(20)의 하부 또는 플라즈마 활성화부의 외부의 부품에는 표면이 NiF막으로 피막되고 2.2 ~ 2.8% 중량%의 마그네슘을 함유하는 알루미늄재를 사용하는 것이 바람직하다. 플라즈마 활성화부의 외부의 부품을 히터(12)로 가열하는 동안 플라즈마 클리닝처리가 실행되는 문제는 없다. 사실, 플라즈마 활성화부의 외부의 부품이 NiF막으로 피막되면, 알루미늄재에서 이물질이 거의 발생하지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마장치에 있어서, 플라즈마에 노출된 접지판(5) 및 가스도입링(6) 등의 부품은 마그네슘(Mg)를 함유하고 알루마이트로 피막되지 않은 알루미늄(Al)재로 이루어지므로, Cl가스 및 Br가스를 포함하는 가스를 사용해서 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리가 실행되면, 상기한 부품에서 이물질의 발생이 감소될 수 있다. 또, 반도체 제조공정시 반도체칩의 생산성이 향상될 수 있고, 플라즈마장치의 정기적인 유지관리의 빈도를 저하시키는 것에 의해, 본 발명의 플라즈마장치의 동작 효율성이 향상될 수 있다. 정기적인 유지관리시, 플라즈마장치의 동작은 정지된다.
또, 본 발명에 따른 플라즈마장치에 있어서, 플라즈마에 노출된 접지판(5) 및 가스도입링(6) 등의 부품은 2.2 ~ 2.8% 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하고 표면이 피막되지 않은 알루미늄(Al)재로 이루어진다. 따라서, Cl가스 및 Br가스를 포함하는 가스를 사용해서 플라즈마 에칭처리 및 플라즈마 클리닝처리가 실행되면 상기한 부품에서 이물질의 발생을 감소시킬 수 있다. 또, 반도체 제조공정시 반도체칩의 생산성이 향상될 수 있고, 플라즈마장치의 정기적인 유지관리의 빈도를 저하시키는 것에 의해 본 발명의 플라즈마장치의 동작 효율성이 향상될 수 있다. 정기적인 유지관리시, 플라즈마장치의 통상의 동작이 완전히 정지된다.
또, 본 발명의 플라즈마에 있어서, 반응실의 하부를 가열하는 가열수단(히터(12))이 플라즈마장치에 조합되므로, 플라즈마에 의해 발생한 열을 하부에 효율적으로 전달하기 어려운 하부의 플라즈마 클리닝처리의 속도를 증가시킬 수 있어, 반응실의 플라즈마 클리닝처리에 필요한 시간이 감소될 수 있다.
또, 본 발명의 플라즈마장치는 플라즈마 클리닝처리시 플라즈마에 의해 발생한 기를 반응실로 공급하는 플라즈마공급수단을 또 포함하므로, 반응실의 플라즈마 활성화부(또는 하부)의 외부로 기가 공급될 수 있어, 반응실의 하부에 대한 플라즈마 클리닝처리의 효율이 향상될 수 있고, 반응실에서의 플라즈마 클리닝처리에 필요한 시간과 빈도가 감소될 수 있다.
또, 본 발명의 플라즈마장치에 있어서, 마그네슘을 함유하고, 플라즈마 활성화부(또는 반응실의 하부)의 외부에 배치된 부품의 표면은 내식성이 강한 NiF막으로 피막되므로, 이들 부품에서 이물질이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 특히, 가열수단(또는 히터)가 플라즈마장치에 조합되면, 플라즈마 클리닝처리의 효과를 증가시키기 위해 반응실의 온도를 300℃ 이상으로 하는 경우에도 활성화부의 외부에 배치된 부품으로 부터의 이물질의 발생이 감소할 수 있다.
또, 본 발명의 플라즈마장치에 있어서, ClF3, Br, NF3가스, NF3+F2가스 등의 강한 반응가스가 반응실로 도입되어 플라즈마에 노출된 부품의 마그네슘을 함유하는 알루미늄재와 플라즈마 클리닝가스에 사용하므로, 부품으로 부터 이물질이 발생하는 것을 감소시킬 수 있고, 플라즈마 클리닝처리의 효율이 향상될 수 있다.

Claims (9)

  1. 플라즈마 에칭처리를 실행하는 플라즈마장치에 있어서, 상기 플라즈마 에칭처리가 실행되는 반응실, 상기 반응실에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생수단, 상기 반응실에서 에칭된 반도체웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼스테이지 및 할로겐가스를 상기 반응실로 공급하는 가스공급수단을 포함하고, 상기 반응실에서 상기 플라즈마에 노출된 금속부품은 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)재로 이루어지고, 상기 각각의 부품의 표면은 피막되지 않는 플라즈마장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생수단은 마이크로파를 상기 반응실로 전달하는 도파관 및 상기 반도체웨이퍼를 거쳐서 상기 도파관에 대향하는 위치에 배치된 접지전극을 포함하고, 상기 가스공급수단은 상기 가스를 상기 플라즈마장치의 외부에서 상기 반응실로 도입하는 가스도입관 및 상기 가스가 상기 반응실로 공급되는 여러개의 구멍을 갖는 가스도입링을 포함하고, 상기 가스도입링은 상기 가스도입관에 접속되며, 상기 접지전극 및 상기 가스도입링은 마그네숨(Mg)를 함유하는 상기 알루미늄(Al)재로 이루어지고, 상기 접지전극 및 사기 가스도입링의 표면은 피막되지 않은 플라즈마장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속부품은 2.2 ~ 2.8% 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어지는 플라즈마장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 접지전극 및 상기 가스도입링은 2.2 ~ 2.8% 중량%의 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어지는 플라즈마장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응실에서 플라즈마 클리닝실행시 플라즈마 에칭이 실행되는 플라즈마 활성화부 이외의 부분을 가열하는 가열수단을 또 포함하는 플라즈마장치.
  6. 제1항에 있어서, 플라즈마 방전을 실행하고, 상기 플라즈마 방전에 의해 기를 발생하여, 플라즈마 클리닝 실행시 상기 기를 상기 반응실에 공급하는 플라즈마 공급수단을 또 포함하는 플라즈마장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응실에서 플라즈마에칭이 실행되는 플라즈마 활성화부 이외의 부분에 배치된 부품은 상기 마그네슘(Mg)를 함유하는 알루미늄(Al)로 이루어지고, 그의 표면은 NiF막으로 도포되는 플라즈마장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 클리닝 실행시 상기 가스공급수단에 의해 상기 반응실로 강한 반응가스가 공급되는 플라즈마장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가스공급수단은 상기 강한 반응가스로서 ClF3가스, Br을 포함하는 ClF3가스, NF3가스 및 NF3+F2가스 중 하나를 공급하는 플라즈마장치.
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