KR100237687B1 - 드라이에칭 방법 - Google Patents

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가즈노리 즈지모또
신이찌 다찌
마사후미 가네또모
쥰이찌 고바야시
다떼히또 우스이
노브유끼 미세
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가나이 쓰도무
가부시키가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 미세하고 깊은 홈이나 구멍을 고진공속에서 고속으로 에칭할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성은 1mTorr 이하, 가스유량을 40sccm 이상으로 하고, 챔버내에 있어서의 반응가스의 체재시간을 100msec 이하로 한다.
본 발명의 효과는 1mTorr 이하의 고진공하에서 높은 이온의 방향성을 유지하면서 1000nm/min 이상의 높은 에칭속도를 얻을 수가 있다.

Description

드라이에칭 방법
제1도는 본 발명에 관한 고진공 고속배기형의 마이크로파 플라즈마 에칭장치의 개략 단면도.
제2도는 본 발명에 관한 고진공 고속배기형의 마이크로파 플라즈마 에칭장치를 이용한 Si 에칭에 있어서의 가스유량과 에칭속도의 관계를 나타낸 도.
제3도는 본 발명에 관한 고진공 고속배기형의 마이크로파 플라즈마 에칭장치를 이용한 Si 에칭에 있어서의 가스압력과 언더커트량의 관계를 나타낸 도.
제4도는 본 발명에 관한 고진공 고속배기형의 마이크로파 플라즈마 에칭장치를 이용한 Si 에칭에 있어서의 가스압력과 에칭속도의 관계를 나타낸 도.
제5도는 가스유량을 변화시켰을 때의 반응성가스와 반응 생성물의 기판에의 입사비율을 구한 계산 결과를 나타낸 도.
제6도는 가스유량을 변화시켰을 때의 가스 체재시간을 구한 계산 결과를 나타낸 도.
제7도는 가스 체재시간을 변화시켰을 때의 반응성 가스와 반응 생성물의 기판에의 입사비율을 구한 계산 결과를 나타낸 도.
제8도는 본 발명에 관한 고진공 고속배기형의 반응성 이온에칭(RIE)장치의 개략 단면도.
제9도는 본 발명에 관한 드라이에칭 장치의 개략 단면도.
제10도는 본 발명에 관한 드라이에칭 장치의 부분 평면도.
제11도는 본 발명에 관한 드라이에칭 장치의 부분 평면도.
제12도는 본 발명에 관한 드라이에칭 장치의 가스 배관의 구성을 나타낸 평면도.
제13도는 본 발명에 관한 드라이에칭 장치의 가스 배관의 구성을 나타낸 평면도.
제14도는 본 발명에 관한 드라이에칭 장치의 개략 단면도.
제15도는 에칭처리실의 높이와 폭의 비와 에칭처리실내의 가스 흐름밀도의 관계를 시뮬레이션에 의하여 구한 결과.
제16도는 종래의 드라이에칭 장치의 개략 단면도.
제17도는 다른 실행배기속도에 대한 가스압력과 가스유량과의 관계를 나타낸 도.
제18도는 실효배기 속도와 가스체재 시간과의 관계를 진공처리실 용적을 파라미터로 하여 나타낸 도.
제19도는 본 발명에 관한 대형 베셀 고속배기 반응성 이온에칭(RIE)장치의 개략도.
제20도는 고진공 고속배기형의 마이크로파 플라즈마 에칭장치를 사용한 Si 에칭에 있어서의, 가스유량과 에칭속도의 관계를 나타낸 도.
제21도는 본 발명에 관한 대형 베셀 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치의 개략도.
제22도는 본 발명에 관한 Al 에칭속도와 실효배기속도의 그래프.
제23도는 본 발명에 관한 Si 에칭속도와 웨이퍼-ECR면 거리의 그래프.
제24도는 본 발명에 관한 웨이퍼 표면에의 반응생성물과 웨이퍼 ECR면 거리의 그래프.
제25도는 본 발명에 관한 Al 에칭속도와 실효배기속도의 그래프.
제26도는 본 발명에 관한 Al 언더커트량과 실효배기속도의 그래프.
제27도는 본 발명에 관한 Al 언더커트량과 가스압력의 그래프.
제28도는 본 발명에 관한 Al 에칭 깊이비(패턴사이즈 의존)와 실효배기속도의 그래프.
제29도는 반응성 이온에칭 장치를 나타낸 도.
제30도는 Al 에칭속도와 가스압력의 관계를 나타낸 도.
제31도는 Al 에칭속도와 배기속도와의 관계를 나타낸 도.
제32도는 Al 에칭속도와 가스체재 시간의 관계를 나타낸 도.
제33도는 본 발명의 배기속도, 가스압력 제어범위와 그 효과를 나타낸 도이다.
본 발명은 미세하고 깊은 홈이나 구멍의 가공에 적합한 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치에 관한 것이다.
드라이에칭 기술은 약액을 사용한 웨트(습식)에칭기술에 비하여 미세가공을 용이하게 행할 수 있기 때문에 반도체 집적회로(LSI)의 제조에 널리 사용되고 있다. 종래의 반응성 이온에칭(RIE)법을 사용했을 경우, 에칭시의 가스압은 10mTorr 내지 100mTorr, 반응가스유량은 10sccm 내지 100sccm이다. RIE법에 있어서는, 상기 압력의 하한보다도 낮으면 방전이 불안정하게 되고, 그 압력의 상한보다도 높으면 등방성에칭이 된다. 종래의 드라이에칭 장치에서는 배기속도가 1000ℓ/sec 이하의 펌프가 다용되고 있고, 상기 반응가스 유량은 상기 가스압으로 설정가능한 범위의 값이 선택되고 있다.
또한, 일본국 특허공고 공보 소 52-126174호나 Solid State Devices and Materials p.207,(1990)에는 마이크로파 플라즈마 에칭(ECR)기술이 개시되어 있다. 또한 드라이 프로세스 심포지움 P54, (1988)에는 마그네트론 방전형 RIE가, Journal of Vacuum Science Technology B9(2), 310(1991)에는 헬리콘형 RIE등의 드라이에칭 장치가 개시되어 있다. 이들의 드라이에칭 장치의 반응가스압력은 0.5mTorr 이상이고, 가스유량은 20sccm 이하이다. 에칭속도는 예를 들면 ECR 에칭법의 경우, 피에칭물로서 다결정실리콘, 반응가스로서 염소(Cl2)를 사용하고, 가스압 0.5mTorr, 가스유량 20sccm으로 하면 약 300nm/min의 값이 얻어지고 있다.
종래의 드라이에칭 장치의 일예로서, 마이크로파 드라이에칭 장치를 제16도에 나타낸다. 101은 마이크로파 발생부, 102는 도파관, 104는 반응가스용 도입구, 105는 반응가스용배관, 106은 메스플로우 콘트롤러, 107은 발생한 플라즈마를 고밀도화 하기 위한 전자석, 109는 실리콘웨이퍼, 110은 시료대, 111은 챔버, 112는 고주파전원, 114는 진공펌프, 117은 에칭처리실을 각각 나타낸다. 마이크로파 발생부(101)에서 발생한 마이크로파는 도파관(102)을 통하여 챔버(111)내로 도입되고, 상기 챔버(111)내에서 반응가스를 플라즈마화 한다. 상기 플라즈마는 시료대(110)상의 실리콘웨이퍼 표면을 에칭한다. 상기 드라이에칭 장치에 있어서는 한 종류의 가스는 1개의 가스배관(105)과 1개의 메스플로우 콘트롤러(105)를 사용하여 챔버(111)내에 도입되고, 상기 가스배관(105)은 챔버(111)에 직접 설치되어 있다. 그 가스도입구(104)의 개구부의 면적은 가스배관(105)의 단면적 정도이다. 챔버(111)내의 가스압은 챔버내에 도입되는 반응가스의 유량이 많을수록 높고, 진공펌프(114)에 의한 챔버내의 실효배기 속도가 클수록 낮아진다. 가스압이 1mTorr 이상에서는 수 10sccm, 0.1mTorr대의 저가스압 영역에서는 수 sccm의 값이 사용되고 있다. 또, 실효배기 속도는 진공펌프의 배기속도와 배기계통의 콘덕턴스로 결정하고, 종래의 장치에서는 400ℓ/sec 이하이다.
도입하는 가스유량에 대한 처리실내 압력은 다음식으로 표시된다.
여기에서, P(Torr)는 처리실내 압력(처리실내의 장소에 의하여 압력이 다른 경우는 플라즈마 방전부의 가스압력), q는 가스를 도입하지 않은 경우의 장치로부터의 리이크량, Q는 도입가스유량(Torr·ℓ/sec), S는 장치의 실효배기속도(ℓ/sec)이다. 통상의 경우 q는 Q의 1/1000 이하이어서 거의 무시할 수 있다.
종래 장치에서는 예를 들면, 펌프의 배기속도(S0)가 약 1000ℓ/sec 이하의 터보분자 펌프를 구비하고, 처리실의 배기콘덕턴스(C)는 200ℓ/sec∼1000ℓ/sec이고, 이때의 실효배기속도(S0)는 복수대의 배기펌프의 배기속도(S1)로부터 Sn(n은 펌프의 대수를 나타내는 수치)과 진공처리실의 배기콘덕턴스(C)에 의하여 다음식으로 표시되며,
종래는 실효배기속도 100∼400ℓ/sec의 배기를 행하고 있었다. 따라서, 0.5mTorr 가스압력을 설정하면 흘려보낼 수 있는 가스유량은 4∼20sccm으로 되어 있었다.
한편, 진공처리실 내에서의 가스의 흐름용이도를 나타내는 양으로서 가스의 처리실내 체재시간이 있고, 이것은 다음식과 같이 표시된다.
여기서 v는 진공처리실의 총용적이다. 종래 장치에 있어서는, 상기와 같이 실효배기속도가 100∼400ℓ/sec이고, 진공처리실 용적이 100∼300ℓ 정도이고, 가스체재시간은 400msec∼3000msec 정도로 되어 있었다.
LSI의 미세화에 따라 0.3㎛ 정도의 치수의 홈이나 구멍의 가공기술이 요구되고 있으나, 종래의 RIE법을 사용한 드라이에칭에서는 가스압이 높기 때문에 가스플라즈마 속에서의 이온의 산란 등에 의하여 기판에 입사하는 이온의 방향성이 흐트러져 미세한 치수의 홈이나 구멍을 고정밀도로 가공하는 것이 곤란하다.
반응가스압을 낮게 함으로써, 가스플라즈마 중의 이온의 산란을 방지할 수가 있다. 상기 정도의 치수의 홈이나 구멍을 이방성 가공하기 위해서는 시료에 입사하는 경사진 이온의 입사각도를 1°이하로 억제할 필요가 있고, 반응가스압(동작압력)으로서는 1mTorr 이하, 바람직하게는 0.5mTorr 이하로 할 필요가 있다. 단, 플라즈마를 안정하게 방전시키기 위해서는 0.01mTorr 이상의 압력이 필요하다. 반응가스압이 낮은 드라이에칭 장치로서는 상기 ECR 에칭장치, 마그네트론 방전형 RIE장치 및 헬리콘형 RIE장치가 있다. 그러나 종래의 드라이에칭 장치에 있어서는 반응가스압이 낮으면 에칭속도가 작아진다는 문제가 발생한다. 즉, 에칭의 방향성을 높이는 것과는 드레이드 오프의 관계에 있어 양립하는 것이 곤란하다.
또한 LSI를 형성하는 Si 웨이퍼의 직경은 대형화되어 가고 있고, 예를 들면 상기 ECR 에칭장치에서는 웨이퍼를 1장마다 진공처리실로 반송하여 에칭 처리하는 매엽식(枚葉式) 드라이에칭 장치가 사용되고 있었다. 이와 같은 장치를 사용하면, 예를 들면 6인치 웨이퍼로 200nm 두께의 폴리실리콘을 에칭하기 위하여, 200∼300nm/min 에칭속도로 약 1∼2분간의 처리시간을 요한다. 직경 8인치의 웨이퍼를 사용하면, 에칭속도는 에칭면적 의존성(소위 로딩효과) 때문에 저하하고, 처리시간이 2∼4분간으로 늘어나 에칭처리속도(스루풋)가 저하한다는 문제가 생긴다. 고주파 또는 마이크로파의 입력파워를 증대하여 에칭속도를 높여 스루풋을 높이면, 이온에너지가 증대하여 선택성이 저하한다는 문제가 발생한다. 상기 매엽식 드라이에칭 장치를 복수대 사용하여 병렬 처리함으로서, 에칭조건을 변화하는 일없이 스루풋의 향상을 도모하는 것이 가능하나, 장치 가격이 팽대해 진다.
또한 상기 ECR 에칭장치에서는 가스도입구의 개구부의 단면적이 작기 때문에, 실효적인 배기속도를 종래의 장치보다도 크게 하여 에칭처리실(117)을 흐르는 가스유량을 크게 하여, 예를 들면 1300ℓ/sec 이상으로 하면 가스도입구(104)로부터 챔버(111)로 가스가 흘러들어갈 때의 가스유속이 음속 가까이까지 상승하여, 흐름속에 충격파가 생겨 흐름속의 압력이 불균일하게 된다. 이 상태에서는 시료상의 가스밀도의 균일성뿐만 아니라 방전에 의한 플라즈마의 불균일이나 불안정이 생겨, 에칭속도의 균일성의 저하 등의 문제를 발생한다. 이 때문에 가스의 유속은 음속 이하, 바람직하게는 음속의 1/3 이하로 할 필요가 있다.
또, 가스도입구(104)가, 에칭처리실(117)의 배기구인 시료대(110)의 옆부분 가까운 곳에 있는 구성에서는, 가스도입구로부터 챔버내에 들어가는 가스가 챔버 전체로 퍼지기 전에 배기구로부터 배기되어 버려, 효율좋게 가스가 이용되지 않는다고 하는 문제가 있었다. 또, 챔버형상에 의해서는 가스의 흐름이 충분히 에칭처리실(117)의 중심으로 퍼지지 않는다고 하는 문제가 있었다.
또한 한 종류의 가스를 흘리는데 1개의 메스플로우 콘트롤러(106)와 1개의 가스배관만을 사용하고 있었기 때문에, 에칭처리실(117)내의 가스의 흐름이 한쪽으로 쏠리기 때문에 에칭의 균일성이 나빠진다고 하는 문제가 있었다.
또, 종래의 상기 장치에서는 웨이퍼의 대구경화가 진행됨에 따라, 가스의 흐름이 에칭처리실(117)의 중심으로 충분히 퍼지지 않는다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 미세한 치수를 가지는 홈이나 구멍을 고정밀도로, 또한 고속으로 에칭할 수 있는 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 스루풋이 큰 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이방성이 높은 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 선택성이 높은 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 1mTorr 이하, 바람직하게는 0.5mTorr 이하의 저가스압력에 있어서 500nm/min 이상, 바람직하게는 1000nm/min 이상의 고에칭속도를 얻는 드라이에칭 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 균일성이 양호한 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 표면이나 처리실 내벽에의 반응생성물의 재부착에 의한 오염이 적은 드라이에칭 방법 및 드라이에칭 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적은 첫째로 진공처리실내에 있어서의 가스압을 5mTorr 이하 바람직하게는 1mTorr 이하로 하고, 또한 실효배기속도 500ℓ/sec 이상이고 반응가스의 체재시간을 300msec 이하, 바람직하게는 실효배기속도 1300ℓ/sec 이상이고 반응가스의 체재시간을 100msec 이하로 함으로써 달성된다.
제33도에 본 발명의 배기속도, 가스압력 제어범위와 그 효과를 나타낸다. 상기한 바와 같이, 가스압력은 에칭방향성(이방성)을 제어하는 파라미터이고, 배기속도는 에칭속도를 제어하는 파라미터이다. 종래 에칭에서는 실효배기속도는 약 400ℓ/sec 이하의 저속배기이기 때문에, 마이크로파 에칭 등 고밀도 플라즈마 에칭장치를 사용하여도 저에칭속도의 문제가 있고, 또 저가스압에 있어서 입사입자의 방향성이 일치하여도 마스크와의 선택비가 작다는 것 등 때문에 실제로는 고이방성 가공이 곤란했었다.
본 발명의 주된 적용범위는 도면에 나타낸 3개의 영역으로 나눌 수가 있다. 즉,
(1) 가스압력의 영역에 의하지 않고, 종래의 1.5배 이상의 중정도의 에칭속도 고속화를 목적으로 하는 영역, 즉 실효배기속도 800ℓ/sec 이상을 필요로 하는 영역,
(2) 종래의 1.5배 이상의 중정도 에칭속도 고속화, 종래의 1.5배 이상의 중정도의 고이방성을 목적으로 하는 영역, 즉, 실효배기속도 500ℓ/sec 이상 가스압력 5mTorr 이하를 필요로 하는 영역,
(3) 종래의 2배 이상의 고속화, 종래의 2배 이상의 고이방성을 목적으로 하는 영역, 즉, 실효배기속도 1300ℓ/sec 이상 가스압력 1mTorr 이하를 필요로 하는 영역이다.
프로세스 향상의 점만으로 하면, (3)의 방식이 최적이나, 반도체 제조프로세스에는 각종의 가공공정이 있기 때문에, 장치의 코스트를 고려하면, 저코스트로 요구성능을 얻기 위하여, (1)이나 (2)의 적용법도 가능하다.
상기한 (1)식에 의하여 가스압력(P), 배기속도(S), 가스유량(Q)의 관계는 P=Q/S로 표시되기 때문에, 상기 수단을 만족시키기 위하여 필요한 가스유량은 필요최저 가스압력을 0.5mTorr, 실효배기속도를 800ℓ/sec로 하면 32sccm이 된다. 그러나 실제로는 가스압력의 미조정을 하기 위하여 그 변동분을 고려하여, 바람직하게는 40sccm 이상이 된다.
여기에서, 가스압력은 0.01mTorr 이하에서 방전이 불안정하게 되므로, 가스압력의 하한은 0.01mTorr을 초과하는 것이 바람직하다.
또, 배기속도는 장치의 크기를 고려하면, 최대로 실효배기속도 100000ℓ/sec를 초과해서는 안된다.
또한, 가스체재시간은 진공처리실의 용적과 상기 배기속도의 상한 및 에칭표면 반응의 반응시간을 고려하면, 0.1msec 이상으로 해야만 한다.
또한 가스유량은 가스의 사용비용과 가스류 제어를 고려하면, 10000sccm을 초과해서는 안된다.
둘째로 전항의 목적은 가스도입구의 면적을 넓혀 도입가스의 유속을 음속의 1/3 이하로 할 것, 가스도입구와 가스배관 사이에 가스버퍼실을 설치할 것, 배기구와 시료대를 근접하여 설치하고, 그 시료대와 챔버에의 가스도입구 설치위치를 떨어뜨림과 동시에, 그 챔버의 중심방향에 설치할 것, 메스플로우 콘트롤러로 가스유량을 제어하여 가스를 흘리는 가스배관 및 가스도입구를 챔버의 주위에 대칭성 좋게 복수 설치할 것, 가스의 흐름을 제어하는 저지(방해)판을 챔버내에 설치할 것, 에칭처리실의 높이/폭의 비를 0.5 이상으로 할 것, 가스도입구의 높이를 에칭처리실의 상부로부터 1/3 이내의 위치에 설치할 것, 배기계와 에칭처리실 사이에 진공버퍼실을 설치할 것, 전형적으로는, 펌프의 배기속도를 2500ℓ/sec 이상, 바람직하게는 4000ℓ/sec 이상으로 하고, 배기콘덕턴스를 2000ℓ/sec 이상, 바람직하게는 3000ℓ/sec 이상으로 하여 실효배기콘덕턴스를 1300ℓ/sec 이상으로 하는 것 등에 의하여 효과적으로 달성된다.
셋째로, 앞항의 목적은 챔버내에 있어서의 반응가스의 체재시간을 100msec 이하로 하는 것과 동시에, 또 대형베셀을 사용하여 대구경 웨이퍼의 다수매를 동시에 패치처리함으로써 달성된다.
또, 상기 목적은 대형베셀내의 시료대의 중심부에 배기구를 설치할 것, 대형베셀의 진공실내에 도입하는 가스유량을 100sccm 이상으로 할 것, 시료대가 되는 전 극면적을 5000㎠ 이상으로 할 것, 처리실 및 배기관의 총배기 콘덕턴스를 3300ℓ 이상으로 하고, 또한 배기속도 5000ℓ/sec 이상의 배기펌프를 사용할 것, 실효배기속도를 2000ℓ/sec 이상으로 하는 것 등에 의하여 효과적으로 달성된다.
종래의 드라이에칭 장치에서는 가스압력을 낮게 하면 에칭속도는 현저하게 감소되어 실용적인 에칭속도를 얻을 수 없게 된다. 이것은 가스압력을 낮게 하면 반응실내의 이온수가 감소하기 때문이라고 생각되고 있다. 본 발명자들은 가스압력을 낮게 하고, 또한 고에칭 속도를 얻기 위하여 각종의 검토를 거듭했다. 그 결과, 이온이 최초로 피에칭물과 충돌할 때, 에칭이 발생하는 것을 발견했다. 즉, 미반응의 이온(반응성가스)이 기 반응이온(반응생성물)에 비하여 반응실내에 다수 존재하면, 가스압력이 동일하여도 에칭속도를 높일 수가 있다는 것을 발견했다. 그러므로, 다시 미반응의 이온과 반응생성물과의 비율을 결정하는 요인에 관하여 검토를 행했다.
제5도는 가스유량을 변화시켰을 때의 반응성 가스와 전입사입자(반응성가스+반응생성물)의 기판에의 입사비율(R)을 계산한 결과이다. 즉 상기 입사비율(R)은
로 주어진다. 여기서 C1은 피에칭물 및 에칭가스에 의하여 결정되는 정수로 0.1 내지 10의 범위의 값을 가진다. A는 에칭되는 면적, P는 가스압, α는 가스의 이용률을 나타내고, 에칭장치에 있어서의 도입가스의 방전효율이나 에칭처리실의 형상 등에 의하여 결정되는 정수로 10 내지 100%의 범위의 값을 가진다. Q는 가스유량이다. 제5도는 에칭면적(A)을 78.5㎠ 가스이용률(α)을 42%, 가스압력을 0.5mTorr로 하여 표시한 것이다. 이 결과로부터 반응성 가스의 비율은 가스유량과 함께 증대한다는 것을 알았다. 한편 제6도에 가스유량을 변화시켰을 때의 가스체재 시간의 변화를 식(3)을 이용하여 계산으로 구한 결과를 나타낸다. 가스유량이 증대하면 가스체재시간은 급격하게 감소한다. 따라서 가스유량의 증가에 따라 에칭반응을 저해하는 반응생성물의 처리실내 체재시간이 감소하여, 신속하게 처리실 밖으로 배기되기 때문에 에칭반응이 촉진되어, 에칭속도가 증대한다. 그러나, 단지 가스유량을 크게 하면, 제17도에 나타낸 바와 같이 동작압력(가스압력)이 커지고, 그 결과 이방성이 저하한다. 동작압력(가스압력)을 변화시키지 않고, 가스유량을 크게 하는 방법에 대해서는 제17도에 나타낸 바와 같이 실효배기속도 처리내부에 있어서의 가스유량)가 클수록 동일 동작압력에서의 가스도입구에서의 가스유량이 커지게 된다. 즉, 실효배기속도를 크게 함으로써 동일 동작압력으로 가스유량을 크게 할 수가 있다.
제7도는 반응성 가스 및 전입사입자의 비율과 가스체재시간과의 관계를 식(3) 및 식(4)를 이용하여 구한 결과를 나타낸다. 또한, 진공처리실내의 총용적은 100ℓ, 에칭면적(A)은 75.8㎠, 가스이용률 α는 42%로 하여 구했다. 제7도에서, 가스체재시간의 감소와 함께 반응성 가스의 비율이 증대하여, 1sec 내지 100msec 사이로 대폭으로 변화하는 것을 알았다. 따라서 에칭반응을 효율좋게 행하기 위해서는, 반응성가스의 비율을 웨이퍼 입사전입자의 60% 이상으로 했을 경우, 제5도로부터 가스유량을 40sccm 이상, 바람직하게는 100sccm 이상, 또, 제7도에서 가스체재시간을 100msec 이하, 바람직하게는 50msec 이하로 하면 좋다는 것을 알았다.
에칭처리실내의 용적이 1000ℓ 이하인 경우, 그 실내를 흐르는 가스유량을 1300ℓ/sec 이상으로 함으로써 상기 가스체재시간을 실현할 수 있다. 또, 가스도입구의 총개구부 면적을 150㎠로 함으로써 가스도입구에서의 가스유속을 음속의 1/3 이하로 하는 것이 가능하게 되어, 가스의 흐름이 압축성이 되는 것을 방지할 수가 있었다. 이에 의하여, 가스의 흐름에 발생하는 충격파를 억제할 수가 있어, 플라즈마의 불안정성이나 불균일성을 억제할 수가 있었다.
가스도입구를 에칭처리실의 배기구인 시료대의 옆부분으로부터 먼 위치에 설치한 결과, 가스의 흐름이 챔버내에 충분히 퍼지게 되어, 효율좋게 가스가 플라즈마화 되기 때문에 에칭처리속도와 균일성이 증가했다. 또, 그 방향을 챔버 중심방향으로 향하게 했기 때문에 챔버 중심방향으로 가스가 충분히 흐르게 되고, 그 때문에 에칭속도와 균일성이 향상했다.
메스플로우 콘트롤러로 가스유량을 제어하여 가스를 흘리는 가스배관을 챔버의 주위에 대칭성 좋게 복수 설치함으로써, 챔버내의 가스의 흐름의 치우침을 방지할 수가 있었다. 그 결과, 에칭의 균일성이 상승했다. 가스도입구의 설치도 대칭성을 고려했기 때문에 가스의 흐름의 균일성이 개선되었다.
또, 저지(방해)판을 설치함으로써, 챔버내의 가스의 흐름을 제어하는 것이 가능하게 되고, 특히 플라즈마를 생성하는 장소에 가스의 흐름을 만들 수가 있어 에칭속도가 증가했다.
챔버의 높이/폭의 비를 0.5 이상으로 함으로써, 챔버중심 방향으로 충분히 가스가 흐르게 되었다. 이것을 제15도를 사용하여 설명한다. 도면에 나타낸 것은 에칭처리실내의 가스의 흐름의 밀도가 에칭처리실의 높이/폭의 비에 어떻게 영향을 받는지를 시뮬레이션한 결과이다. 에칭처리실의 높이/폭의 비를 크게 하면 에칭처리실의 중심인 웨이퍼 상부의 흐름의 밀도가 커져, 균일성이 향상하는 것을 알았다. 이와 같이 본 발명에서는 에칭처리실의 중심으로 효율좋게 균일하게 가스가 흐르도록 되었기 때문에, 밀도가 증가하여 플라즈마의 균일성이 좋아졌다. 그 결과 저압력 영역에서도 에칭속도가 빠르고, 균일성이 좋은 에칭을 행할 수 있게 되었다.
드라이에칭 장치에서는 동작압력이 낮을수록 플라즈마로부터 웨이퍼에 입사하는 이온의 산란의 빈도가 줄어들어, 에칭의 이방성이 높아진다. 본 발명에 의하면 실용적인 에칭속도로 저압력 동작에 의한 이방성 에칭을 균일성 좋게 행할 수가 있다.
대형의 진공처리실을 사용하여 드라이에칭을 행함으로써, 한번에 다수의 시료를 처리할 수 있기 때문에 스루풋을 향상할 수가 있다. 대형 베셀을 사용했을 경우, 특히 에칭반응에 의하여 발생하는 반응생성물을 신속하게 처리실 밖으로 배기하는 것이 중요하다. 이를 위하여 고속배기가 필요하다. 종래 장치에서는 예를 들면 펌프 배기속도가 약 1000ℓ/sec 이하의 터보분자 펌프를 구비하고, 배기콘덕턴스(C)가 200ℓ/sec∼1000ℓ/sec이고, 100∼400ℓ/sec였다. 따라서, 5mTorr로 가스압력을 설정하면 흘릴 수 있는 가스유량은 40∼200sccm로 되고 있었다. 본 발명에서는 대형 베셀장치에 있어서 상기와 같은 고속배기 펌프와 큰 배기콘덕턴스에 의하여 실효배기속도 1300ℓ/sec 이상, 바람직하게는 2000ℓ/sec 이상으로 하고, 5mTorr로 800sccm의 가스유량을 흘리는 것이 가능하다.
제18도는 진공처리실 용적을 100ℓ 내지 10000ℓ까지 변화시킨 경우의 실효배기속도와 가스체재 시간의 관계를 나타낸다. 처리실용적이 100ℓ인 경우 실효배기속도를 700ℓ/sec 이상, 용적 500ℓ에서는 3600ℓ/sec 이상, 용적 10000ℓ에서는 70000ℓ/sec 이상의 실효배기속도로 함으로써, 가스체재 시간을 100msec 이하로 할 수가 있다. 일례로서 실효배기속도 70000ℓ/sec를 실현하기 위해서는 상기 (2)식으로부터 예를 들면 140000ℓ/sec의 배기속도의 펌프를 사용하고, 140000ℓ/sec의 배기콘덕턴스의 진공처리실을 이용하면 좋다.
또, 시료대의 중심부에 배기구를 설치함으로써, 시료대의 중심과 주변에서의 처리가스 밀도를 균일하게 할 수가 있다.
[실시예 1]
본 발명에 의한 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치의 일실시예를 제1도에 나타낸다. 진공처리실(1)에 에칭가스를 도입하고, 마이크로파 발생기(2)에 있어서 2.45GHz의 고주파를 발생시키고, 이것을 도파관(3)에 의하여 방전부(4)에 수송하여 가스플라즈마(5)를 발생시킨다. 고효율 방전을 위하여 자장발생용의 솔레노이드코일(6)이 방전부 주위에 배치되고, 875가우스의 자장에 의하여 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance:ECR이라고도 함)에 의하여 고밀도의 플라즈마가 발생된다. 방전부에는 시료대(7)가 있고, 그 위에 설치된 웨이퍼(8)를 가스플라즈마에 의하여 에칭처리한다. 처리 후의 에칭가스는 가스도입구(9)로부터 방전부(4), 진공처리실(1)을 거쳐 배기관(10)으로부터 배기펌프(11)에 의하여 진공처리실 밖으로 배출된다. 이때 콘덕턴스밸브(12)를 가변으로 함으로써 배기속도를 변화시킬 수가 있다. 처리가스는 가스유량 콘트롤러(13)를 통하고 가스배관(14)을 거쳐 가스도입구(9)에서 그물상으로 작은 구멍이 열린 버퍼실(15)을 통하여 방전부(4)로 도입한다. 가스도입구(9)는 2개소 이상 설치하고, 방전부 중심축에 대하여 대칭으로 배치했다. 에칭시의 가스압력은 플라즈마 방전부에 설치한 가스압력센서(23)에 의하여 측정했다. 이에 의하여 플라즈마 방전부에 있어서의 가스유량, 가스압력, 가스배기속도, 가스체재시간을 결정할 수가 있다. 웨이퍼를 설치하는 시료대에는 웨이퍼를 0℃ 이하로 냉각하는 냉각기구(16)가 구비되고, 13.56MHz에서 400KHz의 RF 바이어스(17)가 인가된다. 진공처리실에는 히터(18)가 설치되어 있어 50℃ 이상으로 가열할 수 있다.
배기펌프에는 배기속도 2000ℓ/sec의 터보분자 펌프 2대를 사용하고, 총배기속도 4000ℓ/sec로 하여 방전부의 중심축에 대하여 대칭으로 설치했다. 또, 진공처리실의 실질적인 가스배기구부분(10)도 웨이퍼 중심축에 대하여 대조적으로 배치했다. 이에 의하여 배기콘덕턴스를 극력 크게 하면서, 가스의 흐름을 웨이퍼 중심에 대하여 대조적으로 할 수가 있었다. 가스의 통로가 되는 방전부, 진공처리실, 배기관 및 콘덕턴스밸브의 총배기 콘덕턴스는 4000ℓ/sec로 했다. 이 때문에 방전부(4)의 하측부의 직경을 상측부보다 크게 하고, 이에 따라 이 부분에 설치하는 자장코일(6)의 직경도, 그 상부에 위치하는 코일 직경보다 크게 하였다. 에칭시의 웨이퍼 위치는, 최하단의 코일의 두께 방향의 중심보다도 아래에 위치시켜, 방전부의 하측의 배기콘덕턴스를 극력 크게 하는 구조로 했다. 이때, 최대 실효배기속도는 2000ℓ/sec이다. 또, 방전부, 진공처리실 배기관의 총면적은 100ℓ이고, 진공처리실내의 가스체재시간은 상기한 (3)식으로부터 50msec이다.
이 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치를 이용하여, Si 트렌치에 사용되는 Si 단결정의 에칭을 행하였다. 시료는 Si 기판을 500nm의 두께로 열산화막하고, 그 위에 포토레지스트 마스크를 형성하고, 산화막을 드라이에칭하여 직경 0.1㎛ 내지 1.0㎛의 홀 패턴을 형성 후, 포토레지스트를 제거하여 SiO2마스크를 형성한 것이다. 에칭가스로는 Cl2를 사용하고, 가스압력 0.5mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz이고 20W, 웨이퍼 온도는 -30℃로 하고, 가스유량을 2 내지 100sccm까지 변화시켰다. 자장강도 분포는 방전부의 위쪽으로부터 하측을 향하여 작고, ECR 조건을 만족시키는 875가우스의 위치는 웨이퍼 상측 40mm이었다. 이때의 Si 에칭속도의 가스유량 의존성을 제2도에 나타낸다. 2sccm에서는 80nm/min의 에칭속도는 Cl2가스유량과 함께 증가하고, 100sccm에 있어서 1300nm/min이 되었다. 또, 동일 에칭조건에 의한 가스압력과 Si의 마스크로 부터의 언더커트량의 관계를 제3도에 나타낸다. Si의 에칭형상은, 0.5mTorr의 저가스 압력이기 때문에 높은 방향성이 얻어져 5㎛ 깊이의 Si 심공(深孔)의 언더커트량은 0.03㎛ 이하로 가스유량 의존성은 거의 없었다. 제4도에 본 발명에 의한 실효배기속도 2500ℓ/sec의 장치 및 종래의 실효배기속도 150ℓ/sec의 장치를 사용했을 경우의 Si 에칭속도의 가스압력 의존성을 나타낸다. 에칭조건은 제2도의 결과에 있어서의 것과 마찬가지이다. 종래 에칭장치에서는 가스압력 저하와 함께 Si의 에칭속도는 대폭으로 감소하고 있다. 이것은 가스체재 시간이 470msec로 길고, 또, 배기속도가 느리기 때문에 저가스압에서 가스유량이 감소하고 있는 것에 의한다. 고배기 속도의 본 발명장치를 사용하면 0.5mTorr 이하의 저가스압에 있어서 종래 장치의 10배 이상의 에칭속도를 얻을 수 있어, 0.5mTorr 이하에서 1㎛/min 이상의 고속에칭을 행할 수가 있었다. 한편, 에칭속도의 구멍지름 의존성은 작아 0.1㎛ 내지 1.0㎛ 사이의 구멍지름에 있어서 속도차는 3%이내 이었다. 또, 가스유량을 변화시켜도, SiO2의 에칭속도는 거의 변화시키지 않고, 가스유량 100sccm에 있어서 에칭 마스크에 사용한 SiO2와의 선택비(Si/SiO2)는 약 50이었다.
또한, 인 도프 폴리실리콘의 에칭에서도 제2도 및 제3도와 거의 마찬가지의 결과가 얻어지고 Cl2유량 100sccm에서 1500nm/min이고 언더커트량은 0.03㎛ 이하였다.
[실시예 2]
제1도에 나타내는 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치에 의하여, 콘텍트홀에 사용되는 SiO2의 에칭을 행했다. 시료는 Si 기판상에 2㎛의 두께에 CVD법으로 Si 산화막을 형성하고, 그 위에 포토레지스트 마스크를 형성했다. 에칭가스로는 CHF3을 사용하고, 가스압력 0.5mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 800KHz로 200W, 웨이퍼 온도는 -30℃로 하고, 가스유량을 2 내지 100sccm까지 변화시켰다. 2sccm에서는 50nm/min의 에칭속도는 Cl2가스유량과 함께 증가하고, 100sccm에 있어서 500nm/min이 되었다. SiO2의 에칭형상은 0.5mTorr의 저가스압력이기 때문에 높은 방향성이 얻어지고 2㎛ 깊이의 SiO2심공의 언더커트량은 0.05㎛이고, 가스유량 의존성은 거의 없었다. 또한 에칭속도의 구멍지름 의존성은 작아 0.1㎛ 내지 1.0㎛ 사이의 구멍지름에 있어서 속도차는 3% 이내였다. 또한 가스유량을 2sccm 내지 100sccm 증대시켰을 때의 SiO2와 포토레지스트와의 선택비는 2배 이상 증대했다.
[실시예 3]
제8도에 고속배기 반응성 이온에칭(RIE)장치의 실시예를 나타낸다. 자장코일을 구비한 자장인가형이기 때문에, 1mTorr 이하에서도 방전은 가능하다. 진공처리실(1)에 에칭가스를 도입하고, 13.56MHz의 고주파로 방전하여 가스플라즈마를 발생시켰다. 방전부에는 시료대(7)가 있고, 그 위에 설치된 웨이퍼(8)를 가스플라즈마에 의하여 에칭처리한다. 처리 후의 에칭가스는 가스도입구(9)로부터 진공처리실(1)을 거쳐 배기관(10)으로부터 배기펌프(11)에 의하여 진공처리실 밖으로 배출된다. 이때 콘덕턴스밸브(12)를 가변으로 함으로써, 배기속도를 변화시킬 수가 있다. 처리가스는 가스유량 콘트롤러(13)를 통하여 가스배관(14)을 거쳐 가스도입구(9)로부터 그물상으로 작은 구멍이 열린 버퍼실(15)을 통하여 진공처리실(1)에 도입된다. 가스도입구(9)는 2개소 이상 설치하고, 방전부 중심축에 대하여 대칭으로 설치했다. 웨이퍼를 설치하는 시료대에는, 웨이퍼를 0℃ 이하로 냉각하는 냉각기구(16)가 구비되어 있다. 진공처리실에는 히터(18)가 설치되어 있어 50℃ 이상으로 가열할 수가 있다.
배기펌프에는 배기속도 2000ℓ/sec의 터보분자 펌프 2대를 방전부의 중심축에 대하여 대칭으로 배치했다. 가스의 통로가 되는 방전부, 진공처리실, 배기관 및 콘덕턴스 밸브의 총배기 콘덕턴스는 4000ℓ/sec로 했다. 이때 실효배기속도는 2000ℓ/sec이다. 또, 방전부, 진공처리실 배기관의 총면적은 100ℓ이고, 진공처리실내의 가스체재시간은 상기한 (3)식으로부터 50msec이다.
제8도에 나타낸 고속배기반응성 이온에칭장치에 의하여 다층 레지스트 마스크에 사용되는 포토레지스트의 에칭을 행하였다. 시료는 Si 기판상에 포토레지스트를 1.5㎛의 두께로 도포하여 베이킹하여, SOG(Spin-On-Glass)나 티탄실리카 등의 중간층을 형성하고, 그 위에 포토레지스트로 패터닝을 행한 후 중간층을 드라이에칭하여 하층 포토레지스트를 에칭하기 위한 마스크를 형성한 것이다. 에칭가스로는 O2를 사용하고, 가스압력 0.5mTorr, RF 파워 500W, 웨이퍼 온도는 -100℃로 하고, 가스유량을 2 내지 10sccm까지 변화시켰다. 2sccm에서는 100nm/min의 에칭속도는 Cl2가스유량과 함께 증가하고, 100sccm에 있어서 1000nm/min이 되었다. 레지스트의 에칭형상은 0.5mTorr의 저가스 압력이기 때문에 높은 방향성이 얻어지고, 1.5㎛ 깊이의 레지스트의 언더커트량은 0.05㎛ 이하이고, 가스유량 의존성은 거의 없었다. 또한 에칭속도의 구멍지름 의존성은 작아 0.1㎛ 내지 1.0㎛ 사이의 구멍지름에 있어서 속도차는 3%이내였다.
[실시예 4]
본 발명의 일실시예를 제9도에 나타낸다. 마이크로파 발생기(101)에서 발생한 마이크로파는 도파관(102)을 통하고 마이크로파를 통하여 챔버(111)내의 에칭처리실(117)에 보내진다. 가스는 메스플로우 콘트롤러(106)에서 유량을 조절한 후 가스배관을 통하여 에칭처리실(117)에 보내진다. 가스는 가스배관(105)의 뒤에 설치된 가스도입구(104)를 통하여 에칭처리실(117)에 퍼진다.
에칭처리실(117)에 들어간 가스는 저지판(108)에 의하여 흐름이 제어되어 에칭처리실(117)의 중심부의 밀도가 균일하게 되도록 흐른다. 이 가스의 흐름은 웨이퍼(109)의 상부에서 마이크로파에 의하여 여기되어 플라즈마 상태가 된다. 이 플라즈마에 의하여 활성한 입자를 생성하여 웨이퍼의 에칭을 행한다. 이때 전자석(107)에 의하여 외부자장을 인가함으로써 마이크로파의 에너지가 효율좋게 플라즈마에 전달되도록 조정한다.
시료대에는 고주파전원(112)에 의하여 고주파전압을 인가할 수가 있다. 이 전원에 의하여 웨이퍼(109)에 바이어스 전압을 인가하여 입사이온의 방향성이나 에너지를 제어한다. 이 시료대에 냉각기구나 가열기구를 장비하면 웨이퍼 온도를 제어한 에칭을 행할 수도 있다.
가스도입구(104)로부터 챔버(111)내로 들어가고 에칭처리실(117)에서 플라즈마 상태로 되어 웨이퍼(109)에서 에칭반응에 사용된 가스의 흐름은 반응생성물과 함께 에칭처리실(117)에서 본 배기구인 시료대(110)의 옆을 통과하여 배기버퍼실(113)을 거쳐 진공펌프(114)에 의하여 배기된다.
고속배기속도의 진공펌프를 이용할 때나, 진공펌프를 다수 이용할 때에는 챔버(111)에 직접 진공펌프(114)를 설치하는 것이 아니고, 배기버퍼실(113)을 거쳐 챔버(111)에 설치함으로써, 에칭처리실(117)에서 본 배기구인 시료대 옆의 배기속도를 균일화 할 수가 있다. 그 결과, 가스의 흐름에 치우침(얼룩)이 없어지기 때문에 균일성 좋은 에칭이 가능하게 된다.
본 실시예의 가스의 흐름을 제어하기 위한 구성요소에는 가스도입구(104)와 저지판(108)와 배기버퍼실(113)이 있다.
가스도입구(104)는 종래의 장치에서는 특히 아무것도 처리가 되어 있지 않았었다. 가스배관(105)을 챔버(111)에 직접 접속하고, 그 접속위치도 특히 고려는 되어 있지 않았었다. 종래 장치의 일예를 제16도에 나타내고 있다. 가스배관(105)은 챔버(111)에 직접 설치되어 있다.
본 발명에서는 가스도입구의 개구부의 면적을 넓힘으로서, 가스유속이 음속의 1/3을 초과하지 않도록 하는 것을 특징으로 한다. 제9도에 나타낸 실시예에서는 가스배관(105)이 챔버(111)와 접속되는 부분에 가스도입버퍼실(116)을 설치하여, 그 버퍼부의 벽면에 복수의 가스도입구(104)를 설치함으로써, 가스도입구의 개구부 면적을 증가시켜 가스유속을 음속의 1/3 이하로 억제하고 있다.
메스플로우 콘트롤러(106)를 통하여 가스배관(105)을 흐르는 가스의 압력은 1기압 정도이고, 그 가스를 직접 챔버속으로 유입시키면, 압력차 때문에 챔버에 가스가 들어가는 곳에서 흐름이 흐트러지기 쉽다. 본 실시예에서는 가스배관(105)과 챔버(111)와의 사이에 가스도입 버퍼실(116)을 설치함으로써 압력차에 의한 흐름의 흐트러짐을 억제할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 메스플로우 콘트롤러(106)를 포함한 가스배관(105)을 챔버의 주위에 대칭성을 고려하여 복수 설치함으로써 가스의 흐름의 균일성을 높이고 있다.
플라즈마는 에칭처리실의 중심부근에 생기는 편이 활성입자가 효율좋게 웨이퍼에 입사되어 균일성도 상승한다. 에칭처리실(117)의 벽면을 따라 흐르는 가스의 흐름은 에칭에 대한 기여가 작다. 그러므로, 본 실시예에서는 이 챔버(111)의 벽면을 흐르는 가스의 흐름을 챔버의 중심부근에 흐르도록 흐름을 제어하기 위하여 저지판(108)을 설치했다. 저지판(108)은 흐름의 콘덕턴스를 나쁘게 하는 부작용도 있기 때문에 너무 큰 것을 설치하면 역효과가 될 가능성도 있다. 본 실시예에서는 가스도입구(104)로부터 에칭처리실(117)의 배기구가 되는 시료대(110)와 챔버(111)간의 간극이 보이지 않게 되고, 또한 웨이퍼(109)의 위에 걸리지 않도록 했다.
다시 본 실시예에서는 챔버와 진공펌프(114)의 사이에 배기버퍼실(113)을 설치한 것도 흐름을 제어하는 특징의 하나이다. 흐름을 균일하게 하기 위해서는 배기계도 대칭성이 좋은 것이 바람직하다. 그러나 시료대(112)에는 바이어스 인가전압을 위한 고주파전원(112)을 접속하거나 웨이퍼(109)의 온도제어를 하는 저온드라이에칭을 행하기 위하여, 냉매를 흘리기 위한 냉각기구를 설치할 필요가 있다. 이 때문에, 진공펌프를 포함한 배기계를 대칭성 좋게 설치하는 것은 어렵다.
본 실시예에서 설치한 진공버퍼(113)는 진공펌프(114)의 배기능력이 에칭처리실(117)의 배기부분에 균일하게 걸리도록 하는 작용이 있다. 또 배기능력을 높히기 위하여 복수의 진공펌프를 설치할 때에도 배기버퍼실(113)은 에칭처리실(117)의 배기를 균일하게 하는 작용하는 효과가 높다.
제10도는 본 실시예의 챔버(111)의 가스배관(105)을 포함한 수평방향의 단면도이다. 여기에서도 가스배관(105)은 4개 설치되어 있으나, 가스도입 버퍼실(116)이 있기 때문에 가스배관(105)은 1개이더라도 좋다. 그러나 흐름을 균일하게 하기 위해서는 대칭성을 고려하여 복수개 설치한 편이 좋다.
이상과 같은 구성의 마이크로파 드라이에칭 장치를 이용하여 0.3∼0.5㎛의 구멍이나 홈을 Si 기판표면에 형성했다. 시료는 레지스트 마스크 또는 SiO2마스크에 의하여 패턴을 형성한 것을 사용하고, 마이크로파 파워 400W, 압력 0.5mTorr, 가스유량 50sccm, RF 바이어스는 30W(13.56MHz)의 조건으로 SF 가스를 사용했다. 그 결과 에칭속도는 500nm/min 이상이었다. 또, 사이드 에칭량은 0.05㎛ 이하이고, 양호한 수직형상을 얻을 수가 있었다.
[실시예 5]
제11도는 본 발명의 다른 일실시예를 나타낸 것이다. 이 실시예에서는 가스도입 버퍼실(116)을 원주형상이 아니고, 가스배관(105)에 대응한 수의 고립된 가스도입 버퍼실(116)을 설치했다. 균일성을 비교하면 제9도에 나타낸 실시예의 쪽이 좋으나, 장치를 작성하는 것은 제11도에 나타낸 실시예의 쪽이 간단하게 할 수 있다고 하는 장점이 있다.
저지판(108)도 원주형상이 아니고, 고립된 것을 복수 설치하는 방법이 있다. 또 원주형상의 저지판(108)을 챔버(111)의 다른 높이의 장소에 복수 설치하거나, 저지판을 챔버(111)내의 여러 부분에 설치하여 가스의 흐름을 제어할 수가 있다. 이와 같이 버퍼실(116)을 설치함으로써 상기 실을 설치하지 않은 경우에 비하여 8인치 웨이퍼내의 에칭속도의 균일성이 2배 이상 향상하여 ±10% 이하로 할 수가 있었다.
[실시예 6]
제12도는 본 발명의 일실시예로서 다른 가스 배관법을 설명한 것이다. 이 예에서는 가스배관(105)이 챔버(111)에 복수의 부분에서 접속하고 있는데 대하여, 봄베(115)로부터 흘러오는 가스를 1개의 메스플로우 콘트롤러(106)만으로 유량을 제어하고 있다. 1개의 메스플로우 콘트롤러만으로 유량을 제어하고 있기 때문에, 유량을 정확하게 제어할 수 있어, 장치구조도 간단하게 할 수 있다는 장점이 있는 데에 대하여, 메스플로우 콘트롤러(106)로부터 챔버(111)까지의 가스배관(105)의 거리가 변하기 때문에, 에칭처리실(117)내의 가스의 흐름의 균일성이 다소 나빠지는 결점이 있다. 그러나, 가스도입구 버퍼실(116)의 크기를 장소에 따라 변화시키거나 가스도입구(104)의 개구면적이나 개구율을 장소에 따라 변화시키거나, 설치높이를 조절함으로써, 가스의 흐름의 균일성을 시스템으로서 조정할 수도 있기 때문에 균일성의 저하는 실용상은 그다지 문제가 되지 않는다. 이와 같이 복수의 가스배관(105)을 이용함으로써 단일 가스배관의 경우에 비하여 8인치 웨이퍼내의 에칭속도의 균일성이 2배 이상 향상하여 ±10% 이하로 할 수가 있었다.
[실시예 7]
제13도는 본 발명의 일실시예로서 가스배관법을 설명한 것이다. 챔버(111)에 접속하는 복수의 가스배관(105)에 대하여, 각각 1개 이상의 메스플로우 콘트롤러(106)를 이용하여 1개 이상의 봄베(115)로 부터의 가스유량을 제어하는 것이 본 실시예의 특징이다. 각각의 메스플로우 콘트롤러(106)를 흐르는 가스유량을 조정함으로써 챔버(111)내의 가스의 흐름을 균일하게 할 수가 있고, 또 동일 가스 종류의 봄베를 복수 사용함으로써 그 가스의 에칭처리실내의 흐름을 균일하게 한다고 하는 사용법 이외에, 다른 종류의 가스의 종류를 에칭처리실에서 혼합하기 위하여 다른 가스종의 봄베를 사용하는 방법도 행할 수가 있다. 각각의 가스종류에 대한 가스배관의 수나 위치 그리고, 그 속을 흐르는 가스류량을 조절함으로써, 다른 종류의 가스를 충분히 균일하게 혼합하고, 또한 그 혼합가스의 에칭처리실 내에서의 흐름을 균일하게 할 수가 있다. 이와 같이 복수의 가스배관(105)과 복수의 가스 봄베를 사용함으로써, 단일 가스배관, 단일 가스봄베를 사용하는 경우에 비하여 8인치 웨이퍼내의 에칭속도의 균일성이 2배 이상 향상하고, ±10% 이하로 할 수가 있었다.
[실시예 8]
본 발명의 다른 일실시예를 제14도에 나타낸다. 이 실시예에서는 마이크로파 도입창(103) 밑에 가스도입 버퍼실(116)을 설치하고, 웨이퍼(109)의 상부에 가스도입구(104)를 형성했다. 이 방법은 가스의 흐름의 균일성이 좋아지고, 특히 챔버 중심부의 가스유량 밀도가 증가한다고 하는 장점을 가진다. 그러나 마이크로파의 통로에 가스압력이 높은 부분이 생기기 때문에, 마이크로파의 진행을 방해하거나, 가스도입 버퍼실(116)내에서 방전을 일으킬 가능성이 있다고 하는 문제점도 있다. 그러나 이것은 마이크로파의 파워나 전자석(107)에 의한 조정, 가스도입구 버퍼실(116)내의 압력상승을 억제하기 위하여 가스유량에 시간변조를 걸거나, 그 시간변조와 동기하여 마이크로파를 투입하도록 하여 회피할 수가 있기 때문에, 실용상은 그다지 문제가 안된다.
[실시예 9]
본 발명에 의한 대형베셀 고속배기 반응성 이온에칭(RIE)장치의 실시예를 제19도에 나타낸다. 진공처리실(201)에 에칭가스를 도입하고, 13.56MHz의 고주파(202)로 방전하여 가스플라즈마(203)를 발생시킨다. 진공처리실은 직경 120cm, 높이 약 40cm의 원통형이고 전극은 평행평판형의 캐소드커플링형이고, 상부전극(204)이 접지전위, 하부전극(205)이 고주파 인가전극이고, 하부전극이 웨이퍼를 설치하는 시료대로 되어 있다. 하부전극의 직경은 90cm이고, 에칭의 균일성 향상을 위하여 하부전극 중앙부에도 처리가스를 배기할 수 있는 직경 10cm의 배기구(206)를 설치하여 하부전극의 중앙과 주변 양쪽으로부터 진공처리실 밖으로 배기했다. 전극면적은 약 6300㎠이고, 8인치 웨이퍼(207)를 6장 설치하여 동시에 에칭 처리했다.
처리가스의 배기속도는 콘덕턴스 밸브(208)를 가변으로 함으로써 변화시킬 수가 있다. 처리가스는 가스유량 콘트롤러(209)를 통하여 가스배관(210)을 거쳐 가스도입구(211)로부터 그물상으로 작은 구멍이 뚫린 버퍼실(212)을 통하여 진공처리실(201)에 도입된다. 가스도입구(211)는 2개소 이상 설치하고, 방전부 중심축에 대하여 대칭으로 설치했다. 웨이퍼를 설치하는 시료대는 웨이퍼를 0℃ 이하로 냉각하는 냉각기구(213)가 구비되어 있다. 진공처리실에는 히터(214)가 설치되어 있어 50℃ 이상으로 가열할 수 있다.
배기펌프에는 배기속도 6000ℓ/sec의 터보분자 펌프 2대를 방전부의 중심축에 대하여 대칭으로 설치했다. 가스의 통로가 되는 방전부, 진공처리실, 배기관 및 전개(全開)의 콘덕턴스 밸브의 총 배기 콘덕턴스는 12000ℓ/sec이었다. 이때, 실효배기속도는 6000ℓ/sec이다. 또, 진공처리실, 배기관의 총 면적은 약 500ℓ이고, 진공처리실내의 가스체재시간은 상기의 (3)식에 의하여 83msec이다.
제19도에 나타내는 고속배기 반응성 이온에칭 장치에 의하여 Si 단결정의 에칭을 행하였다. 시료는 8인치 Si 기판상에 포토레지스트 마스크를 형성한 것으로, 시료대에 6장 동시에 설치했다. 에칭가스로는 CF4를 사용하고, 가스압력 200mTorr, RF 파워 2KW(파워 밀도는 0.32W/㎠), 웨이퍼온도는 50℃로 하고, 콘덕턴스밸브의 개방도를 변화시킴으로써, 배기속도를 바꾸어 가스체재시간을 변화시켰다. 이때, 가스압력은 일정하고 가스유량을 변화시켰다. 이때의 Si 에칭속도의 가스유량 의존성을 제20도에 나타냈다. 가스유량 50sccm일 때, Si 에칭속도는 100nm/min이었으나, 가스유량 900sccm에서는 800nm/min으로 에칭속도가 증대하였다. 이때 1㎛의 깊이로 에칭하고 Si의 마스크로 부터의 언더커트량은 0.1㎛ 이하였다. 또 Si와 포토레지스트와의 선택비는 4.0이였다. 에칭속도의 웨이퍼내 및 웨이퍼간 균일성은 ±5% 이하였다.
[실시예 10]
본 발명에 의한 대형베셀 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치의 실시예를 제21도에 나타낸다. 진공처리실(201)에는 5개소의 마이크로파 방전부(216)가 설치되고, 각각 독립적으로 가스플라즈마(203)를 발생시킬 수가 있다. 진공처리실내에 설치된 시료대상에서 5개소의 마이크로파 방전부의 밑에 각각 합계 5장의 8인치 웨이퍼(207)를 설치하고, 동시에 에칭 처리했다. 시료대 내부에서 5개소의 웨이퍼 설치부의 근방에 각각 가스배기구(206)를 설치했다. 가스플라즈마는 진공처리실(201)에 에칭가스를 도입하고, 마이크로파 발생기(217)에 있어서 2.45GHz의 고주파를 발생시키고, 이것을 도파관(218)에 의하여 방전부(216)로 수송하여 발생시킨다. 고효율 방전을 위하여 자장발생용의 솔레노이드코일(219)이 방전부 주위에 설치되고, 875가우스의 자장에 의하여 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance:ECR이라고도 함)에 의하여 고밀도의 플라즈마가 발생된다. 에칭가스는 가스도입구(211)로부터 방전부(219), 진공처리실(201)을 거쳐 배기펌프(215)에 의하여 진공처리실 밖으로 배출된다. 배기속도는 콘덕턴스밸브(208)를 가변으로 함으로써 변환시킬 수가 있다. 처리가스는 가스유량 콘트롤러(209)를 통하여 가스배관(210)을 거쳐 가스도입구(211)로부터 그물 형상으로 작은 구멍이 뚫린 버퍼실(212)를 통하여 방전부(216)로 도입된다. 가스도입구(211)는 2개소 이상 설치하고, 방전부 중심축에 대하여 대칭으로 설치했다. 웨이퍼를 설치하는 시료대에는, 웨이퍼를 0℃ 이하로 냉각하는 냉각기구(213)가 구비되고, 13.56MHz 내지 400KHz의 RF 바이어스(202)를 인가할 수 있다. 진공처리실에는 히터(214)가 설치되어 있어, 50℃ 이상으로 가열할 수 있다.
배기펌프에는 배기속도 20000ℓ/sec의 터보분자 펌프 2대를 방전부의 중심축에 대하여 대칭으로 배치했다. 가스의 통로가 되는 방전부, 진공처리실, 배기관 및 전개방의 콘덕턴스 밸브의 총배기 콘덕턴스는 40000ℓ/sec로 했다. 이때, 실효배기속도는 20000ℓ/sec이다. 또, 진동처리실, 방전부, 배기관의 총용적은 약 2000ℓ이고, 진동처리실내의 가스체재 시간은 100msec이다.
제21도에 나타낸 대형 베셀 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치에 의하여, Si 단결정의 에칭을 행하였다. 시료는 8인치 Si 기판상에 포토레지스트 마스크를 형성한 것으로, 시료대에 5장 동시에 설치했다. 에칭가스로는 CF4를 사용하여, 가스압력 5mTorr, 마이크로파 파워 2KW, RF 바이어스는 2MHz로서 200W, 웨이퍼 온도는 -50℃로 했다. 이때의 Si 에칭속도는 가스유량 900sccm에 있어서 1.5㎛/min이였다. 이때 1㎛의 깊이로 에칭하고 Si의 마스크로 부터의 언더커트량은 0.1㎛ 이하였다. 또, Si와 포토레지스트와의 선택비는 3.0이였다. 에칭속도의 웨이퍼내 및 웨이퍼간 균일성은 ±5% 이하였다.
[실시예 11]
제1도에 나타낸 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치에 의하여 8인치 웨이퍼상에 총면적이 다른 패턴을 형성하여 Al 에칭을 행하였다. 에칭조건은 Cl2, 가스압력 3mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz로 50W, 웨이퍼 온도는 0℃로 했다. 웨이퍼 구경을 6인치 내지 8인치로 변화시켰을 경우의 실효배기속도(이하의 실시예 내용설명에서는 단지 배기속도로 표시한다)와 에칭속도의 관계를 제22도에 나타냈다. 웨이퍼내 에칭면적비율은 50%이다. 가스압을 일정(3mTorr)하게 하고 있기 때문에, 배기속도(Sl/sec)에 대한 가스유량(Qsccm)은 Q=79.05×s×0.003이다.
종래의 저속배기(약 200ℓ/sec)의 Al 에칭에서는 6인치인 경우, 에칭속도는 약 0.8㎛/min이었다. 배기속도를 500ℓ/sec로 하면, 에칭속도는 약 1.5배의 1.2㎛/min이 되고, 800ℓ/sec에서는 약 1.8배인 1.4㎛/min이 되고, 1300ℓ/sec에서는 2배인 1.6㎛/min이 되었다. 8인치 웨이퍼에서는 더욱 현저한 변화가 인지되어 800ℓ/sec에서는 종래의 2.4배, 1300ℓ/sec에서는 종래의 약 3배가 되었다.
따라서, 8인치 웨이퍼로 종래 에칭속도(6인치 200ℓ/sec)의 1.5배 이상을 얻으려면, 적어도 800ℓ/sec 이상이 필요한 것을 알았으며, 2배 이상을 얻으려면 적어도 1300ℓ/sec 이상이 필요한 것을 알았다. 또한, 이와 같은 에칭속도의 면적 의존성은 Al 이외에 Si 등의 다른 재료에서도 거의 마찬가지로 볼 수 있으며, 8인치 웨이퍼로 종래 에칭속도의 1.5배 이상을 얻기 위해서는 800ℓ/sec 이상의 배기속도가 필요하였다. 또한 가스압력, 마이크로파 파워 시료온도, 바이어스 등 에칭조건이 서로 다른 경우도 마찬가지로 8인치 웨이퍼로 종래 에칭속도의 15배 이상을 얻기 위해서는 800ℓ/sec 이상의 배기속도가 필요하였다.
[실시예 12]
제1도에 나타낸 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치에 의하여 ECR면(플라즈마 내에서 자장이 875G가 되는 면)과 웨이퍼와의 거리(ECR면 거리)를 변화시켜서 Si 에칭을 행하였다. 에칭조건은 Cl2가스압력 0.5mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz로 20W, 웨이퍼온도는 -30℃로 했다. 배기속도를 변화시켰을 경우의 ECR면 거리와 에칭속도의 관계를 제2도(3)에 나타낸다. 종래 배기속도(200ℓ/sec)에서는 ECR면 거리를 0 내지 150mm로 멀리하면 에칭속도는 300 내지 100nm/min까지 감소했다. 한편, 500ℓ/sec의 고속배기에 의한 에칭에서는 ECR면 거리가 150mm로 멀어도 에칭속도는 300nm/min을 얻을 수 있고, 다시 거리를 가깝게 하면 1000nm/min 이상으로 증대하였다. 즉, 고속배기 에칭에 의하여 ECR면 거리가 어느 정도 떨어져도 ECR면을 가깝게 한 경우와 동등 또는 그것 이상의 에칭속도가 얻어질 수 있다는 것을 알았다.
ECR면을 가깝게 했을 경우에 문제가 되는 ECR 영역에서는 플라즈마의 해리(解離) 효율이 높기 때문에, 웨이퍼에서 발생한 반응생성물이 재해리하여 웨이퍼 표면에 다시 데포지션하는 것이다. 이 감소에 의하여 에칭형상의 열화나 표면오염으로 이어질 경우가 있다. 또한 ECR면 거리를 작게 하면, 에칭의 균일성이 저하하는 경우도 있다. 표면분석으로부터 반응생성물의 웨이퍼에의 흡착량을 조사하면 제24도에 나타낸 바와 같이, 배기속도가 500ℓ/sec인 경우 ECR면 거리가 작아짐에 따라 흡착량이 증대하는 것을 알았다. 배기속도가 작은 경우(200ℓ/sec)에는 반응생성물의 배기속도가 늦기 때문에 ECR면 거리가 어느 정도 떨어져 재해리가 적어도, 웨이퍼에의 흡착량이 많아진다. 따라서, 반응생성물 흡착이 적은 저오염이고 고속의 에칭을 위해서는, ECR면 거리를 어느 정도 크게 하여 고속배기하는 것이 좋다. 제24도의 결과로부터 ECR면 거리는 40mm 이상 떨어지게 하고 배기속도 500ℓ/sec 이상을 이용하는 것이 적당하다는 것을 알았다.
[실시예 13]
제1도에 나타낸 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치에 의하여, 1 내지 10mTorr의 가스압력에 있어서 Al을 에칭했다. 에칭조건은 Cl2가스압력 5mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz에서 20W, 웨이퍼온도는 0℃로 했다. 배기속도와 Al 에칭속도의 관계를 제25도에 나타낸다. 가스유량은 가스압력에 배기속도를 곱한 것이다. 500ℓ/sec 이상에서 에칭속도는 크게 증대한다. 한편, 언더커트량의 배기속도 의존성을 제26도에 나타낸다. 가스압이 5mTorr로 높기 때문에 언더커트는 생기기 쉽고, 특히 배기속도 1300ℓ/sec 이상에 있어서 증대 경향이 컸다. 배기속도 1300ℓ/sec 이하에 있어서 언더커트량이 작은 이유는, 반응생성물의 체재시간이 길고, 이것이 패턴측벽에 데포지션하여 측면 에칭을 방지하기 때문이다. 따라서, 측벽 데포지션을 이용하지 않으면 언더커트를 억제할 수 없는 에칭이고, 또한 고에칭속도가 필요한 경우에 1000nm/min 이상의 고에칭속도로 언더커트량을 0.1㎛ 이하로 억제하기 위해서는 500ℓ/sec가 적당했다. 또 마찬가지의 에칭경향은 1 내지 10mTorr의 압력에서 얻어지고, 1000nm/min 이상의 고에칭속도로 언더커트량 0.1㎛ 이하를 만족하는 배기속도는 500ℓ/sec와 1300ℓ/sec 사이에 있었다. 또한 가스체재시간은 500ℓ/sec일때 300msec였다.
[실시예 14]
제1도에 나타낸 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치에 의하여, BCl3가스를 사용하여 Al를 에칭했다. 에칭조건은 BCl3가스압력 4mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz에서 20W, 웨이퍼온도는 20℃로 했다. Al 언더커트량의 가스압력 의존성을 제27도에 나타낸다. 배기속도는 800ℓ/sec로 했다. 언더커트량은 5mTorr 이하에서 현저하게 감소하여, 0.1㎛ 이하가 되었다. Cl2에 의한 에칭에 비교하여 BCl3에서는 보다 높은 가스압력에서 언더커트가 감소한다. 그 이유는 BCl3가 패턴측벽에 데포지션하여 측벽을 보호하는 효과가 있기 때문이다. 한편, Al 에칭속도의 마이크로 로딩(패턴 사이즈 의존성:여기에서는 0.2㎛;a와 10㎛;b의 홈 패턴 사이에서의 에칭속도의 비;a/b)의 배기속도 의존성을 제28도에 나타낸다. 마이크로 로딩은 배기속도의 증대와 함께 감소하여, 800ℓ/sec 이상에서 실용에 적합한 0.9 이상이 되었다. 배기속도 증대와 함께 마이크로 로딩이 감소하는 이유는, 배기속도 증대에 의하여 에칭반응 입자가 작은 홈내에도 충분히 공급되게 되기 때문이다. 따라서, BCl3를 이용한 Al 에칭에 있어서 언더커트와 마이크로 로딩을 억제한 에칭을 행하기 위해서는 가스압력 5mTorr 이하에서 배기속도 800ℓ/sec 이상이 좋음을 알았다. 마이크로 로딩은 작은 홈내를 최후까지 에칭하는데 필요한 오버에칭량에 관계되나, 이 경우 마이크로 로딩은 0.9 이상에서는 실용상 큰 문제가 없기 때문에, 배기속도를 필요 이상으로 크게 할 필요는 없다.
[실시예 15]
제1도에 나타낸 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치 및 제29도에 나타내는 반응성 이온에칭 장치에 의하여 Al을 에칭했다. 에칭조건은 마이크로파 에칭장치에서는 Cl2가스, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz로 20W, 웨이퍼온도는 10℃로 하고, 반응성 이온에칭에서는 RF 파워 500W, Cl2가스, 웨이퍼 온도는 10℃로 했다. Al 에칭속도와 가스압력의 관계를 제30도에 나타냈다. 배기속도는 500ℓ/sec로 했다. 마이크로파 에칭에서는 가스압력이 낮은 곳에서 에칭할 수 있기 때문에, 4mTorr에서 언더커트가 0.1㎛ 이하가 되고, 에칭속도는 1000nm/min이었다. 반응성 이온에칭에서는 저가스압에서는 에칭이 되지 않고, 10mTorr에서 언더커트는 0.2㎛이고, 에칭속도는 300nm/min이었다. 즉 마이크로파 에칭은 반응성 이온에칭에 비하면, 저가스압에서 언더커트가 작고 고속의 에칭이 가능하다. 한편, Al 에칭속도와 배기속도와의 관계를 제31도에 나타냈다. 가스압력은 4mTorr이다. 배기속도를 증대하면, Al 에칭속도는 반응성 이온에칭 보다도 마이크로파 에칭의 쪽이 현저하게 증대한다. 이것은 마이크로파 에칭에서는 반응성 이온에칭에 비하여 표면 반응속도가 크고, 소위 에칭반응 입자의 공급률속의 상태에 있기 때문에, 배기속도 증대에 의하여 에칭반응 입자의 공급을 증대하면 에칭반응이 촉진되기 때문이다. 특히 500ℓ/sec 이상에서 에칭속도가 포화경향이 되었다. 한편 반응성 이온에칭에서는 표면반응속도가 작고, 반응률속의 상태에 있기 때문에, 배기속도 증대에 의하여 에칭반응 입자의 공급을 증가시켜도 에칭속도의 증가는 작다. 따라서, 마이크로파 플라즈마 에칭을 이용하여 저가스압으로 언더커트를 방지하고, 고속배기로 에칭속도를 증대시키기 위하여, 가스압을 4mTorr 이하로 하고, 500ℓ/sec 이상의 배기속도로 하는 것이 적합하다. 언더커트는 가스압력을 내릴수록 작아지나, Al 에칭속도는 0.5mTorr 이하에서 크게 저하하여 300nm/min 이하가 되어, 실용적으로는 그다지 적합하지 않다.
[실시예16]
제1도에 나타낸 고속배기 마이크로파 플라즈마 에칭장치 및 제29도에 나타내는 반응성 이온에칭 장치에 의하여, Al을 에칭했다. 에칭조건은 마이크로파 에칭장치에서는 Cl2가스압 4mTorr, 마이크로파 파워 500W, RF 바이어스는 2MHz에서 20W, 웨이퍼 온도는 10℃로 하고, 반응성 이온에칭에서는 RF 파워 500W, Cl2가스압 10mTorr, 웨이퍼 온도는 10℃로 했다. Al 에칭속도와 가스체재시간의 관계를 제32도에 나타냈다. 여기에서는 가스유량을 가변으로 했다. 체재시간의 감소도 어느 에칭방법에서도 Al 에칭속도는 증가 경향에 있으나, 마이크로파 에칭의 쪽이 현저하게 증가했다. 체재시간 300msec에 있어서 Al 에칭속도는 1000nm/min이었다. 따라서, 언더커트 0.1㎛ 이하이고, 1000nm/min을 얻기 위해서는 가스압력 4mTorr 이하에서 가스체재시간 300msec 이하로 하는 것이 필요하다.
본 발명에 의하면, 1mTorr 이하의 고진공하에서 가스유량을 40sccm 이상으로 증대할 수 있고, 가스체재시간을 100msec 이하로 할 수 있기 때문에, 고진공하에서 언더커트를 방지하고, 대가스 유량으로 높은 에칭속도를 달성할 수 있고, 피에칭재료와 그밖의 재료와의 에칭속도비(선택비)도 증대할 수 있는 효과가 있다. 그 결과, 대단히 높은 방향성이 필요한 Si 트렌치나 콘택트 구멍 등의 고아스팩트비(패턴폭/에칭깊이의 비) 에칭을 고속도로 고정밀도로 가공할 수가 있다.
또한 1mTorr 이상의 가스압력으로도 언더커트를 어느 정도 방지하고, 에칭속도, 에칭선택성을 향상할 수가 있다.
또, 반응생성물의 재디포지션이 적기 때문에, 이에 의한 웨이퍼나 장치의 오염, 에칭형상의 이상등을 저감할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 에칭장치나 에칭재료에 한하지 않고, 예를 들면, 마그네트론형 RIE나 헬리콘 공진형 RIE 등의 다른 장치 및 알루미늄, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 동, GaAs, Si 질화막 등의 다른 재료에 관해서도 마찬가지의 효과가 있다.
또한 대형 베셀을 이용함으로써 예를 들면 8인치 이상의 웨이퍼를 다수매 동시에 에칭처리할 수 있고, 그 에칭속도도 종래와 같은 정도로 할 수 있기 때문에, 드라이에칭의 스루풋을 향상시킬 수 있어, 반도체 제품의 코스트를 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 대형 베셀, 고속배기처리 장치에서의 대구경 웨이퍼 일괄처리는 드라이에칭 이외의 프로세스에 있어서도 스루풋 증대의 효과가 크다. 예를 들면, 플라즈마 CVD 장치 스퍼터링 장치, 이온밀링장치, 플라즈마 도핑장치 등이 그 예이다. 어느 장치에서도 진공처리실이 대형화하면 처리실내의 잔류가스량이 증가하여 예를 들면 형성막내에의 잔류가스 혼입에 의한 막질열화 등의 문제가 발생하나, 고속배기에 의하여 이와 같은 효과를 저감할 수 있어, 양질의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 잔류가스량을 막 형성을 위하여 필요한 값 이하로 하는 시간을 고속배기에 의하여 단축할 수 있어, 프로세스 스루풋 향상을 도모하는 것도 가능하다.

Claims (38)

  1. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 가스의 플라즈마로 피처리물을 처리하며 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기시 실효배기속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내의 가스압력이 5mTorr 이하에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내의 가스압력이 1mTorr 이하에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내의 가스압력이 0.5mTorr 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가스의 배기는 상기 처리실내의 가스의 체재시간이 100msec 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스의 배기는 상기 처리실내의 가스의 체재시간이 50msec 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가스의 도입은 상기 처리실내의 상기 가스의 유속이 음속의 1/3 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가스의 공급은 처리실내로 공급되는 가스유량이 40sccm 이상에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내에 공급되는 가스유량이 100sccm 이상에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가스의 배기는 실효배기속도 1300ℓ/sec 이상에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 가스의 배기는 실효배기속도 2000ℓ/sec 이상에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  13. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 가스의 플라즈마로 피처리물을 처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 800ℓ/sec 이상으로 배기하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내의 가스압력이 1mTorr 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내의 가스압력이 0.5mTorr 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 가스의 배기는 상기 처리실내의 가스의 체재시간이 50msec 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 가스의 배기는 상기 처리실내의 가스의 체재시간이 100msec 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 가스의 도입은 상기 처리실내의 상기 가스의 유속이 음속의 1/3 이하가 되도록 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내로 공급되는 가스유량이 40sccm 이상에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 가스의 공급은 상기 처리실내로 공급되는 가스유량이 100sccm 이상에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  21. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고 상기 가스의 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하고, 상기 처리실내의 가스체재시간이 300msec 이내로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 에칭은 에칭속도가 15nm/min 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 에칭은 에칭속도가 50nm/min 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  24. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내에 가스압이 0.01mTorr를 초과하여 5mTorr 이하가 되도록 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 가스의 플라즈마를 이용하여 피처리물을 에칭처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  25. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 가스의 플라즈마를 이용하여 피처리물을 에칭처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상 10000ℓ/sec 이하로 배기하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  26. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 가스의 플라즈마를 이용하여 피처리물을 에칭처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하고, 상기 처리실내의 가스체재시간을 0.1msec 이상 300msec 이하로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  27. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 가스의 플라즈마로 에칭속도가 50nm/min 이상으로 피처리물을 에칭처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 800ℓ/sec 이상으로 배기하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  28. 피처리물을 처리실내에 설치하고, 상기 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마 방전하고, 상기 플라즈마로 피처리물을 처리하며, 상기 가스를 실효배기속도 800ℓ/sec 이상으로 배기하고, 가스압력 5mTorr 이하로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  29. 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 플라즈마로 상기 처리실내에 설치된 피처리물을 에칭하는 방법에 있어서, 상기 처리실내의 가스의 미반응 이온이 상기 가스의 기반응 이온보다도 많은 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  30. 용적이 100ℓ 이상 10000ℓ 이하의 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 처리실내의 가스체재시간을 0.1msec 이상 300msec 이하로 상기 플라즈마로 피처리물을 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 가스는 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  32. 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하면서 상기 플라즈마로 상기 처리실내의 단결정 실리콘을 에칭처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  33. 기판(基)상에 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막이 형성된 기체를 처리실내에 설치하는 공정과, 상기 처리실내로 가스를 도입하는 공정과, 상기 가스를 플라즈마화하는 공정과, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하면서 상기 플라즈마로 상기 절연막을 에칭처리하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  34. 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하면서 상기 플라즈마로 상기 처리실내의 알루미늄막을 에칭처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  35. 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 가스를 실효배기속도 800ℓ/sec 이상으로 배기하면서 상기 플라즈마로 지름이 8인치인 반도체 웨이퍼상에 형성된 막을 에칭처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  36. 처리실내로 가스를 도입하고, 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 가스를 실효배기속도 500ℓ/sec 이상으로 배기하면서 패턴사이즈가 서로 다른 영역을 가지는 피가공물을 상기 플라즈마에 의하여 에칭처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 가스는 데포지션성을 가지는 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 가스는 실효배기속도 800ℓ/sec 이상으로 배기되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
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