KR100282462B1 - 에칭장치 및 에칭방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피처리체상에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭장치로서 제1챔버; 상기 제1챔버 내에 불활성 가스를 공급하기 위한 수단; 상기 제1챔버 내에 불활성 가스를 플라즈마로 변환하기 위한 수단; 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제2챔버 내에 상기 절연막을 에칭하기 위한 반응 가스를 공급하기 위한 수단; 상기 제2챔버내의 물체를 지지하기 위한 지지 수단; 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 상기 물체에 대한 불활성 가스의 플라즈마에서 이온을 끌어당기기 위한 인력 수단; 상기 제1챔버의 압력이 에칭 중에 상기 제2챔버에서 보다 더 높게 조정되도록 상기 제1 및 제2챔버의 압력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하며, 상기 제2챔버내에 유입된 반응 가스가 상기 제 1 챔버로부터 상기 제2챔버까지 확산되는 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 자극될 때 기가 발생되며, 절연막 및 기가 불활성 가스의 이온의 지지에 의해서 서로 반응하며, 이에 의해서 절연막에 에칭하는 것을 특징으로 하는 피처리체에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭 장치가 제공된다.
Description
제1도는 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 에칭장치의 개략 구조도.
제2도는 에칭대상의 산화막을 가지는 반도체 웨이퍼를 나타내는 단면도.
제3도는 제1도의 장치에 의하여 에칭을 할 때 가스 도입 및 전원온의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트.
제4도는 본 발명의 에칭원리를 설명하기 위한 도면.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 관한 에칭장치의 개략구조를 나타내는 단면도.
제6도는 제5도 장치에 의하여 에칭을 할 때 가스 도입 및 전원의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 제1챔버 10a : 하부 개구부
11 : 0링 12,60 : 제2챔버
12a : 개구부 14,16 : 가스도입관
14a : 밸브 17 : 가스공급원
18,68 : 배기관 19 : 진공펌프
20 : 지지테이블 22 : 피처리체(반도체 웨이퍼)
24 : 실리콘기판 26 : 산화막
28 : 레지스트 30,70 : 플라즈마 생성부
32 : 안테나 34 : 자장발생기
36 : 제1RF전원 40 : 제2RF전원
50 : 콘트롤러 62 : 상부챔버
64 : 하부챔버 66 : 가스도입관
72 :코일 F : 불소
본 발명은 저압 프로세서 에칭이 가능한 에칭장치 및 에칭방법에 관한 것이다.
종래 드라이에칭 장치는 평행 평판형 전극을 가지는 것이 주류이고, RIE(반응성 이온 에칭) 방식과 PE(플라즈마 에칭) 방식이 알려져 있다. 어느쪽 방식의 경우에도 에칭가스에 의한 플라즈마를 생성시키는 관점 및 이것을 유지하는 관점에서 에칭실내의 가스 압력을 100mTorr 이상의 비교적 높은 압력으로 설정할 필요가 있다. 이와 같이 비교적 높은 압력 본위기하에 있어서의 에칭에서는 반응 부생성물이 먼지로 되고, 특히 근년의 미세처리가 요구되는 반도체 장치에 있어서는 그 먼지가 수율을 저하시키는 원인으로 되어 있다.
또, RIE 방식의 드라이에칭 장치에서는 물리적 에칭으로 주체이기 때문에 예를 들어 500∼600eV것의 고 에너지의 이온이 웨이퍼에 향하여 입사되고, 이것에 의하여 반도체 웨이퍼가 데미지를 받는다고 하는 문제가 있다.
PE방식의 드라이 에칭장치는 에칭 형성 제어가 비교적 용이하나 높은 에칭비율을 얻는 것이 곤란하다고 하는 지적되고 있다.
또, 어느쪽의 방식에 있어서도 에칭 반응 가스의 이온 에너지에 의한 웨이퍼 데미지에 관한 문제는 에칭대상이 산화막인 경우에 현저하고, 특히 게이트 산화 파괴등의 문제가 지적되고 있다.
한편, 근년 비교적 압력분위기에 고밀도의 플라즈마를 생성하여 미세가공의 에칭을 하는 마그네트론 RIE방식이 실용화되고 있다. 그러나, 이 방식에 의하면, 점계 및 자계에 직교하는 방향의 웨이퍼 끝단부에 전자가 편재하여 플라즈마가 불균일하게 되기 쉽다.
또, 자계의 회전이나 주사를 가하고는 있는 것이나, 어느 단시간에는 플라즈마가 웨이퍼 상에 편재하기 때문에 그것이 예를 들면, 메모리소자를 구성하는 게이트 산화막 파괴의 원인으로 되고 산화막 파괴의 문제를 효과적으로 해결하는 것이 이르지 않고 있다.
여기서 본 발명의 목적으로 하는 바는 피처리체중의 산화막등의 절연막에 대하여 에칭을 할 때에 절연막의 파괴를 저감할 수 있고, 더구나 이방성의 높은 에칭을 할 수가 있는 에칭장치 및 에칭방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 제1의 실시예에 있어서는 피처리체상에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭장치로서 제1챔버; 상기 제1첨버 내에 불활성 가스를 공급하기 위한 수단; 상기 제1챔버 내에 불활성 가스를 플라즈마로 변환하기 위한 수단, 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제2챔버 내에 상기 절연막을 에칭하기 위한 반응 가스를 공급하기 위한 수단; 상기 제2챔버내의 물체를 지지하기 위한 지지 수단; 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 상기 물체에 대한 불활성 가스의 플라즈마에서 이온을 끌어당기기 위한 인력 수단; 상기 제1챔버의 압력이 에칭 중에 상기 제2챔버에서 보다 더 높게 조정되도록 상기 제1 및 제2챔버의 압력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하며, 상기 제2챔버내에 유입된 반응 가스가 상기 제1챔버로부터 상기 제2챔버까지 확산되는 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 자극될 때 기가 발생되며, 절연막 및 기가 불활성 가스의 이온의 지지에 의해서 서로 반응하며, 이에 의해서 절연막에 에칭하는 것을 특징으로 하는 피처리체에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭 장치가 제공된다.
이 발명의 제2실시예에 있어서는 피처리체상에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭장치로서 피처리체로부터 분리된 상기 제1챔버 내에 플라즈마로 불활성 가스를 변환하기 위한 수단; 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제1챔버로부터 분리된 제2챔버 내에 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 반응 가스를 자극함으로써 기를 발생하기 위한 수단, 상기 제2챔버 내에 반응 가스를 자극하기 위한 보조 자극 수단을 포함하며; 상기 제2챔버와 통하는 제3챔버는 피처리체에 불활성 가스의 플라즈마 내의이온을 끌어당기고 이온의 지지로 절연 및 활성부 사이의 반응을 야기하기 위한 전극 수단을 포함하는 에칭 장치가 제공된다.
이 발명의 제3실시예에 있어서는, 피처리체상에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭방법으로서 피처리체로부터 분리된 플라즈마 발생 영역에서 불활성 가스를 플라즈마로 변환하는 단계; 상기 플라즈마 발생 영역으로부터 분리된 영역에서 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 반응 가스를 자극함으로써 기를 발생하는 단계; 피처리체로 불활성 가스의 플라즈마 영역 내에 이온을 이끌어서 이온의 지지에 의해서 절연막 및 기 사이의 반응을 야기하는 단계를 포함하는 절연막을 가지는 피처리체의 절연막을 에칭하는 방법으로서, 상기 플라즈마 발생 영역의 압력은 에칭 동안에 상기 플라즈마 발생 영역로부터 분리된 상기 영역에서 보다 더 높게 조정되는 에칭방법이 제공된다.
이 발명의 제4실시예에 있어서는, 피처리체상에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭방법으로서 유입될 불활성 가스 내에 제1챔버; 상기 제1챔버내에 상기 불활성 가스를 플라즈마로 만들기 위한 수단; 유입될 상기 절연막을 에칭하기 위한 반응 가스를 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제2챔버 내의 물체를 지지하기 위한 지지 수단; 및 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 상기 물체에 대해 불활성 가스의 플라즈마에서 이온을 끌어당기기 위한 인력 수단을 포함하는 에칭 장치에 의해서 프로세스될 물체에 형성되는 절연막을 에칭하기 위한방법으로서, 상기 제1챔버 내에 상기 불활성 가스를 유입하는 단계; 상기 제1챔버내에 상기 불활성 가스를 플라즈마로 만드는 단계; 상기 제2챔버 내에 상기 반응 가스를 유입하는 단계; 상기 제2챔버로 확산된 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 상기 제2챔버 내에 반응 가스를 자극함으로써 기를 발생하는 단계; 및 상기 물체로 불활성 가스의 플라즈마 내에 이온을 이끌어서 이온의 지지에 의해서 서로 반응하는 기 및 절연막을 만드는 단계를 포함하며, 상기 제1챔버의 압력은 에칭 중에 상기 제2챔버에서 보다 더 높게 조정되는 에칭 방법이 제공된다.
이 발명에 의하면, 불활성 가스의 플라즈마에 의한 반응성 가스를 여기시키어 활성원을 생성시키고, 불활성 가스의 플라즈마중의 이온 어시스트에 의하여 절연막과 활성원과를 반응시키어 에칭을 진행시키므로 이온은 반응을 진행시키는 에너지를 가지게 하면, 충분하고, 이온 에너지는 적어도 좋다. 따라서, 피처리체의 절연막의 데미지를 충분히 저감시킬 수가 있다. 또한 불활성 가스의 플라즈마에 의하여 반응성 가스를 여기하고 있기 때문에 반응성 가스 자체의 압력을 비교적 저압으로 한 분위기에서 에칭을 할 수가 있다. 따라서, 이온의 산란이 적게 되고, 피처리체에 대하여 수직으로 이온이 입사하기 쉽기 때문에 에칭의 이방성을 높게 하는 것도 가능하게 된다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 에칭장치의 개략구조를 나타내는 단면도이다. 이 에칭장치는 피처리체 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 절연막을 에칭하기 위한 것이고, 제1챔버(10)와, 이 제1챔버(10)의 아래쪽에 설치되고, 제1챔버보다도 큰 직경의 제2챔버(12)를 가지고 있다. 제1챔버(10)의 하단에는 개구부(10a)가 형성되고, 제2의 챔버의 상부에는 개구부(12a)가 형성되어 있고, 이들 개구부에 의하여 양자는 연이어 통해져 있다. 또, 이들의 사이에 0링(11)이 설치되어 있고, 이들에 의하여 양자가 기밀하게 접속되어 있다.
제1챔버(10)는 석영유리, 알루미나, 질화규소와 같은 절연재료로 형성되고, 제2챔버(12)는 도전재료 예를 들면, Al로 형성되어 있다. 제1챔버(10)의 상단에는 불활성 가스 도입용 가스도입관(14)의 접속되어 있다. 이 가스 도입관(14)는 불활성 가스 공급관(15)에 접속되어 있고, 불활성 가스공급원(14)의 Ar, Kr 또는 Xe등의 불활성 가스가 가스도입관(14)을 통하여 제 1 챔버(10)내에 도입된다. 또, 가스도입관(14)의 중간에는 가스 도입관을 개폐하기 위한 밸브(14a)가 설치되어 있다.
제2챔버(12)내에서 제1챔버(10)와 대향하는 위치에 피처리체를 지지하기 위한 지지테이블(20)이 설치되어 있다 지지테이블(20)상에는 피처리체(22)가 재치된다. 피처리체는 바람직하게는 적절한 구동수단 예를 들면 진공척, 정전척, 클램프링에 의하여 지지 테이블(20)에 고정된다.
피처리체(22)는 에칭대상으로 이루어지는 절연막을 가지고 있다. 절연막으로서, 산화막 및 질화막이 열거되고, 구체적으로 SiO2, Ta2o2, Si3n4및 BPSG등의 유리를 열거 할 수 있다. 피처리체(22)로서는 예를 들면, 제2도에 나타낸 구조를 가지는 반도체 웨이퍼를 사용할 수가 있다. 제2도에 나타낸 반도체 웨이퍼는 실리콘기판(24)과, 그 위에 형성된 에칭대상으로 되는 산화막(SiO2)과, 또한 그 위에 형성되고 에칭패턴이 형성된 레지스트(28)가 구비되어 있다.
제2챔버(12)에는 제1챔버(10)의 연결부의 주변에 원주 방향에 따라 복수(도면에서는 2개)의 반응성 가스 도입관(16)이 접속되어 있다. 이 가스 도입관(16)은 중간에서 연결되어 1개로 되어 반응성 가스 공급원(17)에 접속되어 있고, 반응성 가스 공급원(17)중의 반응성 가스가 반응성 가스 도입관(16)을 통하여 제2챔버(12)내에 도입된다. 또, 가스도입관(16)이 연결된 부분에는 가스 도입관을 개폐하기 위한 밸브(16a)가 설치되어 있다. 상기 반응성 갖은 절연막과 반응하여 절연막을 에칭하기 위한 것이고 통상 할로겐 원소를 함유하는 가스를 사용한다. 할로겐 원소로서는 불소(F)가 바람직하고, 에칭 대상이 SiO2의 경우에는 예를 들면 CHF3또는 CF4의 단독가스 또는 CF4와 H2와의 혼합가스가 사용된다. 제2챔버(12)의 바닥벽에는 제1, 제2챔버(10),(12)내를 배기 하기 위한 배기관(18)이 접속되어 있다. 배기관(18)에는 진공펌프(19)가 접속되어 있고, 이 진공펌프(19)에 의하여 제1, 제2의 챔버(10),(12)내부가 배기되어 소정의 진공도로 유지된다.
제1챔버(10)에는 헤리콘파형 플라즈마 생성부(30)가 설치되어 있다. 이 헤리콘파형 플라즈마 생성부(30)는 절연성의 제1챔버(10)의 주위에 예를 들면 직경방향으로 2번 감겨진 루프안테나(32)와, 이 루프안테나(32)의 주위에 배치되고, 제1챔버(10)내에 자장을 형성하는 자장발생기(34)와, 루프안테나(32)의 양단에 접속된 제1RF 전원(36)를 가진다. 이 제1RF전원(36)으로서는 예를 들면, 그 주파수가 상용 주파수인 13.567Hz의 것이 사용된다.
한편, 도전성의 제2챔버(12)는 접지되고, 그 내부에 배치된 지지테이블(20)에는 콘덴서(42)를 통하여 제 2 RF전원(40)이 접속되어 있다. 이 제 2 RF전원(40)도 주파수가 사용주파수인 136.56MHz의 것을 사용할 수가 있으나, 후술한 바와 같이 그것보다도 저주파수 예를 들면 수백 KHz의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 제2챔버(12) 및 지지테이블(20)사이에 공급되는 RF 파워는 비교적 낮은 파워로서 좋으며, 예를 들면, 300w이하로 설정된다.
RF 전원(36),(40), 밸브(14a),(16a), 진공펌프(19)는 콘트롤러(50)에 접속되어 있고, 콘트롤러(50)에 의하여 진공흡인 타이밍, 가스공급 타이밍 및 RF전력의 인가 타이밍이 콘트롤된다.
다음에 이와 같이 구성된 에칭장치에 의하여 행해지는 에칭동작에 대하여 불활성 가스로서 Ar을 반응성 가스로서 CHF3를 사용하여 피처리체로서 제2도에 나타낸 구조의 반도체 웨이퍼를 사용한 경우를 예를 들어 설명한다.
먼저 진공펌프(19)에 의하여 배기관(18)을 통하여 제1, 제2의 챔버(10),(12)내를 진공흡인하고, 이들 챔버내를 예를 들면 10-6Torr의 고진공도를 설정한다. 다음에 밸브(14a)를 열게 하고, 불활성 가스공급원(15)로부터 가스도입관(14)을 통하여 제1챔버(10)에 Ar가스를 도입하고, 이어서 제1RF 전원(36)을 온으로 한다. 그후 반응성 가스공급원(17)로부터 가스도입관(16)을 통하여 제2챔버(12)내에 반응성 가스로서 CHF3를 도입함과 동시에 제2RF 전원(40)을 온 한다. 이때 가스 도입 및 전원을 온의 타이밍을 제3도에 나타낸다.
이 결과 제1챔버(10)내에서는 헤리콘파형 플라즈마 생성부(30)의 작용에 의하여 Ar 가스가 플라즈마화 된다. 여기서 자장중을 저주파로 전달하는 헤리콘파는 그의 전달중 파괴효과(Landau damping effect)에 의하여 전자만을 가속하고, 플라즈마는 비교적 여기되기 쉬우므로 제1챔버(10)내를 비교적 저압으로 유지한 상태에서 플라즈마가 생성된다.
한편, 제2챔버(12)내에서는 제1챔버(10)내에서 생성된 Ar의 플라즈마가 확산하고, 예를 들면 그 중의 전자가 반응성 가스를 여기한다.
이 경우에 가스를 여기할 때에 Ar 가스의 플라즈마중의 전자에 의한 어시스트가 존재하기 때문에 평행평판형 전극간의 전계의 작용에 의존하여 반응성 가스의 플라즈마를 생성하고 있던 종래의 장치와 비교하여 제2챔버(12)내의 압력이 비교적 저압으로 있어도 활성원이 다량으로 생성되는 것이 된다. 예를 들어 제2챔버(12)내의 압력이 수 mTorr로부터 수십 mTorr에서도 다량의 활성원을 생성할 수가 있다. 이 활성원은 지지테이블(20)상의 반도체 웨이퍼(22)에 흡착된다.
또, 이 제2의 챔버(12)내의 압력은 가스의 산란을 방지하여 에칭의 이방성을 확보하는 관점에서는 100mTorr이하 인 것이 바람직하고, 10mTorr이하가 더 바람직하다.
또, 제1챔버(10)내의 압력은 제2챔버(12)내의 압력보다도 높은 것이 바람직하다. 이와 같이 압력을 설정하는 것에 의하여 제2챔버(12)내의 반응성 가스 또는 그 활성원이 제1챔버(10)내에 도입되는 것이 저지되고, 제1챔버(10)내에서 생성된 플라즈마중의 전자가 제2챔버(12)내에서 원활하게 이동할 수가 있다. 이와 같은 압력차는 제1챔버(10)와 제2챔버(12)와의 사이에 메시를 배치하는 등에 의하여 용이하게 형성할 수가 있다. 제1챔버(10)내의 압력은, 플라즈마가 생성되는 정도로 설정되어 있으면 좋으나, 제2챔버(12)의 압력과의 관계로부터 100mTorr 이상이 바람직하고, 더 바람직하기로는 ITorr 이상이다.
제2챔버(12)의 벽부와, 그 내부에 배치된 지지테이블(20)과의 사이에는 전원(40)으로부터 RF파워가 공급되어 있고, 더구나 제2챔버(12)내의 전자는 운동하기 쉬운 한편, 이온 운동이 어렵기 때문에 결과적으로 지지테이블(20)쪽이 항상 부 전위로 되고, 직류적인 바이어스가 가해진 상태로 된다. 즉, 셀프 바이어스 효과가 생긴다. 따라서, 제1챔버(10)내에서는 생성된 Ar 이온은 그 전계 방향에 따라 지지테이블(20)쪽에 가속되는 것이 된다. 그 결과 Ar이온은 제4도에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(22)에 대하여 수직으로 입사되고, 이것에 의하여 반도체 웨이퍼(22)에 흡착된 활성원이 활성화되고, 활성화된 활성원과 산화막(26)과의 사이에서 화학적 반응이 활성화되고, 활성화된 활성원과 산화막(26)과의 사이에서 화학적 반응이 생기고, 산화막(26)의 에칭이 진행된다. 여기서 제2챔버(12)내는 상술한 바와 같이 비교적 저압으로 설정되어 있으므로 Ar의 이온 가속 중에 가스에 충돌하여 산란하는 것이 적게 되고, 산란 분자자 적게되기 때문에 에칭의 이방성이 향상된다.
또한, 상기 에칭 방식에 의하면, 이온의 물리적 에칭을 공급하는 것에 의하여 활성원에 의한 화학적 에칭을 수행시킬 수 있기 때문에 이온은 반응을 진행시키는 에너지를 가지면 충분하게 되고, 예를 들면 100eV 정도의 저 에너지에 있어서도 에칭이 진행하는 것이 된다. 이 때문에, 제2RF전원(40)의 공급파워가 예를 들면 300W 이하로 적어도 된다. 이와 같이 이온 에너지를 적게 할 수 있기때문에 산화막(26)의 에칭때에 그 파괴를 충분히 할 수 있는 것이 된다. 이 효과는 종래 특히 파괴가 문제로 되었던 게이트 산화막에 대하여 현저하다.
또, 상술한 반응성 가스의 CHF3나 CH4+H2등은 SiO2의 에칭가스로 하여 확립되어 있는 것이고, 실리콘에 대한 선택비가 높고, 더구나 SiO2의 에칭비율을 높게 유지할 수가 있다. 상기 장치에 있어서는 이와 같은 가스에 의한 에칭을 사용한 채 저압 에칭을 실현할 수가 있으므로 산화막에 손상을 주지 않고 이방성 에칭이 달성되고, 근년의 미세에칭에 적합하다.
또, 상술한 바와 같이 제 2 RF 전원(40)의 주파수를 사용주파수인 13.56MHz 보다 적은 주파수, 예를 들면 수백 KHz로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 저주파수로 하는 것에 의하여 RF 전압의 정역반전에 수반하여 이온이 이동 할 수 있기 때문에 전자의 운동뿐만 아니라 플라즈마의 운동도 이용하여 에칭비율을 항상 시킬 수가 있다.
다음에 본 발명의 제2의 실시예에 대하여 설명한다. 제5도는 본 발명의 제2실시예에 관한 에칭장치의 개략 구조를 나타내는 단면도이다. 이 에칭장치는 반응성 가스를 보조적으로 여기하기 위한 수단이 설치되어 있는 점이 상기 실시예와 상이하게 되어 있다. 이 장치에 있어서 반응성 가스를 보조적으로 여기하기 위한 수단을 설치한 점 및 이에 따라 제2챔버의 구조가 상이하게 되어 있는 점을 제거하여 근본적으로 제1실시예의 장치와 동일한 구조를 가지고 있으므로 그 부분에 대하여 동일한 부호를 부쳐서 설명을 생략한다.
이 장치에 있어서는, 제2챔버(60)는 상부챔버(62)와 하부챔버(64)를 구비하고 있고, 상부챔버(62)는 제1챔버(62)에 의하여도 큰직경으로 되어 있다. 제1챔버(10)의 하부개구부(10a) 및 상부챔버(62)의 상부개구부(62a)에 의하여 제1챔버(10)와 상부챔버(62)가 연통되어 있고, 상부챔버의 하부개구부(62b)와 하부챔버의 상부개구부(64a)에 의하여 상부챔버(62)와 하부챔버(64)가 연이어 통해져 있다. 상부챔버(62)는 제1챔버(10)와 동일하게 석영 유리, 알루미나, 질화규소와 같은 절연부재로 형성되고, 바람직하게는 제1챔버(10)와 일체적으로 구성되어 있다. 하부챔버(64)는 도전재료 예를 들면 Al로서 형성되어 있다. 상부챔버(62)와 하부챔버(64)와의 사이에는 O링을 개재하여 두고, 이것으로부터 양자가 기밀하게 접속되어 있다.
상부챔버(62)에는 제1챔버(10)의 연결부의 주위에 원주 방향에 따라 복수(도면에서는 2개)의 반응성 가스도입관(66)이 접속되어 있다. 이 가스도입관(66)은 중간에서 연결되어 1개가 접속되어 있다.
이 가스도입관(66)은 중간에서 연결되어 1개로 된 반응성 가스도입관(17)에 접속되어 있고, 반응성 가스 공급원(17)중의 반응성 가스가 반응성 가스도입관(66)을 통하여 상부챔버(62)내에 도입된다.
상부챔버(62)의 바깥쪽에서는 그 내부의 반응성가스의 여기를 어시스트하기 위한 보조적 여기수단, 예를 들면, 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부(70)가 배치되어 있다. 이 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부(70)는 절연성이 상부챔버(62)의 주위에 나선형상으로 권회된 코일(72)과, 이 코일(72)중에서 최적한 전송선로 임피던스로 정합된 점에 접속되고, 높은 Q값으로 RF파워를 도입하기 위한 제3RF 전원(74)을 가진다.
또, 코일(72)의 길이는 자유 공간파장의 1/4 또는 1/2로 설정되어 있다.
하부챔버(64)내에는 제1실시예에 있어서의 제2챔버(12)와 동일하게, 제1챔버(10)와 대향하는 위치에 피처리체를 지지하기 위한 지지테이블(20)이 설치되어 있다. 제1실시예와 동일하게 지지테이블(20)위에는 퍼처리체(22)가 재치된다.
하부챔버(64)의 바닥벽에는 제2챔버(10),(60)내를 배기하기 위한 배기관(68)이 접속되어 있다. 배기관(68)에는 제1실시예와 동일하게 진공펌프(19)가 접속되어 있고, 이 진공펌프(19)에 의하여 제1, 제2의 챔버(10),(60)안쪽이 배기되어 소정의 진공도로 유지된다. 또 이 상태에 있어서도, 제1의 챔버(10)가 제2챔버(60)보다도 높은 압력으로 유지되는 것이 바람직하고, 제1챔버(10), 상부챔버(62), 하부챔버(64)의 순으로 압력이 낮게 되도록 설정되는 것이 보다 바람직하다. 하부챔버(64)내의 압력은 제1의 실시예에 있어서 제2챔버(12)와 동일하게 100mTorr 이하가 바람직하고, 100mTorr이하가 더 바람직하다.
지지테이블(20)에는 제1실시예와 동일하게 콘덴서(42)를 통하여 제2RF전원(40)이 접속되고, 도전성의 하부챔버(64)는 접지되어 있다.
이 실시예에 있어서도 각 RF 전원, 밸브, 진공펌프의 작동이 콘트롤러(50)에 콘트롤된다.
또, 제1챔버(10)내에서 Ar가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마 전자를 제2챔버(60)내에 집어 넣은 것으로 반응성가스를 여기하여 활성원을 생성하는 점에 있어서 그 실시예는 제1실시예와 동일하다.
이 실시예에서는 상술한 바와 같이 더 제2챔버(60)의 상부챔버(62)의 주위에 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부(70)를 설치하고, 반응성가스의 보조적 여기수단으로서 사용하고 있다.
이 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부(70)는 10-4로 부터 10-2mTorr의 넓은 압력범위에서 방전을 생기게 시킬 수가 있다. 다만, 보조적 여기수단으로서 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부(70)는 활성원의 생성을 촉진하기 위한 것만이고, 활성원을 사용한 에칭 메칼니즘은 제1실시예와 동일하다.
이때의 에칭동작도 기보적으로 제 1 실시예와 동일하게 되고, 먼저 진공펌프(19)에 의하여 배기관(68)을 통하여 제1, 제2의 챔버(10),(60)내를 진공흡입한다. 다음에 밸브(14a)를 열고, 불활성 가스공급원(15)으로부터 가스도입관(14)을 통하여 제1챔버(10)내에 Ar가스를 도입하고, 이어서 제1RF전원(36)을 온한다. 그후 반응성가스공급원(17)으로부터 가스도입관(66)을 통하여 제2챔버(60)의 상부내에 반응성 가스로서의 CHF3를 도입함과 동시에 제2RF 전원(40) 및 제3RF전원을 온한다. 이 때 가스 및 전원 온의 타이밍을 제6도에 나타난다.
이 상태에 의하면, 제1챔버(10)에서 생성된 플라즈마의 전자 및 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부(70)의 협력작용에 의하여 활성원이 다량으로 생성되기 때문에 산화막(26)의 에칭비율을 더 높게 할 수가 있다. 또 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지범위 내에서 여러가지 변형 실시가 가능하다.
예를 들면, 제1챔버(10)내에서 불활성 가스를 플라즈마화 시키는 수단으로서는 상술한 헤리칼파형 플라즈마 생성부(30)에 한정되지 않고, 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부등 다른 수단을 사용하여도 좋다. 또는 마이크로파를 도파관에서 이온 발생부에 도입하고, 자장과 상호작용으로 전자를 나선 운동시키어 전자 싸이크론 공명조건하에서 고밀도 플라즈마를 발생시키는 ECR방식, 또는 플라즈마중으로부터 전자를 인출하고 가속하여 형성되는 전자빔을 사용하여 플라즈마화하는 전자빔 여기식 플라즈마 발생부등을 채택할 수도 있다.
또, 상기 보조적 여기수단도 헤리칼 공명형 플라즈마 생성부에 한정하지 않고, 반응성 가스를 여기 할 수가 있으면 수단을 사용하여도 좋다.
또한, 본 발명에서 사용되는 반응성가스로서는 상술한 각종 에칭가스에 한정하지 않고, 하지층에 대한 선택비가 높고, 또한 소정의 에칭비율을 기대할 수 있는 여러가지 에칭가스를 사용할 수가 있다.
Claims (32)
- 피처리체로부터 분리된 플라즈마 발생 영역에서 불활성 가스를 플라즈마로 변환하는 단계; 상기 플라즈마 발생 영역으로부터 분리된 영역에서 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 반응 가스를 자극함으로써 기를 발생하는 단계; 피처리체로 불활성 가스의 플라즈마 영역 내에 이온을 이끌어서 이온의 지지에 의해서 절연막 및 기 사이의 반응을 야기하는 단계를 포함하는 절연막을 가지는 피처리체의 절연막을 에칭하는 방법으로서, 상기 플라즈마 발생 영역의 압력은 에칭 동안에 상기 플라즈마 발생 영역으로부터 분리된 상기 영역에서 보다 더 높게 조정되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제1항에 있어서, 활발성을 발생하는 단계는 불활성 가스를 플라즈마로 변환하는 단계가 수행된 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Al, Kr, Xe으로 구성되는 기로부터 선택되는 적어도 한 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 할로겐 원소인 것을 특징으로 하는 에칭방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2챔버 내의 압력은 에칭 중에 100m Torr 미만으로 조정된 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제2챔버 내의 압력은 에칭 중에 10mTorr 미만으로 저장된 것을 특징으로 하는 에칭방법.
- 유입될 불활성 가스 내에 제1챔버; 상기 제1챔버 내에 상기 불활성 가스를 플라즈마로 만들기 위한 수단; 유입될 상기 절연막을 에칭하기 위한 반응 가스를 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제2챔버 내의 물체를 지지하기 위한지지 수단; 및 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 상기 물체에 대해 불활성 가스의 플라즈마에서 이온을 끌어당기기 위한 인력 수단을 포함하는 에칭 장치에 의해서 프로세스될 물체에 형성되는 절연막을 에칭하기 위한 방법으로서, 상기 제1챔버 내에 상기 불활성 가스를 유입하는 단계; 상기 제1챔버 내에 상기 불활성 가스를 플라즈마로 만드는 단계; 상기 제2챔버내에 상기 반응 가스를 유입하는 단계; 상기 제2챔버로 확산된 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 상기 제2챔버 내에 반응가스를 자극함으로써 기를 발생하는 단계; 및 상기 물체로 불활성 가스의 플라즈마 내에 이온을 이끌어서 이온의 지지에 의해서 서로 반응하는 기 및 절연막을 만드는 단계를 포함하며, 상기 제1챔버의 압력은 에칭 중에 상기 제2챔버에서 보다 높게 조정되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Al,Ar,Kr,Xe으로 구성되는 기로부터 선택되는 한 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응 가스는 할로겐 원소인 것을 특징을 하는 에칭 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제2챔버 내의 압력은 에칭 중에 100m Torr 미만으로 조정된 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제2챔버 내의 압력은 에칭 중에 10m Torr 미만으로 조정된 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제1챔버; 상기 제1챔버 내에 불활성 가스를 공급하기 위한 수단; 상기 제1챔버 내에 불활성 가스를 플라즈마로 변환하기 위한 수단; 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제2챔버 내에 상기 절연막을 에칭하기 위한 반응 가스를 공급하기 위한 수단; 상기 제2챔버내의 물체를 지지하기 위한 지지 수단; 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 상기 물체에 대한 불활성 가스의 플라즈마에서 이온을 끌어당기기 위한 인력 수단; 상기 제1챔버의 압력이 에칭 중에 상기 제2챔버에서 보다 더 높게 조정되도록 상기 제1 및 제2챔버의 압력을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하며, 상기 제2챔버내에 유입된 반응 가스가 상기 제1챔버로부터 상기 제2챔버까지 확산되는 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 자극될 때 기가 발생되며, 절연막 및 기가 불활성 가스의 이온의 지지에 의해서 서로 반응하며, 이에 의해서 절연막에 에칭하는 것을 특징으로 하는 피처리체에 형성된 절연막을 에칭하기 위한 에칭 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 플라즈마에 불활성 가스를 변환하기 위한 수단은 헬리콘 파형 플라즈마 발생부를 가지는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 헬리콘 파형 플라즈마 발생부는 상기 제1챔버 주위에 제공되는 루프 안테나와, 상기 제1챔버 내에 자장을 발생하기 위하여 상기 루프 안테나 주위에 설비된 자장 발생기와, 상기 루프 안테나의 두 개 단부에 연결된 RF 전력원을 가지는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 불활성 가스를 공급하기 위한 상기 수단은 상기 제1챔버 내에 Ar,Kr,Xe으로 구성되는 기로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 반응 가스를 공급하기 위한 상기 수단은 상기 제2챔버 내에 할로겐을 포함하는 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 인력 수단은 피처리체를 배치하기 위한 전극과, 불활성 가스의 플라즈마 내의 이온이 DC 바이어스에 의해서 피처리체로 이끌리도록 상기 전극에 DC 바이어스를 인가하기 위한 전력원을 가지는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 보조 자극 수단은 상기 제2챔버 내에 반응 가스를 보조로 자극하기 위한 보조 자극 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭장치.
- 제18항에 있어서, 상기 보조 자극 수단은 나선형 공명형 플라즈마 발생부를 가지는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제19항에 있어서, 상기 제2챔버는 서로 통하는 상단 및 하단 챔버를 가지며, 반응 가스는 상기 상단 챔버 내에 유입되며, 상기 나선형 공명 형태 플라즈마 발생부는 상기 상단 챔버에 나선형으로 감긴 코일과 상기 코일에 RF 전력원을 가지며, 피처리체는 상기 하단 챔버에 지지되는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2챔버를 배출하기 위한 배기 수단을 부가적으로 포함하며, 상기 제어 수단은 100m Torr 또는 그 미만으로 상기 제2챔버의 압력을 유지하도록 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 제어 수단은 lOm Torr 또는 그 미만으로 상기 제2챔버의 압력을 유지하도록 상기 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2챔버를 배출하기 이한 배기 수단을 부가적으로 포함하며, 상기 제어 수단을 상기 제2챔버의 압력에서 보다 더 높은 상기 제1챔버의 압력을 만들도록 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2챔버를 배출하기 위한 배기 수단을 부가적으로 포함하며, 상기 수단은 100m Torr 또는 그 미만으로 상기 제2챔버의 압력을 유지하도록 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제24항에 있어서, 상기 제어 수단은 10m Torr 또는 그 미만으로 상기 제2챔버의 압력을 유지하도록 상기 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2챔버를 배출하기 위한 배기 수단을 부가적으로 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 제2챔버의 압력 보다 더 높은 상기 제1챔버의 압력을 만들도록 상기 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 피처리체로부터 분리된 상기 제1챔버 내에 플라즈마로 불활성 가스를 변환하기 위한 수단; 상기 제1챔버와 통하는 제2챔버; 상기 제1챔버로부터 분리된 제2챔버 내에 불활성 가스의 플라즈마에 의해서 반응 가스를 자극함으로써 기를 발생하기 위한 수단, 상기 제2챔버 내에 반응 가스를 자극하기 위한 보조 자극 수단을 포함하며; 상기 제2챔버와 통하는 제3챔버는 피처리체에 불활성 가스의 플라즈마 내의이온을 끌어당기고 이온의 지지로 절연 및 활성부 사이의 반응을 야기하기 위한 전극 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막을 가지는 피처리체의 절연막을 에칭하기 위한 에칭 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 불활성 가스를 플라즈마로 변환하기 위한 상기 수단은 헬리콘 파형 플라즈마 발생부를 가지는 것을 특징으로 하는 에칭장치.
- 제27항에 있어서, 상기 반응 가스가 제2챔버 내에 유입되고, 불활성 가스의 플라즈마가 상기 제2쳄버 내에 확산되는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 전극 수단은 불활성 가스의 플라즈마 내에 이온이 DC 바이어스에 의해서 피처리체로 유인되도록 피처리체를 배치하기 위한 전극과, DC 바이어스를 상기 전극에 인가하기 위한 전력원을 가지는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제27항에 있어서 상기 제 1 및 제2챔버를 배출하기 위한 배기 수단과; 100m Torr 또는 그 미만으로 상기 제2챔버의 압력을 유지하도록 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하기 위한 제어 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 제 1 및 제2챔버를 배출하기 위한 배기 수단과; 상기 제2챔버의 압력보다 더 높은 상기 제1챔버의 압력을 만들도록 상기 불활성 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하기 위한 제어 수단을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
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