KR100716690B1

KR100716690B1 - 반도체 시료의 처리 장치 및 처리 방법

Info

Publication number: KR100716690B1
Application number: KR1020000015688A
Authority: KR
Inventors: 기시모또기요시
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2007-05-09
Also published as: KR20010006881A; JP2000357681A; JP3411240B2

Abstract

대구경 웨이퍼의 균일 에칭을 가능하게 한다.

처리조 내의 상부 전극 및 하부 전극의 중간 위치에 플라즈마용 가스를 공급하는 가스 공급구를 위치시키고, 양 전극 사이에 플라즈마를 발생하여 반도체 시료를 에칭한다. 가스 공급 수단은, 내부에 플라즈마용 가스를 유통시키고, 또한, 다수의 가스 공급구를 갖는 복수의 관을 조합시켜 구성한다.

반도체 시료, 처리조, 가스 도입 수단, 처리 장치, 전극

Description

반도체 시료의 처리 장치 및 처리 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SEMICONDUCTOR PIECE}

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 에칭 장치의 개략 구조를 도시한 단면도.

도2는 도1에 있어서 가스 공급부의 구체적 구조를 설명하기 위한 사시도.

도3은 도2에 있어서 가스 공급부의 방사상관 또는 환상관을 웨이퍼측으로부터 본 부분 확대도.

도4는 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 에칭 장치의 개략적 구조를 도시하는 단면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 챔버(처리조)

11 : 하부 스테이지(하부 전극)

12 : 가스 공급부

13 : 상부 전극

14 : 제어부

15 : 웨이퍼(반도체 시료)

11 : 방사상관

22 : 환상관

23 : 세로관

24 : 구멍(가스 공급구)

본 발명은, 플라즈마를 이용한 처리를 행하는 반도체 시료의 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이며, 특히 반도체 웨이퍼등의 에칭 장치 혹은 애싱 장치와 그 방법에 관한 것이다.

에칭 장치로 가장 중요하고 또한 곤란한 것이, 에칭의 균일성의 확보이다. 이 균일성을 결정하는 데 중요한 것이, 플라즈마, 가스 흐름, 압력, 등의 각 파라메터를 웨이퍼 상에서 균일하게 하는 것이다. 특히 300㎜ 대응 에칭 장치의 개발과 같이, 대구경 대응의 에칭 장치로 곤란한 것이 가스를 균일하게 공급하는 방법이다.

에칭 장치에 있어서, 가스의 흐름을 균일하게 하기 위해서는, 가스의 배기도 균일하게 해야 하지만, 가령 웨이퍼 주변부에서 대칭적으로 배기를 하더라도, 가스의 공급 위치가 웨이퍼로부터 떨어져 있는 경우는, 웨이퍼의 센터와 엣지로 가스의 흐름 혹은 성분이 불균일해지기 쉽다.

샤워 헤드를 이용하는 경우, 웨이퍼의 바로 윗쪽에 적재 배치하는 것이 가능하고, 가스를 균일하게 공급할 수 있는 방법으로서 많이 이용되고 있다.

그러나 샤워 헤드를 웨이퍼에 지나치게 접근하면, 압력의 균일성을 확보하는 것이 곤란해지고 에칭 특성의 균일성의 악화를 초래한다.

특히 대구경화 대응의 경우 이 문제는 심각하며, 예를 들면, 평행 평판 타입의 에칭 장치로 200㎜와 동일한 갭(상하 전극이나 웨이퍼와 샤워 헤드 사이의 거리)로 300㎜ 대응의 에칭 장치를 제작한 경우, 웨이퍼의 센터부와 엣지부에서 압력의 차가 생겨 버리고, 에칭의 균일성을 얻는 것이 곤란하다.

또한 갭을 넓히면, 웨이퍼 바로 윗쪽에서 가스를 공급할 수 있는 이점이 희박해져 버린다.

이어서, 에칭의 균일성과 동시에 중요한 것이, 넓은 프로세스 윈도우의 확보이다. 특히 1대의 장치로 컨택트 홀과 배선이나 홈의 가공 등 다른 종류의 구조를 에칭하는 경우 문제가 되기 쉽다.

이것은, 웨이퍼로부터의 부산물(에칭 생성물)의 공급이 많은 웨이퍼 센터부와, 주위에 에칭하는 대상물이 적은 웨이퍼 엣지부와에서는 에칭 특성에 차가 나오기 쉽고, 이것을 가스의 공급 방식으로 보정하는 것도 가능하지만, 에칭 대상물의 구조가 변한 경우, 센터와 엣지에서의 균일성의 확보를 하나 이상의 프로세스로 실현하는 것은 매우 곤란해진다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명은, 처리조 내의 압력의 균일성을 확보하기 위해, 갭을 넓게하는 것을 가능하게 하면서, 가스의 공급은 웨이퍼 바로 윗쪽에서 행하고, 대구경화 대응의 에칭 장치에 있어서도, 균일한 프로세스를 확보하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은, 하나 이상의 프로세스 예를 들면, 웨이퍼의 표면이 거의 레지스트에 덮여 있는 컨택트 구조와, 에칭 면적이 반 이상 있는 배선 구조의 양방을, 균일성을 확보하여 에칭하는 것을 목적으로 하고 있다.

이를 실현하기 위해, 본 발명의 반도체 시료의 처리 장치는, 처리조 내에 상부 전극 및 하부 전극을 구비하고, 상기 양 전극 사이에 플라즈마를 발생하여 반도체 시료를 처리하는 처리 장치에 있어서, 상기 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 가스 공급구를 위치시켜 플라즈마용 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 반도체 시료의 처리 장치는, 처리조 내에 상부 전극 및 하부 전극을 구비하고, 상기 양 전극 사이에 플라즈마를 발생하여 반도체 시료를 처리하는 처리 장치에 있어서, 상기 처리조의 상부 또는 측부에서 플라즈마용 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비함과 동시에, 상기 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 가스 공급구를 위치시켜 플라즈마용 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 반도체 시료의 처리 장치는, 상기 가스 공급 수단이, 내부에 플라즈마용 가스를 유통시키고, 또한, 다수의 가스 공급구를 갖는 복수의 관을 조합시켜 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 반도체 시료의 처리 장치는, 상기 가스 공급 수단이, 상기 가스 공급구와 상기 반도체 시료의 거리를 가변으로 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 반도체 시료의 처리 장치는, 상기 가스 공급 수단이, 상기 반도체 시료의 표면에 대응하여 분포가 조정된 다수의 가스 공급구를 갖는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 반도체 시료의 처리 방법은, 처리조 내의 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 플라즈마용 가스를 공급하여 반도체 시료를 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 반도체 시료의 처리 방법은, 처리조의 상부 또는 측부에서 플라즈마용 가스를 도입함과 동시에, 상기 처리조 내의 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 플라즈마용 가스를 공급하여 반도체 시료를 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 반도체 시료의 처리 방법은, 상기 처리조의 상부 또는 측부에서 도입하는 플라즈마용 가스와, 상기 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 공급하는 플라즈마용 가스를 다른 가스로 하는 것을 특징으로 한다.

실시 형태 1

도1은, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 에칭 장치의 개략적 구조를 도시하는 단면도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 이 에칭 장치는, 챔버(10)(처리조)와, 이 챔버 하부에 설치된 하부 전극을 겸하는 하부 스테이지(11)와, 가스 공급구가 챔버 내에 상하 이동 가능하게 배치된 가스 공급부(12)와, 챔버 상부에 배치된 상부 전극(13)을 구비하고 있다. 하부 스테이지의 위에는 웨이퍼(15)(반도체 시료)가 놓여진다.

또한, 하부 스테이지(11)의 하측에는, 제어부(14)가 배치되어 있다. 이 제어부(14)는, 가스 도입부(12)를 상하 이동시키는 기구를 갖추고 있는 것 외에 파워 도입 기구, 정전 처크 관계, 웨이퍼 승강 기구, 웨이퍼 온도 조절 기구 등을 포함하고 있다.

챔버(10)내에는 상부 전극(13), 혹은, 안테나로부터의 파워 도입에 의해 방전이 생기고, 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마 가스에 의해, 하부 스테이지(11)상에 적재된 웨이퍼(15)가 에칭된다.

도2는, 도1에 있어서의 가스 도입부(12)의 구체적 구조를 설명하기 위한 사시도이다.

가스 공급부(12)는, 중심으로부터 방사상에 배치되어 축이 되는 방사상 관(21), 링형의 환상관(22), 및 지지를 겸하는 세로관(23)으로 구성되고, 이들 복수의 관이 플라즈마용 가스를 도통시키도록 연통하고 있다.

방사상관(21), 환상관(22) 및 세로관(23)의 수와 배치는 임의로 조정 가능하다. 다만, 인접하는 세로관(23)의 간격은 웨이퍼(15)를 삽입할 수 있도록 웨이퍼 직경 이상으로 한다. 웨이퍼(15)는, 반송 로보트에 의해 가스 공급부(15)의 바로 아래에 적재된다.

세로관(23)은, 제어부(14)의 액튜에이터에 이어져 있으며, 레시피로써 상하 이동이 가능하다.

방사상관(21), 환상관(22) 및 세로관(23)은, 중공 형상의 파이프형 이며, 안을 프로세스 가스가 흐른다. 가스의 도입은 1개 혹은 여러개의 세로관(23)으로 행하고, 같이 가스의 배출도 1개 혹은 여러개의 세로관(23)으로 행한다.

도3은, 방사상관(21) 또는 환상관(22)을 웨이퍼측으로부터 본 부분 확대도이다. 도면에 도시한 것같이, 이들 파이프의 웨이퍼측으로는, 가스의 분출 구멍(24)(가스 공급구)이 개방되고 있다. 구멍(24)의 수(밀도)는 임의로 조정 가능하고, 웨이퍼면에서의 에칭의 균일성을 향상시키기 위해서, 센터 부분과 엣지 부분으로 바꾸는 것도 가능하다. 또한 구멍(24)의 크기에 관해서도 센터, 엣지로 바꾸는 것이 가능하다. 더욱 구멍(24)의 방향에 관해서도 바로 아래 이외로 하방 경사 방향, 수평 방향 혹은 바로 위 방향(웨이퍼의 반대측, 상부 전극 방향에)으로 여는 것도 가능하다.

이어서, 이 에칭 장치가 구체적인 구조와 사용의 형태에 관해서 설명한다. 일례로서, 예를 들면 상하 전극에 다른 주파수의 파워를 인가할 수 있는, 평행 평판 타입의(300㎜ 웨이퍼 대응 산화막 에칭 장치의 예를 들 수 있다.

에칭 조건의 일례는 다음과 같다.

압력: 40mTorr,

가스 유량: C4F8=50sccm, Ar=300sccm, CO=200sccm, 02=30sccm

파워: 상부 전극 3000W(13.56MHz), 하부 전극 1000W(400kHz)

하부를 접지접지는 것과, 자장을 가하는 것도 가능

갭: 10cm

가스 공급 높이: 수밀리∼10cm로 가변

상기의 조건으로 에칭하는 경우, 갭이 충분히 넓기 때문에, 압력의 균일성은 문제가 없고, 전극 부근이 높은 전자 온도의 플라즈마로부터 웨이퍼까지의 거리가 멀고 손상이나 전자 셰이딩의 걱정이 없다.

에칭 대상물을 높은 레이트로 혹은 라디칼등의 뉴트럴에 대하여 이온(하전입자)를 늘린 조건으로 에칭을 행하고 싶은 경우는, 가스 공급부를 가장 높게, 혹은, 상부 전극의 위치에 설정한다. 이 경우 종래의 샤워 헤드에서의 에칭에 가까운 조건이 된다.

이에 대해, (가) 센터에서 부착성이 지나치게 강한 것을 개선하거나, 엣지로 선택비가 저하되는 것을 저감시키는 등, 센터와 엣지의 불균일성을 개선하고 싶은 경우, 혹은, (나) 보다 해리가 진행되지 않는 가스로 에칭하는 것으로 대 레지스트나 대 SiN, Si와의 선택비를 향상시키고 싶은 경우에는, 가스 공급부의 높이를, 예를 들면 10mm로 설정한다.

이상과 같이, 이 가스 공급부(12)는, 웨이퍼(15)의 바로 윗쪽에 석영(Quartz) 등의 내플라즈마성이 있는 재료로 이루어지며, 또한 플라즈마를 차폐하지 않는 샤워 헤드형으로 구성되어 있다.

이 가스 공급부(12)는 평판형이 아니라, 가스를 통과시키는 파이프로 이루어지기 때문에, 플라즈마중에 놓을 수 있고, 또 파이프에는 많은 구멍이 개방되어 있기 때문에, 웨이퍼에 균일하게 가스를 공급하는 것이 가능하다.

또한, 이 가스 공급부(12)는 레시피로써 상하 이동을 가능하게 하고,에칭하 는 구조가 변한 경우라도, 레시피로 가스 공급부(12)를 최적의 높이로 설정 할 수 있기 때문에, 어떤 구조, 프로세스에 대하여도 균일한 에칭이 가능하다.

다음에, 이 에칭 장치의 동작·작용에 관해서 더욱 설명한다.

일반적으로 웨이퍼의 센터에서는 부산물도 많고, 예를 들면 웨이퍼 엣지부에 비해 부착성이 강하다. 이 영향을 저감하기 위해서는 웨이퍼의 인접 부근으로부터 신선한 가스를 공급하는 것이 알맞은 방법이지만, 본 구조를 이용하는 것으로 실현된다.

즉, 웨이퍼 중심에 인접 부근으로부터 어느 정도 이상의 유속을 갖은 가스가 공급되는 것으로 부산물의 비율이 많은 부착성이 강한 성분을 갖는 가스를 추방하여, 신선한 가스로 대체하고, 웨이퍼 엣지와의 가스의 성분의 차이를 저감할 수 있다.

에칭 대상물의 구조에 따라서, 이 작용을 강하게 하고 싶은 경우에는 가스 공급부를 레시피로 웨이퍼에 가까이 하면 좋다.

가스 공급부의 높이는, 가스의 해리의 정도에 크게 영향을 준다. 즉, 분출된 가스가 웨이퍼에 도달할 때 까지, 플라즈마속에서 저차의 분자나 라디칼, 이온에 분해되어 가지만, 웨이퍼로부터의 거리가 가까운 경우는 분해의 정도가 작다. 이러한 관점에서 각 구조에 대하여 최적의 높이를 설정한다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시의 형태에 따르면 본 발명은, 챔버 내의 압력의 균일성을 확보하기 때문에, 갭을 넓게하는 것을 가능하게 하면서, 가스의 공급은, 가스 공급부에 의해서 웨이퍼 바로 윗쪽에서 행하기 때문에, 대구경화 대응 의 에칭 장치에 있어서도, 균일한 프로세스를 확보할 수 있다.

또한, 이 실시의 형태에 따르면, 하나 이상의 프로세스 예를 들면, 웨이퍼의 표면이 거의 레지스트에 덮어지고 있는 컨택트 구조와, 에칭 면적이 반 이상 있는 배선 구조의 양방을, 균일성을 확보하여 에칭할 수 있다.

실시의 형태 2

도4는, 본 발명의 다른 실시의 형태에 의한 에칭 장치의 개략적 구조를 도시하는 단면도이다.

이 실시의 형태는, 챔버(10)의 상부나 측벽에서 가스를 공급하는 종래의 에칭 장치에, 실시의 형태 1로 설명한 가스 공급부(12)와 그 제어 기구를 부가한 것이다. 도면 중의 부호는, 도1∼도3의 것과 동일한 것을 도시하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

이 에칭 장치에서는, 도면 부호 g로 도시한 바와 같이, 종래 대로 챔버(10)의 상부 혹은 측벽에서 가스를 공급한다. 또, 액튜에이터로 이어지고, 레시피로써 상하 이동이 가능한 가스 공급부(12)의 가스 공급구(23)로부터, 도면 부호 h로 도시한 바와 같이, 가스를 공급한다.

이와 같이 두개의 방법으로 챔버(10) 내에 가스를 공급하도록 하면, 가스의 공급량과 그 분포 및 가스 속도 등의 제어의 가능성을 더욱 늘릴 수 있다.

또한, 이 경우, 가스류(g)와 가스류(h)로 가스의 종류를 바꾸는 것도 가능하다.

예를 들면, 토탈 가스 유량: C4F8=50sccm, Ar=300sccm, CO=200sccm, 02=30sccm 중, 그다지 해리를 진행시키고 싶지 않은, C4F8은 가스류(h)로서 플라즈마중으로 흘려, 그 밖의 가스를 가스류(g)로서 챔버(10)의 상부로부터 흘리는 것도 가능하다.

또한, 예를 들면, 가스 공급부(12)의 가스 공급구(23)로부터, 웨이퍼(15)의 바로 윗쪽의 플라즈마중 보다 예를 들면 선택비를 높일 목적으로 에칭에 관계하는 재료를 공급한다. 이것은, 가스 공급부 전체 혹은 웨이퍼 표면부의 소모 재료로 S1C, S1, SiN, C를 이용하는 경우 등이다.

이상과 같이 ,이 실시의 형태에 있어서도, 동심원의 수개의 링 및 이들을 잇는 여러개의 파이프에 가스를 흘릴 수 있는 구조로 하고, 파이프에 개방된 다수의 구멍보다 가스를 웨이퍼에 분출되는 구멍을 설치한다.

이에 따라, 플라즈마용 가스의 공급을 웨이퍼 인접 부근의 플라즈마 생성 영역에서 행하는, 즉 플라즈마 공간을 결정하는 상부 플레이트를 그대로 유지하면서 가스 공급부만을 웨이퍼에 가깝게 하는 것을 가능하게 한 것이다.

또한, 이 가스 도입의 높이는 레시피로 가변으로 할 수 있고, 균일성 조정 등의 마진이 넓어진다. 또, 가스의 도입은 종래의 샤워 헤드 마찬가지로 넓은 영역의 다수의 구멍에서 공급하는 것이 가능하고, 웨이퍼의 인접 부근에 있기 때문에, 구멍의 수 등을 조정함으로써 웨이퍼의 중심과 엣지로 가스의 공급량을 최적화시키는 것이 용이하여 진다. 이에 따라 대구경 웨이퍼의 균일 에칭이 가능하게 된다. 재료에 관해서는 석영(Quartz)이 알맞지만, 이것을 C이나 Si, SiC로 함으로써 웨이퍼 바로 윗쪽에서 F 등의 스커벤지 효과를 갖게 하는 것도 가능해진다.

이상 설명한 이 실시의 형태에 있어서도, 실시 형태 1과 동일한 효과를 발휘하는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 에칭 장치에 따르면, 다음과 같은 효과를 발휘한다.

(1) 웨이퍼내 에칭율의 균일성 향상을 꾀할 수 있다.

(2) 웨이퍼내 에칭 선택비의 균일성 향상을 꾀할 수 있다.

(3) 웨이퍼내 에칭형상의 균일성 향상을 꾀할 수 있다.

(4) 마이크로 로딩 효과의 저감을 꾀할 수 있다.

(5) 대 레지스트, 대 하지 선택비의 향상을 꾀할 수 있다.

(6) 차지업 손상의 저감을 꾀할 수 있다.

Claims

처리조 내에 상부 전극 및 하부 전극을 구비하고, 상기 양 전극 사이에 플라즈마를 발생하여 반도체 시료를 처리하는 처리 장치에 있어서, 상기 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 상기 반도체 시료의 표면을 향해 플라즈마용 에칭 가스를 공급하는 가스 공급구를 갖는 가스 공급 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 장치．
처리조 내에 상부 전극 및 하부 전극을 구비하고, 상기 양 전극 사이에 플라즈마를 발생하여 반도체 시료를 처리하는 처리 장치에 있어서, 상기 처리조의 상부 또는 측부에서 플라즈마용 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비함과 동시에, 상기 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 상기 반도체 시료의 표면을 향해 플라즈마용 에칭 가스를 공급하는 가스 공급구를 갖는 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 장치．
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 공급 수단은, 내부에 플라즈마용 에칭 가스를 유통시키고, 또한, 다수의 가스 공급구를 갖는 복수의 관을 조합시켜 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 장치．
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 공급 수단은, 상기 가스 공급구와 상기 반도체 시료의 거리를 가변으로 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 장치．
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 공급 수단은, 상기 반도체 시료의 표면에 대응하여 분포가 조정된 다수의 가스 공급구를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 장치．
처리조 내의 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 반도체 시료의 표면을 향해 플라즈마용 에칭 가스를 공급하고 반도체 시료를 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 방법.
처리조의 상부 또는 측부에서 플라즈마용 에칭 가스를 도입함과 동시에, 상기 처리조 내의 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 반도체 시료의 표면을 향해 플라즈마용 에칭 가스를 공급하여 반도체 시료를 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 방법.
상기 처리조의 상부 또는 측부에서 도입하는 플라즈마용 에칭 가스와, 상기 상부 전극과 하부 전극의 중간 위치에 공급하는 플라즈마용 에칭 가스를 다른 가스로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 시료의 처리 방법.