KR101812646B1 - 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 반도체 웨이퍼 등의 기판과, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 수율을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 처리 챔버와, 하부 전극과, 상부 전극과, 피(被)처리 기판을 지지하기 위한 복수의 리프터 핀을 구비하고, 리프터 핀은, 핀 본체부와, 당해 핀 본체부의 정수리부에 설치되고 핀 본체부의 외경보다 큰 외경을 갖는 덮개부를 구비하고, 하부 전극은, 덮개부의 외경보다 작은 내경을 갖고 핀 본체부를 수용하는 핀 본체 수용부와, 당해 핀 본체 수용부의 상부에 형성되어 덮개부를 수용하는 덮개 수용부를 갖고, 내부에 리프터 핀이 배설되는 리프터 핀용 투공(through hole)을 구비하여, 리프터 핀을 하강시킨 상태에서는 덮개부가 덮개 수용부 내에 수용되어, 핀 본체 수용부의 상부가 덮개부에 의해 폐색된 상태가 된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 처리 챔버 내의 재치대(holding stage)에 배치된 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼)에 각종의 처리, 예를 들면, 에칭이나 성막을 행하는 장치가 사용되고 있다. 또한, 처리 챔버 내의 재치대에 기판을 올려놓을 때 및, 재치대로부터 기판을 반출할 때에, 재치대 내로부터 돌출한 상하 이동이 가능한 복수의 리프터 핀에 의해, 기판을 지지하는 구성으로 하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또한, 처리실 내의 재치대를 하부 전극으로서 작용시키도록 하여, 재치대와, 이 재치대가 대향하도록 배치된 상부 전극과의 사이에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.
일본공개특허공보 2003-293138호
용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마에 노출되는 반도체 웨이퍼 등에는, 최대로 2000V 정도의 마이너스의 바이어스 전압이 발생한다. 한편, 정전 척(electrostatic chuck)의 전극에 2000∼2500V 정도의 플러스의 전압을 인가하기 때문에, 정전 척의 전극과 재치대(하부 전극)를 구성하는 도전성 금속으로 이루어지는 기재(base material)와의 사이에 분극 전하가 발생한다. 이 경우의 분극 전위는, 하부 전극의 기재에 접속되어 있는 고주파 인가 회로에 의해 분압되기 때문에, 고주파 인가 회로 정수와 챔버 회로 정수에 의해 결정되지만, 최대로 2000V 정도의 플러스의 전위가 된다.
이 때문에, 반도체 웨이퍼와, 하부 전극의 기재와의 사이에는, 최대로 4000V 정도의 전위차가 발생하고, 반도체 웨이퍼와, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전(아킹)이 발생하여, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 반도체칩이 손상을 받는 경우가 있다. 그리고, 이와 같이 반도체 웨이퍼 상에 형성된 반도체칩이 손상을 받으면, 제품의 수율이 저하되어, 생산성이 저하된다는 문제가 있다.
상기와 같은 방전은, 반도체 웨이퍼와 하부 전극의 기재 등과의 사이의 내(耐)전압을 높여, 예를 들면 5000V 정도로 하면 방지할 수 있다. 그러나, 하부 전극에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 들어 올리기 위한 리프터 핀이 배치된 투공(through hole)이나, 반도체 웨이퍼의 이면(裏面)과 정전 척의 표면과의 사이에 열전달을 위한 헬륨 가스 등을 공급하기 위한 가스 공급공 등이 형성되어 있어, 그 내전압을 높이는 것은 용이하지 않다. 특히, 리프터 핀이 배치된 투공에서는, 그 내부에 냉각용의 헬륨 가스가 침입하는 등 하여 압력이 변동되어, 파센(Paschen)의 법칙에 기초하는 방전이 발생하기 쉬운 상태로 되어 있다.
본 발명은, 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 반도체 웨이퍼 등의 기판과, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 수율을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하려고 하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 실시 형태는, 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에 설치되어, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피(被)처리 기판이 올려놓여지는 재치대를 겸한 하부 전극과, 상기 처리 챔버 내에 설치되어, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과, 상기 하부 전극의 상면에서 출몰이 자유롭게 되어, 당해 하부 전극 상에 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 복수의 리프터 핀을 구비한 플라즈마 처리 장치로서, 상기 리프터 핀은, 핀 본체부와, 당해 핀 본체부의 정수리부에 설치되고 상기 핀 본체부의 외경보다 큰 외경을 갖는 덮개부를 구비하고, 상기 하부 전극은, 상기 덮개부의 외경보다 작은 내경을 갖고 상기 핀 본체부를 수용하는 핀 본체 수용부와, 당해 핀 본체 수용부의 상부에 형성되어 상기 덮개부를 수용하는 덮개 수용부를 갖고, 내부에 상기 리프터 핀이 설치되는 리프터 핀용 투공을 구비하고, 상기 리프터 핀을 하강시킨 상태에서는 상기 덮개부가 상기 덮개 수용부 내에 수용되어, 상기 핀 본체 수용부의 상부가 상기 덮개부에 의해 폐색된 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일 실시 형태는, 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에 설치되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 올려놓여지는 재치대를 겸한 하부 전극과, 상기 처리 챔버 내에 설치되어, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과, 상기 하부 전극의 상면에서 출몰이 자유롭게 되어, 당해 하부 전극 상에 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 복수의 리프터 핀을 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 핀 본체부와, 당해 핀 본체부의 정수리부에 설치되고 상기 핀 본체부의 외경보다 큰 외경을 갖는 덮개부를 구비한 상기 리프터 핀을 이용함과 함께, 상기 덮개부의 외경보다 작은 내경을 갖고 상기 핀 본체부를 수용하는 핀 본체 수용부와, 당해 핀 본체 수용부의 상부에 설치되고 상기 덮개부를 수용하는 덮개 수용부를 갖고, 내부에 상기 리프터 핀이 설치되는 리프터 핀용 투공을 구비한 하부 전극을 이용하여, 상기 리프터 핀을 하강시켜, 상기 덮개부가 상기 덮개 수용부 내에 수용되어, 상기 핀 본체 수용부의 상부가 상기 덮개부에 의해 폐색된 상태로 하여 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼 등의 기판과, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 수율을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 개략 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 제2 실시 형태의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 제3 실시 형태의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 종래예의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 것이다.
플라즈마 에칭 장치는, 기밀(airtight)하게 구성되며, 전기적으로 접지 전위로 된 처리 챔버(1)를 갖고 있다. 이 처리 챔버(1)는, 원통 형상으로 되고, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 챔버(1) 내에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하는 재치대(2)가 설치되어 있다. 재치대(2)는, 그 기재(2a)가 도전성의 금속, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있어, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다. 이 재치대(2)는, 절연판(3)을 개재하여 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 재치대(2)의 상방의 외주에는, 예를 들면 단결정 실리콘으로 형성된 포커스 링(5)이 설치되어 있다. 또한, 재치대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(3a)가 설치되어 있다.
재치대(2)의 기재(2a)에는, 제1 정합기(11a)를 통하여 제1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한, 제2 정합기(11b)를 통하여 제2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 제1 RF 전원(10a)은 플라즈마 발생용이며, 이 제1 RF 전원(10a)으로부터는 소정 주파수(27㎒ 이상, 예를 들면 40㎒)의 고주파 전력이 재치대(2)의 기재(2a)에 공급되게 되어 있다. 또한, 제2 RF 전원(10b)은 이온 인입용(바이어스용)의 것이며, 이 제2 RF 전원(10b)으로부터는 제1 RF 전원(10a)보다 낮은 소정 주파수(13.56㎒ 이하, 예를 들면 3.2㎒)의 고주파 전력이 재치대(2)의 기재(2a)에 공급되게 되어 있다. 한편, 재치대(2)의 상방에는, 재치대(2)와 평행하게 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워 헤드(shower head; 16)가 설치되어 있고, 샤워 헤드(16)와 재치대(2)는, 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하게 되어 있다.
재치대(2)의 상면에는, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(6)이 설치되어 있다. 이 정전 척(6)은 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)을 개재시켜 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 그리고, 전극(6a)에 직류 전원(12)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱힘에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 흡착되도록 구성되어 있다.
지지대(4)의 내부에는 냉매 유로(4a)가 형성되어 있고, 냉매 유로(4a)에는 냉매 입구 배관(4b), 냉매 출구 배관(4c)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매 유로(4a) 중에 적절한 냉매, 예를 들면 냉각수 등을 순환시킴으로써, 지지대(4) 및 재치대(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 재치대(2) 등을 관통하도록, 반도체 웨이퍼(W)의 이면측에 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백 사이드 가스)를 공급하기 위한 백 사이드 가스 공급 배관(30)이 설치되어 있고, 이 백 사이드 가스 공급 배관(30)은, 도시하지 않은 백 사이드 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들 구성에 의해, 재치대(2)의 상면에 정전 척(6)에 의해 흡착 보지(保持; holding)된 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다.
재치대(2)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수, 예를 들면 3개의 리프터 핀용 투공(200)이 형성되어 있고(도 2에는 1개만 나타냄), 이들 리프터 핀용 투공(200)의 내부에는, 각각 리프터 핀(210)이 설치되어 있다. 리프터 핀용 투공(200) 및 리프터 핀(210)의 구조에 대해서는 후술한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기한 샤워 헤드(16)는, 처리 챔버(1)의 천벽(top wall)부분에 설치되어 있다. 샤워 헤드(16)는 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(upper top plate; 16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(45)를 개재하여 처리 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 본체부(16a)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈이 자유롭게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 설치되고, 이 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 저부(底部)에는, 다수의 가스 통류공(16d)이 형성되어 있다. 또한, 상부 천판(16b)에는, 당해 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입공(16e)이, 상기한 가스 통류공(16d)과 겹치도록 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)에 공급된 처리 가스는, 가스 통류공(16d) 및 가스 도입공(16e)을 통하여 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급되게 되어 있다. 또한, 본체부(16a) 등에는, 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않은 배관이 설치되어 있어, 플라즈마 에칭 처리 중에 샤워 헤드(16)를 소망 온도로 냉각할 수 있게 되어 있다.
상기한 본체부(16a)에는, 가스 확산실(16c)로 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16f)가 형성되어 있다. 이 가스 도입구(16f)에는 가스 공급 배관(15a)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(15a)의 타단에는, 에칭용의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(15)이 접속되어 있다. 가스 공급 배관(15a)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller; MFC)(15b) 및, 개폐 밸브(V1)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스가 가스 공급 배관(15a)을 통하여 가스 확산실(16c)에 공급되고, 이 가스 확산실(16c)로부터 가스 통류공(16d) 및 가스 도입공(16e)을 통하여 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급된다.
상기한 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에는, 로우 패스 필터(LPF; 51)를 개재하여 가변 직류 전원(52)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(52)은 온·오프의 스위치(53)에 의해 급전의 온·오프가 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(52)의 전류·전압 그리고 온·오프의 스위치(53)의 온·오프는, 후술하는 제어부(60)에 의해 제어되게 되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 제1 RF 전원(10a), 제2 RF 전원(10b)으로부터 고주파가 재치대(2)에 인가되어 처리 공간에 플라즈마가 발생할 때에는, 필요에 따라서 제어부(60)에 의해 온·오프 스위치(53)가 온이 되어, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
처리 챔버(1)의 측벽으로부터 샤워 헤드(16)의 높이 위치보다도 상방으로 연장되도록 원통 형상의 접지 도체(1a)가 설치되어 있다. 이 원통 형상의 접지 도체(1a)는 그 상부에 천벽을 갖고 있다.
처리 챔버(1)의 저부에는 배기구(71)가 형성되어 있고, 이 배기구(71)에는 배기관(72)을 개재하여 배기 장치(73)가 접속되어 있다. 배기 장치(73)는 진공 펌프를 갖고 있고, 이 진공 펌프를 작동시킴으로써 처리 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있게 되어 있다. 한편, 처리 챔버(1)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입·반출구(74)가 형성되어 있고, 이 반입·반출구(74)에는, 당해 반입·반출구(74)를 개폐하는 게이트 밸브(75)가 설치되어 있다.
도면 중 76, 77은, 착탈이 자유롭게 된 데포지션 실드(deposition shield)이다. 데포지션 실드(76)는 처리 챔버(1)의 내벽면을 따라서 설치되어, 처리 챔버(1)에 에칭 부산물(데포지션)이 부착되는 것을 방지하는 역할을 갖고, 이 데포지션 실드(76)의 반도체 웨이퍼(W)와 대략 동일한 높이 위치에는, 직류적으로 그라운드에 접속된 도전성 부재(GND 블록; 79)가 설치되어 있어, 이에 따라 이상 방전이 방지된다.
상기 구성의 플라즈마 에칭 장치는 제어부(60)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(60)에는, CPU를 구비하여 플라즈마 에칭 장치의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(61)와, 유저 인터페이스(62)와, 기억부(63)가 설치되어 있다.
유저 인터페이스(62)는, 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(63)에는, 플라즈마 에칭 장치에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(61)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 격납되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(62)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(63)로부터 불러내어 프로세스 컨트롤러(61)가 실행하게 함으로써, 프로세스 컨트롤러(61)의 제어하에서, 플라즈마 에칭 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예를 들면, 하드 디스크, CD, 플렉시블(flexible) 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 격납된 상태의 것을 이용하거나, 혹은, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 통하여 수시 전송시켜 온라인으로 이용하거나 하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 리프터 핀용 투공(200) 및 리프터 핀(210)의 구조에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2는 플라즈마 에칭 장치의 재치대(2)의 부분의 구성을 개략적으로 나타내는 것이다. 그 기재(2a)가 알루미늄 등의 도전성 금속으로 구성된 재치대(2)의 상면에는, 용사막(sprayed film) 등으로 이루어지는 절연체(6b)가 형성되어 있고, 이 절연체(6b) 중에 정전 척용의 전극(6a)이 설치되어 있다. 이 전극(6a)에는 도 1에 나타낸 직류 전원(12)이 접속되어 있다.
리프터 핀(210)은, 절연성의 세라믹스 또는 수지 등으로부터 통상의 핀 형상으로 형성된 핀 본체부(211)를 구비하고 있다. 이 핀 본체(211)는, 외경이 예를 들면 3㎜로 되어 있다. 핀 본체부(211)의 정수리부에는, 핀 본체(211)와 동일하게 절연성의 세라믹스 또는 수지 등으로 원판 형상으로 형성되며, 핀 본체부(211)보다 큰 외경(예를 들면, 4㎜의 외경)을 갖는 덮개부(212)가 설치되어 있다. 리프터 핀(210)은 도시하지 않은 구동 기구에 접속되어 있어, 상하 이동함으로써, 재치대(2)의 표면(재치면)으로부터 출몰이 가능하게 되어 있다.
한편, 재치대(2)에 형성된 리프터 핀용 투공(200)은, 핀 본체 수용부(201)와, 핀 본체 수용부(201)의 상부에 설치된 덮개 수용부(202)를 구비하고 있다. 핀 본체 수용부(201)는, 핀 본체부(211)의 외경에 맞춘 내경, 즉, 핀 본체부(211)의 외경보다 근소하게 큰(예를 들면, 0.1∼0.5㎜ 정도 큰) 내경으로 되어, 내부에 핀 본체부(211)를 수용 가능하게 되어 있다. 핀 본체 수용부(201) 내에는, 세라믹스 등의 절연물로 이루어지는 튜브(203)가 설치되어 있어, 재치대(2)의 도전성의 기재(2a)의 내측면을 절연물로 덮은 구성으로 되어 있다.
덮개 수용부(202)는, 덮개부(212)의 외경에 맞춘 내경, 즉, 덮개부(212)의 외경보다 근소하게 큰(예를 들면, 0.1∼0.5㎜ 정도 큰) 내경으로 되어, 내부에 덮개부(212)를 수용 가능하게 되어 있다. 또한, 재치대(2)에는, 전술한 대로, 냉각용의 헬륨 가스 등을 공급하기 위한 백 사이드 가스 공급 배관(30)이 설치되어 있다.
도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 리프터 핀(210)을 상승시킨 상태에서는, 덮개부(212) 및 핀 본체부(211)의 선단(front end) 부분이 재치대(2)의 표면(재치면)으로부터 돌출된 상태가 되어, 재치대(2)의 상부로 반도체 웨이퍼(W)를 지지한 상태가 된다. 한편, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 리프터 핀(210)을 하강시킨 상태에서는, 핀 본체부(211)가 핀 본체 수용부(201) 내에 수용되어, 덮개부(212)가 덮개 수용부(202) 내에 수용된 상태가 된다. 그리고, 이 상태에서는, 핀 본체 수용부(201)의 상부가 덮개부(212)에 의해 폐색된 상태로 되어 있다. 즉, 덮개부(212)의 하면의 외주 부분이, 덮개 수용부(202) 내의 저면과 맞닿은 상태가 되어, 덮개부(212)보다도 상측의 공간과, 하측의 공간이 덮개부(212)에 의해 격리된 상태로 되어 있다.
상기와 같이, 본 실시 형태에서는, 리프터 핀(210)을 하강시켜, 반도체 웨이퍼(W)를 재치대(2) 상에 올려놓고 플라즈마 처리를 행하고 있는 기간은, 덮개부(212)에 의해 핀 본체 수용부(201)의 상부가 폐색된 상태로 되어 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)와 재치대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 수율을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
즉, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 리프터 핀(210)을 하강시킨 상태에서, 리프터 핀용 투공(200)의 상부가 덮개부 등에 의해 덮여져 있지 않은 구조의 경우, 예를 들면, 정전 척(6)을 구성하는 절연체(용사막 등으로 이루어짐; 6b)와 튜브(203)와의 사이의 간극 등을 통하여 재치대(2)의 기재(2a)와, 반도체 웨이퍼(W)와의 사이 등에서 방전이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 리프터 핀용 투공(200)의 내부의 압력은, 그 내부에 냉각용의 헬륨 가스가 깊숙이 들어가는 것 등에 의해 변동된다. 이 때문에, 파센의 법칙에 있어서의 방전이 일어나기 쉬운 팩터가 되는 P(압력)×D(거리)의 값이 변동되어, 방전이 발생할 확률이 증대된다.
한편, 본 실시 형태에서는, 절연성의 덮개부(212)에 의해 핀 본체 수용부(201)의 상부가 폐색된 상태로 되어 있기 때문에, 물리적으로 방전의 발생 가능성을 저감할 수 있다. 이와 함께, 핀 본체 수용부(201)의 내부에 냉각용의 헬륨 가스가 깊숙이 들어가는 것 등에 의해 내부 압력이 변동되는 것을 억제할 수 있어, 방전이 발생할 확률을 저감할 수 있다.
도 3은, 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 재치대(2)의 부분의 구성을 개략적으로 나타내는 것이다. 제2 실시 형태에서는, 전술한 구성의 리프터 핀(210)에 더하여, 포커스 링(5)을 교환할 때에 포커스 링(5)을 재치대(2)의 상부로 들어올려 지지하기 위한 포커스 링용 리프터 핀(310)이 복수(예를 들면, 3개(도 3에는 1개만 나타냄)) 설치되어 있다.
이 포커스 링용 리프터 핀(310)은, 재치대(2)에 형성된 리프터 핀용 투공(300) 내에 설치되어 있고, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 상하 이동이 가능하게 되어 있다. 그리고, 포커스 링용 리프터 핀(310)을 상승시킨 상태에서는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 포커스 링(5)을 재치대(2)의 상부로 들어올려 지지한 상태가 되고, 하강시킨 상태에서는, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 포커스 링(5)이 재치대(2) 상에 올려놓여진 상태가 되도록 구성되어 있다.
재치대(2)는, 그 기재(2a)가 알루미늄 등의 도전성 금속으로 구성되어 있고, 그 상면에는, 정전 척을 구성하기 위한 용사막 등으로 이루어지는 절연체(6b)가 형성되어 있다. 포커스 링(5)은 이 절연체(6b)의 위에 올려놓여져 있어, 통상은 기재(2a)와 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다.
본 제2 실시 형태에서는, 포커스 링용 리프터 핀(310)을 하강시킨 상태에 있어서, 포커스 링용 리프터 핀(310)의 정수리부(310a)가 포커스 링(5)의 하면에 접촉한 상태가 되도록 설정되어 있다. 그리고, 포커스 링(5)이, 이 포커스 링용 리프터 핀(310) 및 전류 제어 소자인 저항 소자(301)를 개재하여, 재치대(2)의 기재(2a)와 전기적으로 접속되어 있다. 저항 소자(301)는, 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하는 회로의 전체의 직류 전류(DC)에 대한 저항값이, 예를 들면 20MΩ에서 200MΩ의 범위가 되도록 설정되어 있다.
포커스 링(5)과 접촉하여 전기적인 접속을 행하는 부분의 포커스 링용 리프터 핀(310)의 직경은, 직경이 300㎜의 반도체 웨이퍼(W)나 그 외주에 배치된 포커스 링(5)에 비하여 미세한 크기로 되어 있다. 그리고, 포커스 링(5)과 기재(2a)와의 전기적 접속 부분은, 직류에 대해서는 저항으로서 작용함과 함께, 플라즈마 생성을 위해 인가되는 고주파에 대해서는 충분히 높은 임피던스를 가져, 반도체 웨이퍼(W) 및 포커스 링(5)의 고주파 투과 임피던스(수Ω 정도)에 영향을 주지 않도록 되어 있다.
전술한 대로, 재치대(2)의 기재(2a)에는, 제1 정합기(11a)를 통하여 제1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한, 제2 정합기(11b)를 통하여 제2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 또한, 정전 척(6)의 전극(6a)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 사이에 분극 전하가 발생하지만, 분극 전위는 기재(2a)에 접속되어 있는 고주파 인가 회로에 의해 분압되기 때문에, 고주파 인가 회로 정수와 챔버 회로 정수에 의해 결정된다.
상기와 같이, 제2 실시 형태에서는, 포커스 링용 리프터 핀(310) 및 저항 소자(301)를 개재하여 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)가 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 전위차에 따라서, 직류 전류가 흐르게 되어 있다. 이러한 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 전기적인 접속은, 1개의 포커스 링용 리프터 핀(310)만으로 행해도 좋고, 2 이상의 복수의 포커스 링용 리프터 핀(310)으로 행하도록 해도 좋다.
플라즈마 에칭 처리 중, 플라즈마에 노출되는 반도체 웨이퍼(W)와 포커스 링(5)은, 셀프 바이어스에 의해 대략 동(同)전위(예를 들면, 최대 마이너스 2000V 정도)가 된다. 한편, 재치대(2)의 기재(2a)는, 정전 척용의 전극(6a)에 인가되는 직류 고전압의 영향 등으로 플러스 전위가 되지만, 본 제2 실시 형태에서는, 포커스 링용 리프터 핀(310) 및 저항 소자(301)를 개재하여 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)가 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 이들을 통하여 직류 전류가 흐른다.
이 직류 전류에 의해, 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 사이의 전위차를 감소시킬 수 있어, 전위차를 예를 들면 500V 정도로 할 수 있다. 즉, 직류 전류의 발생에 의해, 재치대(2)의 기재(2a)의 전위가 포커스 링(5)의 전위에 가까워진다. 이에 따라, 재치대(2)의 기재(2a)와 반도체 웨이퍼(W)와의 전위차도 감소하기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)와 재치대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 수율을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 물론 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것도 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이, 저항 소자(301)와 같은 전류 제어 소자를 개재시키는 일 없이, 직접 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하면, 플라즈마로부터 본 임피던스가, 반도체 웨이퍼(W)의 부분에 비하여 포커스 링(5)의 부분에서 적어지기 때문에, 플라즈마가 포커스 링(5)의 위에 도너츠 형상으로 형성되어 버려, 플라즈마 에칭 처리에 영향이 나타나 버린다. 이 때문에, 전류 제어 소자로서 저항 소자(301)를 이용하는 경우, 전체적으로 상기한 20MΩ에서 200MΩ 정도의 범위의 저항값이 되도록, 저항 소자(301)를 개재하여 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하는 것이 바람직하다.
도 4는, 전류 제어 소자로서, 상기한 저항 소자(301) 대신에 제너 다이오드(Zener diode; 302)를 이용한 제3 실시 형태의 구성을 나타내고 있다. 이와 같이 제너 다이오드(302)를 이용하면, 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 전위차가 일정 이상이 되면 제너 다이오드(302)를 통하여 전류가 흐르고, 이에 따라, 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 전위차를 일정값(예를 들면 500V 정도)으로 제어할 수 있다. 또한, 제너 다이오드(302)를 이용한 경우도 이 제너 다이오드(302)의 용량에 따라서는, 제너 다이오드(302)와 직렬로 저항 소자를 접속할 필요가 있다.
이와 같이, 포커스 링(5)과 재치대(2)의 기재(2a)와의 전위차를 일정값으로 제어할 수 있으면, 반도체 웨이퍼(W)와 재치대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있음과 함께, 이들 사이의 전위차의 상이함에 의해, 플라즈마 에칭 처리 상태에 영향이 나타나는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치로, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 실리콘 산화막 등을 플라즈마 에칭하는 순서에 대해서 설명한다. 우선, 게이트 밸브(75)가 열려, 반도체 웨이퍼(W)가 도시하지 않은 반송 로봇 등에 의해, 도시하지 않은 로드록실(load-lock chamber)을 통하여 반입·반출구(74)로부터 처리 챔버(1) 내에 반입되어, 재치대(2) 상에 올려놓여진다. 이후, 반송 로봇을 처리 챔버(1) 밖으로 퇴피시키고, 게이트 밸브(75)를 닫는다. 그리고, 배기 장치(73)의 진공 펌프에 의해 배기구(71)를 통하여 처리 챔버(1) 내가 배기된다.
처리 챔버(1) 내가 소정의 진공도가 된 후, 처리 챔버(1) 내에는 처리 가스 공급원(15)으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 도입되어, 처리 챔버(1) 내가 소정의 압력으로 유지되고, 이 상태에서 제1 RF 전원(10a)으로부터 재치대(2)에, 주파수가 예를 들면 40㎒의 고주파 전력이 공급된다. 또한, 제2 RF 전원(10b)으로부터는, 이온 인입을 위해, 재치대(2)의 기재(2a)에 주파수가 예를 들면 3.2㎒의 고주파 전력(바이어스용)이 공급된다. 이때, 직류 전원(12)으로부터 정전 척(6)의 전극(6a)에 소정의 직류 전압(예를 들면, 플러스 2500V의 직류 전압)이 인가되어, 반도체 웨이퍼(W)는 쿨롱힘에 의해 정전 척(6)에 흡착된다.
이 경우에, 전술한 바와 같이 하여 하부 전극인 재치대(2)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 상부 전극인 샤워 헤드(16)와 하부 전극인 재치대(2)와의 사이에는 전계가 형성된다. 반도체 웨이퍼(W)가 존재하는 처리 공간에는 방전이 발생하고, 그에 따라 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성된 실리콘 산화막 등이 에칭 처리된다. 이 플라즈마 에칭의 도중에, 전술한 대로 본 실시 형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)와 재치대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전술한 대로, 플라즈마 처리 중에 샤워 헤드(16)에 직류 전압을 인가할 수 있기 때문에 다음과 같은 효과가 있다. 즉, 프로세스에 따라서는, 높은 전자 밀도이고 그리고 낮은 이온 에너지인 플라즈마가 요구되는 경우가 있다. 이러한 경우에 직류 전압을 이용하면, 반도체 웨이퍼(W)에 주입되는 이온 에너지가 억제되면서 플라즈마의 전자 밀도가 증가됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 에칭 대상이 되는 막의 에칭 레이트가 상승됨과 함께 에칭 대상의 상부에 형성된, 마스크가 되는 막으로의 스퍼터 레이트(sputter rate)가 저하되어 선택성이 향상된다.
그리고, 상기한 에칭 처리가 종료되면, 고주파 전력의 공급, 직류 전압의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되고, 상기한 순서와는 반대의 순서로, 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(1) 내로부터 반출된다.
이상 설명한 대로, 본 실시 형태에 의하면, 반도체 웨이퍼와, 재치대(하부 전극)의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 수율을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기의 실시 형태로 한정되는 것이 아니며, 각종의 변형이 가능하다.
W : 반도체 웨이퍼
2 : 재치대(하부 전극)
2a : 기재
5 : 포커스 링
6a : 전극
6b : 절연체
200 : 리프터 핀용 투공
201 : 핀 본체 수용부
202 : 덮개 수용부
203 : 튜브
210 : 리프터 핀
211 : 핀 본체부
212 : 덮개부

Claims (6)

  1. 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에 설치되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재(base material)를 갖고, 피(被)처리 기판이 올려놓여지는 재치대(holding stage)를 겸한 하부 전극과,
    상기 처리 챔버 내에 설치되어, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과,
    상기 하부 전극의 상면에서 출몰이 자유롭게 되어, 당해 하부 전극 상에 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 복수의 리프터 핀
    을 구비한 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 리프터 핀은, 핀 본체부와, 당해 핀 본체부의 정수리부에 설치되고 상기 핀 본체부의 외경보다 큰 외경을 갖는 덮개부를 구비하고,
    상기 덮개부의 외경보다 작은 내경을 갖고 내측면이 절연물로 덮인, 상기 핀 본체부를 수용하는 핀 본체 수용부와, 당해 핀 본체 수용부의 상부에 형성되어 상기 덮개부를 수용하는 덮개 수용부를 갖고, 내부에 상기 리프터 핀이 설치되는 리프터 핀용 투공(through hole)이 상기 하부 전극에 구비되고,
    상기 리프터 핀을 하강시킨 상태에서는 상기 덮개부가 상기 덮개 수용부 내에 수용되어, 상기 핀 본체 수용부의 상부가 상기 덮개부에 의해 폐색된 상태가 되도록 구성됨과 함께,
    상기 하부 전극 상에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 설치된 포커스 링과,
    상기 포커스 링을 상기 하부 전극 상에 지지하면서 전기적으로 접속하기 위한, 상하 이동이 가능하게 된 포커스 링용 리프터 핀과,
    상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링과의 사이를, 상기 포커스 링용 리프터 핀 및 전류 제어 소자를 개재하여 전기적으로 접속하여, 전위차에 따라서 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구
    를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어 소자가 저항 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저항 소자는, 상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링이 20MΩ∼200MΩ의 저항값을 갖고 전기적으로 접속되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어 소자가 제너 다이오드(Zener diode)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에 설치되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 올려놓여지는 재치대를 겸한 하부 전극과,
    상기 처리 챔버 내에 설치되어, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과,
    상기 하부 전극의 상면에서 출몰이 자유롭게 되어, 당해 하부 전극 상에 상기 피처리 기판을 지지하기 위한 복수의 리프터 핀과,
    상기 하부 전극 상에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 설치된 포커스 링과,
    상기 포커스 링을 상기 하부 전극 상에 지지하면서 전기적으로 접속하기 위한, 상하 이동 가능하게 된 포커스링용 리프터 핀과,
    상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이를, 상기 포커스링용 리프터 핀 및 전류제어 소자를 개재하여 전기적으로 접속하여, 전위차에 따라서 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구
    를 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    핀 본체부와, 당해 핀 본체부의 정수리부에 설치되고 상기 핀 본체부의 외경보다 큰 외경을 갖는 덮개부를 구비한 상기 리프터 핀을 이용함과 함께,
    상기 덮개부의 외경보다 작은 내경을 갖고 내측면이 절연물로 덮인, 상기 핀 본체부를 수용하는 핀 본체 수용부와, 당해 핀 본체 수용부의 상부에 형성되고 상기 덮개부를 수용하는 덮개 수용부를 갖고, 내부에 상기 리프터 핀이 설치되는 리프터 핀용 투공을 구비한 하부 전극을 이용하여,
    상기 리프터 핀을 하강시켜, 상기 덮개부가 상기 덮개 수용부 내에 수용되어, 상기 핀 본체 수용부의 상부가 상기 덮개부에 의해 폐색된 상태로 하여 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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