KR20010087195A

KR20010087195A - 플라즈마처리장치 및 플라즈마 처리방법

Info

Publication number: KR20010087195A
Application number: KR1020010008226A
Authority: KR
Inventors: 마스다도시오; 다카하시가즈에; 후쿠야마료지; 다무라도모유키
Original assignee: 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2001-09-15
Also published as: JP2001250815A; KR100518617B1; US6506686B2; JP3411539B2; TW589675B; US20010018951A1

Abstract

본 발명의 특징은 진공처리실과, 처리실에 가스를 공급하는 처리가스공급수단과, 상기 진공처리실내에서 처리되는 시료를 유지하는 전극과, 상기 시료에 대향하여 설치되는 플라즈마발생장치와, 상기 진공처리실을 감압하는 진공배기계를 가지는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 플라즈마발생장치의 처리실측에 설치된 실리콘제의 플레이트에 대하여 Vdc = -50V 이상 -300V 이하의 바이어스전압을 인가하고, 또 상기 플레이트의 표면온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위로 하였다. 또상기 플라즈마처리장치에 있어서의 실리콘제의 플레이트의 표면온도의 변동을 ±25℃ 이내로 하였다.

Description

플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은 플라즈마처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 특히 반도체제조공정에 있어서의 미세한 패턴을 형성하는 데 가장 적합한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법에 관한 것이다.

반도체제조공정에서는 에칭·성막·애싱 등의 미세가공 공정에 플라즈마처리장치가 널리 사용되고 있다. 플라즈마처리에 의한 공정은 진공처리실(리액터) 내부로 도입된 공정가스를 플라즈마발생수단에 의해 플라즈마화하고, 반도체 웨이퍼 표면에서 반응시켜 미세가공을 행함과 동시에, 휘발성의 반응 생성물을 배기함으로써, 소정의 처리를 행하는 것이다.

이 플라즈마처리공정에서는 리액터의 내벽이나 웨이퍼의 온도, 또는 내벽에 대한 반응 생성물의 퇴적상태가 공정에 큰 영향을 미친다. 또 리액터 내부에 퇴적된 반응 생성물이 박리되면, 먼지발생의 원인이 되어 소자특성의 열화나 수율의 저하로 이어진다. 이 때문에 플라즈마처리장치에 있어서는 공정을 안정되게 유지하면서도 이물의 발생을 억제하기 위하여, 리액터 내부의 온도나 표면에 대한 반응 생성물의 퇴적을 제어하는 것이 중요하다.

예를 들면 일본국 특개평8-144072호 공보에는 실리콘 산화막의 드라이에칭공정에 있어서의 선택비를 향상시킬 목적으로, 리액터 내부의 각 부의 온도를 에칭 스테이지의 온도보다도 150℃ 이상 높은 150℃ 이상 300℃ 이하(바람직하게는 200℃ 이상 250℃ 이하)의 높은 온도값에 ±5℃ 이내의 정밀도로 제어 유지하는 드라이 에칭장치가 기재되어 있다. 이와 같이 리액터 내면의 각 부의 온도를 고온으로가열 제어함으로써, 리액터의 내면에 대한 플라즈마 중합물의 부착량이 감소하고, 반도체 웨이퍼상에 대한 플라즈마 중합물의 부착량이 증가하여 선택비가 향상된다.

또 마찬가지로 일본국 특개평5-275385호 공보에는, 평행 평판형의 플라즈마처리장치에 있어서, 클램프링(피처리체 유지수단), 포커스링(플라즈마 집중수단)의 적어도 한쪽에 플라즈마처리에 의해 생기는 반응 생성물이 부착되지 않을 온도로 승온·유지시키는 가열수단을 설치한 장치가 기재되어 있다. 가열수단으로서는 저항 발열체를 사용하고 있다. 가열에 의해 반응 생성물의 부착을 방지할 수 있으므로, 반응 생성물의 박리나, 피처리체 표면에 대한 파티클의 부착이 저감된다.

그러나 상기한 바와 같이 진공처리실내 벽면을 가열하여 200℃ 내지 250℃ 정도 이상의 고온으로 설정하면, 에칭특성이 내벽 표면의 온도에 매우 민감해져 공정의 재현성·신뢰성이 저하되기 쉽다는 문제가 있다.

예를 들면, S.C. McNevin, et al., J. Vac. Sci. Techno1. B 15(2) Mar/Apr 1997, p.21, 'Chemical challenge of submicron oxide etching'에는 유도 결합형의 플라즈마에 있어서 측벽 온도가 200℃ 내지 170℃로 변화하면, 산화막 에치율이 5% 이상 증가한다는 것, 따라서 안정된 공정특성을 얻기 위해서는 리액터 내표면의 온도를 예를 들면 250℃ ±2℃ 라는 높은 정밀도로 유지할 필요가 있음이 개시되어있다.

그러나, 진공처리실의 내벽면은 고밀도의 플라즈마에 노출되기 때문에, 벽면의 온도를 이와 같은 고온영역에서 높은 정밀도로 제어하는 것은 용이하지 않다. 온도제어에는 높은 정밀도의 in-situ 온도검출수단이나 히터·램프 등의 가열수단을 사용하게 되나, 온도조절의 기구·수단이 대규모가 되어 장치가 복잡화되고 비용상승을 초래하게 된다. 또 200℃ 이상의 고온영역에서는 사용할 수 있는 재료가 제약을 받는 문제도 있다.

이 점, 본원의 출원인은 동일 출원인에 의한 일본국 특개평 11-340149호공보(=특원평10-147672호)에 있어서, 유자장 UHF대 전자파 방사 방전방식의 플라즈마 에칭장치를 하나의 실시예로 하여 진공처리실내 벽면의 온도를 100℃ 이하의 온도범위로 설정함으로써, 공정이 온도변화에 대하여 민감해지지 않고 ±10℃ 정도의 온도조절 정밀도에서도 안정된 공정 재현성이 얻어짐을 개시하고 있다.

또 동일 출원에 있어서, 플라즈마에 접하는 구성부품(또는 내벽면)에 대하여 그 적어도 일 부분에 바이어스를 인가하거나 열용량을 작게 하여 구성부품의 온도를 150℃ 이상 250℃ 이하로 함으로써 구성부품의 온도변동이 공정에 대하여 실질적으로 영향을 미치지 않는 레벨로 작게 할 수 있음을 개시하고 있다.

또한 본원 출원인은, 동일 출원인에 의한 일본국 특원평11-232132호 공보에 있어서, 시료의 바깥쪽부에 설치한 실리콘제의 포커스링에 대하여 퇴적물이 퇴적되지 않는 세기 이상의 바이어스를 인가하고, 또한 표면온도를 150℃ 이상으로 함 으로써 실리콘 표면에서의 반응의 온도 의존성이 작아져 안정화되어 공정 재현성을 확보할 수 있음을 제안하고 있다.

그러나 상기 출원시점에서는, 시료 웨이퍼에 대향하고 있는 상부 안테나(또는 상부 전극 또는 천정판)에 설치된 플레이트에 있어서는, 공정 안정성에 대한 영향이 큼에도 불구하고, 그것을 수행하는 역할에 있어서는, 바이어스를 인가하여 반응 생성물을 퇴적시키지 않음으로써 공정이 안정화되는 것 뿐이며, 메커니즘을 충분히 이해하거나 필요한 조건을 정량화하는 데에는 이르지 못하였다.

따라서 이와 같은 기술적 사항을 감안하여 본 발명자들은 상기한 과제를 해결하도록 예의 연구를 거듭한 결과, 시료 웨이퍼에 대향하는 플레이트에 대하여 공정 안정성의 확보에 필요하게 되는 온도범위나 정밀도 또는 바이어스인가에 의한 표면상태의 제어에 대한 요건을 찾아내기에 이르러 본원 발명을 하게 된 것이다.

본 발명은 상기 본 발명자들이 발견한 견해에 의거하여 이루어진 것으로, 안정성·재현성이 우수한 공정 특성이 얻어지는 플라즈마처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 진공처리실과, 처리실에 가스를 공급하는 처리가스공급수단과, 상기 진공처리실내에서 처리되는 시료를 유지하는 전극과, 상기 시료에 대향하여 설치되는 플라즈마발생장치와, 상기 진공처리실을 감압하는 진공배기계를 가지는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 플라즈마발생장치의 처리실측에 설치된 실리콘제의 플레이트에 대하여 Vdc = -50V 이상 -300V 이하의 바이어스전압을 인가하고, 또 상기 플레이트의 표면온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 플라즈마처리장치에 있어서의 실리콘제의 플레이트의 표면 온도의 변동을 ±25℃ 이내로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 플라즈마처리장치에 있어서 상기 플라즈마발생장치가 300 MHz 내지 1 GHz의 유자장 또는 무자장 UHF대 전자파 방사 방전방식으로서 상기 실리콘제의 플레이트의 저항율을 1 Ω·cm 이상 10 Ω·cm 이하의 범위로 하고, 상기 실리콘제의 플레이트의 두께를 5 mm 이상 20 mm 이하, 바람직하게는 10 mm 이하로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 시료에 대향하여 설치된 실리콘제의 플레이트에 대한 온도조절과 바이어스인가에 의해 실리콘 표면에 있어서의 반응의 온도 의존성이 작아지고, 상기 플레이트의 표면 온도의 ±25℃ 이내의 범위의 변동에 대하여 플라즈마상태 및 공정 특성이 안정화되므로, 안정성·재현성에 우수한 공정 특성을 가지는플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 실현할 수 있다.

또 본 발명의 다른 특징에 의하면, UHF대 전자파에 대한 실리콘제의 플레이트 내부를 전파하는 UHF대 전자파의 표피 두께와 실리콘 플레이트가 두께가 대략 동등하게 되어 UHF대 전자파에 의한 전류가 플레이트 전체를 흐르기 때문에 실리콘 자체의 내부저항에 의한 자기발열에 의해 플레이트를 효율적으로 가열할 수 있으므로, 실리콘제의 플레이트의 표면 온도를 온도변동에 대한 표면 반응의 온도의존성이 작아지는 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위로 설정하는 것이 가능하게 되어, 플라즈마상태 및 공정 특성이 안정화되므로, 안정성·재현성이 우수한 공정 특성을 가지는 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명을 유자장 UHF대 전자파 방사 방전방식의 플라즈마 에칭장치에 적용한 제 1 실시예의 종단면 모식도,

도 2는 제 1 실시예에 의한 안테나구조의 실시예의 종단면 모식도,

도 3은 제 1 실시예에 있어서의 플레이트의 소모율을 평가한 결과를 나타내는 도,

도 4는 제 1 실시예에 있어서의 플레이트의 온도변동을 나타내는 도,

도 5는 제 1 실시예에 있어서의 정상상태에서의 플레이트의 온도변동을 나타내는 도,

도 6은 제 1 실시예에 있어서 플레이트의 저항율이 다른 경우의 온도변동을 나타내는 도,

도 7은 본 발명을 유자장 UHF대 전자파 방사 방전방식의 플라즈마 에칭장치에 적용한 제 2 실시예의 종단면 모식도,

도 8은 제 2 실시예에 있어서의 플레이트의 온도변동을 나타내는 도,

도 9는 제 2 실시예에 있어서의 플라즈마발광, 방전전압, 안테나 바이어스의 시간변화를 나타내는 도,

도 10은 제 2 실시예에 있어서 에칭량 및 에칭율의 에칭시간에 대한 의존성을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명을 유자장 UHF대 전자파 방사 방전방식의 플라즈마 에칭장치에 적용한 실시예를 나타내는 것으로, 상기 플라즈마 에칭장치의 종단면의 모식도이다.

도 1에 있어서 처리실(100)은 10^-6Torr 정도의 진공도를 달성가능한 진공용기이고, 그 상부에 전자파를 방사하는 안테나(110)를, 하부에는 웨이퍼 등의 시료 (W)를 얹어 놓는 하부전극(130)을 구비하고 있다. 안테나(110)와 하부전극(130)은 평행하여 대향하는 형태로 설치된다. 처리실(100)의 주위에는 예를 들면 전자코일과 요크로 이루어지는 자장형성수단(101)이 설치되어 있다. 그리고 안테나(110)로부터 방사되는 전자파와 자장형성수단(101)으로 형성되는 자장과의 상호작용에 의해 처리실 내부로 도입된 처리가스를 플라즈마화하여 플라즈마(P)를 발생시켜 하부전극(130)에 얹어 놓여진 시료(W)를 처리한다.

한편, 처리실(100)은 진공실(105)에 접속된 진공배기계(106)에 의해 진공배기되고 압력제어수단(107)에 의해 압력이 제어된다. 처리압력은 0.1 Pa 이상 10 Pa 이하, 바람직하게는 0.5 Pa 이상 4 Pa 이하의 범위로 조정된다. 처리실(100) 및 진공실(105)은 어스전위로 되어 있다. 처리실(100)의 측벽(102)에는 온도제어기능을 가지는 측벽 인너유닛(103)이 교환 가능하게 설치된다. 측벽 인너유닛 (103)은 열매체 공급수단(104)으로부터 열매체가 순환공급됨으로써 처리실내 표면의 온도가 제어된다. 또는 히터 가열기구와 온도검지수단에 의한 피드백제어에 의해 온도를 제어하여도 좋다. 온도제어범위는 0℃ 내지 100℃, 바람직하게는 20℃내지 80℃이고, ±10℃ 이내의 정밀도로 제어된다. 처리실(100)의 측벽(102), 측벽유닛(103)은 중금속을 포함하지 않고 열전도성이 좋은 예를 들면 알루미늄 등의 비자성 금속재료로서, 표면에 내플라즈마성의 알루마이트 등의 표면처리를 실시하는 것이 바람직하다.

진공용기의 상부에 설치되는 안테나(110)는 원판형상 도전체(111), 유전체 (112), 유전체링(113)으로 이루어지고, 진공용기의 일부로서의 하우징(114)에 유지된다. 또 원판형상 도전체(111)의 플라즈마에 접하는 쪽의 면에는 플레이트(115)가 설치되고, 다시 그 바깥쪽에 외주 링(116)이 설치된다. 원판형상 도전체 (111)는 도시를 생략한 온도제어수단, 즉 그 내부를 순환하는 열매체에 의해 온도가 소정치로 유지되어 원판형상 도전체(111)에 접하는 플레이트(115)의 표면온도가 제어된다. 시료의 에칭, 성막 등의 처리를 행하는 처리가스는, 가스공급수단(117)으로부터 소정의 유량과 혼합비를 가지고 공급되고, 원판형상 도전체(111)와 플레이트(115)에 설치된 다수의 구멍을 통하여 소정의 분포로 제어되어 처리실(100)에 공급된다.

안테나(110)에는 안테나 전원(120)으로서 안테나 전원(121), 안테나 바이어스전원(122)이 각각 매칭회로·필터계(123, 124)를 거쳐 접속되고, 또 필터(125)를통하여 어스에 접속된다. 안테나전원(121)은 300 MHz 내지 1 GHz의 UHF대 주파수의 전력을 공급한다. 원판형상 도전체(111)의 지름을 소정의 특성 길이로 하여 둠 으로써 예를 들면 TM01 모드와 같은 고유의 여진모드가 형성된다. 본 실시예에서는 안테나 전원(121)의 주파수를 450 MHz, 원판형상 도전체(111)의 지름을 330 mm로 하고 있다.

한편, 안테나 바이어스전원(122)은 안테나(110)에 수 10 kHz 내지 수 10 MHz범위의 주파수의 바이어스전력을 인가함으로써, 원판형상 도전체(111)에 접하는 플레이트(115)의 표면에서의 반응을 제어한다. 특히 플레이트(115)의 재질을 고순도의 실리콘으로 함으로써, 예를 들면 CF계의 가스를 사용한 산화막 에칭에 있어서, 플레이트(115)의 표면에서의 F 래디컬이나 CFx 래디컬의 반응을 제어하여 래디컬의 조성비를 조정할 수 있다. 본 실시예에서는 안테나 바이어스전원(122)을 주파수 13.56 MHz, 전력은 50 W 내지 600 W 로 하고 있다. 이 때 플레이트(115)에는 셀프 바이어스에 의해 바이어스전압(Vdc)이 발생한다. 이 Vdc의 값은 플라즈마밀도나 압력에도 의존하나, 대략 Vdc = -50 V 내지 -300V 이다. 본 실시예에서는 이른바 평행 평판형의 용량 결합방식의 플라즈마장치와는 달리, 플레이트(115)에 발생하는 셀프 바이어스를 플라즈마생성과는 독립적으로 제어할 수 있는 점이 특징이다. 특히 바이어스전압을 Vdc = -100V 정도 이하의 낮은 값으로 함으로써, 실리콘의 소모를 억제하여 운전비용을 저감하거나, 또 실리콘의 스퍼터를 억제하여 시료(W)상에 대한 에칭잔사(殘渣)를 저감할 수 있다.

플레이트(115)의 하면과 웨이퍼(W)의 거리(이하, 갭이라 함)는, 30 mm 이상150 mm 이하, 바람직하게는 50 mm 이상 120 mm 이하로 한다. 플레이트(115)는 넓은 면적을 가지고 시료(W)와 대향하고 있으므로, 처리공정에 가장 크게 영향을 준다. 이 플레이트(115)면에 대한 바이어스인가와 온도제어를 소정의 범위로 함으로써, 표면 반응을 안정화시켜 재현성이 좋은 공정 특성을 얻는 것이 본 발명의 주안점이고, 이는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.

처리실(100)의 하부에는 안테나(110)에 대향하여 하부 전극(130)이 설치되어 있다. 하부전극(130)에는 예를 들면 400 kHz 내지 13.56 MHz 범위의 바이어스전력을 공급하는 바이어스전원(141)이 매칭회로·필터계(142)를 거쳐 접속되어 시료(W)에 인가하는 바이어스를 제어함과 동시에, 필터(143)를 거쳐 어스에 접속된다. 본 실시예에서는 바이어스전원(141)의 주파수를 800 kHz로 하고 있다.

하부 전극(130)은 정전흡착장치(131)에 의해 그 상면, 즉 시료를 얹어 놓는 면에 웨이퍼 등의 시료(W)를 얹어 놓고 유지한다. 정전흡착장치(131)는, 그 상면에 정전흡착용 유전체층(이하, 정전흡착막이라 약칭함)이 형성되어 있고, 정전흡착용 직류전원(144)과 필터(145)로부터 수 100 V 내지 수 kV의 직류전압을 인가함으로써, 정전흡착력에 의해 시료(W)를 하부전극(130)상에 흡착·유지한다. 정전흡착막으로서는 예를 들면 산화알루미늄이나 산화알루미늄에 티탄 산화물을 혼합한 유전체를 사용한다. 또 정전흡착장치(131)는 도시 생략한 온도제어수단에 의해 그 표면이 소정의 온도로 제어된다. 그리고 정전흡착장치(131)의 표면에는 불활성가스, 예를 들면 He 가스가 소정의 유량과 압력으로 설정되어 공급되고 있고, 시료 (W) 사이의 열전달성을 높이고 있다. 이에 의하여 시료(W)의 표면 온도를 예를 들면 약 100℃ 내지 110℃의 범위로 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능해진다.

정전흡착장치(131)의 상면의 시료(W)의 바깥쪽부에는 고순도의 실리콘으로 형성된 링형상 부재인 포커스링(132)이 설치되어 있다. 포커스링(132)은 절연체 (133)에 의해 정전흡착장치(131)와 절연된다. 전극의 바깥쪽에는 전극 바깥 둘레 커버(134)를 설치하고 있다. 절연체(133), 전극 바깥 둘레 커버(134)에는 알루미나나 석영을 사용하는 것이 가장 적합하다. 본 실시예에서는 절연체(133), 전극 바깥 둘레 커버(134)에는 알루미나를 사용하고 있다. 이와 같은 구조에 의해 포커스링(132)에는 하부 전극에 인가되는 바이어스전력을 절연체(133)를 거쳐 일부 누설시켜 가할 수 있다. 포커스링(132)에 대한 바이어스인가의 세기는 절연체(133)의 유전율 및 두께에 의해 적절하게 조정할 수 있다. 포커스링은 절연체(133)와는 진공 단열되어 있어, 열적으로는 거의 비접촉이므로, 플라즈마 및 바이어스에 의해 가열하여 효율적으로 승온하는 것이 가능하다. 또한 포커스링(132)의 재질을 실리콘으로 함으로써 포커스링(132)의 표면에서의 실리콘의 세정작용에 의해 F 래디컬이나 CFx 래디컬의 반응 또는 래디컬조성을 조정함으로써, 특히 웨이퍼 바깥 둘레부에서의 에칭 균일성을 제어할 수 있다.

본 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치는 이상과 같이 구성되어 있다. 또한 상기 실시예중, 측벽 부분의 온도조절에 대해서는 상기 일본국 특원평10-147672호에서 개시된 내용을 채용할 수 있다. 또 포커스링의 구조와 온도조절에 있어서는 상기 일본국 특원평11-232132호에서 제안된 내용을 채용할 수 있다.

다음에, 이 플라즈마 에칭장치를 사용하여 예를 들면 실리콘 산화막의 에칭을 행하는 경우의 구체적인 공정을 도 1을 사용하여 설명한다.

먼저, 처리 대상물인 웨이퍼(W)는 도시 생략한 시료 반입기구로부터 처리실 (100)로 반입된 후에 하부전극(130)의 위에 얹어 놓여져 흡착되고, 필요에 따라 하부 전극의 높이가 조정되어 소정의 갭으로 설정된다. 이어서 처리실(100)내에 시료(W)의 에칭처리에 필요한 가스, 예를 들면 C4F8과 Ar과 02가 가스공급수단(117)으로부터 플레이트(115)를 통하여 소정의 유량과 혼합비를 가지고 처리실 (100)에 공급된다. 동시에 처리실(100)은 진공배기계(106) 및 압력제어수단(107)에 의해 소정의 처리압력으로 조정된다. 다음에 안테나 전원(121)으로부터의 450 MHz의 전력공급에 의해 안테나(110)로부터 전자파가 방사된다. 그리고 자장형성 수단(101)에 의해 처리실(100)의 내부에 형성되는 160 가우스(450 MHz에 대한 전자사이클로트론공명 자장강도)의 개략 수평한 자장과의 상호작용에 의해 처리실(100)내에 플라즈마(P)가 생성되어, 처리가스가 해리되어 이온·래디컬이 발생한다. 또한 안테나 바이어스전원(122)로부터의 안테나 바이어스전력이나 하부 전극의 바이어스전원 (141)으로부터의 바이어스전력으로부터 플라즈마중의 이온이나 래디컬의 조성비나 에너지를 제어하여 웨이퍼(W)에 에칭처리를 행한다. 그리고 에칭처리의 종료에 수반하여 전력·자장 및 처리가스의 공급을 정지하여 에칭을 종료한다.

본 실시예에 있어서의 플라즈마처리장치는 상기한 바와 같이 구성되어 있다. 다음에 본 실시예의 장치에 의한 플레이트(115)의 온도제어방법에 대하여 구체적으로 설명하고, 이어서 플레이트(115)의 온도설정을 고찰한 다음에 플레이트(115)의 온도를 측정한 결과를 나타낸다.

먼저, 도 2에 의해 플레이트(115)의 온도제어방법, 즉 냉각과 가열기구를 설명한다. 도 2는 도 1에 있어서의 안테나(110)의 상세 단면도이고, 플레이트(115)의 온도조절의 구조를 나타낸다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 안테나(110)는 원판형상 도전체(111), 유전체(112), 유전체링(113)으로 이루어지고, 원판형상 도전체 (111)의 플라즈마에 접하는 쪽의 면에는 플레이트(115)가 설치된다. 플레이트 (115)는 바깥 둘레부에 있어서 고정나사 등에 의해 원판형상 도전체(111)에 고정된다.

먼저, 플레이트(115)의 냉각기구는 다음과 같다. 플레이트(115)의 뒤면에 설치된 원판형상 도전체(111)는 열매체 도입구(118A)로부터 열매체가 도입되고 내부를 순환하여 도출구(118B)로부터 배출됨으로써, 온도가 소정의 값으로 유지된다. 원판형상 도전체(111)는 열전도가 좋은 알루미늄이 가장 적합하다. 열매체의 온도는 상온 부근의 예를 들면 30℃ 정도가 가장 적합하다. 한편 원판형상 도전체 (111)에는 가스공급수단(117)으로부터 처리가스가 공급되고, 내부에서 분산되어 플레이트(115)에 설치된 다수의 가스구멍을 통하여 처리실(100)내에 처리가스가 공급된다. 따라서 처리중에는 플레이트(115)와 원판형상 도전체(111) 사이에는 처리가스가 존재하고 있다. 플레이트(115)는 이 가스전열에 의해 원판형상 도전체(111)로부터 냉각되어 온도가 조정되게 된다. 또한 도 2의 실시예에서는 원판형상 도전체(111)의 플레이트(115)에 접하는 쪽의 면에 공간(111A)이 마련되어 있고, 여기에 처리가스를 축적시킴으로써, 원판형상 도전체(111)와 플레이트(115) 사이의 열전달율을 높게 하여 플레이트(115)가 효율적으로 냉각되도록 하고 있다. 또한 가스구멍의 지름은 원판형상 도전체(111)가 Φ2 mm, 플레이트(115)가 Φ0.5 mm로 설정되어 있다.

한편, 플레이트(115)의 가열기구는 플라즈마(P)로부터의 플라즈마 가열, 안테나 바이어스에 의한 이온 가열, 또한 플레이트(115) 자체의 자기 발열이 있다.

플라즈마 가열은 말할 필요도 없이 플라즈마(P)중의 고온의 전자나 이온에 의해 플레이트(115)가 가열되는 것이다.

이온 가열은 플레이트(115)에 끌어 들인 이온 에너지에 의한 가열이다. 안테나(110)에는 안테나 바이어스전원(122)에 의해 고주파의 안테나 바이어스가 인가되고, 셀프 바이어스에 의해 바이어스전압(Vdc)이 발생한다. 안테나 바이어스의 전력은 50 W 내지 600 W 정도이고, 이 때 플레이트(115)에는 약 Vdc = -50 V 내지 -300 V의 셀프 바이어스가 인가되고 이 에너지에 의해 이온이 인입되어 플레이트 (115)를 가열하게 된다.

또 플레이트(115)의 자기 발열은 플레이트(115)의 재료인 실리콘이 가지는 내부 저항에 의한 저항 가열이다. 안테나 전원(121)으로부터 공급된 UHF대 주파수의 전자파(이하 UHF파라 약기함)는 유전체(112)의 내부를 121A와 같이 전파하여 유전체링(113)으로부터 처리실(100)내로 방사됨(121B)과 동시에, 플레이트(115)를 전파하여 플레이트(115)의 표면으로부터 처리실(100)내로 방사된다(121C).

여기서, UHF파가 플레이트(115)를 전파하는 상황은 플레이트(115)의 재질인 실리콘의 저항율에 의해 크게 변화된다. 실리콘의 저항율은 B(보론)의 첨가량에의해 조정 가능하고, 예를 들면 B농도를 10¹⁴정도로 하면 5 Ω·cm정도, B농도를 10¹⁸내지 10¹⁹로 함으로써, 0.01 Ω·Cm 정도로 설정할 수 있다.

실리콘의 저항율이 5 Ω·cm인 경우, UHF 주파수 450 MHz의 전자파에 대한 표피 두께(스킨뎁스)는 약 7 mm가 된다. 즉 UHF파에 의한 전류는 표면으로부터 7 mm 정도 깊이의 영역을 전파하여 간다. 한편 플레이트(115)의 판 두께는 판의 벤딩강성이나 강도 등으로부터 5 mm 내지 20 mm 정도가 가장 적합하며, 플레이트 (115)의 재료나 제작에 요하는 비용을 감안하면, 판 두께는 10 mm 정도 이하가 바람직하다. 이것은 기껏해야 스킨뎁스의 2배 정도이다. 따라서 UHF파에 의한 전류는 플레이트의 내부 전체를 전파해 가게 된다. 이 때 실리콘 플레이트(115)의 저항율이 5 Ω·cm로 높기 때문에, 전류에 의한 줄열이 발생한다. 이와 같은 현상은 실리콘의 저항율이 1 Ω·cm 내지 10 Ω·cm의 범위일 때에 발생한다. 즉 UHF 주파수 450 MHz 에 대하여 실리콘의 저항율이 1 Ω·cm 내지 10 Ω·cm일 때에는 플레이트 내부를 전파하는 UHF파의 전류에 의해 플레이트는 저항 가열에 의해 자기 발열하여 승온되게 된다.

한편, 실리콘의 저항율이 예를 들면 0.01 Ω·cm로 낮은 경우에는 UHF 주파수 450 MHz에 대한 표피 두께(스킨뎁스)는 약 0.1 mm 내지 0.5 mm 정도가 된다. 이 경우 UHF파에 의한 전류는 플레이트(115)의 가장 표면을 전파하여 가게 되어 전류가 가장 표면에 집중하는 것과, 실리콘의 저항율이 낮은 것에 의하여 플레이트 (115)에는 자기 발열은 거의 생기지 않는다. 이와 같이 플레이트(115)의 자기 발열은 플레이트(115)의 재료인 실리콘의 저항율에 의해 크게 발열량이 변화되게 된다.

여기까지에 있어서, 도 1의 실시예에 있어서의 실리콘 플레이트(115)의 냉각과 승온의 기구를 명백하게 하였다. 플레이트(115)의 온도는 이들 기구를 조화시켜 소정의 값으로 제어하게 된다. 따라서 다음에는 플레이트(115)의 온도설정에 대하여 생각해 본다.

정성적으로 생각하면, 플레이트(115)의 온도가 낮으면 플레이트의 표면에는 반응 생성물이 퇴적하기 쉬워져 표면 상태가 경시적으로 변화되거나 퇴적된 반응 생성물이 박리되어 이물원이 되는 것을 용이하게 추찰할 수 있다. 그러나 그 뿐만 아니라, 특히 플레이트(115)의 온도가 100℃ 이하로 낮은 경우에는, 실리콘 표면에서의 반응상태의 온도변화에 대한 의존성이 커지는 것을 본 발명자들은 찾아 내었다. 이를 도 3을 사용하여 설명한다.

도 3은 실리콘 플레이트의 표면 반응으로서 소모율을 취하여 실리콘 플레이트의 소모율에 대한 바이어스 인가량·표면 온도의 영향을 평가한 결과를 나타낸다. 이는 도 1의 실시예의 장치에 있어서, 실리콘의 소모율을 정량화할 목적으로 행한 실험의 결과이다. 실험은 방전 1시간(방전 0N(3분)/오프(1분)를 20 사이클 반복한) 후에 실리콘의 마모량을 단차계로 측정함으로써, 실리콘의 소모율(에칭율)을 평가하였다. 변수로서는 실리콘에 인가되는 바이어스 전압(Vdc) 및 실리콘의 온도를 취하였다. 실리콘의 온도는 온도조절의 온도나 가스압력 등으로 설정하고, 표면에 부착한 열레벨로 표면 온도를 측정하였다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실리콘의 온도가 50℃ 내지 70℃로 낮은 경우는 바이어스전압의 절대치(Vdc의 절대치 ｜Vdc｜)가 작아짐에 따라 실리콘의 소모율이 감소하는 데 대하여, 실리콘의 온도가 100℃ 내지 105℃, 또는 125℃ 내지 130℃로 높은 경우는 ｜Vdc｜가 작아져도 실리콘의 소모율은 대략 일정하다. 이는 정성적으로는 실리콘 표면의 온도가 낮으면 실리콘 표면에 대한 퇴적율이 증가하므로, ｜Vdc｜의 대소에 의해 이온의 실리콘 표면에 대한 도달량이 영향을 받기때문에 실리콘 소모율의 ｜Vdc｜에 대한 의존성이 커지는 데 대하여, 실리콘의 온도가 높으면 퇴적율이 저하하기 때문에 ｜Vdc｜가 작아도 실리콘 표면의 에칭반응이 진행되는 것으로 이해된다.

또 도 3에 대하여 다른 견해를 하면, ｜Vdc｜가 작을 때, 예를 들면 Vdc = -160 V에서는 실리콘의 소모율이 50℃ 내지 70℃와 100℃ 내지 105℃에서 크게 달라져 있어 실리콘의 소모가 표면 온도의 변화에 크게 의존함을 나타내고 있다. 이 경향은 ｜Vdc｜가 50 V 정도로 작아지면 더욱 현저해지는 것으로 생각된다. 한편 ｜Vdc｜가 300 V 이상에서는, 온도 변화의 영향을 받기 어렵게 되어 있다. 이는 Vdc가 낮으면 실리콘 표면의 퇴적막이 이온에 의해 제거되기 어려워, 퇴적율의 온도 의존성의 영향을 받기 쉬우나, Vdc가 높으면 실리콘 표면의 퇴적막이 이온에 의해 제거되기 쉽기 때문에 실리콘 표면에서의 반응의 온도에 대한 의존성이 작아지는 것으로 추찰한다.

이 결과로부터 실리콘의 소모율은 바이어스 인가량(｜Vdc｜)이 크고, 온도가 높은 조건에서 바이어스 인가량이나 온도변화의 영향을 받기 어렵게 되는 것을 알수 있다. 이것으로부터 이들 양쪽의 조건이 만족되는 윈도우에서 실리콘의 표면에있어서의 반응의 안정화가 가능하게 되는 것이 이해된다. 상기 결과를 정리하면 Vdc = -50 V 내지 -300 V에서는 실리콘 플레이트의 표면 온도를 100℃ 이상으로 함 으로써 실리콘 플레이트의 표면 반응이 바이어스 인가량이나 표면온도의 영향을 받기 어렵게 되는 것을 알 수 있다.

한편, 플레이트(115)의 온도가 너무 높아지면, 플레이트(115)의 재질인 실리콘과 원판형상 도전체(111)의 재질인 알루미늄의 열팽창율의 차에 의해 플레이트 (115)와 원판형상 도전체(111)의 접촉면에 있어서 슬라이딩이 생기거나 플레이트 (115)가 깨어지기도 한다. 이 한계 온도는 장치의 설계 여유도에 의해서도 다르나, 대략 200℃ 내지 250℃ 정도로 생각되기 때문에, 원판형상 도전체(111)와의 온도차를 고려하면, 플레이트(115)의 온도는 대략 150℃부근, 최고 200℃ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.

상기한 검토에 의해 공정 안정성의 관점으로부터 본 실시예에 있어서 실리콘제의 플레이트(115)에 생기는 셀프 바이어스(Vdc)가 Vdc = -50 V 내지 -300 V인 경우에는 플레이트(115)의 표면 온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위, 바람직하게는 150℃ 부근에 설정하는 것이 적합하다. 본 실시예에 있어서는 실리콘 플레이트 (115)의 저항율·두께, 원판형상 도전체(111)의 냉매온도와 냉각효율, 가스구멍의 크기 등, 설계 변수를 최적화함으로써 플레이트(115)의 온도를 소정의 값으로 조정하고 있다.

다음에 실시예 1의 장치에 있어서, 실리콘제의 플레이트(115)의 온도를 실제측정한 결과를 도 4 내지 도 6을 사용하여 설명한다.

도 4는 연속처리시험에 있어서의 플레이트(115) 및 원판형상 도전체(111)의 온도변동을 나타낸다. 처리시험은 장치가 예열되어 있지 않은 상태로부터 시작하여 방전 3분 ON/1분 0FF를 연속적으로 되풀이하였다. 실리콘 플레이트(115)의 저항율은 5Ω·cm 이다. 처리조건은

처리조건 A :

에칭가스조성 : Ar/C4F8/02 = 400/15/9 sccm,

가스압력 : 2.0 Pa,

갭 : 70 mm

전력 : 안테나/안테나 바이어스/하부 바이어스 = 1000 W/400 W/600 W

으로 하였다. 온도는 형광 온도계를 플레이트(115)의 플라즈마측의 면에 직접 부착하여 측정하고 있고 내벽면의 온도 그 자체를 정밀도 좋게 측정할 수 있음을 확인하고 있다. 연속처리 시험개시와 함께 플레이트(115)의 온도는 급속하게 상승하여 방전 개시후 3분 정도에서 100℃를 넘어 거의 정상상태에 도달한다. 그 사이에 원판형상 도전체(111)의 온도는 서서히 상승하여 약 60분 후에 70℃ 정도로 상승한다. 그러나 그 사이에 있어서 플레이트(115)는 입열과 출열이 균등해져 있어 플레이트(115)의 온도는 대략 110℃ 내지 120℃ 부근에서 일정하게 추이하고 있다. 또 60분 이후는 안테나 바이어스전원의 출력을 400 W 내지 200 W로 저하시키고 있으나, 이 때에는 플레이트(115)의 온도는 약 10℃ 정도 내려가 있다. 이 온도차가 이온 가열의 효과를 나타내고 있다.

다음에 시간 스케일을 더욱 세밀하게 취하여 방전의 ON/OFF 에 따른 온도 변동을 본 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에서는 정상상태에 있어서의 플레이트 (115)의 온도를 나타내고 있다. 방전 ON(Discharge ON)에 의해 플레이트(115)의 온도는 110℃에서 3분 후에 120℃로 상승한다. 처리종료에 의해 방전 0FF (Discharge OFF)와 함께 온도 상승은 멈추나, 그 후에도 온도는 내려가는 일 없이 대략 일정치를 나타내고, 다음 처리를 위하여 처리가스가 도입되면(Gas Introduct -ion), 온도가 저하한다. 이것은 처리종료와 동시에 처리가스의 공급이 정지되기 때문에 플레이트(115)와 원판형상 도전체(111) 사이의 가스전열이 없어지기 때문이다. 이것으로부터도 가스전열에 의한 플레이트의 냉각 효과가 큰 것을 알 수 있다.

다음에 도 6에 의해 실리콘의 저항율이 다른 경우의 결과를 설명한다. 도 b는 실리콘 플레이트(115)의 저항율이 0.01 Ω·cm로 낮은 경우의 플레이트(115)의 온도변화의 측정결과이다. 처리조건은 도 4의 저항율 5 Ω·cm의 경우와 동일하나, 도 4의 결과와 비교하여 정상온도가 약 70℃로 낮아져 있다. 이는 실리콘의 내부저항에 의한 자기 발열의 유무의 차에 의한 것이다. 또 이 70℃라는 온도는 도 4에 나타낸 원판형상 도전체(111)의 포화온도와 대략 동등하다. 이것은 본 실시예의 구조에 의해 플라즈마 가열 및 바이어스 가열에 의한 온도 상승에 대하여 효율적인 냉각이 가능한 것을 나타내고 있다.

그러나, 정상온도에서 약 70℃의 온도 영역은 도 3에서 설명한 바와 같이, 바이어스전압의 변동에 의해 실리콘의 소모율, 즉 표면에서의 반응상태가 변화하는영역이다. 또 바이어스전압을 낮게 한 경우에는 표면에 반응 생성물이 퇴적하기 쉬워져 퇴적막의 박리에 의한 이물발생이 생길 가능성이 있다. 이와 같이 이 온도영역은 공정 재현성 및 이물억제의 관점에서 바람직한 온도범위는 아니다. 한편 원판형상 도전체(111)는 열전도가 좋은 알루미늄으로 구성되어 있어 순환냉매로 온도 조절하고 있기 때문에, 그 온도는 도 4에서 나타내는 바와 같이 정상상태에서도 70℃로 유지된다. 따라서 실리콘제 플레이트(115)의 온도를 원판형상 도전체(111)보다 높게 유지할 필요가 있다. 이를 위해서는 플레이트(115)의 실리콘의 내부저항에의한 자기 발열은 복잡한 가열기구를 필요로 하지 않고 플레이트(115) 자체를 효율적으로 가열하여 플레이트(115)의 온도를 소정의 값으로 설정할 수 있는 이점이 있다.

또 앞서 설명한 바와 같이 저항율이 0.01 Ω·cm로 낮으면, 표피 두께(스킨뎁스)가 0.1 mm 내지 0.5 mm 정도가 되나, 이 경우 UHF파에 의한 전류가 플레이트 (115)의 가장 표면에 집중하게 되기 때문에, 실리콘 표면에서의 미세한 침식이 발생하는 일이 있다. 본 발명자들은 검토의 결과, 침식을 발생시키지 않기 위해서는 저항율은 약 1Ω·cm 이상인 것이 필요함을 발견하였다.

한편, 플레이트(115)의 저항율이 너무 높은 경우에는 UHF파가 플레이트(115)의 내부를 전파할 때의 손실이 커져, 플레이트(115)의 중심 부근으로부터 방사되는 UHF파의 강도가 저하하기 때문에 플라즈마 분포가 변화하여 버린다. 이 현상을 일으키지 않기 위해서는 플레이트(115)의 저항율은 20 Ω·cm가 가장 적합하며, 10 Ω·cm 이하가 바람직하다.

이상의 이유에 의해 UHF파의 주파수 450 MHz에 대해서는 플레이트(115)의 실리콘의 저항율은 1 Ω·cm 이상 20 Ω·cm 이하가 가장 적합하고, 10 Ω·cm 이하가 바람직하고, 특히 5 Ω·cm 정도가 가장 적합한 것으로 결론된다.

다음에 플라즈마처리중의 플레이트(115)의 온도변동이 플라즈마 케미스트리나 에칭특성에 미치는 미치는 영향으로부터 플레이트(115)의 온도조절에 요구되는 정밀도를 고찰한다.

도 2의 실시예에 있어서는 원판형상 도전체(111)의 플레이트(115)에 접하는 쪽의 면에도 설치된 공간(111A)에 축적된 처리가스에 의해 원판형상 도전체(111)와 플레이트(115) 사이의 열전달 효율을 향상시켜 플레이트(115)의 온도조절 정밀도를 확보하고 있다. 그 결과, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 방전 ON/0FF 시의 플레이트(115)의 온도는 115℃ 부근에서 ±5℃ 정도의 변동으로 억제되고 있다. 도 3의 결과로부터도 용이하게 추측되는 바와 같이 온도변동을 ±5℃ 정도로 하면, 플레이트(115)의 표면 반응은 충분히 안정시킬 수 있다고 생각된다. 그리고 바이어스가 인가된 조건에서는 온도 변동이 한층 크더라도, 구체적으로는 ±25℃ 정도이더라도 공정의 안정화가 가능하다고 추찰할 수 있다. 이것을 실험적으로 확인한 결과를 도 7 내지 도 9에 의해 설명한다.

도 7에 실험에 사용한 제 2 실시예의 구조를 나타낸다. 도 2에 나타낸 제 1실시예와 대략 동일한 구조이나, 플레이트(115)의 온도변동의 억제 및 냉각에 효과가 큰 원판형상 도전체(111)와 플레이트(115) 사이의 공간을 설치하지 않는 구조로하여 플레이트(115)의 온도를 올림과 동시에 온도변동을 허용하고 있는 점이 도 2의 실시예와 다르다. 플레이트(115)의 표면 온도의 설계치는 150℃ 부근에서 ±25℃ 정도의 변동을 상정하고 있다. 외주 링(116)을 두껍게 하여 안쪽을 테이퍼형상으로 함으로써 UHF파(121B)의 방사효율을 올려 플라즈마 생성효율을 향상시킴과 동시에 플라즈마(P)의 확산을 억제하고 플라즈마(P)의 밀도를 향상시키고 있다.

이 경우의 플레이트(115)의 온도변동을 도 8에 나타낸다. 처리조건은 도 3의 설명에서 나타낸 것과 동등한 조건을 사용하고 있다. 이 경우, 처리 개시후 60분의 정상상태에 있어서, 방전 0N에 의해 플레이트(115)의 온도는 125℃ 내지 165℃로 상승한다. 즉, 방전의 0N/0FF에 따라 약 ±20℃의 온도변동이 생기고 있다. 이와 같은 온도변동이 생기고 있을 때의 플라즈마 및 플라즈마중의 화학적 상태의 변화(또는 안정성)를 플라즈마발광 및 방전특성의 시간변화에 따라 조사한 결과를 도 9에 의해 설명한다.

도 9는 방전 0N의 1 사이클에 있어서의 플라즈마발광 및 방전전압 Bias-Vpp, 안테나 바이어스 Ant.-Vdc의 시간변화를 나타낸다. 플라즈마발광은 CF(230.5 nm), CF2(280 nm), Ar(419.8 nm)을 나타내고 있다. 발광의 CF, CF2는 래디컬 즉 플라즈마중의 화학적 상태를, Ar은 이온밀도를 각각 나타낸다고 생각된다. 또 방전전압 Bias-Vpp는 플라즈마밀도를 표시하고 있다. 안테나 바이어스 Ant.-Vdc는 실리콘 플레이트(115) 표면에서의 F 세정반응, 즉 플라즈마 화학에 영향을 준다. 도 9의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 발광 CF, CF2, Ar 및 방전전압 Bias-Vpp, 안테나 바이어스 Ant.-Vdc는 모두 방전 0N 중에서 안정되어 있고, 플레이트(115)의 온도변동의 영향은 전혀 볼 수 없다. 이로 부터 ±25℃ 정도의 온도변동에 대해서도 플라즈마 및 화학적 상태는 안정되어 있는 것이 확인되었다. 또한 방전 OFF 직전의 변동은 시료 웨이퍼의 정전흡착을 해제하는 제전단계에 의한 것으로, 온도변동에 기인하는 것은 아니다.

또한 도 7의 실시예의 장치를 사용하여 공정의 안정성을 확인한 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10은 플랫샘플에서의 에칭량 및 에칭율의 에칭시간에 대한 의존성을 측정한 결과이다. 플레이트(115)의 온도변동이 에칭특성에 영향을 미치고 있는 경우에는 에칭량의 선형성이나 에칭율의 변동으로서 나타나게 된다. 그러나 도 10에서 알 수 있는 바와 같이 에칭량은 에칭시간에 비례하여 증가하고 있고, 에칭율도 에칭시간에 의하지 않고 안정되어 있다. 이들로부터 플레이트(115)의 ±25℃ 정도의 온도변동에 대하여 플라즈마상태 뿐만 아니라, 에칭특성도 안정되어 있음을 확인할 수 있었다.

상기는 1매의 웨이퍼의 에칭처리중의 공정 안정성을 나타내는 것이나, 물론 1 로트(lot) 25매의 웨이퍼를 연속처리하여도, 또 수 로트의 웨이퍼처리를 연속하여도 마찬가지로 안정된 공정 재현성이 얻어짐은 물론이다. 또한 본 실시예의 플라즈마 에칭장치에 의해 수 1000매의 웨이퍼 연속처리를 산화막의 홀이나 SAC(자기정합 콘택트)공정에 대하여 실시한 결과, 방전 100시간 이상에 걸쳐 안정되게 재현성이 좋은 에칭특성이 얻어짐을 확인하고 있다.

또한 상기한 각 실시예는 모두 유자장 UHF대 전자파 방사 방전방식의 플라즈마처리장치의 경우이며, UHF파의 주파수는 450MHz로 고정하여 설명하여 왔으나, 물론 주파수는 이것에 한정되는 것이 아니다. 또 방사되는 전자파는 UHF대의 300MHz내지 1 GHz의 이외에도, 예를 들면 2.45 GHz의 마이크로파나 또는 수 10MHz 내지 300 MHz 정도까지의 VHF대이어도 좋다. 또 자장강도는 450 MHz에 대한 전자사이클로트론공명 자장강도인 160 가우스의 경우에 대하여 설명하였으나, 반드시 공명자장을 사용할 필요는 없고, 이것보다도 강한 자장이나 또는 반대로 수 10 가우스 이하의 약한 자장을 사용하여도 좋다. 또한 자장을 사용하지 않는 예를 들면 무자장 방전이어도 좋다. 또 공정가스의 분출은 플레이트(115)로부터 행할 필요는 없고, 예를 들면 측벽으로부터 가스를 도입하여도 좋다. 또한 상기 이외에도 예를 들면 자장을 사용한 마그네트론형의 플라즈마처리장치나 평행 평판형의 용량 결합방식 플라즈마처리장치, 또는 유도 결합형의 플라즈마처리장치 등에 상기한 각 실시예를 적용할 수 있다.

또 상기한 각 실시예는 모두 처리대상이 반도체 웨이퍼이고, 이에 대한 에칭처리의 경우이나, 본 발명은 이것에 한정하지 않고 예를 들면 처리대상이 액정기판인 경우에도 적용할 수 있고, 또한 처리 자체도 에칭에 한정하지 않고, 예를 들면 스패터링이나 CVD 처리에 대해서도 적용가능하다.

본 발명에 의하면 웨이퍼에 대향하여 안테나에 설치된 실리콘제의 플레이트 (115)에 대하여, Vdc = -10 V 내지 -300 V의 바이어스를 인가하고, 온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위에서 ±25℃ 이내의 변동으로 함으로써, 플레이트(115)에 있어서의 표면 반응이 온도변동에 의하지 않고 안정되기 때문에 공정 특성의 안정성·재현성이 우수한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 제공할 수 있다.

Claims

진공처리실과, 이 진공처리실에 가스를 공급하는 처리가스공급수단과, 상기 진공처리실내에서 처리되는 시료를 유지하는 전극과, 상기 시료에 대향하여 상기 진공처리실에 설치되는 플라즈마발생장치와, 상기 진공처리실을 감압하는 진공배기계를 가지는 플라즈마처리장치에 있어서,

상기 플라즈마발생장치는 처리실 안쪽에 설치된 실리콘제의 플레이트를 가지고, 상기 실리콘제의 플레이트에 대하여 Vdc = -50 V 이상 -300 V 이하의 바이어스전압을 인가하고, 또 상기 플레이트의 표면 온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 실리콘제의 플레이트의 표면 온도의 변동을 ±25℃ 이내로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 플라즈마발생장치가 300 MHz 내지 1 GHz의 유자장 또는 무자장 UHF대 전자파 방사 방전방식인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 실리콘제의 플레이트의 저항율을 1 Ω·cm 이상 20 Ω·cm 이하의 범위, 바람직하게는 10 Ω·cm 이하, 더욱 바람직하게는 5 Ω·cm 정도로 하고, 또 상기 실리콘제의 플레이트의 두께가 5 mm 이상 20 mm 이하, 바람직히는 10 mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,

도전체와 유전체를 포함하여 상기 진공용기의 벽의 일부를 구성하는 안테나를 가지고, 이 안테나는 상기 도전체의 플라즈마에 접하는 쪽의 면에 상기 실리콘제의 플레이트가 설치되고, 상기 도전체는 내부를 순환하는 열매체에 의해 온도가 소정의 값으로 유지되는 온도제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
진공처리실과, 이 진공처리실에 가스를 공급하는 처리가스공급수단과, 상기 진공처리실내에서 처리되는 시료를 유지하는 전극과, 상기 시료에 대향하여 상기 진공처리실에 설치되는 플라즈마발생장치와, 상기 진공처리실을 감압하는 진공배기계를 가지는 플라즈마처리장치를 사용하여 시료를 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서,

상기 실리콘제 플레이트에 대하여 Vdc = -50 V 이상 -300 V 이하의 바이어스전압을 인가하고, 또 상기 플레이트의 표면온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위로 하고, 상기 플라즈마발생장치에 의해 발생하는 플라즈마에 의해 상기 시료를 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
진공처리실내에 설치된 UHF대 안테나로부터 방사되는 전자파와, 상기 진공처리실의 주위에 설치된 자장형성수단으로 형성되는 자장과의 상호작용에 의해 상기진공처리실 내부에 플라즈마를 발생하여 시료를 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서,

상기 시료에 대향하여 상기 안테나에 설치된 실리콘제 플레이트에 대하여 Vdc = -10 V 내지 -300 V의 바이어스를 인가하고, 상기 실리콘제 플레이트의 저항율을 1 Ω·cm 이상 10 Ω·cm 이하로 하여 내부저항에 의한 자기 발열로 승온시키고 상기 플레이트의 온도를 100℃ 이상 200℃ 이하의 범위에서 ±25℃ 이내로 제어하여 상기 플라즈마에 의해 상기 시료를 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법