KR20040019608A - 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법 - Google Patents

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KR20040019608A
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Abstract

본 발명의 목적은 불휘발성 재료를 안정되게 에칭처리 가능한 플라즈마처리장치를 제공한다.
처리챔버(1), 그 처리챔버내에 처리가스를 도입하는 처리가스 도입배관 (21), 처리챔버(1)내에 배치되어 시료를 탑재하여 유지하는 탑재전극(5), 상기 시료에 바이어스전위를 공급하는 바이어스전위생성용 고주파전원(9) 및 상기 처리가스에 고주파전력을 공급하여 그 처리가스를 플라즈마화하는 유도코일(12)을 구비한 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 처리챔버(1)는 처리챔버내면의 일 부분에 대향하여 그 부분에 바이어스전위를 공급하기 위한 도전체부재(18)를 구비하고, 또한 상기 처리챔버 내면의 다른부분에 반응생성물의 부착면을 형성한 착탈 가능한 트랩부재(22)를 구비하였다.

Description

플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법에 관한 것으로, 특히 반응생성물의 증기압이 작은 불휘발성 에칭재료를 에칭하는 데 적합한 플라즈마처리장치및 플라즈마처리방법에 관한 것이다.
LSI로 대표되는 반도체장치의 고집적도화는 점점 진전하여 그 디자인규칙은 언더서브마이크론의 레벨로 미세화되어 가고 있다. 이에 따라 내부 배선의 패턴폭도 축소되고 있다. 반도체장치의 내부 배선재료로서는 높은 도프의 다결정 실리콘 또는 Al계 금속이 많이 사용되어 왔으나, 이와 같은 내부 배선재료에서는 배선폭의 축소에 따라 배선저항이 증대하여 신호전파의 지연이나 각종 마이그레이션내성의 열화가 문제로 되어 왔다. 이와 같은 문제를 해결하는 방법으로서, Cu금속, Al-Cu합금, 또는 Al-Si-Cu 합금 등의 낮은 저항의 배선용 금속재료가 채용되고 있다.
또 최근 유전체재료로서, 티탄산납〔PbTiO3〕, PZT〔Pb(Zr, Ti)O3〕, PLZT 〔(Pb, La)(Zr, Ti)O3〕등의 강유전체 박막을 응용한 차세대 LSI의 제안이 이루어지고 있다. 이들 재료의 강유전성을 이용한 메모리셀을 가지는 DRAM, 또는 불휘발성 메모리인 FRAM(Ferroclectric RM) 등이 이미 시작레벨, 또는 일부가 양산레벨로 실현되고 있다. 이들 강유전체장치의 실용화에는 특성이 뛰어난 강유전체 박막의 형성방법의 개발에 더하여 강유전체 박막에의 전극패터닝기술의 개발이 특히 중요하다. 종래부터 강유전체 박막상의 전극재료로서는 특성의 안정성의 관점으로부터 Pt 금속을 사용하는 일이 많다.
또한 MRAM(MagnetiC Random Access Memory)으로 대표되는 재료의 자성을 응용한 신불휘발성 메모리 LSI에는 Fe이나 Ni-Fe 등의 철계 재료가 사용된다. 그 밖에도 Ru, Ir 등 여러가지 신재료 박막이 차세대의 LSI장치를 실현하기 위하여 속속 도입되어 가고 있다.
상기 Cu계 금속, 또는 Pt, Fe계 등의 재료를 패터닝하여 미세한 전극이나 배선을 형성하는 경우에는 주로 염소가스 등의 할로겐계 가스를 사용한 플라즈마 에칭이 채용된다. 플라즈마에칭은 피처리물에 에너지를 가지고 입사하는 이온 및 반응성의 중성래디컬 사용하여 피처리물을 에칭하는 기술이다.
플라즈마 에칭은 LSI 제조기술의 진전 중에서 주로 Si, SiO2, 또는 Al계 배선막을 패터닝하는 기술로서 중요한 역할을 담당하여 왔다. 에칭에 있어서는 상기 Si, SiO2, Al 등의 재료를 염소, 불소, 브롬 등의 가스와 반응시킨다. 상기 반응에 있어서 생성된 반응 생성물은 배기수단에 의하여 제거함으로써 연속하여 에칭을 행할 수 있다.
그런데 앞으로 새롭게 도입이 예상되는 신재료인 Cu, Pt, Fe 등의 재료는 할로겐가스와의 반응성이 낮고, 또한 반응생성물인 할로겐화물의 증기압은 작다. 즉 이와 같은 재료(불휘발성 재료)는 그 에칭속도가 작고, 또한 그 반응생성물의 부착성이 매우 높은 것이 특징 이다.
도 2는 디스플레이 등에 사용되는 투명도전막 ITO(인듐주석산화물)에 사용되는 금속원소인 인듐 및 주석의 할로겐화물의 증기압을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서 예를 들면 주석의 경우 그 염화물(SnCl4)은 상온에 있어서 10Torr 이상의 증기압을 가지고 있다. 따라서 그 에칭에 있어서 염소가스를 사용하여 주석을 주석염화물로 함으로써 가스로서 배기하는 것이 가능하다. 이 때문에 주석은 휘발성재료로서 위치를 부여할 수 있다.
한편, 인듐의 경우, 인듐염화물에서 10Torr의 증기압을 얻기 위해서는 650K즉, 400℃ 가까이 가열하는 것이 필요하다. 즉 인듐을 가스로서 배기하는 것은 곤란하다. 이 때문에 ITO는 불휘발성 재료로서 위치를 부여받게 된다.
또 알루미나(Al2O3) 등은 구성하는 원소인 Al의 염화물의 증기압은 높으나, 알루미나 자신이 매우 안정적이므로, 염소가스를 사용한 에칭을 행하여도 염소와의 반응성은 기대할 수 없다. 또 생성물도 충분히 분해되지 않아, 반드시 염화알루미늄으로서 배기할 수 없다. 따라서 알루미나와 같은 재료도 불휘발성 재료로서 위치를 부여받는다. 또 예를 들면 FED 레뷰 Vol. 1 No. 26 2001에 나타나 있는 바와 같이 Fe계의 재료는 CO/NH3등의 가스를 사용하여 반응생성물로서 염화물보다 증기압이 높은 카르보닐화합물 Fe(CO)x을 만드는 에칭기술이 알려져 있다. 즉 사용하는 가스를 바꿈으로써 배기할 수 있다. 그러나 이와 같은 가스계를 사용하여도 가스와 피에칭재의 반응성은 염소에 의한 알루미늄의 에칭과 같이 높지는 않다.
본 명세서에 있어서는 반응생성물의 증기압이 통상의 Si 또는 SiO2을 에칭하였을 때의 대표적인 반응생성물인 SiCl4에 대하여 3자리수 이상 낮은 재료를 불휘발성 재료로서 정의하기로 한다.
이들 불휘발성 재료를 에칭하기 위해서는 고 바이어스에서의 이온의 입사와, 반응생성물의 승화를 촉진하기 위하여 피처리물을 고온으로 유지하는 것이 유효하다는 것이 알려져 있다. 예를 들면 Cu 박막의 경우, CCl4및 N2의 혼합가스를 사용하여 350℃ 이상으로 가열하면서 에칭 가능한 것이 제36회 응용 물리학관계 연합강연회 (l989년 춘기년회)강연예고집 p570, 강연번호 1p-L-1에 보고되어 있다. 여기서는 높은 에너지 이온으로 스패터적으로 피에칭재료인 Cu를 에칭함과 동시에, 그 피에칭재료를 고온으로 유지함으로써 생성물인 Cu의 염화물이 다시 피에칭재료 표면으로 되돌아가 부착하는 것을 방지하고, 이에 의하여 Cu와 같은 불휘발성 재료의 에칭을 실현하고 있다.
이상 설명한 바와 같이 고온, 고 바이어스의 프로세스조건을 사용함으로써 이들 불휘발성 재료의 플라즈마에칭에 의한 패터닝이 실현되는 것이 실험·시작레벨에서 확인되어, 이들 재료를 사용한 신 LSI장치가 시작(試作)되고 있다. 그러나 이와 같은 불휘발성 재료의 플라즈마에칭을 양산레벨로 실현하는 것은 용이하지 않다. 즉, 이들 불휘발성 재료를 플라즈마 에칭처리할 때에 발생하는 반응생성물의 증기압은, 상기한 바와 같이 아주 작다. 이 때문에 상기 반응생성물은 배기수단에 의하여 배기되는 일 없이, 대부분이 챔버 등의 벽면에 부착하게 된다.
상기 반응생성물의 부착은, 실험·시작레벨에 있어서 문제가 없더라도 LSI의 양산라인에 있어서는 문제가 된다. 즉 이들 재료의 에칭처리를 행하는 경우에 있어서는 웨이퍼를 수매 내지 수십매 처리하는 것만으로 챔버의 벽면에는 반응생성물에 의한 퇴적물이 두껍게 부착한다. 이와 같은 경우에는 플라즈마상태가 변화하고, 또는 파티클이 발생하여 에칭처리를 계속하는 것은 곤란하게 된다. 따라서 양산라인에 적용 가능한 불휘발성 재료의 에칭장치를 실현하기 위해서는 이 퇴적막을 어떻게 처리할지가 문제가 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 불휘발성 재료를 안정되게 에칭처리 가능한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 설명하는 도,
도 2는 할로겐화물의 증기압을 나타내는 도,
도 3은 절연체제부재의 형상을 설명하는 도,
도 4는 절연체제부재의 형상의 다른 예를 설명하는 도,
도 5는 도전체부재의 배치예를 설명하는 도,
도 6은 절연체제부재 및 유도코일의 배치를 설명하는 도,
도 7은 절연체제부재 및 유도코일의 배치의 다른 예를 설명하는 도,
도 8은 유도코일의 다른예를 설명하는 도,
도 9는 도전체부재의 상세를 설명하는 도,
도 10은 절연체제부재의 에칭/퇴적속도를 설명하는 도,
도 11은 트랩부재의 구성을 설명하는 도,
도 12는 트랩부재의 다른 구성을 설명하는 도,
도 13은 트랩부재의 또 다른 구성을 설명하는 도,
도 14는 트랩부재의 또 다른 구성을 설명하는 도,
도 15는 트랩부재의 또 다른 구성을 설명하는 도,
도 16은 도전체부재로 피복하는 면 및 트랩부재로 피복하는 면을 설명하는 도,
도 17은 트랩부재에 있어서의 반응생성물의 부착량을 조정하는 방법을 설명하는 도,
도 18은 트랩부재에 있어서의 반응생성물의 부착량을 조정하는 다른방법을 설명하는 도,
도 19는 트랩부재에 있어서의 반응생성물의 부착량을 조정하는 또 다른 방법을 설명하는 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 처리챔버 2 : 진공배기수단
3 : 반도체 웨이퍼 4 : 반송시스템
5 : 탑재전극 8, 15 : 정합기
9, 16 : 고주파전원 10 : 서셉터
12 : 유도코일 14, 26 : 전력 분기회로
17 : 절연체제부재 18 : 도전체부재
20 : 처리가스의 분출구 21 : 가스도입배관
22 : 트랩부재 23 : 가열수단
24 : 피드스루 25 : 온도조절기
26 : 전력분기회로 27 : 서셉터용 바이어스인가부
41 : 슬릿 43 : 콘덴서
44 : 플라즈마
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 수단을 채용하였다.
처리챔버, 이 처리챔버내에 처리가스를 도입하는 처리가스 도입배관, 처리챔버내에 배치되어 시료를 탑재하여 유지하는 탑재전극, 상기 시료에 바이어스전위를 공급하는 바이어스전위생성용 고주파전원 및 상기 처리가스에 고주파전력을 공급하여 이 처리가스를 플라즈마화하는 유도코일을 구비한 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 처리챔버는 처리챔버 내면의 일부분에 대향하여 이 부분에 바이어스전위를 공급하기 위한 도전체부재를 구비하고, 또한 상기 처리챔버 내면의 다른부분에 반응생성물의 부착면을 형성한 착탈 가능한 트랩부재를 구비하였다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본발명의 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 설명하는 도면이다. 도면에 있어서 처리챔버(1)는 예를 들면 표면을 알루마이트처리한 알루미늄제 또는 스테인레스제의 진공용기이고, 이 용기는 전기적으로 접지한다. 처리챔버(1)는 진공배기수단(2) 및 피처리물인 반도체웨이퍼(3)를 반출입하기 위한 반송시스템(4)을 구비한다. 처리챔버(1)내에는 반도체웨이퍼(3)를 탑재하기 위한 탑재전극(5)을 설치한다. 반송시스템(4)은 웨이퍼를 처리챔버내에 반입하여 탑재전극(5) 위에 탑재한다. 탑재전극 (5)은 도시 생략한 정전척에 의하여 웨이퍼(5)를 정전흡착하여 유지한다.
탑재전극(5)에는 정합기(8)를 거쳐 수백 KHz내지 수십 MHz 주파수의 고주파 전원(9)을 접속한다. 이 전원의 출력을 조정함으로써 플라즈마처리 중에 있어서 반도체웨이퍼(3)에 입사하는 이온의 에너지를 제어할 수 있다. 또 탑재전극(5)내에는 도시 생략한 냉매통로를 구비하고, 이 통로에 냉매를 흘림으로써 처리 중에 플라즈마에 의하여 가열된 웨이퍼의 온도를 대략 일정하게 유지한다. 탑재전극(5)의 웨이퍼탑재면 이 외의 전극 상부 표면에는 절연재제의 서셉터(10)를 설치하여 플라즈마나 반응성 가스로부터 탑재전극을 보호한다.
처리챔버(1)의 웨이퍼(3)와 대향하는 위치에는 플라즈마원을 배치한다. 도면에서는 플라즈마원으로서 유도결합 플라즈마원을 사용한 예를 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이, 유도코일(12)을 석영이나 알루미나 세라믹 등의 절연재에 의하여 형성된 돔형의 절연체제부재(17)의 대기측에 웨이퍼(3)와 대향하도록 배치한다.
또 유도코일(12)과 절연체제부재(17) 사이에는 도전체부재(18)를 설치한다. 도전체부재(18)는 뒤에서 설명하는 바와 같이 방사상으로 슬릿을 설치한 금속판으로 이루어지고, 돔형의 절연체제부재(17)를 푹 덮도록 되어 있다. 슬릿은 코일(12)이 존재하는 위치에, 또한 코일을 가로지르도록 형성한다. 이에 의하여 유도코일에 흐르는 전류에 의한 유도전류가 플라즈마에 흐르는 것을 저해하지 않도록 하고 있다. 유도코일(12)의 중심으로부터는 전력공급라인을 인출하고, 이 전력공급라인에는 전력 분기회로(14) 및 정합회로(15)를 거쳐 수백 KHz 내지 수십 MHz의 고주파전원 (16)을 접속한다. 처리실 상부의 돔형의 절연체제부재(17)의 대략 중심에는 처리가스의 분출구(20)를 설치한다. 처리가스는 도입배관(21) 및 분출구(20)를 거쳐 챔버내에 도입된다. 또 처리챔버(1) 전체는 도시 생략한 온도 조정기구에 의하여 온도조절하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 고주파전원(16)에서 발생한 전력은, 유도코일(12) 및 도전체(18)에 공급된다. 유도코일(12)은 플라즈마와 전자결합하여 고밀도의 고주파 유도결합 플라즈마를 생성한다. 또 도전체부재(18)는 발생하는 고주파전계에 의하여 상기 유도코일(12)에 의하여 생성한 플라즈마 중의 이온을 처리실 챔버(1)의 표면으로 끌어 넣는다. 따라서 도전체부재(18)에 공급하는 전력을 제어하여 도전체부재 (18)에 발생하는 고주파전압을 바꿈으로써 돔형의 절연체제부재(17)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것이 가능하다.
또한 도 1에 나타내는 예에서는 돔형의 절연체제부재(17)를 이용하였다. 그러나 절연체제부재(17)의 형상은, 도 3에 나타내는 바와 같이 평판형으로 할 수 있다. 또 도 4에 나타내는 바와 같이 원통형으로 할 수 있다. 이 경우는 유도코일 (12)은 원통형의 절연체제부재(17)의 측면에 설치한다.
다음에 도전체부재(18)의 배치에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 예에서는 도전체부재(18)를 돔형의 절연체제부재(17)의 대기측에 설치하였다. 그러나 도전체부재(18)는 도 5에 나타내는 바와 같이 절연체제부재(17)의 진공측에 설치하여도 좋다. 그러나 이 경우는 진공측(처리실 내측)에 배치한 도전체부재(18)를 부식성 가스, 또는 플라즈마로부터 보호하기 위하여 절연커버(42)를 설치하는 것이 바람직하다.
또 도 5에 나타내는 바와 같이 도전체부재(18)를 절연체제부재(17)의 진공측에 설치하는 경우는, 도 6에 나타내는 바와 같이 유도코일(12)을 진공측, 또는 절연체제부재(17)내에 매립하도록 배치할 수 있다.
또 도 7에 나타내는 바와 같이, 도전체부재(18)의 일부(18a)를 절연체제부재 (17)의 대기측에 배치하고, 나머지부(18b)를 진공측에 배치할 수 있다. 도전체부재 (18)에 동일한 전압을 인가하여도 플라즈마로부터 떨어진 대기측에 배치한 도전체부재의 일부(18d)에 의한 전계의 효과는, 나머지부(18b)의 그것보다도 작기 때문에 적절한 값의 콘덴서(43)를 사용하여 도전체부재의 일부(18a)와 나머지부(18b)를 접속하는 등으로 하여, 상기 도전커버의 나머지부(18b)보다도 일부(18a)측에서 보다 높은 전압이 나오도록 하는 회로구성으로 하는 것이 바람직하다.
또 도 8에 나타내는 바와 같이 유도코일(12)을 편평한 형상으로 구성하고, 이 편평한 형상의 코일을 절연체제부재(17)에 접근하여 배치한다. 이에 의하여 편평한 형상의 유도코일(12)을 유도코일(12) 및 상기 고주파 전원(16)에서 발생한 전력이 공급되는 도전체부재(18)로서 이용할 수 있다. 따라서 이 경우는 도 1에 나타내는 도전체부재 및 전력분기회로(14)는 불필요하게 된다. 그러나 이 경우, 장치의 구성은 간편하게 되나, 플라즈마의 밀도와 입사하는 이온을 독립하여 제어하는 것은 불가능하게 된다.
도 9는 상기한 도전체부재(18)의 상세를 설명하는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 도전체부재(18)는 방사상으로 슬릿(41)을 설치한 금속판으로 이루어지고, 돔형의 절연체제부재(17)를 덮도록 되어 있다. 또 도전체부재(18)의 상면에는 유도코일(12)이 배치된다.
다음에 도전체부재(18)를 사용하여 절연체제부재(17)의 표면을 청정하게 유지하는 방법에 대하여 설명한다.
도 10은 소정조건으로 백금을 염소가스의 플라즈마로 에칭한 경우에 있어서의 절연체제부재(17)의 에칭/퇴적속도를 절연체제부재(17)의 온도를 파라미터로서 나타내는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 절연체제부재(17)의 온도를 100℃로 한 경우에 있어서, 도전체부재(18)에 인가하는 전압이 낮을 때는 백금의 에칭에 의하여 생성한 반응생성물이 절연체제부재(17)의 표면에 부착되나, 인가하는 전압을 올려 가면 50OVpp(고주파의 피크로부터 피크의 전압치)정도를 임계값으로 하여 절연체제부재 (17)의 표면은 에칭으로 전환된다. 절연재의 재질이나 두께에도 의존하나, 상기 소정 조건에서는 500Vpp 이상의 전압을 도전체부재(18)에 공급하여 둠으로써 절연체제부재(17)의 표면을 백금의 에칭시에 있어서도 청정하게 유지할수 있다.
또 절연체제부재(17)의 온도를 350℃까지 올리면 도전체부재(18)에 인가하는 전압이 낮을 때에도 반응생성물의 퇴적을 거의 방지할 수 있다. 그러나 절연체제부재(17)와 진공챔버(1) 사이에 있어서의 진공시일부의 신뢰성 등을 생각하면 고온화에 의한 퇴적물의 부착방지는 한도가 있다. 따라서 본 발명에 의한 바이어스전압을 인가하는 쪽이 양산라인의 사용에 의하여 적합한다.
다음에 서셉터(10)의 표면을 청정하게 유지하는 방법에 대하여 설명한다. 서셉터(10)는 웨이퍼의 아주 근방에 위치하고 있어, 서셉터 표면에 두꺼운 퇴적막이 생기면 파티클이 다량으로 발생하게 된다.
웨이퍼 바이어스를 이용하여 서셉터 표면을 청정하게 유지하는 방법을, 상기 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 바이어스용 고주파 전원(9)의 출력을 정합기(8) 및 전력분기회로(26)를 거쳐 전극측면부분에 설치한 서셉터용 바이어스인가부(27)에 인가한다. 이 바이어스인가부(27)에 인가하는 전력을 제어함으로써 상기 절연체제부재(17)의 경우와 마찬가지로, 서셉터(10) 표면에 입사하는 이온을 제어하여 반응생성물의 퇴적을 방지할 수 있다. 또한 실제의 웨이퍼를 에칭하는 데 사용하는 바이어스전력조건의 범위내에서 서셉터 표면에도 전압이 생기 도록 서셉터(10)의 두께를 조절하여 둠으로써 분기회로 등 특별한 하드웨어를 준비하지 않아도 서셉터(10)에의 반응생성물의 부착을 방지할 수 있다.
이상, 절연체제부재(17) 및 서셉터(10)에 입사하는 이온의 에너지를 제어함으로써 이들 표면을 청정하게 유지하는 방법에 대하여 설명하였다. 그러나 반응생성물의 상기 절연체제부재(17) 및 서셉터(10) 표면에의 부착을 방지하여도 불휘발성 재료의 에칭프로세스에 있어서의 상기 생성물의 증기압은 낮기 때문에 배기펌프에 의해서도 배기할 수는 없다. 결국 상기 생성물은 처리챔버의 다른 개소에 부착하게 된다.
따라서 본 발명에 있어서는 처리챔버의 하류측에 이들 생성물을 부착시키기 위한 부재(22)(트랩부재)를 설치하고 있다.
도 11은 트랩부재의 트랩부재의 구성을 설명하는 도면이다. 트랩부재(22)는 처리챔버 내벽을 피복하는 외통(22a), 탑재전극 외벽을 피복하는 내통(22b) 및 처리챔버 바닥부를 피복하는 바닥판(22c)으로 이루어진다. 또한 상기 외통(22a) 및 바닥판(22c)에는 각각 웨이퍼를 반출입하기 위한 관통구멍(221) 및 배기구(222)가 설치된다.
트랩부재는 도 11에 나타내는 바와 같이 간편한 착탈 가능한 구조로 되고 있고, 메인티넌스시에 예를 들면 세정이 끝난 트랩부재와 교환함으로써, 장치의 고장시간을 저감할 수 있다. 트랩부재는 알루미늄, 스테인레스 등의 금속재료, 또는 석영 등의 절연재료 중 어느 것이어도 좋고, 처리챔버내의 주요한 표면[절연체제부재 (17) 및 탑재전극 전극상부, 웨이퍼탑재부 및 서셉터(10)를 제외함]을 거의 덮는 구조로 되어 있다.
트랩부재의 표면은 반응생성물의 부착성을 좋게 하기 위하여 요철을 가지고 있는 것이 바람직하다. 발명자들의 실험에 의하면 트랩부재의 표면거칠기(Ra)는 각종불휘발성 박막의 에칭 반응생성물에 대하여 lO㎛ 이상인 것이 바람직하다. 따라서 트랩부재의 표면에 쇼트블라스트 등의 방법에 의하여 미리 요철을 설치하여 두는 것이 유효하다. 또 트랩부재의 표면에 유지할 수 있는 퇴적물의 두께는 유한하다(너무 두꺼워지면 벗겨져 떨어져 버림). 이 때문에 트랩부재의 마이크론적인 의미에서의 표면적은 큰 쪽이 유리이고, 배기를 방해하지 않는 범위에서 표면적을 증대시키는 것은 트랩부재의 수명을 연장시키는 데 유효하다.
도 12는 트랩부재의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 외통(22a)의 내표면에 복수의 핀(223)을 설치한다.
도 13은 트랩부재의 또 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 외통(22a)의 내표면에 복수의 요철(224)을 설치한다. 복수의 요철은 점형상 또는 선형상으로 설치할 수 있다.
도 14는 트랩부재의 또 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 외통(22a)의 안쪽에 원통형상부품(225)을 동심형상으로 설치한다. 이 구조는 메인티넌스시의 처리(특히, 약액에 의한 세정)가 용이하게 된다.
도 15는 트랩부재의 또 구성예를 나타내는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 외통(22a)을 하류측에서 확관한 깔때기형상으로 형성하고, 다시 외통(22a)의 안쪽에 동심형상으로 하류측에서 확관한 깔때기형상부품(226)을 설치한다. 깔때기형상부품을 설치함으로써 트랩부재로부터 하류의 챔버가 방전공간으로부터 보이지 않게 되어 하류측에서의 생성물의 부착을 방지할 수 있다.
도 16은 처리챔버 내면 중, 도전체부재로 피복하는 면 및 트랩부재로 피복하는 면을 설명하는 도면이다.
상기한 바와 같이 도전체부재를 거쳐 고주파 바이어스를 절연체제부재(17)에 공급함으로써, 또 예를 들면 서셉터(10)의 두께를 최적화하여 서셉터에 고주파 바이어스를 공급함으로써, 또는 트랩부재(22)를 설치함으로써 불휘발성 재료의 에칭처리를 양산레벨에서 실현하는 것이 가능하게 된다.
웨이퍼의 반출입구멍(221), 배기구(222) 등의 개구부 등, 트랩부재 또는 도전체부재에 의하여 보호할 수 없는 부분은 존재하나, 그 외의 부분은 도전체부재에 의한 고주파바이어스(벽 바이어스)가 공급되는 부분과 트랩부재로 피복된 부분으로 하는 것이 바람직하다.
도 16에 나타내는 바와 같이 처리챔버(1)를 탑재전극(5)의 전극면으로부터 위쪽[절연체제부재(17)측]의 플라즈마생성공간으로서 정의하면(도면에 있어서 Φ500 ×150mm의 공간), 챔버(1), 탑재전극(5) 등의 상기 공간을 구성하는 내벽면 중, 적어도 90%이상이 고주파 바이어스전압의 인가에 의하여 이온에너지의 제어가 가능한 부분, 또는 착탈 가능한 트랩부재인 것이 바람직하다.
그런데 도 1에 나타내는 플라즈마처리장치에 있어서는 처리챔버내의 반응생성물의 농도는 탑재전극(3)의 상부 부근에서 가장 높다. 이 때문에 트랩부재의 외통 (22a)의 상부 선단 부근에 의하여 많은 반응생성물이 부착하여, 이 부분의 퇴적물에 의하여 트랩부재의 교환빈도가 율속된다.
도 17은 트랩부재에 있어서의 반응생성물의 부착량을 조정하는 방법을 설명하는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 트랩부재의 외통(22a)과 처리챔버(1) 사이에 간극을 설치하여 외통(22a)의 상부를 처리챔버(1)의 벽으로부터 뜨도록 하여 외통(22a)의 상부와 처리챔버(1)사이를 단열한다. 외통(22a)은 처리챔버(1)내에 발생한 플라즈마(44)에 의하여 가열된다. 이 때 플라즈마의 밀도는 위쪽이 높기 때문에 트랩부재의 외통(22a)은 상부가 높은 온도분포가 되어, 상기 도 3에 있어서 나타낸 바와 같이 반응생성물의 외통(22a) 상부에의 퇴적이 억제된다.
도 18은 트랩부재에 있어서의 반응생성물의 부착량을 조정하는 다른방법을 설명하는 도면이다. 도면에 나타내는 바와 같이 트랩부재의 외통(22a)의 상부를 할로겐램프 등의 가열수단(23)에 의하여 가열하여, 소정온도로 유지한다. 이에 의하여 반응생성물의 외통(22a) 상부에의 퇴적을 억제할 수 있다.
도 19는 트랩부재에 있어서의 반응생성물의 부착량을 조정하는 또 다른방법을 설명하는 도면이다. 도면에 있어서 트랩부재의 외통(22a), 내통(22b) 및 바닥판 (22c)은 각각 도시 생략한 시즈히터와 같은 열원 및 온도센서를 내장한다. 25는 온도조절기이고 피드스루(24)를 거쳐 상기 트랩부재의 외통(22a), 내통(22b) 및 바닥판(22c)에 전력을 공급하여 각각을 소정의 온도로 가열한다. 이에 의하여 반응생성물의 퇴적이 특정부분에 집중하는 것을 저지하고, 이 부분의 퇴적물에 의하여 트랩부재의 교환빈도가 율속되는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면 프로세스를 일정하게 유지하는 데 필요하고, 또한 파티클의 발생 등에 의하여 프로세스처리를 저해하는 요인이 되는 처리챔버의 일부의 내표면에 대해서는 반응생성물이 퇴적하지 않도록 유지하고, 한쪽에서 프로세스처리에 문제가 없는 교환 가능한 부분에 반응생성물을 집중하여 퇴적시키기 때문에 높은 프로세스안정성과 간편한 메인티넌스를 실현할 수 있다.
또한 본 발명은 반도체장치의 제조의 분야에 한정되는 것이 아니라, 액정디스플레이의 제조, 각종 재료의 성막, 또는 표면처리에 적용이 가능하다. 또 불휘발성 재료의 에칭장치뿐만 아니라, 벽면에 다량의 퇴적물이 부착되는 플라즈마 CVD 장치에도 유효하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 불휘발성재료를 안정되게 에칭처리가능한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 제공할 수 있다

Claims (6)

  1. 처리챔버,
    상기 처리챔버내에 처리가스를 도입하는 처리가스 도입배관, 처리챔버내에 배치되어 시료를 탑재하여 유지하는 탑재전극,
    상기 시료에 바이어스전위를 공급하는 바이어스전위생성용 고주파전원 및 상기 처리가스에 고주파전력을 공급하고, 상기 처리가스를 플라즈마화하는 유도코일을 구비한 플라즈마처리장치에 있어서,
    상기 처리챔버는 처리챔버 내면의 일 부분에 대향하여 상기 부분에 바이어스전위를 공급하기 위한 도전체부재를 구비하고, 또한 상기 처리챔버 내면의 다른 부분에 반응생성물의 부착면을 형성한 착탈 가능한 트랩부재를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  2. 처리챔버,
    상기 처리챔버내에 처리가스를 도입하는 처리가스 도입배관, 처리챔버내에 배치되어 시료를 탑재하여 유지하는 탑재전극,
    상기 시료에 바이어스전위를 공급하는 바이어스전위생성용 고주파전원, 및 상기 처리가스에 고주파전력을 공급하여 상기 처리가스를 플라즈마화하는 유도코일을 구비한 플라즈마처리장치에 있어서,
    상기 처리챔버는 처리챔버 내면의 일 부분에 대향하여 상기 부분에 바이어스전위를 공급하기 위한 도전체부재를 구비하고, 또한 상기 처리챔버 내면의 다른 부분에 반응생성물의 부착면을 형성한 온도조정 가능한 트랩부재를 착탈 가능하게 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 착탈 가능한 트랩부재 표면거칠기(Ra)는 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도전체부재로 피복하는 면, 서셉터용 바이어스인가부에 의하여 바이어스가 인가되는 탑재전극면, 시료탑재면, 및 상기 트랩부재로 피복하는 면의 합계는 상기 처리챔버내의 플라즈마생성공간을 구성하는 내벽면의 90% 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 트랩부재는 그 온도를 조정하기 위한 가열수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  6. 처리챔버,
    상기 처리챔버내에 처리가스를 도입하는 처리가스 도입배관, 처리챔버내에배치되어 시료를 탑재하여 유지하는 탑재전극,
    상기 시료에 바이어스전위를 공급하는 바이어스전위생성용 고주파전원, 및 상기 처리가스에 고주파전력을 공급하는 유도코일을 구비하고, 상기 유도코일에 고주파전력을 공급하여 상기 처리가스를 플라즈마화하여 상기 시료를 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서,
    상기 처리챔버는 처리챔버의 일 부분을 피복하여 처리챔버 내면의 대응부분에 바이어스전위를 공급하는 도전체부재를 구비하고, 또한 처리챔버 내면의 다른 부분에 반응생성물의 부착면을 형성한 착탈 가능한 트랩부재를 구비하고, 상기 트랩부재를 소정기간마다 교환하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
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