KR20110110006A - 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판과, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 양품률을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
처리 챔버와, 처리 챔버내에 마련되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대를 겸한 하부 전극과, 처리 챔버내에 마련되고, 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과, 하부 전극상에, 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치로서, 하부 전극의 기재와 포커스 링 사이에, 전류 제어 소자를 거쳐서 전기적인 접속을 실행하고 전위차에 따라 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구가 배치된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다．
종래부터, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는 처리 챔버내에 배치한 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼)에 플라즈마를 작용시켜 각종 처리, 예를 들면, 에칭이나 성막을 실행하는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다.
상기의 플라즈마 처리 장치로서는 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 탑재하는 탑재대(서셉터)를 겸한 하부 전극과, 이 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극의 사이에 고주파 전력을 인가해서 플라즈마를 발생시키는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 또한, 이러한 플라즈마 처리 장치에서는 하부 전극에, 반도체 웨이퍼를 정전적으로 흡착하는 정전 척을 마련하는 것, 및 처리의 균일성을 높이기 위해, 반도체 웨이퍼의 주위를 둘러싸도록, 환상으로 형성된 포커스 링을 마련하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특허공개공보 제2008-306212호
상기의 플라즈마 처리 장치에서는 플라즈마에 노출되는 반도체 웨이퍼 및 포커스 링에는 최대 2000V 정도의 마이너스의 바이어스 전압이 발생한다. 한편, 정전 척의 전극에 2000∼2500V 정도의 플러스의 전압을 인가하기 때문에, 정전 척의 전극과 하부 전극을 구성하는 도전성 금속으로 이루어지는 기재 사이에 분극 전하가 발생한다. 이 경우의 분극 전위는 하부 전극의 기재에 접속되어 있는 고주파 인가 회로에 의해서 분압되기 때문에, 고주파 인가 회로 정수와 챔버 회로 정수에 따라 결정되지만, 최대 2000V 정도의 플러스의 전위로 된다.
이 때문에, 반도체 웨이퍼와 하부 전극의 기재 사이에는 최대 4000V 정도의 전위차가 발생하고, 반도체 웨이퍼와 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물의 사이에서 방전(아크)이 발생하고, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩이 손상을 받는 경우가 있다. 그리고, 이렇게 반도체 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩이 손상을 받으면, 제품의 양품률이 저하하고, 생산성이 저하한다고 하는 문제가 있다.
상기와 같은 방전은 반도체 웨이퍼와 하부 전극의 기재 등의 사이의 내전압을 높여, 예를 들면 5000V 정도로 하면 방지할 수 있다. 그러나, 하부 전극에는 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 들어올리기 위한 리프트 핀이 배치된 구멍이나, 반도체 웨이퍼의 이면과 정전 척의 표면 사이에 열 전달을 위한 헬륨 가스 등을 공급하기 위한 가스 공급 구멍 등이 마련되어 있고, 그 내전압을 높이는 것은 용이하지는 않다.
본 발명은 상기 종래의 사정에 대처해서 이루어진 것으로, 반도체 웨이퍼 등의 기판과, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 양품률을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 형태는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버내에 마련되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대를 겸한 하부 전극과, 상기 처리 챔버내에 마련되고, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과, 상기 하부 전극상에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치로서, 상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이에, 전류 제어 소자를 거쳐서 전기적인 접속을 실행하고 전위차에 따라 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구를 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일 형태는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버내에 마련되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대를 겸한 하부 전극과, 상기 처리 챔버내에 마련되고, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과, 상기 하부 전극상에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실행하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이에, 전류 제어 소자를 거쳐서 전기적인 접속을 실행하고 전위차에 따라 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구를 배치하고, 해당 전기적 접속 기구를 통해 상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이에 직류 전류가 흐를 수 있도록 한 상태에서 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼 등의 기판과, 하부 전극의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 양품률을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 주요부 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 3은 도 2의 플라즈마 에칭 장치의 전기적 접속 기구의 예를 모식적으로 나타내는 도면.
도 4는 전기적 접속 기구의 플라즈마 에칭 처리에 대한 영향을 조사한 결과를 나타내는 그래프.
도 5는 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 주요부 구성의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 주요부 구성의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면.
도 7은 플라즈마 에칭 장치의 주요부 구성의 참고예를 모식적으로 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 것이다.
플라즈마 에칭 장치는 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위로 된 처리 챔버(1)를 갖고 있다. 이 처리 챔버(1)는 원통형상으로 되고, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 챔버(1)내에는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼 W를 수평으로 지지하는 탑재대(2)가 마련되어 있다. 탑재대(2)는 그 기재(2a)가 도전성의 금속, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다. 이 탑재대(2)는 절연판(3)을 거쳐서 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 탑재대(2)의 위쪽의 외주에는 예를 들면 단결정 실리콘으로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 또한, 탑재대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 원통형상의 내벽부재(3a)가 마련되어 있다.
탑재대(2)의 기재(2a)에는 제 1 정합기(11a)를 거쳐서 제 1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한 제 2 정합기(11b)를 거쳐서 제 2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 제 1 RF 전원(10a)은 플라즈마 발생용의 것이고, 이 제 1 RF 전원(10a)으로부터는 소정 주파수(27㎒ 이상 예를 들면 40㎒)의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 제 2 RF 전원(10b)은 이온 인입용(바이어스용)의 것이고, 이 제 2 RF 전원(10b)으로부터는 제 1 RF 전원(10a)보다 낮은 소정 주파수(13.56㎒ 이하, 예를 들면 3.2㎒)의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 되어 있다. 한편, 탑재대(2)의 위쪽에는 탑재대(2)와 평행하게 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워헤드(16)가 마련되어 있고, 샤워헤드(16)와 탑재대(2)는 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하도록 되어 있다.
탑재대(2)의 상면에는 반도체 웨이퍼 W를 정전흡착하기 위한 정전 척(6)이 마련되어 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 인가되는 것에 의해, 쿨롱력에 의해서 반도체 웨이퍼 W가 흡착되도록 구성되어 있다.
지지대(4)의 내부에는 냉매유로(4a)가 형성되어 있고, 냉매유로(4a)에는 냉매 입구 배관(4b), 냉매 출구 배관(4c)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매유로(4a) 중에 적절한 냉매, 예를 들면 냉각수 등을 순환시키는 것에 의해서, 지지대(4) 및 탑재대(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 탑재대(2) 등을 관통하도록, 반도체 웨이퍼 W의 이면측에 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 백사이드 가스 공급 배관(30)이 마련되어 있고, 이 백사이드 가스 공급 배관(30)은 도시하지 않은 백사이드 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들 구성에 의해서, 탑재대(2)의 상면에 정전 척(6)에 의해서 흡착 유지된 반도체 웨이퍼 W를, 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다.
상기한 샤워헤드(16)는 처리 챔버(1)의 천벽 부분에 마련되어 있다. 샤워헤드(16)는 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(45)를 거쳐서 처리 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 본체부(16a)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극산화 처리된 알루미늄으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 마련되고, 이 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 바닥부에는 다수의 가스 통류 구멍(16d)이 형성되어 있다. 또한, 상부 천판(16b)에는 해당 상부 천판(16b)을 두께방향으로 관통하도록 가스 도입 구멍(16e)이 상기한 가스 통류 구멍(16d)과 중첩되도록 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)에 공급된 처리 가스는 가스 통류 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 거쳐서 처리 챔버(1)내에 샤워형상으로 분산되어 공급되도록 되어 있다. 또, 본체부(16a) 등에는 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않은 배관이 마련되어 있고, 플라즈마 에칭 처리 중에 샤워헤드(16)를 원하는 온도로 냉각할 수 있도록 되어 있다.
상기한 본체부(16a)에는 가스 확산실(16c)에 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 상류측부터 차례로 매스플로 컨트롤러(MFC)(15b), 및 개폐 밸브 V1이 마련되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스가 가스 공급 배관(15a)을 거쳐서 가스 확산실(16c)에 공급되고, 이 가스 확산실(16c)로부터, 가스 통류 구멍(16d) 및 가스 도입 구멍(16e)을 거쳐서 처리 챔버(1)내에 샤워형상으로 분산되어 공급된다.
상기한 상부 전극으로서의 샤워헤드(16)에는 로우 패스 필터(LPF)(51)를 거쳐서 가변 직류 전원(52)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(52)은 온/오프 스위치(53)에 의해 급전의 온/오프가 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(52)의 전류/전압 및 온/오프 스위치(53)의 온/오프는 후술하는 제어부(60)에 의해서 제어되도록 되어 있다. 또, 후술하는 바와 같이, 제 1 RF 전원(10a), 제 2 RF 전원(10b)으로부터 고주파가 탑재대(2)에 인가되어 처리공간에 플라즈마가 발생할 때에는 필요에 따라 제어부(60)에 의해 온/오프 스위치(53)가 온으로 되고, 상부 전극으로서의 샤워헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
처리 챔버(1)의 측벽으로부터 샤워헤드(16)의 높이 위치보다도 위쪽으로 연장하도록 원통형상의 접지도체(1a)가 마련되어 있다. 이 원통형상의 접지도체(1a)는 그 상부에 천벽을 갖고 있다.
처리 챔버(1)의 바닥부에는 배기구(71)가 형성되어 있고, 이 배기구(71)에는 배기관(72)을 거쳐서 배기 장치(73)가 접속되어 있다. 배기 장치(73)는 진공 펌프를 갖고 있으며, 이 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해 처리 챔버(1)내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 한편, 처리 챔버(1)의 측벽에는 웨이퍼 W의 반입출구(74)가 마련되어 있고, 이 반입출구(74)에는 해당 반입출구(74)를 개폐하는 게이트밸브(75)가 마련되어 있다.
도면 중 ‘76, 77’은 착탈 가능하게 한 데포 실드(deposition shield)이다. 데포 실드(76)는 처리 챔버(1)의 내벽면을 따라 마련되고, 처리 챔버(1)에 에칭 부생물(데포)이 부착되는 것을 방지하는 역할을 가지며, 이 데포 실드(76)의 반도체 웨이퍼 W와 대략 동일한 높이 위치에는 직류적으로 그라운드에 접속된 도전성 부재(GND 블록)(79)가 마련되어 있고, 이에 따라 이상 방전이 방지된다.
상기 구성의 플라즈마 에칭 장치는 제어부(60)에 의해서 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(60)에는 CPU를 구비하고 플라즈마 에칭 장치의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(61)와, 유저 인터페이스(62)와, 기억부(63)가 마련되어 있다.
유저 인터페이스(62)는 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 실행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치의 가동 상황을 가시화해서 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 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(62)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(63)로부터 호출해서 프로세스 컨트롤러(61)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(61)의 제어 하에서, 플라즈마 에칭 장치에서의 원하는 처리가 실행된다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는 컴퓨터에서 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예를 들면, 하드 디스크, CDＤ, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 혹은 다른 장치로부터 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 수시로 전송시켜 온라인에서 이용하는 것도 가능하다.
도 2는 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치의 탑재대(2)의 부분의 구성을 모식적으로 나타내는 것이다. 그 기재(2a)가 알루미늄 등의 도전성 금속 로 구성된 탑재대(2)의 상면에는 용사막 등으로 이루어지는 절연체(6b)가 형성되어 있고, 이 절연체(6b) 중에 정전 척용의 전극(6a)이 배치되어 있다. 이 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 또한, 포커스 링(5)은 반도체 웨이퍼 W의 주위의 절연체(6b)의 위에 탑재되어 있고, 전류 제어 소자를 갖는 전기적 접속 기구(100)를 거쳐서 도전성 금속으로 구성된 탑재대(2)의 기재(2a)와 전기적으로 접속되어 있다.
도 2중에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 전기적 접속 기구(100)의 전류 제어 소자로서 저항 소자(후술하는 용사막)(104)를 이용하고 있다. 도 3은 전기적 접속 기구(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 것이며, 전기적 접속 기구(100)는 도전성 부재로 이루어지고, 포커스 링(5)의 이면에 접촉하는 원주형상의 핀(접촉 단자)(101)을 구비하고 있다. 이 핀(101)은 도전성 부재로 이루어지고 바닥을 갖는 원통형상으로 형성된 케이스(102)내에, 선단부가 케이스(102)내로부터 돌출하도록 수용되고, 긴쪽방향(도 3 중의 상하 방향)으로 이동 가능하게 걸어 고정되어 있다. 핀(101)은 직경이 예를 들면 3㎜ 정도로 되어 있고, 직경이 300㎜인 반도체 웨이퍼 W나 그 외주에 배치된 포커스 링(5)에 비해 미세한 크기로 되어 있다.
또한, 핀(101)의 후단부와 케이스(102)내의 바닥부의 사이에는 코일 스프링으로 이루어지는 탄성부재(103)가 배치되어 있고, 이 탄성부재(103)에 의해서 핀(101)을 선단측으로 가압된 상태로 유지하도록 되어 있다. 따라서, 핀(101)의 위에 포커스 링(5)이 탑재되면, 포커스 링(5)의 무게로 핀(101)이 하측으로 후퇴하고, 탄성부재(103)의 부세에 의해 핀(101)의 선단 부가 포커스 링(5)의 이면을 압압한 상태에서 맞닿도록 되어 있다. 이것에 의해서, 핀(101)과 포커스 링(5)의 전기적인 접속이 확실하게 실행되도록 되어 있다.
또한, 전류 제어 소자로서의 저항 소자는 케이스(102)의 후단면에 형성된 세라믹스의 용사막, 본 실시형태에서는 산화티타늄의 용사막(104)에 의해서 구성되어 있다. 이 용사막(104)에 의한 저항 소자는 포커스 링(5)과 탑재대(2)를 전기적으로 접속하는 회로의 전체의 직류 전류(DC)에 대한 저항값이 예를 들면 20MΩ에서 200MΩ의 범위로 되도록 설정되어 있다.
케이스(102)의 외측에는 원통형상의 절연재(105)가 마련되어 있고, 원통형상의 절연재(105)의 또한 외측에는 용기형상으로 형성된 외측 절연재(106)가 마련되어 있다. 그리고, 외측 절연재(106)의 바닥부를 관통해서 외측으로 도출되도록, 커넥터(107)가 마련되어 있다. 이 커넥터(107)가 알루미늄 등으로 구성된 진공 나사(110)의 중앙부에 마련된 구멍(111)내에 삽입되어, 진공 나사(110)와 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이, 미세한 핀(101)의 주위를 절연재(105), 외측 절연재(106)에 의해서 둘러싸는 구조로 하는 것에 의해서, 직류에 대해서는 저항으로서 작용하는 동시에, 플라즈마 생성을 위해 인가되는 고주파에 대해서는 충분히 높은 임피던스를 갖고, 반도체 웨이퍼 W 및 포커스 링(5)의 고주파 투과 임피던스(수Ω 정도)에 영향을 주지 않도록 되어 있다.
상기의 진공 나사(110)는 탑재대(2)와 도 1에 나타낸 지지대(4)를 체결하기 위한 것이고, 탑재대(2)의 둘레가장자리 부분을 따라 등간격으로 복수(예를 들면 12개) 마련되어 있다. 이들 진공 나사(110)에 모두 전기적 접속 기구(100)를 마련해도 좋고, 1개의 진공 나사(110)에만 전기적 접속 기구(100)를 마련해도 좋다. 또한, 진공 나사(110) 이외의 부분에 다른 구조의 전기적 접속 기구를 마련해도 좋다.
전술한 바와 같이, 탑재대(2)의 기재(2a)에는 제 1 정합기(11a)를 거쳐서 제 1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한 제 2 정합기(11b)를 거쳐서 제 2 RF 전원(10b)이 접속되어 있고, 도 2 중에는 이들 전기적인 접속의 상태를 등가 회로로 나타내고 있다. 또, 정전 척(6)의 전극(6a)과 탑재대(2)의 기재(2a) 사이에 분극 전하가 발생하지만, 분극 전위는 기재(2a)에 접속되어 있는 고주파 인가 회로에 의해서 분압되기 때문에, 고주파 인가 회로 정수와 챔버 회로 정수에 따라 결정된다.
상기와 같이, 본 실시형태에서는 전기적 접속 기구(100)에 의해서, 저항 소자(용사막(104))를 거쳐서 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)가 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)의 전위차에 따라, 전기적 접속 기구(100)를 통해 직류 전류가 흐르도록 되어 있다.
플라즈마 에칭 처리 중, 플라즈마에 노출되는 반도체 웨이퍼 W와 포커스 링(5)은 셀프 바이어스에 의해 대략 동일 전위(예를 들면, 최대 마이너스2000V 정도)로 된다. 한편, 탑재대(2)의 기재(2a)는 정전 척용의 전극(6a)에 인가되는 직류 고전압의 영향 등으로 플러스 전위로 되지만, 본 실시형태에서는 전기적 접속 기구(100)에 의해, 저항 소자를 거쳐서 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)가 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 전기적 접속 기구(100)를 통해 직류 전류가 흐른다.
이 직류 전류에 의해서, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)의 사이의 전위차를 감소시킬 수 있고, 전위차를 예를 들면 500V 정도로 할 수 있다. 즉, 직류 전류의 발생에 의해, 탑재대(2)의 기재(2a)의 전위가 포커스 링(5)의 전위에 근접한다. 이것에 의해서, 탑재대(2)의 기재(2a)와 반도체 웨이퍼 W의 전위차도 감소하기 때문에, 반도체 웨이퍼 W와 탑재대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 양품률을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 물론 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것도 방지할 수 있다.
또, 상기와 같이, 저항 소자와 같은 전류 제어 소자를 개재시키는 일없이, 직접 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하면, 플라즈마에서 본 임피던스가, 반도체 웨이퍼 W의 부분에 비해 포커스 링(5)의 부분에서 적어지기 때문에, 플라즈마가 포커스 링(5)의 위에 도넛형상으로 형성되어 버리고, 플라즈마 에칭 처리에 영향이 나와 버린다. 이 때문에, 전류 제어 소자로서 저항 소자를 이용하는 경우, 상기한 20MΩ에서 200MΩ 정도의 범위의 저항을 거쳐 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하는 것이 바람직하다.
도 4의 그래프는 상기한 구조의 전기적 접속 기구(100)를 1개만 마련한 경우와, 전기적 접속 기구(100)를 둘레 방향으로 등간격으로 4개 마련한 경우와, 전기적 접속 기구(100)를 마련하지 않은 경우에 대해, 실제로 실리콘 산화막의 플라즈마 에칭을 실행했을 때의 에칭 레이트의 면내 균일성을 조사한 결과를 나타내고 있다. 또, 도 4에 있어서, 상부에 나타낸 그래프는 반도체 웨이퍼 W의 Ｘ-Y 방향의 57포인트에서 에칭 레이트를 측정한 결과를 나타내고 있고, 하부에 나타낸 그래프는 반도체 웨이퍼 W의 둘레가장자리부에 있어서 둘레 방향을 따른 64포인트에서 에칭 레이트를 측정한 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 4의 중앙의 하부에 나타낸 그래프에서는 전기적 접속 기구(100)를 마련한 부위에 상당하는 위치에 점선의 원형 표시를 붙이고 있다.
이들 그래프에 나타나는 바와 같이, 전기적 접속 기구(100)를 1개만 마련한 경우, 및 전기적 접속 기구(100)를 둘레 방향으로 등간격으로 4개 마련한 경우의 어느 경우에도, 에칭 레이트 및 그 면내 균일성은 전기적 접속 기구(100)를 마련하지 않은 경우와 대략 동일하였다. 따라서, 전기적 접속 기구(100)를 마련하는 것에 의해, 플라즈마의 편차 등이 발생하고 있지 않은 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 상기한 전기적 접속 기구(100)와는 다른 구성의 전기적 접속 기구(150)를 이용한 예를 나타내는 것이다. 이 전기적 접속 기구(150)는 전류 제어 소자로서, 제너 다이오드(151)를 이용하고 있다. 이와 같이 제너 다이오드(151)를 이용하면, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)의 전위차가 일정 이상으로 되면 제너 다이오드(151)를 거쳐서 전류가 흐르고, 이것에 의해서, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)의 전위차를 일정값(예를 들면 500V 정도)으로 제어할 수 있다. 또, 제너 다이오드(151)를 이용한 경우에도 이 제너 다이오드(151)의 용량에 따라서는 제너 다이오드(151)와 직렬로 저항 소자를 접속할 필요가 있다.
이와 같이, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)의 전위차를 일정값으로 제어할 수 있으면, 반도체 웨이퍼 W와 탑재대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 이들 사이의 전위차의 차이에 의해서, 플라즈마 에칭 처리의 상태에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 상기한 전기적 접속 기구(100)와는 다른 구성의 전기적 접속 기구(160)를 이용한 예를 나타내는 것이다. 이 전기적 접속 기구(160)는 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 사이에 마련한 열전 시트(161)내에 도트 형상으로 점재하도록 복수의 전기적 접속부(162)를 마련하는 동시에, 이들 전기적 접속부(162)에 대응해서, 절연체(6b) 중에 도전 부재(163)를 마련하여 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속한 것이다.
또, 이 경우, 각 전기적 접속부(162)의 전기 저항값을 조정하여, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)가 일정한 저항을 거쳐서 전기적으로 접속된 상태로 할 수 있다. 또한, 전기적 접속부(162)와 탑재대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하는 도전 부재(163)의 부분에 저항 소자 등을 마련한 구성으로 해도 좋다.
또한, 포커스 링(5)과 탑재대(2)의 기재(2a)를 전기적으로 접속하는 대신에, 도 7에 나타내는 바와 같이, 탑재대(2)의 기재(2a)에, 저항 소자(170)를 거쳐서 직류 전원(171)을 접속하고, 직접 탑재대(2)의 기재(2a)의 전위를 제어하는 것에 의해서, 반도체 웨이퍼 W와 탑재대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 단, 이 경우 별도로 직류 전원(171)을 마련할 필요가 있다.
다음에, 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치에서, 반도체 웨이퍼 W에 형성된 실리콘 산화막 등을 플라즈마 에칭하는 수순에 대해 설명한다. 우선, 게이트밸브(75)가 열리고, 반도체 웨이퍼 W가 도시하지 않은 반송 로봇 등에 의해, 도시하지 않은 로드 록실을 거쳐서 반입출구(74)로부터 처리 챔버(1)내에 반입되고, 탑재대(2)상에 탑재된다. 그 후, 반송 로봇을 처리 챔버(1) 외에 퇴피시키고, 게이트밸브(75)를 닫는다. 그리고, 배기 장치(73)의 진공 펌프에 의해 배기구(71)를 거쳐서 처리 챔버(1)내가 배기된다.
처리 챔버(1)내가 소정의 진공도로 된 후, 처리 챔버(1)내에는 처리 가스 공급원(15)으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 도입되고, 처리 챔버(1)내가 소정의 압력으로 유지되고, 이 상태에서 제 1 RF 전원(10a)으로부터 탑재대(2)에 주파수가 예를 들면 40㎒의 고주파 전력이 공급된다. 또한, 제 2 RF 전원(10b)으로부터는 이온 인입을 위해, 탑재대(2)의 기재(2a)에 주파수가 예를 들면 3.2㎒의 고주파 전력(바이어스용)이 공급된다. 이 때, 직류 전원(12)으로부터 정전 척(6)의 전극(6a)에 소정의 직류 전압(예를 들면, 플러스2500V의 직류 전압)이 인가되고, 반도체 웨이퍼 W는 쿨롱력에 의해 정전 척(6)에 흡착된다.
이 경우에, 상술한 바와 같이 해서 하부 전극인 탑재대(2)에 고주파 전력이 인가되는 것에 의해, 상부 전극인 샤워헤드(16)와 하부 전극인 탑재대(2)의 사이에는 전계가 형성된다. 반도체 웨이퍼 W가 존재하는 처리공간에는 방전이 발생하고, 그것에 의해서 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해, 반도체 웨이퍼 W상에 형성된 실리콘 산화막 등이 에칭 처리된다. 이 플라즈마 에칭의 한창 도중에, 상술한 바와 같이 본 실시형태에서는 반도체 웨이퍼 W와 탑재대(2)의 기재(2a) 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 플라즈마 처리 중에 샤워헤드(16)에 직류 전압을 인가할 수 있으므로 다음과 같은 효과가 있다. 즉, 프로세스에 따라서는 높은 전자밀도이고 또한 낮은 이온에너지인 플라즈마가 요구되는 경우가 있다. 이러한 경우에 직류 전압을 이용하면, 반도체 웨이퍼 W에 주입되는 이온에너지가 억제되면서 플라즈마의 전자밀도가 증가되는 것에 의해, 반도체 웨이퍼 W의 에칭 대상으로 되는 막의 에칭 레이트가 상승하는 동시에 에칭 대상의 상부에 마련된 마스크로 되는 막에의 스퍼터 레이트가 저하하여 선택성이 향상한다.
그리고, 상기한 에칭 처리가 종료하면, 고주파 전력의 공급, 직류 전압의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되고, 상기한 수순과는 반대의 수순으로, 반도체 웨이퍼 W가 처리 챔버(1)내로부터 반출된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 반도체 웨이퍼와, 탑재대(하부 전극)의 기재 또는 그 주변의 구조물과의 사이에서 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 양품률을 향상시켜 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 또, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각종 변형이 가능하다.
W…반도체 웨이퍼 2…탑재대
5…포커스 링 6a…전극
6b…절연체 104…저항 소자
100……전기적 접속 기구

Claims (8)

  1. 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버내에 마련되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대를 겸한 하부 전극과,
    상기 처리 챔버내에 마련되고, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과,
    상기 하부 전극상에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이에, 전류 제어 소자를 거쳐서 전기적인 접속을 실행하고 전위차에 따라 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구를 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 소자가 저항 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 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.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전기적 접속 기구는 상기 포커스 링의 이면에 맞닿는 접촉 단자와, 상기 접촉 단자를 상기 포커스 링측을 향해 가압하는 탄성부재를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 저항 소자가 용사막에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 접속 기구는 상기 포커스 링의 이면과 상기 하부 전극의 상기 기재의 사이에 개재하는 열 전달용의 시트와, 상기 열 전달용의 시트내에 점재하는 복수의 도전부를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 소자가 제너 다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버내에 마련되고, 고주파 전력이 인가되는 도전성 금속으로 이루어지는 기재를 갖고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대를 겸한 하부 전극과,
    상기 처리 챔버내에 마련되고, 상기 하부 전극과 대향하도록 배치된 상부 전극과,
    상기 하부 전극상에, 상기 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실행하고 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이에, 전류 제어 소자를 거쳐서 전기적인 접속을 실행하고 전위차에 따라 직류 전류를 발생시키는 전기적 접속 기구를 배치하고, 해당 전기적 접속 기구를 통해 상기 하부 전극의 상기 기재와 상기 포커스 링 사이에 직류 전류가 흐를 수 있도록 한 상태에서 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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