KR940002736B1

KR940002736B1 - Treating apparatus using microwave plasma

Info

Publication number: KR940002736B1
Application number: KR1019890019740A
Authority: KR
Inventors: 류조 호오진; 나오끼 스즈끼
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1994-03-31
Also published as: JP2802083B2; JPH02177326A; KR900010943A

Abstract

내용없음.None.

Description

Microwave plasma processing equipment

제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

제2도는 마이크로파 방사안테나의 구성도.2 is a block diagram of a microwave radiation antenna.

제3도는 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략평면도.3 is a schematic plan view of a microwave plasma processing apparatus.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략도.4 is a schematic diagram of a microwave plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

제5도는 종래예에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략단면도.5 is a schematic sectional view of a microwave plasma processing apparatus in a conventional example.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

9,21 : 진공실 10,22 : 가스도입구9,21: vacuum chamber 10,22: gas inlet

11,23 : 배기구 12,24 : 석영벨자아11,23 exhaust vent 12,24 quartz bell ego

13,25 : 시료대 14,26 : 시료13,25: sample versus 14,26: sample

15a,15b : 도파관15a, 15b: waveguide

16a,16b,18,19,20,28a,28b : 마이크로파 방사안테나16a, 16b, 18, 19, 20, 28a, 28b: microwave radiation antenna

17,29 : 차폐부재 27a,27b : 동축케이블17,29: shield member 27a, 27b: coaxial cable

본 발명은, 반도체 혹은 박막디바이스 등의 제조공정에 있어서의 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus in a manufacturing process such as a semiconductor or a thin film device.

반도체 혹은 박막디바이스 등의 제조공정에서는 마이크로파플 사용한 에칭장치나 레지스트어셔 장치가 사용되고 있다.In manufacturing processes, such as a semiconductor or a thin film device, the etching apparatus and the resister apparatus which used the microwave are used.

이하 도면을 참조하면서 설명한다. 제5도는 종래의 레지스트어셔 장치의 개략도를 도시한 것이다. 진공실(1)은 가스도입구(2)와 배기구(3)를 가지고, 석영플레이트(4)에 의해서 O링을 개재해서 진공으로 유지되고 있다. (5)는 마이크로파를 전송하기 위한 도파관이며, (6)은 마이크로파를 가두어 넣는 챔버이다. (7)은 시료(8)를 얹어 놓기 위한 시료대이다.A description with reference to the drawings below. 5 shows a schematic diagram of a conventional resister apparatus. The vacuum chamber 1 has a gas introduction port 2 and an exhaust port 3, and is maintained in a vacuum by the quartz plate 4 via an O-ring. (5) is a waveguide for transmitting microwaves, and (6) is a chamber in which microwaves are trapped. (7) is a sample stand for placing the sample (8).

가스도입구(2)로부터 산소를 50 SCCM 흐르게 하고, 압력을 0.5Torr로 유지한다. 마이크로파를 400W인가하여 플라즈마를 발생시켜 레지스트를 에칭한다. 레지스트의 에칭속도는 시료대(7)의 온도에 의존하여, 20℃에서 3000Å/min, 200℃에서 8000Å/min이다. 균일성은 6인치 웨이퍼에서 ±15%이다. 그러나 상기한 바와 같은 구성에는 8인치이상의 구경이 큰 기판을 균일성 좋게, 고속으로 에칭하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있다. 이것은 마이크로파를 효율좋게 도입하려면 진공실, 즉 반응실을 공진구조로 하지 않으면 안되어, 구조가 한정되어 버리기 때문이다.50 SCCM of oxygen is flowed from the gas inlet 2, and the pressure is maintained at 0.5 Torr. The microwaves are applied to generate a plasma to etch the resist. The etching rate of the resist is 3000 Pa / min at 20 ° C and 8000 Pa / min at 200 ° C, depending on the temperature of the sample stage 7. Uniformity is ± 15% on 6 inch wafers. However, the above-described configuration has a problem that it is difficult to etch a substrate having a large diameter of 8 inches or more with good uniformity and at high speed. This is because a vacuum chamber, that is, a reaction chamber must be a resonant structure in order to efficiently introduce microwaves, and the structure is limited.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 마이크로파를 플라즈마 처리장치는 가스도입구 및 배기구를 갖춘 진공용기와, 상기 진공용기내에 상기 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 방사안테나와, 상기 진공용기내에 상기 마이크로파 방사안테나의 축방향에 대향해서 시료를 얹어 놓는 시료대를 지니고, 상기 진공용기의 일부가 마이크로파 방사안테나로부터의 마이크로파를 상기 용기내에 공급하기 위하여 절연물로 형성된 마이크로파 플라즈마 처리장치에 있어서 마이크로파 방사안테나를 복수개 지니고, 상기 복수개의 마이크로파 방사안테나가 최밀(最密)구조로 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한 바람직하게는, 마이크로파는 도파관 또는 동축케이블을 사용해서 인가한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, the microwave plasma processing apparatus of this invention is a vacuum container provided with a gas introduction port and an exhaust port, the microwave radiation antenna for introducing the said microwave into the said vacuum container, and the said microwave radiation antenna in the said vacuum container. In the microwave plasma processing apparatus having a sample stage on which the sample is placed opposite to the axial direction of the, wherein a portion of the vacuum vessel is formed of an insulator to supply microwaves from the microwave radiation antenna into the vessel, and has a plurality of microwave radiation antennas. The plurality of microwave radiation antennas are arranged to have a closest structure. Also preferably, microwaves are applied using waveguides or coaxial cables.

본 발명은, 마이크로파의 방사수단으로서 안테나를 사용하고 있기 때문에 진공실의 구조를 자유롭게 설계할 수 있고, 또한 복수의 마이크로파 방사안테나를 가지고 있기 때문에, 큰 면적의 기판에 대해서도 균일하게 처리할 수 있다. 보다 구체적으로는, 통상 도파관에 의해 진공실내로 마이크로파를 도이한 경우, 손실을 적게 하기 위해서는 진공실내에 정재파가 일도록 공진기 구조로 할 필요가 있다. 한편, 안테나에 의한 방사의 경우, 슬릿형상의 안테나를 이용하고 있어, 전계는 슬릿내에서 발생한다. 즉, 플라즈마는 방사안테내에서 발생하고, 그 방사안테내애에 이온, 전자, 라디칼이 생긴다. 이때 생긴 라디칼은 전송에 의해 반응실로 인도된다. 그 때문에 반응실은, 공진구조로 하지 않아도 되고, 또한 어떠한 형상, 수법이어도 관계없으므로 자유롭게 설계할 수 있다.Since the present invention uses an antenna as the microwave radiating means, the structure of the vacuum chamber can be freely designed, and since it has a plurality of microwave radiating antennas, it is possible to uniformly process a large area substrate. More specifically, when microwaves are conducted into a vacuum chamber by a waveguide, it is necessary to have a resonator structure so that standing waves in the vacuum chamber are small in order to reduce losses. On the other hand, in the case of radiation by an antenna, a slit antenna is used, and an electric field is generated in the slit. That is, plasma is generated in the radiation antenna, and ions, electrons, and radicals are generated in the radiation antenna. Radicals generated at this time are guided to the reaction chamber by transfer. Therefore, the reaction chamber does not have to be a resonant structure, and any shape and technique can be used, and thus the reaction chamber can be designed freely.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하면서 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

번저, 본 발명의 제1실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략단면도이다.First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a schematic cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

제1도에 있어서 진공실(9)은 가스도입구(10)와, 배기구(11)를 가지고, 석영벨자아(Bell jar)(12)와 O링을 개재해서 진공으로 유지되어 있다. (13)은 피에칭 시료(14)를 얹어놓은 시료대이다. (15a), (15b)는 마이크로파를 도입하는 도파관, (16a), (16b)는 상기 벨자아(12)의 외주부에 설치된 마이크로파 방사안테나, (17)은 마이크로파를 외부에 누설시키지 않기 위한 차폐부재이다.In FIG. 1, the vacuum chamber 9 has a gas introduction port 10 and an exhaust port 11, and is maintained in a vacuum via a quartz bell jar 12 and an O-ring. Reference numeral 13 denotes a sample table on which the sample to be etched 14 is placed. 15a and 15b are waveguides for introducing microwaves, 16a and 16b are microwave radiation antennas provided at the outer periphery of the bell-shaped 12, and 17 is a shielding member for preventing microwaves from leaking to the outside. to be.

상기 석영벨자아(12)는 유전체 물질의 일례일 뿐, 유전체 물질은 반드시 이것으로 한정되는 것은 아니다.The quartz bell self 12 is only one example of a dielectric material, and the dielectric material is not necessarily limited thereto.

제2도는 마이크로파 방사안테나(16b)의 사시도로서, 여기서는 헬리컬코일로 이루어져 있다. 안테나의 내경은 ψ60㎜, 외경은 ψ72㎜, 길이 170㎜, 슬릿폭 10㎜, 슬릿피치 30㎜, 슬릿전체길이 1040㎜(마이크로파의 반파장의 정수배)이다.2 is a perspective view of the microwave radiation antenna 16b, which consists of a helical coil. The inner diameter of the antenna is? 60 mm, the outer diameter is? 72 mm, length 170 mm, slit width 10 mm, slit pitch 30 mm, and slit total length 1040 mm (an integer multiple of the half wavelength of the microwave).

이하에 참고로 방사안테나로서 헬리컬코일을 선택한 이유와 그에 따른 작용 및 효과에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the reason for selecting the helical coil as the radio antenna and the effects and effects thereof will be described in detail.

방사안테나로서 헬리컬코일외에, 예를 들면 슬롯안테나가 고려될 수 있으나, 이 경우, 그의 구조상 평면판으로부터의 방사로 되어 입체적으로 플라즈마 방전을 일으킬 수 없다. 입체적으로 플라즈마 방전을 일으키는 안테나로서는 슬롯실린더(slotted cylinder)가 고려될 수 있으나, 이 경우 마이크로파가 도입된 부분의 파워가 강하게 되어 실린더의 축방향에 대해서 수직인 면내의 플라즈마 밀도 분포는 분균일하게 된다.In addition to the helical coil, for example, a slot antenna may be considered as the radiation antenna, but in this case, it is structurally radiated from the flat plate so that the plasma discharge cannot be generated in three dimensions. A slot cylinder may be considered as an antenna causing three-dimensional plasma discharge, but in this case, the power of the microwave-introduced portion becomes strong, and the plasma density distribution in the plane perpendicular to the axial direction of the cylinder becomes uniform. .

또한, 다이폴안테나를 이용한 경우에는, 플라즈마를 일정한 영역내에서 발생시키는 것이 불가능하다.In addition, when a dipole antenna is used, it is impossible to generate a plasma in a constant area.

이들에 비해서, 헬리컬코일을 이옹한 경우에는, 전술한 바와 같이 코일의 슬릿내에서 전계가 발생하므로 코일내에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또, 이 코일의 내경은 자유로이 크게 할 수 있으므모, 큰 면적의 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다. 그 때문에 전송된 플라즈마도 큰 면적으로 된다(단, 동일한 파워을 투입한 경우, 플라즈마 밀도는 작게 된다).In contrast to these, when the helical coil is turned on, an electric field is generated in the slit of the coil as described above, so that plasma can be generated in the coil. Moreover, since the inner diameter of this coil can be enlarged freely, it is possible to generate a large area plasma. Therefore, the transferred plasma also has a large area (however, when the same power is applied, the plasma density becomes small).

또, 헬리컬형상으로 마이크로파가 전송되므로, 축방향에 대해서 수직인 면내의 플라즈마밀도 분포는 슬롯실린더의 경우에 비해서 균일하게 된다.In addition, since microwaves are transmitted in the helical shape, the in-plane plasma density distribution perpendicular to the axial direction becomes more uniform than in the case of the slot cylinder.

제3도는 마이크로파 플라즈마 처리장치 개략평면도이다. 진공실(9)에 마이크로파 방사안테부(18), (19), (20) 3개가 도면과 같이 배치되어 있다. 각 마이크로파 방사안테나는 동일 구성으로 되어 있다. 제1도는 제3도의 A-A 단면의 개략도이다.3 is a schematic plan view of a microwave plasma processing apparatus. Three microwave radiation antenna portions 18, 19, and 20 are arranged in the vacuum chamber 9 as shown in the drawing. Each microwave radiation antenna has the same configuration. 1 is a schematic view of the A-A cross section of FIG.

이상과 같이 구성된 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서 레지스트의 에칭을 행하였다. 시료는 8인치 실리콘 기판에 레지스트를 1㎛ 도포한 것을 사용하였다. 가스도입구(10)로부터 산소를 505CCM 흐르게 하고 입력을 0.5Torr로 유지하였다. 마이크로파를 각 안테나마다에 300W씩 인가하여, 레지스트를 에칭하였다. 레지스트의 에칭속도는, 시료대 온도가 20℃일 때 5000Å/min, 시료대 온도가 200℃일 때 12000Å/min을 얻을 수 있었다. 균일성은 ±15%이다.The resist was etched using the microwave plasma processing apparatus configured as described above. The sample used what apply | coated 1 micrometer of resist to the 8 inch silicon substrate was used. Oxygen was flowed through the gas inlet 10 at 505CCM and the input was maintained at 0.5 Torr. Microwaves were applied to each antenna for 300 W to etch the resist. The etching rate of the resist was able to obtain 5000 mW / min when the sample stand temperature was 20 ° C and 12000 mW / min when the sample stand temperature was 200 ° C. Uniformity is ± 15%.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 3개의 마이크로파 방사안테나를 사용함으로써, 큰 면적의 기판을 균일성 좋게, 고속으로 에칭할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, by using three microwave radiation antennas, a large area substrate can be etched at high speed with good uniformity.

다음에 본 발명의 제2실시예에 대해서 도면에 의거하여 설명한다. 제4도는 제2실시예에 있어서의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략단면도이다. 제4도에 있어서, 진공실(21)은 가스도입구(22)와, 배기구(23)를 가지고, 석영벨자아(24)와 O링을 개재해서 진공으로 유지되어 있다. (25)는 피에칭시료(26)를 얹어 놓는 시료대이다. (27a), (27b)는 마이크로파를 도입하는 동축케이블, (28a), (28b)는 마이크로파 방사안테나, (29)는 마이크로파를 외부에 누설시키지 않기 위한 차폐부재이다. 마이크로파는, 1대의 마이크로파 발진기로부터 분배기를 통해서 각각의 마이크로파 방사안테나에, 동축케이블에 의해서 도입된다. 이 실시예는 마이크로파를 동측케이블로 도입하는 부분을 제외하고는, 제1실시예의 구성과 동일하다.Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 4 is a schematic cross-sectional view of the microwave plasma processing apparatus in the second embodiment. In FIG. 4, the vacuum chamber 21 has the gas inlet 22 and the exhaust port 23, and is maintained in vacuum via the quartz bell 24 and the O-ring. Reference numeral 25 denotes a sample stand on which the etching target sample 26 is placed. Reference numerals 27a and 27b denote coaxial cables for introducing microwaves, 28a and 28b microwave radiating antennas, and 29 are shielding members for preventing microwaves from leaking to the outside. Microwaves are introduced by coaxial cable from one microwave oscillator to each microwave radiating antenna via a distributor. This embodiment is the same as the configuration of the first embodiment except for the portion where microwaves are introduced into the ipsilateral cable.

마이크로파 방사안테나는 제1실시예와 동일한 것을 사용하였다. 또, 제1실시예와 마찬가지로 3개의 마이크로파 방사안테나를 설치하고 있다.The microwave radiation antenna used the same thing as the first embodiment. Similarly to the first embodiment, three microwave radiation antennas are provided.

가스도입구(22)로부터 산소를 50SCCM 흐르게 하고, 압력을 0.5 Torr로 유지한다. 마이크로파를 각 방사안테나에 200W씩 인가하여, 레지스트를 에칭하였다. 레지스트의 에칭속도는, 시료대 온도가 20℃일 때 3000Å/min, 시료대 온도가 200℃일 때 8000Å/min이다. 균일성은 ±10%이다.Oxygen is flowed through the gas inlet 22 by 50 SCCM and the pressure is maintained at 0.5 Torr. Microwaves were applied to each of the radiating antennas at 200 W to etch the resist. The etching rate of the resist is 3000 Pa / min when the sample bed temperature is 20 ° C, and 8000 Pa / min when the sample bed temperature is 200 ° C. Uniformity is ± 10%.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 큰 면적의 기판을 균일하게, 고속으로 처리할 수 있다. 또한, 제2실시예는 제1실시예에 비해서, 동축케이블을 사용함으로써 장치를 소형화할 수 있는 이점이 있으나, 반면 마이크로파의 출력을 너무 크게 할 수 없다고 하는 결점이 있다.As described above, according to the present embodiment, a large area substrate can be processed uniformly and at high speed. In addition, the second embodiment has the advantage that the device can be miniaturized by using a coaxial cable, compared with the first embodiment, but has the disadvantage that the output of the microwave cannot be made too large.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의하면, 복수개의 마이크로파 방사안테나를 설치하고, 도파관에 의해서 마이크로파를 도입함으로써, 큰 면적의 기판을 균일하게, 고속으로 플라즈마 처리할 수 있다 도파관을 사용하였을 경우, 동축케이블에 비해서 마이크로파의 출력을 크게 할 수 있다.As described above, according to the first embodiment of the present invention, a plurality of microwave radiation antennas are provided and the microwaves are introduced by the waveguide, so that a large-area substrate can be plasma treated uniformly and at high speed. In this case, the microwave output can be increased compared to the coaxial cable.

또, 본 발명의 제2실시예에 의하면, 복수개의 마이크로파 방사안테나를 설치하고, 동축케이블에 의해서 마이크로파를 도입함으로써, 큰 면적의 기판을 균일하게, 고속으로 플라즈마 처리할 수 있따. 또, 동축케이블을 사용함으로써 도파관에 비해서 소형화할 수 있다고 하는 이점이 있다.In addition, according to the second embodiment of the present invention, a plurality of microwave radiation antennas are provided, and microwaves are introduced by coaxial cables, so that a large-area substrate can be plasma treated uniformly and at high speed. In addition, there is an advantage that the use of a coaxial cable can reduce the size of the waveguide.

Claims

A vacuum vessel having a gas inlet and an exhaust port, a microwave radiation antenna for introducing microwaves into the fraudulent vacuum vessel, and a sample stage on which the sample is placed in the vacuum vessel opposite to the axial direction of the microwave radiation antenna. A part of the container is a microwave plasma processing apparatus formed of an insulator for supplying microwaves from a microwave radiation antenna into the vacuum vessel, wherein the plurality of microwave radiation antennas are arranged so as to have a closest structure. Microwave plasma processing apparatus, characterized in that.

The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave radiation antenna comprises a helical coil.

The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the vacuum vessel is partially made of a dielectric material, and a microwave radiation antenna is provided at an outer circumference of the dielectric material.

The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwaves are introduced using a waveguide.

The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwaves are introduced using a coaxial cable.