KR20010080572A - 드라이 에칭 장치 및 드라이 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
광범위에 걸쳐 균일하면서 또한 안정되게 고밀도인 플라즈마를 생성할 수 있어, 반도체 장치의 미세 패턴의 에칭 가공시에, 웨이퍼의 대구경화 및 미세화에 대응할 수 있는 드라이 에칭 장치 및 드라이 에칭 장치에 대해 개시되어 있다.
자장이 있는 UHF파 에칭 장치의 처리실(1) 내의 처리대(2) 상에 웨이퍼(3)를 적재하고, 처리실(1) 내로 에칭용 가스를 도입하여, 처리실(1) 외주에 설치한 복수의 솔레노이드 코일(18, 19, 20)에 의해 처리실(1) 내에 축 방향 자장을 인가하고, 평판 안테나(9)로부터 처리실(1) 내로 주파수가 300 내지 900 MHz 범위 내의 UHF파 전력을 공급하여 ECR 공명 플라즈마를 생성시켜 웨이퍼(3) 표면의 에칭 가공을 행한다. 처리대(2)에는 고주파전원(5)으로부터 주파수가 400 kHz 내지 13.56 MHz 범위 내의 고주파 바이어스 전압이 인가된다. 복수의 솔레노이드 코일(18, 19, 20)에 흘리는 코일 전류를 처리실(1) 내의 자장 강도 분포가 오목형 분포가 되는 상태와 볼록형 분포가 되는 상태 사이에서 주기적으로 절환함으로써, 생성 플라즈마 중에서 웨이퍼(3) 표면에 입사하는 이온 전류 밀도 분포를 균일하게 한다. 코일 전류를 절환하는 대신에, 코일의 높이 방향 위치를 주기적으로 변화시켜도 좋다. 이로써, 대구경 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 균일한 에칭 가공이 가능해진다.
Description
반도체 장치의 제조 과정에 있어서, 웨이퍼 상에 형성된 폴리실리콘(Poly-Si)이나 Al-Cu 합급 등의 박막을 드라이 에칭에 의해 미세 가공하여 게이트 전극이나 메탈 배선을 형성한다. 웨이퍼 상에 형성된 트랜지스터와 메탈 배선 사이 및 메탈 배선 상호간의 전기적인 접속시에는 트랜지스터 구조상 및 배선 사이에 형성된 절연막(주로 SiO2등으로 이루어지는 박막으로, 이하에서는 산화막이라 부름)에 드라이 에칭법으로 콘택트 홀을 형성하고, 이 콘택트 홀 내에 전기 전도체를 충전하고 있다.
상기 드라이 에팅 가공은 에칭 가스를 진공 용기인 드라이 에칭 장치 내로 도입하여, 고주파 바이어스 혹은 마이크로파(μ파)를 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마 중에서 생성된 활성종(radical) 및 이온을 이용하여 행해진다.
에칭시에는 전극 패턴, 배선 패턴 혹은 홀 패턴을 전사한 레지스트 박막 등의 마스크가 상기 산화막 상에 형성된다. 드라이 에칭에서는 Poly-Si막, Al-Cu 합금막, 산화막 등을 마스크나 기초에 대해 선택적으로 가공하여 원하는 가공 형상을 형성하고 있다.
최근, 반도체 장치의 집적도, 처리 능력 및 생산성 향상을 위해 패턴의 미세화 및 처리 웨이퍼의 대구경(직경 300 ㎜)화가 진행되고 있다. 웨이퍼의 대구경화에 대응하기 위해서는 드라이 에칭 장치 내에 발생하는 플라즈마가 균일할 것, 생산성을 높이기 위해서는 플라즈마 밀도를 1011/㎤ 이상으로 높일 수 있을 것, 가공 형상의 제어성을 높이기 위해서는 가스 압력이 0.2Pa 내지 4Pa의 범위 내에서 안정된 플라즈마를 형성할 수 있을 것 등이 요구되고 있다. 그를 위해서는 대구경이면서 균일하고 또한 밀도가 높은 플라즈마를 저가스 압력으로 발생시킬 필요가 있다.
그러나, 종래의 평행 평판형(용량 결합형) 드라이 에칭 장치에서는 저가스 압력화가 곤란하다. 또한, 종래의 유도 결합형 드라이 에칭 장치에서, 대구경에서의 높은 균일성을 얻기 위해서는 플라즈마 발생원과 웨이퍼의 거리를 떼어 놓을 필요가 있으므로, 고밀도화가 어렵다. 또한, 종래의 자장(磁場)이 있는 마이크로파 에칭 장치에서는 마이크로파의 파장이 120 ㎜ 정도로 짧으므로, 마이크로파의 마디가 웨이퍼 상에 걸리게 되므로, 대구경에서의 균일화를 실현하는 것이 어렵다.
자장이 있는 마이크로파 에칭 장치에서 균일한 플라즈마를 얻는 것은 마이크로파의 파장을 길게 함으로써 가능해진다. 플라즈마를 발생시키기 위해 도입하는고주파의 주파수를 마이크로파(2.45 GHz)로부터 UHF띠(300 MHz 내지 900 MHz)로 함으로써 도입하는 고주파의 파장이 300 ㎜ 이상이 되므로, 대구경 웨이퍼의 에칭에 대응할 수 있는 균일한 플라즈마를 얻을 수 있는 가능성이 있다. 즉, 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에 의해 대구경이면서 또한 미세한 반도체 장치의 제조 가공에 대응 가능한 가능성이 있다. 또, 상술한 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에 대해서는 예를 들어 미국 특허 제5,891,252호 명세서(인용 문헌 1)에 개시되어 있다.
상기한 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에서는 UHF파를 처리실 내로 도입하는 수단으로서 원반형의 안테나가 이용된다. UHF파가 효율적으로 처리실 내로 도입되도록, 도입 UHF와 공명하도록 안테나 직경 및 유전체의 두께 등이 결정된다. 발생 플라즈마의 균일성은 안테나 직경, 자장 조건(구체적으로는 솔레노이드 코일에 흘리는 전류) 및 가스 압력에 의존한다. 균일 플라즈마를 얻을 수 있는 자장 조건(코일 전류)의 범위가 좁으므로, 가스 압력이나 입력 UHF 파워가 변경되면 충분한 균일성을 얻는 것이 어려워진다. 또한, 장치마다 가장 적절한 자장 조건이 다른 것과, 에칭 처리 시간에 의해 균일성이 변경되는 것이 염려된다. 특히, 이 경향은 플라즈마 밀도가 높은 조건(전자 밀도가 1011개/㎤ 이상) 하에서 커진다.
자장이 있는 UHF파 에칭 장치에서는 에칭 장치 내의 등자장면이 극도로 오목형이면, 웨이퍼 중심에서의 이온 전류 밀도가 웨이퍼 주변부에 비해 커진다. 즉, 장치 중심 부근에서 플라즈마 밀도가 높아진다. 등자장면을 안테나 표면에 대해 평평하게 하면, 웨이퍼 중심부에서의 이온 전류 밀도는 주변에 비해 작아진다. 이온 전류 밀도는 오목형 분포(주변 높이)가 되는 이온 전류 밀도를 얻을 수 있는 자장 조건과 볼록형 분포(중심 높이)가 되는 자장 조건 사이에 코일 전류를 조절하면 균일한 이온 전류 믿도를 얻을 수 있으나, 코일 전류를 ±0.05A 정도의 밀도로 제어하지 않으면 충분한 균일성을 얻는 것이 어렵다. 즉, 코일 전류의 마진이 좁은 것이다. 이로 인해, 충분한 균일성을 얻는 것이 어려워진다.
본 발명은 반도체 장치의 미세 가공이 이용되는 플라즈마 발생 장치 및 반도체 장치 상의 미세 전극, 배선 및 콘택트 홀 등의 고정밀 드라이 에칭 가공을 실현하기 위한 드라이 에칭 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예가 되는 드라이 에칭 장치의 개략 구성을 도시한 종단면 모식도이다.
도2는 도1에 도시한 장치에 있어서의 안테나로부터 10 ㎜ 하의 수평면 내에서의 전해 강도 분포를 도시한 곡선도이다.
도3은 도1에 도시한 장치에 있어서의 코일 전류 변조에 의한 등자장면 변화의 모습을 설명하기 위한 곡선도이다.
도4는 도1에 도시한 장치에 있어서의 발생 플라즈마 중의 이온 전류 밀도 분포의 도3에 도시한 등자장면 변화에 대응하여 변화된 모습을 설명하기 위한 곡선도이다.
도5는 본 발명의 다른 일 실시예가 되는 드라이 에칭 장치의 개략 구성을 도시한 종단면 모식도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래의 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에 있어서의 문제점을 해소할 수 있는 개량된 자장이 있는 UHF파 에칭 장치를 제공하는 것이며, 보다 구체적으로는 발생 플라즈마가 균일하면서 또한 안정되어, 플라즈마 밀도가 1011/㎠ 이상의 플라즈마를 발생할 수 있고, 웨이퍼 직경이 300 ㎜ 이상에 있어서도 웨이퍼 전체면에 걸쳐 균일하게 Poly-Si막, Al-Cu 합금막, 산화막 등을 에칭 가공할 수 있는 자장이 있는 UHF파 에칭 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면 진공 처리실 내에 적어도 한 종류의 처리 가스를 도입하는 수단, 상기 처리 가스를 상기 진공 처리실 밖으로 배기하는 배기 수단, 상기 진공 처리실 내의 상부에 고주파 전압을 인가할 수 있는 평판 안테나 및 상기 진공 처리실 밖에 배치된 복수의 솔레노이드 코일을 구비하여 이루어지며, 상기 진공 처리실 내에 플라즈마를 발생시키고, 이 발생 플라즈마를 이용하여 상기 진공 처리실 내에 설치한 피처리 기판을 에칭 처리하는 드라이 에칭 장치로써, 상기한 솔레노이드 코일에 흘리는 코일 전류를 주기적으로 변조하기 위한 코일 전류 변조 수단을 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치가 제공된다.
또, 상기한 본 발명에 의한 드라이 에칭 장치에 있어서는 상기 코일 전류 변조 수단에 의한 상기 코일 전류의 변조 주기는 10초 이하로 설정되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 본 발명에 의한 드라이 에칭 장치에 있어서는 상기 코일 전류 변조 수단 대신에, 상기 복수의 솔레노이드 코일 중 적어도 하나의 솔레노이드 코일의 상하 방향 위치(축 방향 위치)를 반복 변화시키기 위한 코일 위치 제어 수단을 구비시킬 수 있다.
그리고, 상기한 본 발명에 의한 드라이 에칭 장치에 있어서, 상기 평판 안테나에 인가하는 상기 고주파 전압의 주파수는 300 MHz 이상 900 MHz 이하의 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 진공 처리실, 상기 진공 처리실 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단, 상기 진공 처리실 내에 에칭 처리용의 가스를 도입하는 가스 도입 수단, 상기 진공 처리실에서 상기 도입 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 수단 및 상기 진공 처리실 내에 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 구비하여 이루어지는 드라이 에칭 장치를 이용하여, 상기 진공 처리실에 설치된 피처리 기판을 에칭 처리하는 드라이 에칭 방법으로써, 상기 피처리 기판의 에칭 처리 중에 상기 자장 인가 수단에 의한 인자 자장의 강도를 주기적으로 변조하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법이 제공된다.
또, 상기한 본 발명에 의한 드라이 에칭 방법에 있어서, 상기 자장 인가 수단에 의한 인가 자장 강도의 주기적 변조의 주기는 10초 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
상기한 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에 있어서는 발생 플라즈마 중의 이온 전류 밀도 분포는 상기 솔레노이드 코일에 흘리는 코일 전류에 의해 오목형 분포로부터 볼록형 분포까지 제어할 수 있고, 이 오목형 분포나 볼록형 분포에서는 발생 플라즈마의 안정성도 좋아, 이온 전류 밀도의 균일성이 가스 압력이나 UHF파의 도입 파워에 의해 크게 변화하는 일은 없다. 따라서, 오목형 분포와 볼록형 분포에서의 이온 전류 밀도를 맞추면, 균일한 이온 전류 밀도 분포를 얻을 수 있는 가능성이 있다. 구체적으로는 이온 전류 밀도 분포가 오목형 분포가 되는 플라즈마와 볼록형 분포가 되는 플라즈마를 교대로 발생시킴으로써 균일한 이온 전류 밀도 분포를 얻을 수 있다.
또한, 상기 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에 있어서는 플라즈마 밀도, 보다 구체적으로는 웨이퍼로의 이온 입사 밀도(이온 전류 밀도)는 솔레노이드 코일에 의해 인가되는 자장(B)과 UHF파의 전장(E)과의 외적(外積)(E × B)에 의해 결정되고, UHF파의 주파수가 450 MHz인 경우, 160 가우스 내지 170 가우스의 자장(B)과 이 자장(B) 하에서 전자 사이클로트론 공명(ECR)을 발생시키는 전장(E)과의 인가에 의해 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.
도1에 도시한 자장이 있는 UHF파 에칭 장치의 경우, 솔레노이드 코일에 의한 자장 벡터(B)가 종방향이므로, UHF파의 전장(E)의 횡방향 성분만이 상기 자장(B)과공명하게 된다. 상기 횡방향 전장 성분은 사용하는 안테나의 구조상, 도2의 곡선 201로 나타내는 것처럼 안테나의 주변부에서 강해진다. 따라서, 균일한 자장 즉 웨이퍼 상면 및 안테나 하면(301)과 평행하게 160 내지 170 가우스의 등자장면을 코일로 형성하는 경우(도3의 직선 302), 웨이퍼의 주변부에서 ECR 공명이 강해지며, 예를 들어 직경 300 ㎜인 실리콘 웨이퍼 상에서의 이온 전류 밀도 분포는 도4의 곡선 401로 도시한 바와 같이, 웨이퍼 중심부에 비해 주변부에서 이온 전류 밀도가 높은 오목형 분포가 되어 버린다.
솔레노이드 코일의 전류를 조정하여, 160 내지 170 가우스의 등자장면이, 도3의 곡선 303으로 도시한 바와 같이, 웨이퍼 중심부(0 ㎜ 위치) 부근에서 웨이퍼면에 가깝고, 주변부(-150 ㎜ 위치 및 +50 ㎜ 위치)에서 웨이퍼면으로부터 멀어지도록 한 경우에는 웨이퍼 중심부에 비해, 주변부에서의 공명점이 웨이퍼면으로부터 벗어나므로, 이온 전류 밀도는 도4의 곡선 402로 도시한 바와 같이, 웨이퍼 전체면에 걸쳐 대략 균일해진다.
웨이퍼 주변부에 있어서의 인가 자장의 등자장면을, 또한 웨이퍼 면으로부터 분리하면(도3의 곡선 304), 웨이퍼 주변부에서의 ECR 공명이 더욱 약해지며, 이온 전류 밀도 분포는 도4의 곡선 403으로 도시한 바와 같이 볼록형 분포가 된다.
즉, 이온 전류 밀도의 오목형 분포는 등자장면이 평평해지는 자장 조건 하에서 얻을 수 있고, 볼록형 분포는 등자장면이 오목면 형상이 되는 자장 조건 하에서 얻을 수 있다. 균일한 이온 전류 밀도의 실현은 상기한 코일 전류의 미조정 외에 그 밖의 에칭 중에 코일 전류치를 절환함에(변조함) 의해서도, 혹은 또한 이온 전류 밀도의 오목형 분포와 볼록형 분포를 맞춤에 의해서도 가능하다. 또한, 상기한 코일 전류의 변조에 대신에, 자장 발생용 솔레노이드 코일의 높이(상하 방향 설치 위치)를 변화시킴에 의해서도 상기와 마찬가지로 균일한 이온 전류 밀도 분포를 얻을 수 있다. 또는, 상기한 코일 전류의 변조와, 상기한 솔레노이드 코일의 위치 조정을 병용하도록 해도 좋다.
이온 전류 밀도(플라즈마 밀도)를 균일하게 하는 다른 방법으로서는 자장 인가 수단으로서 복수(2개 이상)의 코일을 사용하는 경우에, 상기 복수의 코일 중 적어도 하나의 코일을 오목형의 이온 전류 밀도 분포를 얻을 수 있는 위치와 볼록형의 이온 전류 밀도 분포를 얻을 수 있는 위치 사이에서 교대로 이동시켜, 오목형의 이온 전류 밀도 분포와 볼록형의 이온 전류 밀도 분포를 맞춤 방법을 채용하는 것도 가능하다.
본 발명의 상기 이외의 목적 및 구성에 의해 얻을 수 있는 작용 효과에 대해서는, 이하의 실시예를 예로 들어 상세하게 설명하는 가운데서 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 실시예를 들어 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<제1 실시예>
도1에, 본 발명의 일 실시예가 되는 드라이 에칭 장치의 개략 구성을 도시한다. 이 실시예의 장치에 있어서는 에칭용 가스를 샤워 플레이트(6)로부터 에칭 처리실(1) 내로 도입하고, UHF파 전원(11)에 있어서 200 MHz 내지 1.2 GHz 사이의 UHF파를 발생시키고, 이 UHP파를 금속 안테나(9)로 전파하고, 상기 안테나로부터 유전체(12)를 거쳐서 상기 UHF파를 에칭 처리실(1) 내에 공급하여, 상기 도입 가스의 플라즈마를 발생시킨다.
그리고, 에칭 처리실(1)의 외주에 설치한 자장 발생용의 복수(도면에서는 3개)의 솔레노이드 코일(18, 19 및 20)에 의해 에칭 처리실(1) 내의 샤워 플레이트(6)의 10 내지 30 ㎜ 하의 부분에, 자장 강도가 100 내지 330 가우스 범위 내의 자장이 인가되도록 상기 솔레노이드 코일에 흘리는 코일 전류를 제어하여, 에칭 처리실(1) 내에 ECR 공명 플라즈마를 발생시킨다. 또, 상기 솔레노이드 코일도선의 권취수는 각각 1200 턴이다.
처리대(2) 상에 피처리물(3)을 설치하여, 상기한 발생 플라즈마에 의해 에칭 처리한다. 에칭용 가스는 가스 유량 제어 장치(8)를 통해 에칭 처리실(1) 내로 도입되고, 배기용 밸브(17)를 통해 진공 펌프에 의해 에칭 처리실(1) 밖으로 배기된다. 피처리실(3)을 탑재하는 처리대(2)는 고주파 전원(5)에 접속되어 있으며, 상기 전원(5)으로부터 400 KHz 내지 13.56 MHz 주파수 범위의 고주파 바이어스 전압이 인가된다. 처리대(2)는 상기 처리대(2)의 상면에 대향하여 배치되어 있는 샤워 플레이트(6)의 하면으로부터 장치의 허가하는 범위 내에서 임의의 거리를 두고 고정 설치할 수 있다.
안테나(9)의 직경은 약 250 ㎜로, 안테나(9)의 하면 상에는 두께 약 20 ㎜ 안테나 유전체(알루미나제)(13)가 설치되고, 또한 그 하면 상에 비자성체 금속으로 구성되어 어스 전위에 접지된 에칭 장치의 외주부(15)가 설치되어 있다.
또, 도1에 있어서, 상기 설명에는 사용하고 있지 않은 참조 부호 중, 4는 서셉터, 7은 컨덕턴스 밸브, 10은 UHF파 정합기, 14는 석영 내통, 16은 웨이퍼 반송용 게이트 밸브, 21은 요크를 각각 나타내고 있다.
처리실(1) 내에 피처리물로서의 12 인치 시리콘 웨이퍼(3)를 반입하여, 처리대(2) 상에 탑재한다. 이 실리콘 웨이퍼(3) 상에는 두께 약 500 ㎚의 산화 규소막, 두께 약 100 ㎚의 하부 TiN막, 두께 약 400 ㎚의 Al-Cu-Si 합금막, 두께 약 100 ㎚의 상부 TiN막 및 70O ㎚의 마스크 패턴을 전사한 레지스트 마스크가 적층 형성되어 있다. 상기 레지스트 마스크의 패턴 폭은 200 ㎚이다.
웨이퍼(3)를 처리대(2) 상에 탑재하고 나서, 상기 에칭용 가스로서 염소 가스 200 sccm, 3염화 붕소 가스 40 sccm, 메탄 가스 7 sccm을 에칭 장치 내에 도입하고, 전체 가스압이 1Pa가 되도록 하여, 상기 TiN막 및 Al-Cu-Si 합금막의 일괄 에칭을 행한다. 에칭시의 처리대(2)의 온도를 40 ℃로 설정하고, 도입 UHF파의 주파수를 450 MHz, 도입 파워를 1400 W로 하고, 처리대(2)를 거쳐서 웨이퍼(3)에 공급하는 고주파 바이어스 전압의 주파수는 800 kHz, 공급 파워는 200 W(약 0.3 W/㎠)로 한다.
코일(18, 19, 20)의 코일 전류를 각각 5A, 4A, 1A로 설정하면, 160 가우스의 등자장면은 대략 평평해진다. 이 조건 하에서, 웨이퍼(3) 상에서의 평균 이온 전류 밀도는 2.0 mA/㎠이고, 웨이퍼 주변부에서 2.5 mA/㎠, 중심부에서 1.5 mA/㎠가 된다. 또, 코일(18, 19, 20)의 코일 전류를 각각 9A, 0A, 0A로 설정하면, 이온 전류 밀도 분포는 웨이퍼 주변부에서 1.5 mA/㎠, 웨이퍼 중심부에서 2.5 mA/㎠가 된다.
코일 전류를 변조하여, 코일(13)의 전류를 5A와 9A, 코일(19)의 전류를 4A와 0A, 코일(20)의 전류를 1A와 0A 사이에서 교대로 반복 절환하여 흘린다. 변조 주기(반복 절환의 주기)를 0.1초로 한다. 이 조건 하에서는 웨이퍼(3) 상에서의 이온 전류 밀도 분포는 대략 평평해진다.
웨이퍼(3)의 상방 약 2O ㎜의 공간 내에 있어서의 플라즈마 밀도는 약 2 × 1011/㎤로, 직경 300 ㎜의 범위 내에서 대략 균일하다. 또한, 웨이퍼(3)에 입사되는 이온단(束)도, 웨이퍼(3)면 내에서 대략 균일해진다. 웨이퍼(3) 상에 형성된 다층 박막은 상부 TiN층, Al-Cu-Si 합금층, 하부 TiN층의 순서로 에칭되고, 이 때의 TiN층의 평균 에칭 속도는 약 400 ㎚/min, Al-Cu-Si 합금막의 평균 에칭 속도는 약 800 ㎚/min이고, 레지스트의 평균 에칭 속도는 약 300 ㎚/min이다. 또한, 에칭 속도의 웨이퍼면 내에서의 변동은 ±2 %이며, 충분한 균일성을 얻을 수 있다.
코일 전류의 변조 주기(반복 절환의 주기)를 1초로 해도 상기와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있고, 1초 동안에 이온 전류 밀도가 대폭으로 변화하는 일은 없다. 이온이 웨이퍼(3) 상에 도달하기 까지의 확산 과정에 의해, 플라즈마의 주기적 변화에 의한 이온 전류 밀도의 변화가 완화되기 때문이다. 그러나, 변조 주기가 10초를 넘으면, 웨이퍼(3)로의 이온의 총입사량은 대략 웨이퍼면 내에서 균일해지지만, 이온 전류 밀도가 주기적으로 크게 변화하게 되므로, 웨이퍼(3) 상의 반도체 장치의 일부에 파괴가 발생한다.
코일 전류의 변조 주기를 0.01초 까지 짧게 한 경우, 코일 임피던스에 의해 전류가 흐르기 어려워지므로, 코일에 인가하는 전원 전압을 변조 주기가 0.1초인 경우에 비해 2할 정도 증가시킬 필요가 있다. 변조 주기를 0.001초라 하면, 코일임피던스가 더욱 높아져 교류 성분이 컷트되므로, 평균적인 직류 전류를 흘린 경우와 같은 상태가 되어 충분한 효과를 얻는 것이 어려워진다.
피에칭막은 상기 막 외에, poly-Si막, Al-Cu 합금막, W막, WN막, 산화 규소막 및 질화 규소막이라도 같은 효과를 얻을 수 있다. 웨이퍼 직경도 12 인치로 한정되지 않으며, 8 인치 및 16 인치라도 같은 효과를 얻을 수 있다.
안테나(9)에 인가하는 UHF파의 주파수를 450 MHz 내지 900 MHz로 변경하고, 그에 대응하여 320 가우스의 등자장면을 상기와 마찬가지로 변조 제어하더라도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 인가 UHF파의 주파수가 1 GHz 이상에서는 전자파의 전파 모드에 의한 마디가 나타나 균일한 가공이 어려워진다. 한편, 인가 UHF파의 주파수를 300 MHz 까지 낮추더라도 마찬가지인 효과를 얻을 수 있지만, 또한 200 MHz 까지 낮추면, 플라즈마 생성 효율이 저하하여 충분한 플라즈마 밀도를 얻을 수 없게 된다.
<제2 실시예>
도5에, 본 발명의 다른 일 실시예가 되는 드라이 에칭 장치의 개략 구성을 도시한다. 본 실시예의 장치는 UHF파 도입용의 안테나 부분의 구조가 도1의 장치인 것과 다르게, 안테나(22)가 에칭 처리실(1)의 내부 공간에 노출되어 설치되어 있으며, 안테나(22)가 플라즈마에 노출되는 상태로 되어 있다. 또, 도면 부호 23은 SiC 소결재로 이루어지는 처리실 내통이다.
안테나(22)는 인접한 도프의 실리콘 원판과 알루미늄 원판의 접합 구조로, 그 직경은 약 330 ㎜이다. 그리고, 상기한 실리콘 원판측이 처리실(1) 내로 노출하고 있다. 또, 안테나(22)에는 샤워 플레이트가 설치되어 있다.
처리실(1) 내에, 피처리물로서 12 인치 실리콘 웨이퍼(3)를 반입하여, 처리대(2) 상에 탑재한다. 실리콘 웨이퍼(3) 상에는 두께 0.1 ㎜의 질화 규소막이, 그 위에 두께 1.5 ㎜의 산화막이 형성되고, 또한 그 위에 마스크 패턴을 전사한 레지스트 마스크가 적층 형성되어 있다. 상기 레지스트 마스크에는 150 ㎚ 직경의 홀패턴이 형성되어 있다.
처리실(1) 내에, Ar 가스 500 sccm, C4F8가스 12 sccm 및 산소 가스 8 sccm 및 도입하여 처리실 내 가스 압력을 2Pa로 설정한다. 안테나(22)로부터 처리실(1) 내에 450 MHz, 2 kW의 고주파(UHF파) 전력을 도입하여, 가스 플라즈마를 생성한다. 처리대(2)에, 2 MHz, 2.4 kW의 고주파 바이어스를 인가하여, 상기 레지스트 마스크를 거쳐서 상기 산화막을 에칭 처리한다. 이 때의 플라즈마 밀도는 5 × 1011/㎤이고, 이온 전류 밀도는 7 mA/㎠ 정도이다.
코일(18, 19, 20)의 코일 전류를 각각 6A, 3A, 0A로 설정하면, 등자장면은 대략 평평해진다. 이 조건 하에서, 웨이퍼(3) 상의 평균 인치 전류 밀도는 7.0 mA/㎠이고, 웨이퍼 주변부에서 8.0 mA/㎠, 중심부에서는 6.0 mA/㎠가 된다. 또, 코일(18, 19, 20)의 코일 전류를 각각 10A, -1A, 0A로 설정하면, 이온 전류 밀도 분포는 웨이퍼 주변부에서는 6.0 mA/㎠, 중심부에서는 8.0 mA/㎠가 된다.
코일 전류를 변조하여 코일(18, 19)의 코일 전류를 각각 6A, 3A와 각각 10A, -1A 사이에서 교대로 반복 절환하여 흘린다. 변조 주기(반복 절환의 주기)를 0.1초로 한다. 이 조건 하에서는 웨이퍼(3) 상에서의 이온 전류 밀도 분포는 대략 평평한 분포가 된다. 이 조건 하에서, 상기 산화막의 에칭 속도는 750 ㎚/min이고, 레지스트 마스크에 대한 에칭 선택비는 20, 그 하부의 질화 규소막에 대한 에칭 선택비는 약 30이다. 상기 산화막의 에칭 속도의 웨이퍼면 내에서의 변동은 ±2 % 정도이다.
이와 같이, 코일 전류를 변조함으로써 에칭 속도의 웨이퍼 면내에서의 균일성이 개선된다. 마찬가지인 효과는 상기 산화막 외의, poly-Si막, Al-Cu-Si막, W막, WN막 및 질화 규소막이라도 얻을 수 있다.
<제3 실시예>
도6에, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 되는 드라이 에칭 장치의 개략 구성을 도시한다. 본 실시예에서는 자장 강도를 변조하는 다른 방법으로서, 코일의 높이 방향 위치를 움직이는 방법을 채용하고 있다. 즉, 2개의 솔레노이드 코일(18, 19) 중 한쪽의 코일(18)을 위치 제어 장치(24)에서 상하 이동시키는 구성을 채용하고 있다.
코일(18, 19)에 각각 10A, 5A의 코일 전류를 흘리고, 코일(18)의 높이 방향 위치를 상하 이동시킨다. 코일(18)의 높이 방향 위치[코일(18)의 하단부면으로부터 안테나(22)의 처리실 내측 표면 까지의 거리]를 100으로 한 경우의 이온 전류 밀도 분포는 오목형 분포가 되며, 코일(18)의 높이 방향 위치를 200 ㎜로 한 경우의 이온 전류 밀도 분포는 볼록형 분포가 된다.
처리실(1) 내에, 피처리물로서의 8 인치 실리콘 웨이퍼(3)를 반입하여, 처리대(2) 상에 탑재한다. 실리콘 웨이퍼(3) 상에는 두께 0.1 ㎜의 질화 규소막이, 그 위에 두께 1.5 ㎜의 산화막이 형성되고, 또한 그 위에 마스크 패턴을 전사하여 이루어지는 레지스크 마스크가 형성되어 있다. 이 레지스크 마스크에는 150 ㎚ 직경의 홀 패턴이 형성되어 있다.
처리실(1) 내에, Ar 가스를 500 sccm, CO 가스를 300 sccm, C4F8가스를 15 sccm 및 산소 가스를 3 sccm 가스 도입구를 거쳐서 도입하고, 처리실(1) 내의 가스압력을 2Pa로 한다. 안테나(22)로부터 처리실(1) 내에 450 MHz, 1.3 kW의 고주파 전력을 도입하고, 가스 플라즈마를 생성시킨다. 처리대(2)에 3.5 MHz, 1.2 kW의 바이어스를 인가하여, 상기 산화막을 에칭 처리한다. 이온 전류 밀도는 6.5 mA/㎠ 정도이다.
코일(18)의 높이 방향 위치를 100 ㎜와 200 ㎜ 사이에서, 3초 동안에 1회의 주기에서 상하 이동시키면, 이온 전류 밀도 분포는 거의 균일해지며, 상기 레지스트마스크를 거친 상기 산화막의 에칭 속도는 약 600 ㎚/min로, 웨이퍼면 내에서의 균일성은 약 ±3 % 정도가 된다.
이상 상게하게 설명한 점에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의한 자장이 있는 UHF파 에칭 장치에 따르면, 자장 인가 수단인 솔레노이드 코일에 흘리는 코일 전류를 주기적으로 변화시킴으로써, 저가스 압력으로 고밀도의 플라즈마를 대구경 웨이퍼면 내에서 균일하면서 또한 안정되게 생성시키는 것이 가능해진다. 이 안테나 구조를 가진 에칭 장치를 이용함으로써, 선 폭 200 ㎚ 이하인 미세 패턴의 에칭 가공을 12 인치 이상의 대구경 웨이퍼에 대해서도 그 전체면에 걸쳐 균일하게 행할 수 있으므로, 보다 집적도가 높은 반도체 장치의 제조가 가능해진다.
본 발명에 의한 드라이 에칭 장치 및 드라이 에칭 방법에 따르면, 대구경 반도체 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 극미세 패턴을 균일성 좋게 형성할 수 있으므로, 고집적 반도체 장치의 제조 공정에 이용하여 효과적이다.
Claims (6)
- 진공 처리실 내에 적어도 한 종류의 처리 가스를 도입하는 수단, 상기 처리 가스를 상기 진공 처리실 밖으로 배기하는 배기 수단, 상기 진공 처리실 내의 상부에 고주파 전압을 인가할 수 있는 평판 안테나 및 상기 진공 처리실 밖에 배치된 복수의 솔레노이드 코일을 구비하여 이루어지며, 상기 진공 처리실 내에 플라즈마를 발생시키고, 이 발생 플라즈마를 이용하여 상기 진공 처리실 내에 설치한 피처리 기판을 에칭 처리하는 드라이 에칭 장치에 있어서,상기 솔레노이드 코일에 흘리는 코일 전류를 주기적으로 변조하기 위한 코일 전류 변조 수단을 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 코일 전류 변조 수단에 의한 상기 코일 전류의 변조 주기가, 10초 이하로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 진공 처리실 내에 적어도 한 종류의 처리 가스를 도입하는 수단, 상기 처리 가스를 상기 진공 처리실 밖으로 배기하는 배기 수단, 상기 진공 처리실 내의 상부에 고주파 전압을 인가할 수 있는 평판 안테나 및 상기 진공 처리실 밖에 배치된 복수의 솔레노이드 코일을 구비하여 이루어지며, 상기 진공 처리실 내에 플라즈마를 발생시켜, 이 발생 플라즈마를 이용하여 상기 진공 처리실 내에 설치한 피처리 기판을 에칭 처리하는 드라이 에칭 장치에 있어서, 상기 복수의 솔레노이드 코일중 적어도 하나의 솔레노이드 코일의 상하 방향 위치를 주기적으로 변화시키기 위한 코일 위치 제어 수단을 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 평판 안테나에 인가하는 상기 고주파 전압의 주파수는 300 MHz 이상 900 MHz 이하의 범위 내로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 진공 처리실, 상기 진공 처리실 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단, 상기 진공 처리실 내에 에칭 처리용의 가스를 도입하는 가스 도입 수단, 상기 진공 처리실에서 상기 도입 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 생성 수단 및 상기 진공 처리실 내에 자장을 인가하는 자장 인가 수단을 구비하여 이루어지는 드라이 에칭 장치를 이용하여, 상기 진공 처리실에 설치된 피처리 기판을 에칭 처리하는 드라이 에칭 방법에 있어서, 상기 피처리 기판의 에칭 처리 중에 상기 자장 인가 수단에 의한 인가 자장의 강도를 주기적으로 변조하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 자장 인가 수단에 의한 인가 자장 강도의 주기적 변조의 주기는 10초 이하로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
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