KR970003885B1 - 에칭 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

요약 없음.

Description

에칭 방법 및 그 장치

제1도는, 본 발명의 제1실시에의 에칭장치의 구성을 나타낸 단면도.

제2도는, 제1도의 에칭장치의 얹어 놓는면의 곡면 상태를 나타낸 단면도.

제3도는, 제2도의 곡면 상태를, z방향 좌표와 얹어 놓는대의 중심에서의 거리와의 관계로 나타낸 특성도.

제4도는, 제2도의 얹어 놓는 면에 시이트 형상 합성 고분자 필름 형성하지 않았을 경우의 반도체 기판과 얹어 놓는면의 면압력의 분포를 나타낸 특성도.

제5도는, 제4도의 경우의 반도체 기판과 얹어 놓는면의 비접촉간격의 본포를 나타낸 특성도.

제6도는, 제2도의 얹어 놓는 면에 시이트 형상 합성 고분자 필름을 형성한 경우의 반도체 기판과 얹어 놓는 면의 면압력의 분포를 나타낸 특성도.

제7도는, 제6도의 경우의 반도체 기판과 얹어 놓는면의 비접촉간격의 본포를 나타낸 특성도.

제8도는, 제1도에서 사용한 시이트 형상합성 고분자 필름의 움직임을 나타내기 위한 설명도.

제9도는, 제1도의 에칭장치의 에칭속도와 균일성과 시이트 형상 합성 고분자 필름 매수와의 관계를 나타낸 특성도.

제10도는, 제1도의 에칭장치의 전극간격과 에칭 속도의 관계를 나타낸 특성도.

제11도는, 제1도의 에칭장치의 상부 전극의 절연층의 움직임을 나타낸 설명도.

제12도는, 제1도의 에칭장치의 클램프기구를 나타낸 단면도.

제13도는 본 발명에서 반도체 기판을 하부 전극에 대하여 승강시키는 기구를 나타낸 단면도.

제14도는, 본 발명의 제2실시에의 에칭장치의 구성을 나타낸 단면도.

제15도는, 본 발명에서 에어실린더의 착설위치를 다르게한 제2실시예의 변형예의 설명도.

제16도는, 본 발명의 제2실시예에서의 에어실린더의 특성과 하중과 공기 압력과의 관계를 나타낸 설명도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 원통형상 진공용기2 : 전극 승강기구

3 : 연결막대4 : 상부 전극

5 : 반응가스 공급 파이프6 : 고주파 전원

7 : 냉각액 파이프8 : 원통형상 상부전극 냉각 불록

9 : 냉각액 파이프10 : 원통형상 상부하극 냉각 불록

11 : 평판 형상 하부 전극12 : 반도체 기판

13 : 클램프 링(Clamp ring)14 : 연결 막대

15 : 링 승강기구16 : 연결부

17 : 핀 승강기구18 : 리프트 핀

19 : 구멍20 : 냉각가스공급 파이프

21 : 합성 고분자 필름22 : 배기파이프

23 : 배기구멍24 : 배기링

25 : 시일드 링27 : 알루미늄층

28 : 알루미나 층50 : 클램프 기구

51 : 막대52 : 통

53 : 나사54 : 절연 부재

55 : 절연 부재56 : 절연 부재

58 : 나사59 : 절연 부재

60 : 스프링61 : 평판

62 : 막대63 : 절연 부재

64 : 공극70 : 전극체

71 : 유모72 : 배관

73 : 상부 전극74 : 공간

75 : 가스 공급관76 : 구멍

77 : 절연링78 : 시일드 링

79 : 축80 : 링

81, 81b : 에어 실린더82 : 압력 조정 수단

83 : 에어 공급관84 : 유로

85 : 배관86 : 배기구멍

87 : 배기 링88 : 배기판

90 : 에칭장치

본 발명은, 에칭방법 및 에칭장치에 관한 것이다.

종래에, 반도체 집적 회로의 제조에 있어서는, 에칭장치나 이온주입장치 또는 스퍼터링 장치 등이 사용되고 있다. 이들 장치는, 진공중에서 반도체 웨이퍼를 얹어 놓는 대에 고정하여 얇은 막형성이나 미세한 패턴의 고정밀도 형성 등의 처리를 행한다.

이와 같은 처리시에 반도체 웨이퍼가 고온으로 되어 물리 특성 등이 변화하는 것을 방지하기 위하여, 반도체 웨이퍼를 강제적 클램프나 정전 흡착 등을 사용하여 얹어 놓는 대의 볼록형상의 얹어 놓는 면에 얹어 놓고 고정하여 냉각을 행하는 기술이 일본국 특개소 61-206225호, 실공소 58-41722호, 특개소 60-5540호, 특공소 62-57066호 공보 등에 개시되어 있다.

그러나, 상기한 특개소61-206255호 공보에 개시된 기술에서는 반도체 웨이퍼를 얹어 놓은 대에 정전 흡착한다. 그리고, 얹어 놓는 대향 전극과 얹어 놓는데의 양쪽에 전압을 가한다.

이로인하여, 바이어스 스퍼터링의 경우에, 간혹 처리에 적절한 전압과 정전 흡착에 필요한 전압이 일치한 경우에만 소망의 처리를 행한다.

그밖의 방식의 스퍼터링이나 에칭 등의 경우에는 소망의 처리 조건으로 설정할 수가 없다.

또한, 이온 주입의 경우에는 이온 주입량의 측정에 영향을 주는 문제가 있었다.

또한, 반도체 웨이퍼를 전극에 밀착 보호지지하는 기구의 것은, 강성의 필요성으로 소정의 부재로서 금속 등의 도전성 부재를 사용할 필요가 있다.

그러나, 플라즈마화한 가스중의 전하나 이온이 전극 주변의 도전성 부재에 퍼져서, 플라즈마를 확산시켜 버린다.

이로인하여, 대향한 전극 사이에 플라즈마화한 가스를 집중할 수가 없게 된다.

그 결과, 에칭 속도가 저하됨과 동시에 균일한 에칭 처리를 할 수 없는 문제가 있었다.

또한 상기한 실공소 58-41722호 공보에 개시된 기술에서는 반도체 웨이퍼 전체면에 걸쳐서 얹어 놓는대와 반도체 웨이퍼를 밀착시킬 수가 없다.

이로인하여, 반도체 웨이퍼와 얹어 놓는대가 밀착한 장소와 그렇지 않은 장소에서 처리 조건이 변화하여 버리므로, 처리의 균일성이 악화되는 문제가 있었다.

또한, 상기한 특개소 60-5540호와 특공소 62-57066호 공보에 개시된 기술에서는 얹어 놓는 대의 볼록면형상의 얹어놓는 면에 유연하게 열전도성의 물질, 구체적으로는 실리콘 고무등의 층을 형성한다.

그러나, 이 실리콘 고무 등은 먼지를 발생하기 때문에 반도체 웨이퍼를 오염시킨다.

또한, 실리콘 고무등의 내부에서의 가스의 발생이나 먼지의 발생으로 진공도가 저하되고, 이로인하여 처리능력이 저하되어 처리효율의 저하를 초래하는 문제가 있었다.

또한, 특개소 61-212023호, 특개소 62-105347호, 실개소 60-130633호에 개시되어 있는 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 링형상의 클램프의 기구로서 보호지지하는 것에서는, 반도체 웨이퍼를 확실하게 보호지지할 수가 있다.

그러나, 소정의 밀어누르는 힘으로 반도체 웨이퍼를 클램프하지 않으면, 전극 표면에 반도체 웨이퍼의 뒷면의 전체면이 균일하게 접촉되지 않는다.

이로인하여, 반도체 웨이퍼에 균일한 에칭 처리를 행할 수가 없다.

그리하여, 반도체 웨이퍼의 둘레부를 전극 방향에로 클램프 시키므로써, 반도체 웨이퍼의 뒷면의 거의 전체면을 전극에 접촉시키고 있다.

이 경우에, 클램프 압력을 소정 압력보다 낮게하면, 반도체 웨이퍼의 둘레부가 전극과 접촉하지 않고 들떠있는 상태로 된다.

반대로, 클램프 압력을 소정 압력보다 높게하면, 반도체 웨이퍼의 중심부분이 전극으로 부터 떨어져 들떠있는 상태로 된다.

어느쪽의 경우에도, 반도체 웨이퍼에 에칭되지 않는 부분이 발생한다.

바꾸어 말하면, 클램프 압력의 변동에 의하여 반도체 웨이퍼에 실시하는 에칭의 불량이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 특개소 59-94422호에는, 상부 전극 또는 반도체 웨이퍼를 얹어 놓은 하부 전극을 필요에 따라 상하로 동작시키므로써, 반도체 웨이퍼에 에칭처리를 실시하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 에칭 처리중에 상부 전극과 하부전극의 간격을 변경시킬 경우에, 전극간격의 변화에 의하여 에칭 속도가 크게 변화되는 일이 있다.

이와 같은 경우에는, 상하 전극의 대향간격을 각각의 전극의 표면의 전체면에 걸쳐서 매우 높은 정밀도로서 설정해야만 하는 문제가 있었다.

또한, 상하 전극을 고정한 것이라도, 양쪽 전극의 대향 간격이 반도체 웨이퍼의 에칭 속도에 크게 영향을 주는 구조인 것이라면, 앞에서 설명한 바와 같이 고정밀도의 에칭처리를, 양호한 재현성하에서 생산성 좋게 행할 수가 없는 문제점이 있었다.

또한, 고온에서도 안정된 방전을 행하는 알루마이트 전극을 채용한 에칭장치가 사용되고 있다.

그러나, 알루마이트 전극은, 염소계 가스로서의 에칭처리시에 서서히 염화알루미늄으로서 소비된다.

이로인하여, 전극의 수명이 짧아져서, 빈번히 교환할 필요가 있다.

또한, 이로인하여 에칭처리의 생산성이 저하됨과 동시에 에칭처리후에 반도체 웨이퍼를 관찰하여 에칭 상태를 확인할 필요가 있어서, 에칭처리의 자동화를 달성할 수가 없는 문제가 있었다.

또한, 알루마이트 전극은, 예를 들면 그의 표면이 15내지 70㎛인 두께 부분을 알루미나 절연층으로 하고 있다.

이 알루미나 절연층을 유전체를 겸한 보호막으로서 사용하고 있다. 그러나, 알루미나 절연층은 다공질 구조로 되어 있다.

이로 인하여, 반도체 웨이퍼와 알루미나 절연층과 접촉부에는, 미세한 공극이 다수 존재한다.

그 결과, 반도체 웨이퍼와 알루마이트 전극 사이의 임피이던스의 불균형이 크다.

따라서, 에칭처리시에 알루미나 절연층이 파손되기 쉽다.

그리고, 알루미나 절연층이 파괴되면, 반도체 웨이퍼에 충격을 주는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 피처리체에 균일한 에칭처리를 용이하고도 안정하게 행하여, 원료의 소비 및 생산성을 향상시킬 수 있는 에칭방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 피처리계를 설정하기 위하여 전극위에 밀어누르는 수단의 밀어누르는 힘의 어긋남을 제거하여, 피처리계의 전체면에 균일한 에칭처리를 행할 수 있는 에칭장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 피 처리체의 전체면을 얹어 놓는대에 균일하게 밀착시켜서, 균일한 에칭처리를 안정하고도 효율좋게 행할 수 있는 에칭장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 이상 방전등을 방지하여 균일한 에칭처리를 안정하게 행할 수 있는 에칭장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 전극의 수명을 길게하여, 에칭처리의 자동화, 안정화를 달성하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 에칭장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 대향한 전극 사이에 플라즈마를 집중하여, 에칭 속도를 향상시킴과 동시에 균일한 에칭처리를 안정하게 행할 수 있는 에칭장치를 제공하는 것에 있다.

즉, 본 발명은, 진공 용기내에 소정 간격으로 대향배치된 전극의 한쪽에 설정되는 피처리체를 이 전극의 표면에 밀어누르는 수단에 의하여 밀어 누르고, 이들의 전극 사이에 전력을 인가하여 처리가스를 플라즈마화 하고, 이 플라즈마화한 가스에 의하여 상기 피처리체를 에칭하는 장치에 있어서, 피처리체를 얹어 놓는 전극의 얹어 놓는면을, 이 피처리체가 동일 분포 하중에 의하여 변형된 곡면과 동일의 곡면으로 이루어지는 볼록형상으로한 것을 특징으로 하는 에칭장치이다.

또한, 본 발명은, 진공 용기내에, 피처리체가 동일 분포하중을 받았을 때에 변형하는 곡명과 동일의 곡면으로 이루어지는 볼록형상의 얹어 놓는면을 갖는 전극을 형성하고, 이 얹어 놓는 면위에 상기한 피처리체를 밀어 누르는 수단으로서 밀착하게 얹어 놓고, 상기한 전극과 대향하여 소정 간격으로 대향 전극을 배치한 후에, 상기한 진공 용기내에 소정의 처리가스를 도입하고, 다음에, 상기한 전극과 상기한 대향 전극 사이에 소정의 전력을 인가하여 상기한 처리가스를 플라즈마화하고, 그 후에 플라즈마화한 이 처리가스에 의하여 상기한 피처리체에 에칭처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 에칭방법이다.

여기에서, 본 발명은, 반도체 기판 등의 피처리체에 에칭을 실사하는 에칭장치 및 그 에칭 방법을 내용으로 한다.

또한, 밀어누르는 수단에는 밀어 누르는 힘을 소망하는 압력으로 자유롭게 가변할 수 있는 압력 조정수단을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 전극의 주변의 도전성 부재를 절연 피복하여 두는 것이 바람직하다.

또한, 적어도 한쪽 전극의 적어도 플라즈마화한 염소계 가스에 접촉하는 면을, 절연 저항이 990MΩ이상의 절연층으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 피처리체를 보호지지하는 전극의 피처리체 보호지지부의 임피이던스를 균일하게 설정하는 것이 바람직하다.

임피이던스를 균일하게 하는 수단으로서는, 이 피처리체와 이것을 보호지지하는 전극 사이에 합성 고분자 필름을 개재시키는 것을 채용할 수가 있다.

합성 고분자 필름은, 내열성 필름 수지계 점착제로서, 전극에 밀착하는 것이 바람직하다.

또한, 전극과 대향 전극 사이의 대향 간격은, 각각의 전극의 중심부에서, 0.7cm 이상 1.5mm이하로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 처리 가스로서는, 아르곤, 프레온, 4염화 탄소, 3염화 붕소 등을 사용할 수가 있다.

제1실시예

다음에, 본 발명을 반도체 제조 공정의 에칭장치에 적용한 실시예에 대하여 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

알루미늄(A1)제로서 표면을 알루마이트 처리한 원통형상 진공용기(1) 내의 상부에는, 예를 들면 에어실린더나 보올나사 등으로 구성된 전극 승강 기구(2)와 연결막대(3)를 개재하여 승강이 가능한 상부전극(4)이 형성되어 있다.

이 상부 전극(4)은, 알루미늄제로서 표면에 알루마이트 처리를 실시한 평판으로 형성되어 있다.

이 상부 전극(4)은, 도시하지 아니한 가스 공급원으로부터의 반응가스 예를 들면 아르곤이나 프레온, 4 염화탄소, 3 염화 붕소 등을 도입하는 반응 가스 공급 파이프(5)에 접속되어 있다.

또한, 상부 전극(4)의 하부 표면에는 다수개의 도시하지 아니한 작은 구멍이 형성되어 있다. 이 작은 구멍에서 진공 용기(1)내에 반응 가스를 유출이 가능하게 되어 있다.

또한, 상부 전극(4)은, 플라즈마 발새용으로 예를 들면 전력이 500W로서 13MHz정도의 고주파 전원(6)에 접속되어 있다.

또한, 상부 전극(4)의 윗쪽에는, 이 상부 전극(4)을 순환 냉각 예를 들면 물 등으로 냉각이 가능하도록, 도시하지 아니한 냉각액 순환기에서 냉각액 파이프(7)를 개재하여 냉각액을 순환이 가능한 원판형상 상부 전극 냉각 블록(8)이 형성되어 있다.

여기에서, 상부 전극(4)이 플라즈마화한 염소계 가스에 접촉하는 면은 절연 저항이 900MΩ 이상의 절연층인 알루미나 층이 알루마이트 처리에 의하여 형성되어 있다.

그리고, 진공 용기(1)의 하부에는, 상부 전극(4)과 마찬가지로 도시하지 아니한 냉각액 순환기에서 냉각액 파이프(9)를 개재하여 냉각액 예를 들면 물 등을 순환 가능한 원판 형상 하부 전극 냉각 블록(10)이 형성되어 있다.

이 하부 전극 냉각 블럭(10)의 윗면과 접촉하도록, 알루미늄제로 표면에 알루마이트 처리를 실시하고 있는 평판 형상 하부전극(11)이 설치되어 있다.

이 하부전극(11)은 반도체 기판용 얹어 놓는 대를 겸하고 있어서, 전기적으로 접지되어 있다.

여기에서, 진공용기(1)는 도시하지 아니한 개구 예를 들면 게이트 밸브 기구 등에 의하여 개폐가 가능하게 되어 있다.

진공용기(1)는 도시하지 아니한 개구 예를 들면 핸드 아암 등으로 내부에 반도체 기판(12)을 반송하고, 하부전극(11) 위에 반도체 기판(12)을 얹어 놓기가 가능하게 되어 있다.

또한, 진공용기(1)는, 도시하지 아니한 개폐기구를 닫는 기밀한 상태로 된다.

그리고, 내부를 도시하지 아니한 진공 펌프로서 소망의 진공 상태 예를 들면 수 10m Torr 내지 수 10 Torr 정도로 하는 것이 가능하게 되어 있다.

여기에서 도시하지 아니한 반송기구를 진공 예비실내에 설치하여, 진공용기(1)와 기밀하게 연결하면, 반도체 기판(12)의 반송 후에 진공 용기(1)내를 도시하지 아니한 진공펌프로서 소망의 진공도로하는 시간을 단축할 수가 있다.

그 다음에, 하부 전극(11)의 윗쪽 바깥둘레에는, 얹어 놓은 반도체 기판(12)의 바깥둘레부를 하부 전극(11)에 압착이 가능한 알루미늄제로서 표면에 알루마이트 처리를 실시하고 있는 클램프링(13)이, 연결막대(14)를 개재하여 링 승강기구(15) 예를 들면 에어실린더 등으로 승강이 가능하게 설치되어 있어서, 클램프 링(13)과 연결막대(14)와 링 승강기구(15)는 피처리체 예를 들면 바도체 기판(12)을 상부 전극(4)과 하부 전극(11)의 대향한 전극 사이에 보호지지하는 클램프 기구(50)부재이다.

이 클램프 기구(50)는, 제12도에 나타낸 바와 같이, 알루미늄제로서 표면에 알루마이트 처리를 실시하고, 이 알루마이트 처리에 의하여 표면에 절연성의 알루미나 피복을 형성한 클램프 링(13)과 원기둥 형성 SUS제 막대(51)의 표면을 절연성의 4불화 에칭 수지제통(52)으로 피복한 연결 막대(14)를, SUS제 나사(53)로 접속하고 있다.

또한, 이 나사(53)도, 절연성의 4불화 에칭 수지제의 절연 부재(54)~(56)로 피복되어 있어서, 도전성 부재 예를 들면, A1 이나 SUS인 금속 등은 전부 절연 피복되어져 있다.

또한, 하부 전극(11)의 중앙 부근의 내부에는, 반도체 기판(12)을 하부 전극(11)에 대하여 승강이 가능하도록, 연결부(57)를 개재하여 핀 승강기구(17) 예를 들면 에어실린더 등에 연결된 예를 들면 3개의 SUS 제 리프트 핀(18)이 형성되어 있다.

이들, 리프트 핀(18)과 연결부(57)와 핀 승강기구(17)는 제13도에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다.

즉, 플리이미드 수지제 나사(58)로서 하부 전극(11)아래쪽에 4불화 에칭 수지제 절연 부재(59)를 개재하여 형성된 SUS 제 스프링(60)으로, 리프트 핀(18)을 나사불임에 의하여 형성한 SUS 제 평판(61)은, 핀 승강 기구(17)의 승강 동작을 SUS 제 막대(62)와 U자 형상 4불화 에틸렌 수지제 절연 부재(63)를 개재하여 확실하게 전달이 가능하게 되어 있어서, 리프트 핀(18)이나 스프링(60)이나 막대(62)가 금속인 도전제 부재는 각각이 전기적으로 접속되어 있지 아니한 들떠 있는 상태로 되어 있다.

그리고, 리프트 핀(18)은, 하부 전극(11)내에 뚫려진 구멍(19)의 일부를 이용하여 하부 전극(11)내에 삽입되어 있다.

또한, 구멍(19)은, 도시하지 아니한 냉각 가스 공급원으로 부터의 냉각가스 예를 들면 헬륨 가스를 반도체 기판(12) 뒷면에 공급이 가능하도록 냉각가스 공급 파이프(21)에 접속되어 있다.

또한, 하부 전극(11)과 반도체 기판(12)의 얹어 놓는면 사이에는, 반도체 기판(12)과 이 반도체 기판(12)을 보호 지지하는 하부 전극(11) 사이의 임피이던스가 동일하도록, 시이트 형상 합성 고분자 필름(21)이 형성되어 있다.

시이트 형상 합성 고분자 필름(21)은, 예를 들면 두께가 20㎛ 내지 100㎛ 정도인 내열성 폴리이미드계 수지로 형성되어 있다.

그리고, 하부 전극(11)의 반도체 기판(12)의 얹어 놓는 면에 내열성 아크릴 수지계 점착제로 접착하는 것에 의하여 형성되어 있다.

그리고, 하부 전극(11)의 바깥둘레와 진공 용기(1) 사이에는, 반응 가스를 진공용기(1) 측면벽의 배기 파이프(22)에 배기하도록, 절연성 예를 들면 4 불화 에틸렌 수지제로 다수개의 배기구멍(23)을 갖는 배기링(24)이 형성되어 있다.

또한, 하부 전극(11)에 보호지지된 반도체 기판(12)과 대략 동일한 크기로 플라즈마를 발생이 가능하도록, 상부 전극(4)의 바깥둘레에는, 절연성 예를 들면 4 불화 에틸렌 수지제의 시일드 링(25)이 형성되어 있다.

여기에서, 하부 전극(11)은 반도체 기판(12) 용의 얹어 놓는데를 겸하고 있다.

반도체 기판(12)의 얹어 놓는면은, 반도체 기판(12)의 둘레에 클램프링(13)으로 가한 클램프 하중이, 반도체 기판(12)의 주변 고정에 의한 동일 분포 하중으로서, 가하였다고 가정하였을 때의 반도체 기판(12)의 변형곡면과 동일의 곡면에 볼록형상으로 형성되어 있다.

또한, 상기한 구성의 에칭장치는 도시하지아니한 제어부로서 동작제어 및 설정 제어된다.

다음에, 상술한 에칭장치에 의한 반도체 기판(12)의 에칭방법을 설명한다.

우선, 도시하지 아니한 개폐기구로서 진공용기(1)를 열고, 핀 승강기구(17)와 연결부(16)에 의하여 상승한 리프트 핀(18) 위에, 도시하지 아니한 반송기구로서 반송한 반도체 기판(12)을 받는다.

이후에, 리프트 핀(18)을 강하하여 반도체 기판(12)을 하부 전극(11) 위에 얹어 놓고, 링 승강 기구(15)와 연결막대(14)에 의하여 상승하고 있던 클램프 링(13)을 하강시켜, 반도체 기판(12)을 하부 전극(11)에 압착한다.

여기에서, 반도체 기판(12) 용의 얹어 놓는 대를 겸하는 하부 전극(11)은, 반도체 기판이 동일 분포 하중에 의하여 변형한 곡면과 동일의 곡면에 반도체 기판(12)의 얹어 놓는 면을 볼록 형상으로 형성하고 있다.

따라서, 클램프 링(13)으로 반도체 기판(12) 둘레에 클램프 하중 예를 들면 2kg 내지 3kg 정도를 가하여서 반도체 기판(12)의 둘레를 예를 들면 0.7mm 내지 0.8mm정도로 강제로 변위시키고, 반도체 기판(12)을 하부 전극(11)을 얹어 놓는 면에 압착하면, 반도체 기판(12) 전체면에 걸쳐서 얹어 놓는 면과의 접촉 압력이 균일하게 되어 비적촉 부분의 발생을 방지할 수가 있다.

그리고, 반도체 기판(12) 전체면이 얹어 놓는 면에 밀착된다.

예를 들면, 반도체 기판(12)을 두께가 0.625mm이고 직경이 5인치인 실리콘 웨이퍼로 한다.

이 실리콘 웨이퍼 둘레의 클램프링(13)에 의한 강제 변위량을 0.75mm로 하고, 클램프링(13)의 클램프 하중을 2.6kg으로 한다.

그리고, 하부 전극(11)과 반도체 기판(12)의 얹어 놓는면 사이의 시이트 형상 합성 고분자 필름(21)을 제거하였을 때에 하부 전극(11)의 얹어 놓는 면의 형상을 반도체 기판(12)이 동일 분포 하중에 의하여 변형된 곡면과 동일의 곡면에서 볼록형상으로 되도록, 제2도에 나타낸 바와 같이 실리콘 웨이퍼의 얹어 놓는 면의 중심에서의 거리에 대한 z방향 좌표를 제3도와 같이 한다.

이 경우에, 제4도에서와 같이, 실리콘 웨이퍼의 얹어 놓는 면의 중심에서의 거리에 대하여, 클램프링(13)에 의한 실리콘 웨이퍼와 하부 전극(11)의 압착의 면업력은 높고 일정하게 되고 접촉 압력은 균일화 된다.

또한, 제5도에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 얹어 놓는면의 중심에서의 거리에 대하여, 하부전극(11)과 실리콘 웨이퍼의 비접촉 간격은 작고 일정하게 되어 비접촉 부분의 발생을 방지하고 있다.

또한, 상기한 예와 동일의 조건에서, 클램프 링(13)의 클램프 하중을 2.4kg으로 하부 전극(11)과 반도체 기판(12)의 얹어 놓는 면 사이에 시이트 형상 합성 고분자 필름(21)을 형성한다.

이 경우에, 제6도에 나타낸 바와 같이, 제4도와 마찬가지로 실리콘 웨이퍼와 하부 전극(11)의 압착의 면 압력은 일정하게 된다.

그리고, 접촉 압력은 균일화하여, 제7도에 나타낸 바와 같이, 제5도와 마찬가지로 하부 전극(11)과 실리콘 웨이퍼의 비접촉 간격은 작고 일정하게 되어 비접촉 부분의 발생을 방지할 수가 있다.

즉, 하부 전극(11)의 반도체 기판(12)을 얹어 놓는 면에 형성한 곡면은, 반도체 기판(12)이 동일 분포 하중에 의하여 변형한 곡면과 동일하다.

이 곡물은, 반도체 기판(12)의 둘레에 클램프링(13)으로 클램프 하중을 걸어 변형한 반도체 기판(12)의 곡률보다도 작다.

그리고, 반도체 기판(12)의 변형시에 이상적인 접촉상태로 된다.

이로인하여, 반도체 기판(12)은 전체면에 걸쳐서 얹어 놓는면과 접촉압력이 균일하게 된다.

그리하여, 비 접촉 부분의 발생을 방지할 수가 있다.

따라서, 반도체 기판(12)에 실시하는 소망의 처리조건이나 측정조건으로 설정한 상태대로 반도체 기판(12)을 얹어 놓는 대를 겸하는 하부 전극(11)에 밀착하여 균일하게 냉각하는 것이 가능하게 된다.

또한, 전체면에 걸쳐 균일한 압력으로 밀착하여, 비접촉 부분의 발생을 방지할 수가 있는 것이어서 처리의 균일성이 향상된다.

또한, 얹어 놓는 면에 유연하게 열전도성의 물질 예를 들면 실리콘 고무 등의 층을 형성함이 없이 종료할 수가 있는 것이어서, 먼지의 발생을 방지한 깨끗함(Clean)으로서 소망의 진공 처리를 실현하여, 처리 효율을 향상시킬 수가 있다.

따라서, 처리 등에 나쁜 영향을 주지 않고, 반도체 기판(12)의 전체면을 균일하게 밀착하여 얹어 놓기 및 냉각할 수가 있고, 균일성을 향상하여 안정된 처리를 효율좋게 행할 수가 있다.

여기에서, 반도체 기판(12)이 오리엔테이션 플래트부를 갖는 경우에는, 반도체 기판(12)의 중심으로부터 둘레까지의 거리 및 오리엔테이션 플래트부까지의 거리의 차이를 고려한다.

즉, 오리엔테이션 플래트부에 대한 보정 변위량을 결정하는 것이 바람직하다.

예를 들면 직경이 5인치인 실리콘 웨이퍼의 둘레의 클램프링(13)에 의한 보정 변위량을 0.75mm로 하면, 오리엔테이션 플래트부의 보정 변위량은 0.65mm 내지 0.75mm 정도가 좋다.

또한, 반도체 기판(12)의 두께 등을 변경하더라도 동일의 효과가 얻어지는 것은 당연하다.

예를 들면, 직경이 5인치인 실리콘 웨이퍼의 판 두께를 0.575mm 내지 0.65mm로 하였을 경우에도, 클램프링(13)의 클램프 하중을 1.9kg 내지 3.2kg 정도의 적정한 하중으로 한다.

그리고, 반도체 기판(12)이 동일 분포의 하중에 의하여 변형된 곡면과 동일의 곡면에서 얹어 놓는 면을 볼록형상으로 형성한다.

이 경우에도 상술한 바와 같이 동일한 효과가 얻어지는 것은, 본 발명자의 여러가지의 실험에 의하여 이미 확인되고 있다.

이때에 이미, 진공용기(1)의 도시하지 아니한 개폐기구는 닫혀져 있다.

그리고, 진공용기(1)내에는 도시하지 아니한 진공 펌프로서 소망의 진공 상태로 되고 있다.

그리고, 전극 승강기구(2)와 연결막대(3)에 의하여, 상부 전극(4)은 강하하여, 하부 전극(11)과의 전극 간격이 0.7cm 이상 1.5cm이하로 되도록 설정된다.

다음에, 도시하지 아니한 가스 공급원으로부터 반응가스 예를 들면 염소원자 직경이나 아르곤 등이 가스 공급 파이프(5)를 통하여 상부전극(4)에 공급한다.

반응 가스는, 상부전극(4) 아래편의 도시하지 아니한 작은 구멍으로부터 진공 용기(1)내에 유출된다.

동시에, 고주파 전원(6)에 의하여 상부 전극(4)에로 고주파 전압을 인가한다.

그리하여, 접지된 하부전극(11)과의 사이에 플라즈마를 발생시킨다.

이 플라즈마로서 하부전극(11) 위의 반도체 기판(12)을 에칭처리한다.

여기에서, 상부 전극(4)은, 마이크로적으로 보면 제11도에 나타낸 바와 같이, 기본재의 알루미늄층(27)의 적어도 플라즈마화한 염소계 가스에 접지하는 면은, 절연 저항이 900MΩ이상의 절연층인 알루미늄층(28)이 알루마이트 처리에 의하여 형성되어 있다.

이 알루미나층(28)은, 막두께가 50㎛~70㎛정도이고 절연 저항이 900MΩ/500V이상이지만, 치수나 형상이나 막두께 등 외관적으로 동등하더라도 절연 저항이 900MΩ/500V보다 낮은 경우에는, 표면의 알루미나 층(28)이 플라즈마화한 염소계의 가스중의 염소원자 직경에 의하여 불안정하게 식각되고 염화 알루미늄을 발생하여, 알루미나 층(28)의 수명은 예를 들면 반도체 기판(12)의 처리 매수가 750매 내지 2250매 정도로서 일정하지 않고, 수명이 다된 상부전극(4)은 이상 방전을 발생시켜 반도체 기판(12)에 충격을 주기 때문에, 알루미나 층(28)의 수명에 따라 정기적으로 전극을 교환해야만 하였다.

그러나, 절연층인 알루미나층(28)의 절연저항을 900MΩ이상으로 한 것이어서, 알루미나층(28)이 플라즈마화한 염소계의 가스중의 염소원자 직경에 의하여 식각되고 염화 알루미늄을 방생하는 반응을 안정하게 늦출 수가 있기 때문에, 알루미나 층(28)의 수명은 예를 들면 반도체 기판(12)의 처리 매수인 2250매 이상으로 안정화시킨다.

이것에 의하여 에칭처리의 안정화를 항상 인간이 감시할 필요가 없게 되어 자동화에 대응이 가능하게 된다.

또한, 상부전극(4)의 수명을 길게하여 안정화한 것이어서, 상부전극(4)의 교환의 빈도를 감소시킬 수가 있어, 유지시간을 단축하는 것으로서 장치의 가동 효율 및 생산성을 향상시킬 수가 있다.

예를 들면, 진공도가 0.15 Torr, 고주파 전원이 전력이 500W, CCl₄+He가스 유량이 200cc/분, 상부전극(4)의 온도가 20℃, 하부전극 온도가 250℃이하, 상부전극(4)의 알루미나층(28)의 막두께가 60㎛일때에, 상부전극(4)의 알루미나층(28)의 절연 저항이 10~300MΩ/500V로 불안정하게 되어 있으면 상부전극(4)의 수명은 반도체 기판(12)의 처리 매수인 750매 정도이고, 상부전극(4)의 알루미나층(28)의 절연저항이 900MΩ500V로 하면 상부전극(4)의 수명은 반도체 기판(12)의 처리 매수가 2250매 이상으로 되었다.

이와 같이 알루미나층(28)의 막두께 등 외관이 동일하더라도, 절연층 즉 알루미나층(28)의 절연 저항이 900MΩ이상으로 하면 상부전극(4)의 수명이 길어져 안정화 된다.

이것은, 발명자에 의하여 여러가지의 실험등으로 확인되고 있다.

이때에, 반도체 기판(12)은 클램프 링(13)으로 하부전극(11)에 압착되고 있다.

그러나, 마이크로적으로는 표면의 거칠음 등을 위하여 제8도에 나타낸 바와 같이 하부전극(11)과 반도체 기판(12)사이에는 공극(64)이 존재한다.

이 공극(64)에 의한 반도체 기판(12)과 하부전극(11) 사이의 임피이던스는 작지만 균일성이 나빠서 불균형이 크다.

또한, 하부 전극(11) 표면의 알루마이트에 의한 절연층은 다공성이다.

따라서, 반도체 기판(12)과 하부 전극(11)사이의 임피이던스의 균일성은 더욱 나빠진다.그런데, 제8도에서와 같이, 반도체 기판(12)과 이 반도체 기판(12)을 보호지지하는 하부 전극(12)사이의 임피이던스를 균일하게 하기 위하여, 반도체 기판(12)과 하부 전극(11) 사이에 합성 고분자 필름(21)을 형성하는 예를 들면, 두께가 20㎛~100㎛정도의 내열성 폴리 이미드계 수지를 하부 전극(11)의 두께가 25㎛정도의 부분에, 내열성 아크릴 수지계 점작제로 접착한다.

이 공극(64)과 하부 전극(11) 사이의 합성 고분자 필름(21)의 임피이던스는 공극(64)의 임피이던스보다 충분히 크다.

이로인하여, 반도체 기판(12)과 하부 전극(11) 사이의 임피이던스의 불균형을 작게할 수가 있는 동시에, 이 임피이던스를 균일하게 할 수가 있다.

또한, 합성 고분자 필름(21)은 알루마이트와 같이 다공성은 아니다.

따라서, 반도체 기판(12)과 접촉성이 좋고, 공극(64)의 불균형도 작게할 수가 있다.

그리고, 공극(64)의 임피이던스의 균일성을 향상시키는 효과도 있다.

이것에 의하여, 반도체 기판(12)과 하부 전극(11)사이의 임피이던스는 동일하게 된다.

이것에 의하여, 반도체 기판(12)의 에칭의 균일성을 향상시킬 수가 있다.

여기에서 진공도가 2.4 Torr, 고주파 전원(6)이 전력이 500W, 프레온 가스 유량이 80cc/분, 아르곤가스 유량이 500cc/분, 상부전극(4)의 온도가 20℃, 하부전극(11) 온도가 8℃이하 일때에, 알루마이트의 절연막 두께가 15㎛인 하부 전극(11) 위에 두께가 25㎛인 내열성 아크릴 수지계 점착제를 개재하여 두께가 25㎛인 합성 고분자 필름(21)인 내열성 폴리이미드계 수지를 접착 하였을 때의 합성 고분자 필름(21)의 매수와 에칭 속도와 에칭의 균일성을 제9도로 나타내었다.

이 제9도로부터, 에칭 속도는 충분한 실용범위로서, 에칭의 균일성이 현저하게 향상하고 있는 것이 명백하다.

또한, 합성 고분자 필름(21)은, 표면이 빽빽하게 안정된 재료이다.

따라서, 공극(64)의 임피이던스의 불균형등의 의한 이상 방전을 방지할 수가 있다.

그리고, 이상 방전에 의한 반도체 기판(12)에 충격을 주는 일은 없어, 안정된 에칭처리를 행할 수가 있다.

또한, 전극 간격은 상부전극(4)과 하부전극(11)의 볼록부 꼭대기점과의 간격이다.

이 제10도로 부터, 전극 간격이 0.6cm 이상 1.6cm 이하에서 에칭이 행하여 지고, 전극 간격이 0.7cm 이상 1.5cm 이하에서는 전극 간격의 변화에 대한 에칭속도의 변화의 의존성이 작고 전극 간격이 0.6cm 및 1.6cm 부근이 되면 전극 간격의 변화에 대한 에칭속도의 변화의 의존성이 급격하게 커져서 에칭속도가 급격하게 영(0)에 가깝게 되는 것이 확실하게 나타나고 있다.

이 전극 간격과 에칭속도의 관계는 에칭조건을 변경하더라도 거의 동일한 경향으로 되는 것이 본 발명자에 의하여 확인되고 있다.

즉, 전극 간격이 0.6cm 부근에서는 전극 간격이 좁아져서 반도체 기판(12)의 에칭처리면 위의 반응가스가 배출되지 않으므로 에칭속도가 급격하게 저하되고, 또한 전극 간격이 1.6cm 부근에서는 전극 간격이 넓어져서 플라즈마화한 반응 가스의 확산이 현저하게 되어 에칭속도가 급격히 저하된다.

그리고, 제10도로 부터 명백한 바와 같이, 전극 간격의 변화에 대한 에칭속도의 변화의 의존성이 작게되도록, 전극 간격을 0.7cm 이상 1.5cm 이하로 하면, 상부전극(4)과 하부전극(11)의 전체면에 있어서의 전극간격을 그만큼 정밀도가 좋게 위치조정을 하지 않아도 소망의 에칭속도를 반도체 기판(12)의 전체면에 용이하게 실현할 수가 있고, 에칭의 균일성이 향상되는 것이어서 전극 간격의 정밀도가 좋은조정을 필요로 하지 않았다.

또한, 이것에 의하여 에칭처리의 재현성이 좋아져서 원료의 소비 및 생산성이 향상된다.

여기에서, 에칭 처리시에, 도시하지 아니한 냉각액 순환기에 의한 냉각액으로서, 냉각 파이프(7), (9)와 상부 전극 냉각 블록(8)과 하부전극 냉각 블록(10)을 통하여, 상부전극(4) 및 하부전극(11)을 소망의 온도로 냉각하면, 에칭속도가 향상된다.

또한, 도시하지 아니한 냉각가스 공급원으로 부터의 가스를, 냉각 가스 공급 파이프(20)와 구멍(19)을 통하여 반도체 기판(12)과 합성 고분자 필름(21) 사이에 소정의 압력과 유량 예를 들면 수 cc/분 정도에서 공급한다.

그리고, 반도체 기판(12)의 뒷면을 냉각한다.

이것에 의하여, 반도체 기판(12)의 온도의 균일성이 향상되고, 그 결과, 에칭의 균일성이 향상된다.

또한, 상부전극(4)의 바깥둘레부에 형성된 절연성의 시일드링(25)과 하부전극(11)의 바깥둘레부에 형성된 절연성의 클램프 링(13)에 의하여, 반도체 기판(12)의 처리면과 대략 동일한 크기에 플라즈마를 시킬 수가 있다.

이로인하여, 클라즈마의 확산을 방지할 수가 있으므로, 안정된 에칭처리를 행할 수가 있다.

그리고, 처리후의 반응가스를, 배기링(24)의 배기구멍(23)을 통하여 배기파이프(22)에서 배출한다.

여기에서, 플라즈마화한 가스 중의 이온이나 전하는, 주변의 금속성 도전성 부재에 흡인되도록 퍼져서, 플라즈마화한 가스를 확산시키기 쉬우나, 상부전극(4) 및 하부전극(11) 주변의 도전성 부재를, 예를 들면, 제12도와 같이, 반도체 기판(12)을 상부전극(4)과 하부전극(11) 사이에 보호지지하는 클램프 기구(16)의 도전성 부재인 막대(51)나 나사(53)에, 4 불화 에틸렌 수지의 통(52)이나 절연부제(54)~(56) 또는 알루미나 피복을 행하고, 절연 피복한 것이어서, 고주파 전압을 인가한 상부전극(4)에 대하여 하부전극(11)이 가장 가까운 접지부로 되어, 대향한 상부전극(4)과 하부전극(11) 사이에서 플라즈마화한 가스가 확산되는 것을 방지할 수가 있고, 플라즈마화한 가스를 집중할 수가 있는 것이어서, 에칭속도와 균일성을 향상 시킬 수가 있으므로, 안정된 에칭처리를 할 수가 있다.

또한 반도체 기판(12)에 가깝게, 접촉하는 클램프 기구(50)의 도전성 부재를 절연 피복하면, 이 도전성 부재에 전하가 축적되어서, 반도체 기판(12) 에로 방전하는 것을 방지할 수가 있으므로, 반도체 기판(12)의 방전 파괴를 미연에 방지할 수가 있다.

그리고, 제13도에서와 같이, 반도체 기판(12)을 하부전극(11)에 대하여 승강하는 기구의 도전성 부재인 리프트 핀(18)이나 스프링(60)이나 평판(61)이나 막대(62)는, 절연성인 폴리이미드 수지의 스프링(58)이나 4 불화 에틸렌수지의 절연부재(59), (63)로서 접속하고 있는 것이어서, 도전성 부재의 전기 용량을 작게할 수가 있고, 이것에 의하여, 플라즈마화한 가스가 비집고 들어감 등을 방지할 수가 있고, 또한, 도전성 부재의 전하의 축적에 의한 반도체 기판(12)의 방전파괴를 방지할 수가 있다.

또한, 처리후의 반응가스를 배기하는 배기링(24)이 절연성의 4 불화 에틸렌 수지로 되어 있는 것이어서, 배기시에 플라즈마화한 가스중의 이온이나 전하가 비집고 들어가서, 플라즈마를 확산하는 것을 방지하여, 플라즈마를 상부전극(4)과 하부전극(11)사이에 집중시킬 수가 있다.

다음에, 도시하지 아니한 개폐기구로서 진공용기(1)를 열고, 클램프링(13)과 리프트 핀(18)을 상승하여, 리프트 핀(18) 위의 반도체 기판(12)을 도시하지 아니한 반송기구로서 반송하므로, 동작이 종료된다.

상기한 실시예에서는 에칭장치의 반도체 기판용의 얹어 놓는대를 겸하는 하부 전극을 사용하여 설명하였다.

반도체 기판을 얹어 놓는 얹어 놓는대이라면 어느것이라도 좋다.

그, 반도체 기판을 반대로 보호지지하는 것이라도 좋다.

또한, 스피터링 장치나 이온 주입장치나 CVD 장치의 얹어 놓는대이어도 좋다.

또한 그밖의 진공장치의 놓는대이어도 좋은 것은 당연하다. 또한, 상기한 실시예에서는 반도체 기판을 실리콘 웨이퍼를 사용하여 설명하였다.

그러나, 갈륨·비소의 웨이퍼 이어도 좋고, 여러 가지의 반도체 기판에 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 상기한 실시예에서는 직경이 5인치의 실리콘 웨이퍼인 경우의 얹어 놓는면을 사용하여 설명하였다.

그러나, 반도체 기판이 동일 분포 하중에 의하여 변형된 곡면과 동일의 곡면에 얹어 놓는 면을 볼록형상으로 형성하면 좋고, 상기한 실시예에 한정되는 것만은 아니다.

또한, 상기한 실시예에서는 반도체 기판과 얹어 놓는면과의 밀착 상태를 시이트 형상 합성 고분자 필름을 형성한 경우와 형성하지 아니한 경우에 대하여 설명하였다.

그러나, 합성 고분자 필름은 형성하거나 형성하니 않거나 어느쪽이라도 좋다.

상기한 실시예에서는 전극 승강 기구로서 상부전극을 승강하여 상부전극과 하부전극의 전극 간격을 0.7cm 이상 1.5cm 이하로 하였으나, 전극의 간격을 0.7cm 이상 1.5cm 이하로 할 수 있으면 좋고, 전극간격을 0.7cm 이상 1.5cm 이하로 고정하여도 좋고, 하부 전극을 이동시켜도 좋으며, 상부전극과 하부전극 양쪽을 이동시켜도 좋다.

또한, 상기한 실시예에서는 피처리체를 반도체 기판을 사용하여 설명하였으나, 에칭처리되는 피처리체이면 어느것이라도 좋고, LCD(Liquid Crystal Display) 기판이어도 유리기판이어도 좋은 것은 말할필요도 없다.

상기한 실시예에서는 상부 전극의 적어도 플라즈마화한 염소계 가스에 접촉하는 면을 사용하여 설명하였으나, 적어도 한쪽의 전극의 적어도 플라즈마화 염소계 가스에 접촉하는 면이면 좋고, 하부 전극이어도 좋고, 상하양쪽 전극이어도 좋고, 플라즈마화한 염소계 가스에 접촉하지 아니한 전극면을 포함하여도 좋으며, 상기한 실시예에 한정되는 것만은 아니다.

또한, 상기한 실시예에서는 알루마이트 처리한 알루미늄에 전극의 알루미나층을 사용하여 설명하였으나, 플라즈마화한 염소계 가스에 접촉하여 침입되는 전극면의 절연층이 900MΩ이상이면 좋고, 전극 재질이나 절연층 재질은 상기한 실시예에 한정되는 것만이 아닌 것은 말할 필요도 없다.

상기한 실시예에서는 절연 피복한 도전성 부재를 피치리계를 전극 사이에 보호지지하는 클램프 기구의 부재로서 설명하였으나, 전극 주변의 도전성 부재이면 좋고, 상기한 실시예에 한정되는 것만은 아니다.

또한, 상기한 실시예에서는 절연 피복하는 수단으로서 4 불화 에틸렌 수지나 알루미나의 피복을 사용하여 설명하였으나, 전극 주변의 도전성 부재를 절연 피복할 수가 있으면 어느것이라도 좋고, 폴리이미드수지를 사용하여도 좋으며, 상기한 실시예에 한정되는 것만이 아닌 것은 말할 필요도 없다.

제2실시예

다음에, 본 발명을 반도체 기판의 에칭처리에 적용한 제2실시예에 대하여, 제14도 및 제15도를 참조하여 설명한다.

도전성 재질 예를 들면 알루미늄제로 표면을 알루마이트 처리하고, 내부를 기밀하게 보호지지하도록 구성된 반응 용기(1) 내의 내부에는, 승강 기구(2) 예를 들면 에어실린더나 보올 나사등과 연결 막대(3)를 개재하여 승강이 가능한 전극체(70)가 형성되어 있다.

이 전극체(70)는 도전성 재질 예를 들면 알루미늄제로 표면에 알루마이트 처리를 실시한 것으로서, 이 전극체(70)에는 냉각수단이 구비되어 있다.

이 냉각 수단은, 예를 들면 전극체(70)의 내부에 순환하는 유로(71)을 형성하고, 이 유로(71)에 접속된 배관(72)을 개재하여 상기한 반응용기(1)의 외부에 형성된 도시하지 아니한 냉각수단에 연이어 설치하고, 유체 예를 들면 물을 소정온도로 제어하여 순환하는 구조로 되어 있다.

이와 같은 전극체(70)의 아래면에는 예를 들면 비결정성(amorphous) 탄소제의 상부전극(73), 이 상기한 전극체(70)와 전기적인 접속 상태로 형성되어 있다.

이 상부전극(73)과 전극체(70)와의 사이에는 다소간의 공간(74)이 형성되고, 이 공간(74)에는 가스공급관(75)이 접속되어 있으며, 이 가스 공급관(75)은 상기한 반응용기(1) 외부의 도시하지 아니한 가스 공급원에서의 반응 가스 예를 들면 아르곤이나 프레온 등을 상기한 공간(74)에 공급이 자유롭게 하고 있다.

이 공간(74)에 공급된 반응 가스를 상기한 상부 전극(73)을 통하여 반응 용기(1) 내부에로 유출하도록, 상부 전극(73)에는 복수개의 구멍(76)이 형성되어 있다.

또한 이 상부 전극(73) 및 전극체(70)의 주위에는 절연링(77)이 형성되어 있고, 이 절연링(77)의 아래면에서 상기한 상부 전극(73)의 아래면 둘레부로 뻗은 시일드링(78)이 배열설치되어 있다.

이 시일드링(78)은 에칭처리되는 피처리체 예를 들면 반도체 기판(12)과 대략 동일한 구경에 플라즈마를 발생이 가능하도록, 절연체 예를 들면 4 불화 에틸렌 수지제로 형성되어 있다.

또한, 상기한 반도체 기판(12)은, 상기한 상부 전극(73)과 대향하는 위치에 형성된 하부 전극(11) 표면에 설정이 자유롭게 되어 있다.

이 하부 전극(11)은 예를 들면 알루미늄제로 표면에 알루마이트 처리를 실시하고 있는 평판 형상의 것으로서, 이 하부 전극(11)의 윗면은 중심부에서 둘레부로 다소 경사지는 직경으로 형성 즉 전극을 볼록 형상으로 하고 있다.

이와 같은 형상의 하부 전극(11)의 둘레부에는 상기한 반도체 기판(12)을 밀어 누르는 밀어 누름수단 예를 들면 클램프 링(13)이 배치되어 있고, 상기한 반도체 기판(12)의 둘레부를 하부 전극(11) 표면의 형상에 따라 맞닿게 하도록 반도체 기판(12)의 구경에 적응시키고 있다.

이 클램프링(80)은 예를 들면 알루미늄제로 표면에 알루마이트 처리를 실시하고, 이 알루마이트 처리에 의하여 표면에 절연성의 알루미나의 피복을 형성한 것 또는 석열 세라믹제로서, 이 클램프링(13)은 복수개 예를 들면 4개의 축(79)에 접속되어 있고, 이 축(79)은 상기한 반응 용기(1) 외부에 형성된 링(80)에 비스 멈춤등의 수단에 의하여 접속하여 일체형으로 되어 있다.

이 링(80)을 승강 구동하는 승강기구 예를 들면 에어실린더(81)가 형성되어 있고, 상기한 링(80)을 승강 구동함으로써, 상기한 클램프 링(13)을 승강이 자유롭게 하고 있다.

이와 같이 승강시에, 상기한 축(79)이 반응 용기(1) 외부에로 관통하여 슬라이드 동작하기 때문에, 패킹 등을 형성하여 반응 용기(1) 내부의 가스의 누출을 방지하고 있다.

이 클램프 링(13)에 의하여 반도체 기판(12)을 하부 전극(11)에로 억누르는 즉 보호지지하는 압력은, 상기한 에어 실린더(81)의 구동 압력을 조정하는 압력 조정 수단(82) 예를 들면 에어 레귤레이터를 에어 공급관(83)의 도중에 형성하고, 소망의 압력으로 설정이 자유롭게 구성되어 있다.

이 압력 조정 수단(82)은 매뉴얼로서 조정이 가능하게 하여도 좋고, 또는 압력 센서 등으로 밀어누르는 힘을 모니터하고, 이 압력 센서의 신호에 따라 자동 조정, 예를 들면 콘트롤 밸브의 개폐에 의한 조정이어도 좋다.

이와 같은 조정은, 플라즈마 에칭공정의 앞처리 예를 들면 확산 공정이나 산화 공정 등의 처리온도에 따라 미리 최적인 압력으로 설정하여 두는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기한 하부 전극(11)의 중심 부근에는 도시하지 아니한 승강이 자유로온 리프트핀이 형성되어 있고, 상기한 반도체 기판(12)의 반송시에 있어서의 승강을 자유롭게 하고 있다.

또한, 이 하부 전극(11)에는 도시하지 아니한 복수개의 구멍이 형성되어 있고, 이 복수개의 구멍으로부터 반도체 기판(12) 냉각용 가스 예를 들면 헬륨 가스를 유출이 자유롭게 하고 있다.

또한, 이 하부 전극(11)에는 냉각 기구 예를 들면 하부 전극(11)의 아래면에 접촉하여 유로(84)가 형성되고, 이 유로(84)에 접속한 배관(85)에 연이어 설치되어 있는 액체 냉각 장치(도시 않됨)에 의하여 냉각액 예를 들면 냉각수의 순환에 의한 냉각 수단이 형성되어 있다.

이 냉각 수단 및 상기한 상부 전극(73)은, 액체 냉각기구에 한정되는 것만은 아니고 방열팬등에 의한 자연 공냉, 기체를 냉각 순환시키는 강제 공냉, 펠티어(peltier) 효과 소자 등에 의한 전기적 냉각 등이어도 마찬가지로 행할 수가 있다.

또한, 상기한 하부 전극(11)의 측면부에서 상기한 반응 용기(1)의 내부면 까지의 극간에 배기구멍(86)을 구비한 배기링(87) 아래쪽의 반응용기(1)의 측면벽에 접속한 배기판(88)을 통하여, 도시하지 아니한 배기장치 등에 의하여 반응용기(1) 내부의 가수를 배기가 자유롭게 하고 있다.

이와 같은 하부전극(11) 및 상부전극(73)은 RF 전원에 전기적으로 접속된 상태에서, 에칭시에 사용하는 플라즈마 방전을 발생이 자유롭게 하고 있다.

이와 같이하여 에칭장치(90)가 구성되고 있다.

다음에, 상술한 에칭장치(90)의 동작을 설명한다.

우선, 반응용기(1)의 도시하지 아니한 반입부에서 피처리체 예를 들면 반도체 기판(12)을 반입하고, 하부 전극(11)의 중심부근에 하부전극(11)을 관통하여 승강이 자유로운 리프터 핀(도시않됨)을 상승시킨 상태에서 상기한 반도체 기판(12)을 받고, 리프터 핀을 하강시켜 하부전극(11)의 표면에 맞닿게 한다.

그리고 반도체 기판(12)의 둘레부를 클램프 링(13)의 하강에 따라 하부전극(11) 방향에로 밀어누른다.

이 밀어누르는 동작은 에어실린더(81)의 구동에 의하여 행하여지고 있으나, 이 밀어누르는 힘은 에어실린더(81)에 에어 공급관(83)으로부터 공급되는 공기의 압력을 조정 수단(82)에 의하여 소망의 압력으로 제어하고 있다.

이 소망 압력은, 소정 값 보다 낮은 압력으로 되어 상기한 반도체 기판(12) 둘레부가 하부 전극(11)과 접촉하지 않고 들떠 있던 상태에 의한 에칭 불량의 발생 및 소정값보다 고압으로 되어 상기한 반도체 기판(12)의 중심부가 하부전극(11)에서 떨어져 들떠 있던 상태에 의한 에칭 불량의 발생을 각각 방지할 수 있는 정도의 압력 범위로 제어된다.

이 에칭불량의 발생을 각각 방지할 수 있는 정도의 반도체 기판(12)의 둘레부를 밀어 누르는 하중범위는, 예를 들면 5인치인 반도체 기판(12)에서는 2~17kgf 정도로 설정되도록 상기한 에어 실린더(81)의 압력, 내부직경, 대수 등이 적절하게 선택된다.

이 에어실린더(81)의 압력은 에칭 장치(90)의 사용장소에 있어서의 설비 공기의 사용압력 범위로 한정되고, 이 사용압력 범위내에서 사용할 수 있는 구성의 에어실린더(81)가 필요하게 된다.

이와 같은 구성은 제1도에 나타낸 바와 같이 링(80)의 중심부에 아래 방향으로 에어 실린더(81)를 형성한 1대의 실린더 기구 또는 제2도에 나타낸 바와 같이 링(80)의 둘레부에 복수대 예를 들면 2대의 에어 실린더(81)를 형성한 2대의 실린더 기구로 하고, 각각에 따라 에어 실린더(81)의 내부 직경을 선택한다.

이때에, 에어 실린더(81)의 아래 방향에로의 불규칙적인 움직임을 억제하기 위하여 상기한 반응용기(1)와 링(80) 사이에 코일 스프링(도시 않됨)을 형성하여도 좋다.

이와 같이 실린더 기구의 특성 예를 제16도로 나타내었다.

여기에서, A는 내부 직경이 32mm인 실린더 1대로서 코일 스프링을 형성하지 아니한 구성이고, B는 내부 직경이 32mm인 실린더 1대로서 코일 스프링을 형성한 구성이고, C는 내부 직경이 20mm인 실린더 2대로서 코일 스프링을 형성한구성이고, D는 내부 직경이 20mm인 실린더 1대로서 코일 스프링을 형성하지 아니한 구성이며, E는 내부 직경이 20mm인 실린더 1대로서 코일 스프링을 형성한 구성의 특성예이고, 예를 들면 5인치의 반도체 기판(12)에서는 에칭 불량의 발생을 각각 방지할 수 있는 반도체 기판(12)의 둘레부를 밀어 누르는 하중범위는 2~17kgf 정도이고, 또한 에칭장치(90) 사용 장소에 있어서의 설비 공기의 사용 압력 범위 예를 들면 4~6kg/cm²인 것이므로 이 경우의 적당한 실린더의 구성은 D 또는 E인 것이 적절하다.

이와 같이 적당한 에어 실린더(81)를 사용하여 반도체 기판(12)을 밀어 누르지만, 이 실린더(81)에 공급하는 공기 압력을 압력 조정 수단(82) 예를 들면 에어 레귤레이터를 에어 공급관(83)의 도중에 형성하여 소망의 압력으로 조정한다.

이와 같은 조정은 메뉴얼이어도 좋고, 압력 검출 수단 예를 들면 압력 센서 등으로 밀어 누르는 힘을 모니터하고, 이 압력 센서의 신호에 따라 자동 조정 예를 들면 콘트롤 밸브의 개폐에 의한 조정이어도 좋다.

이와 같은 반도체 기판(12)의 밀어누르는 동작은 상기의 선택된 에어 실린더(81)로서 링(80), 축(79), 클램프 링(13)을 구동하여 소정의 압력으로 밀어 누른다.

이때에, 축(79)을 복수개로서 클램프 링(13)을 구동하고 있기 때문에, 반도체 기판(12) 둘레부에 클램프 링(13)이 각각의 점에서, 일정의 압력으로 맞닿게 되지 않는 경우가, 메이커적인 오차 등에 의하여 발생한다.

이로 인하여, 이 오차를 상기한 축(79)의 길이를 변화시킴으로써 조정한다.

이와 같은 길이의 조정은 예를 들면 축(79)과 링(80)과의 접속부 사이에 얇은 층(seam) 예를 들면 두께가 10~100㎛ 종도의 SUS 제의 얇은 판을 삽입한다거나, 또는 상기한 축(79)의 바깥둘레에 나사산을 형성하고, 이것에 대응하는 니트 형상체를 회전시키는 마이크로 미터와 같은 형식으로 하여도 좋다.

이 높이 조정에 의하여 에칭의 균일성을 보다 더 향상시킬 수가 있다.

이와 같이 상기한 반도체 기판(12)을 하부 전극(11) 표면에 지지한 후에, 상기한 반응 용기(1)의 내부를 기밀하게 설정하고, 내부를 소망의 진공 상태로 설정한다.

이와 같은 진공 동작은, 주지인 예비실의 사용에 의하여 반도체 기판(12)의 반송시에 미리 실행하여 두어도 좋다.

다음에 , 승강기구(2)에 의하여 연결막대(3)를 통하여 전극체(70)를 하강기켜서, 상부전극(73)과 하부전극(11)의 소망의 간격 예를 들면 수 mm정도로 설정한다.

그리고, 도시하지 아니한 가스 공급원으로부터 반응 가스 예를 들면 아르곤 가스 등을 가스 공급관(75)을 통하여 공간(74)에로 공급한다.

이 공간(74) 에로 공급된 반응가스는 상부전극(73)에 형성된 복수개의 구멍(76)으로 부터 상기한 반도체 기판(12)표면에로 유 다.

동시에 RF 전원에 의하여 상부전극(73)과 하부전극(11)과의 사이에 고주파 전력을 인가하여 상기한 반응 가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마화한 반응가스에 의하여 상기한 반도체 기판(12)의 에칭을 행한다.

이때에, 이 고주파 전력의 인가에 의하여 상부전극(73) 및 하부전극(11)이 고온으로 되어 열팽창이 발생한다.

이 경우에, 이 상부전극(73)의 재질은 비결정성 탄소재로서, 이것과 맞닿고 있는 전극체(70)는 알루미늄제이기 때문에, 열팽창 계수가 다르므로, 갈라짐이 발생하는 원인으로 된다. 이 갈라짐의 발생을 방지하기 위하여 전극체(70) 내부에 형성된 유로(71)에 배관(72)을 개재하여 연이어 설치하고 있는 냉각수단(도시않됨)에서냉각수를 흘려서, 간접적으로 상부전극(73)을 냉각하고 있다.

또한, 하부전극(11)이 고온으로 되어가면, 반도체 기판(12)의 온도도 변화하여, 에칭에 나쁜 영향을 주기 때문에, 이 하부전극(11)도 하부에 형성된 유로(84)에 배관(85)을 개재하여 연이어 설치하고 있는 냉각 장치(도시않됨)에서 냉각수 등을 흘림으로써 냉각하고 있다.

이때에, 상기한 반도체 기판(12)을 일정하게 처리하기 위하여, 상기한 냉각수는 각각 20~70℃정도로 제어하고 있다.

또한, 에칭 후의 배기가스 및 반도체 기판(12)의 반송시의 반응용기(1) 내의 배기는, 배기링(87)에 형성된 배기구멍(86) 및 배기판(88)을 개재하여 반응용기(1)의 외부에 형성된 배기장치(도시않됨)에 의하여 적절하게 배기된다.

상기한 실시예에서는 반도체 기판(12)을 밀어누르는 수단으로서 복수개의 축(79)에 접속한 클램프링(13)에 의하여 밀어 누르는 구성으로 설명하였으나, 이것에 한정되는 것만은 아니고, 상기한 반도체 기판(12)의 원둘레부에 복수개의 걸림 부재를 배열 설치하고, 이 걸림 부재에 의하여 반도체 기판(12)을 밀어 누르는 구성으로 하여도 동일한 효과를 얻을 수가 있다.

Claims (16)

1. 진공용기(1)내에 소정 간격으로 대향하여 배치된 전극(4), (11)의 한쪽에 얹어 놓여지는 피처리체를 이 전극(4), (11)의 표면에 밀어 누르는 수단에 의하여 밀어 누르고, 이들의 전극(4), (11) 사이에 전력을 인가하여, 처리가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마화한 가스에 의하여 상기 피처리체를 에칭하는 장치에 있어서, 상기 피처리체를 얹어 놓는 상기 전극(4), (11)의 얹어 놓는면을, 이 피처리체가 등분포 하중에 의하여 변형된 곡면과 동일의 곡면으로 이루어지는 볼록형상으로 한 것을 특징으로 하는 에칭장치.
2. 제1항에 있어서, 밀어 누르는 수단에, 밀어 누르는 힘을 소망의 압력으로 자유롭게 가변할 수 있는 압력 조정 수단(82)을 형성하고 있는 에칭 장치.
3. 제1항에 있어서, 전극 주변의 도전성 부재를 절연 피복하고 있는 에칭장치.
4. 제3항에 있어서, 전극은 하부 전극(11)인 에칭 장치.
5. 제1항에 있어서, 적어도 한쪽의 전극의 플라즈마화한 염소계 가스에 접촉하는 면을, 절연 저항이 900MΩ 이상의 절연층으로 형성하고 있는 에칭장치.
6. 제1항에 있어서, 피처리계를 보호지지하는 전극(4), (11)의 피처리체 보호지지부의 임피이던스를 균일하게 설정하고 있는 에칭장치.
7. 제6항에 있어서, 임피이던스를 균일하게 하는 수단이, 피처리계와 이 피처리계를 보호지지하는 전극(4), (11) 사이에 형성한 합성 고분자 필름(21)인 에칭장치.
8. 제7항에 있어서, 합성 고분자 필름(21)이, 내열성 폴리이미드계 수지인 에칭장치.
9. 제7항에 있어서, 합성 고분자 필름(21)은, 피처리계를 보호지지하는 전극(4), (11)에 내열성 아크릴 수지계 점착제로 접착되어 있는 에칭장치.
10. 제7항에 있어서, 대향하는 전극(4), (11)의 중심부에 있어서 대향 간격이, 0,7cm 이상 1.5cm 이하인 에칭장치.
11. 제1항에 있어서, 피처리체가, 반도체 기판(12)인 에칭장치.
12. 진공용기(1)내에, 피처리체가 등 분포 하중을 받았을 때에 변형하는 곡면과 동일의 곡면으로 이루어지는 볼록형상의 얹어 놓는면을 갖는 전극(4), (11)와 대향하여 소정의 간격으로 대향 전극을 배치한 후에, 상기 진공용기(1)내에 소정의 처리가스를 도입하고, 이어서, 상기 전극(4), (11)과상기 대향 전극 사이에 소정의 전력을 인가하여 상기 처리가스를 플라즈마화하고, 그후에, 플라즈마화한 이 처리가스에 의하여 상기 피처리체에 에칭처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
13. 제12항에 있어서, 피처리체를 보호지지하는 전극(4), (11)의 피처리체 보호지지부의 임피이던스가 균일하게 설정되어 있는 에칭방법.
14. 제12항에 있어서, 전극(4), (11)과 이것에 대향하는 대향전극의 각각의 중심부에 있어서의 대향간격이, 0.7cm 이상 1.5cm 이하인 에칭방법.
15. 제12항에 있어서, 처리가스가, 아르곤, 프레온, 4 염화탄소, 3 염화 붕소 중의 하나인 에칭방법.
16. 제12항에 있어서, 피처리계가 반도체 기판(12)인 에칭방법.

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