KR100753692B1 - Gas supply unit, substrate processing apparatus and supply gas setting method - Google Patents
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Abstract
간단한 배관구성으로, 처리용기의 복수개소에 임의의 혼합 가스를 공급한다. 가스 공급 장치(100)에, 복수의 가스 공급원을 구비한 제 1 가스 박스(111)와, 복수의 부가 가스 공급원을 구비한 제 2 가스 박스(113)가 마련된다. 각 가스 공급원에는 혼합배관(120)이 접속되어, 혼합배관(120)에는 다른 버퍼실(63a, 63b)에 통하는 분기배관(122, 123)이 접속된다. 분기배관에는 각각 압력조정부가 마련되어, 압력비 제어 장치(126)에 의해 압력비가 조정된다. 분기배관(123)의 압력 조정부보다도 하류측에는 제 2 가스 박스(113)에 통하는 부가 가스 공급배관(130)이 접속된다. 제 1 가스 박스(111)의 각 가스가 혼합배관(120)에서 혼합되어, 분기배관으로 분류하여 각 버퍼실로 공급된다. 분기배관(123)에는 제 2 가스 박스(113)의 부가 가스가 부가되어, 버퍼실(63b)에는 버퍼실(63a)과 다른 혼합 가스가 공급된다.With a simple piping configuration, any mixed gas is supplied to a plurality of places in the processing container. In the gas supply device 100, a first gas box 111 having a plurality of gas supply sources and a second gas box 113 having a plurality of additional gas supply sources are provided. The mixing pipe 120 is connected to each gas supply source, and the branch pipes 122 and 123 connected to the other buffer chambers 63a and 63b are connected to the mixing pipe 120. Each of the branch pipes is provided with a pressure adjusting unit, and the pressure ratio is adjusted by the pressure ratio control device 126. An additional gas supply pipe 130 communicating with the second gas box 113 is connected to the downstream side of the pressure adjusting part of the branch pipe 123. Each gas of the first gas box 111 is mixed in the mixing pipe 120, classified into branch pipes, and supplied to each buffer chamber. The additional gas of the second gas box 113 is added to the branch pipe 123, and a mixed gas different from the buffer chamber 63a is supplied to the buffer chamber 63b.
Description
도 1은 플라즈마 에칭장치의 구성의 개략을 설명하는 종단면도.1 is a longitudinal cross-sectional view illustrating an outline of a configuration of a plasma etching apparatus.
도 2는 내측 상부 전극의 횡단면도.2 is a cross-sectional view of the inner upper electrode.
도 3은 가스 공급 장치의 구성의 개략을 설명하는 모식도. 3 is a schematic diagram illustrating an outline of a configuration of a gas supply device.
도 4는 공급 가스설정 때의 흐름도.4 is a flow chart at the time of supply gas setting.
도 5는 처리용기의 3개소에 혼합 가스를 공급하는 가스 공급 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식도. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an outline of a configuration of a gas supply device for supplying a mixed gas to three places of a processing container. FIG.
도 6은 처리용기의 측면으로부터 혼합 가스를 공급하는 가스 공급 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식도. 6 is a schematic diagram showing an outline of a configuration of a gas supply device for supplying a mixed gas from a side surface of a processing container.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 플라즈마 에칭장치 10 처리용기1 Plasma Etching Equipment 10 Treatment Vessel
38 내측 상부 전극 63 버퍼실38 Inner
90 장치 제어부 100 가스 공급 장치90
111 제 1 가스 박스 113 제 2 가스 박스111
120 혼합배관 122 제 1 분기배관120
123 제 2 분기배관 124, 125 압력 조정부123
126 압력비 제어 장치 130 부가 가스 공급배관126 Pressure
본 발명은, 처리용기에 가스를 공급하는 가스 공급 장치, 해당 가스 공급 장치에 접속되는 기판 처리 장치 및 공급 가스 설정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas supply device for supplying gas to a processing container, a substrate processing device connected to the gas supply device, and a supply gas setting method.
예컨대 반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 예컨대 기판의 표면에 도전성의 막이나 절연막을 형성하는 성막처리나, 기판상에 형성된 막을 식각하는 에칭처리 등이 행해지고 있다. For example, in a manufacturing process of an electronic device such as a semiconductor device or a liquid crystal display device, for example, a film forming process for forming a conductive film or an insulating film on the surface of the substrate, an etching process for etching a film formed on the substrate, and the like are performed.
예컨대, 상술한 에칭처리에는 플라즈마 에칭장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 에칭장치는 기판을 수용하는 처리용기내에, 기판을 탑재하는 하부 전극과, 하부 전극의 기판을 향해서 가스를 분출하는 샤워헤드를 가지고 있다. 샤워헤드는 상부 전극을 구성하고 있다. 에칭처리는 샤워헤드로부터 소정의 혼합 가스를 분출한 상태로 양 전극사이에 고주파를 인가하여, 처리용기내에 플라즈마를 생성하는 것에 의해 기판상의 막을 에칭하고 있다. For example, the plasma etching apparatus is widely used for the above-mentioned etching treatment. The plasma etching apparatus includes a lower electrode on which a substrate is mounted, and a shower head which blows gas toward the substrate of the lower electrode in a processing vessel accommodating the substrate. The showerhead constitutes an upper electrode. In the etching treatment, a film on a substrate is etched by applying a high frequency wave between both electrodes in a state where a predetermined mixed gas is ejected from the shower head to generate plasma in the processing vessel.
그런데, 에칭 레이트나 에칭 선택비 등의 에칭특성은, 기판상에 공급되는 가스농도에 영향을 받는다. 또한, 에칭특성을 기판면내에 있어서 균일하게 하여, 기판면내의 에칭의 균일성을 향상하는 것은, 종래부터의 중요과제이다. 그래서, 샤 워헤드의 내부를 복수의 가스실로 구분하여, 각 가스실마다 가스 도입관을 독립하게 접속하여, 기판면내의 각 부분에 임의의 종류 혹은 유량의 혼합 가스를 공급하는 것이 제안되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이에 따라, 기판면내의 가스농도를 국소적으로 조정하여, 에칭의 기판면내의 균일성을 향상할 수 있다. By the way, etching characteristics, such as an etching rate and an etching selectivity, are influenced by the gas concentration supplied on a board | substrate. Moreover, it is an important subject conventionally to make etching characteristic uniform in a board | substrate surface, and to improve the uniformity of the etching in a board | substrate surface. Therefore, it is proposed to divide the inside of a showerhead into a plurality of gas chambers, to independently connect the gas introduction pipes to each gas chamber, and to supply the mixed gas of any kind or flow rate to each part in the substrate surface (for example, , Patent Document 1). Thereby, the gas concentration in a substrate surface can be locally adjusted, and the uniformity in the substrate surface of an etching can be improved.
그러나, 에칭처리시에 이용되는 혼합 가스는, 예컨대 직접 에칭에 관여하는 에칭가스나, 반응 생성물의 퇴적물을 컨트롤하기 위한 가스, 불활성 가스 등의 캐리어 가스 등의 여러 종류 가스의 조합에 의하여 구성되며, 피에칭재료나 프로세스 조건에 따라 선택된다. 이 때문에, 예컨대 샤워헤드내를 복수의 가스실을 분할하여, 각 가스실마다 가스 도입관을 접속할 경우, 예컨대 일본 특허공개 평성 제 9-45624호 공보(특허문헌 2)의 도 1에 도시하는 바와 같이 각 가스 도입관마다, 다수의 가스 공급원으로 통하는 배관을 접속하고, 또한 각 배관마다 매스플로우컨트롤러(mass flow controller)를 마련하도록 하고 있었다. 그 때문에 가스 공급계의 배관 구조가 복잡화하게 되어, 각 배관의 가스유량의 제어도 복잡화되어 있었다. 이 때문에, 예컨대 넓은 배관스페이스가 필요하게 되어, 장치 제어계의 부담도 증대되고 있었다. However, the mixed gas used in the etching process is composed of, for example, a combination of various kinds of gases such as an etching gas involved in direct etching, a gas for controlling deposits of reaction products, a carrier gas such as an inert gas, and the like. It is selected according to the material to be etched or the process conditions. For this reason, for example, when a plurality of gas chambers are divided in a shower head and a gas inlet pipe is connected to each gas chamber, for example, as shown in FIG. 1 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45624 (Patent Document 2) In each gas introduction pipe, pipes leading to a plurality of gas supply sources were connected, and a mass flow controller was provided for each pipe. Therefore, the piping structure of the gas supply system became complicated, and the control of the gas flow volume of each piping was also complicated. For this reason, for example, a large piping space is required, and the burden on the apparatus control system has also increased.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 평성 제 8-158072 호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-158072
[특허문헌 2] 일본 특허공개 평성 제 9-45624 호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45624
본 발명은, 이러한 점에 비추어 행해진 것으로서, 에칭장치 등의 기판 처리 장치에 있어서의 처리용기의 복수개소에 임의의 혼합 가스를 공급하는데 있어서, 간단한 배관구성을 실현할 수 있는 가스 공급 장치와, 가스 공급 장치에 접속된 처리용기를 구비한 기판 처리 장치 및 가스 공급 장치를 이용한 공급 가스 설정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been carried out in view of such a point, and a gas supply device capable of realizing a simple piping configuration in supplying an arbitrary mixed gas to a plurality of places of a processing container in a substrate processing apparatus such as an etching apparatus, and a gas supply It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus having a processing container connected to the apparatus and a supply gas setting method using a gas supply apparatus.
상기 목적을 달성하는 본 발명은, 기판을 처리하는 처리용기에 가스를 공급하는 가스 공급 장치에 있어서, 복수의 가스 공급원과, 상기 복수의 가스 공급원으로부터 공급되는 복수의 가스를 혼합하는 혼합배관과, 상기 혼합배관에서 혼합된 혼합 가스를 분류하여 처리용기의 복수개소에 공급하는 복수의 분기배관과, 적어도 하나의 분기배관을 흐르는 혼합 가스에 소정의 부가 가스를 공급하는 부가 가스 공급 장치를 구비한 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a gas supply device for supplying gas to a processing vessel for processing a substrate, the gas supply apparatus comprising: a mixing pipe for mixing a plurality of gas supply sources and a plurality of gases supplied from the plurality of gas supply sources; And a plurality of branch pipes for classifying and supplying the mixed gas mixed in the mixed pipes to a plurality of places in the processing vessel, and an additional gas supply device for supplying a predetermined additional gas to the mixed gas flowing through the at least one branch pipe. It features.
본 발명에 의하면, 복수의 가스 공급원의 가스가 혼합배관에 있어서 혼합되어, 그 후 복수의 분기배관으로 분류된다. 그리고, 특정의 분기배관에서는, 소정의 부가 가스가 부가되어, 혼합 가스의 가스 성분이나 유량이 조정된다. 부가 가스가 부가되지 않는 분기배관에서는, 혼합배관으로부터의 혼합 가스가 그대로 처리용기에 공급된다. 이러한 경우, 예컨대 혼합배관에 있어서 가스 성분이 공통인 혼합 가스가 생성되어, 각 분기배관에 있어서, 필요에 따라서 혼합 가스의 가스 성분이나 유량이 조정되기 때문에, 필요한 최소한의 배관수로 충분하다. 이 결과, 처리용기의 복수개소에의 임의의 혼합 가스의 공급을, 단순한 배관구성으로 실현할 수 있다. According to the present invention, gases from a plurality of gas supply sources are mixed in a mixing pipe, and are then classified into a plurality of branch pipes. In a specific branch pipe, a predetermined additional gas is added to adjust the gas component and the flow rate of the mixed gas. In the branch pipe where no additional gas is added, the mixed gas from the mixed pipe is supplied to the processing container as it is. In such a case, for example, a mixed gas having a common gas component in the mixed piping is generated, and the gas component and the flow rate of the mixed gas are adjusted in each branch piping as necessary, so that the minimum required piping number is sufficient. As a result, the supply of arbitrary mixed gas to the several places of a processing container can be implement | achieved with a simple piping structure.
상기 가스 공급 장치는, 가스유량을 조정하기 위한 밸브와 압력계를 각 분기 배관에 구비하고, 또한, 상기 압력계의 계측 결과에 근거하여, 상기 밸브의 개폐도를 조정하고, 상기 혼합배관의 혼합 가스를 소정의 압력비로 상기 분기배관에 분류하는 압력비 제어 장치를 구비하고 있어도 좋다. 이러한 경우, 분기배관의 유량이 압력비(분압비)를 기준으로 제어되기 때문에, 예컨대, 분기배관내의 압력이 낮은 경우라도, 분기배관의 유량 제어를 적정하게 실행할 수 있다. The gas supply device is provided with a valve and a pressure gauge for adjusting the gas flow rate in each branch pipe, and based on the measurement result of the pressure gauge, the opening and closing degree of the valve is adjusted and the mixed gas of the mixing pipe is adjusted. The pressure ratio control device may be provided to classify the branch pipe at a predetermined pressure ratio. In this case, since the flow rate of the branch pipe is controlled based on the pressure ratio (partial pressure ratio), for example, even when the pressure in the branch pipe is low, the flow rate control of the branch pipe can be appropriately executed.
별도의 관점에 의한 본 발명에 의하면, 기판을 수용하는 처리용기와, 복수의 가스 공급원과, 상기 복수의 가스 공급원으로부터 공급되는 복수의 가스를 혼합하는 혼합배관과, 상기 혼합배관에서 혼합된 혼합 가스를 분류하여 상기 처리용기의 복수개소에 공급하는 복수의 분기배관과, 적어도 하나의 분기배관을 흐르는 혼합 가스에 소정의 부가 가스를 공급하는 부가 가스 공급 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다. According to the present invention according to another aspect, a processing vessel for accommodating a substrate, a plurality of gas supply sources, a mixing pipe for mixing a plurality of gases supplied from the plurality of gas supply sources, and a mixed gas mixed in the mixing pipe And a plurality of branch pipes for classifying and supplying the plurality of branch pipes to the plurality of places of the processing vessel, and an additional gas supply device for supplying a predetermined additional gas to the mixed gas flowing through the at least one branch pipe. Is provided.
별도의 관점에 의한 본 발명에 의하면, 복수의 가스공급원과, 상기 복수의 가스 공급원으로부터 공급되는 복수의 가스를 혼합하는 혼합배관과, 상기 혼합배관에서 혼합된 혼합 가스를 분류하여 상기 처리용기의 복수개소에 공급하는 복수의 분기배관과, 적어도 하나의 분기배관을 흐르는 혼합가스에 소정의 부가가스를 공급하는 부가 가스 공급 장치를 구비하고, 가스유량을 조정하기 위한 밸브와 압력계를 각 분기배관에 구비한 가스 공급 장치를 이용한 공급 가스 설정 방법에 있어서, 상기 부가 가스 공급 장치로부터 상기 분기배관에 부가 가스를 공급하지 않는 상태로, 상기 혼합배관으로부터 각 분기배관에 분류되는 혼합 가스의 압력비를 상기 밸브에 의해 소정의 혼합비로 조정하고, 그 후 상기 분기배관의 상기 밸브의 개폐도 를 고정하는 공정과, 그 후, 상기 부가 가스 공급 장치로부터 소정의 상기 분기배관에 소정유량의 부가 가스를 공급하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 공급 가스 설정 방법이 제공된다.According to the present invention according to another aspect, a plurality of the processing vessel by classifying a plurality of gas supply source, a mixing pipe for mixing a plurality of gases supplied from the plurality of gas supply source, and the mixed gas mixed in the mixing pipe A plurality of branch pipes to be supplied to the location, and an additional gas supply device for supplying a predetermined additional gas to the mixed gas flowing through the at least one branch pipe, and each branch pipe has a valve and a pressure gauge for adjusting the gas flow rate In a method for setting a supply gas using a gas supply device, a pressure ratio of a mixed gas classified from the mixing pipe to each branch pipe is supplied to the valve without supplying additional gas from the additional gas supply device to the branch pipe. Adjusting to a predetermined mixing ratio, and then fixing the opening and closing degree of the valve of the branch pipe. Thereafter, a method wherein the additional gas feed setting, characterized in that from the gas supply device having a step of supplying an additional gas of a predetermined flow rate to a predetermined said branch pipe is provided.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 이러한 가스 공급 장치가 적용되는 기판 처리 장치로서의 플라즈마 에칭장치(1)의 구성의 개략을 나타내는 종단면의 설명도이다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferable embodiment of this invention is described. FIG. 1: is explanatory drawing of the longitudinal cross section which shows the outline of the structure of the
플라즈마 에칭장치(1)는, 평행 평판형 전극 구조의 용량 결합형의 플라즈마 에칭장치이다. 플라즈마 에칭장치(1)는, 대략 원통형 형상의 처리용기(10)를 가지고 있다. 처리용기(10)는, 예컨대 알루미늄합금에 의해 형성되어, 내벽면이 알루미나 막 또는 이트륨(yttrium) 산화막에 의해 피복되어 있다. 처리용기(10)는, 접지되어 있다. The
처리용기(10)내의 중앙의 바닥부에는, 절연판(12)을 거쳐서 원주형상의 서셉터 지지대(14)가 마련되어 있다. 서셉터 지지대(14)상에는, 기판으로서의 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재부로서의 서셉터(16)가 지지되어 있다. 서셉터(16)는, 평행 평판형 전극 구조의 하부 전극을 구성하고 있다. 서셉터(16)는, 예컨대 알루미늄합금에 의해 형성되어 있다. The
서셉터(16)의 상부에는 웨이퍼(W)를 유지하는 정전척(18)이 마련되어 있다. 정전척(18)은 내부에 전극(20)을 가지고 있다. 전극(20)에는 직류 전원(22)이 전 기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(22)으로부터 전극(20)에 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 쿨롱힘을 발생시켜, 서셉터(16)의 상면에 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다. The
정전척(18)의 주위의 서셉터(16)의 상면에는 포커스 링(24)이 설치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 외주면에는 예컨대 석영으로 이루어지는 원통형의 내벽부재(26)가 붙여져 있다. The
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 링형상의 냉매실(28)이 형성되어 있다. 냉매실(28)은, 배관(30a, 30b)을 통하여, 처리용기(10)의 외부에 설치된 칠러(chiller)유닛(도시하지 않음)에 연통하고 있다. 냉매실(28)에는, 배관(30a, 30b)을 통하여 냉매 또는 냉각수가 순환 공급되어, 이 순환 공급에 의해 서셉터(16)상의 웨이퍼(W)의 온도를 제어할 수 있다. 정전척(18)의 상면에는, 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)내를 지나는 가스 공급라인(32)이 통해 있어, 웨이퍼(W)와 정전척(18)과의 사이에 He가스 등의 열전도 가스를 공급할 수 있다. In the
서셉터(16)의 위쪽에는, 서셉터(16)와 평행하게 대향하는 상부 전극(34)이 설치되어 있다. 서셉터(16)와 상부 전극(34)과의 사이에는 플라즈마 생성공간(PS)이 형성되어 있다. Above the
상부 전극(34)은 링형상의 외측 상부 전극(36)과 그 내측의 원판형상의 내측 상부 전극(38)을 구비하고 있다. 외측 상부 전극(36)과 내측 상부 전극(38)과의 사이에는, 링형상의 유전체(42)가 개재되어 있다. 외측 상부 전극(36)과 처리용기(10)의 내주벽과의 사이에는, 예컨대 알루미나로 이루어지는 링형상의 절연성 차폐 부재(44)가 기밀하게 개재되어 있다. The
외측 상부 전극(36)에는 정합기(46), 상부 급전막대(48), 커넥터(50) 및 급전통(52)을 거쳐서 제 1 고주파 전원(54)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(54)은, 40 MHz 이상, 예컨대 60 MHz의 주파수의 고주파 전압을 출력할 수 있다. The first high
급전통(52)은, 예컨대 하면이 개구된 대략 원통형상으로 형성되고, 하단부가 외측 상부 전극(36)에 접속되어 있다. 급전통(52)의 상면의 중앙부에는, 커넥터(50)에 의해서 상부 급전막대(48)의 하단부가 전기적으로 접속되어 있다. 상부 급전막대(48)의 상단부는, 정합기(46)의 출력측에 접속되어 있다. 정합기(46)는 제 1 고주파 전원(54)에 접속되어 있어, 제 1 고주파 전원(54)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킬 수 있다. 급전통(52)의 외측은, 처리용기(10)와 같은 직경의 측벽을 가지는 원통형의 접지도체(10a)에 의해 덮여 있다. 접지도체(10a)의 하단부는, 처리용기(10)의 측벽의 상부에 접속되어 있다. 접지도체(10a)의 상면의 중앙부에는, 상술한 상부 급전막대(48)가 관통하고 있고, 접지도체(10a)와 상부 급전막대(48)의 접촉부에는, 절연부재(56)가 개재되어 있다. The
내측 상부 전극(38)은, 서셉터(16)에 탑재된 웨이퍼(W)상에 소정의 혼합 가스를 분출하는 샤워헤드를 구성하고 있다. 내측 상부 전극(38)은 다수의 가스분출구(60a)를 가지는 원형형상의 전극판(60)과, 전극판(60)의 상면측을 탈착 자유롭게 지지하는 전극 지지체(62)를 구비하고 있다. 전극 지지체(62)는, 전극판(60)과 같은 직경의 원반형상으로 형성되고, 내부에 원형형상의 버퍼실(63)이 형성되어 있 다. 버퍼실(63)내에는, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 O 링으로 이루어지는 환상의 칸막이 부재(64)가 마련되어, 버퍼실(63)을 중심부 측의 제 1 버퍼실(63a)과 외주부 측의 제 2 버퍼실(63b)으로 분할하고 있다. 제 1 버퍼실(63a)은, 서셉터(16)상의 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하고, 제 2 버퍼실(63b)은, 서셉터(16)상의 웨이퍼(W)의 외주부에 대향하고 있다. 각 버퍼실(63a, 63b)의 하면에는, 가스분출구(60a)가 연통하고 있고, 제 1 버퍼실(63a)에서는, 웨이퍼(W)의 중앙부를, 제 2 버퍼실(63b)에서는, 웨이퍼(W)의 외주부를 향해서 소정의 혼합 가스를 분출할 수 있다. 또한, 각 버퍼실(63)에 소정의 혼합 가스를 공급하는 가스 공급 장치(100)에 대해서는 후술한다. The inner
전극 지지체(62)의 상면에는, 도 1에 도시하는 바와 같이 상부 급전막대(48)에 접속된 하부 급전통(70)이 전기적으로 접속되어 있다. 하부 급전통(70)에는, 가변 콘덴서(72)가 설치되어 있다. 가변 콘덴서(72)는, 제 1 고주파 전원(54)에 의한 고주파 전압에 의해 외측 상부 전극(36)의 바로 아래에 형성되는 전계강도와, 내측 상부 전극(38)의 바로 아래에 형성되는 전계강도와의 상대적인 비율을 조정할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
처리용기(10)의 바닥부에는, 배기구(74)가 형성되어 있다. 배기구(74)는 배기관(76)을 통하여 진공 펌프 등을 구비한 배기 장치(78)에 접속되어 있다. 배기 장치(78)에 의해 처리용기(10)내의 소망하는 진공도로 감압할 수 있다. The
서셉터(16)에는, 정합기(80)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(82)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(82)은, 예컨대 2 MHz ~ 20 MHz의 범위, 예컨대 20 MHz의 주파수의 고주파 전압을 출력할 수 있다. The second high
내측 상부 전극(38)에는, 제 1 고주파 전원(54)으로부터의 고주파를 차단하고, 제 2 고주파 전원(82)으로부터의 고주파를 그라운드로 통과시키기 위한 로우패스필터(84)가 전기적으로 접속되어 있다. 서셉터(16)에는, 제 1 고주파 전원(54)으로부터의 고주파를 그라운드로 통과시키기 위한 하이패스필터(86)가 전기적으로 접속되어 있다. The inner
플라즈마 에칭장치(1)에는, 직류 전원(22), 제 1 고주파 전원(54) 및 제 2 고주파 전원(82) 등의 에칭처리를 실행하기 위한 각종 제원의 동작을 제어하는 장치 제어부(90)가 설치되어 있다. In the
다음으로, 플라즈마 에칭장치(1)의 내측 상부 전극(38)에 혼합 가스를 공급하는 가스 공급 장치(100)에 대하여 설명한다. Next, the
가스 공급 장치(100)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수, 예컨대 3개의 가스 공급원(110a, 110b, 110c)이 수용된 제 1 가스 박스(111)와, 복수, 예컨대 2개의 부가 가스 공급원(112a, 112b)이 수용된 제 2 가스 박스(113)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 예컨대 가스 공급원(110a)에는, 에칭가스로서의 예컨대 플루오로카본(fluorocarbon)계의 불소 화합물, 예컨대 CF4, C4F6, C4F8, C5F8 등의 CxFY가스가 봉입되고, 가스 공급원(110b)에는, 예컨대 CF 계의 반응 생성물의 퇴적물을 컨트롤하는 가스로서의 예컨대 O2가스가 봉입되고, 가스 공급원(110c)에는, 캐리어 가스로서 희 가스, 예컨대 Ar가스가 봉입되어 있다. 또한, 부가 가스 공급원 (112a)에는, 예컨대 에칭을 촉진 가능한 CXFY가스가 봉입되고, 부가 가스 공급원(112b)에는, 예컨대 CF계의 반응 생성물의 퇴적물을 컨트롤할 수 있는 O2가스가 봉입되어 있다. As shown in FIG. 3, the
제 1 가스 박스(111)의 각 가스 공급원(110a ~ 110c)에는, 각 가스 공급원(110a ~ 110c)에서 각종 가스가 합류되어 혼합되는 혼합배관(120)이 접속되어 있다. 혼합배관(120)에는, 각 가스 공급원(110a ~ 110c)으로부터의 가스의 유량을 조정하는 매스플로우컨트롤러(121)가 가스 공급원마다 설치되어 있다. 혼합배관(120)에는, 혼합배관(120)에서 혼합된 혼합 가스를 분류하는 제 1 분기배관(122)과 제 2 분기배관(123)이 접속되어 있다. 제 1 분기배관(122)은, 상기 처리용기(10)의 내측 상부 전극(38)의 제 1 버퍼실(63a)에 접속되어 있다. 제 2 분기배관(123)은, 내측 상부 전극(38)의 제 2 버퍼실(63b)에 접속되어 있다. Each
제 1 분기배관(122)에는, 압력 조정부(124)가 설치되어 있다. 마찬가지로 제 2 분기배관(123)에는, 압력 조정부(125)가 설치되어 있다. 압력 조정부(124)는, 압력계(124a)와 밸브(124b)를 구비하고 있다. 마찬가지로 압력 조정부(125)는, 압력계(125a)와 밸브(125b)를 구비하고 있다. 압력 조정부(124)의 압력계(124a)에 의한 계측 결과와, 압력 조정부(125)의 압력계(125a)에 의한 계측 결과는, 압력비 제어 장치(126)로 출력될 수 있다. 압력비 제어 장치(126)는, 압력계(124a, 125a)의 계측 결과에 근거하여, 각 밸브(124b, 125b)의 개폐도를 조정하여, 제 1 분기배관(122)과 제 2 분기배관(123)에 분류되는 혼합 가스의 압력비, 즉 유 량비를 제어할 수 있다. 또한, 압력비 제어 장치(126)는, 공급 가스의 설정시에 있어, 후술하는 제 2 가스 박스(113)로부터 제 2 분기배관(123)에 부가 가스가 공급되어 있지 않은 상태로, 제 1 분기배관(122)과 제 2 분기배관(123)을 흐르는 혼합 가스의 압력비를 소정의 목표 압력비로 조정하여, 그 상태로 밸브(124b, 125b)의 개폐도를 고정할 수 있다. The
제 2 가스 박스(113)의 각 부가 가스 공급원(112a, 112b)에는, 예컨대 제 2 분기배관(123)에 연통하는 부가 가스 공급배관(130)이 접속되어 있다. 예컨대 부가 가스 공급배관(130)은, 각 부가 가스 공급원(112a, 112b)에 접속되어, 도중에서 집합하여 제 2 분기배관(123)에 접속되어 있다. 부가 가스 공급배관(130)은, 압력 조정부(125)의 하류 측에 접속되어 있다. 부가 가스 공급배관(130)에는, 각 부가 가스 공급원(112a, 112b)으로부터의 부가 가스의 유량을 조정하는 매스플로우컨트롤러(131)가 부가 가스 공급원마다 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제 2 가스 박스(113)의 부가 가스를 선택하여 혹은 혼합시켜 제 2 분기배관(123)에 공급할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제 2 가스 박스(113), 부가 가스 공급원(112a, 112b), 부가 가스 공급배관(130) 및 매스플로우컨트롤러(131)에 의해 부가 가스 공급 장치가 구성되어 있다. Each additional
제 1 가스 박스(111)에 있어서의 매스플로우컨트롤러(121)와, 제 2 가스 박스(113)에 있어서의 매스플로우컨트롤러(131)의 동작은, 예컨대 플라즈마 에칭장치(1)의 장치 제어부(90)에 의해 제어되고 있다. 따라서, 장치 제어부(90)에 의해, 제 1 가스 박스(111) 및 제 2 가스 박스(113)로부터의 각종 가스의 공급의 개시와 정지, 각종 가스의 가스유량을 제어할 수 있다. The operation of the
다음으로, 이상과 같이 구성된 가스 공급 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. 도 4는, 처리용기(10)에 공급되는 혼합 가스의 가스 성분이나 유량을 설정할 때의 흐름도이다. 우선, 장치 제어부(90)의 지시 신호에 의해, 제 1 가스 박스(111)내의 미리 설정되어 있는 가스가 소정유량으로 혼합배관(120)에 흐른다(도 4에서의 공정 S1). 예컨대, 가스 공급원(110a ~ 110c)의 CxFY가스, O2가스 및 Ar가스가 각각 소정유량으로 공급되고, 혼합배관(120)에 있어서 혼합되어, 소정의 혼합비의 CxFY가스, O2가스 및 Ar가스로 이루어지는 혼합 가스가 생성된다. 계속해서, 압력비 제어 장치(126)에 의해, 압력계(124a, 125a)의 계측 결과에 근거하여, 밸브(124b, 125b)의 개폐도가 조정되어, 제 1 분기배관(122) 및 제 2 분기배관(123)에 흐르는 혼합 가스의 압력비가 목표 압력비로 조정된다(도 4에서의 공정 S2). 이에 따라, 제 1 분기배관(122)을 통하여 제 1 버퍼실(63a)에 공급되는 혼합 가스의 가스 성분(혼합비)과 유량이 설정된다. 또한, 제 2 분기배관(123)이 통하는 제 2 버퍼실(63b)에는, 이 시점에서, 적어도 제 1 버퍼실(63a)과 같은 혼합 가스, 즉 에칭처리가 가능한 혼합 가스가 공급되어 있다. Next, operation | movement of the
그리고, 제 1 분기배관(122) 및 제 2 분기배관(123)에 흐르는 혼합 가스가 목표 압력비로 조정되어 안정되면, 압력비 제어 장치(126)에 의해, 압력조정부(124, 125)의 밸브(124b, 125b)의 개폐도가 고정된다(도 4에서의 공정 S3). 밸브(124b, 125b)의 개폐도가 고정된 후, 장치 제어부(90)의 지시 신호에 의해, 제 2 가스 박스(113)로부터 미리 설정되어 있는 부가 가스가 소정유량으로 부가 가스 공급배관(130)에 흐른다(도 4에서의 공정 S4). 이 제 2 가스 박스(113)로부터의 부가 가스의 공급을 개시시키기 위한 지시 신호는, 장치 제어부(90)에 미리 설정된 설정 시간이 경과함으로써 송신된다. 예컨대 부가 가스 공급원(112a)으로부터 에칭을 촉진할 수 있는 CxFY가스, 예컨대 CF4가스가 소정의 유량으로 공급되어 제 2 분기배관(123)에 합류된다. 이에 따라, 제 2 분기배관(123)이 연통하는 제 2 버퍼실(63b)에는, 제 1 버퍼실(63a)보다도 CF4가스가 많은 혼합 가스가 공급된다. 이렇게 해서, 제 2 버퍼실(63b)에 공급되는 혼합 가스의 가스 성분 및 유량이 설정된다. 또한, 이 제 2 분기배관(123)으로의 부가 가스의 공급에 의해 제 1 분기배관(122)과 제 2 분기배관(123)의 압력비는 변동하지만, 밸브(124b, 125b)가 고정되어 있기 때문에, 제 1 버퍼실(63a)에는, 당초의 유량의 혼합 가스가 공급된다. When the mixed gas flowing in the
그리고, 플라즈마 에칭장치(1)에서는, 감압하는 분위기하에, 서셉터(16) 상의 웨이퍼(W)의 중심부 부근에는, 제 1 버퍼실(63a)로부터의 혼합 가스가 공급되고, 웨이퍼(W)의 외주부에는, 제 2 버퍼실(63b)로부터의 CF4가스가 많은 혼합 가스가 공급된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 외주부에 있어서의 에칭특성이 웨이퍼(W)의 중심부에 대하여 상대적으로 조정되어, 웨이퍼(W) 면내의 에칭특성이 균일해진다. In the
이상의 실시 형태에 의하면, 제 1 가스 박스로부터의 복수종류의 가스가 혼합배관(120)에서 혼합되어, 그 혼합 가스가 제 1 분기배관(122)과 제 2 분기배관(123)으로 분류하여 처리용기(10)의 제 1 버퍼실(63a)과 제 2 버퍼실(63b)에 공급 된다. 제 2 분기배관(123)에는, 에칭특성을 조정하기 위한 부가 가스가 공급되고, 제 2 버퍼실(63b)에는, 제 1 버퍼실(63a)과 다른 성분으로 유량의 혼합 가스가 공급된다. 이와 같이, 처리용기(10)에 있어서의 제 1 버퍼실(63a)과 제 2 버퍼실(63b)에 공급되는 혼합 가스의 가스 성분이나 유량을, 간단한 배관구성으로 임의로 조정할 수 있다. According to the above embodiment, a plurality of kinds of gases from the first gas box are mixed in the mixing
또한, 제 1 분기배관(122)과 제 2 분기배관(123)의 유량을 압력 조정부(124, 125)에 의해 조정했기 때문에, 플라즈마 에칭장치(1)와 같이 가스의 공급처의 압력이 매우 낮은 경우라도, 공급배관의 유량조정을 적정하게 실행할 수 있다. In addition, since the flow rate of the
이상의 실시 형태에 있어서, 제 2 분기배관(123)에는 에칭을 촉진할 수 있는 CF4가스를 공급했지만, 예컨대 웨이퍼(W)의 중심부보다도 외주부 쪽이 CF계의 반응 생성물의 퇴적이 많고, 느리게 에칭이 되는 경우에는, 제 2 분기배관(123)에 CF계의 반응 생성물을 제거하는 O2가스를 공급하여도 좋다. 또한, 제 2 분기배관(123)에는 CF4가스와 O2가스의 양쪽을 소정의 혼합비로 혼합하여 공급하여도 좋다. In the above embodiment, the
상기 실시 형태에서는, 제 2 가스 박스(113)로부터 제 2 분기배관(123)에 부가 가스를 공급하는 타이밍은, 장치 제어부(90)에 있어서의 설정 시간에 의해 미리 설정되어 있었지만, 예컨대 장치 제어부(90)가 압력비 제어 장치(126)를 통하여 압력계(124a, 125a)에 의한 계측값을 감시하여, 소망하는 목표 압력비로 안정된 시점에서, 제 2 가스 박스(113)측에 지시 신호를 발신하여, 부가 가스의 공급을 개시하여도 좋다. In the said embodiment, although the timing which supplies additional gas from the
또한, 제 2 가스 박스(113)의 각 부가 가스 공급원(112a, 112b)을 부가 가스 공급배관(130)에 의해서 제 1 분기배관(122)측에 접속해도 좋다. 이렇게 하는 것에 의해, 필요한 경우에는 제 1 버퍼실(63)에 공급되는 혼합 가스의 가스 성분이나 유량도 미세하게 조정할 수 있다. In addition, the additional
이상의 실시 형태에서 기재한 제 2 가스 박스(113)에는, CF4가스와 O2가스의 부가 가스 공급원이 설치되어 있었지만, 에칭을 촉진하거나 억제하거나 하는 다른 부가 가스, 예컨대 에칭을 촉진하는 가스로서 CHF3, CH2F2, CH3F 등의 CxHYFz가스, CF계 반응 생성물을 컨트롤하는 가스로서, N2가스나 CO가스, 희석가스로서 Xe가스나 He가스 등의 부가 가스 공급원이 마련되어도 좋다. 이밖에, 이상의 실시 형태에서 기재한 제 1 가스 박스(111)나 제 2 가스 박스(113)에 수용되는 가스의 종류나 수는, 피에칭재료나 프로세스 조건 등에 따라 임의로 선택할 수 있다. In the present preferred embodiment a
이상의 실시 형태에서 기재한 가스 공급 장치(100)는, 처리용기(10)에 있어서의 제 1 버퍼실(63a)과 제 2 버퍼실(63b)의 2개소에 혼합 가스를 공급하고 있었지만, 처리용기(10)의 3개소 이상에 혼합 가스를 공급하여도 좋다. 도 5는, 이러한 일례를 나타내는 것이고, 예컨대 내측 상부 전극(38)에는 동심원형상의 3개의 버퍼실(63)이 형성되어 있다. 즉, 내측 상부 전극(38)의 제 2 버퍼실(63b)의 또한 외측에, 환상의 제 3 버퍼실(63c)이 형성되어 있다. 이 경우, 혼합배관(120)에는 제 1, 제 2 분기배관(122, 123)에 덧붙여, 또한 제 3 분기배관(150)이 분기되어 있다. 제 3 분기배관(150)은, 제 3 버퍼실(63c)에 접속되어 있다. 제 3 분기배관 (150)에는 다른 분기배관(122, 123)과 같이 압력 조정부(151), 압력계(151a) 및 밸브(151b)가 마련되어 있다. 또한, 이 예의 가스 공급 장치(100)에는 제 3 분기배관(150)에 소정의 부가 가스를 공급하기 위한 제 3 가스 박스(152)가 마련되어 있다. 제 3 가스 박스(152)는, 예컨대 제 2 가스 박스(113)와 동일한 구성을 가지고, CF4의 부가 가스 공급원(153a)과 O2가스의 부가 가스 공급원(153b)을 구비하고 있다. 각 부가 가스 공급원(153a, 153b)은 부가 가스 공급배관(154)에 의해서 제 3 분기배관(150)에 접속되고, 부가 가스 공급배관(154)에는, 부가 가스 공급원마다 매스플로우컨트롤러(155)가 마련되어 있다. 또한, 이 밖의 부분의 구성은, 상기 실시 형태와 같으므로, 설명을 생략한다. Although the
그리고, 각 버퍼실(63a ~ 63c)에 혼합 가스가 공급될 때에는, 제 1 가스 박스(111)의 예컨대 가스 공급원(110a ~ 110c)의 가스가 혼합배관(120)에 공급되어 혼합된 뒤, 그 혼합 가스가 3개의 분기배관(122, 123, 150)으로 분류된다. 압력비 제어 장치(126)에 의해, 분기배관(122, 123, 150)의 압력비가 소정의 목표 압력비로 조정되어, 그 후 밸브(124b, 125b, 151b)의 개폐도가 고정된다. 이에 따라, 제 1 분기배관(122)이 연통하는 제 1 버퍼실(63a)의 혼합 가스의 가스 성분과 유량이 설정된다. 그 후, 제 2 가스 박스(133)로부터 부가 가스 공급배관(130)을 통하여 소정 종류의 소정유량의 부가 가스가 제 2 분기배관(123)에 공급되고, 또한 제 3 가스 박스(152)로부터 부가 가스 공급배관(154)을 통하여 소정 종류의 소정유량의 부가 가스가 제 3 분기배관(150)에 공급된다. 이렇게 해서, 제 2 버퍼실(63b), 제 3 버퍼실(63c)에 공급되는 혼합 가스의 가스 성분과 유량이 설정된다. 이러한 경우에 있어서도, 간단한 배관구성으로 처리용기(10)의 3개소에 임의의 혼합 가스를 공급할 수 있다. Then, when the mixed gas is supplied to each of the
이상의 실시 형태에서는, 가스 공급 장치(100)로부터 공급된 혼합 가스가, 처리용기(10)의 상부로부터 웨이퍼(W)를 향해서 분출되고 있지만 처리용기(10)의 다른 부분, 예컨대 처리용기(10)에 있어서의 플라즈마 생성공간(PS)의 측면으로부터도 혼합 가스가 분출되어도 좋다. 이러한 경우, 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같이 상기 제 3 분기배관(150)이 처리용기(10)의 양측면에 접속되고, 예컨대 처리용기(10)의 양측면에 접지된 노즐로부터, 플라즈마 발생공간(PS)에 가스를 분출된다. 이러한 경우, 플라즈마 생성공간(PS)의 상부와 측부로부터 각각 소정의 혼합 가스를 공급할 수 있기 때문에 플라즈마 생성공간(PS)내의 가스농도를 조정하여, 웨이퍼면내의 에칭특성의 균일성을 또한 향상시킬 수 있다. In the above embodiment, although the mixed gas supplied from the
이상의 실시 형태에서는, 분기배관의 유량을 압력 조정부에 의해 조정하고 있었지만, 매스플로우컨트롤러를 이용하여도 좋다. 또한, 이상의 실시 형태에서 기재한 가스 공급 장치(100)는 플라즈마 에칭장치(1)에 혼합 가스를 공급하는 것 이였지만, 혼합 가스가 공급되는 다른 기판 처리 장치, 예컨대 플라즈마 CVD 장치, 스퍼터링 장치, 열산화 장치 등의 성막장치에도 본 발명은 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 웨이퍼 이외의 예컨대 플랫 패널 디스플레이 (FPD; flat panel display), 포토 마스크용의 마스크 레티클(mask reticle) 등의 다른 기판 처리 장치나 MEMS ( Micro Electro Mechanical System) 제조 장치에도 적용할 수 있다.In the above embodiment, although the flow volume of the branch pipe was adjusted by the pressure adjusting unit, a mass flow controller may be used. In addition, although the
본 발명에 의하면, 배관구성이 단순화하여 배관스페이스의 저감이나 유량 제어의 부담의 저감을 도모할 수 있다.According to the present invention, it is possible to simplify the pipe configuration and to reduce the pipe space and the flow control.
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