KR100762529B1 - 가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

가스를 체류시키는 일 없이 챔버내에 공급할 수 있는 가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 가스 공급 부재인 가스도입 샤워헤드(32)는 가스 구멍(35)의 챔버 대향부측의 외연부에, 가스 구멍(35)의 중심축으로 관해 n회 회전 대칭성(n은 2 이상의 자연수)을 갖는 사면(201)을 갖는다. 사면(201)의 경사각은 전극판 공간 대향면(36S)에 대해 20° 이다. 또한, 가스 구멍(35)은 직경이 2㎜이며, 각각의 간격이 5㎜로 되도록 배치된다.

Description

가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치{GAS SUPPLY MEMBER AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 있어서의 가스도입 샤워헤드의 개략 구성을 나타내는 확대단면도로서, 도 3에 도시된 선 II-II를 따라 잘린 단면을 도시하는 도면.
도 3은 도 2의 가스도입 샤워헤드를 챔버 대향부측에서 본 평면도.
도 4a 내지 도 4d는 세관의 노즐로부터 분출된 가스분자의 분포를 시뮬레이트한 결과 및 실측한 결과를 나타내는 그래프로서, 도 4a는 가스분자의 평균 자유 행정을 노즐직경으로 나눈 크누센수 Kn이 8.93×10-3일 때, 도 4b는 Kn이 8.93×10-2일 때, 도 4c는 Kn이 0.893일 때, 도 4d는 Kn이 8.93일 때의 그래프.
도 5a 내지 도 5d는 도 2에 있어서의 각 가스 구멍의 형성 방법을 나타내는 공정도.
도 6a 및 도 6b은 가스도입 샤워헤드의 변형예의 개략구성을 나타내는 확대단면도.
도 7a 내지 도 7g는 가스도입 샤워헤드의 변형예의 챔버 대향면측에서 본 평면도로서, 도 7a는 직경이 2㎜의 가스 구멍이 각각 5㎜ 간격으로 배치되는 경우, 도 7b 및 도 7c는 직경이 2㎜의 가스 구멍이 각각 4㎜ 간격으로 배치되는 경우, 도 7d 및 도 7e는 직경이 1.5㎜의 가스 구멍이 각각 3.5㎜ 간격으로 배치되는 경우, 도 7f 및 도 7g는 직경이 1㎜의 가스 구멍이 각각 3㎜ 간격으로 배치되는 경우를 나타내는 도면.
도 8은 종래의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 챔버내의 가스류를 설명하는 도면.
도 9는 종래의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 챔버내에 발생한 파티클을 설명하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 플라즈마 처리 장치 11 챔버
12 서셉터 32 가스도입 샤워헤드
35 가스구멍 201 사면
2 공간 W 웨이퍼
본 발명은 가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
통상, 반도체 웨이퍼나 플랫 디스플레이 패널 등의 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치는 기판을 수용하는 수용실(이하, 「챔버」라 함)을 구비한다. 이 플라즈마 처리 장치는 가스 공급 부재로서의 가스도입 샤워헤드로부터 챔버내에 처리 가스를 도입하고 또한 챔버내에 고주파 전력을 인가함으로써 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시키고, 해당 플라즈마에 의해서 기판에 플라즈마 처리를 실시한다.
가스도입 샤워헤드의 챔버 대향부에는 처리 가스를 분출하는 가스 구멍이 복수 개구된 평판이 이용되지만, 이 챔버내에 고주파 전력을 인가할 때, 가스도입 샤워헤드의 가스 구멍의 외연부에서 전계의 집중이 일어나기 쉬워, 이상 방전이 발생하는 경우가 있다. 이 이상 방전은 기판이나 챔버내에 배치된 구성부품에 데미지(손상)를 준다. 구체적으로는, 기판으로서의 반도체 웨이퍼의 표면에 크랙이나 노치 등을 발생시키거나 또는 구성부품을 소손시킨다.
그래서, 종래부터 플라즈마 처리 장치에서는 가스 분출 구멍의 외연부에 곡면을 형성하여, 이상 방전의 원인으로 되는 외연부에 있어서의 전계의 집중을 방지하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허공개 소화 제 59-4011 호 공보 참조).
그러나, 종래의 플라즈마 처리 장치의 가스도입 샤워헤드의 챔버 대향부에서는 각 가스 구멍사이에 평면부가 존재하므로, 해당 평면부가 존재하는 각 가스 구멍간의 중간위치에 있어서 가스 구멍으로부터 분출된 처리 가스의 흐름이 약하게 되어 체류한다. 챔버내에서 발생한 파티클은 가스 구멍으로부터 분출된 처리 가스의 분자와의 충돌에 의한 가스 점성력, 이온과의 충돌에 의한 이온 점성력, 및 파 티클에 걸리는 정전기력이 균형이 잡힌 부분으로 이동하므로(도 8 및 도 9), 처리 가스의 흐름이 약해, 가스 점성력이 작아지는 각 가스 구멍간의 중간위치에 체류한다. 또한, 프리커서인 래디컬도, 파티클과 마찬가지로 각 가스 구멍간의 중간위치에 체류하므로, 해당 위치에 퇴적물이 퇴적하기 쉽고, 퇴적한 퇴적물이 벗겨져 파티클로 되어 반도체 웨이퍼에 부착한다. 또한, 퇴적물이 퇴적함으로써 챔버내에서의 반응 프로세스가 변동한다(메모리 효과).
본 발명의 목적은 가스를 체류시키는 일 없이 챔버내에 공급할 수 있는 가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 장치가 구비하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재로서, 상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하고, 상기 복수의 가스 구멍으로부터 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재에 있어서, 상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 구비하고, 상기 사면은 평면 및 곡면중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 부재가 제공된다.
상기 가스 공급 부재에 있어서, 상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 것을 특징으로 한다.
상기 가스 공급 부재에 있어서, 상기 사면이 상기 평면과 이루는 각도는 상 기 가스 구멍으로부터 분출되는 가스의 분포가 상기 평면과 이루는 각도 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급 부재에 있어서, 상기 사면이 상기 평면과 이루는 각도는 20° 이상인 것을 특징으로 한다.
상기, 가스 공급 부재에 있어서, 상기 사면은 상기 가스 구멍의 중심축에 관해서 n회 회전 대칭성(n=2∼∞)을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 가스 공급 부재에 있어서, 인접하는 상기 가스 구멍간의 형상은 상기 사면만으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 장치가 구비하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재로서, 상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하고, 상기 복수의 가스 구멍으로부터 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재에 있어서, 상기 복수의 가스 구멍 중 인접하는 상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부가 연결되어 홈을 형성하고, 상기 홈의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 갖는 동시에, 상기 홈은 상기 평면상에 있어 동심원형상으로 형성되고, 상기 사면은 평면 및 곡면중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 부재가 제공된다.
상기 가스 공급 부재에 있어서, 상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 장치가 구비 하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재에 있어서, 상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면에 있어서 개구하고 또한 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스유로를 구비하고, 상기 가스유로의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 가지며, 상기 사면은 평면 및 곡면중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 부재가 제공된다.
상기 가스 공급 부재에 있어서, 상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 피처리체를 수용하는 챔버와, 상기 챔버에 배치되고 또한 상기 챔버의 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 가스 공급 부재는 상기 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하며, 해당 가스 구멍은 상기 가스를 상기 내부공간에 공급하고, 상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 구비하고, 상기 사면은 평면 및 곡면 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략구성을 나타내는 단면도이다.
도 1에 있어서, 소망의 플라즈마 처리로서의 드라이 에칭(Reactive Ion Etching)(이하, 「RIE」라 함) 처리를 반도체 디바이스용의 웨이퍼(이하, 단지「웨이퍼」라 함) W에 실시하는 플라즈마 처리 장치(10)는 금속제, 예를 들면 알루미늄 또는 스테인리스강제의 원통형챔버(11)를 갖고, 해당 챔버(11)내에는 예를 들면 직경이 300㎜인 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대(스테이지)로서의 원주형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)와의 측면에 의해서, 서셉터(12) 위쪽의 기체분자를 챔버(11)의 밖으로 배출하는 유로로서 기능하는 배기로(13)가 형성된다. 이 배기로(13)의 도중에는 플라즈마의 누설을 방지하는 환상의 배플판(14)이 배치된다. 또한, 배기로(13)에 있어서의 배플판(14)보다 하류의 공간은 서셉터(12)의 아래쪽으로 돌아 들어가고, 가변식 버터플라이 밸브인 자동압력 제어밸브(Automatic Pressure Control Valve)(이하, 「APC」라 함)(15)에 연통한다. APC(15)는 진공배기 용의 배기 펌프인 터보 분자 펌프(Turbo Molecular Pump)(이하,「TMP」라 함)(16)에 접속되고, 또한, TMP(16)를 거쳐서 배기 펌프인 드라이 펌프(이하, 「DP」라 함)(17)에 접속되어 있다. APC(15), TMP(16) 및 DP(17)에 의해서 구성되는 배기유로를 이하, 「본 배기라인」이라고 칭하지만, 이 본 배기라인은 APC(15)에 의해서 챔버(11)내의 압력 제어를 실행하고, 또한 TMP(16) 및 DP(17)에 의해서 챔버(11)내를 거의 진공상태로 될 때까지 감압한다.
또한, 상술한 배기로(13)의 배플판(14)보다 하류의 공간은 본 배기라인과 별도의 배기유로(이하, 「대강 배기 라인이라 함)에도 접속되어 있다. 이 대강 배기 라인은 상기 공간과 DP(17)를 연통하는 직경이 예를 들면, 25㎜인 배기관(18)과, 배기관(18)의 도중에 배치된 밸브(19)를 구비한다. 이 밸브(19)는 상기 공간과 DP(17)를 차단할 수 있다. 대강 배기 라인은 DP(17)에 의해서 챔버(11)내의 기체를 배출한다.
서셉터(12)에는 하부 전극용의 고주파 전원(20)이 급전봉(21) 및 정합기(Matcher)(22)를 거쳐서 접속되어 있고, 해당 하부 전극용의 고주파 전원(20)은 소정의 고주파 전력을 서셉터(12)에 공급한다. 이에 따라, 서셉터(12)는 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 정합기(22)는 서셉터(12)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감해서 고주파 전력의 서셉터(12)에의 공급효율을 최대로 한다.
서셉터(12)의 내부 위쪽에는 도전막으로 이루어지는 원판형상의 전극판(23)이 배치되어 있다. 전극판(23)에는 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 웨이퍼(W)는 직류 전원(24)으로부터 전극판(23)에 인가된 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력 또는 죤슨 라벡(Johnsen-Rahbek)력에 의해서 서셉터(12)의 상면에 흡착 유지된다. 또한, 서셉터(12)의 위쪽에는 서셉터(12)의 상면에 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 원환상의 포커스링(25)이 배치된다. 이 포커스링(25)은 후술하는 공간(S)에 노출하고, 해당 공간(S)에 있어서 생성된 이온이나 래디컬을 웨이퍼(W)의 표면을 향해서 집속하며, RIE 처리의 효율을 향상시킨다.
또한, 서셉터(12)의 내부에는 예를 들면, 원주 방향으로 연장하는 환상의 냉매실(26)이 마련된다. 이 냉매실(26)에는 칠러유닛(도시하지 않음)으로부터 냉매용배관(27)을 거쳐서 소정온도의 냉매, 예를 들면, 냉각수가 순환 공급되어, 해당 냉매의 온도에 의해서 서셉터(12) 상면에 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 처리온도가 제어된다.
서셉터(12)의 상면에 있어서 웨이퍼(W)가 흡착 유지되는 부분(이하, 「흡착면」이라 함)(12S)에는 복수의 전열 가스 공급 구멍(28) 및 전열 가스 공급홈(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 이들 전열 가스 공급 구멍(28) 등은 서셉터(12) 내부에 배치된 전열 가스 공급라인(29)을 거쳐서 전열 가스 공급부(30)에 접속되고, 해당 전열 가스 공급부(30)는 전열 가스, 예를 들면, He가스를 흡착면(12S)과 웨이퍼(W)의 이면의 간극에 공급한다. 또한, 전열 가스 공급부(30)는 배기관(18)에 접속되어 DP(17)에 의해 흡착면(12S)과 웨이퍼(W)의 이면의 간극을 진공 배기 가능하도록 구성되어 있다.
서셉터(12)의 흡착면(12S)에는 서셉터(12)의 상면으로부터 돌출자유로운 리프트핀으로서의 복수의 푸셔핀(누름핀)(31)이 배치되어 있다. 이들의 푸셔핀(31)은 모터(도시하지 않음)와 볼나사(도시하지 않음)를 거쳐서 접속되고, 볼나사에 의해서 직선운동으로 변환된 모터의 회전운동에 기인하여 도면중 상하 방향으로 이동한다. 웨이퍼(W)에 RIE 처리를 실시하기 위해 웨이퍼(W)를 흡착면(12S)에 흡착 유지할 때에는 푸셔핀(31)은 서셉터(12)에 수용되고, RIE 처리가 실시된 웨이퍼(W)를 챔버(11)로부터 반출할 때에는 푸셔핀(31)은 서셉터(12)의 상면으로부터 돌출해서 웨이퍼(W)를 서셉터(12)로부터 이간시켜 위쪽으로 들어 올린다.
챔버(11)의 천장부에는 서셉터(12)와 대향하도록 가스도입 샤워헤드(32)가 배치되어 있다. 가스도입 샤워헤드(32)에는 정합기(33)를 거쳐서 상부 전극용의 고주파 전원(34)이 접속되어 있고, 상부 전극용의 고주파 전원(34)은 소정의 고주파 전력을 가스도입 샤워헤드(32)에 공급하므로, 가스도입 샤워헤드(32)는 상부 전극으로서 기능한다. 또, 정합기(33)의 기능은 상술한 정합기(22)의 기능과 동일하다.
가스도입 샤워헤드(32)는 다수의 가스 구멍(35)을 갖는 하면의 전극판(36)과, 해당 전극판(36)을 착탈 가능하게 지지하는 전극지지체(37)를 갖는다. 또한, 해당 전극지지체(37)의 내부에는 버퍼실(38)이 마련되고, 이 버퍼실(38)에는 처리 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 처리가스 도입관(39)이 접속되어 있다. 이 처리가스 도입관(39)의 도중에는 배관 인슐레이터(40)가 배치되어 있다. 이 배관 인슐레이터(40)는 절연체로 이루어지며, 가스도입 샤워헤드(32)로 공급된 고주파 전력이 처리가스 도입관(39)에 의해서 처리 가스 공급부에 누설되는 것을 방지한다. 가스도입 샤워헤드(32)는 처리가스 도입관(39)으로부터 버퍼실(38)로 공급된 처리 가스를 가스 구멍(35)을 경유해서 챔버(11)내에 공급한다.
또한, 챔버(11)의 측벽에는 푸셔핀(31)에 의해서 서셉터(12)로부터 위쪽으로 들어 올려진 웨이퍼(W)의 높이에 대응하는 위치에 웨이퍼(W)의 반입출구(41)가 마련되고, 반입출구(41)에는 해당 반입출구(41)를 개폐하는 게이트밸브(42)가 부착되 어 있다.
이 플라즈마 처리 장치(10)의 챔버(11)내에서는 상술한 바와 같이, 서셉터(12) 및 가스도입 샤워헤드(32)에 고주파 전력을 공급해서, 서셉터(12) 및 가스도입 샤워헤드(32)의 사이의 공간(S)에 고주파 전력을 인가함으로써, 해당 공간(S)에 있어서 가스도입 샤워헤드(32)로부터 공급된 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마를 발생시키고, 해당 플라즈마에 의해서 웨이퍼(W)에 RIE 처리를 실시한다.
구체적으로는 이 플라즈마 처리 장치(10)에서는 웨이퍼(W)에 RIE 처리를 실시할 때, 우선 게이트밸브(42)를 열고, 가공 대상의 웨이퍼(W)를 챔버(11)내로 반입하고, 또한, 직류 전압을 전극판(23)에 인가함으로써, 반입된 웨이퍼(W)를 서셉터(12)의 흡착면(12S)에 흡착 유지한다. 또한, 가스도입 샤워헤드(32)로부터 처리 가스(예를 들면, 소정의 유량비율의 C4F8가스, O2가스 및 Ar가스로 이루어지는 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(11)내에 공급하는 동시에, APC(15) 등에 의해 챔버(11)내의 압력을 소정값으로 한다. 또한, 서셉터(12) 및 가스도입 샤워헤드(32)에 의해 챔버(11)내의 공간(S)에 고주파 전력을 인가한다. 이에 따라, 가스도입 샤워헤드(32)로부터 도입된 처리 가스를 플라즈마화해서, 공간(S)에 있어서 이온이나 래디컬을 생성하고, 해당 생성되는 래디컬이나 이온을 포커스링(25)에 의해서 웨이퍼(W)의 표면에 집속하고, 웨이퍼(W)의 표면을 물리적 또는 화학적으로 에칭한다.
도 2는 도 1에 있어서의 가스도입 샤워헤드의 개략구성을 나타내는 확대단면 도로서, 도 3에 도시된 선 II-II를 따라 잘린 단면을 도시하는 도면이다.
도 2의 가스도입 샤워헤드(32)는 각 가스 구멍(35)의 챔버 대향부측의 외연부에 사면(201)을 갖는다. 사면(201)은 가스 구멍(35)의 중심축에 관해(360/n)° 회전시켰을 때에 그 형상이 변하지 않는 n회 회전 대칭성을 갖는 (단, n은 2이상의 자연수), 즉, 회전 전과 회전 후의 형상이 일치하는 구멍을 구성하는 사면에 해당한다. 본 실시예에서는 n=∞, 즉 사면(201)은 가스 구멍(35)의 중심축에 관해 축대칭이지만, n은 2이상의 자연수이면 무엇이라도 좋다. 사면(201)의 경사각은 도 2에 있어서의 횡방향, 즉, 평판상의 전극판(36)의 공간(S)에 대향하는 면(이하, 「전극판 공간 대향면」이라 함)(36S)에 대해 20°이다. 도 1 및 도 2의 예에서, 전극판 공간 대향면(36S)은 서셉터(12)의 흡착면(12S)에 평행하고, 가스 구멍(35)의 축방향, 즉 가스 분출 방향에 수직이다. 따라서, 각 가스 구멍(35)은 공간(S)를 향해서 원추형상으로 개구한다. 여기서, 처리 가스(202)는 각 가스 구멍(35)으로부터 도면중 아래쪽(공간(S))을 향해서 분출되고, 해당 처리 가스(202)와 공간에 있어서의 파티클과의 충돌에 의한 가스 점성력, 해당 파티클과 공간(S)에 있어서의 이온과의 충돌에 의한 이온 점성력, 및 파티클에 걸리는 정전기력이 균형이 잡힌 부분에 파티클구름(203)이 발생한다. 또한, 가스 구멍(35)은 직경이 2㎜이며, 각각의 간격이 5㎜로 되도록 육각형상으로 배치된다(도 3).
이하, 본 실시예에 이러한 기판 처리 장치에 있어서, 각 가스 구멍(35)의 사면(201)의 경사각을 전극판 공간 대향면(36S)에 대해 20°로 설정하는 근거에 대하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 세관(細管)의 노즐로부터 분출된 가스분자의 분포를 시뮬레이트한 결과 및 실측한 결과를 나타내는 그래프로서, 도 4a는 가스분자의 평균 자유 행로를 노즐직경으로 나눈 크누센수(Knudsen number) Kn이 8.93×10- 3일때의 것이고, 도 4b는 Kn이 8.93×10-2일 때의 것이며, 도 4c는 Kn이 0.893일 때의 것이고, 도 4d는 Kn이 8.93일 때의 것이다. 평균 자유 행로는 평균 열속도, 기체정수, 압력, 온도, 및 가스점성의 함수이며, 운동을 방해받은 후에 운동을 재개한 가스분자가 재차 운동을 방해받기까지의 이동거리이다.
도 4a 내지 도 4d의 그래프에 있어서 횡축은 평면에 대응하며, 해당 횡축상의 점「P」는 가스분자가 분출되는 노즐(P)에 대응한다. 종축은 해당 평면이 대향하는 공간, 즉, 노즐(P)로부터 가스분자가 분출되는 공간에 있어서의 평면으로부터의 거리를 나타낸다. 또한, 「○」은 노즐(P)로부터 가스분자로서의 질소 가스분자를 분출시켰을 때의 분포의 실측 결과를 나타내며, 실선으로 나타내어지는 대략 타원은 노즐(P)로부터 질소 가스를 분출시켰을 때의 분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 각 그래프의 위쪽으로 질소가스 분자를 분출하고 있는 노즐(P)는 도 2의 아래쪽으로 처리 가스를 분출하는 가스 구멍(35)에 있어서, 수직하는 내벽과 사면(201)이 만나는 지점의 개구에 대응하고, 횡축은 가스 도입 샤워헤드(32)에 있어서, 상기 개구를 포함하는 평면(36S')에 대응한다.
도 4a 내지 도 4d의 그래프에 따르면, 시뮬레이션 결과, 실측 결과의 여하를 막론하고, Kn이 어떤 값이어도, 노즐(P)로부터 분출된 가스분자는 노즐(P)를 중심 으로 해서 도 4a 내지 도 4d의 그래프중의 횡방향에 대해 20° 이상의 범위에 분포하고 있고, 20° 미만인 범위에는 가스분자는 거의 분포하고 있지 않다. 즉, 20° 미만의 범위는 가스의 흐름을 무시할 수 있는 정도로 작다.
그래서, 도 2의 가스도입 샤워헤드(32)에서는 가스 구멍(35)의 외연부에 있어서의 사면(201)의 경사각이 전극판 공간 대향면(36S)에 대해 20°로 되도록 설정되어 있다. 이에 따라, 가스 구멍(35)으로부터 분출된 처리 가스(202)의 흐름이 약해지는 공간을 없앨 수 있고, 처리 가스(202)를 각 가스 구멍(35)간의 중간위치(이하, 단지「중간위치」라 함)에 체류시키는 일 없이 공간(S)내에 공급할 수 있다. 따라서, 중간위치에 파티클이 체류하는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 프리커서인 래디컬이 중간위치에 체류하는 것도 방지할 수 있다. 이상에 의해, 해당 중간위치에 퇴적물이 퇴적하는 것을 방지하여 박리한 퇴적물에 기인하는 파티클이 웨이퍼(W)에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 가스 구멍(35)의 사면(201)의 형성 방법을 이하에 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 도 2에 있어서의 각 가스 구멍의 형성 방법을 나타내는 공정도이다.
우선, 2㎜직경의 드릴에 의해서 각각의 간격이 5㎜로 되도록, 전극판(36)에 복수의 가스 구멍(35)을 천공하고(도 5a), 다음에, 중심축상에 직경이 대략 2㎜의 가이드가 연장되어 마련되어, 테이퍼각도가 140°인 테이퍼날 부착 드릴(500)을 이용해서 가스 구멍(35)의 챔버 대향부측 외연부를 깎아낸다. 구체적으로는 상기 가이드를 천공된 가스 구멍(35)에 삽입해서 드릴(500)의 중심축과 가스 구멍(35)의 중심축을 일치시키고, 또한, 드릴(500)을, 그 테이퍼날이 전극(36)의 두께의 도중까지 진입하도록, 도면중 위쪽으로 상승시킨다. 이에 따라, 가스 구멍(35)에 있어서의 공간(S)로의 개구부를 원추형상으로 성형한다. 이 때, 드릴(500)의 테이퍼날의 테이퍼각도가 140°이므로, 전극판 공간 대향면(36S)에 대한 가스 구멍(35)에 있어서의 개구부의 사면(201)의 경사각은 20°로 된다(도 5b).
다음에, 원추형상의 개구부가 형성된 가스 구멍(35)에 인접하는 가스 구멍(35)에, 도 5a 및 도 5b와 동일한 공정을 실시한다. 이 때, 가스 구멍(35)간에 있어서 전극판 공간 대향면(36S)이 존재하지 않게 되도록, 해당 가스 구멍(35)에 있어서의 개구부의 사면(201)을 형성한다(도 5c). 이상의 공정을 반복해서 전체 가스 구멍(35)에 원추형상의 개구부를 형성하고, 가스도입 샤워헤드(32)를 완성시켜, 본 처리를 종료한다(도 5d).
상술한 본 실시예에서는 가스 구멍(35)의 개구부를 원추형상으로 형성했지만, 경사각이 20°인 V자형의 홈을 격자형상으로 파고, 각각의 홈의 교점에 가스 구멍(35)을 천공함으로써 가스도입 샤워헤드(32)를 작성해도 좋다.
본 실시예에서는 가스도입 샤워헤드(32)는 챔버 대향부에 원추형상의 개구부가 복수 배치되는 구조였지만, 개구부의 형상은 원추형상에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 6a에 도시한 바와 같이, 근접하는 개구부 사이의 전극판 공간 대향이 반구형상이어도 좋다. 또한, 개구부는 반구형상(도 6b), 사각추형상 및 포물면형상이어도 좋고, 또한 이들을 조합한 형상이어도 좋다.
본 실시예에서는 또한 가스 구멍(35)의 사면(201)의 경사각은 20°이였지만, 도 4a 내지 도 4d의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 20°에 한정하는 것은 아니고, 20° 이상이면 좋다.
본 실시예로서는 또한 가스도입 샤워헤드(32)에는 직경이 2㎜인 가스 구멍(35)이 각각 5㎜ 간격으로 도 3과 같이 배치되었지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 직경이 2㎜의 가스 구멍(35)이 각각 5㎜간격으로 도 7a과 같이 배치되어도 좋으며, 또, 직경이 2㎜의 가스 구멍(35)이 각각 4㎜간격(도 7b 및 도 7c), 직경이 1.5㎜의 가스 구멍(35)이 각각 3.5㎜간격(도 7d 및 도 7e)으로 배치되어도 좋고, 또한, 직경이 1㎜의 가스 구멍(35)이 각각 3㎜간격(도 7f 및 도 7g)으로 배치되어도 좋다. 이들 중, 특히 도 7b 내지 도 7g의 가스도입 샤워헤드에서는 가스 구멍(35)의 간격을 좁게 할 수 있어, 각 가스 구멍(35)간의 중간위치에 파티클이 체류하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 각 가스 구멍(35)은 개별적으로 개구부를 갖고 있었지만, 인접하는 각 가스 구멍의 개구부가 연결되어 홈을 형성해도 좋다. 이 때, 해당 홈의 단면형상은 예를 들면 V자형상을 띠고, 챔버 대향부측 외연부는 홈의 중앙에 관해 좌우 대칭으로 되는 바와 같은 사면으로 이루어진다. 해당 사면의 경사각은 전극판 공간 대향면(36S)에 대해 20°이다. 또한, 홈은 전극판(36)의 평면에서 보아 중심에 관해 동심으로 되도록 간격없이 복수 형성된다. 이에 따라, 인접하는 홈간에 파티클이 체류하는 것을 방지할 수 있다. 동심원형상의 홈은 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 가스도입 샤워헤드(32)를 용이하게 제조할 수 있어, 가스도입 샤워헤드(32)의 비용을 저감할 수 있다.
본 실시예에서는 가스도입 샤워헤드(32)는 복수의 가스 구멍(35)을 구비하고 있었지만, 가스 구멍(35)에 한정되지 않고, 전극판(36)을 관통하도록 형성되어 전극판 공간 대향면(36S)에 있어서 개구하는, 예를들어, 격자 또는 동심원상으로 배치된 단속(斷續)적인 다수의 슬릿형상의 가스유로(도시하지 않음)이면 좋다. 해당 가스유로의 챔버 대향부측 외연부는 가스 구멍(35)과 마찬가지로 사면을 갖고, 해당 사면의 경사각은 전극판 공간 대향면(36S)에 대해 20°이다. 이에 따라, 처리 가스(202)를 체류시키는 일 없이 공간(S)로 공급할 수 있는 동시에, 가스유로도 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 가스도입 샤워헤드(32)를 용이하게 제조할 수 있어, 가스도입 샤워헤드(32)의 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스도입 샤워헤드(32)에 따르면, 가스 구멍(35)의 외연부에 20°의 경사를 가지므로, 가스 구멍(35)으로부터 분출한 처리 가스(202)를 공간(S)내에 구석구석까지 확산시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 가스를 체류시키는 일 없이 챔버내에 공급할 수 있는 가스 공급 부재 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 플라즈마 처리 장치가 구비하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재로서, 상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하고, 상기 복수의 가스 구멍으로부터 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재에 있어서,
    상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면(斜面)을 구비하고,
    상기 사면은 평면 및 곡면의 적어도 어느 하나를 포함하고,
    인접하는 상기 가스 구멍간의 형상은 상기 사면만으로 이루어지는 가스 공급 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사면은 추면(錐面), 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 가스 공급 부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 사면이 상기 평면과 이루는 각도는 상기 가스 구멍으로부터 분출되는 가스의 분포가 상기 평면과 이루는 각도 이상인 가스 공급 부재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 사면이 상기 평면과 이루는 각도는 20°이상인 가스 공급 부재.
  5. 플라즈마 처리 장치가 구비하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재로서, 상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하고, 상기 복수의 가스 구멍으로부터 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재에 있어서,
    상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 구비하고,
    상기 사면은 평면 및 곡면의 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 사면은 상기 가스 구멍의 중심축에 관해 n회 회전 대칭성(n=2∼∞)을 갖는 가스 공급 부재.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    인접하는 상기 가스 구멍간의 형상은 상기 사면만으로 이루어지는 가스 공급 부재.
  8. 플라즈마 처리 장치가 구비하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재로서, 상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하고, 상기 복수의 가스 구멍으로부터 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재에 있어서,
    상기 복수의 가스 구멍중 인접하는 상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부가 연결되어 홈을 형성하고,
    상기 홈의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 갖는 동시에, 상기 홈은 상기 평면상에 있어서 동심원형상으로 형성되고,
    상기 사면은 평면 및 곡면의 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 공급 부재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 가스 공급 부재.
  10. 플라즈마 처리 장치가 구비하는 챔버에 배치되는 가스 공급 부재에 있어서,
    상기 챔버의 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면에 있어서 개구하고 또한 상기 내부공간에 가스를 공급하는 가스유로를 구비하고,
    상기 가스유로의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 유로로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 갖고,
    상기 사면은 평면 및 곡면의 적어도 어느 하나를 포함하고,
    인접하는 상기 가스유로간의 형상은 상기 사면만으로 이루어지는 가스 공급 부재.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 가스 공급 부재.
  12. 피처리체를 수용하는 챔버와, 상기 챔버에 배치되고 또한 상기 챔버의 내부공간에 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 가스 공급 부재는 상기 내부공간에 대향하는 평면과, 상기 평면상에 복수 천공된 가스 구멍을 구비하고, 해당 가스 구멍은 상기 가스를 상기 내부공간에 공급하며, 상기 가스 구멍의 상기 평면에 있어서의 외연부는 상기 가스 구멍으로부터 분출된 가스의 흐름에 대응하는 사면을 구비하고,
    상기 사면은 평면 및 곡면중의 적어도 어느 하나를 포함하고,
    인접하는 상기 가스 구멍간의 형상은 상기 사면만으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 사면은 추면, 구면, 및 포물면 중의 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 면인 가스 공급 부재.
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