KR100785960B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR100785960B1
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

VHF 혹은 UHF대의 고주파와 자장을 이용하여 플라즈마를 생성하는 방식에 있어서, 넓은 파라미터 영역에 고밀도, 고균일의 플라즈마를 실현하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
플라즈마 처리 장치로서 UHF 혹은 VHF대의 고주파를 처리실에 공급하는 안테나 및 방사구와, 상기 처리실에 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 포함하고, 상기 안테나 반경과 방사구의 실효 길이와의 비가 0.4 이상 1.5 이하가 되는 안테나 및 방사구를 포함한다.
진공 용기, 방사구, 절연체, 디스크형 안테나, 안테나, 판형 부재, 슬릿 개구부

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 작용을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제1 실시예의 작용 및 효과를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제1 실시예의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 작용 및 효과를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 제1 실시예의 작용을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시예의 작용 및 효과를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 제5 실시예의 작용 및 효과를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 진공 용기
2 : 가스 도입계
3 : 처리실
3a : 챔버 반경
4 : 피처리물
5 : 지지대(전극)
6 : 배기계
7 : UHF 혹은 VHF 발생원
8 : UHF, VHF대의 고주파
9 : 정합기
10 : 전송선로
11 : 고주파 전극
12 : 도체벽
13 : 유전체(도파로)
13a : 도파로 직경
14 : 고주파 도입 수단(방사구)
14a : 방사 구경
15 : RF 발생원
16 : 자장 형성 수단
17 : 디스크형 안테나
17a : 안테나 반경
18 : 링형 도체
19 : 판형 부재(Si, SiC, C)
20 : 제2 방사구(유전체)
21 : 금속판
22 : 슬릿 개구부
본 발명은 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용하여 피처리물 특히 절연막을 처리할 때에는, 예를 들면 다른 2개의 RF를 대향하는 전극에 인가하는 평행 평판형 플라즈마 처리 장치를 이용하고 있다(종래 기술 1). 또한, RF 전극의 배면에 영구 자석을 포함하고 그 영구자석을 링형으로 배치한 플라즈마 처리 장치가, 예를 들면 특개평 8-288096호 공보에 개시되어 있다(종래 기술 2). 또한 피처리체를 장착하는 전극에 대향하도록 평면 안테나 부재를 설치하고, 이 안테나 부재에 마이크로파를 공급하고 또한 평면 안테나 부재의 전면에 슬릿 개구부를 설치한 플라즈마 처리 장치가, 예를 들면 특개평 9-63793호 공보에 기재되어 있다(종래 기술 3). UHF대의 고주파를 이용한 에칭 장치로서 안테나 상부의 접지 구조를 오목형으로 한 구조가, 예를 들면 특개평 11-354502호 공보에 개시되어 있다(종래 기술 4). 또한, UHF대의 고주파를 동축 케이블에 의해서 디스크형 안테나에 공급한 평행 평판형 UHF-플라즈마 장치가 기재되고 안테나의 직경을 소정치 n/2·λ(n : 정수)로 설정하는 플라즈마 처리 장치가, 예를 들면 특개평 10-134995호 공보에는 개시되어 있다(종래 기술 5).
종래 기술 1에서는 플라즈마 분포 제어 수단이 없기 때문에, 가스종이나 압력을 변화시켰을 때에는 래디컬 조성이나 반응 생성물의 분포가 변화하여, 처리 분포의 균일화가 곤란해지는 경우가 있다는 과제가 있다. 또한 플라즈마의 고밀도화가 곤란하여 처리 속도(에칭율)가 느리다는 과제가 있다.
종래 기술 2에서는 영구 자석으로는 그 크기 정도에 한정된 개소에 국소적으로 자장이 형성된다. 자장에 의한 폐쇄 효과를 늘리고자 하면 자석 근방에서의 자장 강도가 강해지기 때문에 이 부분에서 플라즈마 밀도가 커진다. 또한 RF 전극에는 바이어스가 인가되어 이온을 인입하기 때문에 스퍼터링이 국소적으로 발생한다. 그 때문에 전극의 국소적 소모를 초래하고, 이물의 증가, 장치 신뢰성이 저하한다는 과제가 있다. 그 부분에 형성되는 자장에는 국소적으로 향상 및 분포 제어성의 양립이 곤란해지는 경우가 있다는 과제가 있다.
종래 기술 3에서는 안테나부에 슬릿을 설치하고, 슬릿의 길이를 (1/2-1/10)λ(λ : 마이크로파의 관내 파장) 정도로 함으로써 분포를 조정하고 있지만, 마이크로파의 방사 및 전계 분포의 조정이 곤란하다는 과제가 있다.
종래 기술 4는 전계 집중을 피하기 위한 안테나 상부의 접지 구조에 관한 것으로, 이것을 오목으로 하여도 전계 분포 그 자체를 균일하게 하는 것은 곤란하고, 가스, 압력, 파워 등을 변화시켰을 때의 분포의 조정이 곤란해진다는 과제가 있다.
종래 기술 5에서는 안테나 중앙이 전계의 중심에 안테나단이 전계의 절에 상당하기 때문에, 안테나 바로 아래에서의 전계 분포는 반드시 볼록이 된다. 그 때문에 플라즈마를 균일하게 하는 것이 곤란하다는 과제가 있다.
본 발명의 목적은 VHF 혹은 UHF대의 고주파와 자장을 이용하여 플라즈마를 생성하는 방식에 있어서, 넓은 파라미터 영역에서 고밀도, 고균일의 플라즈마를 실현하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 본 발명의 특징은 진공 용기와, 상기 진공 용기 내부에 있어 가스가 공급되는 처리실과, 상기 처리실 내에 설치되고 처리 대상물을 지지하는 지지 전극과, UHF 혹은 VHF대의 고주파를 처리실에 공급하는 디스크형 안테나 및 안테나 가로로 배치된 절연체로 구성된 방사구로 이루어지는 고주파 도입 수단과, 상기 처리실에 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 포함하고, 상기 고주파 도입 수단에 있어서, 안테나의 반경과 방사구의 실효 길이와의 비가 0.4 이상 1.5 이하가 되는 안테나 및 방사구를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있다. 여기서 방사구의 실효 길이 d*란 방사구의 실치를 d, 방사구를 구성하는 절연체의 비유전률을 εr, 사용 주파수를 f, 기준 주파수로서 f0=450㎒를 이용하면 d*=(f/f0)d/εr 1/2이다.
상기 안테나의 반경은 고주파의 진공 중의 파장을 λ0으로 하면, λ0/4 이하가 되는 것이 바람직하다. 또한, 처리실에 접하는 측의 안테나 표면의 부재는 Si, SiC 혹은 C인 것이 바람직하다. 상기 방사구의 일부를 금속판으로 막고 방사구를 처리하는 웨이퍼 직경 정도에까지 단축하는 것이 바람직하다. 또한 상기 안테나에 슬릿 개구부를 설치하고, 플라즈마에 접하는 측에 Si 혹은 SiC, C로 구성되는 판형 부재를 배치하고, 판형 부재를 통하여 고주파를 상기 처리실에 공급하는 것이 바람직하다.
<발명이 실시 형태>
ULSI 소자의 미세화, 고집적화가 급속히 진행되고, 가공 치수 0.18㎛ 디바이스는 곧 양산화로 이행하고, 또한 0.13㎛의 디바이스도 개발되고 있다. 또한 φ300㎜ 웨이퍼 라인의 구축도 진행되고 있고, 에칭 기술의 고정밀도화, 대구경 대응이 요구되고 있다. 그 중에서도 산화막 에칭에서는 하지나 레지스트에 대하여 높은 선택비를 얻고자 하면, 에칭 반응이 도중에 정지하는 '에치스톱'이나 RIE-lag가 발생하기 쉽고, 고어스펙트 수직 가공과 고선택비와의 양립이 점점 곤란하다. 또한, 디바이스 동작의 고속화를 위해 저유전률막이 도입되고 가공해야 할 막종도 증가하고 있다.
또한, ULSI 소자의 미세화, 고집적화가 급속히 진행되고, 그에 따라 에칭 기술의 고정밀도화, 대구경 대응이 요구되고 있다. 그 중에서도 산화막이나 저유전률 절연막을 가공하는 절연막 에칭에서는 디바이스 구조의 복잡화, 가공폭의 미세 화와 더불어 가공막종의 다양화에 대응할 필요가 생기고 있고, 레지스트나 Si3N4에 대한 고선택비, 수직 가공 형상이 요구되고 있다. 그런데 하지나 레지스트에 대하여 높은 선택비를 얻고자 하면, 에칭 반응이 도중에 정지하는 '에치스톱'이나 RIE-lag가 발생하기 쉽고, 고어스펙트 수직 가공과 고선택비와의 양립이 점점 곤란해지고 있다. 절연막 에칭에서는, 탄소와 불소를 포함하는 플루오르 카본 가스가 이용되며, 플라즈마에 의해서 분해된 플루오르 카본 래디컬(CxFy)의 막 피착과 이온 입사에 의해 에칭 반응이 진행된다. 산화막, 레지스트, Si3N4 상에 피착하는 플루오르 카본막의 막두께나 조성이 다른 것에 따라 선택비가 발현한다. 플루오르 카본 래디컬과 F 래디컬의 밀도비 CxFy/F가 높은 쪽이 고선택비를 얻을 수 있다고 생각되지만, 한편 CxFy의 양이나 탄소의 비율이 증가하면 에칭 반응이 정지하는 경우가 있다. 플루오르 카본 래디컬의 조성은 플라즈마의 밀도나 전자 온도뿐만아니라, 챔버벽에서의 화학 반응, 리사이클링에 의해서 지배된다. 또한 반응 생성물이나 그 해리물이 에칭을 저해한다. 그 때문에, 산화막 에칭에서는 래디컬이나 반응 생성물의 해리를 지배하는 플라즈마의 밀도, 온도를 제어하는데 있어, 대구경 균일 처리를 위해서는 그 분포 제어가 필요해진다. 또한, 고처리량 즉 고속 에칭을 실현하기 위해서는 플라즈마의 고밀도화가 필수이다. 본 발명의 실시 형태를 이하, 참고예와 실시예를 이용하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예를 도 1에 도시한다. 플라즈마 처리 장치는 가스 도입계(2)를 통하여 가스가 도입되는 처리실(3)과 피처리물(4)을 지지하는 지지대(전극 ; 5)를 구비한 진공 용기(1)를 구비하고, 처리실 내의 가스는 배기계(6)에 의해서 배기된다. UHF 혹은 VHF 발생원(7)에서 발생된 UHF 혹은 VHF대의 고주파(8)는 정합기(9) 및 전송선로(10)를 통하여 고주파 전극(11)에 공급된다. 고주파 전극(11)과 도체벽(12) 간에는 유전체(13)가 충전되어 있고, 고주파는 방사구(14)를 통하여 처리실(3)에 도입된다. UHF 혹은 VHF 발생원(7)과는 다른 RF 발생원(15)이 설치되고, RF대의 고주파가 동일하게 고주파 전극(11)에 공급된다. 진공 용기(1) 주위에는 자장 형성 수단(16)이 있고, 처리실(3) 내에 자장을 형성한다. 고주파 전극에는 디스크형 안테나(17)가 접속된다. 안테나의 반경과 방사구의 실효 길이와의 비가 0.4 이상 1.5 이하가 되는 안테나 및 방사구를 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서 방사구의 실효 길이 d*란 사용 주파수를 f, 기준 주파수로서 f0=450㎒를 이용하면, 방사구의 실치를 d, 방사구를 구성하는 절연체의 비유전률을 εr로 하면 d*=(f/f0)d/εr 1/2이다.
안테나의 반경(17a)과 방사구(14)의 실효 길이와의 비가 플라즈마 분포의 결정 인자인 것을 도 8의 (a)(UHF 주파수 450㎒)의 체계에서 설명한다. 예로서 방사구를 형성하는 유전체로서 석영(비유전률 3.5)을 이용한 경우의 결과를 이하에 나타낸다. UHF의 전계는 플라즈마와 안테나 간에 형성되는 시스(sheath)내에서 전파한다. 우선, 안테나 반경 r=164㎜인 경우의 전계 분포를 도 8의 (b)에 도시한다. 안테나 바로 아래의 전계의 직경 방향 분포를, 안테나 직경을 파라미터로서 도 8의 (c)에 도시한다. 안테나 하측의 전계 분포는 단부를 제외하여 z 방향 성분만을 가지고, 중앙부가 높고, 관내 파장의 1/4의 위치(도 8에서는 반경 110㎜ 부근)에서 마디를 가지고 또한 안테나단에서 0이 되도록 볼록 분포(벳셀 함수)가 된다. 한편, 안테나 직경을 133㎜로 하면 전계 분포는 r=110㎜까지는 상기와 동일 분포를 하고 있지만, 그보다 외측에서는 전계 강도가 높아진다. 이와 같이 안테나 직경에 의해서 전계의 분포 및 직경 방향 분포가 변화하는 것은 방사구에서 공급된 UHF는 시스 중을 전파하여 플라즈마에서 흡수되는 한편으로, 일부는 반사되어 방사구측으로 되돌아가고 또한 안테나 가로 및 배면에 설치된 금속에서 반사되고, 다시 시스측에 전파하는 것을 반복함으로써 정재파를 형성하기 때문이다. 그 때문에, 안테나 치수와 방사구의 치수가 변하면, 전계의 분포가 변하게 된다. 중심에서의 전계 강도를 E0, 안테나보다 외측의 주변 전계 강도의 최대치(이것은 안테나 직경에 따라 그 위치는 변화한다)를 Eedge로 한다(도 8의 (c)에 표시). 안테나 직경과 방사 구경의 합을 챔버 직경 rc로 하고, 챔버 직경은 일정한 그대로 안테나 직경을 바꾸면 Eedge/E0은 도 8과 같이 변화하고 특정한 치수에서 1을 넘는다. 주변 전계 강도가 최대가 되는 위치 rpeak는 이 경우 rpeak ∼ 0.35*(rc-a)+a가 된다. 챔버 직경을 앞의 치수의 1.2배로 변화시켜도 Eedge/E0이 1을 넘는 안테나 직경이 존재한다. 상기한 비 Eedge/E0을 안테나 직경/챔버 직경의 비로 표시하면 챔버 직경이 달라도 양자의 곡선이 대강 중첩된다. 이것은 확실히 UHF가 안테나 직경과 방사 구경으로 결정되는 정재파를 형성하여 전파하고 있는 것을 나타내고 있다.
외부 자장으로서 도 10과 같은 발산형 자장(중앙부의 자장 강도가 크고, 주변부로 감에 따라 강도가 내려간다)을 이용할 때의 플라즈마 밀도 분포를 도 11에 도시한다. 비 Eedge/E0이 1정도가 되는 곳에서 비교적 평탄 분포로 되어 있다. 이와 같이 안테나 직경과 방사 구경의 비를 특정함으로써 전계 분포를 바꾸고, 이에 의해서 플라즈마를 대구경 균일화할 수 있다.
다음에, 매질로서 공기(비유전률 ; 1)를 얇은 석영으로 밀봉한 유전체를 이용한 경우에 대하여 기술한다. 주변 전계와 중심 전계와의 비 Eedge/E0을 안테나 반경 a와 방사구의 실효 길이 d*의 비에 대하여 도시하면 도 12와 같아진다. 상기한 유전체 매질로서 석영을 이용한 경우도 병기하였다. 전계의 비 Eedge/E0이 1정도 혹은 그 이상이 되는 a/d*는 양자로 대략 일치하고 0.4 ∼ 1.2의 범위가 된다. 이와 같이 안테나의 반경과 방사구의 실효 길이 d*와의 비가 0.4 이상 1.5 이하로 하면, 주변에서의 전계 강도를 높일 수 있다. 또, 방사구의 형상에 대해서는 여러가지의 형태가 생각되지만, 그 경우, 방사구(14)의 실치 d는 플라즈마에 접하는 면에서 금속벽까지의 거리라고 정의한다.
본 발명의 제2 실시예를 도 2에 도시한다. 본 실시예는 플라즈마 처리 장치에 이용되는 전극 및 안테나의 구성에 주목하고 있다. 도 1 기재의 실시예에서 상 기 안테나의 반경(17a)은 고주파의 진공 중의 파장을 λ0으로 하면, λ0/4 이하가 되는 것을 특징으로 한다. VHF 혹은 UHF대의 고주파는 시스 중을 전파하여 정재파를 형성한다. 정확하게 λ/4(폐공간에 폐쇄되기 때문에, 파장 λ는 진공 중의 파장λ0보다 작아진다)의 위치가 파의 마디에 해당하기 때문에 전계 강도가 작고, 그 부분에서는 플라즈마 밀도가 저하하게 된다. 그래서, 안테나 직경을 λ0보다 작게 하여 전계의 마디를 피한다. 또한 도 8에 도시한 바와 같이, 안테나 직경을 줄인 쪽이 주변 전계의 피크 위치가 내측으로 이동한다. 그 결과, 상기한 도 11(f=450㎒, 유전체 석영, 챔버 직경 1.2rc)에 도시한 바와 같이, 안테나 반경 164㎜로 안테나 직경 150㎜를 비교하면, 안테나 직경 150㎜ 쪽이 주변부의 플라즈마 밀도가 올라가고 분포가 균일해지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 제3 실시예를 도 3에 도시한다. 플라즈마 처리 장치에 이용되는 전극 및 안테나의 구성에 주목하고 있다. 본 실시예에서는 도 1 및 도 2 중 어느 하나에 기재된 실시예에 있어서, 안테나의 가로에 링형의 도체(18)를 설치한 것을 특징으로 한다. 링형의 도체의 배치 개소는 상기한 주변 전계가 최대가 되는 개소 r= rpeak 부근에 설치한다. 링과 안테나와의 간격은 그 개소에서의 고주파의 관내 파장을 λ1로 하면, 1/8λ1 이상이 바람직하고, 또한 3/8λ1 이하가 바람직하다. 링(18)의 폭에 대해서는 임의이다. 링형의 도체(18)는 그 배치한 개소의 하측(처리실측)의 전계 강도를 강화할 수 있기 때문에, 전계 강도를 보다 높이고자 하면, 그 두께에 대해서는 두꺼울수록 바람직하다. 주파수 f=450㎒, 방사구의 유전체로서 석영을 이용한 경우, 링과 안테나와의 간격은 8㎜ 이상 24㎜ 이하가 바람직하다. 링의 폭으로서 15㎜로 할 때의 전계 강도의 안테나 직경/챔버 직경 의존성을 도 13에 도시한다. 상기 도 9에 기재한 링이 없을 때의 비 Eedge/E0의 값이 각 안테나 직경의 경우보다 커지고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 제4 실시예를 도 4에 도시한다. 플라즈마 처리 장치에 이용되는 전극 및 안테나의 구성에 주목하고 있다. 본 실시예는 도 1 내지 도 3 중 어느 하나에 기재된 실시예에 있어서, 플라즈마에 접하는 전극 혹은 안테나의 표면 부재인 판형 부재(19)를 Si 혹은 SiC, C로 구성한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 피처리물로의 금속 오염을 막는다. 또한, 플루오르 카본 가스가 해리하여 발생하는 F를 Si 혹은 SiC, C로 스카벤지(scavenge)하여 F 농도를 줄이거나 혹은 제어하고, CFx/F비를 올려서 SiO2/Si, Si3N4/SiO2의 선택비를 향상시킨다.
본 발명의 제5 실시예를 도 5에 도시한다. 플라즈마 처리 장치에 이용되는 방사구의 구성에 주목하고 있다. 본 실시예에서는 도 1 내지 도 3 중 어느 하나에 기재된 실시예에서 방사구(14)보다 폭이 작은 제2 방사구(유전체 ; 20)를 방사구(14)의 처리실측의 외주부에 배치한 것을 특징으로 한다. 이 때, 제2 방사구(20)를 내부 직경 r1, 외부 직경 r2, 두께 t의 링형으로 한 유전체로 구성한다면, r1을 주변부 전계의 피크 위치, 상기한 rpeak보다 크게 하면 좋고, r2는 챔버 직경과 일치시키는 쪽이 바람직하다. 또한 링의 두께로는 UHF 혹은 VHF가 플라즈마에 침 투하는 거리 표피 두께(skin depth),
δ=c/(ω*Imκp 1/2)
보다 크면 된다. 여기서 ω는 각 주파수이고, ω=2πf, c : 광속, κp는 플라즈마의 유전률 상수이고, κp=1-ωpe 2/ω(ω-jνm) ,ωpe : 플라즈마 주파수, νm : 전자 - 중성 입자 충돌 주파수로 주어진다. 유전체의 두께 t가 δ보다 두꺼우면 VHF 혹은 UHF는 제2 방사구를 통하는 것보다도 방사구를 통하여 플라즈마측으로 전해지기 쉬워진다. 예를 들면, 도 11에 도시한 안테나 직경 150㎜의 경우에는 주변부의 밀도가 지나치게 높아진다. 그래서 제2 방사구 재질을 석영으로서, 두께 t=10㎜의 판형 부재를 r1=180㎜로서 챔버 외측에서 삽입하면, 도 13에 도시한 바와 같이, 주변부 밀도를 저하시켜서 균일성을 늘릴 수 있다. 또한, 제2 방사구 하의 플라즈마를 약하게 되기 때문에 제2 방사구가 없는 경우에 비하여 동일한 입력 파워의 경우보다도 플라즈마를 고밀도화할 수 있다.
본 발명의 제6 실시예를 도 6에 도시한다. 플라즈마 처리 장치에 이용되는 방사구의 구성에 주목하고 있다. 본 실시예에서는, 도 1 내지 도 3 중 어느 하나에 도시한 실시예에 있어서, 방사구(14)보다 폭이 작은 금속판(21)을 처리실측의 외주부에 배치한 것을 특징으로 한다. 금속판(21)은 내부 직경 r1, 외부 직경 r2로 이루어지는 링형으로 하고, 내부 직경 r1에 대해서는 상기한 rpeak보다 크게 하면 되 며 r2는 챔버 직경과 일치시킨다. 금속판(21)에 의해 VHF, UHF는 확실하게 차단할 수 있기 때문에 이 부분의 두께는 임의이다. 도 11의 (a)의 안테나 직경 150㎜인 경우에는 금속판의 내부 직경 r1을 180㎜보다 크게 하면 좋다. 외주부에 생성되는 여분의 플라즈마를 없앨 수 있어 균일성을 유지한 채로 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있다. 또, 금속판을 처리실 내에 노출시키지 않도록, 금속판을 제3 유전체로 덮는 쪽이 바람직하다. 이 경우, 상기한 표피 두께와 두께 t의 관계를 제3 유전체의 반경 방향의 두께에 적용하면 10㎜ 이하가 바람직하다.
본 발명의 제7 실시예를 도 7에 도시한다. 플라즈마 처리 장치에 이용되는 안테나의 구성 및 방사구에 주목하고 있다. 본 실시예에서는 도 6 기재의 실시예에 있어서, 방사구(14)보다 폭이 작은 금속판(21)을 처리실측의 외주부에 배치하고 또한 전극(11)에 접속된 디스크형 안테나(17)에 슬릿 개구부(22)를 설치하고 처리실(3)측에 Si 혹은 SiC, C로 구성되는 판형 부재(19)를 배치하고 판형 부재(19)를 통해 UHF 혹은 VHF의 고주파를 처리실(3)에 공급하는 것을 특징으로 한다. 슬릿 개구부(22)는 우선, 고주파 전계의 방향을 변화시켜야 할 개소에 배치하면 좋다. 전계는 안테나에 대하여 수직 성분밖에 가지지 못하기 때문에, 디스크형 안테나(17)만을 이용한 경우, Ez 성분밖에 갖지 못하지만 슬릿을 설치하면 필연적으로 Er 성분이 생성된다. 외부 자장 B는 r 성분 Br과 z 방향 성분 Bz가 있어 슬릿 개구부에서 E×B≠0이 되기 때문에, 이 부분에 플라즈마가 생성되게 된다. 도 8에 도시한 플라즈마 처리 장치에서는 전계의 마디는 r=110㎜의 위치에 있는 것으 로, 주변부 r>100㎜ 위치의 플라즈마 밀도를 상승시키기 위해서는 절의 부근, 예를 들면 r=120㎜의 위치에 폭 10㎜의 슬릿 개구부를 설치하면 좋다. 또한 축대칭성을 확보하기 위해서 슬릿은 동심원 상에 원주 방향에 몇 개소 열면된다. 이 때 슬릿 개구부에서의 전계를 강화하고자 하면, 슬릿 개구부의 길이는 관내 파장의 1/2λ의 정수배라고 하면 된다. 슬릿 개구부에 충전재로서 유전체(비유전률 εr)를 이용하면, λ=c/f/(εr)1/2이고, 석영 εr=3.5, f=450㎒인 경우에는 λ/2 ∼ 18㎝이므로 길이(원호) 18㎝의 슬릿 개구부를 r=120㎜의 위치(원주 754㎜)에 원주 방향으로 3개 설치하면 효율이 좋다. 또한 중앙부와 주변부의 전계를 함께 강화하고자 하면, 예를 들면 도 7의 (b)와 같이 반경 방향 및 원주 방향으로 여러개 슬릿 개구부를 설치하면 된다.
상기한 바와 같이 구성한 본 발명의 실시예에서는 디스크형 안테나 직경과 방사구의 조합에 의해, 1) 안테나 직경과 방사 구경에 의해 반경 방향의 전계 강도 분포를 변화시킨다, 2) 방사구에 설치한 고주파 제어 수단에 의해서, 외주부로의 고주파 전파를 저감시킨다, 3) 슬릿에 의해서 전계 강도와 그 성분을 변화시킬 수 있어 플라즈마 분포의 제어 범위를 넓히는 것이 가능해진다. 이 전계 제어 수단과 자장 발생 수단의 조합에 따라 압력이나 가스종, 파워 등의 프로세스 파라미터의 변화에 대응하여 플라즈마 분포를 제어하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, VHF 혹은 UHF대의 고주파와 자장을 이용하여 플라즈마를 생성하는 방식에 있어서, 넓은 파라미터 영역에서 고밀도, 고균일의 플라즈마를 실현하는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있어, 그 결과, 고속 처리, 대구경 웨이퍼의 균일 가공이 실현된다.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    진공 용기와,
    상기 진공 용기 내부에 있어서 가스가 공급되는 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되어 처리 대상물을 지지하는 지지 전극과,
    UHF 혹은 VHF대의 고주파를 처리실에 공급하는 안테나 및 방사구와,
    상기 처리실에 자장을 형성하는 자장 형성 수단
    을 포함하고,
    상기 안테나 반경과 방사구의 실효 길이(여기서 방사구의 실효 길이 d*는, UHF 혹은 VHF대의 고주파를 f, 기준 주파수로서 f0=450㎒를 이용하고, 방사구의 실치(real dimension)를 d, 방사구를 구성하는 절연체의 비유전률을 εr로 하면, d*=(f/f0)d/εr 1/2임)와의 비가 0.4 이상 1.5 이하가 되는 안테나 및 방사구를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    고주파의 진공 중의 파장을 λ0으로 하면, 상기 안테나의 반경이 λ0/4 이하가 되는 안테나를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안테나의 외측 측면에 링형의 도체를 배치한 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안테나의 표면에, Si 혹은 SiC, C로 구성되는 판형 부재를 배치하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고주파의 방사구의 처리실측에, 상기 방사구보다 작은 제2 방사구를 배치한 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고주파의 방사구의 처리실측에, 상기 방사구보다 작은 금속판을 배치한 플라즈마 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 안테나에 슬릿 개구부를 설치하고, 처리실측에 Si 혹은 SiC, C로 구성되는 판형 부재를 배치하고, 판형 부재를 통하여 UHF 혹은 VHF의 고주파를 처리실에 공급하는 플라즈마 처리 장치.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267305A (ja) * 2000-03-17 2001-09-28 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
JP4204799B2 (ja) * 2002-04-09 2009-01-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US7252738B2 (en) 2002-09-20 2007-08-07 Lam Research Corporation Apparatus for reducing polymer deposition on a substrate and substrate support
JP3868925B2 (ja) * 2003-05-29 2007-01-17 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置
JP4584572B2 (ja) * 2003-12-22 2010-11-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置および処理方法
US7167129B1 (en) * 2004-10-12 2007-01-23 Sandia Corporation Reproducible, high performance patch antenna array apparatus and method of fabrication

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08288096A (ja) * 1995-02-13 1996-11-01 Mitsubishi Electric Corp プラズマ処理装置
JPH0963793A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JPH10134995A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Toshiba Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US5824607A (en) * 1997-02-06 1998-10-20 Applied Materials, Inc. Plasma confinement for an inductively coupled plasma reactor
JPH11354502A (ja) * 1998-06-05 1999-12-24 Hitachi Ltd アンテナ構造体およびドライエッチング装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6251792B1 (en) * 1990-07-31 2001-06-26 Applied Materials, Inc. Plasma etch processes
JP3257328B2 (ja) * 1995-03-16 2002-02-18 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
TW403959B (en) * 1996-11-27 2000-09-01 Hitachi Ltd Plasma treatment device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08288096A (ja) * 1995-02-13 1996-11-01 Mitsubishi Electric Corp プラズマ処理装置
JPH0963793A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JPH10134995A (ja) * 1996-10-28 1998-05-22 Toshiba Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US5824607A (en) * 1997-02-06 1998-10-20 Applied Materials, Inc. Plasma confinement for an inductively coupled plasma reactor
JPH11354502A (ja) * 1998-06-05 1999-12-24 Hitachi Ltd アンテナ構造体およびドライエッチング装置

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