KR100841118B1 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
용량 결합형의 고주파 방전에 의해서 생성하는 플라즈마의 밀도의 공간적인 분포를 균일화 내지 임의로 제어하여 프로세스의 면내 균일성을 향상시킨다. 하부 전극의 서셉터(16)에는 피처리 기판(W)이 탑재되어, 고주파 전원(30)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파가 인가된다. 서셉터(16)의 상방에 이것과 평행하게 대향하여 배치되는 상부 전극(34)은, 챔버(10)에 링 형상의 절연체(35)를 거쳐서 전기적으로 플로팅된 상태로 부착되어 있다. 또한, 상부 전극(34)의 상면과 챔버(10)의 천장의 사이에는 소정 갭 사이즈의 간격이 마련되고, 그 간격의 일부 또는 전부에 진공 공간(50)이 형성되어 있다. 이 진공 공간(510)의 내벽의 전부 또는 일부는 시트 형상의 절연체(52)로 덮혀져 있다. The spatial distribution of the density of plasma generated by the capacitively coupled high frequency discharge is uniformized or arbitrarily controlled to improve in-plane uniformity of the process. The substrate W to be processed is mounted on the susceptor 16 of the lower electrode, and a high frequency for plasma generation is applied from the high frequency power supply 30. The upper electrode 34 disposed to face the susceptor 16 in parallel with the upper side of the susceptor 16 is attached to the chamber 10 in an electrically floating state via a ring-shaped insulator 35. In addition, a gap having a predetermined gap size is provided between the upper surface of the upper electrode 34 and the ceiling of the chamber 10, and a vacuum space 50 is formed in part or all of the gap. All or part of the inner wall of the vacuum space 510 is covered with a sheet-shaped insulator 52.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 실시예의 변형예에 의한 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a plasma etching apparatus according to a modification of the embodiment.
도 3은 비교예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 용량 결합형 고주파 방전의 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다. It is a figure which shows typically the structure of the capacitively coupled high frequency discharge in the plasma etching apparatus of a comparative example.
도 4는 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 용량 결합형 고주파 방전의 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다. It is a figure which shows typically the structure of the capacitively coupled high frequency discharge in the plasma etching apparatus of an Example.
도 5는 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서 상부 전극의 접지 용량을 고용량과 저용량의 두 가지로 고른 경우의 전자 밀도의 공간 분포 특성을 비교하여 도시하는 도면이다. FIG. 5 is a diagram showing a comparison of the spatial distribution characteristics of electron density when the ground capacitance of the upper electrode is selected into two types of high capacitance and low capacitance in the plasma etching apparatus of the embodiment.
도 6은 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서 상부 전극의 접지 용량을 고용량과 저용량의 두 가지로 선택한 경우의 산화막의 에칭 레이트의 면내 분포 특성을 비교하여 도시하는 도면이다. FIG. 6 is a diagram showing a comparison of in-plane distribution characteristics of an etching rate of an oxide film in the case where the ground capacitance of the upper electrode is selected from the high capacitance and the low capacitance in the plasma etching apparatus of the embodiment.
도 7은 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서 상부 전극의 접지 용량을 고용량과 저용량의 두 가지로 선택한 경우의 포토레지스트의 에칭 레이트의 면내 분포 특성을 비교하여 도시하는 도면이다. FIG. 7 is a diagram showing comparisons of in-plane distribution characteristics of the etching rate of a photoresist when the ground capacitance of the upper electrode is selected from two types of high capacitance and low capacitance in the plasma etching apparatus of the embodiment.
도 8은 실시예의 변형예에 의한 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다. 8 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a plasma etching apparatus according to a modification of the embodiment.
도 9는 도 8의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 용량 결합형 고주파 방전의 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다. FIG. 9 is a diagram schematically showing a structure of a capacitively coupled high frequency discharge in the plasma etching apparatus of FIG. 8.
도 10은 실시예의 변형예에 의한 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다. 10 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a plasma etching apparatus according to a modification of the embodiment.
도 11은 도 10의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 용량 결합형 고주파 방전의 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다. FIG. 11 is a diagram schematically showing a structure of a capacitively coupled high frequency discharge in the plasma etching apparatus of FIG. 10.
도 12는 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 정전 용량 가변부의 하나의 실시예를 도시하는 부분단면도이다. 12 is a partial cross-sectional view showing one embodiment of the capacitance varying portion in the plasma etching apparatus of the embodiment.
도 l3은 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 정전 용량 가변부의 별도의 실시예를 도시하는 부분단면도이다. 13 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the capacitance varying portion in the plasma etching apparatus of the embodiment.
도 14는 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 정전 용량 가변부의 다른 실시예를 도시하는 부분단면도이다. 14 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the capacitance varying portion in the plasma etching apparatus of the embodiment.
도 l5는 실시예의 변형예에 의한 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the plasma etching apparatus by a modification of the Example.
도 16는 실시예의 변형예에 의한 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하는 종 단면도이다.16 is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a plasma etching apparatus according to a modification of the embodiment.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10: 챔버(처리 용기)10: chamber (processing vessel)
16: 서셉터(하부 전극)16: susceptor (lower electrode)
30: 고주파 전원30: high frequency power supply
34 상부 전극34 upper electrode
34A: 내측 상부 전극34A: inner upper electrode
34B: 외측 상부 전극34B: outer top electrode
35: 링 형상 절연체35: ring-shaped insulator
36: 전극판36: electrode plate
36a: 가스 분출 구멍36a: gas jet hole
38: 전극 지지체38: electrode support
40: 가스 버퍼실40: gas buffer chamber
42: 가스 공급관42: gas supply pipe
44: 처리 가스 공급원44: process gas source
50: 진공 공간50: vacuum space
52: 절연체 52: insulator
64: 고주파 전원64: high frequency power supply
70, 72: 캐패시턴스70, 72: capacitance
73: 절연체73: insulator
74, 76: 링 형상 절연체74, 76: ring shaped insulator
80, 82, 84: 캐패시턴스80, 82, 84: capacitance
86, 92: 정전 용량 가변부86, 92: variable capacitance
본 발명은, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로, 특히 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for performing plasma processing on a substrate to be processed, and more particularly, to a capacitively coupled plasma processing apparatus and a plasma processing method.
반도체 디바이스나 FPD(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에 있어서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 처리에서는, 처리 가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 실행하게 하기 위해서 플라즈마가 자주 이용되고 있다. 종래부터, 낱장식의 플라즈마 처리 장치, 특히 플라즈마 에칭 장치 중에서는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 주류를 이루고 있다. In processes such as etching, deposition, oxidation, sputtering, etc. in the manufacturing process of a semiconductor device or a flat panel display (FPD), plasma is frequently used to perform a good reaction at a relatively low temperature to a processing gas. Background Art Conventionally, among single-piece plasma processing apparatuses, particularly plasma etching apparatuses, capacitively coupled plasma processing apparatuses have become mainstream.
일반적으로, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치는, 진공 챔버로서 구성되는 처리 용기 내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하여, 하부 전극의 위에 피처리 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 기판 등)을 탑재하고, 양 전극 중 어느 한쪽에 고주파 전압을 인가한다. 이 고주파 전압에 의해서 양 전극사이에 형성되는 전기장에 의해 전자가 가속되어, 전자와 처리 가스의 충돌 전리에 의해서 플라즈마가 발 생하여, 플라즈마 중의 래디컬이나 이온에 의해서 기판 표면에 원하는 가공(예컨대 에칭 가공)이 실시된다. 여기서, 고주파를 인가하는 측의 전극은 정합기내의 블로킹 커패시터를 거쳐서 고주파 전원에 접속되기 때문에, 캐소드(음극)로서 작용한다. 기판을 지지하는 하부전극에 고주파를 인가하여 이것을 캐소드로 하는 캐소드 커플 방식은, 하부전극에 발생하는 자기 바어어스 전압을 이용하여 플라즈마 중의 이온을 기판에 거의 수직으로 인입하는 것에 의해, 방향성이 우수한 이방성 에칭을 가능하게 하고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). In general, a capacitively coupled plasma processing apparatus arranges an upper electrode and a lower electrode in parallel in a processing container configured as a vacuum chamber, and mounts a substrate to be processed (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) on the lower electrode. A high frequency voltage is applied to either of the electrodes. Due to this high frequency voltage, electrons are accelerated by the electric field formed between the two electrodes, and plasma is generated by collision ionization of the electrons and the processing gas, and desired processing (for example, etching process) is performed on the substrate surface by radicals or ions in the plasma. ) Is carried out. Here, since the electrode on the side to which high frequency is applied is connected to a high frequency power supply via a blocking capacitor in the matching unit, it acts as a cathode (cathode). The cathode coupling method, in which a high frequency is applied to a lower electrode supporting a substrate to form a cathode, is anisotropically excellent in directionality by introducing ions in a plasma almost perpendicularly to a substrate using a magnetic bias voltage generated at the lower electrode. Etching is enabled (for example, refer patent document 1).
(특허문헌 1) 일본 특허 공개 평성 제 6-283474 호(Patent Document 1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283474
종래의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치는, 대체로, 고주파를 인가하지 않는 아노드측의 전극을 접지하고 있다. 통상은, 처리 용기가 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속으로 이루어져 보안 접지되기 때문에, 처리 용기를 통하여 아노드의 전극을 접지 전위로 할 수 있다. 이 때문에, 캐소드 커플방식에 있어서는, 아노드 전극인 상부 전극을 처리 용기의 천장에 직접 붙여 일체적으로 만드는 구성이나, 혹은 처리 용기의 천장을 그대로 상부 전극으로서 이용하는 구성을 취하고 있다. In the conventional capacitively coupled plasma processing apparatus, the electrode on the anode side to which the high frequency is not applied is generally grounded. Usually, since the processing container is made of metal such as aluminum or stainless steel and is securely grounded, the electrode of the anode can be brought to ground potential through the processing container. For this reason, in the cathode coupling method, the structure which makes the upper electrode which is an anode electrode directly attach to the ceiling of a process container, and makes it integral, or takes the structure which uses the ceiling of a process container as an upper electrode as it is.
그러나, 최근의 반도체 제조 프로세스에 있어서의 디자인룰의 미세화에 따라, 저압하에서의 고밀도의 플라즈마가 요구되고 있고, 상기 한 바와 같은 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에서는 고주파의 주파수가 높아지고 있어, 최근에는 표준적으로 40 MHz 이상의 고주파를 사용하고 있다. 그러나, 고주파의 주파수가 높아 지면, 고주파 전류가 전극의 중심부에 모이는 것에 의해, 양 전극 사이의 처리 공간에 생성되는 플라즈마의 밀도도 전극 중심부측이 전극 에지부측보다 높아져, 프로세스의 면내 균일성이 저하한다고 하는 문제가 현저하게 된다. However, with the recent refinement of design rules in semiconductor manufacturing processes, high-density plasma is required under low pressure, and in the capacitively coupled plasma processing apparatus as described above, the frequency of the high frequency is increasing. High frequency of 40 MHz or more is used. However, when the frequency of the high frequency is high, the high frequency current is collected at the center of the electrode, so that the density of the plasma generated in the processing space between both electrodes is also higher than that of the electrode edge, and the in-plane uniformity of the process is lowered. The problem to say becomes remarkable.
본 발명은, 상기의 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 용량 결합형에 있어서 마주보는 2개의 전극의 사이에 고주파를 인가하여 생성하는 플라즈마 밀도의 공간적인 분포를 균일화 내지 임의로 제어하여 프로세스의 면내 균일성을 향상시키는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and in the capacitively coupled type, the in-plane uniformity of the process is improved by uniformizing or arbitrarily controlling the spatial distribution of the plasma density generated by applying a high frequency between two opposite electrodes. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기에 절연체 또는 공간을 거쳐서 전기적으로 플로팅(floating)된 상태로 부착되는 제 1 전극과, 상기 처리 용기 내에 상기 제 1 전극과 소정의 간격을 두어 평행하게 배치되어, 상기 제 1 전극과 대향시켜 피처리 기판을 지지하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과 상기 처리 용기의 측벽의 사이의 처리 공간에서 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 공간에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해서 상기 제 2 전극에 제 1 고주파를 인가하는 제 1 고주파 급전부를 가지고, 상기 처리 공간에서 생성되는 플라즈마에 대하여 원하는 플라즈마 밀도 분포 특성을 얻을 수 있도록 상기 제 1 전극과 상기 처리 용기의 사이의 정전 용량을 설정한다. In order to achieve the above object, the plasma processing apparatus of the present invention includes a processing container capable of vacuum evacuation, a first electrode attached to the processing container in an electrically floating state through an insulator or a space, and the processing A second electrode disposed parallel to the first electrode at a predetermined interval in the container, the second electrode facing the first electrode and supporting the substrate to be processed; the first electrode, the second electrode, and a sidewall of the processing container; And a processing gas supply unit for supplying a desired processing gas in the processing space between and a first high frequency feeding unit for applying a first high frequency to the second electrode to generate plasma of the processing gas in the processing space, The first electrode and the processing vessel to obtain desired plasma density distribution characteristics for the plasma generated in the processing space. And it sets the capacitance between.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 제 1 전극과 제 2 전극을 소정의 간격을 두어 평행하게 배치하고, 상기 제 1 전극에 대향시켜 피처리 기판을 제 2 전극으로 지지하고, 상기 처리 용기 내를 소정의 압력으로 진공 배기하고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극과 상기 처리 용기의 측벽의 사이의 처리 공간에 원하는 처리 가스를 공급하여, 상기 제 2 전극에 제 1 고주파를 인가하여 상기 처리 공간에서 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마하에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 제 1 전극을 상기 처리 용기에 대하여 절연체를 거쳐서 전기적으로 플로팅(floating)시켜, 상기 처리 공간에서 생성되는 플라즈마에 대하여 원하는 플라즈마 밀도 분포 특성을 얻을 수 있도록 상기 제 1 전극과 상기 처리 용기의 사이의 정전 용량을 설정한다. In the plasma processing method of the present invention, the first electrode and the second electrode are disposed in parallel in the processing container capable of vacuum evacuation at predetermined intervals, and are opposed to the first electrode so that the substrate to be treated is replaced with the second electrode. And evacuating the inside of the processing container at a predetermined pressure, supplying a desired processing gas to the processing space between the first electrode, the second electrode, and the sidewall of the processing container, and providing the second electrode to the second electrode. 1. A plasma processing method for generating a plasma of the processing gas in the processing space by applying high frequency, and performing a desired plasma processing on the substrate under the plasma, wherein the first electrode is electrically connected to the processing container via an insulator. By floating the desired plasma density distribution characteristics with respect to the plasma generated in the processing space. So that the sets of the capacitance between the first electrode and the process vessel.
본 발명이 취하는 용량 결합형에 있어서는, 고주파 전원으로부터의 고주파가 제 2 전극에 인가되면, 제 2 전극과 제 1 전극의 사이의 고주파 방전 및 제 2 전극과 처리 용기의 측벽(내벽)의 사이의 고주파 방전에 의해서 처리 공간 내에서 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 생성한 플라즈마는 사방으로, 특히 상방 및 반지름 방향 외측으로 확산하고, 플라즈마 중의 전자 전류는 제 1 전극이나 처리 용기 측벽 등을 통해 그라운드로 흐른다. 여기서, 제 1 전극은 본 발명에 따라서 절연물 또는 공간을 거쳐서 전기적으로 플로팅된 상태로 처리 용기 내에 부착되기 때문에, 제 2 전극으로부터 보면 제 1 전극과 접지 전위의 사이에 정전 용량의 임피던스가 부가된 구성이 된다. 이 제 1 전극의 주위의 정전 용량을 적절한 값으로 설정함으로써, 처리 공간에 생성되는 플라즈마의 밀도의 공간 분포 특성을 직경 방향으로 균일화하는 것도, 임의로 제어하는 것도 가능하다. In the capacitive coupling type which this invention takes, when the high frequency from a high frequency power supply is applied to a 2nd electrode, the high frequency discharge between a 2nd electrode and a 1st electrode, and between the 2nd electrode and the side wall (inner wall) of a processing container Plasma of the processing gas is generated in the processing space by the high frequency discharge, and the generated plasma diffuses in all directions, especially upward and radial directions outward, and the electron current in the plasma passes to the ground through the first electrode, the processing vessel sidewall, or the like. Flow. Here, since the first electrode is attached to the processing vessel in an electrically floating state through the insulator or the space according to the present invention, the impedance of the capacitance is added between the first electrode and the ground potential when viewed from the second electrode. Becomes By setting the capacitance around the first electrode to an appropriate value, it is possible to uniformize or arbitrarily control the spatial distribution characteristic of the density of plasma generated in the processing space in the radial direction.
본 발명에 있어서의 제 1 전극과 처리 용기의 사이의 정전 용량으로서 바람직한 값은 5000 pF 이하로, 보다 바람직한 것은 2000 pF 이하이며, 250 pF 정도까지 낮게 하더라도 좋다. 본 발명의 바람직한 일 형태에 의하면, 제 2 전극으로부터 볼 때 제 1 전극의 이면과 처리 용기의 사이에 처리 공간으로부터 독립된 진공 공간이 마련된다. 이 진공 공간은, 제 1 전극에 대하여 단열 작용 및 방전 방지 기능을 가지는 것 뿐만 아니라, 비유전률의 가장 낮은 정전 용량을 부여한다. 진공 공간의 내벽의 전부 또는 일부를 절연체로 덮는 구성도 적합하게 취할 수 있다.The value which is preferable as an electrostatic capacitance between a 1st electrode and a processing container in this invention is 5000 pF or less, More preferably, it is 2000 pF or less, You may make it low to about 250 pF. According to a preferable embodiment of the present invention, a vacuum space independent of the processing space is provided between the rear surface of the first electrode and the processing container as viewed from the second electrode. This vacuum space not only has a heat insulation action and a discharge prevention function with respect to a 1st electrode, but also provides the lowest electrostatic capacitance of relative permittivity. The structure which covers all or part of the inner wall of a vacuum space with an insulator can also be taken suitably.
제 1 전극의 주위의 정전 용량을 가급적 낮게 하기 위해서, 별도의 바람직한 일 형태로서, 제 2 전극에서 볼 때 제 1 전극의 이면과 대향하는 처리 용기의 부위의 전부 또는 일부를 절연체로 구성하는 것도 바람직하다. In order to keep the capacitance around the first electrode as low as possible, as another preferable embodiment, it is also preferable to configure all or part of the portion of the processing container facing the rear surface of the first electrode as an insulator as viewed from the second electrode. Do.
본 발명의 바람직한 일 형태에 의하면, 처리 공간에 처리 가스를 공급하기 위해서, 제 1 전극의 상부 또는 상방에 가스실이 마련됨과 동시에, 제 1 전극의 하면에 가스실에서 처리 공간으로 처리 가스를 분출하기 위한 다수의 가스분출 구멍이 형성된다. 이와 같이, 처리 용기 내에서 전기적으로 플로팅되어 있는 제 1 전극에 샤워 헤드의 기능을 갖게 할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, in order to supply the processing gas to the processing space, a gas chamber is provided above or above the first electrode, and at the same time, a gas for discharging the processing gas from the gas chamber to the processing space is provided on the lower surface of the first electrode. Multiple gas ejection holes are formed. Thus, the function of a shower head can be made to the 1st electrode electrically floating in a processing container.
또한, 본 발명의 바람직한 일 형태로서, 제 1 전극의 외주면과 처리 용기의 측벽의 사이에 그 간격을 메우도록 링 형상의 절연체가 마련된다. 이 링 형상의 절연체는, 제 1 전극을 물리적으로 유지함과 동시에, 제 1 전극과 처리 용기의 사이의 정전 용량의 일부를 형성한다. Moreover, as a preferable aspect of this invention, the ring-shaped insulator is provided so that the space | interval may be bridged between the outer peripheral surface of a 1st electrode, and the side wall of a processing container. This ring-shaped insulator physically holds the first electrode and forms a part of the capacitance between the first electrode and the processing container.
적합한 일 형태에 있어서는, 제 1 전극(상부 전극)의 외주면과 처리 용기의 측벽의 사이에 공간이 형성된다. 또한, 제 1 전극이, 반지름 방향에 있어서 원반 형상의 내측 전극과 링 형상의 외측 전극으로 2분할된다. 또한, 내측 전극과 외측 전극의 사이에 링 형상의 제 4 절연체가 삽입되거나, 또는 공간이 형성된다. 또는, 외측 전극과 상기 처리 용기의 측벽의 사이에 링 형상의 제 5 절연체가 삽입되거나, 또는 공간이 형성된다. 외측 전극과 처리 용기의 사이의 정전 용량을 내측 전극과 처리 용기의 사이의 정전 용량보다 크게 하는 것이 바람직하다. In one suitable form, a space is formed between the outer circumferential surface of the first electrode (upper electrode) and the side wall of the processing container. In addition, the first electrode is divided into two, a disk-shaped inner electrode and a ring-shaped outer electrode in the radial direction. In addition, a ring-shaped fourth insulator is inserted between the inner electrode and the outer electrode, or a space is formed. Alternatively, a ring-shaped fifth insulator is inserted between the outer electrode and the sidewall of the processing container, or a space is formed. It is preferable to make the capacitance between the outer electrode and the processing container larger than that between the inner electrode and the processing container.
또한, 별도의 바람직한 일 형태로서, 제 1 전극이 반지름 방향에 있어서 원반 형상의 내측 전극과 링 형상의 외측 전극으로 2분할되어, 내측 전극과 외측 전극의 사이에 링 형상의 제 4 절연체가 삽입되고, 외측 전극과 처리 용기의 측벽의 사이에 링 형상의 제 5 절연체가 삽입된다. 이러한 구성에 의하면, 내측 전극의 접지 용량을 현저히 저하시키는 것이 가능하고, 전극 중심부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 감소시켜 전극 에지부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 증대시키는 효과를 강화할 수 있다. In another preferred embodiment, the first electrode is divided into a disk-shaped inner electrode and a ring-shaped outer electrode in the radial direction so that a ring-shaped fourth insulator is inserted between the inner electrode and the outer electrode. A ring-shaped fifth insulator is inserted between the outer electrode and the side wall of the processing container. According to this structure, the ground capacitance of the inner electrode can be significantly reduced, and the effect of relatively decreasing the plasma density of the electrode center portion and relatively increasing the plasma density of the electrode edge portion can be enhanced.
(실시예)(Example)
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1에, 본 발명의 일 실시예에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸다. 이 플라즈마 처리 장치는, 캐소드 커플의 용량 결합형(평행 평판형) 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리) 된 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상의 진공 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 보안 접지되어 있다. 1 shows a configuration of a plasma processing apparatus in an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus is constituted as a capacitively coupled (parallel flat type) plasma etching apparatus of a cathode couple, and has a cylindrical vacuum chamber (processing container) 10 formed of, for example, aluminum having anodized (anodic oxidation) surface. Has)
챔버(10)의 바닥부에는, 세라믹 등의 절연판(12)을 거쳐서 원주 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14) 상에 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 마련되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하여, 이 위에 피처리 기판으로서 예컨대 반도체 웨이퍼(W)가 탑재된다. At the bottom of the
서셉터(16)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전척(18)이 마련되어 있다. 이 정전척(18)은 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트의 사이에 끼운 것으로, 전극(20)에는 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 쿨롱의 힘으로 정전척(18)에 흡착 유지할 수 있도록 되어 있다. 정전척(18)의 주위에서 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키기 위한 예컨대 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(24)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예컨대 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(25)가 부착되어 있다. An upper surface of the
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예컨대 원주 방향으로 연장하는 냉매실(26)이 마련되어 있다. 이 냉매실(26)에는, 외부에 부착된 틸러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(27a, 27b)을 거쳐서 소정 온도의 냉매 예컨대 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해서 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 열전도 가스 공급 기구(도시하지 않음)로부터의 열전도 가스 예컨대 He 가스가, 가스 공급라인(28)을 거쳐서 정전척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급된다. Inside the
서셉터(16)에는, 플라즈마 생성용의 고주파 전원(30)이 정합기(32) 및 급전막대(33)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(30)은, 챔버(10) 내에서 플라즈마 처리를 실행할 때에 소정의 고주파수 예컨대 40 MHz의 고주파를 서셉터(16)에 인가한다. The
서셉터(16)의 상방에는, 이 서셉터와 평행하게 대향하여 상부 전극(34)이 마련되어 있다. 이 상부 전극(34)은, 다수의 가스분출 구멍(36a)을 가지는 예컨대 Si, SiC 등의 반도체 재료로 이루어지는 전극판(36)과, 이 전극판(36)을 장착 및 분리가 가능하도록 지지하는 도전 재료 예컨대 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(38)로 구성되어 있고, 챔버(10)에 링 형상의 절연체(35)를 거쳐서 전기적으로 플로팅된 상태로 부착되어 있다. 이 상부 전극(34)과 서셉터(16)와 챔버(10)의 측벽에서 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간(PS)이 형성되어 있다. 링 형상 절연체(35)는, 예컨대 알루미나(Al2O3)로 이루어지고, 상부 전극(34)의 외주면과 챔버(10)의 측벽의 사이의 간격을 기밀하게 메우도록 부착되어, 상부 전극(34)을 물리적으로 지지함과 동시에, 상부 전극(34)과 챔버(10)의 사이의 정전 용량의 일부를 구성하고 있다. The
전극 지지체(38)는, 그 내부에 가스 버퍼실(40)을 가짐과 동시에, 그 하면에 가스 버퍼실(40)로부터 전극판(36)의 가스 분출 구멍(36a)에 연통하는 다수의 가스 공기통(38a)을 가지고 있다. 가스 버퍼실(40)에는 가스 공급관(42)을 거쳐서 처리 가스 공급원(44)이 접속되어 있고, 가스 공급관(42)에 매스플로우 컨트롤러(MFC)(46) 및 개폐 밸브(48)가 마련되어 있다. 처리 가스 공급원(44)으로부터 소정의 처리 가스가 가스 버퍼실(42)에 도입되면, 전극판(36)의 가스 분출 구멍(36a)으로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)를 향해서 처리 공간(PS)에 처리 가스가 샤워 형상으로 분출되도록 되어 있다. 이와 같이. 상부 전극(34)은 처리 공간(PS)에 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 겸하고 있다. The
또한, 전극 지지체(38)의 내부에는 냉매 예컨대 냉각수를 흐르게 하는 통로(도시하지 않음)도 마련되어 있고, 외부의 틸러 유닛에 의해 냉매를 통해서 상부 전극(34)의 전체, 특히 전극판(36)을 소정 온도로 온도 조절하도록 되어 있다. 또한, 상부 전극(34)에 대한 온도 제어를 보다 안정화시키기 위해서, 전극 지지체(38)의 내부 또는 상면에 예컨대 저항 발열 소자로 이루어지는 히터(도시하지 않음)를 부착하는 구성도 가능하다. In addition, a passage (not shown) through which a coolant, for example, coolant, flows is provided inside the
상부 전극(34)의 상면과 챔버(10)의 천장의 사이에는 소정 갭 사이즈의 간격이 마련되고, 그 간격의 일부 또는 전부에 진공 공간(50)이 형성되어 있다. 이 진공 공간(50)은, 상부 전극(34)을 챔버(10) 내지 주위 온도로부터 열적으로 차단하는 것만이 아니라, 가스의 배제에 의해서 상부 전극(34)과 챔버(10)의 사이의 방전을 방지하고, 또한 진공의 비유전률이 1이기 때문에 상부 전극(34)과 챔버(10)의 사이의 용량을 가급적 작게 하는 기능도 더불어 가지고 있다. 또한, 진공 공간(50)은, 처리 공간(PS)과는 별개로 진공 배기되어, 기밀 구조에 의해서 진공 상 태를 유지한다. 이 실시예에서는, 방전 방지 기능을 더욱 높이기 위해서, 진공 공간(50)의 내벽의 전부 또는 일부(도시의 예는 상면만)를 시트 형상의 절연체(52)로 덮고 있다. 이 절연체(52)에는 내열성에 우수한 폴리이미드계의 수지를 적합하게 사용할 수 있지만, 테플론(등록 상표)이나 석영 등이라도 좋다. A gap having a predetermined gap size is provided between the upper surface of the
서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)와 챔버(10)의 측벽의 사이에 형성되는 링 형상의 공간은 배기 공간으로 되어 있고, 이 배기 공간의 바닥에는 챔버(10)의 배기구(54)가 마련되어 있다. 이 배기구(54)에 배기관(56)을 거쳐서 배기 장치(58)가 접속되어 있다. 배기 장치(58)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(10)의 실내, 특히 처리 공간(PS)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반출입구(60)를 개폐하는 게이트 밸브(62)가 부착되어 있다. The ring-shaped space formed between the susceptor 16 and the
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 에칭을 실행하기 위해서는, 우선 게이트 밸브(62)를 열린 상태로 하여 가공 대상의 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내에 반입하여, 정전척(18) 상에 탑재한다. 그리고, 처리 가스 공급원(44)으로부터 처리 가스 즉 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내에 도입하여, 배기 장치(58)에 의한 진공 배기로 챔버(10)내의 압력을 설정값으로 한다. 또한, 고주파 전원(30)으로부터 소정의 파워로 고주파(40 MHz)를 서셉터(16)에 인가한다. 또한, 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 정전척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼(W)를 정전척(18) 상에 고정한다. 상부 전극(34)의 샤워 헤드로부터 토출된 에칭 가스는 처리 공간(PS)에서 고주파의 방전에 의해서 플라즈 마화하여, 이 플라즈마로 생성되는 래디컬이나 이온에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 주면(主面)의 막이 에칭된다. In this plasma etching apparatus, in order to perform etching, first, the semiconductor wafer W to be processed is brought into the
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치는, 서셉터(하부 전극)(16)에 40 MHz 또는 그 이상의 고주파를 인가하는 것에 의해, 플라즈마를 바람직한 해리 상태로 고밀도화하여, 보다 저압의 조건 하에서도 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 캐소드 커플 방식에서, 서셉터(16)에 발생하는 자기 바이어스 전압을 이용하여 플라즈마 중의 이온을 웨이퍼(W)에 거의 수직으로 인입하여, 이방성의 에칭을 실행할 수 있다. In this capacitively coupled plasma etching apparatus, a high frequency of 40 MHz or more is applied to the susceptor (lower electrode) 16 to densify the plasma to a desired dissociation state, thereby forming a high density plasma even under a lower pressure condition. can do. Further, in the cathode coupling method, the anisotropic etching can be performed by drawing ions in the plasma almost perpendicularly to the wafer W using the self bias voltage generated in the
또한, 플라즈마 생성에 적합한 비교적 높은 주파수(예컨대 40 MHz)의 제 1 고주파와 이온 인입에 적합한 비교적 낮은 주파수(예컨대 2 MHz)의 제 2 고주파를 하부 전극에 중첩하여 인가하는 하부 2주파 중첩 인가 방식도 가능하다. 이 경우의 장치 구성으로서는, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 서셉터(16)에 제 2 고주파를 급전하기 위한 고주파 전원(64), 정합기(66) 및 급전 막대(68)를 증설하면 된다. 이러한 하부 2주파 중첩 인가 방식에 있어서는, 처리 공간(PS)에서 생성하는 플라즈마의 밀도를 제 l 고주파(40 MHz)에 의해 최적화하고, 서셉터(16)에 발생하는 자기 바이어스 전압 또는 이온 시스(ion sheath)를 제 2 고주파(2 MHz)에 의해 최적화할 수 있어, 보다 선택성이 높은 이방성 에칭이 가능해진다. In addition, a lower two frequency superimposition application method in which a relatively high frequency (e.g., 40 MHz) suitable for plasma generation and a relatively low frequency (e.g. 2 MHz) suitable for ion implantation are applied to the lower electrode in a superimposed manner. It is possible. As an apparatus structure in this case, as shown in FIG. 2, what is necessary is just to add the high
다음에, 이 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 본 발명의 특징을 상세히 설명한다. 상술한 바와 같이, 이 플라즈마 에칭 장치는, 캐소드 커플 방식에 있어서 상부 전극(34)을 링 형상 절연체(35) 및 상부 진공 공간(50) 등을 거쳐서 챔버(10)에 전기적으로 플로팅된 상태로 부착하고 있다. Next, the characteristic of this invention in this plasma etching apparatus is demonstrated in detail. As described above, the plasma etching apparatus attaches the
우선, 비교예로서, 상부 전극(34)을 챔버(10)에 직접 부착하여 접지 전위로 한 경우의 작용을 설명한다. 이 경우는, 도 3에 도시하는 바와 같이 고주파 전원(30)으로부터의 고주파가 서셉터(16)에 인가되면, 서셉터(16)와 상부 전극(34)의 사이의 고주파 방전 및 서셉터(16)와 챔버(10)의 측벽 사이의 고주파 방전에 의해서 처리 공간(PS) 내에서 처리 가스의 플라즈마가 생성한다. 생성한 플라즈마는 사방으로, 특히 상방 및 반지름 방향 외측으로 확산하고, 플라즈마 중의 전자 전류는 상부 전극(34)이나 챔버(10)의 측벽 등을 지나서 그라운드로 흐른다. 여기서, 서셉터(16)에 있어서는 고주파의 주파수가 높아질수록 표피 효과에 의해서 서셉터 중심부에 고주파 전류가 모이기 쉽다. 또한, 서셉터(16)로부터 봤을 때 동(同)전위(그라운드 전위)에 있는 상부 전극(34)과 챔버(10) 측벽에서는 전자 쪽이 후자보다도 거리적으로 가깝기 때문에, 전극 중심부에서 보다 많은 고주파 전력이 처리 공간(PS)을 향해서 방출된다. 이 때문에, 플라즈마 중의 전자 전류 중에서 챔버(10)의 측벽으로 흐르는 비율은 아주 낮아서, 대부분은 상부 전극(34)으로, 특히 그 중심부로 흐른다. 그 결과, 플라즈마 밀도의 공간 분포 특성은, 전극 중심부가 가장 높을 뿐만 아니라, 전극 에지부의 차가 현저히 나타난다. First, as a comparative example, the operation in the case where the
이에 대하여, 이 실시예와 같이 상부 전극(34)을 플로팅 상태로 챔버(10)에 부착하면, 도 4에 도시하는 바와 같이 처리 공간(PS)내의 플라즈마 분포는 반지름 방향 외측으로 연장한다. 도 4에 있어서, 상부 전극(34)은 전기적으로는 캐패시턴스(70, 72)를 거쳐서 챔버(10)에 접속된다. 여기서, 캐패시턴스(70)는 상부 전 극(34)과 챔버(10)의 측벽의 사이의 정전 용량이며, 주로 링 형상 절연체(35)에 의해서 형성된다. 한편, 캐패시턴스(72)는 상부 전극(34)과 챔버(10)의 천장간의 정전 용량이며, 주로 진공 공간(50) 및 절연체(52)에 의해서 형성된다. In contrast, when the
이 경우도, 고주파 전원(30)으로부터 고주파가 서셉터(16)에 인가되면, 서셉터(16)와 상부 전극(34)의 사이의 고주파 방전 및 서셉터(16)와 챔버(10)의 측벽의 사이의 고주파 방전에 의해서 처리 공간(PS) 내에서 에칭 가스의 플라즈마가 생성한다. 생성한 플라즈마는 상방 및 반지름 방향 외측으로 확산하여, 플라즈마 중의 전자 전류는 상부 전극(34)이나 챔버(10)의 측벽 등을 지나서 그라운드로 흐른다. 그리고, 서셉터(16)에 있어서는 서셉터 중심부에 고주파 전류가 모이기 쉽고, 서셉터(16)로부터 봤을 때 챔버(10)의 측벽보다도 상부 전극(34)쪽이 가깝게 위치하고 있는 것도 도 3의 경우와 동일하다. 그러나, 상부 전극(34)과 접지 전위의 사이에 캐패시턴스(70, 72)의 임피던스가 부가되는 것에 의해, 서셉터(12)의 중심부에 고주파 전류가 모이더라도 거기에서 바로 위의 상부 전극(34)으로는 흐르기 어려워진다. 이 때문에, 플라즈마(PS) 중의 전자 전류 중에서 챔버(10)의 측벽으로 흐르는 비율은 결코 낮지 않다. 이론적으로는, 캐패시턴스(70, 72)의 용량의 값(캐패시턴스)에 따라 어떻게든 서셉터(16)와 상부 전극(34)의 사이 및 서셉터(16)와 챔버(10)의 측벽의 사이에서 각각 흐르는 전자 전류의 비를 제어할 수 있다. 따라서, 플라즈마 밀도의 공간 분포 특성을 직경 방향으로 균일화하는 것도 임의로 제어할 수도 있다. Also in this case, when a high frequency is applied from the high
도 5 내지 도 7에, 이 실시예의 플라즈마 에칭 장치(도 2)에 의한 SiO2 비어홀의 에칭에 대하여, 상부 전극(34)의 접지 용량 즉 상부 전극(34)의 주위의 캐패시턴스(70, 72)의 합성 용량을 20000 pF(고용량) 및 250 pF(저용량)의 2가지로 선택했을 때의 전자 밀도 Ne의 공간 분포 특성, 및 산화막(SiO2) 에칭 레이트 및 포토레지스트(PR) 에칭 레이트의 면내 분포 특성을 비교하여 나타낸다. 주된 에칭 조건은 아래와 같다. 5 to 7, for the etching of the SiO 2 via hole by the plasma etching apparatus (FIG. 2) of this embodiment, the ground capacitance of the
웨이퍼 구경 : 300 mm Wafer caliber: 300 mm
처리 가스 : C4F6 /C4F8 /Ar/O2 = 유량 40/20/500/60 sccm Process gas: C 4 F 6 / C 4 F 8 / Ar / O 2 =
챔버내의 압력 : 30 mTorr Pressure in chamber: 30 mTorr
고주파 전력 : 40 MHz / 2 MHz = 2500 / 3200 WHigh Frequency Power: 40 MHz / 2 MHz = 2500/3200 W
도 5 내지 도 7에서 분명하듯이, 상부 전극(34)의 접지 용량이 고용량(20000 pF)인 경우, 전자 밀도(Ne)는 웨이퍼 중심부에서는 높고 비교적 균일한 값을 유지하지만, 웨이퍼 에지 부근에서(R= ±120 mm 부근에서) 급격하게 저하한다. 산화막의 에칭 레이트 및 포토레지스트의 에칭 레이트는 모두 전자 밀도 분포에 의존하기 때문에, 그들의 면내 균일성도 각각 ±4.1%, ±19.1%로 그다지 좋지 않다. 이에 대하여, 상부 전극(34)의 접지 용량이 저용량(250 pF)인 경우는, 전자 밀도(Ne)가 웨이퍼 중심부에서 감소하는 한편에, 웨이퍼 영역(-150 mm ~ 150 mm)의 외측 즉 배기 영역에서 증대하고 있어, 웨이퍼 중심부와 웨이퍼 에지부의 차가 감소한다. 이 에 관련하여, 산화막의 에칭 레이트 및 포토레지스트의 에칭 레이트도 웨이퍼 중심부와 웨이퍼 에지부의 사이에서 차가 감소한다. 특히, 산화막의 에칭 레이트는, 중심부만이 저하하여, 에지부는 거의 저하하고 있지 않고, 면내 균일성은 ±2.4%로 향상된다. 또한, 포토레지스트의 에칭 레이트는, 전체적으로 증대하지만, 면내 균일성은 ±4.4%까지 크게 개선되고 있다. 5 to 7, when the ground capacitance of the
이와 같이, 상부 전극(34)의 주위의 정전 용량 또는 접지 용량을 고용량(20000 pF)으로부터 저용량(250 pF)으로 전환시킴으로써, 서셉터(12)와 상부 전극(34)의 사이에서 흐르는 전자 전류를 상대적으로 감소시킬 수 있다. 그와 함께, 서셉터(12)와 챔버(10)의 측벽의 사이에서 흐르는 전자 전류를 상대적으로 증가시켜, 이에 의해 전극 중심부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 감소시켜 전극 에지부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 증대시킬 수 있다. 결과적으로, 산화막이나 포토레지스트의 에칭 레이트의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 포토레지스트의 에칭 레이트에 따른 면내 균일성의 극적인 향상(19.1% → 4.4%)은 종래 기술에서는 할 수 없었던 것이다. In this way, the electric current flowing between the susceptor 12 and the
본 발명자가 상기 한 바와 같은 실험을 계속한 결과, 상부 전극(34)의 접지 용량을 5000 pF 이하로 하면 상기 한 바와 같은 에칭 레이트의 면내 균일성의 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 상부 전극(34)의 접지 용량을 2000 pF 이하로 낮게 하면, 상기한 에칭 레이트의 면내 균일성에 있어서의 실용상의 효과를 확실히 얻을 수 있는 것이 확인되었다. As a result of the present inventors continuing the experiment as described above, when the ground capacitance of the
도 8 및 도 10은, 상부 전극의 접지 용량을 낮게 하는 데 바람직한 장치 구 성예를 도시한다. 도 8에 도시하는 구성예는, 상부 전극(34)의 배면 즉 상면과 대향하는 챔버(10')의 부위 즉 천장 부분을 절연체(73)로 구성하는 것이다. 이러한 구성에 의하면, 상부 전극(34)의 배면과 챔버(10')의 천장 부분의 사이의 용량 결합을 가급적 감소 내지 제거하는 것이 가능하고, 전기적으로는 도 9에 도시하는 바와 같이 상부 전극(34)의 배후의 캐패시턴스(72)(도 4)를 실질적으로 제거한 접지 용량으로 할 수 있다. 이에 의해, 전극 중심부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 감소시켜 전극 에지부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 증대시키는 효과를 한층 더 강화할 수 있다. 또한, 도시한 예는 챔버(10')의 천장 부분을 모두 절연체(73)로 구성하여 배부 또는 상부 캐패시턴스(72)의 용량을 최소화하고 있지만, 천장 부분의 외주부를 도전체로 구성하여 중심부의 절연체(73)의 면적비를 적절히 조절하여, 배부 캐패시턴스(72)의 용량을 원하는 값으로 조절할 수도 있다. 8 and 10 show a preferred device configuration for lowering the ground capacitance of the upper electrode. In the structural example shown in FIG. 8, the
도 10에 도시하는 구성예는, 상부 전극을 반지름 방향에 있어서 원반 형상의 내측 상부 전극(34A)과 링 형상의 외측 상부 전극(34B)으로 2분할하여, 양전극(34A, 34B)의 사이에 링 형상의 내측 절연체(74)를 기밀하게 삽입하고, 외측 상부 전극(34B)과 챔버(10)의 측벽의 사이에 링 형상의 외측 절연체(76)를 기밀하게 삽입한 것이다. 양 링 형상 절연체(74, 76)의 재질은 비유전률이 작은 석영이 바람직하지만, 세라믹이나 알루미나(Al2O3) 등이라도 좋다. 또한, 양 링 형상 절연체(74, 76) 대신에 공간이 형성되더라도 좋다. 양 상부 전극(34A, 34B)과 챔버(10)의 천장의 사이에는 대기에 연통하는 공간(78)을 마련하고 있다. In the structural example shown in FIG. 10, the upper electrode is divided into two discs of a disk-shaped inner
이 장치 구성에 있어서는, 양 상부 전극(34A, 34B)은 모두 전기적으로 플로팅되어 있다. 도 11에 도시하는 바와 같이 내측 상부 전극(34A)과 챔버(10)의 사이에는 캐패시턴스(80)가 존재하고, 외측 상부 전극(34B)과 챔버(10)의 사이에는 캐패시턴스(82)가 존재하고, 내측 상부 전극(34A)과 외측 상부 전극(34B)의 사이에는 캐패시턴스(84)가 존재한다. 여기서, 캐패시턴스(80)는 주로 공간(78)에 의해서 형성되고, 캐패시턴스(82)는 주로 외측 링 형상 절연체(76)에 의해서 형성되고, 캐패시턴스(84)는 주로 내측 링 형상 절연체(74)에 의해서 형성된다. In this apparatus configuration, both
고주파 전원(30)으로부터 고주파가 서셉터(16)에 인가되면, 서셉터(16)와 내측 상부 전극(34A)간의 고주파 방전, 서셉터(16)와 외측 상부 전극(34B)간의 고주파 방전 및 서셉터(10)와 챔버(10)의 측벽간의 고주파 방전에 의해서 처리 공간(PS) 내에서 에칭 가스의 플라즈마가 생성한다. 플라즈마 중의 전자 전류 중 일부는 내측 상부 전극(34A) → 캐패시턴스(80) → 챔버(10)의 제 1 경로를 통해서 그라운드로 흐르고, 다른 일부는 외측 상부 전극(34B) → 캐패시턴스(82) → 챔버(10)의 제 2 경로를 통해서 그라운드로 흐른다. 다른 일부는 내측 상부 전극(34A) → 캐패시턴스(84) → 외측 상부 전극(34B) → 캐패시턴스(82) → 챔버(10)의 제 3 경로를 통해서 그라운드로 흐르고, 나머지는 직접 챔버(10)의 측벽에 도달하여 그라운드로 흐른다. 이 중에서, 제 3 경로는 임피던스가 가장 높기 때문에, 흐르는 전류는 작으며, 내측 상부 전극(34A)에서 그라운드로 흐르는 전류의 총량은 감소한다. 그 만큼, 제 2 경로나 챔버(10)의 측벽으로 흐르는 전류의 비율이 증가한다. 이에 의해, 전극 중심부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 감소시 켜 전극 에지부의 플라즈마 밀도를 상대적으로 증대시키는 효과를 한층 더 강화할 수 있다. 또한, 외측 상부 전극(34B)에도 가스실이나 가스 분출 구멍을 마련하여 샤워 헤드의 기능을 갖게 하는 것은 가능하다. When a high frequency is applied from the high
또한, 외측 상부 전극(34B)과 챔버(10)간의 정전 용량을 내측 상부 전극(34A)과 챔버(10)간의 정전 용량보다도 크게 하여도 좋다. 이에 의해, 제 1 경로나 제 3 경로에 비해 확실히 제 2 경로나 챔버(10)로 흐르는 전류의 비율을 증가시킬 수 있다. In addition, the capacitance between the outer
이 실시예의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 상부 전극(34)의 주위의 정전 용량 또는 접지 용량을 가변하는 것도 가능하여, 도 12 내지 도 14에 정전 용량 가변부의 구성예를 나타낸다. In the plasma etching apparatus of this embodiment, it is also possible to vary the capacitance or the ground capacitance around the
도 12 및 도 13에 나타내는 정전 용량 가변부(86 또는 86')는, 상부 전극(34)의 상면에 접촉 또는 근접하는 제 1 위치와 상부 전극(34)으로부터 상방으로 떨어진 제 2 위치의 사이에서 이동 가능한 도체판(88 또는 88')과, 이 도체판(88 또는 88')을 상하로 이동 또는 변위시키기 위한 조작 기구(90 또는 90')와, 조작 기구(90 또는 90')를 통하여 상부 전극(34)의 접지 용량을 원하는 값으로 제어하기 위한 정전 용량 제어부(85)를 가진다. 도 l2의 조작 기구(90)는, 도전성의 재질, 또는 고주파에 대하여 도전성의 성질을 가지는 재질, 또는 고주파에 대하여 저임피던스의 재질로 이루어져, 직접 혹은 챔버(10)를 거쳐서 접지된다. 도 13의 조작 기구(90')는 절연성의 재질이라도 좋다. 이 정전 용량 가변 방식은, 도체판(88 또는 88')의 높이 위치에 따라 상부 전극(34)의 접지 용량을 가변할 수 있다. 도체 판(88 또는 88')을 챔버(10)의 천장면에 접근시키면 접근시킬수록, 상부 전극(34)의 접지 용량을 작게 할 수 있다. 반대로, 도체판(88 또는 88')을 상부 전극(34)의 상면에 접근시키면 접근시킬수록, 상부 전극(34)의 접지 용량을 크게할 수 있다. 극단적으로는 상부 전극(34)에 도체판(88 또는 88')을 접촉시켜 상부 전극(34)을 접지하여, 접지 용량을 무한대로도 할 수 있다. The
도 14에 도시하는 정전 용량 가변부(92)는, 상부 전극(34)과 챔버(10)의 측벽의 사이에 마련되는 링 형상 절연체(35) 중에 링 형상의 액체 수용실(94)을 형성하여, 배관(96)을 거쳐서 챔버(10)의 밖으로부터 적당한 유전율을 가지는 액체(예컨대 갈덴과 같은 유기용제)(Q)를 넣고 뺄 수 있는 구성으로 하고 있다. 액체 Q의 종류(유전율) 또는 액량을 바꿈으로써 링 형상 절연체(35) 전체의 정전 용량 나아가서는 상부 전극(34)의 접지 용량을 가변할 수 있다. The
별도의 구성예로서, 상부 전극(34)과 챔버(10)의 사이에 가변 콘덴서(도시하지 않음)를 접속하는 구성도 가능하다. As another configuration example, a configuration in which a variable capacitor (not shown) is connected between the
또한, 도 15에 도시하는 바와 같이 상부 전극(34)에 직류 전원(98)을 전기적으로 접속하여, 임의의 직류 전압을 상부 전극(34)에 인가하는 구성도 가능하다. 이 경우도, 상부 전극(34)은 챔버(10)의 전위 즉 접지 전위에서는 전기적으로 플로팅된 상태로 직류적인 작용을 달성하게 된다. 상부 전극(34)에 적절한 직류 전압을 인가하는 것에 의해, (1) 상부 전극(34)의 자기 바이어스 전압의 절대값을 크게하여 상부 전극(34)에 있어서의 스퍼터링(데포지션(deposition) 제거)을 강화하는 효과, (2) 상부 전극(34)에 있어서의 플라즈마 시스(plasma sheath)를 확대시켜, 형성되는 플라즈마가 축소화되는 효과, (3) 상부 전극(34)의 근방에 발생한 전자를 피처리 기판(반도체 웨이퍼(W)) 상에 조사시키는 효과, (4) 플라즈마 포텐셜을 제어할 수 있는 효과, (5) 전자 밀도(플라즈마 밀도)를 상승시키는 효과, (6) 중심부의 플라즈마 밀도를 상승시키는 효과 중 적어도 하나를 달성할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 15, the
또한, 도 16에 도시하는 바와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다. 구체적으로는 도 2와 같이 서셉터(16)에 고주파 전원(30)으로부터 정합기(32) 및 급전 막대(33)를 거처서 제 1 고주파를 급전함과 동시에, 고주파 전원(64)으로부터 정합기(66) 및 급전 막대(68)을 거쳐서 제 2 고주파를 급전하고(하부 2주파 중첩 인가 방식), 또한 도 10과 같이 상부 전극(34)을 반지름 방향에 있어서 원반 형상의 내측 상부 전극(34A)과 링 형상의 외측 상부 전극(34B)으로 2분할하는 구성이다. In addition, it is also possible to take the structure as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 2, the
또한, 상기한 실시예에 있어서는 상부 전극(34)의 접지 전위에 대한 전기적인 플로팅 상태를 정전 용량의 관점에서 설명했지만, 임피던스의 관점에서 설명하는 것도 가능하다. In addition, in the above-mentioned embodiment, although the electrical floating state with respect to the ground potential of the
예컨대, 상기한 도 5 내지 도 7에 대한 설명에 있어서, 상부 전극(34)의 접지 용량을 5000 pF 이하로 하면 에칭 레이트의 면내 균일성의 효과를 얻을 수 있고, 2000 pF 이하로 하면 에칭 레이트의 면내 균일성의 효과를 확실히 얻을 수 있다고 했다. 이것을 임피던스로 치환해 보면, 처리 공간(PS)측에서 본 상부 전극(34)의 임피던스를, 각각 10 Ω 이상, 5 Ω 이상으로 하면 좋다. For example, in the above description of FIGS. 5 to 7, when the ground capacitance of the
또한, 상기한 실시예에 있어서, 전극판(36)과 전극 지지체(38)로 구성되는 상부 전극(34)의 접지 용량에 대하여 설명해 왔다. 그러나, 전극판(36)과 전극 지 지체(38)의 사이에 진공 공간 혹은 유전체를 마련하여, 전극판(36)만을 상부 전극(34)으로 하는 구조, 즉 전극판(36)만을 플로팅 상태로 하는 구조로 해도 된다. 또한, 전극판(36) 또는 전극 지지체(38)와 직류적으로 결합하는 또한 별도의 도전성의 부재를 전극판(36)과 전극 지지체(38)와 함께 상부 전극(34)을 구성하는 부재로 하여도 좋다. In addition, in the above embodiment, the ground capacitance of the
상기 한 실시예에서 이용한 고주파의 주파수는 일례이며, 프로세스에 따라 임의의 주파수를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 장치내의 각부의 구성도 여러가지의 변형이 가능하다. 상기 실시예는 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법에 관한 것이 였지만, 본 발명은 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등의 다른 플라즈마 처리 장치 및 처리 방법에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한하는 것이 아니라, 플랫 패널 디스플레이용의 각종 기판이나, 포토 마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.The frequency of the high frequency used in the said embodiment is an example, It is possible to use arbitrary frequencies according to a process. In addition, the structure of each part in a device can also be variously modified. Although the above embodiment relates to a plasma etching apparatus and a plasma etching method, the present invention is also applicable to other plasma processing apparatuses and processing methods such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitriding, sputtering, and the like. In addition, the to-be-processed board | substrate in this invention is not limited to a semiconductor wafer, Various board | substrates for flat panel displays, a photomask, a CD board | substrate, a printed board, etc. are also possible.
본 발명의 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 의하면, 상기 한 바와 같은 구성 및 작용에 의해, 용량 결합형의 고주파 방전으로 생성하는 플라즈마 밀도의 공간적인 분포를 균일화 내지 임의로 제어하여 프로세스의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.According to the plasma processing apparatus or the plasma processing method of the present invention, in-plane uniformity of the process is achieved by uniformizing or arbitrarily controlling the spatial distribution of plasma density generated by the capacitively coupled high frequency discharge by the above-described configuration and action. Can be improved.
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