KR100893956B1 - 반도체 처리용 포커스링 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치용 포커스 링은 피처리 기판(W)을 둘러싸도록 내측으로부터 순차적으로 내측 영역(12a), 중간 영역(12b) 및 외측 영역(12c)을 갖는다. 플라즈마에 노출되는 측에 있어서, 내측 영역(12a) 및 외측 영역(12c)의 표면은 유전체로 실질적으로 이루어지는 한편, 중간 영역(12b)의 표면은 도전체로 실질적으로 이루어진다. 중간 영역(12b)은, 중간 영역(12b)이 없는 경우에 피처리 기판(W)의 외주연부가 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 어떤 피크를 피처리 기판(W)의 외주연부보다 외측으로 이동시키도록 배치된다.

Description

반도체 처리용 포커스링 및 플라즈마 처리 장치{FOCUS RING FOR SEMICONDUCTOR TREATMENT AND PLASMA TREATMENT DEVICE}
본 발명은 반도체 처리용의 포커스 링 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 웨이퍼 등의 피처리 기판의 외주부에 있어서 플라즈마 처리 중에 발생하는 이상 방전을 방지하는 포커스 링 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 또한, 여기서 반도체 처리는 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 상기 피처리 기판상에 반도체 디바이스나 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해서 실시되는 각종 처리를 의미한다.
도 8은 플라즈마 에칭 장치의 일반적인 구성을 나타내는 개략도이다. 플라즈마 에칭 장치는 기밀한 원통형의 처리실(50)을 갖는다. 처리실(50)내의 하부에는 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 탑재대(하부 전극을 겸함)(51)가 설치된다(예컨대, 승강 가능하게 설치됨). 처리실(50)내의 상부에는 하부 전극(51)과 평행하게 대향하도록 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드(상부 전극을 겸함)(52)가 설치된다. 이러한 양 전극(51, 52)에는 제 1, 제 2 고주파 전원(53, 54)으로부터 주파수를 달리하는 RF(고주파) 전력이 정합기(53A, 54A)를 통해 인가된다. RF 전력이 양 전극(51, 52)에 인가됨으로써, 처리실(50)내에 RF 전계가 형성된다. RF 전계에 의해, 처리 가스가 플라즈마화되고, 이 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W) 표면의 절연막 등의 막이 에칭된다.
하부 전극(51)의 외주부에는 그 위에 탑재된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 포커스 링(55)이 설치된다. 한편, 상부 전극(52)의 외주부에는 실드링(56)이 설치된다. 포커스 링(55) 및 실드링(56)은 상하 양 전극(51, 52) 사이에서 발생한 플라즈마를 웨이퍼(W)로 집속시키도록 기능한다.
종래의 플라즈마 에칭 장치에 의하면, 웨이퍼(W)의 외주부에 있어서 이상 방전이 발생하기 쉽고, 이로써 에칭의 면내 균일성 혹은 선택비가 저하하는 등의 문제가 발견되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 웨이퍼 등의 피처리 기판의 외주부에 있어서 플라즈마 처리 중에 발생하는 이상 방전을 방지할 수 있는 포커스 링 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 관점은, 기밀한 처리실내에서 처리 가스를 여기하여 플라즈마로 전화하고, 상기 플라즈마를 사용하여 탑재대상에 탑재된 피처리 기판에 대하여 반도체 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 피처리 기판에 대하여 상기 플라즈마를 집속시키기 위해서 상기 피처리 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링에 있어서,
상기 피처리 기판을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 실질적으로 이루어지는 표면을 갖는 내측 영역과,
상기 내측 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 도전체로 실질적으로 이루어지는 표면을 갖는 중간 영역과,
상기 중간 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 실질적으로 이루어지는 표면을 갖는 외측 영역을 구비한다.
본 발명의 제 2 관점은, 반도체 처리용 플라즈마 처리 장치에 있어서,
기밀한 처리실과,
상기 처리실내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급계와,
상기 처리실내를 진공 배기하기 위한 배기계와,
상기 처리 가스를 여기하여 플라즈마로 전화하기 위한 여기 기구와,
피처리 기판을 지지하기 위한 메인 탑재면을 갖는, 상기 처리실내에 설치된 탑재대와,
상기 피처리 기판에 대하여 상기 플라즈마를 집속시키기 위해서 상기 피처리 기판을 둘러싸도록 설치되는 상기 제 1 관점의 포커스 링을 구비한다.
본 발명의 제 3 관점은, 기밀한 처리실내에서 처리 가스를 여기하여 플라즈마로 전화하고, 상기 플라즈마를 사용하여 탑재대상에 탑재된 피처리 기판에 대하여 반도체 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 피처리 기판에 대하여 상기 플라즈마를 집속시키기 위해서 상기 피처리 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링에 있어서,
상기 피처리 기판을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 실질적으로 이루어지는 표면을 갖는 제 1 영역과,
상기 제 1 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 실질적으로 이루어지는 표면을 갖는 제 2 영역을 구비하며,
상기 제 1 영역은 두께방향에 있어서의 저항값이 상기 제 2 영역보다도 낮다.
본 발명의 제 4 관점은, 반도체 처리용 플라즈마 처리 장치에 있어서,
기밀한 처리실과,
상기 처리실내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급계와,
상기 처리실내를 진공 배기하기 위한 배기계와,
상기 처리 가스를 여기하여 플라즈마로 전화하기 위한 여기 기구와,
피처리 기판을 지지하기 위한 메인 탑재면을 갖는, 상기 처리실내에 설치된 탑재대와,
상기 피처리 기판에 대하여 상기 플라즈마를 집속시키기 위해서 상기 피처리 기판을 둘러싸도록 설치되는 상기 제 3 관점의 포커스 링을 구비한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치인 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 나타낸 플라즈마 에칭 장치에 있어서의, 포커스 링과, 탑재대와, 웨이퍼의 관계를 나타내는 확대 단면도,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 나타낸 포커스 링 및 그 변형예의 각각의 평면도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 2에 나타낸 포커스 링의 변형예를 각각 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 포커스 링과, 탑재대와, 웨이퍼의 관계를 나타내는 확대 단면도,
도 6은 도 5에 나타낸 포커스 링의 평면도,
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 도 5에 나타낸 포커스 링의 변형예를 각각 나타내는 도면,
도 8은 플라즈마 에칭 장치의 일반적인 구성을 나타내는 개략도,
도 9a 및 도 9b는 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 종래의 포커스 링과, 탑재대와, 웨이퍼의 관계를 나타내는 확대 단면도.
본 발명자들은 본 발명의 개발의 과정에서 웨이퍼 등의 피처리 기판의 외주부에 있어서 플라즈마 처리 중에 이상 방전이 발생하기 쉬운 원인에 대하여 연구했다. 그 결과, 본 발명자들은 이하에 설명하는 지견(知見)을 얻었다.
도 9a 및 도 9b는 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 종래의 포커스 링과, 탑재 대와, 웨이퍼의 관계를 나타내는 확대 단면도이다. 도 9a에 도시하는 바와 같이, 포커스 링(55)은 플라즈마에 노출되는 측에, 웨이퍼(W)의 상면과 대체로 정렬된 상면을 갖는다. 또한, 포커스 링(55)의 내주 단부에는 웨이퍼(W)의 하측으로 연장돌출되도록, 내측 연장돌출 단차부(55a)가 형성된다. 포커스 링(55)은, 예컨대 석영 등의 유전체(절연체)에 의해 형성된다. 이 때문에, 플라즈마는 포커스 링(55)보다도 웨이퍼(W)로 쏠리고, 도 9a에 화살표(F1)로 나타내는 바와 같이 플라즈마가 웨이퍼(W)면상에 집속된다.
포커스 링(55)에 의해 플라즈마가 집속됨으로써, 화살표(F1)로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 외주연부 근방에 플라즈마가 집중된다. 즉, 도 9b의 곡선(PD1)으로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 외주부의 플라즈마 밀도가 웨이퍼(W)의 중심측보다도 높게 된다. 이러한 플라즈마 밀도의 불균일에 기인하여, 플라즈마 밀도가 높은 웨이퍼(W)의 외주부에 있어서 이상 방전이 발생하기 쉬워진다. 이로써, 에칭의 면내 균일성 혹은 선택비가 저하하는 등의 문제가 발생한다.
이하에, 이러한 지견에 따라서 구성된 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치인 플라즈마 에칭 장치(1)를 나타내는 구성도이다. 플라즈마 에칭 장치(1)는 피처리 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)를 수납하기 위해서 기밀한 원통형의 처리실(2)을 갖는다. 처리실(2)은 도전체, 예컨대 내벽 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄 등으로 구성되고, 접지선을 통해 접지된다. 처리실(2)의 측벽 하방에는 배기관을 거쳐서 터보 분자 펌프 등을 포함하는 진공 배기부(VE)가 접속된다. 진공 배기부(VE)에 의해, 처리실(2) 내부가 배기되는 동시에 소정의 진공도로 설정된다.
한편, 처리실(2)의 천정에는 가스 공급관을 거쳐 에칭 가스나 그 밖의 가스의 처리 가스 공급부(GS)에 접속된 원반형의 샤워 헤드(4)가 형성된다. 샤워 헤드(4)의 하면에는 처리 가스를 분출하기 위한 다수의 구멍(4A)이 설치된다. 샤워 헤드(4)는 그 바닥판으로서 전극판을 갖고, 상부 전극으로도 사용된다. 샤워 헤드(4)는 절연체(3A)에 의해 처리실(2)의 케이싱과 절연된다. 샤워 헤드(4)의 전극판의 외주연부에는 실드링(5)이 설치된다.
처리실(2)의 바닥부에는 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 메인 탑재면(11a)을 갖는 원기둥형의 탑재대(11)가 설치된다. 탑재대(11)의 외주부에는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 포커스 링(12)을 탑재하기 위해, 메인 탑재면(11a)보다 낮은 서브 탑재면(11b)이 형성된다. 탑재대(11)는, 예컨대 알루마이트 처리된 알루미늄 등의 도전체에 의해 구성되고, 하부 전극으로도 사용된다. 탑재대(11)는 절연성의 프레임체(6)내에 수납된다. 또한, 탑재대(11)는 세라믹 등으로 구성되는 절연판(3B)에 의해 처리실(2)의 케이싱과 절연된다.
탑재대(11)상에 웨이퍼(W)와 대략 동일 직경의 정전 척(15)이 설치된다. 정전 척(15)은 2장의 고분자 폴리이미드 필름에 의해 도전층이 협지된 구성을 갖는다. 이 도전층에 대하여, 처리실(2)의 외부에 배치되는 직류 고압 전원(16)으로부터, 예컨대 1.5kV의 직류 전압이 인가된다. 이로써, 정전 척(15)의 상면에 탑재된 웨이퍼(W)가 쿨롱력에 의해 탑재대(11)에 흡착 유지된다.
상부 전극, 즉 샤워 헤드(4)에는 정합기(8)를 거쳐 RF(고주파) 전원(9)이 접속된다. RF 전원(9)으로부터 상부 전극(4)에 13.56MHz, 27.12MHz, 혹은 60MHz의 RF 전력이 공급된다. 한편, 하부 전극, 즉 탑재대(11)에는 정합기(13)를 거쳐 RF 전원(14)이 접속된다. RF 전원(14)로부터 하부 전극(11)에 800KHz 혹은 2MHz의 RF 전력이 공급된다. 상부 전극(4)의 RF 전력은 처리 가스를 여기하여 플라즈마화하기 위한 RF 전계를 처리실(2)내에 형성한다. 하부 전극(11)의 RF 전력은 이온을 웨이퍼(W)측으로 인입하기 위한 자기 바이어스를 탑재대(11)에 발생시킨다.
도 2는 플라즈마 에칭 장치(1)에 있어서의 포커스 링(12)과, 탑재대(11)와, 웨이퍼(W)의 관계를 나타내는 확대 단면도이다. 도 3a는 포커스 링(12)을 나타내는 평면도이다. 도 3a에 도시하는 바와 같이, 포커스 링(12)은 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 내측으로부터 순서대로 내측 영역(12a), 중간 영역(12b) 및 외측 영역(12c)을 갖는다. 내측 영역(12a)의 내측에는 웨이퍼(W)의 하측으로 연장돌출되도록, 내측 연장돌출 단차부(12d)가 형성된다. 내측 영역(12a), 중간 영역(12b), 외측 영역(12c) 및 내측 연장돌출 단차부(12d)는 동심형으로 배치된다. 플라즈마에 노출되는 측(상측)에 있어서, 내측 영역(12a), 외측 영역(12c) 및 내측 연장돌출 단차부(12d)의 표면은 유전체로 이루어지는 한편, 중간 영역(12b)의 표면은 실질적으로 도전체(최외부 표면에 절연성의 얇은 보호막이 있는 경우를 포함함)로 이루어진다. 중간 영역(12b)의 표면은 원주방향으로 등간격을 두어 배열된 다수의 표면 부분으로 이루어진다.
중간 영역(12b)은 중간 영역(12b)이 없는 경우에 웨이퍼(W)의 외주연부가 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크[도 9b의 곡선(PD1) 참조]를, 웨이퍼(W)의 외주연부로부터 외측으로 이동시키도록 설치된다. 구체적으로는, 반경방향에 있어서의 내측 영역(12a)의 폭은 0mm 내지 5mm, 바람직하게는 1mm 내지 3mm로 설정된다. 반경방향에서의 중간 영역(12b)의 폭은 1mm 내지 10mm, 바람직하게는 2mm 내지 5mm로 설정된다. 반경방향에 있어서의 중간 영역(12b)의 폭에 대한, 반경방향에 있어서의 내측 영역(12a) 및 외측 영역(12c)의 폭의 비는 2 내지 29, 바람직하게는 5 내지 14로 설정된다.
포커스 링(12)은 석영, Al2O3나 SiC 등의 세라믹 등의 유전체에 의해 링형으로 형성된 본체(17)를 갖는다. 본체(17)의 반경방향 내측쪽으로 치우친 위치에는 원주방향으로 등간격을 두고 다수의 관통 구멍(17a)이 형성된다. 관통 구멍(17a)에는 실리콘 혹은 표면이 알루미나로 이루어지는 알루미늄 등의 도전체로 이루어지는 조정 부재(18)가 삽입된다. 상술한 내측 영역(12a), 외측 영역(12c) 및 내측 연장 돌출 단차부(12d)는 본체(17)에 의해 형성되는 한편, 중간 영역(12b)은 조정 부재(18)에 의해 형성된다.
각 조정 부재(18)는 관통 구멍(17a)에 삽입되는 스템(stem)과 그 하단부에 접속된 플랜지(18a)를 갖는다. 포커스 링(12)을 탑재하는 탑재대(11)의 서브 탑재면(11b)에는 플랜지(18a)가 결합하는 오목부(11c)가 원주방향 소정 간격을 두고 형 성된다. 플랜지(18a)와 오목부(11c)의 결합에 의해 탑재대(11)에 대하여 포커스 링(12)의 위치가 결정된다. 오목부(11c)의 깊이는 플랜지(18a)의 두께에 맞추어 형성된다. 또한, 오목부(11c)로서는 탑재대(11)의 고정용 나사를 위해 사용되는 카운터보링(counterboring) 구멍 등을 사용할 수도 있다.
본체(17)의 관통 구멍(17a)에 삽입된 도전성의 조정 부재(18)는 플라즈마를 유인하는 안테나로서 기능한다. 조정 부재(18)가 표면에 노출하여 플라즈마와 접하기 때문에, 플라즈마가 조정 부재(18)상에 인입된다. 바꾸어 말하면, 포커스 링(12)은 전체적으로 웨이퍼(W)에 집속시키도록 기능하지만, 조정 부재(18)는 집속되는 플라즈마의 일부를 끌어당긴다. 이 때문에, 도 2의 곡선(PD2)으로 나타내는 바와 같이, 조정 부재(18)가 없는 경우에 웨이퍼(W)의 외주연부의 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크[도 9b의 곡선(PD1)참조]가, 조정 부재(18)측으로 이동하는 동시에, 이동한 위치에서 피크의 높이가 보다 높게 된다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 외주연부에 걸쳐 플라즈마 밀도가 균일해져, 웨이퍼(W) 외주연부에서의 이상 방전을 확실히 방지할 수 있다.
다음에, 도 1에 도시한 플라즈마 에칭 장치(1)에 있어서의 처리 방법에 대하여 설명한다. 처리실(2)내를 배기하면서 처리 가스를 공급하여 처리실(2)내를 소정의 진공도를 유지한다. 이 상태에서, 탑재대(하부 전극)(11)에 2MHz의 RF 전력을 인가하는 동시에 샤워 헤드(상부 전극)(4)에 60MHz의 RF 전력을 인가한다. 이로써, 탑재대(11)와 샤워 헤드(4) 사이에서 처리 가스의 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 포커스 링(12)의 작용하에서 웨이퍼(W)면상에 집속되고, 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이 실시된다.
이 때, 도 2의 곡선(PD2)으로 나타내는 바와 같이, 포커스 링(12)의 조정 부재(18)에 대응하는 실질적으로 도전성의 중간 영역(12b)에 의해, 웨이퍼(W)의 외주연부보다 외측에 플라즈마 밀도가 높은 피크가 형성된다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 외주연부에 걸쳐 플라즈마 밀도가 균일해지고, 웨이퍼(W) 외주연부에서의 이상 방전을 확실히 방지할 수 있다.
도 4a는 포커스 링(12)의 변형예(12X)를 나타내는 도면이다. 포커스 링(12X)은 플랜지가 없는 스템만의 조정 부재(18X)를 사용하는 점에서 도 2에 나타내는 포커스 링(12)과 상이하다. 즉, 석영 등의 유전체에 의해 링형으로 형성된 본체(17)에는, 원주방향으로 등간격을 두고 다수의 관통 구멍(17a)이 형성된다. 관통 구멍(17a)에는 도전체로 이루어지는 조정 부재(18)가 삽입된다. 조정 부재(18)가 플랜지(18a)를 갖지 않기 때문에, 탑재대(11)의 서브 탑재부(11b)에는 오목부(11c)를 형성할 필요가 없다.
도 4b는 포커스 링(12)의 다른 변형예(12Y)를 나타내는 도면이다. 포커스 링(12Y)은 스템(stem)이 없는 원판형의 조정 부재(18Y)를 사용하는 점에서 도 2에 나타내는 포커스 링(12)과 상이하다. 즉, 석영 등의 유전체에 의해 링형으로 형성된 본체(17)에는 원주방향으로 등간격을 두고 다수의 관통 구멍(17a)이 형성된다. 관통 구멍(17a)의 바닥부를 따라 원판형의 조정 부재(18Y)가 배치된다. 탑재대(11)의 서브 탑재부(11b)에는 조정 부재(18Y)를 내장하기 위한 링형의 오목부를 형성할 수 있다.
도 4c는 포커스 링(12)의 또 다른 변형예(12Z)를 나타내는 도면이다. 도 3b는 포커스 링(12Z)을 나타내는 평면도이다. 포커스 링(12Z)은 실질적으로 도전체로 이루어지는 링형의 조정 부재(18Z)를 사용하는 점에서 도 2에 나타내는 포커스 링(12)과 상이하다. 즉, 석영 등의 유전체에 의해 링형으로 형성된 본체(17Z)의 상부에는 본체(17Z)를 두께방향으로 관통하지 않는 링형의 홈(17Za)이 형성된다. 홈(17Za)에는 도전체로 이루어지는 링형의 조정 부재(18Z)가 장착된다. 이로써, 도 3b에 도시하는 바와 같이 중간 영역(12b)에 실질적으로 도전성의 연속적인 링형의 표면이 형성된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치(20)에 있어서의 포커스 링(22)과, 탑재대(11)와, 웨이퍼(W)의 관계를 나타내는 확대 단면도이다. 포커스 링(22)에 관계하는 부분을 제외하고, 플라즈마 에칭 장치(20)의 구성은 도 1에 나타내는 플라즈마 에칭 장치(1)와 동일하다.
도 6은 포커스 링(22)을 나타내는 평면도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 포커스 링(22)은 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 내측으로부터 순서대로 내측 영역(22a), 중간 영역(22b) 및 외측 영역(22c)을 갖는다. 내측 영역(22a)의 내측에는 웨이퍼(W)의 하측으로 연장돌출되도록, 내측 연장돌출 단차부(22d)가 형성된다. 내측 영역(22a), 중간 영역(22b), 외측 영역(22c) 및 내측 연장돌출 단차부(22d)는 동심형으로 배치된다. 플라즈마에 노출되는 측(상측)에 있어서 내측 영역(22a), 외측 영역(22c), 중간 영역(22b) 및 내측 연장돌출 단차부(22d)의 표면은 유전체로 이루어진다. 또한, 이하의 설명에서는, 필요에 따라, 내측 영역(22a) 및 중간 영역(22b)을 제 1 영역으로 하고, 외측 영역(22c)을 제 2 영역으로 하여 설명한다.
제 1 영역(22a, 22b)은 두께방향에 있어서의 저항값이 제 2 영역(22c)보다도 낮고, 웨이퍼(W)의 외주연부의 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크[도 9b의 곡선(PD1) 참조]를, 제 1 영역(22a, 22b)의 두께방향에 있어서의 저항값이 제 2 영역(22c)과 동일한 경우보다도 낮게 되도록 배치된다. 바꾸어 말하면, 포커스 링(22)은 제 1 영역(22a, 22b)쪽이 제 2 영역(22c)보다도 절연성이 작아지도록 설계된다. 구체적으로는, 반경방향에 있어서의 내측 영역(22a)의 폭은 0mm 내지 5mm, 바람직하게는 1mm 내지 3mm로 설정된다. 반경방향에 있어서의 중간 영역(22b)의 폭은 5mm 내지 15mm, 바람직하게는 8mm 내지 12mm로 설정된다. 반경방향에 있어서의 제 1 영역(22a, 22b)의 폭에 대한, 반경방향에 있어서의 제 2 영역(22c)의 폭의 비는 0.5 내지 5, 바람직하게는 1 내지 2.3으로 설정된다.
포커스 링(22)은 석영, Al2O3나 SiC 등의 세라믹 등의 유전체에 의해 링형으로 형성된 본체(27)를 갖는다. 본체(27)의 하부의 반경방향 내측쪽에 치우친 위치에는 본체(27)를 두께방향으로 관통하지 않는 링형의 홈(27a)이 형성된다. 홈(27a)에는 실리콘, 혹은 표면이 알루미나로 이루어지는 알루미늄 등의 도전체로 구성되는 조정 부재(28)가 장착된다. 상술한 내측 영역(22a), 외측 영역(22c) 및 내측 연장돌출 단차부(22d)는 본체(27)에 의해서만 형성되는 한편, 중간 영역(22b)은 본체(27)와 조정 부재(28)의 조합에 의해 형성된다.
본체(27)의 홈(27a)에 장착된 도전성의 조정 부재(28)에 의해, 제 1 영역(22a, 22b)의 두께방향에 있어서의 저항값이 제 2 영역(22c)보다도 낮아진다. 이 때문에, 포커스 링(22)은 제 1 영역(22a, 22b)에 있어서 플라즈마를 배제하는 능력[플라즈마를 웨이퍼(W)로 향하게 하는 능력]이 저하한다. 즉, 웨이퍼(W)로의 플라즈마의 집속이 제한되어 웨이퍼(W)의 외주연부에 플라즈마가 과도하게 집중하는 것이 방지된다. 이 때문에, 도 5의 곡선(PD3)으로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 외주연부가 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크[도 9b의 곡선(PD1) 참조]가 낮아진다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주연부의 플라즈마 밀도의 차이가 작아져, 웨이퍼(W) 외주연부에서의 이상 방전을 확실히 방지할 수 있다.
다음에, 도 5에 도시한 플라즈마 에칭 장치(20)에 있어서의 처리 방법에 대하여 설명한다. 또한, 도 5에 도시되어 있지 않은 부재는, 도 1 중의 부재와 공통된 것이므로 도 1을 참조하고자 한다. 처리실(2)내를 배기하면서 처리 가스를 공급하여 처리실(2)내를 소정의 진공도를 유지한다. 이 상태에서, 탑재대(하부 전극)(11)에 2MHz의 RF 전력을 인가하는 동시에 샤워 헤드(상부 전극)(4)에 60MHz의 RF 전력을 인가한다. 이로써, 탑재대(11)와 샤워 헤드(4) 사이에서 처리 가스의 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 포커스 링(22)의 작용하에서 웨이퍼(W)면상에 집속되고, 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이 실시된다.
이 때, 도 5의 곡선(PD3)으로 나타내는 바와 같이, 포커스 링(22)의 조정 부재(28)에 대응하는 절연성이 낮은 제 1 영역(22a, 22b)에 의해, 웨이퍼(W)의 외주연부의 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크가 현저히 낮아진다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주연부의 플라즈마 밀도의 차이가 작아지고, 웨이퍼(W) 외주연부에서의 이상 방전을 확실히 방지할 수 있다.
도 7a는 포커스 링(22)의 변형예(22X)를 나타내는 도면이다. 포커스 링(22X)은, 유전성의 본체(27X)의 상면이 외측을 향해 상방으로 경사지는 점에서 도 5에 나타내는 포커스 링(22)과 상이하다. 이 구성에 의해, 유전성의 본체(27X) 자체의 두께가 반경방향의 내측일수록 작아지고, 제 1 영역(22a, 22b)의 절연성이 보다 낮아진다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 외주연부의 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크가 보다 더 낮아진다.
도 7b는 포커스 링(22)의 다른 변형예(22Y)를 나타내는 도면이다. 포커스 링(22Y)은 도전성의 조정 부재(28Y)의 상면이 외측을 향해 하방으로 경사지는 점에서 도 5에 나타내는 포커스 링(22)과 상이하다. 이 구성에 의해, 도전성의 조정 부재(28Y) 자체의 두께가 반경방향의 내측일수록 커지고, 제 1 영역(22a, 22b)의 절연성이 보다 낮아진다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 외주연부가 실질적으로 바로 위에 형성되는 플라즈마 밀도의 피크가 보다 더 낮아진다.
도 7c는 포커스 링(22)의 또 다른 변형예(22Z)를 나타내는 도면이다. 포커스 링(22Z)은 조정 부재(28)가 없고, 유전성의 본체(27Z)만으로 이루어지는 점에서 포커스 링(22)과 상이하다. 유전성의 본체(27Z)는 두께가 반경방향의 내측일수록 작아지도록 3개의 다른 두께를 갖는다. 가장 내측 부분은 내측 연장돌출 단차부(22d)이고, 중간 부분은 제 1 영역(22a, 22b)에 대응하며, 외측 부분은 제 2 영역(22c)에 대응한다. 이러한 구성에 있어서도, 제 1 영역(22a, 22b)은 두께방향에 있어서의 저항값이 제 2 영역(22c)보다도 낮아지기 때문에, 도 5에 나타내는 포커스 링(22)과 동일한 효과를 얻는다.
또한, 도 7a에 나타내는 상면이 외측을 향해 상방으로 경사지는 유전성의 본체(27X)와, 도 7b에 나타내는 상면이 외측을 향해 하방으로 경사지는 도전성의 조정 부재(28Y)를 조합하여 포커스 링을 형성할 수도 있다. 또한, 도 7c에 도시하는 바와 같이 포커스 링을 유전성의 본체만으로 형성하는 경우에는, 본체의 상면을 외측을 향해 상방으로 경사지도록 형성할 수도 있다.
상기 실시예에서는 포커스 링의 조정 부재를 형성하는 도전체로서 실리콘, 표면이 알루미나로 이루어지는 알루미늄을 예시했지만, 대신에 반도체 처리실내에서 사용할 수 있는 도전체, 예컨대 탄화 규소, 탄소 등을 사용할 수 있다. 도 2, 도 4a 및 도 4b에 나타내는 포커스 링에서는, 조정 부재가 원주방향으로 배열되는 간격을 변경함으로써, 포커스 링의 성능을 변경할 수 있다. 도 5, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 포커스 링에서는, 도전성의 조정 부재를 원주방향으로 간격을 두고 설치하도록 변경할 수 있다.
상기 실시예에서는 평행 평판형 에칭 장치를 예시했지만, 본 발명은 마그네트론형, RIE형, ECR형 등의 플라즈마 에칭 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마 성막 장치에 대해서도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼 이외의 피처리 기판, 예컨대 LCD 기판, 유리 기판 등에도 적용할 수 있다.
본원 발명은 상기 각 실시예에 한정되는 것이 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다. 또한, 각 실시예는 가능한 한 적절히 조합하여 실시할 수도 있고, 그 경우 조합된 효과가 얻어진다.

Claims (20)

  1. 기밀한 처리실내에서 처리 가스를 여기하여 플라즈마로 전화시키고, 상기 플라즈마를 사용하여 탑재대상에 탑재된 피처리 기판에 대하여 반도체 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에서, 상기 피처리 기판에 대하여 상기 플라즈마를 집속시키기 위해서 상기 피처리 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링에 있어서,
    상기 피처리 기판을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 이루어진 표면을 갖는 내측 영역과,
    상기 내측 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 도전체로 이루어진 표면을 갖는 중간 영역과,
    상기 중간 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 이루어진 표면을 갖는 외측 영역을 구비하는
    포커스 링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처리 기판의 하방으로 연장돌출되도록 상기 내측 영역의 내측에 설치되고, 유전체로 이루어진 내측 연장돌출 단차부를 더 구비하는
    포커스 링.
  3. 제 1 항에 있어서,
    반경방향에 있어서의 상기 내측 영역의 폭은 0mm 보다 크고 5mm 이하인
    포커스 링.
  4. 제 3 항에 있어서,
    반경방향에 있어서의 상기 중간 영역의 폭은 1mm 내지 10mm인
    포커스 링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 영역은 원주방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 표면 부분을 구비하는
    포커스 링.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 영역은 원주방향으로 연속된 표면을 구비하는
    포커스 링.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 영역 및 상기 외측 영역의 표면은 유전체로 이루어진 링 본체에 의해 형성되고, 상기 중간 영역의 상기 표면은 상기 링 본체에 끼워넣어진 도전체로 이루어진 조정 부재에 의해 형성되는
    포커스 링.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 링 본체는 석영, Al2O3 또는 SiC의 세라믹으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진
    포커스 링.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 실리콘, 표면이 알루미나로 구성되는 알루미늄, 탄화규소, 탄소로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진
    포커스 링.
  10. 반도체 처리용 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    기밀한 처리실과,
    상기 처리실내에 처리 가스를 공급하기 위한 공급계와,
    상기 처리실내를 진공 배기하기 위한 배기계와,
    상기 처리 가스를 여기하여 플라즈마로 전화하기 위한 여기 기구와,
    피처리 기판을 지지하기 위한 메인 탑재면을 갖는, 상기 처리실내에 설치된 탑재대와,
    상기 피처리 기판에 대하여 상기 플라즈마를 집속시키기 위해서 상기 피처리 기판을 둘러싸도록 배치되는 포커스 링을 구비하고,
    상기 포커스 링은,
    상기 피처리 기판을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 이루어진 표면을 갖는 내측 영역과,
    상기 내측 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 도전체로 이루어진 표면을 갖는 중간 영역과,
    상기 중간 영역을 둘러싸도록 설치되고, 또한 상기 플라즈마에 노출되는 측에 유전체로 이루어진 표면을 갖는 외측 영역을 구비하는
    반도체 처리용 플라즈마 처리 장치.
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