KR101242248B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치는, 기판(2)과 대향하는 챔버(3)의 상부 개구에 배치된 빔 형상 스페이서(7)를 구비한다. 빔 형상 스페이서(7)는, 챔버(3)에 의해서 그 하면(7d)이 지지되는 환상(環狀)의 외주부(7a)와, 평면으로 볼 때 외주부(7a)에 의해서 둘러싸인 영역의 중앙에 위치하는 중앙부(7b)와, 중앙부(7b)로부터 외주부(7a)까지 방사상(放射狀)으로 뻗은 복수의 빔부(7c)를 구비한다. 유전체판(誘電體板)(8)은 빔 형상 스페이서(7)에 의해서 그 전체가 균일하게 지지된다. 챔버(3) 내를 감압하였을 때에 대기압을 지지하기 위한 기계적 강도를 확보하면서, 유전체판(8)을 박형화(薄型化)할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 드라이 에칭 장치(dry etching apparatus), 플라즈마 CVD(chemical vapor deposition) 장치 등의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
유도(誘導) 결합 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma)형의 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버(chamber)의 상부(上部)가 유전체판(誘電體板)으로 폐쇄되고, 이 유전체판 위에 고주파 전력이 투입되는 코일(coil)이 배치된 구성이 공지되어 있다. 챔버 내는 감압(減壓)되므로, 대기압을 지지하기 위한 기계적 강도를 확보하기 위하여 유전체판은 어느 정도의 두께를 가질 필요가 있다. 그러나, 유전체판의 두께가 두꺼울수록, 코일로부터 플라즈마에 투입되는 고주파 전력의 손실이 커지게 된다. 상세하게는, 유전체판의 두께가 두꺼우면, 고주파 전력의 투입 손실이 크기 때문에, 고밀도의 플라즈마를 생성시키기 위해서는, 대용량의 고주파 전원이 필요하게 된다. 투입 손실분은 열(熱)로 변환되므로, 고주파 전원의 대용량화에 수반하여 이 발열량이 증가하고, 유전체판 및 주변 부품의 온도 상승이 현저하게 된다. 그 결과, 기판(基板) 처리 매수(枚數)가 증가하면 에칭 레이트(etching rate)나 형상(形狀) 등의 프로세스(process) 특성에 변동이 생긴다.
이에 반해, 예를 들면 일본국 특개평 10-27782호 공보(문헌 1) 및 일본국 특 개 2001-110777호 공보(문헌 2)에는, 빔 형상(beam shape; 梁狀) 구조물로 유전체판의 하면(下面) 측을 지지함으로써, 기계적 강도를 확보하면서 유전체판의 박형화(薄型化)를 도모한 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 문헌 1 및 문헌 2에 개시된 것을 포함하여, 종래에 제안되어 있는 유전체판을 지지하는 빔 형상 구조물에서는, 챔버 내를 감압하였을 때 유전체판의 변형이나, 빔 형상 구조물이 존재하는 것에 의한 고주파 전력의 투입 손실의 저감은 고려되어 있지 않다.
플라즈마 처리 장치에 있어서 챔버 내에 도입되는 가스(gas)는, 프로세스 가스(process gas)(예를 들면, 드라이 에칭 장치의 경우에는 에칭을 실행하는 라디칼(radical)과 이온(ion)을 공급하는 에칭 가스)와, 방전(放電) 유지를 위한 캐리어 가스(carrier gas)로 크게 나눌 수 있다. 일반적으로, 에칭 가스의 플라즈마화에 필요한 에너지는, 캐리어 가스의 플라즈마화에 필요한 에너지보다도 작다. 그 때문에, 에칭 가스와 캐리어 가스를 동일한 개소(箇所)로부터 챔버 내에 도입하여 코일 등에 의해 발생되는 강자장(强磁場)을 동시에 통과시키면, 에칭 가스가 과잉으로 해리(解離)(라디칼화)나 이온화하는 반면, 캐리어 가스에 대해서는 해리나 이온화의 부족이 생긴다.
이에 반해, 일본국 특허 제3384795호(문헌 3)에는, 에칭 가스와 캐리어 가스의 챔버 내에의 도입 위치를 다르게 함으로써 에칭 가스의 과잉된 해리나 이온화를 억제한 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다. 구체적으로는, 이 문헌 3에 개시된 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 상부를 폐쇄하는 유전체판 내에 형성한 복수의 방 출 구멍으로부터 캐리어 가스를 도입하고, 유전체판과 기판이 배치된 하부 전극과의 사이에 배치된 금속관으로부터 에칭 가스를 도입하고 있다.
그러나, 문헌 3의 구조에서는, 유전체판에 복수의 방출 구멍이나 이들 방출 구멍과 가스원(gas源)을 접속하는 유로(流路)를 형성할 필요가 있는 점, 에칭 가스 도입용 금속관이 필요한 점 등으로 구조가 복잡하다. 또한, 문헌 3의 구조에서는, 대형 기판의 처리를 가능하게 하기 위하여, 장치를 대형화하는 것이 곤란하다. 상세하게는, 유전체판은 챔버의 감압 시에 대기압을 지지하기 위해서 충분한 기계적 강도를 가질 필요가 있다. 그러나, 문헌 3에 기재된 장치에서는, 방출 구멍이나 유로가 형성된 유전체판은, 그 외주(外周) 가장자리 부근이 챔버 본체에 지지되어 있는 것에 지나지 않기 때문에, 유전체판을 대형화하면 필요한 기계적 강도를 확보하는 것이 곤란하다.
또한, 프로세스 조건에 따라서는, 기판 주위에서의 에칭 가스의 유량(流量) 분포를 억제하여 에칭 처리를 균일화하는 것을, 에칭 가스의 해리나 이온화의 적정화보다도 중시할 필요가 있다.
본 발명은, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 챔버 내를 감압하였을 때의 유전체판의 변형을 고려하여 기계적 강도를 확보하면서, 유전체판의 박형화를 도모하고, 또한 빔 형상 구조물이 존재하는 것에 의한 고주파 전력의 투입 손실의 저감을 도모하는 것을 제1목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세스 가스의 과잉된 해리나 이온화를 억제하는 것에 의한 양호한 처리나, 기판 주위에서의 프로세스 가스의 유량 분포 제어에 의한 플라즈마 처리의 균일화를 실현할 수 있어, 비교적 간단한 구조로, 또한 대형화를 실현 가능한 플라즈마 처리를 제공하는 것을 제2목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내부에 기판(2)이 배치되는 진공 용기(3)와, 상기 기판과 대향하는 상기 진공 용기의 상부 개구(開口)에 배치되어, 상기 진공 용기에 의해서 하면(7d)이 지지되는 환상(環狀)의 외주부(外周部)(7a)와, 평면으로 볼 때 상기 외주부에 의해 둘러싸인 영역의 중앙에 위치하는 중앙부(7b)와, 상기 중앙부로부터 상기 외주부까지 방사상(放射狀)으로 뻗은 복수의 빔부(beam部)(7c)를 구비하고, 상기 외주부, 상기 중앙부, 및 상기 빔부로 둘러싸인 영역이 창 부분(窓 部分; window part)(26)을 구성하는 빔 형상 구조물(7)과, 상기 빔 형상 구조물의 상면(7g)에 하면(8a)이 지지되는 유전체판(8)과, 상기 유전체판의 상면(上面) 측에 배치되어, 고주파 전력이 투입되는 플라즈마 발생을 위한 코일(9)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
빔 형상 구조물은, 환상의 외주부와, 외주부에 의해 둘러싸인 영역의 중앙에 위치한 중앙부와, 중앙부로부터 외주부까지 방사상으로 뻗은 복수의 빔부를 구비한다. 그 때문에, 유전체판의 모든 부분, 즉 외주 부분, 중앙 부분, 및 외주 부분과 중앙 부분 사이의 부분이 빔 형상 구조물에 의해서 지지된다. 바꿔 말하면, 유전체판은 빔 형상 구조물에 의해서 그 전체가 균일하게 지지된다. 진공 용기의 감압 시에는 유전체판의 중앙 부분이 아래쪽을 향해 휘기 쉽다. 빔 형상 구조물은 빔부에 의해 외주부에 연결된 중앙부를 구비하고, 이 중앙부가 유전체판의 중앙 부분을 하면 측으로부터 지지한다. 따라서, 유전체판의 중앙 부분의 휨을 효과적으로 방지 내지는 억제할 수 있다. 이들 이유에 의해, 진공 용기 내를 감압하였을 때의 대기압을 지지하기 위한 기계적 강도(진공 용기 내를 감압하였을 때 유전체판의 변형도 고려하고 있다.)를 확보하면서, 유전체판을 박형화할 수 있다. 유전체판을 박형화함으로써, 고주파 전력의 투입 손실을 대폭적으로 저감할 수 있기 때문에, 플라즈마의 고밀도화를 도모할 수 있다. 또한, 플라즈마의 고밀도화에 의해 코일에 투입하는 고주파 전력을 저감할 수 있으므로, 유전체판 등의 발열에 기인해서 처리 매수(枚數)의 증가에 수반하여 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 프로세스 특성이 변동하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치는, 상기 빔 형상 구조물의 상기 외주부에 형성되어, 비스듬히 하향(下向)으로 가스를 분출하는 제1가스 도입구(31)와, 상기 빔 형상 구조물의 상기 중앙부에 형성되어, 기판의 중앙 부분을 향해서 하향으로 가스를 분출하는 제2가스 도입구(34)와, 상기 제1 및 제2가스 도입구 중 적어도 어느 한쪽으로부터 캐리어 가스를 분출할 수 있는 캐리어 가스 공급원(20')과, 상기 제1 및 제2가스 도입구 중 적어도 어느 한쪽으로부터 프로세스 가스를 분출할 수 있는 프로세스 가스 공급원(19')을 더 구비하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 제1가스 도입구로부터 상기 캐리어 가스 공급원이 상기 캐리어 가스를 분출시키고, 상기 제2가스 도입구로부터 상기 프로세스 가스 공급원이 상기 프로세스 가스를 분출시킨다.
코일에 고주파 전력이 투입됨으로써 빔 형상 구조물의 창 부분에는 강자장(강한 교번전계(交番電界; alternating field))이 형성된다. 캐리어 가스는 빔 형상 구조물의 외주부에 형성된 제1가스 도입구로부터 비스듬히 하향으로 분출되므로, 이 강자장을 통과한다. 그 결과, 캐리어 가스는 충분히 해리 혹은 이온화된다. 한편, 프로세스 가스는, 빔 형상 구조물의 중앙부에 형성된 제2가스 도입구로부터 기판의 중앙 부분을 향해서 하향으로 분출되므로, 창 부분에 형성된 강자장을 통과하지 않는다. 그 때문에, 프로세스 가스의 과잉된 해리나 이온화는 생기지 않는다. 따라서, 캐리어 가스는 충분히 해리 혹은 이온화시키면서, 프로세스 가스에 대해서는 과잉된 해리 및 이온화를 억제할 수 있어, 양호한 플라즈마 처리를 실현할 수 있다. 예를 들면, 프로세스 가스가 에칭 가스인 경우, 캐리어 가스는 충분히 해리 혹은 이온화시키면서, 에칭 가스에 대해서는 과잉된 해리 및 이온화를 억제함으로써, 가스의 종류에 따라, 즉 에칭 가스와 캐리어 가스의 각각에 대하여, 라디칼과 이온의 비(比)를 개별적으로 제어할 수 있으므로, 에칭 레이트나 선택비(選擇比)가 양호한 에칭 처리를 실현할 수 있다. 또한, 제1 및 제2가스 도입구는 모두 빔 형상 구조물에 설치되어 있는 점, 및 유전체판 자체에는 가스 도입구 등을 설치할 필요가 없는 점에서 비교적 구조가 간단하다.
대안으로서는, 상기 제1가스 도입구로부터 상기 프로세스 가스 공급원이 상기 프로세스 가스를 분출시키고, 상기 제2가스 도입구로부터 상기 캐리어 가스 공급원이 상기 캐리어 가스를 분출시킨다.
빔 형상 구조물의 외주부에 형성된 제1가스 도입구로부터 프로세스 가스를 비스듬히 하향으로 분출시킴으로써, 프로세스 가스의 고밀도 플라즈마화를 도모할 수 있다. 또한, 제2가스 도입구로부터 캐리어 가스를 분출시킬 수 있어, 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 에칭 특성에 기여하는 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 일 없이 기판의 중앙에서의 가스 유량 분포를 변경할 수 있다. 그 결과, 기판에 대한 플라즈마 처리를 균일화할 수 있다. 예를 들면, 프로세스 가스가 에칭 가스인 경우, 기판 전체에서 에칭 레이트 등에 불균일이 없는 균일한 에칭 처리를 시행할 수 있다. 또한, 여기서 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 일 없이라고 하는 것은, 에칭 특성에 악영향이 없을 정도로 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 것도 배제하는 의미는 아닌 것은 말할 필요도 없다.
(발명의 효과)
본 발명의 플라즈마 처리 장치에서는, 환상의 외주부와, 외주부에 의해 둘러싸인 영역의 중앙에 위치하는 중앙부와, 중앙부로부터 외주부까지 방사상으로 뻗은 복수의 빔부를 구비한 빔 형상 구조물로 유전체판을 지지하고 있으므로, 진공 용기 내를 감압하였을 때에 유전체판의 변형까지 고려한 기계적 강도를 확보하면서, 유전체판의 박형화를 도모할 수 있다. 유전체판을 박형화함으로써, 고주파 전력의 투입 손실을 대폭적으로 저감할 수 있으므로, 플라즈마의 고밀도화를 도모할 수 있다. 또한, 플라즈마의 고밀도화에 의해 코일에 투입하는 고주파 전력을 저감할 수 있으므로, 유전체판 등의 발열에 기인하여 처리 매수의 증가에 수반해서 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 프로세스 특성이 변동하는 것을 방지할 수 있다.
빔 형상 구조물의 외주부에 형성된 제1가스 도입구와 빔 형상 구조물의 중앙부에 형성된 제2가스 도입구 중 적어도 한쪽으로부터 캐리어 가스 공급원이 캐리어 가스를 분출할 수 있게 하고, 또한 이들 제1 및 제2가스 도입구의 적어도 한쪽으로부터 프로세스 가스 공급원이 프로세스 가스를 분출할 수 있게 함으로써, 프로세스 가스의 해리나 이온화를 가스의 종류에 따라 개별적으로 제어하는 것에 의한 양호한 플라즈마 처리를 실현할 수 있다. 혹은, 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 에칭 특성에 기여하는 프로세스 가스를 증가 또는 저감하는 일 없이 기판 중앙에서 가스 유량 분포를 변경함으로써, 기판에 대한 플라즈마 처리의 균일화를 실현할 수 있다. 또한, 비교적 간이한 구조로서, 장치의 대형화도 실현 가능하다.
본 발명의 이들과 다른 목적과 특징은, 첨부된 도면에 대한 바람직한 실시형태에 의한 다음의 기술(記述)로부터 명확하게 된다.
도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 드라이 에칭 장치의 모식적인 단면도.
도 2는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면도.
도 3은, ICP 코일을 나타내는 평면도.
도 4A는, 빔 형상 스페이서(beam-shaped spacer)와 ICP 코일을 나타내는 모식적인 평면도.
도 4B는, ICP 코일의 대안(代案)을 나타내는 모식적인 평면도.
도 5A는, 빔 형상 스페이서의 대안을 나타내는 모식적인 평면도.
도 5B는, 빔 형상 스페이서의 다른 대안을 나타내는 모식적인 평면도.
도 5C는, 빔 형상 스페이서의 또 다른 대안을 나타내는 모식적인 평면도.
도 6은, 도 1의 부분 Ⅵ의 부분 확대도.
도 7은, 도 1의 부분 Ⅶ의 부분 확대도.
도 8은, 도입구(導入口) 플레이트(plate)의 사시도.
도 9A는, 교환용 도입구 플레이트의 사시도.
도 9B는, 다른 교환용 도입구 플레이트의 사시도.
도 10은, 가스 유량을 설명하기 위한 도 1의 부분 확대도.
도 11은, 도입구 플레이트를 교환한 경우의 가스 유량을 설명하기 위한 도 1의 부분 확대도.
도 12는, 본 발명의 제2실시형태에 의한 드라이 에칭 장치가 구비된 빔 형상 스페이서의 모식적인 사시도.
도 13은, 본 발명의 제3실시형태에 의한 드라이 에칭 장치를 나타내는 부분 확대 단면도.
도 14는, 도 13의 화살표 ⅩⅣ에서의 화살표 방향으로 본 도면.
도 15는, 커버(cover)의 대안을 나타내는 부분 확대 단면도.
도 16은, 본 발명의 제4실시형태에 의한 드라이 에칭 장치가 구비된 빔 형상 스페이서를 나타내는 부분 단면도.
도 17은, 칸막이(partition) 부재를 나타내는 사시도.
도 18은, 본 발명의 제5실시형태에 의한 드라이 에칭 장치가 구비된 빔 형상 스페이서를 나타내는 부분 단면도.
도 19는, 도입구 칩을 나타내는 사시도.
도 20은, 대안의 도입구 칩을 구비한 빔 형상 스페이서의 부분 단면도.
도 21은, 대안의 도입구 칩을 나타내는 사시도.
도 22는, 본 발명의 제6실시형태에 의한 드라이 에칭 장치의 모식적인 단면도.
도 23은, 제6실시형태에 있어서의 빔 형상 스페이서를 나타내는 평면도.
도 24는, 제6실시형태에 있어서의 빔 형상 스페이서를 저면(底面) 측으로부터 본 모식적인 사시도.
도 25는, 본 발명의 제7실시형태에 의한 드라이 에칭 장치의 모식적인 단면도.
도 26은, 본 발명의 제8실시형태에 의한 드라이 에칭 장치의 모식적인 단면도.
도 27은, 본 발명의 제9실시형태에 의한 드라이 에칭 장치의 모식적인 단면도.
도 28은, 도 1의 ⅩⅩⅧ-ⅩⅩⅧ선에서의 단면도.
도 29는, 본 발명의 제10실시형태에 의한 드라이 에칭 장치의 모식적인 단면도.
(제1실시형태)
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 ICP(유도 결합 플라즈마: inductively coupled plasma)형의 드라이 에칭 장치(1)를 나타낸다. 드라이 에칭 장치(1)는, 그 내부에 기판(2)이 수용되는 처리실을 구성하는 챔버(진공 용기)(3)를 구비한다. 챔버(3)는, 상부가 개구된 챔버 본체(4)와, 이 챔버 본체(4)의 상부 개구를 밀폐하는 뚜껑(6)을 구비한다. 뚜껑(6)은 챔버 본체(4)의 측벽 상단에 지지된 빔 형상 스페이서(빔 형상 구조물)(7)와, 이 빔 형상 스페이서(7)에 지지되어 천판(天板; top plate)으로서 기능을 하는 원판 형상의 유전체판(8)을 구비한다. 본 실시형태에서는, 빔 형상 스페이서(7)는, 알루미늄, 스테인리스강(SUS) 등과 같은 충분한 강성(剛性)을 갖는 금속 재료로서 이루어지고, 유전체판(8)은, 산화이트륨(yttrium oxide; Y203)으로서 이루어진다. 빔 형상 스페이서(7)에는, 산화이트륨 용사(溶射; thermal spraying) 등의 내마모성을 향상시키는 표면 처리를 실행해도 좋다. 유전체판(8) 위에는, ICP 코일(9)이 배치되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, ICP 코일(9)은, 평면으로 볼 때 유전체판(8)의 중앙으로부터 외주를 향해서 나선상(螺旋狀)으로 뻗은 복수 개(본 실시형태에서는 4개)의 도전체(導電體)(11)로서 이루어진다. 평면으로 볼 때 유전체판(8)의 중앙에 대응하는 부분(감기기 시작하는 부분)에서는, 인접한 도전체(11) 간의 간극이 크다. 바꿔 말하면, 유전체판(8)의 중앙에 대응하는 부분에서는 도전체(11)의 감기는(winding) 밀도가 거칠다. 이에 반해, 평면으로 볼 때 유전체판(8)의 외주에 대응하는 부분에서는, 인접하는 도전체(11) 간의 간격이 좁고, 감기는 밀도가 조밀하다. ICP 코일(9)에는 정합 회로(12)를 통해서, 고주파 전원(13)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 챔버 본체(4)에는 기판(2)을 반입(搬入)·반출(搬出)하기 위한 게이트(gate)(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
유전체판(8) 및 빔 형상 스페이서(7)와 대향하는 챔버(3) 내의 저부(底部) 측에는, 바이어스(bias) 전압이 인가되는 하부(下部) 전극으로서의 기능 및 기판(2)을 정전(靜電) 흡착 등에 의해 유지하는 기능을 갖는 기판 서셉터(susceptor)(14)가 배치되어 있다. 기판 서셉터(14)에는 바이어스용 고주파 전원(16)으로부터 고주파 전원이 인가된다. 또한, 기판 서셉터(14) 내에는 냉매(冷媒)의 순환 유로가 설치되어 있으며, 냉매 순환 장치(17)로부터 공급되는 온도가 조절된 냉매가 이 순환 유로 속을 순환한다. 더욱이, 기판 서셉터(14)의 상면과 기판(2)의 이면(裏面)과의 사이의 미세한 간극(間隙)에 전열(傳熱) 가스를 공급하는 전열 가스 순환 장치(18)가 설치되어 있다.
챔버(3) 내는, 도시하지 않은 진공 배기 장치에 의해 배기되고, 프로세스 가스 공급원(19)으로부터 후술하는 가스 도입구(31, 34)를 통해서 프로세스 가스가 도입된다. 그 후, 고주파 전원(13)으로부터 ICP 코일(9)에 고주파 전력이 투입되고, 챔버(3)에 플라즈마가 발생하여, 유지된다. 후에 상술(詳述)하는 바와 같이, 플라즈마에 의해 생성되는 에칭 가스의 라디칼과 이온의 작용에 의해, 기판(2)의 표면이 에칭된다. 고주파 전원(13, 16), 프로세스 가스 공급원(19), 전열 가스 순환 장치(18), 및 냉매 순환 장치(17)를 포함하는 장치 전체의 동작은 제어기(21)에 의해 제어된다.
도 1, 도 2, 및 도 4A를 참조하면, 본 실시형태에 있어서의 빔 형상 스페이 서(7)는, 원환(圓環) 형상의 외주부(7a), 평면으로 볼 때 외주부(7a)에 의해 둘러싸인 영역의 중앙에 위치하는 중앙부(7b), 및 중앙부(7b)로부터 외주부(7a)까지 방사상으로 뻗은 복수 개(본 실시형태에서는 6개)의 빔부(7c)를 구비한다.
도 6을 아울러 참조하면, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)의 하면(7d)이, 챔버 본체(4) 측벽의 상단(上端) 면에 지지되어 있다. 외주부(7a)의 하면(7d)에는 환상의 홈(7e, 7f)이 형성되어 있으며, 이들 홈(7e, 7f)에 수용(收容)된 O링(22, 23)에 의해서 빔 형상 스페이서(7)와 챔버 본체(4)의 접합 부분의 밀폐성이 확보되고 있다.
도 2, 도 4A, 및 도 6에 명료하게 나타내는 바와 같이, 외주부(7a)의 상면(7g)에도 환상의 홈(7k)이 형성되어 있으며, 이 홈(7k)에 O링(제1탄성 부재)(24)이 수용되어 있다. O링(24)은 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)와 유전체판(8)의 하면(8a)과의 사이에 끼어 있다. 바꿔 말하면, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)는 O링(24)을 통해서 간접적으로 유전체판(8)과 접촉하고 있다. O링(24)에는, 빔 형상 스페이서(7)와 유전체판(8)의 접합 부분에서의 기밀성을 확보하는 기능도 있다.
빔 형상 스페이서(7)의 6개의 빔부(7c)는, 폭이 거의 일정한 직사각형 형상이며, 평면으로 볼 때(도 2 및 도 4A 참조) 등각도(等角度) 간격으로 중앙부(7b)로부터 방사상으로 뻗어 있다. 빔부(7c)의 일단(一端)은 중앙부(7b)와 일체로 연결되어 있고, 타단(他端)은 외주부(7a)에 일체로 연결되어 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 6개의 빔부(7c)는 평면으로 볼 때 ICP 코일(9)을 구성하는 나선상(螺旋狀)의 4개의 띠 형상의 도전체(11) 중 평면으로 볼 때 유전체판(8)의 외주에 대응하는 감기는 밀도가 조밀한 부분에 대해 직교하는 방향으로 뻗어 있다.
도 4A에 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에는, 상면(7g)에 3개의 오목부(7h)가 설치되어 있으며, 이들 오목부(7h)에 각각 탄성 부재(제2탄성 부재)(25)가 수용되어 있다. 탄성 부재(25)는 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)와 유전체판(8)의 하면(8a)과의 사이에 끼어 있다. 바꿔 말하면, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)는 탄성 부재(25)를 통해서 간접적으로 유전체판(8)과 접촉하고 있다.
빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a), 중앙부(7b), 및 빔부(7c)로 둘러싸인 영역은, 기판 서셉터(14) 측에서 보아서 유전체판(8)의 하면(8a)이 노출되어 있는 창 부분(26)을 구성한다. 본 실시형태에서는, 빔 형상 스페이서(7)는 각각 부채꼴 형상인 6개의 창 부분(26)을 구비한다.
전술(前述)한 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)는, 원환 형상의 외주부(7a)와, 외주부(7a)에 의해 둘러싸인 영역의 중앙에 위치하는 중앙부(7b)와, 중앙부(7b)로부터 외주부(7a)까지 방사상으로 뻗은 복수 개의 빔부(7c)를 구비한다. 그 때문에, 유전체판(8)의 하면(8a)의 모든 부분, 즉 외주 부분, 중앙 부분, 및 외주 부분과 중앙 부분 사이의 부분이 빔 형상 스페이서(7)에 의해서 지지된다. 바꿔 말하면, 유전체판(8)은 빔 형상 스페이서(7)에 의해서 그 전체가 균일하게 지지된다. 챔버(3)를 감압하면 챔버 내의 압력(부압(負壓))과 대기압과의 차압(差壓)이 유전체판(8)에 작용하는데, 이 차압에 의한 부하(負荷)가 작용할 때에도 유전체판(8)의 전체가 빔 형상 스페이서(7)에 의해서 균일하게 지지된다. 한편, 챔버(3)를 감압하였을 때의 차압에 의한 부압에 의해서 특히 유전체판(8)의 중앙 부분이 아래쪽(기판 서셉터(14) 측)을 향해서 휘기 쉽다. 빔 형상 스페이서(7)는 빔부(7c)에서 외주부(7a)로 연결된 중앙부(7b)를 구비하고, 이 중앙부(7b)가 유전체판(8)의 중앙 부분을 하면(8a) 측으로부터 지지한다. 따라서, 유전체판(8)의 중앙 부분의 휨을 효과적으로 방지 내지는 억제할 수 있다.
이상과 같이, 빔 형상 스페이서(7)에 의해 유전체판(8)의 하면을 균일하게 지지하는 것, 및 휨이 생기기 쉬운 유전체판(8)의 중앙 부분을 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)로 지지함으로써, 챔버(3) 내를 감압하였을 때의 대기압을 지지하기 위한 기계적 강도(챔버(3) 내를 감압하였을 때 유전체판(8)의 변형까지 고려하고 있다.)를 확보하면서, 유전체판(8)을 박형화할 수 있다. 예를 들면, 유전체판(8)의 외주 부분만을 지지하는 스페이서로 직경 320mm의 유전체판(8)을 지지할 경우, 기계적 강도를 확보하기 위하여 유전체판(8)의 두께는 25mm 이상으로 설정할 필요가 있다. 이에 반해, 본 실시형태의 빔 형상 스페이서(7)로 직경 320mm의 유전체판(8)을 지지할 경우, 유전체판(8)의 두께가 10mm 정도면 필요한 기계적 강도를 얻을 수 있다. 유전체판(8)을 박형화함으로써, 고주파 전력의 투입 손실을 대폭적으로 저감할 수 있으므로, 플라즈마의 고밀도화를 도모할 수 있다. 또한, 플라즈마의 고밀도화에 의해 ICP 코일(9)에 투입하는 고주파 전력을 저감할 수 있으므로, 유전체판(8) 등의 발열에 기인하여 처리 매수의 증가에 수반해서 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 프로세스 특성이 변동하는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)와 유전체판(8)의 하면(8a)의 외주 부분과의 사이에는 O링(24)이 개재(介在)되어 있다. 따라서, 유전체판(8)의 하면(8a)의 외주 부분이 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 직접 접촉하는 것에 의한 유전체판(8)의 손상이나 파손을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)와 유전체판(8)의 하면(8a)의 중앙 부분과의 사이에는 탄성 부재(25)가 끼워져 있으므로, 유전체판(8)의 하면(8a)이 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)와 직접 접촉하는 것에 의한 유전체판(8)의 손상이나 파손을 방지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유전체판(8)의 중앙 부분은 아래쪽을 향해 휘어지기 쉽지만, 탄성 부재(25)를 설치함으로써, 아래쪽으로 휘어지는 유전체판(8)의 중앙 부분이 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 직접 접촉하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
도 5A로부터 도 5C는 빔 형상 스페이서(7)와 유전체판(8)과의 사이에 끼워지는 O링 내지는 탄성 부재의 대안을 나타낸다. 도 5A의 예에서는, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 외주부(7a)의 O링(24)과 동심원(同心圓) 상태로 작은 지름의 O링(27)이 배치되어 있다. 도 5B에서는, 빔 형상 스페이서(7)의 상면(7g) 전체에 탄성 부재(28)가 배치되어 있다. 상세하게는, 탄성 부재(28)는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 배치된 환상 부분(28a), 개개의 빔부(7c)에 배치된 띠 형상 부분(28b)(제3탄성 부재), 및 띠 형상 부분(28b)이 중앙부(7b)에서 연결됨으로써 형성된 부분(28c)을 구비한다. 도 5C에서는, 빔 형상 스페이서(7)의 상면(7g)에는 개개의 창 부분(26)을 둘러싸도록 홈이 설치되어 있으며, 이 홈에 O링(79)이 배치 되어 있다.
전술한 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 빔부(7c)는 ICP 코일(9)을 구성하는 도전체(11)의 감기는 밀도가 조밀한 부분에 대해 직교하는 방향으로 뻗어 있다. 그 때문에, 고주파 전원(13)으로부터 고주파 전력이 투입되었을 때 ICP 코일(9)의 도전체(11) 주위에 발생하는 전자계(電磁界)에 대해, 빔 형상 스페이서(7)가 미치는 전자기적인 영향을 억제할 수 있다. 그 결과, 고주파 전력의 투입 손실을 더욱 저감할 수 있다. 이 투입 손실의 저감 효과를 얻기 위해서는, 빔부(7c)와 도전체(11)의 감기는 밀도가 조밀한 부분이 반드시 정확하게 직교할 필요는 없으며, 양자(兩者)가 실질적으로 직교하고 있으면 좋다. 예를 들면, 평면으로 볼 때 빔부(7c)와 도전체(11)가 90˚±10˚ 정도의 각도로 교차하고 있다면, 투입 손실 저감의 효과를 얻을 수 있다. 도전체(11)가 빔부(7c)에 대해 평면으로 볼 때 직교 방향에 추가해, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 빔부(7c)의 개수(6개)와 ICP 코일(9)을 구성하는 도전체(11)의 개수(6개)가 일치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 고주파 전원(13)으로부터 ICP 코일(9)에 고주파 전력이 투입될 때 발생하는 전자계의 대칭성이 향상되므로, 빔부(7c)의 존재에 기인하는 투입 손실을 더욱 저감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유전체판(8)은 산화이트륨으로 이루어진다. 예를 들면, Si 기판을 깊고, 또한 고속으로 에칭할 경우, 라디칼을 증가시키기 위해서 챔버(3) 내의 압력을 올릴 필요가 있다. 이 경우, 플라즈마의 생성 모드에서 용량 결합성이 증가해 감으로써, 유전체판(8)으로의 스퍼터링이 증대하기 때문에, 유전체판(8)이 석영제(石英製)이면 유전체판(8)의 마모가 현저하여, 비교적 단기간에 유전체판(8)을 교환할 필요가 있다. 이에 반해, 유전체판(8)을 산화이트륨제로 함으로써, 특히 용량 결합성이 증대하는 고압 조건에 있어서도 유전체판(8)의 마모를 대폭적으로 저감할 수 있다. 구체적으로는, 용량 결합성이 증대하는 고압 조건 하에서는, 산화이트륨제의 유전체판(8)의 마모는 석영제의 유전체판(8)의 마모의 1/100 정도이다.
대안으로서는, 유전체판(8)은 질화알루미늄(AIN) 또는 석영으로 이루어지는 것이어도 좋다. 일반적으로 산화이트륨은 열 충격에 대한 내성이 낮아, 재료 내부의 큰 온도 구배(勾配:gradient)는 파열의 원인이 된다. 이에 반해, 질화알루미늄은, 플라즈마의 생성 모드가 용량 결합성이 지배적으로 되는 조건 하에서의 내마모성에서는 산화이트륨에 미치지 못하지만, 열 충격에 대한 내성은 산화이트륨보다도 높다. 그 때문에, 유전체판(8)으로서 질화알루미늄을 채용한 경우, 유전체판(8) 내부의 온도 구배에 기인하는 파열을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 석영은 플라즈마의 생성 모드가 용량 결합성이 지배적으로 되는 조건 하에서의 내마모성에서는, 산화이트륨이나 질화알루미늄보다도 대폭적으로 열등(劣等)하지만, 열 충격성에 대한 내성은 산화이트륨이나 질화알루미늄보다도 높다. 또한, 석영으로 이루어진 유전체판(8)은, 파열이 생긴 경우의 프로세스에의 영향은, 산화이트륨이나 산화알루미늄보다도 작다.
이어서, 챔버(3) 내에 프로세스 가스를 도입하기 위한 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1, 도 2, 및 도 6을 참조하면, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에는 중앙부(7b)와 대향하는 내측 측벽(7m)에, 복수 개(본 실시형태에서는 6개)의 가스 도입구(외주부 가스 도입구)(31)가 형성되어 있다. 6개의 가스 도입구(31)는 평면으로 볼 때 등각도 간격으로 배치되어 있으며, 각각 별개의 창 부분(26)에 개구되어 있다. 또한, 개개의 가스 도입구(31)는, 프로세스 가스가 비스듬히 하향으로, 즉 창 부분(26)을 지나서 기판 서셉터(14)로 유지된 기판(2) 표면의 중앙 부근을 향해서 분출되도록, 그 방향과 형상이 설정되어 있다. 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)의 상면(7g)에는 O링(24)보다도 내측에 환상의 가스 유로 홈(7i)이 형성되어 있다. 이 가스 유로 홈(7i)의 상부 개구는 유전체판(8)의 하면(8a)으로 폐쇄되어 있으며, 가스 유로 홈(7i) 내에 밀폐된 환상 가스 유로(32)가 형성되어 있다. 도 6을 참조하면, 개개의 가스 도입구(31)는, 이 환상 가스 유로(32)와 연통하고 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일단(一端)이 환상 가스 유로(32)와 연통하고, 타단(他端)이 프로세스 가스 공급원(19)과 접속된 도입 유로(33)가 설치되어 있다. 따라서, 프로세스 가스 공급원(19)으로부터 공급되는 프로세스 가스는, 도입 유로(33) 및 환상 가스 유로(32)를 지나서 가스 도입구(31)로부터 챔버(3) 내에 분출된다. 전술한 바와 같이, 가스 도입구(31)는 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 형성되고, 또한 비스듬히 하향으로 프로세스 가스를 분출하기 때문에, 가스 도입구(31)로부터 분출된 프로세스 가스는, 기판 서셉터(14) 위에 유지된 기판(2)의 외주 부분으로부터 중앙 부분을 향한다(도 10 및 도 11 참조).
도 1, 도 2, 및 도 7을 참조하면, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에는 수 용 오목부(7j)가 형성되어 있으며, 이 수용 오목부(7j) 내에는 가스 도입구(중앙부 가스 도입구)(34)가 형성된 교환 가능한 도입구 플레이트(중앙부 도입구 부재)(36A)가 수용되어 있다. 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에는 일단이 가스 분배실(41)을 통해서 개개의 제2가스 도입구(34)와 연통하는 입구 가스 유로(37)가 형성되어 있다. 가스 유로(38)는, 도 2에 가장 명료하게 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)의 측벽 외주 면으로부터 6개 빔부(7c) 중의 1개(도 2에 있어서 「9시」 방향으로 뻗은 빔부(7c))의 내부를 지나서 중앙부(7b)까지 도달하고 있다. 이 가스 유로(38)의 외주부(7a) 측의 단부(端部)는 폐쇄되어 있으나, 도 2에 있어서 부호 A로 나타내는 부위에서 가스 유로 홈(7i)을 관통하고 있으며, 환상 가스 유로(32) 내의 프로세스 가스는 이 부위로부터 가스 유로(38) 내로 유입한다. 전술한 입구 가스 유로(37)의 타단은 가스 유로(38)에 연통하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도입구 플레이트(36A)는 외주 가장자리 부근에 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(본 실시형태에서는 4개)(36a)을 구비한다. 이 관통 구멍(36a)에 관통시킨 나사(39)를 수용 오목부(7j)의 저벽(底壁)에 형성한 나사 구멍에 끼워 넣음으로써, 도입구 플레이트(36A)가 수용 오목부(7j) 내에 고정되어 있다. 또한, 도입구 플레이트(36A)의 상면(36b)의 중앙부에는 오목부(36d)가 형성되어 있다. 이 오목부(36d)와 수용 오목부(7j)의 저벽에 의해서, 입구 가스 유로(37)와 연통하는 가스 분배실(41)이 형성되어 있다. 가스 도입구(34)는 오목부(36d)의 저벽으로부터 연직(鉛直) 방향으로 뻗어, 도입구 플레이트(36A)의 하면(36e)까지 관통하고 있다. 도 8에 나타내는 도입구 플레이트(36A)에서는, 오목부(36d)의 중앙에 1개의 가스 도입구(34)가 배치되고, 이 중앙의 가스 도입구(34)로부터 각각 5개의 가스 도입구(34)로서 이루어진 열(列)이 등각도 간격으로 방사상으로 4열 설치되어 있다. 또한, 도 8의 도입구 플레이트(36A)에서는, 모든 가스 도입구(34)의 구멍 지름을 동일하게 설정하고 있다. 또한, 도입구 플레이트(36A)의 상면(36b)에는 오목부(36d)를 둘러싼 환상 홈(36f)이 형성되어 있으며, 이 환상 홈(36f)에 수용된 O링(42)에 의해서 가스 분배실(41) 내의 밀폐성이 확보되고 있다. 프로세스 가스 공급원(19)으로부터 공급되는 프로세스 가스는, 도입 유로(33), 환상 가스 유로(32), 가스 유로(38), 입구 가스 유로(37), 및 가스 분배실(41)을 거쳐 도입구 플레이트(36A)의 가스 도입구(34)로부터 챔버(3) 내로 분사된다. 가스 도입구(34)는 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 부착된 도입구 플레이트(36A)에 설치되고, 또한 하향으로 프로세스 가스를 분출하므로, 제2가스 도입구(34)로부터 분출된 프로세스 가스는, 기판 서셉터(14) 위에 유지된 기판(2)의 중앙 부분을 향한다(도 10 및 도 11 참조).
도 9A 및 도 9B는 교환용 도입구 플레이트(36B, 36C)의 예를 나타낸다. 도 9A의 도입구 플레이트(36B)에서는, 가스 도입구(34)의 수(數) 및 배치는 도 8의 도입구 플레이트(36A)와 동일하지만, 가스 도입구(34)의 구멍 지름을 도 8의 도입구 플레이트(36A)보다도 크게 설정하고 있다. 도 9B의 도입구 플레이트(36C)에서는, 가스 도입구(34)의 구멍 지름은 도 8의 도입구 플레이트(36A)와 동일하지만, 가스 도입구(34)의 수와 배치가 도 8의 도입구 플레이트(36A)와 다르다. 상세하게는, 오목부(36d)의 중앙에 1개의 가스 도입구(34)가 배치되고, 이 중앙의 가스 도입구(34)로부터 각각 5개의 가스 도입구(34)로 이루어진 열이 방사상으로 8열 설치되어 있다. 도입구 플레이트에 설치하는 가스 도입구(34)의 형상, 치수, 배치, 및 개수는, 도 8로부터 도 9B에 도시한 것에 한정되지 않고, 적절하게 설정할 수 있다.
도입구 플레이트(36A ~ 36C)를 교환함으로써, 가스 도입구(34)로부터 분출되는 프로세스 가스, 즉 기판(2)의 중앙 부분의 바로 위로부터 연직 방향 하향으로 기판(2)의 중앙 부분을 향하는 프로세스 가스의 유량을 간단히 조정할 수 있다. 따라서, 프로세스 조건, 기판(2)의 치수 등에 따라 도입구 플레이트(36A ~ 36C)를 교환함으로써, 가스 도입구(31)와 가스 도입구(34)로부터 분출되는 프로세스 가스의 유량 비율을 조정하고, 그것에 의해서 기판(2) 주변을 포함하는 기판(2) 위의 전체 영역에서의 가스 유량을 간단하게 균일화할 수 있다. 예를 들면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 도 8의 도입구 플레이트(36A)를 부착하면 외주의 가스 도입구(31)로부터 분출되는 프로세스 가스의 유량에 대하여 중앙의 가스 도입구(34)로부터 분출되는 프로세스 가스의 유량이 부족하고, 가스 도입구(31)로부터 분출된 프로세스 가스가 기판(2)의 중앙 부분에서 체류하는 경향이 생기는 경우가 있다. 이 경우, 도 10에 있어서 부호 43A로 나타내는 바와 같이, 기판(2) 중앙 부분의 에칭 레이트가 주변 부분의 에칭 레이트보다도 높아져, 균일한 에칭 처리를 실행할 수 없다. 이에 반해, 도 11에 나타내는 바와 같이, 도 9A의 도입구 플레이트(36B)(가스 도입구(34)의 구멍 지름이 도 8의 도입구 플레이트(36A)보다도 크다)나, 도 9B의 도입구 플레이트(36C)(가스 도입구(34)의 개수가 도 8의 도입구 플레이트(36A)보다도 많다)를 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 부착한다면, 제2가스 도입구(34)로부터 분출되는 프로세스 가스의 유량이 증가한다. 이 경우, 외주의 가스 도입구(31)로부터 분출된 프로세스 가스는 중앙의 가스 도입구(34)로부터 분출된 프로세스 가스의 흐름에 합류하여, 기판(2)의 중앙 부분에 체류하는 일 없이 기판(2)의 표면을 따라 외주 부분을 향해서 흐른다. 따라서, 도 11에 있어서 부호 43B로 나타내는 바와 같이, 기판(2)의 중앙 부분과 주변 부분에서 에칭 레이트의 변동이 대폭적으로 저감되어, 균일한 에칭 처리가 이루어진다. 또한, 후에 상술하는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 설치한 가스 도입구(31)의 형상, 치수, 배치, 개수 등을 변경함으로써, 가스 도입구(31)와 가스 도입구(34)로부터 분출되는 프로세스 가스 유량의 비율을 변경하고, 그것에 의해 에칭 처리를 균일화해도 좋다.
(제2실시형태)
도 12는 본 발명의 제2실시형태를 나타낸다. 도 12는 빔 형상 스페이서(7)만을 도시하고 있지만, 제2실시형태의 드라이 에칭 장치(1)의 전체적인 구조는 제1실시형태(도 1 참조)와 동일하다.
빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에는 환상 가스 유로(32)와 가스 도입구(31)가 형성되어 있으며, 환상 가스 유로(32)는 도입 유로(33)를 통해서 프로세스 가스 공급원(19)과 접속되어 있다. 또한, 도 12에서는 도시하고 있지 않지만, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에는 가스 도입구(34)를 구비한 도입구 플레이트(36A)(도 1 및 도 8 참조)가 부착되어 있다. 이러한 점들은, 제1실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태에서는, 빔 형상 스페이서(7)와 유전체판(8)을 냉각하는 냉각 기구(51)가 설치되어 있다. 이 냉각 기구(51)는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)와 빔부(7c)에 설치된 냉매 유로(52)와, 온도가 조절된 냉매를 공급하는 냉매 순환 장치(53)를 구비한다. 냉매 유로(52)의 입구(52a)와 출구(52b)는 냉매 순환 장치(53)에 접속되어 있으며, 냉매 순환 장치(53)로부터 공급된 냉매가 냉매 유로(52) 속을 순환하고, 그것에 의해서 빔 형상 스페이서(7)가 냉각된다. 또한, 유전체판(8)은 빔 형상 스페이서(7) 위에 배치되어 있으므로, 빔 형상 스페이서(7)가 냉각됨으로써 유전체판(8)도 냉각된다. 이 냉각 기구(51)로 빔 형상 스페이서(7)와 유전체판(8)을 냉각함으로써, ICP 코일(9)(도 1 참조)에 고주파 전력을 투입하여 플라즈마를 발생시킨 상태가 장시간 계속되어도, 빔 형상 스페이서(7) 및 유전체판(8)의 온도 상승에 기인하는 프로세스 특성의 변동이나 퇴적물의 부착 혹은 퇴적물의 박리를 확실하게 방지할 수 있다.
제2실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다.
(제3실시형태)
도 13 및 도 14는 본 발명의 제3실시형태를 나타낸다. 이 제3실시형태의 드라이 에칭 장치(1)의 전체적인 구조는 제1실시형태(도 1 참조)와 동일하다.
본 실시형태에서는 유전체판(8)은 석영으로서 이루어진다. 또한, 유전체판(8)의 하면(8a) 측 중 빔 형상 스페이서(7)의 창 부분(26)을 통해서 챔버(3)의 처리실 내에 노출되는 부위에, 산화이트륨으로 이루어진 매우 얇은 커버(61)가 부착되어 있다. 빔 형상 스페이서(7)는 6개의 창 부분(26)이 설치되어 있으므로(도 2 를 아울러 참조), 커버(61)에는 그것에 대응하여 피스(piece) 형상의 6개 커버(61)가 부착되어 있다. 유전체판(8)의 하면(8a)에는 창 부분(26)과 대응하는 위치(6개소)에 오목부(8b)가 형성되어 있으며, 이들 오목부(8b) 내에 각각 커버(61)가 수용되어 있다. 개개의 커버(61)의 하면은 유전체판(8)의 하면(8a)과 동일한 면(same surface)이다. 또한, 개개의 커버(61)의 외주 가장자리 부근은 빔 형상 스페이서(7)와 유전체판(8) 사이에 개재한다.
산화이트륨으로 이루어진 커버(61)를 창 부분(26)에 배치함으로써, 특히 용량 결합성이 증대하는 고압 조건에 있어서도 석영으로 이루어진 유전체판(8)의 마모를 대폭적으로 저감할 수 있다. 또한, 산화이트륨으로 이루어진 커버(61)는, 유전체판(8)의 하면(8a) 측 전체가 아니라 창 부분(26)으로부터 노출된 부위에만 설치되어 있으므로, 개개의 커버(26)의 면적을 작게 설정할 수 있다. 산화이트륨재는 강성이 낮기 때문에, 면적이 크고 두께가 얇은 산화이트륨재는 강도가 낮다. 그러나, 개개의 커버(26)는 작은 면적의 피스 형상이므로, 충분한 강도를 확보하면서 두께를 얇게 할 수 있다. 구체적으로는, 커버(26)의 두께는 1mm ~ 5mm 정도, 상세하게는 2mm 정도로 설정할 수 있다. 또한, 커버(26)는 작은 면적이고 두께가 얇기 때문에 플라즈마 처리 중에도 균일한 온도를 유지하므로, 온도 구배에 기인하는 파열의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 유전체판(8) 자체를 산화이트륨제로 할 경우나, 유전체판(8)의 하면(8a) 전체를 산화이트륨재로 덮는 경우와 비교하면, 유전체판(8)의 창 부분(26)으로부터 노출된 부위만, 즉 플라즈마에 노출되므로 보호가 필요한 부분에만 산화이트륨제의 커버(61)를 설치하기 때문에, 산화이트륨의 사용량 및 비용을 대폭적으로 저감할 수 있다.
도 13의 구성에서는, 커버(61)의 하면은 유전체판(8)의 하면(8a)과 동일한 면이지만, 플라즈마에 노출되는 것에 기인하는 유전체판(8)의 마모를 저감할 수 있는 한, 커버(61)의 유전체판(8)에 대한 부착 내지 배치의 위치는, 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 15에 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7) 측에 설치한 오목부(7n)에 커버(61)의 외주 가장자리의 하면 측을 설치하고, 그것에 의해 커버(61)의 상면과 유전체판(8)의 하면(8a)을 동일한 면으로 해도 좋다. 또한, 커버(61)의 하면과 상면의 양쪽이 유전체판(8)의 하면(8a)과 동일한 면이 되지 않게 유전체판(8)에 대해 커버(61)를 부착해도 좋다. 또한, 유전체판(8)의 하면(8a)과의 사이에 간극이 존재하도록 커버(61)를 배치해도 좋다.
제3실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다. 또한, 제2실시형태의 냉각 기구(51)(도 12 참조)를 제3실시형태에 적용해도 좋다. 냉각 기구(51)를 설치함으로써, 커버(61)의 온도를 거의 일정하게 유지할 수 있으므로, 온도 구배에 기인하는 커버(61)의 파열을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
제3실시형태에 있어서 산화이트륨 커버(61)(도 13으로부터 도 15 참조)를 단결정(單結晶) 사파이어(sapphire)로 해도 좋다. 단결정 사파이어는 산화이트륨보다도 열 충격에 강하기 때문에, 더욱 큰 온도 구배가 주어지는 환경에 있어서도 커버(61)의 파열을 확실하게 방지할 수 있다. 단결정 사파이어제인 경우도, 커버(61)의 유전체판(8)에 대한 부착 내지 배치의 위치가 특히 한정되지 않는 점은, 제3실시형태와 마찬가지이다. 또한, 단결정 사파이어나 산화이트륨을 대신하여, 산화알루미늄을 포함하는 알루미나(Al203)에 의해 커버(61)를 형성해도 좋다.
(제4실시형태)
도 16에 나타내는 본 발명의 제4실시형태에 의한 드라이 에칭 장치(1)는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 형성된 환상 가스 유로(32) 내에 칸막이 링(71)을 구비한다. 전술한 바와 같이, 환상 가스 유로(32)는 외주부(7a)의 상면(7g)의 O링(24)보다도 내측에 형성한 환상의 가스 유로 홈(7i)에 의해 형성되어 있다. 환상 가스 유로(32)는, 저벽(32a)과, 이 저벽(32a)으로부터 연직 방향 상향으로 뻗은 내주벽(32b)과 외주벽(32c)을 구비한다. 내주벽(32b)에는 가스 도입구(31)의 기단(基端) 측이 개구되어 있다. 또한, 외주벽(32c)에는 프로세스 가스 공급원(19)과 접속된 도입 유로(33)가 개구되어 있다. 또한, 환상 가스 유로(32)의 상단 측에는, 유로 폭을 넓힌 수용부(32d)가 형성되어 있다. 이 수용부(32d) 내에는 O링(73)이 수용되어 있다. O링(73)은 유전체판(8)의 하면(8a)에 밀접하고 있으며, 그로써 환상 가스 유로(32) 내가 밀폐되어 있다.
도 17을 아울러 참조하면, 칸막이 링(71)은, 평탄(平坦)한 원환 형상의 기부(基部)(71a)와, 이 기부(71a)로부터 상향으로 뻗은 칸막이벽(71b)을 구비한다. 기부(71a)의 지름과 폭은 환상 가스 유로(32)와 거의 일치하고 있으며, 기부(71a)는 하면이 저벽(32a)에 탑재되고, 내주 가장자리와 외주 가장자리가 각각 내주벽(32b)과 외주벽(32c)에 맞닿은 상태로 환상 가스 유로(32) 내에 수용되어 있다. 칸막이벽(71b)은 기부(71a)의 폭 방향의 거의 중앙으로부터 연직 방향 상향으로 돌출하고 있다. 칸막이벽(71b)은, 하단(下端)이 기부(71a)에 접속하는 한편, 상단(上端)이 O링의 하측(下側)에 밀접하고 있다.
칸막이 링(71)의 칸막이벽(71b)에 의해서, 환상 가스 유로(32) 내는 내주벽(32b) 측(가스 토출구(吐出口)(31) 측)의 토출 공간(72A)과, 외주벽(32c) 측(프로세스 가스 공급원(19) 측)의 공급 공간(72B)으로 나뉘어져 있다. 상세하게는, 칸막이벽(71b)보다도 내측에 환상의 토출 공간(72A)이 형성되고, 칸막이벽(71b)보다도 외측에 환상의 공급 공간(72B)이 형성되어 있다. 칸막이벽(71b)에는, 두께 방향으로 관통하는 복수의 연통 구멍(71c)이 간격을 두고 설치되어 있다. 이들 연통 구멍(71c)만을 통해서 토출 공간(72A)과 공급 공간(72B)이 서로 연통하고 있다.
프로세스 가스 공급원(19)으로부터 도입 유로(33)를 통해서 환상 가스 유로(32)에 공급되는 프로세스 가스는, 우선 공급 공간(72B) 내로 진입한다. 프로세스 가스는 공급 공간(72B) 내에서 환상으로 확산하면서, 복수의 연통 구멍(71c)을 지나서 토출 공간(72A) 내로 진입한다. 프로세스 가스는 토출 공간(72B) 내에서 더욱 확산하면서, 가스 도입구(31)로부터 챔버(3) 내에 분출된다. 이렇게 미리 환상의 공급 공간(72B) 내에 프로세스 가스를 확산시킨 후, 가스 도입구(31) 측의 토출 공간(72A)에 공급하므로, 1개 또는 복수 개의 특정 가스 도입구(31)로부터 분출되는 가스의 유량이 나머지 가스 도입구(31)와 비교해서 커지는 일이 없다. 바꿔 말하면, 칸막이 링(71)의 칸막이벽(71b)의 정류(整流) 작용에 의해, 복수의 가스 도입구(31)로부터 분출되는 프로세스 가스의 유량이 균일화된다.
제4실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다.
(제5실시형태)
도 18에 나타내는 본 발명의 제5실시형태에 의한 드라이 에칭 장치(1)는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 교환 가능하게 부착된 복수 개의 도입구 칩(외주 측 도입구 부재)(74)을 구비하고, 개개의 도입구 칩(74)에 가스 도입구(31)가 1개 설치되어 있다.
빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7b)에는, 환상 가스 유로(32)의 내주벽(32b)으로부터 내측 측벽(7m)에 도달하는, 비스듬히 하향이고 단면(斷面)이 원형인 부착 구멍(75)이 복수 개 설치되어 있다. 개개의 부착 구멍(75)에 도입구 칩(74)이 탈착 가능하게 장착되어 있다. 부착 구멍(75)은 환상 가스 유로(32) 측으로부터 순서대로, 환상 가스 유로(32)에 연통하는 입구부(75a), 암나사부(75b), 및 챔버(3) 내에 개방된 출구부(75c)를 구비한다. 암나사부(75b)는 입구부(75a)보다도 큰 지름이며, 암나사부(75b)와 입구부(75a)의 접속 부분의 단차(段差)에 의해 좌부(座部)(75d)가 형성되어 있다. 또한, 출구부(75c)는 암나사부(75b)보다도 큰 지름이며, 출구부(75c)와 암나사부(75b)의 접속 부분의 단차에 의해 좌부(75e)가 형성되어 있다.
도 19를 아울러 참조하면, 도입구 칩(74)은 수나사부(74a)와, 이 수나사부(74a)의 선단(先端)에 일체로 설치된 두부(頭部)(74b)를 구비한다. 두부(74b)는 수나사부(74a)보다도 큰 지름이다. 수나사부(74a)의 기단(基端) 면에는 오목부(74c)가 형성되어 있다. 이 오목부(74c)의 저벽으로부터 두부(74b)의 선단 면까지 관통하도록 가스 도입구(31)가 설치되어 있다. 가스 도입구(31)는 도입구 칩(74)의 중심축을 따라 뻗어 있다. 도입구 칩(74)의 수나사부(74a)는 부착 구멍(75)의 암나사부(75b)에 끼워지고, 그것에 의해 도입구 칩(74)은 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 대해 고정된다. 도입구 칩(74)의 두부(74b)는 부착 구멍(75)의 출구부(75c)에 수용된다. 또한, 수나사부(74a)의 기단 면이 좌부(75d) 위에 배치되고, 두부(74b)의 기단 면이 좌부(75e) 위에 배치된다.
환상 가스 유로(32)로부터 챔버(3)의 내부까지는, 부착 구멍(75)의 입구부(75a), 도입구 칩(74)의 오목부(74c), 및 가스 도입구(31)로 이루어지는 경로가 형성되어 있다. 프로세스 가스는 이 경로를 지나서 가스 도입구(31)로부터 챔버(3) 내에 분출된다.
가스 도입구(31)의 구멍 지름이나 방향이 상이한 복수 종류의 도입구 칩(74)을 준비해 두면, 도입구 칩(74)을 교환함으로써 가스 도입구(31)의 구멍 지름이나 방향을 변경할 수 있다. 프로세스 가스 공급원(19)의 공급 압력이 동일하다면, 일반적으로 가스 도입구(31)의 구멍 지름이 클수록 도입되는 프로세스 가스의 유속은 느려지고, 구멍 지름이 작을수록 유속은 빨라진다. 따라서, 프로세스 조건, 기판(2)의 치수 등의 조건에 따라 상이한 가스 도입구(31)를 구비한 도입구 칩(74)으로 교환함으로써, 간단하게 기판(2) 위의 가스 유량의 균일화를 도모할 수 있다.
도 20 및 도 21은 도입구 칩의 대안을 나타낸다. 이 대안에서는, 빔 형상 스페이서(7)의 상기 외주부(7a)에 환상 가스 유로(32)의 내주벽(32b)으로부터 내측 측벽(7m)에 도달하는 수평 방향으로 뻗은 단면이 원형인 부착 구멍(76)이 복수 개 설치되어 있다. 부착 구멍(76)은 환상 가스 유로(32) 측으로부터 순서대로, 환상 가스 유로(32)에 연통하는 입구부(76a), 입구부(76a)보다도 큰 지름의 중간부(76b), 및 중간부(76b)보다도 큰 지름의 출구부(76c)를 구비한다. 입구부(76a)와 중간부(76b)의 접속 부분과 중간부(76b)와 출구부(76c)의 접속 부분에는, 각각 좌부(76d, 76e)가 형성되어 있다.
도입구 칩(77)은 축부(77a)와, 축부(77a)의 선단에 설치된 두부(77b)를 구비한다. 두부(77b)는 축부(77a)보다도 큰 지름이다. 축부(77a)의 기단 면에는 오목부(77c)가 형성되어 있다. 이 오목부(77c)의 저벽으로부터 두부(77b)의 선단 면까지 관통하도록 가스 도입구(31)가 형성되어 있다. 도 19의 도입구 칩(74)과는 달리, 가스 도입구(31)는 도입구 칩(77)의 중심축에 대해 비스듬히 형성되어 있다. 도입구 칩(77)의 두부(77b)에는 2개의 관통 구멍(77d)이 설치되어 있다. 도입구 칩(77)은 부착 구멍(76)에 끼워져, 축부(77a)가 중간부(76b)에 수용되고, 두부(77b)가 출구부(76c)에 수용된다. 또한, 축부(77a)의 기단 하면이 좌부(76d) 위에 배치되고, 두부(77b)의 기단 면이 좌부(76e) 위에 배치된다.
두부(77b)의 관통 구멍(77d)에 관통시킨 2개의 나사(78)를 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)의 내측 측벽(7m)에 형성한 나사 구멍에 끼워 넣음으로써, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 대해 도입구 칩(77)이 고정되어 있다. 또한, 이들 나사(78)에 의해 도입구 칩(77) 자체의 중심선 주위의 회전 각도 위치, 즉 가스 도입구(31)의 방향이 고정된다. 환상 가스 유로(32)로부터 챔버(3)의 내부까지는, 부착 구멍(76)의 입구부(76a), 도입구 칩(77)의 오목부(77c), 및 가스 도입구(31)로 이루어지는 경로가 형성되어 있다. 프로세스 가스는 이 유로를 지나서 가스 도입구(31)로부터 챔버(3) 내에 분출된다. 가스 도입구(31)의 구멍 지름이나 방향이 상이한 복수 종류의 도입구 칩(77)을 준비해 두면, 도입구 칩(77)을 교환함으로써, 프로세스 조건, 기판(2)의 치수 등의 조건에 따라 가스 도입구(31)로부터 분출되는 프로세스 가스의 방향이나 유량을 간단하게 조정하여, 기판(2) 위의 가스 유량의 균일화를 도모할 수 있다.
제5실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다.
(제6실시형태)
도 22 및 도 23에 나타내는 본 발명의 제6실시형태에 의한 드라이 에칭 장치(1)는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)와 중앙부(7b)에 가스 도입구(31, 34)를 구비할 뿐만 아니라, 빔 형상 스페이서(7)의 빔부(7c)에도 가스 도입구(빔부 가스 도입구)(81)를 구비하고 있다.
도 23에 가장 명료하게 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)에는, 1개의 빔부(7c)의 외주 측의 단부로부터 직선상으로 뻗어 중앙부(7b)를 통과하여 대향하는 빔부(7c)의 외주 측의 단부까지 뻗은 가스 유로(82)가 3개 형성되어 있다. 이들 가스 유로(82) 중 도 23에 있어서 「9시」 방향으로 뻗은 가스 유로(82)는, 도 23에 있어서 부호 A'로 나타내는 부위에서 가스 유로 홈(7i)(환상 가스 유로(32))을 관통하고 있다. 또한, 3개의 가스 유로(82)는 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에서 서로 교차하여 연통하고 있다.
개개의 빔 형상부(7c)의 하면 측에는 연직 방향 하향의 가스 도입구(81)가 복수 개 설치되어 있다. 또한, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)의 하면 측에도 연직 방향 하향의 가스 도입구(34)가 복수 개 설치되어 있다. 이들 가스 도입 구(34, 81)는 기단(상단) 측이 가스 유로(82)에 연통하고, 선단(하단 측)이 챔버(3)의 내부에 개방되어 있다.
프로세스 가스 공급원(19)으로부터 공급되는 프로세스 가스는, 도입 유로(33) 및 환상 가스 유로(32)를 지나 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)의 가스 도입구(31)로부터 챔버(3) 내에 분출된다. 또한, 프로세스 가스는 환상 가스 유로(32)로부터 가스 유로(82)에 유입하고, 빔 형상 스페이서(7)의 빔부(7c)의 가스 도입구(81)와 중앙부(7b)의 가스 도입구(34)로부터도 챔버(3) 내에 분출된다. 본 실시형태의 드라이 에칭 장치(1)에서는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a), 중앙부(7b), 및 빔부(7c)의 모두로부터 프로세스 가스를 분출시키기 때문에, 더욱 간단하게 기판(2) 주변을 포함하는 기판(2) 위의 전체 영역에서의 가스 유량을 균일화할 수 있다.
빔부(7c)를 따라 균일하게 배치된 가스 도입구로부터 가스를 분출시키는 경우, 기판(2)의 위쪽에 있어서의 단위 면적당 가스 도입구의 개수는, 기판(2)의 중앙보다도 기판(2)의 주변에서 적어진다. 그 때문에. 기판(2) 주변은 기판(2) 위의 다른 영역과 비교하여 프로세스 가스의 가스 유량이 부족하기 쉬운 경향이 있다. 이에 반해, 본 실시형태에서는, 도 23 및 도 24에 있어서 1점 쇄선(83)으로 나타내는 기판(2) 주변에 대응하는 영역 부근에 있어서, 빔부(7c)에 설치한 단위 면적당 가스 도입구(81)의 개수를 다른 영역보다도 많이 설정하고 있다. 이로써, 기판(2)의 주변에 있어서의 필요한 프로세스 가스의 가스 유량이 확보되고 있다.
제6실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다. 또한, 가 스 도입구(31, 34, 81)를 제5실시형태에서 설명한 것처럼 교환 가능한 도입구 칩에 설치해도 좋다.
(제7실시형태)
도 25에 나타내는 본 발명의 제7실시형태에서는, 빔 형상 스페이서(7)는 중앙부(7b)와 빔부(7c)의 가스 도입구(34, 81)를 구비하지만, 외주부(7a)의 가스 도입구(31)(예를 들면, 도 1 참조)는 구비하고 있지 않다.
프로세스 조건, 기판(2) 치수 등의 조건에 따라서는, 본 실시형태와 같이 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)와 빔부(7c)로부터만 챔버(3) 내에 프로세스 가스를 분출하여 기판(2) 위의 가스 유량의 균일화를 도모할 수도 있다. 제7실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다. 또한, 가스 도입구(34, 81)를 제5실시형태에서 설명한 것처럼 교환 가능한 도입구 칩에 설치해도 좋다.
(제8실시형태)
도 26에 나타내는 본 발명의 제8실시형태에서는, 빔 형상 스페이서(7)는 외주부(7a)의 가스 도입구(31)를 구비하지만, 중앙부(7b)의 가스 도입구(34)(예를 들면, 도 1 참조)와 빔부(7c)의 가스 도입구(81)(예를 들면, 도 22 참조)는 구비하고 있지 않다.
프로세스 조건, 기판(2) 치수 등의 조건에 따라서는, 본 실시형태와 같이 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)로부터만 챔버(3) 내에 프로세스 가스를 분출하여 기판(2) 위의 가스 유량의 균일화를 도모할 수도 있다. 제8실시형태의 그 외 구성 및 작용은 제1실시형태와 마찬가지이다. 또한, 가스 도입구(31)를 제5실시형태에서 설명한 것처럼 교환 가능한 도입구 칩에 설치해도 좋다.
제1로부터 제8실시형태에 관하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 빔 형상 스페이서(7)에 설치된 3종류의 가스 도입구, 즉 외주부(7a)의 가스 도입구(31), 중앙부(7b)의 가스 도입구(34), 및 빔부(7c)의 가스 도입구(81)마다 프로세스 가스 공급원(19)를 달리해도 좋다.
(제9실시형태)
도 27 및 도 28에 나타내는 본 발명의 제9실시형태의 드라이 에칭 장치(1)는, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 제1실시형태의 드라이 에칭 장치(1)(도 1로부터 도 11)와 동일한 구조 및 기능을 갖는다. 따라서, 도 27 및 도 28에 있어서 제1실시형태와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 도 3, 도 4A, 도 6으로부터 도 8을 아울러 참조한다.
도 27에 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)의 외측 측벽으로부터 1개의 빔부(7c)의 내부를 지나 중앙부(7b)까지 도달하는 가스 유로(38)와, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 설치된 환상 가스 유로(32)는 연통하고 있지 않다. 따라서, 가스 유로(38)를 흐르는 가스(후술하는 에칭 가스)와 환상 가스 유로(32)를 흐르는 가스(후술하는 캐리어 가스)는 혼합되지 않는다.
환상 가스 유로(32)는, 도입 유로(33)를 통해서 캐리어 가스 공급원(20)에 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 공급되는 캐리어 가스는, 도입 유로(33) 및 환상 가스 유로(32)를 지나 가스 도입구(제1가스 도입구)(31)로부터 챔버(3) 내에 분출된다. 전술한 바와 같이, 제1가스 도입구(31)는 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 형성되고, 또한 비스듬히 하향으로 가스를 분출하므로, 가스 도입구(31)로부터 분출된 캐리어 가스는, 진공 속을 확산하면서, 기판 서셉터(14) 위에 유지된 기판(2)의 외주 부분으로부터 중앙 부분을 향한다.
한편, 가스 유로(38)는, 일단(외주부(7a) 측의 단부)이 에칭 가스 공급원(19')에 접속되고, 타단이 입구 가스 유로(37)와 연통하고 있다. 에칭 가스 공급원(19')으로부터 공급되는 에칭 가스는, 가스 유로(38), 입구 가스 유로(37), 및 가스 분배실(41)을 거쳐 도입구 플레이트(36)의 가스 도입구(제2가스 도입구)(34)로부터 챔버(3) 내에 분사된다. 가스 도입구(34)는 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 부착한 도입구 플레이트(36)에 설치되고, 또한 하향으로 에칭 가스를 분출하므로, 가스 도입구(34)로부터 분출된 에칭 가스는, 진공 속을 확산하면서, 기판 서셉터(14) 위에 유지된 기판(2)의 중앙 부분을 향한다.
고주파 전원(13)으로부터 ICP 코일(9)에 고주파 전력이 투입되면, 도 27에 있어서 부호 40으로 모식적으로 나타내는 바와 같이, 빔 형상 스페이서(7)의 창 부분(26)에 강자장(강한 교번 전계)이 형성된다. 캐리어 가스는 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 형성된 가스 도입구(31)로부터 비스듬히 하향으로 분출되므로, 이 강자장(40)을 통과한다. 그 결과, 캐리어 가스는 충분히 해리 혹은 이온화된다. 캐리어 가스의 해리와 이온화에 의해 챔버(3) 내에 플라즈마가 발생하여, 유지된다. 이에 반해 에칭 가스는, 빔 형상 스페이서(7)의 중앙부(7b)에 형성된 제2가스 도입구(34)로부터 기판(2)의 중앙 부분을 향해서 하향으로 분출되므로, 창 부분(26)에 형성된 강자장(40)을 통과하지 않는다. 그 때문에, 에칭 가스가 과잉으로 해리나 이온화되는 일이 없다. 플라즈마 속의 해리에 의해 생기는 라디칼은 가스 흐름을 따라 기판(2)까지 확산하는데 반해, 이온은 고주파 전원(16)으로부터 기판 서셉터(14)에 인가되어 생성되는 부(負)의 바이어스 전압에 의해 가속되어서 기판(2)에 충돌한다. 그리고, 라디칼과 이온의 작용에 의해, 기판(2)의 표면이 에칭된다. 즉, 본 실시형태에서는, 캐리어 가스는 충분히 해리 및 이온화시키면서, 에칭 가스에 대해서는 과잉된 해리 및 이온화를 억제할 수 있으므로, 에칭 레이트, 선택비, 에칭 형상 등의 제어성이 한층 향상되어, 양호한 에칭 처리를 실현할 수 있다. 바꿔 말하면, 가스의 종류에 따라서, 즉, 에칭 가스와 캐리어 가스의 각각에 대하여, 라디칼과 이온의 비를 개별적으로 제어하고, 그것에 의해 양호한 에칭 처리를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 드라이 에칭 장치(1)는, 제1 및 제2가스 도입구(31, 34)가 모두 빔 형상 스페이서(7)에 설치되어 있는 점, 유전체판(8)에는 가스 도입구나 가스 유로를 설치할 필요가 없는 점에서 비교적 구조가 간단하다.
(제10실시형태)
기판(2)의 에칭 처리 시의 마스크 개구율이나 에칭 형상의 애스펙트비(aspect ratio)에 따라서는, 에칭 레이트가 기판(2)의 일부에서 국소적으로 저하하는 경우가 있다. 상세하게는, 마스크 개구율이 큰(예를 들면 10% 이상) 경우, 높은 애스펙트비(예를 들면 5 이상) 등인 경우, 에칭 반응 시에 많은 반응 생성물이 발생한다. 그리고, 반응 생성물을 포함한 가스가 기판(2)의 중앙에 체류하기 쉽고, 반응 생성물이 기판(2)의 패턴에 재부착하는 경향이 있다. 이 반응 생성물의 재부착이 에칭 레이트의 국소적 저하를 불러 일으켜, 면 내에서의 불균일한 처리가 발생하는 일이 있다. 이 경우, 에칭 처리의 면 내 균일화를, 전술한 에칭 가스의 과잉된 해리나 이온화의 방지보다도 중시할 필요가 있다. 제10실시형태는 이러한 관점으로부터 구성한 드라이 에칭 장치(1)이다.
도 29에 나타내는 본 발명의 제10실시형태에 의한 드라이 에칭 장치(1)에서는, 제9실시형태와는 역으로 도입 유로(33)에 에칭 가스 공급원(19')이 접속되고, 가스 유로(38)에 캐리어 가스 공급원(20)이 접속되어 있다. 따라서, 에칭 가스 공급원(19')으로부터 공급되는 에칭 가스는, 도입 유로(33) 및 환상 가스 유로(32)를 지나 가스 도입구(제1가스 도입구)(31)로부터 챔버(3) 내에 비스듬히 하향으로 분출되어, 기판 서셉터(14) 위에 유지된 기판(2)의 외주 부분으로부터 중앙 부분을 향한다. 또한, 캐리어 가스 공급원(20)으로부터 공급되는 캐리어 가스는, 가스 유로(38), 입구 가스 유로(37), 및 가스 분배실(41)을 거쳐 도입구 플레이트(36)의 가스 도입구(제2가스 도입구)(34)로부터 챔버(3) 내에 하향으로 분출되어, 기판 서셉터(14) 위에 유지된 기판(2)의 중앙 부분을 향한다.
본 실시형태에서는, 빔 형상 스페이서(7)의 외주부(7a)에 형성된 제1가스 도입구(31)로부터 에칭 가스를 비스듬히 하향으로 분출시켜서, 고밀도의 라디칼 및 이온을 생성시키면서, 제2가스 도입구(34)로부터 캐리어 가스를 분출시킴으로써, 기판(2) 중앙에서의 에칭 가스 및 반응 생성물의 배기를 촉진하여 유량 분포를 균일화할 수 있다. 그 결과, 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 에칭 특성에 기여하는 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 일 없이 기판(2) 전체에서 에칭 레이트 등에 불균일이 없는 균일한 에칭 처리를 시행할 수 있다. 또한, 여기서 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 일이 없다고 하는 것은, 에칭 특성에 악영향이 없을 정도로 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 것도 배제하는 의미가 아닌 것은 말할 필요도 없다.
상술한 제9 및 제10실시형태에서는, 제1 및 제2가스 도입구(31, 34) 중 어느 한쪽으로부터 에칭 가스를 분출시키고, 다른 쪽으로부터 캐리어 가스를 분출시키고 있다. 그러나, 제1 및 제2가스 도입구(31, 34)의 양쪽으로부터 에칭 가스 공급원(19')에 의해 에칭 가스를 분출시켜도 좋다. 또한, 에칭 가스가 제1 및 제2가스 도입구(31, 34)의 어느 한쪽으로부터 분출되고 있는지, 양쪽으로부터 분출되고 있는지에 상관없이, 제1 및 제2가스 도입구(31, 34) 중 한쪽 또는 양쪽으로부터 캐리어 가스 공급원(20)에 의해 캐리어 가스를 분출시켜도 좋다.
전술한 바와 같이 마스크 개구율이 큰(예를 들면, 10% 이상) 경우, 높은 애스펙트비(예를 들면, 5 이상) 등인 경우, 에칭 반응 시에 생성되는 반응 생성물을 포함한 가스가 기판(2) 중앙에 체류하여, 반응 생성물이 기판(2) 중앙의 패턴에 재부착하는 경향이 있다. 이것에 의해 기판(2) 중앙에서 에칭 레이트가 국소적으로 저하한다. 또한, 마스크 개구율이 더욱 큰 경우(예를 들면, 30%), 더욱 다량의 반응 생성물이 생성되어서 기판(2) 주변부의 패턴 내에 재부착하는 경향이 있다. 이것에 의해 기판(2)의 주변부에서 에칭 레이트가 국소적으로 저하한다.
그러나, 제1 및 제2가스 도입구(31, 34)의 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 적절한 유량으로 캐리어 가스를 분출시킴으로써, 기판(2) 위에서의 가스 체류를 개선 할 수 있다. 이것에 의해 에칭 레이트의 국소적 저하가 해소되고, 기판(2)에 대한 에칭 처리가 균일화된다. 이 경우, 에칭 레이트, 에칭 형상 등의 에칭 특성에 기여하는 에칭 가스의 유량을 증가 또는 저감할 필요가 없다. 바꿔 말하면, 제1 및 제2가스 도입구(31, 34)의 적어도 한쪽으로부터 적절한 유량으로 캐리어 가스를 분출함으로써, 에칭 특성에 크게 기여하는 프로세스 가스의 유량을 변경하는 일 없이, 기판(2)에 대한 에칭 처리를 균일화할 수 있다. 여기서 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 일이 없다라고 하는 것은, 에칭 특성에 악영향이 없을 정도로 프로세스 가스의 유량을 증가 또는 저감하는 것도 배제하는 의미가 아닌 것은 말할 필요도 없다.
ICP형의 드라이 에칭 처리 장치를 예로 본 발명을 설명하였는데, 플라즈마 CVD 장치 등의 다른 플라즈마 처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명은, 첨부 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태에 관련하여 충분히 기재되어 있지만, 이 기술이 숙련된 사람들에게 있어서는 여러 가지 변형이나 수정은 명백하다. 그러한 변형이나 수정은, 첨부한 청구범위에 의한 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그 중에 포함된다고 이해되어야 한다.
2005년 11월 2일에 출원된 일본국 특허출원 2005-319575호, 2005년 11월 15일에 출원된 일본국 특허출원 2005-329756호, 및 2006년 10월 6일에 출원된 일본국 특허출원 2006-275409호의 명세서, 도면, 및 특허청구 범위의 개시 내용은, 전체적으로 참조되어서 본 명세서 중에 포함되어 있다.

Claims (20)

  1. 내부에 기판이 배치되는 진공 용기와,
    상기 기판과 대향하는 상기 진공 용기의 상부 개구에 배치되어, 상기 진공 용기에 의해서 하면(下面)이 지지되는 환상(環狀)의 외주부(外周部)와, 평면으로 볼 때 상기 외주부에 의해 둘러싸인 영역의 중앙에 위치하는 중앙부와, 상기 중앙부로부터 상기 외주부까지 방사상(放射狀)으로 뻗은 복수의 빔부(beam部)를 구비하고, 상기 외주부, 상기 중앙부, 및 상기 빔부로 둘러싸인 영역이 창(窓) 부분을 구성하는 빔 형상 구조물(beam-shaped structure)과,
    상기 빔 형상 구조물의 상면(上面)에 하면이 지지되는 유전체판(誘電體板)과,
    상기 유전체판의 상면 측에 배치되어, 고주파 전력이 투입되는 플라즈마 발생을 위한 코일과,
    상기 빔 형상 구조물의 상기 상면과 상기 유전체판의 상기 하면과의 사이에 개재(介在)하는 탄성 부재와,
    상기 빔 형상 구조물의 상기 외주부의 내면에 배치된 비스듬히 하향(下向)인 외주부 가스 도입구를 구비하고,
    상기 빔 형상 구조물에 형성된 냉매(冷媒) 유로와, 상기 냉매 유로 중에 온도가 조절된 냉매를 순환시키는 냉매 순환 장치를 구비하고, 상기 빔 형상 구조물 및 유전체판을 냉각하는 냉각 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 부재는, 상기 빔 형상 구조물의 상기 상면에 형성된 홈에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 빔 형상 구조물의 방사상으로 뻗은 복수의 상기 빔부는, 평면으로 볼 때 상기 코일을 구성하는 도전체와 직교하는 방향으로 뻗은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 유전체판은 원판(圓板) 형상이고, 또한
    상기 빔 형상 구조물은, 원환(圓環) 형상의 상기 외주부와, 일정한 폭을 갖는 직사각형 형상의 상기 빔부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 그 일부가 상기 빔 형상 구조물에 형성되고, 프로세스 가스 공급원으로부터의 프로세스 가스를 상기 외주부 가스 도입구에 공급하여 상기 진공 용기 내에 분출시키는 가스 공급로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 공급로는, 상기 빔 형상 구조물의 상기 외주부에 형성되어, 내주벽 측이 상기 외주부 가스 도입구와 연통하고, 또한 외주벽 측이 상기 프로세스 가스 공급원 측과 연통하는 환상 가스 유로를 포함하고,
    상기 환상 가스 유로 내에 설치되어, 상기 환상 가스 유로 내를 상기 내주벽 측의 토출(吐出) 공간과, 상기 외주벽 측의 공급 공간으로 나누고, 또한 상기 토출 공간과 상기 공급 공간을 연통시키는 복수의 연통 구멍이 간격을 두고 형성되어 있는 칸막이벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 빔 형상 구조물의 상기 외주부에 교환 가능하게 부착되고, 상기 외주부 가스 도입구가 형성된 외주 측 도입구 부재를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 빔 형상 구조물의 상기 중앙부는, 상기 기판의 중앙 부분의 위쪽에 위치하고,
    상기 빔 형상 구조물의 상기 중앙부에 배치되어, 상기 가스 유로를 통해서 상기 프로세스 가스 공급원으로부터 공급되는 상기 프로세스 가스를 상기 기판의 상기 중앙 부분을 향해서 하향으로 분출하는 중앙부 가스 도입구를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 빔 형상 구조물의 상기 중앙부의 하면에 교환 가능하 게 부착되고, 상기 중앙부 가스 도입구가 형성된 중앙부 도입구 부재를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 빔 형상 구조물의 상기 빔부의 하면에 배치되어, 상기 가스 유로를 통해서 상기 프로세스 가스 공급원으로부터 공급되는 상기 프로세스 가스를 상기 기판을 향해서 하향으로 분사하는 빔부 가스 도입구를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서, 상기 빔 형상 구조물의 상기 중앙부에 형성되어, 기판의 중앙 부분을 향해서 하향으로 가스를 분출하는 중앙부 가스 도입구와,
    상기 외주부 가스 도입구와 상기 중앙부 가스 도입구 중의 적어도 어느 한쪽으로부터 캐리어 가스를 분출 가능한 캐리어 가스 공급원과,
    상기 외주부 가스 도입구와 상기 중앙부 가스 도입구 중의 적어도 어느 한쪽으로부터 프로세스 가스를 분출 가능한 프로세스 가스 공급원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 외주부 가스 도입구로부터 상기 캐리어 가스 공급원이 상기 캐리어 가스를 분출시키고,
    상기 중앙부 가스 도입구로부터 상기 프로세스 가스 공급원이 상기 프로세스 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 외주부 가스 도입구로부터 상기 프로세스 가스 공급원이 상기 프로세스 가스를 분출시키고,
    상기 중앙부 가스 도입구로부터 상기 캐리어 가스 공급원이 상기 캐리어 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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