KR101287898B1 - 플라즈마 처리 장치 및 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

방전 용기에 발생하는 플라즈마로부터의 데미지를 저감하여, 방전 용기의 교환 주기를 장기화한다. 처리 공간을 구획하는 처리실(2)과, 일단(一端)이 처리실(2)의 내부를 향하여 개구(開口)되고, 타단(他端)이 폐쇄된 방전 용기(3)와, 방전 용기(3)의 주위에 배치되어, 유도 전장(電場)을 발생시켜 감압 하의 방전 용기(3)의 내부에 플라즈마를 생성하는 안테나(4)와, 방전 용기(3)의 주위에 배치되어, 방전 용기(3)의 내부에 발산 자장(磁場)을 형성하는 전자석(9)을 구비하는 플라즈마 처리 장치(1)로서, 방전 용기(3)의 폐쇄 단부(端部)에 처리실측을 향하여 돌출한 돌출부(15)가 형성되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 디바이스의 제조 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은, 플라즈마 처리 장치 및 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 각종 전자 부품, 반도체 집적 회로 소자, 각종 센서, 각종 마이크로 머신 소자 등의 디바이스를 구성하는 미세 구조를 제작하기 위해 호적(好適)한 플라즈마 처리 장치 및 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치의 일례로서, 유자장(有磁場) 유도 결합형의 드라이 에칭 장치를 들 수 있다. 이 종류의 에칭 장치는, 방전 용기 내에 유도 결합형 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마를 이용하여, 처리실 내에 배치한 기판의 표면을 드라이 에칭하는 장치이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
방전 용기는 유전체로 형성되고, 그 주위에는 코일 형상의 안테나가 감겨 있으며, 이 안테나는 감압 하의 방전 용기 내에서 유도 전장(電場)을 발생시킨다. 안테나에는 고주파 전원으로부터 전력이 공급된다. 또한, 안테나의 외주(外周)에는, 방전 용기와 동심원 형상으로 링 형상의 전자석이 배치되어 있다. 이 전자석으로부터 생성된 발산 자장에 의해, 방전 용기 내에서 생성된 플라즈마가 처리실 내에 확산된다.
이와 같은 전자석을 구비하는 유자장 유도 결합형의 드라이 에칭 장치는, 효율적으로 플라즈마를 처리실 내에 확산시킬 수 있어, 에너지 효율이 좋고, 또한 매우 유용한 가공 특성을 얻을 수 있다.
일본국 특개2000-133498호 공보
그러나, 상기의 구성의 드라이 에칭 장치에서는, 방전 용기에 처리실과 반대측에 폐쇄 단부(端部)가 존재하고, 이 폐쇄 단부에 플라즈마로부터의 데미지가 가해진다는 문제가 있었다. 특히, 방전 용기의 중심 축부에 전자석에 의해 형성된 발산 자장의 자력선이 집중하여 국소적으로 데미지가 발생하기 쉬워, 재질이 변질되거나, 심할 경우에는 구멍이 나서 대기가 혼입한다는 문제가 발생한다. 여기에서 데미지란, 플라즈마로부터의 고에너지 하전(荷電) 입자의 입사(入射) 데미지나, 그 입사에 의한 발열과 그 열 데미지 등이다.
방전 용기를 구성하는 유전체로서, 고주파 손실이 적어 가공 특성이 우수한 석영 유리를 이용하고 있었지만, 상기 폐쇄 단부에는, 유리의 결정화(結晶化)(종종 실투(失透)라 불리고 있음)나 구멍의 개구(開口)가 발생하기 쉽다. 그 때문에, 고가인 방전 용기의 교환 주기가 짧아진다는 문제가 있었다.
따라서, 드라이 에칭 장치를 안정 가동시키기 위해서는, 상기 데미지 부분의 개선이 필수 과제로 되어 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여, 방전 용기에 발생하는 플라즈마로부터의 데미지를 저감할 수 있어, 방전 용기의 교환 주기를 장기화할 수 있는 플라즈마 처리 장치, 및 이를 사용한 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 문제에 대하여, 전자석의 축방향 중심으로부터 방전 용기를 소정 거리 이상 떼어 놓는 것을 생각할 수 있지만, 이 경우, 특히 전자석의 중심축으로부터 지름 방향으로 떨어진 영역에서 필요한 자장 강도를 확보할 수 없기 때문에, 충분히 플라즈마를 확산할 수 없다. 또한, 경우에 따라서는, 확산되지 않은 하전 입자에 의해 내벽의 에칭이 조장(助長)된다. 이에 대하여 본 발명과 같이, 돌출부를 설치하고, 방전 용기의 내벽을 플라즈마에 의한 하전 입자의 포커스 위치로부터 옮김으로써, 확산 효율을 낮추지 않고 방전 용기의 내구성을 높일 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명의 구성은 이하와 같다.
즉, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 공간을 구획하는 처리실과, 일단(一端)이 상기 처리실의 내부를 향하여 개구되고, 타단(他端)이 폐쇄된 통체(筒體)로 이루어지는 방전 용기와, 상기 방전 용기의 주위에 배치되어, 유도 전장(前場)을 발생시켜 감압 하의 상기 방전 용기의 내부에 플라즈마를 생성하는 안테나와, 상기 방전 용기의 주위에 배치되어, 상기 방전 용기의 내부에 발산 자장을 형성하는 자석을 구비하고, 상기 방전 용기의 폐쇄 단부는, 상기 처리실측을 향하여 돌출한 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치이다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 공간을 구획하는 처리실과, 일단이 상기 처리실의 내부를 향하여 개구되고, 타단이 폐쇄된 통체로 이루어지는 방전 용기와, 상기 방전 용기의 주위에 배치되어, 유도 전장을 발생시켜 감압 하의 상기 방전 용기의 내부에 플라즈마를 생성하는 안테나와, 상기 방전 용기의 주위에 배치되는 코일을 갖는 자석과, 상기 방전 용기 내로서, 적어도 상기 자석의 축방향 중심에 배치되어, 상기 자석의 축방향 중심으로부터 상기 처리실과 반대측으로의 플라즈마의 확산을 차단하는 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치이다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스의 제조 방법은, 방전 용기의 내부에서 플라즈마를 생성하고, 자석의 발산 자장에 의해 처리실의 내부에 플라즈마를 발산시켜 처리 대상을 처리하여 디바이스를 제조하는 방법으로서, 플라즈마 처리시에, 상기 처리실측을 향하여 돌출한 돌출부를 폐쇄 단부에 구비한 상기 방전 용기를 배치하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 방전 용기의 폐쇄 단부가, 처리실측을 향하여 돌출한 돌출부를 가지므로, 방전 용기의 플라즈마로부터의 데미지를 저감할 수 있어, 방전 용기의 교환 주기를 장기화할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 드라이 에칭 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 방전 용기의 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 전자석의 구성을 설명하기 위한 개략 부분 단면도.
도 4는 전자석과 돌출부의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 5는 방전 용기를 부분적으로 분해하여 나타내는 단면도.
도 6은 전자석과 돌출부의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 7은 제2 실시형태의 드라이 에칭 장치를 모식적으로 나타내는 개략도.
도 8은 돌출부의 온도와 에칭 잔사량(殘渣量)과의 관계를 나타내는 설명도.
도 9는 제2 실시형태의 드라이 에칭 장치를 이용하여, 각 냉각 효율로 드라이 에칭 처리를 행한 경우의 방전 용기의 온도 추이를 나타내는 설명도.
도 10은 드라이 에칭 공정을 반복하여 행한 경우의 방전 용기의 온도 추이를 나타내는 설명도.
도 11은 제3 실시형태의 드라이 에칭 장치를 모식적으로 나타내는 개략도.
도 12는 각 기판 처리에 맞춰 방전 중에만 냉각을 행한 경우와, 방전하고 있지 않을 때를 포함하여 계속해서 냉각한 경우의 방전 용기의 온도 추이를 나타내는 설명도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것이 아니다.
〔제1 실시형태〕
본 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치로서 유자장 고주파 유도 결합형의 드라이 에칭 장치를 예시한다.
도 1은 본 실시형태의 드라이 에칭 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 드라이 에칭 장치(1)는, 처리 공간을 구획하는 처리실(2)을 구비하고 있으며, 그 상부벽의 중앙부에는, 방전 용기(3)가 배설(配設)되어 있다.
방전 용기(3)는, 일단이 개구되고, 타단이 폐쇄된 용기로서, 개구 단부를 하단, 폐쇄 단부를 상단으로 하여, 개구측을 처리실(2) 내를 향하게 하여 배설되어 있다. 즉, 방전 용기(3)의 내부와 처리실(2)의 내부는 연통(連通)해 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 처리실은 배기계에 접속되어, 배기하면서의 처리가 가능하게 되어 있다.
본 실시형태에 있어서의 방전 용기(3)의 상세한 구성에 대해서, 도 2 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 실시형태의 방전 용기(3)의 단면도, 도 5는 구조 및 제작 방법을 설명하기 위해 방전 용기(3)를 부분적으로 분해하여 나타내는 단면도이다.
본 실시형태의 방전 용기(3)는 원통 형상의 통체이며, 폐쇄 단부는 처리실(2)측을 향하여 돌출한 돌출부(15)(방전 용기(3) 내로서, 적어도 자석(9)의 축방향 중심에 배치되어, 자석(9)의 축방향 중심으로부터 처리실(2)과 반대측으로의 플라즈마의 확산을 차단하는 부재)를 갖는다. 여기에서는, 돌출부(15)는 방전 용기(3)의 중심축(A1)과의 교점(C)에서 가장 돌출하는 만곡면(灣曲面)으로서, 방전 용기(3)의 폐쇄 단부의 두께를 증대시키도록 형성되어 있다. 형성 재료로서는, 석영 유리나 세라믹스, 사파이어 등의 유전체를 이용할 수 있고, 특히 석영 유리를 이용하면, 고주파 손실이 적어 가공 특성이 우수하므로 바람직하다. 또한, 개구 단부는 플랜지(16)를 형성하고 있어, 이에 따라 처리실(2)에 부착 가능하게 되어 있다. 방전 용기(3)는, 예를 들면 플랜지(16), 원통 형상의 본체(17) 및 돌출부(15)를 각각 형성한 후, 접합하여 일체로 성형된다.
또한, 본 실시형태에서는 방전 용기(3)의 폐쇄 단부가 돌출부(15)를 겸하고 있기 때문에, 이 돌출부(15)는 방전 용기(3)와 동(同)재료에 의해 형성되어 있지만, 다른 재료의 유전체에 의해 형성해도 된다. 또한, 돌출부(15)는 만곡면에 한하지 않고, 원추 형상이나 계단 형상으로 돌출해 있어도 된다.
방전 용기(3)의 주위에는 코일 형상의 안테나(4)가 배치되어 있으며, 이 안테나(4)는, 예를 들면 매칭 회로(6)를 통해 고주파 전원 등의 전원(7)에 접속되어 있다. 안테나(4)는 전원(7)으로부터의 전력 공급에 의해 방전 용기(3) 내에 유도 전장을 발생시켜, 감압 하의 처리실(2) 및 방전 용기(3) 내에 방전용 가스를 도입함으로써 방전 용기(3) 내에 플라즈마를 생성한다. 또한, 본 실시형태에서는 전원(7)의 일단은 안테나(4)에 접속되고, 타단은 접지되어 있다. 고주파 전원의 경우에는, 예를 들면 13.56MHz 또는 27.12MHz의 고주파를 사용한다.
또한, 안테나(4)의 외주에는, 자장 설정 수단으로서, 링 형상 또는 나선 형상의 전자석(9)이 설치되어, 그 중심축(A2)이 방전 용기(3)의 중심축(A1)과 동축(同軸)에 배치되어 있다. 전자석(9)은, 축방향을 따라 교번 자계(交番磁界)를 형성하는 것이며, 처리실(2)측을 향하여 발산한 발산 자장(M)에 의해 방전 용기(3)의 내부에 생성된 플라즈마(P)를 처리실(2) 내에 확산시킨다. 본 실시형태에서는 단일의 전자석을 이용하고 있지만, 예를 들면, 2개 이상의 전자석을 동심원 형상으로 배치해도 상관 없다. 이 경우, 적어도 1개의 전자석에 대하여 본원 발명의 관계를 충족시키고 있으면 되며, 예를 들면 전자석의 강도에 차이를 낼 경우에는 강한 자계를 형성하는 쪽의 전자석에 대하여 본원 발명의 관계를 충족시키고 있는 것이 바람직하다.
처리실(2) 내의 하부에는 처리 대상으로서의 기판(10)을 유지하는 기판 홀더(11)가 구비되어 있으며, 기판 홀더(11)는 기판(10)의 피(被)처리면(10a)을 방전 용기(3)를 향하여 유지 가능하다. 이 기판 홀더(11)에는, 매칭 회로(12)를 통해 바이어스 전원(13)이 접속되어 있어, 기판(10)에 인가하는 전압을 제어함으로써 기판(10)에의 입사 이온 에너지를 제어 가능하다.
또한, 처리실(2)에는 가스 유입 수단(도시 생략)에 연통하는 가스 도입구(14)가 설치되어 있으며, 이 가스 도입구(14)로부터 처리실(2) 내에 에칭에 사용하는 처리 가스나 플라즈마 생성에 필요한 방전용 가스를 도입 가능하다.
방전용 가스나 처리 가스의 종류는 특별히 한정되지 않고, 방전용 가스로서는, 예를 들면 Ar, Kr, N2 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 또한, 처리 가스로서는, 예를 들면 Cl2, BCl, CHF3 등의 할로겐 또는 할로겐화물 가스나, SO2 등의 황화물 가스, N2나 O2 등을 에칭 처리 대상의 종류에 따라 단독 또는 조합하여 사용 가능하다. 처리 가스의 종류에 따라서는, 방전용 가스를 이용하지 않고, 처리 가스를 방전용이나 에칭용으로 이용해도 된다. 또한, 특히 SO2와 O2를 함유하는 혼합 가스 등은, 300℃를 초과하는 고온 조건 하에서 에칭 잔사를 발생하기 쉽다. 따라서, 후술하는 제2 및 제3 실시형태와 같이 냉각 기구(21)에 의해 방전 용기(3)를 300℃ 이하로 냉각하면서 드라이 에칭 처리를 행하는 경우에 호적하다(후술하는 도 7 및 도 11 참조).
다음으로, 본 발명의 특징 부분인 방전 용기(3)의 돌출부(15)와, 전자석(9)의 위치 관계에 대해서 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이 전자석(9)의 축방향 중심 및 지름 방향 중심이 되는 중심점(D)(도 3 참조)과, 돌출부(15)의 돌출단, 즉 돌출부(15)의 전자석(9)의 중심축(A2)과의 교점(본 실시형태에서는 교점(C)과 일치) 사이의 거리(L)가 20㎜ 이상이 되도록, 돌출부(15)의 돌출량 및 전자석(9)의 배치를 설정하는 것이 바람직하다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성시, 하전 입자는 발산 자장(M)의 자력선에 감아붙이는 것 같이 운동하기 때문에(도면 중, 부호 E로 나타냄), 자력선이 집중하는 전자석(9)의 중심점(D) 근방에는 하전 입자가 집중하기 쉽다. 돌출부(15)에 의해, 방전 용기(3)의 내벽을 이 에칭되기 쉬운 포커스 위치로부터 옮겨 설치함으로써 에칭되는 것을 억제할 수 있다.
돌출부(15)를 설치해도 거리(L)가 20㎜ 미만이면, 에칭을 충분히 피할 수는 없을 가능성이 있다. 또한, 방전 용기(3)와 전자석(9)을 지나치게 떨어지게 하여 이 거리(L)가 너무 커지면, 방전 용기(3) 내에서, 특히 지름 방향 외측의 부분에서 충분한 발산 자장(M)을 확보할 수 없어, 확산 효율이 저하할 가능성이 있다. 마찬가지로, 돌출부(15)의 돌출량이 큰 경우에도, 자장의 크기가 지름 방향으로 크게 변화해 버려 확산 효율이 저하할 가능성이 있다. 따라서, 거리(L)는 60㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 방전 용기(3) 내벽의 폐쇄 단면(端面)과 전자석(9)의 축방향 중심과의 축방향 거리에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 전자석(9)의 축방향 중심의 근방인 것이 바람직하고, 지름 방향 외측에서 충분한 자장의 강도를 얻는 것을 고려하면, 0㎜∼10㎜ 정도의 범위에 있는 것이 바람직하다. 돌출부의 돌출량에 대해서는, 방전 용기의 내구성, 방전 용기 내의 용적을 고려하면, 방전 용기 바닥부로부터 돌출부 선단까지의 거리가 27㎜∼47㎜인 것이 바람직하다. 돌출량이 지나치게 적으면 내구성에 결점이 있고, 지나치게 길면 방전 용기의 용적이 작아져 플라즈마가 발생하기 힘들어진다.
또한, 도 4의 예에서는 방전 용기(3) 내벽의 폐쇄 단면과 돌출부(15)를, 전자석(9)의 축방향 중심보다 처리실(2)측에 배치하고 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이 전자석(9)의 축방향 중심보다 대기측에 폐쇄 단면을 배치시킨 상태에서, 돌출부(15)의 돌출량을 크게 함으로써 거리(L)가 20㎜ 이상이 되도록 해도 된다.
또한, 전자석(9)과 방전 용기(3)가 동심 배치되지 않을 경우에도, 돌출부(15)는 전자석(9)의 중심축(A2)을 따라 처리실(2)측에 돌출하고, 전자석(9)의 축방향 중심과 돌출부(15)의 전자석(9)의 중심축(A2)과의 교점과의 거리가 20㎜ 이상이 되어 있으면 된다. 또한, 전자석(9)의 중심축(A2)과의 교점에서 가장 돌출해 있을 필요는 없고, 다른 부분에서 더 돌출해 있어도 되며, 돌출부(15)의 형상은 임의로 설정된다.
다음으로, 드라이 에칭 장치(1)의 작용 효과와 함께, 이를 이용하여 실시하는 디바이스의 제조 방법을 설명한다.
도 1의 드라이 에칭 장치(1)를 이용하여 기판(10)의 피처리면(10a)을 드라이 에칭한다. 또한, 본 실시형태에서는, 예를 들면 디바이스 기판(10)의 피처리면(10a)에 형성된 유기물을 주성분으로 하는 레지스트막이 처리 대상이 된다.
우선, 처리실(2) 내에서의 플라즈마 처리시에, 상기 폐쇄 단부에 처리실측을 향하여 돌출한 돌출부(15)를 구비한 방전 용기(3)를 배치한다.
드라이 에칭할 때에는, 처리실(2)을 감압함과 동시에 방전용 가스를 도입하여, 안테나(4)에 전력 공급함으로써, 감압 하의 방전 용기(3) 내에 플라즈마를 생성한다. 그리고, 전자석(9)에 의해 발산 자장을 형성하고, 처리실(2) 내에 플라즈마를 확산시켜, 처리실(2) 내에 도입한 처리 가스와 반응시킨다. 또한, 도 1 중의 G는 처리 가스의 흐름의 방향이다.
처리 가스는, 처리실(2) 내에서 플라즈마(P)에 의해 화학 반응을 발생하고, 기판(10)의 피처리면(10a)을 에칭한다. 이때, 필요에 따라 바이어스 전원(13)으로부터 기판 홀더(11)의 내부의 전극에 전력을 공급하여, 기판(10)에의 입사 이온 에너지를 조정한다.
예를 들면 기판(10)의 피처리면(10a)에 제작한 SiO2막의 에칭은, 예를 들면 처리 가스로서 CF4 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하면, 불소의 활성종이 생성하여 SiO2와 반응한다. 발생한 반응 생성물(SiF4, O2 등)이 기체로서 배기, 제거됨으로써 에칭이 달성된다. 또한, 실제의 미세 가공은, 미리 소정의 미세한 패턴을 에칭하는 막의 표면에 광노광 및 현상 기술에 의해 마스크로서 형성해 두고, 이 마스크 패턴을 사용하여 목적하는 재료막의 에칭을 실시함으로써 달성한다.
본 실시형태의 드라이 에칭 장치(1)에 의하면, 돌출부(15)에 의해, 링 형상의 전자석(9)에 의한 자력선의 집중 부분을 피하여 방전 용기(3)의 내벽을 배치하고 있으므로, 방전 용기(3)에의 데미지가 저감되어 내구성이 우수하다.
본 발명의 작용 효과를 확인하기 위해, 도 1의 드라이 에칭 장치(1)를 이용하여 내구 시험을 행했다. 구체적으로는, 방전 용기(3)를 석영 유리로 구성하고, 돌출부(15)의 두께를 각종 값으로 설정하여, 돌출부(15)를 형성한 경우와 형성하지 않은 경우의 각각에 대해서 소정의 드라이 에칭 공정을 반복하고, 내구성을 확인했다.
그 결과, 돌출부(15)를 형성한 경우에는, 어느 경우에도 돌출부(15)를 형성하지 않은 경우와 비교하여 내구성 향상의 효과가 확인되었다.
이와 같이, 본 실시형태의 드라이 에칭 장치(1)를 이용하면, 방전 용기(3)의 교환 주기를 크게 개선할 수 있어, 디바이스 제조 분야에 있어서 매우 유익하다.
〔제2 실시형태〕
다음으로, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서는 제1 실시형태와 마찬가지로 플라즈마 처리 장치로서, 유자장 고주파 유도 결합형의 드라이 에칭 장치를 예시하고 있다. 도 7은 제2 실시형태의 플라즈마 처리 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태의 드라이 에칭 장치(20)는 매칭 박스(5)와 냉각 기구(21)를 구비하고 있으며, 이 점에서 제1 실시형태의 드라이 에칭 장치(1)와 다르다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명한다.
냉각 기구(21)는, 돌출부(15)를 10℃ 이상 300℃ 이하로 국소적으로 냉각하는 장치이다. 본 실시형태의 냉각 기구(21)는, 예를 들면 방전 용기(3)의 외측으로부터 방전 용기(3)의 폐쇄 단부를 향하여 냉각 매체가 되는 공기를 보내는 송풍 팬에 의해 형성되어 있으며, 그 송풍량을 조정함으로써 소정의 냉각 효율로 설정한다. 본 실시형태에서는, 냉각 효율은 3.0W／K 이상 100W／K 이하로 설정함으로써 돌출부(15)를 10℃ 이상 300℃ 이하로 냉각한다. 냉각 기구(21)는, 매칭 박스(5) 위에 배치되어 있지만, 이 냉각 기구(21)의 송풍구의 바로 아래에는 개구부(22)가 형성되어, 방전 용기(3)에 바로 송풍하는 것이 가능하다. 또한, 냉각 기구(21)는 송풍 팬에 한정되지 않는다.
이와 같이, 돌출부(15)를 10℃ 이상 300℃ 이하로 냉각함으로써, 에칭 잔사의 발생을 억제할 수 있다. 여기에서, 에칭 잔사의 발생 기구에 대해서 설명한다. 돌출부(15)가 플라즈마(P)로부터의 입열(入熱)에 의해 가열되면, 유전체의 석영 유리나 세라믹스 등의 재료, 또는 퇴적된 디포지션(deposition)이 스퍼터(sputter)되어, 에칭 대상인 기판(10)의 피처리면(10a) 위에 비산(飛散)한다. 비산한 물질이 에칭 대상보다 에칭 속도가 느릴 경우, 즉, 에칭 대상과의 선택비가 클 경우, 비산한 물질이 마이크로 마스크가 된다. 이 마이크로 마스크가 되어 에칭된 부분이 에칭 잔사가 되는 것이다.
도 8은 돌출부의 온도와 에칭 잔사량과의 관계를 나타내는 설명도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이 돌출부의 온도가 300℃(T0)를 초과하면 에칭 잔사가 발생하여, 온도의 상승을 따라서 급격히 증가한다. 이 점에서, 돌출부의 온도를 300℃ 이하로 냉각함으로써 에칭 잔사의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 돌출부(15)의 온도를 10℃ 미만으로 하면 결로(結露) 등의 문제가 있기 때문에, 10℃ 이상으로 냉각하는 것이 바람직하다.
또한, 도 9는 제2 실시형태의 드라이 에칭 장치를 이용하여, 각 냉각 효율로 드라이 에칭 처리를 행한 경우의 방전 용기의 온도 추이를 나타내는 설명도이다. 또한, 방전 용기(3)의 온도는, 돌출부(15)의 온도를 비접촉식 온도계로 측정함으로써 얻었다.
그 결과, 냉각 효율을 3W／K 이상으로 하면, 통상의 드라이 에칭 공정 1회의 상한 처리 시간인 600sec의 방전에서 300℃ 이하로 억제되고, 또한 평형 온도가 300℃ 근방으로 억제됨이 확인되었다.
다음으로, 도 10은 드라이 에칭 공정을 반복하여 행한 경우의 방전 용기의 온도 추이를 나타내는 설명도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 냉각 기구(21)를 갖지 않는 구조의 돌출부(15)의 온도는 300℃를 초과하여 과열되고 있었지만, 냉각 기구(21)에 의해 냉각한 경우(냉각 효율 3W／K)에는, 돌출부(15)를 300℃ 이하로 유지할 수 있다. 따라서, 제2 실시형태에 의하면, 제1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과에 더하여, 돌출부(15)의 온도 상승 또는 에칭 중의 온도 변화를 냉각 기구(21)의 냉각에 의해 억제함으로써, 잔사의 발생을 억제할 수 있다는 유리한 효과를 나타낸다.
또한, 냉각 효율을 지나치게 올리면, 방전 용기(3) 내로의 디포지션의 퇴적을 촉진해 버려, 파티클의 발생 원인이 되거나, 메인터넌스 사이클이 짧아지기 때문에, 냉각 효율은 크더라도 100W／K 이하로 하는 것이 바람직하다.
〔제3 실시형태〕
다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 제3 실시형태에서는, 제1 및 제2 실시형태와 마찬가지로 플라즈마 처리 장치로서, 유자장 고주파 유도 결합형의 드라이 에칭 장치를 예시하고 있다. 도 11은 제3 실시형태의 드라이 에칭 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태의 드라이 에칭 장치(30)는 냉각 기구(21)에 제어 장치(31)를 구비하고 있으며, 이 점에서 제2 실시형태의 드라이 에칭 장치(20)와 다르다. 또한, 제1 및 제2 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명한다.
제어 장치(31)는, 플라즈마 방전의 점멸과 동기(同期)시켜, 냉각 기구(20)를 동작시키는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 처리실(2) 내에 플라즈마 여기(勵起)시의 발광을 검출하는 방전 센서(32)를 구비하고 있으며, 제어 장치(31)는, 방전 센서(32)가 방전을 검출하고 있는 동안에 냉각 기구(21)를 동작시키고, 방전하고 있지 않을 때에는 냉각 기구(21)의 동작을 정지시키도록 제어한다. 방전 센서(32)는 수광(受光) 소자에 의해 형성되고, 도 11에 나타내는 바와 같이, 처리실(2)의 측벽에 형성된 창부(窓部)(33)의 외측에, 처리실(2) 내를 향하게 하여 배치되어 있다. 즉, 방전 센서(32)는 상기 창부(33)를 통해 검출되는 수광량에 의거하여, 방전의 유무를 판정한다.
방전 센서의 검출에 의거하는 간헐 냉각에 한정되지 않고, 예를 들면 미리 프로세스 순서를 따라서 정해진 시퀀스(sequence)로 실행되는 전원(7)으로부터 안테나(4)에의 전력 공급의 온／오프에 맞춰, 제어 장치(31)가 냉각 기구(21)를 간헐 운전시켜도 된다. 또는, 전원(7)과 안테나(4)를 잇는 전송로 위에 방전 검출 회로를 설치하여, 실제로 방전의 개시, 종료를 검출하고, 이에 동기시켜, 제어 장치(31)가 냉각 기구(21)를 간헐 운전시켜도 된다. 또한, 냉각 기구(21)를 간헐 운전시키는 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 제어 장치(31)가 방전하고 있지 않을 때와 방전해 있을 때로 단계적 또는 연속적으로 냉각 효율을 변화시켜 방전 용기(3)를 간헐 냉각해도 된다.
여기에서, 에칭 처리 중에는 플라즈마(P)로부터의 입열에 의해 온도는 상승하고, 에칭 처리를 행하고 있지 않는 동안에는, 주로 돌출부(15)의 대기측 표면으로부터 대기 온도와의 차이에 의해 온도는 저하한다. 이 돌출부(15)의 온도 변화에 의해 퇴적된 디포지션의 막응력이 변화하여 막 벗겨짐을 일으켜, 파티클로서 처리 대상인 기판(10)의 피처리면(10a) 위에 비산한다. 이 파티클도 마이크로 마스크가 되어, 에칭 잔사의 원인이 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 방전과 동기하여 냉각을 행하는 제어 장치(31)를 설치함으로써, 에칭 처리 전후의 온도 변화를 억제할 수 있어, 파티클의 발생이나 에칭 잔사의 발생을 억제할 수 있다.
도 12는 각 기판 처리에 맞춰 방전 중에만 냉각을 행한 경우와, 방전하고 있지 않을 때를 포함하여 계속해서 냉각한 경우의 방전 용기의 온도 추이를 나타내는 설명도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 동기 기능을 갖지 않는 경우에는, 에칭 중의 돌출부(15)의 온도 변화는 116℃ 정도였다. 이에 대하여, 상기 제어 장치(31)에 의해 방전으로 동기시켜 냉각을 행한 경우에는, 돌출부(15)의 온도 변화를 85℃로 작게할 수 있어, 온도 변화에 수반하는 에칭 잔사의 발생을 억제할 수 있었다.
또한, 플라즈마(P)를 발생시키는 고주파의 파워, 에칭의 시간, 에칭 처리의 연속에 따라 돌출부(15)의 상승 온도는 다르다. 이 경우, 돌출부(15)의 온도에 따라, 냉각 기구(21)의 냉각 효율을 변화시킴으로써, 잔사가 발생하지 않는 온도로 제어하는 것이 가능하다.
이와 같이 제3 실시형태는 기본적으로는 제2 실시형태와 마찬가지의 작용 효과를 나타내지만, 제3 실시형태에 의하면, 돌출부(15)의 냉각 방법을 구사함으로써 에칭 잔사의 발생을 보다 확실히 억제할 수 있다는 유리한 효과를 나타낸다.
이상, 본 발명의 호적한 실시형태를 설명했지만, 이는 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 상기 실시형태에만 한정하는 취지가 아니다. 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시형태와는 다른 각종 양태로 실시할 수 있다.
예를 들면 돌출부의 형상은, 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면 방전 용기의 폐쇄 단부 외면이 돌출부에서 움푹 패여 오목면으로 되어 있는 것이어도 된다. 즉 상기 실시형태에서는, 폐쇄 단부 외면이 돌출부에서도 그 주위에서도 동일한 평탄면이 되도록 두께가 메워져 있지만, 어느 정도의 두께를 확보하면서 오목부를 만들면, 돌출 부분의 열용량을 억제 가능함과 동시에, 외면측으로부터 냉각할 때에 냉각 면적을 늘릴 수 있으므로 냉각 효과가 높다.
또한, 적용 장치로서는, 에칭 장치에 한정되지 않고, 방전 용기에서 플라즈마를 발생시켜, 그리드(grid)를 통해, 처리실측에 이온 빔을 끌어들이는 이온 빔 장치나, CVD 장치 등으로도 적용 가능하다.
[실시예]
다음으로, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 드라이 에칭 장치(1)에 있어서, 전자석(9)과 방전 용기(3)의 위치 관계를 조정하고, 상기 거리(L)를 각종 값으로 설정하여, 하기에 나타내는 조건으로 내구성 시험을 행했다.
프로세스 가스 : CH3OH
프로세스 가스 유량 : 30sccm
안테나(4)에의 공급 전력 : 3000W
바이어스 전력 : 2000W
전자석 전류 : 25A
프로세스 가스로서 처리실(2) 내에 CH3OH 가스를 도입하여, 통산(通算) 7시간의 방전을 행하고, 그 후, 각 방전 용기(3)의 내벽의 모습을 육안으로 비교했다.
그 결과, 거리(L)가 20㎜ 미만에서는, 돌출부(15)의 표면에는 얇게 깎인 흔적이 남아있었지만, 거리(L)를 20∼60㎜로 한 본 발명의 돌출부(15)의 표면에는 깎임이나 데미지를 받은 흔적은 남아있지 않았다. 또한, L이 60㎜보다 떨어져 버리면, 충분한 확산이 일어나지 않아, 에칭 레이트(rate)가 저하해 버렸다.
이상과 같은 점에서, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 방전 용기의 내구성이 우수함이 확인되었다.
1, 20, 30 : 드라이 에칭 장치(플라즈마 처리 장치)
2 : 처리실 3 : 방전 용기
4 : 안테나 7 : 전원
9 : 전자석 10 : 기판
10a : 피처리면 11 : 기판 홀더
15 : 돌출부 16 : 플랜지
17 : 본체 21 : 냉각 기구
31 : 제어 장치 32 : 방전 센서
P : 플라즈마 M : 발산 자장

Claims (7)

  1. 처리 공간을 구획하는 처리실과,
    일단(一端)이 상기 처리실의 내부를 향하여 개구(開口)되고, 타단(他端)이 폐쇄된 통체(筒體)로 이루어지는 방전 용기와,
    상기 방전 용기의 주위에 배치되어, 유도 전장(電場)을 발생시켜 감압 하의 상기 방전 용기의 내부에 유도 결합형 플라즈마를 생성하는 안테나와,
    상기 방전 용기의 주위에 배치되어, 상기 방전 용기의 내부에 발산 자장(磁場)을 형성하는 자석을 구비하고,
    상기 방전 용기의 폐쇄 단부(端部)는, 상기 처리실측을 향하여 돌출한 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석은, 방전 용기의 주위에 배치된 코일을 갖는 전자석이며,
    상기 돌출부는, 상기 자석의 축방향 중심보다 상기 처리실측으로 돌출해 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부의 돌출단과 상기 자석의 축방향 중심 사이의 상기 축방향 거리가 20㎜ 이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 방전 용기와 동(同)재료 또는 다른 재료의 유전체로 형성되고, 상기 방전 용기의 폐쇄 단부의 두께를 증대시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부를 냉각하는 냉각 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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