KR101765573B1

KR101765573B1 - 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR101765573B1
Application number: KR1020120015452A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치로 마츠야마
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2017-08-07
Also published as: EP2490245A2; CN102647846A; EP2490245B1; CN102647846B; US8636872B2; JP5982129B2; JP2012186457A; TWI518735B; EP2490245A3; KR20120093793A; TW201250763A; US20120206033A1

Abstract

플라즈마의 균일성을 높인다. 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치용의 상부 전극(105)으로서, 원하는 유전체로 형성된 기재(105a)와, 상기 기재(105a)의 표면 중 적어도 상기 플라즈마 처리 장치의 하부 전극(210)측의 표면의 일부에 형성된 도전체층(110)을 포함하고, 상기 도전체층(110)은, 상기 하부 전극(210)측의 표면의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴을 가지는 상부 전극(105)이 제공된다.

Description

상부 전극 및 플라즈마 처리 장치{UPPER ELECTRODE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치용의 상부 전극 및 상기 상부 전극을 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

플라즈마의 작용에 의해 피처리체 상에 에칭 또는 성막 등의 미세 가공을 실시하는 장치로서는 평행 평판형(용량 결합형) 플라즈마 처리 장치, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치, 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등이 실용화되어 있다. 이 중, 평행 평판형 플라즈마 처리 장치에서는 대향하여 설치된 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 어느 하나에 고주파 전력을 인가하고, 그 전계 에너지에 의해 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고, 생성된 방전 플라즈마에 의해 피처리체를 미세 가공한다.

최근의 진보된 미세화의 요청에 수반하여, 100 MHz 정도의 비교적 높은 주파수를 가지는 전력을 공급하여 고밀도·저이온 에너지의 플라즈마를 생성하는 것이 불가결해지고 있다. 공급되는 전력의 주파수가 높아지면, 고주파의 전류가 표피 효과에 의해 전극(상부 또는 하부)의 플라즈마측의 표면을 단부(端部)측으로부터 중심측을 향해 흐른다. 이에 의하면, 전극의 중심측의 전계 강도가 전극의 단부측의 전계 강도보다 높아진다. 이 때문에, 전극의 중심측에서 플라즈마의 생성에 소비되는 전계 에너지는 전극의 단부측에서 플라즈마의 생성에 소비되는 전계 에너지보다 커지고, 전극의 단부측보다 전극의 중심측에서 가스의 전리 또는 해리가 촉진된다. 그 결과, 중심측의 플라즈마의 전자 밀도는 단부측의 플라즈마의 전자 밀도보다 높아진다. 플라즈마의 전자 밀도가 높은 전극의 중심측에서는 플라즈마의 저항율이 낮아지기 때문에, 대향 전극에서도 전극의 중심측에 고주파(전자파)에 의한 전류가 집중하여 플라즈마 밀도가 불균일해진다.

이에 대하여, 플라즈마 밀도의 균일성을 높이기 위하여, 전극의 플라즈마면의 중심 부분에 세라믹 등의 유전체를 매설하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).

일본특허공개공보 2000-323456호

그러나, 전극에 세라믹 등의 유전체를 매설시키면, 프로세스 중에는 가열 및 냉각이 반복되기 때문에 열 팽창차에 의해 양자의 접합 부분에 응력이 가해져, 유전체에 크랙이 발생하거나 챔버 내가 오염되는 경우가 있었다.

플라즈마의 균일성을 보다 높이기 위하여, 전극에 매설하는 유전체를 테이퍼 형상으로 형성하는 것도 제안되고 있다. 이 경우, 유전체의 단부(端部)에서는 중심측보다 커패시턴스 성분이 커지기 때문에, 플랫 구조의 유전체를 매설할 경우보다 유전체의 단부에서 전계 강도가 지나치게 저하되지 않아, 보다 균일한 전계 강도가 얻어진다.

그러나, 유전체가 테이퍼 형상이면 기계 가공상의 정밀도에 의해 테이퍼 부분에서의 치수 정밀도가 나빠진다. 그 결과, 유전체의 테이퍼 부분에 열 팽창차 또는 접합 계면의 치수 공차의 불균일 등에 의해 응력 집중이 발생한다. 이 응력 집중에 의해, 더욱 전극에 크랙이 쉽게 발생하고, 챔버 내가 파티클 또는 금속 등에 의해 쉽게 오염되게 되어 있었다.

상기 문제를 감안하여, 본 발명은 플라즈마의 균일성을 높이는 것이 가능한 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일태양에 따르면, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치용의 상부 전극으로서, 원하는 유전체로 형성된 기재(基材)와, 상기 기재의 표면 중 적어도 상기 플라즈마 처리 장치의 하부 전극측의 표면의 일부에 형성된 도전체층을 구비하고, 상기 도전체층은, 상기 하부 전극측의 표면의 외측 영역이 내측 영역보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 상부 전극이 제공된다.

이러한 구성에 따르면, 상부 전극은, 유전체로 형성된 기재와, 상기 기재의 하부 전극측의 표면에 형성된 도전체층을 가지고, 도전체층은, 상기 상부 전극의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴을 가진다. 이에 의해, 상부 전극과, 상부 전극과 플라즈마의 간에 생성되는 시스와의 합성 커패시터는 상부 전극의 외측에서는 내측보다 커진다. 이에 의해, 테이퍼 형상으로 형성된 유전체를 상부 전극에 매설한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있어, 플라즈마의 균일성을 보다 높일 수 있다.

상기 도전체층은, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 빗살 형상의 패턴, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 초승달 형상의 패턴, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 개구되는 패턴 중 어느 하나의 소밀한 패턴을 가져도 좋다.

상기 도전체층의 소밀한 패턴과 상기 도전체층과의 경계는 상기 하부 전극에 재치(載置)되는 웨이퍼의 외단부보다 내측에 위치해도 좋다.

상기 도전체층과 상기 도전체층의 소밀한 패턴의 경계에는 상기 상부 전극의 내측으로부터 외측을 향해 상기 도전체층이 연속적으로 조밀하게 되는 트랜지션부가 형성되어 있어도 좋다.

상기 도전체층은 그라운드 전위여도 좋다.

상기 도전체층은 상기 빗살 형상의 살의 개수, 상기 살의 길이 및 상기 살 간의 폭 중 적어도 어느 하나에 의해 소밀한 패턴을 형성해도 좋다.

상기 소밀한 패턴은 적어도 상이한 3 종류의 길이의 상기 빗살 형상의 살에 의해 형성되고, 상기 상부 전극의 중심으로부터 가장 긴 빗살의 선단까지의 거리는 35 ~ 50 mm, 상기 상부 전극의 중심으로부터 중간 길이의 빗살의 선단까지의 거리는 60 ~ 90 mm, 상기 상부 전극의 중심으로부터 가장 짧은 빗살의 선단까지의 거리는 100 ~ 125 mm 여도 좋다.

상기 기재는 알루미나(Al₂O₃) 또는 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나로 형성되어도 좋다.

상기 기재와 상기 도전체층을 덮는 보호층을 더 구비해도 좋다.

상기 상부 전극의 기재는 복수의 가스 도입관이 관통해도 좋다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 태양에 따르면, 상부 전극과 하부 전극이 대향하여 배치된 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치로서, 상기 상부 전극은 원하는 유전체로 형성된 기재와, 상기 기재의 표면 중 적어도 상기 하부 전극측의 표면의 일부에 형성된 도전체층을 구비하고, 상기 도전체층은 상기 하부 전극측의 표면의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치에 의하면 플라즈마의 균일성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치의 종단면도이다.
도 2는 전극을 흐르는 고주파를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 테이퍼 형상의 유전체를 전극에 매설한 경우의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 4는 직사각형 형상의 유전체를 전극에 매설할 경우와 동등한 전극에서의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 상부 전극의 도전체층에 소밀 패턴을 형성한 경우의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 6은 3 종류의 소밀 패턴의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 상부 전극의 도전체층에 형성된 각종 소밀 패턴이다.
도 8은 도 7의 각종 소밀 패턴의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 9는 소밀 패턴의 빗살의 길이를 변화시킨 경우의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 10은 소밀 패턴의 빗살의 길이를 도시한 도면이다.
도 11은 소밀 패턴의 빗살의 형상을 변화시킨 경우의 전계 강도를 나타낸 도면이다.
도 12는 소밀 패턴의 트랜지션부를 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 상부 전극의 도전체층에 소밀 패턴을 형성한 경우의 에칭 레이트를 나타낸 도면이다.
도 14는 상하 전극 간의 갭과 전계 강도와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 15는 변형예에 따른 각종 소밀 패턴이다.

이하에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 첨부 도면에서 동일한 구성 및 기능을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(플라즈마 처리 장치의 전체 구성)

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 전극을 가진 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다.

도 1에 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치를 도시한다. 플라즈마 에칭 장치(10)는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치의 일례이며, 상부 전극과 하부 전극이 대향하여 배치되어 있다.

플라즈마 에칭 장치(10)는 감압 가능한 처리 용기(100)를 가진다. 처리 용기(100)는 소경(小徑)의 상부 챔버(100a)와 대경의 하부 챔버(100b)로 형성되어 있다. 처리 용기(100)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 형성되고, 접지되어 있다.

처리 용기(100)의 내부에는 상부 전극(105)과 하부 전극(210)이 대향하여 배치되고, 이에 의해 한 쌍의 평행 평판 전극이 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는 게이트 밸브(V)로부터 처리 용기(100)의 내부로 반입되어 하부 전극(210)에 재치(載置)된다. 처리 용기(100)의 내부에서는 처리 가스를 도입하여 고주파 전력의 파워에 의해 플라즈마가 생성된다. 하부 전극(210) 상의 웨이퍼(W)는 이 플라즈마에 의해 에칭 처리된다.

상부 전극(105)은 상부 기재(105a) 및 당해 상부 기재(105a)의 직상(直上)에서 상부 기재(105a)와 함께 샤워 헤드를 형성하는 가스 확산부(도전체의 베이스 플레이트)(105b)를 가지고 있다. 처리 가스는 가스 공급원(215)으로부터 공급되고, 가스 확산부(105b)에서 확산된 후, 가스 확산부(105b)에 연통하는 복수의 가스 통로를 거쳐, 상부 기재(105a)를 관통하는 복수의 가스 도입관을 거쳐 복수의 가스 홀(105c)로부터 처리 용기 내로 도입된다.

하부 전극(210)은 알루미늄 등의 금속으로 형성된 기재(210a)가 절연층(210b)을 개재하여 지지대(210c)에 지지되어 구성되고, 전기적으로 처리 용기(100)로부터 부유한 상태로 되어 있다. 지지대(210c)의 하방 부분은 커버(215)로 덮여 있다. 지지대(210c)의 하부 외주에는 배플판(220)이 설치되어 있어 가스의 흐름을 제어한다.

하부 전극(210)에는 냉매실(210a1)이 설치되어 있어, 냉매 도입관(210a2)의 인(IN)측으로부터 도입된 냉매가 냉매실(210a1)을 순환하여, 냉매 도입관(210a2)의 아웃(OUT)측으로부터 배출된다. 이에 의해, 하부 전극(210)을 원하는 온도로 제어한다.

하부 전극(210) 상의 정전 척 기구(225)에서는 절연 부재(225a)에 전극부(금속 시트 부재)(225b)가 매설되어 있다. 전극부(225b)에는 직류 전원(235)이 배선을 개재하여 접속되고, 직류 전원(235)으로부터 출력된 직류 전압이 전극부(225b)에 인가됨으로써, 웨이퍼(W)는 하부 전극(210)에 정전 흡착된다. 정전 척 기구(225)의 외주에는, 예를 들면 실리콘으로 형성된 포커스 링(230)이 설치되어 있고, 플라즈마의 균일성을 유지하는 역할을 하고 있다.

하부 전극(210)은 정합기(245)를 개재하여 고주파 전원(250)에 접속되어 있다. 고주파 전원(250)은 플라즈마 생성용의 고주파 전원으로서, 예를 들면 100 MHz의 고주파가 출력된다. 처리 용기 내로 공급된 처리 가스는 고주파 전원(250)으로부터 출력된 고주파의 전계 에너지에 의해 여기되어 방전형 플라즈마가 생성된다. 생성된 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 처리가 실시된다.

또한, 하부 전극(210)은 정합기(260)를 개재하여 고주파 전원(265)에 접속되어 있다. 고주파 전원(265)은 바이어스 제어용의 고주파 전원으로서, 예를 들면 3 MHz 또는 13 MHz의 고주파가 출력된다. 고주파 전원(265)으로부터 출력된 고주파는 바이어스 전압으로서 웨이퍼(W)에 인가되고, 하부 전극(210)으로의 이온의 인입에 사용된다.

처리 용기(100)의 저면(底面)에는 배기구(270)가 형성되고, 배기구(270)에 접속된 배기 장치(275)를 구동시킴으로써 처리 용기(100)의 내부를 배기하여 원하는 진공 상태로 유지하도록 되어 있다.

상부 챔버(100a)의 주위에는 멀티 폴링 자석(280a, 280b)이 배치되어 있다. 멀티 폴링 자석(280a, 280b)은 복수의 이방성(異方性) 세그먼트 기둥 형상 자석이 링 형상의 자성체의 케이싱에 장착되어 있어, 인접하는 복수의 이방성 세그먼트 기둥 형상 자석끼리의 자극의 방향이 서로 반대 방향이 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, 자력선이 인접하는 세그먼트 자석 간에 형성되고, 상부 전극(105)과 하부 전극(210) 간의 처리 공간의 주변부에만 자장이 형성되어, 처리 공간에 플라즈마를 가두도록 작용한다.

이어서, 상부 전극(105)과 하부 전극(210)에 의해 형성되는 전계의 강도 분포에 대하여 설명한다. 일반적으로, 평행 평판 전극에 인가된 고주파는 하부 전극의 하방에서 중앙부로부터 단부를 향해 A 파가 전반(傳搬)하고, 하부 전극의 상방의 플라즈마측에서는 단부로부터 중앙부를 향해 B 파가 전반한다. 그리고, A 파와 B 파가 중첩하는 점에서 정재파가 생성되기 때문에, 특히 전극의 중심부의 전위(전계)가 높아지는 분포가 형성된다. 이 때문에, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 고주파 전원(250)으로부터, 예를 들면 100 MHz의 고주파 전력이 하부 전극(210)에 인가되면, 표피 효과에 의해 고주파의 전류는 하부 전극(210)의 하부 표면을 중앙부로부터 단부를 향해 전반하고, 하부 전극(210)의 상부 표면을 단부로부터 중앙부를 향해 전반한다. 이에 의하면, 하부 전극(210)의 중심측의 전계 강도가 하부 전극(210)의 단부측의 전계 강도보다 높아지고, 하부 전극(210)의 중심측에서는 단부측보다 가스의 전리 또는 해리가 촉진된다. 그 결과, 하부 전극(210)의 중심측의 플라즈마의 전자 밀도는 단부측의 플라즈마의 전자 밀도보다 높아진다. 플라즈마의 전자 밀도가 높은 하부 전극(210)의 중심측에서는 플라즈마의 저항율이 낮아지기 때문에, 대향하는 상부 전극(105)에서도 상부 전극(105)의 중심측에 고주파에 의한 전류가 집중하여, 플라즈마 밀도의 불균일이 더 높아진다. 그 결과, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 주파수가 높을수록 웨이퍼 중심부의 전계 강도가 주변부보다 높아진다. 특히, 100 MHz의 고주파 전력에서는 전계 강도의 불균일이 높기 때문에, 플라즈마 밀도가 보다 불균일하게 생성된다.

플라즈마의 균일성을 높이기 위하여, 도 3의 (a)에 본원 발명의 기본적인 구성을 도시한다. 유전체(기재)(920a)에 도전체(925)를 덮은 구성의 전극(상부 전극)(920)에 테이퍼 형상의 유전체(920b)를 매설하여 형성한 구조의 경우에 대하여 설명한다. 이 경우, 유전체(기재)(920a)의 중심부를 오목 형상으로 하고, 유전체(기재)(920a) 표면을 도전체(925)로 덮도록 형성한다. 즉, 전극(920)을 구성하는 기재(920a)의 플라즈마면의 중심 부분(오목부)에 테이퍼 형상의 유전체(920b)를 감합 매설하고, 그 사이를 금속성 접착제로 접착한다. 그리고, 이 전극(920)의 표면에 내플라즈마성이 높은 이트리아(Y₂O₃) 등을 용사(溶射)하여 절연성의 보호층(930)을 형성한다. 도 3의 (b)의 곡선(Ea’, Eb’, Ec’)은 두께가 동일하고 테이퍼 비(φA / φB)가 상이한 유전체(920b)를 기재(920a)에 삽입한 경우의 웨이퍼 중심으로부터의 거리(r)(mm)에 대한 전계 강도(E)(a.u.)를 나타낸다. 곡선(Ea’, Eb’, Ec’)의 유전체(920b)의 테이퍼 비(φA / φB)는 Ea’ ＜ Eb’ ＜ Ec’의 관계에 있다. 여기서, 테이퍼 형상의 유전체(920b)는 알루미나로 형성되고, 하부 전극에 100 MHz의 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된다. 이 경우, 유전체(920b)의 단부에서는 중심부보다 커패시턴스 성분이 커지기 때문에, 유전체(920b)의 단부에서 임피던스를 저하시킬 수 있다. 그 결과, 원통 형상의 유전체를 매설할 경우보다 유전체의 단부에서 전계 강도가 지나치게 저하되지 않아, 보다 균일한 전계 강도가 얻어진다는 것을 알 수 있다.

그러나, 기재와 유전체를 접합하는 것의 난이도는 높다. 예를 들면, 금속의 기재와 세라믹의 유전체와의 접착제에 의한 접합에서는 접착제가 표면에 노출된다. 노출되지 않도록 표면에 더 유전체를 붙이면 선 팽창 계수차에 의해 간극이 발생한다.

또한, 예를 들면 유전체의 기재와 금속 피막으로 덮인 유전체와의 접착제에 의한 접합에서는 접착제가 표면에 노출된다. 예를 들면, 납땜에 의한 접합에서는 납땜된 부분의 수축 시의 응력이 축적되기 때문에 갈라짐의 염려가 있다.

이에 대하여, 유전체의 접합을 하지 않고 전계 강도의 균일성을 높이는 방법의 일례로서, 도 4의 (a)에 도시한 전극(905)에 대하여 설명한다. 전극(905)은 도전체로 이루어지는 기재(905a)의 외주부를 도전체로 덮은 구성을 가지고 있다. 이 경우, 기재(905a)의 외주부의 표면을 도전체층(910)으로 덮고, 이 도전체층(910)의 표면에 내플라즈마성이 높은 이트리아(Y₂O₃) 등을 용사하여 절연성의 보호층(915)을 형성한다. 또한, 기재(905a)의 중심부는 도전체로 덮여있지 않다. 즉, 도전체층(910)은 기재(905a)의 플라즈마면의 내측에는 형성되지 않고, 플라즈마면의 외주측에 도너츠 형상으로 형성된다. 도 4의 (b)의 곡선(Ea, Eb, Ec)은 크기 및 두께가 동일한 기재(905a)에 상이한 내경(內徑)의 도너츠 형상의 도전체층(910)을 형성한 경우의 전계 강도를 나타낸다. 곡선(Ea, Eb, Ec)의 내경은 Ea ＜ Eb ＜ Ec의 관계에 있다. 이 경우에도, 기재는 알루미나로 형성되고, 하부 전극에 100 MHz의 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된다.

도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 도전체층이 형성되지 않은 플랫인 기재(Flat UEL)에 비해, 전극(905)의 플라즈마면 내의 중앙에서 전계 강도가 억제되고, 전극(905)의 플라즈마면 내에서의 전계 강도의 균일성이 높아져 있다. 그러나, 이 전계 강도 분포에는 도전체층(910)이 있는 부분과 없는 부분과의 경계 근처에서 급준한 변화가 보여진다. 따라서, 제작이 용이한 표면 처리(형성 방법)에 의해 도전체층(910)이 있는 부분과 없는 부분의 경계를, 단순히 도전체층(910)을 도너츠 형상으로 형성하는 것만으로는 전계 강도의 균일성에 대하여 도 3의 테이퍼 형상의 유전체를 매설한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 없다.

(전극 구조)

따라서, 본 실시예에 따른 상부 전극(105)에서는 유전체의 상부 기재(105a)의 플라즈마측의 면의 외주부를 도전체층으로 피막하고, 이에 의해 도전체층을 형성한다. 이에 더하여, 기재(105a)의 내측을 향해 도전체층의 표면에 소정의 패턴을 형성한다. 도 5의 (a)는 상부 전극(105)의 플라즈마측(하부 전극측)의 면을 도시한 도면이다. 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 1－1 단면도이다.

도 5의 (b)를 참조하면, 상부 기재(105a)의 외주부의 표면은 도전체층(110)으로 덮이고, 그 상부 기재(105a)의 표면 전체에 내플라즈마성이 높은 이트리아(Y₂O₃) 등을 용사하여 보호층(115)이 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 보호층(115)은 상부 기재(105a)와 도전체층(110)을 덮는다.

이하에서는, 상부 전극(105)의 플라즈마면을 외주부, 내주부 및 그 사이의 그라데이션부로 나누어 설명한다. 도전체층(110)은 외주부 전체를 덮고 있다. 한편, 도전체층(110)은 내주부(전극 중심부)에는 형성되어 있지 않다.

본 실시예에 따른 상부 전극(105a)의 구성에서는, 도 5의 (a)에 도시한 도전체층(110)의 소밀한 패턴은 상부 전극(105)의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 빗살 형상의 패턴이다. 구체적으로, 3 종류의 상이한 길이의 선 형상의 빗살이 내측을 향해 돌출되어 있다. 여기서는, 1 개의 폭이 1°인 64 개의 빗살이 외주부의 내주면측으로부터 360° 등간격으로 내측을 향해 방사 형상으로 형성되어 있다. 3 종류의 빗살의 배치 위치에는 대칭성이 있으며, 여기서는 가장 긴 빗살, 가장 짧은 빗살, 중간 길이의 빗살, 가장 짧은 빗살, 가장 긴 빗살의 순으로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 5의 (a)에서는 외주부에서는 금속의 밀도가 100%, 그라데이션부에서는 가장 짧은 빗살까지의 금속의 밀도가 80%, 중간 길이의 빗살까지의 금속의 밀도가 60%, 가장 긴 빗살까지의 금속의 밀도가 40%, 내주부에서는 금속의 밀도가 0%로 되어 있다. 이와 같이, 플라즈마면측의 도전체층(110)은 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴이 형성되어 있다.

도 5의 (c)는 상기 패턴의 도전체층(110)을 가지는 상부 전극(105)을 이용한 경우의 웨이퍼 중심으로부터의 거리(r)(mm)에 대한 전계 강도(E)(a.u.)를 나타낸다. 이 경우에도, 기재는 알루미나로 형성되고, 하부 전극에 100 MHz의 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된다. 이에 의하면, 상부 전극(105)의 플라즈마측의 중간부(그라데이션부)에 길이가 상이한 돌기 형상의 도전체층(110)을 중첩함으로써, 도 5의 (c)의 곡선(Ep1)으로 나타낸 바와 같이, 상기 테이퍼 형상의 유전체를 매설할 경우와 마찬가지로, 전계 강도의 분포를 완만하고 균일하게 할 수 있다. 본 실시예에 따른 상부 전극(105)의 효과는 플랫인 기재의 경우의 전계 강도의 분포를 나타낸 곡선(Er1)과 비교해도 현저하다. 이에 의해, 웨이퍼의 에칭 레이트를 균일하게 할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 상부 전극(105)의 제조에서는 접합 공정이 불필요해진다. 이에 따라, 열 팽창차 또는 접합 계면의 치수 공차의 불균일 등에 의해 응력 집중하여 전극에 크랙이 발생하거나 챔버 내가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 도전체층(110)은 상부 기재(105a)의 측면 및 상면을 피복해도 좋지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도전체층(110)은 상부 기재(105a)의 표면 중 적어도 상기 플라즈마 처리 장치의 하부 전극측의 표면의 일부에 형성하고, 접지된 처리 용기(100)에 접속되거나, 커패시턴스를 개재하여 용량적으로 결합됨으로써 그라운드 전위가 되면, 상부 기재(105a)의 측면 및 상면을 피복하고 있지 않아도 된다.

(패턴 평가 1)

이어서, 도전체층(110)의 패턴 평가에 대하여 설명한다. 발명자는 도전체층(110)의 그라데이션층에 형성하는 3 종류의 패턴에 대하여 그 전계 강도 분포를 조사했다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.

도 6은 상기 도전체층(110)을 가지는 상부 전극(105)을 이용한 경우의 웨이퍼 중심으로부터의 거리(r)(mm)에 대한 전계 강도(E)(a.u.)를 나타낸다. 이 경우에도, 기재는 알루미나로 형성되고, 하부 전극에 100 MHz의 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된다. 구체적으로, 3 종류의 패턴 모두 3 종류의 상이한 길이의 선 형상의 빗살이 내측을 향해 돌출되어 있다. 3 종류의 빗살의 배치 위치에는 대칭성이 있다. 여기서는 가장 긴 빗살, 가장 짧은 빗살, 중간 길이의 빗살, 가장 짧은 빗살, 가장 긴 빗살의 순으로 배치되어 있다. 삼각 마크(Ep1)는 도 5의 (c)와 마찬가지로 1 개의 폭이 1°이며 64 개의 빗살 패턴인 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. 사각 마크(Ep2)는 1 개의 폭이 2°이며 32 개의 빗살 패턴인 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. × 마크(Ep3)는 1 개의 폭이 4°이며 16 개의 빗살 패턴인 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다.

또한, 도 6에는 비교예로서 도 5의 (c)에 나타낸 플랫인 전극의 전계 강도(Er1)의 분포 및 도 4의 (a)에 도시한 기재(905a)에 형성한(예를 들면, 용사 혹은 표면 처리를 실시한) 전극의 전계 강도(Er2)의 분포가 나타나 있다. 이에 따르면, 빗살의 패턴을 가지는 전극의 전계 강도(Ep1, Ep2, Ep3)의 분포는 플랫인 전극의 전계 강도(Er1)의 분포보다 전극 중앙에서 전계 강도가 저하되어, 균일성이 높아져 있다. 또한, 동일 전계 강도(Ep1, Ep2, Ep3)의 분포는 표면 처리를 실시한 전극의 전계 강도(Er2)의 분포보다 완만하며 균일성이 높아져 있다. 또한, 빗살의 패턴의 전계 강도(Ep1, Ep2, Ep3)를 비교하면, 빗살의 개수는 Ep1, Ep2, Ep3의 순으로 감소하고, 빗살의 개수가 적어질수록, 전계 강도가 외주로부터 내주를 향해 단조롭게 감소하지 않고, W 형으로 분포하는 경향이 강해져, 플라즈마의 균일성이 나빠진다. 이 결과로부터, 직경 방향으로 플라즈마를 균일하게 하고, 불균일이 없는 양호한 에칭 레이트를 확보하기 위해서는 도전체층(110)에 형성하는 패턴의 각 빗살은 2° 이하, 32 개 이상인 것이 바람직하다.

또한, 사각 마크(Ep2) 및 × 마크(Ep3)의 곡선은 둘레 방향에서 그래프에 나타낸 바와 같은 폭의 불균일을 가지고 있다. 이 결과로부터, 둘레 방향에서 플라즈마를 균일하게 하고, 불균일이 없는 양호한 에칭 레이트를 확보하기 위해서는 도전체층(110)에 형성하는 패턴의 각 빗살은 1° 이하, 개수는 64 개 이상인 것이 보다 바람직하다.

(패턴 평가 2)

이어서, 발명자는 도전체층(110)의 다른 3 종류의 패턴에 대하여 그 전계 강도 분포를 조사했다. 패턴 형상을 도 7에 도시하고, 그 전계 강도 분포를 도 8에 나타낸다.

도 7의 (a)에 도시한 도전체층(110)의 소밀한 패턴에서는 상부 전극(105)의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 빗살은 장단(長短)의 2 종류뿐이다. 도 7의 (a)에서는 8 개의 긴 빗살 및 8 개의 짧은 빗살이 외주부의 내주면측으로부터 360° 등간격으로 내측을 향해 교호로 형성되어 있다.

도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 도시한 도전체층(110)의 소밀한 패턴은 도 5의 (a)에서 설명한 패턴과 마찬가지로, 3 종류의 상이한 길이의 선 형상의 빗살이 내측을 향해 돌출되어 있다. 여기서는, 64 개의 빗살이 외주부의 내주면측으로부터 360° 등간격으로 내측을 향해 형성되어 있다. 3 종류의 빗살의 배치 위치에는 대칭성이 있으며, 여기서는 가장 긴 빗살, 가장 짧은 빗살, 중간 길이의 빗살, 가장 짧은 빗살, 가장 긴 빗살의 순으로 배치되어 있다. 도 7의 (c)의 가장 긴 빗살의 길이는 도 7의 (b)의 가장 긴 빗살의 길이보다 길다는 점에서, 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 도시한 패턴은 상이하다.

도 8은 상기 도전체층(110)을 가지는 상부 전극(105)을 이용한 경우의 웨이퍼 중심으로부터의 거리(r)(mm)에 대한 전계 강도(E)(a.u.)를 나타낸다. 이 경우에도, 기재는 알루미나로 형성되고, 하부 전극에 100 MHz의 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된다. 이에 따르면, 빗살의 개수가 가장 적은 도 7의 (a)의 패턴의 전극의 전계 강도(Ep4)의 분포는 약간 W 형으로 되어 있어, 플라즈마의 균일성이 나쁘다. 한편, 빗살의 개수가 많은 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)의 패턴의 전극의 전계 강도(Ep5, Ep6)의 분포는 균일하기 때문에, 도 7의 (a)의 패턴의 전극을 이용할 경우보다 플라즈마의 균일성은 높아진다. 이 결과로부터, 플라즈마를 균일하게 하여, 불균일이 없는 양호한 에칭 레이트를 확보하기 위해서는 도전체층(110)에 형성하는 패턴의 각 빗살의 개수는 16 개보다 많을 필요가 있다.

(패턴 평가 3)

이어서, 발명자는 도전체층(110)의 소밀한 패턴의 빗살의 길이를 변화시킨 경우에 대하여, 그 전계 강도 분포의 변화를 조사했다. 그 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9는 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 도시한 바와 같은 3 종류의 상이한 길이의 빗살을 64 개 형성하고, 도 10에 나타낸 상부 전극(105)의 중심으로부터 각 빗살의 선단까지의 거리(GR1, GR2, GR3)를 변화시킬 경우의 전계 강도(E)(a.u.)의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 9의 곡선(Ed1)은 도 10에 도시한 가장 긴 빗살의 선단까지의 거리(GR1)를 47.5 mm, 중간 길이의 빗살의 선단까지의 거리(GR2)를 80 mm, 가장 짧은 빗살의 선단까지의 거리(GR3)를 105 mm로 한 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. 곡선(Ed2)은 가장 긴 빗살의 선단까지의 거리(GR1)를 55 mm, 중간 길이의 빗살의 선단까지의 거리(GR2)를 90 mm, 가장 짧은 빗살의 선단까지의 거리(GR3)를 105 mm로 한 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. 곡선(Ed3)은 상부 전극(105)의 중심으로부터 가장 긴 빗살의 선단까지의 거리(GR1)와 중간 길이의 빗살의 선단까지의 거리(GR2)를 모두 100 mm로 하고, 가장 짧은 빗살의 선단까지의 거리(GR3)를 120 mm로 한 경우, 즉 빗살의 길이를 2 종류로 한 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. 또한, 모든 경우, 상부 전극(105) 외주부의, 도전체층(110)에 의해 완전히 덮여 있는 영역까지의 거리(GR0)는 125 mm로 했다. 곡선 Flat UEL(Flat 형상 상부 전극)은 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 도전체층이 설치되지 않은 플랫인 기재를 이용한 경우의 전계 강도 분포이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 상부 전극(105)의 중심으로부터 각 빗살의 선단까지의 거리를 짧게 하면, 즉 빗살의 길이를 길게 하면, 상기 테이퍼 형상의 유전체(920b)의 테이퍼 비를 상대적으로 크게 하고, 빗살의 길이를 짧게 하면 테이퍼 비를 상대적으로 작게 한 경우와 동일한 효과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 빗살의 길이를 길게 할수록 상부 전극(105)의 중심 근방의 전계 강도를 저하시켜, 보다 균일한 전계 강도가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

(패턴 평가 4)

이어서, 발명자는 도전체층(110)의 소밀한 패턴의 빗살의 형상을 변화시킨 경우에 대하여, 웨이퍼(W)에 산화막을 형성할 시의 전계 강도 분포의 변화를 조사했다. 그 결과를 도 11에 나타낸다. 이 때의 처리 용기(100) 내의 조건은 압력 20 mTorr, 처리 가스 C₄F₈ / Ar / O₂ = 60 / 400 / 20 sccm로 하고, 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 100 MHz / 1000 W, 바이어스 제어용의 고주파 전력을 3 MHz / 5500 W로 했다.

도 11의 사각(◇) 마크(Ef1)는 도전체층(110)의 소밀한 패턴에서의 각 빗살의 선단까지의 거리(GR1, GR2, GR3)를 각각 40 mm, 75 mm, 100 mm로 한 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다. 사각(□) 마크(Ef2)는 GR1, GR2, GR3를 각각 40 mm, 75 mm, 100 mm로 하는 점에서 Ef1와는 동일하지만, 도전체층(110)의 소밀한 패턴에, 도전체층(110)의 면적이 연속적으로 변화하는 트랜지션부를 형성한 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다.

트랜지션부는, 예를 들면 도 12에 도시한 바와 같이, 도전체층(110)과 당해 도전체층(110)의 소밀한 패턴의 경계, 즉 유전체의 상부 기재(105a)와 도전체층(110)과의 경계에 형성되어 있다. 이 트랜지션부는 상부 전극(105)의 내측으로부터 외측을 향해 도전체층(110)이 연속적으로 조밀하게 되도록 형성되어 있고, 예를 들면 도 12에 도시한 바와 같이, 도전체층(110)의 소밀한 패턴의 최외부의 영역(X)에서 도전체층(110)의 빗살의 폭이 서서히 넓어지도록 형성되어 있다. 이 때, 도전체층(110)의 소밀한 패턴과 도전체층(110)과의 경계는 하부 전극(210)에 재치되는 웨이퍼(W)의 외단부보다 내측에 위치하고 있다. 즉, 상부 전극(105)의 중심으로부터 도전체층(110)의 소밀한 패턴의 외주 단부까지의 거리는 웨이퍼(W)의 반경보다 작다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 빗살만의 패턴에서의 전계 강도(Ef1)의 분포는 웨이퍼(W)의 외주 단부 근방에서 급준한 전계 강도의 피크가 존재한다. 한편, 트랜지션부를 가지는 전계 강도(Ef2)의 분포는 웨이퍼(W)의 외주 단부 근방에서의 전계 강도가 저하되어, 보다 균일성이 높아지고 있다. 이 결과로부터, 전계 강도 분포를 균일하게 하고, 불균일이 없는 양호한 에칭 레이트를 확보하기 위해서는 도전체층(110)과 당해 도전체층(110)의 소밀한 패턴의 경계에 트랜지션부를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 트랜지션부의 외주 단부는 웨이퍼(W)의 외주 단부보다 내측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에서의 트랜지션부는 소밀한 패턴의 경계에 삼각 형상으로 형성했지만, 도전체층(110)의 비율이 연속적으로 변화하는 것이면 그 형상은 임의로 설정이 가능하며, 본 실시예에 한정되지 않는다.

(패턴 평가 5)

이어서, 발명자는 도전체층(110)의 유무에 따른 에칭 레이트에의 영향에 대하여 조사했다. 에칭의 조건은 처리 용기(100) 내의 조건이 압력 20 mTorr, 처리 가스 O₂ = 200 sccm로 하고, 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 100 MHz / 1000 W로 하여, 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트막을 에칭했다. 그 결과를 도 13에 나타낸다.

도 13의 사각 마크(Flat UEL)는 도전체층이 형성되지 않은 기술한 플랫인 기재의 상부 전극(905)을 이용한 경우의 에칭 레이트를 나타내고, 삼각 마크(Eg1)는 트랜지션부를 가지는 상부 전극(105)을 이용한 경우의 에칭 레이트를 나타낸다. 트랜지션부를 가지는 도전체층(110)의 소밀한 패턴에서의 각 빗살의 선단까지의 거리(GR1, GR2, GR3)는 각각 40 mm, 75 mm, 100 mm로 하고, 도 11의 Ef2의 경우와 마찬가지로, 트랜지션부의 외주 단부를 웨이퍼(W)의 외주 단부보다 내측에 위치시킨 경우의 전계 강도 분포를 나타내고 있다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 도전체층이 형성되어 있지 않은 경우(Flat UEL)에는 중심부의 에칭 레이트가 외주부의 에칭 레이트보다 높아진다. 한편, 소밀한 패턴의 도전체층(110)을 형성할 경우, 중심부의 에칭 레이트가 Flat UEL의 경우와 비교하여 저하되어, 양호한 균일성이 얻어진다. 이 결과로부터, 상부 전극(105)에 빗살의 패턴을 형성함으로써, 에칭 레이트의 분포에 대해서도 상기 테이퍼 형상의 유전체를 매설할 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 발명자에 따르면, 균일한 전계 분포 및 에칭 레이트를 얻기 위해서는 각 빗살의 선단까지의 거리는 GR1이 35 ~ 50 mm, GR2가 60 ~ 90 mm, GR3가 100 ~ 125 mm로 하는 것이 바람직하고, 트랜지션부를 설치할 경우에는 GR0를 140 ~ 145 mm로 하고, 영역(X)의 길이를 15 ~ 20 mm로 하는 것이 바람직하다. 또한, 트랜지션부에서의 도전체층(110)과 상부 기재(105a)와의 평균의 비율을 40% ~ 60%로 하는 것이 바람직하다.

(갭에 의한 영향)

이어서, 발명자는 도 5의 (a)에 도시한 패턴에 대하여 그 전계 강도 분포의 갭에 의한 영향을 조사했다. 도 5의 (a)에 도시한 소밀한 패턴은 1 개의 폭이 1°인 64 개의 빗살이, 외주부의 내주면측으로부터 360° 등간격으로 내측을 향해 방사 형상으로 형성되어 있는 것이다.

도 14는 도 5의 (a)의 도전체층(110)을 가지는 상부 전극(105)을 이용한 경우의 웨이퍼 중심으로부터의 거리(r)(mm)에 대한 전계 강도(E)(a.u.)를 나타낸다. 단, 도 14에 나타낸 전계 강도(E / E0)는 웨이퍼 중심의 값으로 규격화되어 있다. 또한, 상부 전극(105)과 하부 전극(210)의 갭은 삼각 마크가 10(mm), × 마크가 30(mm), 애스터리스크(asterisk) 마크가 50(mm)을 나타낸다.

이에 따르면, 갭이 30(mm) 및 50(mm)인 경우, 둘레 방향의 불균일이 작다. 이에 대하여, 갭이 10(mm)인 경우, 둘레 방향에서 그래프에 나타낸 바와 같은 폭의 불균일을 가지고 있다. 이와 같이, 갭이 10(mm)인 경우에는 둘레 방향의 불균일이 현저해진다. 통상적인 에칭 처리 장치에서, 갭은 20 ~ 50 mm 정도이기 때문에, 1 개의 폭이 1°인 64 개의 빗살의 패턴이면, 전계 강도 분포의 균일성은 충분히 얻어지는 것이 증명되었다. 또한, 전극 간의 거리가 짧아질수록 전극의 진보된 세분화가 필요하다.

(변형예)

도 15는 도전체층(110)이 가지는 패턴의 변형예를 나타낸다. 도 15의 (a)에는 상부 전극(105)의 외측으로부터 내측을 향해 초승달 형상으로 돌출되는 패턴이 도시되어 있다. 초승달 형상의 돌출 부분은 동일한 방향을 향하고 있어도 좋고, 대칭성을 가지며 상이한 방향을 향하고 있어도 좋다. 여기서는, 가장 긴 빗살, 가장 짧은 빗살, 중간 길이의 빗살, 가장 짧은 빗살, 가장 긴 빗살의 순으로 배치되어 있다. 이에 의해서도, 상부 전극(105)의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 도전체층(110)의 소밀 패턴을 형성할 수 있다.

도 15의 (b)에는 상부 전극(105)의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 빗살 형상과 유사한 패턴이 도시되어 있다. 이 패턴에는 대칭성이 있다. 또한, 이 패턴에서도, 가장 긴 빗살, 가장 짧은 빗살, 중간 길이의 빗살, 가장 짧은 빗살, 가장 긴 빗살의 순으로 배치되어 있다. 이에 의해서도, 상부 전극(105)의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 도전체층(110)의 소밀 패턴을 형성할 수 있다.

도 15의 (c)도 도 15의 (b)의 또 다른 변형예이다. 이 패턴에도 대칭성이 있다. 또한, 이 패턴에서도, 가장 긴 빗살, 가장 짧은 빗살, 중간 길이의 빗살, 가장 짧은 빗살, 가장 긴 빗살의 순으로 배치되어 있다. 이에 의해서도, 상부 전극(105)의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 도전체층(110)의 소밀 패턴을 형성할 수 있다.

도 15의 (d)에는 상부 전극(105)의 외측으로부터 내측을 향해 개구되는 패턴이 도시되어 있다. 개구 직경은 상부 전극(105)의 외측으로부터 내측을 향해 커지고 있다. 이에 의해서도, 상부 전극(105)의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 도전체층(110)의 소밀 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 도체가 존재하지 않는 개구의 수에 소밀함을 갖게 함으로써, 도전체층(110)의 소밀 패턴을 형성할 수도 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예 및 그 변형예에 따르면, 상부 전극(105)은 유전체로 형성된 기재(105a)와, 기재(105a)의 하부 전극(210)측의 표면에 형성된 도전체층(110)을 가진다. 도전체층(110)에는 상부 전극(105)의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴이 형성되어 있다. 이 때문에, 상부 전극(105)과 상부 전극(105)과 플라즈마 간에 생성되는 시스와의 합성 커패시터는 상부 전극(105)의 외측에서는 내측보다 커진다. 이에 의해, 테이퍼 형상으로 형성된 유전체를 상부 전극(105)에 매설할 경우와 마찬가지로, 플라즈마의 균일성을 보다 높일 수 있다. 또한, 테이퍼 형상의 유전체를 상부 전극(105)에 매설할 경우보다 고정밀도로 전계(전위) 분포의 제어를 할 수 있어, 균일한 플라즈마를 형성하는 것이 가능하다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에서 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들면, 도전체층(110)의 패턴은 상기 예에 한정되지 않고, 빗살 형상의 살의 개수, 당해 살의 길이 및 당해 살 간의 폭 중 적어도 어느 하나에 의해 소밀한 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 상부 전극의 기재는 알루미나(Al₂O₃) 또는 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나로 형성되어도 좋다. 도전체층은 알루미늄(Al)이어도 좋고, 텅스텐(W)이어도 좋다.

또한, 도전체층 및 보호층은 모두 용사법으로 형성함으로써 제조 코스트를 저감할 수 있다. 예를 들면, 도전체층은 기재에 소정의 마스킹을 실시한 후, 100 μm 정도 두께의 알루미늄의 패턴을 용사함으로써 형성할 수 있다. 그러나, 도전체층 및 보호층은 이에 한정되지 않고, CVD 또는 메탈라이징에 의해 형성해도 좋다. 또한, 보호층을 5 mm 두께 정도의 판재(板材)로 형성하여, 동등하게 기능시키는 것도 가능하다.

또한, 플라즈마 생성용의 고주파 전원에 인가되는 고주파 전력은 최적인 설정으로 이용할 수 있고, 예를 들면 40 MHz 이상이면 된다.

또한, 피처리체는 모든 사이즈의 실리콘 웨이퍼에도 적용할 수 있다.

10 : 플라즈마 에칭 장치
100 : 처리 용기
105 : 상부 전극
105a : 기재
110 : 도전체층
115 : 보호층
210 : 하부 전극
E : 전계 강도

Claims

평행 평판형의 플라즈마 처리 장치용의 상부 전극으로서,
유전체로 형성된 기재(基材)와,
상기 기재의 표면 중 적어도 상기 플라즈마 처리 장치의 하부 전극측의 표면의 일부에 형성된 도전체층을 구비하고,
상기 도전체층은, 상기 하부 전극측의 표면의 외측 영역이 내측 영역보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴을 가지고,
상기 도전체층은, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 빗살 형상의 패턴, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 초승달 형상의 패턴, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 개구되는 패턴 중 어느 하나의 소밀한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 도전체층의 소밀한 패턴과 상기 도전체층과의 경계는, 상기 하부 전극에 재치(載置)되는 웨이퍼의 외단부보다 내측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 3 항에 있어서,
상기 도전체층과 상기 도전체층의 소밀한 패턴의 경계에는, 상기 상부 전극의 내측으로부터 외측을 향해 상기 도전체층이 연속적으로 조밀하게 되는 트랜지션부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도전체층은 그라운드 전위인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 1 항에 있어서,
상기 도전체층은 상기 빗살 형상의 살의 개수, 상기 살의 길이 및 상기 살 간의 폭 중 적어도 어느 하나에 의해 소밀한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 6 항에 있어서,
상기 소밀한 패턴은, 적어도 상이한 3 종류의 길이의 상기 빗살 형상의 살에 의해 형성되고, 상기 상부 전극의 중심으로부터 가장 긴 빗살의 선단까지의 거리는 35 ~ 50 mm, 상기 상부 전극의 중심으로부터 중간 길이의 빗살의 선단까지의 거리는 60 ~ 90 mm, 상기 상부 전극의 중심으로부터 가장 짧은 빗살의 선단까지의 거리는 100 ~ 125 mm인 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재는 알루미나(Al₂O₃) 또는 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재와 상기 도전체층을 덮는 보호층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 전극의 기재는 복수의 가스 도입관이 관통하는 것을 특징으로 하는 상부 전극.
상부 전극과 하부 전극이 대향하여 배치된 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치로서,
상기 상부 전극은,
유전체로 형성된 기재와,
상기 기재의 표면 중 적어도 하부 전극측의 표면의 일부에 형성된 도전체층을 구비하고,
상기 도전체층은, 상기 하부 전극측의 표면의 외측이 내측보다 조밀하게 되도록 소밀한 패턴을 가지고,
상기 도전체층은, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 빗살 형상의 패턴, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 돌출되는 초승달 형상의 패턴, 상기 상부 전극의 외측으로부터 내측을 향해 개구되는 패턴 중 어느 하나의 소밀한 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 기재는 알루미나(Al₂O₃) 또는 질화 알루미늄(AlN) 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.