KR101957911B1

KR101957911B1 - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR101957911B1
Application number: KR1020110134098A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 하나오카
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2019-03-13
Also published as: CN102568992B; TW201241868A; CN102568992A; TWI562188B; KR20120074210A; JP2012138497A; US20120160418A1; JP5759718B2; US9251998B2

Abstract

(과제) 상부 전극에 인가되는 직류 전압에 대한 그라운드가 되는 직류 전압용 그라운드 부재의 설치 상태에 따른 처리의 치우침을 용이하게 수정할 수 있어, 균일한 처리를 효율 좋게 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 하부 전극에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원과, 상부 전극에 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전원과, 도전성 재료로부터 전체 형상이 링 형상으로 형성되며 적어도 일부가 처리 공간에 노출되도록 처리 챔버 내에 설치되고 상부 전극에 인가되는 직류 전압에 대한 접지 전위를 형성하기 위한 직류 전압용 그라운드 부재와, 직류 전압용 그라운드 부재를 상하이동시켜 당해 직류 전압용 그라운드 부재의 접지 상태를 조정 가능하게 이루어진 복수의 상하이동 기구를 구비한 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

종래로부터, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 처리 챔버 내의 재치대에 배치한 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼)에, 플라즈마를 작용시켜 각종의 처리, 예를 들면, 에칭이나 성막을 행하는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 또한, 이러한 플라즈마 처리 장치로서, 기판을 올려놓는 재치대에 대향하여 처리 챔버의 천정부 등에 상부 전극을 설치하고, 하부 전극으로서의 재치대와 한 쌍의 대향 전극을 구성한 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.

상기한 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치로서는, 상부 전극과 하부 전극과의 사이에 인가하는 고주파 전력으로서, 비교적 주파수가 높은 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력과 제1 고주파 전력보다 주파수가 낮은 이온 인입용의 제2 고주파 전력을, 하부 전극으로서의 재치대에 인가하는 구성의 것이 알려져 있다.

또한, 하부 전극에 고주파 전력을 인가함과 함께, 상부 전극에 직류 전압을 인가하도록 구성된 플라즈마 처리 장치도 알려져 있다. 또한, 이와 같이 상부 전극에 직류 전압을 인가하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파에 대한 그라운드에 세라믹 코팅 등이 이루어져 있는 경우, 직류 전압에 대한 그라운드(접지 전극)를 구성하기 위한 직류 전압용 그라운드 부재를 별도로 설치할 필요가 있다. 이 때문에, 직류 전압용 그라운드 부재로서, 재치대의 주위를 둘러싸도록 도전성의 링 형상 부재, 예를 들면, 실리콘제의 링 형상 부재를, 이 링 형상 부재가 처리 챔버 내에 노출되도록 설치하는 것이 알려져 있다. 또한, 이 실리콘제의 링 형상 부재를, 복수의 원호 형상 부재를 용해 접합 등으로 융착하여 구성하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본공개특허공보 2010-114313호

상기와 같이, 하부 전극에 고주파 전력을 인가함과 함께, 상부 전극에 직류 전압을 인가하도록 구성된 플라즈마 처리 장치에서는, 직류 전압에 대한 그라운드로서 작용하는 직류 전압용 그라운드 부재가, 처리 챔버 내에 노출되도록 설치된다. 이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 본 발명자들이 상세하게 조사한 결과, 직류 전압용 그라운드 부재로서의 도전성의 링 형상 부재 등의 설치 상태에 따라, 기판의 둘레방향의 처리의 균일성이 악화되어, 처리에 치우침이 발생하는 경우가 있는 것이 판명되었다. 이러한 도전성의 링 형상 부재의 설치 상태에 따른 처리의 치우침은, 처리 챔버를 일단 대기 개방하고, 도전성의 링 형상 부재의 설치 상태를 조절하여 수정하지 않으면 안 되며, 그 수정에 시간과 노력을 요하여, 생산성의 저하를 초래한다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 상부 전극에 인가되는 직류 전압에 대한 그라운드가 되는 직류 전압용 그라운드 부재의 설치 상태에 따른 처리의 치우침을 용이하게 수정할 수 있어, 균일한 처리를 효율 좋게 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 실시 형태는, 내부에 처리 공간을 형성하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판이 올려놓여지는 재치대를 겸한 하부 전극과, 상기 처리 챔버 내에, 상기 하부 전극과 대향하도록 설치된 상부 전극과, 상기 하부 전극에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원과, 상기 상부 전극에 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전원과, 상기 처리 공간에 플라즈마화되는 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급 기구와, 도전성 재료로부터 전체 형상이 링 형상으로 형성되며, 적어도 일부가 상기 처리 공간에 노출되도록 상기 처리 챔버 내에 설치되고 상기 상부 전극에 인가되는 직류 전압에 대한 접지 전위를 형성하기 위한 직류 전압용 그라운드 부재와, 상기 직류 전압용 그라운드 부재를 상하이동시켜 당해 직류 전압용 그라운드 부재의 접지 상태를 조정 가능하게 이루어진 복수의 상하이동 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상부 전극에 인가되는 직류 전압에 대한 그라운드가 되는 직류 전압용 그라운드 부재의 설치 상태에 따른 처리의 치우침을 용이하게 수정할 수 있어, 균일한 처리를 효율 좋게 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 개략 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 요부(要部) 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 요부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 직류 전압용 그라운드 부재의 접지 상태가 처리의 균일성에 주는 영향을 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 직류 전압용 그라운드 부재의 접지 상태가 처리의 균일성에 주는 영향을 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치(10)의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.

플라즈마 에칭 장치(10)는, 기밀하게 구성되며, 내부에 처리 공간(PS)을 형성하는 처리 챔버(11)를 갖고 있다. 이 처리 챔버(11)는, 원통 형상으로 이루어지며, 예를 들면 표면에 양극 산화 피막이 형성된 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 이 처리 챔버(11) 내에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하는 원주 형상의 재치대(12)가 설치되어 있다.

처리 챔버(11)의 내벽 측면은, 측벽 부재(13)로 덮이며, 처리 챔버(11)의 내벽 상면은 상벽 부재(14)로 덮여 있다. 측벽 부재(13) 및 상벽 부재(14)는, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지며, 그 처리 공간(PS)에 면하는 면은 이트리어나 소정의 두께를 갖는 양극 산화 피막으로 코팅되어 있다. 처리 챔버(11)는 전기적으로 접지되어 있기 때문에, 측벽 부재(13) 및 상벽 부재(14)의 전위는 접지 전위이다.

또한, 재치대(12)는, 도전성 재료, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지는 도전체부(15)와, 당해 도전체부(15)의 측면을 덮는, 절연성 재료로 이루어지는 측면 피복 부재(16)와, 측면 피복 부재(16)의 위에 올려놓여지는, 석영(Qz)으로 이루어지는 인클로저 부재(17)와, 절연성 재료로 이루어지고, 도전체부(15)의 하부에 위치하는 재치대 기부(基部; 15a)를 갖는다.

처리 챔버(11)의 내부에는, 처리 챔버(11)의 내벽과 재치대(12)의 측면과의 사이에, 처리 공간(PS) 내에 도입된 처리 가스를, 처리 챔버(11)의 밖으로 배기하는 유로로서 기능하는 배기 유로(18)가 형성되어 있다. 이 배기 유로(18)에는, 다수의 통기공을 갖는 판 형상 부재인 배기 플레이트(19)가 배치되어 있다. 이 배기 플레이트(19)에 의해, 배기 유로(18)와, 처리 챔버(11)의 하부 공간인 배기 공간(ES)이 나누어져 있다. 배기 공간(ES)에는 러프 펌핑(rough pumping) 배기관(20) 및 메인 배기관(21)이 개구되어 있고, 러프 펌핑 배기관(20)에는 도시하지 않은 드라이 펌프가 접속되며, 메인 배기관(21)에는 도시하지 않은 터보 분자 펌프가 접속되어 있다. 이들 드라이 펌프 및 터보 분자 펌프에 의해, 처리 공간(PS)을 소정의 압력의 감압 분위기로 설정 가능하게 이루어져 있다.

한편, 처리 챔버(11)의 측벽에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(44)가 형성되어 있다. 이 반입출구(44)에는, 당해 반입출구(44)를 개폐하는 게이트 밸브(46)가 설치되어 있다.

재치대(12)의 도전체부(15)에는, 제1 고주파 전원(22)이 제1 정합기(23)를 통하여 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(22)은, 플라즈마 발생용의 것으로, 비교적 높은 소정 주파수(27㎒ 이상 예를 들면 40㎒)의 고주파 전력을 도전체부(15)에 공급한다. 또한, 제1 정합기(23)는, 도전체부(15)로부터의 고주파 전력의 반사를 저감하여 고주파 전력의 도전체부(15)로의 공급 효율을 높인다.

또한, 도전체부(15)에는, 추가로 제2 고주파 전원(24)이 제2 정합기(25)를 통하여 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(24)은, 이온 인입용(바이어스용)의 것으로, 제1 고주파 전원(22)이 공급하는 고주파 전력보다 낮은 소정 주파수(13.56㎒ 이하, 예를 들면 3.2㎒)의 고주파 전력을 도전체부(15)에 공급한다.

재치대(12)의 상부에는, 유전체 내에 전극판(26)을 수용한 구조의 정전 척(electrostatic chuck;27)이 설치되어 있다. 정전 척(27)의 전극판(26)에는 정전 척용 직류 전원(28)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척용 직류 전원(28)으로부터 전극판(26)에 직류 전압이 인가됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)는, 쿨롱력 또는 존슨·라벡력에 의해 정전 척(27)의 상면에 흡착 보유지지되게 되어 있다.

또한, 재치대(12)의 상부에는, 재치대(12)의 상면에 흡착 보유지지된 반도체 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 환상(環狀)의 포커스 링(29)이 설치되어 있다. 이 포커스 링(29)은, 실리콘(Si), 실리카(SiO₂), 탄화 규소(SiC) 등으로 이루어진다. 또한, 포커스 링(29)의 주위에는, 포커스 링(29)의 측면을 보호하는, 석영으로 이루어지는 환상의 커버 링(30)이 설치되어 있다.

재치대(12)의 내부에는, 예를 들면, 원주 방향으로 연재하는(extending) 환상의 냉매실(31)이 형성되어 있다. 이 냉매실(31)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 냉매용 배관(32)을 통하여 소정 온도의 냉매, 예를 들면, 냉각수나 갈덴(등록상표)액이 순환 공급되어, 당해 냉매에 의해 재치대(12)의 상면에 흡착 보유지지된 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도가 제어된다.

재치대(12)의 상면의 반도체 웨이퍼(W)가 흡착 보유지지되는 흡착면에는, 복수의 전열 가스 공급공(33)이 개구되어 있다. 이들 복수의 전열 가스 공급공(33)은, 재치대(12) 내부에 배치된 전열 가스 공급 라인(34)을 통하여 도시하지 않은 전열 가스 공급부에 접속되며, 이 전열 가스 공급부는, 전열 가스로서 예를 들면 헬륨(He) 가스를, 전열 가스 공급공(33)을 통하여 흡착면과 웨이퍼(W)의 이면(裏面)과의 간극에 공급한다.

또한, 재치대(12)에는, 재치대(12)의 상면으로부터 돌출이 자유로운 리프트핀으로서의 복수의 푸셔핀(35)이 배치되어 있다. 이들 푸셔핀(35)은, 반도체 웨이퍼(W)를 흡착면에 흡착 보유지지하여 에칭 처리를 행할 때에는, 재치대(12) 내에 수용된다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)를 재치대(12)에 반입·반출할 때에는, 푸셔핀(35)은 흡착면으로부터 돌출되어 반도체 웨이퍼(W)를 재치대(12) 상에 지지한다.

처리 챔버(11)의 천정부에는, 재치대(12)와 대향하도록 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워 헤드(36)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(36)와 재치대(12)는, 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하게 되어 있다. 샤워 헤드(36)는 버퍼실(37)이 내부에 형성된, 절연성 재료로 이루어지는 원판 형상의 쿨링 플레이트(38)와, 이 쿨링 플레이트(38)에 지지된 상부 전극판(39)과, 쿨링 플레이트(38)를 덮는 덮개체(40)를 구비하고 있다.

상부 전극판(39)은, 처리 공간(PS)에 그 하면이 노출되고, 도전성 재료, 예를 들면, 실리콘으로 이루어지는 원판 형상으로 형성되어 있다. 상부 전극판(39)의 주연부(周緣部)는 절연성 재료로 이루어지는 환상의 실드 링(41)에 의해 덮여 있다. 즉, 상부 전극판(39)은, 접지 전위인 처리 챔버(11)의 벽부로부터 쿨링 플레이트(38) 및 실드 링(41)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.

또한, 상부 전극판(39)은, 상부 직류 전원(42)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 상부 직류 전원(42)으로부터 상부 전극판(39)에, 부(負)의 직류 전압을 인가함으로써, 처리 공간(PS)에 직류 전압이 인가된다.

쿨링 플레이트(38)의 버퍼실(37)에는, 처리 가스 도입관(43)이 접속되어 있다. 이 처리 가스 도입관(43)은, 도시하지 않은 처리 가스 공급부에 접속되어 있다. 또한, 샤워 헤드(36)에는, 버퍼실(37)을 처리 공간(PS)에 연통시키는 복수의 관통 가스공(48)이 설치되어 있다. 샤워 헤드(36)는, 처리 가스 도입관(43)으로부터 버퍼실(37)로 공급된 처리 가스를, 관통 가스공(48)을 통하여 처리 공간(PS)으로 공급한다.

도 2에도 나타내는 바와 같이, 처리 챔버(11) 내에는, 단면 형상이 L자 형상이고, 전체 형상이 환상으로 이루어진 직류 전압용 그라운드 부재로서의 접지 링(45)(그라운드 전극)이 설치되어 있다. 접지 링(45)은, 도전성 재료, 예를 들면, 실리콘 또는 알루미늄의 무구재(無垢材)로 이루어지며, 그 외측면이, 처리 공간(PS)에 노출되도록 설치되어 있다. 이 접지 링(45)은, 상부 전극판(39)에 인가되는 직류 전압의 그라운드 전극으로서 기능한다.

상기 접지 링(45)은, 재치대(12)의 측면 피복 부재(16)의 하방에 있어서 재치대 기부(15a)의 측면을 덮도록 배치되어 있다. 따라서, 적어도 접지 링(45)의 외측 부분은, 처리 공간(PS) 중의 배기 유로(18) 부분에 노출된 상태로 되어 있다. 이 접지 링(45)에는, 상부 전극판(39)으로부터 방출된 전자가 도달하고, 이에 따라, 처리 공간(PS) 내에 직류 전류가 흐르게 되어 있다. 이 접지 링(45)의 상세한 구성에 대해서는, 후술한다.

상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(10)에서는, 처리 공간(PS)에 고주파 전력을 공급함으로써, 당해 처리 공간(PS)에 있어서 샤워 헤드(36)로부터 공급된 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마를 생성하고, 추가로, 처리 공간(PS)의 직류 전류에 의해, 생성된 플라즈마를 소망하는 상태로 유지하고, 당해 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 처리를 행한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 접지 링(45)은, 6개의 원호 형상 부재(45a∼45f)로 구성되고, 전체가 링 형상이 되도록 구성되어 있다. 6개의 원호 형상 부재(45a∼45f)는, 각각 동등한 크기로 이루어져 있다. 즉, 1개의 링 형상 부재를 6등분 한 바와 같이 구성되어 있다. 또한, 이와 같이, 접지 링(45)을 복수의 원호 형상 부재로 구성하는 경우, 적어도 4개 이상으로 하는 것이 바람직하다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 원호 형상 부재(45a∼45f)의 이면측에는, 각각 상하이동 기구(50)가 설치되어 있다. 또한, 도 2에는, 각 원호 형상 부재(45a∼45f)에 대응하여 합계 6개 설치된 상하이동 기구(50) 중 1개만이 도시되어 있다.

상하이동 기구(50)의 구동축의 상측 단부(端部)는, 각 원호 형상 부재(45a∼45f)의 이면에 각각 접속되어 있다. 그리고, 이 상하이동 기구(50)에 의해, 도면 중 화살표로 나타내는 바와 같이 각 원호 형상 부재(45a∼45f)를 각각 독립적으로 상하이동시킬 수 있도록 구성되어 있다. 이들 상하이동 기구(50)는, 원호 형상 부재(45a∼45f)를 상하이동시킴으로써, 원호 형상 부재(45a∼45f)의 접지 전위로의 접속 상태를 변경하는 기능을 갖고 있다.

본 실시 형태에서는, 원호 형상 부재(45a∼45f)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 하강시킨 상태에서 배기 플레이트(19)와 접촉하여, 접지 전위에 접속된 상태가 된다. 그리고, 상하이동 기구(50)에 의해 원호 형상 부재(45a∼45f)를 상승시키면, 접지 전위로의 접속 상태가 약해지고, 배기 플레이트(19)와 완전하게 비접촉인 상태가 될 때까지 상승시킴으로써, 원호 형상 부재(45a∼45f)를 전기적으로 플로팅 상태로 설정할 수 있게 되어 있다.

또한, 상기와는 반대로, 원호 형상 부재(45a∼45f)를 상승시킨 상태에서, 원호 형상 부재(45a∼45f)가 접지 전위에 접속된 상태가 되고, 하강시킨 상태에서 전기적으로 플로팅 상태가 되도록 구성해도 좋다.

또한, 상기와 같이, 접지 링(45)을 복수의 원호 형상 부재(45a∼45f)로 구성한 경우, 각 원호 형상 부재(45a∼45f)가 전기적으로 접속된 상태로 해도 좋다. 또한, 상기와 같이, 접지 링(45)을 복수의 원호 형상 부재(45a∼45f)로 구성하는 것이 아니라, 일체로 구성된 링 형상의 부재로 접지 링(45)을 구성해도 좋다. 이 경우도, 상하이동 기구(50)는, 둘레방향을 따라서 균일한 간격으로 복수, 예를 들면 적어도 4개 이상 설치하고, 각각의 상하이동 기구(50)에 의해 접지 링(45)의 각부의 접지 전위로의 접속 상태를 조절하도록 구성한다.

도 4(a)∼도 4(c)의 그래프는, 종축을 에칭 레이트, 횡축을 반도체 웨이퍼 중심으로부터의 거리로 하여, 반도체 웨이퍼(W) 상의 직교하는 X축, Y축 상의 에칭 레이트를 측정한 결과와, 반도체 웨이퍼(W)의 에지로부터 3㎜ 안에 들어온 주위(지름 방향)의 에칭 레이트와 균일성의 값을 나타내고 있다. 이때, 일체적으로 구성된 접지 링(45)을 사용하고, 이 접지 링(45)의 접지 상태를 변경함으로써, 에칭 상태에 나타나는 영향을 조사한 것이다. 또한, 에칭 처리의 조건은,

처리 가스：CF₄/Ar＝50/600sccm

압력：5.32㎩(40mTorr)

고주파 전력：500/2000W

직류 전압：300V

온도(재치대/천정부 및 측벽부)：20/150℃

헬륨 압력(센터/에지)：1995/5320㎩(15/40Torr)

시간：60초

이다.

도 4(a)는, 접지 링(45)의 이면측 전체에, 전기적 접속 상태를 양호하게 하기 위한 스파이럴 형상의 전기적 접속 부재를 배치한 경우이고, 도 4(b), 도 4(c)는, 도 4(a)에 나타낸 경우로부터, 접지 링(45)의 이면측에 절연재(캡톤제)를 배치하여, 접지 전위로의 접속 상태를 변화시킨 경우를 나타내고 있고, 도 4(b)는, 우측 50％의 부위에 절연재를 배치한 경우, 도 4(c)는, 전체에 절연재를 배치한 경우를 나타내고 있다. 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 우측 50％의 부위에 절연재를 배치한 경우, 절연재를 배치하지 않은 경우에 비하여 에칭 레이트의 면내 균일성이 변화하고 있다. 또한, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 접지 링(45) 전체를 플로팅 상태로 하면, 에칭 레이트의 면내 균일성이 현저하게 악화되어, 현상으로서 플라즈마 리크가 병발하고 있다. 따라서, 접지 링(45)의 적어도 일부는, 접지 전위에 접속된 상태로 하는 것이 바람직하다.

도 5(a)∼도 5(c)의 그래프는, 접지 링(45)을 부착할 때의 부착 나사의 조임 토크를 변화시킨 경우의 에칭 상태에 나타나는 영향을 조사한 결과와, 반도체 웨이퍼(W)의 에지로부터 3㎜ 안에 들어온 주위(지름 방향)의 에칭 레이트와 균일성의 값을 나타내는 것이다. 도 5(a)는, 모든 부착 나사의 조임 토크 6kgf로 한 경우, 도 5(b)는, 1개의 부착 나사만을 조임 토크 6kgf로 하고 그 외에는 조이지 않은 경우, 도 5(c)는, 모든 부착 나사를 조이지 않은 경우를 나타내고 있다.

이들 도 5(a)∼도 5(c)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 부착 나사의 조임 토크에 따라서도, 에칭의 면내 균일성은 변화하며, 모든 부착 나사를 조이지 않은 경우, 면내 균일성은 분명하게 악화되어 있다.

상기와 같이, 접지 링(45)의 일부의 접지 상태를 부분적으로 변경함으로써, 에칭 처리의 둘레방향의 면내 균일성이 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(10)에 있어서, 접지 링(45)를 구성하는 원호 형상 부재(45a∼45f)의 접지 상태를, 상하이동 기구(50)와 원호 형상 부재(45a∼45f)를 상하이동시킴으로써 변경하여, 에칭 처리의 둘레방향의 균일성을 제어할 수 있다.

다음으로, 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치로, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 박막을 플라즈마 에칭하는 순서에 대해서 설명한다. 우선, 게이트 밸브(46)가 열리고, 반도체 웨이퍼(W)가 도시하지 않은 반송 로봇 등에 의해, 도시하지 않은 로드록실을 통하여 반입출구(44)로부터 처리 챔버(11) 내에 반입되고, 재치대(12) 상에 올려놓여진다. 이후, 반송 로봇을 처리 챔버(11) 밖으로 퇴피시키고, 게이트 밸브(46)를 닫는다. 그리고, 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 러프 펌핑 배기관(20) 및 메인 배기관(21)을 통하여 처리 챔버(11) 내가 배기된다.

처리 챔버(11) 내가 소정의 진공도가 된 후, 처리 챔버(11) 내에는 샤워 헤드(36)을 통하여 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 도입되고, 처리 챔버(11) 내가 소정의 압력으로 보유지지되며, 이 상태에서 제1 고주파 전원(22)으로부터 재치대(12)에, 주파수가 예를 들면 40㎒의 고주파 전력이 공급된다. 또한, 제2 고주파 전원(24)으로부터는, 이온 인입을 위해, 재치대(12)에 주파수가 예를 들면 3.2㎒의 고주파 전력(바이어스용)이 공급된다. 이때, 정전 척용 직류 전원(28)으로부터 정전 척(27)의 전극판(26)에 소정의 직류 전압(예를 들면, 플러스 2500V의 직류 전압)이 인가되고, 반도체 웨이퍼(W)는 쿨롱력 또는 존슨·라벡력에 의해 정전 척(27)에 흡착된다. 　

전술한 바와 같이 하여 하부 전극인 재치대(12)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 상부 전극인 샤워 헤드(36)와 하부 전극인 재치대(12)와의 사이에는 전계가 형성된다. 이 전계에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 존재하는 처리 공간(PS)에는 방전이 발생하고, 그에 따라 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성된 박막이 에칭 처리된다.

또한, 플라즈마 처리 중에 상부 직류 전원(42)으로부터 샤워 헤드(36)에 직류 전압을 인가할 수 있기 때문에 다음과 같은 효과가 있다. 즉, 프로세스에 따라서는, 높은 전자 밀도이고 그리고 낮은 이온 에너지인 플라즈마가 요구되는 경우가 있다. 이러한 경우에 직류 전압을 이용하면, 반도체 웨이퍼(W)에 들어가게 되는 이온 에너지가 억제되면서 플라즈마의 전자 밀도가 증가됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 에칭 대상이 되는 막의 에칭 레이트가 상승함과 함께 에칭 대상의 상부에 형성된 마스크가 되는 막으로의 스퍼터 레이트가 저하되어 선택성이 향상된다.

이때, 샤워 헤드(36)에 인가되는 직류 전압에 대한 접지 전극으로서 작용하는 접지 링(45)의 부착 상태에 따라, 에칭 처리가 둘레방향에 있어서 불균일이 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 종래는, 처리 챔버(11)를 대기 개방하고, 접지 링(45)의 부착 상태를 조정하여 처리의 불균일성을 해소하고 있었다. 이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 접지 링(45)을 구성하는 원호 형상 부재(45a∼45f)의 접지 상태를, 상하이동 기구(50)에 의해 원호 형상 부재(45a∼45f)를 상하로 이동시켜 변경함으로써, 처리 챔버(11)를 대기 개방하는 일 없이, 용이하게 신속하게 처리의 불균일성을 해소할 수 있다. 이에 따라 처리 효율의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다. 또한, 처리 챔버(11) 간의 처리의 치우침(기차(機差))을 저감하기 위한 제어나, 대구경(예를 들면, 450㎜)에 있어서의 균일성의 제어에도, 적용 가능하다.

그리고, 상기한 에칭 처리가 종료되면, 고주파 전력의 공급, 직류 전압의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되어, 상기한 순서와는 반대의 순서로, 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(11) 내로부터 반출된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(36)에 인가되는 직류 전압에 대한 그라운드가 되는 직류 전압용 그라운드 부재로서의 접지 링(45)의 설치 상태에 따른 처리의 치우침을 용이하게 수정할 수 있어, 균일한 처리를 효율 좋게 실시할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 각종의 변형이 가능한 것은 물론이다.

W : 반도체 웨이퍼
10 : 플라즈마 에칭 장치
11 : 처리 챔버
12 : 재치대(하부 전극)
36 : 샤워 헤드(상부 전극)
42 : 상부 직류 전원
45 : 접지 링
45a∼45f : 원호 형상 부재
50 : 상하이동 기구

Claims

내부에 처리 공간을 형성하는 처리 챔버와,
상기 처리 챔버 내에 설치되고, 피처리 기판이 올려놓여지는 재치대를 겸한 하부 전극과,
상기 처리 챔버 내에, 상기 하부 전극과 대향하도록 설치된 상부 전극과,
상기 하부 전극에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원과,
상기 상부 전극에 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전원과,
상기 처리 공간에 플라즈마화되는 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급 기구와,
도전성 재료로부터 전체 형상이 링 형상으로 형성되며, 적어도 일부가 상기 처리 공간에 노출되도록 상기 처리 챔버 내에 설치되고 상기 상부 전극에 인가되는 직류 전압에 대한 접지 전위를 형성하기 위한 직류 전압용 그라운드 부재와,
상기 직류 전압용 그라운드 부재를 상하이동시켜 당해 직류 전압용 그라운드 부재의 접지 상태를 조정 가능하게 이루어진 복수의 상하이동 기구
를 구비하며,
상기 접지 상태의 조정은, 상기 상하이동 기구가 상승할 때, 상기 직류 전압용 그라운드 부재가 전기적으로 접속된 상태에서 플로팅된 상태로 전환되거나, 또는 상기 상하이동 기구가 하강할 때, 상기 직류 전압용 그라운드 부재가 전기적으로 접속된 상태에서 플로팅된 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 직류 전압용 그라운드 부재가, 실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 직류 전압용 그라운드 부재가, 알루미늄의 무구재(無垢材)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직류 전압용 그라운드 부재가, 상기 하부 전극의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직류 전압용 그라운드 부재가, 복수의 원호 형상 부재로부터 전체 형상이 링 형상이 되도록 형성되고, 상기 상하이동 기구가 상기 원호 형상 부재마다 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제5항에 있어서,
상기 직류 전압용 그라운드 부재가, 적어도 4개 이상의 상기 원호 형상 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.