KR101977320B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

종래에 비해 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있고 또한, 처리 챔버 내의 불필요한 공간을 삭감하여 장치의 소형화를 도모할 수 있고 또한, 상부 전극과 하부 전극의 간격을 용이하게 변경할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 하부 전극과 대향하도록 처리 챔버 내에 설치되고 대향면에 복수 설치된 가스 토출홀로부터 가스를 공급하고, 상하 이동 가능한 상부 전극과, 상부 전극의 상측에 설치되고 처리 챔버의 상부 개구를 기밀하게 폐색하는 덮개체와, 대향면에 형성된 복수의 배기홀과, 상부 전극의 주연부를 따라 설치되고 상부 전극과 연동하여 상하 이동 가능하게 되고 하강 위치에서 하부 전극과 상부 전극과 상기 환상 부재에 의해 둘러싸인 처리 공간을 형성하는 환상 부재와, 환상 부재의 내벽 부분에 개구하는 복수의 환상 부재측 가스 토출홀과, 환상 부재의 내벽 부분에 개구하는 복수의 환상 부재측 배기홀을 구비한 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터 반도체 장치의 제조 분야 등에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 샤워 헤드가 이용되고 있다. 즉, 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 기판에 플라즈마 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 챔버 내에 기판을 재치하기 위한 재치대가 설치되어 있고, 이 재치대와 대향하도록 샤워 헤드가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드에는 재치대와 대향하는 대향면에 가스 토출홀이 복수 형성되어 있고, 이들 가스 토출홀로부터 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급한다.
상기한 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 챔버 내의 가스의 흐름을 균일화하기 위하여, 재치대의 주위로부터 하방으로 배기를 행하는 구성으로 한 것이 알려져 있다. 또한, 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시키기 위하여, 상기한 샤워 헤드에 추가로, 재치대의 기판의 주위의 부분에 기판을 향하여 가스를 공급하는 가스 토출부를 설치한 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 또한, 샤워 헤드의 주위로부터 처리 챔버의 상방을 향하여 배기를 행하도록 구성된 플라즈마 처리 장치도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 또한, 상부 전극으로서의 샤워 헤드를 상하 이동 가능하게 하여, 하부 전극으로서의 재치대와의 간격을 변경 가능하게 한 플라즈마 처리 장치도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
일본특허공개공보 2006-0344701 호 일본특허 제 2662365 호 일본특허공개공보 2005-93843 호
상기의 종래의 기술에서는, 재치대(기판)의 주위로부터 처리 챔버의 하방으로 배기하거나, 또는 샤워 헤드의 주위로부터 처리 챔버의 상방을 향하여 배기하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 샤워 헤드로부터 공급된 가스가 기판의 중앙부로부터 주변부를 향하여 흐르는 흐름이 형성되고, 기판의 중앙부와 주변부에서 처리 상태에 차이가 생기기 쉬워, 처리의 면내 균일성이 저하된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 재치대(기판)의 주위 또는 샤워 헤드의 주위에 배기 유로를 설치할 필요가 있기 때문에, 처리 챔버 내부의 용적이 수용하는 기판보다 상당히 대형이 되어, 불필요한 공간이 많아져 장치 전체의 소형화를 도모하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
또한, 샤워 헤드가 상부 전극, 재치대가 하부 전극을 겸한 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는, 이 상부 전극(샤워 헤드)과 하부 전극(재치대)의 간격을 가변으로 하는 것이 요구된다. 그러나, 처리 챔버 내가 감압 분위기로 되기 때문에, 처리 챔버 내외의 압력차에 저항하여 상부 전극(샤워 헤드) 또는 하부 전극(재치대)을 상하 이동시키기 위해서는 구동원에 큰 힘이 필요하고, 구동에 필요한 에너지도 많아진다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 종래에 비해 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있고 또한, 처리 챔버 내의 불필요한 공간을 삭감하여 장치의 소형화를 도모할 수 있고 또한, 상부 전극과 하부 전극의 간격을 용이하게 변경할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 처리 챔버 내에 설치되고 기판을 재치하기 위한 재치대를 겸한 하부 전극과, 상기 하부 전극과 대향하도록 상기 처리 챔버 내에 설치되고 상기 하부 전극과 대향하는 대향면에 복수 설치된 가스 토출홀로부터 상기 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드로서의 기능을 구비하고, 또한 상하 이동 가능하게 되어 상기 하부 전극과의 간격을 변경 가능하게 된 상부 전극과, 상기 상부 전극의 상측에 설치되고 상기 처리 챔버의 상부 개구를 기밀하게 폐색하는 덮개체와, 상기 대향면에 형성된 복수의 배기홀과, 상기 상부 전극의 주연부를 따라 하방으로 돌출하도록 설치되고 상기 상부 전극과 연동하여 상하 이동 가능하게 된 환상(環狀) 부재이며, 하강 위치에서 상기 하부 전극과 상기 상부 전극과 상기 환상 부재에 의해 둘러싸인 처리 공간을 형성하는 환상 부재와, 상기 환상 부재의 내벽 부분에 개구하고 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하기 위한 복수의 환상 부재측 가스 토출홀과, 상기 환상 부재의 내벽 부분에 개구하고 상기 처리 공간 내를 배기하기 위한 복수의 환상 부재측 배기홀을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래에 비해 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있고 또한, 처리 챔버 내의 불필요한 공간을 삭감하여 장치의 소형화를 도모할 수 있고 또한, 상부 전극과 하부 전극의 간격을 용이하게 변경할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 확대하여 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 샤워 헤드를 상승시킨 상태를 도시한 종단면도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 시트 케이블의 구성을 도시한 상면도이다.
도 5는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 등가 회로를 도시한 도이다.
이하, 본 발명의 상세를 도면을 참조하여 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치(200)의 단면 구성을 모식적으로 도시한 도이며, 도 2는, 도 1의 플라즈마 에칭 장치(200)에 설치된 샤워 헤드(100)의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 이 플라즈마 에칭 장치(200)는 전극판이 상하 평행하게 대향하고, 플라즈마 형성용 전원(도시하지 않음)이 접속된 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 샤워 헤드(100)는 하측 부재(1)와, 이 하측 부재(1)의 상측에 배치된 상측 부재(2)의 2 매의 판 형상 부재를 적층시킨 적층체(10)로 구성되어 있다. 이들 하측 부재(1) 및 상측 부재(2)는, 예를 들면 표면에 양극 산화 처리를 실시한 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 이 샤워 헤드(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치(200)의 처리 챔버(201)에, 반도체 웨이퍼(기판)가 재치되는 재치대(202)와 대향하도록 배설된다. 즉, 도 2에 도시한 하측 부재(1)측이 도 1에 도시한 재치대(202)와 대향하는 대향면(14)을 형성하도록 배설된다.
상기 적층체(10) 중, 재치대(202)와 대향하는 대향면(14)을 형성하는 하측 부재(1)에는 가스 토출홀(11)이 다수 형성되어 있고, 하측 부재(1)와 상측 부재(2)의 사이에는 이들 가스 토출홀(11)에 연통하는 가스 유로(12)가 형성되어 있다. 이들 가스 토출홀(11)은, 도 2 중에 화살표로 도시한 바와 같이 기판(도 2 중하측)을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 것이다. 또한 적층체(10)의 주연부에는, 가스 유로(12) 내로 가스를 도입하기 위한 가스 도입부(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한 상기 적층체(10)에는, 이 적층체(10), 즉 하측 부재(1)와 상측 부재(2)를 관통하여 다수의 배기홀(13)이 형성되어 있다. 이들 배기홀(13)은, 도 2 중에 점선의 화살표로 도시한 바와 같이, 기판측(도 2 중하측)으로부터 기판과 반대측(도 2 중상측)을 향하여 가스의 흐름이 형성되도록 배기를 행하는 배기 기구를 구성하고 있다.
이들 배기홀(13)은, 직경이 예를 들면 1.2 mm 정도로 되어 있고, 샤워 헤드(100)의 주연부(후술하는 환상 부재(220)를 고정하기 위한 고정부가 됨)를 제외하고 그 전영역에 걸쳐 대략 균등하게 설치되어 있다. 배기홀(13)의 수는, 예를 들면 12 인치(300 mm) 직경의 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 샤워 헤드(100)의 경우, 2000 ~ 2500 개 정도이다. 배기홀(13)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 예를 들면 타원 형상 등으로 해도 좋고, 이들 배기홀(13)은 반응 생성물을 배출하는 역할도 한다. 또한 본 실시예에서는, 샤워 헤드(100)의 외형은 피처리 기판인 반도체 웨이퍼의 외형에 맞추어 원판 형상으로 구성되어 있다.
도 1에 도시된 플라즈마 에칭 장치(200)의 처리 챔버(처리 용기)(201)는, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 원통 형상으로 형성되어 있고, 이 처리 챔버(201)는 접지되어 있다. 처리 챔버(201) 내에는, 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼를 재치하고 또한 하부 전극을 구성하는 재치대(202)가 설치되어 있다. 이 재치대(202)에는, 도시하지 않은 고주파 전원 등의 고주파 전력 인가 장치가 접속되어 있다.
재치대(202)의 상측에는, 그 위에 반도체 웨이퍼를 정전 흡착하기 위한 정전 척(203)이 설치되어 있다. 정전 척(203)은, 절연재 간에 전극을 배치하여 구성되어 있고, 이 전극에 직류 전압을 인가함으로써, 쿨롱력에 의해 반도체 웨이퍼를 정전 흡착한다. 또한 재치대(202)에는, 온도 조절 매체를 순환시키기 위한 유로(도시하지 않음)가 형성되어 있어, 정전 척(203)상에 흡착된 반도체 웨이퍼를 소정의 온도로 온도 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한 도 3에 도시한 바와 같이, 처리 챔버(201)의 측벽부에는, 반도체 웨이퍼를 처리 챔버(201) 내로 반입, 반출하기 위한 개구(215)가 형성되어 있다.
재치대(202)의 상방에 재치대(202)와 간격을 두고 대향하도록 도 2에 도시한 샤워 헤드(100)가 배치되어 있다. 그리고, 샤워 헤드(100)가 상부 전극이 되고, 재치대(202)가 하부 전극이 되는 한 쌍의 대향 전극이 형성되어 있다. 샤워 헤드(100)의 가스 유로(12) 내에는 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 공급된다.
또한 샤워 헤드(100)의 상부에는, 처리 챔버(201)의 상부 개구를 기밀하게 폐색하고, 처리 챔버(201)의 천장부를 구성하는 덮개체(205)가 설치되어 있고, 이 덮개체(205)의 중앙부에는 통 형상의 배기관(210)이 배설되어 있다. 이 배기관(210)에는, 개폐 제어 밸브 및 개폐 기구 등을 개재하여 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프(도시하지 않음)가 접속되어 있다.
샤워 헤드(100)의 하면에는, 그 주연부를 따라 하방으로 돌출하도록 원환 형상(원통 형상)으로 형성된 환상 부재(220)가 설치되어 있다. 이 환상 부재(220)는, 예를 들면 절연성의 피막(양극 산화 피막 등)으로 덮인 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 전기적으로 도통한 상태로 고정되어 있다.
환상 부재(220)는 승강 기구(221)에 접속되어 있고, 샤워 헤드(100)와 함께 상하 이동 가능하게 되어 있다. 이 환상 부재(220)의 내경은 재치대(202)의 외경보다 약간 크게 설정되어 있고, 그 하측 부분이 재치대(202)의 주위를 둘러싸는 상태가 되는 위치로 하강시킬 수 있도록 되어 있다. 도 1은, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 하강 위치로 한 상태를 도시하고 있다. 이 하강 위치에서는, 재치대(202)의 상방에는, 재치대(하부 전극)(202)와 샤워 헤드(상부 전극)(100)와 환상 부재(220)에 의해 둘러싸인 처리 공간(222)이 형성되도록 되어 있다. 이와 같이, 상하 이동 가능한 환상 부재(220)에 의해 처리 공간(222)을 구획함으로써, 처리 공간(222)을 재치대(202)의 상방에만 형성하고, 재치대(202)의 주연부로부터 외측을 향하여 수평 방향으로 펼쳐진 불필요한 공간이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
한편 도 3은, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 상승 위치로 한 상태를 도시하고 있다. 이 상승 위치에서는, 반도체 웨이퍼를 처리 챔버(201) 내로 반입, 반출하기 위한 개구(215)가 열린 상태로 되어 있고, 이 상태로 반도체 웨이퍼의 처리 챔버(201)로의 반입, 반출이 행해지도록 되어 있다. 이 개구(215)는, 도 1에 도시한 바와 같이 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 하강 위치로 했을 때에는, 환상 부재(220)에 의해 덮여 폐색된 상태로 되어 있다.
승강 기구(221)의 구동원으로서, 본 실시예에서는 전동 실린더(260)를 이용하고 있다. 그리고, 복수의 승강 기구(221)를 처리 챔버(201)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 설치한 다축 구동 방식으로 되어 있다. 이와 같이, 전동 실린더(260)를 이용한 다축 구동 방식으로 함으로써, 예를 들면 공기압 구동의 구동 기구로 한 경우에 비해 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)의 위치를 정밀도 높게 제어할 수 있다. 또한 다축 구동 방식으로 해도, 그 협조 제어를 전기적으로 용이하게 행할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전동 실린더(260)의 구동축은 승강축(261)에 접속되어 있고, 이 승강축(261)은 처리 챔버(201)의 저부(底部)로부터 처리 챔버(201) 내의 상부를 향하여 연장되도록 입설(立設)된 원통 형상의 고정축(262) 내를 관통하도록 배설되어 있다. 그리고, 기밀 봉지(封止)부(263)에서, 예를 들면 2 중의 O 링 등에 의해 승강축(261)의 구동 부분의 기밀 봉지가 이루어져 있다.
본 실시예에서는, 샤워 헤드(100)가 처리 챔버(201)의 상부 개구를 기밀하게 폐색하는 덮개체(205)의 내측의 감압 분위기 내에 배치되어 있어, 샤워 헤드(100) 자체에 감압 분위기와 대기 분위기의 사이의 압력차가 가해지지 않고, 승강축(261)의 부분에만 압력차가 가해진다. 이 때문에, 샤워 헤드(100)를 적은 구동력으로 용이하게 상하 이동시킬 수 있어 에너지 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 구동 기구의 기계적 강도를 경감할 수 있으므로, 장치 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
환상 부재(220)에는 그 내주면에 개구하는 복수의 환상 부재측 배기홀(230)과 복수의 환상 부재측 토출홀(240)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 환상 부재측 배기홀(230)은 상하 방향을 따라 직선상에 3 개씩 형성되고, 환상 부재(220)의 원둘레 방향을 따라 소정 간격으로 균일하게 형성되어 있다. 또한, 환상 부재측 토출홀(240)은 상하 방향을 따라 직선상에 4 개씩 형성되고, 환상 부재(220)의 원둘레 방향을 따라 소정 간격으로 균일하게 형성되어 있다. 또한 환상 부재측 배기홀(230), 환상 부재측 토출홀(240)의 수는 상기의 수에 한정되는 것은 아니다.
환상 부재측 배기홀(230)은 처리 공간(222) 내를 배기하기 위한 것이며, 환상 부재(220)의 내부에 원둘레 방향을 따라 형성된 도시하지 않은 배기로와 연통되어 있다. 이들 환상 부재측 배기홀(230)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 예를 들면 타원 형상 등으로 해도 좋다. 이들 환상 부재측 배기홀(230)은 반응 생성물을 배출하는 역할도 한다.
또한 환상 부재측 토출홀(240)은, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 처리 공간(222) 내로 처리 가스를 공급하기 위한 것이며, 환상 부재(220)의 내부에 원둘레 방향을 따라 형성된 도시하지 않은 처리 가스 유로와 연통되어 있다. 또한 환상 부재측 토출홀(240)은, 대략 수평하게 형성하여 수평하게 처리 가스를 토출하는 구성으로 해도 좋고, 수평 방향으로부터 소정 각도를 가지도록 형성하여, 예를 들면 상방으로부터 하방을 향하여, 즉 기판의 표면을 향하여 처리 가스를 공급하는 구성으로 해도 좋다.
환상 부재(220)와, 재치대(202) 하부의 고주파측 라인의 접지측에는, 이들 사이를 전기적으로 접속하기 위한 시트 케이블(250)이 설치되어 있다. 이 시트 케이블(250)은 환상 부재(220)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수 설치되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 시트 케이블(250)은 구리 등으로 이루어지는 시트 형상의 도체(251)의 표면을 절연층(252)으로 피복하여 구성되고, 그 양측 단부(端部) 근방에는 도체가 노출되어 나사 고정용의 관통홀이 형성된 접속부(253)가 설치되어 있다. 이 시트 케이블(250)은, 두께가 예를 들면 수백 미크론 정도로 되어 있고, 가요성을 가져 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)의 상하 이동에 따라 자유롭게 변형하도록 구성되어 있다.
시트 케이블(250)은, 환상 부재(220) 및 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)의 고주파의 리턴을 목적으로 한 것이다. 이 등가 회로를 도 5에 도시한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 환상 부재(220)가 전기적으로 접속되고, 고주파측 라인의 접지측에 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 본 실시예에서는, 처리 챔버벽 등이 아니고 시트 케이블(250)에 의해 짧은 경로에서 환상 부재(220) 및 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)가 고주파측 라인의 접지측에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라 플라즈마에 의한 각 부위의 전위차를 매우 낮게 억제할 수 있도록 되어 있다.
또한, 환상 부재(220) 및 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)가 상하 이동하는 구성이면서, 이들이 시트 케이블(250)에 의해 항상 고주파측 라인의 접지측에 전기적으로 접속된 구성으로 되어 있고, 전기적으로 플로팅 상태가 되지 않도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치(200)에서는, 상하 이동 가능하게 된환상 부재(220)를 구비하고 있으므로, 처리 공간(222)을 재치대(202)의 상방에만 형성할 수 있고, 수평 방향 외측에 펼쳐진 불필요한 공간이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 소비되는 처리 가스의 삭감 등을 도모할 수 있다. 또한, 환상 부재(220)로부터 처리 가스의 공급 및 배기를 행하므로, 처리 공간(222) 내의 처리 가스 상태를 보다 세세하게 제어할 수 있어 균일한 처리를 행할 수 있다. 또한, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 재치대(202) 간의 거리를 처리 조건 등에 따라 변경할 수 있다.
또한, 처리 공간(222)의 물리적인 형상이 대칭이 되어, 반도체 웨이퍼를 처리 챔버(201) 내로 반입, 반출하기 위한 개구(215)가 존재하는 것에 따른 비대칭인 형상의 영향이 플라즈마에 가해지는 것을 억제할 수 있으므로, 보다 균일한 처리를 행할 수 있다.
상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(200)에 의해 반도체 웨이퍼의 플라즈마 에칭을 행하는 경우, 우선 도 3에 도시한 바와 같이 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 상승시켜 개구(215)를 연다. 이 상태로, 반도체 웨이퍼를 개구(215)로부터 처리 챔버(201) 내로 반입하고, 반도체 웨이퍼를 정전 척(203)상에 재치하여 정전 척(203)상에 정전 흡착한다.
이어서, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 하강시키고 또한 개구(215)를 닫아, 반도체 웨이퍼의 상방에 처리 공간(222)을 형성한 상태로 한다. 그리고, 진공 펌프 등에 의해 배기홀(13) 및 환상 부재측 배기홀(230)을 거쳐 처리 챔버(201) 내의 처리 공간(222)을 소정의 진공도까지 진공 배기한다.
그 후, 소정 유량의 소정의 처리 가스(에칭 가스)를 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 공급한다. 이 처리 가스는, 샤워 헤드(100)의 가스 유로(12)를 거쳐 가스 토출홀(11)로부터 샤워 형상으로 재치대(202)상의 반도체 웨이퍼로 공급된다. 이와 함께, 소정 유량의 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 환상 부재측 가스 토출홀(240)로부터 재치대(202)상의 반도체 웨이퍼를 향하여 공급된다.
그리고, 처리 챔버(201) 내의 압력이 소정의 압력으로 유지된 후, 재치대(202)에 소정의 주파수, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파 전력이 인가된다. 이에 따라, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 하부 전극으로서의 재치대(202)의 사이에 고주파 전계가 발생하여 에칭 가스가 해리하여 플라즈마화된다. 이 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼에 소정의 에칭 처리가 행해진다.
상기 에칭 처리에서, 샤워 헤드(100)의 가스 토출홀(11) 및 환상 부재(220)의 환상 부재측 가스 토출홀(240)로부터 공급된 처리 가스는, 샤워 헤드(100)에 분산되어 다수 형성된 배기홀(13) 및 환상 부재(220)에 형성된 환상 부재측 배기홀(230)로부터 배기되므로, 처리 챔버(201)의 하부로부터 배기를 행하는 경우와 같이, 반도체 웨이퍼의 중앙부로부터 주변부를 향하는 것과 같은 가스의 흐름이 형성되지 않는다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼로 공급되는 처리 가스를 보다 균일화할 수 있다. 이에 따라 플라즈마 상태를 균일화할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 각 부에 균일한 에칭 처리를 실시할 수 있다. 즉, 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 소정의 플라즈마 에칭 처리가 종료되면, 고주파 전력의 인가 및 처리 가스의 공급이 정지되어 상기한 순서와는 반대 순서로 반도체 웨이퍼가 처리 챔버(201) 내로부터 반출된다.
상기한 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 에칭 장치(200)에 따르면, 샤워 헤드(100) 및 환상 부재(220)로부터 처리 가스의 공급 및 배기를 행하는 구성으로 되어 있으므로, 반도체 웨이퍼로 공급되는 처리 가스를 보다 균일화할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 각 부에 균일한 에칭 처리를 실시할 수 있다.
또한, 상기의 플라즈마 에칭 장치(200)에서는, 샤워 헤드(100)에 형성한 배기홀(13) 및 환상 부재(220)에 형성한 환상 부재측 배기홀(230)로부터 배기를 행하므로, 종래의 장치와 같이 재치대(202)의 주위 또는 샤워 헤드(100)의 주위에 배기 경로를 형성할 필요가 없다. 이 때문에, 처리 챔버(201)의 직경을 보다 피처리 기판인 반도체 웨이퍼의 외경에 접근시키는 것이 가능해지며, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 진공 펌프를 처리 챔버(201)의 상방에 설치할 수 있고, 처리 챔버(201)의 처리 공간에 의해 가까운 부분부터 배기할 수 있으므로, 효율적으로 배기할 수 있다. 또한, 2 개의 배기계를 설치하고 있으므로, 1 개의 진공 펌프의 용량을 줄일 수 있어 더욱 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 샤워 헤드(상부 전극)(100)와 재치대(하부 전극)(202)의 간격을 처리에 따라 변경할 수 있고, 또한 샤워 헤드(100)를 적은 구동력으로 용이하게 상하 이동시킬 수 있으므로, 에너지 절약화 또는 장치 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 각종의 변형이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면 상기 실시예에서는, 재치대(하부 전극)에 1 개의 주파수의 고주파 전력을 공급하는 경우에 대해 설명했지만, 하부 전극에 주파수가 상이한 복수의 고주파 전력을 인가하는 타입의 장치 등에 대해서도 동일하게 하여 적용할 수 있다.
11 : 가스 토출홀
13 : 배기홀
100 : 샤워 헤드(상부 전극)
200 : 플라즈마 에칭 장치
201 : 처리 챔버
202 : 재치대(하부 전극)
205 : 덮개체
220 : 환상 부재
221 : 승강 기구
222 : 처리 공간
230 : 환상 부재측 배기홀
240 : 환상 부재측 공급홀

Claims (6)

  1. 처리 챔버 내에 설치되고 기판을 재치하기 위한 재치대를 겸한 하부 전극과,
    상기 하부 전극과 대향하도록 상기 처리 챔버 내에 설치되고 상기 하부 전극과 대향하는 대향면에 복수 설치된 가스 토출홀로부터 상기 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드로서의 기능을 구비하고, 또한 상하 이동 가능하게 되어 상기 하부 전극과의 간격을 변경 가능하게 된 상부 전극과,
    상기 상부 전극의 상측에 설치되고 상기 처리 챔버의 상부 개구를 기밀하게 폐색하는 덮개체와,
    상기 대향면에 형성된 복수의 배기홀과,
    상기 상부 전극의 주연부를 따라 하방으로 돌출하도록 설치되고 상기 상부 전극과 연동하여 상하 이동 가능하게 된 환상 부재이며, 하강 위치에서 상기 하부 전극과 상기 상부 전극과 상기 환상 부재에 의해 둘러싸인 처리 공간을 형성하는 환상 부재와,
    상기 환상 부재의 내벽 부분에 개구하고 상기 처리 공간 내로 가스를 공급하기 위한 복수의 환상 부재측 가스 토출홀과,
    상기 환상 부재의 내벽 부분에 개구하고 상기 처리 공간 내를 배기하기 위한 복수의 환상 부재측 배기홀
    을 구비하고,
    상기 환상 부재와 상기 상부 전극은 전기적으로 도통한 상태로 고정되고, 상기 환상 부재는 상기 하부 전극의 하부의 고주파측 라인의 접지측과 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 환상 부재측 가스 토출홀 중 적어도 일부가 기판을 향하여 가스를 공급하도록 상방으로부터 하방을 향하여 수평 방향에 대하여 소정 각도를 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 챔버 측벽의, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 간의 위치에 상기 기판을 반입·반출하기 위한 개폐 가능한 개구부가 설치되고, 상기 환상 부재를 상승시킨 상태로 상기 기판의 반입·반출을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환상 부재가 절연성의 피막에 덮인 알루미늄으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환상 부재는 표면이 절연층으로 덮인 금속 시트로 이루어지고 가요성을 가지는 시트 케이블로 상기 하부 전극의 하부의 고주파측 라인의 접지측과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환상 부재와 상기 상부 전극의 상하 이동을 행하는 구동 수단은, 전동 실린더에 의한 다축 구동인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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